CN102135661A - 用于对患者身体所选位置进行成像的共焦显微镜 - Google Patents

Abstract

用于对患者身体所选位置进行成像的共焦成像显微镜，在使用时是符合人体工程学的，紧凑的，且可以在所选位置进行定位的，由此使患者在成像期间是舒适的。成像头(28)万向地安装在多轴线复合臂(34)上，以允许在所选位置精确放置从头延伸出来的共焦物镜(116)，顶在患者皮肤上，同时使患者是舒适的。臂(34)将头接附到直立的台(10)上，该台(10)是可以沿着台放在其上的地面而进行移动的。台(10)具有在其上支撑了键盘(24)和用于对图像进行监控的显示器(22)的平台(16)。台(10)也支撑了用于对在显示器上提供了图像的信号进行处理并且用于对显微镜进行控制的个人电脑(PC)(26)。

Description

用于对患者身体所选位置进行成像的共焦显微镜

本申请是2004年5月20日提交的申请号为200480013754.5、发明名称为“用于对患者身体所选位置进行成像的共焦显微镜”的中国国家发明申请的分案申请。

要求2003年5月20日提交的编号为60/471,911的美国临时申请的优先权，在这里通过参考将该申请予以合并。

技术领域

本发明涉及用于对在患者身体上的所选位置进行成像，尤其是用于对处在这个位置的皮肤进行细胞成像及用于对其它活体组织和生物过程进行成像的共焦显微镜。本发明提供了通过在成像头内包含共焦显微镜的光学构件和电子构件而在人体工程学方面适于提供容易的使用的共焦显微镜，该成像头支撑为精确放置共焦物镜，同时免除了对大幅度重新确定患者取向的需要，由此使患者在成像期间是舒适的。

背景技术

本发明的主要特点是在成像头内将共焦显微镜的光学构件和电子构件以紧凑的组成关系合并。

本发明的另一个特点是在定位机构上支撑头，该定位机构在不需要在成像进程期间在不舒适的位置重新确定患者取向的情况下在将头放置在精确的位置顶在患者皮肤上时提供改进人体工程学。

本发明的又一个特点是在具有多个万向连接装置的臂机构上支撑共焦成像头，该万向连接装置提供了头进行位移和转动的自由，从而以能够对其进行精确定位。

本发明的又一个特点是提供断开头以进行手动定向，这可以对为了研究和临床应用及在细胞水平上探索在皮肤和其它组织内的细胞形态和细胞过程而进行的成像有所帮助。

已经提供了具有适合于对皮肤和其它细胞组织进行成像的共焦成像系统的共焦激光扫描显微镜，并且可以参考Zavislan和Eastman的1988年8月4日授权的编号为5,788,639的关于可以手持的共焦显微镜的美国专利。Anderson等的1999年3月19日授权的编号为5,880,880的美国专利描述了在其中光学装置的部分安装在臂内的共焦激光扫描显微镜。这样的显微镜需要与光学装置分开并且远离定位的电子设备，以对图像信号进行控制和处理。尽管用这样的激光扫描共焦显微镜可得到令人满意的图像，但对于操作显微镜以在患者身上的所选位置得到图像的临床医生，它们使用起来是困难的，并且它们在人体工程学方面可能是令人不满意的。

发明内容

本发明提供了在其中对光学构件和机械构件进行了整合和合并从而提供容易定位并且具有临床医生所想要的人体工程学的成像头的共焦显微镜。可以在不需要相对于头在使患者不舒适的位置重新确定患者取向的情况下使用头。

简要地进行了描述，根据本发明的共焦显微镜成像头能够对患者身体的精确位置进行扫描并且能够得到皮肤和其它组织的图像，同时将显微镜的成像和控制的电子装置和光学构件合并到了临床医生可以容易地移动的紧凑的成像头内。头可以具有主底盘，显微镜最重要的光学构件和电子构件可以安装在该主底盘的相对侧。盘也为用于对显微镜的物镜进行精准的对焦定位和侧向定位的机构提供了支撑装置。头的电子装置可以安装在其一侧上与底盘邻近接附的印刷电路板上。头可以安装在多轴线复合臂上，该多轴线复合臂在介于臂区段之间的关节处具有万向节，并且臂连接到在其上可以安装监视器(显示器)和计算机的直立的台，用于对头的电子装置进行编程和操作的键盘处在该计算机上。

