CN115128012A - 一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于医学诊断技术领域，具体涉及一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，用于解决现有术中冰冻病理诊断中存在的诊断效率偏低、容易出现漏诊或误诊，并且难以实现智能化诊断的不足之处。该离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统包括箱体、控制计算机，以及设置在箱体内且依次设置的电控台、离体肿瘤组织放置平台、光源、前置成像系统、高光谱成像系统；本发明可一次性得到病变组织样本的两维空间图像信息和一维光谱信息，具有图谱合一的技术优势，将病变组织样本信息从传统单一的图像数据信息升级为高光谱图谱数据信息，可实现形态学和光谱诊断学的联合诊断，降低了由于人为因素所出现的漏诊或误诊现象，提高了诊断的准确率。

Description

一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统

技术领域

本发明属于医学诊断技术领域，具体涉及一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统。

背景技术

目前术中对肿瘤良恶性的诊断主要是基于术中冰冻病理诊断技术。术中冰冻病理，是一种在低温条件下将组织快速冷却到一定硬度，然后切成薄片，在显微镜下观察，就可以知道肿瘤良恶性，手术主刀医生根据冰冻病理诊断报告做进一步决策，如果冰冻病理报告为良性，手术则到此为止。如果为恶性，则需要进一步做扩切、全切等手术。目前，临床术中对肿瘤良恶性的诊断主要是基于该方法。

然而，术中冰冻病理诊断技术存在一定的技术弊端。首先，术中冰冻需要冰冻、切片、染色、封片等多个环节，在一定程度上延长了诊断的时间。因此，难以实现快速诊断的目的。其次，术中病理诊断要求病理医生具非常丰富的临床经验，对可疑之处把握到位，在极短的时间内快速做出诊断，这对病理医生是巨大的考验，短时间内难免有思考欠周全地方。此外，术中诊断没有特殊染色和免疫组化等辅助手段，部分病变仅凭图像形态学信息并不能明确诊断，同时，制片过程中多种因素的影响会对细胞形态学产生影响。因此，容易出现漏诊或误诊。

发明内容

本发明的目的是解决现有术中冰冻病理诊断中存在的诊断效率偏低、容易出现漏诊或误诊，并且难以实现智能化诊断的不足之处，提出了一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，其特殊之处在于：包括箱体、控制计算机，以及设置在箱体内且依次设置的电控台、离体肿瘤组织放置平台、光源、前置成像系统、高光谱成像系统；

所述离体肿瘤组织放置平台设置在电控台上，离体肿瘤组织放置平台上设置有校准白板；

所述光源包括多个环形均布的照明装置，所述离体肿瘤组织放置平台位于光源的中轴线上；

所述前置成像系统为显微物镜或有限远成像物镜；所述高光谱成像系统包括沿光路依次设置的入射狭缝、成像双凸透镜、负弯月透镜、衍射光栅和面阵探测器组件；所述高光谱成像系统的光轴与前置成像系统的光轴均垂直于离体肿瘤组织放置平台；所述光源发出的光线照射到放置在离体肿瘤组织放置平台上的待分析离体肿瘤组织样本，经待分析离体肿瘤组织样本反射的光线通过前置成像系统，再依次经过入射狭缝、成像双凸透镜、负弯月透镜、衍射光栅后，最终在面阵探测器组件上成像；

所述电控台、高光谱成像系统均与控制计算机电连接。

进一步地，所述前置成像系统为有限远全对称成像物镜，其包括沿光路依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜。

进一步地，所述第一透镜与第八透镜、第二透镜与第七透镜、第三透镜与第六透镜、第四透镜与第五透镜的参数均相同，从而降低前置成像系统的研制成本。

进一步地，所述第一透镜与第八透镜的厚度为2.3mm，第一透镜光线入射面、第一透镜光线出射面的曲率半径分别为-10.2mm、-14.76mm，第八透镜光线入射面、第八透镜光线出射面的曲率半径分别为14.76mm、10.2mm；

所述第二透镜与第七透镜的厚度为3.5mm，第二透镜光线入射面、第二透镜光线出射面的曲率半径分别为-29.84mm、-16.5mm，第七透镜光线入射面、第七透镜光线出射面的曲率半径分别为16.5mm、29.84mm；

所述第三透镜与第六透镜的厚度为2mn，第三透镜光线入射面、第三透镜光线出射面的曲率半径分别为-170.73mm、23.1mm，第六透镜光线入射面、第六透镜光线出射面的曲率半径分别为-23.1mm、170.73mm；

所述第四透镜与第五透镜的厚度为3mm，第四透镜光线入射面、第四透镜光线出射面的曲率半径分别为23.1mm、-25.33mm，第五透镜光线入射面、第五透镜光线出射面的曲率半径分别为25.33mm、-23.1mm。

