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。

光学相干层析技术在法庭科学中的新应用

光学影像技术是法庭科学物证检验分析的重要技术手段,具有无损、原位、快速等优势。近年来,随着光学影像技术的不断发展,一些新技术、新方法不断被引入法庭科学领域并付诸应用。光学相干层析技术(简称OCT技术)是一种光学断层成像技术,具有无损、高分辨、快速、断层成像的特点,特别是其可以无损地得到材料或生物组织内部的结构信息,突破了传统二维成像只能进行物质表面分析的局限,因此可成为一种很有前景的新型法庭科学光学影像技术。本文首先介绍了自主搭建的一套三维OCT成像系统,并着重介绍了基于该系统应用于法庭科学油漆物证检验、胶带指纹显现和毛囊特征分析等方面的研究。结果表明,OCT技术非常适合用于法庭科学物证检验分析,作为其他检验的先导技术手段,获取样品内部信息,提取新型光学特征参数。由于其采用光纤化技术,还有望实现便携化、小型化,在现场勘查中开展相关应用。

全视场光学相干层析技术的角膜高分辨率成像

目的:针对活体共聚焦显微镜(in vivo confocal microscopy,IVCM)和传统光学相干层析技术(optical coherence tomography,OCT)在人眼角膜成像各自存在成像视野小或无法细胞成像的限制,开发具有高分辨率的非接触全视场光学相干层析系统(full-field optical coherence tomography,FFOCT),实现活体人眼角膜细胞结构FFOCT成像。方法:FFOCT系统采用高数值孔径干燥显微物镜及高速面阵相机,使用双相位调制图像处理方法,实现系统高速高分辨率非接触成像。利用系统对健康人眼进行角膜各深度层的活体FFOCT成像验证其可行性。结果:本研究团队研发了FFOCT的新型活体人眼角膜高分辨率成像系统,实现理论平面成像分辨率1.7μm,成像视野1.26 mm×1.26 mm,成像速率达275帧/s。利用该系统对正常活体人眼角膜成像实验,在非接触情况下获取了角膜各主要结构层的高分辨率结构影像。结论:FFOCT高分辨率活体人眼角膜成像系统兼具了传统OCT的非接触、大成像视野及IVCM的细胞级别平面分辨率的优势,将为角膜疾病的研究及临床诊疗提供全新的成像分析技术。

光学相干层析技术中横向扫描系统综述

光学相干层析技术(OCT)是一种迅速发展的非侵入式,高分辨力,实时,在体医学层析成像技术。为了使OCT系统更加紧凑,便于应用,作为OCT系统关键之一的横向扫描系统,越来越趋向于小型化,使其不仅能够探测人体体表信息,也能进入人体,实现内窥功能。主要由以下几种形式出现:(1)光纤谐振扫描;(2)微机电系统(MEMS);(3)微马达旋转扫描。文中通过比较各种方式的优劣,为OCT研究人员选择合适的方式应用于不同领域提供便捷,也为OCT横向扫描系统的发展奠定了坚实的基础。

光学相干层析技术用于早期龋检测的研究进展

早期发现龋损病变并进行及时正确地干预可以逆转龋病的进程,最大限度地保存牙齿,减少创伤性治疗;因此,龋病的早期准确诊断就显得非常重要。目前,临床上使用的常规检测龋病的方法无法客观、有效地检测早期龋,更不能对龋损进程进行定量监测,这就往往使患者丧失了保守治疗的最佳时机;因此,迫切需要安全、准确、可量化的技术来检测早期龋并对治疗干预措施进行监控。近年已开发出一系列检测早期龋的无创、定量检测新技术,本文就光学相干层析技术(OCT)用于检测早期光滑面釉质龋、早期牙骨质龋、早期窝沟龋等方面的研究作一综述。

光学相干层析技术及其在口腔疾病诊断中的应用

光学相干层析技术(OCT)是一种将光学相干技术和激光扫描共聚焦技术相结合的新型光学成像技术,具有实时、体内,非侵入、无电离辐射,高分辨率和高成像速度的优点。在口腔医学领域,OCT在检测和诊断牙体、牙周组织及口腔黏膜的早期疾病方面有着较高的应用价值。本文就OCT的基本原理及其在龋病、牙周组织疾病、口腔癌前病变和口腔癌以及在口腔腺体疾病、口腔血管病变、口腔黏膜炎和根尖微渗漏等口腔疾病中的早期诊断方面的应用进展作一综述。

基于光学相干层析技术显现多层胶带粘面重叠指印的方法

胶带是犯罪现场常见的作案工具,胶带上留有的指印等物证有重要意义,然而现场发现的胶带通常会相互重叠粘连或者粘附在其他客体上,因此胶带粘面上指印的无损提取一直是刑事技术领域的难题之一.基于此,提出了一种基于光学相干层析(OCT)技术显现胶带粘面潜在指印和分离多层胶带重叠指印的方法.采用自主搭建的频域OCT系统对3种情形下隐藏在胶带粘面的潜在指印进行检测,通过可视化处理获取指印的二维截面图像、en face横截面图像、三维渲染图像并分析其产生机理.结果表明,OCT技术不但可以实现对单层胶带粘面上潜在指印的快速无损显现,而且可对多层胶带上重叠指印进行分离,同时能够消除多色背景图案的干扰,指印细节特征的质量清晰、数量充足.通过3D渲染可以观察到汗孔等三级特征的分布信息,为指印显现提供了新的技术和方法.

