一种内窥OCT-Raman双模成像装置及成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种内窥OCT‑Raman双模成像装置及成像方法，包括拉曼成像系统，OCT成像系统、内窥镜系统、图像重建系统和显示系统。内窥镜系统分别与拉曼成像系统和OCT成像系统相连，拉曼成像系统和OCT成像系统皆与图像重建系统相连，图像重建系统与显示系统相连。本发明专利技术能够获得较高光学分辨率的三维图像，改变了拉曼光谱的谱线形式存在方式，将拉曼光谱与OCT三维成像相关联，实现了OCT腔体平铺三维图像及其对应的拉曼三维图像的重建，使病变位置对应更加明显，提高了成像的可视化程度，实现OCT成像数据和拉曼信号准确快速的采集。

【技术实现步骤摘要】
一种内窥OCT-Raman双模成像装置及成像方法
本专利技术属于内窥镜
，尤其涉及一种内窥OCT-Raman双模成像装置及成像方法。
技术介绍
内窥镜作为一种无创或微创的成像方法，能够深入生物体内部体腔成像，已经广泛应用于血管，消化道，泌尿系统以及呼吸道等多个腔体的影像诊断。OCT是一种利用生物组织散射光相干原理成像的介观(微米尺度)活体组织高分辨率成像和观测手段，OCT内窥镜是内窥镜技术的重要分支。OCT技术有较高的分辨率的同时，又具有较大的层析能力，并且可以很容易地与光纤导管及内窥镜联用，对人体内器官进行成像。尤其是内窥频域OCT的能够实现高速实时监测、高分辨率、无损断层成像，同时能够对生物组织的形态结构、化学成分以及生理功能信息进行三维成像，在腔体类疾病和癌症的早期诊断方面具有重要的价值。然而单纯的OCT内窥成像，其分析诊断难度高，需要大量的先验知识和临床经验。为了进一步提高诊断依据，可以加入从分子级上提供生物组织特征信息的拉曼检测。实际应用中，在OCT内窥探头内，加入拉曼激发和采集光纤，可以在获取OCT图像的同时，获得腔体表面的拉曼数据，该数据不仅可以作为诊断依据，还提升了计算机辅助诊断能力。现有的OCT-Raman内窥探头，存在以下问题：首先，现有的拉曼内窥系统尽管能够获得内窥图像及其对应位置的拉曼光谱，但其拉曼光谱本身以谱线形式存在，需要复杂的数据分析才能够实现对病变的分析，与成像的内窥图像关联程度低，位置对应不明显，可视化程度较低，不能明显判断异常和病变部位。其次，在腔体内窥系统中，内窥探头的成像位置受成像导管在腔体内的位置所限制，其成像中心并不在血管中心，虽然这对内窥成像没有太大影响，但是对于拉曼检测来说，检测距离很大程度上影响了拉曼信号的强度。最后，大多数的内窥导管的机械旋转扫描是通过扭矩线缆实现的，在较大长度的腔体检测中，存在转速不均导致分均匀图像失真的问题，其转速和稳定性都受到一定程度的限制。
技术实现思路
本专利技术提供了一种内窥OCT-Raman双模成像装置及成像方法，针对腔体疾病的诊断，能够获得较高光学分辨率的三维图像的同时，改变了拉曼光谱的谱线形式存在方式，将拉曼光谱与OCT三维成像相关联，实现OCT腔体平铺三维图像及其对应的拉曼三维图像的重建，使病变位置对应更加明显，提高了成像的可视化程度；同时采用了微电机控制的探头，辅以外部气囊，实现OCT成像数据和拉曼信号准确快速的采集。本专利技术提供的技术方案为：一种内窥OCT-Raman双模成像装置，包括：拉曼成像系统、OCT成像系统、内窥镜系统、图像重建系统和显示系统；所述内窥镜系统分别与拉曼成像系统和OCT成像系统相连，所述拉曼成像系统和OCT成像系统皆与图像重建系统相连，所述图像重建系统与显示系统相连。进一步的，所述拉曼成像系统还包括拉曼激发光光源装置、拉曼光谱仪，所述拉曼激发光光源装置和拉曼光谱仪分别通过光纤与内窥镜系统连接，拉曼光谱仪和图像重建系统连接。进一步的，所述的OCT成像系统还包括激光光源装置、OCT干涉成像模块和数据采集模块；所述激光光源和OCT干涉成像模块分别通过光纤与内窥镜系统相连，数据采集模块与OCT干涉成像模块相连，数据采集模块与图像重建系统连接。