熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)及成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)及方法，其能和現(xiàn)有大多數(shù)熒光探針配合使用，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地激發(fā)并顯像多種靶向疾病組織的熒光探針的分布。所述熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)具備光源部，能夠產(chǎn)生白光和與熒光探針吸收譜匹配的多譜激發(fā)光；光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部，能傳導(dǎo)激發(fā)光或白光到人體內(nèi)空腔組織，均勻地將其照射在探測(cè)目標(biāo)上，還能收集成像人體內(nèi)空腔表面漫反射的白光、激發(fā)光，和受激發(fā)射的熒光信號(hào)，并將光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)到體外；圖像采集部，可依次采集原始熒光圖像、激發(fā)光圖像、白光圖像；圖像去噪顯示部，去除熒光圖像中光譜混疊產(chǎn)生噪聲，顯示去噪處理后熒光圖像和白光圖像。
【專利說明】熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)及成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像技術(shù)，尤其涉及一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國屬于胃食道腫瘤高發(fā)國家，胃癌的發(fā)病率及死亡率在我國的大中城市居第二位，在農(nóng)村多為第一位，食道癌也是我國最常見腫瘤之一。熒光內(nèi)窺成像技術(shù)在早期檢測(cè)胃食道腫瘤應(yīng)用上有很好的前景。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)有以下幾種:
[0004](I)自體熒光成像設(shè)備
[0005]自體熒光成像(AFI)設(shè)備運(yùn)用氙氣光透過藍(lán)綠色旋轉(zhuǎn)濾光片后形成激發(fā)藍(lán)光(波長390-470nm)和綠光(波長540_560nm)直接照射胃腸道黏膜，除反射的藍(lán)光被吸收濾片(吸收波長在500-630nm)阻擋外，反射綠光和自發(fā)熒光透過吸收濾片被CXD相機(jī)捕捉，經(jīng)光電轉(zhuǎn)化及圖像重建后在顯示器上顯示。
[0006](2)共用光纖束通道熒光成像設(shè)備
[0007]通過同一根光纖束傳導(dǎo)激發(fā)光和探針產(chǎn)生的熒光，透過二向色鏡將激發(fā)光與熒光分開，從而只將熒光傳導(dǎo)到CCD相機(jī)進(jìn)行成像。
[0008]( 3 )并行雙光纖通道熒光成像設(shè)備
[0009]激發(fā)光光纖與傳像光纖采用并行排列的方式進(jìn)行組合，通過激發(fā)光光纖傳導(dǎo)特定波長的激發(fā)光。
[0010]然而以上熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn):
[0011](I)自體熒光成像設(shè)備:理論上只要分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，自體熒光就會(huì)發(fā)生特征性改變，AFI圖像的光學(xué)對(duì)比并不體現(xiàn)腫瘤特異性光學(xué)對(duì)比，是一個(gè)綜合了多個(gè)分子改變的結(jié)果。由于AFI沒有使用特異性靶向造影劑，因而假陽性率較高，特別對(duì)于炎癥與腫瘤的區(qū)分有一定難度。同時(shí)由于自體熒光信號(hào)強(qiáng)度十分微弱，易受到激發(fā)光混疊的影響。
[0012](2)共用光纖通道熒光成像設(shè)備:這種成像設(shè)備組成簡單，激發(fā)光照射部位與傳像光纖圖像采集部位相吻合；但由于需要經(jīng)過二向色鏡分光，導(dǎo)致光學(xué)信號(hào)損失較大，成像時(shí)需要延長CCD相機(jī)曝光時(shí)間，受到胃腸道蠕動(dòng)的影響后偽影產(chǎn)生概率增加，不能完全滿足消化內(nèi)鏡成像需求。
