基于光学相干层析气冲印压技术研究角膜生物力学特性

结合频域光学相干断层层析术（SDOCT）以及空气脉冲印压技术（OCT气冲印压系统）研究了角膜的生物力学特性。采用热成型硅胶模拟角膜形态设计制作了8种不同硬度的角膜仿体,通过联接吊瓶和压力传感器控制并设定角膜仿体的前房压力。运用快速气脉冲作用于角膜,同时用OCT记录角膜整个动态形变过程,测得了角膜仿体形变参数——最大压陷深度（DA）,并分析得到了反映角膜生物力学特性的硬度系数。结果显示：角膜仿体中央的实际厚度为（504.12±17.04）μm,不同硬度硅胶的角膜仿体的杨氏模量为90-1 400kPa,同一角膜仿体的杨氏模量值与模拟前房眼内压成正相关。同一眼内压下3次重复性实验表明OCT系统测量参数DA具有很高的重复性（ICC=0.992 6）;不同观察者A和B的一致性实验表明,DA具有很好的一致性（差值均值为1.1μm）。不同眼压下所得仿体角膜的硬度系数与传统的拉伸实验测得的该仿体的杨氏模量具有明显的相关性（r=0.99,P〈0.001）。得到的测试结果表明,OCT气冲印压系统可以用来检测角膜生物力学特性,系统测量结果精确可靠。

频域光学相干层析术系统中高准确度高灵敏度补偿色散法

将色散测量方法和快速扫描延迟线技术相结合,在谱域光学相干层析系统中实现了对群延迟色散的精确补偿.在该方法中,先在样品臂中放入平面反射镜,等间隔移动参考臂中快速扫描延迟线系统中光栅的位置,同时测量系统参考臂和样品臂之间的群延迟色散差值.当该值为零时,则表明系统色散匹配.将该方法与基于点扩散函数半高宽的方法进行比较,发现基于半高宽方法的测量误差为4.43%,而该方法的测量误差为0.76%;在色散补偿过程中,随着色散匹配点的靠近,半高宽方法的灵敏度由92.105 3fs2减小到1.344 7×103 fs2,而新方法的灵敏度则保持165.789 5fs2,表明本文提出的色散补偿法具有较高的色散补偿准确度和灵敏度.实验表明,色散补偿后的系统分辨率接近理论值;在补偿系统色散的同时,还可以根据测量所得色散值的符号来判定光栅的移动方向,从而更容易地完成补偿工作.

基于光谱法的内窥光学相干层析扫描成像系统的研究

结合了内窥镜和光谱OCT(spectral domain optical coherence tomography,SDOCT)技术,介绍了SDOCT的成像原理和系统的一些参数.利用光谱仪对干涉仪产生的干涉信号进行光谱展开,得到光谱解析干涉图样,设计算法以获取样品的深度信息.搭建基于光谱干涉法的光纤化SDOCT内窥成像系统,利用电机驱动直角反射棱镜旋转,对样品扫描成断层图像.采用多层盖玻片作为样品进行旋转扫描成像实验,获得的样品图像同时显示了样品的表面和深度的信息,表明该方法可以旋转扫描成像.

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．

光学相干层析术无损检测血糖的测量效果评价

为改进现有光学相干层析术(OCT)无损检测血糖评价方法的不足,提出将OCT信号斜率相对变化量和相对标准误差相结合来评价测量结果,并同时得到血糖的理论测量精度。首先,分析了OCT系统共焦函数对测量结果的影响及OCT信号斜率相对误差的计算方法,然后,通过对3只新西兰白兔进行活体实验来评价OCT无损检测血糖的测量结果。在测量血糖引起的OCT信号斜率相对变化量的同时,对OCT信号斜率相对误差也进行了计算,从而获得血糖的理论测量精度。新西兰白兔活体实验表明,线性度较好的拟合区间下OCT信号斜率相对变化量和相对误差分别为(3.7%)/mmol和0.068,(3.4%)/mmol和0.026,(0.93%)/mmol和0.019,血糖理论测量精度分别为±3.7 mmol,±1.5 mmol和±4.1 mmol。OCT信号斜率的相对变化量和相对标准误差相结合的评价方法能更有效地提高血糖理论测量精度,而且拟合区间越大,血糖的测量精度越高。

位相分辨偏振灵敏光学相干层析术:组织双折射特性的成像与定量分析(英文)

我们研制了一种基于光纤的位相分辨偏振灵敏光学相干层析成像系统。该系统中的偏振状态控制设置在参考臂而非光源臂上,因而使得光抵达样品的传输效率大大提高。鉴于光源的部分偏振性,入射于样品上的光含有任意偏振状态的分量,通过对参考光偏振状态的调制,就可相干地提取对应于入射光四种正交偏振状态并经样品后向散射的光信号。基于斯托克斯矢量夹角在无损光纤系统传输的变换不变性,我们能利用测量臂中光信号的斯托克斯参数来确定双折射样品深度分辨的位相延迟信息。利用所研制的偏振灵敏光学相干层析成像系统,不仅确认了韧带和软骨的双折射性质,而且定量分析了不同条件下韧带的双折射变化。研究结果表明:韧带松弛可使其双折射特性明显减弱,而韧带经拉伸后,其双折射特性的变化却不明显。

