一种宫颈癌前病变筛查系统及其筛查方法与流程

本发明属于生物医学工程领域，尤其涉及一种宫颈癌前病变筛查系统及其筛查方法。

背景技术：

宫颈癌是第二大女性致死肿瘤，宫颈癌早期发展缓慢并可预防。临床根据子宫颈上皮细胞病变程度将宫颈癌早期病变分为cini级、cinii级和ciniii级，ciniii级以后就是浸润癌。由早期到浸润癌一般要几年时间，及时和普遍的早期筛查是阻断宫颈癌的有效手段。

目前应用在临床上的宫颈癌筛查方法主要有醋酸染色观察法和碘染色观察法、细胞学检查、hpv-dna检测、dna定量分析、电子阴道镜检查及组织病理学检查等。临床上宫颈癌癌前病变的筛查方法适用条件不同，在筛查时各有利弊。这些方法在国内外报告的灵敏度和特异性上并非一致，动态浮动，主要受医师水平、仪器设备检测准确性的影响。由于患者年龄、炎症、经期和宫颈糜烂等的影响，宫颈癌癌前病变症状表现多种多样，低等级的癌前病变比高等级癌前病变检查准确率低，临床上常常联合多种筛查方法一起判定宫颈癌癌前病变等级。

现有的宫颈癌前病变的检测方法主要有巴氏涂片法、薄层液基细胞学检测法、hpv检测、组织活检等，其中组织病理学检查是宫颈癌前病变检测的金标准。但是以上方法存在灵敏度和特异度不高、等待周期长、检查过程痛苦等的部分缺点，另外有的方法依赖于操作者的技术水平和医师的主观判断，其准确性不具有广泛性，且不适用于资源短缺的小型医院。

光学技术是近几十年正在不断完善的宫颈癌早期筛查技术，具有无创特性，可以通过观察组织体的新陈代谢状况而实现在体早期癌症诊断，并且非常强调体内癌症筛查和恶性肿瘤等级的实时诊断。另外，光学技术可以通过构建合理的算法在计算机上自动进行分析，减少因为医师技术水平导致的误判。近几年不断完善的光学技术有多光谱成像技术、共聚焦显微成像、光学相干层析成像、固有荧光光谱和拉曼光谱等。多光谱需要成本较高的液晶可调滤光片。共聚焦显微成像和光学相干层析成像所需设备相对复杂，成本也较高，对边远地区普及率不高。荧光光谱法需要测量宫颈组织的自体荧光，但自体荧光微弱且受年龄等因素影响，诊断结果易受影响。拉曼光谱法的拉曼光很微弱，检测设备较昂贵，拉曼系统需要用于记录光谱的暗室，适合大型医院，而不太适合现场级使用。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术中存在的设备负复杂、成本高、环境要求高等问题，本发明提供了一种宫颈癌前病变筛查系统及其筛查方法。

技术方案：本发明提供了一种宫颈癌前病变筛查系统，该系统包括：卤素光源、起偏器、偏振光分光镜、准直透镜、分束镜、聚焦透镜和光纤光谱仪、计算机、检偏器、ccd相机；

所述卤素光源产生卤素光，并将卤素光传送至起偏器，所述起偏器滤除卤素光中的s态偏振光，将卤素光转变为p态偏振光，并将p态偏振光传送至偏振光分光镜；所述偏振光分光镜进一步滤除p态偏振光中的s态偏振光，并将p态偏振光照射到样本组织上；所述p态偏振光照射到样本组织表面后，该p态偏振光一部分进入样本组织发生散射产生散射光，另一部分经由样本组织表面发生镜面反射和漫反射产生反射光，将散射光和反射光传入至准直透镜；所述准直透镜将散射光与反射光转换为平行光，并将平行光传送至分束镜；所述分束镜将平行光转换为两束光；并将其中一束光传送至聚焦透镜，所述聚焦透镜将其中一束光聚焦，并利用光纤将聚焦后的光传送至光纤光谱仪，所述光纤光谱仪分析收到的光，从而得到该束光的光谱数据，并将该光谱数据传送至计算机；所述计算机根据收到的光谱数据判断该样本组织是否病变，并输出判断结果供医护人员参考；分束镜将另外一束光通过检偏器传送至ccd相机，所述ccd相机对该束光进行成像处理，获得ccd图像；并将检偏器中的偏振片转动n个不同角度，从而得到n个不同角度下的ccd图像，n为正整数且大于等于3；所述ccd相机将n个ccd图像依次传送至计算机；所述计算机根据收到的n个ccd图像计算偏振度，根据偏振度的值判断该样本组织是否病变，输出判断结果供医护人员参考；根据偏振度的值进行偏振度成像，输出该成像结果供医护人员参考。

