專利名稱：多光譜光子成像的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及特別用于醫(yī)學成像的成像裝置，像多光譜光子系統(tǒng)，對于包括至少一種標記物質(marker substance)的樣品的表面和次表面成像來說,與傳統(tǒng)的技術相比，其提供了大大提高的成像精度。另外，本發(fā)明涉及一種成像方法，特別用于包括至少一種標記物質的樣品，例如人體或動物體或者其一部分，的醫(yī)學成像。本發(fā)明的優(yōu)選應用在于醫(yī)學成像并且特別在于生成診斷圖像或用于引導介入治療過程的圖像。
背景技術：
光子成像是用于生物醫(yī)學診斷的理想模式，因為它直接涉及醫(yī)生的視覺并且提供具有高度吸引力的特征，包括使用不傷害激發(fā)的非電離輻射，比較機制的高度柔性，便攜性，小型因素和實時圖像采集。健康和患病的組織呈現(xiàn)出不同多個特性諸如結構、組成新陳代謝、分子或結構方面。在細胞和亞細胞組織和疾病生物標志方面具有特殊性的試劑的局 部的或系統(tǒng)的管理可能以不同的方式改變健康和患病的組織的光學特性，導致?lián)p傷顯像與背景健康組織的高對比度。近來的研究表明外部管理的熒光探針是高度有前景的手段，因為熒光信號可以提供高對比度。例如，設計的探針在癌探測領域可能非常敏感和特效，通過以致癌作用的特殊的分子特征和腫瘤損傷為目標。對有效地檢測來自分子探針的信號的需要導致過去的幾十年中研制出多種成像方法和技術。然而，實際中使用的成像方法具有很多與使用中特別是在臨床環(huán)境中使用的a)性能和b)方便性相關的限制。解析表面熒光活性的成像性能可能受到三個主要的參數(shù)不利地影響組織光學特性的空間變化，熒光活性和組織自體熒光的深度。信號強度，例如熒光，對參數(shù)的依附關系可能對無修正的簡單〃攝影〃或〃視頻〃方法的對比度和整體精度造成限制?？紤]到例如暗的帶血區(qū)相對于吸收性較低的區(qū)域而言會導致光強度的顯著衰減，就能更好地理解這一點；這種顯著衰減效應可能導致偽負像。類似地，非吸收區(qū)相對于暗區(qū)而言可能展現(xiàn)為富含探針，即使是在僅含有中等量的分子探針時。這可能導致偽正像。類似的偽正像或偽負像還可能因熒光損傷深度而導致，因為基于光在組織中傳播的距離，即深度，光強度非線性且強烈地衰減。因此，除非對光學性能變化、深度變化或自體熒光導致的熒光信號強度改變做出修正，否則組織原像就可能不精確或包含偽像。這些效應以前曾被指出過(例如，參看Ntziachristos 等人的 Nature Biotechnology 2005;23:313-320)。采用波長成像的系統(tǒng)被研制出來，以將自體熒光與感興趣的熒光染料區(qū)別開。類似地，由于組織光學特性和深度導致的強度變化在層析成像系統(tǒng)中通常被修正。另一方面，具有克服上述性能限制的潛力的其它系統(tǒng)由于功能特性較差而不適合于臨床應用。例如，掃描多光譜系統(tǒng)能夠提供高頻譜解析度，但需要有一定的掃描時間，因而不適合于移動的物體，即不適合于實時成像操作。因此，它們不適合于因呼吸或心跳而引起移動的組織。另外，圖像產(chǎn)生的信息并非實時提供的，因此這些方法實際中不適用于掃描大組織區(qū)的損傷部位，不適用于在檢驗過程中縮放并聚焦于可疑區(qū)域，最后，但不是最次要的，不能夠被用于介入過程，例如對損傷部位的切除進行實時手術引導?？偟膩碚f，目前沒有任何醫(yī)用光子成像系統(tǒng)能夠實時應對光傳播和與組織相互作用的效應以實現(xiàn)精確的臨床成像系統(tǒng)，例如手術中成像系統(tǒng)。組織損傷，例如癌癥，呈現(xiàn)為組織分子、結構、功能和成分上的特性的變化。利用靶向探針，例如分子探針，具有提供健康與病變組織之間顯著區(qū)分能力的潛力。特別是，利用基因組學、蛋白質組學和納米技術方面的最新進展，組合有適宜的光學標記例如熒光分子或光吸收納米顆粒的新式探針，能夠更容易地且更精確地檢測組織結構、功能和成分上的特性，從而實現(xiàn)微創(chuàng)活體診斷。理想地，能夠在光學信號中捕捉那些差異并且因此而實時檢測和識別組織損傷的成像模式可顯著提高我們的診斷、實時引導和介入成像能力。盡管一些實驗方法已被證明有這方面應用的潛力，但它們都沒有展現(xiàn)出適于臨床應用的足夠性能。主要限制有由于生物學組織的高度復雜性和不同質性，光子會經(jīng)受與組織之間的多重復雜反應，這會導致測量信號的變化。對測量信號的修正要求采用包含有組織光學性能和/或幾何特性等方面的復雜模型?？煽康販y量組織光學特性要求快速采集·和處理大量信息?，F(xiàn)有的成像方法和技術受限于它們能夠捕獲的信息和它們能夠提供的修正。臨床應用諸如手術引導要求實時診斷或病理反饋。換言之，信號捕獲、處理和認定診斷結果應當實時進行?，F(xiàn)有的方法受限于分析能力與速度之間的折中。US 2008/0312540 Al公開了一種提供醫(yī)學成像用正則化熒光落射照明圖像和正則化熒光透視圖像的系統(tǒng)和方法。通過將本征圖像例如反射圖像等與在樣品上收集的發(fā)射光圖像例如熒光圖像等相組合實現(xiàn)正則化。這種傳統(tǒng)技術在實際應用受到限制，特別是因為利用變化的濾光器或過濾盤在多個光譜范圍內收集圖像時所需的時間、圖像數(shù)據(jù)處理的時間段和有限的圖像質量。此外，這種技術在提供診斷圖像方面存在限制，因為它只能部分地應對光學性能變化，即它只能將變化吸納，但不能將變化擴散。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種改進的成像裝置，特別適用于多參數(shù)實時醫(yī)學成像，能夠避免傳統(tǒng)技術中存在的缺陷。此外，本發(fā)明的目的是提供一種改進的成像方法，特別適用于以提高的精度收集和提供用于生物醫(yī)學成像的光子圖像，能夠避免傳統(tǒng)技術中存在的缺陷。上述目的可通過包含獨立權利要求中的特征的方法或裝置來實現(xiàn)。本發(fā)明的各種有益實施方式和應用在從屬權利要求中限定。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的第一綜合方面，通過成像裝置解決了上述目的，成像裝置包括光源裝置，其被設置成用照明光照亮研究的樣品，和多個探測器，其被設置用于收集樣品的多個不同圖像。