視野可切換的雙光路分子影像導航系統及成像方法
【專利摘要】本發明公布了一種視野可切換的雙光路分子影像導航系統及成像方法，其中包括：相機模塊，進行彩色成像及熒光成像；成像系統轉換模塊，根據成像需求來轉換開放式成像方式或者內窺式成像方式；開放式成像模塊，進行大視野觀測成像；內窺式成像模塊，進行深視野探測成像；數據處理模塊，提供相機控制軟件及圖像采集、處理、顯示方法；系統支撐模塊，為導航設備提供支撐和連接。
【專利說明】視野可切換的雙光路分子影像導航系統及成像方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于光學分子影像【技術領域】，涉及的內容包括激發熒光成像方法，圖像處理方法，內窺式光學分子影像導航方法，開放式光學分子影像導航方法。

【背景技術】
[0002]分子影像是指在細胞和分子水平上對生物體進行無損的探測并進行成像，如核磁共振、PET、超聲以及光學分子成像。作為其中重要的一種成像模態，光學分子影像憑借低成本、高通量、非侵入、非接觸、非電離輻射、高靈敏度、高特異性等優勢已經成為了研究熱點。激發熒光分子成像技術是光學分子影像的一個重要的分支，它使用外部光源激發生物體內的熒光標記物，得到激發后的熒光標記物發射出近紅外波段的熒光，使用高靈敏度的探測器接受熒光信息并形成熒光圖像。
[0003]但是近紅外波段的光人肉眼是不可見的，需要借助一定的設備來觀測，光學分子影像導航設備就是用來輔助我們獲知熒光信息。傳統與光學分子影像技術相結合的導航設備受到成像深度的限制，而內窺式光學分子影像導航系統可以深入成像區域內部，解決了成像深度的問題。但是內窺式光學分子影像導航系統成像視野小，適用范圍有限。


【發明內容】

[0004]為了解決現有光學分子影像導航系統中成像深度與成像廣度的問題，本發明提供了一種視野可切換的雙光路分子影像導航系統及成像方法，既可以探測較深的成像區域，也可觀測大視野的成像區域。
[0005]本發明提出的一種視野可切換的雙光路分子影像導航系統，包括相機模塊10、成像系統轉換模塊20、開放式成像模塊30、內窺式成像模塊40、數據處理模塊50、系統支撐模塊60 ；
[0006]相機模塊10，用于對送入成像系統轉換模塊20的光信號同時進行彩色成像及熒光成像，并向數據處理模塊50輸入相應的彩色圖像和熒光圖像；
[0007]成像系統轉換模塊20，用于對開放式成像模塊30和內窺式成像模塊40進行選擇性切換，并與選擇到的模塊建立光信號的連接；
[0008]開放式成像模塊30，用于大視野觀測成像；
[0009]內窺式成像模塊40，用于深視野探測成像；
[0010]數據處理模塊50，用于控制相機模塊10，并對控制相機模塊10采集的圖像進行處理、存儲并顯示；
[0011]系統支撐模塊60，用于支撐和連接各部件。
[0012]優選的，所述的相機模塊10包括用于彩色成像的彩色CXD相機11和用于熒光成像的熒光C⑶相機12。
[0013]優選的，所述的成像系統轉換模塊20包括分光棱鏡21、濾光片一 22、濾光片二 23、相機接口一 24、相機接口二 25、鏡頭轉換器26 ；
[0014]分光棱鏡21,用于將由鏡頭轉換器26傳輸過來的光線一分為二,分別送入彩色CXD相機11和熒光CXD相機12中；
[0015]濾光片一 22，用于過濾分光棱鏡21傳輸來的光線，將波長在400nm?650nm之間的光線通過相機接口一 24送入彩色(XD相機11中；
[0016]濾光片二 23,用于過濾分光棱鏡21傳輸來的光線,將波長在810nm?870nm之間的光線通過相機接口二 25送入熒光CXD相機12中；
[0017]鏡頭轉換器26，用于選擇性連接開放式成像模塊30和內窺式成像模塊40。
[0018]優選的，所述的開放式成像模塊30包括廣角鏡頭31、白光光源一 32、近紅外光源一 33、光纖34、成像區域35 ；
[0019]在使用過程中，白光光源一 32、近紅外光源一 33通過光纖34對成像區域35進行照射，廣角鏡頭31采集成像區域35的光信號并送入成像系統轉換模塊20中。
