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.     

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.     

光学相干层析成像随深度变化的色散补偿方法

提出一种随深度变化的色散补偿方法,用以提升频域光学相干层析成像系统的纵向分辨率。该方法利用迭代算法计算出不同成像深度处的色散补偿系数,通过数值计算,得到色散补偿系数与成像深度的关系表达式,计算出各成像深度处的色散补偿系数,利用这些色散补偿系数消除相应深度位置处信号的高阶色散相位,从而有针对性地对系统中参考臂与样品臂的色散失配进行补偿,消除色散的展宽效应。理论推导和实验结果表明,光学相干层析成像系统中,随深度变化的色散补偿方法对各成像深度位置处的信号,包括成像深度较深位置处的弱信号,均可以进行有效的色散补偿,进而得到更多的样品结构信息。     

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。     

双光栅快速扫描光学延迟线的色散补偿

光学相干层析成像(OCT)系统的纵向分辨力不仅与光源的带宽有关,而且与系统中两干涉臂间的色散匹配有关。如果色散没有得到精确匹配,将使光学相干层析成像系统的纵向分辨力达不到所预期的理论值。色散问题在超高分辨光学相干层析成像系统中尤为突出。提出了一种基于双光栅快速扫描光学延迟线(RSOD),用于光学相干层析成像系统的色散补偿。该方法中新增的光栅引入了光栅间距这一独立变量,其与常规单光栅快速扫描光学延迟线机构中的光栅离焦量一起,可使光学相干层析成像系统中的群速度色散(GVD)和三阶色散(TOD)同时得到补偿。分析了双光栅快速扫描光学延迟线的色散特性和色散调节原则,并提供了一个典型光学相干层析成像系统中的色散补偿实例。     

基于光程编码与相干合成的三维超分辨术

光学相干层析成像的轴向分辨率和横向分辨率是互为独立的,其轴向分辨率由系统光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定,而横向分辨率由系统样品臂的聚焦条件决定. 提高光学相干层析成像的轴向分辨率的方法主要基于宽带光源技术以及变迹术与相干门相结合的方法,而这些方法对于横向分辨率并没有提高. 提出了一种通过光程编码与相干合成的方法,可以同时提高其轴向分辨率和横向分辨率. 通过在光学相干层析成像系统的样品臂中加入光程编码分束器形成多种对应不同光程延迟的有效响应函数,基于光学相干层析成像术固有的光程分辨能力可以得到同一样品对应于不同有效响应函数的多幅图像. 通过数字控制不同有效响应函数的相对贡献对其进行相干合成,可以同时实现轴向和横向的超分辨效果. 与以前的方法相比,光程编码与相干合成方法简单易行、成本低廉,不仅可以避免系统复杂和价格昂贵等不足,而且可以同时较大幅度地提高系统的轴向分辨率和横向分辨率. 关键词： 光学相干层析成像 轴向超分辨 横向超分辨 光程编码     

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。     

基于观察矩阵的频域光学相干层析成像图像重构算法

频域光学相干层析成像技术是一种新型的医学成像技术,其传统的图像重构算法主要是基于傅里叶变换。但这种重构算法的主要缺陷在于其纵向分辨率随着深度位置的变化而明显下降。为了使频域光学相干层析成像系统的纵向分辨率在整个成像深度内基本保持不变,提出了一种基于观察矩阵的图像重构法,并用该法重构了平面镜以及皮肤信号。结果表明,这种图像重构法能够使频域光学相干层析成像系统保持纵向分辨率不变。与文献报道相比,这种方法在保持系统简单性的同时,还保持了高的纵向分辨率,并在成像深度范围内使得纵向分辨率基本保持不变。     

系统中基于快速扫描光学延迟线的色散补偿

分析了光学相干层析成像(Optical Coherence Temography,OCT)系统中色散失配对系统纵向分辨率的影响,详细阐述了快速扫描光学延迟线(Rapid Scanning Optical Delay Line,RSOD)的色散性质,提出并采用基于RSOD的色散补偿方法,实验验证了这种色散补偿方法能够实现OCT系统的纵向分辨率接近于理论值,并因此得到了高质量的OCT图像.     

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.     

Fourier domain optical coherence tomography using optical demultiplexers imaging at 60,000,000 lines/s

We describe high-speed Fourier domain optical coherence tomography (OCT) using optical demultiplexers (ODs) for spectral dispersion. The OD enables separation of a narrow spectral band of 14 GHz (0.11 nm) from a broadband incident light at 256 different frequencies in 25.0 GHz intervals centered at 192.2 THz (1559.8 nm). OCT imaging of 60,000,000 axial scans per second was achieved through parallel signal acquisition using 256 balanced photoreceivers to simultaneously detect all the output signals from the ODs in a Fourier domain OCT system. OCT imaging at a 16 kHz frame rate, 1100 A-lines per frame, 3 mm depth range, and 23 microm resolution was demonstrated using a resonant scanner for lateral scanning.     

