1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 苏州中科行智智能科技有限公司，江苏 苏州 215000
针对合成波长方法动态范围较小的问题，提出一种用于相敏谱域光学相干层析（PSSD-OCT）的大动态范围合成波长相位解包裹方法，解决了传统合成波长方法的相位包裹限制问题，实现了大动态范围、快速及高灵敏度的PSSD-OCT成像。通过选取全长度干涉光谱和位于光谱仪中间的半长度干涉光谱，计算合成相位缺失的周期数；利用全长度干涉光谱及半长度干涉光谱解调结果的分段组合，消除易受噪声影响的相位周期数跳变问题。通过阶差规、硬币及电路板的成像实验，证明该方法可以用于大动态范围（毫米级）的高灵敏度位移解调。
相干光学 相敏谱域光学相干层析 合成波长 相位解包裹 动态范围
东北大学信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110819
血液中包含着大量的生物信息, 如激素、 酶、 血糖等成分, 而血糖偏高将引发糖尿病。 糖尿病有很多并发症, 比如脑梗塞, 脑出血, 肾脏损害, 眼底损害, 周围神经病变等一系列疾病。 目前, 血液常规成分检测分析周期较长, 结果反馈较慢, 难以实现快速连续检测。 光学检测技术能够根据待测物质的光谱鉴别物质化学成分和相对含量, 因其灵敏度高、 适用性强、 分析速度快等优势, 在血液无创检测领域逐渐发挥其优势。 随着激光技术的不断进步, 拉曼光谱技术作为一种非线性散射光谱技术, 在血液检测技术中得到了广泛应用。 为提高拉曼光谱的预测精度, 首次将XGBoost算法应用到拉曼光谱血液血糖浓度中进行预测精度的提升。 实验中106组血液样本及试验标准值为河北省秦皇岛市第一医院提供, 选用布鲁克的MultiRAM光谱仪进行血液的拉曼光谱数据测量, 实验中1 064 nm激发光源功率为400 mW, 光谱分辨率为6 cm-1, 扫描速率为10 kHz, 扫描范围为400~4 000 cm-1, 对每个样本重复采集10次并计算平均值作为原始光谱数据, 以保证实验的准确性和可重复性。 该方法无需对数据进行预处理, 首先将光谱数据随机划分为训练集和测试集, 比例为7:3, 训练集用于训练模型并确定模型参数, 测试集用于测试模型的稳定性和预测精度。 建立XGBoost模型后, 用网格搜索法和k折交叉验证优化模型参数; 引入模型评估指标和克拉克网格误差分析图对XGBoost模型血糖浓度的预测进行分析; 最后将XGBoost模型与决策树(DT)、 随机森林(RF)和支持向量机回归(SVR)模型进行对比。 实验结果表明通过XGBoost建立的定量回归模型效果最佳, 模型的决定系数为0.999 99, 校正集均方误差为0.007 49, 预测集均方误差为0.007 17, 相对分析误差为331.973 18, 预测点均落在克拉克网格误差分析图的A区。 结果证明, 将XGBoost算法应用到拉曼光谱血液成分定量分析中具有较高的预测精度, 并且数据未经过预处理, 可以有效缩短程序运行时间, 其在拉曼光谱以及近红外光谱定量分析领域具有广阔的发展前景。
拉曼光谱 血糖 定量回归 XGBoost Raman spectroscopy Blood glucose Quantitative regression XGBoost 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1721
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 东北大学秦皇岛分校控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004
光学相干层析成像(OCT)技术具有非接触、分辨率高、采集速度快等优势,不仅能够显示样品的三维结构,而且能够检测样品中的运动信息。构建了高分辨率光谱OCT血管成像系统,系统横向分辨率约为6.7 μm,纵向分辨率约为4.7 μm,相机线采集速度140 kHz,能够在2 s内完成三维扫描。在此基础上,通过相邻B扫描图像差分运算提取血流信息,实现血管成像。应用该系统扫描了大鼠大脑皮层的三维血管网络,实验结果表明,系统具有对毛细血管成像的能力。
成像系统 光学相干层析成像 高分辨率 血管成像 在体 激光与光电子学进展
2019, 56(11): 111101
1 东北大学秦皇岛分校实验教育中心, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
3 东北大学秦皇岛分校控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004
提出了一种应用于谱域相位显微成像的相位解包裹方法。利用傅里叶变换及合成波长相位计算方法分别得到具有较小噪声的包裹相位和具有较大噪声的解包裹相位,利用解包裹相位与包裹相位之差计算包裹相位的包裹次数,以此对具有较小噪声的包裹相位进行解包裹。该方法消除了现有方法引入的边界分段错误。建立了一种基于合成波长的谱域相位显微成像系统,使用压电位移台定量验证了该系统可以用于大梯度边界的相位解包裹,并进行了红细胞和倾斜镜面的相位成像。该系统在空气中的位移灵敏度为0.043 nm。
成像系统 谱域相位显微成像 定量相位成像 相位解包裹 合成波长
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China
2 School of Control Engineering, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China
3 Experiment Education Center, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China
We demonstrated a method for measurement of central corneal thickness (CCT) with a sub-micrometer sensitivity using a spectral domain optical coherence tomography system without needing a super broad bandwidth light source. By combining the frequency and phase components of Fourier transform, the method is capable of measurement of a large dynamic range with a high sensitivity. Absolute phases are retrieved by comparing the correlations between the detected and simulated interference fringes. The phase unwrapping ability of the present method was quantitatively tested by measuring the displacement of a piezo linear stage. The human CCTs of six volunteers were measured to verify its clinical application. It provides a potential tool for clinical diagnosis and research applications in ophthalmology.
170.4500 Optical coherence tomography 170.4460 Ophthalmic optics and devices Chinese Optics Letters
2019, 17(4): 041701
Author Affiliations
Abstract
1 School of Control Engineering, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China
2 School of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China
We demonstrate a system for measuring the ocular axial length (AL) with high sensitivity and high speed using spectral-domain low-coherence interferometry (SD-LCI). To address the limit in measuring such a large range by using SD-LCI, we propose a full-range method to recognize the positive and negative depths. The reference arm length is changed synchronously with the shift of the focal point of the probing beam. The system provides a composite depth range that is sufficient to cover the whole eye. We demonstrate the performance of the presented system by measuring the ALs of five volunteers. This system can provide the A-scan ocular biometric assessment of the corneal thickness and AL in 0.1 s.
170.4500 Optical coherence tomography 170.4460 Ophthalmic optics and devices Chinese Optics Letters
2018, 16(3): 031701
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 东北大学秦皇岛分校实验教育中心, 河北 秦皇岛 066004
采用光学相干层析研究了粒子流背向散射光强的涨落特性，将粒子对背向散射光的影响分为相位调制和振幅调制两部分，建立了粒子流流速全部分量测量方法，由背向散射光强信号分别得到粒子流多普勒频移和渡越时间，进而计算出流速的纵向分量和横向分量，用聚苯乙烯粒子悬浮液对这种流速测量方法进行了实验验证。
医用光学 光学相干层析 流速 多普勒频移 自相关 光学学报
2014, 34(11): 1117002
