CN105748029B - 一种内窥镜成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内窥镜成像系统，该系统包括：第一开关的一端与红色激光相连，另一端与第一可控去相干器件相连，作为第一通道；第二开关的一端与绿色光源相连，另一端与第二可控去相干器件相连，作为第二通道；第三开关的一端与蓝色光源相连，另一端与第三可控去相干器件相连，作为第三通道；第一通道、第二通道以及第三通道均与所述混合器相连，输出混合信号光；第一通道中所述第一可控去相干器件不使能，输出信号光用于激光散斑成像，生成激光散斑血管造影图像，第二通道以及第三通道的输出信号光用于窄带光成像，生成窄带光图像。本发明所提供的内窥镜成像系统，突破了窄带光成像深度，检测了血管阻塞情况，提升了血管深度信息的识别能力。
Description
技术领域
本发明涉及内窥镜临床功能成像技术领域，特别是涉及一种内窥镜成像系统。
背景技术
随着科学技术的发展，一系列新的内镜技术应用于临床。日本奥林巴斯医疗系统公司研发的NBI窄带成像为鼻咽肿瘤患者的早期发现创造了前所未有的优势。
在人体中，黏膜组织的主要色素是血红蛋白。血红蛋白对蓝光吸收能力达到峰值，对绿光吸收相对较弱。同常规内镜相比，NBI技术采用窄带滤光器滤去了红光，留下中心波长分别为540nm和415nm的绿光和蓝光。由于窄波光没有覆盖所有可见光光谱，到达黏膜的深度不同，通过绿、蓝顺次成像可以得到黏膜不同层次的形态图像提高了黏膜和黏膜下血管成像的对比度和清晰度，突出强调黏膜构造的细微改变。NBI系统在内镜前端安装不同放大倍数镜头的放大内镜，可使病变细节放大60～170倍，接近显微镜的放大倍数利于诊断。NBI技术联合放大内镜可以对组织黏膜毛细血管及微腺管的形态观察更加清晰、直观，方便诊断疾病。可以预见，未来NBI内镜系统结合放大内镜技术，可以进一步提高诊断的敏感度，帮助临床医师进行更精确的早期诊断。
但是，Olympus等产商的NBI技术使用波长在550nm以下，该波段血红蛋白吸收系数很高，光投射深度浅，只能获取浅表层组织吸收特性，无法判断血管是否阻塞。
发明内容
本发明的目的是提供一种内窥镜成像系统，目的在于解决现有窄带宽成像技术中光投射深度浅，只能获取浅表层组织吸收特性，无法判断血管是否阻塞的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种内窥镜成像系统，包括：
红色激光、绿色光源、蓝色光源、第一开关、第二开关、第三开关、第一可控去相干器件、第二可控去相干器件、第三可控去相干器件以及混合器；
其中，所述第一开关的一端与所述红色激光相连，另一端与所述第一可控去相干器件相连，作为第一通道；所述第二开关的一端与所述绿色光源相连，另一端与所述第二可控去相干器件相连，作为第二通道；所述第三开关的一端与所述蓝色光源相连，另一端与所述第三可控去相干器件相连，作为第三通道；所述第一通道、所述第二通道以及所述第三通道均与所述混合器相连，输出混合信号光；所述第一通道中所述第一可控去相干器件不使能，输出信号光用于激光散斑成像，，生成激光散斑血管造影图像，所述第二通道以及所述第三通道的输出信号光用于窄带光成像，生成窄带光图像。
可选地，还包括：
融合图像生成模块，用于将所述第一通道生成的激光散斑血管造影图像，以及所述第二通道以及所述第三通道生成的窄带光图像进行融合，生成色彩编码的血管层析图像。
可选地，还包括：第一获取模块，用于通过所述激光散斑血管造影图像获取血流信息，并对血管是否阻塞进行判定。
可选地，还包括：第二获取模块，用于通过所述窄带光图像获取血红蛋白的浓度以及脱氧血红蛋白的浓度。
可选地，还包括：第三获取模块，用于通过所述血流信息、所述血红蛋白的浓度以及所述脱氧血红蛋白的浓度获取血氧代谢率。
可选地，所述绿光光源以及所述蓝色光源为通过白光滤波获取的光源。
可选地，所述绿色光源为绿色激光，所述蓝色光源为蓝色激光。
可选地，所述绿色激光以及所述蓝色激光位于血红蛋白吸收峰所对应的波段。
可选地，所述第一可控去相干器件、所述第二可控去相干器件以及所述第三可控去相干器件为采用振动的方式进行去相干的器件。
可选地，所述混合器为光纤。
本发明所提供的内窥镜成像系统，通过红色激光、第一开关、第一可控去相干器件组成第一通道；通过绿色光源、第二开关、第二可控去相干器件组成第二通道；通过蓝色光源、第三开关、第三可控去相干器件组成第三通道；蓝光和绿光进行去相干操作后，耦合红光激光生成照明光源，第二通道以及第三通道的绿光和蓝光信号用于窄带光成像，根据Beer-Lambert定律可以获得血红蛋白浓度等信息；第一通道中不使能去相干器，输出红色激光用于激光散斑成像，实现血管造影，获得二维血流分布信息，实现血管是否阻塞判定。可见，本发明所提供的内窥镜成像系统，将窄带光成像和激光散斑血流成像进行了整合，突破了窄带光成像深度，检测了血管阻塞情况，提升了血管深度信息的识别能力。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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为本发明所提供的内窥镜成像系统的一种具体实施方式的结构框图；
