CN112656370A - 一种甲状旁腺位置探测仪器 - Google Patents
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Abstract
一种甲状旁腺位置探测仪器，包括近红外自体荧光激发器件和自体荧光接收器件，近红外自体荧光激发器件包括激光二极管以及聚光透镜；自体荧光接收器件包括前级镜头、二向色镜以及近红外相机，前级镜头、二向色镜和近红外相机同轴设置，前级镜头的进光口与二向色镜的反射光出口相接；二向色镜设置于聚光透镜的出光口处，内部经反射斜面分隔成前、后两部，且反射斜面表面镀膜；二向色镜的前端设有反射光出口、后端设有透射光出口，侧面设有近红外光入射口；近红外相机包括后级镜头和近红外感光芯片，后级镜头的透射光进光口与二向色镜的透射光出口相接；近红外感光芯片设置于后级镜头的出光口处。本发明的有益效果是：迅速的检测出甲状旁腺位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲状旁腺位置探测仪器，属于医疗手术领域。
背景技术
甲状旁腺细小，位置多变，在可见光范围，甲状旁腺与其它组织 (如脂肪)颜色近似，在手术中难以辨认，甲状腺手术中，甲状旁腺被误伤或误切的概率高达18-59％。术中甲状旁腺的保护问题对病人的恢复极为重要，被误伤后可致甲状旁腺功能低下，患者会因缺钙而麻木抽搐，极为痛苦，需要补充钙剂。甲状旁腺的保护的关键在于准确辨认。
另外，还有一些手术中，需要摘除甲状旁腺。例如现在慢性肾病的发病率极高，美国成人高达11.3％，我国约为10％。而75％的慢性肾病患者会出现甲状旁腺功能亢进，其中5％～25％会进展成严重的甲状旁腺功能亢进症，导致骨钙入血，高钙血症，进而引起广泛尿路结石，严重骨质疏松，需要行手术治疗(甲状旁腺全摘除术或甲状旁腺次全摘除术)。这些手术成败的关键是准确找到所有甲状旁腺，不能有错漏。
当前，人们已经在临床上使用的术中辨认甲状旁腺技术包括术中亚甲蓝染色、核素显像、纳米炭甲状旁腺负显影技术，以及最近的术中甲状旁腺激素快速检测技术等。但效果都不能令人满意，面临着设备花费昂贵，存在检测副作用等问题。目前，甲状旁腺的术中辨认仍然主要依靠外科医生凭经验肉眼判断。因此，临床上急需能在术中实时准确探测甲状旁腺的技术。
近红外光谱检测技术由于安全、高效的优点，近年在生物探测应用中越来越热门。目前临床上已经有许多利用近红外光谱技术辨别组织的血运、肿瘤的切缘及前哨淋巴结等的应用，证明其安全有效。2011 年Mahadevan-Jansena等发现甲状旁腺被785nm近红外光照射时，不需要借助任何外来药物就可被检测到自体荧光，其峰值为820nm，其自体荧光强度是甲状腺的1.2-11倍，周围脂肪、肌肉及淋巴结等组织则检测不到自体荧光。在此基础上，2013年Mahadevan-Jansena 等研发了探针式近红外甲状旁腺探测系统，准确率高，不受角度限制，方便灵活，但不能提供甲状旁腺的空间位置信息，不能主动引导外科医生找到甲状旁腺，只能用于辨认已被观察到的可疑甲状旁腺组织。于是，2014年Mahadevan-Jansena等又研发了成像式近红外甲状旁腺探测系统，可以在术中拍摄手术视野实时成像，可在图像中准确定位甲状旁腺空间位置，引导外科医生找到甲状旁腺。但此系统由于上方摄像头及光源固定，易受角度影响，对于藏在角落的甲状旁腺探测效果欠佳。另外，无论是探针系统或成像系统，均易受环境灯光影响，使用时需要移开或关闭术野上方的灯光，对进行中的手术是一个很大的干扰[10-17]。因为尚存在这些缺点，虽然近红外自体荧光甲状旁腺探测技术的应用前景非常光明，但目前在国外尚未被广泛采用，相关技术仍需进一步改进。
甲状旁腺检测的原理是甲状腺和甲状旁腺在特定波长的近红外激光照射下，产生自体荧光发射。通过检测甲状腺和甲状旁腺和在特定波长的近红外激光照射下，产生自体荧光发射量，可以将甲状旁腺从周围其它组织里检测区分开来。
