一种基于显微高光谱的原位层析成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于显微高光谱的原位层析成像系统及方法，涉及高光谱成像技术领域，解决现有无法实现光谱成像、无法精准的确定各微观结构的定性信息的技术问题，包括一种基于显微高光谱的原位层析成像系统，包括高光谱相机、光学成像透镜组和光学显微镜组；高光谱相机包括外壳、成像光谱仪、面阵探测器和精密电控二维平台，光学成像透镜组与外壳连接；精密电控二维平台包括扫描结构和调焦结构，扫描结构用于带动成像光谱仪沿水平方向朝光学显微镜组的成像镜头的方向作相对运动，调焦结构用于带动成像光谱仪作纵向运动；本发明专利技术通过图像和光谱融合在一起的属性来对目标进行定性、定量、定位的多方位研究。定位的多方位研究。定位的多方位研究。

【技术实现步骤摘要】
一种基于显微高光谱的原位层析成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及高光谱成像
，更具体的是涉及一种基于显微高光谱的原位层析成像系统及方法。

技术介绍

[0002]高光谱成像(Hyperspectral Image)技术通过光谱图像信息为临床医学提供了一种有效的辅助诊断手段，具有巨大的发展潜力。HSI能够同时获取待测物体目标的图像信息和光谱信息，具有图谱合一的独特优势。利用HSI对组织等进行检测时，因光能够穿透生物组织一定的厚度，由于生物组织结构的不均一性，光会在各个方向发生散射效应，而血红蛋白、黑色素和水等则会吸收不同波长的光。因此，不同组织或器官的反射光谱、荧光光谱、透射光谱等取决于自身的生物化学和组织学特性，这就为鉴别正常组织和癌变组织提供了强有力的依据。图像中每个像素的光谱特征使HSI技术能够识别各种病理状况。在非侵入性癌症检测、糖尿病足溃疡、心脏和循环系统病理学及其他疾病检测、手术指导等方面发挥了重要作用。通过观察目标的微观尺度的组织及其光谱特征，进而对目标的构造、特性进一步了解和应用的新型的、非接触式的光学诊断技术技术，进而引入一种新型的图像获取技术，即高光谱显微成像技术。
[0003]高光谱成像(Hyperspectral Image)是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。是一种将成像技术和光谱技术相结合的多维信息获取技术，同时探测目标的二维几何空间与一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。高光谱图像数据的光谱分辨率高达10
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2λ数量级，在可见到短波红外波段范围内光谱分辨率为纳米(nm)级，光谱波段数多达数十个甚至上百个，各光谱波段间是通常连续，图像数据的每个像元均可以提取一条完整的高分辨率光谱曲线。
[0004]HSI也广泛应用在其他生物医学领域，如检测龋齿和人喉黏膜变化、视网膜领域等疾病。此外，HSI在除皮肤癌外的其他皮肤疾病检测方面也发挥了重要作用，如皮瓣移植预后及监测、皮损检测、皮肤色素检测等。血运障碍是皮瓣移植手术后的常见并发症，严重者可导致大块组织坏死或手术失败，而术后的早期监测可使外科医生通过及时的干预来减小并发症的影响。在生物医学检测的领域当中，各环节所需的各类生物切片的样本虽然在经过涂片、辅片、磨片等处理后呈现为薄片状态，但是这些样本在物理结构上仍然具有微小量的厚度及不均匀性。无法在显微镜单一的景深状态下能够清晰的呈现所观察视场中全部样本的细节信息。
[0005]目前，行业内主要通过图像目标提取、图像清晰度评价与图像融合等基于图像处理算法的方式来获取多景深显微镜图像的层析信息。
[0006]利用近红外线及光学干涉原理对生物组织进行成像。干涉成像的原理：简单地说就是将光源发出的光线分成两束，一束发射到被测物体(血管、组织)，这段光束被称为信号臂，另一束到参照反光镜，称为参考臂。然后把从组织(信号臂)和从反光镜(参考臂)反射回来的两束光信号叠加。当信号臂和参考臂的长度一致时，就会发生干涉。从组织中反射回来
的光信号随组织的形状而显示不同强弱。把它与从反光镜反射回来的参考光信号叠加，光波定点一致时信号增强(增加干涉)，光波定点方向相反时信号减弱(削减干涉)。形成干涉的条件是频率相同，相位差恒定。
[0007]利用干涉原理，光学相干层析成像(OCT)比较标准光源与反射信号以增强单一反射，减弱散射光线的放射。由于干涉只发生在信号臂和参考臂长度相同时，所以改变反光镜的位置，就改变了参考臂的长度，则可以得到不同深度的组织的信号。这些光信号经过计算机处理便可得到组织断层图像。但是，运用此技术无法实现光谱成像、无法精准的确定各微观结构的定性信息。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于：为了解决上述无法实现光谱成像、无法精准的确定各微观结构的定性信息的技术问题，本专利技术提供一种基于显微高光谱的原位层析成像系统及方法。
[0009]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0010]一种基于显微高光谱的原位层析成像系统，包括高光谱相机、光学成像透镜组和光学显微镜组；
