一种增强近红外4K荧光导航系统的制作方法

一种增强近红外4k荧光导航系统
技术领域
1.本发明涉及内荧光成像技术领域，尤其是涉及一种增强近红外4k荧光导航系统。


背景技术：

2.目前市面上荧光摄像系统通常利用摄像原件捕获荧光信号，在医用显示器上直接显示荧光图像，或者经过与白光图像融合等图像处理后再显示于显示器上，术者需要反复通过显示器图像观察荧光标识部位以进行解剖操作。
3.现有的技术中，市面上荧光输出有效像素分辨率多以1920x1080为主，但是，在内窥镜手术中，需要更高的输出分辨率或者4k分辨率清晰的显示细微组织的分界以及微小血管的显影，传统荧光图像不利于手术操作，因此现有技术还有待改进与提升。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种增强近红外4k荧光导航系统，通过输出4k分辨率3840x2160荧光投影图像，有效解决了2k图像不能满足更高分辨率需求时，手术者无法看到细微组织解剖分界，微小组织荧光显影不清晰等问题。
5.本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种增强近红外4k荧光导航系统，包括近红外4k荧光导航装置，用于激发并捕获4k荧光信号，并将所述4k荧光信号转换成荧光图像后处理生成4k投影图像，包括4k激发光源系统、滤光片组、成像透镜组和分光镜；
7.4k投影模块，用于接收生成的所述4k投影图像，并根据所述4k投影图像生成投影光，生成的所述投影光透过所述分光镜后由所述成像透镜组聚焦并成像于观察组织上。
8.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括4k近红外相机和4k图像处理单元，所述滤光片组波包括第一滤光片和第二滤光片；
9.所述4k激发光源系统发出的激发光到达观察组织，激发出近红外荧光，所述近红外荧光透过所述第一滤光片，并由所述成像透镜组收集并聚焦，聚焦的近红外荧光被分光镜反射，透过第二滤光片后，成像于所述4k近红外相机；
10.所述4k近红外相机把荧光信号转换成图像信号并传输到所述4k图像处理单元，所述4k图像处理单元将荧光图像信号处理生成4k投影图像并输入到所述4k投影模块。
11.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一滤光片为陷波滤光片。
12.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二滤光片为长波通滤光片。
13.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述分光镜为二向色分光镜。
14.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述4k激发光源系统包括ccd成像模块、亮度调节模块、开关模块、电源模块以及ccd镜头，所述ccd镜头安装在所述ccd成像模块上，所述ccd镜头的四周设置有多个led灯，所述ccd镜头的前端安装有光学干涉滤波片；
15.所述电源模块通过所述开关模块与所述led灯电性连接，亮度调节模块与所述led灯电性连接，所述ccd成像模块通过数据采集卡连接有pc机，所述pc机用于所述ccd成像模
块输出的视频信号的采集。
16.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述pc机中的手术影像导航系统包括用户登录模块以及与所述用户登录模块连接的病历资料管理模块、建立档案模块、采集参数设置模块、影像导航功能模块；
17.所述病历资料管理模块用于管理员对系统中存储的所有病历信息进行修改、查看、打印以及删除，所述建立档案模块用于录入手术信息；
18.所述采集参数设置模块用于实现影像采集帧率设置、压缩格式设置、文本叠加设置、时间叠加设置、窗口大小设置、文件存储目录设置，同时在此模块中集合了光源开关功能，通过软件控制实现激发光源的开关状态；
19.所述影像导航功能模块用于在成像仪器上显示参数设置之后所述ccd成像模块采集到的成像区域图像，并进行图片和视频的捕捉以及捕捉图片与视频的显示。
20.综上所述，本发明的有益技术效果为：
21.本发明通过提供一种增强近红外4k荧光导航系统，通过4k投影模块输出4k分辨率3840x2160荧光投影图像，有效解决了2k图像不能满足更高分辨率需求时，手术者无法看到细微组织解剖分界，微小组织荧光显影不清晰等问题，提高了手术的精度与效率，具有较强的经济推广价值。
附图说明
22.图1为本发明的结构简图。
23.图2为本发明展示4k激发光源系统的结构简图。
24.图3为本发明展示手术影像导航系统的结构框图。
25.图4为本发明中图像投影方法的步骤流程图。
26.附图标记：1、4k激发光源系统；11、ccd成像模块；12、亮度调节模块；13、开关模块；14、电源模块；15、ccd镜头；16、led灯；17、光学干涉滤波片；18、数据采集卡；2、pc机；3、成像透镜组；4、分光镜；5、4k投影模块；6、4k近红外相机；7、4k图像处理单元；8、第一滤光片；81、第二滤光片；9、用户登录模块；91、病历资料管理模块；92、建立档案模块；93、采集参数设置模块；94、影像导航功能模块。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
