专利名称：以渐进增加的分辨率观察和分析一个或多个生物样品的方法和用于该方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于以渐进增加的分辨率观察和分析一个或多个生物样 品和解剖结构的方法和装置。
背景技术：
放射技术如X射线计算机断层扫描("CT")、磁共振成像("MRT ) 和超声波能够使得器官水平的人体病变的非侵入可视化成为可能。尽管这 些医疗器械可能能够识别:^A度的病变，但是癌症的诊断能够需要^Uf见结 构的评估，这超出了传统成像技术的分辨率。因此，诊断可能需要活组织 检查和病理组织学检查。因为癌症前期的生长和早期癌症常常以^^见尺度 出现，所以它们能够为识别和诊断提供显著的挑战。这些病变的传统筛选 和监视依赖于苏木精和伊红("H&E")染色玻片的无制导的活组织检查 和形态分析。尽管这种方法可以被认为是用于耀观诊断的当前标准，但是 它需要从患者去除组织并且需要显著的处理时间以生成玻片。更重要地， 组织病理学固有地为点采样技术；常常只有非常小的一部分的患病组织能 够被切除，并且病理学家常常可能检查小于1。/。的活组织检查样品。
可以优选的是，从活人患者的整个器官或生物系统中获得^m见诊断。
化)和发育异常的选项。另外，无能力现场识别发育异常和恶性肿瘤的区 域已导致诸如像前列腺、结肠、食道和膀胱等等的随机活组织检查的筛选 过程，这是高度不希望的和杂乱无章的。当前涉及冷冻切片实验室的许多 诊断任务如外科肿瘤边界的描绘可以通过诊断医疗器械来改进，该诊断医疗器械能够以微观尺度迅速成像大的组织体积。能够填补病理学和放射学 之间的这个空白的技术将会对患者管理和卫生保健具有重大利益。
已进行了技术进步以增加非侵入成像技术诸如像微CT、微PET和磁 共振成像("MRI")显微的分辨率。通过这些技术已实现了接近20 nm 的分辨率，但A^本的物理限制仍然阻止它们应用于患者。对于非切除的 组织病理学诊断，现场进行的微观光学活组织检查技术近来已取得选艮。 反射共焦显微("RCM，，)可以特别好地适合于对患者的非侵入显微镜检 查，因为它能够测量微观结构而没有组织接触，并且不需要管理外在造影 剂。RCM能够抑制离焦光，并且检测选择性地起源于组织内单平面的背 散射的光子。例如通过在平行于组织表面的平面内迅速扫描电磁辐射的聚 焦束，能够实施RCM，获得组织的横断或表面图像。可以用在RCM中 的大数值孔径(NA)能够获得非常高的空间分辨率(l-2jim),使得亚细 胞结构的可视化成为可能。然而，高NA成像对随着光传播通过不均匀的 组织而出现的像差特别敏感。而且，使用RCM的高分辨率成像典型地被 限制到大约100-400 p m的深度。
RCM已被广泛地展示为用于表皮组织的可行成像技术。内窥镜共焦 显微系统的开发已变得更加困难，这至少部分地归因于涉及使扫描显微镜 小型化的重要技术挑战。将共焦显微镜检查的概念直接应用于内窥镜检查 的一个主要障碍是机构的操纵，该机构用于在小直径ltt探针的远端快速 扫描聚焦束。已提议了多种方法来应对这个问题，包括远端微机电系统 ("MEMS")束扫描装置的^f吏用和单模光纤束的近端扫描。而且，RCM 可以提^Mt离散位置处的^Ui见图像一一"点采样"技术。如当前实施的 那样，点采样是RCM所固有的，因为它具有有限的视场，其可以与切除 活组织检查的视场相当或比它小，并且对于全面的大视场显微镜检查，成 絲率太慢。
使共焦显微镜检查适用于内窥镜应用的另 一个挑战包括可以用于光 学切片的高NA物镜的小型化。通过提供例如梯度指数透镜系统、双轴物 镜或定制设计的小型化物镜，可以实现这样的小型化。例如，使用耦合到 小型化物镜的光纤束，可以在体内获得子宫颈上皮的形态的详细图像，并 且4吏用商用仪器如可以从例如Olympus Corp.(奥林巴斯7〉司)和Pentax/ Optiscan获得的商用仪器，可以得到结直肠病变的基于荧光的图像。
尽管有这些M，仍然需要提供方法和装置，该方法和装置能够解析 (例如从大的表面面积乃至可能整个器官获得的以细胞水平、结构水平或两者提供的)数据，以便它可以以及时、准确的方式被适当地解释。事实 上，这种数据的量很大并且难以同时观察这样的数据，因而这样的方法和 装置将^^对于其观察和分析有益。
发明内容
