本發(fā)明涉及成像技術(shù)，尤其涉及一種自動(dòng)調(diào)焦顯微內(nèi)窺熒光成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

消化系統(tǒng)腫瘤是世界范圍內(nèi)最常見腫瘤之一。早發(fā)現(xiàn)、早治療，提高早癌的診斷水平對(duì)于提高患者生存率、減輕社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)有著深遠(yuǎn)的意義。目前國(guó)際研究表明，內(nèi)鏡檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)消化系統(tǒng)腫瘤的最有效途徑。然而現(xiàn)有內(nèi)鏡技術(shù)存在檢出率低，漏診率高等諸多問題。為解決現(xiàn)有問題，分子影像學(xué)為我們提供了新的思路。分子影像學(xué)對(duì)活體內(nèi)的生物過程在細(xì)胞和分子水平進(jìn)行研究，同時(shí)利用靶向探針與特定分子結(jié)合可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、定量成像。將分子影像學(xué)技術(shù)與消化內(nèi)鏡結(jié)合的消化內(nèi)鏡分子影像學(xué)，成為實(shí)現(xiàn)消化道腫瘤早期診斷的有效途徑。目前的研究成果已經(jīng)展現(xiàn)出這一領(lǐng)域良好的發(fā)展應(yīng)用前景。

(1)探頭式共聚焦顯微成像

探頭式共聚焦內(nèi)鏡(p-cle)顯微成像其原理類似于激光共聚焦顯微鏡，可以是內(nèi)鏡下的組織結(jié)構(gòu)放大1000倍，從而使得臨床醫(yī)師在內(nèi)鏡觀察的同時(shí)對(duì)患者實(shí)時(shí)進(jìn)行組織病理學(xué)診斷成為可能。目前探頭式共聚焦內(nèi)鏡采用特制光纖插口進(jìn)行定焦。根據(jù)物鏡光學(xué)參數(shù)，加工與之匹配的光纖插口，通過機(jī)械加工精度來保證光纖成像面處在物鏡的焦平面上。這種方法成本高，加工精度要求高，稍有偏差即影響成像。

(2)高分辨率熒光成像

高分辨率熒光成像(hrme)，通過高分辨率光纖對(duì)激發(fā)噴灑在組織上的熒光造影劑而成像。該設(shè)備采用手動(dòng)方式調(diào)焦，耗時(shí)費(fèi)力。同時(shí)缺乏圖像分析軟件對(duì)圖像進(jìn)行定量及定性分析。

上述成像方式存在如下缺陷:

1)探頭式共聚焦顯微成像

目前探頭式共聚焦內(nèi)鏡采用特制光纖插口進(jìn)行定焦。根據(jù)物鏡光學(xué)參數(shù)，加工與之匹配的光纖插口，通過機(jī)械加工精度來保證光纖成像面處在物鏡的焦平面上。這種方法成本高，加工精度要求高，稍有偏差即影響成像。

(2)高分辨率熒光成像

高分辨率熒光成像(hrme)采用手動(dòng)方式調(diào)焦，耗時(shí)費(fèi)力。

因此，有必要提供一種自動(dòng)調(diào)焦顯微內(nèi)窺熒光成像系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種自動(dòng)調(diào)焦顯微內(nèi)窺熒光成像系統(tǒng)。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種自動(dòng)調(diào)焦顯微內(nèi)窺熒光成像系統(tǒng),包括白光led光源，科學(xué)級(jí)低溫制冷ccd相機(jī)或工業(yè)級(jí)ccd相機(jī)，細(xì)徑柔性傳像光纖及光纖外套管，放大物鏡及自動(dòng)調(diào)焦裝置，激發(fā)光濾光片，發(fā)射光濾光片，二向色鏡濾光片，光纖準(zhǔn)直耦合器，微動(dòng)平移臺(tái)和圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊，以及設(shè)備外殼。

進(jìn)一步的，所述白光led光源的照明光線由聚焦透鏡聚焦后導(dǎo)入，照明光線通過激發(fā)光濾光片，以便獲取能充分激發(fā)熒光探針的窄譜段激發(fā)光，又不引入其他譜段光干擾的窄譜段出射光。窄譜段激發(fā)光被二向色鏡濾光片進(jìn)行90°反射，通過物鏡耦合通過光纖準(zhǔn)直耦合器進(jìn)入所述細(xì)徑柔性傳像光纖。

進(jìn)一步的，所述細(xì)徑柔性傳像光纖近端接受激發(fā)光，經(jīng)過人體外開頭伸入需檢測(cè)的空心器官中，將此激發(fā)光傳導(dǎo)入人體內(nèi)部空腔組織中，并以圓形光光斑模式均勻照射在檢測(cè)區(qū)域，此外，所述細(xì)徑柔性傳像光纖其還能收集人體內(nèi)部空腔組織反射激發(fā)光和受激發(fā)射的熒光信號(hào)，并通過此光纖束將光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)到體外；傳像光纖束獲得反射激發(fā)光及受激發(fā)射的熒光復(fù)合光線后，并通過二向色鏡濾光片及發(fā)射光濾光片進(jìn)行光譜過濾，產(chǎn)生與激發(fā)光同軸且方向相反的受激發(fā)射的熒光信號(hào)光線作為反方向出射光。

