CN111999269A - 检测装置、检测方法以及检测装置的使用方法 - Google Patents

检测装置、检测方法以及检测装置的使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种检测装置、检测方法以及检测装置的使用方法，所述检测装置包括：发光单元，用于提供激发光，所述激发光投射至检测物上能够产生荧光；第一滤色片，用于使荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；第二滤色片，用于使荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；第一光电探测器，用于探测所述第一荧光，形成第一荧光信号；第二光电探测器，用于探测所述第二荧光，形成第二荧光信号；时间相关单光子计数单元，用于根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据，还用于根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。本发明提高了检测的准确性。

Description

检测装置、检测方法以及检测装置的使用方法
技术领域
本发明实施例涉及光学检测领域，尤其涉及一种检测装置、检测方法以及检测装置的使用方法。
背景技术
光学方法常用来对人体器官是否发生病变进行检测，而荧光寿命是用来检测病变的光学参数之一。
当某种物质被激发后跃迁到某一激发态，而后以辐射跃迁的形式回到基态，在上能级平均停留的时间即为荧光寿命。参考图1，示出了荧光寿命原理图，所述原理图的横坐标为时间，纵坐标为荧光强度。如原理图所示，以分子的荧光强度降到最大值Imax的1/e所需要的时间作为荧光寿命。
荧光寿命可用单e指数公式来描述：
I(t)＝Imaxexp(-t/τ)
其中τ为荧光寿命，Imax为辐射出的最大荧光强度值，I(t)为t时刻的荧光强度。
荧光物质的荧光寿命与自身结构、所处微环境的极性、粘度、pH等条件有关，因此荧光寿命的测定可以反映体系发生的变化，荧光寿命多在纳秒级别，可以通过荧光技术观察到多种复杂分子间相互作用过程。
而在人体器官发生病变时，人体细胞或组织所处微环境的新陈代谢发生异常，从而影响人体细胞或组织某些分子的荧光寿命，通过对所述荧光寿命对应的指标进行检测，可以判断人体内新陈代谢是否异常，进而判断器官是否发生病变。
然而，现有光学检测装置或检测方法的准确性和敏感性不够，具有一定的漏诊率，而且通常需要将探测装置放置到病变区域，或者通过手术或活检的方式获取病人组织标本才能实现检测，因此对人体具有一定的创伤性。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种检测装置、检测方法以及检测装置的使用方法，提高检测的准确性。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种检测装置，包括：发光单元，用于提供激发光，所述激发光投射至检测物上能够产生荧光；第一滤色片，用于使荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；第二滤色片，用于使荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；第一光电探测器，用于探测所述第一荧光，形成第一荧光信号；第二光电探测器，用于探测所述第二荧光，形成第二荧光信号；时间相关单光子计数单元，用于根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据，还用于根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
相应地，本发明还提供一种检测方法，包括：提供激发光；使所述激发光投射至检测物上，产生荧光；使所述荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；使所述荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；探测所述第一荧光，形成第一荧光信号；探测所述第二荧光，形成第二荧光信号；根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据；根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
相应地，本发明还提供一种检测装置的使用方法，包括：通过所述的检测装置对第一组检测物样本进行检测，获得第一检测数据；通过所述的检测装置对第二组检测物样本进行检测，获得第二检测数据，所述第二组检测物样本为与所述第一组检测物样本相比发生异常的样本；根据所述第一检测数据以及第二检测数据获得参考范围；通过所述检测装置对检测物进行检测，获得第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据，并对所述第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据进行处理，判断处理结果是否落入所述参考范围。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明通过设置两个滤色片用于区分不同分子所对应波段的荧光，所述检测装置还设置有两个光电探测器，分别检测不同的荧光，从而获得两种不同的荧光寿命数据，基于两种不同的荧光寿命数据可以分别对不同的辅酶或其他不同种类分子进行检测，通过综合分析多种分子的数据，可以获得更多检测信息，进而提高检测的准确性。
可选方案中，通过将荧光寿命数据从时域转换为相量域，可以将测到的荧光寿命曲线转换为一个相量，相位作为相量的角度，调制度为相量的幅度，从而实现通过相量分析法分析探测到的数据，在相量域分析检测到的数据，可以排除对器官检测过程中血液、淋巴液等带来的检测影响，从而进一步提高检测准确度和精度，进而提高检测敏感性。
可选方案中，还可以通过数据处理单元，处理所述第一荧光寿命数据和所述第二荧光寿命数据，并判断处理结果是否落入参考范围，所述参考范围是基于远端部位对应的数据获得参考范围，所述远端部位为与所述检测物相比更难检的部位，也就是说，通过检测检测物可以获得远端部位的检测结果，而检测物的检测难度相对较低，尤其对于一些活检位置较难的远端位置的检测，本发明实施例可以减小检测难度，甚至可以避免创伤性活检操作。
