胃肠道是人体重要的组织器官,但胃肠道癌症至今人类仍没有有效的治疗措施。据统计,癌症早期发现并及时治疗后,五年生存率可以超过90%。因此,及时发现并治疗早期癌前病变对于抑制恶性肿瘤的发展和降低死亡率至关重要。现在临床使用的内镜多为白光内镜,但由于它只能检测出黏膜表面颜色明显、形状变化显著的病变,对于早期的癌前病变,容易出现漏诊的情况。为了提高检测成功率,一些新型的检测技术不断用于临床检测,其中自体荧光技术便是其中一种。然而,现有的自体荧光检测系统由于光源功率较高、设备体积较大等缺陷,制约了自体荧光技术在临床上的应用。本文在国家自然科学基金项目(No.61673271,No.81601631)资助下,针对自体荧光内镜存在的尺寸较大、光源的散热和聚光以及图像质量不高等问题,进行了自体荧光内镜系统的设计和优化。自体荧光内镜系统共分两部分,图像采集前端工作时置于体内,主要负责采集图像:图像传感器选用了新型的医学专用CMOS图像传感器,与图像传感器配合的AD转换芯片;荧光光源选择了功率高、体积小的紫外LED光源,并通过理论计算,设计优化了光源的光路结构。图像数据的处理和控制传输选用了FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列),在保证数据传输速率的前提下,简化硬件结构。FPGA驱动电路、USB芯片等结构都放置在体外,既节省了体积,又提高了可靠性。FPGA模块在进行图像的预处理时,首先对系统中的多个时钟信号进行了边沿检测,确保系统的正常工作,同时FPGA的高速并行数据传输的优点,又可以满足内镜采集图像时的实时显示。最后,由上位机实现视频图像的接收、显示与存储。设计完成的自体荧光内镜系统图像采集前端外径为11.7mm,长度为55mm;针对2种波长为365nm的紫外光源,经过仿真和光谱仪的实际测试,两种紫外光源最低的相对辐射强度为6.4×10~4,可以发出满足激发要求的紫外光。优化设计的散热结构使NVSU233A的电极温度从71°C降到了27.1°C,NVSU333A的电极温度从53.4°C降到了26.0°C。离体的动物组织实验表明,整个光路系统可以稳定的工作,并发出满足自体荧光激发要求的出射光,光照射在荧光试剂涂抹的内壁时,汞溴红试剂变成了橙红色和金黄色,甲基紫试剂变成了深紫色和黑色。所采集到的荧光图像与参考图像相比,信噪比优于参考图像,最低的为52dB,最高的可以达到58dB。但是清晰度指标NRSS(No-reference Structural Sharpness,无参考结构清晰度)较低,为0.1~0.3。