專利名稱：固定背景中的移動物體的特征描述的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的領域為通過將移動物體的已知明顯光譜從整個背景光譜中分離，在通常固定的光譜背景中檢測附加于移動物體的發(fā)色團，尤其應用到通過光譜分解即使不顯示有效脈動的血管中的移動紅血球的分離光譜，而進行血管中氧飽和度的非侵入測量，并涉及血流路徑的特征描述。
背景技術：
有很多工業(yè)、科學和藥物應用中需要確定特定成分的數(shù)量等級或移動系統(tǒng)的細節(jié)，其中將被測量的成分或細節(jié)處于視覺上很難將被檢測的成分或細節(jié)區(qū)分開的背景環(huán)境中。在這種情況下，傳統(tǒng)的成像方法不總讓人滿意。
這樣的一個例子是確定在供給活組織的血液中的氧水平或供血中的任意其他可識別成分。血液給組織的適當供氧是對于其正確官能的基本先決條件。但是，供氧通常受到幾種急性和/或慢性疾病結(jié)果的損害，比如包含由機械性梗阻或炎癥處理引起血管中局部變化的那些疾病。例如，這種改變能夠引起動脈硬化或者糖尿病的結(jié)果，這可以導致系統(tǒng)級組織的損傷和/或能夠引起在包括心臟、大腦、眼睛和其他的特定器官中定義明確的病狀。尤其是，包含或由視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)的供氧降低所產(chǎn)生的疾病是全世界引起失明的最主要原因之一。很多這種疾病都是逐漸的和可以治療的。因此，很需要及早檢測，因為它可以導致預防性治療。
例如，在眼睛中，診斷通常在視網(wǎng)膜上出現(xiàn)的結(jié)構變化的基礎上作出，而這是視網(wǎng)膜供氧問題的結(jié)果或與其共同產(chǎn)生的。這種結(jié)構變化包括缺血情況(ischemic event)的結(jié)果，有時為了檢測出它們需要執(zhí)行熒光血管造影術；新血管形成，這是新血管的生長以試圖補償從預先存在組織的供氧降低；棉-毛斑(cotton-wool patches)，這是神經(jīng)纖維軸漿已經(jīng)傳輸失敗的區(qū)域；以及甚至視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維的惡化。一旦觀察到這些和其他現(xiàn)象，可以用于診斷視網(wǎng)膜脈管疾病，并開始治療以使進一步惡化的情況變好。但是，這些結(jié)構改變是已經(jīng)發(fā)生的嚴重的不可逆轉(zhuǎn)的損傷的表示。因此，在結(jié)構性損傷出現(xiàn)之前，較早檢測疾病明顯是需要的。在很多病例中，經(jīng)受損傷的視網(wǎng)膜部分具有損壞的供氧或新陳代謝，從而可以通過毛細血管的氧飽和度的局部異常進行識別。同樣，適當?shù)墓倌芑蛱貏e有效的視網(wǎng)膜區(qū)域能夠通過它們的毛細血管的局部氧飽和度特性來識別。將這種關于損傷和完整的視網(wǎng)膜區(qū)域的信息和在一起，能夠為盡可能限制對目標視網(wǎng)膜治療導致的健康組織的損傷提供重要的標志。該信息能夠分為兩種屬于血管中的血氧飽和度水平的，這需要血流成分的光譜組成的知識；和屬于血管幾何形狀本身的結(jié)構變化的，無論是否由于新血管產(chǎn)生導致的諸如新血管生成，或由于通過的血流的阻塞造成血管的明顯消失。這些種類中每一種現(xiàn)在都可以成功處理。
用于測量血氧飽和度的方法應當快速、定量、客觀并盡可能不侵入。在現(xiàn)有技術中存在許多種方法血液氣體分析提供高精度測量血液中氧飽和度的方法。但是，它是侵入式的，因為它需要來自所關注點的血液采樣，因此在很多情況下不能使用。而且，測量花費時間并不能連續(xù)執(zhí)行。另外，通常只有動脈或靜脈充氧能夠測量，或者通過在被檢查組織上做一個小切割，靜脈、動脈和毛細血管混合的充氧也能夠測量。
另一方面，脈沖血氧儀是非侵入式的，并允許連續(xù)測量。脈沖血氧儀使用由于心跳產(chǎn)生的供血的脈動本性。這引入了與心率相關的在充滿組織中血色素的濃度變化。這些濃度變化順序引起組織的光吸收的與心率相關的變化，與周圍組織更恒定的背景吸收相反。但是，脈沖血氧儀不能應用到血管或血管沖洗(blood vessel irrigated)的區(qū)域，由于血液的粘滯特性和血管系統(tǒng)的彈性特性，在這些部分心跳信號已經(jīng)衰落到低于可檢測閥值。這出現(xiàn)在毛細血管和毛細血管后的血管(post-capillary vessel)中，并通常出現(xiàn)在視網(wǎng)膜脈管的大部分中。因此，脈沖血氧儀由于依賴于動脈跳動通常只能夠用于提供關于動脈血的充氧信息，而不能用于其他血管部分，尤其是，不能用于毛細血管、微靜脈或小直徑血管。
用于血液采樣的充氧評價的很多方法依賴于光譜分析，使用氧合血紅蛋白(HbO2)和脫氧血紅蛋白(Hbr)的不同吸收光譜。每種光譜是截然不同的，因此，理論上只有幾個波長的試管中樣本的光譜測量經(jīng)過一些假設能夠提供關于每種發(fā)色團的量的信息。氧飽和度本身也與氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的比例相關。氧飽和度的值SO2能夠從公式SO2＝[HbO2]/{[HbO2]+[Hbr]}中計算出來。
另一方面，在活有機體內(nèi)測量更困難。活有機體內(nèi)光譜測定方法的主要困難是由于與氧合和脫氧血紅蛋白不同的色素的存在引起的。在所關注的光譜范圍內(nèi)，那些色素的吸收光譜以及氧合和脫氧血紅蛋白的吸收光譜完全不平坦，并且由于這些色素整個光譜的部分不容易在活有機體內(nèi)確定。而且，在依賴于反射光的光譜測量中，光強度不只受到發(fā)色團的影響，而且受到其他反射實體的影響。因此，絕對反射光譜(absolute reflection spectrum)的光譜分解經(jīng)常是個很嚴重的問題，尤其例如在諸如視網(wǎng)膜的位置中，那里包含很多色素。而且，來自視網(wǎng)膜的反射可源自很多光源，并且反射光的光譜成分因此受到發(fā)色團或遍布周圍組織的色素的影響而不只是局部的。
所有以上用于活有機體內(nèi)的氧飽和度測量的技術的另一個共同缺點是它們固有的低空間分辨率，通常只允許評估系統(tǒng)血充氧值。這些技術中都不允許不同血管中氧飽和度的活有機體內(nèi)可視化，特別是不在毛細管網(wǎng)的水平并同樣不在不同脈管室(vascular compartment)之間。因為充氧在不同的毛細血管中是不同的，或者，作為時間或生理活性的處理的函數(shù)，重要的診斷信息可以通過使用具有圖像特征的數(shù)據(jù)組而不是像離散點一樣的測量而獲得。
在視網(wǎng)膜疾病的當前例子中，測量視網(wǎng)膜血液充氧的更直接的方法的重要性是顯而易見的，從當前關注的領域比如視網(wǎng)膜脫離的情況下組織內(nèi)氧過多的治療效果就可以看出，這在R.A.Linsenmeier和L.Padnick Silver在Investigative Ophthalmology and Visual Science的Vol.41(10)，3117-3123頁(2000年9月)出版的題目為“Metabolicdependence of photoreceptors on the choroids in the normal and detachedretina(正常和脫離的視網(wǎng)膜中脈絡膜上感光神經(jīng)末梢新陳代謝依賴)”中有描述，并且在表現(xiàn)為在臨床明顯的視網(wǎng)膜病征出現(xiàn)之前，糖尿病早期階段的視網(wǎng)膜組織缺氧特征也可以看出來，這在R.A.Linsenmeier等在Investigative Ophthalmology and Visual Science的Vol.39(9)，1647-1657頁(1998年8月)出版的題目為“Retinal Hypoxiain long-term diabetic cats(患長期糖尿病的貓的視網(wǎng)膜缺氧癥)”中有描述，并且從發(fā)展這種技術所付出的努力也可看出。描述用視網(wǎng)膜血氧計執(zhí)行的直接氧壓測量在Diabetes Technol.Ther.的Vol.2(1)的111-3頁(2000年春)中公開。但是，那些測量限制于豬類動物模型中視乳頭盤(optical disk)附近的大血管。
因此，需要一種能夠定量測量血氧飽和度的新方法，它能克服組織中其他吸收發(fā)色團或反射物體的存在。也需要一種不是單點測量的方法，是在整個成像組織中而不是一個點處提供氧飽和度值的高分辨率圖像和其他相關參數(shù)的方法。這種圖像最好應當從所有種類的脈管中獲得，包括毛細管、小靜脈和靜脈。
在包含脈管系統(tǒng)的一些慢性惡化的疾病中，開始治療的決定直接基于結(jié)構性改變的發(fā)作，這似乎標志著該疾病的發(fā)展中一個重要點。眼睛中的新血管形成是表示眼睛疾病狀態(tài)發(fā)生的結(jié)構改變，這帶有引起對病人視力永久和不可逆轉(zhuǎn)損傷的很高風險。對新血管形成有很多誘病因素，主要包括糖尿病的視網(wǎng)膜病，與年齡相關的斑點惡化(AMD)和視網(wǎng)膜脈管阻塞。這些因素表示應當對病人進一步的疾病信號密切監(jiān)控，但是就這些因素本身尚不足以開始治療，它們可能對個體的視力有嚴重的后果。因此，新血管形成發(fā)作的早期靈敏檢測對已知處于危險中的病人是需要的。
眼睛的新血管形成疾病與對組織的一個區(qū)域中的氧傳送不足有關，并認為部分上由它所引起。提出的其他新血管形成的機制不需要通過氧不足的階段。眼睛中血管產(chǎn)生因子的濃度增加(比如某種腫瘤)或血管抑制因子的濃度降低(比如玻璃體切除術或晶體切除術(lensectomy))的原因也可能導致增加新血管產(chǎn)生疾病的危險。
