CN106510846B - 一种多探头兼容式原位投影成像处理系统 - Google Patents

Abstract

一种多探头兼容式原位投影成像处理系统，由光学系统模块和图像采集处理模块构成；所述光学系统模块集成有多组成像探头，每组成像探头分别产生激发光照射手术野，并对从手术野反射的反射光进行处理并传输至图像采集处理模块；所述图像采集处理模块接收经光学系统模块处理后的反射光信息并进行处理得到手术野可视化图像，再通过原位投影技术按照1:1的比例将手术野可视化图像投射到手术野中。该多探头兼容式原位投影成像处理系统将成像后的图像反投影到手术野中，能够在手术野中识别输尿管所在的部位；设置有多个成像探头集成于一体，便于根据实际需要选择需要的成像探头。小巧轻便，方便医生持拿，适宜术中导航使用。

Description

一种多探头兼容式原位投影成像处理系统

技术领域

本发明涉及医学光学成像技术领域，特别是涉及一种多探头兼容式原位投影成像处理系统。

背景技术

在临床腹部或盆腔外科手术中偶发的医源性损伤，虽然很罕见，但是一旦发生输尿管损伤，将会产生严重的并发症，如泌尿生殖器的瘘管形成或严重肾功能不全等。据报道腹部或盆腔外科手术输尿管损伤的发病率1％-8％，其中盆腔外科手术输尿管损伤最为常见，特别是结直肠手术、妇科手术等，事实上盆腔手术中75％的输尿管损伤来自妇科手术，因此如何有效避免术中输尿管损伤成为重要临床研究课题。

为了降低医源性输尿管损伤的风险，出现了多项基于放射线影像技术的输尿管识别定位技术，如静脉肾盂造影术、逆行性肾盂造影术、泌尿道计算机断层扫面成像技术等。但是上述技术在依靠术前对输尿管的定位基础上，还需要外科医生在术中结合实践经验来判断输尿管的大致走向，缺乏实时性，容易产生较大的偏差。另外，上述技术方法均有电离辐射作用，对患者和操作者具有一定的放射损伤。

近几十年迅速发展起来的医学光学成像技术，特别是较新出现的近红外荧光成像系统，没有电离辐射损伤，被广泛重视。近红外光恰好落在700nm-900nm范围内的光谱，为人眼不可见的光，该波段的光具有无电离辐射、对人体无害、活体组织吸收低、低散射、低自体荧光、穿透能力强等特点，被广泛用于临床术中正常组织结构、肿瘤等的实时导航(辅助医生识别诊断)，相当医生的“第三只眼睛”。

目前用于术中输尿管识别定位的荧光成像技术，主要根据实际所选用的荧光物质来决定选用哪种功能荧光成像系统。医生可以根据实际情况选择激发光源照射手术野。利用光源同时照射手术野，再通过镜头接收手术野发射回来的光，经过处理成像在显示器上。医生在结合显示器上呈现的图像和手术野的实际情况作出判断。但是这种图像呈现方式只是间接提供给医生作为术中参考信息，没有输尿管原位信息，不够直观。为了判断准确，需要在显示器与手术野之间来回却换，不仅浪费时间，效率也大打折扣。另外，并不是每种荧光物质都适合每位患者，例如携带有6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏症或者有明确对MB药物会产生过敏等的患者不能对其行静脉注射MB，虽然现在有多通道近红外荧光成像系统，但也仅限于吸收峰为670nm或者760nm的荧光物质，而且多通道荧光成像对激发光源集成也是有限的,集成的成像探头空间有限。不能满足实际使用中方便医生持拿、小巧轻便、术中导航使用的要求。

因此，针对现有技术不足，提供一种多探头兼容式原位投影成像处理系统以满足临床需要甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种多探头兼容式原位投影成像处理系统，该多探头兼容式原位投影成像处理系统将成像后的图像反投影到手术野中，能够在手术野中识别输尿管所在的部位；设置有多个成像探头集成于一体，便于根据实际需要选择需要的成像探头。

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。

提供一种多探头兼容式原位投影成像处理系统，由光学系统模块和图像采集处理模块构成；

所述光学系统模块集成有多组成像探头，每组不同的成像探头包括不同参数的光源、滤光片组合，且可方便地拔插更换，每组成像探头分别产生激发光照射手术野，并对从手术野反射的反射光进行处理并传输至图像采集处理模块；

