激光散斑血流成像系统的制作方法

1.本发明涉及激光散斑技术领域，尤其涉及一种激光散斑血流成像系统。


背景技术：

2.激光散斑血流成像是一种区域性血流流速观测技术，在无需扫描的条件下，以较高的空间分辨率和时间分辨率进行动态、非接触地观测活体生物组织的血流速度、血管管径和血流量变化，获得血流动力学的多个指标。
3.在实验或者临床中，各种活体生物组织的特性差异很大。比如，斑马鱼外表光滑比较透明，采集散斑图像时使用落射式激光光源容易在斑马鱼的表面发生镜面反射，从而影响散斑图像的信噪比；小鼠脑部血流位于小鼠脑部的较深层，采集散斑图像时使用落射式激光光源则比较合适。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种激光散斑血流成像系统，旨在解决现有技术中落射式激光光源无法适应各种活体生物组织的特性差异大的问题。
5.第一方面，提供一种激光散斑血流成像系统，包括：第一激光光源（1）；第二激光光源（2）；光学成像模块（3）；以及与光学成像模块（3）连接的图像处理模块（4）；其中，第一激光光源（1）和光学成像模块（3）位于待测物体的同侧，第一激光光源（1）发出的光经待测物体散射后，经过光学成像模块（3）进入图像处理模块（4）形成第一散斑图像；第二激光光源（2）和光学成像模块（3）位于待测物体的异侧，第二激光光源（2）发出的光经待测物体散射后，经过光学成像模块（3）进入图像处理模块（4）形成第二散斑图像。
6.本发明实施例在待测物体的两侧分别设置第一激光光源和第二激光光源，第一激光光源和光学成像模块位于待测物体的同侧，为落射式成像，第二激光光源和光学成像模块位于待测物体的异侧，为透射式成像，根据待测物体的特性单独使用第一激光光源获取第一散斑图像或者单独使用第二激光光源获取第二散斑图像，或者，既使用第一激光光源获取第一散斑图像、又使用第二激光光源获取第二散斑图像后，综合处理第一散斑图像和第二散斑图像，可适应各种待测物体的特性差异，提高最终的散斑图像的信噪比。
附图说明
7.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本发明实施例一提供的激光散斑血流成像系统的结构示意图；图2是本发明实施例一提供的第一激光光源的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的第二激光光源的结构示意图；图4是本发明实施例一提供的落射式成像和透射式成像的示意图；图5是本发明实施例一提供的激光散斑血流成像系统的又一结构示意图。
具体实施方式
8.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
9.激光散斑血流成像是生命科学基础研究及临床医疗中实时动态血流观测和视频成像记录的一种手段，是了解组织、器官病理或生理指标的至关重要的依据。
10.本发明实施例在待测物体的两侧分别设置第一激光光源和第二激光光源，第一激光光源和光学成像模块位于待测物体的同侧，为落射式成像，第二激光光源和光学成像模块位于待测物体的异侧，为透射式成像，根据待测物体的特性单独使用第一激光光源获取第一散斑图像或者单独使用第二激光光源获取第二散斑图像，或者，既使用第一激光光源获取第一散斑图像、又使用第二激光光源获取第二散斑图像后，综合处理第一散斑图像和第二散斑图像，可适应各种待测物体的特性差异，提高最终的散斑图像的信噪比。
11.实施例一图1是本发明实施例一提供的激光散斑血流成像系统的结构示意图。图2是本发明实施例一提供的第一激光光源的结构示意图。图3是本发明实施例一提供的第二激光光源的结构示意图。如图1、图2和图3所示，该系统包括第一激光光源1、第二激光光源2、光学成像模块3、图像处理模块4和载物台5。载物台5为透明的平板光学玻璃。生成散斑图像时，待测物体放置在载物台5上。在一些实施例中，该系统不包括载物台5，由操作人员根据实验需要选择载物台5。
12.第一激光光源1和第二激光光源2可以是相同的单模近红外激光光源模块，发射的激光波长在可进入活体生物组织的光学窗口的范围内，优选地，为650nm-1000nm。在本发明实施例中，第一激光光源1包括第一激光器11、第一准直镜12、第一匀光元件13和第一扩束镜14。第二激光光源2包括第二激光器21、第二准直镜22、第二匀光元件23和第二扩束镜24。
