CN106037668A - 一种用于在体原位穿刺诊断的拉曼探针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种用于在体原位穿刺诊断的拉曼探针。它是一种穿刺式的拉曼探针，通过细长的穿刺用针或者活检用针延伸常规拉曼探头，可实现进入体内器官组织进行在体原位穿刺检测并减少损伤。穿刺针腔内的光学部件实现入射光的延伸和散射光的采集。本发明结构简单，拆卸方便，消毒容易，可重复使用，灵敏度和可靠性高，适用于器官组织在体原位检测、病变分析，为肿瘤的早期精确诊断与及时精准治疗提供支持和帮助。本发明可用于检测生物组织的分子结构差异，也可根据探测的拉曼信号诊断生物体内器官组织是否发生异变。

Description

一种用于在体原位穿刺诊断的拉曼探针

技术领域

本发明涉及人体组织的检测分析技术领域，具体为一种能够刺入人体器官组织进行在体原位诊断的拉曼探针。

背景技术

肿瘤是机体在致瘤因子作用下局部组织细胞异常增生所形成的新生物，有良性肿瘤和恶性肿瘤之分。恶性肿瘤危害性极大，严重影响到人类的健康。肿瘤形成伴随着分子结构异常，在病理学特征上表现出与正常细胞的差异。随着分子医学的发展，分析肿瘤分子特征信息，可以做出更为准确和全面的诊断，以更好地为患者提供个性化的治疗措施。

拉曼光谱分析法是一种基于拉曼散射效应进行分子结构分析的方法。拉曼通过实验发现，照射到介质分子上的光发生散射，且在散射光谱中出现频率变化的成分，即拉曼光谱。拉曼光谱与照射光和介质分子的碰撞有关。

拉曼光谱图提供频率、强度、偏振信息，呈现分子结构特征。在生物医学领域，拉曼光谱仪在分子级上提供生物组织特征信息。在拉曼光谱体系下，肿瘤分子和正常对照分子表现出变化的拉曼平移、强度和宽度，可用来诊断组织的病变。拉曼光谱分析技术快速、准确、可重复性好，适用广泛。

作为一种非弹性散射，拉曼散射光非常微弱，需由精密的拉曼光谱仪探测。拉曼光谱探测系统由激光光源、拉曼探头和拉曼光谱仪三部分组成。激光光源发出的激光照射到样品上产生散射，散射光由拉曼探头接收并经滤光进入拉曼光谱仪，实现拉曼光谱分析。

拉曼光谱技术应用非常广泛，适用于各种材料鉴定、药品质量检查、环境监测等，在器官组织病理分析领域的发展前景广阔。穿刺活检在医院是一种病理分析和诊断的常规手段，但是，这类体内采样体外分析的方法，存在活检材料被污染的风险，降低了穿刺活检的准确率。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于原位穿刺诊断的拉曼探针，它将穿刺活检技术与拉曼光谱学结合，能够实现在体原位器官组织性质分析和诊断。本发明所提供的用于原位穿刺诊断的拉曼探针具有结构简单、操作方便、可重复使用、灵敏度和可靠性高的特点，克服了常规拉曼探头因直径太大不能深入体内组织在体完成探测的不足。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，包括拉曼探头，拉曼探头伸出端10内设凸面朝向近外端的平凸透镜11，其特征在于：还包括接头13和穿刺针15；

接头13为两端直通的中空管套；

穿刺针15为两端直通的中空管，其一端呈针状，为针尖19；

接头13一端口内壁设螺纹a，拉曼探头伸出端10外壁设螺纹b，螺纹a与螺纹b相匹配，接头13与拉曼探头伸出端10通过螺纹a与螺纹b旋转相连；(该设计使拉曼探头中的平凸透镜11与穿刺针15内平凸透镜14的距离调节简便易行)

接头13的另一端口内壁与穿刺针15远离针尖19的一端口外壁固定连接(如激光焊接)；

穿刺针15内远离针尖19的一端设一个平凸透镜14，平凸透镜14的凸面朝向拉曼探头；

穿刺针15内靠近针尖19的一端设一个平凸透镜16，平凸透镜16的凸面朝向针尖19；

在平凸透镜16与针尖19间的穿刺针15内、平凸透镜16的焦平面处设一个窗口片17，其外缘固定密封于穿刺针15内壁上；窗口片17的中心位于平凸透镜16的焦点处；(该设计使穿刺探测过程中，器官组织贴在窗口片上，既可以阻止血液或器官组织成分进入穿刺针内，又能避免穿刺针内平凸透镜受到挤压和污染，影响光的通透率；同时，窗口片保证生物组织在平凸透镜16的焦点位置上，获得最大程度的拉曼散射光)

