[发明专利]双波长增强型拉曼内窥式无创病理检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种双波长增强型拉曼内窥式无创病理检测装置及检测方法，结合内窥镜检测、拉曼检测与病理分析，直接检测生物体内组织的拉曼光谱，通过光谱信息基于人工智能方法进行无创式病理分析，代替传统的有创病理检查。通过构造信号增强装置，增强测得到的拉曼光谱信号，有效实现体内组织无损病理分析。使用两种不同波长的激光检测同一部位的组织信号，通过两组信号求差值，消除荧光影响，提升拉曼内窥镜的测量信噪比。设计自聚焦结构内窥镜头，通过内置支撑脚，在不增加内窥镜镜头直径的基础上实现内窥镜自聚焦及变焦，在获得更稳定清晰的光谱结果基础上，实现样品的三维扫描病理检测。通过人工智能病理分析方法，有效实现了无创式病理检测。

技术领域

本发明涉及拉曼测量技术领域，特别涉及一种双波长增强型拉曼内窥式无创病理检测装置及检测方法。

背景技术

癌症已经成为了严重威胁中国人群生命健康的主要公共卫生问题之一，近几年来我国的癌症发病率和死亡率持续上升，而癌症生存率与发达国家相比有着很大差距。出现以上情况的主要原因之一就是早期癌症的诊断率低。目前对于胃癌、食道癌、鼻咽癌等癌症，最主要的诊断方法是内窥镜诊断和对体内取出的病变组织进行病理活检，但其本身存在许多局限性，在早期癌症诊断方面局限性更加明显。内窥镜检测系统主要是传统白光反射纤维内窥镜，医生通过肉眼观察组织形态来判别是否病变，这强烈依赖于医生的个人经验；对于早期癌症，其病变区域的形态与正常组织的差别不大，肉眼难于区分，这就容易造成漏诊、误诊。病理活检是一种有创性诊断，必要时需要多次取样加以证实，并且活检操作过程复杂、耗时长，不能实时报告诊断结果，这都增加了患者的痛苦，存在一定风险。

拉曼光谱被称为物质的“指纹谱”，能够从分子水平上鉴别不同物质，从拉曼光谱中可以获得物质的分子结构、含量、官能团等信息。利用拉曼光谱进行细胞和分子水平上的疾病诊断是生物医学领域的热门话题，拉曼光谱不需要复杂的取样、制样过程，生物组织中含有的大量水分对光谱的干扰很小，而对生物大分子的变化十分敏感，通过后续的光谱分析手段可以实时得到诊断结果。已有研究表明，通过分析生物样品拉曼特征峰的峰位、峰强等信息，即可对比分辨出正常细胞与癌细胞；进一步的，通过观察相应拉曼峰峰强比的变化，可以对癌症进行分期诊断。结合拉曼光谱与内窥镜技术，可以同时确定是否癌变以及癌变位置，通过拉曼扫描技术可以进一步确定癌变区域；以及光谱活检技术未来可以代替病理活检，缩小内窥镜尺寸。结合内窥镜的拉曼病理分析方法是一种无损、原位、实时、灵敏的新型癌症诊断手段，具有很高的临床应用价值。

现有研究中，已有的有关拉曼光谱与内窥镜结合的相关研究中都是通过光纤拉曼与内窥镜结合实现原位实时拉曼光谱测量，并未考虑到体内环境对拉曼光谱信号的复杂影响，缺乏可靠的高精度的拉曼散射信号测量方法，并且缺乏基于拉曼光谱信号的可行的病理分析方法，尚无法真正实现无创式病理检测。有研究对拉曼内窥镜进行了进一步改进，但生物组织在实际测量中，存在非常明显的荧光信号，严重影响了拉曼光谱的测量信噪比和峰位、峰强拟合精度。同时，样品自身的拉曼信号强度较弱，增长积分时间可以一定程度上提高测量信号的强度，但如果一味增长拉曼积分时间，检测时间变长，无疑会增加病人的痛苦。在拉曼测量领域中，表面增强拉曼方法和针尖增强拉曼方法均可有效提高待测量样品的拉曼信号强度，但这一技术尚未被应用至拉曼内窥镜测量领域。

另一方面，现有研究未考虑在活体组织内的聚焦问题，而聚焦效果会直接影响拉曼的测量精度。现有内窥镜往往采用辅助聚焦环帮助聚焦，但一方面套用聚焦环会导致内窥镜镜头直径增加，增加病人使用中的不适感，另一方面，聚焦环在操作中可能掉落，增加了使用风险，亟需设计一体化的自聚焦装置。同时，一些方法设计的内窥镜结构并不能和临床现有的内窥镜耦合，甚至可能增加内窥镜尺寸，在实际应用中可能增加患者痛苦，且很难得到可有效使用的拉曼光谱，难以实现病理诊断。此外，尚未提出实现三维扫描病理分析的拉曼方法，病灶的范围及影响深度难以确定。