CN110057790B - 用于荧光强度归一化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于强度归一化的荧光显微镜学或内窥镜成像方法、一种非暂时性计算机可读存储介质(101)以及一种用于内窥镜(3)或显微镜设备(5)的控制器(51)。在现有技术中，作为手术显微镜、内窥镜(3)或显微镜(5)的普通观察设备(1)具有以下缺点：检测的强度(97)是归因于荧光团(29)浓度还是归因于光学设置参数(73)是模糊的。如果至少一个光学设置参数(73)被改变，本发明的方法通过自动调节至少一个曝光控制参数(83)克服所述缺点。本发明的非暂时性计算机可读存储介质(101)适于运行用于执行本发明的方法的程序，并且本发明的控制器(51)包括输入部分(67)、输出部分(69)和确定模块(53)。

Description

用于荧光强度归一化的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其是一种用于强度归一化的荧光显微镜学或内窥镜成像方法、一种非暂时性计算机可读存储介质以及一种用于内窥镜或显微镜设备的控制器。

背景技术

在现有技术中，作为手术显微镜、内窥镜或显微镜的普通观察设备具有以下缺点：测量的强度，尤其是在基于荧光的观察期间，即荧光强度，受到观察设备的光学设置参数的影响。通常，已知观察设备的灵敏度展示与光学设置参数的函数关系。灵敏度可以例如与光学设置参数中的至少一个成反比。

因此，如果对荧光强度进行成像，必须非常小心，因为检测的强度是归因于荧光团浓度还是归因于光学设置参数是模糊的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法、一种非暂时性存储介质以及一种用于内窥镜或显微镜设备的控制器，其改善了荧光团浓度的确定。

如果改变至少一个光学设置参数，开头提到的本发明的方法通过自动调节至少一个曝光控制参数来解决上述问题并克服现有技术方法的缺点。

本发明的非暂时性计算机可读存储介质包括用于执行本发明的方法的至少一个实施例的程序，并因此产生与本发明的方法相同的优点。

开头提到的本发明的控制器通过包括用于接收表示光学设置参数的光学设置数据的输入部分解决上述问题。光学设置数据尤其包括放大率设置数据和工作距离设置数据中的至少一个，并且控制器还具有用于输出表示曝光控制参数的曝光控制数据的输出部分。曝光控制数据尤其包括包含检测器增益数据、曝光时间数据和光强度数据的组中的至少一个。此外，控制器具有用于依据至少一个光学设置数据确定至少一个曝光控制数据的确定模块。

本发明的方法、本发明的非暂时性计算机可读存储介质和本发明的控制器允许抵消观察设备的至少一个变化的光学设置参数的影响，其中在没有抵消的情况下，尽管在被检查的样本中具有相同的荧光团浓度，但是仍将测量到改变的强度，尤其是荧光强度。

因此，消除了改变光学设置参数对检测的强度(荧光强度)的影响，并且观察的样本的恒定(荧光)强度将分别导致图像数据中的或者如用户通过观察构件(例如目镜)观察到的恒定强度值或亮度。

观察设备的调整尤其是自动执行的，即无需用户交互。

通过其他实施例可以改进本发明，这些实施例本身是有利的。如果省略的技术特征对于实现本发明的技术效果不是必需的，不同的实施例的技术特征可以彼此任意组合或者可以被省略。

术语确定或用于确定应被理解为找到或识别位置、大小或值，而不是固定、定义或指定位置、大小或值。

在以下描述中，作为荧光强度、显微镜或内窥镜或特定光学设置参数或曝光控制参数的表达不应被理解为限制本发明。这些表达应被理解为对强度、光学观察设备和光学设置或曝光控制参数整体的代表。类似地，单数或复数形式不限制保护范围。

本发明的方法尤其可以使用校准数据来依据至少一个光学设置参数自动调整至少一个曝光控制参数。

因此，适于执行本发明的方法的该实施例的相应的本发明的控制器可以包括具有先前保存的校准数据的至少一个存储模块。

校准数据可以被理解为查找表，其将至少一个光学设置参数与至少一个曝光控制参数相互关联或链接。校准数据尤其对光学设置参数或光学设置参数的组合指定曝光控制参数或曝光控制参数的组合。

