Многоволновая эндоскопическая система и способ обработки изображений с её использованием

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам визуализации участка наблюдения с использованием эндоскопической системы. Многоволновая эндоскопическая система для визуализации участка наблюдения, помеченного флуоресцентными материалами, имеющими разные цвета, содержит блок визуализации, выполненный с возможностью получения данных изображения посредством поляризации падающего света, отраженного от участка наблюдения, в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению, разделения области спектра падающего света, поляризованного в первом направлении и втором направлении, на множество спектральных каналов и измерения интенсивности света для каждого из спектральных каналов, и вычислительный блок, выполненный с возможностью сохранения одного спектра флуоресценции, выделенного из данных изображения образца, полученных однократной обработкой участка наблюдения каждым из флуоресцентных материалов, и выполненный с возможностью разделения и вывода данных изображения, полученных в блоке визуализации, с использованием одного спектра флуоресценции таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно, при этом вычислительный блок выполнен с возможностью сохранения необработанного спектра флуоресценции, выделенного из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами, и при этом вычислительный блок выполнен с возможностью осуществления коррекции для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, полученных в блоке визуализации с использованием необработанного спектра флуоресценции. Во втором варианте выполнения система содержит светоделитель, выполненный с возможностью поляризации падающего света, отраженного от участка наблюдения, в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению, первый зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного в первом направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона, второй зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного во втором направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона, первую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр, вторую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр, и вычислительный блок, выполненный с возможностью разделения и вывода данных изображения, полученных с использованием интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр, и интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр, таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно, при этом вычислительный блок выполнен с возможностью сохранения необработанного спектра флуоресценции, выделенного из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами, и с возможностью осуществления коррекции для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, с использованием необработанного спектра флуоресценции. Способ обработки изображений с использованием многоволновой эндоскопической системы, имеющей блок визуализации и вычислительный блок, содержащий этапы, на которых излучают свет на участок наблюдения, помеченный флуоресцентными материалами, имеющими разные цвета, используя блок визуализации, получают данные изображения посредством приема света, отраженного от участка наблюдения, используя блок визуализации, разделяют данные изображения таким образом, что отображается только один из флуоресцентных материалов, используя вычислительный блок, и выводят разделенные данные изображения соответственно полосе длин волн, используя вычислительный блок, выделяют необработанный спектр флуоресценции из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами, и осуществляют коррекцию для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, с использованием необработанного спектра флуоресценции, используя вычислительный блок. Использование изобретений позволяет повысить точность обнаружения области возникновения заболевания и сократить число ошибочных ложноположительных определений. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к многоволновой эндоскопической системе и способу обработки изображений с использованием данной системы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Случаи раковых заболеваний встречаются по-прежнему очень часто. Когда рак определяют методом эндоскопии, существует возможность постановки ошибочного диагноза потому, что опухоль приходится обнаруживать невооруженным глазом.

В частности, если полип имеет плоскую форму, а не вздутую форму, вероятность обнаружения полипа еще более снижается.

В последние годы, с разработкой технологии молекулярной визуализации, непрерывно проводились исследования по диагностике рака желудочно-кишечного тракта и визуализации молекулярных характеристик рака с использованием данной технологии. Первая попытка состояла в представлении возможности применения молекулярной визуализации, которая имеет целью катепсин B, в эндоскопии. Однако, изображения в то время были слишком простыми для применения на клиническом уровне.

В различных учреждениях выполнены родственные исследования. Еще недавно разработаны метод для визуализации конкретной опухолевой ткани с использованием пептида в качестве зонда, метод визуализации сверхмалых объектов, допускающий высокоскоростную трехмерную эндоскопическую визуализацию, и метод миниатюрного микроскопа. Перспективный маркерный материал разрабатывается путем разработки зонда для усиления рамановского сигнала, допускающего сверхчувствительную молекулярную визуализации, и компактного флуоресцентного зонда на основе аптамеров.

Группа доктора Гетца в Майнцском университете, Германия, разработала зонд, который может идентифицировать рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) и пробовала визуализировать зонд с использованием специального эндоскопа, названного конфокальным эндомикроскопом.

