基于光场幅度动态变化的OCT功能成像原理和应用（特邀）

光学相干层析成像（OCT）能够无损获得微米级空间分辨率的样品截面信息,在眼科、血管内科等临床诊疗研究和应用中起到了重要的作用。利用OCT测量光场的幅度可以获得样本的三维结构信息,如眼底视网膜的分层结构,但对组织特异性、血流、力学特性等功能信息的作用有限。基于相位、偏振态、波长等光场参量的OCT功能成像技术应运而生,如多普勒OCT、OCT弹性成像、偏振敏感OCT、可见光OCT等。其中,基于光场幅度动态变化的OCT功能成像技术具有显著的鲁棒性和系统复杂度优势,已经在临床无标记血管造影中获得成功。此外,应用于三维血流流速测量的动态光散射OCT、具有无标记组织/细胞特异性显示能力的动态OCT、能够监控热物理治疗温度场的OCT温度层析成像等,已经成为了OCT功能成像的技术前沿。综述基于光场幅度动态变化的OCT功能成像技术的原理、实现和应用,分析了所面临的技术挑战,并展望了未来发展方向。     

光学相干层析显微内窥成像技术研究进展（特邀）

光学相干层析成像（OCT）是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点外,还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点,尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展,光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步,应用场景也得到不断扩展。具体地：光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT,成像速度和分辨率获得显著提升;光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段,目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展;光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状,重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用,最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。     

基于LED照明的时域全场OCT成像系统设计

为了进一步降低成本并提高成像的速度与精度,提出了一种基于发光二极管(LED)照明的全场时域光学相干层析成像技术(OCT)系统。用LED作光源、采用带反馈的闭环四步移相法采集信号,阐述了其成像原理,并进行了系统结构研究、理论分析和实验验证。结果表明,系统的相干长度为23μm,轴向分辨率达到了11.8μm,横向分辨率为19.8μm,单幅图的采集时间为2.15 ms;与以往的OCT扫描方式相比,该方法减小了实现成本,并具有更快的扫描速率以及更高的精度,有着很大的使用价值。该研究为开发超高速、高精度的低成本OCT系统提供了参考。     

快速扫频光源及其在光学频域成像中的应用

基于快速扫频光源的光学频域成像技术足新一代光学相干层析成像(OCT)技术,相比传统时域OCT技术,具有成像速度快、灵敏度高等优势,是OCT领域乃至生物医学光学成像领域最活跃的研究热点之一.综述了快速扫频光源的研究现状与最新进展,介绍了基于快速扫频光源的光学频域成像技术与应用,并就目前该领域存在的主要问题以及技术发展的趋势进行了探讨.     

基于LED照明的谱域线扫描OCT的软件系统开发

<正>研究了基于LED照明的谱域线扫描OCT软件系统开发及数据处理的基本方法,包括OCT系统信号的提取方法、深度坐标的获取、色散补偿算法等,并基于LabVIEW图形化编程软件开发了与硬件结合的软件系统,给出了软件系统的GUI界面,与硬件系统结合,实现了电控平移台的控制、干涉图像采集、图像处理等基本操作功能,为开展OCT的实验研究及后续数据处理提供了支撑。光学相干层析成像技术（OpticalCoherence Tomography,简称OCT）是一种基于低相干光干涉原理,集光学,电子学,     

傅里叶域光学相干层析成像技术的研究进展

光学相干层析成像(OCT)可以实现生物组织内部微观结构的实时、高分辨率、三维成像,在临床诊疗与基础科学研究领域得到了广泛的应用。近年来,得益于光源与探测技术的发展,傅里叶域OCT已经成为OCT的主流模式,尤其推动了OCT微血管造影等功能成像技术的发展。以傅里叶域OCT为重点,回顾了OCT的工作原理,阐述了系统主要的性能参数及其影响因素,介绍了傅里叶域OCT在成像量程、成像速度以及功能成像方面的现状并对OCT的研究作了展望。     

