一种激光诱导荧光光谱阴道镜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光诱导荧光光谱阴道镜。本发明使用激光作为诱导荧光的光源，控制激光扫描组件对宫颈组织部位进行逐点扫描，同步检测所激发荧光光谱，分析逐点获取光谱与病变部位特征光谱的相关性来计算逐点的病变指数，进而生成病变指数分布图。本发明可通过附加照明光源、图像传感器等辅助医护人员完成检测过程。激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器通过光路合束组件来实现光线合束，并将光线通过定位插管与病变部位相通。本发明利用激光的高亮度、单色性、方向性好的特性，照射到病变部位光斑面积小、亮度高、检测灵敏度高，同时可以激发激光诱导荧光特异性光谱，大大提高检测灵敏度与准确度。
【专利说明】
一种激光诱导荧光光谱阴道镜
技术领域
[0001]本发明属于医疗检测设备领域，更具体地，涉及一种使用激光扫描器激发激光诱导荧光并获取宫颈组织特征光谱的阴道镜检测设备。
【背景技术】
[0002]宫颈癌是女性第二大常见癌症，宫颈癌的发生与人乳头状瘤病毒(HPV)的感染有关，有些高危型HPV感染患者，在持续感染时，容易发生癌前病变和宫颈癌。
[0003]宫颈癌是可以通过预防降低发病率和死亡率的少数恶性肿瘤之一。目前诊断宫颈癌的标准流程是通过阴道镜发现可疑病变，并对可疑病变取活检做成病理切片再确诊。普通电子阴道镜在发现上皮内瘤变的敏感性、特异性一般，容易出现漏诊现象，也可能导致不必要的宫颈活检，给患者带来伤害。
[0004]光谱学技术作为一种非侵袭性临床诊断技术，通过组织的光谱特征对病变进行识别并指导病变组织活检，可大大提高宫颈病变活检阳性率，降低漏诊率，为宫颈病变临床提供了一种可靠的诊断方法。光谱成像可通过对光谱进行计算机客观分析，摆脱了普通阴道镜受医师临床经验束缚的限制。
[0005]检测激光照射样品后的荧光发射的方法称为激光诱导荧光。由于激光具有很好的方向性和单色性，而激光诱导荧光的方向和波长与激发光不同，因此与其它激光光谱法相比灵敏度高。已有报导可以检测出100个/cm3以下的原子。而对于大多数分子，则可以很容易地检测到16个/cm3原子。通过对激光调频，可以选择激发跃迀的初始状态和终了状态，因此可以解析分子的十分复杂的谱带。
[0006]传统的荧光检测法采用氙灯或LED作为光源，热损耗功率大，成像效果差，检测精度低。本发明使用激光作为光源来诱导荧光，通过聚焦对检测宫颈病变部位进行逐点扫描并记录逐点激发的荧光光谱。光谱包含的信息比普通相机采集图像包含的信息量要大得多，通过光谱分析可以精确的计算得到病变指数，从而生成病变指数的分布图。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种能够无损伤、准确、灵敏度高的宫颈病变检测仪，激光诱导荧光光谱阴道镜，包括:定位插管、光路合束组件、激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器以及控制系统。
[0008]定位插管，定位插管为两端开口的中空管，用来固定检测仪与病人宫颈的相对位置，并提供光路工作空间。
[0009]光路合束组件，光路合束组件为两端开口的中空管，内含多片合束镜，侧面设置有多个侧开口，其中光路合束组件的一端与定位插管的一端相连接；
激光扫描组件，激光扫描组件与光路合束组件相连接，用来对病变部位进行逐点扫描。
[0010]光谱采集组件，光谱采集组件与光路合束组件相连接，为高速度、高分辨率光谱仪，与激光扫描组件同步工作，实时采集激光激发的荧光光谱信息。
[0011]图像传感器，图像传感器与光路合束组件相连接，用来采集病变部位图像，辅助操作人员进行观察；
照明光源，照明光源与光路合束组件相连接，为采集病变部位图像提供照明。
