荧光散斑一体式双模态手术显微镜系统成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种荧光散斑双模态手术显微镜系统成像方法，包括以下步骤：步骤S1，ICG造影剂注入，以一级速率曲线代谢；步骤S2，用近红外激光器照射组织样品，采集ICG荧光图像和激光散斑图像；步骤S3，进行时间衬比度计算；步骤S4，根据ICG造影剂的药物代谢曲线，利用时间衬比度反推血流速度；步骤S5，白光显微镜图像，ICG荧光图像，激光散斑血流图的同步显示。本发明专利技术的方法能够在传统的白光手术显微镜下耦合ICG荧光图像和激光散斑血流图像，同时实现术中病灶定位和生理指标监测的功能，将成为手术显微镜领域具有重要临床意义的发展。显微镜领域具有重要临床意义的发展。显微镜领域具有重要临床意义的发展。

【技术实现步骤摘要】
荧光散斑一体式双模态手术显微镜系统成像方法


[0001]本专利技术涉及光学成像领域，特别是涉及荧光散斑一体式双模态手术显微镜系统成像方法。

技术介绍

[0002]手术显微镜在外科手术中具有重要的应用意义，其能够提供极高的放大倍数和均匀的照明条件，对于各种复杂的显微级别手术提供了精准的保障。在诸如神经外科等手术中，对各种功能性生理指标的监测具有重要的意义，例如组织血流灌注量、血流速度、血氧水平等。这些生理性指标能够有效反映术中组织血管的动态变化和代谢情况，对于术中诊治具有重要的参考意义。
[0003]目前临床已经使用静脉注射吲哚菁绿(ICG)染料并结合荧光成像获得血管造影，ICG能够与血液中的血浆蛋白紧密结合，在近红外光照明激发后发出荧光信号，便可实现血管的显影。ICG血管造影不仅能够为动静脉手术提供血流灌注信息，对于动脉粥样硬化的定位，淋巴结的检测和定位也具有重要意义。但该技术仅能够获得血容量信息，而无法提供血流量、血流速度等定量信息。激光散斑衬比成像(laser speckle contrastimaging,LSCI)作为一种简单且低成本的方法，可以获取整个视野的2D血流灌注图，提供血流变化的实时动态描述，并且能够获得血流速度等定量信息。因此，将ICG荧光成像和LSCI在手术显微镜系统中实现一体化结合，从而同时实现术中病灶定位和生理指标监测的功能，将成为手术显微镜领域具有重要临床意义的发展。
[0004]ICG进入血液后，会与血液中的血浆蛋白结合，从而在近红外光的照明下激发出荧光信号。ICG与血浆蛋白的结合改变了原有血液中血细胞等散射物的光学性质，从而对血流速度的测量产生影响。在以往的方法中，ICG对血流速度的影响并没有得到良好的修正。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种荧光散斑一体化的双模态手术显微镜系统成像方法，通过在传统的手术显微镜中结合ICG荧光成像和激光散斑衬比度成像，为医生提供辅助的病灶定位和血流定量评估。通过ICG在体内的药物动力学曲线，对传统时间激光散斑衬比度成像计算血流速度的方法进行了修正，以得到在荧光散斑双模态显微镜下准确的血流速度测量。
[0006]技术方案：本专利技术提供一种荧光散斑一体化的双模态手术显微镜系统成像方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1，将ICG造影剂通过静脉注入体内后，ICG立刻和血浆蛋白结合，随血循环迅速分布于全身血管内。随后被肝细胞高效率、选择性地吸收，并通过消化系统随粪便排出体外。ICG代谢速度快，再静注后2～3分钟后就可形成均一单元达到动态平衡，约20分钟后血中浓度被肝细胞以一级速率消失，即满足
[0008]C
t
＝C0e
‑
kt
[0009]步骤S2，ICG造影剂遍布全身血管后，用780nm～810nm近红外激光光源照射组织样品激发荧光，并通过耦合有中心波长为820nm的滤光片的CCD相机采集荧光图像；通过另一台CCD相机采集激光散斑图像。
[0010]步骤S3，根据时间衬比度激光散斑成像原理，采集N
t
帧图像后，其时间散斑衬比度K
t
计算式为
[0011][0012]步骤S4，假设血液中红细胞总浓度为C，可在术前通过血常规检测获得；根据ICG的药物代谢方程，可设在时刻t时，ICG的浓度为C
ICG
＝C0e
‑
kt
，则剩余红细胞的浓度为C
red
＝C
‑
C0e
‑
kt
。由于二者具有不同的散射特性，因此对散射场具有不同的影响。散射场的电场自相关函数满足
[0013][0014]其中τ为自相关函数的时间自变量，τ
c
为相关时间，与散射颗粒运动速度成反比：
