扫频源光学相干断层扫描和时域光学相干断层扫描对近视患者房角参数测量的一致性分析

目的:探讨扫频源光学相干断层扫描(SS-OCT)和时域光学相干断层扫描(TD-OCT)在近视患者前房角测量的一致性。方法:回顾性选择2023年1-5月在陆军军医大学大坪医院眼科就诊的46(92眼)近视患者,所有患者均使用SS-OCT和TD-OCT分别对房角参数进行测量,对比分析SS-OCT和TD-OCT两种扫描方法测量中央前房深度(ACD)、房角开放距离(AOD500、AOD750)、巩膜突角度(SSA)、小梁网虹膜面积(TISA500、TISA750)等参数的差异;采用Pearson相关性分析法和Bland-Altman检验,分析测量的相关性和一致性。结果:两种扫描方法测量房角参数ACD比较差异均有统计学意义(t=-6.83,P<0.001);且AOD500、AOD750、SSA500、TISA500和TISA750的鼻侧测量数据差异均有统计学意义(t=-5.16、5.51、-6.51、-4.75、-5.69,P<0.001);颞侧测量数据差异均有统计学意义(t=-5.04、-4.8、-6.06、-3.84、-4.02,P<0.001)。两种扫描方法测量结果呈正相关(r=0.71~0.92),Bland-Altman分析显示2.1%~8.9%测量值在95%一致性界限外。结论:SS-OCT和TD-OCT在近视患者房角参数测量中存在差异,测量结果呈正相关。

基于界面信号的扫频光学相干层析成像系统相位矫正方法

由于扫频光源的采集触发信号和采样时钟信号存在时间上的随机延时,导致扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统干涉信号光谱的整体错移,进而引发OCT空间域信号的相位跳变,阻碍了基于相位信息的功能成像.为了获得稳定的相位,便于开展功能OCT的研究,提出了一种基于界面信号的数字相位矫正方法.对界面附近相邻A-line间同一深度的相位信号进行差分运算,计算得到相位跳变的A-line位置与光谱错移量(以像素为单位),然后在原始干涉信号上对齐光谱,重新傅里叶逆变换,得到矫正后的复信号.该数字矫正算法不会引入额外的相位噪声,可以实现OCT信噪比受限的相位探测.通过对反射镜、荧光板和小鼠脑皮层血流的多普勒成像验证了该方法的可行性.

内窥式扫频光源光学相干层析系统的探头设计

利用自聚焦透镜和单模光纤搭建了基于光纤旋转连接器的内窥式扫频光源光学相干层析成像系统.利用Zemax模拟了内窥探头的光学性能,分析了光纤到自聚焦透镜的距离和自聚焦透镜节距对探头性能参量的影响.在综合考虑元器件成本以及成像要求后,选择无需定制,节距为0.24Pitch的自聚焦透镜,确定光纤与自聚焦透镜之间的距离为0.7mm.经实验测得该系统的横向分辨率约为19.5μm,纵向分辨率约为9μm,工作距离约为7mm,成像深度为6.2mm(空气中),与理论值接近.为了验证该系统对生物组织的成像性能,利用该系统对猪食道进行离体成像,重建后的层析图中可以明显地观察到猪肠道的表皮层和固有层.测量系统的各项成像性能参量以及对生物组织的成像性能表明该探头在内窥成像中是可行的.

一种多样品臂扫频光学相干层析系统

报道了一种多样品臂扫频光学相干层析(OCT)系统,使用光开关将多路样品臂接入同一个扫频OCT成像系统,通过光开关的快速切换,实现了多路同时实时成像。设计并展示一个双样品臂的成像系统,两路成像性能均与典型扫频OCT系统相当;通过两路实时成像结果相结合,在仅使用少量额外硬件的情况下,实现了对成像视场的成倍扩展。

基于扫频OCT的高精度三维成像测量系统研究

为实现高精度的快速精密测量,文章依据调频连续波激光雷达(FMCW)基本原理,并结合扫频光学相干层析成像技术(扫频OCT),设计搭建了一套基于扫频OCT的高精度三维测量成像系统。本系统不仅通过光学结构优化、A-scan同步设计和非线性采样等技术实现系统在硬件层面的性能提升,还采用控制系统优化、B-scan平均光谱法、色散补偿等方法从软件层面进一步提升系统的成像性能。成像实验和成像系统性能测试结果都表明该系统具有较高的成像性能,可以实现测量精度为7.6μm的快速三维成像。

