專利名稱：用于內(nèi)窺鏡的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)的制作方法
政府的支持這項發(fā)明通過國家醫(yī)療衛(wèi)生研究所批準(zhǔn)的“ImagingSpectrofluorimeter for Colonic Dysplasia(供檢查結(jié)腸發(fā)育異常使用的成象光譜熒光計)”項目(批準(zhǔn)號R44CA72626)全部或部分地得到政府的支持。政府對這項發(fā)明有某些權(quán)利。相關(guān)的專利申請這份申請是1999年7月28日提交的美國專利申請第09/362,806號的部分繼續(xù)申請，而第09/362,806號申請又是1999年1月26日提交的美國專利申請第09/238,664號的部分繼續(xù)申請，通過在此引證將上述的專利申請的全部內(nèi)容并入本文。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)晚期癌癥難以有效地治療，所以重要的是在它們惡化前期對它們(例如，發(fā)育異?；虬?進(jìn)行原位檢測。當(dāng)前，最廣泛使用的早期檢測方法是通過內(nèi)窺鏡進(jìn)行目測檢查，這依賴于鑒別與發(fā)育異常相關(guān)聯(lián)的總體結(jié)構(gòu)的變化。目測檢查對檢測類似潰瘍性結(jié)腸炎和和巴雷特食管(Barrett＇s esophagus)的平面發(fā)育異常的表面損傷不大有效。在這些情況下，監(jiān)視要求為活組織檢查隨后的組織學(xué)分析選定典型部位。在結(jié)腸之類的大表面上只有非常小的部分能以這種方式進(jìn)行檢查，而且小面積的發(fā)育異?？赡軟]有發(fā)現(xiàn)。更有效的檢測平面發(fā)育異常的方法將提供減少癌癥、致死率和成本的有效手段。
就內(nèi)窺鏡檢查期間檢測發(fā)育異常而言有前途的技術(shù)包括用適當(dāng)波長的光照亮組織和觀察由此產(chǎn)生的熒光。組織產(chǎn)生的熒光發(fā)生在比激發(fā)照明波長長的波長下，并且通常非常微弱，以致為了對它進(jìn)行檢測通常需要光譜技術(shù)。使用熒光信息的診斷方法通?？梢员环譃閮山M。第一組方法在給患者用藥的同時觀測來自累積在腫瘤組織中的藥物的熒光。第二組方法觀察由某些物質(zhì)引起的內(nèi)生熒光或自發(fā)熒光，這些物質(zhì)就組織本身而言是天然的并且當(dāng)組織變得發(fā)育異常時它們將改變它們的相對濃度。在這兩組一般的熒光方法中，需要提前用藥的第一種方法具有更大的侵入性。應(yīng)用這些藥物將花費(fèi)額外的時間，并且有可能引起不良的副作用?；跈z測自發(fā)熒光的方法侵入性比較小并且更適合用于普查目的的內(nèi)窺鏡檢查。
例如，正常的結(jié)腸組織在用370納米的紫外光照明時呈現(xiàn)峰值在450納米的廣譜藍(lán)色熒光，如

圖1所示。這種熒光來源于膠原，結(jié)締組織的主要蛋白質(zhì)，它是在薄粘膜層內(nèi)發(fā)現(xiàn)的并且是粘膜下層中占支配位置的成分。發(fā)育異常的結(jié)腸組織由于其結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化所以在同樣的照明條件下其熒光強(qiáng)度通常只有原來的1/2至1/3。由紫外到紫色的激發(fā)光產(chǎn)生的可見的藍(lán)綠色自發(fā)熒光的這種減弱已作為發(fā)育異常的組織的主要指標(biāo)被識別。680納米下的熒光與600納米下的相比強(qiáng)度的增加是發(fā)育異常的次要指標(biāo)。
檢測自發(fā)熒光的診斷儀器通?？梢苑譃閮深?。第一類包括利用光纖探針完成對組織進(jìn)行點(diǎn)測量的儀器。第二類包括產(chǎn)生詳細(xì)的二維圖象的儀器。點(diǎn)檢測的儀器具有提供更完整的與組織有關(guān)的光譜信息的優(yōu)點(diǎn)，但是就大組織區(qū)域的例行普查而言實(shí)在太慢并且有可能錯過小范圍的發(fā)育異常。熒光成象內(nèi)窺鏡更適合于結(jié)腸之類的大組織區(qū)域的普查。
為檢測已施于感性趣區(qū)域的熒光標(biāo)志的濃度而設(shè)計的熒光成象系統(tǒng)最適宜測定比較高的熒光水平，沒有測定原本微弱的自發(fā)熒光所必需的補(bǔ)充性儀器特征。具體地說，它們沒有辦法把充分的頻帶外的濾光提供給允許有效地測量強(qiáng)度通常比激發(fā)強(qiáng)度低1000倍以上的自發(fā)熒光的激發(fā)照明。
為測定自發(fā)熒光專門設(shè)計的內(nèi)窺鏡可以根據(jù)選定的激發(fā)波長和用來定量地確定自發(fā)熒光減弱程度的方法被進(jìn)一步分成幾組。這些設(shè)計的選定直接關(guān)系到儀器制造商需要考慮的一些事情，例如，它們對必要的成象器件的數(shù)量、儀器的光學(xué)機(jī)械的復(fù)雜性和實(shí)際使用中儀器的操縱特性的影響。
現(xiàn)有的熒光成象內(nèi)窺鏡采用激發(fā)波長在440納米附近的藍(lán)色的可見光，從而導(dǎo)致熒光峰值在500納米附近。這些儀器使用波長為442納米的氦-鎘激光器作為明亮的易于控制的激發(fā)光源。氦-鎘激光器的高成本使它們作為商用儀器的光源是不切實(shí)際的。
多臺攝像機(jī)和機(jī)械切換的光學(xué)元器件和/或濾光片要求在相干成象的光纖束的基礎(chǔ)上使用內(nèi)窺鏡，所以攝像機(jī)和濾光片可以定位在內(nèi)窺鏡的近端，在那里有供它們使用的艙室。相干成象的光纖束引入相當(dāng)大的光損失，并且不提供象現(xiàn)在用影像內(nèi)窺鏡提供的那些圖象那樣清晰的圖象。
本發(fā)明的概述本發(fā)明涉及成象內(nèi)窺鏡，具體地說涉及使來自上皮組織的自發(fā)熒光成象以便突出發(fā)育異常區(qū)域的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)和方法。用來檢測組織發(fā)育異常的系統(tǒng)將利用在結(jié)腸、食管、口腔、子宮頸和肺中發(fā)現(xiàn)的那類粘膜組織的自發(fā)熒光。用于本發(fā)明的內(nèi)窺鏡的熒光成象裝置利用選定的激發(fā)光波長范圍和熒光標(biāo)準(zhǔn)化方法。這些選擇提供一種改進(jìn)的內(nèi)窺鏡，它需要一個在影像內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端用于白光成象和熒光成象兩者的不增亮的圖象探測器。這個圖象探測器可以是象素化的集成電路器件，例如，CMOS成象器件、電荷耦合器件(CCD)或者其它的能夠在可見光和紅外波段檢測的小型二維圖象傳感器。
本發(fā)明的系統(tǒng)有能力靠電子電路在白光和熒光目測檢查方法之間來回切換，因此不需要移動在內(nèi)窺鏡之內(nèi)的零部件。取消位于內(nèi)窺鏡近端的攝像機(jī)和成象光學(xué)器件將大大改進(jìn)其操縱特性?；谟嬎銠C(jī)的成象系統(tǒng)允許以諸如10赫茲或更高的刷新率顯示定量的組織圖象。優(yōu)選的實(shí)施方案使用容易看清楚的偽彩色覆蓋層表示可能有組織發(fā)育異常的區(qū)域。我們想說的是“偽彩色”意味著給每個像素分配一個表示其特定的熒光強(qiáng)度水平的色值。為了提供適合給定類型的組織條件成象的彩色系統(tǒng)，可以給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)編程。該系統(tǒng)既可以與帶彩色轉(zhuǎn)盤(例如，使用單色的CCD)的影像內(nèi)窺鏡一起使用，又可以與帶彩色圖象傳感器的內(nèi)窺鏡一起使用。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，象Wang等人在1998年1月26日提交的美國專利臨時申請第60/072,455號中介紹的那樣選擇近紫外光作為激發(fā)波長。這種在300-420納米范圍內(nèi)的選擇由于在影像內(nèi)窺鏡中使用的標(biāo)準(zhǔn)的電子圖象傳感器對激發(fā)光不敏感這一事實(shí)將減少或者取消在組織和圖象探測器之間追加濾光片的需求。為了獲得參照圖象，選擇圖象探測器非常敏感的紅色可見光給組織提供照明。這個參照光將通過與激發(fā)光相同的光導(dǎo)管傳送，并且以與激發(fā)光相同的標(biāo)準(zhǔn)化的空間分布和角分布給組織提供照明。通過使供反射圖象使用的光與供熒光圖象使用的光在空間強(qiáng)度和角分布上相關(guān)，提供一種更精確而且在診斷上更有用的成象系統(tǒng)。本發(fā)明的這個系統(tǒng)允許使用參照圖象將熒光圖象標(biāo)準(zhǔn)化，以致熒光強(qiáng)度的局部降低可以被精確的量化。在另一個優(yōu)選實(shí)施方案中，使用帶彩色轉(zhuǎn)盤(單色的CCD)的影像內(nèi)窺鏡，參照光和激發(fā)光是按順序施加的。在另一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用的彩色CCD影像內(nèi)窺鏡，熒光激發(fā)光和參照光是同時施加的。
