第一章绪论
随着分子生物学、医学和材料学等领域的进展，人们迫切需要一种非浸入、对人安全、便宜、小型化的成像技术来了解和检测活体组织内部处于自然状态下的状况或化学成分以及进行材料亚表面缺陷检测等，为此光学断层(或断面/截面)成像以及在混沌介质(如人体及许多生物样品、海水、大气等)中的光学成像成为目前研究中非常活跃的领域，人们开发了一系列在混沌介质中成像的光学方法。光学相干断层成像(OpticalCoherenceTomography,OCT)[’]技术是一种三维成像光学方法，可对生物组织、各种材料进行非侵入检测的新型光学诊断检测成像技术。OCT技术基于低相干测量原理，集成了半导体、超快激光、光纤、光外差测量、共焦显微术、精密自动控制、计算机图像处理等多项技术，实现了对高散射性不透明生物组织、机械结构的非侵入、无辐射、高分辨率、高灵敏度、实时成像测量，是继X射线计算机层析成像(XCT)、核磁共振成像(MRI)、超声成像等医学成像技术之后的又一重要技术突破。
.1OCT技术的发展历史及现状oCT概念的首次提出是在1991年，随后便引起了广大研究者的兴趣，并在世界范围内掀起了OCT研究热潮。奥地利的A.F.Fercher小组[(2l，香港科学技术大学电子工程系的J.M.Schmitt小组[，]，美国R.engelhardt小组[4]，美国例西储大学生物医学工程系的J.A.Izatt小组[，]和L.H.Wang小组[6]等分别在1993,1995,1996,1998年以及其后的年份中报道了他们的OCT系统。在短短不到二十年的时间里，OCT技术迅速发展起来，在成像速率、分辨率及其它性能上有了很大的提高。在提高成像速率方面，1993年Fujimoto小组的E.A.Swanson等[7]将OCT系统最初1min左右的成像速度提高到2.4s，为消除此过程中眼球运动、身体移动等的影响，采用互相关技术对图像进行处理获得很好的效果，使该技术对眼睛疾病进行定量分析成为可能。1995年A.Sergeev等[(81使用压电陶瓷晶体伸缩参考臂的光纤来改变光程进行调制的干涉仪结构，使成像速率进一步提高，并对皮肤和粘膜组织进行了高分辨率OCT系统成像。
1997年Fujimoto小组的G.J.Tearney件!9】采用光栅、透镜和转镜组合形成高速相位和群速独立的延迟线，可实现3mm的纵向扫描，扫速达到6m/s，行扫频率达2KHz。对256x512像素的OCT系统图像，可实现每秒4}8帧的成像速度，实现了动态成像。在提高图像分辨率方面，1995年Fujimot。小组的B.Bouma}l0]等采用脉宽小于IOfs的锁模钦宝石激光器作为宽带光源，将图像分辨率提高到3.7uma1999年英国克尔大学的RK.Wang}ll]对反卷积处理进行了理论分析。1999年Fujimot。小组的W.Drexler等flz]使用300nm连续带宽的钦宝石激光作光源，采用色散补偿和区域聚焦图像融接技术对州蚌组织成像，达到了纵向分辨率为lum，横向分辨率Sum的好效果。在提高探测深度方面，M.E.Brezinski等人【13-14]于1996年用不同波长的光源进行OCT系统成像并作了对比。波长在1300nm附近的光线反射率相对于可见光波段小，又因为波长太长以至于不能导致大量的电子跃迁但又小于水分子振动吸收波长1450nm，故吸收低。理论和实验均表明使用该波段光进行OCT系统探测可提高图像采样深度。提高探测深度还可使用高渗制剂法。早在1994年J.S.Maie:等[Is味口M.Cohl等【16]就发现葡萄糖浓度会影响组织对近红外光的散射系数。
