本文關(guān)鍵詞：高分辨與變焦內(nèi)窺光學(xué)相干CT研究　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：光學(xué)相干層析成像(Optical coherence tomography,OCT)是基于相干光干涉測量的一種新型三維成像技術(shù),該技術(shù)因?yàn)榫哂蟹乔秩�、低損傷、深度測量、高分辯等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。內(nèi)窺光學(xué)相干層析(Endoscopic optical coherence tomography,E-OCT),與內(nèi)窺技術(shù)相結(jié)合,通過光纖可將光引導(dǎo)到活體的各個部位,克服了光的穿透深度有限的缺點(diǎn),可在人體不同部位成像,大大提高了在臨床的應(yīng)用價值,尤其是高分辨OCT,有望替代活檢,在癌癥腫瘤檢測方面,具有重要的應(yīng)用前景。本文以內(nèi)窺相干層析技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合微機(jī)電與光學(xué)技術(shù),取得了如下結(jié)果:首先,在內(nèi)窺OCT領(lǐng)域,傳統(tǒng)的電機(jī)集成的側(cè)向掃描探頭在實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速的同時,往往無法保證高分辨率(10μm),成像無遮擋以及體積小(2mm)的三者兼顧,該問題制約了內(nèi)窺OCT探頭在臨床的進(jìn)一步研究,成為了實(shí)際運(yùn)用中的瓶頸。本文提出了結(jié)合非球面棱鏡與1.0mm中空超聲電機(jī)的高性能探頭設(shè)計,通過改善成像光路,系統(tǒng)性能與光斑質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了7.5μm×6.6μm的高分辨,360度無盲區(qū)的內(nèi)窺成像,其封裝后外徑可以縮小至1.4mm,有效提高了整體參數(shù)性能。實(shí)驗(yàn)證明了該高性能探頭方案的可行性,預(yù)示其良好的臨床應(yīng)用前景。其次,本文詳盡分析了高分辨OCT領(lǐng)域中普遍存在的分辨率-焦深制約問題,和各種已有的解決方案,結(jié)合內(nèi)窺技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際問題,運(yùn)用光學(xué)模擬設(shè)計手段,提出了自加熱記憶合金材料結(jié)合中空電機(jī)的結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的末端光路與變焦效果,通過多次成像克服焦深的制約,從而改善高分辨內(nèi)窺情形下的成像質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)上成功研制了世界首個具有變焦機(jī)能的高性能內(nèi)窺OCT原型探頭,并進(jìn)行了成像實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證效果。此外,考慮到內(nèi)窺技術(shù)的精細(xì)和復(fù)雜性,本文對內(nèi)置微型電機(jī)的探頭設(shè)計要點(diǎn)和原型組裝的主要步驟做了系統(tǒng)歸納與總結(jié),并在附錄中記錄了探頭各零部件的制作工藝。綜上,本論文研制成功高分辨與變焦內(nèi)窺OCT探頭,結(jié)合OCT成像系統(tǒng),可以為臨床診斷提供高分辨率、無創(chuàng)的三維斷層掃描圖像,有利于病灶原位的實(shí)時監(jiān)測,在重大疾病的早期檢測方面,將發(fā)揮重要的作用。
[Abstract]:Optical coherence tomography (OCT) is a new 3D imaging technology based on coherent light interference measurement. Because of its characteristics of non-invasive, low damage, deep measurement and high resolution, it has been widely applied in biomedical field. Endoscopic optical coherence tomography (Endoscopic optical coherence tomography E-OCT) technology, combined with endoscope, through the optical fiber light can be guided to all parts of the living body, overcomes the disadvantages of limited light penetration depth, imaging in the different parts of the body, greatly improving the clinical value, especially high resolution OCT that is expected to replace biopsy in cancer detection has important application prospect. In this paper, endoscopic optical coherence tomography technology, combining MEMS and optical technology, the main results are as follows: firstly, the endoscopic OCT field, the traditional motor integrated lateral scanning probe used in high speed at the same time, often can not guarantee the high resolution (10 m), and small volume imaging without occlusion (2mm). The three consideration, the problem of restricting the endoscopic OCT probe in further clinical research, become a bottleneck in practical application. This paper combines high performance probe design of aspheric prism and 1.0mm hollow ultrasonic motor, by improving the imaging optical path, system performance and spot quality, achieve m 7.5 * 6.6 m high resolution, 360 non blind endoscopic imaging, the package diameter can be reduced to 1.4mm, effectively improve the the overall performance parameters. The experiment proves the feasibility of the high performance probe and indicates the good prospect of clinical application. Secondly, this paper detailed analysis of the high resolution OCT is existed in the field of resolution - focal depth constraints, solutions and various existing problems, combined with endoscopic technology, using optical simulation design method, put forward the self heating with memory alloy material structure of hollow motor, the end of the light path and the zoom effect to achieve the adjustable, overcome the constraints of focal depth by multiple imaging, so as to improve the image quality of high resolution under endoscope. In the experiment, the first high performance endoscope OCT prototype with a zoom function was successfully developed, and the imaging experiment was carried out to verify the effect. Besides, considering the precision and complexity of the endoscopic technology, the design points and the main steps of the prototype assembly of the built-in micro motor are systematically summarized and summarized, and the manufacturing process of each part of the probe is recorded in the appendix. In summary, this paper successfully developed high resolution zoom endoscope and OCT probe combined with OCT imaging system, 3D images can provide high-resolution, noninvasive clinical diagnosis, real-time monitoring for in situ lesions, in the early detection of major diseases, will play an important role.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R318;TP391.41

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本文編號：1346748