用于生物组织荧光成像的系统和方法技术方案

提出了用于检查生物组织的系统和方法。根据该技术，用照射模式照射生物组织内的预定位置，该照射模式包括预定的激发波长范围，该激发波长范围被选择为基本上同时诱发生物组织中天然存在的两种或更多种预定不同类型的生物物质的两种或更多种自体荧光响应，以使得能够检测生物组织对所述照射模式的组合光谱响应。当在所述检测到的组合光谱响应中识别出所述两种或更多种物质的发射波长时，生成指示所述两种或更多种预定不同生物物质的组合同时存在于所述位置上的输出数据，这提供了关于所述病理状况的直接指示。述病理状况的直接指示。述病理状况的直接指示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物组织荧光成像的系统和方法


[0001]本专利技术涉及生物组织的成像，并且特别涉及使用组织中生物物质的自体荧光响应(auto
‑
fluorescence response)的成像。
[0002]背景
[0003]已知各种技术用于对生物样本成像。虽然典型的成像技术依赖于生物材料的反射或透射特性，但是一些应用利用来自组织的荧光响应的成像。荧光响应的使用使得能够改进对选定材料的检测，并提供与被检查组织的生物学和/或医学状况相关的附加信息。这些技术可用于确定一种或更多种选择的生物材料，以提供与待检查的选定参数相关的数据。
[0004]在医学和生物学成像领域中已知有各种荧光成像技术。这些技术包括，例如，荧光素血管造影术(FA)、眼底自体荧光(FAF)等。
[0005]荧光素血管造影术(FA)是目前视网膜微循环成像的优选方法。这项技术用于检测视网膜中的许多病理过程，包括血管渗漏、水肿的发展和视网膜血管阻塞。一般来说，FA需要使用配备有激发滤光器和阻挡滤光器的专用眼底相机和选择的荧光剂。为了提供荧光响应，通常通过肘前静脉以足够的速度静脉注射荧光素染料，以产生血管造影早期阶段的高对比度图像。来自闪光灯的白光穿过蓝色激发滤光器。然后，蓝光(波长465
‑
490nm)被未结合的荧光素分子吸收，并且这些分子发出波长在可见光谱的黄绿色范围内(520
‑
530nm)的荧光。520
‑
530nm的阻挡滤光器只允许捕获从被激发荧光素发出的光。在注射后立即采集图像，并根据病理和测试要求持续长达十分钟。
[0006]使用FA可能会出现范围广泛的并发症。最常见的反应是3％
‑
15％的患者会出现的短暂恶心、呕吐(7％)和瘙痒。更严重的反应如荨麻疹、发烧、血栓性静脉炎和晕厥较为罕见。染料外渗可导致局部组织坏死；然而，轻度疼痛和发红更为典型。严重的危及生命的反应如过敏反应、心脏骤停和支气管痉挛确实会出现，但极其罕见。估计死亡发生率为1:221,781。没有报告在怀孕期间出现严重的不良事件，但是它被认为是禁忌症。
[0007]眼底自体荧光(FAF)是一种非侵入性成像技术，检测各种天然存在的荧光团。经典地，FAF利用蓝光激发，并收集在预设光谱内的发射，以形成反映脂褐素分布的亮度图，脂褐素是位于视网膜色素上皮(RPE)中的主要荧光团(dominant fluorophore)。FAF可以使用其他激发波长来检测额外的荧光团，例如用于检测黑色素自体荧光的近红外。Delori在20世纪80年代首次描述了FAF，此后FAF在范围和实践方面都有所扩展。鉴于眼底检查、眼底摄影或荧光素血管造影术没有发现的独特发现，FAF在评估涉及视网膜和RPE的多种疾病谱方面非常有用，包括退行性、营养不良、炎症、感染、肿瘤和毒性病因。本综述总结了FAF的已知的眼部荧光团、各种成像方式以及广泛的临床应用。
[0008]概述
[0009]本领域需要一种新颖的成像技术，该技术能够检测生物系统中的一种或更多种生物自体荧光光谱剂(BASA)。
[0010]当所选择的特定物质(荧光团)被紫外(UV)、深蓝或近红外(NIR)光谱范围的电磁辐射照射和激发时，人体内的自体荧光基于使不同组织的各种成分可视化。一般来说，自体
荧光可以在广泛的物质中实现，包括白蛋白、弹性蛋白、胶原蛋白、脂褐素、脂肪酸、LDL、NADH、黄素、卟啉和潜在的其他物质。在不同生物组织中检测到这样的物质可能与异常的物质浓度相关联，例如由于各种物质从毛细血管和在细胞代谢扰乱的条件下经历裂解的受损细胞中渗漏。这种泄漏可以是细胞内的，也可以是细胞外的，来源于组织本身并在组织中形成沉积物，这使得能够将它们可视化。出于本申请的目的，所有这样的物质被称为生物自体荧光光谱剂(BASA)。
[0011]因此，本专利技术利用选择的生物系统中天然存在的BASA的自体荧光特性，以辅助各种病理的诊断。基于专利技术人的理解，本专利技术检测(基本上同时检测)生物组织内的区域/位置中预定的多种(两种或更多种)BASA相关材料/物质的同时存在，在该区域/位置，这样的BASA不会天然地全部聚集在一起，和/或(基本上同时)检测到以高于正常的量聚集的这样的BASA，使得能够诊断生物组织的各种病理。
