專利名稱：檢測及表征生物組織的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測、定位及表征生物組織的密度、結(jié)構(gòu)或化學(xué)組成的差異的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已提出多種利用含有內(nèi)生的發(fā)色團(tuán)的組織的自體熒光(auto-fluorescence)或者由施加的染料或者外生的發(fā)色團(tuán)產(chǎn)生的熒光，來檢測或表明生理源(physiological origin)或組織源(histological origin)的組織差異的方法，無論其是否是病理的。
基于發(fā)色團(tuán)含量隨著被測區(qū)是健康的還是受損的而不同的原理，能夠獲得活體組織的熒光實(shí)時映射。
這種方法已被用于直接觀測硬組織(例如牙釉質(zhì))、軟組織(例如皮膚或者口腔粘膜)上的衰變(decay)損傷，或者經(jīng)由內(nèi)窺鏡檢查路線觀測胸內(nèi)腔或者胃內(nèi)腔粘膜。
還提出多種利用波長確定的單色光來照射組織，以使該單色光通過在不同波長發(fā)光來反饋輻射，以檢測和表征組織差異的方法。
根據(jù)這種原理，例如，利用在這兩個特定波長處的相應(yīng)測量比較牙齒的健康區(qū)和衰變區(qū)的發(fā)光強(qiáng)度，尤其是利用數(shù)學(xué)運(yùn)算來計算這兩個發(fā)光強(qiáng)度之間的差異，根據(jù)獲得的值，能夠確定衰變的出現(xiàn)，或者表征組織差異或表面退化。
這種方法還用于動物模型中胰腺發(fā)炎處理的活體檢測，其中通過比較藍(lán)色與紅色之間的光譜和強(qiáng)度比，可獲得健康組織和受損組織之間的重要組織區(qū)別。
在文獻(xiàn)資料中可發(fā)現(xiàn)其他應(yīng)用，尤其是氣管-支氣管結(jié)構(gòu)的癌的活體檢測，當(dāng)組織從發(fā)育異常狀態(tài)變?yōu)榘顟B(tài)時，支氣管的自體熒光改變。在這種情況下，可發(fā)現(xiàn)損傷會導(dǎo)致500nm附近的綠色熒光減少，而600nm附近的紅光波段增加。
同一原理也用于眼科學(xué)，以評估晶狀體的透明度，因為晶狀體的光氧化蛋白質(zhì)能夠通過熒光來表明。
這些應(yīng)用借助于使用傳統(tǒng)的具有光譜分離濾光器的光學(xué)裝置的設(shè)備。
這些濾光器的缺點(diǎn)是需要笨重且易碎的成本很高的設(shè)備。光強(qiáng)度必須很高，這會引起寄生熒光發(fā)射，而使信噪比下降，并屏蔽掉相關(guān)信號的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種可以確保檢測、定位及表征生物組織的結(jié)構(gòu)或其他差異的方法及設(shè)備，這種設(shè)備設(shè)計簡單、成本低廉、易于使用以及能夠消除與各種未知因素相關(guān)的不同假相，這些未知因素可能作用于組織表面并干擾測量。
因此，本發(fā)明的保護(hù)主題是一種檢測和定位生物組織的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的方法，以第一確定頻段的光持續(xù)照射該生物組織，該頻段能夠使該生物組織產(chǎn)生熒光現(xiàn)象、自體熒光現(xiàn)象或者以第二頻段發(fā)光的現(xiàn)象，該方法的特征在于包括以下步驟使用彩色視頻裝置采集以上述方式照射的生物組織的圖像，該彩色視頻裝置設(shè)置有圖像傳感器，該圖像傳感器具有像素嵌合體，其中像素設(shè)置有補(bǔ)色濾光器。
對于所獲得的圖像的每個點(diǎn)a)收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)生物組織的圖像，b)放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示生物組織的所述差異。
根據(jù)本發(fā)明，可處理所收集的第二頻段內(nèi)數(shù)據(jù)，以使用不同于與第二頻段自然對應(yīng)的顏色的顏色來表征所獲得的結(jié)構(gòu)差異。
本發(fā)明的另一保護(hù)主題是一種檢測和定位生物組織的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的設(shè)備，其特征在于包括照射裝置，能夠以第一確定頻段內(nèi)的光持續(xù)照射生物組織，以使該生物組織產(chǎn)生第二頻段內(nèi)的熒光現(xiàn)象，彩色視頻裝置，設(shè)置有圖像傳感器，該圖像傳感器具有像素嵌合體，其中像素設(shè)置有補(bǔ)色濾光器，采集及計算裝置，對于所獲得圖像的每一點(diǎn)，能夠收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)生物組織的圖像，放大裝置，放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示生物組織的所述差異。
