本發(fā)明屬于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋的方法及裝置。

背景技術(shù)：

共聚焦顯微內(nèi)窺鏡(cle)是共聚焦顯微鏡的衍生技術(shù)，它主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域，當(dāng)前臨床使用較多的是探頭式共聚焦顯微內(nèi)窺鏡(pcle)。臨床上，探頭式共聚焦顯微內(nèi)窺鏡使用一條由數(shù)萬(wàn)根光纖組成的傳像光纖束將人體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的圖像傳遞到顯示設(shè)備，以便調(diào)閱判讀。

共聚焦顯微內(nèi)窺鏡主機(jī)使用檢流計(jì)型振鏡/諧振型振鏡組合成的二維掃描機(jī)構(gòu)使激發(fā)激光束在二維面內(nèi)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，被偏轉(zhuǎn)的光束經(jīng)過(guò)中繼鏡及耦合物鏡后會(huì)逐一形成與掃描狀態(tài)對(duì)應(yīng)的聚焦光點(diǎn)。這些聚焦光點(diǎn)逐行掃描光纖束近端并依次注入到傳像光纖束的纖芯內(nèi)；經(jīng)由傳像光纖束傳遞后的激發(fā)激光被光纖束遠(yuǎn)端的微物鏡聚焦到被熒光的染色生物組織(如胃部)上。被熒光染色的生物組織被激發(fā)激光刺激后發(fā)出的熒光沿原路返回，依次通過(guò)微物鏡、傳像光纖束、耦合物鏡、中繼鏡、二維掃描機(jī)構(gòu)等達(dá)到光探測(cè)器上，通過(guò)圖像拼接及圖像增強(qiáng)處理算法，就可以得到生物組織的細(xì)胞級(jí)圖像。

現(xiàn)有技術(shù)中，例如專利cn02828322.8、cn03821815.1、cn201110203428.2及cn201510975835.3等中都具體公開(kāi)了共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的原理及具體實(shí)現(xiàn)方法。但是，共聚焦顯微內(nèi)窺鏡在實(shí)際的使用過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)不能真實(shí)的還原目標(biāo)的亮暗變化、造成圖像失真的問(wèn)題和缺陷，而在臨床中，失真的病灶圖像會(huì)讓醫(yī)生誤診，造成生命財(cái)產(chǎn)的損失，甚至重大的醫(yī)療事故。共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的圖像失真原因分析及如何解決這種圖像失真成為行業(yè)內(nèi)亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的圖像失真涉及到的影響因素較多，現(xiàn)有技術(shù)中也存在通過(guò)各種方式去改進(jìn)的技術(shù)方案，如減小電路噪聲引起的振鏡不規(guī)則抖動(dòng)等，以盡量的還原目標(biāo)的亮暗變化，改善圖像失真的狀況。這些改進(jìn)的技術(shù)方案可以在一定程度改善目標(biāo)還原的精度及圖像失真的狀況，但是在共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的使用過(guò)程中，仍然存在影響成像失真的其他因素，使得目前共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的成像圖像仍存在一定的還原失真問(wèn)題，亟待進(jìn)一步解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋方法及裝置，用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，該方法通過(guò)對(duì)激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的還原目標(biāo)的亮暗變化的還原進(jìn)行研究，找到關(guān)鍵的影響圖像還原失真的因素即激光光功率的穩(wěn)定性，進(jìn)一步通過(guò)保證激光功率的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的精確還原，從而解決目前的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)不能真實(shí)還原目標(biāo)的亮暗變化，造成圖像失真的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋方法，其用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)激光功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)激光功率的穩(wěn)定控制，其特征在于，該方法包括如下步驟：

s1在共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的準(zhǔn)直光路中插入分光片，用于對(duì)光路進(jìn)行分光，以使得其中小部分光被反射，而大部分光透射，其中透射光用于最終成為到達(dá)熒光成像目標(biāo)處的有效激發(fā)能量；

s2在與光路行進(jìn)方向垂直的方向上設(shè)置光電探測(cè)器，其用于接收所述分光片反射的光強(qiáng)度信號(hào)，且將該光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送給控制電路；

s3所述控制電路根據(jù)分光片的透射/反射比換算得到進(jìn)入光路系統(tǒng)的光功率，并在當(dāng)進(jìn)入光路系統(tǒng)的光功率異常時(shí)以負(fù)反饋的方式向控制電路發(fā)送信號(hào)，控制激光器輸出正確的光功率，從而保證入射到激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的激光光功率穩(wěn)定。

進(jìn)一步地，所述分光片的平均透過(guò)率大于90％。

進(jìn)一步地，所述分光片在450nm-500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均透過(guò)率大于90％。

