光學(xué)相干掃描的案例
光學(xué)相干斷層掃描的上皮散射自發(fā)熒光強度校正——一個模型的研究
Hyun - Spie Bios – 2013 Proc. of SPIE Vol. 8565 85652S-2
本文以實驗結(jié)合光學(xué)軟件FRED來驗證熒光介質(zhì)上覆蓋散射層的影響，結(jié)合AF-OCT系統(tǒng)能夠減少由于上皮組織增厚引起的假陽性，增強AF疾病檢測的功效。
摘要：
在本文中，我們通過模擬組織的自發(fā)熒光（AF）特性進(jìn)行了模型的研究。我們組合了光學(xué)相干斷層掃描（OCT）和AF成像系統(tǒng)，依據(jù)散射層的厚度和濃度來測量AF信號的強度。使用由生成的OCT圖像計算得到的厚度和散射濃度，結(jié)合AF-OCT系統(tǒng)能夠估計由上皮組織散射引起的AF損耗。我們定義了一個校正因子來計算上皮組織中的散射損耗，并且計算了一個校正散射AF信號。我們認(rèn)為校正散射AF將會減少在早期呼吸道病變檢測中的診斷誤檢率，誤檢是由混合因子產(chǎn)生，如增加的皮層厚度和炎癥。
關(guān)鍵詞：光學(xué)相干斷層掃描；自發(fā)熒光；光散射；模型；光線光學(xué)；OCT A-line數(shù)據(jù)
1.簡介
自發(fā)熒光（AF）成像是一項已實現(xiàn)的技術(shù)，使用藍(lán)光來激發(fā)自然組織熒光。通過收集高風(fēng)險區(qū)域進(jìn)行活檢識別，已經(jīng)證明這項技術(shù)對于癌癥的早期檢測和癌的分期是及其有效的。雖然通過白光成像可以容易的檢測浸潤癌，原位癌和高度的癌前病變的檢測卻十分棘手。白光成像中的變化十分微小，然而，AF成像可以清楚地對比這種病變。當(dāng)受到藍(lán)光照射時，正常的組織會發(fā)出強烈的綠色AF，而異常組織則缺少這種AF輻射。
盡管AF成像可以方便的檢測原位癌，對于良性組織的異?，F(xiàn)象也是十分敏感的。例如，上皮組織的厚度未必就與癌癥相關(guān)，但是它確實減少了由散射產(chǎn)生的AF信號，導(dǎo)致了假陽性。因此，將癌癥與其他非危險異?，F(xiàn)象區(qū)別開來可以極大地增加治療的療效。
展開 [VirtualLab] 光學(xué)相干層析成像的工作原理
摘要
掃描干涉測量是一種表面高度測量技術(shù)。通過利用白色光源的低相干性，只有當(dāng)路徑長度差落在相干性長度內(nèi)時才出現(xiàn)干涉圖案。因此，它能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的測量，這一特性在光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的醫(yī)學(xué)成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術(shù)有助于對相干現(xiàn)象進(jìn)行高效建模。在這個例子中，構(gòu)造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調(diào)制表面的樣品。
建模任務(wù)
建模技術(shù)的單平臺交互操作
模擬與設(shè)置：單平臺交互操作
連接建模技術(shù)：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術(shù)：消色差
消色差：鏡頭系統(tǒng)組件
交互式建模技術(shù)：分束器
交互式建模技術(shù)：自由空間傳播
交互式建模技術(shù)：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術(shù)：參考鏡子
連接建模技術(shù)：探測器
模擬結(jié)果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
方法比較-偽色
文件信息
更多閱覽
-基于激光的邁克爾遜干涉儀與干涉條紋探測
-用于光學(xué)測試的斐索干涉儀
展開 [VirtualLab] 光學(xué)相干層析成像的工作原理
摘要
掃描干涉測量是一種表面高度測量技術(shù)。通過利用白色光源的低相干性，只有當(dāng)路徑長度差落在相干性長度內(nèi)時才出現(xiàn)干涉圖案。因此，它能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的測量，這一特性在光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的醫(yī)學(xué)成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術(shù)有助于對相干現(xiàn)象進(jìn)行高效建模。在這個例子中，構(gòu)造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調(diào)制表面的樣品。
