激光扫描成像方法、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及激光扫描光学成像技术，尤其涉及一种激光扫描成像方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.在现代生活方式中，癌症相关的病例越来越多。激光扫描成像系统由于可以实时的提供亚细胞分辨率的组织信息，在癌症的早期发现、筛查和诊断中，有着非常光明的应用前景。激光扫描成像系统包括激光器、激光扫描装置、物镜、小孔、光学传感器等主要部分。
3.激光扫描成像系统在激光扫描成像过程中，激光器发射激光束，激光扫描装置通过控制激光束偏转进行扫描，物镜将激光束聚焦在生物组织上，生物组织经照射后产生的荧光信息通过物镜、激光扫描装置、小孔、到达光学传感器进行接收，形成照射区域的荧光信息。
4.共振振镜在激光扫描装置中作为快镜使用，通常进行非线性运动。伴随着共振振镜的运动，激光扫描装置输出一个振镜扫描同步信号，该振镜扫描同步信号为一个方波，代表着振镜运动方向的改变。通常由一个硬件时钟板来接收振镜扫描同步信号，并产生时钟信号来进行荧光信号采样。
5.目前，通过硬件时钟板的方式来产生时钟信号，其只能在共振振镜运动相对线性的一个固定部分生成时钟信号，所以其对应的共振振镜的成像范围相对较小，成像的位置固定，且通过这种方式生成的时钟信号的特性是固定的，并不能随着扫描范围的变化做灵活改变，从而导致得到的荧光图像的区域相对较小，且固定，即使后续通过放大处理等方式对成像区域进行改变，仍不能增加荧光图像的实际分辨率。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的上述技术问题，本公开提供了一种激光扫描成像方法、系统及存储介质，可实现生成的时钟信号能够随着有效区域的范围变化做灵活改变，从而为用户呈现出满足需求的扫描成像结果。
7.本公开实施例提供了一种激光扫描成像方法，所述方法包括：确定有效区域有关的参数信息，其中，所述有效区域包括满足预设条件的成像区域；接收驱动单元产生的振镜扫描同步信号；基于所述振镜扫描同步信号和所述有效区域有关的参数信息产生时钟信号；根据所述时钟信号对振镜扫描接收到的荧光信号进行采样，得到所述有效区域的荧光图像信息。
8.本公开实施例还提供了一种激光扫描成像系统，激光扫描成像系统包括：振镜；处理器，与所述振镜连接，用于执行上述激光扫描成像方法。
9.本公开实施例还提供了一种存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述激光扫描成像方法的步骤。
10.与现有技术相比，本公开基于接收到的振镜扫描同步信号和有效区域有关的参数
信息产生时钟信号，根据时钟信号对振镜扫描接收到的荧光信号进行采样，得到有效区域的荧光图像信息，实现生成的时钟信号能够随着有效区域的范围的变化做灵活改变，从而得到有效区域的荧光图像，为用户呈现出满足需求的扫描成像结果。
附图说明
11.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
12.图1为本发明实施例激光扫描成像方法的流程图；
13.图2为本发明实施例激光扫描成像方法的另一流程图；
14.图3为本发明实施例激光扫描成像方法的又一流程图；以及
15.图4为本发明实施例激光扫描成像方法的又一流程图。
具体实施方式
16.此处参考附图描述本发明的各种方案以及特征。
17.应理解的是，可以对此处发明的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本发明的范围和精神内的其他修改。
18.包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上面给出的对本发明的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
19.通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
20.还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式。
21.当结合附图时，鉴于以下详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
22.此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所发明的实施例仅仅是本发明的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本文所发明的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本发明。
23.本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。
24.本公开实施例提供了一种激光扫描成像方法，该方法可以应用于激光扫描成像系统。如图1所示，激光扫描成像方法包括步骤s101至步骤s104。
