CN117042671A - 用于医学成像照射的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于为医学成像照射目标的光源包括：第一光发射器封装，其包括发射具有第一波长带的光的第一光发射器和发射具有不同于第一波长带的第二波长带的光的第二光发射器；以及控制器，其用于在第一模式和第二模式下操作所述光源，在第一模式下，第一光发射器激活并且第二光发射器停用，在第二模式下，第一光发射器停用并且第二光发射器激活。

Description

用于医学成像照射的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2020年12月22日的美国临时申请号63/129,476的权益，藉此将其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开总体上涉及医学成像，并且更具体地涉及用于医学成像的照射。
背景技术
现代内窥镜成像的进步推动了超出白光成像的对成像模态的需求。近红外荧光成像和窄带成像是内窥镜成像领域中两种越来越重要的成像技术。近红外荧光成像使用近红外光源来激发体内各种荧光标记的结构。窄带成像使用例如紫外和绿色光源来更好地可视化组织中的表面血管结构。
被配置为针对白光成像、近红外荧光成像和窄带成像模态提供照射的光源可以包括至少五个光通道：用于窄带成像的紫外光通道、用于白光成像和可选的窄带成像的蓝光通道、用于白光成像和窄带成像的绿光通道、用于白光成像的红光通道和用于近红外荧光成像的近红外光通道。二向色滤光器和其他光学元件可用于将来自不同通道的光组合成单个光束。一般来说，光通道和附带的二向色滤光器的数量越多，光源制造的成本就越高，并且光源也可能越大。此外，光输出效率可能会因通过附加二向色滤光器的损耗而有所牺牲。
发明内容
根据一个方面，一种用于医学成像的光源组合至少两个光发射器，所述至少两个光发射器在同一通道中产生具有不同波长带的光。所述两个光发射器可以结合到同一光发射器封装中。因此，两种不同的颜色共享该光源内的相同空间，相比于通过在光源内的各专用空间中的各发射器来提供各颜色的光源，这可以减小光源的尺寸、成本和复杂性，并且提高光输出效率。可选地，不同时使用的颜色可以组合在同一封装中，使得被配置为冷却封装的散热器可以被确定尺寸或者以其他方式被配置为一次仅从一个发射器(或者一组相同类型的发射器)散热，这也可以提供尺寸、成本和复杂性方面的益处。
根据一个方面，一种用于为医学成像照射目标的光源包括：第一光发射器封装，其包括发射具有第一波长带的光的第一光发射器和发射具有不同于第一波长带的第二波长带的光的第二光发射器；以及控制器，其用于在第一模式和第二模式下操作所述光源，在第一模式下，第一光发射器激活并且第二光发射器停用，在第二模式下，第一光发射器停用并且第二光发射器激活。
可选地，所述光源可以包括第二光发射器封装，其包括发射具有不同于第一和第二波长带的第三波长带的光的第三光发射器；以及第一光学元件，用于将来自至少第一和第二光发射器封装的发射组合成组合光束。所述控制器可以被配置为使得，在第一光模式下，第三光发射器激活。
可选地，第一光发射器封装包括基材(substrate)，并且第一光发射器和第二光发射器直接安装到所述基材。
可选地，所述光源包括用于从第一光发射器封装散热的第一散热器和用于从第二光发射器封装散热的第二散热器。第一光发射器当在第一模式下激活时可以产生第一热量，第二光发射器当在第二模式下激活时可以产生第二热量，并且第一热量和第二热量之和可以大于第一散热器的散热能力。
可选地，第二光学元件位于第一光发射器和第二光发射器前方，用于接收来自第一光发射器和第二光发射器的光并将接收到的光引导至第一光学元件。
可选地，第三光发射器在第二模式下激活。
可选地，具有第一波长带的光和具有第三波长带的光包括可见光，并且具有第二波长带的光包括不可见光。所述不可见光可以包括紫外光。所述不可见光可以包括红外光。
可选地，所述光源包括第三光发射器封装，其包括发射具有不同于第一、第二和第三波长带的第四波长带的光的第四光发射器。所述控制器可以被配置为在第一模式下与第一光发射器和第三光发射器一起激活第四光发射器，以产生白光。
可选地，所述控制器被配置为控制第一光发射器和第二光发射器，使得第一光发射器和第二光发射器不同时激活。
可选地，第一光发射器封装包括多个第一光发射器和多个第二光发射器。
可选地，第一光发射器与第二光发射器拼嵌在一起(mosaic)。
可选地，所述光源被配置用于内窥镜成像。
根据一个方面，一种用于为医学成像照射目标的方法包括：在第一光发射器封装的第二光发射器保持停用的同时，从第一光发射器封装的第一光发射器发射具有第一波长带的光，第二光发射器被配置为发射具有不同于第一波长带的第二波长带的光；以及停用第一光发射器封装的第一光发射器并激活第一光发射器封装的第二光发射器以发射具有第二波长带的光，从而用包括第二波长带而没有第一波长带的光来照射所述目标。要指出的是，该方法涉及光源的操作。该方法与光源对主体产生的效果之间没有功能联系。
可选地，所述方法还包括，在从第一光发射器发射具有第一波长带的光的同时，从第二光发射器封装的第三光发射器发射具有不同于第一和第二波长带的第三波长带的光，并且将来自第一和第二光发射器封装的光组合成组合光，并用所述组合光照射所述目标。
可选地，所述方法还包括，在发射具有第一波长带的光和具有第三波长带的光的同时，生成所述目标的时间图像序列。
