基于荧光的皮肤肿瘤早期筛查技术研究

发布时间：2020-04-06 17:43

【摘要】：皮肤肿瘤是世界上最常见的疾病之一。皮肤肿瘤的治疗关键在于早期筛查。目前皮肤肿瘤的早期诊断技术在早期筛查方面与皮肤肿瘤的早期定位方面都或多或少有缺陷。因此,本课题的目标是设计一种无创的皮肤肿瘤荧光成像系统,填补皮肤肿瘤早期筛查中定位方面的空白。同时探讨皮肤肿瘤影像手段的联合应用过程中,该系统在早期皮肤肿瘤病灶定位方面的应用。本课题首先研究皮肤早期肿瘤的特异性荧光原理,为后续系统设计提出技术指标要求。皮肤肿瘤的特异性荧光原理为光动力诊断法(Photodynamic Diagnosis,PDD)。它利用5-氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid,5-ALA)外敷于皮肤病灶处,使光敏剂原卟啉聚集在肿瘤部位,再使用405nm波长光源照射皮肤,使肿瘤部位产生635nm荧光,区别于正常皮肤组织,利用这一点可对肿瘤部位进行定位。针对皮肤肿瘤荧光,研制专用荧光成像检测系统。荧光成像系统包含同轴光镜头模块及荧光采集电路模块。同轴光镜头整合LED光源、滤光片、光学镜头为一体,高效激发出荧光的同时可将荧光与激发光作很好的区分。荧光采集电路模块的主要工作有两部分,第一部分完成电路原理图设计、PCB设计工作。第二部分为电路逻辑设计。逻辑设计包含系统软件整体结构;完成寄存器配置、CMOS图像数据读取与传输。最终系统功耗为1.5W,分辨率为1920*1080,整机体长9cm,满足低功耗、高分辨率、小体积的设计要求。设计实验验证专用荧光成像检测系统的可行性。该实验利用患鳞状细胞癌的小白鼠进行,结果为荧光成像系统成功的采集到早期肿瘤荧光图像,且荧光图像能很好的区分正常皮肤与肿瘤区域。实验结果表明本课题中探讨的肿瘤荧光成像原理正确,且设计的荧光成像系统能正常使用。设计实验探讨专用荧光成像检测系统在多种皮肤影像手段联合应用时的定位功能。该实验利用荧光成像系统与超声探头采集正常皮肤与皮肤早期肿瘤的多维度图像。实验结果为,本荧光成像系统可对早期肿瘤作出定位,为后续皮肤超声提供位置信息。说明本荧光成像系统在皮肤早期肿瘤的定位方面有一定价值。
【图文】：

荧光光谱,原卟啉,标准品,荧光光谱

能量传递可以损伤光敏剂周边的细胞器或生物分子癌细胞的检测与定位主要应用第一个反应过程。力疗法作肿瘤的定位与检测的临床应用范畴十分广肠胃肿瘤[23]，，泌尿系统肿瘤[24]，肺部肿瘤[25]，部肿瘤[28]。荧光特性用分光光度计测量原卟啉标准品的荧光光谱，探究原备 0.015625mg/ml 的原卟啉标准品，并用分光光度计在 405nm 激发光下的光谱数据。分光光度计Cary Eclipse，结果见图 2.1。原卟啉的荧光光峰为个小光峰，在肉眼下呈砖红色荧光。

示意图,系统组成,示意图,荧光

采集电路模块的电路原理、PCB 板设计及投产、FPGA 软件的开发轴光镜头的原理及组成结构。最后，设计荧光成像系统的外壳，整块为一体。成像系统总体设计方案根据皮肤肿瘤特异性荧光表征研究结果，完成荧光成像检测系统的激发光源、光学镜头、滤光片、光电探测组件和图像存储及传输组现系统的小型化及一体化，本课题的系统包含两部分，即专用的低头模块和荧光采集电路模块，如图 3.1 所示。同轴光镜头模块整合光学镜头为一体，高效率激发出目标样品的荧光，并通过高抑制比，将肿瘤的荧光传输至荧光采集模块。荧光采集电路则采用目前主电路架构，实现图像的高速高分辨率采集与无损传输。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R739.5;TP391.41

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