【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于显微内窥成像，具体涉及一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置及方法。
技术介绍
1、癌症是威胁人类健康最可怕的疾病之一。过去的几十年中，在我国十大高发癌症中，消化道癌症发病率一直居高不下，尤其是胃癌、结直肠癌和食管癌的死亡率较高。癌症，特别是消化道肿瘤的早期发现和早诊早治是降低癌症死亡率和提高5年生存率的有效手段。
2、当前用于癌症诊断的主要技术包括核磁共振成像、超声成像、计算机断层扫描成像、核素成像、正电子发射断层扫描成像和光学成像等方法。其中，超声成像和计算机断层扫描成像更适合于结构成像，分析肿瘤病灶的解剖学形态；核磁共振成像介于结构成像和功能成像之间。这三种成像技术手段归根结底主要注重病灶的形态学诊断，无法从分子、细胞层面对早期病灶进行精准诊断。
3、光学成像、核素成像以及正电子发射断层扫描成像特别适合研究分子、代谢和生理学事件，称为功能成像，功能成像与结构成像比较，功能成像更能够反映细胞或基因表达的空间和时间分布，从而了解活体动物体内的相关生物学过程、特异性基因功能和相互作用。其中核素成像和正电子发射断层扫描成像都存在一定的缺陷，如对人体存在电离辐射、昂贵的设备和检测费用、时间或空间分辨率低、对比度和特异性差以及穿透深度不足等。光学成像技术在很大程度上规避了这些局限性，具有高时间空间分辨率、高对比度和特异性的无损成像能力，使其成为传统成像技术的替代选择。
4、光学成像包括实现对组织、器官的宏观成像和对组织、细胞或亚细胞水平的介观或微观成像。共聚焦荧光成像技术由于横向分辨
5、共聚焦显微内窥成像技术，是共聚焦显微成像技术的内窥化。利用该技术，无需活检取样就可获得体内器官的在体实时高分辨率细胞形态和黏膜组织微结构影像。由于能够在体内可视化或分析诊断目标，这些技术逐渐发展成为挑战组织病理学的潜在候选人，组织病理学仍然是诊断的金标准。共聚焦显微内窥镜以亚细胞分辨率无创检测人体中空器官或腔体的内部或实时获取组织的生化信息，配合常规光学内镜，实现在体诊断由宏观到微观的跨尺度成像，便于肿瘤的早期诊断和精准切除，有着较高的临床应用价值。
6、目前，相对流行的两种共聚焦显微内窥镜是整合式共聚焦内窥镜和探头式共聚焦内窥镜。探头式共聚焦内窥镜利用的是光纤束作为成像通道，采用近端扫描模式。但是，探头式共聚焦显微内窥镜存在自身固有的缺点：纤芯之间的非成像空间以及光纤之间的芯到芯距离会造成像素化伪影，因此，光纤束在样本平面上成像的横向分辨率有限；光纤束端面上的背景反射限制了图像对比度；此外，由于相邻光纤纤芯之间包层的光学串扰，相邻图像像素的光相互泄露，导致成像对比度会降低。
7、因此采用一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置来解决上述问题，为实现高性能、小尺寸、安全可靠的共聚焦显微内镜提供可行的技术途径是有必要的。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的问题，本专利技术提出了一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置及方法。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，包括：显微控制模块、显微光学模块和信息处理模块；
4、所述显微光学模块包括激发光源、准直扩束单元、光分束单元、光纤传像单元、内窥探头和图像采集单元；
5、其中，所述激发光源用于根据显微控制模块的控制提供照明光束；
6、所述准直扩束单元设置在激发光源的激发光路上，用于将所述激发光源的照明光束进行准直、扩束处理，得到空间光；
7、所述光分束单元设置在准直扩束单元的出射光路上，用于将空间光反射传输到光纤传像单元，同时，将来自样本表面的荧光信号透射到所述图像采集单元；
8、所述光纤传像单元设置在光分束单元的反射光路上，用于传递成像光路中的空间光和荧光信号；
9、所述内窥探头用于在显微控制模块提供的驱动信号作用下，将所述空间光照射至被测样本，待测样品收到激发后发生荧光信号后，收集来自被测样本的荧光信号，将所述荧光信号传递给所述光分束单元；
10、所述图像采集单元设置在光分束单元的透射光路上，用于根据显微控制模块的控制采集所述光分束单元透射的荧光信号；
11、所述信息处理模块用于根据图像采集单元的荧光信号生成重建共聚焦显微成像图所需的电信号；
12、所述显微控制模块用于将驱动信号施加给所述内窥探头，控制所述内窥探头完成成像系统的扫描任务；控制所述激发光源，调节所述激发光源的增益大小；通过与所述图像采集单元电连接，控制图像采集单元的工作。
