內窺鏡照射光譜選擇裝置及超光譜內窺鏡成像系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超光譜內窺鏡成像系統，包括光源，照射光譜的選擇裝置，內窺鏡，圖像處理單元，顯示單元，所述照射光譜的選擇裝置包括色散元件，會聚透鏡，可運動反射鏡，色散元件出射的各個不同波長光經會聚透鏡后投射到可運動反射鏡，通過可運動反射鏡的移動，將各波長光線分別耦合到電子內窺鏡的光導件的入射面。本實用新型利用光的色散原理，使用波長選擇裝置可以簡單、方便對照射光的波長進行選擇，實時獲得被測組織近紅外到可見光光譜范圍內任意譜段的照射光譜；醫生可以根據病人的病情和病變組織的光學特性，選擇需要拍攝的光譜圖像，實現圖譜合一、對體內活體組織的實時光譜成像。
【專利說明】內窺鏡照射光譜選擇裝置及超光譜內窺鏡成像系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于內窺鏡的光譜成像醫療設備，具體涉及一種內窺鏡多譜段照射光譜的選擇裝置，另外，本實用新型還涉及使用上述選擇裝置的超光譜內窺鏡成像系統。

【背景技術】
[0002]光譜成像技術是光譜分析和光學成像技術的結合，可以同時獲得生物組織的形態信息和生物組織在某一波長范圍內的完整光譜數據。由于生物組織在不同的病理狀態下具有獨特的反射光譜、自發熒光光譜和誘發熒光光譜，所以對生物組織進行光譜成像并進行一定的量化分析，可以實現某些病理變化的早期診斷。特別是對腫瘤和其他疾病的發病機理、臨床診斷、病情檢測和療效評估的研究有重要意義。
[0003]目前在醫療領域中對組織進行光譜成像基本上都需要先進行樣本的采集和制備，然后用成像光譜設備采集數據。這種方式不能對活體組織進行在體的光譜成像，極大的限制了光譜成像技術在疾病的早期診斷、治療效果評價等領域的應用。
[0004]近年來有相關文獻和專利提出了多光譜成像技術與內窺鏡相結合的設備，在一定程度上實現了對活體組織的在體光譜成像。例如，奧林巴斯提出了一種窄帶光譜成像
8811(1 1111^1118)內窺鏡。該內窺鏡利用易被血紅蛋白吸收的兩種波長的光(藍色光:40511111?42511111/綠色光:540^560=111)來照射并進行成像，使粘膜表層的毛細血管和粘膜的細微結構得以強調表示。由于組織產生癌變時會導致病變處血管增多，毛細血管在粘膜表面形成的結構就會發生變化，利用這一點，窄帶光譜成像內窺鏡可以為癌癥的早期發現提供有力的幫助。
[0005]又例如，奧林巴斯提出了一種自體突光成像(八111:0 ？11101~68061106加叫丨叩)內窺鏡，該內窺鏡利用組織的誘發熒光特性，使用藍光(390=0?470鹽)激發光照射到黏膜下層，使組織產生強熒光。熒光如果遇到發育異常的病灶(例如淺表血管的異常聚集或黏膜增厚)，光線減少，熒光變弱。該內窺鏡系統會將這些細微變化轉換成色彩信息，使正常黏膜和病灶之間的細微區別得到強調，為診斷組織的病理變化提供依據。
[0006]中國專利⑶103340601八提出一種基于內窺鏡的多光譜成像系統和方法，該專利提出的設備提供了近紅外和可見光光源，并使用多組濾波片進行濾光，從而獲得與濾光片相對應的多光譜圖像。
[0007]上述奧林巴斯提出的窄帶光譜成像內窺鏡、自體熒光成像內窺鏡、及專利⑶103340601八提出“基于內窺鏡的多光譜成像系統”通常都包括光源，用于提供近紅外到可見光內全譜段的照明光；濾波片組合，用于在照明光中選擇較窄譜段的光線耦合到內窺鏡照射被檢組織；內窺鏡，拍攝被檢組織在指定譜段照明光照射下的光譜圖像；圖像處理單元，將被檢組織在各種譜段照明光的下的光譜圖像進行圖像融合和處理，獲得組織的光譜圖像；以及顯示單元，對上述圖像進行圖像顯示；這些設備可以在一定程度上實現對體內組織進行在體光譜成像。但是仍然存在其局限性。
