CN106137138A - 用于检测体内病变的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于检测体内病变的体内感测装置可包括照射源和光学系统，所述照射源用于将光照射到所述装置外部的组织上，所述光学系统用于将从所述组织发射的荧光采集到也提供于所述装置内的光传感器上。提供了通过采集从组织发射的荧光来检测体内病变的方法。

Description

用于检测体内病变的装置和方法
本申请是申请日为2010年1月7日，申请号为201080003858.3，发明名称为“用于检测体内病变的装置和方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及检测体内病变(pathology)的领域。更具体地，本发明涉及用于检测从指示病变的体内标志物发射的荧光的装置和方法。
背景技术
人类和哺乳类体内包含某些可指示体内病变的生物标志物。当体内存在病变时，这些生物标志物(如蛋白)可进行表达并且结合至组织。这些标志物或生物标志物的早期检测可导致体内病变的早期检测，从而可导致更好的治疗。
可通过感测因结合剂(如抗体或肽)结合至体内标志物产生的光学变化来检测这些标志物，例如，检测从结合至体内标志物的结合剂发射的给定带宽的荧光。
发明内容
本发明的实施例提供用于检测从体内标志物发射的荧光或其他信号的装置和方法。根据本发明的实施例，通过所提供的体内装置采集的荧光信号可为从组织发射的自发荧光或者可为从标记有荧光发射分子的组织发射的荧光。根据本发明的实施例，荧光发射分子通常连接至结合剂，所述结合剂可结合至体内标志物。根据本发明的实施例，可将由荧光发射分子标记的结合剂施用到体内。结合剂可对特异性体内标志物具有高亲和力，所述特异性体内标志物指示搜索的特定病变。结合剂可结合至体内标志物并且装置可照射组织及其周围，同时在其于体内穿行期间照射荧光发射分子。装置可在引起荧光发射分子激发的波长下照射。荧光发射分子响应从装置照射的激发光而发射荧光，并且装置随后可感测所发射的荧光。通过装置检测荧光可指示体内标志物的存在，所述体内标志物指示体内病变的存在。体内装置可获得荧光图像以及其穿过的内腔的图像。根据装置的光学设计，装置可以交替模式照射组织，即装置可以白光照射并且交替地以引起组织激发的波长照射，或者装置可同时利用不同的波长照射组织。体内装置可为可吞服胶囊，例如可在其穿过胃肠(GI)道期间检测GI道中的病变的胶囊。
附图说明
通过下述具体实施方式并结合附图将更充分地理解和体会本发明，其中：
图1为根据现有技术的体内标志物和体内装置的示意图；
图2为根据本发明的一个实施例的体内感测装置的示意图；
图3为根据本发明的另一个实施例的体内感测装置的示意图；
图4为根据本发明的另一个实施例的体内感测装置的示意图；
图5为根据本发明的另一个实施例的体内感测装置的示意图；并且
图6为示出根据本发明的一个实施例的用于检测体内病变的方法的流程图。
应当理解，为了图示的简便和清晰起见，附图中所示的元件未必已精确地或按比例绘制。例如，为清晰起见，可将元件中的一些的尺寸相对于其他元件进行放大，或者可将若干物理部件包括于一个功能块或元件中。此外，认为适当时，参考标号在可附图中进行重复以指示相应或相似的元件。
具体实施方式
在下述具体实施方式中，提及许多具体细节以便透彻地理解本发明。然而，本领域的技术人员应当理解，本发明可在不存在这些具体细节的情况下进行实施。在其他情况下，熟知的方法、过程、和部件没有得以详细描述以便不模糊本发明。
当病变存在于体内时，体内标志物可进行表达。体内标志物可连接至存在病变的组织处。
现在参考图1，该图为根据本发明的实施例的体内标志物的示意图。如图1所示，体内标志物10可连接到组织18上。当以可引起体内标志物激发的波长20照射组织时，可检测到自发荧光22。可通过体内装置100照射组织，所述体内装置可包括至少一个照射源110、光学系统120(如，包括透镜)、和光传感器130。来自体内装置100的照射源110可照射组织并且光学系统120可将组织反射的荧光信号采集到装置100内的光传感器130上。在其他实施例中，可(例如)通过口服、全身地或者通过灌肠将结合剂11施用给患者，所述结合剂对体内标志物具有高亲和力。结合剂11其上可已经连接荧光发射分子12。当体内装置100以引起荧光发射分子12激发的波长20照射时，从分子12发射荧光22，该发射荧光22随后可被光传感器130感测。
