CN104586361B - 移动式近红外成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医学成像装置领域，涉及一种移动式近红外成像装置，主要由探头、主机箱和计算机组成，探头与主机箱之间通过线缆连接，主机箱通过数据线连接计算机。本发明可以方便地用于近红外荧光成像，借助常规造影剂即可实现在无创前提下快速检测和定位深层肿瘤、血管等，且无需特定的暗室条件。
Description
技术领域
本发明医学成像装置领域，主要涉及一种移动式近红外成像装置，特别是利用近红外荧光成像的便携式设备。
背景技术
生物医学影像技术在临床疾病诊断、治疗及预后评估中作用日益显著，近红外荧光成像技术因其图像采集时间短、检测灵敏度高、绿色和经济等特点在生物医学研究领域得到了越来越多的关注。近红外II区(Near Infra-red II，简称NIR II，波长1000nm-1400nm)荧光对生物组织穿透能力强，成像信噪比高，空间分辨率高，故该区域荧光成像技术在生物活体成像领域已展现出巨大的临床转化前景。
近红外II区荧光在活体组织中具有低散射和低吸收的特性，外部光源激发生物体内的荧光标记物，从而使显示终端获得影像信号。荧光标记物称为荧光基团，荧光基团的核外电子受到光子激发后会从基态跃迁到高能激发态，而处于激发态的电子不稳定，会自发跃迁至基态，并辐射出特定波长的光子。这部分由于能级跃迁辐射出的光子经过生物组织的吸收和散射，最终被高灵敏度的光学探测器捕获与放大，并且经过电脑采集处理后成像。
发明内容
发明目的
本发明涉及一种移动式近红外成像装置，该装置可以方便地用于近红外荧光成像，借助常规造影剂即可实现在无创前提下快速检测和定位深层肿瘤、血管等，且无需特定的暗室条件。
技术方案
一种移动式近红外成像装置，主要由探头、主机箱和计算机组成，其特征在于：探头与主机箱之间通过线缆连接，主机箱通过数据线连接计算机；高灵敏度相机、激光出射窗口和LED光源集成于探头内部；高灵敏度相机设置在探头的中心轴上，高灵敏度相机下方设有LED光源，高灵敏度相机旁边设有激光出射窗口；主机箱包括成像激光器、电源供应部分和主板，成像激光器和电源供应部分均连接主板，LED控制电路、成像激光器控制电路、相机控制及数据传输电路集成于主板上，电源供应部分为成像激光器、LED控制电路、成像激光器控制电路、相机控制及数据传输电路供电；高灵敏度相机通过USB数据线连接相机控制及数据传输电路，激光出射窗口通过光纤连接成像激光器，成像激光器连接成像激光器控制电路，LED光源连接LED控制电路。
高灵敏度相机的前方设有滤光片。
LED光源为呈正六边形分布的6个LED灯。
激光出射窗口共三个，两个连接成像激光器，一个为备用窗口，三个窗口呈圆形分布，相隔角度为120度。
电源供应部分包括24V直流电源和主电源开关，24V直流电源通过主电源开关连接到220V电源上。
优点及效果
（1） 设备激发波长处于近红外II区的1064nm，降低了光子的散射，在体内荧光成像中可以穿透前所未有的深部组织并拥有高空间分辨率；
（2）可排除其他介质干扰，如血液、血管、肌肉等，成像清晰；
（3）构造新颖，可移动操作，便于术中实时成像；
（4）非介入式成像，基于皮肤、血管、生物组织对近红外线反射程度不同，装置凭借高分辨率、高灵敏度的特点，实现非介入式成像；
（5）无需特定暗室条件，抗干扰能力强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是探头结构示意图；
图3是探头前端示意图。
附图标记说明：
0. 探头，1．高灵敏度相机，2．激光出射窗口，3．LED光源，4．计算机，5．主机箱，6.滤光片，7.光纤，8. USB数据线，9. 主板，10. 主电源开关。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明提出了一种移动式近红外成像装置，如图1所示，主要由探头、主机箱和计算机组成，其特征在于：探头0与主机箱5之间通过便捷拔插的线缆连接，主机箱5通过数据线连接计算机4；高灵敏度相机1、激光出射窗口2和LED光源3集成于探头0内部；高灵敏度相机1设置在探头0的中心轴上，高灵敏度相机1下方设有LED光源3，高灵敏度相机1旁边设有激光出射窗口2；主机箱5包括成像激光器、电源供应部分和主板9，成像激光器和电源供应部分均连接主板9，LED控制电路、成像激光器控制电路、相机控制及数据传输电路集成于主板9上，电源供应部分为成像激光器、LED控制电路、成像激光器控制电路、相机控制及数据传输电路供电；高灵敏度相机1通过USB数据线8连接相机控制及数据传输电路，激光出射窗口2通过光纤7连接成像激光器，成像激光器连接成像激光器控制电路，LED光源3连接LED控制电路。
高灵敏度相机1的前方设有滤光片6。
LED光源3为呈正六边形分布的6个LED灯。
电源供应部分包括24V直流电源和主电源开关10，24V直流电源通过主电源开关10连接到220V电源上。
此外，图片、视频生成及设备操作指令的接收等则由计算机完成。
1. 探头
探头是本发明的重要部分之一，它集合了LED光源、滤光片、高灵敏度相机以及激光出射窗口。LED光源是在手术过程中提供白光照明，该白光照明不同于普通白光，其光波波长主要集中于可见光部分，近红外II区间（1400nm以上）的光占比极小，而滤光片的功能则是将小于一定波长的光过滤掉，因此用于实验照明的该LED光源产生的光不会影响接下来由激光激发产生的荧光，这样可以最大限度地减少光线干扰。
