用于内窥镜成像的系统和用于处理图像的方法技术方案

本发明专利技术涉及用于内窥镜成像的系统，其包括：光源，其被配置为产生光；以及(特别是刚性的)插入部件，其被配置为插入对象并且包括远端、近端和至少一个光引导路径。该系统还包括第一成像设备，其被安装在插入部件的近端并且光耦合到光引导路径，第一成像设备包括表现出对光的第一灵敏度的多个第一检测元件。提供了柔性引导部件，其包括用于将从介质发出的光的第二部分从该引导部件的远端引导到该引导部件的近端的远端和近端。被提供在柔性引导部件的近端处的第二成像设备包括表现出对光的第二灵敏度的多个第二检测元件，第二检测元件的第二灵敏度高于第一检测元件的第一灵敏度。控制单元被配置为基于介质的至少一个第一图像的图像数据和介质的至少一个第二图像的图像数据导出介质的至少一个第三图像。本发明专利技术还涉及用于处理数据的相应方法。

Systems for endoscopic imaging and methods for image processing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于内窥镜成像的系统和用于处理图像的方法描述本专利技术涉及用于内窥镜成像的系统和用于处理图像的相应方法。光学成像在医学中的内窥镜检查期间(例如，在外科手术、眼科和其他应用中)广泛采用。健康组织和病变组织表现出在一些特性(例如，可被光学检测到的结构特性、组成特性、代谢特性、分子特性和细胞特性)中的差异。检测基于诸如血红蛋白或黑色素的内在组织发色团，或者基于可以体内染色生理特征、细胞特征或分子特征(例如灌注、渗透、炎症、受体分布等)的外在施用的试剂(例如荧光染料)。对于细胞组织和亚细胞组织和疾病生物标记具有特异性的试剂的局部施用或系统施用可以以不同方式改变健康组织和病变组织的光学特性，造成在与背景健康组织具有高对比度的情况下对病灶的可视化。近期研究表明外部施用的荧光试剂的使用是非常有前景的方法，这是因为荧光信号可以提供高对比度。例如，所设计的试剂在通过靶向致癌和肿瘤病灶的特定分子特征的癌症检测中可能是非常灵敏且特定的。该信息可以与和内在组织发色团(像血红蛋白或黑色素)的对比结合以产生精确的预测性的、诊断的和/或介入性的指导。目前临床上采用的大多数光学成像系统是基于采用反射成像(也被称为落射照明)的摄影方法或视频方法。术语荧光成像也被广泛用于描述使用滤波器以在相机上拒收激发光并配准仅荧光光子的摄影方法或视频方法。通常采用双相机或多相机系统，其中一些相机检测彩色图像、一些相机检测荧光图像。已经提出了利用多波长成像(也称为光谱成像、多光谱成像或高光谱成像)的其他设计，其可以被用于分辨不同的光学吸收物或将自发荧光与感兴趣的荧光染料区别开。本专利技术基于该问题而提供一种用于内窥镜成像的改进的系统和用于处理图像的方法，特别地允许高灵敏度成像并且易于操作。该问题通过根据独立权利要求的系统和方法而解决。根据本专利技术的方面的用于内窥镜成像的系统包括：光源，其被配置为产生光；和插入部件，其被配置为插入对象并且包括远端、近端；和至少一个光引导路径，其被配置为将所产生的光引导到插入部件的远端、并且将从对象内的介质发出的光引导到插入部件的近端。该系统还包括第一成像设备，其被安装在插入部件的近端处并且光耦合到光引导路径，第一成像设备包括多个第一检测元件。第一检测元件表现出对光的第一灵敏度并且被配置为检测从介质发出的光的第一部分以获得表现出第一空间分辨率的介质的第一图像；此外，提供了包括远端和近端的柔性引导部件，引导部件的远端被光耦合到光引导路径。引导部件被配置为将从介质发出的光的第二部分从该引导部件的远端引导到该引导部件的近端。此外，第二成像设备被提供在柔性引导部件的近端处并且包括多个第二检测元件，第二检测元件表现出对光的第二灵敏度并且被配置为检测从介质发出的光的第二部分以获得表现出第二空间分辨率的介质的第二图像，第二检测元件的第二灵敏度高于第一检测元件的第一灵敏度。在根据本专利技术的另一方面的方法中，处理用于内窥镜成像的系统所生成的图像，其中该系统包括：光源，被配置为产生光；插入部件(特别是刚性的)，被配置为插入对象并且包括远端、近端和至少一个光引导路径，至少一个光引导路径被配置为将所产生的光引导到插入部件的远端以及将从对象内的介质发出的光引导到插入部件的近端；第一成像设备，被安装在插入部件的近端处并且光耦合到光引导路径，第一成像设备包括多个第一检测元件，第一检测元件表现出对光的第一灵敏度并且被配置为检测从介质中发出的光的第一部分以获得表现出第一空间分辨率的介质的至少一个第一图像；柔性引导部件，其包括远端和近端，引导部件的远端被光耦合到光引导路径，并且引导部件被配置为将从介质发出的光的第二部分从引导部件的远端引导到引导部件的近端；以及第二成像设备，其被提供在柔性引导部件的近端处并且包括多个第二检测元件，第二检测元件表现出对光的第二灵敏度并且被配置为检测从介质发出的光的第二部分以获得表现出第二空间分辨率的介质的至少一个第二图像，第二检测元件的第二灵敏度高于