[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

说明书

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，利用脉冲气流诱导角膜产生形变，通过Phs‑OCT探测角膜内弹性波的传播情况，除了传播速度外，还提取弹性波的中心波长以及传播过程中的能量衰减系数，从而估算角膜组织的粘弹性。本发明充分利用弹性波的传播特点，除了利用弹性波传播速度估算软组织的弹性模量外，还综合利用弹性波的能量衰减系数及中心角频率，来提取软组织的粘性系数，利用弹性波能量衰减特点，通过曲线拟合来提取弹性波能量衰减系数；同时，将不同位点不同时刻的相位信息进行二维傅里叶变换，得到空间频谱信息，从而提取弹性波的中心角频率；将弹性波能量衰减系数及中心角频率结合在一起，从而估算软组织粘性系数。

技术领域

本发明具体涉及光学相干弹性成像技术领域，具体涉及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。

背景技术

角膜组织为黏弹性材料，具有黏性和弹性两种特性，可以通过弹性模量、粘滞系数等生物力学性能参数表征。而现有研究发现，角膜力学特性可协助早期诊断某些眼科疾病(如圆锥角膜、Fuchs角膜变性等)及指导开展角膜相关手术(如角膜屈光手术、角膜交联手术等)等。

光学相干弹性成像技术(Optical Coherence Elastography,OCE)是基于光学相干断层成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)，以软组织的弹性模量、剪切模量、粘滞性系数等生物力学参量为成像对象的技术。由于人眼角膜直径约为11mm，角膜中央厚度仅为0.52mm，而OCE保持了OCT的高分辨率、非侵入式以及扫描速度快等优点，相较于布里渊光学显微镜(confocal Brillouin microscopy,CBM)、超声弹性成像(ultrasoundelastography,UE)、磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography,MRE)等其他弹性技术，可以实时、高精度地对角膜组织成像，在角膜生物力学在体测量上具有极大的临床应用前景。

从结构层面考虑，OCE系统由机械加载装置、组织响应反应和运动检测系统三部分组成。而组织响应反应和运动检测系统取决于机械加载的类型。目前常用的机械加载类型分为静态、振动和脉冲激励3种形式。其中OCE系统采用脉冲激励方式，引起生物组织产生剪切波传播，通过相位敏感型OCT(Phase sensitive OCT,Phs-OCT)来探测剪切波的传播情况，从而获取组织生物力学性能，被推测能最快进入临床应用阶段。

脉冲激励目前分为压电陶瓷激励(Piezoelectric,PZT)、超声激励(Acousticradiation force,ARF)、空气激励(Air puff)、激光激励(Pulsed laser excitation)和空气耦合超声激励(Acoustic microtapping,AμT)。其中压电陶瓷激励为接触式，易使病人不适感；超声激励需要水浴环境，不宜在临床上实现；激光对于眼部组织可能存在损伤，缺乏安全性；空气耦合超声波克服传统超声波需要通过水浴环境传播的缺陷，但是该项技术刚兴起，仍处于研发阶段并且安全性有待验证。而空气激励是上述激励方式中安全有效的非接触式激励方式，易于在临床上推广应用。

(1)基于振幅对比的OCE：

波兰哥白尼大学的Maciej Wojtkowski教授团队利用脉冲气流对角膜施加激励，通过SSOCT实时探测角膜的形变过程，从而获得角膜在某一位点处所对应的整个轴向(A-scan)结构随时间的变化量。假若角膜形变量大，则提示角膜组织的弹性模量较小。该方法基于结构OCT图像，限制位移分辨率，同时所反映的角膜组织弹性模量是一个相对值。(参考文献：Assessment of corneal dynamics with high-speed swept source OpticalCoherence Tomography combined with an air puff system)

(2)基于弹性波的OCE：