微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型微循環(huán)成像監(jiān)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制，并投射到組織表面；反射成像模塊收集在組織內部向后散射并返回皮膚表面的光線，光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置。本發(fā)明提供的裝置體積小，可以置于患者口中或其他受到體積限制的部位，以實現(xiàn)穩(wěn)定、長時間的微循環(huán)監(jiān)測。而且，除了一般病人以外，對于昏迷、休克、手術過程中等難以配合醫(yī)生做出相應反應的病人也可以進行微循環(huán)監(jiān)測。本發(fā)明還公開了一種微循環(huán)成像監(jiān)測方法。
【專利說明】微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物光學成像【技術領域】，尤其涉及一種微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置和方法。
【背景技術】
[0002]在人體血液循環(huán)系統(tǒng)中，微循環(huán)是指微動脈和微靜脈之間的血液循環(huán)，是輸送氧氣和營養(yǎng)物質給組織細胞并運走二氧化碳C02和代謝產(chǎn)物的最終環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。
[0003]在某些疾病如糖尿病血管并發(fā)癥、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(huán)障礙往往是主要的甚至是關鍵的發(fā)病環(huán)節(jié)，因而微循環(huán)監(jiān)測對這些疾病的防治有重要意義。特別是實現(xiàn)快速簡單地監(jiān)測危重病人的微循環(huán)狀況，早期發(fā)現(xiàn)休克(微循環(huán)衰竭)征兆等，對于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于正交偏振成像方法的微循環(huán)成像裝置，在一定程度上實現(xiàn)對微循環(huán)的無創(chuàng)、實時監(jiān)測。上述裝置具有共同技術特征，為其成像光學系統(tǒng)均采用折射式光學系統(tǒng)。但是目前的基于正交偏振成像的微循環(huán)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(huán)圖像時，需要醫(yī)生手持裝置把手或者用其他配套設備固定裝置，由于醫(yī)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(huán)圖像需要的準備時間長而且無法獲得長時間的穩(wěn)定圖像。另一方面，上述裝置，在記錄微循環(huán)圖像過程中，需要病人按照醫(yī)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(tài)并向醫(yī)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(yī) 生做出相應反應的病人。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，可以快速獲得被測者微循環(huán)圖像，且可以獲得穩(wěn)定長時間的微循環(huán)圖像；可以對昏迷、休克、手術過程中等難以配合醫(yī)生做出相應反應的病人實施實時連續(xù)的微循環(huán)監(jiān)測。
[0006]為解決以上技術問題，本發(fā)明實施例提供一種微循環(huán)成像監(jiān)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(huán)監(jiān)測裝置實現(xiàn)微型化。將監(jiān)測裝置置于病人舌下或吸附在其他待檢測部位就可以進行微循環(huán)監(jiān)測。操作簡單無需病人進行復雜的配合。特別是，在手術過程中，將監(jiān)測裝置吸附在病人腸系膜或其他器官組織表面上，可以實現(xiàn)在手術過程中對病人的微循環(huán)狀況進行實時監(jiān)測。
[0007]本發(fā)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，用于提供符合微循環(huán)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，用于將所述照明光束投射到組織表面，并將照明光通道和成像光通道隔離；
所述反射成像模塊，用于收集在組織內部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置。
[0009]所述圖像接收裝置，用于對組織內部圖像進行接收，并將獲得的圖像信號傳輸給數(shù)據(jù)處理器進行處理。
[0010]在一種可實現(xiàn)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(jīng)過所述第一反射鏡后形成匯聚光束，并入射到第二反射鏡。
[0012]所述第二反射鏡具有正光焦度，由所述第一反射鏡反射后的光線，經(jīng)過第二反射鏡反射后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]所述轉向反射鏡位于所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用于將成像光路轉向 90。。
[0015]本發(fā)明還進一步提供了一種微循環(huán)成像監(jiān)測方法。所述方法包括以下步驟:
啟動光源發(fā)出照明光束；
將所述照明光束經(jīng)過調制后并投射到組織表面；
收集在組織內部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置；
對所述成像進行采集；
進一步地，所述微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置對所述成像進行采集之后，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(huán)信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是微型微循環(huán)成像監(jiān)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(fā)明提供的一種微型微循環(huán)成像監(jiān)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(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)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(huán)成像監(jiān)測裝置的一個結構示意圖。