25.步骤s101：确定有效区域有关的参数信息，其中，有效区域包括满足预设条件的成像区域。
26.步骤s102：接收驱动单元产生的振镜扫描同步信号。
27.步骤s103：基于振镜扫描同步信号和有效区域有关的参数信息产生时钟信号。
28.步骤s104：根据时钟信号对振镜扫描接收到的荧光信号进行采样，得到有效区域的荧光图像信息。
29.具体地，振镜可以为线性振镜，也可以为非线性振镜，可以由线性振镜及非线性振镜共同组成。如果振镜是线性振镜和非线性振镜中的之一，通过步骤s101至s104得到有效区域的一维荧光图像信息；如果振镜既包括线性振镜，也包括非线性振镜，通过步骤s101至s104得到有效区域的二维荧光图像信息。其中，非线性振镜为前文中的共振振镜。
30.具体地，用户可以自行设置满足预设条件的成像区域，即，需要进行荧光成像的区域。有效区域可理解为需要为用户展示的成像区域。需要说明的是，有效区域可以为激光扫描成像系统的整个扫描区域，可以为整个扫描区域中的部分区域，具体根据用户需求确定。
31.具体地，驱动单元可以是非线性驱动单元。激光扫描成像系统中的非线性振镜上电后自振进行非线性运动，非线性驱动单元产生非线性振镜的振镜扫描同步信号，上述振镜扫描同步信号与非线性振镜的运动同步，其中，该振镜扫描同步信号的具体表现形式可为一方波信号。激光扫描成像系统接收该振镜扫描同步信号，并基于振镜扫描同步信号和有效区域有关的参数信息产生时钟信号，可实现生成的时钟信号能够随着进行成像的有效区域的范围的变化做灵活改变，以满足用户对各种区域以及各种分辨率的成像需求，避免了现有技术中硬件时钟板来接收振镜扫描同步信号，只能产生固定的时钟信号来进行荧光信号采样，从而导致只能对固定区域进行成像的问题。
32.通过本公开的方案，用户可以根据成像需求设定进行成像的区域(即有效区域)，并实现生成的时钟信号能够随着有效区域的范围的变化做灵活改变，进而基于该时钟信号进行采样得到有效区域的荧光图像，为用户呈现出满足需求的扫描成像结果。
33.在一些实施例中，参数信息包括有效区域的区域范围信息。
34.在一些实施例中，区域范围信息至少包括起始位置、结束位置和像素点数。
35.具体地，根据需要为用户展示的成像区域，可确定有效区域的起始位置、结束位置和像素点数，其中，上述用户展示的成像区域即为用户有成像需求的区域。上述起始位置、结束位置以及像素数即为有效区域有关的参数信息。其中，起始位置和结束位置可以通过坐标(一维、二维或者三维)的方式表示，也可以通过振镜偏转角度的方式表示。
36.可选地，例如当用户需要对扫描成像的结果进行放大时，可以通过不改变起始位置和结束位置的设定值，增加有效区域内的像素数的方式，得到放大显示的扫描成像结果，或保持像素数不变，缩短起始位置和结束位置之间的距离，从而实现扫描成像结果的放大显示。进一步地，例如当用户需要对扫描成像的结果进行缩小时，可以通过不改变起始位置和结束位置的设定值，减少有效区域内的像素数的方式，得到缩小显示的扫描成像结果，或保持像素数不变，增加起始位置和结束位置之间的距离，从而实现扫描成像结果的缩小显示。像素数指的是像素点的数量，即像素点数。
37.下面以振镜为非线性振镜为例进行说明。
38.在一些实施例中，如图2所示，步骤s103：基于振镜扫描同步信号和有效区域有关
的参数信息产生时钟信号，具体包括步骤s201至步骤s204。
39.步骤s201：根据区域范围信息，计算有效区域内各像素点对应的振镜运动参数信息。
40.步骤s202：根据有效区域内各像素点对应的振镜运动参数信息，计算有效区域内各像素点对应的图像扫描参数信息。
41.步骤s203：根据振镜扫描同步信号和区域范围信息确定有效区域对应的扫描时间信息。
42.步骤s204：对图像扫描参数信息和起扫描时间信息进行量化处理，生成时钟信号。
43.在一些实施例中，振镜运动参数信息至少包括以下一种：振镜的运动速度信息、振镜的运动加速度信息、振镜的运动频率信息、振镜的偏转角度信息、振镜边缘的空间位置信息和振镜镜片的空间位置信息。其中，振镜的运动频率信息也可以理解为是振镜的摆动频率信息。
44.在一些实施例中，图像扫描参数信息至少包括以下一种：各像素点对应的采样位置信息、各像素点对应的采样时刻信息和各像素点对应的采样时间信息。
45.在一些实施例中，扫描时间信息至少包括有效区域对应的任意两个扫描时刻。进一步可选地，当扫描时间信息包括有效区域对应的任意两个扫描时刻时，该有效区域对应的任意两个扫描时刻可以是起始时刻和结束时刻、起始时刻和除起始时刻外的任一扫描时刻、或者结束时刻和除结束时刻外的任一扫描时刻。
46.在一些实施例中，区域范围信息至少包括起始位置、结束位置以及像素点数，下面以振镜运动参数信息包括振镜的运动速度信息，图像扫描参数信息包括各像素点对应的采样时间信息为例，参见图3，介绍一种生成时钟信号的具体方案，包括如下步骤s301至s304：
47.步骤s301：根据起始位置、结束位置以及像素点数，计算有效区域内各像素点对应的振镜运动速度信息。
48.步骤s302：根据有效区域内各像素点对应的振镜运动速度信息，计算有效区域内各像素点对应的采样时间信息。
