超高速光学相干层析成像的光计算方法的探索

光学相干层析成像技术（OCT）作为一种新型的无损、高分辨的光学断层三维成像方法，在生物、医学、材料等许多领域中具有非常重要的的应用，是光学影像领域的研究热点。因为三维、实时成像涉及海量数据的采集及处理，提高成像速度的方法因而成为目前这一领域的众所关注的重要研究内容。本课题在基金的支持下，提出了一种基于全光的高速计算方法，彻底突破了传统成像技术的框架，通过光学方法直接进行成像信息的大数据计算和处理，因而实现了数量级地缩短处理数据的时间，快速完成包含样品三维结构信息的海量数据的处理，无需后期再数据处理的实时三维体成像。我们所提出的高时效光学计算技术首次应用于光学相干成像系统中，从原理上彻底摆脱了传统方法受CCD积分时间和计算机运算速度对成像速度的制约，为实现OCT的实时三维高速成像提供了一条全新的方法。目前我们已经实现了实验上10mega-A-scan/s处理速率，是迄今OCT无后处理的实时成像最高速度。我们的这种基于光纤的全光配置光学计算系统所构建的超高速体成像OCT成像方法，将在临床手术导引和监测方面发挥重要作用。

光学相干层析成像技术（OCT）作为一种新型的无损、高分辨的光学断层三维成像方法，在生物、医学、材料等许多领域中具有非常重要的的应用，是光学影像领域的研究热点。因为三维、实时成像涉及海量数据的采集及处理，提高成像速度的方法因而成为目前这一领域的众所关注的重要研究内容。. 本项目提出一种革命性的高速光计算方法，彻底突破传统成像技术的框架，通过光学方法直接进行成像信息的大数据计算和处理，可数量级地缩短处理数据的时间，快速完成包含样品三维结构信息的海量数据的处理，实现无需后期数据处理的实时三维体成像。我们所提出的高时效光学计算技术将首次应用于光学相干成像系统中，可从原理上彻底摆脱了传统方法受CCD积分时间和计算机运算速度对成像速度的制约，为实现OCT的实时三维高速成像提供了一条全新的道路，有望推动OCT继第一代时域成像、第二代频域成像，升级为以光计算为标志的第三代成像。

光学相干断层扫描技术（光学相干层析技术 ，Optical Coherence Tomography, OCT）是近十年迅速发展起来的一种成像技术，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像。

光学相干断层扫描技术眼科的应用

OCT是一种新的光学诊断技术，可进行活体眼组织显微镜结构的非接触式、非侵入性断层成像。OCT是超声的光学模拟品，但其轴向分辨率取决于光源的相干特性，可达10um ,且穿透深度几乎不受眼透明屈光介质的限制，可观察眼前节，又能显示眼后节的形态结构，在眼内疾病尤其是视网膜疾病的诊断，随访观察及治疗效果评价等方面具有良好的应用前景。

下面具体来说一下，OCT在医学中的具体应用。OCT是20世纪90年代初期发展起来的一种新型非接触性无创光学影像诊断技术，是利用眼中不同组织对光（用830nm近红外光）的反射性不同，通过低相干性光干涉测量仪，比较反射光波和参照光波测定发射光波的延迟时间和反射强度，分析出不同组织的结构及其距离，经计算及处理成像，并以伪彩形式显示组织的断面结构。轴向分辨率可达10微米。它对黄斑部疾病的诊断有重要应用价值。但OCT的分辨率是靠组织结构的发光性质不同对组织进行区分，视网膜断层中真正较易明确区分的有神经上皮光带、色素上皮光带和脉络膜光带，神经上皮层间的结构尚难分辨。

OCT的扫描方式有水平、垂直、环形、放射状以及不同角度的线性扫描，检查者可根据病变的部位、性质以及检查目的来选择合适的扫描方式。因OCT横向分辨率与扫描长度有关，扫描线越长，分辨率越低。为了便于资料的比较以及采集资料的规范，可以选择固定的扫描长度和固定的扫描顺序。如对黄斑的扫描，可选择扫描线长度为4mm或者4.5mm，间隔45°的线性扫描作为基本扫描。

光学相干断层扫描技术病理科的应用

OCT技术最重要的应用之一是探测人体软组织的早期癌变。癌症的早期诊断是挽救病人生命的关键，唯一确定的诊断方法是通过活组织检查，问题是需要花费一定的诊断时间，且给出的结论与分析人员的经验等主观因素有很大关系，准确测定癌变区的边界就更加困难。OCT则依据癌变组织具有与健康组织不同的光谱特性和结构，得到组织清晰的像，由此实时而准确地进行诊断。因为采用了计算机进行信号处理，所得结果与操作人员的主观因素无关。另外，OCT技术将成为对皮下组织病变进行实时诊断而无需活组织检查的一种权威方法，但在此之前还需要更多的临床试验揭示其优点及待解决的问题。

光学相干断层扫描技术非医学领域的应用

OCT 研究的最初目的是为生物医学的层析成像，并且医学应用仍然继续占主导地位。除了在医学领域的应用，随着 OCT 技术的发展，OCT 技术正在向其他领域推进，特别是工业测量领域，如位移传感器、薄底片的厚度测量以及其他可以转换成位移的被测物的测量。

最近，低相干技术已作为高密度数据存储的关键技术。OCT 技术还可用于测量高散射聚合物分子的残余孔隙、纤维构造和结构的完整性。还可以用于测量材料的镀层。OCT 技术还能用于材料科学，J.P.Dunkers 等人使用OCT 技术对复合材料进行了无损伤的检测 。 M.Bashkansky 等人利用 OCT 系统对陶瓷材料进行了检测，拓展了 OCT 技术的应用范围。S.R.Chinn 等还对 OCT 在高密度数据存储中的应用进行了研究，实现多层光学存储和高探测灵敏度。