13.第一激光器11和第二激光器21为固体激光器、半导体激光器或者气体激光器，优选地为785nm的半导体激光器，输出785nm单模近红外激光。此外，半导体激光器包括恒温控制装置，保证半导体激光器工作在稳定的温度下，使激光稳定输出。
14.由第一激光器11输出的激光束为高斯光束，经过第一匀光元件13后被转换为平顶光束；由第二激光器21输出的激光束也为高斯光束，经过第二匀光元件23后也被转换为平顶光束。平顶光束的能量均匀分布、落射在待测物体上。为了更好地形成平顶光束，在第一激光器11和第一匀光元件13之间设置第一准直镜12，在第二激光器21和第二匀光元件23之间设置第二准直镜22，将第一激光器11和第二激光器21输出的激光束整形为准直的高斯光束，再由第一匀光元件13和第二匀光元件23转换成准直的平顶光束。
15.在第一匀光元件13的出射端设置第一扩束镜14、在第二匀光元件23的出射端设置
第二扩束镜24，使得准直的平顶光束以发散的形式投射到载物台5上，在不同工作距离的情况下得到不同面积的光斑投射于待测物体上。选择合适的第一扩束镜14和第二扩束镜24使得投射到待测物体上的光斑不小于光学成像模块3的成像区域。
16.在本发明实施例中，第一激光光源1和光学成像模块3位于待测物体的同侧，第二激光光源2和光学成像模块3位于待测物体的异侧。出于空间高度的考虑，优选地，第二激光光源2还包括反射镜25。如图3所示，在第二匀光元件23和第二扩束镜24之间设置反射镜25，将准直的平顶光束折转90度。反射镜25可以是直角全反射镜或者是与第二激光器21的光轴成45度角放置的平面反射镜。
17.第一激光光源1和光学成像模块3位于待测物体的同侧，为落射式成像。激光束均匀地落射于待测物体的一侧，然后进入待测物体内，在待测物体内发生散射后经同侧的待测物体表面出射进入光学成像模块3。第二激光光源2和光学成像模块3位于待测物体的异侧，为透射式成像。激光束均匀地照射于待测物体的一侧，然后进入待测物体内，在待测物体内发生散射后经对侧的待测物体表面透射进入光学成像模块3。图4是本发明实施例一提供的落射式成像和透射式成像的示意图。
18.在本发明实施例中，第一激光光源1的光轴与光学成像模块3的光轴重合或者形成夹角。如图1所示，第一激光光源1围绕光学成像模块3对称设置，其光轴与光学成像模块3的光轴重合。或者，第一激光光源1仅设置于光学成像模块3的一侧，其光轴与光学成像模块3的光轴形成夹角a。
19.在本发明实施例中，第二激光光源2为独立的结构，第一激光光源1和光学成像模块3集成为一体。在实验或者临床中，操作人员根据实验需要选择是否配置第二激光光源2。在本发明另一实施例中，第一激光光源1和第二激光光源2为一体结构，第一激光光源1和光学成像模块3集成为一体，第一激光光源1、第二激光光源2和光学成像模块3三者光轴的相对位置基本固定，可减少操作人员在实验中对齐的操作。
20.图5是本发明实施例一提供的激光散斑血流成像系统的又一结构示意图。如图1和图5所示，光学成像模块3与图像处理模块4连接，光学成像模块3收集经待测样品散射后的光信号并转换为电信号，图像处理模块4将电信号处理为散斑图像和/或血流分布图像。
21.在本发明实施例中，光学成像模块3包括镜头31、滤光片32和光电阵列传感器33。镜头31可以是变倍定焦镜头、电动的变倍变焦镜头或者手动的变倍变焦镜头。镜头31将光信号引导至光电阵列传感器33，使光信号以特定的放大倍率成像于光电阵列传感器33的感光面上。滤光片32设置在镜头31的前端，由第一激光光源1和/或第二激光光源2输出并经待测物体散射后的光可通过滤光片32，其他波段的光被滤除，由此降低可见光和红外光的干扰。光电阵列传感器33为电荷耦合元件（ccd，charge couple device）图像传感器、互补金属氧化物半导体（cmos，complementary metal-oxide-semiconductor）图像传感器或者电子倍增ccd（emccd，electron-multiplying ccd）图像传感器等。光电阵列传感器33将表示图像的光信号转换为表示图像的电信号，然后传输至图像处理模块4。
22.图像处理模块4接收到表示图像的电信号生成散斑图像。进一步地，根据空间衬比成像方法，将散斑图像转换成血流分布图像。
23.在实验或者临床中，操作人员根据待测物体的特性单独使用第一激光光源1或者单独使用第二激光光源2。第一激光光源1输出的激光束经待测物体散射后，经过光学成像