可选地，所述方法还包括，在交替地激活和停用第一和第二光发射器的同时，生成时间图像序列。可选地，所述方法包括，在交替地在第一模式下第一光发射器打开并且第二光发射器关闭、并且在第二模式下第一光发射器关闭并且第二光发射器打开的同时，生成时间图像序列。
可选地，所述方法还包括，在发射具有第一和第三波长带的光的同时，发射具有不同于第一和第三波长带的第四波长带的光，以产生白光。
可选地，第一光发射器封装包括基材，并且第一光发射器和第二光发射器直接安装到所述基材。
可选地，第一散热器从第一光发射器封装散热，并且可不同于第一散热器的第二散热器从第二光发射器封装散热。
可选地，在第一光发射器停用并且第二光发射器激活的同时，第三光发射器保持激活。
可选地，具有第一波长带的光和具有第三波长带的光包括可见光，并且具有第二波长带的光包括不可见光。所述不可见光可以包括紫外光。所述不可见光可以包括红外光。
可选地，所述方法包括用内窥镜照射所述目标。
将领会到，针对系统描述的任何变型、方面、特征和选项同样适用于方法，并且反之亦然。还将清楚的是，上述变型、方面、特征和选项中的任何一个或多个可以组合。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明，其中：
图1A是示例性内窥相机系统的图示；
图1B是图1A的内窥相机系统的一部分和进行成像的目标对象的示意图；
图2是被配置成为医学成像提供照射光的示例性照射系统的框图；
图3A是可以用三个照射器模块产生至少四个不同波长带的示例性医学成像照射系统的框图；
图3B示出了图3A的系统的变型，其被配置为产生用于白光和近红外成像模态的照射光；
图3C示出了图3A的系统的变型，其被配置为产生用于白光和窄带成像模态的照射光；
图3D示出了图3A的系统的变型，其被配置为仅用三个照射器模块来提供五种颜色；并且
图4是为医学成像照射目标的示例性方法的框图。
具体实施方式
现在将详细参考本文描述的系统和方法的各个方面和变型的实施和示例。尽管本文描述了系统和方法的若干示例性变型，但是系统和方法的其他变型可以包括以任何合适的方式组合的本文描述的系统和方法的方面，从而具有所描述的方面中的一些或全部的组合。
根据各个方面，用于为医学成像提供照射的系统和方法包括在光源的同一通道中组合多种颜色或波长带。照射系统可以包括至少两个不同颜色的光发射器，它们集成在同一光发射器封装中并且可以彼此独立地驱动。该封装可以热耦合到被配置为冷却该封装的单个散热器。一个或多个光学组件可以设置在这些发射器的下游，使得这些发射器共享相同的光学组件。因此，可以在同一空间中提供两种不同的颜色，相比于在各单独的通道中提供各颜色的光源，这可以减小光源的尺寸、成本和复杂性，并且提高光输出效率。同一封装的不同颜色发射器是独立驱动和控制的。控制器可以被配置为在第一模式和第二模式下控制发射器，在第一模式下，第一发射器激活并且第二发射器停用，在第二模式下，第一发射器停用并且第二发射器激活。
照射系统可以包括一个或多个附加通道，其与第一通道的第一和/或第二发射器同时提供光。例如，控制器可以被配置为激活第一通道的第一发射器和第二通道的一个发射器，第二通道的该发射器产生第三波长带，第三波长带是与第一和第二波长带不同的波长带，使得照射系统提供至少具有第一和第三波长但不具有第二波长的光。当第一光发射器停用并且第二光发射器激活时，第二通道的发射器可以保持激活或者可以停用。
应当理解，除非上下文另外明确指出，否则在以下描述中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解，本文使用的术语“和/或”是指、并且涵盖一个或多个相关的所列项目的任何和所有可能的组合。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或单元的存在，但是不排除还有一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件、单元和/或其群组的存在或加入。
本公开的某些方面包括本文以算法形式描述的过程步骤和指令。应当指出的是，本公开的过程步骤和指令可以以软件、固件或硬件来实现，并且当以软件来实现时，可以被下载以驻留在由各种操作系统使用的不同平台上并且可以从这些平台上进行操作。除非特别声明，否则如从以下讨论中显而易见的，可以理解，在整个描述中，利用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“显示”、“生成”等术语的讨论指的是计算机系统或类似电子计算装置的动作和过程，其操纵和变换表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示装置内的物理(电子)量的数据。
在一些示例中，本公开还涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以是为所需目的而专门构造的，或者它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在非暂时性计算机可读存储介质中，诸如但不限于任何类型的盘，包括软盘、USB闪存驱动器、外部硬盘驱动器、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、专用集成电路(ASIC)或适合于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个都耦合到计算机系统总线。此外，说明书中所指的计算机可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计以提高计算能力的架构。
