CN114468950A - 混合照明的自体荧光腹腔镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种混合照明的自体荧光腹腔镜，包括：照明光路和成像光路；照明光路包括：用于发出窄带光的窄带光源，白光光源，用于发出第一白光；位于白光传播路径上的白光陷波片，用于去除第一白光中与自体荧光同频的成分；光合束装置，用于合束窄带光和经过白光陷波片的第一白光，得到合束光；照明光纤束，用于将合束光传输至所述生物组织；成像光路包括：成像物镜，用于收集来自生物组织的第一光线，第一光纤包括第二白光和第一荧光；分光器，用于将第一荧光和第二白光分开，第一图像传感器用于根据第一荧光，产生荧光图像；第二图像传感器用于根据第二白光产生白光图像。
Description
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种混合照明的自体荧光腹腔镜。
背景技术
癌症是人类健康的巨大威胁，研究表明越早发现并切除癌变组织，病人的5年生存率越高。早期癌变在白光内窥镜下与周围正常组织难以区分开，研究表明可借助荧光分子成像，自体荧光成像，窄带光等光谱成像技术区分肿瘤组织与正常组织。目前常用荧光腹腔镜均需要静脉注射吲哚菁绿荧光染料，然而，外源性荧光染料有导致过敏的风险。因此，希望通过自体荧光成像技术代替利用荧光试剂的成像技术。
现有的自体荧光内窥镜，通常采用旋转滤光片的方法，分别用近紫外光和绿光照射组织，并将前后两帧图像融合为一帧伪彩色图像。该方案不仅制造装配难度大且会降低成像帧率。
发明内容
本发明提供了一种混合光照明，通过分光器实现双光路同步融合的自体荧光腹腔镜方案，可实现白光背景中区分正常组织与肿瘤组织的技术。
本发明提供了一种混合照明的自体荧光腹腔镜，包括：照明光路和成像光路；其中，
所述照明光路包括：
用于发出窄带光的窄带光源，用于发出波长为395nm的窄带光，所述窄带光用于激发生物组织发出自体荧光；
白光光源，用于发出第一白光；
位于所述白光传播路径上的白光陷波片，用于去除所述第一白光中与所述自体荧光同频的成分；
光合束装置，用于合束所述窄带光和经过所述白光陷波片的第一白光，得到合束光；
照明光纤束，用于将所述合束光传输至所述生物组织，使得所述合束光中的窄带光激发所述生物组织发出自体荧光，以及使得所述合束光中白光的照亮所述生物组织；
所述成像光路包括：
成像物镜，用于收集来自所述生物组织的第一光线，所述第一光纤包括第二白光和第一荧光，所述第一荧光所述自体荧光的部分或全部；
分光器，用于将所述第一荧光和所述第二白光分开，并分别发送至第一图像传感器和第二图像传感器；其中，所述第一图像传感器用于根据所述第一荧光，产生荧光图像；所述第二图像传感器用于根据所述第二白光产生白光图像；
图像融合模块，用于将所述荧光图像和所述白光图像融合为彩色图像。
在一种可能的设计中，所述自体荧光的波长为460nm，所述白光陷波片用于去除所述第一白光中的波长为460nm的光线。
在一种可能的设计中，所述光合束装置包括前后设置的二向色镜和聚焦镜，其中，所述二向色镜用于合束所述窄带光和经过所述白光陷波片的第一白光，得到所述合束光；所述聚焦镜用于将所述合束光发送至所述照明光纤束。
在一种可能的设计中，所述分光器为分光棱镜，其中，所述分光棱镜用于将所述第一荧光反射至所述第一图像传感器；其中，所述第二白光透过所述分光棱镜，并传播至所述第二图像传感器。
在一种可能的设计中，在所述分光棱镜和所述第一图像传感器之间设置有460nm的窄带片，所述窄带片用于透过所述第一荧光中波长为460nm的部分。
在一种可能的设计中，所述窄带片固定在所述分光棱镜的反射光的出射面。
在一种可能的设计中，第一图像传感器和第二图像传感器均为互补金属氧化物半导体传感器CMOS。
在一种可能的设计中，所述成像物镜和所述分光器之间设置有多个棒状传像镜，所述多个棒状传像镜用于将所述第一光线从所述成像物镜传递到所述分光器。
在一种可能的设计中，所述分光器通过可插拔方式设置在所述成像光路中，以便更换所述分光器。
本发明提供的方案可以将用于激发自体荧光的光线和白光合束，从而可以保持用于激发自体荧光的光线和白光的照射范围一致，并且通过同一成像物镜收集生物组织产生的自体荧光和反射的白光，然后通过分光器分开自体荧光和反射的白光，并分别成像，从而可以得到覆盖范围相同的荧光图像和白光图像，进而可以根据荧光图像和白光图像生成真正的彩色图像。
