自适应光学技术在深层动态荧光显微成像中的应用和发展

荧光显微成像技术是开展微观生命科学研究的重要手段和工具,使用该技术可以观察生物体内的精细结构、动态追踪生物体内组织、细胞、细胞核、蛋白、小分子等不同尺度的生命活动过程。其中,研究深层组织高时空分辨率荧光显微成像技术,是当前成像领域一个前沿问题。应用自适应光学技术实时补偿经由不透明散射、非均匀生物组织传播而引入的复杂波前畸变已被证实是实现上述技术的一种有效途径。文中首先归纳了深层动态荧光显微成像的需求和特点,随后分别介绍了自适应光学技术近几年在共聚焦显微成像、随机光学重构显微成像、光激活定位显微成像、受激辐射光淬灭显微成像、双光子/多光子激发显微成像中的相关应用,并对今后的研究问题和发展方向提出展望。     

自适应光学在双光子显微成像技术中的应用

光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具,其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能,被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是,在双光子成像系统使用过程中,光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会在成像过程中引入像差,从而降低成像质量。通过在双光子显微成像系统中引入自适应光学技术,可实现对像差的有效校正,从而提高成像的分辨率、深度和视场。介绍了双光子显微成像中的像差来源和特点,概述了自适应光学技术中不同的探测和校正方法,综述了近年来自适应光学技术在双光子显微成像中不同的应用成果,最后对自适应光学在双光子显微成像中的发展进行了展望。     

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…     

全场光学相干层析在细胞成像中的应用研究

研制了一套基于Linnik干涉仪的全场光学相干层析（full-field optical coherence tomography, FF-OCT）系统,以对细胞进行层析成像。不同于其它全场OCT系统的成像方法,该系统采用了基于希尔伯特（Hilbert）变换的图像恢复算法,只需要两幅移相干涉图就可以恢复出样品的结构信息,即使移相出现误差,仍然能够得到样品层析图。系统的实测纵向分辨率达到了1.1 μm,实测横向分辨率达到了2.5 μm。通过对洋葱表皮细胞的初步成像实验,验证了该FF-OCT系统的可行性,为进一步实现高分辨率细胞成像奠定了基础。     

光学相干层析术及其应用

光学相干层析术是一种新型的对活体组织进行非侵入的光学诊断成像技术。它将低相干干涉仪与共焦扫描显微术结合在一起，去掉物镜焦点之外的散射光，利用高灵敏度的探测技术，实现在光散射介质如生物组织中获得清晰的分层图像。     

自适应光学在眼科医疗中的应用

自适应光学(Optics Adaptive,AO)系统实时校正动态波前误差,使光学系统具有适应外界环境变化,始终保持最优工作状况的能力。其在眼科医疗中的应用,为从细胞水平上研究视网膜提供了全新的手段。本文着重介绍了自适应光学技术在视网膜细胞成像和光学相干断层扫描领域的应用发展和现状。     

光学相干层析术在人体皮肤成像方面的实验研究

光学相干层析术(OCT)在人体皮肤病的临床诊断及科学研究方面有着广阔的应用前景.为获得活体状态下人体皮肤形态结构图像及其散射特性参数.研制了一套OCT系统(16 μm纵向分辨率,-90 dB的系统灵敏度),应用该系统对人体多个部位的皮肤进行了活体成像,基于扩展的Huygens-Fresnel原理推导了OCT外差信号的表达式,利用该表达式对不同区域的OCT纵向信号曲线段进行线性拟合,提取人体皮肤的散射系数.从获得的结构图像可以清晰地分辨出角质层(掌趾部位)、表皮层、真皮上层等皮肤结构.分析得到了角质层和表皮层的厚度信息以及散射系数.从而验证了OCT用于表层皮肤研究的可行性.     

自适应光学视网膜细胞成像中像质提升方法研究

为消除或减弱影响视网膜活体细胞成像质量的因素,提高图像质量,提出了增强图像质量的方法.采用Shack-Hartmann波前传感器和37通道微机电系统薄膜变形镜测量和校正人眼及光学系统像差;成像光源采用632.8nm的激光,采用旋转散射体的方法抑制了激光散斑;在成像系统中放置一个和视网膜共轭的光阑消除角膜杂散光;成像CCD曝光时间设置在5～10ms消除细胞运动带来的像面模糊.采用上述方法能显著地提高视网膜成像质量,得到的视网膜图片已能分辨出细胞.     

光学相干层析术中的图像处理研究

超辐射发光二极管（SLD）和超短脉冲飞秒激光是光学相干层析（OCT）的理想光源,实验中,SLD光源的边峰效应,造成了OCT图像的模糊,本文采用一阶近似的方法,对图像进行了处理,获得了清晰的层析组织结构图,文中还提出出现边峰的原因是器件本身所致,模拟结果与实验相符。     

非相干数字全息自适应光学波前校正特性研究

非相干数字全息自适应光学是一种新型的自适应波前探测和校正的技术。它利用全息图可以完整记录光波场的特性进行波前探测,结合适当的数值再现算法对光波前像差进行校正。基于菲涅耳非相干相关数字全息术(FINCH),从理论上阐明了非相干数字全息自适应的基本原理,并给出了数值仿真结果。采用改进的迈克耳孙干涉仪光路配置,分别记录待观测物体与引导星的全息图,利用引导星全息图的复共轭对待测物光波进行波前校正,从实验上定量地研究了引导星尺寸、选取位置对波前校正效果的影响,在系统各光学元件给定的情形下,明确了引导星选择的空间和系统等晕区范围,实现了良好的波前校正效果。     

