專利名稱：人體組織自體熒光多波長檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬生物醫(yī)學(xué)類儀器，涉及一種人體組織自體熒光檢測裝置，尤其是一種可用于人體早期腫瘤組織的內(nèi)窺鏡檢查，利用不同波長光源激發(fā)人體組織中特定的內(nèi)源 性熒光物質(zhì)，并檢測與這些熒光物質(zhì)相對應(yīng)的特定波長熒光信息的自體熒光檢測裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的人體組織自體熒光檢測系統(tǒng)是通過利用普通內(nèi)窺鏡，并采用單一波長或 寬光譜的光源激發(fā)人體組織的內(nèi)源性熒光物質(zhì)，利用正常和腫瘤組織的自體熒光光譜差 異對人體組織進行熒光檢測的系統(tǒng)。人體組織的自體熒光主要來源于氨基酸、結(jié)構(gòu)蛋白、 酶、輔酶、脂肪、維生素和卟啉等物質(zhì)，它們各自具有不同的最佳熒光激發(fā)波長和與之對應(yīng) 的熒光發(fā)射波長，其中常見的內(nèi)源性熒光物質(zhì)如色氨酸、膠原蛋白、還原型煙酰胺腺嘌呤 二核苷酸、嚇啉和黃素腺嘌呤二核苷酸等所對應(yīng)的最佳激發(fā)波長分別為280、325、340、400 和450nm，相應(yīng)的最佳熒光發(fā)射波長分別為335、390、460、635和535nm。在某一特定波長 激發(fā)光源的激發(fā)下，人體組織自體熒光光譜是多種內(nèi)源性熒光物質(zhì)光譜的疊加。截至目 前，已獲得臨床初步應(yīng)用的自體熒光檢測系統(tǒng)有(I)Xillix-LIFE lung/GI/ENT(Xillix Technologies Corp, Richmond, BC, Canada) ( WWik^ 442nm) ； (2) D-Iight System (Karl Storz, Tuttlingen, Germany) ( M R 'iA 442nm) ； (3)WavSTAT, Optical Biopsy System(SpectraScience, San Diego, USA)( # ^ ^ ^ 410nm) ； (4)SAFE-3000(Pentax, Tokyo, Japan) ( ■發(fā) M 長 408nm) ； (5) Evis LuceraSpectrum(Olympus, Japan)
長395-475nm)。這些自體熒光內(nèi)窺鏡檢測系統(tǒng)采用可見光波段的單一波長(408、410和 442nm)或?qū)捁庾V激發(fā)光源(395-475nm)，這些激發(fā)波長不僅不能激發(fā)色氨酸、膠原蛋白和 還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的熒光，而且不能有效地激發(fā)卟啉的熒光。因此，系統(tǒng)檢測到 的熒光信號主要來源于部分卟啉和黃素腺嘌呤二核苷酸。激發(fā)波長過于單一或者過于寬廣 均未能有效地激發(fā)具有診斷意義的熒光信息，在臨床應(yīng)用中尚無法實現(xiàn)人體早期腫瘤組織 的高靈敏度和特異性檢測。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有的人體組織自體熒光檢測系統(tǒng)采用單一波長或者寬光譜光源作為激發(fā) 光源，未能有效地激發(fā)具有診斷意義的內(nèi)源性熒光物質(zhì)的熒光信息，在臨床應(yīng)用中存在靈 敏度和特異性不高等不足，本實用新型提供一種基于多波長光源激發(fā)的人體組織自體熒光 檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可采用多個最佳激發(fā)波長激發(fā)人體組織中特定的內(nèi)源性熒光物質(zhì)，檢測 相應(yīng)的熒光信息，避免采用單一波長或?qū)捁庾V光源激發(fā)導(dǎo)致熒光信息不夠豐富或信息重疊 不利于分析等問題，從而提高人體早期腫瘤組織的檢測靈敏度和特異性。為實現(xiàn)本實用新型的目的采用的技術(shù)方案是自體熒光檢測裝置由激發(fā)光源部分、激發(fā)-檢測-采集部分、光學(xué)收集部分、信 號預(yù)處理部分和計算機部分構(gòu)成，其中信號預(yù)處理部分與計算機部分通過信號線進行連接，激發(fā)光源部分通過激發(fā)光與激發(fā)-檢測-采集部分中的激發(fā)光輸入端的光纖相連，激發(fā)-檢測-采集部分中的熒光輸出端的光纖通過熒光信號通路與光學(xué)收集部分相連，熒光 信號通路經(jīng)過光學(xué)收集部分傳輸后進入信號預(yù)處理部分，信號預(yù)處理部分中光電倍增管光 電轉(zhuǎn)化后變?yōu)殡娦盘?