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.     

光学相干层析图像的处理研究

提出一种基于各向异性扩散算法Catté模型的图像处理改进方法,通过对阈值k的修改以控制扩散强度,可实现在平滑光学相干层析图像的同时保护图像的边缘特征.对不同样品的光学相干层析图像处理.实验结果表明,改进后的算法更有利于噪音的滤除和边缘特征信息的保护.     

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。     

结合计算层析与光学相干层析测量折射率分布

通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。     

用于频域光学相干层析成像的深度分辨色散补偿方法

提出一种深度分辨的色散补偿方法,用于增强频域光学相干层析成像的纵向分辨率。将频域光学相干层析成像采集的干涉谱信号傅里叶变换到空域,获取对应不同深度的干涉谱条纹相位,通过对其进行调整实现对被测样品不同深度处的色散的精确补偿。避免传统方法中采用统一色散系数进行色散补偿所带来的过补偿与欠补偿误差,可以有效消除色散引起的频域光学相干层析成像系统点扩展函数的展宽和扭曲。模拟和实验结果表明,基于深度分辨的色散补偿方法在样品的全深度探测范围内可以达到较佳的补偿效果,可有效提高光学相干层析成像系统的纵向分辨率。     

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。     

用光学相干层析进行粒子流流速全部分量测量

采用光学相干层析研究了粒子流背向散射光强的涨落特性,将粒子对背向散射光的影响分为相位调制和振幅调制两部分,建立了粒子流流速全部分量测量方法,由背向散射光强信号分别得到粒子流多普勒频移和渡越时间,进而计算出流速的纵向分量和横向分量,用聚苯乙烯粒子悬浮液对这种流速测量方法进行了实验验证。     

基于光学相干层析术的组织光学性质测量

通过在光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)模型中考虑多重散射的影响,提出了一种提取出不同深度处的组织光学性质,包括散射系数和各向异性因子的算法.当把吸收系数作为算法中的第三个拟合参量时,能减少算法拟合过程中由于吸收作用的影响而带来的误差.基于包含吸收因子的OCT扩展模型,改进的算法也能够提取出吸收系数.这些算法的有效性通过对聚苯乙烯微球溶液样品的测量实验得到验证.     

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.     

正弦相位调制的频域光学相干层析成像

提出一种基于正弦相位调制的频域光学相干层析成像,利用正弦相位调制干涉术探测复频域干涉条纹的实部和虚部,重建复频域干涉条纹。对该复频域干涉条纹作逆傅里叶变换后,消除了频域光学相干层析成像中存在的复共轭镜像以及直流背景和自相干噪声。对玻璃片样品进行了层析成像实验。实验结果表明,采用正弦相位调制的频域光学相干层析成像,将可利用的成像深度范围扩大到原来的2倍,实现了全深度探测的频域光学相干层析成像。     

用于全场光学相干层析成像的无色散相移器研究

提出了基于旋转λ/2波片无色散相移器的理论模型,和实施该相移器功能的全场光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)系统,为实现快速、高分辨光学相干层析成像提供了一种有效方法。该相移器能在宽光谱范围内无色散地获得八倍于λ/2波片旋转角的相移量,避免了利用单色光相移算法提取信号时存在的系统误差。针对修正Carré算法和三步相移算法所要求的不同相移量,在240 nm波长范围内,对相移器的性能进行了数值分析。结果表明,在给定光谱范围内,相移量越大,相移误差的绝对值也越大,幅值比变化范围也越大。用于实施无色散相移器功能的全场光学相干层析成像系统结构,与现有结构相比,具有一些有益的特点。     

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.     

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。     

样品散射对频域光学相干层析成像光谱形状和深度分辨率的影响

研究了样品散射性质对频域光学相干层析成像干涉谱信号和深度分辨率的影响。理论分析和模拟结果表明:样品散射使干涉谱信号的强度分布发生改变且向长波方向偏移,进而降低了成像的深度分辨率;样品的散射系数越大、深度越深,偏移越严重,深度分辨率降低越多;使用相应的校正函数可以提高深度分辨率。     

OCT系统对人体牙齿组织的非失真成像深度的研究

利用基于蒙特卡罗方法的牙组织光学相干层析(OCT)成像模型,研究了不同牙组织的OCT非失真成像深度。通过模拟入射高斯光束以及光在牙组织中的传输,分别获得了单层牙釉质、单层牙本质以及两层牙组织结构的二维仿真OCT图像,与实验结果具有定性的一致性。通过分析二维仿真OCT图像所对应的一维OCT信号,分别得到了三种牙组织结构的平均非失真成像光学深度。研究结果表明,OCT系统对牙齿组织的非失真成像光学深度在150~2400μm之间,其中牙釉质的非失真成像深度要远大于牙本质的成像深度。所得的结果对于在实验中利用OCT图像对组织结构有效信息进行判断具有一定的参考价值。     

光学多普勒层析三维矢量测速方法研究

光学多普勒层析术(ODT)是一种高分辨、非侵入的生物医学成像手段,能同时得到组织的结构信息和组织内血管的流速信息.提出了一种新型的基于相位分辨技术的ODT三维矢量测速方法.在ODT系统样品臂的准直镜和聚焦透镜之间加入窄带相位片,形成三个不同的相位延迟,通过计算多普勒频移和不同相位延迟下的多普勒展宽,可得到毛细管内的三维矢量流场分布.对已知浓度的聚苯乙烯溶液进行了一系列不同角度和不同流速的实验,结果证明这种新型的ODT矢量测速方法可以较精确的实现三维矢量流速的测量.