模块3进入图像处理模块4形成第一散斑图像，图像处理模块4仅处理第一散斑图像；第二激光光源2输出的激光束经待测物体散射后，经过光学成像模块3进入图像处理模块4形成第二散斑图像，图像处理模块4仅处理第二散斑图像。若待测物体的特性较为复杂，操作人员还可以同时使用第一激光光源1和第二激光光源2。第一激光光源1和第二激光光源2分时输出激光束，在图像处理模块4中分时形成第一散斑图像和第二散斑图像，图像处理模块4综合处理第一散斑图像和第二散斑图像，得到最终的散斑图像。本发明实施例的激光散斑血流成像系统可适应各种活体生物组织的特性，覆盖多种实验场景，提高了最终的散斑图像的信噪比。
24.比如，斑马鱼外表光滑比较透明，采集散斑图像时使用落射式的第一激光光源1容易在斑马鱼的表面发生镜面反射，影响散斑图像的信噪比，使用透射式的第二激光光源2比较合适；小鼠脑部血流位于小鼠脑部的较深层，采集散斑图像时使用透射式的第二激光光源2很难穿透，有用信号弱，散斑图像的信噪比不高，使用落射式的第一激光光源1比较合适。对于特性复杂的活体生物组织，还可以使用第一激光光源1和第二激光光源2依次顺序采集散斑图像，进行对比分析，得出最终的散斑图像。
25.本发明实施例在待测物体的两侧分别设置第一激光光源和第二激光光源，第一激光光源和光学成像模块位于待测物体的同侧，为落射式成像，第二激光光源和光学成像模块位于待测物体的异侧，为透射式成像，根据待测物体的特性单独使用第一激光光源获取第一散斑图像或者单独使用第二激光光源获取第二散斑图像，或者，既使用第一激光光源获取第一散斑图像、又使用第二激光光源获取第二散斑图像后，综合处理第一散斑图像和第二散斑图像，可适应各种待测物体的特性差异，提高最终的散斑图像的信噪比。
26.实施例二在本发明实施例中，与实施例一相同的各部件沿用与实施例一相同的标号，包括在实施例一中描述的全部特征，在此不再赘述。
27.如图2、图3和图5所示，第一激光光源1还包括第一线偏振器15，第二激光光源2还包括第二线偏振器26，光学成像模块3还包括第三线偏振器34。
28.第一线偏振器15设置在第一匀光元件13和第一扩束镜14之间，第二线偏振器26设置在反射镜25和第二扩束镜24之间。第一线偏振器15和第二线偏振器26同为垂直/水平线偏振滤光片，将激光束过滤为垂直/水平的线偏振激光。第一激光光源1输出发散的垂直/水平线偏振激光束，均匀地落射于待测物体；第二激光光源2输出发散的垂直/水平线偏振激光束，均匀地照射与待测物体。第三线偏振器34设置在镜头31和滤光片32之间，为水平/垂直线偏振滤光片。若第一线偏振器15和第二线偏振器26同为垂直线偏振滤光片，第三线偏振器34为水平线偏振滤光片，仅允许水平偏振态的光信号通过；若第一线偏振器15和第二线偏振器26同为水平线偏振滤光片，第三线偏振器34为垂直线偏振滤光片，仅允许垂直偏振态的光信号通过。
29.线偏振激光束进入待测物体内，在待测物体内发生多次散射，激光束原有的单一偏振特性发生改变，从待测物体出射或者透射的光信号将包含多种偏振特性，这些光信号为有用信号。而仅经待测物体表面反射（未进入待测物体内发生散射）的光信号、未照射到待测物体仅由载物台5反射或者仅经载物台5透射的光信号，其原有的单一偏振特性未发生改变，这些光信号为噪声信号。光学成像模块3中的第三线偏振器34仅允许有用信号中的部
分光信号通过，并且滤除噪声信号。如第一激光光源1输出垂直线偏振激光束，均匀地落射于待测物体，在待测物体内发生多次散射，从待测物体出射的光信号包含垂直偏振态、水平偏振态及其他角度偏振态的光信号。噪声信号均为垂直偏振态。光学成像模块3仅允许有用信号中的水平偏振态通过，其他偏振特征的光信号均被滤除。从而降低了噪声、提高了获取的散斑图像的信噪比。
30.本发明实施例在待测物体的两侧分别设置第一激光光源和第二激光光源，第一激光光源和光学成像模块位于待测物体的同侧，为落射式成像，第二激光光源和光学成像模块位于待测物体的异侧，为透射式成像，根据待测物体的特性单独使用第一激光光源获取第一散斑图像或者单独使用第二激光光源获取第二散斑图像，或者，既使用第一激光光源获取第一散斑图像、又使用第二激光光源获取第二散斑图像后，综合处理第一散斑图像和第二散斑图像，可适应各种待测物体的特性差异，提高最终的散斑图像的信噪比。
31.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。