可提供圖像的用於組織光譜診斷的裝置的製作方法
2023-05-10 10:52:21 3
專利名稱：可提供圖像的用於組織光譜診斷的裝置的製作方法
背景技術：
本發明涉及一種可提供圖像用於對組織進行光譜診斷的裝置，其中所採用的診斷方式可選自下述三種診斷模式，也可結合使用下述三種診斷模式模式A用於提供圖像的白光診斷；模式B用於提供圖像的螢光診斷；模式C用於螢光光譜診斷。所述診斷設備包括有一照明裝置，該照明裝置所產生的光作為光束經一光束通道而被耦合到與內窺鏡相連的光纖中。
公知的診斷設備需要用於大面積可提供圖像的白光檢查(A模式)、用於大面積可提供圖像的螢光診斷(B模式)及用於點螢光光譜診斷也就是用於對最小組織區域進行螢光光譜檢查(C模式)。光譜檢查同時還涉及之前已利用可提供圖像的螢光診斷或可提供圖像的白光診斷確定為可疑組織區域所進行的光譜檢查。
對於檢查醫生而言，他們最希望可首先實施常規大面積白光診斷(在本發明中指首先實施A診斷模式)以便於可先在白光下獲得對待檢組織的總體印象即進行前期診斷。這種前期檢查可在白光下實施且可觀察並搜索到紅腫發炎、惡性或早期惡性組織。同時檢查受到大面積觀察組織的影響。對此就必須確保檢查目標的區域角度也就必須確保照明角度足夠大。
然而利用傳統的白光診斷無法從良性組織中區分出早期惡性組織，也就是由於無法檢查出早期惡性組織。白光診斷對此的敏感度不夠，因此也就無法實施拯救生命或至少有意義地延長生命的治療。
所公知的可提供圖像的螢光診斷(在本發明中指B模式)具有極大的優點。在可提供圖像的螢光診斷中，醫生通過採用合適的等同於白光診斷中情況的待查目標區域角度及照明角度就可觀察到大面積組織，而且利用良性組織與(早期)惡性組織之間所存在的強度差及色差醫生的注意力就可很快被吸引到可疑組織處。
大家都知道可提供圖像的螢光診斷對癌症早期識別的敏感度遠遠高於白光診斷對其的敏感度。然而現有的螢光診斷仍存在有不足之處。例如在自體螢光診斷方法，是通過觀察螢光強度的下降及顏色移向紅色光譜區域來識別(早期)惡性病灶的，而所述螢光強度下降及顏色移向紅色光譜區域的情況是很難被觀察到的或者有時甚至根據無法觀察到，這是由於螢光在健康組織的背景下會被極大地衰減掉。可疑組織中會呈現出暗色，在此條件下很難辨認出其具體顏色。增加亮度只會產生如下效果周圍健康組織處於過發射狀態因此會引起顏色的改變，但是仍然無法觀察到小的可疑區域。
因此僅根據表面結構所發生的改變(例如形態結構複雜的組織也會成為「光陷井」從而使健康組織區域也呈現出暗色，同樣也會使在此情況的螢光弱於具有正常形態結構的健康組織情況下的螢光)是很難或根本無法從健康組織中識別出病灶的。
對組織進行診斷的不確定性使得必須進行採樣以便於檢查出所有潛在的早期惡性或惡性源，然而正因如此假陽性增多也就是說特異性降低了。由於需要化費更多的時間及可能出現的另外的假性診斷就會使得實際花費的檢查時間及檢查費用明顯增加。
螢光光譜(在本發明中指C模式)的記錄及表示方法可使該模式給出更詳細的信息，該模式中是通過分析評價可疑組織所發射螢光的光譜成份來進行診斷的，而在前述的可提供圖像的螢光診斷模式中，只能給出螢光強度變化信息及由觀察者眼睛所觀察到的作為光譜成份合成總和的整體顏色信息(考慮到眼睛的光譜敏感曲線)，有關此方面的詳細描述可參見第DE19612536A號專利。
所謂的光學活組織檢查是指採用點螢光光譜檢查方法而並沒有進行以酶學方法來檢測的真正的活體採樣，由此可對組織進行比單純採用大面積提供圖像螢光診斷方法更準確更先進的診斷。
因此採用所述前期預選擇就使得更少的組織區域需要進行活組織檢查且將其結果提供給病理學家。可由醫生自己或與光譜計相連的計算機來進行螢光光譜分析及對所觀察到的點狀小組織區域進行診斷也就是進行光譜曲線的分析，進行光譜曲線分析時將所發射螢光光譜的某些點與之前所記錄及存儲的待查患者的健康組織的相應點進行比較。採用這種活組織檢查在某種程度上可以更好更準確地識別出早期惡性或惡性組織與周圍健康組織之間的邊緣區域。
下面將描述一下關於螢光光譜診斷方法應注意的事項。所產生用於分析診斷的監測儀上所顯示的光譜是由光譜計所檢測的整體(表面)區域的平均結果。給光譜計傳輸螢光信號的組織區域的大小主要由以下兩個因素決定一方面受螢光激勵光束的影響，其中所述螢光激勵光束的口徑極值會受到激勵光纖(光纖束)光口的限止，這樣就可省略掉其他的光學元件，同時還受到來自光源的光束進入光纖(光纖束)時的耦合尺寸的影響；而且另一方面還受到檢測光纖(光纖束)的光口或所接入的限徑器件的影響。