基于OCT技术对古代瓷釉断面结构特征的初步研究

为了验证将光学相干层析(OCT)成像技术应用于古代陶瓷无损检测,将OCT图像表现的釉面的断面特征用于古代陶瓷类别区分的可行性,利用宽波长频域OCT成像系统对选自5个窑口的8个不同釉系、色系的瓷片进行测试,得到了样品的断面结构图像,并分析了OCT图像中的气泡大小和分布、强散射颗粒分布、釉层均匀性、透射率、釉层的分层等特征。实验结果显示8个古代瓷釉样品OCT成像特征差异明显,说明OCT成像技术能基于断层图像特征对瓷釉的釉系、窑口进行区分。     

基于傅里叶合成技术的光刻照明系统研究

离轴照明技术是光刻工艺中提高成像分辨率的关键技术之一。本文提出了一种基于傅里叶合成技术的照明系统，该系统能够实现任意照明模式，并可以提高成像数值孔径，同时具有灵活高效、能量利用率高、易于实现等优点。本课题组通过计算仿真和搭建的实验装置验证了傅里叶合成技术实现任意照明模式的可行性，掌握了傅里叶照明系统所需的数值孔径合成方法，实现照明所需的发散度。基于优化的照明程序版图在实验中实现了圆盘、二级、四极、环形等照明模式，这些照明模式光强分布较均匀且照明形状无畸变。当MEMS二维振镜的扫描角度为±1°且选用收集镜成像倍率为10时，在收集镜上可以实现最大扫描照明尺寸超过30 mm，焦点面上的4×NA值超过0.6，这一结果可以匹配当前及下一代光刻工艺及掩模检测应用的照明需求。     

光学相干断层成像技术在定窑瓷器检测中的应用

光学相干断层成像(OCT)是基于低相干光干涉仪,可对物体进行断层成像的技术。OCT系统的无损检测和图像高速采集特征使其适于对历史文物进行成像检测,并提供文物表面下的结构信息。对OCT技术原理进行了阐述,并采用OCT系统对来自北宋的定窑瓷器进行无损检测及断层图像的采集。通过定窑瓷器的OCT断层图像,可观察到定窑瓷器表层釉质和胎体层,层状结构以及不同结构的界面也清晰可见。通过对OCT断层图像的分析,可获知瓷器表面的施釉情况及釉层特点,釉层和胎体的风化特征及其中气泡及晶体颗粒的分布、OCT图像对瓷器的穿透深度等信息。同时可分析釉层和胎体表面工艺以及二次修补的信息。     

三维谱域光学相干层析成像系统的研制

介绍了基于光纤迈克尔孙干涉仪的三维谱域光学相干层析(OCT)系统.系统探测器部分为自行研制的高速高分辨率光谱仪,其光谱分辨率高达0.05 nm,使OCT成像探测深度范围达3.4 mm.系统信噪比(SNR)测量值为51 dB,纵向分辨率8.5 μm.系统成像速率达10×103 line/s,通过二维扫描和三维重建,可达到2s采集一幅三维OCT图像的速度.借助三维相干层析成像技术,可以对眼底视网膜等生物组织进行更加直观和精确的显示.     

光学相干层析系统的信噪比分析及优化

为提高光学相干层析(OCT)系统的信噪比(SNR),改进系统的探测灵敏度,保证系统的成像质量,从理论上详细分析了光学相干层析成像系统中的主要噪声源,建立了系统噪声的理论模型,分析了光学相干层析成像系统中的各个组成单元对系统信噪比的影响.建立了一套实用型的光学相干层析成像系统,对该探测系统中的噪声进行了测量,得到系统噪声的实验模型.然后对理论分析的结果进行一定的修正,并对实验系统进行优化,得到了16μm的纵向分辨率,-90 dB的探测灵敏度.     

