CN103892844A

CN103892844A - 具有色轮的光谱成像

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Publication number: CN103892844A
Application number: CN201310741077.XA
Authority: CN
Inventors: 乔治·P·皮诺
Original assignee: Christie Digital Systems Canada Inc
Current assignee: Christie Digital Systems USA Inc
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP2018057873A; JP6535720B2; CN103892844B; JP2014131731A; JP6317919B2; US9107567B2; US20140187968A1; EP2749210A1; EP2749210B1

Abstract

一种光谱成像设备，其包括图像传感器、旋转色轮以及投影机，其中图像传感器定位成捕捉目标的图像，旋转色轮与图像传感器对准，投影机被定位成将重叠图像投影到目标上。色轮可包括一个或多个过滤段，每个过滤段允许不同波长范围的光穿过。色轮还可包括阻挡段或不透明段。一组具有不同波长的被捕捉图像可被处理以生成用于投影到目标的假色重叠图像。可在阻挡或不透明段位于图像传感器前面时对重叠图像进行处理。该光谱成像设备可为多光谱成像设备并且制造为在医学领域中使用，例如确定并指示组织氧合。可实现视频速率。

Description

具有色轮的光谱成像

技术领域

本公开内容涉及成像，更具体地涉及光谱成像。

背景技术

多光谱和高光谱成像器是2D成像设备，该2D成像设备采集光谱范围，例如不连续波长范围（多光谱）或连续波长范围（高光谱）的光谱信息。这种设备可用于为诸如农业和食品加工的应用获得空间分辨的光谱信息，在这些应用中光谱和空间分辨的信息可用于估计庄稼中的湿度和水果的瘀伤。类似的技术还用于医学应用例如来确定组织氧水平。

典型装置使用2D成像器和包含色散棱镜或光栅的光学器件。该装置操作为线扫描器，在该线扫描器中穿过装置的样本被扫描并且入射光在成像器上被分散。当装置完成了对象的扫描时，产生了对象的光谱分辨的图像。然后该光谱分辨的图像被转移到单个波长中，以允许识别对图像中的光谱反应有用的化学品。作为示例，识别该图像中的水光谱成分使用户能够接着对用于含水量的图像进行编码，并示出水在图像中的化学特征。这是对于农业进行光谱成像的一个应用。另一类型的光谱成像器为每个波长捕捉全场图像。在该类型的设计中，对象在各种波长处被照亮，并且针对每个波长捕捉图像。被捕捉的图像立方体然后可被分析并被化学方法分辨，以显示多波长图像中的关注化学品。对以上设计的另一替换是使用可调谐的滤光器或一组滤光器，该滤光器被扫描越过成像器以产生用于化学编码的图像立方体。

以上技术的一个缺陷是处理速度，其受到对象可多快地移动穿过光谱线扫描器或在成像器中多快地捕捉每个波长的限制。对于对象不能移动（例如，患者）的应用，获取时间可能非常长。以化学方法编码的图像可能花费数十秒生成，使得其不能进行实时测量。

发明内容

旋转色轮过滤由图像传感器捕捉的来自目标的光。被捕捉的图像可被处理成重叠图像，重叠图像可被投影回目标上。除了一个或多个过滤段之外，色轮可包括阻挡或不透明段，并且当阻挡或不透明段在图像传感器处阻止捕捉目标的光时可对重叠图像进行处理。色轮可旋转并且能够以视频速率进行图像处理和投影。

附图说明

附图仅通过示例的方式示出本发明的实施方式。

图1是根据本发明的实施方式的光谱成像设备的框图。

图2是成像器的框图。

图3是图像处理器的框图。

图4是色轮的前视图。

图5是光谱成像设备的时序图。

图6是示出根据本发明的实施方式的对捕捉计时、处理和投影图像的状态图。

图7是一组被捕捉的图像和产生的重叠图像的示意图。

图8是根据本发明的另一实施方式的色轮的前视图。

图9是根据本发明的又一实施方式的色轮的前视图。

图10是根据另一实施方式的成像器的一部分的框图。

具体实施方式

应该理解，本发明不限于本文所公开的特定结构，处理步骤或材料，而如相关领域的技术人员领会的，旨在所公开的特定结构，处理步骤或材料的等同。还应该理解，本文所采用的术语仅用于描述特定的实施方式，并不试图限制。

