CN102319059A

CN102319059A - 近红外荧光造影手术引导装置及其应用

Info

Publication number: CN102319059A
Application number: CN201110332712A
Authority: CN
Inventors: 江卫强; 刘建
Original assignee: BEIJING TIANZHU JIYE TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: BEIJING TIANZHU JIYE TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102319059B

Abstract

本发明涉及一种近红外荧光造影手术引导装置，包括近红外激光发光源、光收集光学系统、可见光滤光器、近红外滤光器、彩色摄像机、近红外摄像机以及终端显示器。本发明的装置能够实现对淋巴体进行切除或灭活手术的过程中，方便地进行位置引导和形态显示的功能；同时也能够用于对淋巴切除或灭活手术效果进行分析评价，对于提高手术效率、准确性、积累手术治疗经验具有很大的帮助。

Description

近红外荧光造影手术引导装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种近红外荧光成像的临床手术引导装置及其应用，具体的说，本发明涉及一种对淋巴等切除或灭活部位进行位置指引的装置及其应用。

背景技术

用放射性追踪剂和荧光染料来标记生物分子的方法已经在生物医学研究领域中成功地使用了数年，但在实际的体临床医学成像领域，荧光探针在临床研究中的应用却大多局限于体外染色组织切片的检查。直到20世纪80年代后期开始，一些研究者尝试向生物体内注射外源性的荧光染料作为对比剂，通过非侵入性或内窥的光学测量手段，在肿瘤检测中区分病态和正常组织。近年来，在用近红外进行肿瘤在体成像中使用荧光指示剂作为外源性对比剂的方法取得了很大成就。

现有技术中，在进行活体淋巴(人体或动物体)的切除手术过程时，手术人员经常会向血液中注射荧光造影剂，造影剂在血液循环过程中被淋巴吸收，同时经过一段时间后又可以随着血液的循环而排出。造影剂受到近红外线照射时会发出与照射的近红外光不同波段的近红外光，然后通过可采集近红外光线的超高感度摄影机，以监视器来观察，以正确掌握淋巴体的位置，以引导手术人员正确地进行淋巴的切除手术。

图1所示为目前已经面世的用作辅助手术人员进行对发出荧光的淋巴位置和形态进行观察的装置。该装置包含近红外激光发光源、一台摄像机、滤光片、显示器。近红外光照射到吸收了荧光造影剂的淋巴体后，荧光造影剂激发发射出了与照射光波段不同的近红外光，通过滤光片获取到荧光造影剂发射出的近红外光，然后通过摄像机采集得到的近红外光图像，通过显示器显示摄像机采集到的近红外图像供手术人员观察。但是所述装置存在以下缺点：

(1)、该装置仅能观察和显示含荧光造影剂的血液的区域图像而不能显示不含荧光造影剂血液的未激发部位的图像。这样就造成手术人员只能看到照射部位的淋巴体情况而不能看到包含淋巴体的整体的手术区域的情况，如果要观看整个手术区域的整体情况，就需要关闭照射的激光光源，但这样就又看不到希望切除部位的位置和形态，为此手术人员需要反复在照射近红外光和关闭近红外光之间反复切换，应用十分不便，造成在手术过程中的困扰。

(2)、该装置提供了通过显示器直接观察手术区域及吸收了荧光造影剂的淋巴体手段，但是不能对淋巴体的位置和形态、手术区域内淋巴体切除前后的大小和形态等进行定量的纪录和分析，也不能定量提供切除手术与最终治疗效果间的评价，不利于手术人员总结经验，相互交流，提高治疗水平。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提供了一种近红外荧光造影手术引导装置，本发明的装置能够实现对淋巴体进行切除或灭活手术的过程中，方便地进行位置引导和形态显示的功能；同时也能够用于对淋巴切除或灭活手术效果进行分析评价。本发明的装置对于提高手术效率、准确性、积累手术治疗经验具有很大的帮助。

本发明的第一方面涉及一种近红外荧光造影手术引导装置，包括：近红外激光发光源、光收集光学系统、可见光滤光器、近红外滤光器、彩色摄像机、近红外摄像机和终端显示器；其特征在于所述近红外激光发光源用于照射注射过吲哚菁绿ICG的淋巴体，激发使其发出近红外荧光；所述光收集光学系统包括光收集器以及分光器，所述光收集器用于收集激发光源照射到吸收了ICG的淋巴体时血液受激发而发射的荧光和手术环境下其他照射到淋巴体后反射的光线，所述分光器将光收集器收集的光线等分成两路完全相同的光；所述可见光滤光器过滤得到可见光波长范围的可见光；所述近红外滤光器过滤得到近红外波长范围的近红外波长的荧光；所述彩色摄像机接收可见光滤光器过滤得到的可见光得到近红外图像或视频；所述近红外摄像机接收近红外滤光器过滤得到的荧光得到可见光图像或视频。

