CN208705565U - 一种用于流行病分析的显微成像*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于流行病分析的显微成像***，包括探头、激光发射模块、信号处理模块、电源模块、无线连接模块、VR眼镜模块和主控模块；激光发射模块通过光纤与探头相连接，所述激光发射模块、信号处理模块、电源模块和无线连接模块均与主控模块相连接，所述信号处理模块连接所述探头中的图像采集元件，无线连接模块用于将显微图像通过无线网络传输至VR眼镜模块。本实用新型采用光片扫描对待测物体进行激发，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，照明光路单元采用回形光导结构来改变光片方向，激光经由回形光导结构形成的光片视场相对均匀，并通过VR眼镜显示的方式提高了操作过程中的视觉效果。

Description

一种用于流行病分析的显微成像***

技术领域

本实用新型涉及一种用于流行病分析的显微成像***，属于病理分析辅助工具技术领域。

背景技术

显微镜是细胞形态学检验中不可缺少的工具，光片显微镜是使用微米级的光薄片激发样品，在垂直光片的方向对样品进行快速荧光信号探测。光片显微镜用于样品成像，其用光平面扫描物体比传统的点扫描获取图像的速度更快，有更好的信噪比和更低的光毒性，具有较好的光学选层能力，可以降低背景信号，获得较高对比度的图像。但目前许多光片显微镜成像装置只适用于麻醉或头部固定的动物，并且有些成像装置比较笨重，不适合安装在动物头部。

光片荧光显微技术能够对活体样本进行三维成像，该技术所产生的光毒性较低，且成像速度快。现有技术中存在微型光片显微镜，可以更好地适用于自由行动的动物脑部成像，该微型光片显微镜将探头安装于待测物体的头部，激发光通过探头塑形成光片后对待探测物体进行激发，并在垂直于光片的方向上收集荧光信号进行成像，得到待测物体的神经荧光影像。但是该结构存在缺陷，照明不均匀，靠近棱镜和照明透镜的位置明显较亮，而视场中原理棱镜和照明透镜的位置则照明不足，这导致整个视场亮度不均匀，在肉眼观察的情况下尚可接受，但在使用成像元件如CCD进行图像采集的情况下，视场中靠近棱镜的位置将出现明显的曝光过度，而远离棱镜的位置将由于曝光不足而出现较多噪点，影响显微观察的精确性，以及影响操作过程中的视觉体验。

虚拟现实显示技术近年来快速发展，起具有视场大，沉浸感强的优点，但少有将其用于医疗领域的报道，尤其在流行病分析仪器领域，VR技术还尚未运用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于流行病分析的显微成像***，采用光片扫描对待测物体进行激发，并在光路传输过程中采用回形光导结构来改变光片方向，形成的光片视场均匀，同时利用VR眼镜进行显微成像观察，提高了操作过程中的视觉效果以及显微观察的精确性。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，包括探头、激光发射模块、信号处理模块、电源模块、无线连接模块、VR眼镜模块和主控模块；所述激光发射模块通过光纤与探头相连接，所述激光发射模块、信号处理模块、电源模块和无线连接模块均与主控模块相连接，所述信号处理模块连接所述探头中的图像采集元件，信号处理模块采用Aptina的AP0100CS图像信号处理器，能够生成显微图像并传送至所述主控模块；所述主控模块包含集成电路；

所述无线连接模块用于将所述显微图像通过无线网络传输至所VR眼镜模块；

所述VR眼镜模块包括头戴适配器和智能手机，所述智能手机用于接收并显示所述显微图像，所述头戴适配器包括头部佩戴部和智能手机夹持部；所述智能手机的显示区域包括两部分，分别对应头部佩戴部的左眼透镜和右眼透镜，且所述两部分均显示所述显微图像；

所述探头安装于待测物体，所述探头包括照明光路单元和成像光路单元，所述照明光路单元由准直透镜、反射镜、柱面透镜、棱镜、回形光导结构以及照明透镜构成，所述成像光路单元由物镜、成像透镜、滤光片以及光电探测装置构成；

所述准直透镜额焦点位于光纤发射端口；所述反射镜的反射面的法线与经过准直透镜后的激光成45°；所述柱面透镜的中心轴与所述反射镜的出射光平行；

所述棱镜采用等边直角三角形的棱镜，所述棱镜的直角边长与照明透镜匹配，反射面为三角形斜边所在的面；所述照明透镜的另一端固定回形光导结构；所述回形光导结构的一个端面中间部位为照明对接面，用于对接所述照明透镜下端面；所述照明对接面的正下方，回形光导结构内部设置反射三棱柱，用于将光束均匀分配至所述反射三棱柱两侧；所述回形光导结构的四角设为平面缺角结构；所述回形光导结构设出光面，除所述出光面以外的至少部分表面镀反射膜；