[0012]控制系统，控制系统与激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器相连，用于控制、协调激光扫描组件与光谱采集组件的同步工作，协调控制照明光源与图像传感器配合工作。
[0013]进一步地，激光扫描组件包含激光发射器和光学扫描振镜。激光发射器产生的激光通过光学扫描振镜两个镜片反射后，进入光路合束组件。
[0014]进一步地，控制系统通过控制光学扫描振镜的角度来改变激光的发射角度，进而实现激光在病变部位的逐点扫描。
[0015]进一步地，激光扫描组件生成的激光通过聚焦镜在定位插管的另一端的端口处聚焦。
[0016]进一步地，激光束在病变部位形成的光斑的直径为0.05?0.3_。
[0017]进一步地，光路合束组件包括:
光路合束组件外壳，光路合束组件外壳为两端开口的筒状结构、侧面设置有多个侧开口，且光路合束组件外壳的一端与定位插管的一端相连接，光路合束组件外壳的另一端以及侧开口分别于与激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器相连接;各个组件的位置关系不是完全固定的，本发明实例列举的只是其中一种，合理的改变各个组件在光路合束组件的连接位置与顺序，对本发明的效果影响甚小，均在本发明的保护范围之内。如调换光谱采集组件与照明光源的位置、调换照明光源与图像传感器的位置等。
[0018]合束镜，合束镜设置在光路合束组件外壳内部，且合束镜与光路合束组件外壳侧面的夹角为45度。连接激光扫描设备的合束镜为对激光波长全反射，其他波长全透射的二向色镜。连接光谱仪、照明光源、图像传感器的合束镜为半反/半透镜。
[0019]进一步地，控制系统可以通过分析逐点采集的光谱，生成该点的病变指数，即该点病变的程度或者病变分布密度等。从而生成病变指数的分布图，直观、方便对病变情况的诊断。
[0020]进一步地，控制系统与外部数据存储设备相连接，以实时地将检测过程中的各种检测信息数据存储到外部数据存储设备。
[0021]本发明通过对病变部分逐点扫描，具有以下优点:
病变特征突出，由于激光聚焦点很小，直径只有0.05-0.3mm，在激光聚焦的微小范围内，微细病变也可以占据较大的比例甚至全部充满，相比大范围检测病变，病变的特征会更加明显，大大加强了检测的敏感度，甚至可以发现早期的宫颈癌病变。
[0022]激光诱导荧光技术的应用，利用高亮度激光诱导荧光的特异性光谱可以高灵敏度的发现病变，并准确的区分病变的类型。
[0023]本发明准确度高，可明显提高活检的准确率。
【附图说明】
[0024]图1为本发明一种激光诱导荧光光谱阴道镜的结构图。
【具体实施方式】
[0025]以下将配合图示及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程，能充分理解并据以实施。
[0026]参照图1根据本发明实施例的激光诱导荧光光谱阴道镜包括定位插管I，光路合束组件2，激光扫描组件3，光谱采集组件4，照明光源5，图像传感器6，控制系统7。定位插管I的一端与光路合束组件2的一端连接，激光扫描组件3与光路合束组件2的侧端连接，光谱采集组件4，照明光源5，图像传感器6分别与光路合束组件2的侧端、后端连接。控制系统7可以根据图像传感器3获取的病变部位图像，控制激光扫描组件生成聚焦激光束扫描病变部位，并同时控制光谱采集组件4进行病变部位激光激发荧光光谱的逐点同步采集。
[0027]定位插管I为两端开口的中空管。该定位插管I用于定位患者的病变部位，便于对病变部位进行激光扫描，并且定位插管还限定激光束的路径，使得激光路径在定位插管所限定的范围内。为保持检测安全、防止交叉感染，该定位插管I为一次性医疗用具。
[0028]光路合束组件2包括光路合束组件外壳和合束镜。
[0029]光路合束组件外壳，光路合束组件外壳为两端开口的筒状结构、侧面设置有多个侧开口，且光路合束组件外壳的一端与定位插管的一端相连接，光路合束组件外壳的另一端以及侧开口分别与激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器相连接；
合束镜，合束镜设置在光路合束组件外壳内部，且合束镜与光路合束组件外壳侧面的夹角为45度。连接激光扫描设备的合束镜201为二向色镜，合束镜201对激光波长全反射，而对其它波长全透射。连接光谱仪、照明光源、图像传感器的合束镜202、203为半反/半透镜。
[0030]激光扫描组件3与光路合束组件2的第一个侧开口相连接，用来对病变部位进行逐点扫描。第一个侧开口相对光路较短，该单元由激光发生器和光学扫描控制单元组成。激光发生器可以产生某单一波长的激光，激光的波长可以由需要检测的项目来决定，如266nm、360nm、405nm、532nm等。光学扫描控制单兀为光学扫描振镜设备，属于现有技术。光学扫描振镜为可程序控制旋转角度的互相垂直的两片反射镜，通过控制电流大小来控制镜片的旋转角度，由两片反射镜分别实现互相垂直的两个方向的转动，从而控制激光束在二维方向上的自由投射。目前光学扫描振镜技术已经应用于激光打标、舞台激光表演、激光3D打印等领域。
[0031]光谱采集组件4与光路合束组件2的第二个侧开口相连接(也可以与第三个侧开口或者后端开口交换)，为高速、高分辨率光谱仪，与激光扫描组件同步工作，实时采集激光激发的荧光光谱信息。光谱采集单元为高速光谱检测设备，可以实时收集到当前的光谱信息。所激发荧光通过合束镜反射到光谱检测设备，复合光线通过聚焦导入光纤，从而导入光谱仪的入口，再送到衍射光栅，将不同波长的光色散并聚焦到不同角度的CCD或者CMOS光传感器单元上，从而高效的获取荧光光谱信息。属于现有技术。
[0032]照明光源5为采集区域提供可见光源，辅助图像传感器的采集。为了不影响其它单元的正常工作，照明光源有以下特点。1、使用可见光，方便操作人员观察病变部位。2、白光下取病变部位的图像、还原度高。白光采用LED或者红绿蓝三色激光合成白光，激光光源可以增强成像的对比度。3、采集荧光光谱时关闭照明光源。
[0033]图像传感器6获取到的图像实时显示在人机交互界面上，方便操作人员进行观察。
[0034]控制系统7控制激光扫描器进行逐点扫描，同时读取光谱采集单元采集到的光谱信息，每个光谱信息对应一个相应的扫描位置。逐点采集到光谱与病变部位的特征光谱进行比对分析，可以计算病变指数，从而生成病变指数分布图。荧光光谱的分析属于医学领域知识，对不同的病变和疾病类型有不同的分析方法。本发明可以针对不同的分析方法调整激光的波长以及光谱仪检测的波长范围，为光谱诊断提供丰富的光谱信息。使用光谱的方式分析病变比单一通过RGB三原色成像的方式来分析病变，信息量大、准确度高，保证光谱分析的高灵敏性与低误判率。
[0035]同时通过对激光扫描到逐点光谱进行分析、分类，并按照分类的可信度标记在相应的坐标上，形成病变的分布图像，可以很好的描述病变的分布范围以及病变的严重程度。
[0036]优选地，控制系统7与外部数据存储设备(图中未示出)相连接，用以实时地将检测过程中产生的信息数据存储到外部数据存储设备。控制系统7与外部数据存储设备(图中未示出)的连接方式可以是无线连接也可以是有线连接。该检测信息数据可以是医生在检测过程中设定的激光扫描运动参数、检测过程中病变部位的图片或视频等内容，但本发明中所述的激光扫描运动参数并不限于此。将检测数据保存在外部存储设备，可以为病例研究提供帮助，且为可能发生的医患纠纷提供证据。
[0037]以下举例说明工作过程如下:
将定位插管I插入阴道扩张器并抵达宫颈;控制系统7控制照明光源5与图像传感器6对病变部位进行成像，并将成像数据传送到控制系统7;医生通过成像确认预设检测区域，将宫颈图像保存并启动激光诱导荧光检测成像。控制系统7控制激光扫描组件3对病变部位进行逐点扫描，同时控制光谱采集组件4对逐点扫描位置对应的光谱进行同步采集。并记录逐点的光谱信息与其相应的位置。控制系统7或者上位计算机根据病变部位的光谱特征计算逐点的病变指数，并合成病变指数分布图。