根據(jù)本發(fā)明，探測器包括至少一個多光譜樣品光相機，其能夠感測來自樣品，例如被反向散射(反射和/或背面發(fā)射)，和由樣品產(chǎn)生的不同光譜范圍內的樣品光，并且收集不同光譜范圍內的樣品的至少兩個樣品光圖像，和至少一個標記光相機，其能夠同時感測被樣品內的至少一種標記物質產(chǎn)生的標記光并且收集樣品的標記光圖像。至少兩個樣品光圖像被用于計算至少一個修正部分。標記光圖像被利用所述至少一個修正部分進行修正，所述至少一個修正部分是包括與標記光圖像的修正有關的信息的修正圖像或另一信號。優(yōu)選地，具有光檢測的不同光譜范圍的樣品光圖像和標記光圖像被同時也就是在同一時間收集。避免了用傳統(tǒng)技術例如用改變?yōu)V光器可能發(fā)生的時間延時。使用的相機可以是包括包括感光芯片的光學相機，例如電荷耦合裝置(CCD)傳感器或CMOS傳感器。為了同時收集樣品光圖像和標記光圖像，本發(fā)明的成像裝置包括被配置用于將來自樣品的光成像到探測器上的分光成像器件。樣品光被中轉到至少一個樣品光相機上，而標記光被中轉到至少一個標記光相機上。樣品光和標記光同時被收集，從而允許實時處理樣品的多個不同圖像。此外，本發(fā)明的成像裝置包括處理器裝置，其被構造成并行處理樣品光圖像和標記光圖像，并且基于所述至少一個標記光圖像和樣品光圖像呈現(xiàn)至少一個修正的圖像。優(yōu)選地，所述至少一個修正的圖像被計算并且以實時的模式呈現(xiàn)。以實時的模式提供至少一個修正的圖像包括與圖像收集或圖像收集之后的中轉同一時間在顯示器上呈現(xiàn)所述至少一個修正的圖像，這樣，在考慮了樣品改變或處理步驟的時間比例后的中轉是可以忽略的。以實時的模式提供至少一個修正的圖像還可包括提供修正的圖像的圖像序列(視·頻序列)。作為示例，處理器裝置可以被配置用于產(chǎn)生至少一個標記光圖像，樣品光圖像中的至少一個，所述至少一個修正的圖像，或光聲圖像或它們的組合的視頻序列。根據(jù)本發(fā)明的第二綜合方面，通過一種成像方法實現(xiàn)了上述目的，該方法優(yōu)選地使用根據(jù)上述第一方面的本發(fā)明的成像裝置進行。成像方法包括用光源裝置發(fā)出的照明光照亮被研究的樣品，收集通過被樣品反向散射特別是反射的不同光譜范圍內的樣品光產(chǎn)生的樣品光圖像，并且收集通過樣品內的至少一種標記物質產(chǎn)生的標記光建立的至少一個標記光圖像，其中樣品光圖像和標記光圖像被利用分光成像器件、至少一個多光譜樣品光相機和至少一個標記光相機收集，以及處理樣品光圖像和標記光圖像并且基于樣品光圖像和至少一個標記光圖像以實時的模式呈現(xiàn)至少一個修正的圖像。優(yōu)選地，樣品是生物學物體，特別是人體或動物體或其一部分。具體地，樣品包括生物學組織或其一部分。因此，本發(fā)明優(yōu)選地用于醫(yī)學成像。通常，用樣品光相機收集的樣品光是被樣品的表面和次表面層反射(散射)的照明光的那部分。因此，樣品光的組成部分包括樣品的環(huán)境本體，以及可能有的分布在樣品中的至少一種標記物質。術語“樣品光圖像”是指樣品的入射光圖像，例如漫反射圖像，或通過將樣品的表面上的光成像到樣品光相機上獲得的彩色圖像。另一方面，標記光是指特別由至少一種標記物質發(fā)射或反射的光。專門感測標記光允許樣品環(huán)境光和標記光之間的嚴格鑒別以及標記光到樣品的某些地形特性的分配，例如用于識別可疑組織區(qū)域。由于樣品環(huán)境和標記物質的寬帶特征，此識別比較困難。利用本發(fā)明的收集不同光譜范圍內的多個樣品和標記光圖像，此識別被大大方便。因為樣品和標記光圖像收集被同時進行并且修正圖像被實時計算，與傳統(tǒng)的醫(yī)學成像方法相比獲得了本質的優(yōu)勢。有利地，本發(fā)明提供了一種用于標記物質的光子醫(yī)學成像的方法和裝置，其能夠提供表面和次表面組織和組織標記的精確、定量的成像。此性能與當前技術對照完全不同，在當前技術中由于不能提供精確的性能而能夠導致偽負像和偽正像。另外，本發(fā)明教導了一種能夠實現(xiàn)實時收集和處理多光譜數(shù)據(jù)的精確性能的方法。本發(fā)明的實時系統(tǒng)和方法能夠分子成像，因為其與相對于某些健康和患病的組織標記物質具有特異性的被管理的標記物質的特殊且精確的顯像相關聯(lián)。對于在醫(yī)學成像中的首選應用，本發(fā)明可以提供三個步驟，管理一種或多種對比劑或探針(標記物質)，例如分子探針，多光譜光學成像，可選地用光聲成像，以及處理被捕捉的圖像用于實時顯示被修正的信息。管理步驟被提供為本發(fā)明的方法的可選特征。如果出于自然原因或由于先期的處理，樣品已經(jīng)包括所述至少一種標記物質則它可以省略。用本發(fā)明的成像方法獲得的所述至少一個修正的圖像被稱為診斷圖像。術語“診斷圖像”是指該圖像可以被用于發(fā)現(xiàn)診斷，例如，通過醫(yī)生和/或通過隨后的圖像評估或用高特異性識別有問題或可疑損失，以導致高效的引導和介入，例如具有治療意圖的介入。作為示例，診斷圖像可包括加亮不同樣品環(huán)境的樣品的貼圖。類似地，診斷圖像可被用于引導手術介入或通過內窺鏡執(zhí)行的活組織檢查或手術過程。術語“標記物質”是指特別粘合(bind)到樣品中的特定目標的任何分子，所述特定目標例如目標組織、目標細胞或某些細胞成分，像蛋白質，所述分子呈現(xiàn)出與光(UV，VIS和/或紅外波長范圍)的相互作用，導致特殊的吸收和/或熒光。使用標記物質的概念是在存在疾病時加亮被改變的一個或多個組織特征。標記物質也被稱為生物標記，探針或對比劑。 它是技術人員根據(jù)結合特性和光譜特征選擇的。具體地，標記物質被選擇成其目標為在疾病發(fā)展過程中以漸變的形式特別變化的組織的分子、結構、功能或組成特征并揭示它們。標記物質的存在優(yōu)選改變組織的光學特性，例如熒光或吸收，使得被檢測的光學信號甚至可以揭示疾病的存在或發(fā)展情況。樣品包括一種或多種標記物質。如果多種不同的標記物質被提供，那么它們優(yōu)選具有不同的分光鏡特性。類似癌的疾病已知會導致多個組織改變，用作標記物質的探針通常被設計用于加亮這些變化中的一個，例如新陳代謝活性。但是，類似癌的疾病不總是表現(xiàn)為相同的特征變化，因此探針本質上呈現(xiàn)出低靈敏度。相反，在其它下情況下，一些沒有患病的組織可能也呈現(xiàn)其中的一個疾病特征，因此降低了探針的特異性檢測能力。除癌外，與血管、血管內、神經(jīng)元前體細胞、心臟、再造以及其它疾病相關的介入和指示也被考慮。