附图说明
图1是荧光寿命原理图；
图2是本发明一实施例检测装置的功能框图；
图3是图2所示检测装置的结构示意图；
图4是图3中时间相关单光子计数单元的功能框图；
图5是图3所示检测装置的检测结果；
图6基于相量域转换单元获得的相量域中的检测结果；
图7本发明一实施例检测方法的流程示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，目前检测装置对病变的准确性不够，具有一定的漏诊率。
分析产生上述技术问题的原因发现：目前检测装置采用单块滤色片和一个通道的光电设备对荧光进行采集，获得的信息为检测样本整体荧光寿命信息，这些信息包括多种辅酶、胶原蛋白、弹性蛋白等多种分子的荧光寿命信息，对整体荧光寿命相近的病变区域无法有效鉴别，因此具有一定的漏诊率，为了提高检测准确度，必须以病变区域的组织作为检测物才能获得较为准确的数据。
为了解决上述技术问题，本发明实施例的检测装置通过设置两个滤色片用于区分不同分子所对应波段的荧光，所述检测装置还设置有两个光电探测器，分别检测不同的荧光，从而获得两种不同的荧光寿命数据，基于两种不同的荧光寿命数据可以分别对不同的辅酶或其他不同种类分子进行检测，通过综合分析多种分子的数据，可以获得更多检测信息，进而提高检测的准确性。
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、完整的描述，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。
参考图2，示出了本发明一实施例检测装置的功能框图。本发明实施例检测装置包括：发光单元100、第一滤色片101、第二滤色片102、第一光电探测器111、第二光电探测器112以及时间相关单光子计数单元110。其中：
发光单元100，用于提供激发光，所述激发光投射至检测物上能够产生荧光；
第一滤色片101，用于使荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；
第二滤色片102，用于使荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；
第一光电探测器111，用于探测所述第一荧光，形成第一荧光信号；
第二光电探测器112，用于探测所述第二荧光，形成第二荧光信号；
时间相关单光子计数单元110，用于根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据，还用于根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
采用上述实施例的检测装置，虽然激发光投射至检测物上产生的荧光包含了多种分子的荧光寿命信息，但是通过设置两个滤色片用于区分不同分子所对应波段的荧光，还设置有两个光电探测器，分别检测不同分子的荧光，从而获得两种不同分子的荧光寿命数据，基于两种不同的荧光寿命数据可以分别对不同的辅酶或其他不同种类分子进行检测，从而可以获得更多检测信息，进而提高检测的准确性。
继续参考图2，进一步的，所述检测装置还可以包括：相量域转换单元120，用于将第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据从时域转换为相量谱，获得第一荧光对应的第一相量谱信息以及第二荧光对应第二相量谱信息。
通过将荧光寿命数据从时域转换为相量域，可以将测到的荧光寿命曲线转换为一个相量，相位作为相量的角度，调制度为相量的幅度。通过在相量域分析检测到的数据，可以排除对器官检测过程中血液、淋巴液等带来的影响，从而进一步提高检测准确度和精度。
继续参考图2，所述检测装置还可以包括：数据处理单元121，用于处理所述第一荧光寿命数据和所述第二荧光寿命数据，并判断处理结果是否落入参考范围，所述参考范围是基于远端部位对应的数据获得参考范围，所述远端部位为与所述检测物相比更难检的部位，或者，所述参考范围为基于检测物对应的数据获得的参考范围。
需要说明的是，对于所述参考范围是基于远端部位对应的数据获得参考范围这种情况，指的是通过对身体健康的正常人以及远端部位发生病变的病人的数据获得的参考范围。例如，远端部位指的是卵巢，检测物为宫颈组织切片，卵巢相对于所述宫颈组织为较难检测的部位。通过身体健康的正常人以及卵巢发生病变的病人的数据(所述数据可以是通过本发明检测装置预先检测获得的检测数据，也可以是根据文献获得的参考数据)设定参考范围。进行检测时，以所述宫颈组织切片作为检测物，通过检测宫颈组织切片获得辅酶或其他分子的荧光寿命数据，基于所述荧光寿命数据是否落入所述参考范围，判断卵巢是否异常。
通过检测检测物(例如：宫颈组织或口腔组织)可以获得远端部位(例如，卵巢或消化道器官)的检测结果，而检测物的检测难度相对较低，尤其对于一些活检位置较难的远端位置的检测，本发明实施例可以减小检测难度，甚至可以避免创伤性活检操作。
另一方面，所述参考范围还可以是基于检测物对应的数据获得参考范围这种情况，指的是通过对身体健康的正常人以及检测物发生病变的病人的数据获得的参考范围。例如，检测物为宫颈组织切片。通过身体健康的正常人以及宫颈组织发生病变的病人的数据设定参考范围。进行检测时，以所述宫颈组织作为检测物，通过检测宫颈组织获得辅酶或其他分子的荧光寿命数据，基于所述荧光寿命数据是否落入所述参考范围，判断宫颈组织是否异常。
还需要说明的是，所述参考范围包括一个或多个数值范围，对于参考范围为多个数值范围的情况，通过判断检测获得的数据落入哪个数值范围，从而可以对异常情况进行更细致的区分。
参考图3，示出了图2所示检测装置的结构示意图。需要说明的是，本实施例以检测宫颈组织切片(即检测物为宫颈组织切片)中两种辅酶：烟酰胺腺嘌呤二核苷(NADH，reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide)、黄素腺嘌呤二核甘酸(FAD，flavin adenine dinucleotide)的荧光为例进行说明。在其他实施例中，还可以探测其他分子对应的荧光。具体地，所述检测装置包括：
发光单元200，用于发出330～410nm的皮秒激光(比如405nm的激光)，或660～820nm的飞秒激光。所述激光用于激发宫颈组织切片中NADH到达激发态，进而发出第一荧光。所述发光单元200用于发出350～490nm的皮秒激光(比如488nm的激光)或700～980nm的飞秒激光，用于激发宫颈组织切片中FAD到达激发态，进而发出第二荧光。