本发明的目的之一是要克服现有技术系统的某些缺陷和缺点(包括上 面在此描述的那些)，并且提供用于以渐进增加的分辨率观察和分析一个 或多个生物样品和解剖结构的方法和装置的示范性实施例。这样的示范性 方法和装置能够和数据的目视险查一起4吏用，或者通过数据的自动处理过 程使用，以引导最有可能包含异常和/或不健康组织的区域的可视化。
因此，提供了根据本发明的示范性实施例的方法、i更备和装置，它们 可以分析和/或图示解剖结构的至少一个部分。例如，在这样的示范性实 施例中，将光转送到这样的部分，以便生成与该部分相关的第一信息。例 如，将光提供到受检对象上或受检对象之内。接收第一信息，并且可以基 于第一信息选择该部分的至少一个截面，以便生成第二信息。可以作为第 二信息的函数而渐进修改该部分的显示的放大率。
在本发明的进一步的示范性实施例中，(例如在解剖结构之内)能够 修改所述至少一个部分的位置和/或深度的显示。第二信息能够与在这样 的部分之内提供的区域相关联，和/或可以通过用户选择该区域来获得。 该选择能够通过处理装置自动进行而不用从用户输入。可以确定所述至少 一个部分之内的异常性区域，并且处理装置可以进行选择和修改，以<更显 示异常性的至少一个截面J吏用处理装置能够确定该部分之内的异常性区 域以便生成第三信息，并且该选择能够作为第三信息的函数而被用户和/ 或处理装置执行。
才艮据本发明的再一个示范性实施例，第一信息能够与该部分的二维、 三维、四维或更多维表示相关联。进一步，该部分可以具有大于lmm2 和/或10mm2的面积。该部分的显示的截面可以具有小于lcm2、 lmn^和 /或100ui^的面积。第一信息能够与共焦显^t镜检查过程、镨编码共焦 显微镜检查过程、光学相干断层扫描过程和/或光学频域干涉量度过程相 关联。装置位于解剖结构之内，以便将光提供给该部分。
结合所附的权利要求书，当阅读以下对本发明实施例的详细描述时， 本发明的其它特征和优点将会变得明显。
结合示出了本发明的示意性实施例的附图，从以下详细描述中，本发
明的进一步的目的、特征和优点将会变得明显，其中
图1是示范性镨编码共焦显微镜检查(SECM)系统的示意性图示；
图2A是使用单模源和单^r测(SM-MM)配置离组织表面100 p m 在体外获得的猪肠上皮的示范性SECM图像；
图2B是使用单模源和多模检测(SM-MM)配置获得的猪肠上皮的 另一个示范性SECM图像；
图2C是猪肠上皮的SECM图像的放大图3A是在以50 n m的成像深度压缩肠壁之后在体外获得的猪肠上皮 的示范性SECM图像；
图3B是在以100 m m的成像深度压缩肠壁之后在体外获得的猪肠上 皮的示范性SECM图像；
图4是示范性SECM设备的示意性图示；
图5是USAF图表的示范性SECM图像；
图6A是以lx的放大率显示的基于取自镜头纸样品的数据的示范性 SECM图像；
图6B是以4.5x的放大率显示的基于取自镜头纸样品的数据的示范性 SECM图像；
图6C是以16.7x的放大率显示的基于取自镜头纸样品的数据的示范 性SECM图像；
图6D是以50x的放大率显示的基于取自镜头纸样品的数据的示范性 SECM图像；
图6E是以125x的放大率显示的基于取自镜头纸样品的数据的示范 性SECM图像；
图7是在5个不同焦点位置从镜头纸样品获得的一系列示范性SECM 数据以及通itl且合5个各自图像中的数据生成的组合图像；
图8A是以lx的放大率显示的基于取自猪肠组织片段的数据的示范性SECM图像；
图8B是以4x的放大率显示的基于取自猪肠组织片段的数据的示范 性SECM图像；
图8C是以20x的放大率显示的基于取自猪肠组织片段的数据的示范 性SECM图^象；
图8D是以40x的放大率显示的基于取自猪肠组织片段的数据的示范 性SECM图像；
图9A是在体内的猪食道的^bf见图像的前视图和侧视图，其使用根据 本发明的方法和装置的示范性实施例示出了黏膜下层之内的脉管网络，而 没有使用图像增强剂或外在的造影剂；
图9B是通过图9A中图示的位置处的食道壁的纵向橫截面的微观图 4象的侧视图9C是A中图示的位置处的打开横断截面的侧视图9D是图9C中图示的图像的选择截面的展开图的侧视图9E是M应于图9D中图示的图像的解剖区域获得的代表性组织 截面的示范性图像；
图10是本发明的用于渐进变焦到解剖结构的樹观数据集中的方法的 示范性实施例的流程图11是使用光学相干断层扫描("OCT")技术获得的食道翁膜的一 系列示范性图像，展示了用于识别与Barrett的食道和腺癌相比较的正常 鳞状黏膜的自动处理过程的示范性实施例的实施；
