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光学相干层析成像中色散现象的补偿方法

2012-10-10 14:27
风频浪劲
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  光学相干层析成像技术中,样品的色散特性将降低获取图像的分辨力,通过实验获取了不同色散特性的样品的相干图像。实验采用中心波长为845nm,频谱宽度为26nm的超辐射光源。实验的样品为一块30mm厚的BK7玻璃。根据光源的频谱信息和样品的色散系数,理论计算了OCT信号的包络,并与实验中测得的信号相对比。同时提出了一种新的数值方法,来补偿样品的色散。该方法可在时域或者频域OCT中方便地应用。通过实验验证了该方法的可行性。

  1引言

  光学相干层析成像(optical coherence tomography,OCT)是近年来快速发展的一种生物组织高分辨力实时成像技术。这种技术基于光源的低时间相干性,采用光外差探测技术,能够高灵敏度、高分辨力地提取样品内部信息,能够对高散射介质实现非侵入探测式快速成像。目前OCT系统已经成功地应用到眼科诊断,皮肤癌诊断,神经外科与神经科学研究,神经外科指导,癫痫脊椎手术,提供临床牙科诊断图,牙外科,牙龈,牙黏膜疾病诊断,密度物质研究等等很多方面。

  光学相干层析成像的轴向分辨力近似为所用光源的光学相干长度。光学相干长度与光源的频谱宽度成反比。近年来,使用宽带光源实现关学层析成像的分辨力已经可以达到几微米。虽然使用宽带光源可以大幅度提高分辨力,但是,如果研究的介质的色散系数很大,就会产生一些问题。色散是由于不同频率的光在介质中传播的群速度不同,而引起的相干包络展宽。这种现象会引起图像的分辨力和对比度下降。同时,光学相干层析成像技术广泛应用在癌症和眼科疾病的早期诊断中,由于生物体的性质复杂、成分多样,因此色散引起的图像模糊现象是不可避免的。如果不对色散引起模糊的图像进行校正,容易引起医学上的误诊。目前光学层析技术中的色散补偿方法通常由以下几种:一是在OCT系统中迈克耳逊干涉仪的参考臂和加入与样品臂(生物组织样品)色散性质类似的介质,并调节参考臂位置,实现参考臂和样品臂色散性质匹配;二是利用光栅实现相位延迟扫描,实现色散补偿;三是也可进行数值补偿,通过卷积的方法校正色散。但是这些方法只适用于样品的群折射率色散(dng/dλ)已知,并且反射面在样品中的位置(探测深度)大致不变的情况。如果每次测试的样品厚度变化很大,或样品群色散未知,那么就需要根据待测样品不断调整装置,很不方便。

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