CN113781848B - 一种基于智能手机的光学投影断层成像装置、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医学成像技术领域，公开了一种基于智能手机的光学投影断层成像装置、系统及方法，设置有：均匀面光源、透明样品、步进电机、步进电机驱动器、控制板、移动终端、支架；均匀面光源发射可见光；透明样品悬挂于步进电机的下方；步进电机旋转透明样品；步进电机驱动器控制步进电机的旋转角度及旋转速度；控制板通过控制步进电机驱动器进行步进电机的旋转；移动终端设置有蓝牙或Wi‑Fi，控制装置运行、图像采集以及重建结果展示；支架支撑均匀面光源、步进电机以及移动终端，同时用于调节所述步进电机与移动终端的高度。本发明提供了一种成本较低、结构简单以及操作方便的基于智能手机的光学投影断层成像教学系统。

Description

一种基于智能手机的光学投影断层成像装置、系统及方法
技术领域
本发明属于医学成像技术领域，尤其涉及一种基于智能手机的光学投影断层成像装置、系统及方法。
背景技术
目前：医学成像的基本原理是生物医学工程(以及其他相关专业)必备的基础知识，但由于商用医学成像设备价格昂贵，系统结构复杂且通常具有辐射，很难在学生中开展相关的实验教学。
光学投影断层成像(Optical Tomography Projection，OPT)利用可见光在弱散射介质中沿直线传播的特点，在光束穿透生物样本得到各角度投影图后，利用投影图进行三维重建得到样本的三维图像。光学投影断层成像系统具有分辨率高、无辐射以及易于演示等优点，很适合作为教学演示系统。但是，一般光学投影断层成像系统同样具有相机价格贵、结构复杂且操作繁琐等缺点，给教学使用带来了困难。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的光学投影断层成像系统相机价格贵、结构复杂且操作繁琐。
解决以上问题及缺陷的难度为：硬件方面，现有的光学投影成像系统硬件结构组成相对固定，在当前的方案下无法将成本降低到大规模教学可用的状态，需要对其结构进行重新设计；软件方面，现有的光学投影成像系统软件系统面向对象为专业的科研人员，有很多参数需要设置以满足不同的实验需求，但这十分不利于教学使用，因此需要将软件重新编写，以满足教学中非专业人员的使用。
解决以上问题及缺陷的意义为：行业的发展带来了大量的人才需求，然而，在医疗器械相关的教育中，学生的理论学习和实践应用出现了严重脱节。传统的医疗成像设备价格昂贵、结构复杂且通常具有辐射，很难使用这些设备在学生中开展相关的实验教学。本发明在光学投影成像系统的基础上重新设计了软硬件系统，在无辐射的情况下降低了成本，简化了操作，使其更适于教学使用，从而让相关领域学生能够即时的将学到的理论应用于实践操作中。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于智能手机的光学投影断层成像装置、系统及方法。
本发明是这样实现的，一种基于智能手机的光学投影断层成像装置，所述基于智能手机的光学投影断层成像装置设置有：
均匀面光源、透明样品、步进电机、步进电机驱动器、控制板、移动终端、支架；
均匀面光源，用于发射可见光；
所述透明样品悬挂于步进电机的下方，所述透明样品浸入装匹配溶剂的容器中；
步进电机，用于旋转透明样品，所述透明样品与所述步进电机同步旋转；
步进电机驱动器，用于控制步进电机的旋转角度及旋转速度；
控制板，用于通过控制步进电机驱动器进行步进电机的旋转；
移动终端，设置有蓝牙或Wi-Fi，用于控制装置运行、图像采集以及重建结果展示；所述移动终端搭载有基于智能手机的光学投影断层成像软件系统；所述控制板与所述移动终端通过蓝牙或Wi-Fi进行通信；
支架，用于支撑均匀面光源、步进电机以及移动终端，同时用于调节所述步进电机与移动终端的高度。
进一步，所述透明样品为包裹于透明凝胶且经过透明化的成像物体；所述匹配溶剂可为BABB、饱和盐溶液或清水中的其中一种；所述BABB即苯甲醇和苯甲酸苄酯以1：2配比成的透明化溶剂；所述饱和盐溶液即在清水中加氯化钠至饱和的透明溶液。
