一种基于内源光信号的3D成像系统的制作方法

本实用新型涉及成像设备技术领域，尤其涉及一种基于内源光信号的3D成像系统。

背景技术：

1986年，Grinvald等人首次报道了根据生理性的内源信号(intrinsic signals,指由生物内部组织活动引起的有关物质成分、运动状态的改变而导致的光学特性的变化)对皮层活动进行定位的方法，即OIS(optical imaging of intrinsic signals，内光源成像系统，生物内部组织在与某些特定波长的光量子相互作用后，通过成像仪器探测包含这些特性的光信号的某一时间间隔内的空间分布，也就是内源信号光学成像)。随后的几年里，这种技术逐步发展完善，并成功地用于动物视觉皮层功能构筑的研究。此外，听觉，体感等研究领域也先后使用了该技术并取得很大的进展。由于OIS无须引进有毒性的示踪物，因此不但可以用来对动物脑功能的发育变化做长期的记录，而且也可以在神经外科手术时使用该技术进行人脑的功能研究。这为研究脑的高级认知功能提供了强有力的工具。与fMRI(功能磁共振成像)、PET(正电子发射断层成像)等成像方法比较，基于内源信号的光学脑成像技术的信号主要是来自皮层局部氧消耗所造成的血红蛋白氧化水平的变化。与神经元活动引起的血流和血量的变化相比，局部血红蛋白氧化水平的变化能够更准确地对神经元的局部活动作空间定位，因此基于内源信号的光学脑成像技术的空间分辨率能够达到100μm，远远比fMRI和PET的空间分辨率(2000－4000μm)高。

在利用内源光信号成像系统对脑神经进行研究时，内源光信号成像系统OIS能够实时跟踪神经元局部的神经信号活动，在对该神经信号的空间定位研究中显示出强大的优势，目前已经广泛应用在脑的病理状态的研究中，包括CSD(chronic subjective dizziness,慢性主观性头晕)、癫痫、脑缺血和脑缺氧疾病等。应用范围包括立体组织如视网膜扩散性抑制现象和活体动物的脑皮层研究。例如，早在1996年，Yoon等人首次在活体鼠脑皮层使用660nm OIS研究皮层信号的扩散性抑制。1999年复旦大学生命科学学院脑科学研究中心、中国科技大学、中国科学院生物物理研究所的进一步进行开发和应用基础研究。目前，以华中科技大学李鹏程教授研究组为代表，研究OIS信号与生物标本病理学机制相关性研究和进一步构建OIS的数据分析方法。上海交通大学童善保教授等将OIS和脑血流成像进行研究，拓宽了OIS在神经外科手术术中的应用价值。

随着对神经系统功能性疾病的研究逐步深入，OIS技术得到了较大的发展，目前，学术界已经充分认识到，OIS能够提供更有价值的神经功能活动数据，这是传统影像学仅能够重构基本的神经解剖学结构而不能实时对大脑或某一特定神经结构的信号传导功能进行显示的重要补充。但长期以来，OIS研究的临床转化并未迈出实质性的脚步。一方面，OIS的研究领域现阶段仍以动物实验为主，另一方面，目前研究热点为进一步对OIS信号与特定疾病或生理现象的内在关联研究。因为上述研究的标本多为局部标本/单支神经的构筑，采用固定的平面标本或切片标本，并不涉及研究对象的立体结构。

但要将OIS推广到实践中应用，尤其是神经外科手术、神经网络构建、功能神经外科研究中的缺点也显而易见，因为传统的单一摄像头能所捕捉到目标信息是研究对象内源光信号经重叠后的投射图，所获得的结果某一范围内的内源性光信息的总体分布，结果仅能表现为平面图。这一要求尚能够满足传统研究目标，但不能反映出神经系统三维立体结构的光信息，无法对研究对象空间构造中内源性光信号的结构分布进行进一步开发与研究。

由此可见，在神经医学应用领域，传统OSI系统所获得信号，对认知脑的立体结构和相应神经功能的对应关系方面存在较大欠缺，也进一步限制了在应用领域的推广。一方面，脑组织存在复杂的立体构象，神经功能活动的范围、深度和广度并不单纯存在于大脑表面，内部传导存在复杂的空间构象，研究范围更加广阔，另一方面，大脑表面结构本身存在沟回和血管区域，OIS所获得的平面投射图，大大削弱了以脑组织立体结构为基础分析脑功能的价值。