在结肠组织中进行表达并且指示癌症的体内标志物10的非限制性实例为：S100A8蛋白S100-A8、S100A9蛋白S100-A9、CEACAM5蛋白(CEA)、OLFM4嗅介蛋白-4前体、低糖基化粘蛋白-1(uMUC-1)、基质金属蛋白酶7(MMP-7)、组织蛋白酶(尤其是组织蛋白酶B)、LTF乳运铁蛋白前体、髓过氧化物酶前体的MPO同工型H7、生腱蛋白前体的TNC同工型1、以及表皮生长因子受体EGFR。
荧光发射分子12的非限制性实例为：通过VisEn商购获得的MMPSense 680激活型荧光剂、MMPSense 750FAST激活型荧光剂、ProSense 680激活型荧光剂、和ProSense 750激活型荧光剂。荧光发射分子12的其他实例为通过Biosciences商购获得的2-DG光学探针、EGF光学探针、和RGD光学探针。在其他实施例中，分子12不必为荧光发射分子但相反可为金纳米粒子。
在一些实施例中，体内装置100可为可吞服胶囊并且可在其穿过GI道期间检测GI道内的病变。在一些实施例中，体内装置100可包括可为至少一个电池的电源170。装置100可包括发射器180，所述发射器包括天线，所述天线可将通过光传感器130获得的荧光22的图像发射至外部接收器和/或显示系统(未示出)。
装置100可为或可包括自主(autonomous)可吞服胶囊，但装置100可具有其他形状并且不必为可吞服的或自主的。装置100的实施例通常为自主的，并且通常为独立的。例如，装置100可为胶囊或其他单元，其中包括的所有部件(例如电源部件)基本上容纳在容器、壳体、或外壳内，并且其中装置100不需要任何电线或电缆来(例如)接纳电源或发射信息。装置100可与外部接收和显示系统通信以提供数据显示、控制、或其他功能。例如，在自主系统中，可通过内部电池或无线接收系统供电。其他实施例可具有其他构造和容量。例如，部件可分布在多个位置或单元处。可从外部源接收控制信息。
现在参考图2，该图为根据本发明的一个实施例的体内感测装置的示意图。图2示出了体内感测装置200(可类似于图1中所示的体内装置100)的荧光检测布局。图2示出了穹顶或窗201，其后设置(在窗201的凹面上)并且穿过其操作照射源210、光学系统220、和光传感器230。照射源210、光学系统220、和光传感器230设置在穹顶或窗201的后侧(和/或在某种程度上为其内)，而且位于装置100主体或壳体内。如，通过窗201提供照射，通过窗201接收图像和光，并且诸如光传感器230之类的光传感器通过窗201接收光和/或图像。在装置200内通常存在至少两个照射源。在一些实施例中，照射源210可设置成环形结构，如发光二极管(LED)的环。在一些实施例中，照射源210可为白色LED、垂直腔体表面发射激光二极管(VCSEL)、或单色LED。为了照射组织或连接至组织的体内标志物并因而引起组织或标志物发射荧光，照射源210其上可已连接激发滤光器211。激发滤光器211为清洁滤光器，其可仅允许引起组织、或体内标志物、或连接至体内标志物的荧光发射分子(如图1所示)的照射波长通过，由此避免照射源210照射其他波长的光，该其他波长如包括发射滤光器的光传感器可能检测的波长。在一些实施例中，光传感器230可以包括滤光器，该滤光器仅使与从组织发射的荧光相关的波长可以通过。在一些实施例中，如果照射源210缺少清洁滤光器，从组织反射的部分光可以包括接近发射波长的激发波长的光，即这样的光可以通过该发射滤光器。这可能引起光传感器230检测的图像上的屏蔽效应。在一些实施例中，激发滤光器211可为仅允许可引起激发的照射波长通过的短通滤光器或带通滤光器。
