本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種熒光薄層光學(xué)層析成像系統(tǒng)對(duì)早期宮頸癌的檢測(cè)。

背景技術(shù)：

宮頸癌是女性第二大常見(jiàn)的惡性腫瘤，僅次于乳腺癌，其致死率高居女性癌癥致死率的第三位。宮頸癌發(fā)病率占女性癌癥的15％。全球每年新增宮頸癌患者約51萬(wàn)，每年約30萬(wàn)女性死于宮頸癌。宮頸浸潤(rùn)癌前狀態(tài)異常，宮頸上皮內(nèi)瘤樣病變(CIN)，或鱗狀上皮內(nèi)病變(SIL)高發(fā)于年輕女性。研究顯示，宮頸上皮內(nèi)瘤樣病變最開始的CIN1狀態(tài)，治愈率可以達(dá)到80％到90％，CIN2時(shí)是60％到70％，進(jìn)入CIN3還能有40％到50％，但發(fā)展到CIN4時(shí)，治愈率只有10％。而一旦進(jìn)入CIN2級(jí)別，病變組織就會(huì)有5％-12％的可能性在8-10內(nèi)發(fā)展為宮頸浸潤(rùn)癌。宮頸浸潤(rùn)癌若不及時(shí)治療，病人一般會(huì)在2-5年內(nèi)死亡。所以，宮頸癌早期診斷和治療非常重要。巴氏涂片篩查法是最原始的宮頸癌檢測(cè)方法。但整個(gè)宮頸癌的檢測(cè)過(guò)程不但費(fèi)時(shí)而且很昂貴。因此急需高靈敏度、高特異性的醫(yī)學(xué)診斷方法作為宮頸組織病變程度判斷的依據(jù)。

光學(xué)方法檢測(cè)早期宮頸癌是新發(fā)展起來(lái)的一門醫(yī)學(xué)診斷方法。它具有無(wú)創(chuàng)性，可以通過(guò)觀察組織體的新陳代謝狀況而實(shí)現(xiàn)在體早期癌癥診斷。早期宮頸癌鱗柱交界處的CIN 2/3級(jí)病變的診斷要求成像深度為毫米量級(jí)、空間分辨率幾百微米范圍，屬于介觀、中等空間分辨率成像范疇。薄層光學(xué)層析成像(Laminar optical tomography，LOT)成像技術(shù)是一種具有潛在定量性的非接觸式介觀功能成像方法，利用與共聚焦成像類似的掃描系統(tǒng)同時(shí)獲取同軸和離軸的漫散射光，并根據(jù)擴(kuò)散光學(xué)層析成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)原理完成了層析圖像的獲取與重建，LOT中的源探分布比DOT小很多(一般為幾個(gè)毫米)，因此，LOT比DOT有更高的分辨率。同時(shí)不同于(Confocal Microscopy,CM)，LOT利用不同源探分布的陣列探測(cè)器可以同時(shí)獲取不同深度的散射熒光，經(jīng)后期的重建處理，得到深度分辨信息。LOT探測(cè)深度為2-3mm，空間分辨率為幾百微米。

外熒光LOT(Fluorescent Laminar optical tomography,FLOT)將熒光分子探針和LOT技術(shù)相結(jié)合，利用熒光分子標(biāo)記的特異性對(duì)生物組織進(jìn)行無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)的跟蹤與檢查，屬于介觀功能成像技術(shù)，具備極高的靈敏度、特異性且使用方便，特別適合淺層組織中等分辨的功能性信息獲取，適用于早期宮頸癌的診斷。

雖然FLOT的二維原圖像(raw image)較LOT系統(tǒng)有了更高的成像質(zhì)量，但由于原圖像受來(lái)自不同深度的漫射光干擾仍需要重建算法將其轉(zhuǎn)換為具有三維空間分布的熒光物質(zhì)濃度或熒光產(chǎn)率信息。而熒光重建算法中普遍要求已知激勵(lì)光強(qiáng)度，從而得到測(cè)量伯恩比來(lái)消除組織光學(xué)參數(shù)及其變化和某些系統(tǒng)參數(shù)的影響。

