基于联合光谱检测技术的快速宫颈癌前病变诊断系统

本发明涉及光电检测，更具体的说，是涉及一种基于联合光谱检测技术的快速宫颈癌前病变诊断系统。

背景技术：

1、宫颈癌是妇科恶性肿瘤，发病率居女性生殖系统恶性肿瘤第1位，根据世界卫生组织(worldhealth organization,who)的数据，2020年全球新增病例约60.4万，约34.2万女性因子宫颈癌死亡，其中发展中国家宫颈癌的死亡病例占全球宫颈癌的死亡总数的70％。2020年，我国宫颈癌发病人数高达10.9万人，占全球新增人数的五分之一左右。近些年，随着人乳头瘤(human papillomavirus,hpv)疫苗的使用和宫颈癌筛查的普及，宫颈癌的发病率在逐年下降。然而，对于医疗资源不足且人口众多的发展中国家，hpv疫苗接种和宫颈癌筛查无法大规模的普及，宫颈癌发病率仍高居不下。

2、正常宫颈组织受到hpv感染而发生的非典型增生是宫颈癌的主要诱发因素。宫颈组织的非典型增生又称为宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia,cin)，根据增生程度和区域大小可以分为cin i、cin ii和cin iii三级。宫颈组织的非典型增生始于基底层异型细胞的变异发展，并逐渐向表层以及上皮全层扩展，当异型细胞占据上皮层的底部1/3区域时称为cin i级，当异型细胞占据上皮层1/3～2/3时称为cin ii级，当占据上皮层2/3以上区域时称为cin iii级。临床上对于早期宫颈非典型增生的筛查和对应治疗可以有效防止增生组织的进一步演变以及宫颈癌的发生。

3、临床上宫颈癌筛查的主要方法有染色法、细胞学检查、hpv-dna检测、阴道镜检查和组织病理学检查等。染色法主要是医生利用醋酸或者碘对病变组织的染色特征和持续时间来进行cin程度划分，这种方法快速高效且成本较低，但检测灵敏度低，受医生经验水平限制较大。细胞学检查包括巴氏涂片法和液基薄层细胞学检查(thin-cytologic test,tct)，其中，巴氏涂片法操作简单，成本较低，广泛用于医疗资源匮乏地区的宫颈癌筛查，受到样本采集和涂片质量的局限，其同样存在灵敏度低的问题；tct技术既能从细胞学诊断，还可以借助微生物学做出诊断，有效提高了cin检出率，但该方法成本较高，不利于推广。hpv-dna检测、阴道镜检查和组织病理学检查是目前临床上最有效的宫颈癌筛查手段，通过hpv-dna检测宫颈组织是否被hpv病毒感染，结果阳性后进行阴道镜检查取样并进行组织病理学检查，最后综合评估cin级别，制定诊疗方案。这一筛查方案确保了检测的灵敏度，但是其成本较高且耗时较长，无法用于宫颈癌前病变的快速筛查。

4、光学检测技术是近些年逐渐发展完善的一类在体宫颈癌前病变筛查技术，通过合理算法提取宫颈组织的光谱特征或光学成像结果来对宫颈癌前病变程度进行自动化判定，可以实现低成本的宫颈癌前病变的快速筛查，减少对医生经验的依赖性，提高筛查的准确率。目前，共聚焦显微成像、光学相干层析成像、漫反射光谱、自体荧光光谱和拉曼光谱等诸多光学检测技术逐渐发展完善，但上述技术的应用场景和成本也各有不同。共聚焦显微成像和光学层析成像可以提供清晰的细胞结构和形态变化，具有超高的灵敏度，但存在成像深度和视场的局限，系统成本也比较高。拉曼光谱能够实现无标记、无损的探测细胞分子，但拉曼光强度微弱，检测设备成本较高且需要特定的暗室环境完成检测。漫反射光谱技术和自体荧光光谱技术可以快速、无损定量地检测出与疾病进展相关的细胞生化和组织形态学变化，灵敏度、特异性好，系统成本较低。且基于漫反射技术发展了亚扩散域(光源与探测器距离小于几个输运平均自由程的近光源区)光谱技术，在此区域内出射光经历了较少次数的散射而携带了更多与组织微观形态相关的信息。但是，被试个体差异导致自体荧光的变化，漫反射光谱中的特征光谱选择通常需要人工确定，因此基于单一技术获得的检测结果易受影响。