在一些实施例中，在组织或体内标志物或荧光发射分子激发后，可从组织或体内标志物或从荧光发射分子发射荧光。所发射的荧光可被光学系统220采集和聚焦到光传感器230上。在一些实施例中，光学系统220可包括用于采集从组织、标志物、或荧光发射分子发射的荧光的一个或多个透镜。
在一些实施例中，光传感器230其上可已连接或其上可已设置(如，设置于上方或附近)发射滤光器231。发射滤光器231阻止激发波长的光并且允许来自组织或标志物或荧光发射分子的发射波长的光通过。在一些实施例中，光传感器230可为黑白成像器(如不具有滤色器的硅)，从而使得发射荧光信号的区域可观察为白色区域并且无荧光信号发射的区域可观察为黑色区域。在黑色和白色区域之间，可存在灰度区域，该灰度区域指示从背景组织发射的荧光的低信号。可针对待激发的荧光发射分子来选择可使用的激发滤光器211的类型，以便通过引起激发的光。然而，病变组织周围的健康组织可发射不同强度等级的自发荧光，该自发荧光相比于表达指示病变的体内标志物的组织为低强度。发射低强度荧光的背景组织在光传感器230上可观察为灰度区域，从而使得由光传感器230感测的图像可为灰度图像。
在一些实施例中，发射滤光器231可设置在光传感器230和光学系统220之间。发射滤光器231可连接或可设置(如，设置于其上或附近)在光传感器230上并且可覆盖光传感器230的表面，使得从组织反射的光可在首先由发射滤光器231进行滤光的情况下被光学系统220采集和聚焦到光传感器230上。在其他实施例中，当光学系统220包括不止一个透镜时，发射滤光器231可设置在光学系统220的透镜之间。在其他实施例中，发射滤光器231可设置在光学系统220和窗201之间，使得从组织反射且穿过窗201的光首先被滤光，并且仅在此之后才被光学系统220聚焦到光传感器230上。在一些实施例中，穹顶或窗201可为穹顶形的(如，基本上半球形的)。在一些实施例中，体内感测装置200可为可吞服胶囊。
现在参考图3，该图为根据本发明的另一个实施例的体内感测装置的示意图。图3示出了体内感测装置300的荧光检测布局。在一些实施例中，体内感测装置300可包括穹顶或窗301，得自照射源310和/或312的照射从所述穹顶或窗301穿过来照射组织302(或其上连接的标志物)。在一些实施例中，照射源310可为白光照射源(如白色LED)，而照射源312可照射可引起组织302激发的波长，如UV范围至近红外(IR)范围的波长。通常，照射源312照射下述波长：其引起结合至体内标志物(连接至组织302)的标记结合剂激发。在一些实施例中，可利用荧光发射分子标记对特定体内标志物具有高亲和力的结合剂，所述荧光发射分子在被引起激发的波长照射时发射荧光。
在其他实施例中，可存在至少两个照射白光的照射源310，然而，照射源310中的一个可包括为清洁滤光器的激发滤光器311，其可仅允许引起标记结合剂-标志物复合体激发的波长下的光通过。在一些实施例中，照射源310和312(或两个照射源310，其中一个包括滤光器311)连接到环形基底360上，所述环形基底可设置在装置300内的印刷电路板(PCB)上。通常，照射源310和312(或者照射源310，并且310包括滤光器311)以交替构型设置在环360上，使得在一种类型的照射源两侧分别设置有一个另一种类型的照射源，反之亦然。
在窗301后侧(并穿过其工作，如通过其采集光)还可设置光学系统320，该光学系统320采集从组织302反射的照射。在一些实施例中，在窗301后侧可设置光传感器330，其可设计用于感测从组织302发射并且由光学系统320采集的荧光。在一些实施例中，光传感器330其上可已连接或其上可已设置(如，设置于其上或附近)发射滤光器331。在一些实施例中，发射滤光器331可仅允许发射自组织的荧光从其中穿过。在一些实施例中，光传感器330可为黑白成像器。
