顯微高光譜醫(yī)學成像機理及應用研究.pdf

1、光學診斷技術傳統(tǒng)上被劃分為兩個寬泛的領域:光學成像和光譜診斷.光譜診斷技術通常是通過獲得組織上某一點在某一感興趣波長范圍的完整光譜來進行診斷,這是一種單點測量的技術.光學成像技術則是記錄樣本在某一波段(灰度)或者是某幾個波段(彩色)的兩維圖像.本文根據遙感中推帚式成像光譜儀的原理,將高光譜成像技術與顯微鏡相結合,設計了顯微高光譜成像系統(tǒng).由于該系統(tǒng)可以對樣本進行無損傷、無接觸檢測,因而可用于生物活體組織的定量化檢測和評價.存本論文中,對

2、自行研制的顯微高光譜成像系統(tǒng)的成像機理和生物醫(yī)學應用進行了綜合深入地研究,取得了如下幾點具有創(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上,對顯微高光譜成像系統(tǒng)的關鍵技術進行了研究,包括分光系統(tǒng)、載物臺自動裝置和數據采集系統(tǒng)等.分析了顯微高光譜成像系統(tǒng)的技術指標和系統(tǒng)的性能,為顯微高光譜數據的預處理和定量化提供依據.2、在分析高光譜成像系統(tǒng)成像的光學模型和數據模型的基礎上,結合顯微高光譜成像系統(tǒng)的性能,對生物組織的顯

3、微高光譜數據進行了預處理.提出了基于直方圖匹配的輻射校正方法以及根據空白圖像進行系統(tǒng)光譜響應校正的算法.給出了生物組織透射率的定義,提出相應的透射率反演方法.消除了光源和系統(tǒng)光譜響應等因素的影響,對數據進行歸一化處理,使該系統(tǒng)測量的生物組織樣本數據具有可比性.另外,通過對比分析同一樣本同一類組織細胞、不同樣本同一類組織細胞、同一樣本不同類組織細胞以及不同時間采集的組織細胞的透射率光譜,驗證了顯微高光譜成像系統(tǒng)的可重復性. 3、在

4、分析生物組織的圖像特征和光譜特征的基礎上,定義了生物組織的光譜吸收指數的概念,對基于光譜角度匹配的光譜相似性度量算法進行了改進,分析了生物組織的光譜特征及其生物化學基礎,結合顯微高光譜數據的特點,提出了基于光譜角度匹配變換的邊緣檢測算法及光譜信息和紋理相融合的圖像分割算法,并使用該算法對大鼠視網膜外核叢進行了分割. 4、對顯微高光譜成像系統(tǒng)應用于糖尿病視網膜病的研究進行了探索.以培養(yǎng)的大鼠為實驗研究對象,使用顯微高光譜成像系統(tǒng)采

5、集了正常對照組、糖尿病組和LCVS1001藥物治療組的大鼠視網膜組織切片的顯微高光譜圖像,使用建立的模型對獲得的數據進行了預處理,并首次獲得了樣本的透射率光譜曲線.首次找出了糖網病變的特征吸收峰,對病變區(qū)域進行了檢測,提出了病變程度的定量化評價指標:外核叢厚度、細胞核密度和光譜吸收指數,并給出了相應的計算方法,同時根據這些指標對藥物治療效果進行了初步評價. 5、對顯微高光譜成像系統(tǒng)應用于血液細胞的自動分析進行了探索.以人血液涂片