所述图像采集处理模块接收经光学系统模块处理后的反射光信息并进行处理得到手术野可视化图像，再通过原位投影技术按照1:1的比例将手术野可视化图像投射到手术野中。

优选的，上述成像探头设置有激发光源、发射滤光片、镜头、二向色镜、彩色相机、至少一个近红外相机以及设置于彩色相机、近红外相机前端对应的接收滤光片；

所述激发光源至少包括白光源和一种近红外光源，所述发射滤光片与激发光源相匹配并对应设置于激发光源前端；

从手术野反射的反射光通过镜头传递到二向色镜，由二向色镜将反射光分成相互独立的两束光源，其中一束光源经过彩色相机前端设置的接收滤光片过滤后，除去近红外波长的光信号，留下的白光传递到彩色相机；另一束光源经过近红外相机前端的接收滤光片过滤后保留特定波段的近红外波长的光信号传递到至少一个近红外相机；

所述彩色相机和所述近红外相机同时输出视频信号至所述图像采集处理模块。

优选的，上述激发光源、发射滤光片采用相同的几何形状、尺寸和接口，以拔插方式装配，形成不同的参数组合，使整套系统具备多探头兼容性特点。

优选的，上述激发光源的白光源产生可见光波段400-650nm的光，光辐照度达到0.6mW/cm²；所述白光源前端的发射滤光片为400-650nm的滤光片；

激发光源的近红外光源产生波段为656-678nm和745-779nm的光谱，中心波长为670nm和760nm，光辐照度分别达到4mW/cm²和14.0mW/cm²；所述近红外光源前端的发射滤光片为656-678nm和745-779nm的滤光片；

设置于彩色相机前端的接收滤光片为400-650nm的滤光片，设置于近红外相机前端的接收滤光片为656-678nm和745-779nm的滤光片。

优选的，上述成像探头还设置有温控装置，所述温控装置的温度传感器设置于所述激发光源位置。

优选的，上述图像采集处理模块设置有数据采集卡、系统控制模块、显示器、存储卡、投影单元和数字化图像工作站；

所述数据采集卡的输入端与所述彩色相机、近红外相机连接，所述数据采集卡的输出端与数值化图像工作站连接，所述数字化图像工作站分别与所述存储器、显示器和投影单元连接，所述系统控制模块分别与所述数据采集卡、激发光源连接；

所述数据采集卡采集所述彩色相机和所述近红外相机输送的视频信号并输送至数字化图像工作站，经数字化图像工作站进行信号合成处理，将手术野可视信息在显示器上进行显示，再通过投影单元按照原位投影技术以1:1的比例投射到手术野中；

投影单元按照原位投影技术以1:1的比例投射到手术野中具体是投影单元将手术野可视图像沿着投影通道投送到二向色镜，再由二向色镜通过光路投影到人体原荧光发光部位。

优选的，上述在显示器上显示的手术野可视信息，包括彩色图像和近红外图像以及

基于彩色图像和近红外图像进行的图像分离或者叠加图像。

优选的，上述成像探头设置为两组或者三组。

优选的，上述成像探头设置有两个或者三个近红外相机。

优选的，上述的多探头兼容式原位投影成像处理系统，用于术中输尿管识别。

本发明的多探头兼容式原位投影成像处理系统，由光学系统模块和图像采集处理模块构成；所述光学系统模块集成有多组成像探头，每组成像探头分别产生激发光照射手术野，并对从手术野反射的反射光进行处理并传输至图像采集处理模块；所述图像采集处理模块接收经光学系统模块处理后的反射光信息并进行处理得到手术野可视化图像，再通过原位投影技术按照1:1的比例将手术野可视化图像投射到手术野中。该多探头兼容式原位投影成像处理系统将成像后的图像反投影到手术野中，能够在手术野中识别输尿管所在的部位；设置有多个成像探头集成于一体，便于根据实际需要选择需要的成像探头。该多探头兼容式原位投影成像处理系统小巧轻便，方便医生持拿，适宜术中导航使用。

附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种多探头兼容式原位投影成像处理系统的结构示意图。

在图1中，包括：

光学系统模块100、

激发光源110、白光源111、近红外光源112、

发射滤光片120、

镜头210、二向色镜220、彩色相机230、

近红外相机240、接收滤光片250、

图像采集处理模块300、

数据采集卡310、系统控制模块320、显示器330、

存储卡340、投影单元350、数字化图像工作站360。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1。

一种多探头兼容式原位投影成像处理系统，如图1所示，由光学系统模块100和图像采集处理模块300构成。

光学系统模块100集成有多组成像探头，每组不同的成像探头包括不同参数的光源、滤光片组合，且可方便地拔插更换。每组成像探头分别产生激发光照射手术野，并对从手术野反射的反射光进行处理并传输至图像采集处理模块300。将多组成像探头集成于光学系统模块100，可以方便使用者根据具体使用情形选择对应波段需要的成像探头。

