CN111358438A - 多波长激光诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长激光诊断装置，包括光源装置、分光装置及处理装置；光源装置用于将激发光源与冷光源发出的光输出，并采集包含反射光与荧光的混合光信号；分光装置用于获取所述混合光信号进行分光解析，输出目标光信号；处理装置用于获取分光装置输出的目标光信号处理生成目标图像和/或分析结果；本发明能够在不增加现有设备进入体内部分的尺寸、体积的前提下，通过激发光源和冷光源照射体内生物组织获取反射光和荧光的混合光信号，在体外进行分光处理得到单纯的荧光和背景光(即原始混合光信号或滤过少量杂光的混合光信号)，处理装置处理生成更为清晰可靠的诊断图像，为医疗工作提供更为准确的数据基础，利于后续医疗工作中降低误诊率。

Description

多波长激光诊断装置

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体而言，为一种多波长激光诊断装置。

背景技术

光子学推动了生物学和医学的发展，癌症的光动力诊断和光动力治疗就成了信息科学和生命科学研究领域的重要课题。光动力诊断是指在特定波长的光作用下，利用对肿瘤有亲合作用的光敏化剂的特征光谱来诊断癌症；光动力治疗则是治疗时需要用光敏化剂，治疗效应用可见光(400-700nm)的光子活化而产生；在有氧条件下，通过特定波长光激发靶细胞内光敏剂治疗肿瘤的新方法。该方法是利用肿瘤组织能选择性地吸收光敏剂，然后利用特定波长的光照射病变部位，使肿瘤组织中的光敏剂发生剧烈的光化学反应，肿瘤细胞内的线粒体分子氧化为单态氧，单态氧引起激化反应，从而选择性地消灭癌细胞。

传统的光动力诊断与治疗过程中，常用的手段还包括荧光定位，利用肿瘤组织对光敏剂的亲和性，使光敏剂在肿瘤组织中选择性聚积，一段时间后在病变组织和正常组织间形成显著的浓度差，在特定波长的激发光照射下，病变组织发射出特定波长的荧光，而正常组织却无此吸收峰或吸收峰很弱，基于这种原理，结合光学成像，对肿瘤组织在正常组织中的位置和轮廓进行分析，进而将肿瘤和正常组织区分开来。

医学上光学成像一般采用冷光源，即几乎不含红外线光谱的发光光源；但实际应用中，用于治疗的激光或用于成像的可见光(尤其是红光)以及夹杂的少量红外光的波长较长，容易覆盖荧光，如图4所示的；加之对于荧光来说，激发光停止照射后，发光过程几乎立即(10^-9-10^-6s)停止，荧光衰减快；因而在实际诊断过程中，获得的诊断图像不够精确，继而使得诊断结果具有判断误差，甚至贻误最佳治疗时间，造成悲剧的发生。

目前的光动力诊断医疗设备，多采用光纤+内窥镜结构作用于人体中，获得诊断图像，因此如何在追求数据的精确度的同时不增加设备的体积造成人体更多的不适感，是一个需要解决的难题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种多波长激光诊断装置，利于获得更为准确的光学图像，继而为医疗工作提供更为有效的数据。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

第一方面，本发明提供了一种多波长激光诊断装置，包括光源装置、分光装置以及处理装置；

所述光源装置，用于将激发光源与冷光源发出的光输出，并采集包含反射光与荧光的混合光信号；

分光装置，用于获取所述混合光信号进行分光解析，输出目标光信号；

处理装置，用于获取分光装置输出的目标光信号，处理生成目标图像和/或分析结果。

进一步的，上述的多波长激光诊断装置中，所述光源装置包括多波长激发光源、冷光源、以及光纤传感器和先导部，先导部端面上至少设有物镜和导光窗；所述先导部的内部位于物镜的同轴方向上设置所述光纤传感器；先导部通过光纤传输线路连通至所述多波长激发光源和冷光源以及所述分光装置的光信号接收；所述处理装置电性和/或通讯连接所述多波长激发光源和冷光源，以对多波长激发光源和冷光源进行开启和/或关闭控制。