在一些实施例中，可存在附加的光传感器340(通常为彩色或红-绿-蓝(RGB)成像器)，其可设计用于感测从组织302反射的白光、或者感测在基本上白色的光源指向组织时从组织反射的光，以便产生组织302的彩色图像以及荧光图(由光传感器330产生)。光传感器340可能够检测彩色图像，并且可接收在白光指向组织时产生的图像。在一些实施例中，光传感器340可为电荷耦合器件(CCD)成像器或互补金属氧化物半导体(CMOS)成像器，通常为彩色成像器。在一些实施例中，光传感器340包括陷波滤光器341。在一些实施例中，陷波滤光器341可阻截激发波长下的照射，即从照射源312或从包括激发滤光器311的照射源310照射的直接光。当为了引起标记组织302激发所需的激发波长位于白光波长附近时，通常使用陷波滤光器341。在其他实施例中，当激发波长长于白光时，光传感器340上连接的或与其相关的滤光器341可为短通滤光器。
根据本发明的实施例，光传感器340定向为表面垂直于(如，成像器的平面可基本上垂直于装置的纵向对称轴)、表面基本上垂直于、或表面不平行于装置300的移动方向。在一些实施例中，光传感器330设置为垂直于或基本上垂直于光传感器340、或者与其不在平行平面中，并且平行于或基本上平行于装置300的移动方向。在一些实施例中，光传感器330在垂直于或基本上垂直于光传感器340所处平面的平面中延伸。在一些实施例中，在两个光传感器330和340之间设置有二向色滤光器(或二向色镜)350。二向色滤光器350设置在窗301后侧，光通过所述窗301照射到组织上并且光通过所述窗301从组织反射到光传感器330和340上。二向色滤光器350的取向使其设置在光传感器330和光传感器340(它们也彼此垂直或基本上垂直)之间。在一些实施例中，光学系统320采集组织302被照射源310和312照射之后从组织302反射的光。二向色滤光器350设计用于将穿过光学系统320的反射光反射和/或透射到相应的光传感器上。例如，从照射白光的照射源310照射的照射光线313a到达组织302。照射光线313b随后从组织302反射并且被光学系统320采集到二向色滤光器350上。二向色滤光器350可随后将光线313b透射至滤光器341。光线313b可被滤光器341过滤并且投射到光传感器340上，所述光传感器340设计用于感测从组织302反射的除去激发光的白光。滤光器341可为(例如)陷波滤光器或短通滤光器，其可阻截激发波长的照射。
根据一些实施例，在白光313b被光传感器340采集和感测的同时，激发光可被另一个传感器感测。在一些实施例中，激发光线315a从照射源312(或者从其上已连接或其上已设置(如，设置于其上或附近)激发滤光器311的照射源310)照射到组织302上。在一些实施例中，组织302可标记有连接至结合剂的荧光发射分子，所述结合剂结合至病变相关的体内标志物。光线315a可引起典型标记的组织302激发。组织302在被激发时或者在连接至组织的荧光发射分子被激发时可发射荧光光线315b。荧光光线315b可被光学系统320采集到二向色滤光器350上。二向色滤光器350可随后将荧光光线315b反射至滤光器331。光线315b可被滤光器331过滤并且投射到光传感器330上，所述光传感器设计用于感测从组织302发射的荧光。滤光器331可为仅允许从标记组织302发射的波长下的荧光通过的发射滤光器。在一些实施例中，发射荧光为红色至近IR波长。荧光光线315b在被光传感器330感测时可产生从组织302发射的荧光的图。
在一些实施例中，二向色滤光器使装置300能够同时以白光和激发光照射组织302。在其他实施例中，来自照射源310的照射313a和来自照射源312的照射315a可以交替方式照射到组织302上。
根据本发明的实施例，以交替方式照射是指交替不同照射源的照射期。例如，利用第一照射源照射组织，之后利用第二照射源照射组织某一时间段，并且随后再次利用第一照射源照射，如此反复。对于各个照射源可使用不同的照射期。在一些实施例中，利用第一和第二照射源的照射为按顺序的，并且存在短暂的时间间隔。在一些实施例中，可存在不止两个以交替方式照射的照射源。
与本文所述的其他可吞服装置相同，在一些实施例中，窗301可为穹顶形的。在一些实施例中，装置300可为可吞服胶囊。
现在参考图4，该图为根据本发明的另一个实施例的体内感测装置的示意图。
