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激光共焦扫描荧光显微内窥镜研究

作　者: 杜立辉
导　师: 王立强
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: 小型化设计共焦显微内窥术望远式传像物镜 f-theta扫描嵌入式控制
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

激光共焦扫描显微内窥镜凭借其能实现高分辨率的实时组织学诊断和一定深度的断层扫描成像,已经成为当前研究的热点。医生通过激光共焦扫描显微内窥镜不仅能观察人体内脏器官表面的组织形态,而且可以深入表皮细胞无需取样即可诊断病变情况,还可以使用荧光对比剂,特异性强,操作简单。目前,激光共焦扫描内窥镜虽然已经有少数商用产品面市,但是多采用光纤束方案,鲜有国内产品,因此研究激光共焦内窥镜有重要意义本文研制了一种激光共焦扫描荧光显微内窥镜,采用望远式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能。X,Y方向共焦扫描由双振镜实现,Z轴扫描由压电马达实现,低噪声扫描控制信号由嵌入式系统产生,通过三者结合完成三维共聚焦扫描。激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案,主要工作内容包括以下三部分：(一)设计完成大视场、大数值孔径、长距离图像中继传输的显微内窥成像光学系统,将激光耦合进体内组织,并将荧光信号耦合至体外探测器,在获得高分辨率和高对比度荧光图像的同时,缩小内窥镜探头直径。最终探头外径尺寸为8 mm,工作长度为250.3 mm,可通过标准腹腔镜手术孔进行体内显微内窥成像；(二)采用3 mm通光孔径的小尺寸平面反射镜实现体外共焦扫描,摆动频率为100 Hz,扫描范围达到600μm,由嵌入式系统控制实现X,Y快速共焦扫描；(三)样品含有荧光试剂,激光激发后高灵敏度PMT器件探测并成像,上传至PC实现图像重建和处理。激光控制和荧光探测仅通过电缆和光纤与共焦扫描显微内窥镜前端连接,将扫描机构放置在体外,减小了显微内窥镜的前端尺寸和重量。通过实验验证,本系统的成像视场为(?)600μm,光学分辨率为2.2μm,获得图像分辨率为512*320,每4S采集一帧图像。本系统可进一步发展为三维共焦显微成像系统,采用手持式或者其他方式工作,进行体内组织的共焦扫描成像,真正实现微创、在体的荧光显微内窥术。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-19
  1.1 医用内窥镜发展概述  10-14
  1.2 激光共焦显微内窥镜国内外技术现状和发展  14-17
  1.3 课题研究内容和论文结构  17-19
第二章激光共焦扫描荧光显微内窥镜系统方案  19-30
  2.1 激光共焦显微内窥镜系统方案的提出  20-25
  2.2 系统方案分析  25-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章望远式传像系统设计  30-37
  3.1 望远式传像物镜结构  30-33
  3.2 物镜性能分析  33-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章扫描系统设计  37-57
  4.1 嵌入式控制系统设计  39-50
    4.1.1 硬件电路整体设计  39-40
    4.1.2 主控芯片选择  40-41
    4.1.3 DA数据转化  41-46
    4.1.4 信号采集  46-49
    4.1.5 电源设计  49-50
  4.2 控制时序设计  50-52
  4.3 图像重建及处理  52-56
    4.3.1 数据采集软件设计  53-55
    4.3.2 软件界面  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章激光共焦扫描荧光显微内窥镜实验  57-62
  5.1 标准分辨率板实验  58-59
  5.2 小鼠膈肌切片实验  59-60
  5.3 实验结果分析  60-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章总结和展望  62-64
参考文献  64-66
作者简历  66

激光共焦扫描荧光显微内窥镜研究

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