診斷儀器和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及將拉曼光譜學用于實時體內組織測量的一種診斷儀器和方法，特別地但非排他性地用在內窺鏡中。
【背景技術】
[0002]拉曼光譜學是一種使用非彈性的或拉曼散射的單色光技術。常規上，單色光源是一種可見或者近紅外(“NIR”)范圍內的激光器。散射光子的能量響應于與振動模式的相互作用或者照射的材料中的激發而上移或下移，從而改變散射光子的波長。因此，來自散射光的光譜可以提供關于散射材料的信息。
[0003]已知的是，使用NIR拉曼光譜學作為用于表征和診斷若干器官中的癌前細胞和癌細胞的潛在技術。由于該技術可以是無創或者微創的，不需要活檢或者其他組織的移除，因此該技術是可取的。已知的是使用兩個波長范圍內的NIR拉曼光譜學。第一個是所謂的指紋(“FP”)范圍，具有800-1800CII11的波數，在該光譜區包含大量的可以用于組織表征和診斷的高度特異性雙分子信息，例如來自蛋白質、DNA和脂類含量的信息。該波長范圍的缺點是，當與常用的785nm激光源一起使用時，被照射的組織自發熒光，生成強背景信號。此夕卜，在探測器使用光纖鏈路的情況下，拉曼信號從光纖中的熔融石英散射。特別地，在使用電荷耦合器件(“CCD”)測量散射光譜的情況下，自發熒光信號可能使CCD飽和并且干擾該波長區域中的相對較弱的拉曼信號的檢測。
[0004]同樣已知的是，在2800-3700cm 1波數范圍內以相對較高波數范圍(“HW”)測量拉曼散射。由于強拉曼信號生成于蛋白質和脂類中的CHjP CH3部分伸縮振動以及水的OH伸縮振動，因此，該波數范圍是可取的，是有利于表征生物組織的。來自組織自發熒光的背景信號以及來自光纖中的熔融石英的拉曼散射在該范圍內也是較少的。
[0005]對于實際生物醫學和診斷應用而言，為了識別可能的疾病或病理，希望可以將拉曼光譜學應用到體內組織，并且盡可能快地生成具有最大的信息量的有用光譜。
【發明內容】
[0006]本發明第一方面提供了一種診斷儀器，包括單色光源、用于將來自單色光源的光傳輸到儀器探頭的傳輸設備、用于傳輸來自測試部位的散射光的采集設備和用于接收來自所述采集設備的散射光的光譜分析儀，所述光譜分析儀包括衍射光柵，所述衍射光柵設有第一光柵元件和第二光柵元件，所述第一光柵元件在第一光譜范圍將光衍射，所述第二光柵元件在第二光譜范圍將光衍射；所述光譜分析儀進一步包括感光設備，所述第一光柵元件被布置在將光衍射到所述感光設備的第一區域上，所述第二光柵元件被布置在將光衍射到所述感光設備的第二區域上。
[0007]所述傳輸設備包括傳輸光纖。
[0008]所述采集設備包括采集光纖。
[0009]所述采集設備包括采集濾波器，所述采集濾波器用于除去來自所述單色光源的光。
[0010]所述采集設備包括若干個采集光纖。
[0011 ] 所述采集光纖的端部臨近所述光譜分析儀，所述采集光纖的端部配置成彎曲的結構以便校正圖像偏差。
[0012]所述診斷儀器還包括安裝在儀器探頭上的用于將來自傳輸光纖的光投射到測試部位的球透鏡。
[0013]每個光柵元件均包括一個透射光柵或反射光柵。
[0014]所述第一光譜范圍為800cm1到1800cm 1O
[0015]所述第二光譜范圍為2800cm 1到3600cm 1O
[0016]所述診斷儀器進一步包括處理設備，所述處理設備用于接收來自感光設備的數據并且生成輸出。
[0017]所述處理設備用于同時接收來自所述感光設備的第一區域的數據并生成第一光譜；及接收來自所述感光設備的第二區域的數據并生成第二光譜。