图12是使用OCT技术获得的动脉粥样硬化斑的一组示范性图像， 其已被处理以识别巨噬细胞密度；以及
图13是根据本发明的方法的另一个示范性实施例的流程图，该方法 用于基于经由信号处理技术获得的结果，渐进变焦到解剖结构的#^见数据 集，以自动识别可以以高放大率观察的所关心区域。
贯穿附图，除非另外声明，否则相同的标号和字符用于指示图示实施 例的相同特征、元件、部件或部分。此外，虽然现在将参考附图详细地描 述本发明，但是这将结合示意性实施例进行。能够对描述的实施例进行改 变和修改，而不认为脱离了如所附权利要求所限定的本发明的真实范围和精神。
具体实施例方式
根据本发明的示范性实施例，能够提供根据本发明的示范性实施例的 方法和装置，用于以渐进增加的分辨率观察和分析一个或多个生物样品和 解剖结构。这样的示范性方法和装置能够和数据的目^查一起使用，或 者通过数据的自动处理过程使用，以引导最有可能包含异常和/或不健康 组织的区域的可视化。
在图1中示出了示范性SECM技术。来自可以位于探针远端的单模 光纤100的输出能够被准直透镜110校准，然后照射色散光学元件(诸如 #^射衍射光栅120)。物镜130然后能够M个衍射波长聚焦到样品之 内的不同空间位置，导致横断线状焦点140，其中线上的每个点用不同的 波M征。在从可以例如是生物组织的样品反射之后，光信号可以被衍射 元件120重新组合并由单模光纤100收集。单模光纤100的核心孔径可以 提供空间滤波机制，其能够滤去散焦光。在探针外部(并且任选地在系统 控制台之内)，返回的光的光镨可以被测量并被转换成作为样品之内横向 位移的函数的共焦反射。能够快速执fr潜解码。这样一来，通过相对緩慢 和直接的机械动作，就能够完成通过在正交于线状焦点的方向上扫描射束 而产生的图像。
SECM技术可以允许使用内窥镜RCM,并且能够通过使用高速线性 CCD摄#^以极高速率提供图像数据。商业上可用的线性CCD阵列能够 以大于大约每秒60兆像素的速率获得数据。当结合到SECM分光计中时， 这些阵列能够以大约10倍于典型视频速率并且一直到100倍于某些内銃 镜RCM技术的iUL产生共焦图像。典型SECM系统的快速成像速率和 光纤设计允许通过内窥镜探针的全面的大面积显^L镜检查。
使用光学相干断层扫描("OCT")的技术及其变体可以用于全面的 构造筛选。获取波长域中的而不是时域中的OCT信号，能够提供成^il 度的数量级改善，同时维持良好的图像质量。使用镨域OCT( "SD-OCT") 技术，通过检测组织样品和基准之间的镨分辨干涉，能够在生物组织中实 施高分辨率测距。因为SD-OCT系统能够使用与SECM系统相同的高速 线性CCD，所以它们也能够以每秒60兆像素捕捉图像，这近似于两个数 量级的传统时域OCT ("TD-OCT")系统的速率。使用这种获取速率和分辨率，SD-OCT系统能够在临床环境中以构造水平提供全面的体积显微 镜检查。
SD-OCT和SECM系统提供的信息可以是互补的，并且使用这两种 技术的混合平台能够提供可能对于准确诊断所必需的有关组织的构造和 细胞结构的信息。尽管不同技术的结合典型地需要大范围的工程并且可能 使性能折衷，但是SECM和SD-OCT系统能够共享关键的部件，并且能 够提供高性能多模态的系统，而不会显著增加单个系统的复杂性或成本。
根据本发明的某些示范性实施例的SECM系统能够使用波长扫描 1300mn的源和单元件光检测器来获得作为时间函数的镨编码信息。使用 这个系统，能够以在400nm视场("FOV")之上具有高横向(1.4pm) 和轴向(6jam)分辨率的高达约30帧/秒的速率获取图像。用高速系统在 体外成像新近切除的猪十二指肠片段的图像，以展示SECM系统识别亚 细胞结构的能力，该亚细胞结构可以在专化肠上皮化生("SIM")即BE 的化生变化中发现。
图2A-2C描绘了在体外获得的猪肠上皮的示范性SECM图像，其使 用了两种成像模式和相应的光纤配置具有单模检测的单模照射
("SM-SM")以及具有多微测的单模照射("SM-MM")。图2A中的 SM-SM图像示出了使用单模源和单#^测的距离组织表面100 nm的上 皮结构。使用具有1:4的核心-孔径比的单模源和多模险测(SM-MM)获 得的示出在图2B中的相同组织区域的图像，因为斑点噪声减少而显得更 加平滑并且可以更加容易地解释。图2C是图2B中示出的图像的放大图， 其示出了包含不良反射的核心(例如固有层或"lp")和较高散射的柱状 上皮的绒毛的证据。在柱状细胞的底部可见的明亮图像密度，其与核一致
