显微镜系统技术方案

一种具有检测器系统的显微镜系统，被配置为：在检测区域内检测第一通道的光并将其转换成第一荧光信号，在第二检测区域内检测第二通道的光并将其转换成第一修正信号，以及在第三检测区域内检测第三通道的光并将其转换成第二修正信号，并且具有控制器，该控制器被配置为：在使用该第一荧光信号、该第一修正信号和该第二修正信号的情况下确定在目标区域中该荧光染料的浓度的空间分布的近似值，其中(基本上排他地)在该第一检测区域(第一通道)中检测该荧光染料的发射谱的第一部分，其中(基本上排他地)在该第二检测区域(第二通道)中检测位于该荧光谱的第一部分附近的波长范围，并且其中(基本上排他地)在该第三检测区域(第三通道)中检测该荧光染料的激发谱的一部分。

Microscope system

A microscope system with a detector system is configured to detect and convert the light of the first channel into the first fluorescence signal in the detection region, detect the light of the second channel and convert it into the first correction signal in the second detection region, and detect and rotate the light of the third channel in the third detection region. The second correction signal is replaced by a second correction signal and has a controller configured to determine an approximate value of the spatial distribution of the concentration of the fluorescent dye in the target region, where (basically exclusively) the first detection region (in the case of using the first fluorescence signal, the first correction signal and the second correction signal). The first part of the emission spectrum of the fluorescent dye is detected in the first channel, in which the wavelength range near the first part of the fluorescence spectrum is detected (basically exclusively) in the second detection region (second channel), and the excitation of the fluorescent dye is detected (basically exclusively) in the third detection region (third channel). Part of the spectrum.

【技术实现步骤摘要】
显微镜系统
本专利技术涉及一种用于同时记录总图并用于确定荧光染料浓度的空间分布的近似值的显微镜系统。
技术介绍
