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一种频域光学相干层析成像深度分辨率增强技术

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光学学报 2015年第3期35卷 105-110页

作者：郭昕王向朝南楠李中梁中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

提出了一种基于光谱整形的频域光学相干层析成像分辨率增强技术。利用光源的自身谱形对探测的频域信号进行整形,以获得深度分辨率更高的空域信号。理论分析和模拟结果表明,对谱形为高斯型和非高斯型的光源,使用该技术均可提高分辨率。

关键词：成像系统频域光学相干层析成像分辨率光谱整形

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移位复用复频域光学相干层析成像研究

激光与光电子学进展 2015年第6期52卷 222-227页

作者：胡宇捷江竹青赵野黄昊翀王喆北京工业大学应用数理学院北京100124 北京工业大学微纳信息光子技术研究所北京100124

基于复频域光学相干层析成像(CSD-OCT)系统在参考镜虚像位置附近成像分辨率高的特点,采用移位复用复频域光学相干层析成像方法,通过将参考镜虚像位置依次移到样品特定待测深度,获取整个样品感兴趣深度区域的高质量成像。进一步结合横向... 详细信息

基于复频域光学相干层析成像(CSD-OCT)系统在参考镜虚像位置附近成像分辨率高的特点,采用移位复用复频域光学相干层析成像方法,通过将参考镜虚像位置依次移到样品特定待测深度,获取整个样品感兴趣深度区域的高质量成像。进一步结合横向扫描,对多层堆叠的盖玻片样品进行了移位复用层析成像实验,结果表明,将参考镜虚像位置移到样品内部指定探测位置附近进行去镜像层析成像,可以获得该区域更加清晰的层析成像结果。该方法可以获得更深的有效探测深度,灵活地实现样品指定深度的有效成像探测,也充分利用了光学相干层析成像系统的带宽。

关键词：医用光学光学相干层析成像频域光学相干层析成像去镜像

高分辨率眼科频域光学相干层析成像仪的研究与设计

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中国医疗器械杂志 2010年第5期34卷 339-342页

作者：温博周传清任秋实上海交通大学生命科学技术学院生物医学工程系上海200240

本文根据频域光学相干层析成像的原理,设计并开发了基于眼科常用的裂隙灯显微镜的实用化光学相干层析成像仪。文中详细介绍了该诊断仪器的总体结构,对仪器设计中需要重点考虑的上位机与下位机的通信、固视灯与参考臂模块的设计和抗干扰... 详细信息

本文根据频域光学相干层析成像的原理,设计并开发了基于眼科常用的裂隙灯显微镜的实用化光学相干层析成像仪。文中详细介绍了该诊断仪器的总体结构,对仪器设计中需要重点考虑的上位机与下位机的通信、固视灯与参考臂模块的设计和抗干扰措施三个方面的问题进行了详述。

关键词：频域光学相干层析成像上位机与下位机的通信固视灯参考臂抗干扰

基于频域光学相干层析成像的血流检测技术研究

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基于频域光学相干层析成像的血流检测技术研究

作者：郭策东北大学

学位级别：硕士

在生物心脏发育的初期过程中,血流情况对其发育十分重要,异常的血流可能会导致先天性心脏缺陷等疾病,严重影响了人们的身体健康甚至导致死亡。而生物力学的力量施加于流动的血液可能会影响血管内皮细胞基因表达,基因表达的改变会影响心... 详细信息

