專(zhuān)利名稱(chēng)：用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光動(dòng)力治療(photodynamic ther即y)和攝影檢測(cè) (photodetection)的裝置，尤其涉及用于光動(dòng)力治療和熒光檢測(cè)的裝置，其中提供組合光 源以便照亮對(duì)象體，并且提供多光譜熒光反射圖像，以便再現(xiàn)對(duì)象組織的各種光譜圖像以 及復(fù)合光譜圖像，從而對(duì)體外和體內(nèi)的各種疾病執(zhí)行有效的光動(dòng)力治療。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，使用光的診斷和治療方法被廣泛地用于對(duì)諸如痤瘡、黃褐斑、黑斑、色斑、疤 痕、皺紋、惡性瘤等的各種皮膚病的治療。 用于醫(yī)療目的的光療設(shè)備通常包括治療光源以及使用光纖將治療光源生成的光 束傳遞到病人的治療區(qū)域的光纜。 在該情況下，可以使用諸如鹵素?zé)簟㈦療?、金屬鹵化物燈、水銀燈之類(lèi)的各種燈作 為光源。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于這些燈的各類(lèi)光纖光源裝置。另外，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了可以使用這些光 源提供可見(jiàn)或近紅外光譜區(qū)的診斷圖像的各類(lèi)裝置。 美國(guó)專(zhuān)利No. 6， 766， 184公開(kāi)了用于產(chǎn)生組織的多光譜圖像的方法和裝置。該裝 置包括配置為照亮組織的照明源，配置為檢測(cè)來(lái)自組織的輻射的檢測(cè)器；和配置為生成組 織的多個(gè)多光譜圖像的分析單元。對(duì)于諸如宮頸癌檢測(cè)和診斷的情況，使用多光譜圖像作 為診斷工具。然而，在該項(xiàng)技術(shù)中，使用單色CCD照相機(jī)作為檢測(cè)器，該照相機(jī)只能在三個(gè) 光譜通道接收包含在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的多光譜圖像，并且該裝置中不包括用于產(chǎn)生近紅外 圖像的傳感器。另外，作為非相干光源，僅使用單個(gè)光源(脈沖氙氣閃光燈)。以不帶準(zhǔn)直 光學(xué)器件的兩個(gè)不同光導(dǎo)執(zhí)行燈和激光源的輻射。 上述美國(guó)專(zhuān)利No. 6， 766， 184于是具有這樣的問(wèn)題，即不能同時(shí)由位于可見(jiàn)和近 紅外光譜范圍內(nèi)的四個(gè)光譜通道(R，G，B和NIR)獲得多光譜圖像，并且還不能控制白光照 明中非相干光源的光譜配置。 另外，在該裝置被用作內(nèi)窺鏡的情況下，還存在這樣的問(wèn)題，即當(dāng)照明由兩個(gè)不同 光導(dǎo)執(zhí)行時(shí)，這兩個(gè)光導(dǎo)中的一個(gè)應(yīng)該使用內(nèi)窺鏡的通路以便傳遞兩個(gè)光束，這使得操作 難以執(zhí)行并且會(huì)給視野提供不同的照明。另外，由于不采用準(zhǔn)直光學(xué)器件，會(huì)給陰道鏡的視 野帶來(lái)不均勻的照明。 同時(shí)，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 20080051664公開(kāi)了用于膀胱癌的體內(nèi)實(shí)時(shí)成像和腫瘤 邊界確定的光學(xué)成像方法和裝置。該技術(shù)被設(shè)計(jì)為使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行體內(nèi)檢查。作為檢測(cè)器， 使用片上電荷放大CCD照相機(jī)，這是一種配置為檢測(cè)近紅外圖像的單色照相機(jī)。因此，為了 同時(shí)接收各種光譜范圍內(nèi)的兩個(gè)圖像，使用傳感器的其它組件。因此，存在這樣的問(wèn)題，即無(wú)法在白光照明中提供用于監(jiān)視對(duì)象組織的彩色視頻，并且無(wú)法在可見(jiàn)和近紅外光譜范圍 內(nèi)獲得多光譜圖像。另外，該裝置配置為借助于其它光導(dǎo)從燈和激光源照亮對(duì)象組織。因 此，當(dāng)該裝置被用作內(nèi)窺鏡時(shí)，內(nèi)窺鏡的儀器通道應(yīng)被用于通過(guò)兩個(gè)不同光導(dǎo)的光源照明， 而這會(huì)使得內(nèi)窺鏡操作難以執(zhí)行，并會(huì)給視野提供不均勻的照明。 美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 20020035330公開(kāi)了一種熒光內(nèi)窺鏡視頻系統(tǒng)，包括產(chǎn)生針對(duì) 彩色和熒光成像模式的光的多模光源。然而，該系統(tǒng)不包括可以同時(shí)產(chǎn)生具有由用戶(hù)確定 的兩個(gè)或多個(gè)差值以及具有寬光譜范圍和用于光動(dòng)力療法和/或多光譜熒光和反射光檢 測(cè)的單色光譜的波長(zhǎng)的組合光源。因此，不能以最佳波長(zhǎng)組合激發(fā)兩種不同的熒光材料。另 外，該系統(tǒng)不包括用于以多光譜成像系統(tǒng)的兩個(gè)傳感器上的附加光學(xué)透鏡進(jìn)行立體觀察和 投影的光學(xué)成像系統(tǒng)，因此無(wú)法同時(shí)在白光和熒光下記錄圖像。另外，由于該系統(tǒng)不包括具 有分色鏡的可移動(dòng)分束器，因此分色鏡不能被移出光程。因此，在僅使用彩色圖像傳感器的 操作情況下會(huì)發(fā)生光損失。另外，沒(méi)有辦法執(zhí)行光動(dòng)力治療。 同時(shí)，美國(guó)專(zhuān)利No. 5， 571， 108公開(kāi)了一種雙目立體顯微鏡，包括能通過(guò)TV照相機(jī) 對(duì)對(duì)象進(jìn)行直接或光學(xué)觀察的觀察光學(xué)系統(tǒng)。然而，由于照相機(jī)布置在可變放大率光學(xué)系 統(tǒng)之后的一個(gè)立體路徑內(nèi)，因此僅有少部分顯微鏡物鏡檢測(cè)到的照明光到達(dá)照相機(jī)。因此， 美國(guó)專(zhuān)利No. 5， 571， 108中公開(kāi)的立體顯微鏡存在從物鏡顯現(xiàn)的光學(xué)信號(hào)發(fā)生明顯損失的 問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
做出本發(fā)明以努力解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上述問(wèn)題。因此，本發(fā)明提供了一種用 于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置，包括可以向?qū)ο蠼M織照射具有各種光譜分量的光的組合 光源、可以提供肉眼可見(jiàn)的對(duì)象組織的直接和三維圖像的光學(xué)成像系統(tǒng)，以及可以同時(shí)為 這些各個(gè)光譜范圍從若干光譜部分獲得圖像的多光譜成像系統(tǒng)，由此執(zhí)行有效的攝影檢測(cè) 和光動(dòng)力治療。 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置，該裝置以各 種波長(zhǎng)的光提供照明，并且提供多光譜圖像，該裝置包括產(chǎn)生對(duì)象組織的圖像并且將所述 圖像傳輸?shù)饺庋刍虺上裨O(shè)備的光學(xué)成像系統(tǒng)；組合光源，包括多個(gè)相干和非相干光源以及 引導(dǎo)從所述光源發(fā)出的入射光的光導(dǎo)；包括至少一個(gè)傳感器的多光譜成像系統(tǒng)；和向外部 輸出對(duì)象組織的圖像的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 所述組合光源可以包括第一光源、第二光源和第三光源。
第一光源可以是水銀燈。
第二光源可以是鹵素?zé)簟?