高灵敏度相机的功能是采集接收到的荧光信号，对于普通CCD而言，这种极弱的荧光信号无法被采集到，因为没有足够的灵敏度，而对于高灵敏度的相机而言则可以将这部分信号高效地收集，收集到的信号由USB数据线传输到主机箱，并由主机传输到计算机系统，完成处理工作。
激光出射窗口的功能是将由激光器产生的激光均匀地发散出来，激光出射窗口沿探头底面倾斜一定角度安装，这样可以让出射的激光均匀地照射在被照样品上。本发明中，激光出射窗口一共有3个，其中两个用于安装激光导出模块，另外一个则用于备用窗口。三个窗口呈圆形分布，相隔角度为120度，如图3所示。
2. 主机箱
主机箱包括电源供应部分、激光器、主板（主板包括成像激光器控制电路、LED控制电路、相机控制及数据传输电路）等，其中电源供应部分主要负责将220V电压转换成24V直流电，然后供给各个部件使用。激光器则是用来产生激光，然后通过光纤传输至探头，本发明中包括一套1064nm激光器，探头中的滤光片过滤的波长略小于1064nm，这样可以保证大部分由1064nm激光器激发的荧光通过该滤光片，然后到达高灵敏度相机。LED灯安装于探头前端，但其控制电路等均在主机箱中， LED灯的控制电路接收来自计算机的控制指令——开/关，成像激光器控制电路也接收来自计算机的控制指令以实现激光器的开与关。主板的功能主要是协调处理各种信号与数据，将它们分发给各个组件，同时也反馈一些系统当前状态，例如LED灯是否开启、激光器是否已开启，这些反馈部分以指示灯的亮/灭显示出来，以提示使用者设备的当前状态。
3. 连接线缆
探头与主机箱之间通过线缆连接，该线缆中既包括LED供电线路、CCD传输数据线，同时也包括光纤，线缆一端与探头固定，另一端则以便捷拔插式插头的形式与主机箱连接。
本发明的主要工作过程为：
a. 系统准备：设备正确连接后，开启主机箱后的主电源开关，系统自检结束后即可开启安装在计算机中的操作系统，主机箱上另有一个开启激光器的开关，该开关用于控制激光器是否可以开启，只有在该开关处于开启状态时，才能通过计算机或附加在探头上的激光按键将激光器开启，此设计主要用于保证使用安全，减少激光器的意外开启操作，虽然本发明中使用的激光器属于Class1类，即对人是安全的，没有生物性危害，但本发明中依然保持以安全至上的原则，设置激光开启必须由两步操作。
b. Camera相机开启：系统的准备时间约为1~2min，因此，在该时间之后即可开启在主机箱上的激光器开关，此时，通过开启计算机系统，然后将Camera开启，即可在显示屏看到显示的图像。
c. 激光器开启：点击计算机系统的开启激光器按钮或直接按探头上的Laser按钮即可开启激光器，此时将已经注射适当波长造影剂的样品置于探头前方一定距离即可采集到清晰的成像结果。因为这些造影剂会跟随血液进行移动分布，因此在血液比较集中的区域可用看到更强的亮度，因此通过显示出的图片，可以看到清晰的血管分支网络或者肿瘤等。
因该设备在使用中没有空间限制，且因其具有灵敏度、高清晰度的特点，故可以显示血管或肿瘤等特性，因此在手术过程中具有导航功能，即指导医生进行肿瘤切除、血管缝合等等手术。
本发明工作原理如下：
本发明利用1064nm近红外激光激发荧光染料，通过滤光片过滤后再由高灵敏度相机（Camera）接收，然后经由计算机进行数据接收和处理工作，最终得到荧光激发的近红外II区成像数据。
Claims (5)
1.一种移动式近红外成像装置，主要由探头、主机箱和计算机组成，其特征在于：探头（0）与主机箱（5）之间通过线缆连接，主机箱（5）通过数据线连接计算机（4）；高灵敏度相机（1）、激光出射窗口（2）和LED光源（3）集成于探头（0）内部；高灵敏度相机（1）设置在探头（0）的中心轴上，高灵敏度相机（1）下方设有LED光源（3），高灵敏度相机（1）旁边设有激光出射窗口（2）；主机箱（5）包括成像激光器、电源供应部分和主板（9），成像激光器和电源供应部分均连接主板（9），LED控制电路、成像激光器控制电路、相机控制及数据传输电路集成于主板（9）上，电源供应部分为成像激光器、LED控制电路、成像激光器控制电路、相机控制及数据传输电路供电；高灵敏度相机（1）通过USB数据线（8）连接相机控制及数据传输电路，激光出射窗口（2）通过光纤（7）连接成像激光器，成像激光器连接成像激光器控制电路，LED光源（3）连接LED控制电路。
2.根据权利要求1所述的移动式近红外成像装置，其特征在于：高灵敏度相机（1）的前方设有滤光片（6）。
3.根据权利要求1所述的移动式近红外成像装置，其特征在于：LED光源（3）为呈正六边形分布的6个LED灯。
4.根据权利要求1所述的移动式近红外成像装置，其特征在于：激光出射窗口（2）共三个，两个连接成像激光器，一个为备用窗口，三个窗口呈圆形分布，相隔角度为120度。
5.根据权利要求1所述的移动式近红外成像装置，其特征在于：电源供应部分包括24V直流电源和主电源开关（10），24V直流电源通过主电源开关（10）连接到220V电源上。
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