CN115590474A - 一种甲状旁腺术中识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲状旁腺术中识别装置，包括激发光单元、校准光单元、信号采集单元以及数据处理单元，激发光单元发射的激发光通过探头传输到待测组织；校准光单元发射的校准光通过探头传输到待测组织；信号采集单元收集待测组织发射的荧光信号I₁以及校准光信号I₂；数据处理单元检测光源强度并判定是否要更换光源，同时根据距离信息，对荧光信号I₁进行距离修正，根据修正的荧光信号判断待测组织是否为甲状旁腺组织；本发明的优点在于：对荧光信号I₁进行距离修正，避免由于探头与待测组织距离不同导致的探测误差，在测量过程中检测光源强度，避免因激发光源光强下降而导致荧光信号减弱，从而降低检测误差。

Description

一种甲状旁腺术中识别装置

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，更具体涉及一种甲状旁腺术中识别装置。

背景技术

甲状腺癌是全球范围内发病率上升最快的实体恶性肿瘤，目前，手术是甲状腺癌的首选治疗方式，甲状旁腺功能减退是甲状腺切除手术的重要并发症，严重影响病人的生活质量，成为产生医疗纠纷的主要因素，因此术中对甲状旁腺的有效保留仍然是困扰甲状腺外科医师的难题。目前，甲状旁腺的识别主要依靠医生依靠经验通过肉眼识别，存在主观误差。很多情况下，医生肉眼很难判断组织是否为甲状旁腺，这时，需要通过术中冰冻活检判别甲状旁腺，但该方法仍存在旁腺损伤、费用增高、需要相关技术设备支持、等待时间长等不足之处。

研究发现，甲状旁腺含有特定的荧光物质，其荧光强度是甲状腺组织的2～12倍，近红外技术能够在手术中实时辨认出甲状旁腺，有效提升手术中甲状旁腺的识别率，特别是肉眼不易查见的甲状旁腺，例如中国专利公开号CN110693458A公开的基于近红外自体荧光的术中实时甲状旁腺识别方法。目前针对该技术设计的甲状旁腺识别系统主要有荧光成像和探针两种方式。荧光成像式系统易受环境光影响，术中需要关闭手术室灯光，且甲状旁腺的直径一般仅有3至6mm，手术医生很难根据荧光图像指示的甲状旁腺准确定位到人体的相应位置。而采用探针式检测系统能够直接判断已经定位的疑似甲状旁腺组织，对环境光不敏感，但会受到与荧光波段重叠的无影灯影响，要求医生关闭或移开无影灯才能使用。由于光纤探头接触组织测量，有过敏、感染等风险，所以大多采用非接触测量探头，但是非接触测量探头距离远近会造成测量结果的准确性、重复性降低。同时，激发光源强度不同，也会造成荧光信号的强度的不同，造成检测误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术甲状旁腺术中识别装置探头距离远近会造成测量结果的准确性、重复性降低，激发光源强度不同，也会造成荧光信号的强度的不同，造成检测误差的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种甲状旁腺术中识别装置，包括激发光单元、校准光单元、信号采集单元以及数据处理单元，所述激发光单元发射的激发光通过探头传输到待测组织，激发待测组织发出荧光；所述校准光单元发射的校准光通过探头传输到待测组织；信号采集单元收集待测组织发射的荧光信号I₁以及校准光信号I₂，并将实时数据传输给数据处理单元；数据处理单元检测激发光单元发射的激发光的信号强度I₃大于设定值B时，则光源检测通过，否则，提示更换光源，另外，荧光信号I₁的强度与探头和待测组织之间的距离d₁负相关，校准光信号I₂的强度与探头和待测组织的之间的距离d₂负相关，d₂＝f₂(I₂)，f₂为d₂关于I₂的函数，由于d₁＝d₂，根据距离信息，通过公式I＝f₁(I₁,d₁)＝f₁(I₁,d₂)＝f₁(I₁,f₂(I₂))对荧光信号I₁进行距离修正，得到修正后的荧光信号I，其中，f₁为I关于I₁、d₁的函数；当I≥A时，判断待测组织是甲状旁腺组织，当I＜A时，判断待测组织不是甲状旁腺组织，A为参考值。