[0013](3)并行雙光纖通道熒光成像設(shè)備:傳像光纖不能采集到激發(fā)光纖所有的照射部位，同時(shí)傳像光纖所采集到的圖像范圍難以全部被激發(fā)光纖傳導(dǎo)的激發(fā)光照射全，導(dǎo)致光學(xué)信號(hào)的損失。
[0014](4)不能實(shí)現(xiàn)多光譜成像。
[0015]三種熒光內(nèi)窺鏡導(dǎo)入的激發(fā)光照射到探測(cè)目標(biāo)在上光強(qiáng)分布并不均勻，激發(fā)光的投射模式會(huì)疊加到熒光圖像上，形成偽影。例如若激發(fā)光過于集中的照射在某一正常組織所在區(qū)域，則該正常組織內(nèi)的微量熒光探針也會(huì)類似病變組織受激發(fā)射出很強(qiáng)的熒光，造成假陽性。其次，由于現(xiàn)有商用濾光片對(duì)阻帶譜段光的衰減率大約為99.9%，而激發(fā)光的光強(qiáng)本身強(qiáng)于熒光約1000倍左右，所以熒光濾光片不能充分濾去探測(cè)物表面散射的激發(fā)光，激發(fā)光信號(hào)仍占熒光圖像的較大部分，降低熒光圖像的信噪比，使病變組織和正常組織在熒光圖像上對(duì)比度下降，造成假陰性。
[0016]三種現(xiàn)有熒光成像設(shè)備的濾光片已固化，不能方便拆換。不同的熒光探針需要不同譜段的激發(fā)光，其發(fā)射的熒光也分布在不同的譜段，所以針對(duì)某種熒光探針需要特定的激發(fā)光源和濾光裝置，目前常用的熒光內(nèi)窺鏡僅能對(duì)特定一種熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效降低光學(xué)信號(hào)損失，能夠?qū)Χ喾N熒光探針進(jìn)行成像，并且能夠有效減速影去噪的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠有效降低光學(xué)信號(hào)損失，能夠?qū)Χ喾N熒光探針進(jìn)行成像，并且能夠有效減速影去噪的熒光內(nèi)窺成像系方法。
[0019]本發(fā)明的多光譜熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括光源部、光學(xué)傳導(dǎo)信號(hào)采集部、圖像采集部和圖像去噪顯示部，其中:
[0020]所述光源部設(shè)置于第一暗箱中，所述光源部包括寬譜光源、第一濾光片切換器和光學(xué)準(zhǔn)直稱合器，所述第一濾光片切換器上裝載有多個(gè)激發(fā)光濾光片，所述第一濾光片切換器上還設(shè)置有中性衰減片或通口，所述多個(gè)激發(fā)光濾光片波段不同；
[0021]所述光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部包括柔性的傳光光纖束、柔性的傳像光纖束、光纖束分散包裹接頭和微型物鏡；所述傳光光纖束、傳像光纖束的一段在光纖束分散包裹接頭內(nèi)分散包裹所述光纖光纖束后形成向光纖束分散包裹接頭外延伸的復(fù)合光纖束；所述復(fù)合光纖束采用內(nèi)部為傳像光纖束，外部包裹傳光光纖纖絲的同軸共心排列方式；所述微型物鏡設(shè)置于復(fù)合光纖束遠(yuǎn)離光纖束分散包裹接頭的端部；
[0022]所述圖像采集部設(shè)置于第二暗箱中，所述圖像采集部包括光學(xué)轉(zhuǎn)接器、第二濾光片切換器和(XD相機(jī),所述光學(xué)轉(zhuǎn)接器與傳像光纖束遠(yuǎn)離光纖分散包裹接頭的一端連接；所述第二濾光片切換器上裝載有多個(gè)熒光濾光片及通口，所述的多個(gè)熒光濾光片波段不同；
[0023]所述圖像去噪顯示部從CCD相機(jī)讀取原始圖像，使用雙波長減影算法，進(jìn)行原始圖像去除噪聲處理，并顯示去噪后圖像。
[0024]可選的，所述第一濾光片切換器包括第一濾光片轉(zhuǎn)輪和第一轉(zhuǎn)輪控制器；所述第一濾光片轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有多個(gè)濾光片裝載口，所述濾光片裝載口上裝載有激發(fā)光濾光片；
[0025]所述第二濾光片切換器包括第二濾光片轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪控制器；所述第二濾光片轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有多個(gè)熒光片裝載口，所述熒光片裝載口上裝載有熒光濾光片。
