一种医用近距离成像方法、系统以及探头技术方案

本发明专利技术提供一种医用近距离成像方法、系统以及探头，涉及医疗成像设备领域，特别涉及在近距离对活体进行实时立体成像的领域。该发明专利技术可应用于人体管状器官内，如鼻腔、口腔等，通过对感兴趣区域的活体组织和细胞结构进行实时立体地成像，目的在于获得大景深的组织立体图，从而在更大范围内得到组织器官的成像信息，并可测量感兴趣区域内目标的距离及大小。本发明专利技术提供了该医用近距离实时成像方法，以及使用该成像方法的系统以及应用于该系统的探头。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗成像设备领域，特别涉及在近距离对活体进行实时立体成像的领域。该专利技术可应用于人体管状器官内，如鼻腔、口腔等，通过对感兴趣区域的活体组织和细胞结构进行实时立体地成像，目的在于获得大景深的组织立体图，从而在更大范围内得到组织器官的成像信息， 并可测量感兴趣区域内目标的距离及大小。本专利技术提供了该医用近距离实时成像方法，以及使用该成像方法的系统以及探头。
技术介绍
一般情况下，人体器官会由于病变而在组织和细胞结构上发生变化，因此观测人体内部器官成为早期诊断的重要依据。传统的标本取样及显微镜观察法非常繁琐，需要经过活体取样，样本固定，脱水，切片等一系列漫长的步骤获得样本信息，因此，实时观察活体组织和细胞结构对医学界非常有吸引力。近年来，出现一系列可实时观察活体组织的方法，如光学相关断层扫描(OCT)利用相干光(例如激光和迈克尔逊干涉仪)来穿透皮肤，通过这种方法得到的图像是纵深平面的。或利用共聚焦显微镜，利用相同的光路照明和接收生物组织内发出的光信号，最终的成像是生物组织内横向平面图像，通过一个点状光用来照明一个特定的目标样品，因此可以消除传统显微镜应变光线和其他副作用。尽管如此，现有设备具有一定局限性，因为OCT和共聚焦显微镜装置通常比较笨重，而且限定单一波长如激光作为光源，在对管状人体器官，如鼻腔、口腔、食管进行实时活体成像时难以直接成像。另外，在将成像探头设计成管状伸入近距离成像时，也面临着诸多问题，比如如何获得大的景深。景深，是指在镜头前沿着能够取得清晰图像的成像景深相机器轴线所测定的物体距离范围。在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，便叫做景深。在活体立体成像领域，皮肤并非如人眼所看到的完全不透光的，在一定的光强和一定的光线波长下，光线可穿透皮肤表面，并对皮下一定范围内的组织反射光线，因此在活体立体成像领域，利用这一皮下范围内不同层面的反射成像，可以获得皮肤组织下细胞的信息。而获得更大景深的意义在于，可以在更大范围内获得更多的深层信息，进一步的，通过深度图可以得到组织的距离和大小信息，因此获得大景深在近距离的活体立体成像领域具有重要意义。然而近距离成像时，景深大小和入射光大小是相互矛盾的。请参考图I和图2.附图I 为大光圈(f=l, f/#=2. 0(f=2), CoC=O. Olmm)情况下，聚焦距离(FocusDistance)与最远聚焦距离(Df)及最近聚焦距离(Dn)的关系图。“f=l”指焦距(focallength)=l, “f/#=2. O (f=2) ”指相对光圈(relative aperture)为 f/2,且编码光圈(codedaperture)也为f=2 (采用多镜头相对光圈会被重新界定)；“CoC=0. 01mm”指传感器参数CoC=O. Olmnin附图2 为小光圈(f=l, f/#=2. O (f=ll)，CoC=O. Olmm)情况下，焦点距离(FocusDistance)与最远聚焦距离(Df)及最近聚焦距离(Dn)的关系图。“f=l”指焦距(focallength) =1, “f/#=2. O (f=ll) ” 指相对光圈(relative aperture)为 f/2,采用多镜头相对光圈会被重新界定，并可能成为小光圈f=ll的情况；“CoC=0. 01mm”指传感器参数CoC=O. Olmnin由图1、2可知，在大光圈情况下，获得的景深范围小；在小光圈下，可以获得大范围的景深。然而，在短距离采用大光圈镜头时，尽管景深很窄，但光线入射较多；采用小光圈时，尽管景深可以大大扩展，但是入射光减少了 30倍。这意味着，采用大光圈(F/2)时，获得的景深很窄，但有足够的入射光进入镜头，而当采取小光圈(F/11)时，尽管景深很宽，但没有足够的光线进入镜头。当焦距很小，即IMM左右时，这种情况会严重很多。