建模任務(wù)
模擬與設(shè)置：單平臺交互操作
建模技術(shù)的單平臺交互操作
連接建模技術(shù)：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術(shù)：消色差
消色差：鏡頭系統(tǒng)組件
交互式建模技術(shù)：分束器
交互式建模技術(shù)：自由空間傳播
交互式建模技術(shù)：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術(shù)：參考鏡子
連接建模技術(shù)：探測器
模擬結(jié)果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
方法比較-偽色
文件信息
更多閱覽
-基于激光的邁克爾遜干涉儀與干涉條紋探測
-用于光學(xué)測試的斐索干涉儀
展開 光學(xué)相干層析成像的工作原理
摘要
掃描干涉測量是一種表面高度測量技術(shù)。通過利用白色光源的低相干性，只有當(dāng)路徑長度差落在相干性長度內(nèi)時才出現(xiàn)干涉圖案。因此，它能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的測量，這一特性在光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的醫(yī)學(xué)成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術(shù)有助于對相干現(xiàn)象進(jìn)行高效建模。在這個例子中，構(gòu)造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調(diào)制表面的樣品。
建模任務(wù)
建模技術(shù)的單平臺交互操作
光在系統(tǒng)中傳播時會遇到不同的組件并與之相互作用。由于系統(tǒng)的非序列性質(zhì),在傳播的不同點可能存在多個交互。對于系統(tǒng)的這些元件中的每一個，都需要在精度和速度之間提供良好折衷的合適模型：
連接建模技術(shù)：光源
頻域方法
要對具有多光頻譜的光源進(jìn)行建模，請將“功率頻譜類型”設(shè)置為“List of Wavelengths”,并通過“Load from Diagram”或“Load from File”包含所選頻譜。VirtualLabFusion提供了多種工具來快速構(gòu)建各種類型的光譜，例如黑體光譜。
時域方法
另一方面，時域方法通過通用探測器進(jìn)行控制。探測器中相干模式的總和需要設(shè)置為具有指定相干時間的部分相干。
相干時間和長度計算器可用于輕松確定具有給定帶寬的光源的相干時間。請注意,這種方法只使用一個波長進(jìn)行傳播，不包括色散效應(yīng)以及關(guān)于光譜實際形狀的信息。
展開 
[NEWSLETTER] 干涉測量中的衍射效應(yīng)
光學(xué)干涉測量--基于從光與自身的相互作用中提取信息的實驗測量技術(shù)，主要通過相干重疊場之間的相對相位差所產(chǎn)生的強度調(diào)制--應(yīng)用于從顯微鏡到天文學(xué)等許多不同領(lǐng)域。雖然其中許多應(yīng)用可以在忽略衍射效應(yīng)的情況下進(jìn)行足夠精確的建模，但在某些情況下，例如當(dāng)系統(tǒng)中存在尖銳邊緣或狹窄孔徑時，需要選擇能夠考慮衍射演變的模型。
VirtualLab Fusion 在單一平臺上提供了靈活的可交互建模技術(shù)，可幫助您在仿真中實現(xiàn)適當(dāng)?shù)木扰c速度平衡：僅在必要時才考慮衍射效應(yīng)。作為演示示例，下面是對干涉測量系統(tǒng)中矩形物體樣品的分析。該示例包括是否考慮衍射影響的結(jié)果對比。在干涉測量方面，我們還展示了光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的工作原理，OCT是最重要的醫(yī)學(xué)成像形式之一。
由尖銳邊緣引起的干涉儀衍射研究
T本用例展示了干涉測量應(yīng)用中的衍射效應(yīng)。為此，我們研究了一個具有矩形高度結(jié)構(gòu)的樣品在邁克爾遜干涉儀中引起的衍射。
光學(xué)相干斷層掃描的工作原理
使用低相干性氙燈光源，建立一個邁克爾遜干涉儀來演示光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的工作原理。
展開 [NEWSLETTER] 干涉測量中的衍射效應(yīng)
