基于相位敏感谱域光学相干层析术的潜指纹获取方法

本文提出一种基于相位敏感谱域光学相干层析术 (spectral domain optical coherence tomography, SD-OCT) 的遗留指纹获取方法, 该方法具有非接触、无损、快速和高灵敏度优势. 实验结果显示, 即使在低对比度条件下, 本方法也能较好地再现遗留指纹, 证明相位敏感谱域光学相干层析术可以准确、可靠地识别潜指纹. 关键词： 潜指纹 谱域光学相干层析术 相位敏感     

宽光谱干涉显微术快速提取内指纹

指纹识别是一种广泛应用的生物特征识别技术,但现有指纹身份识别装置由于容易被指纹膜欺骗而存在安全问题,手指表面弄脏、太湿或者磨损也会导致识别失效,存在鲁棒性差的问题。手指内部220～550 μm的皮肤层,具有表面(外部)指纹相同的拓扑特征。这些内部层,充当“主模板”导致外部指纹按照它的形状生长,另外,手指内部的汗腺和微血管结构也和指纹有跟随形状。这些皮下指纹,和对应层面的汗腺等组织结构,具有终生不变性,我们称之为内指纹。内指纹难以仿制,可以用于准确而高度鲁棒的生物身份识别。但是目前报道的用扫频层析术获得内指纹图像,由于对二维正面图像提取需要扫描,并最终从三维指纹结构中重构正面图像,数据量大,提取速度太慢,限制了其实用性。提出一种基于宽光谱干涉显微术的手指皮肤下内部指纹成像系统,以宽光谱弱相干白光激光实现3.5 μm轴向分辨率,采用低数值孔径的光路提高了穿透深度,利用光源空间非相干性和阵列探测器无需扫描一次性获得6.14 mm×6.14 mm的内指纹图像,实现了0.4 s每帧的快速读取,并以三维分层图像展示了手指内部指纹,及其汗腺结构等特征,该工作确认了宽广谱干涉显微术快速提取内指纹用于生物识别的可行性,为高安全度生物识别提供了新方法。     

高灵敏、高对比度无标记三维光学微血管造影系统与脑科学应用研究

结合光学相干层析技术的三维成像能力和动态散射技术的运动识别能力,可以实现无标记的三维光学微血管造影,在不牺牲线扫描速度的前提下,通过帧间分析的方法提高血流造影的灵敏度,实现毛细血管水平的探测.提出小波域分量复合的方法降低静态组织信号和动态血流信号之间的分割误差,实现高对比度的血管造影分别利用组织血流模拟样品和活体大鼠脑组织进行实验验证,结果发现,采用小波域分量复合之后,血管分割误差分别减小了83%和71%,造影图对比度增强,并且具有更好的血管连接性.进而,利用研制的系统对大鼠脑血管局部缺血性中风模型进行了初步的成像研究,清晰地呈现了中风模型形成,血管受损和血管恢复的整个过程,有助于对局部缺血性中风模型机理的研究.     

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.     

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.     

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。     

皮肤微循环无损伤光学成像技术的新进展

微循环信息的获取对于各类疾病的诊断和治疗有着及其重要的作用。皮肤微循环无损伤成像技术取得了很大的进展,出现了各种非光学方法(核磁共振成像、正电子发射断层成像术、超声波成像等)和光学方法(共焦显微镜、光学相干断层摄影术、新型的正交偏振光谱成像技术等)。主要介绍了皮肤微循环无损伤光学成像技术的新进展。     

光学相干层析成像色散补偿研究

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用,分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1550nm自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.     

光学相干层析成像色散补偿研究

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用,分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1 550 nm 自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.     

早期骨性关节炎的光学成像检测技术(英文)

介绍了光学相干层析成像技术、扩散光学层析成像技术和光声层析成像技术3种早期骨性关节炎光学成像检测技术.和X线平片常规影像诊断技术相比,光学相干层析成像技术可测量软骨的厚度,检测胶原结构的微小变化;扩散光学层析成像技术能测量软骨、滑液等结构的厚度和相应的吸收系数和散射系数;光声层析成像技术可探测胶原纤维网的恶化、变浑浊的滑液、骨的代谢功能障碍和软骨下骨的代谢过旺.最后对这3种成像检测技术的应用前景及早期骨性关节炎检测方法作了简要展望.     

