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.     

光学相干层析成像技术确定组织光学特性

光学相干层析成像(OCT)是近年来发展较快的一种新型成像技术,能对生物组织内部的微观结构进行高分辨率的横断面层析成像,具有快速、非侵入及高分辨率等特点,在体生物组织微观结构分析和疾病诊断等方面具有重要的应用价值.综述了采用光学相干层析成像技术确定生物组织光学特性的研究.     

基于LabVIEW的高速三维扫频光学相干层析成像系统

研制了一套高速三维扫频光学相干层析(SS-OCT)成像系统。该系统基于快速扫频激光技术,轴向扫描速率可达50KHz。为了缩短开发周期,系统软件部分采用LabVIEW和Matlab混合编程,实现了模块化设计,主要包括时序控制、数据采集、数据处理和图象重建,界面友好并方便维护。系统基于K线性时钟触发的数据采集模式,无须额外的光谱标定,可以实现实时等波数间隔的干涉光谱信号采样。实验测得系统的轴向分辨率为8.9μm,灵敏度在整个成像深度范围保持在100dB以上。系统可以实现二维OCT图像的实时显示和1.8s内三维OCT图像的采集。利用研制的SS-OCT系统,成功获得了手指和苹果果皮的在体二维和三维图像。三维OCT图像可以显示出指纹特征,而在二维手指图像上很难看到。     

藕断面光学相干层析成像

以光纤迈克尔逊干涉仪为主体,相干长度２５ μｍ 的超辐射管为光源,用光电倍增管和锁相放大器探测,建立了一种相干门层析成像装置,此装置具有三维扫描成像能力,检测灵敏度可达９０ｄＢ。用此装置测量了对生物样品藕横向和纵深方向扫描的后向散射光,得到藕的纵深方向的断层像。     

不同光源的光学相干层析成像系统比较

光学相干层析成像技术是一种新型的成像技术,由于相干性和实用性的特殊要求,系统需要光源具有较宽的频谱宽度、输出功率高、稳定性好、易于耦合。超辐射发光二极管和超短脉冲飞秒激光是能满足这些要求的理想光源。本文在建立上述两种光源成像装置的基础上,对系统的横向、纵向分辨率等基本性能进行了测量;并对生物组织样品的成像质量进行了比较。     

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。     

20 kHz扫频光学相干层析系统

研制了扫频光学相干层析技术(SS-OCT)系统.该系统基于快速扫频激光光源,将轴向扫描频率由原来时域光学相干层析技术(OCT)系统的500 Hz提高到20 kHz.采用了基于OCT系统本身的预标定方法,实现了波数空间的线性校正.针对扫频光源光谱的非高斯型分布,对干涉光谱实施了基于窗口函数的光谱整形.对于干涉光谱中的直流项和自相关项,除了采用平衡探测共模抑制外,还运用了减除平均值的软件处理方法.系统纵向分辨率14 μm,横向分辨率12 μm,在空气介质中的成像深度3.9 mm,利用研制的SS-OCT系统,成功实现了手指组织样品的快速OCT成像.     

光子嫩肤热损伤的光学相干层析成像动态监控

提出了一种基于光学相干层析成像(PCT)的动态监控光子嫩肤热损伤的系统.利用OCT测试系统的非入侵性无损检测的技术特点进行实时测量光子嫩肤治疗过程中皮肤的光学参数,并根据所获得的光学参数变化量来反映热损伤程度.采用小鼠动物模型,并用不同剂量的激光照射小鼠背部皮肤,得到了皮肤组织的衰减系数将随着光剂量的增大而减小的关系.实验结果表明,衰减系数的变化量反映了热损伤的严重程度.     

