CN113180598A - Oct与荧光复合显微内窥成像系统 - Google Patents

Oct与荧光复合显微内窥成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种OCT与荧光复合显微内窥成像系统，包括：OCT模块、荧光显微模块以及共用的显微探头和图像处理装置；所述显微探头包括OCT光纤、OCT成像物镜、MEMS振镜、二向色棱镜、荧光显微透镜以及成像光纤。本发明通过显微探头将OCT模块和荧光显微模块的光路进行了有效的合束和分离，使两路光可聚焦于同一焦面，能对样品的同一区域同步进行OCT成像和荧光成像，从而能获得更为全面的样品信息；本发明的一体化设计的显微探头的探头套管的直径可做到2.8mm以内，能直接适配现有的常规消化内镜，能克服现有技术中需将OCT探头和荧光显微探头分别插入套管内而造成探头尺寸较大、使用不便利的缺陷。

Description

OCT与荧光复合显微内窥成像系统
技术领域
本发明涉及显微成像技术领域，特别涉及一种OCT与荧光复合显微内窥成像系统。
背景技术
显微内窥成像可实时了解在肿瘤的组织结构和细胞形态，与病理诊断金标准有较高的相似度，可有效帮助医生进行术中决策，有取代冰冻切片和活检的趋势，已成为学界和产业界的研究焦点。其中，荧光显微内镜和光学相干层析(OCT)显微内镜分别因在浅表显微和立体显微上的独特优势，在消化道早癌诊疗手术中得到较好的推广。两种技术都是临床上不可或缺的检测手段，联合使用可以帮助医生获得更丰富的组织显微信息，将极大的提高诊疗的准确性。目前荧光显微成像和光学相干层析成像两种技术都是独立地在手术中使用，在联合使用中需要更换探头，造成使用上的极大不便且无法实现原位的图像叠加进行联合诊断。帝国理工学院杨广中团队设计了荧光显微和OCT复合显微探头解决了更换探头的问题，增加了探头的易用性；但其只是对探头进行简单的物理捆绑，仍无法实现荧光显微与OCT原位显微图像的叠加；且其未从系统层面上进行整合优化，仍然是两套分立系统，在系统控制、成像及显示的同步性以及后期图像实时融合上存在较大的不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种OCT与荧光复合显微内窥成像系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种OCT与荧光复合显微内窥成像系统，包括：OCT模块、荧光显微模块以及共用的显微探头和图像处理装置；
所述显微探头包括OCT光纤、OCT成像物镜、MEMS振镜、二向色棱镜、荧光显微透镜以及成像光纤；
所述OCT模块出射的探测光依次经所述OCT光纤、OCT成像物镜后到达所述MEMS振镜，然后被所述二向色棱镜反射至样品上，样品反射的探测光原路返回至所述OCT模块，最后由所述图像处理装置实现OCT成像；
所述荧光显微模块出射的激发光依次经所述成像光纤、荧光显微透镜后再透射所述二向色棱镜，与所述OCT模块出射的探测光共同照射到样品上的同一区域，样品被激发光激发产生的荧光原路返回至所述荧光显微模块，最后由所述图像处理装置实现对样品上的同一区域的荧光成像。
优选的是，所述OCT模块包括第一激光器、光纤环形器、光纤耦合器、准直镜、反射镜、双平衡探测器以及MEMS驱动器；
所述第一激光器发出的激光经过所述光纤环形器后进入所述光纤耦合器并被分为两部分，一部分作为参考光进入由所述准直镜和反射镜组成的参考臂中，另一部分作为探测光经由所述OCT光纤进入所述显微探头，通过所述显微探头照射到样品上，样品反射的探测光原路返回，经过所述显微探头后再经所述OCT光纤到达所述光纤耦合器，与参考臂中返回的参考光混合，再经所述光纤环形器后由所述双平衡探测器采集，所述双平衡探测器得到的数据最后传输至所述图像处理装置中，实现OCT成像。
优选的是，所述荧光显微模块包括第二激光器、扩束镜、二向色镜、显微物镜、滤光片、聚光透镜以及图像传感器；
所述第二激光器发出的激发光经所述扩束镜扩束后被所述二向色镜反射，再经过所述显微物镜后经由所述成像光纤进入所述显微探头，通过所述显微探头与OCT模块出射的探测光共同照射到样品上的同一区域，样品被激发光激发产生的荧光原路返回经过所述显微探头后，再经所述成像光纤到达所述显微物镜，然后透射所述二向色镜，再经过所述滤光片、聚光透镜后由所述图像传感器采集，所述图像传感器得到的数据最后传输至所述图像处理装置中，实现对样品上的同一区域的荧光成像。
优选的是，所述图像处理装置为工控机或具有数据采集和图像处理功能的集成电路。
优选的是，所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
优选的是，所述第一激光器为功率可调的扫频激光器。
优选的是，所述第二激光器替换为LED。
优选的是，该系统还包括与所述图像处理装置连接的显示器。
优选的是，所述显微探头还包括探头套管以及设置在所述探头套管的出光端上的窗口玻璃片，所述OCT成像物镜、MEMS振镜、二向色棱镜、荧光显微透镜均设置在所述探头套管内，所述OCT光纤和成像光纤均与所述探头套管的进光端连接。