[0008]上述幾個方案的共同點是利用經過濾波片濾光后的光源對組織進行照明，以獲得與濾波片對應的照射光譜圖像。或者使用單色激光器作為光源，以獲得激光器波長相對應的光譜圖像。
[0009]這種光譜圖像的方式具有較大的局限性。一套設備中濾波片的數量決定了能采集到的組織的多光譜圖像的光譜組成。例如奧林巴斯的窄帶光譜成像內窺鏡設備。該設備共有兩組共計五種濾波片:0(60011111 ?70011111) (50011111 ?60011111) (40011111 ?50011111)濾波片組和?56011111)、08(40511111?415=111)濾波片組，該設備只能獲得組織的兩種光譜圖像。
[0010]綜上所述，目前的技術方案由于依賴濾波片或單色激光器，只能獲得組織的極少幾個特定的光譜圖像。
實用新型內容
[0011]針對上述方案缺點，本實用新型的目的在于提供一種內窺鏡照射光譜的選擇裝置，可以簡單方便的獲取近紅外到可見光光譜范圍內任意譜段，用于內窺鏡光譜成像。
[0012]本實用新型的另一個目的在于提供使用上述選擇裝置的超光譜內窺鏡成像系統，可以獲得被測組織近紅外到可見光光譜范圍內任意譜段的光譜圖像。
[0013]本實用新型的第一個目的通過以下的技術措施來實現:一種內窺鏡照射光譜的選擇裝置，包括:
[0014]色散元件，用于將入射到色散元件上的可見光束按波長的不同進行色散，使出射光的角度或位置根據入射光波長分布；
[0015]會聚透鏡，會聚透鏡的焦點位于可見光束與色散元件的入射點；
[0016]可運動反射鏡，由驅動電路控制下進行一維運動；
[0017]電子內窺鏡的光導件，用于耦合輸入不同波段的照射光譜；
[0018]色散元件出射的各個不同波長光經會聚透鏡后投射到可運動反射鏡，通過可運動反射鏡的移動，將各波長光線分別耦合到電子內窺鏡的光導件的入射面。
[0019]優先的，所述色散元件為反射光柵。
[0020]本實用新型的另一個目的通過以下的技術措施來實現:一種超光譜內窺鏡成像系統，包括:光源，用于提供近紅外到可見光內全譜段的照明光；照射光譜的選擇裝置，用于在照明光中選擇任意指定譜段的光線耦合到內窺鏡照射被檢組織；內窺鏡，拍攝被檢組織在指定譜段照明光照射下的光譜圖像；圖像處理單元，將被檢組織在各種譜段照明光的下的光譜圖像進行圖像融合和處理，獲得組織的光譜圖像；以及顯示單元，對上述圖像進行圖像顯示；
[0021]其特征在于所述照射光譜的選擇裝置包括:
[0022]色散元件，用于將入射到色散元件上的可見光束按波長的不同進行色散，使出射光的角度或位置根據入射光波長分布；
[0023]會聚透鏡，會聚透鏡的焦點位于可見光束與色散元件的入射點；
[0024]可運動反射鏡，由驅動電路控制下進行一維運動；
[0025]電子內窺鏡的光導件，用于耦合輸入不同波段的照射光譜；
[0026]色散元件出射的各個不同波長光經會聚透鏡后投射到可運動反射鏡，通過可運動反射鏡的移動，將各波長光線分別耦合到電子內窺鏡的光導件的入射面。
[0027]優先的，所述色散元件為反射光柵。
[0028]優先的，所述光源包括:氙氣燈和準直透鏡，所述氙氣燈發出的照明光經準直透鏡準直成平行光輸出投射到所述色散元件上。
[0029]進一步的，所述光源還包括用于改變通光孔徑大小的可變光闌，所述準直透鏡準直成的平行光經可變光闌后輸出投射到所述色散元件上。
[0030]進一步的，所述圖像處理單元中設有控制模塊，用于分別觸發控制所述可運動反射鏡的驅動、內窺鏡的拍攝、圖像處理和光闌孔徑調節。
[0031]本實用新型利用光的色散原理，使用波長選擇裝置可以簡單、方便對照射光的波長進行選擇，實時獲得被測組織近紅外到可見光光譜范圍內任意譜段的照射光譜；醫生可以根據病人的病情和病變組織的光學特性，選擇需要拍攝的光譜圖像，實現圖譜合一、對體內活體組織的實時光譜成像；實現某些病理變化的早期診斷。特別是對腫瘤和其他疾病的發病機理、臨床診斷、病情檢測和療效評估的研究有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1本實用新型系統原理組成框圖；