第一检测元件的第一灵敏度，并且其中，该方法包括基于介质的至少一个第一图像的图像数据和介质的至少一个第二图像的图像数据通过以下步骤导出至少一个介质的第三图像：-基于介质的至少一个第一图像的图像数据、针对插入部件和介质相对于彼此的运动来校正介质的至少一个第二图像的图像数据，和/或-结合、特别是融合介质的至少一个第一图像的图像数据和介质的至少一个第二图像的图像数据以获得至少一个第三图像，其中，与至少一个第一图像的图像数据和至少一个第二图像的图像数据的每个图像数据中包含的最高图像数据值与最低图像数据值之间的范围相比，在至少一个第三图像的图像数据中包含的最高图像数据值与最低图像数据值之间的范围更大，特别是其最高图像数据值与最低图像数据值之间的比率或差值更大。优选地，用于内窥镜成像的系统提供在空间上彼此分开布置的第一成像设备和第二成像设备。特别地，第一成像设备，例如表现出对光的第一灵敏度的第一相机被布置在插入部件的近端处，例如内窥镜，其被配置为至少在空间上插入对象，并且光耦合到插入部件的光引导路径，插入部件部件被配置为将光从插入部件的远端传递到插入部件的近端，或反之亦然。第二成像设备，例如表现出对光的第二灵敏度(其高于第一相机的第一灵敏度)的第二相机被布置在柔性引导部件的近端处，柔性引导部件的远端也被光耦合到插入部件的光引导路径。从而，光通过光源产生，光源被优选地布置在第二成像设备的区域中并且也光耦合到柔性引导部件的近端，或者可替选地，光源被布置在第一成像设备的区域中并且光耦合到光引导路径；光通过光引导路径被传递到对象内的介质，并且从介质(例如由于反射)发出的光、散射的光和/或荧光在无需第二成像设备的情况下传递到第一成像设备和第二成像设备，并且如果可适用的话，光源被布置在插入部件的近端处。借助于柔性引导部件，第一成像设备和第二成像设备在空间上彼此分开，使得甚至沉重或笨重的高灵敏度第二成像设备可以在对轻便性不进行限制和/或操纵插入部件和插入部件近端处的可用空间的情况下被包括在系统中。此外，上述布置允许第一成像设备和第二成像设备同时采集图像以便能够执行实时成像。此外，提供用于内窥镜成像的两个不同的成像设备，其中第二成像设备不受尺寸或重量的限制，其允许柔性成像并且为用户(例如医师)提供更多信息。例如，被配置为生成高分辨率彩色图像的第一轻型相机可以(例如通过将第一相机安装在光引导路径的近端处)被直接光耦合到腹腔镜的光引导路径，并且被配置为在高灵敏度下捕获荧光图像的第二重型相机可以经由柔性引导部件间接光耦合到光引导路径。因为第二相机不直接安装在腹腔镜处，不管第二相机的重量和/或尺寸如何，腹腔镜的远端都可以高精度地容易地插入到对象(例如人体)并且在其中定位。光源产生的光通过内窥镜和荧光组织在腹腔镜的远端的区域中传递，以便第一相机和第二相机(优选地同时地)检测响应于组织的从组织发出的光。总之，本专利技术提供了一种用于内窥镜成像的改进的系统和用于处理图像的方法，特别地允许高灵敏度成像并且易于处理。在本专利技术的意义中，术语“内窥镜成像”涉及对生物体的向内部分或内部和/或任何对象或腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内窥镜成像的系统(1)，包括：/n-光源(2)，其被配置为产生光，/n-插入部件(3)，所述插入部件(3)特别是刚性的，其被配置为插入对象(9)并且包括远端(3b)、近端(3a)和至少一个光引导路径(10)，所述至少一个光引导路径(10)被配置为将所产生的光引导到所述插入部件(3)的远端(3b)并且将从所述对象(9)内的介质(11)发出的光引导到所述插入部件(3)的近端(3a)；/n-第一成像设备(4)，其被安装在所述插入部件(3)的近端(3a)处并且光耦合到所述光引导路径(10)，所述第一成像设备(4)包括多个第一检测元件(4a)，所述第一检测元件(4a)表现出对光的第一灵敏度并且被配置为检测从所述介质(11)发出的光的第一部分以获得所述介质(11)的至少一个第一图像(20)，所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)表现出第一空间分辨率；/n-柔性引导部件(5)，其包括远端(5b)和近端(5a)，所述引导部件(5)的远端(5b)被光耦合到所述光引导路径(10)，并且所述引导部件(5)被配置为将从所述介质(11)发出的光的第二部分从所述引导部件(5)的远端(5b)引导到所述引导部件(5)的近端(5a)；/n-第二成像设备(6)，其被提供在所述柔性引导部件(5)的近端(5a)处并且包括多个第二检测元件(6a)，所述第二检测元件(6a)表现出对光的第二灵敏度并且被配置为检测从所述介质(11)发出的所述光的第二部分以获得所述介质(11)的至少一个第二图像(30)，所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)表现出第二空间分辨率，所述第二检测元件(6a)的所述第二灵敏度高于所述第一检测元件(4a)的所述第一灵敏度；