補(bǔ)充性的參照圖象可以利用影像結(jié)腸鏡的第三個彩色信道獲取。為這幅圖象引導(dǎo)到組織上的參照光以藍(lán)色為主，其中心波長和帶寬近似于由UV激發(fā)光誘發(fā)的熒光光譜。這幅藍(lán)色圖象B與紅色參照圖象R在逐個象素對比的基礎(chǔ)上的比率B/R標(biāo)識成象組織的區(qū)域，在這些區(qū)域中某些化學(xué)成分(主要是血紅蛋白)在天然熒光離開組織成象之前將其一部分吸收。獲得熒光圖象F與紅色參照圖象R的比率F/R必然提供兩個參數(shù)，F(xiàn)/R和B/R，這兩個參數(shù)可以被用于在逐個象素對比的基礎(chǔ)上確定在感性趣的成象區(qū)域中否類存在發(fā)育異常之類的反常的組織。
圖2a和圖2b是依據(jù)本發(fā)明的光纖遞送探針系統(tǒng)的示意圖。
圖3是本發(fā)明的熒光成象內(nèi)窺鏡的實(shí)施方案的示意圖，該實(shí)施方案使用單獨(dú)的光纖導(dǎo)管遞送UV激發(fā)光通過帶彩色轉(zhuǎn)盤(單色CCD)的影像內(nèi)窺鏡的活組織檢查管道。
圖4是產(chǎn)生輸出圖象的流程圖。
圖5圖解說明按照本發(fā)明獲取、分析和顯示圖象全過程的時序圖。
圖6a至圖6c圖解說明按照本發(fā)明來自汞弧光燈的UV輸出是怎樣隨脈沖電流變化的。
圖7是依據(jù)本發(fā)明受計算機(jī)控制的脈沖燈電源的示意圖。
圖8a至圖8d圖解說明依據(jù)本發(fā)明的脈沖光源的光學(xué)機(jī)械元件的細(xì)節(jié)。
圖9a至圖9c圖解說明依據(jù)本發(fā)明使用的發(fā)送光纖的構(gòu)造。
圖10a和圖10b是成象系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，該實(shí)施方案使用單獨(dú)的光纖導(dǎo)管遞送UV激發(fā)光通過彩色CCD影像內(nèi)窺鏡的活組織檢查管道。
圖11a至圖11d是成象系統(tǒng)的優(yōu)選的實(shí)施方案的示意圖，該實(shí)施方案把透射紫外線的照明光導(dǎo)管并入內(nèi)窺鏡并且把外部的UV激發(fā)源用適當(dāng)?shù)哪K連接到標(biāo)準(zhǔn)的白光光源上。
圖12是成象系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，該實(shí)施方案把激發(fā)光源和白光光源全部并入配備了透射紫外線的照明光導(dǎo)管的內(nèi)窺鏡的照明系統(tǒng)中。
圖13a和圖13b圖解說明照明和收集式內(nèi)窺鏡成象系統(tǒng)的另一個優(yōu)選實(shí)施方案。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面對用附解說明的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的更具體的介紹將變得明顯，在這些附圖中相同的參考符號始終指代同樣的零部件。這些附圖不必按比例繪制，而是把重點(diǎn)放在圖解說明本發(fā)明的原則上。本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明涉及為了突出發(fā)育異常的區(qū)域使來自上皮組織成的自發(fā)熒光成象的系統(tǒng)和方法。依據(jù)本發(fā)明的組織自發(fā)熒光成象系統(tǒng)以其最簡單的方式對先前的技術(shù)狀態(tài)作了改進(jìn)，它可以在不修改內(nèi)窺鏡本身而僅僅在內(nèi)窺鏡的可見光光源的路徑中追加一個光閘的情況下被添加到現(xiàn)有的影像內(nèi)窺鏡上。因此，內(nèi)窺鏡的操縱特性不會由于在需要時用當(dāng)前市售的熒光成象系統(tǒng)在近端追加圖象增強(qiáng)器和外部攝像機(jī)而受到負(fù)面影響。在正常的可見光成象(全色)和熒光成象之間切換是通過電子開關(guān)而不是通過臨床醫(yī)師實(shí)際操作完成的，這也是現(xiàn)在的系統(tǒng)所需要的。由此產(chǎn)生的熒光視頻圖象是用計算機(jī)處理的，以致臨床醫(yī)師所看到的診斷圖象是由眾所周知的可見光圖象(按灰度)構(gòu)成的，其中偽彩色覆蓋層指出圖象中的一些區(qū)域，在那些區(qū)域中來自組織的熒光與來自正常組織的熒光相比被減少了。這種圖象比當(dāng)前的系統(tǒng)所提供的紅色/綠色合并的原始熒光圖象更容易解釋，對于紅/綠色盲的臨床醫(yī)師尤其是這樣。
本發(fā)明的系統(tǒng)僅僅使用一個在內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端的成象探測器來獲取正常的彩色圖象、熒光圖象和可見的參照圖象。使用波長從紫外到深紫的熒光激發(fā)光(對于這個波段CCD攝像機(jī)是不敏感的或者可以利用固定的濾光片使之不敏感)將有可能在遠(yuǎn)端使用攝像機(jī)。這允許大范圍地收集由此產(chǎn)生的波長從藍(lán)到紅的組織自發(fā)熒光，從而導(dǎo)致有足以提供有效的視頻信號的光線，不需要補(bǔ)充性的圖象增強(qiáng)。這種方式的體內(nèi)熒光成象已經(jīng)被Wang等人在1999年1月26日提交的美國專利申請第09/238,664號“Fluorescence Imaging Endoscope(熒光成象內(nèi)窺鏡)”中介紹過，在此通過引證將其全部內(nèi)容并入本文。
先前的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)依靠在紅色波段的非常微弱的成象熒光提供圖象，以便與在藍(lán)綠色波段獲得的熒光圖象進(jìn)行比較。為了提供可用的紅色熒光圖象，補(bǔ)充性的圖象增強(qiáng)尤其是必不可少的。本發(fā)明的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)和方法為了獲得參照圖象通過把補(bǔ)充性的可見紅光照明提供給組織而避免這項開支和困難。但是，為了奏效，UV激發(fā)光和可見的參照光必須通過公用的光導(dǎo)管交付組織并且以同樣的角分布從同一個照明光瞳射出。這要求仔細(xì)設(shè)計激發(fā)和參照光源的光學(xué)元件。為了消除人為現(xiàn)象(例如，在熒光圖象中不發(fā)生的鏡面反射)，參照圖象的處理包括其它特征，例如直方圖分析。
依據(jù)本發(fā)明的各種系統(tǒng)特征的組合可以以幾種不同的方法予以實(shí)現(xiàn)，取決于與自發(fā)熒光成象系統(tǒng)結(jié)合的內(nèi)窺鏡。另外，這些特征中有一些可以隨著臨床醫(yī)師逐步接受這項技術(shù)被分階段地裝入內(nèi)窺鏡。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，激發(fā)照明和參照照明是由同一個弧光燈光源產(chǎn)生的，并且通過同一個光纖探針穿過內(nèi)窺鏡的活組織檢查管道交付給組織的。在其它的實(shí)施方案中，激發(fā)光可能是用單獨(dú)的光源產(chǎn)生的，但是通過作為標(biāo)準(zhǔn)的吸收紫外線的玻璃束的替代品裝入內(nèi)窺鏡的透射紫外線的光纖束交付給組織的。參照照明來自正常的白光照明光源并且通過接入允許紅光通過的濾光片將可能干擾以藍(lán)色熒光為主熒光成象的藍(lán)色和綠色波長的光吸收。深紅色的光源或近紅外線(例如，在670納米以上)可以在不影響正常的可見光照明的情況下被使用，并且可以與雙折射元件合并，以便沿著公用的路徑發(fā)送。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，激發(fā)光源可以與標(biāo)準(zhǔn)的白光照明光源合并，并且用透射紫外線的光纖照明束通過內(nèi)窺鏡交付給組織。為了完成熒光成象和可見光成象，轉(zhuǎn)輪光源也可經(jīng)過改造產(chǎn)生四種顏色紫外、藍(lán)色、綠色和紅色。