图4示出了体内感测装置400的荧光检测布局。在一些实施例中，体内感测装置400可包括穹顶或窗401，来自照射源410和/或412的照射通过所述穹顶或窗401照射组织(或其上连接的标志物)。在一些实施例中，照射源410可为白光照射源(如白色LED)，而照射源412可照射可引起组织激发的波长，如UV范围至近红外(IR)范围的波长。通常，照射源412照射下述波长：其引起结合至体内标志物(连接至组织)的标记结合剂激发。在一些实施例中，可利用荧光发射分子标记对特定体内标志物具有高亲和力的结合剂，所述荧光发射分子在被引起激发的波长照射时发射荧光。
在其他实施例中，可存在至少两个照射白光的照射源410，然而照射源410中的一个其上可已连接或关联激发滤光器411，该滤光器411可仅允许引起标记结合剂-标志物复合体激发的波长下的照射通过。在一些实施例中，照射源410和412连接到环形基底上，所述环形基底设置在装置400内的PCB上，如图3中所示的环360。
在一些实施例中，装置400可包括设置在窗401后侧的光学系统420(如，包括一个或多个透镜或者其他结构)，该光学系统420可将从标记组织反射的光采集到光传感器430上，所述光传感器也设置在窗401的后侧。根据一些实施例，光传感器430可为CCD或CMOS成像器。在一些实施例中，光传感器430可包括滤色器阵列(CFA)，以使得光传感器像素阵列的不同像素包括不同的滤色器。CFA可包括四种类型的滤色器，如红色敏感型元件、蓝色敏感型元件、绿色敏感型元件、以及对来自标记组织的发射波长下的荧光敏感的元件。通常，CFA的设置使得颜色敏感型元件以四个一组进行交替，例如如图4所示，红色敏感型元件R可设置在第一位置中，并且在其右侧可设置绿色敏感型元件G。在红色敏感型元件R的下方并且在绿色敏感型元件G的对角处可为发射敏感型元件Em，并且在其右侧可存在蓝色敏感型元件B，这样使得所有的四个颜色产生了小型四元件阵列。这种成组的四色敏感型元件的阵列可并列设置，以便产生连接到光传感器430上的完整CFA。可使用元件的其他特定排列方式和其他数量。
根据图4所示的实施例，在光学系统420和光传感器430之间、或者在光学系统420和窗401之间无用于阻截激发光的滤光器，这是因为所需的滤光器以CFA形式直接设置在光传感器430上。
在一些实施例中，光传感器430可获得的图像为彩色图像(得自从靶标反射的白光)以及荧光发射光图像。由于光传感器430上的CFA可由四种不同的颜色敏感型元件(如R、G、B、Em，如上文所公开的)、或者其他数量的元件构成，因此可感测成像组织的颜色信息以及感测的荧光发射信息(因为关于同一组织区域的四图像组)。在一些实施例中，可在装置400外部的显示器上将彩色图像和荧光图像显示在同一图像上，然而在其他实施例中，可并排显示RGB彩色图像和荧光图像。当将RGB彩色图像与荧光图像叠加时，体内病变的位置更易看见。
在示例性实施例中，装置400可为沿患者GI道穿行的可吞服自主胶囊。当装置400遍历患者的GI道时，装置400将图像以及可能的其他数据传送给位于患者体外的接收和处理数据的部件。优选的是，使用不同照射源410和412(或者410和具有清洁滤光器411的410)的两幅图像(彩色图像和荧光图像)相隔20毫秒进行采集、保存在装置400中、并且作为一个组量的信息进行传送；一秒之后采集另一组两幅图像。可使用其他的时间差。这两幅图像可以两幅独立的图像进行传送，或者可在传送之前进行处理并且交织或组合成一幅图像。图像可在传送之前通过逐位或逐像素交叉进行组合，或者说是交叉或组合。在其他实施例中，可通过已知的方法多路传送图像。在其他实施例中，可使用成像的其他速率和其他的计时方案。
在一些实施例中，照射源410和412、或者照射源410和包括激发滤光器411的照射源410可同时照射。在其他实施例中，照射源410和412、或者410和具有滤光器411的照射源410可交替照射。例如，照射源410可以特定频率照射预定时间段并且当此预定时间段过去后，照射源412(或者具有滤光器411的410)可以另一个频率(在与第一照射源相同的频率下、或者在不同的频率下)照射另一个预定时间段，如此反复，一个照射源接着另一个进行工作，