[0015][0016]其中T为相机曝光时间。通过上式可由衬比度K
t
来计算相关时间τ
c
；
[0017]设红细胞运动速度为v则:
[0018][0019]其中k0和k1为取值0～1之间的比例系数。通过上式可以求解血流速度v。对图像中每一个像素均进行上述求解，即可重建血流速度图。
[0020]有益效果：本专利技术提出一种荧光散斑双模态的手术显微镜系统成像方法，应用激光散斑衬比度分析理论和ICG药物代谢曲线，得到在ICG造影剂介入下应用激光散斑血流测量的方法。本专利技术的方法能够在传统的白光手术显微镜下耦合ICG荧光图像和激光散斑血流图像，同时实现术中病灶定位和生理指标监测的功能，将成为手术显微镜领域具有重要临床意义的发展。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施流程图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0023]实施例1：
[0024]如图1所示，本专利技术提出一种荧光散斑双模态手术显微镜系统成像方法，具体包括以下步骤：
[0025]步骤S1，将ICG造影剂(初始注入浓度为C0)通过静脉注入体内后，ICG立刻和血浆蛋白结合，随血循环迅速分布于全身血管内。随后被肝细胞高效率、选择性地吸收，并通过消化系统随粪便排出体外。ICG代谢速度快，再静注后2～3分钟后就可形成均一单元达到动态平衡，约20分钟后血中浓度被肝细胞以一级速率消失，即满足
[0026][0027]C
t
＝C0e
‑
kt
[0028]步骤S2，ICG造影剂遍布全身血管后，用近红外激光光源(中心波长为785nm)照射组织样品激发荧光，并通过耦合有中心波长为820nm的滤光片的CCD相机(12位，512
×
696像素)采集荧光图像；通过另一台CCD相机(12位，512
×
696像素)采集激光散斑图像。
[0029]步骤S3，根据时间衬比度激光散斑成像原理，按照每秒20帧速率采集N
t
帧图像后，其时间散斑衬比度计算式为
[0030][0031]步骤S4，假设血液中红细胞总浓度为C，根据ICG的药物代谢方程，可设在时刻t时，ICG的浓度为C
ICG
＝C0e
‑
kt
，则剩余红细胞的浓度为C
red
＝C
‑
C0e
‑
kt
。由于二者具有不同的散射特性，因此对散射场具有不同的影响。散射场的电场自相关函数满足
[0032][0033]其中τ为自相关函数的时间自变量，τ
c
为相关时间，与散射颗粒运动速度成反比：
[0034][0035]其中T为相机曝光时间。通过上式可由衬比度K
t
来计算相关时间τ
c
；
[0036]设红细胞运动速度为v则:
[0037][0038]其中k0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种荧光散斑双模态手术显微镜系统成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，ICG造影剂注入，以一级速率曲线代谢；步骤S2，用近红外激光器照射组织样品，采集ICG荧光图像和激光散斑图像；步骤S3，对激光散斑图像进行时间衬比度计算；步骤S4，根据ICG造影剂的药物代谢曲线，利用时间衬比度反推血流速度；步骤S5，白光显微镜图像，ICG荧光图像，激光散斑血流图的同步显示。2.根据权利要求1中所述的一种荧光散斑双模态手术显微镜系统成像方法，其特征在于，所述一级速率曲线代谢为ICG造影剂在血中浓度被肝细胞以一级速率消失的过程进行成像，即满足C
t
＝C0e
‑
kt
其中C0为注入ICG的浓度，C
t
为经过时间t后体内代谢剩余ICG的浓度，k为ICG代谢速率。3.根据权利要求1中所述的一种荧光散斑双模态手术显微镜系统成像方法，其特征在于，所述步骤S2中ICG造影剂遍布全身血管后，用近红外激光光源照射组织样品激发荧光，并通过耦合有中心波长为820nm的滤光片的CCD相机采集荧光图像；并通过另一台CCD相机采集激光散斑图像。4.根据权利要求1中所述的一种荧光散斑双模态手术显微镜系统成像方法，其特征在于，所述步骤S3的时间衬比度计算方法为：根据时间衬比度激光散斑成像原理，采集N
t
帧图像后，其时间散斑衬比度K
...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗鹏，童善保，王自明，
申请(专利权)人：南通市瑞祥健康医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：