(用箭头指示)，在图2C中是明显的。
使用膨胀气囊，能够将使用OCT技术在体内成像的食道壁的厚度减 少例如大约二分之一。图2A-2C中示出的猪肠样品被减少相同的量，并 且使用SECM技术观察到的亚细胞特征被很好地保存。图3A和3B分别 示出了在50 |i m和100 ji m的深度获得的该变薄样品的图像。
商用800nm激光扫描共焦显^t镜的穿透深度被观察到与用1300nm SECM系统获得的穿透深度相比减少了大约20%。减少的穿透可能是较 短波长源的散射增加的结果。这样一来，使用840nm源的SECM系统就 可以提供足够的穿透，以识别例如肠上皮的亚细胞结构。在图4中示意性地图示了被配置成提供全面SECM图像的根据本发 明的某些示范性实施例的设备。这个示范性设^^被配置成从圆柱形样品获 得图像，该圆柱形样品具有2.5 11的长度和2.0011的直径，这近似为远端 食道的;^JL。具有以800nm为中心的波长和45nm的带宽的光纤耦合的 2.0mW超辐射二极管200(QSSL國7卯誦2， qPhotonics, Chesapeake, VA)， 被配置成照射50/50单模光纤分束器405。被传输通过分束器的一个端口 的光被准直仪410校准，并且被传输通过光纤412到达聚焦设备415并到 达光栅透镜对，该光栅透镜对包括光栅420 (1780 lpmm， Holographix， LLC, Hudson, MA);以及350230-B非球面透镜425 (ThorLabs， Inc., Newton， NJ )，其具有4.5mm的焦距f、 5.0mm的通光孔径和0.55的NA。 这种布置能够在圃柱形样品的内表面上产生聚焦的谱编码的斑点430的 500 纵向线性阵列或线。光栅透镜对通过壳体440附着到马达435 (1516SR, 15mm直径，MicroMo Electronics， Inc., Clearwater, FL ) 的轴。随着马达435旋转，跨越圆柱形样品的内圆周扫描谱编码线。使用 计算:^M^制的线性级445 (Nanomotion II, 2.5cm range, Melles Griot， Rochester, NY)，在马达435的旋转期间沿着圆柱形样品的纵轴平移马 达435、壳体440和光栅透镜对。这个过程产生了圆柱形样品的整个内表 面的螺旋扫描。
从样品反射的光被传输返回通过光学系统ii^单模光纤412，并且被 光纤412提供给分光计450和线性CCD 455,该线性CCD 455包括2048 个4象素并且具有30kHz的线速率(Basler L104K， Basler Vision Technologies, Exton， PA)。计算机460用于存储、分析和显示分光计450 和CCD 455提供的图像数据。每周马ii^转大约有60，000点(以0.5Hz 或30rpm)被数字化，以实现1.0nm的圆周采样密度。马达的纵向速度 为0.25mm/s，并且圆柱形样品的一个完整扫描所需的时间为100秒。
光栅透镜对上的准直束的lV直径为4.0mm。结果，这个示范性i殳 备的有效NA近似为0.4，这对应于近似1.2|iim的理论斑点直径和近似 2.5Jim的共焦M。在没有光学像差的系统中，样品上的理论镨分辨率 可以为0.8人，其能够跨越镨编码线430得到高iii^似630个可分辨点。 检测臂中的分光计450被设计成超过探针的预测镨分辨率。
在图5中示出了使用这种设备获得的1951 USAF分辨率图表的 SECM扫描。被分开2.2nm的这个图中的最小条被分辨。使用扫描通过 焦点的镜获得的横断线扩展函数半高宽("FWHM，，)和轴向FWHM函数分别被测量为2.1 n m和5.5 |i m。观察到视场大约为500 p m。这些测 量结果,低于相应的理论值，这可能归因于光路中的像差。这些实际的 ;|^明，在此描述的示范性设备能够提供足够的分辨率以用于生物组织 中的共焦显微镜检查。
在图6中示出了用于2.5cm体##品的完全回拉图像的SECM图像 数据。在生成这些显示的图像之前，将极坐标转换成直角坐标。使用附着 到2.1cm内径的特氟隆(Teflon)管的内表面的镜头纸来制作^^^品。在 图6A示出的低放大率图像中，能够观察到纸的包括褶皱和空隙的宏观结 构。可见的圆周条紋可能起因于存在于镨编码线的末端处或其附近的较低 的谦功率和透镜像差。如图6B-6E所示，在以较高的放大率提供的这个 数据集的区域中，能够清楚地分辨各个纤维和纤维微观结构。
