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基本信息
- 項目名稱：
- 新型分光內(nèi)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(nèi)窺鏡已成為目前腫瘤診療的有效工具。分光內(nèi)窺鏡技術(shù)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(zhì)的圖像。本課題開發(fā)的分光內(nèi)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(nèi)窺鏡系統(tǒng)和通常內(nèi)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(nèi)窺鏡對于癌癥的早期診斷能力。
- 詳細介紹：
- 醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡由于其具備同時進行觀察和手術(shù)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(nèi)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(nèi)窺鏡早期癌癥確診率，降低漏診率，已經(jīng)成為內(nèi)窺鏡領(lǐng)域迫切需要解決的難題。分光內(nèi)窺鏡技術(shù)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(zhì)的圖像。本課題開發(fā)的分光內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 現(xiàn)有內(nèi)窺鏡對癌癥的早期診斷能力有待提高，如大腸內(nèi)窺鏡檢查對早期病變的漏診率達30%。分光內(nèi)窺鏡技術(shù)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(zhì)的圖像。和普通內(nèi)窺鏡相比，分光內(nèi)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(nèi)窺鏡采用彩色CCD，獲得的信息是三個波長范圍內(nèi)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(nèi)窺鏡技術(shù)，則可準(zhǔn)確獲取上述信息。 技術(shù)關(guān)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(nèi)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(nèi)窺鏡的圖像顯示要求，光源需每1/25秒鐘內(nèi)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(nèi)窺鏡圖像符合視頻圖像標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)指標(biāo)：1. 主燈色溫：≥5500K，照度：≥18×104Lx；2. 具有手動/自動調(diào)光功能；3. 具有白平衡、色彩調(diào)節(jié)功能，具有圖像凍結(jié)、回放功能；
科學(xué)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(nèi)窺鏡公司奧林巴斯于2007年10月推出了一種窄帶光內(nèi)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(nèi)窺鏡圖像看不到的組織性質(zhì)。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(nèi)窺鏡。該項技術(shù)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(shù)存在的問題，我們開發(fā)了這套分光內(nèi)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(shù)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(nèi)窺鏡和富士公司FICE的性能。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年第五屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 完成樣機
技術(shù)轉(zhuǎn)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(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 分光內(nèi)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(nèi)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(nèi)窺鏡下治療。分光內(nèi)窺鏡會逐漸替代現(xiàn)有的所有內(nèi)窺鏡。開發(fā)分光內(nèi)窺鏡具有巨大的技術(shù)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(nèi)窺鏡系統(tǒng)少則2-3套，多則10-20套。現(xiàn)在國內(nèi)醫(yī)院的內(nèi)窺鏡90%以上是從國外進口，現(xiàn)有的奧林巴斯窄帶光內(nèi)窺鏡系統(tǒng)價格昂貴（約120-200萬/套），影響了分光內(nèi)窺鏡在我國的普及。而國產(chǎn)內(nèi)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(nèi)窺鏡產(chǎn)品化后，會逐漸占領(lǐng)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(nèi)的內(nèi)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(nèi)窺鏡將逐步替代現(xiàn)有內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，占到國內(nèi)內(nèi)窺鏡相當(dāng)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(nèi)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(nèi)窺鏡，它采用的是420nm和540nm兩鐘長的窄帶光技術(shù)。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(nèi)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(shù)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(nèi)窺鏡圖像看不到的組織性質(zhì)，有利于早期病變的診斷。奧林巴斯公司的該項窄帶光內(nèi)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(shù)的社會影響力。但是奧林巴斯的窄帶光內(nèi)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?？繂渭兊卦黾訛V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(dān)過大，并產(chǎn)生圖像拖尾現(xiàn)象，而且結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)窺鏡并且已經(jīng)投放市場。該項技術(shù)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(nèi)窺鏡診斷能力的作用。
