CN117378988A - 一种用于获得对比图像的荧光显微装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于获得对比图像的荧光显微装置，包括激光发射机构、光传导机构、第一激光接收机构和第二激光接收机构，激光发射机构发射的光进入光传导机构，光传导机构激发的荧光探针分成两路，一路进入第一激光接收机构，得到存在光纤盲区的荧光图像，另一路进入第二激光接收机构，得到无光纤盲区的荧光图像；该荧光显微装置可以同时获得有光纤盲区的荧光图像和无光纤盲区的荧光图像，无光纤盲区的荧光图像作为最终的真实图像，用于评判对光纤盲区的荧光图像处理的去网格算法的优劣，并对算法优化的路线起到一定的指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及显微成像技术领域，尤其涉及一种用于获得对比图像的荧光显微装置。
背景技术
消化系统肿瘤是世界范围内最常见肿瘤之一。早发现、早治疗，提高早癌的诊断水平对于提高患者生存率、减轻社会经济负担有着深远的意义。目前国际研究表明，内镜检查是发现消化系统肿瘤的最有效途径。
目前现有的医用内窥镜检测系统，无论是传统白光反射内窥镜(如纤维内窥镜、电子内窥镜等)，还是荧光内窥镜等，一般多使用细径柔性传像光纤束进行传像，传像光纤是由密排的光纤丝集成的，较为柔软、易弯曲，光纤丝与丝之间都会有一定的间隙，正是由于这些间隙，导致成像会有盲区存在，也就是得到的是有光纤网格的图像。
消除盲区主要用下述方法，对原始荧光或者白光图像利用高斯滤波算法进行去噪处理，去除原始荧光或者白光图像中光纤间隔造成的网格图像，再通过直方图均衡化算法提高荧光或者白光图像的对比度，生成校正荧光或者白光图像，但是由于没有真实的没有光纤网格的图像作为对比，也即真实的无网格图像作为标准，无论使用哪种算法进行去噪处理，都难以评判此算法的优劣，因此难以优化去网格算法，以及对比不同去网格算法的优劣，或者同一种算法优化前后的差异。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于获得对比图像的荧光显微装置，无光纤盲区的荧光图像作为最终的真实图像，用于评判去网格算法的优劣，并对算法优化的路线起到一定的指导作用。
本发明提出的一种用于获得对比图像的荧光显微装置，包括激光发射机构、光传导机构、第一激光接收机构和第二激光接收机构，激光发射机构发射的光进入光传导机构，光传导机构激发的荧光探针分成两路，一路进入第一激光接收机构，得到存在光纤盲区的荧光图像，另一路进入第二激光接收机构，得到无光纤盲区的荧光图像。
进一步地，所述激光发射机构包括光源组件、传光光纤、准直透镜、第一滤光片和二向色镜，光源组件发出的光依次经过传光光纤、准直透镜、第一滤光片进入二向色镜，二向色镜将光反射到光传导机构中。
进一步地，所述光传导机构包括第一物镜、载物台、第二滤光片和分光镜，二向色镜反射的光经过第一物镜聚焦到载物台上设置的待检测物料上激发出荧光探针，荧光探针经过第一物镜进入二向色镜，二向色镜将投射的荧光探针通过第二滤光片进入分光镜，分光镜将荧光探针分成两路，一路进入第一激光接收机构中，另一路进入第二激光接收机构中。
进一步地，所述第一激光接收机构包括第二物镜、传像光纤、第三物镜、第一双胶合聚焦镜和第一相机，经过分光镜分光后的荧光探针依次经过第二物镜、传像光纤、第三物镜、第一双胶合聚焦镜后投射到第一相机的探测芯片上，第一相机输出存在光纤盲区的荧光图像。
进一步地，所述第二激光接收机构包括第二双胶合聚焦镜和第二相机，经过分光镜分光后的荧光探针经过第二双胶合聚焦镜投射到第二相机的探测芯片上，第二相机输出无光纤盲区的荧光图像。
进一步地，光源组件发出的光谱段覆盖可见光到近红外波长范围；第一滤光片为小直径带通干涉滤光片，第一滤光片的通带谱段与荧光探针的吸收谱相匹配。
进一步地，第二物镜和第三物镜为放大物镜，放大物镜为带有RMS外螺纹的有限远平场消色差物镜
放大物镜放大倍数计算公式如下：
M＝Lmin/d
其中，M为放大倍数，Lmin为第一相机的探测芯片的短边长度，d为传像光纤束的直径。