在生物心脏发育的初期过程中,血流情况对其发育十分重要,异常的血流可能会导致先天性心脏缺陷等疾病,严重影响了人们的身体健康甚至导致死亡。而生物力学的力量施加于流动的血液可能会影响血管内皮细胞基因表达,基因表达的改变会影响心脏发育过程中的结构和功能,导致生物力学因素进一步的改变。在早期胚胎发育过程中,血流量和剪切力是两个关键的影响因素,但是并没有合适的工具能够精确的直接测量其具体参数。为了研究血管剪切力,需要选择合适的方法对其进行测量。光学相干层析成像技术可以在疾病早期对心脏血流进行无创检测,对于心脏疾病的早期发现预防并且研究其起源具有重要意义。光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种基于低相干干涉理论的成像方法,它能够对生物组织等强散射介质进行深度方向的成像。作为一种有效可行的成像工具,OCT技术具有无创、高分辨率、高灵敏度等优点,是医学影像领域的一种有效补充。根据成像理论的不同,OCT可以分为两大类:时域光学相干层析成像(TD-OCT)和频域光学相干层析成像(FD-OCT)。传统的时域OCT技术在成像时参考臂需要进行机械移动,从而对应样品的不同深度,导致扫描速度较慢,限制了时域OCT的信号采集速度。为了改进上述缺陷,频域OCT技术应运而生,其在采集速度、信噪比和灵敏度等方面较时域OCT技术都有很大的提高。扫频OCT技术作为频域OCT技术的一个分支,其在光源和信号检测部分相应改进,成像速度与深度都得到了进一步的提高。本文首先介绍了血流检测的研究意义和OCT技术的发展背景,通过对OCT基本原理的研究,设计并搭建了快速扫频OCT系统,介绍了系统的基本构造。从干涉光路出发,对系统的主要组成部分,包括干涉仪部分、扫描系统和信号采集系统进行了详细的分析和设计。详细考虑了选择光源的各方面因素,选择合适的扫频激光光源。对干涉信号进行了光谱整形、减除直流项、色散补偿等处理。介绍了血管剪切力检测的基本理论和方法,测量了小鸡胚胎心脏的血流速度和剪切力分布。着重解决了绝对流速的测量和相位去卷绕的问题,在对鸡胚心脏血液流出道测量流速时出现会出现相位卷绕现象,从而导致错误的测量结果,提出了新的方法对于出现的相位卷绕现象进行消除。

关键词：光学相干层析成像频域光学相干层析成像血管剪切力检测技术绝对流速测量相位去卷绕

实时超高分辨率频域光学相干层析成像系统的研究

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科技传播 2012年第20期4卷 113-114页

作者：张春萍史文谱张磊张路军烟台大学山东烟台264005 山东省高校先进制造与控制技术重点实验室山东烟台264005

提出了实时超高分辨率频域光学相干层析成像系统的研究思路,论述了本系统的优势,以及在医学、材料科学、机械科学、力学等方面的应用前景。

关键词：实时频域光学相干层析成像超高分辨率

一种基于固定光程差干涉信号的光学相干层析成像光谱标定方法

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中国激光 2018年第6期45卷 225-230页

作者：王瑄李中梁南楠步扬曾爱军陈艳潘柳华卢宇王向朝中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

提出了一种基于固定光程差干涉信号的光谱标定方法。在频域光学相干层析成像(OCT)系统中引入一个光程差为固定值的干涉信号,则每次采集的信号同时包含该固定光程差的干涉信号和样品的干涉信号,通过滤波的方式将该固定光程差的信号分离出... 详细信息

提出了一种基于固定光程差干涉信号的光谱标定方法。在频域光学相干层析成像(OCT)系统中引入一个光程差为固定值的干涉信号,则每次采集的信号同时包含该固定光程差的干涉信号和样品的干涉信号,通过滤波的方式将该固定光程差的信号分离出来,再利用其相位实现对系统样品干涉信号的光谱标定。理论分析了该方法的可行性。在100kHz扫频光源OCT系统中,用反射镜作为样品在不同深度位置进行了光谱标定实验,获得了不同深度位置的点扩展函数和轴向分辨率,与利用光源clock触发采集的波数等间隔干涉信号处理结果对比,该方法具有更好的有效性。

