基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統及成像方法技術方案

本發明專利技術涉及一種基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統及成像方法，以解決現有技術中的硬式內窺鏡只能對特定的熒光探針進行激發成像的問題。使用本發明專利技術采集待檢測組織圖像時，將硬式內窺鏡模塊的端部伸入待檢測組織中，通過光源控制模塊向待檢測組織入射激發光，待檢測組織中的熒光探針被激發后會發出熒光信號的同時還會反射激發光，通過調節濾光片轉輪使不同的濾光片進入通光位置以選擇需要通過濾光片轉輪進入圖像采集模塊和圖像顯示模塊的光譜信號而實現對待檢測組織圖像的采集。針對不同的熒光探針只需要轉動濾光片轉輪使與之適合的濾光片進入通光位置即可，所以本發明專利技術能夠方便地實現多種熒光探針的多光譜成像。

【技術實現步驟摘要】
基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統及成像方法
本專利技術涉及一種基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統及成像方法。
技術介紹
傳統的內窺鏡可以進入人體組織(動物組織)對體內進行可視檢查，提高了對體內腫瘤組織的診斷水平，但由于分辨率等技術指標的限制，對于肉眼不能識別的微小病變組織還不能做到甄別。目前，國際上已經出現具有熒光診斷功能的內窺鏡，激光熒光診斷是采用激光去激發腫瘤細胞中親和的熒光劑，產生與周圍正常組織不同的熒光效果，能夠清楚地顯示出腫瘤組織形狀及位置，使醫生易于區別和診斷肉眼看不到的微小腫瘤組織。然而，現有的醫用窺鏡檢測系統大多依賴于傳統白光反射內窺鏡(如纖維內窺鏡、電子內窺鏡等)觀察癌癥的形態學病變，診斷時，單憑醫生的肉眼觀察，結合個人經驗，對組織異常部位結構和形狀進行判斷和識別。微小的組織病變可能難以觀察到，從而大大降低了診出率，造成漏診或誤診，在早期癌癥的臨床診斷上存在一定的困難。同時，目前成像質量較好的電子內窺鏡價格相對昂貴，而纖維內窺鏡存在網絡圖像分辨率較低、易出現盲點等缺陷。硬式內窺鏡結構簡單，利用透鏡、棱鏡、反光鏡等光學元件構成，通過各透鏡間實現共焦傳輸，圖像質量高，可以直接觀看，也可以經接口與CCD攝像器件相連，且價格較低，目前使用范圍較為廣泛，如鼻咽鏡、膀胱鏡、腹腔鏡、關節鏡等。單獨采用熒光光譜(或熒光圖像)進行組織病變的診斷具有了較高的靈敏度，但由于其特異性較差從而限制了其在臨床上的應用。綜上，現有技術中存在以下技術問題：(1)現有設備結構復雜，制造成本高。(2)目前的熒光腹腔鏡大多為單色熒光產品，僅能對一種熒光進行成像。(3)自體熒光成像設備：理論上只要分子結構發生改變，自體熒光就會發生特征性改變，AFI圖像的光學對比并不體現腫瘤特異性光學對比，是一個綜合了多個分子改變的結果。由于AFI沒有使用特異性靶向造影劑，因而假陽性率較高，特別對于炎癥與腫瘤的區分有一定難度。同時由于自體熒光信號強度十分微弱，易受到激發光混疊的影響。(4)近紅外熒光成像設備：這種成像設備組成復雜，采用近紅外熒光染料吲哚菁綠，可進行白光與近紅外光成像。但吲哚菁綠為非靶向性染料，在監測血管灌注方面有一定優勢，對于腫瘤成像特異性低。(5)不能實現多光譜成像。現有熒光成像設備的濾光片已固化，不能方便拆換。不同的熒光探針需要不同譜段的激發光，其發射的熒光也分布在不同的譜段，所以針對某種熒光探針需要特定的激發光源和濾光裝置，目前常用的熒光內窺鏡僅能對特定一種熒光探針進行激發成像。(6)缺乏圖像減影去噪處理軟件。由于現有商用濾光片對通帶外譜段光的衰減率大約為0.1％，而激發光的光強本身強于熒光約1000倍左右，所以熒光濾光片不能充分壓制探測物表面散射的激發光，激發光信號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比度下降。