在内窥镜设计中使用用于血流和灌注成像以及量化的激光成像方法和系统的多光谱生理可视化（MSPV）技术方案

提供了多光谱成像系统，其包括：第一光源，其具有第一波长，所述第一光源被配置成对样本进行成像；第二光源，其不同于所述第一光源，所述第二光源具有不同于第一波长的第二波长，所述第二光源被配置成对样本进行成像；以及至少第三光源，其不同于第一和第二光源，所述第三光源具有不同于第一和第二波长的第三波长，所述第三光源被配置成对样本进行成像。相机，其被配置成接收来自样本的与第一、第二和至少第三光源有关的信息。处理器被配置成将由相机提供的与第一、第二和至少第三光源有关的信息进行组合，以根据血流率分布对样本的解剖结构进行成像、对样本的血流和灌注的生理学进行成像和/或对样本的解剖结构以及血流和灌注的生理学进行合成。使用内窥镜将成像系统引导并聚焦在样本的所关心的区中的视场（FOV）上。

Multispectral physiological visualization (mspv) using laser imaging methods and systems for flow and perfusion imaging and quantification in endoscopic design

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在内窥镜设计中使用用于血流和灌注成像以及量化的激光成像方法和系统的多光谱生理可视化（MSPV）优先权申明本申请要求2017年8月28日提交的美国申请序列号No.15/688,472的权益和优先权，该申请的内容通过引用好象以其整体阐述一样特此并入本文中。
本专利技术构思总体上涉及血流和灌注量化，并且更特别地涉及使用成像技术的根据组织/器官中的血液速度和血流率的分布对血流和灌注的量化，所述成像技术诸如具有多光谱能力的激光散斑成像、激光多普勒成像等。
技术介绍
血流和灌注成像技术的测量结果典型地在临床环境中被目标组织/器官的运动赝象所干扰。此移动可以是微小的（即，由于心脏收缩和心脏舒张血压水平所引起的小动脉的脉动性）、中等的（即，小肠或大肠的正常蠕动）或巨大的（即，在心动周期期间的心脏的移动）。此移动可以内在于成像的组织（即，以上所引用的示例），或者是外在的（即，换气期间作为肺部的移动的结果的心脏的移动）。因此，在许多临床情况中（其中流和灌注的准确量化是合意的），将成像目标保持在静止状态中是困难的，并且在一些临床情景中甚至是不可能的。例如，诸如对血流速度和流率的分布进行成像以用于量化跳动的心脏的冠状动脉和心肌中的灌注。不幸的是，大多数常规的基于激光的灌注技术假定目标组织/器官是静止的（这在诸如跳动的心脏之类的目标移动的情况下的血液速率或速度的临床测量中引入显著的不准确度或误差），或者在目标可能或可能不移动的情况下简单地不提供临床情况中决定性地需要的用于根据血流率分布来量化灌注的信息。动物或人类中的组织/器官对不同波长的光不同地响应。通常，较短波长的光仅可以穿透组织的表皮层，而较长波长的光在从紫外（UV）到近红外（NIR）的光谱区中可以穿透表皮层和皮下层两者。当查看组织和器官的表面时，UV和波长短于例如550nm的可见光对于在医学上的详细解剖可视化是最优的。然而，不像NIR光，UV或可见光成像通常不能够固有地揭示皮下层中的组织/器官的生理特性，这部分地是由于缺少对组织/器官的穿透。因此，期望可视化和量化的改进的方法。
技术实现思路
本专利技术构思的一些实施例提供了一种多光谱成像系统。系统包括：具有第一波长的第一光源，其被配置成对样本进行成像；第二光源，其不同于第一光源，所述第二光源具有不同于第一波长的第二波长，所述第二光源被配置成对样本进行成像；至少第三光源，其不同于第一和第二光源，所述第三光源具有不同于第一和第二波长的第三波长，所述第三光源被配置成对样本进行成像；相机，其被配置成接收来自样本的与第一、第二和至少第三光源有关的信息，其中第一波长处的光被配置成将样本的表面成像到相机中；第二波长处的光被配置成穿透样本至第一深度并且向相机提供与样本有关的信息；并且至少第三波长处的光被配置成穿透样本至第二深度，所述第二深度不同于第二波长处的光的第一深度；以及处理器，其被配置成将由相机提供的与第一、第二和至少第三光源有关的信息进行组合，以根据血流率分布对样本的解剖结构进行成像、对样本的血流和灌注的生理学进行成像和/或对样本的解剖结构以及血流和灌注的生理学进行合成。使用内窥镜将相机定位在样本的所关心的区中。在另外的实施例中，内窥镜可以被配置成向处理器提供与第一、第二和至少第三光源有关的信息并且可以被包括在内窥镜成像系统中。内窥镜成像系统可以包括：相机；控制单元，其被配置成控制相机并处理与所述相机相关联的图像；图像管理单元，其被配置成显示和操控与相机相关联的图像；以及系统接口，其被配置成转化与第一、第二和至少第三光源有关的信息以在内窥镜成像系统内执行，使得与其相关联的图像被显示和操控。在更进一步的实施例中，内窥镜成像系统可以包括以下中的至少一个：用于内窥镜外科手术的系统，其包括腹腔镜检查、胸腔镜检查和膀胱镜检查中的一个或多个；用于微创外科手术过程的系统，其使用内窥镜以用于照射、可视化和操控；以及用于机器人过程的系统，其使用内窥镜以用于照射、可视化和操控。在一些实施例中，内窥镜成像系统可以被配置成在过程期间照射腔体组织和器官；使腔体组织和器官可视化以用于外科手术介入；以及用于对腔体组织和器官的外科手术操控以用于外科手术介入。在另外的实施例中，内窥镜系统可以被配置成使用纤维、纤维成分、纤维布置、透镜、漫射器、准直器和/或扩展器来照射所关心的区。在更进一步的实施例中，相机可以包括多个传感器并且被配置成具有速率、聚焦、准确度和保真度以使用内窥镜系统获得图像。相机可以耦合到内窥镜中的光纤。在一些实施例中，多个传感器可以沿着从内窥镜端头到远离由图像捕获线缆耦合的内窥镜一距离的连续体来布置。在另外的实施例中，内窥镜可以是刚性内窥镜、半刚性内窥镜和柔性内窥镜之一。