一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，包括一氙燈光源、一第一光開關(guān)、一第二光開關(guān)、一內(nèi)窺鏡探頭、一圖像傳感器CCD、一光譜儀、一鈦寶石鎖模飛秒激光器、一飛秒激光衰減器、一計(jì)算機(jī)控制處理單元。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，有利于對(duì)消化道上皮病變相關(guān)信息進(jìn)行檢測(cè)，具有廣闊的發(fā)展前景和較大的推廣意義。
【專利說明】一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]國際腫瘤研究機(jī)構(gòu)(IARC) 2008年發(fā)布的《世界腫瘤報(bào)告》指出，2010年腫瘤將超越心血管病，成為人類的頭號(hào)殺手，2030年，全球腫瘤新發(fā)病例數(shù)和死亡人數(shù)將為2007年的2倍，報(bào)告同時(shí)還指出，發(fā)展中國家已成為腫瘤病例增加的“生力軍”。在我國，惡性腫瘤早已成為我國城鄉(xiāng)居民的首要死因，惡性腫瘤死亡率屬于世界較高水平，而且呈持續(xù)的增長趨勢(shì)。其中，消化道腫瘤占惡性腫瘤的50%左右，常見的消化道惡性腫瘤有食管癌、胃癌、大腸癌等。一般而言，如果消化道腫瘤能在癌前病變的任何一個(gè)階段診出并加以治療，治愈率非常高。然而，到目前為止消化道腫瘤的早期診斷還相當(dāng)困難。因此發(fā)展診斷新技術(shù)是社會(huì)發(fā)展和醫(yī)學(xué)進(jìn)步中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題。
[0003]眾所周知，消化道癌前病變主要起源于黏膜。黏膜主要是由上皮細(xì)胞、基質(zhì)以及血管組成。當(dāng)黏膜癌變時(shí)，這些成分也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，如細(xì)胞新陳代謝的變化、基質(zhì)的降解以及血氧的變化。另外，這些變化主要反映在黏膜生化成分的變化。因此，能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些生化成分變化等信息的提取與量化對(duì)消化道腫瘤的早期診斷具有重大的價(jià)值。然而，目前臨床的檢測(cè)技術(shù)都無法實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息的提取與量化。
[0004]近年來，光譜技術(shù)由于具有無創(chuàng)、簡單、快速、高效等優(yōu)點(diǎn)已在生物醫(yī)學(xué)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是非線性光譜技術(shù)，它是利用飛秒激光與組織內(nèi)在成分相互作用發(fā)生的線性光學(xué)效應(yīng)，能有效監(jiān)測(cè)細(xì)胞新陳代謝和基質(zhì)成分的變化情況。另外，由于在可見光波段，含氧和去氧血紅蛋白有著截然不同的吸收譜線，同時(shí)血色素也是黏膜中最主要的吸收源，因此可見光反射光譜能`為黏膜表面血氧情況提供了一種精確的量化方法。
[0005]因此，發(fā)展一種基于非線性光譜技術(shù)與可見光反射光譜技術(shù)相結(jié)合的多模光譜分析系統(tǒng)，能為實(shí)現(xiàn)黏膜生化成分的變化等信息的提取與量化提供新技術(shù)，對(duì)消化道腫瘤的早期診斷具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，有利于對(duì)消化道上皮病變相關(guān)信息進(jìn)行檢測(cè)，使用效果好。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，包括光源、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、內(nèi)窺鏡探頭、圖像傳感器、光譜儀、飛秒激光器、飛秒激光衰減器、計(jì)算機(jī)控制處理單元；所述光源發(fā)出的入射光通過一第一光纖入射到所述第一光開關(guān)，通過所述第一光開關(guān)使入射光輸入所述內(nèi)窺鏡探頭內(nèi)，從而到達(dá)消化道上皮，所產(chǎn)生的反射光信號(hào)從所述內(nèi)窺鏡探頭輸出，通過一第二光纖入射到所述第二光開關(guān)，然后通過所述第二光開關(guān)將反射光信號(hào)導(dǎo)向所述圖像傳感器進(jìn)行探測(cè)，所述圖像傳感器將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元，獲得白光圖像，以確定