三種現有熒光成像設備缺乏圖像減影去噪處理，使熒光圖像易受到激發光混疊干擾，不能準確反映熒光造影劑的分布情況。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統以解決現有技術中的硬式內窺鏡只能對特定的熒光探針進行激發成像的問題；本專利技術的目的還在于提供一種使用上述熒光成像系統進行熒光成像的方法。為實現上述目的，本專利技術的一種基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統采用以下技術方案：基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統，包括用于發射并傳送光源的光源控制模塊、端部可伸入待檢測組織中以采集并輸送待檢測組織圖像的硬式內窺鏡模塊、用于采集內窺鏡模塊輸送圖像的圖像采集模塊和用于顯示圖像采集模塊所采集圖像的圖像顯示模塊，硬式內窺鏡模塊和圖像采集模塊之間設置有用于選擇進入圖像采集模塊的光譜信號的多光譜切換模塊；多光譜切換模塊包括轉動連接在所述硬式內窺鏡模塊上的濾光片轉輪及用于驅動所述濾光片轉輪沿其轉動軸線轉動的轉輪驅動件，濾光片轉輪的端面上沿其周向分布有多個供濾光片安裝的濾光片安裝孔，濾光片安裝孔沿濾光片轉輪的軸線方向延伸，且各濾光片安裝孔距離濾光片轉輪的轉動軸線的距離相同，至少一個濾光片安裝孔為未安裝濾光片的空口。所述多光譜切換模塊包括筒狀的外殼，外殼的前端設置有用于連接硬式內窺鏡模塊的內窺鏡連接端，所述濾光片轉輪轉動設置于外殼內部；所述驅動件包括轉動套裝于外殼外部的轉環、固定在轉環上的第一磁鋼和固定在濾光片轉輪上的第二磁鋼，第一磁鋼與第二磁鋼的相對的兩端面極性相反以使第二磁鋼能在吸引力作用下隨第一磁鋼運動。所述第一磁鋼嵌設在轉環的內周壁上，所述第二磁鋼嵌設在濾光片轉輪的外周壁上，且第一磁鋼與第二磁鋼在濾光片轉輪的軸線方向上的投影重疊或部分重疊。所述硬式內窺鏡模塊包括硬式內窺鏡及可拆靜連接在硬式內窺鏡后端的光學卡口，所述內窺鏡連接端包括用于與光學卡口的后端適配以實現兩者螺紋連接的外螺紋段。所述圖像采集模塊包括用于放大內窺鏡模塊所輸送圖像的放大筒鏡和用于采集放大后圖像的相機。所述相機包括用于采集放大筒鏡傳送的模擬圖像的采樣元件和用于將模擬圖像轉化為數字圖像的轉換元件。所述圖像顯示模塊包括去噪模塊、內置有雙波長減影算法以得到校正熒光圖像的減影模塊和用于顯示校正熒光圖像的顯示器。本專利技術的基于硬式內窺鏡的成像方法采用以下技術方案：基于硬式內窺鏡的成像方法，包括以下步驟：第一步，使用基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統分別采集原始熒光圖像和激發光圖像；第二步，對采集到的原始熒光圖像和激發光圖像進行雙波長減影算法以在原始熒光圖像中減去激發光混疊成分而得到校正熒光圖像。所述第二步具體包括，步驟201，選取同一探測目標的原始熒光圖像If1和激發光圖像Iex，人為選取相同的且沒有熒光信號的區域；步驟202，分別提取該區域內原始熒光圖像的像素值Rf1和激發光圖像上的像素值Rex；步驟203，根據min||Rf1-λRex||2求解減影系數λ；步驟204，根據Icor_f1＝If1-λIex計算校正熒光圖像Icor_f1。本專利技術的有益效果如下：使用本專利技術采集待檢測組織圖像時，將硬式內窺鏡模塊的端部伸入待檢測組織中，通過光源控制模塊向待檢測組織入射激發光，待檢測組織中的熒光探針被激發后會發出熒光信號的同時還會反射激發光，通過調節濾光片轉輪使不同的濾光片進入通光位置以選擇需要通過濾光片轉輪進入圖像采集模塊和圖像顯示模塊的光譜信號而實現對待檢測組織圖像的采集。針對不同的熒光探針只需要轉動濾光片轉輪使與之適合的濾光片進入通光位置即可，所以本專利技術能夠方便地實現多種熒光探針的多光譜成像。