在更进一步的实施例中，内窥镜可以是具有柔性、可通航（navigable）端头的刚性内窥镜和具有柔性插入管的柔性内窥镜之一。在一些实施例中，至少第三波长可以被配置成评价特定生理参数，诸如Hgb浓度。系统可以被提供为手持系统、手指探针单元、皮肤贴片（patch）和移动系统中的一个或多个。在另外的实施例中，多光谱成像系统可以包括在一个系统中的不同血流和灌注测量技术。血流和灌注测量技术可以包括激光散斑成像（LSI）、激光多普勒成像（LDI）、荧光成像和反射成像中的一个或多个。本专利技术构思的更进一步的实施例提供了用于在适用于内窥镜系统的多光谱成像系统中进行多光谱成像的方法。方法包括：使用具有第一波长且通过内窥镜系统传送的第一光源对样本进行成像；使用不同于第一光源的第二光源对样本进行成像，所述第二光源具有不同于第一波长的第二波长并且通过内窥镜系统传送；在相机处接收来自样本的与第一和第二光源有关的信息，其中第一波长处的光被配置成反射离开样本的表面到相机中并且第二波长处的光被配置成穿透样本并且通过内窥镜系统向相机提供与样本有关的信息；以及使用至少一个处理器将由相机接收的与第一和第二光源有关的信息进行组合以根据血流率分布对样本的解剖结构进行成像、对样本的血流和灌注的生理学进行成像和/或对样本的解剖结构以及血流和灌注的生理学进行合成。在一些实施例中，可以使用内窥镜系统执行照射、分析和显示。内窥镜系统可以被配置成与多光谱生理可视化（MSPV）操作系统通信。本专利技术构思的一些实施例提供了一种内窥镜成像系统。系统包括内窥镜和耦合到内窥镜的光源单元。光源单元提供第一、第二和至少第三光源。第一光源具有第一波长，所述第一光源被配置成对样本进行成像。第二光源不同于第一光源并且具有不同于第一波长的第二波长，所述第二光源被配置成对样本进行成像。不同于第一和第二光源的至少第三光源具有不同于第一和第二波长的第三波长，所述第三光源被配置成对样本进行成像。系统还包括通过相机的相机头耦合到内窥镜的相机控制单元，该相机头适配成接收与第一、第二和至少第三光源有关的信息，其中第一波长处的光被配置成将样本的表面成像到相机中；第二波长处的光被配置成穿透样本到第一深度并向相机提供与样本有关的信息，并且至少第三波长处的光被配置成穿透样本到第二深度并向相机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光谱成像系统，所述系统包括：/n第一光源，其具有第一波长，所述第一光源被配置成对样本进行成像；/n第二光源，其不同于所述第一光源，所述第二光源具有不同于所述第一波长的第二波长，所述第二光源被配置成对所述样本进行成像；/n至少第三光源，其不同于所述第一和第二光源，所述第三光源具有不同于所述第一和第二波长的第三波长，所述第三光源被配置成对所述样本进行成像；/n相机，其被配置成接收来自所述样本的与所述第一、第二和至少第三光源有关的信息，其中所述第一波长处的光被配置成将所述样本的表面成像到所述相机中；其中所述第二波长处的光被配置成穿透所述样本至第一深度并且向所述相机提供与所述样本有关的信息；并且其中所述至少第三波长处的光被配置成在第三深度处穿透所述样本，所述第三深度不同于在所述第二波长处的所述光的所述第二深度；以及/n处理器，其被配置成将由所述相机提供的与所述第一、第二和至少第三光源有关的所述信息进行组合，以根据血流率分布对所述样本的解剖结构进行成像、对所述样本的血流和灌注的生理学进行成像和/或对所述样本的所述解剖结构以及血流和灌注的所述生理学进行合成，/n其中，使用内窥镜将所述成像系统引导并聚焦在所述样本的所关心的区中的视场（FOV）上。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170828 US 15/6884721.一种多光谱成像系统，所述系统包括：
第一光源，其具有第一波长，所述第一光源被配置成对样本进行成像；
第二光源，其不同于所述第一光源，所述第二光源具有不同于所述第一波长的第二波长，所述第二光源被配置成对所述样本进行成像；
至少第三光源，其不同于所述第一和第二光源，所述第三光源具有不同于所述第一和第二波长的第三波长，所述第三光源被配置成对所述样本进行成像；
相机，其被配置成接收来自所述样本的与所述第一、第二和至少第三光源有关的信息，其中所述第一波长处的光被配置成将所述样本的表面成像到所述相机中；其中所述第二波长处的光被配置成穿透所述样本至第一深度并且向所述相机提供与所述样本有关的信息；并且其中所述至少第三波长处的光被配置成在第三深度处穿透所述样本，所述第三深度不同于在所述第二波长处的所述光的所述第二深度；以及
处理器，其被配置成将由所述相机提供的与所述第一、第二和至少第三光源有关的所述信息进行组合，以根据血流率分布对所述样本的解剖结构进行成像、对所述样本的血流和灌注的生理学进行成像和/或对所述样本的所述解剖结构以及血流和灌注的所述生理学进行合成，
其中，使用内窥镜将所述成像系统引导并聚焦在所述样本的所关心的区中的视场（FOV）上。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述内窥镜被配置成向所述处理器提供与所述第一、第二和至少第三光源有关的所述信息并且被包括在内窥镜成像系统中，所述内窥镜成像系统包括：
所述相机；
控制单元，其被配置成控制所述相机并处理与所述相机相关联的图像；
图像管理单元，其被配置成显示和操控与所述相机相关联的所述图像；以及
系统接口，其被配置成转化与所述第一、第二和至少第三光源有关的所述信息以在所述内窥镜成像系统内执行，使得与其相关联的所述图像被显示和操控。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述内窥镜成像系统包括以下中的至少一个：
用于内窥镜外科手术的系统，其包括腹腔镜检查、胸腔镜检查和膀胱镜检查中的至少一个；
用于微创外科手术过程的系统，其使用所述内窥镜以用于照射、可视化和操控；以及
用于机器人过程的系统，其使用所述内窥镜以用于照射、可视化和操控。


