CN109799214A - 一种光学试验箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学试验箱，包括机架、控制面板、托盘、CCD摄像机、光源、滤光轮、丝杆传动机构、转盘、电机；光源和CCD摄像机上均设置由步进电机驱动的滤光轮，CCD摄像机固定在丝杆传动机构上，丝杆传动机构固定于转盘上，丝杆传动机构和转盘由减速电机驱动旋转用于自动调整摄像距离和角度；控制面板通过控制系统与各电机和CCD摄像机相连。本发明通过控制面板实现自动化控制电机转动并进行摄像以及查看并存储拍图像，CCD摄像机的拍摄角度和距离可自动精准调节且可以自动切换滤光片；托盘为倒L形使得目标物位于CCD焦点上且不影响其转动；拍摄时目标物固定不动，验箱封闭且内设黑色吸光贴膜，减少干扰光线，保证获取合适的图像信息。

Description

一种光学试验箱

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种光学试验箱。

背景技术

在进行肿瘤研究时可以在带肿瘤的生物体内注射荧光剂，该荧光剂会和肿瘤中特定物质结合，滤光片可以滤除其他光，仅使指定波长的光通过；结合了荧光剂后的肿瘤物质在带有滤光片的光源照射下，会被特定波长的光激发从而产生可见光，使用带有滤光片的CCD捕捉带肿瘤生物的所产生的激发光，可以得到有荧光指示的图像。

由于对肿瘤的研究一般需要360°全方位的图像获取，现阶段常用的方法有固定肿瘤目标并旋转荧光相机和固定相机并旋转肿瘤目标两种方式；对于图像处理来说，需要全方位的所有图像拍摄时肿瘤目标的状态相同，所以就需要在拍摄过程中尽量不触动肿瘤目标。

在进行肿瘤目标的拍摄时，需要通过不同颜色的滤光片使光源产生不同的偏色光照射到肿瘤物体上，同时产生的激发光也需要对应不同滤光片，这样CCD才能捕捉到合适的图像。

现有的医学影像装置要么不能用于肿瘤的影像研究，要么不方便自动化调节摄像角度和拍摄距离，也不能自动准确地切换滤光片，影响肿瘤成像质量和效率。

中国专利CN104688253A公开了一种新型智能医学影像处理装置，包括第一伸缩杆，第二伸缩杆，第三伸缩杆，第一微型电机，第二微型电机，第三微型电机，拍摄装置，电气控制箱，万向滑轮，箱体，把手装置。所述的第一微型电机分别安装于第一伸缩杆末端，第二微型电机安装于第二伸缩杆末端，第三微型电机安装于第三伸缩杆的末端；所述的拍摄装置安装于第三伸缩杆的末端并距离微型电机10cm位置；所述的电气控制箱安装于箱体的左侧位置；所述的万向滑轮安装于箱体的下部；所述的把手装置安装于箱体的两侧。通过万向滑轮及把手装置的设置，使得设备搬运及携带方便，通过微型电机及伸缩杆的设置，使得拍摄装置可实现三维运动，设备操作方便，空间利用率提高。该专利中装置可以用于临床上给患者做拍片检查，当拍摄不同部位时不需要患者调整姿势，可自动改变拍摄装置的位置，减轻患者的痛苦。但是该装置不能进行CCD成像，不能用于肿瘤的研究。

中国专利CN107003240 A公开了一种肿瘤部位的辨别方法、肿瘤部位的辨别装置，其装置包括光源部21、滤光片22、分色镜23、物镜24、滤光片切换部25、受光部26、运算处理部27、试样夹持器10以及显示部12等，该方法包括如下步骤：分别获取与通过使来自试样的荧光中包含卟啉类所发出的荧光的峰值波长的第一波段的光透射的第一滤光片接收到的第一光的强度分布、通过使比第一波段更靠短波长侧的第二波段的光透射的第二滤光片接收到的光强度分布、和通过使比第一波段更靠长波长侧的第三波段的光透射的第三滤光片接收到的光强度分布相对应的各图像信息，基于这些图像信息，生成与第一光中卟啉类所发出的荧光的强度分布相对应的图像信息，基于该图像信息进行肿瘤部位和非肿瘤部位的辨别。根据该发明的肿瘤部位的辨别方法和装置，能够大致排除来自自体荧光物质的荧光的影响，因此能够比以往更准确地进行肿瘤部位的辨别。但是该装置用于肿瘤研究时不方便多角度获取样品的图片信息，也不能自动切换滤光片。

