面向黏膜组织诊断的亚扩散漫反射与荧光联合光谱测量方法.pdfVIP

摘摘要要

摘摘要要

口腔癌和宫颈癌等黏膜组织病变是全球常见的恶性肿瘤疾病，近年来，其患

病人数逐年增多，患病年龄也向年轻化趋势发展，严重危害着人们的生命健康。

黏膜组织病变的早期诊断和治疗是遏制黏膜组织癌变的有效手段，本文围绕实现

这一目标展开了研究工作，设计研制了一种面向黏膜组织诊断的亚扩散漫反射与

荧光光谱联合光谱测量系统，实现不同深度黏膜组织的漫反射光谱和自体荧光光

谱的高效采集，进而通过先进组织分类算法提取有效光谱特征，实现黏膜组织病

变的快速筛查和实时诊断，主要研究内容和创新如下：

首先，对高性价比测量系统的设计方法进行了探索，基于自研光源模块和联

合探头设计了一套面向黏膜组织漫反射和自体荧光光谱实时测量的集成采集系

统，高效准确地获得不同深度黏膜组织光谱信息，拓展了该系统在黏膜组织病变

大规模筛查中的适用性。为评估所开发系统的性能，通过仿体实验对光学测量的

稳定性进行评估与验证，结果显示系统具有良好的测量稳定性，可以满足实时高

效黏膜组织联合光谱信息采集的需求。

接着，以组织光学理论为基础，研究了病变黏膜组织和正常黏膜组织的光学

特性，通过支持向量机、概率神经网络和卷积神经网络对漫反射和自体荧光光谱

提取的联合特征光谱训练分类模型，实现高效准确的黏膜组织病变的筛查。

最后，开展一系列组织实验对所发展系统和算法的性能进行了完整全面的评

估：离体动物组织实验，证明了该系统对离体组织具有优异的分类能力；在体黏

膜组织和临床病变离体组织实验，验证了该系统在黏膜组织分类和病变诊断领域

的应用潜力。

综上，所发展系统结合了空间分辨漫反射光谱和自体荧光光谱技术的优势，

基于联合光谱特征提高了黏膜病变的诊断性能，其无创、实时、高效的筛查过程

和便携式的外形设计为大规模黏膜组织早期病变筛查提供了重要系统支撑和实

用方法借鉴。

关键字：关键字：黏膜病变诊断，亚扩散域，漫反射光谱，自体荧光光谱，支持向量

关键字：关键字：

机，概率神经网络，卷积神经网络

I

ABSTRACT

Mucosalesions,i.e.,oralcavitycarcinomaandcervicalcarcinoma,arecommon

malignanttumorsintheworld.Itsincidenceinrecentyearsincreasedyearbyyear,and

developedinayoungerage,whichcausesseriousdamagetohumanhealth.Early

diagnoseandtreatmentofmucosalesionsisaneffectiverouteforcancerprevention.

Toachievethis,ahybriddiffusereflectancespectroscopy(DRS)andautofluorescence

spectroscopy(AFS)systemisdevelopedfordiagnosisofmucosaabnormalitiesinsub-

diffusiveregime.Thenewlydesignedsystemcandetectthedepth-resolvedAFSand

DRSinformationeffectively,andthenthevalidfeaturesareextractedbytheadvanced

diagnosticdecisionstrategyforrealizingthereal-timescreeninganddiagnosisof

mucosalesions.Themainre