利用可獲得的特殊且敏感的(sensitive)標記物質諸如分子探針，使用本方法可以提供極好的總體性能和臨床結果。而且，組合使用多個探針在進一步增加所獲得的用于在引導和介入過程中做決定的信息或診斷能力方面可能是首選的，因為疾病的檢測可能是基于除單一特征之外的表征疾病的多個特征。另外，組合使用多個探針和其它染色試劑諸如非特殊熒光染料可另外被用于修正局部血液輸注中的潛在的不均勻性，否則這種不均勻性可能會影響探針的局部傳輸并且因此而要求采用應對措施。有利地，本發(fā)明可以用不同類型的圖像進行。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，探測器被構造成用于收集至少兩種圖像類型的彩色圖像，熒光圖像，反射圖像和/或激發(fā)圖像。優(yōu)選地，每個探測器被提供有至少一個相機濾波器，其被適應于將被收集的圖像類型。標記光是響應于被至少一種標記物質照亮而產(chǎn)生的光。標記光的強度、光譜組成和幾何分布通過照明光與所述至少一種標記物質的特殊相互作用以及其在樣品中的分布確定。存在多個變量用于使所述至少一個標記光相機適應于有效地感測不同光譜范圍內的標記光。優(yōu)選地，所述至少一個標記光相機包括在不同光譜范圍內感光的兩個或更多個相機場。分光相機器件被設置用于將樣品產(chǎn)生的部分光成像到所述至少兩個相機場上。特別優(yōu)選的是變異，其中，至少一個標記光相機被提供用于同時感測至少兩個不同光譜范圍內的標記光。在這種情況下，可以獲得標記物質的分布的大大改進的特殊檢測以及其從背景樣品光的鑒別。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，所述至少兩個相機場包括至少兩個獨立的感光芯片例如CCD芯片和/或在一個公共感光芯片例如CCD芯片內的至少兩個獨立的感光區(qū)域。這允許成像裝置靈活地適應于實際應用的需求，其中，被收集的不同信號使用不同的信號強度和不同的動態(tài)范圍。在優(yōu)選實施例中，獨立的感光場中的一個或多個的靈敏度被自動適應，通過被收集的樣品信號或產(chǎn)生的相應電信號的可變衰減或放大。優(yōu)選地，所述至少兩個相機場的每一個被提供有調整相應相機場的光譜敏感范圍的場濾波器。如果提供可變的場濾波器，則可以提高靈活性。有利地，照明光可以在幾何形狀、瞬時特性和/或光譜特性方面進行設計，用于使照明光適應于樣品特性(包括標記物質特性)和將被收集的圖像類型。為此，光源裝置優(yōu)選地包括至少一個照明光調節(jié)裝置，用于調整照明光的光譜特征，瞬時特征，偏振，方向和光場形狀中的至少一個。如果照明裝置包括多個光源，對于每個光源可以提供特別的照明光調節(jié)裝置。優(yōu)選地，照明光調節(jié)裝置包括光譜濾波器，偏振濾波器，照明光學器件和光纖束 中的至少一個。根據(jù)本發(fā)明的另一特別優(yōu)選的實施例，光學成像可以與光聲感測相結合。光聲是將光學成像即高光學對比機制與層析成像方法即大穿刺深度各自優(yōu)勢相組合的有前途的模式。光學感測和光聲感測的結合是理想的，因為這些模式可以利用相同的標記物質。因此，利用此優(yōu)選實施例，光聲成像裝置被設置用于收集樣品的多光譜光聲圖像。光聲成像裝置至少能夠收集光聲數(shù)據(jù)，但優(yōu)選地收集樣品的光聲圖像。因此，本發(fā)明的裝置可以被提供為光聲裝置，提供實時收集和修正能夠，也就是，提供為光學器件、基于CCD的裝置和光聲裝置的組合；在這種情況下，基于CCD的裝置用于視覺檢測的引導和大視場(large field)，并且光聲裝置用于以高分辨對比度從在基于CXD的裝置上發(fā)現(xiàn)的可疑區(qū)域分辨出來。類似的實踐也可以利用便攜式共焦或多光子顯微成像系統(tǒng)。本發(fā)明的成像裝置的處理器裝置是提供實時成像樣品能力的重要特征，其中，實時產(chǎn)生的圖像特別是考慮了可能導致可存在于原始圖像中的假象(也就是假陽性或假陰性讀數(shù))的特征后修正的圖像。優(yōu)選地，處理器裝置包括現(xiàn)場可編程門陣列和圖形處理單元中的至少一個。作為優(yōu)勢，那些類型的處理器可以相對較低的價格從市場上得到并且提供專用于實時數(shù)據(jù)處理的理想分辨率?？蛇x地，控制裝置可以被另外提供給處理器裝置?？刂蒲b置能夠被配置用于下述功能中的至少一個。首先，它能夠控制光源裝置，探測器和/或處理器裝置。其次，控制裝置可以被提供有顯示裝置，所述顯示裝置顯示至少一個樣品光圖像，標記光圖像中的至少一個，至少一個修正的圖像和/或光聲圖像。最后，控制裝置可被與管理裝置連接，所述管理裝置被配置用于引入至少一種預定的標記物質到樣品內。處理器裝置和控制裝置可以在公用的計算機單元內實現(xiàn)。本發(fā)明的成像裝置的靈活性可以被進一步提高，如果探測器被設置有具有多個連接部的模塊結構，每個連接部被設置用于容納探測器中的一個。有利地，這允許成像裝置簡單地適應于特殊應用的需求。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實施例，呈現(xiàn)至少一個修正的圖像的步驟包括圖像數(shù)據(jù)修正程序?！皥D像數(shù)據(jù)修正”是指對“最終圖像”的每個像素優(yōu)先且獨立地修改所包含的信息也被呈現(xiàn)給系統(tǒng)操作者，以便圖像的預定特征被改進并且傳遞至操作者更精確的信
肩、O應用的圖像數(shù)據(jù)修正是基于以在實時測量之前存儲在圖像處理裝置中的信息的形式的實時收集的多參數(shù)數(shù)據(jù)，可能還包含現(xiàn)有知識。因此“圖像數(shù)據(jù)修正”還指改變被修正的并且隨后投影的圖像的像素的灰度，從而生成的圖像更精確地反映圖像的視域中的實際的標記生物學分布。因此，圖像數(shù)據(jù)修正可包含提高每個圖像中的強度的任何步驟I)從標記信號與內生組織信號污染的影響，諸如自體熒光信號，2)從標記位置深度對被收集的標記信號的影響，和/或3)組織的光學特性對被收集的標記信號的影響。例如與標記熒光物共同定位的強吸收劑對來自標記熒光物的記錄的強度的影響。下面描述圖像數(shù)據(jù)修正的特殊實施例。


