一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統(tǒng)，屬于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域。其技術(shù)要點(diǎn)在于設(shè)計(jì)一種高分辨率、便攜式的光流控顯微成像裝置及系統(tǒng)，包括可用于進(jìn)行圖像增強(qiáng)顯示的成像光學(xué)附件，以及用于進(jìn)一步改善圖像顯示效果的處理算法。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)中常見(jiàn)致病菌的檢測(cè)，以及克服傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡體積龐大、對(duì)焦繁瑣、圖像傳輸步驟復(fù)雜等缺陷，具有良好的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)顯微鏡被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)，然而其體型龐大、造價(jià)高昂以及調(diào)焦復(fù)雜等缺陷限制了在許多領(lǐng)域及地區(qū)的應(yīng)用。為了克服這些問(wèn)題，手持型、微型化的顯微鏡近些年來(lái)蓬勃發(fā)展，也漸漸從科研研究走到實(shí)用領(lǐng)域之中。然而這些大部分的光學(xué)顯微鏡仍然不能脫離光學(xué)透鏡組的基本組成形式，即一般無(wú)法克服調(diào)焦繁瑣、鏡筒過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上列需求和現(xiàn)實(shí)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，放大倍率較大以及操作便捷的微型顯微鏡系統(tǒng)，包括一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置，以及用于進(jìn)行進(jìn)一步圖像增強(qiáng)操作的圖像處理系統(tǒng)?？捎糜跒樯镝t(yī)學(xué)中細(xì)胞溶液、細(xì)胞內(nèi)液，及部分致病菌溶液的檢測(cè)和診斷，以及用于后續(xù)遠(yuǎn)程醫(yī)療、共同會(huì)診等需求。
[0004]—種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置，包括光傳輸器件以及套筒腔體。
[0005]所述的光傳輸器件包括光源、各級(jí)圖像傳輸器件以及CM0S/CCD成像器件，其中光源、各級(jí)圖像傳輸器件用于進(jìn)行被CM0S/CCD成像器件拍攝之前的圖像增強(qiáng)。
[0006]所述的套筒腔體能夠構(gòu)造成所述光傳輸器件的中心點(diǎn)光路內(nèi)對(duì)齊傳輸方式，并對(duì)所述的光傳輸器件進(jìn)行固定。
[0007]所述各級(jí)圖像傳輸器件包括三級(jí)，分別為:
[0008](I)用于為所述圖像傳輸提供光源的第一級(jí)照明元件；
[0009](2)用于檢測(cè)組織物固定和初級(jí)放大的第二級(jí)光傳輸器件；
[0010](3)用于圖像二次放大和成像的第三級(jí)光傳輸器件。
[0011]所述第一級(jí)照明元件包括光源LED，聚光透鏡和濾光片，所述套筒腔體構(gòu)造成以在所述照明路徑內(nèi)中心點(diǎn)對(duì)齊的方式容納所述聚光透鏡及濾光片；
[0012]所述第二級(jí)光傳輸器件將用于放置待測(cè)組織物的聚二甲基硅氧烷PDMS微流槽與微透鏡陣列固定于一體，微流槽溝道設(shè)計(jì)寬度可容納待測(cè)樣本，為20微米?50微米；
[0013]所述第三級(jí)光傳輸器件包括光錐、CM0S/CXD圖像傳感器，圖像傳感器使用高速全局快門(mén)CM0S/CCD傳感器，光敏面與光錐出射端面以封閉的光波導(dǎo)形式耦合在一起以接收從所述二級(jí)光傳輸器件所獲得的圖像。
