一种同时获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种同步获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像方法及系统。该方法包括：将激光和可见光通过内窥镜光学系统同时照明待测生物组织，经过内窥镜光学系统后，使用分光部件将经生物组织后向散射的激光和可见光分离，用两个光电成像器件分别探测成像。其中，生物组织后向散射的可见光由彩色光电成像器件采集，获得生物组织彩色图像；生物组织后向散射的激光散斑图像由单色光电成像器件采集，经激光散斑血流成像方法处理得到生物组织血流图像。本发明专利技术通过光学内窥镜同时获取生物组织彩色图像与血流图像，实现多功能光学内窥成像，并克服了采用单个光电成像器件需要多光源分时切换所造成的成像速度慢及时间不同步等缺点。

An endoscope optical imaging method and system for simultaneous acquisition of visible light color images and blood flow images

The invention discloses an endoscope optical imaging method and system for obtaining the visible light color image and the blood flow image synchronously. The method comprises: laser and visible light through the endoscope optical system and lighting test biological tissue, through endoscope optical system, optical components by using biological tissue backscatter laser and visible light separation, imaging respectively with two photoelectric imaging device. Among them, the biological tissue of backscattering of visible light by color imaging devices for color image acquisition, biological tissue; tissue backscatter laser speckle image acquisition by monochromatic photoelectric imaging device, the laser speckle imaging method to acquire the image of biological tissue blood flow. The invention realizes the multi-functional optical endoscope imaging through the optical endoscope and obtains the color image and blood flow image of the biological tissue at the same time, and overcomes the disadvantages of slow imaging speed and time synchronization caused by the multi light source time-sharing switching by using a single photoelectric imaging device.

