眼前节光学相干层析系统的设计及实验研究

基于低相干干涉原理及迈克尔逊干涉仪的光学相干层析(OCT)技术,利用中心波长为1310nm的宽带低相干光源(SLED)及傅里叶域快速扫描光学延迟线(RSOD),设计和研制了眼前节OCT系统和探头。系统成像深度大于9mm。对其扫描模式进行分析,矫正所获得的眼前节OCT图像。     

GRIN透镜对SDOCT系统中成像质量的影响分析

搭建基于光谱光学相干层析术(SDOCT,spectral domain optical coherence tomography)的内窥成像系统,分析SDOCT的理论分辨率和探测深度。根据近轴子午光线方程,利用矩阵法分析自聚焦GRIN(gradient index)透镜成像原理,设计适用于SDOCT扫描探头的GRIN透镜,聚焦距离为10mm,透镜长度为5.31mm,直径为1.8mm。通过光学传递函数(MTF)对比GRIN透镜和传统球面透镜对成像质量的影响。利用内窥成像系统对洋葱内外表皮样品进行成像,获得3.2mm×0.7mm的层析图像。实验结果表明,利用GRIN透镜聚焦光束时,SDOCT系统的横向分辨率可达8μm,成像质量得到提高。     

鼠眼睛前段光学相干层析成像

设计了中心波长为830nm的光学相干层析(OCT)系统,系统采用傅里叶域光学延迟线,成像深度为3mm。实验结果表明:系统纵向分辨率为16μm,横向分辨率约为18μm。利用该系统分别获得了晶状体混浊和正常老鼠眼睛前端的OCT图像。     

生物折射率三维无标记定量成像研究进展

折射率是生物样本最重要的光学属性,经常作为内源性“标记物”进行无标记定量成像。虽然通过测量光程差获取相位信息的传统定量相位成像方法已被广泛研究,然而其获取的相位结果是样本折射率与厚度的耦合产物,无法重建三维形态学信息。近年来,以光学投影层析方法为开端,研究人员率先开启了以三维折射率定量成像为目标的形态学特征重建方法研究。然而光学投影层析方法未考虑衍射效应,导致其精度不足。为解决该问题,基于散射反演求解的光学衍射层析技术应运而生,并在无标记生物三维成像方面展现出巨大的潜力。本文锁定生物折射率三维无标记定量成像研究,聚焦光学投影层析和光学衍射层析两种方法的发展历程,从正向测量模型、反演算法以及实现方法三方面进行综述,并对该研究未来的工作进行展望。     

无机械扫描谱域光学相干层析术研究

为提高光学相干层析术(OCT)系统成像速度,借助成像光谱仪,以钨灯为非相干光源,采用柱面镜聚焦,搭建了迈克耳孙干涉仪结构的无扫描装置谱域OCT系统。介绍了系统结构和工作原理,对待测样品进行了层析成像实验,分析了系统的成像特性,利用中值滤波的方法消除背景噪声,获得了样品的二维层析图像,与点扫描光纤型OCT的成像速度进行了比较。研究表明,无扫描装置谱域OCT系统在8mm宽度范围成像时,其数据采集速度比传统点扫描方式约快2个数量级。     

生物组织折射率测量的一种简便方法

提出了一种基于光学相干层析（OCT）测量生物组织折射率的光程匹配法，该方法通过缩短测量时间，保证了测得的折射率接近于生理状态，测量了标准样品熔石英及真实样品黄瓜浅表层在850nm和1300nm波长下的折射率，验证了方法的有效性和可靠性，分析表明，光程匹配法对焦追迹法的有效补充。     

光学相干层析术

用光回波形成高分辨图像　　光学相干层析术 ( OCT)是一种全新的光学成像形式。通过测量回波时间延迟和后向散射光大小 ,光学相干层析术可进行材料及生物系统内部微观结构高分辨率横断面层析成像。图像分辨率可达 1～ 1 5 μm,比传统的超声波高 1～ 2个数量级。成像可以就地实时进行。因这一技术的独特优点 ,它在研究及医学应用方面用途广泛。光学相干层析术成像基于超快光学 ,同时利用许多光学技术 ,包括白光干涉量学度、纤维光学及傅里叶变换测定法等。超声波的光学模拟　　光学相干层析术成像与超声波成像类似 ,只是前者不是用声而是用…     

