專利名稱：一種使用紅外光的成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及使用紅外光對表面下的結構進行成像。更具體地，本發(fā)明涉及 這樣的系統(tǒng)，其以紅外光照射目標，記錄反射的紅外光，然后將在可見光范圍內重新投影所 記錄的紅外光的強度。
背景技術：
一些醫(yī)療過程和療法要求醫(yī)療工作者能夠定位病人胳膊中的或其他附件中的血 管。這可能是一項困難的任務，尤其是當血管位于大量的皮下脂肪沉積物下面時。之前的成 像系統(tǒng)包括第7239909號美國專利中所描述的系統(tǒng)(此處通過參引的方式將其整體納入本 文中)，該專利的標題為“Imaging System Using Diffuse Infrared Light(使用擴散的紅 外光的成像系統(tǒng))”。在那系統(tǒng)中，擴散的紅外光被用于對皮膚表面下的脈管系統(tǒng)成像，然后 將那圖像重新投影到皮膚上，以揭示脈管系統(tǒng)的位置。之前人們認為，為了能較好地成像皮 膚下的脈管系統(tǒng)，需要采用擴散的紅外光照射。鑒于此，人們認為采用一個激光器或激光器 陣列作為光源的脈管系統(tǒng)成像系統(tǒng)不能工作，因為激光是高度聚焦的，本質上和擴散相反。 然而，發(fā)明者發(fā)現，一個產生基本均勻的紅外照射的激光器或激光器陣列也可以工作。如果 高空間頻率變化性小于士0. 5%，將認為所述照射就脈管系統(tǒng)的成像需求而言是基本均勻 的。一個激光器在其發(fā)光的很小面積里提供均勻的照射。通過掃描一個激光器或一個陣列 的激光器，位于下方的脈管系統(tǒng)的圖像可以被記錄，并基于像素而被投影在一個像素上。如 果激光器或激光器陣列中的每一個激光器的強度恒定至士0. 5%，或者如果激光器或激光 器陣列中的每一個激光器發(fā)射的強度可以被測量以允許對強度變化進行修正，則掃描激光 源的平均照射是足夠均勻的。通過掃描激光光束，可以生成有用大小的圖像。
發(fā)明內容
由此發(fā)現，實現了一個采用一個或多個激光器向目標——如病人——提供紅外 光，以增強皮下血管的可見度的設備。在一個實施方案中，該設備包括一個使用具有第一波 長的紅外光照射身體組織的第一照射激光器陣列，所述第一波長為如下范圍內的波長即 在該范圍內的波長下，脈管系統(tǒng)變得明顯。從目標反射回來的光由用于接收具有第一波長 的光的第一光傳感裝置記錄。之后，第一光傳感裝置產生代表所記錄的光的強度的第一輸 出。然后第一投影激光器陣列將代表第一輸出的可見光投影到目標的表面上。在另一個實施方案中，該設備包括一個使用具有第一波長的紅外光照射身體組織 的第一照射激光器陣列，所述第一波長為如下范圍內的波長即在該范圍內的波長下，脈管 系統(tǒng)變得明顯；此外該設備還包括一個使用1100nm-1700nm范圍內的第二波長的紅外光照 射身體組織的第二照射激光器陣列。在這兩個波長范圍內的光從目標反射后，由接收從目 標反射的第一波長的光的第一光傳感裝置和接收從目標反射的第二波長的光的第二光傳 感裝置記錄。第一光傳感裝置產生第一輸出，第二光傳感裝置產生第二輸出，每一個輸出分 別代表相應的光傳感裝置感應的光的強度。然后兩個輸出被送到輸出比較器，該比較器能夠比較第一輸出和第二輸出并產生一個比較輸出。最后，第一投影激光器陣列將代表比較 輸出的可見光投影到目標的表面上。使用此處描述的發(fā)明，在白光下較難或不能看到的皮下血管可以很容易地在皮膚 表面上看到，這樣可以保證諸如抽血和靜脈注射布置等醫(yī)療過程的進行，而在這些醫(yī)療過 程中，脈管系統(tǒng)的定位是很重要的。
