研究了生物组织的双折射率、质地密度及层次结构等不同特性对单探测器偏振相干层析(PS-OCT)信号傅里叶频谱的影响。探讨了单探测器PS-OCT的成像理论，建立了多层组织模型。以该模型为样品模拟了它的单探测器偏振OCT信号，并分析了不同模型参数对信号傅立叶频谱的影响。以牛软骨、新鲜及干牛腱为样品，利用单探测器PS-OCT系统对它们进行A型扫描，并对获得的数据进行傅里叶变换。获得的傅里叶频谱显示，随着样品双折射率、背散射率、结构层次等特性的改变，频谱中的谱峰形状及所对应的频率也发生变化，结果证实了单探测器PS-OCT系统检测多种生物组织特性的能力。

光谱光学相干层析(OCT)系统中, 成像的横向分辨率和焦深之间的矛盾制约了其进一步应用。干涉合成孔径显微技术(ISAM)是一种图像三维重建算法, 通过对光谱数据进行重新采样和计算达到不同深度位置处横向分辨率恒定的目的。通过分析ISAM重构过程和误差原理, 建立多散射点的重构模型, 并对比分析了光谱OCT和ISAM重构后的图像结果。为了缩短ISAM的重构时间, 提出近似波数域方法来实现ISAM, 搭建了光谱OCT成像实验系统。实验结果表明, 该方法极大地节省了重构时间, 将一幅320 pixel×265 pixel图像的重构时间缩短至50 s, 为光谱OCT图像的三维实时重构提供了理论基础。

为了同时获取样品的表面和深度信息,研究光学相干层析的成像原理,建立了基于光学相干层析技术的内窥系统,实现了旋转扫描成像,系统的工作波长为1 310 nm,工作带宽为80 nm.理论推导及计算机仿真得到了系统信噪比与干涉仪的分光比、反射率之间的关系并分析了理论分辨率和探测深度.提出外径为5 mm的内窥镜扫描探头,聚焦距离为12 mm,数值孔径NA为0.47,折射率分布常量A=0.218 7.利用微型电机驱动直角棱镜实现扫描,旋转速度为25 rpm,旋转一周得到640个采样点.采用多层盖玻片和洋葱表皮作为样品进行实验分析,得到了盖玻片和洋葱的图像,横向分辨率和纵向分辨率分别为10 μm和15 μm.结果表明,设计的光学相干层析内窥系统能够用于旋转扫描成像,获取更多的组织信息.

通过蒙特卡罗模拟方法研究了超声波提高OCT成像质量的机理,以宏观经典理论和微观量子理论分别阐述了光和超声的相互作用,建立了存在超声辅助时光在生物组织中传播的模型,模拟了有超声辅助和无超声辅助两种情况下生物组织多次散射光的分布.模拟结果表明,与光平行射入生物组织的超声波能够使OCT成像系统中的多次散射光降低80%,携带组织信息的单次散射光在组织返回光中所占比重增大为无超声辅助时的2倍,从而增大了OCT成像的探测深度及图像对比度.

分析了光谱光学相干层成像的基本原理，并基于ARM9内核的嵌入式微处理器S3C2443和当前主流嵌入式的WINCE实时多任务操作系统，提出了一套用于检测人体胃肠道病变的光谱光学相干层内窥成像系统的研制方案。从硬件和软件两个方面，详细介绍了系统的搭建过程，给出了整个系统框架图和软件运行流程图，并通过旋转扫描实验获得三层盖玻片的实物图，实验结果表明该嵌入式光学相干层成像系统是可行的。

主要研究了基于单探测器的偏振光学相干层析技术(PS-OCT),探索并验证其定性检测生物组织双折射性质的能力。论述了单探测器PS-OCT系统检测组织双折射性质的理论,并利用Monte Carlo方法模拟了双折射对Stokes矢量分布的影响。在此基础上,搭建了单探测器PS-OCT系统,系统的纵向分辨率可达10 μm。利用该系统对牛软骨组织进行成像实验,获得反映牛软骨双折射性质的组织图像。理论和实验结果均表明,基于单探测器的PS-OCT系统可以检测组织双折射性质的变化,能够应用于医学诊断组织病变。

建立了偏振光在生物组织中传播的模型,并利用该模型模拟了偏振光在生物组织中传播的过程,重建了多种偏振态输入光的情况下光偏振态在生物组织中的分布及生物组织的偏振特性模型。分析了光偏振度与光被生物组织散射次数的关系,阐明了由于偏振光在组织中传播,其偏振态逐渐改变而造成的偏振OCT干涉计两臂光束失去相干性及偏振OCT图像质量下降现象。通过分析斯托克斯(Stokes)矢量和穆勒(Muller)矩阵在光纤型偏振OCT系统中的应用,说明Muller矩阵不受输入光偏振态的影响,因此它比Stokes矢量更适用于光纤型偏振OCT系统研究。