Author Affiliations
Abstract
1 Advanced Photonics Center, School of Electronic Science & Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 Department of Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
In this Letter, we present a low-cost, high-resolution spectrometer design for ultra-high resolution optical coherence tomography (UHR-OCT), in which multiple standard achromatic lenses are combined to replace the expensive F-theta lens to achieve a comparable performance. For UHR-OCT, the spectrometer plays an important role in high-quality 3D image reconstruction. Typically, an F-theta lens is used in spectrometers as the Fourier lens to focus the dispersed light on the sensor array, and this F-theta lens is one of the most expensive components in spectrometers. The advantage of F-theta lens over the most widely used achromatic lens is that the aberrations (mainly spherical aberration, SA) are corrected, so the foci of the dispersed optical beams (at different wavelengths) with different incident angles could be placed on the sensor array simultaneously. For the achromatic lens, the foci of the center part of the spectrum are farther than those on the side in the longitudinal direction, causing degradations of the spectral resolution. Furthermore, in comparison with the achromatic lens with the same focal length, those with smaller diameters have stronger SA, but small lenses are what we need for making spectrometers compact and stable. In this work, we propose a simple method of using multiple long-focal-length achromatic lenses together to replace the F-theta lens, which is >8-fold cheaper based on the price of optical components from Thorlabs, US. Both simulations and in vivo experiments were implemented to demonstrate the performance of the proposed method.
low-cost spectrometer optical coherence tomography spherical aberration suppression ultrahigh-resolution non-invasive imaging 
Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101101
作者单位
摘要
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,南京 210094
2 东南大学 电子科学与工程学院,南京 210096
提出一种基于单相机的偏振谱域光学相干层析方法。该方法基于全单模光纤光路,使用宽带光源实现微米纵向高分辨率成像性能。通过硬件和软件两方面对系统色散进行矫正补偿,提高系统的实际分辨率。为实现样本偏振态的测量,入射至样品表面及参考臂的光偏振态由偏振片和四个偏振控制器进行调制。此外,利用偏振片在不同时间的通道切换实现两正交通道光谱信号的分时探测。根据得到的正交光谱信息,计算重构样品强度图和相位延迟图。该系统成功实现了单相机的偏振OCT测量,通过获取离体生物组织的强度图和相位延迟图验证了系统的成像能力。该方法为实现小型化在体高分辨偏振成像打下基础。
生物医学成像 偏振敏感光学相干层析 单相机探测 色散补偿 Biomedical imaging Polarization-sensitive optical coherence tomography Single camera Dispersion compensation 
光子学报
2022, 51(12): 1217002
Author Affiliations
Abstract
1 Advanced Photonics Center, School of Electronic Science & Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 Department of Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
3 Department of Electrical, Computer, and Biomedical Engineering, Ryerson University, Toronto, Ontario M5B 2K3, Canada
4 Division of Neurosurgery, Sunnybrook Health Sciences Centre, Toronto, Ontario M4N 3M5, Canada
5 Division of Neurosurgery, Faculty of Medicine, University of Toronto, Toronto, Ontario M5T 1P5, Canada
In this Letter, we present B-scan-sectioned dynamic micro-optical coherence tomography (BD-MOCT) for high-quality sub-cellular dynamic contrast imaging. Dynamic micro-optical coherence tomography (D-MOCT) is a functional optical coherence tomography (OCT) technique performed on high-resolution (micron level) OCT systems; hundreds of consecutive B-scans need to be acquired for dynamic signal extraction, which requires relatively long data acquisition time. Bulk motions occurring during data acquisition (even at the micron level) may degrade the quality of the obtained dynamic contrast images. In BD-MOCT, each full B-scan is divided into several sub-B-scans, and each sub-B-scan repeats multiple times before the sample beam moves to the next sub-B-scan. After all of the sub-B-scans for a full B-scan are completely acquired, we stitch all of the sub-B-scans into the same number of full B-scans. In this way, the time interval between two consecutive stitched B-scans could be reduced multiple times for bulk-motion suppression. The performed scanning protocol modulates the scanning sequences of fast scanning and repeat scanning for improving the dynamic contrast image quality, while the total data acquisition time remains almost the same.
