一种基于结构光照明的显微内窥成像方法及系统技术方案

一种基于结构光照明的显微内窥成像方法及系统，该方法包括控制第一照明光源和第二照明光源依次发射激发光，并分别产生荧光信号；控制双快门相机对分别产生的荧光信号进行采集并获得两幅图像；对采集到的两幅图像进行处理，获得一帧图像，所述第一照明光源为结构光照明光源，所述第二照明光源为宽场照明光源。该系统包括第一照明光路、第二照明光路、合束光路及成像光路。本发明专利技术无需扫描装置，通过结构光照明和宽场照明成像相结合的方式，依次采集荧光信号，只需两幅图像合成就能得到高质量的荧光在焦图像，成像速度快；并且没有针孔挡光，光能利用率高，产生的荧光信号多，荧光成像灵敏度高，获取到的荧光组织图像信息丰富。

A Microscopic Endoscopic Imaging Method and System Based on Structural Illumination

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构光照明的显微内窥成像方法及系统
本专利技术属于显微内窥成像领域，尤其涉及一种基于结构光照明的显微内窥成像方法及系统。
技术介绍
在显微内窥成像领域，光学显微成像具有无损、快速、低成本等诸多优点，一直受到人们热捧。光学显微成像技术主要是基于光学显微镜原理，通过利用光学透镜对目标物进行放大成像，可以观察到微观生物组织细胞的形态学和生理性特征，便于对生理组织进行病变筛查与诊断。高分辨率荧光显微内镜(HighResolutionMicroendoscopy,HRME)是一种新型的显微内窥式成像系统，其通过一根柔软光纤束进入人体，光纤束可以同时传输照明光和图像信号，实现对人体内组织病灶检查。高分辨率荧光显微内镜采用LED作为光源，通过专有的光路结构和光纤束，光信号到达照射组织表面的荧光染料，激发出的荧光信号经过光纤束返回，被成像光路放大后进入CCD图像检测装置，从而产生图像或者视频输出。高分辨率荧光显微内镜内部结构简单，成像速度快，操作简便，只需要将光纤束贴近组织表面，就能获取到组织表面图像。然而，在成像过程中，由于缺少对背景光信号的抑制，导致大量失焦的信号也会出现在显示图像中，严重干扰了在焦信号的识别与观察，图像对比度较差，不利于对病灶组织细胞精准判断诊察。激光共聚焦显微内镜(LaserConfocalEndomicroscopy，CLE)是目前临床上已经投入使用的一种先进的内窥成像技术，同样地，也是利用一根柔软光纤束进入人体，同时照射和传输荧光信号。激光共聚焦显微成像技术最大的特点是在信号探测器前面加入针孔装置，能有效阻挡失焦信号的传输，抑制背景光信号，大大提高了图像分辨率和对比度。激光共聚焦显微内镜在早期癌症筛查方面具有较高的准确率和敏感度，不足之处在于加入了针孔装置，对光源的要求较高，同时激光共聚焦技术需要进行扫描，成像速度慢，而且内部光路结构复杂，成本较高，加重了医疗机构和患者的经济负担。因此，有必要提供一种新的基于结构光照明的显微内窥成像方法及系统，以适应市场的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于结构光照明的显微内窥成像方法及系统，在保证成像速度和图像分辨率的情况下，提高对背景光信号的抑制，增强图像对比度。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于结构光照明的显微内窥成像方法，其包括步骤：控制第一照明光路中的第一照明光源和第二照明光路中的第二照明光源依次发射激发光，并分别产生荧光信号；控制双快门相机对分别产生的荧光信号进行采集并获得两幅图像；对采集到的两幅图像进行处理，获得一帧图像。进一步的，所述控制第一照明光路中的第一照明光源和第二照明光路中的第二照明光源依次发射激发光包括步骤：控制第一照明光源在第一时间发射激发光，在所述第一时间内仅由第一照明光源产生激发荧光的光信号；控制第二照明光源在第一时间之后的第二时间发射激发光，在所述第二时间仅由第二照明光源产生激发荧光的光信号。进一步的，对采集到的两幅图像进行处理，获得一帧图像进一步包括：利用合成算法，对每一对采集到的两幅图像都进行处理，抑制住其中的失焦信号，提取出在焦的荧光信号，从而得到所需要的一帧图像。进一步的，所述第一照明光源和第二照明光源均为LED光源。为实现上述目的，本专利技术还提供如下技术方案：一种基于结构光照明的显微内窥成像系统，其包括：第一照明光路，用于产生第一方向的照明光；第二照明光路，用于产生第二方向的照明光；合束光路，用于对第一照明光路和第二照明光路的照明光进行合束；成像光路，用于收集荧光信号，并对荧光信号进行成像。进一步的，所述第一照明光路依次包括第一照明光源、对第一照明光源发出的光进行准直的第一准直透镜、光栅和用于收集光栅产生的衍射光的透镜。进一步的，所述第一照明光源为LED光源。进一步的，所述光栅包括若干沿着同一方向周期性的凹槽，经过光栅衍射后的光呈现条纹结构而实现条纹照明。进一步的，所述光栅位于透镜的前焦面位置，所述透镜联合成像光路对光栅表面进行投影成像，从而将光栅的周期性条纹投射到样品表面。进一步的，所述第二照明光路包括第二照明光源和对第二照明光源发出的光进行准直的第二准直透镜。进一步的，所述第二照明光源为LED光源。进一步的，所述合束光路依次包括第一滤光片、用于反射第一滤光片滤波之后的光谱的二向色镜、用于收集二向色镜反射过来的光信号的物镜以及用于传输照明光光波的光纤束，所述第一滤光片用于对来自第一照明光路和第二照明光路的照明光进行光谱滤波，阻挡对荧光染料激发过程无效的光谱。