本文關(guān)鍵詞：組織血氧血流監(jiān)測(cè)和宮頸癌早期篩查中的多模態(tài)光學(xué)影像技術(shù)研究

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【摘要】：生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的發(fā)展為生物信息檢測(cè)和疾病診斷提供了新的手段和方法。多模態(tài)的光學(xué)影像技術(shù)能夠從不同的方面(結(jié)構(gòu)、功能、分子)對(duì)生物組織進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、無輻射和非侵入式的成像和檢測(cè),從而為臨床中的診斷和治療提供綜合性的依據(jù)。但是,當(dāng)前的影像系統(tǒng)多存在缺乏統(tǒng)一可溯源的標(biāo)準(zhǔn),缺乏定量化,不同影像模態(tài)之間視場(chǎng)不統(tǒng)一,缺乏臨床驗(yàn)證,成像速度慢、成本高等缺點(diǎn),為多模態(tài)光學(xué)影像技術(shù)在臨床上的實(shí)際應(yīng)用帶來了困難和不便。針對(duì)當(dāng)前多模態(tài)影像技術(shù)存在的主要問題,本文分別面向皮膚組織血氧血流評(píng)估和宮頸癌早期病變篩查的臨床需求,搭建了兩套多模態(tài)影像系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)中存在的硬件集成、軟件控制、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。兩套系統(tǒng)既有區(qū)別也有聯(lián)系,兩者都實(shí)現(xiàn)了多種影像模態(tài)的有機(jī)整合,都利用了光學(xué)影像對(duì)淺表生物組織結(jié)構(gòu)、功能、分子特性檢測(cè)的特點(diǎn),同時(shí)又針對(duì)各自的應(yīng)用場(chǎng)合,采取了不同的成像方式和研究方法。本文為多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在生物信息檢測(cè)以及臨床輔助診斷方面的應(yīng)用提供了新的思路和參考,具有重要研究價(jià)值。論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)我們開發(fā)了一套用于皮膚組織血氧血流檢測(cè)的多模態(tài)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)將多光譜成像和激光散斑成像技術(shù)集成在一起,實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)同步的血氧血流測(cè)量。我們開發(fā)了準(zhǔn)確的多光譜血氧重建算法和激光散斑襯比分析血流算法,并且通過血氧仿體實(shí)驗(yàn)和血流模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)其測(cè)量精度進(jìn)行了定量的標(biāo)定。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試方面,我們?cè)O(shè)計(jì)了宏觀的和微觀的聚二甲基硅氧烷硅膠(PDMS)組織仿體來模擬血氧和血流的改變,并進(jìn)行多模態(tài)的影像采集。在實(shí)際應(yīng)用方面,我們的影像系統(tǒng)被用來動(dòng)態(tài)地測(cè)量人體手臂血流阻斷后反應(yīng)性充血實(shí)驗(yàn)(PORH)過程中的血氧血流變化。進(jìn)一步地,我們建立了基于小鼠背部視窗的傷口模型,并且連續(xù)九天監(jiān)測(cè)其愈合過程中的形態(tài)和功能性參數(shù)變化,驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性和臨床價(jià)值。(2)我們開發(fā)了一套用于宮頸癌早期輔助篩查的多模態(tài)陰道鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)將多光譜成像技術(shù)、組織自發(fā)熒光成像技術(shù)和RGB彩色成像技術(shù)融合到同一套裝置中,其中多光譜成像可以反映宮頸組織的吸收系數(shù)以及血氧水平的變化,熒光成像體現(xiàn)了其中熒光介質(zhì)和散射特性的變化,而RGB彩色成像則類似常規(guī)的陰道鏡檢查,提供宮頸組織的顏色和形態(tài)信息。我們首先從宮頸組織隨病變演化的吸收散射特性改變和光學(xué)模型出發(fā),進(jìn)行有效的特征波長和熒光波段的篩選。然后我們?cè)O(shè)計(jì)并搭建了一套適用于臨床測(cè)試的軟硬件系統(tǒng)�；诖�,我們開發(fā)了基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的宮頸影像分類算法,算法可以有效地對(duì)宮頸正常區(qū)域和病灶進(jìn)行分類。在臨床測(cè)試中,我們的系統(tǒng)采集了一定數(shù)量的臨床病例,并將影像的分類結(jié)果和病理檢查結(jié)果相對(duì)比,統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明了本系統(tǒng)的潛在臨床價(jià)值,未來可以為醫(yī)生提供快速、準(zhǔn)確、低成本的疾病早期篩查和活檢指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R737.33;TP391.41

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本文編號(hào)：1276336