光学相干层析技术在法庭科学领域的研究进展与应用展望

对物证的传统光学检验存在不便获取样本空间结构、针对性差、操作过程繁琐等不足。光学相干层析技术(OCT)具有原位、非侵入、高分辨率、高速、低成本等优点,在法庭科学领域有很大应用潜力。通过文献分析,阐述OCT的成像原理,针对此技术在法庭科学的不同研究方向,如指纹检验、法医学检验、文件检验、生物物证检验等,论述了OCT在物证鉴定领域应用的可行性,展望了OCT在法庭科学领域中的研发思路、方法及应用前景。

基于光学相干层析技术的甲状腺乳头状癌图像识别

光学相干层析技术(OCT)作为一种实时、无创的高分辨率成像手段,能够使用特征提取算法获得丰富的图像信息,为疾病的诊断提供客观依据。利用OCT对17例甲状腺正常组织与乳头状癌组织进行成像。针对甲状腺组织图像的特点,使用灰度共生矩阵(GLCM)、灰度直方图(GH)、中心对称自相关(CSAC)和Laws纹理测度(LM)4种算法提取图像特征值,并结合支持向量机(SVM)算法定量地评估不同特征组合的识别性能。结果显示,GLCM-GH-LM组合性能最优,能够从多个方面获得图像的纹理和灰度特征信息,灵敏度、特异性和准确度分别高达96.3%、92.2%和94.3%。研究表明,基于特征提取和机器学习的算法对甲状腺乳头状癌OCT图像进行量化分析及识别时不仅可以提供实时的监测图像,还对甲状腺恶性肿瘤临床诊断具有重要的参考价值。

基于光学相干层析技术识别车漆的预处理方法比较研究

汽车车身油漆是交通事故现场常见的物证之一,快速检验车漆物证能为案件侦查提供线索和证据。具备强层析优点的光学相干层析技术对车漆检验优势显著,但是噪声干扰会削弱信号。为了提高识别能力,采集了6个不同品牌共102个车漆样本的A-scan信号,分别运用三种快速傅里叶变换滤波器和希尔伯特变换滤波器对采集的车漆样本原始数据进行降噪预处理,并构建了支持向量机和Fisher判别分析两种分类模型,开展不同品牌车漆样本的识别,根据模型对不同品牌车漆样本的识别精度和总体分类准确率选择出降噪效果最佳的滤波器和最优的分类模型。结果表明,经过希尔伯特变换滤波器和快速傅里叶变换低通滤波器处理后样本数据的总体分类准确率显著提升,希尔伯特变换滤波器优于快速傅里叶变换滤波器,Fisher判别分析模型的总体分类准确率高于支持向量机模型,基于希尔伯特变换滤波器构建的Fisher判别函数实现了对6个品牌车漆样本的准确识别,总体分类准确率达到100%。基于滤波器的预处理方法能够有效抑制样本数据中的噪声干扰,大大提高了光学相干层析技术检验车漆物证的效率和能力。

光学相干层析技术在血管流场检测方面的研究进展

光学相干层析技术(OCT)能对生物样品进行高分辨、无损的结构成像。通过分析信号中相位或强度的变化,可将成像样品中的运动组织和静态组织区分开,进而提取样品的流场信息;总结了多种血管中血流形态信息的测量方法。OCT不需要注入其他辅助试剂即可对皮肤或眼睛的血管部位成像,逐渐成为临床上血管微循环测量的有力手段。对傅里叶OCT(FD-OCT)中基于强度或相位原理的血管检测和流场测量的6种典型方法进行综述,包括相位多普勒分辨、相位多普勒方差、基于强度的相位多普勒方差、散斑方差、分频幅去相干血管造影和光学微血管造影。在解决相位稳定、流速测量、信噪比、实时性等问题上,每种方法都有各自的优缺点。通过进一步理解成像原理,介绍了一系列的优化造影方法。最后,对这些技术的发展和应用进行了展望。

基于光学相干层析技术的术中颈部组织三维成像

为了在甲状腺手术中辅助医生对切除的颈部组织进行快速的组织学判断,使用自行搭建的光学相干层析(OCT)系统对行甲状腺切除术及淋巴结清扫术患者的切除组织进行三维成像,并将其与二维OCT图像以及病理切片进行对比。对21个病例的切除组织分别采集67幅1000 pixel×1000 pixel×630 pixel的高分辨三维OCT图像,对应6 mm×6 mm×3.8 mm的成像范围。可以从不同角度和不同的内部切面对三维OCT图像进行观察,能够清楚地辨别成像范围内的甲状腺、甲状旁腺、淋巴结和脂肪组织,并能够清楚地分辨淋巴结转移病变。高速、高分辨的三维OCT成像为甲状腺手术提供了一种术中病理诊断的方式,在辅助医生做出手术决策方面具有一定的应用潜力。

