本發(fā)明涉及內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

消化道系統(tǒng)腫瘤嚴(yán)重危害人類(lèi)健康。當(dāng)前臨床實(shí)踐中，其精準(zhǔn)診斷的關(guān)鍵主要通過(guò)兩種方式：1.基于放射影像學(xué)(CT、MRI和PET等)的早期診斷及全身分期；2.基于內(nèi)窺鏡(胃鏡或腸鏡)的直視診斷及同步活檢(或切除)。PET等放射影像學(xué)技術(shù)可對(duì)病變實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)、全身評(píng)價(jià)，但無(wú)法對(duì)病變進(jìn)行直視形態(tài)的觀察并同步進(jìn)行病理活檢以最終明確良惡性質(zhì)。而內(nèi)窺鏡雖然可進(jìn)行直視下的觀察及活檢，但觀察范圍僅限于消化道局部表面，無(wú)法對(duì)病變侵襲范圍和全身轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行全面評(píng)估。同時(shí)，由于缺乏必要的信號(hào)標(biāo)識(shí)，內(nèi)窺鏡下的信息和體外放射檢查的信息無(wú)法準(zhǔn)確匹配。因此，臨床需要一種能夠在消化道中同時(shí)采集直視白光信息和分子影像信息的新型多模態(tài)內(nèi)窺設(shè)備，并進(jìn)行有效的圖像融合，以便更精準(zhǔn)的對(duì)病灶的形態(tài)和代謝信息進(jìn)行檢測(cè)。

臨床上的超聲內(nèi)鏡及熒光內(nèi)鏡均屬于多模態(tài)內(nèi)窺鏡，但超聲內(nèi)鏡額外提供的超聲信號(hào)僅可對(duì)局部病變對(duì)腸管的侵襲范圍進(jìn)行探測(cè)，無(wú)法和CT、MRI、PET等全身檢查相匹配，也無(wú)法提供PET的分子影像信息；熒光內(nèi)鏡雖然可提供分子影像信息，但光學(xué)信號(hào)穿透性及其有限，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行體外的全身評(píng)價(jià)，且經(jīng)過(guò)審批可安全用于臨床的熒光分子影像示蹤劑極其有限，同時(shí)腸管深部的病變(如粘膜下或肌層中的間質(zhì)瘤、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等)也可能因熒光信號(hào)穿透性限制而呈現(xiàn)假陰性。

文獻(xiàn)“Feasibility study of novel endoscopic Cerenkov luminescence imaging system in detecting and quantifying gastrointestinal disease:first human results”披露的一種核素-切倫科夫光內(nèi)窺鏡可以在體內(nèi)通過(guò)內(nèi)窺鏡對(duì)18F-FDG PET探針與放射性信號(hào)伴隨發(fā)射的切倫科夫光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡下良惡性組織區(qū)分，且該分子影像信息與體外PET信息可相互印證，并無(wú)需像熒光內(nèi)鏡一樣額外注射熒光探針，是一種潛力巨大的多模態(tài)精準(zhǔn)診斷工具。但是，由于切倫科夫光信號(hào)強(qiáng)度非常微弱，且穿透性有限，造成了該設(shè)備成像速度慢、成像視野狹小、成像深度淺等一系列不足，極大限制了此類(lèi)核素-切倫科夫多模態(tài)內(nèi)窺鏡的臨床應(yīng)用。

輻射發(fā)光(下面簡(jiǎn)稱(chēng)輻光)是某些輻射發(fā)光化合物(如稀土類(lèi)氧化物等)在β、γ、X等放射線(xiàn)激發(fā)下發(fā)出可見(jiàn)光的現(xiàn)象。文獻(xiàn)“Optical Imaging of Ionizing Radiation from Clinical Sources”已披露多種體內(nèi)或體外應(yīng)用此原理對(duì)切倫科夫光進(jìn)行增強(qiáng)或?qū)崿F(xiàn)光學(xué)設(shè)備檢測(cè)放射性信號(hào)的目的。輻光信號(hào)的光強(qiáng)度明顯高于切倫科夫光信號(hào)，且如果采用表面激發(fā)的成像方式則可克服穿透深度的限制，是實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡直視信號(hào)與分子影像信號(hào)融合的更優(yōu)方案。

