CN116124752B - 一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法，首先根据目标荧光分子的光谱和光强，选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源；通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致；连续宽光谱光源出射光束，经准直、空间光调制器调控后，投影得到数字组织仿生模体。该方法生成的数字组织仿体具备强度高，稳定性高，多样性强，精度较高等特点，其实现方法简便，手段灵活，成本较低。

Description

一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法
技术领域
本发明涉及生物成像技术领域，尤其涉及一种基于多光谱调控的组织仿生模体及其生成方法。
背景技术
荧光成像是医学研究中非常重要的一种手段，将荧光分子染在特定的组织结构上，使用特定波长的光线激发荧光分子，基于斯托克斯位移，荧光分子能够发射波长更长的光线，通过检测该发射光，便能反映组织的结构和功能。荧光成像往往具有较高的对比度和分辨率，在普通白光照明成像的条件下难以发觉的病变，通过荧光的方法可以有效克服该难题，荧光成像在临床病理检测、荧光导航诊疗的过程中发挥着重要作用。荧光成像***以染色组织作为观测样本，由于荧光分子存在稳定性问题，这些样本的有效期通常只能放置维持较短的时间，同时生物组织也存在变质的问题；此外，样本与样本之间由于染色、散射、吸收等差异，荧光发射状况也有较大的差异，当使用不同荧光设备对不同样本进行成像时，其成像效果难以进行有效评测，对荧光成像设备的标准化、质量控制等产生一定的阻碍。
组织仿生模体可用于模拟生物组织，不同***对仿生模体的要求稍有差异，大体上包括其光学性质例如透明度、光谱，或者是弹性性质，电学性质等等。在荧光成像领域，仿生模体较多的关注其光学性质，从形式上可分为实体仿体和数字仿体两大类。相较于实体仿体来说，数字组织仿体具有极高的稳定性。现有技术中，数字组织仿体的生成方式中，图像的光谱信息固定不变，其光谱信息与实际生物组织仍然有较大的区别。并且在数字图像投影过程中，采用超连续激光作为光源，由光栅及DMD组合，实现光谱调制，需要用到价格较高、体积较大的超连续激光器，对光束的准直性要求较高，带来一定的不便。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多光谱调控的组织仿生模体（Phantom）及其生成方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明实施例的第一方面提供了一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S1，根据目标荧光分子的光谱和光强，经仿真选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源；
步骤S2，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率及透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致；
步骤S3，步骤S2调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控后，投影得到二维数字组织仿生模体。
进一步地，目标荧光分子的光谱半高全宽假设为Δλ，目标荧光分子的光谱曲线记为λ0，不同波长的LED光源的带宽记为{Δλ1，Δλ2，…，Δλi，…，Δλn-1，Δλn}，相应的中心波长记为{λ1，λ2，…，λi，…，λn-1，λn}，当λi<λi+1，选取的LED光源满足以下两个表达式：
Δλ1+（λn-λ1）+Δλn>Δλ
|λi+1-λi|<min[Δλi+1，Δλi]。
进一步地，确定LED光源间的功率配比包括：
对选取的LED光源的光谱进行简化，得到叠加组成连续宽光谱光源对应的光谱曲线，记为λ'，公式如下：
式中，αi为光谱系数，为方差，/>，Δλi为第i个LED光源对应的带宽，λi为第i个LED光源对应的中心波长；i=1，2，…，n；n为LED光源的个数。同时，使连续宽光谱光源对应的光谱曲线λ'与目标荧光分子的光谱曲线λ0一致，即满足表达式：/>
根据光谱系数αi确定不同波长的LED光源间的功率配比，若光谱系数较大，则相应波段的LED光源的功率要求越高。
进一步地，所述步骤S2还包括：测量连续宽光谱光源的光谱及功率，获取连续宽光谱光源的实际光谱曲线和实际光强数值，测量并获取目标荧光分子实际的光强数值，根据目标荧光分子实际的光强数值对连续宽光谱光源进行校正。
进一步地，所述步骤S2还包括：根据连续宽光谱光源的实际光谱曲线、连续宽光谱光源与目标荧光分子的实际光强数值之比确定连续宽光谱光源对应的光谱-光强线性组合系数；根据光谱-光强线性组合系数调控校正后的连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，LED光线透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致。
进一步地，所述LED光线透过率系数t设置为0.1~0.9。