然而，在一些实施例中，在照射引起组织激发的波长的照射源(照射源412或者包括激发滤光器的照射源410)工作期间，设置在光传感器430上的RGB颜色敏感型元件可感测激发光并因而经历完全的阱(well)饱和。尽管装置400中的照射源可以交替方式工作(如，彼此相继进行)，但如果RGB颜色敏感型元件除了感测RGB光之外还感测激发光，则其阱可被饱和并因而可失去其适应附加电荷的能力。附加电荷可随后扩散到邻近像素内，从而引起它们报告错误值或者同样饱和。电荷的这种扩散在图像中可看起来为白色纹条或团块。
可存在若干解决方案来克服通过光传感器430获得的图像中的这种可能的白色条纹。一种解决方案可为使用不同的阱容量。例如，RGB颜色敏感型元件的阱容量可大于Em颜色敏感型阱的容量，这样使得RGB阱需要较长时间饱和。另一个解决方案可为在激发照射源工作期间不断地采样RGB阱，以使RGB阱将不会饱和。而另一个解决方案可为在光传感器430上添加陷波滤光器。陷波滤光器可仅阻截激发光，从而使得照射源410、412、或具有激发滤光器411的410可同时或以交替方式工作。
根据一些实施例，可将用于阻截激发光的陷波滤光器(未示出)设置在光学系统420和光传感器430之间，以使得从组织反射的光被聚焦到陷波滤光器上、进行滤光以便阻截激发光、并且随后被投射到光传感器430上。在其他实施例中，陷波滤光器可设置在光学系统420和窗401之间，以使得从组织反射的光首先进行滤光并且仅在此之后才被聚焦到光传感器430上。
现在参考图5，该图为根据本发明的另一个实施例的体内感测装置的示意图。体内感测装置500可包括穹顶或窗501，其后(或者部分地位于其内)设置有至少一个蓝色照射源510(照射蓝色光谱内的波长下的光)和至少一个绿色照射源512(照射绿色光谱内的波长下的光)。在其他实施例中，可使用照射源的其他组合。装置500通常包括至少两个选自蓝色、绿色和红色光谱的不同照射源。可使用至少两个不同的红色、绿色或蓝色照射源，以便获得与利用白光获得的图像相似的图像。在一些实施例中，可利用图像处理方法来组合该至少两个不同颜色的图像以便获得与白光图像相似的图像。在其他实施例中，装置500可包括所有三个光谱内的照射源，如至少三个照射源；一个在红色光谱内照射，一个在绿色光谱内并且一个具有蓝色光谱。装置500还可包括至少一个激发光源516，其照射可引起装置500外部的组织激发的波长下的光。可通过连接到待激发组织的特定体内标志物来选择照射源516照射组织的特定激发波长。通常，体内标志物结合至体内施用的特定结合剂，该特定结合剂对标志物具有高亲和力并且可利用荧光发射分子进行标记，所述荧光发射分子在以引起激发的适当波长下照射时可发射荧光。因此，激发照射源516的波长使其引起连接至结合剂-标志物复合体的荧光发射分子激发。在其他实施例中，可为(例如)白色LED的照射源513其上可已连接或者与其可已关联激发滤光器514，其可仅允许可引起标记组织激发的波长下的照射通过。
根据一些实施例，照射源510、512和516(或者具有滤光器514的513)可设置在环形基底上，所述环形基底可设置在装置500内的PCB上。在一些实施例中，照射源510、512和516(或者具有滤光器514的513)的布置方式可为如环560中所示的交替构型。例如，照射源510设置为邻近照射源512，照射源512设置为邻近照射源516，照射源516设置在照射源510旁边，如此反复，同时所有的源均连接到环560上。在一些实施例中，照射源可同时工作，使得标记组织同时在蓝光、绿光(和红光)和激发光中进行照射。在其他实施例中，照射源可交替地照射标记组织，使得组织首先在蓝光中、(例如)随后在绿光中、随后在红光中、并且随后在激发光中进行照射。可使用其他顺序。
在一些实施例中，装置500可包括光学系统520，其可包括一个或多个透镜或者其他部件。在一些实施例中，可存在光传感器530，其可为CCD或CMOS RGB成像器。光传感器530可包括陷波滤光器531，其可阻截激发波长下的照射，使得可穿过陷波滤光器531的仅有光为从标记组织反射的光。实验表明，激发光和发射光中的一些类型存在于红色光谱中。因此，如果陷波滤光器531阻截激发光，则光传感器530中的红色敏感型像素将实际上感测发射波长下的光，如从标记组织发射的荧光。光传感器530中的蓝色和绿色敏感型像素感测反射的蓝色和绿色照射，使得从光传感器530感测的光中将可能产生与组织的荧光图重叠的标记组织的蓝-绿图像。在一些实施例中，可将蓝-绿图像与荧光图像一起显示在装置500外部的显示器上。在其他实施例中，可将彩色图像与荧光图像进行组合/重叠，以使得它们显示成一幅图像。
