CN103284677A

CN103284677A - 一种用于生物组织观测的成像装置

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Publication number: CN103284677A
Application number: CN2012100530329A
Authority: CN
Inventors: 熊大曦; 李蕊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种用于生物组织观测的成像装置，包括LED模组、驱动电路、匀光耦合装置，传输光学系统、图像信号记录装置、数字化信号的自动高速采样的图像信号采集装置、图像信号处理装置、切换装置。LED模组的芯片为至少两组不同中心波长的LED芯片，其为共阳极或共阴极结构，每组LED芯片能独立控制。传输光学系统实现将光能量传输到需要照明的部位；信号记录装置为CCD或其它记录器件；图像信号处理装置通过不同波段图像的重建及合成技术，生成多个波段的图像信号；本发明实现了分时多波段多级可调LED发光技术，理论上可以实现任意多个不同中心波长的窄带光成像；通过切换装置，还可以实现普通的宽带白色光成像。

Description

一种用于生物组织观测的成像装置

技术领域

本发明涉及生物组织研究及医学诊疗领域，特别涉及一种通过对组织进行病变形态学分析，从而对病理学和疾病诊断进行有效判断的用于生物组织观测的成像装置。

背景技术

生物组织的早期病变，如消化道,无论是早癌、恶性息肉、还是粘膜异生,一般都伴有血管增生,病灶表面的组织纹路异变，组织颜色异常等现象，这是判断疾病发生的有效诊疗手段，同时是对疾病的发生进行观察和病理学分析的有效方法。

传统的生物组织观测方法，如常规内镜检查，使用氙灯白光进行照射，被照射的物体表面的反射光被安置在内镜头端的电荷耦合器件（CCD）捕获。由于组织结构和血液流动改变可直接影响反射光的光谱成份，造成发射的光谱不同于反射的光谱，从而使组织细微结构的对比度不高，难以区别肿瘤性和非肿瘤性病变，造成部分疾病漏诊。随着生物医学技术的发展，内镜染色技术、放大内镜技术、超声内镜技术为疾病正确诊断提供了新的方法，但客观的讲, 以上种种方法和技术, 对于早期组织病变尤其是癌的发现而言, 仍是不够的。

最新的窄带成像技术在氙灯白光源前插入一种能旋转的干涉窄波段滤光片，利用血红蛋白分别对415 nm和540 nm的窄波光强烈吸收特点，增强二种光波长得到对比度，实现两种波段的窄带成像，使黏膜内的血管分布状况被容易识别。客观上讲，该技术对疾病诊断产生了积极地作用，应用前途广泛，但是采用窄带滤光片，增加了系统体积，增大了成本，并且限制了所使用的窄带波段数目，不能实现对组织的多波段全方位观察。

目前，虽然LED技术已经取得了飞速发展，并开始应用于对光的颜色和色温要求较高的照明或显示等领域。但是目前的LED模组不论采用传统双引脚LED芯片，还是采用共阴极或共阳极LED芯片，每个模组上所有的芯片均并联或串联由单一控制电路控制，一般只能发出特定波段的光，不能实现多波段的光谱自由发射。现有技术只能通过数个LED模组拼装来完成多光谱发射，造成设备体积较大，运用不灵活，成本较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供采用可以发射多种窄带多波段光的LED模组，并应用于所述的生物组织观测装置，实现对生物组织的研究和医学诊断。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于生物组织观测的成像装置，包括：

窄带多波段LED模组，所述窄带多波段LED模组包括高导热基板和LED芯片，所述高导热基板为金属基板或陶瓷基板，所述LED芯片为至少两组不同中心波长的LED芯片，每组LED芯片的数量为至少一个，每组LED芯片串联连接，其波段相同或不同，LED芯片为共阳极或共阴极结构；所述高导热基板上还设有线路层，所述每组LED芯片之间共阳极或共阴极电连接，所述每组LED芯片的另一端电极通过所述线路层独立引出以实现每组LED芯片能独立控制；

