基于合成光学孔径的延长光学相干层析成像焦深的方法研究

Retinal disease is one of the common ophthalmic diseases, and it comprises many different types of diseases and still lacks good and effective detection and treatment techniques. Since 1990s, optical coherence tomography (OCT) has emerged as an effective detection scheme for retinal disease. OCT is an interferometric imaging technique and its axial resolution is invariant over imaging depth, however, its transverse resolution only maintains within depth-of-focus (twice of Rayleigh range). This limits high transverse resolution OCT to thin samples. In this proposal, we propose synthetic aperture method to extend the depth-of-focus of ophthalmic OCT imaging. This method is to use annular phase plate to create three optical apertures. Upon correcting defocus-induced phase difference among different optical apertures, three images produced by these three optical apertures can be utilized to reconstruct a new image with extended depth-of-focus. Compared to those reported methods, this method is computationally cheap and easy to be implemented in practical OCT systems.

视网膜疾病是一类常见的眼科疾病，种类繁多且仍然缺乏理想的检查和治疗手段。自上个世纪九十年代至今，光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography, OCT）已初步发展为一个常规有效的视网膜检测手段。OCT是一种光学干涉成像技术，它的轴向分辨率沿深度方向是恒定不变的，而横向分辨率只能保持在焦深范围内（两倍的瑞利距离）。这一特点限制了高分辨率OCT成像只能对薄的样品成像。此申请书提出一种新型的基于合成光学孔径的延长眼科OCT成像焦深的方法。此方法是通过使用环形相位玻片来获得三个不同的光学孔径。通过矫正由离焦造成的不同光学孔径之间的相位差，然后利用这三个光学孔径所成的像重建一个新的图像，这个新图像相比传统高斯光束成像具有更长的焦深。此方法相比其他方法，降低了计算量，加快了计算速度，且实验上易于实现。

本项目是围绕光学相干层析成像技术展开研究，开发了基于1060nm扫频光源的眼科光学相干断层扫描成像系统，研究了如何提高其成像质量的方法。自上个世纪九十年代至今，光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography,OCT）已初步发展为一个常规有效的视网膜检测手段。OCT是一种光学干涉成像技术，它的轴向分辨率沿深度方向是恒定不变的，而横向分辨率只能保持在焦深范围内（两倍的瑞利距离）。这一特点限制了高分辨率OCT成像只能对薄的样品成像。此项目研究一种新型的基于合成光学孔径的延长OCT成像焦深的方法。此方法是通过修改OCT系统样品臂光路设计来获得多个不同的光学孔径。通过校正由离焦造成的不同光学孔径之间的相位差，然后利用多个光学孔径所成的像进行数字重聚焦，从而达到提高图像分辨率，实现了将OCT成像焦深延长8-9倍。此外，我们还研究了去除OCT成像散斑噪声的方法，实现了在不影响系统分辨率和成像速度的条件下，将图像散斑对比度提高了一倍，显著提升了图像质量。我们还研究了扫光光源OCT系统相位噪声的去除方法，通过去除相位噪声，能够提升固定模式噪声的去除效果，从而达到提升图像质量的目的。最后，我们研究了OCT的功能性成像-血流成像技术。目前OCT对生物组织中的血流测量主要集中在成像，而对于血流速度的测量是血流速度在光束方向的投影，而非实际的绝对速度，其原因在于血流和光束方向的角度关系很难获知。我们研究了在无需上述角度关系的情况下来实现了对血流绝对速度的测量。