技术领域
[0001] 本
发明涉及显微成像技术领领域，尤其涉及一种内窥成像装置和
荧光寿命分布图像的获取方法。
背景技术
[0002] 目前，传统的
生物成像手段例如荧光强度成像技术主要由
信号强度表征，然而信号强度往往受成像深度，标记物浓度等条件影响，其测量
精度和定量分析能
力都不理想。相比之下，荧光寿命成像技术以标记物受激发后发出荧光的寿命信息为信号，它受标记物浓度和激发光强的影响极小，而受细胞微环境(例如pH值、
氧饱和度、
粘度和离子浓度)的影响较大。因此，荧光寿命成像技术往往被用来准确的监测细胞微环境，细胞中药物的释放与迁移，这些在癌症辅助监测中颇具用处。
[0003] 然而普通的荧光寿命成像系统仅仅针对细胞样品或
组织切片，难以应用到临床原位检测中。如果能将荧光寿命成像技术应用到临床检测中，将会对药物的作用及传输机制，癌症的初步诊断产生积极的影响。
发明内容
[0004] 本发明
实施例的主要目的在于提供一种内窥成像装置和荧光寿命分布图像的获取方法，可以将荧光寿命成像技术应用到临床原位检测中，提升对
疾病诊断的准确度。
[0005] 为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种内窥成像装置，该内窥成像装置包括：激光传输模
块、内窥模块和荧光寿命成像模块；
[0006] 所述激光传输模块包括
激光器、二向色镜、扫描振镜和镜片组，所述内窥模块包括传像光纤束和与所述传像光纤束连接的微型渐变折射率棱镜，所述激光器发出的激光依次经过所述二向色镜、扫描振镜和镜片组到达所述传像光纤束的一端，经所述传像光纤束的传输从所述微型渐变折射率棱镜射出；
[0007] 所述荧光寿命成像模块包括滤光片、具有
光子数统计和光电转化功能的单光子计数器以及具有
光谱分析功能的
控制器，所述滤光片位于所述二向色镜和所述单光子计数器之间，所述控制器与所述单光子计数器、所述激光器以及所述扫描振镜连接，从所述微型渐变折射率棱镜射入的光依次经过所述传像光纤束、镜片组、扫描振镜、二向色镜和所述滤光片到达所述单光子计数器。
[0008] 为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供一种荧光寿命分布图像的获取方法，该荧光寿命分布图像的获取方法基于上述的内窥成像装置实现，该荧光寿命分布图像的获取方法包括：
[0009] 所述激光器发射激光；
[0010] 所述扫描振镜将经所述二向色镜的所述激光依次扫描到所述传像光纤束的不同光纤上，其中，所述激光从所述扫描振镜射出后经所述镜片组达到所述传像光纤束的光纤的不同光纤；
[0011] 所述传像光纤束将所述激光导入所述微型渐变折射率棱镜，以照射所述微型渐变折射率棱镜下的目标区域，其中，所述目标区域中注射有
荧光染料；
[0012] 从所述微型渐变折射率棱镜入射的荧光通过所述传像光纤束、镜片组、扫描振镜、二向色镜以及所述滤光片传输到所述单光子计数器，所述荧光由所述荧光染料经所述激
光激发产生；
[0013] 所述单光子计数器根据所述荧光进行光电转化，将转化的结果发送给所述控制器；
[0014] 所述控制器根据所述结果确定所述荧光染料在目标区域的荧光寿命分布图像。
[0015] 本发明实施例提供了一种内窥成像装置和荧光寿命分布图像的获取方法，本发明的内窥成像装置包括激光传输模块、内窥模块和荧光寿命成像模块；激光传输模块包括激光器、二向色镜、扫描振镜和镜片组，内窥模块包括传像光纤束和微型渐变折射率棱镜，激光器发出的激光依次经过二向色镜、扫描振镜和镜片组到达传像光纤束的一端，经传像光纤束的传输从微型渐变折射率棱镜射出；荧光寿命成像模块包括滤光片、具有光子数统计和光电转化功能的单光子计数器以及具有光谱分析功能的控制器，滤光片位于二向色镜和单光子计数器之间，控制器与单光子计数器、激光器以及扫描振镜连接，从微型渐变折射率棱镜射入的光依次经过传像光纤束、镜片组、扫描振镜、二向色镜和滤光片到达单光子计数器，通过本发明的内窥成像装置，可以在向人体内部的待