該設(shè)備還可包括處理裝置，該處理裝置處理所收集的在第二頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)，以使用不同于與第二頻段自然對應(yīng)的顏色的顏色來表征所獲得的結(jié)構(gòu)差異。
本發(fā)明的另一保護(hù)主題是一種檢測和定位生物組織的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的方法，以第一確定頻段的光持續(xù)照射該生物組織，該頻段能夠使該生物組織產(chǎn)生熒光現(xiàn)象、自體熒光現(xiàn)象或者以第二頻段發(fā)光的現(xiàn)象，其特征在于包括以下步驟使用圖像采集裝置采集以上述方式照射的生物組織的圖像，該圖像采集裝置包括單色圖像傳感器即亮度傳感器；以及至少一個設(shè)置有濾光器的傳感器，該濾光器的顏色與希望表明差異的檢測期間所發(fā)出的熒光的顏色相對應(yīng)，對于所獲得的圖像的每個點(diǎn)a)收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)生物組織的圖像，b)放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示生物組織的所述差異。
本發(fā)明的又一保護(hù)主題是一種檢測和定位生物組織的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的設(shè)備，其特征在于照射裝置，能夠以確定的第一頻段內(nèi)的光持續(xù)照射生物組織(7)，以使該生物組織產(chǎn)生第二頻段內(nèi)的熒光現(xiàn)象，圖像采集裝置，包括單色圖像傳感器即亮度傳感器；以及至少一個設(shè)置有濾光器的傳感器，該濾光器的顏色與在待測差異的檢測期間發(fā)出的熒光的顏色相對應(yīng)，采集及計算裝置，對于所獲得圖像的每一點(diǎn)，能夠收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)該生物組織的圖像，放大裝置，放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示該生物組織的所述差異。
與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備不同，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其不必借助于單色光源，這使得其首先能夠使用由光源供應(yīng)的大部分能量，而后能夠使用處于可見光范圍內(nèi)的輻射波段，提供被測組織的圖像(在牙科中，是牙齒圖像，或在其他領(lǐng)域中，是粘膜、皮膚、眼睛等的圖像)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，例如關(guān)于觀測硬組織(例如牙釉質(zhì))的情況，其中第二頻段集中于一種原色(在本例中為紅色)，彩色視頻設(shè)備的CCD傳感器設(shè)置在具有濾光器的每個像素處，所述濾光器的顏色優(yōu)選為補(bǔ)色，也就是黃色、品紅色及青色。使用補(bǔ)色濾光器的益處是，首先，這些濾光器的反應(yīng)范圍大于原色濾光器的反應(yīng)范圍，因此這些傳感器的靈敏度也大于原色傳感器的靈敏度；其次可以作用于兩個信號，即與每個補(bǔ)色相關(guān)的原色信號，而不是僅能夠作用于單個信號，即與原色相關(guān)的信號，因此能夠確保更好地管理所用的濾光。


下面參照附圖描述本發(fā)明的一個實(shí)施例，其為非限制性示例，在附圖中圖1為本發(fā)明的檢測、定位及表征生物組織的結(jié)構(gòu)差異的設(shè)備的示意圖。
圖2為顯示波長范圍的示意圖，本發(fā)明在牙科領(lǐng)域的臨床應(yīng)用會借助該波長范圍。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的本發(fā)明的設(shè)備包括由電流發(fā)生器3供電的氙燈1。由氙燈1提供的非單色光在離開氙燈后被濾光器4濾光，濾光器4能夠保持從紫外光延伸到可見光附近的輻射波段。這些光輻射通過波導(dǎo)管5并持續(xù)照射生物組織，在此為患者的牙齒7。波導(dǎo)管5被以軸線xx’為中心的縱向管路(channel)穿過，彩色攝影機(jī)11能夠通過該管路拍攝牙齒7。
攝影機(jī)11連接到信號處理裝置13，所述信號處理裝置連接到視頻顯示設(shè)備15。
在本實(shí)施例中，濾光器4允許集中于370nm附近的波段通過，并且如圖2所示，此頻段的一部分包括處于可見光范圍內(nèi)的部分A。
眾所周知，在這種光照的作用下，牙齒的礦物組成，也就是牙釉質(zhì)產(chǎn)生處于綠光和藍(lán)光范圍內(nèi)的熒光輻射。
此外，由于牙齒衰變而部分變質(zhì)的牙釉質(zhì)部分發(fā)射650nm范圍內(nèi)的熒光輻射，即紅光輻射。