光學(xué)干涉測量--基于從光與自身的相互作用中提取信息的實驗測量技術(shù)，主要通過相干重疊場之間的相對相位差所產(chǎn)生的強度調(diào)制--應(yīng)用于從顯微鏡到天文學(xué)等許多不同領(lǐng)域。雖然其中許多應(yīng)用可以在忽略衍射效應(yīng)的情況下進(jìn)行足夠精確的建模，但在某些情況下，例如當(dāng)系統(tǒng)中存在尖銳邊緣或狹窄孔徑時，需要選擇能夠考慮衍射演變的模型。
VirtualLab Fusion 在單一平臺上提供了靈活的可交互建模技術(shù)，可幫助您在仿真中實現(xiàn)適當(dāng)?shù)木扰c速度平衡：僅在必要時才考慮衍射效應(yīng)。作為演示示例，下面是對干涉測量系統(tǒng)中矩形物體樣品的分析。該示例包括是否考慮衍射影響的結(jié)果對比。在干涉測量方面，我們還展示了光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的工作原理，OCT是最重要的醫(yī)學(xué)成像形式之一。
由尖銳邊緣引起的干涉儀衍射研究
T本用例展示了干涉測量應(yīng)用中的衍射效應(yīng)。為此，我們研究了一個具有矩形高度結(jié)構(gòu)的樣品在邁克爾遜干涉儀中引起的衍射。
光學(xué)相干斷層掃描的工作原理
使用低相干性氙燈光源，建立一個邁克爾遜干涉儀來演示光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的工作原理。
展開 全場光學(xué)相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執(zhí)行表面高度測量的技術(shù)。 通過利用白光光源的低相干性，僅當(dāng)光程長度差在相干長度內(nèi)時才會出現(xiàn)干涉圖樣。 因此，它可以實現(xiàn)精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構(gòu)建并用于測量表面平滑變化的樣品。
建模任務(wù)
仿真干涉條紋
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?設(shè)置輸入場
?基本光源模型[教程視頻]
?使用導(dǎo)入的數(shù)據(jù)自定義表面輪廓
?定義元件的位置和方向
? LPD II：位置和方向[教程視頻]
?正確設(shè)置通道以進(jìn)行非序列追跡
?非序列追跡的通道設(shè)置[用例]
?使用參數(shù)運行檢查影響/變化
?參數(shù)運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
展開 全場光學(xué)相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執(zhí)行表面高度測量的技術(shù)。 通過利用白光光源的低相干性，僅當(dāng)光程長度差在相干長度內(nèi)時才會出現(xiàn)干涉圖樣。 因此，它可以實現(xiàn)精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構(gòu)建并用于測量表面平滑變化的樣品。
建模任務(wù) 仿真干涉條紋 走進(jìn)VirtualLab Fusion VirtualLab Fusion中的工作流程 ?設(shè)置輸入場
?基本光源模型[教程視頻]
?使用導(dǎo)入的數(shù)據(jù)自定義表面輪廓
?定義元件的位置和方向
? LPD II：位置和方向[教程視頻]
?正確設(shè)置通道以進(jìn)行非序列追跡
?非序列追跡的通道設(shè)置[用例]
?使用參數(shù)運行檢查影響/變化
?參數(shù)運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術(shù) 文件信息 更多閱覽
- Laser-Based Michelson Interferometer and Interference Fringe Exploration
- Mach-Zehnder Interferometer
- Fizeau Interferometer for Optical Testing
展開 全場光學(xué)相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執(zhí)行表面高度測量的技術(shù)。 通過利用白光光源的低相干性，僅當(dāng)光程長度差在相干長度內(nèi)時才會出現(xiàn)干涉圖樣。 因此，它可以實現(xiàn)精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構(gòu)建并用于測量表面平滑變化的樣品。
建模任務(wù)
仿真干涉條紋
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?設(shè)置輸入場
