提高頻域OCT性能的若干關鍵技術研究.pdf

1、光學相干層析成像技術（Optical Coherence Tomography， OCT）作為一種全新的光學斷層成像技術，以其無輻射、非侵入、高分辨及高探測靈敏度等特點，在臨床醫(yī)學領域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。傳統(tǒng)的OCT技術為時域OCT，其特點是需要參考臂的深度掃描，對應樣品的不同深度。深度掃描限制了時域OCT的采集速度，影響了其更廣泛的應用，如活體在體測量。最近興起的頻域OCT技術用光譜儀替代了光電二極管進行檢測，通過采集干涉光譜并作傅立

2、葉變換就能得出樣品內部一個深度方向的全部信息，實現了深度方向信息的并行采集，使系統(tǒng)更為簡單和穩(wěn)定，極大地提高了成像速度。為了有效地擴大頻域OCT的應用范圍，提高其應用價值，實現高速實時成像，本文對頻域OCT圖像質量、成像速度、信噪比和軸向分辨率等性能進行了分析，對提高頻域OCT性能進行了若干關鍵技術的研究。 論文主要研究內容包括： 1.根據一階Born近似理論和多次散射理論將背向散射光子分成兩類：建立了頻域OCT的蒙特卡

3、羅仿真模型，由仿真結果可知，二類光子比一類光子有更廣的空間和角度分布，正是由于該特點使得頻域OCT成像成為可能；通過對比頻域OCT和時域OCT的仿真結果可知，在相同的條件下，在滿足相干條件的探測深度下時域OCT出射的光子數要大于頻域OCT，但是其成像速度要小于頻域OCT的成像速度，時域OCT在進行軸向掃描過程中，更多的掃描位置是在同層介質的區(qū)域中，因此提高掃描效率得到真正有意義的位置也是時域OCT所需要解決問題；為了解決樣品每層析面的圖

4、像灰度隨深度遞減的問題，對于復雜的生物組織樣品利用蒙特卡羅仿真法對圖像灰度值進行了補償，提高了頻域OCT的圖像質量。 2.構建了頻域OCT的數學模型，推出了頻域OCT圖像函數，分析了頻域OCT成像機理及圖像結構。采用相移譜頻域OCT、相移差分譜頻域OCT和復譜頻域OCT來提高圖像質量，實現全量程的有效探測。采用采用2幀相移算法來提高成像的速度，結果表明它比經典的5幀相移算法在速度上提高了一倍。 3.為了改善圖像質量和提高

5、信噪比，采用了一種新的帶有特殊鍍膜分束器的干涉儀結構，并對該系統(tǒng)的性能進行了分析。該結構使參考光強衰減了25倍，減小了參考光與信號光之間的能量差距，圖像干涉對比度大約提高了100倍，同時這種特殊結構的干涉儀可以使樣品臂的出射光強提高4倍，并且使真實圖像信號的信噪比提高了6dB。 4.為了抑制相移器的線性相移誤差，采用了頻域和空域兩種分析方法對利于OCT成像的定步長算法進行了分析，結果證明兩種分析方法結論的一致性：相移步距為π/2

6、的五幀算法性能最優(yōu)，并且從空域分析方法中能更直觀地看出：五幀相移算法對真實層析結構影響較小，對鏡像尾跡有很好的抑制作用，能夠真正地實現全量程的有效探測。 5.為了提高頻域OCT系統(tǒng)的軸向分辨率和信噪比，分析頻域OCT圖像的軸向分辨率理論，提出了光源的相干長度及頻域OCT圖像的軸向分辨率測量法。為了減小干涉譜的非線性相位對相干包絡分辨率的影響，采用零補償法補償非線性相位引起的軸向分辨率的下降。建立了基于子光譜分析的白光頻域OCT，