本发明的有益效果是：
本发明通过显微探头将OCT模块和荧光显微模块的光路进行了有效的合束和分离，使两路光可聚焦于同一焦面，能对样品的同一区域同步进行OCT成像和荧光成像，从而能获得更为全面的样品信息；
本发明将OCT成像和荧光显微成像进行了系统层面上的整合优化，能通过一套控制系统同步控制进行样品的同一区域的OCT成像和荧光显微成像，使得OCT与荧光显微成像在空间和时间上实现了对准，能便于后期的图像融合，以精准的获得同一区域的高精度浅表显微成像图和大深度立体显微成像图，使医生获得更为全面的病理信息，从而得到准确的诊断结果；
本发明的一体化设计的显微探头的探头套管的直径可做到2.8mm以内，能直接适配现有的常规消化内镜，能克服现有技术中需将OCT探头和荧光显微探头分别插入套管内而造成探头尺寸较大、使用不便利的缺陷。
附图说明
图1为本发明的OCT与荧光复合显微内窥成像系统的结构示意图；
图2为本发明的显微探头的透视结构示意图；
图3为本发明的显微探头卸去探头套管后的结构示意图。
附图标记说明：
1-OCT模块；10-第一激光器；11-光纤环形器；12-光纤耦合器；13-准直镜；14-反射镜；15-双平衡探测器；16-MEMS驱动器；
2-荧光显微模块；20-第二激光器；21-扩束镜；22-二向色镜；23-显微物镜；24-滤光片；25-聚光透镜；26-图像传感器；
3-显微探头；30-OCT光纤；31-OCT成像物镜；32-MEMS振镜；33-二向色棱镜；34-荧光显微透镜；35-成像光纤；36-探头套管；37-窗口玻璃片；
4-图像处理装置；5-显示器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1-3所示，本实施例的一种OCT与荧光复合显微内窥成像系统，包括：OCT模块1、荧光显微模块2以及共用的显微探头3和图像处理装置4；
显微探头3包括OCT光纤30、OCT成像物镜31、MEMS振镜32、二向色棱镜33、荧光显微透镜34以及成像光纤35；
OCT模块1出射的探测光依次经OCT光纤30、OCT成像物镜31后到达MEMS振镜32，然后被二向色棱镜33反射至样品上，样品反射的探测光原路返回至OCT模块1，最后由图像处理装置4实现OCT成像；
荧光显微模块2出射的激发光依次经成像光纤35、荧光显微透镜34后再透射二向色棱镜33，与OCT模块1出射的探测光共同照射到样品上的同一区域，样品被激发光激发产生的荧光原路返回至荧光显微模块2，最后由图像处理装置4实现对样品上的同一区域的荧光成像。即通过OCT模块1、荧光显微模块2以及共用的显微探头3能对样品的同一区域同步实现OCT成像和荧光成像，从而可获得更为全面的样品信息，以得到准确的诊断结果。
在一种优选的实施例中，OCT模块1包括第一激光器10、光纤环形器11、光纤耦合器12、准直镜13、反射镜14、双平衡探测器15以及MEMS驱动器16(其采用常规产品即可，本发明不限制其具体种类或型号)；
OCT成像原理为：第一激光器10发出的激光经过光纤环形器11后进入光纤耦合器12并被分为两部分，一部分作为参考光进入由准直镜13和反射镜14组成的参考臂中，参考光经过准直镜13到达反射镜14后返回光纤耦合器12；另一部分作为探测光经由OCT光纤30进入显微探头3，探测光经过OCT成像物镜31后到达MEMS振镜32，然后被二向色棱镜33反射至样品上，MEMS振镜32对样品进行二维扫描，样品反射的探测光原路返回，经过显微探头3后再经OCT光纤30到达光纤耦合器12，与参考臂中返回的参考光混合，再经光纤环形器11后由双平衡探测器15采集，实现相干探测，双平衡探测器15得到的数据最后传输至图像处理装置4中，实现OCT成像。
荧光显微模块2包括第二激光器20、扩束镜21、二向色镜22、显微物镜23、滤光片24、聚光透镜25以及图像传感器26；
荧光成像成像原理为：第二激光器20发出的激发光经扩束镜21扩束后被二向色镜22反射，再经过显微物镜23后经由成像光纤35进入显微探头3，荧光经过荧光显微透镜34后再透射二向色棱镜33，与被二向色棱镜33反射的探测光共同照射到样品上的同一区域，样品被激发光激发产生的荧光原路返回经过显微探头3后，再经成像光纤35到达显微物镜23，然后透射二向色镜22，再经过滤光片24滤光、聚光透镜25汇聚后由图像传感器26采集，图像传感器26得到的数据最后传输至图像处理装置4中，实现对样品上的同一区域的荧光成像。
本实施例中，通过显微探头3将OCT模块1和荧光显微模块2的光路进行了有效的合束和分离，使两路光可聚焦于同一焦面，从而能对样品的同一区域同步进行OCT成像和荧光成像。再通过后期的图像融合可以精准的获得同一区域的高精度浅表显微成像图和大深度立体显微成像图，使医生获得更为全面的病理信息，从而得到准确的诊断结果。
本实施例中，图像处理装置4为工控机，图像传感器26为CCD传感器或CMOS传感器。MEMS驱动器16对MEMS振镜32进行驱动，使得OCT探测光可对样品进行二维扫描，工控机对MEMS驱动器16、双平衡探测器15、图像传感器26进行同步触发，确保OCT模块1和荧光显微模块2同步成像。
