頻域光學(xué)相干層析術(shù)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、譜域光學(xué)相干層析技術(shù)(Spectral Domain Optical Coherence Tomography，SDOCT)是新近發(fā)展起來(lái)的一種高分辨率光學(xué)斷層成像技術(shù)，憑借其靈敏度高，成像速度快等優(yōu)勢(shì)，在眼科成像，功能性成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前仍然存在系統(tǒng)縱向分辨率隨著深度的加深而變差、橫向分辨率與焦深之間的矛盾關(guān)系和樣品運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致圖像失真等一些問(wèn)題限制著SDOCT的應(yīng)用。本文圍繞這些問(wèn)題開(kāi)展研究，主要內(nèi)容包括:
　

2、　1.設(shè)計(jì)和搭建了一套840nm波段的三維全深度SDOCT系統(tǒng)，該系統(tǒng)的理論縱向分辨率為6.2μm，橫向分辨率為2.1μm，成像深度為4.2mm。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的該系統(tǒng)的縱向分辨率為6.7μm，橫向分辨率為2.5μm，成像深度為4.4mm，靈敏度為105dB，各項(xiàng)參數(shù)與理論值相接近，最后利用該系統(tǒng)對(duì)生物組織實(shí)現(xiàn)了二維和三維成像，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的成像性能。
　　2.為了解決SDOCT系統(tǒng)中縱向分辨率隨深度下降的問(wèn)題，提出了一種基于觀(guān)察矩

3、陣的算法。該算法通過(guò)表征SDOCT系統(tǒng)本身參數(shù)的矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重建。相對(duì)于其它方法，該方法不需要昂貴的標(biāo)準(zhǔn)光源進(jìn)行波長(zhǎng)標(biāo)定，也不需要對(duì)干涉光譜信號(hào)進(jìn)行重采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)干涉光譜在波數(shù)域的均勻采樣。由于該方法不需要考慮波長(zhǎng)標(biāo)定的準(zhǔn)確性問(wèn)題，相對(duì)于重采樣方法具有更高的縱向分辨率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)成像深度為1mm時(shí)，使用觀(guān)察矩陣重建的圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的半高全寬約為9μm，直接進(jìn)行傅里葉變換重構(gòu)的圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的半高全寬約為130μm，

4、縱向分辨率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，即使是重采樣后的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的半高全寬約為38μm，依然是觀(guān)察矩陣重構(gòu)圖像的4倍。
　　3.為了解決系統(tǒng)橫向分辨率隨深度下降的問(wèn)題，提出和搭建了基于菲涅爾透鏡的SDOCT系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用菲涅爾透鏡的多焦點(diǎn)特性增加了系統(tǒng)的焦深，使得該系統(tǒng)能夠沿深度方向在將近2mm的范圍內(nèi)保持～6.2μm的橫向分辨率不變，相比于用相同焦距物鏡的SDOCT系統(tǒng)的焦深大了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　4.為了解決SDOCT系統(tǒng)中由于樣

5、品運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致重建圖像質(zhì)量下降、結(jié)構(gòu)失真的問(wèn)題，提出了一種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法。利用相臨兩次A-scan信號(hào)中樣品本身結(jié)構(gòu)在深度上的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)相鄰兩次A-scan間樣品運(yùn)動(dòng)量的探測(cè)，通過(guò)所獲得的運(yùn)動(dòng)量沿橫向掃描方向求和轉(zhuǎn)化成相對(duì)于起點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)量變化，通過(guò)像素平移的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)量的補(bǔ)償，提高SDOCT系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。
　　5.為了解決利用OCT系統(tǒng)對(duì)食道進(jìn)行內(nèi)窺成像的問(wèn)題，搭建了一套1310nm針對(duì)食道成像的內(nèi)窺式掃頻光源（Swept Sour

6、ce）OCT系統(tǒng):該系統(tǒng)所用的光源是中心波長(zhǎng)為1310nm,帶寬為107nm的掃頻光源，通過(guò)對(duì)光纖與自聚焦透鏡間距離的分析，自聚焦透鏡節(jié)距的分析，得到了系統(tǒng)的理論縱向分辨率為7.1μm，橫向分辨率為17μm，成像深度為7mm（空氣中），通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得了該內(nèi)窺式SSOCT系統(tǒng)的縱向分辨率為～9μm，橫向分辨率為～19.5μm，成像深度為6mm（空氣中），各項(xiàng)參數(shù)均與理論值相接近，最后利用該系統(tǒng)對(duì)豬食道進(jìn)行離體成像，驗(yàn)證了該內(nèi)窺式SSOCT系