[发明专利]一种基于光学相干技术的组织活性检测的方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于光学相干技术的组织活性检测方法与系统。采用OCT方法采集生物组织样本内部的原始OCT干涉光谱信号；利用多路复用方法对原始OCT干涉光谱信号进行处理获取高信噪比的、随OCT成像深度衰减的OCT强度信号；根据OCT强度信号随深度的衰减特性计算生物组织样本的衰减系数；根据衰减系数，确定分割阈值，识别正常组织和损伤组织。本发明方法可以显著提高衰减系数的测量精度，实现活体生物组织的损伤状态的定量获得。

技术领域

本发明大体涉及生物医学成像领域，且更具体地涉及光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，OCT)，多路复用方法计算衰减系数及利用衰减系数获得组织活性的方法。

背景技术

组织活性检测在疾病诊断和疗效获得中具有重要意义。常用的细胞活性检测方法是组织学染色或免疫组化染色，这些方法需要人工多次添加标记物进行生化反应，操作过程繁琐，劳动强度大，耗时长，只能对少量取样进行离体检测。现有对组织损伤程度在体获得的技术中，MRI可以对组织活性进行获得，但其分辨率低，且成本高，适用人群有限。双光子成像也能够对细胞相应和血流动态变化进行监测，但是其成像速度、成像范围和穿透深度比较有限。因此，对组织活性进行实时、无标记、低成本、高分辨率的成像检测成为本领域的需求。

相比于其他生物医学成像手段，OCT成像技术具有无标记、非接触性、非侵害性、实时性、高灵敏度以及高分辨率等优点。这些优势特征使得OCT在近十多年中发展迅猛，并已经被临床医学广泛接受。OCT系统主要通过探测由于生物样品光学不均匀性所导致的后向散射光光强的变化来获得样品的折射率信息，进而重构样品的光学结构图像。生物组织的衰减系数体现了其对光的散射和吸收能力，与组织结构和细胞生理状态紧密相关。通过正常组织和损伤组织的衰减系数统计分布特征，确定识别损伤组织的衰减系数阈值，用于组织活性获得和损伤组织的判定。例如，脑组织损伤后的细胞坏死和细胞死亡导致细胞类型和数量的改变，包括神经元细胞的死亡和星型胶质细胞的增生和激活等，进而导致组织光学特性及衰减系数的变化。脑组织损伤程度揭示了脑组织生存和神经功能恢复能力，对组织活性的获得和识别损伤组织有助于进行治疗效果的获得和术中指导。

在计算衰减系数过程中，现有技术中衰减系数计算精度低，通常可通过时间或空间上的平均来提高衰减系数改善，但会带来时间成本的提高或分辨率的下降。为此我们提出的多路复用方法，结合光谱分割、入射角分割和偏振分割的方法来获取多个独立子样本，在不增加采集时间的前提下，利用多个独立子样本的平均来提高衰减系数对比度和组织损伤识别准确度，推动OCT光学衰减系数在组织活性检测中的临床应用，有助于组织损伤相关的疗效获得和术中指导。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于光学相干技术的组织活性检测的方法与系统。利用本发明中所涉及的多路复用方法可以显著提高衰减系数的测量精度，实现活体生物组织的损伤状态的定量获得。

本发明基于光学相干层析成像(OCT)的无标记、三维、高分辨率成像技术，获取组织深度方向的信息，并计算在深度方向的衰减系数。通过正常组织和损伤组织的数据集，确定衰减系数区分正常组织和损伤组织的阈值，准确识别组织损伤，在体监测组织活性。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

采用OCT方法采集生物组织样本内部的原始OCT干涉光谱信号(散射信号)；

利用多路复用方法对原始OCT干涉光谱信号进行处理获取高信噪比的、随OCT成像深度衰减的OCT强度信号；

根据OCT强度信号随深度的衰减特性计算生物组织样本的衰减系数；

根据衰减系数，确定分割阈值，识别正常组织和损伤组织。

采用OCT方法采集生物组织样本内部的原始OCT干涉光谱信号包括对生物组织样本内部进行三维空间的OCT扫描成像，成像获得的信号为原始OCT干涉光谱信号。