CN106990520A - 一种在体显微镜系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在体显微镜系统及其实现方法，其中，所述系统包括对受检组织进行在体成像的接触式显微镜成像装置，对所述成像装置获得的图像数据进行加工处理、分析和储存的图像处理和显示单元，以及支撑成像装置的支撑装置，其中，所述接触式显微镜成像装置包括依次连接的放大部分，传像部分，目镜部分，照明光源部分，主体部分和摄像部分。通过设置接触式显微成像装置，在不使用活检钳进行取样的情况下，实现在体实时成像，为临床医生提供第一手信息，提高了活检的准确率，检索患者等待的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种在体显微镜系统及其实现方法，属于显微成像技术领域。
背景技术
目前，国外以Olympus为代表的企业及研究机构已推出在体（接触式）显微诊断仪，这代表体内病理诊断的趋势。以奥林巴斯为代表的日美厂商及美国莱斯大学RebeccaRichards-Kortum 和 Sharmila Anandasabapathy教授小组等推出了一种新型的高分辨率显微内窥镜（HRME）。其基本原理是采用自聚焦探头对样本表面进行成像，配合成像光纤束的传像功能，使得相机可以采集样本表面的像，但是与利用亚甲蓝或者甲苯胺蓝等进行细胞核染色的细胞内镜不同，HRME采用了吖啶黄等荧光染色剂，提供活体即时成像，通过高对比度的组织像展示在体组织的结构特征信息。
而国内在体显微成像的光学诊断技术仍为空白，该产品市场前景广阔潜力大。为满足国内医学诊疗、健康服务发展的新需要，填补国内市场在体显微技术的空白，满足临床对在体检测的需求，因此，研制开发在体检测成像设备对加速我国医疗器械领域中前沿关键技术的研究具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种在体显微镜系统及其实现方法，旨在克服普通显微镜无法在体显微成像的缺陷。
本发明的技术方案如下：一种在体显微镜系统，包括对受检组织进行在体成像的接触式显微镜成像装置，对所述成像装置获得的图像数据进行加工处理、分析和储存的图像处理和显示单元，以及支撑成像装置的支撑装置，其中，所述接触式显微镜成像装置包括依次连接的放大部分，传像部分，目镜部分，照明光源部分，主体部分和摄像部分。
所述在体显微镜系统，其中，照明光源部分包括提供荧光激发光的荧光光源，和普通光源。
所述在体显微镜系统，其中，所述荧光光源为中心波长为450nm的蓝光LED，采用柯勒照明形式。
所述在体显微镜系统，其中，所述普通光源包括LED基板，设置在LED基板上、以光轴为中心对称排列的多个绿光LED，和LED基板中心的透光孔。
所述在体显微镜系统，其中，所述摄像部分包括两个空间位置相匹配的第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机同时采集，且在光轴方向上有微小差别。
所述在体显微镜系统，其中，所述主体部分包括成像透镜，还包括将荧光的激发光和荧光分开的第一分光装置，和将收集的光学信号平均分给第一相机和第二相机的第二分光装置。
所述在体显微镜系统，其中，所述主体部分还包括两个滤光片，分别设置在第一相机和第二相机的前方。
所述在体显微镜系统，其中，所述放大部分和传像部分由多组镜片构成，所述放大部分前端设有保护玻璃。
所述在体显微镜系统，其中，所述放大部分和传像部分之间采用一体快插式连接，前后端设有防水端面。
一种上述在体显微镜系统的实现方法，包括荧光成像模式的实现方法和普通染色成像模式的实现方法，其中，
所述荧光成像模式的实现方法为：在待观察的组织上涂抹荧光染色剂，打开荧光光源，荧光光源通过科勒照明，和主体部分中的第一分光装置后，经过目镜部分，传像部分，放大部分后均匀分布在待观察组织的表面激发荧光，由于荧光染色剂主要聚集在细胞核，所以细胞核发出的荧光会被放大部分收集，再经过传像部分，目镜部分，主体部分，到达摄像部分，完成荧光成像；
