[发明专利]组织工程皮肤构建过程中OCT实时无损监测方法

权利要求书

1.组织工程皮肤构建过程中OCT实时无损监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤(1)、OCT系统实时对各培养状态下的组织工程皮肤模型进行二维数据和三维数据的采集，其中组织工程皮肤为单层或多层结构，即从外到内层依次所包含的生物结构如下：表皮层、真皮层、皮下组织中单层或多层；

所述OCT系统的扫描探头对准组织工程皮肤的培养板；OCT系统轴向分辨率为1～6μm，扫描探头工作距离＞25mm，对组织工程皮肤组织的成像深度＞500μm，中心波长选择800nm、900nn或1300nm，并且能够穿透培养板进行测量；

所述二维数据采集方式如下：组织工程皮肤半径为R，以组织工程皮肤的中心为圆心，以采样间隔为u像素大小取同心圆，在组织工程皮肤圆形区域内等间隔采集不少于6个B-scan横向扫描数据；平均B-scan数据得到距离组织工程皮肤中心位置处的平均厚度分布；

所述三维数据的采集方式如下：组织工程皮肤半径为R，以组织工程皮肤的中心为圆心，设置OCT扫描范围使其大于等于2R×2R矩形面积，扫描组织工程皮肤；

步骤(2)、利用基于OCT强度信号的自适应峰值检测算法量化组织工程皮肤的三维结构参数，通过对培养周期内的组织工程皮肤持续检测，标定OCT强度信号曲线特征峰之间的距离，精准分析组织工程皮肤的层厚，以此量化分析组织工程皮肤的厚度、表面粗糙度的变化和表征组织工程皮肤的生长状态；具体是：

2.1根据步骤(1)获得的OCT二维数据和三维数据提取A-Scan轴向扫描信号强度曲线数据D＝{D1，D2，…，Dn}；Dn表示第n时刻得到的A-Scan信号强度曲线；

2.2A-Scan信号强度曲线Dm中总计包含若干个峰，按照峰值从大到小排序寻找前k+1个最大峰，1≤m≤n，按照当前OCT强度信号深度域轴向顺序依次相邻两个峰之间的距离分别表示为上述组织工程皮肤中各生物结构的像素数量，并求取相应的OCT基底信号(D_background)_k，1≤k≤3，k表示组织工程皮肤的生物结构层数；具体是：

2.2.1首先根据OCT三维数据确定组织工程皮肤测量的Z轴向信号深度域区间为z1-z2，在深度区间上找到A-Scan信号强度曲线最大峰D_Index2，即为前1个最大峰；Index2表示最大峰所在的像素点；

2.2.2初始化l＝1，根据第l个最大峰确定不含有组织工程皮肤的深度区间z3-z4和z5-z6，然后根据公式(1)计算当前峰OCT基底信号(D_background)_l：

(D_background)_l＝min(D_{backgroundleft},D_{backgroundright}) 公式(1)

其中z3-z4位于当前峰值所在像素点的左侧，z5-z6位于当前峰值所在像素点的右侧，D_q表示Dm中像素q处的A-Scan信号强度；

2.2.3第l+1个最大峰迭代寻找过程如下：

1)初始化，设定边长中心为D_Index2且边长长度为h的选中框，其中h为人为设定的自然数；

2)判断选中框所有OCT A-Scan轴向扫描信号是否均大于OCT基底信号(D_background)₁，若是则重新赋予h＝h+2，重复步骤2)；若否则停止迭代；

3)从选中框中外侧筛选出最大峰作为A-Scan轴向扫描信号强度曲线的第l+1个最大峰，即可获得该峰值对应所在的像素点；

2.2.4判断是否满足l＝k，若是则结束，若否则重置l＝l+1，返回步骤2.2.2寻找下一个最大峰所在的像素点位置；

2.3根据当前OCT强度信号深度域轴向顺序依次计算相邻两个峰值的像素点位置差值，根据公式(4)获取组织工程皮肤相对应的生物结构厚度depth：

depth＝相邻两个峰值像素点位置差值×resolution/n 公式(4)

其中resolution为OCT系统在空气中轴向分辨率；n为组织工程皮肤相对应的生物结构的折射率；

上述OCT强度信号深度域轴向顺序与组织工程皮肤生物结构从外至内的顺序相对应；

2.4根据OCT二维数据，获取组织工程皮肤粗糙度R_a，如下：

其中PN为组织工程皮肤x-y面的采样点数；(x₀,y₀)是组织工程皮肤的中心位置；R为待测量组织工程皮肤的半径；Z_(i,j)表示待测量组织工程皮肤表面像素点位置(i,j)与组织工程皮肤中心位置(x₀,y₀)的像素距离；

步骤(3)、利用OCT系统实时监测组织工程皮肤构建过程，结合步骤(2)实时得到组织工程皮肤的厚度和粗糙度分析结果，根据产品的设计需求，实时反馈组织工程皮肤构建过程中出现的问题，改进组织工程皮肤培养的参数控制，以期达到同一批次内组织工程皮肤参数的一致性和不同批次组织工程皮肤参数的一致性。