[发明专利]一种医用近距离成像方法、系统以及探头

说明书

技术领域

本发明涉及医疗成像设备领域，特别涉及在近距离对活体进行实时立体成像的领域。该发明可应用于人体管状器官内，如鼻腔、口腔等，通过对感兴趣区域的活体组织和细胞结构进行实时立体地成像，目的在于获得大景深的组织立体图，从而在更大范围内得到组织器官的成像信息，并可测量感兴趣区域内目标的距离及大小。本发明提供了该医用近距离实时成像方法，以及使用该成像方法的系统以及探头。

背景技术

一般情况下，人体器官会由于病变而在组织和细胞结构上发生变化，因此观测人体内部器官成为早期诊断的重要依据。传统的标本取样及显微镜观察法非常繁琐，需要经过活体取样，样本固定，脱水，切片等一系列漫长的步骤获得样本信息，因此，实时观察活体组织和细胞结构对医学界非常有吸引力。

近年来，出现一系列可实时观察活体组织的方法，如光学相关断层扫描（OCT）利用相干光（例如激光和迈克尔逊干涉仪）来穿透皮肤，通过这种方法得到的图像是纵深平面的。或利用共聚焦显微镜，利用相同的光路照明和接收生物组织内发出的光信号，最终的成像是生物组织内横向平面图像，通过一个点状光用来照明一个特定的目标样品，因此可以消除传统显微镜应变光线和其他副作用。尽管如此，现有设备具有一定局限性，因为OCT和共聚焦显微镜装置通常比较笨重，而且限定单一波长如激光作为光源，在对管状人体器官，如鼻腔、口腔、食管进行实时活体成像时难以直接成像。

另外，在将成像探头设计成管状伸入近距离成像时，也面临着诸多问题，比如如何获得大的景深。景深，是指在镜头前沿着能够取得清晰图像的成像景深相机器轴线所测定的物体距离范围。在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，便叫做景深。在活体立体成像领域，皮肤并非如人眼所看到的完全不透光的，在一定的光强和一定的光线波长下，光线可穿透皮肤表面，并对皮下一定范围内的组织反射光线，因此在活体立体成像领域，利用这一皮下范围内不同层面的反射成像，可以获得皮肤组织下细胞的信息。而获得更大景深的意义在于，可以在更大范围内获得更多的深层信息，进一步的，通过深度图可以得到组织的距离和大小信息，因此获得大景深在近距离的活体立体成像领域具有重要意义。

然而近距离成像时，景深大小和入射光大小是相互矛盾的。请参考图1和图2.

附图1为大光圈（f=1,f/#=2.0(f=2),CoC=0.01mm）情况下,聚焦距离（Focus Distance）与最远聚焦距离（Df）及最近聚焦距离（Dn）的关系图。“f=1”指焦距（focal length）=1,“f/#=2.0(f=2)”指相对光圈（relative aperture）为f/2，且编码光圈（coded aperture）也为f=2（采用多镜头相对光圈会被重新界定）；“CoC=0.01mm”指传感器参数CoC=0.01mm。

附图2为小光圈（f=1,f/#=2.0(f=11),CoC=0.01mm）情况下，焦点距离（Focus Distance）与最远聚焦距离（Df）及最近聚焦距离（Dn）的关系图。“f=1”指焦距（focal length）=1,“f/#=2.0(f=11)”指相对光圈（relative aperture）为f/2，采用多镜头相对光圈会被重新界定，并可能成为小光圈f=11的情况；“CoC=0.01mm”指传感器参数CoC=0.01mm。

由图1、2可知，在大光圈情况下，获得的景深范围小；在小光圈下，可以获得大范围的景深。然而，在短距离采用大光圈镜头时，尽管景深很窄，但光线入射较多；采用小光圈时，尽管景深可以大大扩展，但是入射光减少了30倍。这意味着，采用大光圈（F/2）时，获得的景深很窄，但有足够的入射光进入镜头，而当采取小光圈（F/11）时，尽管景深很宽，但没有足够的光线进入镜头。当焦距很小，即1MM左右时，这种情况会严重很多。

因此，近距离成像时，获得足够的入射光线以清晰成像是获得大景深成像必须解决的问题，由于大强度光源对人体组织是有伤害的，因此光源强度不能无限扩大，而在实时观测时，不可能延长曝光时间以增加光线的入射量，这就使如何获得大景深并同时解决入射光不足的问题是需解决的难题。