用于内窥镜的OCT成像技术

介绍OCT成像技术的基本原理,指出OCT系统设备选择和系统搭建过程中对成像的关键特性有重要影响的方面,并针对每个方面提供有助于提高OCT系统成像特性的建议。分时域、频域和功能OCT三部分进行讨论,简述每种OCT的成像原理,分析它们各自的特点,提出每一类OCT技术与内窥镜结合的结构简图。最后总结OCT技术与内窥镜结合的优势,指出与内窥镜相结合将有助于OCT技术在医学成像领域的进一步发展。     

Mid-infrared optical coherence tomography

A time domain optical coherence tomography (OCT) system is described that uses mid-infrared light (6-8 microm). To the best of our knowledge, this is the first OCT system that operates in the mid-infrared spectral region. It has been designed to characterize bioengineered tissues in terms of their structure and biochemical composition. The system is based upon a free-space Michelson interferometer with a germanium beam splitter and a liquid nitrogen cooled HgCdTe detector. A key component of this work has been the development of a broadband quantum cascade laser source (InGaAs/AlInAs containing 11 different active regions of the three well vertical transition type) that emits continuously over the 6-8 microm wavelength range. This wavelength range corresponds to the so called "mid-infrared fingerprint region" which exhibits well-defined absorption bands that are specifically attributable to the absorbing molecules. Therefore, this technology provides an opportunity for optical coherence molecular imaging without the need for molecular contrast agents. Preliminary measurements are presented.     

悬臂式光纤探针

悬臂式探针的研制是 SNOM- AFM的重要技术之一。用熔拉—腐蚀相结合的方法 ,将普通单模石英光纤制成直锥型探针。再利用自制的工具在 CO2 激光束下将针尖打弯 ,制成悬臂式探针样品。简单地讨论了此种探针的弹性常数     

二维频域光学相干层析系统研究

针对时域光学相干层析成像系统的成像速度较慢的问题,采用VC++与Matlab混合编程技术开发了二维频域光学相干层析成像系统,实现了对被测样品进行内部快速成像;搭建二维频域光学相干层析成像系统代替一维频域光学相干层析成像系统;利用计算机驱动面阵CCD相机对干涉信号进行采集得到干涉信号;采用计算机驱动NI卡对压电陶瓷(PZT)移相器进行相移控制以达到频域光学相干层析成像系统对移相的需求,利用计算机驱动线性电动移动平台实现检测样品进行横向扫描以达到对样品进行三维成像。研究结果表明,该系统集成度高,开发的软件功能齐全、界面友好、便于维护和升级;该二维系统相比一维光学相干层析成像系统而言减少了一维的扫描采集次数,大大提高了成像速度。     

光学相干层析系统的建立与研究

介绍了光学相干层析 ( OCT)成像技术的原理及应用 ,阐述了自行研究建立的OCT系统 ,给出了利用该系统得到的实际生物样品光学相干层析图像 ,对系统性能和结果作了分析 ,提出一定的改进方案     

虚拟仪器技术在光学相干层析系统中的应用

现有的光学相干层析成像实验系统体积庞大、成本较高、软件开发周期长且不易升级和维护。为了使该技术从实验室走向实际应用，将虚拟仪器技术应用到系统开发中。采用NIPCI-6110多功能采集卡完成信号发生器、同步触发和数据采集功能，系统集成度高、结构紧凑、成本降低。软件由LabVIEW7．1结合DLL技术进行开发，相对于传统的代码式软件开发，缩短了软件的开发周期，提高了系统的稳定性和可靠性，便于升级和维护。虚拟仪器技术的应用为光学相干层析成像系统从实验室走向临床应用作好了技术准备。     

光学相干层析技术在光学表面间距测量中的应用

搭建了适于镜头中光学表面间距测量的实验装置,用于非接触高精度测量镜面间距.该装置以光纤型时域光学相干层析系统为基础,通过光学表面的层析成像精确测量其相对位置.对样品扫描装置进行了改进,利用高精度导轨移动光纤准直器来移动成像范围,实现对不同深度光学表面的层析成像.利用实验测量系统完成了对空气间隙样品及已装调好镜头的光学表面间距的测量,其中空气间隙样品的测量值为6.026mm,用游标卡尺得到的对比测量值为6.02mm;对镜头关键参数空气间隙的测量值为10.750mm,其设计值为(10.7±0.03)mm.实验系统误差为3.871μm,测量灵敏度为10.5μm.结果显示该方法具有非接触、高精度、高灵敏度的特点.     

