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光学相干层析成像技术在生物医学中的应用

光学相干层析成像技术在生物医学中的应用

作者：钟会清华南师范大学

学位级别：硕士

背景光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)方法被应用到生物和医学中，已经有十几年的历史，自从美国麻省理工大学的***和***等人在1991年，采用OCT技术成功地对人眼视网膜的显微结构和冠状动脉壁成像以来，很多研究者... 详细信息

背景光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)方法被应用到生物和医学中，已经有十几年的历史，自从美国麻省理工大学的***和***等人在1991年，采用OCT技术成功地对人眼视网膜的显微结构和冠状动脉壁成像以来，很多研究者从各个方面对其进行研究，例如：有人从对仪器的改进方面进行研究(其中包括如何提高仪器的分辨率、扫描速度、增加扫描深度等等);以及一些OCT研究小组将它与其他的一些仪器相结合以增加OCT的检测参数或者从各个不同的角度对扫描对象进行成像(如：多普勒OCT(ODT)、偏振敏感OCT(PS-OCT)、光谱OCT、差分吸收型OCT等等);还有一些人主要研究各种类型OCT对不同生物组织进行成像，从所扫描的图像来区别各种组织，以及分辨正常与非正常组织，从而为以后应用OCT对病人进行诊断作好准备。虽然OCT的研究取得了很大的成果，但到目前为止对OCT研究也存在一定问题：例如，很多人对OCT应用方面的研究主要在于研究OCT能否检测什么样的组织，或者说只是利用OCT对某组织进行检测，然后把检查的结果与病理切片进行比较而得出OCT具有一种检测的能力，这种能力比病理切片更先进，因为其可以对组织进行在体检测;或者在对象表面上涂一层物质以增加扫描深度;但是很少有人利用OCT对一些疾病的发病或愈合过程进行实时检测的研究，也就是说将OCT技术直接应用于临床，现在医院正缺少像具有高分辨率，非接触，无损伤等优点的这方面仪器，本课题就是出于这些问题来进行研究的。目的本研究采用自行装置的OCT设备，进行大鼠舌体表面、皮肤组织溃疡性疾病模型与胃溃疡模型的在体光学层析成像检测，探讨其实际应用价值，以及对OCT技术在中医舌诊、皮肤溃疡性疾病与腔内溃疡性疾病的诊断方法与疗效评价提供前期研究基础。方法实验中采用OCT扫描系统，其中心波长是1310nm，光源的光谱宽度约50nm，成像深度达1～3mm、纵向分辨率10μm～15μm、横向分辨率25μm、成像速度1秒／幅、系统信噪比100dB，应用Lab View编写软件操作平台，进行扫描图像的数据组建，获得以下各实验方法中模型的深层次组织二维扫描图像。1)大鼠舌体表面的OCT成像检测：以正常大鼠舌体表面进行OCT成像检测，对舌诊的某些观测指标进行量化预处理，另外对大鼠舌体进行常规组织切片结果实现对比性分析;2)大鼠皮肤组织溃疡模型的OCT成像检测：实验中主要通过复制大鼠皮肤的刀伤与烫伤标准模型，让其自然愈合，在模型复制到完全愈合过程中，定期对其溃疡表面进行OCT成像检测，动态地监测其愈合过程;3)大鼠胃溃疡模型的OCT成像检测：实验中乙酸局部刺激法建立大鼠胃溃疡模型，模型建立后第2周起，每隔1周处死一部分动物，手术暴露胃组织，从胃黏膜层进行OCT成像检测，共4周。结果1)大鼠舌体表面的OCT检测结果：结果显示，通过OCT进行扫描，能够清楚地分辨出大鼠舌表面的显微结构(如：舌苔、舌体、以及舌苔与舌体之间的组织。)与组织学检测显微结构的结果具有一定相似性;同时，在舌苔苔质的某些观察内容(如舌苔的厚度、湿润程度、糙或腻等)可以实现量化。2)大鼠皮肤组织溃疡模型的OCT检测结果：利用OCT对大鼠的刀伤和烫伤动物模型的创伤处每隔1天进行1次检测，结果发现OCT不但可以检测出不同时期刀伤和烫伤溃疡病变组织与正常组织的改变状态，还可以进行各溃疡性病变的内外层组织显微结构的差异，以及鉴别不同皮肤溃疡模型的成像特点;在检测溃疡性病变的愈合过程中，由于刀伤使整个皮层组织破坏到肌肉组织，结果从OCT图像很容易分辨出不同愈合时期(炎症、水肿、肉芽组织增生、结痂、痂的脱落、完全愈合。)组织的结构的不同。同时，因刀伤模型比烫伤模型的病变深度大，结果显示愈合的时间也明显延长。3)大鼠胃溃疡模型的OCT成像检测结果：实验结果显示利用OCT能够实现溃疡组织的成像，可显示正常胃壁组织的层次性结构，对于溃疡病变过程中可对黏膜下病变的深度与状况进行成像分析，从图像可以很明显的发现溃疡性炎症病变区域(这个区域由于散射光变弱，颜色相对比较暗)，在愈合的后期黏膜层基本愈合的状态下仍可显示黏膜下层组织的增生、未能完全愈合等病理改变。结论1) OCT技术能够对大鼠舌体表面不同层次结构实现在体显微成像，为OCT技术在中医临床舌诊的显微成像与定量化研究提供了前期研究;2) OCT技术对于皮肤溃疡性疾病能够实现不同层次组织

