高分辨率三维傅里叶域光谱编码成像方法研究

Methods of early detection of cancer is an urgent issue need to be investigated. Development of a noninvasive, high sensitive, portable bed-side technique for early cancer screening and monitoring, has an important scientific significance for cancer research and clinical application. This project will devote to a noval imaging system that combines the spectral encoded confocal microscopy (SECM) system and spectral domain optical coherence tomography (SDOCT) system for simultaneously high resolution and depth-resolved imaging of cancer-related tissue. advantages of both imaging modalities. The trade off on resolution, imaging depth and signal sensitivity between the SECM and SDOCT system will be investigated and balanced. The Fourier-domain spectral encoded imaging system and research platform enabling the advantages of both imaging modalities will be established. The fusion and enhancement method of both the high lateral resolution confocal image and the depth-resolved tomographic sub-surface image will be thoroughly investigated. Noval contrast mechanism of biological tissue imaging will be provided. Integration of high sensitive, high-speed Fourier domain detection mode and spectral encoded technology of biological tissue imaging will potentially promote the advancement on medical methods and instrumentations for early cancer diagnosis.

肿瘤早期发现的方法是亟待研究的重要课题。研究无创或微创的、高灵敏度、高准确率的癌症早期诊断与疗效监控方法，发展床边检验所需的小型、快速、便携式癌症筛查、诊断、监测技术，具有十分重要的科学意义和医疗应用价值。本项目将研究结合光谱编码共焦成像技术与光谱域光学相干层析技术二者优点的新方法，权衡两种成像方法在分辨率、成像深度、信号灵敏度等方面的性能参数，建立高分辨率与快速层析能力兼备的傅里叶域光谱编码成像方法及系统研究平台，深入研究高横向分辨的共焦图像与深度分辨的亚表面层析图像的融合、增强方法，提供新的生物组织图像衬比机制，确保高成像速率的傅里叶域探测模式与高效率的光谱编码技术有机融合，实现高分辨率、高灵敏度生物组织层析成像，促进癌症早期诊断技术的进步。

肿瘤早期发现的方法是亟待研究的重要课题。研究无创或微创的、高灵敏度、高准确率的癌症早期诊断与疗效监控方法，发展床边检验所需的小型、快速、便携式癌症筛查、诊断、监测技术，具有十分重要的科学意义和医疗应用价值。本项目将研究结合光谱编码共焦成像技术与光谱域光学相干层析技术二者优点的新方法，权衡两种成像方法在分辨率、成像深度、信号灵敏度等方面的性能参数，建立高分辨率与快速层析能力兼备的傅里叶域光谱编码成像方法及系统研究平台，深入研究高横向分辨的共焦图像与深度分辨的亚表面层析图像的融合、增强方法，提供新的生物组织图像衬比机制，确保高成像速率的傅里叶域探测模式与高效率的光谱编码技术有机融合，实现高分辨率、高灵敏度生物组织层析成像，促进癌症早期诊断技术的进步。本项目解决傅里叶域光谱编码以及光学相干层析（OCT）成像技术中的关键理论与技术问题，完成了基于单模光纤的谱域OCT（SDOCT）成像系统搭建、光谱编码成像系统搭建、算法设计与成像控制软件编制。提出了基于最优化的非均匀快速傅里叶变换的OCT图像重建算法，实现了高速、高灵敏度的OCT生物组织层析图像的获取和重建。开展了系统在分辨率、成像深度和信噪比等方面的优化研究，提出了利用控制无衍射艾里光束的自弯曲性质，以获得大焦深范围的样品聚焦光束用于高信噪比、大成像深度的生物光信号的获取；提出了一种基于自适应全变分迭代算法的OCT图像散斑抑制方法，利用OCT图像中散斑噪声的统计量自适应地抑制OCT图像中的散斑噪声，提高了OCT图像的信噪比和灵敏度。开展了小型化OCT系统和眼科应用的初步研究，提出了一种基于光栅棱镜的光谱采集装置，以及一种基于双焦点透镜分束器的人眼前后节同步成像的方法和系统。开展了人体皮肤在体成像、植物成像、小动物成像、非生物材料成像等多方面的应用研究。提出一种基于空间载频复用技术拓展OCT成像范围的方法与系统技术。在项目执行期间，获授权中国发明专利1件、授权实用新型专利5件、公开中国发明专利6件、发表全国会议论文1篇、发表国际学术会议论文1篇、发表SCI、EI期刊论文3篇、在审期刊论文1篇。