【正文】 這種侵入式的隨機活檢給患者帶來很大的痛苦，且需要花費一定的診斷時間，且得出的結(jié)論與分析人員的經(jīng)驗等主觀因素有很大關(guān)系，準確測定癌變區(qū)的邊界就更加困難。病理學(xué)研究表明超過85%的癌癥源于上皮組織，癌癥早期最重要的特征即表現(xiàn)為上皮層內(nèi)腫瘤細胞的細胞核尺寸、核漿比，核染色質(zhì)的增加。因此，研究癌癥早期檢測技術(shù)具有非常重要的意義。因此，癌癥的診斷和治療成了全人類關(guān)心的話題。2）項目產(chǎn)品的市場容量：生命健康是人類永恒的話題，然而癌癥作為人類的主要殺手之一，仍然在世界范圍內(nèi)威脅著許多人的生命健康。我們發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的光譜技術(shù)很難分辯出癌變過程中不同時期的癌細胞，而后向偏振散射光譜術(shù)可以探測到顯著差異。如差分偏振散射光譜（后向散射光的平行與垂直分量之差）能夠重建上皮組織細胞核的尺寸分布和相對折射率，并用于早期的癌癥檢測；通過分析正常和癌變組織的偏振反射譜特性差異來鑒別癌變組織；用偏振比能夠有效判別約化散射系數(shù)相同并且組成非常相似的混濁介質(zhì)等。因此反射光譜技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)上的研究受到了廣泛的關(guān)注。因此，如果一種新的檢測方法能夠為醫(yī)生提供迅速和客觀的診斷信息，將大大提高病理診斷的速度和準確性。更進一步的是，對貼片觀測所得病理結(jié)論是病理專家可能會得出相反結(jié)論。其醫(yī)學(xué)病理檢測（pathology）是對癌癥確診的標準方法，其操作流程是將手術(shù)切除的病灶部位新鮮組織以福爾馬林固定并用石蠟包埋，制作成切片經(jīng)染色后，由經(jīng)過多年培訓(xùn)的病理專家在顯微鏡下觀察，根據(jù)經(jīng)驗得出結(jié)論?，F(xiàn)在的臨床醫(yī)學(xué)必須依靠病理切片、細胞涂片等組織活檢手段。早期癌癥的檢測一直以來都是生物醫(yī)學(xué)中研究的熱點。第四部分 項目產(chǎn)品市場與競爭一、市場概述項目產(chǎn)品市場概況及需求情況 1）國內(nèi)、外行業(yè)狀況：資料顯示,美國醫(yī)療機構(gòu)曾對 萬名癌癥病例患者進行診斷，萬人將死于癌癥，而這些病變超過85%都是源于人體內(nèi)表面的上皮內(nèi)層組織，并且大多數(shù)癌癥患者都經(jīng)歷個可治愈的癌前期階段。第二階段：目標：設(shè)備安裝調(diào)試及試生產(chǎn)準備階段：完成時間：2012年7月—2013年2月主要工作內(nèi)容：投資 萬元，完成設(shè)備的采購、安裝、調(diào)試以及產(chǎn)品定型；完善產(chǎn)品營銷網(wǎng)絡(luò)，做好產(chǎn)品試銷前的準備工作。2）項目產(chǎn)品批量生產(chǎn)及批量銷售階段，具體分為三個階段：第一階段：目標：批量生產(chǎn)技術(shù)準備階段：完成時間：2012年1月2012年6月主要工作內(nèi)容：完善并確認生產(chǎn)工藝，設(shè)備選型、中試準備。產(chǎn)品化實施計劃（驗收指標）項目完成時所處階段完成時項目產(chǎn)品銷售情況執(zhí)行的標準中試批量銷售國家標準/行業(yè)標準/項目產(chǎn)品化實施計劃的具體進度安排、階段目標及主要工作內(nèi)容1）關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)階段：目標：完成工藝及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品研制及測試工作。