进一步的，所述n＝3,所述检偏器中偏振片的转动角度为0°、60°、130°。

进一步的，卤素光源产生的卤素光的带宽为360-2500nm。

进一步的，该方法具体包括如下步骤：

步骤1：滤除带宽为360-2500nm卤素光中的s态偏振光，得到p态偏振光；并将p态偏振光照射在样本组织的表面；

步骤2：p态偏振光照射在样本组织的表面后，一部分光进入样本组织发生散射产生散射光，另一部分光经由样本组织表面发生镜面反射和漫反射产生反射光；将散射光和反射光转换为平行光；

步骤3：将平行光分为两束，对其中一束进行聚焦，并对聚焦后的光束进行分析得到该光束的光谱数据，根据光谱数据判断该样本组织是否病变；改变另外一束光的光照强度，并对n个不同光照强度的光反映的内容进行灰度成像，根据灰度图像信息计算偏振度，并根据样本组织中各部分的偏振度的值判断该样本组织是否有病变；根据偏振度进行偏振度成像，成像后的图片供医护人员参考；所述n为正整数且n≥3。

进一步的，通过将检偏器中的偏振片旋转三个角度：0°、60°、130°，从而得到不同角度下的光照强度；并利用ccd相机对不同角度的光反映的内容进行灰度成像。

进一步的，具体计算偏振度的方法为:

其中其中ii，0为在0°下的ccd图像中第i个点的光强；i2表示在60°下的ccd图像中的第i个点的光强；i3表示在130°下的ccd图像中第i个点的光强；dopi为第i个点的偏振度的值。

进一步的，所述根据光谱数据判断该样本组织是否病变的具体方法为：采用归一化法对光谱数据进行筛选和预处理；然后提取光谱数据的光谱特征，根据该样本组织的光谱特征判断该样本组织是否病变。

有益效果：本发明的构造简单，成本较低，不会给医院造成负担，适用于大面积推广，尤其是经济不发达地区；且操作简单，不需要培养专业的操作人员，降低了人力成本。因结果是计算机输出的客观判断，不依赖于操作人员的技术水平或读片人员的主观判断，有益于缺少高技术人才的医院筛查工作的进行；本发明提及的筛查方法相较于传统的筛查方法，等待周期短，节省时间成本。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为驱动检偏器结构示意图。

附图标记说明：1、卤素光源；2、起偏器；3、偏振光分光镜；4、准直透镜；5、分束镜；6、聚焦透镜；7、光纤光谱仪；8、检偏器；9、ccd相机；10、样本组织；11、计算机；12、步进电机。

具体实施方式

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

如图1所示，本实施例提供一种宫颈癌前病变筛查系统及其筛查方法，该系统包括卤素光源1、起偏器2、偏振光分光镜3、准直透镜4、分束镜5、聚焦透镜6、光纤光谱仪7、检偏器8、ccd相机9和计算机11。

卤素光源1发出的光经起偏器2偏振后转变为p态偏振光，偏振光分光镜3对p态偏振光中可能包含的s态偏振光进行二次滤除；p态偏振光照射到样本组织表面10，光一部分进入样本组织发生散射产生散射光，一部分经由样本组织表面发生镜面反射和漫反射产生反射光；该偏振光经样本组织散射后携带有样本组织信息，能够反映样本组织的形态学变化；反射光和散射光均由准直透镜4转换为平行光；分束镜5将该平行光变为两束，一束光被聚焦透镜6聚焦后传送入光纤，经光纤进入光纤光谱仪7，获得光谱(光谱数据)；另一束光经检偏器进入ccd相机进行成像，将检偏器中偏振片转动n个角度，获取n个不同方向的ccd图像。本实施例中n取3，转动的角度一般为0°、60°、130°。偏振片可以灵活调整，如图2所示由步进电机12调整检偏器的偏振片的角度。

光纤光谱仪7将光谱数据传送至计算机11，计算机11采用如下方法判断该样本组织是否病变：

(1)光谱数据筛选和预处理，通常采用归一化法。

(2)光谱特征提取，并根据光谱的特征参数，对光谱数据进行分类(判断是否病变)，最终输出分类结果。

ccd相机将n个不同角度的ccd图像传送至计算机11，计算机11采用如下方法判断该样本组织是否病变：

(1)根据ccd图像获得图像灰度信息，根据公式灰度信息计算偏振度；根据样本组织中各个部分的偏振度的值判断该样本组织中是否有病变区域(通过比较各个组织的偏振度的值判断该组织是否病变)；并输出判断结果。

(2)偏振度成像，并输出成像结果。

所述计算偏振度p的具体方法如下所示:

其中其中ii，0为在0°下的ccd图像中第i个点的光强；i2表示在60°下的ccd图像中的第i个点的光强；i3表示在130°下的ccd图像中第i个点的光强；dopi为第i个点的偏振度的值。

所述卤素光源产生的卤素光的带宽为360-2500nm；高速光纤光谱仪采集波长的范围为200-1100nm。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。