CN108289605A - 使用光发射器来确定物距和目标尺寸的方法、系统以及计算机程序产品 - Google Patents

使用光发射器来确定物距和目标尺寸的方法、系统以及计算机程序产品 Download PDF

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Abstract

提供了用于确定外科流程期间的参数的方法、系统以及计算机程序产品。将多个图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上。操纵该多个图案使得该多个图案在公共点处重叠，该公共点指示与该待成像目标的适当物距。

Description

使用光发射器来确定物距和目标尺寸的方法、系统以及计算 机程序产品
优先权要求
本申请要求于2015年9月23日提交的美国临时申请No.62/222,273(代理人案号5218-233PR)的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明构思总体上涉及组织和器官血流和灌注成像，并且更具体地涉及在利用较大的视场和照明成像期间确定目标距离。
背景技术
在成像流程期间，从目标(样本)到相机镜头的距离需要在某个范围内以确保图像的质量、足够的照明和视场(FOV)的大小。该距离在本文被称为“物距”。在一些成像应用中，需要在不接触样本的情况下估计目标的近似尺寸。成像应用包含对住院流程以及门诊流程的外科成像和临床成像。
一些系统使用近红外距离传感器来获得适当物距。然而，在这些系统中，距离信息需要实时连续地反馈给计算机，这增加了软件算法的复杂度。此外，近红外距离传感器的成本相对较高。虽然超声波距离传感器往往比近红外线传感器便宜，但是它们不太准确。
此外，在成像流程期间，知道目标组织/器官(目标区域)的尺寸是有利的。一些系统提供可放置在目标旁边的外科/临床标尺。对目标与其旁边的标尺一起进行成像，从而展示目标区域的近似尺寸。该解决方案通常需要与组织/器官接触，并且可能增加该流程的复杂性和持续时间。此外，当成像时，位于目标旁边的标尺的刻度可能在近红外图像中不可见或不清晰。因此，可能需要改进确定物距和/或目标尺寸的系统。
发明内容
本发明构思的一些实施例提供了用于确定临床流程期间的参数的方法，该方法包含：将来自光发射器的第一图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上；将来自光发射器的第二图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上；以及操纵第一图案和第二图案，使得第一图案和第二图案在公共点、公共线或其它公共几何形状中的一个处重叠，所述公共点、公共线或其它公共几何形状指示与待成像目标的适当物距。
在另一实施例中，投影第一图案和第二图案可包括投影具有指示计量单位的标记的第一图案和第二图案，该计量单位指示待成像目标的尺寸。计量单位可在至少两个维度上起作用。
在又一实施例中，投影第一图案和第二图案可包括将第一十字准线图案和第二十字准线图案投影到物体平面上，该十字准线图案中的每一个在轴上具有指示计量单位的刻度标记。
在一些实施例中，操纵还可包括操纵第一十字准线图案和第二十字准线图案，使得每一个十字准线图案的中心点直接重叠，从而指示与目标的适当物距。
在另一实施例中，可在临床成像流程和/或外科成像流程中的一个期间实时执行该方法。
在又一实施例中，光发射器可以是将第一图案投影到物体平面上的第一光发射器和将第二图案投影到物体平面上的第二光发射器。
在一些实施例中，投影还可包括分别使用第一激光发射器和第二激光发射器将第一图案和第二图案投影到物体平面上，该第一激光发射器和第二激光发射器各自具有从约350nm至约1000nm的波长。
在另一实施例中，该方法可以是非侵入式的并且被实时地执行。
在一些实施例中，物距可以是从目标到相机镜头的距离。
在另一实施例中，可选择发射器的波长和对应图案使得功能不受环境光影响。
其他实施例提供了相关系统和计算机程序产品。
附图说明
图1是使用根据本发明构思的一些实施例的技术的成像系统的图。
图2A和2B是根据本发明构思的一些实施例的投影在具有目标区域的表面平面上的十字准线图案，在该目标区域中，刻度标记/数字指示尺寸。
图3是示出根据本发明构思的一些实施例的投影在目标区域上的重叠十字准线图案的图，其示出错误的物距。
图4是示出根据本发明构思的一些实施例的以适当的物距投影在目标区域上的重叠十字准线图案的图。
图5是示出根据本发明构思的一些实施例的系统的操作的流程图。
图6A和6B是根据本发明构思的一些实施例的由光发射器产生的水平(A)和垂直(B)图案。
图7是示出根据本发明构思的一些实施例的正确物距的图像。
图8是示出根据本发明构思的一些实施例的不正确的物距的图像。
图9是示出根据本发明构思的一些实施例的室内灯开启并且发光二极管(LED)关闭的实施例的图像。
图10是示出根据本发明构思的一些实施例的室内灯开启并且LED开启的实施例的图像。
具体实施方式
将在下文参考附图更全面地描述本发明构思的实施例，在附图中示出了本发明构思的一些实施例。然而，本发明构思可以许多不同形式体现并且不应被解释为限于本文陈述的实施例。相同编号在全文指代相同元素。在附图中，为了清楚起见，可放大层、区域、元素或组件。除非另有规定，否则虚线说明可选功能或操作。
