CN110755738A - 一种光学影像手术粒籽源植入的导航方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学影像手术放射性粒籽源植入导航方法和系统；该方法包括：使用特定波长的红外光照射被分子探针染色的病灶区域，通过近红外CCD和彩色CCD同时采集分子探针被激发所产生的红外光和可见光，两种图像经过融合、配准后，引导切除肿瘤靶区；同时使用红外反射标记球探针装置，在前述过程中准确定位放射性粒籽源植入位置和规划植入路径，将粒籽源植入到无法手术切除或无法手术清除干净的肿瘤区域进行放射性治疗，并减少植入过程中对路径上器官的损伤；该方法和系统克服了传统光学导航系统的缺陷；利用同一红外发射与接受装置，在单次治疗过程中一并实现了手术切除和放射性治疗两大治疗手段的精准引导。

Description

一种光学影像手术粒籽源植入的导航方法与系统
技术领域
本发明涉及近红外光与可见光的图像采集与融合，具体涉及一种光学影像手术粒籽源植入的导航方法和系统。
背景技术
生物体内的细胞或某种大分子标记荧光染料时，应用体外特定波长的光波照射，穿过组织的光线激发荧光材料发射荧光，体外光学影像设备提取这些发射出的荧光，形成光学分子影像，这种光学分子影像反映体内某种基因的表达或大分子的生物学特性；然而近红外光人眼无法识别，需要特殊的光学成像系统和适当的造影剂，当一种波长的红外光照射特定区域时，区域内发出另一种波长的红外光，提取这种红外光，可以精准确定红外荧光团的位置；当这种造影剂被标记到活体细胞、组织和器官时，就可以通过上述方法显示确定组织的结构和病变部位。
在通过手术方法或者粒籽源植入放疗方法治疗癌症的过程中，需要进行手术路径规划和粒籽源植入路径规划；以达到在手术切除/粒籽源植入的同时，最大限度保护周围正常组织和重要器官的目的。基于红外发射-接收装置和手持红外反射体探针的手术导航系统是目前发展的重点方向；通过发射和接收探针上红外反射体反射的信号，可以准确地确定探针所在的具体位置(绝对位置+在患者影像数据中的位置)，结合手术过程，规划手术路径或确定植入路径，在准确植入粒籽源的同时，保护重要器官和正常组织。
本发明最大的创新之处在于，将使用红外发射与接受装置的两种不同定位导航装置进行耦合，既可以实现基于荧光的器官定位，又可以实现基于红外的手术导航/植入路径规划。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于红外发射和接收装置的光学手术导航方法和系统，该方法和系统同时具有激发荧光成像和红外反散射直接成像两种定位功能；激发荧光成像用于手术过程中识别需要切除的区域，反散射成像用于规划粒籽源植入路径和引导植入过程；该方法同时兼顾了癌症治疗的手术和放疗两大手段，一套装置同时实现了两种功能。
为了实现上述目的，本发明提供一种光学影像手术粒籽源植入导航方法，该方法包括：
1)使用特定波长的红外光照射被分子探针染色的病灶区域，通过红外CCD 采集分子探针激发产生的红外光；
2)使用白光光源照射上述区域，通过彩色CCD相机采集区域高清数据；
3)将红外图像和彩色图像进行配准和融合，实现术中荧光和可见光的同时实时成像，在手术过程中精准标识肿瘤靶区，引导手术切除；
4)将患者影像数据三维重建；使用近红外光照射安装若干个红外反射球的红外探针；
5)通过探测确定红外反射球的位置阵列，获得探针针头位置；通过探针深入肿瘤区域，规划放射性粒籽源植入路径，兼顾减小创伤和规避重要功能组织。
优选地，使用600-950nm波长的激光器作为分子探针的激发光源；
优选地，用于采集分子探针激发后所发出的另一波长红外光的CCD相机，既可以采集激发红外光，又可以采集被反射球反射回来的原始红外光；
优选地，红外光激发分子影像引导定位和红外反射球引导定位两种方法，可以分别使用，也可以同时对同一部位使用。
本发明还提供一种光学分子影像手术粒籽源植入导航系统，该系统包括：光源部分、红外与可见光信号采集部分、分光棱镜部分、红外发射球探针部分、系统支撑部分、数据采集/处理/可视化服务器部分等组成；
优选地，光源部分包括近红外激光光源和卤素灯白光光源；红外激光灯光源波长为600-950nm，卤素灯光源波长为350-700nm；
优选地，在信号采集部分之前，分光棱镜将近红外光和可见光分开，分别进入红外CCD相机和可见光CCD相机成像；
优选的，在信号采集部分之前，分光棱镜采用伸缩式设计，当需要直接采集红外激光器在红外发射球探针部分上的反射光时，分光棱镜收缩归位。
本发明的有益效果为：本发明设计新颖，结构简单，将传统的一个倒伞锥体、改变成两个锥体，这样就可以把存集在倒伞叶轮上的淤积液体通过两个倒伞锥体上端面把抛甩出去，即减轻主机工作载荷，又能提高曝气冲氧效果，提高了机体强度了减轻了设备重量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是说明本发明的一种光学影像手术粒籽源植入导航方法的具体实施方式的流程图；
