CN103622674B - 微型微循环成像监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型微循环成像监测装置，包括：光源模块、表面反射过滤模块、反射成像模块和图像接收装置。其反射成像模块包括至少一个具有光焦度反射镜。光源模块提供照明光；表面反射过滤模块对照明光的强度分布进行调制，并投射到组织表面；反射成像模块收集在组织内部向后散射并返回皮肤表面的光线，光线经过反射镜多次反射汇聚后成像到图像接收装置。本发明提供的装置体积小，可以置于患者口中或其他受到体积限制的部位，以实现稳定、长时间的微循环监测。而且，除了一般病人以外，对于昏迷、休克、手术过程中等难以配合医生做出相应反应的病人也可以进行微循环监测。本发明还公开了一种微循环成像监测方法。

Description

微型微循环成像监测装置和方法

技术领域

本发明涉及生物光学成像技术领域，尤其涉及一种微型微循环成像监测装置和方法。

背景技术

在人体血液循环系统中，微循环是指微动脉和微静脉之间的血液循环，是输送氧气和营养物质给组织细胞并运走二氧化碳CO2和代谢产物的最终环节，也是最重要的环节。

在某些疾病如糖尿病血管并发症、胶源性疾病、免疫性疾病、心脑血管疾病、血栓性疾病、烧伤、某些过敏性疾病、肺水肿、休克等，微循环障碍往往是主要的甚至是关键的发病环节，因而微循环监测对这些疾病的防治有重要意义。特别是实现快速简单地监测危重病人的微循环状况，早期发现休克（微循环衰竭）征兆等，对于提高危重病人的生存率极为关键。

近年来有相关人员提出了基于正交偏振成像方法的微循环成像装置，在一定程度上实现对微循环的无创、实时监测。上述装置具有共同技术特征，为其成像光学系统均采用折射式光学系统。但是目前的基于正交偏振成像的微循环成像装置的仍然存在其局限性。一方面，上述专利所提出的装置，在检测微循环图像时，需要医生手持装置把手或者用其他配套设备固定装置，由于医生和病人之间的相对运动难以避免，导致上述装置获得微循环图像需要的准备时间长而且无法获得长时间的稳定图像。另一方面，上述装置，在记录微循环图像过程中，需要病人按照医生的指示进行高度配合和做出相应的反馈，例如病人需要维持张嘴、抬舌的状态并向医生反馈探针压力是否过大等，所以上述装置无法应用在昏迷、休克、手术过程中等难以配合医生做出相应反应的病人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种微循环成像监测装置，可以快速获得被测者微循环图像，且可以获得稳定长时间的微循环图像；可以对昏迷、休克、手术过程中等难以配合医生做出相应反应的病人实施实时连续的微循环监测。

为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种微循环成像监测装置，该装置通过反射式光学结构，有效缩短物面到像面的距离，使得微循环监测装置实现微型化。将监测装置置于病人舌下或吸附在其他待检测部位就可以进行微循环监测。操作简单无需病人进行复杂的配合。特别是，在手术过程中，将监测装置吸附在病人肠系膜或其他器官组织表面上，可以实现在手术过程中对病人的微循环状况进行实时监测。

