專利名稱：熒光成象內(nèi)窺鏡的制作方法
相關(guān)申請本申請要求1998年1月26日提交的美國臨時申請序列號No.60/072,455的權(quán)利，其全部內(nèi)容參考收入本篇。本發(fā)明的背景下列內(nèi)容涉及定位中空器官中癌變或癌變前期組織的激光誘導(dǎo)熒光成象內(nèi)窺鏡的發(fā)展。在初始臨床研究中，對于結(jié)腸息肉，使用370納米的紫外線光(UV)激發(fā)可視熒光(400-700納米)，其光譜信號能區(qū)別正常和不正常組織。以前的內(nèi)窺鏡圖象是通過使用安裝在兩端口標(biāo)準(zhǔn)(白光)結(jié)腸內(nèi)窺鏡的一個活組織檢查端的光學(xué)模件獲得的。光學(xué)模件使用石英光學(xué)纖維和相連的光學(xué)元件將紫外線光傳遞到組織，連接的石英光纖束將產(chǎn)生的熒光圖象傳遞到內(nèi)窺鏡的最接近側(cè)，其中有一濾波器除去大量反射紫外線背景光，然后熒光圖象通過高增益CID檢波器組捕獲。
內(nèi)窺鏡收集結(jié)腸粘膜的自體熒光圖象可用作檢測結(jié)腸直腸癌(CRC)的前體的檢查工具。熒光可用來區(qū)別正常粘膜和腺瘤。具體地講，用幾種不同激發(fā)波長使用單點接觸探頭測量光譜。
通過光學(xué)纖維探頭獲得幾種激發(fā)波長的熒光光譜。一項體外研究實施了寬范圍激發(fā)波長的研究，得到結(jié)論370納米是區(qū)別正常粘膜和腺瘤的最優(yōu)波長。使用腺瘤息肉作為異常結(jié)構(gòu)模型的體外和體內(nèi)研究已顯示使用這種波長異常結(jié)構(gòu)在460納米具有較小的峰值強(qiáng)度，并且與正常結(jié)腸粘膜相比在680納米可具有增強(qiáng)的熒光強(qiáng)度。并且，這些光譜不同點的形態(tài)上的要素已使用熒光顯微鏡法進(jìn)行了研究。息肉中降低的熒光強(qiáng)度是由于其增加的構(gòu)建，增加的脈管系統(tǒng)，及在薄層中膠原質(zhì)的減少。紅光增強(qiáng)是由于隱蔽細(xì)胞的增強(qiáng)的熒光而產(chǎn)生的，這可能是由較高含量的卟啉引起的。
本發(fā)明的簡述本發(fā)明涉及成象內(nèi)窺鏡，具體地涉及使用雙通道電子內(nèi)窺鏡的熒光成象結(jié)腸內(nèi)窺鏡，其使用電荷耦合裝置(CCD)芯片或安裝在其末梢頂端的其他固態(tài)成象裝置來收集白光圖象。本發(fā)明的特別意義是這種芯片也可收集熒光圖象，用比使用光學(xué)模塊和增強(qiáng)的CID相機(jī)獲得的信號大得多的信號將圖象顯示在內(nèi)窺鏡視頻監(jiān)視器上。這種結(jié)構(gòu)可用來收集結(jié)腸異常結(jié)構(gòu)的熒光圖象。兩種小的FAP息肉的視頻圖象已使用標(biāo)準(zhǔn)白光圖象和未處理的熒光圖象獲得。
CCD檢波器，其缺少增益增強(qiáng)作用，可檢測較弱的熒光信號，其在強(qiáng)度方面比漫反射白光圖象小6個數(shù)量級。此外，令人驚異的是反射的370納米的激發(fā)光沒有完全充滿CCD，使熒光信號不明顯。這是由于在低于400納米波長時，CCD光譜反應(yīng)很快地降至零。這樣，CCD就可有效地用作為其自身的長通濾波器。其他成象裝置可與濾波器一起使用，來減少與在可視區(qū)域中檢測到的強(qiáng)度相比至少一半的在紫外線區(qū)域中所檢測到的強(qiáng)度。
在這個具體實施中，CCD有270×328象素的分辨率及2.5毫米直徑的物鏡。圖象以33毫秒的RGB格式收集。這個具體實施的優(yōu)點包括體外熒光圖象在臨床工作距離(內(nèi)窺鏡頂端和組織表面間的距離)為20毫米的情況下表現(xiàn)出信號-噪聲比(SNR)約為34，這比使用UV模件/CID檢波器獲得的比率要好，其在相同的距離下SNR約為18。使用CCD消除了對光學(xué)模件的需要，大大地簡化了系統(tǒng)設(shè)計。此外，它還避免了與UV模件在活組織檢查通道中旋轉(zhuǎn)趨向有關(guān)的問題。通過對白光和熒光圖象使用相同的檢波器和光學(xué)元件，可獲得這兩個圖象的完美的重合。CCD的白光圖象和光學(xué)模件的熒光圖象之間的視差是一個很重要的問題。與UV模件的10,000個纖維相比，在這個具體實施例中的CCD包含88,560個象素，產(chǎn)生較高的總圖象分辨率。在Pentax結(jié)腸內(nèi)窺鏡上的物鏡比UV模件具有更好的成象性能。與UV模件的線傳播函數(shù)的特征寬度400毫米相比，這個具體實施的透鏡為200毫米。光譜內(nèi)窺鏡的總穩(wěn)定性沒有隨著單UV照明纖維而顯著增加。
實施的診斷方法可依據(jù)正常粘膜和異常結(jié)構(gòu)之間的總熒光強(qiáng)度的不同。這樣，在某些應(yīng)用中其較好地收集了400-700納米之間全波段的熒光散射。然而，精確的測量方法可使用點接觸裝置，這樣診斷信息可通過在特異波長如460,600和680納米下取樣熒光來獲得。對于許多應(yīng)用熒光激發(fā)較好的范圍是在350納米和420納米之間。用電子CCD內(nèi)窺鏡進(jìn)行的內(nèi)窺鏡圖象研究可包括使用彩色CCD內(nèi)窺鏡，其具有提供這樣信息的能力。
本發(fā)明的圖示簡述

圖1是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的示意視圖。
圖2是固態(tài)成象裝置如在內(nèi)窺鏡末梢端的CCD的示意視圖。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)示意圖。
圖4演示了照明區(qū)域和熒光區(qū)域的相對大小。
圖5是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的示意圖。
圖6是平均熒光強(qiáng)度及測量的和預(yù)測的信噪比(SNR)的演示圖。
圖7A和7B分別是正常結(jié)腸粘膜和腺瘤的14種框的平均和單一框之間的不同熒光強(qiáng)度的演示圖。
圖8是隨著檢測界限值的變化而變化的系統(tǒng)靈敏度示意。
圖9和圖10演示了有腺瘤的組織熒光強(qiáng)度分布圖，包括移動平均值和百分比值。
圖11是演示了腺瘤，正常組織的熒光強(qiáng)度圖，以及隨施加在探頭部位的壓力的變化而變化的強(qiáng)度比率。
圖12是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，演示了內(nèi)窺鏡和接觸探頭之間的收集幾何形狀的不同。
圖13是依據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的一個較好的具體實施。
圖14A是依據(jù)本發(fā)明的熒光成象系統(tǒng)的一個較好的具體實施。
圖14B圖示演示了輻射功率與光源在光譜紫外線區(qū)域發(fā)出的輸入功率的關(guān)系曲線。
圖14C演示了獲得熒光和參考圖象的過程的時間圖。
圖15是依據(jù)本發(fā)明的熒光成象系統(tǒng)的一個較好的具體實施。
本發(fā)明的詳細(xì)描述方程描述了在內(nèi)窺鏡中由給定的象素收集的信號光子數(shù)Ns，和組織表面上的間隔距離d和徑向距離p的關(guān)系，以及相應(yīng)的SNR如下 SNR=NsNs+(σeG)2]]>幾何形狀和某些符號在圖1中作了描述。還要指出的是，散射波長λem，象素排列大小gxg，纖維光學(xué)傳遞效率Ti，濾波器散射波長的帶寬Δλ，在這種波長區(qū)域內(nèi)傳遞能量的組分Tf，包括長通濾波器，透鏡和目鏡的系統(tǒng)光學(xué)元件的收集效率To，入射光能量Po(λex)Δt,h是普朗克氏常數(shù)(Planck’s constent)，c是光速，fp是纖維芯的填密組分，εt是組織的量子效率，Nf是分辨元件的總數(shù)。信噪比(SNR)是隨電子噪聲σc和增益G的變化而變化的。
結(jié)腸直腸癌是國家健康憂慮的一個重要問題。在美國結(jié)腸和直腸癌的死亡率和發(fā)病率僅次于肺癌。這說明當(dāng)前的檢查方法對于控制結(jié)腸癌的傳播是不夠的，并且在很長的時間內(nèi)在檢查方法方面僅有很小的進(jìn)展。對于所有診斷出的患者5年的存活率為35-49％。結(jié)腸直腸癌對化療和放療反應(yīng)相對較差，因此，較大安全性外科切除術(shù)是預(yù)防其生長的唯一可靠的方法。這些腫瘤的傳播是通過直接擴(kuò)增到鄰近的結(jié)構(gòu)內(nèi)，并通過淋巴和血管轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移傳播的最常見部位按秩序是區(qū)域淋巴節(jié)點，肝，肺和骨。
隨著在隱蔽細(xì)胞中異常結(jié)構(gòu)的變化，在結(jié)腸粘膜的上皮層中開始這種疾病的病理生理學(xué)狀態(tài)。這種組織可通過結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢測，如果在早期階段惡性化-前損害可被檢查到，那么它們就可以移出作活體檢查。大部分的結(jié)腸和直腸癌確信是由稱作腺瘤息肉的可視前體損害產(chǎn)生的。這些良性集塊由細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的大小和形狀發(fā)育不規(guī)則的上皮細(xì)胞的單克隆擴(kuò)增產(chǎn)生的，一種已知為異常結(jié)構(gòu)的情況。這些損害可使用結(jié)腸內(nèi)窺鏡發(fā)現(xiàn)它們增加的結(jié)構(gòu)而檢測出。醫(yī)學(xué)上承認(rèn)的腺瘤癌癥序列說明結(jié)腸直腸癌癥是由經(jīng)歷惡性轉(zhuǎn)化的腺瘤組織產(chǎn)生的，相信是通過其中遺傳變更積累的多-步驟的過程而產(chǎn)生的。在CRC的發(fā)展中存在前體階段提供了一個能早期檢測并將這些損害移出以預(yù)防將來發(fā)展成癌癥的機(jī)會的窗口。
普遍的結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查法為了定位用作活組織檢查的腺瘤，是依賴于對結(jié)腸粘膜中大型結(jié)構(gòu)變化的觀察。然而，這種方法對于平坦的腺瘤組織是相對不敏感的。如診斷患有潰瘍性大腸炎(UC)的患者，有很大的風(fēng)險從組織的非-息肉區(qū)域發(fā)展成癌癥。并且最近的研究已認(rèn)定一些形式的腺瘤癌癥是從小的表面的腺瘤產(chǎn)生的。由于這種風(fēng)險，所以常用的結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查必須對整個結(jié)腸進(jìn)行多次活組織檢查來實施。然而，在這些患者中的取樣錯誤及漏診的可能性給這種形式的檢查帶來很大的不滿意度。而且，組織活組織檢查的檢驗是耗時又昂貴的。并且，相當(dāng)大的內(nèi)-及外-觀測者的偏差發(fā)生在異常結(jié)構(gòu)的鑒定中。一個被診斷為異常結(jié)構(gòu)陽性的患者常常必須回到診所作進(jìn)一步的檢查并可能進(jìn)行結(jié)腸外科切除術(shù)。這樣，用組織學(xué)的解釋，內(nèi)窺鏡檢查法當(dāng)前的狀態(tài)是一門有缺陷的科學(xué)，需要具有更高靈敏度和特異性及較小內(nèi)、外觀測者偏差的改進(jìn)的方法。
