基于可调偏振的双波段光谱成像仪及其光谱测定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可调偏振的双波段光谱成像仪及其光谱测定方法，其成像系统包括成像物镜、用于将成像光路路径分成透射光路径和反射光路径的分光棱镜Ⅱ、对应透射光路径设置的滤光片Ⅰ和对应反射光路径设置的滤光片Ⅱ；光谱成像仪还包括可调偏振方向与所述光源组件所形成的线偏振光的检偏片；采用光路分路，可实现同时采集待检测脑组织内在两不同特定波段光下的光谱值并进行分析，避免了因探测时间的改变，组织内血液的灌注状态和氧合状态发生改变，可提高时间分辨率，减少误差；而且检偏片的偏振方向与光源组件所形成的线偏振光的偏振方向可调，去除了待脑组织表面反射带来的背景光，增加数据探测的敏感性。

Dual band spectral imager based on adjustable polarization and spectral measuring method thereof

The invention discloses a method for the determination of tunable polarization dual band imaging spectrometer and its spectrum based on the imaging system includes an imaging lens, used to filter the imaging optical path path is divided into light transmission path and reflected light path prism II, the corresponding light transmission path setting filter 1 and the corresponding reflection light path II; spectral imaging apparatus also includes a linearly polarized light formed by the adjustable and the polarization direction of the light source component of the analyzer; the optical splitter, can realize simultaneous acquisition of the detected brain tissue within two different specific band light spectrum and analysis the value, avoid the detection of the change of time, perfusion the status and oxygenation of tissue blood changes, can improve the time resolution error is reduced; and the polarization direction of linearly polarized light polarization film and light source component formed by the partial The vibration direction is adjustable, the background light caused by the reflection of the surface of the brain tissue is removed, and the sensitivity of the data detection is increased.

【技术实现步骤摘要】
基于可调偏振的双波段光谱成像仪及其光谱测定方法
本专利技术涉及生物医学工程领域，特别涉及一种基于可调偏振的双波段光谱成像仪及其光谱测定方法。
技术介绍
精确定位脑功能的活动区域是神经外科精准手术的前提，也是最大程度切除颅内病变并尽最大可能保留脑功能、减少神经损伤的关键。脑组织在静息状态下与激活状态下对血氧的消耗存在差异，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的比例也不同。基于氧合血红蛋白和去氧血红蛋白具有不同的吸收光谱，利用这种不同的光谱特征，可以检测组织内血液供应状态或血氧饱和度的变化，用于探测组织的血氧灌注状态及血氧代谢状态，从而定位出被激活且需要在手术过程中重点保护的脑区。现有的光谱分析难以用于脑功能区的定位，原因在于：(1)现在的光谱分析多需要先后收集不同波段光谱值然后进行分析，随着探测时间的改变，组织内血液的灌注状态和氧合状态已发生改变，难以采集到同一时间点组织内不同波段的光谱值进行分析，致使无法有效对数据进行分析。