荧光染料在肿瘤切除的领域中用于区分患病组织与健康组织。为此在患病组织的区域中富集荧光染料，当用其激发谱中的光对其进行照射时，该荧光染料发射其发射谱中的荧光。因为荧光仅仅由已经富集了荧光染料的组织发出，额外的总图是有用的，以便能够观察到被健康组织包围的患病组织。然而，由组织发射的荧光不是对荧光染料浓度的度量并且因此不是对患病组织的量/浓度的度量，因为荧光的强度还取决于组织的其他特性。存在相同浓度的荧光染料的组织区域因而在荧光图像中显示为具有不同强度，即使在这些区域中荧光染料的浓度相同。组织的以下特性造成在由荧光染料发射的强度和到达检测器的强度之间的差异。一方面，组织在激发谱的范围内吸收光，使得实际上并不是所有预期用于激发荧光染料的光都到达荧光染料。在发射的波长范围内，荧光的光散射导致并不是所有由荧光染料发射的光都到达检测器，而是被周围的组织散射。已经显示出，存在对实际上由荧光染料发射的光强度的半经验近似，该近似取决于所测量的荧光强度和在吸收谱和发射谱的波长范围内的反射光强度(P.A.Valdés等人，“Aspectrallyconstraineddual-bandnormalizationtechniqueforprotoporphyrinIXquantificationinfluorescence-guidedsurgery(用于在荧光指导的手术中的原卟啉IX定量的光谱受限式双带归一化技术)”，OpticalSocietyofAmerica,OpticsLetter，第37卷，第11期，2012年6月1日，1817-1819)。归纳式的近似可以如下地表述：其中表示在没有周围组织的干扰影响的情况下在目标区域中由荧光染料发射的荧光强度的空间分布，表示能够借助于显微镜检测到的荧光强度的空间分布并且因此包含由于周围组织导致的失真，IKo1表示位于荧光染料的发射谱附近的波长范围内由组织反射的光的强度的空间分布，IKo2表示位于荧光染料的激发谱附近的波长范围内由组织反射的光的强度的空间分布，A表示经验参数，α表示其他的经验参数，并且β表示再另一个经验参数。参数A、α和β可以例如借助于类似的方法以经验方式确定。光强度的空间分布IKo1和IKo2因此是借助于显微镜检测的总体上不同波长范围的光强度。与此相反，表示在目标区域中由荧光染料实际产生的光的强度分布。也就是说，包围荧光染料的组织的干扰性影响在中不累积而在中累积。因为代表在没有干扰性影响的情况下荧光的强度分布，所以是对在目标区域中荧光染料浓度的空间分布的度量并且因此还是对在目标区域中患病组织的量/浓度的空间分布的度量。被配置为检测IKo1和IKo2的常规显微镜系统具有以下缺点：这些强度分布是彼此相继地顺序测量的，使得强度分布IKo1和IKo2的记录是漫长的过程。这在外科手术领域中恰恰是一个严重的缺点，因为在记录强度分布的过程中目标区域中的组织可能变化，这不利地影响所获得的强度分布的准确度。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目的是提供克服此缺点的显微镜系统。本专利技术的目的尤其是提供一种能够重复且快速检测荧光染料浓度的空间分布的显微镜系统。上述目的通过本专利技术的显微镜系统实现，该显微镜系统被配置为同时记录强度分布IKo1和IKo2。一种根据本专利技术的用于同时记录总图并确定在目标区域中的组织中的荧光染料浓度的显微镜系统包括：检测器系统，被配置为：在第一检测区域内检测第一通道的光并将其转换成第一荧光信号，在第二检测区域内检测第二通道的光并将其转换成第一修正信号，以及在第三检测区域内检测第三通道的光并将其转换成第二修正信号，其中(基本上排他地)在该第一检测区域(第一通道)中检测该荧光染料的发射谱的第一部分、即第一发射波长范围，其中(基本上排他地)在该第二检测区域(第二通道)中检测位于该荧光谱的第一部分附近的波长范围、即第一修正波长范围，并且其中(基本上排他地)在该第三检测区域(第三通道)中检测该荧光染料的激发谱的一部分、即第二修正波长范围。“基本上排他地”是指，该显微镜系统的将目标区域(富集有荧光染料的组织可以存在于该目标区域中)成像到检测区域上的光学器件被如此配置：来自该目标区域的第一发射波长范围的光至少75％、优选至少90％、进一步优选至少99％被导向该第一检测区域，来自该目标区域的第一修正波长范围的光至少75％、优选至少90％、进一步优选至少99％被导向该第二检测区域，并且来自该目标区域的第二修正波长范围的光至少75％、优选至少90％、进一步优选至少99％被导向该第三检测区域。替代地，“基本上排他地”可以如此定义：在检测区域中某一波长的光的强度与在其他检测区域中相同波长的光的强度之比为至少10:1、优选至少100:1、进一步优选至少1000:1的值。由此该检测系统提供三个(图像)信号，这些信号代表空间强度分布IKo1和IKo2。