【优博微展2020】衣路英：光谱域光学相干层析成像关键技术研究

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光谱域光学相干层析成像关键技术研究

The Key Technology of Spectral Domain Optical Coherence Tomography

作者：衣路英

指导教师：孙利群

培养院系：精仪系

学科：光学工程

读博感言：思者常新，恒者行远研究背景/选题意义/研究价值光学相干层析成像（OCT）技术是目前生物医学和临床应用中最成功的光学成像技术之一，可以通过检测背向散射光无创、非接触地获得组织的三维高分辨率层析图像。其中作为OCT成像的一种，光谱域OCT（SD-OCT）由于成像速度快、灵明度高而被广泛研究。虽然SD-OCT在成像性能方面取得了重大的进展，但仍然存在一些需要解决的关键问题限制着其应用，比如焦深和光斑横向尺寸的固有矛盾限制成像深度、分辨率和信噪比的提高，共轭像的存在使成像深度减半等。本文的研究意义就是在硬件性能一定的条件下使用特殊的方法解决上述问题。

主要研究内容1. 由于SD-OCT中存在SNR滚降特性，因此共轭像的去除很重要。为了解决在强相位干扰下移相法失效的问题，提出了迭代相移法和二次迭代压缩色散编码法来去除虚像。

2. 引入压缩感知算法提高成像速度和减少数据量。引入干涉合成孔径显微算法矫正一定深度范围内横向空间分辨率的退化。

3. 提出并设计了基于高斯光束的双通道SD-OCT系统来提高成像速度和扩展成像深度。

4. 设计了基于Bessel光束的多焦SD-OCT系统，在保证SNR的前提下扩展成像深度。三次聚焦理论上可实现约6mm的成像深度。

SD-OCT实验系统图

(a)是基于Bessel光束的SD-OCT系统获得的橘子组织细胞图象(b)和(c)是使用压缩感知前后获得的鱼眼睛图像

主要创新点1. 提出了两种在强相位干扰环境下去除共轭像的方法，将SD-OCT的成像深度加倍，为SD-OCT的实际应用提供了重要的参考价值。

2. 提出了恒定横向分辨率的全深度二维压缩感知OCT算法，证明了压缩感知的使用对功能成像S-OCT影响不大。该算法优势是解决了横向分辨率和焦深之间的矛盾、扩展了成像深度、增加了采集速度和数据传输速度。

3. 提出并设计了基于单光谱仪的双通道SD-OCT系统，引入压缩感知降低对光谱仪分辨率的要求。在此基础上提出并设计了基于Bessel光束的多焦SD-OCT系统进一步扩展成像深度。

代表性创新成果1. Yi Luying, Sun Liqun, Ming Xianshun and Zou Mingli. Full-depth spectral domain optical coherence tomography technology insensitive to phase disturbance. Biomedical Optics Express, 2018, 9(10), 5071-5083

2. Yi Luying, Sun Liqun and Ding Wuwen. Multifocal spectral-domain optical coherence tomography based on Bessel beam for extended imaging depth. Journal of Biomedical Optic, 2017, 22(10), 106016 3. Yi Luying, Guo Xiangyu, Sun Liqun and Hou Bo. Structural and Functional Sensing of Bio-Tissues Based on Compressive Sensing Spectral Domain Optical Coherence Tomography. Sensors, 2019, 19(19), 4208

作者：衣路英图片：衣路英编辑：清华大学研究生院  湛勇智 李文