如果在搜索癌變區域時本地解析度儘可能大，也就是說如果能識別出儘可能小的病變區而不會將病變區淹沒在其周圍健康組織之中，那麼受螢光激勵的待查區域就可以儘可能地小。否則當受激勵組織區域及待檢組織區域比可疑區域大很多時，就會出現這樣的情況待分析光譜曲線主要是由病灶組織周圍的健康組織所決定的，由此光譜成份包含有較大的組織區域信息及用於產生光譜曲線的螢光信息。這樣病灶組織的螢光信息就被淹沒在了周圍健康組織的螢光信息之中了，也就無法識別出病灶位置了。
在光譜自體螢光診斷(C模式)方法中要考慮到所有上述各方面情況，健康組織的螢光強度要遠遠大於惡性組織的螢光強度。只有對於藥物誘發的螢光可以少考慮這種不利情況，這是由於在理想情況下只對早期惡性或惡性組織處施用螢光藥物，因此病灶周圍的健康組織只發射出相對微弱螢光或根本不發射螢光。在藥物誘發螢光的情況下，診斷會變得更準確，例如所檢測到的反射回激勵光的對比度會增強。
總之這就意味著對於傳統的白光診斷及可提供圖像的螢光診斷而言，人們希望獲得遠端大的照明或激勵光束及同等程度大的圖像通道目標區域角。對於點螢光光譜法(C模式)，內窺鏡遠端的激勵光束或檢測光纖的光口或另外連接到光譜計上的口徑可調器件都必須足夠小以適應於所期望的高解析度。
如果對於檢查醫生而言發射通向光譜計的螢光信號的組織區域也是可見的，這其中自體螢光與藥物誘發螢光之間的對比就起到重要作用，那麼只需一對應於組織區域的小激勵光點即可，例如可使其顏色與經傳統白光照明的周圍組織區別開來。例如在可疑組織上採用「藍激勵點」來作為激勵光點就可使可疑組織與經白光照明的周圍組織區別開來。這樣醫生就可由此確認被白光照明的組織區域或一部分組織區域的情況。
在第DE19618963C2號專利中公開了一種可實施所提到的三種診斷方法的系統。傳統的白光檢查(A模式)及可提供圖像的螢光診斷(B模式)均受到設備構造的影響。為了能夠進一步實施點式螢光光譜(C模式)，在DE19618963C3號專利中公開了一種設計用來與內窺鏡相連接的輔助裝置。所述輔助裝置包括一分光器，所述分光器用於確保將不多於來自內窺鏡圖像導向裝置的總光量的光引導到觀察者眼睛或所連接的攝影機中，但為了將光導入光譜計中還需要將其中一部分光耦合出去。
上述步驟具有以下缺點連接到內窺鏡上的輔助裝置會增大診斷儀器的重量及其幾何尺寸，由此就會影響儀器的易操作性。所以要想儘可能地提高儀器的易操作性，就必須將連接在內窺鏡上的器件移開。
在公知技術中還存在有以下問題對於自體螢光診斷而言，自體螢光的低強度通常會引發問題，如果省略掉笨重的圖像增強器，就需要結合使用幾個視頻器。這又會導致重建圖像質量的下降，這種圖像質量的降低在還原圖像重複率方面表現突出。對於前述裝置而言，為了將光成份導入光譜計還需要對自體螢光進行進一步的去耦。直接觀察或通過攝影機通道會使自體螢光的低數量情況更加惡化，也就是說可提供圖像的螢光診斷方法所提供的圖像質量還不如由圖像合成所獲得的質量不高圖像的質量。
對於第DE19618963C2號專利中所述輔助裝置而言，其中所謂中央光譜檢測區域的直徑也就是發射引導到光譜計中螢光的組織區域的直徑一方面是由輔助裝置中透鏡的焦距所確定，另一方面是由連接光纖或光纖束的直徑所確定的，其中所述中央光譜檢測區域是產生光譜的基礎。光譜檢測區域直徑的變化是不會毫無代價地實現的，也不可能在患者檢查過程中實現所述直徑變化，至少不存在頻繁調整的可能性。
按照第DE19618963C2號專利所述，螢光光譜法還會受到可提供圖像的螢光診斷的影響，這是由於確實只有在實施可提供圖像螢光方法期間才能使一部分螢光去耦。可提供圖像螢光診斷所獲得的圖像用於確定螢光光譜位置或光譜位置所在區域。光譜檢測區域位於中央處，也就是處於可提供圖像螢光診斷所獲得圖像的中部。對於自體螢光診斷而言，螢光信號相對較弱，由於採用了攝影機就需要結合使用幾個視頻儀，所以監測器上所獲得的圖像質量絕對無法與白光診斷中所獲得圖像質量相比。因此具有以下優點實施螢光光譜法時是在白光圖像上而不是在可提供圖像的螢光光譜法所獲得的圖像上進行定位。實施點式螢光光譜法時，對於檢查醫生來說可能最好的定位方式就是用常規的質量良好的白光圖像來表示潛在病灶周圍的組織區域。而第DE19618963C2號專利中所公開的設備並非如此。