拉曼探头伸出端10伸入接头13内可被固定的位置包括使平凸透镜11与平凸透镜14的焦点重合的位置；

所述可被固定的位置指拉曼探头伸出端10伸入接头13内并停留不动的位置，该停留不动可通过螺纹a和b实现，也可通过在接头13壁上设置螺钉实现；

当所述可被固定的位置能够使平凸透镜11与平凸透镜14的焦点重合时，拉曼探头可以获得最大程度的拉曼散射光。

穿刺针内的平凸透镜14和平凸透镜16，可将常规拉曼探头的激光自拉曼探头末端透镜(如平凸透镜11)焦点准直聚焦至穿刺针尖，并投射到检测的器官组织上，再将器官组织的散射光顺着原来入射光路准直聚焦到拉曼探头末端透镜焦点，再进入拉曼探头的内部光路。

在上述用于在体原位穿刺检测的拉曼探针中：接头13壁上设通透的螺孔及与该螺孔相匹配的螺钉12，以便于方便地将接头13固定于拉曼探头伸出端10上。

在上述用于在体原位穿刺检测的拉曼探针中：穿刺针15的长度为50-200mm；

和/或，穿刺针15的外径为2-3mm；内径为0.8-2mm；

和/或，穿刺针15的针尖19的倾斜角为30-60度；

在上述尺寸和角度的具体值可根据实际情况和需要进行选择；

和/或，穿刺针15的材质可为不锈钢；具体可为标准的穿刺或活检用的不锈钢针；

和/或，接头13的材质可为不锈钢；

和/或，螺钉12可为内六角无头螺钉；

在上述用于在体原位穿刺检测的拉曼探针中：窗口片17为一平玻璃片，越薄越好，其厚度具体可为0.4—0.8mm。

在上述用于在体原位穿刺检测的拉曼探针中：平凸透镜14和平凸透镜16的直径与穿刺针15的内径相同或相近；

平凸透镜14和平凸透镜16的直径和焦距依据拉曼探头末端透镜(即平凸透镜11)的相关参数确定，以将器官组织的散射光最终聚焦到拉曼探头末端透镜焦点，再进入拉曼探头的内部光路；平凸透镜14和平凸透镜16的厚度则可任意选择。

在上述用于在体原位穿刺检测的拉曼探针中：接头13与穿刺针15的固定连接为可拆卸式，以便于更换不同规格和型号的穿刺针15，以及对穿刺针15进行清洗和消毒；

接头13与穿刺针15的固定连接为不可拆卸式时如激光焊接，可将接头13与穿刺针15的连接体一起进行更换、清洗和消毒。

在上述用于在体原位穿刺检测的拉曼探针中：平凸透镜11、平凸透镜14和平凸透镜16的焦点在一条直线上。

在上述用于在体原位穿刺检测的拉曼探针中：所述直线与接头13和穿刺针15的中轴线重合。

本发明保护上述任一所述的穿刺针15。

本发明保护上述任一所述的接头13。

本发明保护上述任一所述的穿刺针15和接头13的连接体。

本发明所述在体原位穿刺检测指不需采样情况下，直接诊断体内穿刺靶点组织性质；所述穿刺靶点为人体器官组织内部怀疑发生了病变的位置。

本发明的有益效果如下：

本发明是一种穿刺式的拉曼探针，通过细长的穿刺用针或者活检用针延伸常规拉曼探头，可实现进入体内器官组织进行在体原位穿刺检测并减少损伤。穿刺针腔内的光学部件实现入射光的延伸和散射光的采集。本发明结构简单，拆卸方便，消毒容易，可重复使用，灵敏度和可靠性高，适用于器官组织在体原位检测、病变分析，为肿瘤的早期精确诊断与及时精准治疗提供支持和帮助。本发明可用于检测生物组织的分子结构差异，也可根据探测的拉曼信号诊断生物体内器官组织是否发生异变。

附图说明

本发明有如下附图：

图1是本发明拉曼探针结构示意图。

图2是本发明拉曼探针穿刺针和接头的纵切图。

图3是本发明拉曼探针在穿刺部分入射光路图。

图4是本发明拉曼探针在穿刺部分收集光路图。

图5是本发明拉曼探针测得的猪肉样本(肥肉)的拉曼光谱图。

图6是本发明拉曼探针测得的猪肉样本(瘦肉)的拉曼光谱图。

图7是本发明拉曼探针实物图。

图1—7中的标记如下：

1.绝缘外壳，2.收集光纤，3.平凸透镜，4.长通滤光片，5.反光镜，6.入射光纤，7.平凸透镜，8.带通滤光片，9.二色分光镜，10.拉曼探头伸出端，11.平凸透镜，12.螺钉，13.接头,14.平凸透镜，15.穿刺针，16.平凸透镜，17.窗口片，18.扩口端，19.针尖。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1.在体原位穿刺检测的拉曼探针

