本发明专利技术公开了用于在缺光环境中进行荧光、超光谱和/或激光扫描的系统、方法和装置。系统包括发射器和图像传感器，发射器用于发射电磁辐射脉冲，图像传感器包括用于感测反射的电磁辐射的像素阵列。该系统包括控制器，该控制器包括与图像传感器和发射器电通信的处理器，其中控制器在图像传感器的消隐周期期间同步电磁辐射脉冲的定时。该系统使得由发射器发射的电磁辐射脉冲的至少一部分包括电磁辐射红色波长、电磁辐射绿色波长和电磁辐射蓝色波长，并且还包括以下中的一者或多者：具有从约513nm至约545nm的波长的电磁辐射；具有从约565nm至约585nm的波长的电磁辐射；具有从约900nm至约1000nm的波长的电磁辐射；引起试剂发荧光的电磁辐射激发波长；或激光扫描图案。或激光扫描图案。或激光扫描图案。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在缺光环境中利用拓扑激光扫描进行超光谱和荧光成像
[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超光谱、荧光和激光扫描成像。
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)。红色通道、绿色通道和蓝色通道中的每个通道包括红色光谱带、绿色光谱带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(CFA)，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波长、绿色波长或蓝色波长敏感，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。
[0004]在内窥镜成像用于医学诊断或医学规程的情况下，利用彩色图像观察体腔可能是必要的。然而，如上所讨论，能够捕获彩色图像的传统图像传感器具有至少三种不同类型的像素传感器以单独捕获彩色图像的红色层、绿色层和蓝色层。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。
[0005]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。
[0006]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数据、超光谱数据和/或激光扫描数据来捕获图像。荧光成像捕获已吸收电磁辐射并在其发射弛豫波长时“发光”的物质发射的光。超光谱成像可用于识别不同的材料、生物过程和化学过程。激光扫描成像可捕获对象和全景的表面形状并测量场景内对象之间的距离。在一些具体实施中，可能有利的是结合观察场景使用荧光成像、超光谱成像和/或激光扫描成像中的一者或多者。
[0007]然而，本领域已知的荧光技术、超光谱技术和激光扫描技术的应用通常需要高度
专业化的设备，该设备对于多个应用可能是不可用的。此外，此类技术提供了有限的环境视图，并且通常必须与多个单独系统和多个单独图像传感器结合使用，该多个单独系统和该多个单独图像传感器被制成对特定电磁辐射频带敏感。因此，期望开发一种成像系统，该成像系统可用于空间受限的环境中以生成荧光成像数据、超光谱成像数据和/或激光扫描成像数据。
[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、超光谱成像和激光扫描成像的系统、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激光扫描数据的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]图24是包括用于生成荧光曝光帧的单个截止滤光器的成本文档来自技高网...
【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电磁辐射红色波长、电磁辐射绿色波长和电磁辐射蓝色波长，并且还包括以下中的一者或多者：具有从约513nm至约545nm的波长的电磁辐射；具有从约565nm至约585nm的波长的电磁辐射；具有从约900nm至约1000nm的波长的电磁辐射；引起试剂发荧光的电磁辐射激发波长；或者激光扫描图案。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器以持续时间和频率脉冲所述激光扫描图案，使得所述激光扫描图案对于所述系统的用户不可见。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，还包括防止所述电磁辐射激发波长被所述图像传感器感测到的滤光器。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电磁辐射脉冲产生由所述图像传感器生成的曝光帧，其中所述系统还包括用于将两个或更多个曝光帧显示为叠层图像的显示器。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，并且其中脉冲所述激发波长导致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...
【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：
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