[0020]優選的，所述的內窺式成像模塊40包括內窺鏡鏡頭41、白光光源二 42、近紅外光源二 43、內窺鏡光纖44、探測區域45 ；
[0021]白光光源二 42、近紅外光源二 43直接耦合進內窺鏡光纖44中，在使用過程中，將內窺鏡光纖44送入到探測區域45，將采集到的光信號通過內窺鏡光纖44送入到內窺鏡鏡頭41中，并進一步送入成像系統轉換模塊20中。
[0022]優選的，所述的成像系統轉換模塊20還包括轉軸71，將成像系統轉換模塊20分為固定部分和轉動部分，固定部分由分光棱鏡21、濾光片一 22、濾光片二 23、相機接口一 24、相機接口二 25、轉軸71構成，轉動部分由鏡頭轉換器26構成，轉動部分通過轉軸71與固定部分轉動連接，鏡頭轉換器26上開設有兩個通孔，分別用于裝設開放式成像模塊30和內窺式成像模塊40，在使用過程中旋轉鏡頭轉換器26使廣角鏡頭31或內窺鏡鏡頭41的光軸與成像系統轉換模塊20的固定部分的光軸成一條直線。
[0023]優選的，所述的數據處理模塊50包括相機控制模塊51、圖像處理模塊52、圖像存儲模塊53、圖像顯示模塊54;
[0024]相機控制模塊51，用于調節彩色CXD相機11和熒光CXD相機12的參數；
[0025]圖像處理模塊52，用于將彩色CXD相機11和熒光CXD相機12采集到的熒光圖像進行去噪、加偽彩處理，并利用圖像融合算法將彩色圖像和熒光圖像融合；
[0026]圖像存儲模塊53，用于存儲彩色CXD相機11和熒光CXD相機12采集到的彩色圖像、熒光圖像以及圖像處理模塊52融合的圖像；
[0027]圖像顯示模塊54，用于將彩色圖像、熒光圖像及融合圖像實時的顯示在屏幕中。
[0028]優選的，所述的系統支撐模塊60包括相機支架61、光源支架62、成像系統轉換模塊支架63、計算機支架64、顯示器支架65、系統支架66 ；
[0029]相機支架61，用于支撐彩色CXD相機11和熒光CXD相機12 ；
[0030]光源支架62，用于支撐光源；
[0031]成像系統轉換模塊支架63，用于支撐成像系統轉換模塊20 ；
[0032]計算機支架64，用于支撐計算機；
[0033]顯示器支架65，用于支撐顯示器；
[0034]系統支架66，用于連接和支撐系統支撐模塊60中各支架。
[0035]本發明還提出了一種視野可切換的雙光路分子影像導航系統的成像方法，該方法包含以下步驟:
[0036]步驟S1:通過對探測區域的判斷選擇開放式成像模塊30或內窺式成像模塊40與成像系統轉換模塊20相連接；
[0037]步驟S2:當選擇開放式成像模塊30與成像系統轉換模塊20相連接時，使用白光光源一 32及近紅外光源一 33照射成像區域35，調節廣角鏡頭31光圈并使鏡頭對焦，然后同時通過熒光CCD相機12和彩色CCD相機11分別采集熒光圖像和彩色圖像；當選擇內窺式成像模塊40與成像系統轉換模塊20相連接時，調節內窺鏡鏡頭41使其對焦，通過相機控制模塊51增加熒光C⑶相機12的曝光時間以及增益倍數，接著打開白光光源二 42、近紅外光源二 43，將內窺鏡光纖44深入到探測區域45內，通過移動內窺鏡光纖44來尋找帶熒光標記的部位，并同時通過熒光CXD相機12和彩色CXD相機11分別采集熒光圖像和彩色圖像；
[0038]步驟S3:若探測區域有較大的變化，則重新執行步驟S1、步驟S2 ；
[0039]步驟S4:利用圖像處理模塊52將熒光圖像與彩色圖像進行融合處理，得到融合圖像，并通過圖像顯示模塊54顯示在計算機顯示屏上。
[0040]優選的，所述的熒光圖像與彩色圖像的融合處理包括以下步驟:
[0041]步驟S41:檢測彩色圖像和熒光圖像中的SIFT特征點；
[0042]步驟S42:在彩色圖像和熒光圖像上建立k_d樹；
[0043]步驟S43:熒光圖像中每個特征點與彩色圖像相匹配；
[0044]步驟S44:隨機選4對匹配點構成8個線性方程組計算彩色圖像向熒光圖像變換的單應矩陣H ；
[0045]步驟S45:計算H的一致集；