[0026]可選的，所述的寬譜光源為氣燈光源、齒燈光源或萊燈光源。
[0027]可選的，所述復(fù)合光纖束中，包裹于傳像光纖束外部的多根傳光光纖纖絲排列成截面呈圓環(huán)形的結(jié)構(gòu)，以使光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部末端的出射光為圓環(huán)形，或者包裹于傳像光纖束外部的傳光光纖纖絲排列出截面呈正多邊形的結(jié)構(gòu)，以使光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部末端的出射光為正多邊形。
[0028]本發(fā)明還提供了一種用于前述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的成像方法，包括以下步驟:
[0029]S10、根據(jù)所選用的兩種或多種熒光探針的光譜學(xué)特征，選擇適宜的激發(fā)光濾光片和熒光濾光片的組合；
[0030]S20、將復(fù)合光纖束的端部對(duì)準(zhǔn)探測(cè)目標(biāo)；
[0031]S30、開啟寬譜光源，調(diào)節(jié)第一濾光片切換器上的通孔或中性衰減片進(jìn)入光路，用白光照射探測(cè)物，開啟CXD相機(jī)到視頻模式，調(diào)節(jié)光學(xué)轉(zhuǎn)接器的兩組透鏡的調(diào)焦旋鈕至CCD相機(jī)能觀測(cè)到清晰圖像，使CCD相機(jī)拍攝白光圖像；
[0032]S40、先對(duì)第一種熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像，調(diào)節(jié)第一濾光片切換器使一種激發(fā)光濾光片進(jìn)入光路，用窄譜段激發(fā)光照射探測(cè)物，使CCD相機(jī)拍攝到第一組激發(fā)光圖像；
[0033]S50、調(diào)節(jié)第二濾光片切換器使一種熒光濾光片進(jìn)入光路，濾去非熒光信號(hào)，保留熒光信號(hào)，使CCD相機(jī)拍攝到第一組原始熒光圖像；
[0034]S60、再對(duì)第二種熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像，調(diào)節(jié)第一濾光片切換器使另一種激發(fā)光濾光片進(jìn)入光路，用窄譜段激發(fā)光照射探測(cè)物，切換第二濾光片切換器使通口進(jìn)入光路，使CXD相機(jī)拍攝到第二組激發(fā)光圖像；
[0035]S70、調(diào)節(jié)第二濾光片切換器使熒光濾光片進(jìn)入光路，濾去非熒光信號(hào)，保留熒光，使CCD相機(jī)拍攝到第二組原始熒光圖像；
[0036]S80、圖像去噪顯示部讀取白光圖像、兩組激發(fā)光圖像以及兩組原始熒光圖像，分別對(duì)兩組原始熒光圖像使用雙波長減影算法去除原始熒光圖像中的激發(fā)光成分，得到校正熒光圖像；
[0037]S90、在圖像去噪顯 示部上實(shí)時(shí)顯示校正熒光圖像和白光圖像。
[0038]可選的，所述步驟S80中所述的雙波長減影算法具體包括以下步驟:
[0039]S801、在對(duì)同一探測(cè)目標(biāo)成像的原始熒光圖像Ifl和激發(fā)光圖像1?上，人為的選取相同的且沒有熒光信號(hào)的區(qū)域；
[0040]S802、分別提取該區(qū)域在原始熒光圖像和激發(fā)光圖像上像素值Rfl和Rex，Rfl即為Rex未被熒光濾光片壓制完全，混疊在原始熒光圖像的成分，用最小二乘法求解得到減影系數(shù)入；
[0041]min| I Rfl-λ Rex| |2
[0042]S803、利用下公式計(jì)算校正熒光圖像Icot fl:
[0043]Icor fI = If1- λ Iext)
