CN1024112C - 一种用于诊断肿瘤的医用激光荧光诊断仪 - Google Patents

Abstract

现有的恶性肿瘤荧光诊断仪由于利用串行的光电转换处理技术，因此速度较慢，当用作体内组织的诊断时，由于体内组织在不断蠕动，从而使得光谱信号大大失真，甚至发生漏检的现象。

本发明采用多道并行光电转换处理器，并采用先进的Y型结构光纤以及计算机处理系统，使得本仪器具有快速、准确、操作方便之优点。经临床试验，对胃癌病人的诊断准确率达90%以上。

Description

本发明属于医疗仪器。

利用激光照射人体肿瘤部位，接收肿瘤的自体荧光，根据人体自体荧光的光谱特性从而确诊人体肿瘤的性质，已为医学界所承认，并从实验阶段进入了临床应用。如上海市医疗器械研究所1985年4月1日申请的专利“恶性肿瘤荧光诊断仪”所述。

该仪器由光源系统射出波长为3000～4000A的近紫外光通过光导纤维传输到被测活体组织的表面，激活活体组织（包括正常组织和恶性肿瘤）的特征光谱而呈现自体荧光，激发的荧光由光导纤维传输给分光系统（光谱仪），经过0.5秒自动扫描系统将光信号转换成电信号后，由电路系统进行处理后即可显示激发的固有荧光光谱，并可数字显示及报警。

但是该仪器有一个主要的缺点，即由于该仪器对于光电转换这一过程采用0.5秒自动扫描系统，这实际上是一个串行的光电转换过程，即将由分光系统（光谱仪）输出的多色光谱遂个通过一定数量的空间窄缝光滤波器，送给一个光电传感器例如光电倍增管，以遂个得到各种光谱成份的电信号进行记录。由于上述这样一个串行处理的结果使得仪器的处理速度相当慢，严重的是，当对人体体内组织的肿瘤进行诊断时，激光源通过内窥镜深入到体内组织表面，由于体内组织在不断地蠕动，因此如果不能很快地接收组织谋点部位激发的自体荧光的话，则接收到的荧光信号实质上成为组织多点激发的荧光信号的迭加，使得接收到的自体荧光的信号有较大的失真，甚至发生漏检现象，从而大大降低了仪器诊断恶性肿瘤的可靠性和准确性。

本发明旨在解决已有技术中这一主要问题，研制出能快速、正确地用于人体临床诊断各种肿瘤的 荧光诊断仪。

图1是本发明的原理框图。

图2是多道并行结构的光电转换处理器示意图。

图3是本发明中使用的Y型光纤结构示意图。

本发明的原理即实施方案可由图1来说明。

由光源系统1射出的激光束，本发明可采用氙离子激光器输出3650A近紫外脉冲激光或者YAG激光器输出的三倍频3650A近紫外脉冲激光，也可用其它类似的激光源，通过透镜13聚焦进入激光传输石英光纤12，通过内窥镜照射到被测物体激活活体组织。如被测物体产生自体荧光，则被激光传输及荧光采集系统2中的荧光接受光纤11接收，传输到分色系统（光谱仪）3展开成多色光谱信号，通过光电转换处理4的处理后转换成电信号送到电子处理系统23进行数据采集及处理，作出诊断。

本发明的主要特征在于：

1）该仪器还包括一个由冷光源5，电子快门6及控制电路22组成的光源同步控制器。当激光光纤随内窥镜深入到体内组织时，此时必须打开冷光源，由操作人员通过由微光摄象机7及监视器8组成的监视系统寻找组织上的可疑部位，此时电子快门6必须关闭，以防较强的冷光源损坏高灵敏度的光电转换处理器4，一旦操作人员找到组织的可疑部位需要进行诊断时，由操作人员通过控制电路22同步切换冷光源及电子快门使得冷光源关闭，电子快门打开，从而进行荧光的采集及处理。

2）上述的光电转换处理器4采用并行结构的光电转换处理器，如图2所示。该转换器由少至256道多至1024道个光电转换探头组成一阵列，图中24为其中一道，由光谱仪3输出的多色光谱信号同时被光电转换探头所接收，形成一多道并行光电转换处理器，该转换器能在小于等于40ms的时间内将由光谱仪3输出的光信号转换成电信号，并被转换成数字信号，由电子处理系统23给予存贮并处理。

该光电转换处理器可采用二级象增强型硅靶摄象管结构，二级象增强器和硅靶摄象管之间由介质材料胶合，并在二级象增强器外围灌封硅胶，从而大大提高光电转换器的灵敏度，提高信噪比。

