生成示出生物組織中生物物質(zhì)濃度分布圖像的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于生成示出生物組織中的生物物質(zhì)濃度分布的圖像的方法和 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近來(lái)，已經(jīng)提出了具有拍攝光譜圖像的功能的內(nèi)窺鏡裝置（光譜內(nèi)窺鏡裝置）。通 過(guò)使用這樣的光譜內(nèi)窺鏡裝置，可以獲得關(guān)于生物組織（如消化器官的黏膜）的光譜特性 (例如，反射光譜）的信息。已知的是，生物組織的反射光譜反映這樣的信息：所述信息關(guān) 于作為測(cè)量目標(biāo)的生物組織的表層附近包含的組分的類型或密度。具體而言，已知根據(jù)生 物組織的反射光譜計(jì)算得到的吸收率等于通過(guò)將構(gòu)成生物組織的多種物質(zhì)的吸收率線性 疊加而得到的吸收率。
[0003] 已知的是，病變生物組織中的物質(zhì)的組成和量不同于健康生物組織中的物質(zhì)的組 成和量。在許多早期研究中表明，病變（如由癌癥表示）的異常與血液狀況（特別是與血 液或氧飽和總量）極為密切相關(guān)。在光譜分析領(lǐng)域中，經(jīng)常使用這樣的方法：通過(guò)使用兩個(gè) 被聚焦的生物組織所具有的可見(jiàn)范圍內(nèi)的光譜特征值來(lái)對(duì)所述兩個(gè)被聚焦的生物組織進(jìn) 行定性和定量。因此，通過(guò)將包括病變的生物組織中的血液的光譜特性與并未包括病變的 生物組織中的血液的光譜特性進(jìn)行比較，可以估計(jì)生物組織中的某些種類的病變的存在。
[0004] 光譜圖像是使用不同波長(zhǎng)的光來(lái)獲取的一系列的圖像信息組成，且生物組織的更 詳細(xì)的光譜信息可以從具有更高的波長(zhǎng)分辨率（即，用于獲取圖像信息的更大量的波長(zhǎng)） 的光譜圖像獲得。專利文件1公開(kāi)了在400nm至800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)以5nm的間隔來(lái)獲取 光譜圖像的光譜內(nèi)窺鏡裝置的示例性的配置。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文件
[0007] (專利文件1)第2012-245223A號(hào)日本專利臨時(shí)公開(kāi)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 待解決的問(wèn)題
[0009] 然而，為了獲取具有高波長(zhǎng)分辨率的光譜圖像（例如，公開(kāi)于專利文件1中的光譜 圖像）需要許多在改變圖像獲取波長(zhǎng)的情況下獲取的圖像。此外，需要進(jìn)行大量計(jì)算以分 析大量圖像，因此分析這些圖像要耗費(fèi)時(shí)間。也就是說(shuō)，需要重復(fù)進(jìn)行相對(duì)復(fù)雜的拍攝操作 和計(jì)算，以獲得有效的診斷支持信息。因此，存在獲得有效診斷支持信息要耗費(fèi)時(shí)間的問(wèn) 題。
[0010] 鑒于上述情況而提出本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取示出生物 物質(zhì)的分布（例如，氧飽和度分布）的圖像信息的方法和裝置。
[0011] 解決問(wèn)題的方法
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供了用于示出生物組織中包含的第一生物物質(zhì)與 第二生物物質(zhì)之間的摩爾濃度比的生成分布圖像的方法，所述生物組織的吸收光譜在預(yù)定 波長(zhǎng)范圍內(nèi)以波長(zhǎng)遞升的次序具有第一等吸光點(diǎn)、第二等吸光點(diǎn)、第三等吸光點(diǎn)以及第四 等吸光點(diǎn)，所述方法包括：通過(guò)使用由第一濾光器從白光中提取的光來(lái)獲取生物組織的圖 像而獲取第一成像數(shù)據(jù)匕的步驟，所述第一濾光器配置成共同選擇性地提取由第一等吸光 點(diǎn)和第二等吸光點(diǎn)劃分的第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光、由第二等吸光點(diǎn)和第三等吸光點(diǎn)劃分的第 二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光以及由第三等吸光點(diǎn)和第四等吸光點(diǎn)劃分的第三波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光；通過(guò) 使用由第二濾光器從白光中提取的光來(lái)獲取生物組織的圖像而獲取第二成像數(shù)據(jù)G2的步 驟，所述第二濾光器配置成選擇性地提取第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光；以及基于所述第一成像數(shù) 據(jù)Gi和所述第二成像數(shù)據(jù)G2來(lái)生成分布圖像的步驟。
[0013] 此外，在上述方法中，基于第一成像數(shù)據(jù)Gi和第二成像數(shù)據(jù)62來(lái)生成分布圖像的 步驟可以進(jìn)一步包括：基于第一成像數(shù)據(jù)A來(lái)獲取第一濾光器的透射波長(zhǎng)范圍中的生物組 織的吸收率4的步驟；基于第二成像數(shù)據(jù)G2來(lái)獲取第二濾光器的透射波長(zhǎng)范圍中的生物組 織的吸收率^的步驟；以及基于所述吸收率Ai和吸收率A2來(lái)生成分布圖像的步驟。
[0014] 此外，在上述方法中，獲取吸收率&的步驟可以包括使用表達(dá)式1或表達(dá)式2來(lái) 計(jì)算吸收率&的步驟；以及
[0015] (表達(dá)式1)
[0016] Ai=-logG!