检测区域(或患病区域)注射荧光染料后，对人体内部的待检测区域获取荧光寿命图像，以确定该待检测区域中细胞微环境的状况，荧光染料的分布状况等，提升疾病诊断的准确性。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例中一种内窥成像装置的结构示意图；
[0018] 图2为本发明实施例中另一种内窥成像装置的结构示意图；
[0019] 图3为本发明实施例中另一种内窥成像装置的结构示意图；
[0020] 图4为本发明实施例中一种荧光寿命分布图像的获取方法的
流程图；
[0021] 图5为本发明实施例中另一种荧光寿命分布图像的获取方法的流程图。
具体实施方式
[0022] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 现有技术中缺乏一种将荧光寿命成像技术应用到临床原位检测中的方案，为了解决这个问题，本实施例提出一种内窥成像装置，基于本实施例提出的内窥成像装置的
硬件结构，可以对人体内部的待检测部位通过荧光寿命成像技术进行检测，以获取待检测部分的情况，有助于对待检测部位是否患病以及具体病情有深入的了解，尤其是对癌症的初步诊断产生积极影响。
[0024] 参见图1，本实施例提出一种内窥成像装置，该内窥成像装置包括：激光传输模块、内窥模块和荧光寿命成像模块；
[0025] 激光传输模块包括激光器11、二向色镜12、扫描振镜13和镜片组14，内窥模块包括传像光纤束15和与传像光纤束15连接的微型渐变折射率棱镜16，激光器11发出的激光依次经过二向色镜12、扫描振镜13和镜片组14到达传像光纤束15的一端，经传像光纤束15的传输从微型渐变折射率棱镜16射出。当内窥模块已经位于人体内部，微型渐变折射率棱镜对准(或紧贴)待检测部位，则激光器发射的激光会通过微型渐变折射率棱镜到达待检测部位，本实施例中为了实现对待检测部位的荧光寿命检测，预先在待检测部位上注射了具有靶向性的载药荧光染料，在激光器发射的激光的激发下，荧光染料发出荧光。本实施例中镜片组除了传输激光，还具有对激光进行聚焦的作用，传输到传像光纤束的激光是镜片组聚焦之后的激光。
[0026] 荧光寿命成像模块包括滤光片17、具有光子数统计和光电转化功能的单光子计数器18以及具有光谱分析功能的控制器19，滤光片17位于二向色镜12和单光子计数器18之间，控制器19与单光子计数器18、激光器11以及扫描振镜13连接，从微型渐变折射率棱镜16射入的光依次经过传像光纤束15、镜片组14、扫描振镜13、二向色镜12和滤光片17到达单光子计数器18。
[0027] 本实施例的滤光片的作用包括滤除激光器发出的激光经二向色镜后向滤光片传输的部分，降低激光对荧光寿命成像的干扰，所以滤光片的参数可根据其需要滤除的激光的
波长范围来选择，本实施例对此没有限定。为了深入人体内部检测，本实施例的传像光纤束具有柔性结构。
[0028] 在图1以及图2和图3中，灰色的线条表示光传输的路径，可以想到的是，镜片组14和传像光纤束之间可以通过某种结构，保证光的传输路径，例如设置管状的
外壳，镜片组安装在该管状外壳内，传像光纤束的一端与管状外壳的一个管口对准连接，管状外壳的另一个管口与激光在扫描振镜上的出光口对准。
