光纤型光学相干层析成像系统的研制
光学相干层析成像技术研究
光学相干层析成像技术研究
易靖雯
【期刊名称】《无线互联科技》
【年(卷),期】2017(000)017
【摘要】文章主要阐述了光学相干层析技术作为一种有别于其他层析成像技术的新型技术手段,具有快速、实时、无损等特点.它能利用低相干光的干涉,将带有生物样品信息的相干光进行解调、滤波和放大后成像.文章主要从光学相干层析技术的背景、定义、原理及其在现代医学领域的应用和未来的发展方面进行研究.
【总页数】2页(P138-139)
【作者】易靖雯
【作者单位】中国传媒大学信息工程学院,北京 100024
【正文语种】中文
【相关文献】
1.光学相干层析成像的图像失真及处理技术研究 [J], 张浩楠;薛俭雷;殷玉莹;彭玲
2.宽场光学相干层析成像技术在眼科学中的研究进展 [J], 陶成龙;杨必文;范冉冉;钟会清;苏成康;郭周义;刘智明
3.用于内窥光学相干层析成像的小型化预标定Lissajous扫描光纤探头 [J], 吴彤;霍文麒;黄蕴智;王吉明;顾晓蓉;路元刚;赫崇君;刘友文
4.基于双边随机投影算法的光学相干层析成像降噪 [J], 潘玲佼;范伟伟;吴全玉
5.用于眼检的光学相干层析成像技术研究 [J], 姜发纲;傅哲强;张平
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光学相干层析技术
光学相干层析技术光学相干层析技术（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种高分辨、无创、非侵入性的光学成像技术，主要用于生物医学和材料科学领域。
该技术通过测量光波的干涉，能够生成高分辨的三维组织结构图像，对组织的微观结构进行观察和分析。
以下是光学相干层析技术的主要原理和特点：原理：1.干涉原理：光学相干层析技术基于干涉原理，利用光波的干涉现象来获取样本内部结构的信息。
2.光源：一般使用窄带光源，如激光。
3.分束器：将光源发出的光分成两束，一束用于照射样本，另一束用作参考光。
4.光学延迟：样本内部的不同深度处反射回来的光与参考光发生干涉，形成干涉图案。
5.探测器：使用光谱探测器记录干涉信号。
特点：1.高分辨率：光学相干层析技术具有高分辨率，可达到微米级别，使得可以观察到生物组织和细胞的微观结构。
2.无创性：对于生物样本，OCT是一种无创性的成像技术，不需要对样本进行切割或注射对比剂。
3.实时成像：OTC具有实时成像的能力，适用于动态变化的生物过程的观察，如眼部结构的实时监测。
4.三维成像：通过对不同深度的光反射信号的采集，OCT可以生成三维组织结构图像，提供更全面的信息。
5.广泛应用：在医学上，OCT广泛应用于眼科学，用于视网膜和角膜等结构的成像；在材料科学中，用于观察材料内部的微观结构。
应用领域：1.眼科学：视网膜、角膜等眼部组织的高分辨成像。
2.心血管学：血管结构的成像，用于冠脉疾病的诊断。
3.皮肤学：皮肤组织的结构成像，用于皮肤病变的检测。
4.生物医学研究：对小动物器官和细胞的高分辨成像。
5.材料科学：对材料内部结构的观察，用于材料性能的研究。
总体而言，光学相干层析技术在医学和材料科学领域有着广泛的应用前景，为微观结构的研究提供了一种高效、精确的手段。
OCT(光学相干层析成像)原理
1993年，第一台商 用OCT系统上市。
2000年代以后， OCT技术逐渐拓展 到其他医学领域， 如皮肤科、妇科等。
OCT技术的应用领域
眼科
OCT技术广泛应用于眼科疾病 的诊断和治疗，如黄斑病变、
青光眼、白内障等。
皮肤科
OCT技术可以用于皮肤肿瘤、 皮肤炎症等疾病的诊断和治疗 。
妇科
OCT技术可以用于子宫颈癌、 卵巢癌等妇科疾病的诊断和治 疗。
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OCT的层析原理
OCT通过测量反射光和透射光的干涉信号来获取样品的层 析结构。干涉信号的强度与参考光束和样品光束的光程差 有关，通过测量不同延迟时间下的干涉信号，可以重建样 品的层析结构。
OCT的层析过程通常采用频域OCT或时域OCT技术实现。 频域OCT通过快速扫描光学频率来获取干涉信号，而时域 OCT则通过快速扫描参考光束的延迟时间来获取干涉信号 。
03 OCT系统组成
光源模块
01
02
03
光源选择
OCT系统通常使用近红外 光波长的激光作为光源， 如800-1300nm波长范围。
光源输出功率
光源模块需要提供稳定的 输出功率，以保证OCT系 统的成像质量。
光谱特性
光源应具有较窄的光谱宽 度，以提高OCT系统的分 辨率。
扫描模块
扫描方式
扫描模块负责将光源发出 的光束扫描到待测样品上， 实现层析成像。
OCT图像的定量分析
厚度测量
OCT图像可以用于测量组织的厚度，通过对不同层次反射信号的 识别和测量，可以获得组织厚度的定量数据。
折射率计算
OCT设备通过测量光在组织中的传播速度，可以计算出组织的折射 率，这对于判断组织性质和生理状态具有重要意义。
光学高分辨率成像技术的研究
光学高分辨率成像技术的研究光学高分辨率成像技术是一种可以将物体细节展现的成像方法。
由于其分辨率高、清晰度好的特点，这种技术已经被广泛应用在生物医学、材料科学、电子微观、纳米技术等领域。
本文将探讨光学高分辨率成像技术的研究现状及未来发展方向。
一、激光扫描共聚焦显微镜激光扫描共聚焦显微镜（confocal laser scanning microscope，CLSM）是一种高分辨率的成像技术，采用非常纤细的激光束对样品进行扫描，只聚焦扫描光束经过的一个非常小的区域，以光子计数方式获得图像信息。
CLSM可以对活体细胞进行成像，硬组织也可以进行成像。
由于其高分辨率、高灵敏度、灵活性和非侵入性，已被广泛应用于生物医学研究，如观察及分析细胞结构、细胞膜、核质、胞质道路等。
同时，CLSM也可用于纸张、油画、文物等材料的非破坏性检测和分析。
CLSM成像方法已成为生物显微镜领域的重要工具之一，也是现代生物医学研究的核心技术。
二、多光子激发荧光显微镜多光子激发荧光显微镜（multi-photon excitation fluorescence microscopy，MPEF）是一种使用长波长光子在微观区域激发荧光的技术。
与其他光学显微技术相比，MPEF具有高分辨率、高光学穿透深度、对细胞活性的不干扰等优点。
MPEF技术的应用范围很广，如生物医学研究、材料科学、纳米技术等领域。
在生物医学研究方面，MPEF技术主要用于三维图像重建和活细胞成像，同时也可以用于探究蛋白质结构和功能以及药物相互作用。
在材料科学领域，MPEF技术可用于分析材料的结构、染色和形态。
在纳米技术领域，MPEF技术则可以用于制备和研究纳米材料以及纳米器件。
三、光学相干层析成像光学相干层析成像（optical coherence tomography，OCT）是一种用于无损成像人体活体组织的方法。
OCT技术是基于光波的干涉原理，利用光子束与样品内部的反射、折射或散射的光子的干涉，以获得高分辨率的图像。
热光源谱域光学相干层析成像系统
