荧光光谱医学成像诊断技术研究

摘要

医学诊断在临床治疗中有着举足轻重的作用,现行的诊断和治疗方法也是各有利弊。人们已经证明荧光光谱诊断技术与光子学和生物学结合可以实现对肿瘤的有效诊断,不仅能诊断病变前期微小癌症灶,而且能区分良性肿瘤和恶性肿瘤。荧光光谱诊断技术具有无损伤、非介入、精度高等优点。本文以良性病变为研究对象,开展了荧光光谱医学成像诊断技术研究。设计并建立点荧光光谱测量系统。该系统以中心波长为405nm的LED作为激发光源,CCD光谱仪作为光谱测量器件：研究牙结石、人体正常血液、患病血液、人体患病皮肤的荧光光谱；结果分析表明正常牙齿荧光光谱荧光峰为490nm波段宽带范围为440-800nm,而牙结石荧光光谱除具有正常牙齿荧光光谱外,在620-770nm波段还有特征荧光发射；人的血液的荧光光谱对激发光频率敏感,但没有特异性；正常皮肤与患病皮肤的荧光光谱有差异但差异很小。因此,认为有些诊断(如牙结石)可以通过自体荧光光谱分析达到诊断的目的；而对皮肤病或血液等的诊断,不建议利用自体荧光光谱诊断,建议利用药物荧光光谱诊断。该研究工作是荧光光谱成像诊断研究的基础。建立面荧光光谱诊断方法和系统。利用点荧光光谱测量系统测量牙结石牙齿的荧光光谱,研究确立牙结石诊断的荧光比例法；在牙结石面荧光光谱诊断中,利用摄取的中心波长为487nm(带宽为10nm)的图像和中心波长为649nm(带宽为38nm)图像的处理(包括比值运算、伪彩色编码等),得到牙结石的伪彩色图像；通过软件程序,实现图像的去噪声,平滑,锐化等处理；结果表明从最后的图像可以清晰地看到牙结石的边界和牙结石的厚度等信息。设计基于TMS320C6201的图像处理系统,包括硬件部分和软件部分,并能实现信息处理的要求。在芯片的选取上,确定选择DSP芯片；在设计中通过对DSP与外围电路的设计,包括MAX706X的复位功能、时钟设计、电源设计、FIFO与DSP的连接、DSP与SDRAM的连接、DSP与FLASH的连接。很好地解决了芯片内核和外围电路的电源分配的问题,详细地描述图像矩阵的传输,并建立系统开发的软件平台。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 自体荧光诊断综述

1.3 光动力学诊断综述

1.4 荧光探测方法

1.5 点诊断系统和面诊断系统的比较

1.6 本研究课题的主要研究内容和目的

第2章 光诱导荧光诊断的原理

2.1 引言

2.2 光诱导荧光

2.3 自体荧光诊断原理

第3章 人体组织荧光光谱的研究

3.1 引言

3.2 血液荧光光谱的研究

3.3 血液吸收和散射效应

3.4 皮肤的荧光光谱测量

3.5 本章小结

第4章 面诊断中的图像处理

4.1 引言

4.2 实验过程

4.2.1 光源的选择

4.2.2 点诊断

4.2.3 面诊断设计

4.2.4 图像的比值处理

4.3 CCD 提取图像和图像处理的结果

4.3.1 CCD 提取不同光谱段的图像

4.3.2 图像处理的结果

4.3.3 向图像中添加伪彩色

4.3.4 消除图像中的噪声

4.4 对所得图像进行其他的处理

4.4.1 采用不同的算子对图象进行锐化

4.4.2 图像的边缘检测和纹理特征提取

4.5 本章小结

第5章 基于TMS320C6201 的图像处理系统设计

5.1 引言

5.2 系统设计的流程

5.3 TMS320C6201 介绍

5.4 设计系统的硬件电路结构图

5.4.1 系统工作过程原理

5.4.2 系统关键部件的简介

5.4.3 数据传输中采用的Ping-Pong 方案

5.5 系统中DSP 与外围电路的设计

5.5.1 系统中所用的电子元件

5.5.2 MAX706R 的功能

5.5.3 时钟设计

5.5.4 电源部分设计

5.5.5 FIFO 与DSP 的连接

5.5.6 DSP 与SDRAM 的连接

5.5.7 FLSAH 与DSP 的连接

5.5.8 图像输出的电路设计

5.6 软件系统设计

5.6.1 DSP 数据处理软件系统的总体设计

5.6.2 图像处理的算法模块

5.7 系统测试

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