CN106963459A - 一种骨髓穿刺内窥成像系统及方法 - Google Patents

一种骨髓穿刺内窥成像系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种骨髓穿刺内窥成像系统及方法，成像系统包括光源、传导采集系统、成像及图像处理系统；传导采集系统包括传导光纤和复合骨髓穿刺针，所述复合骨髓穿刺针的外层用于插入穿刺部位提取体液，复合骨髓穿刺针内层末端设有微型物镜及体液储存腔，体液储存腔与微型物镜相连设置于内层传像光纤底部；光源经传导光纤耦合，传输入射光束至复合骨髓穿刺针，体液通过微型物镜进行光学成像，传导光纤将成像光束发送至成像及图像处理系统，成像及图像处理系统具有摄像单元和显示单元，摄像单元用于对所述成像光束进行成像，显示单元用于显示体液的单光谱或高光谱成像结果。

Description

一种骨髓穿刺内窥成像系统及方法
技术领域
本发明涉及成像技术，尤其涉及骨髓穿刺内窥成像系统及方法。
背景技术
在各种血液病、寄生虫病等疾病的诊断、治疗中，骨髓穿刺术是一种采取骨髓液的常用诊断技术。获得的骨髓液可进行细胞学、细菌学和寄生虫的检查，在相关疾病的诊断和治疗中有重要作用。过程中丢失的骨髓液很快就会被身体内的造血细胞补充，并不会对身体产生不良影响。但是传统的骨髓穿刺术也存在着以下缺点：
(1)骨髓穿刺术根据医生临床经验实施穿刺，可能由于穿刺位置、深度不当，导致穿刺针未在髓腔内，产生干抽现象，这时需要重新调整穿刺针或者拔出再一次穿刺。抽取液体不当或不足会影响后续检查与诊断，甚至有可能对患者的病情与健康造成不良影响，且多次调整、穿刺过程往往会造成患者的痛苦；
(2)骨髓穿刺术抽吸量过多时，会使骨髓液稀释，而抽吸量过少会影响后续检查；
(3)骨髓穿刺术无法实时、直观的了解骨髓内部具体情况，无法实时地调整穿刺与抽取过程。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明能在穿刺端进行骨髓液显微高光谱成像或显微单光谱成像，根据成像结果检查异常与病变，辅助医生进行诊断；且在骨髓穿刺过程中，能够不断获取穿刺端的实时显微图像以调整穿刺过程，确保穿刺位置、深度准确。
本发明采用下面的技术方案：
一种骨髓穿刺内窥成像系统，包括光源、传导采集系统和成像及图像处理系统；传导采集系统包括传导光纤和复合骨髓穿刺针，所述复合骨髓穿刺针的外层用于插入穿刺部位提取体液，复合骨髓穿刺针内层末端设有微型物镜及体液储存腔，体液储存腔与微型物镜相连设置于内层传像光纤底部；光源经传导光纤耦合，传输入射光束至复合骨髓穿刺针，体液通过微型物镜进行光学成像，传导光纤将成像光束发送至成像及图像处理系统，成像及图像处理系统具有摄像单元和显示单元，摄像单元用于对所述成像光束进行高光谱或单光谱成像，显示单元用于显示体液的成像结果。
进一步的，所述传导光纤包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤用于耦合光源，传输入射光束；所述第二光纤用于传输体液成像信号；第一光纤的一端连接光源，另一端连接复合骨髓穿刺针；第二光纤的一端连接成像及图像处理系统，另一端连接复合骨髓穿刺针。
进一步的，所述复合骨髓穿刺针为双层中空金属针，包括骨髓液采集通道和光学信号传导采集通道；所述骨髓液采集通道为同轴共心双层层间空间，所述光学信号传导采集通道为同轴共心内层中空空间，包括第一光纤在内、第二光纤在外的同轴共心复合光纤束；微型物镜设置于内层传像光纤的底部，体液储存腔与微型物镜相连，置于复合骨髓穿刺针末端，与体液接触。
进一步的，在所述微型物镜和体液储存腔之间设有真空腔，用于保证体液成像焦距。
进一步的，在所述复合骨髓穿刺针顶部和中部分别设有骨髓液抽取部和骨髓穿刺针固定器。
进一步的，所述光源依次通过光纤准直单元、光纤耦合单元，传输入射光束至复合骨髓穿刺针，所述光源、光纤准直单元和光纤耦合单元均设置在第一暗箱内。
