荧光显微内窥成像系统及荧光显微内窥成像方法技术方案

本发明专利技术荧光显微内窥成像系统，包括新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备，新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括由宽光谱照明光源模块构成的照明模块、由科学级低温制冷CCD相机或工业级CCD相机构成的图像采集部、用于数据传递的细径柔性传像光纤、放大物镜、物镜切换装置、多光谱分光采集装置、调焦装置、传像光学系统、机械电子控制模块、以及图像数据处理控制模块；新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括的各组件均设置于外壳内，且彼此间相互连通且相配合使用。本发明专利技术结合荧光显微镜的成像原理和多光谱信息获取技术，通过优化硬件设备、研发图像处理软件，建立全新的荧光显微分子成像‑特殊光解剖构造成像的双模态内镜成像模式。

Fluorescence microscopic endoscope imaging system and fluorescence microscopic endoscope imaging method

The invention of fluorescence microscopic endoscopic imaging system, including the new fine fiber multispectral fluorescence imaging equipment, fine fiber multi spectral fluorescence microscopic imaging device comprises a wide spectrum of lighting source module lighting module, by the scientific level of cryogenic CCD camera or industrial CCD camera image acquisition part, for a data transfer the thin flexible image fiber amplifier, an object lens, switching device, multi spectral light collecting device, image focusing device, optical system, mechanical electronic control module, data processing module and image control model; small diameter fiber multi spectral fluorescence microscopic imaging device includes the components are all arranged in the shell, and each other inter connected and matched. The invention is combined with the imaging principle of fluorescence microscopy and multi spectral information acquisition technology, through the optimization of hardware equipment, research and development of image processing software, dual mode model of endoscopic imaging fluorescence molecular imaging special light new anatomical imaging.