该显微镜系统还包括控制器，该控制器可以确定在目标区域内发射的荧光强度的空间分布并且由此可以确定在目标区域内荧光染料浓度的空间分布的近似值。例如该近似值是与目标区域中的荧光染料的浓度成正比的值。由此该控制器被配置为从信号中消除排列在荧光染料周围的组织的影响。所获得的信号可以被控制器使用以确定目标区域中荧光染料浓度的空间分布。为了能够分别检测作为强度分布IKo1和IKo2基础的波长范围，该光学器件和/或检测系统可以包括不同的依赖于波长的光学元件。光学元件可以例如包括(二色性的)分束器、光学过滤器或Bayer图案类型的过滤器矩阵。在上述的显微镜系统中利用了以下情况：在荧光染料的吸收谱(中的峰)与荧光染料的发射谱的(主)峰之间存在相对较大的波长范围，使得第一修正波长范围和第二修正波长范围不重叠或基本上不重叠。第一修正波长范围和第二修正波长范围因此在不同的通道中由不同的检测区域来检测。然而荧光染料可能具有多个局部吸收最大值和多个局部发射最大值，或者主吸收峰与主发射峰之间的波长范围可以很小。在这种情况下可能有利的是，将相同的检测区域用于第一修正波长范围以及第二修正波长范围。在此情况下第一修正波长范围和第二修正波长范围在谱上看是在彼此附近或至少部分或显著重叠的。于是可以将唯一的检测区域用于检测第一修正波长范围以及第二修正波长范围。于是也仅仅提供一个(唯一的)修正信号来确定荧光染料浓度的空间分布的近似值。多通道图像检测器的同样包括检测第一和第二修正波长范围的检测区域的其他通道因此可以用于记录总图。刚刚描述的显微镜系统因此利用上述对于近似值的表达的特殊情况，对于该情况IKo1可以看作是IKo2的近似值。由此对于这种特殊情况产生了另一个用于确定目标区域中荧光染料浓度的空间分布的近似值的函数，其中此函数包括第一荧光信号和第一修正信号作为参数，该第一修正信号代表第一修正波长范围以及第二修正波长范围的光。此函数尤其可以包括以下内容作为项：其中表示在目标区域中发射的荧光的强度的空间分布，表示该第一荧光信号，IKo表示该第一修正信号，B表示参数，并且γ表示另一个参数。附图说明在下文中结合附图描述本专利技术的实施方式。图1示出根据一种实施方式的立体显微镜的示意性图示。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于同时记录总图并确定在目标区域中的组织中的荧光染料浓度的显微镜系统(1)，其中该显微镜系统包括：第一检测系统(9)，该第一检测系统包括第一荧光图像检测器(17)和第一多通道图像检测器(19)；其中该第一荧光图像检测器(17)被配置为：·在第一检测区域内检测第一通道(Ch1)的光并将其转换成第一荧光信号；其中该第一通道(Ch1)包括第一发射波长范围(Em1)；其中该第一多通道图像检测器(19)被配置为：·在第二检测区域内检测第二通道(Ch2)的光并将其转换成第一修正信号，其中该第二通道(Ch2)包括第一修正波长范围(Ko1)；·在第三检测区域内检测第三通道(Ch3)的光并将其转换成第二修正信号，其中该第三通道(Ch3)包括第二修正波长范围(Ko2)；照射装置(3)，该照射装置被配置为产生照射光(5)并将其指向该目标区域(7)，其中该照射光·在该第一发射波长范围(Em1)中最多具有第一强度(W1)，并且·在该第一修正波长范围(Ko1)和该第二修正波长范围(Ko2)中至少具有第二强度(W2)，·其中该第一强度(W1)至少比该第二强度(W2)小2倍；第一光学器件(11)，该第一光学器件包括物镜(21)和第一分束器(23)；其中该第一光学器件被配置为：同时地，·将来自该目标区域(7)的第一发射波长范围(Em1)的光成像到该第一检测区域上；·将来自该目标区域(7)的第一修正波长范围(Ko1)的光成像到该第二检测区域上；·将来自该目标区域(7)的第二修正波长范围(Ko2)的光成像到该第三检测区域上；以及控制器，该控制器被配置为：在使用该第一荧光信号、该第一修正信号和该第二修正信号的情况下确定在该目标区域中该荧光染料的浓度的空间分布的近似值；其中：·该第一发射波长范围(Em1)从λEm1L延伸到λEm1H并且为该荧光染料的发射谱(35)的第一部分，·该第一修正波长范围(Ko1)位于λEm1L‑150nm与λEm1H+150nm之间并且与该第一发射波长范围(Em1)不重叠，·该第二修正波长范围(Ko2)包括该荧光染料的激发谱(33)的第一部分。...