本发明提供的一种用于获得对比图像的荧光显微装置的优点在于：本发明结构中提供的一种用于获得对比图像的荧光显微装置，光传导机构在激光发射机构的激光激发下产生荧光探针，荧光探针被第一激光接收机构和第二激光接收机构同步接收，可以同时获得有光纤盲区的荧光图像和无光纤盲区的荧光图像的两种图像，且这两种图像是基于同一位置得到的图像，在进行去网格算法的开发设计时，无光纤盲区的荧光图像作为最终的真实图像，用于评判去网格算法的优劣，并对算法优化的路线起到一定的指导作用，也可用于不同去网格算法的对比分析等等。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为成像光纤的截面图，其中a表示传像光纤的包层结构，b表示传像光纤内部单根传像光纤，c表示传像光纤内部的间隙；
其中，1-激光发射机构，2-光传导机构，3-第一激光接收机构，4-第二激光接收机构，11-光源组件，12-传光光纤，13-准直透镜，14-第一滤光片，15-二向色镜，21-第一物镜，22-载物台，23-第二滤光片，24-分光镜，31-第二物镜，32-传像光纤，33-第三物镜，34-第一双胶合聚焦镜，35-第一相机，41-第二双胶合聚焦镜，42-第二相机。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图2所示，这是典型的传像光纤32的示意图，a表示传像光纤的包层结构，这部分不能传光，b表示传像光纤内部单根传像光纤，这部分可以传输光信息，c表示传像光纤内部的间隙，这部分不能传光。正是由于c的存在，造成最终通过成像光纤传输的图像信号存在网格(光纤盲区)；为了有效改善网格图像的去网格问题，本实施例通过同时得到有网格图像和无网格图像，以无网格图像优化有网格图像的去网格操作，提高最终的图像去网格化的准确度。
如图1所示，本发明提出的一种用于获得对比图像的荧光显微装置，激光发射机构1、光传导机构2、第一激光接收机构3和第二激光接收机构4，激光发射机构1发射的光进入光传导机构2，光传导机构2激发的荧光探针分成两路，一路进入第一激光接收机构3，得到存在光纤盲区的荧光图像，另一路进入第二激光接收机构4，得到无光纤盲区的荧光图像。
光传导机构2在激光发射机构1的激光激发下产生荧光探针，荧光探针被第一激光接收机构3和第二激光接收机构4同步接收，可以同时获得有光纤盲区的荧光图像和无光纤盲区的荧光图像的两种图像，且这两种图像是基于同一位置得到的图像，在进行去网格算法的开发设计时，无光纤盲区的荧光图像作为最终的真实图像，用于评判去网格算法的优劣，并对算法优化的路线起到一定的指导作用，也可用于不同去网格算法的对比分析等等。
(A)激光发射机构1包括光源组件11、传光光纤12、准直透镜13、第一滤光片14和二向色镜15，光源组件11发出的光依次经过传光光纤12、准直透镜13、第一滤光片14进入二向色镜15，二向色镜15将光反射到光传导机构2中。
其中准直透镜13可为聚焦透镜组，起到准直和聚集光束的作用，其将出射光聚集成于传光光纤束的直径接近的光束，并垂直入射到下级光路。传光光纤12主要是有很多根玻璃丝或者塑料丝组成的密集阵列，用于传导光源发射的光；第一滤光片14可选择性透过特定波段信号的光；二向色镜15根据表面镀膜的特点，可选择性的反射和透射特定波段的光源。
光源组件11通过对宽谱光源进行光谱过滤的方案，产生特定谱段的激发光，达到能配合多种荧光探针使用的目的。宽谱光源能产生在可见光到近红外波长范围内光强分布均匀的白光。第一滤光片14的位置处可切换安装不同的激发光滤光片，用户可根据所使用的荧光探针，选取合适的激发光滤光片(第一滤光片14)，使出射光为能充分激发荧光探针，又不引入其他谱段光干扰的窄谱段激发光。
光源组件11可以为大功率氙灯、卤灯光源或汞灯光源，其出射光谱段覆盖可见光到近红外波长范围。第一滤光片14为小直径带通干涉滤光片，其通带谱段应与所用荧光探针的吸收谱相匹配。
(B)光传导机构2包括第一物镜21、载物台22、第二滤光片23和分光镜24，二向色镜15反射的光经过第一物镜21聚焦到载物台22上设置的待检测物料上激发出荧光探针，荧光探针经过第一物镜21进入二向色镜15，二向色镜15将投射的荧光探针通过第二滤光片23进入分光镜24，分光镜24将荧光探针分成两路，一路进入第一激光接收机构3中，另一路进入第二激光接收机构4中。
第一物镜21用于将把特定的激发光聚焦到载物台22上的物料上，第二滤光片23可选择性透过特定波段信号的光，可以滤除除了荧光之外的杂散光，减少干扰，分光镜24对波长没有选择性，常用的分光镜是把入射光按照强度分成两路，可以让光强按照一半一半的射向两路，两路方向垂直，或者两路光强一路占30％，一路占70％，以及其他不同强度比例的分光镜。