【技术实现步骤摘要】
荧光显微内窥成像系统及荧光显微内窥成像方法
本专利技术涉及成像技术，具体是一种荧光显微内窥成像系统，同时，其还展示利用一种荧光显微内窥成像系统进行一种荧光显微内窥成像的一种荧光显微内窥成像方法。
技术介绍
消化系统肿瘤是世界范围内最常见肿瘤之一。早发现、早治疗，提高早期癌症的诊断水平对于提高患者生存率、减轻社会经济负担有着深远的意义。目前国际研究表明，内镜检查时发现消化系统肿瘤的最有效途径。然而现有内镜技术存在检出率低，漏诊率高等诸多问题。为解决现有问题，分子影像学为我们提供了新的思路。分子影像学对活体内的生物过程在细胞和分子水平进行研究，同时利用靶向探针与特定分子结合可实现实时、定量成像。将分子影像学技术与消化内镜结合的消化内镜分子影像学，成为实现消化道肿瘤早期诊断的有效途径。目前的研究成果已经展现出这一领域良好的发展应用前景。(1)自体荧光成像设备自发荧光成像(AFI)系统运用氙气光透过蓝绿色旋转滤光片后形成激发蓝光(波长390-470nm)和绿光(波长540-560nm)直接照射胃肠道黏膜，除反射的蓝光被吸收滤片(吸收波长在500-630nm)阻挡外，反射绿光和自发荧光透过吸收滤片被CCD捕捉，经光电转化及图像重建后在显示器上显示。(2)拉曼光谱成像拉曼光谱成像(RSI)是基于非弹性光散射现象，提供详细的化学信息。利用拉曼光谱，通过检测恶性和正常组织之间的化学差异而做出临床早期诊断。然而早期诊断的一个重要的限制是固有拉曼散射的低效性，因为它的信号较差、曝光时间长、灵敏度不足和穿透深度有限，已经严重限制该技术向临床转化。(3)共聚焦显微成像共聚焦显微成像(CLI)其原理类似于激光共聚焦显微镜，可以是内镜下的组织结构放大1000倍，从而使得临床医师在内镜观察的同时对患者实时进行组织病理学诊断成为可能。而目前共聚焦内镜仅能提供488nm的激发光，在多光谱荧光成像方面具有明显优势。荧光素钠作为共聚焦内镜的荧光对比剂，使用时需静脉注射，国内外虽有文献表明荧光素钠可以安全使用，但静脉注射的风险相较表面喷洒要高的多，安全性难以保证。共聚焦内镜在原理上与共聚焦显微镜无异，均采用“点扫描”的成像方式，然而这种成像方式虽然可以提供高分辨率的清晰图像，但成像速度大打折扣，并且荧光由探测器检测，需在计算机系统中转换成电图像，后期人工图像选择耗时费力。(4)光相干断层成像光相干断层成像(OCT)在组织中使用低相干干涉测量法，用光学测距检测反射信号。因为它能检测到弹性散射光，保持入射光的相干性，但是OCT不能直接检测生物发光信号或荧光信号。同时应用OCT检查时只能组织浅层结构进行横断面成像，对于深层浸润的肿瘤无法成像。(5)高分辨率荧光成像高分辨率荧光成像(HRME)，通过激发喷洒在组织上的荧光造影剂而成像。目前，常用的荧光造影剂盐酸吖啶黄可与细胞核和细胞质内的DNA、RNA结合而染色，受到波长445nm的激发光照射后，可以发射出波长515nm的荧光。然而目前HRME只能进行单光谱成像，还无法联合多种荧光探针进行多光谱成像，同时缺乏图像分析软件对图像进行定量及定性分析。上述成像方式具有如下缺陷：(1)自体荧光成像：理论上只要分子结构发生改变，自体荧光就会发生特征性改变，AFI图像的光学对比并不体现肿瘤特异性光学对比，是一个综合了多个分子改变的结果。由于AFI没有使用特异性靶向造影剂，因而假阳性率较高，对于炎症与肿瘤的区分有一定难度。同时由于自体荧光信号强度十分微弱，易受到激发光混叠的影响。(2)拉曼光谱成像拉曼光谱成像早期诊断的一个重要的限制是固有拉曼散射的低效性，因为它的信号较差、曝光时间长、灵敏度不足和穿透深度有限，已经严重限制该技术向临床转化。(3)共聚焦显微成像：共聚焦显微成像需由荧光素钠作为共聚焦内镜的荧光对比剂，使用时需静脉注射，国内外虽有文献表明荧光素钠可以安全使用，但静脉注射的风险相较表面喷洒要高的多，安全性难以保证。共聚焦内镜在原理上与共聚焦显微镜无异，均采用“点扫描”的成像方式，然而这种成像方式虽然可以提供高分辨率的清晰图像，但成像速度大打折扣，并且荧光由探测器检测，需在计算机系统中转换成电图像，后期人工图像选择耗时费力。(4)光相干断层成像光相干断层成像不能直接检测生物发光信号或荧光信号。同时应用OCT检查时只能组织浅层结构进行横断面成像，对于深层浸润的肿瘤无法成像。(5)高分辨率荧光成像目前高分辨率荧光成像只能进行单光谱成像，还无法联合多种荧光探针进行多光谱成像，同时缺乏图像分析软件对图像进行定量及定性分析。(6)不能实现多光谱成像。上述现有荧光成像设备的滤光片已固化，不能方便拆换。不同的荧光探针需要不同谱段的激发光，其发射的荧光也分布在不同的谱段，所以针对某种荧光探针需要特定的激发光源和滤光装置，目前常用的荧光内窥镜仅能对特定一种荧光探针进行激发成像。(7)缺乏图像数据处理软件。由于通过传像光纤束进行成像，传像光纤束中光纤单丝之间的固有的间隔会在成像时产生网格图案，严重影响图像质量，以及对图像信息的判读。同时，所得无法对所得图像进行图像数据处理及定量分析。因此，有必要提供一种荧光显微内窥成像系统来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种荧光显微内窥成像系统。本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：一种荧光显微内窥成像系统，包括新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备，所述新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括由宽光谱照明光源模块构成的照明模块、由科学级低温制冷CCD相机或工业级CCD相机构成的图像采集部、用于数据传递的细径柔性传像光纤、放大物镜、物镜切换装置、多光谱分光采集装置、调焦装置、传像光学系统、机械电子控制模块、以及图像数据处理控制模块；新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括的各组件均设置于外壳内，且彼此间相互连通且相配合使用。进一步的，所述细径柔性传像光纤外部套设有光纤外套管。进一步的，照明模块包括单色可调光源和导光光纤，可根据用户的需要调节产生不同能量的宽光谱准直光线，通过调节光源的光斑大小，照明光线通过导光光纤进入多光谱分光采集装置；多光谱分光采集装置包括荧光立方体模块和电控平移台；电控平移台由可编程的微型步进电机控制，根据所使用的荧光探针，快速便捷的调节激发光波长，以便获取能充分激发荧光探针的窄谱段激发光。又不引入其他谱段光干扰的窄谱段出射光。同时此装置还能接受待测物体反射的反射光、激发光和受激发射的荧光信号，并通过二向色镜滤光片及发射光滤光片进行光谱过滤，产生与激发光同轴且方向相反的受激发射的荧光信号光线作为反方向出射光。进一步的，所述细径柔性传像光纤，其为柔性探测器，能顺利伸入人体内部空腔组织内，光纤外套管采用医用级聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯材料制作；所述细径柔性传像光纤近端接受多光谱分光采集装置的出射激发光，经过人体外开头伸入需检测的空心器官中，将此出射激发光传导入人体内部空腔组织中，并以圆形光光斑模式均匀照射在检测区域，此外，所述细径柔性传像光纤其还能收集人体内部空腔组织反射的白光、激发光和受激发射的荧光信号，并通过此光纤束将光学信号传导到体外。进一步的，所述放大物镜及所述物镜切换装置设置于所述细径柔性传像光纤与多光谱分光采集装置之间，由待测物体发出的反射光、激发光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光显微内窥成像系统，其特征在于：包括新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备，所述新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括由宽光谱照明光源模块构成的照明模块、由科学级低温制冷CCD相机或工业级CCD相机构成的图像采集部、用于数据传递的细径柔性传像光纤、放大物镜、物镜切换装置、多光谱分光采集装置、调焦装置、传像光学系统、机械电子控制模块、以及图像数据处理控制模块；新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括的各组件均设置于外壳内，且彼此间相互连通且相配合使用。