本發(fā)明的進一步細節(jié)和優(yōu)勢在下面參考附圖進行了描述，其中圖I :本發(fā)明的成像裝置的優(yōu)選實施例的示例型示意；圖2和3 :在成像裝置中使用的探測器的實施例的示例型示意；圖4 :本發(fā)明的成像裝置的優(yōu)選應用的示例型示意；圖5 :示意本發(fā)明的成像方法的步驟的流程圖；圖6 :本發(fā)明的實際應用的示例型示意；圖7和8 :示意用本發(fā)明獲得的實驗結果的照片；以及圖9 :根據(jù)本發(fā)明的一個方面的本發(fā)明的成像裝置的功能的示例型示意。
具體實施例方式下面特別關于被提供用于實時地獲得多光譜光子圖像的光學和光聲設置及數(shù)據(jù)處理結構描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。選擇適當?shù)臉擞浳镔|，準備樣品，像引入至少一種標記物質類型到樣品內，設計成像的光學器件，特別是關于聚焦和放大性能，操作至少一個光源、探測器和可選的另外的傳感器，像光聲傳感器，以及圖像處理技術的細節(jié)，因為在現(xiàn)有技術中特別是從傳統(tǒng)用于醫(yī)學成像的光子系統(tǒng)中已知了，所以不再在這里描述。另外，附圖中呈現(xiàn)的成像裝置根據(jù)應用的特殊需要可以不同方式實施。圖I示意了本發(fā)明的成像裝置100的優(yōu)選實施例的特征，成像裝置100包括光源裝置10，帶有探測器21，22的探測器裝置20，分光成像光學器件30和處理器裝置40?？蛇x地，另外可以提供控制裝置50，光聲傳感器裝置60和/或管理裝置70。成像裝置100被配置用于用本發(fā)明的成像方法成像樣品I。樣品I例如是生物學樣品，像人體或動物體或其一部分。為了進行體外研究，樣品I被置于載體上，而對于體內研究(參考圖4)，樣品I是包括在淵源者(患者)體內的一研究區(qū)域。光源裝置10包括兩個光源11. 1，11. 2，濾光器12以及光聚焦和均質單元13. 1，13. 2，它們被設置用于利用照明光照亮樣品I。經(jīng)由光纖14連接的部件12和13. I以及部件13. 2提供照明光調節(jié)裝置，所述照明光調節(jié)裝置被適應于調節(jié)照明光的光譜特征(尤其是利用濾光器12)和偏振(polarisation),方向和/或光場的形狀(尤其是利用光聚焦和均質單元13. 1，13. 2)。另外地或可選地，照明光調節(jié)裝置可被提供有瞬時照明控制器(temporalillumination control),像光閥(shutter),切換裝置或光源控制器(未示出)。雖然本發(fā)明可以用單一光源例如激光源實施，但光源裝置10優(yōu)選地包括多個光源，它們在提供具有預定光譜和瞬時特征的照明光方面提供有優(yōu)勢。作為示例，光源裝置可包括至少一個寬帶光源11. 1，例如白光鎢絲燈泡，鹵素燈或寬帶LED，或至少一個窄帶光源11. 2，例如窄帶激光器或LED。當使用多個窄帶光源時，不同的頻帶可以被使用以激發(fā)(excite)激發(fā)中的至少一種標記物質，它們能夠被使用用于同時觀察多種標記或者修正深度的影響，因為不同的光譜帶可以探查不同的深度。通過準備多個光源，照明光調節(jié)裝置包括多個過濾器，聚集和均質部件。在瞬時特征方面，光源可以是連續(xù)的(CW)，脈沖的或強度被調制的。來自每個光源11. 1，11. 2的光可以被從每個源直接傳遞到樣品，或者所有光源的輸出可以通過單一光學設備例如光纖束或透鏡組合并傳遞。來自源的光，每一種光可以單獨或者所有這些光可以一起被過濾以獲得所需的光譜特征。作為示例，IR光可被從用于彩色成像的白光中濾掉，從而與紅外熒光信號檢測不發(fā) 生干擾。而且，在照明和成像光徑中使用偏光器(polarizer)可以最小化鏡面反射的效應。探測器裝置20包括三個相機21，22，它們被設置為分別用于收集樣品光和標記光(marker light)。利用分光成像光學器件30,樣品光和標記光被從樣品I傳播到相機21,22，分光成像光學器件30包括收集來自樣品I的光的成像光學器件31，被設置用于調節(jié)樣品光和標記光的光譜特征的多個濾光器32,34,35,以及將光徑從成像光學器件31朝向相機21，22分離的圖像分離器33。濾光器32，34，35 (相機濾光器)可包括裝有適當?shù)膸V波器的濾光器輪，能夠單獨為每個相機選擇成像光譜帶。圖像分離器33包括兩個半透明的平面鏡33. 1,33. 2，其中，作為示例，第一平面鏡33. I是二向鏡，其朝向樣品光相機21反射可見光并且具有10%反射率和90%透光率，而第二平面鏡33. 2具有5%反射率和95%透光率。樣品光相機21被設置用于收集樣品I的樣品光圖像。樣品光的光譜特征用濾光器34調整,例如其抑制標記物質突光的光譜范圍或使可見光通過。樣品光相機21包括相機傳感器，例如CXD傳感器，其是慣用的照相機。樣品光相機21被與處理器裝置40連接，其中樣品光圖像被在處理器裝置40內處理(參考下述)。相機22具有更復雜的結構，它們被設置用于實時地同時檢測不同光譜范圍中的標記光。為此，標記光相機22具有如圖2和3進一步示意的結構。標記光相機22被與處理器裝置40連接，在處理器裝置40中，標記光圖像被與樣品光圖像并行處理，以實時呈現(xiàn)至少一個修正的圖像。下面參考5和6討論圖像處理的細節(jié)?？蛇x地，相機22中的一個可被設置用于檢測一個或多個光譜帶的第三光，例如自體熒光，或樣品光，如圖I和圖3中描述的，如果靈活使用所建議的實施方式。分光成像光學器件30設置在屏蔽從樣品I到相機21,22的光徑的殼體(未不出)內。作為示例，殼體可以被構造成如從顯微鏡中已知的管狀。探測器21，22被與殼體連接，殼體具有帶多個連接部的模塊式結構，每個連接部被設置成容納一個探測器。圖2示意性示出了標記光相機22的剖視圖，標記光相機22包括至少兩個相機場(camera field) 23, 24,每個相機場具有場濾波器27。此外,標記光相機22包括分光相機器件25,其被構造成朝向相機場23, 24分割從分光成像光學器件30傳播來的標記光(參考圖I)。在每個相機場23，24上，產(chǎn)生出完整的樣品圖像(或感興趣的區(qū)域)。分光相機器件25包括反射鏡和/或棱鏡的組合，如從傳統(tǒng)的圖像分割器已知的。相機場可包括如圖3A示意性示出的分離的CXD芯片23和/或如圖3B中示出的一個公共⑶芯片26的感光區(qū)域24。在第一種情況下，每個CXD芯片23被與處理器裝置40連接用于傳遞標記光圖像數(shù)據(jù)。在第二種情況下，公共CXD芯片26被與處理器裝置40連接，其中屬于不同感光區(qū)域24的圖像數(shù)據(jù)在理器裝置40被分開進行數(shù)據(jù)處理。處理器裝置40 (圖I)被配置用于并行處理樣品和標記光圖像，并且在實時模式中基于至少一個標記光圖像和樣品光圖像產(chǎn)生至少一個修正的圖像。實時處理和產(chǎn)生成像數(shù)據(jù)對于診斷系統(tǒng)的臨床應用來說是特別重要的。然而，實時處理要求較高，傳統(tǒng)的計算機(PU可能性能不足。因此，優(yōu)選地，處理器裝置40具有專門用于圖像數(shù)據(jù)處理的單獨的處理器。這些處理器可以是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和圖形處理單元(GPU)。
