基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法和系统。利用光学相干成像系统获取生物膜干涉光谱，对干涉光谱进行傅里叶变换得到深度域强度信号，基于深度域强度信号计算生物膜表面坐标，之后利用多项式拟合生物膜表面曲线，再根据拟合曲线对生物膜进行坐标变换使其表面趋于水平，对拉平后的生物膜进行不同深度的强度信号投影，强度信号投影图可显示出生物膜胶原束取向特征。本发明专利技术可实现一次成像获取深度可分辨(微米精度)的生物膜胶原束取向，能够实现快速评估切割生物膜边缘以获取优质的人工心脏生物瓣膜小叶。边缘以获取优质的人工心脏生物瓣膜小叶。边缘以获取优质的人工心脏生物瓣膜小叶。

【技术实现步骤摘要】
基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法和系统


[0001]本专利技术涉及用于植入物的生物假体组织的胶原束的取向检测，更具体地涉及用于人工心脏生物瓣膜小叶制作的生物膜的胶原束取向的光学无损检测方法。

技术介绍

[0002]正常天然心脏包括主动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣和肺动脉瓣，其中每个瓣膜都具有单向小叶，用来控制通过心脏的血液的定向流动。当心脏瓣膜出现患病或者损坏时，为了心脏正常工作，可进行瓣膜置换手术，用人工心脏生物瓣膜代替人体自身的心脏瓣膜。
[0003]人工心脏生物瓣膜用生物组织材料制成，比如利用牛心包组织、猪心包组织制作人工心脏生物瓣膜的单个小叶。通常用于制备人工心脏生物瓣膜小叶的典型过程是获取新鲜的动物心包囊，切开心包囊使其变平坦并且清除多余的脂肪和杂质。修剪明显不能使用区域后使用药物交联组织，之后去除组织粗糙边缘。处理后的生物膜主要包含胶原纤维，表现为纤维的外表面和光滑的内表面。该生物膜被用于制作人工心脏生物瓣膜的小叶。从生物膜切割制作的小叶强度取决于胶原束的平均取向，此外基于胶原束取向来优化小叶使其更薄对常规心脏瓣膜的介入输送也是有利的。
[0004]目前对生物膜胶原束取向的光学检测方法是利用偏振光通过生物膜，出射光再通过偏振器，最后在检测器板上得到带方向的条纹图案，即胶原束平均取向。这种方法虽然也是无损检测，但是需要不断旋转偏振器方向来获得胶原束的平均取向，需耗费较长时间，而且无法获得生物膜内不同深度的胶原束取向分布。
[0005]目前对生物膜胶原束取向进行精确、高效地检测评估以获取更优质的人工心脏瓣膜小叶有迫切的需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法和系统。该方法包括利用光学相干成像系统(OCT)获取生物膜干涉光谱，对干涉光谱进行傅里叶变换得到深度域强度信号。基于深度域强度信号计算生物膜表面坐标，之后利用多项式拟合生物膜表面曲线，再根据拟合曲线对生物膜进行坐标变换使其表面趋于水平。可对拉平后的生物膜进行不同深度的强度信号投影，强度信号投影图可显示出生物膜胶原束取向特征。胶原束的平均取向用于指导在何处切割人工心脏生物瓣膜小叶边缘。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0008]一、一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法：
[0009]利用OCT扫描成像包含胶原束的生物膜，获得OCT生物膜图像；
[0010]对每个深度的OCT生物膜图像进行变换处理使图像中的生物膜表面趋于水平，同时保留胶原束高度变化；
[0011]选取不同深度的OCT生物膜图像进行投影获得投影图像，根据投影图像得到不同
深度的胶原束平均取向。
[0012]所述的生物膜一侧表面是光滑的，另一侧表面是带有胶原束的。
[0013]所述生物膜组织，包括心包膜、主动脉瓣膜、硬脑膜、腹膜、隔膜或肠粘膜下层，但不限于此。
[0014]利用OCT扫描成像包含胶原束的生物膜，包括：利用OCT采集生物膜的干涉光谱，基于生物膜的干涉光谱提取深度域强度信号，由深度域强度信号构成了OCT生物膜图像。
[0015]利用OCT扫描成像包含胶原束的生物膜，包括：
[0016]通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；
[0017]或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；
[0018]或者利用扫频光源记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。
[0019]对OCT生物膜图像进行坐标变换使生物膜表面趋于水平，同时保留胶原束高度变化，包括：
