CN105662317A - 结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜 - Google Patents

结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜 Download PDF

Info

Publication number
CN105662317A
CN105662317A CN201511025027.7A CN201511025027A CN105662317A CN 105662317 A CN105662317 A CN 105662317A CN 201511025027 A CN201511025027 A CN 201511025027A CN 105662317 A CN105662317 A CN 105662317A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
structured light
electric driver
optical fiber
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201511025027.7A
Other languages
English (en)
Inventor
杨西斌
熊大曦
李辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS filed Critical Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority to CN201511025027.7A priority Critical patent/CN105662317A/zh
Publication of CN105662317A publication Critical patent/CN105662317A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00009—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00165—Optical arrangements with light-conductive means, e.g. fibre optics

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种结构光照明显微成像技术在制备光纤镜中的应用，同时公开了一种光纤镜。本发明通过将结构光照明显微成像技术应用到光纤镜中，通过对光纤镜探头的可控随机位移，采集多幅图像，并通过图像处理的方法，提取处理过的多帧图像的高频信息，实现多帧图像融合，通过算法重构出高分辨率图像，提高成像的分辨率。

Description

结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜
技术领域
本发明涉及内窥镜成像领域，具体涉及一种结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜。
背景技术
内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器，其具有图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等。它可以经口腔进入胃内或经其他天然孔道进入体内。利用内窥镜可以看到X射线不能显示的病变，因此它对医生非常有用。
目前的内窥镜主要包括有光纤镜、光纤镜和电子镜等。这其中，目前的光纤镜由普通的光源实现照明，由镜头投影到物面上的图像的像素点无法做到充分均匀，在图像上形成蜂窝状结构，造成图像的分辨率不高，图像质量差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜，其通过将结构光照明显微成像技术应用到光纤镜中，提高成像的分辨率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
结构光照明显微成像技术在制备光纤镜中的应用。
优选地，上述的应用包括以下步骤：
1)在目前光纤内窥探头末端增加一个管状压电驱动器，在该压电驱动器上施加频率接近高分辨成像光纤共振频率的正弦和余弦驱动波形，通过三角波形调节驱动电压；
2)采用高速相机，采集多幅光纤在管状压电驱动器驱动下的发生随机位移的原始图像，此时所有原始图像均残留光纤束的蜂窝状结构；
3)利用光纤束的蜂窝结构在测量图像的频域形成的环状峰值，比较管状压电驱动器震动所采集到的图像位移前后傅立叶谱的位相变化，在频域计算位移量，从而实现对采集图像精确位移的计算；
4)再将处理过的多帧图像融合，通过算法重构出三维高分辨率图像。
优选地，步骤3)进一步包括：将光纤束蜂窝状结构形成的的结构光信息投影到物面上，通过从所述物面上获得结构光信息并重构出图像。
优选地，步骤3)进一步包括：光纤束末端包括管状压电驱动器，该管状压电驱动器驱动光纤末端实现微米级位移。
优选地，通过重构算法从低分辨率图像上获得高分辨率图像信息。
优选地，通过相移从所述物面上获得所述结构光信息。
本发明的有益效果在于：通过将结构光照明显微成像技术应用到光纤镜中，对光纤镜探头的可控随机位移，采集多幅图像，并通过图像处理的方法，提取处理过的多帧图像的高频信息，实现多帧图像融合，通过算法重构出高分辨率图像，提高成像的分辨率。
附图说明
图1为本发明的结构光照明光纤内镜整体结构示意图。
图2为本发明的结构光照明显微内窥成像的内窥探头结构示意图。
图3为本发明的三维立体成像原理示意图。
图4为本发明的光纤像素化结构在物面上形成的结构信息图像。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，如图1-4所示，在本发明的光纤镜的一些实施方式中，其应用了结构光照明显微成像技术，该结构光照明显微成像技术的具体内容可以参考中国专利CN104515759A，在此不再赘述。