Хотя к настоящему времени уже проводились исследования возможности использования молекулярной визуализации в эндоскопии, исследований, которые получали изображения на уровне, применимом к реальным эндоскопам, было мало. Даже в случае датчика, который очень важен при молекулярной визуализации, существует лишь метод на уровне, который может подтверждать и контролировать зонд только для одной мишени.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают многоволновую эндоскопическую систему, способную обрабатывать данные изображения, полученные визуализацией участка наблюдения, помеченного с использованием нескольких зондов для комбинированной мишени, и способную представлять обработанные данные изображения для диагноза заболевания, и способ обработки изображений с использованием упомянутой системы.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается многоволновая эндоскопическая система для визуализации участка наблюдения, помеченного множеством флуоресцентных материалов, имеющих разные цвета, включающая в себя: блок визуализации, выполненный с возможностью получения данных изображения посредством поляризации падающего света, отраженного от участка наблюдения, в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению, разделения области спектра падающего света, поляризованного в первом направлении и втором направлении, на множество спектральных каналов и измерения интенсивности света для каждого из спектральных каналов; и вычислительный блок, выполненный с возможностью сохранения одного спектра флуоресценции, выделенного из данных изображения образца, полученных однократной обработкой участка наблюдения каждым из флуоресцентных материалов, и выполненный с возможностью разделения и вывода данных изображения, полученных в блоке визуализации, с использованием одного спектра флуоресценции таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно.

Блок визуализации может включать в себя: светоделитель, выполненный с возможностью поляризации падающего света в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению; первый зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного в первом направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона; второй зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного во втором направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона; первую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр; и вторую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр.

Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью сохранения необработанного спектра флуоресценции, выделенного из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами.

Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью осуществления коррекции для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения в данных изображения, полученных в блоке визуализации, с использованием необработанного спектра флуоресценции.

В соответствии со вторым аспектом настоящей заявки предлагается многоволновая эндоскопическая система для визуализации участка наблюдения, помеченного множеством флуоресцентных материалов, имеющих разные цвета, включающая в себя: светоделитель, выполненный с возможностью поляризации падающего света, отраженного от участка наблюдения, в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению; первый зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного в первом направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона; второй зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного во втором направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона; первую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр; вторую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр; и вычислительный блок, выполненный с возможностью разделения и вывода данных изображения, полученных с использованием интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр, и интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр, таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно.

Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью сохранения одного спектра флуоресценции, выделенного из данных изображения образца, полученных посредством однократной обработки участка наблюдения каждым из флуоресцентных материалов, и выполненный с возможностью разделения данных изображения с использованием одного спектра флуоресценции таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно.

Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью сохранения необработанного спектра флуоресценции, выделенного из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами.

Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью осуществления коррекции для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, с использованием необработанного спектра флуоресценции.

В соответствии с третьим аспектом настоящей заявки предлагается способ обработки изображений для обработки изображения с использованием многоволновой эндоскопическая система, включающий в себя следующие этапы: излучение света на участок наблюдения, помеченный множеством флуоресцентных материалов, имеющих разные цвета; получение данных изображения посредством приема света, отраженного от участка наблюдения; разделение данных изображения таким образом, что отображается только один из флуоресцентных материалов; и вывод разделенных данных изображения соответственно полосе длин волн.

Способ может дополнительно включать в себя этап выделения одного спектра флуоресценции из данных изображения образца, полученных однократной обработкой участка наблюдения каждым из флуоресцентных материалов.

При разделении данных изображения, данные изображения могут разделяться с использованием одного спектра флуоресценции таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно.

Способ может дополнительно включать в себя этап выделения необработанного спектра флуоресценции из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами.

Способ может дополнительно включать в себя осуществления коррекции для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, с использованием необработанного спектра флуоресценции.

Многоволновая эндоскопическая система в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения может разделять и выводить область наблюдения, помеченную множеством зондов, соответственно предварительно заданной полосе длин волн. Это дает возможность точно обнаруживать область возникновения заболевания.

Многоволновая эндоскопическая система в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения может выдавать данные изображения посредством исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, полученных визуализацией области наблюдения. Это дает возможность сокращать число ошибочных ложноположительных определений, со снижением возможности ошибочного диагноза.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схема конфигурации многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - вид, изображающий конструкцию блока визуализации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - вид, изображающий блок визуализации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 - вид, изображающий результат управления регулируемым жидкокристаллическим фильтром в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций, поясняющая способ обработки изображений с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6A-6D - виды, представляющие моделирующее устройство для оценки рабочих характеристик многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и результаты ее моделирования.

