一种基于自体荧光寿命的癌症诊断系统技术方案

本发明专利技术属于医疗设备技术领域，具体为一种基于自体荧光寿命的癌症诊断系统。本发明专利技术利用生物组织的自体荧光，通过分析荧光寿命的变化，探测细胞癌变是否发生，从而作为癌症诊断的依据。系统通过光纤导入，可通过内窥镜导入病变部位，也可以将光纤对准组织切片进行荧光寿命探测，对多种癌症进行早期检查和手术切缘判断，在生物医学和临床诊断等领域具有广泛的应用前景。本发明专利技术癌症诊断系统的优点是：原理简单，操作简便，检测速度快，灵敏度高，特异性高，有利于实现临床诊断中快速准确地诊断宫颈癌、肠癌或肺癌。本发明专利技术对组织癌变后荧光寿命变化明显的多种癌症种类均有效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗设备
，具体涉及一种癌症诊断系统。
技术介绍
目前，癌症的死亡率居高不下，成为威胁人类健康的第一杀手。据统计，2012年全球范围内新增的癌症病例1410多万，820万人死于癌症。其中宫颈癌占女性癌症死亡率第四位；肠癌占男性死亡率第四位，女性死亡率第三位；肺癌占男性死亡率第一位，女性死亡率第二位。其死亡率之所以居高不下，很大程度上是由于在明确诊断时已进入了中晚期，失去了早期治疗的机会。早期诊断是影响癌症生存时间长短、生活质量高低等预后指标最重要的因素，也是早期治疗的前提。利用自体荧光寿命检测技术可以为癌症的早期诊断提供依据，荧光寿命对荧光团所处的微环境非常敏感，能够对离子浓度、pH值等生理参数进行定量测量，且不受激发光强度变化、光漂白等因素的影响。因此通过探测被检生物样本的自体荧光寿命可以获得关于生物组织新陈代谢等微环境变化的信息，实现对癌症高灵敏度的诊断。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种检测灵敏度高的癌症诊断系统，以实现对宫颈癌、肠癌、肺癌等多种癌症的早期诊断，提高准确性。本专利技术提供的癌症诊断系统，是基于被检生物样本自体荧光寿命的。其通过激光光源、荧光寿命信号采集装置和计算机处理，获得自体荧光寿命信息。具体结构如图1所示。该装置由激光光源1，反射镜组2、3，双色镜4，第一会聚透镜组5，扫描集成小型化模块或光纤探针6，第二反射镜8，第二会聚透镜组9，滤色片10，探测器11，计算机12，显示屏13，同步信号14组成。其中：激光光源1，用于产生对被检生物样本中自体荧光物质的激发光；反射镜组2、3，与所述激光光源1连接，用于将所述的激发光调整至双色镜4；双色镜4，与所述反射镜组连接；双色镜4用于将激发光和被检生物样本的自体荧光分离；第一会聚透镜组5，与所述双色镜4连接，用于会聚所述激发光和自体荧光；扫描集成小型化模块或光纤探针6，与所述第一会聚透镜组5连接，用于实现对被检生物样本的扫描或对活体组织的内窥检查；第二反射镜8，与所述双色镜4连接，用于反射被检样本的自体荧光至滤色片10；第二会聚透镜组9，用于会聚由第二反射镜8反射的自体荧光至滤色片10；滤色片10，与所述第二会聚透镜组9连接，用于滤掉激发光；光电探测器11，与所述滤色片10连接，用于探测被检生物样本的自体荧光信息；计算机12，与所述扫描集成小型化模块6、光电探测器11以及同步信号14连接。计算机12安装有：时间相关单光子数据采集卡，激光和光电探测器功率控制卡，扫描模块控制卡等硬件模块；还安装有：荧光寿命数据采集和处理软件，激光和光电探测器功率控制软件，扫描模块控制软件等软件模块。其中时间相关单光子数据采集卡用于获取并处理来自于光电探测器11的信号；激光和光电探测器控制卡与激光光源1以及光电探测器11连接，用于控制激光光源和光电探测器的输出功率；扫描模块控制卡与扫描集成小型化模块6连接，用于控制扫描模块。荧光寿命数据采集软件用于给出采集指令至采集卡，同时同步呈现采集数据状态；荧光寿命数据处理软件用于处理来自于数据采集软件的图像和寿命数据并进行数据的拟合处理；激光和光电探测器功率控制软件用于控制激光和光电探测器的开关状态以及功率大小；扫描模块控制软件用于调整扫描区域，速度等扫描参数，并给出扫描指令。显示屏13，用于显示以上相关软件的操作界面，并呈现采集到的寿命或图像信息。