CN109276230A - 一种短波红外肿瘤成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种短波红外肿瘤成像系统，包括激发光光源、带通滤波片、工程漫射体、长波通二色相镜、短波红外相机以及彩色相机；激光发光光源用于朝病灶区发射短波红外激发光；带通滤波片用于对短波红外激发光进行滤波，得到荧光吸收波段光；工程漫射体用于对荧光吸收波段光进行发散，激发病灶区的靶向药物发荧光；长波通二色相镜用于透射截止波段以上的荧光，反射截止波段以下的光；短波红外相机位于长波通二色相镜的透射光路上，并用于生成彩色肿瘤图像成荧光肿瘤图像；彩色相机位于长波通二色相镜的反射光路上，并用于生成彩色肿瘤图像。本发明还提供了一种短波红外肿瘤成像方法。本发明具有成像深度深、成像视野广的技术效果。

Description

一种短波红外肿瘤成像系统及方法

技术领域

本发明涉及医学影像学技术领域，具体涉及一种短波红外肿瘤成像系统及方法。

背景技术

传统的光学技术采用可见光观察病灶区域，使用可见光波段的造影剂进行结合，但是由于可见光的本身的特性，穿透人体组织的深度浅，组织的吸收等很强，导致产生很差的信噪比。此外，穿透深度更深点的光学分子成像方法用的是近红外一区激发光进行成像，该激发光相比可见光波段相比吸收散射较少，自体荧光较小，但成像深度依然无法满足需求。而且近红外一区的系统均采用双ccd或者三ccd分别采集的方案，不仅需要在系统前加上延迟透镜组等装置，使得相机接收的光功率下降，信噪比低；还需在软件编写方面进行相应像素对应，图像的重建性差，使得软件编写复杂，耗时长，效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种短波红外肿瘤成像系统，解决现有技术中成像深度无法满足需求的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种短波红外肿瘤成像系统，包括激发光光源、带通滤波片、工程漫射体、长波通二色相镜、短波红外相机以及彩色相机；

所述激光发光光源用于朝病灶区发射短波红外激发光；

所述带通滤波片和工程漫射体依次设置于所述短波红外激发光的光路上；

所述带通滤波片用于对所述短波红外激发光进行滤波，得到荧光吸收波段光；

所述工程漫射体用于对所述荧光吸收波段光进行发散，激发所述病灶区的靶向药物发荧光；

所述长波通二色相镜位于荧光光路上，并用于透射截止波段以上的荧光，反射截止波段以下的光；

所述短波红外相机位于所述长波通二色相镜的透射光路上，并用于生成荧光肿瘤图像；

所述彩色相机位于所述长波通二色相镜的反射光路上，并用于生成彩色肿瘤图像。

优选地，还包括短波通滤波片，所述短波通滤波片位于所述短波红外相机与所述长波通二向色镜之间，并用于滤除所述截止波段以外的杂光。

优选地，还包括照明光源，所述照明光源朝向病灶区设置，并用于发射照明光照亮病灶区。

优选地，还包括低通滤光片，所述低通滤光片位于所述照明光的光路上，并用于对所述照明光进行滤波，使得可见光波段通过。

本发明还提供一种短波红外肿瘤成像方法，包括以下步骤：

步骤S1、朝病灶区发射短波红外激发光；

步骤S2、对所述短波红外激发光进行滤波，得到荧光吸收波段光；

步骤S3、对所述荧光吸收波段光进行发散，激发所述病灶区的靶向药物发荧光；

步骤S4、透射截止波段以上的荧光生成荧光肿瘤图像，反射截止波段以下的光生成彩色肿瘤图像。

优选地，所述步骤S4中透射截止波段的荧光生成荧光肿瘤图像具体为：

透射截止波段以上的荧光，并滤除所述截止波段以外的杂光，然后生成荧光肿瘤图像。

优选地，所述步骤S1还包括：朝病灶区发射照明光照亮病灶区。

优选地，所述步骤S1还包括：对所述照明光进行滤波，使得可见光波段通过。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过短波红外光作为激发光，实现深层成像需求，而且由于光散射与波长成反比，因此短波红外光散射较少，成像效果好；其次，通过短波红外光波段成像，自发荧光信号很少，避开了本地干扰。同时通过工程漫射体对激发光进行发散，使得激发光均匀的照射于病灶区，扩大激发光照射范围，进而扩大成像视野。

