润滑油膜厚度的光学相干层析成像测量

为了对滑动轴承的润滑油膜厚度进行精确测量,搭建了光纤结构的谱域光学相干层析成像(OCT)检测系统。该检测系统通过谱域OCT对油膜进行高分辨率成像,根据一维深度图像和二维层析图像中油膜和轴承表面的相对位置得到油膜厚度。分析了SD-OCT的检测原理,并对油膜厚度进行了测量,通过干涉光谱解耦法减小噪声对测量结果的影响。实验结果表明,该系统的测量误差小于2μm,具有良好的重复性和可靠性。该测量方法能够对油膜进行快速准确测量,有望应用于机械设备轴承运行状况的在线监测。     

谱域光学相干层析成像量化技术及其在生物组织定量分析中的应用

研究了谱域光学相干层析(SDOCT)成像系统的量化技术,通过量化OCT图像来获得生物组织内部的信息特征对组织光学散射特性进行定量分析.给出并讨论了单次散射模型,具有轴向点散射函数(PSF)的单次散射模型和多次散射模型,利用平均A-scan算法和非线性最小二乘法曲线拟合,研究不同浓度IntralipidTM溶液的散射特性.实验显示,IntralipidTM溶液的散射系数与浓度在1％～10％间基本呈线性关系,验证了具有PSF的单次散射模型比较适用于本文的谱域光学相干层析成像系统.利用该模型对小鼠的新鲜肝脏进行量化研究,得到小鼠新鲜肝脏在波长λ.为1550 nm时的散射系数为8.9 mm-1.本文的研究为该项技术今后在临床医学上对各种疾病的诊断和治疗奠定了基础.     

基于动态权重PSO算法的眼科OCT设备横向分辨率检测

眼科光学相干层析成像(OCT)设备的横向分辨率检测易受光斑噪声和干涉条纹影响,为提高横向分辨率检测精度,提出一种基于动态权重粒子群优化(DWPSO)算法的眼科OCT设备横向分辨率检测方法。通过构造动态权重因子对局部PSO算法进行改进,构建了DWPSO算法;建立了光束光强分布模型,采用DWPSO算法辨识模型参数并获得光束宽度,应用最小二乘算法拟合光束宽度得到数值孔径,用于实现眼科OCT设备横向分辨率检测。实验结果表明:DWPSO算法与其他相关算法相比较能够快速得到光束光强分布模型的全局最优解;被测眼科OCT设备在近焦点位置的横向分辨率为18. 21μm,远焦点位置的横向分辨率为49. 91μm,该横向分辨率检测方法使光斑噪声和干涉条纹的影响有效降低,具有较好的噪声鲁棒性。     

眼科手术导航的OCT图像畸变矫正

光学相干断层扫描(OCT)具有成像速度快,分辨率高的特点,被广泛应用于眼科疾病诊断。针对眼科手术中需要快速获取指定手术区域的深度信息,本文提出了一种将OCT应用到眼科手术导航的方法。基于扫频OCT系统,以二向色镜结合CCD相机进行实时观测,对扫描坐标系和相机坐标系进行坐标匹配,完成OCT的扫描定位。对于由样品自身折射所带来的图像重建与实际坐标的误差,基于费马原理与斯涅尔定律进行OCT图像重构误差矫正,在理论上推导了OCT图像与样品实际结构的映射关系。实验结果表明,能够以较低的误差(深度误差约为50μm)获取特定位置的OCT图像,并完成OCT图像信息的矫正。该系统能够测量样品指定位置的准确信息。     

驱动内窥OCT的超声电机研究

光学相干成像技术(optical coherence tomography,简称OCT)是一种新型的成像探测技术。为了驱动血管OCT环向扫描,进行血管疾病的早期诊断,研制了直径约1mm的超声电机。为此,先后研究了直径为1mm的压电圆柱型超声电机,切角为0.8mm的压电方柱型超声电机,外径为1mm、内径为0.6mm的压电管型超声电机和空心金属方柱(边长为0.6mm)压电片复合超声电机。这些电机分别驱动OCT组成内窥探头,获得了不同分辨率的生物组织扫描图像,其最高纵向和横向分辨率达到7.5μm和6.5μm。简要介绍了超声电机的设计、模拟计算、实验方法和主要性能。     

应用于玉石结构分析的光学相干层析技术

本文首次尝试将光学相干层析方法的微观结构层析分辨能力应用于检测玉石结构进而分析其质地,阐述了光学相干层析图像中反映的玉石结构特征以及物理解释。实验中利用中心波长1310nm的宽带光源和傅立叶域光学延迟线实现了扫描速度1帧/秒、纵向分辨率15um、成像深度3mm的光学相干层析成像系统,根据翡翠样品在层析成像中的光学散射特性随深度变化梯度和在二维被测切面内的强弱分布,提出了评估翡翠透明度和净度特性的光学方法,同时OCT图像特征亦可直观显示古玉钙化沁色部分的光学特性差异。实验结果验证了OCT检测方法用于区分翡翠透光特性的可行性,显示了OCT成像在辨别古玉钙化沁色特征中的应用潜力。     

群相可控光学延迟线色散特性分析

分析了光学相干层析(OCT)成像系统的色散特性。分析表明,系统色散与振镜离焦量成正比关系,且在一倍焦距以内为负色散,在一倍焦距以外为正色散。设计了纵向分辨率为8 μm的OCT系统,测得振镜位于傅里叶透镜焦点外0.5 mm处时,系统产生的色散值约为77 fs²,实验结果与理论相符合。     

单探测器偏振相干层析信号的傅里叶变换分析

研究了生物组织的双折射率、质地密度及层次结构等不同特性对单探测器偏振相干层析(PS-OCT)信号傅里叶频谱的影响。探讨了单探测器PS-OCT的成像理论,建立了多层组织模型。以该模型为样品模拟了它的单探测器偏振OCT信号,并分析了不同模型参数对信号傅立叶频谱的影响。以牛软骨、新鲜及干牛腱为样品,利用单探测器PS-OCT系统对它们进行A型扫描,并对获得的数据进行傅里叶变换。获得的傅里叶频谱显示,随着样品双折射率、背散射率、结构层次等特性的改变,频谱中的谱峰形状及所对应的频率也发生变化,结果证实了单探测器PS-OCT系统检测多种生物组织特性的能力。     

谱域OCT系统设计与实验研究

光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography,OCT）是一种非侵入、非接触的新型光学成像技术,利用生物组织的后向散射光与参考光之间的弱相干实现结构成像,具有高灵敏度、高分辨率、成像速度快等特点。本文设计了一套基于LabVIEW软件平台下的谱域OCT成像系统,并对系统进行了测试与实验研究,验证了系统的可靠性与准确性。     

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,P0.001)。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。