CN207575140U - 一种微循环成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微循环成像装置，包括：装置主体、光源照射装置、成像接收通道、成像捕获装置、计算机辅助成像装置、液体镜头以及液体镜头控制器；光源照射装置与成像接收通道设置在所述装置主体内；成像接收通道具有光线入口和光线出口；装置主体上设置有与光线入口相通的开口；光源照射装置产生的照明光束从开口射出；液体镜头设置在成像捕获装置与光线出口之间；成像捕获装置与计算机辅助成像装置通信连接；计算机辅助成像装置的曲率调整指令输出端与液体镜头控制器的曲率调整指令输入端通信连接。当病人或者使用者稍有抖动时，实现自动调焦，无需使用者重新操作进行手动调焦，也无需双手操作，大大提高了使用时的便利性。

Description

一种微循环成像装置

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种微循环成像装置。

背景技术

人体内微动脉和微静脉之间的血液循环称之为微循环，其为人体血液循环的最基本单元，是血液与组织进行物质交换的场所，微循环的血液流量直接反应了人体器官的代谢状况，如果人体微循环出现障碍将会对组织器官的生理功能产生较大的影响。也就是说人体微循环的障碍往往预示着一些疾病的征兆。如一些免疫性疾病、心脑血管疾病、烧伤、肺水肿、休克等发生时微循环的状态发生较大的变化，因此对人体微循环进行监测观察对医疗人员来说将具有非常大的临床意义。

为了实现对人体无创微循环的观察，早在1999年就有国外研究者W Groner等人采用了正交偏振光谱成像技术(OPS)，并得到了满意的图像。随着技术的发展，先后又出现了SDF、IDF等无创光学成像监测技术。上述提到的技术虽然实现了对人体微循环的无创观察，不过使用者发现每次都通过手动调焦的方式进行对焦找到清晰图像，这样的话只要病人或者使用者稍有抖动成像系统的像平面便移开，从而导致使用者要重新对焦，这样一来系统对焦时间长，使用不方便。而且以上装置往往都是要使用者双手操作。因此一直以来这些装置困扰着使用人员，在一定程度上阻碍了这些产品的市场推广。

实用新型内容

为了克服现有微循环光学成像技术中的不足和缺陷，本实用新型提出了一种微循环成像装置，可以实现自动调焦的方式进行对焦找到清晰图像，使用者无需手动调焦，无需双手操作，大大提高了使用时的便利性。

本实用新型实施例提供的微循环成像装置，包括光源照射装置、成像接收通道、成像捕获装置、计算机辅助成像装置、液体镜头以及液体镜头控制器；

光源照射装置用于提供照明光束并投射到组织表面；

成像接收通道用于收集在组织内部散射并返回组织表面的光线，并通过所述液体镜头将所述光线投射至所述成像捕获装置；

成像捕获装置用于对接收到的光线进行处理，获得图像数据并将其传送给所述计算机辅助成像装置；

计算机辅助成像装置用于对所述图像数据进行数字处理得到微循环数字图像，以及根据当前所述微循环数字图像的对比度以及自动对焦算法向所述液体镜头控制器输出曲率调整指令；

所述液体镜头控制器用于根据所述曲率调整指令实时调整所述液体镜头的曲率使得所述计算机辅助成像装置所得到的所述微循环数字图像具有最佳的对比度。

优选地，所述微循环成像装置还包括装置主体；所述成像接收通道与所述光源照射装置设置在所述装置主体内；所述装置主体上设置有开口；所述照明光束穿过所述开口投射到组织表面；在组织内部散射并返回组织表面的光线穿过所述开口射入到所述成像接收通道中。

优选地，所述开口处可拆卸地设置有一次性镜片。

优选地，所述成像接收通道具有光线入口和光线出口；所述光源照射装置设置在所述成像接收通道内并邻近所述光线入口；所述照明光束依次穿过所述光线入口以及所述开口投射到组织表面；所述光线入口固定设置有平板封口玻璃。

优选地，所述光源照射装置包括围绕所述光线入口布置的多个LED。

优选地，所述照明光束与所述组织表面的垂线之间的夹角为45°～90°之间的任一角度。

优选地，所述成像接收通道内设置有多片常规光学玻璃透镜。

优选地，所述平板封口玻璃上设置有具有与所述照明光束相同的波长的增透膜。

优选地，所述照明光束的波长为420nm。

优选地，所述微循环成像装置还包括成像捕获控制器与光源照射控制器；所述成像捕获控制器用于控制所述成像捕获装置的光线采集频率；所述光源照射控制器用于控制所述光源照射装置的光强和照明频率；所述成像捕获控制器与所述光源照明控制器的时钟信号端连接，以使所述光源照射装置采用与所述成像捕获装置的光线采集同步的频闪照明。

