一種介入式在體實時腫瘤成像方法及系統與流程

本發明屬于腫瘤診斷研究領域，具體涉及一種介入式在體實時腫瘤成像系統及方法。

背景技術：

惡性腫瘤是嚴重威脅人類健康的重大疾病，中國的惡性腫瘤發病率已經居于世界首位，成為我國近年來居民死亡的最主要原因。不斷提高腫瘤的診斷水平，對提高腫瘤患者的療效，改善愈后和生存質量具有重要意義。當前臨床中廣泛應用的診斷腫瘤的主要方法就是影像學檢查和病理活檢技術，但這些手段都存在一定的局限性。

臨床中最常用的影像學檢查手段包括x射線、計算機斷層顯像(ct)、磁共振成像(mri)、正電子發射斷層顯像(pet)和超聲(us)等。即使是最先進準確的影像檢測方法，腫瘤檢出直徑至少也要在2～3mm，小于該直徑范圍的腫瘤通過影像學檢查往往不能被發現。在進行x射線、ct檢查過程中，患者要暴漏在一定劑量的射線中，存在一定的健康隱患。在做pet檢查前，患者需要服用示蹤劑等，帶來額外的健康風險。此外，多數影像學檢查費用昂貴，會給患者帶來一定的經濟負擔。

病理活檢技術是目前臨床中診斷腫瘤的金標準。穿刺活檢是用14g～18g的穿刺針穿刺到病灶，取3～5條組織，每條組織大小約1mm×1～1.5cm。穿刺取樣創傷較大、并發癥發生率高且取材范圍有限，經常發生取材未發現腫瘤細胞的情況(假陰性)，且得到診斷結果一般至少需要7天。

太赫茲位于微波和紅外波譜之間，穿透力較紅外強，光子能量較x射線低，不會對生物組織產生有害電離。此外，很多有機分子在太赫茲頻段有特征吸收和色散特性，可進行特征光譜識別。

目前國際上公開發表的太赫茲腫瘤成像方法均是透射成像，需要將腫瘤切割下來，并將樣品低溫冰凍后切薄片，太赫茲照射切片透射后，再經過探測器接受成像，這種方法不能在人體中實時監測。

技術實現要素：

為了解決穿刺活檢過程中帶來的創傷及不能實時檢測腫瘤的問題，本發明提供一種介入式在體實時腫瘤成像系統及成像方法，僅需將穿刺針導入到病灶處，無需活檢取組織即可完成的病理診斷，避免了活檢組織染色等檢查過程。這種診斷方法克服了傳統影像學診斷方法伴隨的健康隱患的缺點，又能夠獲取組織的病理診斷信息，有效地簡化了腫瘤診斷過程，顯著降低了活檢對內臟器官的損傷，降低了病人的痛苦，提高了治療效率。

本發明的技術解決方案是：

一種介入式在體實時腫瘤成像方法，包括以下步驟：

步驟1：對整形為平行光斑形狀的太赫茲及紅外波進行極化處理；所述極化處理包括以下步驟：

a)太赫茲及紅外波經第一極化線柵偏振片的過濾作用，得到垂直于xy平面的極化線偏振波；所述x方向為太赫茲探測器的探測方向，所述y方向為豎直方向；

b)極化線偏振波被第二極化線柵偏振片全反射；所述第二極化線柵偏振片的偏振方向與第一極化線柵偏振片的偏振方向垂直；

c)反射后的極化線偏振波被四分之一波片轉換為圓偏振波；

步驟2：圓偏振波按照布儒斯特角入射到陣列光纖上，對待檢測組織進行掃描；所述空心穿刺針介入待檢測組織內；

步驟3：待檢組織反射的圓偏振波信號經所述四分之一波片轉換為平行于xy平面的極化線偏振波信號，沿原路返回，全部穿過第二極化線柵偏振片；

步驟4：極化線偏振波信號被太赫茲探測器所采集并成像。

優選地，上述步驟1中的整形包括采用兩個galvano反射鏡消除干涉條紋的步驟。

本發明還提供一種介入式在體實時腫瘤成像系統，包括產生太赫茲及紅外波的太赫茲及紅外源與太赫茲探測器，其特殊之處在于：還包括整形單元、極化單元、偏振轉換單元與介入單元；