眼底自适应成像系统中的二自由度头托设计

眼科临床上所使用的简易头托限定医生与受试者的距离不能超过一臂之长,因此无法用于较为庞大的眼底自适应成像系统。为了达到眼底自适应成像系统与受试者瞳孔快速对准、稳定定位的要求,设计了一种可长距离控制的二自由度的头托。采用具有自锁能力的梯形丝杠驱动头托垂直运动,采用传动效率高的滚珠丝杠驱动头托水平运动,以步进电机提供动力。基于PIC16F877单片机,完成了头托移动控制的软硬件设计,并在MPLAB与Proteus环境下进行了联合仿真实验。仿真结果表明,所设计的头托可在竖直方向和水平方向以20μm的精准度定位,能够实现长距离、快速准确的瞳孔对准和左右瞳孔切换过程,是眼底自适应成像系统的良好辅助工具。     

Evaluation of the adaptive speckle suppression filter for coronary optical coherence tomography imaging

During the last few years, optical coherence tomography (OCT) has demonstrated considerable promise as a method of high-resolution intravascular imaging. The goal of this study was to apply and to test the applicability of the rotating kernel transformation (RKT) technique to the speckle reduction and enhancement of OCT images. The technique is locally adaptive. It is based on sequential application of directional masks and selection of the maximum of all outputs. This method enhances the image features by emphasizing thin edges while suppressing a noisy background. Qualitatively, the RKT algorithm provides noticeable improvement over the original image. All processed images are smoother and have better-defined borders of media, intima, and plaque. The quantitative evaluation of RKT performance showed that in terms of average contrast-to-noise ratio, there is a significant improvement in image quality between original and enhanced images. The RKT image enhancement technique shows great promise in improving OCT images for superior boundary identification.     

光学相干层析系统的成像数学模型研究

生物组织样品的光学特性可以由光学相干层析成像系统探测到的后向散射功率确定，文中建立了入射光线在样品介质内的一阶散射数学模型，揭示了样品的衰减系数和后向散射系数与系统探测结果之间的关系。     

光学相干层析成像技术的应用

介绍了光学相干层析成像技术在不同领域的应用,预言了未来的发展趋势。     

Visible light optical coherence tomography in biomedical imaging

Optical coherence tomography (OCT) is a widely used optical imaging modality for three-dimensional structural and functional imaging. The prevalent OCT systems use an invisible light laser source beyond 800 nm and up to 1 500 nm to allow deep image penetration in biological tissues. Recently, visible light OCT (vis-OCT) using a short wavelength range between 400 nm to 700 nm has gained significant progress and attracted interest in its unique capability of high resolution imaging and spatially-resolved spectroscopy. In this article, we will briefly review the recent advance of vis-OCT imaging and its potential biomedical applications.     

High axial resolution swept source for optical coherence tomography

A high resolution simple swept source for OCT measurements is presented. Low skew frequency domain triggering via electronic processing allowed resolutions of one FFT bin for a single reflection. The high resolution capability was demonstrated in a system containing ~10 ?m spaced interfaces.     

光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法

为实现微流场3D 可视化速度测量,建立了基于光学相干层析技术的微粒子跟踪速度测量系统。对系统组成原理、微粒子图像提取、匹配和速度计算方法等进行研究。介绍了频域光学相干层析技术、微流场速度测量系统组成及对渗入微粒子的微流场扫描及三维成像方法。利用中值滤波、最大类间方差二值化和体积滤波等方法搜索流场中各个微粒子,实现全流场流动特性3D 可视化;利用微粒子之间距离、灰度二阶矩建立代价函数,对不同时刻扫描得到的微粒子进行匹配,根据微粒子三维坐标求其运动速度。对对流流场进行了测量,实现了微米级空间分辨的微粒子图像与速度矢量显示。适合于复杂微流场的三维速度检测,对微流动器件流动特性研究具有重要意义。     

Collimator effects in high resolution x-ray computed tomography

This paper complements other studies in the field of image restoration in X-ray computed tomography by including the source collimator among the sources of image degradation. The overall blur is describable in terms of a space variant 2-D impulse response or point spread function, which is initially calculated for an arbitrary scanning eccentricity, a uniform source intensity distribution, a uniform detector sensitivity, and arbitrary collimator aperture and position, and subsequently derived for more complicated sources and detectors. Numerous 3-D hidden-line displays are used throughout to illustrate the complicated 2-D functions emerging from the analysis.     

高度屈光不正人眼的视网膜自适应成像系统

为了更好的利用液晶自适应成像系统进行具有较大屈光不正人眼像差校正及视网膜的成像,建立了一套基于低阶像差自补偿的眼底自适应成像系统。该系统采用基于人眼调节特性的光学系统进行屈光补偿,用夏克哈特曼波前传感器进行实时的波面探测,将探测所得波前畸变进行波前重构,通过LCOS波前校正器进行高阶像差的波面校正提高系统成像质量。经过校正后系统波前误差得到有效控制。光学系统的分辨率接近70 lp/mm,已经到达该光学系统的衍射极限分辨。可以得出:液晶自适应视网膜成像系统可以满足高度屈光不正情况下的人眼视网膜成像要求。