通过调整图4A中的聚焦设备415，在120pm的范围的5个离散聚 焦深度处获取仿真样品的圆柱形二维("2D")图像。图7中示出的这5 个图像710-750然后被求和以产生综合图像760,其展示了体,品表面 的几乎完整的覆盖。
由于缺少用于光学扫描头的定心设备，使用如在此描述的SECM设 备来成像生物样品能够被复杂化。为了提供进一步的改进以便生成宽视场 显微图像和数据，在2.0cm直径的透明圆柱之上放置猪肠的样品。在图 8A中示出了 1秒内获取的这个样品的360°扫描。成像的组织^Mt圆柱 形扫描的一个区段中出现，因为探针未被置于中心，并且样品没有完全缠 绕在圆柱周围。图8B-8D示出了这个组织样品的一系列放大区域。图8B 中示出的图4象是图8A中的打点矩形框出的1.5cm区段的扩展。类似地， 图8C中的图像表示了图8B中框出的矩形的扩展，而图8D中的图像则表 示了图8C中框出的矩形的扩展。图8B中的组织的放大图像暗示了腺结 构。图8C-8D中的放大图像展示了绒毛和核特征，它们类似于如图2和3 所示的4吏用1300nm SECM系统观察到的绒毛和核特征。图8A中的 SECM扫描的其它区域示出了伪像(artifact),包括来自透明圆柱的镜反射 和全信号丟失，这两者都可能起因于聚焦SECM束的不适当定位。
对患者实施全面共焦显微镜检查提出了多种技术挑战。这样的挑战可 能包括例如增加成像速率、使探针光学部件和机械部件小型化、结合定心 机构以及实施用于动态改变焦平面的技术。
与在上文描述的示范性系统相比，能够将SECM系统的图像获^Ut 度改进为该示范性系统的例如大约2-4倍。通过提供某些修改能够实现样的改进。例如，更高功率半导体光源(诸如像超辐射二极管T-840 HP:25mW， 840nm， 100nm i普带宽)能够提供1000个镨可分辨点。光功 率的增加能够改进灵敏度，并且较大的带宽可以拓宽视场，使得可以以近 似两倍的速度扫描SECM束。而且，使用光环行器诸如像OC-3-850 (Optics for Research, Caldwell, NJ)能够增加被传递到探针和从探针 收集的光的效率。使用更快更灵敏的线性CCD诸如像具有2048个像素 和60kHz读出速率的AVIIVA M4-2048 (Atmel Corporation)能够提供两 倍的数据获^it度和用于生成图像数据的波长范围的改进的谱响应。还可 以通过使用例如Camera Link (摄像机链接)接口来改进性能，所述 Camera Link接口能够以近似120MB/s的速率从摄^J机向用于存储的硬 盘驱动器阵列传送数据。
被理解为指的是最小可检测反射率的灵敏度是影响共焦图像质量和 穿透深度的系统M。当使用近红外RCM技术时，能够从一直到近似 300 M m的深度处的皮触j^射入射光的一小部分，其可能近似为10_4到10 _7。基于在此描述的根据本发明的某些示范性实施例的示范性系统中使用 的物镜的NA以及皮肤比非角质化上皮祐膜更加显著地可以使光衰减的 观察，在此描述的示范性SECM探针物镜可以收集近似3 x 10—4到3 x 10 7的从组织之内深处反射的照射光。25mW光源可以被分成例如近似1000 个独立的射束。最大双程插入损M估计为近似10dB (6dB来自探针， 4dB来自光纤和分光计)。基于这些估计的^lt，对于每线集成周期，从 而可以用近似50到50,000个光子/像素来照射阵列中的每个像素。
使用多模检测技术，可以实现10倍的信号增益，使得对于这样的配 置每次扫描有近似500到500,000光子/像素。如果信号在以近似240个光 子发生的暗电流波动之上，则例如Atmel AVIIVA M4摄〗象机上的单个像 素能够可靠地检测光。如果这个装置在这些波长处具有近似50%量子效 率，则能够以每次扫描有近似480光子/像素产生最小可检测信号。基于 这些近似，Atmel摄#4^可以具有足够的灵敏度以允许较深的组织深度处 的SECM成像。通过使用多模光纤来收集或者通过增加源功率，能够实 现对预测的最小反射率进行的量子噪声限制检测。
根据本发明的一个示范性实施例，能够提供用于导航、分析和显示来 自解剖结构的大的#^见数据集的方法和装置。