进一步地，所述步骤S3基于多光谱调控的组织仿生模体的生成装置实现，所述生成装置包括：多光源模块，多光源模块提供连续宽光谱光源，且安装于多光源安装板上，多光源安装板上连接有多光源功率控制模块对各个LED的功率进行调控；连续宽光谱光源出射的光束经耦合透镜组准直输出，经空间光调制器进行空间光场调制，通过投影透镜投射到漫反射屏上，漫反射屏上呈现的图像即为二维组织仿生模体。
进一步地，多光源模块的总发光面积应小于耦合透镜组的孔径。
本发明实施例的第二方面提供了一种基于多光谱调控的组织仿生模体，由上述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法制得。
本发明实施例的第三方面提供了一种基于多光谱调控的组织仿生模体在评测荧光成像***中的应用。
本发明的有益效果为：本发明提出一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，根据目标荧光分子的光谱和光强，选择若干不同波长的LED光源，叠加组成连续宽光谱光源，该连续宽光谱光源组合具备体积小、易于集成、价格便宜等特点。
并且，该连续宽光谱光源具备光谱可调的特性，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致。调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控后，投影得到稳定性高、光束强度高、光谱相似度高的二维数字组织仿生模体。
同时，通过本发明生成方法得到的多光谱调控的二维数字组织仿生模体光谱多样性强，可模拟ICG荧光、亚甲基蓝(MB)荧光分子、荧光素钠荧光分子等多种波段的荧光。并且该多光谱调控的二维数字组织仿生模体应用场景广泛，可用于荧光成像***的成像效果对比，可用于从灵敏度、分辨率、景深等多角度评测荧光成像设备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的多光谱调控的组织仿生模体生成方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的确定连续宽光谱光源的流程图；
图3是本发明实施例提供的调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率的流程图；
图4是本发明实施例提供的多光谱调控的组织仿生模体生成方法的光路示意图；
图5是本发明实施例提供的二维数字组织仿生模体的第一示例性结果图；
图6是本发明实施例提供的二维数字组织仿生模体的第二示例性结果图。
图中，1-多光源模块；2-多光源安装板；3-耦合透镜组；4-空间光调制器；5-投影透镜；6-漫反射屏；7-多光源功率调控模块。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提出了一种基于多光谱调控的组织仿生模体（Phantom）的生成方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S1，根据目标荧光分子的光谱和光强，经仿真选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源。
如图2所示，所述步骤S1具体包括以下子步骤：
步骤S101，采用光谱仪测量目标荧光分子的光谱，获取目标荧光分子的参考光谱曲线；采用相机测量目标荧光分子的参考光强数值。
步骤S102，根据步骤S101获取的目标荧光分子的参考光谱曲线、参考光强数值，经仿真模拟选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源。
在700-900nm范围内，按照LED光源的带宽，选择多种波长的LED光源，满足LED光源的中心波长间距小于LED光源的带宽值，并确定LED光源间的功率配比，由这些LED光源组合成连续宽光谱光源。
具体地，选择若干不同波长的LED光源的过程包括：目标荧光分子的光谱半高全宽假设为Δλ，目标荧光分子的光谱曲线记为λ0，不同波长的LED光源的带宽记为{Δλ1，Δλ2，…，Δλi，…，Δλn-1，Δλn}，其相应的中心波长记为{λ1，λ2，…，λi，…，λn-1，λn}，当λi<λi+1，选取的LED光源应当满足以下两个表达式：
Δλ1+（λn-λ1）+Δλn>Δλ
|λi+1-λi|<min[Δλi+1，Δλi]。
将选取的LED光源的光谱进行简化，得到叠加组成连续宽光谱光源对应的光谱曲线，记为λ'，公式如下：
式中，αi为光谱系数，为方差，/>，Δλi为第i个LED光源对应的带宽，λi为第i个LED光源对应的中心波长；i=1，2，…，n；n为LED光源的个数。
根据光谱系数αi确定不同波长的LED光源间的功率配比，若光谱系数较大，则相应波段的LED光源的功率要求越高。
其中，连续宽光谱光源对应的光谱曲线λ'与目标荧光分子的光谱曲线λ0保持一致，即满足：
。
当LED的中心波长间隔小于其光谱带宽时，光谱连续性较好，此时LED组合光源的光谱可覆盖至少2000nm的范围，且光谱曲线平滑，在不使用超连续激光器的情况下，以极低的成本产生了超连续光谱。理论上，连续性较好的、功率密度分布较为均匀的光谱属于矩形函数，矩形两端阶跃部分代表的是光谱的波长截止下限和截止上限。因此，该超连续宽光谱可以视为一系列平移的冲击函数的叠加，而多种功率相近的LED光源可组成该系列冲击函数，因此可以叠加为超连续宽光谱。
示例性地，本发明实施例通过采集若干LED光源的强信息和光谱信息，建立一个LED光源的数据库，可在数据库中根据目标荧光分子的光谱和光强选择合适的LED光源。
