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基于偏振滤波的皮肤镜光学和机械设计

曹逸兴 张国旗 卢勇男

曹逸兴, 张国旗, 卢勇男. 基于偏振滤波的皮肤镜光学和机械设计[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273
引用本文: 曹逸兴, 张国旗, 卢勇男. 基于偏振滤波的皮肤镜光学和机械设计[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273
CAO Yi-xing, ZHANG Guo-qi, LU Yong-nan. Optical and mechanical design of polarization filtered dermoscopy[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273
Citation: CAO Yi-xing, ZHANG Guo-qi, LU Yong-nan. Optical and mechanical design of polarization filtered dermoscopy[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273

基于偏振滤波的皮肤镜光学和机械设计

doi: 10.3788/CO.20201302.0273
详细信息
    作者简介:

    曹逸兴(1989-), 吉林长春人, 博士研究生, 2012年于复旦大学获得学士学位, 2014年于悉尼大学获得硕士学位, 2018年进入复旦大学工程与应用技术研究院攻读博士学位, 主要从事光健康领域产品研究。E-mail:yixingcao@sina.cn

    张国旗(1959-), 北京人, 博士生导师, IEEE Fellow, 荷兰代尔夫特理工大学教授, 复旦大学工程与应用技术研究院特聘教授, 国际半导体照明联盟(ISA)咨询委员会共同主席, IEEE国际宽禁带半导体技术路线图委员会(ITRW)秘书长, 欧洲微纳米可靠性中心副主任, 国家第三代半导体联盟国际咨询委员会共同主席, 中国电子学会制造与电子封装技术分会副理事长。曾任飞利浦半导体院士(Fellow)及NXP技术战略高级总监, 荷兰国家微/纳米电子、嵌入系统和高科技系统战略创新规划学术委员会共同主席, 荷兰国家材料创新规划指导委员会成员, 欧洲纳米电子技术平台"超越摩尔"战略研究规划负责人, 北京大学客座教授, 中国科学院半导体研究所荣誉教授。是半导体封装技术、可靠性技术、微纳系统集成技术的世界级专家。E-mail:g.q.zhang@tudelft.nl

  • 中图分类号: 170.3890;170.1870;170.3880

Optical and mechanical design of polarization filtered dermoscopy

More Information
  • 摘要: 皮肤镜在临床中已广泛用于诊断皮肤病变,然而,如何更加清晰准确地观察表皮、真皮表皮交界处和真皮乳头层内的色素性结构的大小、形状、颜色的深浅及浅层血管丛血管的大小形态依旧是一个挑战。由于皮肤表皮层类似于镜面反射,不改变反射光的偏振态,而皮肤组织表皮层以下的组织会改变原有光线的偏振态,基于此,本文设计了一个视场为22 mm、倍率为10×的手持偏振皮肤镜,通过采用偏振照明成像技术可以更加清晰有效地观察深层皮肤组织的病变以及病变组织形态,从而提高临床诊断与鉴别效率。
  • 图  1  偏振皮肤镜原理

    Figure  1.  Principle of polarized dermoscopy

    图  2  偏振皮肤镜目镜的光学系统

    Figure  2.  Optical system of dermoscopy eyepiece

    图  3  偏振皮肤镜光学系统MTF

    Figure  3.  MTF of polarized dermoscopy optical system

    图  4  偏振皮肤镜光学像差曲线

    Figure  4.  Optical aberration curves of polarized dermoscopy

    图  5  偏振皮肤镜场曲和畸变曲线

    Figure  5.  Field curvature and distortion curve of polarized dermoscopy

    图  6  3种LED光源分布图

    Figure  6.  Distribution diagram of three kinds of light source of LED

    图  7  LightTools模拟光源照度均匀性。(a)模拟6个白色LED光源照度;(b)模拟12个白色LED偏振光源照度

    Figure  7.  Illuminance uniformity of the source simulated by LightTools. (a) Simulate illumination of 6 white LED sources; (b) simulate illumination of 12 white LEDs with polarized light source

    图  8  非偏振与偏振LED光源照度图。(a)非偏振光源照度图;(b)偏振光源照度图;(c)非偏振光源Y轴辐射分布;(d)偏振光源Y轴辐射分布

    Figure  8.  Unpolarized and polarized LED source illuminations. (a) Unpolarized source illumination; (b) polarized source illumination; (c) Y-axis radiation distribution of unpolarized source; (d) Y-axis radiation distribution of polarized source.