本文中所使用的术语仅是为了描述特定实施例，并且不旨在限制本发明构思。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a、an)”和“该”旨在还包括复数形式。应进一步理解，说明书中所用的术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其组合。如本文所使用，术语“和/或”包含一个或多个相关列举项的任何和所有组合。如本文所使用，诸如“位于X与Y之间”和“位于大概X与Y之间”等短语应当解释为包含X和Y。如本文所使用，诸如“位于大概X与Y之间”等短语意指“位于大概X与大概Y之间”。如本文所使用，诸如“从大概X至Y”等短语意指“从大概X至大概Y”。
除非另有定义，否则本文所使用的所有术语(包含技术和科学术语)具有与本发明概念所属领域的一般技术人员所通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，除非本文有明确定义，否则例如通常使用词典中所定义的术语应被解释为含义与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致，而不应以理想化或过于形式化的意义来解释。为了简洁和/或清楚起见，可能不会详细描述公知的功能或结构。
应当理解的是，当元素被称为在另一个元素“上”、“附接到”、“连接到”另一个元素或者与另一个元素“联接”、“接触”等时，其可直接在另一个元素上、直接附接到、连接到另一个元素或者与另一个元素直接联接或接触，或者也可存在中间元素。相比之下，当元素称为例如“直接在”另一个元素上、“直接附接到”、“直接连接到”另一个元素或者与另一个元素“直接联接”或“直接接触”时，不存在中间元素或层。本领域技术人员还将明白的是，对与另一个特征“相邻”设置的结构或特征的提及可具有与相邻特征重叠或位于其下面的部分。
应当理解的是，虽然术语第一、第二等可在本文用来描述各种元素、部件、区域、层和/或部分，但是这些元素、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元素、部件、区域、层或部分与另一个元素、部件、区域、层或部分。因此，下文讨论的第一元素、部件、区域、层或部分可被称为第二元素、部件、区域、层或部分而不脱离本发明构思的教导。除非另有具体指示，否则操作(或步骤)的顺序不限于权利要求或附图中给出的顺序。
为了便于描述，可以在本文使用诸如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上面”等空间相对术语来如图中所示地描述一个元素或特征与另一个元素或特征的关系。应当理解的是，所述空间相对术语旨在涵盖除图中所描绘的方位之外的使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果图中的装置翻转，那么被描述为在其它元素或特征“下方”或“下面”的元素接着将被定向在该其它元素或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方这两个方位。装置可以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，且本文所使用的空间相对描述符被相应地解释。类似地，除非另有具体指示，否则术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等仅用于解释目的。
如本领域技术人员将明白，本发明构思的实施例可被实施为方法、系统、数据处理系统或计算机程序产品。相应地，本发明构思可采取组合软件和硬件方面的实施例的形式，其在本文中通常被称为“电路”或“模块”。此外，本发明构思可采取非暂时性计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式，该介质中包含有计算机可用程序代码。可利用任何合适的计算机可读介质，包含硬盘、CD ROM、光存储装置或其它电子存储装置。
用于执行本发明构思的操作的计算机程序代码可用诸如Matlab、Mathematica、Java、Smalltalk、C或C++等面向对象编程语言来编写。然而，用于执行本发明构思的操作的计算机程序代码也可以常规的程序编程语言(诸如“C”编程语言)，或者以诸如VisualBasic等面向可视化的编程环境来编写。
某些程序代码作为独立的软件包可完全在一个或多个用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行或完全在远程计算机上执行。在后一案例中，远程计算机可通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户的计算机，或可(例如，通过因特网使用互联网服务供应商)连接到外部计算机。
下面参考根据本发明构思的实施例的方法、装置、系统、计算机程序产品以及数据和/或系统架构结构的流程图和/或框图部分地描述本发明构思。应当理解的是，图示的每个框和/或框的组合可通过计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得可经由计算机的处理器或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实施一个或多个框中指定的功能/动作的方法。
