用于多光谱成像的方法和部件技术

本发明专利技术涉及样本、尤其生物组织的多光谱成像。本发明专利技术还涉及一种用于获取对象(400)的荧光图像和反射图像的方法，该方法包括如下步骤：至少利用具有多个高强度的光谱区域的第一光和至少利用具有至少一个高强度的光谱区域的第二光交替地照明对象(400)，其中，第一光具有波长比高强度的区域的波长长的至少一个低强度的区域，使用公共传感器阵列(200)在利用第一光照明对象期间记录对象的第一图像以及在利用第二光照明对象期间记录对象的第二图像，其中，在第一光具有高强度的光谱区域中的至少一个光谱区域中使由传感器阵列(200)记录的光衰减。

Method and apparatus for multispectral imaging

The present invention relates to multispectral imaging of a sample, in particular a biological tissue. The invention also relates to a method for obtaining the object (400) fluorescence images and the reflection of the image, the method comprises the following steps: using at least a first light having a plurality of high intensity spectral region and at least with at least one high intensity spectral region of second light for lighting objects (400). The area is at least a low intensity light with a wavelength of the first Bigau strength region of long wavelength, using public sensor array (200) which while using the first light objects of the first image recording object and in the use of second light illumination objects during the second image recording object, with at least one light in the first a spectral region of high intensity in the spectral region in the sensor array (200) by recording the light attenuation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多光谱成像的方法和部件
本专利技术涉及样本、尤其生物组织的多光谱成像。
技术介绍
当使组织成像时，照明光可以被吸收或被散射。如果组织包含荧光分子，则通过将分子设置处于激发态而临时存储吸收的能量，然后吸收的能量部分地被释放为较长波长的光子。作为荧光发射的光的强度通常比已反射的激发光的强度弱许多数量级，以及因此需要将反射光与发射光分离或隔断。最实际的方式为在光束的激发路径和发射路径中使用带通滤波器，以限制光的光谱范围以避免反射的激发在记录的发射路径中的渗透。该方法的直接结果是，无法在同一检测路径中同时获得反射的激发图像与荧光图像。为了获取荧光图像和反射图像二者，需要在两种获取模式之间切换：具有滤波器和不具有滤波器。对于静态对象，即对于在获取荧光图像和反射图像期间不显著移动的对象，在滤波器之间切换以及按顺序获取两个图像从不是问题。然而，如果视野中的对象移动，则记录的图像不一致，以及甚至在密集图像处理之后，配准会非常困难。然而，可出现的另一问题是具有不同激发特性和发射特性的多种荧光剂的同时成像。在该情况下，必须使用不同组的用于激发和发射的成像滤波器来使不同的荧光染料成像，这最终增加了复杂度和获取图像的数量。此外，当使移动对象成像时，需要利用相当高的视频帧速率记录对象的发射的荧光和反射的激发。然后必须很快速地完成滤波器之间的切换。存在用于实现多光谱成像的几种方法。它们可以概略地以下列项为特征：a)所使用的传感器的数量、b)开关滤波器的使用、c)不同照明之间的切换、或d)多个带通滤波器的使用、分束器的使用等[Y.Garini、I.T.Young和G.McNamara的“Spectralimaging:Principlesandapplications”CytometryPartA69A，735-747(2006)]。在下文将详细地描述这些现有技术。