CN112807096A - 一种新型光学设计的荧光摄像头及其成像方法 - Google Patents

一种新型光学设计的荧光摄像头及其成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型光学设计的荧光摄像头，包括荧光摄像头和图像处理主机，荧光摄像头包括一个彩色CMOS感光芯片、一个黑白CMOS感光芯片和一个分光棱镜，分光棱镜用于将入射光分别投射在彩色CMOS感光芯片和黑白CMOS感光芯片上，图像处理主机用于处理彩色CMOS感光芯片和黑白CMOS感光芯片上的图像，且公开相应的成像方法，本发明中一种新型光学设计的荧光摄像头可以使双CMOS像的叠加更为精准。因为双CMOS的成像是同一个摄像头的成像，相比现有的双摄像头荧光探测仪，提高了手术的精确度。

Description

一种新型光学设计的荧光摄像头及其成像方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种新型光学设计的荧光摄像头，还涉及一种新型光学设计的荧光摄像头的成像方法。
背景技术
医用成像技术极大地提高了医生对于病灶原因和位置、病情发展阶段、后期恢复以及治疗等诊断的准确性，例如X-射线计算机断层成像(CT)、正电子发射断层显像(PET)、单光子发射计算机断层成像(SPECT)、光谱成像(FI)和磁共振成像(MRI)。然而，相对于诊断阶段的医用成像技术，外科手术中的显影诊断技术，特别是针对肿瘤组织判断的显影技术，直接影响到切除手术的成败，以及术后病人的康复效果。然而到目前为止，外科医生在查看手术视野时，绝大多数的情况下只能依靠肉眼观察到的表面现象来进行手术。这一现实情况使得在肿瘤组织的切除术中，仍有高达25％案例的肿瘤组织不能被彻底切除；该情况进一步导致癌细胞局部复发率高达28％。此外，尽管现有的技术手段如CT和术中超声评估术能大致确定和判断肿瘤组织范围，但仍有6％～20％的肿瘤组织转移不能被检测出来，特别是超小(<5)的转移灶。因此，精确的判断需要切除肿瘤组织的位置、避免损伤正常组织的结构以及寻找小的转移病灶为临床手术技术提出了新的挑战。这一迫切的需求促进了一类能帮助外科医生在手术中现场识别、判断肿瘤组织的靶向染色剂新技术的发展；该技术使医生能快速、精确的确定肿瘤细胞的位置，从而达到彻底切除，根除肿瘤细胞对病人的二次伤害。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种新型光学设计的荧光摄像头，主要解决背景技术中的问题。
本发明第一方面提出一种新型光学设计的荧光摄像头，包括荧光摄像头和图像处理主机，所述荧光摄像头包括一个彩色CMOS感光芯片、一个黑白CMOS感光芯片和一个分光棱镜，所述分光棱镜用于将入射光分别投射在所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上，所述图像处理主机用于处理所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上的图像。
进一步改进在于，所述彩色CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正后方，所述黑白CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正下方。
本发明第二方面提出一种新型光学设计的荧光摄像头的成像方法，所述方法包括：
S1、内窥镜和调焦镜头采集待处理的手术区域图像，并在所述分光棱镜处分为2束光分别在所述彩色CMOS感光芯片形成待处理的彩色图像，在所述黑白CMOS感光芯片上形成待处理的黑白图像；
S2、所述彩色CMOS感光芯片上的图像经过图像处理主机进行荧光补偿后获得高还原的彩色图像；
S3、所述黑白CMOS感光芯片上的图像经过图像处理主机进行增强和二值化处理后获得荧光图像；
S4、将步骤S2得到的高还原的彩色图像和步骤S3得到的荧光图像进行处理和叠加，获得清晰的手术区域图像，同时标记出荧光染色区域。
进一步改进在于，所述步骤S1具体还包括：所述分光棱镜为荧光波长全反射、其他可见光波段全透射的工作模式，其中透射光束集中打在所述彩色CMOS感光芯片上并形成待处理的彩色图像，反射光束集中打在所述黑白CMOS感光芯片上并形成待处理的黑白图像。
进一步改进在于，所述待处理的手术区域图像对白时也需要进行荧光补偿。
进一步改进在于，所述内窥镜的照明光源包含激发光和白光，经过染色的手术区域被所述激发光照射时会产生特定波长的荧光，所述荧光的波长在可见光波段范围内。
本发明的工作原理为：内窥镜的照明光源包含激发光和白光，已染色的目标区域被激发光照射时会产生特定波长的荧光，该荧光属于可见光范围内的某一波段。分光镜将通过内窥镜和调焦镜头的光分为两束，其中反射的一束为荧光，透射的一束为其他可见光。透射的光束在彩色CMOS上成像，反射的光束在黑白CMOS上成像。将黑白的图像进行增强和二值化处理后即可获得被染色区域的荧光图像。将彩色CMOS获得的图像进行荧光补偿后即可获得高还原的手术区域彩色图像。初始图像对白时也需要进行荧光补偿。将彩色图像和荧光图像叠加即可获得被标记的彩色图像，医生便可以清晰地观察到手术区域同时观察到被荧光染色的区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明中一种新型光学设计的荧光摄像头可以使双CMOS像的叠加更为精准。因为双CMOS的成像是同一个摄像头的成像，相比现有的双摄像头荧光探测仪，提高了手术的精确度。
2、本发明技术方案的计算机图像处理算法的简易化。由于像的同一性，计算机处理算法的难度要求下降，从技术层面上讲，实现了可操作性。
3、本发明视野范围的扩大，增大了搜索范围，使寻找癌细胞更加地精确，同时也提高了手术效率。
4、另外，由于本发明仅需一个摄像头，光学结构更加灵活轻巧，也方便了医生的手术操作。
附图说明
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
图1为本发明一实施方式的整体结构示意图；
