微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，包括：光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊和圖像接收裝置。其反射成像模塊包括至少一個(gè)具有光焦度反射鏡。光源模塊提供照明光；表面反射過濾模塊對(duì)照明光的強(qiáng)度分布進(jìn)行調(diào)制，并投射到組織表面；反射成像模塊收集在組織內(nèi)部向后散射并返回皮膚表面的光線，光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置。本發(fā)明提供的裝置體積小，可以置于患者口中或其他受到體積限制的部位，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、長時(shí)間的微循環(huán)監(jiān)測。而且，除了一般病人以外，對(duì)于昏迷、休克、手術(shù)過程中等難以配合醫(yī)生做出相應(yīng)反應(yīng)的病人也可以進(jìn)行微循環(huán)監(jiān)測。本發(fā)明還公開了一種微循環(huán)成像監(jiān)測方法。
【專利說明】微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在人體血液循環(huán)系統(tǒng)中，微循環(huán)是指微動(dòng)脈和微靜脈之間的血液循環(huán)，是輸送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)給組織細(xì)胞并運(yùn)走二氧化碳C02和代謝產(chǎn)物的最終環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。
[0003]在某些疾病如糖尿病血管并發(fā)癥、膠源性疾病、免疫性疾病、心腦血管疾病、血栓性疾病、燒傷、某些過敏性疾病、肺水腫、休克等，微循環(huán)障礙往往是主要的甚至是關(guān)鍵的發(fā)病環(huán)節(jié)，因而微循環(huán)監(jiān)測對(duì)這些疾病的防治有重要意義。特別是實(shí)現(xiàn)快速簡單地監(jiān)測危重病人的微循環(huán)狀況，早期發(fā)現(xiàn)休克(微循環(huán)衰竭)征兆等，對(duì)于提高危重病人的生存率極為關(guān)鍵。
[0004]近年來有相關(guān)人員提出了基于正交偏振成像方法的微循環(huán)成像裝置，在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)微循環(huán)的無創(chuàng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測。上述裝置具有共同技術(shù)特征，為其成像光學(xué)系統(tǒng)均采用折射式光學(xué)系統(tǒng)。但是目前的基于正交偏振成像的微循環(huán)成像裝置的仍然存在其局限性。一方面，上述專利所提出的裝置，在檢測微循環(huán)圖像時(shí)，需要醫(yī)生手持裝置把手或者用其他配套設(shè)備固定裝置，由于醫(yī)生和病人之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)難以避免，導(dǎo)致上述裝置獲得微循環(huán)圖像需要的準(zhǔn)備時(shí)間長而且無法獲得長時(shí)間的穩(wěn)定圖像。另一方面，上述裝置，在記錄微循環(huán)圖像過程中，需要病人按照醫(yī)生的指示進(jìn)行高度配合和做出相應(yīng)的反饋，例如病人需要維持張嘴、抬舌的狀態(tài)并向醫(yī)生反饋探針壓力是否過大等，所以上述裝置無法應(yīng)用在昏迷、休克、手術(shù)過程中等難以配合醫(yī) 生做出相應(yīng)反應(yīng)的病人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，可以快速獲得被測者微循環(huán)圖像，且可以獲得穩(wěn)定長時(shí)間的微循環(huán)圖像；可以對(duì)昏迷、休克、手術(shù)過程中等難以配合醫(yī)生做出相應(yīng)反應(yīng)的病人實(shí)施實(shí)時(shí)連續(xù)的微循環(huán)監(jiān)測。
[0006]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，該裝置通過反射式光學(xué)結(jié)構(gòu)，有效縮短物面到像面的距離，使得微循環(huán)監(jiān)測裝置實(shí)現(xiàn)微型化。將監(jiān)測裝置置于病人舌下或吸附在其他待檢測部位就可以進(jìn)行微循環(huán)監(jiān)測。操作簡單無需病人進(jìn)行復(fù)雜的配合。特別是，在手術(shù)過程中，將監(jiān)測裝置吸附在病人腸系膜或其他器官組織表面上，可以實(shí)現(xiàn)在手術(shù)過程中對(duì)病人的微循環(huán)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0007]本發(fā)明提供的裝置包括:光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊和圖像接收
>J-U ρ?α裝直。
[0008]所述光源模塊，用于提供符合微循環(huán)中的血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜的照明光；所述表面反射過濾模塊，用于將所述照明光束投射到組織表面，并將照明光通道和成像光通道隔離；
所述反射成像模塊，用于收集在組織內(nèi)部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置。
[0009]所述圖像接收裝置，用于對(duì)組織內(nèi)部圖像進(jìn)行接收，并將獲得的圖像信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行處理。
[0010]在一種可實(shí)現(xiàn)方式中所述反射成像模塊包括第一反射鏡、第二反射鏡、轉(zhuǎn)向反射鏡和場鏡透鏡組。
