[实用新型]多光谱摄像装置以及多光谱摄像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及医疗辅助设备领域，尤其涉及一种多光谱摄像装置以及多光谱摄像系统。

背景技术

人体内部的结构和组织是人眼无法直接看到的。仅仅依靠人体的外部轮廓和人体解剖知识是难以精确地找到和定位皮下的内部结构和组织的。

人体血管隐藏在表皮下面，往往被皮下脂肪，甚至骨骼所遮挡，在可见光的环境下图像信号及其微弱，甚至完全不为人眼可见。虽然在穿刺之前，医生往往会要求患者攥紧拳头或用拍打穿刺部位皮肤的方式让血管更加可见，但是根据患者的年龄，皮下脂肪的厚薄等因素，皮下血管的可视性依然不理想。根据隐约可见的血管图像和医学知识，对血管所做的穿刺往往错位，导致病患者的痛苦，延误治疗时机，甚至造成注射事故。除了直接对血管所做的抽血和注射以外，针灸和其他医疗手术等操作，都需要准确地知道血管的位置，以便在操作时能避开血管或者对血管做特别处理。

目前尝试解决此一难题的技术方法为使用近红外摄像技术。这种红外血管图像增强技术主要利用了血管中血红蛋白对波长从760nm到1000nm的近红外光的吸收率与周围其他人体组织不同的原理，首先将摄取血管的近红外图像，然后对图像的对比度做强化后，通过一台可见光投影仪将皮下血管投影显示在皮肤表面。这样医生或护士就能够识别患者皮下血管的位置并实时操作。

然而由于皮下血管被皮下脂肪和肌肉组织所包围，它们对于近红外光有明显的散射作用。人体的皮下组织的色素和脂肪，皮肤表面的褶皱，瘢痕和毛发都会对入射的红外线有吸收和散射作用。它们严重模糊了这种投影式血管显像仪获得的血管图像。这种技术上的先天缺陷在成像直径较小的微细血管时表现的尤其严重。这是因为血管越细小，单位长度的血管内的血液容量就越少，所含有的有氧血红蛋白和无氧血红蛋白的数量就越少，从而它们对近红外光线的吸收就越少。在同等的杂散光背景下，血管和周围组织的对比度就很微弱，通常在0.01～0.1。

根据人体皮下软组织的光学特性，不同波长的光线在人体皮肤下层的吸收深度不同，波长越长，能够穿透的深度就越大。从蓝紫色的420nm到人眼最为敏感的550nm的可见光仅仅能够穿透0.6mm的表皮层，而波长大于690nm左右的红光可以穿透表皮层和真皮层到达皮下组织上层和部分静脉的深度。波长大于760nm到1000nm的光线为人眼所不可见的近红外光线，其能够达到更加深层次的皮下组织和脂肪层。

所有光线都会在进入皮肤的初始阶段遭到散射和反射，其散射和反射的光线对于只需要知道皮肤下层的血管图像来说仅仅是干有害的干扰或噪声。如果从红外图像中减去可见光图像，就可以得到仅仅携带皮下深层部位信息的图像了。这就是红外图像的数字减影技术的基本原理。之所以需要在数字图像的环境下进行这种操作，是因为复杂的图像处理无法用模拟信号和模拟电路完成，必须是数字化后用计算机来完成的。

如何有效、准确地获得不同波段的图像是亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供多光谱摄像装置以及多光谱摄像系统，克服现有技术中的困难，能够有效、准确地获得不同波段的图像。

根据本实用新型的一个方面，提供一种多光谱摄像装置，所述多光谱摄像装置用于获取不同波段的图像，所述多光谱摄像装置包括：基板；多个半导体层，垂直于基板所在平面地堆叠于所述基板之上，不同层的半导体层分别光电地转换可见光和近红外光；以及滤光层，位于所述多个半导体层背向所述基板的一侧，包括按矩阵排列的多个滤光区域，以在平行于基板的平面上按波段分离入射到所述多光谱摄像装置的光线。

可选地，所述多个半导体层包括：第一半导体层，位于所述基板之上，可以是N型半导体或者P型半导体的载流子耗尽层，其作用是光电转换近红外光，也就是将入射的近红外光转换成信号电荷；第二半导体层，位于所述第一半导体层背向所述基板的一侧，光电转换可见光，并供近红外光穿过；所述滤光层位于所述第二半导体层背向所述第一半导体层的一侧，所述滤光层包括按阵列排列的多个滤光片，每个所述滤光片形成一滤光区域，供对应一种波段的可见光以及近红外光穿过。

可选地，所述第二半导体层的图案在所述基板所在平面上的垂直投影完全覆盖所述第一半导体层的图案在所述基板所在平面上的垂直投影。

可选地，所述第二半导体层的图案在所述基板所在平面上的垂直投影部分覆盖所述第一半导体层的图案在所述基板所在平面上的垂直投影，并使用黑矩阵薄膜BM(blackmatrix)和不透光的金属遮挡第一半导体层的尚没有被第二半导体层重叠或遮挡的部分区域。