基于單探測器的偏振相干層析技術(shù)研究.pdf

1、偏振光學相干層析技術(shù)(偏振OCT)利用偏振干涉光成像，通過檢測生物組織背散射光中所含組織雙折射性質(zhì)信息，診斷存在于生物組織表層下面的早期病變，在檢測具有雙折射性質(zhì)的生物組織以及診斷能夠改變病變組織雙折射性質(zhì)的疾病方面，具有極高的效率，是一種無損、高分辨率的醫(yī)學功能成像手段。
　　 目前國內(nèi)外對偏振OCT的研究主要集中于雙探測器偏振OCT技術(shù)。雙探測器偏振OCT技術(shù)使用兩個探測器分別接收偏振態(tài)相互垂直的兩束干涉光來檢測生物組織的雙

2、折射性質(zhì)，待處理數(shù)據(jù)量大、算法復雜、系統(tǒng)成本高，即使兩個探測器參數(shù)存在微小差異，也會為檢測結(jié)果引入較大噪聲。論文針對雙探測器偏振OCT技術(shù)存在的上述不足，提出基于單探測器的偏振OCT系統(tǒng)，即利用單個探測器接收干涉光，通過檢測偏振光在生物組織中傳播時偏振態(tài)變化引起的干涉光光強波動，獲取生物組織的雙折射性質(zhì)。
　　 論文的主要工作有：
　　 1、建立具有雙折射性質(zhì)的生物組織模型。利用基于米氏散射理論(MieTheory)的蒙

3、特卡羅(Monte Carlo)方法，模擬偏振光在生物組織中傳播時，其背散射光的斯托克斯(Stokes)矢量沿生物組織縱深方向的分布。根據(jù)斯托克斯矢量的分布和偏振光沿生物組織快慢軸傳輸產(chǎn)生相位差兩種理論，分析生物組織背散射光偏振態(tài)變化的機制，將生物組織對偏振光的微觀和宏觀影響相融合，并結(jié)合菲涅爾—阿拉果定律闡述單探測器偏振OCT技術(shù)檢測生物組織雙折射性質(zhì)的原理。
　　 2、搭建單探測器偏振OCT系統(tǒng)。對光學系統(tǒng)信噪比建模，模擬分

4、析四種不同光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對信噪比的影響，分析在相同的系統(tǒng)參數(shù)下，各光學系統(tǒng)所能達到的最佳信噪比。以研究結(jié)果為依據(jù)，綜合考慮光路調(diào)整的便捷性，設計單探測器偏振OCT光學系統(tǒng)。
　　 3、建立生物組織特性(如雙折射率、厚度、折射率等)對偏振OCT干涉信號的調(diào)制模型，模擬不同生物組織特性參數(shù)對偏振OCT系統(tǒng)的A型掃描(單次縱向掃描)信號傅里葉頻譜的影響。結(jié)果證實，A型掃描信號傅里葉頻譜的形狀由生物組織的厚度、折射率和光軸方向決定，頻譜譜

5、峰位置由雙折射率決定。由于頻譜體現(xiàn)了生物組織偏振OCT圖像的灰度分布規(guī)律，而灰度分布的變化正是單探測器偏振OCT反映組織特性的手段，因此上述結(jié)果說明，單探測器偏振OCT系統(tǒng)獲得的灰度圖像中含有生物組織的厚度、折射率、雙折射率等特性信息，從而為這些信息的檢測提供了途徑。
　　 4、搭建單探測器偏振OCT系統(tǒng)，以新鮮牛軟骨作為樣品實現(xiàn)二維掃描成像實驗，獲得具有明暗相間條紋的灰度圖像，這些條紋反映了生物組織的雙折射性質(zhì)。根據(jù)條紋間距與