基本信息
- 項目名稱：
- 新型分光內窺鏡系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 醫(yī)用電子內窺鏡已成為目前腫瘤診療的有效工具。分光內窺鏡技術利用不同波長光線可對生理組織不同特性凸顯的原理，得到反映不同組織性質的圖像。本課題開發(fā)的分光內窺鏡使用多種特定波長的光來照射組織，然后檢測這些從組織中反射回來的光，通過圖像處理的手段將得到的組織信息用圖像的形式顯示出來。分光內窺鏡系統(tǒng)和通常內窺鏡系統(tǒng)相比大大地提高了癌癥組織與正常組織的圖像對比度，從而提高了內窺鏡對于癌癥的早期診斷能力。
- 詳細介紹：
- 醫(yī)用電子內窺鏡由于其具備同時進行觀察和手術的能力，已成為目前腫瘤診療的有效工具。但是由于潛在病變組織和正常組織不易區(qū)分，內窺鏡對于早期癌癥的診斷能力尚不理想。如何進一步提高內窺鏡早期癌癥確診率，降低漏診率，已經(jīng)成為內窺鏡領域迫切需要解決的難題。分光內窺鏡技術利用不同波長光線可對生理組織不同特性凸顯的原理，得到反映不同組織性質的圖像。本課題開發(fā)的分光內窺鏡使用多種特定波長的光來照射組織，并檢測從組織中反射回來的光，通過圖像處理的手段將得到組織的信息用圖像的形式顯示出來。本系統(tǒng)和通常內窺鏡系統(tǒng)相比提高了癌癥組織與正常組織的圖像對比度，提高了內窺鏡的對于癌癥早期診斷能力。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 現(xiàn)有內窺鏡對癌癥的早期診斷能力有待提高，如大腸內窺鏡檢查對早期病變的漏診率達30%。分光內窺鏡技術利用不同波長光線可對生理組織不同特性凸顯的原理，得到反映不同組織性質的圖像。和普通內窺鏡相比，分光內窺鏡大大地提高了癌癥組織與正常組織的圖像對比度，提高了對早期癌癥的診斷能力。光在人體組織中傳遞，不同組織對不同波長的光的吸收和散射的特性不同，不同波長的光可以得到不同深度的組織的信息。因此如果能將這些信息以圖像的形式反映，就能通過直觀觀察把正常組織和癌癥組織區(qū)分開來。目前臨床上使用的內窺鏡采用彩色CCD，獲得的信息是三個波長范圍內組織光譜信息的總和，不能很好的提取特定波長下的組織光譜信息。采用分光內窺鏡技術，則可準確獲取上述信息。 技術關鍵：1. 切割高感度黑白CCD。目前只能買到直徑約10mm的高感度黑白CCD，無法放入內窺鏡中，通過切割使其能與直徑2mm的成像物鏡高精度地組裝在一起。2. 研制高速產(chǎn)生6種波長照射光的光源。根據(jù)內窺鏡的圖像顯示要求，光源需每1/25秒鐘內交替產(chǎn)生6種波長光強足夠的照射光。3. 研制高速圖像采集處理電路。為了保證內窺鏡圖像符合視頻圖像標準，不產(chǎn)生拖尾，我們通過對圖像的奇偶場拆分和重組、控制CCD的曝光、提高CCD時鐘頻率這三種手段提高了CCD的采集速度，并開發(fā)了高速圖像處理電路。 主要技術指標：1. 主燈色溫：≥5500K，照度：≥18×104Lx；2. 具有手動/自動調光功能；3. 具有白平衡、色彩調節(jié)功能，具有圖像凍結、回放功能；
科學性、先進性
- 不同組織對不同波長的光的吸收和散射的特性不同，不同波長的光可以得到不同深度的組織的信息。世界最大的內窺鏡公司奧林巴斯于2007年10月推出了一種窄帶光內窺鏡，采用420nm和540nm的光照射組織，經(jīng)過圖像處理生成窄帶光圖像。癌癥組織的粘膜中纖維和毛細血管豐富，纖維對420nm波長光吸收很強；毛細血管對540nm波長光吸收很強，利用這兩種光生成的圖像會看到通常的內窺鏡圖像看不到的組織性質。但該系統(tǒng)受制于濾光片數(shù)目。日本的富士公司開發(fā)了FICE模擬分光內窺鏡。該項技術使用通常的RGB圖像，來還原出任意波長光的分光圖像。但由于采用的是普通彩色信號，還原的光譜精度不高。針對以上兩種技術存在的問題，我們開發(fā)了這套分光內窺鏡系統(tǒng)。