Фиг. 7 - диаграмма, представляющая изображения, полученные от необработанного образца ткани и образца ткани, обработанного одним флуоресцентным материалом, посредством многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 - вид, представляющий результат эндоскопической визуализации, полученный визуализацией образца ткани, обработанного множеством флуоресцентных материалов, с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9 - вид, представляющий результат эндоскопической визуализации, полученный посредством визуализации живой мышиной модели рака толстой кишки, с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 10 - вид, представляющий результат эндоскопической визуализации, полученный визуализацией живой свиной модели рака толстой кишки с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В дальнейшем приведено подробное описание примерных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, которое будет совершенно очевидно для специалистов в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Однако, настоящее изобретение может быть реализовано в различных других формах и не ограничено вариантами осуществления, описанными в настоящей заявке. Чтобы ясно проиллюстрировать настоящее изобретение, части, не связанные с описанием, отсутствуют, и сходные части обозначены сходными числовыми позициями по всему описанию.

По всему описанию, когда некоторый компонент «включает в себя» некоторый элемент, следует понимать, что некоторый компонент может включать в себя также другие элементы, вместо исключения других элементов, если конкретно не указано иное. Такой термин, как «часть», «блок», «модуль» или подобный термин, раскрытый в спецификации, означает блок для выполнения, по меньшей мере, одной функции или операции и может быть реализован в форме аппаратуры, программного обеспечения или в форме комбинации аппаратуры и программного обеспечения.

В дальнейшем, многоволновая эндоскопическая система в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения подробно описана со ссылкой на чертежи.

Фиг. 1 является схемой конфигурации многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2 является видом, изображающим конструкцию блока визуализации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 3 является видом, изображающим блок визуализации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 1, многоволновая эндоскопическая система 100 является системой, использующей камеру, которая дает возможность визуально наблюдать подлежащий обнаружению объект, и камеру, использующую фильтр, который делает возможным мультифлуоресцентную визуализацию. Многоволновая эндоскопическая система непрерывно визуализирует область видимого света, чтобы получать гиперспектральный сигнал яркости излучения каждого канала.

В этом отношении, канал является единичной полосой для измерения длины волны. Спектральное изображение каждого канала может быть получено посредством настройки фильтра.

В тематическом описании эндоскоп называется, в общем, инструментом для наблюдения внутренней области человеческого тела и включает в себя, например, бронхоскоп, гастроскоп, лапароскоп и аноскоп.

Многоволновая эндоскопическая система 100 включает в себя блок 200 визуализации и вычислительный блок 300.

Блок 200 визуализации включает в себя объектив 210, оборачивающий объектив 220, светоделитель 230, первый зональный объектив 240, первый зональный фильтр 242, первую зональную камеру 244, второй зональный объектив 250, второй зональный фильтр 252 и вторую зональную камеру 254.

Источник 400 света, показанный на фиг. 2 и расположенный снаружи многоволновой эндоскопической системы 100 излучает свет так, чтобы возбуждать область, подлежащую визуализации. Источник 400 света может включать в себя, по меньшей мере, два источника света, имеющие разные длины волн, чтобы визуализировать мишень наблюдения, меченую флуоресцентными образцами, имеющими разные длины волн.

В данном варианте осуществления мишень наблюдения является маркером, экспрессируемым в опухоли. В данном варианте осуществления маркер можно метить с использованием зондов, помеченных разными флуоресцентными материалами, имеющими различные полосы длин волн.

Объектив 210 является объективом, через который поступает падающий свет.Объектив 210 может обеспечивать изображение, сфокусированное независимо от длины волны в спектральной области многоволновой эндоскопической системы 100.

Оборачивающий объектив 220 является объективом для направления падающего света вдоль оптической оси и выполнен с возможностью вывода света параллельно. Оборачивающий объектив 220 может быть трехлинзовым объективом, имеющим предварительно заданное фокусное расстояние.

Как показано на фиг. 2, оборачивающий объектив 220 в соответствии с настоящим вариантом осуществления может быть соединен с источником 400 света, который испускает свет для возбуждения подлежащей визуализации области. Оборачивающий объектив 220 может располагаться внутри эндоскопа, введенного в тело, чтобы формировать изображение диагностической мишени.

Светоделитель 230 делит параллельный световой пучок на два световых пучка. Светоделитель 230 является поляризационным светоделителем, который обрабатывает падающий свет, имеющий широкополосный спектр. Светоделитель 230 может охватывать спектр, находящийся в пределах области видимого света.

