本文選題：多模態(tài)影像 + 多視角影像　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：生物光學(xué)仿體的三維打印制備與表征系統(tǒng)整合了多模態(tài)光學(xué)影像、微納加工和三維仿體打印等技術(shù),能夠?yàn)樯锕鈱W(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)化的研究提供多模態(tài)可溯源仿體。生物光學(xué)仿體可以用來檢驗(yàn)和校準(zhǔn)臨床影像系統(tǒng),從而提高影像精度,減少測量誤差,確保疾病診治的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)中生物組織的檢測和表征模塊使用多模態(tài)光學(xué)影像技術(shù),實(shí)現(xiàn)對生物體結(jié)構(gòu)、功能和分子特性的實(shí)時檢測,具有成本低體積小、速度快、非侵入以及無輻射等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文從宏觀和微觀兩種尺度,針對慢性傷口這一類生物組織的表面形態(tài)、血氧分布及微血管表征,提出了兩套多模態(tài)影像系統(tǒng)。對系統(tǒng)中運(yùn)用的多模態(tài)影像技術(shù),進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究,用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了每套系統(tǒng)的功能并測量了關(guān)鍵參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了傷口組織宏觀三維血氧分布和微觀血氧、血管三維信息重建。為生物光學(xué)仿體三維打印制備與表征系統(tǒng)中光學(xué)檢測技術(shù)的集成提供了新的思路和參考,具有重要的研究價值。論文的主要研究內(nèi)容如下：(1)搭建了一套多視角三維重建系統(tǒng)。提出了一種基于平面鏡套筒的多視角三維重建方法。使用4面平面鏡組成的平面鏡套筒,僅使用1臺相機(jī)完成對被測生物組織的多視角成像,通過計(jì)算機(jī)視覺中的相關(guān)理論,重建生物組織的外形信息。平面鏡套筒可以將1臺真實(shí)相機(jī)擴(kuò)展為4臺虛擬子相機(jī)和1臺實(shí)體子相機(jī)。針對這個真實(shí)-虛擬相機(jī)系統(tǒng),定量的完成了相機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定。(2)搭建了基于多視角成像和高光譜成像的宏觀尺度多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生物組織樣品的表面三維重建、高光譜成像和組織血氧測量。該系統(tǒng)包含1臺高分辨率的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)數(shù)碼單反相機(jī),1個平面鏡套筒,1臺高靈敏度電荷耦合器件(CCD)相機(jī),1臺高光譜光源,以及環(huán)形光圈等器件,實(shí)現(xiàn)了能夠同時獲取生物組織結(jié)構(gòu)和功能信息的影像平臺。實(shí)驗(yàn)量化了基于多視角成像和高光譜成像的宏觀多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)的性能。搭建了三維重建測試系統(tǒng),通過實(shí)驗(yàn)定量的計(jì)算了三維重建系統(tǒng)的空間分辨率和重建精度,通過足部傷口模型驗(yàn)證了多視角系統(tǒng)對生物組織的重建能力。通過離體血液仿體實(shí)驗(yàn)和健康人手指的血流阻斷-灌注實(shí)驗(yàn)檢測了高光譜血氧成像的性能。該宏觀多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高精度的生物組織表面形貌信息和功能信息的重建。(3)搭建了微觀尺度多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含結(jié)構(gòu)光顯微成像、熒光顯微成像和高光譜顯微成像三個模態(tài)。各個模態(tài)相互交叉集成可以實(shí)現(xiàn)生物組織在微觀尺度上的結(jié)構(gòu)和功能信息測量。該系統(tǒng)包含了1臺高光譜光源,1臺高靈敏度空氣制冷相機(jī),1片數(shù)字微鏡器件(DMD)芯片及其控制模塊,多組顯微物鏡和濾光片等原件。編寫了微觀尺度多模態(tài)影像系統(tǒng)的控制軟件。該軟件基于LabVIEW編程環(huán)境�？梢詫�(shí)現(xiàn)采集圖像的實(shí)時預(yù)覽,高光譜光源輸出光的波長和亮度控制,相機(jī)的曝光控制,電動載物臺的移動控制,DMD芯片條紋的切換以及采集過程中各組件的有序全自動控制。(4)提出了顯微高光譜結(jié)構(gòu)光影像的圖像采集方法。結(jié)構(gòu)光影像通過對所采集到的條紋光照明圖像進(jìn)行光學(xué)層析圖像處理,得到全視場大深度樣品的清晰成像。但在高光譜影像中,層析圖像的亮度信息并不能完全包含樣品的反射光譜信息。因此,我們使用采集到的條紋光照明原始圖片,生成了光學(xué)層析圖片堆棧和明場照明堆棧,通過對層析圖片堆棧的分析,獲得明場照明圖片堆棧中清晰對焦點(diǎn)的坐標(biāo),重建出樣品全視場大深度清晰成像的高光譜數(shù)據(jù)。(5)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了微觀尺度多模態(tài)影像系統(tǒng)的性能指標(biāo)。通過標(biāo)準(zhǔn)微球的表面重建實(shí)驗(yàn),定量的驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)光表面重建可以實(shí)現(xiàn)較高精度的樣品重建。布洛芬顆粒樣品、硬幣樣品重建實(shí)驗(yàn)顯示了結(jié)構(gòu)光表面重建應(yīng)用效果。通過吲哚菁綠(ICG)熒光微管道仿體驗(yàn)證了系統(tǒng)的熒光結(jié)構(gòu)光顯微成像模態(tài)。植物花蕊和花粉顆粒的顯微結(jié)構(gòu)光成像實(shí)驗(yàn)顯示出了熒光影像模態(tài)的成像效果。通過血液微管道仿體血氧飽和度測量實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)了系統(tǒng)高光譜影像模態(tài)的性能,從仿體層面驗(yàn)證了系統(tǒng)對傷口組織微血管血氧測量的潛力。將多種模態(tài)相互組合可以實(shí)現(xiàn)全彩色生物樣品表面重建、高光譜光學(xué)活檢和生物組織三維血氧成像等擴(kuò)展功能。
[Abstract]:The three-dimensional print preparation and characterization system of biological optical imitation integrates multi-modal optical images, micro nano processing and three-dimensional imitation printing, which can provide multi-modal traceability imitation for the study of biological optical image standardization. Biological optical imitation can be used to test and calibrate clinical imaging systems, thus improving image accuracy and reducing the accuracy of the image. Measurement error to ensure the accuracy of the diagnosis and treatment of disease. The detection and characterization module of biological tissues in the system uses multi-modal optical imaging technology to realize real-time detection of the structure, function and molecular characteristics of the organism. It has many advantages, such as low cost, low volume, fast speed, non invasion and no radiating. This paper from the macro and micro two scales, In view of the surface morphology, blood oxygen distribution and microvascular characterization of the chronic wound, two sets of multimodal image systems are proposed. The multi-modal imaging techniques used in the system are systematically studied. The functions of each system are verified by experiments and the key parameters are measured. The macroscopic three-dimensional blood oxygen of the wound tissue is realized. Distribution and microscopic blood oxygen and reconstruction of three-dimensional information of blood vessels provide new ideas and references for the integration of optical detection technology in the system of three-dimensional printing and characterization of biological optical imitation. The main research contents of this paper are as follows: (1) a set of multi angle three-dimensional reconstruction system is built. A kind of plane based on plane is proposed. The multi view three-dimensional