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光学相干层析成像(OCT),它利用生物组织的后向散射光与参考光发生弱相干干涉以获得生物组织的深度信息,结合扫描成像方式,可实现对生物组织三维结构微米量级的层析成像。与传统层析成像技术相比,OCT具有低侵入、高灵敏度、实时成像、成本低、微米量级的分辨率和穿透深度等众多特点[1-3]。全场光学相干层析(FFOCT),是一种基于OCT技术优化的相干层析技术。它是可以对生物组织的横断面进行非接触和非破坏性成像的技术。FFOCT使用白光光源且基于并行检测技术,无需横向扫描即可获得样品的二维图像,与逐点扫描成像相比,不但具有很高的三维分辨率,还具有很快的成像速度。偏振光学相干层析技术(PSOCT)将偏振测量技术与光学相干层析术相结合,可以对生物组织等的双折射特性和光轴方位等实现深度分辨测量。PSOCT可以在时域或频域中执行[4-8]。频域OCT相对于时域OCT的灵敏度优势可用于缩短采集时间或改善信噪比[9-10]。许多生物组织表现出与其成分相关的双折射。这种PSOCT技术,可以生成生物介质的线性延迟和反射特性的高分辨率图像。这种通过组合获得的干涉图像,可以经过用卤钨灯照射的干涉显微镜中的两个CCD摄像机,以3.5 Hz的帧速率传送En图像。实现了的各向异性空间分辨率。通过最后获得的基于强度和基于线性延迟的对比,简化FFOCT算法。
首先,FFOCT技术已经有了很好的发展,如图一给出的设备原理图。
该全场光学相干层析系统具有超高的三维分辨能力。器件使用上,卤钨灯的使用不仅极大降低了成本,而且提高了系统的纵向分辨率。已有的FFOCT系统通常使用水浸显微物镜实验,使用普通物镜,避免浸液对样品造成二次污染的同时进一步降低了成本。结构上,保持显微物镜数值孔径不变,对科勒照明部分进行微小的改动,交换孔径光阑与视场光阑的位置,采用改进的光路结构,更容易实现样品的均匀照明,且可充分利用光源的光功率。实验表明,采用相同光源的情况下,通过此类改进,到达样品表面的光强得到了增强。搭建的基于Linnk干涉结构全场光学相干层析系统已经能够获取生物组织样品高分辨率光学断层图像。采用卤钨灯光源(12V/20W),光谱范围约为200nm,中心波长为500nm,理论纵向分辨率为0.5微米。
均匀光照射样品时,样品不同层面都存在反射或后向散射光信号,因此样品光实际上包含着由多层组织反射或后向散射的光信号。但白光光源的相干长度极短,只有当样品臂和参考臂之间的光程差接近完全相等时才能发生干涉并具有最大的相干强度。因此,参考镜在纵向移动过程中,可以对样品中光程匹配的对应层进行成像,而其他层的信息将被滤掉。最后把CCD采集到的干涉图进行分析处理,可到样品的横断面结构图。当样品臂和参考臂之间的光程差小于光源的相干长度并满足干涉条件时,CCD探测器上(x,y)点接收到的光强信号可表示为[11]:
(1)
式中为直流项,表示由非相干光形成的背景图像,表示干涉图像,它随样品和参考镜上对应点(x,y)的相位差而变化,表示第i层组织的层析图像。应用5步移相公式即可求出样品图像信息。CCD采集的5幅干涉图分别为
n=1,2,3,hellip;, (2)
每步引入的移相量为,则层析图像可由下式给出:
(3)
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