人体结肠与肾脏组织全场光学断层成像研究

用全场光学相干层析成像(FFOCT)系统对人体离体结肠组织与肾脏组织进行了高分辨率层析成像。该系统基于Linnik干涉系统,采用白光光源照明,理论分辨率可达0.5μm。通过面阵电荷耦合元件(CCD)采集多张样品和参考镜的干涉图,以四步移相法获取层析图。运用该系统对人体肾组织进行成像,基于肾的组织学切片特征成功辨认肾组织结构;运用系统对人体结肠组织及结肠腺癌组织进行成像,以组织学切片图像为对照,分析正常结肠组织与结肠腺癌组织的FFOCT断层图像,验证了该成像系统对人体癌变组织的鉴别能力,研究结果为FFOCT技术的临床诊断应用打下了基础。     

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。     

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。     

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。     

自适应光学相干层析在视网膜高分辨成像中的应用

视网膜光学相干层析（OCT）技术利用外部低相干光源照射人眼眼底,并将人眼眼底散射信号进行干涉成像,获得人眼视网膜的断层图像信息,以实现人眼视网膜无创、实时、在体的光学活检。传统光学相干层析在视网膜成像时的轴向分辨率可达3 μm以上,但由于人眼个体差异和不可避免的像差限制了视网膜OCT的横向分辨率,只能达到约15~20 μm。而自适应光学作为一项波前校正的先进技术,可以校正OCT色差以及人眼有限视场和眼球运动导致的像差,将OCT横向分辨率提高到低于2 μm,以实现视网膜细胞及微细血管近衍射极限成像,及时发现患者眼底存在的早期病变。在介绍自适应光学和视网膜光学相干层析的技术特点基础上,对自适应光学在视网膜光学相干层析成像应用的国内外发展现状进行了论述,总结了自适应光学OCT视网膜高分辨成像在宽带光源色差校正、眼球运动伪影减少、自适应光学视场扩大和波前传感与校正系统简化的关键技术和未来发展趋势,以实现大视场、高效率、高灵敏度、高分辨率的高速人眼视网膜成像,为未来自适应光学OCT视网膜成像技术的研究和应用提供参考和借鉴。     

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.     

光电子技术

01183661300nm 光学层析成像[刊]/王新宇//光电子·激光.—2001,12(5).—500～502,509(E)利用光学相干层析(OCT)技术,可以透过混沌介质,特别是生物组织成像。本文介绍了建立的基于1300nm 波长稳定化光源的 OCT 实验装置,并且该装置测量了金属丝样品在奶粉溶液和土豆片两种混沌介质的一维和二维成像情况。该装置具有20μm 的横向分辨率和26μm 的轴向分辨率,并给出由 OCT 信号重建的灰度图。参5     

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…     

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.     

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。     

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。     

正弦相位调制全深度频域多普勒光学相干层析成像技术

将多普勒探测与正弦相位调制复频域光学相干层析成像技术(OCT)相结合,建立了基于正弦相位调制的全深度频域多普勒光学相干层析成像系统。利用正弦相位调制B-M扫描方法,并采用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号,获得全深度层析及多普勒图像。成像深度范围扩大为原来的2倍,在整幅图像范围内均可获得较高的速度探测灵敏度。基于该系统获得了血流仿体的全深度层析图及全深度多普勒图。实验测量的系统最小可探测速度为5.35μm/s。     

基于波长编码的扫频光学相干内窥成像方法

提出了一种基于波长编码的扫频光学相干层析(SS-OCT)内窥成像方法,详细分析了该方法的工作原理,从理论分析上证明了其可行性.从系统时间脉冲响应和传递函数推导出系统干涉信号的数学表达式;模拟了简单样品的干涉信号,并给出Morlet小波分析的解码结果;讨论了系统的一些关键性能参数,如横向成像点数、成像分辨率、成像范围、成像速度等,指出系统横向分辨率和纵向分辨率相互制约,提高扫频光源的扫频范围是优化系统分辨率的有效方法.     

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.     

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.     

光学相干层析显微成像的技术与应用

光学相干层析显微成像(OCM)技术是一种使用相干探测的光学显微成像技术。OCM不仅具有光学相干层析成像技术(OCT)高轴向分辨、高信噪比、无需标记的优势,而且能通过高倍物镜获得高横向分辨能力,能实现微米量级的空间分辨率。首先介绍OCM技术的基本原理和实现方案,然后详细阐述OCM技术的原理以及在国际上的研究进展。针对OCM技术中如何实现超高分辨成像、焦深限制成像深度等问题,对目前该研究领域一些先进的OCM技术进行总结。OCM技术在生物医学、材料检测等领域具有广泛的应用前景。     

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。     

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.     

单偏振半导体光放大器扫频光相干成像系统

搭建完成了基于单偏振半导体光放大器扫频光源的光相干成像系统,此系统可以实现高速光相干层析成像与光相干显微成像。系统中的扫频光源使用偏振相关的半导体光放大器作为放大单元,该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合适的增益谱宽与输出功率,并可采用傅里叶域锁模技术大幅提高其扫频速率。采用傅里叶域锁模技术时,扫频光源输出功率达到32 mW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。利用系统进行高速光相干层析成像时,横向分辨率为9μm,纵向分辨率为12.9μm左右,灵敏度为105dB。利用系统进行光相干显微成像时,可以清楚地看到洋葱内表皮细胞的结构。