光学相干层析成像技术用于裸鼠皮肤霉菌感染研究

利用中心波长为850 nm的宽带光源SLD实现了纵向分辨率为8μm的光学相干层析成像系统。系统采用傅里叶域光学延迟线实现了深度扫描速度为160 mm/s,成像深度为3 mm。获得了裸鼠皮肤霉菌感染部位和健康皮肤的光学相干层析(optical coherence tom ography,OCT)图像,皮肤病变前后的内部结构信息清晰可见。     

新型光纤光学相干层析系统在龋齿诊断中的应用

早期龋齿导致牙齿内部脱矿,使得该区域折射率发生变化,从而导致其后向散射系数增加。利用一种新型的光学相干层析（OCT）系统可以进行口腔龋齿疾病的诊断。该全光纤系统快速准确地获得了人体正常离体牙和具有龋变的离体牙的OCT图像。对比它们的后向散射系数,首次发现具有龋变的离体牙齿的后向散射系数是正常离体牙齿组织的数倍。采用此方法可以对龋齿及早期龋齿进行诊断,对于龋齿早期诊断研究具有重要的意义。     

采用OCT系统对组织光学通透的研究

组织通透方法采用高折射率化学试剂对生物组织进行渗透,改变组织的光学均匀性,可以有效地改善光学成像的穿透深度,受到生物医学光学研究领域的重视。利用光学相干层析成像技术,测量通透过程中不同测量深度下组织的散射特征的变化。通过采用系统信号对数的梯度值近似地表征光学散射系数,研究了通透过程中组织的散射特征随渗透时间和测量深度的动态关系。实验证明了组织通透可以有效地增加光子的穿透深度,并改善成像质量。研究发现:不同测量深度处组织的散射系数及其变化幅度、变化过程和变化趋势等均存在一定的差异性,并与组织的微观结构、其通透效果,化学试剂在组织中的渗透行为等有密切关系,有助于组织通透过程的理解,并为组织通透机制提供可能的实验依据。     

光学相干层析分子成像方法初探

介绍了分子对比剂在光学相干层析成像(optical coherence tom ography,OCT)技术中的研究现状,概述了迄今出现的几种不同的光学相干层析分子成像方法(m olecu lar contrast OCT,简称为MCOCT),讨论了MCOCT的几个重要的实际问题:对比剂的选择范围、激发光强的限制、各种方法灵敏度比较以及MCOCT应用于临床与生物学领域需要考虑的因素。     

基于光学相干层析图像的离体牙三维重建

利用shear-warp算法对离体牙的光学相干层析图像进行三维重建,通过不透明度传递函数的合理设置及光照模型的引入实现牙齿内部组织结构的可视化,便于医生在早期龋齿诊断中定位病变.介绍了shear-warp算法的原理、用于龋齿检测的全光纤光学相干层析成像系统及其二维层析图,以及利用离体牙牙冠的二维层析图重建获得三维结构图.     

光学相干层析用于牙齿病变的检测

阐述了适用于牙齿结构成像的光学相干层析成像(OCT)系统。系统光源中心波长为1 310 nm,成像分辨率10μm,在牙内成像深度2 mm,成像速度1幅/秒,系统信噪比100 dB。利用此OCT仪清晰检测到牙齿样品的牙釉质和牙本质,观察到牙釉质与牙本质的分界面以及正常牙齿牙釉质与龋齿牙齿牙釉质OCT图像的区别。进一步设计研制了适用于口腔内探测的小型OCT探头。     

人手部皮下微循环特性随深度变化的研究

本研究使用手持式扫频光学相干层析(SSOCT)系统分别在人左手无名指指甲上方、无名指指腹和手掌大拇指根部选取3 mm×3 mm区域进行了在体成像,使用指数补偿方法还原血流信息,获取不同深度的血流正面光学断层图像(en face图像),从血管灌注密度(PD)、血管直径(VD)两个方面分析了微循环随深度的变化特性。试验结果证明,在上述三个成像位置中,随着成像深度的增加,血管PD与血管VD均增大,血流信息的丰富程度增加,但同时en face图像的清晰度有所下降。其中左掌大拇指根部微血管最为细密,血流信息较为丰富,比较适宜作为微循环疾病诊断研究的成像部位。分层投影结果显示,左手无名指指甲上方部位在成像深度较浅(220～660μm)时,血管PD明显小于其他两个成像部位,说明此处在该范围内血流信息丰富程度不够。本文测量了随深度变化的手部血流几何学特征,验证了光学相干层析(OCT)技术基于手部皮下微循环光学断层图像进行疾病诊断的可行性。许多微循环疾病早期就已经产生了微血管病变,因此对这种微循环变化的探测在疾病的早期诊断方面具有临床指导意义。     