進(jìn)一步的，所述細(xì)徑柔性傳像光纖為柔性探測(cè)器，能順利伸入人體內(nèi)部空腔組織內(nèi)，光纖外套管采用醫(yī)用級(jí)聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯材料制作。

進(jìn)一步的，放大物鏡安裝在微動(dòng)平移臺(tái)上，所述微動(dòng)平移臺(tái)在傳像光纖束與二向色濾光片之間，由待測(cè)物體發(fā)出的反射激發(fā)光和受激發(fā)射的熒光信號(hào)被傳像光纖束收集后，可通過放大物鏡并形成放大的圖像。

進(jìn)一步的，所述自動(dòng)調(diào)焦裝置是基于圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，通過使用自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)所采集圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)來搜索焦點(diǎn)位置；采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，并利用聚焦評(píng)價(jià)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反饋，使得物鏡調(diào)至到物鏡工作距處。

進(jìn)一步的，所述ccd相機(jī)能采集反方向出射光，成像反方向出射光的光學(xué)信號(hào)，得到原始熒光圖像。

進(jìn)一步的，為了保證避光性，設(shè)置暗箱包裹，并通過暗箱側(cè)孔固定成像光纖，通過另一側(cè)孔將自動(dòng)調(diào)焦電源線、控制數(shù)據(jù)傳輸線伸入暗箱；圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊。設(shè)計(jì)控制軟件，通過數(shù)據(jù)傳輸線將控制信息傳達(dá)到自動(dòng)調(diào)焦裝置控制平臺(tái)沿光軸前后移動(dòng)；讀取所述ccd相機(jī)獲取的圖像，并能將所得圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)。

進(jìn)一步的，自動(dòng)調(diào)焦方法如下：照明光源發(fā)出的光通過聚焦透鏡聚焦后，由激發(fā)光濾光片過濾出窄帶激發(fā)光，被二向色鏡濾光片反射并穿過放大物鏡，再由聚光耦合部件耦合到傳像光纖束的近端，在經(jīng)過傳像光纖束傳輸并照明被觀察物體，此時(shí)傳像光纖束緊貼被觀察物體，被觀察物體被激發(fā)光照射后產(chǎn)生熒光信號(hào)，熒光信號(hào)被傳像光纖束接收后通過傳像光纖束后被放大物鏡放大，放大后的熒光光束通過二向色鏡濾光片和反射光濾光片，投射到相機(jī)的靶面上，相機(jī)將圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，通過使用自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)所采集圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)來搜索焦點(diǎn)位置。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，并利用聚焦評(píng)價(jià)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反饋，使得物鏡調(diào)至到物鏡工作距離處。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、采用模塊化設(shè)計(jì)，方便設(shè)備維修，安裝。

2、自動(dòng)調(diào)焦，省時(shí)省力，調(diào)焦準(zhǔn)確。

3、被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，使用方便。

3、可以實(shí)現(xiàn)熒光成像與寬視野成像設(shè)備結(jié)合，通過熒光圖像可以獲得特異性靶向分子成像的信息，通過寬視野成像設(shè)備可以獲得解剖結(jié)構(gòu)的信息，通過圖像融合可以實(shí)現(xiàn)熒光靶向分子成像-白光解剖成像的雙模態(tài)成像模式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之一。

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之二。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明結(jié)合附圖詳細(xì)描述如下：

圖中標(biāo)記示意為：1白光led光源；2聚焦物鏡；3激發(fā)光濾光片；4傳像光纖；5光纖準(zhǔn)直耦合器；6放大物鏡；7微動(dòng)平移臺(tái)；8二向色鏡濾光片；9發(fā)射光濾光片；10聚焦透鏡；11相機(jī)；12圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊；13暗箱。

白光led光源1也可以為大功率氙燈、鹵燈光源或汞燈光源，其出射光譜段覆蓋可見光到近紅外波長(zhǎng)范圍。

白光led光源1產(chǎn)生的寬光譜光線被聚焦物鏡2聚焦后，通過激發(fā)光濾光片3產(chǎn)生特定譜段的激發(fā)光，激發(fā)光被二向色鏡濾光片7直角反射后，進(jìn)入放大物鏡6，經(jīng)放大物鏡6耦合通過光纖準(zhǔn)直耦合器5進(jìn)入傳像光纖11。傳像光纖11接受熒光信號(hào)后，被放大物鏡6放大后，通過二向色鏡濾光片8，被發(fā)射光濾光片9濾去雜光，經(jīng)聚焦透鏡10聚焦后最終被ccd相機(jī)11接收。由相機(jī)11將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳入圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊12進(jìn)行分析儲(chǔ)存，并根據(jù)圖像質(zhì)量來控制微動(dòng)平移臺(tái)7進(jìn)行前后移動(dòng)調(diào)整，放大物鏡6安裝在微動(dòng)平移臺(tái)7上，通過微動(dòng)平移臺(tái)7的位置移動(dòng)來確定放大物鏡6的位置。

