基于多光谱光源在皮下组织传播特征的皮肤病变检测系统技术方案

本发明专利技术提供的是一种基于多光谱光源在皮下组织传播特征的皮肤病变检测系统。其特征是：它由光控模块(1)、宽光谱可调光源(2)、聚光透镜(3)、第一耦合器(4)、传输光纤(5)、光路切换器(6)、照射通路光纤(7)、测量通路光纤(8)、第二耦合器(9)、斜角度光束出射光纤(10)、皮肤光斑采集固定装置(11)、光斑检测传感器(12)、光电探测器(13)、光功率测量模块(14)、数据分析模块(15)和显示单元(16)组成。本发明专利技术可用于皮下组织内不同波长和强度的光束的传播特性参数进行多维度获取、分析和建模，可对皮肤病变尚未在皮肤表面呈现症状的早期阶段及时诊断，可广泛用于皮肤组织病变诊断等领域。可广泛用于皮肤组织病变诊断等领域。可广泛用于皮肤组织病变诊断等领域。

Skin disease detection system based on the propagation characteristics of multispectral light sources in subcutaneous tissue

【技术实现步骤摘要】
基于多光谱光源在皮下组织传播特征的皮肤病变检测系统
(一)

[0001]本专利技术涉及的是一种基于多光谱光源在皮下组织传播特征的皮肤病变检测系统，可用于皮肤在表皮和皮下发生早期病变的无创诊断，属于皮肤病变诊断装置

(二)
技术介绍

[0002]无创皮肤病变检测的优点是对人体无影响，安全性较高。皮肤病变发生在皮肤表皮、真皮和皮下组织三个层面。目前皮肤病变的诊断分为两种，一种是对病灶区域取组织活检或者利用无创无接触方式进行观测。近年来，为了减轻患者痛苦，无创检测法蓬勃发展，目前常见的无创皮肤病变检测有皮肤镜、5
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氦基酮戊酸荧光定位、反射光共聚集显微镜以及高频超声波法。其中，皮肤镜依赖医护人员的肉眼观察，只能观测到表皮层的病变；5
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氦基酮戊酸荧光定位法可根据荧光强度标定肿瘤组织和正常组织的界限；反射光共聚集显微镜以830nm半导体激光对表皮和真皮浅层聚焦实现动态扫描取样；高频超声波法利用线状强回声和低回声来检测真皮层和表皮层是否有范围较大的异常。以上几种无创的皮肤病变检测方法主要是用于病状较为明显的皮肤表层病变的观察与诊断，往往不能满足人们对早期皮肤病变的检测。皮肤的病变是一个多因素、多阶段发展的过程，例如p16蛋白、细胞周期蛋白在鳞状细流体胞癌发展到有明显表皮层症状之前的含量会发生变化，基底细胞癌的病理学类型不仅仅有浅表型、结节溃疡型等早期表皮有症状的类型，也有囊性型、微小结节型等早期症状不明显的类型。但是他们早期共同的病例特性都会体现在瘤体基底样细胞的胞浆少、肿瘤细胞排列分布呈栅栏状、肿瘤周围结缔组织基质增生且有较多成纤维细胞。这些病例特征无法使用目前已有的无创诊断方式发现或定性、甚至定量分析。因此，能够使用一种能够穿透表皮，并且能够获取皮下组织某些物理量变化参数，即可能够在皮肤病变的早期及时发现。
[0003]生物组织的形态和结构较为复杂，但是同一种结构又有相同的特性。生物组织可以看作是由体液、不同的细胞和细胞间质组成。生物组织中的蛋白质、脂肪线粒体等物质由于属于大分子物质，对光子的散射作用明显，而血管内高蛋白、黑色素、细胞色素等对光的吸收作用比较明显。皮肤的表皮、真皮和皮下组织这三层组织，每一层组织的光学参数相近，可以看成是等效三层组织模型。光束照射到组织上，由于不同层的组织之间、空气和组织之间的组织折射率不同，会在一侧组织界面产生组织的镜式反射和漫反射，在另一侧又会产生折射和内散射，同时生物组织的各类介质会对光有不同程度的吸收作用。通过此原理，利用这种光学特性，能够将不同波长的不同功率的光以一定规律，倾斜照射到组织，并通过特定的技术手段从较近区域读取最后出射的光斑，并加以分析，即能够读取到该部分皮肤多层组织的内部物质和细胞排布发生的变化。
[0004]在实际皮肤病变检测应用中，尤其是在皮肤癌变检测中，通常需要尽早能够发现有病变情况的产生。然而，对于传统的无创皮肤病变检测系统，受到其原理的限制，只能通过表皮层的显著症状进行诊断，无法较为准确且及时地对早期病变进行诊断。
[0005]为解决上述问题，2018年西北大学的王爽等人公开了一种手持式皮肤癌变早期光
学检测装置及其使用方法(中国专利号：201811436164.3)。该专利通过对皮肤进行荧光成像分析，得到组织图像确定疑似癌变位置，再利用单点拉曼光谱检测癌变组织光谱信息，分析是否产生癌变。2020年中国科学院上海光学精密机械研究所的刘世杰等人公开了一种基于微偏振片阵列的偏振成像皮肤病变检测方法和检测装置(中国专利号：202010017917.8)，基于皮肤浅表层漫反射光和皮肤亚表层散射光偏振态的不同，结合微偏振片阵列，实时获取皮肤病变高对比度图像，能够穿透皮肤亚表层获取皮肤病变的偏振图像。
[0006]此外，2021年上海市第一人民医院的俞晔等人公开了一种基于红外成像的皮肤癌筛查系统(中国专利号：202110776658.1)，利用红外成像技术和图像采集模块共同采集皮肤图像，对输入的伪彩色热图进行校正处理，并确定疑似病变区。该方法利用癌细胞相比普通正常细胞更活跃，即癌细胞区域比正常区域温度略高，从而对早期皮肤癌症进行诊断。该方法克服了CT、B超等无创皮肤病变检测的技术缺陷，通过红外热成像技术生成的伪色彩热图和预设正常图像比较来确定疑似病变区域。该方法能够利用皮肤下方的癌细胞发出的较高红外辐射来进行无创的病变情况诊断。但是由于人体温度并不是持续恒定，容易受到外界环境、血液流动、运动甚至是心情影响，癌细胞区域较于正常区域的的稍高的温度差很容易淹没在体温受到各种因素波动产生的误差中。
[0007]但上述的基于图像的无创皮肤病变检测方法中，普通的图像采集只能对皮肤最表层的病变特征进行判断，无法深入皮下的皮肤早期病变特征进行精确的数据采集。以中国科学院上海光学精密机械研究所的刘世杰等公开的方法而言，采用非相干光源(390nm～730nm)通过宽带可调谐滤波器、起偏器和准直器平行斜入射到样品上，样品前表皮层产生的漫反射光和亚表层(样品表面下约300μm区域)产生的退偏散射光通过微偏正片阵列在镜头成像。该方法和结构能够对被测样品表面下约300μm区域进行图像采集，无法再深入。对早期皮肤癌等病变细胞团成型无法进行判断。上海市第一人民医院的俞晔等公开的方式利用红外测温判断是否有更高温度的癌细胞在皮下成型，此方法精度不高，且需要成型较大的细胞团块才能够产生相当效应，特别对于微小结节型等早期症状不明显的类型的基底细胞癌无法进行早期病变诊断。
[0008]本专利技术公开了一种基于多光谱光源在皮下组织传播特征的皮肤病变检测系统。通过测量和记录多光谱光源在皮下光学传播特征参数，从而实现对表皮、真皮和皮下组织三个层面的皮肤的异常检测，可用于皮肤表皮和皮下病变的早期检测和诊断，可广泛用于人体皮肤癌和其他皮肤病的早期病变监测和诊断等领域。精确控制射入皮肤光源的波长和光强，通过对皮肤同侧射出的光斑进行采集和数据分析，得到出多光谱光源在皮下组织传播特征参数，从而精确定位和测量皮下异常病变区域区域。能够更加及时和精准地检测皮肤癌变等病变早期症状的皮肤组织成分、细胞种类和排布的改变，进一步提高皮肤早期病变的发现时间和诊断能力。
(三)
技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于多光谱光源在皮下组织传播特征的皮肤病变检测系统，可用于皮肤在表皮和皮下发生早期病变的无创诊断，属于皮肤病变诊断装置