附图说明
图1是本发明提供的一种自体荧光腹腔镜的结构示意图。
图2是本发明提供的自体荧光腹腔镜中成像光路的结构示意图。
具体实施方式
下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在进一步描述本申请具体实施方式之前，应理解，本申请的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本申请实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本申请的保护范围；在本申请说明书和权利要求书中，除非文中另外明确指出，单数形式“一个”、“一”和“这个”包括复数形式。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本申请另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本申请中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本申请的记载，还可以使用与本申请实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本申请。
本发明专注于自体荧光技术在早癌筛查方面与肿瘤边界界定的应用，为医生提供诊断依据，同时为下一步的手术切除提供有效的肿瘤边界信息。研究表明，当蓝紫光照射组织时，正常组织因含有丰富的结构蛋白而发出强烈的自体荧光，而肿瘤组织因组织增生掩盖下层的结构蛋白，发出较弱荧光甚至不发荧光，借助此现象区分肿瘤与周围正常组织。。
首先，介绍本发明采用的混合光照明技术，如图1中照明光路部分所示，395nm的窄带光光源发出的窄带光与经460nm，带宽20nm白光陷波片滤波后的白光合束并耦合进照明光纤束中。其中，395nm的窄带光起着激发组织发出自体荧光的作用。白光陷波片的作用是去除白光中与组织发出的自体荧光同频成分，避免白光背景信号对自体荧光信号的干扰。该照明方案不需要使用旋转滤光片或者通过电路切换光源做频闪，使用时同时打开两个光源照射组织即可。
可以通过光合束装置对窄带光与经460nm，带宽20nm白光陷波片滤波后的白光进行合束，然后耦合至照明光束中。
其中，如图1所示，光合束装置由前后设置的二向色镜和聚焦镜构成。其中，二向色镜用于合束窄带光和经460nm，带宽20nm白光陷波片滤波后的白光，得到合束光。所焦镜用于将所述合束光发送至照明光纤束。
其次，采用具有不同透/反射率比的分光器进行双光路成像，并实时融合的成像技术。其中，如图1所示的成像光路部分所示，分光器具体为分光棱镜。在该方案中，将分光棱镜置于镜头与图像传感器之间，其中反射光经460nm窄带滤光片后进入图像传感器1，透射光直接进入图像传感器2。其中，图像传感器1和图像传感器2都可以为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)。
该方案中，将460nm窄带滤光片粘贴于分光棱镜的反射光出射面，随后将图像传感器1与窄带滤光片胶合在一起。在棱镜的出射光工作面，直接将图像传感器2与工作面胶合。该方案可同时在两个图像传感器获得自体荧光图像与白光图像。
成像光路还包括图像融合模块，该模块可以利用图像融合法，将自体荧光图像与白光图像融合为一帧彩色图像。
另外，分光棱镜可以通过可插拔的方式设置在成像光路中，从而可以方便的在成像光路中设置不同透反射比的分光棱镜，例如，透反射比为5:5，7:3，8:2或者1:9的分光棱镜。从而可以不同程度的削弱白光背景和增强荧光信号，找到最佳的比例更好的区分正常组织与肿瘤组织。
图2为成像光路示意图，成像物镜收集到来自组织的光线后，可以通过多个棒状传像镜将光线传递至位于远端的透反射比为7：3分光棱镜，继而由粘贴在分光棱镜上的图像传感器1和图像传感器2分别获取自体荧光图像和白光图像，最终融合为一幅图像。在内窥镜尖端，分别有光纤束照明窗口，物镜成像窗口以及辅助器械通道。
接下来，举例介绍本发明提供的混合照明的自体荧光腹腔镜的应用方式
实施例1，仅获取白光图像
在照明系统中，通过电路控制，仅打开白光光源；在成像光路中使用透反射比7:3分光棱镜，通过电路控制，仅打开图像传感器2成像开关。此时可获取白光照明下的组织图像，观察肿瘤组织与周围正常组织，但通常不能很好的区分肿瘤边界，为医生操作肿瘤切除手术带来较大困难。
