一种高灵敏度的宫颈细胞多光谱筛查装置

1.本发明涉及一种医用光学检测装置，具体涉及一种基于多光谱技术的宫颈细胞筛查装置。


背景技术：

2.宫颈癌全称为子宫颈癌，它是妇科高发的一种恶性肿瘤。近年来，我国妇科肿瘤的发病率逐年上升，宫颈癌也成了女性恶性肿瘤死亡常见的疾病。随着hpv疫苗的出现，宫颈癌的预防逐渐得到人们的重视，在当今社会，如何有效防治宫颈癌，如何将宫颈癌患者的生存质量提高，已成为一个重点问题。
3.近40年来世界范围内宫颈癌的发病率和死亡率有明显下降趋势，这与加强健康教育，hpv疫苗接种和宫颈癌筛查有关。然而，全球的数据表明新发宫颈癌的平均发病年龄降低，有年轻化趋势。在我国宫颈癌发病以40-50岁为最多，60-70岁是发病的又一高峰年龄段，20岁以下少见。宫颈癌是由于hpv的持续感染造成的，早发现早治疗，因此宫颈癌的早期筛查显得尤为关键。
4.目前宫颈癌的早期筛查手段主要是通过细胞学检查的方式来进行，在可见光的条件下通过显微镜对细胞涂片进行观察，但是由于可见光下病灶细胞特征不明显，同时观察者的主观性也在很大程度上影响了诊断结果的准确性，因此设计一种具有高灵敏度和高特异性的，能够准确从图像中识别病灶细胞并且客观准确的对宫颈细胞进行实时诊断的筛查装置是十分必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有宫颈癌筛查手段的缺陷和不足，提出一种基于多光谱技术的筛查装置，同时采集特征荧光光谱及近红外特征吸收光谱图像，上传至上位机进行图像处理，得到客观准确的检测结果。
6.为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
7.一种高灵敏度的宫颈细胞多光谱筛查装置，包括近红外光源系统、近红外成像系统、荧光光源系统、荧光成像系统、载物台、物镜、第一二向分色镜和第二二向分色镜，并组成第一光路和第二光路；
8.所述第一光路中，近红外光源系统发出的近红外光照射置于载物台上的细胞涂片产生第一发射光，第一发射光依次穿过物镜、第一二向分色镜、第二二向分色镜后进入近红外成像系统；所述近红外成像系统包括近红外窄带四通道微滤光片以形成四种通光波长的特征光谱图像；
9.所述第二光路中，荧光光源系统发出的紫外光经第一二向分色镜发射后通过物镜激发置于载物台上的细胞涂片产生荧光，荧光依次穿过物镜、第一二向分色镜后由第二二向分色镜反射进入荧光成像系统；所述荧光成像系统包括荧光窄带四通道微滤光片以形成四种物质的特征荧光光谱图像。
10.进一步，所述第一二向分色镜为430nm二向分色镜，第二二向分色镜为700nm二向分色镜。
11.进一步，所述近红外窄带四通道微滤光片和荧光窄带四通道微滤光片分别包括四种通光波长的窄带微滤光单元阵列；其中，近红外窄带四通道微滤光片的四种通光波长为750nm、810nm、850nm、955nm；荧光窄带四通道微滤光片的四种通光波长为450nm、525nm、577nm、630nm。
12.进一步，所述近红外成像系统和荧光成像系统还分别包括相机，所述近红外窄带四通道微滤光片和荧光窄带四通道微滤光片分别与对应相机的图像传感器贴合，且每一个微滤光单元覆盖图像传感器的固定数量的像素单元。
13.进一步，所述第一光路中，所述近红外光源系统包括近红外光源，所述近红外光源系统发出的近红外光以四十五度角入射一反射镜，发射后通过一透镜汇聚，汇聚后由背面入射所述细胞涂片产生所述第一发射光。
14.进一步，所述荧光光源系统包括355nm紫外激光器和266nm紫外激光器，两个激光器的光合束后输出。
15.进一步，所述第二光路中，所述紫外光以四十五度角入射所述第一二向分色镜，发射后通过所述物镜由正面入射所述细胞涂片产生所述荧光。
16.进一步，所述荧光穿过所述物镜、第一二向分色镜后以四十五度角入射所述第二二向分色镜，发射后进入所述荧光成像系统。
17.进一步，所述荧光成像系统还包括430nm-650nm带通滤光片，所述430nm-650nm带通滤光片设于所述第二二向分色镜和荧光成像系统的相机之间。
18.进一步，所述近红外成像系统还包括700nm高通滤光片，所述700nm高通滤光片设于所述第二二向分色镜和近红外成像系统的相机之间。本发明的有益效果为：
19.本发明采用多光谱成像的方法对宫颈细胞进行检测，使用近红外光源作为照明光源，同时使用紫外光源激发细胞内的病灶标记物产生荧光，通过一次成像可以获得两组对应不同波长的特征光谱图像，每组各四张，且每组图像像素与像素处于对准状态，无需再进行空间校准。图片传送至上位机，通过图像融合处理凸显病灶细胞特征，大大提高宫颈癌筛查准确性、特异性和灵敏度，减小了由于观察者的主观判断所造成的失误，同时整体流程节省时间与人力。
附图说明
20.图1为本发明实施例的简化结构示意图；
21.图2为窄带四通道微滤光片滤光原理示意图。
22.图中各标记对应的名称为：