通過參考結合附圖所做的優(yōu)選實施方案的詳細描述，本發(fā)明的深層的優(yōu)勢會變得 明顯，這些附圖并不成比例，其中，以下附圖中，相同的參考字符指示相同或類似的部件圖1描述根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案的用于在紅外光照射下觀察目標的成 像系統(tǒng)(12)。圖2描述根據本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案的用于在紅外光照射下觀察目標的 成像系統(tǒng)(12)。
具體實施方案身體的紅外輻射有一個范圍，其中，皮膚和其他身體組織反射光，而血液吸收光。 例如，已知的是，大約700nm-1100nm范圍內的紅外光會被皮膚反射，而被血液吸收。因此， 在該范圍內的紅外光照射下拍攝的身體組織視頻圖像中，血管呈暗線，相對的是，周圍肌肉 背景較亮。發(fā)明者已確定，當身體組織的一個區(qū)域在此紅外光范圍內于基本均勻的紅外光 照射下成像時，脈管系統(tǒng)變得明顯。圖1所示的成像系統(tǒng)(12)使用基本均勻的紅外光照射 目標，如身體組織，記錄反射的紅外光的強度并且將不可見光投影到身體組織上。一幅有用 大小的圖像通過使用掃描儀(5)來形成，掃描儀(5)可以是一個檢流計上的諧振鏡加一個 鏡、數字微鏡裝置(如一個DLP芯片)或任何其他可獲得同樣結果的裝置。正如此處詳細 描述的那樣，當目標(6)是身體組織時，處于組織中皮下脂肪下的血管可以清楚地在成像 系統(tǒng)(12)所投影的圖像中看見。在描述下面的優(yōu)選實施方案時，“激光器陣列”可以是一個 或多個激光器的陣列。如果一個實施方案中的任何輻射激光器均由以‘X’結構布置的‘η’ 個激光器組成，則相應的光傳感裝置和投影激光器陣列也由分別以‘X’結構布置的或以一 些反應了 ‘X’結構布置的方式布置的‘η’個光傳感裝置或激光器組成。成像系統(tǒng)(12)包括第一照射激光器陣列(1)，該第一照射激光器陣列(1)具有如 下范圍內的第一波長即在該范圍內的第一波長下，脈管系統(tǒng)變得明顯；此外，成像系統(tǒng)還 包括可以透過紅外光并反射可見光的二向色鏡(2)，偏振濾光鏡(3)，偏振分光鏡(4)，掃描 儀(5)，偏振濾光鏡(7)，透鏡(8)，可以透射第一照射激光器陣列(1)工作波長處的光的窄 帶濾光鏡(9)，第一光傳感裝置(10)和第一投影激光器陣列(11)。在一個實施方案中，第 一照射激光器陣列的波長在大約700nm-1100nm范圍內，盡管這個范圍不是第一照射激光 器陣列(1)能夠運行實現本發(fā)明的唯一范圍。脈管系統(tǒng)在稍高于或稍低于此范圍的波長下 也能夠變得明顯。在如圖1所示的實施方案中，第一照射激光器陣列(1)產生紅外光，紅外 光穿過二向色鏡(2)，穿過偏振濾光鏡(3)，然后被偏振分光鏡(4)反射到掃描儀(5)。掃描 儀把光導引到目標(6)。然后光從目標(6)反射回掃描儀(5)，由于光速的原因，掃描儀(5) 幾乎仍處于同一位置。之后光穿過偏振分光鏡(4)，穿過偏振濾光鏡(7)，穿過透鏡(8)，穿過窄帶濾光鏡(9)，并由第一光傳感裝置(10)記錄強度。在這個實施方案中，第一光傳感 裝置(10)可以是光電二極管或任何其他能夠探測所接收的光的強度的光傳感裝置。在這 個實施方案中，第一光傳感裝置(10)可選擇地是硅光電二極管。偏振濾光鏡(7)有不同于 偏振濾光鏡(3)的偏振態(tài)，并且最好是和偏振濾光鏡(3)正交，這樣可以減少來自目標(6) 的反射光的眩光。代表第一光傳感裝置(10)所接收的強度的測量值的第一輸出(未顯示) 經過模擬電子設備(未顯示)傳送到第一投影激光器陣列(11)，第一投影激光器陣列(11) 在可見光范圍內進行到二向色鏡(2)的投影，二向色鏡(2)將圖像反射通過偏振濾光鏡(3) 并到達偏振分光鏡(4)，偏振分光鏡(4)把光反射到掃描儀(5)，掃描儀(5)把光反射回目 標(6)。由于光和模擬電子設備(未顯示)的速度上的原因，當可見光被第一投影激光器陣 列(11)投影到目標(6)時，其被投影到和紅外光強度被記錄的地方基本相同的地方。