用于扫频光源光学相干层析术的色散补偿法

在扫频光源光学相干层析术中,系统和样品中的色散会影响大深度范围内成像分辨率的保持。本文提出一种深度相关的色散补偿算法,用于精确补偿样品不同深度处的色散失配。其主要思想是在干涉光谱的频域中对样品图像按照不同深度进行分段,随后用基于抛物线法的迭代补偿法在每个深度处对样品进行色散补偿。该算法不需要对样品材料信息有预先了解,可在扫频光源光学相干层析系统得到的光谱中原位应用。通过在探测深度范围为5.720 mm的扫频光源光学相干层析系统中对盖玻片堆、损伤KDP晶体等不同样品进行的实验,证明该算法在全探测深度范围内都能有效提升纵向分辨率并使其接近理论值,且对于不同种类的样品都有较好的适应性。

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.

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.

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。

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。

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%.

扫频相干光层析成像术在脉络膜疾病应用的研究进展

新近的扫频相干光层析成像术(SS-OCT)技术的进步彻底改变了脉络膜相关疾病的临床评估和研究,同时也为随访提供重要参考依据。阐明脉络膜结构与脉管系统的特征改变对理解疾病的病理生理至关重要。SS-OCT使用波长扫描激光光源和可调谐滤波器来干涉光源,具备扫描速度更快、穿透性更强、成像更灵敏的优势,加深了对脉络膜相关疾病如中心性浆液性脉络膜视网膜疾病的认识。本文总结了脉络膜成像技术的发展及SS-OCT的原理及优点,并回顾了目前其在脉络膜疾病中的应用。

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。

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。

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。

基于扫频激光光源的皮肤血流OCT成像系统研制与应用

目的:针对皮肤组织的光谱吸收特性,研制一套基于扫频激光光源的皮肤血流光学相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)成像系统,实现皮肤组织2D/3D结构成像及微血管血流成像。方法:该系统由扫频激光光源及干涉仪组成的光学系统模块、光电探测器及数据采集卡组成的信号采集模块、计算机及控制卡组成的系统控制模块以及图像处理模块构成。系统采用中心波长为1310 nm的扫频激光光源,通过对采集到的与皮肤组织结构及微血管血流相关的光相干扫描信号进行色散补偿、逆傅里叶变换及去相关标准差运算等数据处理,实现皮肤组织结构与微血流成像。结果:利用该系统对人体皮肤组织进行实时成像研究,其扫描频率为100 kHz,纵向分辨力可达6μm,可清晰显示皮下分层与血管组织;利用去相关标准差算法处理,该系统可实现皮下微血流信息的提取与成像。结论:该系统实现了皮肤组织结构与微血流成像,为浅表皮肤病与外周动脉疾病的临床诊断奠定了实验基础。

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.

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。

SS-OCTA评估增殖性糖尿病视网膜病变玻璃体切除术后黄斑微血管的变化

目的:探讨增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)经扁平部玻璃体切除(PPV)术后黄斑区视网膜、脉络膜血流的变化。方法:横断面研究。选取2020-09/2022-07在合肥市第二人民医院眼科诊断为单眼PDR并接受23G PPV手术治疗的患者35例35眼,所有患者均行扫频源光学相干断层扫描血管造影(SS-OCTA)检查,采用系统内置分析软件测量黄斑区3mm×3mm范围内视网膜、脉络膜血流参数,并分析其与术后最佳矫正视力(BCVA)的相关性。结果:术后随访1~22(平均9.72±6.67)mo,末次随访时,纳入患者PPV术眼鼻侧旁中心凹区域中层毛细血管层(ICP)灌注面积(FA)(0.31±0.06mm^(2))较对侧眼(0.38±0.05mm^(2))明显减少,颞侧旁中心凹区域深层毛细血管层(DCP)FA(0.19±0.08mm^(2))较对侧眼(0.27±0.07mm^(2))明显减少(均P<0.05),除颞侧旁中心凹区域,PPV术眼其他旁中心凹区域脉络膜血管指数(CVI)均较对侧眼显著降低(P<0.05)。PPV术眼术后BCVA与视网膜中、深层血管密度和灌注面积均有一定的相关性。结论:严重PDR患者患眼PPV术后较对侧眼可能更易出现旁中心凹区域视网膜深层及脉络膜血流灌注的减少。

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。

基于互相关运算的扫频光学相干层析成像延时校正算法

提出了一种扫频光学相干层析成像k-clock延时校正算法,该算法基于互相关运算,能够有效校正光源自带k-clock信号的延时。由于扫频光源的不稳定性、同步触发硬件的精度不足以及外界环境影响,扫频光源自带的kclock信号在重采样干涉信号时很可能与干涉信号之间有一个不确定的延时,导致系统分辨率下降。通过实验获得一个标准k-clock信号,然后利用互相关运算计算出需要校正的k-clock信号的延时。由计算出的延时,将kclock信号进行左右移动从而对其进行校正,再利用三次样条插值获得波数域等间隔的干涉信号。实验结果表明,该算法平均运行时间为0.18s,能够将系统分辨率提高18.2%,改善系统性能。

基于扫频光学相干层析的墨迹鉴别方法研究

当前墨迹伪造造成的经济损失逐年增加,基于此,提出一种基于扫频光学相干层析(SSOCT)的墨迹鉴别方法。使用自主搭建的SSOCT成像系统采集墨迹样品背向反射光强随深度下降的数据,通过数据拟合获得墨迹层的衰减系数,用以区分同种颜色不同品牌墨水在白纸上书写的墨迹。实验测得百乐牌墨迹衰减系数范围为0.1333~0.1434,得力牌墨迹衰减系数范围为0.1501~0.1695,英雄牌墨迹衰减系数范围为0.1748~0.1892。重建了使用三种墨水书写的“OCT”字母的X-Y横截面图像,实现了墨迹的鉴别与区分,验证了方法的可行性。