圖2a和圖2b展示優(yōu)選實(shí)施方案的一般組成部分，其中激發(fā)光和可見的參照光是通過獨(dú)立的光纖探針交付給組織的。光纖探針200穿過標(biāo)準(zhǔn)的影像內(nèi)窺鏡202的活組織檢查管道，其末端最終被置于內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端204或遠(yuǎn)端附近。當(dāng)腳踏開關(guān)206被臨床醫(yī)師踩踏時，來自內(nèi)窺鏡光源和視頻處理器208的正常的白光照明被光閘關(guān)閉。這種白光在正常情況下通過兩個在內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端的的照明口210和212照亮組織。同時，激發(fā)和參照照明光源214中輔助光閘被打開，以致激發(fā)光和參照光可以通過光纖探針200。激發(fā)光和參照光從光纖探針的末端216射出并且照亮組織218。視頻圖象檢測系統(tǒng)220把由此產(chǎn)生的熒光圖象信號和參照圖象信號反向通過內(nèi)窺鏡202發(fā)送給視頻處理器208，在那里它們按國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(NTSC)制定的標(biāo)準(zhǔn)的紅、綠、藍(lán)視頻格式被變換成不同的彩色信道。這兩個信道在計算機(jī)系統(tǒng)222中用視頻幀接收器數(shù)字化。數(shù)字化的熒光圖象和參照圖象被一起實(shí)時處理，以便將與正常組織相比熒光減少的圖象區(qū)域量化。熒光減少是發(fā)育異常的主要指標(biāo)。在經(jīng)過處理的組織圖象(它顯示在計算機(jī)的監(jiān)視器224上并且以高達(dá)10赫茲的速率被刷新)中，有可能發(fā)育異常的組織的區(qū)域用偽彩色顯現(xiàn)出來。因此，用圖3a和圖3b表示的優(yōu)選實(shí)施方案對于目前的內(nèi)窺鏡/視頻處理器系統(tǒng)是附加的組成部分，它僅僅需要在內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的視頻處理器中把一個內(nèi)部的光閘添加到白色光源中。就帶彩色轉(zhuǎn)盤的(單色的CCD)影像內(nèi)窺鏡而言，激發(fā)光源214的構(gòu)造適合提供連續(xù)的激發(fā)照明和參照照明，其更多的細(xì)節(jié)在下文中予以描述。就彩色CCD影像內(nèi)窺鏡而言，激發(fā)光源214同時提供激發(fā)照明和參照照明，其更多的細(xì)節(jié)也在下文中予以描述。
Wang等人論證的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)使用氬-離子激光器作為UV激發(fā)源。其它的尺寸比較小且低功率操作的激光源(包括在380納米至420納米的波長下操作的固態(tài)激光器，例如，氮化鎵激光二極管)都可以被使用。依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)使用汞弧光燈作為UV激發(fā)光源，其譜帶在365納米的汞線附加。汞弧光源與氬-離子激光器相比更小而且便宜，需要比較少的功率，并且是用空氣冷卻的。就與帶彩色轉(zhuǎn)盤的(單色CCD)影像內(nèi)窺鏡一起使用的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)而言，提供給弧光燈的電流可以是脈沖電流。在帶彩色轉(zhuǎn)盤的視頻系統(tǒng)中，正常的光源為了提供彩色圖象與視頻處理器合并在33毫秒的視頻幀期間里按順序提供紅色、綠色和藍(lán)色的光脈沖。在自發(fā)熒光成象模式中，這些系統(tǒng)用UV脈沖代替正常的藍(lán)色光脈沖，用通過與UV脈沖相同的光纖發(fā)送的(名義上紅色的)參照光脈沖代替綠色的光脈沖。通過在正常情況下發(fā)送藍(lán)光的8毫秒的時間周期內(nèi)產(chǎn)生弧光燈電流脈沖，UV光源可以把與CW燈的強(qiáng)度在33毫秒的視頻幀周期內(nèi)全部累積起來可能提供的激發(fā)能量密度相比同樣多或更多的激發(fā)能量密度提供給組織。
就帶彩色轉(zhuǎn)盤的視頻系統(tǒng)和彩色CCD成象系統(tǒng)而言，自發(fā)熒光成象模式是用腳踏開關(guān)啟動的，其中腳踏開關(guān)控制著激發(fā)/參照光源和正常的內(nèi)窺鏡白色光源上的輔助光閘。為了使來自組織的微弱的熒光成象，關(guān)閉正常的內(nèi)窺鏡照明是必不可少的。采用了兩種不同的自發(fā)熒光成象模式。在一種模式中，一幀來自經(jīng)過處理的自發(fā)熒光圖象的偽彩色覆蓋層與前一幀(或后一幀)彩色圖象合并并且被凍結(jié)在(或者計算機(jī)屏幕上。在第二種模式中，只要腳踏開關(guān)被踩住，經(jīng)過處理的熒光圖象就(以圖象處理時間所允許大約7.5赫茲到10赫茲的速率)被連續(xù)地刷新。在連續(xù)操作模式中，可見的圖象被顯示成灰度圖象(因為它是用單色的參照照明獲取的)，而偽彩色覆蓋層顯示可能有發(fā)育異常的區(qū)域。
圖3展示與帶彩色轉(zhuǎn)盤的(單色CCD)影像內(nèi)窺鏡一起使用的熒光成象系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案的總示意圖。就與帶彩色轉(zhuǎn)盤的影像內(nèi)窺鏡的正常操作模式而言，為彩色轉(zhuǎn)盤影像內(nèi)窺鏡的操作的正常的方式，內(nèi)窺鏡300的遠(yuǎn)端插入體內(nèi)的空心器官，以便觀察組織302的區(qū)域，該區(qū)域可能包含發(fā)育異常的區(qū)域304。CCD成象器件和透鏡子系統(tǒng)(視頻攝像機(jī))位于正常的照明光瞳308和310兩側(cè)。
正常的照明光是用光纖束312傳送的，該光纖束穿過內(nèi)窺鏡的長度并且在其遠(yuǎn)端附近分叉，一直延伸到光瞳308和310為止。介于照明光源和光纖束之間光閘314受數(shù)字信號315的控制，允許在不關(guān)閉光源燈316的情況下將白光照明關(guān)閉。在所示類型的內(nèi)窺鏡中，正常的彩色圖象是通過把借助旋轉(zhuǎn)的濾光轉(zhuǎn)盤318提供的紅色、綠色和藍(lán)色的光脈沖獲取的三幅連續(xù)的圖象合并獲得的。在這種類型的內(nèi)窺鏡中CCD檢測器對400納米和700納米之間所有的波長都是敏感的，但是對激發(fā)自發(fā)熒光的在365納米附近的激發(fā)波長是不敏感的。這是由硅傳感器陣列的設(shè)計和用來實(shí)際保護(hù)該陣列表面的光學(xué)材料的選擇造成的。CCD檢測器連續(xù)地累積所有照射在它表面上的光線，所以當(dāng)CCD的行下移到讀出電子設(shè)備時，照明必須被關(guān)閉，否則在圖象上將看到帶條紋的效果。紅色、綠色和藍(lán)色的光脈沖具有大約6毫秒的持續(xù)時間，后面跟著的是讀出攝像機(jī)象素的5毫秒的黑暗周期，從而得到滿足NTSC標(biāo)準(zhǔn)的大約為33毫秒的總視頻幀周期或每秒29.97幀。從CCD攝像機(jī)讀出的模擬信號通過光纜320被傳送到視頻處理器322。
三幅連續(xù)的單色圖象被數(shù)字化并且在視頻幀結(jié)束時被合并成標(biāo)準(zhǔn)的彩色視頻信號。處理器有兩組標(biāo)準(zhǔn)的紅色、綠色、藍(lán)色(三原色)加同步輸出。彩色信號324的一組輸出被送到內(nèi)窺鏡的視頻監(jiān)視器326，以便顯示組織328的正常的彩色圖象。另一組彩色信號330被送到在將獲得和處理自發(fā)熒光圖象和參照圖象的熒光成象計算機(jī)系統(tǒng)334中的視頻幀接收器332。來自視頻處理器的標(biāo)準(zhǔn)的混成彩色信號輸出336根據(jù)視頻合成分離器(National LM1881 Video Sync Separator)被送到同步電路338。這個同步電路338確定交錯的偶數(shù)場和奇數(shù)場何時在視頻信號中發(fā)生并且輸出在奇數(shù)場期間高、在偶數(shù)場期間低的二進(jìn)制數(shù)字信號340。這個信號340在熒光成象系統(tǒng)中始終被內(nèi)窺鏡的視頻處理器用于使其功能與時序設(shè)定同步。
為了啟動自發(fā)熒光成象模式的操作，臨床醫(yī)師把腳踏開關(guān)341壓下，這將在電纜342上把信號發(fā)送到計算機(jī)334。如同同步信號340所確定的那樣，在適合與下一個機(jī)會同步的時間把信號在光閘觸發(fā)線路315上發(fā)送給在正常的照明光源上的光閘314和在激發(fā)/參照光源上的光閘343。這些光閘是互補(bǔ)的，以致線315上的信號在打開光閘343的同時關(guān)閉光閘314。然后，通過光閘轉(zhuǎn)盤在光學(xué)組件350中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的激發(fā)光脈沖和參照光脈沖被傳送到光纖探針344中。探針344被插入活組織檢查管道的開口345，并且順著該管道往下滑，直到其末端窗346處在或恰好探出內(nèi)窺鏡300的遠(yuǎn)端。激發(fā)和參照光脈沖照亮了內(nèi)窺鏡的視場的中心部分。照明的角度取決于光學(xué)元件350、光纖的數(shù)值孔徑和光纖探針末端窗346的光學(xué)特性。