在该近红外荧光造影手术引导装置中，还包括视频图像采集卡以及分析系统。该视频图像采集卡用于将来自摄像机的图像或视频信号转化为可以进行数字存储和处理的数字信号；该分析系统能实现对视频图像采集卡采集的数字信号进行多种形式的存储、多种格式的录制和多种用于临床与科研教学的形态参数分析、计算与报告。

在该近红外荧光造影手术引导装置中，所述终端显示器用于直接显示来自摄像机采集的近红外图像和可见光图像，两种图像可以分别显示、同时并列显示或者叠加显示。

在该近红外荧光造影手术引导装置中，所述终端显示器用于显示经过分析系统存储或录制的数字信号，或者直接显示来自摄像机采集的近红外图像和可见光图像，两种图像可以分别显示、同时并列显示或者叠加显示。

在该近红外荧光造影手术引导装置中，所述的近红外激光发光源为固定波长的近红外发光源或者波长可调节的近红外激光发光源。优选地，所述近红外激光发光源的波长为805nm。

在该近红外荧光造影手术引导装置中，所述可见光滤光器允许波长范围为400-700nm的可见光通过；所述近红外滤光器允许波长范围为820-850nm的红外线通过。

在该近红外荧光造影手术引导装置中，所述视频图像采集卡集成在分析系统的计算机内或者集成在摄像机内。

本发明的第二方面，涉及上述近红外荧光造影手术引导装置的应用，用于切除或灭活手术过程中，对淋巴体等切除或灭活部位进行位置引导及效果评价。

本发明的近红外荧光造影手术引导装置的操作原理：所述的近红外激光发光源为固定波长的近红外发光源或者波长可调节的近红外激光发光源；所述光收集器用于收集激发光源照射到吸收了ICG的淋巴体时血液受激发而发射的荧光和手术环境下其他照射到淋巴体后的反射光；所述分光器将光收集器收集的光线等分成两路完全相同的光；所述可见光滤光器允许波长范围为400-700nm的可见光通过；所述近红外滤光器允许波长范围为820-850nm的红外线通过；然后分别透过两个具有不同滤波特性的滤光片而由摄像机进行光信号的采集，分别得到可见光下和近红外光下的视频图像，得到的两种视频图像可以直接在显示装置上分别或叠加显示，供手术人员直观观察，同时通过数据采集与分析系统进行数字化，在计算机上进行分别或叠加的显示、录制及进行不同的形态数据的分析与报告。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)采用了两路摄像机同时采集来自手术区域的可见光彩色图像和近红外荧光图像，并且直接将荧光图像处理后以特定的颜色叠加到可见光的彩色图像之上，尤其是我们突破了惯常思维采用了将光线等分成两路完全相同的光的分光器，而不是将光线事先分成近红外光和可见光的分光器；从而能够保证可见光彩色图像和近红外荧光图像可以直接叠加而不会产生位置偏离，也不存在照射盲区；而如果按照通常的操作方法，使用将光线事先分成近红外光和可见光的分光器，得到的可见光彩色图像和近红外荧光图像直接叠加时会产生位置偏离，从而给后续的手术带来显著的误差；另外叠加得到的图像还会存在盲区。

(2)我们通过大量模拟试验发现，采用近红外激光发光源的波长为805nm的荧光，可以使得吸收ICG的淋巴体激发的近红外荧光光线的波长绝大部分集中在825-840nm纳米的范围内，从而利用波长范围为820-850nm的近红外滤光器能够最大限度的记录吸收ICG的淋巴体的位置信息；提高了得到的图像的准确性和分辨率。

(3)采用本发明的装置使得手术人员可以同时看到手术区的整体和其中的淋巴体得情况，最大程度的适应手术人员的观看和思维习惯，提升手术效率和正确性。而且还能够对淋巴体的位置和形态、手术区域内淋巴体切除前后的大小和形态等进行定量的记录和分析，定量提供切除手术与最终治疗效果间的评价，不利于手术人员总结经验，相互交流，提高治疗水平。

附图说明

图1：现有技术中的近红外荧光手术引导装置方块图；

图2：本发明一个实施例的近红外荧光手术引导装置的示意图；

图3：使用的吲哚菁绿ICG的近红外光吸收率、荧光放射率与波长曲线；

图4：本发明一个实施例使用的近红外滤光镜的波长与透过率曲线；

图5：本发明一个实施例使用的可见光滤光镜的波长与透过率曲线。

图中附图标记所代表的含义分别为：0-包含注射过ICG血液的淋巴体；1-近红外激光光源；2-可见光照明光源；3-光收集光学系统；4-分光器；5-可见光滤光器；6-近红外滤光器；7-彩色摄像机；8-近红外摄像机；9-终端显示器；10-分析系统。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细描述，但附图以及具体实施例不作为对本发明专利的限定。