技术实现要素：

针对现有内光源成像技术存在的问题，本实用新型实施例提供的内光源成像系统，能够构建立体结构的图像，极大地提高对生物组织内部立体结构研究。同时，为内光源成像技术的临床应用提供了更好的技术方案。

本实用新型实施例提供了一种基于内源光信号的3D成像系统，包括标本固定平台，设置在标本固定平台上的操作台，设置在标本固定平台上的光源和3D摄像设备，与3D摄像设备信号连接的图像处理设备，以及与图像处理设备连接的显示设备；其中，

操作台用于固定和暴露标本的内部立体结构；

光源设备用于产生照射所述内部立体结构的光源；

3D摄像设备包括至少两个摄像头，每个摄像头包括图像采集装置和图像传感器，图像采集装置用于采集内部立体结构的内源光信号，图像传感器用于接收图像采集装置采集到的内源光信号，并将内源光信号转换为内源电信号后发送至图像处理设备；

图像处理设备用于接收图像传感器的内源电信号，并将至少两个摄像头获取的至少两路内源电信号合成立体结构图像；

显示设备用于显示立体结构图像。

本实用新型实施例提供的基于内源光信号的3D成像系统，针对现有内源光信号成像系统只能获取平面投射图，而不能为科学研究提供更直观的立体图像，以及在临床应用上的局限，通过将比较成熟的3D摄影技术引入内源光信号成像系统中，将3D摄像头替换现有的内源光信号成像系统的单一摄像头，使用至少两个摄像头接收同一个成像对象的内源光信号，然后利用现有成熟的3D图像重建技术，可以获取到生物组织，如脑神经元的立体结构图像，规避了传统内源光信号成像为平面投影图、存在信息重叠等的问题，从3D空间结构对生物组织如神经系统立体结构中OSI信号的分布、传导和发展变化提供研究资料，为进一步研究提供基础。如本实用新型提供的基于内源光信号的3D成像系统用于对脑研究时，可以极大地提高对脑立体结构的研究，以及提高了对相应神经功能的对应关系的认知。

优选地，光源设备还包括可拆卸的滤色装置，其中，滤色装置包括滤色片。通过设置可拆卸的滤色片，可以根据对生物体不同组织研究的需要替换相应的滤色片，以获取需要波长的光源。

优选地，还包括联动机构，联动机构连接3D摄像设备和光源设备。通过设置联动机构，可以在3D摄像设备和光源设备匹配调整好后，在调节光源设备时，联动调节3D摄像设备，一方面在调整光源设备的时候也同步调整了3D摄像设备，而不需要再去调整摄像设备，减少了操作步骤，提高了效率，同时，联动调整还可以保持光源设备和3D摄像设备的对应设置，提高了光源设备和3D摄像设备匹配度。

优选地，光源设备包括LED灯光模组。LED光源模组可以通过不同的LED灯产生不同波长的光源，以满足针对生物体不同组织研究的需要。

优选地，3D摄像设备还包括拍照模式设置单元，拍照模式设置单元可设置定点触发拍照模式和/或者定时触发拍照模式。

其中，图像处理设备包括处理器和存储器，显示设备为液晶显示器。图像处理设备和显示设备可以采用安装有3D图像重建软件的计算机系统。存储器存储相应的软件，以及接收到的电信号数据，供处理器调用。处理器可执行3D图像重建软件，并读取至少两个摄像头拍摄的数据，在3D图像重建软件中进行图像重建，生成立体结构的图像，并通过液晶显示器或者投影仪等任何可视化的设备进行呈现。

附图说明

图1为本实用新型实施例中基于内源光信号成像系统的结构示意图。

图中：100、标本固定平台；200、光源设备；300、3D摄像设备；400、图像处理设备；500、显示设备；600、标本。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1：

本实用新型实施例提供的一种基于内源光信号的3D成像系统，如图1所示，包括标本固定平台100，设置在标本固定平台100上的操作台(未图示)，设置在标本固定平台100上的光源设备200和3D摄像设备300，与3D摄像设备300信号连接的图像处理设备400，以及与图像处理设备400连接的显示设备500；其中，