，進入計算機部分，其特征在于可調(diào)諧激光器可以根據(jù)人體組織中特 定的內(nèi)源性熒光物質(zhì)調(diào)節(jié)所需的脈沖激光波長，濾光輪上安裝有不同中心波長的窄帶濾光 片。所述的激發(fā)光源部分由波長可調(diào)諧激光器、光衰減器和耦合透鏡組成，構(gòu)成激發(fā) 光通路。所述的可調(diào)諧激光器可以根據(jù)人體組織中特定的內(nèi)源性熒光物質(zhì)調(diào)節(jié)所需的脈沖 激光波長，可依次調(diào)節(jié)的波長范圍從210nm到2200nm，克服了現(xiàn)有的人體組織自體熒光檢 測系統(tǒng)采用單一波長或者寬光譜光源作為激發(fā)光源，未能有效地激發(fā)具有診斷意義的內(nèi)源 性熒光物質(zhì)的熒光信息，在臨床應(yīng)用中存在靈敏度和特異性不高等不足；可調(diào)諧激光器輸 出的脈沖激光功率可以通過光衰減器進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的激發(fā)光經(jīng)過耦合透鏡耦合進入Y 型光纖的激發(fā)光輸入端的光纖內(nèi)。所述的激發(fā)_檢測_采集部分由兩路呈Y型的光纖和內(nèi)窺鏡組成，其中Y型光纖 的一路由六根傳輸激發(fā)光的光纖，另一路為單根傳輸熒光光纖的熒光輸出端。傳輸激發(fā)光 的光纖一端為激發(fā)光輸入端，另一端為接入端，通過內(nèi)窺鏡的活檢通道接入內(nèi)窺鏡內(nèi)，激發(fā) 光源部分發(fā)出的激發(fā)光通過該光纖照射待測組織；傳輸熒光的光纖一端為熒光輸出端，另 一端亦為接入端，通過內(nèi)窺鏡的活檢通道接入內(nèi)窺鏡內(nèi)。傳輸激發(fā)光的光纖接入端和傳輸 熒光光纖的接入端合并構(gòu)成Y字型的尾部，傳輸激發(fā)光的光纖輸入端和傳輸熒光光纖的輸 出端分開構(gòu)成Y字型的兩個頭部。待測組織發(fā)出的自體熒光通過該光纖的熒光輸出端向光 學(xué)收集部分傳送熒光。這樣構(gòu)成“激發(fā)光-光纖-內(nèi)窺鏡-照射-激發(fā)熒光”和“收集熒 光-光纖-傳出熒光”光通路。所述的光學(xué)收集部分由濾光輪和兩個耦合透鏡組成，傳輸熒光的光纖熒光輸出端 輸出的熒光，通過前耦合透鏡耦合后經(jīng)過濾光輪中與激發(fā)光波長相對應(yīng)的一個濾光片，再 由后耦合透鏡耦合輸入信號預(yù)處理部分。濾光輪采用市場上可購買的通用型多孔濾光輪， 孔中根據(jù)對應(yīng)的波長安裝有不同中心波長的窄帶濾光片。當(dāng)濾光輪上安裝6個窄帶濾光片 時，中心波長可分別選擇335nm，390nm，460nm，520nm，535nm，和635nm，帶寬均為20nm，用于 分別提取280nm激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生335nm的熒光信號，340nm激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生390和460nm的 熒光信號，460nm激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生520nm的熒光信號，450nm激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生535nm的熒光 信號和400nm激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生635nm的熒光信號。其中，波長可調(diào)諧激光器和濾光輪由計 算機部分同步控制，實現(xiàn)激發(fā)光波長與濾光輪上的濾光片的一一對應(yīng)。所述的信號預(yù)處理部分由光電倍增管、前置放大器、光子計數(shù)器和計數(shù)板卡組成， 進入光電倍增管的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化后變?yōu)殡娦盘?，依次?jīng)過前置放大器、光子計數(shù)器 和計數(shù)板卡，進入計算機部分進行數(shù)據(jù)采集和處理，構(gòu)成信號預(yù)處理部分。本實用新型專利的有益效果是，采用波長可調(diào)諧的激光器作為激發(fā)光源，獲取針 對特定內(nèi)源性熒光物質(zhì)的最佳激發(fā)波長，同時檢測相對應(yīng)的發(fā)射熒光，實現(xiàn)了熒光信息的 最佳激發(fā)和檢測；同時，采用濾光片從連續(xù)熒光光譜中分解獲取分立的熒光波長，這在硬件 上實現(xiàn)從連續(xù)光譜分解出能夠明確表征組織熒光特性的熒光信號，簡化數(shù)據(jù)處理的過程， 實現(xiàn)人體組織自體熒光的高靈敏度和特異性檢測。