如图2所示，本发明提出了一种用于切除或灭活手术过程中，对淋巴等切除部位进行位置指引及效果进行评价的近红外荧光造影手术引导装置，它包括一个近红外激光发光源，可以发射出波长为805nm、1500mW的近红外激光；近红外激光照射到吸收了含有吲哚菁绿ICG血液的手术对象表面，ICG受激发射出835nm的近红外光。手术环境中存在的可见光照射到手术体后产生反射光和散射光，混合了805nm近红外光、835nm近红外光、可见光的光线通过分光镜分为两束相同的光到达可见光滤光器和近红外滤光器，滤光片的透过率和波长曲线如图4、5所示，近红外滤光片允许中心波长为835nm带宽为20nm波段的近红外光通过，可见光滤光片允许波长范围为400nm-700nm的可见光通过；经过滤光片过滤的去除了820nm以下波长(805nm和可见光)的近红外光和仅包含400-700nm波段的可见光分别进入近红外摄像机和彩色摄像机；摄像机将光信号转化为视频电信号后连接到终端显示器，同时连接到分析系统的视频信号输入端，供其内置的视频图像采集卡将模拟的视频信号转化为数字的图像数据。通过软件的方法实现对数字化的图像数据进行存储、录制、计算、分析、报告等处理。

近红外激光器的型号为：DH-NIR805，1500mW，805nm；分光镜根据工业设计的尺寸要求单独向光学镀膜公司定制；近红外和彩色摄像机CCD均采用SONY低照度ICX639AK芯片；监视器为通用的液晶电视；数据采集与分析系统中的图像采集卡型号为DH321。

通过采用本实验方案，手术时可以同时看到叠加到真实彩色手术体图像之上需要切除的淋巴体得混合图像，对于确定淋巴体在手术体上的准确位置和形态具有直观的效果，可以方便的引导手术人员高效率、准确地完成切除或灭活手术，并可以记录手术前后和手术过程，并定量地完成手术效果的评价分析。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，不能解释为以此限定本发明的范围，凡在本发明的权利要求书要求保护的范围内所做出的等同的变形和改变的实施方式均在本发明所要求保护的范围内。

Claims

1.一种近红外荧光造影手术引导装置，包括：近红外激光发光源、光收集光学系统、可见光滤光器、近红外滤光器、彩色摄像机、近红外摄像机和终端显示器；其特征在于所述近红外激光发光源用于照射注射过吲哚菁绿的淋巴体，激发使其发出近红外荧光；所述光收集光学系统包括光收集器以及分光器，所述光收集器用于收集激发光源照射到吸收了吲哚菁绿的淋巴体时血液受激发而发射的荧光和手术环境下其他照射到淋巴体后反射的光线，所述分光器将光收集器收集的光线等分成两路完全相同的光；所述可见光滤光器过滤得到可见光波长范围的可见光；所述近红外滤光器过滤得到近红外波长范围的近红外波长的荧光；所述彩色摄像机接收可见光滤光器过滤得到的可见光得到近红外图像或视频；所述近红外摄像机接收近红外滤光器过滤得到的荧光得到可见光图像或视频。

2.根据权利要求1所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于还包括视频图像采集卡以及分析系统；该视频图像采集卡用于将来自摄像机的图像或视频信号转化为可以进行数字存储和处理的数字信号；该分析系统能实现对视频图像采集卡采集的数字信号进行多种形式的存储、多种格式的录制和多种用于临床与科研教学的形态参数分析、计算与报告。

3.根据权利要求1所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于所述终端显示器用于直接显示来自摄像机采集的近红外图像和可见光图像，两种图像能够分别显示、同时并列显示或者叠加显示。

4.根据权利要求2所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于所述终端显示器用于显示经过分析系统存储或录制的数字信号；或者直接显示来自摄像机采集的近红外图像和可见光图像，两种图像能够分别显示、同时并列显示或者叠加显示。

5.根据权利要求1-4任一项所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于所述的近红外激光发光源为固定波长的近红外发光源或者波长可调节的近红外激光发光源。

6.根据权利要求5所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于所述近红外激光发光源的波长为805nm。

7.根据权利要求6所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于所述近红外滤光器允许波长范围为820-850nm的红外线通过。

8.根据权利要求7所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于所述可见光滤光器允许波长范围为400-700nm的可见光通过。

9.根据权利要求2或4所述的近红外荧光造影手术引导装置，其特征在于所述视频图像采集卡集成在分析系统的计算机内或者集成在彩色摄像机以及近红外摄像机内。

10.根据权利要求1-9任一项所述的近红外荧光造影手术引导装置的应用，其特征在于用于切除或灭活手术过程中，对淋巴体等切除或灭活部位进行位置引导及效果评价。