电子荧光内窥镜实时图像处理系统

发布时间：2020-04-05 12:38

【摘要】：目前,手术切除作为治疗癌症的主要方案,正朝着微创、精准的方向发展。电子内窥镜是微创手术的重要观察手段之一,其相较于传统的纤维内镜能够帮助医生更容易的观察到深处病灶及器官表面特征。但在微创肿瘤切除手术中,医生仅仅依赖于内窥镜所提供的视觉信息来辨别肿瘤,这导致对于颜色和形态都与正常组织相似的微小肿瘤病灶被遗漏。利用荧光分子成像是一种新的成像方案,其原理是通过荧光剂标记肿瘤细胞来增加病变组织与正常组织的对比。由于以该成像原理实现的系统或体积过大,或操作不便,多用于开放式手术或医学研究中。因此,本文设计了一种单传感器分时采集彩色背景图像和荧光图像,并实时进行图像融合的处理系统,为荧光分子材料与电子内窥镜成像系统的结合提供了一种实现方案。该系统选用光纤导光的LED作为白光光源,根据光源开关状态区分亮、暗场。使用图像传感器输出的VSYNC信号,同步图像采集与光源开关。在帧间隙更改摄像头的曝光及增益,使拍摄的图片在亮暗场下具有合适的亮度和清晰度。FPGA将采集的亮、暗图像写入到DDR2的对应存储空间中。通过缓存控制及合成算法得到标记与正常组织差异性较高的融合图像,并将其写入到3号存储空间,最后,使用标准的VGA时序将图像数据输出至显示器。图像融合的阈值选取采用OTSU算法与手动调节相结合的半自动方式,不仅使阈值随荧光剂亮度的降低而改变,又可以灵活地抵消阈值计算的误差。与传统的多传感器成像系统相比,本系统减小了图像采集端的结构,消除了匹配误差。与传统的单传感器成像系统相比,其光源自动切换并实时融合的方式,使得医生能够在观察到正常组织纹理细节的同时能够定位标记组织的位置。最后对系统进行荧光剂标记功能和实时性测试的实验。结果表明:通过调节亮度阈值参数和亮度增益参数,本系统能够有效显示标记区域的纹理,突出标记区域的轮廓,实现了荧光区域标记功能,并且融合图像可以稳定流畅的输出。
【图文】：

成像系统,窄带,自体荧光

图 1.1 窄带成像系统Figure 1.1 Narrow band imaging system像的激发光照射下，生物组织中细胞与基质含有的氨基酸吸收光谱相对应的自体荧光辐射。正常的粘膜和粘膜射在强度、峰值位置有差异[7]，自体荧光成像技术利用区分正常组织和不同阶段的异常组织。该方法一个最不需要注射荧光试剂成像，既方便又可降低费用。目前肺癌、食管癌和结直肠癌诊断中[8]。自体荧光成像技术为：在氙灯前安装旋转滤光片得到波长为 370~470nm绿光、波长 600~620nm 的红光，并在单色光 CCD 前安630nm 的光通过（自体荧光和绿色光），自体荧光投射按比例分别投射到红、蓝成像通道。在 AFI 模式下，，正或癌性黏膜呈紫色或紫红色[9]。

吸收光谱,自体荧光,成像系统

图 1.1 窄带成像系统Figure 1.1 Narrow band imaging system光成像波长的激发光照射下，生物组织中细胞与基质含有的氨基酸、结生与吸收光谱相对应的自体荧光辐射。正常的粘膜和粘膜病变光辐射在强度、峰值位置有差异[7]，自体荧光成像技术利用不同异性区分正常组织和不同阶段的异常组织。该方法一个最大的光，不需要注射荧光试剂成像，既方便又可降低费用。目前这种癌、肺癌、食管癌和结直肠癌诊断中[8]。自体荧光成像技术应用结构为：在氙灯前安装旋转滤光片得到波长为 370~470nm 的激60 的绿光、波长 600~620nm 的红光，并在单色光 CCD 前安装00~630nm 的光通过（自体荧光和绿色光），自体荧光投射到绿光则按比例分别投射到红、蓝成像通道。在 AFI 模式下，正常黏增生或癌性黏膜呈紫色或紫红色[9]。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77;TP391.41

【参考文献】