本實(shí)用新型涉及生物組織血流成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于片層光的血流三維成像裝置。

背景技術(shù)：

胚胎發(fā)育是生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題，在胚胎發(fā)育過(guò)程中組織器官的形成與生長(zhǎng)均需要血液提供氧氣和養(yǎng)分。發(fā)展一種可用于觀察胚胎發(fā)育過(guò)程中血管網(wǎng)絡(luò)分布的成像與監(jiān)測(cè)方法具有十分重要的科研與應(yīng)用價(jià)值。而且隨著臨床醫(yī)學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展，血流成像無(wú)論在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用還是科學(xué)研究等方面均有重大的價(jià)值。目前，光學(xué)血流成像方法主要有激光散斑血流成像，該方法通過(guò)以相同的曝光時(shí)間和幀間隔時(shí)間連續(xù)采集N幀散斑圖像；取出各幀圖像中相同位置對(duì)應(yīng)N×N大小空間鄰域內(nèi)的像素，組成像素集，計(jì)算該鄰域內(nèi)的襯比度，再以每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的襯比為灰度，構(gòu)建血流圖像。

現(xiàn)有的激光散斑血流成像方法主要分為以下三種：空間襯比成像法：例如中國(guó)實(shí)用新型專利CN1391869A“利用激光散斑成像儀檢測(cè)腸細(xì)膜上微循環(huán)血流時(shí)空響應(yīng)特性的方法”，該方法的主要缺點(diǎn)是圖像空間分辨率較低。時(shí)間襯比成像法：例如中國(guó)實(shí)用新型專利CN1792323A“一種經(jīng)顱腦血流高分辨率成像方法及其裝置”，該方法的主要缺點(diǎn)是圖像時(shí)間分辨率較低，容易受圖像抖動(dòng)的影響。時(shí)空聯(lián)合襯比成像法：中國(guó)實(shí)用新型專利CN101485565A“一種激光散斑血流成像分析方法”，中國(guó)實(shí)用新型專利CN102429650A“一種激光散斑血流成像襯比分析方法”，這兩種方法都是利用空間和時(shí)間結(jié)合的方法提高成像的空間分辨率和時(shí)間分辨率，但是都存在算法運(yùn)算量過(guò)大、速度較慢的問(wèn)題。此外，激光散斑血流成像都存在無(wú)法進(jìn)行三維血流成像的缺點(diǎn)。

另外，現(xiàn)有的三維血流成像的方法還有共聚焦顯微鏡和顯微核磁共振技術(shù)。共聚焦顯微技術(shù)的缺點(diǎn)是無(wú)法進(jìn)行非熒光成像，且無(wú)法對(duì)完整胚胎進(jìn)行三維成像。顯微核磁共振技術(shù)的缺點(diǎn)是圖像分辨率低，且價(jià)格昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于片層光的血流三維成像裝置，該裝置成本低廉，對(duì)樣品無(wú)損害，能實(shí)現(xiàn)片層光分層掃描，并能獲得三維血流圖像，且成像精度高。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

提供一種基于片層光的血流三維成像裝置，包括激光器、分束器、柱面鏡、驅(qū)動(dòng)裝置、成像裝置、觸發(fā)裝置及電腦；所述分束器對(duì)激光器發(fā)射出的激光進(jìn)行分束，柱面鏡將分束后的激光形成片層光照射在樣品上；成像裝置及觸發(fā)裝置均與電腦連接；電腦通過(guò)觸發(fā)裝置控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)置于其上的樣品做縱向運(yùn)動(dòng)；成像裝置用于采集樣品的圖像數(shù)據(jù)并將所述圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦，電腦對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并建立樣品的三維血流圖像。

上述方案中，通過(guò)設(shè)置柱面鏡、驅(qū)動(dòng)裝置、成像裝置、觸發(fā)裝置及電腦，使得電腦通過(guò)觸發(fā)裝置控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)樣品做縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)，樣品的每一層依次位于柱面鏡形成的片層光的照射位置處，成像裝置在樣品的每一層均采集圖像數(shù)據(jù)并將其傳輸至電腦進(jìn)行處理以建立樣品的三維血流圖像。本實(shí)用新型一種基于片層光的血流三維成像裝置，成本低廉，對(duì)樣品無(wú)損害，能實(shí)現(xiàn)片層光分層掃描，并能獲得三維血流圖像，且成像精度高。

優(yōu)選地，所述成像裝置為COMS相機(jī)，所述COMS相機(jī)的鏡頭為長(zhǎng)焦距遠(yuǎn)心鏡頭。這樣設(shè)置不但能獲取更高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù)，而且能節(jié)省成本。

優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與平臺(tái)連接，所述平臺(tái)用于固定樣品。驅(qū)動(dòng)裝置工作使平臺(tái)做縱向運(yùn)動(dòng)，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)樣品運(yùn)動(dòng)，使樣品的每一層依次位于柱面鏡形成的片層光的照射位置處。這樣設(shè)置便于樣品的固定，防止驅(qū)動(dòng)裝置工作時(shí)樣品晃動(dòng)，影響拍攝的圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)。

