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基于光纤扫描探头的实时扫频光学相干层析成像系统

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简介:
本研究开发了一种利用光纤扫描探头进行实时扫频的光学相干层析成像(OCT)系统,适用于生物组织的高分辨率成像。 扫频光学相干层析技术(SSOCT)相比传统的时域OCT技术(TDOCT),在成像速度和灵敏度方面有了显著的提升,已成为当前OCT领域的研究热点之一。本段落报道了一种基于一维扫描光纤探头的SSOCT成像系统。该探头利用了光纤悬臂的共振特性,并通过施加接近于其共振频率的压电陶瓷驱动信号来实现单向的一维扫描。 为了确保系统的轴向分辨率,需要对干涉光谱信号进行k空间标定,本研究采用了基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的同步标定方法。系统实现了8.3微米的轴向分辨率。使用所开发的光纤扫描探头于SSOCT系统中,在每秒20千次A扫速率下,成像速度达到了每秒20帧,横向范围为1毫米,并且横向分辨率为10微米。实验结果初步验证了该方案的有效性。

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    本研究开发了一种利用光纤扫描探头进行实时扫频的光学相干层析成像(OCT)系统,适用于生物组织的高分辨率成像。 扫频光学相干层析技术(SSOCT)相比传统的时域OCT技术(TDOCT),在成像速度和灵敏度方面有了显著的提升,已成为当前OCT领域的研究热点之一。本段落报道了一种基于一维扫描光纤探头的SSOCT成像系统。该探头利用了光纤悬臂的共振特性,并通过施加接近于其共振频率的压电陶瓷驱动信号来实现单向的一维扫描。 为了确保系统的轴向分辨率,需要对干涉光谱信号进行k空间标定,本研究采用了基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的同步标定方法。系统实现了8.3微米的轴向分辨率。使用所开发的光纤扫描探头于SSOCT系统中,在每秒20千次A扫速率下,成像速度达到了每秒20帧,横向范围为1毫米,并且横向分辨率为10微米。实验结果初步验证了该方案的有效性。
  • 20kHz
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    20kHz扫频光学相干层析系统是一款高性能生物医学成像设备,采用高速扫频技术实现高分辨率和穿透深度,适用于活体组织结构与功能成像研究。 我们研制了一种基于快速扫频激光光源的扫频光学相干层析技术(SS-OCT)系统。该系统的轴向扫描频率由传统的时域光学相干层析技术(OCT)中的500 Hz提升至20 kHz。通过使用OCT系统本身进行预标定的方法,实现了波数空间内的线性校正。 针对扫频光源光谱的非高斯型分布特性,我们对干涉光谱进行了基于窗口函数的整形处理。此外,在减少直流项和自相关项的影响时,除了采用平衡探测共模抑制技术外,还实施了减除平均值的软件处理方法以进一步优化数据质量。 该系统的纵向分辨率为14 μm,横向分辨率达到了12 μm,并且在空气介质中的成像深度为3.9 mm。利用这套SS-OCT系统,我们成功实现了对手指组织样品进行快速OCT成像的目标。
  • MATLAB重建与谱分代码开发
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    本项目致力于使用MATLAB开发一套针对光学相干断层扫描(OCT)技术的图像重建及光谱数据分析工具。通过该套程序,能够有效处理OCT数据,进行精确的图像重构,并对获取的数据实施深入的光谱学分析,为生物医学研究和临床应用提供强有力的技术支持。 该代码用于光谱域光学相干断层扫描(OCT)图像的重建及光谱分析,并作为我们称为MOZART的OCT分子成像平台的一部分使用。此代码旨在读取Thorlabs OCT设备生成的原始干涉图,其中SW版本4的效果最佳,但也支持对一些特定变化进行处理的版本3数据。它能够将这些原始干涉图转换为2D、3D或散斑方差形式下的OCT图像,并提供额外的功能: - 计算归一化的散斑方差(用于血管检测) - 基于双波段光谱分析计算色散补偿 - 绘制光谱对比度图表 - 创建结合了OCT图像、光谱分析和散斑方差的综合图像 此外,该代码支持创建更多种类的图像及执行更复杂的分析。此代码被用于发表在《科学报告》2016年的论文“具有皮摩尔灵敏度的对比增强光学相干断层扫描,用于功能性体内成像”,作者包括O Liba、ED SoRelle、D Sen和A de La Zerda。 如果您使用了我们的代码,请引用上述提及的研究文献。
  • 部分
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    本段落聚焦于介绍激光扫描成像技术中与视频相关的部分,探讨其原理、应用及优势。 大家可以参考这两篇文章的内容,如果有兴趣的话可以尝试一下实践操作。积分已经设置为0,因此不需要支付任何积分即可查看文章内容。
  • OCT图分割(DME): 糖尿病性眼部病变分
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    本研究聚焦于运用光学相干断层扫描(OCT)技术对糖尿病视网膜病变中的黄斑水肿(DME)进行图像自动分割和定量分析,以期为临床诊断与治疗提供精准的数据支持。 该数据集包含用于分割糖尿病性黄斑水肿光学相干断层扫描图像的影像资料。数据来源于S. J. Chiu, M. J. Allingham, P. S. Mettu, S. W. Cousins, J. A. Izatt和S. Farsiu于2015年4月发表在《BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS》期刊第6卷第4期,页码为1172-1194的文章。
  • 内窥检测牙齿根裂研究
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    本研究聚焦于利用先进的内窥扫频光学相干层析技术进行牙齿根裂的高精度检测,旨在提升早期诊断与治疗效果。 根裂的诊断是牙科临床医学中的一个难题。通过构建三维扫频光学相干层析成像系统,并结合心血管内窥镜探头,对46颗有不同宽度(8至283微米)裂缝牙齿切片样本进行了扫描和图像采集分析。该技术对于根裂大于30微米的牙齿诊断准确率可达98.3%,而对于小于30微米的则为36.3%;在对另外25颗无任何根部裂缝的牙体进行检测时,其准确性达到了92%。 通过对上述结果差异的原因分析,并进一步优化内窥镜探头与牙齿切片间的相对位置和角度设置,同时部分图像进行了三维重建处理后,对于大于30微米宽度裂缝的诊断准确率提高到了100%,而对于小于该值样本的则提升至57.6%。实验结果证明了利用光学相干层析技术进行牙根裂隙临床检查具有良好的应用潜力和发展前景。
  • MATLAB方差分代码-重建与谱分:用谱域OCT图...
