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)在某一感興趣波長范圍的完整光譜來進(jìn)行診斷,這是一種單點(diǎn)測量的技術(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)計了顯微高光譜成像系統(tǒng).由于該系統(tǒng)可以對樣本進(jìn)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(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)、載物臺自動裝置和數(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,對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,使該系統(tǒng)測量的生物組織樣本數(shù)據(jù)具有可比性.另外,通過對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)胞以及不同時間采集的組織細(xì)胞的透射率光譜,驗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(wǎng)膜外核叢進(jìn)行了分割. 4、對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(wǎng)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(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,對病變區(qū)域進(jìn)行了檢測,提出了病變程度的定量化評價指標(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)的計算方法,同時根據(jù)這些指標(biāo)對藥物治療效果進(jìn)行了初步評價. 5、對顯微高光譜成像系統(tǒng)應(yīng)用于血液細(xì)胞的自動分析進(jìn)行了探索.以人血液涂片