专利名称：一种应用于皮肤上的光学影像设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学影像设备，尤其涉及一种检测皮肤组织的光学影像设备。
背景技术：
根据世界卫生组织的统计数字，全球目前每年约有二至三百万皮肤癌新症。由于臭氧层遭到破坏，大气层的保护性过滤功能减弱，越来越多的太阳能紫外线辐射至地球表面。预计臭氧层每减少10%，就会导致多300，000宗皮肤癌。皮肤癌(如黑色素瘤)通常由皮肤组织内色素细胞的不受控制的异常增生形成。对此种癌症最有效的治疗应在色素细胞异常生长在皮肤层仍浅于1毫米时进行。随着皮肤癌的全球病发率上升，刺激了市场对此病的早期及更有效的检测的需求。目前，大多数皮肤科医生仅靠视觉判断进行皮肤癌的初步评估，这诊断是主观的， 而且准确度低，诊断失败率高达40%。当有疑似皮肤癌病征时，会对皮肤组织进行活组织检查以确认是否有癌细胞。这类活组织检查不但有一定风险的扩散性，而且会留有疤痕，检查过程时间长且实验室测试的价格昂贵。市场正缺少一种能够针对潜在皮肤癌的皮肤组织进行检测的综合型便携式工具，以便在采取活组织检查之前能更准确的评估皮肤癌疑似病例。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种能更准确地获取并分析皮肤上的信息， 从而评估与皮肤癌有关疑似病例的便携式设备。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光学影像设备，其包括光学影像装置和外置分析模块，其中所述外置分析模块能对从所述光学影像装置中获得的目标区域的图像根据ABCD法则进行计算分析，从而准确地评估是否为皮肤癌疑似病例。其中，光学影像装置包括照明单元、偏振单元和图像捕捉单元；其中所述照明单元包括光源，所述光源为所需捕捉图像的区域提供光线；所述偏振单元包括主偏振器、次偏振器、镜头偏振器和偏振转换器，其中所述主偏振器和所述次偏振器用于偏振所述光源发出的光线，所述偏振转换器用于切换所述主偏振和所述次偏振以偏振所述光源发出的光线，所述镜头偏振器用于检偏从所述所需捕捉图像的区域反射的光线；所述图像捕捉单元包括镜头，经所述镜头偏振器检偏后的光线通过所述镜头形成影像；所述主偏振器与所述镜头偏振器的偏振方向一致，所述次偏振器与所述主偏振器及所述镜头偏振器的偏振方向相互垂直。其中所述镜头能够沿所述镜头的光学轴方向伸缩以成像不同放大倍数的图像， 例如图像捕捉单元可以分别捕捉畸变小于的1倍光学放大及10倍光学放大的清晰图像；照明单元可以为装置工作区域提供充足且分布均勻的光线，并分别发出白光、波长为 619nm-624nm的红光、520nm_540nm的绿光或460nm_480nm的蓝光；偏振单元使得捕捉图像时的照明光源照射至皮肤表面所反射的光线消除，减少图像噪点，提高图像分析准确率。因此，该光学影像装置不仅结构紧凑，便于携带，而且能够对皮肤上的目标区域可以清晰地成像，从而结合外置的分析模块能更准确地评估皮肤癌疑似病例。该实用新型可以协助皮肤科医生更准确及更早地鉴定皮肤癌症状，而且在皮肤癌治疗过程中快速记录并分析皮肤病变组织的变化。该实用新型的整套装置极为便携小巧， 无论在设备齐全的诊所内还是在环境恶劣的山区，医生或病人都可以直接使用该装置，开启光学照明部分后，将拍摄镜头对准所需鉴定的皮肤表面病变区域，选择特定的拍摄模式后按下快门，然后将拍摄到的图像导入外置分析模块，即可有一个快速的初步分析结果，病人可以记录不同时期的病征数据的同时，分析得到的数据还有助于皮肤病医生第一时间给出诊断结果，并作出相应诊治。该实用新型的最终受益者包括皮肤科医生以及普通科医生，他们可以借此实用新型针对疑似皮肤癌病人进行初步诊断后转介给专科医生。除了确诊皮肤癌病人可以使用该实用新型外，还有大量疑似皮肤癌病人都可受益。以下结合附图