图2是说明本发明的一种光学影像手术粒籽源植入导航系统的部件构成图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，在本发明的一种光学分子影像手术/粒籽源植入导航方法的具体实施方式中，本发明提供一种导航的方法，该方法包括：
1)使用特定波长的红外光照射被分子探针染色的病灶区域，通过红外CCD 采集激发红外光；
2)使用白光光源照射上述区域，通过彩色CCD相机采集区域高清数据；
3)将红外图像和彩色图像进行配准和融合，实现术中红外和可见光的同时实时成像，标识肿瘤靶区位置，引导手术切除；
4)将患者影像数据三维重建；使用红外光照射安装若干个红外反射球的红外探针；
5)通过探测确定红外反射球的位置阵列，获得探针针头位置；通过探针深入肿瘤区域，规划放射性粒籽源植入路径，兼顾减小创伤和规避重要功能组织。
通过上述方式，采采用多光谱成像技术实现术中红外光-可见光的同时实时成像，实现术中导航和路径规划的效果。
以下结合图1和图2的方法以及系统，具体描述本发明如何实现成像和导航功能。
在该种实施方式中，使用600-950nm波长的激光器作为分子探针的激发光源，可以起到较好的荧光激发效果；
在该种实施方式中，用于采集分子探针激发后所发出的另一波长红外光的 CCD相机，既可以采集激发红外光，又可以采集被反射球反射回来的原始红外光，起到一机多用的目的；
在该种实施方式中，红外光激发分子探针引导定位和红外反射球引导定位两种方法，可以分别使用，也可以同时对同一部位使用。
本发明还提供一种导航的系统，如图2所示，该系统包括光源部分、红外与可见光信号采集部分、分光棱镜部分、红外发射球探针部分、系统支撑部分、数据采集/处理/可视化服务器部分等组成；
在该种实施方式中，光源部分包括近红外激光光源和白光光源；红外激光灯光源波长为600-950nm，卤素灯光源波长为350-700nm；卤素光源用于提供可见光彩色影像数据，红外光源用于激发造影剂和反散射定位；
在该种实施方式中，在分子探针成像状态下，信号采集部分之前，分光棱镜将红外光和可见光分开，分别进近红外CCD相机和可见光CCD相机成像；
在该种实施方式中，在信号采集部分之前，分光棱镜采用伸缩式设计，当需要直接采集红外激光器在红外发射球探针部分上的反射光时，分光棱镜缩回，直接进行红外反射定位，与服务器中的患者影像数据进行匹配，实时确定探针所在位置。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种光学影像手术粒籽源植入的导航方法，其特征在于，该方法包括：
(1)使用特定波长的红外光照射被分子探针染色的病灶区域，通过近红外CCD相机采集分子探针激发产生的荧光；
(2)使用白光光源照射上述区域，通过彩色CCD相机采集区域高清数据；
(3)将近红外图像和彩色图像进行配准和融合，实现术中荧光和可见光的同步实时成像，引导识别肿瘤靶区进行手术切除；
(4)将患者影像数据进行三维/四维重建，使用红外光照射由若干个红外反射球构成的红外探针；
(5)通过探测确定红外反射球的位置阵列，获得探针针头位置，通过探针深入肿瘤区域，规划放射性粒籽源植入路径，兼顾减小创伤和规避重要功能组织。
2.根据权利要求1所述的一种光学影像手术粒籽源植入的导航方法，其特征在于，使用600-950nm波长的激光器作为分子探针的激发光源。
3.根据权利要求1所述的一种光学影像手术粒籽源植入的导航方法，其特征在于，用于采集分子探针激发后所发出的另一波长近红外光的CCD相机，既可以采集分子探针激发的其他波长荧光，又可以采集被反射球反射回来的原始波长红外光。
4.根据权利要求1所述的一种光学影像手术粒籽源植入的导航方法，其特征在于，红外光激发分子探针引导定位和红外反射球引导定位两种方法，可以分别使用，也可以同时对同一部位使用。
5.一种光学影像手术粒籽源植入的导航系统，其特征在于，该系统包括：光源部分、红外与可见光信号采集部分、分光棱镜部分、红外发射球探针部分、系统支撑部分、数据采集/处理/可视化服务器部分组成。
6.根据权利要求5所述的导航系统，其特征在于，光源部分包括红外激光光源和卤素灯白光光源；红外激光灯光源波长为600-950nm，卤素灯光源波长为350-700nm。
7.根据权利要求5所述的导航系统，其特征在于，在信号采集部分之前，分光棱镜将红外光和可见光分开，分别进入红外CCD相机和可见光CCD相机成像。
8.根据权利要求5所述的导航系统，其特征在于，信号采集部分之前，分光棱镜采用伸缩式设计，当需要直接采集近红外激光器在红外发射球探针部分上的反射光，进行粒籽源植入导航时，分光棱镜收缩归位。
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CN113687564A (zh) * 2021-08-17 2021-11-23 中科领航医疗科技有限公司 一种手术导航与放射性植入系统用相机夹具及其使用方法

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