图9A-9E图示了使用全面的显微镜检查与本发明的方法和装置的示 范性实施例获得的体内猪食道的各种图像。这些示范性图像由图4中示出的计算机460 (例如个人计算机、微型计算机等等)生成，或者由别的处 理装置生成，所述计算机460或处理装置可以(例如通过软件)被配置成 将这样的图像转发到图4的显示器470或别的输出装置。另外，计算机 460控制图4的示范性系统的各种部件(例如马达435、线平移器445、 聚焦设备415等等)，以自动地和/或在人工控制之下聚焦在解剖结构的各
个区域上，这将使得能够导航、分析和显示与解剖结构相关联的大的^bC
数据集。
例如，图9A分别示出了在体内的猪食道的^bf见图像的前视图和侧视 图900、卯5，其使用根据本发明的方法和装置的示范性实施例提供了黏 膜下层之内的脉管网络，而没有使用图^if强剂或外在的造影剂。事实上， 可以对图9A的例如14GB容量的数据集进行再现和降采样，以用于在任 意的取向和透视图中呈现。在没有使用这样的图像增强剂或外在的造影剂 的情况下，示出了祐膜下层之内的脉管网络。使用为(一个或多个)这样 的示范性任务配置的计算机460和图4的系统的其它部件，能够在体积图 像上定位横截面图像，用于更高分辨率观察。
图9B示出了通过图9A中图示的位置处的食道壁的纵向横截面的微 观图像的侧视图910。例如，这个图像910以上皮在顶部的方式反转；尺 度水平45mm，垂直2.6mm。在原始数据中，能够观察到对应于心跳运 动的周期性垂直偏移。表面对准过程的示范性实施例用于减少这种伪像而 只剩余垂直条带，该剩余的垂直条带仍然可以以对应于卯次/分钟的心率 的300微米的周期被观察到。相邻A线之间的示范性纵向间距被示出为 32 |im。
图9C示出了图9A中图示的位置处的打开横断截面(例如圆柱坐标 r和6被映射到垂直和水平坐标)的侧视图920。例如，图示的示范性尺 度如下57mm—水平，2.6mm—垂直。图9B和9C都图示了通过整个食 道壁的成像，并且能够识别鳞状上皮(e)、固有层(lp)、黏膜肌层(mm)、 祐膜下层(s)和固有肌层(mp)。图9D示出了有助于这样的识别的图 9C中图示的图像的选择截面的展开图的侧视图930。图9E示出了M应 于图9D中图示的图像的解剖区域获得的代表性组织截面(H&E染色) 的示范性图像。
例如，图10描绘了流程图，其描述了能够使用图4中示出的计算机 460来执行的用于以渐进更高的分辨率分析和/或观察数据集的根据本发 明的方法或过程的示范性实施例。具体地，在步骤1000中，在组织的大面积之上，或者从组织或其中的器官的体积中，可以获取具有小于10MH1
的分辨率的微观数据集。然后能够以如下的表达(在步骤1010中)将数 据格式化可以图示整个数据集或数据集的一部分的低放大率或低倍视 图。在步骤1020中，用户可以观察数据集，并且使用计算机接口选择(a) 矩形区域、(b)点、(c)任意成形区域和/或(d)深度，以目视更高放大 率视图。在步骤1020中观察新的区域，并且用户在数据集之内(a)选择 另一个区域、(b)在点处放大、(c)缩小、(d)在三维中平移当前视图和 /或(e)改变观察的深度位置。
重复图10中图示的整个示范性过程，直到所关心的一个或多个区域 被可视化地识别为止。用户以任何放大率或视图来选择不同的图像，以存 储用于稍后的检查。在示范性导航过程期间还能够对每个单独视图进行标 记。不同放大率/位置的各种区^/图像能够被标上书签，以便用户能够在 随后的导航^^期间返回到相同的区^/图像。图6A-6E、 7和9A-9E图 示了观察大面积微观数据集时的渐选故大率的例子。
在此描述的导航过程的示范性实施例通过计算机460来实施，并且还 利用各种处理技术辅助用户确定各种区域以放大和观察样品及其不同的 部分和区域。例如，图ll描绘了使用光学相干断层扫描("OCT")技术 获得的食道黏膜的一系列示范性图像，展示了用于经由OCT图像空间频 率的分析而识别与Barrett的食道和腺癌相比较的正常或良性鳞状黎膜的 自动处理过程的示范性实施例的实施。
如图ll所示，示出了不同病状的OCT图4象1100、 1110和1120以及 空间频率分布1105、 1115和1125。鳞状上皮1100 (SE )具有垂直空间频 率(见面板1105中的箭头1007)，其对应于在SIM中可能不存在的水平 层。与SIMND 1110和1115相对照，在腺癌(CA) 1120的示范性OCT 图傳J良其相应的空间频率1125中示出了广泛变化的空间频率分布。图12 描绘了通过确定归一化的标准偏差^lt( NSD )而从动脉粥样硬化斑1200 的OCT图像中获得的巨噬细胞含量1210的图示。使用色表1220，可以 获得巨噬细胞的密度并将其显示为图像。
