光学相干断层成像检验技术
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光学相干断层成像检验技术
张宁;黎智辉;许小京
【摘 要】光学相干断层成像技术（optical coherence tomography, OCT）是一种新型的利用生物组织散射光相干原理的光学成像技术，具有无损、断层成像、高分辨率、易小型化等特点。它的原理类似于超声成像，不同之处是它利用的是光，而不是声音。OCT 技术最早和最成熟的应用是在医学成像领域，随着技术的进一步发展，它逐渐在非生物医学领域也开始出现相关研究。在法庭科学领域，物证检验技术正朝着低损、快速、高精度的方向发展。光学影像检验技术是最重要的物证检验手段之一，其在物证的快速搜索、发现、提取和分析方面具有独特优势。OCT 技术以其三维高分辨断层成像能力，拓展现有的物证检验手段和能力，得到越来越多法庭科学研究者们的关注，显示出广阔的应用前景。本文介绍了 OCT 技术的概念、原理、技术手段和类别，综述了利用 OCT 技术进行法庭科学研究的报道，列举了 OCT 技术在指纹显现增强、假币鉴别、油画鉴定、纹身鉴别、血斑分析、死亡时间推断、枪弹检验等方面的应用。相信其在物证检验实践中将显示出重要的作用。%ABATRACT: Optical coherence tomography (OCT), an imaging
system very similar to ultrasound by use of light instead of sound, is an
emerging technology for non-invasive, high resolution and cross-sectional
imaging based on low-coherence interferometry. In the past, OCT has
been widely applied in medical imaging, especially in ophthalmology,
cardiology, dermatology and gastrointestinal observation. Yet, its ability to
provide three-dimensional tomographic images is also rendering it
attractive for applications beyond the medical. In practice, the forensic
imaging technology plays an important role in searching, extracting and analyzing the evidence with merits of non-invasiveness, high speed and
high precision. Thus OCT, competent to explore the internal features of an
object with micro-meter resolution, will greatly expand the scope of
current evidence examination technology, showing a broadly applicable
prospect. In this review, we will introduce the basic concepts, principles,
categories of OCT technology and a detailed introduction of the so far
presented OCT-based methods and applications, ranging from fingerprint
imaging, counterfeit banknote detection, easel painting examination,
tattoo inspection, bloodstain volume determination, post-mortem interval
and bullet imaging. Owing to the characteristic of non-invasive and cross-sectional imaging, OCT is able to detect artificial fingerprint, counterfeit
banknote, forgery painting and tattoo. Besides, capable of 3D high
resolution imaging, OCT can provide promising applications in high quality
imaging and quantitative analyzing, including multi-layer tomography
extraction, determination of the volume of bloodstain in the crime scene,
image obtainment of the human hair with ultrahigh resolution, estimation
of the post-mortem interval and non-contact examination of bullets.
Furthermore, OCT techniques have many other advantages as an advanced
imaging method with high potential for future forensic applications, for
example, the use of near infrared light enabling the non-invasive and non-contact imaging of sample to keep the integrality and authenticity of
evidence. Meanwhile, the ability to realize 3D high-resolution cross-sectional imaging will reveal more precise information for sample to
authenticate and identify. Moreover, OCT, via extracting different properties such as the spectrum, elasticity and polarization, can achieve
diversified functional imaging to further improve the image contrast in
demonstrating its appropriateness for forensic imaging.
【期刊名称】《刑事技术》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】8页(P409-416)
【关键词】法庭科学;刑事影像技术;光学相干断层成像
【作 者】张宁;黎智辉;许小京
【作者单位】公安部物证鉴定中心，北京 100038;公安部物证鉴定中心，北京
100038;公安部物证鉴定中心，北京 100038
【正文语种】中 文
【中图分类】DF793.2
光学相干断层成像技术（optical coherence tomo graphy， OCT）是20世纪90年代初发展起来的无损、高分辨、非侵入式的成像技术［1］，是利用生物组织散射光相干原理成像的介观（微米尺度）活体组织高分辨率成像和观测手段。它的原理类似于超声成像，不同之处是它利用的是光，而不是声音。该技术具有以下特点：（1）无损性。由于其探测样品的背向散射光，所以无需对样品进行切割采样等任何预处理。（2）断层成像。由于使用近红外光和相干探测方法，OCT成像技术还可得到样品的断层信息。相比传统的显微成像，OCT技术拓展了成像维度，进一步得到了深度方向图像。（3）高分辨率。OCT技术结合了半导体和超快激光技术，利用超灵敏探测、精密自动控制和相干选通门等方法，通过计算机数字信号和图像处理，得到反映样品的微米量级精细结构和功能图像。（4）易小型化。OCT技术还可以进行光纤化，做成细小的光学探测装置，实现便携化和小型化。相比其它成像技术，如超声成像（ultrasonic imaging，UI）、核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、X-射线计算机断层（X-ray
computed tomography，CT）等，OCT技术具备比较高的分辨率（微米级），同时，与共聚焦显微（confocal microscopy）等超高分辨技术相比，OCT技术又具有较大的断层成像能力。OCT技术填补了这两类成像技术之间的空白。
OCT技术首次发表于1991年的Science杂志，美国麻省理工学院的Huang等［1］搭建的OCT系统得到了离体人眼视网膜图像。该系统采用了830 nm中心波长的宽带光源，纵向分辨率达到15 μ m，由此成为OCT领域的奠基性工作。技术指标上看，目前OCT技术的分辨率水平一般在1～20 μ m，成像深度一般可达几毫米，成像速度可达实时二维成像，最快可达实时三维成像。OCT技术最早和最成熟的应用是在医学成像领域。1993年，Fercher等得到了世界上第一幅在体视网膜OCT图像［2］。到1996年，第一台商用的眼科OCT系统在美国Carl
Zeiss Meditec公司诞生，目前眼科OCT检测已成为十分普及的检测项目，在对青光眼等眼科疾病的诊断上发挥了重要作用。在过去十几年里，OCT技术还与光纤技术和内窥技术结合，应用扩展到了胃肠道、皮肤、肺部、肾脏、心血管等人体器官成像领域。许多疾病的演变，例如胃肠道癌症的演变，都会在组织内表皮、粘膜等部位发生形态或结构的变化，而这些变化在传统的内窥镜下是无法察觉的，OCT技术以其高分辨、高速、断层成像的特点为疾病诊断提供了一种强有力的工具，依靠OCT技术获取的高分辨率图像有望实现疾病的早期诊断并给出相应的治疗方案。OCT技术在生物医学领域有着深入而广泛的应用，随着技术的进一步发展，它逐渐在材料科学、工业检测、艺术品甄别、植物学、数据存储、安防、法庭科学等非生物医学领域也开始出现相关研究，显示出其广阔的应用前景。本文将重