【技术特征摘要】
2017.05.11 DE 102017208019.1;2018.03.22 DE 10201821.一种用于同时记录总图并确定在目标区域中的组织中的荧光染料浓度的显微镜系统(1)，其中该显微镜系统包括：第一检测系统(9)，该第一检测系统包括第一荧光图像检测器(17)和第一多通道图像检测器(19)；其中该第一荧光图像检测器(17)被配置为：·在第一检测区域内检测第一通道(Ch1)的光并将其转换成第一荧光信号；其中该第一通道(Ch1)包括第一发射波长范围(Em1)；其中该第一多通道图像检测器(19)被配置为：·在第二检测区域内检测第二通道(Ch2)的光并将其转换成第一修正信号，其中该第二通道(Ch2)包括第一修正波长范围(Ko1)；·在第三检测区域内检测第三通道(Ch3)的光并将其转换成第二修正信号，其中该第三通道(Ch3)包括第二修正波长范围(Ko2)；照射装置(3)，该照射装置被配置为产生照射光(5)并将其指向该目标区域(7)，其中该照射光·在该第一发射波长范围(Em1)中最多具有第一强度(W1)，并且·在该第一修正波长范围(Ko1)和该第二修正波长范围(Ko2)中至少具有第二强度(W2)，·其中该第一强度(W1)至少比该第二强度(W2)小2倍；第一光学器件(11)，该第一光学器件包括物镜(21)和第一分束器(23)；其中该第一光学器件被配置为：同时地，·将来自该目标区域(7)的第一发射波长范围(Em1)的光成像到该第一检测区域上；·将来自该目标区域(7)的第一修正波长范围(Ko1)的光成像到该第二检测区域上；·将来自该目标区域(7)的第二修正波长范围(Ko2)的光成像到该第三检测区域上；以及控制器，该控制器被配置为：在使用该第一荧光信号、该第一修正信号和该第二修正信号的情况下确定在该目标区域中该荧光染料的浓度的空间分布的近似值；其中：·该第一发射波长范围(Em1)从λEm1L延伸到λEm1H并且为该荧光染料的发射谱(35)的第一部分，·该第一修正波长范围(Ko1)位于λEm1L-150nm与λEm1H+150nm之间并且与该第一发射波长范围(Em1)不重叠，·该第二修正波长范围(Ko2)包括该荧光染料的激发谱(33)的第一部分。2.根据权利要求1所述的显微镜系统，其中该第一分束器(23)被配置为：·将具有大于第一极限波长(λ1)的波长的光基本上排他地输出到该第一荧光图像检测器(17)并且·将具有小于该第一极限波长的波长的光基本上排他地输出到该第一多通道图像检测器(19)，·其中该第一极限波长(λ1)位于该第一发射波长范围(Em1)与该第一修正波长范围(Ko1)之间，优选在570nm与620nm之间或者在655nm与675nm之间。3.根据权利要求2所述的显微镜系统，其中该第一光学器件(11)还包括：第一光学过滤器(61)，该第一光学过滤器安排在该第一分束器(23)与该第一多通道图像检测器(19)之间，其中在该第一修正波长范围(Ko1)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率为至少50％、优选至少80％、进一步优选至少90％；其中在该第二修正波长范围(Ko2)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率为至少50％、优选至少80％、进一步优选至少90％；其中在该第一发射波长范围(Em1)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率最多具有比在该第一修正波长范围(Ko1)和/或该第二修正波长范围(Ko2)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率小至少10倍、优选至少100倍、进一步优选至少1000倍的值(W3)。4.根据权利要求3所述的显微镜系统，其中450nm至550nm、优选400nm至该第一极限波长(λ1)的该照射光(5)至少具有该第二强度(W2)；并且其中在该第一修正波长范围(Ko1)与该第二修正波长范围(Ko2)之间该第一光学过滤器(61)的平均透射率为至少50％、优选至少80％、进一步优选至少90％。5.根据权利要求3所述的显微镜系统，其中450nm至550nm、优选400nm至该第一极限波长(λ1)的该照射光(5)至少具有该第二强度(W2)；并且其中在该第一修正波长范围(Ko1)与该第二修正波长范围(Ko2)之间该第一光学过滤器(61)的平均透射率最多具有比在该第一修正波长范围(Ko1)和/或该第二修正波长范围(Ko2)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率小至少10倍、优选至少100倍、进一步优选至少1000倍的值(W3)。6.根据权利要求3所述的显微镜系统，其中该照射光(5)在该第一修正波长范围(Ko1)与第二修正波长范围(Ko2)之间最多具有该第一强度值(W1)；并且其中在该第一修正波长范围(Ko1)与该第二修正波长范围(Ko2)之间该第一光学过滤器(61)的平均透射率为至少50％、优选至少80％、进一步优选至少90％。7.