通過 掃描儀(5)掃描光，可以在目標(6)上產生一個有用大小的圖像，這樣目標(6)的一部分就 可以被照射以顯示位于下方的脈管系統(tǒng)。圖2中描述了本發(fā)明的另外一個實施方案，該實施方案示出了該圖像比較方法在 本發(fā)明人的 2007年 7 月 12 日的US 2007-0158569A1 的標題為“Method and Apparatus for Projection of SubstrateSurface Structure onto an Object' s Surface (用于^！奪基底 表面結構投影到目標的表面的方法和裝置)”的專利申請中是怎樣記載的。該方案也包括 在光電二極管前使用光闌(26)和(28)，以消除在組織中沒有充分散射的光。通過消除未散 射或僅僅些微散射的光，光闌會降低陰影或表面部件的對比度，使更深結構的對比度再次 增強。圖2描述的實施方案工作如下。首先，第一照射激光器陣列(1)和第二照射激光 器陣列(21)產生紅外光。第一照射激光器陣列(1)發(fā)出的光具有如下范圍內的第一波長: 即在該范圍內的第一波長下，脈管系統(tǒng)變得明顯。第二照射激光器陣列(21)發(fā)出波長在 1100nm-1700nm范圍內的光。由第一照射激光器陣列(1)發(fā)出的光穿過二向色鏡(22)，而由 第二照射激光器陣列(21)發(fā)出的光由二向色鏡(22)反射。二向色鏡(22)具有透射第一 照射激光器陣列(1)發(fā)光范圍內的光以及反射第二照射激光器陣列(21)發(fā)光范圍內的光 的特性。從二向色鏡(22)反射或穿過的合成光隨后穿過二向色鏡(2)。二向色鏡(2)具有 透射第一照射激光器陣列(1)和第二照射激光器陣列(21)發(fā)光范圍內的光以及反射第一 投影激光器陣列(11)發(fā)光范圍內的光的特性。第一投影激光器陣列(11)會在下面接著討 論。穿過二向色鏡(2)的光穿過偏振濾光鏡(3)，到達偏振分光鏡(4)。被偏振分光鏡(4) 反射的光由掃描儀(5)反射到要被成像的目標(6)。從目標(6)反射的光隨后反射回掃描儀(5)，并穿過偏振分光鏡(4)。之后該光穿 過偏振濾光鏡(7)，偏振濾光鏡(7)透射和偏振濾光鏡(3)偏振方向不同的光，并且優(yōu)選地 是與其正交偏振的光。隨后該光穿過透鏡(8)，并且可選擇地穿過長波長光通濾光鏡(23)。 在一個實施方案中，穿過長波長光通濾光鏡(23)的光隨后穿過顯微鏡物鏡(24)到達二向 色鏡(25)，二向色鏡(25)透射第一照射激光器陣列(1)發(fā)光范圍內的光以及反射第二照射 激光器陣列(21)發(fā)光范圍內的光。透過二向色鏡(25)后的光穿過窄帶濾光鏡(9)，窄帶 濾光鏡(9)允許第一照射激光器陣列發(fā)光范圍內的光穿過。穿過窄帶濾光鏡(9)的光隨后 經光闌(26)到達第一光傳感裝置(10)，該第一光傳感裝置測量所接收的光的強度。從二 向色鏡(25)反射的光穿過窄帶濾光鏡(27)，窄帶濾光鏡(27)可透射第二照射激光器陣列(21)發(fā)光波長的光。穿過窄帶濾光鏡(27)的光隨后經光闌(28)，透過聚焦透鏡(29)到達 第二光傳感裝置(30)，該第二光傳感裝置記錄所接收的光的強度。在這個實施方案中，第 二光傳感裝置(30)可以是光電二極管或任何其他能夠測量所接收的光的強度的光傳感裝 置。每一個光闌(26)和(28)可以是小物體、空間光調制器——如DLP芯片，LCOS芯片，或 透射LCD芯片——或任何其他可以實現類似結果，即阻擋一部分透射光，的光闌。如果光闌 (26)和(28)是小物體，如電線或非常小的內接點或打印點，顯微鏡物鏡(24)放大所接收 的信號，以使光闌僅消除所接收的光的光束中心，并且，由于工作在1100nm-1700nm范圍內 的光電二極管的典型的小尺寸，聚焦透鏡(29)把光聚焦到第二光傳感裝置(30)上，以保證 聚集足夠的光。