49.步骤s303：根据振镜扫描同步信号和区域范围信息确定有效区域对应的扫描时间信息。
50.具体地，本实施例中，扫描时间信息包括起始时刻和结束时刻。
51.步骤s304：对采样时间信息、扫描时间信息进行量化处理，生成时钟信号，也即，对采样时间信息、起始时刻和结束时刻进行量化处理，生成时钟信号。
52.具体地，当起始位置及结束位置采用一维坐标的形式表示时，可以通过公式x＝d*tanθ将相应的坐标值转化成对应的非线性振镜的偏转角度θ，其中，d为振镜距离参数，比如非线性振镜中心到扫描平面的垂直距离；x为当前像素点的坐标值。进而对各像素点对应的振镜偏转角度θ求导即可得到各像素点对应的振镜运动速度信息。
53.具体地，当起始位置及结束位置采用振镜的偏转角度θ的形式表示时，可根据一运动函数计算出有效区域内各像素点对应的非线性振镜的运动速度，该运动函数可以为描述简谐振动的三角函数，若要更精确的描述，此函数可以通过测量得到，该运动函数中计算所采用的参数至少包括非线性振镜的最大运动位置(比如最大偏转角度)、非线性振镜的运动频率(与非线性振镜的振动周期成倒数关系)。其中，振镜偏转角度也可以理解为是振镜运
动角度，则振镜最大偏转角度可以是振镜最大运动角度。
54.进一步地，通过上述内容即可得到有效区域内各像素点对应的非线性振镜的运动速度为v(p
n
)，其中v为速度，p为像素点，n的范围为1到n，n为有效区域内的像素点数。然后对各像素点对应的非线性振镜的运动速度取倒数，可以得到各像素点对应的采样时间信息，即接下来，以速度最大的像素点p(m)对应的采样时间信息为标准，将各个像素点对应的采样时间信息进行量化，得到各个像素点对应的量化后的采样时间信息；接下来对上述量化后的采样时间信息、起始时刻和结束时刻进行量化处理，即，即可生成有效区域对应的时钟信号。
55.在一些实施例中，区域范围信息至少包括起始位置、结束位置以及像素点数，下面以振镜运动参数信息包括振镜偏转角度信息，图像扫描参数信息包括各像素点对应的采样时间信息为例，参见图4，介绍另一种生成时钟信号的具体方案，包括如下步骤s401至s404：
56.步骤s401：根据起始位置、结束位置、像素点数以及振镜距离参数，计算有效区域内各像素点对应的振镜偏转角度信息。
57.步骤s402：根据有效区域内各像素点对应的振镜偏转角度信息，计算有效区域内各像素点对应的采样时间信息。
58.步骤s403：根据振镜扫描同步信号和区域范围信息确定有效区域对应的扫描时间信息。
59.具体地，本实施例中，扫描时间信息包括起始时刻和结束时刻。
60.步骤s404：对采样时间信息和扫描时间信息进行量化处理，生成时钟信号，也即，对采样时间信息、起始时刻和结束时刻进行量化处理，生成时钟信号。
61.具体地，根据起始位置、结束位置和像素点数，确定有效区域内各像素点相对于起始位置的相对坐标为x(p
n
)，其中x为相对坐标，p为像素点，n的范围为1到n，n为有效区域内的像素点数，进而通过振镜距离参数，比如非线性振镜中心到扫描平面的垂直距离，确定各像素点对应的非线性振镜的偏转角度信息θ(p
n
)，根据各个像素点对应的非线性振镜的偏转角度信息θ(p
n
)，再利用非线性振镜的偏转角度的描述公式，即可得到各像素点对应的采样时间信息t(p
n
)。接下来对采样时间信息、起始时刻和结束时刻进行量化处理，即生成有效区域相关的时钟信号。
62.上述生成时钟信号的具体方案作为示例但非限制，通过前述振镜扫描同步信号和有效区域有关的参数信息生成时钟信号的方案，都在本公开的保护范围内。
63.在一些实施例中，区域范围信息至少包括起始位置和结束位置，其中步骤s203：根据振镜扫描同步信号和区域范围信息确定有效区域对应的时间扫描信息包括：
64.根据起始位置和振镜扫描同步信号的周期确定有效区域对应的起始时刻；
65.根据结束位置和振镜扫描同步信号的周期确定有效区域对应的结束时刻。
66.具体地，可采用如下公式计算有效区域对应的起始时刻和结束时刻：θ＝θ
max
*p(f*t)，其中，p为描述非线性振镜角度随时间变化的函数，此函数可以为描述简谐振动的三角函数；f为非线性振镜的运动频率，也可以称为非线性振镜的摆动频率，其可以基于振镜扫描同步信号的周期确定；θ
max
为非线性振镜的最大偏转角度(即，最大运动角度)；上述公式描述了非线性振镜运动角度与时间的一一对应关系，因此，可由起始位置计算得到有效区
域对应的起始时刻，由结束位置计算得到有效区域对应的结束时刻。
67.在一些实施例中，振镜包括第一振镜和第二振镜，第一振镜和第二振镜垂直设置，激光扫描方法还包括：
68.根据振镜扫描同步信号以及有效区域确定第二振镜的控制信号；
69.控制驱动第一振镜沿着第一方向运动；
70.根据第二振镜的控制信号控制第二振镜沿着第二方向运动。
71.具体地，驱动单元可以是非线性驱动单元。第一振镜可以为前文中的非线性振镜，第二振镜可以为前文中的线性振镜。第一方向可为与第二方向相垂直的方向，如第一方向为直角坐标系中的x轴方向，第二方向为直角坐标系中的y轴方向，也就是，上述非线性振镜能够沿x轴方向运动，上述线性振镜能够沿y轴方向运动。进一步地，x轴方向可以为水平方向，y轴方向可以为垂直方向性。