Свет, состоящий из электрических полей различных направлений, разделяется на два поляризованных световых пучка, называемых p-поляризованным световым пучком и s-поляризованным световым пучком. В этом отношении, p-поляризованный световой пучок означает световой пучок, параллельный направлению деления поляризационной пластины, и s-поляризованный световой пучок означает световой пучок, перпендикулярный направлению деления поляризационной пластины.

Первый зональный объектив 240 и второй зональный объектив 250, соответственно, располагаются в путях световых пучков, ответвленных из светоделителя 230. Чтобы регулировать световые пучки, ответвленные из светоделителя 230 с предварительно заданным увеличением, первый зональный объектив 240 и второй зональный объектив 250 располагаются перпендикулярно друг другу так, что они могут получать световые пучки, ответвленные из светоделителя 230.

Первый зональный объектив 240 и второй зональный объектив 250 могут регулировать световые пучки, ответвленные из светоделителя 230 с подходящим увеличением, и могут пропускать отрегулированные световые пучки в первый зональный фильтр 242 и второй зональный фильтр 252, соответственно.

Первый зональный фильтр 242 и второй зональный фильтр 252 могут пропускать световые пучки, находящиеся в пределах заданного спектрального диапазона, из световых пучков, прошедших через первый зональный объектив 240 и второй зональный объектив 250, соответственно.

Первый зональный фильтр 242 и второй зональный фильтр 252 могут быть, например, жидкокристаллическим перестраиваемым фильтром (LCTF), который является узкополосным фильтром для пропускания светового пучка, находящегося в пределах заданной спектральной области.

Когда в качестве фильтра настоящей системы используют LCTF, который пропускает канал конкретной полосы длин волн в спектральной области (например, от 440 нм до 720 нм), фильтром можно управлять так, чтобы пропускать световой пучок с интервалами, например, 10 нм.

Фильтр LCTF допускает электронное преобразование длины волны и, следовательно, выбор длины волны с высокой скоростью.

Как показано на фиг. 4, фильтром LCTF (www.perkinelmer.co.kr) может быть управляемым для пропускания света с предварительно заданными интервалами и создает эффект размещения от нескольких десятков до нескольких сотен фильтров в одном фильтре. Следовательно, создана возможность реализации многоволновой визуализации в натуральных и разнообразных цветах.

Как показано на фиг. 1, первая зональная камера 244 и вторая зональная камера 254 располагаются в концах соответствующих оптических путей, чтобы измерять интенсивность световых пучков, проходящих через первый зональный фильтр 242 и второй зональный фильтр 252.

Первая зональная камера 244 и вторая зональная камера 254 могут быть монохромными камерами. В данном случае, первая зональная камера 244 и вторая зональная камера 254 могут получать интенсивность изображения, сфокусированного соответствующими трехлинзовыми объективами с положительными предварительно заданными фокусными расстояниями.

Вычислительный блок 300 может сортировать спектральные изображения соответствующих каналов, полученные блоком 200 визуализации, и может выводить энергетическую яркость, соответствующую длине волне. Мультиспектральное изображение может состоять из комбинации спектральных изображений, сформированных из множества каналов.

Вычислительный блок 300 может разделять и выводить мультиспектральные изображения, собранные блоком 200 визуализации, соответственно полосе длин волн.

В данном варианте осуществления, чтобы точно диагностировать заболевания посредством точного детектирования различных маркеров заболеваний на подлежащем визуализации участке, подлежащий визуализации участок можно метить флуоресцентными материалами, имеющими разные длины волн.

В случае мечения единственного маркера единственным флуоресцентным материалом, точное определение патологического измерения является трудной задачей. Поэтому, в данном варианте осуществления комплексный зонд метят флуоресцентными материалами, имеющими разные длины волн, вследствие чего разные зонды могут дополняться для точной визуализации патологического измерения.

Спектральное изображение, полученное визуализацией области, помеченной флуоресцентными материалами, имеющие разные длины волн, с использованием блока 200 визуализации, может показывать сигналы флуоресценции, имеющие области разных длин волн.

Когда для визуализации участка наблюдения используется множество маркеров, помеченных флуоресцентными материалами, имеющими разные длины волн, флуоресцентные материалы могут создавать взаимные помехи в изображении. Это может затруднять различение соответствующих флуоресцентных материалов.

Кроме того, другой материал помимо маркеров, помеченных флуоресцентными материалами в подлежащей визуализации области, может облучаться возбуждающим светом, испускаемым источником 400 света, и испускать собственный свет.

