CN115670452A - 一种组织血氧显微层析成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组织血氧显微层析成像装置。其中，包括：双波长激光输出模块，用于输出双波长激光光束；偏振分光模块，用于对双波长激光光束进行起偏形成第一偏振激光光束，并透射第一偏振激光光束；扫描检测模块，用于反射第一偏振激光光束至待测样品的各待检测位，扫描检测模块还用于反射第二偏振激光光束至偏振分光模块；成像模块，成像模块包括：沿第二偏振激光光束的传输路径上依次设置的波长分光器件、狭缝板、阵列光电探测器；还包括移动狭缝板的位移控制模块。本发明在探测阵列上设计可移动狭缝装置，实现了双波长信息检测和血氧层析成像，避免了入射光切换对光学快门的损耗，以更低的成本实现组织血氧显微层析成像。

Description

一种组织血氧显微层析成像装置

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种组织血氧显微层析成像装置。

背景技术

光学成像技术利用光进行组织成像，组织中不同成分的光吸收、散射或荧光特性不同，在光学图像上形成对比反差，显示组织内的结构和功能变化。光学血氧成像主要利用血液中含氧血红蛋白(HbO₂)和脱氧血红蛋白(Hb)的吸收特性进行成像。HbO₂和Hb的特征吸收谱不同，分别用HbO₂和Hb特征吸收谱峰值波长的光入射生物组织，可以解析出HbO₂和Hb的浓度变化，在二维空间上形成血氧浓度的分布图。

光学血氧成像大多采用双波长交替照射的方式获取血氧图像，探测器分时获取单个波长的出射光信号，并通过先后检测的双波长信号解析血氧图像。双波长交替照射需要进行波长切换，常用快门控制两路激光的开合，激光器发射位置的光功率较大，长期使用后，光学快门损伤较大，增加了设备维护的成本；而使用双波长同时入射生物组织，使用二维的光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)阵列探测出射信号，PMT上的每一列阵元对应一个波长的出射信号，将两个波长的出射光通过分光装置分别对应到两个光电探测器上，但二维PMT成本高，而且阵元数量越多，单阵元的灵敏度等性能越低，更多通道同时采集也对数据采集和处理系统提出了更高的要求。

发明内容

本发明提供了一种组织血氧显微层析成像装置，以解决现有技术中组织血氧成像系统高成本，低灵敏度的问题。

本发明实施例提供了一种组织血氧显微层析成像装置，其中，包括：

双波长激光输出模块，用于输出双波长激光光束；

偏振分光模块，位于所述双波长激光光束的传输路径上，用于对所述双波长激光光束进行起偏形成第一偏振激光光束，并透射所述第一偏振激光光束；

扫描检测模块，位于所述第一偏振激光光束的传输路径上，用于反射所述第一偏振激光光束至待测样品的各待检测位，所述第一偏振激光光束经过待检测位作用后形成第二偏振激光光束，所述扫描检测模块还用于反射所述第二偏振激光光束至所述偏振分光模块，所述偏振分光模块还用于反射所述第二偏振激光光束至成像模块；所述第一偏振激光光束的偏振方向与所述第二偏振激光光束的偏振方向相互垂直；

成像模块，位于所述第二偏振激光光束的传输路径上，所述成像模块包括：沿所述第二偏振激光光束的传输路径上依次设置的波长分光器件、狭缝板、阵列光电探测器；还包括移动所述狭缝板的位移控制模块；

其中，所述波长分光器件用于分离所述第二偏振激光光束为第一波长偏振光束和第二波长偏振光束；所述位移控制模块用于周期控制所述狭缝板中的狭缝位于所述第一波长偏振光束的传输路径上，或，位于所述第二波长偏振光束的传输路径上，以使所述阵列光电探测器先后对所述第一波长偏振光束和所述第二波长偏振光束进行成像。