所述普通染色成像模式的实现方法为：在待观察的组织涂抹非荧光染色剂，打开普通光源，普通光源通过导光光纤后在放大部分周围出射，由于组织本身的后向散射作用，经过多次散射后照亮观察区域，由于非荧光染色剂的吸收作用，形成对比，所以在相机上形成图像。
上述在体显微镜系统的实现方法，其中，还包括相衬成像模式的实现方法，所述相衬成像模式的实现方法为：先打开LED基板上的其中一盏或相邻的几盏绿光LED，拍摄一张图像I 1，然后打开另外一盏或几盏绿光LED，拍摄另一张图像I 2 ，通过公式将两张图像按照进行相衬处理，生成相衬图像。
上述在体显微镜系统的实现方法，其中，还包括相位成像模式的实现方法，所述相位成像模式的实现方法为：打开普通光源，使第一相机和第二相机在同一时刻分别获得聚焦图像I0和离焦图像Id，利用预先设置的离焦距离，通过公式获得相位信息，其中，IFT是傅立叶逆变换，FT为傅立叶变换，k是波数，。
本发明的有益效果为：本发明通过设置接触式显微成像装置，从照明光源部分发出的光线通过放大部分射出至待观察组织上，由于组织本身的后向散射作用，经过多次散射后照亮观察区域，被放大部分收集，再经过传像部分、目镜部分和主体部分进行二次放大后，到达摄像部分成像，从而在不使用活检钳进行取样的情况下，实现在体实时成像，为临床医生提供第一手信息，提高了活检的准确率，检索患者等待的时间。
附图说明
图1为本发明实施例中在体显微镜系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中所述接触式显微成像装置的结构示意图。
图3为本发明实施例中所述主体部分的结构示意图。
图4为本发明实施例中所述普通光源的结构示意图。
1-接触式显微成像装置，11-放大部分，12-传像部分，13-目镜部分，14-照明光源部分，141-荧光光源，142-普通光源，143-LED基板，144-绿光LED，145-透光孔，15-主体部分，151-成像透镜，152-第一分光装置，153-第二分光装置，154-滤光片，16-摄像部分，161-第一相机，162-第二相机，2-图像处理和显示单元，3-支撑装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-2所示，本实施例涉及一种在体显微镜系统，包括对受检组织进行在体成像的接触式显微镜成像装置1，对所述成像装置1获得的图像数据进行加工处理、分析和储存的图像处理和显示单元2，以及支撑成像装置的支撑装置3，其中，所述接触式显微镜成像装置1包括依次连接的放大部分11，传像部分12，目镜部分13，照明光源部分14，主体部分15和摄像部分16。本实施例中，所述图像处理和显示单元2包括一个显示器和一个有计算能力的主机，可以是高性能的PC机，也可以是FPGA等硬件电路板；所述支撑装置3不仅为接触式显微镜系统提供稳定支撑，还可以实现在运动范围内的任意位置停留，保证活动顺畅，静置时稳定，无抖动。
应用时，照明光源部分14发出的光线通过放大部分11射出至待观察组织上，由于组织本身的后向散射作用，经过多次散射后照亮观察区域，被放大部分11收集，再经过传像部分12、目镜部分13和主体部分15进行二次放大后，到达摄像部分16成像，从而在不使用活检钳进行取样的情况下，实现在体实时成像，为临床医生提供第一手信息，提高了活检的准确率，检索患者等待的时间。
优选的，所述在体显微系统，其中，照明光源部分14包括提供荧光激发光的荧光光源141，和普通光源142。通过开启荧光光源141或普通光源142，在体显微镜可以实现荧光成像模式或普通染色成像模式，满足不同的需求。所述荧光光源为中心波长为450nm的蓝光LED，采用柯勒照明形式，确保待观察组织可以获得均匀而又充分的照明，同时又不会产生炫光。