公知設備的另一個缺點是檢查醫生確實不知道準確的位置，首先是不知道發出用於點式螢光光譜信息的組織位置(直徑)的準確尺寸。儘管理論上由於光學器件的設置而使待查光譜位置處於可見圖像的中央，但是醫生對此並不清楚。而且由於光學錯覺的存在中央位置的確定也是不容易的。光譜分析組織區域尺寸及其直徑的確定也存在同樣問題。正因如此當採用上述措施來改變直徑時，情況將變得更加混亂。
在由U.B.S Prakash，Mayo Foundation，Raven Press Ltd.，New York出版的書名為「bronchoscpoy』一書第15章中還公開了另外一種系統。前述發明中也已實現了利用偽同時(psedeudo-simultaneous)白光診斷進行螢光診斷的設想。為此設置有一個具有環形部分的截光碟及一個螢光激勵濾光器。這就確保了在截光碟旋轉的某段時間內可使用相應的經濾光的光來對組織進行激勵。同時由組織所發射所信號以間歇方式也只能以此方式被引導到螢光監測器。截光碟中的帶通濾光器可確保對由組織返回的激勵光進行過濾以只讓螢光通過。在截光碟旋轉的另外時間段內會受到在未經過濾的照明光(白光)條件下對組織進行照明及觀察的影響，也就是說在照明光束通道中沒有設置螢光激勵濾光器。螢光檢測器的輸入會被截光碟所阻斷而沒有光到達所述檢測器。截光碟的採用及由此而實現的「時間共享方式」就允許利用在未經過濾照明光(白光)條件下對待查組織進行偽同時觀察來作為對可提供圖像螢光診斷或光譜分析模式的輔助定位或用於確定利用螢光方式進行檢查的待查組織區域範圍。
雖然所述設備不適合於點螢光光譜方法，也就是說將需把信號傳輸給光譜計的組織區域實施光學高亮，而將偽同時大面積周圍照明作為輔助定位及用於確定要進行點式光譜檢查的待測組織區域。第DE19618963C2號專利中所述設備還存在有問題，為了使設備更緊湊且易於操作就需只採用一個包含有一光連接器的光發射器，而且還需採用唯一的一根光纖/光纖束來既用於照明又用於螢光激勵。因此螢光激勵光錐及照明光錐具有相同的尺寸。可觀察到大面積組織，儘管這樣還是要實施點式螢光光譜法，另外解析度及待檢組織區域尺寸的設定必須通過檢測光纖/檢測光纖束採用例如第DE19618963C2號專利中所述方式來實現。但是檢查醫生並不能使待檢組織區域的位置及其直徑光學高亮以區別於可疑位置周圍的更大面積組織，也不能用照明光來對待檢組織區域照明，因此待檢組織區域是不可見的。
「bronchoscpoy」一書中所公開的系統採用的是藥物誘發螢光診斷方法，這一診斷方法在前面已提到過，即通過採用合適的處理方式而使待檢組織區域顯示不出來，這是由於在任何情況下採用藥物誘發螢光方式都只能使病灶組織發射螢光。
如權利要求1中所述設備就具有以上所述優點。在各個從屬權利要求中體現出了本發明中所述設備的其他優點。
所述設備包含有兩個照明裝置。第二照明裝置的光束通道在離開所述設備之前與第一照明裝置的光束通道相疊加。接著兩種光束被耦合到與內窺鏡相連接的光纖之中。在第一光束通道之中設置有能夠對來自第一照明裝置的具有相對大口徑的被引導到光纖中去的光束產生影響的器件。在第二光束通道中設置有能夠對來自第二照明裝置的被引導到光纖中去的具有相對小口徑的光束產生影響的器件。
在第一光束通道內設置有可暫時釋放或阻斷第一光束通道中光束的裝置。
將第二通道中的光引導到光纖中會受到至少其中有一塊為半透鏡的平面鏡的設置方式的影響。在半透鏡之後還可設置一光譜計。另外在光譜計之前還可設置這樣的裝置，該裝置可暫時釋放或阻斷由待測組織到光譜計的光束。該裝置也可如此設置以便於它們可同時釋放或阻斷從第二照明裝置到光纖的第二光束通道的光束。
用於臨時釋放或阻斷光束的裝置包括有第一及第二截光碟。每個截光碟均為不透明盤狀物，且在各個截光碟的一確定角度範圍內開設有凹槽。
這兩個可同步被驅動的截光碟上凹槽的角度範圍是彼此互補的以便於使第二截光碟的不透明區域對應於第一截光碟的凹槽區域以及使第二截光碟的凹槽區域對應於第一截光碟的不透明區域。
在第一光束通道的光被耦合到光纖中去的位置處設置了一個擴大光束口徑的器件，因此考慮設置一例如短焦距透鏡等具有相對較強聚集作用的光學元件。也可通過使來自第一光束通道的光束相對於光纖光軸進行傾斜地耦合來達到相同的效果，或者也可結合採用這兩種措施來達到相同的效果。
