宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，是在现有的电子阴道镜的基础上，引入先进的宽场光学断层成像技术，宽场光学断层成像模块通过改造后的阴道镜主体镜体上的光纤接口与阴道镜结合，通过获得不同深度的反射面干涉光信号，能够完成对应的多层二维平面图像的采集，实现将阴道镜成像深度延伸到表皮以下；还可以将这些采集到的信号进行三维重建，以获得三维层析图像，从而从三维维度对宫颈癌早期病变做出定位和诊断，为治疗和研究提供可靠依据。
【专利说明】宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于医学成像仪器领域，具体涉及一种宽场光学相干断层电子阴道镜成像 系统。 现有技术
[0002] 目前，阴道镜及阴道镜技术在临床上已得到广泛的应用，是女性宫颈疾病检查的 重要工具，主要包括开放式阴道镜主镜体部分、白光光源；所述主镜体部分设置有位于阴道 镜成像光路中的合束光路、宫内照射光输出端口、宫内反射光接收端口；在进行阴道镜检查 时，只需用窥阴器暴露阴道、宫颈和生殖器，在距离阴道口或生殖器约20厘米处，将阴道镜 镜头对准宫颈或生殖器上表皮组织，调好焦距，通过电脑屏幕观察放大的宫颈图像或生殖 器上表皮图像。电脑可以储存和回放这些图像，便于随访观察治疗效果。在检查过程中，病 人无痛苦。因此，阴道镜已广泛应用于阴道、宫颈疾病、生殖器病变的检查。这些阴道镜只 能提供对表面的放大成像，而对皮下的病变无法观察到，通常医生只能作初步判断，还需要 另外进行组织活检。
[0003] 现有用于宫颈癌早期癌变往往发生在粘膜层以下，早期筛查的阴道镜虽然能获得 阴道粘膜上上皮的基本形态，无法对深层次组织进行检查，因此诊断准确性不足。目前还没 有一种针对活体宫颈粘膜上皮进行深度成像诊断的仪器。
[0004] 光学相干断层成像是利用弱相干光干涉仪的基本原理，可以检测生物组织不同深 度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三 维结构图像。光学相干断层成像是一种新的光学诊断技术，可进行活体眼组织显微镜结构 的非接触式、非侵入性断层成像。光学相干断层成像是超声的光学模拟品，但其轴向分辨率 取决于光源的相干特性，可达IOum,且能在生物组织中达到3mm左右的穿透深度。因此，如 何将光学相干断层成像与阴道镜有机结合使用，来实现在活体组织的情况下准备定位定性 对阴道粘膜或早期肿瘤进行详尽的检查尤为迫切。
【发明内容】
[0005] 为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种宽场光学相干断层电子阴道 镜成像系统，能够完成一个二维平面图像的采集，将阴道镜成像深度延伸到表皮以下，从而 实现对宫颈表皮以下的病变提供定性和定位诊断。
[0006] 为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0007] -种宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，包括开放式阴道镜主镜体部分、白 光光源；所述主镜体部分设置有位于阴道镜成像光路中的合束光路、宫内照射光输出端口、 宫内反射光接收端口；
[0008] 其特征在于：还包括可见与红外双模式成像单元、宽场光学断层成像模块；所述 主镜体部分还增设有用于接入宽场光学断层成像模块的干涉红外光源的干涉光输入接口、 用于接入白光和红外光源的照明光输入接口和位于所述合束光路中的分光片；所述可见与 红外双模式成像单元设于合束光路的输出接口；
[0009] 所述宽场光学断层成像模块上设有红外照明光源输出接口和干涉红外光源输出 接口；红外照明光源输出接口经光导连接所述主镜体部分的照明光输入接口，干涉红外光 源输出接口经光导连接所述主镜体部分的干涉光输入接口；
[0010] 所述白光光源和所述宽场光学断层成像模块输出的红外照明光源同时输入主镜 体部分的照明光输入接口，经主镜体部分的照射光输出端口输出照射，白光光源和红外照 明光源的反射光经主镜体部分的反射光接收端口收集到所述合束光路传输至所述分光片； 所述宽场光学断层成像模块输出的红外干涉光源经所述主镜体部分的干涉光输入接口传 输至所述分光片，在所述分光片中与红外照明光源的反射光发生干涉，获得反射处对应深 度的面干涉光信号，白光光源反射光信号和所述的面干涉光信号传输至所述可见与红外双 模式成像单元成像。