光源组件11发出的激光经过二向色镜15反射到第一物镜21的前焦面上，经过第一物镜21将光聚焦到载物台22的物料表面，物料表面的位置平面就是第一物镜21的后焦平面处，激光在物料表面激发的荧光通过第一物镜21进入二向色镜15，经过二向色镜15的投射进入分光镜24中进行分光。其中，二向色镜15的反射波段和透波段可以根据需要自行选择。
(C)第一激光接收机构3包括第二物镜31、传像光纤32、第三物镜33、第一双胶合聚焦镜34和第一相机35，经过分光镜24分光后的荧光探针依次经过第二物镜31、传像光纤32、第三物镜33、第一双胶合聚焦镜34后投射到第一相机35的探测芯片上，第一相机35输出存在光纤盲区的荧光图像。
第二物镜31用于将把平行光聚焦到传像光纤32的头端上，传像光纤32内部光纤的数量一般从数千根到数万根都有，可根据实际需要选取合适光纤数量的传像光纤，第三物镜33用于将传像光纤32出射的荧光转化为平行光，第一双胶合聚焦镜34可以有效的消除色差，用于把平行光聚焦到第一相机35的感光芯片上，第一相机35的感光芯片将图像的光信号转换为电信号输入服务器，服务器对图像进行采集并显示在荧光屏上，该显示的图像为有光纤盲区的荧光图像，并可以对图像进行处理、存储及进行文件管理。
其中，传像光纤32通过SMA905方式连接，或者其他便于连接光纤的方式，根据实际的光纤网格需求，比如光纤网格的尺寸大小，可方便快捷的更换传像光纤，现用的是30000丝传像光纤，可方便的更换为40000丝或者50000丝的光纤，便于获取此种数量光纤丝情况下的有无光线网格的对比图像，便于进行算法处理分析。
第二物镜31和第三物镜33为放大物镜，放大物镜为带有RMS外螺纹的有限远平场消色差物镜；放大倍数一般可以为4X，10X，20X，40X，第二物镜31和第三物镜33之间齐焦，可对荧光信号进行放大，并在放大物镜共轭点上形成放大的实像，并投射到第一相机35的探测芯片上，放大物镜放大倍数的选择应与传像光纤束的直径大小相适应。
放大物镜放大倍数计算公式如下：M＝Lmin/d
其中，M为放大倍数，Lmin为第一相机35的探测芯片的短边长度，d为传像光纤32束的直径。
(D)第二激光接收机构4包括第二双胶合聚焦镜41和第二相机42，经过分光镜24分光后的荧光探针经过第二双胶合聚焦镜41投射到第二相机42的探测芯片上，第二相机42输出无光纤盲区的荧光图像。
第二双胶合聚焦镜41可以有效的消除色差，把图像投射到第二相机42的探测芯片上，第二相机42的感光芯片将图像的光信号转换为电信号输入服务器，服务器对图像进行采集并显示在荧光屏上，该显示的图像为无光纤盲区的荧光图像，并可以对图像进行处理、存储及进行文件管理。
第一相机35和第二相机42为低温制冷科学级电荷耦合器件(CCD)相机或者互补型金属氧化物半导体管(CMOS)相机，用于接收成像强度微弱的光信号，并将其采样转换为数字图像，其有效成像光强微弱的荧光信号，得到原始荧光图像，也能采集激发光、白光图像。
(E)结合(A)、(B)(C)和(D)
光源组件11发出的光源经过准直透镜13后，以平行光方式照射到第一滤光片14上，第一滤光片14对入射光的波长具有选择性，选择通过的光经过二向色镜15反射后到达第一物镜21的前焦面，经过第一物镜21的聚焦，激发光入射到载物台22上的物料表面，特定波长的激发光照射到物料表面会激发出荧光，荧光的波长一般大于激发光的波长，这些荧光部分进入第一物镜21，相当于荧光从第一物镜21的后焦面射入到前焦面，由于二向色镜15的选择反射和透射性，荧光经过二向色镜15透射到第二滤光片23上，第二滤光片23滤除杂散光，只保留物体激发出的荧光信号，光继续传输到分光镜24。
荧光探针入射到分光镜24后，由于分光镜24不具有波长选择性，光按照强度被分成两路，两路光的方向互相垂直，从图1中所示，一路光向上传输，一路光向右传输，向上传输的光经过第二双胶合聚焦镜41的聚焦，被第二相机42接收，此第二相机42接收的是没有光纤盲区的图像，可用作对比图像中的标准图像，经过分光镜24的光一路向右传输，先经过第二物镜31，第二物镜31把入射的平行光聚焦到传像光纤32的表面处，传像光纤32传输荧光的信号，在另一端出射，出射面就是另一枚同样的第三物镜33，第三物镜33把荧光信号收集起来入射到第一双胶合聚焦镜34上，然后第一双胶合聚焦镜34汇聚后被第一相机35接受，此第一相机35接收的是有光纤盲区的图像。
