提高頻域OCT性能的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光學(xué)相干層析成像技術(shù)（Optical Coherence Tomography， OCT）作為一種全新的光學(xué)斷層成像技術(shù)，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(xué)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。傳統(tǒng)的OCT技術(shù)為時域OCT，其特點是需要參考臂的深度掃描，對應(yīng)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(yīng)用，如活體在體測量。最近興起的頻域OCT技術(shù)用光譜儀替代了光電二極管進(jìn)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(nèi)部一個深度方向的全部信息，實現(xiàn)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(kuò)大頻域OCT的應(yīng)用范圍，提高其應(yīng)用價值，實現(xiàn)高速實時成像，本文對頻域OCT圖像質(zhì)量、成像速度、信噪比和軸向分辨率等性能進(jìn)行了分析，對提高頻域OCT性能進(jìn)行了若干關(guān)鍵技術(shù)的研究。 論文主要研究內(nèi)容包括： 1.根據(jù)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(jié)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(jié)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(shù)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(jìn)行軸向掃描過程中，更多的掃描位置是在同層介質(zhì)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(fù)雜的生物組織樣品利用蒙特卡羅仿真法對圖像灰度值進(jìn)行了補(bǔ)償，提高了頻域OCT的圖像質(zhì)量。 2.構(gòu)建了頻域OCT的數(shù)學(xué)模型，推出了頻域OCT圖像函數(shù)，分析了頻域OCT成像機(jī)理及圖像結(jié)構(gòu)。采用相移譜頻域OCT、相移差分譜頻域OCT和復(fù)譜頻域OCT來提高圖像質(zhì)量，實現(xiàn)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(jié)果表明它比經(jīng)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(zhì)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(jié)構(gòu)，并對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析。該結(jié)構(gòu)使參考光強(qiáng)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(jié)構(gòu)的干涉儀可以使樣品臂的出射光強(qiáng)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(jìn)行了分析，結(jié)果證明兩種分析方法結(jié)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(jié)構(gòu)影響較小，對鏡像尾跡有很好的抑制作用，能夠真正地實現(xiàn)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(luò)分辨率的影響，采用零補(bǔ)償法補(bǔ)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，