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目的：实现一种基于微小气流激励的非接触式光学相干弹性成像技术的在体测量，并应用于活体角膜生物力学的评估
方法：生物组织一般都具有一定的弹性，其最基本的表现即为应力下发生相应大小的应变，且同一组织应力与应变比值一般为定值，我们称为该组织的弹性模量。除此之外，弹性大小也会影响传播于组织内的机械波如剪切波波速的大小，根据这一原理，本实验通过将高速SSOCT系统与脉冲喷气系统整合，实现对角膜组织在时间和空间上的精准激励以产生剪切波。并对角膜上传播的剪切波波速进行量化测量，实现对角膜的主要力学参量弹性模量的量化测量。
在前期研制的相位敏感光学相干层析成像系统（Phs-OCT）基础上，引入微量气流脉冲喷气式激励系统，并与Phs-OCT同步整合，研究其安全有效的施压方式，如气压大小、激励频率和入眼距离等，利用VC++开发环境编写控制应用程序实现角膜微空气脉冲施压与Phs-OCT形变探测的同步控制，并改善系统成像质量，使该系统对剪切波的速度分辨率达到0.01m/s。最终搭建成型的光学相干弹性成像系统（Optic Coherence Elastography，OCE）系统主要由两大主要部分组成：第一部分是实验室前期自行搭建的基于高速扫频光源的光学相干断层成像系统（Optical Coherence Tomography,OCT）；第二部分是自行设计的一套微量气流脉冲喷气式激励系统。
激励系统的作用是在进行OCT拍摄的同时对角膜缘发射时常极短且与OCT系统拍摄在时间上高度同步的脉冲微气流（≤1毫秒），其目的在于对角膜进行物理激励并在角膜上产生一系列能够被OCT系统捕获的表面剪切波。OCT拍摄采用的扫描模式为M-mode扫描模式，该模式不同于在普通结构图获取时所采用的扫描模式，其区别在于M-mode扫描模式在同一位置进行重复扫描，普通扫描模式则通常在同一位置仅进行一次或少量次数的扫描。M-mode扫描模式的特点是能够获取每个扫描点OCT信号随时间变化的情况，因此更加方便地对信号进行相位分辨算法（PRCD）。当这两部分系统进行同步工作时，激励系统在拍摄的同时对角膜产生激励，我们便能通过对OCT采集到的信号进行相关的相位敏感PRCD算法以得到每个拍摄点因剪切波振动而产生的随时间变化的相位信息。通过将这些相位变化信息按实际位置重新进行整合排列，得到每两个相邻像素点之间的剪切波波前阵面到达的时间差。时间差与像素点间的实际距离的比之即为像素点间的波速Cg，在剪切波模型中，剪切波速与弹性模量之间有着固定的关系。通过公式计算后，便可以得到通常用来描述生物组织力学性能的弹性模量E。
为了评估该在体非接触式OCE系统的可行性和敏感性，我们首先利用已知弹性模量大小的弹性材料琼脂凝胶进行了该OCE系统量化测量性能的验证评估和调整，使之能够获得较为可靠的测量结果。之后我们进一步使用该系统进行了角膜交联手术效果评估的研究。研究中纳入了三种常见的交联方案（3 mW/cm2×30分钟；9 mW/cm2×10分钟；18mW/cm2×5分钟）一共9只日本大耳兔。区别于既往交联效果研究的离体实验，本研究所有测量均在活体条件下进行。为了解决活体时眼压变化所产生的角膜弹性模量的非线性问题，该研究进一步对一系列离体角膜进行不同眼压下的弹性模量测量获得弹性模量-眼压曲线。利用该曲线集合通过二维插值的方法对活体测量的弹性模量结果进行眼压补偿最终获得较为精确的测量结果，并用于不用交联方案交联效果的比较。