如图1、图2和图7所示，本发明的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，包括拉曼探头(型号为EN60825-1，生产厂家为长春新产业光电技术有限公司)，拉曼探头伸出端10内设凸面朝向近外端的平凸透镜11，还包括接头13和穿刺针15；

接头13为两端直通的中空管套；

穿刺针15为两端直通的中空管，其一端呈针状，为针尖19；

接头13一端口内壁设螺纹a，拉曼探头伸出端10外壁设螺纹b，螺纹a与螺纹b相匹配，接头13与拉曼探头伸出端10通过螺纹a与螺纹b旋转相连；

接头13壁上设通透的螺孔及与该螺孔相匹配的螺钉12，将接头13固定于拉曼探头伸出端10上；螺钉12为内六角无头螺钉；

接头13的另一端口内壁与穿刺针15远离针尖19的一端口外壁通过激光焊接实现固定连接；

穿刺针15内远离针尖19的一端固定设一个平凸透镜14，平凸透镜14的凸面朝向拉曼探头；

穿刺针15内靠近针尖19的一端固定设一个平凸透镜16，平凸透镜16的凸面朝向针尖19；

平凸透镜14和平凸透镜16是被塞进内径被扩口的、周边涂抹了紫外线固化胶的穿刺针15的两端口内，实现固定安装；其中，固定平凸透镜14的一端为扩口端18；

在平凸透镜16与针尖19间的穿刺针15内、平凸透镜16的焦平面处设一个厚度为0.5mm的窗口片17，其四周外缘通过涂抹环氧树脂胶固定密封于穿刺针15内壁上；窗口片17的中心位于平凸透镜16的焦点处；

拉曼探头伸出端10伸入接头13内可被固定的位置包括使平凸透镜11与平凸透镜14的焦点重合的位置；

平凸透镜11、平凸透镜14和平凸透镜16的焦点在一条直线上，且该直线与接头13、穿刺针15的中轴线重合；

穿刺针15的材质为不锈钢，长度为50mm；外径为3mm；内径为2mm；针尖19的倾斜角为30度；

接头13的材质为不锈钢；

平凸透镜14的直径略大于与穿刺针15的内径；焦距为2.3mm，厚度为4mm；平凸透镜16和平凸透镜14的规格相同。

所述拉曼探头还包括与拉曼探头伸出端10相通的光路盒，所述光路盒包括绝缘外壳1，在绝缘外壳1内设入射光纤6，平凸透镜7，带通滤光片8，二色分光镜9，收集光纤2，平凸透镜3，长通滤光片4和反光镜5，

绝缘外壳1内分两层，

一层为入射光路，从远离拉曼探头伸出端10的一端起，依次设：入射光纤6(发射激光)、平凸透镜7、带通滤光片8和二色分光镜9，其中，入射光纤6的末端位于平凸透镜7的焦点处，带通滤光片8位于平凸透镜7的平面侧，与平凸透镜7平行，二色分光镜9位于带通滤光片8和平面凸镜11之间，其延长线与带通滤光片8延长线呈45度夹角，平凸透镜7的焦点位于平凸透镜11、平凸透镜14和平凸透镜16的焦点所在的直线上；

另一层为收集光路，从远离拉曼探头伸出端10的一端起，依次设：收集光纤2(收集散射光)，平凸透镜3，长通滤光片4和反光镜5，其中，收集光纤2的末端位于平凸透镜3的焦点处，长通滤光片4位于平凸透镜3的平面侧，与平凸透镜3平行，反光镜5与二色分光镜9平行，其延长线与长通滤光片4延长线呈45度夹角。

应用本发明在体原位穿刺检测的拉曼探针鉴定生物组织的具体步骤及工作原理如下：

根据需要选择不同粗细和长度的穿刺针型号，安装到拉曼探头上，如图1所示。将拉曼探头的入射光纤6和收集光纤2分别接在激光光源和拉曼光谱仪上，旋转接头13，调节拉曼探头伸出端10内平凸透镜11和穿刺针15内平凸透镜14之间距离，保证两者的焦点重合，以获得最强拉曼散射信号，然后通过紧固螺钉12固定接头13。

