一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像方法和装置，包括光源，配置为发出四色序列光；黑白相机；光学成像系统，滤除所述对象的部分光线，同时引导光线成像；控制与计算系统，用于控制所述光源发光，获取并计算分析影像从而得到彩色图像和荧光图像；以及监视器显示所述对象的彩色图像和荧光图像。本发明专利技术还提供了一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像方法。本发明专利技术结构简单、造价经济且成像质量佳，为此类设备在经济欠发达地区的推广提供了一种优选方案。

【技术实现步骤摘要】
一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像方法和装置
本专利技术涉及医学四色多光谱成像，更具体的，本专利技术涉及使用黑白相机实现人体组织的可见光和近红外光成像的方法和装置。
技术介绍
近红外成像已经被广泛被应用于临床医学，一般借助近红外(简称NIR)造影剂(荧光染色剂)实现。所述造影剂在近红外光照明下可发出不同波段的近红外荧光。吲哚青绿(简称ICG)是一种常见的近红外造影剂，具有与血浆蛋白结合率高、不被肝外组织吸收的特点，是一种高效的血管标注染料，也是目前唯一被美国食品药品管理局(FDA)所批准的临床使用的近红外光学成像对比增强剂，广泛用于心血管系统、肝功能评估、视网膜和脉络膜的可视化、脑血管造影、眼科血管造影、前哨淋巴结造影等应用。近红外造影剂一般通过静脉注射或者皮下注射的方式导入待观察组织，用于对应组织机构和功能(血液、淋巴或胆汁的流动)的近红外成像，上述组织结构和功能在普通可见光照明下是不易成像的，或者成像的对比度不够显著。目前，存在一些市售的系统可用来实现近红外成像。此类系统的示例包括加拿大Novadaq公司的SPY和Pinpoint系统、Fluoptics公司的FluoBeam800手持式单元以及莱卡和蔡司公司的可观察近红外成像的手术显微镜等。其中一些设备，例如Pinpoint，具备可见光和近红外光的多光谱成像能力。此类设备可在多种成像模式中切换，包括可见光成像模式、近红外成像模式、近红外成像与可见光成像同时成像模式，以方便医生以不同的方式观看成像区域并进行比对。对于近红外成像与可见光成像同时成像模式，市售系统一般采用以下三种方案实现。第一种方案是基于一台3传感器(3CCD或3CMOS)彩色相机实现可见光和近红外快速交替成像，该方案的缺点在于造价昂贵，非常不利于此类设备在欠发达地区的推广使用；第二种方案是基于单彩色传感器的相机实现可见光和近红外快速交替成像，此方案的缺点在于单彩色传感器的Bayer插值模式会在一定程度上牺牲色彩保真度；第三种方案是通过使用两个相机(彩色相机+近红外相机)，或者使用一个包括两个传感器(彩色传感器+近红外传感器)的相机，来实现可见光彩色和近红外光的同时成像，此方案的缺点在于光学结构复杂，彩色成像与近红外成像之间存在空间位置偏差，不利于两种成像的融合处理，另外双相机的方案会造成成像单元体积较大，不利于临床医生手持。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于黑白单相机的医用可见光和近红外光成像方法和装置。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，包括光源，配置为发出四色序列光，照明被观察的对象，所述四色序列光为四种单色光相继发出形成，所述四种单色光包括蓝光、绿光、红光和近红外光；黑白相机，配置为采集所述对象的影像，其帧率不低于100帧每秒；光学成像系统，包括入光滤光器，配置为滤除所述对象的部分光线，还包括光学透镜，用于引导所述对象的其他波段光线成像于所述黑白相机；控制与计算系统，其电连接于所述光源和所述黑白相机，用于控制所述光源发出所述四色序列光，也用于获取并计算分析所述黑白相机采集到的影像从而得到所述对象的彩色图像和荧光图像；以及监视器，其电连接于所述控制与计算系统，接收并显示所述对象的所述彩色图像和荧光图像。根据本专利技术的一实施方式，所述入光滤光器为滤光片，配置为滤除所述对象反射的近红外光。根据本专利技术的一实施方式，所述入光滤光器包括入光滤光轮，所述入光滤光轮周向布设红光带通滤光片、绿光带通滤光片、蓝光带通滤光片以及荧光带通滤光片，通过旋转所述入光滤光轮在不同时间段只允许一定波段的光线通过或不允许任何光线通过，所述入光滤光轮电连于所述控制与计算系统，被配置为在所述光源发出蓝光、绿光、红光和近红外光的时间段对应地只允许蓝光、绿光、红光和荧光通过。根据本专利技术的一实施方式，所述黑白相机为面阵相机，所述面阵相机的像元方阵横向像元数量不低于1800个，所述方阵纵向像元数量不低于900个。