激發(fā)光脈沖和參照光脈沖必須發(fā)生在三個正常的照明脈沖周期中適合獲取自發(fā)熒光圖象和參照圖象的兩個脈沖周期期間。這些圖象出現(xiàn)在與來自內(nèi)窺鏡視頻處理器的三個視頻輸出信道中的兩個有關(guān)的下一個視頻輸出幀上。適當(dāng)?shù)臅r序是通過在光學(xué)組件350的激發(fā)(UV)和參照(紅)路徑中分別旋轉(zhuǎn)光閘352和354實(shí)現(xiàn)的。這些光閘是由可以借助改變供電電壓控制其轉(zhuǎn)速的直流(DC)電機(jī)356和358驅(qū)動的。在光閘邊緣附近的基準(zhǔn)孔與光源和探測器相結(jié)合隨著光閘旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生參照脈沖，而且為每個脈沖的相位作記號。每個電機(jī)(358和356)的鎖相環(huán)路(PLL)362和360分別調(diào)整電機(jī)電壓，以致每個參照脈沖都與同步脈沖340的上升沿相匹配，從而為視頻奇數(shù)場的起點(diǎn)作記號。
通過使光閘上的孔適當(dāng)?shù)囟ㄎ唬ぐl(fā)光脈沖和參照光脈沖可以被定時到攝像機(jī)的曝光周期。激發(fā)脈沖被定時，以致它與正常的藍(lán)色曝光相匹配，因為這個曝光周期比其它的曝光周期略微長一些(8.1毫秒)。參照光脈沖被定時，以致它與正常的綠色光線曝光相匹配(5毫秒)，因為它是正常的曝光周期的下一個最長者。緊跟在正常的藍(lán)色曝光周期之后的正常的紅色曝光周期目前不被使用，但是為了獲得用于其它光譜分析的補(bǔ)充性的自發(fā)熒光圖象或參照圖象或補(bǔ)充性的可見光反射圖象可能被使用。在激發(fā)曝光期間，給汞燈的電流可以被提升到更高的水平，以便增大激發(fā)光輸出。燈電源利用DC電流部分366，為的是維持無功電流和啟動燈。
與DC部分366并聯(lián)的受計算機(jī)控制的脈沖電流部分368可以在多重并聯(lián)的恒流電源之間迅速地切換，以便按照成象系統(tǒng)的需要改變燈的輸出功率。電流脈沖同樣利用起鎖定旋轉(zhuǎn)光閘作用的同步脈沖340與視頻系統(tǒng)同步。計算機(jī)的數(shù)字輸入/輸出(I/O)部分370輸出與定時脈沖340合并的數(shù)字脈沖372，以便在激發(fā)曝光期間提高燈電流。被平行觸發(fā)的恒流部分的數(shù)量在需要時可以被一組控制線374改變。如果組織充分靠近激發(fā)/參照發(fā)送探針窗346，則可能不需要升壓。如果自發(fā)熒光圖象的峰值降至可接受的最低水平，如同受總控程序378監(jiān)控的計算機(jī)圖象分析程序376所確定的那樣，那么補(bǔ)充性的電流提升部分將按需要在下一次曝光時被啟動。
一旦自發(fā)熒光圖象和參照圖象已被計算機(jī)中的數(shù)字式幀接收器獲取，分析就可以開始。用內(nèi)窺鏡的攝像機(jī)系統(tǒng)取得的反射(不發(fā)熒光的)圖象測定其視場中的組織表面的亮度。就作為朗伯(非鏡面的)漫反射體的組織表面而言，反射圖象信號(該信號被視頻幀接收器針對視頻圖象中每個離散的像素逐一數(shù)字化)與組織距單一的照明光源的距離成正比(或者與距多重光源的加權(quán)距離成正比)，并且與在那個視頻幀期間激發(fā)照明的累積能量成正比。激發(fā)/參照發(fā)送探針的末端窗346不在從攝像機(jī)透鏡到組織的定向視線中，所以將有可見的陰影。因此，反射圖象可以被用來測定在攝像機(jī)可見的組織表面(包括存在于自發(fā)熒光圖象中的陰影)的激發(fā)照明。請注意，如同上文描述的那樣，只有激發(fā)照明和可見光照明如同光源設(shè)計所提供的那樣具有同樣的橫向強(qiáng)度分布和角發(fā)散而且從同一個光瞳射出，這才是真實(shí)的。例如，用來自標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)窺鏡的照明束的光線獲取的可見的反射圖象對確定來自穿過那個內(nèi)窺鏡的活組織檢查管道的獨(dú)立的光纖的激發(fā)照明來說是不可接受的。但是，還應(yīng)該注意同樣的光瞳/同樣的發(fā)散條件可以借助通過內(nèi)窺鏡的照明束傳送激發(fā)光脈沖和參照光脈沖而得到滿足。
利用可見的參照圖象和自發(fā)熒光圖象獲得發(fā)育異?？赡苄缘膫尾噬甘镜牟襟E順序如下。兩幅圖象首先對視頻處理器(它通常被接在視頻監(jiān)視器上而不是接在幀接收器上)施加給視頻信號的γ因子進(jìn)行校正。這保證計算機(jī)中的幀接收器所獲得的數(shù)字圖象是照明能量密度(按時間累積的強(qiáng)度)的線性函數(shù)。然后，兩幅圖象被標(biāo)準(zhǔn)化到它們的峰值，這些峰值通常在視場中某個沒有發(fā)育異常的組織區(qū)。由于參照照明的鏡面反射，在參照圖象里有為數(shù)不多的幾個像素是飽和的。這些象素通過產(chǎn)生參照圖象的直方圖和使圖象標(biāo)準(zhǔn)化到峰值被有效地消除。這通常包括大約99％的像素。
然后，所有在1以上(鏡面反射)的標(biāo)準(zhǔn)化的參照圖象的像素都被重新設(shè)定到數(shù)值1。在自發(fā)熒光圖象里沒有鏡面反射，所以這種基于直方圖的標(biāo)準(zhǔn)化是不必要的。然后，在一個象素接一個象素的基礎(chǔ)上，把自發(fā)熒光圖象的數(shù)值除以經(jīng)過校正的參照圖象的數(shù)值，以便產(chǎn)生比率圖象。為了提供可靠的測量結(jié)果，這種除法運(yùn)算僅僅在自發(fā)熒光圖象的象素值和參照圖象的像素值高于最小值門限條件時才被實(shí)行，以保證在照明太低的情況下不試圖進(jìn)行分析。
如果比率圖象的象素值在預(yù)定值(通常是1/2到1/3)以下，那么那個像素代表組織表面上熒光減少的區(qū)域，即發(fā)育異常的表征區(qū)域。然后，在經(jīng)過處理的輸出圖象中相應(yīng)的像素可以被設(shè)定成偽彩色狀態(tài)，以便指出發(fā)育異常的相對概率。如果比率圖象的象素值在1/3以下，相應(yīng)的經(jīng)過處理的輸出圖象的象素的紅色值，那么它被設(shè)定為參照圖象的象素值，而那個象素的綠色值和藍(lán)色值被設(shè)定為零(它是暗紅色的，表示發(fā)育異常的高概率)。如果比率圖象的像素值在1/2和1/3之間，那么經(jīng)過處理的輸出圖象的象素的綠色值，它被設(shè)定到參照圖象值，而紅色值和藍(lán)色值被設(shè)定為零(它是暗綠色的，表示發(fā)育異常的中等概率)。如果比率圖象的象素值在1/2以上，那么經(jīng)過處理的輸出圖象像素的紅色值、綠色值和藍(lán)色值全部被設(shè)定給參照圖象值(它是暗灰色，表示組織正常的概率)。這個經(jīng)過處理的輸出圖象386被顯示在被安裝到系統(tǒng)計算機(jī)334上的LCD監(jiān)視器384上。
圖4圖解說明患者已準(zhǔn)備好內(nèi)窺鏡插入體腔即人和內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端已被置于適合感性趣的區(qū)域成象的位置之后的處理順序400。在這個特定的例子中，獲取可見的參照圖象402。校正這個參照數(shù)據(jù)404，產(chǎn)生直方圖406，使數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化408，將選定的象素復(fù)位410和施加門限值412。在獲得熒光圖象420之后，校正圖象422，使之標(biāo)準(zhǔn)化424，施加門限值426和產(chǎn)生比率圖象430。然后，將由此產(chǎn)生的輸出圖象或表達(dá)與基準(zhǔn)進(jìn)行比較432，并且確定給定的區(qū)域是正常的440或發(fā)育異常的450。
圖5展示一個周期的成象過程的時序圖。如同NTSC標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)定的那樣，最大的視頻輸出速率是29.97赫茲。這張圖指出系統(tǒng)需要一個幀象周期用于獲取，2至3個幀象周期用于分析和不足一個幀象周期用于把結(jié)果傳送給輸出圖象緩沖區(qū)。由此產(chǎn)生的用于分析圖象的刷新率是每秒7.5幀。采用一個快速處理器，分析時間可以被減少，而刷新率相應(yīng)地增加到每秒10或15幀。另外，圖象分析可以以高達(dá)每秒30幀的輸出速率被完成，例如，在獲取和顯示之間只有為數(shù)不多的幾幀延遲的情況下通過使用兩個并行操作的處理器。但是，為了維持平均的燈能耗不超過100瓦，增高的刷新率要求降低給燈的脈沖電流的上限。圖5還表明汞燈電流是怎樣僅僅在導(dǎo)致自發(fā)熒光圖象的藍(lán)色曝光周期期間被提升的。在其它的時間燈在低功率下閑置。