[0012]更特别地，由于眼睛组织的光学透明性使得能够对血管进行成像，所以旨在对眼睛组织(诸如视网膜、巩膜、角膜和眼睛晶状体)执行检查技术。因此，本专利技术的技术还利用眼睛组织的光学特性来检测某些组织(如血管壁)中以其生理量和构造(configuration)存在的BASA，同时提供这些特定组织与其周围相比的增强对比度。
[0013]各种BASA的自体荧光特性是众所周知的。例如，已知人血浆含有几种荧光团，包括白蛋白、烟酰胺、腺嘌呤二核苷酸(NADH)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、脂肪酸和内源性卟啉及其衍生物。已知白蛋白是人类血浆中最丰富的物质，约占血浆体积的50％。人血浆白蛋白在约280nm处具有激发峰值，并且在330
‑
350nm处具有发射最大值。牛血清在340
‑
400nm范围内的激发导致在450
‑
550nm处的发射。人血浆在400
‑
420nm处具有激发最大值，并且在460
‑
520nm处具有发射最大值。脂质、脂蛋白、NADH和FAD是潜在的视网膜荧光团，可用于诸如糖尿病性视网膜病变等病理状况下的自体荧光成像。低密度脂蛋白(LDL)在282nm处具有吸收最大值，并且在331nm处具有发射最大值。脂肪酸是脂质的组成部分，在330
‑
350nm处具有吸收最大值，并且在470
‑
480nm处具有发射最大值。NADH在340
‑
380nm处具有吸收最大值，并且在450
‑
480nm处具有发射最大值。黄素蛋白在430
‑
500nm处具有吸收最大值，并且在520
‑
590nm处具有发射最大值。当弹性蛋白(一种存在于血管壁(和其他结缔组织)中的结构蛋白)被最高350nm的紫外光激发时，显示出最高500nm的发射。
[0014]本申请的专利技术人发现，通过适当选择激发波长范围，可以在感兴趣的组织中同时检测(和可视化)多种物质的组合，并且在所述区域中同时存在两种或更多种选择的BASA的这种组合检测(可视化)提供了组织病理状况的准确诊断，例如从视网膜的这种组合成像识别的糖尿病性视网膜病变(DR)。
[0015]更特别地，根据本专利技术，可以通过用包括激发波长范围的照射模式(illumination pattern)对生物组织内的预定区域/位置进行照射来对所述区域/位置进行成像，从而检测或预测生物组织中特定的病理状况，所述激发波长范围包括能够激发两种或更多种不同BASA的数量N(N≥1)个激发波长，从而诱发和检测所述BASA的组合发射响应。
[0016本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检查生物组织的系统，所述系统包括：成像设备，其被配置为并能够操作来执行两种或更多种预定成像模式，并生成对应于每种相应成像模式的图像数据，每种成像模式包括至少一个成像会话，所述成像会话包括：用照射模式对所述生物组织中感兴趣区域内的选定位置进行照射，所述照射模式包括被选择来引起生物组织中天然存在的两种或更多种不同类型的生物物质的同时激发的激发波长范围，从而同时诱发所述两种或更多种不同生物物质的自体荧光响应；检测所述位置对所述照射模式的组合光谱响应，并生成指示检测到的组合光谱响应的对应的图像数据；和控制单元，其包括成像模式控制器和数据处理器，所述成像模式控制器操作所述成像设备以执行所述成像模式中选择的一个成像模式，所述数据处理器分析所述图像数据并生成指示生物组织状况的输出数据，其中，所述成像模式控制器根据指示每个所述成像模式和待检查的至少一种对应的生物组织状况之间的分配的预定分配数据来配置和操作，所述成像模式控制器响应于关于用户感兴趣的至少一种生物组织状况的用户输入，基于所述分配数据来选择相应的成像模式数据并生成对应的操作数据，以操作所述成像设备来执行所述相应的成像模式的至少一个成像会话。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激发波长范围具有基本上不超过100nm的光谱宽度。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述成像模式中的每一个成像模式的照射模式包括包含至少一个激发波长的激发波长范围，所述至少一个激发波长被选择来激发和引起包括两种或更多种生物自体荧光光谱剂(BASA)的不同生物物质的自体荧光响应，所述两种或更多种生物自体荧光光谱剂同时存在于所述生物组织中的所述选定位置呈现了所述生物组织的某种病理状况的直接指示。