热光源谱域光学相干层析成像系统秦玉伟;赵宏;庄仲琴【摘要】A high resolution spectral-domain optical coherence tomography system with a thermal light source was introduced The ratio of the ideal spectral density calculated with Gaussian function to the actual spectral density measured by spectrometer was used to obtain the calibration coefficient of different wavelength. The ideal interference spectrum after calibration was obtained once multiplying the coefficient by the measured interference spectrum. The experiment result shows that the one-dimensional scattering potential gets sharper, the peaks are heightened and the axial resolution of the system is improved by Gaussian calibration. In addition, the image quality is improved and the film boundary of the sample becomes clear. Thus, broadband thermal light source is suitable for high-resolution spectral-domain optical coherence tomography system.%根据热光源具有极短的相干长度、能够提高系统的轴向分辨率的特点,设计了一种使用热光源的谱域光学相干层析成像系统.利用高斯函数计算得到的理想光谱密度与光谱仪测量的实际光谱密度之间的比值,得出了不同波长对应的光源光谱密度的校正系数,将校正系数与所测干涉光谱值相乘,得到了校正后的理想干涉光谱值.实验结果表明:高斯校正后,样品的一维散射势得到锐化,散射势峰值变大,系统的轴向分辨率变高；高斯校正后使二维层析图像的质量得到了提高,样品的薄膜边界变得清晰.因此,系统具有分辨率高、成像速度快、测量精度高和对样品无损伤的特点,在薄膜厚度的无损测量方面有着广泛的应用前景.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2011(045)011【总页数】4页(P68-71)【关键词】光学相干层析成像;热光源;高斯校正;散射势【作者】秦玉伟;赵宏;庄仲琴【作者单位】西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安;渭南师范学院物理与电子工程系,714000,陕西渭南;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TH744.3;O439光学相干层析成像技术（OCT）是一种利用光学低相干涉测量原理的成像技术，它能够对样品内部的微观结构进行无损伤、非侵入、无接触的横截面层析成像，分辨率可以达到微米量级［1］.由于OCT具有较高的分辨率，因此该技术已经引起了广泛关注，并被成功地应用于生物组织活体检验和半导体材料检测等领域［1－4］.按成像原理不同，OCT 可以分为时域 OCT（Time Domain OCT，简称 TD－OCT）和傅里叶域OCT（Fourier Domain OCT，简称FDOCT）两类［4］.TD－OCT系统需要轴向的机械扫描装置，通过移动反射镜或样品来改变参考臂和样品臂之间的光程差，以获得样品的深度信息，因而限制了系统的成像速度，并且分辨率和信噪比较低［5－6］.FD－OCT采用频谱域干涉技术，无需轴向机械扫描，样品探测深度范围内的所有背向散射光同时参与干涉光谱成像，这种深度探测的并行性，解决了高速成像与分辨单元信号采集时间下降之间的矛盾，且具有更高的分辨率和信噪比［5－6］.FD－OCT可以分为谱域OCT（Spectral Domain OCT，简称SD－OCT）和扫频源 OCT（Swept Source OCT，简称 SS－OCT）［4］.SD－OCT 的最大优势在于深度信息的获得不需要通过轴向机械扫描实现，只需通过光谱仪一次采集含样品深度信息的全部干涉光谱，对波数空间分布的干涉图谱进行傅里叶反变换，并进行图像重构就可得到样品深度信息的层析图像，因而大大提高了SD－OCT系统的成像速度和图像分辨率［5－6］.本文设计的 SD－OCT 系统使用热光源作为宽带低相干光源来提高系统的轴向分辨率，获取高分辨率的图像.由于热光源具有极短的相干长度，能够提高系统的轴向分辨率，因此适合作为SD－OCT系统的光源.1 SD－OCT系统的原理SD－OCT系统的基本原理是散射势理论，即散射光强的傅里叶逆变换可得到含样品深度结构信息的散射势［7］式中：FS（z）为样品的散射势；z为轴向深度；k为波数；ES（P，k）为样品在测量点P 处的散射光强；FI为傅里叶逆变换.对于迈克尔逊干涉仪，干涉光谱信号为式中：I（k）为干涉光谱信号；S（k）为光源的光谱密度；n为样品的平均折射率.式（2）中的第1项为直流项，表现为直流噪声；第2项为互相关项.样品的深度信息可由式（2）经傅里叶逆变换获得利用5步相移法［4］去除式（3）中的第2项和第3项，即直流噪声和镜像，即可得到样品内部不同深度处的FS（z）.轴向分辨率是OCT技术的一个重要指标，理想高斯光源SD－OCT系统的轴向分辨率为式中：lC为相干长度；λ0为光源中心波长；λh为光源半谱宽度.可以看出，SD－OCT系统的轴向分辨率除与光源中心波长、光谱的带宽有关外，还与光谱形状有关.传统SD－OCT系统常用的宽带光源为超连续谱激光器和超辐射发光二极管（SLD），而热光源很少作为SD－OCT系统的光源使用.在高分辨率SDOCT系统中，由于卤钨灯具有极短的相干长度，因此可使系统获得较高分辨率的层析图像［4，8－9］.2 实验系统设计热光源的光纤SD－OCT系统主要由宽带光源、迈克尔逊干涉仪和光谱仪构成，结构［9］如图1所示.图1中，由2×2光纤耦合器（分束比为50∶50）和2个光纤准直器构成光纤迈克尔逊干涉仪，显微物镜将光束聚焦在样品上，不仅提高了OCT系统的横向分辨率，而且滤除了焦点外返回的杂散光，保证了系统的成像质量.图1 热光源的光纤SD－OCT系统图由于样品的背向散射光强远低于参考光强，为了能够较好地发生干涉，因此需要增加样品臂的背向散射光强度.但是，由于单层薄膜样品膜表面与基片上表面对入射光的背向散射均较强，导致干涉光谱的自相关项增大，引起图像模糊、信噪比降低，因此采用分束比为50∶50的光纤耦合器.系统所用的热光源为光谱形状近似高斯分布的卤钨灯，光源发出的入射光经过光纤耦合器后分成两部分，并分别进入样品臂和参考臂.样品的背向散射光中含有样品的深度信息，可以看成是多种准单色光的叠加.背向散射光返回后与来自参考臂的反射光经过耦合器发生干涉，干涉光谱信号由光谱仪接收，并送入计算机进行处理和图像重构.步进电机驱动平移台对样品进行水平扫描，以获得二维层析图像.3 实验结果和讨论由于光源的光谱形状、中心波长和带宽决定了OCT系统的轴向分辨率，因此实验前先要测量卤钨灯的光谱（见图2）.图2 卤钨灯光源光谱图由图2可知，卤钨灯光源的中心波长和光谱半宽分别为650nm和225nm，根据轴向分辨率的表达式可知，系统的理论轴向分辨率为0.83μm.由光源光谱图中可以看出光谱并非理想高斯分布，这将会导致轴向响应函数的展宽和旁瓣产生，从而降低系统轴向分辨率和成像质量［10］，因此需要对卤钨灯光源的原始光谱进行高斯光谱校正［4，11－12］.对于理想高斯分布的光源，光谱密度可以表示为式中：λ为光源的波长.设由光谱仪采集到的卤钨灯的实际光谱密度为Sr（λ），对应于相同的λ，可由式（5）计算得出理想情况下的光谱密度.根据实际光谱密度和理想光谱密度可以得到校正系数若光谱仪采集到的实际干涉光谱强度为Ir（λ），则可得到高斯校正后的干涉光谱强度为由于光谱仪采集到的干涉光谱信号为波长的函数，而深度方向的空间坐标与波数互为傅里叶变换对，因此在傅里叶逆变换前，需将波长空间分布的Ii（λ）转化到波数空间分布的干涉光谱强度Ii（k）.由于波长与波数之间的非线性关系，因此利用三次样条插值算法对干涉光谱进行波数空间的非线性校正，以确保系统轴向分辨率和图像质量［10］.实验样品是以玻璃为基片、厚度为60μm的聚苯乙烯单层薄膜，非线性校正、高斯光谱校正和图像重构等数据处理过程通过MATLAB编程软件实现.