頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用研究
發(fā)布時間：2021-09-04 07:54
隨著人們對醫(yī)療成像領(lǐng)域的要求越來越高,20世紀(jì)90年代,一種結(jié)合光學(xué)與計算機科學(xué)的成像技術(shù)—光學(xué)相干層析成像技術(shù)（Optical Coherence Tomography,OCT）應(yīng)時而生。OCT是在低相干干涉理論的基礎(chǔ)上建立起來的,它通過分析被測樣品和參考臂的返回干涉光,可以實時的構(gòu)建出被測物體的層析圖像,并且由于采用的是近紅外光源進(jìn)行光學(xué)成像,相比于CT和MRI等,OCT可以實現(xiàn)高分辨無損檢測。OCT在提出初期都是基于時域的OCT（Time Domain Optical Coherence Tomography,TD-OCT）,隨著科學(xué)家們對光學(xué)的理解日益加深,頻域OCT（Frequency-Domain Optical Coherence Tomography,FD-OCT）逐漸取代了時域OCT,FD-OCT又分為譜域OCT（Spectral-Domain Optical Coherence Tomography,SD-OCT）以及掃頻OCT（Swept Source Optical Coherence Tomography,SS-OCT）。除此之外,多種功能型OCT,多模態(tài)OC...
【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市
【文章頁數(shù)】：77 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
一維、二維、三維信號的產(chǎn)生[3]
上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第3頁為時域OCT的原理圖。但是由于必須在參考臂引入機械振動進(jìn)行光程掃描，時域OCT的成像速度始終受到限制，逐漸無法適應(yīng)人們對在體成像的要求。圖1.2時域OCT的原理圖[3]Fig.1.2SchematicofTimedomain-OCT頻域OCT是OCT的一個里程碑式的發(fā)展點，并逐漸取代了時域OCT。頻域OCT是通過一次采集整個樣品臂與參考臂的干涉光譜，干涉光譜包括了整個樣品深度上的信息，這個信號是頻域的信號，被測樣品各個深度上的信息都在干涉光譜里，通過對這個頻域信號進(jìn)行傅里葉變換，就可以恢復(fù)出時域的空間信息，因此，頻域OCT每接收一次干涉光譜信號就是一個A-scan，通過對干涉信號進(jìn)行處理，一次性就能還原出樣品一條深度上的結(jié)構(gòu)信息，所以相對于時域OCT，它并不需要對參考臂進(jìn)行機械振動來引入一個軸向式掃描。時域OCT要對樣品進(jìn)行二維成像的話，需要進(jìn)行參考臂軸線掃描和樣品臂橫向掃描，而FD-OCT則省略了軸向掃描這一步驟，因此系統(tǒng)的成像速率方面獲得了極大的提升。FD-OCT又分為SD-OCT和SS-OCT。SD-OCT是基于光譜儀的OCT，通過光譜儀接收干涉光譜信號，以實現(xiàn)頻域信號重建的目的，如圖1.3（a）所示。SS-OCT的核心是掃頻光源，它是基于掃頻光源系統(tǒng)的OCT，通過掃頻光源進(jìn)行波長掃頻來構(gòu)建干涉光譜，如圖1.3（b）所示。
第4頁上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1.3頻域OCT系統(tǒng)原理圖Fig.1.3SchematicofFrequencydomain-OCTOCT的設(shè)計原理是為了讓無創(chuàng)光學(xué)活檢成為可能，成像分辨率能到達(dá)到組織學(xué)的光學(xué)分辨率，并且不需要對組織進(jìn)行切除和一些其他的處理[5]。因此，OCT需要滿足以下一些條件：（1）分辨率達(dá)到亞細(xì)胞級別（1-10um）。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)三維成像（因此成像速度要快）。（3）圖像成像靈敏度高（信噪比高）。（4）充分的診斷滲透（成像深度）。因此，OCT的發(fā)展方向主要就是集中在系統(tǒng)的成像分辨率、成像深度以及成像速度方面發(fā)展的。在各界學(xué)者的努力下，OCT取得的長足的發(fā)展。下面分別介紹OCT的主要性能參數(shù)的發(fā)展。1.2.1OCT在分辨率上的發(fā)展分辨率是成像系統(tǒng)的一個最主要的性能參數(shù)，它決定了系統(tǒng)能觀察到組織的最小結(jié)構(gòu)尺寸。與其他光學(xué)成像系統(tǒng)不同的是，受頻域成像的特點，OCT的軸向分辨率與橫向分辨率并不是一致的，他們與系統(tǒng)的硬件構(gòu)造關(guān)系并不是完全聯(lián)系在一起的[6]。首先，關(guān)于OCT的軸向分辨率，軸向分辨率指系統(tǒng)深度方向上的分辨率，