早期胚胎全场OCT图像的边界去模糊研究

全场光学相干层析成像技术(全场OCT)是研究早期胚胎形态发育的最理想成像设备,然而所采集图像难免受噪声干扰.这些噪声可模糊早期胚胎内不同组织结构的边界,从而给基于图像边界的结构划分带来干扰.为解决这一问题,本文运用中值滤波、维纳滤波、各向异性扩散算法处理全场OCT获得的早期胚胎图像,并运用信噪比、均方误差、峰值信噪比和边缘保留等指标评价图像处理效果.结果表明:经各向异性扩散算法处理的早期胚胎图像,可完整地保留原始图像信息,且边界最清晰,视觉效果最好.     

基于谱域光学相干层析系统中光谱涨落的指纹获取

指纹因其特异性和稳定性等特点而被称为"证据之首",在案件侦破中起着极其重要的作用。多种物理学、化学和光学技术都可以用于获取现场遗留的指纹,然而这些方法存在一些缺点,如会对指纹造成破坏、潜在的毒副作用、在现场留有痕迹等。利用谱域光学相干层析(spectral domain optical coherence tomography,简记为SD-OCT)技术进行指纹探测具有非接触、对指纹无损伤和高灵敏度的优势,利用OCT系统的相位敏感性我们可以在低对比条件下再现遗留在物体表面的指纹,但处理结果受指纹所在表面高低起伏影响,使得指纹信息对比度降低,难以被分离和提取。本文提出了一种基于干涉光谱涨落的指纹获取方法,只需对OCT系统得到的干涉光谱的涨落进行处理分析,即可得到遗留在物体表面的指纹图案,不需进行相位和表面轮廓高度的求取,算法简单、处理速度快,处理结果不受样品表面高低起伏的影响。实验结果表明,在起伏表面上,使用该方法也能较好地显现遗留在物体表面的指纹图案。     

位相分辨偏振灵敏光学相干层析术:组织双折射特性的成像与定量分析

我们研制了一种基于光纤的位相分辨偏振灵敏光学相干层析成像系统。该系统中的偏振状态控制设量在参考臂而非光源臂上,因而使得光抵达样品的传输效率大大提高。鉴于光源的部分偏振性,入射于样品上的光含有任意偏振状态的分量,通过对参考光偏振状态的调制,就可相干地提取对应于入射光四种正交偏振状态并经样品后向散射的光信号。基于斯托克斯矢量夹角在无损光纤系统传输的变换不变性,我们能利用测量臂中光信号的斯托克斯参数来确定双折射样品深度分辨的位相延迟信息。利用所研制的偏振灵敏光学相干层析成像系统,不仅确认了韧带和软骨的双折射性质,而且定量分析了不同条件下韧带的双折射变化．研究结果表明：韧带松弛可使其双折射特性明显减弱,而韧带经拉伸后,其双折射特性的变化却不明显。     

基于全场光学相干层析技术评估卵母细胞质量

卵胞质质量是影响卵母细胞发育能力的重要因素，然而目前仍缺少无损且客观高效地评估卵胞质成熟度的方法.已知胞质成熟度低是导致体外成熟卵母细胞发育能力远低于体内成熟卵母细胞的主要原因.全场光学相干层析技术(FF-OCT)具有无损非标记且三维高分辨的特点.FF-OCT采集的体内成熟与体外成熟小鼠卵胞质图像，经对比发现，具有大面积高亮皮质区及胞质均匀分布的卵母细胞，其胞质成熟度更高.为验证这一点，对比了显微镜下筛选和FF-OCT筛选的体外成熟卵母细胞的体外受精率，发现显微镜筛选组的体外受精率远低于体内成熟的情况，FF-OCT筛选组的体外受精率与体内成熟组之间无显著差异.这说明FF-OCT筛选的体外成熟卵母细胞发育能力接近于体内成熟的卵母细胞.此外还利用FF-OCT成功观测到新鲜及老化卵母细胞之间的形态差别，即老化卵母细胞胞质均匀性更差及高亮皮质区更小.因此，FF-OCT可用于无损评估卵胞质质量，且大面积高亮皮质区的存在性及胞质分布的均匀性是评估卵胞质质量的有效指标.     

