CN208551774U - 一种可穿戴式激光散斑血流成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，包括激光光源、光纤准直器、分色镜、反射镜以及相机，光纤准直器、分色镜、反射镜以及相机均安装在一壳体上；激光光源与光纤准直器相连，光纤准直器发出第一激光光束，第一激光光束先后经过反射镜以及分色镜反射，输出到壳体外，从壳体外输入的第二激光光束通过分色镜透射，进入到相机中，第一激光光束从壳体内输出的位置，与第二激光光束从壳体外输入的位置一致。本实用新型将激光散斑成像所需要的光纤准直器、反射镜、分色镜以及相机设置在一个可固定在待实验动物头部的壳体中，无需在待实验动物头部注射荧光粒子，实现非入侵成像。本实用新型用于采集待实验动物脑部血流图像。

Description

一种可穿戴式激光散斑血流成像装置

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，更具体地说涉及一种激光散斑血流成像装置。

背景技术

现有的激光散斑血流成像装置中，主要由相机、激光光源、控制相机进行图像采集和对图像进行处理的PC端以及实验平台组成，但是这种装置结构庞大笨重，无法携带在小动物(如老鼠)身上，不适用于对活体小动物进行脑部血流成像操作。

为解决上述问题，本领域技术人员设计出一种能够固定在小动物头部的血流成像装置，使用该装置时需要在待实验动物脑部中注射荧光粒子，并利用光纤发射特定波长的激光信号激发待实验动物脑部中的荧光粒子，从而实现对带实验动物脑部血流成像。该装置由于需要注射荧光粒子，破坏了光学成像非入侵的特点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种可穿戴在小动物头部的，非入侵的激光散斑血流成像装置。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：

一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，包括激光光源、光纤准直器、分色镜、反射镜以及相机，所述光纤准直器、分色镜、反射镜以及相机均安装在一壳体上，所述壳体可固定在待实验动物的头部；所述激光光源输出端与光纤准直器输入端相连，所述光纤准直器发出第一激光光束，所述第一激光光束先后经过反射镜以及分色镜反射，输出到壳体外，所述第一激光光束照射到待实验动物大脑上，将经待实验动物大脑反射的激光光束定义为第二激光光束，从壳体外输入的第二激光光束通过分色镜透射，进入到相机中，所述相机与电脑端通信连接，所述第一激光光束从壳体内输出的位置，与所述第二激光光束从壳体外输入的位置一致。

作为上述技术方案的进一步改进，所述激光光源通过多模光纤将激光光束传输到光纤准直器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述激光光源输出的激光光束波长为650nm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述相机为CMOS工业相机，所述相机配置有USB3.0通信接口，所述相机通过USB 3.0通信接口与电脑端通信连接，将所采集的图像数据传输到电脑端，由电脑端进行图像处理操作。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将激光散斑成像所需要的光纤准直器、反射镜、分色镜以及相机设置在一个可固定在待实验动物头部的壳体中，无需在待实验动物头部注射荧光粒子，实现非入侵成像。本实用新型用于采集待实验动物脑部血流图像。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1，本实用新型公开了一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，包括激光光源1、光纤准直器2、分色镜4、反射镜3以及相机5，其中所述分色镜4用于将特定波长的激光光束反射以及允许特定波长的激光光束透射，所述光纤准直器2、分色镜4、反射镜3以及相机5均安装在一壳体6上，所述壳体6可固定在待实验动物的头部；所述激光光源1输出端与光纤准直器2输入端相连，所述光纤准直器2发出第一激光光束7，所述第一激光光束7先后经过反射镜3以及分色镜4反射，输出到壳体6外，所述第一激光光束7照射到待实验动物大脑上，将经待实验动物大脑反射的激光光束定义为第二激光光束8，从壳体6外输入的第二激光光束8通过分色镜4透射，进入到相机5中，所述相机5与电脑端9通信连接，所述第一激光光束7从壳体6内输出的位置，与所述第二激光光束8从壳体6外输入的位置一致。具体地，本实用新型将激光散斑成像所需要的光纤准直器2、反射镜3、分色镜4以及相机5设置在一个可固定在待实验动物头部的壳体6中，无需在待实验动物头部注射荧光粒子，实现非入侵成像。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述激光光源1通过多模光纤将激光光束传输到光纤准直器2，由于多模光纤能够在波长一定的情况下传输多种模式的光，降低了对激光光源1的要求，同时也降低了整套装置的价格成本。