操作台用于固定和暴露标本600的内部立体结构；

光源设备200用于产生照射所述内部立体结构的光源；

3D摄像设备300包括至少两个摄像头，每个摄像头包括图像采集装置和图像传感器，图像采集装置用于采集内部立体结构的内源光信号，图像传感器用于接收图像采集装置采集到的内源光信号，并将内源光信号转换为内源电信号后发送至图像处理设备400；

图像处理设备400用于接收图像传感器的内源电信号，并将3D摄像设备所有摄像头获取的内源电信号合成立体结构图像；

显示设备500用于显示立体结构图像。

本实用新型实施例提供的基于内源光信号的3D成像系统，针对现有内源光信号成像系统只能获取平面投射图，而不能为科学研究提供更直观的立体图像，以及在临床应用上的局限，通过将比较成熟的3D摄影技术引入内源光信号成像系统中，将3D摄像头替换现有的内源光信号成像系统的单一摄像头，使用至少两个摄像头接收同一个成像对象的内源光信号，然后利用现有成熟的3D图像重建技术，可以获取到生物组织，如脑神经元的立体结构图像，规避了传统内源光信号成像为平面投影图、存在信息重叠等的问题，从3D空间结构对生物组织如神经系统立体结构中OSI信号的分布、传导和发展变化提供研究资料，为进一步研究提供基础。如本实用新型提供的基于内源光信号的3D成像系统用于对脑研究时，可以极大地提高对脑立体结构的研究，以及提高了对相应神经功能的对应关系的认知。

其中，包括标本固定平台100、光源设备200和3D摄像设备300为内源光信号成像的基础，操作台为立体结构操作台，提供在符合实验要求前提下，充分暴露出研究对象可供捕捉OSI光信号的部分(如神经外科手术台)。包括了用以提供切开颅骨后暴露出的立体的脑组织，和手术过程中进行解剖后暴露出内部立体结构的脑组织等。

光源设备200包括可产生特定光谱的LED灯光模组，LED光源模组可以通过不同的LED灯产生不同波长的特定光谱光源，以满足针对生物体不同组织研究的需要。图像采集装置采集的内源光信号为可见光信号，包括处于自然光源(外界光源)状态下产生的内源光信号，也包括在光源设备200特定光谱激发后产生的内源性光信号。

光源设备200还包括可拆卸的滤色装置，其中，滤色装置包括滤色片，与光源匹配，可拆卸和更换，用以获得特定波长的光信号。通过设置可拆卸的滤色片，可以根据对生物体不同组织研究的需要替换相应的滤色片，以获取需要波长的光源。

其中，3D摄像设备300与操作台形成空间坐标系，实现动态、实时、多角度照功能，向图像处理设备400回传实时摄像头位置信息。

优选地，还包括联动机构，联动机构连接3D摄像设备300和光源设备200。通过设置联动机构，可以在3D摄像设备300和光源设备200匹配调整好后，在调节3D摄像设备300时，联动调节光源设备200，一方面在调整3D摄像设备300的时候也同步调整了光源设备200，而不需要再去单独调整光源设备200，减少了操作步骤，提高了效率，同时，联动调整还可以保持光源设备200和3D摄像设备300的对应设置，提高了光源设备200和3D摄像设备300匹配度。联动机构可以是任何可以实现3D摄像设备300和光源设备200一起调节的机构，如连杆结构、齿轮结构等，本实用新型不做限制。

优选地，3D摄像设备300还包括拍照模式设置单元，拍照模式设置单元可设置定点触发拍照模式和/或者定时触发拍照模式。3D摄像设备300具有的定点触发拍照和定时触发拍照功能，能够根据图像处理设备400对立体结构图像处理的要求要求，实时获得反馈数据，取得不同角度的信号追踪。

其中，图像处理设备400包括处理器和存储器，显示设备500为液晶显示器。图像处理设备400和显示设备500可以采用安装有3D图像重建软件的计算机系统。存储器存储相应的软件，以及接收到的电信号数据，供处理器调用。处理器可执行3D图像重建软件，并读取至少两个摄像头拍摄的数据，在3D图像重建软件中进行图像重建，生成立体结构的图像，并通过液晶显示器或者投影仪等任何可视化的设备进行呈现。3D重建软件主要实现三个功能：对3D摄像设备300所获得的拍照信息与位置信息进行空间融合，时间融合，生成立体结构图像，同时进一步研究OIS信号的空间表象和在立体结构中的传导与变化。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。