这些计算机程序指令还可被存储在计算机可读存储器或存储装置中，该计算机可读存储器或存储装置可以引导计算机或其它可编程数据处理设备通过特定方式工作，使得被存储在计算机可读存储器或存储装置中的指令产生包括实施一个或多个框中指定的功能/动作的指令手段的制品。
计算机程序指令还可被加载到计算机或其它可编程数据处理设备上，以使在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现程序，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现一个或多个框中指定的功能/动作的步骤。
如上文所讨论，在成像流程期间，从目标(样本)到相机镜头的距离需要在某个范围内以确保图像的质量、足够的照明和视场的大小。该距离在本文被称为“物距”。此外，知道目标区域的尺寸也很有用。相应地，本发明构思的一些实施例以非侵入方式提供该信息。本文讨论的一些实施例在不接触目标的情况下测量目标区域的尺寸，同时在成像流程期间确保适当的物距，如将在下文关于图1至10讨论的那样。
首先参考图1，将讨论根据本发明构思的一些实施例的用于成像的系统100。如图1中所示，成像系统包含输入模块105、分别具有对应的图案化镜头115和125的第一光发射器110和第二光发射器120。在不脱离本发明构思的范围的情况下，第一光发射器和第二光发射器可以是例如激光发射器、发光二极管(LED)或其它光源。输入模块105可用于控制包括光发射器110和120的系统。虽然本文关于使用两个光发射器来讨论本发明构思的实施例，但是本发明构思的实施例不限于该配置。例如，在不脱离本发明构思的范围的情况下，可使用三个或更多个光发射器。
此外，在不脱离本发明构思的范围的情况下，图1中所示的系统可与任何成像系统结合使用。如上文所讨论，本发明构思的实施例可用于任何形式的临床成像，其包含外科成像(通常是住院患者应用)和其它门诊成像流程(非外科应用)，而不脱离本发明构思的范围。
在一些实施例中，第一光发射器110和第二光发射器120可分别是具有在从约350nm至约1100nm范围内的波长的低功率(mW级)激光发射器。每个激光器可将图案投影在物体平面上，例如将在下面进一步讨论的十字准线图案。应当理解的是，本发明构思的实施例不限于十字准线图案，并且可使用适用于本文讨论的实施例的任何图案而不脱离本发明构思的范围。例如，图案可为一条水平线和一条垂直线，当正确配置时它们可能看起来像十字。该图案可被蚀刻在与光发射器110和120相关联的镜头(115和125)上。虽然本文讨论的实施例讨论将蚀刻作为将图案放置在镜头115/125上的方法，但是本发明构思的实施例不限于此。例如，在不脱离本发明构思的范围的情况下，可使用墨水将图案刺在镜片上。
当第一光发射器和第二光发射器以某个角度对准物体平面时，在与目标相距适当物距处，两个十字准线图案的中心可彼此上下重叠，这向用户指示：相机镜头与样本相距适当物距，即，在图1中的位置B处。如图1中进一步所示，当两个图案不适当地重叠时，用户将会通过图案彼此交互的方式知道调整从相机镜头到目标的距离，因为位置A(目标太近)和C(目标太远)将是显而易见的，这将在下文进一步讨论。
虽然在本文中示出和讨论为在图案中重叠的点，但是本发明构思的实施例不限于该配置。重叠图案可采用除点之外的多种形式，例如线、形状等。
如将在本文中进一步讨论的，每个图案，例如十字准线可包含水平和垂直线两者上以距离单位(例如厘米/英寸)标记的刻度线。当如上文所讨论般通过使两个图案重叠来获得正确的距离时，十字准线上的刻度标记为正确尺度，并且将以特定的距离单位来传达目标的尺寸。
因此，如上文所讨论，光源可分别从第一光发射器110和第二光发射器120产生光束，例如具有低功率(例如几毫瓦)的激光束。在第一光束130和第二光束135分别穿过第一图案化镜头115和第二图案化镜头125之后，可将诸如十字准线图案等特定图案投影到目标平面上。如果这两个光束以适当角度对准，则投影图案的中心将在位于激光发射器前方某个距离处的目标平面上彼此上下重叠(位置B)，如图1中所示。如果目标平面离激光发射器太近(位置A)或太远(位置C)，则投影图案的中心将不会彼此上下重叠。
如上文所讨论，本发明构思的实施例使用光发射器和图案化镜头在实时临床成像期间提供距离标记和尺寸测量，该实时临床成像包含外科成像和其它门诊非外科成像两者。如上文所讨论，图案上指示的尺寸可在不接触物体的情况下获得，并且可通过相机捕获以供记录。
现在参考图2A和2B，将讨论根据本发明构思的一些实施例的示例十字准线图案。如上文所讨论，本发明构思的实施例不限于使用十字准线图案，并且这些图案在本文仅作为示例来讨论。如图2A中所示，在每个轴上具有刻度标记(1至4)的十字准线图案可通过一个光发射器投影到目标平面上。类似地，如图2B中所示，在每个轴上具有刻度标记的旋转十字准线图案可通过第二光发射器投影到目标平面上。
然后，如图3中所示，图2A和2B中所示的投影十字准线图案可重叠，并且提供关于目标平面何时与相机镜头相距适当距离的指示。图3示出目标平面不在正确距离处的情况，因为图2A和2B的两个十字准线图案的中心点Q和R不直接重叠。因此，轴上的刻度标记将不会适当地缩放来反映目标的尺寸。