圖6a和圖6b表明來自100瓦的汞弧光燈的UV輸出功率(脈沖持續(xù)8毫秒，70％以上無功電流)至少在5倍于其名義額定功率以下基本上是其輸入功率的線性函數(shù)。在UV曝光周期期間提升燈電流將增大燈的輸出功率，這本身又將允許掃描更大面積的組織，看看有無發(fā)育異常。它還在一個脈沖接一個脈沖的基礎(chǔ)上為最佳的視頻曝光提供調(diào)節(jié)燈輸出的手段。由于燈的放電不管電流大小都維持電弧兩端幾乎恒定不變的電壓降，所以燈的輸出功率基本上與電流成正比。但是，為了保持汞處于汽相，必須總是維持給燈大約70％的功率。圖6c表明可以以7.5赫茲的速率連續(xù)重復(fù)產(chǎn)生5倍于額定的CW電流以下的電流脈沖。
圖7展示燈的供電電源與汞弧光燈700連接時的方框圖。DC無功電流電路702和高壓(HV)啟動脈沖電路704是通過為CW100瓦汞弧光燈設(shè)計的一個商用供電電源處理的。恒流觸發(fā)脈沖電路706是為符合熒光成象內(nèi)窺鏡的特殊要求而設(shè)計的。這些電路中4個電路是這樣并聯(lián)的，以致弧光燈的輸出可以被數(shù)字化地設(shè)定為5種不同的功率水平之一(包括閑置)。每個電路都由MOSFET電源開關(guān)組成，該開關(guān)調(diào)節(jié)其電阻使通過的電流保持在固定的水平，通常等價于4安培的正常的DC電流。每逢為了適當(dāng)?shù)卣樟两M織需要提升電流時，這些電路都可以被計算機(jī)個別地觸發(fā)。每個電路都從儲能電容器708得到其電流，該電容器是由供電電源710通過限流器712充電的。這種限流設(shè)計把可能引起弧光燈的允許功率容量過載的故障條件的可能性減少到最小。
圖8a、8b、8c和8d展示激發(fā)/參照照明光源的光學(xué)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。圖8a中單一的汞弧光燈800被用作兩種波長的來源，因為UV/紫色的激發(fā)光和紅色/近紅外的參照光需要在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端具有相同的表觀光源體積802。小型的100瓦汞弧光燈具有0.5至1.0毫米的電弧尺寸，這個尺寸足夠小，足以有效地耦合到用來把光交付給內(nèi)窺鏡的末端的光纖中。分開的燈可以被用于激發(fā)和參照光束，但是用于光源的光學(xué)系統(tǒng)的允差和光源電弧的準(zhǔn)直則是更關(guān)鍵的。在圖8a所示的優(yōu)選的單燈光源設(shè)計中，收集光線的光學(xué)元件804被示意地表示成一個透射紫外線的融凝硅石透鏡。在實(shí)踐中，多元透鏡設(shè)計或基于反射鏡的Schwarzschild物鏡被用于減少與收集到的光束有關(guān)的光學(xué)象差。這樣的收集光學(xué)系統(tǒng)也可以使來自作為替代光源的市售的備有固定的預(yù)先準(zhǔn)直的橢圓形反射器的汞弧光燈的焦點(diǎn)體積的光線準(zhǔn)直。收集光學(xué)系統(tǒng)804使來自燈的光線這樣準(zhǔn)直，以致它可以借助反射UV和/或深紫波長而透射可見光波長的分色鏡806濾光變成UV分量和可見光分量。
如上所述，分成兩條路徑是如此必要，以致兩個旋轉(zhuǎn)光閘808和810可以在視頻幀期間的不同時間產(chǎn)生UV激發(fā)光脈沖和可見光參照脈沖。反射鏡812(它緊接在分色鏡后面)上的反射紫外線的表面涂層反射那條路徑中幾乎100％的符合要求的紫外光并且把來自分色鏡反射的大部分不符合要求的可見光吸收到它的襯底中。用元件814表示的補(bǔ)充性的UV濾光片可以包括吸收濾光片(例如，Schott UG-1玻璃)以及中心在365納米的汞線上的多層電介質(zhì)的帶通濾光片。由于460納米的組織熒光的效率僅僅是大約0.1％，所以UV路徑拒絕接受可見光達(dá)到相當(dāng)高的程度。在UV曝光周期里泄漏可見光源的光線將降低自發(fā)熒光圖象的對比度。一些對這種泄漏的校正在數(shù)字圖象處理期間是可能的，但是，校正總是把少量的噪聲加到結(jié)果上。
參照路徑中的第一個元件是用來為對與UV相比在可見光波長折射率比較低的融凝硅石準(zhǔn)直透鏡804進(jìn)行校正的弱透鏡816。請注意，如果在透鏡804的位置使用的是Schwarzschild物鏡，透鏡816將不是必不可少的，因為這樣的設(shè)計只使用反射鏡并因此是全消色的。消光器可以被非必選地在位置817插入?yún)⒄章窂?，以防止參照圖象在近距離檢查時飽和。為了保持參照照明需要的均勻一致的角強(qiáng)度分布，在參照光束穿過的區(qū)域上這個消光器必須是均勻一致的。這種衰減可以用可變的正交偏振棱鏡、差動滑移的線性衰減光楔或靠電動機(jī)械切換的固定值消光器組來完成。當(dāng)連續(xù)發(fā)生的激發(fā)光束/參照光束被用在圖示的那種系統(tǒng)中時，參照路徑中的可見光濾光片818與UV濾光片相比顯得次要一些。參照光束波長的選定是為了避開血紅蛋白吸收帶，因為重大的吸收將把誤差引入假定參照圖象等價于激發(fā)照明強(qiáng)度的測量結(jié)果的分析。旋轉(zhuǎn)光閘808和810被置于濾光片后面。
沿著可見光路徑繼續(xù)往下，在光閘808后面是有寬帶可見光反射涂層的轉(zhuǎn)向鏡820。與分色鏡806完全相同的第二分色鏡822把UV激發(fā)光束和可見的參照光束再次合并到共同的路徑上。一個附加的轉(zhuǎn)向鏡824(它反射UV和可見光)把兩個光束引向聚焦光學(xué)系統(tǒng)826，該聚焦系統(tǒng)把光束耦合到發(fā)送光纖828中。轉(zhuǎn)向鏡824使該系統(tǒng)在UV和可見光兩條路徑中的反射次數(shù)相等。在反射次數(shù)相等的情況下，相對收集光學(xué)系統(tǒng)804的位置汞弧802的位置的任何變化將導(dǎo)致對于激發(fā)光束和參照光束兩者相同的角度偏移。相等的偏移角保持激發(fā)光束和參照光束在組織上重疊。圖8a至圖8c所示的系統(tǒng)(其中合并后的光束按照與入射光束的方向相同的方向射出該光學(xué)系統(tǒng))還使輸出光束的方向在作為整體平移和小幅度旋轉(zhuǎn)該光學(xué)系統(tǒng)時保持不變。
圖8a中的孔徑光闌830保證UV激發(fā)光束和可見的參照光束在進(jìn)入發(fā)送光纖828時具有同樣的角收斂。兩個光束在聚焦光學(xué)系統(tǒng)826的位置上的橫向尺寸將一成不變地略有不同，因為在兩條路徑中光學(xué)元件的位置存在小誤差而在兩個波長下弧光的有效發(fā)射體積也有輕微的差異。孔徑光闌830是這樣設(shè)置的，以致兩個光束在它們的外邊緣受到輕微地限制，從而保證對光纖最大的角輸入對于兩者是相同的。圖8b表明每次在光纖范圍內(nèi)反射時相對光纖軸線對光纖的輸入角在很大程度上都被保持。用來自單一方向的準(zhǔn)直光束的光纖照明通常導(dǎo)致從光纖的另一端發(fā)出的錐形光束，它相對所述軸線具有同樣的角度。光線在光纖的出口光瞳上從空間上說是均衡的，但是角度當(dāng)它順著內(nèi)窺鏡的長度通過時由于光纖的彎曲慢慢地增大。圖示的實(shí)施方案保證激發(fā)照明和參照照明的標(biāo)準(zhǔn)化的角強(qiáng)度分布如同自發(fā)熒光標(biāo)準(zhǔn)化方法所要求的那樣是緊密配合的。例如，如果標(biāo)準(zhǔn)化的參照照明如圖8c所示在區(qū)域831中局部地超過標(biāo)準(zhǔn)化激發(fā)照明，那么分析將錯誤地指出在這個區(qū)域自發(fā)熒光減少。如果標(biāo)準(zhǔn)化的參照照明比標(biāo)準(zhǔn)化的激發(fā)大兩倍，那么分析將提供錯誤的發(fā)育異常陽性指示，在這種情況下門限條件被設(shè)置到50％。類似地，如果標(biāo)準(zhǔn)化的參照照明在某個區(qū)域中比激發(fā)照明低一半，那么即使在那個區(qū)域中自發(fā)熒光實(shí)際上同樣降低了一半分析仍然指示組織正常。這樣的大錯誤在照明區(qū)域的中心未必存在，但是在照明降低到噪聲水平的區(qū)域邊緣卻可能發(fā)生。放在參照圖象和自發(fā)熒光圖象上的門限條件保證不試圖在太容易受噪聲或邊緣效應(yīng)的情況下進(jìn)行分析。一般的說，描述它為的是使參照光強(qiáng)度分布中的任何變化相對激發(fā)光的強(qiáng)度分布沿著組合器和組織表面之間的光學(xué)路徑在任何一點(diǎn)都如同在860(標(biāo)準(zhǔn)化的)看到的那樣維持在不足20％。最重要的是實(shí)現(xiàn)在組織表面強(qiáng)度變化最小。這樣，從光纖862射出的光線將在角度θ定義的圓錐范圍內(nèi)，而沿著波前864強(qiáng)度的變化應(yīng)該處處不足20％，以使錯誤圖象的風(fēng)險降低到最低限度。