结果：通过将实验室前期研制的相位敏感光学相干层析成像系统（Phs-OCT）与微量气流脉冲喷气式激励系统同步整合，并研究出了安全有效的空气激励方式，利用VC++开发环境编写控制应用程序实现角膜微空气脉冲施压与Phs-OCT形变探测的同步控制，通过光纤光阑的加入获取精确的扫频频率起始点触发信号以改善相位稳定性，该OCE系统对剪切波的速度分辨率达到0.01m/s。
该系统通过对每两个像素点波前阵面起始时间差进行计算，得到每个像素点间的波速，并最终在OCT结构图上重建出弹性模量分布图。该图能清晰直观的展示角膜上各个点的弹性模量大小。
在活体动物实验中，为了解决眼压改变引起的角膜弹性的非线性对实验结果的影响，我们通过离体实验获得兔眼弹性模量-眼压曲线，利用曲线插值的方法将每次测量中变化的眼压统一校正到了11mmHg的水平。同时，为了方便不同个体间的比较，我们对每个个体的角膜弹性分布图进行了所有区域的平均。经过三种方案交联手术后的角膜，其弹性模量均有不同程度的提高。虽然三种交联方案的总辐照能量相等，但是低辐照度（长照射时间）的方案能更好的提高角膜的弹性模量。其中3 mW/cm2×30分钟组也就是经典的Dresden方案组交联效果最好，弹性模量从术前的87.4±18.6 kpa提高到了151.8±31.6 kpa，提高了173.7%；而9 mW/cm2×10分钟组效果其次，弹性模量从术前的106.4±12.9 kpa提高到了106.4±12.9 kpa，提高了153.7%；最后一组18mW/cm2×5分钟组只从术前的131.23±8.8 kpa提高到了174.36±17.4 kpa，仅仅提高了132.9%。基于本实验方法无创的优点，我们继续对实验对象进行了随访监测并发现在一周的术后恢复期之后，每组角膜的弹性模量均有大约3.3%左右的提高。
结论：本研究展示了一种基于OCT的非接触式活体角膜弹性模量测量系统。并通过本系统进行了不同角膜交联方案的交联效果的评估，以无创、在体的方式得到了客观量化的角膜弹性模量。验证了该系统的可行性和敏感性，且有望应用于临床圆锥角膜等角膜生物力学相关疾病的研究中。
方法：生物组织一般都具有一定的弹性，其最基本的表现即为应力下发生相应大小的应变，且同一组织应力与应变比值一般为定值，我们称为该组织的弹性模量。除此之外，弹性大小也会影响传播于组织内的机械波如剪切波波速的大小，根据这一原理，本实验通过将高速SSOCT系统与脉冲喷气系统整合，实现对角膜组织在时间和空间上的精准激励以产生剪切波。并对角膜上传播的剪切波波速进行量化测量，实现对角膜的主要力学参量弹性模量的量化测量。
在前期研制的相位敏感光学相干层析成像系统（Phs-OCT）基础上，引入微量气流脉冲喷气式激励系统，并与Phs-OCT同步整合，研究其安全有效的施压方式，如气压大小、激励频率和入眼距离等，利用VC++开发环境编写控制应用程序实现角膜微空气脉冲施压与Phs-OCT形变探测的同步控制，并改善系统成像质量，使该系统对剪切波的速度分辨率达到0.01m/s。最终搭建成型的光学相干弹性成像系统（Optic Coherence Elastography，OCE）系统主要由两大主要部分组成：第一部分是实验室前期自行搭建的基于高速扫频光源的光学相干断层成像系统（Optical Coherence Tomography,OCT）；第二部分是自行设计的一套微量气流脉冲喷气式激励系统。
