微型微循環成像監測裝置和方法
2023-11-09 19:55:22 2
微型微循環成像監測裝置和方法
【專利摘要】本發明公開了一種微型微循環成像監測裝置，包括：光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊和圖像接收裝置。其反射成像模塊包括至少一個具有光焦度反射鏡。光源模塊提供照明光；表面反射過濾模塊對照明光的強度分布進行調製，並投射到組織表面；反射成像模塊收集在組織內部向後散射並返回皮膚表面的光線，光線經過反射鏡多次反射匯聚後成像到圖像接收裝置。本發明提供的裝置體積小，可以置於患者口中或其他受到體積限制的部位，以實現穩定、長時間的微循環監測。而且，除了一般病人以外，對於昏迷、休克、手術過程中等難以配合醫生做出相應反應的病人也可以進行微循環監測。本發明還公開了一種微循環成像監測方法。
【專利說明】微型微循環成像監測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物光學成像【技術領域】，尤其涉及一種微型微循環成像監測裝置和方法。
【背景技術】
[0002]在人體血液循環系統中，微循環是指微動脈和微靜脈之間的血液循環，是輸送氧氣和營養物質給組織細胞並運走二氧化碳C02和代謝產物的最終環節，也是最重要的環節。
[0003]在某些疾病如糖尿病血管併發症、膠源性疾病、免疫性疾病、心腦血管疾病、血栓性疾病、燒傷、某些過敏性疾病、肺水腫、休克等，微循環障礙往往是主要的甚至是關鍵的發病環節，因而微循環監測對這些疾病的防治有重要意義。特別是實現快速簡單地監測危重病人的微循環狀況，早期發現休克(微循環衰竭)徵兆等，對於提高危重病人的生存率極為關鍵。
[0004]近年來有相關人員提出了基於正交偏振成像方法的微循環成像裝置，在一定程度上實現對微循環的無創、實時監測。上述裝置具有共同技術特徵，為其成像光學系統均採用折射式光學系統。但是目前的基於正交偏振成像的微循環成像裝置的仍然存在其局限性。一方面，上述專利所提出的裝置，在檢測微循環圖像時，需要醫生手持裝置把手或者用其他配套設備固定裝置，由於醫生和病人之間的相對運動難以避免，導致上述裝置獲得微循環圖像需要的準備時間長而且無法獲得長時間的穩定圖像。另一方面，上述裝置，在記錄微循環圖像過程中，需要病人按照醫生的指示進行高度配合和做出相應的反饋，例如病人需要維持張嘴、抬舌的狀態並向醫生反饋探針壓力是否過大等，所以上述裝置無法應用在昏迷、休克、手術過程中等難以配合醫 生做出相應反應的病人。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是，提供一種微循環成像監測裝置，可以快速獲得被測者微循環圖像，且可以獲得穩定長時間的微循環圖像；可以對昏迷、休克、手術過程中等難以配合醫生做出相應反應的病人實施實時連續的微循環監測。
[0006]為解決以上技術問題，本發明實施例提供一種微循環成像監測裝置，該裝置通過反射式光學結構，有效縮短物面到像面的距離，使得微循環監測裝置實現微型化。將監測裝置置於病人舌下或吸附在其他待檢測部位就可以進行微循環監測。操作簡單無需病人進行複雜的配合。特別是，在手術過程中，將監測裝置吸附在病人腸繫膜或其他器官組織表面上，可以實現在手術過程中對病人的微循環狀況進行實時監測。
[0007]本發明提供的裝置包括:光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊和圖像接收
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[0008]所述光源模塊，用於提供符合微循環中的血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜的照明光；所述表面反射過濾模塊，用於將所述照明光束投射到組織表面，並將照明光通道和成像光通道隔離；
所述反射成像模塊，用於收集在組織內部向後散射並返回皮膚表面的光線，所收集的光線經過反射鏡多次反射匯聚後成像到圖像接收裝置。
[0009]所述圖像接收裝置，用於對組織內部圖像進行接收，並將獲得的圖像信號傳輸給數據處理器進行處理。
[0010]在一種可實現方式中所述反射成像模塊包括第一反射鏡、第二反射鏡、轉向反射鏡和場鏡透鏡組。
[0011]所述第一反射鏡具有負光焦度，從組織散射回皮膚表面的光線經過所述第一反射鏡後形成匯聚光束，併入射到第二反射鏡。