optical coherence tomography high-resolution imaging dynamic imaging bulk-motion suppression 
Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 021102
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
光学相干层析(OCT)是一种高分辨率、高灵敏度、无损伤的断层深度探测方法。搭建了一台手持式谱域光学相干层析(SDOCT)系统,对人体牙齿组织进行成像。介绍了手持式OCT探头设计。该手持式探头利用扫描振镜进行横向扫描,结构简单且十分紧凑,可以稳定地检测活体组织。利用该系统分别对离体牙齿和活体牙齿进行成像。通过实验结果可以清晰地看到活体牙齿的牙釉质、牙本质和釉质本质界面等组织,实现了高分辨率的断层成像。
医用光学 光学相干层析系统 手持式探头 活体牙齿成像 
中国激光
2016, 43(2): 0204003
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
提出了一种利用互相关性测量空间横向流速的方法。通过设定谱域光学相干层析术系统的扫描模式X 和Y,利用同一深度位置的相邻A 扫信号间的互相关性与空间横向速度分量之间的数学关系,求得空间横向流速的绝对大小。详细阐述了该方法的测量原理。通过毛细管模拟实验描绘了截面的横向流速分量分布,并验证了所测得的平均横向流速大小与用注射泵设定的值基本一致。
医用光学 互相关 谱域光学相干层析术 扫描模式 空间横向流速 
中国激光
2015, 42(10): 1004002
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
搭建了一台手持式扫频光学相干层析(SSOCT)系统对人体皮肤进行在体成像。对该系统的性能进行了详细的分析和讨论,并与实验室内现有的传统结构谱域光学相干层析(SDOCT)系统进行了对比,其中手持式SSOCT 系统的灵敏度为101 dB,SDOCT 系统的灵敏度为94 dB。通过一次样本模拟实验和两次人体不同位置皮肤成像的结果证明了手持式SSOCT 系统的信噪比和成像深度都优于SDOCT 系统。利用手持式SSOCT 系统对人体胳膊内侧成像,体现了手持式SSOCT 系统能够对任意位置皮肤成像的优越性。所有实验结果证明搭建的手持式SSOCT 系统除了具有使用方便的优点外,还能够提供高质量的人体皮肤微观结构图像。
医用光学 扫频光学相干层析术 手持式 最大成像深度 信噪比 灵敏度 
光学学报
2015, 35(11): 1117001
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
增大频域光学相干层析术(FDOCT)成像深度是扩大FDOCT 应用范围的一个关键。主要研究了基于像素平移法提高频域OCT 成像深度的问题。讨论了像素平移法的基本原理,阐述了频域OCT 理论最大成像深度与电荷耦合元件(CCD)像素数的关系。通过点扩散函数实验、5 层盖玻片成像实验以及手指皮肤的活体成像实验验证了像素平移法对于提高频域OCT 成像深度的作用。手指皮肤的成像实验表明256 个像素点的CCD 和512 个像素点的CCD 采用像素平移法后实际成像深度分别增加到了原来的1.98 倍和1.12 倍。Matlab 软件模拟验证方法为频域OCT 系统中CCD 的像素数选择提供了参考。
成像系统 频域光学相干层析术 像素平移法 成像深度 
激光与光电子学进展
2015, 52(2): 021701
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
分析阐述了频域光学相干层析术(SDOCT)系统参考臂和样品臂之间的色散不匹配对所获取的图像的频谱能量分布的影响。提出了一种基于图像频谱能量集中度的SDOCT 系统数值色散补偿方法。当图像频谱低频区域内的能量百分比最小时,表明系统色散匹配。实验中选取平面反射镜作为样品,验证了用该方法来衡量系统色散匹配的效果与传统的利用半峰全宽(FWHM)法来评定色散补偿的结果一致。最后获取了人体手指的在体光学断层图像,并用该方法进行了色散不匹配补偿。实验结果显示该方法能够有效地对系统色散进行补偿,从而提高了图像的分辨率。
医用光学 频域光学相干层析术 能量集中度 数值色散补偿 图像频谱 
激光与光电子学进展
2014, 51(11): 111701
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京信息工程大学物理与光电工程学院, 江苏 南京 210044
提出了一种在谱域光学相干层析成像(SDOCT)中提取随深度变化的相位误差及补偿该误差的方法。对被测样品的干涉谱作加窗傅里叶变换,得到一幅二维深度-频谱图。样品不同界面对应的干涉谱因加窗傅里叶变换的时频特性而被分离开。对各干涉谱相位分别进行多项式拟合,得到一组随深度变化的相位误差分布。将该深度相位误差分布作为补偿因子实现精确补偿。该方法不仅可完成对多个介质层构成的复杂样品的色散补偿,还可以实现对由于波数采样不均引起的随深度非线性变化的相位误差的补偿。仿真实验和对四层盖玻片样品及人体指甲盖的实验结果表明,该方法能简单精确地补偿系统随深度变化的相位误差,有效地抑制因相位误差导致的系统纵向分辨率随深度的恶化,改善成像质量。
生物光学 医学与生物成像 相位误差补偿 加窗傅里叶变换 谱域光学相干层析成像 
中国激光
2014, 41(2): 0204002
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
频域光学相干层析成像技术是一种新型的医学成像技术,其传统的图像重构算法主要是基于傅里叶变换。但这种重构算法的主要缺陷在于其纵向分辨率随着深度位置的变化而明显下降。为了使频域光学相干层析成像系统的纵向分辨率在整个成像深度内基本保持不变,提出了一种基于观察矩阵的图像重构法,并用该法重构了平面镜以及皮肤信号。结果表明,这种图像重构法能够使频域光学相干层析成像系统保持纵向分辨率不变。与文献报道相比,这种方法在保持系统简单性的同时,还保持了高的纵向分辨率,并在成像深度范围内使得纵向分辨率基本保持不变。
成像系统 频域光学相干层析成像 纵向分辨率 矩阵 图像重构 
光学学报
2014, 34(2): 0211003

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