光譜全場光學相干斷層掃描：深度相關的人體皮膚後向散射光譜

Abstract

從基於 Mirau 的高解析全域式光學同調斷層掃描 (FF-OCT) 中提取的背向散射光譜數據，在生物醫學中具有潛在的應用。高品質的自製摻鈦藍寶石單纖衣晶體光纖寬帶光源在 OCT 成像中以高速成像提供了對體內皮膚組織的更深穿透，具有細胞解析度。 驅動 Mirau 干涉儀的壓電轉換器 (PZT) 的磁滯非線性在 OCT 掃描期間表現出位移不準確。這種不準確性顯著影響了從 OCT 系統中提取的深度相關頻譜。由有效的前饋補償，實現了 PZT 磁滯的高階線性化。實驗結果表明，多項式算子參數少、建模精度高、輸入輸出關係平滑，優於 Prandtl-Ishlinskii (PI)模型。因此，在 FF-OCT 系統中實施多項式磁滯模型，以實現超高 PZT精準定位，從而可以準確獲得背向散射光譜。 FF-OCT 系統的性能通過對體外靛氰綠 (ICG) 著色顆粒和非著色微米球的成像進行了測試和驗證。光譜信號是通過短時傅立葉變換(STFT)從原始干涉信號中獲得的，在780 nm 的波長窗口，4-µm樣本長度之光譜解析度為 54.42 nm。來自 ICG 顆粒的背向散射光譜隨著濃度的增加表現出最大強度和藍移，而微米球導致強度低於 ICG。由ICG 和微米球光譜的比較結果，驗證了這種光譜分析方法。 為進一步驗證此光譜分析於活體前臂皮膚的三維斷層掃描應用，本研究提取了不同深度的皮膚組織的光譜特徵。由於複雜的皮膚解剖結構和色素吸收，本研究發現體內皮膚的反向散射光譜顯示出與深度相關的光譜偏移和帶寬變化。 具有高速、高對比度之細胞解析度三維斷層掃描成像和光譜提取能力的OCT 成像有助於識別組織成分的分子/化學成分和光學特性，由體內深層組織反向散射的這種高速光譜採集，未來可應用於臨床環境中的疾病診斷。