優(yōu)選地，所述分束器將激光器發(fā)射出的激光分成四束，柱面鏡為四個(gè)。將柱面鏡放置在樣品的四周，并使四個(gè)柱面鏡處于相同的高度，這樣四個(gè)位置處的片層光高度一致，從而使得樣品的照射光強(qiáng)更加均勻和有一致的景深，使得成像裝置采集的圖像數(shù)據(jù)效果更好，有利于提高建立的三維血流圖像的精度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型一種基于片層光的血流三維成像裝置，通過(guò)設(shè)置柱面鏡、驅(qū)動(dòng)裝置、成像裝置、觸發(fā)裝置及電腦，使得電腦通過(guò)觸發(fā)裝置控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)樣品做縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)，樣品的每一層依次位于柱面鏡形成的片層光的照射位置處，成像裝置在樣品的每一層均采集圖像數(shù)據(jù)并將其傳輸至電腦進(jìn)行處理以建立樣品的三維血流圖像，該裝置成本低廉，對(duì)樣品無(wú)損害，能實(shí)現(xiàn)片層光分層掃描，并能獲得三維血流圖像，且成像精度高；通過(guò)將成像裝置設(shè)置為COMS相機(jī)，將COMS相機(jī)的鏡頭設(shè)置為長(zhǎng)焦距遠(yuǎn)心鏡頭，不但能獲取更高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù)，而且能節(jié)省成本；通過(guò)將分束器設(shè)置成將激光器發(fā)射出的激光分成四束，柱面鏡設(shè)置為四個(gè)，使激光通過(guò)柱面鏡從四周照向樣品，使得樣品的照射光強(qiáng)更加均勻和有一致的景深，使得成像裝置采集的圖像數(shù)據(jù)效果更好，有利于提高建立的三維血流圖像的精度；采用非接觸光學(xué)測(cè)量的全場(chǎng)血流成像，無(wú)需注射造影劑，對(duì)樣品無(wú)損害，能實(shí)現(xiàn)片層光分層掃描，在獲得的每層二維投影血流圖像的基礎(chǔ)上能建立三維血流圖像，且成像精度高。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)施例一種基于片層光的血流三維成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的俯視圖，其中不包含成像裝置、電腦及觸發(fā)裝置。

圖3為樣品模擬分層及照射位置移動(dòng)示意圖，其中虛線和實(shí)線表示兩條不同的血管。

圖4為模擬的樣品第z層采集的二維投影血流圖像。

圖5為模擬的樣品第z-1層采集的二維投影血流圖像。

圖6為樣品第z層真正的血流圖像。

圖7為圖像數(shù)據(jù)采集的流程圖。

圖8為電腦處理圖像數(shù)據(jù)獲取樣品的三維血流圖像的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。其中，附圖僅用于示例性說(shuō)明，表示的僅是示意圖，而非實(shí)物圖，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好地說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。

本實(shí)用新型實(shí)施例的附圖中相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，若有術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此附圖中描述位置關(guān)系的用語(yǔ)僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

實(shí)施例

本實(shí)施例一種基于片層光的血流三維成像裝置的示意圖如圖1和圖2所示，包括激光器1、分束器2、柱面鏡3、驅(qū)動(dòng)裝置4、成像裝置6、觸發(fā)裝置8及電腦9；所述分束器2對(duì)激光器1發(fā)射出的激光進(jìn)行分束，柱面鏡3將分束后的激光形成片層光照射在樣品5上；成像裝置6及觸發(fā)裝置8均與電腦9連接；電腦9通過(guò)觸發(fā)裝置8控制驅(qū)動(dòng)裝置4驅(qū)動(dòng)置于其上的樣品5做縱向運(yùn)動(dòng)；成像裝置6用于采集樣品5的圖像數(shù)據(jù)并將所述圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦9，電腦9對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并建立樣品5的三維血流圖像。

本實(shí)施例中，電腦9通過(guò)觸發(fā)裝置8控制驅(qū)動(dòng)裝置4驅(qū)動(dòng)置于其上的樣品5做從上至下的縱向運(yùn)動(dòng)。

使用該裝置時(shí)，使用者通過(guò)電腦9向觸發(fā)裝置8發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)裝置8控制驅(qū)動(dòng)裝置4驅(qū)動(dòng)樣品5做從上至下的縱向運(yùn)動(dòng)，使樣品5的每一層依次位于柱面鏡3形成的片層光的照射位置處，成像裝置6在樣品5的每一層均采集圖像數(shù)據(jù)并將其傳輸至電腦9進(jìn)行處理以建立樣品5的三維血流圖像。本實(shí)用新型一種基于片層光的血流三維成像裝置，成本低廉，對(duì)樣品無(wú)損害，能實(shí)現(xiàn)片層光分層掃描，并能獲得三維血流圖像，且成像精度高。

其中，所述成像裝置6為COMS相機(jī)，所述COMS相機(jī)的鏡頭為長(zhǎng)焦距遠(yuǎn)心鏡頭7。這樣設(shè)置不但能獲取更高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù)，而且能節(jié)省成本。

