[发明专利]用于脑癌术中引导的光谱诊断系统及其工作方法

说明书

用于脑癌术中引导的光谱诊断系统及工作方法，能够实时或者接近实时给出正常及病变的诊断结果，检测探头能轻易达到手术区域而满足术中在体诊断需求，在体使用时对脑组织没有损伤。控制单元控制激光光源单元与光谱采集单元协同工作采集光谱数据，数据处理单元与术中预警单元相结合为术中外科医生做出肿瘤级别预警；数据处理单元与控制单元和术中警示单元相连接，控制单元将光谱数据输入到数据处理单元中，数据处理单元对数据进行分析后，将结果输出到术中警示单元。

技术领域

本发明涉及光电检测的技术领域，尤其涉及一种用于脑癌术中引导的光谱诊断系统，以及这种用于脑癌术中引导的光谱诊断系统的工作方法。

背景技术

脑胶质瘤是一种临床中十分常见的脑肿瘤，其特点是：1)胶质瘤没有明确的肿瘤边界；2)胶质瘤具有很强的渗透性，恶性胶质瘤会渗透进周围的正常组织；3)胶质瘤的生长速度十分快，其生存期约为12-15个月。根据世界卫生组织的胶质瘤分级标准，可以将胶质瘤分为四个级别，其中恶性胶质母细胞瘤(GBM)具有很高的渗透性和生长速度，需要尽快切除或治疗，以延长患者的生存期。在颅内外科手术中，外科医生为了保证最大化切缘，只能凭借经验和术前医学影像，并结合术中冰冻切片的结果来决定对于肿瘤切缘的范围。传统的冰冻切片比较耗时，还可能存在取样误差。外科医生急需一种具备以下特点的术中诊断方法：1)诊断设备需要实现术中对脑组织的快速检测，能够实时或者接近实时给出正常及病变的诊断结果；2)诊断设备尤其是设备的检测探头能够小型化，使得检测探头能轻易达到手术区域，满足术中在体诊断需求；3)在体使用时，对脑组织没有损伤。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种用于脑癌术中引导的光谱诊断系统，其能够实时或者接近实时给出正常及病变的诊断结果，检测探头能轻易达到手术区域而满足术中在体诊断需求，在体使用时对脑组织没有损伤。

本发明的技术方案是：这种用于脑癌术中引导的光谱诊断系统，其包括：

激发光源单元、光谱采集单元、控制单元、数据处理单元、术中警示单元；

控制单元控制激光光源单元与光谱采集单元协同工作采集光谱数据，数据处理单元与术中预警单元相结合为术中外科医生做出肿瘤级别预警；数据处理单元与控制单元和术中警示单元相连接，控制单元将光谱数据输入到数据处理单元中，数据处理单元对数据进行分析后，将结果输出到术中警示单元；

数据处理单元包括深度学习开发板(5)，其通过蒙特卡洛的反演运算分别从3组漫反射光谱数据中计算出3组不同光源-探测器距离的织光学参数；将3组组织光学参数与3组相同光源-探测器距离的内源性荧光光谱数据输入到荧光定量算法中得到3组荧光定量数据；

分别将3组组织光学参数和3组荧光定量数据输入多层感知机模型得到肿瘤分级预测，多层感知机模型可以将数据集分级为高级别肿瘤、低级别肿瘤、正常组织；数据处理单元每次执行将得到3组组织光学参数和3组荧光定量数据的预测结果。

本发明能够将漫反射光谱与内源性荧光光谱相结合，探测目标病灶的组织光学特性和内源性荧光信息，使用机器学习算法对目标病灶进行肿瘤分级，从而能够实时或者接近实时给出正常及病变的诊断结果，检测探头能轻易达到手术区域而满足术中在体诊断需求，在体使用时对脑组织没有损伤。

还提供了一种用于脑癌术中引导的光谱诊断系统的工作方法，其包括以下步骤：

(1)数据采集：将多模光纤与光谱仪、激发光源相连接，使用USB控制器将光谱仪、激发光源与计算机相连接。将多模光纤探头对准目标病灶，使用基于LabVIEW系统的数据采集软件进行漫反射光谱和内源性荧光光谱的采集；

(2)计算组织光学参数和荧光定量数据：利用步骤(1)得到的漫反射光谱数据，提取出目标病灶的组织光学参数，利用步骤(1)得到的内源性荧光的光谱数据，进行荧光定量运算得到荧光定量数据；