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光谱编码显微成像技术国内外研究现状

时间:2019-01-24 21:56来源:毕业论文
光谱编码显微成像技术发展历程在这一领域,主要是美国的G J Tearney 和以色列的D.Yelin研究小组将这项技术应用在内窥镜成像技术。2003年C. K. Hitzenberger和A. F. Fercher将此技术与时域成像性

光谱编码显微成像技术发展历程在这一领域,主要是美国的G J Tearney 和以色列的D.Yelin研究小组将这项技术应用在内窥镜成像技术。2003年C. K. Hitzenberger和A. F. Fercher将此技术与时域成像性能进行了性能分析比较[4],尽管会存在像素宽度有限、长时间曝光图像模糊和由于反射构成的噪声影响。但这些问题在通过外界手段解决后,在低光照、高速下,采用FDOCT装置的频域成像明显比时域成像技术的灵敏度要高(超过80dB),这也为之后的研究打下先决优势。在他们的研究中认为虽然当时不能使用动态聚焦技术,但是这项技术是很有潜力值得研究的。同年,D.Yelin等人利用相位编码技术结合光谱编码技术[5],通过在微型探针中的单模光纤传输横向与纵向信息,实现了对样品的三维立体测量。2006年,Yelin将光谱编码技术的三维测量和成像进行了研究[6]经过改进的内窥镜在成像清晰的基础上,尺寸缩小,直径与人类头发丝类似(约0.35mm),从而可以减小检查体内器官时组织的损伤,降低给病人带来的痛苦,并且缩小尺寸的内窥镜也方便进行细小腔的检查(比如输卵管、胰腺导管以及冠状动脉等。33019
虽然已经涉及到三维研究的方向,但是因为光谱编码技术在二维成像上的优势,Jeongmin Kim等人将这项技术应用到了光谱编码狭缝共焦显微镜当中[7](简称SESCOM),他们当时采用的中心波长为405nm,带宽为27nm,数值孔径NA为0.95,狭缝长度3mm宽度为50μm,实验得到的分辨率可以达到1.15μm,并且当时实验人员使用的是150W低光谱卤素灯带宽只有27nm,所以总的光学信噪比就很低,但是如果换成可调节的紫外激光器之后,信噪比就会明显提高,这样就可以使用更小宽度的狭缝,从而获得轴向与横向更好的成像性能。并且当时使用的是30Hz的CCD图像扫描,像素为640×480,每个像素点的大小为7.4μm×7.4μm,这种条件下就能获得1.15μm的高分辨率,同时也说明光谱编码技术的轴向分辨率具有极大的潜力。因为光谱编码内窥镜成像不需要快速扫描电机便可获得高分辨率的二维平面成像,所以2007年D. Yelin对于如何在保持小尺寸的基础上提高内窥镜的成像速度和深度范围进行了研究[8],在他的研究中表明,这些都与分光计有关,只要提高分光计相机线速度,以及探针与分光计对不同光波长分辨率的比值,这些就对应都能得到提高。对于更好的改进方向D. Yelin在他的之后大量研究中也有涉及,比如给内窥镜设置导航机制,以此控制观察方向;扩大视场角的范围达到55°以上以实现更好的观察图像;采用可见光中红光、绿光、蓝光三色独立宽光源或荧光灯光源;使用双包层光纤以减少散斑噪声;在保持图像高分辨率的前提下得到更小体积、更加灵活的内窥镜等[9]论文网
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其中重点关注的是,对于大面积区域的共焦成像,这方面的研究可以替代传统的随机活体检测,在D. Yelin的研究之前,这项体内反射聚焦显微成像技术还只能达到,对于视野面积440μm×400μm的扫描分辨率为1.4μm,而实验中使用中心波长793nm,带宽44nm,功率2.0mW的超辐射发光二极管作为光源,光栅选用1780lines/mm的线对数,产生了一个长度为500μm的光谱编码线,最终结果得到一分钟之内,扫描16cm2的范围,横向分辨率为2.1μm.[10]而之后2010年,研究人员在这方面进行了强化,将原来只有5kHz的成像速度提高到100kHz,使大范围扫描的速度提高到了6.6mm2/s,横向分辨率也提高到1.6μm[11]从而大大缩短了器官疾病的检查时间。但是在实际应用方面光谱编码技术在之前为了缩小整体装置的尺寸大小都是使用单模光纤的波分复用技术,通过空间相干光照明。然而这种方法会产生一些不可避免的问题,包括明显的相干噪声光斑,较小的景深范围以及较低的信号收集效率。同时为了实验效果,经常需要使用各种激光器或者高功率超辐射发光二极管阵列,以此来产生连续光谱。面对光谱编码技术遇到的上述问题,Avraham Abramov等人对光谱编码成像技术在原理论的基础上提出了一种新的方法,在空间上,利用双包层光纤将光谱编码的照明和采集进行了分离利用空间相干光照明,采集非相干光信号[12],实验使用的空间非相干白光为150W 卤素灯,对样品使用直径约为5mm的纤维束光导进行照射,平均每一行的需要的曝光时间大约为每一行100ms, 相比传统的检测方法,这种分离采集的方法提高了成像质量,减少了大量的散斑噪声,能够形成较大景深从而探测器能够收集大面积的反射信号,并且不需要使用大功率的激光器,从而降低了实际操作要求,更适合于向实用发展。 光谱编码显微成像技术国内外研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190124/29862.html
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