一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法，首先根据目标荧光分子的光谱和光强，选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源；通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致；连续宽光谱光源出射光束，经准直、空间光调制器调控后，投影得到数字组织仿生模体。该方法生成的数字组织仿体具备强度高，稳定性高，多样性强，精度较高等特点，其实现方法简便，手段灵活，成本较低。成本较低。成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法


[0001]本专利技术涉及生物成像
，尤其涉及一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法。

技术介绍

[0002]荧光成像是医学研究中非常重要的一种手段，将荧光分子染在特定的组织结构上，使用特定波长的光线激发荧光分子，基于斯托克斯位移，荧光分子能够发射波长更长的光线，通过检测该发射光，便能反映组织的结构和功能。荧光成像往往具有较高的对比度和分辨率，在普通白光照明成像的条件下难以发觉的病变，通过荧光的方法可以有效克服该难题，荧光成像在临床病理检测、荧光导航诊疗的过程中发挥着重要作用。荧光成像系统以染色组织作为观测样本，由于荧光分子存在稳定性问题，这些样本的有效期通常只能放置维持较短的时间，同时生物组织也存在变质的问题；此外，样本与样本之间由于染色、散射、吸收等差异，荧光发射状况也有较大的差异，当使用不同荧光设备对不同样本进行成像时，其成像效果难以进行有效评测，对荧光成像设备的标准化、质量控制等产生一定的阻碍。
[0003]组织仿生模体可用于模拟生物组织，不同系统对仿生模体的要求稍有差异，大体上包括其光学性质例如透明度、光谱，或者是弹性性质，电学性质等等。在荧光成像领域，仿生模体较多的关注其光学性质，从形式上可分为实体仿体和数字仿体两大类。相较于实体仿体来说，数字组织仿体具有极高的稳定性。现有技术中，数字组织仿体的生成方式中，图像的光谱信息固定不变，其光谱信息与实际生物组织仍然有较大的区别。并且在数字图像投影过程中，采用超连续激光作为光源，由光栅及DMD组合，实现光谱调制，需要用到价格较高、体积较大的超连续激光器，对光束的准直性要求较高，带来一定的不便。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多光谱调控的组织仿生模体（Phantom）及其生成方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]本专利技术实施例的第一方面提供了一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0007]步骤S1，根据目标荧光分子的光谱和光强，经仿真选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源；
[0008]步骤S2，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率及透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致；
[0009]步骤S3，步骤S2调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控后，投影得到二维数字组织仿生模体。
[0010]进一步地，目标荧光分子的光谱半高全宽假设为Δλ，目标荧光分子的光谱曲线记为λ0，不同波长的LED光源的带宽记为{Δλ1，Δλ2，
…
，Δλ
i
，
…
，Δλ
n
‑1，Δλ
n
}，相应的中心波
长记为{λ1，λ2，
…
，λ
i
，
…
，λ
n
‑1，λ
n
}，当λ
i
<λ
i+1
，选取的LED光源满足以下两个表达式：
[0011]Δλ1+（λ
n
‑
λ1）+Δλ
n
>Δλ
[0012]|λ
i+1
‑
λ
i
|<min[Δλ
i+1
，Δλ
i
]。
[0013]进一步地，确定LED光源间的功率配比包括：
[0014]对选取的LED光源的光谱进行简化，得到叠加组成连续宽光谱光源对应的光谱曲线，记为λ'，公式如下：
[0015][0016]式中，α
i
为光谱系数，为方差，，Δλ
i
为第i个LED光源对应的带宽，λ
i
为第i个LED光源对应的中心波长；i=1，2，
…
，n；n为LED光源的个数。同时，使连续宽光谱光源对应的光谱曲线λ'与目标荧光分子的光谱曲线λ0一致，即满足表达式：
[0017]根据光谱系数α
i
确定不同波长的LED光源间的功率配比，若光谱系数较大，则相应波段的LED光源的功率要求越高。
[0018]进一步地，所述步骤S2还包括：测量连续宽光谱光源的光谱及功率，获取连续宽光谱光源的实际光谱曲线和实际光强数值，测量并获取目标荧光分子实际的光强数值，根据目标荧光分子实际的光强数值对连续宽光谱光源进行校正。
[0019]进一步地，所述步骤S2还包括：根据连续宽光谱光源的实际光谱曲线、连续宽光谱光源与目标荧光分子的实际光强数值之比确定连续宽光谱光源对应的光谱
‑
光强线性组合系数；根据光谱
‑
光强线性组合系数调控校正后的连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，LED光线透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致。
[0020]进一步地，所述LED光线透过率系数t设置为0.1~0.9。
[0021]进一步地，所述步骤S3基于多光谱调控的组织仿生模体的生成装置实现，所述生成装置包括：多光源模块，多光源模块提供连续宽光谱光源，且安装于多光源安装板上，多光源安装板上连接有多光源功率控制模块对各个LED的功率进行调控；连续宽光谱光源出射的光束经耦合透镜组准直输出，经空间光调制器进行空间光场调制，通过投影透镜投射到漫反射屏上，漫反射屏上呈现的图像即为二维组织仿生模体。
[0022]进一步地，多光源模块的总发光面积应小于耦合透镜组的孔径。
[0023]本专利技术实施例的第二方面提供了一种基于多光谱调控的组织仿生模体，由上述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法制得。
[0024]本专利技术实施例的第三方面提供了一种基于多光谱调控的组织仿生模体在评测荧光成像系统中的应用。
[0025]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，根据目标荧光分子的光谱和光强，选择若干不同波长的LED光源，叠加组成连续宽光谱光源，该连续宽光谱光源组合具备体积小、易于集成、价格便宜等特点。
[0026]并且，该连续宽光谱光源具备光谱可调的特性，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致。调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控
后，投影得到稳定性高、光束强度高、光谱相似度高的二维数字组织仿生模体。
[0027]同时，通过本专利技术生成方法得到的多光谱调控的二维数字组织仿生模体光谱多样性强，可模拟ICG荧光、亚甲基蓝(MB)荧光分子、荧光素钠荧光分子等多种波段的荧光。并且该多光谱调控的二维数字组织仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤S1，根据目标荧光分子的光谱和光强，经仿真选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源；步骤S2，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率及透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致；步骤S3，步骤S2调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控后，投影得到数字组织仿生模体。2.根据权利要求1所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，目标荧光分子的光谱半高全宽假设为Δλ，目标荧光分子的光谱曲线记为λ0，不同波长的LED光源的带宽记为{Δλ1，Δλ2，
…
，Δλ
i
，
…
，Δλ
n
‑1，Δλ
n
}，相应的中心波长记为{λ1，λ2，
…
，λ
i
，
…
，λ
n
‑1，λ
n
}，当λ
i
<λ
i+1
，选取的LED光源满足以下两个表达式：Δλ1+（λ
n
‑
λ1）+Δλ
n
>Δλ;|λ
i+1
‑
λ
i
|<min[Δλ
i+1
，Δλ
i
]。3.根据权利要求1或2所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，确定LED光源间的功率配比包括：对选取的LED光源的光谱进行简化，得到叠加组成连续宽光谱光源对应的光谱曲线，记为λ'，公式如下：;式中，α
i
为光谱系数，为方差，，Δλ
i
为第i个LED光源对应的带宽，λ
i
为第i个LED光源对应的中心波长；i=1，2，
…...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁绩，陈晓鹏，宋嘉伟，杨青，王立强，高兴俊，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：