【技术实现步骤摘要】
一种同时获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像方法及系统
本专利技术属于生物医学成像领域，具体涉及一种能够对人体内腔道等组织进行可见光彩色结构图像与血流功能图像同步获取的内窥光学成像方法与系统。
技术介绍
内窥成像是现代医学影像的重要组成部分，对检测人体腔道内病灶及实施微创手术必不可少。近年来为提高内窥成像的效果，尤其是提高微小肿瘤的检出成功率，内窥成像不再仅仅局限于单纯的结构成像，OCT断层扫描成像、荧光成像、光谱成像、激光散斑血流成像等功能成像技术逐渐应用于内窥成像中。荧光成像、光谱成像以及激光散斑血流成像等功能成像都属于光学成像方法，利用非相干或者相干光源照射生物组织，收集其反射光，并分析反射光信息来获取生物组织的重要生理参数。常规内窥镜结构包括白光光源、照明组件、成像组件和图像采集与显示单元。为了使得内窥镜在进行结构成像的同时实现上述功能成像，需要内窥成像可收集不同波长的生物组织反射光，例如荧光成像需要单色光源照明进行荧光激发，成像时需要滤除生物组织反射的单色激发光源而收集荧光发射光。如何改进常规内窥镜结构以实现不同波段光信号的收集是实现内窥镜结构、功能同步成像的关键难点。目前一般有两种解决方法，一种是在内窥镜原白光光源前添加可旋转的滤光轮，滤光轮上安装两片及以上数量的特定波段的滤光片并进行电控驱动；另一种方法则是使用多个特定波长的光源进行分时点亮照明。例如，申请号“CN201710312530.3”的专利技术专利“基于硬式内窥镜的多光谱荧光成像系统及成像方法”、申请号“CN201710046429.8”的专利技术专利“一种多光谱内窥镜成像装置”、申请号“CN201710312538.X”的专利技术专利“一种荧光内窥成像系统”均是利用滤光轮进行光波段选择，申请号“201610376586.0”的专利技术专利“一种多光谱内窥镜成像图像的获取方法及其系统”是利用多个单色光源进行分时点亮的方法。上述两种方法都无法对多种波段光信号进行同步采集，导致结构图像和功能图像是在不同时刻获取的，后续进行信号分析或图像融合时会发生不可避免的信号误差。在结构上，滤光轮属机械切换，存在延时显著、机械寿命相对有限、机械噪声偏大的问题，多光源分时点亮不适合对光源性能(例如功率、相干性)有较高稳定性要求的应用。此外，不同的光学成像对图像采集单元的要求也不一致，例如荧光成像一般要求高灵敏EMCCD相机，激光散斑血流成像一般使用单色成像器件，而结构成像仅普通图像采集设备即可，所以在同步成像时，使用同一个相机往往无法同时适用于两种模式的成像需求。血流是生命机体的重要生理参数，属功能信号，病灶区域大都会伴随血流升高或血流降低的异常表征，可体现结构/形态信号无法表现的信息。例如人体腔道内的微小肿瘤，在结构成像上难以发现或鉴定，但在血流图像上，可有效、快速地发现血流信号异常升高的疑似肿瘤组织，在肿瘤鉴定阳性后，可在血流图像对肿瘤边界进行有效界定。激光散斑血流成像技术或激光多普勒技术是近年来新兴的血流信号的检测与成像手段，均具有非接触、无创、无需造影剂的优势，前者还可脱离机械扫描的限制进行全场的血流成像，时间分辨率可达到数十毫秒量级，空间分辨率可达微米量级，因其无创性和实时性，近年来深受临床检测的欢迎。利用内窥系统实现彩色结构图像、激光散斑血流功能图像的同步采集、显示，对于病灶的快速、有效的定性、定位具有重要的临床指导意义。在申请号“CN201610090949.4”的专利技术专利“一种内窥镜成像系统”中，将内窥成像技术与激光散斑血流成像技术进行结合，但同样存在无法同步获取结构图像与功能图像的问题，多种光源为分时控制，且采用单一的成像器件，难以满足不同彩色结构图像和血流图像检测对光电成像器件不同性能的要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种同时获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像方法及系统。本专利技术公开了一种同步获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像方法。该方法过程为：将激光和可见光通过内窥镜光学系统同时照明待测生物组织，经过内窥镜光学系统后，使用分光部件将经生物组织后向散射的激光和可见光分离，用两个光电成像器件分别探测成像；其中，生物组织后向散射的可见光由彩色光电成像器件采集，获得生物组织彩色图像；生物组织后向散射的激光由单色光电成像器件采集，经激光散斑血流成像方法处理得到生物组织血流图像。所述激光的线宽稳定度(即线宽的波动)小于±0.02nm。所述激光为近红外波段。所述激光通过单模光纤束耦合至内窥镜光学系统。本专利技术公开了一种同步获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像系统。该系统包括可见光源和激光光源，所述可见光源和激光光源发出的光经过耦合单元后通过内窥镜照明组件照明待测生物组织，生物组织后向散射的可见光和激光经内窥镜成像组件后被分光部件分离，经过光学适配器分别由彩色光电成像器件、单色光电成像器件采集，所述彩色光电成像器件、单色光电成像器件与图像处理单元连接，所述图像处理单元与图像显示单元连接。如图1所示，本专利技术装置的照明单元包括宽光谱的可见光源和激光光源，所述耦合单元将可见光源和激光光源与内窥镜光学系统的照明组件相连，所述内窥镜光学系统包括照明组件和成像组件，所述分光部件与成像组件连接，将待测生物组织反射的宽光谱可见光和激光分离，可见光经过光学适配器与彩色光电成像器件相连，激光经过光学适配器与单色光电成像器件相连，所述图像处理单元和彩色光电成像器件、单色光电成像器件相连，所述图像显示单元和图像处理单元相连。所述激光光源2包括半导体激光器、驱动电流控制器、恒温腔及恒温控制器，所述半导体激光器波长为近红外波段，与驱动电流控制器相连，所述半导体激光器安装于恒温腔内，所述恒温腔与恒温控制器相连，恒温控制器控制半导体激光器温度波动小于±0.01℃。所述耦合单元3包括激光光源连接适配器、可见光光源连接适配器、单模光纤束、多模光纤束、内窥镜光学系统照明组件连接适配器，所述单模光纤束与激光光源连接适配器相连，所述多模光纤束与可见光光源适配器相连，所述内窥镜光学系统照明组件连接适配器与单模光纤束、多模光纤束相连。所述单色光电成像器件10为面阵数字CCD相机/摄像机，或面阵数字CMOS相机/摄像机，其模数转换位数不低于12位。所述分光部件6由一个二向色镜或分光棱镜、第一滤光器、第二滤光器组成，第一滤光器滤除激光，所述第二滤光器滤除宽光谱可见光。本专利技术使用了两个光电成像器件，同时获取生物组织彩色结构图像与血流图像，克服了采用单个光电成像器件需要滤光轮或多光源分时切换所造成的成像速度慢及时间不同步等缺点。分光部件配合两个光电成像器件的使用，使得激光不必分时点亮，保证激光光源性能在预热时间后的长期稳定。此外，激光光源使用恒温恒流双重驱动控制，保证输出激光的高度稳定性和相干性；光耦合单元使用单模光纤传输激光，有效防止光纤弯曲或运动时对照明激光的扰动；激光为单色光源，使用单色光电成像器件采集生物组织反射的激光信号，避免使用彩色成像器件导致采样像素损失；上述是保证使用内窥镜光学系统获取高质量血流图像的重要举措。附图说明图1为本专利技术的同步获取可见光彩色图像及血流图像的内窥镜光学成像系统的原理示意框图。图2为本专利技术的内窥镜光学成像系统结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像方法，其特征在于，将激光和可见光通过内窥镜光学系统同时照明待测生物组织，经过内窥镜光学系统后，使用分光部件将经生物组织后向散射的激光和可见光分离，用两个光电成像器件分别探测成像；其中，生物组织后向散射的可见光由彩色光电成像器件采集，获得生物组织彩色图像；生物组织后向散射的激光由单色光电成像器件采集，经激光散斑血流成像方法处理得到生物组织血流图像。

【技术特征摘要】
1.一种同步获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像方法，其特征在于，将激光和可见光通过内窥镜光学系统同时照明待测生物组织，经过内窥镜光学系统后，使用分光部件将经生物组织后向散射的激光和可见光分离，用两个光电成像器件分别探测成像；其中，生物组织后向散射的可见光由彩色光电成像器件采集，获得生物组织彩色图像；生物组织后向散射的激光由单色光电成像器件采集，经激光散斑血流成像方法处理得到生物组织血流图像。2.根据权利要求1所述的内窥镜光学成像方法，其特征在于所述激光的波长为近红外波段。3.根据权利要求1所述的内窥镜光学成像方法，其特征在于所述激光的线宽稳定度小于±0.02nm。4.根据权利要求1所述的内窥镜光学成像方法，其特征在于所述激光用单模光纤束从激光器传输耦合至内窥镜光学系统。5.根据权利要求1所述的内窥镜光学成像方法，其特征在于所述单色光电成像器件为面阵数字CCD相机/摄像机，或面阵数字CMOS相机/摄像机，其模数转换位数不低于12位。6.一种同步获取可见光彩色图像与血流图像的内窥镜光学成像系统，其特征在于，该系统包括可见光源和激光光源，所述可见光源和激光光源发出的光经过耦合单元后通过照明组件照明待测生物组织，生物组织后向散射的可见光和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红艳，
申请(专利权)人：武汉迅微光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42