同步信号14由激发光源输出，并送入扫描集成小型化模块6和计算机12，用于同步触发扫描信号和时间相关单光子计数器。本专利技术中，所述激发光源可以采用皮秒脉冲激光器用于对被检生物样本浅层组织中自体荧光物质的单光子激发，也可以采用飞秒脉冲激光器用于对被检生物样本深层组织中自体荧光物质的多光子激发。本专利技术中，所述激光器波长允许变化范围从近紫外到近红外（如320纳米-1400纳米），根据被检生物样本荧光物质，探测深度要求等选择不同波长和脉冲宽度进行检测。本专利技术中，采用高灵敏度的光电倍增管，光电倍增管阵列，互补金属氧化物半导体（CMOS）或电荷耦合元件（CCD）作为光电探测器11，用于探测自体荧光的单光子信号，实现对弱信号进行高灵敏度的探测。本专利技术中，计算机12中采用时间相关单光子计数器，对光电探测器检测的信号进行荧光寿命的时域测量。本专利技术中，由第二会聚透镜组9会聚的自体荧光信号通过滤色片10（截止滤色片）输入光电探测器11。本专利技术中，根据被检生物样本中所含成分的不同，对获得的荧光寿命信息进行单e指数、双e指数或多e指数模型的拟合。具体拟合算法公式为：，I(t) 为激发光激发被检生物样本后在时间t检测到的荧光强度，n是被检生物样本荧光成分个数，ti是第i个荧光寿命成分的寿命大小，ai是第i个荧光寿命成分的相对占比，C是常数。拟合得到的平均寿命tm 为：。本专利技术中，采用高性能的滤色片对可能透射的激光进行过滤，并过滤掉其他杂散光，只剩下自体荧光信号进入采集装置，降低背景影响，提高信噪比。本专利技术中，被检生物样本7可以为生物组织切片，也可以为对活体内组织。本专利技术中，如果被检测生物样本为生物组织切片，则结构6及其连接线可以从系统中去除，从而得到简化的诊断系统；如果保留包含自聚焦透镜结构的扫描集成小型化模块及其连接线，则可以实现对被检测生物组织的荧光寿命成像，可以达到辅助寻找目标位置的目的；如果是对活体组织的内窥镜检查，则可以将结构6及其连接线替换成光纤探针，从而实现内窥诊断。本专利技术中，扫描集成小型化模块主要由自聚焦透镜、反射镜和微型电机组成。其中，自聚焦透镜用于聚焦激发光于反射镜；反射镜与微型电机连接，通过控制微型电机的电压等参数来调节反射镜的旋转角度，旋转速度等变量，进而实现激发光对被检生物样本不同区域大小的扫描成像。本专利技术中，光纤探针主要由单模光纤，多模光纤和小型化连接头组成。单模光纤用于引导激发光，多模光纤用于收集自体荧光，小型化连接头用于连接单模光纤和多模光纤，从而方便光纤探针进入活体内部进行荧光的激发和采集。本专利技术中，通过计算机处理得到被检生物样本的荧光寿命值。当被检生物样本为人体宫颈组织时，荧光寿命值以1.3-1.7 纳秒为诊断标准，此诊断值可能因系统不同略有不同，若样本的荧光寿命值低于此标准为正常宫颈组织，高于此标准为癌症宫颈组织。当被检生物样本为人体肠部组织时，则荧光寿命值以1.5-1.9纳秒为诊断标准，此诊断值可能因系统不同略有不同，若样本的荧光寿命值低于此标准值为肠癌组织，高于此标准值为正常组织。当被检生物样本为人体肺组织时，荧光寿命值以1.7-2.1纳秒为诊断标准，此诊断值可能因系统相应时间不同略有不同，若样本的荧光寿命值低于此标准诊断为肺癌组织，高于此标准值为正常肺组织。采用本专利技术装置，能直接检测出被检生物样本的荧光寿命信息，分别根据宫颈癌、肠癌或肺癌的荧光寿命诊断标准值，实现对宫颈癌、肠癌或肺癌的诊断。这种癌症诊断的方法和装置的优点是：原理简单，操作简便，检测速度快，灵敏度高，特异性高，有利于实现临床诊断中快速准确地诊断宫颈癌、肠癌或肺癌。该方法对组织癌变后荧光寿命变化明显的多种癌症种类均有效，并不局限于实例所列的种类。附图说明图1是本专利技术的一种用于癌症诊断的方法和系统的装置示意图。