Например, возможно возникновение явления аутофлуоресценции, при котором коллаген, эластин, кератин, NADH (восстановленный никотинамидадениндинуклеотид), флавин, порфирин или что-то подобное, содержащееся в биологической ткани, подлежащей наблюдению, отражает возбуждающий свет.

Возможность ошибочного диагноза существует при диагностировании заболевания с использованием результата визуализации, в котором аутофлуоресцентный материал, произвольно распределенный внутри тела, а не маркерный материал, подлежащий детектированию, ошибочно рассматривается как маркер из-за явления аутофлуоресценции.

Соответственно, вычислительный блок 300 многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения выполнен с возможностью разделения и вывода результата визуализации, полученного блоком 200 визуализации, в зависимости от полос длин волн соответствующих флуоресцентных материалов, так что пользователь может точно диагностировать заболевание с использованием мультиспектрального изображения в качестве результата визуализации.

При этом, вычислительный блок 300 может выделять результат вычисления спектра аутофлуоресценции, показывающий интенсивность света, соответствующего полосе длин волн из аутофлуоресцентного изображения, полученного визуализацией необработанного образца ткани, который не обработан заранее флуоресцентным материалом.

Кроме того, вычислительный блок 300 может выделять результат вычисления одного спектра флуоресценции, показывающий интенсивность света, соответствующего полосе длин волн, из множества изображений после однократной обработки, полученных визуализацией ткани, которая однократно обработана одним флуоресцентным материалом.

Сначала вычислительный блок 300 выделяет результат вычисления спектра изображения, показывающий интенсивность света, соответствующего полосе длин волн, из данных изображения, полученных блоком 200 визуализации, и осуществляет коррекцию исключением участка аутофлуоресценции посредством ослабления результата вычисления спектра изображения точно на величину интенсивности света, соответствующего каждой полосе длин волн, в спектре аутофлуоресцентного изображения.

Вычислительный блок 300 может вычислять нормированное численное значение, показывающее интенсивность света, соответствующего полосе длин волн из одного спектра флуоресценции. Например, отношение интенсивностей света, соответствующего каждой полосе длин волн, может вычисляться установкой значения 100 для интенсивности света, соответствующего всей полосе длин волн.

Затем, вычислительный блок 300 разделяет (демультиплексирует) результат вычисления спектра изображения данных изображения по интенсивности света, соответствующего каждой полосе длин волн, соответственно нормированному численному значению, вычисленному из одного спектра флуоресценции, вследствие чего изображение, полученное визуализацией участка наблюдения, помеченного множеством флуоресцентных материалов, может разделяться на множество изображений таким образом, что представляются только соответствующие флуоресцентные материалы.

Следовательно, вычислительный блок 300 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения может осуществлять коррекцию для исключения составляющей аутофлуоресценции из мультиспектрального изображения, чтобы снижать вероятность ошибочного диагноза, при диагностировании заболевания по результату визуализации. Это дает возможность отображать только маркер, помеченный флуоресцентным материалом.

Кроме того, посредством разделения изображения участка наблюдения, помеченного множеством маркеров таким образом, что каждый из маркеров отображается только по одному, можно точно диагностировать раковое патологическое изменение путем добавления отличающихся маркеров.

Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций, поясняющей способ обработки изображений с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 5, подлежащую визуализации область метят материалом, флуоресцирующим в различных полосах длин волн (S110). В данном экспериментальном примере, подлежащая визуализации область может быть внутренней тканью тела, подвергаемая скринингу на выявление онкологических заболеваний. Маркер, экспрессируемый при раке, можно метить с использованием зонда, помеченного материалом, флуоресцентным в различных полосах длин волн.

Таблица 1 представляет различные зональные зонды для многоволновой диагностики.

Название зонда	Маркер	Материал для мечения	Полоса длин волн (нм)
HMRG (глутоксиметил родамин зеленый)	Гамма-глутамилтранспептидаза (gGlu-HMRG)	Родамин	501-524
Цетуксимаб	Рецептор эпидермального фактора роста (EGFR)	Flamma-553	553-570
Герцептин	Второй рецептор фактора роста эпидермиса (Her-2)	Flamma-675	675-700

Зонды могут быть антителами-зондами. В данном варианте осуществления антителами-зондами могут быть цетуксимаб и герцептин, которые являются антителами, таргетированными на EGFR и HER-2, часто экспрессируемыми в опухоли и клетках рака толстой кишки. В данном варианте осуществления цетуксимаб и герцептин метят флуоресцентными материалами Flamma-553 и Flamma-675, соответственно.

