CN108836262B - 一种诱导荧光光谱图像融合影像光路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种诱导荧光光谱图像融合影像光路，涉及光谱应用技术领域，主要用于复杂背景中特定物质浓度的图像显示，如生物体内病灶成份浓度的图像显示、犯罪现场的恒量物质的图像显示。本发明采用激发光路和成像光路的靶面相互位置共轭的技术实现了激发光源照射在待测物上的均匀化，激发光源处于成像系统的镜像靶面位置，经过成像系统后照射在待测物上，激发待测物的分子产生荧光，荧光经过成像系统后汇聚到靶面位置，实现激发光源的荧光图像，由于激发光源处于镜像靶面位置，实现了激发光源的均匀化。
Description
技术领域
本发明属于光谱技术应用领域，具体涉及一种诱导荧光光谱图像融合影像光 路。
背景技术
诱导荧光光谱作为物质浓度检测的一种方法，用于生物体内病灶成份浓 度的检测，采用特定波段光激发病灶，得到病灶的特征荧光光谱，特征荧光 强度反应了病灶成份的浓度，但这种荧光浓度只能表征为特定位置的病灶的 浓度。
为感知大范围内的病灶的形状或浓度分布，将荧光光谱与医学影像结合， 实现传统医学影像技术与现代分子生物学相结合的分子影像设备，从细胞、 分子层面观测生理或病理变化，具有无创伤、实时、直观显像等优点，如专 利CN 104323858 A手持式分子影像导航系统提出了一种手持式分子影像导 航系统，通过分时控制方法不同光谱的荧光及可见光的实时成像，实现了分 子荧光光谱影像的检测。
其核心采用第一多光谱切换器选择照明光源或者激发光源，实现方式是 在位置1处放置400nm-650nm滤光片(或者无滤光片)，在位置2处放置 707nm-780nm的滤光片，从而实现照明光源或选择激发光波段。
采用第二多光谱切换器选择荧光成像或者照明光源成像，实现方式是在 位置1’处放置808nm-880nm的滤光片，从而得到受激荧光的图像，在位置2’ 处不放置滤光片，从而得到照明光源的图像，并对受激发荧光图像和照明光 源图像进行图像融合。
现有光路尺寸过大，需要多种滤光片，而且需要按照时序切换滤光片， 运动部件给光路运行过程中带来不稳定。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供种一种诱导荧光光 谱图像融合影像光路，采用诱导荧光的方式得到图像融合影像，省去了运动 部件，简化了时序控制，压缩了光路尺寸并提高了准确性。
本文先进之处在于选择分时复用的方式实现了荧光图像和照明图像的 采集，采用双通带通滤光片实现荧光图像和照明图像成像光路的完全重合， 简化光路结构，压缩了光路的尺寸。
其次，对相同物质同等浓度的分子，激发光源越强产生的荧光光谱越强， 因此，照射在待测物体上激光发源的均匀性对荧光光谱影像的真实性至关重 要。现有产品或专利未涉及此问题，通过多个激发光源的光强叠加可实现均 匀性，但同时导致受激发光源区域远大于荧光成像区域，这样导致了激发光 源光强的浪费，对手持式或穿戴式仪器非常不利。
本文采用了激发光源和成像光路的靶面相互位置共轭的技术实现了激 发光源照射在待测物上的均匀化，激发光源处于成像系统的镜像靶面位置， 经过成像系统后照射在待测物上，激发待测物的分子产生荧光，荧光经过成 像系统后汇聚到靶面位置，实现激发光源的荧光图像，由于激发光源处于镜 像靶面位置，实现了激发光源的均匀化。
本发明的技术方案如下：
一种诱导荧光光谱图像融合影像光路，包括以下步骤：
步骤S101：开启激发光源，关闭照明光源，使激发光源照射在待检测的位 置，激发药物产生荧光，荧光大小反映药物的浓度；视频采集部件记录下待检物 质的荧光信息，将药物的浓度转化为荧光图像；
步骤S102：关闭激发光源，打开照明光源，视频采集部件记录下待检物质 的照明图像。
步骤S103：荧光图像减去一定比例的照明图像，得到扣除背景干扰的药物 浓度图像。
如上所述的一种诱导荧光光谱图像融合影像光路，其特征在于：所述的 荧光成像光路和照明光路位置重合，激发光源位于成像光路的共轭像上，荧 光的波长λ3＞激发光源的波长λ1＞照明光源的波长λ2。
如上所述的一种诱导荧光光谱图像融合影像光路，其特征在于：所述的 视频采集部件，视频采集部件依据时序对荧光和照明光源成像，光波段的选择 方式为双通带通滤光片。双通带通滤光片的两个中心波长分别与荧光波长和照明 光源波长相等。
如上所述的一种诱导荧光光谱图像融合影像光路，其特征在于：所述的激 发光源经由光分离器1的反射，进入到镜头的扩散后照射在待测体，激发药物产 生的荧光透过光分离器1，到达视频采集部件，其中端面法兰到相机靶面位置的 距离L201与到镜像靶面位置距离L202相等。
附图说明
图1为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像的流程图；
图2为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像光路分光光路图；
图3为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像光路的双通滤光片透过率图；
图4为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像光路的光分离器透过率图；
图5为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像光路的整体光路运行示意图；
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像的流程图，具体包括以下 步骤：