然而，輻光成像存在分辨率的缺陷，必須使輻光物質(zhì)與病灶緊密貼合方可實(shí)現(xiàn)高分辨率的成像，否則，散射的放射性射線(xiàn)會(huì)額外激發(fā)其他區(qū)域的輻光物質(zhì)發(fā)光，嚴(yán)重增加成像噪聲，大大削弱成像的分辨率進(jìn)而失去實(shí)用意義。既往有報(bào)道使用核醫(yī)學(xué)準(zhǔn)直器可改善放射性射線(xiàn)的散射效應(yīng)，提高動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中圖像的分辨率(Boschi F,Spinelli AE,D'Ambrosio D,Calderan L,Marengo M and Sbarbati A 2009 Combined optical and single photon emission imaging:preliminary results Phys.Med.Biol.54 L57-62)，但鉛制準(zhǔn)直器較為笨重，不易整合于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，因此，暫未見(jiàn)用于消化道的輻光內(nèi)窺鏡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足與缺陷，本發(fā)明旨在提供一種氣囊式白光-輻光多模態(tài)內(nèi)窺成像系統(tǒng)，解決輻光成像的輻光物質(zhì)無(wú)法緊貼病灶表面所造成的分辨率缺陷。

一種氣囊式輻光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括：

第二內(nèi)窺鏡；

氣囊，與所述第二內(nèi)窺鏡的一端相連接，所述氣囊的外壁上涂有熒光物質(zhì)；

第二成像單元，與第二內(nèi)窺鏡的另一端相連接。

進(jìn)一步地，所述氣囊的最大膨脹直徑為3cm。

進(jìn)一步地，所述熒光物質(zhì)為輻光熒光物質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述第二成像單元為EMCCD相機(jī)。

本發(fā)明還提供了一種氣囊式白光—輻光多模態(tài)內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括：

第一內(nèi)窺鏡；

光源，與所述第一內(nèi)窺鏡的一端相連接，用于將光傳遞至所述第一內(nèi)窺鏡以照明關(guān)注區(qū)域；

第一成像單元，與第一內(nèi)窺鏡的另一端相連接，用于通過(guò)第一內(nèi)窺鏡接收從所述關(guān)注區(qū)域反射的光；

第二內(nèi)窺鏡；

氣囊，與所述第二內(nèi)窺鏡的一端相連接，所述氣囊的外壁上涂有熒光物質(zhì)；

第二成像單元，與第二內(nèi)窺鏡的另一端相連接。

進(jìn)一步地，所述氣囊的最大橫向膨脹直徑為3cm。

進(jìn)一步地，所述熒光物質(zhì)為輻光熒光物質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述第二成像單元為EMCCD相機(jī)。

進(jìn)一步地，所述光源為白光光源。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明通過(guò)使用氣囊，創(chuàng)新性的使熒光材料可以緊緊貼附于消化道管壁上的靶標(biāo)，使得熒光光斑聚焦在靶標(biāo)上時(shí)是最小的，這樣拍到的靶標(biāo)是最清楚的，消除了距離對(duì)分辨率的影響，使成像分辨率達(dá)到臨床應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

2、本發(fā)明所采用的熒光成像方式可以大大提升成像的靈敏度和信噪比,并且可將一幀的成像時(shí)間縮短至≤10s，具有更好的實(shí)時(shí)性；本發(fā)明的第二內(nèi)窺鏡可觀測(cè)氣囊覆蓋的大片組織的整體熒光信號(hào)。

3、本發(fā)明將氣囊外壁涂的輻光熒光物質(zhì)是待無(wú)衰減的放射線(xiàn)穿透生物組織后再進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)換的，無(wú)需考慮光信號(hào)的組織衰減，具有探測(cè)深度大的特點(diǎn)；本發(fā)明的第二內(nèi)窺鏡采用臨床廣泛使用的PET/CT或SPECT/CT核醫(yī)學(xué)顯像劑實(shí)現(xiàn)顯像，可在患者接受完核醫(yī)學(xué)檢查后開(kāi)展，無(wú)需額外注射顯像劑。

附圖說(shuō)明

圖1為氣囊式白光—輻光多模態(tài)內(nèi)窺成像系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明對(duì)消化道靶標(biāo)進(jìn)行白光成像示意圖；

圖3為本發(fā)明對(duì)消化道靶標(biāo)進(jìn)行輻光成像示意圖；

圖4為實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖中標(biāo)號(hào)代表為：1—光源；2—第一內(nèi)窺鏡；3—第一成像單元；4—第二成像單元；5—第二內(nèi)窺鏡；6—?dú)饽遥?—消化道；8—靶標(biāo)。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明中氣囊6的充氣方式采用現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中常見(jiàn)的充氣方式，例如在第二內(nèi)窺鏡5的側(cè)壁設(shè)一氣管，氣管的一端與氣囊6連通，氣管的另一端與氣體正壓裝置連接。由于腸管在傳統(tǒng)的第一內(nèi)窺鏡2檢查中需使用氣體正壓裝置使腸管輕度膨脹便于檢查，為了保證輻光檢查與白光檢查時(shí)腸管膨脹水平一致，氣囊6采用與白光檢查時(shí)腸管充氣過(guò)程相同的氣壓和裝置。