进一步，所述支架包括底座、升降台以及置物台；
所述升降台，用于调整步进电机以及透明样品的高度；所述置物台用于放置匹配溶剂的容器。
本发明的另一目的在于提供一种应用于所述基于智能手机的光学投影断层成像装置的基于智能手机的光学投影断层成像系统，所述基于智能手机的光学投影断层成像系统包括：
前端子系统与数据处理子系统；
所述前端子系统，包括数据采集模块、系统运行模块以及结果展示模块；用于进行数据采集、传输以及重建结果的显示；
所述数据处理子系统，包括图像预处理模块以及图像重建模块，用于进行图像重建。
进一步，所述前端子系统包括：
数据采集模块，用于利用设置于所述移动终端上的摄像设备进行图像数据的采集；
系统运行模块，用于拍摄时与所述基于智能手机的光学投影断层成像装置的控制板进行实时通信；同时用于控制基于智能手机的光学投影断层成像装置的步进电机旋转；
结果展示模块，用于进行重建结果的显示。
进一步，所述数据处理子系统包括：
图像预处理模块，用于进行图像数据重建前的预处理；
图像重建模块，用于将预处理后的图像数据重建为断层图像。
本发明的另一目的在于提供一种应用于所述基于智能手机的光学投影断层成像装置的基于智能手机的光学投影断层成像方法，所述基于智能手机的光学投影断层成像方法包括：
步骤一，利用蓝牙建立移动终端与光学投影断层成像系统的通讯连接，并测试其连接稳定性；将透明样品固定到步进电机下方并浸入匹配溶剂，匹配溶剂用来削弱光线在样品中的折射现象，从而提升最终的重建图像质量；
步骤二，利用移动终端通过基于智能手机的光学投影断层成像系统打开均匀面光源，并调整使得均匀面光源、透明样品以及移动终端相机依次在一条直线上，从而保证透明样品最终位于重建图像的中央部分；
步骤三，利用移动终端控制步进电机在0.1°到1°每秒的速度下以转-停-转的方式进行360°旋转，保证采集到足够的图像供后续重建使用；利用移动终端控制设置于移动终端上的摄像设备在步进电机转-停-转的停阶段对透明样品进行图像数据采集，保证采集图像时没有运动带来的模糊现象；
步骤四，将采集到的图像数据进行数据重建，并将重建好的图像重新下载至移动终端；利用移动终端展示重建结果。
进一步，所述对透明样品进行图像数据采集包括：
使用平均亮度法不断调整图像亮度，利用相位检测法不断的对透明样品进行对焦，使用冗余采集获取图像数据。
进一步，所述将采集到的图像数据进行数据重建包括：
(1)将采集的彩色图像数据的每个像素按照0.30、0.59以及0.11的比例对红、绿以及蓝三个通道进行加权求和，得到灰度图像数据；
(2)取所有角度下灰度图像数据的某一相同行，将这些行数据按角度重新排列，得到对应的弦图；
(3)从弦图的角度方向进行剪切，直到弦图按照角度方向可以首尾平滑连接；
(4)从弦图的非角度方向进行剪切，直到弦图以图的正中心为对称点呈中心对称；
(5)更换行数重复步骤(2)至步骤(4)直至所有目标行都被执行一遍；通过平行束滤波反投影重建算法将得到的所有弦图进行重建，得到重建图像。
结合上述的所有技术方案，与现有的技术相比，本发明所具备的优点及积极效果为：
(1)本发明的硬件装置通过引入智能手机作为成像与控制设备，使其成本降低至在教学中可以被接受，填补了目前市场上面向教学的医学成像设备的空白；
(2)本发明简化了硬件结构与软件操作，操作更加容易且运行原理更容易被观察到，学生在使用中能够轻松的将理论知识与实践操作相结合；
(3)本发明的大部分操作在智能手机上完成，使用智能手机能够达到寓教于乐的作用，提升学生的学习兴趣。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像装置结构示意图。
图2是本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像系统结构示意图。
图3是本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像方法原理图。
图4是本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像方法流程图。