[0011]高光谱相机包括外壳、与光学成像透镜组相配合的成像光谱仪、与成像光谱仪一端连接的面阵探测器、与成像光谱仪底面连接的精密电控二维平台，光学成像透镜组与外壳连接；
[0012]其中，精密电控二维平台包括扫描结构和调焦结构，扫描结构用于带动成像光谱仪沿水平方向朝光学显微镜组的成像面方向作相对运动，调焦结构用于带动成像光谱仪作纵向运动。
[0013]进一步地，精密电控二维平台还包括扫描平台台面，扫描结构和调焦结构分别位于扫描平台台面相邻的两侧外侧壁上，扫描平台台面从上至下依次包括第一台面、第二台面和第三台面，第一台面与第二台面、第二台面与第三台面滑动连接，扫描结构带动第一台面沿水平方向朝光学显微镜组的成像镜头的方向运动，调焦结构带动第一台面和第二台面作纵向运动。
[0014]进一步地，扫描结构包括扫描电机、扫描推杆和顶块一，扫描电机与第二台面的外侧壁连接，扫描电机的输出端与扫描推杆的一端连接，扫描推杆的另一端与顶块一连接，顶块一与第一台面的外侧壁连接。
[0015]进一步地，调焦结构包括调焦电机、调焦推杆和顶块二，调焦电机与第一台面和第二台面的外侧壁连接，调焦电机的输出端与调焦推杆的一端连接，调焦推杆的另一端与顶块二连接，顶块二与第三台面的外侧壁连接。
[0016]进一步地，第一台面与第二台面、第二台面与第三台面均通过交叉滚子导轨滑动连接。
[0017]进一步地，第一台面和第二台面的中间位置分别设置有用于触发机械零点的限位片一和限位片二。
[0018]进一步地，精密电控二维平台通过控制主板实现运动控制，控制主板设置在扫描平台台面的内部。
[0019]进一步地，成像光谱仪的成像狭缝的长度为14.2mm，宽度为30um。
[0020]另外，本专利技术还提供一种基于显微高光谱的原位层析成像系统的成像方法，包括以下步骤：
[0021]步骤S1：将样品放置在显微样品台上，物镜下方的像成像在高光谱相机的成像狭缝上；
[0022]步骤S2：通过调焦结构带动成像光谱仪作纵向运动，确定调焦维度；
[0023]步骤S3：通过扫描结构带动成像光谱仪进行平移推扫成像，获取被测目标的一层图像数据；
[0024]步骤S4：通过调焦结构调整成像光谱仪在纵向方向上的位置，每调整一个间隔，重复执行步骤S3，得到多层图像数据；
[0025]步骤S5：将获取到的多层图像数据叠加，得到高光谱层析影像。
[0026]进一步地，步骤S3具体为：每次成X方向上的像后，在扫描结构带动成像光谱仪移动的过程中，面阵探测器会对待测目标扫出一条带状轨迹从而完成Y方向上的扫描，根据X方向和Y方向上的扫描信息得到被测目标的一层三维高光谱图像数据，采集完成后，扫描结构会带动成像光谱仪返回到起点位置处，等待执行下一次的采集指令。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于显微高光谱的原位层析成像系统，其特征在于，包括高光谱相机(1)、光学成像透镜组(2)和光学显微镜组(3)；所述高光谱相机(1)包括外壳(4)、与所述光学成像透镜组(2)相配合的成像光谱仪(5)、与所述成像光谱仪(5)一端连接的面阵探测器(6)、与成像光谱仪(5)底面连接的精密电控二维平台(7)，所述光学成像透镜组(2)与所述外壳(4)连接；其中，所述精密电控二维平台(7)包括扫描结构(8)和调焦结构(12)，所述扫描结构(8)用于带动成像光谱仪(5)沿水平方向朝光学显微镜组(3)的成像面方向作相对运动，所述调焦结构(12)用于带动成像光谱仪(5)作纵向运动。2.根据权利要求1所述的一种基于显微高光谱的原位层析成像系统，其特征在于，所述精密电控二维平台(7)还包括扫描平台台面(16)，所述扫描结构(8)和所述调焦结构(12)分别位于所述扫描平台台面(16)相邻的两侧外侧壁上，扫描平台台面(16)从上至下依次包括第一台面(17)、第二台面(18)和第三台面(19)，所述第一台面(17)与第二台面(18)、第二台面(18)与第三台面(19)滑动连接，扫描结构(8)带动第一台面(17)沿水平方向朝光学显微镜组(3)的成像镜头的方向运动，调焦结构(12)带动第一台面(17)和第二台面(18)作纵向运动。3.根据权利要求2所述的一种基于显微高光谱的原位层析成像系统，其特征在于，所述扫描结构(8)包括扫描电机(9)、扫描推杆(10)和顶块一(11)，所述扫描电机(9)与第二台面(18)的外侧壁连接，扫描电机(9)的输出端与所述扫描推杆(10)的一端连接，扫描推杆(10)的另一端与所述顶块一(11)连接，顶块一(11)与第一台面(17)的外侧壁连接。4.根据权利要求3所述的一种基于显微高光谱的原位层析成像系统，其特征在于，所述调焦结构(12)包括调焦电机(13)、调焦推杆(14)和顶块二(15)，所述调焦电机(13)与第一台面(17)和第二台面(18)的外侧壁连接，调焦电机(13)的输出端与所述调焦推杆(14)的一端连接，调焦推杆(14)的另一端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘业林，雷寓博，赵慧敏，赵静远，陈海霞，黄智辉，张俊芹，霍纪岗，周艳秋，杨娇，黄宇，蔡晓龙，
申请(专利权)人：江苏双利合谱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：