本发明根据距离信息，对荧光信号I₁进行距离修正，避免由于探头与待测组织距离不同导致的探测误差，从而避免因为探头距离远近而造成的测量结果的准确性、重复性降低的问题，另外，在测量过程中检测光源强度，当激发光单元发射的激发光的信号强度I₃小于设定值时提示更换光源，避免因激发光源光强下降而导致荧光信号减弱，从而降低检测误差，提高检测准确性和稳定性。

进一步地，所述激发光单元包括激发光源、第一滤光片及第一耦合光路，激发光源正对着第一滤光片，第一滤光片正对着第一耦合光路的光纤入射口，激发光源发出的光经过滤光片及第一耦合光路后，分成两束光，一束光进入激发光校准光纤，激发光校准光纤与信号采集单元连接，另一束光进入激发光纤通过探头照射到待测组织，从待测组织返回的自体荧光经荧光收集光纤传输至信号采集单元。

更进一步地，所述校准光单元包括校准光源、第二滤光片及第二耦合光路，所述校准光源正对着第二滤光片，第二滤光片正对着第二耦合光路的光纤入射口，校准光源发出的光，经过第二滤光片、第二耦合光路后，耦合进入校准光纤，通过探头照射到待测组织，从待测组织返回的反射光又经校准光收集光纤传输至信号采集单元中。

进一步地，所述信号采集单元包括荧光信号采集单元和校准信号采集单元，所述荧光信号采集单元采集激发光单元激发待测组织发出的荧光信号，所述校准信号采集单元采集校准光单元照射到待测组织以后返回的反射光。

更进一步地，所述荧光信号采集单元包括第三滤光片、第一光电探测器及第三耦合光路，所述荧光收集光纤与第三耦合光路的光纤入射口连接，第三耦合光路的光纤出射口正对着第三滤光片，第三滤光片正对着第一光电探测器。

更进一步地，所述校准信号采集单元包括第四滤光片、第二光电探测器及第四耦合光路，所述激发光校准光纤以及校准光收集光纤均与第四耦合光路的光纤入射口连接，第四耦合光路的光纤出射口正对着第四滤光片，第四滤光片正对着第二光电探测器。

进一步地，信号采集单元包括滤光片转轮和第三光电探测器，滤光片转轮正对着第三光电探测器，光源监测时，滤光片转轮处于状态a，激发光校准光纤传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器；荧光信号采集时，滤光片转轮先处于状态b，荧光收集光纤传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器，随后滤光片转轮转换至状态c，校准光收集光纤传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器。

进一步地，所述信号采集单元包括特异性滤光片和第四光电探测器，特异性滤光片正对着第四光电探测器，特异性滤光片针对激发光、校准光及荧光信号有不同的透过率，激发光校准光纤传输的光、荧光收集光纤传输的光及校准光收集光纤传输的光均经过特异性滤光片进入第四光电探测器。

更进一步地，所述第四光电探测器为光谱仪。

进一步地，所述甲状旁腺术中识别装置还包括数据显示单元，所述数据显示单元与数据处理单元连接，数据显示单元显示信号采集单元采集的数据、更换光源的提示信息以及待测组织的检测结果。

本发明的优点在于：本发明根据距离信息，对荧光信号I₁进行距离修正，避免由于探头与待测组织距离不同导致的探测误差，从而避免因为探头距离远近而造成的测量结果的准确性、重复性降低的问题，另外，在测量过程中检测光源强度，当激发光单元发射的激发光的信号强度I₃小于设定值时提示更换光源，避免因激发光源光强下降而导致荧光信号减弱，从而降低检测误差，提高检测准确性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1所公开的一种甲状旁腺术中识别装置的结构框图；