故需購置部分關(guān)鍵設(shè)備，即可投入批量生產(chǎn)。現(xiàn)有生產(chǎn)場地水、電、汽等配套設(shè)施齊全，基礎(chǔ)設(shè)施條件良好，均可滿足要求。：電子元器件、電路板、焊接材料等國內(nèi)貨源充足，已與有關(guān)廠家達成供貨協(xié)議，可滿足供應(yīng)。 ：公司設(shè)有專門的生產(chǎn)加工廠房具有成套的組裝生產(chǎn)線、裝配車間，其加工試驗檢測設(shè)備有 等。四、項目產(chǎn)品化項目產(chǎn)品特性：（1）產(chǎn)品形態(tài)產(chǎn)品形態(tài)：醫(yī)療診斷設(shè)備（2）產(chǎn)品主要用途用于組織癌變的早期診斷可以大大減少癌癥的擴散范圍和病患的死亡率； 可有效的實現(xiàn)無損、無痛、快速、精確的檢測，及動態(tài)的監(jiān)控疾病的變化。本項目技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，達到國際先進水平，二年之內(nèi)國內(nèi)研究機構(gòu)要完成有關(guān)項目的技術(shù)、工藝和裝備的一條龍工程技術(shù)開發(fā)可能性較小，同時我公司每年至少拿出銷售收入的30%，積極組織人員，跟蹤新技術(shù)，開發(fā)新品，使公司有足夠的實力保持技術(shù)優(yōu)勢。項目實施風險及應(yīng)對措施：該項目研究及其后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化會存在諸多風險，分析和研究這些風險對項目的影響，并制定有效的防范措施，可以降低各種風險的不利影響，保證項目目標的順利實現(xiàn)。4）偏振光譜信息在組織異常分析中的協(xié)同利用。3）高空間分辨率的偏振光譜圖像獲取。但目前這一方面的研究成果較少，尚不足以為成像偏振光譜信息綜合利用提供理論基礎(chǔ)。待研究的關(guān)鍵技術(shù)：1）上皮組織偏振光譜模型的建立和相關(guān)數(shù)據(jù)的測量。（4）項目實現(xiàn)的質(zhì)量標準類型、標準名稱本項目產(chǎn)品目前無國家標準和行業(yè)標準，本公司產(chǎn)品執(zhí)行企業(yè)標準（草案）（5）通過本項目實施，企業(yè)新獲得的相關(guān)證書情況（驗收指標）通過本項目實施，企業(yè)新獲得的相關(guān)證書情況質(zhì)量認證體系證書國家相關(guān)行業(yè)許可證專利證書技術(shù)、產(chǎn)品鑒定證書其他注釋：該指標為驗收考核指標。（3）預(yù)計項目完成時達到的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)指標： 為實現(xiàn)整個偏振樣機的實時性，在以往偏振成像研究的基礎(chǔ)上，針對該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，提出了自己的優(yōu)化解決方案：TDICCD具有最高96階時延積分，大大提高了圖像的信噪比，也減少了由運放電路的級數(shù)及其引入的噪聲；電機控制是影響偏振圖像質(zhì)量的一個關(guān)鍵問題，合理的匹配速度可以明顯減少后期圖像恢復(fù)的難度：利用CPLD對整個系統(tǒng)進行時序的控制，便于整個系統(tǒng)的同步控制，方便調(diào)試；VSP2212的相關(guān)雙采樣和啞像元鉗位功能顯著減低TDICCD復(fù)位噪聲和電路的其他低頻噪聲；FPGA通過查表的方法實現(xiàn)偏振算法中的除法運算，大大減少了偏振算法在FPGA中的運算時間，是實現(xiàn)實時偏振成像的關(guān)鍵；采用圖像的相關(guān)來在線獲取配準偏移值，解決了以前需手動設(shè)置偏移值問題；，速度快，可靠性好。