根據(jù)本發(fā)明，利用彩色攝影機(jī)11記錄圖像，該圖像為幾個光譜波段的產(chǎn)物，即由照射光譜的可見光部分照射牙齒獲得的牙齒圖像，由照射光譜的紫外光照射牙釉質(zhì)產(chǎn)生的熒光獲得的牙齒圖像，由于衰變，牙釉質(zhì)的變質(zhì)區(qū)發(fā)出的熒光圖像(在紅光范圍內(nèi)，即650nm附近)。
根據(jù)本發(fā)明，放大由牙齒的變質(zhì)部分產(chǎn)生的在紅光(650nm附近)范圍內(nèi)的熒光信號。因此，CCD傳感器的像素優(yōu)選裝配有補(bǔ)色(即黃色、品紅色及青色)濾光器，并將綠色濾光器添加到所述補(bǔ)色濾光器。在這些條件下，可以理解，例如設(shè)置有黃色濾光器的像素如果接收光能，則允許紅色光線和綠色光線通過。一旦這個像素接收光能，則需要確定這束光是否為必須進(jìn)行放大的紅色輻射；或者反之，確定這束光是否為不必進(jìn)行放大的綠色輻射。因此，考慮具有綠色濾光器的相鄰像素，并且如果其飽和，則意味著輻射全部為綠色的，因此對于這一像素沒有需放大的紅色輻射。在相反的情況下，其為導(dǎo)致需放大的紅色輻射。
對于CCD傳感器的所有像素，逐個地持續(xù)地進(jìn)行處理。這種操作模式將轉(zhuǎn)化為視頻監(jiān)控器15上的顯示，首先是牙齒的圖像(如上所述，該圖像首先從可見光范圍內(nèi)的照射獲得，其次從牙釉質(zhì)產(chǎn)生的在藍(lán)色/綠色波長范圍內(nèi)的熒光獲得)，其次是紅色圖像，其上疊加了檢測到的衰變。
根據(jù)本發(fā)明，顯然如果需要，可以將檢測到的紅色輻射隨后再轉(zhuǎn)化成任何其他更適當(dāng)顏色的顯示輻射。
對于本發(fā)明，為了便于檢測牙齒的變質(zhì)區(qū)，也可以不顯示其他參數(shù)例如為牙垢、牙斑、先前治療的填充物、或任何其他生物組成(element)引起的近似顏色的寄生熒光，以有助于所需的診斷。
根據(jù)實(shí)驗可以確定，通過將輻射添加到處于400nm級波長范圍內(nèi)的照射光譜，轉(zhuǎn)移寄生熒光的熒光帶，修改產(chǎn)生的熒光光譜。
通過改變發(fā)射光譜，顯然能夠消除寄生熒光的其他現(xiàn)象，寄生熒光在牙釉質(zhì)上存在牙垢或者牙斑時可能會產(chǎn)生并可能干擾測量。
根據(jù)本發(fā)明，也可以借助單色圖像傳感器，尤其是CCD型。因此，圖像采集設(shè)備包括首先是第一亮度傳感器，其次是具有濾光器的傳感器，該濾光器的顏色與待測差異的檢測期間所發(fā)出的熒光的顏色相對應(yīng)。例如，為了檢測齲齒，該濾光器的顏色是允許650nm的輻射通過，并且當(dāng)檢測發(fā)育異?；蛘甙┙M織時，該濾光器的顏色是允許500nm的輻射通過。顯然，在這種情況下，本發(fā)明的設(shè)備僅能夠檢測單一類型的異常。因此，很明顯，能夠設(shè)置其他配有其他濾光器的單色傳感器，每加一個可增加一個附加應(yīng)用。
在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，攝影機(jī)11可設(shè)置有這樣的裝置，即能夠使攝影機(jī)在被測區(qū)的熒光檢測模式下或者可視模式下運(yùn)行，以產(chǎn)生傳統(tǒng)的視頻圖像。因此，透鏡必須裝配有與所發(fā)射的光的衰減相應(yīng)的濾光器。攝影機(jī)的機(jī)頭(hand-piece)可設(shè)置開關(guān)，該開關(guān)允許在熒光模式下使用專用濾光器或者停用專用濾光器，以進(jìn)行傳統(tǒng)視頻成像。在熒光模式中，也可以在透鏡前方設(shè)置彩色濾光器，以提高對比度。
盡管就主要在牙科領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要描述了本發(fā)明的實(shí)施，然而本發(fā)明也可以應(yīng)用于例如支氣管粘膜等組織變質(zhì)的檢測和定位，其中，支氣管粘膜的綠光(500nm附近)范圍內(nèi)的自體熒光減少，而600nm附近的紅光范圍內(nèi)的自體熒光增加。
同樣，可以借助于除CCD傳感器之外的其他傳感器，尤其是CMOS傳感器。
此外，可以檢測和定位組織損傷，例如胰腺損傷，當(dāng)以集中于波長400nm輻射的頻段照射時，所述胰腺損傷的紅色熒光(630nm)會顯著增加。
權(quán)利要求
1.一種檢測和定位生物組織(7)的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的方法，以第一確定頻段內(nèi)的光持續(xù)照射該生物組織，該頻段能夠使該生物組織產(chǎn)生熒光現(xiàn)象、自體熒光現(xiàn)象或者以第二頻段發(fā)光的現(xiàn)象，其特征在于包括以下步驟使用彩色視頻裝置采集以上述方式照射的生物組織的圖像，該彩色視頻裝置設(shè)置有圖像傳感器，該圖像傳感器具有像素嵌合體，其中像素設(shè)置有補(bǔ)色濾光器，對于所獲得的圖像的每個點(diǎn)a)收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)生物組織(7)的圖像，b)放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示生物組織(7)的所述差異。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理所收集的第二頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)，以使用不同于第二頻段自然對應(yīng)的顏色的顏色來表征所獲得的結(jié)構(gòu)差異。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于將輻射添加到能改變熒光光譜的照射光譜的頻段上，以轉(zhuǎn)移寄生熒光的熒光波段。