适合于内窥成像的共路型光学相干层析成像系统

提出了一种采用光纤型迈克耳孙干涉仪进行光程补偿的菲佐型光学相干层析成像(OCT)系统.该系统的传感探头为共路干涉结构,以解决现有内窥光学相干层析成像系统中存在的探头运动导致图像失真、以及更换使用不同探头时需进行色散和偏振态调节等问题.光程补偿和振动干扰实验结果表明,光程补偿方法正确可行,系统对环境干扰不敏感.利用研制的系统对反射镜和近红外卡进行了成像实验,验证了系统的有效性.提出的方法非常适合于内窥成像,并给出了把系统扩展为内窥光学相干层析成像系统的具体实现过程.     

白光频域光学相干层析检测方法

针对频域光学相干层析系统成像过程中产生的图像噪声,提出了一种干涉光谱解耦的方法。该方法通过消除干涉光谱中的直流项和自相关项,实现对图像去噪。利用白光作为光源,对聚苯乙烯单层薄膜进行成像实验,得到薄膜的一维深度图像以及二维层析图像。由二维层析图像可以清晰的获取薄膜的内部微观结构及表面形貌信息。实验结果表明,该检测方法可有效消除薄膜的图像噪声,提高图像信噪比和对比度。     

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     

光学相干层析图像的小波去噪方法研究

光学相下层析成像过程中产生的噪声恶化了其成像质量.提高图像的信噪比一直是光学相干层析系统研制中一个焦点问题.根据光学相干层析系统采集的原始图像的信号和噪声分布的特点,对双变量收缩的小波去噪方法进行了改进,增加噪声系数比较多的子带的死亡地带半径来去除图像的噪声.利用对比度噪声比率、信噪比和边缘保持参数等评价指标来评价图像的改善效果.结果表明该方法能有效地去除噪声并可保留光学相干层析原始图像的边缘特征.     

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。     

线照明并行谱域光学相干层析成像系统与缺陷检测应用研究

针对玻璃缺陷在线无损检测的迫切需求,本文报道了一种基于线照明并行谱域光学相干层析成像系统的大视场检测系统.该系统采用快速面阵CMOS相机,单次拍摄即可获取完整的横截面(B-scan)图像.基于线照明面阵探测器的并行谱域光学相干层析成像系统,可以同时获取沿线照明方向各位置处的深度分辨信息,避免了横向扫描机构的应用.研制系统的轴向分辨率为17.9μm,并行方向上的横向分辨率55.7μm,扫描方向上的横向分辨率为24.8μm,轴向扫描速率为128 000 A-scan/s,横向视场为32 mm,空气中成像深度大于6 mm,成像灵敏度达到62 dB以上.利用研制的线照明并行谱域光学相干层析成像系统,开展了不同类型玻璃表面及其内部缺陷的检测应用研究.     

血管内光学相干层析成像中的冠状动脉支架重建

冠状动脉支架置入已经成为冠状动脉粥样硬化性心脏病的重要治疗手段。药物洗脱冠状动脉支架断裂(CSF)的识别与检测是目前的难点问题。血管内光学相干层析成像(IVOCT)系统以其极高的成像分辨率在CSF识别与检测方面具有独特优势。本文提出了一种在IVOCT中对冠状动脉支架精准重建的方法。该方法利用金属支架具有成像阴影这一特征,在血管边界分割后,将支架及其一定深度阴影的强度值进行累加生成一维数组,然后将一维数组按照回撤次序排列形成支架展开图像。与三维成像、纵切图像等支架重建方法相比,所提方法不仅可以保持支架的整体结构,而且避免了对操作人员空间想象力的要求。本文利用所提重建方法定量识别和分析了CSF,该方法可针对不同的支架结构选择不同的IVOCT成像参数。     

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。