CN113017854A - 一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺组织检测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，其特征是它包括：一探针（1），该探针（1）包括至少一个发射光纤（1‑1）和至少一个检测光纤（1‑2），发射光纤和检测光纤分别与对应的发射器（3‑2）和检测器（3‑4）相连；一检测主机（3），所述的发射器和检测器均属于检测主机的一部分，该检测主机还包括控制器（3‑1）以及人机交互界面（3‑3），所述控制器和人机交互界面与所述发射器和所述检测器相连接，所述控制器被配置为启动所述至少一个发射器和所述至少一个检测器的操作;所述人机交互界面被配置为向操作者提供关于所述组织检测系统的操作的反馈。本发明能大幅度降低甚至杜绝甲状腺手术中的医疗事故的发生。

Description

一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺组织检测系统

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，尤其是一种甲状腺手术中的甲状旁腺识别技术，具体地说是一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统。

背景技术

近年来，全球甲状腺肿瘤的发病率迅速上升，在我国的一些省市甲状腺癌的发病率已进入恶性肿瘤发病率的前十名，其手术数量迅猛增加。在甲状腺手术中必须保护甲状旁腺以避免HypoPT已成为外科共识。但甲状旁腺难以实时精确的定位识别是目前甲状腺手术中最常见也是最难解决的问题。鉴于此，急需发明一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别装置以解决手术难题。

发明内容

本发明的目的是现有的甲状腺手术中甲状旁腺定位识别不准，易造成误伤的问题，设计一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统。

本发明的技术方案是：

一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，用于在手术区域局部刺激荧光的组织检测系统，并定位在手术区域中的荧光区，其特征是它包括：

至少一探针，该探针在使用时，靠近或者直接接触手术区域中感兴趣的组织材料;

至少一个发射器和至少一个发射器光纤，该至少一个发射器光纤配置成发射辐射以刺激感兴趣的组织材料中的荧光，所述至少一个发射器光纤通过探针连接到主机的发射器；发射器包括一个窄带辐射源，频率中心785nm±10nm。发射器是固体激光器或激光二极管。

至少一个检测器和至少一个检测器光纤，所述至少一个检测器被配置为在感兴趣的外科区域中检测来自所述组织材料的荧光，所述至少一个检测器光纤通过探针连接到主机的检测器；

至少一控制器和至少一人机交互界面与所述发射器和所述检测器相连接，所述控制器被配置为启动所述至少一个发射器和所述至少一个检测器的操作; 所述人机交互界面被配置为向操作者提供关于所述组织检测系统的操作的反馈；

所述至少一个发射光纤和至少一个检测光纤的远端与所述探针的远端相连，所述至少一个发射光纤配置成将所述发射信号从所述发射器传输到所述发射器的远端，所述至少一个检测器光纤配置成将与所述荧光相对应的信号传输到所述检测器。

本发明的有益效果是：

本发明提供了通过在人体待测目标发出刺激信号来刺激荧光的装置，检测受到这种刺激的不可见或不容易看到的待测目标，并有效地确定这些待测目标。

本发明能大幅度降低甚至杜绝甲状腺手术中医疗事故的发生，能辅助手术医生及时、提前发现甲状旁腺，为手术医生及时判断易产生误伤区域，制定完美的手术方案提供依据，能减少手术医生的心理负担，提高手术质量。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明探针结构示意图。

图中：1-探针、1-1-发射光纤、1-2-检测光纤、2-线缆、3-检测主机、3-1-控制器、3-2-发射器、3-3-人机交互、3-4-检测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，包括探针1、探针线缆2、控制器3-1、发射器3-2、检测器3-4和人机交互界面3-3。控制器3-1主要用于控制整个检测系统的运行，控制发射器和检测器的启动运行；发射器3-2用于发射辐射信号以刺激感兴趣的组织材料中的荧光；检测器3-4用于检测感兴趣的外科区域中来自所述组织材料的荧光信号；人机交互界面3-3包括显示屏，用于显示图像，例如通过使用组织检测系统创建的视频。