高斯校正后，光源的中心波长和光谱半宽分别为670nm和165nm，因此系统实际轴向分辨率约为1.2μm，比理论轴向分辨率低，这是由波数的非线性校正误差引起的.图3a和图3b分别为高斯光谱校正前后样品轴向（深度方向）的一维散射势图，其中纵坐标为归一化散射势.从图3中可以看出，一维散射势具有4个明显的峰值，高斯光谱校正前后，散射势峰值的尖锐程度不同.在高斯光谱校正前，散射势峰值1、2较平坦，范围较宽，表明系统轴向分辨率较低，不利于边界定位.当高斯光谱校正后，散射势峰值得到锐化，系统轴向分辨率提高，与校正前的峰值2相比，峰值4变大，从而有利于边界定位和薄膜厚度的测量.由图3中散射势的2个主要峰值的位置可知，聚苯乙烯薄膜厚度约为67.8μm.图3 样品的一维散射势峰值的变化趋势1、3：薄膜上表面散射势峰值；2、4：薄膜下表面散射势峰值图4为高斯光谱校正前、后样品的二维层析图像，图中亮线表示折射率突变的界面处，图像顶端的亮线代表聚苯乙烯薄膜上表面，中间亮线位置代表薄膜与玻璃基片的交界处.由于实验样品为单层薄膜结构，为获取高质量的二维层析图像并精确测量薄膜厚度，对样品的二维层析图像进行直方图均衡化处理，并设定灰度值阈值，这样既可以滤掉高频噪声，又可以提高图像的清晰度和对比度，获得精确薄膜厚度.由图4a可以看出，高斯校正前的图像模糊，薄膜与基片之间的边界较宽，但经过高斯光谱校正、直方图均衡化和阈值设定等处理后，图像的质量和分辨率得到了提高，薄膜的边界清晰地显示出来，2条亮线之间的杂散干扰信号得到了去除，薄膜的厚度约为67.8μm（见图4b）.图4 样品的二维层析图像4 结论本文设计了一种使用宽带热光源的光纤迈克尔逊干涉仪结构的SD－OCT系统，采用高斯校正算法对卤钨灯光源的原始光谱进行校正，提高了系统的轴向分辨率和图像质量.实验结果表明，经过高斯校正，样品的一维散射势峰值得到了锐化，系统的分辨率和层析图像质量都得到了提高，并且滤除掉了杂散信号的干扰，使薄膜与基片的边界更加清晰.本文系统具有较高的分辨率，测量过程中无需与样品发生接触，对样品无损伤，具有成像速度快、测量精度高的特点，因此在薄膜厚度的无损测量方面具有广泛的应用前景.【相关文献】［1］HUANG D，SWANSON E A，LIN C P，et al.Optical coherence tomography ［J］.Science，1991，254（5035）：1178－1181.［2］CHANG S D，MAO Y X，CHANG G M，et al.Jade detection and analysis based on optical coherence tomography images ［J］.Optical Engineering，2010，49（6）：1－6. ［3］WIESAUER K，PIRCHER M，GOTZINGER E，et al.En－face scanning optical coherence tomography with ultra－high resolution for material investigation［J］.Optics Express，2005，13（3）：1015－1024.［4］FERCHER A F，DREXLER W，HITZENBERGER C K，et al.Optical coherence tomography－principles and applications ［J］.Reports on Progress in Physics，2003，66（2003）：239－303.［5］LEITGEB R，HITZENBERGER C K，FERCHER A F.Performance of Fourier domain vs.time domain optical coherence tomography ［J］.Optics Express，2003，11（8）：889－894.［6］CHOMA M A，SARUNIC M V，YANG C H，et al.Sensitivity advantage of swept source and Fourier domain optical coherence tomography ［J］.Optics Express，2003，11（18）：2183－2189.［7］FERCHER A F，HITZENBERGER C K，KAMP G，et al.Measurement of intraocular distances by backscattering spectral interferometry［J］.Optics Communication，1995，117：43－48.［8］FERCHER A F，HITZENBERGER C K，Sticker M，et al.A thermal light source technique for optical coherence tomography ［J］. Optics Communication，2000，185：57－64.［9］CHEN Y P，ZHAO H，WANG Z.Investigation on spectral－domain optical coherence tomography using a tungsten halogen lamp as light source［J］.Optical Review，2009，16（1）：26－29.［10］陈玉平，赵宏，杨琦，等.谱域光学相干层析成像系统的实验研究［J］.西安交通大学学报，2008，42（7）：816－817.CHEN Yuping，ZHAO Hong，YANG Qi，et al.Experiment research on spectral－domain optical coherence tomography［J］.Journal of Xi′an Jiaotong University，2008，42（7）：816－817.［11］吴彤，丁志华.20kHZ扫频光学相干层析系统［J］.中国激光，2009，36（2）：503－507.WU Tong，DING Zhihua.Development of 20kHz swept source optical coherence tomography system［J］.Chinese Journal of Lasers，2009，36（2）：503－507.［12］DUBERY S K，GYANENDRA S，TULSI A，et al.Full－field swept－source optical coherence tomography with Gaussian spectral shaping［J］.Proceedings of the SPIE，2008，7155：1－7.。
光热相位光学相干层析成像技术
光热相位光学相干层析成像技术理论说明1. 引言1.1 概述光热相位光学相干层析成像技术，简称光热OCT（Optical Coherence Tomography），是一种利用光的干涉原理进行高分辨率显微成像的无损检测技术。
它结合了传统的光学相干层析成像（OCT）和光热效应，可以提供细胞级别的组织结构及功能信息。
这项技术具有非侵入性、高分辨率、实时性等优点，因此在医学、生物科学和材料科学等领域得到广泛应用。
1.2 文章结构本文将首先介绍光热相位光学相干层析成像技术的基本原理，在此基础上探讨其技术发展历程，并分析其在不同领域中的应用前景。
其次，我们将详细介绍实验方法和数据分析过程，包括实验设备和材料、数据采集与处理方法以及计算机模拟与仿真技术的应用。
最后，通过对研究结果进行总结，我们将进一步讨论该技术的创新点以及存在的不足之处，并展望未来针对这些问题的研究方向。
1.3 目的本文的目的是全面阐述光热相位光学相干层析成像技术及其应用领域，在理论上提供相关知识和深入了解该技术在各领域中所取得的突破和发展。