另外现有的肿瘤图像摄取装置还存在光源光线不能均匀照射到目标物上，影响荧光激发的效果的问题。

随着数字图像处理技术在肿瘤的医学影像诊断研究中的应用的逐渐成熟，对准确、快速、便捷的获取带有肿瘤组织的生物体的荧光图像有了更加迫切的需求，因此亟需开发一种高效地专用于目标物荧光图像获取的光学试验箱。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在至少解决现有技术中的技术问题之一，提供一种光学试验箱，可以方便的固定肿瘤目标，并通过变动摄像机的方位对目标物进行360°的拍摄。同时可以通过自动化控制系统和人机交互界面，方便快速地切换不同的滤光片，准确调整拍摄角度和距离，从而极大的方便了广大科研人员获取肿瘤组织的荧光图像。

本发明是通过以下技术方案实现：一种光学试验箱，包括机架、控制面板、托盘、CCD摄像机、光源、滤光轮、丝杆传动机构、转盘、电机；所述托盘和光源固定在机架上，托盘上设有限位装置用于辅助定位放置肿瘤目标物；光源上方设置第一滤光轮，第一滤光轮由第一电机驱动旋转，用于自动切换第一滤光轮上的不同的滤光片对准光源，光源产生的光线经过第一滤光轮上的滤光片后，通过第一滤光轮上设置的光纤照射到肿瘤目标物上；托盘附近设有第二滤光轮和CCD摄像机，第二滤光轮由第二电机驱动旋转，用于自动切换第二滤光轮上的不同的滤光片对准CCD摄像机，所述CCD摄像机和第二滤光轮均固定在丝杆传动机构上，丝杆传动机构在第三电机驱动下产生直线位移用于自动调整CCD摄像机与肿瘤目标物的距离；丝杆传动机构和第三电机均固定于转盘上，转盘由第四电机驱动旋转用于自动调整摄像角度；控制面板通过控制系统与各电机和CCD摄像机相连，用于查看并存储拍摄的图像以及控制电机转动和CCD摄像机进行摄像。

本发明中光源产生的光线经过第一滤光轮上的滤光片通过光纤传输到肿瘤目标物周围，第一电机和第二电机可以分别驱动第一滤光轮和第二滤光轮旋转进行滤光片的切换，肿瘤目标物在光照作用下，会产生固定波长的激发光，第二滤光轮上的滤光片使特定波长的激发光透过，其他波长的光被滤除，过滤后的激发光经过CCD摄像机得到合适的图像信息，经过处理即可准确判断肿瘤组织的形状位置信息。CCD摄像机拍摄过程中肿瘤目标物固定不动，第三电机和第四电机可以分别驱动丝杆传动机构和转盘运动，可以在特定长度内调整拍摄的距离并在0-360°范围内调节拍摄的角度；各个电机均通过控制器控制转动方向和转动角度，通过控制面板可以观察摄取的头像并自动控制图像获取位置和滤光片的选择。

优选地，所述光源和转盘均固定在传动轴上，所述光纤从第一滤光轮穿过转盘上的预留孔位并固定在肿瘤目标物周围的轴向球节上，所述光纤包括多根柔性光纤，多根光纤根据需要均匀排布且通过轴向球节调节角度用于将光线按照一定方向均匀照射在肿瘤目标物上。光源滤光后的光由多根光纤传输，柔性的光纤更方便调整分布方向，且可调整轴向球节的转角，来控制光纤传输的光以需要的角度照射肿瘤目标物，使得光线照射更加均匀。光源和转盘可以同步转动，两者之间的柔性光纤可以保持固定的状态，不至因转动而反复产生扭转变形，有效防止了光纤的疲劳断裂，延长了使用寿命。

优选地，所述第一滤光轮和第二滤光轮上沿圆周方向均匀排布有六个特定波长的滤光片。

优选地，所述第一电机为步进电机，每次旋转一个固定角度，切换一个滤光片到光源的正上方。

优选地，所述第二电机为步进电机，每次旋转一个固定角度，切换一个滤光片到CCD摄像机与肿瘤目标物的正中间。

滤光轮上根据需要设置六个不同波长的滤光片，通过电机自动切换，第一电机和第二电机均采用步进电机，可以更精确的切换滤光片使之与光源或CCD摄像机正好对准。

优选地，第三电机和第四电机均为减速电机。减速电机配合丝杆传动机构和转盘可以更精准的调整摄像距离和角度，获取更合适的图像信息。

优选地，所述托盘为倒L型，且托盘的限位装置将肿瘤目标物限定在转盘的转轴和CCD摄像机的中轴线交汇处。托盘为倒L形，可以使得盛放的肿瘤目标位于CCD的焦点上，同时不影响CCD摄像机的转动。