本文描述的方法、装置和系统并不固有地与任何特定计算机或其他设备相关。各种通用系统也可以根据本文的教导与程序一起使用，或者可以证明构造更专用的设备来执行所需的方法步骤是方便的。从下面的描述中将出现各种这些系统所需的结构。此外，本发明不是参考任何特定的编程语言来描述的。应当理解，可以使用各种编程语言来实现本文描述的本发明的教导。
如本文中使用的术语“颜色(color)”是指可见和不可见的波长带。
图1A示出了内窥镜成像系统10的示例，其包括可在内窥镜手术中利用的内窥相机系统11。内窥相机系统11包括内窥镜或观察装置12，其通过位于相机头16的远端处的耦合器13耦合到相机头16。通过光源14向观察装置12提供光，光源14可以根据本文描述的原理进行配置。光源14可以通过光导26(如光纤线缆)向观察装置12提供光。相机头16通过电气线缆15连接到相机控制单元(CCU)18。CCU 18连接到光源14并与之通信。相机16的操作部分地由CCU 18控制。线缆15将视频图像和/或静止图像数据从相机头16传送到CCU 18，并且可以在相机头16与CCU 18之间双向传送各种控制信号。
相机头16上可以设有控制或开关装置17，用于允许用户手动控制系统10的各种功能，这可以包括从一种成像模式切换为另一种成像模式，在一些示例中，这可以导致光源14切换照射模式，如下面进一步讨论的。语音命令可以输入到安装在医师佩戴的耳机27上并耦合到语音控制单元23的麦克风25中。诸如具有触摸屏用户接口的平板电脑或PDA之类的手持控制装置29可以作为另一控制接口耦合到语音控制单元23。在图示的示例中，记录器31和打印机33也耦合到CCU 18。诸如图像捕获和存档装置之类的附加装置可以包括在系统10中，并且耦合到CCU 18。由相机头16采集并由CCU 18处理的视频图像数据被转换成图像，这些图像可以显示在监视器20上、由记录器31记录、和/或用于产生静态图像，可以通过打印机33产生这些静态图像的硬拷贝。
图1B示出了内窥镜系统10的一部分的示例，内窥镜系统10用于照射诸如患者组织的对象1并接收来自其的光。对象1可以包括荧光标记2，例如，作为给予患者荧光成像剂的结果。荧光标记2可以由例如吲哚菁绿(ICG)组成。
如下文更详细讨论的，光源14可以产生用于产生目标对象1的可见(例如，白光)图像的可见照射光(诸如红光、绿光和蓝光的任何组合)、用于激发目标对象1中的荧光标记2以产生荧光图像的荧光激发照射光(例如，用于激发近红外荧光标记的近红外荧光激发照射光)、以及用于荧光激发光或用于窄带成像的紫外光中的一种或多种。照射光传输到并传输通过光学透镜系统22，光学透镜系统22使光聚焦到光导管24上。光导管24可以产生均匀的光，然后该光传输到光纤光导26。光导26可以包括多根光纤并且连接到作为内窥镜12的一部分的光柱28。内窥镜12包括照射路径12'和光学通道路径12”。
内窥镜12可以包括陷波滤光器131，陷波滤光器131允许由目标对象1中的荧光标记2发射的荧光发射光(例如，在830nm至870nm的波长范围内)中的一些或全部(优选地，至少80％)通过，并且允许诸如由目标对象1反射的可见照射光之类的可见光(例如，在400nm至700nm的波长范围内)中的一些或全部(优选地，至少80％)通过，但阻挡用于激发来自目标对象1中的荧光标记2的荧光发射的几乎全部荧光激发光(例如，具有808nm波长的红外光)。陷波滤光器131可以具有OD5或更高的光密度。在一些示例中，陷波滤光器131可以位于耦合器13中。
图2是被配置成为医学成像提供照射光的示例性照射系统200的框图。照射系统200可以用于图1A、1B的系统10的光源14。系统200将至少两种不同的颜色结合到同一照射模块中，相比于在两种颜色自己的模块中提供这两种颜色的传统系统，这可以降低成本、提供更紧凑的照射系统、和/或提高光学效率。系统200包括至少一个多色照射器模块201，其包括被配置为发射至少两个不同波长带的光发射器封装202、用于耗散由光发射器封装202产生的热量的散热器222、以及设置在光发射器封装202前方用于接收来自光发射器封装202的光并沿着光路214引导光的至少一个光学组件212。
光发射器封装202可以包括基材204、安装在基材204上的第一光发射器206和安装在基材204上的第二光发射器208。第一光发射器206被配置为输出具有第一波长带的第一光209，并且第二光发射器208被配置为输出具有不同于第一波长带的第二波长带的第二光210。可选地，第一和第二光发射器206、208直接安装到基材204。在一些示例中，光发射器206、208直接黏合到基材204，诸如使用导热黏合。在一些示例中，基材204是印刷电路板(PCB)，其可以提供光发射器206、208与它们各自的驱动器216、218之间的电气互连。发射器206、208可经由表面安装技术(SMT)电气连接到基材的电气迹线。在一些示例中，光发射器206、208均为半导体芯片。
基材204可以安装到散热器222，散热器222被配置为吸收和耗散由发射器206、208产生的热量。与发射器206、208设置在它们自己的专用模块中的传统系统相比，这节省了成本和空间，因为只需要一个散热器而不是两个。在一些示例中，散热器222被配置为利用两个发射器206、208可不同时活动的事实而一次从发射器206、208中的仅一个散热。换言之，散热器222可以被配置有高于发射器206、208之一的最大生热速率但低于发射器206、208的组合生热速率的最大散热速率。因此，散热器222不需要为了适应两个发射器206、208而是两倍大。在其他示例中，散热器是针对两个发射器206、208同时使用而配置的。
第一和第二光发射器206、208中的每一个彼此电气独立并且由其自己的驱动器驱动。第一光发射器206由第一驱动器216驱动，并且第二光发射器208由第二驱动器218驱动。驱动器216、218基于来自控制器220的控制命令独立地驱动各自的光发射器206、208。在一些示例中，控制器220可以控制驱动器216、218来提供至少两种不同的照射模式。在第一照射模式下，第一驱动器216被控制以驱动第一光发射器206发射第一光208，并且第二驱动器218被控制以使第二光发射器208关闭。控制器可以切换为第二模式，其中，第二驱动器218被控制以驱动第二光发射器208发射第二光210，并且第一驱动器216被控制以使第一光发射器206关闭。控制器220可以被配置为控制驱动器216、218以提供附加照射模式，包括同时提供来自第一和第二光发射器206、208的光。控制器220可以被配置为控制驱动器216、218以控制从相应发射器输出的光的强度，诸如通过改变驱动发射器的电流和/或控制发射器的脉冲。
至少一个光学组件212可以被配置为接收来自第一光发射器206的第一光209和来自第二光发射器208的第二光210，并沿着共同的光路214引导它们，这可以直接得到或经由一个或多个附加光学组件(如一个或多个反射镜、二向色镜、透镜等)而得到来自照射系统200的光输出。在一些示例中，光学组件212直接安装到基材204。在其他示例中，光学组件212没有安装到基材，而是通过单独的安装布置来安装。在一些示例中，光学组件212被配置为减小第一光209和第二光210的路径的角度。
照射系统200可以被配置成为至少两种不同的成像模态提供照射光，并且可以被控制为在用于这两种不同成像模态的两种不同照射模式之间切换。例如，第一光发射器206可以被配置为产生能用于照射白光成像模态的成像视场的白光，并且第二光发射器可以被配置为产生用于激发荧光成像模态的成像视场中的荧光目标的荧光激发光。控制器220可以被配置为从第一模式切换为第二模式，在第一模式下，第一光发射器206被控制以提供白光并且第二光发射器208关闭，在第二模式下，第一光发射器206关闭并且第二光发射器208被控制以提供荧光激发光。在一些示例中，第一模式和/或第二模式至少在多个成像帧的时段内是连续的。例如，成像系统可以在多个成像帧的时段内以仅白光模式使用，在此期间，照射系统200连续地从第一光发射器206提供白光，并且第二光发射器208在该多个成像帧内保持停用。在一些示例中，照射系统200可以切换为仅荧光成像模式，其中，在多个成像帧内，第二光发射器208连续地提供荧光激发光，并且第一光发射器206保持关闭。
第一和第二光发射器206、208可以包括任何合适的半导体光发射器，包括一个或多个发光二极管(LED)和/或一个或多个激光二极管。在一些示例中，第一或第二发射器包括发射相同波长带的多个相同类型的LED。在一些示例中，光发射器封装202包括多个第一光发射器206和/或多个第二光发射器208。例如，光发射器封装202可以具有第一和第二光发射器的3×2矩阵、4×4矩阵、8×8矩阵等。第一和第二光发射器可以设置在封装的单独区段中，或者可以拼嵌在一起。在一些示例中，光发射器封装202包括产生具有不同于第一和第二波长带的一个或多个附加波长带的光的一个或多个附加光发射器。例如，在一些示例中，光发射器封装202包括红色LED、绿色LED和蓝色LED，它们在第一模式下同时激活以产生用于白光成像模态的白光，并且光发射器封装202还包括被配置为在用于荧光照射模态的第二模式下产生荧光激发光的LED。如本领域中所知的，发射器可以被配置为产生期望的波长带，诸如通过使用不同的光发射器材料、不同的磷光体涂层和/或通过使用滤光层。于是，各种示例可以包括产生任何期望的波长带的发射器，包括诸如红色、绿色和蓝色的可见波长带，以及诸如一个或多个红外波长带和一个或多个紫外波长带的不可见波长带。根据一些示例，多色通道发射器的各波长带在色谱上相对于光源的其他发射器的颜色彼此相邻。根据一些示例，多色通道发射器的各波长带不重叠。根据一些示例，多色通道发射器的各波长带重叠。
图3A是可以用三个照射器模块产生至少四个不同波长带的医学成像照射系统300的框图。系统300包括第一照射器模块302、第二照射器模块304和第三照射器模块306。照射器模块302、304、306中的一个或多个可以是多色照射器模块，如系统200的多色照射器模块201，以从同一发射器封装的两个不同发射器提供至少两个不同波长带，如图3A中的虚线所示。于是，照射器模块302、304、306中的一个或多个可以具有这样的发射器封装，其具有：至少两个照射器，其安装在基材上并且被配置为产生具有至少两个不同波长带的光；用于照射器封装的单个散热器；以及各自用于不同类型的照射器的单独照射器驱动器。在一些示例中，照射器模块302、304、306中的一个或多个可以被配置为仅提供单个波长带的光的单色照射器模块。在一些示例中，除了模块的一个或多个发射器是单色之外，单色照射器模块可以类似于系统200的照射器模块201来配置。因此，被配置为单色模块的照射器模块302、304、306可以包括安装在热黏合到散热器的基材上的一个或多个发射器，并且光学组件可以安装到基材、在该一个或多个发射器前方。单色模块包括用于驱动该模块的(一个或多个)发射器的单个发射器驱动器。