探针1可由操作者手持工作，探针1接触到待测区域或者靠近待测区域时，首先发射出辐射信号刺激待测区域组织，然后通过检测到组织材料发出的荧光信号，从而判断组织材料的属性。

例如甲状旁腺的识别，其中操作者，例如外科医生、护士、外科助手或其他手术室个人可以使用组织检测系统，以促进在待测目标进行手术，而待测目标可能不会被眼睛看到。在确定甲状旁腺组织的情况下，甲状旁腺组织在刺激信号刺激下，会发出荧光信号，该荧光信号是肉眼不可见的。因此，结合使用该组织检测系统来快速识别待测目标。

图2描绘了探针1的结构组成。在一些实施例中，探针1可以包括一个或多个探针主体，该探针主体可以是管状的，也可以是便于手持的其他形状，并且可以由各种可能的材料制成，包括金属、塑料和/或复合材料等。

如图2所示，提供了单个探针体1，单个探针体1内含有发射光纤或导线1-1和检测光纤或导线1-2。可以将发射器3-2配置为在选定的波长发射辐射，以通过转向和/或设备选择在待测目标激发荧光，并且可以提供光学元件，以通过滤波改变发射器3-2的发射辐射。此外，检测器3-4被配置为处理接收捕获到的荧光信号。在确定甲状旁腺组织的情况下，发射器3-2发射出波长约为785nm的辐射，以促进甲状旁腺组织的自发荧光，而接收器3-2被配置为处理接收捕获到的荧光信号，对于进行自发荧光的甲状旁腺组织，其波长范围为808-1000nm。

发射器3-2和检测器3-4可以与检测系统分离或部分分离。

控制器3-1可用于控制发射器3-2的辐射信号传输和控制检测器3-4的荧光信号检测，人机交互界面3-3可用于与控制器3-1的操作交互和控制。在使用中，发射器3-2连同光学元件(例如一个或一个光学透镜和/或滤波器或类似的元件)被配置为发射所选择的辐射，以便通过发射光纤1-1刺激荧光至检测系统。在使用中，检测器3-2被配置为通过检测光纤1-2检测在检测系统收集的荧光信号。人机交互界面3-3可以包括开关(未显示) ，其形式为，例如，手控开关或脚控开关，用于分别启动从发射器3-2和检测器3-3发出的照明和荧光。此外，可能有音频和/或视觉指示，适当的荧光信号已被检测到。

发射器3-2可以是窄带光源，如固体激光器、激光二极管或其他合适的光源，其通过使用光学元件进行调谐、器件选择和/或滤波的组合而产生的辐射输出波长处于或接近于约785 nm 的窄带。

检测器3-4可以是雪崩光电二极管或其他近红外接收器或红外接收器的二维阵列，这些接收器可以与解调配合使用，例如使用高通(或长通)光学滤波器(光学元件) ，以检测波长高于源波长(例如，波长在800纳米以上，范围在808-1000纳米)的荧光信号。

利用探针1前端来小面积接触待测区域的表面，其优点之一是光信号受环境光的影响较小，在手术室的情况下，环境光可能具有大量近红外成分。通过调制发射器辐射和使用锁相技术收集荧光信号，例如锁相检测或 FFT (快速傅里叶变换)技术，可以进一步提高对这种环境光的免疫力。

实施例的各个方面可包括处理元件和存储器的任何组合，其中可包括执行软件例程的计算设备，这些设备包括计算机和个人电子设备，以及可编程电子设备、逻辑电路和其他电子实现。可以采用各种光学元件的组合，包括激光器、 LED 和其他光源、滤光片、透镜、反射镜、分束器等。本文所述的光学、电子和加工实施例的详细内容是示例性的，并不意在限制使用其他类似元件组合的替代方法，因为这些替代方法可以用基本相同的方式实现相同的结果。

