幅值和相位配准技术及其在光学相干层析血流成像中的应用

频域光学相干层析系统中扫描机构定位精度、 机械抖动及样品移动会造成A扫描信号幅值和相位发生波动, 影响生物组织成像质量. 利用最小灰度差匹配、Lorentzian曲线极值拟合和谱域光程差补偿等方法对A 扫描信号进行幅值配准. 通过对A扫描信号相位分布特征的匹配实现相位差检测与配准. 通过求已配准的A 扫描复信号之差, 消除静态组织对血流成像的影响. 进行了人眼扫描实验, 有效提取了视网膜三维血流图像. 实验结果表明, 提出的幅值及相位配准方法大大减小了系统扫描精度、人眼跳动等因素对生物组织在体成像质量的影响. 快速、精确的相位配准方法也可广泛应用在多普勒OCT、相位显微等与相位分辨有关的光学成像领域. 关键词： 频域光学相干层析 配准 血流成像 相位分布特征     

光学相干层析术提取色散信息的初步研究

为了提取生物组织的色散信息,提出了一种基于Fourier变换以及多项式拟合的方法.该方法通过对光学相干层析术的干涉包络进行Fourier变换,再将得到的相位谱进行多项式拟合以实现色散信息的提取.通过数值模拟及相关实验验证了该方法的可行性.本文的分析结果不但有助于实现动态的色散补偿,而且可以用于区分不同的生物组织,以及同一生物组织的不同生理状态.     

联合谱域与深度域光谱相位显微方法

提出了一种联合谱域与深度域光谱相位显微方法, 该方法利用谱域相位信息克服2π歧义, 并结合深度域相位信息, 以实现高动态范围、高灵敏度的相位检测. 首先通过理论推导和信号模拟, 进行了深度域相位和谱域相位的灵敏度比较, 证明了深度域相位在灵敏度上要高于谱域相位. 进而详细介绍了联合谱域与深度域光谱相位显微方法. 最后通过盖玻片和光学分辨率板实验验证了所提出的联合谱域 与深度域光谱相位显微方法能够在实现高动态测量范围的同时保持高相位灵敏度. 关键词： 光谱相位显微方法 动态范围 灵敏度     

基于光学相干层析成像与光学微血管造影的指纹防伪方法

提出一种指纹防伪方法,通过光学相干层析成像获取手指指尖的表皮层指纹、真皮层指纹与汗腺等结构信息,通过光学微血管造影获取手指指尖下的血流信息,结合两种技术获取具有动态防伪的指尖生物识别特征体数据.用真指纹和制作的假指纹对传统商业指纹采集仪和所提方法的有效性进行实验验证.结果表明:传统商业指纹采集仪难以分辨真假指纹,防伪能力不足;光学相干层析的指纹成像可利用获取的手指皮下结构有效识别常见的人造指纹制品,基于真皮层指纹状态判断真假指纹;利用光学微血管造影获取的手指皮下血流成像,结合平均光强阈值可实现指纹活体防伪;所提出的指纹防伪方法的准确率可达100%.     

基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像

提出了一种基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像方法,由干涉光谱计算样品相邻两点的相位差,得到样品表面相位差分图,经过积分,重建样品表面形貌的定量分布.当相邻两点相位差的绝对值小于π,不产生相位包裹,避免了目前的干涉法相位解包裹存在的问题,将干涉法相邻两点相位差绝对值的限制条件由目前的π扩大到2π,提高了干涉法表面形貌成像的适用范围.参考面和样品置于同一平台之上,消除环境干扰及系统振动的影响,噪声幅度小于0.3 nm.通过对光学分辨率片及表面粗糙度标准样板的表面形貌成像,对本方法进行了验证,系统的轴向分辨率优于1 nm.     

光学相干层析图像层状结构的增强与定量测量

光学相干层析(OCT)成像技术对于眼底等层状组织的定量测量有赖于光学相干层析图像中层状结构的提取。为了对原始光学相干层析图像进行预处理以有效地去除图像中的噪声及散斑、增强图中的层状结构,并更好地保护图像中的层状结构,进而更准确地定量测量图像中有重要意义的层状结构的光程信息,提出在相干增强各向异性扩散(CED)算法中引入二阶导数项以控制沿相干方向的扩散强度,并将引入二阶导数项的相干增强各向异性扩散算法应用于不同样品的光学相干层析图像。结合在预处理后图像中层状结构位置的查找结果与样品的折射率信息,实现了对光学相干层析图像中有重要意义的层状结构厚度的定量测量。实验结果表明,使用引入二阶导数项的相干增强各向异性扩散算法对光学相干层析图像预处理有利于对图中重要层状结构的更准确测量。     