图2为本发明实施例1所公开的一种甲状旁腺术中识别装置中传输单元的结构示意图；

图3为本发明实施例1所公开的一种甲状旁腺术中识别装置的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。

实施例1

如图1所示，一种甲状旁腺术中识别装置，包括激发光单元1、校准光单元2、信号采集单元、数据处理单元7及数据显示单元8。如图2所示，本实施例中，各单元之间信号传输通过传输单元5实现，传输单元5用于传输激发光、校准光及荧光信号，包含激发光纤51、校准光纤52、荧光收集光纤53、校准光收集光纤54、探头55和激发光校准光纤56。

如图3所示，所述激发光单元1发射的激发光通过探头55传输到待测组织6，激发待测组织6发出荧光，所述激发光单元1包括激发光源11、第一滤光片12及第一耦合光路13，激发光源11正对着第一滤光片12，第一滤光片12正对着第一耦合光路13的光纤入射口。

所述校准光单元2发射的校准光通过探头55传输到待测组织6，所述校准光单元2包括校准光源21、第二滤光片22及第二耦合光路23，所述校准光源21正对着第二滤光片22，第二滤光片22正对着第二耦合光路23的光纤入射口。

所述信号采集单元收集待测组织6发射的荧光信号I₁以及校准光信号I₂，并将实时数据传输给数据处理单元7。信号采集单元包括荧光信号采集单元3和校准信号采集单元4，所述荧光信号采集单元3采集激发光单元1激发待测组织6发出的荧光信号，所述校准信号采集单元4采集校准光单元2照射到待测组织6以后返回的反射光。所述荧光信号采集单元3包括第三滤光片31、第一光电探测器32及第三耦合光路33，所述荧光收集光纤53与第三耦合光路33的光纤入射口连接，第三耦合光路33的光纤出射口正对着第三滤光片31，第三滤光片31正对着第一光电探测器32。所述校准信号采集单元4包括第四滤光片41、第二光电探测器42及第四耦合光路43，所述激发光校准光纤56以及校准光收集光纤54均与第四耦合光路43的光纤入射口连接，第四耦合光路43的光纤出射口正对着第四滤光片41，第四滤光片41正对着第二光电探测器42。

本发明具体原理过程为：激发光源11发出的光经过滤光片及第一耦合光路13后，分成两束光，一束光进入激发光校准光纤56，激发光校准光纤56与校准信号采集单元4中第四耦合光路43的光纤入射口连接，从而校准信号采集单元4采集到激发光信号，另一束光进入激发光纤51通过探头55照射到待测组织6，从待测组织6返回的自体荧光经荧光收集光纤53传输至荧光信号采集单元3中第三耦合光路33的光纤入射口，从而荧光信号采集单元3采集到待测组织6发出的荧光信号。校准光源21发出的光，经过第二滤光片22、第二耦合光路23后，耦合进入校准光纤52，通过探头55照射到待测组织6，从待测组织6返回的反射光又经校准光收集光纤54传输至校准信号采集单元4的第四耦合光路43的光纤入射口，从而校准信号采集单元4采集到校准光。