[0020]在本實施例中，所述的微循環(huán)成像監(jiān)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用于提供符合微循環(huán)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，用于將照明光束投射到組織表面，并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(huán)狀腔體結構。其中外環(huán)為照明光通道102，內環(huán)為成像光通道103。外環(huán)和內環(huán)之間具有光學隔離的分界面104。光源模塊101發(fā)出光束經(jīng)過照明光通道102引導，投射到組織表面，并在組織表面上形成一個環(huán)形的照明光斑。由于照明光通道和成像光通道之間具有光學隔離的分界面104，當裝置處于接觸組織表面狀態(tài)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(xiàn)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于收集在組織內部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后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(jīng)過成像光通道到達所述第一反射鏡105。并在第一反射鏡反射后形成匯聚光束，并入射到第二反射鏡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反射后的光線，經(jīng)過第二反射鏡反射后成像到場鏡透鏡組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位于所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用于將成像光路轉向90°。
[0029]所述圖像接收裝置109對所述成像進行采集。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(huán)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(fā)出的入射光束，經(jīng)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，并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(jīng)過多次散射，再次回到組織表面進入成像光通道。并依次經(jīng)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。由于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后向散射光再次回到組織表面，并進入成像光路。所以該圖像看起來猶如背照式。由于低于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(xiàn)為亮背景下的暗圖案。
[0033]在本發(fā)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折疊，縮短物面到像面的距離，以使裝置實現(xiàn)微型化。對于本發(fā)明的優(yōu)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(xiàn)微循環(huán)監(jiān)測裝置的微型化。
[0034]表1
【權利要求】
1.一種微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，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，用于提供照明光束； 所述表面反射過濾模塊，用于將所述照明光束投射到組織表面，并將照明光通道和成像光通道隔離； 所述反射成像模塊，用于收集在組織內部向后散射并返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后成像到圖像接收裝置； 所述圖像接收裝置，用于對微循環(huán)圖像進行接收，并將獲得的圖像信號傳輸給數(shù)據(jù)處理器進行處理。
2.如權利要求1所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，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(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，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(jīng)過所述第一反射鏡后形成匯聚光束，并入射到第二反射鏡； 所述第二反射鏡具有正光焦度，由所述第一反射鏡反射后的光線，經(jīng)過第二反射鏡反射后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； 所述轉向反射鏡位于所述第二反射鏡和所述場鏡透鏡組之間，用于將成像光路轉向90。。
4.如權利要求1所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，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(tǒng)； 以此過濾表面反射光的影響，提高微循環(huán)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(huán)形腔狀結構，其中外環(huán)為照明光通道，內環(huán)為成像光通道，外環(huán)和內環(huán)之間具有光學隔離的分界面。
6.所述照明光經(jīng)過表面反射過濾模塊后被調制成環(huán)形照明光斑。
7.如權利要求1所述的微型微循環(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光源模塊提供照明光波長λ符合微循環(huán)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(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，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(huán)成像監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置還包括數(shù)據(jù)處理器；所述數(shù)據(jù)處理器與所述圖像接收裝置連接，用于接收所述圖像接收裝置所獲得的圖像信號，并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(huán)信息。
10.一種微循環(huán)成像監(jiān)測方法，其特征在于，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(huán)監(jiān)測裝置實現(xiàn)微型化；所述方法包括以下步驟:步驟一，啟動光源發(fā)出照明光束；步驟二，將所述照明光束經(jīng)過調制并投射到組織表面；步驟三，收集進入組織內部并經(jīng)過多次散射后返回皮膚表面的光線，所收集的光線經(jīng)過反射鏡多次反射匯聚后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(huán)成像監(jiān)測方法，其特征在于，所述對成像進行采集之后，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(huán)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(yōu)先權日:2013年11月15日
【發(fā)明者】劉滿林, 滕升, 亞歷克斯·布蘭多, 羅曉川 申請人:廣州醫(yī)軟智能科技有限公司