附圖說明圖1為本專利技術的一種基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統的一個實施例的結構示意圖；圖2為圖1中多光譜切換裝置的結構示意圖；圖3為圖1的模型示意圖。具體實施方式一種基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統的實施例：本專利技術的一種基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統的具體結構如圖1～圖3所示，包括光源控制模塊，硬式內窺鏡模塊，多光譜切換模塊，圖像采集模塊和圖像顯示模塊。光源控制模塊包括單色可調光源和導光光纖，單色可調光源可以產生從可見光到近紅外波段任意波長的激發光譜，也可發出白光。單色可調光源的發光功率及光斑大小可調。為滿足該要求，單色可調光源為氙燈光源、鹵燈光源或汞燈光源。導光光纖為石英光纖，通過SMA905接口與單色可調光本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統，其特征在于：包括用于發射并傳送光源的光源控制模塊、端部可伸入待檢測組織中以采集并輸送待檢測組織圖像的硬式內窺鏡模塊、用于采集內窺鏡模塊輸送圖像的圖像采集模塊和用于顯示圖像采集模塊所采集圖像的圖像顯示模塊，硬式內窺鏡模塊和圖像采集模塊之間設置有用于選擇進入圖像采集模塊的光譜信號的多光譜切換模塊；多光譜切換模塊包括轉動連接在所述硬式內窺鏡模塊上的濾光片轉輪及用于驅動所述濾光片轉輪沿其轉動軸線轉動的轉輪驅動件，濾光片轉輪的端面上沿其周向分布有多個供濾光片安裝的濾光片安裝孔，濾光片安裝孔沿濾光片轉輪的軸線方向延伸，且各濾光片安裝孔距離濾光片轉輪的轉動軸線的距離相同，至少一個濾光片安裝孔為未安裝濾光片的空口。

【技術特征摘要】
1.基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統，其特征在于：包括用于發射并傳送光源的光源控制模塊、端部可伸入待檢測組織中以采集并輸送待檢測組織圖像的硬式內窺鏡模塊、用于采集內窺鏡模塊輸送圖像的圖像采集模塊和用于顯示圖像采集模塊所采集圖像的圖像顯示模塊，硬式內窺鏡模塊和圖像采集模塊之間設置有用于選擇進入圖像采集模塊的光譜信號的多光譜切換模塊；多光譜切換模塊包括轉動連接在所述硬式內窺鏡模塊上的濾光片轉輪及用于驅動所述濾光片轉輪沿其轉動軸線轉動的轉輪驅動件，濾光片轉輪的端面上沿其周向分布有多個供濾光片安裝的濾光片安裝孔，濾光片安裝孔沿濾光片轉輪的軸線方向延伸，且各濾光片安裝孔距離濾光片轉輪的轉動軸線的距離相同，至少一個濾光片安裝孔為未安裝濾光片的空口。2.根據權利要求1所述的基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統，其特征在于：所述多光譜切換模塊包括筒狀的外殼，外殼的前端設置有用于連接硬式內窺鏡模塊的內窺鏡連接端，所述濾光片轉輪轉動設置于外殼內部；所述驅動件包括轉動套裝于外殼外部的轉環、固定在轉環上的第一磁鋼和固定在濾光片轉輪上的第二磁鋼，第一磁鋼與第二磁鋼的相對的兩端面極性相反以使第二磁鋼能在吸引力作用下隨第一磁鋼運動。3.根據權利要求2所述的基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統，其特征在于：所述第一磁鋼嵌設在轉環的內周壁上，所述第二磁鋼嵌設在濾光片轉輪的外周壁上，且第一磁鋼與第二磁鋼在濾光片轉輪的軸線方向上的投影重疊或部分重疊。4.根據權利要求2所述的基于硬式內窺鏡的多光譜熒光成像系統，其特征在于：所述硬式內窺鏡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉海峰，屈亞威，賈逸文，趙秀琴，楊士松，程文文，
申請(專利權)人：中國人民武裝警察部隊總醫院，
類型：發明
國別省市：北京,11