进一步地，所述成像双凸透镜厚度为19mm，曲率半径为126.8mm、-93.54mm；所述负弯月透镜厚度为26mm，曲率半径为-85.47mm、-233.76mm；所述衍射光栅厚度为4mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所提出的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，包括箱体、控制计算机，以及设置在箱体内且依次设置的电控台、离体肿瘤组织放置平台、光源、前置成像系统、高光谱成像系统；本发明可一次性得到病变组织样本的两维空间图像信息和具有病变组织样本指纹信息的一维光谱信息，具有图谱合一的技术优势，将病变组织样本信息从传统单一的图像数据信息升级为高光谱图谱数据信息，可实现形态学和光谱诊断学的联合诊断，在一定程度上可提高诊断的准确率。

(2)本发明所提出的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，采用高光谱成像技术手段，可同时得到病变组织的不同谱段下的图像信息，在不需要做染色处理的条件下可快速得到病变组织的伪彩色合成图像，相对于传统先对病变组织做染色处理再进行诊断的方法具有更高的诊断效率。

(3)本发明所提出的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，不需要将手术中切下的病变组织冻、切片、染色、和封片等多个环节，可直接、快速的对病变组织进行高光光谱成像与分析，大大缩短了诊断时间，提高了诊断的效率。

(4)本发明所提出的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统中融合了大数据与人工智能自动识别技术，可大大减少由于病理医生个人经验、知识架构、考虑不周等因素引起的误诊。同时，该技术的应用在一定程度上也可以降低病理医生紧张的情绪和保持冷静思维的压力。

(5)本发明一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统中的高光谱成像系统具有光路结构简单、小型化、装调方便的技术优势。

附图说明

图1为本发明一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统一个实施例的结构示意图；

图2为图1中离体肿瘤组织放置平台的结构示意图；

图3为图1中前置成像系统的结构示意图；

图4为图1中高光谱成像系统的结构示意图；

图5为本发明实施例中前置成像系统的点列图；

图6为本发明实施例中前置成像系统的光学传递函数示意图；

图7为本发明实施例中高光谱成像系统的点列图；

图8为本发明实施例中高光谱成像系统450nm的光学传递函数示意图；

图9为本发明实施例中高光谱成像系统550nm的光学传递函数示意图；

图10为本发明实施例中高光谱成像系统650nm的光学传递函数示意图；

图11为本发明实施例中高光谱成像系统750nm的光学传递函数示意图；

图12为本发明实施例中高光谱成像系统900nm的光学传递函数示意图；

图13为采用本发明进行离体肿瘤组织良恶性快速诊断的流程图。

附图标记说明如下：01-待分析离体肿瘤组织样本；1-箱体；2-控制计算机；3-电控台；4-离体肿瘤组织放置平台，41-校准白板；5-光源；6-前置成像系统，61-第一透镜，62-第二透镜，63-第三透镜，64-第四透镜，65-第五透镜，66-第六透镜，67-第七透镜，68-第八透镜；7-高光谱成像系统，71-入射狭缝，72-成像双凸透镜，73-负弯月透镜，74-衍射光栅，75-面阵探测器组件。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。

参照图1，一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，包括箱体1、控制计算机2，以及设置在箱体1内且依次设置的电控台3、离体肿瘤组织放置平台4、光源5、前置成像系统6、高光谱成像系统7。所述电控台3、高光谱成像系统7均与控制计算机2电连接。

参照图2，离体肿瘤组织放置平台4设置在电控台3上，离体肿瘤组织放置平台4上设置有校准白板41和待分析离体肿瘤组织样本01。

光源5包括多个环形均布在前置成像系统6上的照明装置，所述离体肿瘤组织放置平台4位于光源5的中轴线上。

参照图3、图5和图6，前置成像系统6为有限远全对称成像物镜，其包括沿光路依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，前置成像系统6的具体参数如下：光谱范围为450mm～900nm，放大倍率为1，物方视场为8mm×8mm，工作距离为46mm，数值孔径为0.1。

前置成像系统6各透镜中，第一透镜61与第八透镜68、第二透镜62与第七透镜67、第三透镜63与第六透镜66、第四透镜64与第五透镜65的参数均相同，从而降低前置成像系统6的研制成本。

前置成像系统6各透镜详细参数如表1所示：

表1

参照图4、图7至图12，高光谱成像系统7包括沿光路依次设置的入射狭缝71、成像双凸透镜72、负弯月透镜73、衍射光栅74和面阵探测器组件75，高光谱成像系统7的具体参数如下：光谱范围为450mm～900nm，放大倍率为1，数值孔径为0.1，像方视场为1/2″靶面，探测器像元尺寸为5.5μm。

高光谱成像系统7中成像双凸透镜72、负弯月透镜73、衍射光栅74的详细参数如表2所示：

表2

所述高光谱成像系统7的光轴与前置成像系统6的光轴均垂直于离体肿瘤组织放置平台4。

所述光源5发出的光线照射到放置在离体肿瘤组织放置平台4上的待分析离体肿瘤组织样本01，经待分析离体肿瘤组织样本01反射的光线通过前置成像系统6，再依次经过入射狭缝71、成像双凸透镜72、负弯月透镜73、衍射光栅74后，最终在面阵探测器组件75上成像

参照图13，采用上述离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统进行离体肿瘤组织良恶性快速诊断的过程，包括如下步骤：

