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多普勒光学相干层析成像方法与应用研究

作　者: 孟婕
导　师: 丁志华
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: 多普勒光学相干层析成像谱域光学相干层析成像绝对速度矢量速度光程编码渡越时间分析脑微循环研究轴向超分辨
分类号: O436
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography, OCT)技术是一种极具潜力的新型光学成像手段,不仅可以应用于活体组织的结构成像,还在功能成像领域得到广泛应用,通过系统改进和各种算法处理可以获得活体组织的多重特性,如血流速度、双折射率、光谱特性等等。本文的研究工作主要围绕功能OCT成像中的多普勒流速成像展开,拓展了谱域OCT系统的高分辨功能成像能力,为绝对速度在体测量与血流动力学研究提供了较好的手段。具体包括：1、拓展了谱域OCT成像系统的多普勒测速功能,并从理论和实验结果上比较了时域和谱域系统中多普勒OCT成像的算法。2、发展了基于谱域多普勒OCT技术的绝对速度测量方法,通过多普勒频移和多普勒展宽的结合可以定位出光束与血管之间的夹角,并由此确定血流绝对速度的大小。给出了谱域多普勒OCT系统中计算多普勒频移和多普勒展宽的理论分析,并对毛细玻璃管内聚苯乙烯小球水溶液的流速进行了测量,实验结果和设定值能很好吻合。最后基于该方法实施了对生物组织中血管流速的在体测量。3、提出并实施了一种基于光程编码分束器的谱域多普勒OCT矢量速度测量方法,首次将基于光程编码聚焦光斑的渡越时间分析引入方位角的测量,从而确定三维矢量速度。该方法结构简单,数据处理算法简洁,牺牲的成像深度较少。在不同方位角设置下对毛细管内聚苯乙烯溶液实施的实验表明,利用该方法能较精确的获得矢量速度的方位角,并最终获得了毛细管内的三维矢量流场分布。实验结果验证了该方法的可行性,为在体矢量速度测量开辟了新途径。4、实施了多普勒OCT在脑微循环研究中的应用,以颅脑开窗的大鼠为实验模型,以光刺激、电刺激和药物刺激为手段,基于自行研制的时域和谱域多普勒OCT系统对大鼠脑部感觉皮层动脉的血流速度变化进行了实时检测。脑血流速度在刺激组和对照组之间的显著变化表明,在脑微循环研究尤其是微米级血管的血流速度观察方面,多普勒OCT技术具有重要的应用前景。5、将变迹术与OCT相干门有机结合,发展了OCT中基于光瞳滤波器的轴向超分辨光学成像理论与方法,并进行了实验研究。将制作的三区相位型和振幅型两种光瞳滤波器应用于OCT系统的样品臂中,分别测量不同条件下对应的轴向响应曲线,结果与理论分析基本吻合,并实现了轴向分辨率10%以上的提高。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-12
1 绪论  12-32
  1.1 OCT技术简介  12-15
  1.2 OCT技术的新发展  15-24
    1.2.1 成像分辨率的提高  15-18
    1.2.2 成像速度的提高  18-21
    1.2.3 功能成像的拓展  21-24
  1.3 本文的主要研究内容和创新点  24-26
  参考文献  26-32
2 多普勒OCT的算法研究  32-50
  2.1 多普勒OCT的发展  32-34
  2.2 多普勒OCT的原理  34-37
  2.3 多普勒OCT的算法  37-45
    2.3.1 基于短时傅立叶变换的时域多普勒OCT  37-38
    2.3.2 基于相位分辨的时域多普勒OCT  38-40
    2.3.3 短时傅里叶变换和相位分辨方法的比较  40-43
    2.3.4 基于相位分辨的谱域多普勒OCT  43-45
  2.4 本章小结  45
  参考文献  45-50
3 基于谱域多普勒OCT的矢量速度测量  50-74
  3.1 引言  50-56
  3.2 谱域多普勒OCT的绝对速度测量  56-62
    3.2.1 理论分析  56-58
    3.2.2 实验结果  58-62
  3.3 谱域多普勒OCT的矢量速度测量  62-71
    3.3.1 理论分析  63-67
    3.3.2 实验结果  67-71
  3.4 本章小结  71
  参考文献  71-74
4 多普勒OCT在脑微循环研究中的应用  74-98
  4.1 多普勒OCT的应用现状  74-79
  4.2 时域多普勒OCT的脑微循环实验  79-85
    4.2.1 实验装置和准备  80-82
    4.2.2 实验结果和分析  82-85
  4.3 谱域多普勒OCT的脑微循环实验  85-95
    4.3.1 实验装置和准备  86
    4.3.2 实验结果和分析  86-95
  4.4 本章小结  95
  参考文献  95-98
5 OCT轴向超分辨研究  98-108
  5.1 引言  98-99
  5.2 论分析  99-104
    5.2.1 相干门与轴向点扩散函数的关系  99-100
    5.2.2 光瞳滤波器设计  100-104
  5.3 实验结果  104-105
  5.4 本章小结  105
  参考文献  105-108
6 总结与展望  108-112
作者简介  112-113

多普勒光学相干层析成像方法与应用研究

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