附图说明

图1是本发明提供的短波红外肿瘤成像系统的结构示意图；

图2是本发明提供的短波红外肿瘤成像方法的流程图。

附图中：

1、激光发光光源，2、带通滤波片，3、工程漫射体，4、长波通二色相镜，5、短波红外相机，6、彩色相机，7、短波通滤波片，8、照明光源，9、低通滤光片，10、病灶区。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1所示，本发明的实施例1提供了一种短波红外肿瘤成像系统，包括激发光光源1、带通滤波片2、工程漫射体3、长波通二色相镜4、短波红外相机5以及彩色相机6；

激光发光光源1用于朝病灶区10发射短波红外激发光；

带通滤波片2和工程漫射体3依次设置于短波红外激发光的光路上；

带通滤波片2用于对短波红外激发光进行滤波，得到荧光吸收波段光；

工程漫射体3用于对荧光吸收波段光进行发散，激发病灶区10的靶向药物发荧光；

长波通二色相镜4位于荧光光路上，并用于透射截止波段以上的荧光，反射截止波段以下的光；

短波红外相机5位于长波通二色相镜4的透射光路上，并用于生成荧光肿瘤图像；

彩色相机6位于长波通二色相镜4的反射光路上，并用于生成彩色肿瘤图像。

本发明中激发光光源1用于提供波段不同的激发光。具体的，本发明中激发光光源1采用LD激光器实现，优选可调波段激光器，提供700nm-1700nm波段光。本发明使用1000nm-1700nm的短波红外光作为激发光，1000nm-1700nm的短波红外光可以实现深层成像。不同的靶向药物，其激发波段各异，本实施例选用1540nm光激发靶向药物，释放出1200nm光和1540nm以上波段光，可同时对不同器官组织进行清晰成像，从而可以很好的进行肿瘤靶向清除。带通滤光片2对激发光进行滤波，只让荧光吸收光波段通过，从而对靶向药物进行荧光探针的激发，本实施例选用1538nm带通滤光片2。工程漫射体3将激发光光束均匀化发散到病灶区10，例如将激发光光束以10度或25度的发散角发散出，并且激光功率分配是均匀的，从而实现大面积的荧光激发，扩大成像视野，便于后续成像。长波通二向色镜4，只让截止波段光通过，截止波段以下的光反射，例如：1100nm的光通过，反射1100nm以下波段的光，把杂光滤除掉，只让截止波段以上光通过，使得靶向药物的肿瘤处信号更加突出易分辨，同时反射截止波段以下光，为彩色相机6收集信号用。短波红外相机5用于捕捉900-1700nm波段的荧光信号成像；彩色相机6用于捕捉380-760nm之间的彩色信号成像，可以很好的辅助医生进行肿瘤切除手术的导航，可以精确的识别实体肿瘤的大小及边界。能高效的鉴别和帮助准确清除癌细胞，保留健康细胞，缩短手术时间。

具体的，本发明还可以用808nm作为激发光，在1100nm以上收集荧光信号，从而进行血管造影成像。；

本发明的优点在于：首先，由于我们使用的激发光波段在900-1700nm，其穿透组织深度深，而且光散射与波长成反比,因此其散射较少，成像效果更加明显；其次，由于在900-1700nm波段成像，组织自发荧光信号很少甚至没有，避开了本地干扰，将大大的提高信号强度；最后，本系统结构简单合理、体积小、精确度高，受干扰小。本发明解决了目前采用可见光和近红外一区波长的光学分子成像技术只能对表面或浅表层进行成像的问题，可以看到较深层次的生物组织信息，帮助手术医生对深层的肿瘤、淋巴癌症细胞进行清除，实现血管造影、血管坏死定点治疗等等。

对比已经成熟的超声技术、核磁MR、计算机断层成像CT、正电子断层成像PET等术前诊断技术相比，本发明可进一步降低目前手术中医生主要依靠丰富的临床经验和触诊的方法产生的误诊、遗留微小的肿瘤、误切正常组织的失误，为术中精准医疗提供了可能。相比于之前的近红外和可见光波段，本发明具有大生物组织成像深度更深、小生物组织损伤低以及成像信噪比更高的优点。而且本发明在短波红外波段和可见光波段同时进行成像，可以用来实时观察生物组织的动态变化，例如：可以对微小的肿瘤进行靶向荧光成像、可对血管进行成像、可对特定的荧光药物动力代谢过程追踪等等，在生物医学领域具有广阔的应用和发展前景，此外对材料、化学分析等方面也有较大的应用前景。

