基于光学相干层析成像的鸡胚心脏血流动力学参数测量

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不同组织器官的功能参数可以反映出生物组织的内部代谢特征,故在医学上常常利用生物组织的一些参数信息为疾病的早期诊断提供参考依据。本文通过将光谱光学相干层析成像(OCT)技术与多普勒流速测量技术相结合,同时获得生物组织的结构图像和血流速度分布,以此为基础针对早期鸡胚心脏的血流动力学参数进行测量研究,主要包括血流绝对速度、心肌径向应变及血流剪切力。本文搭建了快速高分辨率的光谱OCT成像系统,包括:基于2×2光纤耦合器(10/90)的干涉光路;采用超辐射发光二极管(SLD)作为宽带光源,中心波长为1312.5nm,带宽为52nm;样品臂采用2D光学扫描振镜进行偏转式横向扫描;数据采集部分是由超快速线阵CCD相机和1145线/mm衍射光栅组成的光谱仪,并通过图像采集卡将光谱数据传输给计算机。根据相位相关流速测量的需要,对硬件系统进行了改进。用92K线/秒的超快速相机代替了原有的47K线/秒的相机,提高了流速测量范围。为适应快速采集的需要,对软件系统进行了适当的改进。在探测单元,采用长焦距透镜,提高了光谱分辨率,增加了系统的理论探测深度,从而增加了感兴趣区域成像的对比度。应用所搭建的光谱OCT成像系统对早期鸡胚心脏进行结构成像,测量了相关血流动力学参数。将光谱OCT成像技术与多普勒流速测量技术相结合,通过计算相邻两线像素间的相位差,可以得到流动粒子运动的投影速度。以此为基础,结合图像处理提出血流绝对速度的测量方法,并进行实验验证及结果分析。根据早期鸡胚心脏血液流出道(OFT)血管壁厚度与径向应变之间的关系,测量了OFT的径向应变,并比较了正常的OFT和捆绑后的OFT应变变化情况。在假设血液近似为牛顿流体的前提下,血流剪切力与血流速度梯度成正比例关系,研究了血流剪切力测量的可行性方法。综上所述,我们搭建了一套快速高分辨率的光谱OCT成像系统,该系统具有成像速度快、分辨率高及测量范围大等优点。完成了绝对流速、径向应变等鸡胚心脏血流动力学基本参数测量,为后续的鸡胚心脏发育研究打下了基础。
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