用于从荧光团同时录制可见光图像和红外光图像的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供用于使样品成像的系统和方法。在各个实施方案中，本发明专利技术提供了一种系统，所述系统包括图像传感器、用于针对红外或近红外荧光团发出激发光的激光器、可见光源、陷波分束器、陷波滤光器、同步模块、图像处理单元、图像显示单元和导光通道。在各个实施方案中，本发明专利技术提供了一种系统，所述系统包括图像传感器、用于针对红外或近红外荧光团发出激发光的激光器、激光清理滤光器、陷波滤光器、白光源、图像处理单元、图像显示单元和导光通道。根据本发明专利技术，所述图像传感器可检测可见光和红外光两者。

A system and method for recording both visible and infrared images from a fluorophore

【技术实现步骤摘要】
用于从荧光团同时录制可见光图像和红外光图像的系统和方法本申请是申请日为2014年04月23日、申请号为201480032510.5、专利技术名称为“用于从荧光团同时录制可见光图像和红外光图像的系统和方法”的中国专利申请的分案申请。该中国专利申请是申请号为PCT/US2014/035203的PCT申请的中国国家阶段申请。
本专利技术提供用于从荧光团同时录制可见光图像和红外(IR)光图像的系统和方法。
技术介绍
本文中引用的所有公布均以引用方式全部并入本文，就如同每个单独的公布或专利申请被明确地并单独地指示为以引用方式并入本文一般。以下描述包括可用于理解本专利技术的信息。并不承认本文提供的任何信息都是现有技术，或与目前要求保护的本专利技术有关，或并不承认明确或含蓄引用的任何公布是现有技术。近年来，在临床环境下手术移除肿瘤期间，使用红外(IR)染料检测标记组织诸如肿瘤和血管已被关注。红外染料被认为是优异的用于标志组织的标签染料，由于它们渗透深度较高，在可将噪音添加到成像的光谱区域中不含自体荧光，并且不吸收可减少荧光信号的光谱区域中的血红蛋白(即，血液)和水。将这些染料用于例如临床操作室环境中，需要IR敏感的成像系统，其在同时采集并且将红外信号叠加在正常可见光谱图像的顶部以在操作时为外科医生提供对比的同时，能够在正常白色光照可见的光谱中采集高分辨率的图像。然而，由于外科肿瘤学中通常缺少荧光肿瘤配体的应用，目前不存在针对基于近红外(NIR)荧光的肿瘤的切除而优化的可商购获得的成像系统。存在的临床系统主要设计来检测未结合的血管内吲哚菁绿(ICG)，FDA批准的NIR荧光染料。通常以高剂量静脉内施用ICG，并且在注射后30-60分钟进行成像。使用这种方法实现的血管内荧光负载高，并且批准的临床成像装置对这些应用具有足够的敏感度。此类系统的示例包括荧光模块并入的操作显微镜(OPMIPenteroInfrared800,CarlZeiss)以及和系统(Novadaq)和800(Fluoptics)手持式单元。这些系统对血管内成像具有足够的敏感度，但对用于例如靶向肿瘤特异性NIR荧光是不实际的。例如，Fluobeam是不具有白色光照图像的叠层的手持式装置，但它不是设计来实际用作在白色光照下需要HD品质图像、可操纵性、放大率、照明和NIR图像自动配准的外科工具。此类低敏感度的原因中一个是由于成像系统捕捉了较少的荧光光子，因为此类系统主要使用一个(仅NIR)或两个(NIR和可见)具有长通滤光器的相机。在同时可见和NIR捕捉成像系统中，一个相机捕捉可见光谱中的图像并且第二相机捕捉荧光图像。这可通过使用分束器将场中的入射光分为两个通道实现。一个光束将NIR荧光光照传送到相机中的一个，同时另一个可见光的光束穿过分束器进入第二相机。因为NIR染料诸如ICG的荧光激发和发射具有非常窄的斯托克斯频移，长通滤光器引起荧光光照(图1)和随后检测敏感度的显著损耗。肿瘤的荧光成像需要靶向部分以获得高特异性并且能够在癌组织和周围正常组织之间具有可靠的区别。为了实现这个，保持较低剂量并且药物施用和成像之间的时间非常长(在大多数情况下为12-48小时)以允许探头摄取肿瘤并且允许冲刷来自正常组织的未结合的材料。这导致显著较少的荧光信号，使得当前市售的系统不足以用于检测。另外，这些系统在临床环境中使用是笨重的，因为存在两个相机附件并且需要对现有的设置进行完全改变的事实。现有系统的这种不足驱动了利用新型成像剂的特异性进行装置革新的需求。因此，存在对从荧光染料同时录制可见光图像和红外光图像的高度敏感系统和方法的需求。本文描述的专利技术通过提供用于从荧光团同时录制可见光图像和红外光图像的系统和方法满足了尚未满足的需求。
