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光学相干显微成像技术OCM研究现状和发展趋势

时间:2018-12-26 20:43来源:毕业论文
光学相干显微成像技术OCM是一种新型成像技术。OCM技术将半导体、超快激光技术、超灵敏探测、精密自动控制和计算机图像处理等多项技术结合为一整体,是继X射线、CT和磁共振成像技术

光学相干显微成像技术OCM是一种新型成像技术。OCM技术将半导体、超快激光技术、超灵敏探测、精密自动控制和计算机图像处理等多项技术结合为一整体,是继X射线、CT和磁共振成像技术之后,又一新的断层成像技术。OCM技术的应用,可获得微米量级的空间分辨率,并具有较高的时间分辨率,可以对机体活体表面下深几百微米的组织微观结构实行三维成像,在生物医学和其他许多领域被广泛应用。31974
在生物学发展的历程中显微镜技术的作用至关重要,尤其是早期显微术领域的某些重要发现,直接促成了细胞生物学及其相关学科的突破性发展。对固定样品和活体样品的生物结构和过程的观察,使得光学显微镜成为绝大多数生命科学研究的必备仪器。随着生命科学的研究由整个物种发展到分子水平,显微镜的空间分辨率及鉴别精微细节的能力已经成为一个非常关键的技术问题。光学显微镜的发展史就是人类不断挑战分辨率极限的历史。论文网
近年来研制开发出来的各类非介入的生物医学影像技术有超声、X射线计算层析术、磁共振影像和发射层析术等。在临床应用中,这些方法都有各自的优点和限制。生物组织的光学影像方法具有非介入、高分辨率、非离子辐射等优点,而且还可以利用其光谱性质区分组织类型和探测其新陈代谢的功能。光学影像在生物医学的诊断和分析中已有很长的历史。除最常用的光学显微镜外,还有检眼镜、内窥镜、共焦扫描显微镜和近场光学显微镜等。但是由于生物组织高散射的缘由,用上述光学方法皆不能得到活体生物深层组织的清晰图像。近年来随着光学和光子学技术的进展,人们研制出多种用于高散射介质的成像技术,如超短脉冲与光学快门相结合的取像方法,光子密度波方法、荧光拉曼光谱取像方法及光学相干层析术等。从探测深度、分辨率、简单实用等角度综合考虑,光学相干显微技术是可应用于临床,最有发展前途的一种新型光学影像技术。
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发展进程
高分辨率的光学相干显微术是近代迅速发展起来的一种新的光学显微术, 亦是近代生物医学图像仪器的最重要发展之一尽管有关共聚焦显微镜的某些技术原理已提出, 但直到九十年才发展成现在通常意义上的第一代激光共焦扫描显微镜, 近几年来随着生物学及生物医学研究的深入, 已发现传统光学显微镜、近场显微镜、激光共焦扫描显微镜等存在的严重局限, 上述光学方法皆不能得到活体生物深层组织的清晰图像, 它们只能适用于相对透明的样品,近年来随着光学和光子学技术的进展, 一种新的光学显微镜—光学相干显微术获得了极大的研究进展, 它可对高散射介质、高密度非透明样品显微成像,科学家认为它将为生物和生物医学研究提供一种崭新的非侵入测量技术和诊断手段, 将是应用于医学临床最有发展前途的一种新型光技术,光学相干显微术是将共焦显微术与低相干干涉技术结合成一体的新技术。
光学相干层析成像技术的关键之一是图像分辨率,其横向分辨率取决于聚焦光斑大小和扫描系统,光斑越小,扫描系统越精密,横向分辨率就越高;纵向分辨率取决于光源相干长度,相干长度和光源半高谱宽与中心波长密切相关。因此,光学相干层析成像系统对光源有较高要求:频谱较宽、输出功率高、稳定性好、易于耦合等。超辐射发光二极管光源发出的光谱宽度在40~70nm之间,对应的分辨率为20~5μm。普通发光二极管也可以达到20μm左右的纵向分辨率,但在一些医学特定领域其分辨率还是不够。而且普通发光二极管还会带来难以处理的噪声。综合考虑,超辐射发光二极管光源和超短脉冲飞秒激光是目前的理想光源。但这种通过拓宽光谱宽度来提高纵向分辨率的方法无疑又增加了系统的成本,不利于光学相干层析成像的推广应用,研究人员在干涉仪参考臂上安装了3个特定间距的参考镜,以替代传统的光学相干层析成像系统一个参考镜的方法产生参考光束,同时通过调节3个参考镜之间的相对间距和相对强度,可以减少轴向点扩展函数的宽度,从而提高了系统的纵向分辨率。最初的光学相干层析成像系统在参考臂上,一般装有一个线性电流计或压电陶瓷以改变参考臂的光学延迟,但均有一定的缺陷:一般电流计不能提供足够大的机械位置移动,以保证图像的实时性;而压电陶瓷虽可以完成快速扫描,却需要更大的电力消耗,还会因为滞后、非平衡补偿偏振分散和较差的温度稳定性等因素影响而引起非线性条纹调制。现在大都采用相位控制技术的高速光学延迟线:在参考臂上安装一个傅立叶透镜,将和电流计相连的反射镜固定在傅立叶透镜平面上。改变电流计上反射镜的角度,可以改变光束的延迟,这样可以达到3mm的光学延迟,每秒可以扫描2000个轴向点,从而提高了系统的时间响应。 光学相干显微成像技术OCM研究现状和发展趋势:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20181226/28337.html
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