[發(fā)明專利]通過光譜編碼進(jìn)行光學(xué)成像的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680040980.1
• 申請日: 2006-09-29
• 公開（公告）號: CN101360447A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吉列爾莫·J·蒂爾尼;德維爾·葉林;布雷特·尤金·鮑馬
• 申請（專利權(quán)）人: 通用醫(yī)療公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01B11/24;G01B9/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 高少蔚;李德山

相關(guān)申請的交叉引用?

本申請基于2005年9月29日提交的序列號為60/721,802的美國專利申請，并要求該美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用包含于此。?

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過光譜編碼對上皮器官和其它生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合光學(xué)成像的設(shè)備和方法。?

背景技術(shù)

例如X光計算斷層掃描(“CT”，computed?tomography)、磁共振成像(“MRI”，magnetic?resonance?imaging)和超聲波的放射技術(shù)能夠在器官級別進(jìn)行人類病理的無創(chuàng)性顯像。雖然這些模式能夠識別大面積的病理，但是癌癥的診斷可能需要對超出傳統(tǒng)成像技術(shù)的分辨率的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價。因此，為了診斷可能需要活組織檢查和組織病理學(xué)檢查。因?yàn)榘┣吧L和早期癌癥經(jīng)常以微觀規(guī)模出現(xiàn)，所以對識別和診斷提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的對這些病理的篩選和監(jiān)控依賴于對蘇木精和曙紅(“H&E”，Hematoxylin?and?Eosin)染色玻片的不可控的活組織檢查和形態(tài)分析。雖然這種方法被視為顯微診斷的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，但是這種方法需要切下患者的組織并且需要相當(dāng)長的處理時間來得到玻片。更重要的是，組織病理學(xué)固有地是一種點(diǎn)采樣技術(shù)；常常只能切除病變組織非常小的一部分，并且經(jīng)常病理學(xué)家僅可能檢查不到1％的活組織檢查樣本。?

從存活的人類患者的整個器官或者生物系統(tǒng)獲得顯微診斷可能更理想。然而，合適的成像技術(shù)的缺乏可能大大限制了篩選腫瘤前病況(例如組織變形)和異常結(jié)構(gòu)的選擇。另外，無法就地識別異常結(jié)構(gòu)區(qū)域和癌區(qū)域?qū)е吕缜傲邢佟⒔Y(jié)腸、食道和膀胱等的隨機(jī)活組織檢查的篩選方法，這是非常不理想并且非常無選擇性的。通過能夠在顯微標(biāo)度對大的組織體積進(jìn)行快速成像的診斷方式可以改進(jìn)當(dāng)前稱為冰凍切片檢查的許多診斷?工作，例如腫瘤手術(shù)切緣的描繪?？梢蕴钛a(bǔ)病理學(xué)和放射醫(yī)學(xué)之間的這種空隙的技術(shù)將大大有利于患者管理和健康護(hù)理。?

已經(jīng)取得了技術(shù)進(jìn)步來提高例如顯微CT(micro-CT)、顯微PET(micro-PET)和磁共振成像(“MRI”)顯微術(shù)等無創(chuàng)性成像技術(shù)的分辨率。這些技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了接近20μm的分辨率，但是基本的物理限制可能仍然阻礙這些技術(shù)在患者中的應(yīng)用。近來，對于不切除組織的病理學(xué)診斷，就地執(zhí)行的顯微光學(xué)活組織檢查技術(shù)取得很大進(jìn)步。由于反射共焦顯微術(shù)(“RCM”，reflectance?confocal?microscopy)能夠在沒有組織接觸的情況下測量顯微結(jié)構(gòu)并且不需要施用外部造影劑，因此尤其適合對患者的無創(chuàng)顯微檢查。RCM可以排除焦點(diǎn)未對準(zhǔn)的光并且檢測選擇性地源于組織內(nèi)的單個平面的反向散射光子?？梢岳缤ㄟ^在平行于組織表面的平面上快速掃描聚焦的電磁輻射束來實(shí)現(xiàn)RCM，從而產(chǎn)生組織的橫斷面或者正面圖像?？梢栽赗CM中使用的大數(shù)值孔徑(NA，numerical?aperture)可以產(chǎn)生非常高的空間分辨率(1～2μm)，能夠使亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)可視化。然而，高NA成像可能對光通過不均勻的組織傳播時所產(chǎn)生的像差(aberration)特別敏感。此外，使用RCM的高分辨率成像一般限于大約100～400μm的深度。?

已經(jīng)廣泛證明RCM是可行的用于皮膚組織的成像技術(shù)。內(nèi)窺式共焦顯微系統(tǒng)已很難得到發(fā)展，這至少部分是由于使掃描顯微鏡小型化時所遇到的實(shí)際技術(shù)挑戰(zhàn)。將共焦顯微術(shù)的原理直接應(yīng)用于內(nèi)窺鏡檢查的一個主要障礙是在小直徑軟探頭的遠(yuǎn)端將聚焦的束快速光柵化的機(jī)制的設(shè)計。已經(jīng)提出了多種方法來解決該問題，包括使用遠(yuǎn)端微機(jī)電系統(tǒng)(“MEMS”，micro-electromechanical?system)束掃描設(shè)備和單模光纖束的近端掃描。此外，RCM僅可以提供僅在離散位置的顯微圖像——“點(diǎn)采樣”技術(shù)。如目前所實(shí)現(xiàn)的，點(diǎn)采樣是RCM固有的，這是因?yàn)槠渚哂信c活組織切片檢查的視場相當(dāng)或者小于活組織切片檢查視場的有限視場，而且對于綜合大場顯微成像速率可能太慢。?

使共焦顯微術(shù)適用于內(nèi)窺式應(yīng)用的另一個挑戰(zhàn)可能包括可以用來進(jìn)行光學(xué)切片的高NA物鏡的小型化。這種小型化可以通過設(shè)置漸變折射率透鏡(gradient-index?lens)系統(tǒng)、雙軸物鏡或者定制設(shè)計的微型物鏡來實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用耦合到微型物鏡的光導(dǎo)纖維束體內(nèi)獲得宮頸上皮組織的詳細(xì)圖像，可以使用例如可以從Olympus?Corp.和Pentax/Optiscan獲得的商用儀器來獲得基于熒光的結(jié)腸直腸損傷的圖像。?

盡管有了這些進(jìn)步，但是還存在可以在大的區(qū)域上就地提供生物結(jié)構(gòu)的顯微分辨率的改進(jìn)的成像技術(shù)的需要。?

發(fā)明內(nèi)容