CN106937884A - 基于近红外成像的手术导航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于近红外成像的手术导航系统，包括：近红外影像探针，用于靶向需要手术切除的病变组织，并能够在激发光的照射下产生近红外荧光信号；内窥探头，包括：激发光源，用以产生所述的激发光；近红外荧光采集器，用以采集所述的近红外荧光信号；影像工作站，至少用以将所述的近红外荧光信号转换为数字影像并构建对应于手术部位的三维场景；以及，虚拟现实显示装置，至少用以将所述的三维场景向操作者呈现。本发明的手术导航系统具备灵敏度高、移动灵活、设计开发、操作简易、信息可靠、安全性高等特点，可以实时引导肿瘤切除手术，在药物示踪与疗效评估、药物代谢分布、肿瘤早期检测、干细胞分化与修复等领域有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于近红外成像的手术导航系统，属于医疗器械领域。
背景技术
全球每年都会有超过500万的肿瘤患者进行了肿瘤外科切除手术，这也是目前最有效的肿瘤治疗方案。可靠精确地手术切除可以挽救数以万计患者的生命。在肿瘤外科手术中，肿瘤识别、肿瘤切除边缘的确定和转移淋巴结的鉴别等是影响肿瘤预后的重要因素。原发灶切除后标本的边缘与癌组织间的镜下最短距离，它是评价肿瘤手术的一个重要指标，也是影响肿瘤预后的重要因素，而目前大部分肿瘤切除手术都未能切除干净，导致复发和转移，以致丢失生命。
近红外二区荧光（NIR-II 1000-1700 nm）比传统的可见和近红外一区荧光(400-900 nm)具有更深的组织穿透性和更低的散射，即使更深层更小的目标也能检测到。而且细胞和组织的自发荧光在近红外二区波段最小，因此在检测复杂生物系统时，近红外二区荧光探针能提供更高的特异性和灵敏度。在肿瘤切除收拾中使用近红外荧光探针特异性标记肿瘤部位后，可看出荧光信号在肿瘤边缘位较肿瘤中心有着更强的信号，清晰的指示肿瘤和周边健康组织的边界，并区分开来，而在切缘部分并没有肿瘤分子标记物的荧光，说明肿瘤也彻底清除。近红外二区荧光引导的肿瘤切除可以精准的确定肿瘤切缘，减小对健康组织的侵害，将患者的痛苦降至最低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于近红外成像的手术导航系统，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种基于近红外成像的手术导航系统，其包括：
近红外影像探针，至少用于靶向需要手术切除的病变组织，并能够在激发光的照射下产生近红外荧光信号；
内窥探头，包括：
激发光源，至少用以产生所述的激发光，
近红外荧光采集器，至少用以采集所述近红外影像探针发射的近红外荧光信号；
影像工作站，至少用以将所述近红外荧光采集器采集的近红外荧光信号转换为数字影像并构建对应于手术部位的三维场景；
以及，虚拟现实显示装置，至少用以将所述影像工作站构建的三维场景向操作者呈现。
进一步的，所述内窥探头还包括定位器，至少用以对所述内窥探头在三维空间中的位置进行实时的跟踪及定位；所述影像工作站依据所述定位器在不同位置的坐标映射关系对所述数字影像进行手术部位的三维重构，从而形成所述三维场景。
进一步的，所述近红外影像探针的荧光发射波长范围为1000-1700 nm。
进一步的，所述激发光源环绕所述近红外荧光采集器设置。
进一步的，所述激发光源设置在所述内窥探头的外圈部，所述近红外荧光采集器设置在所述内窥探头内部。
进一步的，所述激发光源发射的激发光的波长为700-1350nm。
进一步的，所述近红外荧光采集器还包括可拆卸的滤光片。
进一步的，所述影像工作站包括：
近红外荧光探测器，至少用以将所述近红外荧光采集器采集的近红外荧光信号转换为数字影像；
计算机，至少依据定位器在不同位置的坐标映射关系对所述数字影像进行手术部位的三维重构，从而形成所述三维场景。
进一步的，所述近红外荧光探测器响应的荧光信号波长为400-1700 nm。
进一步的，所述虚拟现实显示装置包括虚拟现实眼镜，且所述虚拟现实显示装置通过有线或无线方式与影像工作站连接。
在一些较为具体的实施方案中，所述手术导航系统包括：近红外影像探针，内窥探头，影像工作站和虚拟现实眼镜。
所述近红外影像探针，用于靶向需要手术切除的病变组织，并产生近红外荧光信号；
所述内窥探头，用于激发、采集近红外荧光信号和定位；
所述影像工作站，用以将内窥探头采集到的荧光信号转换成数字影像，并进行三维重构，形成三维建模场景；
所述虚拟现实眼镜，用于呈现影像工作站形成的具有沉浸感的三维场景。
进一步地，所述的基于近红外成像的手术导航系统，其所述近红外影像探针荧光发射波长范围1000-1700 nm。
进一步地，所述内窥探头包括激发光源与近红外荧光采集器，激发光源用于激发预先靶向到病变组织的近红外荧光影像探针，使其产生近红外二区荧光信号，近红外荧光采集器捕获荧光信号并传输给影像工作站。
进一步地，所述激发光源波长范围为700-1350 nm，根据实际需求，功率可以连续调节。
进一步地，所述近红外荧光采集器还包括可拆卸的滤光片和定位器，滤光片可以过滤激发光源的干扰荧光，定位器用于确定内窥探头在三维空间中的位置。
进一步地，所述影像工作站包括近红外荧光探测器和计算机，近红外荧光探测器用于将近红外荧光采集器采集到的近红外荧光信号转化成数字影像，然后计算机将数字影像进行三维重构，形成三维建模场景。
进一步地，所述近红外荧光探测器响应的荧光信号波长为400-1700 nm。
进一步地，虚拟现实眼镜是一种可穿戴设备，医生可将其戴在眼睛上，通过数据线或无线局域网或蓝牙与计算机相连。该虚拟现实眼镜将给医生呈现影像工作站形成的具有沉浸感的三维场景，使手术更加精确、可靠、快速、方便。
较之现有技术，本发明的手术导航系统