由于所需识别的甲状旁腺特征复杂，现有近红外荧光成像系统中，照明方式单一，无法提取目标区域荧光信号的完整信息。为了得到更完整的信息，对应的光源应具有多个调制自由度。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种甲状旁腺位置探测仪器，能够帮助外科医生在手术中有效快速的识别出甲状腺周围的甲状腺旁腺，确定甲状腺旁腺位置，帮助外科医生发现需要切除或保留的甲状腺旁腺，切除干净，和防止误伤，提高甲状腺相关手术的效率、并为手术提供了安全保障，解决手术中甲状旁腺探测难题，利于患者恢复健康。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明所述的一种甲状旁腺位置探测仪器，其特征在于：包括用于发射785nm近红外光的近红外自体荧光激发器件和用于接收 820nm自体荧光的自体荧光接收器件，其中：
所述近红外自体荧光激发器件包括激光二极管以及与所述激光二极管同轴放置的聚光透镜，所述激光二极管的信号控制端配装用于控制激光二极管的通断的激光二极管驱动电路，其供电端与用于向激光二极管供电的电源电连接；所述聚光透镜设置于激光二极管和近红外相机之间，并与激光二极管同轴设置，用于将激光二极管发射的近红外光通过近红外光源照明和自体荧光接收光路组件照射到甲状旁腺所在区域；
所述自体荧光接收器件包括前级镜头、二向色镜以及近红外相机，其中前级镜头、二向色镜和近红外相机同轴设置，且：
所述前级镜头的进光口与二向色镜的反射光出口相接，出光口对准甲状旁腺所在区域，用于收集来自甲状旁腺所在区域的可见光、近红外反射光和自体荧光，并将其传回给二向色镜；
所述二向色镜设置于聚光透镜的出光口处，内部经反射斜面分隔成前、后两部，且反射斜面表面镀膜，使其向前级镜头反射785nm 的近红外光、向近红外相机透射820nm的自体荧光；所述二向色镜的前端设有反射光出口、后端设有透射光出口，侧面设有近红外光入射口，使得从近红外光入射口引入的光线照射经反射斜面反射后引至反射光出口，并通过前级镜头折射后照射到甲状旁腺所在区域；所述反射光出口与透射光出口同轴；
所述近红外相机包括后级镜头和近红外感光芯片，所述后级镜头的透射光进光口与二向色镜的透射光出口相接，用于将自体荧光汇聚成像到近红外感光芯片表面；所述近红外感光芯片设置于后级镜头的出光口处，用于将接收经后级镜头透射出的自体荧光形成图像。
优选的，所述前级镜头包括前级镜头壳体和第一近红外光成像透镜组，所述前级镜头壳体的前端设有出光口、后端设有进光口，并且所述前级镜头壳体的进光口与二向色镜的反射光出口相连；所述第一近红外光成像透镜组包括至少一组同轴设置的近红外成像透镜，所述近红外成像透镜同轴安装于前级镜头壳体内腔。
优选的，所述后级镜头包括后级镜头壳体和第二近红外成像透镜组，所述后级镜头壳体的前端设有透射光进光口，并且所述透射光进光口与二向色镜的透射光出光口相连；所述第二近红外成像透镜组包括至少一组近红外成像透镜，并且所述近红外成像透镜同轴安装于后级镜头壳体内腔，并在经第二近红外成像透镜组引出的光线与后级镜头壳体相交的表面安装近红外感光芯片。
优选的，所述二向色镜和后级镜头之间设置近红外窄带通滤波器，其中近红外窄带通滤波器透过的近红外光的波长为820nm。
工作时，近红外自体荧光激发器件的激光二极管发出作为入射光的785nm近红外光，经聚光透镜透射至二向色镜侧面的近红外光入射口处，入射光在二向色镜的作用下直接反射至前级镜头的进光口，并通过前级镜头的第一近红外光成像透镜组透射至手术面的甲状旁腺所在区域处，而甲状旁腺在785nm近红外光照射下产生820nm的自体荧光，自体荧光依次从前级镜头、820nm近红外窄带通滤波器以及后级镜头透射后射到近红外感光芯片上，从而记录并检测甲状旁腺的位置。
本发明的有益效果是：可以迅速的检测出甲状旁腺位置。
附图说明