5、总的来说，目前的宫颈癌前病变筛查方法存在各种局限性，无法用于不发达地区女性人群的大规模筛查，因此，发展一种面向临床复杂情况的快速宫颈癌前病变诊断系统，提高筛查的准确率，将会极大降低我国宫颈癌的发生率和死亡率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出了一种基于联合光谱检测技术的快速宫颈癌前病变诊断系统，可以同时获得漫反射光谱、自体荧光光谱和血氧饱和度信息，并基于上述信息获得宫颈癌前病变诊断结果。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

3、本发明基于联合光谱检测技术的快速宫颈癌前病变诊断系统，包括光源模块、光纤联合探头、探测模块、主控模块、上位机，所述主控模块分别与上位机、光源模块、探测模块连接，所述光纤联合探头分别与光源模块、探测模块连接；

4、所述光源模块用于产生不同源探距的宽带白光和窄带紫外激发光来分别实现漫反射光谱和自体荧光光谱检测所需的入射光；所述光纤联合探头用于将光源模块产生的宽带白光和窄带紫外激发光照射到待测组织后，将经过组织吸收和散射产生的漫反射光和自体荧光传送至探测模块；所述探测模块用于探测经待测组织反射后的宽带漫反射光谱和自体荧光光谱，并将光谱数据传送给主控模块；所述主控模块用于控制光源模块的激励顺序、接收存储探测模块的测量数据以及与上位机进行通信；所述上位机用于发送积分时间、光源激励顺序、光谱采集信号，并接收主控模块发送的测量光谱信息。

5、所述光源模块包括发光二极管驱动单元、led单元、滤波准直单元，所述led单元设置四个，包括两个白光led和两个紫光led，所述发光二极管驱动单元输出四路恒流信号分别驱动两路白光led和两路紫光led，所述发光二极管驱动单元输入端与主控模块输出端连接，所述发光二极管驱动单元输出端分别与四个led单元连接，每个所述led单元前端均沿直线设置有滤波准直单元。

6、每个所述滤波准直单元均由滤光准直器件构成，滤光准直器件分为长通滤光准直器件和带通滤光准直器件；白光led前端放置长通滤光准直器件，由长通滤光片搭配准直滤光片加载器构成，长通滤光片设置于准直滤光片加载器的两个准直透镜之间；紫光led前端放置带通滤光准直器件，由带通滤光片搭配准直滤光片加载器构成，带通滤光片设置于准直滤光片加载器的两个准直透镜之间；所述滤波准直单元通过带通滤光准直器件确保紫光led单元输出中心频宽为380nm半高全宽为10nm的紫外激发光，通过长通滤光准直器件确保白光led单元输出频谱大于400nm。

7、所述光纤联合探头包括一根探测光纤和四根光源光纤，所述光纤联合探头末端采用不锈钢护套包覆，首端采用五根独立的sma905分别与四路led光路的滤波准直单元的输出以及探测模块相连。

8、所述探测光纤位于光纤联合探头的末端中心，两根光源光纤分别与两路白光led与的滤波准直单元的输出端连接，分别与中心的探测光纤具有500μm和900μm的距离，两根光源光纤分别与两路紫光led与的滤波准直单元的输出端连接，分别与中心的探测光纤具有500μm和900μm的距离，相同距离的两根光源光纤分布于对称位置；四根光源光纤提供不同深度宫颈组织的宽谱漫反射信息、自体荧光光谱信息，同时对子宫颈上皮和皮下组织病变进行监测，提高宫颈癌变筛查准确度；根据双源探距获得的光谱信息可以计算宫颈组织的血氧饱和度，进而作为辅助信息提高宫颈癌前病变程度判断的准确率。

9、所述探测模块采用光纤光谱仪，测量来自不同位置led激发的漫反射光谱和自体荧光光谱信息。

10、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

11、(1)本发明可以同时利用漫反射光谱和自体荧光光谱信息联合检测宫颈癌前病变，提高诊断准确性。

12、(2)本发明基于宫颈癌前病变组织厚度特性，采用合理的源探距采集被试宫颈组织表层亚扩散域的漫反射光谱和自体荧光光谱，并联合两种光谱信息实时分析被试宫颈病变程度，无创高效地完成宫颈癌前病变筛查。

13、(3)本发明基于双源探距下测量的漫反射光谱信息计算待测宫颈组织的血氧饱和度，用于提供反映宫颈癌前病变程度的辅助信息。