在一些示例中，一个或多个第一光学组件308可以设置在第一照射器模块302的下游，用于对来自第一照射器模块302的光(其可以包括已经经过了照射器模块的一个或多个光学组件的光)进行整形。类似地，一个或多个第二光学组件309可以设置在第二照射器模块304的下游，并且一个或多个第三光学组件310可以设置在第三照射器模块306的下游。第一二向色滤光器312可以设置在一个或多个第二光学组件309的下游，以将来自第二照射器模块304的光朝向照射系统300的光输出314反射。第一二向色滤光器312被配置为反射由第二照射器304产生的(一个或多个)波长带中的光，并使由第一照射器模块302产生的(一个或多个)波长带中的光通过。至少一个第四光学组件316可以设置在第一二向色滤光器312的下游，用于对经过了第一二向色滤光器312并被其反射的光进行整形。第二二向色滤光器318可以设置在一个或多个第三光学组件310的下游，用于将来自第三照射器模块306的光朝向光输出314反射。第二二向色滤光器318被配置为将由第三照射器306产生的(一个或多个)波长带中的光朝向输出314反射、并且使由第一照射器模块302和第二照射器模块304产生的(一个或多个)波长带中的光通过。一个或多个光学元件350可以设置在第二二向色滤光器318的下游，用于聚焦或以其他方式控制输出314上游的组合光。
照射器模块302、304、306的照射器均由控制器320控制。控制器320被配置为控制照射器产生照射光，以根据多种成像模态进行医学成像。控制器320可以被配置为独立地控制产生不同波长带的照射器。例如，控制器320可以被配置为独立地控制被配置为产生不同波长带的同一照射器模块的两个照射器。控制器320被配置为与一个照射器模块的(一个或多个)照射器相独立地控制另一照射器模块的(一个或多个)照射器。
控制器320可以经由通信端口322通信连接到一个或多个外部系统，用于在照射系统300与一个或多个外部系统之间交换关于照射的信息。在一些示例中，经由通信端口322接收用于切换照射模式的指令。例如，成像系统控制器可以经由通信端口322指示照射系统从第一照射模式切换为第二照射模式。可以从一个或多个外部系统接收用于控制给定模式内的照射的信息。例如，可以在控制器320处接收亮度命令和/或色彩平衡命令，并且控制器320可以控制照射器中的一个或多个(经由它们各自的驱动器)以相应地调节照射输出。
图3B示出了根据一些示例的系统300的变型，其被配置为产生用于白光和近红外成像模态的照射光。照射系统300-A可以包括用于产生白光以用于白光成像的红光、绿光和蓝光发射器、以及用于产生近红外荧光激发光以用于近红外荧光成像的一个或多个近红外光发射器。第一照射器模块302可以被配置为提供红光和近红外光的双色照射器模块。第一照射器模块302可以在单个光发射器封装中包括一个或多个红光发射器330和一个或多个近红外光发射器332。例如，第一照射器模块302可以以类似于图2的多色照射器模块201的方式配置，其中，第一光发射器206配置为发射红光，并且第二光发射器208配置为发射近红外光。
在一些示例中，第二照射器模块304可以被配置为具有一个或多个绿光发射器334的单色照射器模块。在一些示例中，第三照射器模块306可以被配置为具有一个或多个蓝光发射器336的单色照射器模块。
第一二向色滤光器312可以被配置为长通滤光器，以使具有光谱的红色部分中的波长以及更长波长的光通过，并且反射具有比光谱的该红色部分短的波长的光。因此，来自第一照射器模块302的红光和近红外光穿过第一二向色滤光器312，并且来自第二照射器模块304的绿光被第一二向色滤光器312反射。
第二二向色滤光器318可以被配置为长通滤光器，以使具有比光谱的蓝色部分更长波长的光通过，并且反射具有光谱的蓝色部分中的波长以及更短波长的光。因此，来自第一照射器模块302的红光和近红外光以及来自第二照射器模块304的绿光穿过第二二向色滤光器318，并且来自第三照射器模块306的蓝光被第二二向色滤光器318朝向光输出314反射。
控制器320可以被配置为控制照射系统300-A的发射器在第一模式下操作，以产生用于照射成像视场的白光。控制器320激活第一照射器模块302的(一个或多个)红色发射器330、第二照射器模块304的(一个或多个)绿色发射器334和第三照射器模块306的(一个或多个)蓝色发射器336，它们的光组合以产生白光。(一个或多个)近红外光发射器332在第一模式期间可以停用。在一些示例中，控制器320可以调节发射器330、334、336的相对强度，以调节白光的色温。(一个或多个)近红外光发射器332在第一模式期间可以保持停用。
控制器320可以被配置为控制照射系统300-A的发射器在第二模式下操作，以用荧光激发光照射成像视场以进行荧光成像。控制器320激活第一照射器模块302的(一个或多个)近红外光发射器332并停用(一个或多个)红色发射器330。在一些示例中，第二照射器模块304的(一个或多个)绿色发射器334和第三照射器模块306的(一个或多个)蓝色发射器336也与第一照射器模块302的(一个或多个)红色发射器330一起停用。在其他示例中，在(一个或多个)近红外光发射器332激活的同时，(一个或多个)蓝光发射器336和(一个或多个)绿光发射器334中的一个或多个保持激活。在一些示例中，控制器320被配置为使照射系统300-A在连续的时间段内(诸如在多个成像帧内)维持在第一模式和/或第二模式。在一些示例中，控制器320被配置为以周期性方式在第一模式和第二模式之间切换，以支持组合的白光和荧光成像。例如，控制器可以快速(诸如以成像系统成像器帧速率)交替(一个或多个)红光发射器330和(一个或多个)近红外光发射器332的激活。成像系统可以在(一个或多个)红光发射器330(与(一个或多个)绿光发射器334和(一个或多个)蓝光发射器336一起)激活时捕获白光帧，并且可以在(一个或多个)红光发射器330停用而(一个或多个)近红外光发射器332激活时捕获荧光帧。