光电子技术与器件 光电成像与器件

TH703 2006032406光纤型光学相干层析成像系统的研制=Development of fi-ber-based optical coherence tomographic i maging system[刊,中]/俞晓峰(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室.浙江,杭州(310027)) ,丁志华…∥光学学报.—2006 ,26(2) .—235-238采用宽带近红外光源,基于迈克耳孙干涉原理和外差探测方法,建立了单模光纤型光学相干层析成像系统,相干地提取从生物体内部返回的深度分辨的弹性散射光信息,并依此构筑了自然状态下活体组织的二维光学相干层析图像和三维光学相干层析图像。光纤化设计的光学相干层析成像系统紧凑、灵活,…     

基于FPGA的快速全场光学相干层析方法

针对全场光学相干层析术实用化时成像速度不高的问题,提出一种基于FPGA控制的相位调制快速全场光学相干层析系统成像方法.首先用FPGA搭建电路以产生频率可调的高准确度正弦信号与脉冲信号,然后利用所产生的信号作为调制频率,采用四步移相法获取光学断层图像.采用该方法对洋葱表皮细胞进行光学断层成像,并与传统相移法及采用单片机调制方式获取的图像进行对比,结果表明该方法不仅能提高成像质量,且对高分辨率光学断层图像的采集时间从目前的4s(0.25 Hz)减少到0.03~0.05s(20Hz~35Hz),提高了系统的成像速度.     

光学相干层析成像的图像重建

层析成像技术－光学相干层析术是基于光学低相干反射测量发展而来的。介绍了用图像恢复的基本原理在光学相干层析术图像增强方面的工作。通过实验测量行到了解卷积所必需的点扩展函数。重建后的膜层结构图像的深度分辨率提高了一个数量级,图像也取得了了的锐化、去噪的效果。     

基于受激辐射信号的谱域光学相干层析分子成像方法

鉴于不同生理病理状态下组织复折射率实部的变化不大,传统光学相干层析(OCT)成像技术在分子特异性识别上存在先天不足.为此,本文提出了基于受激辐射信号的OCT成像方法,可在实现传统散射成像的同时,实现基于受激辐射信号的分子成像.在超高分辨率谱域OCT系统的基础上,通过增设光谱分光与调制抽运光支路,建立了基于单宽谱光源的抽运探测谱域OCT系统,详细推导了调制抽运下受激辐射信号的获取与成像公式.利用搭建的抽运探测谱域OCT系统,实现了瞬态受激辐射信号的相干探测.基于同时获取的受激辐射OCT信号和传统OCT信号,成功重构了氮化物粉末构建样品的基于受激辐射信号的分子对比OCT图像.     

Full range spectral domain optical coherence tomography using a fiber-optic probe as a self-phase shifter

We present a full range handheld probe type spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) method. Here, the sample arm is composed of a tilted fiber-optic cantilever scanner; thus, the phase shift concurrently occurs while sample scanning. With the phase shift, we could achieve a full range complex-conjugate-free OCT image with no additional phase shifters in the reference arm. To realize this technique, a magnetically actuated probe was adopted. Full range SD-OCT images of a pearl, human fingernail, and human tooth were subsequently obtained using this suggested probe. The scanning range and acquisition speed were 3?mm and 20 frames/s?, respectively.     

Intraoperative spectral domain optical coherence tomography for vitreoretinal surgery

We demonstrate in vivo human retinal imaging using an intraoperative microscope-mounted optical coherence tomography system (MMOCT). Our optomechanical design adapts an Oculus Binocular Indirect Ophthalmo Microscope (BIOM3), suspended from a Leica ophthalmic surgical microscope, with spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) scanning and relay optics. The MMOCT enables wide-field noncontact real-time cross-sectional imaging of retinal structure, allowing for SD-OCT augmented intrasurgical microscopy for intraocular visualization. We experimentally quantify the axial and lateral resolution of the MMOCT and demonstrate fundus imaging at a 20Hz frame rate.     

In vivo human retinal imaging by ultrahigh-speed spectral domain optical coherence tomography

An ultrahigh-speed spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) system is presented that achieves acquisition rates of 29,300 depth profiles/s. The sensitivity of SD-OCT and time domain OCT (TD-OCT) are experimentally compared, demonstrating a 21.7-dB improvement of SD-OCT over TD-OCT. In vivo images of the human retina are presented, demonstrating the ability to acquire high-quality structural images with an axial resolution of 6 microm at ultrahigh speed and with an ocular exposure level of less than 600 microW.     