圖1是本實用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1為可調(diào)諧激光器，2為光衰減器，3為耦合透鏡，4為傳輸激發(fā)光的光纖一 端的激發(fā)光輸入端，5為傳輸激發(fā)光光纖接入內(nèi)窺鏡的另一端，6為內(nèi)窺鏡，7為待測組織，8 為傳輸熒光的熒光輸出端，9為前耦合透鏡，10為濾光輪，11為后耦合透鏡，12為冷卻電壓 控制器，13為冷卻器，14為光電倍增管，15為前置放大器，16為單光子計數(shù)器，17為計數(shù) 板 卡，18為計算機。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對實用新型作進一步的說明。實施例1如圖1所示，基于不同波長激發(fā)的自體熒光檢測裝置圖。選取一例人體結(jié)腸組 織進行自體熒光光譜特性研究。在進行實驗之前，通過冷卻電壓控制器(12)將冷卻器 (13) (C9144, Hamamatsu Corp.，Japan)開啟并冷卻 30 分鐘，使光電倍增管(14) (R928, Hamamatsu Corp.，Hamamatsu, Japan)達到穩(wěn)定工作狀態(tài)。根據(jù)實驗要求，打開計算機 (18)，并預(yù)先存儲了與結(jié)腸組織相對應(yīng)的三個閾值In和IT2，其數(shù)值分別為30000和3，打 開可調(diào)諧激光器(1) (PIV OPO 355，0Ρ0ΤΕΚ, USA)，通過計算機(18)上的控制軟件調(diào)節(jié)可 調(diào)諧激光器(1)的輸出波長為400nm，同時控制選擇濾光輪(10) (FW102B, Thorlabs Inc.， USA)上中心波長為635nm的濾光片?？烧{(diào)諧激光器(1)發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)過光衰減器(2) 進行功率調(diào)節(jié)，之后經(jīng)過耦合透鏡(3)耦合并進入傳輸激發(fā)光光纖的激發(fā)光輸入端(4)上 的六根傳輸激發(fā)光的光纖。傳輸激發(fā)光的光纖接入端(5)通過內(nèi)窺鏡(6) (CF-1T140I/L, Olympus Corp.，Japan)將激發(fā)光通過活檢通道均勻照射在待測組織(7)上，待測組織(7) 被激發(fā)后發(fā)出的熒光再由Y型光纖中的傳輸熒光的光纖接入端收集，最后從Y型光纖的熒 光輸出端(8)輸出。輸出的熒光由前耦合透鏡(9)耦合后經(jīng)過濾光輪(10)上中心波長為 635nm的濾光片，進行窄帶濾波后，再由后耦合透鏡(11)耦合到光電倍增管(14)，通過光 電倍增管(14)光電轉(zhuǎn)化后轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過前置放大器(15) (C6438,Hamamatsu Corp.， Hamamatsu, Japan)進行電信號放大，放大后的電信號再由單光子計數(shù)器(16) (C9744， Hamamatsu Corp. , Hamamatsu, Japan)鑒另U后通過計數(shù)板卡(17) (M8784, Hamamatsu Corp., Hamamatsu, Japan)進行計數(shù)并由計算機(18)記錄635nm的熒光信號I635，其數(shù)值為10000， 小于閾值IT1，未能判定組織類型，須進行進一步檢測。再通過計算機(18)上的控制軟件調(diào) 節(jié)可調(diào)諧激光器(1)的輸出波長為280nm，同時控制選擇中心波長為335nm的濾光片，由計 數(shù)板卡(17)進行計數(shù)并由計算機(18)記錄335nm的熒光信號I335，其數(shù)值為96000 ；再通 過計算機(18)上的控制軟件調(diào)節(jié)可調(diào)諧激光器(1)的輸出波長為340nm，同時控制選擇中 心波長為390nm的濾光片，由計數(shù)板卡(17)進行計數(shù)并由計算機(18)記錄390nm的熒光 信號I39。