(2)现有的含氧血红蛋白含量和脱氧血红蛋白含量探测的光谱装置所探测的漫反射光谱数据绝大多数来自于组织表面反射的光线，而这部分光线并未携带组织内部的光谱信息而成为背景，使得数据分析的敏感性和准确性大大降低。(3)静息状态下与激活状态下组织内氧合状态的差异较小，目前的光谱装置的探测方法和图像处理方式均不能敏感的将激活区准确的定位出来。因此，需要设计与现有探测含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白含量的光谱成像仪不同的光谱探测与分析系统，并建立起相应的数据处理方法，以去除组织表面光线反射带来的背景，降低系统噪声；实现同时采集不同波段的光谱信息并进行分析，提高时间分辨率，减少误差；通过数据处理放大静息状态下与激活状态下组织内氧合状态的差异，增加功能区探测的敏感性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种基于可调偏振的双波段光谱成像仪及其光谱测定方法，其不但可以去除表面光线反射带来的背景，降低系统噪声；而且可实现同时采集不同波段的光谱信息并进行分析，可提高时间分辨率，减少误差；还可以放大静息状态下与激活状态下脑组织内氧合状态的细微差异，增加定位的敏感性。本专利技术的基于基于可调偏振的双波段光谱成像仪，包括：光源组件，用于形成线偏振光；分光棱镜Ⅰ，将线偏振光反射聚焦在待检测生物组织上并对从待检测生物组织返回的光透射；还包括用于成像的成像系统，成像系统包括：成像物镜，用于自待检测生物组织返回并经分光棱镜Ⅰ的光经过并成像；分光棱镜Ⅱ，沿成像光路路径设置在成像物镜后方用于将成像光路路径分成透射光路径和反射光路径；滤光片Ⅰ，对应分光棱镜Ⅱ的透射光路径设置用于第一特定波段光通过；滤光片Ⅱ，对应分光棱镜Ⅱ的反射光路径设置用于第二特定波段光通过；成像系统还包括一一对应滤光片Ⅰ和滤光片Ⅱ设置的第一波段探测器和第二波段探测器；光谱成像仪还包括用于去除成像光路中非目标光的检偏片，检偏片的偏振方向与光源组件所形成的线偏振光的偏振方向垂直。进一步，滤光片Ⅰ和滤光片Ⅱ均为窄带滤光片，滤光片Ⅰ所对应的第一特定波段光的波长为530-560nm中的任意一种，滤光片Ⅱ所对应的第二特定波段光的波长为600-640nm中的任意一种。进一步，光源组件至少包括冷光源和用于将冷光源发出照明光变为线偏振光的起偏片，光源组件直接安装在分光棱镜Ⅰ上；经分光棱镜Ⅰ反射的线偏振光的入射方向与出射方向相垂直。进一步，检偏片设置在成像物镜沿成像光路路径后方；分光棱镜Ⅰ和分光棱镜Ⅱ均为半透半反棱镜。进一步，还包括壳体和设置于壳体上的物镜安装组件，物镜安装组件包括固定于壳体的支撑套、以可被驱动发生相对转动的方式与支撑套配合的驱动套和与螺纹内套于驱动套设置并用于成像物镜定位固定的定位套，且定位套以可轴向移动圆周方向固定的方式内套于支撑套设置。进一步，还包括用于驱动驱动套转动以使定位套相对于支撑套轴向移动进行调焦的调焦驱动组件，调焦驱动组件包括与驱动套外套圆周固定的从动锥齿轮、与从动锥齿轮以轴线垂直相交的方式啮合的主动锥齿轮和与主动锥齿轮圆周固定并伸出壳体外的驱动轴。进一步，定位套包括内设有定位卡台的定位套本体和与定位卡台配合对成像物镜形成定位锁止的定位机构，成像物镜的筒体外侧设置有可卡入定位卡台与定位机构之间形成定位配合的卡臂。本专利技术还公开了一种利用基于可调偏振的双波段光谱成像仪的光谱测定方法，包括以下步骤：S1、标定被探测目标需要探测的感兴趣区；S2、在不刺激被探测目标的静息状态下获取光谱数据并经处理获得所述感兴趣区内每一像素点的光谱基线值Rr；S3、在刺激被探测目标的激活状态下获取光谱数据并经处理获得感兴趣区内每个像素点的激活光谱值Ra；S4、将激活状态下感兴趣区内每一像素点的激活光谱值Ra与静息状态下感兴趣区内每个像素点的光谱基线值Rr进行比较，计算出每个像素点的差值Rd，Rd＝Ra-R0；S5、将每个像素点的差值Rd赋以伪彩，重建形成差值地形图。本实施例中，步骤S2包括以下步骤：S2-1、在不刺激被探测目标的静息状态下，采用不同光谱值的双波段光谱通道同时连续采集光谱数据并通过标定点核准每帧光谱图片；S2-2、连续采集光谱图片并核准后，提取感兴趣区每个像素点的光谱值；S2-3、将双波段光谱通道同一时间点采集的光谱照片相同位置的像素点的光谱值进行比值，并将相同位置像素点的所有时间点的比值连续相加并计算平均值得出所述光谱基线值Rr；。本实施例中，步骤S3包括以下步骤：在刺激状态下，重复进行S2-1至S2-3步骤，并最终将获得的所有时间点内的比值连续相加并计算平均值得出所述激活光谱值Ra。