附图说明

通过结合附图而阅读接下来的描述使本发明的前述特点和优点及其它特点和优点是更显而易见的，附图如下：

图1是根据本发明的改进的激光扫描共焦显微镜的透视图；

图2是从顶部看的图1所示的显微镜的透视图；

图3是接附到多轴线可位移和可转动的臂机构的一个部分上的成像头的透视图；

图4是图示了头和多轴线铰接的臂机构的正视图，显示了以位移和转动对头进行定位；

图5是图4所示的头和臂机构的平面图；

图6是显示了通过可拆卸的连接装置而连接到臂机构的头的头的透视侧视图；

图7是类似于图6的显示了从臂机构上拆卸下来的头的视图；

图8是图示了在前面附图所示的共焦显微镜的头内的光束线路径的平面图；

图9是显示了光学构件和用于安装电子构件的PCB的简化透视图，去除了安装底盘从而以更清楚地图示PCB和光学构件；

图10是图示了包括物镜透镜和将其安装到底盘上的安装装置的成像头的构件的透视图，围绕物镜透镜用于相对于物镜而对皮肤进行精准定位的管状突出部分结构被省略，以简化图示；

图11是类似于图10但显示了围绕物镜透镜的管状突出部分和用于定位突出部分从而确定成像皮肤的精确位置的镜台的透视图，沿着在图10中的线条11-11对安装盘用于物镜透镜和其上安装突出部分的镜台的部分进行切割，以更清楚地图示用于对镜台进行调节且由此对突出部分进行调节并且相对于物镜而对皮肤进行精确定位的机构；

图12是沿着在图6中的线条12-12而截取的截面图；

图13是沿着在图7中的线条13-13而截取的截面图；和

图14和15是成像头的电子装置的方块图。

图16是图14和图15连接起来的图。

具体实施方式

更具体地参考图1、2和3，显示了优选地安装在轮脚12上的直立的台10，以通过用手抓住并且推动或拉动杆14的时候沿着地面发生移动。搁板16和18连接在台10的直立部分之间，搁板之一16可以在抽屉20之上。平板监视器和个人电脑(PC)26可以放置在下部搁板18上。显示器22与计算机26一起工作，并且也提供了由共焦显微镜采集到的图像。

成像头28万向地安装在具有前臂32和后臂34的多轴线臂机构30上。头28在处于前臂32的自由端上的连结装置36处是可拆卸的。头28具有优选地由透明塑料制造的突出部分38，该突出部分38接附到在头28前部的圆锥形毂40。用手握住并且移动把手42，以允许头进行多轴线移动，以使突出部分与患者皮肤发生接触或与其它要成像的组织发生接触。多轴线移动是围绕在后臂34的后端和在前臂32的前端的万向关节44和46的垂直、水平和转动移动。连结关节48能够使臂32相对于臂34而发生转动。通过图4和5使臂和头28的多轴线移动是更显而易见的。有从头28到PC 26的电缆和介于PC、监视器和键盘24之间的电缆。为了简化图示，在图片中没有显示这些电缆。

在头28侧面上的控制面板50具有两套控制装置52和54。控制装置52对突出部分38在X和Y(正交的)方向上的运动有所帮助，从而相对于皮肤而对头进行精准定位或精确定位。控制面板还具有捕获图像的构造。

在操作时，突出部分在要成像的位置处与皮肤发生接触。突出部分前端具有由可去除的双侧粘性材料制成的环，环处于突出部分前端的圆形区域56内。然后，与通过用手使头移动而可得到的距离相比，通过使用多轴线、铰接的臂机构30，在更短的距离上，突出部分在正交的方向上进行移动并且提供精准的定位。在要成像的皮肤位置上的或在要成像的皮肤位置内部的部分的位置是可以通过使物镜透镜沿着光轴移动进出突出部分的控制装置54而得以控制的。因此，对想要成像的身体组织的确切部分和确切位置进行成像。

通过图4和5使头28的多轴线移动是更显而易见的。万向关节44和46能够进行转动移动及垂直移动。转动移动通过在虚线圆圈60、62和64端部的箭头而得以显示，而上下移动或围绕万向装置44和46的转动通过在虚线线条66和68端部的箭头而得以显示。万向装置可以是用弹簧加载的或具有足够的摩擦力，以能够在确定了头28的位置之后使臂停留在它们所移动到的位置内。

