用于外科手術(shù)的智能成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及醫(yī)療影像技術(shù)領域，特別設及一種用于外科手術(shù)的智能成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)代外科手術(shù)已經(jīng)需要將手術(shù)變?yōu)槲?chuàng)式的實施，要求在 精確定位手術(shù)祀點部位的同時，盡最大可能的降低對病人的生理組織的創(chuàng)傷，從而規(guī)避了 開放式手術(shù)遺留的手術(shù)創(chuàng)傷大、恢復期長等問題，將對病人的身體組織和屯、理傷害降到最 低，并且減少創(chuàng)傷恢復周期。中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變，尤其是腫瘤已成為威脅人類健康的一大殺 手，因其引起的高致死率和致殘率也成備受人們關注。
[0003] 手術(shù)是根治中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的首選方法。但是，目前手術(shù)中最難W解決的問題 是腫瘤邊界的精確判定問題。因此開發(fā)具有高分辨率的結(jié)構(gòu)和功能影像將會為手術(shù)提供精 準的圖像引導。精準的立體圖像引導的介入手術(shù)可W精確定位手術(shù)祀點、可在手術(shù)過程中 實現(xiàn)監(jiān)控導航等特點，立體圖像能為手術(shù)醫(yī)生提供具有深度信息的圖像具有更加精準的指 導意義，同時，在結(jié)構(gòu)影像的基礎上提出功能影像的架構(gòu)，W保證手術(shù)過程中能夠?qū)⒐δ軈^(qū) 域完整保存。運樣的圖像具備創(chuàng)傷小、恢復快、療效好、成本低等優(yōu)點。
[0004] 頻域光相干斷層成像(抑-OCT)是提供了組織器官的立體結(jié)構(gòu)成像模式。抑-OCT的 原理是眾所周知的，使用近紅外的光源能讓組織的診斷圖像具有10-20um的空間分辨率，能 對組織實現(xiàn)高分辨率的圖像采集，并能達到實時性。但是，OCT系統(tǒng)對于巧光成像及高光譜 分析系統(tǒng)來說，既有圖像信息又含有光譜信息的四維高光譜影像，并且其分辨率能根據(jù)可 調(diào)的掃描機構(gòu)來實現(xiàn)精確的調(diào)整。同時巧光對生物組織的代謝功能(包括生物組織中的血 紅蛋白、血流量的分析），尤其是對與特定的巧光成像及高光譜分析，ICG、5-ALA或者巧光素 鋼等巧光光敏劑對腫瘤組織的代謝比較敏感。
[0005] 目前，神經(jīng)外科的顯微手術(shù)已經(jīng)給其帶來了很大的進步，使得極大地提高了手術(shù) 的成功率并降低了術(shù)后的復發(fā)率。顯微鏡的鏡頭設計與神經(jīng)外科顯微鏡設計一樣是目前比 較前沿的技術(shù)，但是顯微手術(shù)中只能是自然光下的生物組織成像，具有較高的圖像清晰度， 同樣難W將腫瘤邊界精準識別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0007] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種用于外科手術(shù)的智能成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié) 構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡單、成像速度快、圖像空間分辨率高、體積小、質(zhì)量輕、圖像效果明 顯的優(yōu)點。
[000引為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種用于外科手術(shù)的智能成像系統(tǒng)， 包括:頻域光相干斷層成像子系統(tǒng)，所述頻域光相干斷層成像子系統(tǒng)用于通過紅外光對生 物組織進行照射并產(chǎn)生反射光，W形成樣品光與參考光的干設，并通過光譜儀對所述樣品 光與參考光進行分光后使用CCD進行成像，并對CCD成像結(jié)果進行傅立葉變換得到所述生物 組織的深度圖像;巧光成像及高光譜分析子系統(tǒng)，所述巧光成像及高光譜分析子系統(tǒng)用于 對所述生物組織的巧光特性進行分析，W得到巧光聚合程度和強度分布，并根據(jù)所述巧光 聚合程度和強度分布對所述生物組織中的功能進行精確的定位和判斷，并根據(jù)對所述生物 組織中的功能的定位和判斷結(jié)果控制光譜儀旋轉(zhuǎn)掃描，W形成高光譜影像；W及探頭裝置， 所述探頭裝置用于對所述頻域光相干斷層成像子系統(tǒng)和巧光成像及高光譜分析子系統(tǒng)的 光路進行禪合，對所述生物組織的深度圖像和所述高光譜影像進行融合，得到所述生物組 織的結(jié)構(gòu)功能影像，根據(jù)所述生物組織的結(jié)構(gòu)功能影像確定手術(shù)區(qū)域，在手術(shù)區(qū)域內(nèi)進行 掃描W獲取準實時圖像。