1995年B.Chance等[17]提出了溶质对生物组织的光学性质影响模型。俄国萨拉托夫大学的V.V.Tuchin}ls]小组在使用化学制剂控制生物组织光传播性质方面作了研究，指出高渗制剂可增加组织外液和细胞浆的折射率，减小生物组织中的细胞器和细胞核等散射颗粒与背景间的折射率差，从而减小生物组织的散射系数。英国克兰菲尔德大学的R.K.Wang小组【’”]将这一理论应用于OCT系统探测，实验表明丙三醇等高渗化学制剂的确能提高生物组织的OCT系统成像深度和图像对比度。此外，由OCT技术拓展出多种成像模式技术，如多普勒OCT(ODT)、偏振敏感OCT(PS-OCT)、光谱OCT、差分吸收型OCT、与双光子荧光或超声结合的OCT技术，并在同内窥镜结合的方式中实现了对内部器官的断层成像。这些不同模式的成像技术为从微观上更好地观察组织结构，了解器官生理功能提供了手段。国内对OCT技术的研究起步于二十世纪九十年代后期。华中理工学院的曾绍群等对OCT技术的成像机理和系统传递函数进行了讨论〔zo]，清华大学对OCT系统进行了Monte-Carlo模拟【z1】和OCT系统成像实验研究[}2z-z3]，得到了心血.管、植物和小鼠脑组织的层析图像。_巨海光机所也研制了OCT系统并对荷根藕断面成像}z4}。南开大学的张春平小组用OCT系统做了测量生物组织折射率的研究[}zs]和对液体中的金属棒的成像探索[26]。2005年南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室[[27味」用超短脉冲(<50fs)飞秒激光光源建立了800nn，自由空间高分辨率飞秒OCT系统。纵向分辨率达到8,um，横向分辨率为
参考文献
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摘要 4-6
ABSTRACT 6-8
第一章 绪论 14-20
1.1 OCT技术的发展历史及现状 14-16
1.2 宽场光学相干断层成像技术 16-18
1.3 课题研究意义与主要研究内容 18-20
1.3.1 课题研究意义 18
1.3.2 主要研究内容 18-20
第二章 三维彩色WFOCT系统成像原理 20-36
2.1 三维彩色WFOCT系统基本原理 20-23
2.1.1 传统OCT系统的基本原理 20-22
2.1.2 彩色WFOCT的基本原理 22-23
2.2 层析图像重构算法 23-28
2.2.1 移相干涉法测量原理 23-25
2.2.2 常见的移相算法 25-28
2.3 三原色合成彩色图像基本原理 28-32
2.3.1 色彩混合原理 29-30
2.3.2 彩色图像处理 30-32
2.4 三维图像重建基本原理 32-36
第三章 三维彩色WFOCT系统的设计和建立 36-51
3.1 三维彩色WFOCT系统硬件的设计 36-44
3.1.1 系统光源 37-38
3.1.2 分光器及波片 38-39
3.1.3 CCD照相机和图像采集卡 39-40
3.1.4 滤波片转轮系统 40
3.1.5 平移台及其控制系统 40-43
3.1.6 系统硬件的实现 43-44
3.2 三维彩色WFOCT系统的软件设计 44-51
3.2.1 系统微动台与宏动台控制程序设计 45-46
3.2.2 CCD图像采集程序设计 46-47
3.2.3 滤片控制系统程序设计 47-49
3.2.4 系统软件的实现 49-51
第四章 三维彩色WFOCT系统的图像处理 51-63
4.1 单色图像重构 51-55
4.1.1 图像重构程序设计 51-52
4.1.2 实验和单色图像处理结果 52-55
4.2 彩色图像重构 55-57
4.2.1 三原色合成彩色图像程序设计 56
4.2.2 实验及三色合成结果 56-57
4.3 三维图像重建 57-63
4.3.1 三维图像重建程序设计 57-58
4.3.2 实验和三维图像重建结果 58-63
第五章 三维彩色WFOCT系统的性能研究 63-72
5.1 系统性能参数的影响因素分析及性能测试 63-67
5.1.1 系统的横向分辨率 63-64
5.1.2 系统的纵向分辨率 64-66
5.1.3 系统的成像速率 66-67
5.2 系统状态对系统性能的影响 67-72
5.2.1 不同系统状态下实验结果 68-69
5.2.2 实验模拟及结果 69-72
第六章 总结与展望 72-74
6.1 主要工作的总结 72-73
6.2 末来工作的展望 73-74