新血管產(chǎn)生一旦開始，就可以發(fā)展直到成為通過幾種機制中的一種或多種進一步視覺惡化的原因。通過阻塞從小梁網(wǎng)(trabecularmeshwork)流出液體，新血管產(chǎn)生能夠直接促成與新血管產(chǎn)生青光眼有關的內(nèi)部眼壓的組織損傷增加。新血管比普通血管更脆弱，并易于出血并阻擋視力和降低供血。出血本身就可以引起視網(wǎng)膜脫離，直接引起視力喪失。因此，新血管產(chǎn)生占據(jù)了視網(wǎng)膜疾病的發(fā)展中的關鍵點，如在1997年由Lippincott Williams and Wilkins(Philadelphia)出版的M.Bruce Shields，M.D的“Textbook of Glaucoma(青光眼教科書)”中更全面描述的。
新血管產(chǎn)生疾病不僅對整個疾病過程是重要的，并且如上文提到的是可治療的。當前，對眼睛已經(jīng)有新血管產(chǎn)生的病人的最普通的措施是全視網(wǎng)膜激光凝(PRP)。該技術盡管通常保留病人的長期視力，但部分破壞現(xiàn)存的視覺靈敏度，并且?guī)в胁l(fā)癥的危險。因此，只有對疾病進一步發(fā)展的風險最大的病人應用該治療是有益的。
例如，與非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(NPDR)已經(jīng)發(fā)展到更危險的增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(PDR)的病人的治療相比，對具有非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(NPDR)的病人的PRP治療提供可測量的、但緩和的長期保護的益處。同時，早期PRP治療暴露了許多病人的缺陷和風險，即使他們事實上將不會發(fā)展成PDR。改善臨床醫(yī)生確定病人應當還是不應當用PRP治療的能力將因此成為主要的實際益處。
通過定義，新血管產(chǎn)生的發(fā)作是標志NPDR和PDR之間的分界線——“增殖”，這兩個術語包含的是指眼睛中新的血管的增殖。因此，檢測和測量新血管產(chǎn)生更好的方法將用于幫助臨床醫(yī)生確定哪些病人群體應當被迅速治療、哪些糖尿病患者視網(wǎng)膜并是穩(wěn)定的，并不需要立即措施。一種類似的觀點應用到由于其他原因?qū)е碌男卵墚a(chǎn)生的疾病的治療中，并且在除了眼睛的其他器官中，比如脈管阻塞、AMD和腫瘤受激新血管產(chǎn)生。
兩種主要的技術當前用于診斷眼睛中的新血管產(chǎn)生，熒光血管造影術和裂隙燈檢查。通常首先在虹膜上注意到眼睛的新血管產(chǎn)生，盡管它也可以同時在視網(wǎng)膜中看到。兩種檢查技術的最敏感處，熒光血管造影術檢測從新生成的血管在瞳孔周圍或視網(wǎng)膜的泄漏；但是，它是帶有并發(fā)癥危險的侵入式技術。而且，通常對于很多病人風險依賴于他們的主治醫(yī)師不能用。當新血管產(chǎn)生充分發(fā)展時，裂隙燈檢查也能夠直接顯示反常的新血管生長。但是，該顯示沒有熒光血管造影術靈敏，并且需要有訓練的醫(yī)師來評價所見。
因此，新血管產(chǎn)生在眼科和其他疾病比如癌癥中占據(jù)關鍵的角色，并且在關于治療這種疾病中起控制決策。用于評價新血管產(chǎn)生的現(xiàn)有技術有侵入性或不靈敏的缺點；并且需要特殊訓練的醫(yī)務人員和/或醫(yī)院設備。因此，需要一種檢測新血管產(chǎn)生的裝置，它是非侵入式的、靈敏的、操作簡單的并給出由臨床醫(yī)生容易解釋的結(jié)果。
用于通過檢測新血管生成的任何新血管產(chǎn)生檢測系統(tǒng)和方法也應當對現(xiàn)有血管的阻塞檢測有用，這通過在連續(xù)成像期間這種脈管的表面上消失而實現(xiàn)。這種現(xiàn)象能夠?qū)е略黾觾?nèi)部眼壓的副作用或鐮刀形紅細胞貧血癥。
所有本說明書中提到的出版物的公開，在這里將每篇全文引入作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于識別、繪制并表述位于復雜的固定環(huán)境內(nèi)的移動物體，并具有能夠與固定環(huán)境的光譜區(qū)分開的光譜，固定環(huán)境也通常是光譜不改變的。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供一種確定組織中血液的血氧飽和度的系統(tǒng)，通過確定氧合和脫氧血紅蛋白存在的比例進行光譜分析，即使在組織中除了將被測量的氧合和脫氧血紅蛋白還存在其他發(fā)色團也可以進行測量。該系統(tǒng)能夠從其他發(fā)色團和/或微循環(huán)外組織中的反射實體，分離這兩種血液相關發(fā)色團的光譜。用在該系統(tǒng)中的測量方法基于血液相關的發(fā)色團沿著血管和它們所有的腔與血流一起移動的事實，并且因而改變它們的空間位置，然而微循環(huán)外的發(fā)色團是固定的。該移動與脈動無關，從而該系統(tǒng)能夠用于在微循環(huán)中任意點進行血液分析。血液相關的移動發(fā)色團的光譜因而暫時與整個光譜不同，特別是與固定發(fā)色團或反射實體的光譜不同。通過將光譜作為時間的函數(shù)分析，來執(zhí)行從固定物體的光譜分離移動物體的光譜。
本發(fā)明的第二優(yōu)選方面涉及整個區(qū)域中，而不是單獨點測量的參數(shù)的成像。如果系統(tǒng)具有的光學分辨率能夠分辨單個紅血球或它們組成的團狀物，接著能夠在空間圖案、時間依賴性和獨立于時間的信息變化中識別，并通過直接比較在不同的時間瞬間獲取的至少兩個組織圖像而分離。例如，通過兩幅圖像的簡單相減，移動發(fā)色團的光譜信息被保留，然而固定發(fā)色團和固定反射實體的光譜被消除。
通過獲取幾個波長的一個時間序列的圖像，并通過消除上述固定光譜的成分，只獲得移動物體的光譜。這些光譜接著分解為氧合和脫氧血紅蛋白的吸收光譜，從而允許獨立于由于圖像中的固定色素的吸收，進行血液充氧的評估。
如上所述，略述的方法最好包括兩個不同的步驟(i)血液相關發(fā)色團光譜與包括幾個固定色素成分的整個光譜的隔離，該發(fā)色團主要是微脈管系統(tǒng)中移動的紅血球中的氧合和脫氧血紅蛋白，和(ii)光譜分解分析為氧合和脫氧血紅蛋白吸收光譜。
因此，按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例提供一種用于直接分析血管中血氧飽和度的系統(tǒng)。最好是在視網(wǎng)膜血管中的血流，通過檢測視網(wǎng)膜產(chǎn)生圖像中的紅血球圖案的空間變化來確定，視網(wǎng)膜的圖像通常通過視網(wǎng)膜的反射而產(chǎn)生。最好通過跟蹤視網(wǎng)膜單個血管中的單個紅血球和它們的聚集體來測量視網(wǎng)膜的血流。以這種方式，單個紅血球(RBC’s)和它們的聚合體在它們沿著血管轉(zhuǎn)移期間跟蹤。為了這樣做，最好將藍和/或綠光的脈沖以精確已知間隔快速連續(xù)向眼睛閃光，間隔最好小于1秒并最好在5-200ms的范圍內(nèi)，以便允許形成視網(wǎng)膜中RBC’s或它們的聚合體運動的“連續(xù)照片”。由于在不同的時間瞬間視網(wǎng)膜中RBC’s的空間分布不同使得視網(wǎng)膜反射不同，則最好測量“差異圖像”。這樣的差異圖像最好通過將在不同時間點獲得的兩幅圖像逐像素相減以處理信息的最簡單方法獲得。一旦移動發(fā)色團、氧合和脫氧血紅蛋白的光譜圖像已經(jīng)與其他發(fā)色團的光譜圖像隔離，則最好接著對血紅蛋白氧化飽和度的評價執(zhí)行光譜分解。這個整個過程通過獲取幾個波長的差異圖像完成，產(chǎn)生不同的光譜，接著在最好包括氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白和常數(shù)項的吸收光譜的分光鏡模型的幫助下光譜分解。記錄波長最好在兩個特征氧合和脫氧血紅蛋白引出的吸收峰值(520-590nm)的范圍內(nèi)，但也能夠是其中存在這兩個發(fā)色團的不同光譜的UV/VIS/IR范圍內(nèi)的任意其他波長。
在視網(wǎng)膜例子的情況下，整個波長范圍的條件，特別是晶狀體的焦距和光學觀察軸保持不變也很重要，在該條件下取得視網(wǎng)膜的圖像。為了確保這樣，波長依賴性圖像應當同時或快速連續(xù)獲取?？焖俨ㄩL轉(zhuǎn)換能夠以不同的方式獲得。對不同的波長取樣，最好使用計算機驅(qū)動的快速濾光輪或任意其他快速波長轉(zhuǎn)換或分離設備。將濾光輪引入到光路中，并且在光學濾波器之間快速切換。一個濾光輪通常能夠取樣至少四種不同波長。更多的濾光輪或其他波長切換設備能夠一前一后使用，從而能夠測量任意數(shù)量的波長，按需要獲得將光譜分解為各個氧合和脫氧血紅蛋白成分的光譜所需的詳細光譜。波長的切換最好能夠在在閃光源和成像光學系統(tǒng)之間的路徑上的照明光上執(zhí)行，或在成像光學系統(tǒng)和探測器之間的路徑上的從視網(wǎng)膜反射的光上執(zhí)行。通常，波長切換或濾波設備具有有限的通帶，沒有離散的單個波長線(wavelength line)，并且在本公開中，如權利要求中所要求的，術語波長的使用理解為包括這樣的以所謂所需成像波長為中心的波長的有限通帶。
快速切換波長的優(yōu)選和替換的方法是通過在將視網(wǎng)膜圖像分離為幾個圖像后同時檢測多個波長的相同圖像，并接著單獨選擇每個圖像的適當波長。圖像分離最好能夠通過使用棱鏡、半鍍銀(semi-silvered)的鏡子、裂像(splitting imaging)光導或類似成分實現(xiàn)。波長的選擇最好通過使用濾色鏡、干擾濾波鏡和/或分色鏡實現(xiàn)。
