專利名稱：提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方法與用途的制作方法
提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方法與用途技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)相干層析術(shù)(Optical Coherence Tomography, OCT)，特別 是一種提高光學(xué)相干層析術(shù)的成像清晰度和探測深度的方法與用途。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干層析術(shù)(Optical Coherence Tomography, OCT)是近十幾年來發(fā)展的 一種利用低相干門提取介質(zhì)斷層信息的成像新技術(shù)，尤其可以對生物組織進(jìn)行二維或 三維的無損傷層析掃描。其圖像的空間分辨率可達(dá)1 20 pm，有助于診斷各種早期臨 床疾病，例如早期腫瘤和各種皮膚病等，被稱為光學(xué)活體切片檢查技術(shù)。
OCT技術(shù)在眼科醫(yī)學(xué)中已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，商用化的儀器已經(jīng)進(jìn)入了很多醫(yī)療機(jī) 構(gòu)。但是由于皮膚等組織對于探測光有很高的散射特性，限制了OCT技術(shù)的掃描深度和 圖像的清晰度，因此掃描深度和圖像清晰度難以達(dá)到臨床應(yīng)用的要求，影響了OCT在其 它醫(yī)學(xué)分支中的臨床應(yīng)用。
對800-1800nm波段的光，波長越長，人體組織的散射能力越弱，所以使用長波長 的寬帶光源可以提高OCT圖像的探測深度[R.Wang and X. Xu, "Concurrent enhancement of imaging depth and contrast of optical coherence tomography by heyperosmotic agents, ，， J. Opt. Soc. Am. B. 18， 948-953 (2001)];而使用長 波長的光作為探測光，會平滑人體組織精細(xì)結(jié)構(gòu)之間的折射率差別，導(dǎo)致圖像的清晰 度下降。
采用甘油、葡萄糖和丙二醇等具有生物相容性的高滲圖像增強(qiáng)劑可以提高OCT系統(tǒng) 檢測活體組織的探測深度，但是因?yàn)楦邼B圖像增強(qiáng)劑降低了生物組織不同結(jié)構(gòu)之間的 折射率差，同樣會導(dǎo)致圖像的細(xì)節(jié)不明顯，降低圖像的清晰度。對于離體組織的研究 表明，甘油等高滲圖像增強(qiáng)劑由于脫水作用，在提高死體探測深度的同時(shí)，可提高圖 像的清晰度。
綜上所述，現(xiàn)有的方法均無法同時(shí)提高活體組織的OCT探測深度和圖像清晰度。因 此，對活體組織有必要尋求一種采用OCT技術(shù)可同時(shí)提高其探測深度和圖像清晰度的簡 單有效及迅速廉價(jià)的方法，進(jìn)而推動OCT技術(shù)的實(shí)用化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方法，該方法采用堿族元素的氯化物水溶液，或堿族元素的氯化物與葡萄糖和水的混合溶液，或堿族元素的氯化物與蔗糖和水的混合溶液作為高滲圖像增強(qiáng)劑，在活體狀態(tài)下能快速有效地提高OCT系統(tǒng)的探測深度和成像清晰度。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)一種提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方
法。其特征在于所述方法包括下列步驟
(1) 在常溫下使用堿族元素Na或K的氯化物配制水溶液作為圖像增強(qiáng)劑；