13、进一步地，所述内窥探头包括压电扫描器、环形支架、扫描光纤、不锈钢管、前支架和扫描物镜，所述压电扫描器与扫描光纤连接，所述压电扫描器借助所述环形支架和所述不锈钢管封装在一起；所述扫描光纤通过所述前支架固定在压电扫描器的中心位置；所述内窥探头设置在成像系统的远端，完成共聚焦显微内窥成像的扫描任务，并将来自被测样品表面发射的荧光耦合进成像光路。
14、进一步地，所述光纤传像单元包括光纤耦合器和单模光纤；通过光纤耦合器将空间光耦合进单模光纤，单模光纤的末端和压电扫描器相连接。
15、进一步地，所述图像采集单元包括第二耦合器、滤波片和光电探测器；将经过所述光分束单元透射的荧光信号透射进入第二耦合器，然后经过滤波片作用，最终被所述光电探测器收集。
16、进一步地，所述信息处理模块包括信号处理单元和控制器终端；
17、所述信号处理单元用于将来自所述图像采集单元的荧光信号转换为电信号，并将其发送至所述控制器终端；
18、所述控制器终端用于根据所述电信号生成共聚焦显微成像图；将控制信号发送至所述扫描控制模块，完成控制信号的传递，以保证实时成像。
19、进一步地，所述扫描控制模块包括驱动信号发生器、光电探测器驱动电路和激发光源增益调节电路。
20、第二方面，本专利技术还提供了一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像方法，包括以下步骤：
21、激发光源根据显微控制模块的控制提供照明光束，所述照明光束经过所述准直扩束单元进行准直、扩束处理，得到空间光；
22、所述空间光通过所述光分束单元反射，经所述光纤传感单元传递到所述内窥探头；
23、所述内窥探头压电扫描器在所述扫描控制模块提供的驱动信号作用下驱动单模光纤对被测样品进行二维平面点扫描；
24、被测样品被激发后，发射的荧光信号将被所述扫描物镜收集并耦合至单模光纤的末端，荧光信号沿原路返回，由所述光分束单元透射，而后经过所述滤波片，最终被所述光电探测器收集；
25、所述信号处理单元将所述光电探测器采集到的微弱荧光信号转换为电信号，并将其传递给所述控制器终端，根据采集到信号的相位信息和幅度信息，所述控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，包括：显微控制模块、显微光学模块和信息处理模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，所述内窥探头包括压电扫描器、环形支架、扫描光纤、不锈钢管、前支架和扫描物镜，所述压电扫描器与扫描光纤连接，所述压电扫描器借助所述环形支架和所述不锈钢管封装在一起；所述扫描光纤通过所述前支架固定在压电扫描器的中心位置；所述内窥探头设置在成像系统的远端，完成共聚焦显微内窥成像的扫描任务，并将来自被测样品表面发射的荧光耦合进成像光路。
3.根据权利要求2所述的一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，所述光纤传像单元包括光纤耦合器和单模光纤；通过光纤耦合器将空间光耦合进单模光纤，单模光纤的末端和压电扫描器相连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，所述图像采集单元包括第二耦合器、滤波片和光电探测器；将经过所述光分束单元透射的荧光信号透射进入第二耦合器，然后经过滤波片作用，最终被所述光电探测器收集。
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6.根据权利要求5所述的一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，所述扫描控制模块包括驱动信号发生器、光电探测器驱动电路和激发光源增益调节电路。
7.根据权利要求4-6任一一项所述的一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，包括：显微控制模块、显微光学模块和信息处理模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，所述内窥探头包括压电扫描器、环形支架、扫描光纤、不锈钢管、前支架和扫描物镜，所述压电扫描器与扫描光纤连接，所述压电扫描器借助所述环形支架和所述不锈钢管封装在一起；所述扫描光纤通过所述前支架固定在压电扫描器的中心位置；所述内窥探头设置在成像系统的远端，完成共聚焦显微内窥成像的扫描任务，并将来自被测样品表面发射的荧光耦合进成像光路。
3.根据权利要求2所述的一种基于远端扫描的共聚焦显微内窥成像装置，其特征在于，所述光纤传像单元包括光纤耦合器和单模光纤；通过光纤耦合器将空间光耦合进单模光纤，单...
【专利技术属性】
技术研发人员：程震，刘学尧，李登旺，索永宽，
申请(专利权)人：烟台新药创制山东省实验室，
类型：发明
国别省市：
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