头28可以从臂30拆卸下来的性质可以通过处于把手42内的接收装置72内的闩锁机构70而得到(也查看图6)。当闩锁70松开的时候，由把手42所保持的头28与臂机构30分开而可以用手移动并且定向。在图12和13中也图示了该接收装置和机构。

图12和13也显示了共焦显微镜头和两部分壳或外壳80的内部。该壳连接到主底盘82。T形托架桥接了多边形装置扫描器84，并且提供了后支撑盘86，其将壳80的后部和把手稳固地并且结实地连接到头28。通过角撑板90而连接到主底盘82的前支撑盘88也具有螺丝(未显示)插入到其中从而接附壳80的部分的螺丝孔。

前支撑盘88也支撑了XY镜台92，突出部分38及其安装毂40连接到该XY镜台92，并且为了精准定位，前支撑盘88是可以经由镜台92而在X方向和Y方向上进行侧向移动的。

如图10和11所示，物镜透镜组件96通过前支撑盘88而得以支撑。如图11所示，镜台92具有前盘100和后盘102。当滑动装置104通过线性步进马达105的轴经由臂106而开动的时候，滑动装置104允许前盘100在箭头103所示的Y方向上进行移动。镜台92的后盘102在垂直于前盘100移动的方向上是可以移动的。后盘102安装在接附到支撑前盘88的滑动装置(未显示)上。线性步进马达106具有经由臂108而连接的轴，以使盘102和物镜38在箭头101所示的X方向上进行移动。

物镜透镜组件96包括在透镜筒内的物镜透镜116。管112具有凸轮槽114。在这些槽内的销118经由连结装置120而连接到物镜透镜116。当管96通过马达122经由小齿轮124和围绕管96外围的环齿轮(未显示)而进行转动的时候，凸轮槽基于马达122的转动方向而使销前后平移，由此使物镜116沿着光轴而进行前后移动，从而使物镜聚焦于要成像的组织的部分。

转动管112内的筒包含了一对形成前望远镜透镜134的部分的复合透镜132。前望远镜134组装在物镜透镜聚焦机构的可转动管112内。在图10和11中显示了后者机构。在转动管112上的指针127可以与光传感器(未显示)一起使用，以将物镜116在箭头129(图10)方向上的位置指示给电子装置。

图8显示了共焦显微镜头28的光学构件。通过图8和9并且也通过在图10和11中的这些构件的位置，该构件主要处在主底盘82上侧并且与其连接到主底盘82是显而易见的。图9、10和11也显示了以平行间隔关系接附到主底盘82下侧的印刷电路板(PCB)130；间隔由间隔器给予。所有电子构件大致上都安装在PCB 130上。将就电路图(图14和15)而对这些构件进行讨论。

共焦显微镜的光学构件是已经提及的望远镜134的复合透镜132、物镜116和多边形装置扫描器84。其它构件是具有折叠式反射镜142的激光器140。分束器148处在光到多边形装置扫描器84反射面的路径内。多边形装置可以具有多个面(比方说36个)。面为正在形成的图像提供了连续的扫描线。

两个复合透镜150和152形成了第二望远镜，其限制光束并且弯曲于望远镜折叠式反射镜内。检流计156在交叉扫描方向上使光束发生偏斜，从而使图像的扫描线发生位移。然后，光束穿过望远镜134和物镜116。光束由物镜透镜聚焦，然后从正在进行成像的组织部分(患者身体位置)反射回来而穿过物镜116、望远镜134、检流计156反射镜、折叠式反射镜155、第二望远镜154和多边形装置面，然后对线条进行去扫描，到达分束器148。分束器148指引光束到达针孔检测器组件162的共焦针孔光圈160。该组件包括可以是雪崩光电二极管的检测器和安装在板上用于对相应于图像的视频信号进行显影的电子装置。该视频信号通过没有显示的电缆经由在检测器模块162上的连接器164和在PC板130上的连接器166而得以传送，用于经由在板130上的电子装置处理成形成图像的信号。该信号通过在PCB 130上的连接器168经由电缆(未显示)而得以传送到PC，用于在显示器22上提供图像。可以进行信号传输用于在远距离的点进行远程病理观察或使用高分辨率(兆像素)打印机打印出来图像。