可选的，所述偏振分光模块包括：沿双波长激光光束传输路径依次设置的起偏器和偏振分束器；

所述起偏器用于双波长激光光束起偏形成第一偏振激光光束，所述偏振分束器用于透射所述第一偏振激光光束。

可选的，所述扫描检测模块包括：沿所述第一偏振激光光束传输路径设置的x-y扫描振镜、扫描透镜和物镜；

所述x-y扫描振镜用于接收所述第一偏振激光光束，并反射所述第一偏振激光光束依次经过所述扫描透镜和所述物镜，到达所述待测样品；其中，所述x-y扫描振镜用于改变所述第一偏振激光光束的反射方向，以改变所述第一偏振激光光束至所述待测样品的不同待检测位。

可选的，所述成像模块还包括：位于所述波长分光器件和所述偏振分光模块之间的检偏器和成像透镜，所述检偏器用于通过所述偏振分光模块反射的所述第二偏振激光光束至所述成像透镜，所述第二偏振激光光束经所述成像透镜之后进入所述波长分光器件。

可选的，所述波长分光器件为衍射光栅或分光棱镜中的一种。

可选的，所述阵列光电探测器为多个长条形光电探测器，沿第一方向排列；所述狭缝板的狭缝的长度方向沿所述第一方向延伸；所述位移控制模块控制所述狭缝板沿第二方向周期移动，所述第一方向和所述第二方向垂直。

可选的，所述阵列光电探测器的个数至少为5个。

可选的，所述阵列光电探测器为线性阵列光电倍增管、雪崩光电二极管、硅光电二极管、CCD或CMOS组成的图像传感器中的一种。

可选的，所述狭缝板中的狭缝宽度大于所述双波长激光光束中的最大波长，小于所述第一波长偏振光束和所述第二波长偏振光束之间的偏离间距。

可选的，所述双波长激光光束中的双波长分别为532nm和638nm。

本发明实施例的技术方案，通过使用波长分光器件、狭缝板以及控制狭缝板移动的位移控制模块，使得狭缝板移动狭缝，先后透过不同波长的光打到阵列光电探测器，避免了快门的使用，并且由于探测位置的光强经过系统和入射组织的衰减，强度大为降低，避免了对遮光器件的光学损耗；同时，使用单列PMT，降低了探测模块的成本和对数据采集及处理速度的要求。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是根据本发明实施例提供的一种组织血氧显微层析成像装置结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的另一种组织血氧显微层析成像装置结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供成像系统中狭缝位移示意图；

图4是根据本发明实施例提供的多距离阵列光电探测器获取待测样品不同深度信息示意图；

图5是根据本发明实施例x-y扫描振镜对目标样品的扫描示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

图1是本发明实施例提供的一种组织血氧显微层析成像装置的结构示意图，本实施例可适用于组织血氧显示成像系统中，如图1所示，该装置包括：

双波长激光输出模块100，用于输出双波长激光光束500。

偏振分光模块200，位于双波长激光光束500的传输路径上，用于对双波长激光光束500进行起偏形成第一偏振激光光束510，并透射第一偏振激光光束510。

扫描检测模块300，位于第一偏振激光光束510的传输路径上，用于反射第一偏振激光光束510至待测样品600的各待检测位，第一偏振激光光束510经过待检测位作用后形成第二偏振激光光束520，扫描检测模块还用于反射第二偏振激光光束520至偏振分光模块200，偏振分光模块200还用于反射第二偏振激光光束520至成像模块；第一偏振激光光束510的偏振方向与第二偏振激光光束520的偏振方向相互垂直。

成像模块400，位于第二偏振激光光束520的传输路径上，成像模块400包括：沿第二偏振激光光束520的传输路径上依次设置的波长分光器件410、狭缝板420、阵列光电探测器430；还包括移动狭缝板的位移控制模块440。

其中，波长分光器件410用于分离第二偏振激光光束520为第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522；位移控制模块440用于周期控制狭缝板420中的狭缝位于第一波长偏振光束521的传输路径上，或，位于第二波长偏振光束522的传输路径上，以使阵列光电探测器430先后对第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522进行成像。

其中，双波长激光输出模块100可为两个独立的单波长连续光激光器。波长分光器件410可为将不同波长的光束经过分光器件沿不同方向出射以达到分光目的的器件。位移控制模块440用于移动狭缝板，将不同波长的光分别输送至成像系统中，进而达到成像的目的。阵列光电探测器430用于将采集到的光信号转换为电信号并进行输出计算成像。偏振分光模块200可用于将双波长激光光束500以线偏振光的形式分开进而形成第一偏振激光光束510。位移控制模块440可以为步进电机。

