一種多模態陰道鏡系統及獲取多模態圖像的方法
【專利摘要】本發明公開了一種多模態陰道鏡系統及獲取多模態圖像的方法，其通過特殊排布設計和波長選用的超亮LED光源及成像模塊，獨立地控制光源各個通道的開斷和強度，有機地把幾種不同的醫學成像模態融合起來：多光譜成像可以有效地對物質組成進行分類，宮頸自發熒光成像可以根據熒光強度區分正常和病變組織，常規的RGB彩色成像可以從形態、顏色等方面指導醫生判斷病灶的發展程度，從而為醫生提供更為全面、準確和定量的診斷依據。
【專利說明】一種多模態陰道鏡系統及獲取多模態圖像的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療設備【技術領域】，尤其涉及一種多模態陰道鏡系統及獲取多模態圖像的方法。
【背景技術】
[0002]全球范圍內，宮頸癌發病率在女性惡性腫瘤中居第二位，僅次于乳腺癌。而在發展中國家，由于宮頸篩查工作的不完善，宮頸癌發生率是發達國家的6倍，死亡率居女性癌癥之首。傳統的宮頸檢查方法主要有巴氏涂片法和陰道鏡檢查。
[0003]但是，前者誤診率高、受檢者痛苦、檢查周期長，后者可以實現宮頸組織的RGB彩色成像，但只能從組織表面的顏色和形態上直觀地進行判斷，無法區分良性的上皮組織變化和惡性腫瘤。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種多模態陰道鏡系統及獲取多模態圖像的方法，可以將多種醫學影像技術有機地融合在一起，實現對同一病灶區域不同方面(結構、功能、分子)信息的獲取，能夠極大地幫助醫生掌握全面的病理信息，提高診斷的正確率。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種多模態陰道鏡系統，該系統包括:影像模塊、光源模塊、控制模塊以及結構模塊；
[0007]所述影像模塊包括:感光器件、鏡頭、濾光片與計算機；所述感光器件與計算機相連，所述鏡頭固定安裝在感光器件上，所述濾光片放置在鏡頭前方；
[0008]所述光源模塊放置在濾光片前方，其包括:若干個不同波長的貼片式超亮LED燈珠，均勻地分布在環形的照射面上，分別作為熒光激發光源、RGB彩色成像光源和多光譜成像光源；
[0009]控制模塊一端與所述光源模塊相連為光源模塊提供電源，另一端與計算機相連，根據計算機發送的指令對光源模塊進行控制；
[0010]結構模塊包括:支撐板、設置在該支撐板下方的支架，以及設置在支撐板上的濾光片切換裝置；其中，所述濾光片放置在濾光片切換裝置上，感光器件與光源模塊均放置在所述支撐板上。
[0011]進一步的，所述光源模塊包括:
[0012]365nm、475nm、530nm、545nmm、560nm、575nm、590nm 與 635nm 的貼片式超亮 LED 燈珠各八顆；按照照射面中心線的劃分，各個象限間的LED燈珠排布一致；在每個象限內，每種波長的燈珠數量各有兩顆，相互之間為并聯關系；
[0013]其中，365nm的貼片式超亮LED燈珠作為熒光激發光源，635nm、545nm與475nm的貼片式超亮LED燈珠作為RGB彩色成像光源，530nm、545nm、560nm、575nm與590nm的貼片式超亮LED燈珠作為多光譜成像光源。
[0014]進一步的，所述控制模塊包括:多個獨立的用于控制LED燈珠開關和亮度的通道。
[0015]一種利用前述系統來獲取多模態圖像的方法，該方法包括:
[0016]調整感光器件與鏡頭，使待觀察的宮頸組織符合視場大小；
[0017]再利用計算機控制控制模塊來調節光源模塊，依次進行多光譜成像、自發熒光成像與RGB彩色成像，從而獲得多模態圖像；
[0018]其中，在進行多光譜成像時，利用標準反射塊放置在觀察的宮頸組織表面進行預曝光后，取下該標準反射塊，再對觀察的宮頸組織進行多光譜成像；且進行多光譜成像時通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片不遮擋成像光路；
[0019]在進行自發熒光成像時，通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片遮擋住成像光路；
[0020]在進行RGB彩色成像時，通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片不遮擋成像光路。
[0021]進一步的，所述標準反射塊是一個安置在環狀外殼中的聚四氟乙烯白板，經過表面拋光處理，并在粘附一個帶“ + ”形標記的紙片上作為對焦的標記物。
[0022]進一步的，所述光源模塊包括:365nm、475nm、530nm、545nmm、560nm、575nm、590nm與635nm的貼片式超亮LED燈珠各八顆；按照照射面中心線的劃分，各個象限間的LED燈珠排布一致；在每個象限內，每種波長的燈珠數量各有兩顆，相互之間為并聯關系；
