[发明专利]大视场多模态成像系统

权利要求书

1.一种大视场多模态成像系统，其特征在于，包括：

照明子系统，用于提供激光光束和LED光束并耦合成检测光束，检测光束照射至样品的待测区域上，产生散斑信号和反射光强信号；

无穷远中继成像子系统，依次包括物镜、主中继镜组、分光组件、若干个副中继镜组、与每个副中继镜组分别对应设置的图像传感器；

所述主中继镜组通过所述物镜采集携带散斑信号和反射光强信号的检测光束；

所述检测光束经过所述分光组件后，被分光成携带散斑信号的激光光束和携带反射光强信号的LED光束，携带散斑信号的激光光束和携带反射光强信号的LED光束分别通过不同的副中继镜组后被对应的图像传感器接收；

数据处理子系统，用于根据图像传感器接收的散斑信号计算待测区域的血流速度，以及根据图像传感器接收的反射光强信号计算待测区域的血红蛋白浓度，并根据获得的血流速度与血红蛋白浓度配准计算得到相对氧代谢率，其中，

根据朗伯比尔定律，0时刻与t时刻消光比和血红蛋白浓度差关系为：

log(R₀/R_t)＝(ε_HbO(λ)Δc_HbO+ε_HbR(λ)Δc_HbR)D_a(λ)；

其中，R₀,R_t分别为0时刻和t时刻组织反射光强；ε_HbO(λ),ε_HbR(λ)分别为波长为λ时HbO和HbR的摩尔消光系数；Δc_HbO和Δc_HbR为t时刻与0时刻的血红蛋白的浓度差；D_a(λ)为差分路径因子，可结合生物组织的光学特性由蒙特卡罗模拟获得；

所述数据处理子系统采集彩色相机的红色通道或蓝色通道中的反射光强信号V，代入以下公式，计算得到r(λ)和L(λ)：V＝m∫r(λ)R(λ)L(λ)dλ；

其中，r(λ)为通道光谱响应，R(λ)为组织反射光强，L(λ)为光源光谱分布，m为比例系数；

再通过以下公式计算所述血红蛋白浓度：

c_HbT＝c_HbO+c_HbR；

其中，V_B,0,V_B,t分别为0时刻和t时刻蓝色通道测得的反射光强信号,V_R,0,V_R,t分别为0时刻和t时刻红色通道测得的反射光强信号，ε_HbO(λ),ε_HbR(λ)分别为波长为λ时含氧血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度的摩尔消光系数；Δc_HbO为t时刻与0时刻之间含氧血红蛋白浓度的差值，Δc_HbR为t时刻与0时刻之间脱氧血红蛋白浓度的差值；D_a(λ)为差分路径因子，m_B,m_R分别为蓝色通道和红色通道的比例系数，可由基线条件结合朗伯比尔定律计算得出，r_B(λ),r_R(λ)分别为蓝色通道和红色通道的光谱响应；L_g(λ),L_r(λ)分别为绿色光束和红色光束的光谱分布，C_HbT为总血红蛋白浓度，C_HbO为含氧血红蛋白浓度，C_HbR为脱氧血红蛋白浓度。

2.根据权利要求1所述的大视场多模态成像系统，其特征在于，用于采集携带有散斑信号的激光光速的图像传感器为单色相机。

3.根据权利要求2所述的大视场多模态成像系统，其特征在于，所述数据处理子系统采用激光散斑衬比成像的方法计算所述待测区域的血流速度，衬比K与血流速度v的数学公式如下：

其中，τ_c是电场去相关时间，T为曝光时间，β是一个与探测器尺寸、散斑尺寸和偏振有关的量，v为血流速度，速度v和衬比K的关系可近似表示为v∝1/K²；

衬比K通过一个空间滑动窗口进行计算得到：

其中，σ代表滑动窗口内采集到的散斑信号的图像灰度值标准差，I代表滑动窗口内采集到的散斑信号的图像平均灰度值。