[0012]所述第二反射鏡具有正光焦度，由所述第一反射鏡反射後的光線，經過第二反射鏡反射後成像到場鏡透鏡組附近表面。
[0013]所述場鏡透鏡組將所述成像轉移到圖像接收裝置表面。
[0014]所述轉向反射鏡位於所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用於將成像光路轉向 90。。
[0015]本發明還進一步提供了一種微循環成像監測方法。所述方法包括以下步驟:
啟動光源發出照明光束；
將所述照明光束經過調製後並投射到組織表面；
收集在組織內部向後散射並返回皮膚表面的光線，所收集的光線經過反射鏡多次反射匯聚後成像到圖像接收裝置；
對所述成像進行採集；
進一步地，所述微型微循環成像監測裝置對所述成像進行採集之後，還包括對所述成像進行光電轉換和圖像處理，以對所述人體組織進行分析測量，獲得人體微循環信息。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是微型微循環成像監測裝置的一個結構示意圖；
圖2是光在組織表面反射與組織中傳播的示意圖。
[0017]圖3是本發明提供的一種微型微循環成像監測方法的一個實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0019]參看圖1，是微型微循環成像監測裝置的一個結構示意圖。
[0020]在本實施例中，所述的微循環成像監測裝置包括:光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊、圖像接收裝置。
[0021]其中，所述光源模塊101用於提供符合微循環中的血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜的入射光束。在血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜中，420nm (納米)，550nm和800nm是血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的等吸收峰。
[0022]所述表面反射過濾模塊，用於將照明光束投射到組織表面，並將照明光通道和成像光通道隔離。在本實例中，表面反射過濾模塊具有環狀腔體結構。其中外環為照明光通道102，內環為成像光通道103。外環和內環之間具有光學隔離的分界面104。光源模塊101發出光束經過照明光通道102引導，投射到組織表面，並在組織表面上形成一個環形的照明光斑。由於照明光通道和成像光通道之間具有光學隔離的分界面104，當裝置處於接觸組織表面狀態時，在組織表面直接反射的光線無法進入成像光路。以此實現去除表面直接反射的照明雜光提高圖像對比度。
[0023]所述反射成像模塊用於收集在組織內部向後散射並返回皮膚表面的光線，所收集的光線經過反射鏡多次反射匯聚後成像到圖像接收裝置。所述反射成像模塊包括一個及以上具有光焦度的反射鏡。
[0024]在本實施例中反射成像模塊包括第一反射鏡105、第二反射鏡106、轉向反射鏡107和場鏡透鏡組108。
[0025]所述第一反射鏡105具有負光焦度，從組織內部散射回到皮膚表面的光線經過成像光通道到達所述第一反射鏡105。並在第一反射鏡反射後形成匯聚光束，併入射到第二反射鏡106。
[0026]所述第二反射鏡具有正光焦度106，由所述第一反射鏡105反射後的光線，經過第二反射鏡反射後成像到場鏡透鏡組108附近表面。
[0027]所述場鏡透鏡組108將所述成像轉移到圖像接收裝置表面109。
[0028]所述轉向反射鏡107位於所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用於將成像光路轉向90°。
[0029]所述圖像接收裝置109對所述成像進行採集。具體地，圖像接收裝置包括電荷耦合元件圖像傳感器，或互補金屬氧化物半導體圖像傳感器，或光纖傳像束。
[0030]進一步的，圖像接收裝置還包括光電轉換和圖像處理部分110。以對所述人體組織進行分析測量，獲得人體微循環信息。
[0031]參看圖2，是光在組織表面反射與組織中傳播的示意圖。