需要说明的是，对于NADH和FAD，激光器能发出位于NADH和FAD吸收谱波段内的光，可以使NADH和FAD产生荧光。在其他实施例中，可以根据待激发的分子种类的吸收谱选择相应波段范围的激光。
本实施例中，所述发光单元200为可调谐飞秒激光器，发出NADH和FAD的激发光；或者，所述发光单元200包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器和第二激光器为皮秒激光器，所述第一激光器发出NADH的激发光，所述第二激光器发出FAD的激发光。
本实施例，在所述发光单元200和所述宫颈组织切片的光路上还设置有第一双色镜202，用于区分所述激发光和所述第一荧光，还用于区分所述激发光和所述第二荧光。
具体地，所述第一双色镜202包括第一面以及与第一面相对的第二面，所述激光器发出的激光入射到所述第一面后发生透射，在到达宫颈组织切片后，形成第一荧光和第二荧光，所述第一荧光和第二荧光到达所述第二面发生反射，从而实现了激发光和荧光的区分。
本实施例通过设置所述第一双色镜202，可以减少激发光对荧光的干扰，从而提高检测准确度。在其他实施例中，检测装置还可以不设置所述第一双色镜，以简化光路。
继续参考图3，本实施例检测装置还包括：扫描单元203，用于使激发光对所述宫颈组织切片进行扫描，或者，用于控制所述激发光对所述宫颈组织切片的预设位置进行检测。
具体地，所述扫描单元203为振镜驱动系统，包括x振镜和y振镜，用于实现对所述宫颈组织切片的面扫描。
所述扫描单元203除了实现面扫描，还可以控制激发光对宫颈组织切片预设位置进行扫描，从而使激发光对检测物特定位置实现检测。
本实施例中，所述扫描单元203与检测物之间还设置有物镜组204，用于使宫颈组织切片的像放大，从而可以获得所述宫颈组织切片放大后的图像，以便于宫颈组织切片检测位置的确定，进而进一步提高检测准确性。
所述物镜组204还用于使所述荧光透过，以便于荧光透射到后续光路的光电探测器上实现检测。
具体地，所述物镜组204为激光共聚焦显微镜的物镜。
需要说明的是，在其他实施例中，通过设置自聚焦电机以及物镜调节焦螺旋，可以实现对宫颈组织切片z方向的连续扫描采集，从而能对宫颈组织切片多一个维度的检测，对不同深度的组织可以获得类似的检测精度。
如图3所示，所述检测装置还包括载物台205，用于放置所述检测物宫颈组织切片。
在其他实施例中，所述检测装置还可以不设置所述载物台，而是包括光纤，用于传输所述激发光至所述检测物，还用于传输所述荧光。从而通过光纤实现对检测物的检测。光纤的材质较软，可以通过光纤端部的探头对一些不利于检测的器官进行探测。
激发光到达宫颈组织切片时，可使宫颈组织切片中分子(包括：NADH、FAD、胶原蛋白、弹性蛋白、视黄醇等)激发到激发态，之后以辐射跃迁的形式回到基态，通过滤色片对NADH与FAD的荧光进行过滤，从而测量NADH与FAD的荧光寿命信息，通过判断NADH与FAD荧光寿命的变化，来判断宫颈组织是否发生病变。
通过NADH与FAD荧光寿命的变化，判断宫颈组织是否发生病变的原理在于：宫颈组织切片中的细胞需要能量来维持体内平衡，细胞活动的所有过程都依赖于能量，主要产生能量的活动为糖酵解和氧化磷酸化作用，两种辅酶因子NADH与FAD是参与其中的电子供体与受体。NADH与FAD在生物体内有两种状态，一种为结合态(bound)，一种为自由基状态(free)。自由基状态的NADH与结合态FAD寿命在几百皮秒，自由基状态FAD和结合态NADH寿命在几千皮秒。正常细胞的能量代谢活动与病变情况下的细胞代谢有着显著不同。肿瘤细胞的特征在于极度活跃且不可控制的细胞增殖。当细胞所处微环境的新陈代谢发生异常时，NADH与FAD的自体荧光寿命会发生改变。因此，可以通过检测两种辅酶结合态的占比与寿命的变化，判断人体内新陈代谢是否异常，进而帮助判断器官是否发生病变。
为了测量荧光寿命，本实施例中，激发光使所述宫颈组织切片产生荧光，荧光通过所述物镜组204和所述扫描单元203到达第一双色镜202，所述第一双色镜202使所述荧光发生反射，从而使荧光与激发光在光路上区分开，进而使后续光路实现对荧光的检测。
如图3所示，本实施例检测装置包括：第一滤色片210，用于使荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光。本实施例中，所述第一滤色片210为417nm～477nm的带通滤色片，用于使NADH受激发回落到基态后产生的荧光通过，获得用来检测NADH荧光寿命的数据。
本实施例检测装置还包括：第二滤色片212，用于使荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光。本实施例中，所述第二滤色片212为508nm的长通滤色片，用于使FAD受激发回落到基态后产生的荧光通过，获得用来检测FAD荧光寿命的数据。
需要说明的是，在其他实施例中，对于NADH，所述第一滤色片210能使NADH发射谱波段内的光通过即可，相应的，对于FAD，所述第二滤色片212能使FAD发射谱波段内的光通过即可。因此，所述第一滤色片210可以为420nm～540nm的带通滤色片，所述第二滤色片212可以为大于490nm的长通滤色片或500-620nm的带通滤色片。
相应地，对于其他检测分子种类而言，可以选择与所述分子的发射谱波段对应的滤色片，用于使分子受激产生的荧光透过。
需要说明的是，在所述检测物与所述第一滤色片210之间，以及所述检测物与第二滤色片212之间的光路上还设置有第二双色镜209，用于区分所述第一荧光和第二荧光。
本实施例中，所述第二双色镜209使所述第一荧光反射，同时使所述第二荧光发生透射，进而在光路上实现了第一荧光和第二荧光的区分。
通过使第一荧光和第二荧光实现区分，可以使第一荧光和第二荧光相互之间不产生干扰，从而可以提高对第一荧光和第二荧光检测的准确性。
需要说明的是，本发明实施例检测装置，如图3所示，在所述发光单元200和所述检测物之间的光路上还设置有第一共轭小孔201；此外，在所述物镜组204与所述第一滤色片210之间，以及物镜组204与所述第二滤色片212之间的光路上还设置有第二共轭小孔207，用于滤除非焦面的荧光，提高了检测精度和分辨率。