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于：本实用新型实施例提供了一种微循环成像装置，包括装置主体、光源照射装置、成像接收通道、成像捕获装置、计算机辅助成像装置、液体镜头以及用于控制所述液体镜头的曲率的液体镜头控制器；所述光源照射装置与所述成像接收通道设置在所述装置主体内；所述成像接收通道具有光线入口和光线出口；所述装置主体上设置有与所述光线入口相通的开口；所述光源照射装置产生的照明光束从所述开口射出；所述液体镜头设置在所述成像捕获装置与所述光线出口之间；所述成像接收通道将从所述开口射入的光线通过所述液体镜头将所述光线投射至所述成像捕获装置；所述成像捕获装置的图像数据发送端与所述计算机辅助成像装置的图像数据接收端通信连接；所述计算机辅助成像装置的曲率调整指令输出端与所述液体镜头控制器的曲率调整指令输入端通信连接。当病人或者使用者稍有抖动时，计算机辅助成像装置自动向向液体镜头控制器输出曲率调整指令，实现自动调焦，无需使用者重新操作进行手动调焦，也无需双手操作，大大提高了使用时的便利性。本实用新型实施例采用了液体镜头来实现自动对焦采集微循环数字图片。整个过程使用单手操作；液体镜头结构紧凑、体积小巧，通过电压控制液体镜头内液体的曲率变化进行变焦，从而得到清晰的影像；耐用性好，对焦过程不存在机械振动，噪音小。且光学性能优越；变焦范围大、光轴稳定、光线的穿透能力强；造价低廉，耗电量小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的一些实施方式，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是本实用新型实施例提供的一种微循环成像装置的结构示意图；

图2为血红蛋白(Hb)和含氧血红蛋白(HbO₂)的吸收光谱图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，其是本实用新型实施例提供的一种微循环成像装置的结构示意图。所述微循环成像装置，包括装置主体6、光源照射装置1、成像接收通道2、成像捕获装置3、计算机辅助成像装置4、液体镜头5以及用于控制所述液体镜头5的曲率的液体镜头控制器；

所述光源照射装置1与所述成像接收通道2设置在所述装置主体6内；所述成像接收通道2具有光线入口和光线出口；所述装置主体6上设置有与所述光线入口相通的开口；所述光源照射装置1产生的照明光束从所述开口射出；所述液体镜头5设置在所述成像捕获装置3与所述光线出口之间；所述成像接收通道2将从所述开口射入的光线通过所述液体镜头5将所述光线投射至所述成像捕获装置3；

所述成像捕获装置3的图像数据发送端与所述计算机辅助成像装置4的图像数据接收端通信连接；所述计算机辅助成像装置4的曲率调整指令输出端与所述液体镜头控制器的曲率调整指令输入端通信连接。

光源照射装置1用于提供照明光束并投射到组织表面；

成像接收通道2用于收集在组织内部散射并返回组织表面的光线，并通过所述液体镜头5将所述光线投射至所述成像捕获装置3；

成像捕获装置3用于对接收到的光线进行处理，获得图像数据并将其传送给所述计算机辅助成像装置4；

计算机辅助成像装置4用于对所述图像数据进行数字处理得到微循环数字图像，以及根据当前所述微循环数字图像的对比度以及自动对焦算法向所述液体镜头控制器输出曲率调整指令；

所述液体镜头控制器用于根据所述曲率调整指令实时调整所述液体镜头5的曲率使得所述计算机辅助成像装置4所得到的所述微循环数字图像具有最佳的对比度。

皮肤组织表面的角质层类似于镜面，遵守光的反射定律，能强烈地反射光线。皮肤组织100微米深度下是良好的光散射体，遵守光的散射定律，能有效地散射光，在皮肤组织内部产生散射光线，散射光线透出皮肤组织后，在皮肤表面产生漫反射光线进入成像接收通道2中；成像接收通道2将所述漫反射光线通过所述液体镜头5投射至成像捕获装置3；成像捕获装置3对所述漫反射光线进行光电转换得到图像数据，并传送给计算机辅助成像装置4；计算机辅助成像装置4根据所述图像数据进行数字处理得到微循环数字图像，并向液体镜头控制器输出曲率调整指令；液体镜头控制器控制所述液体镜头5改变曲率，从而改变液体镜头5的焦距，使得所述计算机辅助成像装置4所得到的所述微循环数字图像具有最佳的对比度。因此，当病人或者使用者稍有抖动时，计算机辅助成像装置4自动向向液体镜头控制器输出曲率调整指令，实现自动调焦，无需使用者重新操作进行手动调焦，也无需双手操作，大大提高了使用时的便利性。

