多光谱分光融合外科手术引导系统技术方案

本发明专利技术属于外科手术手术野目标定性定位的技术领域，具体是一种多光谱分光融合外科手术引导系统，解决了现有术中成像技术对于外科手术肿瘤定性定位技术存在目标无法分辨的问题。其包括光源部分、分光摄像部分和图像融合部分，光源部分包括环形的白光LED、近红外LED；分光摄像部分包括近焦镜头、分光镜片、中继透镜、滤光片以及镜筒；图像融合部分包括分别与近红外和彩色摄像CCD信号输出端连接的若干台视频解码器。本发明专利技术的有益效果：采用分光摄影分别摄取了手术野的解剖学彩色图像和肉眼看不到的近红外光学图像，并分别显示；采用图像融合，能够精准定位显示手术野中的血管、淋巴管、淋巴结和被荧光染料标记的肿瘤组织。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于外科手术手术野目标定性定位的
，具体涉及一种多光谱分光融合外科手术引导系统。
技术介绍
手术切除肿瘤，目前仍然是治疗肿瘤的最有效方法。肿瘤的根治性手术是指对原发灶的广泛切除，连同其周围的淋巴结整块切除。恶性肿瘤可以从局部向周围组织浸润和扩散，因此手术治疗的原则是切除原发灶及可能受累的周围组织，甚至切除一定范围的正常组织，以免边缘有癌细胞残留。但手术切除的范围过大，手术后有一定的后遗症和功能障碍，所以肿瘤手术范围是临床外科医生多年来一直在探讨的问题，在医学进一步发展的今天有必要深入研究。现代术中肿瘤定性定位的技术包括如下 1.淋巴示踪剂前哨淋巴结(sentinel lymph node, SLN)是最先接受肿瘤区域淋巴引流并最早发生肿瘤转移的特异淋巴结，它接受原始的淋巴液，引流量最大，最容易含有转移的肿瘤细胞。 SLN是癌细胞经淋巴转移的第一道屏障。如果SLN无转移，该区域其他淋巴结发生转移的可能性很小。自1994年采用10 g · L-1的异硫蓝进行乳腺癌前哨淋巴结活检(Sentinel lymph node biopsy，SLNB)以来，各国医生尝试不同的活性染料以期达到最佳的SLNB效果。 目前SLNB的方法有核素法、染料法和二法联合应用三种。染料法是一种重要的方法，选择理想的染料作为淋巴示踪剂是进一步提高SLNB成功率的重要保障。目前，SLNB中常用的淋巴示踪剂有异硫蓝、专利蓝和亚甲蓝。近年来，亚甲蓝作为淋巴示踪剂已广泛应用于膀胱癌、乳腺癌、宫颈癌、结直肠癌、胃癌、甲状腺乳头状癌、食管和骨科肿瘤等治疗中。此外还有具有特异性淋巴示踪作用的纳米炭混悬液，该制剂是使用纳米炭、聚乙烯吡咯烷酮和生理盐水制备而成的纳米混悬注射液，将其于肿瘤部位注射后，能够迅速将周围的淋巴结染色，从而进行淋巴结的清除，方便了临床肿瘤治疗。最新的淋巴结示踪剂还有近红外荧光量子点(Near-Infrared Fluorescent Quantum Dots)，在膀胱癌动物模型中应用表明，能够更好地示踪淋巴结M，但淋巴示踪剂都仅用于单纯的淋巴结示踪，不能用于切缘的确定。2.放射性示踪剂T99m硫胶体等静脉注射用一个手提式、探测器探查淋巴结并切除，也属于淋巴示踪剂的一种。3.冰冻切片冰冻切片，比较熟悉，手术中医生切除可疑的组织，取材后直接冻冻，经恒温式冰冻切片机切片，冰冻固定液固定，HE染色。恶性诊断符合率大约95%以上。但冰冻切片需要切除组织送检，医师操作的灵活性差、实时性差、重复性差、时间较长等缺点。就目前而言，术中立即明确肿瘤的范围，识别微小转移瘤灶，证实瘤体被完整切除还有许多困难，缺乏循证医学的指标。如果术中使用X线能造成病人和医护人员的损伤，大量造影剂引发毒副作用、超声缺乏特异性、磁共振虽图像清晰但设备笨重。肿瘤分子影像学的深入研究将有助于提高术中肿瘤识别的水平。4.术中成像技术常规采用术前成像指导外科手术，然而由于术中病人体位的变化或环境变化带来的解剖位置变化，导致术前图像不能够准确的引导甚至带来误导。因此，术中成像技术便得到快速发展，如术中磁共振成像、术中三维超声、术中CT、术中三维C臂X光成像等。但对于精细无菌的外科开放手术而言，这些笨重的成像设备对外科手术有一定的影响。所以需要研究简单、方便、快捷、灵活的术中成像技术。