一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于分子影像學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，繼放射性核素成像、正電子發(fā)射斷層掃描、單光子發(fā)射計算機(jī)斷層和磁共振成像之后，出現(xiàn)了高分辨率的光學(xué)成像，其中契倫科夫焚光成像一經(jīng)提出就迅速成為領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)。契倫科夫焚光成像(Cerenkov LuminescenceImaging, CLI)是利用放射性藥物基于契倫科夫福射產(chǎn)生的300_900nm譜段的光，通過使用高靈敏度的CCD相機(jī)采集成像目標(biāo)體表穿透出來的近紅外光和可見光，可以實(shí)現(xiàn)對醫(yī)學(xué)同位素的在體成像。契倫科夫輻射是放射性藥物在衰變過程中產(chǎn)生的高能β或者γ粒子在介質(zhì)中的運(yùn)動速度大于光在該介質(zhì)中的運(yùn)動速度時產(chǎn)生的契倫科夫光。但是即使光學(xué)分子影像的應(yīng)用領(lǐng)域交廣，組織穿透深度仍是其廣泛應(yīng)用的一大障礙，如何能夠?qū)崿F(xiàn)在體內(nèi)進(jìn)行深度探測是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的之一在于提供一種成本低，價格穿透性強(qiáng)的基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法。
[0004]本發(fā)明提供的一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，包括內(nèi)窺鏡頭模塊、光學(xué)信號采集模塊、系統(tǒng)支撐模塊和計算機(jī)模塊，內(nèi)窺鏡頭模塊包括內(nèi)窺鏡和轉(zhuǎn)接環(huán)，光學(xué)信號采集模塊包括相機(jī)和相機(jī)控制數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)支撐模塊包括支撐床體和升降平臺，計算機(jī)模塊包括控制模塊、圖像處理模塊和顯示模塊；
[0005]內(nèi)窺鏡通過轉(zhuǎn)接環(huán)連接相機(jī)，相機(jī)通過相機(jī)控制數(shù)據(jù)線連接控制模塊，控制模塊通過圖像處理模塊連接顯示模塊，升降平臺與相機(jī)機(jī)械連接，升降平臺與支撐床體機(jī)械連接，支撐床體一端與升降平臺機(jī)械連接，另一端固定在光學(xué)平臺或地面上；
[0006]內(nèi)窺鏡，用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺介入；
[0007]轉(zhuǎn)接環(huán)，用于將內(nèi)窺鏡和信號采集模塊的相機(jī)耦合連接起來；
[0008]相機(jī)，用于采集熒光和可見光圖像；
[0009]相機(jī)控制數(shù)據(jù)線，用于連接計算機(jī)模塊；
[0010]控制模塊，用于控制相機(jī)；
[0011]圖像處理模塊，用于處理相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)，完成圖像的實(shí)時顯示以及融合的功能；
[0012]顯示模塊，用于實(shí)時顯示。
[0013]支撐床體和升降平臺，用于調(diào)節(jié)內(nèi)窺鏡模塊和光學(xué)信號采集模塊的距離和移動。
[0014]進(jìn)一步的，內(nèi)窺鏡為軟鏡。
[0015]進(jìn)一步的，相機(jī)采用EMCXD相機(jī)。
[0016]本發(fā)明還提供了一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航方法，包括如下步驟:
[0017]控制模塊控制調(diào)整相機(jī)的參數(shù)；
[0018]相機(jī)拍攝白光圖像和暗室環(huán)境拍攝光圖像；
[0019]相機(jī)通過相機(jī)控制數(shù)據(jù)線將白光圖像和熒光圖像傳輸給圖像處理模塊；
[0020]圖像處理模塊對白光圖像和熒光圖像進(jìn)行融合計算，并傳輸給顯示模塊；
[0021]顯示模塊進(jìn)行實(shí)時顯示，根據(jù)圖像狀態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)接環(huán)焦距，調(diào)整為清晰成像；
