一种用于生物光谱扫描技术的图像滤波强度增强装置的制作方法

本发明涉及一种新型的用于基于生物光谱扫描技术的非侵入式宫颈癌早期筛查设备的偏振荧光光谱图像滤波强度增强装置。

背景技术：

宫颈癌是最常见的恶性肿瘤之一，在我国宫颈癌的发生占女性生殖道恶性肿瘤的第一位。在中国，每年宫颈癌发病人数约为13万，约5万人死亡。宫颈癌早期发现治愈率可达100％，因此，早期筛查、早期发现、早期治疗对于治愈宫颈癌有着非常重要的现实意义。近年来，光子成像——一种新型无损生物医学成像技术发展迅速，它结合了纯光学成像和纯超声成像的优点，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。作为新一代的生物医学影像技术，光子成像能够有效的进行生物组织结构和功能成像，为研究生物组织的形态结构，生理特征，病理特征，代谢功能等提供了重要手段。

发明人发现传统的生物光子成像技术对于弱强度生化信号灵敏度较差，容易受到背景光的干扰、无法反映宫颈癌的特征，荧光图谱特征提取不足，影响识别精度。目前宫颈荧光图谱的获取和处理数据缺少有效的检测及提取手段，无法有效的实现后期宫颈癌病变的定位及识别。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明目的在于提出一种用于生物光谱扫描技术的图像滤波强度增强装置，通过偏振荧光光谱图像滤波强度增强技术，实现对信号较弱或者受到背景光干扰的荧光光谱图像进行增强，从而使得荧光光谱图像得到增强，能够更好的反应宫颈癌特征，从而对后期宫颈癌病变的定位及识别提供支持。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一个或多个实施方式中公开的用于生物光谱扫描技术的图像滤波强度增强装置，包括：相机、第一偏振器、第二偏振器、分色光束分离器、激光器、第一透镜第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、扩散器和与扩散器相连的发动机；

所述激光器产生的激光依次穿过第一透镜、第二透镜、扩散器、第一偏振器、第三透镜、第四透镜后，经过分色光束分离器后，一部分光照射到样品，一部分经过第三透镜、第二偏振器进入到ccd相机。

该设计用于对信号较弱或者受到背景光干扰的荧光光谱图像进行增强，从而对后期宫颈癌病变的定位及识别提供支持。

本发明的进一步方案是：所述的偏振器对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。

本发明的进一步方案是：所述两块偏振器为正交放置。

本发明的进一步方案是：样品s被激发辐射出的荧光为自然光,其中偏振态平行于第一偏振器的那部分荧光,能顺利地通过第一偏振器，入射到所述的相机上。

本发明的进一步方案是：所述扩散器，作用是使激光均匀地扩散成一个平面，通过透镜和分色光束分离器是的激光均匀的照射在样品上，从而激发样品，发出荧光。

本发明的进一步方案是：所述第一偏振器，其偏振方向和激光方向正交，激光就不能透过第一偏振器就可以过滤激光，但样本发出荧光为自然光，所以可以透过第一偏振器。

本发明的进一步方案是：所述第二偏振器，其偏振方向和第一偏振器正交，激光经过第二偏振器之后生成平行于第二偏振器的激光，该激光既可以激活样本发出荧光，又可以满足上述要求，使得激光不能透过第一偏振器。

本发明的进一步方案是：所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均为凸透镜。

本发明的有益效果：

该发明通过激光经过偏振片形成线状激光，激光照射到样本之后，可以对荧光光谱图像进行增强，而且由于激光是线状的而样本荧光是自然光，所以通过偏振器p1的设置，可以消除激光对于荧光光谱图像的干扰。综上，通过该装置，对信号较弱或者受到背景光干扰的荧光光谱图像进行增强，从而使得荧光光谱图像得到增强，能够更好的反应宫颈癌特征，从而能够实现对后期宫颈癌病变的定位及识别。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为偏振ccd组成示意图；

图2为正交偏振滤波原理示意图；

图中：1激光器，2透镜，3透镜，4扩散器，5发动机，6透镜，7透镜，8透镜，9相机，10分色光束分离器，11样品，p2偏振器，p1偏振器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明，除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和1或它们的组合。下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清晰、完整的描述。