本发明提供的装置包括：光源模块、表面反射过滤模块、反射成像模块和图像接收装置。

所述光源模块，用于提供符合微循环中的血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱的照明光；

所述表面反射过滤模块，用于将所述照明光束投射到组织表面，并将照明光通道和成像光通道隔离；

所述反射成像模块，用于收集在组织内部向后散射并返回皮肤表面的光线，所收集的光线经过反射镜多次反射汇聚后成像到图像接收装置。

所述图像接收装置，用于对组织内部图像进行接收，并将获得的图像信号传输给数据处理器进行处理。

在一种可实现方式中所述反射成像模块包括第一反射镜、第二反射镜、转向反射镜和场镜透镜组。

所述第一反射镜具有负光焦度，从组织散射回皮肤表面的光线经过所述第一反射镜后形成汇聚光束，并入射到第二反射镜。

所述第二反射镜具有正光焦度，由所述第一反射镜反射后的光线，经过第二反射镜反射后成像到场镜透镜组附近表面。

所述场镜透镜组将所述成像转移到图像接收装置表面。

所述转向反射镜位于所述第二反射镜和所述场镜透镜组之间，用于将成像光路转向90°。

本发明还进一步提供了一种微循环成像监测方法。所述方法包括以下步骤：

启动光源发出照明光束；

将所述照明光束经过调制后并投射到组织表面；

收集在组织内部向后散射并返回皮肤表面的光线，所收集的光线经过反射镜多次反射汇聚后成像到图像接收装置；

对所述成像进行采集；

进一步地，所述微型微循环成像监测装置对所述成像进行采集之后，还包括对所述成像进行光电转换和图像处理，以对所述人体组织进行分析测量，获得人体微循环信息。

附图说明

图1是微型微循环成像监测装置的一个结构示意图；

图2是光在组织表面反射与组织中传播的示意图。

图3是本发明提供的一种微型微循环成像监测方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参看图1，是微型微循环成像监测装置的一个结构示意图。

在本实施例中，所述的微循环成像监测装置包括：光源模块、表面反射过滤模块、反射成像模块、图像接收装置。

其中，所述光源模块101用于提供符合微循环中的血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱的入射光束。在血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱中，420nm（纳米），550nm和800nm是血红蛋白和脱氧血红蛋白的等吸收峰。

所述表面反射过滤模块，用于将照明光束投射到组织表面，并将照明光通道和成像光通道隔离。在本实例中，表面反射过滤模块具有环状腔体结构。其中外环为照明光通道102，内环为成像光通道103。外环和内环之间具有光学隔离的分界面104。光源模块101发出光束经过照明光通道102引导，投射到组织表面，并在组织表面上形成一个环形的照明光斑。由于照明光通道和成像光通道之间具有光学隔离的分界面104，当装置处于接触组织表面状态时，在组织表面直接反射的光线无法进入成像光路。以此实现去除表面直接反射的照明杂光提高图像对比度。

所述反射成像模块用于收集在组织内部向后散射并返回皮肤表面的光线，所收集的光线经过反射镜多次反射汇聚后成像到图像接收装置。所述反射成像模块包括一个及以上具有光焦度的反射镜。

在本实施例中反射成像模块包括第一反射镜105、第二反射镜106、转向反射镜107和场镜透镜组108。

所述第一反射镜105具有负光焦度，从组织内部散射回到皮肤表面的光线经过成像光通道到达所述第一反射镜105。并在第一反射镜反射后形成汇聚光束，并入射到第二反射镜106。

所述第二反射镜具有正光焦度106，由所述第一反射镜105反射后的光线，经过第二反射镜反射后成像到场镜透镜组108附近表面。

所述场镜透镜组108将所述成像转移到图像接收装置表面109。

所述转向反射镜107位于所述第二反射镜和所述场镜透镜组之间，用于将成像光路转向90°。

所述图像接收装置109对所述成像进行采集。具体地，图像接收装置包括电荷耦合元件图像传感器，或互补金属氧化物半导体图像传感器，或光纤传像束。

进一步的，图像接收装置还包括光电转换和图像处理部分110。以对所述人体组织进行分析测量，获得人体微循环信息。

参看图2，是光在组织表面反射与组织中传播的示意图。

从光源模块发出的入射光束，经过照明光通道引导，入射到组织表面，其中部分照明光201在组织表面反射，并被隔离在成像光通道之外。一部分照明光202入射到组织内部，经过多次散射，再次回到组织表面进入成像光通道。并依次经过第一反射镜、第二反射镜、转向反射镜、场镜最终被成像到图像接收装置中。由于直接由组织表面反射的照明光无法进入成像光路。只有部分穿透进组织深处的后向散射光再次回到组织表面，并进入成像光路。所以该图像看起来犹如背照式。由于低于590nm的波长的光被红细胞强烈吸收，所以在图像上观察到的微血管呈现为亮背景下的暗图案。

在本发明的其中一个实施例中，反射成像模块对成像光线进行多次反射折叠，缩短物面到像面的距离，以使装置实现微型化。对于本发明的优选实施例，下表列出了对应图1所示装置的反射成像模块一例光学公式图表。在该图表表示的反射成像模块，从组织表面到图像接收装置表面的光路长度为17.73mm。利用这种反射成像模块，可以实现微循环监测装置的微型化。