[0017] (表達(dá)式2)
[0018] Ai=-Gi
[0019] 獲取吸收率A2的步驟可以包括使用表達(dá)式3或表達(dá)式4來(lái)計(jì)算吸收率六2的步驟。
[0020] (表達(dá)式3)
[0021] A2=-logG2
[0022] (表達(dá)式4)
[0023] A2=_G2
[0024] 此外，在上述方法中，基于吸收率&和吸收率六2來(lái)生成分布圖像的步驟可以包括： 使用表達(dá)式5來(lái)計(jì)算指數(shù)X的步驟；以及
[0025] (表達(dá)式5)
[0026] X=A「2kA2
[0027] (其中k為常數(shù)）
[0028] 基于指數(shù)X來(lái)生成分布圖像的步驟。
[0029] 此外，在上述方法中，常數(shù)k可以是1。
[0030] 此外，上述方法可以進(jìn)一步包括：通過(guò)使用由第三濾光器從白光中提取的光來(lái)獲 得生物組織的圖像而獲取第三成像數(shù)據(jù)R3的步驟，所述第三濾光器配置成選擇性地提取第 四波長(zhǎng)范圍中的光，相比于預(yù)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收率，生物組織在所述第四波長(zhǎng)范圍中的 吸收率足夠低，并且獲取吸收率4的步驟可以包括：通過(guò)將第一成像數(shù)據(jù)Gi除以第三成像 數(shù)據(jù)R3來(lái)計(jì)算第一標(biāo)準(zhǔn)化反射率SR^勺步驟；以及使用表達(dá)式6或表達(dá)式7來(lái)計(jì)算吸收率 步驟；而且
[0031] (表達(dá)式6)
[0032] Ai= -logSR!
[0033] (表達(dá)式7)
[0034] Ai=-SRi
[0035] 獲取吸收率^的步驟可以包括：通過(guò)將第二成像數(shù)據(jù)G2除以第三成像數(shù)據(jù)1?3來(lái) 計(jì)算第二標(biāo)準(zhǔn)化反射率3私的步驟；以及使用表達(dá)式8或表達(dá)式9來(lái)計(jì)算吸收率A2的步驟。
[0036] (表達(dá)式8)
[0037]A2=-logSR2
[0038] (表達(dá)式9)
[0039]A2=-SR2
[0040] 此外，上述方法可進(jìn)一步包括：通過(guò)使用由第一濾光器從白光中提取的光來(lái)得到 無(wú)色基準(zhǔn)板的圖像而獲取第一基線圖像數(shù)據(jù)步驟；以及通過(guò)使用由第二濾光器從白 光中提取的光來(lái)得到基準(zhǔn)板的圖像而獲取第二基線圖像數(shù)據(jù)bl2的步驟，并且計(jì)算第一標(biāo) 準(zhǔn)化反射率SRi的步驟可以包括將第一成像數(shù)據(jù)G4余以第一基線圖像數(shù)據(jù)BLi的步驟，而且 計(jì)算第二標(biāo)準(zhǔn)化反射率SR2的步驟可以包括將第二成像數(shù)據(jù)G2除以第二基線圖像數(shù)據(jù)BL2 的步驟。
[0041] 此外，在上述方法中，第四波長(zhǎng)范圍可以是650nm的帶，第三成像數(shù)據(jù)私可以是通 過(guò)包含在設(shè)置有RGB濾色器的攝像裝置中的設(shè)置有R過(guò)濾器的光接收元件得到的成像數(shù) 據(jù)。
[0042] 此外，在上述方法中，常數(shù)k可以確定為使得指數(shù)X(基于通過(guò)得到已知摩爾濃度 比的生物組織的圖像而獲取的第一成像數(shù)據(jù)匕和第二成像數(shù)據(jù)62來(lái)獲取所述指數(shù)X)變?yōu)?最接近理論指數(shù)X。
[0043] 此外，在上述方法中，可以獲取多個(gè)生物組織（每個(gè)生物組織具有彼此不同的已 知摩爾濃度比）中的每一個(gè)的測(cè)量指數(shù)X，并且可以將常數(shù)k確定為使得示出已知摩爾濃度 比與測(cè)量指數(shù)X之間的關(guān)系的校準(zhǔn)曲線最接近示出已知摩爾濃度比與理論指數(shù)X之間的關(guān) 系的參考線。