[0018]所述感光設備包括傳感器陣列，所述數據包括像素值。
[0019]所述數據被檢查是否飽和，如果發現飽和，則拒絕所述數據。
[0020]所述生成光譜的步驟包括將相應像素劃分面元。
[0021]所述生成光譜的步驟包括從接收的數據中減去背景信號。
[0022]所述生成光譜的步驟包括對接收的數據進行平滑。
[0023]所述生成光譜的步驟包括對平滑后的接收數據采用多項式曲線擬合，并從平滑后的接收數據中減去擬合的曲線。
[0024]所述診斷儀器用于檢查光譜是否污染，如果光譜有效，則將光譜分類為相應的健康或異常組織，并且相應地生成輸出。
[0025]所述診斷儀器包括光譜存儲庫，光譜存儲庫用于將所述光譜與光譜存儲庫中存儲的光譜進行比較。
[0026]本發明另一方面提供了診斷儀器的操作方法，包括以下步驟:將來自單色光源的光傳輸到測試部位，從所述測試部位采集散射光，及將采集到的散射光傳輸到光譜分析儀，所述光譜分析儀包括衍射光柵，所述衍射光柵設有第一光柵元件和第二光柵元件，所述第一光柵元件在第一光譜范圍將光衍射，所述第二光柵元件在第二光譜范圍將光衍射；所述光譜分析儀進一步包括感光設備，所述第一光柵元件被布置在將光衍射到所述感光設備的第一區域上，所述第二光柵元件被布置在將光衍射到所述感光設備的第二區域上。
[0027]所述操作方法包括從所述感光設備的第一區域接收數據并生成第一光譜；及從所述感光設備的第二區域接收數據并生成第二光譜。
[0028]所述感光設備包括傳感器陣列和數據，所述數據包括像素值。
[0029]所述數據被檢查是否飽和，如果發現飽和，則拒絕所述數據。
[0030]所述生成光譜的步驟包括將每列的像素劃分面元。
[0031]所述生成光譜的步驟包括從接收的數據中減去背景信號。
[0032]所述生成光譜的步驟包括對接收的數據進行平滑。
[0033]所述生成光譜的步驟包括對平滑后的接收數據采用多項式曲線擬合，并從平滑后的接收數據中減去擬合的曲線。
[0034]所述操作方法包括檢查光譜是否污染，如果光譜有效，則將所述光譜分類為相應的健康或異常組織，并且相應地生成輸出。
[0035]所述操作方法包括提供一個光譜存儲庫，所述檢查和分類步驟包括將所述光譜與存儲光譜進行比較。
【附圖說明】
[0036]本發明的實施例僅僅通過實例的方式參照附圖進行描述，其中:
[0037]圖1為實施本發明的內窺鏡的示意圖；
[0038]圖1a展示了圖1的內窺鏡的儀器探頭的示意圖；
[0039]圖1b為圖1a中球透鏡和光纖束的大尺度的示意圖；
[0040]圖1c為圖1的光譜儀的大尺度的示意圖；
[0041]圖1d為采集光纖的近端的配置示意圖；
[0042]圖2展示了當采用校準氬燈或汞燈照明時，圖1中CXD捕獲的一個示例圖片；
[0043]圖3為實施本發明的方法的流程圖；
[0044]圖4更詳細地展示了圖3方法的部分的流程圖；
[0045]圖5為采用圖1的內窺鏡獲得的來自一個健康自愿者手掌的拉曼光譜；
[0046]圖6是采用圖1的內窺鏡從一個健康自愿者獲得的各種組織類型的若干拉曼光譜；
[0047]圖7為統計光譜庫的Hotelling T2和Q殘差統計的繪圖；
[0048]圖8為若干捕獲的光譜的分類繪圖；
[0049]圖9a為來自健康結腸組織和癌變結腸組織的體內光譜的平均值的繪圖；
[0050]圖9b示出了圖9a的光譜的主分量載荷；
[0051]圖9c為圖9a中光譜的主分量得分的繪圖。
【具體實施方式】
[0052]現在特別詳細地參照附圖，應當強調的是，所示的細節通過實