根据其他实施例，光传感器530可为黑白成像器(如不具有滤色器的硅)，因此照射源510、512和516可以交替方式工作，如，一个照射源(具有一个波长的源组)接着另一个照射源来照射组织。
根据一些实施例，装置500可为可吞服胶囊。在一些实施例中，窗501可为穹顶形的。根据其他实施例，本文所示的装置500或其他装置可应用于内窥镜中。例如，内窥镜可包括四照射源，如四色LED；一个为红色、一个为绿色、一个为蓝色、并且一个具有滤光器，所述滤光器使得能够在引起组织或连接至组织的荧光发射分子激发的波长下照射。在其他实施例中，可仅存在三个照射源；两个选自红色、绿色、和蓝色LED的任何组合，一个以激发波长照射。在其他实施例中，可存在不止一组三照射源(或四照射源)。内窥镜中的照射源不必设置成环形，而相反可设置成行、半圆、或任何其他构型。内窥镜还可包括光传感器(如黑白成像器)，其需要添加陷波滤光器并且以交替方式照射。
现在参考图6，该图示出了根据本发明的一个实施例的用于检测体内病变的方法的流程图。根据一些实施例，该方法可包括将具有照射源、光学系统、和光传感器的体内感测装置施用至患者(框620)。例如，可通过(例如)吞服将装置引入到患者体内。体内感测装置可为(例如)装置200、300、400、或500、或者其他合适的装置。该方法还可包括照射体内感测装置外部的体内组织(框630)以及使用光学系统将从组织反射的荧光采集到光传感器上(框640)。在一些实施例中，荧光可不是从组织或从连接至组织上的标志物(存在体内病变时产生)发射的荧光，而是为来自对特定体内标志物具有高亲和力的结合剂的荧光，所述结合剂在施用体内感测装置之前先由患者摄入或引入到患者体内(框610)。在一些实施例中，患者可通过吞服、注射、或者通过灌肠来摄入结合剂。在患者已将结合剂引入到体内之后，患者可接下来将体内感测装置引入到体内。体内感测装置可为胶囊形的，但可具有允许容易且舒适地引入到体内的其他形状。
通常，结合剂可已连接荧光发射分子，这样使得当体内感测装置照射标志物-结合剂-荧光发射分子的复合体时，在激发波长照射下的分子得到激发并因而发射荧光。所发射的荧光可随后被体内感测装置内的光学系统采集到该装置内的光传感器上。
根据一些实施例，该方法可包括采集从组织反射的光，其为与从组织反射的荧光不同波长的光。在一些实施例中，光学系统可采集从标记组织反射的所有或几乎所有光，并将其聚焦到装置内的光传感器上。在一些实施例中，可设计光传感器以便感测各种波长的光。
在一些实施例中，装置可包括至少一个用于照射白光的照射源以及至少一个用于照射引起体内组织激发的光的照射源。在一些实施例中，该方法则可包括下述步骤：采集从组织反射的白光、采集从组织发射的荧光、并且产生彩色图像以及荧光图像。可产生标记组织的彩色图像以及对应于体内标志物位置的荧光图像，其中从所述体内标志物中发射荧光信号。
可进行其他操作或操作系列。
应当理解，本发明并不限于已在上文具体显示和描述的那些。相反，本发明的范围仅由下述权利要求确定。

Claims (14)

1.一种用于检测体内病变的方法，其包括将体内感测装置施用至病人，所述体内感测装置包括：
白光照射源，其被配置成通过穹顶将白光发射至所述装置外部的组织；
至少一个激发照射源，其被配置成通过所述穹顶发射限制于比所述白光的波长范围窄的激发波长范围内的激发光，并且被配置成引起所述装置外部的组织、连接至所述组织的体内标志物以及连接至所述体内标志物的荧光发射分子中的至少一个的激发，所述激发引起在荧光照射波长范围内的光的发射；
光传感器，其包括滤色器阵列(CFA)，所述CFA包括至少四个不同类型的滤色元件，所述滤色元件包括：
红色敏感型元件；
蓝色敏感型元件；