第三光源可以是激光器。 該裝置還可以包括第一濾波器，第一濾波器用于控制從作為第一光源的水銀燈發(fā) 出的并被引入光導(dǎo)的光。 第一濾波器可以位于水銀燈和光導(dǎo)之間，并且可布置在水銀燈的光程上，從而不 干擾水銀燈之外的光源的光程。 可以濾光輪的形式提供第一濾波器，以在濾光輪的旋轉(zhuǎn)表面上的分開(kāi)的區(qū)域內(nèi)包 括多個(gè)光源元件。
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所述多個(gè)光學(xué)元件可以包括從短通濾波器、帶通濾波器和偏振器組成的組中選擇 的至少兩個(gè)光學(xué)元件。 該裝置還包括第一鏡，被配置將從作為第二光源的鹵素?zé)舭l(fā)出光的光程改變?yōu)橐?入所述光導(dǎo)。 第一鏡可以是用于基于波長(zhǎng)選擇性地傳輸光的分色鏡。 該裝置還可以包括布置在所述鹵素?zé)艉偷谝荤R之間用以阻擋紅外輻射的第二濾 波器。 由作為第三光源的激光器生成的激光束可被直接引入光導(dǎo)。 第三光源可以包括多個(gè)激光器，并且第二鏡可以位于由所述多個(gè)激光器生成的多
個(gè)激光束的光程上，使得所述多個(gè)激光束可經(jīng)由第二鏡引入所述光導(dǎo)。 第二鏡可以是分色鏡。 所述水銀燈和激光器可以是作為用于同時(shí)激勵(lì)NADH和黃素的激勵(lì)光源的具有帶 通濾波器的水銀燈(327到353nm)和激光器(405nm)。 所述水銀燈和激光器可以是作為用于同時(shí)激勵(lì)黃素和卟啉的激勵(lì)光源的具有帶 通濾波器的水銀燈(440到470nm)和激光器(635nm)。 該裝置還可以包括位于第一光源的光程上的第一衰減器，用以控制來(lái)自水銀燈的 光的量。 該裝置還可以包括布置在所述光導(dǎo)入口處的第二衰減器，用以控制引入光導(dǎo)的光 的總量。 該裝置還可以包括布置在所述光導(dǎo)出口處的準(zhǔn)直光學(xué)元件，用以給視野提供均勻 的照明。 該裝置還可以包括設(shè)置在所述準(zhǔn)直光學(xué)元件內(nèi)的附加光導(dǎo)模塊，用以給較小區(qū)域 提供照明。 所述光導(dǎo)可以是液體光導(dǎo)。 所述光學(xué)成像系統(tǒng)可以是從由內(nèi)窺鏡、手術(shù)立體顯微鏡和陰道鏡組成的組中選擇 的一種。 當(dāng)所述光學(xué)成像系統(tǒng)是內(nèi)窺鏡時(shí)，所述多光譜成像系統(tǒng)可借助于適配器固定到所 述光學(xué)成像系統(tǒng)的目鏡上。 當(dāng)所述光學(xué)成像系統(tǒng)是手術(shù)立體顯微鏡時(shí)，所述光學(xué)成像系統(tǒng)可以包括物鏡和一 對(duì)可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，并且所述多光譜成像系統(tǒng)可以定位在所述物鏡和所述可變放大率 光學(xué)系統(tǒng)之間。 所述多光譜成像系統(tǒng)可以通過(guò)布置在光學(xué)成像系統(tǒng)的物鏡和可變放大率光學(xué)系 統(tǒng)之間的可移動(dòng)折疊鏡進(jìn)入光程。 所述多光譜成像系統(tǒng)可以包括兩個(gè)圖像傳感器。 所述兩個(gè)圖像傳感器可以是彩色圖像傳感器和單色圖像傳感器。 所述多光譜成像系統(tǒng)還可以包括光程分裂器，用于將入射光分裂為具有用于所述
彩色圖像傳感器和所述單色圖像傳感器的兩個(gè)光程。 所述多光譜成像系統(tǒng)的物鏡可以定位在所述光程分裂器之前，以同時(shí)將圖像投影 到彩色圖像傳感器和單色圖像傳感器的兩個(gè)光程。
所述光程分裂器可以是可移動(dòng)折疊鏡。 所述可移動(dòng)折疊鏡可以是分色鏡。 所述物鏡可以包括孔徑光闌，用以控制光量和景深。 所述物鏡可以包括用于對(duì)象組織細(xì)調(diào)焦的聚焦元件。 可由所述彩色圖像傳感器的B和G通道同時(shí)執(zhí)行對(duì)NADH和黃素的熒光檢測(cè)。
濾光輪形式的可移動(dòng)檢測(cè)濾波器可被定位在多光譜成像系統(tǒng)的物鏡之前或之后， 并且所述可移動(dòng)檢測(cè)濾波器可以包括從長(zhǎng)通濾波器、帶通濾波器、陷波濾波器、分析器、和 偏振器組成的組中選擇的至少兩個(gè)。 所述紅外阻擋濾波器可被定位在所述多光譜成像系統(tǒng)的彩色圖像傳感器之前，并 且遠(yuǎn)紅外/近紅外濾波器可被定位在所述單色圖像傳感器之前。 所述可移動(dòng)檢測(cè)濾波器可以包括阻擋濾波器(500nm)和陷波濾波器(635nm)，使 得可由單色圖像傳感器通過(guò)分色鏡(邊緣640nm)經(jīng)由遠(yuǎn)紅外/近紅外濾波器檢測(cè)卟啉的 熒光，同時(shí)可由彩色圖像傳感器(G通道)檢測(cè)黃素的熒光。 該裝置還可以包括用于控制所述彩色圖像傳感器和所述單色圖像傳感器的圖像 處理控制單元。 該裝置還可以包括用于從所述多光譜成像系統(tǒng)向外部輸出圖像的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。


將參考其中例示了某些示例性實(shí)施例的附圖描述本發(fā)明的上述和其它特征，在附 圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置的配置圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的組合光源的配置圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的組合光源中的規(guī)格化可見(jiàn)區(qū)上的光譜曲線(xiàn)； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的組合光源中的作為熒光材料的NADH和黃素的吸收光譜
曲線(xiàn)，以及具有帶通濾波器的水銀燈(340士13nm)和激光器(405nm)的激勵(lì)光譜曲線(xiàn)； 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的組合光源中的黃素和PpIX的吸收光譜曲線(xiàn)，以及具有帶
通濾波器的水銀燈(455士15nm)和激光器(635nm)的光譜曲線(xiàn)； 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的多光譜成像系統(tǒng)的各個(gè)通道的光譜曲線(xiàn)； 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的NADH和黃素的熒光發(fā)射光譜曲線(xiàn)和多光譜成像系統(tǒng)中
的B通道和G通道的光譜靈敏性曲線(xiàn)； 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的黃素和PpIX的熒光發(fā)射光譜曲線(xiàn)和多光譜成像系統(tǒng)中 的G通道和遠(yuǎn)紅外/近紅外(FR/NIR)通道的傳輸光譜曲線(xiàn)； 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的多光譜成像系統(tǒng)中的以藍(lán)光進(jìn)行的黃素和ALA誘導(dǎo)PpIX 熒光檢測(cè)和光動(dòng)力治療的光譜曲線(xiàn)，禾口 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的多光譜成像系統(tǒng)中的吲哚花青綠(ICG)熒光血管造影 術(shù)的光譜曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