关键词：光学相干层析成像技术舌诊刀伤烫伤乙酸胃溃疡

聚吡咯修饰的金纳米棒对肿瘤的光学相干层析成像的影响

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光谱学与光谱分析 2016年第7期36卷 2173-2177页

作者：於剑锋郭周义金梅王新鹏钟会清刘智明华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学教育部重点实验室和中医药与光子技术国家中医药管理局三级实验室广东广州510631

聚吡咯(PPy)制备简单、生物相容性好,且在近红外(NIR)光谱范围内有很强的吸收,可作为一种良好的光热治疗试剂;同时,其NIR光吸收性质也可用于增强光学相干层析成像(OCT)的对比效果。因此,采用PPy对传统的OCT对比试剂——金纳米棒(GNR)进... 详细信息

聚吡咯(PPy)制备简单、生物相容性好,且在近红外(NIR)光谱范围内有很强的吸收,可作为一种良好的光热治疗试剂;同时,其NIR光吸收性质也可用于增强光学相干层析成像(OCT)的对比效果。因此,采用PPy对传统的OCT对比试剂——金纳米棒(GNR)进行表面修饰,有望获得对比效果更好且生物毒性较小的新型OCT对比试剂。选用吡咯为起始原料,在GNR表面进行一步简单的氧化聚合反应即可制备得到PPy修饰的金纳米棒(GNR--PPy)。利用紫外-可见吸收光谱,拉曼光谱和透射电子显微镜对制备的样品进行了分析和表征。构建小鼠荷瘤模型,以研究GNR—PPy对肿瘤OXT图像对比度的增强效果。采用中心波长为840 nm的OCT系统对注射了纳米粒子的肿瘤区域进行OXT成像。结果表明,肿瘤组织注射了GNR—PPy后,OCT信号衰减非常明显;与注射了GNR的OXT图像相比,840 nrn光在GNR—PPy的OCT图像中的穿透深度明显更低。从OCT图像中抽提出一维的衰减曲线对OCT图像进行定量分析,发现注射有GNR—PPy肿瘤组织的OCT信号衰减系数明显高于注射了GNR的组织。表明,相对于GNR,GNR--PPy具有更好的OCT信号对比效果,这在增强肿瘤成像效果方面具有潜在应用价值。

关键词：光学相干层析成像聚吡咯金纳米棒对比试剂

近红外激光照射人体劳宫穴和非穴位区的反射光谱特性的比较研究

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光谱学与光谱分析 2009年第11期29卷 2930-2933页

作者：张祖德郭周义魏华江刘汉平钟会清杨洪钦谢树森刘颂豪华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室广东广州510631 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007

研究了人体劳宫穴及其周边的非穴位组织受不同功率的半导体激光(波长为808nm功率分别为20,50,100mW)照射前后在400～1000nm光谱范围的反射光谱特征及其差异。实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统获取劳宫穴和非穴位... 详细信息

