成像系统的制作方法

1.本技术涉及医学成像技术，尤其涉及一种成像系统。


背景技术：

2.在医学手术中，经常需要定位病灶组织的位置，例如，在肿瘤的切除中，通过肉眼往往难以准确区分肿瘤边界，常常需要依靠医学成像技术定位肿瘤边界及其周围的前哨淋巴结的位置，以便于诊断癌细胞是否转移、对病变组织进行精确切除。
3.目前，近红外荧光成像技术已应用于医学导航成像系统。手术前在生物组织中注射医用荧光探针物质，如吲哚菁绿(indocyanine green，icg)，荧光探针物质会在病变组织位置产生聚集，手术中使用一定波长的激发光源照射生物组织，从而激发荧光探针产生荧光，通过探测荧光成像可以得到肿瘤信息，结合可见光成像可以实现肿瘤分布的手术导航成像。
4.现有医学导航成像系统分别采用独立的可见光成像装置和近红外荧光成像装置进行成像，再通过融合处理形成图像。由于受器件物理体积的限制，近红外成像装置和可见光成像装置需要呈一定夹角放置，且由于可见光镜头及近红外镜头变焦都需要单独调节，从而会造成可见光相机和近红外相机的成像区域难以保持一直，这也导致该方法需要后期对获得的图像进行切割和配准，影响成像结果的准确性和实时性。


技术实现要素：

5.本技术提供一种成像系统，用以解决现有技术在进行医学成像中的可见光和红外成像时存在的成像结果实时性差、质量差的问题。
6.一方面，本技术提供一种成像系统，包括：光源模块、变焦模块、分光模块、信号光图像传感器、可见光图像传感器、信号光滤光元件、图像处理模块，
7.所述光源模块，用于产生激发光束并传输至待测组织体；
8.所述变焦模块，设置于所述分光模块和所述待测组织体之间，用于调节进入图像传感器的光对应的成像范围；
9.所述分光模块，设置于变焦模块和图像传感器之间，用于根据波长分别透射和反射经过所述变焦模块的光，以得到第一光束和第二光束，所述第一光束中包含所述信号光，所述第二光束以可见光为主；
10.所述信号光图像传感器，用于将所述分光模块透射输出的信号光转换为信号光电信号；
11.所述可见光图像传感器，用于将所述分光模块反射输出的可见光转换为可见光电信号；
12.所述信号光滤光元件，设置于所述分光模块和所述信号光图像传感器之间；
13.所述图像处理模块，与所述信号光图像传感器和所述可见光图像传感器连接，用于根据所述信号光电信号和所述可见光电信号分别生成所述待测组织体的信号光图像和
可见光图像，并进行实时图像融合。
14.其中一个实施例中，所述分光模块、所述变焦模块和所述信号光图像传感器的几何中心点位于同一条轴线。
15.其中一个实施例中，所述信号光图像传感器包括信号光镜头和信号光探测器，所述可见光图像传感器包括可见光镜头和可见光探测器；
16.所述信号光镜头的物面与从所述变焦模块输出的所述第一光束的焦面重合；
17.所述可见光镜头的物面与从所述变焦模块输出的所述第二光束的焦面重合。
18.其中一个实施例中，所述可见光镜头和所述信号光镜头的镜头放大率满足a/α＝c/β、且且
19.其中，α表示所述可见光镜头的镜头放大率，β表示所述信号光镜头的镜头放大率，a和b分别表示所述可见光探测器的长和宽，c和d分别表示所述信号光探测器的长和宽，s表示所述变焦模块的像面直径。
20.其中一个实施例中，所述光源模块产生的所述激发光束直接照射到所述待测组织体表面；或，
21.所述光源模块产生的所述激发光束经过分光模块及变焦模块后照射到所述待测组织体表面。
22.其中一个实施例中，还包括：
23.补光模块，用于提供可见光，以补充照射在所述待测组织体表面的环境光；
24.所述可见光直接照射在所述待测组织体表面，或，所述可见光经过所述分光模块和所述变焦模块后照射至所述待测组织体表面。
25.其中一个实施例中，所述光源模块包括：
26.光源，用于产生所述激发光束；
27.光纤，用于传输所述光源产生的所述激发光束；
28.扩束元件，用于对通过所述光纤传输的激发光束进行扩束。
29.其中一个实施例中，所述变焦模块为手动变焦模块或自动变焦模块，所述自动变焦模块包括光谱电动变焦镜头，所述光谱电动变焦镜头的成像波段范围为400nm至1700nm。
30.其中一个实施例中，所述信号光为近红外光。
31.其中一个实施例中，所述信号光的波长范围在900nm-1700nm。
32.其中一个实施例中，所述分光模块为长波通分光元件。
33.其中一个实施例中，所述分光模块与第一光束光轴呈45
°
放置。
34.其中一个实施例中，还包括：
35.可见光滤波元件，设置于所述分光模块和所述可见光图像传感器之间。
36.本技术提供的该成像系统将医学成像中的可见光成像装置和信号光成像装置进行共轴集成，以实现同一个装置就可以同时进行可见光成像和信号光成像。在成像过程中，通过变焦模块调整和统一可见光成像和信号光成像的范围和清晰度，再利用分光模块将可见光和信号光分离，可以保证可见光成像和信号光成像在相同时刻针对同一成像区域进行清晰成像。由此，本技术提供的成像系统不仅可以实现可见光和信号光的实时成像，还可以保障可见光成像和信号光成像在进行图像融合时不会由于图像成像清晰度、成像范围等问题无法融合、融合失误、融合时间长等。本技术提供的成像系统可以解决现有技术在进行医
