CN107456203A - 一种激光反射光谱***镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光反射光谱***镜。本发明使用多波长激光合成作为光源，控制激光扫描组件对宫颈病变部位进行逐点扫描，同步检测逐点反射光谱，分析逐点获取反射光谱中对应激光波长的强度来合成彩色图像各通道的信息，进而生成高清晰度宫颈病变图像。本发明可通过附加照明光源、图像传感器等辅助医护人员完成检测过程。激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器通过光路合束组件来实现光线合束，并将光线通过定位插管与病变部位相通。本发明利用激光的高亮度、单色性、方向性好的特性，照射到病变部位光斑面积小、亮度高、大大提高检测灵敏度与准确度。

Description

一种激光反射光谱***镜

技术领域

本发明属于医疗检测设备领域，更具体地，涉及一种使用激光扫描器激发宫颈组织反射光谱的***镜检测设备。

背景技术

***是女性第二大常见癌症，***的发生与人***状瘤病毒（HPV）的感染有关，有些高危型HPV感染患者，在持续感染时，容易发生癌前病变和***。

***是可以通过预防降低发病率和死亡率的少数恶性肿瘤之一。目前诊断***的标准流程是通过***镜发现可疑病变，并对可疑病变取活检做成病理切片再确诊。普通电子***镜在发现上皮内瘤变的敏感性、特异性一般，容易出现漏诊现象，也可能导致不必要的宫颈活检，给患者带来伤害。

光谱学技术作为一种非侵袭性临床诊断技术，通过组织的光谱特征对病变进行识别并指导病变组织活检，可大大提高宫颈病变活检阳性率，降低漏诊率，为宫颈病变临床提供了一种可靠的诊断方法。光谱成像可通过对光谱进行计算机客观分析，摆脱了普通***镜受医师临床经验束缚的限制。

反射光谱曲线系指检测部位反射电磁辐射的能力，随所反射的电磁波波长而变化的特性。如以横坐标表示波长的变化，纵坐标表示其反射率（或反射亮度系数）可构成反映反射光谱特性的曲线，称为反射光谱（特性）曲线。不同性质的物质，或相同属性的物质在其成份、颜色、表面结构、含水性（率）等不同时，其反射光谱特性也不同，构成反射光谱曲线的差异。本发明即是根据获取和记录不同病变部位不同波段的反射光谱信息，通过分析其差异性，来识别病变属性的。

传统的基于摄像头的***镜检测设备，采用氙灯或LED作为光源，采用数码相机作为成像设备，成像效果差，检测精度低，很难检测到微小的病变。本发明使用激光作为光源，通过聚焦对检测病变部位进行逐点扫描并记录逐点接收到的反射光谱。由于激光可以聚焦到很小，并且合成激光具有较窄的频谱带宽，光谱包含的信息比普通相机采集图像包含的信息量要大得多，通过光谱分析可以精确的分析得到逐点的精确信息，从而生成高清晰度的宫颈图像，指导医生的进一步治疗。反射光谱作为最重要的光谱信息为临床诊断提供重要的依据。

发明内容

本发明提供一种能够无损伤、准确、灵敏度高的宫颈病变检测仪，激光光谱***镜，包括：定位插管、光路合束组件、激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器以及控制***。

定位插管，定位插管为两端开口的中空管，用来固定检测仪与病人宫颈的相对位置，并提供光路工作空间。

光路合束组件，光路合束组件为两端开口的中空管，内含多片合束镜，侧面设置有多个侧开口，其中光路合束组件的一端与定位插管的一端相连接；

激光扫描组件，激光扫描组件与光路合束组件相连接，用来对病变部位进行逐点扫描。

光谱采集组件，光谱采集组件与光路合束组件相连接，为高速光谱仪，与激光扫描组件同步工作，实时采集反射光谱信息。

图像传感器，图像传感器与光路合束组件相连接，用来采集病变部位图像，辅助操作人员进行观察；

照明光源，与光路合束组件相连接，为采集病变部位图像提供照明。

控制***，与激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器相连，用于控制协调激光扫描组件与光谱采集组件的同步工作，协调控制照明光源与图像传感器配合工作。

进一步地，激光扫描组件包含激光发射器和光学扫描振镜。激光发射器为多个波长的激光器，每个激光发射器的波长不同，选用300nm到1700nm的多个波长的激光器，通过光纤耦合器将激光耦合到一束光纤中，光纤输出端口再经过透镜变成平行光，射入光学扫描振镜，经光学扫描振镜两个镜片反射后，进入光路合束组件。