在其他实施例中还可以不设置所述第一共轭小孔201和第二共轭小孔207。
还需要说明的是，本实施例检测装置，在光路上所述第一双色镜202和所述第二双色镜209之间还设置有第一反射镜206和第二反射镜208，所述第一反射镜206和第二反射镜208用于改变光传播的方向，提高检测装置的紧凑性。在其他实施例中，还可以不设置所述第一反射镜206和第二反射镜208。
继续参考图3，本实施例检测装置包括：第一光电探测器211，用于探测所述第一荧光，使光信号转换为电信号形成第一荧光信号；第二光电探测器213，用于探测所述第二荧光，使光信号转换为电信号形成第二荧光信号。
具体地，所述第一光电探测器211与所述第二光电探测器213均为光电倍增管(photomultiplier tube，PMT)，可以将较为微弱的光转换为较大增益的电信号，提高检测灵敏度。
在其他实施例中，第一光电探测器与第二光电探测器还可以是其他光电探测器，例如光电管、电荷耦合器件(Charge Couple Device，CCD)、雪崩二极管(avalanchephotodiode，APD)等。
本实施例设置双通道PMT，可以同时获得NADH和FAD两种辅酶因子的变化情况，提供更多肿瘤早期病变的细节信息，大大减少了由于病变区域小带来的漏诊率。
继续参考图3，本实施例检测装置还包括：时间相关单光子计数单元215，用于根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据，还用于根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
具体地说，所述时间相关单光子计数单元215对所述第一光电探测器211与所述第二光电探测器213采集到荧光信号(与第一荧光对应的电信号以及与第二荧光对应的电信号)进行处理，以便于获得第一荧光寿命曲线和第二荧光寿命曲线，以便于进一步对NADH和FAD两种辅酶因子的荧光寿命是否发生异常变化进行判断，以便于实现对宫颈组织切片是否发生病变的判断。
结合参考图4，示出了图3中时间相关单光子计数单元的功能框图说明其工作原理。所述时间相关单光子计数单元215包括：控制器2151、处理器2152以及驱动器2153。其中：
控制器2151，与所述发光单元200、第一光电探测器211与所述第二光电探测器213均相连，用于控制发光单元200所发出激发光的功率，还用于控制所述第一光电探测器211与所述第二光电探测器213的增益。
具体地，所述控制器2151为安装于计算机中的激光器和光电探测器功率控制硬件板卡。
处理器2152，用于对第一光电探测器211与所述第二光电探测器213探测采集到的信号进行数据处理。
具体地，所述处理器2152为安装于计算机中的时间相关单光子计数卡。
需要说明的是，荧光寿命可用单e指数公式
I(t)＝I0exp(-t/τ)
来描述，其中τ为荧光寿命，I0为辐射出的最大荧光强度值，I(t)为t时刻的荧光强度。
基于拟合结果，第一光电探测器211与所述第二光电探测器213采集到的图像中每个像素的加权平均寿命由如下公式得出：
Figure BDA0002074082710000101
其中ti为不同成分的荧光寿命，ai是不同成分对应的占比。拟合优度χ2用于评估拟合准确度，χ2的数值越接近1，说明拟合程度越好。通过χ2值的大小来选择合适的指数拟合模型，从而分别获得NADH和FAD两种辅酶因子对应的荧光寿命曲线，也就是说获得NADH和FAD两种辅酶因子对应的荧光寿命数据。
本实施例中，所述时间相关单光子计数单元215还包括驱动器2153，与扫描单元203和处理器2152相连，用于使所述扫描单元203的扫描与处理器2152保持同步。
具体地，所述驱动器2153为通过USB与计算机相连的外置板卡。
继续参考图3，本实施例中，检测装置还包括：电信号耦合单元214，用于将第一光电探测器211与所述第二光电探测器213探测到的电信号传输至时间相关单光子计数单元215。
在其他实施例中，也可以不设置所述电信号耦合单元。
本实施例分别设置了不同的滤色片并对不同滤色片通过的光进行检测，可以获多不同分子类型的荧光寿命信息，从而提高了检测准确度。
需要说明的是在器官发生恶性肿瘤时，病变器官的相邻区域也会受到影响。以卵巢和子宫为例，当卵巢或子宫有恶性肿瘤时，宫颈的新陈代谢体现异常，进一步影响宫颈组织的微环境。类似的，在消化道器官发生病变时，口腔组织的新陈代谢也会发生变化。
本发明实施例的检测装置还可以进一步的包括数据处理单元121，用于处理所述第一荧光寿命数据和所述第二荧光寿命数据，并判断处理结果是否落入参考范围；所述参考范围是基于远端部位对应的数据获得参考范围，所述远端部位为与所述检测物相比更难检的部位，或者，所述参考范围为基于检测物对应的数据获得的参考范围；所述参考范围包括一个或多个数值范围。
本实施例中，所述数据处理单元121设置于计算机中。
具体地，为了将获得的第一荧光寿命数据和第二荧光寿命结合分析，所述数据处理单元121可以建立以第一荧光寿命为横坐标(纵坐标)，以第二荧光寿命为纵坐标(横坐标)的坐标系，将测量到的第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据设置到所述坐标系中作为检测数据点，而远端部位的数据作为参考数据也设置到所述坐标系中作为参考数据点，基于所述参考点的分布可以获得参考范围，通过判断检测数据点是否落入参考范围，来获得判断结果。
参考图5，示出了图3所示检测装置的检测结果。其中横坐标为结合态FAD自体荧光寿命，纵坐标为结合态NADH自体荧光寿命。方形数据点为正常人宫颈的结合态FAD和结合态NADH的荧光寿命数据(通过检测装置获得的参考数据点)，而圆形数据点(通过检测装置获得的检测结果)为卵巢癌病人的宫颈组织获得的结合态NADH的荧光寿命数据(第一荧光寿命数据)和结合态FAD的荧光寿命数据(第二荧光寿命数据)。需要说明的是，检测得到的FAD、NADH的荧光寿命数据包括结合态的荧光寿命数据。图5中各个数据点的数值为结合态的荧光寿命数据。
通过图5检测结果可发现通过检测宫颈组织获得的NADH的荧光寿命数据(第一荧光寿命数据)和FAD的荧光寿命数据(第二荧光寿命数据)，与参考数据在数值分布上有一定的差异性，以图中虚线为界可以设定参考范围。检测时，如果检测出的数据点落入虚线左下方为异常，落入虚线右上方为正常。由此可以证明通过对检测物(宫颈组织)的检测，可以实现较难检测的远端器官(卵巢)是否发生异常的判断。