从分束器148返回的光束通过针孔透镜170和折叠式反射镜172而得以在针孔光圈160上聚焦。

本发明的特点是在主底盘支撑盘的上表面上的基本上相同的平面内提供了紧凑的光学装置及其位置。通过对光学构件进行布置，从而使在介于检流计和多边形装置扫描器84之间的光路的部分内(主要在第二望远镜透154的界限内)的光束与在从分束器148到针孔光圈160的返回路径内的光束交叉，得到了该结果。光束部分以超过最小角度的角度发生交叉，由此在交叉光束内避免了光的任何显著干涉。要注意的是，所有光学构件都安装在主底盘82上，并且几乎所有光学构件都安装在盘的上表面上。

光电检测器162包括将光电检测器安装到盘82的上表面上的杆180。检流计安装在接附到前支撑盘88上的托架上，从而使检流计反射镜在主底盘82的上表面之上的光线的平面内。多边形装置扫描器84处在主底盘82之上。用于转动多边形装置扫描器84的多边形装置驱动轴(未显示)延伸穿过了主底盘82。连接到多边形装置驱动轴的驱动马达182可以安装在PCB 130上。

在PCB 130上的电路包括用于为激光器140提供电力的成像激光器驱动器电路。该驱动器电路包括激光器数模转换器(DAC)202和激光器电流调整器204。有三个驱动X方向镜台驱动马达104、Y方向镜台驱动马达106和在Z方向上移动物镜透镜116的马达108的步进马达驱动器206、208和210。有包括振荡器218和锁相回路(PLL)频率合成器电路220的像素时钟发生器电路211。在板130上的微处理器CPU 222连接到DAC 202并且连接到驱动器206、208和210。CPU222经由接口线而连接到现场可编程门阵列(FPGA)集成电路224。有图像数据处理电路226及同步串行器逻辑电路228，该同步化串行器逻辑电路228主要使在成像头28和PC 26之间的物理连结的数目得以减小，从而允许在这二者之间使用非大量的电缆。解串器逻辑电路230也对在PC内格式化的图像进行处理。多边形装置马达通过多边形装置控制器电路232而进行速度调整，该多边形装置控制器电路232通过在FPGA上的可编程除法器234从像素时钟接收频率形式的基准速度信号。串行器逻辑电路也通过除法器236接收像素时钟，用于传输到PC 26来复原图像。通过以光栅方式对输出到组织样品上的激光束进行扫描，提供了图像形成。快轴通过转动多边形装置扫描器84而得以产生，而慢轴通过检流计156而得以产生。组织的反射率性质通过由光电检测器162将如由在随后几页中所描述的光学装置调节的折射光转换成时变电信号电压而得以测量。该信号通过模数转换器280转换成数字值。包括线计数器和回扫逻辑电路238的同步电路驱动包括数模转换器240的检流计控制器。检流计伺服系统240连接到检流计156。多边形装置位置通过多边形装置位置(扫描起始-SOS)检测器而得以检测，当每个连贯的多边形装置面对穿越组织样品的输出激光束进行扫描的时候该多边形装置位置检测器产生了数字脉冲。线计数器和回扫逻辑电路238对这些SOS边缘进行计数，以对检流计156的位置进行控制。数模电路240将线计数器数值转换成最终对检流计156的角度位置进行控制的模拟电压。有用于触发监视器22的电路(未显示)，也有在FPGA接口上的寄存器电路246，该寄存器电路246允许CPU222对各种FPGA扫描参数进行编程。

CPU 222也经由固件解码器252接收来自在成像头28的壳上的头控制键盘24的指令，从而以经由X马达104、Y马达106和Z马达108的驱动器而对这些马达进行操作。

在操作期间，固件使用配备了串行器/解串器接口的FPGA 224而对微处理器进行指导，以经由PC主机的串口(RS-232)而接受来自PC主机的指令并且接受来自板上键盘24的指令。这些指令指导板上微处理器222，以开始进行扫描，对激光器电流、步进马达位置、多边形装置转动进行控制。可编程的除法器234独立于像素时钟而提供了对多边形装置基准频率FPOLY的控制。在这么做的时候，以像素确立了图像的宽度。同样地，到线计数器块238的HPER和VSPER输入确立了所显示的图像的高度。

