光学相干层析成像

光学相干断层扫描（OCT）利用无创、快速、微米级分辨率成像的优势，利用固有造影剂，在过去二十年中已成为最强大的光学成像方式之一，广泛应用于眼科、心脏病学、皮肤病学、胃肠病学和神经病学。与超声成像类似，OCT使用低相干干涉术提供微米空间分辨率的深度分辨率横截面图像。与时域OCT （TD-OCT）的比较[j]， 1991, Science, Hinzenberger CK, 1991，Invest眼科视觉科学。]，光谱/傅立叶域OCT (S/FD-OCT) [Fercher AF, 1995， Optics Communications]提供了显著提高的体积成像速度和灵敏度。

相对于其他广泛使用的用于功能性脑成像的光学成像技术，如双/多光子显微镜和共聚焦荧光显微镜，OCT具有以下几个优势：1)与使用双光子显微镜几十分钟到几个小时相比，使用OCT进行体积成像只需要几秒钟到一分钟；2) OCT能够成像深度大于1mm的脑组织；3)由于轴向分辨率取决于相干长度，OCT可以在低NA物镜下保持高轴向分辨率，从而在保持轴向分辨率的同时成像大视场；4) OCT从本征散射中检测后向散射信号，避免了荧光成像中染料累积毒性的担忧；5)直接访问S/FD-OCT提供的干涉条纹提供了广泛的新功能应用，例如用于吸收测量的SD-OCT和用于流速测量的多普勒OCT。

在神经光子学中心，我们一直在开发和使用基于S/FD-OCT的各种OCT成像技术来澳门威尼斯人注册网站研究大脑生理学和病理生理学。这些技术包括用于脑血管可视化的OCT血管造影（OCTA），用于测量大血管和毛细血管中红细胞轴向速度的多普勒OCT (D-OCT)，用于绝对血流速度检测和弥散运动测量的动态光散射-光学相干断层扫描（DLSOCT），以及用于神经元细胞体和髓鞘轴突成像的内在对比OCT （iOCT）。

八面体

OCTA图像是通过[Srinivasan VJ， 2010， Opt Lett]中描述的基于去相关的方法构建的。简而言之，传统的结构OCT成像通常为每个Y位置获取一次b扫描，而基于去相关的方法重复两次b扫描，然后分析两次重复b扫描之间的图像强度和相位差异。当静态组织成像时，重复体素将没有区别。相比之下，动态组织，如血管，由于粒子运动（如流动的红细胞），在重复的b扫描之间会经历很大的差异，因此在OCT血管造影图像中会出现明亮的区域。使用OCT系统中的10倍物镜，可以以3.5 μ m的各向同性3D分辨率对深度为0至1,000 μ m的毛细管床进行成像。更多澳门威尼斯人注册OCTA的信息请参见张安，2015,J Biomed Opt，王荣科，2007,Opt Express。

图1所示。脑血管的OCTA图像的MIPs从脑表面跨越~500µm的深度。(A)用5倍物镜（0.14 NA）得到。(B)用10倍物镜（0.28 NA）获得。用10倍物镜更容易分辨毛细血管。量程：200µm。

D-OCT

多普勒OCT能够通过检测来自移动粒子（例如，流动的红细胞）的背散射光的多普勒频移来定量测量轴向血流速度。与使用短时间快速傅里叶变换或小波变换的基于谱图的方法相比[Chen Z， 1997, Opt Lett]，相位分解方法通过测量连续a线之间的相位变化来重建轴向速度，由于具有更高的速度灵敏度并且与傅里叶域OCT兼容，已成为多普勒OCT的首选方法[Zhao Y， 2000, Opt Lett]。更多澳门威尼斯人注册D-OCT的信息请参考[Zhao Y， 2000, Opt Lett, Leitgeb RA, 2014, Prog Retin Eye Res, Srinivasan VJ, 2010, Opt Express]。

我们将相位分辨多普勒OCT从测量大血管的血流速度扩展到测量小毛细血管，这对于澳门威尼斯人注册网站研究微血管血流调节至关重要，例如在大脑中。该技术能够测量体积微血管RBC轴向速度范围为~0.1 mm/s至~11 mm/s，空间分辨率为3.5 x 3.5 x 3.5µm，时间分辨率可达~45 s/体积，深度可达~900µm（即可以成像小鼠的整个大脑皮层）。

图2所示。相分辨D-OCT轴向速度测量大血管和小毛细血管。(A)相分辨D-OCT血流测速仪能够测量大多数毛细血管；顶板：OCTA正面MIP（沿Z方向堆叠~160µm）；下图：D-OCT面同区域RBC轴向速度MIP。(B)麻醉小鼠整个大脑皮层轴向速度的X-Z MIP（沿Y方向约100µm堆叠）。色条：轴向血流速度（mm/s）；阳性：血液流向脑表面；负值：血液流入脑部。

DLSOCT

动态光散射-光学相干层析成像（DLS-OCT） [Lee J, 2012, Opt Express, Lee J, 2013， JCBFM, Tang J, 2017， J biopphotonics]利用DLS测量OCT分辨率受限的三维体积内的粒子流动和扩散，实现了高空间分辨率下RBC绝对速度和扩散系数的同时测量。这项新技术使我们能够量化，例如，血液流速和剪切诱导的红细胞扩散之间的关系[Tang J， 2017, J biopphotonics]，这可能有利于血管内动力学和流变学的澳门威尼斯人注册网站研究。

图3所示。具有代表性的DLS-OCT结果。(A)深度0-350µm范围内的最大强度投影（MIPs）、总血流速度（左）和扩散系数（右）。比例尺，100µm。(B)在100、110、120、130µm深度处，表面单平面轴向速度与扩散系数重叠。比例尺：100µm。

iOCT

利用高空间分辨率物镜（~1横向分辨率）和适当的数据处理方法，无需注射外源性造影剂，iOCT就可以测量神经细胞体和髓鞘轴突[Srinivasan VJ， 2012, Opt Express]。利用iOCT可以获得神经元胞体的分布，这对脑退化、损伤和缺血的澳门威尼斯人注册网站研究是有用的。

图4所示。iOCT在神经细胞体成像中的应用[j]。(A) XY正面MinIP（最小强度投影）图像。(B) YZ MinIP图像。

更多澳门威尼斯人注册OCT的背景信息可以在维基百科页面上找到。华侨城新闻更新华侨城的最新出版物和澳门威尼斯人注册网站研究活动，以及华侨城社区的就业机会。

GitHub代码:

以下代码可用于OCT：

OCT血管造影处理的Matlab代码在这里。用于最小化尾部伪影的3D OCT血管造影的Matlab代码在这里。相位分辨多普勒OCT成像毛细血管血流速度图。动态光散射OCT数据处理代码在这里。

如果您打算在您的工作中实现此技术，请随时与我们联系（serdener@bu.edu或jianbo@bu.edu）。