生成示出生物組織中生物物質濃度分布圖像的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用于生成示出生物組織中的生物物質濃度分布的圖像的方法和 裝置。
【背景技術】
[0002] 近來，已經提出了具有拍攝光譜圖像的功能的內窺鏡裝置（光譜內窺鏡裝置）。通 過使用這樣的光譜內窺鏡裝置，可以獲得關于生物組織（如消化器官的黏膜）的光譜特性 (例如，反射光譜）的信息。已知的是，生物組織的反射光譜反映這樣的信息：所述信息關 于作為測量目標的生物組織的表層附近包含的組分的類型或密度。具體而言，已知根據生 物組織的反射光譜計算得到的吸收率等于通過將構成生物組織的多種物質的吸收率線性 疊加而得到的吸收率。
[0003] 已知的是，病變生物組織中的物質的組成和量不同于健康生物組織中的物質的組 成和量。在許多早期研究中表明，病變（如由癌癥表示）的異常與血液狀況（特別是與血 液或氧飽和總量）極為密切相關。在光譜分析領域中，經常使用這樣的方法：通過使用兩個 被聚焦的生物組織所具有的可見范圍內的光譜特征值來對所述兩個被聚焦的生物組織進 行定性和定量。因此，通過將包括病變的生物組織中的血液的光譜特性與并未包括病變的 生物組織中的血液的光譜特性進行比較，可以估計生物組織中的某些種類的病變的存在。
[0004] 光譜圖像是使用不同波長的光來獲取的一系列的圖像信息組成，且生物組織的更 詳細的光譜信息可以從具有更高的波長分辨率（即，用于獲取圖像信息的更大量的波長） 的光譜圖像獲得。專利文件1公開了在400nm至800nm的波長范圍內以5nm的間隔來獲取 光譜圖像的光譜內窺鏡裝置的示例性的配置。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文件
[0007] (專利文件1)第2012-245223A號日本專利臨時公開
【發明內容】
[0008] 待解決的問題
[0009] 然而，為了獲取具有高波長分辨率的光譜圖像（例如，公開于專利文件1中的光譜 圖像）需要許多在改變圖像獲取波長的情況下獲取的圖像。此外，需要進行大量計算以分 析大量圖像，因此分析這些圖像要耗費時間。也就是說，需要重復進行相對復雜的拍攝操作 和計算，以獲得有效的診斷支持信息。因此，存在獲得有效診斷支持信息要耗費時間的問 題。
[0010] 鑒于上述情況而提出本發明，本發明的目的是提供能夠在短時間內獲取示出生物 物質的分布（例如，氧飽和度分布）的圖像信息的方法和裝置。
[0011] 解決問題的方法
[0012] 根據本發明的一個實施方案，提供了用于示出生物組織中包含的第一生物物質與 第二生物物質之間的摩爾濃度比的生成分布圖像的方法，所述生物組織的吸收光譜在預定 波長范圍內以波長遞升的次序具有第一等吸光點、第二等吸光點、第三等吸光點以及第四 等吸光點，所述方法包括：通過使用由第一濾光器從白光中提取的光來獲取生物組織的圖 像而獲取第一成像數據匕的步驟，所述第一濾光器配置成共同選擇性地提取由第一等吸光 點和第二等吸光點劃分的第一波長范圍內的光、由第二等吸光點和第三等吸光點劃分的第 二波長范圍內的光以及由第三等吸光點和第四等吸光點劃分的第三波長范圍內的光；通過 使用由第二濾光器從白光中提取的光來獲取生物組織的圖像而獲取第二成像數據G2的步 驟，所述第二濾光器配置成選擇性地提取第二波長范圍內的光；以及基于所述第一成像數 據Gi和所述第二成像數據G2來生成分布圖像的步驟。
[0013] 此外，在上述方法中，基于第一成像數據Gi和第二成像數據62來生成分布圖像的 步驟可以進一步包括：基于第一成像數據A來獲取第一濾光器的透射波長范圍中的生物組 織的吸收率4的步驟；基于第二成像數據G2來獲取第二濾光器的透射波長范圍中的生物組 織的吸收率^的步驟；以及基于所述吸收率Ai和吸收率A2來生成分布圖像的步驟。
[0014] 此外，在上述方法中，獲取吸收率&的步驟可以包括使用表達式1或表達式2來 計算吸收率&的步驟；以及
[0015] (表達式1)
[0016] Ai=-logG!
[0017] (表達式2)
[0018] Ai=-Gi
[0019] 獲取吸收率A2的步驟可以包括使用表達式3或表達式4來計算吸收率六2的步驟。
[0020] (表達式3)
[0021] A2=-logG2
[0022] (表達式4)
[0023] A2=_G2
[0024] 此外，在上述方法中，基于吸收率&和吸收率六2來生成分布圖像的步驟可以包括： 使用表達式5來計算指數X的步驟；以及
[0025] (表達式5)
[0026] X=A「2kA2
[0027] (其中k為常數）
[0028] 基于指數X來生成分布圖像的步驟。
[0029] 此外，在上述方法中，常數k可以是1。
[0030] 此外，上述方法可以進一步包括：通過使用由第三濾光器從白光中提取的光來獲 得生物組織的圖像而獲取第三成像數據R3的步驟，所述第三濾光器配置成選擇性地提取第 四波長范圍中的光，相比于預定波長范圍內的吸收率，生物組織在所述第四波長范圍中的 吸收率足夠低，并且獲取吸收率4的步驟可以包括：通過將第一成像數據Gi除以第三成像 數據R3來計算第一標準化反射率SR^勺步驟；以及使用表達式6或表達式7來計算吸收率 步驟；而且
[0031] (表達式6)
[0032] Ai= -logSR!
