基于圆周扫描的内窥式频域检测系统及成像实验研究

摘要

内窥式近红外漫射光成像技术是一种可用于内部器官癌症检测的新型光学测量技术,因其具有实时、无创的特点在癌症的早期诊断方面发挥着重要作用。为了有效的实现对早期宫颈癌的检测,本文在原有频域系统的基础上,建立了基于有效探测区理论(Effective Detection Range,EDR)的内窥式圆周扫描成像系统。
　　首先,为了实现基于EDR的内窥检测,设计了一种新型的内窥式旋转探头,仅用一根源光纤和一根探测光纤即可实现圆周扫描成像,简化了系统并降低成本。并利用蒙特卡洛模拟对光纤参数的选择提供理论指导。为了实现光垂直照射到宫颈内壁并垂直接收,探头的源光纤顶端加上一端切成45°斜面的自聚焦透镜,对光实现准直和偏折90°的作用,探测光纤直接将光纤顶端切成45°斜面,用于接收垂直于组织体壁的光。内窥探头的旋转精度的实验结果表明:源光纤对于幅值和相位的测量的最大相对误差分别是1.7％和0.13%,探测光纤的最大相对误差分别是3.01%和0.58%。
　　其次,为了实现频域系统的自动化控制,本文在LabVIEW平台下,将内窥旋转探头和频域系统结合进行软件集成,从而节省人力和时间。并在不同的源探距离下验证了基于内窥探头频域系统的精度,实验结果表明,该系统测量幅值和相位相对误差分别为12.3%和20.9%,另外,针对上述结果,本文对系统可能存在的误差原因及改进措施进行了分析和阐述。
　　最后,在上述内窥式频域系统的基础上,本文分别利用固体仿体和仿宫颈组织对系统的成像能力进行了验证。在固体仿体实验中,分别对单目标仿体和双目标仿体的异质体进行了重构实验,结果表明:重构的目标体的位置和大小和实际的目标体基本一致,双异质体可被清晰分开,吸收和约化散射系数的量化度(Quantitative Ratio,QR)分别可达到25%和20%以上。仿宫颈组织的实验结果表明:重构异质体的位置正确,且重构出的吸收系数和约化散射系数的QR值分别可达到25.3%和18.7%。综上所述,基于 EDR的内窥式圆周扫描成像系统可获得合理的成像质量,为临床实验的实施打下了坚实基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3本文的主要研究内容及框架

第二章 宫颈组织的光学特性和成像理论基础

2.1组织体在近红外光下的光学特性

2.2近红外漫射光的检测技术

2.3近红外漫射光成像的理论模型

第三章 内窥式近红外频域系统旋转探头的设计

3.1内窥式旋转探头的设计依据

3.2用于宫颈组织探头设计的蒙特卡洛模拟研究

3.3内窥式旋转探头的设计

3.4内窥式旋转探头的旋转精度实验验证

3.5本章小结

第四章 基于内窥旋转探头的频域系统及自动化控制

4.1频域外差系统原理及组成

4.2系统主要模块软件自动化控制

4.3基于内窥式旋转探头的频域系统自动化控制

4.4基于内窥探头的频域系统误差分析

4.5本章小结

第五章 内窥式DOT成像实验研究

5.1实验仿体

5.2不同EDR范围时单目标仿体的实验验证

5.3双目标仿体实验验证

5.4仿宫颈组织的鱿鱼实验及结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