在第二光束通道的光束耦合到光纖中去的位置處可設置一用於限制光束口徑的器件，例如可在平行第二光束通道中設置具有合適的兩個透鏡焦距之比的望遠鏡和/或一個限制口徑的光瀾來達到限制光束口徑的目的，其中可在第二光束通道中設置一個或多個光學元件或採用設置具有受限尺寸的限徑光瀾來實現所述效果。也可採用以下方式來獲得相同的限制光束直徑的效果第二照明裝置採用可發射小直徑平行光束的光源。
所採用的光纖可以穿過而到達內窺鏡遠端的流體光纖或光纖束或者是穿過而到達內窺鏡遠端的單根光纖，其中所採用的理想光纖是對螢光激勵帶具有高通過率的光纖。
提供經由第二光束通道光束的第二照明裝置最好採用例如二極體雷射源等緻密雷射源，這是由於它們可發射出理想的小直徑平行光束而且其發射範圍正好處於待測組織的螢光激勵帶寬內。除了可採用具有合適發射範圍的二極體或二極體陣列處，也可考慮採用預置成光束光學元件或混合性氣燈或短弧形燈或帶有預置帶通濾光器及成光束器件的白熾燈。
在運行點式螢光光譜的C模式時，點式螢光激勵、螢光檢測及使用白光對可疑病灶周圍的健康組織所進行的照明均會受到分別用於A模式及B模式這兩種模式中的相同光纖的影響。這意味著在實施點式螢光光譜診斷法時無需另外的光纖或光纖束了。內窺鏡的儀器通道永久地處於自由狀態，只需採用一種簡單的方式和方法就可例如採樣及系統的操作產生影響。
只需要內窺鏡具有簡單的構造即可，這是由於特別是採用A及B模式時僅需一根光纖用於照明及激勵、照明或激勵及光譜計檢測。因此內窺鏡具有常規的光學構造已足夠了。該裝置只需具有簡單的構造即可實現本發明的發明目的。
通過調整處於用於螢光光譜的光源或激勵通道也就是第二光束通道中的例如可變光瀾或光瀾板或類似具有不同直徑光瀾的器件，就可改變所謂中央光譜檢測區域直徑也就是發出要引導到光譜計中螢光的組織區域的直徑。
由於可在A、B及C各模式之間進行快速簡單的切換，就可通過首先採用常規白光模式(A模式)或大面積可提供圖像的螢光診斷模式(B模式)之後再快速切換到點式螢光光譜模式的方法來對可疑病灶進行定位。由此通過採用所謂的光學活組織檢查就可利用螢光光譜來對病灶進行更細緻的診斷。
本發明中所述設備只需採用一個光發射器、一個光連接器即一個光纖出口及與光源及內窺鏡相連接的一個光學連接器就可實施所提到的三種診斷模式。
除具有不同的光束口徑外，光束均耦合到用於各種診斷模式的同一光纖中，特別是來自第一光束通道中的用於A模式及C模式中的白光及B模式中的激勵光在其耦合進光纖之處具有較大的光束口徑，來自第二光束通道的用於C模式中點激勵的激勵光在其耦合進光纖之處具有較小的光束口徑，具有較大光束口徑的耦合處鄰近光源一側具有所述的可形成大面積照明或螢光激勵的構造，另一方面具有較小光束口徑的耦合處鄰近光源一側具有所述的可形成小面積或甚至點式照明或螢光激勵的構造。由此在C模式中可為檢查醫生提供大面積的用於病灶定位的白光背景照明(在內窺鏡的照明或激勵口遠端部形成有較大的照明光錐)，在發射被引導到光譜計中去的螢光的組織區域處，在白光上又疊加有一合適的較小的可激勵自體螢光的藍斑(在內窺鏡的照明或激勵口端部形成有較小或較細的激勵光錐)，這樣對使用者而言就可直接看到病灶及被檢光譜區域的直徑大小。
本發明中所述設備還具有結構緊湊的特點。只需唯一一個光發射器就可實施所有三種檢查模式。而且當用於點螢光光譜診斷模式時，所述設備也可在傳統大面積白光圖像上進行檢查。可同時清晰地識別出採用點式光譜所檢查的可疑組織區域的位置及其直徑大小，而且能將其與僅為了改善定位觀察條件而採用白光照明的周圍組織區別開來。使發射出用於生成光譜計曲線的點光譜待查可疑組織區域高亮以形成一極易與不可疑的反射回白色照明光的大面積周圍組織區別開來的藍點。
所有上述內容均可能引起採用點光譜法進行檢查的待查組織區域的直徑改變，而且可以根據可疑位置處尺寸的大小來對光譜檢查範圍的大小進行調整。而且可以直接看到直徑的改變以及待查組織區域大小的改變。
通過對設備進行簡單的操作即可實現各種診斷模式之間的切換。僅需要通過一開關、一按鈕或類似部件即可實現不同診斷模式之間的切換。而且無需重新插入光纖、在內窺鏡上放置輔助裝置或者更換內窺鏡。
