掃頻光學(xué)相干層析成像方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence tomography，OCT)技術(shù)是一種無損傷、非侵入、高分辨率的成像技術(shù)，能夠?qū)ι锝M織內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生理功能進(jìn)行在體成像。掃頻OCT(Swept source OCT，SS-OCT)屬于傅立葉域OCT技術(shù)，與時(shí)域OCT技術(shù)相比，在系統(tǒng)的成像速度和靈敏度方面都有顯著的提高，已成為目前OCT領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在生物組織成像、內(nèi)窺成像等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。本課題對掃頻OCT成像方法及系統(tǒng)技術(shù)

2、進(jìn)行了研究，具體的研究內(nèi)容及獲得的創(chuàng)新性研究成果有：
　　 1.建立了由掃頻光源、主干涉儀和標(biāo)定干涉儀組成的1300nm波段掃頻OCT系統(tǒng)，編寫了成像系統(tǒng)軟件。搭建的掃頻OCT系統(tǒng)軸向掃描速率由原來時(shí)域OCT系統(tǒng)的500Hz提高到20KHz。系統(tǒng)理論軸向分辨率為7.2μm，最大成像深度為8mm，最大信噪比為110dB，成功獲得了人體皮膚、舌頭、魚眼以及礦石的在體實(shí)時(shí)層析成像。
　　 2.研制了基于掃頻OCT成像系統(tǒng)的正弦

3、驅(qū)動(dòng)諧振光纖懸臂一維掃描探頭。該探頭利用光纖懸臂的共振特性，通過對壓電陶瓷施加接近于該共振頻率的正弦驅(qū)動(dòng)信號，實(shí)現(xiàn)光纖懸臂的一維諧振掃描。應(yīng)用所研制的光纖掃描探頭于搭建的掃頻OCT系統(tǒng)，在20KHz的A-Scan速率下，成像速度達(dá)20幀/秒，橫向范圍1毫米，橫向分辨率10μm，軸向分辨率達(dá)到8.3μm，獲得了多層樣品的層析圖像，為內(nèi)窺探頭的研制奠定了基礎(chǔ)。
　　 3.提出并研制了單驅(qū)動(dòng)正交諧振非對稱光纖懸臂二維掃描探頭，用于樣品

4、橫斷面的掃描成像。該探頭利用光纖懸臂的共振特性，結(jié)合光纖懸臂的非對稱結(jié)構(gòu)，使光纖懸臂在正交方向具有不同的共振頻率。通過對壓電雙晶片施加接近于上述兩種共振頻率的混頻信號，就能同時(shí)激發(fā)光纖懸臂在兩正交方向上的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非對稱光纖懸臂的二維掃描。探頭中的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)件采用壓電雙晶片取代壓電陶瓷管，壓變系數(shù)大、驅(qū)動(dòng)電壓低，提高了應(yīng)用安全性。混頻驅(qū)動(dòng)信號中雙頻成分幅度與頻率的調(diào)整，可形成不同掃描范圍和不同填充率的李薩如圖形掃描軌跡。為了實(shí)現(xiàn)掃描圖像的

5、正確重建，在掃描探頭中我們引入了二維位置敏感探測器，用于掃描軌跡的同步記錄。應(yīng)用所研制的探頭于建立的OCT系統(tǒng)，獲得了典型樣品的橫斷面圖像，達(dá)到了預(yù)期效果。
　　 4.為了保證系統(tǒng)軸向分辨率以及信噪比，需要對干涉光譜信號進(jìn)行波數(shù)(k)空間均勻化標(biāo)定。基于搭建的掃頻OCT系統(tǒng)，提出并實(shí)施了基于掃頻OCT主干涉儀的預(yù)先標(biāo)定方法、實(shí)施了基于馬赫曾德干涉儀(MZI)強(qiáng)度信息的實(shí)時(shí)標(biāo)定方法、提出并實(shí)施了無需光譜標(biāo)定直接通過非均勻傅立葉變換

6、重建圖像的方法，提出并實(shí)施了基于MZI相位信息進(jìn)行k空間直接插值的方法。并且比較了提出的方法與現(xiàn)有標(biāo)定方法在性能上的優(yōu)勢，在獲得波數(shù)空間均勻分布的掃頻OCT成像信號的同時(shí)，減少了計(jì)算時(shí)間，重建了高質(zhì)量的生物組織層析圖像。
　　 5.首次提出了基于透射式光柵型光學(xué)延遲線的全量程成像掃頻OCT系統(tǒng)的方法，在掃頻OCT系統(tǒng)的參考臂中引入透射式光柵型光學(xué)延遲線，基于光學(xué)延遲線中反射鏡與光軸垂軸面的特定夾角，在各光譜成分中引入隨光譜波數(shù)線