[开关滤波器]一些多光谱成像系统具有单个图像传感器且实施反射成像模式和荧光成像模式之间的快速切换机制。这可以使用安装在滤光轮或滤波器立方块上的带通激发滤波器设置和发射滤波器设置来实现，该滤光轮或滤波器立方块被快速更换，从而以高频交替地记录反射图像和荧光图像。该方法为直接的且允许最高的光吞吐量，但是需要机械地移动零件，比如滤光轮。进一步地，根据滤波器配置，它允许一次仅记录一个荧光团的强度。处于接近视频速度频率的开关滤波器在技术上为复杂的且需要与照相机的抓帧序列的准确机械同步。为了避免机械组件，可以使用光谱可调滤波器，例如液晶可调滤波器。适合于不同荧光团的光谱设置之间的切换可以非常快速(<1ms)，然而可调滤波器的透射吞吐量被限制。此外，可调滤波器对光透射角度和光偏振高度敏感，且与相当高的成本相关联。[分束器]用于多光谱成像的替选方法为使用多个传感器，其中，在每个传感器的前面布置对应的发射滤波器。通过穿过单个物镜且使用光学分束器布置来将光传递到每个传感器，光可以到达每个传感器，或者每个传感器可以具有独立的物镜。在任一情况下，每个传感器与滤波器配对，该滤波器可以阻断激发波长且记录来自一个荧光团的发射[LuciaM.A.Crane等人的JVisExp.2010；(44)：2225]。附加传感器可以记录具有不同成像路径的反射图像。这个概念很简单，但是多个传感器、分束器或物镜的使用增大了尺寸、设计复杂度和成本。[快速切换照明]用于多光谱成像的另一方案使用不同激发光之间的切换。其中，替选地利用具有特定激发光谱的激发光束照明对象，滤波器阻断该特定激发光谱进入一个或多个照相机中。在US20130286176A1中，使用单个颜色传感器、激发荧光的激光激发、以及开启和关闭的宽带照明源。当仅激光激发源开启时，则传感器可以捕获发射的荧光，以及当宽带照明开启时，则传感器可以捕获反射的图像。该系统产生反射图像和荧光团的图像，但是观察者可以在视觉上体验由于不同源的开启-关闭切换而造成的令人烦扰的闪烁。[阻断多个带通图像]另一个方法使用与单色传感器配对的具有多个带通区域的滤波器。在该方法中，在单色传感器前面的滤波器阻断激发波长进入单色传感器中。可以单独地利用激发扫描使不同荧光团成像。可替选地，滤波后的多分量荧光可以被分为取决于波长的路径，然后使这些路径成像到单色传感器的不同空间区域上。利用该方法，可以利用单色传感器同时记录多个通道。在替选方法中，颜色传感器可以用于利用多通道(因此彩色)传感器记录多分量荧光。然后可以处理多通道传感器输出，从而获得各个荧光分量。附加传感器可以用于通过将反射的激发光分到不同的光学路径中而记录反射图像，该不同的光学路径使该光成像在该传感器上。这与反射一起提供多个荧光成像带，但是观察者将在视觉上感知伪彩色表示。根据特定激发波长，可能无法甚至在数字化上修正伪感知。可以进一步将反射和荧光二者分到多个附加颜色传感器上以增加光谱通道的数量。每个通道在传感器的前面具有窄带通滤波器，以及计算每个单独的窄滤波器带中的强度[US20120085932A1]。根据在具体应用中使用的激发滤波器和发射滤波器的精确组合，所使用的滤波器组被称为“Pinkel”、“Sedat”、或“全-多频带”。
技术实现思路
本专利技术旨在提供用于多光谱成像的方法和装置，该方法和装置避免了上文提及的现有技术的问题且为简单的、快速的且有成本效益的。该问题通过根据权利要求1的方法和根据权利要求9的装置以及根据权利要求15的内窥镜或外科显微镜及其根据权利要求16的用途来解决。在各个从属权利要求中提供有利改进。根据本专利技术提供了一种用于获取对象的荧光图像和反射图像的方法。在该专利技术方法中，利用两种不同的光交替地照明对象。这至少两种不同的光包括交替地指向对象的至少一种第一光和至少一种第二光。第一光具有多个高强度的光谱区域和至少一个低强度的区域，该低强度的区域的波长比高强度的区域的波长长，同时至少第二光具有至少一个高强度的光谱区域。在利用这两种光交替地照明对象期间，公共传感器阵列记录图像。在利用第一光和第二光照明对象期间，记录被照明的对象的单独的图像。另外，使在其中第一光具有高强度的至少一个光谱区域中记录的光(即由对象发射的且指向公共传感器阵列的光)衰减。通过利用所述第一光和所述第二光交替地照明对象，因此可以在利用第一光照明期间记录该对象的荧光图像。在利用第二光照明期间可以记录该对象的反射图像。在第一有利改进中，公共用于交替地记录荧光图像和反射图像的传感器阵列为多通道阵列、优选地为颜色传感器阵列。这类多通道阵列将图像记录在通道图像空间中，例如在颜色传感器的彩色图像空间中。这些图像数据然后被转换为分量图像空间的值，其中，分量空间优选地对应于荧色物、吸收体、其导出值或噪声的空间分布。因此在本专利技术中，第一图像被记录在通道图像空间中，例如在彩色图像空间中，然后被转移到显示例如特定荧色物、吸收体等的横向分布的图像。如上所述，第一光和/或第二光可以具有高强度的光谱区域和低强度的光谱区域。为了记录上文提及的荧光图像和反射图像，如果处于较短波长的高强度区域和处于较长波长的低强度的相邻区域之间的光强度比至少为1×102、优选地大于或等于1×106，则是有利的。