CN108937909B - 一种基于片层光的选层血流散斑成像装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于片层光的选层血流散斑成像装置及方法，装置包括激光光源、扩束镜、分光镜、第一变焦透镜、第二变焦透镜、第一柱面镜、第二柱面镜、电机、自动对焦镜头、图像采集相机以及处理器，激光光源输出的激光光束经过扩束镜以及分光镜形成第一线光束以及第二线光束，第一线光束先后通过第一变焦透镜以及第一柱面镜形成第一片层光，第二线光束先后通过第二变焦透镜以及第二柱面镜形成第二片层光，经待测样品吸收后的第一片层光以及第二片层光通过自动对焦镜头进入图像采集相机。本发明令两束片层光在待测样品的三等分点处重合，以采集待测样品不同选层的信息；本装置避免了复杂的荧光染色以及检测操作，成像操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及血流散斑成像技术领域，更具体地说涉及一种基于片层光的选层血流散斑成像装置及方法。
背景技术
在血流散斑成像方面，目前已有北京吉安得尔科技有限公司的可以实时对微米量级的二维血流图像进行监测的RFLSI Pro激光散斑血流成像仪，能测得可直观显示组织血流分布状况的moorFLPI-2型变焦激光散斑血流成像系统，还有能提供视频速率高达25帧/秒的微血管中的血流变化影的moorFLPI全景血流灌注成像系统。
而在片层光应用成像方面，目前已经可以对衰老细胞在避免复杂荧光标记操作和探测过程下进行检测。公开号为CN 106520535A的专利文献中，江西固久金属制品有限公司公开了一种基于光片照明的免标记细胞检测装置，该装置避免了荧光的染色和检测等复杂操作，使操作简单，但仅用单光束扫描，在成像质量上有所欠缺；公开号为CN 104155274A的专利文献中，华中科技大学公开了一种双光束光片照明显微扫描成像方法及显微镜，可快速的对样品进行扫描，加速了三维成像速度，但是该技术方案依然与传统光片照明成像一样依赖于荧光成像。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何实现操作简单，成像质量高的动态活体三维无标记成像，如何利用片层光实现三维成像功能。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种基于片层光的选层血流散斑成像装置，包括激光光源、扩束镜、分光镜、第一变焦透镜、第二变焦透镜、第一柱面镜、第二柱面镜、电机、自动对焦镜头、图像采集相机以及处理器，所述处理器与电机电性连接，待测样品装载在电机上，所述图像采集相机与处理器输入端通信连接，所述激光光源输出的激光光束先后经过扩束镜以及分光镜形成第一线光束以及第二线光束，第一线光束先后通过第一变焦透镜以及第一柱面镜形成第一片层光，第二线光束先后通过第二变焦透镜以及第二柱面镜形成第二片层光，所述第一片层光以及第二片层光传输至待测样品相对的两侧，经待测样品吸收后的第一片层光以及第二片层光通过自动对焦镜头进入图像采集相机。
作为上述技术方案的进一步改进，所述成像装置还包括若干个反射镜，所述反射镜可设置在扩束镜与分光镜之间，和/或分光镜与第一变焦透镜之间，和/或分光镜与第二变焦透镜之间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电机是步进电机。
作为上述技术方案的进一步改进，所述图像采集相机是CCD相机或者是CMOS相机。
本发明的有益效果是：本发明通过电机移动待测样品实现待测样品的选层操作，通过两个变焦透镜使两束片层光在待测样品的三等分点处重合，以采集待测样品不同选层的信息，组成完整的三维血流图像；本装置避免了复杂的荧光染色以及检测操作，成像操作简单，且利用自动对焦镜头，图像质量佳。
本发明创造同时还公开了一种血流散斑成像方法，包括以下步骤：
步骤1，利用分光镜将经过扩束镜的激光光束分成两束线光束；
步骤2，令两束线光束先后通过变焦透镜以及柱面镜形成两束片层光，令两束片层光传输至待测样品相对的两侧；
步骤3，对待测样品进行选层划分，控制电机对待测样品进行上下移动，选取待测样品的第一个选层；
步骤4，通过两个变焦透镜调节两束片层光的焦点，使两束片层光的焦点依次在待测样品当前选层上的两个三等分点重合，针对各个三等分点，图像采集相机自动寻找采集焦点，采集N帧图像，将N帧图像做散斑成像得到一张散斑图像；
步骤5，将步骤4得到的两个散斑图像进行融合，得到当前选层的一个融合图像；
步骤6，通过电机定位待测样品的下一个选层，重复步骤4和步骤5，直到完成所有选层的选取操作；
步骤7，将各个选层对应的融合图像进行组合，得到待测样品的三维血流图像。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤4中将N帧图像做散斑成像得到一张散斑图像的过程具体包括以下步骤：
步骤4.1，对N帧图像分别进行傅里叶变换；
步骤4.2，对N帧图像进行积分操作，得到含有高低频信号成份的散斑图像；
