用于外科手术的智能成像系统技术方案

本发明专利技术提出一种用于外科手术的智能成像系统，包括：频域光相干断层成像子系统，用于获取生物组织的深度图像；荧光成像及高光谱分析子系统，用于形成高光谱影像；探头装置，用于对频域光相干断层成像子系统和荧光成像及高光谱分析子系统的光路进行耦合，对生物组织的深度图像和高光谱影像进行融合，得到生物组织的结构功能立体影像，根据生物组织的结构功能影像确定手术区域，在手术区域内进行扫描以获取准实时图像。本发明专利技术具有结构简单、成本低廉、操作简单、成像速度快、图像空间分辨率高、体积小、质量轻、图像效果明显的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及医疗影像
，特别设及一种用于外科手术的智能成像系统。
技术介绍
随着技术的不断提高，现代外科手术已经需要将手术变为微创式的实施，要求在 精确定位手术祀点部位的同时，尽最大可能的降低对病人的生理组织的创伤，从而规避了 开放式手术遗留的手术创伤大、恢复期长等问题，将对病人的身体组织和屯、理伤害降到最 低，并且减少创伤恢复周期。中枢神经系统病变，尤其是肿瘤已成为威胁人类健康的一大杀 手，因其引起的高致死率和致残率也成备受人们关注。 手术是根治中枢神经系统病变的首选方法。但是，目前手术中最难W解决的问题 是肿瘤边界的精确判定问题。因此开发具有高分辨率的结构和功能影像将会为手术提供精 准的图像引导。精准的立体图像引导的介入手术可W精确定位手术祀点、可在手术过程中 实现监控导航等特点，立体图像能为手术医生提供具有深度信息的图像具有更加精准的指 导意义，同时，在结构影像的基础上提出功能影像的架构，W保证手术过程中能够将功能区 域完整保存。运样的图像具备创伤小、恢复快、疗效好、成本低等优点。 频域光相干断层成像(抑-OCT)是提供了组织器官的立体结构成像模式。抑-OCT的 原理是众所周知的，使用近红外的光源能让组织的诊断图像具有10-20um的空间分辨率，能 对组织实现高分辨率的图像采集，并能达到实时性。但是，OCT系统对于巧光成像及高光谱 分析系统来说，既有图像信息又含有光谱信息的四维高光谱影像，并且其分辨率能根据可 调的扫描机构来实现精确的调整。同时巧光对生物组织的代谢功能(包括生物组织中的血 红蛋白、血流量的分析），尤其是对与特定的巧光成像及高光谱分析，ICG、5-ALA或者巧光素 钢等巧光光敏剂对肿瘤组织的代谢比较敏感。 目前，神经外科的显微手术已经给其带来了很大的进步，使得极大地提高了手术 的成功率并降低了术后的复发率。显微镜的镜头设计与神经外科显微镜设计一样是目前比 较前沿的技术，但是显微手术中只能是自然光下的生物组织成像，具有较高的图像清晰度， 同样难W将肿瘤边界精准识别。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。 为此，本专利技术的目的在于提出一种用于外科手术的智能成像系统，该系统具有结 构简单、成本低廉、操作简单、成像速度快、图像空间分辨率高、体积小、质量轻、图像效果明 显的优点。[000引为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种用于外科手术的智能成像系统， 包括:频域光相干断层成像子系统，所述频域光相干断层成像子系统用于通过红外光对生 物组织进行照射并产生反射光，W形成样品光与参考光的干设，并通过光谱仪对所述样品 光与参考光进行分光后使用CCD进行成像，并对CCD成像结果进行傅立叶变换得到所述生物 组织的深度图像;巧光成像及高光谱分析子系统，所述巧光成像及高光谱分析子系统用于 对所述生物组织的巧光特性进行分析，W得到巧光聚合程度和强度分布，并根据所述巧光 聚合程度和强度分布对所述生物组织中的功能进行精确的定位和判断，并根据对所述生物 组织中的功能的定位和判断结果控制光谱仪旋转扫描，W形成高光谱影像；W及探头装置， 所述探头装置用于对所述频域光相干断层成像子系统和巧光成像及高光谱分析子系统的 光路进行禪合，对所述生物组织的深度图像和所述高光谱影像进行融合，得到所述生物组 织的结构功能影像，根据所述生物组织的结构功能影像确定手术区域，在手术区域内进行 扫描W获取准实时图像。 根据本专利技术实施例的用于外科手术的智能成像系统，既可W对软组织尤其是脑组 织及脑干组织的立体结构功能成像，又可W分辨采集OCT和巧光高光谱图像，并且能采集术 中的实时成像，具有结构简单、成本低廉、外科手术使用简单、操作简单、成像速度快、图像 空间分辨率高、体积小、质量轻、图像效果明显的优点。 