多模态反射荧光时共聚焦成像系统的研制.pdf

Thesis for Master of Shanghai Jiao Tong University THE DEVELOPMENT OF MULTIMODALITY REFLECTANCE AND FLUORESCENCE CONFOCAL MICROSCOPE Candidate: Xiaorui Feng Advisor: Professor Qiushi Ren, Associate Professor Peng Xi Major: Biomedical Engineering Shanghai Jiao Tong University January 2010 National Natural Science Foundation of China 多模态反射荧光实时共聚焦成像系统的研制 摘 要 皮肤组织因容易受到外界紫外线、化学物质的侵蚀，病变的几率非 常大。由于美容的因素，皮肤组织的病理取样检查会受到很大限制。因 此，共聚焦激光扫描显微镜由于其无创性，实时性，成像分辨率高等优 点被皮肤病领域研究人员广泛采纳。常用的共聚焦激光扫描显微镜可以 分为两类：反射式共聚焦激光扫描显微镜和荧光式共聚焦激光扫描显微 镜。前者，我们可以得到样本组织的结构信息；后者，则可以通过荧光 标记获取样本组织的病理学信息。然而，到目前为止绝大多数科研人员 只专注于单一模式的共聚焦显微镜的成像研究。仅通过单一的组织学结 构信息或病理学信息的简单判断，无疑会对病情的精确诊断产生影响。 本文研究了一种新型的用于皮肤病诊断的多模态反射荧光实时共聚 焦成像系统，该系统不但结合了反射荧光两种成像功能，实现了皮肤组 织细胞新陈代谢的生化病理成像与皮肤组织细胞结构成像的结合，而且 同时实现了两种信号同点实时成像，更重要的是荧光成像针对的是细胞 体内的自发荧光（NADH和FAD），无需借助外界荧光探针标记，真正实现 了无损成像。通过这两种信号的同点实时成像，可为皮肤科医生同时提 供丰富的组织学和病理学影像信息，提高皮肤疾病乃至皮肤癌症的早期 诊断率。 第 I 页 本文工作的具体内容包括以下几个方面： 1 多模态反射荧光实时共聚焦成像系统硬件部分实现，包括反射光 路和荧光光路设计、扫描装置设计、检测装置设计。 2 多模态反射荧光实时共聚焦成像系统软件部分实现，包括扫描方 式算法、采集方式算法、图像重建算法以及对该系统的一系列优化算法 的实现。 3 多模态反射荧光实时共聚焦成像系统在皮肤组织成像中的应用， 包括表皮结构的反射成像实验、黑色素瘤诊断实验。 关键词：共聚焦，反射，荧光，医学成像，皮肤病学 第 II 页 THE DEVELOPMENT OF MULTIMODALITY REFLECTANCE AND FLUORESCENCE CONFOCAL MICROSCOPE ABSTRACT Confocal laser scanning microscopy has been widely acc