CN113520271A - 一种甲状旁腺功能成像方法、系统及内镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲状旁腺功能成像方法、系统及内镜，方法包括以下步骤：通过内镜输出可见光和激光照射甲状旁腺，产生近红外荧光并与可见光和激光一同反射进入内镜探头；将内镜探头输入的可见光、近红外荧光和激光分离；采集并得到甲状旁腺彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑；去相关处理以得到去相关散斑图；使用融合配准技术得到近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、去相关散斑图像与彩色图像融合的图像。本发明通过在内镜内应用近红外荧光用以定位甲状旁腺，以及利用激光散斑检测甲状旁腺的血运，并使用去相关算法对激光散斑进行处理，结合融合配准技术，显示甲状旁腺的去相关散斑融合图像，用以指导甲状腺手术中对甲状旁腺功能的诊断。

Description

一种甲状旁腺功能成像方法、系统及内镜
技术领域
本发明涉及医学成像领域，特别涉及一种甲状旁腺功能成像方法、系统及内镜。
背景技术
甲状腺肿瘤发病率逐年攀升，其中甲状腺癌已跃升为头颈部第一位恶性肿瘤，在这些甲状腺癌根治手术后，相当大一部分患者有一过性甲状旁腺功能减退，继而出现低钙血症，一些研究报告认为发病率高达47％；其中约3％的患者出现永久性甲状旁腺功能减退，血钙调节障碍。而低钙血症可导致心律失常、肌肉痉挛、抽搐，严重的最终可导致患者死亡。该并发症给患者及其家庭带来巨大的经济和身心负担，这也是甲状腺手术后医疗事故诉讼的主要原因之一。
甲状旁腺是人体中最小的内分泌器官，通常位于人颈前、甲状腺侧叶后方。 80％正常成人的甲状旁腺一般有4个，每个腺长3～8mm，宽2～5mm，厚0.5～ 2mm，质量一般重约0.05～0.3g，它们呈棕黄色卵圆形，附在甲状腺背面，但其位置和数目的变异不在少数，且在术中通过颜色的区分较难辨别、确认。故甲状旁腺的术中误切除、血运损伤较易发生。当今甲状腺外科技术迅速发展，从开放手术到腔镜辅助手术，从胸乳入路腔镜到经口腔前庭无疤痕(NOTES)手术，从现场手术到远程机器人协助手术,发生了翻天覆地的变化，但目前手术中甲状旁腺的准确定位和功能保护却较难实现。
现有的几项甲状旁腺功能、生存能力评估技术均有诸多缺陷，如结论主观、具有破坏性、判断准确度低，或使用不方便、需要造影剂(可能导致过敏，增加医疗费用)。具体如下所述：
1.局部刺血观察法：一种常见的简易方法是在已分离的甲状旁腺上进行局部针刺或微小切割，通过寻找鲜红的出血进行判断，但经常存在不可逆转地损害甲状旁腺腺体；
2.利多卡因肿胀观察法：局部注射利多卡因扩张甲状旁腺血管，没有肿胀的腺体都被认为是不能存活的，该项技术的风险在于利多卡因与暴露的喉部神经接触可能会导致声带瘫痪；
3.甲状旁腺激素术中快速检测法：由于甲状旁腺在血液中的半衰期为3-5分钟，摘除甲状旁腺可在相对较短的时间内使血清甲状旁腺素显著降低；故甲状旁腺切除术中常规进行甲状旁腺激素测定，以确定是否切除了过度活跃的腺体。基于这一概念，该法也被应用于甲状腺切除术中对甲状旁腺功能的判断，然而这种方法不能排除甲状旁腺可能术中轻微受损以及术后出现迟发性功能减退的情况；
4.吲哚青绿(ICG)血管造影法：使用吲哚青绿血管造影术来识别断流的甲状旁腺。该方法需要使用外源性造影剂，并且受到实施频率的限制。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种甲状旁腺功能成像方法、系统及内镜，可避免现有技术中检测甲状旁腺时具有破坏性、判断准确度低、使用不方便等问题。