4）設(shè)計開發(fā)了一套光譜偏振成像與分析軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了偏振圖像的獲取、處理、融合和評價等功能，具有一定的實用價值。根據(jù)I參數(shù)、偏振度和偏振角圖像共有信息和特有信息、之間的差異，提出了基于偽彩色的偏振圖像融合算法，提高了人眼的分辨力，該算法可以增加圖像的信息量。加深了基于光譜和偏振信息的散射介質(zhì)中目標的定位的理論研究和實際的應(yīng)用經(jīng)驗。開拓了研究散射介質(zhì)中目標清晰圖像的獲取方法。5） 最后，結(jié)合具體的組織病變（如：黑色素瘤）早期檢測的應(yīng)用，研究病變組織的偏振光譜BRDF特征，建立高效和可靠的病變組織的檢測算法。4） 研究基于多尺度分析的成像偏振光譜探測信息的綜合利用通過所采集的數(shù)據(jù)分析正常組織和典型病變組織的光譜BRDF值與偏振BRDF值之間的關(guān)系，典型病變組織的偏振光譜特征，以及在不同尺度上吸收、反射特征的分布情況等。而目前國內(nèi)外很少有研究成果分析來自組織的電磁輻射在不同波長上偏振特征之間的差異，以及這些差異與光譜差異之間的區(qū)別，同時還缺乏具體組織的偏振光譜特征庫支持。2） 研究不同偏振參數(shù)與組織物理性、化學(xué)性之間的關(guān)系 不同狀態(tài)的組織，在一定波長的偏振態(tài)下能有效的區(qū)分出來。針對本項目具體的研究任務(wù)和目標，采用以下技術(shù)路線：1） 首先研究組織偏振光譜BRDF模型和測量方法BRDF是一個不依賴于外部輻射源等因素的量，可以有效的描述組織的理論特征。然后用平行分析儀把入射光平行到入射光偏振位置（ε0=εa/），如果入射光的立體角和散射光立體角幾乎可以近似相等，在I∥≥I⊥情況下，通過相關(guān)計算得到后向散射光的平行垂直分量之差I(lǐng)∥I⊥為：式中 ，散射的波長l =2π/k，剩余光譜強度可以用以上公式以及Mie 理論擬合曲線獲得。εp），εp 表示散射平面上偏振散射光單位向量。I∥和I⊥可表示為：其中準Φ0=arccos（εp0s0）。入射光偏振態(tài)兩個方向?，F(xiàn)用線性偏振光作為入射光來獲取單向后向散射光，系統(tǒng)裝置如圖5所示。偏振光在經(jīng)歷單向散射后，其中一部分散射光仍能夠保持其原有的偏振特性，這些特性被用來獲取生物組織層的表皮信息及近表皮層成像。以往主要采用組織切片、流式細胞儀和Mie理論光學(xué)模型等來獲得這些參數(shù)，但是這些技術(shù)只能限于一些特定的組織類型。然而在探測這些信息時，需要克服源于基底組織漫散射所引起的大量反射光，為了更好地解決這一問題，必須要對上皮層組織結(jié)構(gòu)有一個很好的了解。圖4 用偏振反射光譜測量在體前臂皮膚組織實驗系統(tǒng)利用偏振散射光譜獲取原位在體的上皮組織信息對在體組織細胞結(jié)構(gòu)特征的研究一直是生物醫(yī)學(xué)上一個重要的問題。用偏振光探測生物組織這種高散射介質(zhì)就是根據(jù)此方法獲取組織形態(tài)結(jié)構(gòu)信息來獲取這些信息，需要通過求組織偏振度PL的值，因此用線性偏振度PL作為診斷參數(shù)來分析生物組織特征的變化成為了一種很好的方法。