图2是采用本专利技术装置，测得的宫颈组织样本的寿命信息和组织细胞形态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自体荧光寿命的癌症诊断系统，其特征在于，由激光光源，反射镜组，双色镜，第一会聚透镜组，扫描集成小型化模块或光纤探针，第二反射镜，第二会聚透镜组，滤色片，探测器，计算机，显示屏，同步信号组成；其中：所述激光光源，用于产生对被检生物样本中自体荧光物质的激发光；所述反射镜组，与所述激光光源连接，用于将所述的激发光调整至双色镜；所述双色镜，与所述反射镜组连接；双色镜用于将激发光和被检生物样本的自体荧光分离；所述第一会聚透镜组，与所述双色镜连接，用于会聚所述激发光和自体荧光；所述扫描集成小型化模块或光纤探针，与所述第一会聚透镜组连接，用于实现对被检生物样本的扫描或对活体组织的内窥检查；所述第二反射镜，与所述双色镜连接，用于反射被检样本的自体荧光至滤色片；所述第二会聚透镜组，用于会聚由第二反射镜反射的自体荧光至滤色片；所述滤色片，与所述第二会聚透镜组连接，用于滤掉激发光；所述光电探测器，与所述滤色片连接，用于探测被检生物样本的自体荧光信息；所述计算机，与所述扫描集成小型化模块、光电探测器以及同步信号连接；计算机安装有硬件模块：时间相关单光子数据采集卡、激光和光电探测器功率控制卡、扫描模块控制卡，还安装有软件模块：荧光寿命数据采集和处理软件、激光和光电探测器功率控制软件、扫描模块控制软件；其中，时间相关单光子数据采集卡用于获取并处理来自于光电探测器的信号；激光和光电探测器控制卡与激光光源以及光电探测器连接，用于控制激光光源和光电探测器的输出功率；扫描模块控制卡与扫描集成小型化模块连接，用于控制扫描模块；荧光寿命数据采集软件用于给出采集指令至采集卡，并显示采集状态；荧光寿命数据处理软件用于处理来自于荧光寿命数据采集软件的图像和寿命数据；激光和光电探测器功率控制软件用于控制激光和光电探测器的开关状态以及功率大小；扫描模块控制软件用于调整扫描区域、速度这些扫描参数，并给出扫描指令；所述显示屏，用于显示以上相关软件的操作界面，并显示出有关数据和图像信息；所述同步信号由激发光源输出，并送入扫描集成小型化模块和计算机，用于同步触发扫描信号和时间相关单光子计数器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自体荧光寿命的癌症诊断系统，其特征在于，由激光光源，反射镜组，双色镜，第一会聚透镜组，扫描集成小型化模块或光纤探针，第二反射镜，第二会聚透镜组，滤色片，探测器，计算机，显示屏，同步信号组成；其中：所述激光光源，用于产生对被检生物样本中自体荧光物质的激发光；所述反射镜组，与所述激光光源连接，用于将所述的激发光调整至双色镜；所述双色镜，与所述反射镜组连接；双色镜用于将激发光和被检生物样本的自体荧光分离；所述第一会聚透镜组，与所述双色镜连接，用于会聚所述激发光和自体荧光；所述扫描集成小型化模块或光纤探针，与所述第一会聚透镜组连接，用于实现对被检生物样本的扫描或对活体组织的内窥检查；所述第二反射镜，与所述双色镜连接，用于反射被检样本的自体荧光至滤色片；所述第二会聚透镜组，用于会聚由第二反射镜反射的自体荧光至滤色片；所述滤色片，与所述第二会聚透镜组连接，用于滤掉激发光；所述光电探测器，与所述滤色片连接，用于探测被检生物样本的自体荧光信息；所述计算机，与所述扫描集成小型化模块、光电探测器以及同步信号连接；计算机安装有硬件模块：时间相关单光子数据采集卡、激光和光电探测器功率控制卡、扫描模块控制卡，还安装有软件模块：荧光寿命数据采集和处理软件、激光和光电探测器功率控制软件、扫描模块控制软件；其中，时间相关单光子数据采集卡用于获取并处理来自于光电探测器的信号；激光和光电探测器控制卡与激光光源以及光电探测器连接，用于控制激光光源和光电探测器的输出功率；扫描模块控制卡与扫描集成小型化模块连接，用于控制扫描模块；荧光寿命数据采集软件用于给出采集指令至采集卡，并显示采集状态；荧光寿命数据处理软件用于处理来自于荧光寿命数据采集软件的图像和寿命数据；激光和光电探测器功率控制软件用于控制激光和光电探测器的开关状态以及功率大小；扫描模块控制软件用于调整扫描区域、速度这些扫描参数，并给出扫描指令；所述显示屏，用于显示以上相关软件的操作界面，并显示出有关数据和图像信息；所述同步信号由激发光源输出，并送入扫描集成小型化模块和计算机，用于同步触发扫描信号和时间相关单光子计数器。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：糜岚，王梦妍，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31