Electronic interface systems for goals of spectral domain optical coherence tomography

A setup for visualizing the internal structure of media, which partially scatter radiation, using the spectral domain optical coherence tomography (OCT) method is described. The special complex of electron interface systems, ensuring the operating speed of the spectral domain OCT system at a level of 10000 A-scans (longitudinal scans along the depth) per second, high dynamic imaging range, and complete suppression of coherent noise peculiar to the spectral method has been designed to eliminate artifacts characteristic of this method.     

用于光学相干层析系统的三反射镜光束整形扫描机构的光学设计

为了实现高斯圆斑向平顶线斑的转化,提出了一种用于高斯光束整形的三反射镜光学系统。利用环形面对两个相互垂直方向的光线会聚、发散作用不同,标准球面具有旋转对称性质,以及二次曲面系数、非球面系数可以实现高斯分布转化为平顶分布的原理,采用ZPL语言与自动优化结合的方法完成了系统设计。设计得到了一个方向平顶的矩形光斑以及平顶线斑,整形效果良好,并结合在光学相干层析(OCT)系统中对样品照明或扫描的实际要求,通过小角度(±2°)旋转系统第一个反射镜对所得线斑进行扫描,在扫描角度内可以实现线性扫描(扫描范围约为10mm×11mm)。结果表明,该三反射镜系统满足轻量化、结构紧凑、不受工作波长影响的要求,是一种可行、有效的方案。     

Multiplexing optical fiber low coherence and high coherence interferometric system with large range and high resolution for on-line measurement

A novel optical fiber sensing system multiplexing low coherence interferometry and high coherence interferometry that is endowed with large range and high resolution and is stabilized for on-line measurement is presented. An optical fiber Michelson interferometer performing measurement task in the system works in both modes of low coherence interferometry and high coherence interferometry simultaneously by employing a broadband light source and a fiber Bragg grating as an in-fiber reflective mirror. The amplitude of the measurand is determined by the low coherence interferometry while the value of the measurand is measured by the high coherence interferometry. Another optical fiber Michelson interferometer which is incorporated with the one performing measurement task stabilizes the sensing system for on-line measurement by exploiting an electronic feedback loop to reduce the influences that are resulted from environmental disturbances. The measurement range is 6 mm and the measurement uncertainty is less than 2 nm.     

Vibration sensitivity of the scanning near-field optical microscope with a tapered optical fiber probe

In this paper the Rayleigh-Ritz method was used to study the scanning near-field optical microscope (SNOM) with a tapered optical fiber probe's flexural and axial sensitivity to vibration. Not only the contact stiffness but also the geometric parameters of the probe can influence the flexural and axial sensitivity to vibration. According to the analysis, the lateral and axial contact stiffness had a significant effect on the sensitivity of vibration of the SNOM's probe, each mode had a different level of sensitivity and in the first mode the tapered optical fiber probe was the most acceptive to higher levels of flexural and axial vibration. Generally, when the contact stiffness was lower, the tapered probe was more sensitive to higher levels of both axial and flexural vibration than the uniform probe. However, the situation was reversed when the contact stiffness was larger. Furthermore, the effect that the probe's length and its tapered angle had on the SNOM's probe axial and flexural vibration were significant and these two conditions should be incorporated into the design of new SNOM probes.     

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。     

拉曼光纤探针的研究进展及应用

拉曼光纤探针是近来发展较快的一个领域。本文介绍了拉曼光纤探针的原理及研究进展,对其在工业、化学、生物等领域的应用做了总结,并对其应用前景做了预测。     

溶胶-凝胶薄膜修饰的微结构聚合物光纤氟离子传感探头

通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜,制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现,其内部具有贯穿的微孔道结构,这种微孔道结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现,将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部,可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体,传感过程在微孔道内进行。基于荧光淬灭原理实现传感,氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用,因此,传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下,探头对于氟离子具有良好的响应,可在5～50mmol/L内传感。     

拉曼光纤探针的研究进展及应用

拉曼光纤探针是近来发展较快的一个领域.本文介绍了拉曼光纤探针的原理及研究进展,对其在工业、化学、生物等领域的应用做了总结,并对其应用前景做了预测.     