系統(tǒng)用6種波長的光照射組織，成像后進行圖像處理，將圖像顯示出來。系統(tǒng)不僅照射光的波長提高到6個，還改進了還原算法，提高了光譜還原的精度。在工程技術上實現(xiàn)普通CCD高速采集，解決了圖像拖尾。這套系統(tǒng)以較低的成本達到并部分超過奧林巴斯窄帶光內窺鏡和富士公司FICE的性能。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年第五屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學生課外學術科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 完成樣機
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，圖片，現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 分光內窺鏡能有效地提高癌癥組織與正常組織的圖像對比度，改善目前內鏡的診斷水平，即使是經(jīng)驗不足的醫(yī)生也能容易診斷出早期癌癥，促進腫瘤的早期診斷和內窺鏡下治療。分光內窺鏡會逐漸替代現(xiàn)有的所有內窺鏡。開發(fā)分光內窺鏡具有巨大的技術和產(chǎn)業(yè)意義。 我國現(xiàn)有縣級以上醫(yī)院15000余家，每家醫(yī)院目前所需的內窺鏡系統(tǒng)少則2-3套，多則10-20套?，F(xiàn)在國內醫(yī)院的內窺鏡90%以上是從國外進口，現(xiàn)有的奧林巴斯窄帶光內窺鏡系統(tǒng)價格昂貴（約120-200萬/套），影響了分光內窺鏡在我國的普及。而國產(chǎn)內窺鏡僅占有不足10%的市場，且是低端市場。本課題開發(fā)的分光內窺鏡產(chǎn)品化后，會逐漸占領一定的中高端市場，同時該產(chǎn)品的價格大大低于進口產(chǎn)品，因而會對中高端市場的整個價格體系造成沖擊，降低進口產(chǎn)品的價格。國內的內窺鏡仍處在普及階段，市場規(guī)模約50億元，年增長超過20%。分光內窺鏡將逐步替代現(xiàn)有內窺鏡系統(tǒng)，占到國內內窺鏡相當份額。同時由于具備成本優(yōu)勢，在國際市場上也有一定的競爭能力。
同類課題研究水平概述
- 世界最大的內窺鏡公司日本的奧林巴斯公司于2007年10月在日本推出了一種窄帶光內窺鏡，它采用的是420nm和540nm兩鐘長的窄帶光技術。用這兩種波長的光照射組織和組織發(fā)生相互作用后反射回內窺鏡的CCD攝像頭，在經(jīng)過特定的圖像處理生成窄帶光圖像。該技術基于以下的原理：粘膜中的纖維對420nm波長光吸收很強，粘膜下層的毛細血管對540nm波長光吸收能力很強，如果粘膜下層的毛細血管多，540nm波長光就會被大量吸收掉，通常癌癥組織的毛細血管較多。利用這兩種光生成的圖像會看到一些通常的內窺鏡圖像看不到的組織性質，有利于早期病變的診斷。奧林巴斯公司的該項窄帶光內窺鏡產(chǎn)品榮獲日本“日經(jīng)2006年度最優(yōu)秀產(chǎn)品獎”，足見該技術的社會影響力。但是奧林巴斯的窄帶光內窺鏡受制于采用的濾光片的數(shù)目，只能看兩種特種波長的光，波長數(shù)量少，因而能提取出來的組織特性有限。如何能看到更多的波長成為其面臨的難題。靠單純地增加濾光片的數(shù)量獲取波長的種類不是好辦法，因為這樣會帶來圖像采集負擔過大，并產(chǎn)生圖像拖尾現(xiàn)象，而且結構設計難度增大，波長也無法任意選擇更換。 日本的富士公司(FUJI)開發(fā)了FICE的模擬分光內窺鏡并且已經(jīng)投放市場。該項技術是使用通常的RGB三色圖像，通過軟件算法來模擬還原出任意波長光的分光圖像。這種方法看起來比較簡便，但由于采用的是合成普通彩色圖像的RGB三種濾光片，因而模擬出來的任意其他波長的光譜還原性不高，得不到真實的人體組織的分光圖像，并不能起到有效地提高內窺鏡診斷能力的作用。
