随着组织工程领域的发展,可视化和跟踪发生在三维结构中细胞,支架和组织的动态变化成为越来越重要的需求。传统的CT、MRI、超声等三维成像技术成像精度低,不能满足三维细胞成像的精度要求,而CT会造成不可逆的细胞损伤。激光共聚焦等传统光学成像技术的成像深度只达到微米级别,不能对支架内细胞进行整体成像。与传统的组织学切片相比,光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术提供了实时的非侵入性的评估监测工程化组织的功能,而且相比于其他的成像技术如OCT技术提供了较高的分辨率(1～15 μm)和合适的成像深度(1～10 mm),是一种良好的组织工程检测工具。本文的主要研究内容如下:(1)对组织工程三维检测的意义和现有三维检测技术进行了简要介绍。阐述了 OCT技术在组织工程领域的检测应用,包括内部结构的定量可视化、细胞/材料对组织形成的影响、组织工程生长发育、细胞动态追踪、三维培养的流体流场监测以及组织工程生物力学性能检测等。(2)介绍了本文采用的扫频OCT系统的构建、信号处理方法及关键技术参数,指出系统分辨率和信噪比优化的关键是需要进行k域等间隔采样。(3)针对扫频OCT系统k域等间隔采样需求。本文提出了一种k域相位数值补偿方法,通过平均波数域(k域)不同成像深度处的原始解缠相位与线性拟合相位的相位差得到补偿数据,实现扫频OCT系统等波数间隔取样不完美的数值补偿。研究结果表明,本文提出的k域相位数值补偿方法在5mm成像深度范围轴向分辨率稳定在12.67-16.63μm之间,接近系统理想分辨率,系统信噪比增大率最大达到7.4%。(4)为实现OCT无菌检测和确保成像效果,初步探究了加入细胞培养基体积量与OCT成像质量间的关系,确定了最佳培养基体积量。探究了细胞负载水凝胶支架在第2,4,6,8,12,15天的生长情况和细胞接种到β-TCP支架在第1,3,5,7天的生长情况,对比了 OCT对高含水量支架和低含水量支架的成像差异,通过不同时间点的OCT序列图对比分析可以推测细胞的生长趋势,验证了 OCT观测组织工程细胞生长发育的可行性。尽管本文的研究显示OCT具有观测组织工程支架中细胞生长的可行性,但现有OCT系统的分辨率有限,无法检测到单个细胞的生长情况,且OCT依据材料折射率差异呈现对比的方法使得图像中细胞/材料的对比度较差,需要进一步探讨提高细胞/材料对比度的新方法。