[0022]移動內(nèi)窺鏡頭模塊，在探測區(qū)域內(nèi)尋找熒光物體。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明有效地解決了契倫科夫弱光和在生物組織內(nèi)部穿透性較差的問題。由于本發(fā)明采用EMCCD探測器實(shí)現(xiàn)分子核醫(yī)學(xué)成像，相對于PET/SPECT和γ相機(jī)等成像裝置大幅降低了設(shè)備建造與維護(hù)成本，降低了核醫(yī)學(xué)成像研宄的門檻，拓展了光學(xué)分子影像探針可供選擇的空間，延伸了光學(xué)分子影像研宄與應(yīng)用的范圍。
【附圖說明】
[0024]圖1所示為本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2所示為本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)械連接關(guān)系示意圖。
[0026]圖3所示為本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航方法圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下文將結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。
[0028]如圖1和2所示，本發(fā)明提供的一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括內(nèi)窺鏡頭模塊100、光學(xué)信號采集模塊200、系統(tǒng)支撐模塊300和計算機(jī)模塊400，所述內(nèi)窺鏡頭模塊100包括內(nèi)窺鏡101和轉(zhuǎn)接環(huán)102，所述光學(xué)信號采集模塊200包括相機(jī)201和相機(jī)控制數(shù)據(jù)線202，系統(tǒng)支撐模塊300包括支撐床體301和升降平臺302，所述計算機(jī)模塊400包括控制模塊401、圖像處理模塊402和顯示模塊403 ；
[0029]內(nèi)窺鏡101通過轉(zhuǎn)接環(huán)102連接相機(jī)201，相機(jī)201通過相機(jī)控制數(shù)據(jù)線202連接控制模塊401，控制模塊401通過圖像處理模塊402連接顯示模塊403，升降平臺302與相機(jī)201機(jī)械連接，升降平臺302與支撐床體301機(jī)械連接，支撐床體301 —端與升降平臺302機(jī)械連接，另一端固定在光學(xué)平臺或地面；
[0030]所述內(nèi)窺鏡101，用于在探測區(qū)域500內(nèi)實(shí)現(xiàn)光源的激發(fā)和光線的采集；
[0031]所述轉(zhuǎn)接環(huán)102，用于將內(nèi)窺鏡101和信號采集模塊的相機(jī)201耦合連接起來；
[0032]所述相機(jī)201，用于采集熒光和可見光圖像；
[0033]所述相機(jī)控制數(shù)據(jù)線202，用于連接計算機(jī)模塊400 ;
[0034]所述控制模塊401，用于控制相機(jī)201 ；
[0035]所述圖像處理模塊402，用于處理相機(jī)201拍攝的圖像數(shù)據(jù)，完成圖像的實(shí)時顯示以及融合的功能；
[0036]所述顯示模塊403，用于實(shí)時顯示。
[0037]所述支撐床體301和升降平臺302，用于調(diào)節(jié)內(nèi)窺鏡101模塊和光學(xué)信號采集模塊200的距離和移動。
[0038]所述內(nèi)窺鏡101為軟鏡，即可以進(jìn)行無創(chuàng)操作，也可以進(jìn)行有創(chuàng)檢測。
[0039]所述相機(jī)201采用EMCXD相機(jī)201。
[0040]如圖3所示，本發(fā)明還提供的一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航方法，包括如下步驟:
[0041]步驟S1:控制模塊401控制調(diào)整相機(jī)201的參數(shù)；
[0042]步驟S2:相機(jī)201拍攝白光圖像和暗室環(huán)境拍攝5^光圖像；
[0043]步驟S3:相機(jī)201通過相機(jī)控制數(shù)據(jù)線202將白光圖像和熒光圖像傳輸給圖像處理模塊402 ；
[0044]步驟S4:圖像處理模塊402對白光圖像和熒光圖像進(jìn)行融合計算，并傳輸給顯示模塊403 ；
[0045]步驟S5:顯示模塊403進(jìn)行實(shí)時顯示，根據(jù)圖像狀態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)接環(huán)102焦距，調(diào)整為清晰成像；
[0046]步驟S6:移動內(nèi)窺鏡頭模塊100，在探測區(qū)域500內(nèi)尋找熒光物體。