因而本实施例通过第一物镜21获取物体图形，然后使用分光镜24分光，一路获取的图像为有光纤盲区的荧光图像，一路获取的图像为无光纤盲区的荧光图像，因此两个相机(第一相机35和第二相机42)看到的是物体同一位置图像，便于进行算法处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于获得对比图像的荧光显微装置，其特征在于，激光发射机构(1)、光传导机构(2)、第一激光接收机构(3)和第二激光接收机构(4)，激光发射机构(1)发射的光进入光传导机构(2)，光传导机构(2)激发的荧光探针分成两路，一路进入第一激光接收机构(3)，得到存在光纤盲区的荧光图像，另一路进入第二激光接收机构(4)，得到无光纤盲区的荧光图像。
2.根据权利要求1所述的用于获得对比图像的荧光显微装置，其特征在于，所述激光发射机构(1)包括光源组件(11)、传光光纤(12)、准直透镜(13)、第一滤光片(14)和二向色镜(15)，光源组件(11)发出的光依次经过传光光纤(12)、准直透镜(13)、第一滤光片(14)进入二向色镜(15)，二向色镜(15)将光反射到光传导机构(2)中。
3.根据权利要求2所述的用于获得对比图像的荧光显微装置，其特征在于，所述光传导机构(2)包括第一物镜(21)、载物台(22)、第二滤光片(23)和分光镜(24)，二向色镜(15)反射的光经过第一物镜(21)聚焦到载物台(22)上设置的待检测物料上激发出荧光探针，荧光探针经过第一物镜(21)进入二向色镜(15)，二向色镜(15)将投射的荧光探针通过第二滤光片(23)进入分光镜(24)，分光镜(24)将荧光探针分成两路，一路进入第一激光接收机构(3)中，另一路进入第二激光接收机构(4)中。
4.根据权利要求3所述的用于获得对比图像的荧光显微装置，其特征在于，所述第一激光接收机构(3)包括第二物镜(31)、传像光纤(32)、第三物镜(33)、第一双胶合聚焦镜(34)和第一相机(35)，经过分光镜(24)分光后的荧光探针依次经过第二物镜(31)、传像光纤(32)、第三物镜(33)、第一双胶合聚焦镜(34)后投射到第一相机(35)的探测芯片上，第一相机(35)输出存在光纤盲区的荧光图像。
5.根据权利要求3所述的用于获得对比图像的荧光显微装置，其特征在于，所述第二激光接收机构(4)包括第二双胶合聚焦镜(41)和第二相机(42)，经过分光镜(24)分光后的荧光探针经过第二双胶合聚焦镜(41)投射到第二相机(42)的探测芯片上，第二相机(42)输出无光纤盲区的荧光图像。
6.根据权利要求2所述的用于获得对比图像的荧光显微装置，其特征在于，光源组件(11)发出的光谱段覆盖可见光到近红外波长范围；第一滤光片(14)为小直径带通干涉滤光片，第一滤光片(14)的通带谱段与荧光探针的吸收谱相匹配。
7.根据权利要求4所述的用于获得对比图像的荧光显微装置，其特征在于，第二物镜(31)和第三物镜(33)为放大物镜，放大物镜为带有RMS外螺纹的有限远平场消色差物镜；
放大物镜放大倍数计算公式如下：
M＝Lmin/d
其中，M为放大倍数，Lmin为第一相机(35)的探测芯片的短边长度，d为传像光纤(32)束的直径。
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| CN103926228A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-07-16 | 江苏天宁光子科技有限公司 | 一种激光扫描共焦荧光显微内窥成像系统 |
| CN106901683A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-06-30 | 中国人民武装警察部队总医院 | 一种荧光内窥成像系统 |
| CN115755361A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 合肥综合性国家科学中心人工智能研究院(安徽省人工智能实验室) | 一种可同时获取有无光纤网络对比图像的荧光显微镜装置 |
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