因此，校准数据可以被理解为以指定表的形式保存的预定值。

本发明的方法还可以包括基于至少一个光学设置参数计算至少一个曝光控制参数。

因此，相应的本发明的控制器可以包括用于基于至少一个光学设置数据计算至少一个曝光控制数据的计算模块。

除了基于先前保存的校准数据的指定或作为基于先前保存的校准数据的指定的替代，可以执行至少一个曝光控制参数的计算。

特别地，如果在校准数据中没有提供至少一个光学设置参数，计算模块可以用来基于通过控制器的输入部分提供的至少一个光学设置参数计算至少一个曝光控制参数。

在另一实施例中，可以在控制器中提供内插模块。因此，相应的方法可以包括基于至少一个光学设置数据内插至少一个曝光控制数据的步骤。

光学设置参数可以包括工作距离和/或放大率。它们还可以包括表示所使用的物镜的参数。不同的物镜可能产生不同的光学等级，因此可能改变检测到的荧光强度。

工作距离可被理解为从样本至用于收集光(特别是荧光)的检测光学组件的前端之间的测量距离。检测光学组件可以是物镜。

因此，考虑以光学设置数据的形式向控制器提供的光学设置参数被应用来确定，即指定和/或计算以曝光控制数据的形式从控制器输出的曝光控制参数，从而防止由于不同的光学设置引起的检测的强度(尤其是荧光强度)的变化，因为它通过本发明的方法和本发明的控制器被抵消。

因此，光学系统(尤其是诸如物镜的光学检测系统)对检测的强度的影响被自动消除。

至少一个曝光控制参数尤其可以与至少一个光学设置参数成比例。

曝光控制参数可以包括包含检测器增益、曝光时间和光强度的组中的至少一个。所述组不应理解为闭合的，并且其他参数可包括在曝光控制参数的组内。

换言之，如果表示一个光学设置参数(例如放大率)的光学设置数据的值增大，表示一个曝光控制参数(例如，检测器增益)的曝光控制数据的值可以增大。

因此，包括本发明的控制器或执行本发明的方法的观察设备的灵敏度可以与至少一个光学设置参数成反比。

灵敏度可以被理解为产生特定的且尤其是可检测的输出信号所需的输入至检测器的信号的最小大小。示例性地，观察设备中的检测器的灵敏度可以被定义为需要入射在限定的检测器表面上以产生可检测的电信号的待检测的光的一定数量的光子。

例如大的工作距离的特殊设置可以将入射在限定的检测器表面上的光子数量减少至灵敏度阈值以下，并且可以使荧光信号不可检测。本发明的方法和本发明的控制器抵消了强度的降低并防止荧光信号变得不可检测。

本发明的非暂时性计算机可读存储介质可被实施为基于磁、光或闪存的存储介质。

控制器可被实施在一个单个集成电路(IC)中，或者可以由如确定模块、存储模块和/或计算模块的单独部件组装。

存储模块和/或计算模块可以是可替换的，以使得控制器可以应用在不同的观察设备中，其中存储在存储模块中的校准数据和/或在计算模块中存储和执行的计算公式可以容易地被替换并适应于不同的观察设备。

附图说明

在下文中，将参考附图描述本发明。图中所示的实施例应被理解为纯粹示例性的，即不限制由权利要求限定的保护范围。附图中所示的实施例描述的技术特征可以根据所附权利要求任意组合和/或省略。相同技术特征和具有相同技术效果的技术特征用相同的附图标记表示。

图1示出包括本发明的控制器的光学观察设备的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出观察设备1，例如内窥镜设备3或显微镜设备5，其中显微镜设备5尤其可被实施为荧光显微镜5a。