[0046]步驟S46:重復執行步驟S44、步驟S45不少于500次，得到最大一致集；
[0047]步驟S47:最大一致集中的所有匹配點構成超定線性方程組，利用線性最小二乘法求解H ；
[0048]步驟S48:通過H，將彩色圖像轉換到熒光圖像的坐標系中，進行坐標變換；
[0049]步驟S49:給熒光圖像添加偽彩，將處于同一坐標系下的彩色圖像和添加偽彩后的熒光圖像進行融合，得到融合圖像。
[0050]本發明通過鏡頭轉換器實現開放式成像模塊或內窺式成像模塊的選擇，并通過成像系統轉換模塊中的分光器實現熒光圖像和彩色圖像的同時采集，采用一臺設備既可有效的根據觀測區域選擇合適的觀測模式，實現了成像深度與廣度的有效兼容，拓寬了了分子影像導航系統的有效工作范圍，具有廣泛的應用場景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1是依照本發明實施的視野可切換的雙光路分子影像導航系統的架構圖；
[0052]圖2是依照本發明實施的視野可切換的雙光路分子影像導航系統的開放式成像豐旲塊不意圖；
[0053]圖3是依照本發明實施的視野可切換的雙光路分子影像導航系統的內窺式成像豐旲塊不意圖；
[0054]圖4是依照本發明實施的基于分光棱鏡的光學分子影像導航系統的成像系統轉換示意圖。

【具體實施方式】
[0055]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖和實施例子進一步說明。
[0056]根據圖1所示，視野可切換的雙光路分子影像導航系統包括:相機模塊10、成像系統轉換模塊20、開放式成像模塊30、內窺式成像模塊40、數據處理模塊50、系統支撐模塊60。
[0057]其中相機模塊10，包括用于彩色成像的彩色CXD相機11和用于熒光成像的熒光CCD相機12，用于對送入成像系統轉換模塊20的光信號同時進行彩色成像及熒光成像，并向數據處理模塊50輸入相應的彩色圖像和熒光圖像。
[0058]成像系統轉換模塊20包括分光棱鏡21、濾光片一 22、濾光片二 23、相機接口一24、相機接口二 25、鏡頭轉換器26,用于對開放式成像模塊30和內窺式成像模塊40進行選擇性切換，并與選擇到的模塊建立光信號的連接。分光棱鏡21，用于將由鏡頭轉換器26傳輸過來的光線一分為二，分別送入彩色(XD相機11和突光(XD相機12中；濾光片一 22,用于過濾分光棱鏡21傳輸來的光線，將波長在400nm?650nm之間的光線通過相機接口一24送入彩色CCD相機11中；濾光片二 23,用于過濾分光棱鏡21傳輸來的光線,將波長在810nm?870nm之間的光線通過相機接口二 25送入熒光C⑶相機12中；鏡頭轉換器26，用于選擇性連接開放式成像模塊30和內窺式成像模塊40。
[0059]將成像系統轉換模塊20分為固定部分和轉動部分，固定部分由分光棱鏡21、濾光片一 22、濾光片二 23、相機接口一 24、相機接口二 25、轉軸71構成，轉動部分由鏡頭轉換器26構成，轉動部分通過轉軸71與固定部分轉動連接，鏡頭轉換器26上開設有兩個通孔，分別用于裝設開放式成像模塊30和內窺式成像模塊40，在使用過程中旋轉鏡頭轉換器26使廣角鏡頭31或內窺鏡鏡頭41的光軸與成像系統轉換模塊20的固定部分的光軸成一條直線。
[0060]開放式成像模塊30包括廣角鏡頭31、白光光源一 32、近紅外光源一 33、光纖34、成像區域35，用于大視野觀測成像。在使用過程中，白光光源一 32、近紅外光源一 33通過光纖34對成像區域35進行照射，廣角鏡頭31采集成像區域35的光信號并送入成像系統轉換模塊20中。
[0061]內窺式成像模塊40包括內窺鏡鏡頭41、白光光源二 42、近紅外光源二 43、內窺鏡光纖44、探測區域45，用于深視野探測成像。白光光源二 42、近紅外光源二 43直接耦合進內窺鏡光纖44中，在使用過程中，將內窺鏡光纖44送入到探測區域45，將采集到的光信號通過內窺鏡光纖44送入到內窺鏡鏡頭41中，并進一步送入成像系統轉換模塊20中。