利用变迹术和相干门相结合实现光学相干层析成像术轴向超分辨

光学相十层析成像（光学相干层析成像术）的轴向分辨力由光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定。提高光学相干层析成像术轴向分辨力的方法主要基于带宽光源技术。提出了一种将变迹术与光学相十层析成像术相干门有机结合的方法来提高其轴向分辨力。通过适当形式的光瞳滤波器．使光学相干层析成像术系统轴向响应的主瓣宽度缩小到相干门之内,而其旁瓣则处于相干门之外．不对相干成像产生有效贡献。这样．就能在光源带宽不变的条件下,有效提高光学相十层析成像术的轴向分辨力,避免了采用宽带光源所带来的费用昂贵和系统复杂等缺陷。     

宽场光学相干断层成像系统的三维显微成像

宽场相干断层成像技术（WFOCT）具有提高OCT系统的扫描速率和实现高分辨率的三维显微技术等优点,成为当前研究的热点。本文阐述了WFOCT的基本原理,利用八步移相法重建出玻璃物体微细结构的断层图像,研究了宽场OCT系统对玻璃材料的纵向分辨率和探测深度,其中探测深度可达3.3 mm。在获得多幅断层图像的基础上,利用VC6.0和OpenGL混合编程,采用移动立方体（MC）算法重建出玻璃物体微细结构的三维图像。实验结果表明,WFOCT系统不但能够在生物组织检测等医学方面得到应用,而且对反射率较高的物体能够完成三维形貌显微成像探测和深度探测。     

High resolution optical coherence tomography by ?1-optimization

An algebraic optical coherence tomography (OCT) method is presented in this paper for high resolution tomography imaging. The method achieves high resolution by formulating the frequency domain OCT (FD-OCT) into a ?₁-optimization based algebraic reconstruction problem. The performance of the proposed algebraic method is evaluated by simulation and experiment, and compared to the FD-OCT method. It is shown that the proposed method can deliver high resolution beyond the coherence length and imaging depth bigger than the ones of the FD-OCT method. The computational load is greatly reduced compared to the traditional algebraic reconstruction methods.     

High-resolution optical coherence tomography over a large depth range with an axicon lens

In optical coherence tomography, axial and lateral resolutions are determined by the source coherence length and the numerical aperture of the sampling lens, respectively. Whereas axial resolution can be improved by use of a broadband light source, there is a trade-off between lateral resolution and focusing depth when conventional optical elements are used. We report on the incorporation of an axicon lens into the sample arm of an interferometer to overcome this limitation. Using an axicon lens with a top angle of 160 degrees , we maintained 10-microm or better lateral resolution over a focusing depth of at least 6 mm. In addition to having high lateral resolution, the focusing spot has an intensity that is approximately constant over a greater depth range than when a conventional lens is used.     

High-speed phase- and group-delay scanning with a grating-based phase control delay line

A rapid-scanning optical delay line that employs phase control has several advantages, including high speed, high duty cycle, phase- and group-delay independence, and group-velocity dispersion compensation, over existing optical delay methods for interferometric optical ranging applications. We discuss the grating-based phase-control delay line and its applications to interferometric optical ranging and measurement techniques such as optical coherence domain reflectometry and optical coherence tomography. The system performs optical ranging over an axial range of 3 mm with a scanning rate of 6m/s and a repetition rate of 2 kHz. The device is especially well suited for applications such as optical coherence tomography that require high-speed, repetitive, linear delay line scanning with a high duty cycle.     

Fast scanning transmissive delay line for optical coherence tomography

A novel Fourier domain fast scanning optical delay line is proposed in which the walk-off is eliminated by only two passes through a diffraction grating. Working in transmission, the novel delay line is ideal for balanced optical coherence tomography configurations with recirculation of the reference beam. We evaluate theoretically and experimentally its walk-off and dispersion compensation capabilities.     

Dual-fibre stretcher and coma as tools for independent 2nd and 3rd order tunable dispersion compensation in a fibre-based ‘scan-free’ time domain optical coherence tomography system

Dispersion compensation up to the third order is experimentally demonstrated by using a dual-fibre stretcher combined with the coma of an imaging lens, in a fibre-based scan-free time domain optical coherence tomography system, leading to an axial resolution of less than 3 μm.