一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法及系统与流程

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法及系统。

背景技术：

光学相干层析成像技术(opticalcoherencetomography，oct)具有高轴向分辨率，成像速度快，穿透深度深等优点。通过获取样本不同深度的干涉信号，再经过处理即可实现样品的二维图像重建，再配合横向扫描即可实现三维图像重建。为了能呈现出更深的生物组织结构，oct系统一般用穿透性强的近红外光作为光源。

oct能够为生物组织提供实时、无损、高分辨的三维层析图片，已经在多个医学领域有应用。然而，传统的oct成像仍存在一些缺点。以癌变上皮细胞为例，开始它们模仿有固定形态的健康细胞，后来会演变为模仿疏松结缔组织，由于这种模仿健康细胞或组织结构的能力，使得它们与周围正常组织的结构基本相近，因此在oct图像中便难以发现这些病变细胞。

目前市场上用于提高oct成像对比度的成像方法主要有两大类，一类是应用图像处理算法对oct系统采集到的图像进行处理提高成像对比度和使用物理方法直接提高采集到的图像的对比度。传统的方法虽然简单，但是在使用前都需要对图像进行分割处理以此来选中目标区域，如果不进行这些预处理可能会造成某些背景噪声被加强，最终导致成像质量降低。虽然最近的方法较之传统的方法增强图像对比度的效果有所提高且适应性更强，但是仍存在噪声信号被增强的问题。并且算法的方法都只能用在目标区域与非目标区域在图像数值上有较大差异的情况，对于原始数据的目标区域与非目标区域的区域边缘差别不大时就难以准确的实现两个信号区域的分割以及目标区域图像增强的效果，最终使图像失真。物理方法得到的图像并不能完全的提高目标区域的信号值或抑制非目标区域的信号值，并且某些物理方法的处理过程耗时、繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法，包括：

s100、将样品待扫描区域注射渗透负载吲哚菁绿的石墨烯溶液，并根据彩色相机观察到的激光位置将处理好的样品的待扫描区域大致放置于扫描激光照射下；

s200、检查oct系统工作状态，根据彩色相机观察到的激光位置将处理好的样品的待扫描区域大致放置于扫描激光照射位置，启动系统对样品进行实时扫描和显示，根据实时显示的扫描结果细调样品的位置，使oct系统扫描激光准确的照射在待扫描区域上；

s300、oct系统实现样品层析成像主要过程为：

s301、在光路系统中，低相干宽带光源产生近红外激光从光学环形器的第一端口进入，从第二端口射出；从第二端口射出的激光照射到90％反射的透镜上并通过90％反射的透镜进行反射和透射；

s302、在参考臂光路上，90％反射的透镜透射的一束激光垂直射入第一凸透镜中心，并聚焦到单面反射镜上，形成一束可逆激光按原光路返回到90％反射的透镜；

s303、在样品臂光路上，90％反射的透镜反射的一束激光射入由八角透镜和反射镜组成的二维振镜组，二维振镜组改变激光的运动方向使其射入第二凸透镜；第二凸透镜对激光聚焦使其经过1％反射的透镜并对放在平台上的样品进行扫描；激光经过样品反射形成可逆激光射入1％反射的透镜并经1％反射的透镜进行反射和透射；1％反射的透镜反射的激光射入彩色相机，1％反射的透镜透射的激光进入第二凸透镜，形成另一束可逆激光按原光路返回到90％反射的透镜；

s304、在光干涉与光栅系统中，90％反射的透镜实现反射回来的两条可逆激光干涉，产生干涉光进入衍射光栅；衍射光栅对干涉光进行分光，第三凸透镜将分光后的激光准直成平行光；

s305、在线阵ccd相机采集光信号系统中，线阵ccd相机的感光元件接收通过第三凸透镜聚焦成平行光的激光。

参考臂光路和样品臂光路反射的两束可逆激光在90％反射的透镜上发生干涉后参数满足：

其中，i为发生干涉后激光光强；r1，r2分别为参考臂光路和样品臂光路的反射系数；a为激光振幅幅度；k为波矢；δz为光程差；n为从一到不同的光程差总个数，即一到相机ccd总个数；y为干涉光不同的波长个数；x为1到y；i是虚数单位；

s400、将扫描结果进行计算和保存。

作为上述技术方案的进一步改进，s100具体为：将30μl的25μg/ml负载吲哚菁绿的石墨烯溶液注射到样品的待扫描目标区域，放置一小时,然后将样品的待扫描区域放至激光扫描范围内。