[0032]從光源模塊發出的入射光束，經過照明光通道引導，入射到組織表面，其中部分照明光201在組織表面反射，並被隔離在成像光通道之外。一部分照明光202入射到組織內部，經過多次散射，再次回到組織表面進入成像光通道。並依次經過第一反射鏡、第二反射鏡、轉向反射鏡、場鏡最終被成像到圖像接收裝置中。由於直接由組織表面反射的照明光無法進入成像光路。只有部分穿透進組織深處的後向散射光再次回到組織表面，並進入成像光路。所以該圖像看起來猶如背照式。由於低於590nm的波長的光被紅細胞強烈吸收，所以在圖像上觀察到的微血管呈現為亮背景下的暗圖案。
[0033]在本發明的其中一個實施例中，反射成像模塊對成像光線進行多次反射摺疊，縮短物面到像面的距離，以使裝置實現微型化。對於本發明的優選實施例，下表列出了對應圖1所示裝置的反射成像模塊一例光學公式圖表。在該圖表表示的反射成像模塊，從組織表面到圖像接收裝置表面的光路長度為17.73_。利用這種反射成像模塊，可以實現微循環監測裝置的微型化。
[0034]表1
【權利要求】
1.一種微型微循環成像監測裝置，其特徵在於，包括:光源模塊、表面反射過濾模塊、反射成像模塊和圖像接收裝置； 所述光源模塊，用於提供照明光束； 所述表面反射過濾模塊，用於將所述照明光束投射到組織表面，並將照明光通道和成像光通道隔離； 所述反射成像模塊，用於收集在組織內部向後散射並返回皮膚表面的光線，所收集的光線經過反射鏡多次反射匯聚後成像到圖像接收裝置； 所述圖像接收裝置，用於對微循環圖像進行接收，並將獲得的圖像信號傳輸給數據處理器進行處理。
2.如權利要求1所述的微型微循環成像監測裝置，其特徵在於，所述反射成像模塊包括一個及以上具有光焦度的反射鏡。
3.如權利要求f2任一項所述的微型微循環成像監測裝置，其特徵在於，所述反射成像模塊包括第一反射鏡、第二反射鏡、轉向反射鏡和場鏡透鏡組； 所述第一反射鏡具有負光焦度，從組織散射回皮膚表面的光線經過所述第一反射鏡後形成匯聚光束，併入射到第二反射鏡； 所述第二反射鏡具有正光焦度，由所述第一反射鏡反射後的光線，經過第二反射鏡反射後成像到場鏡透鏡組附近表面； 所述場鏡透鏡組將所述成像轉移到圖像接收裝置表面； 所述轉向反射鏡位於所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用於將成像光路轉向90。。
4.如權利要求1所述的微型微循環成像監測裝置，其特徵在於，所述表面反射過濾模塊包括照明光通路和成像光通路，照明光通道與成像光通道之間具有光學隔離的分界面，照明光無法直接進入成像光學系統； 以此過濾表面反射光的影響，提高微循環圖像的對比度。
5.如權利要求4所述的表面反射過濾模塊具有環形腔狀結構，其中外環為照明光通道，內環為成像光通道，外環和內環之間具有光學隔離的分界面。
6.所述照明光經過表面反射過濾模塊後被調製成環形照明光斑。
7.如權利要求1所述的微型微循環成像監測裝置，其特徵在於，所述光源模塊提供照明光波長λ符合微循環中的血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜，其中λ >0。
8.如權利要求1飛任一項所述的微型微循環成像監測裝置，其特徵在於，所述圖像接收裝置為電荷耦合元件圖像傳感器，或互補金屬氧化物半導體圖像傳感器或光纖傳像束。
9.如權利要求7所述的型微循環成像監測裝置，其特徵在於，所述裝置還包括數據處理器；所述數據處理器與所述圖像接收裝置連接，用於接收所述圖像接收裝置所獲得的圖像信號，並對所述圖像信號進行圖像處理，以對所述人體組織進行分析測量，獲得人體微循環信息。
10.一種微循環成像監測方法，其特徵在於，利用具有光焦度的反射鏡對成像光線進行多次反射，縮短物面到像面的距離和縮小裝置尺寸，以使微循環監測裝置實現微型化；所述方法包括以下步驟:步驟一，啟動光源發出照明光束；步驟二，將所述照明光束經過調製並投射到組織表面；步驟三，收集進入組織內部並經過多次散射後返回皮膚表面的光線，所收集的光線經過反射鏡多次反射匯聚後成像到圖像接收裝置；步驟四，對所述成像進行米集； 如權利要求9所述的微循環成像監測方法，其特徵在於，所述對成像進行採集之後，還包括對所述成像進行光電轉換和圖像處理，以對所述人體組織進行分析測量，獲得人體微循環信息。
【文檔編號】A61B5/00GK103622674SQ201310569128
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】劉滿林, 滕升, 亞歷克斯·布蘭多, 羅曉川 申請人:廣州醫軟智能科技有限公司