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的Elizabeth M.C.Hillman等2004年首次提出了薄層光學(xué)層析成像概念。2009年，Hillman等人利用熒光劑若丹明在LOT的基礎(chǔ)上進(jìn)行了熒光信號(hào)的測(cè)量。他們采用不同的探測(cè)器接組織表面出射的激勵(lì)光和受激輻射的熒光信號(hào)。得到了曝露的大鼠腦皮層下清晰的熒光信號(hào)、以及吸收對(duì)比成像。光源和探測(cè)器距離在2.0mm時(shí)得到系統(tǒng)的穿透深度極限為3.0mm，但他們并未進(jìn)行熒光的三維圖像重建。2010年Chen Yu等人發(fā)展了利用Cy5.5在小動(dòng)物的乳腺癌模型上進(jìn)行了FLOT成像的開拓性工作，他們采用相對(duì)于激勵(lì)光的測(cè)量模式，利用伯恩近似比值進(jìn)行熒光信號(hào)的三維圖像重建。他們利用兩個(gè)獨(dú)立的CCD探測(cè)器及信號(hào)調(diào)理電路分別探測(cè)激勵(lì)光和熒光信號(hào)，在重建過(guò)程中并沒(méi)有考慮兩個(gè)CCD增益差異給重建結(jié)果造成的誤差。這就有可能造成伯恩比值的失真，從而直接影響重建結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種獲得較為準(zhǔn)確的伯恩比值的雙模態(tài)薄層光學(xué)層析成像系統(tǒng)。技術(shù)方案如下：

一種雙模態(tài)薄層光學(xué)層析成像系統(tǒng)，包括激光光源1、起偏器2、偏振光分光鏡3、二向色鏡4、x-振鏡5、y-振鏡6、掃描透鏡7、物鏡8、成像透鏡10、檢偏器11、高通濾波片、衰減片、光電倍增管陣列13、第一反射鏡14和第二反射鏡15。

由激光光源1發(fā)射的準(zhǔn)直線偏光，通過(guò)起偏器2和偏振光分光鏡3濾除s偏振分量后得到的線偏振光通過(guò)二向色鏡4后打到x-振鏡5、y-振鏡6上，通過(guò)控制x-振鏡5、y-振鏡6的旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)光束的偏轉(zhuǎn)；光束再通過(guò)掃描透鏡7、物鏡8后被聚焦到樣品表面，形成點(diǎn)光源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的二維掃描探測(cè)；

樣品表面出射的攜帶樣品內(nèi)部信息的激勵(lì)光通過(guò)物鏡8、掃描透鏡7和y-振鏡6、x-振鏡5，在樣品內(nèi)部發(fā)生退偏的漫射光經(jīng)偏振光分光鏡3后，s偏振分量反射到達(dá)第一反射鏡14和第二反射鏡15，再透過(guò)二向色鏡4、成像透鏡10，經(jīng)檢偏器11再次濾除鏡面反射后，進(jìn)入光電倍增管陣列13；

樣品內(nèi)部受激輻射的熒光信號(hào)通過(guò)物鏡8、掃描透鏡7后，被y-振鏡6和x-振鏡5反掃描，進(jìn)入二向色鏡4；熒光被二向色鏡反射直接進(jìn)入成像透鏡10，經(jīng)成像透鏡聚焦后進(jìn)入光電倍增管陣列13；進(jìn)行熒光測(cè)量時(shí)，光電倍增管陣列13前置高通濾光片，進(jìn)行經(jīng)過(guò)組織內(nèi)部的激勵(lì)光的測(cè)量時(shí)，光電倍增管陣列13前置衰減片。

優(yōu)選地，二向色鏡4的參數(shù)為：442nm透射率>90％、535nm透射率<0.3％。

本發(fā)明采用雙模態(tài)測(cè)量方法，利用全反鏡及原有的二向色鏡重新調(diào)整光路，使得激勵(lì)光與熒光探測(cè)支路合二為一，并采用濾光輪進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)了僅用一只探測(cè)器分時(shí)檢測(cè)來(lái)自同一樣品面出射的熒光與激勵(lì)光。改善了FLOT系統(tǒng)中熒光探測(cè)與激勵(lì)光探測(cè)支路互為獨(dú)立的現(xiàn)狀，該方法的優(yōu)勢(shì)在于不僅繼承了原FLOT系統(tǒng)相對(duì)測(cè)量方式，同時(shí)能夠自動(dòng)補(bǔ)償由探測(cè)器及其信號(hào)調(diào)理部分引起的線性誤差，從而得到更加真實(shí)的伯恩比。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明雙模態(tài)薄層光學(xué)層析成像系統(tǒng)原理框圖。其中，實(shí)線代表共軸光束，虛線代表離軸光束。