Кроме того, зонды могут быть активными зондами. В данном варианте осуществления активный зонд может быть gGlu-HMRG, которая проявляет флуоресцентную активность в соединении с GGT (гамма-глутамилтранспептидазой), часто экспрессируемой в опухоли и клетках рака толстой кишки. В данном варианте осуществления, HMRG можно метить родамином.

Антитело-зонд можно вводить внутривенно в хвост мыши за 48 часов до получения многоволнового диагностического эндоскопического изображения. Активный зонд можно вводит в толстую кишку за 10 минут до выполнения многоволновой диагностической эндоскопии.

Таким образом, возбуждающий свет излучают на подлежащую визуализации область и снимаемое изображение получают приемом отраженного света (S120).

При этом, свет, вошедший через дистальный конец эндоскопа возбуждает мишень наблюдения, и свет, отраженный от мишени наблюдения, пропускается в первую зональную камеру 244 и вторую зональную камеру 254 через оборачивающий объектив 220.

Источник 400 света может включать в себя, по меньшей мере, два источника света, имеющих разные длины волн, чтобы формировать изображение мишени наблюдения, помеченной флуоресцентными образцами, имеющими разные длины волн.

Первая зональная камера 244 и вторая зональная камера 254 могут включать в себя первый зональный фильтр 242 и второй зональный фильтр 252, соответственно, которые могут быть реализованы посредством фильтра LCTF в виде узкополосного фильтра для пропускания света в заданной спектральной области.

Затем, участок аутофлуоресценции, содержащийся в снятом изображении, исключается, и изображение разделяется и выводится соответственно предварительно заданной полосе длин волн (этап S130).

Данные спектра флуоресценции, полученные эндоскопом, выводятся с разделением для каждой полосы длин волн посредством выполнения операции разделения вычислительным блоком 300. Участок аутофлуоресценции может исключаться для получения, в конечном счете, искомого изображения области длин волн, подлежащей получению из мишени наблюдения.

Многоволновая эндоскопическая система 100 может сохранять спектр аутофлуоресценции, и результат вычисления одного спектра флуоресценции, который представляет интенсивности света соответственно полосам длин волн предварительно сохраненного изображения необработанного образца ткани и изображения образца ткани, полученного однократной обработкой с использованием флуоресцентного материала.

При этом может дополнительно сохранять нормированное численное значение, показывающее интенсивность света соответственно полосе длин волн, вычисленную по спектру аутофлуоресценции и одному спектру флуоресценции.

Затем, многоволновая эндоскопическая система 100 осуществляет коррекцию для исключения участка аутофлуоресценции посредством ослабления спектра данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, помеченного множеством флуоресцентных материалов, точно на нормированное численное значение спектра аутофлуоресценции.

Затем, многоволновая эндоскопическая система 100 разделяет (демультиплексирует) результат вычисления спектра изображения данных изображения по интенсивности света, соответствующего каждой полосе длин волн, соответственно нормированному численному значению, вычисленному из одного спектра флуоресценции, вследствие чего изображение участка наблюдения, помеченного множеством флуоресцентных материалов, может разделяться и отображаться в виде множества изображений таким образом, что каждый флуоресцентный материал представляется только по одному.

То есть, в случае, если один маркер мечен одним флюоресцентным материалом, определение патологического изменения является трудной задачей. Следовательно, в данном варианте осуществления, посредством мечения патологического изменения с использования комбинированного зонда, помеченного флуоресцентными материалами, имеющими разные длины волн, можно взаимно дополнять разные зонды и, следовательно, точно визуализировать патологическое изменение.

Кроме того, вычислительный блок 300 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения может осуществлять коррекцию для исключения составляющей аутофлуоресценции из мультиспектрального изображения, чтобы снижать вероятность ошибочного диагноза, при диагностировании заболевания по результату визуализации. Это дает возможность отображать только маркер, помеченный флуоресцентным материалом.

Фиг. 6A-6D являются видами, представляющими моделирующее устройство для оценки рабочих характеристик многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и результаты ее моделирования.

Как показано на фиг. 6A, полиэтиленовые трубки (PE-10), имеющие внутренний диаметр 0,28 мм и длину около 15 мм, приготовлены для оценки рабочих характеристик многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В соответствующие трубки введены флуоресцентные красители, имеющие разные цвета.

