光学相干层析系统的设计与实验研究

论文摘要

光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)技术是一种新型的生物医学光子学成像技术,它利用后向散射和反射光,能够对透明物质的内部结构进行成像,可以获得清晰的眼睛视网膜、皮肤等生物组织的层析图像,具有高分辨率、非入侵、适用于活体检测等优点。本文探讨了OCT系统的基本原理和实现技术,以系统小型化和实用化为目标,对全光纤三维OCT系统的设计与制作开展研究。采用光纤Michelson干涉仪和差分接收装置,简化了系统光路的设计,抑制了直流噪声,提高了检测系统信噪比;引入了动态光程延迟线,配合短焦透镜和三维步进电机的独特设计,形成了动静结合的双光程延迟扫描系统,不但满足了系统的性能,而且提高了扫描的速度和探测的深度;选取了1550nm宽谱光源和大数值孔径的透镜,提高了横向分辨率和纵向分辨率,保证了探测的深度。利用实验中所搭设的OCT系统对标准样本和生物组织样本进行了成像实验,获取了较高质量的结构图像。实验结果表明:OCT系统可以获取高分辨率的生物组织结构信息,具有小型化、集成化以及高性价比的特点,可以潜在的应用于生物医学检测与成像等实验室研究和临床诊断领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国外研究现状
• 1.3 国内研究现状
• 1.4 本文的研究工作与研究方法
• 第2章 光学相干层析的原理
• 2.1 白光干涉原理
• 2.1.1 部分相干光的函数表示
• 2.1.2 相干函数与相干度
• 2.1.3 低相干白光干涉仪
• 2.2 光子散射研究
• 2.2.1 光在生物组织中的传播
• 2.2.2 光与生物组织作用的简化模型
• 2.2.3 组织对光的吸收
• 2.2.4 组织对光的散射
• 2.3 纵向扫描分辨率
• 2.4 横向扫描分辨率
• 2.5 透射深度
• 2.6 本章小结
• 第3章 光学相干层析光路设计
• 3.1 光源选择
• 3.1.1 SLD光源
• 3.1.2 ASE光源
• 3.2 光路结构设计
• 3.2.1 低相干干涉仪
• 3.2.2 光路器件参数选择
• 3.2.3 光路的布置方法
• 3.2.4 光路静态性能测试
• 3.3 光学延迟扫描设计
• 3.3.1 双光程延迟扫描设计
• 3.3.2 扫描器的设计与实现
• 3.3.3 扫描器的性能测试
• 3.4 样品扫描装置设计
• 3.4.1 样品三维扫描方案
• 3.4.2 样品扫描器的设计与实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 电路系统设计
• 4.1 差分光电转换电路设计
• 4.1.1 光电探测器原理
• 4.1.2 光电转换定律
• 4.1.3 差分光电转换电路
• 4.2 信号放大滤波电路设计
• 4.2.1 信号放大电路的设计
• 4.2.2 滤波电路的设计
• 4.3 包络检波电路设计
• 4.3.1 二极管包络检波器
• 4.3.2 数字包络检波电路
• 4.4 本章小结
• 第5章 光学相干层析实验研究
• 5.1 电路特性与白光干涉信号研究
• 5.2 玻片的干涉图像
• 5.3 多层胶带的干涉图像
• 5.4 洋葱的干涉图像
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