图5是本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像系统应用流程图。
图6是本发明实施例提供的小鼠骨骼成像实验使用的小鼠骨骼模型。
图7是本发明实施例提供的小鼠骨骼成像实验结果的最大密度投影图。
图中：1、均匀面光源；2、透明样品；3、步进电机；4、步进电机驱动器； 5、控制板；6、移动终端；7、支架；71、底座；72、升降台；73、置物台；8、基于智能手机的光学投影断层成像系统；81、前端子系统；811、数据采集模块； 812、系统运行模块；813、结果展示模块；82、数据处理子系统；821、图像预处理模块；822、图像重建模块。
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。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于智能手机的光学投影断层成像装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像装置设置有：
均匀面光源1、透明样品2、步进电机3、步进电机驱动器4、控制板5、移动终端6、支架7；
均匀面光源1，用于发射可见光；
透明样品2悬挂于步进电机3的下方，透明样品2浸入装匹配溶剂的容器中；
步进电机3，用于旋转透明样品；透明样品2与步进电机3同步旋转；
步进电机驱动器4，用于控制步进电机的旋转角度及旋转速度；
控制板5，用于通过控制步进电机驱动器进行步进电机的旋转；
移动终端6，设置有蓝牙或Wi-Fi，用于控制装置运行、图像采集以及重建结果展示；移动终端6搭载有基于智能手机的光学投影断层成像系统8；控制板 5与移动终端6通过蓝牙或Wi-Fi进行通信；
支架7，用于支撑均匀面光源、步进电机以及移动终端，同时用于调节所述步进电机与移动终端的高度。
本发明实施例提供的透明样品2为包裹于透明凝胶且经过透明化的成像物体；匹配溶剂可为BABB、饱和盐溶液或清水中的其中一种；BABB即苯甲醇和苯甲酸苄酯以1：2配比成的透明化溶剂。
本发明实施例提供的支架7包括底座71、升降台72以及置物台73；
升降台72，用于调整步进电机以及透明样品的高度；73置物台用于放置匹配溶剂的容器。
如图2所示，本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像系统包括：
前端子系统81与数据处理子系统82；
前端子系统81，包括数据采集模块811、系统运行模块812以及结果展示模块813；用于进行数据采集、传输以及重建结果的显示；
数据处理子系统82，包括图像预处理模块821以及图像重建模块822，用于进行图像重建。
本发明实施例提供的前端子系统81包括：
数据采集模块811，用于利用设置于所述移动终端上的摄像设备进行图像数据的采集；
系统运行模块812，用于于拍摄时与所述基于智能手机的光学投影断层成像装置的控制板进行实时通信；同时用于控制基于智能手机的光学投影断层成像装置的步进电机旋转；
结果展示模块813，用于进行重建结果的显示。
本发明实施例提供的数据处理子系统82包括：
图像预处理模块821，用于进行图像数据重建前的预处理；
图像重建模块822，用于将预处理后的图像数据重建为断层图像。
如图2-图4所示，本发明实施例提供的基于智能手机的光学投影断层成像方法包括：
S101，利用蓝牙建立移动终端与光学投影断层成像系统的通讯连接，并测试其连接稳定性；将透明样品固定到步进电机下方并浸入匹配溶剂；
S102，利用移动终端通过基于智能手机的光学投影断层成像系统打开均匀面光源，并调整使得均匀面光源、透明样品以及移动终端相机依次在一条直线上；
S103，利用移动终端控制步进电机在0.1°到1°每秒的速度下以转-停-转的方式进行360°旋转；利用移动终端控制设置于移动终端上的摄像设备在步进电机转-停-转的停阶段对透明样品进行图像数据采集；
S104，将采集到的图像数据进行数据重建，并将重建好的图像重新下载至移动终端；利用移动终端展示重建结果。
本发明实施例提供的对透明样品进行图像数据采集包括：