其中：

1：442nm激勵(lì)光源； 2：起偏器；

3：偏振光分光鏡； 4：二向色鏡；

5：x-掃描振鏡； 6：y-掃描振鏡；

7：掃描透鏡； 8：物鏡；

9：待測(cè)組織； 10：成像透鏡；

11：檢偏器； 12：高通濾波片/衰減片；

13：光電倍增管陣列； 14：反射鏡1；

15：反射鏡2。

圖2 45°入射時(shí)，二向色鏡透射率光譜圖

具體實(shí)施方式

在FLOT系統(tǒng)中，由激光光源1發(fā)射出準(zhǔn)直線偏光，該光通過(guò)起偏器2、偏振光分光鏡3，濾除s偏振分量，提高系統(tǒng)光源p偏振分量的比例；線偏振光通過(guò)二向色鏡4后打到x-振鏡5和y-振鏡6上，上位機(jī)通過(guò)控制x-、y-振鏡旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)光束的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的二維掃描探測(cè)；之后光束通過(guò)掃描透鏡7、物鏡8后被聚焦到樣品表面，構(gòu)成FLOT系統(tǒng)的點(diǎn)光源。光進(jìn)入樣品后，與樣品發(fā)生吸收、散射以及激勵(lì)樣品內(nèi)熒光劑輻射熒光后，會(huì)在樣品表面光源附近以漫射的形式出射。這些漫射光既包括經(jīng)過(guò)組織吸收和散射的“激勵(lì)光”(沒(méi)有參與激勵(lì)熒光只發(fā)生散射的出射光)，也包括熒光劑被激發(fā)輻射出的熒光。

測(cè)量激勵(lì)光，光電倍增管陣列13前為衰減片12，由于熒光的光強(qiáng)很弱，只有激勵(lì)光的1/1000，因此可以忽略熒光的干擾。樣片表面出射的激勵(lì)光，通過(guò)物鏡8、掃描透鏡7和y-振鏡6、x-振鏡5后，通過(guò)二向色鏡4到達(dá)偏振光分光鏡3，由于FLOT系統(tǒng)使用的是偏振光入射，系統(tǒng)以及樣品的表面反射光偏振態(tài)并沒(méi)有發(fā)生變化，而經(jīng)過(guò)樣品內(nèi)部發(fā)生多次散射的光已完全退偏。因此，經(jīng)過(guò)偏振光分光鏡3后，發(fā)生退偏的漫射光s分量會(huì)被反射到達(dá)全反鏡14、全反鏡15，從而透過(guò)二向色鏡4后進(jìn)入成像透鏡10，經(jīng)檢偏器11再次濾除鏡面反射的激勵(lì)光后，經(jīng)過(guò)組織內(nèi)部的激勵(lì)光最終進(jìn)入光電倍增管陣列13。

測(cè)量熒光時(shí)，熒光通過(guò)物鏡8、掃描透鏡7后，被x-、y-掃描振鏡反掃描，進(jìn)入二向色鏡4，熒光被二向色鏡反射直接進(jìn)入成像透鏡10，經(jīng)成像透鏡聚焦進(jìn)入光電倍增管陣列13。測(cè)量熒光時(shí)，PMT前放置高通濾光片12用以濾除激勵(lì)光。為了盡量保證激勵(lì)光與熒光探測(cè)時(shí)，系統(tǒng)的增益相同，因此測(cè)量熒光時(shí)同樣在成像透鏡后放置了起偏器。

這種方法保證了熒光和激勵(lì)光測(cè)量時(shí)，使用同一探測(cè)器及后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路，消除了由此產(chǎn)生的線性誤差。