[發明專利]非接觸式成像系統及其成像方法

有效

• 申請號: 201410081281.8
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103908239A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 邢曉曼;呂鐵軍;董月芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: A61B5/026
• 分類號: A61B5/026;A61B5/1455;A61B5/107
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武;沈祖鋒

技術領域

本發明涉及近紅外光成像領域，尤其涉及一種非接觸式成像系統及其成像方法。

背景技術

近紅外光自相關血流探測儀/成像儀具備無損探測血紅細胞流速的獨特優勢，在600-1000nm波段，人體組織對近紅外光的吸收和散射主要是通過血紅細胞進行的，目前可以使用不同的探測頭，利用近紅外光對人體血氧血流分布進行實時測量，對局域血液循環不暢進行診斷，對大腦功能進行探測。隨著探測技術的進步，非接觸式血氧血流測量開始展現出獨特的優勢，因為接觸式探頭不可避免的對被測組織有壓迫，對局域血流產生干擾，從而使得測量值不準，不同日期測量的血氧血流基準值不具有可比性。而且接觸式探頭不能夠對敏感組織進行探測，比如腦部和病變皮膚，傳統接觸式探頭，在被測參數要求精確地情況下，必須采用硬質探頭確保光源和探測器距離恒定，邊界條件滿足求解方程，但是非常不舒適；如果采用軟式接觸探頭，則會對求解精度造成影響。

非接觸血氧血流測量，在藥劑學和腫瘤治療研究中具有重大意義。比如光動力療法，需要知道在特定的治療條件下，腫瘤血管是否被殺死，由于腫瘤一般較小，而且形狀不具有規則性，此時無法使用接觸式探頭對腫瘤部位進行監測，必須采用非接觸式設計。

但是，目前采用傳統探測器的非接觸式血氧血流探測方法都存在不可忽視的誤差。主要存在以下幾個問題：1、傳統血氧血流探測儀采用APD，PMT，CCD等作為探測器，成本高昂，體積龐大，便攜性較差，不能實現多通道便攜式設計；2、人體軀干和頭顱都具有一定弧度，在非接觸測量中對結果影響較大，由于目前血氧血流探測儀單通道價格昂貴，數據重建采集點稀少，因此重建模型有出入，測量結果存在不可估計的誤差；3、為了節省成本，大部分血氧血流綜合成像儀都只能利用連續光測量光強變化，不能對血氧參數進行準確測量，因此，在計算血流數值時，對組織吸收率和散射率采用基于光強的粗略估計，造成最終血流重建誤差；4、對近紅外光敏感的毛細血管大部分分布在肌肉層中，而脂肪層和表皮層僅含有少量毛細血管，使用傳統探測器的血氧血流測量儀器，由于被測點稀少，無法對分層進行準確區分，只能給出大區域的平均參數，不能對深層血氧血流進行定量測量；5、大多采用聚焦透鏡的設計方式，不能對有弧度的表面進行測量（探測器不能每次進行手動聚焦，自動聚焦會大大增加成本）。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種非接觸式成像系統及其成像方法，來實現低成本多通道光強探測，其采用正弦調制的光源來實現光強相位采集，以及采用光強恒定的長相關激光實現光子到達時間自相關函數采集，從而對血氧血流數據進行精確重建，并進一步利用蒙特卡洛方法模擬和實現精確不規則邊界組織和不同層次血氧血流參數重建。

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種非接觸式成像系統，用于探測生物體，其包括近紅外成像儀系統以及成像數據重建系統；

所述近紅外成像儀系統包括：

光源，包括正弦調制的光電二級管和強度恒定的長相關激光；

光切換器，一端與所述光源光學連接，另一端與多模光纖光學連接，包括波長切換器與位置切換器；

探測器，由多個單光子計數單元組成，其中，所述多個單光子計數單元一端與單模光纖光學連接，其中，所述生物體位于所述多模光纖與所述單模光纖之間，所述單光子計數單元通過所述單模光纖對所述生物體進行探測；

控制器，與所述光源、所述光切換器、所述探測器電性連接，用于根據工作模式控制所述光源產生相應的激光以及控制所述探測器采集相應的數據；

所述成像數據重建系統包括脂肪測量裝置及蒙特卡洛計算裝置；

所述脂肪測量裝置用于獲取生物體被測部位的脂肪層厚度數據，并進行三維體素化建模；

所述蒙特卡洛計算裝置對建模位置模擬光強的信號強度、相位以及建立自相關函數，并根據模擬數據計算格林函數，并結合近紅外成像儀系統所獲取數據重建被測部位的血氧和/或血流數據。

優選的，所述工作模式包括血氧探測與血流探測，所述血氧測量在光電二極管開通時進行，所述血流測量在長相關激光開通時進行。

優選的，所述控制器在所述工作模式為血氧探測時對激光進行正弦調制，并控制所述光電二極管在多個不同波長的激光之間進行切換，經過所述波長切換器，由所述位置切換器經過所述多模光纖，輪流輸送相應波長的激光到入射光源點，所述探測器記錄單光子的到達時間。