以及/n-控制单元(100)，其被配置为基于所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)的图像数据和所述介质(11)的所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)的图像数据、通过以下步骤来导出所述介质(11)的至少一个第三图像(31，32)：/n-基于所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)的图像数据、针对所述插入部件(3)和所述介质(11)相对于彼此的运动来校正所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)的图像数据；和/或/n-结合、特别是融合所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)的图像数据和所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)的图像数据以获得所述至少一个第三图像(32)，其中，与所述至少一个第一图像(20)的图像数据和所述至少一个第二图像(30)的图像数据中的每个图像数据中包含的最高图像数据值与最低图像数据值之间的范围相比，在所述至少一个第三图像(32)的图像数据中包含的最高图像数据值与最低图像数据值之间的范围更大，特别是所述最高图像数据值与所述最低图像数据值之间的差值或比率更大。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170622 EP 17177344.31.一种用于内窥镜成像的系统(1)，包括：
-光源(2)，其被配置为产生光，
-插入部件(3)，所述插入部件(3)特别是刚性的，其被配置为插入对象(9)并且包括远端(3b)、近端(3a)和至少一个光引导路径(10)，所述至少一个光引导路径(10)被配置为将所产生的光引导到所述插入部件(3)的远端(3b)并且将从所述对象(9)内的介质(11)发出的光引导到所述插入部件(3)的近端(3a)；
-第一成像设备(4)，其被安装在所述插入部件(3)的近端(3a)处并且光耦合到所述光引导路径(10)，所述第一成像设备(4)包括多个第一检测元件(4a)，所述第一检测元件(4a)表现出对光的第一灵敏度并且被配置为检测从所述介质(11)发出的光的第一部分以获得所述介质(11)的至少一个第一图像(20)，所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)表现出第一空间分辨率；
-柔性引导部件(5)，其包括远端(5b)和近端(5a)，所述引导部件(5)的远端(5b)被光耦合到所述光引导路径(10)，并且所述引导部件(5)被配置为将从所述介质(11)发出的光的第二部分从所述引导部件(5)的远端(5b)引导到所述引导部件(5)的近端(5a)；
-第二成像设备(6)，其被提供在所述柔性引导部件(5)的近端(5a)处并且包括多个第二检测元件(6a)，所述第二检测元件(6a)表现出对光的第二灵敏度并且被配置为检测从所述介质(11)发出的所述光的第二部分以获得所述介质(11)的至少一个第二图像(30)，所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)表现出第二空间分辨率，所述第二检测元件(6a)的所述第二灵敏度高于所述第一检测元件(4a)的所述第一灵敏度；以及
-控制单元(100)，其被配置为基于所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)的图像数据和所述介质(11)的所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)的图像数据、通过以下步骤来导出所述介质(11)的至少一个第三图像(31，32)：
-基于所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)的图像数据、针对所述插入部件(3)和所述介质(11)相对于彼此的运动来校正所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)的图像数据；和/或
-结合、特别是融合所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)的图像数据和所述介质(11)的所述至少一个第二图像(30)的图像数据以获得所述至少一个第三图像(32)，其中，与所述至少一个第一图像(20)的图像数据和所述至少一个第二图像(30)的图像数据中的每个图像数据中包含的最高图像数据值与最低图像数据值之间的范围相比，在所述至少一个第三图像(32)的图像数据中包含的最高图像数据值与最低图像数据值之间的范围更大，特别是所述最高图像数据值与所述最低图像数据值之间的差值或比率更大。