[0011]所述第一反射鏡具有負(fù)光焦度，從組織散射回皮膚表面的光線經(jīng)過所述第一反射鏡后形成匯聚光束，并入射到第二反射鏡。
[0012]所述第二反射鏡具有正光焦度，由所述第一反射鏡反射后的光線，經(jīng)過第二反射鏡反射后成像到場鏡透鏡組附近表面。
[0013]所述場鏡透鏡組將所述成像轉(zhuǎn)移到圖像接收裝置表面。
[0014]所述轉(zhuǎn)向反射鏡位于所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用于將成像光路轉(zhuǎn)向 90。。
[0015]本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種微循環(huán)成像監(jiān)測方法。所述方法包括以下步驟:
啟動(dòng)光源發(fā)出照明光束；
將所述照明光束經(jīng)過調(diào)制后并投射到組織表面；
收集在組織內(nèi)部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置；
對(duì)所述成像進(jìn)行采集；
進(jìn)一步地，所述微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置對(duì)所述成像進(jìn)行采集之后，還包括對(duì)所述成像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和圖像處理，以對(duì)所述人體組織進(jìn)行分析測量，獲得人體微循環(huán)信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是光在組織表面反射與組織中傳播的示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明提供的一種微型微循環(huán)成像監(jiān)測方法的一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0019]參看圖1，是微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]在本實(shí)施例中，所述的微循環(huán)成像監(jiān)測裝置包括:光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊、圖像接收裝置。
[0021]其中，所述光源模塊101用于提供符合微循環(huán)中的血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜的入射光束。在血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜中，420nm (納米)，550nm和800nm是血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的等吸收峰。
[0022]所述表面反射過濾模塊，用于將照明光束投射到組織表面，并將照明光通道和成像光通道隔離。在本實(shí)例中，表面反射過濾模塊具有環(huán)狀腔體結(jié)構(gòu)。其中外環(huán)為照明光通道102，內(nèi)環(huán)為成像光通道103。外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間具有光學(xué)隔離的分界面104。光源模塊101發(fā)出光束經(jīng)過照明光通道102引導(dǎo)，投射到組織表面，并在組織表面上形成一個(gè)環(huán)形的照明光斑。由于照明光通道和成像光通道之間具有光學(xué)隔離的分界面104，當(dāng)裝置處于接觸組織表面狀態(tài)時(shí)，在組織表面直接反射的光線無法進(jìn)入成像光路。以此實(shí)現(xiàn)去除表面直接反射的照明雜光提高圖像對(duì)比度。
[0023]所述反射成像模塊用于收集在組織內(nèi)部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置。所述反射成像模塊包括一個(gè)及以上具有光焦度的反射鏡。
[0024]在本實(shí)施例中反射成像模塊包括第一反射鏡105、第二反射鏡106、轉(zhuǎn)向反射鏡107和場鏡透鏡組108。
[0025]所述第一反射鏡105具有負(fù)光焦度，從組織內(nèi)部散射回到皮膚表面的光線經(jīng)過成像光通道到達(dá)所述第一反射鏡105。并在第一反射鏡反射后形成匯聚光束，并入射到第二反射鏡106。
[0026]所述第二反射鏡具有正光焦度106，由所述第一反射鏡105反射后的光線，經(jīng)過第二反射鏡反射后成像到場鏡透鏡組108附近表面。
[0027]所述場鏡透鏡組108將所述成像轉(zhuǎn)移到圖像接收裝置表面109。
[0028]所述轉(zhuǎn)向反射鏡107位于所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用于將成像光路轉(zhuǎn)向90°。
[0029]所述圖像接收裝置109對(duì)所述成像進(jìn)行采集。具體地，圖像接收裝置包括電荷耦合元件圖像傳感器，或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，或光纖傳像束。
[0030]進(jìn)一步的，圖像接收裝置還包括光電轉(zhuǎn)換和圖像處理部分110。以對(duì)所述人體組織進(jìn)行分析測量，獲得人體微循環(huán)信息。
[0031]參看圖2，是光在組織表面反射與組織中傳播的示意圖。
[0032]從光源模塊發(fā)出的入射光束，經(jīng)過照明光通道引導(dǎo)，入射到組織表面，其中部分照明光201在組織表面反射，并被隔離在成像光通道之外。一部分照明光202入射到組織內(nèi)部，經(jīng)過多次散射，再次回到組織表面進(jìn)入成像光通道。并依次經(jīng)過第一反射鏡、第二反射鏡、轉(zhuǎn)向反射鏡、場鏡最終被成像到圖像接收裝置中。由于直接由組織表面反射的照明光無法進(jìn)入成像光路。只有部分穿透進(jìn)組織深處的后向散射光再次回到組織表面，并進(jìn)入成像光路。所以該圖像看起來猶如背照式。由于低于590nm的波長的光被紅細(xì)胞強(qiáng)烈吸收，所以在圖像上觀察到的微血管呈現(xiàn)為亮背景下的暗圖案。