绿色敏感型元件；以及
荧光照射敏感型元件
其中所述红色、蓝色和绿色敏感型元件被配置成过滤对应于所述白光的反射光的波长的范围的第一范围的波长，并且所述荧光敏感型元件被配置成过滤对应于所述荧光照射波长范围的第二范围的波长，并且其中所述红色、蓝色、和绿色敏感型元件中的每一个的阱容量大于对所述荧光照射波长敏感的元件的阱容量；
所述方法进一步包括：
使用来自所述白光照射源的白光和来自所述激发照射源的光同时照射所述体内感测装置外部的体内组织以引起荧光从所述组织发射；
同时收集从所述组织反射至所述第一光传感器上的白光以及从所述组织发射至所述第二传感器上的荧光；以及
产生所述组织的彩色图像和荧光图像。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在施用所述体内感测装置之前，将具有高亲和力的一种或多种结合剂施用至连接至存在体内病变的所述组织上的体内标志物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中从所述组织发射至所述第二传感器上的荧光包括从所述结合剂发射的荧光。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述一种或多种结合剂具有连接的荧光发射分子。
5.根据权利要求4所述的方法，其中从所述组织发射至所述第二传感器的所述荧光包括从所述荧光发射分子发射的荧光。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光传感器被定向成垂直于所述第二光传感器。
7.一种用于检测体内病变的体内感测装置，所述装置包括：
壳体，其包括穹顶，所述壳体在其内适应；
白光照射源，其被配置成通过所述穹顶将白光发射至所述装置外部的组织；
至少一个激发照射源，其被配置成通过所述穹顶发射限制于比所述白光的波长范围窄的激发波长范围内的激发光，并且被配置为用于引起所述装置外部的组织、连接至所述组织的体内标志物以及连接至所述体内标志物的荧光发射分子中的至少一个的激发，所述激发引起在荧光照射波长范围内的光的发射；
光传感器，其包括滤色器阵列(CFA)，所述CFA包括至少四个不同类型的滤色元件，所述滤色元件包括：
红色敏感型元件；
蓝色敏感型元件；
绿色敏感型元件；以及
荧光照射敏感型元件
其中所述红色、蓝色和绿色敏感型元件被配置成过滤对应于所述白光的反射光的波长的范围的第一范围的波长，并且所述荧光敏感型元件被配置成过滤对应于所述荧光照射波长范围的第二范围的波长，并且其中所述红色、蓝色、和绿色敏感型元件的每一个的阱容量大于对所述荧光照射波长敏感的元件的阱容量；和
光学系统，其被配置成至少收集从所述组织被发射至所述光传感器上的荧光，其中所述激发照射源、所述白光照射源、所述光传感器和所述光学系统被设置在所述穹顶的凹面后面或凹面中的至少一个上。
8.根据权利要求7所述的体内感测装置，其中所述激发照射源包括被配置成仅允许引起所述组织激发的波长下的照射通过的激发滤光器。
9.根据权利要求8所述的体内感测装置，其中所述激发滤光器选自由短通滤光器、带通滤光器和其组合组成的组。
10.根据权利要求8所述的体内感测装置，其中所述激发照射源选自由白色发光二极管(LED)、单色LED和垂直腔体表面发射激光二极管(VCSEL)组成的组。
11.根据权利要求8所述的体内感测装置，其进一步包括被配置成允许引起所述组织激发的波长下的照射通过的激发滤光器，其中所述激发滤光器被设置在被配置成照射引起所述组织激发的波长下的光的所述激发照射源上。
12.根据权利要求8所述的体内感测装置，其中所述白光照射源和所述激发照射源被配置成交替地照射。
13.根据权利要求8所述的体内感测装置，其中所述白光照射源和所述激发照射源被配置成同时地照射。
14.根据权利要求8所述的体内感测装置，其进一步包括用于阻止激发光投射至所述光传感器上的陷波滤光器，其中所述陷波滤光器被定位在所述光学系统和所述光传感器之间。
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