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一种荧光手术导航目镜系统的设计与应用研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题的目标和主要工作

第二章 近红外荧光成像技术

2.1 引言

2.2 荧光成像系统概述

2.3 荧光成像系统的关键参数及系统组成

2.3.1 视场(FOV)

2.3.2 近红外激发辐射度

2.3.3 荧光激发光源

2.3.4 荧光成像相机

2.3.5 荧光成像滤光片

2.4 近红外荧光材料

第三章 导航目镜系统的设计

3.1 系统原理及实现

3.2 系统的硬件部分

3.2.1 光源

3.2.2 相机与镜头

3.2.3 滤光片

3.3 系统的软件部分

3.3.1 相机的控制模块

3.3.2 图像处理算法模块

3.4 模拟手术的工作流程

第四章 生物组织的光学特性及仿体的制备

4.1 生物组织的光学特性

4.2 生物组织光学仿体的制备流程

第五章 实验设计部分

5.1 ICG水溶液的荧光特性分析

5.1.1 实验目的

5.1.2 实验仪器

5.1.3 实验步骤

5.1.4 实验结果

5.1.5 结果分析

5.2 ICG水溶液的荧光强度对比

5.2.1 实验目的

5.2.2 实验仪器

5.2.3 实验步骤

5.2.4 实验结果

5.2.5 结果分析

5.3 荧光成像系统配准误差分析

5.3.1 实验目的

5.3.2 实验步骤

5.3.3 实验结果

5.3.4 结果分析

5.4 荧光成像系统分辨率测试

5.5 模拟手术实验

5.5.1 实验目的

5.5.2 实验步骤

5.5.3 实验结果

5.5.4 结果分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的科研成果

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摘要

在过去的几年里,近红外(NIR)荧光成像技术得到了迅速的发展,并在各个临床的试验中得到了广泛的应用。然而目前大部分的导航影像设备(如核磁共振成像,计算机断层扫描,和正电子发射断层扫描)体积庞大,且无法实现手术室中完全动态导航,有些仪器在操作中会对医生和病人造成一定的伤害。近年来,分子影像学的发展为手术导航影像系统的研制创造了条件,但已有的导航系统价格昂贵,且不支持实时手术导航。
  为了克服目前成像系统的局限性,我们设计了这样一套便携式荧光导航目镜系统用于手术过程中肿瘤边界的评估。该系统由计算机,头盔显示器(HMD),近红外CCD相机,微型CMOS相机和780nm的激光光源组成。CCD相机与CMOS相机分别用于获取荧光图像与背景图像,通过配准把融合的图像实时地显示到头盔显示器上。
  为了验证系统的可行性,我们在离体组织上进行了模拟实验。实验结果证明了导航目镜系统对于手术中肿瘤位置的确定与边界检测的有效性。

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