CN220309113U - 一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器，包括设置于探测器主体外壳内的共线式光纤探头、激发光路和荧光收集光路；激发光路和荧光收集光路处于第一平面内，所述第一平面与集成运算放大器所处的第二平面平行；荧光收集光路包括收集光纤、荧光收集透镜组支架、荧光收集透镜组、光阱、光电二极管和集成运算放大器；所述激发光路包括激光二极管模组、激发滤光片支架、激发滤光片和激发光纤。本实用新型避免了长光纤带来的各种问题。在收集光路中，增设了杂散光吸收结构，提高检测信噪比。本实用新型将光纤集成在探测器内，整体高度集成化，并且可根据探测荧光信号的强弱判断甲状旁腺的健康状态，更符合实际使用条件。

Description

一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器

技术领域

本实用新型涉及一种光学检测仪器，尤其涉及一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器。

背景技术

甲状旁腺是位于甲状腺腺体背侧的内分泌器官，大小约3~8mm，附着于甲状腺背侧，主要调控人体钙磷平衡。由于体积小、解剖学位置变异率高、形态与周围组织（淋巴结、脂肪）相似，甲状旁腺在甲状腺相关手术中误切漏切率高达22%，由此造成患者术后暂时性低血钙概率约15~30%，永久性低血钙概率为7%。另外，因无法准确辨认病变的旁腺组织，可能会导致患者手术失败、多次手术甚至出现严重并发症。

目前，商品化甲状旁腺探测器检测方式主要有两种：一种是自体荧光成像检测，如法国格勒诺布尔的Fluoptics©公司生产的FluoBeam® 系列产品；一种是基于自体荧光强度检测，如Thomas的Parathyroid eye。二者各有优缺点。

自体荧光成像检测是指研究者们使用近红外光源对手术区域或部分组织进行照射，并将收集的荧光经由成像探测器得出荧光图像的方式。这一方法在临床上已应用较多，优点是非常直观，尤其对肉眼无法观察到的区域作用重大，可靠性高。但是荧光成像检测需要在使用时关闭手术室内全部光源，导致屏幕显示的图像对比度较低，不利于医生进行辨认和操作，并且荧光成像检测系统组成复杂、操作难度大、颈部手术区域狭窄，甲状旁腺组织容易受其他组织遮挡，无法及时、有效、快速地识别甲状旁腺组织。

自体荧光强度检测使用长光纤搭配后置探测器的荧光强度检测方案。这种原理使得探测器可以用光源和探测器同步调制的方法，使其不受手术室内灯光干扰，识别成功率高。2018年，Thomas 采用了光纤探头和外置激发、发射模块的结构，发展了一种使用长光纤搭配后置探测器的荧光强度检测方案，即甲状旁腺眼（Parathyroid eye，以下简称PTeye）检测装置。PTeye由于长光纤结构、荧光传输距离过长，导致信号大幅衰减、易受外界振动干扰，导致其灵敏度和稳定性均大幅下降。该探测器将探测器、处理器和显示面板等放置在后端，探测器整体体积大、结构复杂。而如果直接用很短的光纤，又会收集到很高的高背景杂散光，导致探测器基线高、波动大，也会降低系统检测信噪比和测量稳定性。综上所述，有待发明一种高度光机电集成微型化的手持式甲状旁腺探测器。

实用新型内容

本实用新型提供一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器，解决了现有甲状旁腺检测装置荧光信号传输距离长、灵敏度低和易抖动导致测量稳定性差等问题。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器，包括设置于探测器主体外壳内的共线式光纤探头、激发光路和荧光收集光路；所述激发光路和荧光收集光路处于第一平面内，所述第一平面与集成运算放大器所处的第二平面平行；

所述共线式光纤探头的后端为Y型分支，所述Y型分支分别为收集光纤和激发光纤；

所述荧光收集光路包括收集光纤、荧光收集透镜组支架、荧光收集透镜组、光阱、光电二极管和集成运算放大器；所述收集光纤的另一端与荧光收集透镜组支架相连，所述荧光收集透镜组支架内固定有荧光收集透镜组，所述荧光收集透镜组支架的另一端与光电二极管相连，所述光电二极管的另一端与集成运算放大器相连；

所述荧光收集透镜组包括由收集光纤方向到光电二极管方向依次同轴设置的准直透镜、二向色镜、发射滤光片和聚焦透镜，所述二向色镜的镜面与水平线的夹角为45°，所述二向色镜外部的荧光收集透镜组支架表面上设置有光阱，所述光阱位于二向色镜的反射光路；