使用平均亮度法不断调整图像亮度，利用相位检测法不断的对透明样品进行对焦，使用冗余采集获取图像数据。
本发明实施例提供的将采集到的图像数据进行数据重建包括：
(1)将采集的彩色图像数据的每个像素按照0.30、0.59以及0.11的比例对红、绿以及蓝三个通道进行加权求和，得到灰度图像数据；
(2)取所有角度下灰度图像数据的某一相同行，将这些行数据按角度重新排列，得到对应的弦图；
(3)从弦图的角度方向进行剪切，直到弦图按照角度方向可以首尾平滑连接；
(4)从弦图的非角度方向进行剪切，直到弦图以图的正中心为对称点呈中心对称；
(5)更换行数重复步骤(2)至步骤(4)直至所有目标行都被执行一遍；通过平行束滤波反投影重建算法将得到的所有弦图进行重建，得到重建图像。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1：
本发明是一种成本较低、结构简单以及操作方便的基于智能手机的光学投影断层成像教学系统，其包括均匀面光源(1)、透明样品(2)、步进电机(3)、步进电机驱动器(4)、系统控制板(5)、智能手机(6)、系统支架(7)以及对应的软件系统(8)；
均匀面光源(1)用于发出可见光，可见光穿过透明样品(2)使得智能手机(6)相机在后续可以采集到对应的图像数据；
透明样品(2)为被成像物体，悬挂于步进电机(3)并浸入装匹配溶剂的容器中，使智能手机(6)相机通过可见光采集其360°的图像数据，并在后续通过数据处理系统(82)对其进行重建；
步进电机(3)用于旋转透明样品(2)，透明样品(2)悬挂于步进电机(3) 下方并且可以与其进行同步旋转，让智能手机(6)可以进行360°的图像数据采集；
步进电机驱动器(4)用于控制步进电机(3)的旋转角度及旋转速度；
系统控制板(5)通过蓝牙或Wi-Fi与智能手机(6)进行通信，并控制步进电机驱动器(4)实现步进电机(3)的旋转；
智能手机(6)为带有蓝牙或Wi-Fi功能和摄像功能的智能手机，用于控制系统运行、图像采集以及重建结果展示；
系统支架(7)包括底座(71)、升降台(72)以及置物台(73)，用于支撑均匀面光源(1)、步进电机(3)以及智能手机(6)，同时所述系统支架(7) 能够调节所述步进电机(3)与智能手机(6)的高度；
软件系统(8)包括前端系统(81)与数据处理系统(82)；所述前端系统 (81)包括数据采集模块(811)、系统运行模块(812)以及结果展示模块(813)，所述数据采集模块(811)负责拍摄图像数据，所述系统运行模块(812)负责拍摄时与系统控制板(5)的通信，所述结果展示模块(813)负责重建结果的显示；所述数据处理系统(82)包括图像预处理模块(821)以及图像重建模块 (822)，所述图像预处理模块(821)负责图像数据重建前的预处理，所述图像重建模块(822)负责将预处理后的图像数据重建为断层图像。
在上述技术方案的基础上，所述透明样品(2)为包裹于透明凝胶且经过透明化了的成像物体，成像时会将其浸入匹配溶剂中，匹配溶剂可以为BABB(苯甲醇和苯甲酸苄酯以1：2配比成的透明化溶剂)、饱和盐溶液或清水。
在上述技术方案的基础上，所述升降台(72)可以调整步进电机(3)以及透明样品(2)的高度，所述置物台(73)用于放置装匹配溶剂的容器，图像数据采集时透明样品(2)会浸入该容器中；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统(8)运行于智能手机(6)；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统(8)前端系统(81)数据采集模块(811)通过调用智能手机(6)摄像头进行图像数据采集，在图像数据采集中使用平均亮度法不断调整图像亮度，使用相位检测法不断的对透明样品(2) 