线聚焦光学相干层析术的研究

提出了一种高速光学相干层析(OCT)成像技术方案。利用柱面镜的成像特性将传统OCT的点聚焦成像模式改变为线聚焦成像模式,从而降低二维OCT图像的扫描维数,达到提高成像速度的目的。利用ZEMAX光学软件对系统进行光线追迹获得光束经过柱面镜后的聚焦情况。随后采用635nm的激光光源和柱面镜构建了实验系统,实验结果很好地验证了光线追迹仿真结果。

基于谱域光学相干层析系统中光谱涨落的指纹获取

指纹因其特异性和稳定性等特点而被称为"证据之首",在案件侦破中起着极其重要的作用。多种物理学、化学和光学技术都可以用于获取现场遗留的指纹,然而这些方法存在一些缺点,如会对指纹造成破坏、潜在的毒副作用、在现场留有痕迹等。利用谱域光学相干层析(spectral domain optical coherence tomography,简记为SD-OCT)技术进行指纹探测具有非接触、对指纹无损伤和高灵敏度的优势,利用OCT系统的相位敏感性我们可以在低对比条件下再现遗留在物体表面的指纹,但处理结果受指纹所在表面高低起伏影响,使得指纹信息对比度降低,难以被分离和提取。本文提出了一种基于干涉光谱涨落的指纹获取方法,只需对OCT系统得到的干涉光谱的涨落进行处理分析,即可得到遗留在物体表面的指纹图案,不需进行相位和表面轮廓高度的求取,算法简单、处理速度快,处理结果不受样品表面高低起伏的影响。实验结果表明,在起伏表面上,使用该方法也能较好地显现遗留在物体表面的指纹图案。

光学相干层析成像技术发展及应用

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)在近二十多年来迅速发展,是一种基于相干干涉原理将光、电以及计算机图像处理技术结合为一体,利用样品的后向散射光对样品进行成像的新型成像技术,适用范围广,受到众多科研学者的关注。OCT具有无损伤、非介入、非接触、图像分辨率高且操作简单、便携、易与内窥镜结合等优点,广泛应用于光学检测、工业检测、医学、生物诊断检测、科学研究等领域。由于OCT在用于软组织成像时组织穿透深度有限等原因,导致该技术在生物医学领域尚未实现推广应用。目前OCT技术发展尚不成熟,相关科研工作者致力于增加系统穿透深度、提高分辨率和信噪比、优化系统综合性能等方向的研究。相关技术的突破,能有效改善系统成像质量、扩大OCT技术应用范围、提高医疗检测技术水平,对促进光谱成像技术的发展具有重要意义。

光学相干层析术中的图像处理研究

超辐射发光二极管（ＳＬＤ）和超短脉冲飞秒激光是光学相干层析（ＯＣＴ）的理想光源．实验中，ＳＬＤ光源的边峰效应，造成了ＯＣＴ图像的模糊，本文采用一阶近似的方法，对图像进行了处理，获得了清晰的层析组织结构图；文中还提出出现边峰的原因是器件本身所致，模拟结果与实验相符．

光学相干层析术在医学中的应用

光学相干层析术是从强散射介质中获取图像最有前途的一种新技术,介绍了其组成和工作原理以及在眼科、心血管系统、消化系统等医学领域的成功应用。

光学相干成像结合反射光谱技术对小鼠烫伤模型的评估

光学相干层析成像（OCT）和反射光谱技术用于精确地评估小鼠烫伤模型。在相同作用时间不同温度下,皮肤厚度呈线性增加;皮下肌肉组织拟合吸收系数和斜率呈V字型变化,在80℃时,处在最低处;在65~85℃时,光谱一次微商的波峰与波谷明显分离,85℃之后这种能力逐渐减弱;色坐标值中,红色数值在60~70℃和90~95℃两个温度之间急剧减小,代表绿色数值一直缓慢减小,而蓝色数值增加。相同温度不同热作用时间下,皮肤的厚度略微减小;拟合吸收系数在热作用少于20 s时间内数值较大,在30 s后数值较小;构造的斜率变化很小;色坐标值在作用时间超过20 s时,变得相对稳定。以上参数主要发生在作用时间为10 s,超过这个时间,变化相对很小。这些变化能够反映出皮肤和皮下组织在热作用下,充血带、水肿瘀滞带和凝固带的形成和转化。这两种技术结合能够为临床提供一种实时的、低消费的、非侵入的在体的烫伤检测的新的光学活检手段。