如图4所示，所述普通光源142包括LED基板143，设置在LED基板143上、以光轴为中心对称排列的多个绿光LED144（中心波长为510nm），和LED基板143中心的透光孔145（用于反射光通过）。在使用时，可以将多个绿光LED144依次亮起，获得的不同的图像，再经过相衬处理后，获得相衬图像。即，先亮起其中的一盏或相邻的几盏绿光LED，拍摄一张图像I 1，然后亮起其余的绿光LED，拍摄另一张图像I 2 ，将两张图像进行相衬处理：，即可完成相衬图像的生成，使在体显微镜系统具有了相衬成像模式。
继续参考图2，所述在体显微系统中，所述摄像部分16包括两个空间位置相匹配的第一相机161和第二相机162，所述第一相机161和第二相机162均为黑白相机，同时采集，且在光轴方向上有微小差别。在使用时，使第一相机161和第二相机162在同一时刻分别获得聚焦图像I0和离焦图像Id，利用预先设置的离焦距离，通过公式获得相位信息，其中，IFT是傅立叶逆变换，FT为傅立叶变换，k是波数，。即，通过设置两个在光轴方向上有微小差别的相机，使在体显微镜实现了相位成像模式。
如图3所示，所述在体显微系统中，主体部分15包括成像透镜151，还包括第一分光装置152和第二分光装置153，其中，第一分光装置152用于将荧光的激发光和荧光分开，优选为二向色镜，若条件不允许，也可以使用偏振分光棱镜；所示第二分光装置153用于将收集的光学信号平均分给第一相机161和第二相机162，优选为消偏振分光棱镜。
进一步优选的，所述主体部分15还包括两个滤光片154，分别设置在第一相机161和第二相机162的前方。本实施例中，所述滤光片154的OD值为6以上，以便在荧光成像模式下，可以将激发光滤除，只收集荧光信号，防止在相机上形成的图像对比度降低。
实际应用中，所述放大部分11和传像部分12由多组镜片（2mm）构成，光学设计按照中心波长为510nm进行设计，且放大部分11前端设有0.8mm左右的保护玻璃，起保护作用。所述放大部分11和传像部分12之间采用一体快插式连接，作为一个探头使用，方便置入待观察组织中。另外，探头的前后端面进行防水处理，方便更换和消毒。目镜部分13、照明光源部分14、主体部分15以及摄像部分16安装于机械封装结构内的对应安装卡位上，器械封装结构起保护各光学元件的作用，避免光学元件受到刮擦而损坏。
本实施例还提供一种上述在体显微镜系统的实现方法，包括荧光成像模式的实现方法和普通染色成像模式的实现方法，其中，
所述荧光成像模式的实现方法为：在待观察的组织上涂抹抹吖啶黄荧光染色剂，打开荧光光源，即450nm的蓝色LED亮起，蓝光通过科勒照明，和主体部分15中的第一分光装置152后，经过目镜部分13，传像部分12，放大部分11后均匀分布在待观察组织的表面，激发荧光，由于荧光染色剂主要聚集在细胞核，所以细胞核发出的荧光会被放大部分收集，再经过传像部分12，目镜部分13，主体部分15，到达摄像部分16，完成荧光成像。本实施例中，由于在激发荧光的过程中，激发光经过了组织表面和各种镜片的后向反射，滤光片154对这部分的光进行阻止，防止形成的图像对比度降低。
所述普通染色成像模式的实现方法为：在待观察的组织涂抹甲蓝或甲苯胺蓝非荧光染色剂，打开普通光源，所有的绿光LED灯均亮起，光线通过导光光纤后在放大部分11周围出射，由于组织本身的后向散射作用，经过多次散射后照亮观察区域，由于甲蓝或甲苯胺蓝非荧光染色剂的吸收作用，形成对比，且绿光的波长可以通过滤光片154，所以在相机上形成图像，完成普通染色成像。
本实施例中，所述在体显微镜系统的实现方法还包括相衬成像模式的实现方法，所述相衬成像模式的实现方法为：先打开LED基板上的其中一盏或相邻的几盏绿光LED144（本实施例中，所述绿光LED有4盏，先打开其中相邻的2盏），拍摄一张图像I 1，然后打开其余的绿光LED，拍摄另一张图像I 2 ，通过公式将两张图像进行相衬处理，即可生成相衬图像。该模式适合一些不能染色，或者染色困难的组织。