熒光內(nèi)窺鏡成象法提供了能克服當(dāng)前檢查法的使用白光內(nèi)窺鏡的局限的特性。這種方法對生化組成及組織表面下的微結(jié)構(gòu)敏感。并且，與內(nèi)窺鏡結(jié)合，熒光特性能掃描較寬的區(qū)域，并能分辨亞次毫米范圍的組織表面。如果在熒光上呈現(xiàn)足夠的信息，計算機(jī)可用來快速地確定疾病區(qū)域的存在及位置。自體熒光法已演示了區(qū)別正常的和腫瘤的人類組織的能力。最初的研究顯示單點熒光光譜能用來體外從幾種類型組織中的檢測腫瘤。隨后，實施了體內(nèi)研究檢測膀胱，腦，結(jié)腸，子宮頸，食道，肺，口腔粘膜和皮膚。此外，隨著使用外源試劑如血卟啉衍生物(HpD)，熒光法已用來區(qū)別正常的組織和患病組織。
從直腸到盲腸的全長通常為1.5米。從組織學(xué)上講，粘膜是與內(nèi)腔接觸的層，厚度約為400μm。上皮層是最表面的層，包括有吸收力的柱狀細(xì)胞和間歇產(chǎn)生粘液素的杯狀細(xì)胞，其起到重吸收水和潤滑的作用。這些細(xì)胞經(jīng)歷了連續(xù)的循環(huán)，并在隱蔽細(xì)胞底部由快速分離的干細(xì)胞替換，這是能觀察到異常結(jié)構(gòu)的最初跡象。周圍薄層包含血液和淋巴毛細(xì)管，其支持著分泌，吸收和其他粘膜的高活性功能。其包括疏松結(jié)締組織，特別是膠原質(zhì)，以及大量的保護(hù)腸壁不受微生物侵害的炎性細(xì)胞。
肌粘膜由幾層收縮以從腺體隱蔽細(xì)胞排除分泌物的平滑肌纖維組成，預(yù)防粘住，并通過維持上皮細(xì)胞和魯米諾內(nèi)容物的接觸增強(qiáng)吸收作用。粘膜下層包括大量的血管，淋巴，和神經(jīng)，并被密集的保持粘膜附著在肌肉層的膠原質(zhì)結(jié)締組織包圍著。肌肉層包括內(nèi)部環(huán)形和外部縱向肌肉層，它們涉及結(jié)腸的無意識蠕動收縮以傳遞排泄物的流動。外部的漿膜層包括含大量血管和神經(jīng)的結(jié)締組織。
腺瘤息肉是含不成熟的，具有不規(guī)則大小及形狀的細(xì)胞核的分化差的上皮細(xì)胞的粘膜的凸出突起。這些損害是良性的，但它們具有轉(zhuǎn)化成結(jié)腸直腸癌的潛在可能。不同的形態(tài)類型包括管狀的，絨毛狀的，和管絨毛狀的腺瘤。盡管所有形式都是凸出的，但每種類型可以含有肉莖，稱為有肉莖的，或者可以是半球形的，稱為無柄的。息肉的惡性化可能最大是絨毛狀的，最小可能的是管狀的。并且，癌癥發(fā)展的可能性隨著息肉的大小增加而增加。約有1％機(jī)會在直徑小于1厘米的息肉中發(fā)現(xiàn)入侵腫瘤，在直徑為1-2厘米之間的息肉中發(fā)現(xiàn)入侵腫瘤的機(jī)會為10％，大于2厘米的息肉中發(fā)現(xiàn)入侵腫瘤的機(jī)會為45％。與這些息肉有關(guān)的亞-細(xì)胞改變常常與在潰瘍性大腸炎中發(fā)現(xiàn)的異常結(jié)構(gòu)在組織學(xué)上是一致的。
分子生物學(xué)研究的結(jié)果說明涉及腺瘤惡性化轉(zhuǎn)化成癌癥的步驟包括與幾種腫瘤抑制性基因的序列遺失偶聯(lián)的致癌基因的突變活化。并且，還發(fā)現(xiàn)在惡性腫瘤產(chǎn)生之前幾種基因一定經(jīng)歷了突變。在腫瘤發(fā)生的過程期間，已確定了幾種特異遺傳變化。在50％結(jié)腸直腸癌的ras致癌基因中已發(fā)現(xiàn)活化突變。而且，在部分染色體5,17和18中確定出等位基因缺失，其可能包括腫瘤抑制性基因的遺失。
在稱為家族性腺瘤息肉的情況中，在患者的結(jié)腸中診斷出有超過100個腫瘤息肉。這些人在成年時期具有易在他們的結(jié)腸中產(chǎn)生大量息肉的體質(zhì)特征。大部分的患者有500到2500個息肉，平均有約100個息肉。FAP是一種罕見的疾病，在西方世界僅占CRC發(fā)病率的約1％。異常結(jié)構(gòu)的病灶通常會變成惡性的，F(xiàn)AP患者必須在他們年輕的時候切除結(jié)腸。在這種情況下的一些人結(jié)腸癌發(fā)作的可能性在10歲時為10％，在20歲時為50％，在30歲時為100％。從組織學(xué)上講，大部分的息肉是管狀腺瘤，具有高可能性進(jìn)行惡性化轉(zhuǎn)化，并且與FAP息肉有關(guān)的異常結(jié)構(gòu)與在散發(fā)息肉中發(fā)現(xiàn)的異常結(jié)構(gòu)是一致的。常染色體顯性遺傳缺失是這種疾病發(fā)展的原因。
與家族性易患病體質(zhì)有關(guān)的第二種形式的CRC是遺傳性非息肉結(jié)腸直腸癌(HNPCC)。HNPCC是指兩代中至少有三個親屬患有CRC，并且至少一個親屬在小于50歲時被診斷為CRC的患者。這種是比FAP要常見的多的形式，在西方世界中占CRC的發(fā)病率的高達(dá)13％。HNPCC患者沒有大量的腺瘤息肉，并且它很難與散發(fā)病例區(qū)別。在這種疾病和染色體2上的匿名微衛(wèi)星標(biāo)記之間發(fā)現(xiàn)遺傳連鎖。
在潰瘍性大腸炎中，粘膜經(jīng)歷了細(xì)胞學(xué)上的改變，導(dǎo)致在沒有形成息肉的情況下形成異常結(jié)構(gòu)。這些改變認(rèn)為與慢性炎癥的重復(fù)事件和結(jié)腸上皮細(xì)胞的修復(fù)有關(guān)，并且平坦的、界定邊界較差的潰瘍性腫瘤是常見的?；加蠻C超過八年的患者推薦進(jìn)行伴隨隨機(jī)活組織檢查的定期結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查。這種檢查過程不是很有效，因為僅有少于0.1％的總粘膜表面區(qū)域被取樣。然而，指出這一點是很重要的，僅有1％的CRC的新發(fā)病率是由UC產(chǎn)生的。
UC是一種不知原因的結(jié)腸直腸粘膜的炎性病變?；加蠻C的患者有增大的風(fēng)險發(fā)展成異常結(jié)構(gòu)或癌癥。對這種增大風(fēng)險的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了在最初出現(xiàn)癥狀后的7-10年開始結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查措施。結(jié)腸檢查措施包括結(jié)腸粘膜的直接宏觀可視檢查和接近粘膜活組織進(jìn)行微觀異常結(jié)構(gòu)檢查。盡管在1983年標(biāo)準(zhǔn)化了異常結(jié)構(gòu)的病理分類，但有關(guān)異常結(jié)構(gòu)的解釋仍存在不同和矛盾。
異常結(jié)構(gòu)通常是病灶性的。盡管在結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查期間實施12-20個粘膜活組織檢查，但僅有少于1％的結(jié)腸表面被取樣，這樣漏查異常結(jié)構(gòu)小病灶的可能性是很高的。這樣，癌癥就可以在沒有任何預(yù)先發(fā)生的或當(dāng)前發(fā)生的異常結(jié)構(gòu)的患者中發(fā)展。盡管在疾病第一個十年后對所有患者實施預(yù)防性結(jié)腸切除術(shù)會是對UC癌癥問題的最權(quán)威性的解決方案，但只有最輕微或輕度癥狀的患者會可以理解地不愿實施這種基本方法。用組織學(xué)的解釋，結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查法仍是一門有缺陷的科學(xué)，需要具有更高靈敏性和特異性的改進(jìn)的方法。
并且，研究已顯示平坦的異常結(jié)構(gòu)可能是不通過腺瘤癌序列產(chǎn)生的散發(fā)結(jié)腸癌的病源。在平坦非息肉粘膜中表面增殖的腺瘤的形態(tài)特征已由內(nèi)窺鏡觀察到，為小斑樣有模糊紅色或污色的損害。在一項全面的研究中，33個這樣的損害描述為輕微增高的、具有紅色表面及中心凹陷的。癌癥病灶或嚴(yán)重的不規(guī)則在直徑不大于4毫米的損害中發(fā)現(xiàn)為25％，在測量的5到8毫米之間的損害中為40％，直徑在9到10毫米之間的損害中為80％。
對于早期CRC的檢查，有幾種在實踐中的方法，但每種方法都受到其有效性的限制。檢查的目的是檢測出無癥狀個體中局部的表面集塊。
乙狀結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查包括臨床醫(yī)生使用硬的或軟的成象裝置檢查患者的直腸或乙狀結(jié)腸。這種形式的檢查的根據(jù)是，發(fā)現(xiàn)60％的CRC出現(xiàn)在結(jié)腸末梢25厘米內(nèi)。這種長度用硬的乙狀結(jié)腸內(nèi)窺鏡可以達(dá)到，軟的內(nèi)窺鏡可達(dá)到60厘米處。然而，最近的統(tǒng)計顯示，這種裝置達(dá)到的范圍外發(fā)現(xiàn)了增加數(shù)量的腫瘤。這種方法的優(yōu)點是，它可在患者沒有實施麻醉或進(jìn)行術(shù)前準(zhǔn)備的情況下實施。檢查這種疾病的最廣泛的方法是結(jié)腸內(nèi)窺鏡法，其中患者先作術(shù)前準(zhǔn)備并服用鎮(zhèn)靜劑。結(jié)腸內(nèi)窺鏡插入到經(jīng)過全部長度的結(jié)腸，由醫(yī)生在白光下觀察粘膜表面檢查息肉和其他不正常的集塊。這種方法適用于確定增高的損害，但異常結(jié)構(gòu)的平坦區(qū)域會檢測不出。
通過吸收給定激發(fā)波長λex的激光，生物分子的電子進(jìn)入增高能量狀態(tài)的過程出現(xiàn)組織的熒光。激發(fā)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，電子會回到基礎(chǔ)狀態(tài)。通過分子碰撞大部分這種能量以熱能損失，但小部分激發(fā)電子經(jīng)歷內(nèi)在轉(zhuǎn)化并自然地以較長散射波長的λem放射光。通過熒光釋放能量的分子組成稱為組織的量子效率，表示為εt。熒光強(qiáng)度取決于激發(fā)狀態(tài)的初始組群的產(chǎn)物和組織量子效率。
光譜的譜線形狀是由對組織的組成特異的生化分子的熒光散射和吸收作用確定的。獨(dú)態(tài)的電子量被分成振動態(tài)和旋轉(zhuǎn)態(tài)，在大分子中包括小的間隔，并由于分子的相互作用可以交迭。電子可以衰減成基礎(chǔ)狀態(tài)任何振動-旋轉(zhuǎn)量，這樣，生物分子的熒光光譜通常是寬闊的。在光譜中結(jié)構(gòu)的缺少限制了能從熒光中獲得的信息的量。產(chǎn)生熒光的組織成分已知為熒光基團(tuán)，和內(nèi)生發(fā)色基團(tuán)包括脂肪族氨基酸，NADH,FAD，和卟啉。局部環(huán)境能對熒光散射有很大的影響，其可使波長淬熄或改變。有關(guān)使用自體熒光組織成像的其他詳細(xì)內(nèi)容可在美國專利No.4,193,142,5,421,337,5,452,723,5,280,788和5,345,941中可找到，這些專利的全部內(nèi)容參考收入本篇。
評估在結(jié)腸中使用熒光所實施的第一步是確定體外在亞毫米范圍內(nèi)使用單點測量法，存在區(qū)別正常結(jié)腸粘膜和腺瘤息肉的最優(yōu)波長。如，用分光熒光計記錄4個正常結(jié)腸和11個腺瘤息肉的熒光散射。在10納米步驟中，使用的激發(fā)波長范圍在250到500納米之間，將結(jié)果列在稱為激發(fā)-散射矩陣(EEM)的排列中。得到正常結(jié)腸的平均EEM和腺瘤息肉的平均EEM的比率，發(fā)現(xiàn)在330,370和430納米的激發(fā)作用產(chǎn)生含最大量診斷信息的熒光光譜。