所述物镜紧邻照明透镜设置，且与照明透镜中心轴线相互平行；所述回形光导结构的中空部位位于物镜的正下方；所述物镜垂直于待测物体平面放置；在与物镜光瞳相一致的方向上依次设置成像透镜，滤光片和光电探测装置；所述成像透镜的光瞳与物镜对齐。

前述的准直透镜采用平凸透镜；

所述反射镜采用等边直角三角形反射镜；

所述柱面透镜采用平凸柱面透镜；

所述照明透镜采用自聚焦透镜；

所述物镜采用组合有颜色校正镜片的自聚焦透镜；

所述成像透镜采用消色差透镜；

所述光电探测装置采用COMS成像装置。

前述的反射三棱柱嵌入回形光导结构实体内部，且在该反射三棱柱的表面镀反射膜。

前述的反射三棱柱采用在回形光导结构内开设一个三棱柱缺口的形式，所述缺口外壁镀反射膜。

前述的反射膜为金属薄膜。

前述的回形光导结构的内侧面为出光面。

前述的回形光导结构的下侧面为出光面。

前述的照明透镜采用的自聚焦透镜长度为0.24节距，直径为1mm，数值孔径为0.2。

前述的物镜组合后长度为6.2mm，直径为1.4mm，数值孔径为0.8。

本实用新型所达到的有益效果：

1）利用光片扫描取代了成像速度慢的点扫描成像方式，在对待测物体进行激发时，光片具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的活体成像，获得较高对比度图像。

2）采用回形光导结构来改变光片方向，且激光经由回形光导结构形成的光片视场均匀，提高了操作过程中的视觉效果，且增强了显微观察的精确性。

3）利用VR眼镜进行显微成像观察，视场大，沉浸感强，提供了普通显微镜及电子显示显微镜无法比拟的视觉效果。

附图说明

图1为本实用新型各模块连接示意图；

图2为本实用新型的用于流行病分析的显微成像***的探头结构示意图；

图3为本实用新型的探头中的回形光导结构示意图；

图4为回形光导结构，照明透镜和物镜的安装关系示意图；

图5为回形光导结构内的光路示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案 进一步说明。

参见图1，本实用新型提供的一种用于流行病分析的显微成像***，包括探头、激光发射模块、信号处理模块、电源模块、无线连接模块、VR眼镜模块和主控模块。其中，探头、激光发射模块、信号处理模块、电源模块、无线连接模块和主控模块可以集成为一个便携式显微成像设备，探头从该设备的壳体伸出，由光纤和线缆连接。VR眼镜模块与上述便携式显微成像设备配套使用，共同构成本实施方式的用于流行病分析的显微成像***。

激光发射模块通过光纤与探头相连接，激光发射模块、信号处理模块、电源模块和无线连接模块均与主控模块相连接，信号处理模块连接探头中的图像采集元件，信号处理模块采用Aptina的AP0100CS图像信号处理器，能够生成显微图像并传送至主控模块。

无线连接模块用于将显微图像通过无线网络传输至所VR眼镜模块。

VR眼镜模块包括头戴适配器和智能手机，智能手机用于接收并显示显微图像，头戴适配器包括头部佩戴部和智能手机夹持部；智能手机的显示区域包括两部分，分别对应头部佩戴部的左眼透镜和右眼透镜，且两部分均显示所述显微图像。智能手机能够接收无线连接模块发送来的显微图像，并以左右分屏显示的方式显示同一个上述显微图像。智能手机安装分屏应用程序，常规的VR应用软件均能适用。

在优选的实施方式中，主控模块包含集成电路；该集成电路优选为51系列单片机，能够控制激光发射模块发射激光，控制无线连接模块发射和/或接收信号，能够接收信号处理模块生成的显微图像，并将其交由无线连接模块进行无线传输。

无线连接模块为无线局域网通信模块、WIFI通信模块、Zig-Bee通信模块、3G通信模块、4G通信模块、5G通信模块中的一种或多种的组合。

激光发射模块采用激光器，用于产生并输出激光，并通过光纤传输至探头。

主控模块用于控制激光发射模块发射激光，控制图像显示模块对荧光信号进行显示，还可以对收集的信号及显示结果进行处理分析。主控模块控制激光发射模块发射激光，所发射的激光通过光纤传输至探头，激光通过探头的照明光路单元塑形成光片后，以光片发送至待测物体进行激发，待测物体针对激发产生的荧光信号经成像光路单元收集成像，并输送至信号处理模块，信号处理模块将处理后的信号输送至主控模块进行信号分析和发送。