学成像中的可见光和近红外光成像时存在的成像结果实时性差、质量差的问题。
附图说明
37.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
38.图1为本技术实施例一提供的成像系统的结构示意图。
39.图2为本技术实施例二提供的成像系统的结构示意图。
40.图3为本技术实施例二提供的成像系统的另一个结构示意图。
41.附图标记说明：
42.成像系统
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10
43.光源模块
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100
44.光源
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110
45.光纤
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120
46.扩束元件
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130
47.变焦模块
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200
48.光谱电动变焦镜头
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210
49.分光模块
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300
50.信号光图像传感器
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400
51.信号光镜头
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410
52.信号光探测器
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420
53.可见光图像传感器
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500
54.可见光镜头
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510
55.可见光探测器
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520
56.信号光滤光元件
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600
57.可见光滤光元件
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610
58.图像处理模块
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700
59.补光模块
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800
60.可见光光源
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810
61.可见光光学模块
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820
62.激发光束光学模块
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900
63.待测组织体
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20
64.通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
65.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附
权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
66.在医学手术中，经常需要定位病灶组织的位置，例如，在肿瘤的切除中，通过肉眼往往难以准确区分肿瘤边界，常常需要依靠医学成像技术定位肿瘤边界及其周围的前哨淋巴结的位置，以便于诊断癌细胞是否转移、对病变组织进行精确切除。
67.目前，近红外荧光成像技术已应用于医学导航成像系统。手术前在生物组织中注射医用荧光探针物质，如吲哚菁绿(indocyanine green，icg)，荧光探针物质会在病变组织位置产生聚集，手术中使用一定波长的激发光源照射生物组织，从而激发荧光探针产生荧光，通过探测荧光成像可以得到肿瘤信息，结合可见光成像可以实现肿瘤分布的手术导航成像。
