基於光熱誘導位相信息的光學對比增強成像研究

項目摘要

針對現有光學成像技術的對比增強限制問題，本項目提出發展基於光熱誘導位相信息的光學對比增強成像技術，研究基於光熱誘導位相信息的對比增強機制，發展組織內位相信息的高分辨高靈敏提取方法。探尋尺寸在30-50nm間且吸收占主導地位的金納米對比劑，建立組織光熱回響分析模型指導光熱探針最佳化設計，充分利用金納米優異的標記特性並發揮光熱探針的高頻調製優勢，實現基於光熱誘導位相信息的對比增強；建立掃頻相位敏感OCT系統實現光熱位相對比信號的探測並解決位相探測的解析度、靈敏度等關鍵技術問題；有效整合光熱探針和掃頻相位敏感OCT系統，建立基於光熱誘導位相信息的光學對比增強成像平台，開展組織離體在體的實驗驗證研究。研究工作將推動光熱探針標記技術和高靈敏組織位相成像技術的發展，有望創新一種基於光熱誘導位相對比增強的新型醫學光學診斷方法和儀器,突破光學醫療影像技術的現有水平，促進癌症等重大疾病早期診斷技術的不斷提高。

結題摘要

光學對比增強成像技術為重大疾病的早期診斷提供了新的方法和儀器。開發安全有效的光學對比增強方法並實現對比增強信號的深度分辨探測，是光學對比增強成像研究面臨的關鍵科學問題。本項目提出，發展基於光熱誘導位相信息的光學對比增強方法，並採用相位敏感光學相干層析成像（OCT）技術實現光熱位相對比信號的探測。光熱探針最佳化設計是實現光熱誘導位相信息對比增強的基礎，而如何提高位相探測的解析度、靈敏度和動態範圍是實現位相信息深度分辨探測的難點和關鍵。（1）選取了尺寸在30-50nm間的Gold/Gold sulfide納米殼粒子做光熱探針的對比劑，調製頻率可控的808nm半導體脈衝雷射器做光熱探針泵浦光源。完成光熱探針設計，充分利用金納米優異的標記特性並發揮泵浦光源高頻調製的對比增強優勢，發展了基於光熱誘導位相信息的光學對比增強方法。（2）建立了高速掃頻PhS OCT系統，基於Labview和Matlab混合編程的模組化設計完成系統時序控制、數據處理、圖像重建等軟體功能實現，實現了高分辨三維圖像顯示。（3）為了保證系統軸向解析度以及信噪比，需要對干涉光譜信號進行波數（k）空間均勻化標定。首次提出並實施了基於干涉光譜相位k空間直接插值的光譜標定方法，提出並實施了基於光源硬體k時鐘的光譜標定方法，比較了提出的方法與現有標定方法在性能上的優勢，在獲得波數空間均勻分布的掃頻OCT成像信號的同時，減少了計算時間，重建了高質量的生物組織層析圖像。（4）研究了高靈敏大動態範圍定量位相成像方法。針對傅立葉域OCT 位相顯微成像，首次提出譜域多光譜通道相位檢測方法，在此基礎上，又提出聯合譜域和深度域的相位檢測方法，並在蓋玻片、解析度板和洋蔥表皮細胞等樣品上驗證了方法的可行性。（5）完成光熱探針與掃頻PhS OCT系統整合，建立基於光熱誘導位相信息的光學對比增強成像平台，解決了光熱探針與PhS OCT系統的耦合和同步控制問題；首次提出一種基於級聯馬赫曾德干涉儀（MZI）的光譜相位校準方法，解決了系統連續掃描光譜跳變引起的相位噪聲問題，針對典型樣品完成可行性實驗驗證。綜上，本項目研究基本上按照計畫執行，證實了基於光熱誘導位相信息的光學對比增強成像方法的可行性，在深度分辨高靈敏相位探測技術上有新的突破。發表了包括TOP期刊的文章5篇，獲授權發明專利7項，省級高校科技成果獎三等獎一項等一系列研究成果

基於光熱誘導位相信息的光學對比增強成像研究

基本介紹

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結題摘要

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