优选地，所述托盘、CCD摄像机、丝杆传动机构、转盘均位于光学试验箱的机箱内，且机箱内表面覆盖有黑色吸光贴膜。整个试验箱机箱外壳封闭，可保证隔绝外界的环境光干扰，机箱内部表面覆盖有黑色吸光贴膜，可以防止反射光对CCD摄像机拍摄图像的干扰。

优选地，所述机箱上设有操作门，操作门通过铰链连接于机架上。所述操作门可以在放入或取出肿瘤目标物时打开，在光学实验箱工作时关闭，方便实验操作。

优选地，所述控制面板通过可调支撑架固定在机箱外。控制面板通过可调支架可以调整不同的高度和角度，适应于不同的操作人员。

优选地，所述光学试验箱的底部安装有多个带刹车的万向滚轮。通过万向滚轮可以根据需要移动光学试验箱，然后通过刹车固定。

相对与现有技术，本发明具有以下优点：

(1)通过减速电机驱动转盘旋转可以带动CCD摄像机绕肿瘤目标物进行0-360°范围旋转调节拍摄角度；减速电机驱动丝杆传动机构运动可以带动CCD摄像机做直线移动调节拍摄距离；并且拍摄时肿瘤目标物固定不动，全方位拍摄时目标的状态相同；保证全方位获取合适的图像信息。

(2)可以通过步进电机精确切换滤光片，CCD摄像机获取的激发光是经过滤光片过滤的，可精确获取所需激发光线，减少干扰光线；实验过程中试验箱封闭，且机箱内部表面覆盖有黑色吸光贴膜，可以防止外界光线和防止反射光对CCD摄像机拍摄图像的干扰；保证获取合适的图像信息。

(3)托盘为倒L形，可以使得盛放的肿瘤目标位于CCD摄像机的焦点上，同时不影响CCD摄像机的转动。

(4)光源滤光后的光由多根柔性光纤传输，更方便调整分布方向。可调整轴向球节的转角，来控制光纤传输的光以需要的角度照射肿瘤目标物，使得光线照射更加均匀。光源和转盘均固定在传动轴上，防止转盘转动时使转盘和光源之间的光纤反复产生扭转变形，有效防止了光纤的疲劳断裂，延长了使用寿命。

(5)通过控制面板在试验箱外部即可观察到内部情况，且可自动调整合适的角度和距离并控制摄像机进行拍摄，实现自动化控制；控制面板通过可调支架可以调整不同的高度和角度，适应于不同的操作人员。

(6)试验箱上设置带刹车的万向滚轮和操作门，可根据需要移动试验箱并且方便开关操作门取放肿瘤目标物。

附图说明

图1是本发明实施例1的光学试验箱的内部结构示意图。

图2是本发明实施例1的光学试验箱的整体结构示意图。

图3是本发明实施例1的CCD摄像机与丝杆传动机构和转盘连接处的局部放大图。

图4为本发明实施例1的CCD摄像机与丝杆传动机构和转盘连接处的局部爆炸图。

图中：1、机架；2、控制面板；3、托盘；4、肿瘤目标物；5、CCD摄像机；6、第二滤光轮；7、第二电机；8、转盘；9、丝杆传动机构；10、第三电机；11、传动轴；12、第四电机；13、光纤；14、第一电机；15、第一滤光轮；16、光源；17、操作门；18、机箱；19、支架；501、CCD支架；502、CCD外壳；503、轴向球节；801、方孔；802、预留孔位；901、滑块；902、丝杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1到4所示，一种光学试验箱，包括机架1、操作门17、机箱18、控制面板2、托盘3、CCD摄像机5、光源16、滤光轮、丝杆传动机构9、转盘8、电机。

所述托盘3固定在机架1上，所述托盘3为倒L型。肿瘤目标物4在放置于托盘3上时，一般为麻醉或死亡状态，托盘3为固定状态，并有限位装置，可以辅助肿瘤目标物4的定位放置，保证肿瘤目标物4位于转盘8的转轴线和CCD摄像机5的中轴线交汇处，同时不影响CCD摄像机的转动。拍摄时肿瘤目标物固定不动，进行全方位拍摄时目标的状态相同；保证获取合适的图像信息。

