面向早期宫颈癌检测的薄层光学层析成像技术研究

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1、面向早期宫颈癌检测的薄层光学层析成像技术研究AStudyonLaminarOpticalTomographyfortheDetectionofEarlyCervicalCancer学科专业：生物医学工程研究生：崔姗姗指导教师：赵会娟教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意

2、。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要宫颈癌是常见的妇科病，严重威胁女性健康,而早期宫颈癌的治愈率较高。本文研究了基于薄层光学层析成像系统(Laminaropticaltomography，LOT)的早期宫颈癌病变诊断系统。

3、LOT是一种新型的介观成像技术，其空间分辨率及成像深度位于宏观成像和微观成像之间。由于LOT系统较浅的探测距离(约0~2mm)，使得探测到的光子散射次数少，从而能够获得比DOT较高的空间分辨率，而成像深度限制在毫米量级。以上这些特点使LOT非常适用于早期宫颈癌的诊断中。本论文首先设计并搭建了面向早期宫颈癌检测的LOT系统。与大多数DOT系统使用的接触式探测方式不同，LOT采用类似共聚焦扫描显微镜的光学结构实现非接触的栅格化扫描。该系统采用线阵PMT作为漫射光探测器，其不同通道对应目标物体表面每个扫描点下距离光源不同的探测点位置。这样由平面扫描获取的不同源探距离下的二维原图像(rawi

4、mage)序列，通过图像重建算法可以获取目标物体的三维信息。该系统主要包含632.8nm稳态光发生、微弱漫射光检测以及扫描控制部分。为了同步栅格化的扫描方式及每个扫描位置下的多点共线探测，采用基于X86平台的上位机软件通过PCI总线进行系统集成，实现了约1fps（在2mm×2mm的区域上包含30×30像素点）的扫描速度，并能够实时监测原图像。进而，采用仿体实验验证了系统性能，对所有扫描点下不同源探距离的漫射光测量结果取平均值，经归一化后与蒙特卡洛(Monte-Carlo,MC)模拟值比较，其相对误差小于11.6%。此外测试了该系统的最大测量深度以及异质体在500µm深度下的横向分辨率

5、，分别达到2.4mm及140μm，满足了系统设计要求。在初步的人体实验中，选择对浅层血管丰富的手背进行成像。原图片较真实地反应了不同深度的皮肤组织，能够较清晰地看见与探测深度对应的血管分布。下一步，我们将通过原图像重建出组织体的光学参数分布，进而获取组织体的功能信息。关键词：薄层光学层析成像；介观成像；早期宫颈癌检测；无创检测；图像重建ABSTRACTCervixcanceristhesecondmostcommoncanceramongwomen,whichseverelythreatenswomen’slife.Whilethecervixcanceriscurablebyear

6、lydiagnosis.Thisthesisfocusesontheearlycervicalcancerdiagnosissystembasedonthelaminaropticaltomographic(LOT).LOTisanewlydevelopedmesoscopicimagingsystem,whichiscategorizedbetweentheimagingtechnologyofmacroscopicandmicroscopicscales,dependingontheirspatialresolutions,andpenetrationdepth.Consider

7、ingtheshortsource-detectorseparation(SDS)between~0to~2mmadoptedinLOT,less-scatteringlightcanbedetectedtoobtainahigherspatialresolutionthanthatofthediffuseopticaltomography(DOT),whileimagingdepthisrestrictedtothemillimetersscale.Th