[0047]本發(fā)明有效地解決了契倫科夫弱光和在生物組織內(nèi)部穿透性較差的問題。由于本發(fā)明采用EMCCD探測器實(shí)現(xiàn)分子核醫(yī)學(xué)成像，相對于PET/SPECT和γ相機(jī)等成像裝置大幅降低了設(shè)備建造與維護(hù)成本，降低了核醫(yī)學(xué)成像研宄的門檻，拓展了光學(xué)分子影像探針可供選擇的空間，延伸了光學(xué)分子影像研宄與應(yīng)用的范圍。
[0048]本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項】
1.一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，包括內(nèi)窺鏡頭模塊、光學(xué)信號采集模塊、系統(tǒng)支撐模塊和計算機(jī)模塊，所述內(nèi)窺鏡頭模塊包括內(nèi)窺鏡和轉(zhuǎn)接環(huán)，所述光學(xué)信號采集模塊包括相機(jī)和相機(jī)控制數(shù)據(jù)線，所述系統(tǒng)支撐模塊包括支撐床體和升降平臺，所述計算機(jī)模塊包括控制模塊、圖像處理模塊和顯示模塊； 所述內(nèi)窺鏡通過所述轉(zhuǎn)接環(huán)連接所述相機(jī)，所述相機(jī)通過所述相機(jī)控制數(shù)據(jù)線連接所述控制模塊，所述控制模塊通過所述圖像處理模塊連接所述顯示模塊，所述升降平臺與所述相機(jī)機(jī)械連接，所述升降平臺與所述支撐床體機(jī)械連接，所述支撐床體一端與所述升降平臺機(jī)械連接，另一端固定在光學(xué)平臺或地面上； 所述內(nèi)窺鏡，用于實(shí)現(xiàn)光源的激發(fā)和光線的采集； 所述轉(zhuǎn)接環(huán)，用于將內(nèi)窺鏡和信號采集模塊的相機(jī)耦合連接起來； 所述相機(jī)，用于采集熒光和可見光圖像； 所述相機(jī)控制數(shù)據(jù)線，用于連接計算機(jī)模塊； 所述控制模塊，用于控制相機(jī)； 所述圖像處理模塊，用于處理相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)，完成圖像的實(shí)時顯示以及融合的功能； 所述顯示模塊，用于實(shí)時顯示； 所述支撐床體和升降平臺，用于調(diào)節(jié)內(nèi)窺鏡模塊和光學(xué)信號采集模塊的距離和移動。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)窺鏡為軟鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述相機(jī)采用EMCXD相機(jī)。
4.一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航方法，其特征在于，包括如下步驟: 控制模塊控制調(diào)整相機(jī)的參數(shù)； 所述相機(jī)拍攝白光圖像和暗室環(huán)境拍攝熒光圖像； 所述相機(jī)通過相機(jī)控制數(shù)據(jù)線將所述白光圖像和熒光圖像傳輸給圖像處理模塊； 所述圖像處理模塊對所述白光圖像和熒光圖像進(jìn)行融合計算，并傳輸給顯示模塊； 所述顯示模塊進(jìn)行實(shí)時顯示，根據(jù)圖像狀態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)接環(huán)焦距，調(diào)整為清晰成像； 移動內(nèi)窺鏡頭模塊，在探測區(qū)域內(nèi)尋找熒光物體。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括內(nèi)窺鏡頭模塊、光學(xué)信號采集模塊、系統(tǒng)支撐模塊和計算機(jī)模塊，所述內(nèi)窺鏡頭模塊包括內(nèi)窺鏡和轉(zhuǎn)接環(huán)，所述光學(xué)信號采集模塊包括相機(jī)和相機(jī)控制數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)支撐模塊包括支撐床體和升降平臺，所述計算機(jī)模塊包括控制模塊、圖像處理模塊和顯示模塊。本發(fā)明有效地解決了契倫科夫弱光和在生物組織內(nèi)部穿透性較差的問題。由于本發(fā)明采用EMCCD探測器實(shí)現(xiàn)分子核醫(yī)學(xué)成像，相對于PET/SPECT和γ相機(jī)等成像裝置大幅降低了設(shè)備建造與維護(hù)成本，降低了核醫(yī)學(xué)成像研究的門檻，拓展了光學(xué)分子影像探針可供選擇的空間，延伸了光學(xué)分子影像研究與應(yīng)用的范圍。
【IPC分類】A61B19-00
【公開號】CN104739516
【申請?zhí)枴緾N201510132934
【發(fā)明人】劉俠, 包成鵬, 宋天明, 王波, 郭凌宇
【申請人】劉俠
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月26日