根据本发明第一方面实施例的一种甲状旁腺功能成像方法，包括以下步骤：通过内镜输出可见光和激光的耦合光波照射甲状旁腺，产生近红外荧光并与可见光和激光一同反射进入内镜探头；将所述内镜探头输入的可见光、近红外荧光和激光分离，从而分别生成甲状旁腺的彩色图像信号、近红外荧光图像信号和激光散斑信号；采集所述甲状旁腺的彩色图像信号、近红外荧光图像信号和激光散斑信号从而得到甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑；对所述采集到的激光散斑进行去相关处理以得到甲状旁腺去相关散斑图；使用融合配准技术将所述甲状旁腺的彩色图像分别与近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图进行融合配准，得到近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像；显示甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像。
根据本发明第一方面实施例的一种甲状旁腺功能成像方法，至少具有如下有益效果：本发明通过在内镜中应用白光成像技术获取手术视野背景的清晰彩色图像，再利用近红外荧光技术用以定位甲状旁腺，以及利用激光散斑血流成像技术检测甲状旁腺的血运，并使用去相关算法对激光散斑进行处理，避免了传统算法衬比值K动态范围小、低信噪比等缺点，再结合融合配准技术，显示甲状旁腺的去相关散斑融合图像，进而了解其功能是否丧失、是否需要移植，用以指导甲状腺手术中对甲状旁腺功能的诊断，减少术后甲状旁腺功能减退症的发生。相较于现有其他方法，可以客观反映甲状旁腺功能，无需额外注射外源性造影剂、简单实用等。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述所述去相关处理包括
S10、获取激光散斑图像及其时间序列；
S20、从激光散斑图像的时间序列中计算所有连续的相邻两幅图像之间的去相关时间；
S30、基于所述激光散斑图像及其时间序列计算光强自相关函数g2(τ)：
Figure RE-GDA0003252322650000031
其中，I(t0)和I(t0+τ)分别是在时间t0和t0+τ时sCMOS相机捕获的强度，而＜…＞表示在血管上单次试验所捕获的光强数据平均值；
g2(τ)＝1+β|g1(τ)|2
其中，β取决于激光相干长度，激光稳定性和检测到的斑点数量；
S40、光强自相关函数g2(τ)通过Siegert关系转换为电场自相关函数g1(τ)：
S50、定义电场自相关函数g1(τ)为：
Figure RE-GDA0003252322650000032
其中s为路径长度，P(s)为介质中的路径长度分布，L*为输运平均自由程，τ是延迟时间，τ0是介质的特征衰减时间；
S60、利用去相关时间与所述电场自相关函数g1(τ)在图像处理器中生成不同时刻的甲状旁腺去相关散斑图。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述融合配准技术包括：对甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图经过数据预处理阶段得到可用来分割的图像，预处理阶段通过中值滤波算法将其去噪，通过直方图均值化方法增强其对比度；采用SelfQuotientImage或DOG法，经过多模态滤波方法滤除模态影响；使用SURF特征分别找到近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图及甲状旁腺彩色图像的特征点；基于分块找到匹配特征点并配准图像。
根据本发明第二方面实施例的一种甲状旁腺功能成像系统，包括：光源组件，所述光源组件包括白光光源和激光源；光波传输组件，集成于内镜内，并用于传输所述白光光源和激光源输出的光波以照射人体内的甲状旁腺、以及传输甲状旁腺被照射后反射的光波；光学成像组件，用于将所述甲状旁腺被照射后反射的光波生成所述甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑；图像采集组件，用于采集所述甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑；处理器，所述处理器包括控制单元、图像处理单元，所述控制单元与所述光学成像组件以控制其工作；所述图像处理单元与所述图像采集组件连接，用于对所述激光散斑进行去相关处理以得到甲状旁腺去相关散斑图，以及使用融合配准技术将所述甲状旁腺的彩色图像分别与近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图进行融合配准，得到近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像；显示器，与所述图像处理单元连接，用于显示甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像。
