本发明涉及一种双模式成像系统及方法，特别是基于自发荧光技术和光学相干层析术的可用于甲状腺颈部组织分类和识别的系统及方法，是甲状腺颈部组织成像的一种新系统及方法，属于生物组织成像技术领域。
背景技术：
近年来，甲状腺癌的发病率呈逐年增高趋势。甲状腺部分或全部切除是大多数恶性和一些良性甲状腺病变的最佳选择。为了防止肿瘤病变复发，通常要清扫周围的淋巴结。在甲状腺手术中，为了防止术后出现低钙血症需要保护甲状旁腺。而由于甲状旁腺体积小(长3-8毫米、宽2-5毫米、厚0.5-2毫米)、数目及位置不完全确定，而且与周围的淋巴结和脂肪组织从外观上很难区分，因此很容易被损坏或被错误地切除。
鉴于保护甲状旁腺和清扫淋巴结的两个需求，在甲状腺手术中亟需准确分类和识别甲状腺颈部组织，即甲状旁腺、淋巴结及脂肪的方法。临床上现有的分类和识别甲状旁腺、淋巴结和脂肪的快速冰冻法和“浮沉法”存在损失组织样品量和准确度不高的问题。现有的辅助识别技术如超声技术、基于亚甲蓝和5-氨基乙酰丙酸(ala)的荧光检测、利用伽马探头的锝甲氧异腈(99mtc-mibi)显像术等技术存在分辨率不高或有毒性等问题。
基于自发荧光技术的方法，利用785nm波长的光可以激发甲状旁腺和甲状腺产生峰值在822nm的近红外自发荧光，从而可以从甲状腺颈部组织中分类出甲状旁腺和甲状腺，而且由于甲状旁腺的自发荧光比甲状腺的高，从而可以定位甲状旁腺。但是，近红外自发荧光技术无法判断所定位的甲状旁腺是否为正常的甲状旁腺，也无法分类淋巴结和脂肪。光学相干层析术可以对生物组织实现高分辨实时无损的结构成像，已在眼科、皮肤及心内科等医学临床上得到了广泛的应用，可以实现不同组织的分类和识别。对于甲状腺颈部组织成像，光学相干层析术存在的问题是成像范围小，无法快速定位甲状旁腺。
技术实现要素：
本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，进而对甲状腺颈部组织进行分类和识别，提供一种基于自发荧光技术和光学相干层析术的甲状腺颈部组织分类和识别系统及方法，辅助医生在甲状腺手术中进行组织分类和识别。
本发明把近红外自发荧光技术高灵敏的组织成份分辨能力和光学相干层析术高分辨的结构成像结合，进行大范围粗定位和小范围精识别，可有效地辅助医生在手术中分类和识别甲状腺颈部组织。
本发明的技术方案：
一种基于自发荧光技术和光学相干层析术的甲状腺颈部组织分类和识别系统，是一种双模式成像系统，包括串接在一起的光学相干层析(opticalcoherencetomography，oct)成像系统和自发荧光(auto-fluorescence，af)成像系统，其中，光学相干层析成像系统可以是td-oct系统、sd-oct系统或者是ss-oct系统。
对于td-oct和af双模式成像系统及ss-oct和af双模式成像系统，系统硬件包括：宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一环形器(3)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第二环形器(7)、第二耦合器(8)、平衡探测器(9)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)、自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)；
其中，宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一环形器(3)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第二环形器(7)、第二耦合器(8)、平衡探测器(9)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成光学相干层析系统；从宽谱光源(1)输出的光顺次经过第一耦合器(2)分光后分别进入第一环形器(3)和第二环形器(7)，从第一环形器(3)出射的光经过第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)后照射到第一反射镜(6)上，从第一反射镜(6)反射的光沿原路返回第一环形器(3)进入第二耦合器(8)的a端，从第二环形器(7)出射的光经过第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射样品台(16)上的样品，从样品散射回的光沿原路返回第二环形器(7)进入第二耦合器(8)的b端，进入第二耦合器(8)的a端和b端的光发生干涉，干涉后的光从第二耦合器(8)的c端和d端出射进入平衡探测器(9)，由计算机控制采集卡采集干涉信号；
对于td-oct系统，第一反射镜(6)沿纵向移动实现样品深度扫描；对于ss-oct系统，宽谱光源(1)采用扫频宽谱光源实现样品深度扫描；
对于td-oct技术和af双模式成像系统及ss-oct技术和af双模式成像系统，自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成自发荧光成像系统；从自发荧光激发光源(17)输出的光，顺次经过第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射在样品台(16)上的样品上激发自发荧光，反射回的自发荧光经过第一聚焦镜(15)、扫描振镜(14)、第二反射镜(13)后在第一二向色镜(12)上反射，再在第二二向色镜(19)上反射进入光电探测器(20)，由计算机控制采集卡采集自发荧光信号。
对于sd-oct和af双模式成像系统，系统硬件包括：宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第四准直器(21)、光栅(22)、第二聚焦镜(23)、线阵相机(24)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)、自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)；