[0062]數據處理模塊50包括相機控制模塊51、圖像處理模塊52、圖像存儲模塊53、圖像顯示模塊54，用于控制相機模塊10，并對控制相機模塊10采集的圖像進行處理、存儲并顯示。相機控制模塊51，用于調節彩色CCD相機11和熒光CCD相機12的參數；圖像處理模塊52，用于將彩色CXD相機11和熒光CXD相機12采集到的熒光圖像進行去噪、加偽彩處理，并利用圖像融合算法將彩色圖像和熒光圖像融合；圖像存儲模塊53，用于存儲彩色CCD相機11和熒光CCD相機12采集到的彩色圖像、熒光圖像以及圖像處理模塊52融合的圖像；圖像顯示模塊54，用于將彩色圖像、熒光圖像及融合圖像實時的顯示在屏幕中。
[0063]系統支撐模塊60包括相機支架61、光源支架62、成像系統轉換模塊支架63、計算機支架64、顯示器支架65、系統支架66，用于支撐和連接各部件。相機支架61，用于支撐彩色CCD相機11和熒光CCD相機12 ;光源支架62，用于支撐光源；成像系統轉換模塊支架63，用于支撐成像系統轉換模塊20 ;計算機支架64，用于支撐計算機；顯示器支架65，用于支撐顯示器；系統支架66，用于連接和支撐系統支撐模塊60中各支架。
[0064]相機模塊10中的彩色CXD相機11和熒光CXD相機12分別通過相機接口一 24、相機接口二 25與成像系統轉換模塊20相連接；開放式成像模塊30的廣角鏡頭31或內窺式成像模塊40的內窺鏡鏡頭41通過鏡頭轉換器26與成像系統轉換模塊20相連接；數據處理模塊50中的相機控制模塊51通過相機數據線與相機模塊10中的彩色CCD相機11和突光CCD相機12進行數據傳輸；系統支撐模塊60中的相機支架61用于支撐彩色CCD相機
11和突光(XD相機12,光源支架62用于支撐開放式成像模塊30的白光光源一 32、近紅外光源一 33以及內窺式成像模塊40的白光光源二 42、近紅外光源二 43,成像系統轉換模塊支架63用于支撐整個成像系統轉換模塊20，計算機支架64用于支撐數據處理模塊50中用到的計算機，顯示器支架65用于支撐數據處理模塊50中用到的顯示器，系統支架66用于各個模塊之間的連接和支撐。
[0065]根據圖2所示，本實施例開放式成像模塊工作狀態下:相機模塊10，進行彩色成像及熒光成像；成像系統轉換模塊20，連接開放式成像模塊30，并將開放式成像模塊30采集到的光信號一分為二送入相機模塊10中；開放式成像模塊30，提供開放式成像方法；數據處理模塊50，提供相機控制軟件及圖像采集、處理、顯示方法。
[0066]開放式成像模塊成像方式如下:使用白光光源一 32及近紅外光源一 33照射成像區域35 ;光線由成像系統轉換模塊20將廣角鏡頭31采集到的光信號一分為二經濾光片一22和濾光片二 23過濾后分別送入彩色CXD相機11和熒光CXD相機12中；打開數據處理模塊50中的相機控制模塊51，開啟圖像采集模式，調整彩色CCD相機11和熒光CCD相機12的成像參數，以及圖像存儲模塊53確定圖像的存儲位置；通過得到的采集圖像，來調節廣角鏡頭31光圈改變進光量，調節鏡頭對焦旋鈕使鏡頭對焦；使用圖像處理模塊52將熒光CCD相機12采集到的熒光圖像進行去噪、亮度調節、添加偽彩等處理，并與彩色圖像進行匹配、融合處理，用圖像顯示模塊54實時動態的顯示在計算機顯示屏上。
[0067]根據圖3所示，本實施例內窺式成像模塊工作狀態下:相機模塊10，進行彩色成像及熒光成像；成像系統轉換模塊20，連接內窺式成像模塊40，并將內窺式成像模塊40采集到的光信號一分為二送入相機模塊10中；內窺式成像模塊40,提供內窺式成像方法；數據處理模塊50，提供相機控制軟件及圖像采集、處理、顯示方法。