[0014]上述的基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置用于對(duì)從CM0S/CXD圖像傳感器獲取的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理的系統(tǒng)，除便攜式光流控顯微成像裝置的組成結(jié)構(gòu)外，該系統(tǒng)從所述圖像傳感器獲得所需圖像，并在個(gè)人電腦設(shè)備上執(zhí)行的編程用于對(duì)所述圖像傳感器接收到的圖像進(jìn)行增強(qiáng)顯示，存儲(chǔ)以及光學(xué)畸變進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0015]本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)中常見(jiàn)致病菌的檢測(cè)，以及克服傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡體積龐大、對(duì)焦繁瑣、圖像傳輸步驟復(fù)雜等缺陷，具有良好的應(yīng)用前景?！靖綀D說(shuō)明】
[0016]圖1示出了本發(fā)明的顯微成像裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2示出了液體樣本-PDMS微流槽檢測(cè)端。[〇〇18]圖3示出了圖像處理系統(tǒng)的流程圖。
[0019]圖中:A成像裝置;B圖像處理系統(tǒng);M第一級(jí)光照元件；
[0020]N第二級(jí)光傳輸器件;0第三級(jí)光傳輸與成像器件；
[0021] 10.CM0S/CCD圖像傳感器;11.光錐;12.套筒;13.LED; 14.紐扣電池盒；
[0022] 15.聚光透鏡;16.微透鏡陣列；17.固定架;18.樣本微流槽;19.濾光片；[〇〇23] 30.液體樣本進(jìn)口； 31.液體樣本出口； 32.PDMS微流槽;33.微透鏡陣列；
[0024] 34 ?毛細(xì)管。【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出了本發(fā)明的顯微成像裝置的結(jié)構(gòu)圖。M模塊示出了第一級(jí)光照元件，該級(jí)元件中外置LED光源13、聚光透鏡15與濾光片19串聯(lián)且同軸堆疊于套筒腔體內(nèi)，用于為圖像傳輸提供均勻的光照，并可將光線更好的聚焦于所述檢測(cè)樣本表面。其中LED光源可根據(jù)顯微模式(如明場(chǎng)顯微或熒光顯微)而選擇特定波段。光源采用位于腔體內(nèi)壁的紐扣電池供電。
[0026]圖1中N模塊示出了用于光線耦合和放大的第二級(jí)光傳輸元件，其中由濾光片19與 PDMS微流槽附接。光錐與經(jīng)過(guò)微透鏡放大與聚焦的圖像被投射到光錐11入射端面，經(jīng)光錐再次放大后被CM0S/CXD圖像傳感器10成像。
[0027]光錐模塊，可以利用其具有的較高能量耦合效率的優(yōu)勢(shì)將可見(jiàn)光圖像高效的傳輸?shù)焦鈱W(xué)顯微鏡透鏡組內(nèi)，且本身光錐具有10倍以?xún)?nèi)的放大作用。直接將制備好的樣本(生物醫(yī)學(xué)或者海洋環(huán)境微生物樣本)放置于入射小端面，在出射大端面可得到放大的圖像。在耦合之前，將圖像傳感器的濾光片及微透鏡層去掉，將其光敏面與光錐大端面耦合在一起，形成一條閉合的光波導(dǎo)。
[0028]圖2詳細(xì)示出了圖1中0模塊的具體構(gòu)造圖，進(jìn)行液體樣本觀測(cè)時(shí)，由針管將液體樣本從PDMS微流槽的注入端30—側(cè)注入，壓力差會(huì)誘導(dǎo)液體流動(dòng)，以保持壓力平衡，液體將流入微流槽34并流至輸出導(dǎo)管，在此過(guò)程，圖像傳感器將對(duì)其進(jìn)行成像。