圖8d是激發(fā)/參照光源中的旋轉(zhuǎn)光閘設(shè)計的更詳細(xì)的視圖。在一個視頻幀33.3毫秒中，每個膜窗旋轉(zhuǎn)一次。激發(fā)光閘的膜窗810上的光瞳832所對的角度對應(yīng)于正常的藍(lán)色曝光周期8.1毫秒。相對于視頻幀UV曝光的時序是由鎖相環(huán)路設(shè)定的，從而使通過激發(fā)膜窗基準(zhǔn)點(diǎn)834的光脈沖的上升沿與同步信號340上的奇數(shù)場標(biāo)記的上升沿如同用圖3表示的那樣匹配。激發(fā)光束在光學(xué)系統(tǒng)中的表觀位置是用虛線圓836標(biāo)柱的。就光束直徑對光閘直徑的相對直徑而言，光脈沖的總上升時間是1.7毫秒，這與脈沖的總長度相比是可接受的。膜窗810很薄，重量輕，不透明，它是用不銹鋼或玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂制成的。
使轉(zhuǎn)動慣量減至最小將簡化用PLL鎖定光閘的旋轉(zhuǎn)速率。不透明對于防止光泄漏是重要的。轉(zhuǎn)盤的中心輪轂840周圍的挖去部分838留下薄膜窗肋842，它允許轉(zhuǎn)盤在保持垂直于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時輕微地彎曲，從而使作用在電機(jī)支承上的振動和應(yīng)力減少到最小。光閘的連續(xù)外緣起攜帶時序基準(zhǔn)點(diǎn)(該基準(zhǔn)點(diǎn)在距離軸線最遠(yuǎn)也是最敏感的位置)的作用，而且在組裝和試驗期間還對意外的接觸起安全保護(hù)作用。在可見的參照光閘844上光瞳是這樣定位的，它與視頻定時順序的正常的綠色或者紅色周期相匹配。這種儀器既可以為每個腳踏開關(guān)信號提供單一的偽彩色圖象，又可以以等于30赫茲的約量的幀頻提供一系列經(jīng)過處理的圖象。
標(biāo)準(zhǔn)的個人計算機(jī)系統(tǒng)可以以每秒10幀的速率處理獲得的數(shù)據(jù)和更新偽彩色圖象，這個速率對于保存平穩(wěn)運(yùn)動的視覺印象是足夠快的而且對于允許脈沖燈電流大幅度增加是足夠慢的。在比較低的30赫茲的約量(7.5或6赫茲)下操作仍然提供適當(dāng)?shù)膶?shí)時反饋并且允許比較高的脈沖電流(并因此允許比較高的UV照明)，而且燈中的平均功耗不超過100瓦。
圖9a至圖9c展示把來自上述的光源的UV和參照光脈沖通過內(nèi)窺鏡中的活組織檢查管道交付給在內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端的組織的光纖探針的細(xì)節(jié)。發(fā)送光纖900必須傳送UV和參照兩種波長的光線，有效地與光源耦合，并且足夠柔軟以致不顯著影響內(nèi)窺鏡尖端的柔軟性。
光纖可以由多條小直徑融凝硅石纖維制成，但是優(yōu)選的系統(tǒng)使用單一的透射紫外線的丙烯酸纖維，其直徑從1.5毫米到2毫米。一種適當(dāng)?shù)谋┧峁饫w是由Toray Industries公司制造的Raytela Polymer Optical Fiber(Raytela牌聚合物光纖)。單纖系統(tǒng)通過消除多纖束的斂集率損失提高耦合效率。消除內(nèi)腔的多樣性還增加每次操作之間消毒處理的可靠性。
如圖9b所示，探針尖端的窗902是用套筒904和間隙906、908和910中的低熒光環(huán)氧固定的。薄薄的生物相容的熱縮性管狀護(hù)套保護(hù)光纖的薄金屬覆面。在位置914處，光纖900、護(hù)套912和套筒904之間的間隙中的環(huán)氧樹脂帶在消毒時密封該探針并且把護(hù)套就地固定。這種類型的光纖的數(shù)值孔徑為0.5，這意味著光線是在60度全角圓錐范圍內(nèi)出射的。帶平面窗的探針僅僅照亮典型的內(nèi)窺鏡的120度的最大的視場的大約一半。
圖9c展示用來替代平面窗902的凹透鏡916，而且在透鏡和光纖末端之間有空隙918。凹透鏡以激發(fā)照明強(qiáng)度為代價增加大照明的視場。附加的凹透鏡將進(jìn)一步增大視場。如同圖9c所示的那種探針設(shè)計最適合大面積掃描，而圖9b的平面窗設(shè)計最適合比較局域化的發(fā)育異常區(qū)域掃描。這些窗或透鏡可以用融凝硅石或UBK-7制造，以便優(yōu)化UV的傳輸。但是，毫米厚度的普通玻璃(例如BK7)不吸收絕大部分的激發(fā)照明。另外，如果藍(lán)色熒光在特定類型的發(fā)送光纖中的水平降低熒光圖象的質(zhì)量，透鏡或窗可以用透射紫外線、阻斷藍(lán)光但透射紅光的玻璃(例如，Schott UG-1)制造。這種附加的濾光在使用Raytela光纖的探針設(shè)計中至今尚不需要。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，用透射紫外線的塑料構(gòu)成上述的探針與融凝硅石構(gòu)造相比將把成本降低到使用一次之后就可以把整個探針廢棄的程度。
圖10a和圖10b展示圖3所示的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)怎樣才能被改造成適合與標(biāo)準(zhǔn)的彩色CCD影像內(nèi)窺鏡1000一起使用。在這種類型的內(nèi)窺鏡中，圖象檢測系統(tǒng)1002同時用CCD探測器上經(jīng)過分立濾光的像素檢測紅、綠、藍(lán)色的光。供這種類型的視頻系統(tǒng)使用的照明源1008發(fā)出連續(xù)的寬帶白光，為了與經(jīng)過改造的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)一起使用它仍然需要接通和關(guān)閉光閘1010。在這實(shí)施方案中，激發(fā)/參照光源101 8用光學(xué)系統(tǒng)1020同時產(chǎn)生兩種波長，并且高度拒斥在自發(fā)熒光達(dá)到高峰的藍(lán)色和綠色波長的光(大于1000∶1)。連續(xù)照明的光譜示于圖10b。
為了檢測自發(fā)熒光，互補(bǔ)的光閘1010和1024依舊被觸發(fā)，從而使組織同時得到激發(fā)光和參照光兩者的照明。然后，UV誘發(fā)的自發(fā)熒光(以460納米為主)被CCD攝像機(jī)中負(fù)責(zé)藍(lán)色的像素檢測。同時，紅色的參照反射圖象被負(fù)責(zé)紅色的像素檢測。彩色CCD攝像機(jī)通常使用電子快門，所以它們不需要供它們讀數(shù)的黑暗周期。在這個實(shí)施方案中，如果自發(fā)熒光系統(tǒng)僅僅與彩色影像內(nèi)窺鏡一起使用，在激發(fā)/參照光源1018中的旋轉(zhuǎn)光閘要么與用制動器停在打開的位置上，要么被完全拆除。因此，UV照明整整持續(xù)一幀33毫秒，從而增強(qiáng)累積的可見熒光信號和參照信號以及取消對脈沖電源的需求。燈電源1022仍然可以在不使燈過熱的情況下為一幅圖象不時地產(chǎn)生脈沖。分析將照舊進(jìn)行，參照圖象出現(xiàn)在RGB NTSC信號的紅色信道上而自發(fā)熒光圖象出現(xiàn)在藍(lán)色信道上。
在依據(jù)本發(fā)明的熒光圖象內(nèi)窺鏡中，UV激發(fā)光脈沖和可見的參照光脈沖兩者都是通過從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)窺鏡的活組織檢查管道穿過的光纖探針交付給組織的。如果內(nèi)窺鏡的照明光纖束被改為傳送UV以及可見光波長的光線，那么激發(fā)和參照光可以交替地通過該光纖束傳送。必要條件將一直是即使由不同的光源產(chǎn)生的激發(fā)光和參照光在它們從內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端射出時也具有相同的角分布。
圖11a至圖11展示自發(fā)熒光成象系統(tǒng)的實(shí)施方案，該實(shí)施方案使用透射UV的內(nèi)窺鏡、用于正常成象的標(biāo)準(zhǔn)的白色光源、單獨(dú)的激發(fā)光源和耦合箱。如果在專用光源用把一個單元白光、激發(fā)和參照的功能合并之前打算研制改進(jìn)的內(nèi)窺鏡，則使用這個系統(tǒng)。在這個過渡儀器中，適配盒1100將安裝在標(biāo)準(zhǔn)白光照明器1102和透射紫外線的影像內(nèi)窺鏡的電/光連接插頭1104之間。在正常情況下，光學(xué)連接插頭1106直接安裝到可見光源1102中，以便收集照明光并且把它傳送到內(nèi)窺鏡的照明光纖束中。但是，在這個實(shí)施方案中，光學(xué)連接插頭1106將被安裝到適配器1100上，而在適配器另一端完全一樣的光學(xué)連接插頭1108將安裝到可見光源1102上。一套成象光學(xué)系統(tǒng)1110將把來自插頭1108的出口光瞳的光線轉(zhuǎn)移到插頭1106的入口光瞳。另外，這套成象光學(xué)系統(tǒng)的還將把來自單獨(dú)的光源從光纖1112射出的激發(fā)光轉(zhuǎn)移到插入1106的入口光瞳。