[0023]其中，365nm的貼片式超亮LED燈珠作為熒光激發光源，635nm、545nm與475nm的貼片式超亮LED燈珠作為RGB彩色成像光源，530nm、545nm、560nm、575nm與590nm的貼片式超亮LED燈珠作為多光譜成像光源。
[0024]進一步的，所述控制模塊包括:多個獨立的用于控制LED燈珠開關和亮度的通道。
[0025]由上述本發明提供的技術方案可以看出，通過特殊排布設計和波長選用的超亮LED光源及成像模塊，獨立地控制光源各個通道的開斷和強度，有機地把幾種不同的醫學成像模態融合起來:多光譜成像可以有效地對物質組成進行分類，宮頸自發熒光成像可以根據熒光強度區分正常和病變組織，常規的RGB彩色成像可以從形態、顏色等方面指導醫生判斷病灶的發展程度，從而為醫生提供更為全面、準確和定量的診斷依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0027]圖1為本發明實施例一提供的一種多模態陰道鏡系統的示意圖；
[0028]圖2為本發明實施例一提供的光源模塊的示意圖；
[0029]圖3為本發明實施例二提供的多模態陰道鏡系統的操作步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0031]成分分布圖，為分析、檢測提供更為精準的信息。多光譜成像技術主要是以物質對不同波長光的吸收存在差異為原理，利用預先篩選出的一組特定波長，采集待檢測組織表面的反射強度信息，并通過特定的圖像分類算法，對樣品的組成成分進行分類。
[0032]人體組織內含有多種自發性的熒光物質，在特定激發光的照射下會發出特定的熒光。宮頸自發熒光診斷技術是利用宮頸正常組織和癌變組織在固有熒光特性上的差異，在特定波長激發光的照射下，在特定波長處采集熒光圖像，從熒光強度上對正常和癌變組織進行區分。
[0033]多模態醫學成像技術是將兩種或多種醫學影像技術有機地融合在一起，實現對同一病灶區域不同方面(結構、功能、分子)信息的獲取，能夠極大地幫助醫生掌握全面的病理信息，提高診斷的正確率。因此，如果能夠把現有的宮頸組織RGB彩色成像、多光譜成像和自發熒光成像結合起來，將為宮頸癌的初步篩查提供新的視角和手段。
[0034]實施例一
[0035]圖1為本發明實施例提供的一種多模態陰道鏡系統的示意圖，如圖1所示，該系統主要包括:影像模塊、光源模塊、控制模塊以及結構模塊；
[0036]所述影像模塊包括:感光器件6、鏡頭5、濾光片4與計算機8 ;所述感光器件6與計算機8相連，所述鏡頭5固定安裝在感光器件6上，所述濾光片4放置在鏡頭5前方。
[0037]示例性的，感光器件可以為CXD工業相機，可以采集12位的黑白單色圖像，其CXD光譜響應曲線在470-600nm波段的效率>80 %，對多光譜影像和熒光影像由較好的收集效率。CCD工業相機通過1394A火線與計算機8上的數據采集卡相連接，實現圖像采集和數據傳輸。鏡頭5通過C卡口安裝在工業相機6上，可以手動調節光圈大小和對焦，并合適的工作距離下采集到符合視場大小的宮頸組織圖像，相比于變焦鏡頭，定焦鏡頭具有更高的成像素質。濾光片4可以為420-480nm帶通濾光片，直徑25.4mm，用于收集420_480nm波段的組織熒光影像，在365nm激發光下，正常組織和非正常組織的熒光光譜在該波段有明顯差升。
[0038]所述光源模塊3放置在濾光片4前方，其包括:若干個不同波長的貼片式超亮LED燈珠，均勻地分布在環形的照射面上，分別作為熒光激發光源、RGB彩色成像光源和多光譜成像光源；按照照射面中心線的劃分，各個象限間的LED燈珠排布一致；在每個象限內，每種波長的燈珠數量相同，相互之間為并聯關系。
[0039]示例性的，如圖2所示為光源模塊的示意圖。圖2所示的光源模塊中包括:365nm(9)、475nm (10)、530nm(12)、545nmm(13)、560nm(14)、575nm(15)、590nm(16)、635nm(ll)的貼片式超亮LED燈珠各八顆，均勻地分布在環形的照射面上，分別作為熒光激發光源(365nm)、RGB彩色成像光源(635nm、545nm、475nm)和多光譜成像光源(530nm、545nm、560nm、575nm、590nm);在每個象限內，每種波長的燈珠數量有各兩顆。
[0040]控制模塊7 —端與所述光源模塊相連為光源模塊提供電源，另一端與計算機相連，根據計算機發送的指令對光源模塊進行控制。