进行对焦，使用冗余采集来获取图像数据供预处理模块(821)挑选使用；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统(8)前端系统(81)系统运行模块(812)通过智能手机(6)蓝牙或Wi-Fi控制步进电机(3)的旋转；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统(8)前端系统(81)结果展示模块(813)在数据处理系统(82)重建结束后对重建图像进行显示；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统(8)数据处理系统(82)运行于电脑端或云端；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统(8)数据处理系统(82)图像数据预处理模块(821)执行时包括以下步骤：
步骤1、将智能手机(6)采集的彩色图像数据的每个像素按照0.30、0.59 以及0.11的比例对红、绿以及蓝三个通道进行加权求和，得到灰度图像数据；
步骤2、取所有角度下灰度图像数据的某一相同行，将这些行数据按角度重新排列，得到对应的弦图；
步骤3、从弦图的角度方向进行剪切，直到弦图按照角度方向可以首尾平滑连接；
步骤4、从弦图的非角度方向进行剪切，直到弦图以图的正中心为对称点呈中心对称；
步骤5、更换行数重复步骤2、步骤3以及步骤4，直到所有目标行都被执行一遍；
步骤6、将得到的所有弦图传输给图像重建模块(822)，以执行重建操作；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统(8)的数据处理系统(82)图像重建模块(822)通过平行束滤波反投影重建算法对图像数据预处理模块(821) 输出的弦图进行重建，并将得到的重建图像传输给结果展示模块(813)以供显示。
实施例2
本发明是一种成本较低、结构简单以及操作方便的基于智能手机的多光谱光学投影断层成像教学系统，其包括均匀面光源1、透明样品2、步进电机3、步进电机驱动器4、系统控制板5、智能手机6、系统支架7以及对应的软件系统8；
均匀面光源1用于发出可见光，可见光穿过透明样品2使得智能手机6相机在后续可以采集到对应的图像数据；
透明样品2为被成像物体，悬挂于步进电机3并浸入装匹配溶剂的容器中，使智能手机6相机通过可见光采集其360°的图像数据，并在后续通过数据处理系统82对其进行重建；
步进电机3用于旋转透明样品2，透明样品2悬挂于步进电机3下方并且可以与其进行同步旋转，让智能手机6可以进行360°的图像数据采集；
步进电机驱动器4用于控制步进电机3的旋转角度及旋转速度；
系统控制板5通过蓝牙或Wi-Fi与智能手机6进行通信，并控制步进电机驱动器4实现步进电机3的旋转；
智能手机6为带有蓝牙或Wi-Fi功能和摄像功能的智能手机，用于控制系统运行、图像采集以及重建结果展示；
系统支架7包括底座71、升降台72以及置物台73，用于支撑均匀面光源1、步进电机3以及智能手机6，同时所述系统支架7能够调节所述步进电机3与智能手机6的高度；
软件系统8包括前端系统81与数据处理系统82；所述前端系统81包括数据采集模块811、系统运行模块812以及结果展示模块813，所述数据采集模块 811负责拍摄图像数据，所述系统运行模块812负责拍摄时与系统控制板5的通信，所述结果展示模块813负责重建结果的显示；所述数据处理系统82包括图像预处理模块821以及图像重建模块822，所述图像预处理模块821负责图像数据重建前的预处理，所述图像重建模块822负责将预处理后的图像数据重建为断层图像。
在上述技术方案的基础上，所述透明样品2为包裹于透明凝胶且经过透明化了的成像物体，成像时会将其浸入匹配溶剂中，匹配溶剂可以为BABB苯甲醇和苯甲酸苄酯以1：2配比成的透明化溶剂、饱和盐溶液或清水。