光纤型光学相干层析技术系统的眼科成像

建立了一套单模光纤型光学相干层析(OCT)成像系统,开展了动物眼睛的成像实验,实现了高信噪比、高分辨率、大成像深度的层析图像的获取.系统纵向分辨率达到9μm,横向分辨率为10μm,最大层析成像深度可达3.4 mm.实验图像和商业蔡氏三代光学相干层析技术成像的对比结果表明,研制的OCT系统已经能展示视网膜的基本分层结构,而且能分辨脉络膜的分层结构和脉络膜血管,后者是蔡氏三代OCT系统所无法实现的.     

基于补偿特征图滤波算法去除光学相干层析造影成像俯视图的运动伪影

运动伪影是光学相干层析造影成像(OCTA)俯视图中的一个重要问题.提出一种补偿特征图像滤波(CEF)算法去除光学相干层析造影成像俯视图的运动伪影.首先,利用奇异值分解(SVD)将光学相干层析造影成像俯视图展开为一系列的特征图像;然后,利用高通特征图像和从第一特征图像中抽取得到的正交补偿积这两部分来重建恢复图像.实验结果表明,CEF算法能较好地去除条纹噪声,经CEF算法复原得到的图像有着较传统特征图滤波算法更好的图像质量.该算法为其他扫描成像系统去除类似的条纹噪声提供了新的参考.     

基于快速扫描延迟线相位调制的光纤型光学相干层析系统

采用中心波长为840 nm,带宽为50 nm的宽带近红外光源,基于低相干干涉原理和快速扫描延迟线(RSOD)相位调制的外差探测方法,建立了单模光纤型光学相干层析(OCT)成像系统,依此获得自然状态下活体组织的二维纵向截面成像图像。实验结果表明,系统的轴向分辨率为6.7μm,接近理论分辨率,纵向成像范围高达3 mm,横向分辨率为4.7μm;入射到样品的光功率低于300μW,系统探测灵敏度大于88 dB。在保证样品入射光功率相同的情况下,与中心波长为1310 nm,带宽为65 nm的单模光纤型光学相干层析成像系统对含水量高的新鲜橙子果肉的成像结果进行对比,验证了该系统用于眼后段组织成像的优越性,给出了活体动物视网膜的成像结果。     

应用于珍珠检测的光学相干层析技术

珍珠质的内部微观分辨和测量是珍珠产业发展和学术研究的核心难题.光学相干层析(OCT)高清晰深度分辨技术通过探测珍珠质的光学反射散射特性,提供了研究其结构形态和分布规律的新途径.阐述了对珍珠质进行成像扫描的原理和实验装置,以光纤迈克尔逊干涉仪为主体,利用中心波长1310 nm的宽带光源和傅里叶域光学延迟线实现了扫描速度1 frame/s,纵向分辨率15μm,成像深度3 mm的光学相干层析成像系统.实验结果验证了光学相干层析检测方法适用于珍珠质的定量检测和定性分辨的可行性,初步的报道包括珍珠质层和珠核贝壳层的分辨鉴别,珍珠质层平均测量误差在20μm以内,珍珠质内部各种反常生长分布信息也清晰可见.     

OCT纵向图像形成分析

光学相干层析成像能够直接对物体的纵深方向成像。本文对ＯＣＴ系统测量生物组成的纵向图像形成进行了理论研究，推导了系统相干传递函数，研究了系统的纵深分辨力。     

基于梯度树的光学层析图像重建方法

光学相干层析成像技术是一种新型成像方法,在生物医学和材料等许多领域有广泛的应用.介绍了一种基于梯度树的迭代图像重建方法,讨论了输运模型下含空洞状区域的图像重建方法.证明了基于输运模型的图像重建能克服扩散方程在非散射区域的重建弊端,准确地重建光学层析图像.     