這套成象光學(xué)系統(tǒng)是用圖11b予以詳細(xì)說明的。照射在公用軸線上的激發(fā)照明與可見光照明相結(jié)合是用分色光束分離器立方體1114完成的。消色差透鏡1116使從插頭1108的出口光瞳上的點(diǎn)1118射出的可見光變成平行光。第二消色差透鏡1120使這束光再次聚焦到插頭1106的入口光瞳上的點(diǎn)1122上。一套融凝硅石透鏡1124和1126名義上是使來自激發(fā)光發(fā)送光纖1112的出口光瞳上的點(diǎn)1128的光線準(zhǔn)直。這些透鏡的位置實(shí)際上是為了在點(diǎn)1122上提供點(diǎn)1128的最佳圖象而被調(diào)整的，因為消色差透鏡1120將不對UV波長進(jìn)行校正。
在這個實(shí)施方案中，參照照明來源于來自可見光源的正常的紅色照明光。濾光片1130是用強(qiáng)烈地衰減UV波長、藍(lán)色和綠色波長的紅色的吸收玻璃制成的。濾光片1130被安裝在圖11C所示的導(dǎo)向軌座1134上，并且在打算使用自發(fā)熒光成象時借助機(jī)電設(shè)備被夾在光路中。UV光源中的光閘被同時打開。于是，組織將得到UV光和參照光兩者的照明，如果使用的是彩色影像內(nèi)窺鏡則被同時照亮，如果使用的是帶彩色轉(zhuǎn)盤的影像內(nèi)窺鏡則按順序被照明。濾光片1132是透明玻璃，它透射全部正常的可見光波長。當(dāng)這樣使用正常的照明以使透鏡1116的焦點(diǎn)保持恒定不變時，濾光片1132借助機(jī)電設(shè)備被夾在光路中。
就透射紫外線、柔軟且經(jīng)久耐用的內(nèi)窺鏡照明光纖束1136而言，它必須是由融凝硅石光線制成的，而不是由普通玻璃纖維制成的。除了透明度之外，兩種材料之間主要的光學(xué)差異在于融凝硅石光纖通常具有比玻璃纖維低的數(shù)值孔徑。這意味著在融凝硅石光纖中光以比較小的偏離軸線的角度被收集和發(fā)出。照明光纖束在點(diǎn)1138處分叉，并且延伸到在內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端的光學(xué)出口1140和1142。在出口1140和1142中的透鏡元件也必須被改造(使之變成度數(shù)更高的負(fù)透鏡)，以便維持與現(xiàn)有的基于玻璃纖維的內(nèi)窺鏡相同的照明角度。
在內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端的視頻成象檢測系統(tǒng)1144把它的信號順著內(nèi)窺鏡內(nèi)的電線1146往回傳送到連接器插頭1104上的電連接器1147。適配器盒1100上配對的連接器收集這些跨過適配器1100被轉(zhuǎn)移給與插頭1147完全一樣的連接器插頭1148的信號，插頭1148完成對視頻處理器的電連接。于是，自發(fā)熒光圖象和參照圖象的分析照舊進(jìn)行。
一旦有UV能力的內(nèi)窺鏡可以利用，激發(fā)光源就可以被裝入內(nèi)窺鏡光源和視頻處理器，以致所有的自發(fā)熒光成象能力都被包括在內(nèi)窺鏡系統(tǒng)本身內(nèi)，這個優(yōu)選的實(shí)施方案是用圖12示意地表示的。電/光連接插頭1200直接與激發(fā)/參照/白色的光源和視頻處理器1202配對。這個系統(tǒng)如同用圖11a至圖11b所示的實(shí)施方案那樣利用分色立方體光束組合器系統(tǒng)1204和參照光的濾光系統(tǒng)1206正確地操作，但是不再需要外部的適配器。
可見的藍(lán)綠色自發(fā)熒光的全面減少是成象系統(tǒng)用來描述這點(diǎn)的組織發(fā)育異常的主要指標(biāo)。這些成象系統(tǒng)用單一參數(shù)描述組織圖象中每個像素的自發(fā)熒光減少的特征。這些減少的特定原因Zonios等人已經(jīng)在“Morphological Model of Human ColonTissue Fluorescence(人類結(jié)腸組織的熒光形態(tài)學(xué)模型)”，(IEEETrans.，Biomed.Eng.，43(2)，113-122，1996)中介紹過，在此通過引證將它并入本文。主要的熒光團(tuán)是骨膠原，一種結(jié)締組織中的蛋白質(zhì)，它是在薄薄的粘膜層內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，并且是粘膜下層的主體組成部分。當(dāng)粘膜層中的細(xì)胞增大并且把骨膠原擠出時以及當(dāng)組織中的血紅蛋白由于增多的血管形成而增加時，在發(fā)育異常的組織中自發(fā)熒光就會減少。血紅蛋白吸收一些自發(fā)熒光。為了正確地確定發(fā)育異常的或然率，描述組織固有的熒光(不存在吸收)和組織中血紅蛋白含量兩者特征的能力將提高成象系統(tǒng)的能力。
上述的成象系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)彩色轉(zhuǎn)盤(單色CCD)影像結(jié)腸鏡的33毫秒目標(biāo)獲取周期中三個可用的成象周期當(dāng)中的兩個。在一個周期中，紫外線激發(fā)光照亮組織并且獲得自發(fā)熒光圖象F。在第二個周期中，可見的紅光照亮組織并且獲得參照圖象R，該圖象確定組織上紫外線照明的強(qiáng)度分布。這兩幅圖象的比率對圖象中每個像素產(chǎn)生一個參數(shù)F/R，該參數(shù)代表那個點(diǎn)的總自發(fā)熒光的相對水平。用來使圖象中可能發(fā)育異常的部分增亮的算法主要是把適當(dāng)?shù)拈T限值分配給每個像素的F/R參數(shù)。
下面介紹用圖13a和13b展示的經(jīng)過改進(jìn)的成象系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用第三個成象周期獲取附加的可見光反射圖象，以便考慮更完整的光譜分析。在這個系統(tǒng)中，以藍(lán)色為主的光線被引導(dǎo)到組織上，這種藍(lán)光具有近似于UV激發(fā)光誘發(fā)的熒光光譜的中心波長和帶寬。如同前面介紹的那樣，這種藍(lán)光從同樣的照明口射出并且具有與紫外線激發(fā)照明和和可見的紅色參照照明相同的角強(qiáng)度分布。由此產(chǎn)生的藍(lán)色的反射圖象B指出組織中在這些藍(lán)色波長下吸收光線的化學(xué)成分所在的區(qū)域以及由于這些吸收過程減少了固有的自發(fā)熒光的組織所在的區(qū)域。如上所述，紅色參照圖象R是作為在組織表面全部三種波長的照明強(qiáng)度的度量標(biāo)準(zhǔn)使用的。因此，在一個象素挨著一個象素的基礎(chǔ)上指出(主要是血紅蛋白)吸收的特定參數(shù)是比率B/R。這兩個參數(shù)F/R和B/R都可以在一個象素挨著一個象素的基礎(chǔ)上用于確定表示發(fā)育異常的組織成象區(qū)域。兩種基本的方法可以采用。在一種方法中，比率F/R可以用參數(shù)B/R予以校正，以便更精確地指出固有熒光的真實(shí)值，這將產(chǎn)生一個照舊對它施加門限的經(jīng)過修改的參數(shù)F/R。第二種方法使用由參數(shù)F/R和B/R定義的二維表面，該表面能夠表示發(fā)育異常的概率。在這兩種情況下，用來確定增亮區(qū)域的門限值是通過臨床試驗期間F/R和B/R的實(shí)測值與關(guān)于取自那些部位的活組織檢查樣品的病理學(xué)報告的結(jié)果進(jìn)行比較確定的。
圖13a和13b中的系統(tǒng)照舊使用汞弧光燈光源1300。同樣的光學(xué)元件1302和1304被用來收集所產(chǎn)生的包括紫外線波長和整個可見光波段的光線并使之變成平行光。紫外線照明的光學(xué)路徑仍然是相同的。二色性反射鏡1306把大部分紫外光和一些可見光反射給反射紫外線的轉(zhuǎn)向反射鏡1308。當(dāng)大部分可見光被1308的襯底吸收時大部分紫外光被再一次反射。紫外線帶通濾光片1310幾乎把剩余的可見光全部除掉，以致只有紫外光抵達(dá)定時轉(zhuǎn)盤1312。定時轉(zhuǎn)盤1312保證繼續(xù)前進(jìn)的紫外光僅僅在影像結(jié)腸鏡的一個曝光周期期間通過。另一個二色性反射鏡1314和(反射紫外線和可見光兩者的)全反射鏡1316把紫外光束引導(dǎo)到聚焦透鏡1318上?？勺児怅@1320定義紫外光進(jìn)入發(fā)送光纖1322的角度。發(fā)送光纖1322把各種照明波長全部傳送到結(jié)腸鏡的末端，以便照亮組織。
