基于偏振OCT的心肌缺血再灌注过程动态微结构的偏振表征

The mortality rate of cardiovascular disease is the highest among the various diseases, mainly due to the rise in the mortality rate of ischemic heart disease. This project uses polarization sensitive OCT to investigte the polarization properties related to myocardial structure, then high-resolvedly images the myocardial structure in vivo and establishes polarization characterization of myocardial microstructure during ischemia-reperfusion process. We plan to set up an optical phantom and prepare experimental phantom based on the structural characteristics of myocardial structure ex vivo, and investigate the polarization properties using polarization sensitive optical coherence tomography (PS OCT). Furthermore, an electrocardiography (ECG) triggered PS OCT is developed for monitoring dynamic polarization characteristics of myocardial microstructure in vivo. Finally, the polarization characterization of myocardial ischemia-reperfusion will be established according to the histopathological features of myocardial tissue, which help estimate the extent and scope of myocardial injury. There are innovations in this project including: multiple polarization properties for myocardial structure; an electrocardiography (ECG) triggered PS OCT; polarization characterization of dynamic microstructure for myocardial ischemia-reperfusion process. It is expected to be useful for early diagnosis and treatment of ischemic heart disease.

中国心血管病死亡率居各病种之首,主要是由于缺血性心脏病死亡上升所致。本项目利用偏振OCT技术建立与心肌结构相关的偏振表征，高分辨地观测活体心肌结构，建立心肌缺血再灌注过程微结构的偏振特征。拟从离体心肌结构的光学模型和仿体入手，利用偏振OCT提取偏振表征参数；然后，发展心电图触发的偏振OCT系统监测活体心肌组织微结构的动态偏振表征；最后，根据心肌组织病理学特点，建立适用心肌缺血和再灌注检测的偏振特征，确定心肌损伤程度和范围。创新点包括：建立心肌结构的多参数偏振表征模型；构建心电图触发的偏振OCT系统；建立与心肌缺血再灌注的心肌组织病理解释相关的偏振特征。预期对缺血性心脏病早期诊断和治疗监测具有应用价值。

中国心血管病死亡率居各病种之首,主要是由于缺血性心脏病死亡上升所致。心肌缺血再灌注过程微结构的动态变化，对解释缺血性心脏病成因和早期诊断以及治疗监测具有重大的科学意义和实际应用价值。本项目发展多功能穆勒矩阵元OCT系统建立与心肌结构相关的偏振多参数表征，研制心电图触发的单偏振态的偏振敏感OCT高分辨，并用于观测活体心肌结构，建立心肌不同缺血程度微结构的偏振特征。其主要研究内容：①偏振敏感OCT系统：根据不同的理论体系（斯托克斯矢量与四元素，相干矩阵与穆勒矩阵）与实验对象的要求，发展不同功能的偏振敏感OCT系统，包括多功能穆勒矩阵元OCT系统和适用活体心肌组织成像的心电图触发的单偏振态的偏振敏感OCT。②心肌结构的偏振多参数表征：16个元素的穆勒矩阵和6个偏振参数包括椭圆二向色性和椭圆相位延迟。通过心肌组织病理切片分析，建立心肌结构包括不同心肌纤维大小，方向与偏振多参数表征（比如：相位延迟，快轴方向，二向色性等）的关系。③活体心肌组织的偏振特征：活体心肌组织受到心脏运动的影响，在舒张期和收缩期，心肌纤维大小和方向发生变化，建立表层局部心肌微结构的偏振特征与伸缩状态的关系。同时，结扎冠状动脉左前降支模型，引起心肌急性缺血，建立不同损伤程度的心肌结构的偏振特征变化。