多功能光學相干層析系統(tǒng)及其應用研究.pdf

1、光學相干層析（OCT）技術是一種基于干涉測量法的無損層析成像技術，綜合了相干門技術和空間門技術的優(yōu)點，能夠有效濾除與信號光無關的各種雜散光，成為一種很有發(fā)展前景的成像診斷技術。本論文旨在研制多功能雙波長OCT系統(tǒng)，并利用其進行生物組織參數(shù)測量研究，以及建立OCT蒙特卡羅仿真模型進行模擬研究。
　　 論文首先在全面介紹了國內外OCT發(fā)展概況的基礎上，闡述了時域OCT和頻域OCT系統(tǒng)的工作原理，詳細討論了時域OCT中探測光強與兩臂光

2、程差的關系以及頻域OCT中干涉光譜信號隨波數(shù)變化的關系。
　　 在理論研究方面，本文建立了聚焦高斯光束入射時OCT系統(tǒng)的蒙特卡羅模型。采用細直光束入射的蒙特卡羅模型，分析了不同相干長度時，Ⅰ、Ⅱ類型光子信號強度隨深度變化的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)有效探測深度和軸向分辨率相互制約。采用改進的模型，模擬了不同光束半徑、不同聚焦深度下Ⅰ、Ⅱ類型光子信號隨探測深度變化情況。發(fā)現(xiàn)可以在一定程度上通過增加光束聚焦深度或減小光束半徑的方法來得到較深的有效探

3、測深度。而且當有效探測深度確定時，可以通過調整光束半徑和聚焦深度來得到最理想的信號強度。
　　 分別研制了采用980nm和1300nm兩個波長光源的雙波長時域OCT和頻域OCT系統(tǒng)，該OCT系統(tǒng)具有裝置簡單，使用器件少和對光功率損耗小等優(yōu)點。利用我們研制的系統(tǒng)，在兩個波長的光源下對樣品進行了測量并給出測量結果，對測量結果進行了分析，比較了時域OCT和頻域OCT系統(tǒng)的分辨率、靈敏度和探測深度等參數(shù)。
　　 利用雙波長時域O

4、CT系統(tǒng)，分別在兩個波長、不同光源功率下，對生物組織進行OCT成像。分別比較了同一波長、不同功率下的圖像和不同波長、同一功率下的OCT圖像，以及這兩種條件下OCT信號強度隨深度變化的曲線。通過對曲線進行線性擬合，得到了兩個波長下生物組織散射系數(shù)的變化規(guī)律，即在一定范圍內，探測深度隨光源功率的增加而提高，而探測深度會隨波長增大而增加，最后分析了波長變化對OCT系統(tǒng)各參數(shù)的影響和所對比圖像產生差異的原因。
　　 利用時域OCT系統(tǒng)測

5、量了不同濃度葡萄糖血液模擬液的OCT信號，研究發(fā)現(xiàn)OCT信號曲線的衰減程度隨樣品的葡萄糖濃度增加而依次減小，且OCT信號衰減的斜率與葡萄糖濃度存在線性關系。即可以通過測量的OCT信號的擬合曲線斜率來判斷樣品中葡萄糖濃度的高低，此結果可以推廣應用到人體血糖濃度的無損探測。
　　 提出了一種利用光譜OCT系統(tǒng)測量生物組織折射率的方法。與時域OCT中的光程匹配測量法相比，該方法充分發(fā)揮了頻域OCT測量速度快的優(yōu)勢，只需要在放置樣品前后

6、進行兩次干涉光譜測量，經傅立葉變換等數(shù)據(jù)處理后即可得到折射率。測量過程簡單，操作簡便，測量速度快，大大縮短了樣品在空氣中暴露的時間，提高了測量的準確性。利用該方法測量了標準樣品熔石英及真實樣品黃瓜淺表層1300nm波長下的折射率，驗證了該方法的有效性和可靠性。
　　 最后，介紹了并行OCT對成像鏡頭的要求和大孔徑大視場成像鏡頭的在生物芯片檢測中的應用背景，分析了大孔徑大視場成像鏡頭的特點，給出了一種生物芯片快速掃描裝置成像鏡頭的