一束偏振光入射到高散射介質(zhì)，后向擴散散射光會形成特殊的二維空間光強分布，其分布特征與介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)。Stokes矢量定義的總偏振度的數(shù)學(xué)表達式為： 高散射生物上皮組織的線偏振度確定理論與實驗研究表明，組織介質(zhì)的強光散射特點對測量其特征光參數(shù)有很大的影響，尤其在后向散射的剩余偏振度上，這就使得用非單色性及準單色性線偏振光來探測生物組織形態(tài)與功能，利用線偏振光譜獲取組織表面光學(xué)圖像，漫反射光譜技術(shù)來獲取組織光學(xué)特性等方法倍受關(guān)注。根據(jù)入射光的偏振信息，通過米勒矩陣就可以計算出散射光的偏振狀態(tài)，然后由散射光和入射光之間的偏振度，可以分析散射介質(zhì)的一些特性。其次進行正常組織和典型病變組織的偏振光譜的數(shù)據(jù)采集并作出特性對比，將差異性的結(jié)論數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中。延遲器的快軸方向與參考方向為45176。、135176。、45176。為了實現(xiàn)成像偏振探測系統(tǒng)，需要在圖像傳感器之前放置偏振片和線性延遲器。主要采用的方法：對源圖像作離散正交小波分解，然后在小波域內(nèi)采用一定的融合規(guī)則進行融合，最后重構(gòu)得到融合圖像，其融合效果明顯，而且能有效地去除噪聲。具體采用的方法是多分辨分析理論的融合技術(shù)，主要是在多尺度及多方向上對圖像特征進行融合處理，融合結(jié)果不會出現(xiàn)人為的拼接痕跡，具有良好的可視效果和融合一致性?；谙∈杈幋a的偏振光譜圖像超分辨技術(shù)的解決，根據(jù)通過光的探測來呈現(xiàn)上皮組織的情況，需要考慮環(huán)境的影響，因此對空間、光譜、偏振多維度聯(lián)合稀疏的建立和處理信息的協(xié)同工作機制是比較重要的，在此采用多源圖像融合的像素級融合方法，可以提高被檢測生物上皮組織細胞結(jié)構(gòu)的分辨率和精度，并且可降低檢測信息的不確定性，增強系統(tǒng)的容錯性能和自適應(yīng)性等。并根據(jù)粒子直徑、標準偏差來判斷光譜的波紋結(jié)構(gòu)的幅值及振蕩頻率和散射光譜折射率大小。根據(jù)后向偏振散射光譜的光學(xué)系統(tǒng)獲取的生物上皮組織細胞數(shù)據(jù)，建立上皮組織偏振光譜散射模型，根據(jù)不同上皮組織偏振光譜圖像信息建立不同的數(shù)據(jù)庫。在散射光的檢測部分，偏振片P2充當檢偏器的作用，通過P2可以選擇后向散射光中與P1分別平行和垂直的分量。偏振片P1用來對可見光起偏，產(chǎn)生線性偏振光。其光源采用功率為100W的鹵素燈，發(fā)射波長范圍為400～900nm的可見光，經(jīng)光纖導(dǎo)出，再經(jīng)聚光鏡C聚光。在系統(tǒng)中，采用線偏振光斜入射到高散射介質(zhì)樣品表面，檢偏器和光譜儀配合記錄后向散射光中平行、垂直分量，隨后計算出差分光譜或偏振度光譜用于分析。：項目的關(guān)鍵技術(shù)是利用偏振散射光譜技術(shù)作為一種無損在體光學(xué)檢測的特點，通過采用后向偏振散射光來探測細胞核形態(tài)學(xué)參數(shù)的變化（如細胞核尺寸、核漿比、核染色質(zhì)的增加等），測量上皮細胞后向散射光譜圖像檢測到早期癌癥信號，從而實現(xiàn)早期治療。