內窺鏡5的遠端指向待檢查組織1。可通過一未詳細示出的目鏡19來觀察組織。例如具有相對短的聚集長度的透鏡27等第一光束通道中的光學元件以及通過光纖18和照明或激勵光纖4的進一步的光傳導過程對由第一照明元件2產生經由第一光束通道而到達組織1中的光束均會產生影響，到達組織1的光束需要對一個相對較大的區域20進行照明。這樣檢查醫生利用目鏡19就可在來自第一照明元件2的白光照明下對相對較大的組織區域20進行大範圍的觀察和檢查。
在可提供白光診斷的A檢查模式中，照明元件2為組織1持續不間斷地提供照明光束，在第一光束通道2中設置第一截光碟6是為了通過該截光碟的阻斷或通過光束來對由照明元件2到組織1的光束實施控制。為此模式A中的截光碟平穩地旋轉或靜止不動以便確保光束可持續通過截光碟6(如附圖2所示)中的凹槽15。
在光照射源17中還設置有可發射進入到第二光束通道7中的平行光束的第二照明元件2a。所述第二光束通道在其起始處平行於第一光束通道3設置。可設置有包括有兩個元件的透鏡系統8(望遠鏡)，其中在所述望遠鏡8中可包括例如限孔遮光板等任何可減小光束直徑的元件。也可通過在光束通道中設置至少一個具有合適受限尺寸的元件來獲得限孔效果。確保第二光束通道7中平行光束在通過透鏡27時具有相對小的直徑是很重要的。由此便可確保離開內窺鏡5且來自第二光束通道7的光束以一相對較小的直徑22到達組織。如果確定了第二光束通道7中的平行光束的直徑由此也便確定了可調整的離開內窺鏡的激勵光錐的尺寸，其中可通過設置遮光板或包含有不同直徑光瀾的光瀾盤13來實現對光束直徑的調控。
第二光束通道7中的光束可通過一半透明鏡9及一平面鏡10來減小其光束直徑，再通過第一光束通道3及光纖18而到達內窺鏡5。光束通過照明及激勵光纖4而到達組織1，由於平行光束在經過透鏡27時減小了其光束直徑，由此來自第二光束通道7的減小了其光束直徑的光束在耦合到光纖18後到達組織時只照明到一個比來自第一光束通道的光所照明的區域20相對更小的區域22。設置半透明鏡9是為了在透過激勵光的同時攔截螢光。
在半透鏡9之後設置有一光譜計11，該光譜計至少可臨時釋放光連接而且由組織區域22發出的螢光可到達該光譜計以便進行光譜分析。光譜分析結果可在平面鏡31上以光譜曲線的形式顯示出來。
為了進行點螢光光譜分析(模式C)，必須確保有且只有來自組織1處較小受激勵區域22的螢光到達光譜計11，而不能有從組織返回的由第一照明裝置2所發出的白光到達光譜計11處。在光譜計11之前設置有與第一截光碟構造相類似的第二截光碟12。截光碟12(參見附圖3)具有凹槽16，該凹槽沿一確定的周邊區域延伸且該凹槽與第一截光碟6上的凹槽呈互補關係，當兩個截光碟6及12同步旋轉時，由第一照明裝置2所發出經由第一光束通道3而到達待測組織的光及從組織經由光纖4、光纖18及非半透平面鏡10返回而到達截光碟12處的光均不可能進入光譜計11。通過將截光碟12設置在半透鏡之前的方式，就可獲得如下效果例如在模式A中當光譜計被阻滯時，就不會有由照明裝置2a所產生藍斑與目標區域的白光相疊加的情況。
在附
圖1中，除了表示出截光碟6及12之外，還表示出了這兩個盤的平面圖，由所示平面圖人們就可推斷出凹槽15及16的相對位置關係。類似地還表示出了光瀾板13的平面圖，所述光瀾板具有幾個不同直徑的光瀾(可參見附圖4)附圖1中還表示出了光源17所包含的細節內容。第一光裝置2是一個白光源，該光源優先採用帶有平面反射鏡(具有拋物面或橢圓面)的弧形燈。另外容易想到還需設置一聚光系統。還應考慮使用具有螺旋燈絲的燈(例如滷素燈)。濾光器23用作可濾除紅外及紫外光的帶通濾光器。這一點也會受到照明裝置2外周反射器的部分影響。透鏡24形成第一次聚集，截光碟6最好但並不是必須設置在透鏡24的焦點處。如果採用了橢圓形反射器，就可省略透鏡24，那麼截光碟6就最好設置在橢圓反射鏡的第二焦點處。
用於傳統白光診斷(模式A)及用於可提供圖像的螢光診斷(模式B)中的截光碟6總是置於不工作即通光狀態(凹槽15處於光束通道中)。透鏡25產生平行光束，在平行光束通道中移動設置有一濾光器26用於可提供圖像的螢光診斷，其通透特性與待測生物組織的光學螢光激勵相匹配，例如對應於支氣管道或食道等人體組織的螢光激勵就應採用藍光濾光器。
