專利名稱：一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
癌癥是嚴重威脅人類健康甚至生命的一類疾病。胃癌是最常見的惡性腫瘤之一，其死亡 率在我國居惡性腫瘤的首位，影響其治療最主要的因素是病期，早期胃癌的5年生存率可達 90%以上。目前，對胃部病變進行檢査最有效的方法為纖維胃鏡，胃鏡下可了解病變的部位 和范圍，而且可對可疑病變?nèi)〔倪M行病理學(xué)診斷。在臨床胃鏡檢測結(jié)果中， 一般很小比例的 病例為癌癥，絕大部分的病人則患有各種慢性炎癥，而若對炎癥病變未進行及時的治療控制 和定期檢查監(jiān)測，炎癥則可能進一步惡化，發(fā)生異型增生，最終發(fā)展為癌癥。正確快速地實 現(xiàn)胃鏡樣品正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌中的臨床診斷，并相應(yīng)的采取不同的治療
方案，對于提高病患的生存率與治愈率具有a^意義。 .
目前，雖然臨床上胃鏡檢査被廣泛采用，如專利CN 1004530250所述的一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。 但胃鏡檢查仍有一定的局限性，如需要夾取胃部組織，因而有創(chuàng)傷、易感染.、易導(dǎo)致擴散， 同樣的，因為需要夾取組織，所以對所有疑似部位進行夾取檢查不易實現(xiàn)，因此可能造成漏 檢。胃鏡檢査的診斷結(jié)果主要受檢查者的操作經(jīng)驗影響與主觀判斷，因而精確度較低。夾取 后的組織福爾馬林固定，石蠟包埋，HE染色，最后進行常規(guī)病理學(xué)檢査，因而需要較長時間 才能得到診斷結(jié)果，且成本較高。
傅里葉變換紅外光譜法(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,簡稱FTIR)是 近年來發(fā)展起來的一種從分子水平研究生物組織的新方法。紅外光譜是分子結(jié)構(gòu)變化的靈敏
探針，能夠從細胞內(nèi)某些物質(zhì)相應(yīng)基團分子振動水平的變化來檢測細胞內(nèi)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu) 與構(gòu)象的變化。因此，病變組織的早期變化在未體現(xiàn)在形態(tài)學(xué)上的變化時，己在其中紅外光 譜上有所表現(xiàn)。而目前的一些學(xué)術(shù)研究雖然也涉及此領(lǐng)域，但大多需要采集組織樣本后，放 置于光譜儀上進行離體檢測，即，希望以光譜檢査代替病理檢査，這樣同樣需要夾取組織， 因而也就具有其弊端。少數(shù)能夠在體判別組織性質(zhì)的實驗室學(xué)術(shù)研究也都是針對人體淺表組 織，即反映皮膚附近組織的病變情況。且目前的光譜研究還仍然停留在特征譜峰比對階段， 浪費了全譜的大量信息，且過于依靠主觀判斷，因而精度不高。
綜上所述， 一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置及方法，將光譜分析方法與圖像分析方法相 結(jié)合，有望發(fā)展成為一種無創(chuàng)、快速的胃部組織性質(zhì)檢測新技術(shù),且可用于癌癥的早期檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置及 方法，實現(xiàn)在體、多點測量，可以避免漏檢，不需夾取患者胃部組織進行病理分析，減少了 患者痛苦，避免了交叉感染與擴散，將圖像與全光譜信息相結(jié)合，通過數(shù)學(xué)算法編程，自動 判別疑似組織性質(zhì)，具有較高的準確度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案 一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，包括以下部分光源部分， 伸入患者體內(nèi)的軟性部分，光譜采集裝置，計算機；光源部分包含兩部分提供可見波段的 照明所用的光源與提供中紅外入射光光源；伸入患者體內(nèi)的軟性部分包括可見光入射光纖， 微型圖像采集裝置，圖像信號輸出線路；中紅外入射光纖，二次衰減全反射(ATR)探頭， 中紅外出射光纖，其中二次ATR探頭與微型圖像采集裝置位于伸入患者體內(nèi)的軟性部分底端， 中紅外入射光纖與中紅外出射光線組成Y形光纖束與二次ATR探頭相連接；伸入患者體內(nèi)的 軟性部分可彎曲，控制，通過操作可彎曲部分，可使其向上下左右各方向彎曲，通過調(diào)節(jié)彎 角的方向而有助于其通過胃內(nèi)彎曲的腔道，提高觀察功能；