由于光源损耗，随着使用时间的延长，激发光源11的光强下降，会导致荧光信号减弱，影响测量的准确性，因此需要对激发光源11的强度进行监测。数据处理单元7检测激发光单元1发射的激发光的信号强度I₃≥光源初始光强90％时，则光源检测通过，可以进行下一步操作；当I₃<光源初始光强90％时，提示需要更换光源。另外，荧光信号采集单元3接收到的荧光信号I₁的强度与探头55和待测组织6之间的距离d₁负相关，同时I₁的强度也与待测组织6发射的荧光强度相关。校准信号采集单元4的接收到的校准光信号I₂的强度与探头55和待测组织6的之间的距离d₂负相关，与待测组织6荧光强度无关，故d₂＝f₂(I₂)，f₂为d₂关于I₂的函数，探测距离≤4mm时，d₂＝α/I₂，α由系统性能决定，在已知距离d₂条件下，通过测量I₂确定。由于d₁＝d₂，根据距离信息，通过公式I＝f₁(I₁,d₁)＝f₁(I₁,d₂)＝f₁(I₁,f₂(I₂))对荧光信号I₁进行距离修正，得到修正后的荧光信号I，其中，f₁为I关于I₁、d₁的函数，探测距离≤4mm时，I＝βI₁/d₁＝βI₁/d₂＝βI₁I₂/α，β由系统性能决定，在已知荧光强度I时，通过测量I₁确定。；当I≥A时，判断待测组织6是甲状旁腺组织，当I＜A时，判断待测组织6不是甲状旁腺组织，A为参考值，与探测器的相应相关，通过测量甲状旁腺标准仿体，得到参考值A，参考值A属于相对光强值，A的范围在500-1000之间。额外增加测距装置会增大探头体积，会造成操作者不便；此外，由于甲状旁腺只有3-6mm，不能保证测距装置、荧光探头与待测甲状旁腺组织保持相同距离。而本距离修正方法，校准所需光纤与荧光探测所需光纤整合在同一探头中，光纤芯径＜1mm，不会因探头体积增大，导致操作者不便，能够保证校准所需光纤与探测光纤与待测甲状旁腺组织保持相同的距离。

所述数据显示单元8与数据处理单元7连接，数据显示单元8显示信号采集单元采集的数据、更换光源的提示信息以及待测组织6的检测结果。

通过以上技术方案，本发明根据距离信息，对荧光信号I₁进行距离修正，避免由于探头55与待测组织6距离不同导致的探测误差，从而避免因为探头55距离远近而造成的测量结果的准确性、重复性降低的问题，另外，在测量过程中检测光源强度，当激发光单元1发射的激发光的信号强度I₃小于设定值时提示更换光源，避免因激发光源11光强下降而导致荧光信号减弱，从而降低检测误差，提高检测准确性和稳定性。

实施例2

本发明实施例2与实施例1的区别在于信号采集单元的结构有所不同，本实施例中信号采集单元包括滤光片转轮和第三光电探测器，滤光片转轮正对着第三光电探测器，光源监测时，滤光片转轮处于状态a，激发光校准光纤56传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器；荧光信号采集时，滤光片转轮先处于状态b，荧光收集光纤53传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器，随后滤光片转轮转换至状态c，校准光收集光纤54传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器。滤光片转轮是一个滤光片通过旋转部件带动其转动，转动过程中滤光片正对着激发光校准光纤56的时候处于状态a，而激发光校准光纤56发射的光源所在区域以外的部分处于遮挡状态，同理，转动过程中滤光片正对着荧光收集光纤53的时候处于状态b，而荧光收集光纤53发射的光源所在区域以外的部分处于遮挡状态，同理，转动过程中滤光片正对着校准光收集光纤54的时候处于状态c，而校准光收集光纤54发射的光源所在区域以外的部分处于遮挡状态。

