本发明专利技术公开了用于在缺光环境中进行荧光成像的系统、方法和装置。系统包括发射器和图像传感器，所述发射器用于发射电磁辐射脉冲，所述图像传感器包括用于感测反射的电磁辐射的像素阵列。所述系统包括控制器，所述控制器包括与所述图像传感器和所述发射器电通信的处理器。所述系统使得所述控制器在所述图像传感器的消隐周期期间同步所述电磁辐射脉冲的定时。所述系统使得由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲的至少一部分包括波长为约770nm至约790nm的电磁辐射和/或波长为约795nm至约815nm的电磁辐射中的一者或多者。815nm的电磁辐射中的一者或多者。815nm的电磁辐射中的一者或多者。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】缺光环境中的荧光成像
[0001]本专利申请涉及数字成像，并且尤其涉及在缺光环境中的荧光成像。
技术介绍
[0002]科技的进步已提供了医用成像能力的进步。内窥镜可用于观察身体内部并检查身体的器官或腔体的内部。内窥镜用于调查患者的症状、确认诊断或提供医学治疗。医学内窥镜可用于通过小切口等方式观察多种身体系统和部分，诸如胃肠道、呼吸道、尿道、腹腔。内窥镜还可用于外科手术，诸如整形外科手术、在关节或骨上进行的手术、在神经系统上进行的手术、在腹腔内进行的手术等。
[0003]在内窥镜成像的一些情况下，观察色彩空间可能是有益的或必要的。数字彩色图像包括累积形成具有一系列色调的图像的至少三个层或“颜色通道”。颜色通道中的每个测量光谱带的光的强度和色度。通常，数字彩色图像包括红色光谱带、绿色光谱带和蓝色光谱带的颜色通道(这可称为红绿蓝或RGB图像)。红色、绿色和蓝色颜色通道中的每个包括红色、绿色或蓝色光谱带的亮度信息。将单独的红色层、绿色层和蓝色层的亮度信息组合以生成彩色图像。因为彩色图像由单独层构成，所以常规数字相机图像传感器包括滤色器阵列，该滤色器阵列允许红色可见光波长、绿色可见光波长和蓝色可见光波长击中所选择的像素传感器。每个单独的像素传感器元件对红色、绿色或蓝色波长敏感，并且将仅返回该波长的图像数据。将来自像素传感器的总阵列的图像数据组合以生成RGB图像。该至少三种不同类型的像素传感器消耗大量的物理空间，使得完整的像素阵列不能适配在内窥镜的小远侧端部中。
[0004]因为传统图像传感器不能适配在内窥镜的远侧端部中，所以图像传感器传统上位于内窥镜的手持件单元中，该手持件单元由内窥镜操作者保持并且不放置在体腔内。在此类内窥镜中，光沿内窥镜的长度从手持件单元传输到内窥镜的远侧端部。该配置具有显著限制。具有该配置的内窥镜是精密的，并且当其在常规使用期间发生碰撞或冲击时可容易地不对准或损坏。这可显著降低由图像的质量，并且内窥镜需要频繁修理或更换。
[0005]具有放置在手持件单元中的图像传感器的传统内窥镜还限于仅捕获彩色图像。然而，在一些具体实施中，除了彩色图像数据之外，还可能期望利用荧光图像数据来捕获图像。荧光是已吸收光或其它电磁辐射的物质发射的光。当荧光物质经受紫外光或其他波长的电磁辐射时，某些荧光物质“发光”或发出人眼可见的不同颜色。当辐射源停止时，某些荧光材料将几乎立即停止发光。
[0006]当分子、原子或纳米结构的轨道电子被光或其它电磁辐射激发，然后通过从激发态发射光子而弛豫至其基态时，出现荧光。激发轨道电子或在弛豫期间由光子发射的电磁辐射的具体频率取决于原子、分子或纳米结构。荧光成像具有许多实际应用，包括矿物学、地质学、医学、化学传感器的光谱学、检测生物过程或信号等。荧光可用于生物化学和医学中作为用于跟踪或分析生物分子的非破坏性手段。一些荧光试剂或染料可被配置成能够附着于某些类型的组织，并由此引起对该类型的组织的注意。
[0007]然而，荧光成像需要专用的电磁辐射发射和能够读取特定荧光试剂的特定弛豫波长的专用成像传感器。不同的试剂或染料对不同波长的电磁辐射敏感，并且在发荧光时发射不同波长的电磁辐射。荧光成像系统可以是高度专用的并且针对某些试剂或染料进行调整。此类成像系统用于有限的应用，并且在单个成像过程期间不能使不止一种试剂或结构发荧光。使用各自被配置成能够用于使不同试剂发荧光的多个不同成像系统是非常昂贵的。另外，可能期望在单个成像过程中施用多种荧光试剂，并在单个叠层图像中观察多种试剂。
[0008]鉴于上述情况，本文描述了用于在缺光环境中进行荧光成像的系统、方法和装置。此类系统、方法和装置可提供多个数据集，用于识别身体内的关键结构并提供关于体腔的精确且有价值的信息。
附图说明
[0009]参考以下附图描述了本公开的非限制性和非完全性的具体实施，其中除非另外指明，否则在各个视图中类似的附图标号指示类似的部分。参照以下说明和附图将更好地理解本公开的优点，其中：
[0010]图1是具有成对发射器和像素阵列的用于在缺光环境中进行数字成像的系统的示意图；
[0011]图2是用于向用于内窥镜成像的缺光环境提供照明的系统；
[0012]图2A是互补系统硬件的示意图；
[0013]图3A至图3D是用于构造一个图像帧的传感器的操作循环的图示；
[0014]图4A是电磁发射器的实施方案的操作的图形表示；
[0015]图4B是改变发射电磁脉冲的持续时间和量值以提供曝光控制的图形表示；
[0016]图5是将图3A至图4B的传感器的操作循环、电磁发射器和发射电磁脉冲组合的本公开的实施方案的图示，其示出了操作期间的成像系统；
[0017]图6A是用于在t(0)至t(1)的时间段内利用全光谱光记录视频的方法的示意图；
[0018]图6B是通过在t(0)至t(1)的时间段内脉冲部分光谱光来记录视频的过程的示意图；