根據(jù)圖1，控制裝置50被與處理器裝置40并且與相機21，22連接。與相機21，22的連接可直接或經(jīng)由處理器裝置40提供。此外，控制裝置50被與光源裝置10，光聲傳感器裝置60和管理裝置70連接。因此，控制裝置50能夠控制成像裝置100的部件的全部操作?？刂蒲b置50被提供有顯示器51，用于顯示成像裝置100的操作情況和/或相機裝置20收集到的和/或處理器裝置40計算出的圖像。光聲傳感器裝置60，例如包括超聲陣列，被設置用于同時收集樣品I的光聲圖像或被樣品和標記光圖像的收集引導。光聲形式(modality)可提供補充信息，例如關于激發(fā)更深層內的損傷形態(tài)，或分辨出具有深度分辨率并且作為深度的函數(shù)的同一標記，特別是當使用多光譜光聲層析成像(MSOT)時。為此，光聲傳感器裝置60被配置用于將樣品I置于一種或多種激發(fā)光脈沖中和用于收集在樣品I中產(chǎn)生的機械波響應，如從傳統(tǒng)的光聲學已知的。激發(fā)光脈沖可以用其中一個光源11. 2產(chǎn)生，或者換句話說，光源裝置10的一個光源11. 2可被集成在光聲傳感器裝置60中。圖I的成像系統(tǒng)有助于構成將從成像光學器件31收集的光分割到多個成像通道內的光學結構。分光被以使每個成像通道測量一個或多個熒光和/或反射光的光譜帶的方式進行。此分光實施例被設計用于最小化成像通道之間的干擾并且最大化光輸出量。每個成像通道使用額外的濾光構件(濾光器34，35)以保證多個測量信號。每個相機21，22可以是傳統(tǒng)的單色或彩色相機，多光譜相機，時間分辨相機或亮度調制相機。可選地，分光實施例可使用一個或多個中轉透鏡(relay lense)以在每個相機傳感器上形成正確尺寸和放大倍數(shù)的圖像。分光可以通過下述的任意組合實現(xiàn)部分反射鏡或棱鏡，二色鏡或多色(polichroic)鏡以及偏振分光器。對于成像器件31，可使用能夠收集光并形成圖像的任何成像實施方式，諸如折射和/或反射(反射光學)元件。在實際的例子中，圖I的成像裝置100被配置用于術中熒光成像。它能夠同時捕捉彩色，熒光圖像和對由紅外熒光探針構成的標記物質，例如Cy5. 5和AlexaFluOr750，進行固有(intrinsic)(激發(fā)光譜帶)成像。對于此應用，樣品光相機21是與用于可見波長范圍的濾光片連接的彩色相機以保證只有可見光子被探測。紅外光被濾出的鹵素燈光源11. I被用于樣品I的白光照明以達到彩色成像的目的。第二光源11. 2是用于激發(fā)熒光團的激光器。激光器可以是波長為673nm的二極管激光器用于激發(fā)標號為Cy5. 5的探針或者可以是波長為750nm的二極管激光器用于激發(fā)標號為AlexaFluor750的探針。對于白光源11. I和激光器11. 2，光被傳播到樣品I (例如激發(fā))分別通過光纖束和多模光纖傳播到準直儀和散光器(13. 1，13. 2)用于光束展寬和均勻照明。在可選的配置中，相機22中的一個收集除第一熒光相機操作的光譜帶之外的另一光譜帶的固有激發(fā)熒光或來自激發(fā)的熒光，以使其能夠導出和修正自體熒光或測量第二目標標記熒光物或固有激發(fā)熒光物或發(fā)色團，例如至少一種形式的血紅蛋白。來自被檢查的樣品I的光被使用成像器件31的變焦透鏡收集。作為變焦透鏡的可選方案可以使用任何光學成像系統(tǒng)，諸如內窺鏡或顯微鏡。具有垂直偏置軸的兩個線偏振器也可以被使用在照明和成像光徑中以消除鏡面反射。由變焦透鏡形成的樣品I的原始圖像(primary image)落在三個成像通道的每個中轉透鏡組的焦平面上。圖I是本發(fā)明的成像平臺的示意性表示。圖I的成像裝置100能夠捕捉下述的任意組合
-彩色圖像，以便外科醫(yī)生能夠識別檢查的區(qū)域，-多光譜熒光圖像，-多光譜反射圖像，和-光聲信號。所有這些被捕捉的光學信息被用于計算如下面闡述的有診斷價值的圖像。在本實施例中，成像裝置100配置有三個成像通道，但以實際上相同的方式，可以用更少(兩個)或更多個成像通道實現(xiàn)，如圖6中所述。具有兩個相機的配置中的本征圖像(intrinsic image)可以通過下述提供,基于已經(jīng)存儲在處理裝置中的與可見和近紅外光譜有關的光譜信息，處理彩色圖像以將其轉換成近紅外衰減貼圖。此外，雖然本發(fā)明的特征已經(jīng)參考示例型的具有類似于光學顯微鏡的結構的光學裝置進行了描述，但需強調本發(fā)明的實施不限制于這些被示意的結構，而是可以具有更緊湊的設備。特別地，成像器件，圖像分割器件和相機可以被集成到一個單一的緊湊殼體內或集成到兩個殼體內，如圖4中示意的。甚至可以使成像裝置更小型化，以使其能夠被用于傳統(tǒng)的醫(yī)學成像技術，例如內窺鏡檢查。圖4示出了本發(fā)明的技術用于醫(yī)學成像的應用，其中樣品I是人體2的一部分。樣品I (研究區(qū)域)例如是表面區(qū)域或次表面激發(fā)區(qū)域，例如在外殼手術過程中和/或使用內窺鏡儀器被成像的皮下激發(fā)區(qū)域。成像裝置100包括照明裝置10，分光成像器件30，探測器裝置20以及處理器和控制裝置40，50。參考標記71表示管理裝置70的部分，管理裝置70被構造成引入至少一種標記物質到樣品I并且包括標記物質貯存器，供應導管(例如注射器針頭)和驅動單元。管理裝置70可以被適應于由控制裝置50控制的自動操作(參考圖I)。圖4示意出本發(fā)明基本上由三個部分構成，它們是I.診斷探針(包括至少一種標記物質，特別是至少一種熒光試劑)的管理，或者系統(tǒng)地(3，4)或部分地(5)，2.操作成像系統(tǒng)，和3.實時處理和顯示。因此，在本發(fā)明中，呈現(xiàn)了基于實時的多光譜圖像捕捉、處理和繪制(render)與使用突光試劑相結合的下一代術中成像。關于此的進一步細節(jié)在下面參考圖5和6描述了。