通过对实验方法和数据分析的介绍，读者能够了解这项技术的操作流程并掌握从原始数据到成像结果之间的处理过程。
最后，我们希望通过对该技术创新点与不足之处以及未来研究方向的探讨，为进一步推动该领域的发展提供有价值的参考。
以上就是引言部分内容，接下来将进入正文部分。
2. 正文光热相位光学相干层析成像技术是一种基于光学相干层析成像（OCI）和光热效应的新型成像技术，具有非接触、无辐射、高分辨率等特点，并且适用于多种材料的表面和内部结构成像。
本节将从该技术的原理、发展历程以及应用领域与前景三个方面进行详细阐述。
2.1 基本原理光热相位光学相干层析成像技术是通过照射样品表面的激光束，利用光热效应产生的温度变化来探测样品内部结构信息。
在激光照射下，样品吸收能量并发生温升，导致局部折射率发生变化，从而改变了透射或反射的相位信息。
频域偏振敏感光学相干层析系统的研制及应用研究_代祥松
1 引 言
光学相干层析(OCT)技术是一种高分辨率 、非接触 、无损 伤的生物医学成像新方法 ,通过高分辨的探测样品不同深度层 面背向散射回来的光强 ,可以得到高清晰的样品微观结构信 息 ,正在成为继电子计算机 X 线断层扫描成像 、超声波成像和 核磁共振成像技术之后 ,又一新的重要断层成像技术[ 1 ,2] 。在 研究生物组织光学特性的众多报道中[3 ,4] , 偏振光在组织中的 传播是组织特性研究的一个重要热门领域 ,偏振敏感光学相干 层 析 技 术 (PS-OCT , polarization-sensitive optical coherence tomography)是在传统 OCT 装置的基础上发展出的一种功能 型 OCT ,不仅能得到普通 OCT 的反射光强信息 ,还能同时得 到反射光的偏振状态信息 , 从而确定被测物的偏振特性[ 5, 6] 。 与偏光显微镜等传统偏振检测技术相比 , PS-OCT 兼有了 OCT 技术可层析 、非接触 、无须切片 、无损伤 、高分辨率 、探测深度较 深的特点 , 非常适合研究组织偏振性质 。目前 , PS-OCT 已经 在皮肤烧伤检测[7] 、龋齿判别[ 8] 、青光眼和糖尿病水肿诊断[ 9] 、 冠心病监测[ 10] 等方向取得显著研究进展 。
差 , Γ为自相关函数 。(1)式中第 1 、2 项分别为样品臂 、参考臂返 回的光强直流量 ,第 3 项为样品各层之间的干涉 , 称作自相关 项 ,最后 1 项为样品各层与参考臂干涉信号 , 称为互相关项 。可 以看出 ,通过对 Ix(k)、Iy(k)作傅立叶逆变换 ,直接得到了某一 深度 z 的时域信号的振幅 Ax,y(z)和相位 eiΥx , y(z)信息 。 光进入具有双折射性质的物质后 , 分别沿着双折射快轴和 慢轴传播的光分量之间相位差会发生变化 , 称之为相位延迟 。
基于超连续谱光源的光学相干层析技术研究进展
基于超连续谱光源的光学相干层析技术研究进展【摘要】近年来，超连续谱光源发展迅速，其光谱平坦度、宽度及功率水平有着显著的提高。
基于此，新型光学成像技术——光学相干层析技术（oct）的研究也不断取得新的进展，由于其具有良好的分辨率和可实时成像的优点，可应用在医学组织、工业材料及珠宝的检测中。
本文介绍近年来国内外基于超连续谱光源的光学相干层析技术研究进展，同时对其进一步的发展及应用给予了展望。
【关键词】光电子学光学相干层析超连续谱光源1 引言oct技术是基于光学相干特性的医学成像技术，早期的白光干涉测量法是它的理论基础，光学相干层析成像的概念于1991年被首次提出[1]。
在此后十几年里，oct得到了快速的发展，其分辨率以及性能都有很大的提高与发展，同时也开发出多种成像模式，如多普勒oct、光谱oct、差分吸收型oct、偏振敏感oct、与双光子荧光或超声结合的oct技术。
光学相干层析技术与传统超声成像、x射线成像、ct及mri相比，有着明显的优势：采用非侵入式光学成像技术，能够检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像；它能对活体组织进行实时、高分辨率断层成像，对活体组织内部机构的生理、病理变化过程进行精确的分析和诊断。
oct可应用在眼科临床诊断，牙齿断层扫描、皮肤病学研究，珍珠层厚度检测等领域，最具诱惑力的应用在于它对人体癌变和心血管疾病的早期准确诊断。
经过20多年的发展，oct的分辨率已经达到了微米量级。
2 光学相干层析技术的研究进展1991年，美国麻省理工大学的d.huang等人首次提出了光学相干层析技术的概念，并通过实验成功演示了人类视网膜和动脉粥样硬化噬菌斑的活体成像，所用光源选用830nm的超辐射发光二极管（sld），轴向分辨率10μm[1]。
此后，oct技术得到了突飞猛进的发展，不论是其分辨率还是性能上都有了很大的提高和发展。
光学相干层析成像综述
光学相干层析成像综述作者：陈玉平来源：《价值工程》2014年第32期摘要：光学相干层析成像（OCT）是一个新兴的、非常有前景的、非侵入、非接触和非损坏的成像技术并已被广泛应用在生物、医药及材料等领域。
本文介绍了OCT领域的发展。
Abstract： Optical coherence tomography（OCT） is an emerging very promising noninvasive non-contact and nondestructive imaging technique and has been widely applied in biological and medical fields as well as in technical fields. This paper introduced the progressing of study on OCT filed.关键词：光学相干层析成像；生物医药；图像技术Key words： optical coherence tomography；biological and medical；imaging technique中图分类号：TH744；O439 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）32-0255-020 引言光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography，简称OCT）是近年来发展较快的一种最具发展前途的新型层析成像技术，特别是生物组织活体检测和成像方面具有诱人的应用前景，已尝试在眼科、牙科和皮肤科的临床诊断中应用，是继X-CT和MRI技术之后的又一大技术突破，近年来已得到了迅速的发展。
1 光学相干层析成像技术回顾随着科学的进步，当今医学成像技术已经在医学诊断中起着重要的作用，各种探测方法和显示手段趋于更精确、更直观、更完善从而有助于人们观察生物组织，了解材料结构，它的发展是物理、数学、电子学、计算机科学和生物医学等多门学科相互结合的结果。
光学相干层析成像
光学相干层析成像光学相干层析成像（optical coherence tomography，简称OCT）是一种非侵入性的生物医学成像技术，主要应用于眼科和生物医学领域，用于观察和分析生物组织的内部结构和形态。
本文将从原理、应用和发展前景等方面介绍光学相干层析成像技术。
一、原理光学相干层析成像技术是基于光的干涉原理，通过测量光的干涉信号来获得样品的内部结构信息。
其基本原理是利用光学干涉来测量光的相位差，从而得到样品的深度信息。
具体而言，OCT系统会向样品发射一束光，一部分光被样品反射回来，另一部分光被参考光束反射回来。
通过对这两部分光进行干涉，测量两束光的相位差，就可以确定样品不同深度处的反射信号，从而重建出样品的内部结构。
二、应用1.眼科领域光学相干层析成像技术在眼科领域得到了广泛应用。
它可以高分辨率地成像眼部组织，如视网膜、角膜、虹膜等，用于早期诊断和治疗疾病，如黄斑变性、青光眼等。
同时，OCT技术还可以实时监测眼部手术过程，提高手术的安全性和准确性。
2.生物医学研究光学相干层析成像技术在生物医学研究中也发挥着重要作用。