[0068]內窺式成像模塊成像方式如下:將成像系統轉換模塊20的鏡頭轉換器26與內窺式成像模塊40的內窺鏡鏡頭41相連接；將白光光源二 42及近紅外光源二 43與內窺鏡光纖44相連接，并打開白光光源二 42及近紅外光源二 43的電源開關；將內窺鏡光纖44探入探測區域45中，光線由成像系統轉換模塊20將內窺鏡鏡頭41采集到的光信號一分為二經濾光片一 22和濾光片二 23過濾后分別送入彩色CXD相機11和熒光CXD相機12中；打開數據處理模塊50中的相機控制模塊51，開啟圖像采集模式，調整彩色CCD相機11和熒光CCD相機12的成像參數，以及圖像存儲模塊53確定圖像的存儲位置；通過得到的采集圖像，來調節內窺鏡鏡頭41光圈改變進光量，調節鏡頭對焦旋鈕使鏡頭對焦；使用圖像處理模塊52將熒光CCD相機12采集到的熒光圖像進行去噪、亮度調節、添加偽彩等處理，并與彩色圖像進行匹配、融合處理，用圖像顯示模塊54實時動態的顯示在計算機顯示屏上。
[0069]根據圖4所示，鏡頭轉換器26通過轉軸71與系統轉換模塊20的固定部分連接，并通過特設在轉軸71上的彈簧及轉動定位結構實現鏡頭轉換器26的轉動定位，方便的實現了工作模式下開放式成像模塊30或內窺式成像模塊的切換。本實施例中鏡頭轉換器上開設有兩個通孔，分別用于裝設開放式成像模塊30和內窺式成像模塊40，在使用過程中旋轉鏡頭轉換器26使廣角鏡頭31或內窺鏡鏡頭41的光軸與成像系統轉換模塊20的固定部分的光軸成一條直線。
[0070]本實施例的成像方法包含以下步驟:
[0071]步驟S1:通過對探測區域的判斷選擇開放式成像模塊30或內窺式成像模塊40與成像系統轉換模塊20相連接；
[0072]步驟S2:當選擇開放式成像模塊30與成像系統轉換模塊20相連接時，使用白光光源一 32及近紅外光源一 33照射成像區域35，調節廣角鏡頭31光圈并使鏡頭對焦，然后同時通過熒光CCD相機12和彩色CCD相機11分別采集熒光圖像和彩色圖像；當選擇內窺式成像模塊40與成像系統轉換模塊20相連接時，調節內窺鏡鏡頭41使其對焦，通過相機控制模塊51增加熒光C⑶相機12的曝光時間以及增益倍數，接著打開白光光源二 42、近紅外光源二 43，將內窺鏡光纖44深入到探測區域45內，通過移動內窺鏡光纖44來尋找帶熒光標記的部位，并同時通過熒光CXD相機12和彩色CXD相機11分別采集熒光圖像和彩色圖像；
[0073]步驟S3:若觀測區域有較大的變化，則重新執行步驟S1、步驟S2 ；
[0074]步驟S4:利用圖像處理模塊52將熒光圖像與彩色圖像進行融合處理，得到融合圖像，并通過圖像顯示模塊54顯示在計算機顯示屏上。
[0075]本實施例在步驟S4中采用的圖像融合處理方法的步驟如下:
[0076]步驟S41:檢測彩色圖像和熒光圖像中的SIFT特征點；
[0077]步驟S42:在彩色圖像和熒光圖像上建立k-d樹；
[0078]步驟S43:熒光圖像中每個特征點與彩色圖像相匹配；
[0079]步驟S44:隨機選4對匹配點構成8個線性方程組計算彩色圖像向熒光圖像變換的單應矩陣H ；
[0080]步驟S45:計算H的一致集；
[0081]步驟S46:重復執行步驟S44、步驟S45不少于500次，得到最大一致集；
[0082]步驟S47:最大一致集中的所有匹配點構成超定線性方程組，利用線性最小二乘法求解H ；
[0083]步驟S48:通過H，將彩色圖像轉換到熒光圖像的坐標系中，進行坐標變換；
[0084]步驟S49:給熒光圖像添加偽彩，將處于同一坐標系下的彩色圖像和添加偽彩后的熒光圖像進行融合，得到融合圖像。
[0085]本實施例結合了開放式成像方法成像視野廣和內窺式成像方法探測視野深的優點，通過成像系統轉換模塊可以根據視野需求自由轉換成像視野。同時該成像系統轉換模塊是雙光路結構，可將鏡頭采集到的光線一分為二，用兩臺CCD相機實現熒光圖像和彩色圖像的同時采集采用一臺設備既可有效的根據觀測區域選擇合適的觀測模式，實現了成像深度與廣度的有效兼容，拓寬了了分子影像導航系統的有效工作范圍，具有廣泛的應用場旦
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[0086]在操作人員實際使用過程中，可以根據成像需求切換到合適的成像模式中。