本实施例通过将结构光照明显微成像技术应用到光纤镜中，将光纤束蜂窝状结构的结构光信息(如图4所示)投影到物面上，通过从所述物面上获得结构光信息，采集多幅随机位移的原始图像，并重构出高分辨率图像，通过对光纤镜探头的可控随机位移，采集多幅图像，并通过图像处理的方法，提取处理过的多帧图像的高频信息，实现多帧图像融合，通过算法重构出高分辨率图像，提高成像的分辨率。
如图1所示，为系统整体结构示意图，其包括多个透镜组11、多个激光器12、多个反射镜13、二向色镜14、柯勒系统15、柔性光纤传像束2等，柔性光纤传像束2又包括不锈钢管21、传像光纤22、硅橡胶软管23、管状压电驱动器24和微型镜头25。本发明通过对扫描探头的可控随机位移和图像重建实现超分辨成像的方法。该技术基于高分辨光纤内窥成像系统，在内窥探头末端增加了一个管状压电驱动器，其外层被分成四部分，分为两对驱动电极(X±和Y±)，电极上施加频率接近高分辨成像光纤共振频率的正弦和余弦驱动波形，通过三角波形调节驱动电压，可以获得螺旋形、扫描Lissajous形扫描或其他可控扫描方式，该系统光源采用激光光源和LED光源两种备选模式。
系统可以工作在两种模式下：(1)三维成像模式下，超细成像光纤通过电子内镜活检通道进入人体，电子内镜CCD视场41和高分辨光纤镜视场42可同时工作，如图3所示，从而形成对同一目标靶面43的不同角度的成像，通过图像合成，形成实时三维立体图像，该成像方式适用于目前所有的带活检通道的普通内镜，均可实现三维成像；(2)结构光照明高分辨成像模式下，利用投影在物面上的光纤束的蜂窝结构，通过压电驱动器的随机振动，采集多幅包含光纤蜂窝状结构信息的原始图像，并计算在原始图像的频域形成的环状峰值(以下简称为k环)，比较管状压电驱动器震动所采集到的图像位移前后傅立叶谱的位相变化，在频域计算位移量，从而实现对采集图像精确位移的计算，然后再将处理过的多帧图像融合，通过算法重构出高分辨率图像。
图2为本发明探头结构示意图，其包括内窥镜体3、高分辨光纤内窥探头31、管状压电驱动器32、电子内镜CCD成像镜头视场33和照明光纤34，利用目前普通电子内镜或光纤内镜的活检通道，将本发明光纤内镜探头深入人体，并在在本发明光纤内镜探头处设置压电驱动器，压电驱动器带动光纤探头震动，实现微米级微小位移。
如图1-4所示，上述的应用具体可以通过以下步骤实现：
1)在目前光纤内窥探头末端增加一个管状压电驱动器，在该压电驱动器上施加频率接近高分辨成像光纤共振频率的正弦和余弦驱动波形，通过三角波形调节驱动电压，可以获得螺旋形、扫描Lissajous形扫描或其他可控扫描方式
2)采用高速相机，采集多幅光纤在管状压电驱动器驱动下的发生随机位移的原始图像，此时所有原始图像均残留光纤束的蜂窝状结构；
3)利用光纤束的蜂窝结构在测量图像的频域形成的环状峰值(简称为k环)，比较管状压电驱动器震动所采集到的图像位移前后傅立叶谱的位相变化，在频域计算位移量，从而实现对采集图像精确位移的计算；
4)再将处理过的多帧图像融合，通过算法重构出三维高分辨率图像。
上述的步骤3)中具体还可以包括：将结构光照明显微成像系统的结构光信息投影到物面上，通过从物面上获得结构光信息并重构出图像，具体可以通过相移从物面上获得结构光信息。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.结构光照明显微成像技术在制备光纤镜中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
1)在目前光纤内窥探头末端增加一个管状压电驱动器，在该压电驱动器上施加频率接近高分辨成像光纤共振频率的正弦和余弦驱动波形，通过三角波形调节驱动电压；
2)采用高速相机，采集多幅光纤在管状压电驱动器驱动下的发生随机位移的原始图像，此时所有原始图像均残留光纤束的蜂窝状结构；
3)利用光纤束的蜂窝结构在测量图像的频域形成的环状峰值，比较管状压电驱动器震动所采集到的图像位移前后傅立叶谱的位相变化，在频域计算位移量，从而实现对采集图像精确位移的计算；
4)再将处理过的多帧图像融合，通过算法重构出三维高分辨率图像。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤3)进一步包括：将光纤束蜂窝状结构形成的的结构光信息投影到物面上，通过从所述物面上获得结构光信息并重构出图像。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤3)进一步包括：光纤束末端包括管状压电驱动器，该管状压电驱动器驱动光纤末端实现微米级位移。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，通过重构算法从低分辨率图像上获得高分辨率图像信息。
6.根据权利要求3所述的光纤镜，其特征在于，通过相移从所述物面上获得所述结构光信息。
CN201511025027.7A 2015-12-31 2015-12-31 结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜 Pending CN105662317A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511025027.7A CN105662317A (zh) 2015-12-31 2015-12-31 结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511025027.7A CN105662317A (zh) 2015-12-31 2015-12-31 结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105662317A true CN105662317A (zh) 2016-06-15

