[发明专利]缺光环境中的荧光成像

说明书

本发明公开了一种用于在缺光环境中使用的内窥镜成像系统，所述内窥镜成像系统包括成像装置，所述成像装置具有管、一个或多个图像传感器和透镜组件，所述透镜组件包括对应于所述一个或多个图像传感器的至少一个光学元件。所述内窥镜系统包括显示器和图像信号处理控制器，所述显示器用于为用户提供可视化场景。所述内窥镜系统包括光引擎，所述光引擎具有照明源和内腔，所述照明源生成一个或多个电磁辐射脉冲，所述内腔将一个或多个电磁辐射脉冲传输到内窥镜的远侧末端。

背景技术

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。内窥镜可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，包括例如胃肠道、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。

内窥镜也已用于非医学领域中，以用于观察和检测可能无法触及或难以看到的空间。例如，规划师或建筑师可使用内窥镜来可视化所提议的建筑物或城市的标度模型。内窥镜可用于可视化复杂系统诸如计算机的内部空间。执法人员或军事人员甚至可以使用内窥镜在狭窄空间中进行监视或检查爆炸性装置。

在内窥镜的各种用途中，观察色彩空间可能是有利的。对于图像的每个像素，数字彩色图像可包括至少三个层或“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、绿色和蓝色光谱带的颜色通道(这可称为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。可将单独的红色、绿色和蓝色层的亮度信息组合以生成数字彩色图像。因为彩色图像由单独层构成，所以数字相机图像传感器通常包括滤色器阵列，该滤色器阵列允许红色、绿色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。

在内窥镜成像用于医学诊断或医学规程的情况下，通过彩色图像观察体腔可能是有利的或甚至是必要的。例如，如果内窥镜用于观察身体的腹腔，彩色图像可以提供有价值的信息，以帮助识别腹部内的不同器官或组织，或者识别空间内的某些病症或疾病。如上所讨论，能够捕获彩色图像的数字相机可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、绿色和蓝色层。该至少三种不同类型的像素传感器可消耗相对显著的物理空间(当与颜色不定像素阵列相比时)，使得完整像素阵列不能配合在插入体内的内窥镜的小远侧端部上。因为彩色数字相机可包括该至少三种不同类型的像素传感器，所以总像素阵列(即，图像传感器)通常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。对于此类内窥镜，光沿着内窥镜的长度从手持件单元传输到放置在体腔内的内窥镜的远侧端部。该内窥镜配置具有显著限制。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。这可显著降低由内窥镜生成的图像的质量，并且内窥镜需要频繁修理或更换。

在一些情况下，特别是在医学成像或医学规程的情况下，看到不只是彩色图像可能是有利的。彩色图像反映人眼在观察环境时检测到的内容。然而，人眼仅限于观察可见光，并且无法检测到电磁光谱的其它波长。在超过“可见光”波长的电磁光谱的其它波长下，可获得关于环境的附加信息。一种探测关于环境中超出人眼所能探测的附加信息的方法是使用荧光试剂。在出于医学目的进行成像的情况下，荧光试剂可提供体腔的独特视图，该视图突出显示人眼或计算机程序无法在RGB图像中检测到的某些组织、结构或病症。

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它波长的电磁辐射时，某些荧光物质可“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。