多光谱医学成像装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多光谱医学成像装置，其包括布置成照明目标组织的照明器件。所述照明器件发射不同近红外波长带的光。所述装置还包括物镜、定位成捕获从目标组织反射的图像帧的近红外图像传感器、和定位成捕获从目标组织反射的图像帧的可见光图像传感器。处理器配置成调节所述多个照明器件的近红外光输出以照明目标组织。处理器进一步配置成从由近红外图像传感器捕获的图像帧确定反射率强度，并使用所述反射率强度生成目标组织的组织动态氧饱和度图谱。所述装置进一步包括连接到所述处理器的输出装置，其用于显示所述组织动态氧饱和度图谱。

【技术实现步骤摘要】
多光谱医学成像装置及其方法本专利技术申请是2015年7月27日申请的中国专利申请201510446731.3、名称为“多光谱医学成像装置及其方法”的分案申请。
本专利技术涉及医学成像，更具体而言，涉及一种多光谱医学成像装置及其方法。
技术介绍
多光谱医学成像已知用于测量血管和组织的氧合作用。其是重要的工具。量化的氧合数据可以辅助医学专业人员提供更好的病人护理。多光谱医学成像的最先进的技术具有各种缺点。一些工具只提供在小面积的组织上进行斑点测量的能力。其它工具仅能够提供静态图像或低帧速率的运动图像，其可能使临床评估更加困难。一些工具缺乏方便的方法来准确地和重复地定位和瞄准患者上的目标区域。另外，情况常常是诸如上方照明的环境条件和诸如肤色的患者详情不利地影响测量。在多光谱医学成像领域中具有改进的需求。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，多光谱医学成像装置包括布置成照明目标组织的多个照明器件。照明器件配置成发射不同的近红外波长带的光。所述装置还包括物镜、定位成捕获从目标组织反射穿过物镜的图像帧的近红外图像传感器、和定位成捕获从目标组织反射穿过物镜的图像帧的可见光图像传感器。处理器连接到近红外图像传感器、可见光图像传感器以及多个照明器件。处理器配置成调节多个照明器件的近红外光输出以照明目标组织。处理器进一步配置成从由近红外图像传感器捕获的图像帧确定反射率强度，并使用反射率强度生成目标组织的组织动态氧饱和度图谱。所述装置进一步包括连接到所述处理器的输出装置，其用于显示组织动态氧饱和度图谱。附图说明附图仅通过示例说明本专利技术的实施例。图1是多光谱医学成像装置的框图。图2是包括壳体的一部分的多光谱医学成像装置的透视图。图3是捕获的图像帧的滚动处理(rollingprocessing)的示意图。图4是在捕获的图像帧上进行的氧饱和度计算的功能框图。图5是用于氧饱和度计算的增量处理(deltaprocess)的图。图6是黑色素校正操作的图。图7是黑色素校正参数的图表。图8是示出了运动校正处理的图。图9是示出了示例性氧饱和度的浓度和曲率掩模的示例性输出图像。图10是用于确定曲率掩模的处理的流程图。图11是示出了用于产生氧饱和度的动态差分图谱的处理的图。图12是激光成帧阵列的示意图。图13是示出了激光成帧阵列的使用的示意图。图14是另一激光成帧阵列的示意图。图15是激光定位阵列的透视图。图16A-16C是示出了激光定位阵列的使用的图。图17是示出了响应于模拟的静脉阻塞和模拟的动脉阻塞的装置的图表。具体实施方式本文中所讨论的多光谱医学成像装置和方法测量反射率强度并将其与标准反射率比较。还讨论了环境光减除法和黑色素校正。可以实时实现近似视频或视频帧速率。滚动处理技术和对数差分处理可用于减少上方的处理，并提高帧速率。图像配准可以用于执行运动校正。高曲率的区域和含有脉管系统的区域可以从处理的氧饱和度浓度图像删除或掩模。差分模式使得可以观察到与对照帧的氧饱和度差分。还提供激光成帧和定位阵列，以协助所述装置相对于目标组织的适当定位。本文所讨论的分光检查技术可以用于确定目标组织的三种组分、即氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和黑色素的浓度。感兴趣的组织由近红外(NIR)光照明，而一些这样的光被氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和黑色素吸收，以及一些光被散射。