实施例3

本发明实施例3与实施例1的区别在于信号采集单元的结构有所不同，本实施例中所述信号采集单元包括特异性滤光片和第四光电探测器，特异性滤光片正对着第四光电探测器，特异性滤光片针对激发光、校准光及荧光信号有不同的透过率，使第四光电探测器能够同时采集三种光束，且不超过第四光电探测器量程。激发光校准光纤56传输的光、荧光收集光纤53传输的光及校准光收集光纤54传输的光均经过特异性滤光片进入第四光电探测器。所述第四光电探测器为光谱仪。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，包括激发光单元、校准光单元、信号采集单元以及数据处理单元，所述激发光单元发射的激发光通过探头传输到待测组织，激发待测组织发出荧光；所述校准光单元发射的校准光通过探头传输到待测组织；信号采集单元收集待测组织发射的荧光信号I₁以及校准光信号I₂，并将实时数据传输给数据处理单元；数据处理单元检测激发光单元发射的激发光的信号强度I₃大于设定值B时，则光源检测通过，否则，提示更换光源，另外，荧光信号I₁的强度与探头和待测组织之间的距离d₁负相关，校准光信号I₂的强度与探头和待测组织的之间的距离d₂负相关，d₂＝f₂(I₂)，f₂为d₂关于I₂的函数，由于d₁＝d₂，根据距离信息，通过公式I＝f₁(I₁,d₁)＝f₁(I₁,d₂)＝f₁(I₁,f₂(I₂))对荧光信号I₁进行距离修正，得到修正后的荧光信号I，其中，f₁为I关于I₁、d₁的函数；当I≥A时，判断待测组织是甲状旁腺组织，当I＜A时，判断待测组织不是甲状旁腺组织，A为参考值。

2.根据权利要求1所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述激发光单元包括激发光源、第一滤光片及第一耦合光路，激发光源正对着第一滤光片，第一滤光片正对着第一耦合光路的光纤入射口，激发光源发出的光经过滤光片及第一耦合光路后，分成两束光，一束光进入激发光校准光纤，激发光校准光纤与信号采集单元连接，另一束光进入激发光纤通过探头照射到待测组织，从待测组织返回的自体荧光经荧光收集光纤传输至信号采集单元。

3.根据权利要求2所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述校准光单元包括校准光源、第二滤光片及第二耦合光路，所述校准光源正对着第二滤光片，第二滤光片正对着第二耦合光路的光纤入射口，校准光源发出的光，经过第二滤光片、第二耦合光路后，耦合进入校准光纤，通过探头照射到待测组织，从待测组织返回的反射光又经校准光收集光纤传输至信号采集单元中。

4.根据权利要求3所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述信号采集单元包括荧光信号采集单元和校准信号采集单元，所述荧光信号采集单元采集激发光单元激发待测组织发出的荧光信号，所述校准信号采集单元采集校准光单元照射到待测组织以后返回的反射光。

5.根据权利要求4所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述荧光信号采集单元包括第三滤光片、第一光电探测器及第三耦合光路，所述荧光收集光纤与第三耦合光路的光纤入射口连接，第三耦合光路的光纤出射口正对着第三滤光片，第三滤光片正对着第一光电探测器。

6.根据权利要求5所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述校准信号采集单元包括第四滤光片、第二光电探测器及第四耦合光路，所述激发光校准光纤以及校准光收集光纤均与第四耦合光路的光纤入射口连接，第四耦合光路的光纤出射口正对着第四滤光片，第四滤光片正对着第二光电探测器。

7.根据权利要求3所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述信号采集单元包括滤光片转轮和第三光电探测器，滤光片转轮正对着第三光电探测器，光源监测时，滤光片转轮处于状态a，激发光校准光纤传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器；荧光信号采集时，滤光片转轮先处于状态b，荧光收集光纤传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器，随后滤光片转轮转换至状态c，校准光收集光纤传输的光经过滤光片转轮进入第三光电探测器。

8.根据权利要求3所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述信号采集单元包括特异性滤光片和第四光电探测器，特异性滤光片正对着第四光电探测器，特异性滤光片针对激发光、校准光及荧光信号有不同的透过率，激发光校准光纤传输的光、荧光收集光纤传输的光及校准光收集光纤传输的光均经过特异性滤光片进入第四光电探测器。

9.根据权利要求8所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，所述第四光电探测器为光谱仪。

10.根据权利要求1所述的一种甲状旁腺术中识别装置，其特征在于，还包括数据显示单元，所述数据显示单元与数据处理单元连接，数据显示单元显示信号采集单元采集的数据、更换光源的提示信息以及待测组织的检测结果。

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