具体的，双波长激光输出是利用光学成像技术领域中，组织中不同成分的光吸收、散射或荧光特性不同，在图像上形成对比反差，进而显示组织内的结构和功能的变化。双波长激光输出能够探测组织中两种不同吸收特性的成分之间的结构和功能的变化。其中，双波长激光输出模块100还包括准直器210，用于准直激光器输出的激光至偏振分光模块200。

示例性的，在光学血氧成像系统中，由于血液中的含氧血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)的特征吸收谱不同，分别用HbO2和Hb特征吸收谱峰值波长的光入射生物组织，可以解析出HbO2和Hb的浓度变化，进而在二维空间上形成血氧浓度的分布图。

可以理解的是，双波长激光输出模块100输出HbO2和Hb特征吸收谱峰值波长对应的双波长激光光束500，双波长激光光束500进入偏振分光模块200，偏振分光模块200将双波长激光光束500起偏为P偏振光，将双波长激光光束500的P偏振光作为第一偏振激光光束510，同时第一偏振激光光束510透过偏振分光模块200。将双波长激光光束500进行偏振分光，可以提高光束质量，改善光的相干性和光的能量，进而在光学血氧组成成像系统中成像效果更加稳定，保证结果的准确性。

并且，第一偏振激光光束510进入扫描检测模块300，扫描检测模块300将第一偏振激光光束510调整反射至待测样品600的各检测位。第一偏振激光光束510根据待检测位作用形成与P偏振光方向相互垂直的S偏振光，将S偏振光作为第二偏振激光光束520。反射出的第二偏振激光光束520再经过扫描检测模块300，扫描检测模块300将第二偏振激光光束520调整反射至偏振分光模块200，再经偏振分光模块200将第二偏振激光光束520反射至成像模块400。

也就是说，再经偏振分光模块200将第二偏振激光光束520反射至波长分光器件410，波长分光器件410将第二偏振激光光束520依据波长不同，分束为出射角度不同的第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522。位移控制模块440移动狭缝板420使得第一波长偏振光束521作用在阵列光电探测器430，进而阵列光电探测器430传输信号形成第一波长偏振光束521图像；位移控制模块440移动狭缝板420使得第二波长偏振光束522作用在阵列光电探测器430，进而阵列光电探测器430传输信号形成第二波长偏振光束522图像。

本发明实施例提供了一种组织血氧显微层析成像装置，包括了双波长激光输出模块、偏振分光模块、扫描检测模块、成像模块。双波长激光输出模块输出光通过同一光路入射待测样品，成像模块将出射信号的双波长激光光束分开，通过可移动的光学狭缝装置，使得分开的激光光束分别照射在阵列光电探测器的不同位置，以使得阵列光电探测器分别采集检测双波长出射光信号，用光学解析双波长出射光信号，实现组织成像。从而降低了探测模块的成本和对数据采集及处理速度要求，保证了成像效率。

图2是根据本发明实施例提供的另一种组织血氧显微层析成像装置结构示意图。

可选的，偏振分光模块200包括：沿双波长激光光束500传输路径依次设置的起偏器220和偏振分束器230。

起偏器220用于双波长激光光束500起偏形成第一偏振激光光束510，偏振分束器230用于透射第一偏振激光光束510。

示例性的，起偏器220可以为线偏振片，偏振分束器220可以的分光面镀透射P偏振光和反射S偏振光的膜层。

由此，双波长激光输出模块100输出HbO2和Hb特征吸收谱峰值波长对应的双波长激光光束500，双波长激光光束500进入偏振分光模块200，偏振分光模块200中的起偏器220将双波长激光光束500起偏为P偏振光，将双波长激光光束500的P偏振光作为第一偏振激光光束510，同时第一偏振激光光束510通过透P偏振光反S偏振光的膜层透过偏振分束器230，第一偏振激光光束510进入扫描检测模块300。将双波长激光光束进行偏振分光，将偏振分光的光束进行待测样品中探测，可以提高光束质量，改善光的相干性和光的能量，进而在光学血氧组成成像系统中成像效果更加稳定，保证结果的准确性。