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述成像设备包括：光源单元，所述光源单元通过由所述成像模式控制器生成的操作数据来配置和操作，以产生对应于所选择的成像模式的所述照射模式。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述成像设备包括聚焦和成像装置，所述聚焦和成像装置被配置为并且能够操作来从所述选定位置收集所述组合光谱响应。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述成像设备包括图像检测器，所述图像检测器包括彩色相机设备，所述彩色相机设备被配置为同时检测不同波长的多个自体荧光响应。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述彩色相机设备包括像素矩阵，所述像素矩阵被配置为并且能够操作来定义不同颜色的多个检测通道，使得所述图像数据指示所述组合响应的不同检测波长和所述生物组织中所述不同检测波长起源之处的对应的位置数据。8.根据权利要求6或7所述的系统，其中，所述彩色相机配置有原色的收集通道。9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其中，所述数据处理器被配置为并且能够操作来接收和处理所述图像数据，并且在所述图像数据中识别与包含在所述检测到的组合响应中的不同发射波长对应的图像数据片段，并且确定所述图像数据片段之间的关系，以识别所述生物组织中所述不同发射波长起源之处的对应的位置数据。10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述照射模式包括一个或更多个照射光脉冲，所述照射光脉冲包括所选择的激发波长范围。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的系统，其中，所述照射模式包括分配给所述病理状况的照射模式，所述病理状况能够通过在所述预定位置存在所述两种或更多种BASA来识别，所述两种或更多种BASA包括以下中的两种或更多种：白蛋白、弹性蛋白、胶原、脂褐素、脂肪酸、LDL、NADH、黄素、卟啉、淀粉样蛋白和AGE。12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述照射模式包括至少一个附加激发波长范围，所述至少一个附加激发波长范围被选择为激发至少一种附加生物物质，以使所述至少一种附加生物物质的至少一个附加荧光响应被包括在所述检测到的组合光谱响应中。13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述组合光谱响应包括由所述激发波长范围激发的所述不同生物物质的自体荧光响应，以及所述照射模式的一个或更多个波长从被照射的所述生物组织中的结构的反射。14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述照射模式包括一个或更多个可视化波长，所述一个或更多个可视化波长被选择为增强在被成像位置附近的血管的成像，使得所述图像数据包括所述两种或更多种受激发物质和所述血管的组合图像。15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述一个或更多个可视化波长包括一个或更多个激发波长，所述一个或更多个激发波长被选择为激发与血管结构相关联的物质。16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述一个或更多个可视化波长包括436nm、517nm和660nm波长中的至少一个。17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述照射模式包括用于激发弹性蛋白和胶原物质的350nm波长。18.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述分配数据包括指示与糖尿病性视网膜病变(DR)相关的病理状况的数据，所述与糖尿病性视网膜病变(DR)相关的病理状况被分配有一种或更多种成像模式，将利用包括以下项中的至少一项在视网膜区域中的位置上执行所述一种或更多种成像模式：(a)包括被选择来诱发AGE和血浆物质的同时自体荧光响应的包括385nm和400nm波长的激发波长范围的照射模式，(b)包括被选择来诱发NADH和黄素蛋白物质的同时自体荧光响应的包括365nm和430nm波长的激发波长范围的照射模式。19.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿维胡，
申请(专利权)人：斯普林视觉有限公司，
类型：发明
国别省市：