驱动电路，其针对所述的窄带多波段LED模组，提供低电压高电流的工作条件，能够是实现电压或电流的精确控制；

匀光耦合装置，其对从窄带多波段LED模组发出的光提供耦合接口，进行二次配光；

传输光学系统，其将光能量传输到需要照明的部位，实现所需的照明范围和光照均匀度；

图像信号记录装置，包括CCD或CMOS成像元件；

图像信号采集装置，其实现数字化信号的自动高速采样，并向上位机传输信号；

图像信号处理装置，其通过不同波段图像的重建及合成技术，生成多个波段的图像信号；

切换装置，实现窄带成像与宽带可见光成像的切换。

优选的，所述的LED芯片的中心波长范围为紫外波段到红外波段。

优选的，所述每组LED芯片各自设有独立并能控制对应组LED芯片的电路通断和电流大小的控制电路。

优选的，所述匀光耦合系统设置于窄带多波段LED模组后端。

优选的，所述的传输光学系统，为满足所需照明部位的光照强度、均匀度等方面的要求透镜的组合或者光纤结构。

优选的，所述的传输光学系统和图像信号记录装置，都位于生物组织观测用的成像装置内部，并具有可以自由拆卸的连接部。

优选的，所述的图像处理装置，包括实现图像的重建及合成的图像处理模块和记录并分析多个涉及生物组织关键指标参数的分析模块。

优选的，所述的驱动电路为实现LED模组大电流高电压下的正常工作需求的恒流驱动电路。

优选的，所述用于生物组织观测的成像装置还设有能够根据图像处理装置获得的图像信号、判断图像亮度是否在亮度标准以内、并根据判断结果进行自动调整的亮度调整装置。

优选的，所述图像处理装置设有能够对比两幅不同波段的图像、并自动对区别明显的部位做标记、便于将图像进行对比观察的多波段图像对比模块。

优选的，所述用于生物组织观测的成像装置还设有通过输入所观察的生物组织的特征信息、并结合采用宽带光进行成像时的色温等信息，可以自动调整成像光谱波段，选择一种或几种波段光进行成像，并在显示屏幕面板上对操作人员进行提示的成像波段自动选择模块，

优选的，所述用于生物组织观测的成像装置还设有可以实现不同颜色的多波段图像的同时显示以便于对比观察和判断的显示面板。

优选的，所述用于生物组织观测的成像装置还设有光能量阈值报警装置。

采用本技术方案的有益效果是：由于采用了能实现多个窄波段光出射的LED模组，从而在所述的生物组织观测装置中省略了滤光片及其相应固定夹具的使用。该LED光源模组至少包含两组不同中心波长的LED芯片，并对LED芯片采用分组独立控制，实现了分时多波段多级可调LED发光技术，理论上可以实现任意多个不同中心波长的窄带光出射，或多种窄带光复合发光，从而可以通过所述的生物组织观测装置，实现从紫外到红外多波段的成像，获得不同波段的生物组织信息，实现对生物组织多波段多角度观察。

附图说明

图1是本发明一种用于生物组织观测的成像装置的示意图；

图2是本发明一种用于生物组织观测的成像装置的窄带多波段LED模组原理示意图；

图3是本发明一种用于生物组织观测的成像装置的窄带多波段LED模组加入匀光系统的原理示意图；

图4是本发明一种用于生物组织观测的成像装置的窄带多波段LED模组增加保护罩的结构示意图；

图5为本发明一种用于生物组织观测的成像装置的工作过程示意图；

图6为本发明一种用于生物组织观测的成像装置的亮度调节系统工作原理示意图；

图7为本发明一种用于生物组织观测的成像装置的报警系统工作示意图；

图8为本发明一种用于生物组织观测的成像装置多波段图像的同时显示示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.高导热基板 2.LED芯片 3.引脚 4.匀光系统 5.光学定位孔 6.线路层 7.保护罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1，

一种用于生物组织观测的成像装置，包括：

图像信号记录装置，包括CCD或CMOS成像元件；

切换装置，实现窄带成像与宽带可见光成像的切换。

如图1所示，窄带多波段LED模组的工作原理示意图，其具体包括高导热基板1和LED芯片2，所述LED芯片2为9组不同中心波长的LED芯2片，所述每组LED芯片2的数量为一个，所述LED芯片2为共阳极结构；所述LED芯片2直接固定连接于所述高导热基板1上；所述高导热基板1上还设有线路层6，所述每组LED芯片2之间共阳极电连接，所述每组LED芯片2的另一端电极通过所述线路层6独立引脚3引出以实现每组LED芯片2能独立控制。