reconstruction method of the mirror sleeve. Using a plane mirror sleeve composed of 4 plane mirrors, only 1 cameras are used to complete the multi view imaging of the measured biological tissue, and the shape information of the biological tissue is reconstructed by the related theory in the computer vision. The plane mirror sleeve can extend the 1 real cameras to 4 virtual subcameras and 1 sets. The solid subcamera. Aiming at this real virtual camera system, the calibration of the camera system has been completed quantitatively. (2) a multi-modal biomedical imaging system based on multi view imaging and hyperspectral imaging is built. This system can realize the three-dimensional reconstruction of the surface of biological tissue samples, hyperspectral imaging and tissue oxygen measurement. 1 high resolution complementary metal oxide semiconductor (CMOS) digital single mirror camera, 1 plane mirror sleeve, 1 highly sensitive charge coupled device (CCD) camera, 1 hyperspectral light source, and ring aperture are used to realize the image platform which can obtain the structure and function information of biological tissue simultaneously. The performance of the macroscopic multi-modal medical imaging system of angular imaging and hyperspectral imaging. A three-dimensional reconstruction test system was built. The spatial resolution and reconstruction accuracy of the 3D reconstruction system were calculated quantitatively. The reconstruction ability of the multiview system to the biologic fabric was verified by the foot wound model. The performance of hyperspectral blood oxygen imaging was detected by the blood flow blocking experiment of the fingers of healthy people. The macro multimodal biomedical imaging system could achieve the high precision of the reconstruction of the surface morphology information and functional information of biological tissues. (3) a microscale multi-modal biologic medical imaging system was built. The system contains structural light microscopy. Image, fluorescence microscopy and hyperspectral microimaging three modes. Each mode is intersecting with each other to measure the structure and function information of biological tissue at microscale. The system includes 1 hyperspectral light sources, 1 high sensitivity air cooling cameras, 1 chip digital micromirror devices (DMD) chips and their control modules. The control software of the microscale multi-modal image system is written. The software is based on the LabVIEW programming environment. The software can realize the real-time preview of the collection image, the wavelength and brightness control of the output light of the hyperspectral light source, the exposure control of the camera, the movement control of the electric carrier table, the switching of the stripe of the DMD chip and the acquisition. The sequential and automatic control of the components in the process. (4) the image acquisition method of the optical and shadow image of the microscopic hyperspectral structure is proposed. The optical image of the structured light and shadow image is processed by the optical image processing of the Striped light illumination image collected, and the clear imaging of the large depth samples of the full field of view is obtained. We can not completely contain the reflection spectrum information of the sample. Therefore, we use the collected striped light to illuminate the original picture, and generate the optical tomography stack and the bright field lighting stack. Through the analysis of the tomographic stack, we obtain the clear coordinates of the focus in the lighting stack of the bright field, and reconstruct the full and clear field of the whole field of view of the sample. Like hyperspectral data. (5) the performance of microscale multi-modal imaging system was verified by experiments. The surface reconstruction experiments of standard microspheres showed that the reconstruction of structural light surface could achieve high precision of sample reconstruction. Ibuprofen Granules samples, the rebuilt experiment of coin samples showed the application effect of structural light surface reconstruction. The fluorescence microscopic imaging modality of the system was verified by the fluorescence microchannel imitates of the indocyanine green (ICG). The microscopic imaging experiments of the plant stamens and pollen grains showed the imaging results of the fluorescence imaging modality. The performance of the hyperspectral imaging modality was tested through the measurement of the oxygen saturation of the blood micropipeline. The potential of the system for microvascular blood oxygen measurement in wound tissue is verified from the imitating level. Multiple modes can be combined to realize the surface reconstruction of full color biological samples, hyperspectral optical biopsies and three dimensional oxygen imaging of biological tissues.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;R310