基于光学相干层析术的斑马鱼颅骨密度定量分析方法

斑马鱼广泛地应用于骨退化相关的机制研究和新药开发过程中.目前临床应用检测骨密度(BMD)的方法主要有单光子吸收、双光子吸收、双能X线吸收、定量CT和超声技术等,上述方法均难用于斑马鱼的研究中.本文旨在寻求一种新式的、适用性强和操作简易的定量分析斑马鱼BMD的方法.对采集到的使用125μmol/L泼尼松龙溶液诱导骨质疏松...     

编者按

生物光子学是近几年来迅速崛起的一门生物物理学新技术, 它通过生物光子与物质的相互作用, 以图像的方式提供生物组织、细胞、分子的结构和功能信息。在医学无损伤诊断、细胞内分子过程的探测和脑功能成像方面,展示了良好的应用前景。本期刊登的王进军、王毅和屈军乐等的三篇论文反映了生物光子学研究在我国的兴起。王进军等应用荧光共振能量转移（简称FRET）研究了活细胞内蛋白激酶RKA活性的时空变化; 屈军乐等介绍了一种新型光学相干层析成像技术,并用它得到了视网膜上单个锥状细胞的图像; 王毅等则报道了一种新的研究生物组织结构的光声成像方法。我们希望,这三篇论文的发表能激起读者对生物光子成像技术的兴趣,并使这一技术在生命科学研究中受到更多的 关注。     

基于自适应光学的视网膜单细胞光学相干层析成像技术

介绍了一种基于CCD相机的并行光学相干层析成像技术,将所建立的层析成像系统和自适应光学视网膜相机结合。利用一维光学相干层析系统对人眼视网膜进行追踪并控制相干门在视网膜内的位置,利用基于CCD相机的二维光学相干层析成像系统记录视网膜的干涉图像。用眼模型和牛眼视网膜组织对系统进行了测试,通过将4幅干涉图像的获取时间控制在7 ms以内来减少视网膜运动对成像的影响;系统的轴向点扩展函数和灵敏度分别达到10 μm和76 dB。实验结果表明,所建立的基于自适应光学的视网膜光学相干层析成像系统的空间分辨率和灵敏度远远高于其它基于自适应光学的视网膜成像技术。     

OCTA用于检测不同屈光人群的黄斑区视网膜密度和厚度及其相关性分析

目的:采用光学相干断层扫描血管成像技术(OCTA)检测不同屈光人群的黄斑区视网膜密度及厚度并分析其相关性。方法:选取2016年2月～2018年2月我院收治的近视患者200例为研究对象,根据等效球镜度数的差异将其分为轻度近视组(-0.50～-2.75D)52例、中度近视组(-3.00～-5.75D)46例、高度近视组(-6.00～-8.75D)48例、超高度近视组(≤-0.90D)54例。所有患者均进行OCTA检测,比较各组患者黄斑区不同区域视网膜血管密度以及厚度的差异。结果:轻度近视组、中度近视组、高度近视组、超高度近视组等效球镜均呈逐渐降低趋势,而眼轴长度均呈逐渐升高趋势,各组间对比差异有统计学意义(P0.05)。超高度近视组患者中心凹、中心凹旁、颞侧、上方、鼻侧、下方视网膜血管密度和中心凹、中心凹旁、颞侧、上方、鼻侧、下方视网膜厚度相比轻度近视组、中度近视组、高度近视组均显著降低(P0.05)。经Pearson相关性结果显示:近视屈光人群的黄斑中心凹以及上方视网膜血管密度以及视网膜厚度呈正相关关系(P0.05)。结论:采用OCTA检测不同屈光人群的黄斑区视网膜密度及厚度,结果表明近视屈光度患者的黄斑区视网膜密度增加以及黄斑区视网膜厚度的增厚呈正相关关系。     

光学相干断层成像在临床医学中的应用

光学相干断层成像(OCT)是一种基于弱相干光学断层成像技术,可以对生物组织活体断层成像,是继计算机X射线摄影(CR)和数字X射线摄影(DR)、超声、电子计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)之后又一新的生物组织成像方法。OCT在眼科、皮肤科、心血管科、肿瘤科、骨科、口腔科、妇科等对组织病变的早期光学诊断和实时动态监测方面具有广泛的应用及重要的临床价值。本文就OCT的基本原理、研究现状、主要的临床应用和应用过程中存在的问题进行综述并展望未来相关的发展趋势。     

激光共热扫描显微镜的光学层析特性研究

本文从理论上研究了激光共焦扫描显微镜的光学层析特性,并给出了探测器的针孔大小,聚焦物镜数值孔径与光学层析的关系,最后还给出了利用光学层技术发现的一种寄生虫新的形态结构的实验结果。     