4.根据权利要求2所述的系统，其中所述内窥镜成像系统被配置成：
在过程期间照射腔体组织和器官；
使腔体组织和器官可视化以用于外科手术介入；和/或
用于对腔体组织和器官的外科手术操控以用于外科手术介入。


5.根据权利要求2所述的系统，其中所述内窥镜成像系统被配置成使用纤维、纤维成分、纤维布置、透镜、漫射器、准直器和/或扩展器来照射所关心的所述区。


6.根据权利要求2所述的系统：
其中所述相机包括多个传感器并且被配置成具有速率、聚焦、准确度和保真度来使用所述内窥镜成像系统获得图像；以及
其中所述相机耦合到所述内窥镜的光纤。


7.根据权利要求6所述的系统，其中所述多个传感器沿着从内窥镜端头到远离由图像捕获线缆耦合的所述内窥镜一距离的连续体来布置。


8.根据权利要求2所述的系统，其中所述内窥镜是刚性内窥镜、半刚性内窥镜和柔性内窥镜之一。


9.根据权利要求8所述的系统，其中所述内窥镜是具有柔性、可通航端头的刚性内窥镜和具有柔性插入管的柔性内窥镜之一。


10.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少所述第三波长处的所述光被配置成评价特定生理参数。


11.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包括手持系统、手指探针单元、皮肤贴片和移动系统中的一个或多个。


12.根据权利要求1所述的系统，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C陈，TB小费尔古森，KM雅各布斯，
申请(专利权)人：东卡罗莱娜大学，
类型：发明
国别省市：美国;US