根據(jù)這些體外的研究結(jié)果，使用370納米的光實施臨床試驗評估熒光區(qū)別正常，腺瘤，和增生結(jié)腸組織的能力。在這項研究中，脈沖氮?dú)?泵送染色激光器經(jīng)過有一個激發(fā)光纖和六個收集光纖的光纖探頭傳遞370納米的激發(fā)光。這個探頭經(jīng)過結(jié)腸內(nèi)窺鏡的活組織檢查通道插入，在內(nèi)窺鏡檢查期間置于與結(jié)腸粘膜接觸的位置。探頭由排列圍繞一個激發(fā)光纖的六個個體200μm的收集光纖組成。使用這種裝置，檢測約1立方毫米的組織區(qū)域的熒光散射。通過與OMA連接的光譜攝制儀檢測熒光光譜。光譜在460納米處顯示出不同，其中正常的結(jié)腸產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度比腺瘤大約6倍。這項不同幾乎是在體外研究中發(fā)現(xiàn)的不同的兩倍。在650納米以上，腺瘤的平均值比正常結(jié)腸的平均值稍大。
從對20個患者的檢測中得到，在460和680納米的熒光強(qiáng)度位于分散區(qū)域，并且當(dāng)與組織學(xué)相比時，直線向減小錯誤分類的方向移動。結(jié)論線正確地分類了31個腺瘤中的31個，4個增生息肉中的3個，和32個正常結(jié)腸組織樣品中的31個。對于診斷腺瘤，這項技術(shù)的靈敏性，特異性和正預(yù)測值分別是100％,97％，和94％。因為僅有少量的增生息肉檢測到，所以不清楚使用熒光是否能將腺瘤可靠地與增生息肉區(qū)別。在熒光中觀察到的不同可能產(chǎn)生于息肉和正常粘膜間的不同，而不是產(chǎn)生于異常結(jié)構(gòu)的變化。
接下來的步驟是使用從這項研究中得到的數(shù)據(jù)來提供評估熒光表現(xiàn)的預(yù)期方法。將數(shù)據(jù)隨機(jī)地分成兩個相同的組，根據(jù)在460納米的熒光強(qiáng)度和680納米和600納米強(qiáng)度間的比率，第一組數(shù)據(jù)用來設(shè)計算法來區(qū)別組織類型。從每個點得到的組織的活組織檢查從組織學(xué)上分類為腺瘤，增生的或正常的。從預(yù)期評定標(biāo)準(zhǔn)得到，對于診斷腺瘤，算法的靈敏性，特異性和正預(yù)測值分別為90％,95％和90％。
已作的進(jìn)一步的嘗試是使用337納米激發(fā)光，在體內(nèi)使用熒光區(qū)別正常粘膜，腺瘤息肉和增生息肉。使用單一光學(xué)纖維，從86個正常結(jié)腸部位，35個增生息肉，和49個腺瘤息肉部位測得熒光光譜。在390納米和460納米，熒光散射表現(xiàn)出峰值，這是由于在粘膜下層中的膠原質(zhì)。并且，對于正常粘膜，增生息肉，和腺瘤，這個峰值強(qiáng)度上分別是減小的。發(fā)現(xiàn)正常粘膜的峰值強(qiáng)度比腺瘤的峰值強(qiáng)度兩倍稍小。采用MVLR分析法，區(qū)別腺瘤和增生息肉的熒光的靈敏性，特異性，正預(yù)測值和負(fù)預(yù)測值分別為86％,77％,86％和77％。這項研究的結(jié)論是，熒光的不同是由于息肉的形態(tài)，而不是在息肉中熒光基團(tuán)的存在。
在結(jié)腸中使用其他激發(fā)波長來研究熒光。通過OMA，使用單一光學(xué)纖維，在體外使用連續(xù)波He-Cd激光器傳遞325納米的激發(fā)光測量從35個正常粘膜和35個腺瘤息肉獲得的熒光光譜。正常粘膜的峰值強(qiáng)度出現(xiàn)在375納米，而腺瘤的峰值強(qiáng)度出現(xiàn)在450納米。多變量線性回歸(MVLR)分析為每組數(shù)據(jù)點建立了一組分值以確定診斷標(biāo)準(zhǔn)。獲取其他34個正常部位，16個腺瘤部位，和16個增生部位的熒光光譜，并使用建立的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)期分析。這項研究區(qū)別正常和腺瘤組織的靈敏性，特異性和正預(yù)測值分別為100％,100％，和94％。此外，16個增生息肉中的15個被分類為正常的，這是正確的診斷，因為增生息肉是由上皮層的增厚而形成的。
還使用了410納米的激發(fā)光研究結(jié)腸的熒光。使用分光熒光計，對從45位患者結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查期間移出的83份活組織檢查樣品的450-800納米的散射進(jìn)行收集。從460-530納米的散射帶的強(qiáng)度從正常到癌癥到腺瘤粘膜而下降。在460納米的峰值強(qiáng)度，正常粘膜比腺瘤高約2.5倍。使用九個變量對光譜實施逐步判別式分析。與組織學(xué)相比的結(jié)果顯示區(qū)別正常粘膜和腺瘤的過程的靈敏性和特異性分別為88.2％和95.2％。三個帶的重合產(chǎn)生的熒光散射在約470,485和404納米處集中。
這樣，在最近5到10年中實施了評估使用組織自體熒光區(qū)別腺瘤和正常粘膜的更廣泛的研究。體外研究中已得到結(jié)論，對于激發(fā)作用，330,370和430納米是最優(yōu)的。初步的體內(nèi)研究結(jié)果顯示，對于這種分辨作用，單點熒光檢測的靈敏性，特異性和正預(yù)測值分別高達(dá)90％,95％，和90％。并且，數(shù)據(jù)顯示內(nèi)在的熒光基團(tuán)可包括膠原質(zhì)，NADH，和卟啉。血色素是吸收發(fā)色基團(tuán)。為了使這項技術(shù)適用于臨床安裝，寬范圍熒光檢測和操作必須實時實施，并適合傳統(tǒng)的白光內(nèi)窺鏡。這些要求需要發(fā)展光譜成象工具。
未染色冷凍片段的熒光縮影照片用來研究解釋發(fā)出熒光的正常結(jié)腸粘膜和腺瘤息肉中的形態(tài)結(jié)構(gòu)。從氬-離子激光器獲得的351和364納米光線用作熒光激發(fā)，散射通過一系列帶有420,475,515,570和610納米的截止波長的阻擋濾波器收集。通過單一觀察者從1+到4+半量評定熒光強(qiáng)度。在正常粘膜中，從薄層中膠原質(zhì)獲得的、從420到700納米光譜帶的熒光評定為3+，相同散射帶寬的粘膜下層評定為4+。在上皮層中，從吸收細(xì)胞觀察到微弱的熒光，從杯狀細(xì)胞中沒有觀察到。H&E染色片段鑒別正常粘膜的組織組成。連續(xù)未染色片段的熒光圖象顯示出熒光結(jié)構(gòu)。在顯示熒光結(jié)構(gòu)的連續(xù)未染色片段的熒光圖象中觀察到不同。
在腺瘤粘膜的熒光顯微照片中觀察到一些不同。首先，在薄層中存在較少的膠原質(zhì)纖維，致使從上皮層獲得較小的熒光強(qiáng)度。還有，與在正常隱蔽細(xì)胞中觀察到的+/-相比，在隱蔽細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中觀察到的熒光量記錄為2+。最后，在腺瘤中存在較大數(shù)量的熒光顆粒。H&E染色片段的圖象包括從腺瘤息肉獲得的隱蔽細(xì)胞。從連續(xù)未染色片段獲得的熒光顯示出可觀察到的熒光量，在薄層中的嗜曙紅細(xì)胞的量比正常粘膜中的量要顯著地大。腺瘤息肉的粘膜下層評定為4+，其與正常粘膜相同。
已發(fā)展了一種描述從其顯微照相源臨床觀察到的熒光的方法。這個過程將每種微觀結(jié)構(gòu)的內(nèi)在熒光和其密度結(jié)合作為組織深度及入射和返回途徑的光學(xué)混濁性的函數(shù)。然后從臨床熒光光譜中獲得的每種熒光基團(tuán)的濃度可以被求出。在這種方法中，對于從正常粘膜中比從腺瘤中觀察到較大的熒光強(qiáng)度的原因包括(1)粘膜下層的熒光比位于上層的粘膜的熒光明亮約10倍。(2)粘膜消弱了進(jìn)入的激發(fā)光和返回?zé)晒?；如果粘膜足夠厚，那么位于下層的粘膜下層就不能有貢獻(xiàn)，但如果粘膜層薄，如在正常粘膜中，消弱就較小，產(chǎn)生了較明亮的組織熒光。(3)此外，腺瘤的熒光強(qiáng)度比正常結(jié)腸粘膜的熒光強(qiáng)度要小，可能由于異常結(jié)構(gòu)隱蔽細(xì)胞趨向替換薄層中的膠原質(zhì)，其是支配性的熒光基團(tuán)。(4)腺瘤表現(xiàn)出對370納米激發(fā)光和返回?zé)晒廨^大的消弱作用，是由于增加的富-血色素微脈管系統(tǒng)。
多光譜成象系統(tǒng)已發(fā)展出來，其可同時收集四個不同散射波長的熒光。在這種裝置中。纖維光學(xué)內(nèi)窺鏡的出口穿過4個空間獨(dú)立的干擾濾波器。通過多-監(jiān)視器系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)部分，四個圖象排列在增強(qiáng)的CCD陣列的象限中，CCD或如在圖2中所示的其他圖象裝置40，可有30,000個象素或更多。選取四個波長以優(yōu)化正常的和疾病組織間熒光光譜的對比。用337納米激發(fā)從人類尸體大動脈獲得的熒光，傳送從400,420,450和480納米獲得的散射產(chǎn)生無量綱對比函數(shù)。函數(shù)顯示出動脈粥樣硬化斑的值比正常動脈的值大4倍，使用假色重疊圖演示結(jié)果。這種工具也能在熒光光譜區(qū)別鼠腫瘤和周邊肌肉。有關(guān)這種系統(tǒng)的其他詳細(xì)資料在Wang,T.D.等人的“從人類結(jié)腸腺瘤獲得的熒光實時體內(nèi)內(nèi)窺鏡成象”，SPIE 1998學(xué)報，3259，其全部內(nèi)容參考收入本篇。
這種設(shè)計的分辨率受到圖象束的纖維的限制。使用4個熒光散射波長提供了正常組織和疾病組織間的較大的對比，并提供了疾病檢測過程發(fā)展中的機(jī)動性。然而，通過分離相似物中熒光散射，通過要素4減弱信號，從而降低SNR。并且4個光譜圖象必須以不同角度排列在檢波器上，其形成對圖象重合的競爭。并且，使用多個圖象的圖象處理算法增加了計算時間，其不清楚熒光在4帶包含無關(guān)信息。最后，在最接近內(nèi)窺鏡末端檢測熒光圖象，其具有臨床使用重合白光以及操作工具的困難。
僅收集2個散射帶的多光譜成象系統(tǒng)的簡單模式已發(fā)展出來。這種設(shè)計用束分離設(shè)備將熒光散射分離到兩個增強(qiáng)的CCD相機(jī)上。在442納米處氦鎘激光器通過光纖氣管鏡的照明束傳遞激發(fā)光。在2個帶內(nèi)濾過熒光散射光，一個在480和520納米之間，另一個波長大于630納米。排列兩個光譜圖象，一點一點的比強(qiáng)度來區(qū)別正常組織和疾病組織，并形成彩色圖象。這種方法消除了照射光距離和角度的影響，以及組織反射特性的影響。彩色相機(jī)獨(dú)立地裝配以觀察白光圖象。在53位患者和41位志愿者中臨床測試了這個系統(tǒng)，在328個部位將結(jié)果與傳統(tǒng)的白光氣管鏡比較。一個的靈敏性為73％，其比在原位檢測異常結(jié)構(gòu)和癌癥中的白光中發(fā)現(xiàn)的48％要大的多。兩種方法發(fā)現(xiàn)有相同的特異性94％。
在臨床系統(tǒng)中，用雙通道電子結(jié)腸內(nèi)窺鏡(Pentax EC-3800TL)收集白光和熒光圖象。這種模式包括兩個活組織檢查通道，直徑分別為3.8毫米和2.8毫米。內(nèi)窺鏡的外徑是12.8毫米，工作長度為1.7米。多-元件物鏡的視域具有擴(kuò)張半角為60度，焦距深度范圍為5到100毫米。白光照射由300瓦短弧氙燈產(chǎn)生。對白光和熒光圖象使用相同的檢波器，可獲得完美的重合。這種特點對于產(chǎn)生診斷重疊圖是很理想的。