本实施例提出的一种用于宫颈癌早期筛查生物光谱扫描技术的偏振荧光光谱图像滤波强度增强系统，包括ccd相机9、偏振器p1、偏振器p2、分色光束分离器10、激光器1、透镜多组(透镜2、透镜3、透镜6、透镜7、透镜8)、扩散器4和与扩散器相连的发动机5；

具体的，所述的透镜包括5个，分别是第一凸透镜2、第二凸透镜3、第三凸透镜6、第四凸透镜7、第五凸透镜8；

所述激光器产生的激光依次穿过第一凸透镜、第二凸透镜、扩散器、第一偏振器p1、第三凸透镜、第四凸透镜后，经过分色光束分离器后，一部分光照射到样品，一部分经过第三凸透镜、第二偏振器p2进入到ccd相机。

该设计用于对信号较弱或者受到背景光干扰的荧光光谱图像进行增强，从而对后期宫颈癌病变的定位及识别提供支持。

本发明的进一步方案是：所述的偏振器是对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。

样品s被激发辐射出的荧光为自然光,其中偏振态平行于第一偏振器的那部分荧光,能顺利地通过第一偏振器，入射到ccd相机上。

扩散器，作用是使激光均匀地扩散成一个平面，通过透镜和分色光束分离器是的激光均匀的照射在样品上，从而激发样品，发出荧光。

分色光束分离器为现有的光束分离器，在此不进行赘述了。

本发明中在扩散器之下安装了一个发动机的作用是调整扩散器的角度，使其产生垂直入射偏振器p2的激光光束。

两块偏振器为正交放置，第一偏振器，其偏振方向和激光方向正交，激光就不能透过第一偏振器就可以过滤激光，但样本发出荧光为自然光，所以可以透过第一偏振器。

第二偏振器，其偏振方向和第一偏振器正交，激光经过第二偏振器之后生成平行于第二偏振器的激光，该激光既可以激活样本发出荧光，又可以满足上述要求，使得激光不能透过第一偏振器。

本实施例中，所述装置的ccd相机影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率，600线以上的高分辨率，正常工作所需照度为0.01x以下，lin靶面尺寸为宽12.7mmx高9.6mm,对角线16mm。

在荧光光谱的图像中，图像被分为两个谱窗，一个是激发光的反射散射光；一个是荧光；针对荧光光谱较弱，容易受到背景信号干扰的问题。针对荧光光谱强度较弱的问题，从软件和硬件算法两个方面提升光谱图像的强度。在本实施例中，在硬件方面使用增强ccd，在扫描组织时，进行补光。

基于正交偏振的滤光方案的工作原理说明如下:将图1中的光路展开(只考虑光的偏振特性),得到如图2所示的光路原理简化示意图,其中,参考面1上的带箭头的虚线和参考面2带箭头的实线表示光的偏振方向,而偏振片p1、p2上的带箭头的实线表示偏振片p1、p2的偏振方向,图2中样品s上的带箭头的虚线、实线分别表示激发光和荧光的偏振方向.具体地,参考面1位置为激发光(带箭头的虚线表示激发光,箭头表示偏振方向)入射偏振片p2前的任意一位置,激发光的偏振态为自然偏振,经过偏振片p2(偏振方向如图2中所示)后,入射到样品11上的激发光为线偏振光.样品11被激发光激发后,辐射出荧光信号(带箭头红色实线表示荧光,箭头表示偏振方向),荧光为自然光或接近自然光.由于偏振片p1与偏振片p2正交,激发光经过偏振片p1时由于其偏振方向与偏振片偏振方向垂直而被过滤掉.样品11被激发辐射出的荧光为自然光,其中偏振态平行于偏振片p1的那部分荧光,能顺利地通过偏振片p1，入射到ccd相机上。

该发明通过激光经过偏振片形成线状激光，激光照射到样本之后，可以对荧光光谱图像进行增强，而且由于激光是线状的而样本荧光是自然光，所以通过偏振器p1的设置，可以消除激光对于荧光光谱图像的干扰。综上，通过该装置，对信号较弱或者受到背景光干扰的荧光光谱图像进行增强，从而使得荧光光谱图像得到增强，能够更好的反应宫颈癌特征，从而能够实现对后期宫颈癌病变的定位及识别。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。