[0029] 本实施例中，传像光纤束中具有多个光纤纤芯，扫描振镜会将从二向色镜传来的激光依次扫描到传像光纤束的不同光纤纤芯上。每根光纤纤芯传输的激光照射到待检测部位，都会激发待检测部位上的荧光染料发光，每根光纤纤芯照射的区域发出的荧光又通过微型渐变折射率棱镜进入对应的光纤纤芯，再通过镜片组14、扫描振镜13、二向色镜12和滤光片17到达单光子计数器18。单光子计数器对光子进行计数以及进行光电转化，将光电转化的结果发送给控制器19，控制器19得到待检测区域的荧光图像，其中因为传像光纤束中的光纤间隔，该荧光图像上会有网格，控制器可以通过高斯滤波
算法进行去噪处理，去除荧光图像中的网格，再经过其它的处理得到校正的荧光图像。基于荧光图像或者单光子计数器得到的其它信息最终得到待检测区域的荧光寿命分布图像。
[0030] 参见图2，本实施例的一个示例中，内窥成像装置还包括外壳10，上述的激光器11、二向色镜12、扫描振镜13、镜片组14、滤光片17以及单光子计数器18设置在外壳10内，控制器上还设置有显示屏模块，该显示屏模块的显示屏和控制器的机械按钮等外露于上述的外壳，其它的控制器部分位于外壳内，显示屏模块可用于显示荧光寿命分布图像等数据。本实施例的激光器还可以设置
开关按钮，该开关按钮外露于外壳。可选的，显示屏模块还可以具有触控功能，为用户提供更简便的操作方式，在本实施例的控制器与激光器、扫描振镜和单光子计数器连接的
基础上，可通过显示屏模块的触控功能，对激光器、扫描振镜、单光子计数器的开启和关闭以及工作状态进行控制。
[0031] 可选的，如图2所示，在本实施例的一个示例中内窥成像装置的镜片组14包括平场透镜141、筒镜142和聚焦物镜143。筒镜142位于平场透镜141和聚焦物镜143之间，平场透镜141设置在靠近扫描振镜13一侧，聚焦物镜143设置在靠近传像光纤束15一侧，通过扫描振镜的激光依次经过平场透镜、筒镜和聚焦物镜到达传像光纤束。当然，可以理解的是，本实施例的镜片组并不限于由平场透镜、筒镜和聚焦物镜按照图2中的结构构成，还可以由其它可实现相同功能的镜片组合而成。平场透镜141、筒镜142和聚焦物镜143等镜片的参数，例如厚度，折射率，聚焦镜片的焦距等等，可以根据实际的需要选择，本实施例对此没有限制。
[0032] 本实施例中，激光器11和二向色镜12之间的光路为第一光路，二向色镜12和扫描振镜13之间的光路为第二光路，二向色镜12和滤光片17之间的光路为第三光路。参见图1，第一光路和第二光路在一条
水平直线上，第三光路垂直于第一光路以及第二光路，激光器发出的激光经过二向色镜的透射传输到扫描振镜；从微型渐变折射率棱镜射入的光依次经过传像光纤束、镜片组和扫描振镜的传输到达二向色镜，经二向色镜的反射后通过滤光片的传输到达单光子计数器。
[0033] 但是，可以理解的是，在本实施例中，激光器、二向色镜，扫描振镜、单光子计数器等的相对
位置的设置并不是只有图1中的方式。参见图3，在本实施例的另一个示例中，第三光路和第二光路在一条水平直线上，第一光路垂直于第二光路以及第三光路，激光器11发出的激光经过二向色镜12的反射传输到扫描振镜13；从微型渐变折射率棱镜16射入的光依次经过传像光纤束15、镜片组14(包括141-143)和扫描振镜13的传输到达二向色镜12，经二向色镜12的透射后，通过滤光片17到达单光子计数器18。
[0034] 在图1中，扫描振镜、平场透镜、筒镜和聚焦物镜位于垂直于第二光路的光路中，本实施例的另一个示例中，还可以对扫描振镜、平场透镜、筒镜和聚焦物镜进行调整，使得扫描振镜、平场透镜、筒镜和聚焦物镜与第二光路在同一直线上，当然，可以理解的是，传像光纤束的位置也需要随之进行改变以便从聚焦物镜射出的激光进入传像光纤束。
[0035] 可选的，为了使得本实施例的内窥成像装置可激发的荧光染料的种类更多，选择范围更大，适用性更广，本实施例的激光器为可调谐超短
脉冲激光器，采用可调谐超短脉冲激光器，内窥成像装置有实现非线性成像的能力。可选的，可调谐超短脉冲激光器的脉冲宽度为飞秒量级，聚焦后可实现双光子荧光寿命成像，改善成像深度。可选的，可调谐超短脉冲激光器的输出波段在400-1300nm，包含多种荧光染料的激发波长。
[0036] 在实际检测的时候，若是待检测部位的面积较大，一次检测可能不能
覆盖所有的待检测部位，需要移动传像光纤束，为了实现检测的自动化，本实施例的内窥成像装置还包括位移控制装置，该位移控制装置与传像光纤束和控制器连接，具有控制传像光纤束移动的功能。可选的，位移控制装置可以采用现有的
机械臂结构实现，机械臂的一端连接在传像光纤束上，机械臂与控制器连接，可在控制器的控制下带动传像光纤束转动或移动等等。
[0037] 可选的，本实施例中控制器与扫描振镜、激光器、位移控制装置以及单光子计数器之间均采用同轴
电缆进行连接。当然，本实施例中的控制器与扫描振镜、激光器、位移控制装置以及单光子计数器之间的连接可采用其它可行的连接方式，本实施例对此没有限制。
[0038] 为了解决上述的技术问题，本实施例基于上述的内窥成像装置的结构提出了荧光寿命分布图像的获取方法，本实施例中控制器中存储有扫描振镜、激光器、单光子计数器以及位移控制装置的控制
软件。该荧光寿命分布图像的获取方法通过上述的内窥成像装置实现，参见图4，本实施例的荧光寿命分布图像的获取方法包括：
[0039] 步骤401、激光器发射激光；
[0040] 在本实施例中，为了使得荧光寿命分布图像更准确，需要保证目标区域(上述示例中的待检测部位)内注射的荧光染料的激发程度，所以激光器发射的激光的输出波长需要先确定。在步骤401之前，还包括：确定目标区域中(注射或待注射)的荧光染料的激发波长，根据该激发波长确定激光的实际波长，根据该激光的实际波长调节激光器的输出波长。
[0041] 步骤402、扫描振镜将经二向色镜的激光依次扫描到传像光纤束的不同光纤上，其中，激光从扫描振镜射出后经镜片组到达传像光纤束的不同光纤；
[0042] 在步骤402中，激光会被扫描振镜依次扫描到传像光纤束的不同光纤上，在同一时刻，只有一根光纤纤芯上传输有激光。
[0043] 步骤403、传像光纤束将激光导入微型渐变折射率棱镜，以照射微型渐变折射率棱镜下的目标区域，其中，目标区域中注射有荧光染料；
[0044] 步骤404、从目标区域发出的荧
光信号被微型渐变折射率棱镜接收后，依次通过传像光纤束、镜片组、扫描振镜、二向色镜以及滤光片被传输到单光子计数器，其中，荧光信号由荧光染料经激光激发产生；
[0045] 步骤405、单光子计数器根据荧光进行光电转化，将转化的结果发送给控制器；
[0046] 步骤406、控制器根据转化的结果确定荧光染料在目标区域的荧光寿命分布图像。
[0047] 在步骤405中单光子计数器对光子进行计数以及进行光电转化，将光电转化的结果发送给控制器，控制器根据转化的结果进行光谱分析等处理，得到目标区域的荧光图像，其中因为传像光纤束中的光纤间隔，该荧光图像上会有网格，控制器可以通过高斯滤波算法进行去噪处理，去除荧光图像中的网格，再经过其它的处理得到校正的荧光图像。基于荧光图像和/或单光子计数器得到的其它信息最终得到目标区域的荧光寿命分布图像。
[0048] 可选的，本实施例的荧光染料为载药荧光染料，在控制器根据结果确定荧光染料在目标区域的荧光寿命分布图像后，还包括：
[0049] 控制器获取预设的荧光寿命分布图像与细胞微环境状况的对应关系；
[0050] 控制器根据目标区域的荧光寿命分布图像以及上述的对应关系，分析目标区域的细胞微环境状况；
[0051] 和/或，控制器根据目标区域的荧光寿命分布图分析目标区域的细胞中药物的释放与迁移。
[0052] 在一个示例中，若是目标区域只是待检测部位的一部分，则在步骤406之后，还包括：