本發(fā)明采用的輻光策略是待無(wú)衰減的放射線(xiàn)穿透生物組織后再進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)換，無(wú)需考慮光信號(hào)的組織衰減。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種氣囊式內(nèi)窺成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

第二內(nèi)窺鏡5；

氣囊6，與所述第二內(nèi)窺鏡5的一端相連接，所述氣囊6的外壁上涂有輻光熒光物質(zhì)，該氣囊6為可充氣氣囊；為了保證患者安全防止腸管過(guò)度膨脹，我們根據(jù)人體腸管解剖尺寸將氣囊6的最大橫向膨脹直徑為3cm。

在使用時(shí)，使用氣體正壓裝置通過(guò)設(shè)在氣囊上的氣管對(duì)氣囊6進(jìn)行充氣。

第二成像單元4，與第二內(nèi)窺鏡5的另一端相連接。本實(shí)施例中第二成像單元4采用EMCCD相機(jī)。

實(shí)施例2

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種氣囊式白光—輻光多模態(tài)內(nèi)窺成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

第一內(nèi)窺鏡2；

白光光源1，與所述第一內(nèi)窺鏡2的一端相連接，用于將光傳遞至所述第一內(nèi)窺鏡2以照明關(guān)注區(qū)域；

第一成像單元3，與第一內(nèi)窺鏡2的另一端相連接，用于通過(guò)第一內(nèi)窺鏡2接收從所述關(guān)注區(qū)域反射的光；

其中，第一內(nèi)窺鏡2、白光光源和第一成像單元3組成第一內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，粗略定位消化道管壁上靶標(biāo)的位置。

第二內(nèi)窺鏡5；

氣囊6，與所述第二內(nèi)窺鏡5的一端相連接，所述氣囊6的外壁上涂有輻光熒光物質(zhì)，該氣囊6為可充氣氣囊；

第二成像單元4，與第二內(nèi)窺鏡5的另一端相連接。本實(shí)施例中第二成像單元4采用EMCCD相機(jī)。

其中，第二內(nèi)窺鏡5、氣囊6和第二成像單元4組成第二內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，通過(guò)使用氣囊，使輻光材料可以緊緊貼附于消化道管壁上的靶標(biāo)，消除距離對(duì)分辨率的影響，使成像分辨率達(dá)到臨床應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

由于腸管在傳統(tǒng)的第一內(nèi)窺鏡2檢查中需使用氣體正壓裝置使腸管輕度膨脹便于檢查，為了保證輻光檢查與白光檢查時(shí)腸管膨脹水平一致，氣囊6采用與白光檢查時(shí)腸管充氣過(guò)程相同的氣壓和裝置。

本實(shí)施例提供的內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)在氣囊6收起時(shí)通過(guò)第一內(nèi)窺鏡2進(jìn)行臨床常規(guī)的白光成像，如圖2所示；當(dāng)氣囊充氣時(shí)，氣囊6外壁緊貼消化道7管壁，靶標(biāo)8中的放射性示蹤劑(18F-FDG)可激發(fā)緊貼其表面的氣囊壁上的輻光物質(zhì)發(fā)光，使用第二內(nèi)窺鏡5可采集高分辨率的輻光成像，如圖3所示。白光及輻光兩種圖像信息可在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行圖像融合等重建處理。

患者在注射放射性分子影像示蹤劑(18F-FDG)接受PET檢查之后，如發(fā)現(xiàn)異常病灶，即可接受該種檢查。先通過(guò)帶有白光的第一內(nèi)窺鏡2在直視下尋找可疑病灶，再利用帶有輻光的第二內(nèi)窺鏡5系統(tǒng)檢測(cè)放射性示蹤劑的分布，如圖4所示，使用腫瘤PET放射性顯像劑18F-FDG進(jìn)行輻光-白光融合顯像后，白光下新生物在輻光顯像中呈高信號(hào)，明顯有別于周邊正常組織，提示腫瘤可能性大，即可達(dá)到印證PET顯像確認(rèn)靶標(biāo)、識(shí)別高代謝區(qū)域指導(dǎo)活檢、內(nèi)鏡下良惡性鑒別等多種目的。