Один конец трубки прикреплен к круговому металлическому кольцу, и другой конец трубки сужен к центру, где выполняется эндоскопическое наблюдение. Используемые флуоресцентные красители имеют разные цвета полос области видимого света и содержат области длин волн, близкие друг к другу.

Как показано на фиг. 6B, трубки, содержащие флуоресцентные красители, соответственно визуализируются для получения данных изображения. Как показано на фиг. 6C, по соответствующим результатам для данных изображения получаются спектры, представляющие интенсивности света, структурированные по полосам длин волн. Это дает возможность идентифицировать отдельные области для каждой длины волны каждого красителя.

В данном случае, установленный диапазон длин волн, считываемый в многоволновой эндоскопической системе 100 в соответствии с настоящим вариантом осуществления, может составлять от 420 нм до 620 нм.

Как показано на фиг. 6D, полный файл изображения получается выполнением процесса декомпозиции в соответствии с результатом вычисления одного спектра флуоресценции в вычислительном блоке 300.

Фиг. 7 является диаграммой, представляющей изображения, полученные от необработанного образца ткани и образца ткани, обработанного одним флуоресцентным материалом, посредством многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 8 является видом, представляющим результат эндоскопической визуализации, полученный визуализацией образца ткани, обработанного множеством флуоресцентных материалов, с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

При этом, активный зонд (HMRG) вводят локально, и антитела-зонды (цетуксимаб-Flamma553 и герцептин-Flamma675) вводят внутривенно. Затем выделяют ткань толстой кишки, и получают изображения, отвечающие соответствующим длинам волн, с использованием многоволновой эндоскопической системы 100.

Как показано на фиг. 7, флуоресцентные изображения, обусловленные аутофлуоресценцией, могут наблюдаться в необработанной ткани толстой кишки животных, в которых зонды не обработаны для контрольных экспериментов.

На участке наблюдения визуализируется образец ткани, обработанный одним зондом, и из данных снятого изображения выделяется результат вычисления одного спектра флуоресценции, показывающий интенсивность света, соответствующего полосе длин волн.

Как показано на фиг. 8, в данном варианте осуществления используется комбинированный зонд, помеченный флуоресцентными материалами, имеющими разные длины волн. В данных изображениях, полученных визуализацией образца ткани, помеченного комбинированным зондом, изображение разделяется и выводится так, что каждый флуоресцентный материал помечается только по одному соответственно результату вычисления одного спектра флуоресценции. Следовательно, можно утверждать, что визуализация выполняется так, чтобы точно диагностировать патологическое изменение посредством взаимного дополнения разных зондов.

Фиг. 9 является видом, представляющим результат эндоскопической визуализации, полученный посредством визуализации живой мышиной модели рака толстой кишки с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Активные зонды (HMRG) вводят в мышиную модель рака толстой кишки локально, и антитела-зонды (цетуксимаб-Flamma553 и герцептин-Flamma675) вводят внутривенно. Затем получают изображение для каждого флуоресцентного материала методом колоноскопии, с использованием многоволновой эндоскопической системы 100.

В то время, как с одним зондом трудно визуализировать и точно определить опухолевые участки, комбинированный зонд может дополнять зонды и может визуализировать опухолевые участки.

Фиг. 10 является видом, представляющим результат эндоскопической визуализации, полученный визуализацией живой свиной модели рака толстой кишки, с использованием многоволновой эндоскопической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Активные зонды (HMRG) и антитела-зонды (цетуксимаб-Flamma553 и герцептин-Flamma675) вводят в свинью, моделирующую человека. Затем получают изображение для каждой длины волны методом колоноскопии, с использованием многоволновой эндоскопической системы 100.

Флуоресцентное изображение не снимается, когда зонд не обработан для контрольных экспериментов.

Когда каждый зонд однократно обработан флуоресцентным материалом, сигнал детектируется только на длине волны спектра флуоресценции каждого зонда. Данные изображения разделяются из данных изображения после трехкратной обработки для трех зондов, с использованием результата вычисления одного спектра флуоресценции, таким образом, что каждый флуоресцентный материал помечается только по одному.

Таким образом, посредством взаимного дополнения разных зондов можно сократить число ошибочных ложноположительных определений и точно визуализировать опухолевые участки.

Вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения реализуются не только устройствами и способом, но могут быть реализованы с помощью программы для реализации функции, соответствующей конфигурации варианта осуществления настоящего изобретения, или носителя для записи информации, на котором записана программа.