【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]基于線性掃頻和光計算的高速光學(xué)相干層析成像[D]. 霍天成.清華大學(xué) 2014
[2]內(nèi)窺頻域光學(xué)相干CT研究[D]. 張寧.清華大學(xué) 2014
本文編號：3382886
【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市
【文章頁數(shù)】：77 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
一維、二維、三維信號的產(chǎn)生[3]
上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第3頁為時域OCT的原理圖。但是由于必須在參考臂引入機械振動進(jìn)行光程掃描，時域OCT的成像速度始終受到限制，逐漸無法適應(yīng)人們對在體成像的要求。圖1.2時域OCT的原理圖[3]Fig.1.2SchematicofTimedomain-OCT頻域OCT是OCT的一個里程碑式的發(fā)展點，并逐漸取代了時域OCT。頻域OCT是通過一次采集整個樣品臂與參考臂的干涉光譜，干涉光譜包括了整個樣品深度上的信息，這個信號是頻域的信號，被測樣品各個深度上的信息都在干涉光譜里，通過對這個頻域信號進(jìn)行傅里葉變換，就可以恢復(fù)出時域的空間信息，因此，頻域OCT每接收一次干涉光譜信號就是一個A-scan，通過對干涉信號進(jìn)行處理，一次性就能還原出樣品一條深度上的結(jié)構(gòu)信息，所以相對于時域OCT，它并不需要對參考臂進(jìn)行機械振動來引入一個軸向式掃描。時域OCT要對樣品進(jìn)行二維成像的話，需要進(jìn)行參考臂軸線掃描和樣品臂橫向掃描，而FD-OCT則省略了軸向掃描這一步驟，因此系統(tǒng)的成像速率方面獲得了極大的提升。FD-OCT又分為SD-OCT和SS-OCT。SD-OCT是基于光譜儀的OCT，通過光譜儀接收干涉光譜信號，以實現(xiàn)頻域信號重建的目的，如圖1.3（a）所示。SS-OCT的核心是掃頻光源，它是基于掃頻光源系統(tǒng)的OCT，通過掃頻光源進(jìn)行波長掃頻來構(gòu)建干涉光譜，如圖1.3（b）所示。
第4頁上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1.3頻域OCT系統(tǒng)原理圖Fig.1.3SchematicofFrequencydomain-OCTOCT的設(shè)計原理是為了讓無創(chuàng)光學(xué)活檢成為可能，成像分辨率能到達(dá)到組織學(xué)的光學(xué)分辨率，并且不需要對組織進(jìn)行切除和一些其他的處理[5]。因此，OCT需要滿足以下一些條件：（1）分辨率達(dá)到亞細(xì)胞級別（1-10um）。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)三維成像（因此成像速度要快）。（3）圖像成像靈敏度高（信噪比高）。（4）充分的診斷滲透（成像深度）。因此，OCT的發(fā)展方向主要就是集中在系統(tǒng)的成像分辨率、成像深度以及成像速度方面發(fā)展的。在各界學(xué)者的努力下，OCT取得的長足的發(fā)展。下面分別介紹OCT的主要性能參數(shù)的發(fā)展。1.2.1OCT在分辨率上的發(fā)展分辨率是成像系統(tǒng)的一個最主要的性能參數(shù)，它決定了系統(tǒng)能觀察到組織的最小結(jié)構(gòu)尺寸。與其他光學(xué)成像系統(tǒng)不同的是，受頻域成像的特點，OCT的軸向分辨率與橫向分辨率并不是一致的，他們與系統(tǒng)的硬件構(gòu)造關(guān)系并不是完全聯(lián)系在一起的[6]。首先，關(guān)于OCT的軸向分辨率，軸向分辨率指系統(tǒng)深度方向上的分辨率，
【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]基于線性掃頻和光計算的高速光學(xué)相干層析成像[D]. 霍天成.清華大學(xué) 2014
[2]內(nèi)窺頻域光學(xué)相干CT研究[D]. 張寧.清華大學(xué) 2014
本文編號：3382886
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