由于本实施例检测装置的检测准确度较高，通过检测宫颈组织就可以实现卵巢病变的检测。而宫颈组织可以通过阴道镜的方法实现探测，相对于获取子宫内或者卵巢这些远端器官的组织来说，检测难度降低。
类似的，在对其他器官由进行检测时，可以对恶性肿瘤远端的器官进行更简易的检测，来发现腹腔深处的肿瘤。例如：通过检测口腔，对判断食管病变提供检测数据。
需要说明的，实际操作中，也可以对检测物进行检测，并基于检测物所对应的数据获得参考范围，进而对检测物本身是否发生异常进行判断。
相量谱分析法能够剔除复杂环境中血液等杂质对数据的影响，进行实时数据自检与修正，有着更强的适应性和特异性，帮助提高早期病变或癌前病变的诊断敏感性。
继续参考图3和4，为了进一步提高检测精度。所述检测装置还可以包括所述时间相关单光子计数单元215相连的相量域转换单元216，将时间相关单光子计数单元215的时域数据转换为相量谱进行分析。
具体拟合公式为：
Figure BDA0002074082710000131
Figure BDA0002074082710000132
这里，i,j定义为图像的一个像素点，ω为角频率，ω＝2πf，f为激光的重复频率。
相量曲线的位置与寿命有直接的联系，通过时间相关单光子计数单元215中单e指数获得的荧光寿命经过相量转换后，可以在一个圆心坐标为(0.5，0)，半径为0.5的半圆上找到对应的位置。
通过相量域转换单元216将时间相关单光子计数单元215获得的每一张图像转换为相量坐标系中的散点图。对每个采集区域，都可以获得一个相量坐标系中散点图的密度分布，选取密度分布最集中的位置作为此采集区域的中心坐标值。
通过相量域转换单元216将获得的荧光寿命数据转换到相量谱后，数据处理单元可以基于所述第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据对应的相量谱信息判断检测物是否发生异常。
参考图6，示出了数据处理单元基于相量域转换单元获得的信息进行处理的结果。与图5的不同之处在于，图6中的参考范围是基于检测物对应的数据获得的参考范围。具体地说，检测对象为容易检测的器官所对应的检测物(宫颈组织切片)，参考范围通过容易检测的器官获取的数据设定。
Normal代表了正常人的测试结果(通过检测装置获得的检测结果)，而CIN3代表宫颈癌高危患者(高危癌前病变)通过本发明实施例装置获得的测试结果，两者在进行相量域转换之前的获得的荧光寿命数据较为接近。而在图6所示的相量域坐标系中，CIN3位于Normal值的右下方，从而使宫颈癌高危人群在患癌之前的检测数据与正常人的检测数据实现了区分，便于实现宫颈癌高危人群在病变之前有效诊断。需要说明的是，此次CIN3为包含了第一荧光和第二荧光荧光寿命信息的相量域分析结果，具体地说，是将第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据合并在一起分析获得的结果。
需要说明的是，图6示意的是对检测物进行检测，并基于检测物对应的数据获得的参考范围，进而进行是否异常的判断。在其他实施例中，还可以对检测物进行检测，而参考范围是通过远端部位对应的数据获得的相量谱的参考范围，进而实现通过对检测物进行检测的数据来判断远端部位是否异常。
还需要说明的是，在图5和图6中，所述参考范围为一个，在其他实施例中，所述参考范围为多个，例如不同的参考范围为不同病变阶段的数据设定的范围，通过检测获得的处理结果与所述参考范围的关系，从而实现更细致的检测。
为了解决所述技术问题，本发明实施例还提供了一种检测方法。参考图7，示出了本发明实施例检测方法的流程示意图。所述检测方法，包括：
S1，提供激发光；
S2，使所述激发光投射至检测物上，产生荧光；
S3，使所述荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；
S4，使所述荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；
S5，探测所述第一荧光，形成第一荧光信号；
S6，探测所述第二荧光，形成第二荧光信号；
S7，根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据；
S8，根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
采用上述实施例的检测方法，虽然激发光投射至检测物上产生的荧光包含了包括了多种分子的荧光寿命信息，但是通过区分不同分子所对应波段的荧光，并分别检测不同波段的荧光，从而获得两种不同分子的荧光寿命数据，基于两种不同的荧光寿命数据可以分别对不同的辅酶或其他不同种类分子进行检测，从而获得更多肿瘤早期病变的信息，进而减少由于病变区域小带来的漏诊率。
下面结合图3的检测装置对检测方法的各个步骤进行说明。需要说明的是，本实施例以检测宫颈组织切片(即检测物为宫颈组织切片)中两种辅酶：烟酰胺腺嘌呤二核苷(NADH，reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide)、黄素腺嘌呤二核甘酸(FAD，flavin adenine dinucleotide)的荧光为例进行说明。在其他实施例中，还可以探测其他分子种类对应的荧光。
执行步骤S1，提供激发光的步骤包括：提供405nm的激光，所述405nm的激光用于激发宫颈组织切片中NADH到达激发态，进而发出第一荧光。还包括提供488nm的激光，所述488nm的激光用于激发宫颈组织切片中FAD到达激发态，进而发出第二荧光。
需要说明的是，对于NADH和FAD，提供位于NADH和FAD吸收谱波段内的光，可以使NADH和FAD产生荧光。具体地，对于NADH，可提供330～410nm的皮秒激光(比如405nm的激光)，或660～820nm的飞秒激光；对于FAD，可提供350～490nm的皮秒激光(比如488nm的激光)或700～980nm的飞秒激光。
执行步骤S2，使所述激发光投射至检测物上，产生荧光。
激发光到达宫颈组织切片时，可使宫颈组织切片中分子(包括：NADH、FAD、胶原蛋白、弹性蛋白、视黄醇等)激发到激发态，之后以辐射跃迁的形式回到基态，通过对NADH与FAD的荧光进行过滤，从而测量NADH与FAD的荧光寿命信息，通过判断NADH与FAD荧光寿命的变化，来判断宫颈组织是否发生病变。