在一些示例中，控制器320可以响应于来自成像系统的命令(诸如经由通信端口322和/或通过照射系统300-A的用户接口)在两种照射模式之间切换。在一些示例中，控制器320基于预定的切换方案在两种照射模式之间切换，诸如以支持组合的白光和荧光成像。在一些示例中，经由通信端口322从成像系统接收用于预定切换方案的时序信号。
图3C示出了根据一些示例的系统300的变型，其被配置为产生用于白光和窄带成像模态的照射光。照射系统300-B可以包括用于产生白光以进行白光成像的红光、绿光和蓝光发射器、以及可以用于荧光激发(例如，用于激发原卟啉IX荧光)和/或用于窄带成像的一个或多个紫外光发射器。在一些示例中，第三照射器模块306可以被配置为提供蓝光和紫外光的双色照射器模块。第三照射器模块306可以在单个光发射器封装中包括一个或多个蓝光发射器336和一个或多个紫外光发射器338。例如，第三照射器模块306可以以类似于图2的多色照射器模块201的方式配置，其中，第一光发射器206配置为发射蓝光，并且第二光发射器208配置为发射紫外光。
在一些示例中，第二照射器模块304可以被配置为具有一个或多个绿光发射器334的单色照射器模块。在一些示例中，第一照射器模块302可以被配置为具有一个或多个红光发射器330的单色照射器模块。
第一和第二二向色滤光器312、318可以与系统300-A中相同地配置，因为来自(一个或多个)紫外光发射器338的紫外光具有低于蓝光波长的波长，因此紫外光将与蓝光一起被第二二向色滤光器318反射。
控制器320可以被配置为控制照射系统300-B的发射器在第一模式下操作，以产生用于照射成像视场的白光。控制器320激活第一照射器模块302的(一个或多个)红色发射器330、第二照射器模块304的(一个或多个)绿色发射器334和第三照射器模块306的(一个或多个)蓝色发射器336，它们的光组合以产生白光。在第一模式期间，(一个或多个)紫外光发射器338可以保持停用。
控制器320可以被配置为控制照射系统300-B的发射器在第二模式下操作，以用紫外光和绿光照射成像视场以进行窄带成像。控制器320激活第三照射器模块306的(一个或多个)紫外光发射器338并停用(一个或多个)蓝光发射器336。第二照射器模块304的(一个或多个)绿光发射器334保持激活。在一些示例中，第一照射器模块302的(一个或多个)红光发射器330停用。在一些示例中，控制器320被配置为使照射系统300-A在连续的时间段内(诸如在多个成像帧内)维持在第一模式和/或第二模式。在一些示例中，控制器320可以响应于来自成像系统的命令(诸如经由通信端口322和/或通过照射系统300-B的用户接口)在两种照射模式之间切换。
在一些示例中，照射系统300-B包括第四照射器模块380，其可以包括用于产生近红外荧光激发光的发射器382。发射器382可以包括例如激光二极管或LED。来自发射器382的光可通过一个或多个光学组件384进行整形，并且可以通过二向色滤光器386朝向出口314重定向，所述二向色滤光器386可以被配置为使近红外波长通过并使近红外波长以下的波长通过。控制器320可以被配置为控制照射器模块380诸如在第三模式下提供近红外荧光激发。
图3D示出了系统300的变型，其被配置为仅用三个照射器模块来提供五种颜色。照射系统300-C组合了照射系统300-A和300-B的方面以及用于产生白光以进行白光成像的红光、绿光和蓝光发射器、用于荧光激发和/或窄带成像的一个或多个紫外光发射器、以及用于产生近红外荧光激发光以进行荧光成像的一个或多个近红外光发射器。第一照射器模块302和第三照射器模块306均可以被配置为双色照射器模块。第一照射器模块302可以在单个光发射器封装中包括一个或多个红光发射器330和一个或多个近红外光发射器332。第三照射器模块306可以在单个光发射器封装中包括一个或多个蓝光发射器336和一个或多个紫外光发射器338。第二照射器模块304可以是包括一个或多个绿光发射器334的单色照射器模块。控制器320可以被配置为以类似于上述系统300-A和300-B的各自控制的方式来控制发射器330、332、334、336、338以提供至少三种不同的照射模式——白光，用于荧光成像的荧光激发光，以及用于窄带成像的组合的绿色和紫外光。
上述各种照射系统配置仅是示例性的。可以将任何数量的颜色组合到同一通道中，并且任何数量的多色通道可以与任何数量的单色通道进行组合。根据一些示例，单个通道可以包括光源的所有颜色。例如，被配置为提供白光、紫外光和近红外红光的光源可以包括单个通道，该单个通道包括至少一个红色发射器、至少一个绿色发射器、至少一个蓝色发射器、至少一个紫外发射器和至少一个近红外发射器。根据一些示例，被配置为提供白光、紫外光和近红外红光的光源可以包括可包括红色和近红外发射器的双色通道以及可包括绿色、蓝色和紫外发射器的三色通道。根据一些示例，被配置为提供白光、紫外光和近红外红光的光源可以包括：三色通道，其包括红色、绿色和蓝色发射器；第一单色通道，其包括近红外发射器；以及第二单色通道，其包括紫外发射器。在一些示例中，光源可以包括具有一个或多个白光发射器和一个或多个不可见光发射器(如一个或多个红外发射器和/或一个或多个紫外发射器)的单个通道。
