基于去偏振机制利用偏振敏感光学相干断层成像（PS-OCT）增强偏振对比度的研究

为解决传统方法难以同时增强多偏振参数图像对比度的问题，研究人员基于 PS-OCT 结合去偏振机制展开研究。通过推导组合偏振参数并成像小鼠离体皮肤，发现其突破传统局限，清晰呈现组织微结构，为皮肤疾病诊断提供新方向。

　　皮肤作为人体最大的器官，其健康状况与多种疾病密切相关。皮肤癌是全球最常见的癌症之一，发病率、治疗成本和健康负担持续攀升。早期准确识别癌前病变对治疗至关重要，但传统诊断方法依赖医生主观判断，灵敏度不足，易漏诊，且多在中晚期确诊，增加患者身心负担。光学相干断层成像（OCT）结合偏振检测（PS-OCT）作为高分辨率、无创的多维成像方法，可识别癌前病变深度，在疾病风险评估、早期诊断和精准治疗中备受关注。然而，现有方法多聚焦单一参数增强，缺乏同时提升多偏振参数（如二向色性、双折射、去偏振）图像对比度的有效手段，影响样本结构分析准确性。

为解决上述问题，江苏工业大学和南京理工大学的研究人员开展了相关研究。他们提出一种基于去偏振机制的偏振对比度增强方法，并通过 PS-OCT 系统对离体小鼠皮肤进行成像。研究成果发表在《Scientific Reports》，为皮肤疾病的早期诊断和精准治疗提供了新的思路和方法。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：基于光传播模型和正则分解的唯一形式探索两种方法，推导了 14 个偏振参数，经分类组合得到 6 个参数（包括组合去偏振 Δ_1-int、组合线偏振度 e_1-int、组合二向色性 D_1-int等）；将去偏振参数（Δ_1-int和 e_1-int）表达式组合得到 Δ-e_com，再与非去偏振参数表达式结合，形成增强对比度的组合偏振参数（D_Δe-com、αε_dΔe-com、R_Δe-com、αε_rΔe-com）；利用实验室搭建的 Mueller 偏振敏感光谱域 OCT 系统，对离体小鼠健康皮肤和炎症皮肤进行成像，获取 Mueller 矩阵元素，计算相应偏振参数图像。

研究结果

1. 成像系统与参数计算：PS-OCT 系统采用中心波长 840nm 的超发光二极管（SLD）光源，通过 4 种不同入射偏振光获取样本每个像素的 16 个 Mueller 矩阵元素，构建 Stokes 向量，确定样本 Mueller 矩阵，进而计算组合偏振参数。
2. 健康与炎症皮肤成像对比：与简单组合参数图像相比，考虑去偏振机制的组合偏振参数图像（D_Δe-com、αε_dΔe-com等）清晰显示更多结构。其中，D_Δe-com在整个成像深度内对比度更好，与简单组合参数 D_1-int图像的分层信息一致；αε_dΔe-com突出显示因脱水产生的斑点结构；αε_rΔe-com增强皮肤表面对比度，更好揭示深层结构；R_Δe-com显示深层组织结构边界更高对比度。
3. 组织学分析与参数意义：健康皮肤在 PS-OCT 系统成像深度内可观察到表皮和内部毛孔，表皮层厚度与组织结构图一致；炎症组织成像深度更深，因健康组织脂肪层较厚超出系统有效成像深度，而炎症组织脂肪层较薄，其下方肌肉层可在有效深度内显示。R_Δe-com图像可清晰区分表皮层毛孔和分层特征边界，而初始双折射图像仅能显示边界，表明考虑去偏振的衍生参数更全面。此外，αε_dΔe-com可揭示皮肤组织退化，其点状结构与文献中因脱水和周围组织分离形成的结果相似。

结论与讨论

研究提出一种基于去偏振机制的 PS-OCT 偏振对比度增强方法，通过组合光传播模型和正则分解推导的偏振参数，形成考虑去偏振机制的增强对比度方法。对离体小鼠皮肤的研究表明，该方法所得参数相比简单组合参数，偏振对比度更好，能有效增强局部对比度、识别局部结构，为研究离体小鼠皮肤微结构提供了有力的对比度机制，克服了现有偏振参数的一些局限性。该研究为皮肤疾病（如皮肤癌）的早期诊断和精准治疗提供了新的技术手段和理论依据，有望在临床应用中发挥重要作用，为深入理解皮肤组织微结构与疾病的关系奠定了基础。