如果光闌(26)和(28)都是數字微鏡裝置，如德州儀器制造的DLP，或LCOS 芯片，或透射LCD芯片，則可以去掉顯微鏡物鏡(24)和聚焦透鏡(29)。在這個實施方案中， 第一光傳感裝置(10)可選擇地是硅光電二極管，第二光傳感裝置(30)可以是砷化銦鎵光 電二極管。第一光傳感裝置(10)和第二光傳感裝置(30)均發(fā)射相應的代表了它們所接收 到的光的強度的第一輸出和第二輸出(未顯示)。這些第一輸出和第二輸出以如下方法由 輸出比較器(未顯示)比較產生一個比較輸出，所述方法記錄在已公布的2007年7月12 El 白勺t示IS為“Method and Apparatus for Projection of Substrate Structureonto an Object (用于將基底表面結構投影到目標的表面的方法和裝置)，，的US 2007-0158569A1 專利申請(此處通過參引的方式整體納入本文)的段落W670]到W690]中。輸出比較器 (未顯示)可以是模擬電子設備，數字電子設備，計算機，或其他任何能夠用所公開的方法 比較輸出的裝置。比較可以數字地實現或以其他方式實現。輸出比較器(未顯示)發(fā)送比較輸出，以控制發(fā)出可見范圍內的光的第一投影激 光器陣列(11)。由第一投影激光器陣列(11)發(fā)出的光從二向色鏡⑵反射，穿過偏振濾光 鏡(3)，由偏振分光鏡(4)反射，再由掃描儀(5)反射，照亮在目標(6)上。如果掃描儀(5) 的鏡子在該時刻前不是保持在同一位置，則光會在偏振分光鏡(4)和掃描儀(5)之間傾斜 以對準光，使得光可以落在目標上的合適的點處?？臻g光調制器——如作為光闌(26)或(28)的DLP芯片，LCOS芯片或透射IXD芯 片——的使用能夠提供多重優(yōu)勢。首先，這些裝置允許阻擋光束的一小部分，無需首先放大 光束，并且這些裝置可以被調整以阻擋光束中的更大或更小量的部分。除此之外，至少隨著 DLP芯片的使用，未被透射的光不會損耗。當DLP芯片或類似芯片被使用時，則可增加一個 或多個額外的光傳感裝置(未顯示)，以收集轉向的光，用于圖像的產生。當然，如果使用 DLP芯片或其他空間光調制器作為光闌(26)和(28)或作為其中的一個，圖2中光的光線追 跡會變化。例如以DLP芯片光闌來說，光電二極管會接收從DLP芯片上適當的微鏡反射的 光，所以收集未被阻擋的光的第一光傳感裝置(10)和/或第二光傳感裝置(30)與到達相 應光闌(26)和/或(28)的光可能會不同軸。可以理解，任何這些實施方案的特征都可以和其他特征以一種根據之前的公開內 容而理解到的方式而使用在一起。例如，任何實施方案都可以在有或無光闌的情況下工作。盡管已經通過至少一個優(yōu)選實施方案和使用方法描述和闡明本發(fā)明，但是本發(fā)明 并非只限于此，可以對其加以修改和改變，這些都落在本發(fā)明的整個旨意范圍內。
權利要求
一種用于增強目標表面下的埋藏結構的可見度的設備，該設備包括一個第一照射激光器陣列，其包括至少一個向目標照射具有第一屬性的光的激光器；一個第一光傳感裝置，用于接收具有第一屬性的光；一個第一投影激光器陣列，其包括至少一個向目標照射具有第二屬性的光的激光器；以及一個光闌，其被定向為阻擋從所述目標反射的具有第一屬性的光的一部分到達第一光傳感裝置。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，第一照射激光器陣列包括一個激光器。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，第一照射激光器陣列包括一個以上的激光器。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，第一投影激光器陣列包括一個激光器。