进一步的，所述物镜包括物空间和像面空间，所述光纤束位于物镜的物空间，所述第一照明光源、第二照明光源以及光栅的光栅面均位于像面空间。进一步的，所述成像光路依次包括收集传输荧光信号的光纤束、对荧光信号进行放大传输的物镜、对物镜传输的荧光信号进行处理的二向色镜、对荧光信号进行光谱滤波的第二滤光片。进一步的，所述成像光路还包括成像镜头和双快门相机，所述成像镜头和双快门相机配合使用，对第二滤光片过滤后的荧光信号收集成像，投射到双快门相机上的荧光信号经过光电转换后，显示出具有人体组织信息的图像。进一步的，所述基于结构光照明的显微内窥成像系统还包括分束镜，所述分束镜位于第一照明光路传播方向和第二照明光路传播方向的交汇位置，来自所述第一照明光路和第二照明光路的光经分束镜反射后进入同一光路系统。从上述技术方案可以看出，本专利技术在传统宽场荧光显微成像的光路基础上，加入结构光照明光路，同时接入光纤束，构建显微内窥成像系统，该系统是基于荧光成像原理，对应于特定的荧光染料，设计对应的激发光源以及光路系统，并顺利采集荧光信号和屏蔽其他波段的杂散光干扰，最终获取到能反映组织信息的荧光图像。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、采用LED作为光源，经济环保，光能转化效率高，避免了激光光源潜在的危害性，安全高效，使用寿命长。2、基于荧光显微成像技术，配合对应的荧光染料标记，可以获取高分辨率的组织细胞病理图像，便于对细胞分子进行特异性研究。3、引入结构光照明光路而具有结构光照明成像系统，利用光栅产生的条纹照明标记出在焦信号，抑制失焦信号，有效提高图像对比度。4、无需扫描装置，通过结构光照明和宽场照明成像相结合的方式，依次采集荧光信号，只需两幅图像合成就能得到高质量的荧光在焦图像，成像速度快。5、没有针孔挡光，光能利用率高，产生的荧光信号多，荧光成像灵敏度高，获取到的荧光组织图像信息丰富。6、使用双快门相机，成对采集荧光图像，两幅不同结构光照明激发的荧光信号采集间隔更短，降低了运动伪影，对组织运动信息获取能力更强。7、模块化设计，显微内窥系统中照明光路和成像光路分离，结构光照明光路和宽场照明光路分离，结构简单，稳定性好。附图说明图1是本专利技术基于结构光照明的显微内窥成像方法的流程图。图2是本专利技术基于结构光照明的显微内窥成像系统的结构示意图。图3是本专利技术基于结构光照明的显微内窥成像系统获得的两幅图像的示意图，其中，(a)图为结构光照明产生的荧光成像示意图，(b)图为宽场照明产生的荧光成像示意图。其中：100-分束镜、11-第一照明光源、12-第一准直透镜、13-光栅、14-透镜、21-第二照明光源、22-第二准直透镜、31-第一滤光片、32-第二滤光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构光照明的显微内窥成像方法，其特征在于，其包括步骤：控制第一照明光路中的第一照明光源和第二照明光路中的第二照明光源依次发射激发光，并分别产生荧光信号；控制双快门相机对分别产生的荧光信号进行采集并获得两幅图像；对采集到的两幅图像进行处理，获得一帧图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于结构光照明的显微内窥成像方法，其特征在于，其包括步骤：控制第一照明光路中的第一照明光源和第二照明光路中的第二照明光源依次发射激发光，并分别产生荧光信号；控制双快门相机对分别产生的荧光信号进行采集并获得两幅图像；对采集到的两幅图像进行处理，获得一帧图像。2.根据权利要求1所述的基于结构光照明的显微内窥成像方法，其特征在于，所述控制第一照明光路中的第一照明光源和第二照明光路中的第二照明光源依次发射激发光包括步骤：控制第一照明光源在第一时间发射激发光，在所述第一时间内仅由第一照明光源产生激发荧光的光信号；控制第二照明光源在第一时间之后的第二时间发射激发光，在所述第二时间仅由第二照明光源产生激发荧光的光信号。3.根据权利要求1所述的基于结构光照明的显微内窥成像方法，其特征在于，对采集到的两幅图像进行处理，获得一帧图像进一步包括：利用合成算法，对每一对采集到的两幅图像都进行处理，抑制住其中的失焦信号，提取出在焦的荧光信号，从而得到所需要的一帧图像。4.根据权利要求1所述的基于结构光照明的显微内窥成像方法，其特征在于，所述第一照明光源和第二照明光源均为LED光源。5.一种基于结构光照明的显微内窥成像系统，其特征在于，其包括：第一照明光路，用于产生第一方向的照明光；第二照明光路，用于产生第二方向的照明光；合束光路，用于对第一照明光路和第二照明光路的照明光进行合束；成像光路，用于收集荧光信号，并对荧光信号进行成像。6.根据权利要求5所述的基于结构光照明的显微内窥成像系统，其特征在于，所述第一照明光路依次包括第一照明光源、对第一照明光源发出的光进行准直的第一准直透镜、光栅和用于收集光栅产生的衍射光的透镜。7.根据权利要求5所述的基于结构光照明的显微内窥成像系统，其特征在于，所述第一照明光源为LED光源。8.根据权利要求5所述的基于结构光照明的显微内窥成像系统，其特征在于，所述光栅包括若干沿着同一方向周期性的凹槽，经过光栅衍射后的光呈现条纹结构而实现条纹照明。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，吴郁清，林立，安昕，
申请(专利权)人：苏州精观医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32