頻域光學(xué)相干層析成像與組織散射理論研究
本文關(guān)鍵詞：干涉光譜型OCT系統(tǒng)光電信息特性模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
《天津大學(xué)》 2008年
頻域光學(xué)相干層析成像與組織散射理論研究
龔強
【摘要】： 光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是上世紀(jì)九十年代初發(fā)展起來的一種新型深度成像技術(shù),它具有高分辨率、無創(chuàng)傷、非接觸測量等特點。該技術(shù)以邁克爾遜干涉原理為基礎(chǔ),光束聚焦射入組織后,用干涉測量法可測量到不同深度內(nèi)部微結(jié)構(gòu)所反射的光的時間延遲。時域OCT根據(jù)參考臂與樣品臂的等光程以參考臂的逐點移動獲得被測樣品的深度信息。但是,它掃描速度低,不利于它的工程應(yīng)用。近年來,頻域OCT作為一種新的OCT技術(shù)正在逐漸受到研究者們的關(guān)注。它利用背向散射光與參考光的干涉成像實現(xiàn)深度信號的單線一次成像,極大提高了系統(tǒng)采集速度。但是,頻域OCT卻不能反映組織的內(nèi)部各項異性信息。偏振OCT利用組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)的雙折射特性,不但能夠獲得組織的結(jié)構(gòu)信息,也能同時獲得組織的相位延遲與快軸信息。從而為OCT的研究開辟了一個新的研究領(lǐng)域。 本文首先簡要介紹了光與組織相互作用的基本理論與一些重要光學(xué)參數(shù),并介紹了光在生物組織中的傳播類型。隨后,詳細(xì)介紹了OCT的理論及OCT信號的特性。在此基礎(chǔ)上,對光纖頻域OCT系統(tǒng)的成像理論進(jìn)行了詳細(xì)描述。該系統(tǒng)通過使用光譜儀直接獲得背向散射光干涉光譜經(jīng)傅立葉變換獲得深度信息,無需深度掃描。但是,結(jié)果中包含有不需要的噪聲項。因此,使用相位偏移法對這些噪聲進(jìn)行消除。根據(jù)平均法提出了改進(jìn)的相位偏移法,并對使用相位偏移法進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)三相位以上的偏移法除具有了二相位法的功能外,還能夠消除虛像。同時,三、四、五相位算法對PZT的偏移誤差的敏感程度不同,五相位偏移法具有最好的誤差承受能力。 對Mie散射理論進(jìn)行了研究與計算并對光在組織中的偏振模式進(jìn)行了蒙特卡羅仿真。Mie散射將散射過程看作是光與介質(zhì)內(nèi)的散射子相互作用的結(jié)果,每次散射在能量上需要衰減,散射后的方向由散射角和方位角決定,這個散射過程通過單次散射矩陣描述。本文通過計算與分析,發(fā)現(xiàn)散射過程以前向散射為主,自然光經(jīng)過散射后主要是部分偏振光。隨后,使用蒙特卡羅仿真對仿真組織的吸收散射特性進(jìn)行了分析,并對反映組織特性的密勒矩陣與光的偏振度進(jìn)行仿真。 研制了頻域偏振OCT系統(tǒng)并對系統(tǒng)進(jìn)行了離體生物組織實驗驗證。頻域偏振OCT系統(tǒng)能夠完成高速掃描,屬于頻域OCT。但是它利用偏振理論與生物組織的雙折射特性,在樣品光與參考光進(jìn)行干涉后通過偏振分光鏡獲得光的水平與垂直偏振分量,根據(jù)這兩個分量獲得生物組織的相位延遲與快軸角度信息并推導(dǎo)出斯托克斯向量與偏振度信息。最后,對離體生物組織進(jìn)行了成像驗證。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TN27
【目錄】：
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