根据本发明第二方面实施例的一种甲状旁腺功能成像系统，至少具有如下有益效果：本发明通过在内镜中应用白光成像技术获取手术视野背景的清晰彩色图像，再利用近红外荧光技术用以定位甲状旁腺，以及利用激光散斑血流成像技术检测甲状旁腺的血运，并使用去相关算法对激光散斑进行处理，避免了传统算法衬比值K动态范围小、低信噪比等缺点，再结合融合配准技术，显示甲状旁腺的去相关散斑融合图像，进而了解其功能是否丧失、是否需要移植，用以指导甲状腺手术中对甲状旁腺功能的诊断，减少术后甲状旁腺功能减退症的发生。相较于现有其他方法，可以客观反映甲状旁腺功能，无需额外注射外源性造影剂、简单实用等。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述光学成像组件包括：第一分光器，用于将甲状旁腺反射的光波分离成第一耦合光波和第二耦合光波；彩色成像单元，用于接收所述第一耦合光波并从中分离出可见光波以生成所述甲状旁腺的彩色图像；第二分光器，用于接收所述第二耦合光波并设置有转换开关以用于切换所述第二耦合光波的输出路径，所述输出路径包括第一路径和第二路径，所述转换开关与所述处理器连接；近红外荧光成像单元，用于接收所述第一路径的第二耦合光波并从中分离出近红外荧光光波以生成所述甲状旁腺的近红外荧光图像；激光散斑成像单元，用于接收所述第二路径的第二耦合光波并从中分离出激光光波以生成所述甲状旁腺的激光散斑图像。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述图像采集组件包括用于采集所述彩色图像的RGB摄像头、用于采集所述近红外荧光图像的第一荧光摄像机、用于采集所述激光散斑的第二荧光摄像机。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述彩色成像单元包括依次设置于所述第一分光器与RGB摄像头之间的400-700nm的带通滤光片、彩色光电成像器件。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述近红外荧光成像单元包括依次设置于所述第一路径中的785nm激光滤波片、第一带通滤光片、第一聚光透镜。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述激光散斑成像单元包括依次设置于所述第二路径中的第二带通滤光片、中性密度滤波器、第二聚光透镜。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述光波传输组件包括集成于内镜内的单模光纤、多模光纤和图像传输光纤，所述单模光纤用于传输所述激光源输出的光波，所述多模光纤用于传输所述白光光源输出的光波，所述图像传输光纤用于传输甲状旁腺被照射后反射的光波，所述单模光纤、多模光纤和图像传输光纤的前端设置有内镜探头，所述内镜探头内设置有覆盖在所述单模光纤、多模光纤顶端的第一线性偏振器，所述第二分光器与第二带通滤光片之间设置有第二线性偏振器。
根据本发明第三方面实施例的一种内镜，包括主机箱、显示器、透视管以及所述的甲状旁腺功能成像系统，所述光源组件、光学成像组件、图像采集组件、处理器皆设置于所述主机箱内，所述显示器与所述图像处理单元连接，用于显示甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像，所述光波传输组件集成于透视管内，所述透视管一端连接主机箱、另一端连接内镜探头。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例的甲状旁腺内镜成像方法流程图；
图2为本发明第一方面实施例的去相关算法流程图；
图3为本发明第一方面实施例的融合配准技术流程图；
图4为本发明第二方面实施例的甲状旁腺功能成像系统原理图；
图5为本发明第二方面实施例的内镜探头分解图；
图6为本发明第二方面实施例的内镜探头剖面图；
图7为本发明第三方面实施例的内镜原理示意图；
