高分辨率三维光谱编码成像特性研究

本项目将研究用频率域和时间域干涉测量技术与光谱编码相结合的方法实现生物组织高分辨率光学显微断层成像的几个重要问题。首先研究基于时频域干涉术的三维光谱编码成像系统的成像特性，建立进行模拟实验的系统，对系统的平面和深度分辨率以及信噪比进行实验测量，并与理论分析结果相比较。最后，完成对人体皮肤和生物样品模型的三维光谱编码成像。据我们所知，国内尚无利用光谱编码概念实现生物组织两维光学断层成像以及将光谱编码技术与时频率域干涉测量技术相结合来实现高分辨率三维成像的报道。国际上虽有报道将光谱编码技术进行内窥成像的概念与时间域和频率域干涉测量技术相结合实现三维成像的原理实验结果，但并没有关于如何具体实现高分辨率光谱编码照明和高灵敏度光谱探测等，以获取被观测样品一维位置及其相应的光散射信息的报道。关于分析样品表面下不同深度处的光谱反射性随深度的变化规律，以获取更精确的样品三维形貌的问题，则是我们提出来的。

癌症是危及人民群众生命健康的主要疾病之一，而癌症的治疗效果则与其发现的时期有很大的关系.国际上新近提出并得到广泛重视的各种非侵入光学断层成像技术，其共同特点就是可以对活的生物组织实现在体实时高分辨率光学断层成像，有可能为癌症早期诊断提供精确的测量方法。这些成像技术以探测光在生物组织中传播时的散射特性、相干特性和偏振特性为基础。 在该项目研究中，我们搭建了基于时域和频域光学相干层析术的生物组织之成像信号探测装置，分析了该系统所能实现的深度分辨率、成像时间、成像深度、信号探测灵敏度以及生物组织反射特性随波长的变化对测量结果的影响等。在国内外重要杂志上发表11篇研究论文等。参加国际会议3次，做大会特邀报告1次，分会报告2次。搭建基于时域和频域探测的成像系统，研制出快速扫描延迟线装置。将在完善系统性能的基础上申请专利。在国际上首次提出利用频域光学相干层析术确定活体生物组织折射率空间相干函数的方法;提出了散射光的光谱与生物组织折射率相关函数的关系以及入射部分相干光的不同相干性对透镜焦点区域光谱三维空间分布的影响的模型；提出了利用频域光学相干层析术实现对生物组织介电电极化率起伏的定量描述方法。建立了光学相干层析成像系统，在获取活体生物组织光学断层成像的同时，利用我们提出的理论模型，可计算活体生物组织位于不同深度位置组织层的散射系数和色散信息等，从而有可能利用活体生物组织不同病理状态的散射系数实现对疾病的早期精确分类和诊断等。目前该研究项目的研究工作仍在继续进行。该项目研究成果对于各种生物医学成像方法和医疗诊断技术的发展和广泛应用具有基本的重要意义，为研制相应的癌症早期诊断和治疗设备打下了基础。