扫频光学相干层析视网膜图像配准去噪算法

多帧叠加平均处理是去除扫频光学相干层析系统散斑噪声、获得较为清晰结构信息的有效方法,但眼睛的震颤、漂移、微眼跳等生理特性和系统光路特性会使图像之间存在错位,导致叠加效果不佳、结构稳定性差,为此本文提出一种基于灰度分布信息和目标几何信息相结合的配准算法。该方法根据图像平均灰度分布提取包含目标信息的感兴趣区域,通过相位相关算法和基于分段拟合的灰度投影算法的双重作用校正图像的平移变换;通过拟合视网膜上边界作为特征点迭代确定最佳旋转参数,并再次重新估计平移参数,实现图像的刚性配准;最后通过轴向扫描一对一映射法以能量函数为约束条件实现图像的非刚性配准。对活体兔眼进行实验,结果表明,本文算法配准后的叠加图像边界清晰,结构信息增强,信噪比和对比度平均有效提高一倍多。本算法适用于强噪声视网膜B-Scans图像的配准,能满足多种类型OCT系统的叠加成像需要,具有较高的鲁棒性和图像配准精度。

扫频光学相干层析角膜图像轮廓自动提取算法

在扫频光学相干层析系统中,远心扫描模式造成角膜图像中存在伪影、部分结构缺失及低信噪比区域,影响了角膜轮廓提取的精度.针对该问题,本文提出了一种针对低质量角膜图像的轮廓自动提取算法.该算法首先依据图像标准差分布将图像划分为高、低信噪比区域;针对高信噪比区域,通过峰值点定位法获取角膜轮廓;针对低信噪比区域,通过连续帧图像间配准叠加实现图像增强,为低信噪比区域提供参考轮廓点,再通过权衡参考轮廓点与局部直线拟合结果的优劣,实现角膜轮廓定位;最后,通过全局多项式拟合实现对全区域的角膜整体轮廓信息.对光学眼模型进行实验,结果表明,与已有算法相比,本文算法对角膜轮廓的提取精度平均提高了4.9%.

一种可实现入瞳位置不变的超广角扫频光相干层析成像系统

报道了一种可实现入瞳位置不变的超广角扫频光相干层析成像(OCT)系统,对成像系统的样品臂进行了建模和光学仿真,证实其可行性和有效性。设计并展示了一个超广角OCT成像系统,在仅改变振镜位置及透镜间距的情况下,实现了超过40°的眼底单次超大角度扫描,单次横向扫描范围覆盖眼底Ⅰ区,有效增加了OCT单次扫描的成像范围。

超小自聚焦光纤探头在光学相干层析系统中的应用研究

建立了基于超小自聚焦(GRIN)光纤探头的扫频光学相干层析(SS-OCT)系统,经玻片厚度测试实验,分析了其在光学相干层析成像系统中的应用效果,并与裸单模光纤结构探头的检测结果对比分析,结果表明超小自聚焦光纤探头具备更强的聚焦性和信号收集能力.

SS-OCT在角膜成像中的应用进展

成像技术的进步彻底改变了眼科领域,改变了我们对眼科疾病的理解、诊断和治疗。扫频源光学相干断层扫描(SS-OCT)是一种最新的非接触式高分辨率成像技术。它进一步提高了成像深度和扫描速度,增加了新的算法和功能。SS-OCT允许对角膜结构进行三维评估,提供角膜前、后表面的曲率和高度图以及角膜厚度图。这可以帮助眼科医生筛查和诊断角膜病变,如圆锥角膜、角膜营养不良和变性。SS-OCT更快、更精准和更灵敏的角膜测量有助于对即将进行角膜和屈光手术的患者做好术前计划和术后监测。文章总结SS-OCT技术的发展及其在角膜疾病中潜在的临床效用与在手术中的应用进展,以支持更多未来可能的研究和临床治疗。