对本实用新型的实施方式作进一步的说明图Ia和图Ib是光学影像装置的立体视图；图2a是光学影像装置的主视图；图2b是光学影像装置的后视图；图2c是光学影像装置的右视图；图2d是光学影像装置的左视图；图2e是光学影像装置的仰视图；图2f是光学影像装置的俯视图；图3是沿图2a中的A-A方向的剖面图；图4和图5是光学影像装置分解的立体图；图6是光学影像装置分解的侧视图；图7是偏振单元中偏振片的分布图；图8是各个偏振片的偏振方向示意图；图9是外置分析模块的框架图。
具体实施方式
本实用新型的光学影像设备是一种非辐射性光学影像设备，其包括便携式光学影像装置和外置分析模块，其中图Ia和图Ib是光学影像装置的立体视图；图2a至图2f是光学影像装置的六面视图；图3是沿图2a中的A-A方向的剖面图；图4和图5是光学影像装置分解的立体图；图6是光学影像装置分解的侧视图。如图所示，该光学影像装置包括图像捕捉单元1、照明单元2和偏振单元3。图像捕捉单元1由一组镜头Ia配合特别设计的镜头活动支架Ib组成。该图像捕捉单元1和电池电源5位于装置顶部外壳4与装置底部外壳6之间的空腔中。其中，镜头 Ia使用光学设计软件ZEMAX进行设计，在不同焦距处分别有1倍光学放大和10倍光学放大成像，且成像畸变小于1%。变焦所需的镜头活动支架Ib外形尺寸根据镜头Ia尺寸进行设计，即支架Ib内孔直径与镜头Ia外壳直径相同，使镜头Ia可以稳定固定于支架Ib上，镜头Ia由一组(可以是两片)透镜组成。该镜头活动支架Ib可以沿镜头Ia的光学轴Ic的轴向方向伸缩，伸缩的距离等于镜头的1倍光学放大焦距与10倍光学放大焦距之差。活动支架Ib的伸缩(即镜头变焦)由光学影像装置侧面的变焦按钮Id控制，最长焦距时形成的影像约为1倍光学放大，最短焦距时形成的影像约为10倍光学放大。所拍摄到的影像可以由IXD显示屏Ie即时显示出来。该图像捕捉单元1可以分别捕捉畸变小于的1倍光学放大及10倍光学放大的清晰图像。 照明单元2主要由若干照明光源2a及环形散热支架2b组成。照明光源2a等间距安装于环形散热支架2b上，照明模式由照明开关2c控制。其中，照明光源2a为多波段光谱高亮度LED，其中在每一个LED上有3个正极和3个负极，通过连接不同的正、负极的组合，可分别发出白光、波长为619nm-624nm的红光、520nm_540nm的绿光或460nm_480nm的蓝光。白、红、绿、蓝四种颜色的光源可分别用于不同种类皮肤癌病变区域的照明，使皮肤癌病变区域影像更为清晰且易于诊断。在其中一个实施例中，照明光源具有四个LED、以十字的方式彼此垂直设置。如图3所示，照明单元2位于图像捕捉单元1沿光学轴Ic方向上的前方、偏振单元3与图像捕捉单元1之间，照明单元2的结构轴心与图像捕捉单元1的光学轴心同轴。环形散热支架2b的直径略大于图像捕提单元1中的环形镜头活动支架Ib直径， 使环形散热支架2b的圆心位于镜头Ia的光学轴Ic的同时，镜头Ia可以穿过环形散热支架2b，LED可以沿镜头Ia的圆周径向为镜头Ia所需捕捉图像区域提供光源。照明单元2 与图像捕捉单元1沿光学轴Ic方向的间距通过光学模拟软件LightTools计算所得，使光学影像装置工作区域内的光线充足且均勻。图7是偏振单元中偏振片的分布图，图8是各个偏振片的偏振方向。如图所示，偏振单元3主要由圆形主偏振器3a、圆形次偏振器3b、圆形镜头偏振器3c和偏振转换器3d 组成。其中，圆形主偏振器3a、圆形次偏振器3b和圆形镜头偏振器3c可采用相同的线性偏振片，分别安装于偏振转换器3d的相应圆孔上。圆形主偏振器3a与圆形次偏振器3b用来偏振光源发出的光线，所以其圆形直径大小和径向位置分布与光源相同。圆形镜头偏振器 3c用于偏振镜头la，其圆形直径大小与镜头Ia的直径相同，且位于镜头Ia沿其光学轴Ic 方向的前方。圆形主偏振器3a、圆形次偏振器3b和圆形镜头偏振器3c位于垂直于光轴的大体上相同的平面上。同时，圆形主偏振器3a、圆形次偏振器3b和圆形镜头偏振器3c位于以镜头Ia的光学轴Ic为圆心、以镜头Ia的光学轴Ic到LED的光学轴为直径的圆平面上，且圆形主偏振器3a和圆形次偏振器3b沿该圆圆周等距离交错分布。由于圆形主偏振器3a与圆形次偏振器3b在不同的操作模式下运用，因此圆形主偏振器3a的个数与圆形次偏振器3b的个数相同，并与光源2a的LED的个数也相同。