28.参照图1，为本发明公开的一种增强近红外4k荧光导航系统，包括近红外4k荧光导航装置，用于激发并捕获4k荧光信号，并将4k荧光信号转换成荧光图像后处理生成4k投影图像，包括4k激发光源系统1、滤光片组、成像透镜组3和分光镜4。4k投影模块5，用于接收生成的4k投影图像，并根据4k投影图像生成投影光，生成的投影光透过分光镜4后由成像透镜组3聚焦并成像于观察组织上。
29.其通过提供一种增强近红外4k荧光导航系统，通过4k投影模块5输出4k分辨率3840x2160荧光投影图像，有效解决了2k图像不能满足更高分辨率需求时，手术者无法看到细微组织解剖分界，微小组织荧光显影不清晰等问题，提高了手术的精度与效率，具有较强的经济推广价值。
30.在某些具体实施例中，所述近红外荧光导航装置还包括4k近红外相机6和4k图像处理单元7，滤光片组波包括第一滤光片8和第二滤光片81。4k激发光源系统1发出的激发光到达观察组织，激发出近红外荧光，近红外荧光透过第一滤光片8，并由成像透镜组3收集并聚焦，聚焦的近红外荧光被分光镜4反射，透过第二滤光片81后，成像于4k近红外相机6。
31.4k近红外相机6把荧光信号转换成图像信号并传输到4k图像处理单元7，4k图像处理单元7将荧光图像信号处理生成4k投影图像并输入到4k投影模块5。在某些具体实施例中，第一滤光片8为陷波滤光片，用于滤除激发光。在某些具体实施例中，第二滤光片81为长波通滤光片，进一步滤除除了荧光之外的杂散光。在某些具体实施例中，分光镜4为二向色分光镜4。
32.参照图2，4k激发光源系统1包括ccd成像模块11、亮度调节模块12、开关模块13、电源模块14以及ccd镜头15，ccd镜头15安装在ccd成像模块11上，ccd镜头15的四周设置有多个led灯16，ccd镜头15的前端安装有光学干涉滤波片17。电源模块14通过开关模块13与led灯16电性连接，亮度调节模块12与led灯16电性连接，ccd成像模块11通过数据采集卡18连接有pc机2，pc机2用于ccd成像模块11输出的视频信号的采集。
33.在本实施例中，光源部分采用中心波长为750nm的led阵列。光电二极管光谱响应范围可以满足此系统的需求，且成本比半导体激光器低很多。同时，led阵列也容易集成在ccd端、温度特性良好、稳定性好，故选择光电二极管作为激发光源。但是光电二极管输出功率低，单位面积辐射功率小，因此使用24颗光电二极管组成的光电二极管阵列。在亮度调节模块12中，led阵列通过恒流电路驱动，通过调节恒流的电阻，便可以调整输出功率和亮度。在开关模块13中，同时通过控制函数控制数据采集卡18报警用io口，实现在软件上控制光源部分的打开和关闭。
34.为了在成像端滤除led的激发光，同时减少自然光源和其它杂质光源对成像的影响，在ccd镜头15前端设置了光学干涉滤光片，该滤光片为长波通滤光片。其中，ccd成像模块11输出的信号通过数据采集卡18采集处理，数据采集卡18型号天敏sdk3000，该卡具备高速pci总线，兼容即插即用(pnp)，提供二次开发包(以下简称sdk)。可通过sdk控制图像的输入端口，图像亮度，对比度，色度，灰度等输入信号，动态截取图像，以avi格式进行录像，每秒可达30(ntsc)帧、25(pal)帧。支持ntsc和pal.secam制式，显示分辨率可达3840x2160(pal)，同时此卡具有的io报警功能提供io输出和io输入端口。
35.参照图3，pc机2中的手术影像导航系统包括用户登录模块9以及与用户登录模块9连接的病历资料管理模块91、建立档案模块92、采集参数设置模块93、影像导航功能模块94。
36.病历资料管理模块91用于管理员对系统中存储的所有病历信息进行修改、查看、打印以及删除，建立档案模块92用于录入手术信息。采集参数设置模块93用于实现影像采集帧率设置、压缩格式设置、文本叠加设置、时间叠加设置、窗口大小设置、文件存储目录设置，同时在此模块中集合了光源开关功能，通过软件控制实现激发光源的开关状态。
37.影像导航功能模块94用于在成像仪器上显示参数设置之后ccd成像模块11采集到的成像区域图像，并进行图片和视频的捕捉以及捕捉图片与视频的显示。
38.参照图4，一种如上述所述的增强近红外4k荧光导航系统的图像投影方法，具体包括以下步骤：
39.s1：近红外4k荧光导航装置激发并捕获4k荧光信号，并将4k荧光信号转换成荧光图像后处理生成4k投影图像并反馈至4k投影模块5；
40.s2：4k投影模块5根据4k投影图像生成投影光；
41.s3：投影光透过分光镜4后由成像透镜组3聚焦并成像于观察组织上。
42.在某些具体实施例中，s1中具体包括以下过程：打开开关模块13，使得电源模块14对多个led灯16进行供电，通过亮度调节模块12调节激光亮度的大小，由ccd成像模块11的激发光源发出的激发光到达观察组织，激发出近红外4k荧光；近红外4k荧光透过陷波滤光片后由成像透镜组3收集并聚焦；
43.聚焦后的近红外4k荧光被分光镜4反射，透过长波通滤光片后，成像于4k近红外相机6；4k近红外相机6把4k荧光信号转换成荧光图像信号并传输到4k图像处理单元7；4k图像处理单元7对荧光图像进行处理，生成4k投影图像并输入到4k投影模块5。
44.在某些具体实施例中，所述4k近红外相机6的成像画面和4k投影模块5的投影画面经过空间重合匹配处理，最终使得手术的生物组织中原本不可见的4k近红外荧光信号，被投影影像可视化，可以直观地用肉眼观察。
45.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。