图4是根据各种示例的用于为医学成像照射目标的方法400的框图。方法400可以由照射系统执行，在所述照射系统中，通过同一光发射器封装的至少两个不同光发射器来提供至少两个不同的光波长带，诸如图2的照射系统200、图3A的照射系统300、图3B的照射系统300-A、图3C的照射系统300-B和图3D的照射系统300-C。在一些示例中，照射系统的控制器可以包括处理器，该处理器被配置为执行存储在存储器中的用于实行方法400的一个或多个步骤的指令。
方法400可以在医学成像过程期间执行，以用于提供照射光以支持一个或多个成像模态。要指出的是，该方法涉及光源的操作。该方法与光源对主体产生的效果之间没有功能联系。在一些示例中，一个或多个成像模态可以包括：其中照射系统提供白光的白光成像，其中照射系统提供诸如红外光和/或紫外光之类的荧光激发光的荧光成像；其中照射系统提供紫外光和绿光的窄带成像；和/或其组合。在一些示例中，医学成像过程是手术过程，如微创手术过程。在一些示例中，医学成像过程是无创过程。根据方法400产生的照射光可以经由光缆提供给成像系统或其组件，诸如提供给内窥镜成像器或手持成像器。内窥镜可以预先插入体内。该方法可以不包括将内窥镜插入体内的步骤。
在步骤402，在第一光发射器封装的第二光发射器保持停用的同时，从第一光发射器封装的第一光发射器发射具有第一波长带的光。第二光发射器被配置为发射具有不同于第一波长带的第二波长带的光。例如，参考图2的系统200，第一光发射器206可以是红色LED并且第二光发射器208可以是近红外荧光激发LED，并且在近红外荧光激发LED停用的同时红色LED可以激活。
在步骤404，第一光发射器停用，并且第二光发射器激活并发射具有第二波长带的光，以用包括第二波长带而没有第一波长带的光照射目标。例如，红色LED可以停用，并且近红外荧光激发LED可以激活。
根据一些示例，方法400还可以包括可选步骤406，其中从照射系统的第二光发射器封装的光发射器发射具有不同于第一和第二波长带的第三波长带的光。在从第一光发射器封装的第一光发射器发射具有第一波长带的光的同时，发射来自第二光发射器封装的光发射器的光，也就是说，同时发射具有第一波长带的光和具有第三波长带的光。来自第二光发射器封装的光发射器的光诸如经由一个或多个光学组件与来自第一光发射器封装的第一光发射器的光组合，并且向目标提供组合的光，以用包括第一和第三波长带的光照射目标。例如，参考图3B的系统300-A，红光发射器330和绿光发射器334可以同时激活，与此同时，近红外光发射器332停用。蓝光发射器336也可以激活以向目标提供白光。在一些示例中，红光发射器330然后停用，并且近红外光发射器332激活。在一些示例中，当红光发射器330停用时，绿光发射器334和蓝光发射器336停用，而在其他示例中，绿光发射器334和蓝光发射器336保持激活。
方法400可以包括可选步骤408，其中，当来自第一光发射器的光正在照射目标时和/或当来自第二光发射器的光正在照射目标时，经由目标的成像系统生成一个或多个图像(单个图像或视频帧)。成像系统包括成像器，成像器可以是例如内窥镜成像器或开放视场成像器(open-fieldimager)。成像系统可以控制照射系统在提供第一带宽光和提供第二带宽光之间切换。
在一些示例中，可以在第一光发射器激活并且第二光发射器停用时生成第一时间图像序列(例如，视频帧)，并且可以在第二光发射器激活并且第一光发射器停用时生成第二时间图像序列。根据一些示例，可以在根据时序方案交替地激活/停用第一和第二光发射器的同时生成时间图像序列，使得在第一发射器激活且第二发射器停用时捕获第一图像，并且在第一发射器停用且第二发射器激活时捕获后一图像。
在一些示例中，方法400可以包括在三种不同的照射模式之间切换以支持三种不同的成像模态。第一模式可以是白光模式，其中第一光发射器是红光发射器，第三光发射器是绿光发射器，并且第四光发射器是蓝光发射器，并且第一、第三和第四光发射器同时激活以提供白光。第二模式可以是荧光激发模式，其中第二发射器被配置为产生荧光激发光且激活，与此同时，红光发射器停用。第三模式可以是窄带成像模式，其中作为与第四光发射器(蓝光发射器)相同的光发射器封装的一部分的紫外光发射器与绿光发射器同时激活，与此同时，蓝光发射器保持停用。在一些示例中，照射系统可以根据需要在这三种模式之间切换，以支持三种成像模态。
为了描述清楚简明，本文将特征描述为相同或单独示例的一部分；然而，将领会到，本公开的范围包括具有所描述的特征中的全部或一些的组合的示例。
为了解释的目的，已经参考特定示例描述了前述描述。然而，以上说明性讨论不意图穷举或将本发明限制为所公开的确切形式。鉴于上述教导，许多修改和变型都是可能的。选择和描述示例是为了最好地解释技术的原理及其实践应用。因此，本领域的其他技术人员能够最好地利用具有适于所考虑的特定用途的各种修改的技术和各种示例。
尽管已经参考附图充分描述了本公开和示例，但是应当指出的是，各种改变和修改对于本领域技术人员来说都应当是显而易见的。这样的改变和修改应被理解为包括在由权利要求限定的本公开和示例的范围内。最后，本申请中引用的专利和出版物的全部公开内容藉此通过引用结合于此。

Claims (27)

1.一种用于为医学成像照射目标的光源，所述光源包括：
