生物组织位相层析成像及病变检测

3D imaging of biologic tissues is a hot topic that most researcheres interest in. In the biomedical research field, it is a consistent goal to gain non-contact, no damage, high efficiency techniques for detection of pathological changes of tissues. Combining the advantages of the digital holography and optical coherence tomography, in this study, holograms are recorded by using the Low-Coherence light source which scans on the tissue in experiment.Phase information in each hologram is reconstructed and stitched to build up a phase tomographic image of the tissue. According to the relationship of the phase change and the refractive index, the refractive index changes of tissue can be obtained and the rule of the pathological changes can be concluded. This study will provide theoretical and practical basis for 3D imaging and detection of the pathological changes of tissues.

生物组织三维成像一直是研究者感兴趣的研究课题，在生物医学研究领域，获得非接触、无损伤、效率高的组织病变检测方法则更是众多研究者持之以恒的研究目标。本研究结合数字全息显微技术和光学相干层析技术的技术优势，采用弱相干光干涉扫描装置记录数字全息图；再现记录得到的各全息图，提取其位相信息，消除扫描引起的各部分位相波动，整合为生物组织以位相信息为参数的层析图像；根据位相变化和折射率分布之间的关系，可得到生物组织折射率分布及其病变之后的变化规律；由此可以组织折射率变化为标准检测组织病变。此研究将对显微物体三维成像和生物组织病变研究提供新的思路和理论依据。

结合数字全息显微技术和光学相干层析技术的技术优势，获得较高的灵敏度、较大的动态范围和较深聚焦深度的生物组织层析成像，是一项研究热点内容。直至目前，在采用弱相干光的数字全息显微技术研究中，研究者都是通过分析样品中各层的强度反射信息以得到样品层析结构的，物波中的位相信息没有被有效地提取和利用。本项目采用位相变化，对生物组织折射率、血流速度及硬度等各项特性进行了深入研究。此外，对两项光学成像技术进行了理论分析和系统优化，并拓展了其在眼科、内窥及材料特性测量方面的研究。.研究内容和成果如下：.A、.OCT、数字全息技术理论研究.做出了虚拟OCT模拟平台，可以模拟时域和频域OCT的理论及实验系统，为OCT装置提供参数评价和算法优化，提高OCT成像和数据处理的理解；搭建了数字全息系统，对成像特点进行了分析，为系统优化提供了理论支持。.B、.根据位相变化分析组织特性(折射率、血流、组织硬度等）。.根据组织位相变化计算，分析生物组织血流、弹性及折射率性能。提出一种基于目前广泛应用的低速OCT的高分辨体血流速度成像技术，不需要对同一个位置进行重复多次A-line扫描即可获得高对比度的微小血管成像；在根据位相变化获得多普勒血流的基础上，对脑部血流进行了全分布式多普勒角度测量，实现对整条血管的动态监控；采用超声激励，使得生物样本中具有不同硬度特性的组织成分发生形变，通过计算位相变化获得生物组织在相同外力作用下的弹性微小形变，从而获得分析生物组织硬度信息，为病变研究提供新的方法；结合频域OCT和数字全息技术，提取位相信息，根据位相变化和折射率分布之间的关系，得到组织折射率分布，并对眼前节组织进行了离体和在体检测。.C、.OCT技术拓展及其应用研究.眼科方面：为提高对眼睛成像深度，研究继续拓展OCT成像技术。研制了两套双通道OCT系统对整个人眼进行全深度成像；采用双通道双聚焦系统，对眼调节时全眼成像中包括角膜厚度、眼轴长度、视网膜中心厚度等眼尺寸进行了测量，进行了眼调节功能分析；呼吸道成像：进行了内窥OCT及呼吸道内窥成像，并为了解决呼吸道管壁结构的自动分层问题，提出一种基于图论割算法，能够实现对呼吸道管壁的自动分层并给出各个次的厚度定量测量；材料性能测量：结合OCT成像和漫反射分光光谱分析技术，对水杨酸（面部化学脱皮剂）和氮酮（化学渗透促进剂）配比对皮肤吸收的影响进行了深入研究。