Family

ID=56298197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511025027.7A Pending CN105662317A (zh) 2015-12-31 2015-12-31 结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105662317A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111461975A (zh) * 2020-03-17 2020-07-28 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 光纤束超分辨成像方法、系统、计算机设备和存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101264002A (zh) * 2008-05-06 2008-09-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于光栅投影的三维内窥测量装置和方法
CN101444416A (zh) * 2008-12-26 2009-06-03 华中科技大学 一种光纤扫描探头及其驱动方法
CN101518435A (zh) * 2009-04-10 2009-09-02 北京大学 一种内窥镜装置
CN101923218A (zh) * 2010-08-04 2010-12-22 华中科技大学 单光纤扫描微器件及制备方法和控制方法
US20110205552A1 (en) * 2008-03-05 2011-08-25 General Electric Company Fringe projection system for a probe with intensity modulating element suitable for phase-shift analysis
CN103782223A (zh) * 2011-09-02 2014-05-07 奥林巴斯株式会社 光扫描器件及具有光扫描器件的内窥镜、显微镜、投影仪

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110205552A1 (en) * 2008-03-05 2011-08-25 General Electric Company Fringe projection system for a probe with intensity modulating element suitable for phase-shift analysis
CN101264002A (zh) * 2008-05-06 2008-09-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于光栅投影的三维内窥测量装置和方法
CN101444416A (zh) * 2008-12-26 2009-06-03 华中科技大学 一种光纤扫描探头及其驱动方法
CN101518435A (zh) * 2009-04-10 2009-09-02 北京大学 一种内窥镜装置
CN101923218A (zh) * 2010-08-04 2010-12-22 华中科技大学 单光纤扫描微器件及制备方法和控制方法
CN103782223A (zh) * 2011-09-02 2014-05-07 奥林巴斯株式会社 光扫描器件及具有光扫描器件的内窥镜、显微镜、投影仪

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴美瑞； 杨西斌； 熊大曦； 李辉； 武晓东；: "结构光照明荧光显微镜突破衍射极限的原理和在生命科学中的应用", 《激光与电子学进展》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111461975A (zh) * 2020-03-17 2020-07-28 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 光纤束超分辨成像方法、系统、计算机设备和存储介质
CN111461975B (zh) * 2020-03-17 2021-04-23 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 光纤束超分辨成像方法、系统、计算机设备和存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5069105B2 (ja) マルチモードの光画像化方法及びその光ファイバスキャナ
Seibel et al. Unique features of optical scanning, single fiber endoscopy
US8537203B2 (en) Scanning beam with variable sequential framing using interrupted scanning resonance
US6294775B1 (en) Miniature image acquistion system using a scanning resonant waveguide
CN102397113B (zh) 用于三维成像的数据获得方法
US6975898B2 (en) Medical imaging, diagnosis, and therapy using a scanning single optical fiber system
Vyas et al. Fiber bundle shifting endomicroscopy for high-resolution imaging
JPH05504845A (ja) 飛点内視鏡
WO2008111970A1 (en) Side viewing optical fiber endoscope
JP2011156235A (ja) 光走査型内視鏡、光走査型内視鏡駆動装置、および光走査型内視鏡システム
CN102078176B (zh) 三维立体硬质电子阴道镜系统及其使用方法
CN102058381A (zh) 三维立体电子支气管镜系统及其使用方法
JP2014198089A (ja) 走査型内視鏡
CN201968655U (zh) 三维立体硬质电子阴道镜系统
CN102090881A (zh) 三维立体硬质电子肛肠镜系统及其使用方法
CN105662317A (zh) 结构光照明显微成像技术的应用及光纤镜
Liu et al. Single-shot wide-field imaging in reflection by using a single multimode fiber
CN102090879B (zh) 三维立体硬质电子胆囊镜系统
CN102090880B (zh) 三维立体硬质电子关节镜系统
CN102058382B (zh) 三维立体电子胃镜系统及其使用方法
Matsunaga et al. Electromagnetically driven ulutra-miniature single fiber scanner for high-resolution endoscopy fabricated on cylindrical substrates using MEMS process
CN201968659U (zh) 三维立体硬质电子肛肠镜系统
CN102085087B (zh) 三维立体电子食管镜系统及其使用方法
CN102078179B (zh) 三维立体电子结肠镜系统
CN102090878A (zh) 三维立体硬质电子膀胱镜系统及其使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20181116