吸收量依赖于波长和各组分的浓度。散射取决于波长和路径长度。被漫反射回来的光由近红外图像传感器捕获。三个组分的浓度和散射光的量可以通过捕获来自近红外光的几个不同波长带的漫反射光来确定。所测量的黑色素浓度可以被用来校正氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。可见光谱中的光也可以被捕获和处理。下面将讨论本专利技术的这些和许多其他的特征和方面。图1示出了根据本专利技术的一实施例的多光谱医学成像装置10的图。多光谱医学成像装置10包括多个照明器件12和14、物镜16、分束器18、近红外图像传感器20和可见光图像传感器22。近红外照明器件12被布置用于照明目标组织24。近红外照明器件12配置成发射不同近红外波长带的光26。可见光照明器件14被布置成用可见光谱内的光28、例如白光照明目标组织24。由照明器件12、14所发射的近红外光和可见光26、28以时序方式照射在目标组织的相同常规区域中，如将在下面所讨论的。照明器件12、14可以包括合适波长的发光二极管(LED)。可以在照明器件12、14的路径中提供一个或多个蝇眼聚光透镜，以提高照明的均匀性。在许多实施例中，也可以省略可见光照明器件14。在这个例子中，近红外照明器件12是具有近红外波长带的四个LED，所述近红外波长带具有约740、780、850和940纳米的标称峰值波长。物镜16被定位成捕获从目标组织24反射的光30和将这样捕获的光30引导到分束器18。物镜16可以是任何合适的类型和配置。也可以提供中继光学器件。在一个示例中，待分析的目标组织24的区域的尺寸为约200mm乘约150mm，以及可以为这样的区域适当地选择物镜16。分束器18可以是二向色分束器或类似的光学器件。分束器18被布置成将接收自物镜16的所捕获的光30分裂成近红外光32和可见光34。分束器18被布置成将所捕获的近红外光32引导到近红外图像传感器20和将所捕获的可见光34引导到可见光图像传感器22。在一个示例中，分束器18将小于约700nm的波长引导到可见光图像传感器22和将大于约700nm的波长引导到近红外图像传感器20。近红外图像传感器20被定位成捕获从目标组织24反射穿过物镜16的近红外光32。近红外图像传感器20被配置成以超过合适的视频帧速率的频率(例如大于24帧每秒或FPS)将近红外光32捕获为序列图像帧。不同近红外波长带的相邻帧以降低的帧速率、例如视频帧速率(例如24FPS)被合并入氧饱和帧的序列，以产生组织动态氧饱和度图谱，如将在下文中所详细讨论的。近红外图像传感器20可以包括对近红外波长高度灵敏的互补金属-氧化物-半导体(CMOS)器件。可见光图像传感器22被定位成捕获从目标组织24反射穿过物镜16的可见光34。可见光图像帧可以包括在捕获近红外光32的图像帧的序列中，并可以以与各近红外波长带相同的速率或以较低的速率被捕获。可见光传感器22可以包括Bayer-maskedRGBCMOS器件。多光谱医学成像装置10还包括照明驱动器40、图像捕获缓冲器42、存储器44、处理器46、显示器48以及用户界面52。照明驱动器40与处理器46连接。照明驱动器40是为照明器件12、14可控制地提供驱动力并使照明器件12、14根据由处理器46控制的序列运转的电路。图像捕获缓冲器42包括连接到图像传感器20、22并可以缓存由近红外和可见光图像传感器20、22捕获的图像帧的存储器。图像捕获缓冲器42被连接到处理器46，以允许处理器46控制图像帧的捕获序列。图像捕获缓冲器42也连接到存储器44，所述存储器44为捕获和/或处理的图像帧提供存储空间。存储器44连接到处理器46并存储所捕获和/或处理的图像帧和一个或多个程序，所述程序可通过处理器46执行以实现本文描述的功能。存储器44为临时变量和中间处理的值或图像提供短期工作存储空间。存储器还可以为组织动态氧合图谱等的无限期记录提供长期储存。