除了在上面提及的功能外，微处理器222周期性地对它的键盘进行扫描，以检测控制装置触发。若干前面板键具有预定的功能，这些预定的功能包括开始和停止成像(扫描)模式、移动三个步进马达中的每个、控制激光器运行电流(由此控制激光器运行功率)、图像捕捉、图像堆叠、堆叠或截取成像，这取决于当前哪个功能是激活的。可以包括额外的按钮，以对激活成像功能做出选择。也可以将该特点整合到PC的应用程序内。接下来对每个键功能进行了简要的描述。

指令结构允许PC主机优先于局部控制装置，和/或使PC主机以其判断力而得到局部控制装置的状态。

扫描/停止扫描

扫描/停止扫描按钮通过执行若干相关任务指导微处理器222开始扫描或终止扫描(基于扫描的当前状态)。这些任务包括根据预定的成像参数(例如图像宽度、高度、帧频)而对像素时钟产生PLL 220和各种FPGA寄存器246(查看微处理器/FPGA接口)进行编程和将激光器电流DAC设置到初始数值。

激光器电流控制

像在随后段落内所描述的那样，通过激光器运行电流而对成像激光器功率进行间接控制(参见成像激光器驱动器)。

按动增加激光器电流控制装置使微处理器增加激光器DAC 202设置，而按动减小激光器电流控制装置使微处理器222减小激光器DAC设置。

在非扫描时段期间，激光器电流通过微处理器而设置成其最小数值。

X、Y、Z马达移动

三个镜台定位步进马达对成像深度(Z)和样本位置(X、Y)进行控制。微处理器响应于马达移动控制装置X+、X-、Y+、Y-、Z+和Z-而对这些步进马达104、106、108进行控制。根据当前移动模式(精准的或粗略的)，每次键触发移动一步的精准模式和每次键触发移动多步的粗略模式是可分别得到的。

精准/粗略模式选择

精准/粗略模式控制装置可选地对精准或粗略移动模式做出选择。当马达的相关马达移动控制装置触发的时候，微处理器固件分别通过将一步或多步指令发到相关马达而实施这些模式。

图像功能选择

有三种成像模式：图像捕捉、和图像捕捉是简单地从实况视频供给捕捉单帧。截取是一系列在处于相同X、Y位置的各种预定深度采集到的图像。堆叠是一系列在相同深度采集到的缝合在一起以形成大区域图像的图像。

图像模式控制装置可选地在这些模式之间做出选择。该控制装置的状态转递到PC应用程序，用于处理。实施和组织这些功能的是PC26应用程序。

成像激光器驱动器

成像激光器140以恒定电流模式运行。在该模式内，激光器功率实际上是恒定的。然而，温度对激光器功率有轻微的影响，激光器的热质量是大的并且内部运行温度相当恒定，因而实际运行功率改变是小的，通常仅为1％或2％，这样实际上就维持了恒定的目标信号反射率(例如图像亮度)。

激光器电流通过恒流负载型电路204而得以调整。恒流负载电路通过DAC 202而得以驱动，该DAC 202的输出通过板上微处理器222而得以控制。

步进马达驱动器

三个PWM模式电流调整马达驱动器为样本镜台92提供了三轴运动，即X、Y和聚焦深度Z。板上微处理器222响应于前面板控制装置24而对这些镜台进行定位，这使操作者可以直接对样本位置进行控制。

马达供给电压选择成大大高于马达额定值，从而产生显著高于其它情况下的旋转速率的当前旋转速率，这提供了改善的步响应。驱动器电路206、208和210对马达电流进行调整，这确保了马达不会过热。若干电流水平可以通过微处理器选择，这允许马达以较低的电流水平运行，以在减小的马达功率消耗水平维持位置。

键盘多路器

键盘24触发键特征部和运行模式及控制马达位置和成像激光器功率(经由其运行电流)。键盘状况通过串行接口而多路输送到在PC 26上运行的控制应用程序。

键盘24是标准的4行×4列多路设计，并且通过板上微处理器222而得以控制，以允许简单的键代码分配。解码器252是装备有提供为实现该功能的最小外部电路的固件。

像素时钟产生PLL

可编程的锁相回路频率合成器产生了像素时钟(用于在每个像素的一个周期对成像数字转换器(或多个数字转换器)进行采样的时钟)。PLL可以产生精确的并且稳定的从5MHz到100MHz的时钟频率。

