CN114052909A - 一种多功能近红外荧光术中导航系统及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能近红外荧光术中导航系统及导航方法，涉及手术导航技术领域，具体步骤为：确定术野；根据术野，调整激发光光源和白光光源的倾斜角度，确定光斑范围；获取造影剂发出的荧光信号，并转化为荧光图像；将荧光图像实时投影至手术部位；获取目标组织距离成像系统的距离、凹凸程度，对激发光光源进行校正；获取手术部位的投影图像，根据光强度调整投影激光光源的发射参数。本发明将各种光源与成像等装置集成在一体化操作盘，提高了系统的一体化，且可任意调整位置和悬停，利于手术的进行。

Description

一种多功能近红外荧光术中导航系统及导航方法

技术领域

本发明涉及手术导航技术领域，更具体的说是涉及一种多功能近红外荧光术中导航系统及导航方法。

背景技术

近红外荧光成像技术能够在造影剂的作用下完成对目标组织的标记，由于其优秀的时空分辨率，应用场景也日益广泛。目前市面上已有的荧光成像系统均采用激发光光源与红外相机分离，一体化程度不高，功能单一且占地面积大；且由于激发光的入射角度和激发光与成像部位的距离对成像效果有很大的影响，但是目前术中操作者只能通过手动调节激发光光源位置和相机位置的方式来校准，费时费力，却不易进行精准的操作，因此不利于手术操作。

因此，如何提供一种多功能近红外荧光术中导航系统及导航方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多功能近红外荧光术中导航系统及导航方法，克服上述缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多功能近红外荧光术中导航方法，具体步骤为：

确定术野；

根据术野，调整激发光光源和白光光源的倾斜角度，确定光斑范围；

获取造影剂发出的荧光信号，并转化为荧光图像；

将荧光图像实时投影至手术部位；

获取目标组织距离成像系统的距离、凹凸程度，对激发光光源进行校正；

获取手术部位的投影图像，根据光强度调整投影激光的发射参数。

可选的，调整倾斜角度的方法包括机械控制、程序控制。

可选的，确定白光光源的光斑范围步骤为：

根据应用场景控制白光光源的各个发光单元的功率和开关；

根据术野确定白光光源的光斑的大小；

根据光斑的大小调节白光光源的各个发光单元的倾斜角度。

可选的，荧光图像获取的步骤：

激发光激发造影剂产生荧光信号；

将荧光信号通过内置的重建算法把每个像素点接收到的灰度值和像素点的位置信息，转换为图片或视频的形式，显示在用户界面上。

可选的，激发光光源的校正具体步骤为：

获取目标组织距离成像系统的距离以及目标组织的凹凸程度数据；

针对获取的数据对激发光光源的发光单元进行参数调节。

可选的，通过获取投影图中的不同部位的图像信息，调整投影激光的发射参数。

一种多功能近红外荧光术中导航系统，包括可调悬臂、一体化操作盘、光源模块、成像模块、测距仪、图像处理模块；

可调悬臂，用于调整一体化操作盘的位置及角度；

一体化操作盘：用于集成各个功能模块；

光源模块：用于提供多种光源；

成像模块，用于获取造影剂发出的荧光信号；

图像处理模块，接收成像模块发送的荧光信号，将所述荧光信号转化为荧光图像；

测距仪：检测目标组织距离成像系统的距离、凹凸程度，对激发光、投影激光做出校正。

可选的，成像模块包括可见光相机：用于拍摄术野的可见光图像，用于荧光-可见光图像的融合。

可选的，还包括滤光组件，滤光组件设置在成像模块接收端过滤激发光。

可选的，还包括红外补光灯：用于在无荧光的时候能够对准术野、并对焦。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多功能近红外荧光术中导航系统及导航方法，将各种光源与成像等装置集成在一体化操作盘，提高了系统的一体化，且可任意调整位置和悬停，利于手术的进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的一体化操作盘的结构示意图；