根据本专利技术的一实施方式，所述光源包括近红外光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出近红外光脉冲；近红外光准直透镜，其对应所述近红外光源设置，将所述近红外光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式红外光光束；白光光源，其用于发出可见光，发光时间受所述控制与计算系统控制；白光准直透镜，其对应所述白光光源设置，将所述可见光进行光学准直从而形成白光光束；滤光器，被配置为不同时间段内允许不同波段的光线通过，也可以配置为不允许任何光线通过，所述白光光束射向所述滤光器后产生蓝光、绿光、红光形成三色序列光束；以及合光光学元件，其用于将两条不同方向射入的光束合并为一条光束，所述脉冲式红外光光束和所述三色序列光束从不同方向射入所述合光光学元件，形成四色序列光。根据本专利技术的一实施方式，所述的一种黑白单相机实现的医用多光谱成像装置，其特征在于，所述合光光学元件包括二向色性分光镜，所述滤光器为滤光轮。根据本专利技术的一实施方式，所述三色序列光束方向和所述脉冲式红外光光束方向垂直，所述二向色性分光镜的一面与所述三色光序列光束和所述脉冲式近红外光光束均呈45度设置。根据本专利技术的一实施方式，所述光源包括近红外光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出近红外光脉冲；近红外光准直透镜，其对应所述近红外光源设置，将所述近红外光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式红外光光束；红光光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出红光脉冲；红光准直透镜，其对应所述红光光源设置，将所述红光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式红光光束；绿光光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出绿光脉冲；绿光准直透镜，其对应所述绿光源设置，将所述绿光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式绿光光束；蓝光光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出蓝光脉冲；蓝光准直透镜，其对应所述蓝光源设置，将所述蓝光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式蓝光光束；以及不少于3个合光光学元件，任一所述合光光学元件用于将两条不同方向射入的光束合并为一条光束，所述合光光学元件被配置为将所述脉冲式红外光光束、脉冲式红光光束、脉冲式蓝光光束、脉冲式绿光光束光学处理为四色序列光。根据本专利技术的一实施方式，所述合光光学元件共3个，包括第一二向色性分光镜、第二二向色性分光镜以及第三二向色性分光镜，所述脉冲式红光光束、脉冲式蓝光光束以及脉冲式绿光光束方向相同且与所述脉冲式红外光光束垂直，所述第一二向色性分光镜的一面与所述脉冲式红光光束和所述脉冲式近红外光光束均呈45度设置，其用于将所述脉冲式红光光束和所述脉冲式近红外光光束光学处理为包含红光和近红外光的二色序列光束，所述第二二向色性分光镜的一面与所述脉冲式绿光束和所述二色序列光束均呈45度设置，其用于将所述脉冲式绿光光束和所述二色序列光束光学处理为包含绿光、红光和近红外光的三色序列光束，所述第三二向色性分光镜的一面与所述脉冲式蓝光束和所述三色序列光束光束均呈45度设置，其用于将所述脉冲式蓝光光束和所述三色序列光束光学处理为包含蓝光、绿光、红光和近红外光的四色序列光束。为实现上述专利技术目的，本专利技术还采用如下技术方案。根据本专利技术的一个方面，提供一种黑白单相机实现的医本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，包括光源，配置为发出四色序列光，照明被观察的对象，所述四色序列光为四种单色光相继发出形成，所述四种单色光包括蓝光、绿光、红光和近红外光；黑白相机，配置为采集所述对象的影像，其帧率不低于100帧每秒；光学成像系统，包括入光滤光器，配置为滤除所述对象的部分光线，还包括光学透镜，用于引导所述对象的其他波段光线成像于所述黑白相机；控制与计算系统，其电连接于所述光源和所述黑白相机，用于控制所述光源发出所述四色序列光，也用于获取并计算分析所述黑白相机采集到的影像从而得到所述对象的彩色图像和荧光图像；以及监视器，其电连接于所述控制与计算系统，接收并显示所述对象的所述彩色图像和荧光图像。

【技术特征摘要】
