850nm谱域光学相干层析系统中的关键技术研究

摘要

光学相干层析成像术(Optical coherence tomography,OCT)是上世纪90年代初发展起来的一种高分辨无损光学成像技术，其具有非侵入性、无辐射损伤、光信息多元性、结构紧凑且易于与内窥技术相结合等优点，这使得OCT技术成为了生物组织成像的研究热点。由于第一代OCT技术——时域OCT(Time domain OCT,TD-OCT)系统成像速度慢、信噪比低，因此在高信噪比的基础上实现高速成像的谱域OCT(Spectral domain OCT，SD-OCT)作为第二代OCT技术便得到了快速发展，并在眼科医学、生物学等领域发挥了重要作用。本文对SD-OCT成像系统及其关键技术进行研究，主要的研究内容如下： 1.设计并构建了基于光纤型迈克尔逊干涉仪的850nm波段SD-OCT系统，重点研究了SD-OCT系统的数据处理算法，成功实现了对散射样品的二维成像。为了提高数据处理速度，实验采用了基于统一计算架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)的图形处理单元(Graphics Processing Unit,GPU)编程方法，对SD-OCT系统的数据处理过程执行并行计算，从而使成像速度提高了近20倍，为实现实时在体成像奠定了基础。 2.提出了一种直接基于SD-OCT系统光源光谱的新的波长标定技术。该方法不需要额外标定光源，直接利用系统光源的波峰与波谷作为特征波长来代替汞氩灯波长标定方法中的特征谱线，并通过三阶多项式拟合方法完成了波长与像素点的一一映射，并与传统汞氩灯波长标定方法的结果进行了对比。将该方法应用于SD-OCT系统实际成像中，得到了系统点扩散函数(Point Spread Function,PSF)图及橡胶管成像图，进一步验证了该方法的有效性。 3.在SD-OCT系统的基础上，设计并搭建了谱域光学相位显微镜(spectral domain phase microscopy,SDPM)系统。采用一种基于谱域相位的SDPM方法，解决了2π歧义对图像中相位解包裹的影响问题，并由此得到了玻璃样品表面缺陷的相位图。

目录

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第一章 绪论

1.1.1 OCT技术概述

1.1.2 OCT成像基本原理

1.2 各成像技术对比

1.3.1 OCT发展概述

1.3.2 SD-OCT的功能成像拓展

1.3.3 OCT的应用

1.4 论文总体结构

第二章 SD-OCT基本理论

2.1 SD-OCT系统的成像原理

2.2 SD-OCT系统的成像理论

2.3 SD-OCT系统的主要性能参数

2.3.1 系统分辨率

2.3.2 系统成像深度

2.3.3 系统灵敏度

2.3.4 系统成像速度

2.4 本章小结

第三章 SD-OCT系统的搭建与数据处理

3.1.1 SD-OCT系统设计

3.1.2 SD-OCT系统搭建

3.2 SD-OCT数据处理过程

3.3 基于GPU并行计算的数据处理方法

3.3.1 GPU并行计算的发展概述

3.3.2 基于GPU并行计算的SD-OCT数据处理过程

3.4 本章小结

第四章 SD-OCT系统的波长标定技术

4.1.1 波长标定技术简介

4.1.2 波长标定技术的发展

4.2 SD-OCT系统的波长标定原理

4.3.1 基于汞氩灯的波长标定实验

4.3.2 基于光源光谱的波长标定实验

4.3.3 SD-OCT系统的波长标定实验结果

4.4 本章小结

第五章 谱域光学相位显微镜技术

5.1.1 SDPM概述

5.1.2 SDPM的发展

5.2 SDPM原理

5.3 SDPM成像实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果