图8a、图8b分别为甲状旁腺血运正常时、受损时三种模式下的效果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
在对本技术方案展开描述之前，需要明确本方案主要采用的两种现有技术，即近红外自体荧光(NIRAF)成像技术和激光散斑衬比技术(LSCI)，其中，近红外自体荧光(NIRAF)成像技术是利用近红外光激发甲状旁腺后，其发射出较强的 NIRAF信号，并通过成像系统对NIRAF进行检测，甲状旁腺在成像系统中显示灰度图像，从而鉴别出甲状旁腺。
激光散斑衬比技术(LSCI)是利用一定波长的激光器照射在被测物上，由于激光的干涉特性，被测物内不同运动状态的激光散斑亮暗是不一样的，从而可根据散斑的概率统计来获取被测物的运动状态。LSCI对微血管血流很敏感，可以对活体生物融合图像进行高时空分辨率的实时全场成像，具有非接触、无创伤、成像快、成像面积大、分辨率高等优点,在生物医学成像研究及临床诊断中应用广泛。该技术通过分析相干光入射到表面时产生的干涉图案，由来自不同区域的光波散射产生的路径长度的微小差异分别产生建设性和破坏性干涉的亮点和暗点，称为散斑图案。这种散斑图案的波动取决于粒子在表面几百微米内移动的速度，当运动相对于检测器的积分时间较快时，会发生散斑图案模糊。分析这种空间模糊提供了运动较快和运动较慢的区域之间的对比，并形成了LSCI的基础。这项技术对微血管灌注很敏感，并已应用于视网膜、皮肤和大脑等感兴趣血管通常位于表面的各种组织中。甲状旁腺血管密集，甲状旁腺向全身分泌甲状旁腺素。此外，它们的小尺寸(3-8毫米)使许多血管变浅，使这些腺体成为使用LSCI 评估的合适靶器官。
参考图1所示，为本发明第一方面实施例的一种甲状旁腺功能成像方法，包括以下步骤：
通过内镜输出可见光和激光的耦合光波照射甲状旁腺，产生近红外荧光并与可见光和激光一同反射进入内镜探头；
将所述内镜探头输入的可见光、近红外荧光和激光分离，从而分别生成甲状旁腺的彩色图像信号、近红外荧光图像信号和激光散斑信号；
采集所述甲状旁腺的彩色图像信号、近红外荧光图像信号和激光散斑信号从而得到甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑图像；
对所述采集到的激光散斑图像进行去相关处理以得到甲状旁腺去相关散斑图；
使用融合配准技术将所述甲状旁腺的彩色图像分别与近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图进行融合配准，得到近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像；
显示甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像。
本发明通过在内镜中应用白光成像技术获取手术视野背景的清晰彩色图像，再利用近红外荧光技术用以定位甲状旁腺10，可解决甲状腺手术中识别甲状旁腺10的难题，以及利用激光散斑血流成像技术检测甲状旁腺的血运，并使用去相关算法对激光散斑进行处理，避免了传统算法衬比值K动态范围小、低信噪比等缺点，结合融合配准技术，显示甲状旁腺的去相关散斑融合图像，进而了解其功能是否丧失、是否需要移植，用以指导甲状腺手术中对甲状旁腺功能的判断，减少术后甲状旁腺功能减退症的发生。相较于现有其他方法，可以客观反映甲状旁腺功能，无需额外注射外源性造影剂、简单实用等。
如图2所示，在本发明第一方面的一些实施例中，所述去相关处理包括：
S10、获取激光散斑图像及其时间序列；
S20、从激光散斑图像的时间序列中计算所有连续的相邻两幅图像之间的去相关时间；
S30、基于所述激光散斑图像及其时间序列计算光强自相关函数g2(τ)：
Figure RE-GDA0003252322650000091
其中，I(t0)和I(t0+τ)分别是在时间t0和t0+τ时sCMOS相机捕获的强度，而＜…＞表示在血管上单次试验所捕获的光强数据平均值；
S40、光强自相关函数g2(τ)通过Siegert关系转换为电场自相关函数g1(τ)：
g2(τ)＝1+β|g1(τ)|2
其中，β取决于激光相干长度，激光稳定性和检测到的斑点数量；
S50、定义电场自相关函数g1(τ)为：