使用组织检测系统和使用该组织检测系统的方法以促进该刺激、检测和识别。组织检测系统的实施例用于在待测组织中刺激荧光并从待测组织中快速和方便地检测荧光。

在组织检测系统的某些实施例中，可将发射器和检测器放置在直接接触或接近接触可能发荧光的区域或待测组织材料的位置，以便刺激和检测在限制区域内进行。例如，发射器和检测器可以与接收器分离或部分分离，接收器可以被放置在接触或靠近某一区域的位置，该区域的荧光可以被发射器激发，当该区域的荧光超过阈值时，检测器可以检测到该区域的荧光。在一些实施例中，发射和检测处于近红外(IR)光谱带中，可以选择这些光谱带来刺激和检测，例如甲状旁腺组织中的荧光。

实验表明，当辐射波长在785nm左右的狭窄范围内，恰好在可见光范围之外时，甲状腺和甲状旁腺自发荧光波长在800nm以上，有时集中在822nm。甲状旁腺组织的荧光强度明显高于甲状腺组织的荧光强度。

这种相对荧光量的差异可以用来区分不同组织(如甲状旁腺组织、甲状腺组织和颈部其他组织)的手术。举例来说，即使甲状旁腺组织的一般位置已知，但是甲状旁腺组织难以用肉眼足够准确地区分，这可能是任何需要鉴定甲状旁腺组织的手术程序的一个问题。

本发明用于医疗领域。适用于需要组织识别的外科手术。识别系统可用于确定甲状旁腺组织，防止手术过程中的误切除，保护甲状旁腺的功能完整。

本发明未涉及部分与现技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，其特征是它包括：

一探针（1），该探针（1）用于供手术医生手持，并在使用时靠近或者直接接触手术区域中感兴趣的组织材料; 它包括至少一个发射光纤（1-1）和至少一个检测光纤（1-2），发射光纤（1-1）和检测光纤（1-2）分别与对应的发射器（3-2）和检测器（3-4）相连；发射光纤（1-1）配置成发射辐射以刺激感兴趣的组织材料中的荧光；

一连接线缆（2），该连接线缆（2）用于包裹连接探针（1）和检测主机（3）的发射光纤（1-1）和检测光纤（1-2）；使它们具有适当的强度和抗干扰屏蔽性能；

一检测主机（3），所述的发射器（3-2）和检测器（3-4）均属于检测主机（3）的一部分，该检测主机还包括用于控制发射器（3-2）和检测器（3-4）的控制器（3-1）以及一个人机交互界面（3-3），所述控制器（3-2）和人机交互界面（3-3）与所述发射器（3-2）和所述检测器（3-4）相连接，所述控制器（3-1）被配置为启动所述至少一个发射器（3-2）和所述至少一个检测器（3-4）的操作; 所述人机交互界面（3-3）被配置为向操作者提供关于所述组织检测系统的操作的反馈；

所述至少一个发射光纤和至少一个检测光纤的远端与所述探针的远端相连，所述至少一个发射光纤配置成将所述发射信号从所述发射器传输到所述发射器的远端，所述至少一个检测器光纤配置成将与所述荧光相对应的信号传输到所述检测器。

2.根据权利要求1所述的基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，其特征是：所述的发射器（3-2）包括一个窄带辐射源，频率中心785nm±10nm；发射器是固体激光器或激光二极管。

3.根据权利要求2所述的基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，其特征是：所述的发射器（3-2）是通过使用光学元件进行调谐、器件选择和/或滤波的组合而产生的辐射输出波长处于或接近于785nm±10nm 的窄带。

4.根据权利要求1所述的基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，其特征是：所述的检测器（3-4）是雪崩光电二极管或近红外接收器或红外接收器的二维阵列，这些接收器能与解调配合使用，以检测波长高于源波长的荧光信号。

5.根据权利要求1所述的基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别系统，其特征是：所述的探针（1）前端为小面积（1～2平方厘米）接触待测区域的圆形表面，以使光信号受环境光的影响较小；在手术室的情况下，环境光具有大量近红外成分，通过调制发射器辐射和使用锁相技术能收集最多量的荧光信号。

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