光源16固定在机架1上，光源16上方设置第一滤光轮15，第一滤光轮15由第一电机14驱动旋转，用于自动切换第一滤光轮15上的不同的滤光片对准光源，光源16产生的光线经过第一滤光轮15上的滤光片后，通过第一滤光轮15上设置的光纤13照射到肿瘤目标物4上；第二滤光轮6和CCD摄像机5设置在托盘3附近，第二滤光轮6由第二电机7驱动旋转，用于自动切换第二滤光轮6上的不同的滤光片对准CCD摄像机5，所述CCD摄像机5和第二滤光轮6均固定在丝杆传动机构9上，丝杆传动机构9在第三电机10驱动下产生直线位移用于自动调整CCD摄像机5与肿瘤目标物4的距离；丝杆传动机构9和第三电机10均固定于转盘8上，转盘8固定于传动轴11上，所述传动轴11与第四电机12相连，第四电机12驱动转盘8旋转用于自动调整摄像角度。

具体地，CCD摄像机5固定于CCD支架501上，CCD支架501的两个支脚横穿过转盘8上的方孔801并固定于转盘8另一面的滑块901上，滑块901通过丝杆螺纹副与丝杆902相连，丝杆传动机构9在第三电机10的驱动下，可通过丝杆902的转动来带动滑块901产生直线位移，从而调节CCD摄像机5与肿瘤目标物4的距离；丝杆传动机构9及第三电机10均通过螺钉组固定于转盘8上，转盘8通过平键固定于传动轴11前端，所述传动轴11与第四电机12通过齿轮副相连；第四电机12驱动传动轴11转动从而带动转盘8旋转，用于自动调整CCD摄像机5拍摄肿瘤目标物4的摄像角度；传动轴11通过轴承固定于支架19上，第四电机12直接固定于支架19上；所述支架19固定于机架1中部的横梁上，用以支撑CCD摄像机5、第二滤光轮6、第二电机7、转盘8、丝杆传动机构9、第三电机10、传动轴11、第四电机12、光纤13、第一电机14、第一滤光轮15、光源16各组件及其内部零件的重量。

控制面板2通过控制系统与各电机和CCD摄像机相连，用于查看并存储拍摄的图像以及控制电机转动和CCD摄像机进行摄像。

所述机架1用于承担结构重量，所述机箱18用于包裹内部结构，所述托盘3、CCD摄像机5、丝杆传动机构9、转盘8均位于机箱18内，且机箱18内表面覆盖有黑色吸光贴膜。整个试验箱机箱外壳封闭，可保证隔绝外界的环境光干扰，黑色吸光贴膜可以防止反射光对CCD摄像机拍摄图像的干扰。

所述机箱18上设有操作门17，操作门17通过铰链连接于机架1上，所述操作门可以在放入或取出肿瘤目标物时打开，在光学实验箱工作时关闭，方便实验操作。

所述控制面板2通过可调支撑架固定在机箱外部。通过可调支架可以调整控制面板的高度和角度，适应于不同的操作人员。

光学试验箱的底部安装有多个带刹车的万向滚轮。通过万向滚轮可以根据需要移动光学试验箱，然后通过刹车固定。

所述第一电机14和第二电机7均为步进电机。所述第一滤光轮15和第二滤光轮6上沿圆周方向均匀排布有六个特定波长的滤光片。可根据实验需求切换所需滤光片。采用步进电机，可以更精确的切换滤光片使之与光源或CCD摄像机正好对准。

第一滤光轮15可在第一电机14的带动下转动，每次第一电机14转动一个固定角度，就可以切换一个滤光片至光源16的正上方。

光源16所发出的光经过第一滤光轮15的滤光片后变为固定波长的光，并通过第一滤光轮15上的光纤13传出，光纤13为柔性，并且分为4根，可根据需要排布以将光线按照一定方向均匀照射在肿瘤目标物4上。具体地，第二滤光轮6外部有CCD外壳502罩住，所述CCD外壳502固定于CCD支架501上，所述CCD外壳502两侧各用螺钉固定有两个轴向球节503；光源16所发出的光经过第一滤光轮15的滤光片后变为固定波长的光，并通过第一滤光轮15上的光纤13传出，光纤13为柔性，并且分为4根，可以穿过转盘上的预留孔位802，并固定于CCD外壳502上的轴向球节503，可调整轴向球节503的转角，来控制光纤传输的光以需要的角度照射肿瘤目标物，使得光线照射更加均匀，得到更好的荧光激发效果；另外，光源16与转盘8是均固定在传动轴上，光源16固定于传动轴11前端，转盘8固定于传动轴11后端，这样光源16和转盘8可以同步转动，两者之间的柔性光纤13可以保持固定的状态，不至因转动而反复产生扭转变形，有效防止了光纤13的疲劳断裂，延长了使用寿命。光源滤光后的光由多根光纤传输，柔性的光纤更方便调整分布方向。