作为一种变换，上述光电转换处理器也可采用先进的CCD固定摄象器件。

3）上述的激光传输及荧光采集系统2采用Y型结构激光光纤，如图3所示。其中激光传输光纤采用石英光纤12，荧光接收光纤采用玻璃纤维11，二路光纤开始时各为独立的一股，以后合并为一股成为同轴光纤。石英光纤12的芯径为300u～400u，玻璃光纤11由直径小于等于30u的多股玻璃纤维束组成。插入内窥镜的Y型结构光纤2的端面25上的石英光纤12位于中央，四周是玻璃纤维11，且在端面上有一透镜式的接触镜28;Y型结构光纤端面26上的玻璃纤维束排列成狭缝式结构，其宽度为0.5mm～1.0mm，其长度为5mm～8mm;Y型结构光纤端面27可固定在光纤五维调节架上微调;整个Y型光纤最外层可由具有一定刚性但柔软的护套管进行保护。

4）上述的分光系统（光谱仪）3采用大孔径输入的光栅型光谱仪，目前一般常用的光谱仪有棱镜型及光栅型二种，棱镜型光谱仪虽然透过率大但分辨率低色散非线性;而光栅型光谱仪则具有分辨率高，色散线性的优点，但孔径较小一般为1/5左右，所以透过率小，因此，均不十分理想。本发明采用大孔径输入的光栅型光谱仪，其孔径达1/2～1/3之间，集上述二种类型之优点，在保留高分辨率、色散线性的前提下，提高了透过率取得了很好的效果。

5）上述的电子处理系统采用计算机进行控制处理。它包括A/D转换器15，主计算机16，D/A转换机17、显示器18、绘图仪19、打印机20、外存贮器21。在预先编制的程序控制下，主计算机完成激光光源启动、光谱数据采集、数据存贮、数据迭加、寻找恶性肿瘤特征峰、显示光谱图形、记录光谱图形、打印光谱数据等一系列功能。

本发明由于充分利用了现代各种先进的科学技术，使得本仪器具有快速，准确，且操作方便的优点。经临床试验，效果显著，胃癌诊断的准确率达90%以上，且经过对部分胃组织非典型增生严重（属癌前期）的病人的检查，亦发现有接近癌的特征峰，即对胃癌前期病人的诊断展示了广阔的前景。同时本仪器亦能诊断其它各种体内和体表的癌症，因此本发明将在癌症诊断上受到越来越广泛的重视和应用。

Claims (5)

1、一种用于诊断肿瘤的医用激光荧光诊断仪，它包括光源系统(1)、激光传输及荧光采集系统(2)、分光系统(光谱仪)(3)、兴电转换处理器(4)、电子处理系统，其特征在于：它还包括一个光源同步控制器，光源同步控制器由冷光源(5)、电子快门(6)、控制电路(22)组成；微光摄象机(7)、电视监视器(8)组成一个监视系统，由操作人员目测后通过控制电路来完成冷光源(5)与电子快门(6)的同步切换；上述的光电转换处理器(4)为一由256～1024道光电转换探头组成的多道并行光电转换处理器，能在小于等于40ms的时间内将由光谱仪输出的多色光谱信号同时转换成电信号；上述的激光传输及荧光采集系统(2)采用Y型结构激光光纤，其中激光传输光纤采用石英光纤(12)，荧光接受光纤采用玻璃纤维(11)，二路光纤开始时各为独立的一股，以后合并为一股成为同轴光纤，插入内窥镜钳孔的Y型光纤的端面(25)上的石英光纤(12)位于中央，四周是玻璃纤维(11)，在端面上有一透镜式的接触镜(28)，Y型光纤的端面(26)上的接收光纤排列成狭缝式结构；上述的分光系统(3)(光谱仪)采用大孔径输入的光栅型光谱仪；上述的电子处理系统采用计算机进行控制处理，由A/D转换器(15)，主计算机(16)，D/A转换器(17)，显示器(18)，绘图仪(19)，打印机(20)，外存贮器(21)组成；在预先编制的程序控制下，主计算机完成激光光源启动、光谱数据采集、数据存贮、迭加、寻找恶性肿瘤特征峰、显示光谱图形、记录光谱图形、打印光谱数据等一系列功能。

2、根据权利要求1所述的荧光诊断仪，其特征在于上述的多道并行光电转换处理器（4）是二级象谱增强型硅靶摄象管结构，二级象增强器和硅靶摄管之间由介质材料胶合，并在二级象增强器外围灌封硅胶。

3、根据权利要求1或2所述的荧光诊断仪，其特征在于上述的多道并行光电转换处理器4可采用CCD固体摄象器件。

4、根据权利要求1所述的荧光诊断仪，其特征在于上述Y型结构激光光纤中石英光纤（12）的芯径为300～400μ，玻璃纤维（11）由直径小于等于30μ的多股玻璃纤维束组成，端面（26）上接收光纤排列成狭缝式的宽度为0.5mm～1.0mm，长度为5mm～8mm，端面（27）可固定在光纤五维调节架上微调;整个Y型光纤最外层具有一定刚性但柔软的护套管进行保护。

5、根据权利要求1所述的荧光诊断仪，其特征在于大孔径输入光栅型光谱仪的相对孔径为1/2～1/3之间。

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