[0044]本發(fā)明的突光內(nèi)窺成像系統(tǒng)由于復(fù)合光纖內(nèi)部為傳像光纖束，外部分散包裹有傳光光纖束纖絲的復(fù)合光纖束結(jié)構(gòu)，因此避免了類似于共用光纖束熒光成像設(shè)備成像過程中經(jīng)過二向色鏡的分光，降低了光學(xué)信號(hào)的損失，從而可以縮短曝光時(shí)間，減少運(yùn)動(dòng)偽影出現(xiàn)的概率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的復(fù)合光纖束端部的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合光纖束截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]圖中標(biāo)記不意為:1 一第一暗箱；2 —寬譜光源；3 —光學(xué)準(zhǔn)直I禹合器；4 一激發(fā)光濾光片；5 —傳光光纖束；6 —傳像光纖束；7 —光纖分散包裹接頭；8 —微型物鏡；9 一護(hù)套；10 —第二暗箱；11 一光學(xué)轉(zhuǎn)接器；12 - C⑶相機(jī)；13 —熒光濾光片；14 一第一濾光片轉(zhuǎn)輪；15 —復(fù)合光纖束；16 —第一轉(zhuǎn)輪控制器；17 —第二濾光片轉(zhuǎn)輪；18 —第二轉(zhuǎn)輪控制器；19 一圖像去噪顯示部；20 —傳光光纖纖絲。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。
[0050]實(shí)施例1
[0051]參照附圖1-圖3，以下說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。其中，圖1示意性表示了本發(fā)明的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖，具體各部分說明如下:
[0052]光源部 [0053]光源部位于第一暗箱I內(nèi)，其通過對(duì)寬譜光源進(jìn)行光譜過濾的方案，產(chǎn)生特定譜段的激發(fā)光，達(dá)到能配合多種熒光探針使用的目的。其含有寬譜光源2、第一濾光片切換器(包括第一濾光片轉(zhuǎn)輪14，第一轉(zhuǎn)輪控制器16和裝載在第一濾光片轉(zhuǎn)輪上14的激發(fā)光濾光片4)和光學(xué)準(zhǔn)直耦合器3。寬譜光源2能產(chǎn)生在可見光到近紅外波長范圍內(nèi)光強(qiáng)分布均勻的白光。第一濾光片轉(zhuǎn)輪14上可裝載多個(gè)激發(fā)光濾光片，所述第一濾光片轉(zhuǎn)輪14上還裝載有中性衰減片。用戶可根據(jù)所使用的熒光探針，調(diào)節(jié)第一濾光片切換器的第一轉(zhuǎn)輪控制器16，以選擇相匹配的激發(fā)光濾光片4進(jìn)入光路過濾寬譜光源2的寬譜段白光，使出射光為能充分激發(fā)熒光探針，又不引入其他譜段光干擾的窄譜段激發(fā)光；也可第一轉(zhuǎn)輪控制器16僅使中性衰減片接入光路，讓寬譜光源2出射的白光不經(jīng)過濾直接傳導(dǎo)到下一級(jí)光學(xué)準(zhǔn)直耦合器3。光學(xué)準(zhǔn)直耦合器3將通過第一濾光片切換器的出射光準(zhǔn)直并聚焦到光路下一級(jí)。
[0054]其中寬譜光源2可以為大功率氙燈、齒燈光源或汞燈光源，其出射光譜段覆蓋可見光到近紅外波長范圍。
[0055]其中第一濾光片切換器包括第一濾光片轉(zhuǎn)輪14,第一轉(zhuǎn)輪控制器16和裝載在第一濾光片轉(zhuǎn)輪上14裝載口的激發(fā)光濾光片4。第一濾光片轉(zhuǎn)輪14上可裝載多個(gè)激發(fā)光濾光片。用戶可通過第一轉(zhuǎn)輪控制器16將與所用熒光探針匹配的激發(fā)光濾光片4接入光路；此外，第一濾光片轉(zhuǎn)輪14上保留一個(gè)裝配口裝配中性衰減片，當(dāng)拍攝白光圖像時(shí)，切換濾光片輪14至裝配口進(jìn)入光路，使不經(jīng)過譜段過濾寬譜段白光出射到下級(jí)光路光學(xué)準(zhǔn)直耦合器3。
[0056]其中激發(fā)光濾光片12為小直徑帶通干涉濾光片，其通帶譜段應(yīng)與所用熒光探針的吸收譜相匹配。
[0057]其中光學(xué)準(zhǔn)直耦合器3可為聚焦透鏡組，起到準(zhǔn)直和聚集光束的作用，其將出射光聚集成于傳光光纖束5的直徑接近的光束，并垂直入射到下級(jí)光路傳光光纖束5。
[0058]光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)米集部