2.根据权利要求1所述的系统(1)，所述第一图像(20)的所述第一空间分辨率高于所述第二图像(30)的所述第二空间分辨率。


3.根据权利要求1或2所述的系统(1)，所述控制单元(100)还被配置为基于所述介质(11)的所述至少一个第一图像(20)的图像数据来确定至少一个二维运动字段，所述至少一个二维运动字段表征所述介质(11)相对于所述插入部件(3)的速度或所述介质(11)的不同区域相对于彼此的速度。


4.根据权利要求3所述的系统(1)，所述控制单元(100)还被配置为基于所述至少一个二维运动字段而恢复所述至少一个第二图像(30)的图像数据的运动感应相对位移，以获得所述介质(11)的至少一个第三图像(31)。


5.根据权利要求3所述的系统(1)，所述控制单元(100)还被配置为基于所述至少一个二维运动字段而恢复在两个或更多个相继获得的第二图像(30)中的每个图像中的图像数据的运动感应相对位移，以获得两个或更多个经调整的第二图像(30)，并且结合所述两个或更多个经调整的第二图像(30)以获得所述介质(11)的至少一个第三图像(31)。


6.根据权利要求3所述的系统(1)，所述控制单元(100)还被配置为：基于所述介质(11)的至少两个相继获得的第一图像(20)来确定二维运动字段；基于所述二维运动字段恢复至少两个相继获得的第二图像(30)中的每个图像中的图像数据的运动感应相对位移以获得两个或更多个经调整的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西米利安·科赫，瓦西利斯·恩齐亚克里斯托斯，
申请(专利权)人：健康与环境慕尼黑德国研究中心赫姆霍茨中心有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE