結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)的應(yīng)用及光纖鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)窺鏡成像領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)的應(yīng)用及光纖鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)窺鏡是集中了傳統(tǒng)光學(xué)、人體工程學(xué)、精密機械、現(xiàn)代電子、數(shù)學(xué)、軟件等于一體的檢測儀器，其具有圖像傳感器、光學(xué)鏡頭、光源照明、機械裝置等。它可以經(jīng)口腔進入胃內(nèi)或經(jīng)其他天然孔道進入體內(nèi)。利用內(nèi)窺鏡可以看到X射線不能顯示的病變，因此它對醫(yī)生非常有用。
[0003]目前的內(nèi)窺鏡主要包括有光纖鏡、光纖鏡和電子鏡等。這其中，目前的光纖鏡由普通的光源實現(xiàn)照明，由鏡頭投影到物面上的圖像的像素點無法做到充分均勻，在圖像上形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，造成圖像的分辨率不高，圖像質(zhì)量差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)的應(yīng)用及光纖鏡，其通過將結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)應(yīng)用到光纖鏡中，提高成像的分辨率。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)在制備光纖鏡中的應(yīng)用。
[0007]優(yōu)選地，上述的應(yīng)用包括以下步驟:
[0008]I)在目前光纖內(nèi)窺探頭末端增加一個管狀壓電驅(qū)動器，在該壓電驅(qū)動器上施加頻率接近高分辨成像光纖共振頻率的正弦和余弦驅(qū)動波形，通過三角波形調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓；
[0009]2)采用高速相機，采集多幅光纖在管狀壓電驅(qū)動器驅(qū)動下的發(fā)生隨機位移的原始圖像，此時所有原始圖像均殘留光纖束的蜂窩狀結(jié)構(gòu)；
[0010]3)利用光纖束的蜂窩結(jié)構(gòu)在測量圖像的頻域形成的環(huán)狀峰值，比較管狀壓電驅(qū)動器震動所采集到的圖像位移前后傅立葉譜的位相變化，在頻域計算位移量，從而實現(xiàn)對采集圖像精確位移的計算；
[0011]4)再將處理過的多幀圖像融合，通過算法重構(gòu)出三維高分辨率圖像。
[0012]優(yōu)選地，步驟3)進一步包括:將光纖束蜂窩狀結(jié)構(gòu)形成的的結(jié)構(gòu)光信息投影到物面上，通過從所述物面上獲得結(jié)構(gòu)光信息并重構(gòu)出圖像。
[0013]優(yōu)選地，步驟3)進一步包括:光纖束末端包括管狀壓電驅(qū)動器，該管狀壓電驅(qū)動器驅(qū)動光纖末端實現(xiàn)微米級位移。
[0014]優(yōu)選地，通過重構(gòu)算法從低分辨率圖像上獲得高分辨率圖像信息。
[0015]優(yōu)選地，通過相移從所述物面上獲得所述結(jié)構(gòu)光信息。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:通過將結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)應(yīng)用到光纖鏡中，對光纖鏡探頭的可控隨機位移，采集多幅圖像，并通過圖像處理的方法，提取處理過的多幀圖像的高頻信息，實現(xiàn)多幀圖像融合，通過算法重構(gòu)出高分辨率圖像，提高成像的分辨率。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)光照明光纖內(nèi)鏡整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)光照明顯微內(nèi)窺成像的內(nèi)窺探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的三維立體成像原理示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的光纖像素化結(jié)構(gòu)在物面上形成的結(jié)構(gòu)信息圖像。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0022]為了達(dá)到本發(fā)明的目的，如圖1-4所示，在本發(fā)明的光纖鏡的一些實施方式中，其應(yīng)用了結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)，該結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)的具體內(nèi)容可以參考中國專利CN104515759A，在此不再贅述。
[0023]本實施例通過將結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)應(yīng)用到光纖鏡中，將光纖束蜂窩狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)光信息(如圖4所示)投影到物面上，通過從所述物面上獲得結(jié)構(gòu)光信息，采集多幅隨機位移的原始圖像，并重構(gòu)出高分辨率圖像，通過對光纖鏡探頭的可控隨機位移，采集多幅圖像，并通過圖像處理的方法，提取處理過的多幀圖像的高頻信息，實現(xiàn)多幀圖像融合，通過算法重構(gòu)出高分辨率圖像，提高成像的分辨率。
[0024]如圖1所示，為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖，其包括多個透鏡組11、多個激光器12、多個反射鏡13、二向色鏡14、柯勒系統(tǒng)15、柔性光纖傳像束2等，柔性光纖傳像束2又包括不銹鋼管21、傳像光纖22、硅橡膠軟管23、管狀壓電驅(qū)動器24和微型鏡頭25。本發(fā)明通過對掃描探頭的可控隨機位移和圖像重建實現(xiàn)超分辨成像的方法。該技術(shù)基于高分辨光纖內(nèi)窺成像系統(tǒng)，在內(nèi)窺探頭末端增加了一個管狀壓電驅(qū)動器，其外層被分成四部分，分為兩對驅(qū)動電極(乂±和￥±)，電極上施加頻率接近高分辨成像光纖共振頻率的正弦和余弦驅(qū)動波形，通過三角波形調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓，可以獲得螺旋形、掃描Lissajous形掃描或其他可控掃描方式，該系統(tǒng)光源采用激光光源和LED光源兩種備選模式。
[0025]系統(tǒng)可以工作在兩種模式下:(I)三維成像模式下，超細(xì)成像光纖通過電子內(nèi)鏡活檢通道進入人體，電子內(nèi)鏡CCD視場41和高分辨光纖鏡視場42可同時工作，如圖3所示，從而形成對同一目標(biāo)靶面43的不同角度的成像，通過圖像合成，形成實時三維立體圖像，該成像方式適用于目前所有的帶活檢通道的普通內(nèi)鏡，均可實現(xiàn)三維成像；(2)結(jié)構(gòu)光照明高分辨成像模式下，利用投影在物面上的光纖束的蜂窩結(jié)構(gòu)，通過壓電驅(qū)動器的隨機振動，采集多幅包含光纖蜂窩狀結(jié)構(gòu)信息的原始圖像，并計算在原始圖像的頻域形成的環(huán)狀峰值(以下簡稱為k環(huán))，比較管狀壓電驅(qū)動器震動所采集到的圖像位移前后傅立葉譜的位相變化，在頻域計算位移量，從而實現(xiàn)對采集圖像精確位移的計算，然后再將處理過的多幀圖像融合，通過算法重構(gòu)出高分辨率圖像。
[0026]圖2為本發(fā)明探頭結(jié)構(gòu)示意圖，其包括內(nèi)窺鏡體3、高分辨光纖內(nèi)窺探頭31、管狀壓電驅(qū)動器32、電子內(nèi)鏡C⑶成像鏡頭視場33和照明光纖34，利用目前普通電子內(nèi)鏡或光纖內(nèi)鏡的活檢通道，將本發(fā)明光纖內(nèi)鏡探頭深入人體，并在在本發(fā)明光纖內(nèi)鏡探頭處設(shè)置壓電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器帶動光纖探頭震動，實現(xiàn)微米級微小位移。
[0027]如圖1-4所示，上述的應(yīng)用具體可以通過以下步驟實現(xiàn):
[0028]I)在目前光纖內(nèi)窺探頭末端增加一個管狀壓電驅(qū)動器，在該壓電驅(qū)動器上施加頻率接近高分辨成像光纖共振頻率的正弦和余弦驅(qū)動波形，通過三角波形調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓，可以獲得螺旋形、掃描Li s sa j ous形掃描或其他可控掃描方式
[0029]2)采用高速相機，采集多幅光纖在管狀壓電驅(qū)動器驅(qū)動下的發(fā)生隨機位移的原始圖像，此時所有原始圖像均殘留光纖束的蜂窩狀結(jié)構(gòu)；
[0030]3)利用光纖束的蜂窩結(jié)構(gòu)在測量圖像的頻域形成的環(huán)狀峰值(簡稱為k環(huán))，比較管狀壓電驅(qū)動器震動所采集到的圖像位移前后傅立葉譜的位相變化，在頻域計算位移量，從而實現(xiàn)對采集圖像精確位移的計算；
[0031]4)再將處理過的多幀圖像融合，通過算法重構(gòu)出三維高分辨率圖像。
[0032]上述的步驟3)中具體還可以包括:將結(jié)構(gòu)光照明顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光信息投影到物面上，通過從物面上獲得結(jié)構(gòu)光信息并重構(gòu)出圖像，具體可以通過相移從物面上獲得結(jié)構(gòu)光信息。
[0033]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)在制備光纖鏡中的應(yīng)用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟: 1)在目前光纖內(nèi)窺探頭末端增加一個管狀壓電驅(qū)動器，在該壓電驅(qū)動器上施加頻率接近高分辨成像光纖共振頻率的正弦和余弦驅(qū)動波形，通過三角波形調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓； 2)采用高速相機，采集多幅光纖在管狀壓電驅(qū)動器驅(qū)動下的發(fā)生隨機位移的原始圖像，此時所有原始圖像均殘留光纖束的蜂窩狀結(jié)構(gòu)； 3)利用光纖束的蜂窩結(jié)構(gòu)在測量圖像的頻域形成的環(huán)狀峰值，比較管狀壓電驅(qū)動器震動所采集到的圖像位移前后傅立葉譜的位相變化，在頻域計算位移量，從而實現(xiàn)對采集圖像精確位移的計算； 4)再將處理過的多幀圖像融合，通過算法重構(gòu)出三維高分辨率圖像。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟3)進一步包括:將光纖束蜂窩狀結(jié)構(gòu)形成的的結(jié)構(gòu)光信息投影到物面上，通過從所述物面上獲得結(jié)構(gòu)光信息并重構(gòu)出圖像。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟3)進一步包括:光纖束末端包括管狀壓電驅(qū)動器，該管狀壓電驅(qū)動器驅(qū)動光纖末端實現(xiàn)微米級位移。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于，通過重構(gòu)算法從低分辨率圖像上獲得高分辨率圖像信息。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖鏡，其特征在于，通過相移從所述物面上獲得所述結(jié)構(gòu)光?目息O
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)在制備光纖鏡中的應(yīng)用，同時公開了一種光纖鏡。本發(fā)明通過將結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)應(yīng)用到光纖鏡中，通過對光纖鏡探頭的可控隨機位移，采集多幅圖像，并通過圖像處理的方法，提取處理過的多幀圖像的高頻信息，實現(xiàn)多幀圖像融合，通過算法重構(gòu)出高分辨率圖像，提高成像的分辨率。
【IPC分類】A61B1/04, A61B1/00
【公開號】CN105662317
【申請?zhí)枴緾N201511025027
【發(fā)明人】楊西斌, 熊大曦, 李輝
【申請人】中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月31日