[0087]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，但是以上所述僅為本發明的【具體實施方式】本發明的保護范圍并不僅限于此，凡在本發明的思想和規則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，該系統包括相機模塊(10)、成像系統轉換模塊(20)、開放式成像模塊(30)、內窺式成像模塊(40)、數據處理模塊(50)、系統支撐模塊(60)； 相機模塊(10)，用于對送入成像系統轉換模塊(20)的光信號同時進行彩色成像及熒光成像，并向數據處理模塊(50)輸入相應的彩色圖像和熒光圖像； 成像系統轉換模塊(20)，用于對開放式成像模塊(30)和內窺式成像模塊(40)進行選擇性切換，并與選擇到的模塊建立光信號的連接； 開放式成像模塊(30)，用于大視野觀測成像； 內窺式成像模塊(40)，用于深視野探測成像； 數據處理模塊(50)，用于控制相機模塊(10)，并對控制相機模塊(10)采集的圖像進行處理、存儲并顯示； 系統支撐模塊(60)，用于支撐和連接各部件。
2.根據權利要求1所述的視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，所述的相機模塊(10)包括用于彩色成像的彩色CCD相機(11)和用于熒光成像的熒光CCD相機(12)。
3.根據權利要求2所述的視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，所述的成像系統轉換模塊(20)包括分光棱鏡(21)、濾光片一(22)、濾光片二(23)、相機接口一(24)、相機接口二(25)、鏡頭轉換器(26)； 分光棱鏡(21),用于將由鏡頭轉換器(26)傳輸過來的光線一分為二,分別送入彩色CCD相機(11)和熒光CCD相機(12)中； 濾光片一(22)，用于過濾分光棱鏡(21)傳輸來的光線，將波長在400nm?650nm之間的光線通過相機接口一(24)送入彩色(XD相機(11)中； 濾光片二(23),用于過濾分光棱鏡(21)傳輸來的光線,將波長在810nm?870nm之間的光線通過相機接口二(25)送入熒光C⑶相機(12)中； 鏡頭轉換器(26)，用于選擇性連接開放式成像模塊(30)和內窺式成像模塊(40)。
4.根據權利要求2或3所述的視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，所述的開放式成像模塊(30)包括廣角鏡頭(31)、白光光源一(32)、近紅外光源一(33)、光纖(34)、成像區域(35)； 在使用過程中，白光光源一(32)、近紅外光源一(33)通過光纖(34)對成像區域(35)進行照射，廣角鏡頭(31)采集成像區域(35)的光信號并送入成像系統轉換模塊(20)中。
5.根據權利要求4所述的視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，所述的內窺式成像模塊(40)包括內窺鏡鏡頭(41)、白光光源二(42)、近紅外光源二(43)、內窺鏡光纖(44)、探測區域(45)； 白光光源二(42)、近紅外光源二(43)直接耦合進內窺鏡光纖(44)中，在使用過程中，將內窺鏡光纖(44)送入到探測區域(45)，將采集到的光信號通過內窺鏡光纖(44)送入到內窺鏡鏡頭(41)中，并進一步送入成像系統轉換模塊(20)中。
6.根據權利要求5所述的視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，所述的所述的成像系統轉換模塊(20)還包括轉軸(71)，將成像系統轉換模塊(20)分為固定部分和轉動部分，固定部分由分光棱鏡(21)、濾光片一(22)、濾光片二(23)、相機接口一(24)、相機接口二(25)、轉軸(71)構成，轉動部分由鏡頭轉換器(26)構成，轉動部分通過轉軸(71)與固定部分轉動連接，鏡頭轉換器(26)上開設有兩個通孔，分別用于裝設開放式成像模塊(30)和內窺式成像模塊(40)，在使用過程中旋轉鏡頭轉換器(26)使廣角鏡頭(31)或內窺鏡鏡頭(41)的光軸與成像系統轉換模塊(20)的固定部分的光軸成一條直線。
