偏振光学相干层析技术(偏振OCT)利用偏振干涉光成像,通过检测生物组织背散射光中所含组织双折射性质信息,诊断存在于生物组织表层下面的早期病变,在检测具有双折射性质的生物组织以及诊断能够改变病变组织双折射性质的疾病方面,具有极高的效率,是一种无损、高分辨率的医学功能成像手段。目前国内外对偏振OCT的研究主要集中于双探测器偏振OCT技术。双探测器偏振OCT技术使用两个探测器分别接收偏振态相互垂直的两束干涉光来检测生物组织的双折射性质,待处理数据量大、算法复杂、系统成本高,即使两个探测器参数存在微小差异,也会为检测结果引入较大噪声。论文针对双探测器偏振OCT技术存在的上述不足,提出基于单探测器的偏振OCT系统,即利用单个探测器接收干涉光,通过检测偏振光在生物组织中传播时偏振态变化引起的干涉光光强波动,获取生物组织的双折射性质。论文的主要工作有:1、建立具有双折射性质的生物组织模型。利用基于米氏散射理论(Mie Theory)的蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,模拟偏振光在生物组织中传播时,其背散射光的斯托克斯(Stokes)矢量沿生物组织纵深方向的分布。根据斯托克斯矢量的分布和偏振光沿生物组织快慢轴传输产生相位差两种理论,分析生物组织背散射光偏振态变化的机制,将生物组织对偏振光的微观和宏观影响相融合,并结合菲涅尔—阿拉果定律阐述单探测器偏振OCT技术检测生物组织双折射性质的原理。2、搭建单探测器偏振OCT系统。对光学系统信噪比建模,模拟分析四种不同光学系统结构对信噪比的影响,分析在相同的系统参数下,各光学系统所能达到的最佳信噪比。以研究结果为依据,综合考虑光路调整的便捷性,设计单探测器偏振OCT光学系统。3、建立生物组织特性(如双折射率、厚度、折射率等)对偏振OCT干涉信号的调制模型,模拟不同生物组织特性参数对偏振OCT系统的A型扫描(单次纵向扫描)信号傅里叶频谱的影响。结果证实,A型扫描信号傅里叶频谱的形状由生物组织的厚度、折射率和光轴方向决定,频谱谱峰位置由双折射率决定。由于频谱体现了生物组织偏振OCT图像的灰度分布规律,而灰度分布的变化正是单探测器偏振OCT反映组织特性的手段,因此上述结果说明,单探测器偏振OCT系统获得的灰度图像中含有生物组织的厚度、折射率、双折射率等特性信息,从而为这些信息的检测提供了途径。4、搭建单探测器偏振OCT系统,以新鲜牛软骨作为样品实现二维扫描成像实验,获得具有明暗相间条纹的灰度图像,这些条纹反映了生物组织的双折射性质。根据条纹间距与组织双折射率的关系计算得到牛软骨双折射率,其结果与已知的牛软骨双折射率能很好吻合,证实该系统检测生物组织双折射性质的正确性和可行性。5、搭建双探测器偏振OCT系统,并获得反映牛软骨双折射性质的相位差图像,通过该图像与单探测器偏振OCT系统所得图像的对比,进一步证明单探测器偏振OCT系统检测生物组织双折射性质的可行性和可靠性。