[0033]圖2本實用新型波長選擇裝置中選擇不同波長的原理圖。

【具體實施方式】
[0034]如圖1為本實用新型的一個實例。如圖1所示，本實施例的超光譜內窺鏡成像系統包括:光源裝置1，波長選擇裝置2，電子內窺鏡3，圖像處理器4，顯示器5。
[0035]其中，光源裝置1用于提供照明光。照明裝置1所提供的照明光，在近紅外到可見光譜段內，光輻射強度隨頻率變化呈連續分布。在本實施例中，光源裝置1包括:氙氣燈7，其作用是發出照明光；準直透鏡8，將氙氣燈7發出的照明光準直成平行光；可變光闌9，可以在控制電路控制下，改變通光孔徑的大小，從而實現控制輸出照明光強度。
[0036]波長選擇裝置2的作用是，從照明光中選擇指定譜段范圍的光線，并將該譜段的光線會聚到電子內窺鏡3的光導件12的入射面。波長選擇裝置2包括:色散元件9，會聚透鏡10，可運動反射鏡11和光導件12。色散元件9其作用為將入射到散射元件9上的光束按波長的不同進行色散，使出射光的角度或位置根據入射光波長分布；本實施例中可使用他沉匕匕公司生產的(^50-0603反射光柵作為色散元件。會聚透鏡10的前焦點位于照明光與色散元件的入射點；可運動反射鏡11位于會聚透鏡10和光導件12之間；可運動反射鏡11的運動位置和會聚透鏡10、光導件12之間的位置關系滿足指定譜段范圍的光經過會聚透鏡10會聚、可運動反射鏡11反射后光線聚焦到光導件12的端面上。本實施例中，可運動反射鏡做一維平移運動；可運動反射鏡的驅動電路可以是用單片機實現。
[0037]圖2是波長選擇裝置3進行指定波長選擇的原理示意圖。根據光柵公式，間距為(1的反射光柵，入射光以相對于光柵表面法線的入射角入射，0級出射光相對于光柵表面法線的出射角9與入射光波長\的關系如下:
[0038](1 (8111 (0) -8111 ( 0 ) ) = III 入
[0039]照明光中波長為、與波長為入2的光線經過反射光柵后會以不同的角度出射。由于會聚透鏡10的焦點位于照明光與反射光柵的入射點，波長、與波長為入2的光線經過會聚透鏡后，聚焦在不同的位置。若會聚透鏡的焦距為？，波長入工與波長為入2的光線經過會聚透鏡后會聚點的距離八1為:
[0040]八 1 = I (1:811 9「七冊 9
[0041]如圖2所示，光導件12的入射面的直徑為￡1，在一種狀態下波長\:的光線經過可運動反射鏡11反射后，會聚到光導件12中心。若波長為入2的光線經過會聚透鏡后與波長、的會聚點的距離八1大于1/?時，則波長、的光線無法進入光導件12。在另一種狀態下，可運動反射鏡向右運動距離八1，則波長入2的光線會聚到光導件12中心，而波長入！的光線無法進入光導件12。如此，可以通過控制可運動反射鏡的位置，選擇需要的波長耦合進入光導件12。
[0042]當需要的拍攝人丨、X。的光譜圖像，具體可選用一個包括色散、、
入。不同波段光的反射光柵，反射鏡需要在一維平移運動II個位置點，這些不同波長和位置點需要事先調校對應并存儲記錄到控制模塊和發射鏡驅動電路中。
[0043]上述色散兀件還可米用如透射光柵、色散棱鏡、分光光度計、光譜儀、聲光偏轉器或液晶可調濾光器等，這些元件的原理和上述反射光柵類同。可運動反射鏡也可采用控制其轉動來調節反射角度，將上述色散元件輸出不同的波長耦合進入光導件。
[0044]電子內窺鏡3作用是插入到體腔內并拍攝腔內組織的圖像信息，由圖像處理器4儲存。
[0045]圖像處理器4作用是存儲攝像元件上的電子圖像，并將組織在一系列光譜照射下的圖像進行合成，獲得組織的高光譜分辨率的光譜圖像。
[0046]上述圖像處理單元中設置控制模塊，用于分別觸發控制所述可運動反射鏡的驅動、內窺鏡的拍攝、圖像處理和光闌孔徑調節。
[0047]具體協調控制的過程如下:醫生根據病人的病情和組織的光學特征，設定需要的拍攝X” X。的光譜圖像。控制模塊向驅動電路發出控制信號，使可運動反射鏡11移動到位置八，使波長、的光線耦合進入導光件12，并通過導光件12和電子內窺鏡4，照射到被測組織上。電子內窺鏡4收集在被測組織上反射光或誘發熒光，成像到攝像元件像面，并被圖像處理器5儲存為、圖像。控制模塊向驅動電路發出控制信號，使可運動反射鏡11移動到位置8，使波長入2的光線耦合進入導光件12，并通過導光件12和電子內窺鏡3，照射到被測組織上。電子內窺鏡3收集在被測組織上反射光或誘發熒光，成像到攝像元件像面，并被圖像處理器4儲存為、圖像。如此循環，獲得被測組織一組入”入,' X。光譜圖像。圖像處理器將這組圖像合成，獲得被測組織在入”入，….X。光譜內的合成光譜圖像。并由顯示器5顯示。
[0048]本實用新型不局限與上述【具體實施方式】，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本實用新型的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種內窺鏡照射光譜的選擇裝置，其特征在于包括: 色散元件，用于將入射到色散元件上的可見光束按波長的不同進行色散，使出射光的角度或位置根據入射光波長分布； 會聚透鏡，會聚透鏡的焦點位于可見光束與色散元件的入射點； 可運動反射鏡，由驅動電路控制下進行一維運動； 電子內窺鏡的光導件，用于稱合輸入不同波段的照射光譜； 色散元件出射的各個不同波長光經會聚透鏡后投射到可運動反射鏡，通過可運動反射鏡的移動，將各波長光線分別耦合到電子內窺鏡的光導件的入射端面。
2.根據權利要求1所述的一種內窺鏡照射光譜的選擇裝置，其特征在于:所述色散元件為反射光柵。
3.一種超光譜內窺鏡成像系統，包括:光源，用于提供近紅外到可見光內全譜段的照明光；照射光譜的選擇裝置，用于在照明光中選擇任意指定譜段的光線耦合到內窺鏡照射被檢組織；內窺鏡，拍攝被檢組織在指定譜段照明光照射下的光譜圖像；圖像處理單元，將被檢組織在各種譜段照明光的下的光譜圖像進行圖像融合和處理，獲得組織的光譜圖像；以及顯示單元，對上述圖像進行圖像顯示； 其特征在于所述照射光譜的選擇裝置包括: 色散元件，用于將入射到色散元件上的可見光束按波長的不同進行色散，使出射光的角度或位置根據入射光波長分布； 會聚透鏡，會聚透鏡的焦點位于可見光束與色散元件的入射點； 可運動反射鏡，由驅動電路控制下進行一維運動； 電子內窺鏡的光導件，用于稱合輸入不同波段的照射光譜； 色散元件出射的各個不同波長光經會聚透鏡后投射到可運動反射鏡，通過可運動反射鏡的移動，將各波長光線分別稱合到電子內窺鏡的光導件的入射面。
4.根據權利要求3所述的一種超光譜內窺鏡成像系統，其特征在于:所述色散元件為反射光柵。
5.根據權利要求3所述的一種超光譜內窺鏡成像系統，其特征在于:所述光源包括:氙氣燈和準直透鏡，所述氙氣燈發出的照明光經準直透鏡準直成平行光輸出投射到所述色散元件上。
6.根據權利要求5所述的一種超光譜內窺鏡成像系統，其特征在于:所述光源還包括用于改變通光孔徑大小的可變光闌，所述準直透鏡準直成的平行光經可變光闌后輸出投射到所述色散元件上。
7.根據權利要求3所述的一種超光譜內窺鏡成像系統，其特征在于:所述圖像處理單元中設有控制模塊，用于分別觸發控制所述可運動反射鏡的驅動、內窺鏡的拍攝、圖像處理和光闌孔徑調節。
【文檔編號】A61B5/00GK204207717SQ201420591311
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】劉滿林, 劉俊, 王翰林, 安昕, 張浠 申請人:佛山市南海區歐譜曼迪科技有限責任公司