对于sd-oct技术和af双模式成像系统，其中，宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第四准直器(21)、光栅(22)、第二聚焦镜(23)、线阵相机(24)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成谱域光学相干层析系统；从宽谱光源(1)输出的光进入第一耦合器(2)的a端，分光后从第一耦合器(2)的b端和c端分别进入第一偏振控制器(4)和第二偏振控制器(10)，从第一偏振控制器(4)出射的光经过第一准直器(5)后照射到第一反射镜(6)上，从第一反射镜(6)反射的光沿原路返回进入第二耦合器(2)的b端；从第二偏振控制器(10)出射的光经过第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射样品台(16)上的样品，从样品散射回的光沿原路返回进入第一耦合器(2)的c端；进入第一耦合器(2)的b端和c端的光发生干涉，干涉后的光从第一耦合器(2)的d端出射进入第四准直器(21)、光栅(22)、第二聚焦镜(23)和线阵相机(24)，由计算机控制采集卡采集干涉信号；
对于sd-oct系统和af双模式成像系统，自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成自发荧光成像系统；从自发荧光激发光源(17)输出的光，顺次经过第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射在样品台(16)上的样品上激发自发荧光，反射回的自发荧光经过第一聚焦镜(15)、扫描振镜(14)、第二反射镜(13)后在第一二向色镜(12)上反射，再在第二二向色镜(19)上反射进入光电探测器(20)，由计算机控制采集卡采集自发荧光信号。
所述的光学相干层析成像系统和自发荧光成像系统利用第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)和样品台(16)有机地融合在一起。
所述的光学相干层析系统的光源所采用的波段在1300nm或1550nm。
所述的自发荧光成像系统所采用的自发荧光激发光源可以采用780nm的led、785nm激光器或覆盖780nm的其它光源。
所述的第一二向色镜(12)是长波透射短波反射的二向色镜和第二二向色镜(19)是短波透射长波反射的二向色镜。
本发明提供的基于自发荧光技术和光学相干层析术的甲状腺颈部组织分类和识别系统的识别方法，采用粗扫描和精识别的方法进行甲状旁腺定位和识别，即首先利用自发荧光技术控制扫描振镜(14)在甲状旁腺热区大范围扫描，确定是否有自发荧光信号，当确定存在有面积在8mm2～32mm2、并且自发荧光信号强于周围样品的自发荧光信号的区域时，再采用光学相干层析系统控制扫描振镜(14)在该区域进行小范围扫描，采集该区域的光学相干层析图像，进一步确认该区域的组织是否为甲状旁腺、并识别是否为正常的甲状旁腺。对于手术中已切除的医生无法确认的其它组织，采用光学相干层析系统进行扫描成像，分类和识别该组织是甲状腺、甲状旁腺、脂肪或是淋巴结。
所述的自发荧光成像系统采用光电探测器，采集自发荧光信号，控制扫描振镜(14)扫描获得二维自发荧光图像。
本发明的优点和有益效果：
本发明基于自发荧光技术和光学相干层析术实现甲状腺颈部组织的分类和识别，把自发荧光技术和光学相干层析术有机地融合在一起，通过大范围粗定位和小范围精识别的方法，利用自发荧光技术对组织成份高灵敏的分辨能力和光学相干层析术对组织结构的高分辨成像，实现快速、无标记、无损、高灵敏、实时的甲状腺颈部组织的分类和识别。可有效提高甲状腺临床手术中医生对甲状旁腺、甲状腺、脂肪和淋巴结等颈部组织的分类和识别效率和准确率，辅助医生保护甲状旁腺、彻底清扫淋巴结。
附图说明
图1是td-oct和af双模式成像系统及ss-oct和af双模式成像系统组成示意图；
图2是sdoct-af双模式成像系统组成示意图；
图3是扫描范围示意图；
图中，1.宽谱光源、2.第一耦合器、3.第一环形器、4.第一偏振控制器、5.第一准直器、6.第一反射镜、7.第二环形器、8.第二耦合器、9.平衡探测器、10.第二偏振控制器、11.第二准直器、12.第一二向色镜、13.第二反射镜、14.扫描振镜、15.第一聚焦镜、16.样品台、17.自发荧光激发光源、18.第三准直器、19.第二二向色镜、20.光电探测器；
21第四准直器、22光栅、23第二聚焦镜、24线阵相机；
25.甲状腺、26.甲状旁腺、27.自发荧光系统扫描区域、28.光学相干层析系统扫描区域。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
对于td-oct和af双模式成像系统及ss-oct和af双模式成像系统，系统硬件包括：1300nm或1550nm的宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一环形器(3)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第二环形器(7)、第二耦合器(8)、平衡探测器(9)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)、采用780nm的led或785nm激光器或覆盖780nm的其它光源作为自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)；
