CN108968942A - 一种基于近红外全色彩血流成像装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于近红外全色彩血流成像装置及方法，成像装置包括电源模块、LED光源、毛玻璃片、样品载物台、面阵黑白相机以及处理器，电源模块与LED光源电性连接，面阵黑白相机设置在样品载物台上方，面阵黑白相机与处理器通信连接；LED光源包括输出波长为700nm～790nm光束的第一发光单元、输出波长为800nm～805nm光束的第二发光单元以及输出波长为810nm～900nm光束的第三发光单元。本发明利用脱氧血红蛋白以及带氧血红蛋白对不同波长的近红外光吸收率不同的原理，向待测样品依次照射波长不同的近红外光，即可得到待测样品的血流图像信息，整个过程操作简单，对待测样品没有任何伤害，而且得到的图像信息完整性高，能够实现动静脉的彩色成像，成像清晰度高。
Description
技术领域
本发明涉及血流成像技术领域，更具体地说涉及一种基于近红外全色彩血流成像装置及方法。
背景技术
在医疗技术领域中，检测患者是否存在心血管类疾病的时候，往往需要对患者的血管进行成像操作，以便获取患者在心血管方面的相关信息。
现有技术中，公开号为CN 203802443U的专利文献公开了一种便携式基于红外光吸收和投影的血管成像装置，该成像装置主要用于对静脉血管进行成像，得到血管的灰度图，以达到辅助医护人员完成静脉穿刺的目的，而对于动脉血管疾病进行诊断时，需要更换照明光源，不能对动静脉同时进行成像；公开号为CN 102871645A的专利文献公开了近红外成像超声血管治疗仪，该装置虽然能够同时实现动静脉的彩色成像，但是该技术方案是将利用多普勒血流成像获得的血流信息进行彩色编码，实时叠加在B型黑白图像上来实现动静脉彩色成像，该技术方案需要将彩色多普勒成像和超声成像结合，操作较为麻烦，且B型超声成像的分辨率不高，成像的质量与操作者实际操作的好坏有极大的关系，另外此技术方案容易发生图像混叠，产生伪像，得到的血管图像较为模糊。
现有技术中血流成像技术主要存在以下问题，第一，成像装置实际操作较为麻烦；第二，得到的血管图像清晰度不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何简化成像装置的操作以及如何提高血流成像的清晰度。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种基于近红外全色彩血流成像装置，包括电源模块、LED光源、毛玻璃片、样品载物台、面阵黑白相机以及处理器，所述电源模块与LED光源电性连接，所述LED光源输出的光束通过毛玻璃片照射在位于样品载物台上，所述面阵黑白相机设置在样品载物台上方，所述面阵黑白相机与处理器通信连接；所述LED光源包括输出波长为700nm～790nm光束的第一发光单元、输出波长为800nm～805nm光束的第二发光单元以及输出波长为810nm～900nm光束的第三发光单元，所述电源模块分别与第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元电性连接，所述电源模块被配置为循环点亮第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元相同的时间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一发光单元输出光束的波长为770nm，所述第二发光单元输出光束的波长为800nm，所述第三发光单元输出光束的波长为830nm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述LED光源是LED矩阵光源，所述第一发光单元包括多个第一LED灯珠，所述第二发光单元包括多个第二LED灯珠，所述第三发光单元包括多个第三LED灯珠，所述第一LED灯珠、第二LED灯珠以及第三LED灯珠循环间隔地设置在LED矩阵光源的每一行每一列上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述成像装置还包括升降机构，所述升降机构配置有4个，所述LED光源、毛玻璃片、样品载物台以及面阵黑白相机分别安装在各个升降机构上。
本发明的有益效果是：本发明利用脱氧血红蛋白以及带氧血红蛋白对不同波长的近红外光吸收率不同的原理，向待测样品依次照射波长不同的近红外光，即可得到待测样品的血流图像信息，整个过程操作简单，对待测样品没有任何伤害，而且得到的图像信息完整性高，能够实现动静脉的彩色成像，成像清晰度高。
本发明同时还提供了一种血流成像方法，包括以下步骤：
步骤1，搭建上述血流成像装置；
步骤2，依次控制各个发光单元启动，采集待测样品在各个波长近红外光照射下的图像，将采集到的图像定义为待测图像；
步骤3，对每个待测图像上的每个像素点进行傅里叶变换，得到待测样品的灰度图像；
步骤4，将得到的灰度图像进行中值滤波处理以及归一化处理；
步骤5，为各个波长下的各个灰度图像分别赋予RGB其中一个颜色通道，得到各个波长下的单通道图像；