Figure RE-GDA0003252322650000092
其中s为路径长度，P(s)为介质中的路径长度分布，L*为输运平均自由程，τ是延迟时间，τ0是介质的特征衰减时间；
S60、利用去相关时间与所述电场自相关函数g1(τ)在图像处理器中生成不同时刻的甲状旁腺去相关散斑图。如上所述，通过去相关算法中的计算去相关时间和电场自相关函数，消除连续图像之间的相关性，从而生成更真实的散斑图。
参考图3所示，在本发明第一方面的一些实施例中，所述融合配准技术包括：
对甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图经过数据预处理阶段得到可用来分割的图像，预处理阶段通过中值滤波算法将其去噪，通过直方图均值化方法增强其对比度；
采用SelfQuotientImage或DOG法，经过多模态滤波方法滤除模态影响；
使用SURF特征分别找到近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图及甲状旁腺彩色图像的特征点；
基于分块找到匹配特征点并配准图像。
参考图4所示，为本发明第二方面实施例的一种甲状旁腺功能成像系统，包括：
光源组件100，所述光源组件100包括白光光源110和激光源120；其中，白光光源110优选采用大功率四色LED可见光光源，激光源120优选采用785nm 激光二极管(LD)，可单独设置控制开关或者由处理器联合控制；
光波传输组件200，集成于内镜内，并用于传输所述白光光源110和激光源120输出的光波以照射人体内的甲状旁腺10、以及传输甲状旁腺10被照射后反射的光波；采用柔性线缆结构，便于伸入人体内部并连接人体外的仪器设备；
光学成像组件300，用于将所述甲状旁腺10被照射后反射的光波生成所述甲状旁腺10的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑图像，主要由若干光学器件组成；
图像采集组件400，用于采集所述甲状旁腺10的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑图像；
处理器500，所述处理器包括控制单元510、图像处理单元520，所述控制单元510与所述光学成像组件300以控制其工作；所述图像处理单元520与所述图像采集组件400连接，用于对所述激光散斑图像进行去相关处理以得到甲状旁腺去相关散斑图，以及使用融合配准技术将所述甲状旁腺的彩色图像分别与近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图进行融合配准，得到近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像，安装于一台计算机中，主要实现指令输入、外部控制和内部数据处理。
本技术方案的主要工作过程为，将包含本系统的内镜在手术中置入体内甲状旁腺10组织附近，启动光源组件，白光光源110和激光源120分别输出可见光和激光光波，经过光波传输组件200输出并从内镜探头照射至甲状旁腺10组织附近，甲状旁腺10会反射可见光、近红外自体荧光(NIRAF)和激光光波并从内镜探头进入光波传输组件200的图像采集通道，光学成像组件300可分别生成所述甲状旁腺10的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑，再处理器500控制图像采集组件400分别采集所述甲状旁腺10的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑，经过图像处理单元520处理后，可在显示器600上形成单独的甲状旁腺 10彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及散斑图像与彩色图像融合的图像。
如上所述，本发明通过在内镜内应用近红外荧光技术用以定位甲状旁腺10，可解决甲状腺手术中识别甲状旁腺10的难题，以及利用激光散斑血流成像技术检测甲状旁腺的血运，显示甲状旁腺10的去相关散斑融合图像，进而了解其功能是否丧失、是否需要移植，用以指导甲状腺手术中对甲状旁腺10功能的判断，减少术后甲状旁腺10功能减退症的发生。相较于现有其他方法，可以客观反映甲状旁腺10功能，无需额外注射外源性造影剂、简单实用等。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述光学成像组件300包括：
