光学原理_光学相干层析成像技术.doc

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1、光学相干层析成像技术摘要：光学相干层析成像技术（OpticalCoherentTomography,OCT）在生物组织的微观结构成像的研究中起着重要的作用，它是一种非接触的、无损伤的和高性能的成像技术。和传统的时域OCT（TimeDomain-OCT）相比，频域OCT（FourierDomain-OCT）能够提供了更高的分辨率，更高的动态范围，以及更高速的成像速度，被广泛的应用在了生物组织医学成像等方面。但不可否认的是，对于像跟腱，角膜，视网膜，骨头，牙齿，神经，肌肉等具有双折射特性的生物组织，FD-OCT没有足够的能力来描述这些它们的分层结构和双折射的对比度。偏振OCT（Pola

2、rizationSensitive-OCT）的基础正是由于样品组织对于偏振光的敏感性而建立的。因此，PS-OCT是描述具有双折射特性组织的强有力的工具。偏振频域OCT（Polarization-sensitiveFourier-domainopticalcoherencetomography，PS-FD-OCT）是目前最优的OCT是PS-FD-OCT。它系统同时具备了偏振OCT和频域OCT两种系统的优点。本文利用琼斯矢量法对其进行了描述。正文：1光学相干层析成像技术的发展和现状1.1光学相干层析成像技术的发展显微成像技术已经发展了很长时间了。为了观察生物组织、微生物组织和了解材料的

3、结构，人们发展了多种成像技术，如：X光技术及层析技术、核磁共振技术、超声、正电子辐射层析技术及光学层析成像技术OT（Opticaltomography）等。在OT技术中的光源主要采取红外或近红外光（700—1300nm），该波段光较容易透过某种生物类混沌介质，对生物活体无辐射伤害，而且通过分析光谱还可以获得组织的新城代谢功能等信息。因此OT技术正在生物医学界得到广泛的研究和应用。根据原理OT技术可以分为两类：散斑光学层析成像技术DOT（diffuseopticaltomography），和光学衍射层析成像技术ODT（opticaldiffractiontomography）。OCT

4、（Opticalcoherencetomography）技术是在ODT技术的技术之上发展起来的。由于OCT系统具有结构简单、设备造价低廉，并可以实现高精度的组织成像，一经提出，立刻引起了广大研究者的浓厚兴趣。OCT主要适用于多层结构生物组织如视网膜，皮肤组织等。通常，它的最小分辨率可达10到20微米。目前OCT系统己经成功的应用到青光眼研究，神经外科与神经科学研究，皮肤癌诊断，神经外科指导，癫痈脊椎手术，提供临床牙科诊断图，牙外科，牙跟，牙勃膜疾病诊断，密度物质研究等等很多方面。1.2光学相干层析技术的现状近年来有关OCT的理论发展很快，己经越来越清晰，理论的发展导致了新技术的产生

5、，并使OCT系统的性能不断提高。现在OCT系统的主要研究方向是：光源的改进，更好的穿透深度，更高的成像精度，更快的采样速度，更逼真的图像重构和更快捷的临床应用等方面。OCT在医学领域处于特殊重要的地位，它不仅安全可靠，而且可以实现非接触测量，并可以进行多方位多层面、高速度和无损伤的成像。当前OCT主要被应用在三个光学成像领域：通过肉眼或借助低倍放大镜可见的物质结构的成像；通过精密显微镜放大可见的物质的成像和内窥镜成像。OCT成像的纵向分辨率由光源的相干长度决定。通常宽带光源如超辐射激光二极管的相干长度很短，一般为10—30μm，它的使用使OCT成像具有较高的纵向分辨率。同时，介质内

6、光束的横向尺寸决定了其横向分辨率。在OCT系统的信号检测中，信号在埋在大量的背景噪声中，为了抑制噪声通常采用外差检测的方法，如锁相放大技术对微弱信号进行处理，这样的OCT系统在较大的动态范围内具有较好的检测精度。尽管分辨率很高，但由于散射光子的强烈衰减，OCT对生物组织的成像深度仅有几个毫米，如人的皮肤，成像深度仅为2-3mm，但许多临床上的应用处于这个成像深度范围内。2光学相干层析系统的分类根据光学相干层析成像技术的原理，当前OCT系统可以分为：时域OCT系统（TDOCT），频域OCT系统（FDOCT）。TDOCT是主要基于随着参考臂光学延迟线移动，样品臂和参照臂的等光程点进行深

7、度扫描的成像方法。与TDOCT相比，FDOCT取消了深度扫描装置，不需要通过移动反光镜来获得光程差，它可以得到高速的，高分辨率的成像效果，这是由于它在纵向方向有高速的成像速度。此外，根据OCT系统的实现功能上可分为：偏振OCT，多普勒OCT，吸收OCT，弹性OCT，量子OCT等。3．偏振频域光学相干层析成像（PS-FD-OCT）系统的理论基础本节中我们讨论一下双折射特性；其次，用琼斯（Jones）矩阵方法作出介绍。3.1双折射的类型偏振光学相干层析成像系统（Polar