光学相干层析成像用于微机电系统测量研究

为了对硅V型槽的结构进行测量,采用热光源谱域光学相干层析成像法,进行了理论分析和实验验证,取得了硅V型槽的1维深度和2维层析图像,获得了硅V型槽的深度、上部宽度和底部宽度数据分别为145.38m,212m和32m。结果表明,该测量结果与扫描电子显微镜测量值基本一致。这对微机电系统结构测量是有帮助的。     

基于光学相干层析成像技术的薄膜厚度测量

为了对薄膜厚度进行测量,采用白光谱域光学相干层析成像的测量方法,进行了理论分析和实验验证,对以玻璃为基片的单层和多层薄膜样品进行了层析成像实验,获得了样品的2维层析图像。结果表明,该系统不仅能显示薄膜样品内部的微观结构,而且能从2维层析图像中得到单层和多层薄膜的厚度(分别为68μm和30μm),测量值与理论值相吻合,从而验证了测量理论正确性。该系统具有较高分辨率,可实现快速成像,满足实际工业测量需要。     

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.     

光学相干层析成像中散斑噪声减小算法

干涉测量中的散斑噪声极大地限制了光学相干层析(OCT)成像中特征信息的提取,因此,如何减小散斑噪声成为OCT成像领域的一个重要问题.利用最小化Csiszar Ⅰ-散度的测量方法推出一种散斑最小化算法,不仅可以生成与测量数据一致的图像数据,而且可以推出图像的附加信息,展示了采用散斑最小化算法对人手指正常皮肤的OCT图像散斑噪声最小化处理结果,结果表明,此算法不仅可以极大地减小散斑噪声、提高信噪比,而且能保持清晰的边缘效果.     

宽场光学相干断层成像技术的研究进展

从宽场光学相干断层成像(WFOCT)系统的基本原理出发,研究探讨了宽场光学相干断层成像技术中系统的分辨率、测量灵敏度和动态响应范围等性能参数,分析了影响这些参数的主要因素,介绍了提高宽场光学相干断层成像系统性能的各项技术进展,给出了进一步的研究方向.     

单偏振半导体光放大器扫频光相干层析系统

实现了基于单偏振半导体光放大器高速扫频光源的光相干层析系统。系统中的扫频光源使用偏振相关的半导体光放大器,采用傅里叶域锁模结构。偏振相关的半导体光放大器有着增益谱宽大、输出功率高的优点,使得光源仅使用一个放大器即可获得足够的增益谱宽与输出功率。扫频光源输出功率达到32mW左右,有效扫描频率为45kHz,输出光谱的中心波长为1 326nm,光谱宽度为115nm。利用系统进行光相干层析成像时,横向分辨率为9μm,纵向分辨率为12.9μm左右,灵敏度为105dB。利用该系统实现了多种生物和非生物样品的光学相干层析成像。     

单偏振半导体光放大器扫频光相干层析系统

实现了基于单偏振半导体光放大器高速扫频光源的光相干层析系统。系统中的扫频光源使用偏振相关的半导体光放大器, 采用傅里叶域锁模结构。偏振相关的半导体光放大器有着增益谱宽大、输出功率高的优点, 使得光源仅使用一个放大器即可获得足够的增益谱宽与输出功率。扫频光源输出功率达到32mW左右, 有效扫描频率为45kHz, 输出光谱的中心波长为1326nm, 光谱宽度为115nm。利用系统进行光相干层析成像时, 横向分辨率为9μm, 纵向分辨率为12.9μm左右, 灵敏度为105dB。利用该系统实现了多种生物和非生物样品的光学相干层析成像。     

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。     

光学相干层析用于检测早期人工龋齿

早期龋齿是由牙齿内部脱矿造成的,脱矿区导致后向散射系数增加。提出一种通过光学相干层析(OCT)检测早期龋齿的方法,通过研制的全光纤OCT系统对人离体牙齿进行成像,获得了正常人离体牙齿的二维断层图像,并采用酸蚀法对人正常离体牙齿分别进行了12,24,48,72,96和120 h人工体外龋齿建模,使用全光纤OCT系统对人工龋齿脱矿程度进行定量测量,测量结果满足人工致龋深度与人工致龋时间之间的线性关系,验证了通过采用OCT方法定量测量牙齿脱矿程度来检测早期龋齿的可行性。     

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。