第一分光器310，用于将甲状旁腺10反射的光波分离成第一耦合光波和第二耦合光波，优选采用分光比为50/50的二色光束分配器DBS；
彩色成像单元320，用于接收所述第一耦合光波并从中分离出可见光波以生成所述甲状旁腺10的彩色图像；
第二分光器330，用于接收所述第二耦合光波并设置有转换开关331以用于切换所述第二耦合光波的输出路径，所述输出路径包括第一路径和第二路径，所述转换开关331与所述处理器500连接；其中，第二分光器330可采用旋转棱镜实现激光光波不同的输出路径，转换开关331则控制旋转棱镜的转动角度。第二分光器330也可直接采用一分二光分路器，再配合光放大器实现两条输出路径，再由处理器500控制图像采集组件400不同时采集近红外荧光图像和激光散斑；第二分光器330也可以采用分光比为50/50的二色光束分配器DBS。
近红外荧光成像单元340，用于接收所述第一路径的第二耦合光波并从中分离出近红外荧光光波以生成所述甲状旁腺10的近红外荧光图像；
激光散斑成像单元350，用于接收所述第二路径的第二耦合光波并从中分离出激光光波以生成所述甲状旁腺10的激光散斑图像。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述图像采集组件400包括用于采集所述彩色图像的RGB摄像头410、用于采集所述近红外荧光图像的第一荧光摄像机420、用于采集所述激光散斑的第二荧光摄像机430。其中，RGB摄像头410 也可以由已知的其他彩色图像传感器替代，第一荧光摄像机420优选而不限制于与第二荧光摄像机430同样面阵大小的数字相机，以便于实现彩色结构图像和血流功能图像的直接融合，不必再进行图像裁剪、缩放的操作。还可选择摄像机 /CCD相机等。第二荧光摄像机430优选而不限制于模数转换8位的面阵CCD 相机，以采集甲状旁腺10反射激光所形成的激光散斑图像，还可选择模数转换不低于12位的面阵数字CCD相机/摄像机，或面阵数字CMOS相机/摄像机。
具体的，在本发明第二方面的一些实施例中，所述彩色成像单元320包括依次设置于所述第一分光器310与RGB摄像头410之间的400-700nm的带通滤光片321、彩色光电成像器件322，400-700nm的带通滤光片321仅允许可见光通过而限制激光和近红外荧光透过，彩色光电成像器件322可由提高分辨率和相对照度、降低畸变的光学镜片组成。
进一步，在本发明第二方面的一些实施例中，所述近红外荧光成像单元340 包括依次设置于所述第一路径中的785nm激光滤波片341、第一带通滤光片342、第一聚光透镜343。其中，785nm激光滤波片341用来将785nm的激发光过滤而允许近红外荧光通过，第一带通滤光片342采用808nm带通滤光片，只允许1/100 的可见光和几乎所有长于808nm的红外光通过，所以在突出甲状旁腺10荧光图像的同时可以给出甲状旁腺10的相对位置信息，第一聚光透镜343采用85mm 透镜聚焦到第一荧光摄像机420。
进一步，在本发明第二方面的一些实施例中，所述激光散斑成像单元350 包括依次设置于所述第二路径中的第二带通滤光片351、中性密度滤波器352、第二聚光透镜353。其中，第二带通滤光片351优选而不限制于中心波长785nm 的窄带滤光片，用于仅通过激光而滤除激光中心波长以外的光谱。中性密度滤波器352用于降低激光强度，使其不会使第二荧光摄像机430饱和。在一个实施例中，中性密度滤波器是1.3O.D.中性密度过滤器。或者，如果激光功率不够，则可能不需要，或者可以使用较低的光密度，例如0.5O.D。第二聚光透镜353采用85mm透镜聚焦到第二荧光摄像机430。
