【摘要】：皮膚腫瘤是世界上最常見的疾病之一。皮膚腫瘤的治療關(guān)鍵在于早期篩查。目前皮膚腫瘤的早期診斷技術(shù)在早期篩查方面與皮膚腫瘤的早期定位方面都或多或少有缺陷。因此,本課題的目標是設(shè)計一種無創(chuàng)的皮膚腫瘤熒光成像系統(tǒng),填補皮膚腫瘤早期篩查中定位方面的空白。同時探討皮膚腫瘤影像手段的聯(lián)合應(yīng)用過程中,該系統(tǒng)在早期皮膚腫瘤病灶定位方面的應(yīng)用。本課題首先研究皮膚早期腫瘤的特異性熒光原理,為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計提出技術(shù)指標要求。皮膚腫瘤的特異性熒光原理為光動力診斷法(Photodynamic Diagnosis,PDD)。它利用5-氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid,5-ALA)外敷于皮膚病灶處,使光敏劑原卟啉聚集在腫瘤部位,再使用405nm波長光源照射皮膚,使腫瘤部位產(chǎn)生635nm熒光,區(qū)別于正常皮膚組織,利用這一點可對腫瘤部位進行定位。針對皮膚腫瘤熒光,研制專用熒光成像檢測系統(tǒng)。熒光成像系統(tǒng)包含同軸光鏡頭模塊及熒光采集電路模塊。同軸光鏡頭整合LED光源、濾光片、光學(xué)鏡頭為一體,高效激發(fā)出熒光的同時可將熒光與激發(fā)光作很好的區(qū)分。熒光采集電路模塊的主要工作有兩部分,第一部分完成電路原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計工作。第二部分為電路邏輯設(shè)計。邏輯設(shè)計包含系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu);完成寄存器配置、CMOS圖像數(shù)據(jù)讀取與傳輸。最終系統(tǒng)功耗為1.5W,分辨率為1920*1080,整機體長9cm,滿足低功耗、高分辨率、小體積的設(shè)計要求。設(shè)計實驗驗證專用熒光成像檢測系統(tǒng)的可行性。該實驗利用患鱗狀細胞癌的小白鼠進行,結(jié)果為熒光成像系統(tǒng)成功的采集到早期腫瘤熒光圖像,且熒光圖像能很好的區(qū)分正常皮膚與腫瘤區(qū)域。實驗結(jié)果表明本課題中探討的腫瘤熒光成像原理正確,且設(shè)計的熒光成像系統(tǒng)能正常使用。設(shè)計實驗探討專用熒光成像檢測系統(tǒng)在多種皮膚影像手段聯(lián)合應(yīng)用時的定位功能。該實驗利用熒光成像系統(tǒng)與超聲探頭采集正常皮膚與皮膚早期腫瘤的多維度圖像。實驗結(jié)果為,本熒光成像系統(tǒng)可對早期腫瘤作出定位,為后續(xù)皮膚超聲提供位置信息。說明本熒光成像系統(tǒng)在皮膚早期腫瘤的定位方面有一定價值。
【圖文】：

能量傳遞可以損傷光敏劑周邊的細胞器或生物分子癌細胞的檢測與定位主要應(yīng)用第一個反應(yīng)過程。力療法作腫瘤的定位與檢測的臨床應(yīng)用范疇十分廣腸胃腫瘤[23]，，泌尿系統(tǒng)腫瘤[24]，肺部腫瘤[25]，部腫瘤[28]。熒光特性用分光光度計測量原卟啉標準品的熒光光譜，探究原備 0.015625mg/ml 的原卟啉標準品，并用分光光度計在 405nm 激發(fā)光下的光譜數(shù)據(jù)。分光光度計Cary Eclipse，結(jié)果見圖 2.1。原卟啉的熒光光峰為個小光峰，在肉眼下呈磚紅色熒光。

采集電路模塊的電路原理、PCB 板設(shè)計及投產(chǎn)、FPGA 軟件的開發(fā)軸光鏡頭的原理及組成結(jié)構(gòu)。最后，設(shè)計熒光成像系統(tǒng)的外殼，整塊為一體。成像系統(tǒng)總體設(shè)計方案根據(jù)皮膚腫瘤特異性熒光表征研究結(jié)果，完成熒光成像檢測系統(tǒng)的激發(fā)光源、光學(xué)鏡頭、濾光片、光電探測組件和圖像存儲及傳輸組現(xiàn)系統(tǒng)的小型化及一體化，本課題的系統(tǒng)包含兩部分，即專用的低頭模塊和熒光采集電路模塊，如圖 3.1 所示。同軸光鏡頭模塊整合光學(xué)鏡頭為一體，高效率激發(fā)出目標樣品的熒光，并通過高抑制比，將腫瘤的熒光傳輸至熒光采集模塊。熒光采集電路則采用目前主電路架構(gòu)，實現(xiàn)圖像的高速高分辨率采集與無損傳輸。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R739.5;TP391.41

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