通过NADH与FAD荧光寿命的变化，判断宫颈组织是否发生病变的原理在于：宫颈组织切片中的细胞需要能量来维持体内平衡，细胞活动的所有过程都依赖于能量，主要产生能量的活动为糖酵解和氧化磷酸化作用，两种辅酶因子NADH与FAD是参与其中的电子供体与受体。NADH与FAD在生物体内有两种状态，一种为结合态(bound)，一种为自由基状态(free)。自由基状态的NADH与结合态FAD寿命在几百皮秒，自由基状态FAD和结合态NADH寿命在几千皮秒。正常细胞的能量代谢活动与病变情况下的细胞代谢有着显著不同。肿瘤细胞的特征在于极度活跃且不可控制的细胞增殖。当细胞所处微环境的新陈代谢发生异常时，NADH与FAD的自体荧光寿命会发生改变。因此，可以通过检测两种辅酶结合态的占比与寿命的变化，判断人体内新陈代谢是否异常，进而帮助判断器官是否发生病变。
使所述激发光投射至检测物上，产生荧光的步骤包括：使激发光对所述检测物进行扫描，或者，控制所述激发光对所述检测物的预设位置进行检测。从而实现对待宫颈组织切片的全面和特定位置的检测。
执行步骤S3，使荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；使417nm～477nm的光透过，使NADH受激发回落到基态后产生的荧光通过，获得NADH荧光，进而获得用来检测NADH荧光寿命数据。
以及执行步骤S4，使荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；使波长高于508nm的光通过，使FAD受激发回落到基态后产生的荧光通过，获得FAD荧光，进而获得用来检测FAD荧光寿命数据。
需要说明的是，在其他实施例中，对于NADH，能使NADH发射谱波段内(420nm～540nm)的光通过即可，相应的，对于FAD，能使FAD发射谱波段内(大于490nm或500-620nm)的光通过即可。
执行步骤S5，探测所述第一荧光，形成第一荧光信号以及执行步骤S6，探测所述第二荧光，形成第二荧光信号。
通过将较为微弱的光信号转换为电信号，以便于实现对电信号的处理。本实施例同时获得NADH和FAD两种辅酶因子的变化情况，提供更多肿瘤早期病变的细节信息，大大减少了由于病变区域小带来的漏诊率。
执行步骤S7，根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据；以及执行步骤S8，根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
对步骤S5和S6得到的荧光信号(与第一荧光对应的电信号以及与第二荧光对应的电信号)进行处理，以便于获得第一荧光寿命曲线和第二荧光寿命曲线，从而进一步对NADH和FAD两种辅酶因子的荧光寿命是否发生异常变化进行判断，进而实现对宫颈组织切片是否发生病变的判断。
荧光寿命可用单e指数公式
I(t)＝I0exp(-t/τ)
来描述，其中τ为荧光寿命，I0为辐射出的最大荧光强度值，I(t)为t时刻的荧光强度。
基于拟合结果，步骤S5和S6采集到的图像中每个像素的加权平均寿命由如下公式得出：
Figure BDA0002074082710000171
其中ti为不同成分的荧光寿命，ai是不同成分对应的占比。拟合优度χ2用于评估拟合准确度，χ2的数值越接近1，说明拟合程度越好。通过χ2值的大小来选择合适的指数拟合模型，从而分别获得NADH和FAD两种辅酶因子对应的荧光寿命曲线，，也就是说获得NADH和FAD两种辅酶因子对应的荧光寿命数据。
本实施例通过对不同的波段的荧光进行检测，可以获得不同分子类型的荧光寿命信息，从而提高了检测准确度。
继续参考图7，所述方法还可以进一步地包括步骤S9，将第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据从时域转换为相量谱，获得第一荧光对应的第一相量谱以及第二荧光对应第二相量谱。
将时域数据转换为相量谱进行分析。具体拟合公式为：
Figure BDA0002074082710000172
Figure BDA0002074082710000173
这里，i,j定义为图像的一个像素点，ω为角频率，ω＝2πf，f为激光的重复频率。
相量曲线的位置与寿命有直接的联系，通过时间相关单光子计数单元215中单e指数获得的荧光寿命经过相量转换后，可以在一个圆心坐标为(0.5，0)，半径为0.5的半圆上找到对应的位置。
通过步骤S7和S8获得的每一张图像转换为相量坐标系中的散点图。对每个采集区域，都可以获得一个相量坐标系中散点图的密度分布，选取密度分布最集中的位置作为此采集区域的中心坐标值。
通过将荧光寿命数据从时域转换为相量谱，可以将测到的荧光寿命曲线转换为一个相量，相位作为相量的角度，调制度为相量的幅度。通过在相量域分析检测到的数据，可以排除对器官检测过程中血液、淋巴液等带来的影响，从而进一步提高检测准确度和精度。
需要说明的是，在器官发生恶性肿瘤时，病变器官的相邻区域也会受到影响。以卵巢和子宫为例，当卵巢或子宫有恶性肿瘤时，宫颈的新陈代谢体现异常，进一步影响宫颈组织的微环境。类似的，在消化道器官发生病变时，口腔组织的新陈代谢也会发生变化。通过对检测物中的辅酶因子对应的荧光寿命进行检测，可以得到与检测物相比较难检测的远端器官是否异常的信息。
具体地，本发明实施例的检测方法还可以进一步的包括：处理所述第一荧光寿命数据和所述第二荧光寿命数据，并判断处理结果是否落入参考范围；所述参考范围是基于远端部位对应的数据获得参考范围，所述远端部位为与所述检测物相比更难检的部位，或者，所述参考范围为基于检测物对应的数据获得的参考范围；所述参考范围包括一个或多个数值范围。
具体地，为了将获得的第一荧光寿命数据和第二荧光寿命结合分析，处理数据的步骤包括：建立以第一荧光寿命为横坐标(纵坐标)，以第二荧光寿命为纵坐标(横坐标)的坐标系，将测量到的第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据设置到所述坐标系中作为检测数据点，而远端部位的数据作为参考数据也设置到所述坐标系中作为参考数据点，基于所述参考点的分布可以获得参考范围，通过判断检测数据点是否落入参考范围，来获得判断结果。