本专利技术的有益效果：本专利技术的基于正交偏振的双波段光谱成像仪，其采用双源探测器，可实现同时采集待检测脑组织内在两不同特定波段光下的光谱值并进行分析，避免了因探测时间的改变，组织内血液的灌注状态和氧合状态发生改变，可提高时间分辨率，减少误差；而且检偏片的偏振方向与光源组件所形成的线偏振光的偏振方向可调，形成正交偏振，只有待检测生物组织内部反射出来的光线被探测器接收，去除了待检测生物组织表面反射带来的背景光，增加数据探测的敏感性；本专利技术的基于双波段光谱成像仪的光谱测定方法，通过将被测目标激活前和激活后连续采集的每一像素点的光谱数据进行对照处理并进行计算差值，不但可去除背景干扰，而且通过比较激活前后的光谱差异，达到了定位出感兴趣区被激活区域和判断激活程度同时进行的目的，解决了现有技术中静息状态下与激活状态下脑组织内氧合状态的差异较小，目前的光谱装置的探测方法和图像处理方式均不能敏感的将激活区准确的定位出来。。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术的光谱成像仪的光路原理示意图；图2为本专利技术的光谱成像仪的结构示意图；图3为图2中A处放大图；图4为本专利技术的光谱成像仪的立体结构图。具体实施方式图1为本专利技术的光谱成像仪的光路原理示意图；图2为本专利技术的光谱成像仪的结构示意图；图3为图2中A处放大图；图4为本专利技术的光谱成像仪的立体结构图，如图所示：本实施例的基于正交偏振的双波段光谱成像仪，包括用于形成线偏振光的光源组件和将线偏振光反射聚焦在待检测生物组织上并对从待检测生物组织返回的光透射的分光棱镜Ⅰ2；待检测生物组织放置在工作面1上还包括用于成像的成像系统，成像系统包括：成像物镜3，用于自待本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可调偏振的双波段光谱成像仪，其特征在于：包括：光源组件，用于形成线偏振光；分光棱镜Ⅰ，将线偏振光反射聚焦在待检测生物组织上并对从待检测生物组织返回的光透射；还包括用于成像的成像系统，所述成像系统包括：成像物镜，用于自待检测生物组织返回并经分光棱镜Ⅰ的光经过并成像；分光棱镜Ⅱ，沿成像光路路径设置在成像物镜后方用于将成像光路路径分成透射光路径和反射光路径；滤光片Ⅰ，对应分光棱镜Ⅱ的透射光路径设置用于第一特定波段光通过；滤光片Ⅱ，对应分光棱镜Ⅱ的反射光路径设置用于第二特定波段光通过；成像系统还包括一一对应滤光片Ⅰ和滤光片Ⅱ设置的第一波段探测器和第二波段探测器；所述光谱成像仪还包括用于去除成像光路中非目标光的检偏片，所述检偏片的偏振方向与所述光源组件所形成的线偏振光的偏振方向可调。

【技术特征摘要】
1.一种基于可调偏振的双波段光谱成像仪，其特征在于：包括：光源组件，用于形成线偏振光；分光棱镜Ⅰ，将线偏振光反射聚焦在待检测生物组织上并对从待检测生物组织返回的光透射；还包括用于成像的成像系统，所述成像系统包括：成像物镜，用于自待检测生物组织返回并经分光棱镜Ⅰ的光经过并成像；分光棱镜Ⅱ，沿成像光路路径设置在成像物镜后方用于将成像光路路径分成透射光路径和反射光路径；滤光片Ⅰ，对应分光棱镜Ⅱ的透射光路径设置用于第一特定波段光通过；滤光片Ⅱ，对应分光棱镜Ⅱ的反射光路径设置用于第二特定波段光通过；成像系统还包括一一对应滤光片Ⅰ和滤光片Ⅱ设置的第一波段探测器和第二波段探测器；所述光谱成像仪还包括用于去除成像光路中非目标光的检偏片，所述检偏片的偏振方向与所述光源组件所形成的线偏振光的偏振方向可调。2.根据权利要求1所述的基于可调偏振的双波段光谱成像仪，其特征在于：所述滤光片Ⅰ和所述滤光片Ⅱ均为窄带滤光片，所述滤光片Ⅰ所对应的第一特定波段光的波长为530-560nm中的任意一种，所述滤光片Ⅱ所对应的第二特定波段光的波长为600-640nm中的任意一种。3.根据权利要求1所述的基于可调偏振的双波段光谱成像仪，其特征在于：所述光源组件至少包括冷光源和用于将冷光源发出照明光变为线偏振光的起偏片，所述光源组件直接安装在所述分光棱镜Ⅰ上，经分光棱镜Ⅰ反射的线偏振光的入射方向与出射方向相垂直。4.根据权利要求1所述的基于可调偏振的双波段光谱成像仪，其特征在于：所述检偏片设置在所述成像物镜沿成像光路路径后方；所述分光棱镜Ⅰ和所述分光棱镜Ⅱ均为半透半反棱镜。5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的基于可调偏振的双波段光谱成像仪，其特征在于：还包括壳体和设置于壳体上的物镜安装组件，所述物镜安装组件包括固定于壳体的支撑套、以可被驱动发生相对转动的方式与支撑套配合的驱动套和与螺纹内套于所述驱动套设置并用于成像物镜定位固定的定位套，且所述定位套以可轴向移动圆周方向固定的方式内套于支撑套设置。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞，傅楚华，陈图南，冯华，刘凯，邱鹏，姜凯，
申请(专利权)人：中国人民解放军第三军医大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：重庆,50