Изобретение представлено и описано выше со ссылкой на варианты осуществления, однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что возможно выполнение различных изменение и модификаций, не выходящих за пределы объема изобретения, определенного последующей формулой изобретения.

1. Многоволновая эндоскопическая система для визуализации участка наблюдения, помеченного флуоресцентными материалами, имеющими разные цвета, содержащая:

блок визуализации, выполненный с возможностью получения данных изображения посредством поляризации падающего света, отраженного от участка наблюдения, в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению, разделения области спектра падающего света, поляризованного в первом направлении и втором направлении, на множество спектральных каналов и измерения интенсивности света для каждого из спектральных каналов; и

вычислительный блок, выполненный с возможностью сохранения одного спектра флуоресценции, выделенного из данных изображения образца, полученных однократной обработкой участка наблюдения каждым из флуоресцентных материалов, и выполненный с возможностью разделения и вывода данных изображения, полученных в блоке визуализации, с использованием одного спектра флуоресценции таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно,

при этом вычислительный блок выполнен с возможностью сохранения необработанного спектра флуоресценции, выделенного из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами, и

при этом вычислительный блок выполнен с возможностью осуществления коррекции для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, полученных в блоке визуализации с использованием необработанного спектра флуоресценции.

2. Система по п. 1, в которой блок визуализации содержит:

светоделитель, выполненный с возможностью поляризации падающего света в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению;

первый зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного в первом направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона;

второй зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного во втором направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона;

первую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр; и

вторую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр.

3. Многоволновая эндоскопическая система для визуализации участка наблюдения, помеченного флуоресцентными материалами, имеющими разные цвета, содержащая:

светоделитель, выполненный с возможностью поляризации падающего света, отраженного от участка наблюдения, в первом направлении и втором направлении, перпендикулярном первому направлению;

первый зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного в первом направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона;

второй зональный фильтр, расположенный на пути светового пучка, ответвленного во втором направлении, и выполненный с возможностью пропускания светового пучка, находящегося в пределах предварительно заданного спектрального диапазона;

первую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр;

вторую зональную камеру, выполненную с возможностью измерения интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр; и

вычислительный блок, выполненный с возможностью разделения и вывода данных изображения, полученных с использованием интенсивности светового пучка, проходящего через первый зональный фильтр, и интенсивности светового пучка, проходящего через второй зональный фильтр, таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно,

при этом вычислительный блок выполнен с возможностью сохранения необработанного спектра флуоресценции, выделенного из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами, и

при этом вычислительный блок выполнен с возможностью осуществления коррекции для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, с использованием необработанного спектра флуоресценции.

4. Система по п. 3, в которой вычислительный блок выполнен с возможностью сохранения одного спектра флуоресценции, выделенного из данных изображения образца, полученных посредством однократной обработки участка наблюдения каждым из флуоресцентных материалов, и выполненный с возможностью разделения данных изображения с использованием одного спектра флуоресценции таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно.

5. Способ обработки изображений для обработки изображения с использованием многоволновой эндоскопической системы, имеющей блок визуализации и вычислительный блок, содержащий этапы, на которых:

излучают свет на участок наблюдения, помеченный флуоресцентными материалами, имеющими разные цвета, используя блок визуализации;

получают данные изображения посредством приема света, отраженного от участка наблюдения, используя блок визуализации;

разделяют данные изображения таким образом, что отображается только один из флуоресцентных материалов, используя вычислительный блок; и

выводят разделенные данные изображения соответственно полосе длин волн, используя вычислительный блок,

выделяют необработанный спектр флуоресценции из необработанных данных изображения, полученных визуализацией участка наблюдения, не помеченного флуоресцентными материалами, и

осуществляют коррекцию для исключения составляющей аутофлуоресценции, содержащейся в данных изображения, с использованием необработанного спектра флуоресценции, используя вычислительный блок.

6. Способ по п. 5, в котором упомянутый этап, на котором разделяют данные изображения таким образом, что отображается только один из флуоресцентных материалов, используя вычислительный блок, дополнительно содержит этап, на котором:

выделяют один спектр флуоресценции из данных изображения образца, полученных однократной обработкой участка наблюдения каждым из флуоресцентных материалов.

7. Способ по п. 6, в котором упомянутый этап, на котором разделяют данные изображения таким образом, что отображается только один из флуоресцентных материалов, используя вычислительный блок, дополнительно содержит этап, на котором:

данные изображения разделяются с использованием одного спектра флуоресценции таким образом, что каждый из флуоресцентных материалов отображается отдельно.