【技术特征摘要】
1.一种荧光显微内窥成像系统，其特征在于：包括新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备，所述新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括由宽光谱照明光源模块构成的照明模块、由科学级低温制冷CCD相机或工业级CCD相机构成的图像采集部、用于数据传递的细径柔性传像光纤、放大物镜、物镜切换装置、多光谱分光采集装置、调焦装置、传像光学系统、机械电子控制模块、以及图像数据处理控制模块；新型细径光纤多光谱荧光显微成像设备包括的各组件均设置于外壳内，且彼此间相互连通且相配合使用。2.根据权利要求1所述的一种荧光显微内窥成像系统，其特征在于：所述细径柔性传像光纤外部套设有光纤外套管。3.根据权利要求2所述的一种荧光显微内窥成像系统，其特征在于：照明模块包括单色可调光源和导光光纤，可根据用户的需要调节产生不同能量的宽光谱准直光线，通过调节光源的光斑大小，照明光线通过导光光纤进入多光谱分光采集装置；多光谱分光采集装置包括荧光立方体模块和电控平移台；电控平移台由可编程的微型步进电机控制，根据所使用的荧光探针，快速便捷的调节激发光波长，以便获取能充分激发荧光探针的窄谱段激发光。又不引入其他谱段光干扰的窄谱段出射光。同时此装置还能接受待测物体反射的反射光、激发光和受激发射的荧光信号，并通过二向色镜滤光片及发射光滤光片进行光谱过滤，产生与激发光同轴且方向相反的受激发射的荧光信号光线作为反方向出射光。4.根据权利要求3所述的一种荧光显微内窥成像系统，其特征在于：所述细径柔性传像光纤，其为柔性探测器，能顺利伸入人体内部空腔组织内，光纤外套管采用医用级聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯材料制作；所述细径柔性传像光纤近端接受多光谱分光采集装置的出射激发光，经过人体外开头伸入需检测的空心器官中，将此出射激发光传导入人体内部空腔组织中，并以圆形光光斑模式均匀照射在检测区域，此外，所述细径柔性传像光纤其还能收集人体内部空腔组织反射的白光、激发光和受激发射的荧光信号，并通过此光纤束将光学信号传导到体外。5.根据权利要求4所述的一种荧光显微内窥成像系统，其特征在于：所述放大物镜及所述物镜切换装置设置于所述细径柔性传像光纤与多光谱分光采集装置之间，由待测物体发出的反射光、激发光和受激发射的荧光信号被传像光纤束收集后，可通过放大物镜并形成放大的图像，所述的物镜切换装置由可编程微型步进电机控制，可以将不同放大倍数的物镜进行相互切换，以搭配不同粗细直径的传像光纤束进行使用。6.根据权利要求5所述的一种荧光显微内窥成像系统，其特征在于：所述图像采集部包括调焦装置，所述调焦装置能采集所述多光谱分光采集装置产生的反方向出射光，科学级低温制冷CCD相机或工业级CCD相机通过调焦装置细微前后移动，成像反方向出射光的光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈亚威，付甲龙，刘海峰，
申请(专利权)人：苏州双威医疗器械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32