激励系统的作用是在进行OCT拍摄的同时对角膜缘发射时常极短且与OCT系统拍摄在时间上高度同步的脉冲微气流（≤1毫秒），其目的在于对角膜进行物理激励并在角膜上产生一系列能够被OCT系统捕获的表面剪切波。OCT拍摄采用的扫描模式为M-mode扫描模式，该模式不同于在普通结构图获取时所采用的扫描模式，其区别在于M-mode扫描模式在同一位置进行重复扫描，普通扫描模式则通常在同一位置仅进行一次或少量次数的扫描。M-mode扫描模式的特点是能够获取每个扫描点OCT信号随时间变化的情况，因此更加方便地对信号进行相位分辨算法（PRCD）。当这两部分系统进行同步工作时，激励系统在拍摄的同时对角膜产生激励，我们便能通过对OCT采集到的信号进行相关的相位敏感PRCD算法以得到每个拍摄点因剪切波振动而产生的随时间变化的相位信息。通过将这些相位变化信息按实际位置重新进行整合排列，得到每两个相邻像素点之间的剪切波波前阵面到达的时间差。时间差与像素点间的实际距离的比之即为像素点间的波速Cg，在剪切波模型中，剪切波速与弹性模量之间有着固定的关系。通过公式计算后，便可以得到通常用来描述生物组织力学性能的弹性模量E。
为了评估该在体非接触式OCE系统的可行性和敏感性，我们首先利用已知弹性模量大小的弹性材料琼脂凝胶进行了该OCE系统量化测量性能的验证评估和调整，使之能够获得较为可靠的测量结果。之后我们进一步使用该系统进行了角膜交联手术效果评估的研究。研究中纳入了三种常见的交联方案（3 mW/cm2×30分钟；9 mW/cm2×10分钟；18mW/cm2×5分钟）一共9只日本大耳兔。区别于既往交联效果研究的离体实验，本研究所有测量均在活体条件下进行。为了解决活体时眼压变化所产生的角膜弹性模量的非线性问题，该研究进一步对一系列离体角膜进行不同眼压下的弹性模量测量获得弹性模量-眼压曲线。利用该曲线集合通过二维插值的方法对活体测量的弹性模量结果进行眼压补偿最终获得较为精确的测量结果，并用于不用交联方案交联效果的比较。
结果：通过将实验室前期研制的相位敏感光学相干层析成像系统（Phs-OCT）与微量气流脉冲喷气式激励系统同步整合，并研究出了安全有效的空气激励方式，利用VC++开发环境编写控制应用程序实现角膜微空气脉冲施压与Phs-OCT形变探测的同步控制，通过光纤光阑的加入获取精确的扫频频率起始点触发信号以改善相位稳定性，该OCE系统对剪切波的速度分辨率达到0.01m/s。
该系统通过对每两个像素点波前阵面起始时间差进行计算，得到每个像素点间的波速，并最终在OCT结构图上重建出弹性模量分布图。该图能清晰直观的展示角膜上各个点的弹性模量大小。
在活体动物实验中，为了解决眼压改变引起的角膜弹性的非线性对实验结果的影响，我们通过离体实验获得兔眼弹性模量-眼压曲线，利用曲线插值的方法将每次测量中变化的眼压统一校正到了11mmHg的水平。同时，为了方便不同个体间的比较，我们对每个个体的角膜弹性分布图进行了所有区域的平均。经过三种方案交联手术后的角膜，其弹性模量均有不同程度的提高。虽然三种交联方案的总辐照能量相等，但是低辐照度（长照射时间）的方案能更好的提高角膜的弹性模量。其中3 mW/cm2×30分钟组也就是经典的Dresden方案组交联效果最好，弹性模量从术前的87.4±18.6 kpa提高到了151.8±31.6 kpa，提高了173.7%；而9 mW/cm2×10分钟组效果其次，弹性模量从术前的106.4±12.9 kpa提高到了106.4±12.9 kpa，提高了153.7%；最后一组18mW/cm2×5分钟组只从术前的131.23±8.8 kpa提高到了174.36±17.4 kpa，仅仅提高了132.9%。基于本实验方法无创的优点，我们继续对实验对象进行了随访监测并发现在一周的术后恢复期之后，每组角膜的弹性模量均有大约3.3%左右的提高。
结论：本研究展示了一种基于OCT的非接触式活体角膜弹性模量测量系统。并通过本系统进行了不同角膜交联方案的交联效果的评估，以无创、在体的方式得到了客观量化的角膜弹性模量。验证了该系统的可行性和敏感性，且有望应用于临床圆锥角膜等角膜生物力学相关疾病的研究中。