步骤4.3，将散斑图像的低频信号成份虑除。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤4中针对各个三等分点，图像采集相机采集512帧图像。
本发明的有益效果是：本发明利用两束相向的片层光作用照明成像用光源，有效提高图像采集质量；利用待测样品对片层光的吸收涨落调制效应获取待测样品的血流图像信息，本方法在待测样品每个选层的两个不同位置获得两个散斑图像，再由两个散斑图像组合形成每个选层对应的融合图像，最后由所有融合图像共同组合形成待测样品的三维血流图像，图像清晰度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的成像装置结构示意图；
图2是本发明的成像方法流程图；
图3是本发明的成像过程中所采集图像的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，本发明创造公开了一种基于片层光的选层血流散斑成像装置，包括激光光源1、扩束镜2、分光镜3、第一变焦透镜41、第二变焦透镜42、第一柱面镜51、第二柱面镜52、电机6、自动对焦镜头71、图像采集相机72以及处理器8，所述处理器8与电机6电性连接，待测样品9装载在电机6上，所述图像采集相机72与处理器8输入端通信连接，所述处理器8主要用于对电机6进行精准控制以及对图像采集相机72所采集的图像进行相关的图像处理操作，所述激光光源1输出的激光光束先后经过扩束镜2以及分光镜3形成第一线光束以及第二线光束，第一线光束先后通过第一变焦透镜41以及第一柱面镜51形成第一片层光，第二线光束先后通过第二变焦透镜42以及第二柱面镜52形成第二片层光，所述第一片层光以及第二片层光传输至待测样品9相对的两侧，经待测样品9吸收后的第一片层光以及第二片层光通过自动对焦镜头71进入图像采集相机72，所述第一片层光以及第二片层光的焦点均在待测样品9内且重合，有利于加强重合点所在位置的信号强度。具体地，本发明创造通过电机6移动待测样品9实现待测样品9的选层操作，通过两个变焦透镜使两束片层光在待测样品9的三等分点处重合，连续采集多张图像，分别对各个图像进行傅里叶变换将图像中的时域信号转换成频域信号图像中的背景信号因抖动频率低而表现为低频信号，血流信号因抖动频率高而表现为高频信号，将高低频信号分离，以采集待测样品9不同选层的信息，组成完整的三维血流图像；本装置避免了复杂的荧光染色以及检测操作，成像操作简单，且利用自动对焦镜头71，图像质量佳。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述成像装置还包括若干个反射镜10，所述反射镜10可设置在扩束镜2与分光镜3之间，和/或分光镜3与第一变焦透镜41之间，和/或分光镜3与第二变焦透镜42之间。其中“和/或”的意思是指反射镜10可以设置在扩束镜2与分光镜3之间、分光镜3与第一变焦透镜41之间、分光镜3与第二变焦透镜42之间，上面三处的其中一处或者多处，本发明创造通过所述反射镜10的设置，提高本成像装置中各个光学透镜放置位置的灵活性，提高本装置的可操作性，便于与各种使用场合相适应。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述电机6是步进电机，提高对待测样品9移动距离控制的精准度。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述图像采集相机72是CCD相机或者是COMS相机，CCD相机以及COMS相机均是属于高灵敏度相机，有效提高图像采集质量。
参照图2，本发明创造同时还公开了一种血流散斑成像方法，包括以下步骤：
步骤1，利用分光镜3将经过扩束镜2的激光光束分成两束线光束；
步骤2，令两束线光束先后通过变焦透镜以及柱面镜形成两束片层光，令两束片层光传输至待测样品9相对的两侧；
步骤3，对待测样品9进行选层划分，控制电机6对待测样品9进行上下移动，选取待测样品9的第一个选层；
步骤4，通过两个变焦透镜调节两束片层光的焦点，使两束片层光的焦点依次在待测样品9当前选层上的两个三等分点重合，针对各个三等分点，图像采集相机72自动寻找采集焦点，采集N帧图像，将N帧图像做散斑成像得到一张散斑图像；
步骤5，将步骤4得到的两个散斑图像进行融合，得到当前选层的一个融合图像；
步骤6，通过电机6定位待测样品9的下一个选层，重复步骤4和步骤5，直到完成所有选层的选取操作；
步骤7，将各个选层对应的融合图像进行组合，得到待测样品9的三维血流图像。
具体地，本发明利用两束相向的片层光作用照明成像用光源，有效提高图像采集质量；利用待测样品9对片层光的吸收涨落调制效应获取待测样品9的血流图像信息，本方法在待测样品9每个选层的两个不同位置获得两个散斑图像，再由两个散斑图像组合形成每个选层对应的融合图像，最后由所有融合图像共同组合形成待测样品9的三维血流图像，图像清晰度高。