例如，在模拟ICG荧光时，先获取所模拟荧光分子的荧光光谱曲线及其强度，通过光谱仪测量ICG荧光的光谱，通过相机测量ICG荧光的参考光强数值为20~90。因此，优先考虑波长为810nm、830nm、850nm的LED光源，经过数值模拟，可得出波长为810nm、830nm、850nm的三种LED光源的功率配比约为5：4：4。
例如，目标荧光分子为亚甲基蓝(MB)荧光分子时，先获取所模拟的亚甲基蓝(MB)荧光分子的荧光光谱曲线及其强度，通过光谱仪测量MB荧光分子的光谱，通过相机测量MB荧光分子的参考光强数值为30~50。查找合适的LED光源，在本实例中，选择波长为670nm、690nm、710nm、730 nm、750 nm的LED光源，经过仿真模拟确定，波长为670nm、690nm、710nm、730 nm、750 nm的LED光源的功率配比为1：2：3：2：1。
例如，目标荧光分子为荧光素钠荧光分子时，先获取所模拟的荧光素钠荧光分子的荧光光谱曲线及其强度，通过光谱仪测量荧光素钠荧光分子的光谱，通过相机测量荧光素钠荧光分子的参考光强数值为20~80。查找合适的LED光源，在本实例中，选择波长为490nm、510nm、530nm、550nm的LED光源，经过仿真模拟确定，波长为490nm、510nm、530nm、550nm的LED光源的功率配比为2：3：3：1。
步骤S2，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率及透过率，实现对连续宽光谱光源的输出光束的光谱调控，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子的实际光谱曲线、光强一致。
调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率包括：
步骤S201，测量步骤S102叠加组成的连续宽光谱光源的光谱及功率，获取连续宽光谱光源的实际光谱曲线和实际光强数值，测量并获取目标荧光分子实际的光强数值，根据目标荧光分子实际的光强数值对步骤S1叠加组成的连续宽光谱光源进行校正。
在本实施例中，因为LED光源灯珠个体间的差异，因此在调控过程中，需要根据实际测量的光强，对叠加组成的连续宽光谱光源进行校正。
步骤S202，根据连续宽光谱光源的实际光谱曲线、连续宽光谱光源与目标荧光分子的实际光强数值之比确定连续宽光谱光源对应的光谱-光强线性组合系数；根据光谱-光强线性组合系数调控校正后的连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，改变光谱能量占比，LED光线透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致。
所述步骤S202还包括：
设光谱系数αi={α1，α2，α3，…，αn}，LED光线透过率记为t，通过光谱仪测量连续宽光谱光源对应的光谱曲线λ'，与目标荧光分子对应的光谱曲线λ0进行反馈调节，确定光谱系数αi；通过相机测量连续宽光谱光源的实际光强数值V'，通过调节LED光线透过率t，与实际荧光分子强度为V进行反馈调节，满足：
。
进一步地，所述LED光线透过率系数t一般设置为0.1~0.9。
示例性地，以目标荧光分子为ICG荧光分子为例，通过相机测量得到ICG荧光分子实际的光强数值为49.4，获取连续宽光谱光源的实际光谱曲线和实际光强数值为190，获取光谱-光强线性组合系数为（108：86：81）-0.26，调控波长为810nm、830nm、850nm的LED光源的功率，将波长为810nm的LED光源的功率设置为108，波长为830nm的LED光源的功率为86，波长为850nm的LED光源的功率为81，LED光线透过率系数t可设置为0.1~0.9，通过调控每个LED光源的发光功率及整体LED光线透过率系数为0.26，使得连续宽光谱光源的光谱曲线、输出光强与ICG分子的光谱曲线、光强一致。
步骤S3，步骤S2调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控后，投影得到二维组织仿生模体。
如图4所示，本发明实施例还提供了一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成装置，用于使连续宽光谱光源出射的光束，经准直、空间光调制器调控后，投影得到二维组织仿生模体。所述基于多光谱调控的组织仿生模体的生成装置包括多光源模块1、多光源安装板2、耦合透镜组3、空间光调制器4、投影透镜5、漫反射屏6、多光源功率控制模块7。其中，多光源模块1即为连续宽光谱光源，连续宽光谱光源的光谱范围覆盖近红外750nm-900nm波段，多光源模块1安装于多光源安装板2上，多光源安装板2上连接有多光源功率控制模块7，由多光源功率控制模块7对各个LED的功率进行调控，按光谱/光强线性组合系数设置相应功率大小，实现光谱调节。LED的中心波长包括760nm、780nm、810nm、830nm、850nm、880nm等等，其光谱带宽为40nm，可调节的功率范围介于10mW-200mW之间。LED光束经耦合透镜组3准直输出，光斑重合，产生光谱准直光束，经空间光调制器DMD4进行空间光场调制，经投影透镜5投射到漫反射屏6上。漫反射屏6上呈现的图像即为组织仿生模体。
其中，多光源安装板2采用铝或铜等高导热材料，可通过焊接的方式，将多颗LED灯珠集成到一块安装板上，总发光面积应小于耦合透镜组3的孔径。所述耦合透镜组3包括一个用于光线会聚的聚光透镜，以及一个用于匀光的微透镜阵列板。