例如，光源LED有4个，圆形主偏振器3a和圆形次偏振器3b也各有4个。圆形主偏振器3a与圆形镜头偏振器3c的偏振方向一致，圆形次偏振器3b与圆形主偏振器3a的偏振方向相互垂直，同样地，也与圆形镜头偏振器3c的偏振方向相互垂直。偏振转换器3d可以绕光学轴Ic转动，转动角度等于相邻圆形主偏振器3a与圆形次偏振器3b安装位置间的夹角。以照明光源的LED的数量为4 个为例，则圆形主偏振器3a和圆形次偏振器3b各有4个，那么偏振转换器3d的旋转角度等于360/8 = 45度。通过旋转偏振转换器3d，可使照明光源2a的LED分别与圆形主偏振器3a或圆形次偏振器3b重合。偏振转换器3d沿轴Ic的纵向距离与图像捕捉单元1中10 倍放大模式下镜头最短焦距相同，方便使用者定位。由于圆形主偏振器3a与圆形次偏振器 3b用来偏振光源的光线，圆形镜头偏振器3c用来偏振镜头的光线，使得捕捉图像时的照明光源照射至皮肤表面所反射的光线消除，减少了图像噪点，提高了图像分析准确率。该便携式光学影像装置共有以下3种操作模式模式1 图像捕捉单元1位于1倍放大状态，照明单元2处于关闭状态； 模式2 图像捕捉单元1位于10倍放大状态，照明单元2处于开启状态并分别使用白色、红色、绿色或蓝色光源，偏振单元3通过旋转偏振转换器3d使用圆形主偏振器3a和圆形镜头偏振器3c，由此可以减少照明光源照射至皮肤表面的反射光线，能够清晰捕捉到皮肤癌病变区域表层的影像。 模式3 图像捕捉单元1位于10倍放大状态，照明单元2处于开启状态并分别使用白色、红色、绿色或蓝色光源，偏振单元3通过旋转偏振转换器3d使用圆形次偏振器3b和圆形镜头偏振器3c，由此可以完全消除照明光源照射至皮肤表面的反射光线，能够捕捉到皮肤癌病变区域更深层处的影像。以上3种模式，按照以下方式进行操作确定需要诊断的皮肤表面病变区域后，首先使用模式1，使用者可手持光学影像装置将其放置于距离目标皮肤组织1倍放大焦距处，按下快门7后光学影像装置会自动记录第1个图像。然后使用模式2，使用者可手持该装置，将偏振转换器3d顶端紧贴于目标皮肤组织，选择所需照明光源2a的颜色，按下快门7后该装置会自动记录第2个图像。最后使用模式3，使用者可手持该装置，将偏振转换器3d顶端紧贴于目标皮肤组织，选择所需照明光源2a的颜色，按下快门7后该装置会自动记录第3个图像。其中，通过旋转偏振转换器3d，在模式2和模式3之间进行转换。当使用模式2 时，照明光源2a的LED与圆形主偏振器3a的位置重合，照明光源2a发出的光经过圆形主偏振器3a偏振后照射到需要诊断的皮肤表面病变区域，此时圆形次偏振器3b不工作，光线经皮肤表面的反射后，射入圆形镜头偏振器3c，经3c检偏后，在图像捕捉单元1处获得皮肤癌病变区域表层的影像。当使用模式3时，照明光源2a的LED与圆形次偏振器3b的位置重合，照明光源2a发出的光经过圆形次偏振器3b偏振后照射到需要诊断的皮肤表面病变区域，此时圆形主偏振器3a不工作，光线经皮肤表面的反射后，射入圆形镜头偏振器3c，经 3c检偏后，在图像捕捉单元1处获得皮肤癌病变区域更深层处的影像。如前所述，对于同一皮肤表面病变区域，装置会自动记录下至少3个图像，这3个图像将可作为该皮肤表面病变区域的病症数据记录，同时可选用其中1个图像(优选用第 2个图像或第3个图像)导入皮肤癌病症分析模块。如图9所示，皮肤癌病症分析模块中的分析原则采用皮肤癌ABCD检测法则，这一 ABCD检测法则在国际上已经证实是一种客观稳定的皮肤癌黑色素瘤的诊断方法。ABCD检测法则中的A表示不对称性，其中包括黑色素瘤颜色和形状的不对称性。ABCD检测法则中的B表示边界，检测黑色素瘤边界的不规则程度。ABCD检测法则中的C表示颜色，检测黑色素瘤的颜色。ABCD检测法则中的D表示直径，检测黑色素瘤的直径大小。国际已有公认准则判断ABCD四个项目的结果是否正常，并根据该四个结果对黑色素瘤进行综合诊断，判断是否属于皮肤癌。皮肤癌病症分析模块根据上述法测，针对其每一个判断准则进行图形的数据分析及计算。导入目标皮肤组织图像后，模块会自动计算并探测到图像中黑色素瘤的边界，然后使用者开始选择不同功能分别对ABCD法则中的项目进行分析计算。