将拉曼探针的穿刺针15穿刺生物体内器官组织到一定深度，激光经由光纤6、平凸透镜7、带通滤光片8(滤除入射光纤6中产生的散射信号，允许单色激光波长的信号通过)、二色分光镜9、平凸透镜11、平凸透镜14、平凸透镜16、窗口片17组成的入射通道，聚焦到靶点上。

激光与组织分子发生碰撞作用，产生的散射光通过窗口片17、平凸透镜16、平凸透镜14、平凸透镜11、二色分光镜9(允许瑞利散射光、激光、部分反射回来的激光通过，反射拉曼散射光)、反光镜5、长通滤光片4(滤除瑞利散射光，允许拉曼散射光通过)、平凸透镜3、收集光纤2组成的收集通道，进入到拉曼光谱仪的进口端，拉曼光谱仪出口端输出光谱信号到计算机，进行拉曼光谱信息分析。

通过Zemax光学仿真软件模拟的入射光路图和收集光路图分别如图3和图4所示：

图3中，平凸透镜14用于准直从平凸透镜11中发射的激光，使激光能够平行通过穿刺针15，并通过另一平凸透镜16和窗口片17聚焦到被测生物组织上；

图4中，平凸透镜16用于准直从生物组织散射回来的拉曼散射光，并使拉曼散射光平行通过穿刺针15，再经由平凸透镜14聚焦于拉曼探头平凸透镜11的焦点处，最后进入拉曼光谱仪。

实施例2、检测生物组织

使用实施例1的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，分别检测猪肉样本——肥肉和瘦肉，获得拉曼光谱图结果如图5和图6所示。

结果显示：实施例1的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针获取的拉曼信号足够强，同时可以发现在特定的拉曼平移上两种样本的拉曼信号强度、平移宽度不同。

以上结果说明，实施例1用于在体原位穿刺检测的拉曼探针的灵敏度和可靠性高。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，包括拉曼探头、拉曼探头伸出端(10)内设凸面朝向近外端的平凸透镜(11)，其特征在于：还包括接头(13)和穿刺针(15)；

接头(13)为两端直通的中空管套；

穿刺针(15)为两端直通的中空管，其一端呈针状，为针尖(19)；

接头(13)一端口内壁设螺纹a，拉曼探头伸出端(10)外壁设螺纹b，螺纹a与螺纹b相匹配，接头(13)与拉曼探头伸出端(10)通过螺纹a与螺纹b旋转相连；

接头(13)的另一端口内壁与穿刺针(15)远离针尖(19)的一端口外壁固定连接；

穿刺针(15)内远离针尖(19)的一端设一个平凸透镜(14)，平凸透镜(14)的凸面朝向拉曼探头；

穿刺针(15)内靠近针尖(19)的一端设一个平凸透镜(16)，平凸透镜(16)的凸面朝向针尖(19)；

在平凸透镜(16)与针尖(19)间的穿刺针15内、平凸透镜(16)的焦平面处设一个窗口片(17)，其外缘固定密封于穿刺针(15)内壁上；窗口片(17)的中心位于平凸透镜(16)的焦点处；

拉曼探头伸出端(10)伸入接头(13)内可被固定的位置包括使平凸透镜(11)与平凸透镜(14)的焦点重合的位置。

2.如权利要求1所述的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，其特征在于：接头(13)壁上设通透的螺孔及与该螺孔相匹配的螺钉(12)，将接头(13)固定于拉曼探头伸出端(10)上。

3.如权利要求1或2所述的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，其特征在于：穿刺针(15)的长度为50-200mm；

和/或，穿刺针(15)的外径为2-3mm；内径为0.8-2mm；

和/或，穿刺针(15)的针尖(19)的倾斜角为30-60度；

和/或，穿刺针(15)的材质为不锈钢；

和/或，接头(13)的材质为不锈钢；

和/或，螺钉(12)为内六角无头螺钉。

4.如权利要求1或2所述的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，其特征在于：窗口片(17)为一平玻璃片，厚度为0.4—0.8mm。

5.如权利要求1或2所述的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，其特征在于：

平凸透镜(14)和平凸透镜(16)的直径与穿刺针(15)的内径相同或相近；

和/或，接头(13)与穿刺针(15)的固定连接为可拆卸式。

6.如权利要求1或2所述的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，其特征在于：平凸透镜(11)、平凸透镜(14)和平凸透镜(16)的焦点在一条直线上。

7.如权利要求6所述的用于在体原位穿刺检测的拉曼探针，其特征在于：所述直线与接头(13)和穿刺针(15)的中轴线重合。

8.权利要求1—7中任一所述的穿刺针(15)。

9.权利要求1—7中任一所述的接头(13)。

10.权利要求1—7中任一所述的接头(13)和穿刺针(15)的连接体。