12/27/2021，作者：美國華萊光電 劉玥 博士！
3、評價OCT成像系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)參數(shù)
   評價OCT系統(tǒng)的關(guān)鍵性能參數(shù)包括軸向分辨率、橫向分辨率、成像深度、成像速度、靈敏度等。表1總結(jié)頻域FD-OCT的主要性能評估參數(shù)，并列出了影響這些參數(shù)的主要因素。



2.1軸向分辨率（Axial resolution）
   假設(shè)光源的光譜強度為高斯分布，則OCT系統(tǒng)生成的干涉信號的光譜強度也為高斯分布，即在光源光譜的標(biāo)準(zhǔn)偏差區(qū)域范圍之外，干涉光的強度將迅速下降。
對于光源光譜強度為高斯分布的OCT系統(tǒng)，其軸向分辨率由光源的相干長度決定，可由以下公式推導(dǎo)：



由圖13可以得出：
1、當(dāng)光源的光譜帶寬小于100nm時，軸向分辨率隨光譜帶寬的增加變化很快；
2、當(dāng)光源的光譜帶寬大于100nm時，軸向分辨率隨光譜帶寬的增加變化變緩；
3、相同的光譜帶寬條件下，中心波長越短，軸向分辨率越高。


  
2.2橫向分辨率（Lateral resolution） 
   OCT系統(tǒng)的軸向分辨率和橫向分辨率是相互獨立的。
橫向分辨率可通過以下方程式推算：



2.3穿透深度和成像深度 ( penetration depth and imaging depth)
   當(dāng)光線照射并穿透樣品時，由于樣品組織對光有吸收和散射，光的強度將被衰減，從而隨在樣品位置的加深，反射的光的強度越來越弱，直到探測不到，OCT能夠成像的有效深度受到限制。由于光衰減導(dǎo)致的成像深度限制通常被定義為“穿透深度”，一般定義為靈敏度下降6dB處的位置為穿透深度。
OCT系統(tǒng)的“成像深度”通常被定義為在沒有光學(xué)衰減的情況下系統(tǒng)可重建樣品結(jié)構(gòu)信息的最大深度，該深度通常取決于探測器響應(yīng)帶寬和數(shù)據(jù)采集卡的采樣率。
可由OCT系統(tǒng)重建的樣品結(jié)構(gòu)深度，即有效成像深度，取決于穿透深度和系統(tǒng)成像深度中較小的那個。
例如，在眼科視網(wǎng)膜檢測中，通常有效軸向成像深度受穿透深度限制；而在眼前節(jié)檢測、血管和內(nèi)窺鏡成像中，有效軸向成像深度由OCT設(shè)備的成像深度決定。

2.5.1 SS-OCT系統(tǒng)的成像深度
   由前節(jié)所述，需要計算SS-OCT系統(tǒng)的穿透深度和成像深度來得到其有效成像深度：一個由掃描源的瞬時線寬確定，另一個由數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率確定。

（１）由光源瞬時線寬決定的SS-OCT成像系統(tǒng)的穿透深度可表示為：


（２）在實際的數(shù)據(jù)采集和圖像處理中，SS-OCT成像系統(tǒng)在波數(shù)空間中對檢測到信號進行處理，通過離散傅里葉變換來獲取樣本的深度信息：更深位置處的信息被解析為更高頻率的信號，淺層位置的信息被解析為相對低頻的信號。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，SS-OCT系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理能力決定的最大成像深度為：


從圖14可以看出：
1、相同條件下，中心波長越長，成像深度越深；
2、頻率采樣間隔越小，成像深度越深。



2.5.2 SD-OCT系統(tǒng)的成像深度
SD-OCT成像深度的計算方法與SS-OCT系統(tǒng)類似，如下式表示：



2.4信噪比（SNR）和靈敏度
   OCT系統(tǒng)的噪聲源包括電路噪聲和光學(xué)器件產(chǎn)生的噪聲。與TD-OCT系統(tǒng)相比，SS-OCT系統(tǒng)的信噪比可提高數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。

2.4.1SS-OCT 系統(tǒng)的SNR
通常激光器的熱噪聲和相對強度噪聲可以忽略，因此信噪比可表示為：



SS-OCT系統(tǒng)的檢測通過使用平衡探測器，可將信噪比提高約3dB。

2.4.2SS-OCT 系統(tǒng)的靈敏度
在OCT系統(tǒng)中，靈敏度定義為可檢測到的樣本反射的最小功率，即當(dāng)SNR=1（噪聲等于信號）時，可檢測到的信號功率為靈敏度，表示為：



從上述方程可以看出，通過降低掃頻速率可以檢測到較弱的反射信號。

2.5成像速度
   OCT系統(tǒng)的成像速度是指獲取樣品層析圖像所需的時間。成像時間主要包括兩部分：數(shù)據(jù)采集所需時間和信號處理所需時間。數(shù)據(jù)采集所需的時間通常由A-scan速率決定。
一般TD-OCT系統(tǒng)的成像速度受限于其參考臂機械掃描速度，目前最快的掃描速度可達到kHz。SD-OCT系統(tǒng)得益于高速線CCD或CMOS探測器的并行檢測；SS-OCT系統(tǒng)的A-scan速度掃頻源的掃頻速度決定。目前SS-OCT和SD-OCT的最快A-scan速率都可達到MHz。

]b]2.6OCT系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)[/b]
1、提高軸向分辨率會降低成像深度；
2、提高橫向分辨率會減少可視范圍；
3、提高A-scan速率會導(dǎo)致系統(tǒng)靈敏度降低；
4、較短的中心波長有利于提高軸向分辨率，但會增加組織和其他介質(zhì)對光的散射。