圆偏振全光纤偏振敏感谱域光学相干层析方法与系统研究

圆偏振全光纤偏振敏感谱域光学相干层析方法与系统研究

论文摘要

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术是一种高分辨、非侵入、无辐射的无损在体实时成像技术,在生物学和医学等领域有着广泛的应用和良好的发展前景。偏振敏感OCT(Polarization Sensitive OCT,PSOCT)技术可提供传统OCT技术强度信息以外的偏振信息,为疾病的早期诊断提供了更多参考。本文首先介绍了OCT技术的发展概况、基本原理和主要应用,分析了其系统性能。对PSOCT技术进行了理论铺垫,阐述了偏振光及光的偏振效应,介绍了基本的PSOCT系统。设计并搭建了一套全单模光纤、单光谱仪偏振敏感OCT成像系统。设计并研制了基于沃拉斯顿棱镜的偏振敏感线性波数光谱仪,实施了基于偏振控制器的确定偏振态调节方法,准确测量了标准补偿器和波片的相位延迟和光轴方位角数据,成功获取了牛腱组织和鸡肌肉组织的深度分辨强度图像、相位延迟图像和光轴方位角图像,验证了搭建的偏振敏感OCT系统对生物组织偏振信息获取的可行性。设计并搭建了一套基于图形处理中心(Graphic Processing Unit,GPU)图像重建的眼底OCT成像系统。利用GPU的并行计算功能,基于CUDA C语言实现对OCT数据的快速处理,基于裂隙灯自行设计搭建了眼底OCT样品臂,成功获取人眼底视网膜OCT图像。设计了一套光纤型内窥扫频偏振敏感光学相干层析成像系统,研制了一种用于内窥OCT系统的光纤旋转连接器。旋转连接器采用无刷直流伺服电机带动旋转,采用在玻璃毛细管中注射折射率匹配液的方式实现光能的高效耦合。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 OCT技术概况
  •     1.1.1 OCT技术的分类
  •     1.1.2 SDOCT技术发展概况
  •     1.1.3 OCT技术应用
  •   1.2 OCT技术基本原理
  •     1.2.1 低相干干涉原理
  •     1.2.2 谱域OCT技术及其原理
  •     1.2.3 OCT系统的成像性能
  •   1.3 本文的主要工作
  •     1.3.1 本文的研究意义
  •     1.3.2 本文的主要内容
  • 第二章 偏振敏感OCT基本理论
  •   2.1 PSOCT技术概况
  •     2.1.1 PSOCT技术简介
  •     2.1.2 PSOCT技术发展概况
  •     2.1.3 PSOCT技术的应用
  •   2.2 偏振光学理论
  •     2.2.1 偏振光简介
  •     2.2.2 偏振特性
  •   2.3 PSOCT系统的分析方法
  •   2.4 PSOCT系统简介
  •     2.4.1 单圆偏振光输入的PSOCT系统
  •     2.4.2 多偏振态输入的PSOCT系统
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 全光纤型单光谱仪PSOCT系统搭建与实验研究
  •   3.1 系统设计与搭建
  •     3.1.1 理论分析与数据处理流程
  •     3.1.2 偏振敏感光谱仪的设计
  •   3.2 实验过程
  •     3.2.1 系统总体设计
  •     3.2.2 系统搭建
  •     3.2.3 操作步骤
  •     3.2.4 自制单色仪的设计
  •     3.2.5 索累-巴比涅补偿器原理与使用
  •   3.3 实验结果
  •     3.3.1 圆偏光调节结果曲线
  •     3.3.2 像素对应结果曲线
  •     3.3.3 系统灵敏度下降曲线
  •     3.3.4 相位延迟器测试结果曲线
  •     3.3.5 生物样品的PSOCT图像
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 基于GPU的眼底视网膜OCT成像系统的设计与实现
  •   4.1 眼底成像技术介绍
  •     4.1.1 眼组织的结构简介
  •     4.1.2 视网膜结构及其OCT图像体现
  •   4.2 GPU并行计算介绍
  •     4.2.1 GPU的逻辑结构
  •     4.2.2 GPU基本概念
  •   4.3 CUDA算法实现
  •     4.3.1 数据处理流程
  •     4.3.2 程序设计
  •   4.4眼底视网膜成像实验
  •     4.4.1 光路搭建
  •     4.4.2 安全曝光功率计算
  •     4.4.3 人眼视网膜图像
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 内窥式PSOCT系统中光纤旋转连接器的研制
  •   5.1 PSOCT系统设计与搭建
  •   5.2 内窥式PSOCT系统
  •     5.2.1 内窥式OCT探针
  •     5.2.2 OCT探头的扫描方式
  •   5.3 旋转连接器的设计与实现
  •     5.3.1 电机选型
  •     5.3.2 传动装置选型
  •     5.3.3 旋转连接器的搭建
  •   5.4 旋转连接器性能测试
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 工作总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表的学术论文
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王绪晖

    导师: 吴彤

    关键词: 偏振敏感光学相干层析,全光纤系统,单光谱仪,视网膜成像,旋转连接器

    来源: 南京航空航天大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

    单位: 南京航空航天大学

    分类号: TP391.41;O436.3

    DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000536

    总页数: 69

    文件大小: 2764K

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