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    本项目提供了一套基于MATLAB的方差分析代码,专为光相干断层扫描(OCT)数据处理设计。通过该工具集可以进行有效的频谱域OCT图像重建及频谱分析,适用于科研与临床诊断应用。 MATLAB方差分析代码用于OCT(光学相干断层扫描)重建及光谱分析,以处理频域OCT图像的重建与解析工作。该代码作为我们称为MOZART的分子成像平台的一部分使用。编写此代码是为了从Thorlabs OCT系统中读取原始干涉图(推荐版本为4,但3版也适用,不过需要进行一些调整)。它能够将这些原始数据转换为OCT图像,并支持二维、三维以及散斑方差分析。 除重建图像外,该程序还具有以下功能: - 计算标准化的花斑变化以检测血管 - 实现色散补偿 - 通过双频频谱法计算频谱对立图 - 创建光谱深度校正后的图像 此外,它还能生成结合了OCT影像、光谱分析和斑点变异性的综合视图。 使用此代码及相关的数据分析可以创建如下所示的示例图片:(在连续注射两种类型的大金纳米棒后绘制小鼠耳廓的增强型OCT图像)。该应用案例参考文献为:“具有皮摩尔灵敏度的增强光学相干断层扫描,以进行功能性体内成像”,OLiba, EDSoRelle, DSen, AdeLaZerda-科学报告2016年。 我们感谢德国吕贝克Thorlabs团队在使用OCT系统及重建原始信号方面的支持。
  • 2048Matlab源码-PyOCT:用谱域重建与数据处理
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    本项目提供了一个基于Python的工具PyOCT,旨在支持光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)的数据处理和图像重建工作,并包含2048的Matlab源码以供参考。 PyOCT 是一个用于光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)成像重建的工具。它的开发目的是为了进行正常的 SD-OCT 成像重建,并包含以下主要步骤: 1. 读取数据。 2. 背景扣除。 3. 频谱重采样计算。 4. 像差校正(Alpha 校正)。 5. 相机色散校正(使用相机校正系数的 Beta 校正)。 6. 逆傅立叶变换获取 OCT 图像。 该算法最初是由康奈尔大学 Steven G. Adie 教授的研究实验室在 MATLAB 中开发出来的。通过矩阵运算,重建速度得到了提升。相比 MATLAB,Python 在从二进制文件中加载数据方面表现更佳,在我们的实验室计算机上进行测试时性能更加优越。 目前 PyOCT 仅支持 Python3.0+ 版本。 要快速开始使用,请按照以下步骤操作: 1. 使用 pip 安装 PyOCT: ``` $pip install PyOCT ``` 2. 如果需要运行最新版本的代码,可以通过 git 进行安装。 成功安装后,在 Python 环境中可以测试程序: ``` $from PyOCT import VolumeReconstruction ```
  • 3-dB耦合器级联式研究
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    本研究探讨了利用3-dB光纤耦合器实现级联式的光纤激光相干合成技术,分析其在提高输出功率和光束质量方面的潜力及应用前景。 本段落提出了一种基于3-dB光纤耦合器的级联式激光相干合成新方法。首先理论分析了两单元相干合成模块的工作原理,并使用仿真技术探讨了光强失配及相位失配对相干合成效率的影响。随后,搭建了一个采用随机并行梯度下降优化算法进行相位控制的实验平台,以验证该两单元模块的有效性。实验结果显示,在闭环后归一化合成光强平均值从0.50提升至了0.92,并且均方误差也显著降低到了0.062%。研究指出,实现高效、稳定的相干合成效果的关键在于输入端的相位锁定和光强匹配。 最后,基于两单元模块的工作原理,本段落提出了一个可扩展性的级联式激光相干合成结构,并通过八单元实例进行了相关的仿真分析。
  • STM32测距仪(连续点云图
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    本项目设计并实现了一款基于STM32微控制器的激光扫描测距设备,能够连续扫描环境并生成精确的点云图像数据。 扫描激光测距仪具有以下参数: - 每秒5次扫描 - 每转180次测量(角分辨率为2度) - 最大距离为4米 - 测量精度约为3至5厘米,具体取决于反射表面的颜色 该设备采用三角法进行物体的距离测量。相关资源包括详细的教程介绍、源代码、硬件设计、电路PCB和机械结构等资料。这个项目适合大学本科生用作毕业设计参考,同时也适用于创业项目的启动以及大型课程设计或学校及省级相关的科研项目申请等场景。