所述激发光路包括激光二极管模组、激发滤光片支架、激发滤光片和激发光纤；所述激发光纤的另一端与激发滤光片支架相连，所述激发滤光片支架内设置有激发滤光片，所述激发滤光片支架的另一端与激光二极管模组相连。

进一步地，所述激光二极管模组的中心波长范围为765 nm~795 nm；所述激发滤光片的中心波长范围为765 nm~795 nm，带宽范围为8~20 nm；所述发射滤光片的中心波长范围为800 nm~840 nm，带宽范围为1~10 nm；所述二向色镜对于波长小于785 nm的光高反射，反射率不小于99%，对波长大于820 nm的光高透射，透射率不小于99%；所述光阱吸收不小于90%的散射光。

进一步地，所述探测器主体外壳远离共线式光纤探头的一方通过航插接头连接有数据传输线。

进一步地，所述共线式光纤探头的整体外径范围为4 mm~5 mm；所述共线式光纤探头的长度范围为35 mm~50 mm；所述共线式光纤探头的内部光纤组由一根芯径0.7 mm~0.9mm的光纤，周围包裹八根芯径0.5 mm~0.6 mm的光纤组成。

进一步地，所述激发光纤由一根光纤组成，长度范围为80 mm~110 mm；所述收集光纤由八根光纤组成，长度范围为90 mm~120 mm。

进一步地，共线式光纤探头、收集光纤和激发光纤之和的总长度范围为170 mm~220 mm。

进一步地，所述甲状旁腺荧光探测器的待机功耗不大于0.7 W，工作功耗不大于1W；所述甲状旁腺荧光探测器的体积不大于290×80×60 mm³，重量不大于315 g。

本实用新型的有益效果在于：

1、采取共线式短、直光纤探头通过光纤耦合器与激发光纤和发射光纤进行连接，缩短了光纤长度，探测器所用光纤的总长度在180 mm范围内；避免传输距离过长，导致荧光信号大幅衰减、灵敏度下降以及易弯曲抖动、受外界振动干扰影响大，导致稳定性下降的问题。

2、在非共聚焦光路中增设了二向色镜和光阱模组，利用二向色镜和光阱对背景杂散光进一步吸收，大幅降低了背景光，提高了信噪比和稳定性。

3、通过设计光电二极管与激光管模组同步调制，使探测器可于明场开灯情况下正常工作，不受手术室内环境光变化和人员走动的影响，无需中断手术。

4、通过整机的“三明治”结构高度集成化、微型化设计，体积小、重量轻、大小和操作类似“手术电刀”，便于医生进行临床操作和快速熟悉，同时大幅度降低仪器成本，易于推广。

5、通过仪器探测相关组织的荧光信号强度，不仅可以识别甲状旁腺，还可以通过甲状旁腺与甲状腺的信号比值，判断甲状旁腺的健康状态。

本实用新型高灵敏、微型化，可在术中实时、准确地辨识甲状旁腺，通过收集正常组织与病变组织荧光参数，在术中可实时判断组织性质并制定下一步手术方案。探测器可于明场下工作，不必关灯，不影响手术进程、微型化、易掌握，并且可以判断甲状旁腺的健康状态，在甲状腺外科手术具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型主体结构示意图。

图2为本实用新型光路结构示意图。

图3为本实用新型对CF790染料检测的浓度线性曲线图。

附图标号说明：

1、探测器主体外壳；2、集成运算放大器；3、激光二极管模组；4、激发滤光片支架；5、激发滤光片；6、激发光纤；7、共线式光纤探头；8、收集光纤；9、荧光收集透镜组支架；10、准直透镜；11、二向色镜；12、光阱；13、发射滤光片；14、聚焦透镜；15、光电二极管；16、航插接头；17、数据传输线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型提供一种技术方案：一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器，如图1和图2所示，包括：探测器主体外壳1、集成运算放大器2、激光二极管模组3、激发滤光片支架4、激发滤光片5、激发光纤6、共线式光纤探头7、收集光纤8、荧光收集透镜组支架9、准直透镜10、二向色镜11、光阱12、发射滤光片13、聚焦透镜14、光电二极管15；