研究了人体劳宫穴及其周边的非穴位组织受不同功率的半导体激光(波长为808nm功率分别为20,50,100mW)照射前后在400～1000nm光谱范围的反射光谱特征及其差异。实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统获取劳宫穴和非穴位组织的反射光谱。结果表明,在半导体激光照射前,劳宫穴与非穴位的反射光谱的光谱轮廓相似,波谷均出现在423,544,577,980nm处,劳宫穴和非穴位在对应波谷的反射率值分别为17.1%,26.1%,25.9%,35.0%和17.1%,27.6%,28.1%,36.5%。在475～1000nm,合谷穴的反射率比非穴位小。分别经过20,50和100mW不同功率的半导体激光照射后,劳宫穴反射率较照射前明显下降,并且随着照射功率增大,反射率减小的幅度越大。而非穴位组织经过不同功率的半导体激光照射后反射率较照射前稍有下降,但远不及劳宫穴下降明显。由此可见劳宫穴与非穴位的反射光谱存在差异,并且劳宫穴对半导体激光照射的刺激比非穴位更敏感。

关键词：劳宫穴非穴位反射光谱半导体激光照射

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长波紫外辐射对Ⅰ型胶原损伤的拉曼光谱研究

光谱学与光谱分析 2012年第2期32卷 383-385页

作者：马荣甜郭周义刘智明钟会清庄正飞翟娟华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学教育部重点实验室广东广州510631

应用拉曼光谱技术研究了长波紫外(Ultraviolet-A,UV-A)辐射对Ⅰ型胶原的损伤,检测了Ⅰ型胶原及其经过90min的UV-A辐射后的拉曼光谱,得到了一个较完整的Ⅰ型胶原紫外损伤机制。实验结果表明:90min的UV-A辐射导致Ⅰ型胶原分子内氢键断裂... 详细信息

应用拉曼光谱技术研究了长波紫外(Ultraviolet-A,UV-A)辐射对Ⅰ型胶原的损伤,检测了Ⅰ型胶原及其经过90min的UV-A辐射后的拉曼光谱,得到了一个较完整的Ⅰ型胶原紫外损伤机制。实验结果表明:90min的UV-A辐射导致Ⅰ型胶原分子内氢键断裂、氢键体系发生变化,肽链的螺旋度减少,逐渐解螺旋,无规卷曲等无序构象增加。此外,UV-A辐射使Ⅰ型胶原分子内脯氨酸的羟基化程度降低。这些变化必然会引起Ⅰ型胶原三螺旋结构的损伤,并导致皮肤光老化过程中组织内胶原纤维的破坏。

关键词：拉曼光谱 Ⅰ型胶原长波紫外辐射光老化

低频超声波和甘油对皮肤组织光学透明的反射光谱研究

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光谱学与光谱分析 2009年第12期29卷 3190-3194页

作者：钟会清郭周义魏华江张祖德杨洪钦谢树森华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室广东广州510631 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007

研究了经低频超声波和促渗剂处理后的猪皮组织在波长为400～860nm范围内随时间变化反射光谱特性的变化及各组于580nm处分别在0～15min和15～30min时间段各组反射光谱的改变程度。实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统... 详细信息

研究了经低频超声波和促渗剂处理后的猪皮组织在波长为400～860nm范围内随时间变化反射光谱特性的变化及各组于580nm处分别在0～15min和15～30min时间段各组反射光谱的改变程度。实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统。结果表明:在波长为400～860nm范围内,空白对照组在整个过程中组织的反射光谱变化比较少;经超声波处理后组织对光的反射率在0～15min内是增加的,而且变化相对明显,但随着距超声波停止处理的时间加长,组织对光的反射率又慢慢恢复原状;经80%甘油处理组相对于空白对照组反射率减少得比较快;经超声波和80%甘油处理后组织的反射率变化最明显,特别是在0～15min内下降速度最快,而且对于波长580nm处在0～15min时间内第4组组织反射率的变化的速率与其他组在相同时间段内比较是:为第1组的约4.0倍和第3组的约2.3倍(在0～15min时间内),第1组组织反射率减少了1.896%;第3组组织反射率减少了3.316%;第4组组织反射率减少了7.551%。从上面的结果发现,超声波和促渗剂80%甘油对皮组织的光透明性不仅具有协同效应,而且可以使皮组织在短时间改善光透明性。

关键词：光学透明甘油低频超声波反射光谱生物组织

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绿色合成银纳米粒子及其在SERS中的应用

光谱学与光谱分析 2013年第7期33卷 1816-1819页

作者：杨必文郭周义刘智明万明明覃筱楚钟会清华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学教育部重点实验室和中医药与光子技术国家中医药管理局三级实验室广东广州510631

