在外科神经修复手术中, 断端神经束性质的识别成为良好修复的关键。现有的一些神经束识别的方法不太理想。分子超光谱成像技术同时提供生物组织图像和光谱两方面的信息, 对检测目标可进行定性、定量和定位的描述, 可对不同的生物组织从光谱特性的角度识别、分类并在图像上定位;相比较于其他医学成像技术, 具有独特的优势。本研究把超光谱成像技术应用于神经束的识别和分类研究中, 以期通过不同神经束的特征光谱来识别并分类神经束, 并借助图像光谱信息确定神经束在图像中的定位, 以便更好的辅助外科手术人员开展神经修复手术。研究意义在于: 提出一种全新的神经束识别和定位的方法, 辅助外科人员提高神经修复的疗效;储备超光谱成像技术应用于生物组织的定性定量定位分析和研究的技术, 加快超光谱成像技术向实用阶段进展的步伐。

将分子成像技术和高光谱技术相结合, 研制了基于AOTF(Acousto-optic Tunable Filters)的分子高光谱成像系统。 系统由显微镜、 分光仪、 CCD镜头、 图像数据采集卡和计算机等几部分组成。 在综合考虑各功能部件的性能及相互的制约关系的基础上, 分析了系统的性能指标, 系统的光谱范围从550～1 000 nm, 可采集200个波段, 空间分辨率可达0.061 5 μm, 光谱分辨率可达2 nm, 当CCD工作在积分模式下采集速度可达到2.612 5 s·B-1, 当CCD工作在非积分模式下可达到约0.11 μs·B-1。 由于受系统光源和光路中透镜及传感器性能的影响, 采集到的图像数据需要进行预处理, 文中提出一种空间维和光谱维联合校正的灰度校正系数算法, 并给出算法的具体实现。 以白血病的血液作样本, 通过对比校正前后的单波段图像、 伪彩色图像和光谱曲线, 说明校正算法的有效性, 为后续的光谱图像数据分析提供了有效的数据。

将成像技术和光谱技术相结合，再配合显微镜技术，研制了基于AOTF（acoustooptic tunable filters）的分子超光谱成像系统.使用该系统采集了正常、糖尿病和EPO(erythropoietin,促红细胞生长素)药物治疗的大鼠视网膜组织切片的分子超光谱图像数据.通过对正常组、糖尿病组、药物治疗组共30例样本的分子超光谱图像数据进行处理，获得了3组样本的单波段图像和伪彩色合成图像，并提取了各组样本外核层的典型透射光谱曲线.从图像上分析各组ONL (outer nuclear layer, 外核层)的厚度，由大到小依次为正常组、治疗组、糖尿病组，由于糖尿病会引起视网膜外核层细胞凋亡和厚度减少，实验结果表明经EPO治疗后可增加视网膜外核层的厚度.从光谱上分析各组的透射强度，糖尿病大鼠视网膜外核层组织在550~1000 nm光谱范围内的透射强度整体高于正常组，经EPO治疗后，透射强度介于正常组和糖尿病组之间；通过光谱相似性分析，治疗组与正常组之间的光谱相似性高于糖尿病与正常组.实验结果表明EPO能减少视网膜外核层细胞凋亡，对糖网病大鼠有一定的疗效.因而分子超光谱成像系统可以作为一种新的手段，辅助科研人员对糖网病的发病机理和致盲原因及药物疗效进行研究.

设计出一种基于AOTF(acousto-optic tunable filters)的分子超光谱成像系统(MHSI)。 整个系统由显微镜、 分光计、 CCD镜头、 数据采集卡和计算机等几部分组成。 系统的光谱范围为550～1 000 nm, 可采集225个波段, 光谱分辨率优于2 nm, 空间分辨率达到0.3 μm。 由于系统的光源对样本的光谱有较大影响, 本文提出了灰度校正系数算法对数据进行相应的预处理, 并对系统进行辐射校正, 实验结果表明经过预处理后消除了光源的影响, 能更真实的反映样本的生化特征。 本系统不仅能提供物体在可见光范围的单波段图像, 而且能获得图像中任意像素的光谱曲线, 实现了光谱技术与成像技术的结合, 可广泛应用于生物医学, 临床医学, 材料学, 微电子学等学科领域。