步骤1、将待分析离体肿瘤组织样本01通过载玻片放置于离体肿瘤组织放置平台4上；通过控制计算机2驱动电控台3调整待分析离体肿瘤组织样本01放置平台4，确保待分析离体肿瘤组织样本01位于前置成像系统6的视场范围；

步骤2、启动光源5、高光谱成像系统7与电控台3，对待分析离体肿瘤组织样本01进行高光谱数据的采集，并将数据存储于控制计算机2；

步骤3、控制计算机2对待分析离体肿瘤组织样本01的高光谱数据进行预处理，预处理包括空间信息预处理和光谱信息预处理；所述空间信息预处理包括相对辐射校准、图像增强、图像分割、形态学特征提取，所述光谱信息预处理包括光谱滤波、基线校准、归一化、特征光谱提取、数据降维；

步骤4、控制计算机2将步骤3所得的高光谱数据转换为反射率光谱数据；

步骤5、控制计算机2将步骤4所得的反射率光谱数据与样本数据库中的图谱特征进行匹配和识别，获得待分析离体肿瘤组织样本01的分析结果；

步骤5采用的方法包括偏最小二乘判断分析法、光谱波形匹配法、光谱角匹配法、最小二乘支持向量机法、人工神经网络法。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，其特征在于：包括箱体(1)、控制计算机(2)，以及设置在箱体(1)内且依次设置的电控台(3)、离体肿瘤组织放置平台(4)、光源(5)、前置成像系统(6)、高光谱成像系统(7)；

所述离体肿瘤组织放置平台(4)设置在电控台(3)上，离体肿瘤组织放置平台(4)上设置有校准白板(41)；

所述光源(5)包括多个环形均布的照明装置，所述离体肿瘤组织放置平台(4)位于光源(5)的中轴线上；

所述前置成像系统(6)为显微物镜或有限远成像物镜；所述高光谱成像系统(7)包括沿光路依次设置的入射狭缝(71)、成像双凸透镜(72)、负弯月透镜(73)、衍射光栅(74)和面阵探测器组件(75)；所述高光谱成像系统(7)的光轴与前置成像系统(6)的光轴均垂直于离体肿瘤组织放置平台(4)；所述光源(5)发出的光线照射到放置在离体肿瘤组织放置平台(4)上的待分析离体肿瘤组织样本(01)，经待分析离体肿瘤组织样本(01)反射的光线通过前置成像系统(6)，再依次经过入射狭缝(71)、成像双凸透镜(72)、负弯月透镜(73)、衍射光栅(74)后，最终在面阵探测器组件(75)上成像；

所述电控台(3)、高光谱成像系统(7)均与控制计算机(2)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，其特征在于：所述前置成像系统(6)为有限远全对称成像物镜，其包括沿光路依次同轴设置的第一透镜(61)、第二透镜(62)、第三透镜(63)、第四透镜(64)、第五透镜(65)、第六透镜(66)、第七透镜(67)和第八透镜(68)。

3.根据权利要求2所述的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，其特征在于：所述第一透镜(61)与第八透镜(68)、第二透镜(62)与第七透镜(67)、第三透镜(63)与第六透镜(66)、第四透镜(64)与第五透镜(65)的参数均相同。

4.根据权利要求3所述的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，其特征在于：所述第一透镜(61)、第二透镜(62)、第三透镜(63)、第六透镜(66)、第七透镜(67)和第八透镜(68)均为凹凸透镜，所述第四透镜(64)、第五透镜(65)均为双凸透镜。

5.根据权利要求4所述的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，其特征在于：所述第一透镜(61)与第八透镜(68)的厚度为2.3mm，第一透镜(61)光线入射面、第一透镜(61)光线出射面的曲率半径分别为-10.2mm、-14.76mm，第八透镜(68)光线入射面、第八透镜(68)光线出射面的曲率半径分别为14.76mm、10.2mm；

所述第二透镜(62)与第七透镜(67)的厚度为3.5mm，第二透镜(62)光线入射面、第二透镜(62)光线出射面的曲率半径分别为-29.84mm、-16.5mm，第七透镜(67)光线入射面、第七透镜(67)光线出射面的曲率半径分别为16.5mm、29.84mm；

所述第三透镜(63)与第六透镜(66)的厚度为2mm，第三透镜(63)光线入射面、第三透镜(63)光线出射面的曲率半径分别为-170.73mm、23.1mm，第六透镜(66)光线入射面、第六透镜(66)光线出射面的曲率半径分别为-23.1mm、170.73mm；

所述第四透镜(64)与第五透镜(65)的厚度为3mm，第四透镜(64)光线入射面、第四透镜(64)光线出射面的曲率半径分别为23.1mm、-25.33mm，第五透镜(65)光线入射面、第五透镜(65)光线出射面的曲率半径分别为25.33mm、-23.1mm。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种离体肿瘤组织良恶性快速诊断系统，其特征在于：所述成像双凸透镜(72)厚度为19mm，曲率半径为126.8mm、-93.54mm；所述负弯月透镜(73)厚度为26mm，曲率半径为-85.47mm、-233.76mm；所述衍射光栅(74)厚度为4mm。

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