进一步地，所述漫反射屏6采用漫反射白屏。在进入投影***之前，LED光线经过了光谱调控，其光谱性质与所要模拟的目标荧光分子接近；在进入投影***之后，将图案投影到漫反射白屏上，该反射白屏对光波的吸收效果极低，投影光线大部分被散射、反射，这部分光线能够稳定地模拟组织发射的荧光。LED光源兼容传统投影***，使得该多光谱调控的数字组织仿体设备在应用方面具有非常大的便利性。
示例性地，图5示出了以ICG荧光分子为目标荧光分子，以血管为成像对象，得到的血管对应的二维数字组织仿生模体；图6示出了以ICG荧光分子为目标荧光分子，以光学分辨率检验板为成像对象，得到对应的二维数字组织仿生模体图像。
另一方面的，本发明提供的基于多光谱调控的组织仿生模体还可用于多角度评测荧光成像设备包括灵敏度、分辨率、景深等方面的特性。通过改变每个LED光源的透过率t，可以生成不同强度的数字仿体，当成像***对不同强度数字仿体成像时，可以检测成像***对不同强度仿体的成像效果，由此反映成像***的灵敏度。成像***对分辨率检验板成像时，可以得到评测***分辨率。在不同距离处拍摄仿体，可以评测***景深。
综上所述，本发明提出一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，根据目标荧光分子的光谱和光强，选择若干不同波长的LED光源，叠加组成连续宽光谱光源，该连续宽光谱光源组合具备体积小、易于集成、价格便宜等特点。
并且，该连续宽光谱光源具备光谱可调的特性，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致。调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控后，投影得到稳定性高、光束强度高、光谱相似度高的二维数字组织仿生模体。
同时，通过本发明生成方法得到的多光谱调控的二维数字组织仿生模体光谱多样性强，可模拟ICG荧光、亚甲基蓝(MB)荧光分子、荧光素钠荧光分子等多种波段的荧光。并且该多光谱调控的二维数字组织仿生模体应用场景广泛，可用于荧光成像***的成像效果对比，可用于从灵敏度、分辨率、景深等多角度评测荧光成像设备。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (8)

1.一种基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S1，根据目标荧光分子的光谱和光强，经仿真选择若干不同波长的LED光源，并确定LED光源间的功率配比，叠加组成连续宽光谱光源；
目标荧光分子的光谱半高全宽假设为Δλ，目标荧光分子的光谱曲线记为λ0，不同波长的LED光源的带宽记为{Δλ1，Δλ2，…，Δλi，…，Δλn-1，Δλn}，相应的中心波长记为{λ1，λ2，…，λi，…，λn-1，λn}，当λi<λi+1，选取的LED光源满足以下两个表达式：
Δλ1+(λn-λ1)+Δλn>Δλ
|λi+1-λi|<min[Δλi+1，Δλi]；
确定LED光源间的功率配比包括：
对选取的LED光源的光谱进行简化，得到叠加组成连续宽光谱光源对应的光谱曲线，记为λ'，公式如下：
式中，αi为光谱系数，σi为方差，Δλi＝2.355σi，Δλi为第i个LED光源对应的带宽，λi为第i个LED光源对应的中心波长；i＝1，2，…，n；n为LED光源的个数；
同时，使连续宽光谱光源对应的光谱曲线λ'与目标荧光分子的光谱曲线λ0一致；
根据光谱系数αi确定不同波长的LED光源间的功率配比；
步骤S2，通过调控连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率及透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致；
步骤S3，步骤S2调控后的连续宽光谱光源的出射光束经准直、空间光调制器调控后，投影得到数字组织仿生模体。
2.根据权利要求1所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：测量连续宽光谱光源的光谱及功率，获取连续宽光谱光源的实际光谱曲线和实际光强数值，测量并获取目标荧光分子实际的光强数值，根据目标荧光分子实际的光强数值对连续宽光谱光源进行校正。
3.根据权利要求2所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：根据连续宽光谱光源的实际光谱曲线、连续宽光谱光源与目标荧光分子的实际光强数值之比确定连续宽光谱光源对应的光谱-光强线性组合系数；根据光谱-光强线性组合系数调控校正后的连续宽光谱光源中每个LED光源的发光功率，LED光线透过率，使得连续宽光谱光源实际的光谱曲线、输出光强与目标荧光分子实际的光谱曲线、光强一致。
4.根据权利要求3所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，所述LED光线透过率系数t设置为0.1～0.9。
5.根据权利要求1所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，所述步骤S3基于多光谱调控的组织仿生模体的生成装置实现，所述生成装置包括：多光源模块(1)，多光源模块(1)提供连续宽光谱光源，且安装于多光源安装板(2)上，多光源安装板(2)上连接有多光源功率控制模块(7)对各个LED的功率进行调控；连续宽光谱光源出射的光束经耦合透镜组(3)准直输出，经空间光调制器(4)进行空间光场调制，通过投影透镜(5)投射到漫反射屏(6)上，漫反射屏(6)上呈现的图像即为二维组织仿生模体。