步骤6，将各个波长下的单通道图像进行融合，得到待测样品动静脉血管的彩色图像。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤5中波长为700nm～790nm下的灰度图像赋予G(绿)颜色通道，波长为800nm～805nm下的灰度图像赋予R(红)颜色通道，波长为810nm～900nm下的灰度图像赋予B(蓝)颜色通道。
本发明的有益效果是：本发明利用脱氧血红蛋白以及带氧血红蛋白对不同波长的近红外光吸收率不同的原理，向待测样品依次照射波长不同的近红外光，以获取动静脉的血流图像信息，最后将不同近红外光获得的图像信息分别赋予RGB三种颜色通道并将各个图像信息进行融合，得到待测样品动静脉的彩色成像，成像清晰度高。
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是本发明的装置结构示意图；
图2是本发明的LED光源结构示意图；
图3是脱氧血红蛋白与带氧血红蛋白对不同波长的近红外光吸收率的示意图；
图4是本发明的方法流程图。
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～图2，本发明创造公开了一种基于近红外全色彩血流成像装置，包括电源模块1、LED光源2、毛玻璃片3、样品载物台4、面阵黑白相机5以及处理器6，所述面阵黑白相机5配置有MELLES GRIOT INVARITAR P/N 59LGH 416型号镜头，该型号镜头主要用于调节焦距以及进光量，所述面阵黑白相机5优先选用Basler工业相机，Basler工业相机具有较高的图像稳定性以及抗干扰性；所述电源模块1与LED光源2电性连接，所述LED光源2输出的光束通过毛玻璃片3均匀地照射在位于样品载物台4上，所述面阵黑白相机5设置在样品载物台4上方，所述面阵黑白相机5与处理器6通信连接；所述LED光源2包括输出波长为700nm～790nm光束的第一发光单元、输出波长为800nm～805nm光束的第二发光单元以及输出波长为810nm～900nm光束的第三发光单元，所述电源模块1分别与第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元电性连接，所述电源模块1被配置为循环点亮第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元相同的时间。
本发明创造具体原理如下：参照图3，图3中虚线表示脱氧血红蛋白对近红外光的吸收率曲线，实线表示带氧血红蛋白对近红外光的吸收率曲线。本发明利用动静脉血管对不同波长的近红外光的吸收不同进行调制成像，当近红外光波长为700nm～790nm时，脱氧血红蛋白对近红外光的吸收率较高，可用于显示静脉血管，当近红外光波长为800nm～805nm时，带氧血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外光的吸收率相同，可作为等色点，当近红外光波长为810nm～900nm时，带氧血红蛋白对近红外光的吸收率高，可用于显示动脉血管。
具体地，本发明利用脱氧血红蛋白以及带氧血红蛋白对不同波长的近红外光吸收率不同的原理，向待测样品依次照射波长不同的近红外光，即可得到待测样品的血流图像信息，整个过程操作简单，对待测样品没有任何伤害，而且得到的图像信息完整性高，能够实现动静脉的彩色成像，成像清晰度高。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述第一发光单元输出光束的波长为770nm，所述第二发光单元输出光束的波长为800nm，所述第三发光单元输出光束的波长为830nm。经过多次反复实验，当第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元分别输出波长为770nm、800nm以及830nm时，面阵黑白相机5所采集到的图像清晰度更优。
进一步作为优选的实施方式，为进一步提高近红外光照射在待测样品上的均匀性，本发明创造具体实施方式中，所述LED光源2是LED矩阵光源，所述第一发光单元包括多个第一LED灯珠21，所述第二发光单元包括多个第二LED灯珠22，所述第三发光单元包括多个第三LED灯珠23，所述第一LED灯珠21、第二LED灯珠22以及第三LED灯珠23循环间隔地设置在LED矩阵光源的每一行每一列上。参照图2，图2所显示的LED矩阵光源是6*6矩阵，当然还可以是各种3N*3N(N大于等于2)矩阵，图2中数字1表示第一LED灯珠21，数字2表示第二LED灯珠22，数字3表示第三LED灯珠23，将所述第一LED灯珠21、第二LED灯珠22以及第三LED灯珠23循环间隔地设置在LED矩阵光源的每一行每一列上能够同时保证第一LED灯珠21、第二LED灯珠22以及第三LED灯珠23分布的均匀性。
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升降机构7，所述升降机构7配置有4个，所述LED光源2、毛玻璃片3、样品载物台4以及面阵黑白相机5分别安装在各个升降机构7上。本发明创造通过所述升降机构7的设置，便于操作者调节LED光源2、毛玻璃片3、样品载物台4以及面阵黑白相机5的相对位置，提高成像质量。