关键词：医用光学频域光学相干层析成像固定光程差光谱标定轴向分辨率

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光学相干层析成像在脑缺血研究中的应用

光学相干层析成像在脑缺血研究中的应用

作者：马毓姝东北大学

学位级别：硕士

现如今,人口老龄化日趋严重,随之而来的是心脑血管疾病发病率的增加。脑血管疾病是一种严重危害人类健康的常见病,是临床神经科的常见病、多发病,具有很高的致残率、患病率和死亡率。根据近年来我国的统计资料显示,在各大城市人口死亡... 详细信息

现如今,人口老龄化日趋严重,随之而来的是心脑血管疾病发病率的增加。脑血管疾病是一种严重危害人类健康的常见病,是临床神经科的常见病、多发病,具有很高的致残率、患病率和死亡率。根据近年来我国的统计资料显示,在各大城市人口死亡原因中,脑血管类疾病高居首位或第二位。有研究发现,脑梗死发生后会导致脑部供血减少或中断,梗死部位周围的组织和脑细胞容易引起不可逆转的坏死,然而周围的缺血性脑组织的离子平衡和组织结构在一段时间内仍然能够保持在正常水平。若及时恢复供血,这些组织能够得以恢复,对提高老年人生活质量发挥重要作用。光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种新型的光学成像技术,基于独特的光学相干技术,具有无辐射、无创、高分辨率及高探测灵敏度等特点,观察生物体表面以下的组织结构。OCT技术作为一种无创的诊断工具,已成为生物医学成像的重要手段并且在眼科疾病诊断中发挥了重要的作用。OCT技术根据成像理论的不同,可以分为两大类:时域相干层析成像技术和频域光学相干层析成像技术。传统的时域OCT技术在成像时参考臂需要进行机械移动,从而对应样品的不同深度,具有成像速度慢的缺点,限制了时域OCT的信号采集速度。为了改进上述缺陷,频域OCT技术应运而生,频域OCT技术检测样品光与参考光干涉之后的干涉光谱,在继承传统OCT技术优点的基础上,实现了并行采集,极大的提高了检测速度、信噪比等特点,频域OCT也将逐步取代时域OCT成为主流。本文首先介绍了脑部血流检测的研究意义和OCT技术的发展背景,通过对OCT基本原理的研究,基于对光谱OCT各项性能指标的分析,设计并搭建了光谱OCT系统。简单介绍了所搭建光谱OCT系统的基本构造,从干涉光路出发,对系统的主要组成部分,包括干涉仪部分、扫描系统和信号采集系统进行了详细的分析和设计,并分析了光谱OCT系统搭建时优化采集信号所需的处理步骤:模式噪声消除和色散补偿。然后使用已搭建的光谱OCT系统印证了由颈动脉闭塞所引起的代偿机制实验。在计算对侧颈动脉流速时,使用了多普勒相位流速检测方法,对多普勒算法进行了介绍并提出了一种新的简易的计算多普勒角度的方法。使用光谱OCT系统采集了三组小鼠对侧颈动脉流速,分别为结扎前、结扎后、结扎后一段时间,通过三组数据的对比,印证了生物体的代偿机制。最后,使用已搭建的光谱OCT系统观测了大脑中动脉脑皮层分支微血管代偿实验。通过ET-1药物构造大脑中动脉皮层分支血管的缺血状态,结合OMAG图像检测技术检测皮层微血管,分别观测在药物作用前、中、后三个阶段下的血液灌注量状态。将OCT应用在ET-1药物的使用检测上,拓展OCT的应用领域与应用范围。

关键词：频域光学相干层析成像血流检测代偿机制脑缺血

基于频域OCT对眼部结构的同步变焦成像的研究

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基于频域OCT对眼部结构的同步变焦成像的研究

作者：叶崇佛山科学技术学院

学位级别：硕士

频域光学相干层析成像是当前用于医学检测的新型成像技术,该技术具有非接触、无损探测、高分辨、成像速度快等特点,是当下用于皮肤、心血管尤其是眼科疾病检测、诊断的常用成像设备。本文从频域OCT在眼科中的发展及应用背景出发,着重阐... 详细信息