进一步的，上述的多波长激光诊断装置中，所述分光装置包括分光仪，分光仪包括光信号接收端、第一分光通道和第二分光通道；光信号接收端与第一分光通道之间设有过滤膜/过滤镜，两分光通道输出端均对应设有光探测器，光探测器的信号输出端与所述处理装置电路连接。

进一步的，上述的多波长激光诊断装置中，所述处理装置还用于预设激发光源的照射时间和/或预设激发光源发出不同功率的激发激光的照射次数。

进一步的，上述的多波长激光诊断装置中，所述先导部内位于物镜与光纤传感器之间的位置设有光圈，光圈电性连接所述控制装置。

进一步的，上述的多波长激光诊断装置中，所述多波长激发光源包括固定板和固定在固定板上的至少一片LED发光基板；所述多波长激发光源与光纤传输线路之间设有聚焦组件；所述控制装置通过驱动机构，驱动执行机构来带动固定板运动，使固定板上的任一LED发光基板的发射光中心点运动至所述光学聚焦组件的入射光轴线。

进一步的，上述的多波长激光诊断装置中，所述聚焦组件包括第一光学透镜、第二光学透镜、聚焦准直透镜和隔热片，其中，所述LED发光基板发出的光束能够通过隔热片，顺次经第一光学透镜整形，经第二光学透镜聚焦到聚焦准直透镜并输出至先导部。

第二方面，本发明还提供了一种处理装置，包括处理器和与处理器电性连接的存储器，存储器中存储有程序，程序被处理器运行时，执行：

控制光源装置将激发光源与冷光源发出的光输出，并采集包含反射光与荧光的混合光信号；

控制分光装置获取所述混合光信号进行分光解析，得到目标光信号；

根据目标光信号处理生成目标图像和/或分析结果。

进一步的，上述的处理装置中，所述程序执行：控制分光装置获取所述混合光信号进行分光解析，得到目标光信号，包括

控制分光装置将所述混合光信号分成相同两部分，其中一部分光通过过滤膜/过滤镜过滤掉混合光信号中的反射光，得到荧光信号；

另一部分光直接输出或通过不同波长的滤光镜过滤掉杂光后输出。

本发明的有益效果体现在：

本发明多波长激光诊断装置，能够在不增加现有设备进入体内部分(即导线连接的先导部)的尺寸、体积等指标的前提下，通过处理装置对体外激发光源和冷光源等的控制，照射体内生物组织，获取体内反射光和荧光混合光信号，在体外进行分光处理，得到单纯的荧光和背景光(即原始混合光信号或滤过少量杂光的混合光信号)，在经过处理装置图像处理生成更为清晰可靠的诊断图像，为医疗工作提供更为准确的数据基础，利于后续医疗工作中降低误诊率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明多波长激光诊断装置的一个具体实施例的结构示意图；

图2为图1中所示先导部的结构示意图；

图3为图1中所示固定板的结构示意图；

图4为现有技术中反射光覆盖荧光的示意图；

图5为本发明得到具有波长明显差异的光信号的示意图；

图6为本发明聚光组件结构示意图。

附图中，

1-控制装置；2-多波长激发光源；21-固定板；22-发光基板；23-聚焦组件；3-冷光源；32-第一光学透镜；33-第二光学透镜、34-聚焦准直透镜；4-先导部；40-光纤传感器；41-物镜；42-导光窗；31-隔热片；5-驱动装置；6-驱动执行机构；7-分光仪；71-光信号接收端；72-第一分光通道；73-第二分光通道；74-过滤膜/过滤镜；75-光探测器；76-光探测器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1-3所示，一种多波长激光诊断装置，包括光源装置、分光装置以及处理装置；