本实施例中，第一激光器10为功率可调的扫频激光器。
本实施例中，该系统还包括与图像处理装置4连接的显示器5。
在另一种实施例中，图像处理装置4为其他具有数据采集和图像处理功能的集成电路。
在另一种实施例中，第二激光器20替换为LED。
本实施例中，显微探头3还包括探头套管36以及设置在探头套管36的出光端上的窗口玻璃片37，OCT成像物镜31、MEMS振镜32、二向色棱镜33、荧光显微透镜34均固定在探头套管36内，OCT光纤30和成像光纤35均与探头套管36的进光端连接。在优选的实施例中，探头套管36的直径不大于2.8mm，可直接适配现有的常规消化内镜。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，包括：OCT模块、荧光显微模块以及共用的显微探头和图像处理装置；
所述显微探头包括OCT光纤、OCT成像物镜、MEMS振镜、二向色棱镜、荧光显微透镜以及成像光纤；
所述OCT模块出射的探测光依次经所述OCT光纤、OCT成像物镜后到达所述MEMS振镜，然后被所述二向色棱镜反射至样品上，样品反射的探测光原路返回至所述OCT模块，最后由所述图像处理装置实现OCT成像；
所述荧光显微模块出射的激发光依次经所述成像光纤、荧光显微透镜后再透射所述二向色棱镜，与所述OCT模块出射的探测光共同照射到样品上的同一区域，样品被激发光激发产生的荧光原路返回至所述荧光显微模块，最后由所述图像处理装置实现对样品上的同一区域的荧光成像。
2.根据权利要求1所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，所述OCT模块包括第一激光器、光纤环形器、光纤耦合器、准直镜、反射镜、双平衡探测器以及MEMS驱动器；
所述第一激光器发出的激光经过所述光纤环形器后进入所述光纤耦合器并被分为两部分，一部分作为参考光进入由所述准直镜和反射镜组成的参考臂中，另一部分作为探测光经由所述OCT光纤进入所述显微探头，通过所述显微探头照射到样品上，样品反射的探测光原路返回，经过所述显微探头后再经所述OCT光纤到达所述光纤耦合器，与参考臂中返回的参考光混合，再经所述光纤环形器后由所述双平衡探测器采集，所述双平衡探测器得到的数据最后传输至所述图像处理装置中，实现OCT成像。
3.根据权利要求2所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，所述荧光显微模块包括第二激光器、扩束镜、二向色镜、显微物镜、滤光片、聚光透镜以及图像传感器；
所述第二激光器发出的激发光经所述扩束镜扩束后被所述二向色镜反射，再经过所述显微物镜后经由所述成像光纤进入所述显微探头，通过所述显微探头与OCT模块出射的探测光共同照射到样品上的同一区域，样品被激发光激发产生的荧光原路返回经过所述显微探头后，再经所述成像光纤到达所述显微物镜，然后透射所述二向色镜，再经过所述滤光片、聚光透镜后由所述图像传感器采集，所述图像传感器得到的数据最后传输至所述图像处理装置中，实现对样品上的同一区域的荧光成像。
4.根据权利要求3所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，所述图像处理装置为工控机或具有数据采集和图像处理功能的集成电路。
5.根据权利要求3所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
6.根据权利要求3所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，所述第一激光器为功率可调的扫频激光器。
7.根据权利要求3所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，所述第二激光器替换为LED。
8.根据权利要求3所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，该系统还包括与所述图像处理装置连接的显示器。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的OCT与荧光复合显微内窥成像系统，其特征在于，所述显微探头还包括探头套管以及设置在所述探头套管的出光端上的窗口玻璃片，所述OCT成像物镜、MEMS振镜、二向色棱镜、荧光显微透镜均设置在所述探头套管内，所述OCT光纤和成像光纤均与所述探头套管的进光端连接。
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CN113545735A (zh) * 2021-09-18 2021-10-26 广州永士达医疗科技有限责任公司 Oct图像显示调整的方法及装置
CN113545735B (zh) * 2021-09-18 2021-12-14 广州永士达医疗科技有限责任公司 Oct图像显示调整的方法及装置

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