所述共线式光纤探头7为“Y”型设计，前端共轴、后端分叉，由激发光纤6与收集光纤8共同组成；

所述准直透镜10、二向色镜11、发射滤光片13和聚焦透镜14共同组成荧光收集透镜组，固定于荧光收集透镜组支架9内；

所述激光二极管模组3、固定在激发滤光片支架4中的激发滤光片5和激发光纤6共同组成激发光路；

所述收集光纤8、荧光收集透镜组支架9、准直透镜10、二向色镜11、光阱12、发射滤光片13、聚焦透镜14、光电二极管15和集成运算放大器2共同组成荧光收集光路；荧光收集光路和激发光路处在同一平面内，该平面与集成运算放大器2所处平面平行；所述激发光路、荧光收集光路共同置于探测器主体外壳1内；

所述准直透镜10、二向色镜11、发射滤光片13、聚焦透镜14和光电二极管15同轴放置；所述二向色镜11位于准直透镜10和发射滤光片13之间，在荧光收集光路中呈45°夹角放置；所述光阱12在荧光收集光路的垂直方向上，即位于二向色镜11的反射光路；

所述激光二极管模组3发出的激发光垂直透过激发滤光片5经激发光纤6、共线式光纤探头7到达待检测人体组织处，激发甲状旁腺组织荧光，荧光再依次经过共线式光纤探头7、收集光纤8、准直透镜10二向色镜11、发射滤光片13、聚焦透镜14后到达光电二极管15，光电二极管15采集的信号经集成运算放大器2计算处理后输出；

所述激光二极管模组3的中心波长为765 nm~795 nm；激发滤光片5中心波长为765nm~795 nm，带宽（FWHM）为8~20 nm；发射滤光片13的中心波长为800 nm~840 nm，带宽为1~10 nm；二向色镜11对于波长小于785 nm的光高反射，反射率≥99%，对波长大于820 nm的光高透射，透射率≥99%；光阱12吸收≥90%的散射光。

所述探测器主体外壳1后方安装数据传输线17，由航插接头16连接。

所述共线式光纤探头7整体外径为4 mm~5 mm，长35 mm~50 mm，内部光纤组由1根芯径0.7 mm~0.9 mm的光纤，周围包裹8根芯径0.5 mm~0.6 mm的光纤组成。由1根光纤组成的激发光纤6长度80 mm~110 mm；由8根光纤组成的收集光纤8长度90 mm~120 mm；探测器所用光纤的总长度170 mm~220 mm。

所述的探测器的待机功耗≤0.7 W，工作功耗≤1 W；探测器体积≤290×80×60mm³，重量≤315 g。

利用CF790荧光染料对仪器进行评测时，检测限≤8.1×10^-13mol/L，线性范围≥3个数量级，满足临床诊断需求。

实施例1

一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器，激发光源的中心波长785 nm，激发甲状旁腺组织发出荧光。探测器的待机功耗为0.5 W，工作功耗为0.72 W；激发滤光片的中心波长785 nm；一根直径0.8 mm，长120 mm的光纤，周围包裹8根直径0.6mm长140 mm的光纤，组成长为40 mm的“Y”型共线式光纤探头；采用焦距为8 mm的透镜作为准直透镜；二向色镜对于小于800 nm波长的光反射率大于99%；发射滤光片的中心波长为832 nm；光阱能够吸收大于99%的瑞利散射光。光电探测器件为光电二极管集成运算放大器组件（微光探测器）。

将该手持式术中甲状旁腺荧光探测器用于对CF790荧光染料检测，检测池为比色皿。

实验结果：

图3为检测谱图，CF790荧光染料浓度范围2.5×10^-11M~1×10^-8M，检测限为8.1×10^-13M，满足临床检测需求。本实用新型手持式术中甲状旁腺探测器，整机体积小、重量轻、集成度高、成本低、易于操作，有很大的市场和推广前景。

实施例2

如实施例1所述的一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器。

该手持式术中甲状旁腺荧光探测器在某地区附属医院进行临床实验。

实验结果：

表1为临床试验的相关数据，对甲状旁腺、甲状腺和脂肪组织进行测试。在开灯条件下，甲状旁腺的平均信号值为225.3 mV、甲状腺的平均信号值为150.3 mV、脂肪组织的平均信号值为99.3 mV；在关灯条件下，甲状旁腺的平均信号值为225.5 mV、甲状腺的平均信号值为151.0 mV、脂肪组织的平均信号值为100.3 mV。开/光灯条件下，甲状旁腺信号值与甲状腺和脂肪组织信号值均有差别，表里列出的甲状旁腺信号并没有高于甲状腺太多，有可能是病变导致的。并且同一组织在开灯或光灯条件下，信号无明显差别。