PLL 220通过微处理器222编程，以基于操作者指定的图像参数(例如宽度和高度)而产生合适的时钟频率。

双重成像数字转换器

在视频图像信号数字转换器220内，有两个高速10位A/D转换器280和282，以转换来自达到两个模拟信号源的模拟反射率信号。第一源是与即时的目标反射率和激光器功率乘积成比例的正常反射率通道。第二检测器通道可以是敏感于辅助照明光波长的或是敏感于像荧光那样的光性质的。

数字反射率数据在FPGA 227内得以处理，并且多路输送到输出数据流内，用于随后显示或由PC进一步处理。

微处理器/FPGA接口

若干功能在FPGA 227内得以实施。由于FPGA的可编程性质，FPGA可以重新设定，以实施额外的操作。

微处理器以传统的并行数据总线作为与FPGA的接口。FPGA被组织成可直接由微处理器222访问的一系列八个8位控制寄存器246。三个来自微处理器的地址信号对要访问哪个FPGA寄存器做出选择。两个额外的控制信号，即R_/W和XFR，使接口变得完整。R_/W的电平对输送方向(例如数据总线方向)进行控制，而XFR作为数据输送选通。该接口可以通过在FPGA逻辑电路内限定寄存器选择位而得以几乎无限地扩大。也就是说，限定了其数值对访问寄存器的可选组(或多个组)做出选择的寄存器。

成像数据和同步串行器逻辑电路

串行器减少了在成像头28和PC 26之间的信号连接，由此免除了对大量电缆的需要。对并行数据信号及水平同步周期和垂直同步周期进行分时多路输送。两个数据恢复时钟信号使接口变得完整，并且允许解串器230可以进行容易的并且可靠的信号提取。许多数据信号可以根据需要扩大接口带宽，当然这要耗费电缆传导器的数量。

解串器电路230可以安置在PC 26内，并且将串行数据和控制信号转换回它们原来的形式，用于提供给在PC内的视频捕捉板和串口接口。

无刷DC马达控制器

转动的多边形装置扫描器84实现高速(水平的)扫描轴线。输出的激光束通过移动面而得以在水平方向上扫过样本。

多边形装置马达可以是三相、120°、无刷DC马达。电流调整、PWM开关控制IC提供了基本的相换向和电流调整。该IC是辅助速度调整电路的部分。

在FPGA内产生(源自像素时钟)的称为F_POLY的基准频率确立了多边形装置马达的基本转动速度，从而确立了线扫描频率。由于该频率是基于像素时钟(该像素时钟对采样进行控制)的，所以这些频率的比率控制了图像宽度。多边形装置速度控制器是通过对一个霍耳效应传感器相(其输出是每个马达回转两个周期)的频率和命名为F_poly的基准频率做出比较而调整马达速度的闭环反馈伺服系统。频率在速度控制器电路内得以转换成与马达速度成比例的DC、以地为基准的电压。这些电压输入到传统的模拟减法器。减法器输出应用到在上面提及的PWM开关控制IC的电流输入控制，这样就形成了成比例的闭环控制器。

在前面对电路进行了描述，通过该方程式给出了线扫描速率：

方程式1：线扫描速率

$\frac{\mathrm{scan}\_\mathrm{line}}{\sec }=\frac{\mathrm{facets}}{\mathrm{revolution}}\·\frac{1\·\mathrm{revolution}}{2\·\mathrm{cycle}}\·f_{\mathrm{poly}}(\mathrm{in}\_\mathrm{Hz})\frac{\mathrm{cycle}}{\sec }$

检流计控制器

检流计提供了慢扫描轴线定位机构。维持在FPGA内的线计数器增加到可编程的偏移数值。该偏移数值允许系统通过操作者和PC键盘而得以机械地校准，而不是通过用手移动光学装置和反射镜，以弥补制造偏差。结果馈给给其输出电压作为到位置控制闭环伺服系统的输入的垂直控制DAC。检流计提供了光学位置测量机构，该光学位置测量机构提供了与角度位置成比例的以地为基准的双极输出电压。伺服系统240以在垂直位置DAC和所测量的角度位置之间的差驱动检流计线圈，这样就形成了闭环成比例的位置控制伺服系统。

