基于空间频域成像的人体皮肤组织光学和生理参数的提取

作     者：康旭 张洋 任慧明 张元志 王贻坤 Kang Xu;Zhang Yang;Ren Huiming;Zhang Yuanzhi;Wang Yikun

作者机构：安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省医用光学诊疗技术与装备工程实验室安徽合肥230026 

出 版 物：《中国激光》 (Chinese Journal of Lasers)

年 卷 期：2022年第49卷第5期

页      面：188-197页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：安徽省重点研究与开发计划(202004a07020016) 安徽省自然科学基金(1908085QH365) 中国科学院合肥物质科学研究院院长基金(YZJJZX202009) 中国科学院科技服务网络计划(KFJ-STS-QYZD-184) 

主　　题：医学光学 空间频域成像 最小误差准则 参数提取 

摘      要：人体皮肤组织的光学参数和生理参数对于众多疾病的检测与监测具有重要意义,基于空间频域成像技术提取光学、生理参数具有潜在的临床应用价值。空间频域成像技术需要至少在两个波长下提取氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度;在反演人体皮肤组织中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度时,皮肤中的黑色素会增加结果的不确定度。本课题组搭建了一套空间频域成像系统,在反演人体皮肤组织生理参数的算法中引入最小二乘法和最小误差准则,以解决不确定度问题。实验结果表明:该系统获得的梯度漫反射板的测量值与准确值线性相关,且获取的组织仿体的吸收系数与直接测量法获取的吸收系数的偏差在0.3%~9.6%之间,验证了该系统测量光学参数的有效性。通过对不同黑色素含量的组织仿体进行测量后发现,系统的测量浓度与配制浓度之间显著相关。血液仿体实验和动脉闭塞实验结果表明,系统测量的氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、总血红蛋白浓度以及血氧饱和度随时间变化的趋势符合血液实验变化趋势和闭塞条件的变化趋势,进一步验证了空间频域成像算法提取生理参数的准确性。在体和离体实验结果均说明空间频域成像方法可以用于组织体中血氧饱和度的测量,为实现相关疾病的无创、快速检测提供了新手段。