20kHz高分辨率扫频光学相干层析成像系统

[目的]为实现高速且高分辨率生物组织断层成像,研制了一套基于扫频光源的光学相干层析成像(OCT)系统。[方法]以1 310 nm中心波长的扫频激光光源为硬件基础,运用LabVIEW编译的软件系统作为处理工具,对动植物表皮样品均进行了测量实验。[结果]所研制的系统可以实现5 s内对100万个数据点的高速采集与处理,横向和纵向分辨率均达到了10μm的高清晰度光学成像,且成像深度可达2.3 mm。[结论]所研制的OCT系统完全可以满足对生物组织断层的成像需求,为临床医学的光学成像提供了更有力的硬件基础。此外,该系统还具有体积小,操作简单、可移植性强等特点。

扫频OCT系统k域相位数值补偿方法研究

由于各个镜面的转轴、面型误差和镜面机械旋转抖动等因素引起扫频光源输出光谱的不稳定,使得经过马赫-曾德尔干涉仪产生的等波数取样并不十分理想,导致扫频光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)系统轴向分辨率与信噪比降低。通过平均波数域(k域)不同成像深度处的原始解缠相位与线性拟合相位的相位差得到补偿数据,实现扫频OCT系统等波数间隔取样不理想的数值补偿,在5 mm成像深度范围轴向分辨率稳定在12.67~16.63μm,接近系统理想分辨率,系统信噪比增大率最大达到7.4%。使用经k域相位数值补偿后的扫频OCT系统进行盖玻片堆和3D打印支架等成像测试,结果表明数值补偿后的成像效果更好。

一种提高扫频光学相干层析成像系统灵敏度的方法

提出了一种提高扫频光学相干层析成像(SSOCT)系统灵敏度的方法。在SSOCT系统中,当平衡探测器前耦合器的分束比不是50%…50%时,会在探测的干涉信号中引入直流偏置,从而影响系统的灵敏度。分析了干涉信号中引入直流偏置时耦合器分束比对系统灵敏度的影响,证明了通过调节耦合器的分束比并增加参考臂能量的方法可以提高系统的灵敏度。基于实验中SSOCT系统各器件的参数,对系统的灵敏度进行了数值模拟,模拟结果证明了所提方法的有效性,灵敏度测试实验结果表明应用所提方法后系统的灵敏度提高了2.3dB。

20kHz扫频光学相干层析系统

研制了扫频光学相干层析技术(SS-OCT)系统。该系统基于快速扫频激光光源,将轴向扫描频率由原来时域光学相干层析技术(OCT)系统的500 Hz提高到20 kHz。采用了基于OCT系统本身的预标定方法,实现了波数空间的线性校正。针对扫频光源光谱的非高斯型分布,对干涉光谱实施了基于窗口函数的光谱整形。对于干涉光谱中的直流项和自相关项,除了采用平衡探测共模抑制外,还运用了减除平均值的软件处理方法。系统纵向分辨率14μm,横向分辨率12 μm,在空气介质中的成像深度3.9 mm,利用研制的SS-OCT系统,成功实现了手指组织样品的快速OCT成像。

眼轴及眼前节SS-OCT一体化成像系统

针对现有眼轴测量仪器无法同时实现大量程眼轴测量及眼前节成像的功能,设计了眼轴和眼前节同步测量的大量程扫频光学相干层析成像系统。该系统通过设计大量程扫频光源增加成像深度,并在外部设计搭建标定光路进行k域重采样以提高大量程干涉范围内的成像质量,从而在获取高精度眼轴信息的同时对眼前节成像;针对该系统OCT图像信噪比较低的问题,文中采用基于各向异性滤波的保边去噪算法对图像中的散斑噪声进行抑制以提高图像对比度。系统分别使用等比例人眼模型和离体鱼眼进行成像实验,实验结果表明:该系统成像深度可达到69 mm,在精准测量眼轴纵向五层结构的同时完成12 mm范围内的眼前节横向扫描,眼轴长度平均测量误差0.04 mm,成像时间约为0.45 s,满足临床医学应用中实时性的要求。

倍频傅里叶域模式锁定扫频激光源

搭建完成了基于单偏振助推光学放大器的傅里叶域模式锁定扫频激光源,并在此基础上实现了倍频傅里叶域模式锁定扫频激光源,将光源的成像速度提高了一倍。该倍频激光源输出功率达到2mW左右,扫描频率为45kHz,输出光谱的中心波长为1 315nm,光谱宽度为107nm。利用该光源进行相干层析成像实验时,系统的A-Scan速率为90kHz,纵向分辨率为12.9μm左右,相干长度为0.9mm左右,灵敏度为105dB。