5）利用偏振散射光譜獲取原位在體的上皮組織信息對在體組織細胞結(jié)構(gòu)特征的研究一直是生物醫(yī)學(xué)上一個重要的問題。通過分析高散射介質(zhì)偏振光后向散射的空間光強分布，可以反推介質(zhì)的屬性特征。其次進行正常組織和典型病變組織的偏振光譜的數(shù)據(jù)采集并作出特性對比，將差異性的結(jié)論數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中。延遲器的快軸方向與參考方向為45176。、135176。、45176。為了實現(xiàn)成像偏振探測系統(tǒng)，需要在圖像傳感器之前放置偏振片和線性延遲器。如圖1綜合了傳感器、圖像處理、信號處理、顯示、計算機和人工智能等技術(shù)的現(xiàn)代高新技術(shù)。2）基于稀疏編碼的偏振光譜圖像超分辨技術(shù)的解決要通過光的探測來呈現(xiàn)上皮組織的情況就必然考慮環(huán)境的影響，那么對空間、光譜、偏振多維度聯(lián)合稀疏的如何建立和處理信息的協(xié)同工作機制就比較的重要。分析表明：粒子直徑、標準偏差主要影響光譜的波紋結(jié)構(gòu)的幅值及振蕩頻率，而散射光譜值的大小對相對折射率最為靈敏；且光譜基波分量及低次諧波分量的貢獻依賴于粒子直徑、標準偏差及相對折射率的大小。首先，研究散射介質(zhì)中偏振光的傳輸模型，即從上皮組織的結(jié)構(gòu)以及非典型增生、原位癌的特征出發(fā)，建立了雙層散射介質(zhì)的偏振后向散射光譜的理論模型。項目主要內(nèi)容及創(chuàng)新點：（1）項目主要內(nèi)容及技術(shù)路線a. 項目主要內(nèi)容1）上皮組織偏振光譜散射模型的建立由于偏振光具有矢量性，與不具有偏振而只由強度決定的自然光比較，具有包括偏振方向在內(nèi)的更多的信息，因此利用偏振光和物質(zhì)相互作用而引起的各種效應(yīng)，可對介質(zhì)本身的某些特性進行研究。特別是偏振光譜圖像分析，基于偏振特征的信息融合、目標檢測等研究成果先后在《Applied Optics》、《 IEEE Geoscience and Remote Sensing 》、《Computer Vision and Image Understanding》等處發(fā)表。申請者及其所在的研究小組長期從事圖像分析、信息融合等方面的研究工作，并取得多方面的理論和應(yīng)用成果。但目前，在該方面國內(nèi)外關(guān)于空間、光譜、偏振的聯(lián)合稀疏表示，以及相應(yīng)的重構(gòu)算法等方面的研究成果較少，不足以支撐其在偏振光譜圖像超分辨方便的應(yīng)用。Dong、Yang、Mallat等人在先后基于數(shù)據(jù)的稀疏性，提出全新的圖像超分辨理論，既能減少相關(guān)數(shù)據(jù)量又能有效地提取有用信息。利用“數(shù)據(jù)是稀疏”的先驗知識，可以得到更有效地觀測和表示數(shù)據(jù)。從觀測Y重構(gòu)X是一個病態(tài)的逆問題，需增加相關(guān)的正則約束才能獲得相應(yīng)的解。圖像超分辨率是指由低分辨率圖像恢復(fù)出高分辨率圖像，把在獲取圖像時丟失或降低的高頻信息恢復(fù)出來。由于光學(xué)器件和成像條件等因素的影響，很難獲取高空間分辨率的偏振光譜圖像，這對精確確定組織病變區(qū)域帶來困難。2）對描述偏振特征各參數(shù)的物理意義，各波段偏振參數(shù)與組織物理特性之間的關(guān)系研究不足，給偏振光譜特征的利用帶來一定的困難。完備的偏振光譜描述手段是回答諸如“用偏振光譜信息能否有效描述上皮組織病變”等應(yīng)用方向性問題，同時也是綜合利用偏