采用无毒、绿色的酪氨酸作为还原剂和稳定剂,在碱性条件下还原硝酸银,经60℃恒温水浴处理20min,成功地合成了银纳米粒子。混合溶液颜色由淡黄色变为棕黄色直观地呈现了银纳米粒子的生成。利用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和透射电子显微镜(... 详细信息

采用无毒、绿色的酪氨酸作为还原剂和稳定剂,在碱性条件下还原硝酸银,经60℃恒温水浴处理20min,成功地合成了银纳米粒子。混合溶液颜色由淡黄色变为棕黄色直观地呈现了银纳米粒子的生成。利用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和透射电子显微镜(TEM)对制备样品进行分析和表征。粒子的UV-Vis吸收在412nm附近。TEM图像显示,银纳米粒子的形状近似球形,粒子直径在15～25nm。分别以结晶紫(CV)和叶酸(FA)为探测分子,进一步研究了该银纳米粒子的表面增强拉曼散射(SERS)效应。实验结果表明,该合成方法不仅方便、快速、绿色环保,而且合成的银纳米粒子对CV和FA分子有很好的SERS效应。

关键词：绿色合成酪氨酸银纳米粒子表面增强拉曼散射结晶紫叶酸

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超声波和丙三醇对皮肤光透明性的影响

中国激光 2009年第10期36卷 2503-2509页

作者：钟会清郭周义魏华江张祖德杨洪钦谢树森丁志华曾常春刘颂豪华南师范大学激光生命科学研究所暨激光生命科学教育部重点实验室广东广州510631 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

采用光学相干层析成像技术(OCT)系统对分别经低频超声波,80%甘油和二者同时作用于皮肤组织进行实时监测而获取图像,并运用计算机软件对皮下深度为0.012 mm处及表皮层OCT图像一维的灰度值进行皮肤组织的光学透明性的定量分析。结果表明,... 详细信息

采用光学相干层析成像技术(OCT)系统对分别经低频超声波,80%甘油和二者同时作用于皮肤组织进行实时监测而获取图像,并运用计算机软件对皮下深度为0.012 mm处及表皮层OCT图像一维的灰度值进行皮肤组织的光学透明性的定量分析。结果表明,低频超声波和80%甘油相结合将有利于在短时间内改善生物组织的成像深度,两者在组织的光透明性方面具有协同效应。

关键词：生物光学光学相干层析成像技术组织光学特性光透明性低频超声波甘油

光学相干层析成像技术在脾胃湿热证大鼠舌诊中的量化研究

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中国中医基础医学杂志 2008年第3期14卷 184-185页

作者：曾常春董海新钟会清周正郭周义刘颂豪华南师范大学光子中医学实验室广东广州510631 广州中医药大学脾胃病研究所广东广州510405

本研究中,我们复制脾胃湿热证动物模型,将OCT技术应用于大鼠的舌体表面层次结构显微检测,通过对大鼠舌苔及舌苔下浅表舌体组织在体、动态的显微成像观察,量化性分析脾胃湿热证候舌诊的特征性改变,并报告如下。[第一段]

关键词：舌诊脾胃湿热证光学相干层析成像显微成像量化分析

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乡镇卫生院护士不愿撰写论文原因调查

家庭护士（下旬） 2007年第3期5卷 6-7页

作者：钟会清覃川芳谢莹菊王梅四川省中江县龙台中心卫生院 618101

护理科研是用科学的方法反复地探索、回答和解决护理领域的问题，直接或间接地指导护理实践的过程。护理论文是研究工作的总结，也是科研工作的组成部分，发表论文的数量和质量的多少是反映一个单位学术水平的指标之一。乡镇卫生院护士... 详细信息

护理科研是用科学的方法反复地探索、回答和解决护理领域的问题，直接或间接地指导护理实践的过程。护理论文是研究工作的总结，也是科研工作的组成部分，发表论文的数量和质量的多少是反映一个单位学术水平的指标之一。乡镇卫生院护士在论文的撰写与发表上存在较大的空缺。为了解基层卫生院护士为何不愿撰写论文的原因，特进行调查，现报告如下。

关键词：乡镇卫生院撰写论文护士基层卫生院护理科研护理领域护理实践护理论文