20kHz高分辨率扫频光学相干层析成像系统

【目的】为实现高速且高分辨率生物组织断层成像,研制了一套基于扫频光源的光学相干层析成像(OCT)系统。【方法】以1 310 nm中心波长的扫频激光光源为硬件基础,运用LabVIEW编译的软件系统作为处理工具,对动植物表皮样品均进行了测量实验。【结果】所研制的系统可以实现5 s内对100万个数据点的高速采集与处理,横向和纵向分辨率均达到了10μm的高清晰度光学成像,且成像深度可达2.3 mm。【结论】所研制的OCT系统完全可以满足对生物组织断层的成像需求,为临床医学的光学成像提供了更有力的硬件基础。此外,该系统还具有体积小,操作简单、可移植性强等特点。     

谱域光学相干层析成像的图像处理

光学相干层析成像(OCT)系统中的噪音特性对图像将产生重要影响,为了获取高质量的OCT图像,引入数字图像技术来处理OCT图像.相关的实验被采集,结果表明,图像质量明显改善.     

热光源谱域光学相干层析成像系统

根据热光源具有极短的相干长度、能够提高系统的轴向分辨率的特点,设计了一种使用热光源的谱域光学相干层析成像系统.利用高斯函数计算得到的理想光谱密度与光谱仪测量的实际光谱密度之间的比值,得出了不同波长对应的光源光谱密度的校正系数,将校正系数与所测干涉光谱值相乘,得到了校正后的理想干涉光谱值.实验结果表明:高斯校正后,样品的一维散射势得到锐化,散射势峰值变大,系统的轴向分辨率变高;高斯校正后使二维层析图像的质量得到了提高,样品的薄膜边界变得清晰.因此,系统具有分辨率高、成像速度快、测量精度高和对样品无损伤的特点,在薄膜厚度的无损测量方面有着广泛的应用前景.     

光学相干层析成像的原理、应用与发展

[目的]鉴于光学相干层析成像的微米量级空间分辨率、三维实时成像、非接触式探测等优点,分析光学相干层析成像当前的应用与发展,整理光学相干层析成像的研究进展.[方法]在系统查阅相关文献与研究成果的基础上,结合理论、公式与仿真等,从原理、应用以及发展等方面对光学相干层析成像进行综述.[结果]阐述了光学相干层析成像在时域、频域...     

旋转式扫描方法在光学相干层析成像系统的应用

提出了一种新的旋转式光程扫描方法,用于光学相干层析成像系统中参考臂端的轴向光程扫描．其中,利用光程控制盘来改变参考臂的光程,用猫眼逆反射器来实现参考臂端光束的精确回射,实现了5000r／min的快速扫描,并由实验数据得到了测量点的信号强度折线图．分析表明,信号强度的相对误差小于3％,与直线式扫描方式相比,旋转式扫描方法可以通过光学介质的旋转切换来实现不同光学光程的快速改变,实现光束的精确回射,具有扫描结构简单、易于控制、成本较低和精度较高的优点．     

谱域光学相干层析成像的图像重构

谱域光学相干层析成像是通过对样品后向散射的光谱干涉数据进行相关处理后获得重构图像的技术,因此图像重构是其重要的环节.具体介绍了信号重采样、消除寄生项、灰度图绘制等相关原理与方法,还介绍了对非理想光源的修正补偿方法,并通过实验验证了该方法的可行性.     

光学相干层析成像的高阶散斑降噪方法

光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)图像经常受到散斑噪声的污染,而散斑噪声会降低临床检查的精确性.为了解决该问题,提出一个低秩张量逼近框架下的自适应高阶奇异值分解(Higher-order singular value decomposition,HOSVD)方法.首先,利用局部鲁棒统计滤波平滑噪声图像,以降低散斑噪声对非局部相似图像块抽取的影响;其次,利用Eckart-Young-Mirsky定理自适应地估计三阶张量的Tucker秩;最后,利用HOSVD分解噪声张量,并且利用截尾后的核张量构建潜在的干净图像.实验结果表明,本文所提出的方法能有效地去除OCT图像中的散斑噪声且能保持图像的细节结构.     

光学相干层析成像系统与实验研究

从光学相干层析成像(OCT)系统结构出发,介绍了OCT系统的成像原理,组建了OCT系统,实现生物组织表面的层析扫描成像,并对系统的性能和结果做了分析。     

谱域光学相干层析成像系统的实验研究

为改善光学相干层析成像(OCT)技术图像的获取速度和灵敏度,搭建了一套基于光谱干涉法的谱域光学相干层析成像系(SD-OCT).该系统采用宽带光源照明,通过光纤迈克尔逊干涉仪产生物体的干涉图形并被光谱仪采集,物体内部结构图像则由干涉图形的傅里叶变换获得.研究表明,SD-OCT的数据获取速度比传统的OCT系统提高了将近40倍,达到了16 000/s的轴向扫描速率,其灵敏度也改善了20～30 dB.因此,SD-OCT可实现工程和生物材料内部结构的实时三维图像重构.     