SS-OCT在不同肾功能状态DME患者抗VEGF疗效评价中应用分析

摘要 目的：探讨扫频源光学相干层析成像（SS-OCT）在不同肾功能状态糖尿病黄斑水肿（DME）患者抗血管内皮生长因子（VEGF）治疗疗效的应用价值。方法：选择2020年1月至2022年1月我院收治的80例DME患者,根据尿白蛋白含量将患者分为正常蛋白尿组（35例,＜30 mg）, 微量蛋白尿组（28例,30～300 mg）和大量蛋白尿组（17例,＞300 mg）。所有患者均接受抗VEGF治疗,比较不同肾功能状态临床疗效差异,SS-OCT技术测量治疗前后黄斑区中央视网膜厚度（CRT）、中心凹无血管区（FAZ）面积、FAZ周长、中心凹旁300 μm血流密度（FD-300）、旁中心凹浅层及深层视网膜血流密度的变化。结果：大量蛋白尿组治疗总有效率低于正常蛋白尿组、微量蛋白尿组（35.29% vs 60.71%、85.71%,P＜0.05）。三组治疗后CRT、FAZ面积、FAZ周长均较治疗前降低（P＜0.05）,FD-300、旁中心凹浅层血流密度、深层血流密度均较治疗前增加（P＜0.05）。大量蛋白尿组治疗前、后CRT、FAZ面积、FAZ周长大于正常蛋白尿组、微量蛋白尿组（P＜0.05）,且微量蛋白尿组大于正常蛋白尿组（P＜0.05）;大量蛋白尿组治疗前、后FD-300、旁中心凹浅层血流密度、深层血流密度低于正常蛋白尿组、微量蛋白尿组（P＜0.05）,且微量蛋白尿组低于正常蛋白尿组（P＜0.05）。结论：SS-OCT可准确定量评估不同肾功能状态DME患者抗VEGF治疗前后CRT、FAZ形态以及血流灌注的变化,可用于评估抗VEGF疗效。     

光学相干层析术高分辨率活体成像泼尼松龙诱导的骨质疏松斑马鱼模型

本研究利用光学相干层析术OCT对泼尼松龙诱导的斑马鱼骨质疏松模型进行活体成像,并结合电镜能谱技术定量分析斑马鱼模型骨质的钙磷元素含量及分布情况,共同探讨OCT方法在基于斑马鱼模型开展的骨质疏松研究中的使用价值。选取40条3月龄野生型斑马鱼暴露于50μmol/L泼尼松龙溶液和含0. 5%DMSO的溶液中(对照组),28. 5℃下培养,分别于第5、10、20天取出浸药组和对照组进行OCT活体成像,比较两者光散射特征。在每个时间点的成像之后,将浸药组的5条斑马鱼处死,然后取颅骨进行元素含量电镜扫描能谱分析。本研究利用50μmol/L泼尼松龙溶液培养斑马鱼至第20天,成功构建了斑马鱼骨质疏松模型。与对照组相比,模型组活体OCT成像显示骨组织光散射减弱,光子量明显减少,呈不均匀分布。能谱元素检查结果说明颅骨内所含钙、磷比例明显下降,证实骨质疏松发生,骨量减少。OCT成像方法在对斑马鱼骨质疏松模型进行活体、实时、无创等研究方面具有重要价值,本试验也为骨质疏松疾病的研究和药物筛选等方面提供了新的有效的方法。     

新型骨缺损斑马鱼模型构建及修复过程的OCT活体评价

动物模型广泛应用于人类疾病的病因、发病机制、防治技术和防治药物的探索研究中,新型人类疾病动物模型的开发将促进相关研究取得进展。本研究探索建立了一种基于斑马鱼的新型骨缺损模型,并利用光学相干层析成像(OCT)技术,对骨缺损模型的构建过程和修复过程进行活体评价。试验随机选取13条体型一致的成年斑马鱼作为研究对象,其中10条鱼用于构建骨缺损模型,剩余3条鱼作为对照。首先,对每一条正常斑马鱼的颅骨进行OCT扫描成像,然后利用自行研制的工具在模型组斑马鱼的视顶盖区域的颅骨上打开一个直径为200μm左右的孔,形成骨缺损。分别在第2、5、9、11、14、21天利用OCT对每一条斑马鱼的颅骨损伤情况进行评估。恢复21 d后的斑马鱼用于病理试验,将颅骨缺损区域的病理结果与OCT结果对照,新生骨清晰可见。试验结果表明,OCT可以高分辨率地活体评估骨缺损恢复的过程,OCT成像结果与病理切片结果高度匹配。综上所述,斑马鱼模型和OCT成像技术结合的策略能为骨缺损疾病的研究提供新的助力。