下文將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明提供了用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置，該裝置包括可以向?qū)ο蠼M織照 射具有各種光譜分量的光的組合光源，提供肉眼可見(jiàn)的對(duì)象組織的直接和三維圖像的光學(xué) 成像系統(tǒng)，以及可以同時(shí)為這些各個(gè)光譜范圍從若干光譜部分獲得圖像的多光譜成像系 統(tǒng)，從而執(zhí)行有效的攝影檢測(cè)和光動(dòng)力治療。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置配置的示意圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置一般包括光學(xué)成像 系統(tǒng)20、組合光源30、多光譜成像系統(tǒng)40和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50，并且該裝置具有照亮身體的對(duì) 象組織IO，將對(duì)象組織10的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，分析光學(xué)圖像，并在監(jiān)視器上顯示光 學(xué)圖像的功能。 光學(xué)成像系統(tǒng)20與組合光源30 —起在各種照明下產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)或通過(guò)多光譜數(shù) 字視頻系統(tǒng)觀看的對(duì)象組織10的圖像。光學(xué)成像系統(tǒng)20可被配置為內(nèi)窺鏡、手術(shù)顯微鏡、 陰道鏡、或任意其他醫(yī)療檢查裝置。 在結(jié)合光學(xué)成像系統(tǒng)20的配置使用內(nèi)窺鏡的情況下，多光譜成像系統(tǒng)40可在適 配器的幫助下固定到目鏡上，并且不使用準(zhǔn)直光學(xué)器件39而將光導(dǎo)38連接到光學(xué)通道。另 外，在使用立體顯微鏡的情況下，可使用布置在物鏡21和一對(duì)可變放大率光學(xué)系統(tǒng)23之間 的可移動(dòng)鏡22將多光譜成像系統(tǒng)40插入光程。這些設(shè)備對(duì)于增加到達(dá)傳感器的光量以獲 得熒光圖像扮演重要角色。當(dāng)可移動(dòng)鏡22位于'a'時(shí)，形成對(duì)象組織的立體觀察，于是可 以在使用工具(例如，活檢鉗)控制操作時(shí)使用。當(dāng)可移動(dòng)鏡22位于"b"時(shí)，可以執(zhí)行其 它狀態(tài)下的操作。 g卩，由于在本發(fā)明中可移動(dòng)鏡22布置在物鏡21和可變放大率光學(xué)系統(tǒng)23之間， 因此輸入多光譜成像系統(tǒng)40的光學(xué)信號(hào)(熒光和反射光)并不通過(guò)可變放大率光學(xué)系統(tǒng) 23，于是可以減少光損失。 在根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置中，組合光源30配置為向?qū)?象組織照射具有各種光譜分量(波長(zhǎng))的光，使得圖像通過(guò)熒光和反射光產(chǎn)生，由此允許執(zhí) 行光動(dòng)力治療。 照明光的光譜分量分布在紫外、可見(jiàn)、以及近紅外光譜范圍內(nèi)，并且具有各種光譜 分量的照明光可被同時(shí)施加到對(duì)象組織上。 圖1和圖2詳細(xì)示出了組合光源30的配置，并且組合光源30包括鹵素?zé)?1、紅 外線(xiàn)阻擋濾波器32、鏡33、水銀燈34、照明濾光輪(Exl)35、至少一個(gè)激光器(Ex2)36、照明 器電源/控制單元37、光導(dǎo)38、準(zhǔn)直光學(xué)器件39、第一衰減器(衰減器1) 61、和第二衰減器 (衰減器2)62。 根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置中的組合光源30被配置為包括 作為長(zhǎng)波光源的鹵素?zé)?1和作為短波光源的水銀燈34。另外，紅外線(xiàn)阻擋濾波器32減少 對(duì)象組織和光源元件的熱負(fù)荷，并且排除可能被帶入檢測(cè)器紅外通道的從鹵素?zé)?1發(fā)出 的輻射光譜分量?？梢允褂弥T如熱鏡的干涉濾波器進(jìn)行這種操作。 鏡33將從鹵素?zé)?1發(fā)出的光的方向改變?yōu)橐牍鈱?dǎo)38，并且優(yōu)選地，鏡33可被 配置為分色鏡。 由激光器36生成的激光束被直接或通過(guò)鏡63引入光導(dǎo)38。在另一方面，當(dāng)鏡63 被配置為分色鏡時(shí)，該分色鏡可以會(huì)聚由若干激光器生成的激光束。另外，激光器36包括
9用于向光導(dǎo)38的端面照射激光束的光學(xué)元件。 光導(dǎo)38是具有高數(shù)字光圈、在紫外線(xiàn)(UV)、可見(jiàn)光(VIS)和近紅外線(xiàn)(NIR)區(qū)域中具有高透射率、且在高溫?zé)嶝?fù)荷下具有高穩(wěn)定性的液體光導(dǎo)。 照明濾光輪35布置在水銀燈34的光程內(nèi)，并且以濾光輪的形式操作(濾光輪1)。諸如短通濾波器、帶通濾波器和偏振器的各種光學(xué)元件可被布置在組成照明濾光輪35的濾光輪的各個(gè)扇區(qū)內(nèi)，并且被配置為以光譜和偏振狀態(tài)控制燈的照明。照明濾光輪35布置在水銀燈34和光導(dǎo)38之間，并且被配置為不干擾鹵素?zé)?1和激光器36的光程。在該情況下，如圖2所示，提供用于控制從水銀燈34生成的光量的第一衰減器61和用于控制引入光導(dǎo)38的光量的第二衰減器62。 照明器電源/控制單元37給所有光源和照明濾光輪35供電，并且控制所有光源和照明濾光輪35。 在光導(dǎo)38的出口處提供的準(zhǔn)直光學(xué)器件39給視野提供均勻照明(即，圖1所示的照明區(qū)域ll)。在該情況下，可以安裝附加光導(dǎo)模塊(包括未示出的光導(dǎo)和準(zhǔn)直光學(xué)器件)，以便給比該視野小的區(qū)域提供照明(例如，對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行光動(dòng)力治療)，由此激光束可以通過(guò)光導(dǎo)進(jìn)行照射。 由于根據(jù)本發(fā)明的組合光源30的發(fā)射光譜范圍覆蓋從300nm到850nm的寬光譜
范圍，因此可以按照實(shí)際應(yīng)用的要求選擇光源的光譜分量，并且通過(guò)給設(shè)置在組合光源30
中的各光源提供電能，并且在水銀燈34的光程中插入預(yù)定的濾波器來(lái)確定光譜分量。同
時(shí)，偏振器12可以布置在光導(dǎo)38和對(duì)象組織10之間以通過(guò)偏振執(zhí)行觀察。 接下來(lái)將參考以下例子描述對(duì)根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置
中的組合光源的使用示例。 [例1-1] 本發(fā)明的組合光源30采用鹵素?zé)?1和水銀燈34向?qū)ο蠼M織照射白光，觀察反射光，并且定義具有400到700 (或750)nm的光譜范圍的寬帶濾波器作為照明濾光輪35?？梢酝ㄟ^(guò)使用第一衰減器和鹵素?zé)?1以各種比例混合從水銀燈34發(fā)出的光，靈活地改變照射到對(duì)象組織的光的光譜分量。在該情況下，相關(guān)色溫在3， 000到6， OOOK的范圍內(nèi)變化。圖3示出了由此獲得的光譜曲線(xiàn)。如圖3所示，當(dāng)兩燈的光量適當(dāng)?shù)乇舜嘶パa(bǔ)時(shí)，光譜被示出為是緩和且連續(xù)的曲線(xiàn)。 鹵素?zé)?1被廣泛地用作陰道鏡光源，并且可以使用金屬鹵化物和LED燈作為光源。同時(shí)，組合光源30使用鹵素?zé)?1和水銀燈34的原因通常是為了在適當(dāng)位置設(shè)置每個(gè)光源的固有色溫?？梢酝ㄟ^(guò)改變從這些燈發(fā)出的光量之間的相互關(guān)系，改變照明光的光譜分量，以適合對(duì)象組織的特性和所希望的反射光的操作。特別地，改變照明光的光譜分量，以適合受各個(gè)光譜特性影響的視覺(jué)感覺(jué)，或適合電視記錄的特性。于是，根據(jù)本發(fā)明的組合光源30允許最佳地執(zhí)行反射光的多光譜分析。
[例l-2]NADH和黃素的固有熒光激勵(lì) 為了最佳地激勵(lì)這些熒光材料，激勵(lì)光之一應(yīng)當(dāng)位于紫外線(xiàn)區(qū)內(nèi)，并且另一個(gè)應(yīng)位于可見(jiàn)光譜區(qū)的短波側(cè)。作為激勵(lì)光源，照明濾光輪35中的具有帶通濾波器的水銀燈34(Exl :340士13nm)和激光器36 (Ex2 :405nm)滿(mǎn)足上述條件。這兩種熒光材料的吸收波段彼此明顯不同，并且激勵(lì)光源的激勵(lì)波長(zhǎng)分別落在這些吸收波長(zhǎng)光譜范圍內(nèi)(圖4)。在該情況下，這兩種熒光材料的熒光發(fā)射光譜彼此不同(圖7)，并且可由單色檢測(cè)器記錄這兩種熒光材料的熒光(參考以下描述的例2-1)。