一种基于光纤AOTF的扫频光源

扫频光源是扫频光学相干层析(SSOCT)的关键器件。高质量的扫频光源可以提高系统的成像速度、分辨率和信噪比。该文采用光纤声光可调滤光器(FAOTF)、保偏半导体光放大器(PMBOA)、光纤隔离器和光纤耦合器搭建了环形腔结构的扫频光源,实验得到一种全光纤扫频光源,其扫频速率为100 kHz,扫频范围为119 nm(1550.1462~1619.4700 nm),单光谱3 dB带宽可达0.0966 nm,平均输出功率12 mW。该扫频光源具有扫频范围广、速度快、相干性好等优点,在SSOCT系统中具有一定的实用价值。

基于SS-OCT的大范围眼轴长度测量系统

针对传统眼轴长度测量需要分段检测且测量误差较大的问题,设计了一种具有大探测范围的扫频光学相干层析系统,实现了对眼轴长度的单次完整测量.提出了自适应峰值点提取与自适应误差校正相结合的算法,实现了大深度干涉信号的重构;利用CPU-GPU协同加速技术实现了系统的实时测量,解决了大范围探测数据量大、处理速度慢的问题.对光学眼模型进行实验,结果表明:该系统对眼轴长度的测量误差为0.01mm,优于传统分段测量系统,系统单次测量时间为0.10s,满足实时测量要求.

人体皮肤在体手持式扫频光学相干层析系统

搭建了一台手持式扫频光学相干层析(SSOCT)系统对人体皮肤进行在体成像。对该系统的性能进行了详细的分析和讨论,并与实验室内现有的传统结构谱域光学相干层析(SDOCT)系统进行了对比,其中手持式SSOCT系统的灵敏度为101 d B,SDOCT系统的灵敏度为94 d B。通过一次样本模拟实验和两次人体不同位置皮肤成像的结果证明了手持式SSOCT系统的信噪比和成像深度都优于SDOCT系统。利用手持式SSOCT系统对人体胳膊内侧成像,体现了手持式SSOCT系统能够对任意位置皮肤成像的优越性。所有实验结果证明搭建的手持式SSOCT系统除了具有使用方便的优点外,还能够提供高质量的人体皮肤微观结构图像。

新型SS-OCT与Scheimpflug眼前节分析仪测量年龄相关性白内障患者角膜屈光力及散光的一致性

目的:探讨年龄相关性白内障患者应用新型扫频源光学相干断层扫描仪(SS-OCT)与Scheimpflug眼前节分析仪测量角膜屈光力、角膜散光的Bland-Altman分析。方法:选取2021-01/12我院收治的年龄相关性白内障患者177例282眼。分别采用SS-OCT与Scheimpflug眼前节分析仪测量角膜前表面、后表面、全角膜的陡峭轴屈光力(Ks)、平坦轴屈光力(Kf)、平均角膜屈光力(Km)、角膜散光、散光轴向。所有参数进行配对样本t检验、组内重复性检验、Pearson相关性和Bland-Altman一致性分析。结果:SS-OCT与Scheimpflug眼前节分析仪测量的角膜前表面屈光力Ks、Kf、Km均无差异(P>0.05)。Scheimpflug眼前节分析仪测量的角膜后表面以及全角膜屈光力Ks、Kf、Km均大于SS-OCT测量值(P<0.05)。SS-OCT与Scheimpflug眼前节分析仪测量的角膜前表面、角膜后表面以及全角膜的散光度数和轴向均无差异(P>0.05)。所有参数的组内相关系数(ICC)均大于0.88,提示组内重复性较好。SS-OCT与Scheimpflug眼前节分析仪测量的角膜前表面、角膜后表面以及全角膜的Ks、Kf、Km、散光度数和轴向均呈正相关(P<0.05)。Bland-Altman一致性分析显示,SS-OCT与Scheimpflug眼前节分析仪测量的角膜前表面、角膜后表面以及全角膜的Ks、Kf、Km、散光度数和轴向的一致性较好(P<0.05)。结论:新型SS-OCT与Scheimpflug眼前节分析仪测量的角膜屈光力、角膜散光参数具有高度一致性,可适用于年龄相关性白内障患者角膜屈光力及角膜散光的诊断。