图1是本发明的结构图(省略近红外相机和近红外窄带滤波器，箭头方向代表光线方向；c代表的是甲状旁腺所在区域)；
图2是本发明的自体荧光接收器件的结构示意图(箭头方向代表光线方向，a代表反射的近红外光和激发的自体荧光；b代表的是照射用的近红外光；c代表的是甲状旁腺所在区域)。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明所述的一种甲状旁腺位置探测仪器，包括用于发射785nm 近红外光的近红外自体荧光激发器件1和用于接收820nm自体荧光的自体荧光接收器件2，其中：
所述近红外自体荧光激发器件1包括激光二极管11以及与所述激光二极管同轴放置的聚光透镜12，所述激光二极管的信号控制端配装用于控制激光二极管的通断的激光二极管驱动电路13，其供电端与用于向激光二极管供电的电源电连接；所述聚光透镜设置于激光二极管和近红外相机之间，并与激光二极管同轴设置，用于将激光二极管发射的近红外光通过近红外光源照明和自体荧光接收光路组件照射到甲状旁腺所在区域；
所述自体荧光接收器件2包括前级镜头21、二向色镜22以及近红外相机23，其中前级镜头21、二向色镜22和近红外相机23同轴设置，且：
所述前级镜头21的进光口与二向色镜的反射光出口相接，出光口对准甲状旁腺所在区域，用于收集来自甲状旁腺所在区域的可见光、近红外反射光和自体荧光，并将其传回给二向色镜；
所述二向色镜22设置于聚光透镜的出光口处，内部经反射斜面分隔成前、后两部，且反射斜面表面镀膜，使其向前级镜头反射785nm 的近红外光、向近红外相机透射820nm的自体荧光；所述二向色镜的前端设有反射光出口、后端设有透射光出口，侧面设有近红外光入射口，使得从近红外光入射口引入的光线照射经反射斜面反射后引至反射光出口，并通过前级镜头折射后照射到甲状旁腺所在区域；所述反射光出口与透射光出口同轴；
所述近红外相机23为近红外高速面阵相机，包括后级镜头231 和近红外感光芯片232，所述后级镜头的透射光进光口与二向色镜的透射光出口相接，用于将自体荧光汇聚成像到近红外感光芯片表面；所述近红外感光芯片设置于后级镜头的出光口处，用于将接收经后级镜头透射出的自体荧光形成图像。
优选的，所述前级镜头21包括前级镜头壳体211和第一近红外光成像透镜组212，所述前级镜头壳体的前端设有出光口、后端设有进光口，并且所述前级镜头壳体的进光口与二向色镜的反射光出口相连；所述第一近红外光成像透镜组包括至少一组同轴设置的近红外成像透镜，所述近红外成像透镜同轴安装于前级镜头壳体内腔。
优选的，所述后级镜头231包括后级镜头壳体2311和第二近红外成像透镜组2312，所述后级镜头壳体的前端设有透射光进光口，并且所述透射光进光口与二向色镜的透射光出光口相连；所述第二近红外成像透镜组包括至少一组近红外成像透镜，并且所述近红外成像透镜同轴安装于后级镜头壳体内腔，并在经第二近红外成像透镜组引出的光线与后级镜头壳体相交的表面安装近红外感光芯片。
优选的，所述二向色镜和后级镜头之间设置近红外窄带通滤波器 24，其中近红外窄带通滤波器透过的近红外光的波长为820nm。
工作时，近红外自体荧光激发器件的激光二极管发出作为入射光的785nm近红外光，经聚光透镜透射至二向色镜侧面的近红外光入射口处，入射光在二向色镜的作用下直接反射至前级镜头的进光口，并通过前级镜头的第一近红外光成像透镜组透射至手术面的甲状旁腺所在区域处，而甲状旁腺在785nm近红外光照射下产生820nm的自体荧光，自体荧光依次从前级镜头、820nm近红外窄带通滤波器以及后级镜头透射后射到近红外感光芯片上，从而记录甲状旁腺的位置。