基于光学相干层析成像技术的鼠皮肤II度烫伤及其修复过程监控

建立小鼠皮肤的Ⅱ度烫伤的模型,分别于烫伤前、烫伤后1 min、8 h、1 d、3 d、5 d、7 d、9 d、11 d、13 d、15 d、17 d,用光学相干层析成像技术(OCT)对烫伤的创面进行动态的监测,同时对创面进行组织病理学的检测,对结果进行分析。利用OCT单次散射模型获得皮肤在烫伤前后光衰减系数的变化情况,结果显示光衰减系数的值在烫伤后是呈先减小后增大的趋势,待修复完全后又恢复到烫伤前相近的值。该结果与组织病理学的结果相吻合,这表明OCT技术可以用于实时诊断烫伤的皮肤。

光学相干层析技术在眼科手术导航方面的研究进展

在眼科显微手术中,传统的术中成像方式由于缺少深度信息,限制了内部结构和手术器械的可视化。光学相干层析成像技术(OCT)是一种非接触式断层成像技术,由于其能提供深度信息、非侵入、成像快、分辨率高等优点,被广泛应用于眼科手术的术中导航。典型的OCT设备可分为手持OCT和显微镜集成OCT。本文简要介绍了时域OCT和频域OCT的原理和发展,回顾了OCT眼科手术导航设备的发展历程,并对各个类别中有代表性的OCT系统进行了介绍,对其成像原理、性能、优缺点等进行了描述和对比,最后对该技术在眼科手术中的应用做出了总结和展望。

基于偏振敏感光学相干层析术的人体组织退偏特性在体测量方法

报道了一种基于偏振敏感光学相干层析术的人体组织退偏特性在体测量方法。以人体手指指甲为样品,采用基于斯托克斯矢量的测量方法和基于宏观穆勒矩阵的测量方法,获得了指甲的不同退偏参数图像,并通过比较图像来衡量这两种方法的优劣。基于穆勒矩阵的方法获得的图像中,能明显区分出甲床结构,对比度高,但能显示出的结构较少。基于斯托克斯矢量的方法获得的图像中,不同偏振光在样品同一位置处获得的退偏均匀度值不同。选取45°偏振光计算其后向反射光的圆偏振度可以获得样品结构信息,包括指甲的甲板、甲床和甲基质下的真皮层。基于斯托克斯矢量法入射45°偏振光测量圆偏振度的方法计算量小,且提取出的结构信息最多,成像效果最好。

光学相干层析成像参数对晚期特发性黄斑前膜术后视力的预测价值

目的分析晚期特发性黄斑前膜(IMEM)患者的病历资料及光学相干层析成像(OCT)图像资料,探讨OCT结构参数与手术前后视力之间的关系,寻找术后视力预后的最佳预测指标,并找出该指标的最佳阈值。方法基于以异常中心凹内层(EIFL)为标志的分级方案,纳入本研究的3级IMEM患者共40例(40眼),所有眼术前均为人工晶状体眼,均接受了23 G玻璃体切除手术,剥除黄斑前膜及内界膜。分析术前OCT结构参数与手术前后视力的相关性,观察手术前后视力及OCT结构参数的变化规律,寻找术后视力的最佳预测指标,并找出该指标的最佳阈值。结果术后12个月最佳矫正视力(BCVA)与术前BCVA、中心凹厚度(CFT)和异常中心凹内层厚度(EIFLT)均相关。在多元回归分析中,仅EIFLT与术后BCVA存在强相关性(r=0.756,P<0.001)。术后12个月,40例中仍有23例(57.5%)为3级阶段。术前EIFLT<148.5μm,术后12个月BCVA最有可能≥4.7。结论术前EIFLT是3级IMEM术后最终BCVA的独立预测因素,两者呈负相关。手术后仅部分患者的EIFL表现出解剖改善,仅部分术前EIFLT较小的患者可获得相对较好的术后视力预后。

基于光学相干层析术的斑马鱼颅骨密度定量分析方法

斑马鱼广泛地应用于骨退化相关的机制研究和新药开发过程中。目前临床应用检测骨密度(BMD)的方法主要有单光子吸收、双光子吸收、双能X线吸收、定量CT和超声技术等,上述方法均难用于斑马鱼的研究中。本文旨在寻求一种新式的、适用性强和操作简易的定量分析斑马鱼BMD的方法。对采集到的使用125μmol/L泼尼松龙溶液诱导骨质疏松的斑马鱼在0、7、14、21 d的光学相干层析成像的图像依次进行灰度化、二值化、图像分割、阈值分割和密度投影,最后进行了颅骨BMD统计。试验结果表明,此方法可以有效地定量分析出不同天数斑马鱼骨质疏松程度,适用于研究泼尼松龙诱导的不同天数对斑马鱼BMD的影响、大通量斑马鱼骨质疏松药物筛选、药物评价等,是一种将斑马鱼颅骨BMD定量化分析的新方法。

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.

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.

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.