[0011] 优先的，本发明所述宽场光学断层成像模块包括红外超辐射光源，光纤耦合器，光 学延迟线平台，红外超辐射光源发射的超辐射光通过光纤耦合器分为两束，一束作为红外 照明光源经红外照明光源输出接口输出；另一束传输到光学延迟线平台后再反射回所述耦 合器，作为干涉红外光源经红外干涉光源输出接口输出。
[0012] 优先的，本发明所述光学延迟线平台由一步进电机和压电陶瓷组成的双精度光学 延迟线平台。
[0013] 优先的，本发明所述分光片为一块50/50分光镜。
[0014] 优先的，本发明所述可见与红外双模式成像单元包括二向色镜、红外摄像头和可 见光摄像头，所述面干涉光信号通过二向色镜直射入红外摄像头，白光光源反射光信号通 过二向色镜反射进入可见光摄像头。
[0015] 进一步的，本发明还包括用于显示白光图像和光学断层成像三维重建结构的显示 的医用监视器。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017] (1)本发明系统是在现有的电子阴道镜的基础上，引入先进的宽场光学断层成像 技术，宽场光学断层成像模块通过改造后的阴道镜主体镜体上的光纤接口与阴道镜结合， 通过获得不同深度的反射面干涉光信号，能够完成对应的多层二维平面图像的采集，实现 将阴道镜成像深度延伸到表皮以下；
[0018] (2)由于与阴道镜共用光学成像光路，光学断层成像模块可实现宽光束照明 (> 5_)的成像，在共路的宽场成像光路下，对宫颈粘膜及其病变可放大10-60倍，可对宫 颈表皮2mm深的范围内进行高分辨率实时成像。
[0019] (3)还可以将这些采集到的信号进行三维重建，以获得三维层析图像，从而从三维 维度对宫颈癌早期病变做出定位和诊断，为治疗和研究提供可靠依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的改进的电子阴道镜主镜体示意图；
[0021] 图2是本发明的宽场光学断层成像模块示意图；
[0022] 图3为主镜体和宽场光学断层成像模块组合后的连接示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步的详述：
[0024] 如图1所示，为本发明中经改进的阴道镜主镜体示意图，在主镜体上设置有位于 阴道镜成像光路中的合束光路1-4、宫内照射光输出端口 1-2、宫内反射光接收端口 1-3、观 察目镜1-8 ;另外，在主镜体部分增设用于接入宽场光学断层成像模块的干涉红外光源的 干涉光输入接口 1-6、用于接入的白光照明光和红外光源（扫频光）输入接口 1-1，在合束 光路中增加安装一块50/50分光镜1-5 ;合束光路的输出接口安装可见与红外双模式成像 单元，红外双模式成像单元包括二向色镜2-1、红外摄像头2-2和可见光摄像头2-3,二向色 镜2-1准对合束光路的输出接口安装，二向色镜2-1的直射端面准对红外摄像头2-2。二向 色镜2-1的反射端面准对可见光摄像头2-3。
[0025] 图2是本发明中的光学断层成像模块组成示意图。光学断层成像模块包括一个2 对2的光纤耦合器4-2,红外超辐射光源4-1和双精度光学延迟线平台，光学延迟线平台由 一步进电机4-3和压电陶瓷4-4组成。红外超辐射光源4-1发射的超辐射光通过光纤耦合 器4-2分为两束，一束作为红外照明光源经红外照明光源输出接口 4-7输出；另一束传输入 由步进电机4-3和压电陶瓷4-4组成的双精度光学延迟线平台后，再经反射镜4-5反射回 耦合器4-2,作为干涉红外光源经红外干涉光源输出接口 4-6输出。红外照明光源输出接口 4-7经光纤连接主镜体部分的照明光输入接口 1-1，干涉红外光源输出接口 4-6经光纤连接 主镜体部分的干涉光输入接口 1_6。
[0026] 上述实施例中的主要部件均可选用现售的产品，如可见摄像机2-3可选用basler acA2040-25gc产品，具体参数：响应波段400-900nm，像素数2046x204帧率60fps;红外摄 像机2-2可选用SensorsUnlimitedGA1280JSX产品，具体参数：响应波段900-1500nm，像 素数1024x1024,成像速率60fps。二向色镜2-1可选用Edmond0ptics69-874产品，具体参 数：长通短反，截止波长900nm;光纤耦合器4-2可选用航嘉光通信公司的产品，具体参数： 2分2耦合，红外波段900-1300nm，单模双窗。红外超辐射光源4-1可选用ExalosESS320040 产品，具体参数：中心波段1300nm，谱宽>100nm，扫频速率>90kHz，功率>10mW。另外红外 超辐射光源4-1和白光光源1-7也可以合为一个光源主机。在具体实施中也可选用其他同 类的产品，不 例举。
