光学相干层析成像(optical coherence tomography, OCT)是近年来快速发展的一种生物组织高分辨率实时成像技术。光学层析成像的轴向分辨率决定于所用光源的光学相干长度。而光学相干长度与光源的频谱宽度成反比。虽然使用宽带光源可以大幅度提高分辨率,然而,如果OCT系统的色散很强,层析图像的分辨率就会下降。目前,如何消除色散的影响,并提高图像的分辨率成为人们普遍关注的一个问题。 本文在全面分析国内外OCT技术研究和应用现状的基础上,对OCT系统的色散问题作了比较全面的理论分析和实验研究。通过理论分析和数值计算,着重研究了OCT系统色散产生的原因和群色散、三阶色散引起的纵向分辨率下降;接着,搭建了光学相干层析成像实验系统,并对OCT系统的色散现象进行了实验研究,在实验中观察到样品的色散导致OCT信号的包络展宽,验证了理论分析的正确性。可以看到,如果不对样品的色散进行补偿,OCT系统的分辨率将会降低。根据OCT色散现象的理论分析和实验研究基础,本文提出一种新的数值补偿方法来处理OCT信号。实验结果表明这种数值补偿方法是有效的。通过这种方法来补偿色散,OCT信号的包络宽度明显减小。同时本文还考虑了一些影响OCT信号的因素,分析了实验误差。 本文的工作特点和创新之处主要体现在以下几点: 理论上,推导了OCT系统中分别由快速扫描光学延迟线(RSOD)和样品产生的色散公式;通过数值模拟,比较快速扫描光学延迟线与一些样品产生的群速度色散(GVD)和三阶色散(TOD),并通过数值模拟的方法比较了群速度色散(GVD)和三阶色散(TOD)对OCT干涉信号的影响。 技术方法上,搭建了一套OCT系统实验装置。采用了ASE半导体激光器和SLD为宽带光源;并用2×2偶合器构成麦克尔逊干涉仪;用步进电机实现样品的纵向扫描,分析了步进电机的运动特点,设计了扫描控制电压波形,并编写计算机软件实现步进电机的扫描速度、步长和扫描范围控制和运动方向控制;OCT信号的检测方式采用光外差法,设计了光探测器的前置放大电路和滤波电路;采用了新型的PCI数据采集卡,编写软件控制数据采集卡的信号采样速度、缓存以及数据采集量,实现数据的文件存储。搭建的OCT系统纵向分辨率达到