其中激發(fā)光濾光片3為小直徑帶通干涉濾光片，其帶通譜段應(yīng)與所用熒光探針的吸收譜相匹配。

其中二向色鏡濾光片8為小直徑長(zhǎng)波通二向色鏡濾光片，其截止波長(zhǎng)應(yīng)與所用熒光探針的吸收譜相匹配。激發(fā)光被二向色鏡發(fā)射到物鏡上，發(fā)射的熒光(比激發(fā)光的波長(zhǎng)要長(zhǎng))通過二向色鏡進(jìn)相機(jī)。后向反射或者由待測(cè)物體散射的激發(fā)光被二向色鏡二次反射，防止其進(jìn)入到相機(jī)形成雜散信號(hào)。

其中發(fā)射光濾光片9小直徑帶通干涉濾光片，其帶通譜段應(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)。

其中圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊12對(duì)圖像進(jìn)行分析，通過使用自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)所采集圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)來搜索焦點(diǎn)位置。微動(dòng)平移臺(tái)7利用聚焦評(píng)價(jià)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反饋，使得放大物鏡6調(diào)至到物鏡工作距離處。并能將所得圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)。

傳像光纖束11將激發(fā)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)收集感興趣的光學(xué)信號(hào)，傳導(dǎo)到體外。其包含細(xì)徑柔性傳像光纖束14和傳像光纖外套管15。細(xì)徑柔性傳像光纖14接受并傳導(dǎo)上級(jí)光路放大物鏡6的出射光以及待測(cè)物體產(chǎn)生激發(fā)熒光。

其中細(xì)徑柔性傳像光纖束14為一柔性小外徑的高分辨率，光傳輸通透率高的相干光線束，能有效傳導(dǎo)激發(fā)光，熒光至體外進(jìn)行成像。其中傳像光纖束結(jié)構(gòu)如圖2所示，其內(nèi)為細(xì)徑柔性傳像光纖束14，外包傳像光纖外套管15，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)激發(fā)光和熒光，并將激發(fā)光和熒光傳導(dǎo)到體外。

其中光纖外套管采用醫(yī)用級(jí)聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯材料制作。

其中放大物鏡6為帶有rms外螺紋的有限遠(yuǎn)平場(chǎng)消色差物鏡，放大倍數(shù)分別為4x，10x，20x，40x，各物鏡之間齊焦，可對(duì)熒光圖像進(jìn)行放大，并在物鏡共軛點(diǎn)上形成放大的實(shí)像，并投射到ccd相機(jī)11的探測(cè)芯片上。放大物鏡6放大倍數(shù)計(jì)算方法為：

m＝lmin/d

其中m為放大倍數(shù)，lmin為矩形ccd探測(cè)芯片的短邊長(zhǎng)度，d為傳像光纖束的直徑。

ccd相機(jī)11對(duì)通過發(fā)射光濾光片10過濾后的原始熒光圖像進(jìn)行采集。其中相機(jī)為電荷耦合器件(ccd)相機(jī)或互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體管(cmos)相機(jī)，用于接收成像強(qiáng)度弱的光信號(hào)，并將采樣轉(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。

實(shí)施例：

以對(duì)家兔消化道黏膜進(jìn)行熒光顯微成像為例，介紹本發(fā)明的工作方式

1、根據(jù)所使用的熒光對(duì)比劑鹽酸吖啶黃的光譜學(xué)特征，選擇適宜的激發(fā)光濾光片(455nm)和發(fā)射光濾光片(525nm)，二向色鏡濾光片(505nm)的組合。

2、將成像光纖安裝在光纖耦合器上，打開光源與相機(jī)，將成像光纖的前端緊貼沾有鹽酸吖啶黃的紗布，屏幕上顯示的白色亮斑，此時(shí)成像光纖近端并不在放大物鏡的焦平面上。

3、設(shè)置圖像數(shù)據(jù)處理控制模塊，通過使用自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)所采集圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)來搜索焦點(diǎn)位置。電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，并利用聚焦評(píng)價(jià)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反饋，使得物鏡調(diào)至到物鏡工作距處。此時(shí)屏幕上顯示的圖像中可見清晰的網(wǎng)格狀圖案，即為每根成像光纖單絲的輪廓。

4、打開家兔腹腔，充分暴露消化道，游離一段腸管，剪開一個(gè)小口，充分沖洗后，局部噴灑鹽酸吖啶黃對(duì)比劑。將成像光纖束送入破口，并將光纖前端貼近黏膜進(jìn)行成像。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、采用模塊化設(shè)計(jì)，方便設(shè)備維修，安裝。

2、自動(dòng)調(diào)焦，省時(shí)省力，調(diào)焦準(zhǔn)確。

3、被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，使用方便。

3、可以實(shí)現(xiàn)熒光成像與寬視野成像設(shè)備結(jié)合，通過熒光圖像可以獲得特異性靶向分子成像的信息，通過寬視野成像設(shè)備可以獲得解剖結(jié)構(gòu)的信息，通過圖像融合可以實(shí)現(xiàn)熒光靶向分子成像-白光解剖成像的雙模態(tài)成像模式。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。