技术实现思路
本专利技术的各种实施方案提供一种成像系统，其用于使仅包含红外或近红外荧光团或连接到靶向部分诸如肽、蛋白质、纳米颗粒、纳米缀合物、抗体和核酸(例如，DNA和RNA链)或连接至任何其他此类生物特异性靶向实体的样品成像。所述成像系统包括：图像传感器、激光器、激光清理滤光器、陷波滤光器和白光源。图像传感器检测可见光和红外光并产生传感器信号。激光器针对红外荧光团发出激发光。激光清理滤光器放置于激光器到样品的光路中，并且将激发光的波长带变窄至红外或近红外荧光团的峰值吸收带。变窄的激发光激发样品中峰值吸收处的红外或近红外荧光团以发出发射光。将陷波滤光器放置于从样品到图像传感器的光路中并且阻挡激发光。白光源发出包含可见光的光。在各个实施方案中，图像传感器不具有NIR长通滤光器。在各个实施方案中，成像系统还包括快速触发单元。本专利技术的各种实施方案提供用于使包含红外或近红外荧光团的样品成像的成像系统。所述系统包括：图像传感器、激光器、陷波分束器、陷波滤光器和同步模块。图像传感器检测可见光和红外光并产生传感器信号。激光器针对红外或近红外荧光团发出激发光并在开和关状态之间交替。将陷波分束器放置于从激光器到样品的光路中和从样品到图像传感器的光路中。激发光通过陷波分束器反射到样品；激发光激发样品中的红外或近红外荧光团以发出发射光；并且发射光通过陷波分束器传送到图像传感器。将陷波滤光器放置于从样品到图像传感器的光路中，并且陷波滤光器阻挡激发光。同步(触发)模块使图像传感器与激光和可见光同步，由此单个传感器信号与激光器的单个开或关状态同步。还提供了一种使样品成像的方法。所述方法包括以下步骤：提供样品，提供本文所述的成像系统并且使用所述成像系统使样品成像。虽然本专利技术的各种实施方案描述于成像、诊断和/或治疗肿瘤的上下文中，但不应解释为本专利技术仅限于此类应用。事实上，本专利技术在任何和所有的检测和诊断由于任何和所有原因而导致的组织差异(即正常对异常)中均有实用性，所述原因包括但不限于肿瘤、损伤、创伤、局部缺血、感染、炎症或自身炎症。本专利技术提供了用于宽泛的应用范围的成像系统和系统，所述应用包括但不限于成像、诊断和/或治疗肿瘤组织、受伤组织、缺血性组织、感染组织和炎性组织。在任何由于生理或病理原因，受关注的组织(例如，癌性、受伤、缺血性、感染或炎性组织)不同于周围组织(例如，健康组织)的情况下，可使用红外或近红外荧光团差异性地标记受关注的组织和周围组织，并且可使用本专利技术的成像系统和方法使这些区域成像以为适当的诊断和治疗提供视觉引导。因此，可使用成像系统和方法使具有各种病状的受试者成像、诊断和/或治疗具有各种病状的受试者，所述病状包括但不限于肿瘤、癌症、外伤性脑损伤、脊髓损伤、中风、大脑出血，脑局部缺血、缺血性心脏病、缺血性再灌注损伤、心血管疾病、心脏瓣膜狭窄、感染性疾病、微生物感染、病毒感染、细菌感染、真菌感染和自体免疫疾病。还可使用本专利技术的成像系统使健康受试者的正常组织成像，例如以识别脉管。附图说明图1示出了根据本专利技术的各种实施方案，当使用长通滤光器以用于双相机解决方案时，荧光灯可能的损耗。图2示出了根据本专利技术的各种实施方案，颜色传感器通常的敏感度。图3示出了根据本专利技术的各种实施方案，图像传感器上的滤色器阵列。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使包含红外或近红外荧光团的样品成像的成像系统，所述成像系统包括：/n图像传感器，其用以检测可见光和红外光并产生传感器信号；/n激光器，其用以针对所述红外或近红外荧光团发出激发光；/n激光清理滤光器，其在从所述激光器到所述样品的光路中，/n由此所述激光清理滤光器将所述激发光的波长带变窄至所述红外或近红外荧光团的峰值吸收带，并且/n由此所述变窄的激发光激发所述样品中的所述红外或近红外荧光团以发出发射光；/n陷波滤光器，其在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中，由此所述陷波滤光器阻挡所述激发光；和/n白光源，其用以发出包含可见光的光。/n