实施例2，获取白光与自体荧光融合图像
照明系统采用图1所示混合照明方案，同时打开白光光源和窄带光光源；在成像光路中使用透反射比7:3分光棱镜，同时打开图像传感器和图像传感器2接收组织发出的自体荧光和白光信号，再经图像融合算法处理后，实时显示双路信号的融合图像。经透反射比7:3分光棱镜调整比例后的荧光图像和白光图像可以应用于肠道粘膜表面的诊断，区分肿瘤组织和周围正常组织，一方面可以提供诊断依据，另一方面可以为手术切除提供有效的肿瘤边界信息，避免切除不净再次复发。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种混合照明的自体荧光腹腔镜，其特征在于，包括：照明光路和成像光路；其中，
所述照明光路包括：
用于发出窄带光的窄带光源，用于发出波长为395nm的窄带光，所述窄带光用于激发生物组织发出自体荧光；
白光光源，用于发出第一白光；
位于所述白光传播路径上的白光陷波片，用于去除所述第一白光中与所述自体荧光同频的成分；
光合束装置，用于合束所述窄带光和经过所述白光陷波片的第一白光，得到合束光；
照明光纤束，用于将所述合束光传输至所述生物组织，使得所述合束光中的窄带光激发所述生物组织发出自体荧光，以及使得所述合束光中白光的照亮所述生物组织；
所述成像光路包括：
成像物镜，用于收集来自所述生物组织的第一光线，所述第一光纤包括第二白光和第一荧光，所述第一荧光所述自体荧光的部分或全部；
分光器，用于将所述第一荧光和所述第二白光分开，并分别发送至第一图像传感器和第二图像传感器；其中，所述第一图像传感器用于根据所述第一荧光，产生荧光图像；所述第二图像传感器用于根据所述第二白光产生白光图像；
图像融合模块，用于将所述荧光图像和所述白光图像融合为彩色图像。
2.根据权利要求1所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，所述自体荧光的波长为460nm，所述白光陷波片用于去除所述第一白光中的波长为460nm的光线。
3.根据权利要求1所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，所述光合束装置包括前后设置的二向色镜和聚焦镜，其中，所述二向色镜用于合束所述窄带光和经过所述白光陷波片的第一白光，得到所述合束光；所述聚焦镜用于将所述合束光发送至所述照明光纤束。
4.根据权利要求1所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，所述分光器为分光棱镜，其中，所述分光棱镜用于将所述第一荧光反射至所述第一图像传感器；其中，所述第二白光透过所述分光棱镜，并传播至所述第二图像传感器。
5.根据权利要求4所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，在所述分光棱镜和所述第一图像传感器之间设置有460nm的窄带片，所述窄带片用于透过所述第一荧光中波长为460nm的部分。
6.根据权利要求5所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，所述窄带片固定在所述分光棱镜的反射光的出射面。
7.根据权利要求1所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，第一图像传感器和第二图像传感器均为互补金属氧化物半导体传感器CMOS。
8.根据权利要求1所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，所述成像物镜和所述分光器之间设置有多个棒状传像镜，所述多个棒状传像镜用于将所述第一光线从所述成像物镜传递到所述分光器。
9.根据权利要求1所述的自体荧光腹腔镜，其特征在于，所述分光器通过可插拔方式设置在所述成像光路中，以便更换所述分光器。
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2021
- 2021-12-30 CN CN202111651416.6A patent/CN114468950A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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