[0019]图7A至图7E示出了在时间间隔内用于记录全光谱光和分区光谱光两者的视频帧的方法的示意图；
[0020]图8是用于同时调节电磁发射器和图像传感器的过程流程的示意图；
[0021]图9是用于调节图像传感器灵敏度的过程流程的示意图；
[0022]图10是用于基于帧循环的直方图来同时调节图像信号处理器和发射器的过程流程的示意图；
[0023]图11是用于基于期望输出来限制对图像信号处理器和/或发射器的调节的过程流程的示意图；
[0024]图12是用于通过使传感器循环通过第一发射强度和第二发射强度并组合来自第一发射强度和第二发射强度的数据来增大图像的动态范围的过程流程的示意图；
[0025]图13是通过使传感器循环通过多个发光强度并组合来自该多个发光强度中的每一者的数据来增大图像的动态范围的过程流程的示意图；
[0026]图14是用于对数字图像数据执行校正和调整的过程流程的示意图；
[0027]图15是用于从数字视频数据流写入、存储和读取数据的系统硬件的示意图；
[0028]图16是与分区光系统一起使用的方法和硬件示意的示意图；
[0029]图17是用于通过脉冲分区光谱而产生其上叠层有荧光成像数据的RGB图像的图案重建过程的示意图；
[0030]图18A至图18B是用于在双灵敏度像素阵列中部署两种不同像素灵敏度的定时示例的示意图；
[0031]图19A至图19C示出了脉冲和/或同步的白光发射以及对应的颜色传感器的使用；
[0032]图20A至图20C示出了具有多个发射器的光源；
[0033]图21示出了在输出处经由漫射器输出以照明缺光环境中的场景的单根光纤；
[0034]图22示出了根据本公开的原理和教导内容的被分成可由光源的发射器发射的多个不同子光谱的电磁光谱的一部分；
[0035]图23是示出用于生成包括由脉冲光的不同分区产生的多个曝光帧的图像帧的发射和读出的时序的示意图；
[0036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】1.一种系统，包括：发射器，所述发射器用于发射电磁辐射脉冲；图像传感器，所述图像传感器包括用于感测反射的电磁辐射的像素阵列；和控制器，所述控制器包括与所述图像传感器和所述发射器电通信的处理器；其中所述控制器在所述图像传感器的消隐周期期间同步所述电磁辐射脉冲的定时；并且其中由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲的至少一部分包括以下中的一者或多者：波长为约770nm至约790nm的电磁辐射；或者波长为约795nm至约815nm的电磁辐射。2.根据权利要求1所述的系统，其中，波长为约770nm至约790nm的所述电磁辐射和波长为约795nm至约815nm的所述电磁辐射中的至少一者是激发波长，所述激发波长使一种或多种试剂在不同于所述激发波长的波长下发荧光。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像传感器被配置成能够生成多个曝光帧，其中所述多个曝光帧中的每个曝光帧对应于由所述发射器发射的电磁辐射脉冲，并且产生与每个电磁辐射脉冲在时间上对应的数据集以生成对应于所述多个曝光帧的多个数据集。4.根据权利要求3所述的系统，其中，将所述多个曝光帧组合以形成图像帧。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像传感器的所述像素阵列是双灵敏度像素阵列，所述双灵敏度像素阵列包括对长曝光敏感的多个像素和对短曝光敏感的多个像素。6.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲的至少一部分包括电磁辐射绿色分区、电磁辐射红色分区和电磁辐射蓝色分区。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器被配置成能够在脉冲持续时间期间发射具有短于所述脉冲持续时间的子持续时间的多个电磁辐射子脉冲。8.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲中的一个或多个电磁辐射脉冲包括作为单个脉冲或单个子脉冲以两个或多个波长同时发射的电磁辐射。9.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲中的至少一个脉冲产生由所述图像传感器产生的曝光帧，其中所述系统还包括用于将两个或更多个曝光帧显示为图像帧的显示器。10.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲的至少一部分是用于使试剂发荧光的激发波长，并且其中用脉冲调制所述激发波长使得所述图像传感器生成指示场景内所述试剂的位置的荧光曝光帧。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器还被配置成能够向对应系统提供所述荧光曝光帧，所述对应系统基于所述荧光曝光帧来确定关键组织结构的位置。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器还被配置成能够：从所述对应系统接收所述关键组织结构的所述位置；生成包括所述场景内所述关键组织结构的所述位置的叠层帧；以及将所述叠层帧与描绘所述场景...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：西拉格国际有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。