图像采集处理模块300接收经光学系统模块100处理后的反射光信息并进行处理得到手术野可视化图像，再通过原位投影技术按照1:1的比例将手术野可视化图像投射到手术野中。该图像采集出来模块将可视化图像按照1:1的比例投影与手术野，可以便于术中医生直观清晰判断输尿管路的具体位置。利用该图像采集处理模块300，医生不需要像现有技术中那样不断地在手术野与显示图像之间不断切换，分辨判断输尿管具体位置，不仅提高了效率，而且结果精确度大幅提高。

具体的，成像探头设置有激发光源110、发射滤光片120、镜头210、二向色镜220、彩色相机230、至少一个近红外相机240以及设置于彩色相机230、近红外相机240前端对应的接收滤光片250。激发光源、发射滤光片采用相同的几何形状、尺寸和接口，以拔插方式装配，形成不同的参数组合，使整套系统具备多探头兼容性特点。

激发光源110至少包括白光源111和一种近红外光源112，发射滤光片120与激发光源110相匹配并对应设置于激发光源110前端。

激发光源110的白光源111产生可见光波段400-650nm的光，光辐照度达到0.6mW/cm²。白光源111前端的发射滤光片120对应为400-650nm的滤光片。

激发光源110的近红外光源112产生波段为656-678nm和745-779nm的光谱，中心波长为670nm和760nm，光辐照度分别达到4mW/cm²和14.0mW/cm²。近红外光源112前端的发射滤光片120对应为656-678nm和745-779nm的滤光片。

从手术野反射的反射光通过镜头210传递到二向色镜220，由二向色镜220将反射光分成相互独立的两束光源，其中一束光源经过彩色相机230前端设置的接收滤光片250过滤后，除去近红外波长的光信号，留下的白光传递到彩色相机230；另一束光源经过近红外相机240前端的接收滤光片250过滤后保留特定波段的近红外波长的光信号传递到至少一个近红外相机240。彩色相机230和近红外相机240同时输出视频信号至所述图像采集处理模块300。

设置于彩色相机230前端的接收滤光片250为400-650nm的滤光片，设置于近红外相机240前端的接收滤光片250为656-678nm和745-779nm的滤光片。

该成像探头还设置有温控装置，温控装置的温度传感器设置于激发光源110位置，控制激发光源110的工作温度不高于50℃。

具体的，图像采集处理模块300设置有数据采集卡310、系统控制模块320、显示器330、存储卡340、投影单元350和数字化图像工作站360。

数据采集卡310的输入端与所述彩色相机230、近红外相机240连接，数据采集卡310的输出端与数值化图像工作站连接，数字化图像工作站360分别与存储器、显示器330和投影单元350连接。系统控制模块320分别与数据采集卡310、激发光源110连接，控制激发光源110的工作及控制数据采集卡310进行数据采集。

数据采集卡310采集彩色相机230和近红外相机240输送的视频信号并输送至数字化图像工作站360，经数字化图像工作站360进行信号合成处理，将手术野可视信息在显示器330上进行显示，再通过投影单元350按照原位投影技术以1:1的比例投射到手术野中；投影单元按照原位投影技术以1:1的比例投射到手术野中具体是投影单元将手术野可视图像沿着投影通道投送到二向色镜，再由二向色镜通过光路投影到人体原荧光发光部位。

显示器330上显示的手术野可视信息，包括彩色图像和近红外图像以及基于彩色图像和近红外图像进行的图像分离或者叠加图像。

需要说明的是，成像探头的数量可以根据具体需要灵活选择，如设置为两组或者三组。成像探头也可以根据具体需要设置有两个或者三个近红外相机240。

本发明采用投影的原理，对成像后的图像按1:1的比例反投影在手术野中，使医生能够在术中视野中清晰看到输尿管所在部位。避免了现有技术只能在屏幕上显示成像图像，医生需要观察屏幕上的图像再结合自身经验判断输尿管具体所在部位，依赖医生的经验，容易产生偏差的缺陷。

本发明采用多探头兼容的荧光成像技术。该技术采用多个成像探头，将不同的成像探头集成到一套图像采集与处理模块，便于医生根据实际需求选用不同种类的成像探头，不同种类的成像探头具有不同的光谱，适合不同类型的病人需要。而现有技术只具备单一光谱，临床实际使用范围受限。

