一种脑组织的无标记高分辨光学成像系统

本发明属于医学图像领域，具体是一种脑组织的无标记高分辨光学成像系统。

背景技术：

1、无标记成像技术因其具有可以用于术中原位病理状态实时诊断的潜力，而在医学成像技术领域引起关注。双光子激发荧光显微成像技术和二次谐波成像技术是无标记多光子显微成像技术的主要成像模式。基于脑组织内源性不同分子的双光子激发荧光和二次谐波信号，可以获得达到组织病理学高分辨率的脑组织微结构成像。受激拉曼散射显微技术是一种新型的相干拉曼散射成像技术，通过受激过程增强拉曼信号，利用生物组织中脂类、蛋白和核酸等不同分子的特征拉曼光谱性质，实现不同生物分子的无标记显微成像。因其具有不受非共振背景的干扰、光谱与自发拉曼光谱高度相似以及信号强度正比于探测分子的浓度等独特优势，成为可以实现对活细胞的无标记和新型非荧光标记成像的一种新技术，在脑组织等生命科学成像领域显示了极大的应用潜力。上述脑组织的无标记高分辨成像技术，从三种完全不同的物理机制出发，实现对脑组织中不同微结构的无标记高分辨成像。集三种先进的无标记成像技术于一身的高分辨成像系统，将能够更全面地反映脑组织的生理病理状态变化引起的组织中不同成分的改变，从而拓展无标记高分辨成像在生物医学领域的应用。

2、例如中国专利公告号为cn106092986b的专利公开了一种基于探测脑组织内源性不同分子的双光子激发荧光信号、二次谐波信号和特征拉曼光谱信号，对脑组织的微结构进行无标记高分辨成像的系统。钛宝石飞秒激光器产生飞秒激光脉冲通过分光镜将飞秒激光分成两路，一路入射到光学参量振动器后经由光声调制器进行高频强度调制，通过全反射镜与另一路同步汇合，经过双色分光镜，由光纤耦合透镜聚焦，入射到光纤，光纤的另一端连接激发信号光探头，将光聚焦到脑组织上，激光与脑组织产生的双光子激发荧光信号、二次谐波信号和受激拉曼散射光信号，反向通过相同的小型激发信号光探头收集，经光纤和光纤耦合透镜收集，由双色分光镜反射到探测系统。本发明能对脑组织内源性不同成分的微结构进行高对比度成像。

3、该系统的焦距调节可能是一个挑战。为了确保有效的脑组织成像，需要将激光精确地聚焦在脑组织上。如果焦距不准确，可能会影响激发荧光信号、二次谐波信号和拉曼光谱信号的收集和质量，影响成像质量。因此，本方案提出了一种脑组织的无标记高分辨光学成像系统，开发一种精确且可靠的焦距调节机制和光线调节机制，使光线始终对所需焦距对应的位置进行补光，能够提高成像质量、适应不同环境、提高安全性和降低能耗。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种脑组织的无标记高分辨光学成像系统，以使光线始终对所需焦距对应的位置进行补光，能够提高成像质量、适应不同环境、提高安全性和降低能耗。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种脑组织的无标记高分辨光学成像系统，包括

3、补光设备模块：补光设备模块用于利用补光设备提供额外的光线以照亮目标，补光设备设置于微型摄像头一侧，补光设备包括环形的灯带和辅助环，辅助环套设于灯带外，辅助环上沿其周向铰接有若干扇形的叶片，叶片靠近辅助环中心点的一段均固定连接有移动环，移动环底部通过弹性件固定连接有伸缩件；

4、机械控制模块：机械控制模块控制伸缩件的运行，当伸缩件输出或收回时，伸缩杆带动移动环向上或向下移动，使叶片均围绕铰接点进行转动，将叶片开启或收回，调整叶片的开合度；

5、成像调焦模块：成像调焦模块用于调节微型摄像头的焦距，成像调焦模块与机械控制模块信号连接，当微型摄像头的焦距进行调节时，伸缩件随之进行调节，使叶片调节灯带光线的聚合位置，对所需焦距对应的位置进行补光；

6、图像采集模块：图像采集模块用于利用微型摄像头，在调节焦距和光线后获取脑部图像信息，并将光信号转化为电信号，该微型摄像头能够检测到所需的目标可见光，并生成高质量的图像；

7、信号处理模块：信号处理模块用于接收图像采集模块传来的电信号，进行处理并转换成数字图像，将数字图像进行预处理；

8、数据分析模块：数据分析模块用于接收处理后的数字图像，对获取的数字图像数据进行进一步的分析和处理，形成脑组织数字图像数据后输出。

9、采用上述方案的原理及有益效果：系统利用微型摄像头进行光学成像，通过调节焦距和补光设备提供额外的光线，以获取脑部的高质量图像。系统通过机械控制模块控制伸缩件的运行，从而带动移动环向上或向下移动，使叶片围绕铰接点进行转动，开启或收回，调整叶片的开合度。系统通过信号处理模块接收图像采集模块传来的电信号，进行处理并转换成数字图像，然后进行预处理。系统通过数据分析模块对处理后的数字图像数据进行进一步的分析和处理，形成脑组织数字图像数据后输出。