上述整形單元包括至少一個離軸拋物面鏡或者光學凸透鏡，用于太赫茲及紅外波整形為平行光斑；

上述極化單元包括第一極化線柵偏振片和第二極化線柵偏振片；

上述第一極化線柵偏振片對整形單元輸出的太赫茲及紅外波進行極化；

上述第二極化線柵偏振片反射第一極化線柵偏振片極化后的線偏振波，以及將待檢組織反射回來的線偏振波信號透射至太赫茲探測器；

上述偏振轉換單元包括四分之一波片，用于線偏振波轉換為圓偏振波以及將待檢組織反射回來的圓偏振波信號轉換為線偏振波信號；

上述介入單元包括陣列光纖束與包裹陣列光纖束的空心穿刺針，上述陣列光纖束用于傳導圓偏振波，上述空心穿刺針用于支撐和導引陣列光纖束進入待檢測組織；

上述太赫茲探測器用于采集透過第二極化線柵偏振片的信號并成像。

優選地，該成像系統還包括濾波單元，上述濾波單元包括兩個galvano反射鏡，用于消除平行光斑的干涉條紋。

優選地，上述整形單元包括位于濾波單元入射光路上的凸透鏡與位于濾波單元出射光路中的凸透鏡。

優選地，上述陣列光纖束是內芯m行乘以n列的陣列。

優選地，上述空心穿刺針的內徑與陣列光纖的外徑相匹配。

優選地，上述太赫茲及紅外源采用量子級聯激光器，或基于激光非線性晶體差頻產生的源，或基于飛秒激光光電導開關的源，也可以為其他類型的太赫茲源。

因為惡性細胞增殖強烈、細胞核密度高，同時腫瘤組織可能含水量更加豐富，因此正常組織與腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度不同，正常組織的太赫茲反射成像的幅度高，腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度低，因此可以實時區分。

本發明的有益效果是：

1、本發明通過空心穿刺針引導陣列光纖的介入式在體實時腫瘤成像方法，可以作為一種新的腫瘤診斷方法。與x射線、ct檢查等技術相比，太赫茲能量低，沒有射線帶來的健康隱患；與mri或pet等技術相比，空間分辨率高，無需使用示蹤劑等，更加安全；與病理活檢技術相比，無創傷，更加快速、準確獲取診斷信息。

2、本發明介入式在體實時腫瘤成像方法克服了傳統影像學診斷方法伴隨的健康隱患的缺點，又能夠獲取組織的病理診斷信息，有效地簡化了腫瘤診斷過程，顯著降低了活檢取材對人體內臟器官的損傷，降低了病人的痛苦，提高了治療效率。因此，介入式在體實時腫瘤成像是一種更安全、更準確和更便捷的腫瘤診斷方法，在腫瘤診斷中具有良好的應用前景。

3、本發明介入式在體實時腫瘤成像系統利用一對極化相互垂直的線偏振片、一個四分之一波片，調控太赫茲波的極化方向，實現經反射的太赫茲波沒有功率損失地被探測器接受，而常規分束鏡的損耗很大，因此此種方案可使得成像信噪比增加。

附圖說明

圖1為本發明介入式在體實時腫瘤成像系統結構示意圖；

圖2為正常組織和腫瘤組織的成像對比圖，其中左圖為正常組織成像圖。

附圖標記為：1-太赫茲及紅外源，2-平凸透鏡，3-第一galvano反射鏡，4-第二galvano反射鏡，5-雙凸透鏡，6-第一極化線柵偏振片，7-第二極化線柵偏振片，8-四分之一波片，9-陣列光纖束，10-空心穿刺針，11-探測器。