谱域OCT光谱分析及图像噪声消除方法

在谱域OCT系统中,成像过程存在原理性噪声以及系统暗噪声,影响了图像质量,造成图像信噪比降低,图像局部结构信息缺失,因此,对谱域OCT系统的干涉光谱成分和光谱噪声的形成机制进行分析,提出了针对干涉光谱解耦的噪声处理方法。对单层薄膜成像实验,得到了薄膜的二维层析图像,实验结果表明,噪声消除方法对薄膜的成像处理简单有效,能够显著提高图像质量。     

并行频域OCT图像预处理系统

鉴于传统的时域光学相干层析成像(TDOCT)扫描过程复杂以及基于计算机的数据处理系统速度低,设计了基于ADI公司的双核、高速视频处理芯片ADSP-BF561的并行频域OCT(PSDOCT)图像预处理系统,无需横向和轴向扫描直接得到二维层析图像.实验结果表明:基于实序列IFFT算法、插值查表取模算法、双核并行处理技术及流水线处理技术的软件设计提高了系统的图像处理速度.该系统对横向扫描宽度为2.5 mm的1帧图像(180×512)进行处理需要的时间约为9 ms,轴向分辨率和横向分辨率分别达到17.4μm、14.1μm,灰度值误差为0.205%.满足实时精确成像的要求.     

无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究

设计了一种基于三角法线扫描的无人机载激光雷达三维成像系统。系统以520 nm线激光为光源照射目标,利用无人机扫描获取目标的三维数据。文章设计了无人机载激光线扫描系统的硬件系统,构建了线激光水下折射三维坐标解算模型,提出了水上、水面与水下激光条纹提取的图像处理方法,并利用研制的雷达系统进行了近海浅水区域无人机扫描实验。实验结果表明,系统利用IMU及GPS能够有效提升三维图像的准确性,快速获取目标区域水上及水下目标的三维数据,平均距离分辨率达到3 cm,具有速度快、精度高、成本低的优势,在近岸浅海区域的大范围高速三维成像领域具有广阔的应用前景。     

眼检光学相干层析成像系统及实验研究

眼检光学相干层析 (opticalcoherencetomography)成像技术是一种新型成像方法 ,本文阐述了OCT系统的基本原理、组成、建立了一种相干成像实验装置 ,用该实验装置得到了纵向分辨率为 10 μm的实验结果 ,最后 ,本文给出了OCT眼检系统的实验结果     

光学医学成像实验技术综述：I——直接成像法

近红外光辐射医学成像研究已经愈来愈受到重视。光学成像法与现有的辐射成像方法相比具有辐射是非电离的；可以区分软组织；能够得到组织体功能信息等优点，因此光学医学成像法可作为连续成像的检测仪器应用在乳癌诊断、新生儿脑部含氧或缺氧分析、成人组织功能的检测等医学领域。本文综述了近红外光辐射医学成像研究的实验技术之一 直接成像法     

Optimum hierarchical segmentation of OCT images in retina based on macular distance

Retina layering was the basis of optic disc structure analysis and 3D feature extraction of glaucoma.In order to improve the layering effect of retinal OCT images,an intensity based multilayer segmentation algorithm for two-dimensional retinal OCT images was proposed.Through preprocessing and filtering operation,the segmentation algorithm calculated the intensity and intensity gradient of each A-scan in the retinal OCT image to obtain the upper bound RNFL,the dividing line IS and OS,and the lower bound RPE.Then macular distance strategy,calculated by the shortest distance,was used to further optimize the layering result of macular area,so as to achieve layering segmentation of the retinal OCT images.The experimental results show the algorithm has good optimization effect,low time complexity and fast running speed.     

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.     

眼轴及眼前节SS-OCT一体化成像系统

针对现有眼轴测量仪器无法同时实现大量程眼轴测量及眼前节成像的功能,设计了眼轴和眼前节同步测量的大量程扫频光学相干层析成像系统。该系统通过设计大量程扫频光源增加成像深度,并在外部设计搭建标定光路进行k域重采样以提高大量程干涉范围内的成像质量,从而在获取高精度眼轴信息的同时对眼前节成像;针对该系统OCT图像信噪比较低的问题,文中采用基于各向异性滤波的保边去噪算法对图像中的散斑噪声进行抑制以提高图像对比度。系统分别使用等比例人眼模型和离体鱼眼进行成像实验,实验结果表明:该系统成像深度可达到69 mm,在精准测量眼轴纵向五层结构的同时完成12 mm范围内的眼前节横向扫描,眼轴长度平均测量误差0.04 mm,成像时间约为0.45 s,满足临床医学应用中实时性的要求。