光学相干层析技术在打印文书朱墨时序判别中的实验研究

打印文书与印章交线先后顺序的判断是鉴定文件真伪和相对制成时间的关键内容。利用中心波长为900 nm的谱域光学相干层析(OCT)系统对激光打印机和喷墨打印机与油性和水性两种印油印章制成的若干相交线样本进行检测,通过获取的交线区域二维断层成像和三维立体图像,比较两类打印机制成的样本在OCT检验下的成像特征,进而判断朱墨时序。对120个样品,包括30组激光打印机与印油的朱墨时序样品和30组喷墨打印机与印油的朱墨时序样品进行了比较研究,每组样品均选取了多个区域重复测试。实验结果表明,激光打印机和喷墨打印机形成的相同朱墨时序样本的OCT图像在透射光亮度分布上形成的反差是不一致的,这可为判别打印文书和印章的交线顺序提供参考。

光学相干层析成像技术研究

文章主要阐述了光学相干层析技术作为一种有别于其他层析成像技术的新型技术手段,具有快速、实时、无损等特点。它能利用低相干光的干涉,将带有生物样品信息的相干光进行解调、滤波和放大后成像。文章主要从光学相干层析技术的背景、定义、原理及其在现代医学领域的应用和未来的发展方面进行研究。

采用频域快速延迟线的光学相干层析系统的研制

建立了一套单模光纤型光学相干层析(OCT)成像系统。系统采用了不同于国内其他组的新型频域快速扫描延迟线(FD-ODL)和外差平衡接受技术,采取了一系列提高系统信噪比的方法,成功地实现高信噪比(113dB)、高分辨率、大成像深度的层析图像的提取,获得了纵向分辨率9μm、横向分辨率10μm、深度2.88μm的清晰的皮肤OCT图像。该系统比传统的采用时域延迟线的OCT在信噪比上高出了一个量级。

基于谱域相干的细胞动态检测技术

将谱域光学相干层析技术(Spectral-domain Optical Coherence Tomography,SD-OCT)应用于细胞膜厚的动态检测,引入了光谱干涉测量方法,通过对干涉光谱信号进行离散傅里叶变换得到表示物体深度位置信息的光程差信号。搭建了一套SD-OCT测量系统并设计了专门用于细胞检测的样品平台,检测精度达到μm量级,信噪比达70 db,是一种快速、实时、非接触的细胞分子膜厚动态检测技术。

应用于眼轴参数测量的光学相干层析系统

生物测量在眼科疾病的诊断和治疗中越来越重要,对儿童和青少年的眼轴长度进行监测有助于预防和治疗近视及其引发的眼科疾病,眼轴参数的准确测量也是影响眼病患者术后视觉质量的重要因素。为了测量眼轴参数,本文研究了基于时域低相干技术的眼轴测量方法,研制了高精度、非接触式眼轴测量的原理样机,并开展了相应的实验研究。利用低相干干涉技术与长相干干涉测距技术结合的方法,采用时域的机械扫描方式,搭建一套光纤型低相干层析测量系统。通过对标准透镜厚度和镜面间隔的测量实验,重复测量精度优于0.3μm。最后对鱼眼眼轴参数进行测量,清晰得到鱼眼的角膜、晶状体和视网膜等结构。实验结果表明,该系统的稳定性及重复性均能达到设计要求,可以用于动物眼轴参数的测量。

OCT评估超声介导下表皮真皮层的光学参数变化规律的研究

皮肤是光学成像诊断的主要靶器官之一,但皮肤组织的高散射特性限制了光学相干层析成像技术(OCT)的成像深度和扫描精度。利用高频超声结合光学透明剂对离体皮肤组织进行实时处理,协同光学透明剂进入生物组织。实验对比两种处理模式下的离体皮肤的OCT的相关参数的变化。PVP粘性改良80%PEG-400/PEG-200结合频率为1 MHz、功率1 W/cm2的高频超声处理离体皮肤组织后,真皮层散射系数在60分钟内降低0.27,与对照组相比,同比增加了3.3倍。证明高频超声能够有效改善OCAs的皮肤组织光学清除效率,提升OCT光学成像效果。

基于波原子阈值算法的OCT图像降噪技术

为了消除或缓解光学相干断层成像方法中散斑等噪声对OCT图像像质退化的影响,提出了基于波原子阈值去噪算法。波原子变换是一种新型的二维多尺度变换,且满足曲线波的抛物比例尺度关系和各向异性征;波原子适用于模式的任意局部方向,能够对轴方向的各向异性模式稀疏展开。本文利用波原子阈值去噪算法,对人眼眼底组织和手指指尖皮肤的OCT图像进行降噪处理,并与传统的小波阈值算法和快速曲波算法对OCT样品图像去噪效果进行对比分析。结果表明,基于波原子阈值去噪方法能够有效地抑制OCT图像散斑噪声,并能保持图像边缘细节特征。