图3为本发明的方法流程图；

其中，可调悬臂1；一体化操作盘2；白光光源3；激发光光源4；投影激光光源5；红外相机6；可见光相机7；测距仪8；扶手9。

具体实施方式

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种多功能近红外荧光术中导航方法，如图3所示具体步骤为：

步骤1：确定术野；

将病人移入手术室中，根据手术部位固定术野；

步骤2：根据术野，调整激发光光源4和白光光源3的倾斜角度，确定光斑范围；

具体地，将导航系统安装在手术室中，根据术野，手动操作或利用已经设置在上位机中的程序调整激发光光源4和白光光源3的倾斜角度，获得合适的光斑，还通过不同的应用模式控制白光光源3的功率；

其中，白光光源3有若干个特定波长的二极管灯泡分布在一体化操作盘2上，通过组成阵列来完成一个区域的无影照射，且通过控制倾斜角度来实现照射区域大小的调节，二极管灯泡由机械/电动马达控制，能够同步的修正各个二极管灯泡倾斜角度来达到对照射区大小的控制；同时二极管灯泡阵列串联/并联由一整个芯片或者每个发光点由单独的芯片来控制，根据不同的应用模式控制灯泡阵列的功率和开关；

激发光光源4：在一体化操作盘2的激光发光点由单独的激光发射器构成，并通过电路使它们的功率偶联，也可以通过一个总的激光器，利用光线分束，光纤传输，将一个点光源分配为多个发射源。

步骤3：获取造影剂发出的荧光信号，并转化为荧光图像，将荧光图像实时投影至手术部位；

具体地，激发光激发造影剂产生荧光信号；

将荧光信号通过内置的重建算法把每个像素点接收到的灰度值和像素点的位置信息，转换为图片或视频的形式，显示在用户界面上。

其中，荧光信号通过红外相机获取；

进一步，红外相机信号→荧光图像：红外相机有特殊的能够感受900—1700nm波段的感光CCD，当荧光信号照射到CCD上时，CCD的每个有效像素点都会将光信号转换成一个电信号，CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。经过放大和滤波后的电信号被送到A/D，由A/D将电信号此时为模拟信号转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度成正比。

此时的数字信号还将输出到数字信号处理器DSP。在DSP中，这些图像数据被进行一系列的校正和后期处理，最终转化为包含时间轴信息、像素点灰度值、像素点位置信息的数据文件，并由重建程序重建为灰度图像，呈现在用户界面上。