[0033]在本發(fā)明的其中一個(gè)實(shí)施例中，反射成像模塊對(duì)成像光線進(jìn)行多次反射折疊，縮短物面到像面的距離，以使裝置實(shí)現(xiàn)微型化。對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，下表列出了對(duì)應(yīng)圖1所示裝置的反射成像模塊一例光學(xué)公式圖表。在該圖表表示的反射成像模塊，從組織表面到圖像接收裝置表面的光路長度為17.73_。利用這種反射成像模塊，可以實(shí)現(xiàn)微循環(huán)監(jiān)測裝置的微型化。
[0034]表1
【權(quán)利要求】
1.一種微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，包括:光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊和圖像接收裝置； 所述光源模塊，用于提供照明光束； 所述表面反射過濾模塊，用于將所述照明光束投射到組織表面，并將照明光通道和成像光通道隔離； 所述反射成像模塊，用于收集在組織內(nèi)部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置； 所述圖像接收裝置，用于對(duì)微循環(huán)圖像進(jìn)行接收，并將獲得的圖像信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述反射成像模塊包括一個(gè)及以上具有光焦度的反射鏡。
3.如權(quán)利要求f2任一項(xiàng)所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述反射成像模塊包括第一反射鏡、第二反射鏡、轉(zhuǎn)向反射鏡和場鏡透鏡組； 所述第一反射鏡具有負(fù)光焦度，從組織散射回皮膚表面的光線經(jīng)過所述第一反射鏡后形成匯聚光束，并入射到第二反射鏡； 所述第二反射鏡具有正光焦度，由所述第一反射鏡反射后的光線，經(jīng)過第二反射鏡反射后成像到場鏡透鏡組附近表面； 所述場鏡透鏡組將所述成像轉(zhuǎn)移到圖像接收裝置表面； 所述轉(zhuǎn)向反射鏡位于所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用于將成像光路轉(zhuǎn)向90。。
4.如權(quán)利要求1所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述表面反射過濾模塊包括照明光通路和成像光通路，照明光通道與成像光通道之間具有光學(xué)隔離的分界面，照明光無法直接進(jìn)入成像光學(xué)系統(tǒng)； 以此過濾表面反射光的影響，提高微循環(huán)圖像的對(duì)比度。
5.如權(quán)利要求4所述的表面反射過濾模塊具有環(huán)形腔狀結(jié)構(gòu)，其中外環(huán)為照明光通道，內(nèi)環(huán)為成像光通道，外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間具有光學(xué)隔離的分界面。
6.所述照明光經(jīng)過表面反射過濾模塊后被調(diào)制成環(huán)形照明光斑。
7.如權(quán)利要求1所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光源模塊提供照明光波長λ符合微循環(huán)中的血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜，其中λ >0。
8.如權(quán)利要求1飛任一項(xiàng)所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述圖像接收裝置為電荷耦合元件圖像傳感器，或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器或光纖傳像束。
9.如權(quán)利要求7所述的型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置還包括數(shù)據(jù)處理器；所述數(shù)據(jù)處理器與所述圖像接收裝置連接，用于接收所述圖像接收裝置所獲得的圖像信號(hào)，并對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理，以對(duì)所述人體組織進(jìn)行分析測量，獲得人體微循環(huán)信息。
10.一種微循環(huán)成像監(jiān)測方法，其特征在于，利用具有光焦度的反射鏡對(duì)成像光線進(jìn)行多次反射，縮短物面到像面的距離和縮小裝置尺寸，以使微循環(huán)監(jiān)測裝置實(shí)現(xiàn)微型化；所述方法包括以下步驟:步驟一，啟動(dòng)光源發(fā)出照明光束；步驟二，將所述照明光束經(jīng)過調(diào)制并投射到組織表面；步驟三，收集進(jìn)入組織內(nèi)部并經(jīng)過多次散射后返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置；步驟四，對(duì)所述成像進(jìn)行米集； 如權(quán)利要求9所述的微循環(huán)成像監(jiān)測方法，其特征在于，所述對(duì)成像進(jìn)行采集之后，還包括對(duì)所述成像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和圖像處理，以對(duì)所述人體組織進(jìn)行分析測量，獲得人體微循環(huán)信息。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103622674SQ201310569128
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】劉滿林, 滕升, 亞歷克斯·布蘭多, 羅曉川 申請人:廣州醫(yī)軟智能科技有限公司