消化道上皮病變位置；在確定消化道上皮病變位置后，通過調(diào)控所述第二光開關(guān)將反射光信號(hào)導(dǎo)向所述光譜儀進(jìn)行探測(cè)，所述光譜儀將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元，獲得可見光反射光譜，從而實(shí)現(xiàn)可見光反射光譜的測(cè)量；在實(shí)現(xiàn)可見光反射光譜測(cè)量后，所述飛秒激光器發(fā)出的飛秒激光經(jīng)過所述飛秒激光衰減器進(jìn)行功率衰減，然后通過一第三光纖入射到所述第一光開關(guān)，通過調(diào)控所述第一光開關(guān)使飛秒激光輸入所述內(nèi)窺鏡探頭內(nèi)，從而到達(dá)消化道上皮病變位置，所產(chǎn)生的非線性光信號(hào)從所述內(nèi)窺鏡探頭輸出，通過所述第二光纖入射到所述第二光開關(guān)，然后通過所述第二光開關(guān)將非線性光信號(hào)導(dǎo)向所述光譜儀進(jìn)行探測(cè)，所述光譜儀將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元，獲得非線性光譜，從而實(shí)現(xiàn)非線性光譜的測(cè)量。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述內(nèi)窺鏡探頭由兩光纖、一微型掃描器件和一顯微物鏡組成。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一光開關(guān)通過使光路在傳輸過程中斷或繼續(xù)，使輸入所述內(nèi)窺鏡探頭內(nèi)的光信號(hào)在所述入射光和所述飛秒激光之間切換；所述第二光開關(guān)通過使光路在傳輸過程中斷或繼續(xù)，使輸出的光信號(hào)在所述反射光信號(hào)和所述非線性光信號(hào)之間切換。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述光源為氙燈光源，所述氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測(cè)量可見光反射光譜的光源。
[0011]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述飛秒激光器為鈦寶石鎖模飛秒激光器，頻率達(dá)84 MHz,超短脈沖為20 fs，波長范圍為600-1200 nm。
[0012]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述飛秒激光衰減器由兩個(gè)寬帶偏振器組成，根據(jù)旋轉(zhuǎn)偏振態(tài)的角度來調(diào)節(jié)飛秒激光器輸出的能量大小，而不改變飛秒激光器的其他參數(shù)。
[0013]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述光譜儀由兩個(gè)色散棱鏡和一個(gè)增強(qiáng)型CCD組成，光譜分辨率達(dá)2.7 nm，探測(cè)的波長范圍為350-750 nm。
[0014]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于`:氙燈光源既是確定病變消化道上皮位置的光源又是測(cè)量可見光反射光譜的光源；光開關(guān)可以使光路在傳輸過程中斷或繼續(xù)，從而可實(shí)現(xiàn)光路的切換；基于非線性光譜技術(shù)與可見光反射光譜技術(shù)相結(jié)合的多模光譜分析系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)黏膜生化成分變化等信息的提取與量化；該系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)消化道癌前病變?cè)\斷提供了新方法和新技術(shù)，對(duì)降低消化道腫瘤的發(fā)病率和死亡率具有重要意義。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，構(gòu)思巧妙，具有廣闊的發(fā)展前景和較大的推廣意義。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測(cè)量可見光反射光譜的光源，通過光開關(guān)進(jìn)行光信號(hào)的切換，設(shè)計(jì)合理，構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡單。同時(shí)，該系統(tǒng)將非線性光譜技術(shù)與可見光反射光譜技術(shù)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)消化道黏膜生化成分變化等信息的提取與量化，為實(shí)現(xiàn)消化道癌前病變?cè)\斷提供了新方法和新技術(shù)，對(duì)降低消化道腫瘤的發(fā)病率和死亡率具有重要意義，具有廣闊的發(fā)展前景和較大的推廣意義。