进一步的，所述的内窥镜系统包括运动控制模块和内窥探头，所述运动控制模块包括依次相连的光纤连接器、运动控制装置和成像导管，内窥探头包括光纤束、滤光片、反射镜、反射镜座、微型电机、连接管，光纤保护套、气囊导管、外保护套和气囊；其中，光纤束和滤光片由光纤保护套相连，光纤束包括拉曼成像激发光纤、拉曼信号收集光纤、OCT光源光纤和OCT反射光纤；其中拉曼激发光纤、OCT光源光纤和OCT反射光纤呈三角形结构紧密排列组成中心光纤束，拉曼信号收集光纤围绕中心光纤束环形布置；反射镜固定在反射镜座上，反射镜座与连接管连接，连接管与光纤保护套由微型电机相连，所述连接管通微型电机作用，能够围绕光纤束旋转。微型电机由运动控制装置控制，微型电机包括空心定子和转子，空心定子与光纤保护套共轴连接，转子与连接管共轴连接，转子转动带动与连接管连接的反射镜转动；气囊导管与气囊相接，气囊导管固定在光纤保护套上，气囊随导管移动，气囊导管可调整气囊内气压。进一步的，所述图像重建系统还包括OCT重建系统和拉曼重建系统；所述OCT重建系统与数据采集模块连接，用于将OCT原始腔体二维图像转换为OCT腔体平铺二维图像，再利用OCT三维重建算法，将一系列内窥探头轴向移动获得的数据，生成OCT腔体平铺三维图像，所述拉曼重建系统与拉曼光谱仪连接，用于生成与OCT腔体平铺三维图像对应的拉曼三维图像。一种内窥OCT-Raman双模成像方法：步骤1：通过拉曼成像系统输出拉曼激发光源，经过内窥镜系统照射管腔样本，OCT成像系统的输出OCT成像光源照射经过内窥镜系统照射管腔样本；步骤2：管腔样本受到激发光照射，拉曼信号经内窥镜系统采集输入拉曼成像系统，OCT信号被内窥镜系统反射进入OCT成像系统；步骤3：拉曼成像系统根据管腔样本的拉曼信号生成拉曼光谱送入图像重建系统，OCT成像系统根据OCT干涉成像模块生成OCT图像数据送入图像重建系统；步骤4：每采集完一次信号，内窥探头转动一定角度重新采集信号，重复至旋转一圈；每旋转扫描一圈，内窥探头轴向移动一定距离重新采集信号，重复至完成轴向扫描。步骤5：OCT成像系统通过极坐标展开算法，使OCT原始腔体二维图像转换为OCT腔体平铺二维图像。步骤6：利用OCT三维重建算法，将一系列探头轴向移动获得的OCT原始腔体二维图像，生成OCT腔体平铺三维图像。步骤7：拉曼成像系统根据拉曼三维成像算法生成与OCT腔体平铺三维图像对应的拉曼三维图像进一步的，步骤5所述的极坐标展开算法为，利用OCT原始腔体二维图像寻找血管中心，重新建立以血管中心为原点，原X轴为极轴的极坐标系，通过图像坐标变换，将极坐标系的像素点变换到直角坐标系下，生成OCT腔体平铺二维图像；进一步的，步骤6所述的三维重建算法包括体绘制算法和光线追踪算法；进一步的，步骤7的所述拉曼三维重建算法为：拉曼成像系统根据管腔样本不同位置处不同拉曼位移的信号强度，获得表征腔体内壁不同物质的拉曼峰值，根据设置的拉曼位移，获取与OCT腔体平铺三维图像中对应腔体内壁位置的拉曼强度值，将该拉曼强度值作为纵坐标，XY轴与OCT腔体平铺三维图像对应，构成拉曼三维图像；进一步的，步骤6所述的OCT腔体平铺三维图像与步骤7所述的拉曼三维图像通过图像融合算法可实现融合显示。本专利技术具有如下优点或有益效果：本专利技术所提供的内窥OCT-Raman双模成像装置设计了有可变气囊的、可高速旋转的内窥探头，使内窥探头的成像中心始终处在血管中心，保证了拉曼信号的准确性，解决了因探头转速不均导致的图像失真问题，通过同时将拉曼激发光和激光光源经内窥镜系统定位照射到样本腔体，采集拉曼信号和OCT成像反射信号的方法实现了双模数据的采集，通过极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内窥OCT-Raman双模成像装置，其特征在于，包括：拉曼成像系统、OCT成像系统、内窥镜系统、图像重建系统和显示系统；所述内窥镜系统分别与拉曼成像系统和OCT成像系统相连，所述拉曼成像系统和OCT成像系统皆与图像重建系统相连，所述图像重建系统与显示系统相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种内窥OCT-Raman双模成像装置，其特征在于，包括：拉曼成像系统、OCT成像系统、内窥镜系统、图像重建系统和显示系统；所述内窥镜系统分别与拉曼成像系统和OCT成像系统相连，所述拉曼成像系统和OCT成像系统皆与图像重建系统相连，所述图像重建系统与显示系统相连。


