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基于LabVIEW的扫频OCT系统研究

作　者: 朱海龙
导　师: 吴开华；王玲
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 生物医学成像光学相干层析成像扫频OCT LabVIEW 光谱标定
分类号: TH776
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography，OCT）技术诞生于上个世纪90年代，该技术基于低相干光干涉原理和外差探测技术，并与共焦显微技术相结合，是一种新发展起来的可以观察生物组织的断层成像技术。相比于传统的医学成像技术，OCT技术具有很明显的优势，具有无辐射、非侵入、成像分辨率高、成像速度快、探测灵敏度高等优点，被称为“光学活检”。所以，OCT技术在生物医学成像、工艺品检测等方面有着非常普遍的应用，发展前景良好。扫频OCT（Swept Source OCT，简称为SS-OCT）属于傅立叶域OCT技术，结合了快速扫频激光技术和点探测技术，具有谱域OCT技术快速成像的特点，兼备了时域OCT系统的点探测优势。目前，扫频OCT系统已成为OCT技术的研究热点之一。本课题分析了国内外OCT技术的研究和应用的现状，对扫频OCT系统进行了较为深入的研究，主要研究内容和创新点如下：1、综述了OCT成像系统的基本理论知识，概括了不同种类OCT系统的成像原理，发展现状和应用前景，研究了扫频OCT的一些关键技术参数、影响系统性能的主要因素以及优化的方法。2、搭建了一套基于LabVIEW的高速三维扫频OCT系统，该系统是由扫频激光光源、成像干涉仪、样品扫描系统和数据采集系统等模块构成的。扫频激光光源的扫频速率达到了50kHz，中心波长是1310nm，波长扫描范围从1266.6到1369.2nm，平均功率为22mW。扫频OCT系统的最大成像深度可以达到5mm，实际测得系统的轴向分辨率8.9μm，横向分辨率是12.4μm，利用此套系统完成了人体皮肤组织、水果果皮、工艺品等的成像实验。3、编写了一套基于LabVIEW的扫频OCT系统成像软件，主要包括了系统时序控制、数据采集及保存、数据处理和图象重建。系统选用模块化设计方案，基于LabVIEW的软件开发平台，在LabVIEW中调用MATLAB程序，实现了两者的混合编程。LabVIEW开发平台和MATLAB混合编程大大缩短了扫频OCT系统的软件开发周期，同时它还提高了系统的可操作性、可靠性以及稳定性，有利于系统的维护、功能扩展和升级。4、研究了OCT系统的光谱标定方式。扫频光源能同步输出k线性时钟，系统基于k线性时钟触发模式实现采集数据，所以不需要额外的光谱标定即可得到等波数间隔分布的干涉光谱信号。这是一种基于硬件的光谱标定方式，它非常适合高速扫频OCT的实时标定。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 OCT 技术概述  10-13
    1.1.1 OCT 技术简介及研究意义  10
    1.1.2 OCT 成像技术与其他医学成像技术  10-12
    1.1.3 OCT 成像技术的优点  12-13
  1.2 OCT 技术的原理和分类  13-15
    1.2.1 时域 OCT 技术  13
    1.2.2 频域 OCT 技术  13-15
  1.3 OCT 技术的发展与应用  15-17
    1.3.1 OCT 技术的发展及研究现状  15-16
    1.3.2 OCT 技术的应用  16-17
  1.4 本文的主要内容和创新点  17-18
    1.4.1 本文主要研究内容  17-18
    1.4.2 本文的主要创新点  18
  1.5 本章小结  18-19
第2章扫频 OCT 的基本理论  19-23
  2.1 扫频 OCT 技术概论  19-20
  2.2 扫频 OCT 的关键技术参数  20-22
    2.2.1 信噪比  20
    2.2.2 灵敏度  20-21
    2.2.3 OCT 系统分辨率  21-22
    2.2.4 成像深度  22
  2.3 本章小结  22-23
第3章扫频 OCT 系统硬件设计  23-30
  3.1 扫频 OCT 系统总体设计  23-24
  3.2 扫频激光光源  24-25
  3.3 干涉仪  25-26
  3.4 样品扫描系统  26-29
  3.5 数据采集系统  29
  3.6 本章小结  29-30
第4章基于 LabVIEW 的扫频 OCT 系统软件设计  30-48
  4.1 LabVIEW 简介  30-31
  4.2 系统软件框架  31-32
  4.3 系统时序控制  32-35
    4.3.1 硬件同步时序  33-34
    4.3.2 数据采集时序  34-35
  4.4 光束扫描  35-38
  4.5 数据采集和保存  38-41
  4.6 数据处理  41-45
    4.6.1 减除直流项信号  41-42
    4.6.2 光谱整形  42-44
    4.6.3 傅里叶变换  44-45
  4.7 图像重建  45-47
  4.8 本章小结  47-48
第5章实验和结果分析  48-58
  5.1 系统参数测定  48-51
    5.1.1 灵敏度  48
    5.1.2 轴向分辨率  48-49
    5.1.3 横向分辨率  49-50
    5.1.4 成像深度  50-51
  5.2 成像结果与分析  51-57
    5.2.1 手指皮肤组织成像实验  51-53
    5.2.2 水果成像实验  53-54
    5.2.3 工艺品成像实验  54-56
    5.2.4 胶囊成像实验  56-57
  5.3 本章小结  57-58
第6章工作总结及展望  58-60
  6.1 本文工作总结  58-59
  6.2 今后工作展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-66
附录  66

基于LabVIEW的扫频OCT系统研究

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