图2为本发明所提供的内窥镜成像系统的数据处理示意图。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的内窥镜成像系统的一种具体实施方式的结构框图如图1所示，该装置包括：
红色激光11、绿色光源21、蓝色光源31、第一开关12、第二开关22、第三开关32、第一可控去相干器件13、第二可控去相干器件23、第三可控去相干器件33以及混合器4；
其中，所述第一开关12的一端与所述红色激光11相连，另一端与所述第一可控去相干器件13相连，作为第一通道1；所述第二开关22的一端与所述绿色光源21相连，另一端与所述第二可控去相干器件23相连，作为第二通道2；所述第三开关32的一端与所述蓝色光源31相连，另一端与所述第三可控去相干器件33相连，作为第三通道3；所述第一通道1、所述第二通道2以及所述第三通道3均与所述混合器4相连，输出混合信号光；所述第一通道1中所述第一可控去相干器件不使能，输出信号光用于激光散斑成像，生成激光散斑血管造影图像，所述第二通道2以及所述第三通道3的输出信号光用于窄带光成像，生成窄带光图像。
本发明所提供的内窥镜成像系统，通过红色激光、第一开关、第一可控去相干器件组成第一通道；通过绿色光源、第二开关、第二可控去相干器件组成第二通道；通过蓝色光源、第三开关、第三可控去相干器件组成第三通道；蓝光和绿光进行去相干操作后，耦合红光激光生成照明光源，第二通道以及第三通道的绿光和蓝光信号用于窄带光成像，根据Beer-Lambert定律可以获得血红蛋白浓度等信息；第一通道中不使能去相干器，输出红色激光用于激光散斑成像，实现血管造影，获得二维血流分布信息，实现血管是否阻塞判定。可见，本发明所提供的内窥镜成像系统，将窄带光成像和激光散斑血流成像进行了整合，突破了窄带光成像深度，检测了血管阻塞情况，提升了血管深度信息的识别能力。
本实施例中上述绿光光源以及所述蓝色光源可以具体为通过白光滤波获取的光源，当然，绿色光源以及蓝色光源也可以采用激光。窄带光采用激光去相干生成，照度高，能够提升成像的质量，避免了现有NBI技术中，由于窄带滤光片的加入，降低镜体输出端窄带光能量，造成最终图像偏暗的问题。
当光源选择为激光时，可根据实际情况，选择红光波段任意波长的红光激光光源。优选地，蓝光和绿光可以选择血红蛋白吸收峰所对应的波段。本发明中对激光器的类型不做限定，这均不影响本发明的实现。
作为一种具体实施方式，所述第一可控去相干器件、所述第二可控去相干器件以及所述第三可控去相干器件可以为采用振动的方式进行去相干的器件，混合器可以具体为光纤。
本发明所提供的内窥镜成像系统不仅实现了窄带光和激光散斑融合成像，还可以实现多模态内窥镜成像，包含白光成像、窄带光成像、激光散斑血流成像和激光散斑融合成像多种模态。下面以绿光光源以及蓝色光源均为激光光源为例，对本发明所提供的内窥镜成像系统的多种模式进行进一步详细描述。
常规白光照明：第一开关、第二开关以及第三开关均处于闭合状态，并对三路激光进行去相干操作，红绿蓝三路非相关光混合成白光，实现白光照明。
窄带光成像：断开第一开关，闭合第二开关以及第三开关，并将蓝光和绿光进行去相干操作，实现窄带光成像。
激光散斑血流成像：断开第二开关以及第三开关，闭合第一开关，采用红光激光照明，取sensor中的R信号，实现激光散斑二维血流成像。通过相干光照明成像，获取成像对象中散射粒子的运动信息。激光散斑血流成像中，由于血管中的血红蛋白运动速度远高于其他组织，因此可以生成高对比度的血管网络图像。本模式突破了窄带光成像深度，可以获取更多的血管网络信息。
联合成像：将第一开关、第二开关以及第三开关均闭合，蓝光和绿光进行去相干操作，耦合红光激光生成照明光源。Sensor中的G和B信号用于窄带光成像，根据Beer-Lambert定律可以获得血红蛋白浓度等信息；R信号用于激光散斑血流成像，实现血管造影，获得二维血流分布信息，实现血管是否阻塞判定。
具体地，在激光散斑血管造影图和窄带光图像融合中，R信号设置为激光散斑血管造影图像，G和B信号分别设置为窄带光中的绿光和蓝光图像。融合后的图像中，表面血管为蓝色，深层血管为红色，实现色彩编码的血管层析成像，从而为临床医生提供更多血管深度识别信息。