进一步的，所述摄像单元包括声光可调谐滤波器、声光可调谐滤波器控制器、光电转换器、CCD摄像机，声光可调谐滤波器控制器用于控制声光可调谐滤波器保留设定波段的光谱信号，声光可调谐滤波器的输入与第二光纤相连，声光可调谐滤波器的输出连接光电转换器；光电转换器的输出连接摄像单元，摄像单元提取所述设定波段的光谱信号，发送至显示单元，显示体液的成像结果，所述声光可调谐滤波器、光电转换器和摄像单元均设置于第二暗箱内。
本发明还提出了一种骨髓穿刺内窥成像方法，包括以下步骤：
(1)采用复合骨髓穿刺针穿刺设定部位，提取体液至体液储存腔；
(2)通过第一光纤将入射光束投射在体液储存腔之上，采用微型物镜获取体液成像光束，体液成像光束通过第二光纤发送至成像及图像处理系统，其中摄像单元对所述体液成像光束进行成像，展示体液的成像结果。
进一步的，步骤(2)中，成像及图像处理系统还包括声光可调谐滤波器、光电转换器以及声光可调谐滤波器控制时，声光可调谐滤波器控制器控制声光可调谐滤波器保留设定波段的光谱信号；声光可调谐滤波器的输出连接光电转换器进行光电转换，光电转换器的输出连接CCD摄像机，摄像机对所述设定波段的光谱信号进行成像，发送至显示单元，显示体液的高光谱或单光谱成像结果。
本发明的工作流程：
(1)医生可根据临床经验及患者病情等情况选择合适穿刺部位；
(2)开启骨髓穿刺内窥成像系统，进行实时成像与展示，并实施骨髓穿刺；医生根据图像展示部中穿刺端显微图像信息的变化调节穿刺位置、角度、深度，判断穿刺针头当前所处位置，确定穿刺针头到达骨髓内部合适位置后通过骨髓穿刺针固定器固定穿刺针；
(3)穿刺针固定后，对传导采集部中体液储存腔内的骨髓液进行显微成像，并在图像展示部展示其图像信息；
(4)医生根据骨髓成图像信息进行初步检查与分析，观察骨髓液中细胞形态、数量、光谱信息等有无异常，决定是否需要抽取部分骨髓液做进一步检查；
(5)若医生判断需要抽取骨髓液，则由骨髓液抽取部控制，通过传导采集部的骨髓液采集通道完成抽取，抽取完成后轻微转动拔出穿刺针，随将消毒纱布盖上，稍加按压，用胶布固定；若医生判断不需要抽取骨髓液，则直接拔出穿刺针，盖上消毒纱布，稍加按压并用胶布固定。
当希望获得丰富的高光谱图像信息时，可用声光可调谐滤波器控制器控制声光可调谐滤波器保留不同波长、几乎连续的谱信号进行高光谱成像；若想获得较为实时、快速的单光谱成像，亦可控制声光可调谐滤波器仅保留某一波段的谱信号进行普通的单光谱成像。
本发明的有益效果：
(1)本发明的骨髓穿刺内窥成像系统，能在穿刺针固定后，在穿刺端进行骨髓液显微高光谱成像或显微单光谱成像，根据成像结果检查异常与病变，辅助医生进行诊断。
(2)本发明能够对骨髓液体进行高光谱显微成像，高光谱图像中富含的信息量大大高于正常医学图像，往往能反映出一些肉眼无法判断的异常，可提供更多诊断信息，辅助医生进行检查和进一步诊断；
(3)本发明改变了传统骨髓穿刺的检查方式，即可通过骨髓液高光谱显微成像进行检查，根据医生判断，将骨髓液的抽取作为进一步检查的方式，而非唯一、必须方式，且本发明也能够完成骨髓液的抽取；
(4)本发明能在骨髓穿刺过程中，能够对穿刺端不断、实时地进行显微成像并显示，指导医生的穿刺过程，确保穿刺位置、深度适合，保证了骨髓穿刺的准确性，减少了患者的痛苦。
附图说明
图1为本发明中高光谱骨髓穿刺内窥成像系统示意图；
图2为本发明中复合骨髓穿刺针端部的剖面结构示意图；
其中：1-第一暗箱；2-卤素光源；3-光学准直耦合器；4-传光光纤；5-传像光纤；6-第二暗箱；7-AOTF；8-光电转换器；9-显示单元；10-CCD相机；11-AOTF控制器；12-骨髓液抽取部；13-光纤耦合单元；14-骨髓穿刺针固定器；15-复合骨髓穿刺针；16-骨髓液采集通道；17-护套；18-微型物镜；19-真空腔(成像腔)；20-体液储存腔(成像腔)。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
