荧光激发装置、激发方法及荧光内窥镜

文档序号:1805632 发布日期:2021-11-09 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 荧光激发装置、激发方法及荧光内窥镜 (Fluorescence excitation device, excitation method and fluorescence endoscope ) 是由 李玮 王佳一 孟祥伟 马田 马铭骏 刘畅 彭程 雷晟暄 田崇轩 张传臻 王平 于 2021-08-09 设计创作,主要内容包括:本发明涉及荧光激发装置、激发方法及荧光内窥镜,包括光源,沿光源照射的轴线方向依次布置第一滤镜、第一会聚透镜和光纤的入射端,光纤的发射端垂直布置,发射端朝向发散透镜,且发射端与发散透镜的轴线重合;与发散透镜同一水平线设有第二会聚透镜,第二会聚透镜朝向被检体,沿第二会聚透镜的轴线且远离被检体的一侧依次布置第二滤镜、第三会聚透镜和CCD相机的取景面。减少了荧光激发装置的内部结构,通过使用活动转轴,使得荧光激发装置的两组滤镜实现在水平与竖直两位置间的切换,且能固定到相应位置,利用一套装置同时实现参照光图像与荧光图像的拍摄,使得参照光图像生成部和荧光图像生成部合二为一。(The invention relates to a fluorescence excitation device, an excitation method and a fluorescence endoscope, which comprise a light source, wherein a first filter, a first convergent lens and an incident end of an optical fiber are sequentially arranged along the axial direction irradiated by the light source, the emitting end of the optical fiber is vertically arranged, the emitting end faces to a divergent lens, and the emitting end is superposed with the axial line of the divergent lens; and a second converging lens is arranged on the same horizontal line with the diverging lens, faces the detected body, and is sequentially provided with a second filter, a third converging lens and a view finding surface of the CCD camera along the axis of the second converging lens and the side far away from the detected body. The internal structure of the fluorescence excitation device is reduced, the two sets of filters of the fluorescence excitation device are switched between two horizontal positions and two vertical positions by using the movable rotating shaft, the two sets of filters can be fixed to corresponding positions, one set of device is used for simultaneously realizing shooting of the reference light image and the fluorescence image, and the reference light image generation part and the fluorescence image generation part are combined into one.)

荧光激发装置、激发方法及荧光内窥镜

技术领域

本发明涉及分子成像技术领域,具体为荧光激发装置、激发方法及荧光内窥镜。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的

背景技术

信息,不必然构成在先技术。

荧光内窥镜装置:光源发出激发光和参照光(白色光),先后通过光纤和扩散镜头照射到被检体,被检体激发产生的荧光及反射的激发光与参照光通过分束器分离后,形成两束光,分别为荧光与激发光的混合光和参照光。参照光经过会聚后由白色光摄影部的彩色CCD相机将光学影像转化为数字信号,后传导到白色光图像生成部生成参照图像。荧光与激发光的混合光在经过分束器的分离后,先经过激发光截止滤镜(仅使荧光透射)滤去激发光,透射的荧光经过会聚后由荧光摄影部的高感光度单色CCD相机将光学影像转化为数字信号,后传导到荧光图像生成部生成荧光图像。在图像处理过程中,经除法和校正处理后得到校正图像,这种图像相比于单纯的荧光图像,能够与观察条件和被检体的状态(颜色和形状)无关地显示病变部位。

此装置的结构复杂,内部需要大量的重复部件叠加,成本高,并且未将单色光从白光中分离,激发效果不理想。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题,本发明提供荧光激发装置、激发方法及荧光内窥镜,通过滤镜将白色光分离出的单色紫光作为激发光,达到更好的激发荧光的效果,同时利用活动转轴调节滤镜的位置,使得使用一个白色光源即可完成白色光图像和荧光图像的获取,从而简化内部结构。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

本发明的第一个方面提供一种荧光内窥镜的荧光激发装置,包括光源,沿光源照射的轴线方向依次布置第一滤镜、第一会聚透镜和光纤的入射端,光纤的发射端垂直布置,发射端朝向发散透镜,且发射端与发散透镜的轴线重合;与发散透镜同一水平线设有第二会聚透镜,第二会聚透镜朝向被检体,沿第二会聚透镜的轴线且远离被检体的一侧依次布置第二滤镜、第三会聚透镜和图像采集模块。

光源沿水平方向设置,光纤的入射端水平布置,发射端垂直布置,被检体位于发散透镜和第二会聚透镜的下方空间。

第一滤镜一侧通过转轴与外壳活动连接,实现水平方向和竖直方向的切换;水平方向下与光源发出的光线平行且高于光线;竖直方向下的轴线与光线重合。

第二滤镜一侧通过与外壳活动连接,实现竖直方向和水平方向的切换;竖直方向下与穿过第二会聚透镜的光线平行;水平方向下与穿过第二会聚透镜的光线轴线重合。

第一滤镜为紫色滤镜,竖直方向下的第一滤镜将光源发出的光过滤为紫色单色光。

第二滤镜为截止滤镜,水平方向下的第二滤镜将激发荧光的单色光过滤,使反射后的荧光透射。

本发明的第二个方面提供基于上述装置的荧光激发方法,包括以下步骤:

使第一滤镜处于水平方向,第二滤镜处于竖直方向,启动光源,进行第一次拍摄,获取参照图像;

使第一滤镜处于竖直方向,第二滤镜处于水平方向,启动光源,进行第二次拍摄,获取荧光图像。

第一次拍摄具体为:第一滤镜处于水平方向,光源发出的光线不经过第一滤镜而经第一会聚透镜后进入光纤,光线经光纤发出后照射到被检体;

被检体反射光线,第二滤镜处于竖直方向,反射的光线不经过第二滤镜,反射后的全部光线依次经第二会聚透镜和第三会聚透镜会聚后,进入图像采集模块将光学影像转化为数字信号,数字信号经传导后到图像生成部生成参照图像。

第二次拍摄具体为:第一滤镜处于竖直方向,光线经第一滤镜得到单色光,单色光第一会聚透镜会聚后进入光纤传递至发散透镜5照射到被检体;

被检体被单色光激发发出荧光光线,同时被检体反射光线,第二滤镜处于水平方向,第二滤镜过滤被检体激发发出荧光光线,使得仅有反射后的光线穿过第二滤镜实现透射,再经第三会聚透镜会聚后,进入图像采集模块将光学影像转化为数字信号,数字信号经传导后到图像生成部生成荧光图像。

本发明的第三个方面提供荧光内窥镜,包括图像生成部和图像处理部,其中图像生成部具有上述描述的荧光激发装置。

与现有技术相比,以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:

1、减少了荧光激发装置的内部结构,通过使用活动转轴,使得荧光激发装置的两组滤镜实现在水平与竖直两位置间的切换,且能固定到相应位置,利用一套装置同时实现参照光图像与荧光图像的拍摄,使得参照光图像生成部和荧光图像生成部合二为一。

2、以紫光为激发光,紫光波长400-435nm较原装置使用的包含激发光的白色光波长400-740nm更短,能量更大,激发效果好。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的第一滤镜动作示意图;

图2是本发明一个或多个实施例提供的第二滤镜动作示意图;

图3是本发明一个或多个实施例提供的轨行区侧墙水平位移监测点布设示意图;

图中:1、光源,2、第一滤镜,3、第一会聚透镜,4、光纤,5、发散透镜,6、第二会聚透镜,7、第二滤镜8、第三会聚透镜,9、CCD相机。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

激发荧光成像的原理可以描述为:当外源光照射到带有荧光团的生物组织(被检体)上时,荧光团吸收光能使得电子跃迁到了激发态,电子从激发态回到基态的过程中会释放出荧光,该荧光较吸收的光向红端移动,即发射的荧光比吸收的外源光的能量低,荧光在组织体内传播并有一部分达到体表,从体表发出的荧光被探测器接收到,从而形成荧光图像。

实际应用中,需要获取白色光图像(参照光)和荧光图像经图像处理后才能反映生物组织(被检体)的病变部位,例如应用在癌症筛查。激发光必须是单色光,而参照光通常为白色,因此目前的荧光激发装置及荧光内窥镜结构复杂,内部含有多个滤镜、光源等功能的零部件,因此以下实施例提出荧光激发装置、激发方法及荧光内窥镜,通过滤镜将白色光分离出的单色紫光作为激发光,达到更好的激发荧光的效果,同时利用活动转轴调节滤镜的位置,使得使用一个白色光源即可完成白色光图像和荧光图像的获取,从而简化内部结构。

实施例一:

如图1-3所示,荧光激发装置,包括光源1,沿光源1照射的轴线方向依次布置第一滤镜2、第一会聚透镜3和光纤4的入射端,光纤4的发射端垂直布置,发射端朝向发散透镜5,且发射端与发散透镜5的轴线重合;与发散透镜5同一水平线设有第二会聚透镜6,第二会聚透镜6朝向被检体,沿第二会聚透镜6的轴线且远离被检体的一侧依次布置第二滤镜7、第三会聚透镜8和图像采集模块的取景面。

光源1沿水平方向设置,光纤4的入射端水平布置,发射端垂直布置,被检体位于发散透镜5和第二会聚透镜6的下方空间。

第一滤镜2一侧通过转轴与外壳活动连接,实现水平方向和竖直方向的切换;水平方向下与光源1发出的光线平行且高于光线;竖直方向下的轴线与光线重合。

第二滤镜7一侧通过与外壳活动连接,实现竖直方向和水平方向的切换;竖直方向下与穿过第二会聚透镜6的光线平行;水平方向下与穿过第二会聚透镜6的光线轴线重合。

光源1发出白光。

第一滤镜2为紫色滤镜,竖直方向下的第一滤镜2将光源发出的白光过滤为单色紫色。

第二滤镜7为截止滤镜,水平方向下的第二滤镜7将激发荧光的单色光过滤,使得反射后的荧光透射。

使用氙气灯作为光源1,能够发出白光(参照光),其后设置的第一滤镜2为紫色,通过活动转轴调节两种位置,其一为水平方向平行高于光源1发出的光线;其二为竖直方向,其中轴线与光线重合。