圖5示意了本發(fā)明的成像方法從數(shù)據(jù)采集到診斷圖像計算的步驟，包括制備帶有至少一種標記物質(so)的樣品，數(shù)據(jù)采集(包括多光譜光學成像和多光譜光聲成像)生成原始圖像數(shù)據(jù)(Si)，數(shù)據(jù)修正(包括用于重疊熒光光譜的修正，用于重疊吸收光譜的修正，或諸如吸收、散射的激發(fā)光學特性的修正，和標記物質的深度分布的修正)生成修正的標記物質分布圖像，例如熒光團和/或發(fā)色團分布(S2)，圖像處理，特別是圖像計算(包括多種標記物質的組合評價，圖像信號的瞬時特征和/或加亮彩色圖像中的特殊區(qū)域或圖案的評價)生成診斷圖像(S3)，以及診斷圖像的進一步處理，例如圖像處理、存儲、打印、顯示、記錄或類似操作(S4)。步驟SI至S3表示成像方法的必要的實時步驟，步驟SO和/或S4表示可選特征，它們可被省略或在與成像時間不同的時間內進行。作為示例，本發(fā)明的成像方法可以與出于自然原因或出于過去的制備因素已經(jīng)包括至少一種標記物質的樣品一起應用。更詳細地，具有診斷價值的圖像的計算，例如基于彩色圖像，多光譜熒光圖像，多光譜反射圖像和光聲信號，可以在兩個階段中概念性地進行(參考圖5)(A)計算表示突光團和發(fā)色團的空間分布的自然生成的(artifact-free)突光和反射圖像(步驟S2)。
(B)利用所述熒光和反射圖像計算診斷激發(fā)貼圖，例如識別健康和患病的激發(fā)(步驟 S3)。(A)數(shù)據(jù)修正實時應用的修正程序是本發(fā)明的優(yōu)選特征，因為它們導致真正表示熒光團和發(fā)色團的空間分布的自然生成的標記圖像(也就是熒光圖像)。多個修正方案可以用于在實時測量中可能受到的所有影響的綜合修正，但對于特殊應用可以應用可選數(shù)目的步驟。這里考慮的類屬模型(generic model)是原始圖像中的像素亮度P (x, y)與多個基值(contribution)有關，也就是，P (x, y) =f (Pr (x, y) , m (x, y, d (x, y)) , q (x, y) , d (x，y)),方程 I,其中，d (x，y)表示標記堆積的深度，q (x, y)是由于激發(fā)固有熒光物和發(fā)色團產(chǎn)生的內源信號的貢獻，m (x，y)是激發(fā)中的光學特性信號的貢獻，特別是由于吸收和散射而造成的衰減，它也是深度的函數(shù)，而Pr (x，y)是“實時”信號，也就是感興趣的自然生成的標記圖像。在典型的形式中，方程I不是線性的并且可以發(fā)現(xiàn)具有最小值，但在某些假設條件下，方程I變成線性的，每一項對原始圖像具有線性弓形。在線性依附關系條件下，“原始”圖像的Pr (X, y)的解可以簡單地寫成Pr (x, y) =P (x, y) -m (x, y, d (x, y)) -q (x, y) -F (d (x，y))，方程 2其中，這里F (d (x，y))是也可以修正深度對圖像的影響的類函數(shù)。整體修正也是基于回歸算法進行，所述回歸算法識別該組成或信號與其它組成成分交替變化上的“標記”的獨特光譜成分。下面，討論作為實施例的優(yōu)選的處理方案I.光學特性的修正激發(fā)內光衰減的變化可以有助于修改從標記上記錄的信號。為了修正這種影響，本發(fā)明教導了改善這些人為現(xiàn)象的方法。修正的本質是獨立地捕捉光學特性的變化和基于此變化修正標記信號。一個示例是改變血紅蛋白的吸收優(yōu)先在高吸收區(qū)域衰減熒光信號，如果不修正這可能導致人為現(xiàn)象(artifact)。a)在優(yōu)選實施例中，多光譜測量被應用于捕捉照明的光學衰減的光譜變化，因為其顯示在固有(樣品光)圖像上。通過同時滿足激發(fā)散射的函數(shù)關系(cbpendence) I/λ 3，這些圖像可被實時分離用于揭示血紅蛋白濃度(通過分離氫氧基和脫氧基光譜)并且用于同時揭示散射，其中λ是測量的波長并a是通過試驗確定的因子?？蛇x地，時間分辨相機或頻率分辨相機可以被用于“內(intrinsic)測量”，以獨立表征激發(fā)吸收或散射。b)在可選示例中，修正基于利用或調整先前已知的光學測量結果而進行，通過分類如在本征圖像上識別的激發(fā)類型并且利用此光學特性的分類以類似地修正圖像。在任一情況下，圖像修正基于方程I進行，在這種情況下只用于光學特性的修正而應用的最簡單的形式采用如下形式Pr (x, y) =P (x，y)*F ( μ s' (x, y) , μ a (x, y)) /Pi (x, y)方程 3 或更簡單地,Pr (x, y) =P (x，y)/g*ys，(x，y)*Pi (x，y)方程 4,其中，μ/ (x,y), μ3 (X，y)分別是在每個圖像像素處激發(fā)的被減小的散射系數(shù)·和吸收系數(shù)，并且Pi (x，y)在與被熒光測量使用的光譜區(qū)域相同或靠近的光譜區(qū)域測量的衰減圖像(本征圖像)。在這種情況下，方程4利用了下述事實，即熒光與內源之比對于吸收相對不敏感，但與被減小的散射系數(shù)之間以比例系數(shù)3/4 π相關。最后，光學特性的修正可以與深度的修正同時進行，如下面章節(jié)所述。2.光學特性和深度的修正。當熒光團被組織薄層覆蓋時，熒光信號以兩種方式取決于覆蓋的組織的光學特性(a)激發(fā)光，典型地單色光，通過吸收和散射進行衰減，從而只有一部分光到達熒光標記并且誘發(fā)熒光，以及( b )被發(fā)射的熒光在傳播穿過組織的同時也被衰減。根據(jù)組織的吸收和散射特性，熒光，典型地為寬帶熒光，對每個波長經(jīng)受不同程度的衰減。但是，組織內的吸收主要是由于具有特殊的已廣泛已知的吸收光譜的血紅蛋白(氫氧基和脫氧基)的存在。類似地，組織散射光譜的形狀具有相對較小的變化。因此，當熒光擴散穿過組織薄層時，根據(jù)覆蓋的組織層內的吸收體和散射體的厚度和濃度，其光譜以特有的方式變化。熒光信號的多光譜測量結果可以揭示這些光譜變化并修正它們。被測量的熒光信號，即S，與下述參數(shù)有關S (X，y, λ )=F (Cm (x, y, d), OPm ( λ )，Ck (χ, y, d), OPk ( λ )，Iex (χ, y, d))方程5，其中，Cm (χ，y，d)和OPm ( λ )分別是熒光標記的濃度和光學特性。