(2) 將配制的圖像增強(qiáng)劑涂覆或噴灑于待測生物組織樣品的表面；
(3) 靜置1 15分鐘，采用光學(xué)相干層析術(shù)獲取待測生物組織樣品的掃描圖像。
所述圖像增強(qiáng)劑是堿族元素Na或K的氯化物和水的混合溶液。
所述圖像增強(qiáng)劑還可以是堿族元素Na或K的氯化物與葡萄糖或蔗糖和水的混合溶液。
本發(fā)明的光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方法，適用于各種類型的光學(xué)相干層析術(shù)，包括時(shí)域和頻域光學(xué)相干層析術(shù)。待測生物組織樣品可以是活體組織或離體組織。
本發(fā)明的原理是
皮膚包括表皮和真皮兩部分，其中表皮包含角質(zhì)層，透明層，顆粒層，棘層，基底層五部分。表皮除角質(zhì)層和基底層外，其它各層對光都有比較好的透明性，折射率較低，統(tǒng)稱為半透明層?；讓邮且粚影鶢钌掀ぜ?xì)胞，與真皮層相連。當(dāng)所配制的高滲溶液涂敷于皮膚表面時(shí)，由于角質(zhì)層內(nèi)外具有很高的滲透壓，高滲溶液具有脫水作用，半透明層的組織間液中的水分會通過角質(zhì)層析出。溶液的折射率和濃度有關(guān)，濃度越高，折射率也越大。因此，半透明層的組織間液因?yàn)槊撍?，溶液濃度上升，折射率上升。因?yàn)榘胪该鲗诱凵渎实纳仙?，使得角質(zhì)層和半透明層的折射率接近，角質(zhì)層和半透明層對光的散射減弱，更多的光能通過皮膚表皮到達(dá)真皮，參與了真皮內(nèi)信號的產(chǎn)生。從而，在更深的皮膚組織，可以獲得比沒有涂敷高滲圖像增強(qiáng)劑時(shí)多的探測信號，且探測信號的強(qiáng)度增強(qiáng)，提高了探測靈敏度，因而提高了圖像的清晰度和探測深度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) NaCl、 KC1、葡萄糖、蔗糖溶液是人體組織中的基本組成成分，是生物相容的，即使在高濃度情況下短時(shí)間內(nèi)對絕大部分活體組織無害；且溶液原材料便宜，容易獲得；
(2) 所配制的高滲溶液能夠同時(shí)顯著提高OCT技術(shù)的圖像分辨率和探測深度，且對于近飽和的NaCl、 KC1溶液，其作用時(shí)間只需要一分鐘左右，提高了OCT技術(shù)的檢測效率。
由于堿族元素的氯化物對破損皮膚有強(qiáng)烈的刺激，因此本發(fā)明的方法不適用于對破損皮膚組織的OCT成像檢測。


圖1為0CT系統(tǒng)示意圖2為室溫為2(TC時(shí)，NaCl飽和溶液使用效果清晰度對比圖3為室溫為20'C時(shí)，NaCl飽和溶液使用效果探測深度對比圖4為室溫為2(TC時(shí)，濃度為24。/。的NaCl溶液使用效果對比圖5為室溫為2(TC時(shí)，KC1近飽和高滲圖像增強(qiáng)劑使用效果清晰度對比圖6為室溫為2(TC時(shí)，飽和NaCl加飽和葡萄糖作為高滲圖像增強(qiáng)劑的使用效果清晰度對比圖7為室溫為2(TC時(shí)，飽和NaCl加飽和蔗糖作為高滲圖像增強(qiáng)劑的使用效果清晰度對比以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施方式
為了得到更好的成像清晰度和探測深度，當(dāng)圖像增強(qiáng)劑是堿族元素的Na或K氯化物和水的混合溶液時(shí)，NaCl溶液質(zhì)量百分比濃度一般為常溫下18% 飽和；KC1溶液的質(zhì)量百分比濃度一般為常溫下16% 飽和。當(dāng)圖像增強(qiáng)劑是堿族元素Na或K的氯化物與葡萄糖或蔗糖和水的混合溶液時(shí)，該圖像增強(qiáng)劑的配制方法是在飽和的堿族元素Na或K的氯化物溶液中加入葡萄糖或蔗糖至飽和，配制成混合水溶液。