进一步地，控制***通过控制光学扫描振镜的角度来改变激光的发射角度，进而实现激光在病变部位的逐点扫描。

进一步地，激光扫描组件生成的激光通过聚焦镜在定位插管的另一端的端口处聚焦。

进一步地，激光束在病变部位形成的光斑的直径为0.05～0.3mm。

进一步地，光路合束组件包括：

光路合束组件外壳，光路合束组件外壳为两端开口的筒状结构、侧面设置有多个侧开口，且光路合束组件外壳的一端与定位插管的一端相连接，光路合束组件外壳的另一端以及侧开口分别于与激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器相连接；各个组件的位置关系不是完全固定的，本发明实例列举的只是其中一种，合理的改变各个组件在光路合束组件的连接位置与顺序，对本发明的效果影响甚小，均在本发明的保护范围之内。如调换光谱采集组件与照明光源的位置、调换照明光源与图像传感器的位置等。

合束镜，合束镜设置在光路合束组件外壳内部，且合束镜与光路合束组件外壳侧面的夹角为45度。连接激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器的合束镜为半反/半透镜。

进一步地，控制***可以通过分析逐点采集的光谱，读取与激光器波长相同的各个计数值，通过计算拟合生成该点的反射光谱像素值。从而生成检测部位的图像。该图像可以是彩色图像，也可以是灰度图像或者伪彩色图像。

进一步地，控制***与外部数据存储设备相连接，以实时地将治疗过程中的各种治疗信息数据存储到外部数据存储设备。

本发明通过对病变部分逐点扫描，具有以下优点：

病变特征突出，由于激光聚焦点很小，直径只有0.05-0.3mm，在激光聚焦的微小范围内，微细病变也可以占据较大的比例甚至全部充满，相比大范围检测病变，病变的特征会更加明显，大大加强了检测的敏感度，甚至可以发现早期的***病变。

本发明采用的激光不限于传统的可见光范围，还包括了近红外光、紫外光波段，可以更广泛的采集病变部位的反射光谱信息。

附图说明

图1为本发明一种激光反射光谱***镜的结构图。

具体实施方式

以下将配合图示及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程，能充分理解并据以实施。

参照图1根据本发明实施例的激光反射光谱***镜包括定位插管1，光路合束组件2，激光扫描组件3，光谱采集组件4，照明光源5，图像传感器6，控制***7。定位插管1的一端与光路合束组件2的一端连接，激光扫描组件3与光路合束组件2的侧端连接，光谱采集组件4，照明光源5，图像传感器6分别与光路合束组件2的侧端、后端连接。控制***7可以根据图像传感器3获取的病变部位图像，控制激光扫描组件生成聚焦激光束扫描病变部位，并同时控制光谱采集组件4进行病变部位反射光谱的逐点同步采集。

定位插管1为两端开口的中空管。该定位插管1用于定位患者的病变部位，便于对病变部位进行激光扫描，并且定位插管还限定激光束的路径，使得激光路径在定位插管所限定的范围内。为保持检测安全、防止交叉感染，该定位插管1为一次性医疗用具。

光路合束组件2包括光路合束组件外壳和合束镜。

光路合束组件外壳，光路合束组件外壳为两端开口的筒状结构、侧面设置有多个侧开口，且光路合束组件外壳的一端与定位插管的一端相连接，光路合束组件外壳的另一端以及侧开口分别于与激光扫描组件、光谱采集组件、照明光源、图像传感器相连接；

合束镜，合束镜设置在光路合束组件外壳内部，且合束镜与光路合束组件外壳侧面的夹角为45度。连接激光扫描组件、光谱仪、照明光源、图像传感器的合束镜201、202、203为半反/半透镜。

激光扫描组件3与光路合束组件2的第一个侧开口相连接，用来对病变部位进行逐点扫描。第一个侧开口相对光路较短，该单元由激光发生器和可程序控制扫描控制单元组成。激光发生器为波长不同的多个激光器，通过一个光纤耦合器导入光纤，激光器的波长从300nm到1700nm，例如360nm、476nm、532nm、650nm、1064nm、1570nm等。激光在光纤出口通过透镜转换成平行光，并进入光学扫描振镜。

可程控扫描单元为光学扫描振镜设备，属于现有技术。光学扫描振镜为可程序控制旋转角度的互相垂直的两片反射镜，通过控制电流大小来控制镜片的旋转角度，由两片反射镜分别实现互相垂直的两个方向的转动，从而控制激光在二维方向上的自由投射。目前扫描振镜技术已经应用于激光打标、舞台激光表演、激光3D打印等领域。