可見光光源發(fā)出的可見光經(jīng)透鏡耦合后進入可見光入射光纖并傳輸至患者體內(nèi)，照亮胃 部組織，以便微型圖像采集裝置采集胃部圖像，并將圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號通過圖像信號輸 出線路發(fā)送至體外計算機；
中紅外光源發(fā)出的中紅外光經(jīng)透鏡耦合后進入中紅外入射光纖并傳輸至患者體內(nèi)在二 次ATR探頭內(nèi)表面進行兩次衰減全反射后，出射光負載了胃部組織的生化信息后經(jīng)出射光纖 傳至體外光譜采集裝置并轉(zhuǎn)化為光譜信號后發(fā)送至計算機部分；
通過控制伸縮、轉(zhuǎn)動伸入患者體內(nèi)的軟性部分，微型圖像采集裝置實時采集胃部各個部 分組織的圖像，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似病變組織后，啟動光譜采集裝置采集該處的光譜信號，此處的圖 像信息與光譜信息同時被保存下來，作為輸入被傳輸至計算機部分，計算機可以將圖像與光 譜的存儲并實時顯示，同時，計算機內(nèi)的模式識別模塊利用事先已建立的各種性質(zhì)胃部組織 光譜數(shù)據(jù)庫，對該處組織的圖像信息與光譜信息進行判別分析，可以實時的輸出檢測組織判 別組織正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌的判別。
所述的可見部分光源選用鹵鎢燈或白光LED，所述的中紅外光源為硅碳棒；在兩光源出
口處分別置有凸透鏡，分別將兩光源所發(fā)出的光聚焦耦合入各自入射光纖，經(jīng)過透鏡耦合后， 可見光光源與中紅外光源分別進可見入射光纖與中紅外入射光纖。 所述的可見光入射光纖選用普通石英材質(zhì)。
所述的中紅外入射光纖與中紅外出射光纖選用光纖材質(zhì)為鍺鹽玻璃，通光波段為 700-4000cnT1。所述二次衰減全發(fā)射(ATR)探頭為45度錐形ZnSe或Ge晶體，其剖面為等腰直角三角形。
所述的微型圖像采集裝置采用CCD或CMOS感光方式。
所述的光譜采集裝置采用后分光方式，負載了胃部組織性質(zhì)信息的中紅外出射光，由光 纖傳輸至體外，經(jīng)透鏡準直后，通過光譜采集裝置中的分光部件分光后被檢測器接受，并轉(zhuǎn) 化為光譜信號，分光部件可以采用AOTF晶體，可變?yōu)V光片或光柵。
所述的模式識別模塊，該模塊通過輸入的光譜與圖像信息對胃部組織性質(zhì)進行判別分 析。判別分析是多元統(tǒng)計方法中一類判別分類法，它是根據(jù)兩個或多個母體的觀測樣本結(jié)果， 按照一定的判別準則和相應(yīng)的判別函數(shù)，來判別任一待判個體歸屬哪一類母體。
利用己經(jīng)獲得的組織光譜與己經(jīng)判別的組織性質(zhì)建立判別分析模型，判別分析是多元統(tǒng) 計方法中較為成熟的一類判別分類法，它是根據(jù)兩個或多個母體的觀測樣本結(jié)果，按照一定 的判別準則和相應(yīng)的判別函數(shù)，來判別任一待判個體歸屬哪一類母體。其方法包括k一最 近鄰法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，支持向量機法等多種，且不局限于以上判別分析方法。
k最近鄰居法采用向量空間模型來分類，概念為相同類別的胃部組織光譜彼此的相似度 高，而可以借由計算與已知類別案例之相似度，來評估未知類別案例可能的分類。根據(jù)具體 情況，選取待判別樣本最近的k個訓(xùn)練集樣本光譜，設(shè)這k個樣本中本別包含正常、淺表性 胃炎、萎縮性胃炎和胃癌的樣本N。 N2、 N3，且N,+N2+H分別計算判別樣本光譜對四類訓(xùn) 練集樣本的隸屬得分，公式如以下所表示 <formula>formula see original document page 6</formula>式中Di表示該類別中第i個訓(xùn)練集樣本光譜到待判別樣本光譜之間的距離。Di用以衡量 樣品光間的相似程度，可以用歐氏距離、馬氏距離、街區(qū)距離等來計算，且不局限于以上幾 種距離計算方法。