可选的，如图2所示，扫描检测模块300包括：沿第一偏振激光光束510传输路径设置的x-y扫描振镜310、扫描透镜320和物镜330。

x-y扫描振镜310用于接收第一偏振激光光束510，并反射第一偏振激光光束510依次经过扫描透镜320和物镜330，到达待测样品600；其中，x-y扫描振镜310用于改变第一偏振激光光束510的反射方向，以改变第一偏振激光光束510至待测样品600的不同待检测位。

其中，扫描透镜320和物镜330可用于将第一偏振激光光束510聚焦到样品的成像焦面上。其中物镜330也决定成像系统的放大倍率。

示例性的，波长激光输出模块100输出HbO2和Hb特征吸收谱峰值波长对应的双波长激光光束500，双波长激光光束500进入偏振分光模块200，偏振分光模块200中的起偏器220将双波长激光光束500起偏为P偏振光，将双波长激光光束500的P偏振光作为第一偏振激光光束510，同时第一偏振激光光束510透射偏振分束器230，第一偏振激光光束510进入扫描检测模块300中的x-y扫描振镜310，并经过扫描透镜320和物镜330，聚焦到待测样品的成像焦面上。通过调整x-y扫描振镜310的角度改变第一偏振激光光束510的反射方向，并通过扫描透镜320和物镜330，使得光束聚焦在待测样品600的不同待测点上。

通过第一偏振激光光束通过x-y扫描振镜、扫描透镜和物镜的作用，使得光聚焦到待测样品的成像焦面上，便于控制调整成像系统的放大倍率，保证成像的准确性。

可选的，如图2所示，成像模块400还包括：位于波长分光器件410和偏振分光模块200之间的检偏器450和成像透镜460，检偏器450用于通过偏振分光模块200反射的第二偏振激光光束520至成像透镜460，第二偏振激光光束520经成像透镜460之后进入波长分光器件410。

其中，成像透镜460与物镜330共同决定成像系统的放大倍率。

示例性的，波长激光输出模块100输出HbO2和Hb特征吸收谱峰值波长对应的双波长激光光束500，双波长激光光束500进入偏振分光模块200，偏振分光模块200中的起偏器220将双波长激光光束500起偏为P偏振光将双波长激光光束500的P偏振光作为第一偏振激光光束510，同时第一偏振激光光束510透射偏振分束器230，第一偏振激光光束510进入扫描检测模块300中的x-y扫描振镜310，并经过扫描透镜320和物镜330，聚焦到待测样品600的成像焦面上。通过调整x-y扫描振镜310的角度改变第一偏振激光光束510的反射方向，并通过扫描透镜320和物镜330，使得光束聚焦在待测样品600的不同待测点上。第一偏振激光光束510根据待检测位作用形成与P偏振光方向相互垂直的S偏振光，将S偏振光作为第二偏振激光光束520。反射出的第二偏振激光光束520再经过成像模块400中的检偏器450，检偏器450过滤入射的P偏振光，仅检测经过待测样品600反射和/或透射的S偏振光，第二偏振激光光束520经过检偏器450的过滤后再经过成像透镜460的放大并通过波长分光器件410，波长分光器件410将第二偏振激光光束520依据波长不同，分束为出射角度不同的第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522。其中，检偏器450可以为线偏振片，仅用于透过第二偏振激光光束520，并且屏蔽其他杂散光，有利于提升成像质量。

可选的，波长分光器件410为衍射光栅或分光棱镜中的一种。

具体的，将衍射光栅或分光棱镜作为波长分光器件410，便于分离不同波长光的出射方向，以达到将对应波长出射光输送至成像系统中。

可选的，如图3所示，阵列光电探测器430为多个长条形光电探测器，沿第一方向Y排列；狭缝板420的狭缝421的长度方向沿第一方向Y延伸；位移控制模块440控制狭缝板420沿第二方向X周期移动，第一方向Y和第二方向X垂直。