进一步作为优选的实施方式，为优化本实用新型血流图像的采集结果，本实用新型具体实施方式中所述激光光源1输出的激光光束优选波长为650nm。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述相机5为CMOS工业相机，所述相机5配置有USB 3.0通信接口，所述相机5通过USB 3.0通信接口与电脑端9通信连接，将所采集的图像数据传输到电脑端9，由电脑端9进行图像处理操作，本实施方式通过USB 3.0通信接口实现相机5与电脑端9的通信连接，有效提高相机5与电脑端9数据传输速率，同时CMOS工业相机具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力，有效提高所采集的血流图像的质量。

本发明创造所述激光散斑血流成像装置的图像处理方法包括以下步骤：

步骤A.获取多个激光散斑图像；

步骤B.从多个激光散斑图像中抽取一个作为模板图像；

步骤C.在模板图像中选取一个区域作为子图像块，计算子图像块与其余的各个激光散斑图像之间的最大相关系数，定位所述最大相关系数位于激光散斑图像的坐标位置，通过所述坐标位置计算激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差，校准激光散斑图像；

步骤D.将消除抖动后的各个激光散斑图像进行动静态信号分离，从激光散斑图像中区分出血流图像以及背景图像。

具体地，本发明是基于规范化互相关消除抖动效应原理，利用模板图像与激光散斑图像的最大相关系数所在的坐标位置，计算激光散斑图像与模板图像的位移偏差，根据该位移偏差实现对激光散斑图像校准操作，达到对激光散斑图像消除抖动的功能。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述步骤C包括以下步骤：

步骤C1.从模板图像中选取一区域作为子图像块；

步骤C2.将子图像块待配准激光散斑图像做规范化互相关，利用公式1计算待配准激光散斑图像与子图像块的相关系数，所述公式1如下其中f是待配准激光散斑图像，是子图像块的平均值，是待配准激光散斑图像f(x,y)在子图像块覆盖下的区域；

步骤C3.将求得的最大相关系数在待配准激光散斑图像上的坐标与子图像块的坐标相减，得到待配准激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差。

具体地，本发明创造中所述图像处理方法是通过计算激光散斑图像与模板图像之间的相关系数，从而判断激光散斑图像与模板图像的匹配程度，相关系数y(u,v)越大，表示待配准目标图像与模板图像越相似。通过上述步骤，在校准激光散斑图像的过程中，使到误差大小不超过一个像素点，实现对激光散斑图像的精准矫正，去除抖动成份。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述步骤D包括以下步骤：

步骤D1.将各个激光散斑图像中的所有像素点进行傅里叶变换；

步骤D2.使用高频信号的平均值除以零频信号的平均值，获取各个激光散斑图像中的血流图像。

具体地，在血流成像技术中，利用了在低相干光的照射下，红细胞对光的吸收系数比背景对光的吸收系数高这个原理，红细胞在血管中流过时产生高频波动强度信号，而背景信号则在低频范围，使用红细胞和背景组织之间的吸收差异，使血流高频图像信号I_AC和背景零频图像信号I_DC可以在频域上分离。最后使用傅立叶变换将原始时间信号从时域传送到频域，公式如下，其中MD(i,j)即为能够区分出血流与背景组织的血流图像。

以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，其特征在于：包括激光光源(1)、光纤准直器(2)、分色镜(4)、反射镜(3)以及相机(5)，所述光纤准直器(2)、分色镜(4)、反射镜(3)以及相机(5)均安装在一壳体(6)上；所述激光光源(1)输出端与光纤准直器(2)输入端相连，所述光纤准直器(2)发出第一激光光束(7)，所述第一激光光束(7)先后经过反射镜(3)以及分色镜(4)反射，输出到壳体(6)外，从壳体(6)外输入的第二激光光束(8)通过分色镜(4)透射，进入到相机(5)中，所述第一激光光束(7)从壳体(6)内输出的位置，与所述第二激光光束(8)从壳体(6)外输入的位置一致。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，其特征在于：所述激光光源(1)通过多模光纤将激光光束传输到光纤准直器(2)。

3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，其特征在于：所述激光光源(1)输出的激光光束波长为650nm。

4.根据权利要求3所述的一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，其特征在于：所述相机(5)为CMOS工业相机，所述相机(5)配置有USB 3.0通信接口。