[0029]圖3詳細(xì)示出了個(gè)人電腦端進(jìn)行的圖像增強(qiáng)步驟流程圖，由CM0S/CCD圖像傳感器獲取的圖像數(shù)據(jù)上傳至電腦端，執(zhí)行圖像增強(qiáng)操作，并可進(jìn)一步在云端對(duì)分布在不同地域的使用者進(jìn)行信息記錄，以及建立數(shù)據(jù)庫(kù)，方便共享診斷數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)等。[0〇3〇]進(jìn)行顯微觀測(cè)時(shí)，液體樣本以100um?1000um/s的流速經(jīng)過(guò)微流槽，圖像傳感器采用500fps幀率進(jìn)行拍照并存儲(chǔ)，也可以拍攝視頻進(jìn)行后續(xù)處理。個(gè)人電腦執(zhí)行步驟20以獲取圖像傳感器輸出的多幀下采樣原始圖像，首先進(jìn)行灰度化操作21大幅壓縮數(shù)據(jù)量來(lái)減少后續(xù)圖像增強(qiáng)操作計(jì)算時(shí)間。步驟22對(duì)所述多幀圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)以獲取偏移量，并配準(zhǔn)以合成高分辨率圖像來(lái)彌補(bǔ)由圖像傳感器本身性質(zhì)、噪聲影響等原因造成的圖像信息量損失，最終處理的圖像被執(zhí)行存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)硬盤(pán)或直接用于顯示的操作23。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置，其特征在于，包括光傳輸器件以及套筒腔體； 所述的光傳輸器件包括光源、各級(jí)圖像傳輸器件以及CMOS/CCD成像器件，其中光源、各級(jí)圖像傳輸器件用于進(jìn)行被CMOS/CCD成像器件拍攝之前的圖像增強(qiáng)； 所述的套筒腔體能夠構(gòu)造成所述光傳輸器件的中心點(diǎn)光路內(nèi)對(duì)齊傳輸方式，并對(duì)所述的光傳輸器件進(jìn)行固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式光流控顯微成像裝置，其特征在于，所述各級(jí)圖像傳輸器件包括三級(jí)，分別為: (1)用于為所述圖像傳輸提供光源的第一級(jí)照明元件； (2)用于檢測(cè)組織物固定和初級(jí)放大的第二級(jí)光傳輸器件； (3)用于圖像二次放大和成像的第三級(jí)光傳輸器件。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式光流控顯微成像裝置，其特征在于， 所述第一級(jí)照明元件包括光源LED，聚光透鏡和濾光片，所述套筒腔體構(gòu)造成以在所述照明路徑內(nèi)中心點(diǎn)對(duì)齊的方式容納所述聚光透鏡及濾光片； 所述第二級(jí)光傳輸器件將用于放置待測(cè)組織物的聚二甲基硅氧烷PDMS微流槽與微透鏡陣列固定于一體，微流槽溝道設(shè)計(jì)寬度可容納待測(cè)樣本，為20微米?50微米； 所述第三級(jí)光傳輸器件包括光錐、CMOS/CCD圖像傳感器，圖像傳感器使用高速全局快門(mén)CMOS/CCD傳感器，光敏面與光錐出射端面以封閉的光波導(dǎo)形式耦合在一起以接收從所述二級(jí)光傳輸器件所獲得的圖像。4.一種用于對(duì)從CMOS/CCD圖像傳感器獲取的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光傳輸器件以及套筒腔體;其特征在于， 所述的光傳輸器件包括光源、各級(jí)圖像傳輸器件以及CMOS/CCD成像器件，其中光源、各級(jí)圖像傳輸器件用于進(jìn)行被CMOS/CCD成像器件拍攝之前的圖像增強(qiáng)； 所述的套筒腔體能夠構(gòu)造成所述光傳輸器件的中心點(diǎn)光路內(nèi)對(duì)齊傳輸方式，并對(duì)所述的光傳輸器件進(jìn)行固定； 從所述圖像傳感器獲得所需圖像，并在個(gè)人電腦設(shè)備上執(zhí)行的編程用于對(duì)所述圖像傳感器接收到的圖像進(jìn)行進(jìn)一步增強(qiáng)顯示，存儲(chǔ)以及光學(xué)畸變進(jìn)行校準(zhǔn);其中，增強(qiáng)顯示用于對(duì)所述圖像進(jìn)行去灰度轉(zhuǎn)換、圖像配準(zhǔn)、圖像重構(gòu)以及后續(xù)分析操作。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK105954194SQ201610272432
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】喻言, 王偉明, 黃輝, 歐進(jìn)萍
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)