[例1-3]黃素和PpIX的固有熒光激勵(lì) 由于上述熒光材料的光吸收波長(zhǎng)范圍在400nm附近重疊，因此可以用相同的波長(zhǎng)激勵(lì)這些熒光材料。然而，在該情況下，激勵(lì)光的穿透深度不那么大。如果在原卟啉IX(PpIX)的光吸收譜的長(zhǎng)波側(cè)激勵(lì)這些熒光材料，激勵(lì)光的穿透深度增加，這在尋找位于組織深處的腫瘤時(shí)非常重要。 圖5示出了上述熒光材料的吸收譜和兩激勵(lì)光源的光譜。關(guān)于黃素和PpIX熒光檢測(cè)的激勵(lì)情況，實(shí)驗(yàn)中使用的激勵(lì)光源是具有帶通濾波器的水銀燈34(Exl :455士15nm)和激光器36(Ex2 :635nm)。由于可以獨(dú)立控制這兩個(gè)光源的輸出，可以適當(dāng)?shù)乜刂茝膬煞N熒光材料生成的信號(hào)的強(qiáng)度。 同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置包括多光譜成像系統(tǒng)40，以便同時(shí)產(chǎn)生可見(jiàn)和紅外線(xiàn)光譜范圍的若干光譜區(qū)內(nèi)的數(shù)字視頻圖像。多光譜成像系統(tǒng)40包括物鏡41、可移動(dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42、可移動(dòng)光程分裂器43、紅外阻擋濾波器44、彩色圖像傳感器45、遠(yuǎn)紅外/近紅外(FR/NIR)濾波器(Em2)46、單色圖像傳感器47、圖像處理控制單元48和驅(qū)動(dòng)單元49。 多光譜成像系統(tǒng)40包括第一光程和第二光程，以使得由諸如分色鏡的可移動(dòng)光程分裂器43定向到檢測(cè)器的入射光被分為兩束。可移動(dòng)光程分裂器43可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元49的轉(zhuǎn)換位于諸如"a"或"b"的兩個(gè)不連續(xù)位置中的一個(gè)位置上。 物鏡41位于可移動(dòng)光程分裂器43之前，以便同時(shí)向彩色圖像傳感器45和單色圖像傳感器47的兩個(gè)光程投射圖像。另外，物鏡41可以包括控制光量和景深的孔徑光闌，以及用于對(duì)象組織上細(xì)調(diào)焦的聚焦元件。 多光譜成像系統(tǒng)40的視頻系統(tǒng)包括具有相同電學(xué)和幾何參數(shù)的兩個(gè)芯片(彩色圖像傳感器45和單色圖像傳感器47)。這兩個(gè)芯片可以使用CCD、EMCCD或CMOS技術(shù)成形，并且可以在逐行或隔行掃描模式下操作。 具有基于RGB模式的彩色碼的光學(xué)濾波器掩膜放置在彩色圖像傳感器45的光敏表面上。當(dāng)應(yīng)用另一個(gè)彩色模式即CMYG時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50將CMYG彩色模型轉(zhuǎn)換為RGB彩色碼。在兩個(gè)光程中的第一光程內(nèi)形成三個(gè)彩色通道EmR、 EmG和EmB，并且由RGB掩膜濾波器、可移動(dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42、和紅外阻擋濾波器44(在具體系統(tǒng)中可以排除紅外阻擋濾波器44)的共同作用確定這些彩色通道的光譜特性。由FR/NIR(Em2)46、可移動(dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42、和放置在單色圖像傳感器47之前并且選擇光譜的作為可移動(dòng)光程分裂器43的分色鏡確定第四通道[Em(FR/NIR)]的光譜靈敏性。在大多數(shù)情況下，分色鏡的邊緣位于約700nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)和近紅外區(qū)的邊界處，并且其可被移向長(zhǎng)波側(cè)或短波側(cè)。由此，多光譜成像系統(tǒng)40可以與圖6所示同時(shí)從第四光譜區(qū)獲得圖像。當(dāng)光譜通道EmR和Em(FR/NIR)彼此交叉時(shí)，相應(yīng)的光學(xué)信號(hào)被同時(shí)輸入兩個(gè)通道。這兩個(gè)通道的每個(gè)電信號(hào)值取決于兩個(gè)通道中各傳感器的靈敏度差異以及該光學(xué)信號(hào)的值。為了減少這種串?dāng)_，必須從分色鏡43、紅外阻擋濾波器44和FR/NIR濾波器(Em2)46中選擇具有適當(dāng)光譜特性的元件。
以多光譜成像系統(tǒng)40中的濾光輪(濾光輪2)的形式配置可移動(dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42，并且可以在形狀分離的各個(gè)扇區(qū)中布置各種阻擋濾波器(長(zhǎng)通、陷波)、分析器、和偏振器?？梢苿?dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42可以位于物鏡41之前或之后。由于可移動(dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42是為兩個(gè)光程的所有光學(xué)通道選擇的元件，并且位于遠(yuǎn)離檢測(cè)傳感器表面的位置，由此濾波器的轉(zhuǎn)換操作在技術(shù)上并不困難。可移動(dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42和照明濾光輪(Exl)35的特性改變有效地改變整個(gè)裝置的操作狀態(tài)?？梢苿?dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42的操作功能如下 (a)在熒光診斷和光動(dòng)力治療中，在具有長(zhǎng)通濾波器的激光器或水銀燈的帶通濾波器的操作期間，它使用陷波濾波器阻擋激勵(lì)光和紫外線(xiàn)(光化射線(xiàn))；
(b)在反射偏振中，它使用分析器阻擋偏振光分量； (c)它將反射光分裂為其光譜分量，在反射彩色光的情況下，這是從白光獲得的圖像的亮度改進(jìn)所必須的(例如，綠光濾波器)。 圖像處理控制單元48控制單色圖像傳感器47和彩色圖像傳感器45、驅(qū)動(dòng)單元
49、和濾光輪(濾光輪2)，并且將這兩個(gè)傳感器生成的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為單個(gè)數(shù)字信號(hào)。
該數(shù)字信號(hào)通過(guò)雙向高速串行總線(xiàn)53輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50中的處理器51。此外，通過(guò)該通
道輸入和輸出控制信號(hào)。雙向高速串行總線(xiàn)53可以經(jīng)由火線(xiàn)、USB、 Wi-Fi等操作。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50包括處理器51和與監(jiān)視器52相關(guān)的軟件，它們是收集、存儲(chǔ)、處理
和分析從多光譜成像系統(tǒng)40輸入的視頻數(shù)據(jù)，并且通過(guò)監(jiān)視器52顯示視頻圖像所需的。分
析包括基于多光譜信息自動(dòng)檢測(cè)異常組織的功能。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50被配置為通過(guò)雙向
高速串行總線(xiàn)53和低速串行總線(xiàn)54接收視頻信號(hào)，并且控制該裝置的所有模塊。 作為具有上述配置的本發(fā)明的示例，可以在諸如立體模式(具有立體顯微鏡)、反
射模式、偏振反射模式、熒光檢測(cè)模式、光動(dòng)力治療_熒光檢測(cè)模式、和熒光_反射檢測(cè)模式
的各種操作模式中使用用于攝影診斷和光動(dòng)力治療的數(shù)字多光譜視頻陰道鏡。 于是通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明示例的陰道鏡，就能夠使用各種操作模式實(shí)現(xiàn)用于診斷