[0041]進一步的，控制模塊7包括:多個獨立的用于控制LED燈珠開關和亮度的通道。例如，具有八個通道，每個通道可以獨立的控制開關和亮度，輸出電壓24V，可以自動檢測負載最大電流。
[0042]結構模塊包括:支撐板17、設置在該支撐板下方的支架1，以及設置在支撐板上的濾光片切換裝置2 ;其中，所述濾光片4放置在濾光片切換裝置2上，感光器件6與光源模塊3均放置在所述支撐板上。支架1上，可以自由的調節和鎖緊高度，左右方向和俯仰角。濾光片切換裝置用于調整不同模態時的工作光路:當采集多光譜圖像和RGB彩色圖像時，調整濾光片4不擋住成像光路；當采集宮頸組織自發熒光時，調整濾光片4于鏡頭5前，擋住光路，并用螺絲擰緊固定，只收集420-480nm波段的熒光影像。
[0043]本發明實施例通過特殊排布設計和波長選用的超亮LED光源及成像模塊，獨立地控制光源各個通道的開斷和強度，有機地把幾種不同的醫學成像模態融合起來:多光譜成像可以有效地對物質組成進行分類，宮頸自發熒光成像可以根據熒光強度區分正常和病變組織，常規的RGB彩色成像可以從形態、顏色等方面指導醫生判斷病灶的發展程度，從而為醫生提供更為全面、準確和定量的診斷依據。
[0044]實施例二
[0045]本發明實施例提供一種獲取多模態圖像的方法，該方法是基于前述實施例提供的多模態陰道鏡系統來實現，該方法主要包括:
[0046]調整感光器件與鏡頭，使待觀察的宮頸組織符合視場大小；
[0047]再利用計算機控制控制模塊來調節光源模塊，依次進行多光譜成像、自發熒光成像與RGB彩色成像，從而獲得多模態圖像；
[0048]其中，在進行多光譜成像時，利用標準反射塊放置在觀察的宮頸組織表面進行預曝光后，取下該標準反射塊，再對觀察的宮頸組織進行多光譜成像；且進行多光譜成像時通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片不遮擋成像光路；
[0049]在進行自發熒光成像時，通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片遮擋住成像光路；
[0050]在進行RGB彩色成像時，通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片不遮擋成像光路。
[0051]所述標準反射塊是一個安置在環狀外殼中的聚四氟乙烯白板，經過表面拋光處理，并在粘附一個帶“ + ”形標記的紙片上作為對焦的標記物。
[0052]所述光源模塊包括:365nm、475nm、530nm、545nmm、560nm、575nm、590nm與 635nm 的貼片式超亮LED燈珠各八顆；按照照射面中心線的劃分，各個象限間的LED燈珠排布一致；在每個象限內，每種波長的燈珠數量各有兩顆，相互之間為并聯關系；
[0053]其中，365nm的貼片式超亮LED燈珠作為熒光激發光源，635nm、545nm與475nm的貼片式超亮LED燈珠作為RGB彩色成像光源，530nm、545nm、560nm、575nm與590nm的貼片式超亮LED燈珠作為多光譜成像光源。
[0054]所述控制模塊包括:多個獨立的用于控制LED燈珠開關和亮度的通道。
[0055]為了便于理解，下面結合附圖3對該方法的步驟做詳細的說明。
[0056]在多模態影像采集過程中，需要事先準備用于反射率校正的標準反射塊。標準反射塊是一個安置在環狀外殼中的聚四氟乙烯(特氟龍)白板，經過表面拋光處理，并在粘附一個帶“ + ”形標記的紙片作為相機對焦的標記物。因為聚四氟乙烯在200-1000nm波段有較為平均的反射率，可用來對多光譜成像中各個波長進行光源強度差異的校正。在使用之前，需要進行消毒，并且不得重復使用。
[0057]其步驟如圖3所示，包括:
[0058]I)待檢查者就位，打開成像儀電源，打開成像儀操作界面。
[0059]2)在軟件上登記病人姓名和保存路徑。
[0060]3)調整成像儀位置，使待觀察的宮頸組織符合視場大小。
[0061]4)多光譜成像。
[0062]a)用鑷子將消過毒的標準反射塊放置在組織表面，鏡頭準確對焦；
[0063]b)預曝光:依次點亮 530nm，545nm，560nm，575nm，590nm 波長 LED 燈珠，進行一次自動曝光調節，保證采集數據曝光參數合適，并記錄每個波長下的曝光參數；
[0064]c)帶標準反射塊采集:再次依次點亮上述燈珠，各個燈珠點亮的同時，觸發相機，采集當前波長下的圖像；
[0065]d)取下標準反射塊采集:重復上述采集過程，多光譜成像結束；
[0066]e)經過特征提取分類算法，得到并保存多光譜分類圖。
[0067]5)宮頸自發熒光成像。
[0068]a)點亮365nm熒光激發光；
[0069]b)手動調整熒光濾光片，遮擋住光路并鎖緊；
[0070]c)調整合適曝光參數，獲取并保存熒光圖像；
