谱域光学相干层析系统深度扩展技术研究

对谱域光学相干层析系统(SD-OCT)进行成像深度扩展,能清晰地探测到更深层次的样品信息。提出结合去除复共轭镜像和焦平面叠加的方法来提高探测深度。首先通过光束偏移振镜中心,对样品添加载波频率,基于希尔伯特变换滤除负频信号,去除复共轭镜像,再对样品不同深度聚焦成像,实现聚焦平面的叠加,最终扩展成像深度。基于去复共轭成像系统测量不同样品的图像,验证了该方法的有效性和可靠性。针对透明片材料,系统有效成像范围扩大一倍,从1.97 mm达到3.94 mm,针对结肠组织,有效成像深度从0.51 mm扩展到0.65 mm。结果表明,深度扩展技术能够提升成像范围,同时也突破了焦深限制,样品深层结构信息也清晰可见。

计算增强光学相干层析成像技术研究进展

光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)作为一种重要的无损断层三维成像技术,应用场景广泛。不断发展的场景需求对OCT技术的性能提出了新的要求,包括分辨率提升、焦深解耦、像差校正及分辨率各向异性改善等。在过去的十几年内,一系列基于计算成像的方法被证明能有效实现上述性能提升。本文围绕上述OCT成像4个性能提升需求,总结综述了代表性的计算成像方法。分析对比了相应计算成像方法之间的优劣,并对未来发展趋势进行展望,旨在为计算成像方法在OCT领域的进一步研究与应用提供参考。

光学相干层析成像技术在膜污染研究中的应用

简述了光学相干层析成像技术(Optical coherence tomography,OCT)的成像原理和监测优势;由于可快速生成高分辨率的污染层二维和三维图像,可用于表征污染层形成过程､定量分析污染层､表征膜内部污染与润湿､耦合深度学习模型预测膜污染,促进对膜污染形成过程和机制的理解;总结了OCT在膜污染分析中的主要问题,并对未来的研究进行了展望。

双模态全视场光学相干层析技术的角膜缘高分辨率成像

目的:开发细胞级高分辨率、结构与功能一体化的双模态全视场光学相干层析系统(full-field optical coherencetomography,FFOCT),实现角膜缘组织的双模态FFOCT成像。方法:基于Linnik干涉成像原理,利用高数值孔径显微物镜(NA=0.8)及高速平面互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)相机,设计搭建高分辨率的组织静态结构和内源动态功能成像一体化双模态FFOCT系统;构建基于四相位调制结构影像提取及时域干涉信号动态频谱分析的功能影像重建算法;对人供体角膜缘组织开展各深度层的双模式FFOCT成像有效性验证。结果:搭建的双模态FFOCT成像系统可实现横向分辨率0.5μm,轴向分辨率1.7μm,成像视野320μm×320μm,相机采集速度100 Hz。系统实现角膜缘组织无外源标记情况下的细胞级分辨率三维结构和内源功能成像,FFOCT静态结构影像清晰显示角膜缘上皮、Vogt栅栏、隐窝、基质、血管及淋巴管等结构,FFOCT动态功能影像突出显示了代谢活跃细胞(角膜缘上皮细胞、免疫细胞等)。结论:双模态FFOCT高分辨率成像系统可提供角膜缘微观结构和活细胞无标记内源功能可视化信息,将为角膜缘疾病的研究及临床诊疗提供全新的成像分析技术。

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．

光学相干层析分子成像方法初探

介绍了分子对比剂在光学相干层析成像(optical coherence tom ography,OCT)技术中的研究现状,概述了迄今出现的几种不同的光学相干层析分子成像方法(m olecu lar contrast OCT,简称为MCOCT),讨论了MCOCT的几个重要的实际问题:对比剂的选择范围、激发光强的限制、各种方法灵敏度比较以及MCOCT应用于临床与生物学领域需要考虑的因素。

光学相干层析系统噪音分析(Ⅰ)——理论与计算

为了提高光学相干层析系统的性能,本文主要从理论上分析研究光学相干层析系统噪音和灵敏度的相关计算原理.比较了无杂散光的理想情况与非理想情况下,平衡探测与非平衡探测光学相干层析系统的噪音特性,并给出了相应计算公式,为设计和研制光学相干层析系统提供一个较为系统的理论分析依据.

全光纤光学相干层析牙齿检测系统的解调

结合虚拟仪器技术和光学相干层析技术,设计了用于口腔牙齿检测的全光纤光学相干层析系统。通过对干涉信号进行一系列的变换、分析,获得离体牙齿的二维图像。使用LabVIEW实现信号的解调及控制,包括步进电机的驱动、数据同步采集控制、数字滤波、提取信号包络以及二维图像的重建。通过实验可测量出离体牙齿的内部细微结构,为早期的龋齿诊断提供依据。

光学相干层析成像三维分辨率测试模拟眼

尽管OCT早已在世界范围内获得临床诊断许可,但这项技术尚无任何国际标准。如何验证OCT的成像能力及有效性被认为是该技术标准化进程中的重要一环。本研究研制了一种可用于OCT三维成像分辨率测试的模拟眼。该模拟眼利用透明树脂材料仿真了人眼的重要光学元件:角膜与晶状体。采用3D打印技术在模拟眼眼底制作出了参照USAF1951靶板设计的三维分辨率测试图案。研究结果表明该模拟眼能够对OCT设备的三维成像分辨率性能进行初步评估,通过进一步改进,未来可用于注册检验或日常质控。