改進(jìn)的自發(fā)熒光成象系統(tǒng)與前面介紹過系統(tǒng)之間的差異在于可見光波長通過該系統(tǒng)的路徑。藍(lán)色和紅色兩種波長的光線射向可見光定時轉(zhuǎn)盤1324。這個轉(zhuǎn)盤有兩個光瞳，它們允許光線在影像結(jié)腸鏡的兩個剩余的曝光周期期間通過。轉(zhuǎn)盤光瞳之一被紅色濾光片1326覆蓋著，該濾光片允許適合參照圖象R的波長通過。之所以選定這些波長是為了避開血紅蛋白吸收波段和用來把光交付給組織的光纖中的吸收波段兩者。經(jīng)過濾光的光線被如此恰當(dāng)?shù)販?zhǔn)直，以致可以采用多層二色性涂層，但是用著色的玻璃或塑料制作的簡單的吸收濾光片是適當(dāng)?shù)?。定時轉(zhuǎn)盤1324的第二個光瞳被寬帶藍(lán)色濾光片覆蓋著，該濾光片的頻譜近似于激發(fā)光產(chǎn)生的固有熒光的頻譜。這個濾光片的特定寬帶頻譜可以包含被血紅蛋白吸收的波長，并且具有如此充分的再現(xiàn)性以致由此產(chǎn)生的分析程序可以被其它儀器使用。第二個光瞳與影像結(jié)腸鏡的第三個曝光周期相匹配。對通過圖13b所示的兩個轉(zhuǎn)盤上的定時孔1330和1332的光線作出響應(yīng)的光電探測器把電脈沖提供給鎖相環(huán)路，該鎖相環(huán)路保持定時轉(zhuǎn)盤與影像結(jié)腸鏡的影像獲得系統(tǒng)同步。
改進(jìn)的三色診斷系統(tǒng)和二色系統(tǒng)之間剩余的差異包括寬帶反射鏡1334和無色的長焦距透鏡1336，前者必須反射藍(lán)色和紅色兩種可見的波長，而后者在可見光波長下就融凝硅石會聚透鏡1306比較長的焦距進(jìn)行校正。
盡管這項發(fā)明已參照其優(yōu)選實(shí)施方案被具體地展示和介紹，但是熟悉這項技術(shù)的人應(yīng)該理解不脫離納入權(quán)利要求書的本發(fā)明的范圍可以在形式和細(xì)節(jié)上作出各種各樣的變化。
權(quán)利要求
1.一種熒光成象系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源，它產(chǎn)生在組織中誘發(fā)可見的熒光的激發(fā)光和參照光；光學(xué)組合器，它把所述的激發(fā)光和所述的參照光合并到共同的路徑上，合并后的光被耦合到光導(dǎo)管中，該光導(dǎo)管把合并后的光交付給組織；圖象傳感器，它檢測組織的熒光圖象和參照圖象；以及數(shù)據(jù)處理器，它處理熒光圖象和所述的參照圖象，以便產(chǎn)生經(jīng)過處理的組織的輸出圖象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源是弧光燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中弧光燈的電源是脈沖電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光導(dǎo)管是通過內(nèi)窺鏡的活組織檢查管道延伸的可拆卸的光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中圖象傳感器定位在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中激發(fā)光和參照光是這樣按順序發(fā)出的，以致單色的圖象傳感器在第一時間周期里檢測熒光圖象，在第二時間周期里檢測反射圖象。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中激發(fā)光和參照光是這樣同時發(fā)出的，以致各自的圖象被色敏的圖象傳感器檢測，藍(lán)色信道檢測熒光圖象，紅色信道檢測參照圖象。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中激發(fā)光在300～420納米的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源進(jìn)一步包括波長在紅或紅外波段中的參照光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光導(dǎo)管包括遠(yuǎn)端安裝透鏡的光纖。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中激發(fā)光具有與參照光的角取向相同的角取向。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中進(jìn)一步包括包選定波長的參照照明，以便提供第二參照圖象。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括光源和濾光輪，后者對來自光源的光線濾光，以便提供第一參照光照明波長和第二照明波長。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括濾光輪，該濾光輪具有對來自光源的光線進(jìn)行濾光以提供熒光照明的濾光片。
15.一種使組織熒光成象的方法，該方法包括檢測組織的熒光圖象和組織的參照圖象；以及與所述的參照圖象一起處理所述的熒光圖象，以便產(chǎn)生組織的輸出圖象。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括提供弧光燈光源。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括弧光燈的脈沖電源。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括用單色的圖象傳感器按順序成象。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括用色敏的圖象傳感器檢測圖象，該傳感器有檢測自發(fā)熒光圖象的藍(lán)色信道和檢測參照圖象的紅色信道。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括使激發(fā)光和參照光這樣耦合到光纖上，以致在參照光的標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)度和激發(fā)光的標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)度方面的變化沿著使激發(fā)光和參照光合并的組合器之間的路徑在波前中任何點(diǎn)上都不足20％。
21.一種用來使組織熒光成象的方法，該方法包括提供波長在300納米至420納米范圍內(nèi)的激發(fā)光；提供參照光；把所述的激發(fā)光和所述的參照光這樣合并到共同的路徑上，以致激發(fā)光的強(qiáng)度沿著所述路徑在任何點(diǎn)的變化相對標(biāo)準(zhǔn)化的參照光強(qiáng)度不足20％；用在內(nèi)窺鏡探針的遠(yuǎn)端的圖象傳感器檢測由所述的激發(fā)光造成的組織的熒光圖象和由反射的參照光造成的參照圖象；以及處理所述的熒光圖象和所述的參照圖象，以便產(chǎn)生組織的輸出圖象。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括確定熒光圖象和參照圖象的比率。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整參照光相對激發(fā)光的相對強(qiáng)度或角分布。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括檢測具有不同波長的第一和第二參照圖象。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，進(jìn)一步包括檢測藍(lán)色和紅色參照圖象，以及由藍(lán)色和紅色圖象的逐個像素的比率形成第三參照圖象。
全文摘要
這項發(fā)明揭示了一種通過影像內(nèi)窺鏡使組織的自發(fā)熒光成象的系統(tǒng)和方法,該系統(tǒng)包括能提供能誘發(fā)組織自發(fā)熒光的紫外光和幾乎或根本不誘發(fā)自發(fā)熒光的可見光的光源;把兩種波長范圍的光線以同樣的表觀空間和角強(qiáng)度分布發(fā)送給組織的光學(xué)系統(tǒng);在內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端利用單一的成象探測器數(shù)字化地獲取由此產(chǎn)生的可見的熒光和可見的反射圖象的手段;以及數(shù)字化處理所述的圖象以產(chǎn)生最終的指出組織發(fā)育異常區(qū)域的偽彩色顯示圖象的手段。這個系統(tǒng)既可以被添加到現(xiàn)有的影像內(nèi)窺鏡上,也可以被合并到其結(jié)構(gòu)中。合并后的系統(tǒng)可以借助電子設(shè)備在正常的白光成象和熒光成象之間切換。
文檔編號A61B5/00GK1341003SQ00804257
公開日2002年3月20日 申請日期2000年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月26日
發(fā)明者小斯蒂芬·F·富爾格休姆 申請人:牛頓實(shí)驗室公司