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面向鲜红斑痣光动力治疗在体测评与光剂量定量投照系统研究

面向鲜红斑痣光动力治疗在体测评与光剂量定量投照系统研究

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作者：闫盼盼天津大学

学位级别：硕士

鲜红斑痣是一种先天性疾病,多发生于面部和颈部,严重时甚至会导致毁容,给患者带来严重的心理负担。目前治疗鲜红斑痣多采用光动力疗法,但因缺少针对不同个体或同一个体不同部位,不同病变程度的组织体光动力治疗中光剂量的定量计算及投... 详细信息

鲜红斑痣是一种先天性疾病,多发生于面部和颈部,严重时甚至会导致毁容,给患者带来严重的心理负担。目前治疗鲜红斑痣多采用光动力疗法,但因缺少针对不同个体或同一个体不同部位,不同病变程度的组织体光动力治疗中光剂量的定量计算及投照方法,治疗效果不佳且治疗周期较长。光动力治疗前对鲜红斑痣病变组织的有效测评可以得到病变组织中光学参数分布和光敏剂分布,进而为光动力治疗鲜红斑痣时光源光剂量定量投照的计算提供依据。本文研究了鲜红斑痣光动力治疗中病变组织在体测评与光剂量定量投照系统,它可以同时实现对组织体光学参数分布的测量、光敏剂分布的测量及光动力治疗中光剂量定量投照,具有非接触、无创、宽场、快速等优点,非常适合大面积鲜红斑痣的在体测评与光动力治疗过程。为获得光动力治疗中所需的光源投照分布,首先,本文建立并计算了皮肤组织光学参数分布模型。计算了全血的吸收系数与散射系数,并根据不同病变程度的鲜红斑痣病变组织中毛细血管的形态学特征,确定了不同病变程度的鲜红斑痣的光学参数分布。为光动力治疗中光剂量的计算提供了理论模型基础。其次,本文建立了光动力治疗中光剂量定量投照计算模型,并通过一系列的模拟实验对计算模型进行了验证。包括面光源与病变区域一一对应的情况、多个光源对应一个病变区域的情况。在此基础上分析了光源细化对计算结果的影响,结果表明光源细化程度越高对光剂量定量投照越有利。本文利用标准仿体采用查表法测量组织体光学参数,结果表明光学参数测量相对误差在-7%～+10%范围内。讨论了光学参数测量误差对光照分布计算的影响,其中光照度系数相对误差最大的在增厚结节区,为27.52%,其他病变等级区域光照度系数相对误差均在10%以内。最后,本文搭建了鲜红斑痣光动力治疗中病变组织在体测评与光剂量定量投照系统,主要包括光源投照模块、探测模块和机械结构,并基于QT图形界面开发工具实现了数字微镜器DMD、电子倍增电荷耦合器件EMCCD和平移台的集成化配合控制,通过实验验证了集成化程序采集光信号的正确性和有效性。本文所发展的系统能够实现基于光学参数测量、光敏剂分布检测的在体测评,进而为光动力治疗中光剂量的分布计算提供依据,最终实现了光剂量的定量投照。

关键词：鲜红斑痣光动力治疗光学参数在体测评光剂量定量投照

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面向复杂形貌组织体的空间频域光学成像系统的研究

面向复杂形貌组织体的空间频域光学成像系统的研究

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作者：戚彩霞天津大学

学位级别：硕士

光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)已经在诸多方面取得了成功应用,例如在鲜红斑痣治疗方面、在消化道癌和皮肤癌的治疗方面。但PDT疗法仍存在一定的局限性,其治疗效果受限于医师的经验和病人的个体差异,缺乏在体的、定量化的剂量定... 详细信息

光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)已经在诸多方面取得了成功应用,例如在鲜红斑痣治疗方面、在消化道癌和皮肤癌的治疗方面。但PDT疗法仍存在一定的局限性,其治疗效果受限于医师的经验和病人的个体差异,缺乏在体的、定量化的剂量定量及测评方法。在研的光学测评技术方法中,空间频率域成像(spatial frequency domain imaging,SFDI)方法可在实现无创、非接触检测、宽场、快速成像的同时提供功能信息,非常适合大面积组织体的PDT(例如鲜红斑痣)在体测评。但由于SFDI依赖于强度的测量,当组织体和参考仿体或组织表面高度不同时,入射光强将不同,从而造成光学参数定量提取上的误差。因此如何在SFDI系统中在体地获得组织的外部形态并结合到后续的方法中是必须解决的问题。本论文设计并搭建了面向光动力治疗在体测评的SFDI系统,并在此基础上提出了一种组织体复杂形貌矫正方法,该方法可以修正复杂形貌组织体表面的光强度信息进而提高光学参数重构的准确度,为PDT剂量测评提供可靠的依据。SFDI系统采用DMD作为空间调制器,实现空间调制光的精准投射,以EMCCD作为探测器用以实现快速高效的信息采样。系统采用基于X86平台的上位机软件对DMD和EMCCD进行控制。根据SFDI系统可以产生正弦调制光的特点,本文选用四步相移法和解包裹处理来获取复杂组织体表面的三维形貌,利用朗伯体公式法矫正因组织体表面复杂形貌而引起的光通量的差异,进而实现对复杂形貌组织体光学参数的准确重建。本文采用一系列实验对系统的性能进行验证,对系统的形貌获取和光学参数重构的能力进行评估。结果表明:由DMD出射的不同频率下的正弦调制光的失真度均小于7.41%,系统对高度测量的最大相对误差为3.57%,均已满足了系统设计要求。在初步的仿体试验中,选择角度在20°内、高度在15mm内变化的固体仿体进行光学参数重构实验,和未经形貌矫正相比,经形貌矫正后的吸收系数的重构相对误差从33%下降到15%,结果表明该系统可用于复杂形貌组织体的光学参数的测量,为实现光动力治疗在体测评打下基础。

关键词：光动力疗法在体测评空间频率域成像三维形貌光学参数

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