优选的，如图1所示，还包括短波通滤波片7，短波通滤波片7位于短波红外相机5与长波通二向色镜4之间，并用于滤除截止波段以外的杂光。

短波通滤光片7用来滤除荧光探针激发发射以外波段的光，其型号可以根据不同的激光光源和靶向药物进行切换。

优选的，如图1所示，还包括照明光源8，照明光源8朝向病灶区10设置，并用于发射照明光照亮病灶区10。

照明光源8用于提供照明光，照明病灶区10，为手术大夫提供精准手术照明，以及提供肿瘤定位辅助功能。现有技术中为了避免白光对激发光的影响在手术时候需要关闭手术室灯光，为医生操作带来诸多不便，而本发明无需关灯。本发明中照明光源8优选白光LED。

优选的，如图1所示，还包括低通滤光片9，低通滤光片9位于照明光的光路上，并用于对照明光进行滤波，使得可见光波段通过。

低通滤光片9对照明光进行滤光，只容许700nm以下的可见光波段通过，一方面为手术区提供纯净的照明波段，使得成像的视频颜色纯正，防止彩色相机6采集的彩色图像失真，另一方面是去除长波段对病灶产生干扰。

实施例2：

如图2所示，本发明的实施例1提供了一种短波红外肿瘤成像方法，包括以下步骤：

步骤S1、朝病灶区发射短波红外激发光；

步骤S2、对短波红外激发光进行滤波，得到荧光吸收波段光；

步骤S3、对荧光吸收波段光进行发散，激发病灶区的靶向药物发荧光；

步骤S4、透射截止波段的荧光生成荧光肿瘤图像，反射截止波段以下的光生成彩色肿瘤图像。

本发明提供的短波红外肿瘤成像方法，基于上述短波红外肿瘤成像系统，因此，上述短波红外肿瘤成像系统所具备的技术效果，短波红外肿瘤成像方法同样具备，在此不再赘述。

优选的，步骤S4中透射截止波段的荧光生成荧光肿瘤图像具体为：

透射截止波段的荧光，并滤除截止波段以外的杂光，然后生成荧光肿瘤图像。

优选的，步骤S1还包括：朝病灶区发射照明光照亮病灶区。

优选的，步骤S1还包括：对照明光进行滤波，使得可见光波段通过。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种短波红外肿瘤成像系统，其特征在于，包括激发光光源、带通滤波片、工程漫射体、长波通二色相镜、短波红外相机以及彩色相机；

所述激光发光光源用于朝病灶区发射短波红外激发光；

所述带通滤波片和工程漫射体依次设置于所述短波红外激发光的光路上；

所述带通滤波片用于对所述短波红外激发光进行滤波，得到荧光吸收波段光；

所述工程漫射体用于对所述荧光吸收波段光进行发散，激发所述病灶区的靶向药物发荧光；

所述长波通二色相镜位于所述荧光的光路上，并用于透射截止波段以上的荧光，反射截止波段以下的光；

所述短波红外相机位于所述长波通二色相镜的透射光路上，并用于生成荧光肿瘤图像；

所述彩色相机位于所述长波通二色相镜的反射光路上，并用于生成彩色肿瘤图像。

2.根据权利要求1所述的短波红外肿瘤成像系统，其特征在于，还包括短波通滤波片，所述短波通滤波片位于所述短波红外相机与所述长波通二向色镜之间，并用于滤除所述截止波段以外的杂光。

3.根据权利要求1所述的短波红外肿瘤成像系统，其特征在于，还包括照明光源，所述照明光源朝向病灶区设置，并用于发射照明光照亮病灶区。

4.根据权利要求3所述的短波红外肿瘤成像系统，其特征在于，还包括低通滤光片，所述低通滤光片位于所述照明光的光路上，并用于对所述照明光进行滤波，使得可见光波段通过。

5.一种短波红外肿瘤成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、朝病灶区发射短波红外激发光；

步骤S2、对所述短波红外激发光进行滤波，得到荧光吸收波段光；

步骤S3、对所述荧光吸收波段光进行发散，激发所述病灶区的靶向药物发荧光；

步骤S4、透射截止波段以上的荧光生成荧光肿瘤图像，反射截止波段以下的光生成彩色肿瘤图像。

6.根据权利要求5所述的短波红外肿瘤成像系统，其特征在于，所述步骤S4中透射截止波段的荧光生成荧光肿瘤图像具体为：

透射截止波段以上的荧光，并滤除所述截止波段以外的杂光，然后生成荧光肿瘤图像。

7.根据权利要求5或6所述的短波红外肿瘤成像系统，其特征在于，所述步骤S1还包括：朝病灶区发射照明光照亮病灶区。

8.根据权利要求7所述的短波红外肿瘤成像系统，其特征在于，所述步骤S1还包括：对所述照明光进行滤波，使得可见光波段通过。