第一次使用白光拍摄图像,调节第一滤镜2处于水平方向,光线不经过第一滤镜2,而经过第一会聚透镜3会聚后进入光纤4的入射端,光纤4传递白光至发射端朝向的发散透镜5,照到被检体。

被检体反射白光,反射后的白光经过第二会聚透镜6会聚后,不经过第二滤镜7,而依次经过第二会聚透镜6和第三会聚透镜8后,进入图像采集模块,本实施例的图像采集模块选用CCD相机9,为高感光度彩色CCD相机,将获取的光学影像转化为数字信号,数字信号经传导后到图像生成部生成参照图像。

第二次使用紫色光拍摄图像,使第一滤镜2处于竖直方向,光线经第一会聚透镜3会聚后进入光纤4传递至发散透镜5,照到被检体。

被检体激发产生被激发的荧光和反射出的激发光,被激发的荧光和激发光经第二会聚透镜6后穿过水平方向的第二滤镜7,第二滤镜7阻挡反射出的激发光,仅让被检体激发后发出的荧光通过,荧光经第三会聚透镜8会聚后进入CCD相机9的取景面,CCD相机9将获取的光学影像转化为数字信号,数字信号经传导后到图像生成部生成荧光图像。

如图2所示,第一滤镜2第一次拍照处于水平方向,第二次拍照处于竖直方向;水平方向下,第一滤镜2与光源1发出的光线平行且高于光线;竖直方向下,第一滤镜2的轴线与光线重合。

例如,外壳通过一个活动转轴与第一滤镜2的一侧连接,从而调节第一滤镜2的位置:沿活动转轴旋转90度,第一滤镜2由竖直方向变为水平方向。

如图3所示,第二滤镜7第一次拍照处于竖直方向,第二次拍照处于水平方向;竖直方向下,第二滤镜7与穿过第二会聚透镜6的光线平行;水平方向下,第二滤镜7与穿过第二会聚透镜6的光线轴线重合。

例如,外壳通过一个活动转轴与第二滤镜7的一侧连接,从而调节第二滤镜7的位置:沿活动转轴旋转90度,第二滤镜7由竖直方向变为水平方向。

活动转轴与驱动元件连接,旋转至设定位置后通过锁定结构固定;驱动元件和锁定结构的结构型式不做限制。

上述结构减少了荧光激发装置的内部结构:通过使用活动转轴,使得滤镜2和滤镜7实现在水平与竖直两位置间的切换,且能固定到相应位置,利用一套装置同时实现参照光图像与荧光图像的拍摄,从而省去了一个分束镜,一个会聚透镜和一个CCD,使得参照光图像生成部和荧光图像生成部合二为一。

以紫光为激发光,紫光波长400-435nm较原装置使用的包含激发光的白色光波长400-740nm更短,能量更大,激发效果好。

实施例二:

本实施例提供了基于上述实施例的荧光激发方法,包括以下步骤:

使第一滤镜2处于水平方向,第二滤镜7处于竖直方向,启动光源1,进行第一次拍摄,获取参照图像;

使第一滤镜2处于竖直方向,第二滤镜7处于水平方向,启动光源1,进行第二次拍摄,获取荧光图像;

第一次拍摄,第一滤镜2处于水平方向,光源1发出的光线不经过第一滤镜2而经第一会聚透镜3后进入光纤4,光线经光纤发出后照射到被检体;

被检体反射光线,第二滤镜7处于竖直方向,反射的光线不经过第二滤镜7,反射后的全部白光依次经第二会聚透镜6和第三会聚透镜8会聚后,进入CCD相机9将光学影像转化为数字信号,数字信号经传导后到图像生成部生成参照图像。

第二次拍摄,第一滤镜2处于竖直方向,光线经第一滤镜2得到单色光,单色光第一会聚透镜3会聚后进入光纤4传递至发散透镜5照射到被检体;

被检体被单色光激发发出荧光光线,同时被检体反射光线,第二滤镜7处于水平方向,第二滤镜7过滤被检体激发发出荧光光线,使得仅有反射后的光纤穿过第二滤镜7实现透射,经第三会聚透镜8会聚后,进入CCD相机9将光学影像转化为数字信号,数字信号经传导后到图像生成部生成荧光图像。

上述过程使得滤镜2和滤镜7实现在水平与竖直两位置间的切换,且能固定到相应位置,利用一套装置同时实现参照光图像与荧光图像的拍摄,从而省去了复杂的结构。

实施例三:

本实施例提供了荧光内窥镜,包括图像生成部和图像处理部,其中图像生成部具有实施例一描述的荧光激发装置。

荧光内窥镜具有激发光光源、滤镜、光导纤维、发散透镜、会聚透镜、CCD相机以及计算机系统。

该结构使得荧光激发装置中的滤镜2和滤镜7实现在水平与竖直两位置间的切换,且能固定到相应位置,利用一套装置同时实现参照光图像与荧光图像的拍摄,从而省去了荧光内窥镜复杂的内部结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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