表1 手持式术中甲状旁腺探测器对临床样本的数据表。

经4例临床实验，甲状旁腺信号值与甲状腺和脂肪组织信号值有明显差别，术中识别率100%。在临床实验中，开、关手术室内灯光，测试结果无明显差别，可以于开灯状态下正常工作。

据上述实验结果，可以得到一种术中甲状旁腺荧光探测器，对于甲状旁腺的术中识别成功概率为100%。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种手持式术中甲状旁腺荧光探测器，其特征在于：包括设置于探测器主体外壳（1）内的共线式光纤探头（7）、激发光路和荧光收集光路；所述激发光路和荧光收集光路处于第一平面内，所述第一平面与集成运算放大器（2）所处的第二平面平行；

所述共线式光纤探头（7）的后端为Y型分支，所述Y型分支分别为收集光纤（8）和激发光纤（6）；

所述荧光收集光路包括收集光纤（8）、荧光收集透镜组支架（9）、荧光收集透镜组、光阱（12）、光电二极管（15）和集成运算放大器（2）；所述收集光纤（8）的另一端与荧光收集透镜组支架（9）相连，所述荧光收集透镜组支架（9）内固定有荧光收集透镜组，所述荧光收集透镜组支架（9）的另一端与光电二极管（15）相连，所述光电二极管（15）的另一端与集成运算放大器（2）相连，所述集成运算放大器（2）设置于激发光路下方；

所述荧光收集透镜组包括由收集光纤（8）方向到光电二极管（15）方向依次同轴设置的准直透镜（10）、二向色镜（11）、发射滤光片（13）和聚焦透镜（14），所述二向色镜（11）的镜面与水平线的夹角为45°，所述二向色镜（11）外部的荧光收集透镜组支架（9）表面上设置有光阱（12），所述光阱（12）位于二向色镜（11）的反射光路；

所述激发光路包括激光二极管模组（3）、激发滤光片支架（4）、激发滤光片（5）和激发光纤（6）；所述激发光纤（6）的另一端与激发滤光片支架（4）相连，所述激发滤光片支架（4）内设置有激发滤光片（5），所述激发滤光片支架（4）的另一端与激光二极管模组（3）相连。

2.根据权利要求1所述的手持式术中甲状旁腺荧光探测器，其特征在于：所述激光二极管模组（3）的中心波长范围为765 nm~795 nm；所述激发滤光片（5）的中心波长范围为765nm~795 nm，带宽范围为8~20 nm；所述发射滤光片（13）的中心波长范围为800 nm~840 nm，带宽范围为1~10 nm；所述二向色镜（11）对于波长小于785 nm的光高反射，反射率不小于99%，对波长大于820 nm的光高透射，透射率不小于99%；所述光阱（12）吸收不小于90%的散射光。

3.根据权利要求1所述的手持式术中甲状旁腺荧光探测器，其特征在于：所述探测器主体外壳（1）远离共线式光纤探头（7）的一方通过航插接头（16）连接有数据传输线（17）。

4.根据权利要求1所述的手持式术中甲状旁腺荧光探测器，其特征在于：所述共线式光纤探头（7）的整体外径范围为4 mm~5 mm；所述共线式光纤探头（7）的长度范围为35 mm~50mm；所述共线式光纤探头（7）的内部光纤组由一根芯径0.7 mm~0.9 mm的光纤，周围包裹八根芯径0.5 mm~0.6 mm的光纤组成。

5.根据权利要求1所述的手持式术中甲状旁腺荧光探测器，其特征在于：所述激发光纤（6）由一根光纤组成，长度范围为80 mm~110 mm；所述收集光纤（8）由八根光纤组成，长度范围为90 mm~120 mm。

6.根据权利要求1所述的手持式术中甲状旁腺荧光探测器，其特征在于：共线式光纤探头（7）、收集光纤（8）和激发光纤（6）之和的总长度范围为170 mm~220 mm。

7.根据权利要求1所述的手持式术中甲状旁腺荧光探测器，其特征在于：所述甲状旁腺荧光探测器的待机功耗不大于0.7 W，工作功耗不大于1 W；所述甲状旁腺荧光探测器的体积不大于290×80×60 mm³，重量不大于315 g。