步骤S101：开启激发光源，关闭照明光源，使激发光源照射在待检测的位 置，激发药物产生荧光，荧光大小反映药物的浓度；视频采集部件记录下待检物 质的荧光信息，将药物的浓度转化为荧光图像；
步骤S102：关闭激发光源，打开照明光源，视频采集部件记录下待检物质 的照明图像。
步骤S103：荧光图像减去一定比例的照明图像，得到扣除背景干扰的药物 浓度图像。
在步骤S101中，激发光源照射待检测物质产生荧光F2，混合环境光FN汇 聚到相机靶面203，产生的电流为k2*F2+kn*FN；
在S102中，照明光源照射在待检物质上并反射F3，混合环境光FN汇聚到 相机靶面203，产生的电流为k3*F3+kn*FN；
在S103中，荧光图像产生减去一定比例的照明图像，得到k2*F2-k3*F3， 反应了荧光图像和照明图像的反差。
其中，上述F2、FN为矢量，代表相机靶面每一单元的光强。
图2为一种诱导荧光光谱图像融合影像光路分光光路图；激发光源10 置于镜头2的镜像靶面位置101上，激发光源10激光经过光分离器1的反 射，反射光进入到镜头2，经过镜头2的发散后，激发光源10发散并照射在 待测物体上，激发物体分子产生荧光，产生的荧光返回镜头2，经过镜头2 汇聚到置于靶面位置111的相机靶面11，荧光在相机靶面11上产生荧光图 像，光分离器1采用的是带阻滤光片，光分离器1透过荧光和照明光源，反 射波长为λ1的激发光源10，透过波长为λ2和λ3的照明光源和荧光，其中 λ2＜λ1＜λ3。
图3为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像光路的双通滤光片透过率 图，本发明采用双通滤光片置于成像光路实现荧光光谱图像和照明光源图像， 省去了移动部件，采用一个相机靶面一个滤光片可实现双波长成像，其中一 个波长为激发光源10产生的荧光。
图中纵轴为透过率，横轴为波长，反应了滤光片对不同波长的透过程度， 本图为示意图，图中的λ2表示照明光源区域，λ3表示荧光区域。
图4为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像光路的光隔离器透过率图， 本发明采用光隔离器1置于成像光路的聚焦部分，与聚焦光路轴成45°角， 反射波长为λ3的激发光源10，透过波长为λ2和λ3的照明光源和荧光，本图 为示意图，图中纵轴为透过率，横轴为波长，虚线部分代表不通过，本发明 采用带阻滤光片实现，也可通过双带通滤光片。
图5为本发明一种诱导荧光光谱图像融合影像光路的整体光路运行示意 图；激发光源10照射穿透物体表面3，激发其中的分子P1，将其有基态S0 激发至高能态S2，由弛豫等内转换过程后跌落稳态S1，由S1向基态S0跃 迁过程中产生波长为λ2的荧光光子P2，荧光光子P2经过镜头2的聚光、并 透过光隔离器1、双通带通滤光片4、汇聚至相机靶面11，并由相机转化为 荧光分子影像的电子信号图像；由多个LED组成的环形照明光源12照明光 源置于镜头2的前表面，照射在物体表面3，其反射光汇聚镜头2的聚光、 并透过光隔离器1、双通带通滤光片4、汇聚至相机靶面11，并由相机转化 为照明光源影像的电子信号图像；由时序控制激光光源10和照明光源12的 开启，使得镜头2的汇聚光路中同一时刻只有受激发产生的荧光分子P2或 照明光源分子，即只有λ3的荧光或λ2的照明光源，相机依次得到荧光图像和照明光图像，经过图像融合后得到扣除背景干扰的荧光图像。
本发明中采用几何分光的方式实现了荧光光路、照明光路和激发光路共 轴、得到相同像面的图像、相同物面的激发面，本光路不仅可以实现近红外 激发光源产生红外荧光对白光照明光源的扣除，也可以实现紫外光源激发物 质产生荧光对特定照明光源的扣除。
此外，其中的滤光片为多带通滤光片时，可实现但多个荧光波长λi光谱 影像图，从而实现三维激发荧光光谱影像图。
此外，在激发光源、荧光前置偏光片，实现偏振荧光光谱影像。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明 的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1.一种诱导荧光光谱图像融合影像光路，其特征在于：荧光成像光路和照明光路重合，激发光源位于成像光路的共轭像上，荧光的波长λ3＞激发光源的波长λ1＞照明光源的波长λ2；激发光源10激光经过光分离器1反射，反射光进入到镜头2，经过镜头2发散后，激发光源发散并照射在待测体上，激发药物产生的荧光P2透过光分离器1，到达视频采集部件，其中端面法兰到相机靶面位置的距离L201与到镜像靶面位置距离L202相等；照明光源12置于镜头2的前表面，照明光源由多个LED构成环形光源；
所述诱导荧光光谱图像融合影像光路包括以下步骤：
步骤S101：开启激发光源，关闭照明光源，使激发光源照射在待检测的位置，激发药物产生荧光，荧光大小反映药物的浓度；视频采集部件记录下待检物质的荧光信息，将药物的浓度转化为荧光图像；
步骤S102：关闭激发光源，打开照明光源，视频采集部件记录下待检物质的照明图像；
步骤S103：荧光图像减去一定比例的照明图像，得到扣除背景干扰的药物浓度图像。
2.如权利要求1所述的一种诱导荧光光谱图像融合影像光路的视频采集部件，其特征在于：视频采集部件依据时序对荧光和照明光源成像，光波段的选择方式为双通带通滤光片，双通带通滤光片的两个中心波长分别与荧光波长和照明光源波长相等。
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