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 吳蓮英;馮玉雄;;中醫(yī)英語課堂多模態(tài)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與案例[J];廣西中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

2 佟正灝;王榮福;;多模態(tài)影像技術(shù)在臨床中的應(yīng)用進(jìn)展[J];CT理論與應(yīng)用研究;2014年04期

3 賀偉;周銀玲;;多模態(tài)教學(xué)在護(hù)理實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用淺析[J];中國教育技術(shù)裝備;2014年12期

4 李喬亮;易萬貫;陳昕;郭燕榮;鄭永平;郭靜宜;張治國;;融合實(shí)時超聲影像的多模態(tài)肌肉運(yùn)動特性研究[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2012年04期

5 許鵬君;孫鋼;;多模態(tài)MR技術(shù)在前列腺癌診斷中的應(yīng)用[J];功能與分子醫(yī)學(xué)影像學(xué)(電子版);2013年02期

6 董躍福;董英海;胡廣洪;張華;胡楊;徐卿榮;;多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)融合三維構(gòu)建肢體腫瘤及其周圍解剖整體結(jié)構(gòu)[J];臨床骨科雜志;2011年01期

7 魏超剛;李凱;肖莉;沈鈞康;;前列腺癌基因治療及多模態(tài)成像研究進(jìn)展[J];放射學(xué)實(shí)踐;2014年05期

8 ;[J];;年期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王愛東;谷珍;楊燕平;白鶴;;多媒體多模態(tài)教學(xué)在民辦高校大學(xué)英語教學(xué)中的適用性及效果研究[A];語言與文化研究（第十四輯）[C];2014年

2 張霄軍;;多模態(tài)語料庫:搶救瀕危語言的有效途徑[A];民族語言文字信息技術(shù)研究——第十一屆全國民族語言文字信息學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2007年