替換的和優(yōu)選的一個快速調(diào)整分光計能夠用于選擇入射光的所需波長或光譜地選擇從視網(wǎng)膜反射的光的所需波長成分。
這些短暫的時間間隔期間的視網(wǎng)膜圖像的小移動最好能夠通過根據(jù)獨特的標記，特別是血管本身的圖像的脫機再次配準(offlinere-registration)，或通過排列具有相關的反射等級的區(qū)域，或圖像處理領域已知的其他方法來校正。
本發(fā)明的一個寬泛的目的是提供一種用于在包含其他發(fā)色團或反射物體的組織中直接且非侵入測量血氧飽和度水平的系統(tǒng)和方法。這通過檢測識別為所關注區(qū)域的一幅圖像的子區(qū)域的單獨脈管腔的反射變化實現(xiàn)。
按照本發(fā)明，因此提供一種用于直接成像和分析血管中血氧飽和度的系統(tǒng)，包括成像裝置，用于以預定時間間隔獲取對于多個波長的至少一對圖像，用于對每個波長產(chǎn)生至少一個差異圖像，它們一起獲取，只包含關于移動物體的光譜信息，該信息能轉(zhuǎn)換為關于血液充氧水平的信息。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例，直接成像并分析血管中的氧飽和度的系統(tǒng)，可以分辨對于特定血液充氧水平的不同脈管腔。而且，系統(tǒng)能夠有選擇地將關于移動物體的光譜信息轉(zhuǎn)換為關于前面提到的血管中的血液充氧水平的信息。
盡管視網(wǎng)膜中的氧飽和度的確定已經(jīng)用在本說明書中來說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，本領域技術人員清楚本發(fā)明也能夠用于通過比如在內(nèi)窺鏡檢查或腹腔鏡檢查或類似過程中適當顯示它們，直接在活有機體內(nèi)檢測氧飽和度，或其他身體器官中任意其他氣體。這些器官包括但不限于大腦、肺、心臟、肝臟、腎和皮膚。血液中其他氣體的飽和度需要它們已知光譜的適當使用。
除了用于血液相關光譜定量的上述優(yōu)選實施例外，本發(fā)明裝置和方法的另一個優(yōu)選應用是腦脊髓液(CSF)流動的確定，它引起了在幾種病理情況中的生物醫(yī)學問題。通過以定義明確的光譜特性的微球(micro-sphere)標識CSF，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠不管其緊靠的環(huán)境的背景顏色，根據(jù)更優(yōu)選的實施例精確測量CSF流。
本發(fā)明不必限于活有機體內(nèi)測量。組織活力的評估也能夠有益地在生物體外，在活體外，例如在準備移植并且必須估計其相配性的器官中。在這樣的情況下，一旦人工灌注的氧氣被激活就可以有益地應用本發(fā)明。
存在幾個其他問題可以通過在生物體外使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法解決。例如，細菌或寄生蟲通常具有某些特定光譜特性，而且甚至能夠通過外在的探針或通過基因操作標識而具體標識，例如使用GFP或類似探針。因為細菌通常在運動，本發(fā)明的系統(tǒng)能用于生物體外血液測試，生物體外尿液測試和類似的生物醫(yī)學應用，用于確定細菌存在和定量。
通過附加發(fā)明步驟的結(jié)合，上述使用用于確定組織中血管光譜特征的運動信號的系統(tǒng)和方法也能夠用于確定這種血管的路徑特征。正像作出組織反射的多疊加發(fā)色團和多疊加結(jié)構一樣。在視網(wǎng)膜中，例如血管，所關注的結(jié)構與軸突的纖維束和許多局部色素變化混合，使小血管和毛細血管很難分辨。所以，正像找到一些從其背景中提取所關注的發(fā)色團反射的方式是對光譜分析有用的一樣，將由于關注的結(jié)構的反射從背景分離對解剖分析是有用的。
在脈管結(jié)構的情況下，由于通過循環(huán)的紅血球的運動所產(chǎn)生的反射信號提供用于執(zhí)行這種分離的方法。由于血球的運動，在一系列圖像中其反射改變的一個區(qū)域清晰地包含一個接近成像表面的機能血管。通過組合圖像，可以建立成像表面的一個表示，以便一個血球團通過的每個點標記為位于一個血管上。隨著圖像數(shù)量的增加，位于血管上的點連在一起以展現(xiàn)血管段，并且最終成為關注區(qū)域中脈管圖案的完整圖樣。
如果血球沿著移動的路徑總是在單個圖像中清晰可見，像從白天的空中看到的公路網(wǎng)絡，其本身將只是稍稍有用，但是，在毛細管和小血管的情況下，由于周圍結(jié)構使得路徑本身經(jīng)常模糊，或者由于它自己的透明度甚至不可見。毛細管像夜晚未點亮的后街，只有通過跟蹤沿著它們移動的前燈的路徑才看得見。
在脈管再生期間最早形成的血管本身是毛細管，或者結(jié)構與毛細血類似——薄壁且不可見，除了借助于通過它們的血液之外。因此，它們是很適于通過運動信號分析而顯示的目標。因此，隨時間而成像的脈管圖案之間的比較，或即使對新生組織唯一的脈管特征的識別提供用于新生血管眼科疾病的改進的診斷方法。但是，本領域技術人員能夠理解新生血管眼科疾病只是本發(fā)明該方面應用的一個優(yōu)選實施例，并且理解到本發(fā)明同樣能應用于包含毛細脈管結(jié)構改變的組織中其他病理狀態(tài)的檢測，不管是否包含新脈管結(jié)構產(chǎn)生的檢測或現(xiàn)存脈管結(jié)構的消失，后者能夠應用于與毛細管的阻塞相關的疾病的改進的診斷。
對于路徑特征描述的系統(tǒng)和方法稍微與上述用于光譜特征描述的系統(tǒng)和方法不同。血液相關發(fā)色團的隔離，在上述系統(tǒng)中步驟(i)是新血管形成檢測的要點。但是，光譜分解分析，即在上述系統(tǒng)中的步驟(ii)不是主要步驟。因此，使用該儀器的擴展形式，已經(jīng)按照上述作出血流的測量，但最好使用限制為一個波長范圍的圖像，最好是一個組合了血紅蛋白高吸收與整個視網(wǎng)膜高反射的區(qū)域。不過，在不同波長所取的圖像組的組合也可能，允許為了關于脈管解剖的改進信息的提取，光譜圖像數(shù)據(jù)組完全重新使用。
因此，新血管產(chǎn)生的檢測最初從血運動圖像數(shù)據(jù)表開始繼續(xù)，該數(shù)據(jù)表與用光譜特征描述設備獲得的類似或相同，包括在每個圖像序列中校正，差異分析和從將包括在分析中的每個序列中獲得的差異圖像的相互校正。這點之后，兩個系統(tǒng)的操作不同。
為了建立運動路徑圖(path map)，計算和控制系統(tǒng)22必須能夠首先確定成像區(qū)域的哪個區(qū)域包含移動發(fā)色團，和哪個區(qū)域不包括。該方法的幾種優(yōu)選示例是可行的。兩個描述性但不是意圖限制的例子是通過在閥值之后隨著時間在一點上測量的反射值的標準偏離的測量，和在閥值之后隨著時間的點的平均值最大差的測量。
還可以提供替換的和優(yōu)選的圖像處理功能，用于把測量到運動的相鄰點連在一起，比如二進制膨脹(binary dilation)，和/或用于除去不與任何流路徑相關的孤立點，比如二進制腐蝕。
接著，將包含或不包含在路徑中的標記點的結(jié)果組最好按照空間排序的陣列或圖收集在一起。該圖可以看作一個用于顯示的圖像，并且最好提供顯示裝置，進一步提供對操作者交互觀看并根據(jù)能夠從單個路徑圖推論出的任何發(fā)現(xiàn)注釋該圖像。
而且，該計算和控制系統(tǒng)最好構建為以數(shù)字存儲路徑圖和它的注釋，以便能夠再調(diào)用來比較從在隨后時間相同的對象和區(qū)域獲得的路徑圖。
當對于同一個對象和區(qū)域存在多于一個路徑圖時，該計算和控制系統(tǒng)最好構建為能夠與所有對應的圖共同相互作用，并且特別是用于重點顯示它們之間差異的圖，以便操作者能夠容易地辨別沿著先前檢測到運動的路徑的消失和新路徑的出現(xiàn)。
最好，系統(tǒng)能夠交互地注釋路徑圖組，同時具有在存儲器中存儲它們并當需要時再次調(diào)用它們的能力。
有利的，裝置還最好提供在單個路徑上進行形態(tài)學上的測量，包括但不限于諸如長度、寬度和曲率的參數(shù)，從而對它們特征描述，用于與隨后的測量比較，也作為一個立即識別符合正常特征的路徑和新近形成的路徑。
幾種工業(yè)應用也從本發(fā)明的使用中獲益，比如機器視覺和用于檢查產(chǎn)品或復雜物體的人工智能算法領域，其中光譜上顯示區(qū)分光譜的移動物體嵌入到固定的環(huán)境中。另一個例子是食物的質(zhì)量控制領域，其中質(zhì)量與變化的區(qū)分光譜相關，并因此作為時間的函數(shù)而移動。
因此，按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例提供一種用于分析在基本上固定且不改變的光譜背景中移動材料的方法，包括步驟(i)以預定的時間間隔在背景中以移動材料的第一波長產(chǎn)生至少兩幅圖像，(ii)將從至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像至少互相之間進行比較，用于至少以預定時間間隔之一在第一波長上確定具有改變的強度等級的圖像區(qū)域，(iii)至少以第二波長執(zhí)行步驟(i)和(ii)，(iv)對在第一和至少一個第二波長確定的改變強度等級的圖像區(qū)域執(zhí)行光譜分析，以及(v)從光譜分析中確定移動材料中發(fā)色團的數(shù)量等級。