7.根據權利要求6所述的視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，所述的數據處理模塊(50)包括相機控制模塊(51)、圖像處理模塊(52)、圖像存儲模塊(53)、圖像顯示模塊(54)； 相機控制模塊(51)，用于調節彩色CCD相機(11)和熒光CCD相機(12)的參數；圖像處理模塊(52)，用于將彩色CCD相機(11)和熒光CCD相機(12)采集到的熒光圖像進行去噪、加偽彩處理，并利用圖像融合算法將彩色圖像和熒光圖像融合； 圖像存儲模塊(53)，用于存儲彩色CCD相機(11)和熒光CCD相機(12)采集到的彩色圖像、熒光圖像以及圖像處理模塊(52)融合的圖像； 圖像顯示模塊(54)，用于將彩色圖像、熒光圖像及融合圖像實時的顯示在屏幕中。
8.根據權利要求7所述的視野可切換的雙光路分子影像導航系統，其特征在于，所述的系統支撐模塊￠0)包括相機支架(61)、光源支架(62)、成像系統轉換模塊支架(63)、計算機支架(64)、顯不器支架(65)、系統支架(66)； 相機支架(61)，用于支撐彩色CCD相機(11)和熒光CCD相機(12)； 光源支架(62)，用于支撐光源； 成像系統轉換模塊支架(63)，用于支撐成像系統轉換模塊(20)； 計算機支架(64)，用于支撐計算機； 顯示器支架(65)，用于支撐顯示器； 系統支架(66)，用于連接和支撐系統支撐模塊(60)中各支架。
9.一種視野可切換的雙光路分子影像導航系統的成像方法，其特征在于，該方法包含以下步驟: 步驟S1:通過對探測區域的判斷選擇開放式成像模塊(30)或內窺式成像模塊(40)與成像系統轉換模塊(20)相連接； 步驟S2:當選擇開放式成像模塊(30)與成像系統轉換模塊(20)相連接時，使用白光光源一(32)及近紅外光源一(33)照射成像區域(35)，調節廣角鏡頭(31)光圈并使鏡頭對焦，然后同時通過熒光CCD相機(12)和彩色CCD相機(11)分別采集熒光圖像和彩色圖像；當選擇內窺式成像模塊(40)與成像系統轉換模塊(20)相連接時，調節內窺鏡鏡頭(41)使其對焦，通過相機控制模塊(51)增加熒光C⑶相機(12)的曝光時間以及增益倍數，接著打開白光光源二(42)、近紅外光源二(43)，將內窺鏡光纖(44)深入到探測區域(45)內，通過移動內窺鏡光纖(44)來尋找帶熒光標記的部位，并同時通過熒光C⑶相機(12)和彩色CXD相機(11)分別采集熒光圖像和彩色圖像； 步驟S3:若觀測區域有較大的變化，則重新執行步驟S1、步驟S2 ； 步驟S4:利用圖像處理模塊(52)將熒光圖像與彩色圖像進行融合處理，得到融合圖像，并通過圖像顯示模塊(54)顯示在計算機顯示屏上。
10.根據權利要求9所述的成像方法，其特征在于，所述的熒光圖像與彩色圖像的融合處理包括以下步驟: 步驟S41:檢測彩色圖像和熒光圖像中的SIFT特征點； 步驟S42:在彩色圖像和熒光圖像上建立k-d樹； 步驟S43:熒光圖像中每個特征點與彩色圖像相匹配； 步驟S44:隨機選4對匹配點構成8個線性方程組計算彩色圖像向熒光圖像變換的單應矩陣H ； 步驟S45:計算H的一致集； 步驟S46:重復執行步驟S44、步驟S45不少于500次，得到最大一致集； 步驟S47:最大一致集中的所有匹配點構成超定線性方程組，利用線性最小二乘法求解H; 步驟S48:通過H，將彩色圖像轉換到熒光圖像的坐標系中，進行坐標變換； 步驟S49:給熒光圖像添加偽彩，將處于同一坐標系下的彩色圖像和添加偽彩后的熒光圖像進行融合，得到融合圖像。
【文檔編號】A61B5/00GK104367380SQ201410754357
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】田捷, 毛亞敏, 遲崇巍, 楊鑫 申請人:中國科學院自動化研究所