?基本光源模型[教程視頻]
?使用導(dǎo)入的數(shù)據(jù)自定義表面輪廓
?定義元件的位置和方向
? LPD II：位置和方向[教程視頻]
?正確設(shè)置通道以進(jìn)行非序列追跡
?非序列追跡的通道設(shè)置[用例]
?使用參數(shù)運行檢查影響/變化
?參數(shù)運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
更多閱覽
- Laser-Based Michelson Interferometer and Interference Fringe Exploration
- Mach-Zehnder Interferometer
- Fizeau Interferometer for Optical Testing
展開 [VirtualLab] 全場光學(xué)相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執(zhí)行表面高度測量的技術(shù)。 通過利用白光光源的低相干性，僅當(dāng)光程長度差在相干長度內(nèi)時才會出現(xiàn)干涉圖樣。 因此，它可以實現(xiàn)精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構(gòu)建并用于測量表面平滑變化的樣品。
VirtualLab Fusion：全場光學(xué)相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執(zhí)行表面高度測量的技術(shù)。 通過利用白光光源的低相干性，僅當(dāng)光程長度差在相干長度內(nèi)時才會出現(xiàn)干涉圖樣。 因此，它可以實現(xiàn)精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構(gòu)建并用于測量表面平滑變化的樣品。
建模任務(wù)
仿真干涉條紋
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?設(shè)置輸入場
?基本光源模型[教程視頻]
?使用導(dǎo)入的數(shù)據(jù)自定義表面輪廓
?定義元件的位置和方向
? LPD II：位置和方向[教程視頻]
?正確設(shè)置通道以進(jìn)行非序列追跡
?非序列追跡的通道設(shè)置[用例]
?使用參數(shù)運行檢查影響/變化
?參數(shù)運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
更多閱覽
- Laser-Based Michelson Interferometer and Interference Fringe Exploration
- Mach-Zehnder Interferometer
- Fizeau Interferometer for Optical Testing
展開 
VirtualLab應(yīng)用：用于光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)的邁克爾遜干涉儀
光學(xué)測量 > 干涉測量
任務(wù)/系統(tǒng)說明
亮點
?從光線追跡分析到快速物理光學(xué)建模的簡單轉(zhuǎn)換；
?對相干效應(yīng)以及干涉圖樣的高速仿真；
具體要求：光源
具體要求：用于準(zhǔn)直的消色差透鏡
具體要求：分束器
具體要求：參考光路反射鏡
具體要求：測試光路反射鏡
具體要求：探測器
結(jié)果：3D光線追跡
結(jié)果：場追跡
結(jié)果：移動樣品的場追跡結(jié)果
通過掃描樣品的軸向位置，可以研究出樣品的形貌。
文件&技術(shù)信息
基于激光的邁克爾遜干涉儀和干涉條紋探測
摘要
邁克爾遜干涉儀是光學(xué)干涉測量的典型裝置。 裝置中的不同配置可能導(dǎo)致不同的干涉條紋，因此，它們之間的關(guān)系非常值得去深入研究。借助VirtualLab Fusion中的非序列追跡技術(shù)，可以輕松設(shè)置和配置邁克爾遜干涉儀，并在不同情況下顯示干涉條紋。在該示例中，展示了幾種典型情況下相應(yīng)的干涉條紋。
建模任務(wù)
等效光程的計算結(jié)果
平移可移動反射鏡的計算結(jié)果
傾斜可移動反射鏡的計算結(jié)果
平移和傾斜可移動反射鏡的計算結(jié)果
VirtualLab 視圖
VirtualLab 流程
?設(shè)置入射高斯場
-基本光源模型
?設(shè)置組件的位置和方向
-LPD II：位置和方向
?設(shè)置組件的非序列通道
-非序列追跡通道設(shè)置
VirtualLab 技術(shù)
文件信息
進(jìn)一步閱讀
-馬赫澤德干涉儀
-全視場光學(xué)相干掃描干涉儀
-用于光學(xué)測試的飛索干涉儀