另外，如上所述，在第一光具有高强度的光谱区域中的至少一个光谱区域中使由传感器阵列记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获取对象(400)的荧光图像和反射图像的方法，包括如下步骤：至少利用具有多个高强度的光谱区域的第一光和至少利用具有至少一个高强度的光谱区域的第二光交替地照明所述对象(400)，其中，所述第一光具有波长比高强度的区域的波长长的至少一个低强度的区域，使用公共传感器阵列(200)在利用所述第一光照明所述对象期间记录所述对象的第一图像以及在利用所述第二光照明所述对象期间记录所述对象的第二图像，其中，在所述第一光具有高强度的所述光谱区域中的至少一个光谱区域中使由所述公共传感器阵列(200)记录的光衰减。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.05 EP 14171378.4;2015.03.24 EP 15160630.81.一种用于获取对象(400)的荧光图像和反射图像的方法，包括如下步骤：至少利用具有多个高强度的光谱区域的第一光和至少利用具有至少一个高强度的光谱区域的第二光交替地照明所述对象(400)，其中，所述第一光具有波长比高强度的区域的波长长的至少一个低强度的区域，使用公共传感器阵列(200)在利用所述第一光照明所述对象期间记录所述对象的第一图像以及在利用所述第二光照明所述对象期间记录所述对象的第二图像，其中，在所述第一光具有高强度的所述光谱区域中的至少一个光谱区域中使由所述公共传感器阵列(200)记录的光衰减。2.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述公共传感器阵列(200)为多通道阵列、优选地为颜色传感器阵列，其中，每个通道具有不同的光谱灵敏度。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在记录的所述图像的通道图像空间、例如颜色传感器的彩色图像空间中提供的数据被转换为分量图像空间的值，其中，所述分量优选地对应于荧色物、吸收体、导出值或噪声的空间分布。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对所述光中的至少一者的处于较短波长的至少一个高强度区域与较长波长的至少一个低光强度区域之间的光强度的比大于或等于1×102，优选地大于或等于1×103，优选地大于或等于1×106，和/或其特征在于，未衰减的光谱区域与衰减的光谱区域的强度之间的衰减比大于或等于1×102，优选地大于或等于1×103，优选地大于或等于1×106，和/或其特征在于，由所述公共传感器阵列(200)记录的光在所述第一光具有高强度的所述光谱区域中的至少一个光谱区域中的衰减量使得记录在所述未衰减的光谱区域中的光的强度优选地高于记录在所述衰减的光谱区域的总和中的光的强度。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述公共传感器阵列(200)记录的光被多带通滤波器(213)滤波。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一光和/或所述第二光通过如下项来生成：a)来自两个宽带光源(111)的宽带光，例如白光，其中，所述宽带光被多带通滤波器(112)滤波以便生成所述第一光和所述第二光，或b)多个窄带光源(121)，优选地多个发光二极管(LED)，其中，从所述窄带光源传出的光可选地被光路径中的多频带滤波器滤波，或c)根据a)的宽带光源和根据b)的窄带光源的组合。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在利用所述第二光照明所述对象(400)期间记录的所述图像被处理以便为所述衰减的光谱区域校正所述图像。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用第二光和利用光谱不同的两个或更多个第一光照明所述对象(400)，利用所述第二光照明所述对象用于生成由所述对象(400)反射的第一反射光，利用所述两个或更多个第一光照明所述对象用于激发由所述对象发射的两种或更多种光谱可能不同的荧光，在所述第二光和所述两个或更多个第一光中的每一者之间交替照明所述对象，以及使用公共传感器阵列(200)在利用所述第一光中的每一者照明所述对象期间记录所述对象的第一图像以及在利用所述第二光照明所述对象期间记录所述对象的第二图像，其中，在所有第一光的一个、多个或所有光谱区域中使...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·迪米特里亚迪斯，尼古劳斯·德里奥拉尼斯，
申请(专利权)人：海德堡大学，
类型：发明
国别省市：德国,DE