68.现有医学导航成像系统分别采用独立的可见光成像装置和近红外荧光成像装置进行成像，再通过融合处理形成图像。由于受器件物理体积的限制，近红外成像装置和可见光成像装置需要呈一定夹角放置，且由于可见光镜头及近红外镜头变焦都需要单独调节，从而会造成可见光相机和近红外相机的成像区域难以保持一直，这也导致该方法需要后期对获得的图像进行切割和配准，影响成像结果的准确性和实时性。
69.基于此，本技术提供一种成像系统10，通过设置变焦模块200和分光模块300实现近红外成像装置和可见光成像装置的集成，以使得可见光成像区域和信号光成像区域一致，进而使得该成像系统10中的图像处理模块700在进行可见光成像和信号光成像的融合时不用再对可见光成像和信号光成像进行切割、配准等处理，从而提高了医学成像的实时性，也保障了医学成像中可见光和近红外光成像的质量。
70.请参见图1，本技术实施例一提供一种成像系统10，包括光源模块100、变焦模块200、分光模块300、信号光图像传感器400、可见光图像传感器500、信号光滤光元件600和图像处理模块700。
71.该光源模块100用于产生激发光束并传输至待测组织体20，该待测组织体20可以放置在样品台，该光源模块100与该待测组织体20之间的距离可以根据实际需要调整。在实际光束传输中，该激发光束以一定发散角出射后照射该待测组织体20，该待测组织体20被该激发光束激发出与入射的该激发光束波长不同的信号光。可选的，获取该信号光的方案可以为荧光探测方案、双光子激发方案、多光子激发方案、磷光激发方案以及拉曼光谱探测方案等。
72.可选的，该信号光可以为近红外光。可选的，该光源模块100可以为单波长激光光源模块、多波长激光光源模块或波长可调谐激光光源等。可选的，该光源模块100的发光波段可以在700nm至900nm，相应的信号光探测波段可以在900nm至1500nm。
73.可选的，该信号光可以为近红外荧光，例如，该待测组织体20中可提前注射有医用荧光探针物质，如吲哚菁绿(indocyanine green，icg)，该荧光探针物质会在该待测组织体20的病变组织位置处聚集。当该激发光束照射该待测组织体20时会激发这些聚集的荧光探针物质产生荧光。当然，也可以不在该待测组织体20中添加荧光探针物质，当该激发光束照射该待测组织体20时也会激发出与该激发光束的波长不同的信号光。
74.可选的，该光源模块100可以包括光源110、光纤120和扩束元件130。该光源110用于产生该激发光束，如上相关描述，该光源110可以为单波长激光光源、多波长激光光源或波长可调谐激光光源等。该光纤120用于传输该光源110产生的该激发光束，该光纤120的长
度和规格等均可以根据实际需要选择，本技术不做限定。该扩束元件130用于对通过所述光纤120传输的激发光束进行扩束。该扩束元件130对通过该光纤120输出的激发光束进行扩束后可以使得激发光束以一定均匀光斑照射在该待测组织体20，即，使得该光源110产生的激发光束以一定散射角出射后照射该待测组织体20。可选的，该光源模块100还可以包括匀光元件，将该扩束元件130扩束后的光束匀化，在该待测组织体20的表面形成均匀光斑，该均匀光斑的中心与该变焦模块200的光轴重合。可选的，该光源110可以产生785nm的激发光束，采用该光纤120输出至该扩束元件130，将该激发光束扩束成直径为250mm的均匀光斑来照射该待测组织体20。
75.该变焦模块200设置在该分光模块300和该待测组织体20之间，该变焦模块200与该分光模块300和该待测组织体20之间的距离可以根据实际需要调整选择，本技术不做限定。可选的，该分光模块300、该变焦模块200和该信号光图像传感器400的几何中心点可以位于同一条轴线，这样可以保证第一光束光轴和第二光束光轴重合且光信号利用效率最大化。
76.该变焦模块200，用于调节进入该信号光图像传感器400和该可见光图像传感器500的光对应的成像范围，即，用于调节可通过的来自待测组织体的混合光信号通过的多少，该混合光信号包括待测组织体20受激发光源激发产生的信号光以及待测组织体20反射的环境光。该环境光指的是该待测组织体20所处环境的可见光，也可以是由特定器件发射到该待测组织体20上的可见光。可选的，该环境光的波长范围可以在400nm至700nm。该混合光信号经过变焦模块200后进行第一次成像。
77.可选的，该变焦模块200可以为手动变焦模块或自动变焦模块，其中，自动变焦模块可以选用电控变焦模块，可通过电控实现自动变焦和自动聚焦功能。该变焦模块200的规格和类型均可以根据实际需要选择，本技术不做限定。
78.通过变焦模块200的混合信号光被分光模块300根据波长不同分别透射或反射形成第一光束和第二光束，其中第一光束包括信号光，第二光束以可见光为主。其中，该分光模块300位于变焦模块200和图像传感器之间。可选的，该分光模块300可以为长波通分光元件。当该分光模块300放置在与入射光夹角为45