如图5所示，其中横坐标为结合态FAD自体荧光寿命，纵坐标为结合态NADH自体荧光寿命。方形数据点为正常人宫颈的结合态FAD和结合态NADH的荧光寿命数据(通过检测装置获得的参考数据点)，而圆形数据点(通过检测装置获得的检测结果)为卵巢癌病人的宫颈组织获得的结合态NADH的荧光寿命数据(第一荧光寿命数据)和结合态FAD的荧光寿命数据(第二荧光寿命数据)。需要说明的是，检测得到的FAD、NADH的荧光寿命数据包括结合态的荧光寿命数据。图5中各个数据点的数值为结合态的荧光寿命数据。
通过图5检测结果可发现通过检测宫颈组织获得的NADH的荧光寿命数据(第一荧光寿命数据)和FAD的荧光寿命数据(第二荧光寿命数据)，与参考数据在数值分布上有一定的差异性，以图中虚线为界可以设定参考范围。检测时，如果检测出的数据点落入虚线左下方为异常，落入虚线右上方为正常。由此可以证明通过对检测物(宫颈组织)的检测，可以实现较难检测的远端器官(卵巢)是否发生异常的判断。
由于本实施例检测装置的检测准确度较高，通过检测宫颈组织就可以实现卵巢病变的检测。而宫颈组织可以通过阴道镜的方法实现探测，相对于获取子宫内或者卵巢这些远端器官的组织来说，检测难度降低。
类似的，在对其他器官进行检测时，可以对恶性肿瘤远端的器官进行更简易的检测，来发现腹腔深处的肿瘤。例如：通过检测口腔，对判断食管病变提供检测数据。需要说明的，实际操作中，也可以对检测物进行检测，并基于检测物所对应的数据获得参考范围，进而对检测物本身是否发生异常进行判断。
对于从时域转换到相量谱的情况，本发明检测方法处理数据的方法可参考图6，图6中的参考范围是基于检测物对应的数据获得的参考范围。具体地说，检测对象为容易检测的器官所对应的检测物(宫颈组织切片)，参考范围通过容易检测的器官获取的数据设定。
Normal代表了正常人的测试结果(通过检测装置获得的检测结果)，而CIN3代表宫颈癌高危患者(高危癌前病变)。通过本发明实施例装置获得的测试结果，两者在进行相量域转换之前的获得的荧光寿命数据较为接近。而在图6所示，将数据从时域处理至相量谱坐标系中，CIN3位于Normal值的右下方，从而使宫颈癌高危人群在患癌之前的检测数据与正常人的检测数据实现了区分，便于实现宫颈癌高危人群在病变之前有效诊断。需要说明的是，此次CIN3为包含了第一荧光和第二荧光荧光寿命信息的相量域分析结果，具体地说，是将第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据合并在一起分析获得的结果。
需要说明的是，图6示意的是对检测物进行检测，并基于检测物对应的数据获得的参考范围，进而进行是否异常的判断。在其他实施例中，还可以对检测物进行检测，而参考范围是通过远端部位对应的数据获得的相量谱的参考范围，进而实现通过对检测物进行检测的数据来判断远端部位是否异常。
还需要说明的是，在图5和图6中，所述参考范围为一个，在其他实施例中，所述参考范围为多个，例如不同的参考范围为不同病变阶段的数据设定的范围，通过检测获得的处理结果与所述参考范围的关系，从而实现更细致的检测。实际情况中，可以根据检测难度选择检测对象以及参考数据，从而提高了检测方法的灵活性和普遍适用性。
需要说明的是，本发明检测方法可以由本发明检测装置来实现，也可以采用其他检测装置实现。
为了解决所述技术问题，本发明还提供一种检测装置的使用方法，包括：通过所述的检测装置对第一组检测物样本进行检测，获得第一检测数据；通过所述的检测装置对第二组检测物样本进行检测，获得第二检测数据，所述第二组检测物样本为与所述第一组检测物样本相比发生异常的样本；根据所述第一检测数据以及第二检测数据获得参考范围；通过所述检测装置对检测物进行检测，获得第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据，并对所述第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据进行处理，判断所述处理结果是否落入所述参考范围。
结合检测装置对各个步骤进行描述，具体地，通过所述的检测装置对第一组检测物样本进行检测，获得第一检测数据的步骤中，可以通过图3所示装置对正常人身上获得的宫颈组织切片(对应于第一组检测物样本)进行检测，获得第一检测数据(图5中的方形数据点)。
通过所述的检测装置对第二组检测物样本进行检测，获得第二检测数据，所述第二组检测物样本为与所述第一组检测物样本相比发生异常的样本的步骤中，可以通过图3所示装置对卵巢异常病人获取的宫颈组织切片进行检测(对应于第二组检测物样本)，获得第二检测数据(图5中的圆形数据点)。
针对根据所述第一检测数据以及第二检测数据获得参考范围的步骤，实际中，图5中根据方形数据点和圆形数据点可以设定以虚线为界的参考范围，虚线左下为异常，虚线右上为正常。
设定所述参考范围之后，可以通过检测装置进行实际的检测。具体地，检测过程可参考检测装置或检测方法中的相关描述，在此不再赘述。实际情况中，可以根据检测难度选择检测对象以及相应的参考范围，从而提高了使用方法的灵活性和普遍适用性。
虽然本发明实施例披露如上，但本发明实施例并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明实施例的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (19)

1.一种检测装置，其特征在于，包括：
发光单元，用于提供激发光，所述激发光投射至检测物上能够产生荧光；
第一滤色片，用于使荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；
第二滤色片，用于使荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；
第一光电探测器，用于探测所述第一荧光，形成第一荧光信号；
第二光电探测器，用于探测所述第二荧光，形成第二荧光信号；
时间相关单光子计数单元，用于根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据，还用于根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：相量域转换单元，用于将第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据从时域转换为相量谱，获得第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据对应的相量谱信息。
