本文關(guān)鍵詞：雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于自適應(yīng)光學(xué)的活體人眼視網(wǎng)膜高分辨率成像技術(shù)能夠獲得接近衍射極限分辨率的視網(wǎng)膜圖像,這在眼科疾病特別是眼底疾病的發(fā)病機(jī)理研究、疾病早期診斷、不同治療手段和藥物療效評(píng)價(jià)以及視覺科學(xué)研究等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而,由于人眼像差具有隨人群起伏很大、低階與高階并存的特點(diǎn)以及受到目前波前校正器研制技術(shù)的限制,自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜高分辨率成像技術(shù)在臨床應(yīng)用上面臨著巨大挑戰(zhàn):成像系統(tǒng)像差校正能力有限、臨床成像成功率低、人群適用范圍較窄。如何有效校正隨人群起伏很大的人眼像差,提高視網(wǎng)膜高分辨率成像技術(shù)的人群適用范圍是該技術(shù)最終邁向臨床應(yīng)用所面臨的最大難題。本論文正是在這樣的背景下,開展了雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像技術(shù)研究及系統(tǒng)研制工作。論文以實(shí)際人眼像差統(tǒng)計(jì)特性為基礎(chǔ),分析人眼像差對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的性能需求并提出雙變形鏡人眼像差校正方案,設(shè)計(jì)研制了基于雙變形鏡的人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像系統(tǒng)并在該系統(tǒng)上完成了活體人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像實(shí)驗(yàn)。具體的工作如下:1、對(duì)中國(guó)人眼像差特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并建立像差統(tǒng)計(jì)模型。在對(duì)人眼生理結(jié)構(gòu)及人眼像差的產(chǎn)生、描述方法以及其固有特性調(diào)研后,臨床采集了676例中國(guó)人眼像差數(shù)據(jù),對(duì)其空間特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并在此基礎(chǔ)上建立了符合人眼像差統(tǒng)計(jì)規(guī)律的多元高斯人眼像差統(tǒng)計(jì)模型,為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研制提供依據(jù)。2、對(duì)人眼像差校正需求進(jìn)行分析并確立人眼像差校正方案�；谌搜巯癫钐匦越y(tǒng)計(jì)結(jié)果,提出人眼像差對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)核心器件變形鏡的性能需求,即變形鏡行程應(yīng)大于20μm,空間分辨率至少應(yīng)該滿足對(duì)前8階44項(xiàng)Zernike像差具有良好的擬合能力;在對(duì)目前常用于人眼像差校正的幾類波前校正器特性進(jìn)行分析后,確立了雙變形鏡人眼像差校正方案,并確定采用35單元Bimorph變形鏡校正大幅值人眼低階像差;針對(duì)以往變形鏡高階像差校正能力不足這一問題,基于人眼像差特性統(tǒng)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)并定制了145單元3毫米極間距變形鏡,該變形鏡具有較高的空間分辨率,適合用于人眼高階像差校正。3、研制雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像原型系統(tǒng)并開展活體人眼視網(wǎng)膜高分辨顯微成像實(shí)驗(yàn)研究�；陔p變形鏡自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜顯微成像系統(tǒng)原理,首先對(duì)系統(tǒng)雙變形鏡驅(qū)動(dòng)器與哈特曼子孔徑之間的布局匹配進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并確定哈特曼傳感器參數(shù),從而使系統(tǒng)在獲得良好像差校正效果的同時(shí)具有較高的穩(wěn)定性;隨后對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)研究,采用改進(jìn)的控制信號(hào)重置算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙變形鏡的并行穩(wěn)定控制,并編寫全套成像系統(tǒng)控制軟件使系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)工作從而完成對(duì)視網(wǎng)膜的動(dòng)態(tài)連續(xù)成像任務(wù);在此基礎(chǔ)上,實(shí)際搭建了雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像原型系統(tǒng),整套系統(tǒng)分辨率達(dá)到1.1倍衍射極限,對(duì)應(yīng)眼底視網(wǎng)膜分辨率約為2.0μm,大行程35單元Bimorph變形鏡的使用使得系統(tǒng)具有較大的低價(jià)像差校正范圍,能夠?qū)Α?.5D以內(nèi)的離焦、±3.0D以內(nèi)的散光進(jìn)行有效校正,高分辨率145單元PZT變形鏡的使用使系統(tǒng)具有較高的像差校正精度,能夠?qū)η?階44項(xiàng)Zernike像差進(jìn)行有效校正;最后開展了視網(wǎng)膜高分辨率成像實(shí)驗(yàn),獲取了活體人眼視網(wǎng)膜視細(xì)胞層、毛細(xì)血管層的精細(xì)結(jié)構(gòu)圖像,進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)像差校正范圍及校正精度進(jìn)行了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：自適應(yīng)光學(xué)技術(shù) 人眼像差 雙變形鏡 視網(wǎng)膜高分辨率成像
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R77;O439