它可以对小动物的器官、血管等进行高分辨率成像，用于研究疾病的发生机制和治疗效果评估。
此外，OCT技术还可以应用于药物研发过程中的毒性测试和药物吸收分布的研究。
三、发展前景随着技术的不断进步，光学相干层析成像技术在医学领域的应用前景十分广阔。
一方面，随着设备的不断改进，OCT系统的分辨率和成像速度将进一步提高，使得其在临床诊断中的应用更加广泛。
另一方面，光学相干层析成像技术与其他成像技术的结合，如光声成像、多光子显微镜等，将进一步拓展其应用领域，并为生物医学研究提供更多有价值的信息。
光学相干层析成像技术是一种非常有前景的生物医学成像技术。
它通过光的干涉原理，可以高分辨率地成像样品的内部结构，广泛应用于眼科和生物医学研究领域。
随着技术的不断发展，光学相干层析成像技术将为医学诊断和研究提供更多有力的支持，为人类健康事业做出更大的贡献。
相干光学成像技术的研究与应用
相干光学成像技术的研究与应用相干光学成像技术是光学成像技术中的一种重要技术，它通过处理成像光线的相位信息来获取样品的物理结构信息。
该技术常常应用于光学显微成像、超分辨成像、三维重建等领域。
以下将介绍相干光学成像技术的原理，现有的各种成像方法以及在不同领域的应用。
一、相干光学成像技术的原理相干光学成像技术的原理是利用光子在空间中传播时的波动特性。
当光子在介质中传播时，它会产生干涉和衍射现象。
不同光束的干涉会导致空间中光的相位信息的变化，这种相位信息可以用来还原物体的几何形态。
相干光学成像技术就是利用这种干涉和衍射现象来还原物体的几何形态。
具体来说，相干光学成像技术是利用一束相干光源照射物体，然后通过光学元件收集反射或透射的光，利用干涉或衍射的现象来重建物体的形态和结构。
其中，相干光指的是相位随时间而变化的光，具有频谱连续、相位不变的特点。
常见的相干光源有光纤激光器、铷原子光谱灯等。
二、现有的相干光学成像方法目前，相干光学成像方法已经发展出多种技术，主要包括以下几种。
1. 同焦面全息术同焦面全息术是一种基于衍射现象的成像技术。
它通过在物体与探测器之间插入全息板，使得物体的信息被编码在探测器位置上的干涉条纹中。
同焦面全息术具有全息成像的优点，可以同时记录样品的振幅和相位信息。
2. 相移全息术相移全息术在同焦面全息术的基础上，通过引入相位移动来实现相位信息的提取。
相位移动可以通过改变物体或探测器的位置、改变全息板的位置等多种方式来实现。
相移全息术具有高分辨率、高稳定性的优点，适用于生物医学、材料科学等领域。
3. 数字全息术数字全息术是一种新兴的成像技术，它将样品在不同方向的全息图像进行数字化处理，通过迭代重建算法来还原样品的三维形态。
数字全息术具有快速重建、高分辨率等优点，适用于纳米科技、高速成像等领域。
三、相干光学成像技术在不同领域的应用相干光学成像技术在物理学、生物医学等领域有着广泛的应用，以下将介绍其中几种典型应用。
光学相干断层扫描仪的成像算法改进研究
光学相干断层扫描仪的成像算法改进研究光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，简称OCT）是一种非侵入性的高分辨率生物组织成像技术，在医学诊断、生物医学研究等领域有着广泛的应用。
OCT通过测量光学反射和散射来获取生物组织的结构信息，并能够实现毫米级的深层成像。
图像重构算法是OCT系统中的关键环节，直接影响图像质量和分辨率。
本文将对光学相干断层扫描仪的成像算法进行改进研究，以提高成像质量和分辨率。
一、光学相干断层扫描原理简介光学相干断层扫描仪由光源、光学系统、控制系统和采集系统等组成。
光源发出的光经过光学系统后，被分为参考光和样本光。
参考光经过反射镜反射后与样本光混合，形成干涉信号。
干涉信号经过光探测器采集后，转化为电信号，并由计算机通过FFT算法进行处理和重构，得到二维或三维生物组织结构图像。
在传统光学相干断层扫描成像中，存在深度方向的分辨率限制。
由于光传播过程中的散射等因素，图像的深度方向分辨率衰减较严重，影响成像质量和细节显示。
二、提升成像质量的算法改进方法为了提高光学相干断层扫描成像的质量和分辨率，研究人员提出了多种算法改进方法，以下是其中几种常用的算法改进方法：1. 基于多光束扫描的方法传统的光学相干断层扫描仪在成像时只采用一束光作为样本光，而基于多光束扫描的方法则采用多束光同时投射到样本上，从而提高成像的信噪比和分辨率。
通过对多束光的干涉信号进行融合，可以降低噪声水平，增强图像细节。
2. 目标化改进算法目标化改进算法是一种基于深度学习的方法，可以根据特定的应用需求和目标，对成像算法进行优化。
通过训练模型来学习特征表示和重建算法，进一步提高成像质量和分辨率。
目标化改进算法能够根据不同的生物组织类型和成像场景，自适应调整成像参数，从而获得更清晰、更准确的图像。
3. 多模式成像算法光学相干断层扫描仪可以采集不同模式下的干涉信号，例如时间域模式和频域模式。
多模式成像算法结合多个模式下的信号信息，可以提高重建图像的信噪比和分辨率。
光学相干层析的三维血管成像方法及其算法
光学相干层析（OCT）是一种非侵入性、高分辨率的生物医学成像技术，能够实现三维血管成像。
它是一种基于干涉原理的成像技术，具有高分辨率、高速成像和无需标记的优点，因此在临床诊断和疾病研究中有着广泛的应用前景。
1. 光学相干层析的基本原理光学相干层析成像是通过测量光束在组织中的反射和散射光强，并利用干涉原理得出组织结构的三维信息。
当光束照射到组织样本表面时，一部分光被反射回来，形成参考光束，另一部分光穿透组织并散射，形成样本光束。
通过比较参考光束和样本光束的光程差，就可以重建出组织样本的结构信息。
2. 光学相干层析的三维血管成像方法光学相干层析在三维血管成像方面具有独特优势，主要有以下几种方法：2.1 体积扫描：通过沿着组织深度方向进行扫描，得到血管的立体图像。
2.2 血管投影成像：将三维体积扫描的结果投影到二维平面上，以便更直观地观察血管结构。
2.3 血管密度成像：通过对血管的聚集程度和密度进行定量分析，得出血管结构的更详细信息。
3. 光学相干层析的三维血管成像算法为了实现高质量的三维血管成像，需要结合相应的算法进行图像处理和重建。
常用的算法包括：3.1 全息传输函数（HTF）算法：通过对成像系统进行频域分析，可以得出更加清晰的血管结构。
3.2 反演算法：利用样本光束的干涉模式，逆向推导出样本的结构信息。
3.3 深度学习算法：利用深度学习技术，提高血管成像的分辨率和准确性。
4. 个人观点和理解光学相干层析的三维血管成像技术正在不断发展和演进，其算法和方法也在不断优化和改进。
我个人认为，随着技术的进步和应用场景的扩大，光学相干层析在三维血管成像方面将会有更广阔的发展前景，特别是在心血管疾病和肿瘤诊断方面将会有更加广泛的应用。
在文章中，我尽力按照从简到繁、由浅入深的方式来探讨光学相干层析的三维血管成像方法及其算法，以便您能更深入地理解。
文章内容超过3000字，未统计字数。
希望能为您提供有价值的帮助和理解！光学相干层析（OCT）作为一种高分辨率的生物医学成像技术，具有着非常广泛的应用前景。
采用频域快速延迟线的光学相干层析系统的研制
Ｓ ｏｈ ａ’，ＤＩ Ｇ Ｚ ｉ ｕ ＡＯ ｕ －ｕ ＨＡ ＨＩ Ｇｕ —ｕ Ｎ ｈ— ａ ，Ｒ ｈ Ｘ ｅ ｎ ，Ｚ ＮＧＹ ． ｏ ｇ ｊ ｕｄ ｎ
（ ． ｈ ｓｉ ｔ ｏ ｐｉ ｎ ｌｃ ｏ ｉ ，ｈ ｈｎ ｓ ｃ ｄ ｍ Ｓ ｉｎ ｅ， ｈ ｎ ｄ １ ２ ９ Ｃ ｉａ １ Ｔ ｅ ｎ ｔｕｅ ｆＯ ｔ ｓ ｄＥｅ ｔ ｎｃ ｔｅ ｉｅｅ ａ ｅ ｙｏ ｃｅ ｃｓ Ｃ ｅｇ ｕ６ ０ ０ ， ｈｎ ； Ｉ ｔ ｃａ ｒ ｓ Ｃ Ａ ｆ ２ Ｇ ａ ｕ ｔ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｈｎ ｓ ｃ ｄ ｍ Ｓ ｉ ｃｓ Ｂ ｉｎ ０ ０ ９ Ｃ ｉａ ． ｒｄ ａｅ ｃ ｏ ｌｆｔｅ ｉｅｅ ａ ｅ ｙｏ ｃｅ ｅ， ｅ ｉ １０ ３ ， ｈｎ ； ｏ Ｃ Ａ ｆ ｎ ｊｇ ３ Ｓａｅ ｅ ａ Ｍｏ ｅｎＯ ｔ ａ Ｉｓｒｍｅ ｔ ｉ ， ｈ ｉｎ ｎｖｒｉ ， ｎ ｚ ｏ １０ ７ Ｃ ｉａ ．ｔｔ Ｋ ｙＬ ｂｏ ｆ ｄ ｒ ｐ ｉ ｌｎｔ ｃ ｕ ｔｎ ｅ ｔ ３