在上述技术方案的基础上，所述升降台72可以调整步进电机3以及透明样品2的高度，所述置物台73用于放置装匹配溶剂的容器，图像数据采集时透明样品2会浸入该容器中；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统8运行于智能手机6；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统8前端系统81数据采集模块811 通过调用智能手机6摄像头进行图像数据采集，在图像数据采集中使用平均亮度法不断调整图像亮度，使用相位检测法不断的对透明样品2进行对焦，使用冗余采集来获取图像数据供预处理模块821挑选使用；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统8前端系统81系统运行模块812 通过智能手机6蓝牙或Wi-Fi控制步进电机3的旋转；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统8前端系统81结果展示模块813 在数据处理系统82重建结束后对重建图像进行显示；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统8数据处理系统82运行于电脑端或云端；
在上述技术方案的基础上，所述软件系统8数据处理系统82图像数据预处理模块821执行时包括以下步骤：
步骤1、将智能手机6采集的每一张彩色图像数据都按照红、绿以及蓝三个通道拆分为三张单光谱图像数据；
步骤2、选取某一个光谱下的所有图像数据，并取所有角度下该光谱图像数据的某一相同行，将这些行数据按角度重新排列，得到对应的弦图；
步骤3、从弦图的角度方向进行剪切，直到弦图按照角度方向可以首尾平滑连接；
步骤4、从弦图的非角度方向进行剪切，直到弦图以图的正中心为对称点呈中心对称；
步骤5、更换行数重复步骤2、步骤3以及步骤4，直到所有目标行都被执行一遍；
步骤6、更换光谱重复步骤2、步骤3、步骤4以及步骤5，直到所有目标光谱都被执行一遍；
步骤7、将得到的所有弦图按照三种不同的光谱分三次传输给图像重建模块 822，每一个光谱下的弦图都执行一遍重建操作，最终得到三张不同光谱下的重建图像。
在上述技术方案的基础上，所述软件系统8的数据处理系统82图像重建模块822通过平行束滤波反投影重建算法对图像数据预处理模块821输出的弦图进行重建，并将得到的三张重建图像传输给结果展示模块813以供显示。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
小鼠骨骼成像实验：
实验材料：
小鼠骨骼模型(装于玻璃瓶的透明小鼠骨骼标本，见图6)，方形容器，匹配溶剂，基于智能手机的光学投影断层成像教学系统。
实验步骤：
步骤1、在方形容器加入约70％的匹配溶剂；
步骤2、将小鼠模型通过磁体吸附于步进电机下方，调整支架高度，使小鼠骨骼模型的待成像部分完全浸入匹配溶剂中；
步骤3、将智能手机固定于支架上，打开系统开关，打开软件系统，进行通讯连接并测试连接稳定性；
步骤4、调整智能手机位置与相机焦距，使小鼠骨骼模型位于图像中央；
步骤5、开始采集；
步骤6、采集结束，关闭硬件并妥善处理匹配溶剂；
步骤7、对采集的图像数据进行数据重建并进行展示。
实验结果
从小鼠骨骼模型重建结果的最大密度投影图(见图7)可以看出，重建图像结构分明，细节清晰，完全可以满足教学使用。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于智能手机的光学投影断层成像装置，其特征在于，所述基于智能手机的光学投影断层成像装置设置有：
均匀面光源、透明样品、步进电机、步进电机驱动器、控制板、移动终端、支架；
均匀面光源，用于发射可见光；
所述透明样品悬挂于步进电机的下方，所述透明样品浸入装匹配溶剂的容器中；
步进电机，用于旋转透明样品，所述透明样品与所述步进电机同步旋转；
步进电机驱动器，用于控制步进电机的旋转角度及旋转速度；
控制板，用于通过控制步进电机驱动器进行步进电机的旋转；
移动终端，设置有蓝牙或Wi-Fi，用于控制装置运行、图像采集以及重建结果展示；所述移动终端搭载有基于智能手机的光学投影断层成像系统；所述控制板与所述移动终端通过蓝牙或Wi-Fi进行通信；
支架，用于支撑均匀面光源、步进电机以及移动终端，同时用于调节所述步进电机与移动终端的高度；
所述透明样品为包裹于透明凝胶且经过透明化的成像物体；所述匹配溶剂可为BABB、饱和盐溶液或清水中的其中一种；所述BABB即苯甲醇和苯甲酸苄酯以1：2配比成的透明化溶剂；