其中，宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一环形器(3)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第二环形器(7)、第二耦合器(8)、平衡探测器(9)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成光学相干层析系统；从宽谱光源(1)输出的光顺次经过第一耦合器(2)分光后分别进入第一环形器(3)和第二环形器(7)，从第一环形器(3)出射的光经过第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)后照射到第一反射镜(6)上，从第一反射镜(6)反射的光沿原路返回第一环形器(3)进入第二耦合器(8)的a端，从第二环形器(7)出射的光经过第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射样品台(16)上的样品，从样品散射回的光沿原路返回第二环形器(7)进入第二耦合器(8)的b端，进入第二耦合器(8)的a端和b端的光发生干涉，干涉后的光从第二耦合器(8)的c端和d端出射进入平衡探测器(9)，由计算机控制采集卡采集干涉信号；
对于td-oct系统，第一反射镜(6)沿纵向移动实现样品深度扫描；对于ss-oct系统，宽谱光源(1)采用扫频宽谱光源实现样品深度扫描；
自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成自发荧光成像系统；从自发荧光激发光源(17)输出的光，顺次经过第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射在样品台(16)上的样品上激发自发荧光，反射回的自发荧光经过第一聚焦镜(15)、扫描振镜(14)、第二反射镜(13)后在第一二向色镜(12)上反射，再在第二二向色镜(19)上反射进入光电探测器(20)，由计算机控制采集卡采集自发荧光信号。
上述第一二向色镜(12)是长波透射短波反射的二向色镜和第二二向色镜(19)是短波透射长波反射的二向色镜。
具体扫描时，首先利用af技术控制扫描振镜(14)在甲状旁腺热区即自发荧光系统扫描区域(27)内大范围(如附图3所示)扫描，确定是否有峰值在822nm附近的近红外自发荧光信号。当采用光电探测器(20)探测到存在有面积在8mm2～32mm2、并且该自发荧光信号强于周围样品的自发荧光信号的区域时，再使用oct系统控制扫描振镜(14)在该区域进行小范围即光学相干层析系统扫描区域(28)内扫描(如附图3所示)，采集该区域的光学相干层析图像，进一步确认该区域的组织是否为甲状旁腺(26)、并识别是否为正常的甲状旁腺。对于手术中已切除的医生无法确认的其它组织，采用oct系统进行扫描成像，分类和识别该组织是甲状腺(25)、甲状旁腺(26)、脂肪或是淋巴结。
实施例2：
对于sd-oct和af双模式成像系统，系统硬件包括：1300nm或1550nm的宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第四准直器(21)、光栅(22)、第二聚焦镜(23)、线阵相机(24)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)、采用780nm的led或785nm激光器或覆盖780nm的其它光源作为自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)；
其中，宽谱光源(1)、第一耦合器(2)、第一偏振控制器(4)、第一准直器(5)、第一反射镜(6)、第四准直器(21)、光栅(22)、第二聚焦镜(23)、线阵相机(24)、第二偏振控制器(10)、第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成sd-oct系统；从宽谱光源(1)输出的光进入第一耦合器(2)的a端，分光后从第一耦合器(2)的b端和c端分别进入第一偏振控制器(4)和第二偏振控制器(10)，从第一偏振控制器(4)出射的光经过第一准直器(5)后照射到第一反射镜(6)上，从第一反射镜(6)反射的光沿原路返回进入第二耦合器(2)的b端；从第二偏振控制器(10)出射的光经过第二准直器(11)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射样品台(16)上的样品，从样品散射回的光沿原路返回进入第一耦合器(2)的c端；进入第一耦合器(2)的b端和c端的光发生干涉，干涉后的光从第一耦合器(2)的d端出射进入第四准直器(21)、光栅(22)、第二聚焦镜(23)和线阵相机(24)，由计算机控制采集卡采集干涉信号；
自发荧光激发光源(17)、第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、光电探测器(20)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)、样品台(16)构成自发荧光成像系统；从自发荧光激发光源(17)输出的光，顺次经过第三准直器(18)、第二二向色镜(19)、第一二向色镜(12)、第二反射镜(13)、扫描振镜(14)、第一聚焦镜(15)后照射在样品台(16)上的样品上激发自发荧光，反射回的自发荧光经过第一聚焦镜(15)、扫描振镜(14)、第二反射镜(13)后在第一二向色镜(12)上反射，再在第二二向色镜(19)上反射进入光电探测器(20)，由计算机控制采集卡采集自发荧光信号。
上述第一二向色镜(12)是长波透射短波反射的二向色镜和第二二向色镜(19)是短波透射长波反射的二向色镜。
具体扫描时，首先利用自发荧光技术控制扫描振镜(14)在甲状旁腺热区即自发荧光系统扫描区域(27)内大范围(如附图3所示)扫描，确定是否有峰值在822nm附近的近红外自发荧光信号。当采用光电探测器(20)探测到存在有面积在8mm2～32mm2、并且该自发荧光信号强于周围样品的自发荧光信号的区域时，再采用光学相干层析系统控制扫描振镜(14)在该区域进行小范围即光学相干层析系统扫描区域(28)内扫描(如附图3所示)，采集该区域的光学相干层析图像，进一步确认该区域的组织是否为甲状旁腺(26)、并识别是否为正常的甲状旁腺。对于手术中已切除的医生无法确认的其它组织，采用光学相干层析系统进行扫描成像，分类和识别该组织是甲状腺(25)、甲状旁腺(26)、脂肪或是淋巴结。