進(jìn)一步地，所述分光片與入射激光的夾角是30-60度，優(yōu)選是45度。

進(jìn)一步地，所述分光片為玻璃片。

按照本發(fā)明的另一方面，提供一種光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋裝置，用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，其通過(guò)對(duì)激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)激光功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)激光功率的穩(wěn)定控制，其特征在于，該裝置包括分光玻璃片、光電探測(cè)器以及控制電路，其中，

所述分光玻璃片設(shè)置在共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的準(zhǔn)直光路中，用于對(duì)光路進(jìn)行分光，以使得其中小部分光被反射，而大部分光透射，其中透射光用于最終成為到達(dá)熒光成像目標(biāo)處的有效激發(fā)能量；

所述光電探測(cè)器設(shè)置在與光路行進(jìn)方向垂直的方向上，其用于接收所述分光片反射的光強(qiáng)度信號(hào)，且將該光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送給控制電路；

所述控制電路根據(jù)分光片的透射/反射比換算得到進(jìn)入光路系統(tǒng)的光功率，并在當(dāng)進(jìn)入光路系統(tǒng)的光功率異常時(shí)以負(fù)反饋的方式向控制電路發(fā)送信號(hào)，控制激光器輸出正確的光功率，從而保證對(duì)入射到激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的激光光功率穩(wěn)定。

進(jìn)一步地，所述分光片的平均透過(guò)率大于90％。

進(jìn)一步地，所述分光片在450nm-500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均透過(guò)率大于90％。

進(jìn)一步地，所述分光片與入射激光的夾角是30-60度，優(yōu)選是45度。

進(jìn)一步地，所述分光片為玻璃片。

本發(fā)明中，創(chuàng)造性獲得光功率對(duì)圖像還原精度的影響這一因素，并進(jìn)一步地在光路中采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋的方式，通過(guò)對(duì)進(jìn)入光路的光功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋，并進(jìn)而驅(qū)動(dòng)控制激光器輸出正確的激光功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像還原的精度控制，有效提升激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的圖像還原精度。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)圖像還原精度的影響因素的研究分析，獲得影響其精度的關(guān)鍵因素即激光光功率的穩(wěn)定性，進(jìn)一步通過(guò)保證入射的激光光功率的穩(wěn)定使其不發(fā)生異常變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中目標(biāo)的亮暗變化的有效還原，保證圖像還原的精度；

(2)本發(fā)明的方法中，通過(guò)設(shè)置分光片及相應(yīng)的光電探測(cè)器和控制電路，從而可以利用分光片反射的激光并通過(guò)光電探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的光功率，進(jìn)而可以在光功率異常時(shí)利用控制電路反饋控制激光發(fā)射器，使其產(chǎn)生相應(yīng)的激光以保證系統(tǒng)中激光光功率的穩(wěn)定；

(3)本發(fā)明的方法和裝置通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中進(jìn)入光路的光功率的裝置，在當(dāng)功率異常時(shí)提供負(fù)反饋信號(hào)，以控制激光器輸出正確的激光功率的裝置，能夠確保共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)榧す夤β实漠惓６杉绞д娴膱D像，最大程度地增加了系統(tǒng)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋裝置的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋方法的工作流程圖；

圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋裝置的局部示意圖；

在所有附圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示相同的技術(shù)特征，具體為：1、激光器；2、擴(kuò)束鏡；3、二向色鏡；4、二維掃描機(jī)構(gòu)；5、中繼鏡；6、耦合物鏡；7、柔性探頭；8、熒光聚焦鏡(及帶通濾光片，未畫(huà)出)；9、光電探測(cè)裝置(及置于光電探測(cè)裝置前的小孔，未畫(huà)出)；10、分光玻璃片；11、光電探測(cè)器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋裝置的示意圖。如圖1所示，共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的原理通常是：激光器1發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡2、二向色鏡3反射后進(jìn)入二維掃描機(jī)構(gòu)4，并被掃描偏轉(zhuǎn)后，光源會(huì)進(jìn)入無(wú)焦的中繼鏡5，達(dá)到耦合物鏡6，使偏轉(zhuǎn)掃描后的光源聚焦到光纖束探頭7的近端，從而由光纖束將激發(fā)光傳輸?shù)绞孪茸⑸溥^(guò)熒光溶液的病人的生理組織上。光纖束探頭7遠(yuǎn)端處的微物鏡收集人體組織通過(guò)散射的方式發(fā)出的熒光，并經(jīng)由前述的光纖束探頭7、耦合物鏡6、中繼鏡組5、二維掃描機(jī)構(gòu)4退掃描到二向色鏡3處，并透過(guò)二向色鏡3及其后的帶通濾光片，到達(dá)熒光聚焦鏡8。被聚焦的熒光進(jìn)入微小尺寸的空間濾波小孔，并被可以進(jìn)行微弱光信號(hào)檢測(cè)的光電探測(cè)裝置9接收。光電探測(cè)裝置9會(huì)迅速地(～10^-8s)將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。在電氣控制單元控制下，二維掃描機(jī)構(gòu)4偏轉(zhuǎn)得到一系列與空間位置對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)序列；經(jīng)由特定的算法、這些電流信號(hào)序列將進(jìn)一步轉(zhuǎn)換、并被拼接成與空間對(duì)應(yīng)、具有一定幀頻、像素尺寸及分辨率的組織圖像實(shí)時(shí)顯示在顯示設(shè)備上。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋裝置，包括：可以置于準(zhǔn)直光路中(如圖1，可以是激光器1和擴(kuò)束鏡2之間)分光玻璃片10，與光路行進(jìn)方向垂直的方向上有一個(gè)光電探測(cè)器11，以及與激光器1、光電探測(cè)器11連接的控制電路(圖1中未示出)。