根据权利要求2所述的显微镜系统，其中该第一多通道图像检测器(19)还被配置为：在第四检测区域内检测与该第二通道(Ch2)和该第三通道(Ch3)分别最多部分重叠的第四通道(Ch4)的光并将其转换成该第四通道的信号；并且其中该照射光(5)在包含于该第四通道(Ch4)中的补充波长范围(G1)中具有平均的第四强度(W4)，其中该平均的第四强度为该第二强度(W2)的0.01％至50％、优选为该第二强度(W2)的0.05％至10％、进一步优选为该第二强度(W2)的0.1％至1％，其中该第一强度(W1)比该平均的第四强度(W4)小至少10倍、优选至少100倍、进一步优选至少1000倍；并且其中该第一光学器件(11)还包括：第一光学过滤器(61)，该第一光学过滤器安排在该第一分束器(23)与该第一多通道图像检测器(19)之间，其中在该第一修正波长范围(Ko1)中和该第二修正波长范围(Ko2)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率分别为在该补充波长范围(G1)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率的0.01％至50％、优选在该补充波长范围(G1)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率的0.05％至10％、进一步优选在该补充波长范围(G1)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率的0.1％至1％；并且其中在该第一发射波长范围(Em1)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率最多具有比在该第一修正波长范围(Ko1)和/或该第二修正波长范围(Ko2)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率小至少10倍、优选至少100倍、进一步优选至少1000倍的值。8.根据权利要求7所述的显微镜系统，其中该照射光(5)在该第一修正波长范围(Ko1)与该补充波长范围(G1)之间以及在该补充波长范围(G1)与该第二修正波长范围(Ko2)之间最多具有该第一强度；和/或其中在该第一修正波长范围(Ko1)与该补充波长范围(G1)之间以及在该补充波长范围(G1)与该第二修正波长范围(Ko2)之间该第一光学过滤器(61)的平均透射率分别比在该第一修正波长范围(Ko1)和/或该第二修正波长范围(Ko2)中该第一光学过滤器(61)的平均透射率小至少10倍、优选至少100倍、进一步优选至少1000倍。9.根据权利要求1至8之一所述的显微镜系统，其中该荧光染料的发射谱(35)包括610nm至720nm的波长范围；和/或其中该第一发射波长范围(Em1)至少部分包括620nm至660nm的波长范围、尤其包括635nm的波长；和/或其中该第一发射波长范围(Em1)至少部分包括670nm至710nm的波长范围、尤其包括705nm的波长；和/或其中该第二修正波长范围(Ko2)至少部分包括380nm至450nm的波长范围、尤其包括405nm的波长；和/或其中该第二修正波长范围(Ko2)至少部分包括600nm至650nm的波长范围、尤其包括630nm的波长；和/或其中该第二和第三通道最多部分重叠。10.根据权利要求1至9之一所述的显微镜系统，还包括：第二检测系统(109)，该第二检测系统包括第二荧光图像检测器(117)和第二多通道图像检测器(119)；其中该第二荧光图像检测器(117)被配置为：·在第五检测区域内检测第五通道(Ch5)的光并将其转换成第二荧光信号；其中该第五通道(Ch5)包括第二发射波长范围(Em2)；其中该第二多通道图像检测器(119)被配置为：·在第六检测区域内检测第六通道(Ch6)的光并将其转换成第三修正信号，其中该第六通道(Ch6)包括第三修正波长范围(Ko3)；·在第七检测区域内检测第七通道(Ch7)的光并将其转换成第四修正信号，其中该第七通道(Ch7)包括第四修正波长范围(Ko4)；其中该照射光(5)·在该第二发射波长范围(Em2)中最多具有该第一强度(W1)，并且·在该第三修正波长范围(Ko3)和该第四修正波长范围(Ko4)中至少具有该第二强度，第二光学器件(111)，该第二光学器件包括物镜(21)和第二分束器(123)；其中该第二光学器件被配置为：·将来自该目标区域的第二发射波长范围(Em2)的光成像到该第五检测区域上；·将来自该目标区域的第三修正波长范围(Ko3)的光成像到该第六检测区域上；·将来自该目标区域的第四修正波长范围(Ko4)的光成像到该第七检测区域上；并且其中该控制器(29)还被配置为：还在使用该第二荧光信号、该第三修正信号和该第四修正信号的情况下确定在该目标区域中该荧光染料的浓度的空间分布的近似值；其中：·该第一发射波长范围(Em1)和第二发射波长范围(Em2)部分地重叠或不重叠；·该第二发射波长范围(Em2)从λEm2L延伸到λEm2H并且为该荧光染料的发射谱(35)的第二部分，·该第三修正波长范围(Ko3)位于λEm2L-150nm与λEm2H+150nm之间并且与该第二发射波长范围(Em2)不重叠，·该第四修正波长范围(Ko4)包括该荧光染料的激发谱(33)的第二部分。11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：M威尔兹巴赫，C豪格，
申请(专利权)人：卡尔蔡司医疗技术股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE