熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)及熒光顯微內(nèi)窺成像方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備，新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括由寬光譜照明光源模塊構(gòu)成的照明模塊、由科學(xué)級低溫制冷CCD相機或工業(yè)級CCD相機構(gòu)成的圖像采集部、用于數(shù)據(jù)傳遞的細(xì)徑柔性傳像光纖、放大物鏡、物鏡切換裝置、多光譜分光采集裝置、調(diào)焦裝置、傳像光學(xué)系統(tǒng)、機械電子控制模塊、以及圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊；新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括的各組件均設(shè)置于外殼內(nèi)，且彼此間相互連通且相配合使用。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)合熒光顯微鏡的成像原理和多光譜信息獲取技術(shù)，通過優(yōu)化硬件設(shè)備、研發(fā)圖像處理軟件，建立全新的熒光顯微分子成像?特殊光解剖構(gòu)造成像的雙模態(tài)內(nèi)鏡成像模式。

Fluorescence microscopic endoscope imaging system and fluorescence microscopic endoscope imaging method

The invention of fluorescence microscopic endoscopic imaging system, including the new fine fiber multispectral fluorescence imaging equipment, fine fiber multi spectral fluorescence microscopic imaging device comprises a wide spectrum of lighting source module lighting module, by the scientific level of cryogenic CCD camera or industrial CCD camera image acquisition part, for a data transfer the thin flexible image fiber amplifier, an object lens, switching device, multi spectral light collecting device, image focusing device, optical system, mechanical electronic control module, data processing module and image control model; small diameter fiber multi spectral fluorescence microscopic imaging device includes the components are all arranged in the shell, and each other inter connected and matched. The invention is combined with the imaging principle of fluorescence microscopy and multi spectral information acquisition technology, through the optimization of hardware equipment, research and development of image processing software, dual mode model of endoscopic imaging fluorescence molecular imaging special light new anatomical imaging.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)及熒光顯微內(nèi)窺成像方法
本專利技術(shù)涉及成像技術(shù)，具體是一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，同時，其還展示利用一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)進(jìn)行一種熒光顯微內(nèi)窺成像的一種熒光顯微內(nèi)窺成像方法。
技術(shù)介紹
消化系統(tǒng)腫瘤是世界范圍內(nèi)最常見腫瘤之一。早發(fā)現(xiàn)、早治療，提高早期癌癥的診斷水平對于提高患者生存率、減輕社會經(jīng)濟負(fù)擔(dān)有著深遠(yuǎn)的意義。目前國際研究表明，內(nèi)鏡檢查時發(fā)現(xiàn)消化系統(tǒng)腫瘤的最有效途徑。然而現(xiàn)有內(nèi)鏡技術(shù)存在檢出率低，漏診率高等諸多問題。為解決現(xiàn)有問題，分子影像學(xué)為我們提供了新的思路。分子影像學(xué)對活體內(nèi)的生物過程在細(xì)胞和分子水平進(jìn)行研究，同時利用靶向探針與特定分子結(jié)合可實現(xiàn)實時、定量成像。將分子影像學(xué)技術(shù)與消化內(nèi)鏡結(jié)合的消化內(nèi)鏡分子影像學(xué)，成為實現(xiàn)消化道腫瘤早期診斷的有效途徑。目前的研究成果已經(jīng)展現(xiàn)出這一領(lǐng)域良好的發(fā)展應(yīng)用前景。(1)自體熒光成像設(shè)備自發(fā)熒光成像(AFI)系統(tǒng)運用氙氣光透過藍(lán)綠色旋轉(zhuǎn)濾光片后形成激發(fā)藍(lán)光(波長390-470nm)和綠光(波長540-560nm)直接照射胃腸道黏膜，除反射的藍(lán)光被吸收濾片(吸收波長在500-630nm)阻擋外，反射綠光和自發(fā)熒光透過吸收濾片被CCD捕捉，經(jīng)光電轉(zhuǎn)化及圖像重建后在顯示器上顯示。(2)拉曼光譜成像拉曼光譜成像(RSI)是基于非彈性光散射現(xiàn)象，提供詳細(xì)的化學(xué)信息。利用拉曼光譜，通過檢測惡性和正常組織之間的化學(xué)差異而做出臨床早期診斷。然而早期診斷的一個重要的限制是固有拉曼散射的低效性，因為它的信號較差、曝光時間長、靈敏度不足和穿透深度有限，已經(jīng)嚴(yán)重限制該技術(shù)向臨床轉(zhuǎn)化。(3)共聚焦顯微成像共聚焦顯微成像(CLI)其原理類似于激光共聚焦顯微鏡，可以是內(nèi)鏡下的組織結(jié)構(gòu)放大1000倍，從而使得臨床醫(yī)師在內(nèi)鏡觀察的同時對患者實時進(jìn)行組織病理學(xué)診斷成為可能。而目前共聚焦內(nèi)鏡僅能提供488nm的激發(fā)光，在多光譜熒光成像方面具有明顯優(yōu)勢。熒光素鈉作為共聚焦內(nèi)鏡的熒光對比劑，使用時需靜脈注射，國內(nèi)外雖有文獻(xiàn)表明熒光素鈉可以安全使用，但靜脈注射的風(fēng)險相較表面噴灑要高的多，安全性難以保證。共聚焦內(nèi)鏡在原理上與共聚焦顯微鏡無異，均采用“點掃描”的成像方式，然而這種成像方式雖然可以提供高分辨率的清晰圖像，但成像速度大打折扣，并且熒光由探測器檢測，需在計算機系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換成電圖像，后期人工圖像選擇耗時費力。(4)光相干斷層成像光相干斷層成像(OCT)在組織中使用低相干干涉測量法，用光學(xué)測距檢測反射信號。因為它能檢測到彈性散射光，保持入射光的相干性，但是OCT不能直接檢測生物發(fā)光信號或熒光信號。同時應(yīng)用OCT檢查時只能組織淺層結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫斷面成像，對于深層浸潤的腫瘤無法成像。(5)高分辨率熒光成像高分辨率熒光成像(HRME)，通過激發(fā)噴灑在組織上的熒光造影劑而成像。目前，常用的熒光造影劑鹽酸吖啶黃可與細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的DNA、RNA結(jié)合而染色，受到波長445nm的激發(fā)光照射后，可以發(fā)射出波長515nm的熒光。然而目前HRME只能進(jìn)行單光譜成像，還無法聯(lián)合多種熒光探針進(jìn)行多光譜成像，同時缺乏圖像分析軟件對圖像進(jìn)行定量及定性分析。上述成像方式具有如下缺陷：(1)自體熒光成像：理論上只要分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，自體熒光就會發(fā)生特征性改變，AFI圖像的光學(xué)對比并不體現(xiàn)腫瘤特異性光學(xué)對比，是一個綜合了多個分子改變的結(jié)果。由于AFI沒有使用特異性靶向造影劑，因而假陽性率較高，對于炎癥與腫瘤的區(qū)分有一定難度。同時由于自體熒光信號強度十分微弱，易受到激發(fā)光混疊的影響。(2)拉曼光譜成像拉曼光譜成像早期診斷的一個重要的限制是固有拉曼散射的低效性，因為它的信號較差、曝光時間長、靈敏度不足和穿透深度有限，已經(jīng)嚴(yán)重限制該技術(shù)向臨床轉(zhuǎn)化。(3)共聚焦顯微成像：共聚焦顯微成像需由熒光素鈉作為共聚焦內(nèi)鏡的熒光對比劑，使用時需靜脈注射，國內(nèi)外雖有文獻(xiàn)表明熒光素鈉可以安全使用，但靜脈注射的風(fēng)險相較表面噴灑要高的多，安全性難以保證。共聚焦內(nèi)鏡在原理上與共聚焦顯微鏡無異，均采用“點掃描”的成像方式，然而這種成像方式雖然可以提供高分辨率的清晰圖像，但成像速度大打折扣，并且熒光由探測器檢測，需在計算機系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換成電圖像，后期人工圖像選擇耗時費力。(4)光相干斷層成像光相干斷層成像不能直接檢測生物發(fā)光信號或熒光信號。同時應(yīng)用OCT檢查時只能組織淺層結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫斷面成像，對于深層浸潤的腫瘤無法成像。(5)高分辨率熒光成像目前高分辨率熒光成像只能進(jìn)行單光譜成像，還無法聯(lián)合多種熒光探針進(jìn)行多光譜成像，同時缺乏圖像分析軟件對圖像進(jìn)行定量及定性分析。(6)不能實現(xiàn)多光譜成像。上述現(xiàn)有熒光成像設(shè)備的濾光片已固化，不能方便拆換。不同的熒光探針需要不同譜段的激發(fā)光，其發(fā)射的熒光也分布在不同的譜段，所以針對某種熒光探針需要特定的激發(fā)光源和濾光裝置，目前常用的熒光內(nèi)窺鏡僅能對特定一種熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像。(7)缺乏圖像數(shù)據(jù)處理軟件。由于通過傳像光纖束進(jìn)行成像，傳像光纖束中光纖單絲之間的固有的間隔會在成像時產(chǎn)生網(wǎng)格圖案，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，以及對圖像信息的判讀。同時，所得無法對所得圖像進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理及定量分析。因此，有必要提供一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)來解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的之一是提供一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)。本專利技術(shù)通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的：一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備，所述新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括由寬光譜照明光源模塊構(gòu)成的照明模塊、由科學(xué)級低溫制冷CCD相機或工業(yè)級CCD相機構(gòu)成的圖像采集部、用于數(shù)據(jù)傳遞的細(xì)徑柔性傳像光纖、放大物鏡、物鏡切換裝置、多光譜分光采集裝置、調(diào)焦裝置、傳像光學(xué)系統(tǒng)、機械電子控制模塊、以及圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊；新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括的各組件均設(shè)置于外殼內(nèi)，且彼此間相互連通且相配合使用。進(jìn)一步的，所述細(xì)徑柔性傳像光纖外部套設(shè)有光纖外套管。進(jìn)一步的，照明模塊包括單色可調(diào)光源和導(dǎo)光光纖，可根據(jù)用戶的需要調(diào)節(jié)產(chǎn)生不同能量的寬光譜準(zhǔn)直光線，通過調(diào)節(jié)光源的光斑大小，照明光線通過導(dǎo)光光纖進(jìn)入多光譜分光采集裝置；多光譜分光采集裝置包括熒光立方體模塊和電控平移臺；電控平移臺由可編程的微型步進(jìn)電機控制，根據(jù)所使用的熒光探針，快速便捷的調(diào)節(jié)激發(fā)光波長，以便獲取能充分激發(fā)熒光探針的窄譜段激發(fā)光。又不引入其他譜段光干擾的窄譜段出射光。同時此裝置還能接受待測物體反射的反射光、激發(fā)光和受激發(fā)射的熒光信號，并通過二向色鏡濾光片及發(fā)射光濾光片進(jìn)行光譜過濾，產(chǎn)生與激發(fā)光同軸且方向相反的受激發(fā)射的熒光信號光線作為反方向出射光。進(jìn)一步的，所述細(xì)徑柔性傳像光纖，其為柔性探測器，能順利伸入人體內(nèi)部空腔組織內(nèi)，光纖外套管采用醫(yī)用級聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯材料制作；所述細(xì)徑柔性傳像光纖近端接受多光譜分光采集裝置的出射激發(fā)光，經(jīng)過人體外開頭伸入需檢測的空心器官中，將此出射激發(fā)光傳導(dǎo)入人體內(nèi)部空腔組織中，并以圓形光光斑模式均勻照射在檢測區(qū)域，此外，所述細(xì)徑柔性傳像光纖其還能收集人體內(nèi)部空腔組織反射的白光、激發(fā)光和受激發(fā)射的熒光信號，并通過此光纖束將光學(xué)信號傳導(dǎo)到體外。進(jìn)一步的，所述放大物鏡及所述物鏡切換裝置設(shè)置于所述細(xì)徑柔性傳像光纖與多光譜分光采集裝置之間，由待測物體發(fā)出的反射光、激發(fā)光本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于：包括新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備，所述新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括由寬光譜照明光源模塊構(gòu)成的照明模塊、由科學(xué)級低溫制冷CCD相機或工業(yè)級CCD相機構(gòu)成的圖像采集部、用于數(shù)據(jù)傳遞的細(xì)徑柔性傳像光纖、放大物鏡、物鏡切換裝置、多光譜分光采集裝置、調(diào)焦裝置、傳像光學(xué)系統(tǒng)、機械電子控制模塊、以及圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊；新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括的各組件均設(shè)置于外殼內(nèi)，且彼此間相互連通且相配合使用。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于：包括新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備，所述新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括由寬光譜照明光源模塊構(gòu)成的照明模塊、由科學(xué)級低溫制冷CCD相機或工業(yè)級CCD相機構(gòu)成的圖像采集部、用于數(shù)據(jù)傳遞的細(xì)徑柔性傳像光纖、放大物鏡、物鏡切換裝置、多光譜分光采集裝置、調(diào)焦裝置、傳像光學(xué)系統(tǒng)、機械電子控制模塊、以及圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊；新型細(xì)徑光纖多光譜熒光顯微成像設(shè)備包括的各組件均設(shè)置于外殼內(nèi)，且彼此間相互連通且相配合使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于：所述細(xì)徑柔性傳像光纖外部套設(shè)有光纖外套管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于：照明模塊包括單色可調(diào)光源和導(dǎo)光光纖，可根據(jù)用戶的需要調(diào)節(jié)產(chǎn)生不同能量的寬光譜準(zhǔn)直光線，通過調(diào)節(jié)光源的光斑大小，照明光線通過導(dǎo)光光纖進(jìn)入多光譜分光采集裝置；多光譜分光采集裝置包括熒光立方體模塊和電控平移臺；電控平移臺由可編程的微型步進(jìn)電機控制，根據(jù)所使用的熒光探針，快速便捷的調(diào)節(jié)激發(fā)光波長，以便獲取能充分激發(fā)熒光探針的窄譜段激發(fā)光。又不引入其他譜段光干擾的窄譜段出射光。同時此裝置還能接受待測物體反射的反射光、激發(fā)光和受激發(fā)射的熒光信號，并通過二向色鏡濾光片及發(fā)射光濾光片進(jìn)行光譜過濾，產(chǎn)生與激發(fā)光同軸且方向相反的受激發(fā)射的熒光信號光線作為反方向出射光。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于：所述細(xì)徑柔性傳像光纖，其為柔性探測器，能順利伸入人體內(nèi)部空腔組織內(nèi)，光纖外套管采用醫(yī)用級聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯材料制作；所述細(xì)徑柔性傳像光纖近端接受多光譜分光采集裝置的出射激發(fā)光，經(jīng)過人體外開頭伸入需檢測的空心器官中，將此出射激發(fā)光傳導(dǎo)入人體內(nèi)部空腔組織中，并以圓形光光斑模式均勻照射在檢測區(qū)域，此外，所述細(xì)徑柔性傳像光纖其還能收集人體內(nèi)部空腔組織反射的白光、激發(fā)光和受激發(fā)射的熒光信號，并通過此光纖束將光學(xué)信號傳導(dǎo)到體外。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于：所述放大物鏡及所述物鏡切換裝置設(shè)置于所述細(xì)徑柔性傳像光纖與多光譜分光采集裝置之間，由待測物體發(fā)出的反射光、激發(fā)光和受激發(fā)射的熒光信號被傳像光纖束收集后，可通過放大物鏡并形成放大的圖像，所述的物鏡切換裝置由可編程微型步進(jìn)電機控制，可以將不同放大倍數(shù)的物鏡進(jìn)行相互切換，以搭配不同粗細(xì)直徑的傳像光纖束進(jìn)行使用。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種熒光顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像采集部包括調(diào)焦裝置，所述調(diào)焦裝置能采集所述多光譜分光采集裝置產(chǎn)生的反方向出射光，科學(xué)級低溫制冷CCD相機或工業(yè)級CCD相機通過調(diào)焦裝置細(xì)微前后移動，成像反方向出射光的光學(xué)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：屈亞威，付甲龍，劉海峰，
申請(專利權(quán))人：蘇州雙威醫(yī)療器械科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32