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，第一投影激光器陣列包括一個以上的激光器。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，第一屬性是指如下波長即脈管系統(tǒng)在該波長下 可被檢測到。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，第二屬性是指如下波長即光在該波長下可見。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，光闌是DLP芯片。
9.根據權利要求8所述的設備，進一步包括第二光傳感裝置，用于接收由所述光闌引導偏離第一光傳感裝置的光。
10.根據權利要求1所述的設備，其中，所述目標是一個活的有機體，以及所述埋藏結 構是脈管系統(tǒng)。
11.一種用于增強目標表面下的埋藏結構的可見度的設備，該設備包括一個第一照射激光器陣列，其包括至少一個向目標照射具有第一屬性的光的激光器； 一個第一光傳感裝置，用于接收具有第一屬性的光并輸出第一數據； 一個第二照射激光器陣列，包括至少一個向目標照射具有第二屬性的光的激光器； 一個第二光傳感裝置，用于接收具有第二屬性的光并輸出第二數據； 一個計算機，用于比較所述第一數據和所述第二數據；一個第一投影激光器陣列，包括至少一個向目標照射具有第三屬性的光的激光器。
12.根據權利要求11所述的設備，進一步包括第一光闌，其被定向為阻擋從所述目標 反射的具有第一屬性的光的一部分到達第一光傳感裝置。
13.根據權利要求12所述的設備，進一步包括第二光闌，其被定向為阻擋從所述目標 反射的具有第二屬性的光的一部分到達第二光傳感裝置。
14.根據權利要求11所述的設備，進一步包括被定向為阻擋從所述目標反射的具有第 二屬性的光的一部分到達第二光傳感裝置的光闌。
15.根據權利要求11所述的設備，其中，第一照射激光器陣列包括一個激光器。
16.根據權利要求11所述的設備，其中，第一照射激光器陣列包括一個以上的激光器。
17.根據權利要求11所述的設備，其中，第二照射激光器陣列包括一個激光器。
18.根據權利要求11所述的設備，其中，第二照射激光器陣列包括一個以上的激光器。
19.根據權利要求12所述的設備，其中，第一光闌是DLP芯片。
20.根據權利要求19所述的設備，進一步包括第三光傳感裝置，用于接收由所述第一光闌引導偏離第一光傳感裝置的光。
21.根據權利要求13所述的設備，其中，第一光闌是第一DLP芯片，第二光闌是第 DLP芯片。
22.根據權利要求21所述的設備，進一步包括第三光傳感裝置，用于接收由所述第一光闌引導偏離第一光傳感裝置的光； 第四光傳感裝置，用于接收由所述第二光闌引導偏離第二光傳感裝置的光。
23.根據權利要求14所述的設備，其中，光闌是DLP芯片。
24.根據權利要求23所述的設備，進一步包括第三光傳感裝置，用于接收由所述光闌弓I導偏離第二光傳感裝置的光。
全文摘要
公開了一種成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于對目標表面下的埋藏結構進行成像，所述埋藏結構通常是脈管結構，目標可以是皮膚，脂肪沉積物或其他物質，并且，該系統(tǒng)還用于將埋藏結構的圖像投影到目標表面。掃描激光器被用于照射目標和投影圖像到目標。一個或多個光電二極管測量散射和反射光的強度，以與一個或多個掃描激光器協(xié)同產生圖像。
文檔編號A61B5/05GK101883522SQ200880115884
公開日2010年11月10日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權日2007年10月19日
發(fā)明者岡納·勒夫霍伊登, 杰夫·D·貝利希爾, 郝伯特·D·澤曼 申請人:克里斯蒂醫(yī)學控股有限公司