2.根据权利要求1所述的内窥OCT-Raman双模成像装置，其特征在于，所述拉曼成像系统包括拉曼激发光光源装置、拉曼光谱仪，所述拉曼激发光光源装置和拉曼光谱仪分别通过光纤与内窥镜系统连接，拉曼光谱仪和图像重建系统连接。


3.根据权利要求1所述的内窥OCT-Raman双模成像装置，其特征在于，所述OCT成像系统包括激光光源装置、OCT干涉成像模块和数据采集模块；所述激光光源和OCT干涉成像模块分别通过光纤与内窥镜系统相连，所述数据采集模块与OCT干涉成像模块相连，数据采集模块与图像重建系统连接。


4.根据权利要求1所述的内窥OCT-Raman双模成像装置，其特征在于，所述内窥镜系统包括运动控制模块和内窥探头；所述运动控制模块包括依次相连的光纤连接器、运动控制装置和成像导管，所述内窥探头包括光纤束、滤光片、反射镜、反射镜座、微型电机、连接管、光纤保护套、气囊导管、外保护套和气囊；
其中，所述光纤束和滤光片由光纤保护套相连，所述光纤束包括拉曼成像激发光纤、拉曼信号收集光纤、OCT成像光源光纤和OCT成像反射光纤；其中拉曼成像激发光纤、OCT成像光源光纤和OCT成像反射光纤呈三角形结构紧密排列组成中心光纤束，拉曼信号收集光纤围绕中心光纤束环形布置；
所述反射镜固定在反射镜座上，反射镜座与连接管连接，连接管与光纤保护套由微型电机相连，所述连接管通过微型电机作用，能够围绕光纤束旋转；所述微型电机由运动控制装置控制，微型电机包括空心定子和转子，空心定子与光纤保护套共轴连接，转子与连接管共轴连接，所述转子转动带动与连接管连接的反射镜转动；
所述气囊导管与气囊相接，气囊导管固定在光纤保护套上，气囊随气囊导管移动。


5.根据权利要求1所述的内窥OCT-Raman双模成像装置，其特征在于，所述图像重建系统包括OCT重建系统和拉曼重建系统；所述OCT重建系统与数据采集模块连接，用于将OCT原始腔体二维图像转换为OCT腔体平铺二维图像，再利用OCT三维重建算法，将一系列内窥探头轴向移动获得的数据，生成OCT腔体平铺三维图像，拉曼重建系统与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春晓，徐俊琪，陈志颖，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32