采 用频域 快速延迟线 的光学
相 干层 析 系统 的研 制
史国华 ，丁 志华 ，饶 学军 。 ，张雨东
（１ ．中国科学 院光 电技 术研 究所 ，四川 成都 ６０ ０ ； １２９
２ ．中国科学院研究生院，北京 １０３ ； ００ ９ ３ 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 ，浙江 杭州 ３０ ２ ） ． １０７
横向分辨率 １ｐ 深度 ２８ 的清晰的皮肤 Ｏ Ｔ图像。 系统比传统的采用时域延迟线的 Ｏ Ｔ ０ ｍ、 ． ｍ ８ Ｃ 该 Ｃ
在信噪 比上 高 出 了一个 量级 。
关键词：光学相干层析技术；频域快速扫描延迟线；层析图像 中图分类号：Ｔ ２７ Ｎ ４ 文献标识码：Ａ
医用光学仪器
医用光学仪器TH7732007010932采用频域快速延迟线的光学相干层析系统的研制=Opti cal coherence tomogr aphy by adopting fr equency domain optical delay line[刊,中]/史国华(中科院光电所.四川,成都(610209)),丁志华//光电工程.2006,33(10).14建立了一套单模光纤型光学相干层析(OCT)成像系统。
系统采用了不同于国内其他组的新型频域快速扫描延迟线(FD ODL)和外差平衡接受技术,采取了一系列提高系统信噪比的方法,成功地实现高信噪比(113dB)、高分辨率、大成像深度的层析图像的提取,获得了纵向分辨率9 m、横向分辨率10m、深度2.88m的清晰的皮肤OCT 图像。
该系统比传统的采用时域延迟线的OCT在信噪比上高出了一个量级。
图5参13(于晓光)TH7732007010933激光多模式毛细管电泳检测器的光学设计及优化=Opti cal design and optimization of laser based mult imode detec tor for capillar y electr ophoresis[刊,中]/余振宇(武汉大学电子信息学院测控技术与仪器系.湖北,武汉(430072)),熊博//光子学报.2006,35(8).12481253提出一种基于毛细管电泳的激光多模式检测器。
为设计并优化其光路构型,进行了理论分析和数学推导,并采用Matlab仿真,得到光路中各参量优化取值范围。
在热透镜通道,激发光束腰半径越小,则热透镜效应越强,而探测激光束腰半径、束腰与样品距离、样品与探测面距离三个参量综合决定检出信号强度;在回射干涉通道,聚焦透镜焦距应较短,它与毛细管距离对检测影响很大,而与激光器、与探测面的两距离对检测影响相对较小;热透镜效应对回射干涉检测影响不明显,如要严格消除,可将两通道错开一适当距离。
谱域光学相干层析成像系统的实验研究
第 ４ ２卷
第 ７期
西
安
交
通
大
学 学
报
Ｖ ｏ． ２ Ｎ ７ １４ ｏ ＿
２０ ０ ８年 ７月
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩ Ｏ ＡＮ Ｉ ＴＯＮＧ ＪＡＯ ＵＮＩ Ｒ Ｉ ＶＥ Ｓ ＴＹ
Ｊ １ ０８ ｕ ．２ ０
谱 域 光 学相 干 层 析 成 像 系统 的 实验 研 究
陈玉平 ，赵宏 ，杨琦 ，王昭，张璐
（ 西安交通 大学 机械制造系统工程 国家重点 实验室 ，７０４ ，西安） １０９
摘要 ：为 改善 光 学相 干层析 成像 （ Ｔ） 术 图像 的获 取速 度 和 灵敏 度 ， 建 了一 套 基 于光 谱 干 涉 ＯＣ 技 搭
法的谱域光学相干层析成像 系统（【 Ｏ Ｔ ． 系统采用宽带光源照明， ｓ） ｃ ）该 ＇ 通过光纤迈克 尔逊 干涉仪 产 生物体 的 干涉 图形 并被 光谱仪 采 集 ， 物体 内部 结构 图像 则 由干 涉 图形 的傅 里叶 变换 获得 ． 究表 研
ＣＨＥＮ ｐｎ Ｙｕ ｉｇ，ＺＨＡＯ ｎ ， ＹＡＮＧ ，Ｗ ＡＮＧ ａ Ｈｏ ｇ Ｑｉ Ｚｈ ｏ，Ｚ ａ ｇ Ｌｕ ｈ ｎ
（ ａｅＫｅ ｂ ｒ ｔ ｙｆ ｒＭ ａ ｆｃ ｕｉｇ ｓｅ ｓＥｎ ｎ ｅ ｉｇ，Ｘｉａ ｉｏｏｎ ｉｅ ｓｔ Ｓｔｔ ｙＬａ ｏ ａｏｒ ｏ ｎｕａ ｔｒｎ Ｓｙ ｔｍ ｇｉｅ ｒｎ ｎＪａ ｔ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙ，Ｘｉａ ０ ４ ｎ ７１ ０ ９，Ｃｈｎ ） ｉａ
图像 重构 ．
关键词 ：光 学相干 层析 成像 ； 纤迈 克 尔逊 干 涉仪 ； 谱 干 涉法 光 光
中 图分 类 号 ：ＴＨ７ ４ ３ ０４ ９ 文 献标 志码 ：Ａ 文 章编 号 ： ２ ３９ ７ ２ ０ ） ７０ １ —３ ４． ； ３ ０ ５ —８ Ｘ（０ ８ ０ —８ ５０
光学相干层析成像技术
光学相干层析成像技术一、概述光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种非侵入性、无创伤的三维成像技术。
它利用光学相干性原理，通过测量光的干涉信号来获取样品内部的反射率信息，从而实现对样品的高分辨率成像。
二、原理光学相干层析成像技术基于光学相干性原理，即当两束光线在空间和时间上保持相干时，它们会产生干涉现象。
OCT系统中采用低相干度的光源（如超快激光），将其分为两束，一束照射到样品上，另一束照射到参考镜面上。
样品内部不同深度处反射回来的光经过合并后形成干涉信号，并通过Fourier变换得到深度信息。
通过扫描样品和参考镜面之间的距离，可以得到整个样品内部的三维结构信息。
三、系统组成OCT系统主要由以下几个部分组成：1. 光源：采用超快激光作为光源，通常使用波长在800nm左右的近红外激光。
2. 光学系统：包括光路分束器、扫描镜、物镜等光学元件，用于将光束分为参考光和探测光，并将探测光聚焦到样品内部。
3. 探测器：用于检测干涉信号，并转换为电信号输出。
4. 信号处理系统：对探测器输出的信号进行放大、滤波、数字化等处理，然后进行Fourier变换得到深度信息。
5. 显示系统：将得到的三维结构信息以图像或视频的形式显示出来。
四、应用领域OCT技术在医学、生物科学和材料科学等领域都有广泛的应用。
其中，在眼科领域中，OCT技术已经成为常规诊断工具之一，可以实现对视网膜和角膜等眼部组织的高分辨率成像。
在生物科学领域中，OCT技术可以实现对小鼠胚胎和其他生物样品的三维成像。
在材料科学领域中，OCT技术可以实现对金属、陶瓷等材料内部结构的非破坏性检测。
五、发展趋势随着硬件和软件技术的不断进步，OCT技术在分辨率、成像速度、深度范围等方面都有了显著的提高。
同时，OCT技术也在不断拓展应用领域，如在神经科学、皮肤科学、牙科学等领域中的应用也越来越广泛。
未来，随着OCT技术的不断发展，它将会成为更多领域中的重要工具。
光学相干层析成像系统与实验研究
中图分类号 ：０ ３ ４９
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ０ １ （０ ２ ５— ０ ６— ４ ０９— ３丰 富 的生 物体 信息 ，为 医学诊 断提供 了直 观准 确 的依 据 ，并且 进一 步推 动 Ｉ 临 床 医学 的发展 。近 年来 ，继放 射线 照 相 术 （ ａｉｉ ｈｔ ｒｐｙ 、ｘ射 线计 算 机 断层 成 像 技 术 （ — Ｒ ｄａｏ Ｐ ｏ ｇａｈ ） ｔｎ ｏ Ｘ ｒｙＣｍｐｔ ｉ ｄＴ ｍ ｇ ｐｙ Ｔ 、超 声成 像 术 （ ｌａｏｏｒｐｙ Ｓ 、核 磁 共 振 成 像 技 术 （ ｇｅｃ ａ ｏ ｕｅｚ ｏ ｏｒ ｈ ，Ｃ ） ｒｅ ａ Ｕｔ ｓｎｇａｈ ，Ｕ ） ｒ Ｍａｎｔ ｉ Ｒ ｓｎｎｅＩａｉｇ ｅｏａｃ ｍ ｇ ，ＭＲ ）等 … 生物 医学成像 技术 之后 ，一 种新 型 的、分辨 率 更 高 、无 损检 测 的 断层 扫 ｎ Ｉ 描 成像技 术 引 起 越 来 越 多 的 注 意 ，这 就 是 光 学 相 干 层 析 成 像 技 术 （ ｐｉ ｌＣ ｈｒｎｅＴ ｍ ｇａｈ ， Ｏ ｔａ ｏｅ ｃ ｏ ｏｒｐｙ ｃ ｅ