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目錄10-13
• 第1章 緒論13-33
• 1.1 視網(wǎng)膜高分辨率成像技術(shù)的研究背景及意義13-14
• 1.2 自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜高分辨率成像技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)15-16
• 1.2.2 基于自適應(yīng)光學(xué)的視網(wǎng)膜高分辨率成像技術(shù)研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3 自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜高分辨率成像所面臨的挑戰(zhàn)22-30
• 1.3.1 人眼像差特性23-24
• 1.3.2 人眼像差校正器24-26
• 1.3.3 人眼像差校正方案26-30
• 1.3.4 小結(jié)30
• 1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容30-33
• 第2章 人眼像差特性統(tǒng)計(jì)分析33-57
• 2.1 引言33
• 2.2 人眼像差概述33-39
• 2.2.1 人眼像差定義33-35
• 2.2.2 人眼像差描述35-37
• 2.2.3 人眼像差特性37-39
• 2.3 人眼像差空間特性統(tǒng)計(jì)分析39-49
• 2.3.1 人眼像差數(shù)據(jù)采集39-42
• 2.3.2 人眼像差數(shù)據(jù)處理42-43
• 2.3.3 人眼像差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析43-49
• 2.4 人眼像差統(tǒng)計(jì)模型49-55
• 2.5 本章小結(jié)55-57
• 第3章 人眼視網(wǎng)膜高分辨率成像像差校正需求及解決方案57-73
• 3.1 人眼像差校正對(duì)變形鏡的性能需求分析57-60
• 3.1.1 人眼像差校正對(duì)變形鏡的行程需求57-58
• 3.1.2 人眼像差校正對(duì)變形鏡空間分辨率的需求58-60
• 3.2 雙變形鏡人眼像差校正方案60-62
• 3.3 已有變形鏡性能分析62-66
• 3.3.1 37單元PZT變形鏡62-65
• 3.3.2 35單元Bimorph變形鏡65-66
• 3.4 3毫米極間距變形鏡66-71
• 3.4.1 3毫米極間距壓電驅(qū)動(dòng)器67
• 3.4.2 3毫米極間距變形鏡驅(qū)動(dòng)器單元數(shù)需求分析67-69
• 3.4.3 145單元3毫米極間距變形鏡性能分析69-71
• 3.5 本章小結(jié)71-73
• 第4章 雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像系統(tǒng)研制73-99
• 4.1 雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像系統(tǒng)原理73-77
• 4.1.1 自適應(yīng)光學(xué)子系統(tǒng)74-75
• 4.1.2 成像子系統(tǒng)75-77
• 4.2 雙變形鏡驅(qū)動(dòng)器與哈特曼傳感器子孔徑布局優(yōu)化設(shè)計(jì)77-83
• 4.2.1 哈特曼-夏克（Hartman -Shack，，HS）波前傳感器77-79
• 4.2.2 變形鏡驅(qū)動(dòng)器與哈特曼傳感器子孔徑布局優(yōu)化設(shè)計(jì)79-83
• 4.3 雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)83-87
• 4.3.1 設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)原則83-84
• 4.3.2 設(shè)計(jì)結(jié)果84-87
• 4.4 雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)87-97
• 4.4.1 雙變形鏡解耦控制技術(shù)87-93
• 4.4.2 系統(tǒng)控制93-97
• 4.5 雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建97-98
• 4.6 本章小結(jié)98-99
• 第5章 雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像實(shí)驗(yàn)研究99-119
• 5.1 雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像系統(tǒng)標(biāo)定99-103
• 5.1.1 系統(tǒng)分辨率標(biāo)定99-101
• 5.1.2 系統(tǒng)低階像差校正能力測(cè)試101-102
• 5.1.3 模擬眼成像實(shí)驗(yàn)102-103
• 5.2 活體人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像實(shí)驗(yàn)103-116
• 5.2.1 人眼安全104-107
• 5.2.2 活體人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像107-114
• 5.2.3 人眼像差校正階數(shù)對(duì)視網(wǎng)膜成像的影響114-116
• 5.3 本章小結(jié)116-119
• 第6章 總結(jié)與展望119-123
• 6.1 論文工作總結(jié)119-120
• 6.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)120
• 6.3 論文研究的不足及后續(xù)工作展望120-123
• 參考文獻(xiàn)123-131
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果13

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  本文關(guān)鍵詞：雙變形鏡人眼視網(wǎng)膜高分辨率顯微成像技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：308049