基於內窺定量光聲斷層成像的宮頸腺癌早期檢測研究

《基於內窺定量光聲斷層成像的宮頸腺癌早期檢測研究》是依託中南大學，由彭寬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於內窺定量光聲斷層成像的宮頸腺癌早期檢測研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭寬
• 依託單位：中南大學

項目摘要

由於缺乏有效的早期檢測手段，宮頸腺癌的臨床治療效果較差。研究表明，針對光學參數的成像方法對宮頸腺癌檢測具有較高的靈敏度。但由於宮頸腺癌早期病灶位於離體表較遠的宮頸管內，現有光學參數成像技術檢測深度的不足成為了其臨床套用的瓶頸，並阻礙了早期宮頸腺癌發展階段與光學參數對應關係的建立。為此，本項目將結合宮頸腺癌解剖特點和光聲成像高穿透深度特性，設計宮頸管光聲內窺探頭，以降低宮頸光學參數檢測對成像深度的要求；同時從雷射發射強度和定量重建兩方面對現有內窺光聲成像技術進行改進，進一步提高其成像深度。在此基礎上，本項目擬將成像檢測與宮頸組織樣本病理切片緊密結合，利用前者進行病灶定位以輔助活檢取樣，基於後者對病灶的發展階段進行準確評估，通過充分的實驗建立宮頸腺癌早期病灶各發展階段的成像參數特徵。內窺光聲探頭與病灶發展階段光學參數特徵分析的結合將能為早期宮頸腺癌提供一種有效的無損影像學檢測手段。

結題摘要

宮頸腫瘤的異常擴張需要密集血管支持，而血液中的血紅蛋白對特定波長的光具有強烈的吸收作用，從而導致腫瘤具異常的光吸收係數。光聲成像同時具有光學成像的高靈敏度和超聲成像的高解析度和相對較高的成像深度，因此是一種較有潛力的宮頸腫瘤檢測手段。針對光聲成像的成像深度仍不足以從體外對宮頸進行成像的問題。本項目設計並實現了一種針對宮頸管腫瘤的內窺光聲成像探頭。利用微型超聲探測器和外置的驅動系統，該探頭直徑被縮小至8 mm。該探頭通過雙層殼體結構避免了信號線和光纖的旋轉扭曲，並提供了全向無遮擋的掃描視野。為了確定探頭中定製微型超聲探測器的參數，本項目提出了一種基於超聲探測器孔徑面元動態細分和面積積分的聲場仿真算法。該算法通過動態細分分離了孔徑面元空間脈衝回響函式中的高低頻成分，以階梯函式近似低頻成分為代價用面積積分精確描述了高頻成分。與已有方法相比，所提出方法顯著降低了保存空間脈衝回響函式高頻成分所需要的採樣率，有效的降低了計算量。此外，本項目通過算法的GPU並行化進一步提高了計算效率。為了解決聲學解析度光聲內窺成像中在遠離焦距區域橫向解析度急劇惡化的問題，本項目提出了一種基於超聲探測器孔徑分割的聲學解析度光聲內窺成像算法。通過利用探測器孔徑各位置上的數據來重建一個像素，該算法有效降低了偏離焦距的成像區域中橫向解析度的惡化。為了驗證光聲成像對宮頸腫瘤的檢測效果，本項目還使用來自人體的正常宮頸組織與不同分期的宮頸腫瘤組織進行了光聲成像研究。結果表明光聲成像所獲得的正常宮頸組織和宮頸腫瘤組織的平均光吸收量具有統計學意義上的差異；不同宮頸腫瘤組織的平均光吸收量之間同樣存在統計學意義上的差異。本項目從硬體設備搭建、成像仿真算法和離體樣本檢測三個方面對光聲成像在宮頸癌檢測中的套用進行了初步的研究，其研究成果能夠為宮頸癌的光聲成像檢測提供重要的指導作用。