23.1、近红外光源系统；11、近红外卤素光源；12、近红外滤光片；13、准直透镜；14、透镜a；15、光阑a；16、透镜b；2、近红外成像系统；21、近红外增强相机；22、近红外增强相机图像传感器；23、近红外窄带四通道微滤光片；24、近红外相机镜头；25、700nm高通滤光片；3、荧光光源系统；31、355nm紫外激光器；32、266nm紫外激光器；33、光束耦合镜；34、光纤合束器；341、输入光纤；342、合束模块；343、输出光纤；35、透镜c；36、光阑b；37、透镜d；4、荧光成像系统；41、相机；42、相机图像传感器；43、荧光窄带四通道微滤光片；44、相机镜头；45、
430nm-650nm带通滤光片；5、反射镜；6、透镜e；7、载物台；8、细胞涂片；9、物镜；10、第一二向分色镜；011、第二二向分色镜。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。
25.如图1所示，一种高灵敏度的宫颈细胞多光谱筛查装置包括近红外光源系统1、近红外成像系统2、荧光光源系统3、荧光成像系统4、反射镜5、透镜e6、载物台7、细胞涂片8、物镜9、第一二向分色镜10、第二二向分色镜011。其中第一二向分色镜10为430nm二向分色镜，第二二向分色镜011为700nm二向分色镜。通过上述结构配合形成了第一光路和第二光路。
26.第一光路中：
27.近红外光源系统1包括近红外卤素光源11、近红外滤光片12、准直透镜13、透镜a14、光阑a15和透镜b16，其中近红外滤光片允许波长大于700nm的光通过。近红外卤素光源11发出的光源经近红外滤光片12进行滤光，再通过准直透镜13对光线进行准直操作，最后通过透镜a14、光阑a15和透镜b16三者的组合进行准直扩束，将光线投射到反射镜5上。反射镜5和近红外光源系统1的出射光呈四十五度夹角，出射光反射后垂直向上经过透镜e6，透镜e6将近红外光汇聚后通过载物台7上的细胞涂片8，照射细胞涂片从而得到近红外吸收光谱对应的特征光谱图像。
28.通过近红外光源照射得到的特征光谱图象特征峰波长均大于700nm，因此相应波段通过物镜9后，依次穿过第一二向分色镜10和第二二向分色镜011，由700nm高通滤光片25进入近红外成像系统2。
29.近红外成像系统2包括近红外增强相机21、近红外增强相机图像传感器22、近红外窄带四通道微滤光片23、近红外相机镜头24和700nm高通滤光片25。第一发射光通过700nm高通滤光片25进入近红外相机镜头24。参考图2，近红外窄带四通道微滤光片23包含四种波长750nm、810nm、850nm、955nm的窄带微滤光单元，且呈棋盘式排列，以上几个波段能有效反映出癌变宫颈细胞主要吸光色团血红蛋白浓度和正常细胞的不同。每一个微滤光单元仅允许相应波长的光通过，它和近红外相机图像传感器22贴合，使得每一个微滤光单元覆盖图像传感器的四个像素单元，一次成像可以得到四张不同波段的光谱图，用以观察血红蛋白浓度。
30.第二光路中：
31.荧光光源系统3包括355nm紫外激光器31和266nm紫外激光器32，两个激光器的出射光经过光束耦合镜33进入光纤合束器34的输入光纤341，输入光纤341将两束光源送入合束模块342，合束模块342将输入的两束光源合并为一束后输出，最后由输出光纤343将光源输出。输出光源经过透镜c35、光阑b36和透镜d37三者的组合投射到第一二向分色镜10上。第一二向分色镜10和荧光光源系统3的出射光呈四十五度夹角，由于出射光波长均小于430nm，因此经第一二向分色镜10反射后通过物镜9聚焦至细胞涂片8，并激发细胞涂片8中的相应物质产生荧光。
32.通过荧光光源系统3激发的荧光波长位于430nm-700nm之间，荧光由物镜9收集后穿过第一二向分色镜10，于第二二向分色镜011处反射，荧光成像系统4与第二二向分色镜011呈四十五度夹角，荧光经第二二向分色镜011反射后进入荧光成像系统4。荧光成像系统
4包括相机41、相机图像传感器42、荧光窄带四通道微滤光片43、相机镜头44、430nm-650nm带通滤光片45。荧光通过430nm-650nm带通滤光片45进入相机镜头44成像。荧光窄带四通道微滤光片43包含四种波长450nm、525nm、577nm、630nm的窄带微滤光单元，每一个微滤光单元仅允许相应波长的光通过，它和相机图像传感器42贴合，一次成像可以得到四张不同波段的特征荧光光谱图像，荧光窄带四通道微滤光片43包含的四种波长450nm、525nm、577nm、630nm分别对应宫颈癌病灶标记物nadh、fad、血红蛋白和卟啉的荧光特征峰。
33.采用上述宫颈细胞多光谱筛查系统，同时使用近红外光源和紫外光源，根据病灶标记物的吸收光谱和荧光光谱，通过一次成像可以获得两组对应不同波长的特征吸收光谱图像与特征荧光光谱图像，通过图像融合处理凸显病灶细胞特征，即可对是否患有宫颈癌进行一个初步诊断，大大提高了准确性、特异性和灵敏度，减小了由于观察者的主观判断所造成的失误，同时整体流程节省时间与人力。
34.上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种高灵敏度的宫颈细胞多光谱筛查装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。