[0059]光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部將激發(fā)光和照明白光傳導(dǎo)到人體內(nèi)部空心器官的檢測(cè)區(qū)，并從檢測(cè)區(qū)收集感興趣光學(xué)信號(hào)，傳導(dǎo)到體外。其含有傳光光纖束5、光纖束分散包裹接頭7、復(fù)合光纖束15、微型物鏡8、傳像光纖束6。傳光光纖束5接受并傳導(dǎo)上級(jí)光路光學(xué)準(zhǔn)直耦合器3的出射光，其一段處進(jìn)入光纖束分散包裹接頭7里，傳光光纖束5內(nèi)的所有傳光光纖纖絲20分散開，以截面呈圓環(huán)形的形式均勻包裹在傳像光纖束6的外周，組成復(fù)合光纖束15，繼續(xù)傳導(dǎo)出射光。最終，所傳導(dǎo)的光從復(fù)合光纖束15的末端以圓形光環(huán)的照明模式出射，均勻地、大范圍地投射在探測(cè)物體表面。該照明方式能從硬件設(shè)計(jì)上消去激發(fā)光分布不均引入的偽影，避免激發(fā)模式疊加在熒光圖像上造成假陽性。微型物鏡8收集探測(cè)物表面的光學(xué)信號(hào)(包括檢測(cè)區(qū)域表面漫反射的激發(fā)光、白光信號(hào)和檢測(cè)區(qū)域分布的熒光探針受激發(fā)射的熒光信號(hào))，成像在復(fù)合光纖束15內(nèi)圈的傳像光纖束6末端，傳像光纖束6將原始圖像傳導(dǎo)到體外。
[0060]其中傳光光纖束5為一柔性、長約200cm至250cm、小外徑、光傳輸損耗率小的非相干光纖束，其接受并傳導(dǎo)上級(jí)光路光學(xué)準(zhǔn)直耦合器3的出射光。
[0061]其中光纖束分散包接頭7，外部有暗盒屏蔽環(huán)境光，在其暗盒中，傳光光纖束5內(nèi)的纖絲分散包裹在傳像光纖束6的外周，再包上柔性護(hù)套9，最終形成如圖2所示的復(fù)合光纖束15。
[0062]其中微型物鏡8為直徑與傳像光纖束6匹配，光圈值大的小型物鏡，其后端與復(fù)合光纖束15的內(nèi)圈傳像光纖束6末端耦合，能收集探測(cè)目標(biāo)表面的散射光子，在傳像光纖束6的末端形成探測(cè)物表面縮小的實(shí)像。
[0063]其中傳像光纖束6為一柔性，小外徑的高分辨率，光傳輸通透率高的柔性相干光纖束，能有效傳導(dǎo)熒光、激發(fā)光和白光圖像至體外進(jìn)行成像。其中復(fù)合光纖束15，結(jié)構(gòu)如圖2所示，其為內(nèi)圈為傳像光纖束6，外圈為傳光光纖束5分散的纖絲的柔性復(fù)合光纖，能順利經(jīng)人口腔等開口到達(dá)食道、胃等空心器官，并能有效傳導(dǎo)入激發(fā)光和白光，并將微型物鏡8所收集的熒光、激發(fā)光和白光信號(hào)通過復(fù)合光纖束23的內(nèi)圈傳像光纖束6傳導(dǎo)到體外。
[0064]圖像采集部
[0065]圖像采集部位于第二暗箱10內(nèi)，對(duì)從傳像光纖束6傳導(dǎo)到體外的感興趣光學(xué)信號(hào)進(jìn)行譜段濾波和圖像放大采集。其包括光學(xué)轉(zhuǎn)接器11，第二濾光片切換器(包括第二濾光片轉(zhuǎn)輪17，第二轉(zhuǎn)輪控制器18和裝載在第二濾光片轉(zhuǎn)輪17的裝載口上的熒光濾光片13)和CCD相機(jī)12。能對(duì)由光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部傳導(dǎo)到體外的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行譜段過濾和采集成像，得到原始熒光圖像，也能不對(duì)入射光學(xué)信號(hào)進(jìn)行譜段濾波，獲取激發(fā)光、白光圖像。
[0066]其中光學(xué)轉(zhuǎn)接器11為透鏡組，將傳像光纖束6傳導(dǎo)的圖像經(jīng)過放大后成放大實(shí)像，投影到CCD相機(jī)12的探測(cè)芯片上。光學(xué)轉(zhuǎn)接器11放大倍數(shù)計(jì)算方法為:
[0067]M = Lmin/d
[0068]其中M為放大倍數(shù)，Lfflin為矩形CXD探測(cè)芯片的短邊長度，d為傳像光纖束6的直徑。
[0069]其中第二濾光片切換器包括第二濾光片轉(zhuǎn)輪17，第二轉(zhuǎn)輪控制器18，和熒光濾光片13。第二濾光片轉(zhuǎn)輪17上可裝載多個(gè)熒光濾光片13，用戶可通過控制第二轉(zhuǎn)輪控制器18選擇接入光路的熒光濾光片13。在拍攝原始熒光圖像時(shí)，用戶根據(jù)所用的熒光探針的發(fā)射譜，選用能最佳地濾去非所用熒光探針發(fā)射譜光譜段的(如激發(fā)光的)干擾，并最大限度保留的熒光信號(hào)的熒光濾光片13，并將其切換到光路中，濾去非熒光信號(hào)；第二濾光片輪17上留一個(gè)裝配口不加裝濾光片，為通口，當(dāng)拍攝白光或激發(fā)光圖像時(shí)，將此通口切換到工作位置，使入射光不經(jīng)過濾出射到下級(jí)光路。