所述高导热基板1为金属基板，所述线路层6和金属基板之间设有绝缘层（图中未示出）。

所述9个LED芯片2的中心波长范围涵盖紫外波段到红外波段。

所述每组LED芯片2各自设有独立的控制电路单独控制。所述控制电路包括可以控制对应组LED芯片的电路通断的开关电路，还包括控制该组LED芯片的通电电流大小的电流控制电路。

本实施例中，所述的独立的控制电路独立控制，可以设立独立的电路来实现，也可以由微电脑控制相应的集成电路来实现，每个不同中心波长的LED芯片2通过设于线路层6上的独立的引脚连接于所述的独立控制电路或集成电路不同的输出引脚上，以此来实现对不同LED芯片2的实时独立的控制，可以通过在某一时间接通某个或几个LED芯片2，其余的LED芯片2处于关闭状态，此时，LED模组输出的光由这些接通电源的LED芯片2发出的光的合成光，从而实现了对光源中心波长的调节控制。LED芯片2的组数可以是两组、三组、四组，或是其他任意数量，通过集成不同组数的LED芯片2，可以实现不同调整级数。其中，每组LED芯片2的数量可以是1个，也可以是2个、3个、4个，或是其他任意数量，每组LED芯片2串联连接，并由同一个控制电路或集成电路的同一引脚控制，这可以实现不同流明的输出，达到需要的亮度。

实施例2，

如图2所示，其余与实施例1相同，不同之处在于，所述LED模组还包括设置于所述LED芯片的光出射端使所有LED芯片射出的光均通过其进行匀光、使各个芯片发出的光通过一个统一的接口出射、保证光束出射方向和角度的统一性的匀光系统4。该匀光系统4另一种名称是光耦合器，该匀光系统4安装于所有LED芯片发光面的上方，LED芯片发出的光，耦合到光耦合器中，光线从其入射端入射，沿光轴传播，最后从其出射端出射，在这一过程中，光线发光角度被压缩，同时通过多次反射，光线出射均匀度得到提高。所述光耦合器可以为积分棒、反光碗和透镜组中任意一种或数种组合。这在本申请人在先申请的专利一种高亮度LED光源装置和一种高亮度LED光源耦合器中也有说明和描述。

上述实施例1和实施例2中，所述LED模组还可以增设有保护罩7，如图3所示，所述保护罩7包括边框和设于边框上或与边框为一整体的透明窗，所述保护罩设于所述LED芯片的上面。以增加防尘防污和防止LED芯片意外损坏。

上述实施例1和实施例2的工作原理如图4所示，该装置开始工作后，首先输入获得生物组织的特征参数信息，并进入宽带观测模式，在该种模式下对装置获取的图像信号进行处理，系统会据此对模式切换需求进行判断，如果不需要模式切换，则继续以宽带模式进行观测；如果需要切换到窄带成像模式，则切换到根据图像信息初步判断的优选波段，进入该波段的窄带成像模式，装置在该模式下对图像信号进行分析处理，判断是否需要切换观测波段，如果判断结果为真，则切换到相应的观测波段，同时，如果产生手动切换信号，则该手动信号优先级最高，切换到该观测波段，最后图像选择性的显示在屏幕上，可以单幅显示，也可以多幅显示。

上述实施例中，所述的传输光学系统，为满足所需照明部位的光照强度、均匀度等方面的要求透镜的组合或者光纤结构。可以根据需要来选择。

其中，所述的传输光学系统和图像信号记录装置，都位于生物组织观测用的成像装置内部，并具有可以自由拆卸的连接部。

所述的图像处理装置，包括实现图像的重建及合成的图像处理模块和记录并分析多个涉及生物组织关键指标参数的分析模块。

所述的驱动电路为实现LED模组大电流高电压下的正常工作需求的恒流驱动电路。

所述图像处理装置设有能够对比两幅不同波段的图像、并自动对区别明显的部位做标记、便于将图像进行对比观察的多波段图像对比模块。

所述用于生物组织观测的成像装置还设有通过输入所观察的生物组织的特征信息、并结合采用宽带光进行成像时的色温等信息，可以自动调整成像光谱波段，选择一种或几种波段光进行成像，并在显示屏幕面板上对操作人员进行提示的成像波段自动选择模块。