表1

本发明提供的微型微循环成像监测装置，利用反射成像模块对成像光线进行多次反射，缩短物面到像面的距离，以使装置实现微型化。同时无需医生手持设备，因此避免了医生和病人之间的相对运动。因此可以快速获得稳定长时间的微循环图像。利用该装置进行微循环监测时可以将监测装置置于病人舌下或吸附在其他待检测部位就可以进行微循环监测。无需病人进行复杂的反馈，可以实现对昏迷、休克和其他难以配合医生做出相应反应的病人进行微循环监测。特别是，在手术过程中，将监测装置吸附在病人肠系膜或者其他器官组织表面上，可以实现在手术过程中对病人的微循环状况进行实时监测。

另一方面，本发明还提供了一种微循环成像监测方法。

参看图3，是本发明提供的一种微型微循环成像监测方法的一个实施例的流程示意图。在本实施例中，利用上述实施例中的微循环成像监测装置，对微循环成像进行监测，其具体监测步骤包括：

步骤1：启动光源发出波长为λ的入射光线，其中λ符合微循环中血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱。其中λ>0。

步骤2：将所述入射光束调制成环形照明光斑并投射到组织表面。照明光进入组织后，在组织内会产生多次反射和散射。其中一部分散射光经过多次散射后，携带着毛细血管的信息，再次回到组织表面。

步骤3：收集在组织内部向后散射并返回皮肤表面的光线，所收集的光线经过反射镜多次反射汇聚后成像到图像接收装置。

步骤4：对所述成像进行采集。

步骤5：微型微循环成像监测装置对所述成像进行光电转换和图像处理，以对所述人体组织进行分析测量，获得人体微循环信息。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种微型微循环成像监测装置，其特征在于，包括：光源模块、表面反射过滤模块、反射成像模块和图像接收装置；

所述光源模块，用于提供照明光束；

所述表面反射过滤模块具有环状腔体结构，所述环状腔体结构被分界面分为内环和外环，所述外环为照明光通道，所述内环为成像光通道；所述光源模块位于所述照明光通道中，所述照明光束通过所述表面反射过滤模块后被调制成环形照明光斑投射到组织表面；

所述反射成像模块用于收集在组织内部向后散射并返回皮肤表面的光线，所收集的光线经过反射镜多次反射汇聚后成像到图像接收装置；所述反射成像模块包括第一反射镜、第二反射镜、转向反射镜和场镜透镜组，所述第一反射镜和第二反射镜设置在成像光通道中，所述第一反射镜具有负光焦度，所述第二反射镜具有正光焦度，从组织内部散射回到皮肤表面的光线经过成像光通道到达所述第一反射镜，并在第一反射镜反射后形成汇聚光束，并入射到第二反射镜，经过第二反射镜反射后成像到场镜透镜组附近表面，所述场镜透镜组将所述成像转移到图像接收装置表面；所述转向反射镜位于所述第二反射镜和所述场镜透镜组之间，用于将成像光路转向90°；

所述图像接收装置，用于对微循环图像进行接收，并将获得的图像信号传输给数据处理器进行处理。

2.如权利要求1所述的微型微循环成像监测装置，其特征在于，所述光源模块提供照明光波长λ符合微循环中的血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱，其中λ＞0。

3.如权利要求1所述的微型微循环成像监测装置，其特征在于，所述图像接收装置为电荷耦合元件图像传感器、互补金属氧化物半导体图像传感器或光纤传像束。

4.如权利要求1所述的微型微循环成像监测装置，其特征在于，所述图像接收装置还包括图像处理部分，以对所述人体组织进行分析测量，获得人体微循环信息。

5.一种微循环成像监测方法，其特征在于，使用权利要求1所述的微型微循环成像监测装置，利用具有光焦度的反射镜对成像光线进行多次反射，缩短物面到像面的距离和缩小装置尺寸，以使微循环监测装置实现微型化；所述方法包括以下步骤：

步骤一，启动光源发出照明光束；

步骤二，将所述照明光束调制成环形照明光斑并投射到组织表面；

步骤三，收集进入组织内部并经过多次散射后返回皮肤表面的光线，所收集的光线经过反射镜多次反射汇聚后成像到图像接收装置；

步骤四，对所述成像进行采集。

6.如权利要求5所述的微循环成像监测方法，其特征在于，所述对成像进行采集之后，还包括对所述成像进行光电转换和图像处理，以对所述人体组织进行分析测量，获得人体微循环信息。