[0020]生物膜表面之外为空气或者水分，像素点的深度域强度信号和生物膜表面的深度域强度信号显著不同，根据OCT生物膜图像中的胶原束所在的生物膜表面与其相邻图像区域的深度域强度信号之间的差异，对OCT生物膜图像中相邻像素点进行深度域强度信号的差异判断获取胶原束所在的生物膜表面边界；具体实施可设置差异阈值进行判断，若两个相邻像素点的深度域强度信号之差大于差异阈值则认为是边界。
[0021]对生物膜表面边界进行多项式曲线拟合获得拟合结果；
[0022]根据拟合结果变换生物膜的深度坐标，使所述胶原束所在的生物膜表面整体水平，这样也保持了胶原束高度变化。
[0023]根据投影图像得到不同深度的胶原束平均取向，包括：对投影图像进行快速傅里叶变换，获得胶原束图像中每个像素点的深度域强度信号的振荡频率，再计算的振荡频率的频率分布趋势正交方向，得到胶原束平均取向。
[0024]所述的频率分布趋势正交方向是指频率分布中最主要的正交方向，可采用聚类方法处理获得。
[0025]二、一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测装置：
[0026]一套OCT光学相干探测装置，用于采集二维或者三维空间内的生物膜干涉光谱；
[0027]一个或多个处理器，耦连至OCT光学相干探测装置，用于分析处理生物膜干涉光谱得到生物膜胶原束取向。
[0028]所述的一OCT光学相干探测装置是采用以下的一种：
[0029]包括低相干光源、干涉仪和探测器；
[0030]或者包括低相干光源、干涉仪和光谱仪；
[0031]或者包括扫频宽光谱光源、干涉仪和探测器。
[0032]本专利技术利用光学相干成像系统(OCT)获取生物膜干涉光谱，对干涉光谱进行傅里叶变换得到深度域强度信号，基于深度域强度信号计算生物膜表面坐标，之后利用多项式拟合生物膜表面曲线，再根据拟合曲线对生物膜进行坐标变换使其表面趋于水平，对拉平后的生物膜进行不同深度的强度信号投影，强度信号投影图可显示出生物膜胶原束取向特征。
[0033]本专利技术获得的胶原束的平均取向能够用于定位在何处切割人工心脏生物瓣膜小
叶边缘。
[0034]本专利技术相比现有技术具有以下有益效果和优势：
[0035]相比偏振光测量，本专利技术可实现一次成像获取深度可分辨(微米精度)的生物膜胶原束取向，能够实现快速评估切割生物膜边缘以获取优质的人工心脏生物瓣膜小叶。
附图说明
[0036]图1为本专利技术方法的示意图；
[0037]图2为本专利技术装置的示意图；
[0038]图3为本专利技术实施例的示意图；
[0039]图4为本专利技术示例性实施例的生物膜胶原束OCT结构图；
[0040]图5为本专利技术示例性实施例的生物膜胶原束取向图。
[0041]其中：1
‑
利用OCT采集干涉光谱；2
‑
对干涉光谱提取深度域强度信号；3
‑
基于深度域强度信号进行拉平处理；4
‑
获取不同深度的生物膜胶原束取向；11
‑
光源；12
‑
分束器；13
‑
参考臂准直镜；14
‑
平面高反射镜；15
‑
样品臂准直镜；16
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法，其特征在于方法包括：利用OCT扫描成像包含胶原束的生物膜，获得OCT生物膜图像；对每个深度的OCT生物膜图像进行变换处理使图像中的生物膜表面趋于水平，同时保留胶原束高度变化；选取不同深度的OCT生物膜图像进行投影获得投影图像，根据投影图像得到不同深度的胶原束平均取向。2.根据权利要求1所述的一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法，其特征在于：所述生物膜组织，包括心包膜、主动脉瓣膜、硬脑膜、腹膜、隔膜或肠粘膜下层。3.根据权利要求1所述的一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法，其特征在于：利用OCT扫描成像包含胶原束的生物膜，包括：利用OCT采集生物膜的干涉光谱，基于生物膜的干涉光谱提取深度域强度信号，由深度域强度信号构成了OCT生物膜图像。4.根据权利要求1所述的一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法，其特征在于：利用OCT扫描成像包含胶原束的生物膜，包括：通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；或者利用扫频光源记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。5.根据权利要求1所述的一种基于弱相干干涉的生物膜胶原束取向光学检测方法，其特征在于：对OCT生物膜图像进行坐标变换使生物膜表面趋于水平，同时保留胶原...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，姚霖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：