进一步的，所述在体显微镜系统的实现方法还包括相位成像模式的实现方法，所述相位成像模式的实现方法为：打开普通光源142，使第一相机161和第二相机在同一时刻分别获得聚焦图像I0和离焦图像Id，根据预先设置的离焦距离和公式获得相位信息，其中，IFT是傅立叶逆变换，FT为傅立叶变换，k是波数，。该模式也不需要进行染色，同样适用于不能染色，或者染色困难的组织。相位分布包含了分子尺度下病理学切片的折射率分布，显示出由普通的染色方法不能达到组织和细胞的细微、纳米级形态信息。
以上对本发明进行了详细的介绍，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，比如：采用多色光+彩色相机完成相位成像，双相机变成多相机，使用其他波长的LED等。而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种在体显微镜系统，其特征在于，包括对受检组织进行在体成像的接触式显微镜成像装置，对所述成像装置获得的图像数据进行加工处理、分析和储存的图像处理和显示单元，以及支撑成像装置的支撑装置，其中，所述接触式显微镜成像装置包括依次连接的放大部分，传像部分，目镜部分，照明光源部分，主体部分和摄像部分。
2.根据权要求1所述的在体显微镜系统，其特征在于，所述照明光源部分包括提供荧光激发光的荧光光源，和普通光源。
3.根据权要求2所述的在体显微镜系统，其特征在于，所述荧光光源为中心波长为450nm的蓝光LED，采用柯勒照明形式。
4.根据权要求3所述的在体显微镜系统，其特征在于，所述普通光源包括LED基板，设置在LED基板上、以光轴为中心对称排列的多个绿光LED，和LED基板中心的透光孔。
5.根据权要求4所述的在体显微镜系统，其特征在于，所述摄像部分包括两个空间位置相匹配的第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机同时采集，且在光轴方向上有微小差别。
6.根据权要求5所述的在体显微镜系统，其特征在于，所述主体部分包括成像透镜，还包括将荧光的激发光和荧光分开的第一分光装置，和将收集的光学信号平均分给第一相机和第二相机的第二分光装置。
7.根据权要求6所述的在体显微镜系统，其特征在于，所述主体部分还包括两个滤光片，分别设置在第一相机和第二相机的前方。
8.一种权利要求7所述的在体显微镜系统的实现方法，其特征在于，包括荧光成像模式的实现方法和普通染色成像模式的实现方法，其中，
所述荧光成像模式的实现方法为：在待观察的组织上涂抹荧光染色剂，打开荧光光源，荧光光源通过科勒照明，和主体部分中的第一分光装置后，经过目镜部分，传像部分，放大部分后均匀分布在待观察组织的表面激发荧光，由于荧光染色剂主要聚集在细胞核，所以细胞核发出的荧光会被放大部分收集，再经过传像部分，目镜部分，主体部分，到达摄像部分，完成荧光成像；
所述普通染色成像模式的实现方法为：在待观察的组织涂抹非荧光染色剂，打开普通光源，普通光源通过导光光纤后在放大部分周围出射，由于组织本身的后向散射作用，经过多次散射后照亮观察区域，由于非荧光染色剂的吸收作用，形成对比，所以在相机上形成图像。
9.根据权要求8所述的在体显微镜系统的实现方法，其特征在于，还包括相衬成像模式的实现方法，所述相衬成像模式的实现方法为：先打开LED基板上的其中一盏或相邻的几盏绿光LED，拍摄一张图像I 1，然后打开另外一盏或几盏绿光LED，拍摄另一张图像I 2 ，通过公式将两张图像按照进行相衬处理，生成相衬图像。
10.根据权要求9所述的在体显微镜系统的实现方法，其特征在于，还包括相位成像模式的实现方法，所述相位成像模式的实现方法为：打开普通光源，使第一相机和第二相机在同一时刻分别获得聚焦图像I0和离焦图像Id，利用预先设置的离焦距离，通过公式获得相位信息，其中，IFT是傅立叶逆变换，FT为傅立叶变换，k是波数，。
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