液体镜头5的自动变焦原理如下：传统的变焦镜头是通过调整两个固定焦距的镜头之间的距离来实现变焦的。而液体镜头5使用两种不能融合的液体，每一种液体拥有不同的折射率，生成一种与传统的高质量的光学镜头一样的可变聚焦镜头，而镜头大小却可以减少到10mm，甚至更小。两种液体，其中一种是导电的水性溶液，另一种是不导电的油。这两种液体被装在小型管状容器中，在容器内形成相当与玻璃镜头的月牙型的曲面，曲面的曲率变化使得液体镜头5的焦距发生变化。油的抗水表面的湿润效果可以使用电压来改变(故名电润湿)，令表面变得更亲水(湿润)或更抗水。由于原先抗水(或亲水)的表面现在变得更吸水(或抗水)，油层不得不改变其形式，因此，通过调整在容器两端的直流电电压，就可以改变两种不同的液体交接处月牙形表面的曲率，也就是改变液体镜头的焦距。液体镜头控制器就是通过改变液体镜头5的驱动电压来改变其曲率，即液体镜头5的焦距。液体镜头5的不同驱动电压对应不同的曲率R值，驱动电压总共有N个，因此对应N个R值(从R0、R1......RN)。

本实用新型实施例中，计算机辅助成像装置4根据当前获取到的微循环数字图像的对比度以及自动变焦算法，向液体镜头控制器发送曲率调整指令，使得所述液体镜头控制器根据所述曲率调整指令控制所述液体镜头5自动变焦。

具体的自动变焦算法如下：

计算机辅助成像装置4在检测到所述微循环数字图像的对比度发生变化时，向所述液体镜头控制器发送曲率调整控制指令，使所述液体镜头控制器控制所述液体镜头5的曲率在一个范围内逐渐变化；在这个过程中，计算机辅助成像装置4不断检查所述微循环数字图像的对比度，当找到最高的对比度时，向所述液体镜头控制器发送曲率稳定控制指令，使所述液体镜头控制器控制所述液体镜头5稳定在所述最高的对比度所对应的曲率。

优选地，所述开口处可拆卸地设置有一次性镜片7。由于所述开口用于与组织表面相接触，通过在开口处设置一次性镜片7，在使用完毕后可以进行更换，避免重复使用而引起疾病传播。

优选地，所述光源照射装置1设置在所述成像接收通道2内并邻近所述光线入口；所述照明光束依次穿过所述光线入口以及所述开口投射到组织表面；所述光线入口固定设置有平板封口玻璃8。在本实施例中，所述光源照射装置1设置在所述成像接收通道2内并邻近所述光线入口，且所述光线入口固定设置有平板封口玻璃8，相当于所述成像接收通道2以及所述光源照射装置1均与所述开口隔绝开来了。由于装置与组织表面相接触时，可能会有体液流入装置内，通过以上的结构，可以防止体液流入成像接收通道2以及光源照射装置1，避免对成像接收通道2造成污染或者损坏光源照射装置1。

优选地，所述光源照射装置1包括围绕所述光线入口布置的多个LED，从而在组织表面形成一个照度均匀的区域。

优选地，所述照明光束与所述组织表面的垂线之间的夹角为45°～90°之间的任一角度。通过设置所述照明光束与所述组织表面的垂线之间的夹角，可以避免在所述组织表面直接反射的光线进入成像接收通道2，而只让在组织内部散射并返回组织表面的光线进入成像接收通道2，减少了杂散光线，提高了微循环数字图像的清晰度。

优选地，所述成像接收通道2内设置有多片常规光学玻璃透镜9。由于单片液体镜头5的物像共轭距离很小，根据使用的场景要求，物像共轭距离应该大于140mm，因此常规光学玻璃透镜9实际是转了一次像，液体镜头5进行第二次成像。这样保证的整个系统的物像共轭距离，也保证的整个系统的光学分辨率。

优选地，所述成像捕获装置3为电荷耦合元件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。

优选地，所述平板封口玻璃8上设置有具有与所述照明光束相同的波长的增透膜。这样可以大大提高照明光束进入组织内部，而且减少镜面的反射给系统带来杂散光影响。

优选地，所述照明光束的波长为420nm。传统的产品装置的光源都是采用的550nm左右的单波长绿光，而根据实际和理论可知420nm的紫光在成像效果上优于绿光。根据图2血红蛋白(Hb)和含氧血红蛋白(HbO₂)的吸收光谱图可知，在420nm处达到了最大消光峰值。