另一方面，图4的十字准线图案示出当目标平面与相机相距适当距离时使得两个十字准线图案的中心点直接重叠的图2A和2B的投影十字准线图案。因此，轴上的刻度标记将正确反映目标的实际尺寸。
现在参考图5，将讨论说明根据在本文讨论的实施例的系统的操作的流程图。如图5中所示，用于确定临床流程期间的参数的方法的操作在框505处通过将多个图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上而开始。可操纵该多个图案使得该多个图案在公共点、公共线或其它公共几何形状中的一个处重叠，该公共点、公共线或其它公共几何形状指示与该待成像目标的适当物距(框515)。
在一些实施例中，该多个图案可包含指示计量单位的标记，该计量单位指示待成像目标的尺寸。因此，可在不接触目标的情况下获得目标尺寸，并且可通过用相机捕获图像来存储目标尺寸。在一些实施例中，该多个图案可以是投影到物体平面上的十字准线图案。如上文所讨论，十字准线图案中的每一个可在轴上具有指示计量单位的刻度标记。因此，在这些实施例中，可操纵十字准线图案，使得每个十字准线图案的中心点直接重叠，从而指示与目标的适当物距。目标的大小/尺寸可基于图案上的刻度标记来确定(框525)。可在临床和/或外科成像流程中的一个期间实时执行根据本文讨论的实施例的方法。
在一些实施例中，使用波长为约350nm至约1000nm的激光发射器来投影图像。该方法可以是非侵入式的并且被实时地执行。
应当理解的是，虽然本发明构思的实施例是针对十字准线图案进行讨论的，但是本发明构思的实施例不限于该配置。在不脱离本发明构思的范围的情况下，可使用适用于本发明构思的任何图案。类似地，虽然在本文讨论了仅两个光发射器(激光发射器)和相关图案，但是实施例不限于仅使用两个发射器。
现在参考图6A至10，将讨论根据本发明构思的实施例的使用距离标记和光学标尺功能获得的图像的示例。首先参考图6A和6B，包括两个光发射器的系统(例如图1中所示的系统)用于分别产生所示的水平和垂直图案。图案中的每一个在其中间包含点Y、Z。
当从目标(样本)到相机到距离(物距)正确时，它将表现为只有一个点存在，因为Y、Z将会重叠，如图7中所示。因此，当达到正确物距时，如图7中所示，两个点彼此上下重叠。在图7中所示的实施例中，每个框被校准为特定大小，诸如一英寸乘一英寸，以用作二维标尺以便估计目标大小。在图9和10中所示的本发明构思的实施例：可仔细选择光发射器的波长和图案以避免来自诸如LED、室内灯等其它光源的干扰和噪声。因此，根据本文讨论的本发明构思的实施例的标尺功能是多维的，例如二维的x和y。
类似地，当物距不正确时，如图8中所示，两个点Y、Z不会上下重叠。
在图6至10所示的实施例中，测量功能可使用光学标尺(即，图中所示的框)来实现。在一些实施例中，每个框可表示固定距离。如图9中所示，当目标(即，人手)放置在发射束中时，网格图案显示在手上。图9示出室内灯开启并且LED灯关闭的实施例，图10示出室内灯和LED灯均开启的实施例。换言之，可选择波长和图案，因此功能不受环境光影响。
应当理解的是，图6至10所示的网格图案仅作为示例提供。在不脱离本发明构思的范围的情况下，可改变图案。例如，可调整线的粗细和框的大小。
如上文简要讨论的，本发明构思的一些实施例提供用于确定与目标区域的最佳物距以及目标本身的尺寸的方法、系统以及计算机程序产品。实施例基于如上文所讨论使使用光发射器投影在物体平面上的图案重叠来提供信息。
在本说明书中，已经公开了本发明构思的实施例，并且虽然使用了特定术语，但是们仅用于一般性和描述性的意义，而不是为了限制目的。提供下列权利要求以确保本申请在所有权限均满足作为优先权申请的所有法定要求，并且不应当被解释为阐述本发明构思的范围。

Claims (22)

1.一种用于确定临床流程期间的参数的方法，所述方法包括：
将来自光发射器的第一图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上；
将来自所述光发射器的第二图案投影到与所述待成像目标相关联的所述物体平面上；以及
操纵所述第一图案和所述第二图案，使得所述第一图案和所述第二图案在公共点、公共线或其它公共几何形状中的一个处重叠，所述公共点、公共线或其它公共几何形状指示与所述待成像目标的适当物距。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，投影所述第一图案和所述第二图案包括投影具有指示计量单位的标记的第一图案和第二图案，所述计量单位指示所述待成像目标的尺寸；以及
其中，所述计量单位在至少两个维度上起作用。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，投影所述第一图案和所述第二图案包括将第一十字准线图案和第二十字准线图案投影到所述物体平面上，所述十字准线图案中的每一个在轴上具有指示计量单位的刻度标记。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述操纵还包括操纵所述第一十字准线图案和所述第二十字准线图案，使得每一个十字准线图案的中心点直接重叠，从而指示与所述目标的所述适当物距。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，在临床成像流程和/或外科成像流程中的一个期间实时执行所述方法。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光发射器包括将所述第一图案投影到所述物体平面上的第一光发射器和将所述第二图案投影到所述物体平面上的第二光发射器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述投影还包括分别使用第一激光发射器和第二激光发射器将所述第一图案和所述第二图案投影到所述物体平面上，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器各自具有从约350nm至约1000nm的波长。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是非侵入式的，且被实时地执行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物距是从所述目标到相机镜头的距离。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，选择发射器的波长和对应图案，使得功能性不受环境光影响。
11.一种用于确定临床流程期间的参数的系统，所述系统包括：
多个光发射器，包括对应的图案化镜头，所述多个光发射器中的第一光发射器和第二光发射器分别被配置为将第一图案和第二图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上；以及
输入模块，被配置为操纵所述第一图案和所述第二图案，使得所述第一图案和所述第二图案在公共点、公共线或其它公共几何形状中的一个处重叠，所述公共点、公共线或其它公共几何形状指示与所述待成像目标的适当物距。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多个光发射器包括三个或更多个光发射器，每个光发射器具有对应的图案化镜头。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一光发射器和第二光发射器包括第一激光发射器和第二激光发射器。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，在临床流程和外科流程中的一个期间执行所述成像流程。
15.一种用于确定临床流程期间的参数的计算机程序产品，所述计算机程序产品被存储在非暂时性计算机可读存储介质中，计算机可读程序代码包括：
非暂时性计算机可读存储介质，所述介质中包含有计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括被配置用于以下操作的计算机可读程序代码：
将多个图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上；以及
操纵所述多个图案使得所述多个图案在公共点、公共线或其它公共几何形状中的一个处重叠，所述公共点、公共线或其它公共几何形状指示与所述待成像目标的适当物距。
16.根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中，被配置为投影多个图案的计算机可读程序代码包括用于以下操作的计算机可读程序代码：
将来自光发射器的第一图案投影到与待成像目标相关联的物体平面上；以及
将来自所述光发射器的第二图案投影到与所述待成像目标相关联的所述物体平面上。
17.根据权利要求16所述的计算机程序产品，还包括被配置用于以下操作的计算机可读程序代码：投影具有指示计量单位的标记的第一图案和第二图案，所述计量单位指示所述待成像目标的尺寸。
18.根据权利要求17所述的计算机程序产品，还包括被配置用于以下操作的计算机可读程序代码：将第一十字准线图案和第二十字准线图案投影到所述物体平面上，所述十字准线图案中的每一个在轴上具有指示计量单位的刻度标记。
19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，还包括被配置用于以下操作的计算机可读程序代码：操纵所述第一十字准线图案和所述第二十字准线图案，使得每一个十字准线图案的中心点直接重叠，从而指示与所述目标的所述适当物距。
20.根据权利要求16所述的计算机程序产品，其中，所述光发射器包括将所述第一图案投影到所述物体平面上的第一光发射器和将所述第二图案投影到所述物体平面上的第二光发射器。
21.根据权利要求20所述的计算机程序产品，还包括被配置用于以下操作的计算机可读程序代码：分别使用第一激光发射器和第二激光发射器将所述第一图案和所述第二图案投影到所述物体平面上，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器各自具有从约350nm至约1000nm的波长。
22.根据权利要求16所述的计算机程序产品，其中，所述物距是从所述目标到相机镜头的距离。
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