CN1895184B - 自动荧光检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种专用来切除肿瘤的自动荧光检测系统。由光纤束(1)、滤光片(2)、CCD成像系统(3)、数据采集卡(4)和计算机(5)和和由CUSA控制的超声吸引器探头(7)组成，其特征是：光纤束(1)采集到光信号以后，经过滤光片(2)滤掉背景光，再经过透镜(6)后照射到CCD成像系统(3)的表面；CCD成像系统(3)将光信号装换成能够反映光强信息的电信号；电信号经过滤波放大以后由数据采集卡(4)进行数据采集和转换并送入到计算机(5)、计算机接收到数据以后对数据进行处理分析，并根据分析的结果进行判断，计算机最后根据判断结果向CUSA发送指令控制超声吸引器。本发明可以顺利进行切除了胶质瘤手术，荧光区域就是肿瘤的实质部分，而荧光显影很微弱或者几乎没有荧光的区域是肿瘤的边缘。提示我们切除这些区域。
Description
技术领域：
本发明是一种脑胶质瘤手术设备的检测系统。
技术背景：
胶质瘤是神经外科领域中常见疾病，由于肿瘤组织与正常组织之间界线不清，手术很难将其彻底清除。脑胶质瘤具有进行性发展和侵袭性生长的特性，属恶性肿瘤范畴。在治疗恶性胶质瘤方法中外科切除是非常必要的，其中最重要的方法是尽可能的全切肿瘤。然而，还没有恰当的方法来判断肿瘤组织与周围脑组织，没有客观的标准来判断肿瘤切除的范围，往往肿瘤的切除完全依赖于术者的判断，特别是依赖于术者的经验。在1948年Moore GE最早提出利用荧光标记的办法来切除肿瘤。但之后由于药物、设备的发展滞后，使得这项技术没有广泛地开展。利用荧光素钠可激发荧光，通过破坏了的血脑屏障，从而进入肿瘤组织内的这一特性，进行了实验研究。在手术中可以通过肿瘤发出的荧光来判断肿瘤与周围脑组织。先进的LEICA荧光手术系统来作为荧光激发设备。通过荧光影像提供客观的标准来确定切除肿瘤的范围，这对全切肿瘤非常有必要。目前还没有一种专用来切除肿瘤，特别是不增强和低级别的胶质瘤的自动荧光检测系统。
发明内容：
本发明目的是公开一种专用来切除肿瘤的自动荧光检测系统。
本发明由光纤束1、滤光片2、CCD成像系统3、数据采集卡4和计算机5和由CUSA控制的超声吸引器探头7组成，其特征是：光纤束1采集到光信号以后，经过滤光片2滤掉背景光，再经过透镜6以后照射到CCD成像系统3的表面；CCD成像系统3将光信号装换成能够反映光强信息的电信号；电信号经过滤波放大以后由数据采集卡4进行数据采集和转换并送入到计算机5；计算机接收到数据以后对数据进行处理分析，并根据分析的结果进行判断，计算机最后根据判断结果向CUSA发送指令控制超声吸引器。通过计算和相关的实验得到信号光的光强特性，根据系统测量精度的要求选择光纤的数值孔径。滤光片滤掉背景光，即正常组织发出的光，只让恶性组织发出的光通过。CCD要保证系统的精度和响应速度，又要保证它的光谱响应范围足够广。系统测量得到的数据经过软件处理、分析、判断，得到判断结果后再控制超声吸入装置进行相应的操作。对系统的快速响应。CUSA带有通讯接口，计算机控制指令集能够方便的控制CUSA。所述的超声吸引器探头7前端顶部装有与探头内的超声振动发生装置11联动的超声振动头8，超声振动头8并列固定有经光纤连接到滤光透镜组件的光纤探头14，超声吸引器探头7前端是吸出口10和输入液体出口9，吸出口10经吸出管12连接吸出装置，输入液体出口9经输入液体管13连接液体泵。
本发明顺利进行切除了鼠脑C6胶质瘤手术，并且对切除的各部分进行了HE病理染色。在荧光强度较高的区域，组织学检查结果显示大量的肿瘤细胞，同时还有大量的神经内皮细胞增殖。另一方面，荧光显影很微弱或者几乎没有荧光的区域很少有肿瘤细胞的存在，也没有太多的内皮细胞增殖，并且没有正常的血管结构。在肿瘤坏死中心没有见到荧光显影。切除肿瘤后瘤床的边界和边缘的HE病理染色显示肿瘤细胞逐渐减少。将荧光影像和组织学检查结果进行了对比，发现在坏死和含有少量血管的肿瘤区域没有发现荧光。这些结果提示我们荧光区域就是肿瘤的实质部分，而荧光显影很微弱或者几乎没有荧光的区域是肿瘤的边缘。因此，提示我们切除这些区域。