這樣濾光器26就從來自照明裝置2的具有大帶寬的白光中選擇螢光激勵所需的光譜範圍。對於傳統的白光診斷，就需將濾光器移出平行光束通道。透鏡27使B模式螢光診斷中的藍光或A模式傳統白光診斷中及C模式點螢光光譜診斷中的白光進行劇烈聚集以便於內窺鏡5的端部經光纖18而與光源17相連接。激勵或照明光束在其通道上需足夠大以便於在內窺鏡與組織間保持一合適距離的前提下有一片足夠大的組織區域20被照明且具有良好的視覺觀察條件。
可提供圖像的螢光診斷(B模式)中的螢光激勵光或傳統白光診斷(A模式)中的白色照明光以及點螢光光譜診斷(C模式)中的白色背景照明光均可被耦合到光纖18中。不限制孔口的光瀾28可控制到達組織的光通量。
在C模式的點螢光光譜法中，截光碟6將以如同例如視頻一樣高的高頻進行旋轉。用於該模式中螢光激勵的濾光器26也將移出光束通道。如果截光碟6處於「光通過」狀態，在旋轉期間的部分時間中對應於開放環形槽15尺寸的白光將到達光纖18，對於旋轉期間的其他時間部分，當截光碟6以阻斷狀態處於光束通道中時，就不會有白光到達光纖及待測組織處。此時來自照明裝置2a的光就會經由光束通道7及平面鏡9及10以及透鏡27而被耦合到光纖18處。
永久置於光束通道7中的濾光器30可從照明裝置2a所發出的光中選擇適合於螢光光譜分析的理想激勵光。如果照明裝置2a具有如同雷射一樣光譜相對窄的發射帶，且該發射帶全部處於螢光激勵帶之內，那麼就可省略掉濾光器30。
如前所述，螢光光譜法最好應採用點方式，也就是說照明或激勵口4的遠端部的激勵光錐22應儘可能地小，這樣才可獲得用於小創傷定位及其診斷的高確定性的螢光光譜。來自光束通道7的平行光束直徑在透鏡27處也必須較小，也就是說，照明裝置2a所發出的平行光束直徑必須經過足夠大程度的縮小。可通過選擇望遠鏡8透鏡的焦長比來實現平行光束直徑的大幅縮小。鄰近照明裝置2a的透鏡焦距被遠離照明裝置2a的望遠鏡透鏡的焦距所除而得的商數越大，由照明裝置2a所發出的平行光束直徑的減小幅度就越大。平面鏡10的受限直徑對光束直徑的減小也有相同程度的影響。如果照明裝置2a由例如可發射適當小直徑的平行光束的雷射組成，那麼這時就可省略掉用於減小光束直徑的其他措施。另外還可設置例如可用於調整激發螢光的激勵光強度的中性濾光器等光學衰減裝置，這類裝置在附圖中沒有表示出來。
在另一個實施例中，在光束通道中設置有一個可調節光瀾板13(參見附圖4)，該光瀾板包含有幾個不同直徑的光瀾，當然也可考慮採用例如可變光瀾等其他孔徑可調的裝置。在這一實施例中，望遠鏡8的透鏡的焦距比可接近於1，也可完全省略掉望遠鏡8。
通過放置光瀾板12，螢光光譜法中的激勵光錐及與此相關的解析度幾乎是無限可調的。如果可疑病灶是較大面積的，就可通過選擇光瀾板13中的較大光瀾來達到對幾乎全部可疑組織表面進行激勵的目的。如果因為可疑組織區域只具有一相對小的直徑而需要更高的解析度，那麼就可通過選擇光瀾板上的較小光瀾來達到提高解析度的目的。由此也可確保自體螢光的光譜曲線的確定不會受到可疑病灶周圍組織螢光的影響。
採用點方式螢光光譜的C診斷模式中的第二截光碟12可在平面鏡9與10之間同步旋轉，也就說以與截光碟5相同(相對高的)的旋轉頻率進行旋轉，且在旋轉過程與截光碟5保持相對固定的相位關係。凹槽15及16的尺寸(參見附圖2、3)只是一個設計示例。如果凹槽15固定於截光碟6上，就會自動設計出另一個截光碟12上的凹槽6。在使用白光對組織進行照明期間，第一截光碟6隻在對組織照明時刻處於通光狀態，同時進入光譜計11的通道被阻斷；而且照明裝置2a的螢光激勵光也不能到達組織1。然而在組織受激勵期間，截光碟6處於阻斷狀態，同時進入光譜計11的通道也被打開。利用兩個截光碟的高頻(例如以視頻)旋轉，就可同時實現點式螢光激勵及可疑病灶周圍組織的白光照明，而且在光譜計11之前還可設置一隻透過螢光而阻斷這一特定光譜區域之外光束的濾光器(圖1中未示出)。在設計一嚴格具有合適光譜範圍的合適的幹擾濾光器時，這一工作已經被平面鏡9所承擔了。這樣光譜計11就可只接收螢光而不會接收到白光或由組織反射回的激勵光。