频域光学相干层析成像是当前用于医学检测的新型成像技术,该技术具有非接触、无损探测、高分辨、成像速度快等特点,是当下用于皮肤、心血管尤其是眼科疾病检测、诊断的常用成像设备。本文从频域OCT在眼科中的发展及应用背景出发,着重阐述了频域OCT在全眼成像中的研究动向及关键技术,并突出了当前眼科OCT商业应用对全眼一体化成像系统的市场需求。最终研制了基于SD-OCT原理的大深度SD-OCT变焦系统。该系统旨在对在体人眼局部结构（眼前节、视网膜）、甚至是全眼深度同步变焦成像。自主设计了大深度光学延迟线和基于电调谐透镜的大范围变焦光路。以实现光程和聚焦位置的同步调控。主要内容如下:1.设计了对心曲柄滑块光学延迟线,使得系统参考臂光程在大范围下稳定可调,有效拓展了样品臂一侧可测量深度,并且该光学延迟线的光程切换速度较线性光学延迟线提升2倍。2.设计了基于电调谐透镜的样品臂变焦成像光路。将变焦响应时间15ms的电调谐透镜加入系统样品臂中,组合光学设计使样品臂的变焦范围大幅提升。有效解决了眼前节、眼后节屈光不一致的难题,实现了全眼一体化成像系统搭建。3.对OCT系统光程与焦点的同步控制模块进行了Lab VIEW程序化设计。并将光焦同步控制模块与SD-OCT系统扫描信号进行统一触发控制,完成了对眼球不同深度位置的同步变焦成像。更进一步地采用双振镜间歇式扫描模式,并结合新透镜选型二次优化了大深度变焦成像光路,搭建了大宽度SD-OCT全眼成像系统。该系统不仅可以实现人眼局部结构的高速变焦成像,且获取的局部结构图像横向扫描宽度最大15mm。还可以实现10帧不同深度全眼结构的快速变焦成像,且获取每一帧图像横向扫描宽度在9mm左右。最后基于拼接算法得到快速拼接10帧B-scan图像的全眼图像。

关键词：频域光学相干层析成像全眼成像光学延迟线电调谐透镜

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频域光学相干层析术三维图像重建研究

频域光学相干层析术三维图像重建研究

作者：朱琳南京理工大学

学位级别：硕士

与传统的时域光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography, OCT)技术比较,频域光学相干层析成像技术(Frequency Domain Optical Coherence Tomography, FDOCT)因其不需要纵向扫描,所以其成像速度更快,所有深度方向的信号同时探测,... 详细信息

与传统的时域光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography, OCT)技术比较,频域光学相干层析成像技术(Frequency Domain Optical Coherence Tomography, FDOCT)因其不需要纵向扫描,所以其成像速度更快,所有深度方向的信号同时探测,所以探测灵敏度高。因此,FDOCT是目前OCT研究领域所采用的主要方法。然而,由于FDOCT成像速度快,数据量很大,信息的实时记录、处理和三维立体显示就成为FDOCT实用化的一个关键问题。本文首先讨论了FDOCT和三维重建的发展现状;接着简要介绍了FDOCT的原理和三维重建的原理;然后对实验室获得的二维图像做了预处理,包括滤波、去噪和层间插值等,并用MATLAB对预处理过的二维图像三维重建;最后,讨论了如何利用GPU来实现对FDOCT图像的快速三维重建的问题,并讨论了提高成像速度的具体方法：如果由于PCI总线带宽的限制,数据的传输速度小于数据的处理速度,则对数据采用分批传输,且数据处理与数据传输同时进行,进而隐藏数据传输延迟;如果处理速度慢,则可以使用2个GPU使其执行不同的任务从而实现加速。

关键词：频域光学相干层析成像快速三维重建预处理 GPU