本发明克服以往术中肿瘤边界的判断不充分的问题。我们利用荧光系统可以在较短的时间内充分切除肿瘤。在术中通过脚踏开关来完成正常图像和荧光图像之间进行转换，这样神经外科医生可以在荧光图像下切除肿瘤；在正常图像下进行分离、止血等操作。这套荧光手术系统的优点是不需要再在显微镜上装备其他装置，在手术中可以迅速在正常图像和荧光图像之间进行转化，以减少手术时间，加快手术进程。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明超声吸引器探头结构图。
具体实施方式：
本发明光纤束1采集到光信号以后，经过滤光片2滤掉背景光，再经过透镜6以后照射到CCD成像系统3的表面；CCD成像系统3将光信号装换成能够反映光强信息的电信号；电信号经过滤波放大以后由数据采集卡4进行数据采集和转换并送入到计算机5；本发明很好的选择光纤数值孔径，需要通过计算和相关的实验得到信号光的光强特性，以及系统测量精度的要求选择光纤的数值孔径。孔径过大会使系统的定位精度下降，孔径过小又会使系统对于异常组织的分辨率下降。本发明滤光片的设计主要功能是滤掉背景光也就是正常组织发出的光，只让恶性组织发出的光通过。设计滤光片的中心波长和带宽，决定整个系统测量性能的重要指标。CCD是整个测量系统中的核心传感装置，其测量精度和灵敏度又是决定整个系统性能的一个重要指标。而CCD既要保证系统的精度和响应速度，又要保证它的光谱响应范围足够广。系统测量得到的数据必须经过软件处理、分析、判断，得到判断结果后再控制超声吸入装置进行相应的操作。由于对系统的响应速度要求较高，同时处于安全操作的考虑，必须保证整个系统处理结构的可靠性。CUSA带有通讯接口，厂家提供相应的控制指令集，使计算机能够方便的控制CUSA。计算机接收到数据以后对数据进行处理分析，并根据分析的结果进行判断，计算机最后根据判断结果向CUSA发送指令控制超声吸引器。超声吸引器探头7前端顶部装有与探头内的超声振动发生装置11联动的超声振动头，超声振动并列固定有光纤探头14，探的切除肿瘤区呈荧光素钠颜色的肿瘤.超声吸引器探头前端吸出口10将切除肿瘤吸出，经吸出管12连接到吸出装置，输入液体出口9经输入液体管13连接液体泵。
在剪开硬膜注入荧光素钠后的2分钟，肿瘤中心呈现绿色，而周边呈现淡绿色。用荧光系统照射肿瘤，肿瘤发出绿色荧光，可显现肿瘤的边界。大约5秒钟以后，动脉具有荧光性，之后是脑表面的静脉系统。再经过大约5分钟之后，脑表面的血管荧光性减弱。注射药物20分钟之后，C6胶质瘤和紧贴肿瘤肿瘤表面的2-3mm之间的区域被染成明显的绿色，而肿瘤的周边区域在荧光光源的照射下呈现淡绿色。这种情况持续几个小时之久。而周围正常脑组织不被染色。荧光区域提示我们肿瘤应该切除的范围。
Claims (1)
1.一种专用来切除肿瘤的自动荧光检测系统：由光纤束(1)、滤光片(2)、CCD成像系统(3)、数据采集卡(4)和计算机(5)和由CUSA控制的超声吸引器探头(7)组成，该自动荧光检测系统能通过计算和相关实验得到的信号光的光强特性，以及CCD成像系统测量精度的要求选择光纤的数值孔径，其中的CCD成像系统既能够保证自动荧光检测系统的精度和响应速度，又可保证自身的光谱响应范围足够广，其特征是：光纤束(1)采集到光信号以后，经过滤光片(2)滤掉背景光，再经过透镜(6)以后照射到CCD成像系统(3)的表面；CCD成像系统(3)将光信号转换成能够反映光强信息的电信号；电信号经过滤波放大以后由数据采集卡(4)进行数据采集和转换并送入到计算机(5)；计算机接收到数据以后对数据进行处理分析，并根据分析的结果进行判断，计算机最后根据判断结果向CUSA发送指令控制超声吸引器探头；滤光片滤掉背景光，即正常组织发出的光，只让恶性组织发出的光通过；CCD成像系统测量得到的数据经过软件处理、分析、判断，得到判断结果后再控制超声吸入器探头(7)进行相应的操作；CUSA带有通讯接口，计算机控制指令集能够方便的控制CUSA；所述的超声吸引器探头(7)前段顶部装有与探头内的超声振动发生装置(11)联动的超声振动头(8)，超声振动头(8)并列固定有经光纤连接到滤光片(2)和透镜(6)的光纤探头(14)，超声吸引器探头(7)前端是吸出口(10)和输入液体出口(9)，吸出口(10)经吸出管(12)连接吸出装置，输入液体出口(9)经输入液体管(13)连接液体泵。
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