实施例3，

在上述实施例的基础上，所述用于生物组织观测的成像装置还设有能够根据图像处理装置获得的图像信号、判断图像亮度是否在亮度标准以内、并根据判断结果进行自动调整的亮度调整装置。

如图5所示，为本发明一种用于生物组织观测的成像装置的亮度调节示意图，装置开始工作后，图像处理装置会通过内部的信号处理，判断图像信号的亮度是否适合观察，如果过亮或过暗，则装置通过控制系统，对驱动电路的电流或电压进行调节，通过反复几次反馈，达到合适的亮度。

实施例4，

在上述实施例的基础上，所述用于生物组织观测的成像装置还设有光能量阈值报警装置。

如图6所示，为本发明一种生物组织观测装置的报警系统示意图，装置开始工作后，如果模式处在紫外或红外波段，由于该波段对人体有伤害作用，因此，报警装置会随时监测紫外或红外波段有没有超过规定阈值，如果超过阈值，则将切断电源，保护人体组织不受伤害。

实施例5，

在上述实施例的基础上，所述用于生物组织观测的成像装置还设有可以实现不同颜色的多波段图像的同时显示以便于对比观察和判断的显示面板。

如图7所示，为本发明一种生物组织观测装置的屏幕显示原理图，该屏幕单幅图像显示，还可以选择多幅图像同时显示，将多幅图像同时显示，有利于对比观察，获得清晰的对比度，提高医疗诊断的准确性。

采用上述技术方案的有益效果是：采用了窄带多波段LED模组光源，由于采用封装至少两组不同中心波长的LED芯片，并对LED芯片采用分组独立控制，本发明实现了分时多波段多级可调LED发光技术，理论上可以实现任意多个不同中心波长的窄带光出射，或多种窄带光复合发光，实现多级可调LED光源。

该光源装置可以实现多种波长的成像，相比现有的窄带成像技术，波长选择性更多，实现了对生物组织更全面的观察。

该装置摒弃了传统的性能低、灵活性差、成本高的滤光片，有利于仪器的小型化。

该装置包含了亮度调节装置，报警装置，多波段图像显示技术，比现有技术更安全可靠，操作更加方便，更准确。

在本发明中，除了窄带多波段LED模组，其余电路及模块，均在相应领域的现有技术中有成熟的技术，因此在此不在赘述。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，包括：

图像信号记录装置，包括CCD或CMOS成像元件；

切换装置，实现窄带成像与宽带可见光成像的切换。

2.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述的LED芯片的中心波长范围为紫外波段到红外波段。

3.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述每组LED芯片各自设有独立并能控制对应组LED芯片的电路通断和电流大小的控制电路。

4.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述匀光耦合系统设置于窄带多波段LED模组后端。

5.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述的传输光学系统，为满足所需照明部位的光照强度、均匀度等方面的要求透镜的组合或者光纤结构。

6.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述的传输光学系统和图像信号记录装置，都位于生物组织观测用的成像装置内部，并具有可以自由拆卸的连接部。

7.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述的图像处理装置，包括实现图像的重建及合成的图像处理模块和记录并分析多个涉及生物组织关键指标参数的分析模块。

8.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述的驱动电路为实现LED模组大电流高电压下的正常工作需求的恒流驱动电路。

9.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述用于生物组织观测的成像装置还设有能够根据图像处理装置获得的图像信号、判断图像亮度是否在亮度标准以内、并根据判断结果进行自动调整的亮度调整装置。

10.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述图像处理装置设有能够对比两幅不同波段的图像、并自动对区别明显的部位做标记、便于将图像进行对比观察的多波段图像对比模块。

11.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述用于生物组织观测的成像装置还设有通过输入所观察的生物组织的特征信息、并结合采用宽带光进行成像时的色温等信息，可以自动调整成像光谱波段，选择一种或几种波段光进行成像，并在显示屏幕面板上对操作人员进行提示的成像波段自动选择模块。

12.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述用于生物组织观测的成像装置还设有可以实现不同颜色的多波段图像的同时显示以便于对比观察和判断的显示面板。

13.根据权利要求1所述的用于生物组织观测的成像装置，其特征在于，所述用于生物组织观测的成像装置还设有光能量阈值报警装置。