在計算得到待判別樣品光譜對各類的得分后，比較得分高低，將待判別樣本判定為得分 最高的類別。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network, ANN)是對人腦或自然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Natural Neural Network)若干基本特性的抽象和模擬。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以對大腦的生理研究成果為基礎(chǔ)的，其目的在于模擬大腦的某些機理與機制，實現(xiàn)某個方面的功能。ANN是^具有適應(yīng)性 的簡單單元組成的廣泛并行互連的網(wǎng)絡(luò)，它的組織能夠模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)對真實世界物體所 作出的交互反應(yīng)。使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法實現(xiàn)模式識別。可處理一些環(huán)境信息十分復(fù)雜，背 景知識不清楚，推理規(guī)則不明確的問題，允許樣品光譜有較大的畸變，其運行速度快，自適 應(yīng)性能好，具有較高的分辨率。
一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測的方法，包括以下步驟
A. 在測量前采集足夠不同病理分析結(jié)果的在體胃部組織圖像與光譜，通過化學(xué)計量學(xué) 方法建立判別分析模型；
B. 利用微型圖像采集裝置獲取訓(xùn)練集病人胃部組織的圖像信息；
C. 根據(jù)圖像判定疑似部分，同時采集并記錄疑似部位的圖像與光譜信息；
D.將疑似部位的圖像信息與光譜信息相結(jié)合輸入步驟a建立好的判別分析模型中，得 到待診斷病人胃部組織的分析結(jié)果為正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌的一種。
所述步驟A具體包括
a.招募大量志愿受試者，要求受試者中胃部為正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌的 比例相近；
b. 將軟性部分伸入受試者胃中，通過微型圖像采集裝置采集某部位的圖像，同時利用 采樣光纖采集該部位組織光譜；
c. 夾取被采集光譜部位組織，進行病理分析，確定其性質(zhì)正常、淺表性胃炎、萎縮性 胃炎或胃癌中的一種；
d. 利用經(jīng)本發(fā)明中所述裝置獲得的組織光譜與圖像信息和利用病理分析得到結(jié)果，通 過化學(xué)計量學(xué)方法對光.譜建IL正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌四類的分類模型，
步驟C根據(jù)圖像判定疑似部分，同時采集并記錄疑似部位圖像與光譜信息，其特征在于 利用本發(fā)明所屬裝置的軟性部分深入待檢測患者胃部，通過控制其俯仰或轉(zhuǎn)動，實時采集胃 部各個位置的圖像，當(dāng)發(fā)現(xiàn)病變組織在上會表現(xiàn)為潰瘍性，即基底部會有特殊的表現(xiàn)，不平， 硬感、暴露感，病灶周圍的粘膜會有集中像和融合現(xiàn)象或者杵狀變粗的表現(xiàn)，則開始通過微 型圖像采集裝置記錄該位置的圖像，同時記錄下該部位的圖像與光譜數(shù)據(jù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
(1)傳統(tǒng)的檢測裝置與方法需要利用夾取 采集胃部組織至體外，會給患者帶來痛苦， 同時可能造成擴散與感染，而且過多的采集各處組織也不可能實現(xiàn)，因而容易造成漏檢。而本發(fā)明釆用軟性部分伸入患者體內(nèi)，在體、無創(chuàng)地采集患者組織的光譜與圖像進^t判別分析， 因而無需夾取患者胃部組織，只需采集組織圖像與光譜，不會對患者造成痛苦與傷害，減少 了患者痛苦，且不易交叉感染，造成擴散。同時，也可以實現(xiàn)多點測量，對有可能病變的部 位都可以很容易的進行檢測，可以避免漏檢。
(2)傳統(tǒng)的檢測裝置與方法需要夾取胃部組織至體外，夾取后的組織福爾 馬林固定，石蠟包埋，HE染色，最后進行常規(guī)病理學(xué)檢査，因而需要較長時間才能得到診斷 結(jié)果，且成本較高。而本發(fā)明利用深入體內(nèi)的軟性部分深入患者體內(nèi)采集胃部組織的中紅外 光譜，中紅外光譜能夠靈敏地表征生物組織的性質(zhì)，因此可以實現(xiàn)在體、原位測量，不需要 進行病理分析，縮短了診斷所需時間，可以實時得到檢測結(jié)果。