优选地，所述微循环成像装置还包括成像捕获控制器(图中未示意)与光源照射控制器(图中未示意)；所述成像捕获控制器用于控制所述成像捕获装置3的光线采集频率；所述光源照射控制器用于控制所述光源照射装置1的光强和照明频率；所述成像捕获控制器与所述光源照明控制器的时钟信号端连接，以使所述光源照射装置1采用与所述成像捕获装置3的光线采集同步的频闪照明。采用频闪的话可以减小LED功耗，大大减少了系统的发热程度；与成像捕获装置3同步的频闪光源可以提高系统对快速移动的物体进行高分辨率成像，减小成像时候运动物体产生的拖影。

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于：本实用新型实施例提供了一种微循环成像装置，包括装置主体、光源照射装置、成像接收通道、成像捕获装置、计算机辅助成像装置、液体镜头以及用于控制所述液体镜头的曲率的液体镜头控制器；所述光源照射装置与所述成像接收通道设置在所述装置主体内；所述成像接收通道具有光线入口和光线出口；所述装置主体上设置有与所述光线入口相通的开口；所述光源照射装置产生的照明光束从所述开口射出；所述液体镜头设置在所述成像捕获装置与所述光线出口之间；所述成像接收通道将从所述开口射入的光线通过所述液体镜头将所述光线投射至所述成像捕获装置；所述成像捕获装置的图像数据发送端与所述计算机辅助成像装置的图像数据接收端通信连接；所述计算机辅助成像装置的曲率调整指令输出端与所述液体镜头控制器的曲率调整指令输入端通信连接。当病人或者使用者稍有抖动时，计算机辅助成像装置自动向向液体镜头控制器输出曲率调整指令，实现自动调焦，无需使用者重新操作进行手动调焦，也无需双手操作，大大提高了使用时的便利性。本实用新型实施例采用了液体镜头来实现自动对焦采集微循环数字图片。整个过程使用单手操作；液体镜头结构紧凑、体积小巧，通过电压控制液体镜头内液体的曲率变化进行变焦，从而得到清晰的影像；耐用性好，对焦过程不存在机械振动，噪音小。且光学性能优越；变焦范围大、光轴稳定、光线的穿透能力强；造价低廉，耗电量小。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种微循环成像装置，其特征在于，包括装置主体、光源照射装置、成像接收通道、成像捕获装置、计算机辅助成像装置、液体镜头以及用于控制所述液体镜头的曲率的液体镜头控制器；

所述光源照射装置与所述成像接收通道设置在所述装置主体内；所述成像接收通道具有光线入口和光线出口；所述装置主体上设置有与所述光线入口相通的开口；所述光源照射装置产生的照明光束从所述开口射出；所述液体镜头设置在所述成像捕获装置与所述光线出口之间；所述成像接收通道将从所述开口射入的光线通过所述液体镜头将所述光线投射至所述成像捕获装置；

所述成像捕获装置的图像数据发送端与所述计算机辅助成像装置的图像数据接收端通信连接；所述计算机辅助成像装置的曲率调整指令输出端与所述液体镜头控制器的曲率调整指令输入端通信连接。

2.如权利要求1所述的微循环成像装置，其特征在于，所述开口处可拆卸地设置有一次性镜片。

3.如权利要求1或2所述的微循环成像装置，其特征在于，所述光源照射装置设置在所述成像接收通道内并邻近所述光线入口；所述照明光束依次穿过所述光线入口以及所述开口投射到组织表面；所述光线入口固定设置有平板封口玻璃。

4.如权利要求3所述的微循环成像装置，其特征在于，所述光源照射装置包括围绕所述光线入口布置的多个LED。

5.如权利要求3所述的微循环成像装置，其特征在于，所述照明光束与所述组织表面的垂线之间的夹角为45°～90°之间的任一角度。

6.如权利要求1所述的微循环成像装置，其特征在于，所述成像接收通道内设置有多片常规光学玻璃透镜。

7.如权利要求1所述的微循环成像装置，其特征在于，所述成像捕获装置为电荷耦合元件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。

8.如权利要求3所述的微循环成像装置，其特征在于，所述平板封口玻璃上设置有具有与所述照明光束相同的波长的增透膜。

9.如权利要求1所述的微循环成像装置，其特征在于，所述照明光束的波长为420nm。

10.如权利要求1所述的微循环成像装置，其特征在于，所述微循环成像装置还包括用于控制所述成像捕获装置的光线采集频率的成像捕获控制器以及用于控制所述光源照射装置的光强和照明频率的光源照射控制器；所述成像捕获控制器与所述光源照明控制器的时钟信号端连接。