微血管功能网络的三维光学成像技术及脑科学应用研究

发布时间：2021-08-10 19:32

　　光学相干层析成像（OCT）作为一种新兴的三维光学成像技术,凭借着非侵入性、非接触性、高分辨率和高探测灵敏度等优势,在生物医学等领域发挥着重要的应用价值。将传统OCT技术的三维空间分辨能力和动态光散射技术的运动辨识能力相结合,发展了光学相干血流运动造影（OCTA）技术。OCTA将血红细胞与周围组织的相对运动作为内源性的血流标记特征,取代常规外源性的荧光标记物,可以实现一种运动对比、活体、无标记、三维光学血流灌注造影,在脑科学、眼科研究与临床等方面具有重要的应用前景。本文围绕OCT尤其是谱域OCT技术,开展了一种无标记微血管光学相干血流运动造影技术及其脑科学应用研究,具体包括:深入理解谱域OCT的成像原理,分析其中的几个系统关键性能参数,包括:分辨率、信噪比、成像量程和探测灵敏度。为了研究血流成像的机制,验证OCT在检测微小运动散射体的能力,利用实验室自主研制的谱域OCT装置,开展了针对微小扩散运动颗粒的检测应用,提出了一种基于多样本并行采集快速准确检测微小运动的方法。进一步阐述了无标记微血管造影的运动对比度机理。为了增强OCTA的血流对比度,以便更清晰地理解图像特征,提出了一种基于全空间... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１早期的正常人眼视网膜ＯＣＴ断层图像（来自文献［５］）??

依据所采用的系统光源和干涉光谱探测机制不同，Ｆ?Ｄ－ＯＣＴ系统被划分为两种类型：??谱域ＯＣＴ?（Ｓｐｅｃｔｒａ］?ｄｏｍａｉｎ－ＯＣＴ，ＳＤ－ＯＣＴ）和扫频源ＯＣＴ?（Ｓｗｅｐｔ?ｓｏｕｒｃｃ－ＯＣＴ，?ＳＳ－ＯＣＴ）。??如图１．３所示，在ＳＤ－ＯＣＴ中，采用和ＴＤ－ＯＣＴ?—样的宽带低相干光源，然而其参考臂固定??不动，即无需Ａ扫描。由参考臂返回的光和样品深度方向各位置背向散射回的光发生干涉??后的信号，通过一般由衍射光栅、傅里叶透镜和电荷耦合器件（Ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ?ｄｅｖｉｃｅ，?ＣＣＤ）??组成的光谱仪后被同时探测到。对于任一空间位置，可并行获取一条Ａ?－?］?ｉ?ｎ?ｅ的干涉光谱信??号。所探测得到的干涉光谱信号先经过波长－波数映射转换，再由傳里叶逆变换解??析出样品深度方向的信息。这种获取深度层析信息的方式在信噪比方面具有很大的改善。??尽管这种优势早在１９９７年就已被验证，但直到２００３年才在ＯＣＴ领域被完全认可［１０，?１７，丨８］？??２００２年，Ｗｏｊｔｋｏｗｓｋｉ等［１１１首次成功地利用ＳＤ－ＯＣＴ实现了人眼视网膜在体成像。随后经过??数年的研究，研究者们逐渐实现了?ＳＤ－ＯＣＴ在三维体成像、超高分辨成像和血流成像等方??面的突破。此外

Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ??图１．３?ＳＤ－ＯＣ＇Ｔ示意图??图１．４所示的为ＳＳ－ＯＣＴ系统，不同于ＳＤ－ＯＣＴ之处在于其采用波数随时间连续变化的??宽带扫频光源，干涉的光谱信号由单点光电探测器分时探测并记录，经过傅里叶逆变换之??后可获取样品深度方向的信息。ＳＳ－ＯＣＴ系统的参考臂同ＳＤ－ＯＣＴ—样也是不需要机械扫描，??保持固定不动的。ＳＳ－ＯＣＴ的成像速度取决于扫频光源的扫频频率。２０１２年，由Ｐｏｔｓａｉｄ等??［２０］报道的一种结合微电机系统（Ｍｉｃｒｏｃｌｃｃｌｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｃｎｉｓ，?ＭＥＭＳ）和垂直腔面发??射激光（Ｖｃｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｃ－ｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒ，ＶＣＳＥＬ）的扫频光源，即ＭＥＭＳ－ＶＣＳＥＬ，其??扫频速率最高可达１．２ＭＨｚ。值得一提的是，在ＳＳ－ＯＣＴ的功能性应用当中，由于其在单次??扫频周期内的输出光谱不稳定，以及扫频触发和采集之间的随机时间延迟，会导致最终采??集到的干涉光谱信号的相位不稳定


本文编号：3334654