AOTF：声光可调滤波器
如图1所示，本发明的一种典型实施例是一种骨髓穿刺内窥成像系统，包括光源、传导采集系统和成像及图像处理系统，其中：
光源设置于第一暗箱中，第一暗箱中包括卤素光源和光学准直耦合器，卤素光源提供宽谱光源，光学准直耦合器使光以最大效率耦合进光纤；
传导采集系统包括分散包裹接头、骨髓穿刺针固定器和复合骨髓穿刺针；分散包裹接头将第一光纤(也就是传光光纤)、第二光纤(也就是传像光纤)包裹成传像光纤束在内、传光光纤束在外的同轴共心复合光纤束，复合骨髓穿刺针为双层中空金属针，复合光纤束包裹于双层中空金属针头内部。
复合骨髓穿刺针包括骨髓液采集通道和光学信号传导采集通道；骨髓液采集通道是同轴共心双层的层间空间，层间中空空间完成骨髓液体的采集；光学信号传导采集通道置于双层中的内层空间中，包括护套、传光光纤、传像光纤、微型物镜和成像腔；微型物镜放置于复合光纤束远离分散包裹接头的端部；所述成像腔包括真空腔和体液储存腔，按照真空腔、体液储存腔的顺序放置于微型物镜远离复合光纤束的端部。
真空腔是封闭、真空的圆柱形腔体，用于保证成像焦距。
体液储存腔是扁平、透明的圆柱形腔体，用于储存体液、便于成像；体液储存腔与真空腔相邻一端封闭，另一端柱面部分半开放，用于采集体液。
本实施例中的成像及图像处理系统包括声光可调滤波器AOTF、光电转换器、声光可调滤波器AOTF控制器和CCD相机；AOTF、光电转换器和CCD相机置于第二暗箱内；所述AOTF与传像光纤束远离分散包裹接头的一端连接，其受到AOTF控制器的控制，将光信号分解成不同波长的谱信号；所诉光电转换器与CCD相机相连，其将光信号转变为电信号，进行成像。
本发明的再一实施例是一种采用上述骨髓穿刺内窥成像系统的成像方法，包括以下步骤：
(1)采用复合骨髓穿刺针穿刺设定部位，提取体液至体液储存腔；
(2)通过第一光纤将入射光束投射在体液储存腔之上，采用微型物镜获取体液成像光束，体液成像光束通过第二光纤发送至成像及图像处理系统，其中摄像单元对所述体液成像光束进行成像，展示体液的成像结果。
在所述步骤(2)中，若想获得丰富的高光谱图像，则可采用AOTF控制器控制AOTF滤光器保留不同波长、几乎连续的谱信号进行高光谱成像；采用这种方法可获得丰富的高光谱图像信息但速度可能较慢、实时性较弱。若想获得较为实时、快速的单光谱成像，则可以采用AOTF控制器控制AOTF滤光器仅保留某一波段的谱信号进行普通单光谱成像。
本发明在具体实施中可以辅助医生进行骨髓穿刺，具体的操作方法是：
根据临床经验及患者病情等情况选择合适穿刺部位；
然后开启高光谱骨髓穿刺内窥成像系统，进行实时成像与展示，并实施骨髓穿刺；医生根据显示单元中穿刺端显微图像信息的变化调节穿刺位置、角度、深度，判断穿刺针头当前所处位置，确定穿刺针头到达骨髓内部合适位置后通过骨髓穿刺针固定器固定穿刺针；
当穿刺针固定后，对传导采集系统中体液储存腔内的骨髓液进行高光谱显微成像，并在显示单元展示其图像信息；
医生根据图像信息进行初步检查与分析，观察骨髓液中细胞形态、数量、光谱信息等有无异常，决定是否需要抽取部分骨髓液做进一步检查；
若医生判断需要抽取骨髓液，则由骨髓液抽取部控制，通过传导采集系统的骨髓液采集通道完成抽取，抽取完成后轻微转动拔出穿刺针，随将消毒纱布盖上，稍加按压，用胶布固定；若医生判断不需要抽取骨髓液，则直接拔出穿刺针，盖上消毒纱布，稍加按压并用胶布固定。
可选的，若想获得丰富的高光谱图像信息，可控制声光可调谐滤波器保留不同波长、几乎连续的谱信号进行高光谱成像；若想获得较为实时、快速的单光谱成像，可以采用AOTF控制器控制AOTF滤光器仅保留某一波段的谱信号进行普通的单光谱成像。