另外，驅(qū)動(dòng)裝置4的輸出端與平臺(tái)10連接，所述平臺(tái)10用于固定樣品5。驅(qū)動(dòng)裝置4工作使平臺(tái)10做從上至下的縱向運(yùn)動(dòng)，平臺(tái)10運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)樣品5從上至下運(yùn)動(dòng)，使樣品5的每一層依次位于柱面鏡3形成的片層光的照射位置處。這樣設(shè)置便于樣品5的固定，防止驅(qū)動(dòng)裝置4工作時(shí)樣品5晃動(dòng)，影響拍攝的圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置4為步進(jìn)電機(jī)。

另外，所述分束器2將激光器1發(fā)射出的激光分成四束，柱面鏡3為四個(gè)，如圖2所示。將柱面鏡3放置在樣品5的四周，并使四個(gè)柱面鏡3處于相同的高度，這樣四個(gè)位置處的片層光高度一致，從而使得樣品5的照射光強(qiáng)更加均勻和有一致的景深，使得成像裝置6采集的圖像數(shù)據(jù)效果更好，有利于提高建立的三維血流圖像的精度。

使用本實(shí)用新型提供的基于片層光的血流三維成像裝置對(duì)基于片層光的血流三維成像，包括如下步驟：

S1.采集樣品5的圖像數(shù)據(jù)：將樣品5放置在驅(qū)動(dòng)裝置4的上方，電腦9通過(guò)觸發(fā)裝置8控制驅(qū)動(dòng)裝置4驅(qū)動(dòng)置于其上的樣品5做從上至下的縱向運(yùn)動(dòng)，使得樣品5的第一層到第n層依次位于片層光照射位置處，成像裝置6在樣品5的每一層均采集m張圖像，每張圖像采集速度為f；圖像數(shù)據(jù)的采集流程圖如圖7所示，首先移動(dòng)樣品5使得片層光照射在樣品的第1層處，每隔1/f時(shí)間采集一張圖像，采集m張圖像后，向下移動(dòng)樣品5使得片層光照射在樣品第2層，然后按上述方式再采集m張圖像，如此類推，直至采集完第n層的m張圖像，停止采集，圖3為樣品5模擬分層及照射位置移動(dòng)示意圖；

S2.成像裝置6將采集到的樣品5的圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦9，電腦9對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并建立樣品5的三維血流圖像，處理流程圖如圖8所示，包括如下步驟：

S21.對(duì)每一層采集到的m張圖像逐一像素點(diǎn)進(jìn)行沿時(shí)間軸的快速傅里葉變換，以得到每一像素點(diǎn)沿m張圖像的時(shí)間軸的頻譜值：

Iz(x,y,t)→Iz(x,y,u)(1)

其中，Iz(x,y,t)表示第z層像素點(diǎn)(x，y)沿時(shí)間軸t處的信號(hào)光強(qiáng)，Iz(x,y,u)表示第z層像素點(diǎn)(x，y)頻域中頻譜值，z小于或等于n；

S22.進(jìn)行頻域?yàn)V波，分別提取出動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)和靜態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)，并將動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)之和與靜態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)之和的比值作為每層圖像各像素點(diǎn)的成像參量：

其中，I_RBC(x,y,z)為第z層像素點(diǎn)(x，y)處重建圖像的成像參量，i_d(x,y,u)是第z層像素點(diǎn)(x，y)處對(duì)應(yīng)采集信號(hào)所提取的動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)；i_s(x,y,0)是第z層像素點(diǎn)(x，y)處對(duì)應(yīng)采集信號(hào)所提取的靜態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)，μ0＝10Hz,f為每張圖像采集速度；

S23.采集的樣品的圖像數(shù)據(jù)為樣品向上的側(cè)向散射光信號(hào)，因此采集的圖像數(shù)據(jù)包含了該位置和該位置之上的所有血流信息；將每層圖像各像素點(diǎn)的成像參量減去上一層圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的成像參量，以得到每層圖像中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的真正成像參量：

I′_RBC(x,y,z)＝I_RBC(x,y,z)-I_RBC(x,y,z-1)(3)其中，I′_RBC(x,y,z)為每層投影血流圖像中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的真正成像參量；假定圖4為模擬的樣品第z層采集的二維投影血流圖像，假定圖5為模擬的樣品第z-1層采集的二維投影血流圖像，那么樣品第z層采集的二維投影血流圖像減去樣品第z-1層采集的二維投影血流圖像可得樣品第z層真正的血流圖像，如圖6所示；

S24.將每層圖像各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的真正成像參量作為灰度值以建立樣品(5)各層的二維投影血流圖像，利用n層二維投影血流圖像建立樣品(5)的三維血流圖像。

這種非接觸光學(xué)測(cè)量的全場(chǎng)血流成像，無(wú)需注射造影劑，對(duì)樣品無(wú)損害，能實(shí)現(xiàn)片層光分層掃描，在獲得的每層二維投影血流圖像的基礎(chǔ)上能建立三維血流圖像，且成像精度高。

其中，所述樣品5為小雞或魚的胚胎。

顯然，本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。