作为上述技术方案的进一步改进，s400具体为：创建文档，采集线阵ccd相机的触发信号数据，将线阵ccd相机的触发信号数据增加到文档，同时对线阵ccd相机的触发信号数据进行处理，减去背景光，并将不含背景光的数据加入队列，将含背景光的数据重新进行处理；将加入队列的数据出队列并存入文档；文档采集到足够帧数的数据，则结束采集，并对采集的数据进行计算得到对比度，保存数据，关闭扫描系统。

作为上述技术方案的进一步改进，所述s303还包括；1％反射的透镜反射的激光射入彩色相机，光功率检测器实时检测计算射入彩色相机的激光光强。

一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像系统，包括：注射渗透负载吲哚菁绿的石墨烯溶液的样品、光路系统、参考臂光路系统、样品臂光路系统、光干涉与光栅系统和线阵ccd相机采集光信号系统。

光路系统包括低相干宽带光源、光学环形器和90％反射的透镜，所述低相干宽带光源用于产生近红外激光束并通过依次通过所述光学环形器和所述90％反射的透镜；所述90％反射的透镜将通过近红外激光束进行透射和反射形成两束激光。

参考臂光路系统包括第一凸透镜和单面反射镜，所述90％反射的透镜透射的一束激光垂直射入所述第一凸透镜和所述单面反射镜，并经所述单面反射镜反射形成一束可逆激光按原光路返回到所述90％反射的透镜。

样品臂光路系统包括二维振镜组、第二凸透镜、1％反射的透镜、彩色相机、样品和样品装载台；所述样品设于所述样品装载台上；所述二维振镜组包括八角透镜和反射镜；经过90％反射的透镜反射的一束激光依次射入所述八角透镜和所述反射镜；经所述反射镜反射后的激光依次射入所述第二凸透镜、所述1％反射的透镜和所述样品；经所述样品反射形成另一束可逆激光射入所述1％反射的透镜；所述1％反射的透镜将样品反射的可逆激光进行反射和透射，反射的可逆激光射入所述彩色相机，透射的可逆激光形成另一束可逆激光通过所述第二凸透镜按原光路返回到所述90％反射的透镜。

所述90％反射的透镜还用于将两束可逆激光形成干涉光。

光干涉与光栅系统包括衍射光栅和第三凸透镜。

线阵ccd相机采集光信号系统包括线阵ccd相机；经过所述90％反射的透镜的干涉光依次射入所述衍射光栅、所述第三凸透镜和所述线阵ccd相机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述样品臂光路系统还包括光功率检测器，所述光功率检测器用于实时检测计算射入所述彩色相机的扫描激光光强。

本发明的有益效果：本发明通过注射渗透负载吲哚菁绿的石墨烯溶液的样品、光路系统、参考臂光路系统、样品臂光路系统、光干涉与光栅系统和线阵ccd相机采集光信号系统，实现了层析成像，成功地抑制了注射过负载吲哚菁绿的石墨烯材料溶液区域的信号，极大的提高了采集图像的对比度，有效地提高了采集图像的对比度，操作简单、安全，容易实现，并有效地提高了oct成像对比度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明提供的一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法及系统的光学相干层析成像系统结构图；

图2是本发明提供的一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法及系统的样品目标区域的横截面的信号数据图；

图3是本发明提供的一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法及系统的样品同一干涉深度的信号图；

图4是本发明提供的一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法及系统的样品两个不同位置的全部深度信息图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像方法，包括：

s100、将样品待扫描区域注射渗透负载吲哚菁绿的石墨烯溶液，并根据彩色相机观察到的激光位置将处理好的样品的待扫描区域大致放置于扫描激光照射下；；

具体地，将30μl的25μg/ml负载吲哚菁绿的石墨烯溶液注射到样品的待扫描目标区域，放置一小时,然后将样品的待扫描区域放至激光扫描范围内。

通过吲哚菁绿和氧化石墨烯之间的π-π键的相互作用将吲哚菁绿修饰到氧化石墨烯表面。首先，取50ml0.1mg/ml氧化石墨烯置于100ml圆底烧瓶，再加入适量吲哚菁绿，避光搅拌过夜。产物避光条件下用100kda超滤管超滤，以洗去未有效负载的吲哚菁绿。