此外，如图5、图6所示，在本发明第二方面的一些实施例中，所述光波传输组件200包括集成于内镜内的单模光纤210、多模光纤220和图像传输光纤 230，图像传输光纤230位于中心位置，单模光纤210和多模光纤220位于图像传输光纤230外侧，所述单模光纤210用于传输所述激光源120输出的光波，所述多模光纤220用于传输所述白光光源110输出的光波，所述图像传输光纤230 用于传输甲状旁腺10被照射后反射的光波，所述单模光纤210、多模光纤220 和图像传输光纤230的前端设置有内镜探头240，所述内镜探头240内设置有覆盖在所述单模光纤210、多模光纤220顶端的第一线性偏振器250，所述第二分光器330与第二带通滤光片351之间设置有第二线性偏振器354。第一线性偏振器250与第二线性偏振器354配合，成为交叉偏振器组件，可有效减少来自组织的镜面反射，从而可以产生更平滑的图像。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述第一分光器310前端设置有消色差透镜360和可调谐透镜370，消色差透镜360可消除不同色光之间的色差，可调谐透镜370用于实现远程图像对焦，以帮助确保在手术中获得的图像集中。
进一步，在本发明第二方面的一些实施例中，所述光学成像组件300还包括设置于所述第一分光器310与第二分光器330之间的汇聚透镜380，由于照射在组织上的光波发生了散射，汇聚透镜380可以收集散射的光波。
如图7所示，为本发明第三方面实施例的一种内镜，包括主机箱700、显示器600、透视管800以及所述的甲状旁腺功能成像系统，所述光源组件100、光学成像组件300、图像采集组件400、处理器500皆设置于所述主机箱内，所述处理器500与显示器600连接，所述显示器600用于显示所述甲状旁腺10的彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及激光散斑图像与彩色图像融合的图像，光波传输组件200集成于透视管800内，所述透视管800一端连接主机箱700、另一端连接内镜探头。
如图8a所示，为内镜下于甲状腺后被膜初始分离甲状旁腺显示：白光模式无法判断具体位置和血运，近红外荧光模式可通过甲状旁腺荧光判断相对位置，激光散斑模式可通过区域散斑衬比图中散斑对比度低判断甲状旁腺为正常血运。
如图8b所示，为内镜下甲状腺切除术后甲状旁腺显示：白光模式无法判断具体位置和血运，近红外荧光模式可通过甲状旁腺荧光判断相对位置，激光散斑模式可通过区域散斑衬比图中散斑对比度较高判断甲状旁腺为血运受损。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种甲状旁腺功能成像方法，其特征在于：包括以下步骤
通过内镜输出可见光和激光的耦合光波照射甲状旁腺，产生近红外荧光并与可见光和激光一同反射进入内镜探头；
将所述内镜探头输入的可见光、近红外荧光和激光分离，从而分别生成甲状旁腺的彩色图像信号、近红外荧光图像信号和激光散斑信号；
采集所述甲状旁腺的彩色图像信号、近红外荧光图像信号和激光散斑信号从而得到甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑图像；
对所述采集到的激光散斑图像进行去相关处理以得到甲状旁腺去相关散斑图；
使用融合配准技术将所述甲状旁腺的彩色图像分别与近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图进行融合配准，得到近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像；
显示甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像。
2.根据权利要求1所述的一种甲状旁腺功能成像方法，其特征在于：所述去相关处理包括
S10、获取激光散斑图像及其时间序列；
S20、从激光散斑图像的时间序列中计算所有连续的相邻两幅图像之间的去相关时间；
S30、基于所述激光散斑图像及其时间序列计算光强自相关函数g2(τ)：
Figure RE-FDA0003252322640000011
其中，I(t0)和I(t0+τ)分别是在时间t0和t0+τ时sCMOS相机捕获的强度，而<…>表示在血管上单次试验所捕获的光强数据平均值；
S40、光强自相关函数g2(τ)通过Siegert关系转换为电场自相关函数g1(τ)：
g2(τ)＝1+β|g1(τ)|2
其中，β取决于激光相干长度，激光稳定性和检测到的斑点数量；理论上，完全发育的散斑能够完全去相关，且g1(τ)值变为零。然而，在实验中，必须考虑发育不全和模糊的斑点以及噪音；
