oct在流速检测中的应用

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1、OCT在流速检测中的应用(申请清华大学理学硕士学位论文)培养单位：物理系学科：物理学研究生：钱冰洁指导教师:何永红教授二○一五年六月ResearchontheApplicationofOCTinfluid-flowvelocitymeasurementThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsbyQianBingjieThesisSupervisor:ProfessorHeYonghongJune,2015

2、摘要摘要很多疾病的发生往往伴随着血管和血流的变化，因此血流检测在临床诊断和治疗中具有很重要的价值。光学相干层析成像（OCT）技术是一种很有发展前景的光学成像手段，具有无损、分辨率高、成像速度快等优点。利用OCT技术进行流速检测是OCT应用于生物医学领域的一个重要的方面，目前主要有3种方法：多普勒OCT（DOCT）技术，基于相关运算的OCT测速技术，以及光学血管造影术（OAG）。本文详细地阐述了这3种方法的数学原理。DOCT利用多普勒测速原理，通过测量多普勒频移的大小，来获取流速信息。OCT相关测速在流体样品中选取两个相距很近的截面进行交替扫描，通过互相关运算得到散射颗粒通过这两个

3、截面的时间间隔，从而得到流速大小。OAG将参考镜固定在压电振动平台上，引入一个运动速度，再通过一系列的数据处理，有效分离样品中的动态散射信号和静态散射信号。随后本文对这3种方法进行了全面的分析和比较，梳理和总结其各自的优势和劣势。DOCT，尤其是基于相位分辨的DOCT成像速度快，可实时成像，但是对环境干扰非常敏感，且测量时需要知道流速和探测光的夹角。OCT相关测速不依赖于流速方向，但是对系统分辨率和散射颗粒大小要求较高。OAG成像速度快，抗干扰能力强，信噪比高，但是只能分离出动态流速部分，不能测量具体流速大小。最后我们对其中2种方法（DOCT和OAG）进行了实验。实验内容包括3个

4、方面：一是搭建频域OCT实验系统，并以手指皮肤作为样品，进行了二维和三维结构成像；二是利用DOCT对毛细管-牛奶模型进行流速检测实验，首次在本实验室实现DOCT三维流速检测；三是搭建OAG实验系统，首次在本实验室实现OAG流速检测。关键词：光学相干层析成像；流速检测；多普勒；光学血管造影；互相关IAbstractAbstractManydiseasesareaccompaniedwithchangesinbloodflow,thereforethemeasurementofbloodflowisveryimportantinclinicaldiagnosisandtreatmen

5、t.Opticalcoherencetomography(OCT)isapromisingopticalimagingmethod,withhighresolution,highimagingspeedandnodestruction.UsingOCTtechnologytomeasureflowvelocityisanimportantaspectoftheapplicationofOCT.Therearemainlythreemethods:DopplerOCT(DOCT),theflowvelocityquantificationusingOCTwithcorrelatio

6、n,andopticalangiography(OAG).Thispaperelaboratesthemathematicalprinciplesofthethreemethods.DOCTcalculatestheDopplershiftandthengetstheflowvelocityaccordingtoDopplerprinciple.VelocityquantificationusingOCTwithcorrelationalternatelyscanstwoclosecrosssectionsofthefluidtoestimatethetimeintervalfo

7、rscatteringparticlestopassthroughthetwosections,andthengetthevelocityofscatteringparticles.InOAG,thereferencemirrorismountedonapiezostage,andthenthroughaseriesofdataprocessing,theflowimagesandstructureimagesareseparated.Thenwecomparethethreem