【技术特征摘要】
20130423 US 61/814,9551.一种用于使包含红外或近红外荧光团的样品成像的成像系统，所述成像系统包括：
图像传感器，其用以检测可见光和红外光并产生传感器信号；
激光器，其用以针对所述红外或近红外荧光团发出激发光；
激光清理滤光器，其在从所述激光器到所述样品的光路中，
由此所述激光清理滤光器将所述激发光的波长带变窄至所述红外或近红外荧光团的峰值吸收带，并且
由此所述变窄的激发光激发所述样品中的所述红外或近红外荧光团以发出发射光；
陷波滤光器，其在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中，由此所述陷波滤光器阻挡所述激发光；和
白光源，其用以发出包含可见光的光。


2.一种用于使包含红外或近红外荧光团的样品成像的成像系统，所述成像系统包括：
(a)图像传感器，其用以检测可见光和红外光并产生传感器信号，其中在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中不存在红外滤光器，并且其中所述图像传感器包括蓝色、绿色和红色像素传感器；
(b)激光器，其用以针对所述红外或近红外荧光团发出激发光；
(c)激光清理滤光器，其在从所述激光器到所述样品的所述光路中，由此所述激光清理滤光器将所述激发光的所述波长带变窄至所述红外或近红外荧光团的所述峰值吸收带，并且由此所述变窄的激发光激发所述样品中的所述红外或近红外荧光团以发出发射光；
(d)第一通道，其用以将所述激发光从所述激光器引导至所述样品；
(e)白光源，其用以发出包含可见光的光；
(f)第二通道，其用以将所述可见光从所述白光源引导至所述样品；
(g)陷波分束器，其在从所述激光器到所述样品的所述光路中和在从所述白光源到所述样品的所述光路中，由此所述激发光通过所述陷波分束器反射到所述样品并且所述可见光通过所述陷波分束器传送至所述样品；
(h)第三通道，其用以将所述发射光从所述样品引导至所述图像传感器；
(i)第四通道，其用以将所述可见光从所述样品引导至所述图像传感器；
(j)陷波滤光器，其在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中，由此所述陷波滤光器阻挡所述激发光；和
(k)图像处理单元，其用以处理传感器信号以产生图像帧，其中所述图像处理单元连接至所述图像传感器，其中当所述样品仅接收可见光时，产生至少一个白光帧(WLF)，其中当所述样品既不接收可见光也不接收所述激发光时，产生至少一个杂散光帧(SLF)，其中当所述样品仅接收激发光时，产生一个或多个近红外帧(NIF)，其中所述图像处理单元从每个NIF中减去所述SLF并且然后将所有减去SLF的NIF加在一起以产生最终NIF，其中所述图像处理单元使所述最终NIF伪色，并且其中所述图像处理单元将所述伪色的最终NIF加到所述WLF以产生可见光和红外光的复合图像帧。
(l)图像显示单元，其用以基于从所述图像处理单元产生的所述图像帧显示图像，其中所述图像显示单元连接至所述图像处理单元。


3.一种用于使包含红外或近红外荧光团的样品成像的成像系统，所述成像系统包括：
图像传感器，其用以检测可见光和红外光并产生传感器信号；
激光器，其用以针对所述红外或近红外荧光团发出激发光并且在开和关状态之间交替；
陷波分束器，其在从所述激光器到所述样品的所述光路中和在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中，
由此所述激发光通过所述陷波分束器反射至所述样品，
由此所述激发光激发所述样品中的所述红外或近红外荧光团以发出发射光，并且
由此所述发射光通过所述陷波分束器传送到所述图像传感器；
陷波滤光器，其在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中，由此所述陷波滤光器阻挡所述激发光；和
同步模块，其用以使所述图像传感器与所述激光和可见光同步，由此单个传感器信号与所述激光器的单个开或关状态同步。


4.一种用于使包含红外或近红外荧光团的样品成像的成像系统，所述成像系统包括：
(a)图像传感器，其用以检测可见光和红外光并以第一频率产生传感器信号，其中在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中不存在红外滤光器，并且其中所述图像传感器包括蓝色、绿色和红色像素传感器；
(b)激光器，其用以针对所述红外或近红外荧光团发出激发光并且以第二频率在开和关状态之间交替，其中所述第二频率是所述第一频率的一半；
(c)第一通道，其用以将所述激发光从所述激光器引导至所述样品；
(d)光源，其用以发出包含可见光的光；
(e)第二通道，其用以将所述可见光从所述光源引导至所述样品；
(f)陷波分束器，其在从所述激光器到所述样品的所述光路中和在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中，由此所述激发光通过所述陷波分束器反射到所述样品，由此所述激发光激发所述样品中的所述红外或近红外荧光团以发出发射光，并且由此所述发射光通过所述陷波分束器传送到所述图像传感器；
(g)第三通道，其用以将所述发射光从所述样品引导至所述图像传感器；
(h)第四通道，其用以将所述可见光从所述样品引导至所述图像传感器；
(i)陷波滤光器，其在从所述样品到所述图像传感器的所述光路中，由此所述陷波滤光器阻挡所述激发光；
(j)同步模块，其用以使所述图像传感器与所述激光和可见光同步，由此单个传感器信号与所述激光器的单个开或关状态同步；
(k)图像处理单元，其用以处理传感器信号以产生图像帧，其中所述图像处理单元连接至所述图像传感器，其中所述图像处理单元从当所述激光器为开时产生的先前或下个图像帧中减去当所述激光器为关时产生的图像帧，由此根据所述两个连续的图像帧之间的差异产生仅红外的图像帧，其中所述图像处理单元使所述仅红外的图像帧伪色，其中所述图像处理单元将所述伪色的仅红外的图像帧加回到当所...

【专利技术属性】
技术研发人员：P布特，A梅姆拉克，
申请(专利权)人：雪松西奈医学中心，
类型：发明
国别省市：美国;US