具体的，可通过成像及图像处理系统中AOTF在AOTF控制器的作用下完成光谱分光，几乎连续、不同波长的谱信号传入CCD相机完成对体液储存腔内骨髓液的高光谱成像；通过显示单元显示高光谱图像信息。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种骨髓穿刺内窥成像系统，其特征在于：包括光源、传导采集系统、成像及图像处理系统；传导采集系统包括传导光纤和复合骨髓穿刺针，所述复合骨髓穿刺针的外层用于插入穿刺部位提取体液，复合骨髓穿刺针内层末端设有微型物镜及体液储存腔，体液储存腔与微型物镜相连设置于内层传像光纤底部；光源经传导光纤耦合，传输入射光束至复合骨髓穿刺针，体液通过微型物镜进行光学成像，传导光纤将成像光束发送至成像及图像处理系统，成像及图像处理系统具有摄像单元和显示单元，摄像单元用于对所述成像光束进行成像，显示单元用于显示体液的单光谱或高光谱成像结果。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述传导光纤包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤用于耦合光源，传输入射光束；所述第二光纤用于传输体液成像信号；第一光纤的一端连接光源，另一端连接复合骨髓穿刺针；第二光纤的一端连接成像及图像处理系统，另一端连接复合骨髓穿刺针。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述复合骨髓穿刺针为双层中空金属针，包括骨髓液采集通道和光学信号传导采集通道；所述骨髓液采集通道为同轴共心双层层间空间，所述光学信号传导采集通道为同轴共心内层中空空间，包括第一光纤在内、第二光纤在外的同轴共心复合光纤束；微型物镜设置于内层传像光纤的底部，体液储存腔与微型物镜相连，置于复合骨髓穿刺针末端，与体液接触。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：在所述微型物镜和体液储存腔之间设有真空腔，用于保证体液成像焦距。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：在所述复合骨髓穿刺针顶部和中部分别设有骨髓液抽取部和骨髓穿刺针固定器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光源依次通过光纤准直单元、光纤耦合单元，传输入射光束至复合骨髓穿刺针，所述光源、光纤准直单元和光纤耦合单元均设置在第一暗箱内。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述摄像单元包括声光可调谐滤波器、声光可调谐滤波器控制器、光电转换器、CCD摄像机，声光可调谐滤波器控制器用于控制声光可调谐滤波器保留设定波段的光谱信号，声光可调谐滤波器的输入与第二光纤相连，声光可调谐滤波器的输出连接光电转换器；光电转换器的输出连接摄像单元，摄像单元提取所述设定波段的光谱信号，发送至显示单元，显示体液的高光谱成像结果，所述声光可调谐滤波器、光电转换器和摄像单元均设置于第二暗箱内。
8.一种基于权利要求3的骨髓穿刺内窥成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）采用复合骨髓穿刺针穿刺设定部位，提取体液至体液储存腔；
（2）通过第一光纤将入射光束投射在体液储存腔之上，采用微型物镜获取体液成像光束，体液成像光束通过第二光纤发送至成像及图像处理系统，其中摄像单元对所述体液成像光束进行成像，展示体液的单光谱成像结果。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，成像及图像处理系统还包括声光可调谐滤波器、光电转换器以及声光可调谐滤波器控制时，声光可调谐滤波器控制器控制声光可调谐滤波器保留设定波段的光谱信号；声光可调谐滤波器的输出连接光电转换器进行光电转换，光电转换器的输出连接CCD摄像机，摄像机对所述设定波段的光谱信号进行成像，发送至显示单元，显示体液的高光谱成像结果。
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