进一步分析近红外光学成像技术的优点和不足生物体内的细胞或某种大分子标记荧光染料或报告基因时，应用体外特定波长的光波照射，穿过组织的光线，激发这些荧光材料发射荧光，体外光学影像设备摄取这些发射出的荧光，形成光学分子影像，这种光学分子影像将真实反映体内某种基因的表达或大分子的生物学特性，并动态记录和显示分子事件及其动力学过程。然而，近红外光人眼看不到，需要特殊的光学成像系统，以近红外荧光团为造影剂，当一种波长的近红外光照射外科手术野时，手术野发射出另外一种波长的近红外光，摄取这种发射的近红外光可以精确确定近红外荧光团的位置。当近红外荧光团标记到活体细胞、组织和器官时，通过手术野中的近红外光就可以显示组织的结构和病变部位。目前吲哚青绿作为近红外荧光显影剂，采用近红外光成像已经在乳腺癌、胃癌和结肠癌的临床治疗中应用。但是近红外图像只能显示出目标的大致轮廓，目标与背景的对比度较低、边缘模糊、细节无法分辨。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有肿瘤定性定位技术存在上述的缺陷，而现有术中成像技术对于外科手术肿瘤定性定位技术也存在目标无法分辨等缺陷的问题，提供了一种多光谱分光融合外科手术引导系统。本专利技术采用如下的技术方案实现一种多光谱分光融合外科手术引导系统，其特征在于包括光源部分、分光摄像部分和图像融合部分，光源部分包括环形的白光LED和环形的近红外LED ；分光摄像部分包括近焦镜头、分光镜片、中继透镜、滤光片以及将上述各部分连接在一起的镜筒，镜筒为避光材料制成；所述的近焦镜头与分光镜片配置于同一轴线上，分光镜片的光入射角为45°，设置一片或一片以上；分光镜片所形成的第一个折射光路末端为彩色摄像CCD，其余光路末端为近红外摄像 CCD，每个摄像CCD前面设置滤光片，近焦镜头和分光镜片之间、分光镜片与滤光片之间设置中继透镜；图像融合部分包括分别与近红外摄像C⑶和彩色摄像CXD信号输出端连接的若干台视频解码器，各视频解码器的数据输出端与融合处理板的数据输入端连接，融合处理板的数据输出端又与视频编码器的数据输入端连接，视频编码器的数据输出端与监视器的数据输5入端连接。白光LED的光亮度是40,000 lux，波长400 650nm，近红外LED光强度4 mff/ cm2。近焦镜头为50mm f/0.95光圈。分光镜片透射反射比是40/60。滤光片峰值透过率 T>90%，带宽20nm。镜筒固定于支架之上。支架固定于可移动的机械性横臂上，支架回转角度360度，具有六个自由度运动。图像融合方法为代表手术野的解剖学结构的彩色摄像CCD摄取的可见光彩色图像，和代表手术野的血管、淋巴管、淋巴结和被荧光染料标记的肿瘤组织的近红外摄像CXD 摄取的近红外图像融合，具体步骤如下1)、采用双线性插值法对彩色图像数据进行重采样，获得与全色图像P大小相同的重彩色图像；2)、采用算数平均法计算重彩色图像的强度分量；所述重采样重彩色图像的强度分量用下列公式表示为3)、根据公式式中Pt为调整后的全色图像，μ ρ为原始全色图像P的均值，σ ρ为原始全色图像ρ的方差，μ I为采样重彩色图像的强度分量I的均值，σ I为重样彩色图像 的强度分量I的方差采用重采样重彩色图像的强度分量的均值和方差调整全色图像P的均值和方差，使调整后的全色图像Pt的均值和方差于重采样重彩色图像的强度分量的均值和方差匹配；4)、将重样彩色图像分量分别与(Pt-I)相加，获得最终的彩色图像，所述的最终的彩色图像用公式表示 本专利技术的原理本专利技术涉及多光谱图像实时融合外科手术引导的方法主要用于精准定位手术野中的血管、淋巴管、淋巴结和被荧光染料标记的肿瘤组织。针对可见光图像对比度相对较高，目标包含一定的细节信息，但在黑暗背景下具有不易观察的隐蔽性，而红外图像显示出目标的大致轮廓，目标与背景的对比度较低、边缘模糊、细节无法分辨，本专利技术采用光学技术向外科手术野照射可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓峰，
申请(专利权)人：杨晓峰，
类型：发明
国别省市：