顯微高光譜醫(yī)學(xué)成像機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、光學(xué)診斷技術(shù)傳統(tǒng)上被劃分為兩個(gè)寬泛的領(lǐng)域:光學(xué)成像和光譜診斷.光譜診斷技術(shù)通常是通過獲得組織上某一點(diǎn)在某一感興趣波長(zhǎng)范圍的完整光譜來進(jìn)行診斷,這是一種單點(diǎn)測(cè)量的技術(shù).光學(xué)成像技術(shù)則是記錄樣本在某一波段(灰度)或者是某幾個(gè)波段(彩色)的兩維圖像.本文根據(jù)遙感中推帚式成像光譜儀的原理,將高光譜成像技術(shù)與顯微鏡相結(jié)合,設(shè)計(jì)了顯微高光譜成像系統(tǒng).由于該系統(tǒng)可以對(duì)樣本進(jìn)行無(wú)損傷、無(wú)接觸檢測(cè),因而可用于生物活體組織的定量化檢測(cè)和評(píng)價(jià).存本論文中,對(duì)

2、自行研制的顯微高光譜成像系統(tǒng)的成像機(jī)理和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了綜合深入地研究,取得了如下幾點(diǎn)具有創(chuàng)新的成果: 1、在分析推帚式成像光譜儀的成像原理的基礎(chǔ)上,對(duì)顯微高光譜成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,包括分光系統(tǒng)、載物臺(tái)自動(dòng)裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等.分析了顯微高光譜成像系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)的性能,為顯微高光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理和定量化提供依據(jù).2、在分析高光譜成像系統(tǒng)成像的光學(xué)模型和數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合顯微高光譜成像系統(tǒng)的性能,對(duì)生物組織的顯

3、微高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理.提出了基于直方圖匹配的輻射校正方法以及根據(jù)空白圖像進(jìn)行系統(tǒng)光譜響應(yīng)校正的算法.給出了生物組織透射率的定義,提出相應(yīng)的透射率反演方法.消除了光源和系統(tǒng)光譜響應(yīng)等因素的影響,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,使該系統(tǒng)測(cè)量的生物組織樣本數(shù)據(jù)具有可比性.另外,通過對(duì)比分析同一樣本同一類組織細(xì)胞、不同樣本同一類組織細(xì)胞、同一樣本不同類組織細(xì)胞以及不同時(shí)間采集的組織細(xì)胞的透射率光譜,驗(yàn)證了顯微高光譜成像系統(tǒng)的可重復(fù)性. 3、在

4、分析生物組織的圖像特征和光譜特征的基礎(chǔ)上,定義了生物組織的光譜吸收指數(shù)的概念,對(duì)基于光譜角度匹配的光譜相似性度量算法進(jìn)行了改進(jìn),分析了生物組織的光譜特征及其生物化學(xué)基礎(chǔ),結(jié)合顯微高光譜數(shù)據(jù)的特點(diǎn),提出了基于光譜角度匹配變換的邊緣檢測(cè)算法及光譜信息和紋理相融合的圖像分割算法,并使用該算法對(duì)大鼠視網(wǎng)膜外核叢進(jìn)行了分割. 4、對(duì)顯微高光譜成像系統(tǒng)應(yīng)用于糖尿病視網(wǎng)膜病的研究進(jìn)行了探索.以培養(yǎng)的大鼠為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象,使用顯微高光譜成像系統(tǒng)采

5、集了正常對(duì)照組、糖尿病組和LCVS1001藥物治療組的大鼠視網(wǎng)膜組織切片的顯微高光譜圖像,使用建立的模型對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理,并首次獲得了樣本的透射率光譜曲線.首次找出了糖網(wǎng)病變的特征吸收峰,對(duì)病變區(qū)域進(jìn)行了檢測(cè),提出了病變程度的定量化評(píng)價(jià)指標(biāo):外核叢厚度、細(xì)胞核密度和光譜吸收指數(shù),并給出了相應(yīng)的計(jì)算方法,同時(shí)根據(jù)這些指標(biāo)對(duì)藥物治療效果進(jìn)行了初步評(píng)價(jià). 5、對(duì)顯微高光譜成像系統(tǒng)應(yīng)用于血液細(xì)胞的自動(dòng)分析進(jìn)行了探索.以人血液涂片