[0044] 此外，在上述方法中，在獲取第一成像數(shù)據(jù)匕的步驟中，使用第一濾光器從白光中 提取的光可以變暗，從而使得獲取第一成像數(shù)據(jù)匕時(shí)的曝光和獲取第二成像數(shù)據(jù)6 2時(shí)的曝 光變得相等。
[0045] 此外，在上述方法中，兩種類型的生物物質(zhì)可以是氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白， 并且生物組織中包含的第一生物物質(zhì)和第二生物物質(zhì)的摩爾濃度比可以是氧飽和度。
[0046] 此外，在上述方法中，預(yù)定波長(zhǎng)范圍可以是血紅蛋白的Q帶，并且第一成像數(shù)據(jù)& 和第二成像數(shù)據(jù)G2可以是通過(guò)包括在設(shè)置有RGB濾色器的攝像裝置中的設(shè)置有G過(guò)濾器 的光接收元件得到的成像數(shù)據(jù)。
[0047] 此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供了用于生成分布圖像的裝置，所述分布圖 像示出包括在生物組織中的第一生物物質(zhì)與第二生物物質(zhì)之間的摩爾濃度比，所述生物組 織的吸收光譜在預(yù)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)以波長(zhǎng)遞升的次序具有第一等吸光點(diǎn)、第二等吸光點(diǎn)、第 三等吸光點(diǎn)和第四等吸光點(diǎn)，所述裝置包括：發(fā)射白光的光源；第一濾光器，其配置成共同 選擇性地從白光中提取由第一等吸光點(diǎn)和第二等吸光點(diǎn)劃分的第一波長(zhǎng)范圍中的光、由第 二等吸光點(diǎn)和第三等吸光點(diǎn)劃分的第二波長(zhǎng)范圍中的光，以及由第三等吸光點(diǎn)和第四等吸 光點(diǎn)劃分的第三波長(zhǎng)范圍中的光；第二濾光器，其配置成選擇性地從白光中提取第二波長(zhǎng) 范圍中的光；切換構(gòu)件，其配置成在第一濾光器與第二濾光器之間切換；攝像裝置，其配置 成使用光源發(fā)射出的光來(lái)得到生物組織的圖像；以及圖像處理器單元，其配置成基于攝像 裝置生成的成像數(shù)據(jù)來(lái)生成分布圖像。
[0048] 此外，上述裝置可以是包括設(shè)置在尖端部分的內(nèi)窺鏡的內(nèi)窺鏡裝置。
[0049] 發(fā)明效果
[0050] 根據(jù)本發(fā)明，可以在短時(shí)間內(nèi)獲取示出生物物質(zhì)的分布（例如，氧飽和度分布）的 圖像信息。
【附圖說(shuō)明】
[0051] [圖1]圖1示出血紅蛋白在Q帶處的吸收光譜。
[0052] [圖2]圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡裝置的方框圖。
[0053] [圖3]圖3示出安置在攝像裝置中的濾色器的透射光譜。
[0054] [圖4]圖4是旋轉(zhuǎn)過(guò)濾器的外部示意圖。
[0055] [圖5]圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的圖像生成過(guò)程的流程圖。
[0056] [圖6]圖6示出用于確定校正系數(shù)k的示例性校準(zhǔn)曲線。
[0057] [圖7]圖7示出使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡裝置生成的示例性內(nèi)窺鏡圖 像。（a)是常規(guī)觀測(cè)圖像，（b)是氧飽和度分布圖像。
[0058] 符號(hào)說(shuō)明
[0059] 1 光譜內(nèi)窺鏡裝置
[0060] 100 電子內(nèi)窺鏡
[0061] 110插入管
[0062] 111插入