系統包含有一個中央控制單元，該中央控制單元通過在各種檢測模式之間進行切換來協調光源17中及光譜計11上的隨後過程。如果將設備切換到傳統的A模式下以實施大面積的白光診斷，截光碟6就會被制動(之前其是旋轉的)且在這一運行模式期間保持在休息(非工作)狀態，特別地可能處於使第一光束通道3的光通過的通光狀態。同時還須確保使濾光器26移出光束通道。全部白光被耦合到光纖18處。置於平面鏡9與10之間的第二截光碟12也類似地被制動，之前其是處於旋轉運動之中的，在此運行模式的全部時間內，第二截光碟均保持在阻斷的休息狀態下。由此，一方面可防止由組織反射回的照明光到達光譜計，另一方面也可避免在A模式下來自照明裝置2a的不期望有的藍斑出現在組織上。
當切換到可提供圖像進行螢光診斷的B模式時，截光碟的位置保持不變，也就是說截光碟8保持在休息及通光狀態，而截光碟12類似地也保持靜止且處於阻斷狀態。同時需將濾光器26移入光束通道3中。
如果切換到點式螢光光譜的C模式下，中央控制單元就會確保將濾光器26移出光束通道3以便於使白光耦合到光纖18。兩個截光碟6及12開始以例如視頻等高頻進行旋轉，特別是以這一方式進行旋轉以便使截光碟6處於通光位置而使位於平面鏡9與10之間的截光碟12處於阻斷位置。在白光照明組織期間，光譜計不接收光而且組織也不受來自光束通道7的點式光的激勵。當截光碟6處於阻斷位置時，置於平面鏡9與10之間的截光碟12處於通光狀態也就是說組織1受到來自光源2a且經由濾光器30(採用照明裝置2a所要求的濾光器)濾光後的點式光的激勵，所述激勵光經由平面鏡9及10以及透鏡27而被耦合到光纖中，光譜計也接收經由內窺鏡5、光纖18及平面鏡10及半透鏡9而到達光譜計的螢光。
附圖1中表示出了利用望遠鏡來使第二光束通道中的光束直徑被減小到理想的小數值的情況，所述光束直徑的減小也可受到任何合適的光束或限制元件的任何方式的影響。
關於減小光束直徑的一種特別簡單的設計是省略掉望遠鏡8而採用一具有適當小直徑的平面鏡。採用一橢圓鏡10且使之處於斜45度的位置以便於使其處於第一光束通道3的光軸方向上的投射表面呈圓形。這樣還會帶來一個優點在A及B模式中，只有一小部分處於平面鏡10後側的光被阻斷住，所述平面鏡最好採用剛性方式裝配於光束通道3中。由此便可幾乎徹底避免A模式及B模式中所出現的光損失。還可以這樣的方式設置平面鏡10以便於可通過摺疊而將其移出光束通道3而且可達到避免在A及B診斷模式中出現任何光損失的目的。
可將平面鏡9設計成這樣以便於其只對例如用於自體螢光診斷的藍光等激發螢光的光有很高的反射率。另一方面，也可將其設計成對螢光具有很高的通透性的狀況。在平面鏡9後側的螢光被直接或經由光纖束耦合到光譜計11，所述光纖束設置於光發射器之內以便於不會妨礙對系統的操作。
如附圖1所示，可將光譜計設置於光源外側或使其容納於光源室之內以便於使整個系統變得更加緊湊。
權利要求
1.一種可提供圖像用於組織光譜診斷的設備，所述設備可實施三種診斷模式之中的一種模式也可對三種診斷模式進行結合使用，其中A模式用於可提供圖像的白光診斷，B模式用於可提供圖像的螢光診斷，以及C模式用於螢光光譜診斷，其特徵在於所述設備包括一照明裝置，該照明裝置所發射的光作為一光束經由光束通道而被耦合進一通向內窺鏡的光纖中，所述設備除包括有前述提到的第一照明裝置外還包括第二照明裝置，該第二照明裝置所發射的光作為一光束經由第二光束通道而被耦合到光纖中，其中所述第二光束通道在光束離開所述設備之前是與第一光束通道相重合的，在第一光束通道中設置有用於使第一光束通道中的光束進入光纖的擴大光束口徑的第一器件，在第二光束通道中設置有用於使第二光束通道中的光束進入光纖的限制光束口徑的器件。
2.如權利要求1所述設備，其特徵在於在第一光束通道中設置有可部分釋放或阻斷光束的裝置。
3.如權利要求1所述設備，其特徵在於第二光束通道中的光束進入光纖中的引導過程會受到一個半透鏡的影響。
4.如權利要求1-3中任一權利要求所述設備，其特徵在於在平面鏡之後設置有一光譜計，而在該光譜計之前又設置有可暫時釋放或阻斷光譜計之前光束的裝置。
5.如權利要求1-4中任一權利要求所述設備，其特徵在於用於暫時釋放及阻斷光束的裝置包括有可同步被驅動的第一截光碟和第二截光碟，這兩個截光碟均具有不透明表面且在不透明表面上的一確定區域內開有凹槽。
6.如權利要求5所述設備，其特徵在於所述兩個截光碟上的凹槽是彼此互補形成的以便於使第一截光碟的經去除區域對應於第二截光碟的覆蓋或不透光區域，而使第一截光碟的覆蓋或不透光區域對應於第二截光碟的經去除區域。
