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题名:
基于自适应光学的共焦扫描技术及其眼底成像研究
作者: 卢婧
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 姜文汉
学位专业: 光学工程
中文摘要: 激光共聚焦扫描显微镜技术由于其3D高分辨率、非侵入式、动态成像等光学特性,已经在生物医学和临床医学的多个领域得到了广泛而具体的应用。共焦扫描检眼镜是以激光共聚焦扫描显微术为基础,利用人眼自身的屈光特性,实现对眼底视网膜的动态成像。但是正常条件下人眼的数值孔径较小,而且人眼还存在随瞳孔扩张而极具增大波前像差,从而极大地限制了共焦扫描检眼镜的在体成像分辨率。 自适应光学是一种可以实时探测和校正波前像差的技术。自1997年开始,自适应光学技术开始用于校正人眼的波前像差,从而获取在体视网膜视细胞级别的高分辨率图像。本论文结合共焦扫描检眼镜与自适应光学技术,利用自适应光学分系统校正人眼波前像差,达到接近衍射受限状态的同时,利用共焦扫描技术,在体获取人眼视网膜的实时、高分辨率的图像。 本论文详细开展了基于自适应光学的共焦扫描技术及其眼底成像研究,发展具有自主知识产权高分辨率眼科成像设备,对自适应光学技术和共焦扫描技术工作原理、系统设计与研制、性能测试和功能扩展等多个方面进行了深入研究。 1、描述了眼底视网膜的组织结构特性和光学特性;对眼底检测技术进行了详细的调研,着重论述了CSLO技术及其现有应用;从人眼像差的角度出发,介绍了Zernike波前像差,叙述了AO像差校正技术的基本原理和流程;介绍了现有的基于AO像差校正技术的高分辨率视网膜成像技术,突出介绍了AO-CSLO的技术优势,及其广泛的应用。 2、论述了共焦扫描技术的光学成像理论,基于基尔霍夫衍射理论和菲涅耳近似,给出了单透镜的三维强度点扩散函数,进一步推导了反射式共焦扫描显微术的三维强度点扩散函数,并分析了共焦针孔和光瞳函数对系统三维分辨率的影响。
3、从人眼光学模型入手,分析了眼底成像光斑与瞳孔大小的关系,基于给出了使用的视网膜高分辨率成像光学系统的理论设计指标;依据ISO组织定义的人眼安全曝光剂量要求,计算了AOCSLO系统的安全曝光剂量,并在此前提下,根据PMT的噪声模型,进行了光电探测器的优化选型;利用Zemax进行整套AO-CSLO系统的光学设计,最终通过对光学系统像质评价优化,定型了AO-CSLO的光学设计参数;最后,使用Rhinoceros三维建模软件对整套系统的光机结构进行计算机建模。 4、搭建了一套自适应光学共焦扫描眼底成像实验系统;对系统的像差、视场、分辨率、信噪比等参数进行了标定和测量;并测试了加入了像差片的模拟人眼成像;最后,招募志愿者,开展了活体人眼视网膜成像实验,对人眼视网膜的不同区域和深度进行了实时高分辨成像研究,同时评估了AO系统对人眼像差的校正效果。 5、在自适应光学共焦扫描眼底成像系统平台上,还开展了超分辨的研究:从超分辨的理论入手,分析了振幅型、位相型超分辨光瞳滤波器的设计理论;以三区光瞳滤波器为例,设计了几款超分辨光瞳滤波器;针对几种不同的滤波器组合和针孔大小,在共焦扫描系统中进行了仿真分析;最后,采用一种超分辨滤波器,开展了模拟人眼和活体人眼视网膜的超分辨实验研究。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/543
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卢婧. 基于自适应光学的共焦扫描技术及其眼底成像研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011.
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