6.根据权利要求5所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法，其特征在于，多光源模块(1)的总发光面积应小于耦合透镜组(3)的孔径。
7.一种基于多光谱调控的组织仿生模体，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述的基于多光谱调控的组织仿生模体的生成方法制得。
8.一种权利要求7所述的基于多光谱调控的组织仿生模体在评测荧光成像***中的应用。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117516888B (zh) * 2024-01-05 2024-05-10 之江实验室 一种积分球数字仿体***及成像测评方法
CN117523025B (zh) * 2024-01-05 2024-05-10 之江实验室 一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法
CN117539112A (zh) * 2024-01-09 2024-02-09 之江实验室 一种精细化数字仿体投影装置及投影方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114441035A (zh) * 2021-12-31 2022-05-06 复旦大学 基于高速可调多色led光源的多光谱成像方法及装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001293592A1 (en) * 2000-10-06 2002-04-15 Peter R. Herman Multi-spectral fluorescence imaging and spectroscopy device
WO2013159250A1 (zh) * 2012-04-28 2013-10-31 清华大学 一种动态荧光分子断层图像的重建方法
CN103576430A (zh) * 2013-11-20 2014-02-12 苏州大学 一种光谱图像投影方法及其装置
CN104633499B (zh) * 2015-02-04 2016-10-05 余建华 一种高显色指数的led光源模组及led灯具
CN104908324A (zh) * 2015-06-10 2015-09-16 中国科学技术大学 一种生物组织光学仿体的三维打印装置
DE102018105067A1 (de) * 2017-03-06 2018-09-06 Rolf-Jürgen Ahlers Bildgebendes System zur nichtinvasiven optischen Untersuchung von Gewebe in der Tiefe
US10569105B2 (en) * 2017-05-26 2020-02-25 Accuray Incorporated Radiation based treatment beam position calibration and verification
KR20180131092A (ko) * 2017-05-31 2018-12-10 부산대학교 산학협력단 암 진단 및 수술용 형광 영상 시스템의 3차원 형광 영상 획득 장치 및 방법
JP2019184814A (ja) * 2018-04-10 2019-10-24 ソニー株式会社 蛍光ファントムの製造方法、蛍光ファントム装置、ファントムの複製方法及び生体から取得した組織の解剖学的解析方法
CN109124586A (zh) * 2018-08-15 2019-01-04 南京航空航天大学 一种多模式荧光内窥实时成像***
US11747205B2 (en) * 2019-02-27 2023-09-05 Deep Smart Light Ltd. Noninvasive, multispectral-fluorescence characterization of biological tissues with machine/deep learning
CN111701029B (zh) * 2020-07-10 2022-08-16 济南康硕生物技术有限公司 一种上转换仿生复合体及制备方法和弱紫外转换的应用
CN115752726A (zh) * 2022-11-15 2023-03-07 北京航空航天大学 一种基于dmd的可变视场宽光谱关联成像***
CN115831947A (zh) * 2022-11-21 2023-03-21 四川世纪和光科技发展有限公司 近自然光led光源及照明装置
CN115719023B (zh) * 2022-11-24 2023-08-22 之江实验室 一种光纤荧光仿生模体及其生成方法、应用
CN115825032B (zh) * 2023-02-08 2023-05-02 之江实验室 一种数字化荧光仿生模体成像方法及***

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114441035A (zh) * 2021-12-31 2022-05-06 复旦大学 基于高速可调多色led光源的多光谱成像方法及装置

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