[0070]其中熒光濾光片13為小直徑帶通濾光片，其通帶范圍應(yīng)覆蓋所用熒光劑的發(fā)射譜峰，且與所用的激發(fā)光濾光片不重疊，以在拍攝熒光圖像時(shí)有效濾去非熒光信號(hào)，保留熒光信號(hào)。
[0071]其中CXD相機(jī)12，為低溫制冷科學(xué)級(jí)CXD相機(jī)，或民用CXD相機(jī)，用于接收成像強(qiáng)度微弱的光信號(hào)，并將其采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，其有效成像光強(qiáng)微弱的熒光信號(hào)，得到原始熒光圖像，也能采集激發(fā)光、白光圖像。
[0072]本實(shí)施例中，用戶可以通過控制第一第二濾光片切換器的轉(zhuǎn)輪控制器，快速控制光路中激發(fā)光濾光片4和熒光濾光片13的組合，實(shí)現(xiàn)多種熒光探針多譜熒光快速成像，亦可進(jìn)行白光成像。
[0073]圖像去噪顯示部
[0074]圖像減影去噪顯示部19對(duì)原始熒光圖像進(jìn)行去噪處理，并顯示校正熒光圖像和白光圖像。其從CCD相機(jī)中讀取混疊有激發(fā)光殘余成分的原始熒光圖像、激發(fā)光圖像和白光圖像，運(yùn)行雙波長減影算法，在原始熒光圖像中減去激發(fā)光混疊成分，得到更精確反應(yīng)熒光探針分布，定量更準(zhǔn)確的校正熒光圖像。圖像顯示部能實(shí)時(shí)同步顯示校正熒光圖像和能反應(yīng)探測(cè)物結(jié)構(gòu)信息的白光圖像。
[0075]實(shí)施例2
[0076]本實(shí)施例提供了一種用于前述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，對(duì)兩種或多種熒光探針進(jìn)行快速多譜成像方法，以對(duì)家兔腸癌模型用IntegriSenSe645、RediJect2-DG-750兩種熒光探針進(jìn)行多譜成像為例，包括以下步驟:
[0077]S10、根據(jù)所使用的IntegriSense645、RediJect2-DG_750兩種熒光探針的光譜學(xué)特征，選擇適宜的兩套激發(fā)光濾光片645nm和750nm和熒光濾光片720nm和820nm的組合。
[0078]S20、將復(fù)合光纖束15的端部對(duì)準(zhǔn)探測(cè)目標(biāo)，開啟寬譜光源2，切換第一濾光片切換器使中性衰減片進(jìn)入光路 ，用白光照射探測(cè)物，切換第二濾光片切換器使通口接入光路，調(diào)節(jié)光學(xué)轉(zhuǎn)接器11焦距至CXD相機(jī)12能觀測(cè)到清晰圖像，然后CXD相機(jī)12拍攝到白光圖像。
[0079]S30、先對(duì)IntegriSenSe645熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像，切換第一濾光片切換器使一種激發(fā)光濾光片4進(jìn)入光路，用窄譜段激發(fā)光照射探測(cè)物，使CCD相機(jī)12拍攝第一組激發(fā)光圖像。
[0080]S40、切換第二濾光片切換器使一種突光濾光片13進(jìn)入光路,濾去非突光信號(hào),保留熒光，使CCD相機(jī)12拍攝到第一組原始熒光圖像。
[0081]S50、再對(duì)RediJeCt2-DG-750熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像，切換第一濾光片切換器使另一種激發(fā)光濾光片4進(jìn)入光路，用窄譜段激發(fā)光照射探測(cè)物，切換第二濾光片切換器使通口進(jìn)入光路，使CXD相機(jī)12拍攝到第二組激發(fā)光圖像。
[0082]S60、切換第二濾光片切換器使另一種突光濾光片13進(jìn)入光路,濾去非突光信號(hào)，保留熒光，使CXD相機(jī)12拍攝到第二組原始熒光圖像。
[0083]S80、圖像去噪顯示部讀取白光圖像、兩組激發(fā)光圖像以及兩組原始熒光圖像，分別對(duì)兩組原始熒光圖像使用雙波長減影算法去除原始熒光圖像中的激發(fā)光成分，得到校正熒光圖像；
[0084]S90、在圖像去噪顯不部上實(shí)時(shí)顯不校正突光圖像和白光圖像。需注意的是，現(xiàn)有商用濾光片對(duì)阻帶的衰減率大約為99.9%，而熒光影像應(yīng)用中，激發(fā)光的光強(qiáng)大約為熒光的1000倍，經(jīng)過熒光濾光片11的出射光中仍有較大比例的激發(fā)光成分混疊在原始熒光圖像中。