該方法和在本申請中以類似方式描述的其他方法的步驟(ii)可理解為考慮了所有本申請中提到的比較其背景中移動材料的圖像的優(yōu)選方法，不管是通過執(zhí)行單幅圖像和單幅圖像的比較，還是通過執(zhí)行單個圖像與多個圖像平均值的比較，或者用這里提到的任意其他圖像比較方法。而且，在以上提到的方法中，基本上固定和不改變的光譜背景需要通過對稍微不同的圖像后處理(post-processing)校正而獲得。另外，該材料可以是血，并且基本上固定和不改變的光譜背景是對象的組織，以及發(fā)色團則可以是血液成分。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，提供一種用于分析對象的組織內(nèi)的血液的方法，包括步驟(i)以預定的時間間隔，用第一波長產(chǎn)生對象組織的至少兩幅圖像，(ii)從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像至少互相之間進行比較，用于至少以預定時間間隔之一在第一波長上確定具有改變的強度等級的圖像區(qū)域，(iii)執(zhí)行步驟，以第二預定時間間隔至少以第二波長產(chǎn)生對象組織的至少兩幅圖像，(iv)從至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像至少互相之間進行比較，用于確定至少以預定時間間隔之一在第一波長上具有改變的強度等級的圖像區(qū)域，(v)執(zhí)行步驟，從至少以一個第二波長產(chǎn)生的至少兩幅圖像的至少兩幅的至少一組獲得圖像，至少對其相互之間進行比較，用于確定至少以一個第二預定時間間隔上在第二波長上的具有改變的強度等級的圖像區(qū)域，以及(vi)對在第一和至少一個第二波長確定的具有改變強度等級的區(qū)域進行光譜分析，以確定具有不同光譜特征的血液成分的濃度。
在上述方法中，血液成分最好與血液的氧飽和度相關，并甚至更好至少包括氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白之一。而且，光譜分析步驟可以通過信號振幅分析執(zhí)行，這最好可以是統(tǒng)計學最小平方分析方法。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，組織可以是視網(wǎng)膜組織，其中該過程是非侵入的；或者是光學上可到達的內(nèi)部器官的組織，比如食道、腸或腦組織，這將通常需要侵入或半侵入過程。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，提供一種用于在基本固定和不改變的光譜背景中描述材料運動特征的方法，包括步驟(i)以預定的時間間隔在預定波長產(chǎn)生背景中材料的至少兩幅圖像，(ii)從至少兩幅圖像的至少兩幅的至少一組獲得的圖像至少互相之間進行比較，用于至少以一個預定時間間隔確定具有改變的強度等級的圖像區(qū)域，(iii)疊加該圖像區(qū)域以便產(chǎn)生材料的至少一個路徑圖，以及(iv)將該至少一個路徑圖和一個先前獲得的路徑圖比較以確定出現(xiàn)在背景中的路徑變化。
在該方法中，材料可以是血液且基本上固定和未改變的光譜背景對象的組織，并且路徑圖可以是出現(xiàn)在該組織中的脈管路徑圖。而且，改變可以是新脈管路徑的出現(xiàn)或先前存在的脈管路徑的消失。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，該組織可以是視網(wǎng)膜組織，其中該過程是非侵入的；或者是光學上可到達的內(nèi)部器官的組織，比如食道、腸或腦組織，或管道的內(nèi)表面，這將通常需要侵入或半侵入過程。而且，在以上提到的方法中，基本固定和不改變的光譜背景可能需要通過對稍稍不同的圖像進行后處理校正而獲得。
按照本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例，進而提供用于描述基本固定和不改變的光譜背景中材料運動的特征的一種方法，包括步驟(i)在預定的時間間隔以預定波長產(chǎn)生背景中材料的至少兩幅圖像，(ii)從至少兩幅圖像的至少兩幅的至少一組獲得的圖像至少互相之間進行比較，用于在至少一個預定時間間隔上確定具有改變的強度等級的圖像區(qū)域，(iii)疊加該圖像區(qū)域以便產(chǎn)生材料的至少一個路徑圖，以及(iv)檢查該至少一個路徑圖以確定背景中存在的路徑的特征。
在以上方法中，材料可以是血液且基本上固定和未改變的光譜背景對象的組織，并且路徑則可以是出現(xiàn)在該組織中的脈管路徑。確定的特征可以是脈管形態(tài)中的異常。而且，組織可以是視網(wǎng)膜組織，其中過程是非侵入的；或者光學上可到達的內(nèi)部器官的組織，比如食道、腸或腦組織，或管道的內(nèi)表面，這將通常需要侵入或半侵入過程。而且，在以上提到的方法中，基本固定和不改變的光譜背景可能需要通過對稍稍不同的圖像進行后處理校正而獲得。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，還提供一種用于分析在基本固定和不改變的光譜背景中運動的材料的系統(tǒng)，包括一個光源，用于照明背景中的材料，一個波長選擇器，用于限定至少一個第一和一個第二波長，一個成像器，用于以預定時間間隔獲取背景中材料的至少第一和第二波長的至少兩幅圖像，一個鑒別器，對從至少兩個波長中的每個，其中至少兩幅圖像的至少兩幅的至少一組中獲得的圖像，至少互相進行比較，以確定強度等級改變的區(qū)域，一個光譜分析器，適于確定由鑒別器確定的強度等級改變的區(qū)域的光譜，以及一個發(fā)色團等級計算器，利用光譜分析器的輸出確定移動材料中的發(fā)色團的定量等級。
上述系統(tǒng)也可以包括一個后處理圖像校準器，適于校準從基本固定和不改變的光譜背景的輕微未對準區(qū)域獲得的圖像。而且，材料可以是血，且基本上固定和不改變的光譜背景是對象的組織，并且發(fā)色團則可以是血液成分。而且，組織可以是視網(wǎng)膜組織，其中過程是非侵入的；或者是光學上可到達的內(nèi)部器官的組織，比如食道、腸或腦組織，或管道的內(nèi)表面。另外，發(fā)色團最好可以是關于氧飽和度的成分，并且發(fā)色團等級計算器是血氧等級的決定因素(deteminer)。
在上述任意系統(tǒng)中，波長選擇器可以位于光源和背景中的材料之間的照明路徑，或背景中的材料和成像器之間的成像路徑中，或在成像器本身中。波長選擇器最好是計算機控制的濾光輪，光源最好是計算機控制的閃光燈。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例提供一種系統(tǒng)用于分析對象的組織，包括(i)一個光源，用于照明該組織，(ii)一個成像器，用于以預定時間間隔獲取至少兩個該組織的圖像，(iv)一個鑒別器，對從至少兩幅圖像的至少兩幅的至少一組中獲得的圖像至少互相進行比較，并確定強度等級改變的區(qū)域，(v)一個重疊器，用于至少產(chǎn)生來自強度等級改變區(qū)域的一個脈管路徑位置圖。
系統(tǒng)最好可以包括一個路徑圖比較器，使用該至少一個脈管路徑位置圖和一個先前獲得的脈管路徑圖，以確定對象的組織中存在的脈管路徑變化。或者并最好，它可以包括一個輸出顯示設備，用于顯示至少一個脈管路徑圖，以確定對象的組織中出現(xiàn)的脈管路徑特征。光源最好是一個計算機控制的閃光燈，該系統(tǒng)也最好包括一個確定成像波長范圍的波長選擇器。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，甚至還提供一種系統(tǒng)，用于描述在基本固定和不改變的光譜背景中的材料運動的特征，包括(i)一個光源，用于照明材料及其背景，(ii)一個成像器，用于以預定時間間隔獲取材料及其背景的至少兩幅圖像，(iv)一個鑒別器，對從至少兩幅圖像的至少兩個的至少一組中獲得的圖像至少互相進行比較，并確定強度等級改變的區(qū)域，(v)一個重疊器，用于產(chǎn)生來自改變強度等級區(qū)域的材料的至少一個路徑圖。
上述系統(tǒng)也最好包括一個路徑圖比較器，使用材料的該至少一個路徑圖和一個先前獲得的路徑圖，來確定現(xiàn)在路徑的變化。最好還包括一個輸出顯示設備，用于顯示至少一個路徑圖，以確定材料的路徑特性，和一個波長選擇器，以限定成像波長范圍。
附圖簡述從以下和附圖結(jié)合的詳細說明中，將可以理解本發(fā)明并更加顯而易見，其中

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出用于確定活器官的血管中氧飽和度的系統(tǒng)；圖1B是示出圖1A的成像光學裝置的優(yōu)選實施例的一個插入圖，包括一個光纖探針，用于對通常不能到達的對象的器官的表面成像；
圖2A到2C是一系列示意圖，示出隨著血管下的紅血球運動，該紅血球的空間圖案怎樣隨時間變化，以及運動信息怎樣能夠從固定信息中分離；圖3A到3D是一個序列的示意圖，示出不同波長的視網(wǎng)膜脈管的圖像，以示出在紅血球的情況下，只提取關于運動物體的光譜信息的優(yōu)選方法；圖4A和4B是示意性流程圖，示出圖1A中的系統(tǒng)采取的步驟，用于獲取待分析的關注區(qū)域的光譜圖像數(shù)據(jù)；圖5是示意性流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法所采用的步驟，用于分析圖4的流程圖中步驟獲得的數(shù)據(jù)，以及用于確定成像區(qū)域中關注的每個區(qū)域的血氧飽和度等級；圖6A到6C是認為發(fā)生了新血管形成和毛細管阻塞的組織的一個區(qū)域的連續(xù)圖像的示意性表示，和從單個圖像幀得出的差異圖像產(chǎn)生的路徑圖的示意性表示；圖6D是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的系統(tǒng)的示意圖，用于產(chǎn)生諸如圖6A到6C所示的那些圖像，并用于從其中確定所檢查的組織中新血管形成和毛細管阻塞的存在和范圍；圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的圖6D的系統(tǒng)的優(yōu)選操作方法采用的步驟的流程圖，該步驟用于獲取圖像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)用于確定對象中關注的區(qū)域內(nèi)紅血球團的運動圖；以及圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的圖6D的系統(tǒng)的另一個優(yōu)選方法的流程圖，該方法用于分析圖7的流程圖的方法所獲得的數(shù)據(jù)，并用于確定成像區(qū)域中所關注區(qū)域的完整的路徑圖。