7.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於用於使來自第一光束通道中的光束進入光纖的擴大光束口徑器件由一個例如短焦距透鏡等具有劇烈聚集功能的光學器件組成。
8.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於採用了使來自第一光束通道中的光束傾斜耦合進入光纖的方式來實現用於使來自第一光束通道中的光束進入光纖的擴大光束口徑器件的作用。
9.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於用於使來自第一光束通道中的光束進入光纖的擴大光束口徑器件僅由如權利要求7中所述器件或如權利要求8中所述器件之一組成，或者由所述這兩種器件相結合組成。
10.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於用於使來自第二光束通道中的光束進入光纖的限止光束口徑器件由一個可發射小直徑平行光束的照明裝置組成。
11.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於用於使來自第二光束通道中的光束進入光纖的限止光束口徑器件由一個具有合適的其所包含兩透鏡焦距之比值的望遠鏡組成。
12.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於用於使來自第二光束通道中的光束進入光纖的限止光束口徑器件由一個設置於第二光束通道中的限孔徑光瀾組成。
13.如權利要求12所述設備，其特徵在於通過對第二光束通道中的至少一個光學器件的尺寸進行限制來實現限孔徑光瀾。
14.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於用於使來自第二光束通道中的光束進入光纖的限止光束口徑器件僅由如權利要求10至13中所述器件之一組成，或者由所述這些器件相結合組成。
15.如權利要求1-14中任一權利要求所述設備，其特徵在於引導光進入內窺鏡中的光纖由一根對螢光激勵帶具有高通過率的流體光纖組成。
16.如權利要求1-14中任一權利要求所述設備，其特徵在於光纖由一根或一束對螢光激勵帶具有高通過率的光纖組成。
17.如權利要求15及16中任一權利要求所述設備，其特徵在於光纖延伸到內窺鏡遠端。
18.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於第二照明裝置為一雷射器。
19.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於第二照明裝置為一混合氣燈。
20.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於第二照明裝置為一光二極體或光二極體陣列。
21.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於第二照明裝置為一短的弧形燈。
22.如權利要求1-6中任一權利要求所述設備，其特徵在於第二照明裝置為一燈絲燈。
全文摘要
本發明涉及一種可提供圖像用於組織光譜診斷的設備，可實施三種診斷模式之中的一種模式也可將其結合使用，A模式用於可提供圖像的白光診斷，B模式用於可提供圖像的螢光診斷，以及C模式用於螢光光譜診斷。所述設備包括第一光發射裝置，它發射的光作為一光束經由光束通道而被耦合進一通向內窺鏡的光纖中；第二照明裝置，它所發射的光作為一光束經由第二光束通道而被耦合到同一光纖中。為使光束進入光纖，在第一光束通道中設置有一擴大光束口徑的器件，在第二光束通道中設置有限制光束口徑的器件。在C模式中，可利用來自第二光束通道的光對所選點式小組織區域進行細緻的檢查，利用來自第一光束通道的光對點式小組織區域的周圍組織進行偽同時大面積照明。
文檔編號G01N21/64GK1398571SQ0212752
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月24日 優先權日2001年7月25日
發明者貝恩德·克勞斯·韋伯, 託馬斯·戈爾, 奧拉夫·施密特, 菲利普·艾德納, 斯特凡·米勒, 尼古拉斯·佩萊拉·德爾加多, 盧茨·弗賴塔格 申請人:理察·沃爾夫有限公司