探头安装于待测物体，通过探头发射光片对待测物体进行激发，并在垂直于光片的方向上收集荧光信号进行成像，得到待测物体的荧光影像，探头设置为微型光片显微成像探头，结构示意图如图2所示。

根据图2，探头包括照明光路单元和成像光路单元，其中，照明光路单元由准直透镜2、反射镜3、柱面透镜4、棱镜5、回形光导结构11以及照明透镜6构成，成像光路单元由物镜7、成像透镜8、滤光片9以及光电探测装置10构成。

具体的，准直透镜2用于对激光发射模块产生的激光进行准直，本实用新型中准直透镜2采用平凸透镜，准直透镜焦点位于光纤1发射端口。

反射镜3用于对经过准直透镜2的激光进行反射，使激光传播到柱面透镜4，本实用新型中反射镜采用等边直角三角形反射镜，其反射面的法线与经过准直透镜2后的激光成45°。

柱面透镜4用于将经过反射镜3反射过来的激光聚焦成片状，形成光片，本实用新型中柱面透镜4采用平凸柱面透镜，经反射镜3的激光沿与柱面透镜4中心轴平行方向射入柱面透镜4的凸面。

棱镜5用于改变光片方向，使激光反射入照明透镜。本实用新型中棱镜采用等边直角三角形的棱镜，并且直角边长与照明透镜匹配，反射面为三角形斜边所在的面。

照明透镜6用于对光片进行传输和/或成像。

在一种优选的实施方式中，照明透镜6具体为由光导材料制成的圆柱。在另一种优选的实施方式中，照明透镜采用自聚焦透镜，自聚焦透镜长度为0.24节距，直径为1mm，数值孔径为0.2。

回形光导结构11用于将光片投射到待测物体上。参见图3，选取回形光导结构11的一个端面中间部位作为照明对接面13，与照明透镜6通过光学胶粘接固定，在该照明对接面13的正下方，回形光导结构内部设置反射三棱柱12，该反射三棱柱可以嵌入回形光导结构实体内部，也可以在该回形光导结构内开设一个三棱柱缺口。如果是在回形光导结构实体内部嵌入反射三棱柱，则该反射三棱柱的表面镀反射膜，用于将入射的激光反射入该回形结构内；如果是在回形光导结构内开设一个三棱柱缺口，则在缺口外壁镀反射膜，同样可以将入射的激光反射入该回形结构内。参见图3，该反射三棱柱12形成两个反射面，将由光照对接面入射的激光反射至两个方向。进一步的，回形光导结构5的四角设为缺角结构，其外侧均镀反射膜，这样，经反射三棱柱的反射面反射的光在该四角处再次反射，从而使光线均匀分布于回行光导结构中，形成均匀的光片。设置该回形光导结构的内侧面为出光面，并且除出光面的其余面均镀反射膜，此时在回形光导结构中空部位形成光照均匀的视场，入射在待测物体上，激发待测物体发射荧光。也可以设置该回形光导结构的下侧面为出光面，此时内侧面镀反射膜，下侧面不镀反射膜。

参见图2和图4，本实用新型中物镜7紧邻照明透镜6设置，且照明透镜6与物镜7的中心轴线相互平行，回形光导结构11通过照明对接面13与照明透镜6粘接固定，其中空部位刚好位于物镜7的正下方，这样，由回形光导结构的出光面在中空部位形成均匀的视场，照射在被测物体上，激发被测物体发射荧光，被物镜所收集。

如图5所示的回形光导结构，图中箭头为光线的传输方向，图中反射三棱柱的两个棱面为反射面14，入射的激光经两个反射面14反射沿回形光导结构的两个方向前进，在四角处继续被反射，最终在整个回形结构内形成均匀的光片，该图中，内侧面为出光面，此时，在回形光导结构的中空部位形成相对均匀的视场。虽然采用了回形光导结构，在反射三棱柱12所在一侧的激光照射强度仍然会大于另外三个侧边的照射强度，本领域技术人员应当明了，本实施方式目的在于在回形光导结构的中空部位形成相对均匀的照射视场，进一步降低光毒性，而非完全消除光强梯度。

回形光导结构设出光面，除出光面以外的至少部分表面镀反射膜。本实用新型中反射膜为金属薄膜。

物镜7用于收集待测物体被激发后发射的荧光进行成像，本实用新型中物镜采用组合有颜色校正镜片的自聚焦透镜，垂直于待测物体平面放置。在与物镜光瞳相一致的方向上依次设置成像透镜8，滤光片9和光电探测装置10。本实用新型中物镜组合后长度为6.2mm，直径为1.4mm，数值孔径为0.8。