(3) 傳統(tǒng)的檢測裝置與方法依靠圖像來確定組織性質(zhì)，而癌變組織如果能夠在影像學(xué) 上被觀測到時，至少己經(jīng)有千萬個癌變細胞了。而本發(fā)明應(yīng)用光譜進行診斷，紅外光譜能夠 從細胞內(nèi)某些物質(zhì)相應(yīng)基團分子振動水平的變化來檢測細胞中某些物質(zhì)的存在、組成、含量 以及分子的空間排列和結(jié)構(gòu)的變化，因而本發(fā)明可以盡早的檢測到組織的病變，可用于胃癌 的早期檢查。
(4) 傳統(tǒng)的檢測裝置與方法主要依靠圖像檢測，而目前的研究中則是依靠離體的組織 光譜進行分析。而本發(fā)明同時利用圖像與光譜信息都作為診斷依據(jù)，信息量更大，因而更可 能得到正確的判斷。
(5) 目前研究中，主要針對離體組織光譜的特征峰進行比對、分析，而本發(fā)明中的模 式識別模塊針對在體組織全譜段光譜建立判別分析模型，檢測更準確靈敏、特異性更高。
(6)常見的光譜采集方式為中紅外光由入射光纖進入皮膚再經(jīng)反射后進入出射光纖的 方式，而中紅外光穿透深度很淺，因而攜帶信息量極少，組織信息很容易淹沒在儀器與背景 噪聲中。而本發(fā)明采用二次衰減全反射(ATR)探頭，提高了光譜信號強度與信噪比，為后 續(xù)分析提供了可能。 -


圖1為本發(fā)明一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置組成框圖2為本發(fā)明與胃部組織結(jié)合的組成框圖3為本發(fā)明裝置中二次ATR探頭剖面圖4為本發(fā)明裝置中二次ATR探頭的結(jié)構(gòu)圖5為本發(fā)明中方法流程圖6為本發(fā)明實施例中所用A0TF光譜儀結(jié)構(gòu)圖7為本發(fā)明實施例中采集得到的胃部組織圖像；
8圖8為本發(fā)明實施例中采集得到的胃部組織光譜。
圖中l(wèi)光源部分，2可見光光源，3中紅外光源，4可見光入射光纖，5中紅外光入射 光纖，6二次ATR探頭，7胃部組織，8中紅外光出射光纖，9光譜釆集設(shè)備，IO微型圖像采 集設(shè)備，ll圖像信號傳輸線路，12光譜信號傳輸線路，13計算機，14模式識別模塊，15伸 入患者體內(nèi)的軟性部分，16固定光纖與ATR晶體的裝置，17二次ATR晶體。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細闡述-如圖1至圖4所示，本發(fā)明的胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置包括如下部分 二次ATR探頭6與微型圖像采集裝置10位于伸入患者體內(nèi)的軟性部分15底端，中紅外 入射光纖5與中紅外出射光纖8組成Y形光纖束與二次ATR晶體17相連接；伸入患者體內(nèi) 的軟性部分15可彎曲，控制，通過操作可彎曲部分，可使彎曲的最大角度向上、下各100 ° ，向左、右各50° ，通過調(diào)節(jié)彎角的方向而有助于先端部通過胃內(nèi)彎曲的腔道，提高觀察 功能。
可見光光源2發(fā)出的可見光經(jīng)透鏡耦合后進入可見光入射光纖4并傳輸至患者體內(nèi)，照 亮胃部組織，以便微型圖像10采集裝置采集胃部圖像，并將圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號通過圖 像信號11輸出線路發(fā)送至體外計算機13;
中紅外光源3發(fā)出的中紅外光經(jīng)透鏡耦合后進入中紅外入射光纖5并傳輸至患者體內(nèi)在 二次ATR晶體17內(nèi)表面進行兩次衰減全反射后，出射光負載.了胃部組織的生化信息后經(jīng)出 射光纖8傳至體外光譜采集裝置9并轉(zhuǎn)化為光譜信號后，經(jīng)光譜信號傳輸線路12發(fā)送至計 算機部分13;
通過控制伸縮、轉(zhuǎn)動伸入患者體內(nèi)的軟性部分15，微型圖像采集裝置10實時采集胃部 各個部分組織的圖像，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似病變組織后，啟動光譜采集裝置9釆集該處的光譜信號， 此處的圖像信息與光譜信息同時被保存下來，作為輸入被傳輸至計算機部分13，計算機可以 將圖像與光譜的存儲并實時顯示，同時，計算機內(nèi)的模式識別模塊14利用事先已建立的各 種性質(zhì)胃部組織光譜數(shù)據(jù)庫，對該處組織的圖像信息與光譜信息進行判別分析，可以實時的 輸出檢測組織判別組織正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌性質(zhì)的判別。
