提高光学相干层析成像纵向分辨率的方法

光学相干层析成像技术是一种新型的成像技术，能实现对活体生物组织（透明和不透明）非接触、无伤害、高分辨率的体内断面成像。光学相干层析成像利用相干门技术，其纵向分辨率取决于光源的相干长度，要进一步提高它的纵向分辨率必须从光源入手，本文对采用不同光源提高光学相干层析成像纵向分辨率的方法进行了详细的讨论。     

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。     

光纤型光学相干层析成像系统的研制

光学相干层析(OCT)成像技术是一新近发展的高分辨力生物医学成像手段,能非侵入性地对活体内部的结构与生理功能进行可视化观察。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成像图像和三维光学相干层析成像图像。光纤化设计的光学相干层析成像系统紧凑、灵活,便于与光纤导管、内窥镜和其它成像装置的有机结合,以拓展其观察范围和应用领域。     

基于偏振敏感光学相干层析术的口腔鳞状细胞癌组织成像

口腔鳞状细胞癌(OSCC)发病率较高且预后效果有限，早期诊断和术中准确识别病变边界对于改善预后效果具有重要意义。偏振敏感光学相干层析术(PS-OCT)在获得组织微观结构信息的同时，可以获得组织的偏振信息，提高组织诊断的特异性。为验证PS-OCT技术在OSCC诊断应用中的可行性，利用自行开发的高分辨率PS-OCT系统对离体的OSCC组织进行了成像。初步的成像结果表明，与正常组织相比，OSCC具有明显的双折射特性，利用累积相位延迟可以明显地区分正常组织和癌组织。最终证明，高分辨率的PS-OCT技术在OSCC组织的识别诊断和边界检测方面具有很大的潜力，可以辅助医生进行疾病的筛查和术中边界检测。     

光学多普勒血液微循环测量技术及其最新进展

血液微循环的测量研究有着非常重要的临床诊断价值。现有的可用于血液微循环测量的光学多普勒技术可分为三大类:激光多普勒技术、相干层析多普勒技术和光声多普勒技术。在介绍这三类技术的基本工作原理和主要特点的基础上,简要分析了各类中最具代表性的前沿技术,分别为激光多普勒宽场实时成像技术、光学相干层析多普勒微血管造影术和光声多普勒流速测量技术。对这些前沿技术的进一步发展和实际应用进行了展望。     

光学相干层析系统相干传递函数研究

在弱物体近似下从成像系统角度对光学相干层析测量技术进行了理论研究。分析了该技术测量样品纵深结构时图像的形成机理。结果表明它相当于一复振幅线性平移不变系统，从而可用相干传递函数描述系统性能，所得相干传递函数表明系统具有低通特性，半峰值带宽△ｋ＝２△λ／λ＾２。由于物体频谱整体平移了１／λ，测量的是纵向结构的高频信息。本文的工作为定量分析光学相干层析对未知结构的测量结果及进一步提高空间分辨率提供了理论     

光学相干层析成像系统的实验研究

介绍了作者研究建立的光学相干层析（ＯＣＴ）成像系统,给出了利用该系统得以的实际生物样品光学相干层析图像,并对系统性能和结果作了分析,讨论了影响系统性能的一些因素及改进方法。     

医用光学透视和光学层析术的新进展

介绍早期癌症诊断的超快光学时间选通成像技术的最新进展，叙述对厚细胞组织的超快时间选通成像原理和飞沙透射光学相干层析术。     

从迈克耳孙干涉仪到光学相干层析术

介绍了迈克耳孙干涉仪在物理学发展史上的重要作用及生物医学成像技术的发展状况．从迈克耳孙干涉仪的发展过程出发,讨论了光学相干层析术的原理、特性及其在生物医学成像、物理学、材料科学中的应用,并将频谱光学相干层析术与傅里叶变换光谱术作了比较,最后讨论了它在教学上的意义．     

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.     

低相干光断层扫描系统的噪声分析与研究

低相干光断层扫描,是近十几年来发展起来集多种前沿科学和技术为一体的超高精度成像技术。介绍了该技术的理论原理及本实验室建立的基于时域线性调制和光纤迈克耳孙干涉仪的低相干光断层扫描系统并给出了初步的实验结果。重点对光源谱型和参考臂扫描速度不均匀性对系统输出信噪比的影响进行了理论模拟计算和实验研究。通过运用傅里叶频谱的分析方法,从工程设计的角度出发给出了基于实验结果的参量特性分析以及这些特性将会给实际光学相干层析系统测量结果带来的影响,从而获得了低相干光断层扫描系统改进的方法。     