多边形位置(SOS)检测器

辅助的激光器244扫过双光电检测器245。其输出状态通过对两个检测器电流进行比较而得以确定的比较器电路247作为物理扫描起始(或缩写为SOS)基准信号。当光电检测器A的电流大于B的电流的时候比较器是高的，而当光电检测器B的电流大于A的电流的时候比较器是低的。此外，确切的极性(A＞B、B＞A)只是代表数字信号倒置，因此是无关紧要的。该信号在FPGA内得以数字地延迟，以变成水平同步(缩写为HSYNC)。视频捕捉板使用该信号而使数据采集同步，这确保了对于每条扫描线而在相同的物理位置确定成像激光器的位置。

现场可升级固件/FPGA代码

微处理器222具有通过将特殊的监视器进入电压应用到其IRQ管脚并且同时对复位管脚施以脉冲而得以触发的诊断监视器模式。提供了允许FPGA 227执行该功能由此允许PC主机可以触发该微处理器模式的电路。在该模式期间，外部系统访问在微处理器的存储器分配图中的所有寄存器和存储器位置。该模式用于对存储在板上(在CPU内)的闪存ROM内的微处理器内部运行程序(例如固件)进行升级。

此外，FPGA运行代码存储在非易失的串行EEPROM内。微处理器的I/O信号直接连接到在前面提及的EEPROM的复位信号、时钟信号和数据信号。通过在信号的三状态模式内运行这些信号(例如通过对信号进行编程以输入到CPU)，这些信号不会与FPGA负载运行发生冲突。相反地，通过将FPGA置于其复位状态内，这些信号用于将来自微处理器储存器的新程序加载到FPGA串行EEPROM内。在此之后，可以复位FPGA，这使得它从串行EEPROM加载新的程序数据。

通过以上描述，显而易见的是，已经提供了改善的共焦成像系统，该系统包括共焦成像头和相关设备。在本发明的范围内对系统、头和设备进行改造，这对于本领域的那些技术人员是显而易见的。因此，以上描述应该被视为是说明性的，而不应该被视为是限制性的。

Claims (24)

1.一种用于对患者身体所选位置进行成像的设备，其包括：

具有共焦显微镜的成像头，所述头具有突出的突出部分，该突出部分包括具有光轴的物镜透镜；

直立的支撑台；和

将所述的头接附到所述的支撑台上并且为所述的头提供了多种水平和垂直位移移动和转动移动以在所述的所选位置对所述的头进行精确定位的臂机构，其中，所述臂机构包括多个铰接的臂部分、将所述臂部分连接到所述支撑台上以及连接到所述头上的万向关节和能够进行转动移动使所述臂部分彼此连接的关节，由此提供了所述的多种移动。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述头具有将所述突出部分接附到所述头上以在多个方向上进行移动以精确地在所述的所选位置对所述突出部分进行精准定位的机构。

3.根据权利要求2所述的设备，还包括手动可访问的控制面板，该控制面板安装在所述的头上并且具有用于使所述的突出部分和所述的物镜透镜分别在X、Y和Z方向上进行移动的控制装置。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括从所述的头延伸出来以手动将所述的头与所述的臂一起移动到所述的位置的把手。

5.一种用于对患者身体所选位置进行成像的设备，其包括

具有共焦显微镜的成像头；

直立的支撑台；

将所述的头接附到所述的支撑台上并且为所述的头提供了多种水平和垂直位移移动和转动移动以在所述的所选位置对所述的头进行精确定位的臂机构；和

其中所述的头是可以从所述的臂机构上拆卸下来的，用于进行独立的移动。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的头具有外壳并且在所述的外壳的一端具有把手，提供了接收装置，用于在所述接收装置内以可松开的闭锁关系接收在所述的臂机构的端部的连接装置。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的支撑台提供了用于安装显示器以对由所述的共焦显微镜产生的图像进行监控的平台。

