頻域光學(xué)相干層析成像與組織散射理論研究.pdf

1、光學(xué)相干層析成像（Optical Coherence Tomography，OCT）是上世紀(jì)九十年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型深度成像技術(shù)，它具有高分辨率、無(wú)創(chuàng)傷、非接觸測(cè)量等特點(diǎn)。該技術(shù)以邁克爾遜干涉原理為基礎(chǔ)，光束聚焦射入組織后，用干涉測(cè)量法可測(cè)量到不同深度內(nèi)部微結(jié)構(gòu)所反射的光的時(shí)間延遲。時(shí)域OCT根據(jù)參考臂與樣品臂的等光程以參考臂的逐點(diǎn)移動(dòng)獲得被測(cè)樣品的深度信息。但是，它掃描速度低，不利于它的工程應(yīng)用。近年來(lái)，頻域OCT作為一種新的OC

2、T技術(shù)正在逐漸受到研究者們的關(guān)注。它利用背向散射光與參考光的干涉成像實(shí)現(xiàn)深度信號(hào)的單線一次成像，極大提高了系統(tǒng)采集速度。但是，頻域OCT卻不能反映組織的內(nèi)部各項(xiàng)異性信息。偏振OCT利用組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)的雙折射特性，不但能夠獲得組織的結(jié)構(gòu)信息，也能同時(shí)獲得組織的相位延遲與快軸信息。從而為OCT的研究開(kāi)辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。 本文首先簡(jiǎn)要介紹了光與組織相互作用的基本理論與一些重要光學(xué)參數(shù)，并介紹了光在生物組織中的傳播類型。隨后，詳細(xì)介紹

3、了OCT的理論及OCT信號(hào)的特性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)光纖頻域OCT系統(tǒng)的成像理論進(jìn)行了詳細(xì)描述。該系統(tǒng)通過(guò)使用光譜儀直接獲得背向散射光干涉光譜經(jīng)傅立葉變換獲得深度信息，無(wú)需深度掃描。但是，結(jié)果中包含有不需要的噪聲項(xiàng)。因此，使用相位偏移法對(duì)這些噪聲進(jìn)行消除。根據(jù)平均法提出了改進(jìn)的相位偏移法，并對(duì)使用相位偏移法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)三相位以上的偏移法除具有了二相位法的功能外，還能夠消除虛像。同時(shí)，三、四、五相位算法對(duì)PZT的偏移誤差的敏感程度不同，五

4、相位偏移法具有最好的誤差承受能力。 對(duì)Mie散射理論進(jìn)行了研究與計(jì)算并對(duì)光在組織中的偏振模式進(jìn)行了蒙特卡羅仿真。Mie散射將散射過(guò)程看作是光與介質(zhì)內(nèi)的散射子相互作用的結(jié)果，每次散射在能量上需要衰減，散射后的方向由散射角和方位角決定，這個(gè)散射過(guò)程通過(guò)單次散射矩陣描述。本文通過(guò)計(jì)算與分析，發(fā)現(xiàn)散射過(guò)程以前向散射為主，自然光經(jīng)過(guò)散射后主要是部分偏振光。隨后，使用蒙特卡羅仿真對(duì)仿真組織的吸收散射特性進(jìn)行了分析，并對(duì)反映組織特性的密勒矩陣