一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及醫療器械【技術領域】，特別是一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，包括一氙燈光源、一第一光開關、一第二光開關、一內窺鏡探頭、一圖像傳感器CCD、一光譜儀、一鈦寶石鎖模飛秒激光器、一飛秒激光衰減器、一計算機控制處理單元。該系統設計合理，結構簡單，有利于對消化道上皮病變相關信息進行檢測，具有廣闊的發展前景和較大的推廣意義。
【專利說明】一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械【技術領域】，特別是一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統。
【背景技術】
[0002]國際腫瘤研究機構(IARC) 2008年發布的《世界腫瘤報告》指出，2010年腫瘤將超越心血管病，成為人類的頭號殺手，2030年，全球腫瘤新發病例數和死亡人數將為2007年的2倍，報告同時還指出，發展中國家已成為腫瘤病例增加的“生力軍”。在我國，惡性腫瘤早已成為我國城鄉居民的首要死因，惡性腫瘤死亡率屬于世界較高水平，而且呈持續的增長趨勢。其中，消化道腫瘤占惡性腫瘤的50%左右，常見的消化道惡性腫瘤有食管癌、胃癌、大腸癌等。一般而言，如果消化道腫瘤能在癌前病變的任何一個階段診出并加以治療，治愈率非常高。然而，到目前為止消化道腫瘤的早期診斷還相當困難。因此發展診斷新技術是社會發展和醫學進步中迫切需要解決的關鍵科技問題。
[0003]眾所周知，消化道癌前病變主要起源于黏膜。黏膜主要是由上皮細胞、基質以及血管組成。當黏膜癌變時，這些成分也會發生相應的變化，如細胞新陳代謝的變化、基質的降解以及血氧的變化。另外，這些變化主要反映在黏膜生化成分的變化。因此，能實現對這些生化成分變化等信息的提取與量化對消化道腫瘤的早期診斷具有重大的價值。然而，目前臨床的檢測技術都無法實現對這些信息的提取與量化。
[0004]近年來，光譜技術由于具有無創、簡單、快速、高效等優點已在生物醫學中得到越來越廣泛的應用。特別是非線性光譜技術，它是利用飛秒激光與組織內在成分相互作用發生的線性光學效應，能有效監測細胞新陳代謝和基質成分的變化情況。另外，由于在可見光波段，含氧和去氧血紅蛋白有著截然不同的吸收譜線，同時血色素也是黏膜中最主要的吸收源，因此可見光反射光譜能`為黏膜表面血氧情況提供了一種精確的量化方法。
[0005]因此，發展一種基于非線性光譜技術與可見光反射光譜技術相結合的多模光譜分析系統，能為實現黏膜生化成分的變化等信息的提取與量化提供新技術，對消化道腫瘤的早期診斷具有重要的意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，該系統設計合理，結構簡單，有利于對消化道上皮病變相關信息進行檢測，使用效果好。
[0007]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，包括光源、第一光開關、第二光開關、內窺鏡探頭、圖像傳感器、光譜儀、飛秒激光器、飛秒激光衰減器、計算機控制處理單元；所述光源發出的入射光通過一第一光纖入射到所述第一光開關，通過所述第一光開關使入射光輸入所述內窺鏡探頭內，從而到達消化道上皮，所產生的反射光信號從所述內窺鏡探頭輸出，通過一第二光纖入射到所述第二光開關，然后通過所述第二光開關將反射光信號導向所述圖像傳感器進行探測，所述圖像傳感器將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元，獲得白光圖像，以確定消化道上皮病變位置；在確定消化道上皮病變位置后，通過調控所述第二光開關將反射光信號導向所述光譜儀進行探測，所述光譜儀將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元，獲得可見光反射光譜，從而實現可見光反射光譜的測量；在實現可見光反射光譜測量后，所述飛秒激光器發出的飛秒激光經過所述飛秒激光衰減器進行功率衰減，然后通過一第三光纖入射到所述第一光開關，通過調控所述第一光開關使飛秒激光輸入所述內窺鏡探頭內，從而到達消化道上皮病變位置，所產生的非線性光信號從所述內窺鏡探頭輸出，通過所述第二光纖入射到所述第二光開關，然后通過所述第二光開關將非線性光信號導向所述光譜儀進行探測，所述光譜儀將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元，獲得非線性光譜，從而實現非線性光譜的測量。
[0008]在本發明一實施例中，所述內窺鏡探頭由兩光纖、一微型掃描器件和一顯微物鏡組成。
