光學(xué)相干層析視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)研究.pdf

1、光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技術(shù)將低相干干涉儀和共焦掃描顯微術(shù)結(jié)合在一起，利用外差探測(cè)技術(shù)提高信噪比獲取生物組織斷層圖像，其成像深度達(dá)mm量級(jí)，空間分辨率保持在μm量級(jí)，并且橫向分辨率和縱向分辨率相互獨(dú)立。因此，OCT技術(shù)一經(jīng)問世就成為生物醫(yī)學(xué)成像研究的熱點(diǎn)。 OCT最顯著的醫(yī)學(xué)貢獻(xiàn)在眼科領(lǐng)域，其能夠提供其他無損診斷技術(shù)不能提供的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能圖像。研發(fā)高性能的實(shí)用OCT

2、視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)一直是人們追求的目標(biāo)。本論文針對(duì)OCT視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)研發(fā)中存在的困難和國內(nèi)對(duì)OCT眼科成像系統(tǒng)研究還很不成熟的狀況，以發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，提高OCT分辨率和信噪比性能為目標(biāo)，對(duì)OCT視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與研制、性能優(yōu)化和關(guān)于血氧飽和度測(cè)量的功能擴(kuò)展等多個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。 本課題的具體研究?jī)?nèi)容及取得的創(chuàng)新性研究成果有： 1.針對(duì)OCT外差探測(cè)位相調(diào)制和縱向掃描的需求，提出一種快速掃描延遲線(Rapi

3、dScanning Optical Delay Line，RSOD)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案既保證了外差探測(cè)正確解調(diào)的要求，也兼顧了系統(tǒng)縱向掃描速度和掃描范圍的要求，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)色散調(diào)節(jié)，優(yōu)化系統(tǒng)縱向分辨率。 2.針對(duì)平衡探測(cè)系統(tǒng)透射式延遲線的需求，提出一種新型的透射式快速掃描延遲線(RSOD)設(shè)計(jì)方案，采用直角棱鏡作雙通反射式光束平移器，具有光耦合效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、安裝調(diào)試方便，成本節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)；該透射式RSOD保留了雙

4、通反射式RSOD的所有優(yōu)點(diǎn)，并且具有極強(qiáng)的移植性，既可用于時(shí)域OCT系統(tǒng)，也可用于頻域OCT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平衡探測(cè)提高信噪比和動(dòng)態(tài)范圍。 3.針對(duì)OCT系統(tǒng)橫向分辨率和縱向成像范圍間的矛盾，提出一種基于液晶菲涅耳波帶透鏡的OCT動(dòng)態(tài)聚焦方法。根據(jù)扭曲相液晶空間光調(diào)制器(Twisted Nematic LiquidCrystal Spatial light Modulator,TN-LCSLM)的光學(xué)特性，設(shè)計(jì)了適用于OCT動(dòng)態(tài)聚焦的菲

5、涅耳波帶透鏡。利用設(shè)計(jì)的菲涅耳波帶透鏡進(jìn)行了變焦控制實(shí)驗(yàn)，焦距實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)值比較吻合。 4.利用提出的RSOD優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，研制了一套基于RSOD位相調(diào)制的光纖型OCT視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，結(jié)果表明：系統(tǒng)的縱向分辨率為6.7μm，接近理論分辨率，縱向成像范圍高達(dá)2.5mm；入射到樣品的光功率低于500μW，系統(tǒng)信噪比高于88dB。最后進(jìn)行了動(dòng)物視網(wǎng)膜的離體和在體實(shí)驗(yàn)研究，以及人眼視網(wǎng)膜標(biāo)本的成像研究。并開展了基于雙波長(zhǎng)光學(xué)低相干干涉

6、術(shù)(Optical Coherence Interferometry，OCI)的血氧飽和度測(cè)量方法的前期研究。 5.在關(guān)于內(nèi)窺OCT成像的研究工作中，提出了一種基于波長(zhǎng)編碼的掃頻OCT內(nèi)窺成像方法，詳細(xì)分析了該方法的工作原理，從理論分析上證明了其可行性。從系統(tǒng)時(shí)間脈沖響應(yīng)和傳遞函數(shù)推導(dǎo)出系統(tǒng)干涉信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式；模擬了簡(jiǎn)單樣品的干涉信號(hào)，并給出Morlet小波分析的解碼結(jié)果；討論了系統(tǒng)的一些關(guān)鍵性能參數(shù)，如橫向成像點(diǎn)數(shù)、成像分辨