發(fā)明詳述現(xiàn)在將結(jié)合參照隨后的說明性圖的優(yōu)選實施例描述本發(fā)明，以便可以對其更全面地理解。
使用對圖詳細的具體參考，通過舉例強調(diào)示出的特征僅僅是用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明性論述目的，并且提出提供認為是本發(fā)明最有用和容易理解的原理說明，概念方面和相關細節(jié)。本說明書與附圖一起應當使本領域技術人員明白本發(fā)明的幾種形式如何在實踐中具體化。
現(xiàn)在參照圖1A，它是說明根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例而構造并操作的系統(tǒng)的示意框圖，該系統(tǒng)用于確定活器官的血管中的氧飽和度。在圖1中，示出了執(zhí)行視網(wǎng)膜中血管上非侵入測量的系統(tǒng)，但能理解到，該系統(tǒng)對在上述其他器官的血管的應用中同樣有用，比如通過使用內(nèi)窺鏡或腹腔鏡探針，對光學可到達的諸如食道或大腦表面組織的內(nèi)部器官表面組織照明和成像。
圖1A的系統(tǒng)10包括一個成像光學裝置12，用于對關注的器官的表面層成像。為了成像視網(wǎng)膜16，成像光學裝置12最好是一個眼底照像機(fundus camera)或一個檢眼鏡。為了成像其他內(nèi)部器官，成像光學裝置最好能夠包括一個高質(zhì)量物鏡頭或微距攝像機鏡頭，并最好能夠包括一個用于對通常從身體外部無法到達的器官成像的光學內(nèi)窺鏡或腹腔鏡探針。這樣的一個裝置在圖1B中示意性示出，它示出了一個優(yōu)選的成像光學裝置，包括一個光纖探針30，用于成像對象的食道表面，該食道表面作為檢查通常無法到達的內(nèi)部器官的例子。同樣，根據(jù)本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例也能使用系統(tǒng)10，用于通過使用適當?shù)某上窆鈱W系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理模塊和其他事物，分析在對象的組織中的血管以外的路徑中的流動。
成像光學裝置12最好包含一個分束設備，一個具有中心透射孔的鏡子或其他光學裝置，比如輸入光源，在當前描述的實施例中，沿著與通過從被照射的所關注組織16的反射或散射而獲得圖像信息的相同光路，來自閃光燈14的光能夠直射到被照射的器官組織16，盡管也可以使用任意其他適當?shù)恼彰髟?。成像信息最好由高分辨率成像設備接收，比如CCD攝像機18。來自該攝像機18的輸出圖像最好輸入到一個圖像獲取設備20，比如一個數(shù)字幀采集器，其輸出數(shù)據(jù)通過計算和控制系統(tǒng)22處理，它還控制優(yōu)選閃光燈14的時序。計算和控制系統(tǒng)22最好包括一個多路成像器和處理器22a，一個用于圖像序列比較的鑒別器22b，和一個光譜分析器22c，它最好結(jié)合一個血氧等級確定器，利用光譜分析器的數(shù)據(jù)輸出。輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，它們最好指引到一個顯示監(jiān)視器24和/或一個打印機26。計算和控制系統(tǒng)22每個模塊的操作將在下面參照圖4A、4B和5的流程圖徹底說明。該系統(tǒng)也最好包括一個用于調(diào)整照明閃光的組成裝置，用于空間改變和整體強度改變，例如在屬于A.Grinvald和D.Nelson的題目為“imaging and analyzing movement of individual erythrocytes in bloodvessels(血管中單獨紅血球的運動成像和分析)”出版為國際公開號WO99/63882的PCT專利申請中所述，這里將它全文引入作為參考。這樣的一個裝置只是在照明源的均勻性不足時，或閃光和閃光之間強度變化明顯時才需要。
將一個波長選擇設備28、28a加入到照明光束路徑或成像光束路徑，以便窄帶的入射照明用于以預先選擇的不同波長對視網(wǎng)膜中的血管連續(xù)成像?；蛘卟⑶易詈茫庾V選擇能夠在成像系統(tǒng)或照像機本身內(nèi)能夠使用的裝置中執(zhí)行，比如多路檢測器陣列28b，每個陣列檢測一個特定波長帶。使用的典型帶寬是2到30nm。這些波長選擇單元與上述公開WO99/63882中所述系統(tǒng)中提到的帶通濾波器不同，該公開中需要一個濾波器，從而提供改進紅血球圖像對比度的光的帶寬。因為紅血球在光譜的藍色和綠色區(qū)域吸收強，在現(xiàn)有技術的系統(tǒng)中需要濾波器，以改善被成像的視網(wǎng)膜對于相對反射視網(wǎng)膜的對比度，它也包含大量不同顏色的色素。另一方面，在本發(fā)明中，需要波長選擇器以一定波長來執(zhí)行血液的氧合和脫氧血紅蛋白成分的分離光譜成分的提取，其中該波長預先選擇為在氧合和脫氧血紅蛋白之間不同光譜的峰值，并且在等吸收(isosbestic)波長時，其中兩個發(fā)色團的吸收恰好相同，這用作分析數(shù)據(jù)使用的分光鏡模型的控制波長。
基本相同區(qū)域的光譜分辨圖像應當需要以不同波長幾乎同時獲得。這最好通過使用作為波長選擇設備28、28a的計算機驅(qū)動快速濾光輪實現(xiàn)。但是，也能夠使用上述的其他任何快速、可控制的彩色切換或分隔設備，使用控制命令來改變來自計算和控制系統(tǒng)22的波長選擇。
現(xiàn)在參考圖2A到2C，它是一系列示意圖，表示一個紅血球的空間圖案如何按時間隨血管下的紅血球的運動而改變，以及從固定信息中分離運動信息的方法。由于圖2A和2B所示的血流、紅血球團表示為黑點，沿著圖2A和2B表示為白軌跡的血管段下移。結(jié)果，在不同的時間同一個血管段中看到不同的空間紅血球圖案。
圖2A示意性示出了時間tA血管段中的紅血球分布。圖2B示出了tA之后的時間tB在同一血管段中的紅血球分布，通常為從幾毫秒到幾百毫秒或更多的時間間隔，這與正在觀察的血管有關。圖2B中的空間紅血球圖案與圖2A相比已經(jīng)改變。圖2A和2B中的十字準線表示在血管上的同一空間位置。圖2C表示當圖2A和2B的兩幅圖像彼此相減時產(chǎn)生的圖像。這樣獲得的差圖像表示由于紅血球運動產(chǎn)生的反射變化。由于圖2A與圖2B相比較紅血球的位移，產(chǎn)生黑和白圓圈圖案。圖2C是從圖2A和2B的十字準線的中心看到的小矩形的放大圖。由于血管本身(白色)和背景組織(灰色)的位置在兩幅圖像之間不改變，這些結(jié)構在相減時抵消，只留下關于運動紅血球的信息。以上過程從上述PCT國際公開號WO99/63882中可知。以該運動紅血球的圖像形式的信息接著最好存儲在計算和控制系統(tǒng)22的存儲器模塊中，用于在以下描述的步驟中比較和處理。
使用本發(fā)明圖1A的系統(tǒng)，本過程現(xiàn)在最好以不同的波長重復數(shù)次。只有從運動物體獲得的波長依賴信息接著最好由計算和控制系統(tǒng)22處理，從而能夠?qū)⒁苿蛹t血球的光譜分解為包含在紅血球中發(fā)色團的吸收光譜，在這種情況下為氧合和脫氧血紅蛋白。
現(xiàn)在參照圖3A到3D，它是表示視網(wǎng)膜脈管的圖像的一系列示意圖，說明如何獲得只是關于移動物體的光譜信息，在這種情況下為紅血球。在圖3A和3B中，頂部行標記的符號A1和B1的圖是在波長λ1連續(xù)獲得的兩幅圖像，獲得的速度足夠快以至于圖像中的固定信息能夠看作真正地固定。盡管為了說明的目的，只描述兩幅圖像，但是在每個波長最好獲取一系列圖像，典型為6-8幅或更多，從而增加數(shù)量和在每個波長獲得數(shù)據(jù)的可靠性。接著在幾個波長λ1到λn重復相同的程序。從標記了A1和B1和標記了An和Bn的圖像對之間的差異可以觀察到，在不同波長獲得的脈管系統(tǒng)對比度不同。
現(xiàn)在參照圖3C，其中圖3C1是以圖2A到2C所述的方式，通過圖像A1和B1相減獲得的差異圖像。同樣，對每個波長產(chǎn)生都差異圖像，直到λn，這時獲得的差異圖像標為Cn。更優(yōu)選地，通過分劃圖像A1和B1獲得差異圖像，操作該程序以校正非均勻照明。更優(yōu)選地，通過用從上述6-8幅接近時間圖像獲得的一個平均幀B1分劃每個單獨幀A1獲得差異圖像。當照明差異較小時，相減程序和分劃程序基本上相同。在圖3A和圖3B所示的例子中，因為每對圖像之間的差相對于圖像本身很小，已經(jīng)通過將圖3C中的差異圖像乘以一個常數(shù)因子來增強結(jié)果，所示的例子中，該因子為1000。
