[发明专利]集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置及其成像方法

说明书

本发明公开了一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置及其成像方法，装置包括控制系统、光源系统、光路系统、内窥镜探头、数据采集及重建系统；控制系统同步触发光源系统和数据采集系统，激发光由光路系统进入内窥镜探头，探头内部二向色镜实现光声/荧光、OCT激发光合束，合束光经由棒状透镜照射待成像的组织表面，回波信号由数据采集系统处理并完成光声图像、OCT图像、荧光图像重建，光学信号由内窥镜顶部CCD采集进行光学图像重建。本发明光声、荧光、OCT激发光共用光路，通过可调焦准直器消除色差，采用棒状透镜结构深入腔体器官进行在体检测，从而实现光声成像、荧光成像、OCT成像实时高分辨共焦内窥成像。

技术领域

本发明属于内窥镜无损检测技术领域，特别涉及一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置及其成像方法。

背景技术

大部分病例确诊时已处于中晚期，生存率较低，因此，癌症的早诊早治已成为亟待解决的问题。以鼻咽癌为例，鼻咽癌是头颈部常见的恶性肿瘤，好发于鼻咽顶壁、侧壁，位置隐蔽，早期便呈浸润性生长，临床表现不明显，主要依靠影像学表现诊断。放疗是其首选治疗方案，但易复发。因此，鼻咽癌早期诊断，早期治疗及放疗后随访尤为重要。CT和MRI是鼻咽癌诊断、分期及放疗后复查的常规手段。CT无法区分局部炎症和肿瘤，导致CT对鼻咽癌的检出率只有57.1％。MRI成像的缺点是成像时间较长、伪影较大、对钙化灶及骨皮质成像不敏感。

白光内窥镜一直是鼻咽癌诊断的标准工具，将白光照射待成像组织区域，通过CCD或者 CMOS接收白光图像，可以获得成像区域的形态学信息；但由于基本原理是利用反射信号获取检测图像，受介质散射影响大，只能对成像区域浅表面成像。

光声成像技术作为一种新兴无创的生物医学成像方法，突破了传统的光学成像和超声成像在各自生物组织成像领域的限制，在生物医学成像及临床应用方面有巨大的潜力。光声成像技术基于光声效应，在短脉冲激光束的照射下，待检测的生物组织吸收光子能量后受热膨胀，产生超声信号，换能器接收该超声信号，经过算法重建后，由超声信号得到反映组织内部光吸收差异的分布图像。因此，光声成像技术兼具光学成像分辨率高和超声成像深度深的特点，能够对组织进行功能成像与结构成像。光声成像可以获得肿瘤组织附近血管分布图像，用于判断肿瘤组织浸润深度。

OCT成像技术是一种非入侵式的高分辨医学成像技术，相较于传统成像技术，可以在毫米级深度上获得微米级的分辨率。OCT成像技术基于干涉仪原理，当近红外弱相干光照射待成像组织时，参考臂的后向散射光与样品臂的反射光发生干涉，由光谱仪接收该干涉信号，可以获得组织浅表结构信息。

荧光成像技术是通过将外源荧光物质注射进入血管，由激光激发荧光物质，同时由接收装置接收荧光，通过接收到的荧光信息对组织进行成像，可以获得区域内不同组织分布信息，由于荧光分子靶向成像具有高度灵敏性和特异性，可以为勾画生物靶区提供重要参考。

当前常用内窥镜为白光内窥镜，只能对组织表面进行成像，缺乏组织深度信息，不能判断肿瘤浸润深度，不能对肿瘤边界进行划分，在术前诊断与术后复查中都存在明显弊端。一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置，在一体化内窥镜探头内部集成光学、光声、OCT、荧光四种成像模式。其中，光声成像技术结合了光学成像分辨率高与声学成像深度深的特点，可成像肿瘤微血管网络，判断肿瘤浸润深度；与内窥技术结合的OCT内窥成像技术可对生物组织腔体进行在体高分辨成像，获得组织结构信息；荧光分子靶向成像具有高灵敏度和特异性，可标记肿瘤边界，为放疗过程中勾画生物靶区提供重要参考。

申请号为201410412368.9，专利名为《一种多模态显微成像系统》，公开了一种利用光学手段检测的多模态显微成像系统，结合超声、OCT、光声三种成像模式，可对组织内部结构和功能进行成像。由于成像模式中无荧光成像，无法获得组织表面形态学信息；同时由于装置中无消色差器件，不能进行共焦成像，扫描结构为侧向成像方式，不能对待测组织进行前向扫描成像。