具备病灶锁定功能的多模式高分辨率微光学相干层析成像(uOCT)系统研发

基本信息
批准号:61705184
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:余孝军
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:樊泽明,刘琳波,董胜,张攀,陈赣苏,杜俊业
关键词:
激光散斑成像光学相干层析成像光谱域光学相干层析成像
结项摘要

Noninvasive high-resolution optical coherence tomography has been established as a routine tool for disease diagnoses in clinical practice. Due to the trade-off between the achievable spatial resolutions and the transverse scanning range, however, the existing OCT systems are not able to perform cellular-level high-resolution imaging together with centimeter-level scanning range. To alleviate such a problem in OCT imaging, we propose to develop a diagnosis-area-locking enabled multi-mode high-resolution micro-OCT (µOCT) system, which is able to perform large area scanning and high-resolution scanning together with a diagnosis-area-locking function. The scope of this project includes (1) construction of a prototypical µOCT with multi-scanning-modes that can be exchanged freely: with the cellular-level high-resolution scanning mode, the µOCT system achieves a spatial resolution better than 2.0 µm in air, while with the large-area scanning mode, the system achieves a 3D volumetric imaging larger than 25mm × 25mm × 1.2mm, and its resolution is better than 7.5 µm and 2.0 µm in lateral and axial directions, respectively; (2) with multi-scanning-modes exchange rapidly, such a µOCT realizes fast scanning, diagnosis-area-locking and “zoom in” functions, and those functions will be experimentally verified with biological tissue imaging accordingly. The development of such a function not only help reduce the diagnostic time and improve the diagnostic accuracy, but also can be transplanted to the existing commercial OCT systems for function extensions, and thus of great potentials to both research and commercial applications.

高分辨率无创光学相干层析成像术(OCT)已成为临床诊断的常规工具。然而,由于光学显微系统空间分辨率与横向扫描面积间固有的权衡关系,现有OCT无法实现高分辨率成像与大面积扫描的有机结合。针对该技术难题,本课题提出研制一套多模式高分辨微光学相干层析成像(µOCT)系统,实现待测组织大面积扫描与高分辨率成像的结合及病灶锁定等功能。课题主要有两个目标:1) 搭建一套具有多个模式快速切换功能的µOCT:高分辨率模式下系统空间分辨率优于2.0µm;大面积模式下系统三维成像体积大于25mm × 25mm × 1.2mm, 且横、纵向分辨率分别优于7.5µm和2.0µm;2) 通过多模式间快速切换,µOCT可实现病灶组织的快速扫描、锁定及放大,并最终实验验证系统功能。该技术的开发不仅可缩短临床诊断时间、提高诊断精度,还可移植于现有商用OCT系统中实现其功能的拓展,具有巨大的科研研究意义及潜在市场应用价值。

项目摘要

针对已有高分辨率光学相干层析成像(OCT)系统,因空间分辨率与横向扫描范围间固有权衡关系,无法同时实现高分辨率成像与大面积扫描的难题,提出研发一种多模式微光学相干层析成像(µOCT)系统,实现大面积扫描与高分辨率成像的有机结合、及病灶锁定功能。..课题研究成果有三个方面:首先,完成了具备大面积扫描模式和高分辨率模式快速切换的多模式µOCT系统,在高分辨率模式下,其横向分辨率为1.5 µm,纵向分辨率为1.7µm;而在大面积模式下,其三维成像体积为20mm × 20mm × 1.2mm,横向扫描范围约为常用OCT的 25倍,横、纵向分辨率分别为5.5µm和2.0 µm,线扫速率达到60 K Alines/s,系统性能满足申报指标;..其次,通过多模式快速切换,所研发µOCT实现病灶组织的快速扫描、锁定及放大功能,并通过皮肤组织成像,验证了µOCT成像性能:在高分辨率模式实现人体上皮细胞活体成像,而在大面积扫描模式下,实现了拇指指纹及汗腺的三维成像;..最后,将所研发µOCT应用于不同生物组织检测成像,如胰腺病理级组织成像及早癌检测、人体脑膜瘤与胶质瘤的病变成像鉴别及病变分级、肠息肉及癌变组织、印制电路版三防漆厚度测定、以及冠状动脉粥状硬化细胞级成像等,并开发了对应检测算法程序,实现了µOCT系统功能拓展。..此外,课题组已初步完成µOCT小型化集成,并进行硬件升级,验证部分想法可行性(如分辨率、成像速度、及成像深度等);初步涉及机器人与人工智能信号处理两个新研究方向,为未来µOCT系统向医疗机器人应用的移植提供硬件平台,具有重要潜在市场应用价值。..截至目前,在本项目资助下,已搭建µOCT硬件平台一套,发表SCI期刊论文20篇,专著章节一章,EI检索会议论文8篇,其中一篇获BISC2018 国际会议杰出论文奖;授权实用新型专利三项,另一项发明专利已提交审核。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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