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、成像速度快和對樣品無損傷等優(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來提取生物組織深度方向上的信息，在橫向上則利用兩個掃描振鏡進(jìn)行二維掃描，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理來重構(gòu)樣品的三維圖像。該成像技術(shù)的分辨率為微米量級，在組織中的最大成像深度能夠達(dá)到2 mm。
　　人體所需的營養(yǎng)物

2、質(zhì)和氧氣都是通過血液循環(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，血管的分布也會發(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)計并搭建了一臺譜域OCT系統(tǒng)(Spectral Domain OCT，SDOCT)，然后主要對基于OCT的血流成像技術(shù)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括下面幾個方面:
　　首先設(shè)計并搭建了一臺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)來補(bǔ)償該系統(tǒng)色散。為了提高色散補(bǔ)償精度，提出通過測量參考臂和樣品臂色散不匹配值的方法來評定色散補(bǔ)償效果;同時提出基于該系統(tǒng)的測量透射樣品色散值和折射率的方法。
　　為了抑制活體成像過程中環(huán)境抖動和系統(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)來計算組織中的血流速度。該方法中，對連續(xù)兩次A掃的干涉條紋信號通過互相關(guān)運(yùn)算來去除噪聲。在血流模擬實(shí)驗(yàn)中，新方法將速度信號的信

4、噪比由53 dB提高到56 dB;在對老鼠耳朵上血流成像的實(shí)驗(yàn)中，該方法將速度信號的信噪比由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像素時基于體數(shù)據(jù)的相關(guān)成像OCT方法所得血流信號的信噪比比窗口為7×7像素時傳統(tǒng)相關(guān)成像OCT方法所

5、得血流信號的信噪比高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噪聲，提出利用補(bǔ)零技術(shù)和圖像配準(zhǔn)技術(shù)來對結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，再通過計算相關(guān)系數(shù)的方法提取血流信號。為了提高提取血流信號的靈敏度，提出利用OCT圖像中的虛部信號來計算相關(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