[0016]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)構(gòu)造示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，包括光源1、第一光開關(guān)3、第二光開關(guān)6、內(nèi)窺鏡探頭4、圖像傳感器CCD7、光譜儀8、飛秒激光器9、飛秒激光衰減器10、計(jì)算機(jī)控制處理單元12。
[0019]所述光源I發(fā)出的入射光通過一第一光纖2入射到所述第一光開關(guān)3，通過所述第一光開關(guān)3使入射光輸入所述內(nèi)窺鏡探頭4內(nèi)，從而到達(dá)消化道上皮，所產(chǎn)生的反射光信號(hào)從所述內(nèi)窺鏡探頭4輸出，通過一第二光纖5入射到所述第二光開關(guān)6，然后通過所述第二光開關(guān)6將反射光信號(hào)導(dǎo)向所述圖像傳感器7進(jìn)行探測(cè)，所述圖像傳感器7將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元12，獲得白光圖像，以確定消化道上皮病變位置。
[0020]在確定消化道上皮病變位置后，通過調(diào)控所述第二光開關(guān)6將反射光信號(hào)導(dǎo)向所述光譜儀8進(jìn)行探測(cè)，所述光譜儀8將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元12，獲得可見光反射光譜，從而實(shí)現(xiàn)可見光反射光譜的測(cè)量。
[0021]在實(shí)現(xiàn)可見光反射光譜測(cè)量后，所述飛秒激光器9發(fā)出的近紅外超短脈沖光經(jīng)過所述飛秒激光衰減器10進(jìn)行功率衰減，然后通過一第三光纖11入射到所述第一光開關(guān)3，通過調(diào)控所述第一光開關(guān)3使飛秒激光輸入所述內(nèi)窺鏡探頭4內(nèi)，從而到達(dá)消化道上皮病變位置，所產(chǎn)生的非線性光信號(hào)從所述內(nèi)窺鏡探頭4輸出，通過所述第二光纖5入射到所述第二光開關(guān)6，然后通過所述第二光開關(guān)6將非線性光信號(hào)導(dǎo)向所述光譜儀8進(jìn)行探測(cè)，所述光譜儀8將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元12，獲得非線性光譜，從而實(shí)現(xiàn)非線性光譜的測(cè)量。
[0022]在本實(shí)施例中，所述內(nèi)窺鏡探頭4由兩光纖、一微型掃描器件和一顯微物鏡組成。所述光源I發(fā)出的入射光入射到所述內(nèi)窺鏡探頭4后，通過所述內(nèi)窺鏡探頭4中的一根光纖入射到達(dá)消化道上皮，所產(chǎn)生的反射光信號(hào)直接通過第二光纖5收集；所述飛秒激光器9發(fā)出的飛秒激光入射到所述內(nèi)窺鏡探頭4后，通過所述內(nèi)窺鏡探頭4中的另一根光纖、微型掃描器件和顯微物鏡入射到達(dá)消化道上皮，所產(chǎn)生的非線性光信號(hào)由同個(gè)顯微物鏡收集再導(dǎo)向第二光纖5。所述第一光開關(guān)3通過使光路在傳輸過程中斷或繼續(xù)，使輸入所述內(nèi)窺鏡探頭4內(nèi)的光信號(hào)在所述入射光和所述飛秒激光之間切換；所述第二光開關(guān)6通過使光路在傳輸過程中斷或繼續(xù)，使輸出的光信號(hào)在所述反射光信號(hào)和所述非線性光信號(hào)之間切換。
[0023]在本實(shí)施例中，所述光源I為氙燈光源，所述氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測(cè)量可見光反射光譜的光源。所述飛秒激光器9為鈦寶石鎖模飛秒激光器，所述鈦寶石鎖模飛秒激光器是一高重復(fù)頻率的超短脈沖激光器，頻率達(dá)84 MHz，超短脈沖為20 fs，波長范圍為600-1200 nm。所述飛秒激光衰減器10由兩個(gè)高質(zhì)量的寬帶偏振器組成，根據(jù)旋轉(zhuǎn)偏振態(tài)的角度來調(diào)節(jié)飛秒激光器輸出的能量大小，而不改變飛秒激光器的其他參數(shù)。所述圖像傳感器7是一高靈敏度的CCD。所述光譜儀8由兩個(gè)色散棱鏡和一個(gè)增強(qiáng)型C⑶組成，光譜分辨率達(dá)2.7 nm，探測(cè)的波長范圍為350-750 nm。
[0024]本發(fā)明為消化道癌前病變?cè)\斷提供了新方法和新技術(shù)，對(duì)降低消化道腫瘤的發(fā)病率和死亡率具有重要意義。