光谱采集组件4与光路合束组件2的第二个侧开口相连接（也可以与第三个侧开口或者后端开***换），为高速光谱仪，与激光扫描组件同步工作，实时采集激光反射的光谱信息。光谱采集单元为高速光谱检测设备，可以实时收集到当前的光谱信息。病变组织反射激光通过合束镜反射到光谱检测设备，复合光线通过聚焦导入光纤，从而导入光谱仪的入口，再送到衍射光栅，将不同波长的光色散并聚焦到不同角度的光传感器单元上，从而高效的获取反射光谱信息。属于现有技术。

照明光源5为采集区域提供可见光源，辅助图像传感器的采集。为了辅助其它单元的正常工作，照明光源有以下特点。1、使用可见光，方便操作人员观察病变部位。2、白光下取病变部位的图像、还原度高，采用LED。3、采集反射光谱时关闭照明光源。

图像传感器6获取到的图像实时显示在人机交互界面上，辅助人工进行操作。

控制***7控制激光扫描器进行逐点扫描，同时读取光谱采集单元采集到的光谱信息，每个光谱信息对应一个相应的扫描位置。通过读取光谱中与激光波长相同的信息来拟合宫颈的图片。

优选地，控制***7与外部数据存储设备（图中未示出）相连接，用以实时地将治疗过程中产生的信息数据存储到外部数据存储设备。控制***7与外部数据存储设备（图中未示出）的连接方式可以是无线连接也可以是有线连接。该治疗信息数据可以是医生在治疗过程中设定的激光扫描运动参数、治疗过程中病变部位的图片或视频等内容，但本发明中所述的激光扫描运动参数并不限于此。将治疗数据保存在外部存储设备，可以为病例研究提供帮助，且为可能发生的医患纠纷提供证据。

以下举例说明工作过程如下：

将定位插管1******扩张器并抵达宫颈；控制***7控制照明光源5与图像传感器6对病变部位进行成像，并将成像数据传送到控制***7；医生通过成像确认预设检测区域，将宫颈图像保存并启动反射光谱检测成像。控制***7控制激光扫描组件3对病变部位进行逐点扫描，同时控制光谱采集组件4对逐点扫描位置对应的光谱进行同步采集。并记录逐点的光谱信息与其相应的位置。控制***7或者上位计算机根据病理的光谱特征计算逐点的图像信息，并合成病变图像。

一个简单的病变部位计算模型如下，本模型为简单示例，不代表本示例为优选方案，可以通过医学实验优化本计算模型。

例如，使用波长为650nm、532nm、476nm的激光器作为光源。

对光谱上波长为650nm、532nm、476nm一组观察值记录为V={R，G，B}。如R=200，G=100，B=30表示为V={200,100,30}。

在固定设备的参数配置前提下，首先将检测物置换为标准白板，假设测得V_白色={R_白色，G_白色，B_白色}={2356，5632,1245}。

假设对第i行，第j列实际取得光谱值

V_i,j={R_i,j，G_i,j，B_i,j}={2072,532,267}。应该有R_i,j<= R_白色、G_i,j<= G_白色、B_i,j<= B_白色。

则有该点的图像像素数值

I_i,j={ 255*R_i,j/R_白色，255*G_i,j/G_白色，255*B_i,j/B_白色}

={255*2072/2356,255*532/5632,255*267/1245}={224,24,56}。

根据逐点的像素值可以生成病变部位图像I。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (7)

1.一种激光反射光谱***镜的检测方法, 其特征在于包含激光扫描组件、光谱采集组件，控制***；控制***通过控制激光扫描组件对病变部位进行逐点扫描，同时控制光谱采集组件同步采集逐点光谱用于宫颈病变的检测。

2.一种激光反射光谱***镜，其特征在于包含激光扫描组件、光谱采集组件，控制***；控制***通过控制激光扫描组件对病变部位进行逐点扫描，同时控制光谱采集组件同步采集逐点光谱用于宫颈病变的检测。

3.根据权利要求2所述的激光反射光谱***镜，其特征在于还包括光路合束组件，光路合束组件与激光扫描组件、光谱采集组件相连，通过合束镜将激光扫描组件、光谱采集组件的光路合束，光路从光路合束组件的一端导入宫颈。

4.根据权利要求3所述的激光反射光谱***镜，其特征在于还包括定位插管，定位插管与光路合束组件的光路出口一端相连，为光路提供工作空间，将光路导入宫颈，并起到固定作用。

5.根据权利要求2-4任一项所述的激光反射光谱***镜，其特征在于还包括照明光源与图像传感器，用于辅助医生对检测位置进行定位。

6.根据权利要求2-5所述的反射光谱***镜，其特征在于还包括远程监测***，能够由专家远程观察并协助检测过程，确保检测过程的合理性。

7.根据权利要求2-6所述的反射光谱***镜，其特征在于还包括远程信息管理***，能够将采集到的检测过程、结果数据上传并保存。