成像透镜8用于对色差进行校正并进一步放大物镜所成的像，本实用新型中成像透镜采用消色差透镜，设置其光瞳与物镜对齐。

滤光片9用于滤除干扰光，通过收集的荧光，滤光片9设置于成像透镜8与光电探测装置10之间。

光电探测装置10用于将收集到的光信号转换为电信号，本实用新型中光电探测装置采用COMS成像装置。

本实用新型的工作原理为：主控模块控制激光发射模块发射激光，所发射的激光通过光纤1传送到探头，经准直透镜2准直后被反射镜3反射，通过柱面透镜4形成光片，光片经棱镜5反射通过照明透镜6，再经回形光导结构5反射照到待测物体，光片激发待测物体发出荧光；在垂直于光片的方向上设置物镜7，收集待测物体发射的荧光并成一个放大的像，然后，成像透镜8对所成的像进行色差校正并对像进行进一步的放大，再经滤光片9将干扰光滤除后在光电探测装置10中成像。所成的像输送至信号处理模块，信号处理模块进行简单处理后将信号输送至图像显示模块进行显示，并输送至主控模块进行信号分析。

本实用新型的显微成像***可以用于检测人体皮肤或组织或器官，待测物体可以是切片或者玻片的形式。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，包括探头、激光发射模块、信号处理模块、电源模块、无线连接模块、VR眼镜模块和主控模块；所述激光发射模块通过光纤与探头相连接，所述激光发射模块、信号处理模块、电源模块和无线连接模块均与主控模块相连接，所述信号处理模块连接所述探头中的图像采集元件，信号处理模块采用Aptina的AP0100CS图像信号处理器，能够生成显微图像并传送至所述主控模块；所述主控模块包含集成电路；

所述无线连接模块用于将所述显微图像通过无线网络传输至所述VR眼镜模块；

所述VR眼镜模块包括头戴适配器和智能手机，所述智能手机用于接收并显示所述显微图像，所述头戴适配器包括头部佩戴部和智能手机夹持部；所述智能手机的显示区域包括两部分，分别对应头部佩戴部的左眼透镜和右眼透镜，且所述两部分均显示所述显微图像；

所述探头安装于待测物体，所述探头包括照明光路单元和成像光路单元，所述照明光路单元由准直透镜、反射镜、柱面透镜、棱镜、回形光导结构以及照明透镜构成，所述成像光路单元由物镜、成像透镜、滤光片以及光电探测装置构成；

所述准直透镜额焦点位于光纤发射端口；所述反射镜的反射面的法线与经过准直透镜后的激光成45°；所述柱面透镜的中心轴与所述反射镜的出射光平行；

所述棱镜采用等边直角三角形的棱镜，所述棱镜的直角边长与照明透镜匹配，反射面为三角形斜边所在的面；所述照明透镜的另一端固定回形光导结构；所述回形光导结构的一个端面中间部位为照明对接面，用于对接所述照明透镜下端面；所述照明对接面的正下方，回形光导结构内部设置反射三棱柱，用于将光束均匀分配至所述反射三棱柱两侧；所述回形光导结构的四角设为平面缺角结构；所述回形光导结构设出光面，除所述出光面以外的至少部分表面镀反射膜；

所述物镜紧邻照明透镜设置，且与照明透镜中心轴线相互平行；所述回形光导结构的中空部位位于物镜的正下方；所述物镜垂直于待测物体平面放置；在与物镜光瞳相一致的方向上依次设置成像透镜，滤光片和光电探测装置；所述成像透镜的光瞳与物镜对齐。

2.根据权利要求1所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，

所述准直透镜采用平凸透镜；所述反射镜采用等边直角三角形反射镜；所述柱面透镜采用平凸柱面透镜；所述照明透镜采用自聚焦透镜；所述物镜采用组合有颜色校正镜片的自聚焦透镜；所述成像透镜采用消色差透镜；所述光电探测装置采用COMS成像装置。

3.根据权利要求1所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，所述反射三棱柱嵌入回形光导结构实体内部，且在该反射三棱柱的表面镀反射膜。

4.根据权利要求1所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，所述反射三棱柱采用在回形光导结构内开设一个三棱柱缺口的形式，所述缺口外壁镀反射膜。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，所述反射膜为金属薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，所述回形光导结构的内侧面为出光面。

7.根据权利要求1所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，所述回形光导结构的下侧面为出光面。

8.根据权利要求1所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，所述集成电路包括51系列单片机。

9.根据权利要求1所述的一种用于流行病分析的显微成像***，其特征在于，所述无线连接模块为无线局域网通信模块、WIFI通信模块、Zig-Bee通信模块、3G通信模块、4G通信模块、5G通信模块中的一种或多种的组合。