[0025]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本 發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，其特征在于:包括光源、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、內(nèi)窺鏡探頭、圖像傳感器、光譜儀、飛秒激光器、飛秒激光衰減器、計(jì)算機(jī)控制處理單元；所述光源發(fā)出的入射光通過一第一光纖入射到所述第一光開關(guān)，通過所述第一光開關(guān)使入射光輸入所述內(nèi)窺鏡探頭內(nèi)，從而到達(dá)消化道上皮，所產(chǎn)生的反射光信號(hào)從所述內(nèi)窺鏡探頭輸出，通過一第二光纖入射到所述第二光開關(guān)，然后通過所述第二光開關(guān)將反射光信號(hào)導(dǎo)向所述圖像傳感器進(jìn)行探測(cè)，所述圖像傳感器將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元，獲得白光圖像，以確定消化道上皮病變位置；在確定消化道上皮病變位置后，通過調(diào)控所述第二光開關(guān)將反射光信號(hào)導(dǎo)向所述光譜儀進(jìn)行探測(cè)，所述光譜儀將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元，獲得可見光反射光譜，從而實(shí)現(xiàn)可見光反射光譜的測(cè)量；在實(shí)現(xiàn)可見光反射光譜測(cè)量后，所述飛秒激光器發(fā)出的飛秒激光經(jīng)過所述飛秒激光衰減器進(jìn)行功率衰減，然后通過一第三光纖入射到所述第一光開關(guān)，通過調(diào)控所述第一光開關(guān)使飛秒激光輸入所述內(nèi)窺鏡探頭內(nèi)，從而到達(dá)消化道上皮病變位置，所產(chǎn)生的非線性光信號(hào)從所述內(nèi)窺鏡探頭輸出，通過所述第二光纖入射到所述第二光開關(guān)，然后通過所述第二光開關(guān)將非線性光信號(hào)導(dǎo)向所述光譜儀進(jìn)行探測(cè)，所述光譜儀將探測(cè)到的信號(hào)輸入所述計(jì)算機(jī)控制處理單元，獲得非線性光譜，從而實(shí)現(xiàn)非線性光譜的測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)窺鏡探頭由兩光纖、一微型掃描器件和一顯微物鏡組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，其特征在于:所述第一光開關(guān)通過使光路在傳輸過程中斷或繼續(xù)，使輸入所述內(nèi)窺鏡探頭內(nèi)的光信號(hào)在所述入射光和所述飛秒激光之間切換；所述第二光開關(guān)通過使光路在傳輸過程中斷或繼續(xù)，使輸出的光信號(hào)在所述反射光信號(hào)和所述非線性光信號(hào)之間切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，其特征在于:所述光源為氙燈光源，所述氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測(cè)量可見光反射光譜的光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所·述的一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，其特征在于:所述飛秒激光器為鈦寶石鎖模飛秒激光器，頻率達(dá)84 MHz，超短脈沖為20 fs，波長范圍為 600-1200 nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，其特征在于:所述飛秒激光衰減器由兩個(gè)寬帶偏振器組成，根據(jù)旋轉(zhuǎn)偏振態(tài)的角度來調(diào)節(jié)飛秒激光器輸出的能量大小，而不改變飛秒激光器的其他參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測(cè)的多模光譜分析系統(tǒng)，其特征在于:所述光譜儀由兩個(gè)色散棱鏡和一個(gè)增強(qiáng)型CCD組成，光譜分辨率達(dá)2.7 nm，探測(cè)的波長范圍為 350-750 nm。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103705201SQ201410019637
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】卓雙木, 陳建新, 謝樹森 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)