[0085]本實(shí)施例中，所述步驟S80中所述的雙波長減影算法具體包括以下步驟:[0086]S801、在對(duì)同一探測(cè)目標(biāo)成像的原始熒光圖像Ifl和激發(fā)光圖像1?上，人為的選取相同的且沒有熒光信號(hào)的區(qū)域；
[0087]S802、分別提取該區(qū)域在原始熒光圖像和激發(fā)光圖像上像素值Rfl和Rex，Rfl即為Rex未被熒光濾光片壓制完全，混疊在原始熒光圖像的成分，用最小二乘法求解得到減影系數(shù)入；
[0088]min | | Rfl- λ Rex | 12
[0089]S803、利用下公式計(jì)算校正熒光圖像Icot fl:
[0090]Icor—fi — Iff 入 Iex。 [0091]本實(shí)施例的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)由于光源部的多個(gè)激發(fā)光濾光片均設(shè)置于第一濾光片切換器上，因此可以控制第一轉(zhuǎn)輪控制器16將不同的激發(fā)光濾光片4切換至光路上，由于所述圖像采集部的多個(gè)熒光濾光片均設(shè)置于第二濾光片切換器上，因此可以控制第二轉(zhuǎn)輪控制器18可以將不同的熒光濾光片切換至光路上，以滿足不同的探針對(duì)濾光裝置成像的要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種熒光探針的多光譜快速成像。另外，由于采用采用內(nèi)部為傳像光纖，外部分散包裹有傳光光纖的復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，因此避免了成像過程中需要經(jīng)過二向色鏡的分光，降低了光學(xué)信號(hào)的損失，從而可以縮短曝光時(shí)間，減少偽影出現(xiàn)的概率。并且由于進(jìn)行了去噪處理，提高了熒光圖像的準(zhǔn)確性。
[0092]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多光譜熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，包括光源部、光學(xué)傳導(dǎo)信號(hào)采集部、圖像采集部和圖像去噪顯示部，其中: 所述光源部設(shè)置于第一暗箱中，所述光源部包括寬譜光源、第一濾光片切換器和光學(xué)準(zhǔn)直耦合器，所述第一濾光片切換器上裝載有多個(gè)激發(fā)光濾光片，所述第一濾光片切換器上還設(shè)置有中性衰減片或通口，所述多個(gè)激發(fā)光濾光片波段不同； 所述光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部包括柔性的傳光光纖束、柔性的傳像光纖束、光纖束分散包裹接頭和微型物鏡；所述傳光光纖束、傳像光纖束的一段在光纖束分散包裹接頭內(nèi)分散包裹所述傳像光纖束后形成向光纖束分散包裹接頭外延伸的復(fù)合光纖束；所述復(fù)合光纖束采用內(nèi)部為傳像光纖束，外部包裹傳光光纖纖絲的同軸共心排列方式；所述微型物鏡設(shè)置于復(fù)合光纖束遠(yuǎn)離光纖束分散包裹接頭的端部； 所述圖像采集部設(shè)置于第二暗箱中，所述圖像采集部包括光學(xué)轉(zhuǎn)接器、第二濾光片切換器和CXD相機(jī)，所述光學(xué)轉(zhuǎn)接器與傳像光纖束遠(yuǎn)離光纖分散包裹接頭的一端連接；所述第二濾光片切換器上裝載有多個(gè)熒光濾光片及通口，所述的多個(gè)熒光濾光片波段不同；所述圖像去噪顯示部與所述CCD相機(jī)連接，所述圖像去噪顯示部讀取CCD相機(jī)拍攝的圖像，進(jìn)行去除噪聲處理后進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濾光片切換器包括第一濾光片轉(zhuǎn)輪和第一轉(zhuǎn)輪控制器；所述第一濾光片轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有多個(gè)濾光片裝載口，所述濾光片裝載口上裝載有激發(fā)光濾光片； 