°
时，分光效果最佳。即，该分光模块300与第一光束光轴呈45
°
放置。
79.经分光后，第一光束经过近红外滤波元件610过滤掉第一光束中的非信号光部分，将待测组织体20产生的该信号光输入至该信号光图像传感器400，该信号光图像传感器400用于将该信号光转换为信号光电信号后输入至该图像处理模块700。同时，该第二光束输入至该可见光图像传感器500，用于形成可见光电信号后输入图像处理模块700。该图像处理模块700与该信号光图像传感器400和该可见光图像传感器500连接，用于根据该信号光电信号和该可见光电信号生成该待测组织体20的信号光图像和可见光图像，以及二者实时图像融合形成的图像，及待测组织体20中观测部位的带有病灶信息的图像，由此，本技术的成像系统应用的成像过程。可选的，该图像处理模块可以为计算机中的图形处理硬件结构。
80.其中，该信号光滤光元件600设置于该分光模块300和该信号光图像传感器400之间，用于滤除该第一光束中的非信号光部分。可选的，该信号光滤光元件600的几何中心点也可以和该变焦模块200的几何中心点、该信号光图像传感器400的几何中心点处于同一条轴线，即该信号光滤光元件600的光路与该变焦模块200、该信号光图像传感器400的光路共
轴。可选的，该信号光滤光元件600可以为近红外滤光元件，该信号光滤光元件600可以为高截止深度为900nm的长波通滤光元件。可选的，如附图1所示可以在分光模块300和可见光图像传感器500之间设置可见光滤波元件610，用于滤除第二光束中非可见光部分，以提升可见光信号图像质量。
81.其中，该可见光图像传感器500包括可见光镜头510和可见光探测器520，该信号光图像传感器400包括信号光镜头410和信号光探测器420。该信号光探测器420和该可见光探测器520可以为电荷耦合元件(charge coupled device，简称ccd)，也可以为金属氧化物半导体元件(complementary metal-oxide semiconductor，简称cmos)
82.该信号光镜头410用于对该变焦模块基于该信号光所成的像进行二次成像，该可见光镜头510用于对该变焦模块基于该第二反射光束所成的像进行二次成像。可选的，该信号光镜头410的物面与从该变焦模块200输出的该第一反射光束的焦面重合，该可见光镜头510的物面与从该变焦模块200输出的该第二反射光束的焦面重合。可选的，该可见光镜头510和该信号光镜头410的放大率满足a/α＝c/β、且且其中，α表示该可见光镜头510的镜头放大率，β表示该信号光镜头410的镜头放大率，a和b分别表示该可见光探测器520的长和宽，c和d分别表示该信号光探测器420的长和宽，s表示该变焦模块200的像面直径。其中，该变焦模块200的像面直径指的是该变焦模块200的镜头的像面直径。当该可见光镜头510和该信号光镜头410的放大率满足a/α＝c/β、且且时，可以实现该可见光镜头510和该信号光镜头410的成像区域严格一致的效果。
83.由于本实施例所述成像装置可以实现信号光成像和可见光成像区域一致，因此该图像处理模块700不需要对该待测组织体20本身的图像和该病变组织图像进行切割和配准，可以直接实现图像融合，这不仅保证了生成该待测组织体20的图像的实时性，还提高了该待测组织体20的图像的质量。使用人员可以通过该待测组织体20的图像获知该待测组织体20中病变组织的图像信息，从而辅助手术医生对该病变组织进行切除。
84.综上，本实施例提供的该成像系统10包括光源模块100、变焦模块200、分光模块300、信号光图像传感器400、可见光图像传感器500、信号光滤光元件600和图像处理模块700。即，本实施例提供的该成像系统10将医学成像中的可见光成像装置和信号光成像装置进行融合安装，并将可见光和信号光的光路进行分离，以实现同一个装置就可以同时进行可见光成像和信号光成像。在成像过程中，可以通过变焦模块200调整和统一可见光成像和信号光成像的范围和清晰度，以保证可见光成像和信号光成像在相同时刻针对同一成像区域进行同一成像范围得成像。且通过设置该可见光图像传感器500和该信号光图像传感器400的镜头进一步提高可见光成像和信号光成像的一致性。由此，本实施例提供的成像系统10不仅可以实现可见光和信号光的实时成像，还可以保障可见光成像和信号光成像在进行图像融合时不会由于图像成像清晰度、成像范围等问题无法融合、融合失误、融合时间长等问题。本实施例提供的成像系统10可以解决现有技术在进行医学成像时存在的成像结果实时性差、质量差的问题。
85.采用本实施例中的成像装置，在实际成像过程中，可以保证第一光束、第二光束来源于该待测组织体20的同一成像区域，且工作人员可以根据实际需要，很方便地仅通过调