步骤4：获取目标组织距离成像系统的距离，凹凸程度，对激发光光源4进行校正；

具体的，通过测距仪8获取标组织距离成像系统的距离，以及对目标组织的投影图进行计算优化，获得激发光源的辅助光源的发射参数。

根据获得辅助光源的发射参数，驱使激发光光源4发射激发光与辅助激光，且辅助激光与激发光功率呈相关性；

红外相机捕捉目标组织的荧光信号以及辅助激光的漫反射光信号，并传输至图像处理模块；

图像处理模块根据收集的荧光信号重建荧光图像，同时根据辅助激光的漫反射光信号计算激光照度并控制激光功率调节模块做出实时调整，以保证激光照度不变。

步骤5：获取手术部位的投影图像，根据光强度调整投影激光的发射参数。

具体地，其中由于目标组织是凹凸不平以及目标组织不同区域的颜色或者说吸光情况是不同的，比如肝脏是黑色的，需要更强的光才能让手术医师看得清，因此需要对光强做出校正。

通过获取相机持续监测投影图像质量，并对投影光强度作出补正，以保证施术者一直能够获得理想的可视化信号。

一种多功能近红外荧光术中导航系统，结构如图1-图2所示，包括：

可调悬臂1，用于调整一体化操作盘2的位置及角度；其安装在手术室顶部，可以360度调节位置并在任意位置悬停；

一体化操作盘2：用于集成各个功能模块，具有扶手9，可手动或自动调节角度；

光源模块：用于提供多种光源，包括激发光光源4、白光光源3、投影激光光源5等，并可调节角度；

成像模块，用于捕获造影剂发出的红外荧光；

图像处理模块，接收成像模块发送的荧光信号，将所述荧光信号转化为荧光图像；

测距仪8：检测目标组织距离成像系统的距离，凹凸程度，对激发光等做出校正。

为了进一步优化上述技术方案，成像模块包括：

红外相机6，用于捕捉造影剂发出的荧光信号，并将信号传输至图像处理系统；

可见光相机7：用于拍摄术野的可见光图像，用于荧光-可见光图像的融合。

为了进一步优化上述技术方案，光源模块包括激发光光源4、白光光源3、投影激光光源5等，其中，

白光光源3：有若干个特定波长发射的二极管灯泡分布在圆盘上，他们组成阵列来完成一个区域的无影照射，且他们的倾斜角度控制着照射区域的大小，所有的发光单元都由机械/电动马达控制，能够同步的修正他们的倾斜角度来达到对照射区大小的控制。同时灯泡阵列串联/并联由一整个芯片或者每个发光点由单独的芯片来控制，系统会根据不同的应用模式控制灯泡阵列的功率和开关。

激发光光源4：圆盘上的激光发光点可以各自由单独的激光发射器构成，并通过电路使他们的功率偶联，也可以通过一个总的激光器，利用光线分束，光纤传输，将一个点光源分配为多个发射源。同时光源也可以机械控制角度来对激发光斑进行调节。

投影激光光源5：最多三个发光点就可对目标区域进行激光投影。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：滤光组件，所述滤光组件设置在成像模块接收端过滤激发光，滤光片组包含900nm长通滤光片。

为了进一步优化上述技术方案，还包括红外补光灯：在没有荧光的时候能够对准术野、并对焦。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多功能近红外荧光术中导航方法，其特征在于，具体步骤为：

确定术野；

根据术野，调整激发光光源(4)和白光光源(3)的倾斜角度，确定光斑范围；

获取造影剂发出的荧光信号，并转化为荧光图像；

将荧光图像实时投影至手术部位；

获取目标组织距离成像系统的距离、凹凸程度，对激发光光源(4)进行校正；

获取手术部位的投影图像，根据光强度调整投影激光的发射参数。

2.根据权利要求1所述的一种多功能近红外荧光术中导航方法，其特征在于，调整倾斜角度的方法包括机械控制、程序控制。

3.根据权利要求1所述的一种多功能近红外荧光术中导航方法，其特征在于，确定白光光源(3)的光斑范围步骤为：

根据应用场景控制白光光源(3)的各个发光单元的功率和开关；

根据术野确定白光光源(3)的光斑的大小；

根据光斑的大小调节白光光源(3)的各个发光单元的倾斜角度。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种多功能近红外荧光术中导航方法，其特征在于，荧光图像获取的步骤为：

激发光激发造影剂产生荧光信号；

将荧光信号通过内置的重建算法把每个像素点接收到的灰度值和像素点的位置信息，转换为图片或视频的形式，显示在用户界面上。

5.根据权利要求4所述的一种多功能近红外荧光术中导航方法，其特征在于，激发光光源(4)的校正具体步骤为：

获取目标组织距离成像系统的距离以及目标组织的凹凸程度数据；

针对获取的数据对激发光光源(4)的发光单元进行参数调节。

6.根据权利要求1所述的一种多功能近红外荧光术中导航方法，其特征在于，通过获取投影图中的不同部位的图像信息，调整投影激光的发射参数。

7.一种多功能近红外荧光术中导航系统，其特征在于，包括可调悬臂(1)、一体化操作盘(2)、光源模块、成像模块、测距仪(8)、图像处理模块；

可调悬臂(1)，用于调整一体化操作盘(2)的位置及角度；

一体化操作盘(2)：用于集成各个功能模块；

光源模块：用于提供多种光源；

成像模块，用于获取造影剂发出的荧光信号；

图像处理模块，接收成像模块发送的荧光信号，将所述荧光信号转化为荧光图像；

测距仪(8)：检测目标组织距离成像系统的距离、凹凸程度，对激发光、投影激光做出校正。

8.根据权利要求7所述的一种多功能近红外荧光术中导航系统，其特征在于，成像模块包括可见光相机(7)：用于拍摄术野的可见光图像，用于荧光-可见光图像的融合。

9.根据权利要求7所述的一种多功能近红外荧光术中导航系统，其特征在于，还包括滤光组件，滤光组件设置在成像模块接收端过滤激发光。

10.根据权利要求7所述的一种多功能近红外荧光术中导航系统，其特征在于，还包括红外补光灯：用于在无荧光的时候能够对准术野、并对焦。

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