使用负载吲哚菁绿的石墨烯溶液可以增强oct系统对某些病变细胞的探测灵敏度和特异性。石墨烯是碳的同素异形体(形式)，由排列成六方晶格的单层碳原子组成，在近红外区域对激光能量具有强烈吸收效应。由于生物组织在近红外区的光吸收很弱，而石墨烯拥有极高的不透明度和对近红外光的吸收能力。因此这种的材料因其独特的近红外光吸收性和光稳定性，能有效的提高oct图像对比度。

s200、检查oct系统工作状态，根据彩色相机观察到的激光位置将处理好的样品的待扫描区域大致放置于扫描激光照射位置，启动系统对样品进行实时扫描和显示，根据实时显示的扫描结果细调样品的位置，使oct系统扫描激光准确的照射在待扫描区域上；

s300、oct系统实现样品层析成像主要过程为：

s301、在光路系统中，低相干宽带光源产生近红外激光从光学环形器的第一端口进入，从第二端口射出；从第二端口射出的激光照射到90％反射的透镜上并通过90％反射的透镜进行反射和透射；

s302、在参考臂光路上，90％反射的透镜透射的一束激光垂直射入第一凸透镜中心，并聚焦到单面反射镜上，形成一束可逆激光按原光路返回到90％反射的透镜；

将带有光程参照信息的光束返回到90％反射的透镜，为检测光路系统提供光程参照值。

s303、在样品臂光路上，90％反射的透镜反射的一束激光射入由八角透镜和反射镜组成的二维振镜组，二维振镜组改变激光的运动方向使其射入第二凸透镜；第二凸透镜对激光聚焦使其经过1％反射的透镜并对放在平台上的样品进行扫描；激光经过样品反射形成可逆激光射入1％反射的透镜并经1％反射的透镜进行反射和透射；1％反射的透镜反射的激光射入彩色相机，1％反射的透镜透射的激光进入第二凸透镜，形成另一束可逆激光按原光路返回到90％反射的透镜；

激光经过样品反射形成另一束可逆激光按原光路返回到90％反射的透镜，为检测光路系统提供光程样品值。

s304、在光干涉与光栅系统中，90％反射的透镜实现反射回来的两条可逆激光干涉，产生干涉光进入衍射光栅；衍射光栅对干涉光进行分光，第三凸透镜将分光后的激光准直成平行光；

两个反射回来的可逆激光在90％反射的透镜中相遇并发生干涉，干涉光从另一路进入衍射光栅发生多缝衍射，对干涉光进行分光，取分光后的一级衍射条纹，用第三凸透镜将分光后的激光准直成平行光，保证全部的能量能够被采集元件吸收。

s305、在线阵ccd相机采集光信号系统中，线阵ccd相机的感光元件接收通过第三凸透镜聚焦成平行光的激光。

参考臂光路和样品臂光路反射的两束可逆激光在90％反射的透镜上发生干涉后参数满足：

其中，i为发生干涉后激光光强；r1，r2分别为参考臂光路和样品臂光路的反射系数；a为激光振幅幅度；k为波矢；δz为光程差；n为从一到不同的光程差总个数，即一到相机ccd总个数；y为干涉光不同的波长个数；x为1到y；i是虚数单位；

s400、将扫描结果进行计算和保存。

具体地，创建文档，采集线阵ccd相机的触发信号数据，将线阵ccd相机的触发信号数据增加到文档，同时对线阵ccd相机的触发信号数据进行处理，减去背景光，并将不含背景光的数据加入队列，将含背景光的数据重新进行处理；将加入队列的数据出队列并存入文档；文档采集到足够帧数的数据，则结束采集，并对采集的数据进行计算得到对比度，保存数据，关闭扫描系统。。

请参照图1，一种负载吲哚菁绿的石墨烯介导光学相干层析成像系统，包括：注射渗透负载吲哚菁绿的石墨烯溶液的样品、光路系统、参考臂光路系统、样品臂光路系统、光干涉与光栅系统和线阵ccd相机采集光信号系统。

光路系统包括低相干宽带光源、光学环形器和90％反射的透镜，参考臂光路系统包括第一凸透镜和单面反射镜,样品臂光路系统包括二维振镜组、第二凸透镜、1％反射的透镜、彩色相机、光功率检测器、样品和样品装载台，光干涉与光栅系统包括衍射光栅和第三凸透镜，线阵ccd相机采集光信号系统包括线阵ccd相机；二维振镜组包括八角透镜和反射镜。

通过吲哚菁绿和氧化石墨烯之间的π-π键的相互作用将吲哚菁绿修饰到氧化石墨烯表面。首先，取50ml0.1mg/ml氧化石墨烯置于100ml圆底烧瓶，再加入适量吲哚菁绿，避光搅拌过夜。产物避光条件下用100kda超滤管超滤，以洗去未有效负载的吲哚菁绿。

