一种便携荧光显微影像系统的设计与应用研究

摘要

目前胆囊切除术是治疗胆道结石病等胆道系统疾病的常规手术流程。但是手术过程中，当医生遇到胆囊管过短，或者胆道粘连严重，胆道系统的解剖异常等情况时，容易对胆道结构产生误识别，从而造成胆道系统的损伤。在本文中，针对上述问题我们提出了一种便携式荧光显微成像系统，可以实时清晰地显示胆囊三角结构的细节，从而防止胆囊切除手术过程中对胆道结构误认而造成的医源性胆道损伤的发生。
　　该系统由光源模块，CMOS摄像头，树莓派卡片电脑和5英寸的LCD屏组成。具体地，光源模块是由690纳米和850纳米的LED阵列组成，CMOS摄像头按照时序依次获取荧光图像和背景图像。该便携荧光显微影像系统的软件构建是基于树莓派平台的Linux环境使用Python编程，调用OpenCV库进行图像处理与显示。
　　实验测试中，选择吲哚菁绿(ICG)作为荧光造影剂，并与商业Xenogen IVIS系统对比在不同浓度下的ICG水溶液的荧光强度的探测能力。系统的空间分辨率用1951 USAF分辨率标靶进行测量，系统的动态响应用自动位移平台来定量评价。最后，我们在小鼠的胆管模型上验证了系统的技术可行性，模拟进行正确和不正确的胆囊切除术。
　　实验结果表明，该系统可以观察到胆囊管，胆总管及肝胆管之间的汇合处的清晰结构，这表明该系统是指导胆囊切除术的潜在方法。该便携式荧光显微影像系统的成本在2000元左右，在资源有限的地区有很大的推广潜力和价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 胆道系统疾病

1．1．2 胆囊切除术

1．1．3 现有的胆道造影技术

1．1．4 近红外荧光成像技术及手术导航系统

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本课题的目标和主要工作

第二章 便携荧光显微影像系统的设计

2．1 系统的原理介绍

2．1．1 摄像模块

2．1．2 光源模块

2．1．3 荧光染料

2．2 第一代荧光显微影像系统简介

2．3 第二代便携荧光显微影像系统的设计

2．3．1 系统光源模块的设计

2．3．2 CMOS相机系统

2．3．3 树莓派控制系统

2．3．4 系统的软件部分

第三章 仿体实验部分

3．1 ICG水溶液研究

3．1．1 实验目的

3．1．2 实验仪器

3．1．3 实验步骤

3．1．4 数据处理和结果分析

3．2 PFMS系统的分辨率分析

3．2．1 实验目的

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验步骤

3．2．4 实验结果与分析

3．3 PFMS系统的延时性分析

3．3．1 实验目的

3．3．2 实验仪器

3．3．3 实验步骤

3．3．4 实验结果与分析

第四章 动物实验部分

4．1 胆道系统的解剖结构介绍

4．2 PFMS系统的小鼠实验

4．2．1 实验目的

4．2．2 小鼠模型

4．2．3 实验步骤

4．2．4 实验结果与分析

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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