荧光显微镜5a包括光源7，光源尤其可被实施为激光器9，优选地实施为半导体激光器11，其发射穿过望远镜17的照明光15，用于增加光束腰19。

照明光15通过被实施为物镜23的光学照明组件21。

光学照明组件21传输照明光15，照明光15照射布置在检测平面27中的样本25。

样本25包括荧光团29(未单独示出)，荧光团由入射照明光15激发并发射荧光31。

荧光31由也被实施为物镜23的检测光学组件33收集。

检测光学组件33以放大率35为特征并且被布置在距检测平面27的工作距离37内。

从检测平面27到检测光学组件33的前端39测量工作距离37。

应注意，图1中所示的显微镜5a被线性地实施，即光源7、光学照明组件21和检测光学组件33沿同一光轴41布置。在不同的实施例中，照明光15的路径可以基本上定向为垂直于荧光31的路径，即，荧光显微镜5a的配置可以对应于所谓的单个平面照明显微镜或简称SPIM的配置。

荧光31通过检测光学组件33传输并成像到检测器43上，检测器43可被实施为二维CCD或CMOS传感器45。

因此，检测光学组件33将荧光图像47(示意性示出的)成像到检测器43上。

荧光图像47可以显示在查看器49上，查看器49还可被额外地或可选地实施为目镜(未示出)。

荧光显微镜5a还包括具有确定模块53、存储模块55、内插模块57和计算模块59的控制器51。

模块55、57、59被连接至确定模块53，其中可以在两个方向上在它们之间交换数据。

存储模块55包括可以被实施为查找表63的校准数据61，其由图1中的表示意性地指示。可以通过将校准数据61提供在控制器51提供的校准数据输入65处以在存储模块55中存储校准数据61。

控制器51还包括输入部分67和输出部分69，其中控制器51经由输入部分67接收光学设置数据71。

光学设置数据71由电子矩形脉冲的序列指示，其中该形状是示例性的并且不限制提供光学设置数据71的形式。

光学设置数据71分别以放大率设置数据35a和工作距离设置数据37a形式表示诸如检测光学组件33的放大率35以及工作距离37的光学设置参数73。

这些示例性的两个光学设置参数73经由物镜控制模块75被提供至控制器51的输入部分67。

图1还示出了额外的输入线77，其被实施为将表示与图1中所示的那些不同的光学设置参数73a的光学设置数据71提供至控制器51。光学设置数据71由具有三角形的脉冲指示以便区分。

经由输出部分69，控制器51输出曝光控制数据81。

曝光控制数据81由电子脉冲的序列指示，其中它们的形状也是示例性的，并且不限制由控制器51提供曝光控制数据81的形式。

曝光控制数据81表示诸如检测器增益89、曝光时间91或光源7的光强度93的曝光控制参数83，它们分别由检测器增益数据89a、曝光时间数据91a和光强度数据93a表示。

这些示例性三个曝光控制参数83由控制器51在输出部分69处提供，而控制器51包括额外的输出线95，其被实施为将表示不同的曝光控制参数83a的曝光控制数据81提供至控制器51，其不同于图1中所示的那些。曝光控制数据81由具有高斯形状的脉冲表示以便区分。

因此，控制器51接收表示光学设置参数73的光学设置数据71，尤其包括放大率设置数据35a和工作距离设置数据37a中的至少一个，并且基于所述光学设置数据71确定至少一个曝光控制数据81。该确定基于使用存储模块55中的校准数据61的指定或者基于在计算模块59中执行的计算。