参照图4，本发明创造同时还提供了一种血流成像方法，包括以下步骤：
步骤1，搭建上述血流成像装置；
步骤2，依次控制各个发光单元启动，采集待测样品在各个波长近红外光照射下的图像，将采集到的图像定义为待测图像；
步骤3，对每个待测图像上的每个像素点进行傅里叶变换，得到待测样品的灰度图像；
步骤4，将得到的灰度图像进行中值滤波处理以及归一化处理；
步骤5，为各个波长下的各个灰度图像分别赋予RGB其中一个颜色通道，得到各个波长下的单通道图像；
步骤6，将各个波长下的单通道图像进行融合，得到待测样品动静脉血管的彩色图像。
本方法利用了在不同波长的近红外光照射下，红细胞对近红外光的吸收系数比背景对近红外光的吸收系数高的原理，利用红细胞和背景组织对近红外光的吸收差异，使到红细胞的信号与背景信号可以在频域上分离，通过傅里叶变换将原始时间信号从时域转换成频域。
具体地，本发明利用脱氧血红蛋白以及带氧血红蛋白对不同波长的近红外光吸收率不同的原理，向待测样品依次照射波长不同的近红外光，以获取动静脉的血流图像信息，最后将不同近红外光获得的图像信息分别赋予RGB三种颜色通道并将各个图像信息进行融合，得到待测样品动静脉的彩色成像，成像清晰度高。
进一步作为优选的实施方式，为提高待测样品动静脉血管彩色图像的质量，本发明创造具体实施方式中，步骤5中波长为700nm～790nm下的灰度图像赋予G(绿)颜色通道，波长为800nm～805nm下的灰度图像赋予R(红)颜色通道，波长为810nm～900nm下的灰度图像赋予B(蓝)颜色通道。
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 (6)
1.一种基于近红外全色彩血流成像装置，其特征在于：包括电源模块(1)、LED光源(2)、毛玻璃片(3)、样品载物台(4)、面阵黑白相机(5)以及处理器(6)，所述电源模块(1)与LED光源(2)电性连接，所述LED光源(2)输出的光束通过毛玻璃片(3)照射在位于样品载物台(4)上，所述面阵黑白相机(5)设置在样品载物台(4)上方，所述面阵黑白相机(5)与处理器(6)通信连接；所述LED光源(2)包括输出波长为700nm～790nm光束的第一发光单元、输出波长为800nm～805nm光束的第二发光单元以及输出波长为810nm～900nm光束的第三发光单元，所述电源模块(1)分别与第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元电性连接，所述电源模块(1)被配置为循环点亮第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元相同的时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于近红外全色彩血流成像装置，其特征在于：所述第一发光单元输出光束的波长为770nm，所述第二发光单元输出光束的波长为800nm，所述第三发光单元输出光束的波长为830nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于近红外全色彩血流成像装置，其特征在于：所述LED光源(2)是LED矩阵光源，所述第一发光单元包括多个第一LED灯珠(21)，所述第二发光单元包括多个第二LED灯珠(22)，所述第三发光单元包括多个第三LED灯珠(23)，所述第一LED灯珠(21)、第二LED灯珠(22)以及第三LED灯珠(23)循环间隔地设置在LED矩阵光源的每一行每一列上。
4.根据权利要求1所述的一种基于近红外全色彩血流成像装置，其特征在于：所述成像装置还包括升降机构(7)，所述升降机构(7)配置有4个，所述LED光源(2)、毛玻璃片(3)、样品载物台(4)以及面阵黑白相机(5)分别安装在各个升降机构(7)上。
5.一种血流成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，搭建如权利要求1至4任一项所述的成像装置；
步骤2，依次控制各个发光单元启动，采集待测样品在各个波长近红外光照射下的图像，将采集到的图像定义为待测图像；
步骤3，对每个待测图像上的每个像素点进行傅里叶变换，得到待测样品的灰度图像；
步骤4，将得到的灰度图像进行中值滤波处理以及归一化处理；
步骤5，为各个波长下的各个灰度图像分别赋予RGB其中一个颜色通道，得到各个波长下的单通道图像；
步骤6，将各个波长下的单通道图像进行融合，得到待测样品动静脉血管的彩色图像。
6.根据权利要求5所述的一种血流成像方法，其特征在于：步骤5中波长为700nm～790nm下的灰度图像赋予G(绿)颜色通道，波长为800nm～805nm下的灰度图像赋予R(红)颜色通道，波长为810nm～900nm下的灰度图像赋予B(蓝)颜色通道。
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