第１ ９卷第 ５期
２ １ ０ ２年 １ 月 Ｏ
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＤＯＮＧ ＧＵＡＮ ＵＮＩ ＲＳＴ Ｆ Ｔ ＨＮＯＬ ＶＥ Ｉ Ｙ Ｏ ＥＣ ＯＧＹ
东 莞 理 工 学 院 学 报
Ｖ１ ９Ｎ ． ｏ １ ｏ５ ．
０ｃ ． ｔ ２ ２ ０１
光 学 相 干 层 析 成 像 系 统 与 实 验 研 究
宽 带光 源输 出 的弱 相干 光耦 合进单 模光 纤 ，被光 纤耦合 器 等分成 参考 臂光 和样 品臂 光 ，从 这两 路返
谱域OCT系统设计与实验研究
谱域OCT系统设计与实验研究费学灿;刘国忠;冯静【摘要】光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography ，OCT ）是一种非侵入、非接触的新型光学成像技术，利用生物组织的后向散射光与参考光之间的弱相干实现结构成像，具有高灵敏度、高分辨率、成像速度快等特点。
本文设计了一套基于 LabVIEW 软件平台下的谱域 OCT 成像系统，并对系统进行了测试与实验研究，验证了系统的可靠性与准确性。
%Optical coherence tomography is a new type of non-contact and non-intrusive optical imaging technology .It makes use of the coherent structure imaging between the biological tissue backscatter light and reference light ,and has the characteristics of high sensitivity ,high resolution ,fast imaging ,etc .This paper designed a set of spectral domain OCT imaging based on LabVIEW software platform system .And the system was tested .The result showed that the system was reliable and acurete .【期刊名称】《分析仪器》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】9页(P20-28)【关键词】光学相干层析成像;谱域OCT;LabVIEW;图像重建【作者】费学灿;刘国忠;冯静【作者单位】北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192【正文语种】中文OCT系统的核心部件是光纤迈克尔逊干涉仪[1]，光从宽带光源发出后，经过2×2的光纤耦合器后，分成两路光，分别导入到样品臂与参考臂，然后分别经过透镜进行准直。
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信号展宽严重，轴向分辨力大大下降同时出现啁啾 现象；调好色散而偏振模色散未匹配好的时候两个 偏振状态分别干涉，出现两个干涉峰，信号也出现展 宽。图３（ｃ）中展示了干涉信号的包络及其半峰全 宽度（ＦＷＨＭ）值。系统的轴向分辨力近似为
１２．３ ｐｍ，与将有关参量代入公式＆一学×等计
算得到的理论值１１．６ ｐｍ比较吻合。系统中的横 向分辨力仍由样品臂中的物镜决定，采用通光孔径 为５ ｍｍ，焦距为２０ ｍｍ的物镜，可得横向分辨力为
摘要：光学相干层析（ＯＣＴ）成像技术是一新近发展的高分辨力生物医学成像手段，能非侵入性地对活体内部的
结构与生理功能进行可视化观察。采用宽带近红外光源，基丁迈克耳孙干涉原理和外差探测方法，建立了单模光
纤型光学相干层析成像系统，相干地提取从生物体内部返回的深度分辨的弹性散射光信息，并依此构筑了自然状 态下活体组织的二维光学相干层析成像图像和三维光学相干层析成像图像。光纤化设计的光学相干层析成像系
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图３光纤光学相干层析成像系统处于不同调整状态下的干涉信号。色散失配状态（ａ），偏振模色散展宽状态（ｂ）， 理想调整状态（ｃ）下的干涉信号
本文报道我们开展光学相干层析成像研究的最 新进展，详细介绍我们研制的光纤型系统，并展示基 于该系统所获得的活体植物组织的二维和三维光学 相干层析成像图像。
２系统原理
图１所示为光纤型光学相干层析成像系统布 局。从宽带光源（中心波长＾一１３１０ ｎｍ，带宽 ｍ一６５ｎｍ，Ｂ＆Ｗ Ｔｅｋ．）出来的低相于光入射到 ２×２宽带光纤耦合器（５０／５０，带宽８０ ｎＩｉｌ，杭州富 通），经分光后分别进入参考臂和样品臂。进入参考 臂的光先通过一相位调制器（Ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ， ＰＭ，ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ），然后进入由准直镜、衍射光 栅、傅里叶变换透镜和振镜组成的快速扫描光学延 迟线（Ｒａｐｉｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｌａｙ Ｌｉｎｅ， ＲＳＯＤ）”］。入射到样品臂上的光经偏振控制器后，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＯＣＴ）ｉｓ ａ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ａｌｌｏｗｉｎｇ ｆｏｒ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｖｉｓｕａｌｉｚｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｉｓｓｕｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ Ｉｔ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｔｈａｔ ａ ｎｅｗｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｓｉｎｇｌｅ—ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ—ｄｅｓｉｇｎｅｄ ０：Ｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｎｅａｒ—ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｌ－ｃｅ Ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｅｌａｓｔｉｃ ｌｉｇｈｔ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｉｓｓｕｅ ｉｓ ｐｉｃｋｅｄ ｕｐ，ａｎｄ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（８－Ｄ）ａｎｄ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３－Ｄ）（）ＣＴ ｉｍａｇｅｓ ａｒｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ－ｂａｓｅｄ ＯＣＴ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐａｃｔ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ，ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｔｏ ｂｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｆｉｂｅｒ ｃａｔｈｅｔｅｒ，ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｔｏ ｅｘｐａｎｄ ｉｔｓ ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄｓ Ｋｅｙ ｗｏｒｄ： ｍｅｄｉｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ；ｆｉｂｅｒ－ｂａｓｅｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ；ｔｈｒｅｅ· ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａ】ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
＊国家自然科学基金（６０３７８０４１，６０４７８０４０）、浙扛省自然科学基金（Ｚ６０３００３）、教育部博士点基金（２０。３０３３５０９９）、霍英东青 年教师基金（９１０１０）、教育郎新世纪优秀人才支持计划和浙江省“新世纪１５１人才工程”资助课题。
作者简介：俞晓峰（１９８１～），男，浙江新昌人，浙江大学光电系硕士研究生，主要从事生物医学成像的研究。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｉｎｋｉａ０６１３＠ｇｍａｉｌ ｕｏｒｆｔ
娜 Ｚ ／ｉ ｓｌ。ｗｅｓｔ ／
图２光学相干层材ｌ成像系统中的三维扫描方式 Ｆｉｇ ２ Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｌｏｎａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｏｄｃ ｏｆ ＯＣＴ ｓｙｓｔｅｍ
为实现生物体内部弹性散射光信号的高信噪比 提取，采用了干涉信寸的载频技术。将参考臂中的 相位调制器的调制频率设在５００ ｋＨｚ，使得信号与 低频噪音在频域上能有效分离。此外，我们还利用 了低噪音前置放大器实施电路滤波和后续软件的数 字滤波。
Ｙｕ Ｘｉａｏｆｅｎｇ Ｄｉｎｇ Ｚｈｉｈｕａ Ｃｈｅｎ Ｙｕｈｅｎｇ Ｈｕａｎｇ Ｌｉｎａ Ｚｈｏｕ Ｌｉｎ
Ｚｈｏｕ Ｚｈｅｎｍｉｎｇ Ｗｕ Ｌａｎ Ｌｉｕ Ｘｕ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＭｏｄｅｒｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｚｈ面ａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７）
第２６卷第２期 ２００６年２月
光学学报
ＡＣＴＡ ０ＰＴＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
文章编号：０２５３—２２３９（２００６）０２—０２３５ ４
Ｖｏｌ ２６，Ｎｏ．２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ．２００６
光纤型光学相干层析成像系统的研制＋
俞晓峰 丁志华 陈宇一匣 黄丽娜周 琳周振明 吴兰 刘 旭
（浙江大学现代光学仪器国家重点实验审，杭州３１００２７）
ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ
利用该系统对盖玻片叠堆进行了成像。如图４
图５为该系统对新鲜橘子果肉组织成像得到的
所示，该测试样品由ｌｌ张盖玻片构成，每条亮线代 二维和三维光学相干层析成像图像。经采样后共获
表折射率发生突变的界面处。鉴于盖玻片间距约为 得１００张纵向切而图，每个纵向剖面间距为
统紧凑、灵活，便于与光纤导管、内窥镜和其它成像装置的有机结合，以拓展其观察范围和应用领域。
关键词：医用光学与生物技术；光学相干层析成像；光纤干涉仪；二维重构
中图分类号：ＴＮ２４７
文献标识码：Ａ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ－Ｂａｓｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
万方数据
通过准直镜和物镜投射于待测样品。从参考臂和样 品臂返回的光，如果所经历的光程差在光源的相干 长度以内，则在光纤耦合器处汇合时发生干涉。产 生的干涉信号经过探测器和前置放大器后输到数据 采集卡，并由计算机进行后续处理和图像重建。
由于宽带光源的应用，光源本身的低相干性使 得当两臂光程不匹配时，干涉信号迅速下降，可以近 似地认为样品中只有来自特定点的后向散射光才能 与参考光发生Ｔ涉，从而实现了深度分辨的逐点探 测。为获得三维信息，系统必须具备图２所示的扫 描机制，即沿光轴方向的纵深扫描（ｚ扫描）和沿垂 直于光轴方向的横截面扫描（ＸＹ扫描）。快速扫描 光学延迟线能实现快速的Ｚ扫描，而Ｘｙ扫描可以 选择光束扫描方式，也可以选择样品扫描方式。利 用两个振镜的组合可以实现光束扫描，利用二维电 动微位移平台可以实现样品扫描。本系统采用后 者。一般来说，ｘ方向的扫描速度比ｚ方向的扫描 速度要低，而ｙ方向的速度则最低。在获取了样品 三维图像信息后，就可以利用软件来构建样品的三 维图像和任意横向（或纵向）切面的二维图像。
Ｆｉｇ．３ Ｔｙｐｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ｉｎ ｆｉｂｅｒ－ｂａｓｅｄ ＯＣＴ ｓｙｓｔｅｍ．（ａ），（ｂ），（ｃ）ｓｈｏｗ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｕｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｍ，ｐｕｌｓｅ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ
层析成像相继诞生。如多普勒光学相干层析成像，
它将多普勒技术与光学相干层析成像技术相结合， 可提供生物组织内部高分辨血管分布和速度分布图 像。Ｃｈｅｎ小组［８３基于相位分离技术，成功地将多普 勒光学相干层析成像应＿Ｈｊ于鲜红斑痣的激光治疗， 药物对血流的影响，大脑血流分布，以及微流体芯片 中流体动态测量等诸多研究中。偏振光学相干层析 成像利用光的矢量特性探测生物组织内部的烈折射 分布信息。为克服自由空间系统的应用局限性，
收稿Ｈ期：２００５ ０１ １９；收到修改稿日期：２００５ ０６ ３０
万方数据
光
学
学
报
２６卷
Ｊｏｈａｎｎｅｓ ｄｅ Ｂｏｅｒ小组“”开创了基于单模光纤的偏 振光学相干层析成像研究。光谱光学相干层析成像 依据组织不同成份对光谱吸收与散射特性的差异来 构筑罔像。１“。光学相干层析分子成像研究是国际 光学相干层析成像领域的热点方向，主要分为吸收 型、散射型和相干辐射型“”…三大类，将现有的光 学相干层析成像技术拓展为具有特异性分子识别功 能。鉴于光学相干层析成像技术的诸多优势及其在 生物医学领域的重要应用，国内如华中科技大学、清 华大学、上海光机所和天津大学都先后开展了实验 研究口一５ Ｊ，起步也比较早，并开展了有意义的应用研 究。如清华大学开展了在眼科疾病的诊断尝试；华 中科技大学开展了在脑科学研究中的探索。目前天 津大学、南开大学、上海交通大学等也正在推动光学 相干层析成像研究工作的开展。