基于譜域光學(xué)相干層析術(shù)的人體皮膚三維血流成像研究.pdf

1、光學(xué)相干層析術(shù)(Optical Coherence Tomography，OCT)是20世紀(jì)90年代提出的一種可對(duì)生物組織活體斷層成像的方法，具有分辨率高、成像速度快和對(duì)樣品無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)利用生物組織的后向散射光與參考光的干涉信號(hào)來(lái)提取生物組織深度方向上的信息，在橫向上則利用兩個(gè)掃描振鏡進(jìn)行二維掃描，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理來(lái)重構(gòu)樣品的三維圖像。該成像技術(shù)的分辨率為微米量級(jí)，在組織中的最大成像深度能夠達(dá)到2 mm。
　　人體所需的營(yíng)養(yǎng)物

2、質(zhì)和氧氣都是通過(guò)血液循環(huán)輸送到全身各組織，并且在毛細(xì)血管中發(fā)生物質(zhì)交換。當(dāng)組織發(fā)生病變時(shí)，血管的分布也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。因此在臨床醫(yī)學(xué)中，組織中的血管分布圖像可以輔助疾病診斷，如癌癥，牛皮癬和酒色斑等疾病。本文首先設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)譜域OCT系統(tǒng)(Spectral Domain OCT，SDOCT)，然后主要對(duì)基于OCT的血流成像技術(shù)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括下面幾個(gè)方面:
　　首先設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)SDOCT系統(tǒng)。為了優(yōu)化系統(tǒng)性能，搭

3、建了一套快速掃描延遲線系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償該系統(tǒng)色散。為了提高色散補(bǔ)償精度，提出通過(guò)測(cè)量參考臂和樣品臂色散不匹配值的方法來(lái)評(píng)定色散補(bǔ)償效果;同時(shí)提出基于該系統(tǒng)的測(cè)量透射樣品色散值和折射率的方法。
　　為了抑制活體成像過(guò)程中環(huán)境抖動(dòng)和系統(tǒng)不穩(wěn)定等在相位差圖像中引入的隨機(jī)噪聲，提出基于譜域互相關(guān)的相位分辨多普勒OCT技術(shù)來(lái)計(jì)算組織中的血流速度。該方法中，對(duì)連續(xù)兩次A掃的干涉條紋信號(hào)通過(guò)互相關(guān)運(yùn)算來(lái)去除噪聲。在血流模擬實(shí)驗(yàn)中，新方法將速度信號(hào)的信

4、噪比由53 dB提高到56 dB;在對(duì)老鼠耳朵上血流成像的實(shí)驗(yàn)中，該方法將速度信號(hào)的信噪比由45 dB提高到49 dB。
　　為了解決相關(guān)成像OCT方法中血流圖像分辨率和血流圖像信噪比之間的矛盾，提出基于體數(shù)據(jù)的相關(guān)成像OCT方法來(lái)重構(gòu)血流圖像，實(shí)現(xiàn)在不減小XZ截面內(nèi)圖像分辨率的情況下提高血流圖像的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明窗口為3×3×3像素時(shí)基于體數(shù)據(jù)的相關(guān)成像OCT方法所得血流信號(hào)的信噪比比窗口為7×7像素時(shí)傳統(tǒng)相關(guān)成像OCT方法所

5、得血流信號(hào)的信噪比高2 dB，并且血流圖像的分辨率高了近一倍。
　　為了去除相關(guān)成像OCT方法中由呼吸和心跳等引起的抖動(dòng)噪聲，提出利用補(bǔ)零技術(shù)和圖像配準(zhǔn)技術(shù)來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，再通過(guò)計(jì)算相關(guān)系數(shù)的方法提取血流信號(hào)。為了提高提取血流信號(hào)的靈敏度，提出利用OCT圖像中的虛部信號(hào)來(lái)計(jì)算相關(guān)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在人體皮膚的血流圖像中，補(bǔ)零技術(shù)和圖像配準(zhǔn)技術(shù)能夠有效地去除抖動(dòng)噪聲;在老鼠耳朵血流成像實(shí)驗(yàn)中，基于虛部相關(guān)的方法能夠提取出更多的