3.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，还包括：数据处理单元，用于处理所述第一荧光寿命数据和所述第二荧光寿命数据，并判断处理结果是否落入参考范围；
所述参考范围是基于远端部位对应的数据获得参考范围，所述远端部位为与所述检测物相比更难检的部位，或者，所述参考范围为基于检测物对应的数据获得的参考范围；
所述参考范围包括一个或多个数值范围。
4.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述发光单元为可调谐飞秒激光器；或者，
所述发光单元包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器和第二激光器为皮秒激光器。
5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述第一荧光为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸荧光，所述发光单元用于发出330～410nm的皮秒激光或660～820nm的飞秒激光，所述第一滤色片为420nm～540nm的带通滤色片。
6.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述第二荧光为黄素腺嘌呤二核甘酸荧光；所述发光单元用于发出350～490nm的皮秒激光或700～980nm的飞秒激光；所述第二滤色片为490nm的长通滤色片或500～620nm的带通滤色片。
7.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，还包括：扫描单元，用于使激发光对所述检测物进行扫描，或者，用于控制所述激发光对所述检测物的预设位置进行检测。
8.如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述扫描单元与待测物之间设置有物镜组，用于使检测物的像放大，还用于使所述荧光透过。
9.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，在所述发光单元和所述检测物之间的光路上还设置有第一双色镜，用于区分所述激发光和所述第一荧光，还用于区分所述激发光和所述第二荧光。
10.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，在所述检测物与所述第一滤色片之间，以及所述检测物与第二滤色片之间的光路上还设置有第二双色镜，用于区分所述第一荧光和第二荧光。
11.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，还包括：载物台，用于放置所述检测物，或者，还包括：光纤，用于传输所述激发光至所述检测物，还用于传输所述荧光。
12.如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述时间相关单光子计数单元包括：
控制器，与所述发光单元、第一光电探测器与所述第二光电探测器均相连，用于控制发光单元所发出激发光的功率，还用于控制所述第一光电探测器与所述第二光电探测器的增益；
处理器，用于对所述第一光电探测器与所述第二光电探测器探测采集到的信号进行数据处理，获得第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据；
驱动器，与所述扫描单元和处理器相连，用于使所述扫描单元的扫描与所述处理器保持同步。
13.一种检测方法，其特征在于，包括：
提供激发光；
使所述激发光投射至检测物上，产生荧光；
使所述荧光中第一波段的光透过，形成第一荧光；
使所述荧光中第二波段的光透过，形成第二荧光；
探测所述第一荧光，形成第一荧光信号；
探测所述第二荧光，形成第二荧光信号；
根据所述第一荧光信号获得基于时间的第一荧光寿命数据；
根据所述第二荧光信号获得基于时间的第二荧光寿命数据。
14.如权利要求13所述的检测方法，其特征在于，还包括：将第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据从时域转换为相量谱，获得第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据对应的相量谱信息。
15.如权利要求13所述的检测方法，其特征在于，还包括：处理所述第一荧光寿命数据和所述第二荧光寿命数据，并判断处理结果是否落入参考范围；所述参考范围是基于远端部位对应的数据获得参考范围，所述远端部位为与所述检测物相比更难检的部位，或者，所述参考范围为基于检测物对应的数据获得的参考范围；所述参考范围包括一个或多个数值范围。
16.如权利要求13所述的检测方法，其特征在于，所述第一荧光为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸荧光；所述激发光为330～410nm的皮秒激光或660～820nm的飞秒激光；使所述荧光中420nm～540nm的光透过，形成第一荧光。
17.如权利要求13所述的检测方法，其特征在于，所述第二荧光为黄素腺嘌呤二核甘酸荧光；所述激发光为350～490nm的皮秒激光或700～980nm的飞秒激光；所述第二滤色片为490nm的长通滤色片或500～620nm的带通滤色片。
18.如权利要求13所述的检测方法，其特征在于，使所述激发光投射至检测物上，产生荧光的步骤包括：使激发光对所述检测物进行扫描，或者，控制所述激发光对所述检测物的预设位置进行检测。
19.一种检测装置的使用方法，其特征在于，包括：
通过如权利要求1～2以及4～12任一项权利要求所述的检测装置对第一组检测物样本进行检测，获得第一检测数据；
通过如权利要求1～2以及4～12任一项权利要求所述的检测装置对第二组检测物样本进行检测，获得第二检测数据，所述第二组检测物样本为与所述第一组检测物样本相比发生异常的样本；
根据所述第一检测数据以及第二检测数据获得参考范围；
通过所述检测装置对检测物进行检测，获得第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据，并对所述第一荧光寿命数据和第二荧光寿命数据进行处理，判断处理结果是否落入所述参考范围。
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