具备灵敏度高、移动灵活、设计开发、操作简易、信息可靠、安全性高等特点，是外科医生的好帮手，可以实时引导肿瘤切除手术。在药物示踪与疗效评估、药物代谢分布、肿瘤早期检测、干细胞分化与修复等领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中一种基于近红外成像的手术导航系统的结构示意图。
附图标记说明：近红外影像探针1，激发光源2，近红外荧光采集器3，近红外荧光探测器4，计算机5，虚拟现实眼镜6。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明属于一种基于近红外成像的手术导航系统，其包括：近红外影像探针1，内窥探头，影像工作站和虚拟现实眼镜6。
其中，内窥探头又包含激发光源2和近红外荧光采集器3，影像工作站包含近红外荧光探测器4和计算机5。
首先，在手术之前，先选好合适的近红外影像探针1和对手术切除的病变组织有靶向作用的靶向分子，然后将两者修饰在一起，形成具有荧光标识的靶向分子，在手术开始前局部注入病人体内，具有荧光标识的靶向分子会迅速靶向到病变组织。所述近红外影像探针1荧光发射波长范围1000-1700 nm。
激发光源2设置在内窥探头的外部，整个外圈均为激发光源2，激发光源2能均匀地发出激发光束，波长范围为700-1350 nm，可以根据实际需求，调节功率大小，使得近红外影像探针1发射出合适强度的近红外荧光，便于后面的成像和医生的视觉感受。近红外荧光采集器3设置在内窥探头的内部，用来采集近红外荧光探针1发出的荧光信号。近红外荧光采集器3内部装有可装卸的滤光片，用以过滤采集到的干扰荧光。在手术中，内窥探头可以固定在支架上，医生也可以拿在手上，也可以固定在可操作的机器臂上，通过计算机远程控制，以辅助医生进行手术导航。内窥探头中还装有定位器，可以根据内窥探头在三维空间中的位置进行实时的跟踪、定位，并辅助影像工作站进行三维成像。
影像工作站中的近红外荧光探测器5通过数据线与内窥探头相连，用以将内窥探头采集到的术中实时荧光信号转换成数字影像，并传输到影像工作站中的计算机5中，优选的，本实施方式的计算机5根据内窥探头中的定位器在不同位置的坐标映射关系对内窥探头获取的一系列实时荧光图像进行手术部位的三维重构，形成三维建模场景。其中，所述近红外荧光探测器4响应的荧光信号波长为400-1700 nm。
虚拟现实眼镜6，是一种可穿戴设备，计算机通过数据线或无线局域网或蓝牙传输给虚拟现实眼镜6，医生将其戴在眼睛上，该虚拟现实眼镜6将给医生呈现影像工作站形成的具有沉浸感的三维场景，精准的确定肿瘤切缘，指导医生选择最佳最近的手术路径，减小对健康组织的侵害，并避开重要的人体器官，确保手术安全、顺利的进行，将患者的痛苦降至最低。
优选的，本实施方式对肿瘤切除手术效果尤为明显。
上述各实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于包括：
近红外影像探针，至少用于靶向需要手术切除的病变组织，并能够在激发光的照射下产生近红外荧光信号；
内窥探头，包括：
激发光源，至少用以产生所述的激发光，
近红外荧光采集器，至少用以采集所述近红外影像探针发射的近红外荧光信号；
影像工作站，至少用以将所述近红外荧光采集器采集的近红外荧光信号转换为数字影像并构建对应于手术部位的三维场景；
以及，虚拟现实显示装置，至少用以将所述影像工作站构建的三维场景向操作者呈现。
2.根据权利要求1所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述内窥探头还包括定位器，至少用以对所述内窥探头在三维空间中的位置进行实时的跟踪及定位；所述影像工作站依据所述定位器在不同位置的坐标映射关系对所述数字影像进行手术部位的三维重构，从而形成所述三维场景。
3.根据权利要求1所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述近红外影像探针的荧光发射波长范围为1000-1700 nm。
4.根据权利要求1所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述激发光源环绕所述近红外荧光采集器设置。
5.根据权利要求4所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述激发光源设置在所述内窥探头的外圈部，所述近红外荧光采集器设置在所述内窥探头内部。
6.根据权利要求3所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述激发光源发射的激发光的波长为700-1350nm。
7.根据权利要求1所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述近红外荧光采集器还包括可拆卸的滤光片。
8.根据权利要求2所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于，所述影像工作站包括：
近红外荧光探测器，至少用以将所述近红外荧光采集器采集的近红外荧光信号转换为数字影像；
计算机，至少依据定位器在不同位置的坐标映射关系对所述数字影像进行手术部位的三维重构，从而形成所述三维场景。
9.根据权利要求8所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述近红外荧光探测器响应的荧光信号波长为400-1700 nm。
10.根据权利要求1所述的基于近红外成像的手术导航系统，其特征在于：所述虚拟现实显示装置包括虚拟现实眼镜，且所述虚拟现实显示装置通过有线或无线方式与影像工作站连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170711 |