其中：1、分光棱镜；2、彩色CMOS感光芯片；3、黑白CMOS感光芯片。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
参照图1，一种新型光学设计的荧光摄像头，包括荧光摄像头和图像处理主机，所述荧光摄像头包括一个彩色CMOS感光芯片、一个黑白CMOS感光芯片和一个分光棱镜，所述分光棱镜用于将入射光分别投射在所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上，所述图像处理主机用于处理所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上的图像。
进一步改进在于，所述彩色CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正后方，所述黑白CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正下方。
一种新型光学设计的荧光摄像头，包括荧光摄像头和图像处理主机，所述荧光摄像头包括一个彩色CMOS感光芯片、一个黑白CMOS感光芯片和一个分光棱镜，所述分光棱镜用于将入射光分别投射在所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上，所述图像处理主机用于处理所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上的图像。
进一步改进在于，所述彩色CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正后方，所述黑白CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正下方。
本发明第二方面提出一种新型光学设计的荧光摄像头的成像方法，所述方法包括：
S1、内窥镜和调焦镜头采集待处理的手术区域图像，并在所述分光棱镜处分为2束光分别在所述彩色CMOS感光芯片形成待处理的彩色图像，在所述黑白CMOS感光芯片上形成待处理的黑白图像；
S2、所述彩色CMOS感光芯片上的图像经过图像处理主机进行荧光补偿后获得高还原的彩色图像；
S3、所述黑白CMOS感光芯片上的图像经过图像处理主机进行增强和二值化处理后获得荧光图像；
S4、将步骤S2得到的高还原的彩色图像和步骤S3得到的荧光图像进行处理和叠加，获得清晰的手术区域图像，同时标记出荧光染色区域。
进一步改进在于，所述步骤S1具体还包括：所述分光棱镜为荧光波长全反射、其他可见光波段全透射的工作模式，其中透射光束集中打在所述彩色CMOS感光芯片上并形成待处理的彩色图像，反射光束集中打在所述黑白CMOS感光芯片上并形成待处理的黑白图像。
进一步改进在于，所述待处理的手术区域图像对白时也需要进行荧光补偿。
进一步改进在于，所述内窥镜的照明光源包含激发光和白光，经过染色的手术区域被所述激发光照射时会产生特定波长的荧光，所述荧光的波长在可见光波段范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明中一种新型光学设计的荧光摄像头可以使双CMOS像的叠加更为精准。因为双CMOS的成像是同一个摄像头的成像，相比现有的双摄像头荧光探测仪，提高了手术的精确度。
2、本发明技术方案的计算机图像处理算法的简易化。由于像的同一性，计算机处理算法的难度要求下降，从技术层面上讲，实现了可操作性。
3、本发明视野范围的扩大，增大了搜索范围，使寻找癌细胞更加地精确，同时也提高了手术效率。
4、另外，由于本发明仅需一个摄像头，光学结构更加灵活轻巧，也方便了医生的手术操作。
图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型光学设计的荧光摄像头，其特征在于，包括荧光摄像头和图像处理主机，所述荧光摄像头包括一个彩色CMOS感光芯片、一个黑白CMOS感光芯片和一个分光棱镜，所述分光棱镜用于将入射光分别投射在所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上，所述图像处理主机用于处理所述彩色CMOS感光芯片和所述黑白CMOS感光芯片上的图像。
2.根据权利要求1所述的一种新型光学设计的荧光摄像头，其特征在于，所述彩色CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正后方，所述黑白CMOS感光芯片设置在所述分光棱镜的正下方。
3.一种新型光学设计的荧光摄像头的成像方法，包括权利要求1-2所述的一种新型光学设计的荧光摄像头，其特征在于，所述方法包括：
S1、内窥镜和调焦镜头采集待处理的手术区域图像，并在所述分光棱镜处分为2束光分别在所述彩色CMOS感光芯片形成待处理的彩色图像，在所述黑白CMOS感光芯片上形成待处理的黑白图像；
S2、所述彩色CMOS感光芯片上的图像经过图像处理主机进行荧光补偿后获得高还原的彩色图像；
S3、所述黑白CMOS感光芯片上的图像经过图像处理主机进行增强和二值化处理后获得荧光图像；
S4、将步骤S2得到的高还原的彩色图像和步骤S3得到的荧光图像进行处理和叠加，获得清晰的手术区域图像，同时标记出荧光染色区域。
4.根据权利要求3所述的一种新型光学设计的荧光摄像头，其特征在于，所述步骤S1具体还包括：所述分光棱镜为荧光波长全反射、其他可见光波段全透射的工作模式，其中透射光束集中打在所述彩色CMOS感光芯片上并形成待处理的彩色图像，反射光束集中打在所述黑白CMOS感光芯片上并形成待处理的黑白图像。
5.根据权利要求3所述的一种新型光学设计的荧光摄像头的成像方法，其特征在于，所述待处理的手术区域图像对白时也需要进行荧光补偿。
6.根据权利要求3所述的一种新型光学设计的荧光摄像头的成像方法，其特征在于，所述内窥镜的照明光源包含激发光和白光，经过染色的手术区域被所述激发光照射时会产生特定波长的荧光，所述荧光的波长在可见光波段范围内。
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