S50、定义电场自相关函数g1(τ)为：
Figure RE-FDA0003252322640000021
其中s为路径长度，P(s)为介质中的路径长度分布，L*为输运平均自由程，τ是延迟时间，τ0是介质的特征衰减时间；
S60、利用去相关时间与所述电场自相关函数g1(τ)在图像处理器中生成不同时刻的甲状旁腺去相关散斑图。
3.一种甲状旁腺功能成像系统，其特征在于：包括
光源组件，所述光源组件包括白光光源和激光源；
光波传输组件，集成于内镜内，并用于传输所述白光光源和激光源输出的光波以照射人体内的甲状旁腺、以及传输甲状旁腺被照射后反射的光波；
光学成像组件，用于将所述甲状旁腺被照射后反射的光波生成所述甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑图像；
图像采集组件，用于采集所述甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像和激光散斑图像；
处理器，所述处理器包括控制单元、图像处理单元，所述控制单元与所述光学成像组件以控制其工作；所述图像处理单元与所述图像采集组件连接，用于对所述激光散斑图像进行去相关处理以得到甲状旁腺去相关散斑图，以及使用融合配准技术将所述甲状旁腺的彩色图像分别与近红外荧光图像、甲状旁腺去相关散斑图进行融合配准，得到近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像。
4.根据权利要求3所述的一种甲状旁腺功能成像系统，其特征在于：所述光学成像组件包括
第一分光器，用于将甲状旁腺反射的光波分离成第一耦合光波和第二耦合光波；
彩色成像单元，用于接收所述第一耦合光波并从中分离出可见光波以生成所述甲状旁腺的彩色图像；
第二分光器，用于接收所述第二耦合光波并设置有转换开关以用于切换所述第二耦合光波的输出路径，所述输出路径包括第一路径和第二路径，所述转换开关与所述处理器连接；
近红外荧光成像单元，用于接收所述第一路径的第二耦合光波并从中分离出近红外荧光光波以生成所述甲状旁腺的近红外荧光图像；
激光散斑成像单元，用于接收所述第二路径的第二耦合光波并从中分离出激光光波以生成所述甲状旁腺的激光散斑图像。
5.根据权利要求4所述的一种甲状旁腺功能成像系统，其特征在于：所述图像采集组件包括用于采集所述彩色图像的RGB摄像头、用于采集所述近红外荧光图像的第一荧光摄像机、用于采集所述激光散斑的第二荧光摄像机。
6.根据权利要求5所述的一种甲状旁腺功能成像系统，其特征在于：所述彩色成像单元包括依次设置于所述第一分光器与RGB摄像头之间的400-700nm的带通滤光片、彩色光电成像器件。
7.根据权利要求4所述的一种甲状旁腺功能成像系统，其特征在于：所述近红外荧光成像单元包括依次设置于所述第一路径中的785nm激光滤波片、第一带通滤光片、第一聚光透镜。
8.根据权利要求4所述的一种甲状旁腺功能成像系统，其特征在于：所述激光散斑成像单元包括依次设置于所述第二路径中的第二带通滤光片、中性密度滤波器、第二聚光透镜。
9.根据权利要求8所述的一种甲状旁腺功能成像系统，其特征在于：所述光波传输组件包括集成于内镜内的单模光纤、多模光纤和图像传输光纤，所述单模光纤用于传输所述激光源输出的光波，所述多模光纤用于传输所述白光光源输出的光波，所述图像传输光纤用于传输甲状旁腺被照射后反射的光波，所述单模光纤、多模光纤和图像传输光纤的前端设置有内镜探头，所述内镜探头内设置有覆盖在所述单模光纤、多模光纤顶端的第一线性偏振器，所述第二分光器与第二带通滤光片之间设置有第二线性偏振器。
10.一种内镜，其特征在于：包括主机箱、显示器、透视管以及如权利要求3至9任一所述的甲状旁腺功能成像系统，所述光源组件、光学成像组件、图像采集组件、处理器皆设置于所述主机箱内，所述显示器与所述图像处理单元连接，用于显示甲状旁腺的彩色图像、近红外荧光图像与彩色图像融合的图像、以及甲状旁腺去相关散斑图与彩色图像融合的图像，所述光波传输组件集成于透视管内，所述透视管一端连接主机箱、另一端连接内镜探头。
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