[0027] 如图3,白光光源和宽场光学断层成像模块输出的红外照明光源同时输入主镜体 部分的照明光输入接口 1-1，经主镜体部分的照射光输出端口 1-2输出照射光，白光光源和 红外照明光源的反射光经主镜体部分的反射光接收端口 1-3收集到合束光路1-4传输至 分光片1-5 ;宽场光学断层成像模块输出的红外干涉光源经主镜体部分的干涉光输入接口 1-6也传输至分光片1-5,在分光片中与红外照明光源的反射光发生干涉，获得反射处对应 深度的面干涉光信号，面干涉光信号通过二向色镜直射入红外摄像头采集，通过干涉相移 得到对应深度的干涉图像；红外摄像头一次采集一个深度，不同深度图像可以在后级处理 的主机中重建出三维结构。白光光源反射光信号通过二向色镜反射进入可见光摄像头，可 以生成表面图像。
[0028] 由于红外摄像头采集到的干涉图携带包括强度、相位、频率等丰富信息，但干涉图 本身并不能直接反映样品的结构，需要借助调制相位和相移重构算法来还原样品结构图 像，具体来说，需要样品或者参考镜移动特定的或者相等的步长，再用这样调节相位后得到 的干涉图计算出强度和相位信息。本发明系统应用现有技术的四步分步相移算法进行结构 图重建。
[0029] 干涉信号表示为
[0030]
【权利要求】
1. 一种宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，包括开放式阴道镜主镜体部分、白光 光源；所述主镜体部分设置有位于阴道镜成像光路中的合束光路、宫内照射光输出端口、宫 内反射光接收端口； 其特征在于：还包括可见与红外双模式成像单元、宽场光学断层成像模块；所述主镜 体部分还增设有用于接入宽场光学断层成像模块的干涉红外光源的干涉光输入接口、用于 接入白光和红外光源的照明光输入接口和位于所述合束光路中的分光片；所述可见与红外 双模式成像单元设于合束光路的输出接口； 所述宽场光学断层成像模块上设有红外照明光源输出接口和干涉红外光源输出接口； 红外照明光源输出接口经光导连接所述主镜体部分的照明光输入接口，干涉红外光源输出 接口经光导连接所述主镜体部分的干涉光输入接口； 所述白光光源和所述宽场光学断层成像模块输出的红外照明光源同时输入主镜体部 分的照明光输入接口，经主镜体部分的照射光输出端口输出照射，白光光源和红外照明光 源的反射光经主镜体部分的反射光接收端口收集到所述合束光路传输至所述分光片；所述 宽场光学断层成像模块输出的红外干涉光源经所述主镜体部分的干涉光输入接口传输至 所述分光片，在所述分光片中与红外照明光源的反射光发生干涉，获得反射处对应深度的 面干涉光信号，白光光源反射光信号和所述的面干涉光信号传输至所述可见与红外双模式 成像单元成像。
2. 根据权利要求1所述宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，其特征在于：所述宽 场光学断层成像模块包括红外超辐射光源，光纤耦合器，光学延迟线平台，红外超辐射光源 发射的超辐射光通过光纤耦合器分为两束，一束作为红外照明光源经红外照明光源输出接 口输出；另一束传输到光学延迟线平台后再反射回所述耦合器，作为干涉红外光源经红外 干涉光源输出接口输出。
3. 根据权利要求2所述宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，其特征在于：所述光 学延迟线平台由一步进电机和压电陶瓷组成的双精度光学延迟线平台。
4. 根据权利要求1所述宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，其特征在于：所述分 光片为一块50/50分光镜。
5. 根据权利要求1所述宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，其特征在于：所述可 见与红外双模式成像单元包括二向色镜、红外摄像头和可见光摄像头，所述面干涉光信号 通过二向色镜直射入红外摄像头，白光光源反射光信号通过二向色镜反射进入可见光摄像 头。
6. 根据权利要求1-5任一项所述宽场光学相干断层电子阴道镜成像系统，其特征在 于：还包括用于显示白光图像和光学断层成像三维重建结构的显示的医用监视器，及与医 用监视器连接便于操作的控制键盘。
【文档编号】A61B1/07GK104305955SQ201410621344
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】刘俊, 刘满林, 王翰林, 安昕, 张浠 申请人:佛山市南海区欧谱曼迪科技有限责任公司