基于GRIN镜头的小型OCT探头的数值分析

利用光学软件GLAD的数值仿真技术设计了用于光学相干层析技术成像的基于梯度折射率(GRIN)镜头的小型化探头.首先,简述了梯度折射率镜头的基本特性,讨论了基于梯度折射率镜头的光学探头的设计方法;然后,对由单模光纤、玻璃棒隔片和梯度折射率镜头构成的探头模型进行了仿真.结果显示,利用GLAD的数值仿真技术为小型化探头的设计...     

采用特殊镀膜分束器的OCT系统性能分析

基于共焦模式的OCT蒙特卡罗仿真模型,研究了在OCT系统中高散射生物组织背向散射光的反射率。仿真结果:表明对OCT成像有贡献的背向散射光强是样品臂入射光强的10^-8~10^-10,这样微弱的有用信号限制OCT系统的成像速度、探测灵敏度、信噪比和图像对比度等系统的性能。为此设计了一种带有特殊镀膜分束器的OCT系统。采用这种结构的分束器,第一,在保证入射光对生物组织无热损伤的情况下,可以尽量提高光源的输出功率,改进之后的干涉仪可以使参考光衰减4个量级,因此不会使光电探测器的输出轻易达到饱和状态。第二,大幅度减小了参考光与信号光之间的能量差距,图像干涉对比度大约提高2个数量级,即使在高速成像的情况下,仍然能够使OCT系统具备较高的成像质量。第三,这种特殊结构的干涉仪可以使样品臂的入射光最强,并将背向散射信号光因分束器反射的损失减少到最低程度,从而使系统的信噪比提高了6 dB,并通过对样品的测试可以测得系统的探测灵敏度可以提高到43 dB。     

一种新的光学相干层析成像中色散现象的补偿方法

光学相干层析成像技术中,样品的色散特性将降低获取图像的分辨力。通过实验获取了不同色散特性的样品的相干图像。实验采用中心波长为845nm,频谱宽度为26nm的超辐射光源。实验的样品为一块30mm厚的BK 7玻璃。根据光源的频谱信息和样品的色散系数,理论计算了OCT信号的包络,并与实验中测得的信号相对比。同时提出了一种新的数值方法,来补偿样品的色散。该方法可在时域或者频域OCT中方便地应用。通过实验验证了该方法的可行性。     

基于嵌入式光学相干层析成像控制系统设计

为了实现低成本、小型化的光学相干层析成像（OCT）控制系统的设计,在分析了该系统的原理和控制信号的逻辑关系的基础上,创新地将快速扫描延迟线的振镜驱动信号,位相调制器的高频激励信号,电控位移台控制信号以及信号放大滤波电路等集成于一个嵌入式OCT控制系统中。测试结果表明,该OCT控制系统产生的各种控制信号能够满足OCT系统实际工作的要求。     

光纤触发式测头及其性能测试研究

为解决三坐标测量机等精密仪器在被测工件表面数据点的采样问题,将光电技术和数字信号处理(DSP)技术应用到光纤触发式测头的研制中。分析了光纤触发式测头的工作原理;当光束照射到球的表面,随意入射角的变化,耦合入分布在发射光纤周围接收光纤的光强也会发生变化,基于这一现象,在接收光纤末端利用硅PIN光电二极管将光强的变化转化为电信号,在信号预处理之后,进行了多路信号模数转换;然后,利用DSP对采集到的多路信号进行运算处理,当运算结果达到设定阈值时发出触发脉冲信号;最后,通过实验对测头的预行程变动量和单向重复性精度进行了测试,实验测定该测头的预行程变动量为0.97μm,单向重复性精度为0.42μm。研究结果表明,该光纤触发式测头具有一定的实用性。