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)重危害人類健康。當(dāng)前臨床實踐中，其精準(zhǔn)診斷的關(guān)鍵主要通過兩種方式：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)可對病變實現(xiàn)無創(chuàng)、全身評價，但無法對病變進(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，無法對病變侵襲范圍和全身轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行全面評估。同時，由于缺乏必要的信號標(biāo)識，內(nèi)窺鏡下的信息和體外放射檢查的信息無法準(zhǔn)確匹配。因此，臨床需要一種能夠在消化道中同時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)的對病灶的形態(tài)和代謝信息進(jìn)行檢測。

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僅可對局部病變對腸管的侵襲范圍進(jìn)行探測，無法和CT、MRI、PET等全身檢查相匹配，也無法提供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)信號穿透性及其有限，無法對其進(jìn)行體外的全身評價，且經(jīng)過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)通過內(nèi)窺鏡對18F-FDG PET探針與放射性信號伴隨發(fā)射的切倫科夫光信號進(jìn)行探測，實現(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(下面簡稱輻光)是某些輻射發(fā)光化合物(如稀土類氧化物等)在β、γ、X等放射線激發(fā)下發(fā)出可見光的現(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)用此原理對切倫科夫光進(jìn)行增強(qiáng)或?qū)崿F(xiàn)光學(xué)設(shè)備檢測放射性信號的目的。輻光信號的光強(qiáng)度明顯高于切倫科夫光信號，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，是實現(xiàn)內(nèi)窺鏡直視信號與分子影像信號融合的更優(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現(xiàn)高分辨率的成像，否則，散射的放射性射線會額外激發(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)而失去實用意義。既往有報道使用核醫(yī)學(xué)準(zhǔn)直器可改善放射性射線的散射效應(yīng)，提高動物實驗中圖像的分辨率(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，暫未見用于消化道的輻光內(nèi)窺鏡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(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)上時是最小的，這樣拍到的靶標(biāo)是最清楚的，消除了距離對分辨率的影響，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間縮短至≤10s，具有更好的實時性；本發(fā)明的第二內(nèi)窺鏡可觀測氣囊覆蓋的大片組織的整體熒光信號。

3、本發(fā)明將氣囊外壁涂的輻光熒光物質(zhì)是待無衰減的放射線穿透生物組織后再進(jìn)行光信號轉(zhuǎn)換的，無需考慮光信號的組織衰減，具有探測深度大的特點；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)顯像劑實現(xiàn)顯像，可在患者接受完核醫(yī)學(xué)檢查后開展，無需額外注射顯像劑。

附圖說明

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)明對消化道靶標(biāo)進(jìn)行白光成像示意圖；

圖3為本發(fā)明對消化道靶標(biāo)進(jìn)行輻光成像示意圖；

圖4為實施例2的實驗結(jié)果圖；

圖中標(biāo)號代表為：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—氣囊；7—消化道；8—靶標(biāo)。

具體實施方式

下面通過實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

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腸管膨脹水平一致，氣囊6采用與白光檢查時腸管充氣過程相同的氣壓和裝置。

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

實施例1

本實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，使用氣體正壓裝置通過設(shè)在氣囊上的氣管對氣囊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。本實施例中第二成像單元4采用EMCCD相機(jī)。

實施例2

如圖1所示，本實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腸管膨脹水平一致，氣囊6采用與白光檢查時腸管充氣過程相同的氣壓和裝置。

本實施例提供的內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)在氣囊6收起時通過第一內(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，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，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。