[0010]本专利技术的目的是这样实现的：
[0011]该准分布光纤应变测量系统是由光控模块(1)、宽光谱可调光源(2)、聚光透镜(3)、第一耦合器(4)、传输光纤(5)、光路切换器(6)、照射通路光纤(7)、测量通路光纤(8)、第二耦合器(9)、斜角度光束出射光纤(10)、皮肤光斑采集固定装置(11)、光斑检测传感器(12)、光电探测器(13)、光功率测量模块(14)、数据分析模块(15)和显示单元(16)组成；所述系统中光控模块(1)发出指令控制宽光谱可调光源(2)发出特定强度和波长的光源，通过聚光透镜(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱光源在皮下组织传播特征的皮肤病变检测系统。其特征是：它由光控模块(1)、宽光谱可调光源(2)、聚光透镜(3)、第一耦合器(4)、传输光纤(5)、光路切换器(6)、照射通路光纤(7)、测量通路光纤(8)、第二耦合器(9)、斜角度光束出射光纤(10)、皮肤光斑采集固定装置(11)、光斑检测传感器(12)、光电探测器(13)、光功率测量模块(14)、数据分析模块(15)和显示单元(16)组成，所述系统中光控模块(1)发出指令控制宽光谱可调光源(2)发出特定强度和波长的光源，通过聚光透镜(3)汇聚在第一耦合器(4)通过传输光纤(5)进入光路切换器(6)，光控模块(1)控制光路切换器(6)将光信号切换两路，其中一路通过照射通路光纤(7)进入第二耦合器(9)，第二耦合器(9)连接到斜角度光束出射光纤(10)将光以一定的角度从皮肤光斑采集固定装置(11)的开孔射入，从另一个开孔射出后通过光斑检测传感器(12)检测到光斑的强度和图案后交由数据分析模块(15)进行分析；另一路经过测量通路光纤(8)照射到光电探测器(13)并通过光功率测量模块(14)测量实际光强，将结果传输到数据分析模块(15)，数据分析模块(15)得到结果后，将该波长和强度下的光斑相关信息再显示单元上(16)绘制，并发送下一次的光源强度和波长控制信息到光控模块(1)，如此循环，最终得到一段连续波长和光强下的皮肤组织内光束响应参数。2.根据权利要求1所述的(总的权利要求中具有独特性的部分)斜角度光束出射光纤(10)装置，其特征是：如将光纤的一端以一定的角度斜着切断...

【专利技术属性】
技术研发人员：童宣科，张琦，李想，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：