第二滤光轮6可在第二电机7的带动下转动，每次第二电机7转动一个固定角度，就可以切换一个滤光片至CCD摄像机5与肿瘤目标物中间。

肿瘤目标物4在光纤13所传导的光照射下，会产生固定波长的激发光；第二滤光轮6可使固定波长的激发光透过，其他波长的光被滤除，CCD摄像机5得到的图像中即含有产生激发光的肿瘤组织的形状位置信息。

CCD摄像机5固定于丝杆传动机构9上，丝杆传动机构9可在第三电机10的带动下产生直线位移，从而调整CCD摄像机5到肿瘤目标物4的距离。CCD摄像机5及其相连的丝杆传动机构9一起固定于转盘8上，转盘8固定于传动轴11上，第四电机12通过齿轮传动可带动传动轴11转动，从而调整CCD摄像机5拍摄肿瘤目标物的角度。

通过电机驱动丝杆传动机构9和转盘8的运动可以调整CCD摄像机5相对于肿瘤目标物4的角度和距离，方便进行全方位拍摄，获取多角度图像信息。第三电机10和第四电机12均为减速电机。减速电机配合丝杆传动机构和转盘可以更精准的调整摄像距离和角度，获取更合适的图像信息。

所述控制面板2可以控制CCD摄像机5进行拍摄，同时可以查看并存储拍摄的图像；控制面板2可以控制第一电机14、第二电机7、第三电机10、第四电机12进行相应的转动。方便实现自动化控制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光学试验箱，其特征在于，包括机架、控制面板、托盘、CCD摄像机、光源、滤光轮、丝杆传动机构、转盘、电机；所述托盘和光源固定在机架上，托盘上设有限位装置用于辅助定位放置肿瘤目标物；光源上方设置第一滤光轮，第一滤光轮由第一电机驱动旋转，用于自动切换第一滤光轮上的不同的滤光片对准光源，光源产生的光线经过第一滤光轮上的滤光片后，通过第一滤光轮上设置的光纤照射到肿瘤目标物上；托盘附近设有第二滤光轮和CCD摄像机，第二滤光轮由第二电机驱动旋转，用于自动切换第二滤光轮上的不同的滤光片对准CCD摄像机，所述CCD摄像机和第二滤光轮均固定在丝杆传动机构上，丝杆传动机构在第三电机驱动下产生直线位移用于自动调整CCD摄像机与肿瘤目标物的距离；丝杆传动机构和第三电机均固定于转盘上，转盘由第四电机驱动旋转用于自动调整摄像角度；控制面板通过控制系统与各电机和CCD摄像机相连，用于查看并存储拍摄的图像以及控制电机转动和CCD摄像机进行摄像。

2.根据权利要求1所述的光学试验箱，其特征在于，所述光源和转盘均固定在传动轴上，所述光纤从第一滤光轮穿过转盘上的预留孔位并固定在肿瘤目标物周围的轴向球节上，所述光纤包括多根柔性光纤，多根光纤根据需要均匀排布且通过轴向球节调节角度用于将光线均匀照射在肿瘤目标物上。

3.根据权利要求1所述的光学试验箱，其特征在于，所述第一滤光轮和第二滤光轮上沿圆周方向均匀排布有六个特定波长的滤光片。

4.根据权利要求3所述的光学试验箱，其特征在于，所述第一电机为步进电机，每次旋转一个固定角度，切换一个滤光片到光源的正上方。

5.根据权利要求3所述的光学试验箱，其特征在于，所述第二电机为步进电机，每次旋转一个固定角度，切换一个滤光片到CCD摄像机与肿瘤目标物的正中间。

6.根据权利要求1所述的光学试验箱，其特征在于，第三电机和第四电机均为减速电机。

7.根据权利要求1所述的光学试验箱，其特征在于，所述托盘为倒L型，且托盘的限位装置将肿瘤目标物限定在转盘的转轴和CDD的中轴线交汇处。

8.根据权利要求1到7任一项所述的光学试验箱，其特征在于，所述托盘、CCD摄像机、丝杆传动机构、转盘均位于光学试验箱的机箱内，且机箱内表面覆盖有黑色吸光贴膜。

9.根据权利要求8所述的光学试验箱，其特征在于，所述机箱上设有操作门，操作门通过铰链连接于机架上。

10.根据权利要求8所述的光学试验箱，其特征在于，所述控制面板通过可调支撑架固定在机箱外。