因此，近距离成像时，获得足够的入射光线以清晰成像是获得大景深成像必须解决的问题，由于大强度光源对人体组织是有伤害的，因此光源强度不能无限扩大，而在实时观测时，不可能延长曝光时间以增加光线的入射量，这就使如何获得大景深并同时解决入射光不足的问题是需解决的难题。 随着光学技术发展，编码孔径成像以及多镜头测距技术均有发展，比如中国专利号为ZL200610152745. 5公开一种三维高清晰度乳腺成像仪，采用近红外光作为光源，用特殊的编码孔径对照射光进行空间调制，用被调制的光束对人体乳腺组织进行无损探测，接收携带乳腺组织结构信息的投射光。该专利利用了编码孔径成像以及变换函数的概念，其主要是使用了菲涅耳波带板对光路进行调制，但仅使用了一组透镜和传感器，因此在应用上具有较大限制，无法解决近距离小孔径成像时的景深大小和入射光大小问题。目前，本领域技术人员没有发现问题，也没有提供解决该问题的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的，首先在于提供一种医用近距离成像方法，该方法可在近距离成像时，在获得足够的入射光线以清晰成像基础上，得到大景深的组织内的动态立体图。本专利技术的另一个目的在于提供应用上述方法的系统。本专利技术的另一个目的还在于提供上述系统所采用的探头。为了实现以上目的，本专利技术包括如下技术特征一种医用近距离成像方法，所基于的硬件包括光源、两个或两个以上的镜头、传感区域以及数字图像处理单元，所述传感区域为与不同镜头对应的传感器阵列，或为一传感器，其上具有与不同镜头区分对应的传感像素区域，传感区域与镜头采用编码孔径方式成像；所述成像方法包括如下步骤步骤I :光源照射感兴趣区域，获得目标反射光线；步骤2 :两个或两个以上的镜头同时捕获反射光线，不同的镜头通过编码孔径方式在传感器区域内同时成像，各自形成对应不同镜头所捕获的反射光线的电信号；步骤3 :上述的多组电信号进入数字图像处理单元，数字图像处理单元先计算目标与镜头间的距离D，然后进行反卷积计算以恢复多个原始图像，再将多个原始图像合成目标图像。本专利技术的成像方法主要采用多镜头成像的原理，与单镜头成像相比，其具有如下有益效果首先，解决了近距离成像时获得大景深的问题。由
技术介绍
可知，尽管采取小光圈时可获得大景深，但没有足够的光线进入镜头，当焦距1丽左右时，这种情况更加严重，这严重影响了管状组织的近距离的成像。本专利技术采用多个镜头成像原理，每个镜头作为小光圈镜头成像，各自获得大景深图像，多个镜头同时可以接收到更多的反射光，最终，通过数字图像处理单元将反卷积恢复的多个原始图像合成目标图像，与单透镜装置相比，本方法在获得大景深的同时，能够接收到更多的入射光，从而解决了获得大景深的同时获得充足光线的问题。其次，使得原始图像与投影图像之间的变换函数H可以被更准确估计。编码孔径成像技术是一种现有技术，本专利技术采用了编码孔径成像，由于编码孔径成像的变换函数H为距离D的函数，而距离信息D在采用多镜头时可以通过多透镜的立体成像原理获得。通过距离函数D可获得变换函数H，并通过变换函数H以去卷积方式恢复原始图像。对管状组织成像时，伸入管状组织内的探头与目标的距离是不断变化，而成像变化函数H与距离D是相关的，从而使数字处理系统的成像处理过程与距离也是相关的。这意味着，随着距离D的变化成像变化函数H也随之变化，并不断适应当前的距离值，最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医用近距离成像方法，所基于的硬件包括光源、两个或两个以上的镜头、传感区域以及数字图像处理单元，其特征在于，所述传感区域为与不同镜头对应的传感器阵列，或为一传感器，其上具有与不同镜头区分对应的传感像素区域；传感区域与镜头采用编码孔径方式成像；所述成像方法包括如下步骤：步骤1：光源照射感兴趣区域，获得目标反射光线；步骤2：两个或两个以上的镜头同时捕获反射光线，不同的镜头通过编码孔径方式在传感器区域内同时成像，各自形成对应不同镜头所捕获的反射光线的电信号；步骤3：上述的多组电信号进入数字图像处理单元，数字图像处理单元先计算目标与镜头的距离D，然后进行反卷积计算以恢复多个原始图像，再将多个原始图像合成目标图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于燕斌，相韶华，
申请(专利权)人：广州市盛光微电子有限公司，广州博隆兴中信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：