存储器44可以包括诸如随机存取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光谱医学成像装置，包括：多个照明器件，其布置成照明目标组织，所述多个照明器件包括近红外照明器件和可见光照明器件，所述近红外照明器件配置成发射不同近红外波长带的光，所述可见光照明器件配置成发射可见光，以照明所述目标组织；物镜；近红外图像传感器，其定位成捕获从所述目标组织反射穿过所述物镜的近红外光的图像帧；可见光图像传感器，其定位成捕获从所述目标组织反射穿过所述物镜的可见光的图像帧；激光定位阵列，包括：第一定位激光器，其定位在距所述物镜的光轴的第一偏移距离处，并相对于所述光轴以第一角度对准，以将第一定位激光斑点发射在所述目标组织上方的皮肤表面上；以及第二定位激光器，其定位在距所述物镜的所述光轴的第二偏移距离处，并相对于所述光轴以第二角度对准，以将第二定位激光斑点发射在所述皮肤表面上；其中选择所述第一和第二偏移距离和角度，以使当所述目标组织是距所述物镜的目标距离时所述第一定位激光斑点和所述第二定位激光斑点在所述光轴处重合；处理器，其连接到所述近红外图像传感器、所述可见光图像传感器和所述多个照明器件，所述处理器配置成调节所述多个照明器件的近红外光输出以照明所述目标组织，所述处理器进一步配置成从由所述近红外图像传感器捕获的图像帧确定反射率强度，并利用所述反射率强度产生所述目标组织的组织动态氧饱和度图谱；以及输出装置，其连接到所述处理器，用于显示所述组织动态氧饱和度图谱。...

【技术特征摘要】
2014.07.25 US 14/341,1031.一种多光谱医学成像装置，包括：多个照明器件，其布置成照明目标组织，所述多个照明器件包括近红外照明器件和可见光照明器件，所述近红外照明器件配置成发射不同近红外波长带的光，所述可见光照明器件配置成发射可见光，以照明所述目标组织；物镜；近红外图像传感器，其定位成捕获从所述目标组织反射穿过所述物镜的近红外光的图像帧；可见光图像传感器，其定位成捕获从所述目标组织反射穿过所述物镜的可见光的图像帧；激光定位阵列，包括：第一定位激光器，其定位在距所述物镜的光轴的第一偏移距离处，并相对于所述光轴以第一角度对准，以将第一定位激光斑点发射在所述目标组织上方的皮肤表面上；以及第二定位激光器，其定位在距所述物镜的所述光轴的第二偏移距离处，并相对于所述光轴以第二角度对准，以将第二定位激光斑点发射在所述皮肤表面上；其中选择所述第一和第二偏移距离和角度，以使当所述目标组织是距所述物镜的目标距离时所述第一定位激光斑点和所述第二定位激光斑点在所述光轴处重合；处理器，其连接到所述近红外图像传感器、所述可见光图像传感器和所述多个照明器件，所述处理器配置成调节所述多个照明器件的近红外光输出以照明所述目标组织，所述处理器进一步配置成从由所述近红外图像传感器捕获的图像帧确定反射率强度，并利用所述反射率强度产生所述目标组织的组织动态氧饱和度图谱；以及输出装置，其连接到所述处理器，用于显示所述组织动态氧饱和度图谱。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二角度位于不同的平面，每个平面包括所述光轴，并且所述第一和第二偏移距离和角度配置成当从所述物镜到所述目标组织的距离大于所述目标距离时将所述第一和第二定位激光斑点定位在所述物镜的所述光轴的一侧，以及当从所述物镜到所述目标组织的距离小于所述目标距离时将所述第一和第二定位激光斑点定位在所述光轴的相反侧。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一和第二定位激光器定位成在以所述物镜的所述光轴为中心的圆上相距大约90度。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二定位激光斑点包括可见光激光斑点，所述可见光图像传感器配置成捕获从所述目标组织反射穿过所述物镜的所述第一和第二定位激光斑点，并且所述处理器配置成输出所述第一和第二定位激光斑点的位置的指示。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述指示包括在所述输出装置处显示的视觉指示。...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·瓦桑，S·泽雷玛穆达巴迪，R·B·瓦格纳，D·布雷斯特，R·阿麦拉德，
申请(专利权)人：美国科视数字系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US