光學(xué)相干層析術(shù)中所使用的寬帶光源的中心波長最好在800 nm 1800 nm范圍。獲得以下實(shí)施例的結(jié)果所用OCT系統(tǒng)的寬帶光源1的中心波長均為1550 nm。獲得以下實(shí)施例結(jié)果的圖像增強(qiáng)劑每次涂敷或噴灑的用量在0. 03 0. 06毫升。實(shí)施例1:
以手指皮膚為例，本例子的圖像增強(qiáng)劑使用步驟如下-1:常溫下配制近飽和濃度(30% 36%)的NaCl溶液；
2:使用如圖1所示的0CT系統(tǒng)，圖1中l(wèi)-寬帶光源；2-隔離器；3-光纖耦
合器(50: 50) ; 4-偏振控制器；5-光學(xué)延遲線；6-準(zhǔn)直，聚焦透鏡；7_樣品；8-平衡放大器；9-光電轉(zhuǎn)換器。掃描未涂覆任何圖像增強(qiáng)劑的手指皮膚，獲得圖
2 (a) OCT圖像；
3:涂覆NaCl高滲溶液于手指皮膚表面，大約一分鐘后掃描涂覆高滲溶液的手指皮膚，獲得圖2 (b)0CT圖像。
對比圖2 (a)和2 (b)可以看出，涂覆NaCl溶液后OCT圖像的清晰度和探測深度都提高了。
圖3為NaCl溶液使用效果探測深度對比圖。圖3 (a)和圖3 (b)分別為不同橫向位置的縱向掃描信號圖，實(shí)線為涂覆前，虛線為涂覆后的信號；從圖中可以看出，信號有了更多的尖峰，表示圖的細(xì)節(jié)更加清晰，圖像清晰度提高了；且來自深層組織的探測信號得到了增強(qiáng)，圖像的掃描深度也增加了。
實(shí)施例2:
以手指皮膚為例，本例子的圖像增強(qiáng)劑使用步驟如下1:常溫下配制24%的NaCl溶液；
2:使用如圖l所示的系統(tǒng)，掃描未涂覆任何圖像增強(qiáng)劑的手指皮膚，獲得圖
4 (a)的OCT圖像；
3:涂覆24%的NaCl溶液于手指皮膚表面，測得不同時(shí)間的掃描圖，典型圖如圖4 (b)，圖4 (c)和圖4(d),分別為涂覆NaCl溶液5、 6和9分鐘后的OCT圖像；
從圖4對比可以看出，圖4 (b)和4 (c)兩幅圖的圖像清晰度和探測深度有較為明顯的下降，而圖4 (d)的圖像清晰度和分辨率開始恢復(fù)。說明采用小于30%的非飽和NaCl溶液，OCT的探測深度和圖像清晰度有一個(gè)下降、恢復(fù)、提高的過程。
實(shí)施例3:
以手指皮膚為例，本例子的圖像增強(qiáng)劑使用步驟如下1:常溫下配制近飽和濃度(30% 34%)的KC1溶液；
2:使用如圖l所示的系統(tǒng)，掃描未涂覆任何圖像增強(qiáng)劑的手指皮膚，獲得圖
5 (a)的OCT圖像；3:涂覆KC1高滲溶液于手指皮膚表面， 一分鐘左右掃描涂覆后的手指皮膚，
獲得圖5 (b) OCT圖像。
從圖5(a)和5(b)兩幅圖對比可以看出，KC1也可以提高0CT圖像的探測深度和清晰度。
實(shí)施例4:
以手指皮膚為例，本例子的圖像增強(qiáng)劑使用步驟如下
1:常溫下配制飽和NaCl溶液；
2:在飽和NaCl溶液中加葡萄糖至飽和配成混合水溶液；
3:使用如圖l所示的系統(tǒng)，掃描未涂覆任何圖像增強(qiáng)劑的手指皮膚，獲得圖
6 (a)的OCT圖像；
4:涂覆所配制的高滲溶液于手指皮膚表面， 一分鐘左右掃描涂覆后的手指皮
膚，獲得圖6 (b) 0CT圖像。
從圖6(a)和6(b)兩幅圖對比可以看出，NaCl和葡萄糖的混合水溶液可以提高OCT圖像的探測深度和清晰度。
實(shí)施例5:
以手指皮膚為例，本例子的圖像增強(qiáng)劑使用步驟如下1:常溫下配制飽和NaCl溶液；
2:在飽和NaCl溶液中加蔗糖至飽和配成混合水溶液；
3:使用如圖l所示的系統(tǒng)，掃描未涂覆任何圖像增強(qiáng)劑的手指皮膚，獲得圖
7 (a)的OCT圖像；
4:涂覆所配制的高滲溶液于手指皮膚表面，四分鐘左右掃描涂覆后的手指皮
膚，獲得圖7 (b) 0CT圖像。
從圖7(a)和7(b)兩幅圖對比可以看出，NaCl和蔗糖的混合水溶液也可以提高OCT圖像的探測深度和清晰度。