其中，法测A 分析模块计算出图像中黑色素瘤的近似中心线后，计算并显示中心线左右部分的形状对称百分比度及颜色对称百分比度；法测B:分析模块计算出图像中黑色素瘤边界曲线的光滑程度，计算并显示边界曲线是否属于规则曲线；法测C:分析模块计算出图像中黑色素瘤的颜色，判断颜色属于白色、黑色、蓝灰色、红色、浅棕色还是深棕色，计算并显示每个颜色所占百分比；法测D 分析模块计算出图像中黑色素瘤直径，计算并显示直径大小数值； 分析模块最后根据以上四个计算结果给出总结，显示图像中的黑色素瘤是否属于皮肤癌，并自动生成诊断报告用作记录。该外置分析模块按照上述AB⑶法则对捕捉到的目标皮肤组织图像进行快速分析计算，得出该目标区域是否属于皮肤癌病症的结论。尽管上述描述了本实用新型的一种具体实施方式
，但本实用新型并不限于此。只要该光学影像设备采用了类似于此的结构，以及此结构达到便携并能更准确地判断皮肤癌疑似病例的作用，均落入本实用新型保护范围内。也就是说，在不脱离本实用新型精神和实质的前提下，本领域的普通技术员可以对本实用新型进行各种等效的变形和改动，而这些变形与改动都在本实用新型保护范围内。
权利要求1.一种光学影像装置，其包括照明单元、偏振单元和图像捕捉单元；其中 所述照明单元包括光源，所述光源为所需捕捉图像的区域提供光线；所述偏振单元包括主偏振器、次偏振器、镜头偏振器和偏振转换器，其中所述主偏振器和所述次偏振器用于偏振所述光源发出的光线，所述偏振转换器用于切换所述主偏振和所述次偏振以偏振所述光源发出的光线，所述镜头偏振器用于检偏从所述所需捕捉图像的区域反射的光线；所述图像捕捉单元包括镜头，经所述镜头偏振器检偏后的光线通过所述镜头形成影像；其特征在于所述主偏振器与所述镜头偏振器的偏振方向一致，所述次偏振器与所述主偏振器及所述镜头偏振器的偏振方向相互垂直。
2.如权利要求1所述的光学影像装置，其中所述镜头能够沿所述镜头的光学轴方向伸缩以成像不同放大倍数的图像。
3.如权利要求1或2所述的光学影像装置，其中所述光源是高亮度LED。
4.如权利要求3所述的光学影像装置，其中所述照明单元还包括环形支架，所述光源均勻等距离地安装在所述环形支架上。
5.如权利要求3所述的光学影像装置，其中所述高亮度LED发白光、红光、绿光或蓝光。
6.如权利要求1或2所述的光学影像装置，其中所述主偏振器、所述次偏振器和所述镜头偏振器位于以所述镜头的光学轴为圆心、以该镜头的光学轴到所述光源的光学轴为直径的圆平面上。
7.如权利要求1所述的光学影像装置，其中所述偏振转换器用于切换所述主偏振器和所述次偏振器进行工作是通过所述偏振转换器绕所述镜头的光学轴转动且转动角度等于相邻的所述主偏振器与所述次偏振器之间的夹角来实现。
8.一种应用于皮肤上的光学影像设备，其包括权利要求1-7中任一项所述的光学影像装置和外置分析模块，所述外置分析模块对从所述光学影像装置中获得的图像进行计算分析。
9.如权利要求8的应用于皮肤上的光学影像设备，其中所述外置分析模块能分析所述获得的图像的边界、形状、颜色及大小，并根据ABCD法则计算形状和颜色的对称性、边界曲线的规则程度、颜色类型的百分比以及直径的大小数值。
10.如权利要求8的应用于皮肤上的光学影像设备，其中所述获得的图像是皮肤的图像。
专利摘要一种应用于皮肤上的光学影像设备，其包括光学影像装置和外置分析模块，其中所述外置分析模块能对从所述光学影像装置中获得的目标区域的图像进行计算分析；其中光学影像装置包括图像捕捉单元、照明单元和偏振单元；图像捕捉单元可以分别捕捉畸变小于1％的1倍光学放大及10倍光学放大的清晰图像；照明单元可以为装置工作区域提供充足且分布均匀的光线；偏振单元使得捕捉图像时的照明光源照射至皮肤表面所反射的光线消除，减少图像噪点，提高图像分析准确率。
文档编号A61B5/00GK202069572SQ20112004721
公开日2011年12月14日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者周圣胤, 李利民, 苏文杰, 雷致行 申请人:香港生产力促进局