屈光介质中谱域光学相干层析成像的重构

在屈光介质中,由于光线的折射以及光程与实际物理距离的错配,使得光学相干层析(OCT)成像存在重构误差。将几何光学中光线追迹的方法应用于光纤型谱域光学相干层析成像系统所成图像的重构误差矫正,在理论上推导了屈光介质所成层析图像与其真实物理结构的映射关系。实验中,将提出的方法应用于玻璃毛细管和人眼眼前节图像的重构误差矫正,在矫正后的图像中玻璃毛细管的剖面结构得到了准确的还原,所测人眼的眼角膜厚度、前房深度和宽度、眼角膜前后表面以及晶状体前表面的曲率半径等各种参数都符合模型眼给出的参考值。该方法能够使光学相干层析成像系统应用于具有任意多层折射界面的屈光介质,包括由透镜组组成的复杂光学系统等的成像。     

基于3D打印技术的眼科OCT设备计量校准装置研制

为了评估眼科光学相干断层成像（OCT）设备的分辨率、视场角、图像匹配度、深度测量准确性等多个关键参数,确保设备输出量值的准确性与有效性,设计并研制了一种模拟真实人眼结构且参数可溯源的模拟眼,包含角膜和晶状体等人眼主要屈光结构。设计并依托3D打印技术加工了用于横向与轴向分辨率检测的三维分辨率板;设计加工了用于视场角检测的阶梯状同心圆环结构;同时设计加工了用于图像匹配度检测的交叉光纤组件和用于深度测量准确性参数检测的平行玻璃板组件,可适配于模拟眼眼底凹槽内。使用共焦拉曼显微镜对三维分辨率板尺寸溯源,横向和轴向最小可检测分辨率分别为9.7 μm和5.7 μm;使用尼康投影仪对同心圆环尺寸及光纤直径溯源,最大可检测视场角109.03°以及最小62.5 μm的图像匹配度检测;使用尼康高度计对平行玻璃板中心厚度溯源,其测量不确定度小于5 μm。经过对商用眼科OCT设备测试表明,结合微纳3D打印技术的计量校准用模拟眼具有精度高、集成度高、适用范围广、稳定性强等优点,适用于眼科OCT设备的计量校准。     

光学干涉层析仪的设计与信息处理研究

本文在光学层析术（OCT）的数学模型多维Radon变换的基础上,设计基于F－P干涉仪的多方向采样的旋转扫描光学干涉CT仪。分析了OCT问题和重建中5个关键参数对重建精度的影响,以对实验仪器设计和实验方案拟定精度指标提供指导。同时还研究了在对超音速风洞中复杂流场数据严重不完全的情况下的重建,提出了正交窗口小角度范围采样和充分利用先验知识的多信息融合重建方案。     

基于解卷积的频域光学相干层析像质优化

光学相干层析成像是一种新的非接触式医学成像诊断方法,具有μm级的分辨率。文中运用基于高斯点扩展函数的Lucy-Richardson迭代解卷积原理和方法,恢复包括深度信息在内的散焦空域图像,通过使用改进的直方图均衡算法,加大深层有用信息灰度值和散斑噪声灰度值的间隔,从散斑噪声中分离出有用信息,从而提高深度成像分辨率。处理结果表明,图像处理的方法可以有效地改善图像的纵向分辨率,恢复出较深的图像信息。     

断层图像重建理论教学中的仿真实验方法

断层成像的图像重建理论是X-CT、磁共振MRI和ECT等成像系统中图像生成的基础.本文给出一组仿真实验方法,通过Matlab语言编程,可以深刻理解中心切片定理等图像重建基本理论,并对不同重建算法,如直接反投影和滤波反投影等给出算法性能的比较与评价思路.本仿真方法在各种图像重建新算法的研究中都有重要应用.