光學相干層析術理論與實驗研究.pdf

1、光學相干層析術(Optical Coherence Tomography，OCT)技術是一種全新的成像模式，它可以對生物組織等實現(xiàn)非侵入式、高分辨率、高靈敏度和實時的截面層析成像，因而有希望在生物醫(yī)學研究及臨床診斷方面實現(xiàn)“光學活檢”的功能。本論文就OCT系統(tǒng)的設計、成像性能的拓展及其在生物醫(yī)學領域的應用等方面開展了研究。
　　 首先，設計搭建了一套光纖型OCT成像實驗系統(tǒng)，并結合該系統(tǒng)詳細分析了OCT技術的成像分辨率、成像時間

2、、探測靈敏度、成像深度等性能參數(shù)，同時給出了系統(tǒng)設計時需要注意的相關事項。實際測得該系統(tǒng)的縱向分辨率為16μm，系統(tǒng)靈敏度為-90dB。然后利用該系統(tǒng)對人體多個部位的皮膚進行了活體成像研究。從獲得的圖像可以清晰的分辨出角質層(掌趾部位)、表皮層、真皮上層等皮膚結構，從而驗證了OCT用于表層皮膚形態(tài)結構研究的可行性。
　　 其次，提出了一種利用OCT縱向掃描信號的衰減特性提取生物組織的散射特性參數(shù)的方案，該方法是利用OCT模型對不

3、同區(qū)域內的縱向掃描信號進行曲線擬合來實現(xiàn)的。在定態(tài)聚焦情況下，在對已知散射特性的組織模擬液進行OCT成像之后，對比分析了OCT單次散射模型和多次散射模型在描述不同散射強度樣品的OCT信號方面的適用性。根據(jù)分析結果對OCT模型進行了修正。最后，利用上述方法獲得了老鼠肝臟和人體皮膚各組織層的散射系數(shù)，實現(xiàn)了OCT技術的功能性擴展。
　　 再次，提出了利用隨機相幅矢量和模型分析對數(shù)表示下OCT信號的散斑統(tǒng)計特性，并在不同的聚焦狀態(tài)下對

4、具有不同散射特性的組織模擬液進行了OCT成像的實驗。實驗結果與理論分析相吻合，采用對數(shù)的形式表示OCT信號以及采用較高數(shù)值孔徑的顯微物鏡具有抑制散斑噪聲的作用。另外，對數(shù)形式下的散斑特性與介質的散射特性之間存在一定的相關性，該相關性為提取生物組織的散射特性提供了一種新的途徑。
　　 最后，提出了一種基于Fourier變換以及多項式擬合的方法從OCT信號中的色散項獲得生物組織結構與功能的信息。該方法通過對OCT的干涉包絡進行Fou