节该变焦模块200，实现成像区域的放大或缩小。相比于现有技术需要人工调节可见光成像部分和信号光成像部分的夹角、位置等以实现成像区域一致的方法，本技术操作简便，且可以有效提高对待测组织成像的效果及实时性。
86.在一个优选实施例中，该变焦模块200的光谱电动变焦镜头210可以为宽光谱电动变焦镜头，以用于对该第一光束和该第二光束进行聚焦成像。该变焦模块200的成像波段范围可以为400nm至1700nm，变焦比可以为10倍，像面大小可以为12mm；该可见光图像传感器500可以采用可见光工业相机cmos工业相机，该可见光探测器520的探测面大小可以为6.4mm
×
4.8mm。可选的，该信号光图像传感器400可以为近红外图像传感器，该信号光图像传感器400中的信号光探测器420可以为高灵敏度近红外焦平面探测器。可选的，该信号光图像传感器400的成像波段可以在700nm至1700nm，该信号光探测器420的探测面大小为9.6mm
×
7.68mm，用于对接收到的微弱信号光进行探测成像。
87.可选的，该信号光探测器420的长/该信号光镜头410的放大率＝该可见光探测器520的长/该可见光镜头510的放大率。例如该信号光探测器420的长为9.6mm，该信号光镜头410的放大率为1.091，该可见光探测器520的长为6.4mm，该可见光镜头510的放大率为0.727时，9.6/1.091＝6.4/0.727＝8.8。可选的，该信号光探测器420的长和宽满足：该可见光探测器520的长和宽满足：由此，使得该变焦模块200在变焦过程中的成像区域与该可见光镜头510和该信号光镜头410中对该待测组织体20的成像区域保持严格一致。
88.请参见图2，本技术实施例二在实施例一的基础上提供一种成像系统10，该成像系统10除了实施例一中的模块以外，还包括补光模块800，该补光模块800用于生成可见光，并将生成的可见光通过该分光模块300输送至待测组织体20表面用以补充和增强该环境光。
89.在实际使用中，当该光源模块100产生该激发光束的同时，利用该补光模块800对该环境光进行增强，可以提升最终得到的该待测组织体20的图像的质量。此时，该激发光束激发产生的该信号光经过该变焦模块200、该分光模块300和该信号光滤光元件600后进入该信号光图像传感器400，再由该图像处理模块700生成可以该待测组织体20中的病变组织图像。原有的环境光和该补光模块800产生的可见光被该待测组织体20反射后产生的光束经过该变焦模块200、该分光模块300和该可见光滤光元件610后进入该可见光图像传感器500，再由该图像处理模块700生成该待测组织体20本身的图像。该图像处理模块700最终将该病变组织图像和该待测组织体20本身的图像进行融合后可以得到该待测组织体20的图像。
90.在一个优选实施例中，该光源模块100可以产生波长为785nm的激发光束，该激发光束照射到该待测组织体20上，且在该待测组织体20上形成的光斑中心与该变焦模块200的光轴重合。
91.可选的，该补光模块800还可以包括可见光光源810和可见光光学模块820。其中，该可见光光源810用于生成可见光，可选的，该补光模块800可以为led灯、扩束激光源等。该可见光光学模块820设置于该可见光光源810和该分光模块300之间，用于将该可见光源生成的可见光透射至该分光模块300，使得该分光模块300将该可见光光学模块820输送的可见光反射至该待测组织体20表面。可选的，该可见光光学模块820还用于将该分光模块300反射输出的信号光再反射输入至该可见光图像传感器500，此时该信号光图像传感器400与
该可见光图像传感器500是相互平行设置的。
92.请参见图3，为本实施例二的另一个结构示意图，可选的，当该光源模块100设置在该信号光图像传感器400和该分光模块300之间时，该成像系统10还包括激发光束光学模块900。该激发光束光学模块900用于将该激发光束反射至该分光模块300，以使该激发光束透射穿过该分光模块300至该待测组织体20表面，即该光源模块100所发出的激发光与第一光束光轴重合。
93.该可见光光学模块820和该激发光束光学模块900其具体的规格和型号可以根据实际需要选择，本技术不做限定。
94.综上，实施例二提供的该成像系统10在实施例一提供的该成像系统10的基础上增加了补光模块800和相应的光学模块，使得可见光成像的质量更高，进而提升了该图像处理模块700在进行图像融合时的速度和质量。因此，本实施例提供的该成像系统10可以进一步提升医学成像的实时性和图像质量。
95.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
96.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
97.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。
98.以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。