具體實施方式

本發明成像系統用于在體實時分辨腫瘤以及正常組織，以實現診斷腫瘤的目的。從圖1可以看出，本發明成像系統包括太赫茲及紅外源1，具體采用量子級聯激光器；以及依次設置在激光器出射光路上的平凸透鏡2、第一galvano反射鏡3、第二galvano反射鏡4、雙凸透鏡5、第一極化線柵偏振片6、第二極化線柵偏振片7，還包括依次設置在第二極化線柵偏振片7反射光路上的四分之一波片8與介入裝置，及設置在第二極化線柵偏振片7透射光路上的探測器11；介入裝置包括陣列光纖束9以及包裹陣列光纖束9的空心穿刺針10；探測器具體采用太赫茲相機。

平凸透鏡2及雙凸透鏡5將產生的太赫茲及紅外波匯聚成平行光斑；

第一galvano反射鏡3及第二galvano反射鏡4接收平行光斑并消除干涉條紋；

第一極化線柵偏振片6與入射光方向垂直，將經過第二galvano反射鏡4的太赫茲及紅外波轉換為水平極化的線偏振波，即垂直于xy平面的極化線偏振波；所述x方向為太赫茲探測器的探測方向，所述y方向為豎直方向；

第二極化線柵偏振片7與入射光方向成45度，將水平極化的太赫茲及紅外線偏振波全反射；

四分之一波片8接收反射波，將線偏振太赫茲及紅外波轉化為圓偏振后照射到陣列光纖束9上；

陣列光纖束9是內芯m×n的陣列，對待檢組織進行掃描；m>1，n>1；

空心穿刺針10是太赫茲及紅外陣列光纖的保護外殼、提供機械支撐和導引，空心穿刺針10的內徑與陣列光纖的外徑相匹配，空心穿刺針10直徑為毫米量級，長度在幾個厘米；

穿刺針將陣列光纖導引到待檢測組織內，光纖中圓偏振的太赫茲及紅外波傳輸至待檢測組織，并將從組織表面反射回來的太赫茲及紅外信號傳輸至四分之一波片8，轉換為平行于xy平面的極化線偏振波信號；

經四分之一波片8轉換的平行于xy平面的極化線偏振波信號與第二極化線柵偏振片7偏振方向相同，全部穿過第二極化線柵偏振片照射到探測器11上。

本發明成像方法，首先將包裹陣列光纖束9的空心穿刺針10介入待檢測組織內；然后，采用galvano反射鏡消除干涉條紋，再對整形為平行光斑形狀的太赫茲及紅外波進行極化處理；極化處理包括以下步驟：

a)太赫茲及紅外波經第一極化線柵偏振片6轉換為垂直于xy平面的極化線偏振波；x方向為太赫茲探測器的探測方向，y方向為豎直方向；

b)極化線偏振波被第二極化線柵偏振片7全反射；第二極化線柵偏振片7的偏振方向與第一極化線柵偏振片6的偏振方向垂直；

c)反射后的極化線偏振波被四分之一波片8轉換為圓偏振波；

圓偏振波按照布儒斯特角入射到陣列光纖上，對待檢測組織進行掃描；

待檢組織反射的圓偏振波信號經所述四分之一波片8轉換為線偏振信號，并且是平行于xy平面的極化線偏振波信號，沿原路返回，可以全部穿過第二極化線柵偏振片；

極化線偏振波信號被太赫茲相機所采集并成像。

由于腫瘤組織相比正常組織，其惡性細胞增殖強烈、細胞核密度高，同時腫瘤組織可能含水量更加豐富，對thz吸收強烈，因此正常組織與腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度不同，正常組織的太赫茲反射成像的幅度高，腫瘤組織的太赫茲反射成像的幅度低，如圖2所示，因此可以實時區分。