1.一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，包括光源，配置为发出四色序列光，照明被观察的对象，所述四色序列光为四种单色光相继发出形成，所述四种单色光包括蓝光、绿光、红光和近红外光；黑白相机，配置为采集所述对象的影像，其帧率不低于100帧每秒；光学成像系统，包括入光滤光器，配置为滤除所述对象的部分光线，还包括光学透镜，用于引导所述对象的其他波段光线成像于所述黑白相机；控制与计算系统，其电连接于所述光源和所述黑白相机，用于控制所述光源发出所述四色序列光，也用于获取并计算分析所述黑白相机采集到的影像从而得到所述对象的彩色图像和荧光图像；以及监视器，其电连接于所述控制与计算系统，接收并显示所述对象的所述彩色图像和荧光图像。2.如权利要求1所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述入光滤光器为滤光片，配置为滤除所述对象反射的近红外光。3.如权利要求1所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述入光滤光器包括入光滤光轮，所述入光滤光轮周向布设红光带通滤光片、绿光带通滤光片、蓝光带通滤光片以及荧光带通滤光片，通过旋转所述入光滤光轮在不同时间段只允许一定波段的光线通过或不允许任何光线通过，所述入光滤光轮电连于所述控制与计算系统，被配置为在所述光源发出蓝光、绿光、红光和近红外光的时间段对应地只允许蓝光、绿光、红光和荧光通过。4.如权利要求2所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述黑白相机为面阵相机，所述面阵相机的像元方阵横向像元数量不低于1800个，所述方阵纵向像元数量不低于900个。5.如权利要求1-4任一所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述光源包括近红外光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出近红外光脉冲；近红外光准直透镜，其对应所述近红外光源设置，将所述近红外光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式红外光光束；白光光源，其用于发出可见光，发光时间受所述控制与计算系统控制；白光准直透镜，其对应所述白光光源设置，将所述可见光进行光学准直从而形成白光光束；滤光器，被配置为不同时间段内允许不同波段的光线通过，也可以配置为不允许任何光线通过，所述白光光束射向所述滤光器后产生蓝光、绿光、红光形成三色序列光束；以及合光光学元件，其用于将两条不同方向射入的光束合并为一条光束，所述脉冲式红外光光束和所述三色序列光束从不同方向射入所述合光光学元件，形成所述四色序列光。6.如权利要求5所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述合光光学元件包括二向色性分光镜，所述滤光器为滤光轮。7.如权利要求6所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述三色序列光束方向和所述脉冲式红外光光束方向垂直，所述二向色性分光镜的一面与所述三色光序列光束和所述脉冲式近红外光光束均呈45度设置。8.如权利要求1-4任一所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述光源包括近红外光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出近红外光脉冲；近红外光准直透镜，其对应所述近红外光源设置，将所述近红外光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式红外光光束；红光光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出红光脉冲；红光准直透镜，其对应所述红光光源设置，将所述红光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式红光光束；绿光光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出绿光脉冲；绿光准直透镜，其对应所述绿光源设置，将所述绿光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式绿光光束；蓝光光源，发光时间受所述控制与计算系统控制，可发出蓝光脉冲；蓝光准直透镜，其对应所述蓝光源设置，将所述蓝光脉冲进行光学准直从而形成近脉冲式蓝光光束；以及不少于3个合光光学元件，任一所述合光光学元件用于将两条不同方向射入的光束合并为一条光束，所述合光光学元件被配置为将所述脉冲式红外光光束、脉冲式红光光束、脉冲式蓝光光束、脉冲式绿光光束光学处理为四色序列光。9.如权利要求8所述的一种黑白单相机实现的医用四色多光谱成像装置，其特征在于，所述合光光学元件共3个，包括第一二向色性分光镜、第二二向色性分光镜以及第三二向色性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张栋，赵雷，
申请(专利权)人：张栋，
类型：发明
国别省市：北京,11