[发明专利]一种基于喷气式光学相干弹性成像技术无创测量角膜粘弹性的方法

权利要求书

1.一种基于喷气式光学相干弹性成像技术无创测量角膜粘弹性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)Phs-OCT系统搭建与整合：将喷气装置与Phs-OCT系统的整合，使空气脉冲与Phs-OCT探测同时作用于角膜组织，采用倾斜入射整合方式，即喷气发射探头与Phs-OCT扫描探头的长轴形成夹角，在信号控制层面，Phs-OCT驱动振镜工作信号作为喷气装置的阀门开关的触发信号，使得图像采集与空气脉冲发射同步进行；

(2)多普勒相位分辨算法应用：平衡探测器获取干涉光谱强度I(λ)，经过光谱校正和去直流项，中心频率由载波到零，并转换为以波数k为变量的干涉信号I(k)，经快速离散傅里叶变换(FFT)，得到以深度z为变量的复值信号，即式(1-1)：

对相邻两个A-line做互相关，则可得到相位信息，如下式(1-2)：

(3)角膜生物力学模型构建：利用常用的Kelvin–Voigt模型来表征角膜组织的弹性和粘性的关系，即两者处于平行关系，

根据Kelvin–Voigt模型中粘弹性关系，可获得如下公式(1-3)，

μ＝μ₁+iωζ (1-3)；

其中μ为粘弹性系数，μ₁为剪切模量，ω为弹性波的角频率，ζ为剪切粘度；而弹性模量E与剪切模量μ₁的关系如下式(1-4)，

E＝2(1+υ)μ₁ (1-4)；

弹性波的传播速率C(ω)与剪切模量μ₁，角频率ω和剪切粘度ζ的关系如下式(1-5)：

其中ρ为软组织密度，当软组织剪切粘度ζ远小于剪切模量μ₁时，上述公式可简化为式(1-6)，

而弹性波传播过程中的能量衰减系数α(ω)满足如下公式(1-7)：

(4)角膜粘弹性估算：根据角膜生物力学数学模型，在角膜组织密度ρ以及泊松比υ一定的条件下，获取弹性模量E和剪切粘度ζ的前提是需要明确弹性波速度C(ω)、弹性波的中心角频率ω₀以及弹性波能量衰减系数α(ω)；

假设OCE的扫描参数设置如下，M-B模式中M模式值设为m，B模式值设为n，相邻A-line的时间间隔为T，则根据Phs-OCT算法，角膜上第i个位点第j条A-line所对应的相位为则取第i个位点的最大相位来表征弹性波的传播情况，则满足如下关系式(1-8)：

其中max函数是取最大值，而m为第i位点总共扫描的A-line条数，同时将所对应的j定义为mj_i(z)，第i位点位置为x_i，由于角膜组织横断面的局部范围内是均一的，因此弹性模量E保持不变；将mj_i(z)作为横坐标，位点x_i作为纵坐标，绘制成mj_i(z)-x_i散点图，利用最小二乘法可求得斜率a；

则弹性波速度C(ω)可表示为式(1-9)：

而弹性波的能量Q与其振幅平方成正比，而振幅与相位成正比，因此弹性波能量Q与相位平方成正比，即式(1-10)，

而第i位点处的弹性波能量Q_i满足如下关系式(1-11)：

其中Q₀为初始弹性波能量，为常数；

利用来表征弹性波能量Q_i，则已知和x_i，即可通过曲线拟合获得衰减系数α(ω)；

而中心角频率ω₀可通过对进行频谱分析获得，即对进行二维傅里叶变换(FFT2)，可得到频谱信息SP_k,f，如式(1-12)，

其中k为波数，f为频率，则取SP_k,f最大值所对应的f为中心频率f_c，则可得式(1-13)，

ω₀＝2πf_c (1-13)；

综上，可依次求得弹性波速度C(ω)、弹性波的中心角频率ω₀以及弹性波能量衰减系数α(ω)，从而估算出角膜组织的弹性模量E和剪切粘度ζ。

2.根据权利要求1所述的一种基于喷气式光学相干弹性成像技术无创测量角膜粘弹性的方法，其特征在于，所述的Phs-OCT系统采用M-B扫描模式，其中M模式指针对角膜某一特定位置，对其进行多次A-line扫描，来获取位移量随时间的动态变化过程；B模式指对角膜进行二维断层成像，采用M-B模式可以获取某一时间角膜多个位点的位移变化情况，从而反映出角膜组织内部的弹性波传播情况。