在本发明的实施例中，对自体荧光接收器件，我们通过光学器件设计，实现了同轴光照明。我们采用二向色镜对照明光与激发荧光进行分离。我们采用785nm的近红外光源照射手术面目标，甲状旁腺受光照激发后，产生820nm的自体荧光，荧光经过二向色镜和820nm波段的窄带滤光片进入近红外高速面阵相机进行宽场成像，其特点是成像视场大，可确定甲状旁腺目标区域，通过二向色镜实现的同轴光保证了近红外光源照射方向和范围与摄像头的视野一致。在近红外光源照明和自体荧光接收光路组件的视野范围内，满足光照均匀的要求。近红外光照的角度范围与近红外接收器的接收视场角基本一致 (略大于接收视场角)，保证了光源的照射效率，且被摄对象在所有时刻和位置都能得到充分和准确的照明。用户不用去关注照明与视场是否重合，简化了使用的操作难度。
在本发明的实施例中，在接收器光路设计中，我们采用了820nm 近红外窄带滤波器，使其对820nm的近红外有最高的响应，而其它环境光对它的影响减到最小。
在本发明的一实施例中，是利用甲状腺和甲状腺旁腺在785nm 下会激发820nm的自体荧光，820nm的荧光被近红外相机接收到，红外相机接收光前面有一个820nm的窄带滤波器，近红外相机主要接收820nm光源的能量。但是在所以近红外图像中，甲状腺旁腺位置亮度会比甲状腺或其他部分高。通过检测这个亮度的差异，可以找出甲状旁腺位置。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (4)
1.一种甲状旁腺位置探测仪器，其特征在于：包括用于发射785nm近红外光的近红外自体荧光激发器件和用于接收820nm自体荧光的自体荧光接收器件，其中：
所述近红外自体荧光激发器件包括激光二极管以及与所述激光二极管同轴放置的聚光透镜，所述激光二极管的信号控制端配装用于控制激光二极管的通断的激光二极管驱动电路，其供电端与用于向激光二极管供电的电源电连接；所述聚光透镜设置于激光二极管和近红外相机之间，并与激光二极管同轴设置，用于将激光二极管发射的近红外光通过近红外光源照明和自体荧光接收光路组件照射到甲状旁腺所在区域；
所述自体荧光接收器件包括前级镜头、二向色镜以及近红外相机，其中前级镜头、二向色镜和近红外相机同轴设置，且：
所述前级镜头的进光口与二向色镜的反射光出口相接，出光口对准甲状旁腺所在区域，用于收集来自甲状旁腺所在区域的可见光、近红外反射光和自体荧光，并将其传回给二向色镜；
所述二向色镜设置于聚光透镜的出光口处，内部经反射斜面分隔成前、后两部，且反射斜面表面镀膜，使其向前级镜头反射785nm的近红外光、向近红外相机透射820nm的自体荧光；所述二向色镜的前端设有反射光出口、后端设有透射光出口，侧面设有近红外光入射口，使得从近红外光入射口引入的光线照射经反射斜面反射后引至反射光出口，并通过前级镜头折射后照射到甲状旁腺所在区域；所述反射光出口与透射光出口同轴；
所述近红外相机包括后级镜头和近红外感光芯片，所述后级镜头的透射光进光口与二向色镜的透射光出口相接，用于将自体荧光汇聚成像到近红外感光芯片表面；所述近红外感光芯片设置于后级镜头的出光口处，用于将接收经后级镜头透射出的自体荧光形成图像。
2.如权利要求1所述的一种甲状旁腺位置探测仪器，其特征在于：所述前级镜头包括前级镜头壳体和第一近红外光成像透镜组，所述前级镜头壳体的前端设有出光口、后端设有进光口，并且所述前级镜头壳体的进光口与二向色镜的反射光出口相连；所述第一近红外光成像透镜组包括至少一组同轴设置的近红外成像透镜，所述近红外成像透镜同轴安装于前级镜头壳体内腔。
3.如权利要求2所述的甲状旁腺位置探测仪器，其特征在于：所述后级镜头包括后级镜头壳体和第二近红外成像透镜组，所述后级镜头壳体的前端设有透射光进光口，并且所述透射光进光口与二向色镜的透射光出光口相连；所述第二近红外成像透镜组包括至少一组近红外成像透镜，并且所述近红外成像透镜同轴安装于后级镜头壳体内腔，并在经第二近红外成像透镜组引出的光线与后级镜头壳体相交的表面安装近红外感光芯片。
4.如权利要求1所述的甲状旁腺位置探测仪器，其特征在于：所述二向色镜和后级镜头之间设置近红外窄带通滤波器，其中近红外窄带通滤波器透过的近红外光的波长为820nm。
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