[0033] (表達式7)
[0034] Ai=-SRi
[0035] 獲取吸收率^的步驟可以包括：通過將第二成像數據G2除以第三成像數據1?3來 計算第二標準化反射率3私的步驟；以及使用表達式8或表達式9來計算吸收率A2的步驟。
[0036] (表達式8)
[0037]A2=-logSR2
[0038] (表達式9)
[0039]A2=-SR2
[0040] 此外，上述方法可進一步包括：通過使用由第一濾光器從白光中提取的光來得到 無色基準板的圖像而獲取第一基線圖像數據步驟；以及通過使用由第二濾光器從白 光中提取的光來得到基準板的圖像而獲取第二基線圖像數據bl2的步驟，并且計算第一標 準化反射率SRi的步驟可以包括將第一成像數據G4余以第一基線圖像數據BLi的步驟，而且 計算第二標準化反射率SR2的步驟可以包括將第二成像數據G2除以第二基線圖像數據BL2 的步驟。
[0041] 此外，在上述方法中，第四波長范圍可以是650nm的帶，第三成像數據私可以是通 過包含在設置有RGB濾色器的攝像裝置中的設置有R過濾器的光接收元件得到的成像數 據。
[0042] 此外，在上述方法中，常數k可以確定為使得指數X(基于通過得到已知摩爾濃度 比的生物組織的圖像而獲取的第一成像數據匕和第二成像數據62來獲取所述指數X)變為 最接近理論指數X。
[0043] 此外，在上述方法中，可以獲取多個生物組織（每個生物組織具有彼此不同的已 知摩爾濃度比）中的每一個的測量指數X，并且可以將常數k確定為使得示出已知摩爾濃度 比與測量指數X之間的關系的校準曲線最接近示出已知摩爾濃度比與理論指數X之間的關 系的參考線。
[0044] 此外，在上述方法中，在獲取第一成像數據匕的步驟中，使用第一濾光器從白光中 提取的光可以變暗，從而使得獲取第一成像數據匕時的曝光和獲取第二成像數據6 2時的曝 光變得相等。
[0045] 此外，在上述方法中，兩種類型的生物物質可以是氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白， 并且生物組織中包含的第一生物物質和第二生物物質的摩爾濃度比可以是氧飽和度。
[0046] 此外，在上述方法中，預定波長范圍可以是血紅蛋白的Q帶，并且第一成像數據& 和第二成像數據G2可以是通過包括在設置有RGB濾色器的攝像裝置中的設置有G過濾器 的光接收元件得到的成像數據。
[0047] 此外，根據本發明的一個實施方案，提供了用于生成分布圖像的裝置，所述分布圖 像示出包括在生物組織中的第一生物物質與第二生物物質之間的摩爾濃度比，所述生物組 織的吸收光譜在預定波長范圍內以波長遞升的次序具有第一等吸光點、第二等吸光點、第 三等吸光點和第四等吸光點，所述裝置包括：發射白光的光源；第一濾光器，其配置成共同 選擇性地從白光中提取由第一等吸光點和第二等吸光點劃分的第一波長范圍中的光、由第 二等吸光點和第三等吸光點劃分的第二波長范圍中的光，以及由第三等吸光點和第四等吸 光點劃分的第三波長范圍中的光；第二濾光器，其配置成選擇性地從白光中提取第二波長 范圍中的光；切換構件，其配置成在第一濾光器與第二濾光器之間切換；攝像裝置，其配置 成使用光源發射出的光來得到生物組織的圖像；以及圖像處理器單元，其配置成基于攝像 裝置生成的成像數據來生成分布圖像。
[0048] 此外，上述裝置可以是包括設置在尖端部分的內窺鏡的內窺鏡裝置。
[0049] 發明效果
[0050] 根據本發明，可以在短時間內獲取示出生物物質的分布（例如，氧飽和度分布）的 圖像信息。
【附圖說明】
[0051] [圖1]圖1示出血紅蛋白在Q帶處的吸收光譜。
[0052] [圖2]圖2是顯示根據本發明的實施方案的內窺鏡裝置的方框圖。
[0053] [圖3]圖3示出安置在攝像裝置中的濾色器的透射光譜。
[0054] [圖4]圖4是旋轉過濾器的外部示意圖。
[0055] [圖5]圖5是說明根據本發明的實施方案的圖像生成過程的流程圖。
[0056] [圖6]圖6示出用于確定校正系數k的示例性校準曲線。
[0057] [圖7]圖7示出使用根據本發明的實施方案的內窺鏡裝置生成的示例性內窺鏡圖 像。（a)是常規觀測圖像，（b)是氧飽和度分布圖像。
[0058] 符號說明
[0059] 1 光譜內窺鏡裝置
[0060] 100 電子內窺鏡
[0061] 110插入管
[0062] 111插入