基于全场光学相干层析技术评估卵母细胞质量

卵胞质质量是影响卵母细胞发育能力的重要因素,然而目前仍缺少无损且客观高效地评估卵胞质成熟度的方法.已知胞质成熟度低是导致体外成熟卵母细胞发育能力远低于体内成熟卵母细胞的主要原因.全场光学相干层析技术(FF-OCT)具有无损非标记且三维高分辨的特点.经对比FF-OCT采集的体内成熟与体外成熟小鼠卵胞质图像发现,具有大面积高亮皮质区及胞质均匀分布的卵母细胞,其胞质成熟度更高.为验证这一点,对比了显微镜下筛选和FF-OCT筛选的体外成熟卵母细胞的体外受精率,发现显微镜筛选组的体外受精率远低于体内成熟的情况,FF-OCT筛选组的体外受精率与体内成熟组之间无显著差异.这说明FF-OCT筛选的体外成熟卵母细胞发育能力接近于体内成熟的卵母细胞.此外还利用FF-OCT成功观测到新鲜及老化卵母细胞之间的形态差别,即老化卵母细胞胞质均匀性更差及高亮皮质区更小.因此,FF-OCT可用于无损评估卵胞质质量,且大面积高亮皮质区的存在及胞质分布的均匀性是评估卵胞质质量的有效指标.

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.

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。

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．

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。

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。

全场光学相干层析在细胞成像中的应用研究

研制了一套基于Linnik干涉仪的全场光学相干层析(FF-OCT)系统对细胞进行层析成像。不同于其他FF-OCT系统的成像方法,该系统采用了基于Hilbert变换的图像恢复算法,只需2幅移相干涉图就可以恢复样品的结构信息,即使移相出现误差,仍能得到样品层析图。系统的实测纵向、横向分辨率分别达到1.1μm、2.5μm。通过对洋葱表皮细胞的初步成像实验,验证了该FF-OCT系统的可行性,为进一步实现高分辨率细胞成像奠定了基础。

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。

基于全场光学相干层析图像的人体肝组织癌变定量特征分析研究

利用实验室搭建的全场光学相干层析(FFOCT)系统对人体正常与癌变肝组织分别进行成像,获得了高分辨率的层析图像。针对人眼识别FFOCT图像时难以区分正常与早期癌变肝组织的问题,提取两者FFOCT图像的灰度特征并进行统计学分析,以实现在参数特征上区分两者的目的。结果表明,在正常与癌变肝组织初步提取的均值、方差和峰度等五个特征参数中,有四个显示出了明显的数值差异,可用于鉴别肝组织是否癌变。该研究结果为进一步研究如何利用FFOCT图像中所提取的特征参数作为判断实际临床诊断中生物组织癌变与否的诊断标准打下了基础。

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.

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.

相衬光学相干层析在无损检测领域的应用

光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)作为一种具有微米级分辨率和毫米级量程的层析成像技术,可用于透明/半透明物体(如聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等)内部微观结构信息的探测与成像。在结合了相衬方法后,该技术还可利用干涉信号的相位敏感特性,实现纳米级位移场与微应变级形变场的高灵敏度测量,用于材料内部全场力学行为的表征与测试。在近十余年发展中,相衬OCT已逐渐成为无损检测领域的研究热点,受到了国际相关学者的广泛关注。本文旨在介绍相衬OCT基本原理及其在检测领域典型应用(包括多层结构热变形场层析测量、聚合物内部固化过程可视化监测、材料内部微缺陷高灵敏辨识等)的基础上,对其未来发展进行探讨与展望。