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文章来源：H. Pahlevaninezhad , A. M. D. Lee , C. Hyun - Spie Bios – 2013 Proc. of SPIE Vol. 8565 85652S-2 本文以实验结合光学软件FRED来验证荧光介质上覆盖散射层的影响，结合AF-OCT系统能够减少由于上皮组织增厚引起的假阳性，增强AF疾病检测的功效。 摘要：

在本文中，我们通过模拟组织的自发荧光（AF）特性进行了模型的研究。我们组合了光学相干断层扫描（OCT）和AF成像系统，依据散射层的厚度和浓度来测量AF信号的强度。使用由生成的OCT图像计算得到的厚度和散射浓度，结合AF-OCT系统能够估计由上皮组织散射引起的AF损耗。我们定义了一个校正因子来计算上皮组织中的散射损耗，并且计算了一个校正散射AF信号。我们认为校正散射AF将会减少在早期呼吸道病变检测中的诊断误检率，误检是由混合因子产生，如增加的皮层厚度和炎症。
 关键词：光学相干断层扫描；自发荧光；光散射；模型；光线光学；OCT A-line数据 1. 简介自发荧光（AF）成像是一项已实现的技术，使用蓝光来激发自然组织荧光。通过收集高风险区域进行活检识别，已经证明这项技术对于癌症的早期检测和癌的分期是及其有效的。虽然通过白光成像可以容易的检测浸润癌，原位癌和高度的癌前病变的检测却十分棘手。白光成像中的变化十分微小，然而，AF成像可以清楚地对比这种病变。当受到蓝光照射时，正常的组织会发出强烈的绿色AF，而异常组织则缺少这种AF辐射。尽管AF成像可以方便的检测原位癌，对于良性组织的异常现象也是十分敏感的。例如，上皮组织的厚度未必就与癌症相关，但是它确实减少了由散射产生的AF信号，导致了假阳性。因此，将癌症与其他非危险异常现象区别开来可以极大地增加治疗的疗效。光学相干断层扫描（OCT）是可以获得生物组织皮下图像的一项相干技术，它可以提供小于10μm轴向分辨率和大约3mm穿透深度的图像。OCT采用了非电离，通常是近红外的辐射来捕获组织形态的实时图像。OCT可以用于研究高风险的组织位置。因此，当用于组合时，以一种同时和协作的形式，AF-OCT成像可以提供丰富的生化信息，并定位组织形态，这些不能通过单独的成像模式获得。比如，在上皮组织增厚的情况下，OCT可以直接测量上皮组织厚度，并且将AF信号衰减归因于上皮增厚，而不是癌症前期引起的胶原重建。因此，由OCT给定结构信息，并结合AF-OCT可以减少AF假阳性。AF信号强度不仅取决于原位的荧光，也取决于不同组织层的光吸收和散射。组织的光散射已经经过了深入的研究1-6。模拟组织散射可以提供与AF信号强度有价值的信息。由于价格低廉、方便校准且易于获得，英脱利匹特（Intralipid）是用于组织模型最常见的散射媒介。这项工作的目的是根据散射层的厚度模拟组织自发荧光的性质。我们定义了一个AF信号校正因子，用来说明散射层引起的损耗。OCT图像给出了散射层厚度和散射颗粒的浓度，这是校正因子计算所需的两个因素。因此，我们提出了AF-OCT系统，作为癌症检测的一个更灵敏和精确的成像工具。首先，我们解释了Intralipid模型研究，旨在模拟不同上皮厚度的组织散射特性。然后，使用光线光学仿真来验证实验结果。使用AF和OCT数据计算AF校正因子将在最后一章解释。 实验步骤我们建立了一个能够结合OCT和AF成像的双态成像系统，OCT图像测量Intralipid膜的厚度和浓度，AF图像给出相应的AF信号强度。因此，AF-OCT成像可以映射不同浓度下AF强度和Intralipid厚度的关系。OCT光激发使用一个30mW基于多边形扫描仪的扫描波长的激光光源，具有106.8nm的带宽，中心波长为1321.4nm。 激光光源为一个基于光纤的具有参考臂和样品臂的马赫泽德干涉仪（MZI），如图1所示（OCT部分）。平衡的光电探测器（ThorLabs）检测干涉。另一个MZI单元在光源处使用，来产生样品的参考时钟。探测器输出和MZI时钟注入到数字转换器卡（AlazarTech）中，实现信号处理和创建OCT图像。

AF成像系统使用一个40mW的半导体激光器（相干），在446nm处激发荧光。使用两个1英寸直径的透镜和一个基于APD的探测器（Hamamatsu）来收集再发射的AF光子。二向色性的滤波片从AF光子中分离出后向散射的蓝光，如图1所示（AF部分）。通过在自由空间的背面抛光宽板电介质反射镜（ThorLabs），OCT和AF光信号可以实现结合和分离。电流扫描镜提供了样品AF和OCT光束共同的2维扫描。

 光线光学仿真使用来自Photon Engineering公司的商业软件包FRED，我们将实验的结果与光线光学仿真的结果进行比较。图3显示了仿真的配置和组件，包含一个蓝色的激光光源（446nm）、一个荧光载玻片、一个Intralipid膜、用于聚焦蓝光到样品上和收集重新发射的AF光子的1英寸透镜（焦距40mm）、一个远离透镜50cm的探测器，模仿实验的装置。探测器只对大于500nm的波长敏感，以此分离AF光子和后向散射的蓝光。

荧光载玻片由一个散射介质模拟，对于每个具有425nm–490nm波长范围的入射光子，通过散射介质的“平均自由程”后，散射介质会在随机方向重新发射一个550nm的光线。使用数量巨大的光线，重新发射光子的随机方向模仿由点光源产生的球面波，等价于荧光辐射。平均自由程决定了入射光渗透到载玻片内部的深度。Intralipid膜由具有各向异性（g）和散射系数（(μs）的Henyey-Greenstein体散射模型来模拟。