所述支架包括底座、升降台以及置物台；
所述升降台，用于调整步进电机以及透明样品的高度；所述置物台用于放置匹配溶剂的容器；
所述基于智能手机的光学投影断层成像系统包括：
前端子系统与数据处理子系统；
所述前端子系统，包括数据采集模块、系统运行模块以及结果展示模块；用于进行数据采集、传输以及重建结果的显示；
所述数据处理子系统，包括图像预处理模块以及图像重建模块，用于进行图像重建；
所述前端子系统包括：
数据采集模块，用于利用设置于所述移动终端上的摄像设备进行图像数据的采集；
系统运行模块，用于拍摄时与所述基于智能手机的光学投影断层成像装置的控制板进行实时通信；同时用于控制基于智能手机的光学投影断层成像装置的步进电机旋转；
结果展示模块，用于进行重建结果的显示。
2.如权利要求1所述基于智能手机的光学投影断层成像装置，其特征在于，所述数据处理子系统包括：
图像预处理模块，用于进行图像数据重建前的预处理；
图像重建模块，用于将预处理后的图像数据重建为断层图像。
3.一种如权利要求1所述基于智能手机的光学投影断层成像装置的基于智能手机的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述基于智能手机的光学投影断层成像方法包括：
步骤一，利用蓝牙建立移动终端与光学投影断层成像系统的通讯连接，并测试其连接稳定性；将透明样品固定到步进电机下方并浸入匹配溶剂；
步骤二，利用移动终端通过基于智能手机的光学投影断层成像系统打开均匀面光源，并调整使得均匀面光源、透明样品以及移动终端相机依次在一条直线上；
步骤三，利用移动终端控制步进电机在0.1°到1°每秒的速度下以转-停-转的方式进行360°旋转；利用移动终端控制设置于移动终端上的摄像设备在步进电机转-停-转的停阶段对透明样品进行图像数据采集；
步骤四，将采集到的图像数据进行数据重建，并将重建好的图像重新下载至移动终端；利用移动终端展示重建结果。
4.如权利要求3所述基于智能手机的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述对透明样品进行图像数据采集包括：
使用平均亮度法不断调整图像亮度，利用相位检测法不断的对透明样品进行对焦，使用冗余采集获取图像数据；
所述将采集到的图像数据进行数据重建包括：
（1）将采集的彩色图像数据的每个像素按照0.30、0.59以及0.11的比例对红、绿以及蓝三个通道进行加权求和，得到灰度图像数据；
（2）取所有角度下灰度图像数据的某一相同行，将这些行数据按角度重新排列，得到对应的弦图；
（3）从弦图的角度方向进行剪切，直到弦图按照角度方向可以首尾平滑连接；
（4）从弦图的非角度方向进行剪切，直到弦图以图的正中心为对称点呈中心对称；
（5）更换行数重复步骤（2）至步骤（4）直至所有目标行都被执行一遍；通过平行束滤波反投影重建算法将得到的所有弦图进行重建，得到重建图像。
5.如权利要求2所述基于智能手机的光学投影断层成像方法，其特征在于，图像数据处理包括以下步骤：
步骤一、将智能手机采集的每一张彩色图像数据都按照红、绿以及蓝三个通道拆分为三张单光谱图像数据；
步骤二、选取某一个光谱下的所有图像数据，并取所有角度下该光谱图像数据的某一相同行，将这些行数据按角度重新排列，得到对应的弦图；
步骤三、从弦图的角度方向进行剪切，直到弦图按照角度方向可以首尾平滑连接；
步骤四、从弦图的非角度方向进行剪切，直到弦图以图的正中心为对称点呈中心对称；
步骤五、更换行数重复步骤二-步骤四，直到所有目标行都被执行一遍；
步骤六、更换光谱重复步骤二-步骤五，直到所有目标光谱都被执行一遍；
步骤七、将得到的所有弦图按照三种不同的光谱分三次传输给图像重建模块，每一个光谱下的弦图都执行一遍重建操作，最终得到三张不同光谱下的重建图像；
6.一种计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施权利要求3-5任意一项所述基于智能手机的光学投影断层成像方法。
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