基于光热诱导位相信息的光学对比增强成像研究

针对现有光学成像技术的对比增强限制问题，本项目提出发展基于光热诱导位相信息的光学对比增强成像技术，研究基于光热诱导位相信息的对比增强机制，发展组织内位相信息的高分辨高灵敏提取方法。探寻尺寸在30-50nm间且吸收占主导地位的金纳米对比剂，建立组织光热响应分析模型指导光热探针优化设计，充分利用金纳米优异的标记特性并发挥光热探针的高频调制优势，实现基于光热诱导位相信息的对比增强；建立扫频相位敏感OCT系统实现光热位相对比信号的探测并解决位相探测的分辨率、灵敏度等关键技术问题；有效整合光热探针和扫频相位敏感OCT系统，建立基于光热诱导位相信息的光学对比增强成像平台，开展组织离体在体的实验验证研究。研究工作将推动光热探针标记技术和高灵敏组织位相成像技术的发展，有望创新一种基于光热诱导位相对比增强的新型医学光学诊断方法和仪器,突破光学医疗影像技术的现有水平，促进癌症等重大疾病早期诊断技术的不断提高。

光学对比增强成像技术为重大疾病的早期诊断提供了新的方法和仪器。开发安全有效的光学对比增强方法并实现对比增强信号的深度分辨探测，是光学对比增强成像研究面临的关键科学问题。本项目提出，发展基于光热诱导位相信息的光学对比增强方法，并采用相位敏感光学相干层析成像（OCT）技术实现光热位相对比信号的探测。光热探针优化设计是实现光热诱导位相信息对比增强的基础，而如何提高位相探测的分辨率、灵敏度和动态范围是实现位相信息深度分辨探测的难点和关键。.（1）选取了尺寸在30-50nm间的Gold/Gold sulfide纳米壳粒子做光热探针的对比剂，调制频率可控的808nm半导体脉冲激光器做光热探针泵浦光源。完成光热探针设计，充分利用金纳米优异的标记特性并发挥泵浦光源高频调制的对比增强优势，发展了基于光热诱导位相信息的光学对比增强方法。.（2）建立了高速扫频PhS OCT系统，基于Labview和Matlab混合编程的模块化设计完成系统时序控制、数据处理、图像重建等软件功能实现，实现了高分辨三维图像显示。.（3）为了保证系统轴向分辨率以及信噪比，需要对干涉光谱信号进行波数（k）空间均匀化标定。首次提出并实施了基于干涉光谱相位k空间直接插值的光谱标定方法，提出并实施了基于光源硬件k时钟的光谱标定方法，比较了提出的方法与现有标定方法在性能上的优势，在获得波数空间均匀分布的扫频OCT成像信号的同时，减少了计算时间，重建了高质量的生物组织层析图像。.（4）研究了高灵敏大动态范围定量位相成像方法。针对傅立叶域OCT 位相显微成像，首次提出谱域多光谱通道相位检测方法，在此基础上，又提出联合谱域和深度域的相位检测方法，并在盖玻片、分辨率板和洋葱表皮细胞等样品上验证了方法的可行性。.（5）完成光热探针与扫频PhS OCT系统整合，建立基于光热诱导位相信息的光学对比增强成像平台，解决了光热探针与PhS OCT系统的耦合和同步控制问题；首次提出一种基于级联马赫曾德干涉仪（MZI）的光谱相位校准方法，解决了系统连续扫描光谱跳变引起的相位噪声问题，针对典型样品完成可行性实验验证。.综上，本项目研究基本上按照计划执行，证实了基于光热诱导位相信息的光学对比增强成像方法的可行性，在深度分辨高灵敏相位探测技术上有新的突破。发表了包括TOP期刊的文章5篇，获授权发明专利7项，省级高校科技成果奖三等奖一项等一系列研究成果