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全光纤高速时域OCT系统研制

作 者: 梁雨
导 师: 姚晓天
学 校: 天津大学
专 业: 光学工程
关键词: 光学相干层析 高速 色散测量 色散补偿 对数放大器 同步控制
分类号: TN253
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 89次
引 用: 1次
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内容摘要


光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography, OCT)技术是一种新型的医学成像方法,其基于低相干干涉原理,可获得生物组织表层下高分辨率的截面图像。OCT系统具有高分辨率、高灵敏度、无辐射、无损伤等优点,已广泛应用于眼科、皮肤科、心脏科、牙科等多个医学诊断领域,具有广阔的临床和研究前景。OCT系统成像速度的提高有利于实现对生物组织的在线检测,降低生物组织的生命活动对OCT系统的影响。本论文在实验室前期研究的基础上,根据OCT系统的基本原理,完成了全光纤高速时域OCT系统的研制,可以对生物组织进行准确、高速的成像。本文完成的主要工作如下:1、设计了全光纤高速时域OCT系统的光路结构,对系统迈克尔逊干涉仪进行光程匹配,测试光纤拉伸器的性能,选择适当的工作条件。2、提出了一种基于频域干涉及非线性曲线拟合对全光纤OCT系统迈克尔逊干涉仪两臂色散差进行在线测量的方法,根据测量结果在干涉仪一臂中加入非零色散位移光纤对色散差进行了补偿。3、依据全光纤高速时域OCT系统信号的特点设计了包括滤波电路、对数放大电路和放大电路的信号处理电路。4、按照OCT系统的同步控制理论,设计了基于FPGA的同步控制电路,使系统中数据采集、纵向扫描、横向扫描等部分能够同步工作。同时FPGA与计算机进行通信,方便系统的远程控制和实际使用。5、使用人离体牙齿、离体牙齿人工龋、龋损牙齿和牙齿充填修复体材料作为样品进行了实验,并与原低速OCT系统的实验结果进行了对比。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 现有医学成像技术  7
  1.2 光学相干层析成像技术简介  7-10
    1.2.1 生物组织的光学作用  7-9
    1.2.2 OCT 技术的发展概况  9-10
    1.2.3 OCT 技术的特点  10
  1.3 课题研究背景及意义  10-12
    1.3.1 高速时域OCT 技术研究现状  11
    1.3.2 原有OCT 系统缺陷  11-12
  1.4 论文的研究内容及完成的主要工作  12-14
第二章 OCT 系统概述  14-24
  2.1 OCT 系统基本原理  14-18
    2.1.1 低相干干涉  14-15
    2.1.2 光学外差探测  15
    2.1.3 OCT 系统工作原理  15-18
  2.2 OCT 系统的分辨率  18-19
    2.2.1 横向分辨率  18-19
    2.2.2 纵向分辨率  19
  2.3 OCT 系统成像速度及同步控制理论  19-21
    2.3.1 OCT 系统成像速度  19-20
    2.3.2 OCT 系统同步控制理论  20-21
  2.4 OCT 系统的纵向扫描方式  21-23
    2.4.1 纵向扫描机构的性能要求  21
    2.4.2 常用纵向扫描方式  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 全光纤高速时域OCT 系统光路设计  24-41
  3.1 全光纤高速时域OCT 系统光路结构  24-27
    3.1.1 全光纤高速时域OCT 系统光路  24-25
    3.1.2 全光纤高速时域OCT 系统光路主要器件  25-27
  3.2 基于光纤拉伸器的纵向扫描机构  27-30
    3.2.1 光程匹配  27-28
    3.2.2 光纤拉伸器工作条件选择  28-30
  3.3 全光纤OCT 系统色散在线测量及补偿  30-39
    3.3.1 全光纤OCT 系统色散在线测量方法  31-32
    3.3.2 全光纤OCT 系统色散补偿方法  32-33
    3.3.3 全光纤OCT 系统色散测量和补偿结果  33-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章 全光纤高速时域OCT 系统信号处理及同步控制电路设计  41-54
  4.1 信号处理电路总体设计  41-42
  4.2 带通滤波电路  42
  4.3 基于对数放大器的信号解调电路  42-45
    4.3.1 对数放大器原理  43-44
    4.3.2 HLVA-100 介绍  44-45
  4.4 放大电路  45-46
    4.4.1 放大芯片的选择  45-46
    4.4.2 放大电路设计  46
  4.5 低通滤波电路  46-49
    4.5.1 低通滤波器类型选择  47
    4.5.2 LTC1562-2 介绍  47-49
    4.5.3 低通滤波器仿真结果  49
  4.6 基于FPGA 的同步控制电路设计  49-53
    4.6.1 FPGA 概述  50
    4.6.2 FPGA 的开发环境和设计流程  50-51
    4.6.3 FPGA 产生控制时序  51-52
    4.6.4 FPGA 仿真结果  52-53
  4.7 本章小结  53-54
第五章 全光纤高速时域OCT 系统实验研究  54-64
  5.1 全光纤高速时域OCT 系统同步控制电路测试  54-55
  5.2 全光纤高速时域OCT 系统实验结果  55-60
    5.2.1 玻片的OCT 图像  55-56
    5.2.2 人离体牙齿的OCT 图像  56-58
    5.2.3 离体牙齿人工龋的OCT 图像  58
    5.2.4 龋齿的OCT 图像  58-59
    5.2.5 牙齿充填修复体材料的OCT 图像  59-60
  5.3 全光纤高速时域OCT 系统的三维可视化  60-61
  5.4 全光纤高速时域OCT 系统与原系统对比实验  61-62
  5.5 本章小结  62-64
第六章 总结与展望  64-66
  6.1 工作总结  64-65
  6.2 工作展望  65-66
参考文献  66-70
发表论文和参加科研情况说明  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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