8.根据权利要求7所述的设备，还包括电子可控制的设备，用于与所述的显示器和所述的头接口，以产生在所述的位置的所述的身体的细胞结构的共焦显微镜图像。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的支撑台安装在轮脚上，用于与所述的臂机构和头一起移动过地面，其中轮脚在该地面上滚动。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的头包括光学构件和电子构件的整合的机械组件，用于提供所述的共焦显微镜。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述的组件包括印刷电路板和以平行的关系接附的底盘，所述的底盘为所述的光学构件提供了安装装置，其中，安装到所述底盘上的所述光学构件包括用于提供连续扫描线形成图像的多个面，而所述的印刷电路板为所述的电子构件提供了安装装置。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述的印刷电路板被布置成面对所述的底盘的与安装光学构件的一个侧面相对的侧面。

13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述的印刷电路板具有安装在其上的多个电路，用于为所述的头提供编程运行和控制并且用于产生信号，所述信号提供在所述的所选位置的所述的身体的图像。

14.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述的组件包括盘，其提供了支撑包括物镜、检测器和经由所述的物镜而对所述的所选位置进行照明的源的所述的光学构件的主底盘，用于经由所述物镜而从所述源对在所述的身体上的所述的位置进行所述照明的光学路径，所述的路径返回到所述的物镜并且到达所述的检测器，所述的路径在所述的盘的一侧之上经过。

15.一种用于对患者身体所选位置进行成像的设备，其包括

具有共焦显微镜的成像头；

直立的支撑台；和

将所述的头接附到所述的支撑台上并且为所述的头提供了多种水平和垂直位移移动和转动移动以在所述的所选位置对所述的头进行精确定位的臂机构，

所述的头包括光学构件和电子构件的整合的机械组件，用于提供所述的共焦显微镜，所述的组件包括盘，其提供了支撑包括物镜、检测器和经由所述的物镜而对所述的所选位置进行照明的源的所述的光学构件的主底盘，用于经由所述物镜而从所述源对在所述的身体上的所述的位置进行所述照明的光学路径，所述的路径返回到所述的物镜并且到达所述的检测器，所述的路径在所述的盘的一侧之上经过，所述的路径处在平行于所述的盘的所述的一个侧面的相同平面内，并且在所述的平面内到达所述的物镜的所述的路径和到达所述的检测器的所述的路径彼此交叉，所述的光学构件包括可转动的多边形装置扫描器和分束器，该多边形装置扫描器限定了从所述的多边形装置延伸到所述的物镜的所述的路径的第一部分，该分束器在所述的分束器和所述的检测器之间的所述的路径的第二部分内，所述的交叉为由所述的路径的所述的第一和第二部分交叉。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述的路径的所述的部分以足以使在所述的交叉处的光的光学干涉最小化的角度发生交叉。

17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述的角度大于为避免发生干涉而所需要的最小角度。

18.一种共焦显微镜成像头，其包括在共同的外壳内的光学构件和电子构件的整合的机械组件，以及，其中所述的组件包括印刷电路板和以平行的关系接附的底盘，所述的底盘为所述的光学构件提供了安装装置，其中，安装到所述底盘上的所述光学构件包括用于提供连续扫描线形成图像的多个面，而所述的印刷电路板为所述的电子构件提供了安装装置。

19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述的印刷电路板被布置成面对所述的底盘的安装光学构件的一个侧面相对的侧面。

20.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述的印刷电路板具有安装在其上的多个电路，用于为所述的头提供编程运行和控制并且用于产生提供患者的所述的身体的所选位置的图像的信号。

21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述的编程运行具有提供在软件控制下为固件和现场可编程门阵列程序代码进行升级的能力的手段。

22.一种共焦显微镜成像头，其包括在共同的外壳内的光学构件和电子构件的整合的机械组件，所述的组件包括盘，其提供了支撑包括物镜、检测器和经由所述的物镜而对所述的所选位置进行照明的源的所述的光学构件的主底盘，用于经由所述物镜而从所述源入射在所述的身体上的所述的位置上的所述照明的光学路径，所述的路径穿过所述的物镜而返回到所述的检测器，所述的入射和返回路径在所述的盘的一侧之上经过，所述的光学构件包括可转动的多边形装置扫描器，该多边形装置扫描器限定了从所述的多边形装置延伸到所述的物镜的所述的路径的第一部分，所述的构件包括分束器，其在所述的分束器和所述的检测器之间的所述的路径的第二部分内，所述的路径的所述的第一和第二部分彼此交叉。

23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述的路径的所述的部分以足以使在所述的交叉处的光的光学干涉最小化的角度发生交叉。

24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述的角度大于15度。

Images