根據(jù)一個可替換的優(yōu)選實施例，通過產(chǎn)生圖3A1到3An在系統(tǒng)中執(zhí)行測量，該圖作為在幾個波長λ1到λn中以相當快的順序獲得的一系列圖像，該一系列圖像最好盡可能同時獲得。這通過圖1A的系統(tǒng)所示的高速可變換濾波器(switchable filter)28或28a實現(xiàn)。圖3B1到3Bn是與圖A1到An相同視網(wǎng)膜脈管結(jié)構在相同波長λ1到λn獲得的一系列圖像，它們通過使用高速可變換濾波器快速或最好基本上同時獲得，但在獲取圖像序列A1到An的時間之后的時間獲得。但是，圖像B1到Bn的獲得與A1到An的獲得足夠接近，以保證在圖像上執(zhí)行校準后，圖像中的固定信息能夠看作確實是固定的。而且，根據(jù)本替換實施例，盡管為了說明的目的只描繪了兩組圖像序列(Ai和Bi)，但是最好獲取6-8組圖像序列。圖3C1到3Cn是通過相減或分劃圖像Ai和Bi獲得的一系列差異圖像。
現(xiàn)在參照圖3D，它是從未加工的圖像3A1到3An和圖3B1到3Bn以及從所選擇的不同波長獲得的差異圖像圖3C1到3Cn而獲得的反射光譜的一系列圖。圖3D中的實線從圖像3A1到3An獲得，盡管它也能夠從圖3B1到3Bn獲得的圖替代，并顯示從包含時間依賴性的和固定的光譜信息的圖像序列獲得的典型反射光譜。這兩個成分分別來自血的光譜特性和背景組織的光譜特性，比如血管壁，周圍組織，與血紅蛋白不同的色素等。如果將該光譜分解為已知只包含在移動物體中發(fā)色團，即紅血球的光譜，以及如此計算氧合和脫氧血紅蛋白等級，由于圖像固定元素的光譜成分未知，結(jié)果將對于各自濃度產(chǎn)生不正確的值。另一方面，圖3D中的虛線顯示從只包含時間依賴性光譜信息，即關于在成像血管的紅血球中血紅蛋白充氧信息的差異圖像的那些部分獲得的典型反射光譜。因此該光譜能夠正確分解為氧合和脫氧血紅蛋白，產(chǎn)生它們各自濃度的正確值。
光譜分解最好使用Beer-Lambert型(未修改或修改為包括路徑長度的波長依賴性)的線性分光鏡模式執(zhí)行，并且一個最小的最小平方適合試驗數(shù)據(jù)的模型等式，包括作為自由參數(shù)的氧合和脫氧血紅蛋白濃度，并最好包括一個編碼光散射成分項。最好在至少三個波長獲取圖像。這些波長最好在特征血紅蛋白吸收峰值(520-590nm)的范圍內(nèi)，并最好選擇為提供至少三個獨立等式，用于求解從使用的優(yōu)選分光鏡模型產(chǎn)生的等式。在一般情況下，將出現(xiàn)在特定分光鏡模型中未知濃度的發(fā)色團數(shù)設為所需獨立等式數(shù)的下限，并因此確定要獲取圖像的最少波長數(shù)。但是，不管特定分光鏡模型都能夠加入附加波長，作為對于該模型正確性的控制或調(diào)整模型參數(shù)，否則其中該參數(shù)應從理論考慮因素中推算出，或者作為對于該光譜分解算法(優(yōu)選最小二乘擬和(minimum square fit))增加信噪比。
圖3D所示的差異光譜最好對于圖像很多的子區(qū)域進行記錄，甚至直到每個像素，產(chǎn)生整個成像區(qū)域的氧飽和度圖。該過程能夠識別以及區(qū)分圖像區(qū)域中健康和病理區(qū)域。
現(xiàn)在參照圖4A的流程圖，該圖說明根據(jù)本發(fā)明圖1A的系統(tǒng)的優(yōu)選操作方法所采取的步驟，以獲取關注區(qū)域的光譜圖像數(shù)據(jù)。
步驟40.獲得背景圖像(沒有照明)。
步驟42.閃光以獲得所關注區(qū)域的圖像。
步驟44.存儲圖像。
步驟46.以15-40毫秒的間隔快速重復步驟44到46k次，k為得到一個清晰運動信號需要的閃光數(shù)，并且最好近似為6到8次閃光。
步驟48.改變波長(例如，濾光輪前進一步)。
步驟50.重復步驟40到46n次，其中n＝3，以獲得在相同聚焦的圖像的“波長n元組(n-tuple)”。
一個優(yōu)選且可替換的修改的步驟順序能夠用于獲取關注區(qū)域的光譜圖像，如圖4B所示。該修改的順序?qū)谂c圖3A到3D相關聯(lián)的上述替換優(yōu)選實施例，過程如下步驟52.獲得背景圖像(沒有照明)。
步驟54.閃光以獲得關注區(qū)域的圖像。
步驟56.改變波長(例如，濾光輪前進一步)。
步驟58.存儲圖像。
步驟60-61.快速重復步驟54到58n次(n是使用的波長數(shù)，其中n＝3)，以獲得在相同聚焦的圖像的“波長n元組”。
步驟62-63.每次以不同的波長重復步驟52到60m次(m＝2)以獲得波長n元組的“m時間點圖像序列”。
替換以上步驟58執(zhí)行、用于獲取關注區(qū)域的光譜圖像數(shù)據(jù)的方法另一個替換和優(yōu)選的實施例，是如前述同時獲得在所有關注波長的每幅圖像，最好使用成像系統(tǒng)或攝像機本身中能夠使用的設備，諸如多個檢測器陣列。
現(xiàn)在參照圖5的流程圖，它說明了根據(jù)本發(fā)明圖1A的系統(tǒng)的優(yōu)選操作方法采取的步驟，用于分析通過圖4A或4B的流程圖的方法獲得的數(shù)據(jù)，并用于確定成像區(qū)域中每個關注區(qū)域的血氧飽和度等級。
步驟70.在由圖4A或4B中示出的數(shù)據(jù)獲取處理的輸出而獲得的圖像的波長n元組的m時間點序列上，執(zhí)行消除檢測器的圖案噪聲假象。
步驟72.根據(jù)視網(wǎng)膜上的脈管圖案校準所有圖像。
步驟74.圖像處理，最好是圖像的高通濾波以丟棄具有比視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)的空間頻率低很多的信息。
步驟76.通過圖像處理消除可能的照明假象。
步驟78-79.建立不同的圖像序列；例如，通過用m時間點圖像序列的第s元素(1＝s＝m)以逐像素(pixel-by-pixel-wise)的方式分劃每個波長n元組，并因此丟棄產(chǎn)生的m序列的第s元素。
步驟80.通過將經(jīng)由時間(t＝1...m-1)在步驟78-79獲得的差異波長(m-1)序列取平均值，建立一個“主要差異圖像n元組”，產(chǎn)生對每個波長的一幅圖像。
步驟82.人工選擇一個“關注區(qū)域”(“ROI”)，即從步驟76獲得的圖像之一的相關脈管元素，并以逐像素方式為“主要差異圖像n元組”產(chǎn)生所選圖像子集(subset)的數(shù)學交集(mathematicalintersection)。
步驟84.在步驟82選擇的ROI的像素平均值，產(chǎn)生具有n元素的“波長向量”(每個波長一個)。
步驟86.存儲波長向量。
步驟88.按用戶所需次數(shù)重復步驟82到86以選擇不同的脈管元素，將波長向量分開存儲。
步驟90-91.對用戶選擇的每個波長向量通過最小均方擬和，將波長向量的算法光譜分解為氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、和波長獨立項的消光系數(shù)的線性組合。本步驟產(chǎn)生的氧合和脫氧血紅蛋白濃度乘以光路長度。
步驟92.把步驟91獲得的氧合和脫氧血紅蛋白濃度轉(zhuǎn)換為每個脈管元素的血氧飽和度。
步驟94.顯示結(jié)果。
這里要強調(diào)，盡管圖4A到5描述的算法只是處理和提取相關數(shù)據(jù)的一種方法，并且現(xiàn)有技術已知的其他方法同樣能夠很好的使用，只要它們提供用于確定關注區(qū)域中血流的血氧飽和度等級的必要數(shù)據(jù)分析程序。
現(xiàn)在參照圖6A到6C，該圖是在認為發(fā)生了新血管形成或毛細管阻塞的組織區(qū)域中，所產(chǎn)生的連續(xù)圖像的示意性表示，使用這些圖像從而建立血管中紅血球的完整運動圖，其中該圖由以分離圖像的序列離散獲得的粒子流動信息所展現(xiàn)。圖6D是根據(jù)本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施例構建并操作的成像系統(tǒng)的示意表示，適于確定在對象的組織中新血管形成或毛細管阻塞的出現(xiàn)。圖6D的系統(tǒng)將在下面更全面說明。
現(xiàn)在圖6A是在關注區(qū)域內(nèi)的血管限制粒子流動路徑的單幀圖像的示意圖，比如能夠由圖6D的裝置所產(chǎn)生，使用的波長選擇設備最好將波長固定在某處，從而為血管中的吸收血紅蛋白和來自視網(wǎng)膜組織的反射提供良好的對比度。所示的兩個較大、可視血管的末端101和102由圖中央的較小、幾乎不可見的血管匯合，通過它粒子流動在大血管之間的通道。顯然從這樣一個單幀圖像，幾乎不能了解兩個大學管之間的脈管系統(tǒng)。但是，使用本發(fā)明的系統(tǒng)，以與上述類似的方式產(chǎn)生一個關注區(qū)域的定時圖像序列，并且圖像存儲在計算機和控制系統(tǒng)的存儲器中用于進一步處理。接著這些相同區(qū)域的數(shù)字圖像彼此相減以產(chǎn)生一組連續(xù)的差異圖像，或者最好每幅分離的計時圖像通過照明的連續(xù)閃光，以快速連續(xù)的方式重復幾次獲取，在這里描述的優(yōu)選實施例中是6-8次，將產(chǎn)生的最好6-8幅圖像組取平均值，并用作每個連續(xù)分離計時圖像的除數(shù)。因此，由這兩種方法的差異圖像產(chǎn)生與關于圖3的上述方法類似。
現(xiàn)在參照圖6B1到6B4，它們示出示意的差異圖像，其中包含黑和白點，分別表示黑色移動粒子團或其不在場的狀態(tài)，且由上述連續(xù)幀的差異分析產(chǎn)生。應當很明顯，整個區(qū)域中粒子流動的序列中“間隙”的流動是路徑信息的源，就像粒子的團本身一樣。圖6B1到6B4中產(chǎn)生的四個分離的差異圖像的每個顯示出在不同的毛細管下運動的紅血球團的隨機的不同位置。為了參考，差異圖像疊加在可視血管101、102的圖中，以便在毛細管內(nèi)的紅血球團的相對位置能夠與固定的可見血管相關。
