基于高分辨率液晶可调滤光片识别皮肤坏死组织的医用多光谱成像仪的研制

烧伤所致皮肤组织损伤程度的准确判断仍是烧伤外科的重大难题。组织的坏死导致其物理特性变化，从而影响其反射光谱特征和多光谱图像的形成，但高空间和高光谱分辨率一直是光谱成像技术临床应用的瓶颈。本项目拟在前期研究的基础上，基于光的干涉理论，利用向列相液晶的电控双折射特性，通过电压控制入射光的光程差，建立液晶可调滤光片的理论模型，使用Lyot-Ohman液晶滤光片单元级联的方法和折射率匹配、光学设计以及"偏振分集"技术，研制高分辨率和高透过率的液晶可调滤光片；以人皮肤体外烫伤为模型，研究人坏死皮肤组织的反射光谱特性；探索通过调控入射光波长与能量获取皮肤组织断层的多光谱图像、重建皮肤坏死组织的三维结构图像，建立正常和坏死皮肤组织的反射多光谱数据库并制定标准，从而最终制备能精确识别皮肤坏死组织的高分辨率医用紧凑型反射多光谱成像仪，为烧伤患者有效的临床救治提供技术支撑。

烧伤所致皮肤组织损伤程度的准确判断仍是烧伤外科的重大难题。细胞组织结构的破坏导致其物理特性变化，从而影响其反射光谱特征和多光谱图像的形成，但高空间和高光谱分辨率一直是光谱成像技术临床应用的瓶颈。.　　本项目基于光的干涉理论，利用向列相液晶的电控双折射特性，通过电压控制入射光的光程差，建立液晶可调滤光片的理论模型，使用Lyot-Ohman液晶滤光片单元级联的方法和折射率匹配、光学设计以及“偏振分集”技术，成功研制了高分辨率和高透过率的液晶可调滤光片，并以此为基础研制了原理样机，实现了成像光谱波段400nm～2500nm，扫描光谱宽度4 nm～20nm，视场角≥15º，空间分辨率≤30 μm。通过该原理样机，以蛋白溶液、培养细胞、活体动物烫伤和人皮肤体外烫伤为模型，发现了皮肤组织烫伤反射光谱特征波段，建立了坏死皮肤组织的深浅与反射光谱曲线的幅值和幅值差的数学模型关系。通过分子荧光光谱、原子力显微镜等手段，首次发现烫伤所致胶原蛋白结构断裂是烫伤组织特征光谱的主要分子基础。通过动物皮肤和离体人皮肤烫伤实验，建立了正常和烫伤皮肤组织反射多光谱数据库并制定深度判断标准。通过烧伤临床和临床病理学初步验证，该原理样机能准确诊断烧伤皮肤损伤深度，并实现了皮肤烧伤深度三维立体可视化。.　　该原理样机是世界首台能精确识别皮肤坏死组织的高分辨率医用紧凑型反射多光谱成像仪，也是世界第一台无创、无接触、无害、实现微米级组织损伤诊断、具有完全自主知识产权的医用光谱仪，具有重大的临床意义和产业价值