面向肿瘤检测的近红外成像系统设计

发布时间：2018-04-17 15:24

本文选题：肿瘤成像 + 近红外光谱技术　；参考：《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：癌症作为恶性顽疾,严重威胁着人们的健康和生命。研究表明,治疗一个新发现的肿瘤病例,患者如果能在病灶未超过1cm时及时接受治疗,就有九成的机会治愈或是能长期生存。因此,如果可以在肿瘤产生的初期就有所察觉,而对病患进行及时的治疗,癌症患者的生存率将会有显著的提高。而近红外光谱技术相对于目前医疗中的传统的肿瘤探测成像手段,例如X射线成像技术、核磁共振成像技术、超声成像技术等,有着仪器轻便易操作、生产及应用成本低廉、测量过程对人体不产生不良影响等重要的优势,故本文致力于研究开发一种基于近红外阵列探头的人体肿瘤物探测系统作为恶性肿瘤初步筛选和排查的家庭普及性设备,有很高的科研意义和社会意义。本文的研究内容大致可分为以下几个部分:第一,分析近红外光测量肿瘤的应用原理和背景,并说明朗伯比尔定律及修正后的朗伯比尔定律如何检测和计算人体中血氧浓度,并给出详细的推导过程,以及其在接下来的测量过程中具体的应用。第二,研究设计了新型阵列式探头的硬件成像系统,系统以STM32为控制核心部分,可以实现对近红外光的产生、控制、以及光信号的采集、处理和存储。第三,设计与硬件采集系统配套的下位机软件和负责对采集的信号进行处理并实现成像的上位机软件,在此过程中,为了提高图像的分辨率,分析了移动扩展间隔位置后加入了平移实验。第四,在此基础上通过二维图像插值的方法,进一步提高成像分辨率及测量精度。近红外光为乳腺癌的无创检测、诊断和临床管理的新方法提供了可能性。但是在最终应用于人体的过程中会有更多的不可测因素的干扰,因此在本文的研究实验中,以脂肪溶液、印度墨水和琼脂制作仿体组织,作为实验和测量对象。本研究使用近红外光连续光检测技术,并以修正的朗伯-比尔定律为基础。为了克服近红外光在成像方面低空间分辨率的劣势,本文将CT断层扫描成像中的断层思路引入到了本研究的近红外光成像系统中。设计了一套可以将被测区域进行分层的光源-探测器的仿体组织血氧成像系统,可以对仿体内目标“肿瘤”进行成像及初步的定位,为最终人体组织中肿瘤的成像和定位奠定基础。在本系统对“没有目标肿瘤”的仿体模型和“有目标肿瘤”的仿体模型进行采集实验后,在上位机的最终成像中,可以明显分辨出“目标肿瘤”所在的层次,并可以给出测量目标的直径。经过平移实验的多次数据扩展,图像的分辨率得到了明显的提高。实验数据及结果证明了本文设计系统及相应算法的正确性。
[Abstract]:In order to improve the resolution of the image , it is possible to detect and calculate the blood oxygen concentration in the human body . In order to improve the resolution of the image , we can improve the imaging resolution and the measurement precision . The diameter of the measurement target can be given . The resolution of the image is obviously improved after multiple data expansion of the translation experiment . The experimental data and the results show the correctness of the design system and the corresponding algorithm .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41

【参考文献】