[0009]在本發明一實施例中，所述第一光開關通過使光路在傳輸過程中斷或繼續，使輸入所述內窺鏡探頭內的光信號在所述入射光和所述飛秒激光之間切換；所述第二光開關通過使光路在傳輸過程中斷或繼續，使輸出的光信號在所述反射光信號和所述非線性光信號之間切換。
[0010]在本發明一實施例中，所述光源為氙燈光源，所述氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測量可見光反射光譜的光源。
[0011]在本發明一實施例中，所述飛秒激光器為鈦寶石鎖模飛秒激光器，頻率達84 MHz,超短脈沖為20 fs，波長范圍為600-1200 nm。
[0012]在本發明一實施例中，所述飛秒激光衰減器由兩個寬帶偏振器組成，根據旋轉偏振態的角度來調節飛秒激光器輸出的能量大小，而不改變飛秒激光器的其他參數。
[0013]在本發明一實施例中，所述光譜儀由兩個色散棱鏡和一個增強型CCD組成，光譜分辨率達2.7 nm，探測的波長范圍為350-750 nm。
[0014]本發明的顯著優點在于`:氙燈光源既是確定病變消化道上皮位置的光源又是測量可見光反射光譜的光源；光開關可以使光路在傳輸過程中斷或繼續，從而可實現光路的切換；基于非線性光譜技術與可見光反射光譜技術相結合的多模光譜分析系統，能實現黏膜生化成分變化等信息的提取與量化；該系統為實現消化道癌前病變診斷提供了新方法和新技術，對降低消化道腫瘤的發病率和死亡率具有重要意義。本發明設計合理，構思巧妙，具有廣闊的發展前景和較大的推廣意義。
[0015]本發明的有益效果在于:氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測量可見光反射光譜的光源，通過光開關進行光信號的切換，設計合理，構思巧妙，結構簡單。同時，該系統將非線性光譜技術與可見光反射光譜技術相結合，能實現消化道黏膜生化成分變化等信息的提取與量化，為實現消化道癌前病變診斷提供了新方法和新技術，對降低消化道腫瘤的發病率和死亡率具有重要意義，具有廣闊的發展前景和較大的推廣意義。
[0016]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明實施例的系統構造示意圖。【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本發明適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，包括光源1、第一光開關3、第二光開關6、內窺鏡探頭4、圖像傳感器CCD7、光譜儀8、飛秒激光器9、飛秒激光衰減器10、計算機控制處理單元12。
[0019]所述光源I發出的入射光通過一第一光纖2入射到所述第一光開關3，通過所述第一光開關3使入射光輸入所述內窺鏡探頭4內，從而到達消化道上皮，所產生的反射光信號從所述內窺鏡探頭4輸出，通過一第二光纖5入射到所述第二光開關6，然后通過所述第二光開關6將反射光信號導向所述圖像傳感器7進行探測，所述圖像傳感器7將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元12，獲得白光圖像，以確定消化道上皮病變位置。
[0020]在確定消化道上皮病變位置后，通過調控所述第二光開關6將反射光信號導向所述光譜儀8進行探測，所述光譜儀8將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元12，獲得可見光反射光譜，從而實現可見光反射光譜的測量。
[0021]在實現可見光反射光譜測量后，所述飛秒激光器9發出的近紅外超短脈沖光經過所述飛秒激光衰減器10進行功率衰減，然后通過一第三光纖11入射到所述第一光開關3，通過調控所述第一光開關3使飛秒激光輸入所述內窺鏡探頭4內，從而到達消化道上皮病變位置，所產生的非線性光信號從所述內窺鏡探頭4輸出，通過所述第二光纖5入射到所述第二光開關6，然后通過所述第二光開關6將非線性光信號導向所述光譜儀8進行探測，所述光譜儀8將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元12，獲得非線性光譜，從而實現非線性光譜的測量。
[0022]在本實施例中，所述內窺鏡探頭4由兩光纖、一微型掃描器件和一顯微物鏡組成。所述光源I發出的入射光入射到所述內窺鏡探頭4后，通過所述內窺鏡探頭4中的一根光纖入射到達消化道上皮，所產生的反射光信號直接通過第二光纖5收集；所述飛秒激光器9發出的飛秒激光入射到所述內窺鏡探頭4后，通過所述內窺鏡探頭4中的另一根光纖、微型掃描器件和顯微物鏡入射到達消化道上皮，所產生的非線性光信號由同個顯微物鏡收集再導向第二光纖5。所述第一光開關3通過使光路在傳輸過程中斷或繼續，使輸入所述內窺鏡探頭4內的光信號在所述入射光和所述飛秒激光之間切換；所述第二光開關6通過使光路在傳輸過程中斷或繼續，使輸出的光信號在所述反射光信號和所述非線性光信號之間切換。
