【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(biāo)是設(shè)計(jì)一種無創(chuàng)的皮膚腫瘤熒光成像系統(tǒng),填補(bǔ)皮膚腫瘤早期篩查中定位方面的空白。同時(shí)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(jì)提出技術(shù)指標(biāo)要求。皮膚腫瘤的特異性熒光原理為光動(dòng)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(diǎn)可對(duì)腫瘤部位進(jìn)行定位。針對(duì)皮膚腫瘤熒光,研制專用熒光成像檢測(cè)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(shí)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(jì)、PCB設(shè)計(jì)工作。第二部分為電路邏輯設(shè)計(jì)。邏輯設(shè)計(jì)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(jī)體長9cm,滿足低功耗、高分辨率、小體積的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證專用熒光成像檢測(cè)系統(tǒng)的可行性。該實(shí)驗(yàn)利用患鱗狀細(xì)胞癌的小白鼠進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jì)的熒光成像系統(tǒng)能正常使用。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探討專用熒光成像檢測(cè)系統(tǒng)在多種皮膚影像手段聯(lián)合應(yīng)用時(shí)的定位功能。該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果為,本熒光成像系統(tǒng)可對(duì)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(jià)值。
【圖文】：

能量傳遞可以損傷光敏劑周邊的細(xì)胞器或生物分子癌細(xì)胞的檢測(cè)與定位主要應(yīng)用第一個(gè)反應(yīng)過程。力療法作腫瘤的定位與檢測(cè)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(jì)測(cè)量原卟啉標(biāo)準(zhǔn)品的熒光光譜，探究原備 0.015625mg/ml 的原卟啉標(biāo)準(zhǔn)品，并用分光光度計(jì)在 405nm 激發(fā)光下的光譜數(shù)據(jù)。分光光度計(jì)Cary Eclipse，結(jié)果見圖 2.1。原卟啉的熒光光峰為個(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(cè)系統(tǒng)的激發(fā)光源、光學(xué)鏡頭、濾光片、光電探測(cè)組件和圖像存儲(chǔ)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(biāo)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(shí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R739.5;TP391.41

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