3 夏凡;王宏;;多模態(tài)情感數(shù)據(jù)標(biāo)注方法與實(shí)現(xiàn)[A];第一屆建立和諧人機(jī)環(huán)境聯(lián)合學(xué)術(shù)會議（HHME2005）論文集[C];2005年

4 趙賢;;多模態(tài)基底系統(tǒng)性質(zhì)研究[A];2010年全國應(yīng)用邏輯研討會會議論文集[C];2010年

5 張友安;胡云安;周紹磊;;Hammerstein系統(tǒng)的多模態(tài)模型及其兩步辨識法[A];1996中國控制與決策學(xué)術(shù)年會論文集[C];1996年

6 鐘若飛;郭華東;王為民;朱博勤;;SZ-4多模態(tài)傳感器輻射模態(tài)數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用評價研究[A];第十四屆全國遙感技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文摘要集[C];2003年

7 康志峰;;口譯中多模態(tài)的AA研究[A];第十四屆全國科技翻譯研討會論文匯編[C];2011年

8 黃俊輝;李文政;李學(xué)軍;;基于多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療設(shè)計(jì)與腫瘤精確治療[A];中國腫瘤內(nèi)科進(jìn)展 中國腫瘤醫(yī)師教育（2014）[C];2014年

9 孟祥亮;史元春;楊欣;;基于分層原語的多模態(tài)輸入統(tǒng)一訪問接口[A];第四屆和諧人機(jī)環(huán)境聯(lián)合學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

10 郭華東;王為民;朱博勤;;多模態(tài)傳感器輻射模態(tài)數(shù)據(jù)在SZ-4飛船模擬驗(yàn)證研究[A];全國國土資源與環(huán)境遙感技術(shù)應(yīng)用交流會論文文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 記者 劉垠;在分子水平上認(rèn)識疾病[N];大眾科技報(bào);2009年

2 羅綿衛(wèi) 王建成;中國航天科工高分專項(xiàng)實(shí)現(xiàn)零突破[N];中國航天報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 高靜;信息物理融合系統(tǒng)中基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的事件監(jiān)測問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 侯濤;多信息融合濾波的多模態(tài)智能控制在高速列車速度控制中的研究[D];蘭州交通大學(xué);2015年

3 聶為之;多模態(tài)媒體數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

4 劉鵬;慢性傷口光學(xué)仿體的多尺度多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

5 張征;英語課堂多模態(tài)讀寫能力實(shí)證研究[D];山東大學(xué);2011年

6 李寶磊;多元優(yōu)化過程記憶算法及動靜條件下多模態(tài)尋優(yōu)研究[D];云南大學(xué);2015年

7 潘鳴威;多模態(tài)視角下的口語交際能力：重構(gòu)與探究[D];上海外國語大學(xué);2011年

8 逯波;多模態(tài)媒體信息檢索技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2013年

9 譚帥;多模態(tài)過程統(tǒng)計(jì)建模及在線監(jiān)測方法研究[D];東北大學(xué);2012年

10 王洋;多模態(tài)圖像檢索技術(shù)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉潔;大學(xué)英語課堂中的多模態(tài)話語對學(xué)生多元識讀能力的影響[D];西南大學(xué);2015年

2 邵榮;牛津版高中英語教材的多模態(tài)語篇分析[D];西南大學(xué);2015年

3 王玉竹;中美報(bào)刊政治漫畫的批評性多模態(tài)話語分析[D];西南大學(xué);2015年

4 周德英;基于多模態(tài)互動意義的公益廣告研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 蔣迪;計(jì)劃生育宣傳畫的多模態(tài)語篇分析[D];天津商業(yè)大學(xué);2015年

6 宋康利;概念整合理論視角下平面廣告中的多模態(tài)隱喻研究[D];湖南工業(yè)大學(xué);2015年

7 張君艷;中國文化網(wǎng)主頁的多模態(tài)話語分析[D];華中師范大學(xué);2015年

8 凌霄;基于多模態(tài)話語分析的平面商業(yè)廣告英漢翻譯研究[D];廣東外語外貿(mào)大學(xué);2015年

9 楊曉倩;多模態(tài)語篇分析[D];寧夏大學(xué);2015年

10 葛欣;中職英語物流詞匯多模態(tài)教學(xué)模式探究[D];閩南師范大學(xué);2015年

，

本文編號：1891583