基于低相干光干涉的眼睛光学生物参数测量研究

目的 眼睛的光学生物参数中的眼轴长度（AL）和角膜曲率半径（CR）可以作为预防和监测眼球近视的两个重要参数。为了提高测量眼轴长度的速度与精度和同步实现角膜曲率高精度动态测量，本文提出一种基于低相干光干涉技术眼睛光学生物参数测量的系统。方法 该系统使用旋转光学延迟线快速改变参考光的光程，利用曲率半径为8 mm的标准件标定人眼角膜顶点到靶环之间的距离，利用角膜的干涉信号对相机和数据采集卡进行触发实现同步采集，从而实现眼轴长度的快速测量和精准定位靶环到角膜顶点之间的距离，同时保证成像系统的放大倍率恒定和数据的实时采集。结果 实验结果表明，这种低相干光干涉测量系统，可以实时测量眼轴长度和角膜曲率半径，眼轴长度误差低于40 μm，人眼角膜曲率半径方差为2.082 36×10^-2 μm。结论 该系统能够快速、精准地测量AL和CR，可在近视的预防和监测中发挥重要作用。     

高动态光学血管造影成像

我们提出一种高动态光学血管造影成像(HDOA)方法来实现活体生物样本血管造影成像.该方法通过设置高动态范围曝光时间,依据动态积分效应和吸收效应以实现高动态积分时间调制.通过该方法,不仅能够同时获得各级血管清晰的造影图像,还能消除样品厚度不均、吸收系数不同对成像造成的影响.论文以仿体和活体金鱼为样品,通过实验验证了HDOA方法根据动态积分调制效应和吸收效应,能有效实现各级血管同时成像.     

利用归一化互相关算法去除吸收强度涨落调制血管造影图像模糊

吸收强度涨落调制成像（AIFM）方法是基于血红细胞和背景组织对低相干光照明的吸收差异,通过在频域分离动态的血红细胞信号和静态的背景信号,实现对近透明活体生物样本全场无标记的光学血管造影成像. 但此成像方法需采集较长的原始图像序列,系统漂移或生物抖动会造成图像模糊,难以实现对某些特定区域的血管造影成像. 本文提出一种结合AIFM成像和归一化互相关算法的新方法来提升血管造影图像的质量：原始的图像序列被分成若干短时序列,每个短时序列先利用AIFM成像算法重构得到全场的血管造影图像;再利用归一化的互相关算法将所有的短时重构图像与第一帧重构图像相匹配,并融合得到最终的血管造影片. 我们以活体鸡蛋胚胎为样品,通过实验验证了利用短时归一化互相关AIFM成像方法,能够消除鸡胚胎心跳引起的图像模糊,从而获得高分辨率和信噪比的心血管造影片,对研究活体动物心脑血管疾病具有重要应用价值.     

基于样品及点源光声信号逆卷积的光声成像方法

光声成像是一种新的生物组织成像方法,在目前的光声成像中,都是通过样品光声信号和超声探测器的脉冲响应来计算样品光吸收的投影,但是由于无法获得超声探测器较准确的脉冲响应,影响重建图像质量。提出一种新的计算样品光吸收投影的方法,从理论上给出了样品光吸收投影和样品及点源光声信号的关系,由样品及点源光声信号的逆卷积可直接计算样品光吸收的投影,点源光声信号通过聚焦入射激光直接测得。试验结果显示,重建图像和样品的相对位置、形状及尺寸完全吻合,成像系统空间分辨率达到0．3mm,证明这是一种有效的光声成像方法。     

用于全眼段成像和视轴参数测量的四焦点开关光学相干断层扫描

本文演示了四焦点开关傅里叶域光学相干断层扫描系统用于全眼段成像和体内视轴参数（VAP）测量的可行性. 使用包括不同厚度平行玻璃板的两个同步转盘来将探测光束的焦点位置从角膜以及晶状体的前部和后部切换到视网膜. 该过程同时增加了参考光束的深度范围. 这种多级聚焦的方法可以使探测光束完全聚焦在人眼的每个部分. 初步实验表明,该方法可以实现全眼段成像和包括中央角膜厚度、前房深度、晶状体厚度和轴长在内的VAP测量.     

基于空间频域滤波高动态光学投影层析的斑马鱼三维成像研究

本文提出了一种基于空间频率滤波的多曝光融合的高动态投影层析三维成像方法,实现了活体斑马鱼（17 mm × 4 mm,最大厚度为2.33 mm,最小厚度为0.29 mm）的三维结构成像. 通过相机采用不同曝光时间记录系列吸收图像,将每张图像取变换到频域去除低频后,将各张滤波后叠加并逆傅里叶变换回空域,对变换后的图像进行归一化处理,最终获得高动态图像. 在每个投影角度获得这种高动态吸收投影图像,进行滤波反投影算法重建,获得高动态的整条斑马鱼三维结构信息. 实验成像结果表明,这种空间频率滤波多曝光融合的高动态光学投影层析三维成像研究,可以获得复杂结构更丰富的空间信息,对斑马鱼等模式生物早期胚胎生长发育进程进行监测和定量评估有一定的应用前景.     