4.一種檢測和定位生物組織(7)的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的設(shè)備，其特征在于包括照射裝置(1)，能夠以第一確定頻段內(nèi)的光持續(xù)照射生物組織(7)，以使該生物組織產(chǎn)生第二頻段內(nèi)的熒光的現(xiàn)象，彩色視頻裝置(11)，設(shè)置有圖像傳感器，該圖像傳感器具有像素嵌合體，其中像素設(shè)置有補(bǔ)色濾光器，采集及計算裝置，對于所獲得的圖像的每一點(diǎn)，收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)生物組織(7)的圖像，放大裝置，放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示生物組織的所述差異。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于包括處理裝置(13)，該處理裝置處理所收集的第二頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)，以使用不同于第二頻段自然對應(yīng)的顏色的顏色來表征所獲得的結(jié)構(gòu)差異。
6.一種檢測和定位生物組織的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的方法，以第一確定頻段內(nèi)的光持續(xù)照射該生物組織，該頻段能夠使該生物組織產(chǎn)生熒光現(xiàn)象、自體熒光現(xiàn)象或者以第二頻段發(fā)光的現(xiàn)象，其特征在于包括以下步驟使用圖像采集裝置采集以上述方式照射的生物組織的圖像，該圖像采集裝置包括單色圖像傳感器即亮度傳感器；以及至少一個設(shè)置有濾光器的傳感器，該濾光器的顏色與待測差異的檢測期間所發(fā)出的熒光的顏色相對應(yīng)，對于所獲得的圖像的每個點(diǎn)a)收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)生物組織的圖像，b)放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示生物組織的所述差異。
7.一種檢測和定位生物組織的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的設(shè)備，其特征在于照射裝置(1)，能夠以第一確定頻段內(nèi)的光持續(xù)照射生物組織(7)，以使該生物組織產(chǎn)生第二頻段內(nèi)的熒光現(xiàn)象，圖像采集裝置，包括單色圖像傳感器即亮度傳感器；以及至少一個設(shè)置有濾光器的傳感器，該濾光器的顏色與在待測差異的檢測期間發(fā)出的熒光的顏色相對應(yīng)，采集及計算裝置，對于所獲得圖像的每一點(diǎn)，收集與每個像素接收的能量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以重構(gòu)該生物組織的圖像，放大裝置，放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以在所獲得的圖像上表征或顯示該生物組織的所述差異。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測和定位生物組織(7)的密度和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成的差異的方法，以第一確定頻段的光持續(xù)照射該生物組織，該頻段能夠使該生物組織產(chǎn)生熒光現(xiàn)象、自體熒光現(xiàn)象或者以第二頻段發(fā)光的現(xiàn)象。所述方法的特征在于包括以下步驟通過設(shè)置有圖像傳感器且像素嵌合體設(shè)置有補(bǔ)色濾光器的彩色視頻裝置，視頻地采集以上述方式照射的生物組織，對于由此獲得的圖像的每個點(diǎn)1)收集與每個像素接收的能量相關(guān)的信息，以重構(gòu)生物組織(7)的圖像，b)放大與第二頻段內(nèi)接收的能量相應(yīng)的信號，以表征生物組織(7)的差異或使由此獲得的圖像出現(xiàn)。
文檔編號H04N5/14GK1829470SQ200480021717
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
發(fā)明者阿蘭·馬聚爾, 弗朗西斯·迪耶拉 申請人:索普洛股份公司