[0038]—个简单的病变指数计算模型如下，本模型为简单示例，不代表本示例为优选方案，可以通过医学实验优化本计算模型。
[0039]正常组织与癌变组织光谱对照，癌变组织在460nm与630nm波长处特征差异较大。癌变组织460nm处峰值明显减小，而在630nm处有荧光光谱峰值出现。
[0040]设Vi,j(x)为第i行，第j列扫描点的光谱在波长为X的观察值。
[0041 ] 对所有采集点在460nm的光谱值Vi,j(460nm)进行统计，并取最大值Vmax=MAX(Vi,j(460nm))。
[0042] 对所有采集点在630nm的光谱值Vi,j(630nm)进行统计，并取最小值Vmin=MIN(Vi,j(630nm))。
[0043 ]可计算460nm 贡献病变指数 Ri=(Vmax-Vi, j (460nm)) /Vmax。
[0044]可计算630nm贡献病变指数R2=(Vi,j(630nm)_Vmin)/Vi, j(630nm)。
[0045]根据逐点的病变指数可以生成病变指数图像I，有 1^255*1^’*^’ ο 1^为图像1在第1行、第]_列的亮度，0〈=1^」〈=255。
[0046]其中R1’为460nm贡献病变指数的校正指数，Rr=MAX(C),MINaj1 * ki)) Iu为映射指数取ki=l.6。
[0047]其中1?2’为63011111贡献病变指数的校正指数，1?2’=1^乂(0肩1队1，1?2 * k2)) k2为映射指数取k2=2.5。
[0048]最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本发明技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
【主权项】
1.一种激光诱导荧光光谱阴道镜的检测方法，其特征在于包含激光扫描组件、光谱采集组件，控制系统;控制系统通过控制激光扫描组件对病变部位进行逐点扫描，同时控制光谱采集组件同步采集逐点光谱用于宫颈病变的检测。2.—种激光诱导荧光光谱阴道镜，其特征在于包含激光扫描组件、光谱采集组件，控制系统;控制系统通过控制激光扫描组件对病变部位进行逐点扫描，同时控制光谱采集组件同步采集逐点光谱用于宫颈病变的检测。3.根据权利要求2所述的激光诱导荧光光谱阴道镜，其特征在于还包括光路合束组件，光路合束组件与激光扫描组件、光谱采集组件相连，通过合束镜将激光扫描组件、光谱采集组件的光路合束，光路从光路合束组件的一端导入宫颈。4.根据权利要求3所述的激光诱导荧光光谱阴道镜，其特征在于还包括定位插管，定位插管与光路合束组件的光路出口 一端相连，为光路提供工作空间，将光路导入宫颈，并起到固定作用。5.根据权利要求2-4任一项所述的激光诱导荧光光谱阴道镜，其特征在于还包括照明光源与图像传感器，用于辅助医生对检测位置进行定位。6.根据权利要求2-5任一项所述的激光诱导荧光光谱阴道镜，其特征在于，控制系统包含光谱分析与病变指数图像生成功能，通过对逐点采集光谱与特征光谱的对比计算病变指数，生成检测区域的病变指数分布图像。7.根据权利要求2-6所述的激光诱导荧光光谱阴道镜，其特征在于还包括远程监测系统，能够由专家远程观察并协助检测过程，确保检测过程的合理性。8.根据权利要求2-6所述的激光诱导荧光光谱阴道镜，其特征在于还包括远程信息管理系统，能够将采集到的检测过程、结果数据上传并保存。
【文档编号】A61B1/06GK105877692SQ201610385183
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】张克非, 王宏伟, 郭健
【申请人】中卫祥光（北京）科技有限公司