[0023]在本實施例中，所述光源I為氙燈光源，所述氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測量可見光反射光譜的光源。所述飛秒激光器9為鈦寶石鎖模飛秒激光器，所述鈦寶石鎖模飛秒激光器是一高重復頻率的超短脈沖激光器，頻率達84 MHz，超短脈沖為20 fs，波長范圍為600-1200 nm。所述飛秒激光衰減器10由兩個高質量的寬帶偏振器組成，根據旋轉偏振態的角度來調節飛秒激光器輸出的能量大小，而不改變飛秒激光器的其他參數。所述圖像傳感器7是一高靈敏度的CCD。所述光譜儀8由兩個色散棱鏡和一個增強型C⑶組成，光譜分辨率達2.7 nm，探測的波長范圍為350-750 nm。
[0024]本發明為消化道癌前病變診斷提供了新方法和新技術，對降低消化道腫瘤的發病率和死亡率具有重要意義。
[0025]以上是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本 發明技術方案的范圍時，均屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，其特征在于:包括光源、第一光開關、第二光開關、內窺鏡探頭、圖像傳感器、光譜儀、飛秒激光器、飛秒激光衰減器、計算機控制處理單元；所述光源發出的入射光通過一第一光纖入射到所述第一光開關，通過所述第一光開關使入射光輸入所述內窺鏡探頭內，從而到達消化道上皮，所產生的反射光信號從所述內窺鏡探頭輸出，通過一第二光纖入射到所述第二光開關，然后通過所述第二光開關將反射光信號導向所述圖像傳感器進行探測，所述圖像傳感器將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元，獲得白光圖像，以確定消化道上皮病變位置；在確定消化道上皮病變位置后，通過調控所述第二光開關將反射光信號導向所述光譜儀進行探測，所述光譜儀將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元，獲得可見光反射光譜，從而實現可見光反射光譜的測量；在實現可見光反射光譜測量后，所述飛秒激光器發出的飛秒激光經過所述飛秒激光衰減器進行功率衰減，然后通過一第三光纖入射到所述第一光開關，通過調控所述第一光開關使飛秒激光輸入所述內窺鏡探頭內，從而到達消化道上皮病變位置，所產生的非線性光信號從所述內窺鏡探頭輸出，通過所述第二光纖入射到所述第二光開關，然后通過所述第二光開關將非線性光信號導向所述光譜儀進行探測，所述光譜儀將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元，獲得非線性光譜，從而實現非線性光譜的測量。
2.根據權利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，其特征在于:所述內窺鏡探頭由兩光纖、一微型掃描器件和一顯微物鏡組成。
3.根據權利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，其特征在于:所述第一光開關通過使光路在傳輸過程中斷或繼續，使輸入所述內窺鏡探頭內的光信號在所述入射光和所述飛秒激光之間切換；所述第二光開關通過使光路在傳輸過程中斷或繼續，使輸出的光信號在所述反射光信號和所述非線性光信號之間切換。
4.根據權利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，其特征在于:所述光源為氙燈光源，所述氙燈光源既作為確定消化道上皮病變位置的光源又作為測量可見光反射光譜的光源。
5.根據權利要求1所·述的一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，其特征在于:所述飛秒激光器為鈦寶石鎖模飛秒激光器，頻率達84 MHz，超短脈沖為20 fs，波長范圍為 600-1200 nm。
6.根據權利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，其特征在于:所述飛秒激光衰減器由兩個寬帶偏振器組成，根據旋轉偏振態的角度來調節飛秒激光器輸出的能量大小，而不改變飛秒激光器的其他參數。
7.根據權利要求1所述的一種適用于消化道病變檢測的多模光譜分析系統，其特征在于:所述光譜儀由兩個色散棱鏡和一個增強型CCD組成，光譜分辨率達2.7 nm，探測的波長范圍為 350-750 nm。
【文檔編號】A61B5/00GK103705201SQ201410019637
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】卓雙木, 陳建新, 謝樹森 申請人:福建師范大學