可見部分光源2選用鹵鎢燈；中紅外光源3選用硅碳棒；在可見部分光源2和中紅外光 源3出口處分別置有凸透鏡，分別將兩光源所發(fā)出的光聚焦耦合入各自入射光纖，經(jīng)過透鏡 耦合后，可見光光源2與中紅外光源3分別進可見入射光纖4與中紅外入射光纖5。
可見光入射光纖4選用普通石英材質(zhì)。
中紅外入射光纖5與中紅外出射光纖8選用光纖材質(zhì)為鍺鹽玻璃，通光波段為700-4000cnT1。
二次衰減全發(fā)射(ATR)晶體17為45度錐形ZnSe晶體，其剖面為等腰直角三角形。 微型圖像采集裝置10采用CCD感光方式。
光譜采集裝置采用AOTF為分光部件的后分光式光譜儀。所用AOTF中紅外光譜儀系統(tǒng)的 總體結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。負載了胃部組織性質(zhì)信息的中紅外出射光，由光纖傳輸至體外， 經(jīng)聚光準直系統(tǒng)后進入AOTF晶體。在超聲波頻率的作用下，AOTF發(fā)生衍射，零級透射光和 -l級衍射光經(jīng)過聚焦，分別照射在兩個中紅外探測器上。探測器接收到的光信號經(jīng)相關(guān)電路 轉(zhuǎn)化成直流信號，通過光譜儀內(nèi)的單片機運算，將衍射光信號除以透射光信號。由于兩路信 號通過了幾乎相同的光路，因而相除的結(jié)果補償了光源強度的起伏、光程中各種干擾等誤差， 提高了測量精度。數(shù)字頻率合成器用于對衍射光波長進行連續(xù)或者單步掃描，最終生成光譜 信號并傳輸至計算機。
計算機13采用通用型計算機，最低配置P4 1.7 GHz， 512M ram。
計算機中模式識別模塊14具有判別分析功能，在使用本發(fā)明所述的一種胃部組織性質(zhì) 無創(chuàng)檢測裝置前，收集大量(100以上)的胃部組織樣本，記錄組織的圖像及圖像位置的光 譜，樣本中需包含在體的正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌四種性質(zhì)的圖像與光譜，根 據(jù)載體組織的光譜與圖像信息對應(yīng)的該組織的性質(zhì)建立數(shù)值分類規(guī)則，當(dāng)有待檢測的在體胃 部組織的光譜與圖像輸入判別分析模塊時，可根據(jù)建立的數(shù)值分類規(guī)則判定該組織的性質(zhì)為 正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌中的一種。
本發(fā)明的實施例采用支持向量機作為判別分析算法。在應(yīng)用本發(fā)明裝置前已經(jīng)通過采集 大量受試者胃部組織信息建立起來，模塊支持向量機分類算法是從線性可分情況下的最優(yōu)分 類面(Optimal Hyperplane)提出的。要求分類面對所有樣本都能正確分類，就是要求它滿 足
<formula>formula see original document page 10</formula>
式中使等號成立的那些樣本叫做支持向量(Support Vectors)。兩類樣本的分類空隙 (Margin)的間隔大小
<formula>formula see original document page 10</formula>
因此，最優(yōu)分類面問題可以表示成如下的約束優(yōu)化問題的最小值。為此，可以定義如下 的Lagrange函數(shù)
<formula>formula see original document page 10</formula>其中，"''》0為Lagrange系數(shù)，問題是對w和b求Lagrange函數(shù)的最小值。通過求解該 優(yōu)化問題，得到最優(yōu)分類函數(shù)是
(=1
其中，sgn()為符號函數(shù)。 — 首先通過非線性變換①將輸入空間變換到一個高維空間，然后在這個新空間中求取最優(yōu) 線性分類面，而這種非線性變換是通過定義適當(dāng)?shù)暮撕瘮?shù)(內(nèi)積函數(shù))實現(xiàn)的，令 尺",^.)-〈(D(x,).(D(x》〉
用核函數(shù)《""、)代替最優(yōu)分類平面中的點積",、，就相當(dāng)于把原特征空間變換到了某 一新的特征空間，而相應(yīng)的判別函數(shù)式則為-
其中A為支持向量，^為未知向量，
采用權(quán)利要求i所述的檢測裝置進行胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測的方法的具體實施方式