通过光学相干断层扫描图像进行自动视网膜分割评估黄斑水肿的投影面积

在本文中,我们提出了一种自动视网膜分割方法,以评估光学相干断层扫描（OCT）图像中黄斑水肿（ME）在视网膜特定层上的投影面积。首先使用基于权重矩阵的优化的最短路径最快算法对十个视网膜层边界进行分割,这有效降低了算法对血管阴影的敏感性。然而,ME的存在将导致水肿区域的分割不准确。因此,我们使用强度阈值方法提取每个OCT图像中的水肿区域,并将该区域中的值设置为零,并确保获得的分割边界可以自动穿过而不是绕过水肿区域。我们使用最小值投影来计算ME在不同层的投影面积。为了测试我们的方法,我们使用了从Topcon的OCT机器收集的数据。在轴向和B扫描方向上测得的黄斑区域分辨率分别为11.7微米和46.8微米。与手动分割相比,视网膜层边界分割的平均绝对误差和标准偏差为4.5±3.2微米。因此,所提出的方法为评估水肿提供了一种自动,无创和定量的工具。     

小鼠膀胱内金属纳米粒子的光热光学相干层析成像

本文提出了一种利用光热相差对金属纳米粒子（NP）试剂进行光学相干层析成像（OCT）的方法. 通过记录光热相位,可以跟踪深度可分辨、实时和高度局部化的光热转换. 对于绝热吸收,光热相差代表了NP的局部光吸收特性. 为了验证该方法的有效性,我们首先利用FD-OCT成像系统对不同浓度的NP试剂进行了琼脂体模实验. 结果表明,光热相位差可以用来区分琼脂体模中不同浓度的NP试剂. 随后,一只体重约为25 g的3月龄雄性C57BL/6J小鼠被用来验证在组织中重建NP试剂分布方法的可行性. 实验前先使用0.12 ml浓度为0.15 g/ml的水合氯醛麻醉,然后通过插入尿道的套管针将100 ml浓度为60 μg/L的NP试剂注入小鼠膀胱内. 大约4 h后,用小鼠膀胱重建光热图像. 通过分析小鼠膀胱的OCT结构图像,可以清晰地观察到两个可分辨的层. 第一层为逼尿肌,第二层为黏膜肌层. 总之,我们从理论和实验证明了利用光热相差可以重建NP试剂在组织中的分布. 由于热膨胀和热折射率效应,光热相差会引起组织局部温度的变化. 对于绝热吸收,光热相差与NP试剂的浓度有关. 因此,该方法可用于区分模型中不同浓度的NP试剂,并重建NP试剂在小鼠膀胱中的分布.     

基于主成分分析的双对比光学投影断层成像

目的 本文提出了一种基于主成分分析（PCA）的双对比光学投影断层成像（DC-OPT）方法,以获得活体中血流网络和骨骼的三维可视化。方法 使用主成分分析方法来提取吸收图像和血流图像,原始图像序列的第一主成分用于获取吸收图像;通过计算每个像素的调制深度来获得流动图像。不同投影位置的流动和吸收对比图像被用于三维血流网络和骨骼的同步重建。结果 采用PCA和OPT相结合的方法,通过将动态血流信号和静态背景信号分离,实现了对微生物样本的血流网络和骨骼的三维成像。结论 本文研究的新颖之处在于通过同一光学系统获得了快速、同步、双对比的血流网络和骨骼三维图像。实验结果可用于活体生物的生理发育研究。     

基于主成分分析的随机森林视网膜OCT图像分层算法研究

视网膜是层状结构,临床上可以根据视网膜层厚度改变对一些疾病进行预测和诊断.为了快速且准确地分割出视网膜的不同层带,本论文提出一种基于主成分分析的随机森林视网膜光学相干断层扫描技术(optical coherence tomography,OCT)图像分层算法.该方法使用主成分分析(principal component analysis,PCA)法对随机森林采集到的特征进行重采样,保留重采样后权重大的特征信息维度,从而消除特征维度间的关联性和信息冗余.结果表明,总特征维度在29维的情况下,保留前18维度训练速度提高了23.20%,14维度训练速度提高了42.38%,而对图像分割精度方面影响较小,实验表明该方法有效地提高了算法的效率.