相关多普勒光学层析成像

提出了基于互相关的多普勒OCT(correlated Doppler optical coherence tomography, CD-OCT)方法, 能够有效的抑制噪声, 实现低信噪比条件下的流速探测. 对CD-OCT算法进行了详细的推导, 分析了噪声的相关性对该算法结果的影响, 最后基于谱域和时域联合探测方法(joint spectral and time domain optical coherence tomography, STD-OCT)以及CD-OCT算法的对比实验证明了该算法能够进一步实现信噪比的提高, 使测量的结果更为稳定.     

化学成像技术在手印显现和增强中的应用

化学成像技术结合光谱分析和成像技术从而同时获得物质的光谱和空间各点的组成和结构信息。振动光谱方法(红外和拉曼光谱)与成像相结合,具有灵敏、快速、无损检验等优点,能够为检验鉴定提供定性定量的准确信息,近年来在物证鉴定领域获得了重要的应用。手印的显现和增强有多种方法,化学成像技术作为一种潜力巨大的方法可以显现多种客体上的潜在手印而不需要任何前处理。该技术还可以增强用其他方法显现后的手印,使之与背景形成较大反差。随着成像仪器的发展,化学成像技术在手印显现领域的应用将会一步拓展。文章介绍了化学成像技术的基本原理和仪器,综述了化学成像技术在潜在手印的显现和增强方面的具体应用,展望了化学成像技术的发展前景。     

Spectral domain optical coherence tomography imaging with an integrated optics spectrometer

We designed and fabricated an arrayed-waveguide grating (AWG) in silicon oxynitride as a spectrometer for spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT). The AWG has a footprint of only 3.0 cm × 2.5 cm, operates at a center wavelength of 1300 nm, and has 78 nm free spectral range. OCT measurements are performed that demonstrate imaging up to a maximum depth of 1 mm with an axial resolution of 19 μm, both in agreement with the AWG design parameters. Using the AWG spectrometer combined with a fiber-based SD-OCT system, we demonstrate cross-sectional OCT imaging of a multilayered scattering phantom.     

Spectral-domain optical coherence tomography with a Fresnel spectrometer

We propose a novel spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) equipped with a Fresnel spectrometer, which utilizes a Fresnel zone plate (FZP) as both dispersion and focusing optics and thus spreads the spectral interferogram evenly in wavenumber domain because of the proportional relation between the focal length of the FZP and the wavenumber. With no need of the conversion calculation from wavelength to wavenumber in conventional SD-OCT, this new design is favorable for fast imaging with high resolution. As only a FZP and CCD are used, the Fresnel spectrometer is simple and compact. It is experimentally shown that its performance is as good as that of numerical interpolation in conventional SD-OCT. Imaging of bio-tissue by Fresnel SD-OCT is also demonstrated.     

Ultra-high resolution spectral domain optical coherence tomography using supercontinuum light source

An ultra-high resolution spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) was developed using a cost-effective supercontinuum laser. A spectral filter consists of a dispersive prism, a cylindrical lens and a right-angle prism was built to transmit the wavelengths in range 680–940 nm to the OCT system. The SD-OCT has achieved 1.9 μm axial resolution and the sensitivity was estimated to be 91.5 dB. A zero-crossing fringes matching method which maps the wavelengths to the pixel indices of the spectrometer was proposed for the OCT spectral calibration. A double sided foam tape as a static sample and the tip of a middle finger as a biological sample were measured by the OCT. The adhesive and the internal structure of the foam of the tape were successfully visualized in three dimensions. Sweat ducts was clearly observed in the OCT images at very high resolution. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of ultra-high resolution visualization of sweat duct by OCT.     

谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化

谱域光学相干层析（spectral domain optical coherence tomography, 简记为SD-OCT）系统的轴向点扩散函数（point spread function, 简记为PSF）并不具备空不变特性,无法直接应用于解卷积运算.为实现SD-OCT系统成像质量基于解卷积算法的优化,本文采用数值校正后的轴向扫描信号和轴向有效PSF来实施基于Lucy-Richardson算法的解卷积运算,进而实现了SD-OCT系统中图像质量尤其是轴向分辨率的改善.本文理论分析了SD-OCT系统中导致轴向有效PSF随成像深度增大而下降和图像模糊的因素,阐述了利用解卷积算法实现图像质量优化的过程,基于建立的SD-OCT系统实施了不同成像深度位置处PSF的标定,并利用离散轴向位置处PSF的峰值拟合了轴向有效PSF的调制函数.利用调制函数对所有轴向扫描信号进行数值校正,然后根据轴向有效PSF进行解卷积算法.典型样品的解卷积图像重建结果表明,提出的解卷积方法能有效提高系统的轴向分辨率,同时有效抑制系统灵敏度随成像深度增大而下降的趋势. 关键词： 谱域光学相干层析 Lucy-Richardson解卷积 有效点扩散函数