72.以第一方向为水平方向，第二方向为垂直方向，有效区域为整个扫描区域中的部分区域为例，对本实施例得到荧光图像信息的过程进行说明：自整个扫描区域的扫描起始位置开始，先驱动非线性振镜沿扫描起始位置的水平方向运动，当非线性振镜运动到沿水平方向的最大扫描位置后，再驱动线性振镜沿垂直方向运动。当线性振镜沿着垂直方向运动到下一位置后，再驱动非线性振镜沿水平方向运动，继而如此重复上面的运动过程，直至第一振镜和第二振镜配合完成整个扫描区域内的运动。在两个振镜进行上述运动过程中，根据产生的有效区域相关的时钟信号，对该有效区域内的荧光信号进行采样，即可得到有效区域的二维荧光图像信息。
73.通过本实施例的方案，由两个振镜分别沿着两个相互垂直的方向运动，最终能够得到二维荧光图像信息，进一步提高了所得到的荧光图像信息的精确度，以获得更多维度的图像信息，为后续诊断的准确性提供了保证。
74.在一些实施例中，根据振镜扫描同步信号以及有效区域确定第二振镜的控制信号包括：根据振镜扫描同步信号和有效区域有关的参数信息确定第二振镜的控制信号。
75.具体地，参数信息可以包括起始位置、结束位置和像素点数，这些参数均与有效区域相关，根据这些信息即可确定线性振镜的运动情况，进而实现对其运动的控制，从而最终得到有效区域的荧光图像。
76.本公开实施例还提供了一种激光扫描成像系统，该系统包括振镜和与振镜连接的处理器，其中处理器用于执行上述任一实施例所提供的激光扫描成像方法。
77.通过本公开的方案，用户可以根据成像需求设定有效区域，并实现生成的时钟信号能够随着有效区域的范围的变化做灵活改变，进而基于该时钟信号进行采样得到有效区域内的荧光图像，以为用户呈现出满足需求的扫描成像结果。
78.本公开实施例还提供了一种存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述激光扫描成像方法的步骤。
79.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
80.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模
块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
81.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
82.注意，根据本技术的各个实施例中的各个单元，可以实现为存储在存储器上的计算机可执行指令，由处理器执行时可以实现相应的步骤；也可以实现为具有相应逻辑计算能力的硬件；也可以实现为软件和硬件的组合(固件)。在一些实施例中，处理器可以实现为fpga、asic、dsp芯片、soc(片上系统)、mpu(例如但不限于cortex)、等中的任何一种。
83.应当注意的是，在本技术的系统的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本技术不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合，例如，可以将一些部件组合为单个部件，或者可以将一些部件进一步分解为更多的子部件。
84.本技术的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本技术实施例的系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本技术还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本技术的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。另外，本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
85.此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本技术的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本技术的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
86.以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本技术。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本技术的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本技术的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
87.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。