新型成像技术的实验系统研究

光学相干层析成像是一种新型成像技术。超辐射发光二极管和超短脉冲飞秒激光是能满足成像系统要求的理想光源。在开展光学相干层析相关技术研究的基础上 ,建立了国内第一台上述两种光源的成像实验研究装置 ,对系统的横向、纵向分辨率等基本性能进行了测定 ;并对多种实际样品进行了层析成像。     

Simultaneous optically sectioned fluorescence and optical coherence microscopy with full-field illumination

Full-field optical coherence microscopy (FF-OCM) and optically sectioned fluorescence microscopy are two imaging techniques that are implemented here in a novel dual modality instrument. The two imaging modalities use a broad field illumination to acquire the entire field of view without raster scanning. Optical sectioning is achieved in both imaging modalities owing to the coherence gating property of light for FF-OCM, and a structured illumination setup for fluorescence microscopy. Complementary image data are provided by the dual modality instrument in the context of biological tissue screening. FF-OCM imaging modality shows the tissue microarchitecture, while fluorescence microscopy highlights specific tissue features with cellular-level resolution by using targeting contrast agents. Complementary tissue morphology and biochemical features could potentially improve the understanding of cellular functions and disease diagnosis.     

Ultra-High Resolution Optical Coherence Tomography (OCT) Using a Halogen Lamp as the Light Source

The axial resolution of optical coherence tomography (OCT) is determined by the coherence length of the light source. We demonstrate for the first time high-resolution OCT of biological tissue using a halogen lamp as the light source for a low coherence interferometer. High-resolution OCT imaging with 3.5 μm resolution was performed successfully for onion and porcine skin, although the coherence light power for illumination of a sample is as small as 100 nW.     

OCT技术在发育生物学中的应用

基于光学低相干反射测量而发展起来的光学相干层析技术（ Optica1 Coherence Tomography,OCT）是一种新型的成像技术，它可以对强散射介质如生物组织实施非侵入性的快速活体成像。与传统的组织切片相比,OTC可以大大减少对发育形态成像所需的时间、复杂程度及成本。非接触和非侵入式的成像方式有助于研究个体发育中由基因变异所引起的形态和功能变化，因而在发育生物学的研究当中有着广阔的应用前景。概述了OCT技术在发育生物学当中诸方面的应用情况。     

光学相干层析多普勒成像功能拓展研究

光学多普勒成像(Optical Doppler tomography,ODT)是一种结合了光学相干层析成像技术(Opticalcoherence tomography,OCT)和多普勒流速仪的非侵入、非接触的成像技术,能够实现对高散介质组织内部的血管分布和血液流速的探测。阐述了基于数字希尔伯特变换的相位分离多普勒光学相干层析成像技术的工作原理,并且通过对玻璃毛细管和生物芯片微通道管中聚苯乙烯溶液流速的实验测量,准确测量管内微粒缓慢移动时的多普勒频移量,获得了玻璃管内和生物芯片微通道管中流速分布曲线,证实了所提方法的可行性。获取的多普勒图像具有较高的空间分辨力和速度分辨力,在未来的临床应用中有潜在的应用价值。     

Ultrahigh-resolution optical coherence tomography with a fiber laser source at 1 microm

We report a compact, high-power, fiber-based source for ultrahigh-resolution optical coherence tomography (OCT) near 1 microm. The practical source is based on a short-pulse, ytterbium-doped fiber laser and on generation of a continuum spectrum in a photonic crystal fiber. The broadband emission has an average power of 140 mW and offers an axial resolution of 2.1 microm in air (<1.6 microm in biological tissue). The generation of a broad bandwidth is robust and efficient. We demonstrate ultrahigh-resolution, time-domain OCT imaging of in vitro and in vivo biological tissues.     

Second-harmonic optical coherence tomography

Second-harmonic optical coherence tomography, which uses coherence gating of second-order nonlinear optical responses of biological tissues for imaging, is described and demonstrated. Femtosecond laser pulses were used to excite second-harmonic waves from collagen harvested from rat tail tendon and a reference non-linear crystal. Second-harmonic interference fringe signals were detected and used for image construction. Because of the strong dependence of second-harmonic generation on molecular and tissue structures, this technique imparts contrast and resolution enhancement to conventional optical coherence tomography.     

Noninvasive imaging of in vivo blood flow velocity using optical Doppler tomography

We report the development of an optical technique for noninvasive imaging of in vivo blood flow dynamics and tissue structures with high spatial resolution (2-10 microm) in biological systems. The technique is based on optical Doppler tomography (ODT), which combines Doppler velocimetry with optical coherence tomography to measure blood flow velocity at discrete spatial locations. The exceptionally high resolution of ODT permits noninvasive in vivo imaging of both blood microcirculation and tissue structures surrounding the vessel, which has significance for biomedical research and clinical applications. Tomographic imaging of in vivo blood flow velocity in the chick chorioallantoic membrane and in rodent skin is demonstrated.