Ck(X，y, d)和OPi ( λ )是構成組織層的組織發(fā)色團、熒光團和散射體的濃度和光學特性，例如k=3的氫氧基、脫氧基血紅蛋白和全部的組織散射體，d是熒光標記的深度或等效于覆蓋的組織的厚度，并且因此，1 (x，y，d)是到達深度d的熒光標記的激發(fā)光的強度并且取決于組織的光學特性Iex (x，y，d)=I0*G (Ck (x, y, d) , OPk (λ))方程 6其中，I0是照亮被檢查的組織的激發(fā)光的強度。組織成分和熒光標記的光學特性，也就是吸收、散射和熒光光譜，OPi ( λ )和OPm(λ )是已知的并且可以用作先驗(used as priors)。多個波長(λ ^ i=l，2,…η)的突光信號的測量結果產(chǎn)生η個方程(方程5)的方程組，其中η > k+Ι。解此方程組得到熒光標記的實際濃度C(x, y, d)和組織層的光學特性，即Ck(x, y, d)。因此,從次淺層(sub-superficiallayer)發(fā)出的熒光信號被對于組織的光學特性和標記的深度進行了修正。3.熒光光譜的重疊/自體熒光修正。為了能夠同時測量多個探針，也就是，表明多個標的物的標記分子，還為了獲得來自環(huán)境固有分子(也就是，固有發(fā)色團，熒光物等)的潛在希望或不希望的信號組成，常用的手段是對已知或潛在地未知的組成成分進行光譜分離。由于組織和外部熒光物的寬泛的光譜組成成分，可能存在很大的光譜重疊，否則將不能分辨出來，除非利用光譜分離技術(盲目性的或確定性的)或類似地線性回歸，以使所測量的光譜測量結果與假定的環(huán)境影響相匹配。 (B)圖像計算雖然，自然生成的熒光和反射圖像可以精確地提供熒光探針和組織發(fā)色團的空間分布，但不總是能直接得到組織區(qū)域患病與否的結論。每個診斷探針的診斷能力是基于將疾病的特征不同與健康組織相比較為目標的。然而，疾病比如癌的特征呈現(xiàn)顯著的變化性，因此，以單一的癌特征為目標的單一探針通常不是特別特效的。通過借助于多個探針組合評估多個癌特征，可以提供大大提高的獨特性(specificity)和靈敏度。另外，診斷信息與被檢查的組織的彩色圖像的自動融合提供方便且容易的使用模式，適于臨床應用。圖6示意出用于術中熒光成像的兩通道成像裝置100的另一實施例。成像裝置100具體包括光源11，例如鹵素燈，和用于照亮樣品I的陷波濾波器12 ;分光成像器件30，其具有成像器件31. 1，例如變焦透鏡，中轉透鏡31. 2，以及圖像分割器33，例如10%反射率和90%透光率的平板分束器；具有可見光濾光器34的樣品光相機21 ;以及具有窄帶通濾波器35的標記光相機。圖6的系統(tǒng)能夠同時測量在近紅外區(qū)域中發(fā)射的標記物質(熒光探針)的彩色、熒光和固有(激發(fā)波長)圖像。但是，如果熒光探針的發(fā)射光譜正好落在可見范圍內，例如FITC，那么用同一裝置不可能同時進行熒光和反射的同時測量。圖6進一步示意了允許同時捕捉彩色反射圖像和可見熒光的方法。此方法基于陷波濾波器12和標記光相機22的互補的窄帶通濾波器35的組合。陷波濾波器12阻擋窄光譜帶并且傳輸剩余的光譜帶。在此步驟中，來自白光源11的光被使用532nm的陷波濾波器濾光。因此，同一光源可以被用于白光照明和熒光激發(fā)。通過成像器件31收集的光被分割到兩個成像通道中，用于可見光和熒光測量。熒光通道采用陷波濾波器的互補裝置，即窄帶通濾波器35。因此，只有熒光到達標記光相機22，因為所有反射光被帶通濾波器拒絕了。與前面的段落相比，光學特性修正的此實施方式來自于處理由相機21 (優(yōu)選實施例中的彩色相機)提供的至少兩個光譜帶。圖7示出了利用圖6的成像裝置捕捉的圖像(相片)。圖7a示出了用樣品光相機21收集的彩色圖像，圖7b示出了用標記光相機22收集的532nm的熒光圖像，并且圖7c示出了由圖像7a和7b的融合得到的偽彩色圖像。即便是出于技術原因在這里呈現(xiàn)為用黑白圖像，被融合的圖像7c較彩色圖像7a的本質優(yōu)勢被清楚地顯示出來。圖8示出了帶有腹腔內腫瘤的老鼠的圖像。圖8a是示意出動物體解剖學特征的反射彩色圖像。圖8b示出了揭示腫瘤斑點的生物發(fā)光圖像。這里，生物發(fā)光圖像被用作精確顯示腫瘤位置和大小的參考圖像。圖8c示出了從在成像前注射的診斷熒光標記發(fā)出的716nm的熒光圖像。原始的熒光信號沒有顯示圖像右上部分的用虛線箭頭表示的一個腫瘤斑點，而且沒有正確揭示圖像右下部分的用箭頭表示的第二斑點的大小。圖8d示出了修正的熒光圖像，其中所有腫瘤斑點都被正確示出。熒光圖像(標記光信號)的修正利用圖8中未示出的反射光譜圖像(樣品光信號)進行。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的本發(fā)明的成像裝置的功能。根據(jù)圖9，探測器可包括光學和光聲傳感器的組合并且探測從被檢查的樣品發(fā)出的信號。根據(jù)本發(fā)明，探測器的輸出是至少3個圖像，它們是-在不同的光譜帶捕捉的至少兩個樣品光圖像，和-至少一個標記光(例如熒光)圖像。被探測器捕捉的圖像被處理器處理。處理可以在兩個階段中進行·
a.所述至少兩個樣品光圖像被處理以產(chǎn)生至少兩個修正部分，例如修正圖像。這些修正部分可能與樣品的光學特性例如吸收和散射有關。b.利用在步驟(a)中計算的所述至少兩個修正部分處理所述至少一個標記光圖像，例如熒光圖像。此過程計算出至少一個修正的標記光圖像。處理器也可以執(zhí)行其它步驟，比如將兩個修正部分組合成一個，然后利用這一個修正標記光圖像或利用光聲數(shù)據(jù)產(chǎn)生有關吸收的進一步信息，用于更精確的修正。處理器的輸出是至少一個修正的標記光圖像。在上面描述、附圖和權利要求中公開的本發(fā)明的特征單獨或者組合對于在不同實施例中實施本發(fā)明都是很重要的。
權利要求
1.一種成像裝置，尤其用于醫(yī)學成像，包括 (a)光源裝置，其被設置成用照明光照亮所研究的樣品， (b)探測器裝置，其被設置用于收集多個圖像，所示多個圖像包括 -被樣品反向散射的不同光譜范圍內的至少兩個樣品光圖像，和 -從樣品中的至少一種標記物質發(fā)出的至少一個標記光圖像，以及(C)處理器裝置，其被配置用于處理所述至少兩個樣品光圖像并且構造至少一個修正部分，所述處理器裝置還被配置成用所述至少一個修正部分對所述標記光圖像修正。
2.根據(jù)權利要求I所述的成像裝置，其中 -所述處理器裝置被構造成用于處理樣品光圖像和標記光圖像并且用于實時呈現(xiàn)被處理圖像中的至少一個。
3.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -所述探測器裝置被設置用于收集不同光譜帶中的至少兩個標記光圖像。