所述光源装置，用于将激发光源与冷光源发出的光输出，并采集包含反射光与荧光的混合光信号；

分光装置，用于获取所述混合光信号进行分光解析，输出目标光信号；

处理装置，用于获取分光装置输出的目标光信号，处理生成目标图像和/或分析结果。

本发明装置通过体内照射并采集混合光信号、在体外分光解析的方式，将包含多波长光的混合光信号分成反射光和荧光，并选择性过滤，得到所需的用于诊断的图像。

具体的，本发明中，所述激发光源用于发出激发激光作用在生物组织产生荧光，激发光源的波长范围为250nm-2500nm；冷光源用于发出照明光，冷光源的波长范围为350-760nm。

本发明给出的一个具体实施例中，所述光源装置包括多波长激发光源2、冷光源3、以及光纤传感器40和先导部4，先导部4端面上至少设有物镜41和导光窗42；所述先导部4的内部位于物镜41的同轴方向上设置所述光纤传感器40；先导部4通过光纤传输线路连通至所述多波长激发光源2和冷光源3以及所述分光装置的光信号接收端71；所述处理装置1电性和/或通讯连接所述多波长激发光源2和冷光源3，以对多波长激发光源2和冷光源3进行开启和/或关闭控制。

多波长激发光源2与光纤传输线路之间设有聚焦组件23，使得多波长激发光源2的激发激光经过聚焦组件23整形和对焦后传输至导光窗；多波长激发光源2和冷光源3分别对应先导部上两个不同的导光窗，以输出不同的光。

所述分光装置包括分光仪7，分光仪7包括光信号接收端71、第一分光通道72和第二分光通道73；光信号接收端71与第一分光通道72之间设有过滤膜/过滤镜74，两分光通道(72，73)输出端均对应设有光探测器(75,76)，光探测器(75,76)的信号输出端与所述处理装置电路连接。

分光仪7的光信号接收端71与所述先导部4通过光纤传输线路连接，以接收光源装置采集的混合光信号进行分光解析，分光仪的目的是将混合光信号中的荧光和反射光分开，如图5所示的，以用于生成更为清楚可靠的光学诊断图像。分光仪的光信号输出端通过光探测器将目标光信号转换成电信号传输至所述处理装置的信号接收端口，处理装置为通过单片机实现的图像处理器，在获取分光仪输出的目标光信号后，进行计算处理，得到光学诊断图像或分析数据。

为此，所述分光仪7的光信号接收端71将光信号分成相同的两部分，一部分进入第一分光通道72通过过滤膜/过滤镜74,过滤掉反射光,使对应输出端的光探测器75只对荧光敏感；另外一部分光进入第二分光通道73，可以采用不同波长的滤光镜过滤掉实际应用中存在的少量杂光，或者不采用滤光镜，然后经过光探测器76光电转换将电信号输出至处理装置1中；这样处理装置1则能够获取单纯的荧光信号和混合光，进行综合处理成像，得到清楚的荧光诊断图像。

工作时，首先注射荧光剂于生物组织(如内脏表层)，利用肿瘤细胞对荧光剂的亲合性特征，荧光剂富集在肿瘤细胞区域；然后先导部进入生物体内，通过处理装置控制激发光源发出激发激光照射生物组织，荧光剂吸收激发激光后产生荧光现象；其中荧光波长可以通过控制激发激光波长定向控制；然后处理装置控制光源装置输出照明光(由冷光源产生)，通过光纤传感器采集生物组织当前的混合光信号，混合光信号中包含发射光和荧光；光纤传感器采集的混合光信号通过光纤传输线路传输至生物体外的分光仪，通过分光仪将混合光信号进行分光解析，得到目标光信号，并经过光探测器进行光电转换后输出电信号至处理装置，进行计算处理，得到光学诊断用图像和/或分析结果。

