气压式扫频OCT研制及其在结直肠癌组织检测中应用研究

Optical coherence tomography (OCT) is a non-invasive, three-dimensional imaging technique, capable of optical imaging of biological tissue with visualization of microstructures at a resolution approaching that of conventional histology. Colorectal cancer has become one of the most common cancers around the world, particularly in China. The objective of the proposed study is to develop a novel air-jet OCT endoscopic probe to measure the mechanical and optical properties of colorectal tissues for the quantitative assessment of colorectal cancers. The change of colorectal tissue characteristics, including mechanical and optical properties, is the main diagnostic evidence to distinguish between colorectal cancer and normal tissue noninvasively. The state-of-the-arts swept source OCT technique will be developed to achieve high resolution, high sensitivity and deep penetration, and the OCT optical signals will be analyzed to extract optical parameters. An assessment protocol for the early diagnosis of colorectal cancers will be established based on the parameters measured by the proposed system.

光学相干层析技术（OCT）作为一种新兴的医用成像技术二十几年来经历了从时域OCT到光谱解调频域OCT再到扫频光源解调频域OCT的技术突破后，具有高分辨率，高灵敏度，非侵入，无损伤等特点，受到了国内外越来越多的关注。结直肠癌是全世界发病率最高的癌症之一，组织特性的变化是区别结直肠癌变和正常组织的重要特征，也是检测组织是否癌变最主要的切入点。本项目在前期工作基础上提出一种基于气压式内窥扫频OCT测量结直肠组织特性的方法；发展一套高速高分辨的扫频OCT系统和研制气压式小探头；并用于测量结直肠正常组织与癌变组织在硬度上的差异，以期实现结直肠癌的检测。该方法结合扫频 OCT、内窥 OCT 以及气压式测量组织硬度的优势，具有无损伤，非接触，高灵敏度和高分辨率等特点。针对目前在测量活体结直肠组织硬度技术上的空缺，对将来结直肠癌诊断提供临床指导意义。

结直肠癌是全世界发病率最高的癌症之一，组织特性的变化是区别结直肠癌变和正常组织的重要特征，也是检测组织是否癌变最主要的切入点。本项目预定的目标为：发展一套高速高分辨的扫频OCT系统和研制气压式小探头；并用于测量结直肠正常组织与癌变组织在硬度上的差异。通过结肠组组的OCT成像并定量测量对将来结直肠癌诊断提供临床指导意义。.项目执行期间，我们设计研制了基于气压式内窥扫频OCT测量结直肠组织特性的方法及装置，达到预期指标。其中OCT系统的各种参数指标为：光源中心波长为835nm，光谱半高全宽为40nm，出射光功率为5mW，发出的宽带光经过分光比为50：50的光纤耦合器，分为两束出射到参考臂和样品臂，经两臂返回的干涉光信号从光纤头发出，经f1=75mm的消色差透镜扩束，入射一个透射光栅(1200 lpmm)，色散后经f2=200mm的聚焦镜汇聚在线阵CCD探测元上。所用CCD使用e2v公司的AViiVA@SM2型高速线阵CCD相机，有2048个像元，像元大小为14×14μm，最小曝光时间为35us，目前对应最高光谱采集速度27k line/s，在样品臂扫描振镜给出的触发下采集得到的数据经解调后形成OCT图像。目前这一系统轴向分辨率8um，横向分辨率约6um，信噪比80dB。样品臂OCT内窥探头有给气压孔，扫描装置在仪器端，可进行推拉光纤扫描，探头直径5mm。我们还开发了一种定量方法来计算结直肠组织的光学特性。光在样品中的吸收和散射属性导致OCT信号衰减，衰减系数表征在组织中衰减的概率指数，为吸收系数和散射系之和。通过对模型组和对照组二维OCT图像的某一区域A-扫描平均而获得的一维OCT衰减曲线，拟合该曲线，可得到衰减系数。这条曲线是遵从OCT信号与样品深度在单散射与多层散射模型的函数，因此可以定量检测。.项目执行期间发表了标注的学术论文14篇，其中SCI论文12篇，申请发明专利1项。.总之，课题组通过几年的努力工作，完成了项目既定的全部工作计划和目标。