光学相干断层扫描

本书是斯普林格出版社生物和医学物理，生物医学工程系列中的一本。作者沃尔夫冈教授是英国卡迪夫大学视觉科学院生物医学成像研究组的负责人和生物医学成像的主任教授。     

Handheld optical coherence tomography device for photodynamic therapy

Photodynamic therapy (PDT) is a very effective treatment for port wine stains (PWS). To guide and assess PDT treatment, a handheld optical coherence tomography (OCT) probe was designed for real-time imaging of the PWS patient. The system uses a light source with a center wavelength of 1310 nm, -3 dB bandwidth of 90 nm and an optical power of 9 mW. The system also has a spatial resolution of 8 μm (lateral) × 7 μm (axial), an imaging rate of 4 frames per second, and a 102 dB sensitivity. We then demonstrate that the OCT imaging system can clearly distinguish between normal and PWS tissues. Therefore, the system can provide valuable guidance for PDT treatment.     

微分干涉相衬层析显微镜的相干传递函数

通过系统在低相干光源照明情况下对生物组织成像机理的分析,探讨了系统具有很强纵深分辨能力的原因,在此基础上,利用信息光学的理论和方法研究了图像的形成和传递过程,推导了系统的相干传递函数．结果表明系统的横向成像具有低通特性,纵向成像具有带通特性．本研究工作为全视场层析探测提供了理论依据．     

相干性对PIE成像方法的影响

分析了相干性对PIE（Ptychographic Iterative Engine）成像技术的影响,指出光源相干性不理想将会引起再现结果中各个频谱分量强度相对于其真实值发生相对变化,而且这种变化随着相干系数的降低而逐步增大.由于实际再现结果是很多可能再现像的线性组合,因而往往包含很多的噪声或细节扭曲,同时当物体衍射能力较弱而零级衍射很强的情况下,高阶衍射间的干涉可以忽略,所得的再现结果相对于原始物体有明显的相位对比度弱化,但由于衍射场仅仅发生强度的减弱而相位并未改变,所以再现像仍然可以较好地反应物体的真实结构信息.     

微分干涉相衬层析显微镜的研究

利用微分干涉相衬显微镜建立了全视场层析成像系统,由两个最佳峰值波长差的边缘辐射发光二极管组成系统的低相干光源,利用高斯平滑滤波摸板对硅-PIN阵列光探测器提取的全场光学相干层析(OCT)散斑信号进行有效控制,采用正交相关解调方法获得了纵向分辨率为5.5μm显微镜盖波片胶结载波片的三维OCT图像.     

带制冷的CCD光栅光谱仪设计及其在频域OCT中的应用

介绍了一种高速度、高分辨率、好的噪声抑制能力、高动态范围、带制冷装置的CCD光栅光谱仪的设计．并且介绍了在频域光学相干层析成像（FDOCT）中的应用。以一个生物组织的成像实验来验证光谱仪和整个系统的性能。     

Ultrahigh resolution optical coherence tomography with femtosecond Ti:sapphire laser and photonic crystal fiber

Optical coherence tomography （OCT） with ultrahigh axial resolution was achieved by the super-continuum generated by coupling femtosecond pulses from a commercial Ti：sapphire laser into an air-silica microstructure fiber. The visible spectrum of the super-continuum from 450 to 700 nm centered at 540 nm can be generated. A free-space axial OCT resolution of 0.64 pm was achieved. The sensitivity of OCT system was 108 dB with incident light power 3 mW at sample, only 7dB below the theoretical limit. Subcellular OCT imaging was also demonstrated, showing great potential for biomedical application.     

一种用于小血流速度测量的优化多普勒谱域光学相干层析术

 提出一种能够有效提高组织中小血流成像质量的优化多普勒光学相干层析术(DOCT).该方法通过利用谱域光学相干层析术(SDOCT)在同一横向位置对相邻和隔行A 扫相位差求平均的方法来实现.介绍了该方法的理论原理,并且通过血管模拟实验验证了其可行性.在模拟实验中,通过改变脂肪溶液在毛细玻璃管中的流速,利用传统相位方法和本文提出的方法分别对速度进行测量,然后分别计算速度的平均标准差并进行比较.对老鼠耳朵的血流进行活体测量,再分别利用两种方法进行多普勒速度图像的重构.实验结果证明,在小血流速度测量方面,本文提出的方法能够在不增加相邻A 扫时间间隔的情况下,有效地抑制由于系统相位不稳定而引起的相位噪声,从而提高血流速度图像的信噪比和测量精度.     

AM ultrasound-modulated optical tomography with realtime FFT

We report on a novel ultrasound-modulated optical tomographic technique applied in dense tissue-simulating turbid media. A 1 MHz ultrasound beam is focused into the media to modulate and tag the scattering laser light passing through the ultrasonic focused zone. A 10 kHz sinusoidal wave, as a detection wave, is carried by the ultrasound beam through amplitude-modulation (AM). The scattering photons that come from the focused zone carry the modulated information, received by detector and demodulated by real-time fast Fourier transform (FFT). The optical tomographic images of the tissue simulating media and buried object are reconstructed with AM spectral intensity. This method can be applied to imaging three-dimensional tissue structures with different optical parameters. For the first time, we obtained the tomography of buried objects in biological tissue phantoms with a detecting depth of 30 mm.