进一步的，为提高光学图像的准确度，所述处理装置1预设激发光源的照射时间和/或预设激发光源发出不同功率的激发激光的照射次数，通过增加多波长的激发激光照射时间和/或采用不同功率的激发激光多次照射，增加荧光强度，使得在光学传感器采集光信号过程中，荧光与反射光的差异增大，获取更为清晰、准确的光学图像。

进一步的，本装置所述先导部4内位于物镜41与光纤传感器40之间的位置设有光圈(图中未标识)，光圈电性连接所述处理装置；由处理装置1驱动调整光圈大小，继而通过扩大光圈，增强采集的光信号强度，并控制通过最小化曝光程度，减少曝光时间等，利于处理装置获取更为清晰的光学图像，分辨出荧光区域。

所述多波长激发光源利于根据实际需要产生适合波长的激发激光，促进后续反射光与荧光的波长差异，利于分光仪区分。具体的，一个可选实施例中，结合图3所示，所述多波长激发光源包括固定板21和固定在固定板21上的至少一片LED发光基板22，每片LED发光基板22可以封装有单个LED芯片，也可以由数个相同波长或者不同波长的LED芯片阵列组成，所述LED芯片的波长范围一般选择在250nm～2500nm，所述LED芯片也可以是色温为6000-6500k的白光LED芯片，在此，可以根据需求提供各种波长形式的LED发光基板12，LED发光基板22在固定板21上以一定的方式进行排列。所述处理装置1通过驱动机构5(一般为电机驱动)，驱动执行机构6(即传动转换机构)来带动固定板21运动，使固定板21上的任一LED发光基板22的发射光中心点运动至所述光学聚焦组件23的入射光轴线上，LED发光基板22的光束经过光学聚焦组件23的整形和聚焦输出到先导部4的导光窗。

如图6所示，所述聚焦组件23包括第一光学透镜32、第二光学透镜33、聚焦准直透镜34和隔热片31，其中，所述LED发光基板22发出的光束通过隔热片31，顺次经第一光学透镜32整形，经第二光学透镜33聚焦到聚焦准直透镜34输出至先导部4。

所述处理装置1通过驱动机构5控制执行机构6带动多波长激发光源2运动到所需的位置。在本实施方式中，将多片不同波长的LED发光基板22均固定在固定板21的正面上，所述光学聚焦组件23朝向固定板21的正面，并且使其入射光轴线与固定板21的正面垂直，这样，只要执行机构6带动固定板21在其所在的平面内运动即可使其上的任一LED发光基板22的发射光中心点运动至所述光学聚焦组件23的入射光轴线上。

实施时，多片LED发光基板22呈规则的矩阵式排列，规则的排列所利于处理装置1优化执行机构的运动轨迹。作为该种实施方式的一种实施例，所述固定板21采用方形，其上固定有四片不同波长的LED发光基板22，四片LED发光基板22上封装的LED芯片的波长分别为紫光375nm、蓝光470nm、红光630nm和红光670nm，最大功率为10～100W，使得多波长激发光源2可以提供四种不同波长的LED光源。

本发明装置，能够在不增加现有设备进入体内部分(即导线连接的先导部)的尺寸、体积等指标的前提下，通过处理装置对体外激发光源和冷光源等的控制，照射体内生物组织，获取体内反射光和荧光混合光信号，在体外进行分光处理，得到单纯的荧光和背景光(即原始混合光信号或滤过少量杂光的混合光信号)，再经过处理装置图像处理生成更为清晰可靠的诊断图像，为医疗工作提供更为准确的数据基础，利于后续医疗工作中降低误诊率。

需说明，上述本发明装置的供电装置可采用外接电源实现，此为本领域成熟技术，不再赘述。处理装置需要的信息或控制指令输入部件(如键盘等)均为本领域公知常识，也不再赘述。

