活体生物组织折射率空间相关特性研究

The light scattering in tissue arises from the variation of retactive index of tissue which is determined by the microstructure of tissue.Thus, some information about tissue structure and function can be obtained through the knowledge of its spatial distribution of its refactive index. The spatial correlation function of refractive index describes the spatial correlation characteristics. Compared with the variation of the averaged refractive index, the Fourier components of the spatial correlation function may be more sensive to the early cancer because the early cancer may introduce the spatial correlation of cell positions. In this project, the spatial correlation of refractive index of living tissues will be investigated. A method which is based on Fourier domain optical coherence tomography will be used to measure the data. First of all, the averaged values of the Fourier components of the dielectric susceptibility of both the tissue sample and living tissues. Then the range of Fourier components of the spatial correlation functions of the dielectric susceptibility and the refractive index of living tissues, which is combined with the high resolution optical sectional images to help the accurate representation of the normal and desease states of living tissues.

光在生物组织中的散射现象是由于生物组织折射率随空间位置的变化而引起，而生物组织的空间折射率分布由生物组织的空间结构所确定。因此，由生物组织折射率的空间分布特性就可获知有关生物组织的结构和功能的信息。折射率空间相关函数描述折射率空间相关特性，相比于平均折射率变化，折射率空间相关函数的傅里叶分量可能对早期的肿瘤变化等更敏感，因为肿瘤变化等可能引起成长细胞位置上的局部相关性。本申请项目拟研究活体生物组织在正常与疾病状态下的折射率空间相关特性。拟采用基于傅里叶域光学相干层析术的方法来进行实验测量。首先从所测量的成像信号确定被测生物组织样本及活体生物组织的介电常数的傅立叶频谱分量的统计平均值。然后确定给定生物组织样本及活体生物组织介电常数的空间相关函数傅立叶变换以及折射率空间相关函数傅立叶频谱分量的范围，并与所获得的高分辨率光学断层图像一起，以实现对活体生物组织正常状态与疾病状态更精确描述。

设计和搭建频谱域和全场光学相干层析成像系统，提出了光谱自校准和去除复共轭像的方法，获取了人体皮下生物组织结构和血管分布、人体牙齿和人体肝组织样本的高分辨率光学断层图像。在国际上提出了全场光学相干层析术对生物组织成像时的理论模型.在该模型中，我们采用生物组织的折射率的空间相关函数近似描述生物组织的结构；提出了分形参数来定量描述生物组织从正常状态到疾病状态的变化特性；建立了全场光学相干层析术像面强度信号生物组织结构特性的表达式，并根据该结果进一步得出癌变组织与正常组织的成像信号的傅里叶变换之比的表达式，首次报道了人体肝组织的纤维束和门静脉区域的分形参数随深度的变化情况；分析了生物组织的显微结构特性对全场光学相干层析术中正面断层图像的对比度影响；提出了数字全息显微术的普遍模型，其中考虑了CCD的总面积和像素尺寸以及显微物镜的特性；提出了利用补零技术和图像配准技术来去除人体皮肤的血流图像中的抖动噪声、通过计算光学相干断层图像虚部信号的相关系数以及一种基于谱域互相关的多普勒光学相干层析术来提取组织中的血流速度信号的方法；提出了一种基于体数据相关的相关映射光学相干层析术方法来重构血流图像；利用随机光场的相干性和偏振性的统一理论，提出了光在生物组织中传播时生物组织折射率的起伏引起光的相干性变化的理论模型；建立了计算生物组织产生的各级色差对分辨率影响的简单公式；分析了时间和空间相干性对系统的轴向和横向分辨率的影响；利用全生物组织互相干函数的概念，首次给出了普遍的计算光学系统对生物组织成像时生物组织结构对系统的横向（平面）分辨率限制的公式等。