本實(shí)施例中，分光片優(yōu)選與入射激光的夾角是45度，當(dāng)然本發(fā)明中并不對(duì)角度進(jìn)行限定，例如可以是30-60°或者其他任意角度，只要能夠保證可以正常分光和透射即可。分光片的平均透過(guò)率優(yōu)選大于90％，但也不限于此，可以是其他比例值，只要能夠保證可以正常分光和透射即可。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，分光片為分光玻璃片，但本發(fā)明中對(duì)分光片的材質(zhì)也不限于此，只要能夠保證可以正常分光和透射即可。

優(yōu)選地，分光片10的通光面的相對(duì)平行度小于0.01mm，通光尺寸大于激光光斑尺寸的2倍以上，并且在450nm-500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均透過(guò)率大于90％。通過(guò)上述方式，由激光器1發(fā)出的絕大部分激發(fā)激光會(huì)進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，最終到達(dá)熒光成像目標(biāo)處的有效激發(fā)能量，同時(shí)有微弱的光強(qiáng)度信號(hào)沿垂直方向反射進(jìn)入光電探測(cè)器11。

具體地，光電探測(cè)器11可以是pin激光二極管或者其他微弱光電轉(zhuǎn)換元件。

如圖2，光電探測(cè)器11接收分光玻璃片10反射的微弱光強(qiáng)度信號(hào)pd，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后發(fā)送給控制電路。電路控制系統(tǒng)計(jì)算比值kd，并與事先測(cè)得的參考比值ki進(jìn)行比較。如果kd與ki相等，則表明進(jìn)入光路系統(tǒng)的光功率正常，控制電路不向激光控制器返回任何信號(hào)；當(dāng)kd與ki不相等時(shí)，一般情況下，kd會(huì)小于ki，此時(shí)控制電路向激光控制器發(fā)送一個(gè)負(fù)反饋信號(hào)，使激光控制器調(diào)整激光器的出光功率到系統(tǒng)工作狀態(tài)需要的正常值，同時(shí)控制電路內(nèi)寄存的參考功率pi會(huì)進(jìn)行一次更新。

更優(yōu)地，如圖3，光電探測(cè)器11前可以有一塊匹配的聚焦透鏡，使微弱的準(zhǔn)直光信號(hào)聚焦到光電探測(cè)器11的有效探測(cè)面上，這樣可以最大效率地接收信號(hào)，增強(qiáng)微弱信號(hào)探測(cè)的信噪比。

具體地，為了減弱暗電流噪聲的影響并避免數(shù)據(jù)的大幅跳變，微弱光強(qiáng)度信號(hào)pd，參考功率pi是測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或者加權(quán)平均值。pd和pi都是一段時(shí)間(如1秒)內(nèi)采集到的一系列信號(hào)通過(guò)算術(shù)平均或者加權(quán)平均計(jì)算得到的均值。同樣地，共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)安裝、調(diào)試后確認(rèn)系統(tǒng)正常后，可以從光電探測(cè)器11檢測(cè)到一系列信號(hào)計(jì)算得到初始微弱光強(qiáng)度信號(hào)pd0。參考比值ki是初始微弱光強(qiáng)度信號(hào)pd0與激光器標(biāo)稱輸出功率po的比值o

控制電路會(huì)根據(jù)事先測(cè)定的透射光功率與反射光功率的比值判斷進(jìn)入光路系統(tǒng)的光功率是否異常。如果正常，控制電路不會(huì)產(chǎn)生任何動(dòng)作；如果異常，則計(jì)算一個(gè)負(fù)反饋信號(hào)、并發(fā)送至激光控制電路，使激光器調(diào)整輸出的光功率，同時(shí)更新控制電路中寄存的輸入功率信息。

激光器的輸出功率在系統(tǒng)的使用時(shí)段內(nèi)會(huì)保持一定，這樣在獲取臨床圖像時(shí)，可以得到正確的目標(biāo)圖像的亮暗信息，以真實(shí)還原檢測(cè)目標(biāo)，以用于反映生理組織是否正常等信息。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的光功率，可以防止使用過(guò)程光功率異常導(dǎo)致系統(tǒng)信號(hào)的失真，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。