第二方面，本发明还提供了一种处理装置，包括处理器和与处理器电性连接的存储器，存储器中存储有程序，程序被处理器运行时，执行：

控制光源装置将激发光源与冷光源发出的光输出，并采集包含反射光与荧光的混合光信号；

控制分光装置获取所述混合光信号进行分光解析，得到目标光信号；

根据目标光信号处理生成目标图像和/或分析结果。

进一步的，上述的处理装置中，所述程序执行：控制分光装置获取所述混合光信号进行分光解析，得到目标光信号，包括

控制分光装置将所述混合光信号分成相同两部分，其中一部分光通过过滤膜/过滤镜过滤掉混合光信号中的反射光，得到荧光信号；

另一部分光直接输出或通过不同波长的滤光镜过滤掉杂光后输出。

本实施例中处理装置用于实施上述诊断装置中处理装置的工作，因此其工作原理和过程可参考本发明上述实施例1中的描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种多波长激光诊断装置，其特征在于：包括光源装置、分光装置以及处理装置；

所述光源装置，用于将激发光源与冷光源发出的光输出，并采集包含反射光与荧光的混合光信号；

分光装置，用于获取所述混合光信号进行分光解析，输出目标光信号；

处理装置，用于获取分光装置输出的目标光信号，处理生成目标图像和/或分析结果。

2.根据权利要求1所述的多波长激光诊断装置，其特征在于：所述光源装置包括多波长激发光源、冷光源、以及光纤传感器和先导部，先导部端面上至少设有物镜和导光窗；所述先导部的内部位于物镜的同轴方向上设置所述光纤传感器；先导部通过光纤传输线路连通至所述多波长激发光源和冷光源以及所述分光装置的光信号接收；所述处理装置电性和/或通讯连接所述多波长激发光源和冷光源，以对多波长激发光源和冷光源进行开启和/或关闭控制。

3.根据权利要求2所述的多波长激光诊断装置，其特征在于：所述分光装置包括分光仪，分光仪包括光信号接收端、第一分光通道和第二分光通道；光信号接收端与第一分光通道之间设有过滤膜/过滤镜，两分光通道输出端均对应设有光探测器，光探测器的信号输出端与所述处理装置电路连接。

4.根据权利要求2所述的多波长激光诊断装置，其特征在于：所述处理装置还用于预设激发光源的照射时间和/或预设激发光源发出不同功率的激发激光的照射次数。

5.根据权利要求2所述的多波长激光诊断装置，其特征在于：所述先导部内位于物镜与光纤传感器之间的位置设有光圈，光圈电性连接所述控制装置。

6.根据权利要求2-5任一项所述的多波长激光诊断装置，其特征在于：所述多波长激发光源包括固定板和固定在固定板上的至少一片LED发光基板；所述多波长激发光源与光纤传输线路之间设有聚焦组件；所述控制装置通过驱动机构，驱动执行机构来带动固定板运动，使固定板上的任一LED发光基板的发射光中心点运动至所述光学聚焦组件的入射光轴线。

7.根据权利要求6所述的多波长激光诊断装置，其特征在于，所述聚焦组件包括第一光学透镜、第二光学透镜、聚焦准直透镜和隔热片，其中，所述LED发光基板发出的光束能够通过隔热片，顺次经第一光学透镜整形，经第二光学透镜聚焦到聚焦准直透镜并输出至先导部。

8.一种处理装置，其特征在于，包括处理器和与处理器电性连接的存储器，存储器中存储有程序，程序被处理器运行时，执行：

控制光源装置将激发光源与冷光源发出的光输出，并采集包含反射光与荧光的混合光信号；

控制分光装置获取所述混合光信号进行分光解析，得到目标光信号；

根据目标光信号处理生成目标图像和/或分析结果。

9.根据权利要求8所述的处理装置，其特征在于，所述程序执行：控制分光装置获取所述混合光信号进行分光解析，得到目标光信号，包括

控制分光装置将所述混合光信号分成相同两部分，其中一部分光通过过滤膜/过滤镜过滤掉混合光信号中的反射光，得到荧光信号；

另一部分光直接输出或通过不同波长的滤光镜过滤掉杂光后输出。

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