如
下
招募志愿受試者共118人，采用本發(fā)明所述裝置的軟性部分伸入受試者胃中，通過其中 的微型圖像采集裝置采集某部位的圖像，同時利用采樣光纖采集該部位組織光譜；
夾取被采集光譜部位組織，進行病理分析，經(jīng)病理科服檢驗證實胃癌35例，淺表性胃 炎31例、萎縮性胃炎33例，正常胃組織19例；
建立如上所述的支持向量機判別分析模型，再另外隨即抽取一位待診斷患者，在檢查前 一天晚上8時以后，不進食物及飲料，禁止吸煙。前一天晚飯吃少渣易消化的食物。將帶有 采樣光纖的探頭伸入患者胃中，開啟探頭所帶光源照亮胃部組織，實時采集胃部各個位置的 圖像，發(fā)現(xiàn)一處組織表現(xiàn)為潰瘍性，該處組織圖像如說明書附圖7所示，則認定該處為疑似 部位，記錄下該處組織的光譜圖像，同時采集并記錄下該部位的圖像與光譜數(shù)據(jù)，該處組織 譜圖如圖8所示。
將該處的^r譜信息與圖像信息帶入建立的支持向量機判別分析模塊，判斷該處為胃癌。 而后夾取該處組織至體外，進行常規(guī)病例分析，結(jié)果與本發(fā)明檢測結(jié)果一致。 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
1權(quán)利要求
1、一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，其特征在于包括以下部分光源部分，伸入患者體內(nèi)的軟性部分，光譜采集裝置，計算機。光源部分包含兩部分提供照明所用的可見光光源與提供光譜采集所需的中紅外光源；伸入患者體內(nèi)的軟性部分包括可見光入射光纖，微型圖像采集裝置，圖像信號輸出線路；中紅外入射光纖，二次衰減全反射(ATR)探頭，中紅外出射光纖，其中二次ATR探頭與微型圖像采集裝置位于伸入患者體內(nèi)的軟性部分底端，中紅外入射光纖與中紅外出射光線組成Y形光纖束與二次ATR探頭相連接；伸入患者體內(nèi)的軟性部分可彎曲，控制，通過操作可彎曲部分，可使其向上下左右各方向彎曲，通過調(diào)節(jié)彎角的方向而有助于其通過胃內(nèi)彎曲的腔道，提高觀察功能；可見光光源發(fā)出的可見光經(jīng)透鏡耦合后進入可見光入射光纖并傳輸至患者體內(nèi)，照亮胃部組織，以便微型圖像采集裝置采集胃部圖像，并將圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號通過圖像信號輸出線路發(fā)送至體外計算機；中紅外光源發(fā)出的中紅外光經(jīng)透鏡耦合后進入中紅外入射光纖并傳輸至患者體內(nèi)在二次ATR探頭內(nèi)表面進行兩次衰減全反射后，出射光負載了胃部組織的生化信息后經(jīng)出射光纖傳至體外光譜采集裝置并轉(zhuǎn)化為光譜信號后發(fā)送至計算機部分；通過控制伸縮、轉(zhuǎn)動伸入患者體內(nèi)的軟性部分，微型圖像采集裝置實時采集胃部各個部分組織的圖像，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似病變組織后，啟動光譜采集裝置采集該處的光譜信號，此處的圖像信息與光譜信息同時被保存下來，作為輸入被傳輸至計算機部分，計算機可以將圖像與光譜的存儲并實時顯示，同時，計算機內(nèi)的模式識別模塊利用事先已建立的各種性質(zhì)胃部組織光譜數(shù)據(jù)庫，對該處組織的圖像信息與光譜信息進行判別分析，實時的輸出檢測組織判別組織正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌性質(zhì)的判別。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，其特征在于所述的可見部分 光源選用鹵鎢燈或白光LED，所述的中紅外光源為硅碳棒；在兩光源出口處分別置有凸透鏡， 分別將兩光源所發(fā)出的光聚焦耦合入各自入射光纖，經(jīng)過透鏡耦合后，可見光光源與中紅外 光源分別進可見入射光纖與中紅外入射光纖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，其特征在于所述的可見光入 射光纖選用普通石英材質(zhì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，其特征在于所述的中紅外入 射光纖與中紅外出射光纖選用光纖材質(zhì)為鍺鹽玻璃，通光波段為700-4000cnf'。