和治療的各種方法。某些模式是本領(lǐng)域公知的，并且被應(yīng)用于其它裝置。 然而，與僅可以在有限條件下執(zhí)行某些模式的其它裝置不同，根據(jù)本發(fā)明示例的
陰道鏡被配置為使用具有各種波長(zhǎng)的若干光源照明對(duì)象組織，并且與此同時(shí)，檢測(cè)具有若
干光譜通道的發(fā)射光，以滿(mǎn)足特定操作模式的條件。 下面，將詳細(xì)描述實(shí)現(xiàn)特定模式所需的特定要求和方法。 1.立體觀察 陰道鏡立體觀察是用于視覺(jué)觀察的現(xiàn)有方法，并且被用作診斷目的和各種操作的控制方法。上皮顏色中包括組織診斷中的重要信息，并且當(dāng)使用諸如乙酸溶液、復(fù)方(Lugol)碘溶液(Schiller實(shí)驗(yàn))等的特定藥物或諸如蘇木素、亞甲紫等的染料溶液處理組織使其擴(kuò)展時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)陰道鏡中的立體觀察。 通過(guò)立體觀察允許陰道鏡的三維位置控制，并且立體觀察對(duì)于對(duì)象組織上的精確動(dòng)作是重要的(例如，組織活檢)。 立體觀察可以在使用立體顯微鏡作為光學(xué)成像系統(tǒng)20的情況下進(jìn)行，并且通過(guò)雙目顯微鏡視覺(jué)地執(zhí)行。在該情況下，可移動(dòng)鏡22位于"a"。另外，在組合光源30中使用兩個(gè)燈(鹵素?zé)艉退y燈)。關(guān)于照明濾光輪(Exl)35，400到700nm總輻射的光譜分量取決于從各燈發(fā)出的光量之間的相互關(guān)系，這可以通過(guò)使用第一衰減器1在0到100%的范圍內(nèi)調(diào)整從水銀燈發(fā)出的光量來(lái)加以控制。
12
對(duì)于立體觀察，通過(guò)調(diào)整從水銀燈和鹵素?zé)舭l(fā)出的光量之間的相互關(guān)系，將對(duì)象組織上的照明的光譜分量?jī)?yōu)化為近似于日光的視知覺(jué)，并且選擇一種顏色以適合操作者的視知覺(jué)特性。因此，對(duì)照明的細(xì)心選擇減少操作過(guò)程中的眼疲勞，并且允許操作者觀看身體組織顏色的最小改變。
2.白光反射 白光反射類(lèi)似于立體觀察，但是差別在于在監(jiān)視器上以自然色顯示對(duì)象組織而沒(méi)有立體效果。因此，可以通過(guò)任意光學(xué)成像系統(tǒng)觀察白光反射。 在該情況下，可移動(dòng)鏡22位于"b"，并且光源被配置為處于與立體觀察相同的狀態(tài)。因此，在白光反射模式中，照明的最佳光譜分量與視知覺(jué)的光譜分量有顯著不同，并且可以通過(guò)改變光源的光譜分量調(diào)整發(fā)光光譜以適合彩色傳感器的特性。
3.偏振反射 在偏振反射中，鏡反射的光分量由交叉偏振器阻擋，并且以漫反射光獲得圖像。
因此，偏振反射和白光反射之間存在不同。偏振器12布置在光纖和對(duì)象組織之間，并且在可移動(dòng)檢測(cè)濾波器42中與偏振器12 —起使用交叉分析器。使用鹵素?zé)簟⑺y燈、激光器或其組合作為光源。照明的光譜特性取決于選擇的發(fā)射光源、照明濾光輪(Exl)35以及可移動(dòng)檢測(cè)濾波器(Eml)42。 偏振反射的最顯著特性在于可以同時(shí)記錄可見(jiàn)和近紅外光譜范圍內(nèi)的圖像。通過(guò)使用多光譜成像系統(tǒng)可以在偏振反射期間同時(shí)記錄可見(jiàn)和近紅外光譜范圍內(nèi)的圖像，其與美國(guó)專(zhuān)利No. 6， 766， 184中公開(kāi)的彩色照相機(jī)(可見(jiàn)光線(xiàn))和美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2008051664中公開(kāi)的黑白照相機(jī)(近紅外)相比，提高了通過(guò)偏振進(jìn)行診斷的可能性。作為一個(gè)例子，在兩圖像的記錄期間，在650到700nm的第一范圍和800nm的第二范圍附近的檢查中，可以測(cè)量身體組織每個(gè)區(qū)中的氧飽和度(RED/NIR區(qū)中的組織氧合檢測(cè))。
4.熒光檢測(cè) 熒光檢測(cè)被配置為以從至少一個(gè)波長(zhǎng)獲得的熒光圖像執(zhí)行診斷。因此，可以通過(guò)向身體組織照射具有一個(gè)或兩個(gè)波長(zhǎng)的激勵(lì)光實(shí)現(xiàn)熒光(水銀燈Exl或激光器Ex2)。另外，可以記錄一個(gè)或兩個(gè)光學(xué)通道中的發(fā)射(彩色圖像傳感器Eml或單色圖像傳感器Em2)。
因此，通過(guò)同時(shí)執(zhí)行以發(fā)射具有各種波長(zhǎng)的光進(jìn)行的熒光激勵(lì)和若干光譜通道中的熒光檢測(cè)，可以在每種熒光材料的最佳激勵(lì)狀態(tài)下實(shí)時(shí)地觀察和測(cè)量若干熒光材料的分[例2-l]NADH和黃素的自身熒光檢測(cè) 已知在身體組織惡性化期間，作為呼吸色素的NADH和黃素的熒光特性發(fā)生改變。根據(jù)按照本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置，可以在最佳激勵(lì)狀態(tài)下同時(shí)記錄NADH和黃素?zé)晒?。在該情況下，NADH和黃素的激勵(lì)狀態(tài)與例1_2中提出的相同(Exl :340nm， Ex2 :405nm);然而，如圖7所示，可由彩色圖像傳感器的B通道和G通道檢測(cè)熒光。即，如圖7所示，由于B通道和G通道的光譜曲線(xiàn)與熒光材料的熒光發(fā)射光譜類(lèi)似，因此可以在B通道中記錄NADH的熒光，并且可以在G通道中記錄黃素的熒光(B通道470nm中心，G通道550nm中心)。此時(shí)，使用屏障濾波器(415nm)作為可移動(dòng)檢測(cè)濾波器，以降低從對(duì)象組織反射的激勵(lì)光。與順序記錄相比，同時(shí)記錄從NADH和黃素發(fā)射的熒光可以防止由于在曝光和加速測(cè)量處理期間的對(duì)象移動(dòng)而引起的模糊圖像。
[例2-2]嚇啉和非嚇啉的自身熒光檢測(cè) 內(nèi)生卟啉在身體組織的生物學(xué)過(guò)程中扮演重要角色，并且其濃度可以根據(jù)功能狀
態(tài)和病理過(guò)程中的變化顯著改變。通過(guò)使用氨基乙酰丙酸(ALA)誘發(fā)卟啉代謝紊亂。ALA
以卟啉的形式參與血紅素合成，由此原卟啉IX(PpIX)的濃度反復(fù)增加。結(jié)果，可以容易地
記錄從其發(fā)出的熒光。使用ALA的熒光診斷是揭示包括各區(qū)內(nèi)惡性腫瘤在內(nèi)的一系列疾病
的公知方法。嚇啉的吸收波長(zhǎng)在400nm附近。當(dāng)這個(gè)波長(zhǎng)的光照射到身體組織時(shí)，與嚇啉
一起生成固有熒光(非卟啉自身熒光)，這是由位于卟啉的光吸收波長(zhǎng)附近的熒光材料尤
其是黃素產(chǎn)生的。由于在非卟啉的固有熒光的明亮背景上可能看不到內(nèi)生卟啉的弱固有熒
光(自身熒光)，因此限制了觀察病理過(guò)程初始步驟中的失調(diào)的可能性，并且需要增加生成
熒光(ALA誘發(fā)的原卟啉IX熒光)的卟啉量。在給身體施與ALA的情況下，確診疾病需要
相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這給諸如癌癥的疾病診斷的篩選操作帶有了嚴(yán)重的局限。 因此，應(yīng)當(dāng)考慮下面的問(wèn)題，以在不施與ALA的情況下執(zhí)行診斷 (a)卟啉在光不被黃素吸收的光譜區(qū)中的熒光激勵(lì)； (b)黃素和卟啉的熒光光譜彼此最少重疊的位置中的卟啉熒光檢測(cè)； (c)獨(dú)立改變多光譜成像系統(tǒng)中檢測(cè)器的靈敏度以允許來(lái)自各熒光材料的信號(hào)大