将30μl的25μg/ml负载吲哚菁绿的石墨烯溶液注射到样品的待扫描目标区域，放置一小时,然后将样品的待扫描区域放至激光扫描范围内。

使用负载吲哚菁绿的石墨烯溶液可以增强oct系统对某些病变细胞的探测灵敏度和特异性。石墨烯是碳的同素异形体(形式)，由排列成六方晶格的单层碳原子组成，在近红外区域对激光能量具有强烈吸收效应。由于生物组织在近红外区的光吸收很弱，而石墨烯拥有极高的不透明度和对近红外光的吸收能力。因此这种的材料因其独特的近红外光吸收性和光稳定性，对近红外光反射率极低，经过负载吲哚菁绿的石墨烯处理的区域会因为负载吲哚菁绿的石墨烯吸收了大量的扫描激光能量使的该区域的反射光强降低，从而达到大幅度降低非目标区域信号强度的效果，能有效的提高oct图像对比度。

通过获取样本不同深度的干涉信号，oct系统能够实现对样品的二维图像重建，配合横向扫描可实现三维图像重建。

低相干宽带光源用于产生近红外激光束。为了能呈现出更深的生物组织结构，oct系统一般用穿透性强的近红外光作为光源。

90％反射的透镜用于将通过所述光学环形器的近红外激光束进行反射和透射，通过90％反射的透镜透射的一束激光进入第一凸透镜，通过90％反射的透镜反射的一束激光进入二维振镜组；还用于将两束可逆激光形成干涉光。

光学环形器用于防止激光回流打坏光源。

第一凸透镜用于垂直接收经过90％反射的透镜透射的一束激光并将其聚焦到单面反射镜上，匹配系统色散参数。

单面反射镜用于对激光进行反射形成可逆激光。

二维振镜组用于接收经过90％反射的透镜反射的一束激光并改变激光方向使得激光进入第二凸透镜。

第二凸透镜接收改变方向后的激光并进行聚焦射入所述1％反射的透镜。

样品放置在所述样品装载台，样品接收通过1％反射的透镜的激光并反射形成可逆激光射入所述1％反射的透镜。

1％反射的透镜用于将一部分激光反射在彩色相机上，剩下透射的激光进入第二凸透镜，形成另一束可逆激光按原光路返回到90％反射的透镜。

彩色相机观察样品位置是样品能更加准确的放置于扫描激光下。

光功率检测器用于实时检测计算进入彩色相机的扫描激光光强。

衍射光栅用于接收经过90％反射的透镜的干涉光并对干涉光进行分光。衍射光栅是光栅的一种。它通过有规律的结构，使入射光的振幅或相位(或两者同时)受到周期性空间调制。

第三凸透镜用于将分光后的激光准直成平行光并使其进入线阵ccd相机。

线阵ccd相机用于接收由第三凸透镜聚焦成平行光的激光。

样品目标区域的信号数据图如图2至图4所示，图2是样品目标区域的横截面的信号数据图，因为负载吲哚菁绿的石墨烯材料对红外光谱吸收率高、反射率低的特点，所以在注射了负载吲哚菁绿的石墨烯材料溶液的样品区域内激光被大量吸收未能进入到样品组织内部。故采集图像中有负载吲哚菁绿的石墨烯材料溶液渗透的区域信号强度比没渗透的区域低，较好的抑制了渗透区域的信号强度，极大的提高了采集图像的对比度。

图3是同一干涉深度的信号图，由图可知在渗透区域与非渗透区域交接处的信号产生了断层，即渗透区域与非渗透区域的信号对比度大。

图4是两个不同位置的全部深度信息图。其中虚线是非渗透区域的信号，实线是渗透区域的信号。由图可知，非渗透区域的信号随深度缓慢衰减，渗透区域的信号只在样品表面有较高的值，之后马上断层式衰减并比非渗透区域的信号离表面同等距离处低。说明负载吲哚菁绿的石墨烯材料溶液对oct成像对比度有较大的提高。

本发明通过注射渗透负载吲哚菁绿的石墨烯溶液的样品、光路系统、参考臂光路系统、样品臂光路系统、光干涉与光栅系统和线阵ccd相机采集光信号系统，实现了层析成像，成功地抑制了注射过负载吲哚菁绿的石墨烯材料溶液区域的信号，极大的提高了采集图像的对比度，有效地提高了采集图像的对比度，操作简单、安全，容易实现，并有效地提高了oct成像对比度。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。