上述實(shí)施例主要針對人體皮膚組織的OCT技術(shù)在體無損探測給出了增強(qiáng)效果。利用內(nèi)窺鏡式光學(xué)相干層析術(shù)，本發(fā)明所述的方法還適用于增強(qiáng)人體其它的活體組織或離體組織及其他動物或植物的組織的光學(xué)相干層析圖像的探測深度和成像清晰度，如人體的心血管、食道、消化道、子宮頸、結(jié)締組織、膀胱組織等。
權(quán)利要求
1、一種提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方法，其特征在于所述方法包括下列步驟(1)在常溫下使用堿族元素Na或K的氯化物配制水溶液作為圖像增強(qiáng)劑；(2)將配制的圖像增強(qiáng)劑涂覆或噴灑于待測生物組織樣品的表面；(3)靜置1～15分鐘，采用光學(xué)相干層析術(shù)獲取待測生物組織樣品的掃描圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方 法，其特征在于所述圖像增強(qiáng)劑是堿族元素Na或K的氯化物和水的混合溶液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方 法，其特征在于所述NaCl溶液質(zhì)量百分比濃度為常溫下18M 飽和。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方 法，其特征在于所述KC1溶液的質(zhì)量百分比濃度為常溫下16")6 飽和。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方 法，其特征在于所述圖像增強(qiáng)劑是堿族元素Na或K的氯化物與葡萄糖或蔗糖和水的 混合溶液。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方 法，其特征在于所述圖像增強(qiáng)劑的配制方法是在飽和的堿族元素Na或K的氯化物 溶液中加入葡萄糖或蔗糖至飽和，配制成混合水溶液。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2或3、 4、 5、 6所述的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探 測深度的方法，其特征在于所述光學(xué)相干層析術(shù)中所使用的寬帶光源的中心波長 范圍為800 nm 1800 nm。
8、 權(quán)利要求l的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方法，適用于 時(shí)域和頻域光學(xué)相干層析術(shù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高光學(xué)相干層析術(shù)成像清晰度和探測深度的方法 的用途，其特征在于待測生物組織樣品是活體組織或離體組織。
全文摘要
一種提高光學(xué)相干層析術(shù)探測深度和成像清晰度的方法與用途。采用堿族元素(Na，K)的氯化物配成水溶液或者把氯化物、有機(jī)物(葡萄糖、蔗糖)及水配成混合溶液，作為圖像增強(qiáng)劑涂敷在被探測樣品表面，利用NaCl或KCl對生物組織高滲透的特點(diǎn)及脫水作用，以改變活體或離體組織的光學(xué)特性，使得利用光學(xué)相干層析術(shù)檢測時(shí)可以獲得更多的組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以顯著提高光學(xué)相干層析術(shù)對皮膚等人體活組織成像的探測深度和成像清晰度。該發(fā)明有利于推動光學(xué)相干層析術(shù)在皮膚及其它生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、臨床與非臨床研究中的應(yīng)用。
文檔編號A61B5/00GK101455561SQ20091006764
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者朱曉農(nóng), 梁艷梅, 王瑩利, 許寬宏 申請人:南開大學(xué)