专利汇可以提供同时进行实时多模式成像和它的光谱学使用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 包括光学设备,方法并用作实时(视频速率)同时的多模式成像,例如用 内窥镜 同时的测量白光反射,自然组织自身 荧光 和 近红外 图像。这些原理可用于各种光学设备,如 显微镜 ,内窥镜,望远镜, 照相机 等,观察或分析光与物体,如行星, 植物 , 岩石 ,动物,细胞,组织, 蛋白质 ,DNA, 半导体 等的交互作用。多带 光谱 图像可提供形态学数据,如 肺 组织的表面结构,然而化学组成,子结构和其它的物体特征可从涉及反射或来自物体的光 辐射 的(发射的)如发光或荧光光谱 信号 推论,指出内源的化学物或外源的物质如用于增强可见性的 染色 剂,药物, 治疗 或其它作用物。因此,本发明的一个实例讨论同时的白光反射和荧光成像。另一实例描述附加的另一反射的成像形式(近红外光光谱)。讨论各种应用的输入(发光)光谱,光 调制器 ,光处理,物体交互作用,输出光谱,检测器结构,同步, 图像处理 和显示。,下面是同时进行实时多模式成像和它的光谱学使用专利的具体信息内容。
1.一种同时测量目标对象的图像的光学设备,包括:
光源,用于传递询问宽带辐射;
第一光调制器,用于将询问宽带辐射分离为对应多个成像形式的多个 白光发光段和荧光激励段;
第二光调制器,将来自目标对象反射的白光段和荧光激励段分离为对 应多个成像形式的多个白光成像段和荧光成像段;
至少一个检测器接收所述的成像段,并将所述成像段处理为图像。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于还包括同步第一光调 制器和第二光调制器的装置。
3.根据权利要求1所述的设备,其特征在于还包括显示所述图像的 装置。
4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于显示装置包括对齐所述 图像的装置。
5.根据权利要求1所述的设备,其特征在于还包括同步第一光调制 器和第二光调制器的装置和显示图像的装置。
6.权利要求1的光学设备并入内馈镜。
7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于所述光源包括至少下 述光源之一:LED、多个LED、灯。
8.根据权利要求6所述的设备,其特征在于所述光源包括多个安装 在内馈镜的远端上的光发射二极管。
9.根据权利要求8所述的设备,其特征在于第一光调制器由同步的 电子转换的光发射二极管分离询问宽带辐射。
10.根据权利要求1所述的设备,其特征在于第一光调制器包括 有对应多个成像形式的多个调制分量的运动的滤光器,所述每个分量有由 所述分量分离的宽带辐射与宽带辐射的比率组成的占空度。
11.根据权利要求10所述的设备,其特征在于所述多个调制分量 包括至少彩色平衡滤光器分量和荧光激发滤光器分量。
12.根据权利要求11所述的设备,其特征在于荧光激发滤光器分 量对应于有近似400到450nm和/或700到750nm光谱范围的询问光谱段。
13.根据权利要求1所述的设备,其特征在于第一光调制器包括光转 换装置。
14.根据权利要求1所述的设备,其特征在于还包括至少白光检 测器和荧光检测器。
15.根据权利要求1所述的设备,其特征在于所述第二光调制器 包括有对应多个成像形式的多个调制分量的运动的滤光器,所述分量有由 分量分离的宽带辐射与宽带辐射的比率组成的占空度。
16.根据权利要求15所述的设备,其特征在于所述多个调制分量 包括至少彩色平衡滤光器分量和荧光反射滤光器分量。
17.根据权利要求16所述的设备,其特征在于荧光反射滤光器分 量在近似300到800nm光谱范围提供接近百分之百的反射。
18.根据权利要求1所述的设备,其特征在于所述第二光学调制器包 括光转换装置。
19.一种同时测量目标对象的图像的光学设备,包括:
光源,用于传递询问宽带辐射;
光调制器,用于将询问宽带辐射分离为对应多个成像形式的多个白光 发光段和荧光激励段;
检测器,接收目标对象的返回辐射,并将返回辐射分离为对应多个成 像形式的多个返回光谱段;
图像处理装置,将返回光谱段处理为图像。
20.根据权利要求19所述的设备,其特征在于还包括同步所述光 调制器和所述检测器的装置。
21.根据权利要求19或20所述的设备,其特征在于还包括显示所述 图像的装置。
22.根据权利要求21所述的设备,其特征在于所述显示装置包括 对齐所述图像的装置。
23.权利要求19的设备并入内馈镜。
24.根据权利要求19所述的设备,其特征在于所述光源包括至 少下述光源之一:LED、多个LED、灯。
25.根据权利要求24所述的设备,其特征在于所述光源包括多个安 装在内馈镜的远端上的光发射二极管。
26.根据权利要求25所述的设备,其特征在于光调制器由同步的电 子转换的光发射二极管分离询问宽带辐射。
27.根据权利要求19所述的设备,其特征在于光调制器包括有对 应多个成像形式的多个调制分量的运动的滤光器,所述分量有由所述分量 分离的宽带辐射与宽带辐射的比率组成的占空度。
28.根据权利要求27所述的设备,其特征在于所述多个调制分量 包括至少彩色平衡滤光器分量和荧光激发滤光器分量。
29.根据权利要求28所述的设备,其特征在于荧光激发滤光器分 量对应于有近似400到450nm和/或700到750nm光谱范围的询问光谱段。
30.根据权利要求19所述的设备,其特征在于光调制器包括光转换 装置。
31.根据权利要求19所述的设备,其特征在于检测器包括至少白 光检测器和荧光检测器。
32.根据权利要求19所述的设备,其特征在于所述分离装置包括 多个分光反射镜。
33.根据权利要求32所述的设备,其特征在于还包括多个滤光器。
34.根据权利要求33所述的设备,其特征在于多个滤光器包括至 少一个带通滤光器和/或至少一个长通滤光器。
35.根据权利要求32所述的设备,其特征在于还包括多个镜头。
36.根据权利要求35所述的设备,其特征在于多个镜头聚焦多个 返回光谱段到对应的多个传感器上。
37.根据权利要求36所述的设备,其特征在于多个传感器包括 CCD。
38.根据权利要求37所述的设备,其特征在于所述CCD传感器包括 至少一组像素,其中,在至少一组中的每个像素覆盖有传送蓝光的带通滤 光器、传送绿光的带通滤光器、传送红光的带通滤光器、传送近红外光的 带通滤波器之一。
39.根据权利要求38所述的设备,其特征在于还包括装置,用 于产生来自蓝光的蓝通道图像、产生来自绿光的绿通道图像、产生来自红 光的红通道图像、产生来自近红外光的近红外图像。
40.根据权利要求39所述的设备,其特征在于还包括显示所述通 道图像的装置。
41.根据权利要求40所述的设备,其特征在于所述CCD传感器包括 至少一组像素,其中,在至少一组中的每个像素覆盖有传送蓝光的带通滤 光器、传送绿光的带通滤光器、传送红光的带通滤光器之一。
42.根据权利要求41所述的设备,其特征在于还包括装置,用于产 生来自蓝光的蓝通道图像、产生来自绿光的绿通道图像、产生来自红光的 红通道图像。
43.根据权利要求42所述的设备,其特征在于还包括显示通道图像 的装置。
44.根据权利要求19所述的设备,其特征在于还包括帧传感器,用 于同步所述的光调制器和所述的检测器。
45.根据权利要求19所述的设备,其特征在于所述处理装置包括:
转换装置,将返回光谱段分配到多个模数转换器之一,其中,所述多 个模数转换器数字化所述的返回光谱段;
门阵列,将数字化的返回光谱段处理为图像。
46.一种同时测量白光和荧光图像的光学设备,包括
装置,用于提供要求的发光;
装置,以视频速率调制实时成像的发光;
装置,由发光与目标对象交互作用产生图像;
装置,以视频速率分离图像;
装置,检测分离的图像;
装置,处理检测的分离的图像;