这些以及其它的示范性图像处理分析过程和步骤能够被应用于微观 数据集并用于突出潜在疾病的区域，用于随后的定向导航。图13描绘了 用于导航和评估微观图像数据集的根据本发明的方法和过程的示范性实 施例的流程图。在这个示范性方法/过程中，在步骤1300中获得#^见数据 集，其优选地具有在组织的大面积之上或者从组织或其中的器官的体积中获取的小于10 Mm的分辨率。然后在步骤1310中通过处理装置(例如4吏 用计算机460)自动地处理lt据，以识别包含疑似疾病区域或相反地疑似 不包含疾病区域(亦即健康部位)的区J^/位置。在步骤1320中，不健康 区域通过使用颜色或其它标记方法而被表达，然后在步骤1330中以整个
^bC数据体积的低放大率而被规察。
用户然后能够由处理数据及其表达引导，在步骤1340中选择区域来 观察。然后用户可以观察数据集，并且使用计算机接口来选择(a)矩形 区域、(a)点、(c)任意成形区域和/或(d)深度，以目视更高放大率视 图。可以观察新的区域，并且用户(或计算机460)可以在数据集之内手 动或自动地(a)选择另一个区域、(b)在点处放h缩小(步骤1350)、 (d)在三维中平移当前视图和/或(e)改变观察的深度位置。进一步， 在步骤1360中，用户观察新近图示的区域。可以重复示范性的方法/过程， 直到所关心的(一个或多个)区域被可视化地识别为止。用户或计算机 460可以选择任何放大率或视图的不同图像，以存储用于稍后检查。在示 范性导航过程期间还可以对每个单独视图进行标记。不同放大率/位置的 各种区^/图像可以被标上书签并存储，以便用户能够在随后的导航M 期间返回到相同的区^/图寸象。
前述仅^明了本发明的原理。考虑到在此的教导，对所描述的实施 例的各种修改和变更对本领域技术人员而言将会是明显的。事实上，根据 本发明的示范性实施例的装置、系统和方法，可以与任何OCT系统、OFDI 系统、SD-OCT系统或其它成《象系统一^^吏用，并且例如与2004年9月 8日提交的国际专利申请PCT/US2004/029148、 2005年11月2日提交的 美国专利申请No. 11/266,779和2004年7月9日提交的美国专利申请No. 10/501,276中描述的那些一起使用，这些专利申请的*内容通过引用结 合于此。这样一来，将会意识到的是，本领域技术人员将会没计众多的系 统、装置和方法，它们尽管没有在此明确地示出或描述，但却体现了本发 明的原理，并从而处在本发明的精神和范围之内。另夕卜就上面尚未明确 地将现有技术知识通过引用结合于此而言，明确地以其整体结合于此。上 面引用在此的所有公布都以其整体通过引用结合于此。
权利要求
1.一种用于分析和/或图示解剖结构的至少一个部分的方法，包括将光转送到所述至少一个部分以便生成与所述至少一个部分相关的第一信息，其中，将所述光提供到受检对象上或受检对象之内；接收所述第一信息，并且基于所述第一信息选择所述至少一个部分的至少一个截面，以便生成第二信息；以及渐进地修改作为所述第二信息的函数的所述至少一个部分的显示的放大率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述修改步骤包括修改所述 至少一个部分的位置的显示。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述修改步骤包括修改所述 至少一个部分在所述解剖结构之内的深度的显示。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二信息与所述至少一 个部分之内提供的区域相关联。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过用户选择所述区域来获 得所述第二信息。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择步骤通过处理装置 自动执行而不用从用户输入。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述至少一个部分 之内的异常性区域，并且其中处理装置执行所述选择步骤和修改步骤，以 1更显示所述异常性的至少一个截面。
8. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用处理装置确定所述 至少一个部分之内的异常性区域，以便生成第三信息，并且其中所述选择 步骤作为所述第三信息的函数而被用户执行。
9. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用处理装置确定所述 至少一个部分之内的异常性区域，以便生成第三信息，并且其中所述选择 步骤作为所述第三信息的函数而被所述处理装置执行。
10. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述第一信息与所述至少一 个部分的二维表示相关联。
11. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述第一信息与所述至少一个部分的三维表示相关联。
12. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述第一信息与具有多于三 维的所述至少一个部分的表示相关联。
13. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述至少一个部分具有大于 lmm2的面积、。
14. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述至少一个部分具有大于 10mm2的面积。
15. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述至少一个部分的显示的 截面具有小于1 112的面积。
16. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个部分的显示的 截面具有小于lmm2的面积。
17. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述至少一个部分的显示的 截面具有小于100 n m2的面积。
18. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述第一信息与以下中的至 少一个相关联共焦显^t镜检查过程；诿编码共焦显^t镜检查过程；光学相干断层扫描过程；以及光学频域干涉量度过程。
19. 根据权利要求l所述的方法，进一步包括在所述解剖结构之内提 供装置，以便将所述光提供给所述至少一个部分。
20. —种用于分析和/或图示解剖结构的至少一个部分的设备，包括:至少一个第一装置，其配置成将光转送到所述至少一个部分，以<更生 成与所述至少 一个部分相关的第 一信息；至少一个第二装置，其配置成接收所述第一信息，并且基于所述第一 信息选择所述至少一个部分的至少一个截面，以便生成第二信息；以及至少一个第三装置，其配置成渐ii^修改作为所述第二信息的函数的 所述至少一个部分的显示的放大率。
21. —种用于分析和/或图示解剖结构的至少一个部分的装置，包括:第一组指令，其当由处理装置执行时，将所述处理装置配置成接收作 为对被转送到所述至少一个部分的光的响应而生成的与所述至少一个部分相关的第一信息；第二组指令，其当由所述处理装置执行时，将所述处理装置配置成接 收所述第一信息，并且允许所述处理装置或用户中的至少一个基于所述笫 一信息选择所述至少一个部分的至少一个截面，以便生成第二信息；以及第三组指令，其当由所述处理装置执行时，将所述处理装置配置成渐 进地修改作为所述第二信息的函数的所述至少一个部分的显示的放大率。
全文摘要
提供了根据本发明的示范性实施例的方法、设备和装置，用于分析和/或图示解剖结构的至少一个部分。例如，将光转送到这样的部分，以便生成与该部分相关的第一信息。例如，将光提供到受检对象上或受检对象之内。接收第一信息，并且可以基于第一信息选择该部分的至少一个截面，以便生成第二信息。可以作为第二信息的函数而渐进修改该部分的显示的放大率。
文档编号G01B11/24GK101304683SQ200680040695
公开日2008年11月12日 申请日期2006年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者吉列尔莫·J·蒂尔尼, 布雷特·尤金·鲍马, 德维尔·叶林, 本杰明·J·瓦科奇, 梅利莎·苏特 申请人:通用医疗公司