参照图3，图3所示的是成像过程中步骤4所采集的图像示意图，图3中将待测样品从上至下依次分为多个选层11，每个选层11设有两个三等分点12，虚线椭圆区域表示的是两束片层光焦点重合在不同三等分点12时所采集的区域，图3的a图中两束片层光焦点重合在待测样品左侧的三等分点12处，图3的b图中两束片层光焦点重合在待测样品右侧的三等分点12处。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，步骤4中将N帧图像做散斑成像得到一张散斑图像的过程具体包括以下步骤：
步骤4.1，对N帧图像分别进行傅里叶变换；
步骤4.2，对N帧图像进行积分操作，得到含有高低频信号成份的散斑图像；
步骤4.3，将散斑图像的低频信号成份虑除。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，步骤4中针对各个三等分点，图像采集相机72采集512帧图像。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (4)
1.一种血流散斑成像方法，其特征在于，应用一种基于片层光的选层血流散斑成像装置，所述装置包括激光光源(1)、扩束镜(2)、分光镜(3)、第一变焦透镜(41)、第二变焦透镜(42)、第一柱面镜(51)、第二柱面镜(52)、电机(6)、自动对焦镜头(71)、图像采集相机(72)以及处理器(8)，所述处理器(8)与电机(6)电性连接，待测样品(9)装载在电机(6)上，所述图像采集相机(72)与处理器(8)输入端通信连接，所述激光光源(1)输出的激光光束先后经过扩束镜(2)以及分光镜(3)形成第一线光束以及第二线光束，第一线光束先后通过第一变焦透镜(41)以及第一柱面镜(51)形成第一片层光，第二线光束先后通过第二变焦透镜(42)以及第二柱面镜(52)形成第二片层光，所述第一片层光以及第二片层光传输至待测样品(9)相对的两侧，经待测样品(9)吸收后的第一片层光以及第二片层光通过自动对焦镜头(71)进入图像采集相机(72)；
所述成像装置还包括若干个反射镜(10)，所述反射镜(10)可设置在扩束镜(2)与分光镜(3)之间，和/或分光镜(3)与第一变焦透镜(41)之间，和/或分光镜(3)与第二变焦透镜(42)之间；
所述方法包括以下步骤：
步骤1，利用分光镜(3)将经过扩束镜(2)的激光光束分成两束线光束；
步骤2，令两束线光束先后通过变焦透镜以及柱面镜形成两束片层光，令两束片层光传输至待测样品(9)相对的两侧；
步骤3，对待测样品(9)进行选层划分，控制电机(6)对待测样品(9)进行上下移动，选取待测样品(9)的第一个选层；
步骤4，通过两个变焦透镜调节两束片层光的焦点，使两束片层光的焦点依次在待测样品(9)当前选层上的两个三等分点重合，针对各个三等分点，图像采集相机(72)自动寻找采集焦点，采集N帧图像，将N帧图像做散斑成像得到一张散斑图像；
步骤5，将步骤4得到的两个散斑图像进行融合，得到当前选层的一个融合图像；
步骤6，通过电机(6)定位待测样品(9)的下一个选层，重复步骤4和步骤5，直到完成所有选层的选取操作；
步骤7，将各个选层对应的融合图像进行组合，得到待测样品(9)的三维血流图像；
步骤4中将N帧图像做散斑成像得到一张散斑图像的过程具体包括以下步骤：
步骤4.1，对N帧图像分别进行傅里叶变换；
步骤4.2，对N帧图像进行积分操作，得到含有高低频信号成份的散斑图像；
步骤4.3，将散斑图像的低频信号成份虑除。
2.根据权利要求1所述的一种血流散斑成像方法，其特征在于：所述电机(6)是步进电机。
3.根据权利要求1所述的一种血流散斑成像方法，其特征在于：所述图像采集相机(72)是CCD相机或者CMOS相机。
4.根据权利要求1所述的一种血流散斑成像方法，其特征在于，步骤4中针对各个三等分点，图像采集相机(72)采集512帧图像。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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Address after: 528000 Foshan Institute of science and technology, Xianxi reservoir West Road, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province Patentee after: Foshan University Country or region after: China Address before: 528000 Foshan Institute of science and technology, Xianxi reservoir West Road, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province Patentee before: FOSHAN University Country or region before: China |