如果校准数据61不包括精确的光学设置数据71，则内插模块57可以内插曝光控制数据81以通过输出部分69由控制器51输出。

因此，即使特定光学设置参数73被修改，光强度97(例如由查看器49中示出的荧光图像47的亮度99表示)也保持恒定。

由控制器51输出的曝光控制数据81可以包括控制数据83a、89a、91a和93a中的一个或组合。

由图1中所示的荧光显微镜5a执行的本发明方法可被实施为软件实现，即，以存储在非暂时性存储介质101(如图1中所示的CD-ROM 103的实施例)上的程序的形式。

附图标记

1 观察设备

3 内窥镜设备

5 显微镜设备

5a 荧光显微镜

7 光源

9 激光器

11 半导体激光器

15 照明光

17 望远镜

19 光束腰

21 光学照明组件

23 物镜

25 样本

27 检测平面

29 荧光团

31 荧光

33 检测光学组件

35 放大率

35a 放大率设置数据

37 工作距离

37a 工作距离设置数据

39 前端

41 光轴

43 检测器

45 二维CCD或CMGS传感器

47 荧光图像

49 查看器

51 控制器

53 确定模块

55 存储模块

57 内插模块

59 计算模块

61 校准数据

63 查找表

65 校准数据输入

67 输入部分

69 输出部分

71 光学设置数据

73 光学设置参数

73a 不同的光学设置参数

75 物镜控制模块

77 额外的输入线

81 曝光控制数据

83 曝光控制参数

83a 不同的曝光控制参数

89 检测器增益

89a 检测器增益数据

91 曝光时间

91a 曝光时间数据

93 光强度

93a 光强度数据

95 额外的输出线

97 光强度

99 亮度

101 非暂时性存储介质

103 CD-ROM

Claims (9)

1.一种用于强度归一化的荧光显微镜或内窥镜成像方法，其中如果至少一个光学设置参数（73）被改变，自动调节至少一个曝光控制参数（83）；

其中，所述至少一个曝光控制参数（83）包括光源（7）的光强度（93）和检测器增益（89），所述至少一个光学设置参数（73）包括工作距离（37）和放大率（35），所述工作距离为从被布置在手术荧光显微镜或内窥镜的检测平面中的样本至用于收集荧光的检测光学组件（33）的前端之间的测量距离；以及在所述至少一个光学设置参数（73）改变时，查看器中示出的由所述检测光学组件（33）生成的荧光图像的亮度保持恒定；

其中，所述方法还包括：基于至少一个光学设置数据（71）内插至少一个曝光控制数据（81），其中，所述至少一个曝光控制数据（81）表示所述至少一个曝光控制参数（83），以及所述至少一个光学设置数据（71）表示所述至少一个光学设置参数（73）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用校准数据（61）来依据所述至少一个光学设置参数（73）自动调整所述至少一个曝光控制参数（83）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括基于所述至少一个光学设置参数（73）计算所述至少一个曝光控制参数（83）。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个曝光控制参数（83）与所述至少一个光学设置参数（73）成比例。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个曝光控制参数（83）还包括曝光时间（91）。

6.一种非暂时性计算机可读存储介质（101），包括用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的程序。

7.一种用于内窥镜（3）或显微镜设备（5）的控制器（51），所述内窥镜（3）或显微镜设备（5）包括光源（7）、检测光学组件（33）和检测平面（27），所述控制器（51）包括：

- 用于接收表示至少一个光学设置参数（73）的至少一个光学设置数据（71）的输入部分（67），所述至少一个光学设置数据（71）包括放大率设置数据（35a）和工作距离设置数据（37a），其中所述工作距离设置数据（37a）表示从被布置在所述检测平面（27）中的样本至用于收集荧光的所述检测光学组件（33）的前端之间的工作距离（37）；

- 用于输出表示至少一个曝光控制参数（83）的至少一个曝光控制数据（81）输出部分（69），所述至少一个曝光控制数据（81）包括光强度数据（93a）和检测器增益（89），光强度数据（93a）表示光源（7）的光强度（93）；

- 用于依据所述至少一个光学设置数据（71）确定所述至少一个曝光控制数据（81）的确定模块（53）；以及

- 内插模块（57），用于基于所述至少一个光学设置数据（71）内插所述至少一个曝光控制数据（81）；

其中在至少一个光学设置参数（73）改变时，查看器中示出的由所述检测光学组件（33）生成的荧光图像的亮度保持恒定。

8.根据权利要求7所述的控制器（51），其中，所述控制器（51）包括具有先前保存的校准数据（61）的至少一个存储模块（55）。

9.根据权利要求7或8所述的控制器（51），其中，所述控制器（51）包括用于基于所述至少一个光学设置数据（71）计算所述至少一个曝光控制数据（81）的计算模块（59）。

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