第一光发射器封装，其包括发射具有第一波长带的光的第一光发射器和发射具有不同于第一波长带的第二波长带的光的第二光发射器；以及
控制器，其用于在第一模式和第二模式下操作所述光源，在第一模式下，第一光发射器激活并且第二光发射器停用，在第二模式下，第一光发射器停用并且第二光发射器激活。
2.根据权利要求1所述的光源，还包括：
第二光发射器封装，其包括发射具有不同于第一和第二波长带的第三波长带的光的第三光发射器；以及
第一光学元件，用于将来自至少第一和第二光发射器封装的发射组合成组合光束，
其中，所述控制器被配置为使得，在第一光模式下，第三光发射器激活。
3.根据权利要求2所述的光源，其中，第一光发射器封装包括基材，并且第一光发射器和第二光发射器直接安装到所述基材。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的光源，包括用于从第一光发射器封装散热的第一散热器和用于从第二光发射器封装散热的第二散热器。
5.根据权利要求4所述的光源，其中，第一光发射器当在第一模式下激活时产生第一热量，第二光发射器当在第二模式下激活时产生第二热量，并且第一热量和第二热量之和大于第一散热器的散热能力。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的光源，包括第二光学元件，其位于第一光发射器和第二光发射器前方，用于接收来自第一光发射器和第二光发射器的光并将接收到的光引导至第一光学元件。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的光源，其中，第三光发射器在第二模式下激活。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的光源，其中，具有第一波长带的光和具有第三波长带的光包括可见光，并且具有第二波长带的光包括不可见光。
9.根据权利要求8所述的光源，其中，所述不可见光包括紫外光。
10.根据权利要求8所述的光源，其中，所述不可见光包括红外光。
11.根据权利要求2至10中的任一项所述的光源，还包括第三光发射器封装，其包括发射具有不同于第一、第二和第三波长带的第四波长带的光的第四光发射器，并且其中，所述控制器在第一模式下与第一光发射器和第三光发射器一起激活第四光发射器，以产生白光。
12.根据权利要求2至11中的任一项所述的光源，其中，所述控制器被配置为控制第一光发射器和第二光发射器，使得第一光发射器和第二光发射器不同时激活。
13.根据权利要求2至12中的任一项所述的光源，其中，第一光发射器封装包括多个第一光发射器和多个第二光发射器。
14.根据权利要求13所述的光源，其中，第一光发射器与第二光发射器拼嵌在一起。
15.根据权利要求2至14中的任一项所述的光源，其中，所述光源被配置用于内窥镜成像。
16.一种用于为医学成像照射目标的方法，所述方法包括：
在第一光发射器封装的第二光发射器保持停用的同时，从第一光发射器封装的第一光发射器发射具有第一波长带的光，第二光发射器被配置为发射具有不同于第一波长带的第二波长带的光；以及
停用第一光发射器封装的第一光发射器并激活第一光发射器封装的第二光发射器以发射具有第二波长带的光，从而用包括第二波长带而没有第一波长带的光来照射所述目标。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括，在从第一光发射器发射具有第一波长带的光的同时，从第二光发射器封装的第三光发射器发射具有不同于第一和第二波长带的第三波长带的光，并且将来自第一和第二光发射器封装的光组合成组合光，并用所述组合光照射所述目标。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，还包括，在发射具有第一波长带的光和具有第三波长带的光的同时，生成所述目标的时间图像序列。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的方法，还包括，在交替地激活和停用第一和第二光发射器的同时，生成时间图像序列。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，还包括，在发射具有第一和第三波长带的光的同时，发射具有不同于第一和第三波长带的第四波长带的光，以产生白光。
21.根据权利要求16至20中的任一项所述的方法，其中，第一光发射器封装包括基材，并且第一光发射器和第二光发射器直接安装到所述基材。
22.根据权利要求16至21中的任一项所述的方法，其中，第一散热器从第一光发射器封装散热，并且不同于第一散热器的第二散热器从第二光发射器封装散热。
23.根据权利要求16至22中的任一项所述的方法，其中，在第一光发射器停用并且第二光发射器激活的同时，第三光发射器保持激活。
24.根据权利要求16至23中的任一项所述的方法，其中，具有第一波长带的光和具有第三波长带的光包括可见光，并且具有第二波长带的光包括不可见光。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述不可见光包括紫外光。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述不可见光包括红外光。
27.根据权利要求16至26中的任一项所述的方法，包括用内窥镜照射所述目标。
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