在上述实施例的基础上，本发明所提供的内窥镜成像系统还可以进一步包括：
融合图像生成模块，用于将所述第一通道生成的激光散斑血管造影图像，以及所述第二通道以及所述第三通道生成的窄带光图像进行融合，生成色彩编码的血管层析图像；
第一获取模块，用于通过所述激光散斑血管造影图像获取血流信息，并对血管是否阻塞进行判定；
通过对血管是否阻塞进行判定，可以监测血管阻塞情况，降低手术对血管的损害。
第二获取模块，用于通过所述窄带光图像获取血红蛋白的浓度以及脱氧血红蛋白的浓度；
第三获取模块，用于通过所述血流信息、血红蛋白的浓度以及脱氧血红蛋白的浓度获取血氧代谢率。
如图2本发明所提供的内窥镜成像系统的数据处理示意图所示，将激光原始图像采用激光散斑成像技术，生成血流图像；通过NBI技术生成绿光图像以及蓝光图像；将血流图像以及窄带光图像融合后，生成融合图像。此外，通过窄带光图像能够获取血红蛋白的浓度信息，结合血流图像的信息能够获取血氧代谢率信息。
具体地，血流速度、血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度可以采用下述公式获取：
log(I)＝(εHbO(λ)CHbO+εHb(λ)CHb)D(λ)
CMRO2＝CBF×Hb/(HbO+Hb)
其中，血流速度是CBF是单个像素值空间域窗或时间窗中，方差和均值的比值；血红蛋白HbO和脱氧血红蛋白浓度Hb，由Beer-Lambert定律获取，其中ε为窄带光对应的摩尔消光系数，D为窄带光对应的光径。血红蛋白浓度以及上述血流信息可以用于计算血氧代谢率二维分布图。具体地，血氧代谢率由血流速度、脱氧血红蛋白浓度和血红蛋白浓度倒数的乘积获取。本发明中的血氧代谢率二维分布图可以为临床医生提供进一步诊断信息。
综上所示，本发明实现了多模态内窥镜成像系统，包含白光成像、窄带光成像、激光散斑血流成像、窄带光和激光散斑融合成像。同时本发明还可以检测血红蛋白浓度、关键区域血流相对速度、血氧代谢率等参数。本发明可以为内窥镜临床医生提供更加丰富的血管形态学和组织生理学信息，提升了病灶诊断的准确率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的内窥镜成像系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种内窥镜成像系统，其特征在于，包括：
红色激光、绿色光源、蓝色光源、第一开关、第二开关、第三开关、第一可控去相干器件、第二可控去相干器件、第三可控去相干器件以及混合器；
其中，所述第一开关的一端与所述红色激光相连，另一端与所述第一可控去相干器件相连，作为第一通道；所述第二开关的一端与所述绿色光源相连，另一端与所述第二可控去相干器件相连，作为第二通道；所述第三开关的一端与所述蓝色光源相连，另一端与所述第三可控去相干器件相连，作为第三通道；所述第一通道、所述第二通道以及所述第三通道均与所述混合器相连，输出混合信号光；所述第一通道中所述第一可控去相干器件不使能，输出信号光用于激光散斑成像，生成激光散斑血管造影图像，所述第二通道以及所述第三通道的输出信号光用于窄带光成像，生成窄带光图像。
2.如权利要求1所述的内窥镜成像系统，其特征在于，还包括：
融合图像生成模块，用于将所述第一通道生成的激光散斑血管造影图像，以及所述第二通道以及所述第三通道生成的窄带光图像进行融合，生成色彩编码的血管层析图像。
3.如权利要求2所述的内窥镜成像系统，其特征在于，还包括：第一获取模块，用于通过所述激光散斑血管造影图像获取血流信息，并对血管是否阻塞进行判定。
4.如权利要求3所述的内窥镜成像系统，其特征在于，还包括：第二获取模块，用于通过所述窄带光图像获取血红蛋白的浓度以及脱氧血红蛋白的浓度。
5.如权利要求4所述的内窥镜成像系统，其特征在于，还包括：第三获取模块，用于通过所述血流信息、所述血红蛋白的浓度以及所述脱氧血红蛋白的浓度获取血氧代谢率。
6.如权利要求1至5任一项所述的内窥镜成像系统，其特征在于，所述绿色光源以及所述蓝色光源为通过白光滤波获取的光源。
7.如权利要求1至5任一项所述的内窥镜成像系统，其特征在于，所述绿色光源为绿色激光，所述蓝色光源为蓝色激光。
8.如权利要求7所述的内窥镜成像系统，其特征在于，所述绿色激光以及所述蓝色激光位于血红蛋白吸收峰所对应的波段。
9.如权利要求8所述的内窥镜成像系统，其特征在于，所述第一可控去相干器件、所述第二可控去相干器件以及所述第三可控去相干器件为采用振动的方式进行去相干的器件。
10.如权利要求9所述的内窥镜成像系统，其特征在于，所述混合器为光纤。
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