[0053] 控制器控制位移控制装置移动传像光纤束使得微型渐变折射率棱镜移动到待检测部位的其它区域上进行上述步骤401-406以获取全部的目标区域的荧光寿命分布图像。
[0054] 参见图5，本实施例基于上述内窥成像装置还提出一种荧光寿命分布图像的获取方法，本实施例中控制器中存储有扫描振镜、激光器、单光子计数器以及位移控制装置的控制软件。该荧光寿命分布图像的获取方法包括以下的步骤：
[0055] 步骤501、开启扫描振镜及单光子计数器的电源；
[0056] 步骤502、开启控制器，打开扫描振镜、可调谐超短脉冲激光器与单光子计数器的控制软件；
[0057] 步骤503、开启可调谐超短脉冲激光器，根据患病区域注射的荧光染料的激发波长，调节可调谐超短脉冲激光器的输出波长；
[0058] 步骤504、对患病区域注射靶向性的载药荧光染料；
[0059] 步骤505、控制传像光纤束对准待测的患病区域，开启内窥成像装置的测试按键；
[0060] 该测试按键开启后，可调谐超短脉冲激光器发射激光，激光在二向色镜、扫描振镜、平场透镜、筒镜和聚焦物镜等的作用下进入传像光纤束，最终到达患病区域，患病区域的荧光染料在激光的激发下发出荧光，该荧光通过内窥成像装置的结构最终传输到单光子计数器(具体的传输过程见其他实施例的描述，在此不再赘述)；
[0061] 步骤506、单光子计数器对患病区域被激发的荧光信号进行获取，以及光电转化，将转化的结果传输给控制器；
[0062] 步骤507、控制器根据单光子计数器传输的信息得到患病区域的荧光寿命分布图像，控制器在显示屏上显示荧光寿命分布图像；
[0063] 步骤508、判断患病区域中是否还有未检测的区域；若是，进入步骤509，否则，进入步骤510；
[0064] 步骤509、调整传像光纤束的位置到患病区域中未检测的区域，返回步骤506；
[0065] 步骤510、在已有的荧光寿命
数据库中获取预设的荧光寿命分布图像和细胞微环境状况的对应关系，根据该对应关系以及患病区域的荧光寿命分布图像，分析患病区域的细胞微环境状况，以及患病区域中细胞中药物的释放与迁移。
[0066] 采用本实施例，可以将荧光寿命成像技术应用在临床原位检测中，实时对人体内部的区域进行荧光寿命检测，提升检测准确度，尤其是对癌症的初步诊断产生积极的影响。并且本实施例采用可调谐超短脉冲激光器，可激发荧光染料的种类多，选择范围大，适用性广，且有实现非线性成像的能力，可调谐超短脉冲激光器为飞秒级别的激光器，可实现双光子荧光寿命成像，改善成像深度。采用成像光纤传导激光与荧光信号，设备的通用性好，可原位实时对体内或深层病患部位进行监测。采用光纤束与扫描振镜结合的扫描方式，相比于传统的内窥技术，
分辨率更高。
[0067] 在本
申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些
接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0068] 作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0069] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，
说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
[0070] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0071] 以上为对本发明所提供的一种内窥成像装置和荧光寿命分布图像的获取方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