装置,控制所述分离的图像的检测和处理;
装置,显示至少一个处理的图像。
各种光学的设备如显微镜,内窥镜,望远镜,照相机等支持观察或分 析与物体,如行星,植物,岩石,动物,细胞,组织,蛋白质,DNA, 半导体等光的交互作用。一些多频带的光谱图像提供形态学图像数据,但 是其它多频带的光谱图像提供涉及化学构成,子结构和/或可从反射或发 射光的多频带的光谱图像测定的其它目标对象的特性的信息。这些光发射 图像,如发光或荧光,可指明和提供评估如所用的染色剂的内生的化学物 质或外生的物质的手段,以增强可视化,药物,治疗的媒介或其它媒介物。
在医学图像和更特殊的内窥镜领域中,反射的白光,自然组织自身荧 光,发光,化学发射,近IR反射,和其它光谱提供可视的组织并收集诊 断信息的手段。除了组织形态学的可视化,使用在电磁光谱的各个部分中 的光交互作用收集化学信息。内窥镜感兴趣的三种实时成像形态包括白光 反射成像,荧光发射和近红外反射成像形态。
在内窥镜中,常规的白光成像典型的用于观察表面形态学,建立界标, 并基于外貌评估内部器官。很好的建立了观察呼吸和胃-肠系统的应用。 最近已发展荧光成像,并使用组织的特性自身荧光已用到早期癌症的检 测。同样的,使用成像荧光已完成各种自然的和引入的化学的交互作用的 观察,如用蛋白质标记细胞。可使用近红外光测定在健康和疾病组织中的 氧化和组织缺氧。作为选择,荧光标签的单克隆的抗体可用于标记特定的 细胞的蛋白质,同时它可光学的检测和/或测量。
近来,存在使用这些以视频速率实时采集数据的成像形式的方法和设 备结构。然而,对成像,已连续的或部分连续的可获得来自不同形式的此 实时信息,但不是同时地。
如这里使用的“多模式”意味着至少两种成像模式,它们的发光光谱 带或它们的检测光谱带或两者是不同的。
这里使用的“光调制器”意味着改变电磁辐射的波长,和/或改变强度, 和/或定时选通各种光谱的设备或光和/或电-光设备的组合。可单独的或包 括此光调制器的组合的在机械或电控制下使用各种滤光器,滤光器,滤光 轮,镜头,反射镜,微反射镜阵,液晶,或其它设备。本发明的某些实例 利用两个光调制器,一个与用于询问对象或与对象交互作用的调制光源光 谱关联。因此源光照的调制可以如用控制的方式转换(选通)一个或多个 发光源那样简单,或用如描述的设备完成光调制。第二光调制器用于处理 在与目标交互作用后返回的光。第二光调制器可用作分离成像光段,引导 它们到各个检测器,并包括,例如移动的反射镜,作为部分滤光轮的旋转 的反射镜,或数字多反射镜设备(DMD)。检测器可以是成像设备,如有 CCD传感器的照相机或可包括分光计的传感器。在一些情况中,如在体 内的内窥镜应用中,源光照可与肺的组织交互作用,返回的光可包括各种 反射的和再发射的光谱。
如这里使用的控制和同步意味着,例如以实时视频速率提供在光调制 器和/或电磁辐射源和/或检测器上的控制,并进一步同步这些部件的运行, 提供产生希望的时间段的希望的源光谱的装置,同时处理(例如,放大, 衰减,分割,选通)和检测各光谱的图像信号。在一些要求相对地紧密的 控制和同步的实例中,在其它实例中,可使用这些返回信号本身用以协调, 例如,可使用它们的强度和波长提供控制和同步的信息。
除了观察和分析以外,同时,可引导选择的光谱激发一定的光敏的化 学物质,因此可传递和监控处理如光力学的治疗(PDT)。
现有技术讨论以下的装置,连续的提供白光成像(典型的光谱范围 400nm到700nm),荧光成像(例如用从400nm到450nm的蓝光和在400nm 到700nm范围的再发射激发的组织自身荧光),和有近似700nm到800nm 范围或以外的光谱近红外的图像,和/或在这些范围中的特定光谱,和/或 与光谱信号组合的成像形式,保留同时的以各种视频速率的提供这些各种 成像模式的设备和方法的需要。本发明满足此需要。
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