示例性的，第一方向与第二方向分别为互相垂直的Y方向与X方向，波长分光器件410将第二偏振激光光束520依据波长不同，分束为出射角度不同的第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522。位移控制模块440控制狭缝板420沿X方向周期移动，位移控制模块440控制狭缝板420分别将第一波长偏振光束521与狭缝421重合；或者，控制第二波长偏振光束522与狭缝421重合。通过在X方向快速移动狭缝板实现第一波长偏振光束521与第二波长偏振光束522的分时探测。

在成像模块中设置可移动狭缝装置，使用分光装置将不同波长的出射光投射到不同的狭缝位置，移动狭缝，实现不同波长的分时检测。将不同波长光的切换从激光出射位置移到探测器位置，避免了对遮光器件的光学损耗。

可选的，继续参考图3狭缝板420中的狭缝421宽度大于双波长激光光束500中的最大波长，小于第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522之间的偏离间距。

示例性的，第一方向与第二方向分别为互相垂直的Y方向与X方向，波长分光器件410将第二偏振激光光束520依据波长不同，分束为出射角度不同的第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522。调整波长分光器件410和沿Y方向的阵列光电探测器430的距离使得第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522照射在阵列光电探测器430上。位移控制模块440控制狭缝板420沿X方向周期移动，位移控制模块440控制狭缝板420使得第一波长偏振光束521与狭缝421重合，此时，仅有第一波长偏振光束521通过狭缝421照射到阵列光电探测器430上，第二波长偏振光束522被遮挡；进一步地，位移控制模块440控制狭缝板420使得第二波长偏振光束522与狭缝421重合，此时，仅有第二波长偏振光束522通过狭缝421照射到阵列光电探测器430上，第一波长偏振光束521被遮挡。

狭缝宽度大于双波长激光光束中的最大波长保证不同波长的光能够入射成像，避免发生衍射现象。小于第一波长偏振光束和第二波长偏振光束之间的偏离间距是为了保证将两种不同波长的光分别各自成像，使得双波长成像速度与单波长成像速度相同，保证成像效率。

可选的，阵列光电探测器430的个数至少为5个。具体的，至少采集5个不同深度的组织信息。

具体的，如图4所示，由于第一偏振激光光束510在组织中沿弧形路径扩散传播，阵列光电探测器430离第一偏振激光光束510的距离d越远，成像系统采集到的光束信号包含的组织信息深度h越深。同时平行放置多个阵列光电探测器430，可以同时获取多个深度的组织信息。本发明实施例将阵列光电探测器的不同探测阵元沿Y方向平行排列，将其中一个阵元放置在光路中心位置，距离中心阵元的距离不同，就能采集到不同深度的组织信息。本发明实施例可设置阵列光电探测器的个数至少为5个，如图4所示，可设置光电探测器位置为431、432、433、434、435，5个距离第一偏振激光光束510不同的光电探测器组成阵列光电探测器430，以探测5个不同深度的组织信息。

本发明实施例中使用阵列光电探测器，将双波长在同一阵列光电探测器中探测成像，降低了探测模块的成本和对数据采集及处理速度的要求。

可选的，阵列光电探测器430为线性阵列光电倍增管、雪崩光电二极管、硅光电二极管、CCD或CMOS组成的图像传感器中的一种。

其中，光电探测器可用于将光信号转变为电信号，对待测样品不同深度的探测信号不同，计算不同波长在待测样品中不同深度的吸收特性。

可选的，双波长激光光束500中的双波长分别为532nm和638nm。

具体的，在光学血氧成像系统中，可以利用血液中含氧血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)的吸收特性进行成像，用HbO2和Hb特征吸收谱峰值波长的光入射待测样品600，可以解析出HbO2和Hb的浓度变化，形成血氧浓度的分布图。HbO2特征吸收谱峰值波长为532nm；Hb特征吸收谱峰值波长为638nm。

示例性的，在光学血氧成像系统中，波长激光输出模块100输出HbO2和Hb特征吸收谱峰值波长对应的双波长激光光束500，双波长激光光束包括532nm和638nm两种波长。双波长激光光束500进入偏振分光模块200，偏振分光模块200中的起偏器220将双波长激光光束500起偏为P偏振光，将双波长激光光束500的P偏振光作为第一偏振激光光束510，同时第一偏振激光光束510透射偏振分束器230，第一偏振激光光束510进入扫描检测模块300中的x-y扫描振镜310，并经过扫描透镜320和物镜330，聚焦到待测样品600的成像焦面上。通过调整x-y扫描振镜310的角度改变第一偏振激光光束510的反射方向，并通过扫描透镜320和物镜330，使得光束聚焦在待测样品的不同待测点上。第一偏振激光光束510根据待检测位作用形成与P偏振光方向相互垂直的S偏振光，将S偏振光作为第二偏振激光光束520。反射出的第二偏振激光光束520再经过成像模块400中的检偏器450，检偏器450过滤入射的P偏振光，仅检测经过待测样品反射和/或透射的S偏振光，第二偏振激光光束520经过检偏器450的过滤后再经过成像透镜460的放大并通过波长分光器件410，波长分光器件410将第二偏振激光光束520依据波长不同，分束为出射角度不同的第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522。第一波长偏振光束521波长为532mm；第二波长偏振光束522为638mm。调整波长分光器件410和沿Y方向的阵列光电探测器430的距离使得第一波长偏振光束521和第二波长偏振光束522照射在阵列光电探测器430上。位移控制模块440控制狭缝板420沿X方向周期移动，位移控制模块440控制狭缝板420使得第一波长偏振光束521与狭缝421重合，此时，仅有第一波长偏振光束521通过狭缝421照射到阵列光电探测器430上，第二波长偏振光束522被遮挡；进一步地，位移控制模块440控制狭缝板420使得第二波长偏振光束522与狭缝421重合，此时，仅有第二波长偏振光束522通过狭缝421照射到阵列光电探测器430上，第一波长偏振光束521被遮挡。系统通过控制单元输出指令，使位移控制模块440在第一波长偏振光束521通过的狭缝处和第二波长偏振光束522通过的狭缝处高速往复运动，同时采集光强信号传输到计算机。将两个位置分别采集到的光信号存储到两种波长信号存储单元。在二维空间上形成血氧浓度的分布图。计算机根据扩散光层析成像原理实现组织的三维层析成像，并通过两种波长信号实现血氧信息的三维层析成像，解析出HbO2和Hb的浓度变化。

其中，计算血氧信息的三维层析成像首先需要求解待测样品组织不同深度光学路径上的吸收系数，得到待测样品组织吸收系数的层析重建图，其计算公式如下：

ΔM_n,m＝J_n,m(r)Δμ_a(r)

其中，ΔM_n,m代表了阵列光电探测器430检测到的第一波长偏振光束521或第二波长偏振光束522光强信号的微小变化；n和m分别是光束和光电探测器的个数，r代表了光学路径上的位置坐标，J是空间敏感度矩阵，代表了空间位置影响测量结果的权重。Δμ_a代表了吸收系数的微小变化，是待求解参数。

通过迭代计算，求解Δμ_a的空间分布，公式如下：

Δμ_a＝J^T(JJ^T+αI)^-1ΔM

α是正则化系数；I是单位对角阵，用于降低反问题求解过程中噪声对重建结果的影响。

对于双波长入射而言，可得两种波长的Δμ_a值。并由此解析出HbO₂和Hb的浓度变化，公式如下：

其中，下标1，2分别代表两个波长，ε为摩尔消光系数，ΔC为血红蛋白浓度变化。

因此，在吸收系数空间图像重建的基础上，双波长入射光可进一步解出HbO₂和Hb浓度变化的层析分布图。

系统通过x-y扫描振镜310在二维空间上对目标样品600进行扫描，如图5所示，在X’方向和Y’方向每行扫10个位置，扫10行，每个扫描位置均包含5个探测深度信息，在深度方向进行图像重建，结合二维扫描数据，可得血氧信息的三维层析分布图。

本发明实施例中提供的一种组织血氧显微层析成像装置，通过使用双波长激光同时入射待测样品，并通过控制狭缝结构的移动，使同一时间只有一个波长的光照射到探测器上。实现了使用单列多距离的光电探测器，实现不同波长出射光分时采集不同深度的组织信息的目的，并通过解析双波长信号实现了组织的三维层析成像。由此，降低了组织血氧成像系统中探测器的成本，也降低了对数据高速采集、传输和存储的要求。同时，本发明实施例的狭缝位于阵列光电探测器前端，出射光信号经过系统和组织的衰减，信号强度大为降低，不会对器件造成损伤。此外，单个狭缝的控制相较快门更为简单，仅需使其往复运动，简化了组织血氧显微层析成像装置的同时提高了成像效率。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，包括：

双波长激光输出模块，用于输出双波长激光光束；

偏振分光模块，位于所述双波长激光光束的传输路径上，用于对所述双波长激光光束进行起偏形成第一偏振激光光束，并透射所述第一偏振激光光束；

扫描检测模块，位于所述第一偏振激光光束的传输路径上，用于反射所述第一偏振激光光束至待测样品的各待检测位，所述第一偏振激光光束经过待检测位作用后形成第二偏振激光光束，所述扫描检测模块还用于反射所述第二偏振激光光束至所述偏振分光模块，所述偏振分光模块还用于反射所述第二偏振激光光束至成像模块；所述第一偏振激光光束的偏振方向与所述第二偏振激光光束的偏振方向相互垂直；

成像模块，位于所述第二偏振激光光束的传输路径上，所述成像模块包括：沿所述第二偏振激光光束的传输路径上依次设置的波长分光器件、狭缝板、阵列光电探测器；还包括移动所述狭缝板的位移控制模块；

其中，所述波长分光器件用于分离所述第二偏振激光光束为第一波长偏振光束和第二波长偏振光束；所述位移控制模块用于周期控制所述狭缝板中的狭缝位于所述第一波长偏振光束的传输路径上，或，位于所述第二波长偏振光束的传输路径上，以使所述阵列光电探测器先后对所述第一波长偏振光束和所述第二波长偏振光束进行成像。

2.根据权利要求1所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述偏振分光模块包括：沿双波长激光光束传输路径依次设置的起偏器和偏振分束器；

所述起偏器用于双波长激光光束起偏形成第一偏振激光光束，所述偏振分束器用于透射所述第一偏振激光光束。

3.根据权利要求1所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述扫描检测模块包括：沿所述第一偏振激光光束传输路径设置的x-y扫描振镜、扫描透镜和物镜；

所述x-y扫描振镜用于接收所述第一偏振激光光束，并反射所述第一偏振激光光束依次经过所述扫描透镜和所述物镜，到达所述待测样品；其中，所述x-y扫描振镜用于改变所述第一偏振激光光束的反射方向，以改变所述第一偏振激光光束至所述待测样品的不同待检测位。

4.根据权利要求1所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述成像模块还包括：位于所述波长分光器件和所述偏振分光模块之间的检偏器和成像透镜，所述检偏器用于通过所述偏振分光模块反射的所述第二偏振激光光束至所述成像透镜，所述第二偏振激光光束经所述成像透镜之后进入所述波长分光器件。

5.根据权利要求1或4所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述波长分光器件为衍射光栅或分光棱镜中的一种。

6.根据权利要求1所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述阵列光电探测器为多个长条形光电探测器，沿第一方向排列；所述狭缝板的狭缝的长度方向沿所述第一方向延伸；所述位移控制模块控制所述狭缝板沿第二方向周期移动，所述第一方向和所述第二方向垂直。

7.根据权利要求6所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述阵列光电探测器的个数至少为5个。

8.根据权利要求1或6或7任一项所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述阵列光电探测器为线性阵列光电倍增管、雪崩光电二极管、硅光电二极管、CCD或CMOS组成的图像传感器中的一种。

9.根据权利要求1所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述狭缝板中的狭缝宽度大于所述双波长激光光束中的最大波长，小于所述第一波长偏振光束和所述第二波长偏振光束之间的偏离间距。

10.根据权利要求1所述的组织血氧显微层析成像装置，其特征在于，所述双波长激光光束中的双波长分别为532nm和638nm。

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