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明實施例的用于外科手術(shù)的智能成像系統(tǒng)，既可W對軟組織尤其是腦組 織及腦干組織的立體結(jié)構(gòu)功能成像，又可W分辨采集OCT和巧光高光譜圖像，并且能采集術(shù) 中的實時成像，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、外科手術(shù)使用簡單、操作簡單、成像速度快、圖像 空間分辨率高、體積小、質(zhì)量輕、圖像效果明顯的優(yōu)點。
[0010] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的用于外科手術(shù)的智能成像系統(tǒng)還可W具有如下附 加的技術(shù)特征：
[0011] 在一些示例中，所述頻域光相干斷層成像子系統(tǒng)的光源與巧光成像及高光譜分析 子系統(tǒng)的光源的波長不同，所述頻域光相干斷層成像子系統(tǒng)的光源為近紅外光，所述巧光 成像及高光譜分析子系統(tǒng)的光源為藍紫光。
[0012] 在一些示例中，所述探頭裝置采用單點掃描方式，將整幅圖像按照點作為像素位 置進行掃描。
[0013] 在一些示例中，所述探頭裝置的掃描方式包括內(nèi)部掃描和外部掃描，其中，所述內(nèi) 部掃描為振鏡可調(diào)一維或二維掃描，所述外部掃描為所述探頭裝置的整體運動。
[0014] 在一些示例中，所述探頭裝置的整體運動包括手動運動方式和機械運動方式。
[0015] 在一些示例中，其中，所述手動運動方式為手動控制所述探頭裝置在X、y、Z方向的 運動，同時，外部的振鏡整體對整個手術(shù)區(qū)域進行掃描;所述機械運動方式為自動控制所述 探頭裝置在x、y、z方向的運動，同時，外部的振鏡整體對整個手術(shù)區(qū)域進行掃描。
[0016] 在一些示例中，所述外部的振鏡整體對整個手術(shù)區(qū)域進行掃描，具體包括:選取所 述探頭裝置的初始位置為(xo，yo，zo)，針對振鏡的掃描模式，W二維振鏡掃描模式為基準完 成所述初始位置下的掃描，同時將信號和圖像重建并存儲，等待本次內(nèi)部掃描完成后繼續(xù) 下一點掃描位置(xi，yi，zi)，開始同樣的二維振鏡掃描，同時重建信號與圖像，直至循環(huán)到 位置(Xn-l，yn-l，Zn-l)并重建，直到整個手術(shù)區(qū)域完全掃描結(jié)束，到達最終位置(Xn，yn，Zn)，其 中的Z為常數(shù)或?qū)⑵渲苯釉O置為0。
[0017] 在一些示例中，所述探頭裝置還用于在對手術(shù)區(qū)域掃描完成之后，對得到的圖像 進行拼接和融合，根據(jù)互信息和邊緣保持度對融合結(jié)果進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果對得到 的圖像進行篩選。
[0018] 在一些示例中，其中，采用重疊區(qū)域線性過渡的算法進行圖像拼接，具體包括：
[0019] 設重疊區(qū)域的寬度為L，取過渡因子為5,其中S的取值范圍為0含5含1，兩個源圖像 的重疊區(qū)域的X軸和y軸最大和最小值分別記為Xmax、Xmin和ymax、ymin，則過渡因子可W表示為
重疊區(qū)域的像素值為：
[0020] I = SlA(x，y) + (l-S)lB(x，y)
[0021] 其中Ia、Ib分別為圖A和馳相對應的像素值。
[0022] 在一些示例中，采用客觀評價方法來對所述融合結(jié)果進行評估，其中，
[0023] 源圖像A、B和融合圖像F之間的互信息可由下式獲得：
[0024] MIabif=MIaf+MIbf
[0027] 其中，L是圖像的灰度級數(shù)，Paf和Pbf是分別源圖像A、B和融合后圖像F的聯(lián)合概率 密度，Pb，Pb和扣分別是源圖像A、B和融合圖像F的概率密度；
[0028] 所述邊緣保持度通過如下公式計算：
[0030] 其中，Q'4' (m，n)二(m，n)始"'如，，'〇, 和Af分別表示源圖像A和融合圖像 F間邊緣幅度和相位的保存情況，QBP和QW類似，M和N表示圖像的大小，O A和W B是權(quán)重系數(shù)。 QAb/p的取值范圍為[0，1]。
[0031] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0032] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述