[0071]d)熒光濾光片復位，熒光成像結束。
[0072]6) RGB彩色成像。
[0073]a)紅色(635nm)、綠色(545nm)、藍色(475nm) LED燈珠依次點亮；
[0074]b)各個燈珠點亮同時，觸發相機，采集當前波長下的圖像；
[0075]c)把三個波長下的圖像合成RGB彩色圖像；
[0076]d)保存RGB彩色圖像，RGB彩色成像結束。
[0077]7)獲得多模態的圖像數據。
[0078]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種多模態陰道鏡系統，其特征在于，該系統包括:影像模塊、光源模塊、控制模塊以及結構模塊； 所述影像模塊包括:感光器件、鏡頭、濾光片與計算機；所述感光器件與計算機相連，所述鏡頭固定安裝在感光器件上，所述濾光片放置在鏡頭前方； 所述光源模塊放置在濾光片前方，其包括:若干個不同波長的貼片式超亮LED燈珠，均勻地分布在環形的照射面上，分別作為熒光激發光源、RGB彩色成像光源和多光譜成像光源； 控制模塊一端與所述光源模塊相連為光源模塊提供電源，另一端與計算機相連，根據計算機發送的指令對光源模塊進行控制； 結構模塊包括:支撐板、設置在該支撐板下方的支架，以及設置在支撐板上的濾光片切換裝置；其中，所述濾光片放置在濾光片切換裝置上，感光器件與光源模塊均放置在所述支撐板上。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述光源模塊包括: 365nm、475nm、530nm、545nmm、560nm、575nm、590nm 與 635nm 的貼片式超亮 LED 燈珠各八顆；按照照射面中心線的劃分，各個象限間的LED燈珠排布一致；在每個象限內，每種波長的燈珠數量各有兩顆，相互之間為并聯關系； 其中，365nm的貼片式超亮LED燈珠作為熒光激發光源，635nm、545nm與475nm的貼片式超亮LED燈珠作為RGB彩色成像光源，530nm、545nm、560nm、575nm與590nm的貼片式超亮LED燈珠作為多光譜成像光源。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述控制模塊包括:多個獨立的用于控制LED燈珠開關和亮度的通道。
4.一種利用權利要求1-3任一項所述系統來獲取多模態圖像的方法，其特征在于，該方法包括: 調整感光器件與鏡頭，使待觀察的宮頸組織符合視場大小； 再利用計算機控制控制模塊來調節光源模塊，依次進行多光譜成像、自發熒光成像與RGB彩色成像，從而獲得多模態圖像； 其中，在進行多光譜成像時，利用標準反射塊放置在觀察的宮頸組織表面進行預曝光后，取下該標準反射塊，再對觀察的宮頸組織進行多光譜成像；且進行多光譜成像時通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片不遮擋成像光路； 在進行自發熒光成像時，通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片遮擋住成像光路； 在進行RGB彩色成像時，通過濾光片切換裝置調整濾光片的位置，使濾光片不遮擋成像光路。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述標準反射塊是一個安置在環狀外殼中的聚四氟乙烯白板，經過表面拋光處理，并在粘附一個帶“ + ”形標記的紙片上作為對焦的標記物。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述光源模塊包括:365nm、475nm、530nm、545nmm、560nm、575nm、590nm與635nm的貼片式超亮LED燈珠各八顆；按照照射面中心線的劃分，各個象限間的LED燈珠排布一致；在每個象限內，每種波長的燈珠數量各有兩顆，相互之間為并聯關系； 其中，365nm的貼片式超亮LED燈珠作為熒光激發光源，635nm、545nm與475nm的貼片式超亮LED燈珠作為RGB彩色成像光源，530nm、545nm、560nm、575nm與590nm的貼片式超亮LED燈珠作為多光譜成像光源。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制模塊包括:多個獨立的用于控制LED燈珠開關和亮度的通道。
【文檔編號】A61B1/06GK104434013SQ201410821090
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優先權日:2014年12月24日
【發明者】任文奇, 張世武 申請人:中國科學技術大學