頻域OCT高速成像若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、光學(xué)相干層析成像技術(shù)(Optical Coherence Tomography,簡稱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、高分辨率及高探測靈敏度等特點(diǎn)，在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。頻域OCT(Spectral Domain OCT，簡稱SDOCT)無需樣品深度掃描，就能實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)成像的特點(diǎn)，引起了許多研究者的關(guān)注。 使頻域OCT成為一種快速、實(shí)時(shí)成像的醫(yī)療診斷系統(tǒng)，其關(guān)鍵是提高系統(tǒng)的軸向分辨率和信噪

2、比。因此，本文主要針對這兩個(gè)方面，進(jìn)行了頻域OCT高速成像若干關(guān)鍵技術(shù)的研究。 本文完成的主要工作為： 1.為了分析頻域OCT成像機(jī)理及圖像結(jié)構(gòu)，還有找出對信噪比與軸向分辨率影響的因子，根據(jù)一階Born近似傅里葉衍射定理，構(gòu)建了頻域OCT系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，推出了頻域OCT圖像函數(shù)。頻域OCT圖像函數(shù)中｜g｜函數(shù)決定樣品每層析面的真實(shí)圖像及寄生圖像的位置與其軸向分辨率，它的系數(shù)決定圖像的灰度。 2.干涉光譜的傅里葉逆

3、變換得到了樣品所有層析面的深度信息，為了標(biāo)定深度方向上的圖像坐標(biāo)，提出了一種頻域OCT圖像的深度坐標(biāo)標(biāo)定方法。 3.為了解決CCD對不同波長的響應(yīng)不一樣，并且圖像重建進(jìn)行的傅里葉逆變換所需要的數(shù)據(jù)與CCD檢測的數(shù)據(jù)所依賴的變量不同的問題，提出了CCD響應(yīng)度補(bǔ)償法和波長數(shù)據(jù)-波數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換線性補(bǔ)償法，該方法將信噪比約提高了30％，改善了OCT圖像質(zhì)量。 4.為了解決樣品每層析面的圖像灰度隨深度遞減的問題，根據(jù)頻域OCT圖像函

4、數(shù)，提出了圖像灰度補(bǔ)償法。該方法通過補(bǔ)償樣品每層析面的入射光功率與背向功率散射率，來得到樣品每層析面圖像的真實(shí)灰度，提高了OCT圖像質(zhì)量。 5.為了消除頻域OCT圖像中的寄生圖像信息，提出了一種頻域OCT光學(xué)相移器標(biāo)定方法-差分光譜法。該方法是一種直接相位測量法，標(biāo)定精度提高約6％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠?qū)㈩l域OCT圖像的信噪比提高約10％。 6.為了提高頻域OCT系統(tǒng)的軸向分辨率和信噪比，根據(jù)頻域OCT圖像函數(shù)，提出了

5、光源的相干長度及頻域OCT圖像的軸向分辨率測量方法，此基礎(chǔ)上，建立了一種基于子光譜分析的白光頻域OCT系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過選擇所需的白光光源及其接收頻段，既能保證最大探測深度和高軸向分辨率，又能提高信噪比。以上工作為頻域OCT系統(tǒng)的高速實(shí)時(shí)成像和實(shí)用化應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。 工作中的主要創(chuàng)新之處為： 1.提出了頻域OCT圖像函數(shù)。利用該函數(shù)分析了頻域OCT成像機(jī)理及圖像結(jié)構(gòu)，找出了對信噪比與圖像軸向分辨率影響的因子，提出了圖

6、像灰度補(bǔ)償法與頻域OCT圖像的軸向分辨率測量方法。 2.提出了CCD響應(yīng)補(bǔ)償法和波長數(shù)據(jù).波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換線性補(bǔ)償法。該方法能夠?qū)CT圖像的信噪比提高約30％，明顯改善了圖像質(zhì)量。 3.提出了圖像灰度補(bǔ)償法。該方法解決了樣品每層析面的圖像灰度隨深度遞減的問題，提高了頻域OCT的圖像質(zhì)量。 4.提出了一種頻域OCT光學(xué)相移器標(biāo)定法——差分光譜法。該方法將標(biāo)定精度提高約6％，將OCT圖像的信噪比提高約10％。 5