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，其特征在于所述二次衰減全發(fā)射(ATR)探頭為45度錐形ZnSe或Ge晶體，其剖面為等腰直角三角形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，其特征在于所述的微型圖像 采集裝置采用CCD或CMOS感光方式。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置，其特征在于所述的光譜采集 裝置采用后分光方式，負載了胃部組織性質(zhì)信息的中紅外出射光，由光纖傳輸至體外，經(jīng)透 鏡準直后，通過光譜采集裝置中的分光部件分光后被光電檢測器接受，并轉(zhuǎn)化為電信號，分 光部件可以采用A0TF晶體，可變?yōu)V光片或光柵。
8、 采用權(quán)利要求1所述的檢測裝置進行胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測的方法，其特征在于， 包括以下步驟-(1) 在測量前采集足夠不同病理分析結(jié)果的在體胃部組織圖像與光譜，通過化學(xué)計量 學(xué)方法建立判別分析模型；(2) 利用微型圖像采集裝置獲取訓(xùn)練集病人胃部組織的圖像信息；(3) 根據(jù)圖像判定疑似部分，同時采集并記錄疑似部位的圖像與光譜信息；(4) 將疑似部位的圖像信息與光譜信息相結(jié)合輸入步驟(1)建立好的判別分析模型中， 得到待診斷病人胃部組織的分析結(jié)果，為正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌中的一種。
9、 權(quán)利要求8中所述的無創(chuàng)檢測的方法，其特征在于所述步驟(1)在測量前采集足 夠不同病理分析結(jié)果的在體胃部組織圖像與光譜，建立判別分析模型的方法如下a.招募大量志愿受試者，要求受試者中胃部為正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎或胃癌的 比例相近；b. 將權(quán)利要求l所述裝置的軟性部分伸入受試者胃中，通過其中的微型圖像采集裝置 采集某部位的圖像，同時利用采樣光纖采集該部位組織光譜；c. 夾取被采集光譜部位組織，進行病理分析，確定其性質(zhì)為正常、淺表性胃炎、萎縮 性胃炎或癌癥中的一種；d. 利用權(quán)利要求l所述裝置獲得的組織光譜與圖像信息和利用病理分析得到結(jié)果，對 光譜建立正常、淺表性胃炎、萎縮性胃炎及癌癥四類的分類模型。
10、 權(quán)利要求8中所述的無創(chuàng)檢測的方法，其特征在于所述步驟(3)根據(jù)圖像判定 疑似部分，同時采集并記錄疑似部位的圖像與光譜信息的方法為利用權(quán)利要求l所述裝置 的軟性部分深入待檢測患者胃部，通過控制其俯仰或轉(zhuǎn)動，實時采集胃部各個位置的圖像， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)病變組織在上會表現(xiàn)為潰瘍性，即基底部會有特殊的表現(xiàn)，不平，硬感、暴露感，病 灶周圍的粘膜會有集中像和融合現(xiàn)象或者杵狀變粗的表現(xiàn)，則開始通過微型圖像采集裝置記 錄該位置的圖像，同時記錄下該部位的圖像與光譜數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種胃部組織性質(zhì)無創(chuàng)檢測裝置及方法，裝置包括光源部分，伸入體內(nèi)的軟性部分，光譜采集裝置、計算機等，微型圖像采集裝置采集胃部圖像發(fā)送至計算機，入射中紅外光經(jīng)二次衰減全反射(ATR)探頭后，將胃部組織的吸收信息傳至體外光譜采集裝置并轉(zhuǎn)化為電信號后發(fā)送至計算機，模式識別模塊對該處組織的圖像與光譜信息進行判別分析后，輸出檢測組織性質(zhì)；本發(fā)明方法包括測量前利用在體胃部組織圖像與光譜建立判別分析模型后，采集待檢測部位的圖像與光譜后輸入建立好的判別分析模型，得到待檢病人胃部組織的分析結(jié)果。本發(fā)明可實現(xiàn)在體、無創(chuàng)、快速、多點測量，避免漏檢，減少了患者痛苦，將圖像與全光譜信息相結(jié)合建立判別分析模型，準確度高。
文檔編號A61B1/273GK101623191SQ200910090920
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者張廣軍, 響 李, 李慶波 申請人:北京航空航天大學(xué)