一种基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统及其使用方法与流程

本发明属于内窥镜，具体涉及一种基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统及其使用方法。

背景技术：

1、随着半导体和计算机技术的飞速发展，其应用领域不断向周边学科渗透，集成传统光学技术与现代计算机技术、微电子技术等高新技术于一身的医用电子内窥镜已经成为当前应用非常广泛的一种医疗仪器。医生通过内窥镜不仅能直接观察到人体内脏器官的组织形态及病变情况，而且还可将观察到的图像进行存储和传输，以便进一步的诊疗和处理，其诊疗优越性已在医学界达成共识。

2、内窥镜历经百年发展，新产品与新技术层出不穷，掀起了一股内窥镜开发和应用的热潮。红外荧光内窥镜系统是目前比较有代表性的一种，在常规内窥镜功能中增加红外光照明功能，配合相应的荧光剂染料，可实现对体内肿瘤的快速识别和定位，也极大提高了手术的便利性。但是内窥镜系统依靠医学影像技术进行临床诊断，只能显示生物器官组织图像，依然无法避免存在漏检的问题，如何实现分子层面诊断，提高诊断精度是当前研究的热点。

3、光谱诊断是通过光谱层面来辨别样品生物成分的信息，光谱诊断可很大程度上避免由于光线散射造成的假阳性问题，且具有更高的组织检测深度和更高的空间灵敏性。将光谱诊断技术与内窥镜影像技术相结合，在内窥镜系统上同时实现光学图像及光谱的获取，双重保障使得内窥镜手术更加安全可靠。现有的光谱诊断技术仍然停留在体外检测阶段，很难实现内窥镜成像诊断和光谱诊断相结合的理想诊断效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统及其使用方法，实现内窥镜影像和光谱联合诊断。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，该系统包括光源主机子系统、内窥镜镜体、内窥成像子系统和光谱分析子系统；其中：

4、光源主机子系统包括光源主机和分光装置；光源主机内置有红外光源、白光光源和紫外光源，用于产生单一光或组合光，并经分光装置产生两路光谱信息一致的光，一路作为照明光，传导至内窥镜镜体，另一路作为光谱参考光，传导至光谱分析子系统；

5、内窥镜镜体设有照明光纤接口、内窥镜照明光纤、内窥镜成像组件、导光单光纤和导光单光纤接口；传导至内窥镜镜体的照明光经照明光纤接口进入内窥镜，再由内窥镜照明光纤传导至内窥镜前端出射，用于体内照明及荧光物质激发；内窥镜成像组件配合内窥成像子系统，用于白光及荧光成像；导光单光纤用于接收视场角范围内的反射光及荧光发射光，并由导光单光纤接口传出，作为光谱检测光；

6、光谱分析子系统用于接收并解析光谱参考光及光谱检测光，并将参考光谱与检测光谱进行对比分析，实现光谱检测。

7、进一步的，光源主机子系统还包括第一光路模块和第二光路模块；第一光路模块用于将各光源发出的光进行准直，第二光路模块用于将准直后的光进行合光。

8、进一步的，若单一光源开启，则为单一光，单一光包括红外光、白光和紫外光；若至少两个光源开启，则为组合光，组合光包括白光加红外光、白光加紫外光、红外光加紫外光以及红外光加白光加紫外光。

9、进一步的，分光装置为分光片；分光片按分光比例将单一光或组合光分成两路，能量多的一路为照明光，能量少的一路为光谱参考光。

10、进一步的，红外光源的光谱范围为780-810nm，白光光源的光谱范围为400-780nm，紫外光源的光谱范围为300-400nm。

11、进一步的，该系统还包括导光束、第一单光纤和第二单光纤；

12、导光束连接光源主机子系统与照明光纤接口，用于将照明光传导至内窥镜镜体；第一单光纤连接导光单光纤接口与光谱分析子系统，用于将视场角范围内的反射光及荧光发射光传导至光谱分析子系统；第二单光纤连接光源主机子系统与光谱分析子系统，用于将光谱参考光传导至光谱分析子系统；

13、光谱分析子系统包括光谱检测主机。

14、进一步的，内窥镜照明光纤内置于内窥镜镜管中，内窥镜成像组件位于内窥镜镜体的头端，照明光纤接口和导光单光纤接口均位于内窥镜镜体的尾端。

15、进一步的，导光单光纤内置于内窥镜镜体，其光纤数值孔径与内窥镜成像组件的视场角相匹配；由光纤数值孔径计算公式得到光纤na值：

16、na＝n×sinθ

17、式中，na表示光纤数值孔径，n表示空气折射率，θ表示光纤半视场角。

18、进一步的，病变部位存在荧光物质，在照明光的激发下产生荧光发射光，导致检测光谱与参考光谱存在差异。

19、一种上述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统的使用方法，包括以下步骤：

20、光源主机子系统产生照明光及光谱参考光；

21、照明光传导至内窥镜前端并出射，进行体内照明及荧光物质激发；光谱参考光传导至光谱分析子系统，产生参考光谱；

22、内窥镜成像组件配合内窥成像子系统，进行白光及荧光成像；

23、导光单光纤接收视场角范围内的反射光及荧光发射光，并传导至光谱分析子系统，产生检测光谱；

24、根据白光及荧光图像和检测光谱与参考光谱，实现目标区域病变检测。

25、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

26、1、在内窥镜传统影像观察的基础上，高度集成新型的光谱检测方法，双重诊断方式使得内窥镜系统看得更清，也看的更准。光谱检测能够有助于识别病变更小、发病位置更深的疾病，更有利于疾病的早期发现和诊断。

27、2、光谱检测使用双光谱实施探测技术，同时监测发射光光谱与接收光光谱，根据光谱差异定位异常病变，其准确率大大提升；相比单一荧光影像方法过程中出现的伪荧光、假阳性问题，光谱检测方法可完全杜绝，彻底避免诊断过程中出现误检及漏检的可能性。

28、3、光源系统通过合光的方式实现宽光谱照明，使用过程中可以组合光源的方式实现宽光谱照明，也可控制特定光谱光源工作，可有效避免在诊断过程中非相关光产生的影响。

29、4、光谱导光光纤完全内置于内窥镜镜体中，不改变内窥镜的原有尺寸，使用过程中不会增加患者的创伤，且内窥镜处无需增加额外的附件。

30、5、病变部位的完整切除是影响预后的重要因素，光谱检测方法能够很好的保证病变的切除完整性，光谱诊断技术整合到内窥镜设备系统中，在实现微创手术的前提下，极大提高了手术的成功率。

技术特征：

1.一种基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，该系统包括光源主机子系统、内窥镜镜体、内窥成像子系统和光谱分析子系统；其中：

2.根据权利要求1所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，光源主机子系统还包括第一光路模块和第二光路模块；第一光路模块用于将各光源发出的光进行准直，第二光路模块用于将准直后的光进行合光。

3.根据权利要求2所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，若单一光源开启，则为单一光，单一光包括红外光、白光和紫外光；若至少两个光源开启，则为组合光，组合光包括白光加红外光、白光加紫外光、红外光加紫外光以及红外光加白光加紫外光。

4.根据权利要求1所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，分光装置为分光片；分光片按分光比例将单一光或组合光分成两路，能量多的一路为照明光，能量少的一路为光谱参考光。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，红外光源的光谱范围为780-810nm，白光光源的光谱范围为400-780nm，紫外光源的光谱范围为300-400nm。

6.根据权利要求1所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，该系统还包括导光束、第一单光纤和第二单光纤；

7.根据权利要求1所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，内窥镜照明光纤内置于内窥镜镜管中，内窥镜成像组件位于内窥镜镜体的头端，照明光纤接口和导光单光纤接口均位于内窥镜镜体的尾端。

8.根据权利要求1或7所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，导光单光纤内置于内窥镜镜体，其光纤数值孔径与内窥镜成像组件的视场角相匹配；由光纤数值孔径计算公式得到光纤na值：

9.根据权利要求1所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，其特征在于，病变部位存在荧光物质，在照明光的激发下产生荧光发射光，导致检测光谱与参考光谱存在差异。

10.根据权利要求1所述的基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于内窥镜的影像和光谱联合检测系统，包括光源主机子系统、内窥镜镜体、内窥成像子系统和光谱分析子系统；光源主机子系统产生两路光谱信息一致的光，一路作为照明光，传导至内窥镜镜体，另一路作为光谱参考光，传导至光谱分析子系统；传导至内窥镜镜体的照明光由内窥镜前端出射，用于体内照明及荧光物质激发；内窥镜成像组件配合内窥成像子系统，用于白光及荧光成像；导光单光纤用于接收视场角范围内的反射光及荧光发射光，并由导光单光纤接口传出，作为光谱检测光；光谱分析子系统用于接收并解析光谱参考光及光谱检测光，实现光谱检测。本发明能够实现内窥镜影像和光谱联合检测，提升了病变检测的准确率。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：卓外(上海)医疗电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16