展開 如何在 OpticStudio 中模擬光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)
其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準(zhǔn)直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。
深度掃描，也稱為縱向掃描或a掃描，用于測量反射光的強度，作為反射光透過樣品距離的函數(shù)。在OCT系統(tǒng)中的不同位置進(jìn)行深度掃描，這一過程通常由參考鏡完成，參考鏡完成掃描后對比樣品反射光的光程與樣品、參考鏡之間光路的光程差。
通過在X或Y方向上旋轉(zhuǎn)掃描鏡實現(xiàn)橫向、縱向或b掃描，使探測光在樣品區(qū)域上平移。
我們將從商用OCT系統(tǒng)中獲得設(shè)計規(guī)格。軸向分辨率由光源特性(相干長度)決定，大約為5 μm。橫向分辨率由光束聚焦在樣品處的光斑大小決定，設(shè)置為15 μm。選用800 nm范圍內(nèi)的光以防止光在生物組織中被吸收，影響光穿透力。
03
光源規(guī)格
OCT將干涉測量法與寬帶近紅外光結(jié)合使用。寬帶光源具有最佳的分辨率，而波長決定了光在樣品材料中的穿透深度。本例中，我們將使用中心波長為840 nm、FWHM為60 nm的光源，軸向分辨率為5μm：
本例超發(fā)光二極管的光譜特性也可以從商用超發(fā)光二極管中獲取。在超發(fā)光二極管發(fā)光過程，選用用于生物成像的常用波長和具有高分辨率的寬帶光源。我們將忽略用于光線準(zhǔn)直的光學(xué)器件，并從光線進(jìn)入干涉儀開始建模。
OpticStudio有兩種方式來定義寬帶光源，第一種方式為在適當(dāng)范圍內(nèi)，定義多個系統(tǒng)波長；第二種方式將相干長度作為光源屬性定義。
展開 Ansys Zemax | 如何模擬光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)
光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)是斷層成像系統(tǒng)，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)的設(shè)計，并探討了如何使用OpticStudio進(jìn)行相干模擬。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
簡介
光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)是斷層成像系統(tǒng)，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在OCT中穿透的深度以毫米數(shù)量級計量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生物組織成像。
OCT的光學(xué)系統(tǒng)由邁克爾遜干涉儀構(gòu)成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現(xiàn)象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來的光與參考鏡的位置有關(guān)。
本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
系統(tǒng)模型
健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網(wǎng)膜組織(B)的橫截面如下圖所示。顏色深度的改變意味著反射光的強度改變，說明內(nèi)部材料發(fā)生變化。
一個典型的OCT系統(tǒng)如下圖。光束被均勻地分成兩束，分別進(jìn)入?yún)⒖急叟c樣品臂。其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準(zhǔn)直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。
深度掃描，也稱為縱向掃描或a掃描，用于測量反射光的強度，作為反射光透過樣品距離的函數(shù)。在OCT系統(tǒng)中的不同位置進(jìn)行深度掃描，這一過程通常由參考鏡完成，參考鏡完成掃描后對比樣品反射光的光程與樣品、參考鏡之間光路的光程差。
通過在X或Y方向上旋轉(zhuǎn)掃描鏡實現(xiàn)橫向、縱向或b掃描，使探測光在樣品區(qū)域上平移。
我們將從商用OCT系統(tǒng)中獲得設(shè)計規(guī)格。軸向分辨率由光源特性(相干長度)決定，大約為5 μm。橫向分辨率由光束聚焦在樣品處的光斑大小決定，設(shè)置為15 μm。
展開 