4.根據(jù)權利要求3所述的成像裝置，其中 -所述處理器裝置被配置成利用至少兩個標記光圖像為從樣品發(fā)射的自體熒光修正標記光圖像。
5.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -所述處理器裝置被配置用于由捕捉在紅色、綠色和藍色光譜區(qū)域中的樣品光圖像計算所述至少一個修正部分。
6.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -所述處理器裝置被配置用于處理所述至少兩個樣品光圖像以產(chǎn)生至少兩個修正部分，所述至少兩個修正部分被用于修正所述標記光圖像并且以實時的模式產(chǎn)生至少一個修正的標記光圖像。
7.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -所述處理器裝置被配置用于處理所述至少兩個樣品光圖像以產(chǎn)生主要與樣品的吸收特性相關聯(lián)的至少一個修正部分和主要與樣品的散射特性相關聯(lián)的至少一個修正部分。
8.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -處理器裝置被構造成利用下述修正部分的任意組合進行標記光圖像的修正 -主要與樣品的吸收特性相關聯(lián)的修正部分， -主要與樣品的散射特性相關聯(lián)的修正部分， -主要與樣品的自體熒光相關聯(lián)的修正部分， -主要與照明的空間特征相關聯(lián)的修正部分， -主要與標記的深度分布相關聯(lián)的修正部分。
9.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -處理器裝置被配置用于將所述至少兩個修正部分重裝成一個修正部分，然后所述一個修正部分被用于修正標記光圖像。
10.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -樣品和標記光圖像被利用至少兩個成像通道收集，其中 -每個成像通道包括至少一個濾光器和至少一個成像探測器。
11.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中-光源裝置包括至少一個照明光調節(jié)裝置，所述至少一個照明光調節(jié)裝置被配置用于調節(jié)照明光的光譜特征，瞬時特征，偏振性，方向和光場形狀中的至少一個。
12.根據(jù)權利要求11所述的成像裝置，其中 -所述至少一個照明光調節(jié)裝置包括光譜濾波器，偏振濾波器，照明光學器件和光纖束中的至少一個。
13.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，還包括 -光聲成像裝置，其被設置用于收集樣品的光聲圖像。
14.根據(jù)權利要求13所述的成像裝置，其中 -所述處理器裝置被構造成利用所述光聲圖像進行下述程序中的至少一個 -處理所述光聲圖像以產(chǎn)生用于標記光圖像修正的至少一個另外的修正圖像， -顯示樣品的所述光聲圖像， -將所述光聲圖像與修正的光學圖像重裝成一個圖像并且以實時的模式呈現(xiàn)所述一個圖像。
15.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，還包括 -控制裝置，其包括至少一個下述特征 -所述控制裝置被配置用于實時控制光源裝置，探測器和處理器裝置中的至少一個，-所述控制裝置被與顯示裝置連接，所述顯示裝置實時顯示下述中的至少一個樣品光圖像，標記光圖像，修正圖像，修正的標記光圖像，光聲圖像或它們的組合， -所述控制裝置被與管理裝置連接，所述管理裝置被配置用于引入至少一種預定的標記物質到樣品內。
16.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -所述處理器裝置包括現(xiàn)場可編程門陣列和圖形處理單元中的至少一個。
17.根據(jù)前述任一權利要求所述的成像裝置，其中 -探測器裝置的探測器被設置有具有多個連接部的模塊結構，每個連接部被設置用于容納探測器中的一個。
18.—種成像方法，尤其用于醫(yī)學成像，包括下述步驟 -用光源裝置發(fā)出的照明光照亮被研究的樣品， -從被樣品反向散射的樣品光中收集至少兩個樣品光圖像， -從樣品內的至少一種標記物質產(chǎn)生的不同光譜范圍內的標記光中收集至少一個標記光圖像，以及 -處理樣品光圖像和標記光圖像并且基于所述至少兩個樣品光圖像和所述至少一個標記光圖像呈現(xiàn)至少一個修正的標記光圖像。
19.根據(jù)權利要求18所述的成像方法，還包括下述步驟中的至少一個 -以實時的模式呈現(xiàn)所述至少一個修正的標記光圖像， -調整照明光的光譜特征，瞬時特征，偏振，方向和光場形狀中的至少一個， -調整樣品光相機和標記光相機中每一個的光譜或瞬時靈敏度，以及 -用光聲成像裝置收集樣品的光聲圖像。
20.根據(jù)權利要求18或19所述的成像方法，其中，所述樣品包括至少一個下述特征 -樣品包括生物學組織，和-樣品包括具有不同分光鏡特性的多種標記物質。
21.根據(jù)權利要求I至17中任一所述的成像裝置在外科手術，腹腔鏡手術或內窺鏡應用中的使用方法。
全文摘要
一種尤其用于醫(yī)學成像的成像裝置包括(a)光源裝置(10)，其被設置成用照明光照亮研究的樣品(1)，(b)探測器(20)裝置，其被設置用于收集多個圖像，所示多個圖像包括被樣品反向散射的不同光譜范圍內的至少兩個樣品光圖像和從樣品中的至少一種標記物質發(fā)出的至少一個標記光圖像，以及(c)處理器裝置(40)，其被配置用于處理所述至少兩個樣品光圖像并且構造至少一個修正部分，所述處理器裝置還被配置成用所述至少一個修正部分對所述標記光圖像修正。優(yōu)選地，所述處理器裝置被構造成用于處理樣品光圖像和標記光圖像并且用于實時呈現(xiàn)被處理圖像中的至少一個。此外，描述了一種尤其用于醫(yī)學成像的成像方法。
文檔編號A61B5/00GK102892348SQ201080066133
公開日2013年1月23日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權日2010年2月12日
發(fā)明者V·恩齊亞赫里斯托斯, G·塞梅利斯 申請人:健康與環(huán)境慕尼黑德國研究中心赫姆霍茨中心(有限責任公司)