現(xiàn)在參照圖6C，它表示圖6B1到6B4的差異圖像中可見點的疊加結(jié)果。該點描繪出運動粒子從中通過的血管的路徑，使得盡管血管本身在任何單個幀中不可見，但通過這種疊加程序可使它們的空間位置成為一個明顯的有效位置。最好可以加入如下文關于圖8的130所描述的后處理步驟，以轉(zhuǎn)換此疊加為最終運動圖。
定義關注區(qū)域中毛細管的路徑圖的完全運動圖，能夠接著與先前在相同對象的相同區(qū)域獲得的類似圖相比較，并數(shù)字地存儲在系統(tǒng)的存儲器中。新血管形成或機能血管消失的出現(xiàn)能夠由系統(tǒng)操作者或由主治醫(yī)生通過視覺比較，或根據(jù)已知圖像處理技術的算法方法容易地確定。
現(xiàn)在參照圖6D，它是系統(tǒng)100的概要示意圖，比如能夠用于獲得圖6A到6C所示圖像的系統(tǒng)。圖6D的系統(tǒng)以與圖1A類似的方式示出，示出對視網(wǎng)膜區(qū)域16成像，盡管能夠理解通過使用適當?shù)墓鈱W裝置，能夠為了描述脈管結(jié)構特征的目的而檢查任意光學可到達的組織。同樣，根據(jù)本發(fā)明進一步的優(yōu)選實施例的系統(tǒng)100，也能夠用來特征描述與對象的組織中血管不同的路徑。
系統(tǒng)100包括一個成像光學裝置12，用于成像關注器官的表層。為了成像視網(wǎng)膜，成像光學裝置12最好是一個眼底攝像機或一個檢眼鏡。為了成像其他內(nèi)部器官，成像光學裝置能夠最好包括一個高質(zhì)量物鏡頭或一個微距照相鏡頭，或最好能夠包括一個光學內(nèi)窺鏡或腹腔鏡探針，用于對通常從身體外部不能進入的器官成像，比如以上圖1B中示意性示出的。成像光學裝置12最好包含一個分束設備，一個具有中心透射孔的鏡子或其他光學裝置，以便在本優(yōu)選實施例中來自閃光燈14的輸入照明能夠引導向被照明的器官組織16，輸入照明沿著從被照明的所關注組織16反射或散射獲得的圖像信息同樣的光路，盡管也能夠使用任意其他適用的照明源。通常需要一個帶通濾波器106、106a，從而使得系統(tǒng)能夠操作于光的帶寬內(nèi)，以改善紅血球圖像與相對反射的視網(wǎng)膜的對比度，該視網(wǎng)膜內(nèi)還包含大量不同顏色的色素。波長濾波設備可以插入光路中任意適當位置。
成像信息最好由高清晰度成像設備接收，比如CCD攝像機18。來自攝像機18的輸出圖像數(shù)據(jù)最好輸入到圖像獲取設備20，比如一個數(shù)字幀采集器，其輸出數(shù)據(jù)由計算和控制系統(tǒng)104處理，該系統(tǒng)也控制優(yōu)選閃光燈14的時序。該計算和控制系統(tǒng)104最好包括一個多路圖像序列獲取器和運動鑒別處理器104a，一個用于產(chǎn)生路徑圖的差異圖像疊加器104b，和一個路徑圖比較器104c，它可以調(diào)用先前產(chǎn)生的在計算和控制系統(tǒng)104或別處的存儲器中存儲的路徑圖，并處理該數(shù)據(jù)用于輸出到顯示監(jiān)視器24和/或打印機26?；蛘卟⒆詈茫a(chǎn)生的路徑圖可以直接從路徑圖比較器104c輸出到顯示設備24，以使操作者或主治醫(yī)生能夠檢查路徑圖本身，以確定路徑的形態(tài)中任何不尋常的變化，或它們的存在或不存在。計算和控制系統(tǒng)104的每個組成模塊將參照流程圖7和8在下面更全面地說明。
現(xiàn)在參照圖7的流程圖，它說明了根據(jù)本發(fā)明圖6D的系統(tǒng)的優(yōu)選操作方法采取的步驟，用于獲取圖像數(shù)據(jù)以確定在對象的關注區(qū)域內(nèi)紅血球團的運動圖。該步驟與用在圖4A的實施例中的類似，除了圖4A的步驟48，包括改變照明波長或檢測功能性(detectionfunctionality)，該步驟可以省略，以便最后步驟49的輸出只是n個m時間點圖像序列的產(chǎn)生。
現(xiàn)在參照圖8，它說明了根據(jù)本發(fā)明圖6D的系統(tǒng)的優(yōu)選操作方法所采取的步驟，用于分析由圖7的流程圖的方法獲得的數(shù)據(jù)，并用于確定成像區(qū)域中所關注區(qū)域的完整路徑圖，以及將該路徑圖和相同對象在不同時刻獲得的其他路徑圖相比較并存儲。
步驟110到126實質(zhì)上與圖5所示實施例的步驟70到86類似，除了該測量通常在單個波長上執(zhí)行。在步驟128，通過本領域已知的一種方法，比如以上提到的測量反射值的標準偏離的測量，其后取閥值(followed by thresholding)，或該點對于時間的平均值的最大差值的測量，其后取閥值，在步驟126積聚的所有分離的差異圖像疊加以產(chǎn)生關注區(qū)域的單個圖像。
在步驟130，已知的圖像處理技術用于后處理產(chǎn)生的路徑圖以產(chǎn)生一個更平滑的結(jié)果圖，它在步驟132中完成。在步驟134到144，產(chǎn)生的路徑圖存儲在系統(tǒng)存儲器中，顯示在系統(tǒng)監(jiān)視器24上，如果操作者需要可以注釋，并且從相同對象的相同關注區(qū)域得到的其他圖最好可以從存儲器中調(diào)用，或用于與步驟132中完成的圖視覺比較，或通過信號處理算法與先前獲得的圖進行比較。任何這些圖的硬拷貝也能夠選擇性從系統(tǒng)打印機26上打印出來。
這里強調(diào)，盡管圖7和8中描述的算法僅僅說明相關數(shù)據(jù)被提取和處理的一種方法，其他現(xiàn)有技術已知的其他方法同樣能夠很好的使用，只要它們提供必要的數(shù)據(jù)分析程序，用于從關注區(qū)域中血流的運動定勢(motion determination)而確定路徑位置。
本領域技術人員明顯看出本發(fā)明不限于通過以上特別顯示并說明的內(nèi)容。本發(fā)明的范圍包括以上說明的各種特征的組合和子組合以及對其的改變和修改，這些改變和修改可以是本領域技術人員在閱讀了以上不屬于現(xiàn)有技術中的說明后作出的。
權利要求
1.一種方法，用于分析在基本上固定且不改變的光譜背景中移動的材料，包括步驟(i)以預定的時間間隔，在所述背景中以第一波長至少產(chǎn)生所述移動材料的兩幅圖像，(ii)從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像至少互相之間進行比較，用于確定在至少所述預定時間間隔之一所述第一波長上具有改變的強度等級的所述圖像的區(qū)域，(iii)以至少一個第二波長執(zhí)行步驟(i)和(ii)，(iv)對所述圖像的所述區(qū)域執(zhí)行光譜分析，其中該圖像在所述第一和所述至少一個第二波長確定有改變的強度等級，以及(v)從所述光譜分析確定所述移動材料中發(fā)色團的數(shù)量等級。
2.根據(jù)權利要求1所述的分析材料的方法，其中所述基本上固定且不改變的光譜背景通過對稍微不同的圖像后處理校準而獲得。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的分析材料的方法，其中所述材料是血液，并且所述基本上固定和不改變的光譜背景是對象的組織，且所述發(fā)色團是所述血液的成分。
4.一種用于分析對象的組織內(nèi)血液的方法，包括步驟以預定的時間間隔以第一波長產(chǎn)生所述對象的所述組織的至少兩幅圖像；將從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像，至少互相之間進行比較，用于確定至少在所述預定時間間隔之一所述第一波長上具有改變的強度等級的所述圖像的區(qū)域；以第二預定時間間隔，至少以第二波長執(zhí)行所述步驟，產(chǎn)生所述對象的所述組織的至少兩幅圖像；將從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像，至少互相之間進行比較，用于確定至少在所述預定時間間隔之一、所述第一波長、具有改變的強度等級的所述圖像的區(qū)域；執(zhí)行所述步驟，對以所述至少一個第二波長產(chǎn)生的、所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像至少進行互相之間比較，用于確定至少在所述第二預定時間間隔之一、所述至少一個第二波長、具有改變的強度等級的所述圖像的區(qū)域；以及對在所述第一和所述至少一個第二波長確定的具有改變的強度等級的所述區(qū)域進行光譜分析，以確定具有不同光譜特征的所述血液的成分的濃度。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述血液成分與所述血液的氧飽和度相關。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述成分包括氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白其中至少一種。
7.根據(jù)權利要求4到6任一個所述的方法，其中光譜分析的所述步驟通過信號振幅分析執(zhí)行。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述信號振幅分析是統(tǒng)計學最小平方分析方法。
9.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述組織是視網(wǎng)膜組織。
10.根據(jù)權利要求4或所述9的方法，為非侵入地執(zhí)行。
11.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述組織是內(nèi)部器官的光學上可到達的組織。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述組織從包括食道、腸和腦組織的組中選擇。