體彼此相等的可能性；禾口 (d)改變卟啉和非卟啉尤其是黃素的熒光激勵(lì)光的強(qiáng)度以允許來(lái)自各熒光材料的信號(hào)大體彼此相等的可能性。 例1-3中已經(jīng)描述了問(wèn)題(a)的解決方案。在濾波器EX1中使用具有455nm波長(zhǎng)的水銀燈來(lái)激勵(lì)黃素，并且在激光器Ex2中使用具有635nm波長(zhǎng)的激光光源來(lái)激勵(lì)卟啉(參考圖5)。當(dāng)以第一衰減器61控制Exl的水銀燈的激勵(lì)光輸出時(shí)，可以解決問(wèn)題(d)。通過(guò)借助于多光譜成像系統(tǒng)檢測(cè)和記錄熒光材料的熒光，可以解決問(wèn)題(b)和(c)。圖8示出了用于熒光記錄的光譜條件。 當(dāng)從身體組織反射的發(fā)射被阻擋時(shí)，濾波器Exl和Ex2與屏障濾波器(500nm)和陷波濾波器(635nm) —起操作，并且這兩個(gè)濾波器執(zhí)行可移動(dòng)檢測(cè)濾波器42的功能。在該情況下，分色鏡43的邊緣值應(yīng)當(dāng)略微超出635nm(在這個(gè)例子中640nm)。由分色鏡將PpIX熒光和黃素?zé)晒夥珠_(kāi)。在PpIX發(fā)射熒光中，以布置在遠(yuǎn)紅外/近紅外(FR/NIR)通道中的檢測(cè)濾波器(Em2)46選擇附加波長(zhǎng)(700nm中心)。這個(gè)帶通濾波器將PpIX生成的熒光傳輸?shù)絾紊珗D像傳感器47，并且與陷波濾波器(635nm) —起衰減激勵(lì)激光束(在熒光通道中使用附加的帶通濾波器，以便排除殘留激勵(lì)光)。 黃素在G彩色圖像傳感器的光譜通道中產(chǎn)生的圖像具有比單色圖像傳感器高的信噪比。由于黃素存在于所有細(xì)胞中，因此由黃素產(chǎn)生的"綠圖像"看上去比由PpIX產(chǎn)生的"紅圖像"更均勻。因此，"綠圖像"可起參考作用，其可用于針對(duì)距對(duì)象組織的距離的影響校正PpIX熒光信號(hào)值，并且在PpIX的位置提供解剖標(biāo)識(shí)。 由此進(jìn)行激勵(lì)條件和熒光記錄的優(yōu)化，于是可以在單色圖像傳感器而不是G彩色圖像傳感器的通道中容易地觀察到小量的內(nèi)生卟啉。相反，在常規(guī)裝置中，身體組織各處出現(xiàn)的較強(qiáng)的固有熒光會(huì)干擾對(duì)PpIX的弱熒光信號(hào)的檢測(cè)。由于內(nèi)在生成的PpIX的弱熒光可被顯示為圖像，因此可以無(wú)需從外部使用ALA而執(zhí)行非ALA熒光診斷，由此執(zhí)行針對(duì)疾病診斷的篩選實(shí)驗(yàn)。[O135] 5.光動(dòng)力治療和熒光檢測(cè) 這個(gè)處理與光動(dòng)力治療(PDT)有關(guān)，在PDT中向身體組織施與發(fā)出預(yù)定波長(zhǎng)的光 敏劑(PS)，并在隨后照亮身體組織。因?yàn)闊晒獍l(fā)射由光敏劑經(jīng)照明生成，所以可以使用熒光 檢測(cè)優(yōu)化和監(jiān)視光動(dòng)力治療?？梢允褂脽晒鈾z測(cè)追蹤光敏劑的運(yùn)動(dòng)積累，識(shí)別積累光敏劑 的局部位置，并且評(píng)估光動(dòng)力治療的效果。 根據(jù)本發(fā)明，可以改變照明區(qū)域，并且通過(guò)在光動(dòng)力治療期間直接檢測(cè)熒光來(lái)確 定結(jié)束照明的時(shí)間點(diǎn)。在該情況下，確定停止照明的時(shí)間點(diǎn)的功能(劑量測(cè)定法)使用光 敏劑的光致褪色。由于光敏劑的熒光具有局部特性，因此必須提供可以覆蓋整個(gè)對(duì)象組織 的基準(zhǔn)圖像用于熒光觀察。并且該基準(zhǔn)圖像可用于根據(jù)測(cè)量期間距對(duì)象組織的距離的改變 來(lái)校正數(shù)據(jù)。 可以用各種方法執(zhí)行身體組織表面上的照明和其圖像產(chǎn)生。在例2-2中描述了其 中一種方法，該方法對(duì)應(yīng)于由彼此的光源和彼此的檢測(cè)器產(chǎn)生主熒光圖像和基準(zhǔn)熒光圖像 的情況。第二種方法會(huì)在例3-l中描述，其中由一個(gè)光源和一個(gè)檢測(cè)器產(chǎn)生圖像。同樣地， 不同于第一和第二種方法的第三個(gè)方法將在例4-1中描述，該方法使用反射圖像作為基準(zhǔn) 圖像。上述方法允許操作者在照明過(guò)程中觀看對(duì)象組織，并且實(shí)時(shí)測(cè)量由光敏劑引起的熒 光的亮度。計(jì)算示出一次發(fā)射中亮度分布的柱狀圖，由此測(cè)得的熒光亮度不取決于該次發(fā) 射中光敏劑所占的面積，并且基于相同的柱狀圖測(cè)量最亮區(qū)。 照明處理被保持在預(yù)定狀態(tài)下，并且如果必要?jiǎng)t校正照明區(qū)域。另外，當(dāng)光致褪色
到達(dá)預(yù)定程度時(shí)，停止照明，由此增強(qiáng)光動(dòng)力治療的效果。[例3-1]以ALA誘發(fā)的PpIX進(jìn)行熒光診斷和光動(dòng)力治療 由于氨基乙酰丙酸(ALA)變?yōu)樯眢w組織中的原卟啉(PpIX)，照明和熒光檢測(cè)光學(xué) 器件大體與例2-2相同。在這個(gè)例子中，將描述以卟啉Soret帶周?chē)亩滩?大約400nm) 進(jìn)行照明。在這個(gè)情況下，可由水銀燈執(zhí)行照明，并且當(dāng)身體組織表面受到損傷時(shí)，使用短 波照明。當(dāng)使用ALA時(shí)，身體組織中PpIX的濃度大幅超出體內(nèi)生成的PpIX的濃度，這就能 夠進(jìn)行具有比單色圖像傳感器低的靈敏度的彩色圖像傳感器中的熒光記錄。圖9示出了用 于熒光記錄的最佳照明光譜和條件。 光源Exl(406nm)同時(shí)執(zhí)行若干功能，諸如執(zhí)行光動(dòng)力治療、生成固有熒光發(fā)射以 及通過(guò)照明ALA誘發(fā)的PpIX來(lái)激發(fā)熒光。在彩色圖像傳感器的G通道中記錄固有熒光，并 且在彩色圖像傳感器的R通道中記錄ALA誘發(fā)的PpIX的熒光。在照明期間改變R通道中 的熒光亮度，并且當(dāng)熒光亮度從初始值減至預(yù)定值時(shí)停止照明。當(dāng)疾病的存在能夠通過(guò)ALA 誘發(fā)PpIX的紅熒光增加來(lái)確定時(shí)，就可以在ALA熒光診斷中使用類(lèi)似的照明和記錄狀態(tài)。
6.熒光/反射檢測(cè) 執(zhí)行該處理以便同時(shí)獲得反射圖和熒光圖?？梢猿鲇谠\斷目的與熒光圖一起使用 反射圖，并且將反射圖作為基準(zhǔn)圖。熒光激勵(lì)的光譜區(qū)和反射光的光譜區(qū)可以彼此相同或 不同。在近紅外光譜范圍內(nèi)的熒光血管造影的例子中可以示出使用該裝置同時(shí)觀察熒光和 反射光的可能。[例4-1]使用吲哚花青綠的熒光血管造影 熒光血管造影是眼科中用于檢測(cè)病人眼睛內(nèi)的血管的公知方法，并且廣泛應(yīng)用于 諸如整形外科的各種領(lǐng)域。使用熒光素和ICG作為進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)以便追蹤血流的熒光造影劑。ICG的特性是在近紅外線(xiàn)區(qū)發(fā)出熒光，并且可以在明亮房間內(nèi)進(jìn)行檢查。 同時(shí)，Novadaq Technologies公司(http/www. novadaq. com)制造了使用ICG造
影劑的用于熒光血管造影目的的SPY成像系統(tǒng)。這種系統(tǒng)僅可以提供ICG熒光視頻圖像。
在該情況下，不能在反射白光中同時(shí)進(jìn)行視頻觀察記錄和熒光記錄，由此難以將兩個(gè)圖像
組合為一個(gè)圖像。 根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置可以執(zhí)行獲得組合圖像的操作。 圖IO示出了用于該操作的照明和光譜狀態(tài)。在該情況下，同時(shí)以若干發(fā)射光源照明對(duì)象組 織。作為白光源的水銀燈和鹵素?zé)?Exl :400到750nm)用于在反射光中獲得一般圖像，并 且為ICG的熒光激勵(lì)準(zhǔn)備激光器(Ex2 :780nm)。另外，在具有大于790nm的長(zhǎng)波的近紅外 激勵(lì)發(fā)射中，手術(shù)室外科手術(shù)燈作為白光源。用于檢測(cè)反射白光的彩色圖像傳感器以R、 G 和B通道產(chǎn)生高等級(jí)彩色圖像，并且吲哚花青綠ICG熒光以單色圖像傳感器的近紅外通道 (Ex2 :815nm)產(chǎn)生單色圖像。在這個(gè)例子中，不使用檢測(cè)濾波器(Eml)。以在近紅外通道中 具有790nm邊緣的分色鏡和檢測(cè)濾波器(Ex2 :815士15nm)阻擋從身體組織反射的濾波器 Exl和濾波器Ex2的發(fā)射光。在這些狀態(tài)下，同時(shí)產(chǎn)生反射白光圖像和ICG血管熒光圖像。 這些圖像彼此重疊，并且以單色圖像顯示在監(jiān)視器屏幕上。由白光產(chǎn)生的圖像作為基準(zhǔn)圖 像。按照?qǐng)D像確定身體組織的形態(tài)成分的血管位置，并且執(zhí)行自動(dòng)聚焦。給出的條件可應(yīng) 用于使用NIR光敏劑的光動(dòng)力治療以及熒光血管造影。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置具有如下效果。