，其數(shù)值為50000 ；再選擇中心波長為460nm的濾光片，記錄460nm的熒光信號146(1， 其數(shù)值為82000。再選擇可調(diào)諧激光器(1)輸出波長為450nm，同時選擇中心波長為535nm 的濾光片檢測535nm的熒光信號I535，其數(shù)值為15000。最后，再選擇可調(diào)諧激光器(1)輸 出波長為460nm，同時選擇中心波長為520nm的濾光片檢測520nm的熒光信號152(1，其數(shù)值為20000。在計算機(18)上進行數(shù)據(jù)處理，計算Ir = (I46O+I52O+I535)XI335Z(I39O)2的結(jié)果為 4. 49，大于閾值It2，表明還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，黃素腺嘌呤二核苷酸和色氨酸相對 于膠原蛋白的相對含量較高，判定待測組織為結(jié)腸腫瘤組織。實施例2選取另一例人體結(jié)腸組織進行自體熒光光譜特性研究。按照實施例1的過程，首 先選擇400nm激發(fā)光，檢測635nm的熒光信號I635，其記錄的數(shù)值為9000，小于閾值IT1，未能 判定組織類型，須進行進一步檢測。接著，選擇280nm激發(fā)光激發(fā)，檢測335nm的熒光信號 I335，其數(shù)值為75000。然后選擇340nm激發(fā)光，檢測390nm和460nm的熒光信號I39tl和146(1， 其數(shù)值分別為70000和81000。再選擇450nm激發(fā)光激發(fā)，檢測535nm的熒光信號I535，其 數(shù)值為10000。最后，選擇460nm激發(fā)光，檢測520的熒光信號I52tl，其數(shù)值為18000。計算 Ir = (I46O+I52O+I535)XI335Z(I39O)2的結(jié)果為I- 67，小于閾值IT2，表明表明還原型煙酰胺腺嘌 呤二核苷酸，黃素腺嘌呤二核苷酸和色氨酸相對于膠原蛋白的相對含量較低，判定待測組 織為結(jié)腸正常組織。實施例3選取另一例人體結(jié)腸組織進行自體熒光光譜特性研究。按照實施例1的過程，首 先選擇400nm激發(fā)光，檢測635nm的熒光信號I635，其記錄的數(shù)值為60000，高于閾值In，表 明卟啉含量較高，判定待測組織為結(jié)腸腫瘤組織。
權(quán)利要求1.一種人體組織自體熒光多波長檢測裝置，主要由激發(fā)光源部分、激發(fā)-檢測-采集 部分、光學(xué)收集部分、信號預(yù)處理部分和計算機部分構(gòu)成，其中信號預(yù)處理部分與計算機部 分通過信號線進行連接，激發(fā)光源部分通過激發(fā)光與激發(fā)-檢測-采集部分中的激發(fā)光輸 入端的光纖相連，激發(fā)-檢測-采集部分中的熒光輸出端的光纖通過熒光信號通路與光學(xué) 收集部分相連，熒光信號通路經(jīng)過光學(xué)收集部分傳輸后進入信號預(yù)處理部分，信號預(yù)處理 部分中光電倍增管光電轉(zhuǎn)化后變?yōu)殡娦盘?，進入計算機部分，其特征在于可調(diào)諧激光器(1) 可以根據(jù)人體組織中特定的內(nèi)源性熒光物質(zhì)調(diào)節(jié)所需的脈沖激光波長，濾光輪(10)上安 裝有不同中心波長的窄帶濾光片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體組織自體熒光多波長檢測裝置，其特征在于所述的可調(diào) 諧激光器可依次調(diào)節(jié)的波長范圍從210nm到2200nm。
專利摘要本實用新型涉及一種人體組織自體熒光多波長檢測裝置。自體熒光多波長檢測裝置主要由激發(fā)光源部分、激發(fā)-檢測-采集部分、光學(xué)收集部分、信號預(yù)處理部分和計算機部分構(gòu)成，其特征在于可調(diào)諧激光器(1)可以根據(jù)人體組織中特定的內(nèi)源性熒光物質(zhì)調(diào)節(jié)所需的脈沖激光波長，濾光輪(10)上安裝有不同中心波長的窄帶濾光片。該本裝置可依次采用多個最佳激發(fā)波長激發(fā)人體組織中特定的內(nèi)源性熒光物質(zhì)，避免采用單一波長或?qū)捁庾V光源激發(fā)導(dǎo)致熒光信息不夠豐富或信息重疊不利于分析等問題，提高早期腫瘤檢測的靈敏度和特異性。
文檔編號G01N21/01GK201859120SQ20102053329
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者劉麗娜, 李偉華, 李步洪, 聶英斌, 謝樹森, 陳德福, 黃志勇 申請人:福建師范大學(xué)