    图  9  总体机械图

    Figure  9.  Overall mechanical diagram

    图  10  (a) 白光非偏振下的皮损形态;(b)黄光非偏振下的皮损形态;(c)白光偏振下的皮损形态;(d)黄光偏振下的皮损形态

    Figure  10.  (a) Skin lesion under white unpolarized light; (b) skin lesion under yellow unpolarized light; (c) skin lesion under white polarized light; (d) skin lesion under yellow polarized light.

    表  1  最终目镜结构参数

    Table  1.   Structure parameters of final eyepiece

    参数名称 参数
    口径/mm 30
    光学总长/mm 28.81
    焦距/mm 25
    入瞳直径/mm 4
    目视倍率 10×
    有效靶面/mm 22
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    表  2  模拟LED光源照明参数

    Table  2.   Simulation LED lighting parameters

    设置条件 白色LED光源参数 偏振LED光源参数
    LED数目 6 12
    LED发散角 30° 30°
    LED倾斜角度 25° 25°
    对角LED距离 35 mm 35 mm
    LED距靶面距离 19 mm 19 mm
    照明均匀性 85% 86%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-04
  • 修回日期:  2019-08-01
  • 刊出日期:  2020-04-01

基于偏振滤波的皮肤镜光学和机械设计

doi: 10.3788/CO.20201302.0273
    作者简介:

    曹逸兴(1989-), 吉林长春人, 博士研究生, 2012年于复旦大学获得学士学位, 2014年于悉尼大学获得硕士学位, 2018年进入复旦大学工程与应用技术研究院攻读博士学位, 主要从事光健康领域产品研究。E-mail:yixingcao@sina.cn

    张国旗(1959-), 北京人, 博士生导师, IEEE Fellow, 荷兰代尔夫特理工大学教授, 复旦大学工程与应用技术研究院特聘教授, 国际半导体照明联盟(ISA)咨询委员会共同主席, IEEE国际宽禁带半导体技术路线图委员会(ITRW)秘书长, 欧洲微纳米可靠性中心副主任, 国家第三代半导体联盟国际咨询委员会共同主席, 中国电子学会制造与电子封装技术分会副理事长。曾任飞利浦半导体院士(Fellow)及NXP技术战略高级总监, 荷兰国家微/纳米电子、嵌入系统和高科技系统战略创新规划学术委员会共同主席, 荷兰国家材料创新规划指导委员会成员, 欧洲纳米电子技术平台"超越摩尔"战略研究规划负责人, 北京大学客座教授, 中国科学院半导体研究所荣誉教授。是半导体封装技术、可靠性技术、微纳系统集成技术的世界级专家。E-mail:g.q.zhang@tudelft.nl

  • 中图分类号: 170.3890;170.1870;170.3880

摘要: 皮肤镜在临床中已广泛用于诊断皮肤病变,然而,如何更加清晰准确地观察表皮、真皮表皮交界处和真皮乳头层内的色素性结构的大小、形状、颜色的深浅及浅层血管丛血管的大小形态依旧是一个挑战。由于皮肤表皮层类似于镜面反射,不改变反射光的偏振态,而皮肤组织表皮层以下的组织会改变原有光线的偏振态,基于此,本文设计了一个视场为22 mm、倍率为10×的手持偏振皮肤镜,通过采用偏振照明成像技术可以更加清晰有效地观察深层皮肤组织的病变以及病变组织形态,从而提高临床诊断与鉴别效率。

English Abstract

曹逸兴, 张国旗, 卢勇男. 基于偏振滤波的皮肤镜光学和机械设计[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273
引用本文: 曹逸兴, 张国旗, 卢勇男. 基于偏振滤波的皮肤镜光学和机械设计[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273
CAO Yi-xing, ZHANG Guo-qi, LU Yong-nan. Optical and mechanical design of polarization filtered dermoscopy[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273
Citation: CAO Yi-xing, ZHANG Guo-qi, LU Yong-nan. Optical and mechanical design of polarization filtered dermoscopy[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 273-280. doi: 10.3788/CO.20201302.0273
    • 皮肤作为人体最大的组织器官,为保护人类身体免受外界环境侵袭扮演着重要的角色。但皮肤组织的病变每年呈递增趋势,早期对皮肤病变组织进行准确诊断并采取积极的治疗措施可以获得非常高的治愈率[1]。因此,如何更准确有效的诊断与鉴别皮肤组织的病变尤为重要。

      皮肤镜的发明使临床诊断皮肤组织变得更加方便快捷[2-6]。皮肤镜的基本原理就是将光源照射到待观察皮肤组织,通过皮肤镜上的放大镜观察皮肤组织的特征[6]