该多探头兼容式原位投影成像处理系统，可用于术中输尿管识别。

以一个成像探头，该成像探头具有一个近红外相机240的结构为例，对本发明的多探头兼容式原位投影成像处理系统的工作过程进行说明。激发光源110包括一白光源111和一近红外光源112，激发光源110发出的光经过发射滤光片120产生两束特定波段的激发光，照射在手术相应的视野中，当激发光在遇到具有相同频率荧光基团，荧光基团将被激发光的能量激发，引起其电子轨道向高能轨道跃迁，最终释放能量回归基态的过程中会产生可被检测的荧光信号。从手术野中反射回来的白光和近红外反射光通过光学镜头210传递到位于接收滤波器前端的二向色镜220，白色反射光和近红外反射光将被分成相互独立的两束光，其中白光在通过彩色相机230前端设置的接收滤光片250过滤后，除去近红外波长的光信号再传递到彩色相机230，另一束近红外反射光则通过特定波段的接收滤光片250过滤后被近红外相机240接收，彩色相机230和近红外相机240同时输出两路视频信号进入图像采集处理模块300，经过信号合成处理，最终在显示器330上显示手术野可视信息，分别有彩色图像和近红外有图像，它们分别可以分离和叠加。最后在经过原位投影技术按1:1的比例投射到手术野中。其它成像探头与该成像探头同理，这里不再赘述。

该多探头兼容式原位投影成像处理系统小巧轻便，方便医生持拿，适宜术中导航使用。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种多探头兼容式原位投影成像处理系统，其特征在于：用于术中输尿管识别，由光学系统模块和图像采集处理模块构成；

所述光学系统模块集成有多组成像探头，每组成像探头分别产生激发光照射手术野，并对从手术野反射的反射光进行处理并传输至图像采集处理模块；

所述图像采集处理模块接收经光学系统模块处理后的反射光信息并进行处理得到手术野可视化图像，再通过原位投影技术按照1:1的比例将手术野可视化图像投射到手术野中；

所述成像探头设置有激发光源、发射滤光片、镜头、二向色镜、彩色相机、至少一个近红外相机以及设置于彩色相机、近红外相机前端对应的接收滤光片：

所述激发光源至少包括自光源和一种近红外光源，所述发射滤光片与激发光源相匹配并对应设置于激发光源前端；

从手术野反射的反射光通过镜头传递到二向色镜，由二向色镜将反射光分成相互独立的两束光源，其中一束光源经过彩色相机前端设置的接收滤光片过滤后，除去近红外波长的光信号，留下的自光传递到彩色相机；另一束光源经过近红外相机前端的接收滤光片过滤后保留特定波段的近红外波长的光信号传递到至少一个近红外相机；

所述彩色相机和所述近红外相机同时输出视频信号至所述图像采集处理模块；

所述激发光源、发射滤光片采用相同的几何形状、尺寸和接口，以拔插方式装配；

激发光源的自光源产生可见光波段400至650nm的光，光辐照度达到0.6mW/cm2：所述自光源前端的发射滤光片为400至650nm的滤光片：

激发光源的近红外光源产生波段为656至678nm和745至779nm的光谱，中心波长为670nm和760nm，光辐照度分别达到4mW/cm2和14.0mW/cm2：所述近红外光源前端的发射滤光片为656至678nm和745至779nm的滤光片：

设置于彩色相机前端的接收滤光片为400至650nm的滤光片，设置于近红外相机前端的接收滤光片为656至678nm和745至779nm的滤光片；

所述成像探头设置有温控装置，所述温控装置的温度传感器设置于所述激发光源位置；

所述图像采集处理模块设置有数据采集卡、系统控制模块、显示器、存储卡、投影单元和数字化图像工作站；

所述数据采集卡的输入端与所述彩色相机、近红外相机连接，所述数据采集卡的输出端与数值化图像工作站连接，所述数字化图像工作站分别与所述存储卡、显示器和投影单元连接，所述系统控制模块分别与所述数据采集卡、激发光源连接；

所述数据采集卡采集所述彩色相机和所述近红外相机输送的视频信号并输送至数字化图像工作站，经数字化图像工作站进行信号合成处理，将手术野可视信息在显示器上进行显示，再通过投影单元按照原位投影技术以1:1的比例投射到手术野中；

投影单元按照原位投影技术以1:1的比例投射到手术野中具体是投影单元将手术野可视图像沿着投影通道投送到二向色镜，再由二向色镜通过光路投影到人体原荧光发光部位。

2.根据权利要求1所述的多探头兼容式原位投影成像处理系统，其特征在于：在显示器上显示的手术野可视信息，包括彩色图像和近红外图像以及基于彩色图像和近红外图像进行的图像分离或者叠加图像。

3.根据权利要求1所述的多探头兼容式原位投影成像处理系统，其特征在于：所述成像探头设置为两组或者三组。

4.根据权利要求3所述的多探头兼容式原位投影成像处理系统，其特征在于：所述成像探头设置有两个或者三个近红外相机。