首先，使用本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置，可以通過(guò)產(chǎn)生組織的多 光譜圖像執(zhí)行攝影診斷，并且通過(guò)照明組織進(jìn)行光動(dòng)力治療。 其次，根據(jù)本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置可以執(zhí)行下面的操作
(1)多光譜成像系統(tǒng)位于物鏡和可變放大率光學(xué)系統(tǒng)之間，以便使用穿過(guò)物鏡的 光圈的發(fā)射光，使得更大量的光可被引入檢測(cè)器，由此可以有效地記錄弱熒光圖像；
(2)使用折疊鏡，可以將成像系統(tǒng)包括在光程中或排除出光程，以便三維地觀察對(duì) 象組織，由此可以容易地相對(duì)于身體組織控制醫(yī)療工具； (3)在混合從水銀燈和鹵素?zé)舭l(fā)出的光的照明光源中，衰減器位于水銀燈之前，由 此可以通過(guò)根據(jù)選擇的操作(白光中的視覺(jué)觀察、TV觀察、氧合測(cè)量)控制衰減器，靈活地 改變照明光源的顏色； (4)由于兩個(gè)光源諸如水銀燈和激光器的光彼此混合，可以同時(shí)以紫外、可見(jiàn)光， 和近紅外光譜范圍內(nèi)的兩種不同波長(zhǎng)執(zhí)行對(duì)象組織上的熒光激勵(lì)的照明，由此可以提供對(duì) 兩種不同熒光材料的最佳激勵(lì)，并且同時(shí)以?xún)煞N熒光材料(光敏劑)和身體組織的內(nèi)生材 料來(lái)執(zhí)行對(duì)象組織的觀察和光動(dòng)力治療； (5)從激光器和燈光源發(fā)出的光被引入相同的光導(dǎo)，由此在相同的照明條件下以 不同的波長(zhǎng)給視野提供均勻照明； (6)照明濾光輪僅布置在水銀燈的光程上，由此可以同時(shí)發(fā)射其它寬帶和單色光 源中的光輻射至光導(dǎo)而沒(méi)有光衰減； (7)由于多光譜成像系統(tǒng)包括彩色圖像傳感器和單色圖像傳感器，因此可以同時(shí) 在布置在可見(jiàn)和近紅外光譜范圍內(nèi)的四個(gè)光譜通道中獲得圖像，并且同時(shí)在白光和熒光中 觀察對(duì)象組織。另外，由此獲得的圖像與單個(gè)傳感器中的每個(gè)部分都被用于同時(shí)獲得不同光譜范圍的圖像的情況相比，具有高分辨率； (8)使用能夠避開(kāi)彩色圖像傳感器的光程的可移動(dòng)光程分裂器，在僅有彩色圖像 傳感器操作的狀態(tài)下沒(méi)有光損失；禾口 (9)位于可移動(dòng)光程分裂器之前的可移動(dòng)檢測(cè)濾波器影響發(fā)射到兩個(gè)傳感器的光
的光譜分量，由此可以遠(yuǎn)程改變檢測(cè)狀態(tài)而不用手工更換傳感器前的濾波器。 第三，本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置被配置為對(duì)各種光譜分量執(zhí)行
同時(shí)操作，由此具有如下效果 (1)可以使用寬帶照明源觀察和記錄身體組織的圖像(例如，可以通過(guò)改變發(fā)射 光的色溫改變白光照明的光譜分量)，由此可以根據(jù)檢測(cè)器的特性、身體組織的屬性和研究 目的選擇最佳光譜分量； (2)可以在反射光中觀察和記錄身體組織的圖像，并且同時(shí)觀察可見(jiàn)和近紅外區(qū) 中的熒光和反射光； (3)可以通過(guò)發(fā)射各種波長(zhǎng)激勵(lì)熒光，并且在若干光譜通道中同時(shí)檢測(cè)熒光，由此 可以給若干熒光材料中的每一種提供最佳激勵(lì)狀態(tài)，并且實(shí)時(shí)觀察和測(cè)量熒光；
(4)因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)執(zhí)行光動(dòng)力治療和熒光診斷，所以可以追蹤光敏劑的運(yùn)動(dòng)積累， 標(biāo)識(shí)光敏劑積累的局部區(qū)域，評(píng)估光動(dòng)力治療的效果，并且在光動(dòng)力治療期間直接觀察熒 光圖像。結(jié)果，可以校正照明區(qū)域，并且使用光敏劑的光致退色效果確定停止照明的時(shí)間 點(diǎn)；和 (5)因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)執(zhí)行熒光和反射檢測(cè)，所以可以實(shí)時(shí)產(chǎn)生合成圖像，由此可以同 時(shí)提供用于提供關(guān)于身體部分的生化或物理特性的信息的熒光圖像和示出形態(tài)學(xué)方面的 反射光圖像。 如上所述，已經(jīng)描述和例示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，然而，本發(fā)明不限于此，而是 應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出對(duì)本發(fā)明的各種修改和變型，而不脫離所附權(quán)利要求定 義的本發(fā)明的精神和技術(shù)范圍。
1權(quán)利要求
一種用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置，該裝置以各種波長(zhǎng)的光提供照明，并且提供多光譜圖像，該裝置包括產(chǎn)生對(duì)象組織的圖像并且將所述圖像傳輸?shù)饺庋刍虺上裨O(shè)備的光學(xué)成像系統(tǒng)；組合光源，包括多個(gè)相干和非相干光源以及引導(dǎo)從所述光源發(fā)出的入射光的光導(dǎo)；包括至少一個(gè)傳感器的多光譜成像系統(tǒng)；和向外部輸出對(duì)象組織的圖像的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述組合光源包括第一光源、第二光源、和第三光 源。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中第一光源是水銀燈。
4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中第二光源是鹵素?zé)簟?br> 5. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中第三光源是激光器。
6. 如權(quán)利要求3所述的裝置，還包括第一濾波器，用于控制從作為第一光源的水銀燈 發(fā)出的并被引入所述光導(dǎo)的光。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中第一濾波器位于所述水銀燈和所述光導(dǎo)之間，并且 布置在所述水銀燈的光程上，從而不干擾所述水銀燈之外的光源的光程。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中以濾光輪的形式提供第一濾波器，以在所述濾光輪 的旋轉(zhuǎn)表面上的分開(kāi)的區(qū)域內(nèi)包括多個(gè)光學(xué)元件。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述多個(gè)光學(xué)元件包括從短通濾波器、帶通濾波器 和偏振器組成的組中選擇的至少兩個(gè)光學(xué)元件。
10. 如權(quán)利要求4所述的裝置，還包括第一鏡，被配置為將從作為第二光源的鹵素?zé)舭l(fā) 出光的光程改變?yōu)橐胨龉鈱?dǎo)。
11. 如權(quán)利要求io所述的裝置，其中第一鏡是基于波長(zhǎng)選擇性地傳輸光的分色鏡。
12. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，還包括布置在所述鹵素?zé)艉偷谝荤R之間用以阻擋紅外 輻射的第二濾波器。
13. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中由作為第三光源的激光器生成的激光束被直接引 入所述光導(dǎo)。
14. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中第三光源包括多個(gè)激光器，并且多個(gè)第二鏡位于由 所述多個(gè)激光器生成的多個(gè)激光束的光程上，使得所述多個(gè)激光束經(jīng)由第二鏡被引入所述 光導(dǎo)。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中第二鏡是分色鏡。
16. 如權(quán)利要求3和5所述的裝置，其中所述水銀燈和所述激光器作為用于同時(shí)分別激 勵(lì)NADH和黃素的激勵(lì)光源，其中所述水銀燈是具有帶通濾波器的水銀燈(327到353nm)，所 述激光器是激光器(405nm)。
17. 如權(quán)利要求3和5所述的裝置，其中所述水銀燈和所述激光器作為用于同時(shí)分別激 勵(lì)黃素和卟啉的激勵(lì)光源，其中所述水銀燈是具有帶通濾波器的水銀燈(440到470nm)，所 述激光器是激光器(635nm)。
18. 如權(quán)利要求6到9中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括位于第一光源的光程上的第一衰減 器，用以控制來(lái)自所述水銀燈的光的量。
19. 如權(quán)利要求1到6、10和14中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括布置在所述光導(dǎo)入口處的第二衰減器，用以控制引入光導(dǎo)的光的總量。
20. 如權(quán)利要求1到6、10和14中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括布置在所述光導(dǎo)出口處的 準(zhǔn)直光學(xué)元件，用以給視野提供均勻的照明。
21. 如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括設(shè)置在所述準(zhǔn)直光學(xué)元件內(nèi)的附加光導(dǎo)模塊， 用以給較小區(qū)域提供照明。
22. 如權(quán)利要求1到6、10和14中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述光導(dǎo)是液體光導(dǎo)。
23. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)成像系統(tǒng)是從由內(nèi)窺鏡、手術(shù)立體顯微鏡 和陰道鏡組成的組中選擇的一種。
24. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其中當(dāng)所述光學(xué)成像系統(tǒng)是內(nèi)窺鏡時(shí)，所述多光譜成 像系統(tǒng)借助于適配器被固定到所述光學(xué)成像系統(tǒng)的目鏡上。
25. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其中當(dāng)所述光學(xué)成像系統(tǒng)是手術(shù)立體顯微鏡時(shí)，所述 光學(xué)成像系統(tǒng)包括物鏡和一對(duì)可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，并且所述多光譜成像系統(tǒng)定位在所述 物鏡和所述可變放大率光學(xué)系統(tǒng)之間。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述多光譜成像系統(tǒng)通過(guò)布置在光學(xué)成像系統(tǒng)的 物鏡和可變放大率光學(xué)系統(tǒng)之間的可移動(dòng)折疊鏡進(jìn)入光程。
27. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多光譜成像系統(tǒng)包括兩個(gè)圖像傳感器。
28. 如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述兩個(gè)圖像傳感器包括彩色圖像傳感器和單色 圖像傳感器。
29. 如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述多光譜成像系統(tǒng)還包括光程分裂器，用于將 入射光分裂為具有用于所述彩色圖像傳感器和所述單色圖像傳感器的兩個(gè)光程。
30. 如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述多光譜成像系統(tǒng)的物鏡定位在所述光程分裂 器之前，以同時(shí)將圖像投影到所述彩色圖像傳感器和所述單色圖像傳感器的兩個(gè)光程。
31. 如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述光程分裂器是可移動(dòng)折疊鏡。
32. 如權(quán)利要求31所述的裝置，其中所述可移動(dòng)折疊鏡是分色鏡。
33. 如權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述物鏡包括孔徑光闌，用以控制光量和景深。
34. 如權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述物鏡包括用于對(duì)象組織細(xì)調(diào)焦的聚焦元件。
35. 如權(quán)利要求30所述的裝置，其中NADH和黃素的熒光檢測(cè)由所述彩色圖像傳感器的 B通道和G通道同時(shí)執(zhí)行。
36. 如權(quán)利要求30所述的裝置，其中濾光輪形式的可移動(dòng)檢測(cè)濾波器定位在所述多光 譜成像系統(tǒng)的物鏡之前或之后，并且所述可移動(dòng)檢測(cè)濾波器包括從長(zhǎng)通濾波器、帶通濾波 器、陷波濾波器、分析器、和偏振器組成的組中選擇的至少兩個(gè)。
37. 如權(quán)利要求30所述的裝置，其中紅外阻擋濾波器定位在所述多光譜成像系統(tǒng)的彩 色圖像傳感器之前，并且遠(yuǎn)紅外/近紅外濾波器定位在所述單色圖像傳感器之前。
38. 如權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述可移動(dòng)檢測(cè)濾波器包括阻擋濾波器(500nm) 和陷波濾波器(635nm)，使得由所述單色圖像傳感器通過(guò)分色鏡(邊緣640nm)經(jīng)由遠(yuǎn)紅外 /近紅外濾波器檢測(cè)卟啉的熒光，同時(shí)由所述彩色圖像傳感器(G通道)檢測(cè)黃素的熒光。
39. 如權(quán)利要求28所述的裝置，還包括用于控制所述彩色圖像傳感器和所述單色圖像 傳感器的圖像處理控制單元。
40. 如權(quán)利要求39所述的裝置，還包括用于從所述多光譜成像系統(tǒng)向外部輸出圖像的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于光動(dòng)力治療和熒光檢測(cè)的裝置，該裝置以各種波長(zhǎng)的光提供照明并且提供多光譜圖像，該裝置包括產(chǎn)生對(duì)象組織的圖像并且將圖像傳輸?shù)饺庋刍虺上裨O(shè)備的光學(xué)成像系統(tǒng)；組合光源，包括多個(gè)相干和非相干光源以及引導(dǎo)從光源發(fā)出的入射光的光導(dǎo)；包括至少一個(gè)圖像傳感器的多光譜成像系統(tǒng)；和向外部輸出對(duì)象組織的圖像的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，借助于能夠向?qū)ο蠼M織照射具有各種光譜分量的光的組合光源以及能夠同時(shí)為這些各種光譜范圍從若干光譜部分獲得圖像的多光譜成像系統(tǒng)，本發(fā)明的用于光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)的裝置可以有效地執(zhí)行光動(dòng)力治療和攝影檢測(cè)，由此提高診斷準(zhǔn)確性和光動(dòng)力治療的效率。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101744611SQ20091022452
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者G·V·帕帕彥, 姜旭 申請(qǐng)人:韓國(guó)電氣研究院