光学相干断层扫描成像(Optical Coherence Tomography,OCT)和高光谱成像(Hyperspectral Imaging,HSI)是两种新型的生物医学光学成像技术,可以实现对在体生物组织的无损成像,具有高灵敏度、高分辨率、非侵入和无辐射等优点。OCT是基于相干探测实现对样品组织结构的三维成像,而HSI则主要是基于样品的光吸收特性实现对样品表面的成像,两者具备一定的互补性。因此,本文设计开发了 OCT和HSI相结合的双模态成像系统,研究其在皮肤上应用的可行性。本文主要内容如下:1.设计开发了一套基于OCT和HSI的双模态光学成像系统。其中,OCT系统是基于1060nm的扫频光源而设计,A-scan速度达到100kHz,成像深度5mm(空气中),轴向和横向分辨率分别为8μm和70.3μm。HSI系统是基于推扫型成像光谱仪而设计,系统成像光谱范围是465-630nm,光谱分辨率和空间分辨率分别为2.1nm和31.3μm。2.基于Labview和Matlab混合编程对双模态系统进行软件设计,包括两个子系统的时序控制、数据采集、图像重建、图像实时显示和图像预处理等。在Labview的前面板上设置数据采集时的参数,同时实时显示OCT部分的B-scan图像和原始干涉光谱等以及高光谱部分的光谱图像等。主要的预处理包括OCT子系统光谱整形、傅里叶变换、固定模式噪声去除等,并且对高光谱子系统进行波长标定。3.双模态成像系统应用于皮肤色素痣检测的研究,具体研究内容包括:(1)OCT和HSI图像的配准,实现双模态成像数据的融合。(2)通过K-means算法、GMM算法和HAC算法对高光谱数据进行聚类,从而实现对皮肤色素痣区域的分割和检测。三种算法均达到了 90%以上的准确率和较高的Dice系数,其中最高准确率为92.61%,对应的Dice系数为94.53%。(3)基于OCT实现对色素痣的三维成像以及深度分析,获得其皮下轮廓与深度结构,并通过测算色素痣区域和正常组织的衰减系数和分形维数,定量分析其差异性。综上,本文创新点在于成功设计OCT和HSI双模态成像系统,在硬件上实现OCT和HSI技术的结合,并实现对皮肤组织的快速成像,同时结合模式识别的方法证明了其在皮肤组织检测方面的可行性,具备良好的临床应用潜力。