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一种便携荧光显微影像系统的设计与应用研究

发布时间:2019-04-22 13:58
【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。
[Abstract]:Cholecystectomy is a routine procedure for the treatment of biliary tract diseases such as cholelithiasis. However, in the course of operation, it is easy for doctors to mistakenly identify the structure of the bile duct and cause the injury of the biliary system when the gallbladder duct is too short, or the adhesion of the bile duct is serious, and the anatomy of the biliary system is abnormal and so on. In this paper, we propose a portable fluorescence microscopic imaging system to solve the above problems, which can display the details of the triangle structure of gallbladder in real time and clearly. In order to prevent the occurrence of iatrogenic biliary tract injury caused by misrecognition of biliary tract structure during cholecystectomy. The system consists of a light source module, a CMOS camera, a raspberry pie card computer and a 5-inch LCD screen. Specifically, the light source module is composed of 690nm and 850nm LED arrays. The CMOS camera acquires the fluorescence image and the background image according to the time sequence. The software construction of the portable fluorescence microscopic image system is based on the Linux environment of the raspberry pie platform, which uses Python programming and calls the OpenCV library for image processing and display. In the experiment, indocyanine green (ICG) was selected as fluorescence contrast agent, and compared with commercial Xenogen IVIS system, the detection ability of fluorescence intensity of ICG aqueous solution at different concentrations was compared. The spatial resolution of the system is measured with a resolution target of 1951 USAF, and the dynamic response of the system is quantitatively evaluated by an automatic displacement platform. Finally, we verified the technical feasibility of the system on the bile duct model of mice, and simulated correct and incorrect cholecystectomy. The experimental results show that the system can observe the clear structure of the junction between the gallbladder duct, the common bile duct and the hepatobiliary duct, which indicates that the system is a potential method for guiding cholecystectomy. The cost of the portable fluorescence microscopic imaging system is about 2000 yuan, which has great potential and value in limited resources areas.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:R657.4

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