所述第二濾光片切換器包括第二濾光片轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪控制器；所述第二濾光片轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有多個(gè)熒光片裝載口，所述熒光片裝載口上裝載有熒光濾光片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光譜熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的寬譜光源為氣燈光源、齒燈光源或萊燈光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述復(fù)合光纖束中，包裹于傳像光纖束外部的多根傳光光纖纖絲排列成`截面呈圓環(huán)形的結(jié)構(gòu)，以使光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部末端的出射光為圓環(huán)形，或者包裹于傳像光纖束外部的傳光光纖纖絲截面呈正多邊形，以使光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)采集部末端的出射光為正多邊形。
5.一種用于權(quán)利要求1 一 4任一項(xiàng)所述的突光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的成像方法,其特征在于，包括以下步驟: S10、根據(jù)所選用的兩種或多種熒光探針的光譜學(xué)特征，選擇適宜的激發(fā)光濾光片和熒光濾光片的組合； S20、將復(fù)合光纖束的端部對(duì)準(zhǔn)探測(cè)目標(biāo)； S30、開啟寬譜光源，調(diào)節(jié)第一濾光片切換器上的通孔或中性衰減片進(jìn)入光路，用白光照射探測(cè)物，開啟CXD相機(jī)到視頻模式，調(diào)節(jié)光學(xué)轉(zhuǎn)接器的兩組透鏡的調(diào)焦旋鈕至CXD相機(jī)能觀測(cè)到清晰圖像，使CCD相機(jī)拍攝白光圖像； S40、先對(duì)第一種熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像，調(diào)節(jié)第一濾光片切換器使一種激發(fā)光濾光片進(jìn)入光路，用窄譜段激發(fā)光照射探測(cè)物，使CCD相機(jī)拍攝到第一組激發(fā)光圖像； S50、調(diào)節(jié)第二濾光片切換器使一種熒光濾光片進(jìn)入光路，濾去非熒光信號(hào)，保留熒光信號(hào)，使CCD相機(jī)拍攝到第一組原始熒光圖像； S60、再對(duì)第二種熒光探針進(jìn)行激發(fā)成像，調(diào)節(jié)第一濾光片切換器使另一種激發(fā)光濾光片進(jìn)入光路，用窄譜段激發(fā)光照射探測(cè)物，切換第二濾光片切換器使通口進(jìn)入光路，使CCD相機(jī)拍攝到第二組激發(fā)光圖像； S70、調(diào)節(jié)第二濾光片切換器使熒光濾光片進(jìn)入光路，濾去非熒光信號(hào)，保留熒光，使C⑶相機(jī)拍攝到第二組原始熒光圖像； S80、圖像去噪顯示部讀取白光圖像、兩組激發(fā)光圖像以及兩組原始熒光圖像，分別對(duì)兩組原始熒光圖像使用雙波長減影算法去除原始熒光圖像中的激發(fā)光成分，得到校正熒光圖像； S90、在去噪圖像去噪顯不部上實(shí)時(shí)顯不校正突光圖像和白光圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述步驟S80中所述的雙波長減影算法具體包括以下步驟: S801、在對(duì)同一探測(cè)目標(biāo)成像的原始熒光圖像Ifl和激發(fā)光圖像1?上，人為的選取相同的且沒有熒光信號(hào)的區(qū)域； S802、分別提取該區(qū)域在原始熒光圖像和激發(fā)光圖像上像素值Rfl和Rex，Rfl即為Rex未被熒光濾光片壓制完全，混疊在原始熒光圖像的成分，用最小二乘法求解得到減影系數(shù)\ ;
min I I Rfl- λ Rex | 12 S803、利用下公式計(jì)算校正熒光圖像IeOTfl:
^cor fl Ifl 入 lex。
【文檔編號(hào)】A61B1/05GK103654700SQ201310752336
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】劉海峰, 何耘, 屈亞威, 白凈, 劉飛, 陸小健, 徐明泉 申請(qǐng)人:中國人民武裝警察部隊(duì)總醫(yī)院