10、效果：系统能够提供高分辨率的脑部图像，从而更准确地观察和分析脑组织的结构和功能。系统具有较广的动态范围，能够适应不同亮度条件下的成像需求，从而更好地捕捉脑部活动的动态变化。系统的机械控制和信号处理模块能够实现快速成像，从而能够获取脑部活动的快速变化和反应。

11、系统能够处理大量的数字图像数据，从而更好地分析和理解脑组织的结构和功能。系统不需要对脑组织进行标记或侵入性操作，从而减少对脑组织的损伤和应激反应。系统可以适应不同的环境和实验条件，从而更好地应用于基础研究和临床诊断等领域。

12、总的来说，这种脑组织的无标记高分辨光学成像系统通过结合多种技术原理和采用相应的机械、电气、光学等组件，实现了对脑部的高分辨率、快速、无标记成像，使光线始终对所需焦距对应的位置进行补光，能够提高成像质量、适应不同环境、提高安全性和降低能耗。为神经科学、心理学、医学等领域的研究和应用提供了有力的工具。

13、进一步，信号处理模块中，对数字图像进行预处理时，通过图像增强算法提高图像的对比度和亮度、通过图像修复算法修复图像中的缺陷或损坏以及通过特征提取算法提取图像中的特征信息。

14、有益效果：通过噪声去除和图像增强，可以减少图像中的噪声和改善图像的对比度和亮度，从而提高图像的整体质量。通过特征提取算法，可以突出图像中的重要特征，使图像中的目标更加明显，更易于识别和分析。通过图像修复算法，可以修复图像中的缺陷或损坏，从而得到更加完整和准确的图像信息。通过对数字图像进行预处理，可以去除噪声、提高对比度和亮度、修复缺陷并提取特征信息，从而提高后续分析的准确性和可靠性。通过预处理，可以缩小后续分析的数据量，从而减少分析时间，提高工作效率。

15、进一步，弹性件为弹簧。

16、进一步，叶片上均固定连接有反光材料，反光材料包括但不限于铝箔和锡纸。

17、有益效果：使用弹簧作为弹性件，可以提供更稳定的弹性性能，从而更好地控制叶片的开启和关闭，保证成像过程的顺利进行。叶片上的反光材料如铝箔和锡纸具有高反射率，可以使光线更加集中，提高成像的亮度和清晰度，从而得到更高质量的脑部图像。

18、进一步，还包括用户界面模块，用户界面模块用于提供用户界面，使用户在能够操作和控制整个系统，用户界面包括但不限于按钮、显示屏和指示器，按钮、显示屏和指示器用于接收用户的输入和显示系统的状态和结果。

19、有益效果：用户界面模块的使用可以大大提高系统的易用性，使用户能够更方便、快捷地操作和控制整个系统。通过使用按钮、显示屏和指示器等用户界面组件，可以以直观的方式向用户展示系统的状态和结果，使用户更容易理解和掌握系统的运行情况。用户界面模块的使用可以增加系统的安全性，使用户能够更加准确地了解系统的运行状态，避免误操作或不当操作。

20、进一步，还包括图像融合模块，图像融合模块用于利用图像融合算法和技术将多个图像融合在一起，图像融合算法和技术包括但不限于多焦点融合和多光谱融合。

21、有益效果：通过多焦点融合，可以将多个图像的焦点部分融合在一起，得到一张更高分辨率的图像。这对于需要高分辨率成像的应用来说非常有用。通过多光谱融合，可以将不同光谱下的图像融合在一起，得到一张更宽阔视野的图像。通过将多个图像融合在一起，可以增强图像中的特征信息，使得目标更加突出和明显。

22、进一步，还包括故障诊断和报警模块，故障诊断和报警模块用于实时监测系统各组成部分的工作状态，当某部件出现故障或异常时，模块将立即触发报警机制，通知用户并提示相应的故障信息。

23、有益效果：故障诊断和报警模块可以实时监测系统各组成部分的工作状态，当出现故障或异常时，模块会立即触发报警机制，通知用户并提示相应的故障信息，从而避免因故障或异常导致的安全问题或事故。通过实时监测系统各组成部分的工作状态，可以及时发现并修复潜在的问题或故障，从而提高系统的可靠性和稳定性。

24、进一步，还包括数据库模块，数据库模块用于存储和管理脑组织数字图像数据。

25、有益效果：数据库模块可以提供集中、有序、可长期保存的数据存储环境，从而保证脑组织数字图像数据的可靠性和完整性。数据库模块可以对数据进行分类、索引、查询和分析等操作，从而方便用户对数据进行管理和使用。