光學相干層析視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)研究.pdf

1、光學相干層析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技術將低相干干涉儀和共焦掃描顯微術結合在一起，利用外差探測技術提高信噪比獲取生物組織斷層圖像，其成像深度達mm量級，空間分辨率保持在μm量級，并且橫向分辨率和縱向分辨率相互獨立。因此，OCT技術一經問世就成為生物醫(yī)學成像研究的熱點。 OCT最顯著的醫(yī)學貢獻在眼科領域，其能夠提供其他無損診斷技術不能提供的視網(wǎng)膜結構和功能圖像。研發(fā)高性能的實用OCT

2、視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)一直是人們追求的目標。本論文針對OCT視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)研發(fā)中存在的困難和國內對OCT眼科成像系統(tǒng)研究還很不成熟的狀況，以發(fā)展具有自主知識產權，提高OCT分辨率和信噪比性能為目標，對OCT視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)原理、設計與研制、性能優(yōu)化和關于血氧飽和度測量的功能擴展等多個方面進行了深入研究。 本課題的具體研究內容及取得的創(chuàng)新性研究成果有： 1.針對OCT外差探測位相調制和縱向掃描的需求，提出一種快速掃描延遲線(Rapi

3、dScanning Optical Delay Line，RSOD)優(yōu)化設計方案。該優(yōu)化設計方案既保證了外差探測正確解調的要求，也兼顧了系統(tǒng)縱向掃描速度和掃描范圍的要求，同時可以實現(xiàn)色散調節(jié)，優(yōu)化系統(tǒng)縱向分辨率。 2.針對平衡探測系統(tǒng)透射式延遲線的需求，提出一種新型的透射式快速掃描延遲線(RSOD)設計方案，采用直角棱鏡作雙通反射式光束平移器，具有光耦合效率高，結構簡單緊湊、安裝調試方便，成本節(jié)約的優(yōu)點；該透射式RSOD保留了雙

4、通反射式RSOD的所有優(yōu)點，并且具有極強的移植性，既可用于時域OCT系統(tǒng)，也可用于頻域OCT系統(tǒng)實現(xiàn)平衡探測提高信噪比和動態(tài)范圍。 3.針對OCT系統(tǒng)橫向分辨率和縱向成像范圍間的矛盾，提出一種基于液晶菲涅耳波帶透鏡的OCT動態(tài)聚焦方法。根據(jù)扭曲相液晶空間光調制器(Twisted Nematic LiquidCrystal Spatial light Modulator,TN-LCSLM)的光學特性，設計了適用于OCT動態(tài)聚焦的菲

5、涅耳波帶透鏡。利用設計的菲涅耳波帶透鏡進行了變焦控制實驗，焦距實測結果與設計值比較吻合。 4.利用提出的RSOD優(yōu)化設計方案，研制了一套基于RSOD位相調制的光纖型OCT視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，結果表明：系統(tǒng)的縱向分辨率為6.7μm，接近理論分辨率，縱向成像范圍高達2.5mm；入射到樣品的光功率低于500μW，系統(tǒng)信噪比高于88dB。最后進行了動物視網(wǎng)膜的離體和在體實驗研究，以及人眼視網(wǎng)膜標本的成像研究。并開展了基于雙波長光學低相干干涉

6、術(Optical Coherence Interferometry，OCI)的血氧飽和度測量方法的前期研究。 5.在關于內窺OCT成像的研究工作中，提出了一種基于波長編碼的掃頻OCT內窺成像方法，詳細分析了該方法的工作原理，從理論分析上證明了其可行性。從系統(tǒng)時間脈沖響應和傳遞函數(shù)推導出系統(tǒng)干涉信號的數(shù)學表達式；模擬了簡單樣品的干涉信號，并給出Morlet小波分析的解碼結果；討論了系統(tǒng)的一些關鍵性能參數(shù)，如橫向成像點數(shù)、成像分辨