另外，根据本专利技术上述实施例的用于外科手术的智能成像系统还可W具有如下附 加的技术特征： 在一些示例中，所述频域光相干断层成像子系统的光源与巧光成像及高光谱分析 子系统的光源的波长不同，所述频域光相干断层成像子系统的光源为近红外光，所述巧光 成像及高光谱分析子系统的光源为蓝紫光。 在一些示例中，所述探头装置采用单点扫描方式，将整幅图像按照点作为像素位 置进行扫描。 在一些示例中，所述探头装置的扫描方式包括内部扫描和外部扫描，其中，所述内 部扫描为振镜可调一维或二维扫描，所述外部扫描为所述探头装置的整体运动。 在一些示例中，所述探头装置的整体运动包括手动运动方式和机械运动方式。 在一些示例中，其中，所述手动运动方式为手动控制所述探头装置在X、y、Z方向的 运动，同时，外部的振镜整体对整个手术区域进行扫描;所述机械运动方式为自动控制所述 探头装置在x、y、z方向的运动，同时，外部的振镜整体对整个手术区域进行扫描。 在一些示例中，所述外部的振镜整体对整个手术区域进行扫描，具体包括:选取所 述探头装置的初始位置为(xo，yo，zo)，针对振镜的扫描模式，W二维振镜扫描模式为基准完 成所述初始位置下的扫描，同时将信号和图像重建并存储，等待本次内部扫描完成后继续 下一点扫描位置(xi，yi，zi)，开始同样的二维振镜扫描，同时重建信号与图像，直至循环到 位置(Xn-l，yn-l，Zn-l)并重建，直到整个手术区域完全扫描结束，到达最终位置(Xn，yn，Zn)，其 中的Z为常数或将其直接设置为0。 在一些示例中，所述探头装置还用于在对手术区域扫描完成之后，对得到的图像 进行拼接和融合，根据互信息和边缘保持度对融合结果进行评估，并根据评估结果对得到 的图像进行筛选。 在一些示例中，其中，采用重叠区域线性过渡的算法进行图像拼接，具体包括： 设重叠区域的宽度为L，取过渡因子为5,其中S的取值范围为0含5含1，两个源图像 的重叠区域的X轴和y轴最大和最小值分别记为Xmax、Xmin和ymax、ymin，则过渡因子可W表示为重叠区域的像素值为： I = SlA(x，y) + (l-S)lB(x，y) 其中Ia、Ib分别为图A和馳相对应的像素值。 在一些示例中，采用客观评价方法来对所述融合结果进行评估，其中， 源图像A、B和融合图像F之间的互信息可由下式获得： MIabif=MIaf+MIbf 其中，L是图像的灰度级数，Paf和Pbf是分别源图像A、B和融合后图像F的联合概率 密度，Pb，Pb和扣分别是源图像A、B和融合图像F的概率密度； 所述边缘保持度通过如下公式计算： 其中，Q'4' (m，n)二(m，n)始"'如，，'〇, 和Af分别表示源图像A和融合图像 F间边缘幅度和相位的保存情况，QBP和QW类似，M和N表示图像的大小，O A和W B是权重系数。 QAb/p的取值范围为。 本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】 本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于外科手术的智能成像系统，其特征在于，包括：频域光相干断层成像子系统，所述频域光相干断层成像子系统用于通过红外光对生物组织进行照射并产生反射光，以形成样品光与参考光的干涉，通过光谱仪对所述样品光与参考光进行分光后使用CCD进行成像，并对CCD成像结果进行快速傅里叶变换得到所述生物组织的深度图像；荧光成像及高光谱分析子系统，所述荧光成像及高光谱分析子系统用于对所述生物组织的荧光特性进行分析，以得到荧光聚合程度和强度分布，根据所述荧光聚合程度和强度分布对所述生物组织中的功能进行精确的定位和判断，并根据对所述生物组织中的功能的定位和判断结果控制光谱仪旋转扫描，以形成高光谱影像；以及探头装置，所述探头装置用于对所述频域光相干断层成像子系统和荧光成像及高光谱分析子系统的光路进行耦合，对所述生物组织的深度图像和所述高光谱影像进行融合，得到所述生物组织的结构功能影像，根据所述生物组织的结构功能影像确定手术区域，在手术区域内进行扫描以获取准实时图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖洪恩，范应威，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11