13.一種方法，用于在基本固定和不改變的光譜背景中描述材料運動特征，包括步驟(i)以預定的時間間隔以預定波長產(chǎn)生所述背景中所述材料的至少兩幅圖像，(ii)將從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像，至少互相之間進行比較，用于確定在所述至少預定時間間隔之一上具有改變的強度等級的所述圖像的區(qū)域，(iii)疊加所述圖像的所述區(qū)域，以便產(chǎn)生所述材料的至少一個路徑圖，以及(iv)比較所述至少一個路徑圖和先前獲得的一個路徑圖，以確定出現(xiàn)在所述背景中的路徑變化。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述材料是血液且所述基本上固定和不改變的光譜背景是對象的組織，并且所述路徑圖是出現(xiàn)在所述對象的該組織中的脈管路徑圖。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述改變是新脈管路徑的出現(xiàn)以及先前存在的脈管路徑的消失中至少一種。
16.根據(jù)權利要求14或15所述的方法，其中所述組織是視網(wǎng)膜。
17.根據(jù)權利要求14或15所述的方法，其中所述組織是內(nèi)部器官光學上可到達的的組織。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述光學上可到達的內(nèi)部組織從包括食道、腸或腦組織的組中選擇。
19.根據(jù)權利要求14或15所述的方法，其中所述組織是管道(passageway)的內(nèi)表面。
20.根據(jù)權利要求13到16中任一個所述的方法，其中所述方法非侵入地執(zhí)行。
21.根據(jù)權利要求13到20中任一個所述的方法，其中所述基本固定的光譜背景通過對稍稍不同的圖像進行后處理校準而獲得。
22.一種方法，用于描述基本固定和不改變的光譜背景中材料運動的特征，包括步驟(i)以預定的時間間隔以預定波長產(chǎn)生所述背景中所述材料的至少兩幅圖像，(ii)將從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組獲得的圖像，至少互相之間進行比較，用于確定至少在所述預定時間間隔之一上具有改變的強度等級的所述圖像的區(qū)域，(iii)疊加所述圖像的所述區(qū)域，以便產(chǎn)生所述材料的至少一個路徑圖，以及(iv)檢查所述至少一個路徑圖，以確定所述背景中存在的路徑特征。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述材料是血液，并且所述基本上固定和不改變的光譜背景是對象的組織，并且所述路徑是出現(xiàn)在所述對象的該組織中的脈管路徑。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中所述特征是脈管形態(tài)中的異常。
25.根據(jù)權利要求23或24所述的方法，其中所述組織是視網(wǎng)膜。
26.根據(jù)權利要求23或24所述的方法，其中所述組織是內(nèi)部器官光學上可到達的的組織。
27.根據(jù)權利要求26所述的方法，其中所述光學可到達的內(nèi)部組織從包括食道、腸或腦組織的組中選擇。
28.根據(jù)權利要求23或24所述的方法，其中所述組織是管道的內(nèi)表面。
29.根據(jù)權利要求22到25中任一個所述的方法，其中所述方法非侵入地執(zhí)行。
30.根據(jù)權利要求22到29中任一個所述的方法，其中所述基本固定的光譜背景通過對稍稍不同的圖像進行后處理校準而獲得。
31.一種用于分析在基本固定和不改變的光譜背景中材料運動的的系統(tǒng)，包括一個光源，用于照明所述背景中的所述材料，一個波長選擇器，用于限定至少一個第一和一個第二波長，一個成像器，用于以預定時間間隔獲取所述背景中所述材料的所述至少第一和第二波長的至少兩幅圖像，一個鑒別器，對從至少兩個所述波長中每個的所述至少兩幅圖像的至少兩幅的至少一組中獲得的圖像，至少互相進行比較，并確定改變強度等級的區(qū)域，一個光譜分析器，適于確定由所述鑒別器確定的改變強度等級的所述區(qū)域的光譜，以及一個發(fā)色團等級計算器，利用所述光譜分析器的輸出確定所述移動材料中發(fā)色團的數(shù)量等級。
32.根據(jù)權利要求31所述的系統(tǒng)，還包括一個后處理圖像校準器，適于校準從所述基本固定和不改變的光譜背景的稍微未對準區(qū)域獲得的圖像。
33.根據(jù)權利要求31或32所述的系統(tǒng)，其中所述材料是血液，并且所述基本上固定和不改變的光譜背景是對象的組織，并且所述發(fā)色團是所述血液的成分。
34.根據(jù)權利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述組織是視網(wǎng)膜。
35.根據(jù)權利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述組織是內(nèi)部器官光學上可到達的組織。
36.根據(jù)權利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述組織從包括食道、腸、腦組織和管道內(nèi)表面的組中選擇。
37.根據(jù)權利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)色團是關于氧飽和度的血液的成分，并且所述發(fā)色團等級計算器是血氧等級確定器。
38.根據(jù)權利要求31到37中任一個所述的系統(tǒng)，其中所述波長選擇器位于所述光源和所述背景中所述材料之間的照明路徑中。
39.根據(jù)權利要求31到37中任一個所述的系統(tǒng)，其中所述波長選擇器位于所述背景中所述材料和所述成像器之間的成像路徑中。
40.根據(jù)權利要求31到37中任一個所述的系統(tǒng)，其中所述波長選擇器位于所述成像器中。
41.根據(jù)權利要求31到37中任一個所述的系統(tǒng)，其中所述波長選擇器是計算機控制的濾光輪。
42.根據(jù)權利要求31到41中任一個所述的系統(tǒng)，其中所述光源是計算機控制的閃光燈。
43.一種用于分析對象的組織的系統(tǒng)，包括(i)一個光源，用于照明所述組織，(ii)一個成像器，用于以預定時間間隔獲取所述組織的至少兩幅圖像，(iv)一個鑒別器，對從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組中獲得的圖像，至少互相進行比較，并確定改變強度等級的區(qū)域，以及(v)一個疊加器，用于產(chǎn)生來自改變強度等級的所述區(qū)域的脈管路徑位置的至少一個圖。
44.根據(jù)權利要求43所述的系統(tǒng)，還包括一個路徑圖比較器，使用所述至少一個脈管路徑位置圖和一個先前獲得的脈管路徑圖，以確定所述對象的所述組織中存在的脈管路徑變化。
45.根據(jù)權利要求43所述的系統(tǒng)，還包括一個輸出顯示設備，用于顯示所述至少一個脈管路徑圖，以確定所述對象的所述組織中出現(xiàn)的脈管路徑特征。
46.根據(jù)權利要求43到45中任一個所述的系統(tǒng)，還包括一個限定成像波長范圍的波長選擇器。
47.根據(jù)權利要求43到46中任一個所述的系統(tǒng)，其中所述光源是一個計算機控制的閃光燈。
48.一種用于描述在基本固定和不改變的光譜背景中的材料運動的特征的系統(tǒng)，包括(i)一個光源，用于照明所述材料及其背景，(ii)一個成像器，用于以預定時間間隔獲取所述材料及其背景的至少兩幅圖像，(iv)一個鑒別器，對從所述至少兩幅圖像中至少兩幅的至少一組中獲得的圖像，至少互相進行比較，并確定改變強度等級的區(qū)域，以及(v)一個疊加器，用于產(chǎn)生來自所述改變強度等級區(qū)域的至少一個所述材料的路徑圖。
49.根據(jù)權利要求48所述的系統(tǒng)，還包括一個路徑圖比較器，使用所述材料的所述至少一個路徑圖和一個先前獲得的路徑圖，以確定出現(xiàn)的路徑變化。
50.根據(jù)權利要求48所述的系統(tǒng)，還包括一個輸出顯示設備，用于顯示所述至少一個路徑圖，以確定所述材料的路徑特性。
51.根據(jù)權利要求48到50中任一個所述的系統(tǒng)，還包括一個波長選擇器，用于限定成像波長范圍。
全文摘要
在光譜豐富的環(huán)境中，一種用于確定和繪制具有特征光譜的移動物體的發(fā)色團數(shù)量的方法和系統(tǒng)，該環(huán)境可能包括固定物體上的多個發(fā)色團。關注的區(qū)域在不同的時間以不同的波長成像，并且將移動物體的一個或多個發(fā)色團的光譜特性從背景的固定光譜特性中分離，接著通過移動物體的光譜分析以確定其數(shù)量。說明了對視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)的應用，示出了視網(wǎng)膜血液的氧飽和度的成像、分析和定量，分辨不同的脈管腔——毛細管、細動脈、小靜脈、動脈、以及靜脈。還通過根據(jù)在血流中移動成分的單個波長獲得的差異圖像的分析產(chǎn)生的路徑圖，確定脈管環(huán)境的結(jié)構改變，是否有產(chǎn)生新血管或現(xiàn)存血管消失。
文檔編號A61B5/1455GK1658788SQ03812698
公開日2005年8月24日 申請日期2003年4月2日 優(yōu)先權日2002年4月2日
發(fā)明者阿米拉姆·格林瓦爾德, 達林·納爾遜, 伊沃·萬澤塔 申請人:耶德研究和發(fā)展有限公司