一個照射探頭包括200μm核心直徑光學(xué)纖維NA=0.40，與3毫米直徑BK7玻璃顯微鏡頭(F#=-1)連接。照射探頭插入到一個工具通道中，頂端置于與結(jié)腸內(nèi)窺鏡的末梢端齊平的位置上。波型混頻器夾在激發(fā)纖維的最接近端以最大化光的擴(kuò)張角。通過leur鎖將探頭附著在結(jié)腸內(nèi)窺鏡的最接近端以防移動。將300毫瓦的功率傳遞到組織。CCD檢波器(TI TC210)的光譜反應(yīng)截止在約400納米，在激發(fā)波長λex=351和364nm3時是可以忽略的，這樣就消除了需要長通濾波器以阻斷從激發(fā)光來的鏡面反射。兩個工具通道使得光學(xué)纖維照射探頭和活組織檢查鑷子可同時使用。圖1演示了帶有圖象束20的內(nèi)窺鏡10的示意圖，帶有圖象束20的內(nèi)窺鏡的活組織檢查示意，和照射端口14。裝置的末梢端定位在離組織距離d的位置上。涉及這個系統(tǒng)的一個問題是由照射系統(tǒng)產(chǎn)生的陰影。下面描述的本發(fā)明的一個重要特性是補(bǔ)償組織16表面陰影的方法。
當(dāng)使用白光照射時，由使用者將足蹋開關(guān)激活以阻斷激發(fā)光，反之亦然，使用一對計算機(jī)控制快門(Uniblitz VS14)。對于獲得每種熒光圖象的整合時間為33毫秒。如圖3中所示，臨床熒光成象系統(tǒng)40包括試頻處理器48，計算機(jī)44，監(jiān)視器46，mavigraph 50,VCR 52，激光42，和結(jié)腸內(nèi)窺鏡54。
電子結(jié)腸內(nèi)窺鏡54使用CCD檢波器在末梢端檢測光子。本發(fā)明的一個重要方面是，在低于400納米時，德克薩斯工具TC-210 CCD檢波器的光譜反應(yīng)下降的足夠快，從UV激發(fā)作用中沒有觀察到漫反射。事實上，實質(zhì)上沒有比漫反射和熒光在強(qiáng)度上大幾次方數(shù)量級的鏡面反射被觀察到。使這個系統(tǒng)成為可能的另一個方面是，在沒有使用增強(qiáng)器的情況下，檢波器有充分的靈敏性檢測從結(jié)腸粘膜獲得的熒光。因為檢波器位于末梢端，光學(xué)傳遞效率僅由位于檢波器和組織之間的多-元件物鏡確定。本發(fā)明的這個具體實施的另一個顯著特點是相同的芯片可檢測白光和熒光圖象，這樣在假-色重疊圖上可出現(xiàn)完美的重合。并且，對能防礙臨床醫(yī)生實施這種方法的能力的結(jié)腸內(nèi)窺鏡不需要修正。
這個系統(tǒng)的一個限制是芯片的帶寬選擇性和光譜分辨能力。TC210是單色檢波器，收集全部可視光譜的熒光。在CCD前很難使用帶通濾波器，因為光是在高達(dá)60度的角度收集的。然而，RGB檢波器存在，其含有對紅，綠和藍(lán)光敏感的象素，能在3個框內(nèi)產(chǎn)生熒光圖象。然而通帶由成象電路的集成電路制造商確定。應(yīng)當(dāng)注意的是也可使用門控機(jī)理，其需使用脈沖激光作為激發(fā)光源。其他激發(fā)光源包括CW激光和寬或窄帶光源。
由開關(guān)76操作的電子成象系統(tǒng)的框圖在圖5中演示。氬-離子激光器60通過快門62傳遞UV光進(jìn)入與位于結(jié)腸內(nèi)窺鏡的一個工具通道的顯微鏡頭連接的頭石英光學(xué)纖維中，而白光64通過開關(guān)66被傳遞到端口70的照射纖維中。一對快門62,55通過數(shù)字輸入/輸出(I/O)卡74由計算機(jī)控制。熒光和白光圖象都由在末梢端的CCD 72檢測?？虿都?8將熒光和白光圖象順序地數(shù)字化。主微機(jī)執(zhí)行圖象處理運(yùn)算并顯示假-色重疊圖。Mavigraph用來將有重疊圖的白光圖象轉(zhuǎn)換成能由VCR記錄的格式。
圖6中標(biāo)繪圖顯示了用電子成象系統(tǒng)收集的從14個框的平均值獲得的熒光強(qiáng)度。象素行從正常結(jié)腸粘膜顯示。在中心SNR約為30，在外圍其下降到約10。這樣，對于區(qū)別正常結(jié)腸粘膜和腺瘤的工具噪聲限制檢測，全視域滿足了4的最小SNR要求。
從熒光圖象強(qiáng)度中的平均值獲得的框-到-框的不同可在圖7A和7B中看到，其顯示了沿象素行在單一框的值與14個框的平均值相比兩者之間的不同。在圖7A中標(biāo)繪圖是圖6中所示的正常樣品的圖，在圖7B中的標(biāo)繪圖是中心含有腺瘤的粘膜樣品的圖。與正常和腺瘤組織間的熒光強(qiáng)度的不同相比，平均值的變化較小。這樣，從象素-到-象素的不同產(chǎn)生的假正值的存在率就較小。
人為圖象拖影出現(xiàn)在電子成象系統(tǒng)獲得的熒光圖象中。這種人為圖象的產(chǎn)生是因為當(dāng)CCD行被電子讀取時，UV激發(fā)光沒有被阻斷，其在正常的白光照射下通過旋轉(zhuǎn)輪使用空間獨(dú)立的濾波器實施。這種人為圖象可在圖象數(shù)據(jù)的處理軟件中除去。
實施研究以確定能安全地傳遞到結(jié)腸粘膜上的UV光的量。順序地收集白光和熒光圖象。收集從30個患者的14個結(jié)腸腺瘤和6個增生息肉中獲得的熒光圖象。最后，用單點EEM光譜收集類似物中的熒光圖象。從這些研究中，對熒光圖象收集的實時執(zhí)行的效力，處理，和隨著結(jié)腸中移動的顯示進(jìn)行評定。此外，評定存在于結(jié)腸粘膜中的人為源如粘液，大便，及術(shù)前準(zhǔn)備。還有，解剖結(jié)腸使得它按所需以大入射角收集圖象，確定使用這些限制的移動平均數(shù)算法的效力。最后，將熒光圖象的強(qiáng)度與從單點光學(xué)纖維探頭獲得的相比。
使用的激發(fā)光源是Coherent Innova 328。這種激光定額1瓦UV，需要60安培208伏電力及3加侖/分鐘的水。激發(fā)光連接到光學(xué)纖維裝置中，裝置包括需將激發(fā)光傳遞到結(jié)腸內(nèi)窺鏡末梢端的12.5米和16.5米長的纖維。
首先，激發(fā)光纖必須插入到結(jié)腸內(nèi)窺鏡中。接著，使用一種方法在白光和激光照射之間快速開關(guān)。最后，必須實施一種白光圖象快速并精確地重合熒光結(jié)果的方法。
結(jié)腸內(nèi)窺鏡方法包括對患者使用混合4盎司水的3盎司艦牌磷雜蘇打的術(shù)前準(zhǔn)備。用370納米激發(fā)光，在結(jié)腸粘膜上使用光纖接觸探頭不能從術(shù)前準(zhǔn)備混合物檢測出熒光。
使用電子內(nèi)窺鏡，在常規(guī)結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查期間，體內(nèi)順序收集白光反射和熒光圖象。白光圖象可包括紅色的動脈脈管模型，和藍(lán)色的靜脈輪廓。鏡面反射的斑紋在較低的半個圖象中可以看到。正常粘膜的熒光表現(xiàn)均勻，隨著熒光強(qiáng)度的降低散布著動脈的模型。這種結(jié)果是由于血色素對熒光散射的吸收作用。靜脈沒有出現(xiàn)在熒光圖象中，實質(zhì)上沒有從激發(fā)光來的鏡面反射。在熒光上的照射區(qū)域比在白光上的要稍小，如在圖4中所示。
一個實例演示了腺瘤息肉的圖象收集，處理，評定的過程。從位于正常中的散發(fā)息肉中獲得的白光內(nèi)窺鏡圖象顯示了帶有約5毫米直徑可視結(jié)構(gòu)特征的息肉位于接近中心的較低的半個圖象中。在原熒光圖象中腺瘤表現(xiàn)為圍繞較明亮的中心區(qū)域的降低強(qiáng)度的區(qū)域。
這種圖象與其自身的移動平均數(shù)圖象相比，乘以100得到百分比圖象。在60％,75％和90％處得到的處理過的熒光圖象上的界限值用來確定界定有不同含異常結(jié)構(gòu)可能性的粘膜的區(qū)域的輪廓線。然后將輪廓線用假色填充突出要作活組織檢查的組織區(qū)域。假色紅，綠和藍(lán)分別指定為在白光圖象中具有大、中和低可能性的區(qū)域。發(fā)現(xiàn)組織上是腺瘤狀的息肉。
顯示疾病的重疊區(qū)域包括一個位于腺瘤部位的區(qū)域，和其他兩個區(qū)域是由粘膜折疊產(chǎn)生的陰影。陰影表現(xiàn)為熒光圖象上降低強(qiáng)度的區(qū)域。這些結(jié)果可通過直接將內(nèi)窺鏡常態(tài)置于粘膜表面而最小化。并且，從陰影產(chǎn)生的重疊區(qū)域隨著內(nèi)窺鏡與組織表面間的角度變化而發(fā)生大小和形狀上的改變，而那些產(chǎn)生于腺瘤的重疊區(qū)域大小保持不變。
從實施常規(guī)結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查的、總數(shù)為30位的患者處收集白光和熒光圖象，包括從14個腺瘤和5個增生息肉獲得的圖象。對每個腺瘤和一個鄰近正常部位進(jìn)行活組織檢查。用移動平均數(shù)算法處理熒光圖象，檢測的靈敏度確定為范圍從55％到90％的界限值的函數(shù)。靈敏度的結(jié)果在圖8中標(biāo)繪出。
結(jié)腸粘膜的自體熒光圖象可在體內(nèi)通過內(nèi)窺鏡收集，并能用來鑒別和定位腺瘤息肉形式中的異常結(jié)構(gòu)。熒光圖象的SNR通常超過30。通過高靈敏性的熒光算法正確地鑒別腺瘤。如在圖8中所示，當(dāng)以常態(tài)入射光收集圖象時，體內(nèi)檢測的靈敏度與體外研究中獲得的靈敏度是可比的。在界限值為75％時，與體外試驗的靈敏度92％相比，結(jié)腸腺瘤的檢測靈敏度是86％。為了確定特異性，必須確定真負(fù)值和假正值。然而，真負(fù)值(假正值)是在熒光上發(fā)現(xiàn)是正常(疾病)的正常粘膜的區(qū)域。這些結(jié)果沒有得到是因為附加的活組織檢查會產(chǎn)生附加的穿孔的風(fēng)險。而且，從增生息肉獲得的熒光，不是異常結(jié)構(gòu)，沒有從移動平均數(shù)算法中得到疾病區(qū)域。
比較圖象大小，體內(nèi)圖象包括10×10平方厘米的粘膜區(qū)域，而在體外研究中的結(jié)腸粘膜的樣品僅有2×2平方厘米。在這樣大的視域中，結(jié)腸包括許多粘膜折疊，并且這些組織層阻斷了激發(fā)光到達(dá)位于其后的正常粘膜。這樣產(chǎn)生了陰影。這些折疊在體外研究中不存在。處理過的熒光圖象上的診斷錯誤主要由于這些陰影。使用的熒光方法依據(jù)是正常粘膜和異常結(jié)構(gòu)粘膜之間的強(qiáng)度差異。然而，在沒有異常結(jié)構(gòu)存在的情況下，陰影表現(xiàn)為降低強(qiáng)度的區(qū)域。這種人為事故可由熒光激發(fā)幾何形態(tài)解釋。熒光激發(fā)光由位于活組織檢查端口中的一根光纖方便地提供。這種工具通道的中心距CCD檢波器的中心8.3毫米。另一方面，白光圖象由中心位于距檢波器僅3.8毫米的兩根光纖照射。這樣，在白光圖象上的陰影沒有在熒光圖象上的明顯。
熒光技術(shù)使用單一熒光散射帶檢測腺瘤。當(dāng)在體外將結(jié)腸內(nèi)窺鏡以常態(tài)入射置于損害上時，這種方法實施良好，沒有粘膜折疊存在。然而，熒光原型臨床應(yīng)用期間，內(nèi)窺鏡的視線常常被腺瘤的邊限制。因為結(jié)腸是管狀結(jié)構(gòu)，一些腺瘤在解剖學(xué)上位于實際上不可能使內(nèi)窺鏡以常態(tài)入射朝向損害的部位。結(jié)果，損害的一邊可能沒有被正常結(jié)腸粘膜圍繞著。另一種情況是正常粘膜距產(chǎn)生熒光強(qiáng)度比腺瘤產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度足夠大的位置太遠(yuǎn)。
從原圖象測定熒光強(qiáng)度。在腺瘤內(nèi)的三個部位(在表3中列為左，中，右)獲得標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)度值和強(qiáng)度比率。圖9中標(biāo)繪圖包括腺瘤的熒光強(qiáng)度輪廓，分別表示原熒光和百分比值。腺瘤直徑約為8毫米。在熒光上，損害位于標(biāo)在橫坐標(biāo)上的11毫米和19毫米之間，其在圖9中鄰近x-軸的位置用垂直線標(biāo)出。大部分腺瘤在損害中心表現(xiàn)出單一熒光強(qiáng)度最小值；正常象素和疾病象素間的平均比率分別為中心1.8±0.5，左邊中點為2.0±0.6，和右邊中點為2.0±0.7。在這些部位的平均強(qiáng)度比率為2.0±0.6。這種方法的結(jié)果顯示，體內(nèi)熒光研究中的正常結(jié)腸粘膜和腺瘤間的不同與體外研究中的非常相似。
同樣地，從原圖象中測量增生息肉的熒光強(qiáng)度。在息肉內(nèi)的三個部位(在表3中列為左，中，右)獲得標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)度值和強(qiáng)度比率。圖10中標(biāo)繪圖包括增生息肉的熒光強(qiáng)度輪廓，分別表示原熒光和百分比值。增生息肉直徑約為5毫米。在熒光上，損害位于標(biāo)在橫坐標(biāo)上的17毫米和22毫米之間，其在圖10中鄰近x-軸的位置用垂直線標(biāo)出。增生息肉在整個與正常結(jié)腸粘膜連續(xù)的損害中表現(xiàn)出近似均勻的熒光強(qiáng)度。正常象素和疾病象素間的平均比率分別為中心1.1±0.1，左邊中點為1.2±0.1，和右邊中點為1.1±0.2。在這些部位的平均強(qiáng)度比率為1.1±0.2。因為這個平均比率值沒有比正常粘膜的平均比率值有顯著不同，所以使用這種強(qiáng)度值方法會鑒別出沒有疾病區(qū)域是不令人吃驚的。
在體內(nèi)圖象中，脈管模型清楚地顯示在白光和熒光圖象中。在體外圖象中脈管不明顯，可能是因為有生命力的結(jié)腸的血液供應(yīng)不再是完整的。血液中的血色素是眾所周知的光的吸收劑，產(chǎn)生弱熒光強(qiáng)度的線性模型。這樣，從血液脈管的原熒光圖象測得強(qiáng)度。如在表3中所示，從血液脈管測得的強(qiáng)度比率是1.3±0.1。這個值比從腺瘤測得的平均值顯著地小，這樣，在重疊圖上血液脈管會不以人為源存在。而且，根據(jù)它們的形狀可使用圖象處理方法除去血液脈管。在表3中，對腺瘤，增生息肉，和血液脈管的強(qiáng)度比率進(jìn)行歸納比較。
內(nèi)窺鏡圖象和單點光譜都能提供有關(guān)組織生物化學(xué)的有價值的信息。每種方法有它自身的優(yōu)點和不利之處。內(nèi)窺鏡收集圖象，并提供亞次毫米分辨率的空間信息。正常粘膜和腺瘤之間的熒光強(qiáng)度可以從相同圖象區(qū)域在毫米片段內(nèi)相互比較。還有，可遠(yuǎn)距離收集熒光圖象，這樣在整個圖象區(qū)域組織上的壓力是均勻的。然而，用熒光獲得光譜信息更困難。因為涉及較大區(qū)域，除了使用較大的激發(fā)功率，熒光能量在每個象素上會變得太弱而不能維持充分的SNR。
在另一個方面，單點光學(xué)纖維接觸探頭從直徑僅約為1毫米的區(qū)域收集熒光。使用增強(qiáng)光學(xué)多-通道分析儀(OMA)，使用好的光譜分辨率和高的SNR可測定寬帶寬光譜。然而，探頭必須放置在粘膜上的幾個部位以取樣測試正常和腺瘤之間的不同。通常，取樣的正常粘膜距腺瘤幾厘米遠(yuǎn)，絕對強(qiáng)度的比較會由于距離受到生物變異性的影響。
在體內(nèi)測定期間，探頭在息肉上的接觸程度可以是變化的，因為結(jié)腸的肌肉組織不停地收縮和擴(kuò)張。結(jié)果，產(chǎn)生運(yùn)動使得探頭定位困難。腺瘤是園的并且光滑，結(jié)腸壁的運(yùn)動使得完全接觸息肉表面非常困難。而且，光學(xué)纖維的末梢端不是平的，而有一個17度的傾角。這樣，傾斜邊的方向也會影響接觸程度。
結(jié)腸內(nèi)窺鏡方法的結(jié)果顯示，將探頭放置在息肉上收集全部EEM所需的0.5秒時間是很困難的。在圍繞腺瘤的正常粘膜上觀察到表示激發(fā)光源的不同顏色的光逃逸。這種觀察結(jié)果說明將激發(fā)能量傳遞到息肉上和對熒光散射的收集是不完全的。探頭接觸被粘膜的生理運(yùn)動阻礙，被平坦的探頭放置在光滑的、半球形表面的事實阻礙。對于在正常粘膜上收集光譜，接觸不是問題，因為這個表面是平坦的。
而且，正常粘膜強(qiáng)度和腺瘤強(qiáng)度之間的比率也能受到施加在每個部位上的不同壓力的影響。一項體外試驗在包含一個腺瘤的結(jié)腸粘膜的切除樣品上實施。在光譜范圍為400到700納米之間測定熒光強(qiáng)度與穿過結(jié)腸內(nèi)窺鏡活組織檢查通道的探頭所施加壓力的關(guān)系。用天平測定壓力。如圖11中所示，熒光強(qiáng)度隨著壓力的增加而增加，如果在正常部位和腺瘤部位施加的壓力相同，那么強(qiáng)度比率不變。然而，其在臨床獲取光譜期間通常不是這樣。正常粘膜相對平坦，用幾克的壓力測定就能在實質(zhì)上完全的探頭接觸下實施。在另一個方面，在息肉上的壓力不可能使用的與在正常部位上的一樣，因為探頭會滑掉。在正常部位上的壓力估計約為5克，而在腺瘤上的壓力估計接近零。這樣施加在正常粘膜上和腺瘤上壓力的不同可能致使強(qiáng)度比率從2增加到3，如在圖11中所示。
并且，在結(jié)腸內(nèi)窺鏡方法的記錄圖象上，在收集光譜期間，正常粘膜在探頭放置的部位上顯示出鋸齒狀。這種觀察結(jié)果證實了在數(shù)據(jù)收集期間有幾克的壓力施加在正常粘膜上的估計。在另一個方面，當(dāng)任何顯著的壓力施加在息肉上時，觀察到探頭從息肉上滑掉，這是由表面的潮濕造成的。這樣，施加在腺瘤上的壓力是明顯較小的。
體外實施另一種方法比較在圖象和單點上測定的正常粘膜和腺瘤之間的熒光強(qiáng)度比率。獲得含有兩個腺瘤的結(jié)腸粘膜的切除樣品的白光和熒光圖象。在圖象和單點上測定直接鄰近腺瘤的7個正常部位的強(qiáng)度。結(jié)果包括標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)度，這樣每個系統(tǒng)的平均值是100。這個步驟可使在每個點上進(jìn)行直接比較，顯示強(qiáng)度彼此在約10％的范圍內(nèi)。并且，在圖象上標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)度值范圍為從68到155，在單點上范圍為從63到136。這樣，在正常粘膜上測得的強(qiáng)度取決于用兩種方法取樣的部位，并且是可以變化的，系數(shù)超過2。
在表4中，在圖象和單點上確定了兩個腺瘤的標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度和強(qiáng)度比率。這些數(shù)值是在腺瘤的中心和左邊和右邊中點確定的。對于左邊腺瘤，在圖象上平均強(qiáng)度比率為1.43，在單點上為1.54。對于右邊腺瘤，在圖象上的平均強(qiáng)度比率為1.52，在單點上為1.72。這些結(jié)果顯示體外的圖象和單點之間的強(qiáng)度比率只有很小的不同。
給定成象系統(tǒng)和單點的不同的激發(fā)光和收集幾何形態(tài)，由Monte-Carlo模擬法計算熒光強(qiáng)度比率以確定熒光強(qiáng)度比率。在圖12中，演示了內(nèi)窺鏡100和單點探頭102的收集幾何形態(tài)的示意。內(nèi)窺鏡包括2.5毫米直徑的物鏡104，它懸空位于離組織表面距離20的位置。這種幾何形態(tài)對應(yīng)收集角為40度。探頭包括與組織16接觸的石英護(hù)罩。經(jīng)護(hù)罩106光學(xué)纖維位于距組織表面2毫米的位置，收集光NA=0.22，其對應(yīng)的收集角為12.7度。結(jié)腸粘膜對于激發(fā)和散射波長的光學(xué)參數(shù)在表2中列出。
在模擬法中使用的激發(fā)光是擴(kuò)張角為0度的無限-細(xì)光束。從均勻粗度激發(fā)光束獲得的組織上一點的熒光強(qiáng)度，可以由從無限-細(xì)激發(fā)光束的重疊收集到的熒光來確定，無限-細(xì)激發(fā)光束是從要測定的點的遠(yuǎn)距離上被增量替換的。然而，這個結(jié)果等同于在視域范圍整合熒光強(qiáng)度。組織的LSF在幾毫米內(nèi)下降很快，這樣，模擬法在表5中指定的收集角范圍內(nèi)整合2毫米區(qū)域。模擬的結(jié)果按照在組織表面收集的光和激發(fā)光之間強(qiáng)度比率顯示。在表5中，對于內(nèi)窺鏡和探頭，正常粘膜和腺瘤之間的強(qiáng)度比率分別是3.0和2.9。內(nèi)窺鏡和探頭強(qiáng)度比率相似，一個與體外研究一致的結(jié)果。內(nèi)窺鏡的強(qiáng)度比率比探頭的強(qiáng)度比率稍高，這與內(nèi)窺鏡的收集角較小是一致的。從高熒光粘膜下層來的光更可能達(dá)到有較小收集角的檢波器。
發(fā)展一種模型來定量在視域范圍以常態(tài)入射角由內(nèi)窺鏡成象系統(tǒng)收集的光子數(shù)。對于白光反射和熒光圖象這個結(jié)果都是有效的，并能適用在纖維光學(xué)成象束和電子成象系統(tǒng)。照射和散射輪廓的空間分布在其中心，朝著圖象的外圍下降。當(dāng)與檢波器噪音統(tǒng)計結(jié)合時，圖象的SNR也可以確定。這項分析顯示距離和光學(xué)收集幾何形態(tài)產(chǎn)生了其中在外圍的SNR常低于中心的SNR的輪廓圖。對于發(fā)展確定組織損害的算法，這個參數(shù)是必需的。還有，發(fā)現(xiàn)收集的光強(qiáng)度隨著內(nèi)窺鏡末梢端和組織之間的距離的平方而下降。并且，由附屬成象束收集的光受到光學(xué)纖維的孔徑數(shù)限制。這種分析工具可用來設(shè)計熒光成象系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)，并鑒別激發(fā)熒光所需的光源種類。
內(nèi)窺鏡成象模型發(fā)展的方法用來確定構(gòu)建兩個熒光成象系統(tǒng)需要的激發(fā)光源，光學(xué)元件和檢波器。首先的設(shè)計包括用增強(qiáng)的CID相機(jī)檢測最接近端的熒光圖象的纖維光學(xué)結(jié)腸內(nèi)窺鏡。使用一個400納米的長通濾波器阻斷反射的激發(fā)光，位于結(jié)腸內(nèi)窺鏡外端的石英光學(xué)纖維進(jìn)行圖象激發(fā)。其次的設(shè)計是對首先的設(shè)計進(jìn)行修正以適應(yīng)臨床應(yīng)用的要求。這個系統(tǒng)使用帶有雙工具通道的電子結(jié)腸內(nèi)窺鏡，檢測在末梢端的熒光圖象。使用低于400納米的CCD檢波器的截止光譜靈敏度，以避免反射的激發(fā)光。帶有高NA石英光學(xué)纖維的照射探頭與顯微鏡頭連接并插入到一個工具通道中進(jìn)行圖象激發(fā)。在兩個系統(tǒng)中，激發(fā)光源是氬離子激光器，其以約300毫瓦，λex=351和364納米傳遞，帶有框捕集器的微機(jī)用來獲得，處理，及顯示診斷圖象。
人類結(jié)腸腺瘤的自體熒光圖象體外用高SNR的纖維光學(xué)系統(tǒng)收集。對于結(jié)腸壁的寬范圍監(jiān)測，有100平方毫米大的粘膜區(qū)域必須被照射。并且，遠(yuǎn)距離收集內(nèi)窺鏡圖象，收集的強(qiáng)度隨著距離d的平方而下降。預(yù)先，從照射區(qū)域約為1平方毫米的接觸探頭收集熒光光譜。這項研究的結(jié)果顯示使用在這種設(shè)計中的激發(fā)光源，光學(xué)元件，檢波器能收集具有充分SNR以區(qū)別正常結(jié)腸粘膜和腺瘤的自體熒光圖象。在纖維光學(xué)系統(tǒng)中，達(dá)到了超過30的SNR，其超過了最小SNR需求7。
然后從體外切除結(jié)腸粘膜樣品收集熒光圖象，以評估這項技術(shù)對異常結(jié)構(gòu)寬范圍監(jiān)測的潛在應(yīng)用。對從患有包括息肉和非息肉腺瘤的家族腺瘤息肉的三個患者中獲得的結(jié)腸切除術(shù)樣品進(jìn)行研究。由于距離和工具的光收集效率的不同，通過標(biāo)準(zhǔn)化將每個原圖象進(jìn)行修正成空間平均圖象。然后使用強(qiáng)度界限來鑒別粘膜的疾病區(qū)域。檢測異常結(jié)構(gòu)的靈敏性和特異性取決于所選取的界限值。對于平均常態(tài)強(qiáng)度設(shè)定界限值為75％時，得到靈敏性為90％和特異性92％。正常粘膜的平均熒光強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)比腺瘤的大，系數(shù)為2.2±0.6。這些結(jié)果說明了這項技術(shù)指導(dǎo)活組織檢查部位選取的潛在應(yīng)用。
從體外研究得到的結(jié)果提供了進(jìn)行體內(nèi)研究的動力。使用電子系統(tǒng)收集從體內(nèi)結(jié)腸腺瘤得到的自體熒光圖象。在這個系統(tǒng)中，SNR也超過了30，超過了最小SNR需求4。從實施常規(guī)結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查的30位患者的14個腺瘤和6個增生息肉收集熒光圖象。熒光圖象收集在33毫秒的框內(nèi)，并通過用移動平均數(shù)圖象劃分原熒光圖象來處理。處理過的圖象顯示出可能含有腺瘤形式異常結(jié)構(gòu)的粘膜區(qū)域，如組織學(xué)上所驗證的。對于平均常態(tài)強(qiáng)度設(shè)定界限值為75％時，得到檢測腺瘤的靈敏性為86％，增生異常的特異性為100％。平均來講，正常粘膜熒光強(qiáng)度和腺瘤熒光強(qiáng)度之間的比率為2.0±0.6，正常粘膜熒光強(qiáng)度和增生息肉之間的比率為1.1±0.2。當(dāng)結(jié)腸內(nèi)窺鏡以常態(tài)入射時，在熒光上的疾病區(qū)域與在白光上的腺瘤完好對應(yīng)。在用較大角度時，陰影會有較大影響。這些結(jié)果顯示異常結(jié)構(gòu)可以在體內(nèi)在熒光上鑒別。
在單點光學(xué)纖維接觸探頭研究中，在460納米的正常結(jié)腸粘膜和腺瘤之間的熒光平均強(qiáng)度比率約為3，而在內(nèi)窺鏡成象檢查中這個比率測定為2.0±0.6。熒光圖象和單點的體外測定的直接比較顯示，在圖象中測得的強(qiáng)度比率與從單點測得的強(qiáng)度比率相比，它們之間只有小的差別。有兩種可能性能解釋兩種方法之間強(qiáng)度比率的差別。首先，用單點方法測得的比率3是在體內(nèi)實施的。體外可能會得到較低的比率，因為血液流動的損失，已知血液流動吸收光。
另外，比率的不同可能由于接觸和壓力的人為因素，結(jié)腸內(nèi)窺鏡方法的錄像帶顯示，將探頭放置在息肉上收集全部EEM所需的0.5秒時間是非常困難的。表示激發(fā)光源的不同顏色的光可觀察到，這說明將激發(fā)能量傳遞到息肉上和對熒光散射的收集是不完全的。探頭接觸被粘膜的生理運(yùn)動阻礙，被平坦的探頭放置在光滑的、半球形表面的事實阻礙。對于在正常粘膜上收集光譜，接觸不是問題，因為這個表面是平坦的。并且，增加的壓力發(fā)現(xiàn)提高了收集的熒光強(qiáng)度。施加在正常粘膜上的壓力比施加在息肉上的壓力要高。當(dāng)施加任何顯著的壓力時，就會看到探頭從息肉上滑掉。體內(nèi)接觸和壓力的不同導(dǎo)致了正常粘膜和腺瘤之間的較高比率。在另一個方面，遠(yuǎn)距離收集熒光圖象，對于正常粘膜和腺瘤壓力和接觸參數(shù)是一致的。
最后，臨床研究的結(jié)果確定改進(jìn)熒光內(nèi)窺鏡圖象的靈敏性和臨床應(yīng)用的未來方向。陰影人為因素可通過使用兩個白光端口照射組織來降低。這種修正可通過用石英替換玻璃纖維獲得，這樣可使白光和激發(fā)光都被傳遞。并且，陰影人為因素，入射角，及檢測率都能通過收集包括兩個或多個熒光圖象的多-光譜圖象來改進(jìn)。最后，同時收集EEM光譜可用來確定產(chǎn)生較高強(qiáng)度對比比率的新的激發(fā)波長。
異常結(jié)構(gòu)組織表現(xiàn)出紅色熒光增加，其可檢測的以改進(jìn)疾病檢測的靈敏度。這樣另一個具體實施包括收集多散射波長。收集多熒光散射波長的一種方法是，使用帶有對可視光譜的紅，綠，和藍(lán)(RGB)區(qū)域敏感的CCD檢波器的電子內(nèi)窺鏡(如，Olympus，模式CF I OOTL)。從每個RGB框獲得的熒光圖象可被捕獲，處理，提供出使用在診斷方法中更詳細(xì)的信息。而且，使用不同波長的圖象的光譜譜線形狀信息降低了所有幾何形態(tài)的失真。TI TC224在640納米時量子效率為30％，在480納米時為15％(TI手冊，1994)。由370納米圖象數(shù)據(jù)和EEM數(shù)據(jù)推斷，預(yù)計紅光中SNR為10∶1，藍(lán)光中為50∶1。
在電子結(jié)腸內(nèi)窺鏡的末梢端實施檢測有許多實際優(yōu)勢。首先，對于白光和熒光圖象可使用相同的檢波器。單一檢波器不僅產(chǎn)生兩個圖象的完美重合，還避免交換相機(jī)的需要，交換相機(jī)是很麻煩的。其次，較少的光學(xué)元件產(chǎn)生了比纖維光學(xué)成象束顯著高的熒光光子的傳遞效率。再次，CCD象素的填密的幾何形態(tài)使得檢測有最小的表面積損失，不象纖維光學(xué)成象束是六邊形的填密排列。
雖然使用末梢端位置的CCD檢測熒光圖象有優(yōu)點，但用最接近檢測的纖維光學(xué)成象束也有優(yōu)點。末梢CCD的光譜帶受末梢檢波器的RGB反應(yīng)限制，而由纖維光學(xué)成象束收集的熒光可被濾波成無限制量的光譜圖象。還有，在最接近處檢測的熒光圖象可以容許使用門控式增強(qiáng)器檢測。這種裝置能使用脈沖激光。
EEM研究提供了有關(guān)新的成象措施的有價值指導(dǎo)。結(jié)果顯示接近410納米的激發(fā)是有用的。與用我們當(dāng)前的激發(fā)波長獲得的正常組織和腺瘤組織之間的對比相比，由藍(lán)色熒光提供的對比大大地增強(qiáng)了(10∶1對2∶1)。此外，腺瘤的紅色熒光相當(dāng)明顯。使用λex=365納米到這種新的激發(fā)波長而發(fā)展出的形態(tài)模式的結(jié)論的推斷顯示，藍(lán)色熒光包括有關(guān)隱蔽細(xì)胞擁擠和粘膜厚度的信息，紅色熒光包括熒光隱蔽細(xì)胞異常結(jié)構(gòu)的信息。因此，在紅色和藍(lán)色散射波長處收集圖象應(yīng)提供高對比的診斷圖象和顯著新的組織上的信息。此外，比率圖象能用來標(biāo)準(zhǔn)化除去陰影影響。成象研究的下一個階段會使用410納米的激發(fā)光。氪-離子激光器(Coherent Innova模式302)會在407和413納米兩組處提供500毫瓦功率。這種量的功率對在紅光和藍(lán)光帶獲得大的熒光信號是足夠的。這種激光器會與現(xiàn)有的365納米的氬-離子激光器一起安裝在BWH激光實驗室中。
此外，可以使用多激發(fā)波長。一種方法會使用氪離子激光器的407和413納米組激發(fā)光來激發(fā)紅色熒光，并保留氬離子激光器的365和351納米組激光來激發(fā)藍(lán)色熒光。兩個硬件構(gòu)造包括(1)在觀測設(shè)備和相機(jī)之間有可換向的濾波器輪的纖維內(nèi)窺鏡，(2)雙芯片內(nèi)窺鏡。這樣的系統(tǒng)已被發(fā)展出，如由美國醫(yī)院有限公司發(fā)展的內(nèi)窺鏡的立體視景?？捎霉庾V截止機(jī)理修改芯片上的一個窗口。紅光敏感成象通道的時間選擇可與激發(fā)光同步。
可研究407-413納米的滿反射圖象以獲得有關(guān)組織血色素含量的信息。這個圖象可通過在白光源前安裝一個在旋轉(zhuǎn)輪上有適當(dāng)帶寬的濾波器來獲得。這種方法是在紅光和藍(lán)光框內(nèi)將這種反射圖象和熒光圖象比較。為了發(fā)展所需的算法，并決定如何優(yōu)化收集的光譜信息，可用410納米激發(fā)光的廣泛的接觸探頭實施研究。
使用365納米激發(fā)光的寬帶強(qiáng)度算法得到的陰影人為因素可以通過使用改進(jìn)的激發(fā)光幾何形態(tài)大大地降低。當(dāng)前，激發(fā)光是通過距CCD檢波器8.3毫米的位于活組織檢查通道中的單石英纖維傳遞的。使用距CCD芯片遠(yuǎn)距離的單照射光束會增強(qiáng)陰影。相反，在由這種結(jié)腸內(nèi)窺鏡產(chǎn)生的傳統(tǒng)白光圖象中，通過使用對稱位于CCD芯片相反邊上的兩個間隔近的白光照射光束來最小化陰影。通過用石英纖維替換照射纖維，UV光線可通過兩個白光照射端傳遞，兩個白光照射端僅離CCD檢波器3.8毫米。實施這項措施需要修改視頻處理器，以能輪換將白光和激光激發(fā)連接到照射纖維。
其他光譜內(nèi)窺鏡改進(jìn)可包括(Ⅰ)通過反饋控制調(diào)節(jié)組織表面的激發(fā)光強(qiáng)度。這可提供連續(xù)的照射，與觀察距離無關(guān)，對患者安全也是很重要的；(Ⅱ)通過在使用在內(nèi)窺鏡白光源中的檢波器輪的“空白”時間段調(diào)節(jié)熒光激發(fā)出現(xiàn)的時間，最小化在白光內(nèi)窺鏡成象顯示上熒光激發(fā)的拖影影響。激發(fā)光的反饋控制可通過測定熒光圖象上的平均強(qiáng)度來實施。這種平均值強(qiáng)度將會用來調(diào)節(jié)快門或濾波器輪的開啟時間。通過使用同樣的濾波器輪阻斷用來在白光模式上產(chǎn)生RGB照射的激發(fā)光，拖硬影響可以完全被除去。
如上所述，大型氬離子激光器用作近-LTV激發(fā)光源進(jìn)行成象研究。盡管對于這項研究是足夠了，但這種光源昂貴并體積龐大，只能在不連續(xù)的波長下操作。這樣的激光系統(tǒng)由于其特殊電力和水冷要求不能方便地移動，阻止了在多個部位的使用。選擇性激發(fā)光源可以考慮，其包括脈沖激光和帶有檢波器的白光源，兩種都是小巧的并可運(yùn)輸。
對于適合近-UV激發(fā)的應(yīng)用，使用脈沖NDYAG激光器，因為它可在355納米提供三次諧波輻射對光譜成象有充足的平均功率。在體內(nèi)和體外研究中，用300毫瓦的激光功率獲得好的SNR，其對應(yīng)每fi-ame 10毫焦耳能量。因此，在30赫茲操作的在355納米300毫瓦平均功率的5-10納秒脈沖持續(xù)時間的三倍頻率的NDYAG激光器是足夠的。使用CCD相機(jī)門控在約10納秒，這種短激發(fā)脈沖能同時獲得白光和熒光圖象。在這種短時間門內(nèi)白光背景是可以忽略的，避免需要遮住白光照射。這種激光器沒有特殊功率或水的要求，使用這種激光器的熒光內(nèi)窺鏡系統(tǒng)會方便運(yùn)輸。
水銀燈也可用作激發(fā)光源。這樣的光源小巧并輕便，可以提供很多波長的明亮的窄帶寬的照射。使用這種輕便光源簡化了系統(tǒng)設(shè)計并降低了成本，能制備較便宜單元設(shè)備使用在多個部位。關(guān)鍵的問題是，在所需的波長范圍內(nèi)是否有足夠的光能連接到照射纖維中。購得的150瓦氙燈的白光光源能傳遞80毫瓦那么多的白光到末梢端。使用50納米激發(fā)帶寬的光源，約20毫瓦的光能用來誘導(dǎo)組織熒光。
在所選取的波長處，水銀燈有比氙燈高5到10倍的輸出功率。這說明使用有相當(dāng)小燈絲的500瓦水銀燈，至少300毫瓦有用的激發(fā)光應(yīng)傳遞到照射纖維的末梢端，對于從結(jié)腸組織收集高質(zhì)量的熒光圖象應(yīng)是足夠的。此外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)SNR，照射的總面積可以減少，或者成象元件可以裝在一起。為這種應(yīng)用可選取具有適合的亮度，穩(wěn)定性和最小電干擾的燈及電力供應(yīng)。
目前，圖象處理方案根據(jù)的是對比原圖象和空間-平均圖象，使用界限值標(biāo)準(zhǔn)分類組織區(qū)域為正常的或疾病的。無論息肉大小，觀察角度和距離，平均窗口和檢測界限值是預(yù)彎曲的(pre-flexed)。這些預(yù)定的值限制了能精確測定的息肉的范圍。改進(jìn)的圖象處理和界限方法會使用空間平均的不同的窗口大小及不同的界限值。從原數(shù)字化圖象中得到的有關(guān)圖象中最大損害的直徑的信息會用來確定這些參數(shù)。這種隨著圖象區(qū)域中損害的變化而變化的窗口大小的改變會最大化強(qiáng)度比率，并優(yōu)化熒光方法的表現(xiàn)。
也可研究從多變量圖象中得到信息的圖象分析方法。多變量圖象是用不同變量測得的相同物體的一組疊合的圖象，如反射的波長，或熒光或Rainan帶強(qiáng)度。對于分析多變量圖象有許多方法是可用的，并且它們能修改而適用于圖象分析。通常，接下來有三個步驟，圖象處理，目標(biāo)分割，及對比測定。圖象首先根據(jù)所選取的操作進(jìn)行處理，如移動窗口平均數(shù)，強(qiáng)度差異或比率。處理過的圖象然后根據(jù)頻率和強(qiáng)度信息被分割。這個步驟可通過界限，快速/慢速下降，或區(qū)域生長來實施。這些方法可以依據(jù)概率方案與伴隨鑒別和損害顯示結(jié)合。
當(dāng)收集多個光譜圖象的技術(shù)發(fā)展了，這樣的圖象的數(shù)據(jù)庫建立了，更先進(jìn)的圖象分析方法，如主要組成分析和回歸分析可以使用。主要組成分析沒有假定一個已知(由原因推出結(jié)果)的分布，而是使用了一組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以得到有關(guān)表現(xiàn)出惡性化前變化的結(jié)構(gòu)的信息?；貧w技術(shù)依據(jù)的是建立兩組變量間數(shù)學(xué)關(guān)系的原理，如一些自變量和一個或多個因變量之間。例如，對數(shù)回歸將圖象中的光譜強(qiáng)度和異常結(jié)構(gòu)損害的組織病理學(xué)相互關(guān)聯(lián)。
熒光成象內(nèi)窺鏡的發(fā)展已證明了使用熒光實施寬范圍監(jiān)測結(jié)腸內(nèi)窺鏡方法的潛能。熒光圖象可以進(jìn)行實時分析，并能提供給內(nèi)窺鏡檢查者一個使用預(yù)先證實的算法確定的異常結(jié)構(gòu)可能性的即時解釋。此外，指導(dǎo)活組織檢查的能力可與本發(fā)明一起使用。在患有FAP的患者中，熒光成象可用來將粘膜活組織檢查指向內(nèi)窺鏡正常-顯示(非息肉)，但根據(jù)它們的光譜特點具有增加的可能性是異常結(jié)構(gòu)的區(qū)域。對活組織檢查的組織病理學(xué)評估會與光譜數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)以驗證“平坦”異常結(jié)構(gòu)的檢測。
下面的方法可用來確定熒光成象系統(tǒng)指導(dǎo)活組織檢查的能力。結(jié)腸壁的全部表面，在結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查中的及使用在結(jié)腸切除術(shù)中的切除樣品，進(jìn)行系統(tǒng)成象，并分離診斷為異常結(jié)構(gòu)選作直接活組織檢查的區(qū)域。診斷為良性的隨機(jī)區(qū)域也可取樣，通過組織分析證實光譜診斷。并且，并發(fā)癥的影響如炎癥也可進(jìn)行研究。一旦成象算法已被驗證，它可適用來檢測患有UC的患者的異常結(jié)構(gòu)。如在接觸探頭研究的情況中，UC的診斷算法一定能評估患有不同程度的背景炎癥的患者。對用接觸探頭EEMs研究的相同患者組進(jìn)行熒光成象研究。寬范圍熒光監(jiān)測的一項重要的潛在優(yōu)點是，在結(jié)腸內(nèi)窺鏡傳統(tǒng)監(jiān)測期間獲得的一個或多個不同的隨機(jī)活組織檢查可能由熒光成象的結(jié)果指導(dǎo)。那些活組織檢查可從隨機(jī)活組織檢查的剩余物中分離，來評估是否熒光成象能增加對隨機(jī)樣品異常結(jié)構(gòu)的檢測率。
快速EEM和光譜成象系統(tǒng)的發(fā)展代表了在儀器使用方面的兩個非常重要的進(jìn)步。兩個系統(tǒng)是互補(bǔ)的。成象系統(tǒng)實時觀察寬范圍的粘膜，EEM系統(tǒng)提供一個給定結(jié)腸粘膜部位的完全的光譜特征。適當(dāng)?shù)臅r候兩種工具可同時使用。EEM探頭可置于兩個通道的結(jié)腸內(nèi)窺鏡的第二通道中。這樣，每個系統(tǒng)可用來檢驗另一個。收入本篇的還有所附的出版物，題目為“從人類結(jié)腸腺瘤獲得的實時體內(nèi)內(nèi)窺鏡熒光成象”。
下面的表格比較了白光圖象，用內(nèi)窺鏡CCD觀察到的熒光圖象，和使用帶有增強(qiáng)CID相機(jī)的光學(xué)模件得到的熒光圖象預(yù)計的信號大小。下面列出的參數(shù)是從制造商的說明書或從試驗測定中得到的。
表1成象裝置模件定義Pentax(白光) Pentax(熒光UVλex(納米) 激發(fā)波長 -356 356λem(納米) 散射波長 -460 460Δλ(納米)散射帶寬 400-700 400-700 400-700Po(毫瓦) 功率 1300 300Δt(秒) 整合時間 0.0110.0110.033D(毫米) 距離 20 20 20直徑(毫米)區(qū)域照射 70 70 28θm(度) 最大角60 60 35Nf(象素/纖維)數(shù)885608856010000rL透鏡(毫米) 半徑 1.25 1.25 0.3εt組織效率 15.00E-05 5.00E-05fo填密組分 110.6Tf％傳遞纖維110.8Ti％傳遞圖象110.9To％傳遞光學(xué)110.9元件ηs 光電陰極 0.2 0.2 0.1效率g 組系數(shù)111Ns信號光子 1.7×105 2500 338Oe電子噪聲 55 55 50G 增益 1110,000SNR 信號/噪聲 407 34 18
表2正常λ(納米) λex=370 λem=460 λex=370 λem=460μa0.9 0.452.1 1.1μs15.09.5 8.5 5.9g0.9 0.9 0.9 0.9粘膜厚度(微米)450 450 10001000量子效率(粘膜)0.1 0.1 0.8 0.8量子效率(粘膜下層)0.1 0.1 0.8 0.8表3腺瘤增生血管標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度正常100.00+27.5100.00+18.1100.00+16.1左邊54.0±16.3 87.9±16.3中心59.9±16.7 95.9±16.7 75.3±5.1右邊54.4±17.7 98.1±17.7強(qiáng)度比率(正常/損害)平均2.0±0.61.1±0.21.3±0.1左邊2.0±0.61.2±0.1中心1.8±0.51.1±0.1右邊2.0±0.71.1±0.2
表4圖象 單點標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度強(qiáng)度 比率強(qiáng)度 比率左邊腺瘤左邊 65 1.54 58 1.72中心 74 1.35 74 1.35右邊 71 1.41 65 1.54平均 70 1.43 66 1.54右邊腺瘤左邊 61 1.64 57 1.75中心 81 1.23 67 1.49右邊 59 1.69 52 1.92平均 67 1.52 59 1.72表5內(nèi)窺鏡 探頭正常腺瘤正常腺瘤d(毫米)20 20 2 2θm(度)4 4 12.712.7n01.0 1.0 1.4 1.4n11.4 1.4 1.4 1.43702.8E-02 2.8E-02 4.2E-03 6.2E-044608.8E-05 2.9E-05 2.8E-03 9.7E-04比率 3.0 2.9
圖13以可與下面描述的改進(jìn)系統(tǒng)比照的形式表現(xiàn)了已在臨床實踐中論證的系統(tǒng)的示意略圖。演示的具體實施使用紫外線激光源200，由快門202轉(zhuǎn)換，用透鏡204聚焦到插入到內(nèi)窺鏡208的活組織檢查通道中的熔凝硅纖維探頭206中來傳遞到組織部位210上，以使光能照射組織的212區(qū)域。這樣，來自孔214的UV照射與來自內(nèi)窺鏡自身照射端口216的照射不同。在使用在臨床中的雙通道潘太克斯(Pentax)內(nèi)窺鏡中，這種方法使一個活組織檢查通道218空置。
內(nèi)窺鏡相機(jī)220通過其自身的來自寬帶氙弧光燈224和收集光纖元件226的光纖照射器222獲得它的白光照射。附有在計算機(jī)230控制232下的非標(biāo)準(zhǔn)快門228以使在獲取熒光圖象時將白光照射關(guān)閉。熒光圖象信號234通過內(nèi)窺鏡視頻處理器236處理，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)視頻信號238，其通過在計算機(jī)230中的框捕集器數(shù)字化。將處理過的帶有有關(guān)所觀察組織的信息的圖象信號240輸入監(jiān)視器242。整個診斷方法通過足蹋開關(guān)244啟動，足蹋開關(guān)通過電纜246與計算機(jī)相連。
圖14A顯示了熒光成象系統(tǒng)的一種設(shè)計，其消除了先前系統(tǒng)將圖象中的陰影鑒別為異常結(jié)構(gòu)區(qū)域的傾向。改進(jìn)的設(shè)計使用100瓦水銀(Hg)弧光燈光源302，二向色鏡子304和306，波長檢波器308和310及旋轉(zhuǎn)快門312和314以提供精確的時間控制，兩個獨(dú)立波長帶的組織-照射脈沖。第一個波長帶集中在近-紫外線光(365納米)水銀諧振線上，用來獲得UV自體熒光圖象。第二個波長待在可視光譜的紅光末端上，用來獲得同時發(fā)生的或接近-同時發(fā)生的，反射圖象，為了鑒別陰影和UV照射區(qū)域的范圍。
用內(nèi)窺鏡相機(jī)系統(tǒng)獲得的反射(非熒光)圖象測定了組織表面316在其觀察區(qū)域的亮度。就組織表面是Lambertian(非光譜)反射器來說(通常情況)，這種圖象顯示了組織距單一照射光源(或多光源的加權(quán)距離)的距離。如果這些照射光源不是在從相機(jī)到組織源的直接視線中，粘膜就會有陰影。這樣只要UV照射和可視照射以相同的擴(kuò)張角從相同的孔320中發(fā)出，反射圖象就能用來測量在組織表面上的UV照射318和在熒光圖象中存在的陰影。應(yīng)當(dāng)注意的是這種條件可通過穿過內(nèi)窺鏡324的活組織檢查通道的兩色照射纖維322來實現(xiàn)，或通過穿過內(nèi)窺鏡照射束326的兩色照射來實現(xiàn)。當(dāng)兩個診斷圖象得到時，快門328切斷內(nèi)窺鏡的正常白光照射。在計算機(jī)控制329下的快門328的關(guān)閉與通過線331控制的快門330的開啟同時進(jìn)行。這種功能能使兩色光到達(dá)纖維322，然后到達(dá)組織316。
使用可視參考圖象和熒光圖象的算法如下所述。從在內(nèi)窺鏡324末梢端的CCD相機(jī)來的視頻信號332通過視頻處理器334轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的NTSC彩色視頻信號336，并輸入計算機(jī)338中的框捕集器中。兩個圖象首先通過視頻處理器進(jìn)行適合視頻信號的非線性系數(shù)修正，以確保由計算機(jī)中的框捕集器獲得的數(shù)字化圖象是組織表面亮度的線性測位制。這是通過框捕集器輸入查表實時實施的。然后將兩個圖象對它們的峰值校準(zhǔn)，這通常是視域中的組織非異常結(jié)構(gòu)區(qū)域。這標(biāo)準(zhǔn)化了兩個照射區(qū)域。然后根據(jù)象素乘以象素(pixel-by-pixel)，將熒光圖象值除以可視參考圖象值。如果比率下降比預(yù)確定的界限值低(通常二分之一到三分之一)，那么在圖象中的那個象素表示熒光降低的指示異常結(jié)構(gòu)的區(qū)域。然后這個象素可在傳遞到監(jiān)視器342的輸出視頻信號340中被設(shè)定成假色狀態(tài)，以指示給臨床醫(yī)生有異常結(jié)構(gòu)的可能性。對兩個圖象預(yù)先界限值的需求確保獲得的比率是顯著的，并消除在陰影或視域邊緣的低照射區(qū)域中的假色輸出。每次壓下通過電纜346與計算機(jī)連接的足蹋開關(guān)344，整個操作發(fā)生。
在改進(jìn)設(shè)計中，UV-激發(fā)光脈沖和可視-參考光脈沖都被插入內(nèi)窺鏡的活組織檢查通道中的相同的光纖傳遞到組織。使用圖14A中所示的光收集設(shè)備的設(shè)計，確保了兩個照射光源具有相同角分布的條件。單一水銀弧光燈302用作兩個波長的光源。二向色鏡子304反射光譜中UV部分，并傳遞可視部分。在每條途徑中的檢波器進(jìn)一步凈化兩個光束的帶寬。UV濾波器308必須高程度地抵制可視光，因為460納米組織熒光的效率僅約為0.1％。在紅光途徑中的檢波器310不是至關(guān)重要的，但選取的中心波長應(yīng)避免血色素吸收帶，以提供最好的參考圖象。應(yīng)當(dāng)注意的是光束分離光學(xué)元件和光束結(jié)合光學(xué)元件的設(shè)計使得在UV和可視支路中具有均勻的反射光。這確保了由于燈的運(yùn)動產(chǎn)生的輸出光束的任何角偏差彼此跟蹤。它還使輸出光束的方向在光束分離和重結(jié)合光學(xué)元件的轉(zhuǎn)換及小旋轉(zhuǎn)下總體上不變。
在改進(jìn)光源設(shè)計中，通過水銀燈302的電流在適當(dāng)瞬間增加，以增加燈的UV曝露量輸出功率。這樣使得在進(jìn)行異常結(jié)構(gòu)檢查時在單一圖象中較大區(qū)域的組織被掃描到。在圖14B中的數(shù)據(jù)顯示從100瓦水銀燈獲得的UV輸出功率與它的輸入功率呈線性函數(shù)，至少超過額定功率3倍以上。因為不論電流是多少燈的弧光放電保持不變的電壓降，所以燈的輸出功率與電流本質(zhì)上是成比例的。然而，必須總保持燈的至少50％功率，以保持水銀處于氣相。在改進(jìn)熒光系統(tǒng)中的燈功率供應(yīng)348使用了直流電電流以維持無功效電流，及計算機(jī)控制350的可快速接通多個恒定電流電源以按成象系統(tǒng)所需改變燈的輸出功率的脈沖式電流。如果無功效功率保持低于額定功率，以及電流脈沖保持到足夠小的占空系數(shù)，那么脈沖UV輸出能維持連續(xù)。
依據(jù)圖14C中的時間圖，在UV途徑312中和光源的紅光途徑314中的旋轉(zhuǎn)快門設(shè)計用來提供脈沖照射光。這張圖顯示了帶有單色相機(jī)的這種熒光成象系統(tǒng)是如何使用的，其使用了氙弧光燈352來照射，旋轉(zhuǎn)藍(lán)光-綠光-紅光濾波器輪354來從3單色圖象合成彩色圖象。在這類系統(tǒng)中，脈沖藍(lán)光首先照射組織約6毫秒，在下一個6毫秒產(chǎn)生的組織反射圖象數(shù)字化。在讀取期間照射必須停止，因為當(dāng)象素是向讀取電子儀移動的直線時，使用的單色相機(jī)連續(xù)收集象素中的相片流。在讀取期間照射在圖象中產(chǎn)生污跡人為物。在正常藍(lán)光曝露期間UV照射是接通的，而在紅光曝露期間紅光照射是接通的。通常不使用綠光曝露時間段，但它能用來獲得其他參考圖象或其他UV熒光圖象?？扉T對使用LM1881視頻同步信號分離器電路從標(biāo)準(zhǔn)合成視頻輸出信號產(chǎn)生偶數(shù)/齊數(shù)框同步脈沖356的視頻獲取系統(tǒng)定時。鎖相環(huán)路(PLL)358和360通過變化它們的直流驅(qū)動電動機(jī)362和364的電壓，同步這個信號的遮光器輪的相。這個信號也可用來同步電流脈沖器348。在圖14A的示意中，遮光器輪在光束的校準(zhǔn)部分顯示。實際上，這些遮光器輪位于光學(xué)元件序列(沒有演示)的兩個支路中的內(nèi)焦點上，為光脈沖提供快速升和降倍數(shù)。
應(yīng)當(dāng)注意的是也可使用帶有標(biāo)準(zhǔn)，彩色CCD相機(jī)內(nèi)窺鏡的雙-波長照射方法。在這種情況中，UV光照射和紅光照射同時操作。然后通過在CCD相機(jī)中的藍(lán)光反應(yīng)象素檢測UC-誘導(dǎo)熒光(主要在460納米)，通過紅光反應(yīng)象素檢測參考反射圖象。應(yīng)當(dāng)注意的是可視藍(lán)光必須仍然從診斷照射中除去以不降低熒光圖象的對比度。在異常結(jié)構(gòu)組織中看到少許由于UV激發(fā)產(chǎn)生的紅色組織熒光比直接紅光照射的量要小的多。少許增加也有降低熒光/參考比率作用，其適當(dāng)?shù)卦黾恿?少許)異常結(jié)構(gòu)測定可能性的。
圖15顯示了熒光成象系統(tǒng)的一個較好的具體實施例，其中雙波長照射能力以及白光照射能力構(gòu)建在視頻內(nèi)窺鏡系統(tǒng)本身400中。這要求內(nèi)窺鏡404的照射束402在UV波長下能傳遞，使用當(dāng)前購得的系統(tǒng)通常不是這樣的。這樣的設(shè)計實現(xiàn)了UV激發(fā)光和可視-參考照射從相同的一個孔或多個孔發(fā)出的設(shè)計要求。這樣的系統(tǒng)對操作者使用也是方便的，因為照射纖維不用必須穿過活組織檢查通道408，那些通道可任意用于它們的標(biāo)準(zhǔn)用途。組織表面410會被照射較大區(qū)域412，只有很少的陰影，因為雙照射端口406是標(biāo)準(zhǔn)的。視頻信號414會由內(nèi)窺鏡系統(tǒng)416處理，格式化成標(biāo)準(zhǔn)信號416，并由計算機(jī)420處理。帶有假色重疊422的輸出視頻信號會送到監(jiān)視器424為臨床醫(yī)生實時觀察。診斷照射由通過電纜428與計算機(jī)420連接的腳踏開關(guān)426啟動，光脈沖由與光源中的快門連接的信號線430和432控制。
雖然本發(fā)明已作了有關(guān)其較好具體實施的具體地演示和描述，當(dāng)此領(lǐng)域中的技術(shù)人員會理解認(rèn)為，在形式和細(xì)節(jié)上可作許多沒有背離如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的變更。
權(quán)利要求
1．一種熒光成象方法包括提供一種具有光學(xué)導(dǎo)管的內(nèi)窺鏡，與第一光源和第二光源光耦合，在內(nèi)窺鏡末梢端有圖象感應(yīng)器；用圖象傳感器收集反射圖象并產(chǎn)生參考物；用圖象傳感器收集熒光圖象；以及用參考物處理熒光圖象提供處理過的熒光圖象。
2．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括提供具有濾波器的圖象傳感器，以除去從組織返回來的紫外光。
3．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中圖象傳感器在紫外線光區(qū)域中具有靈敏性，其小于在可視區(qū)域中傳感器的靈敏性的一半。
4．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中參考物修正熒光圖象中陰影的強(qiáng)度。
5．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中熒光圖象是非增強(qiáng)的。
6．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一光源是寬帶光源。
7．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二光源產(chǎn)生波長范圍在350納米到420納米。
8．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括補(bǔ)償成象組織表面上的陰影。
9．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一光源和第二光源與相同的光學(xué)導(dǎo)管光耦合。
10．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括提供與每個光源與光纖耦合的快門。
11．依據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括成象組織表面上的異常結(jié)構(gòu)。
12．一種熒光成象系統(tǒng)包括內(nèi)窺鏡；與延伸過內(nèi)窺鏡的光學(xué)導(dǎo)管耦合的光源；在內(nèi)窺鏡末梢端的檢測組織熒光圖象和反射圖象的成象傳感器。
13．依據(jù)權(quán)利要求12的成象系統(tǒng)，其中光源包括第一寬帶光源和第二窄帶光源。
14．依據(jù)權(quán)利要求13的成象系統(tǒng)，其中窄帶光源發(fā)出波長范圍從350納米到420納米的光。
15．依據(jù)權(quán)利要求12的成象系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與光源光耦合的光纖裝置。
16．依據(jù)權(quán)利要求12的成象系統(tǒng)，進(jìn)一步包括處理反射圖象和熒光圖象并產(chǎn)生補(bǔ)償熒光圖象的處理器。
17．依據(jù)權(quán)利要求12的成象系統(tǒng)，進(jìn)一步包括沿光源和延伸到內(nèi)窺鏡的光纖之間的光路上設(shè)置的快門。
18．依據(jù)權(quán)利要求12的成象系統(tǒng)，其中與在可視光譜區(qū)域中的靈敏度相比，圖象傳感器在紫外線光譜區(qū)域具有降低的靈敏度。
19．依據(jù)權(quán)利要求12的成象系統(tǒng)，其中圖象傳感器包括在低于400納米時將圖象傳感器靈敏度降低的濾波器。
20．依據(jù)權(quán)利要求18的成象系統(tǒng)，其中在紫外線光譜區(qū)域中的傳感器靈敏度小于在可視區(qū)域的靈敏度的一半。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個熒光內(nèi)窺鏡成象系統(tǒng)(40)。系統(tǒng)使用了第一和第二光源(60,61)提供檢測的組織(16)的熒光和反射圖象。安裝在內(nèi)窺鏡(54)末梢端的一種成象裝置(72)用來涉及兩種圖象。
文檔編號A61B1/00GK1289239SQ99802431
公開日2001年3月28日 申請日期1999年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月26日
發(fā)明者托馬斯·D·旺, 邁克·S·費(fèi)爾德 申請人:麻省理工學(xué)院