光学相干层析用于牙齿病变的检测

阐述了适用于牙齿结构成像的光学相干层析成像(OCT)系统。系统光源中心波长为1 310 nm,成像分辨率10μm,在牙内成像深度2 mm,成像速度1幅/秒,系统信噪比100 dB。利用此OCT仪清晰检测到牙齿样品的牙釉质和牙本质,观察到牙釉质与牙本质的分界面以及正常牙齿牙釉质与龋齿牙齿牙釉质OCT图像的区别。进一步设计研制了适用于口腔内探测的小型OCT探头。

光学相干层析技术在光学表面间距测量中的应用

搭建了适于镜头中光学表面间距测量的实验装置,用于非接触高精度测量镜面间距。该装置以光纤型时域光学相干层析系统为基础,通过光学表面的层析成像精确测量其相对位置。对样品扫描装置进行了改进,利用高精度导轨移动光纤准直器来移动成像范围,实现对不同深度光学表面的层析成像。利用实验测量系统完成了对空气间隙样品及已装调好镜头的光学表面间距的测量,其中空气间隙样品的测量值为6.026mm,用游标卡尺得到的对比测量值为6.02mm;对镜头关键参数空气间隙的测量值为10.750mm,其设计值为(10.7±0.03)mm。实验系统误差为3.871μm,测量灵敏度为10.5μm。结果显示该方法具有非接触、高精度、高灵敏度的特点。

用于玉石结构分析的光学相干层析技术

描述了光学相干层析方法在玉石检测中的应用。利用中心波长1310 nm的宽带光源和傅里叶域光学延迟线实现了扫描速度1 frame/s、纵向分辨率15μm、成像深度3 mm的光学相干层析成像系统。通过实验现象和物理解释阐述了光学相干层析图像信息与玉石结构特征的对应关系,并根据翡翠样品在层析成像中光学散射特性随深度变化的梯度和在二维被测切面内的强弱分布,提出了评估翡翠透明度和净度特性的光学方法,指出OCT图像特征亦可直观显示古玉钙化沁色部分的光学特性差异。实验结果验证了OCT检测方法用于区分翡翠透光特性的可行性,显示了OCT成像在辨别古玉钙化沁色特征中的应用潜力。

超高分辨光学相干层析成像技术与材料检测应用

本文报道了一种超高分辨率谱域光学相干层析成像(SD-OCT)系统.该系统基于超连续谱激光光源并截取部分光谱作为宽带光源,其中心波长为665 nm,光谱半高全宽(FWHM)230 nm.系统轴向分辨率0.9μm,轴向扫描速率28600行/秒,横向分辨率3.9μm,横向视场1 mm,最大成像深度0.6 mm(空气中).利用研制的超高分辨率SD-OCT系统,对不同型号的工业砂纸精细结构进行了成像,并与普通SD-OCT的成像结果进行对比,充分展示了研制系统在材料无损检测中优势.

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腜偷耐枷翊砀慕椒?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.

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.

光学相干层析术用于鲜红斑痣诊断

光学相干层析术(optical coherence tomography,简称OCT)具有非侵入性,高分辨及高速成像的优点,特别适合于生物医学领域。但由于大部分生物组织具高散射系数,通常仅能对表层组织下数毫米深度内进行成像。穿透深度不足限制了OCT在皮肤科等领域应用。作为常见多发病的鲜红斑痣具有病变组织浅,血管增生明显等特点,所以OCT非常适于鲜红斑痣的检测。通过选择皮肤穿透性好的中心波长为1310nm超辐射二极管,合理优化样品臂和参考臂光强比例及偏振控制,实现了对鲜红斑痣在体成像研究,采集了清晰的OCT图像,得到其关键特征参数,如表皮层厚度,血管直径等,对鲜红斑痣的诊断及制定合理治疗方案具有重要意义。

时域光学相干层析系统噪音分析和实验研究

本文从理论和实验上分析了存在拍频噪音时时域光学相干层析系统的噪音特性,给出了拍频噪音的具体估算方法.建立了描述一般时域光学相干层析系统实际噪音的简化模型,并给出了测量和寻找平衡探测光学相干层析系统最佳工作状态的方法.理论计算表明,平衡探测光学相干层析系统的信噪比受限于拍频噪音,理想情况下,最大信噪比可达100 dB左右;同时实验表明,如果实际的系统不能完全消除冗余噪音,其信噪比可能要比理论值小10-20 dB.本文的主要结果将可直接用于时域光学相干层析系统工作状态的测试和诊断当中,对频域光学相干层析系统噪音性能的分析和优化也将有所裨益.

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.

谱域光学相干层析成像系统的实验研究

为改善光学相干层析成像（OCT）技术图像的获取速度和灵敏度,搭建了一套基于光谱干涉法的谱域光学相干层析成像系统（SD-OCT）.该系统采用宽带光源照明,通过光纤迈克尔逊干涉仪产生物体的干涉图形并被光谱仪采集,物体内部结构图像则由干涉图形的傅里叶变换获得.研究表明,SD-OCT的数据获取速度比传统的OCT系统提高了将近40倍,达到了16 000/s的轴向扫描速率,其灵敏度也改善了20～30 dB.因此,SD-OCT可实现工程和生物材料内部结构的实时三维图像重构.

采用双树复小波和混合概率模型的光学相干层析图像去噪

为了去除光学相干层析图像中的斑点噪声,提出了基于双树复小波变换的混合概率模型ProbShrink算法.针对原始光学相干层析图像中信号和噪声的分布特点,在微观层面引入了混合概率模型:将OCT图像取对数后进行双树复小波变换,对于层状边缘中与边缘点"方向一致"的小波系数,采用广义高斯模型描述;对于其他小波系数,则采用高斯模型进行描述.而后采用改进的ProbShrink算法进行去噪.实验结果表明,该算法在大幅提升信噪比的情况下保持边缘锐度的相对稳定,优于传统的基于小波变换的去噪方法.