还应该理解，本说明书描述的功能、过程和方法可实现为存储在内存并由处理器可执行的程序。程序实际可在由各种处理器执行的软件中实现。可执行代码的确认程序例如可包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其例如可被组织为对象、程序、类、功能或类似编程实体。无论怎样，确认程序的可执行文件无需物理地位于一起，而可包括存储在不同位置的分开的指令，当逻辑地接合在一起时，包括程序并实现用于程序所指出的目的。

程序还可实现为包括定制VLSI电路或门阵列、现成的半导体诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件的硬件电路。程序还可在可编程硬件装置，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置等中实现。

事实上，可执行代码的程序可为单个指令或许多指令，并且甚至可分布在不同程序中的若干不同的代码段上并横跨若干存储装置。类似地，操作数据可通过程序被识别并在本文中示出，并可以任何适当的形式实现且在任何适当类型的数据结构中组织。操作数据可采集为单个数据集，或者可分布在包括不同存储装置的不同位置上，并且可至少部分仅在系统或网络上作为电子信号存在。程序可为被动的或主动的，包括可操作为执行所需功能的代理。

在整个说明书中引用“一个实施方式”或“实施方式”是指与包含在本发明的至少一个实施方式中的实施方式一起描述的特定特征、结构或特性。因此，在整个说明书中出现用语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不必都指同一实施方式。

图1示出了根据本发明的实施方式的光谱成像设备10。光谱成像设备10可被称为多光谱成像设备或超光谱成像设备。光谱成像设备10将在医学应用方面进行描述，然而应该理解设备10可在在其他领域有用，例如食品加工或农业。

成像设备10包括成像器12、图像处理器14、投影机16以及滤光器18。图像处理器14连接至成像器12和投影机16，并被配置为处理由成像器12采集的图像信息并将图像信息输出至投影机16。成像器12和投影机16采集来自诸如目标组织20（例如，患者的皮肤表面的区域）的目标对象的光并将光经过滤光器18发射到目标对象上。如下所述，成像设备10能够进行光谱组织氧合测量、对视频速率速度的光谱信息进行测量和处理、以及将被化学编码的氧图（oxygen map）直接透射回目标组织。

组织氧水平在管理患者伤口和在组织活性重要的手术治疗方面起关键作用。在诸如烧伤、截肢、糖尿病溃疡和整容手术的特定应用中，组织氧水平可为组织健康和治疗过程的直接测量。成像设备10可帮助内科医生或其他医疗工作者实时地或接近实时地（即，以视频速率）估计组织健康，以便增加或可能地替代经验和直接视觉检查。因此，患者可因减少感染或重复处理的机会而经受较短的治疗周期。这还可降低对医疗保健系统的压力。

成像器12将光发射到目标组织20的区域22上以照亮目标组织20的区域22。区域22是目标组织的被关注部分并且可包括例如患者的皮肤的一部分或其它器官或器官的一部分。

滤光器18被配置为允许一些光穿过并同时反射剩余的光。滤光器18可包括带通滤光器、短通滤光器、陷波滤光器、双色向滤光器等。滤光器18被设置为将由成像器12发出的照明光反射到目标组织20上，并将从目标组织20反射的光沿成像光路24引导回成像器12。成像光路24在目标组织20与成像器12之间延伸。在该实施方式中，带通滤光器18相对于成像光路24在成像器12处倾斜约45度。

成像器12捕捉从目标组织20沿成像光路24经过带通滤光器18所反射的光。

在该实施方式中，从成像器12发出的照明光还沿成像光路24行进。然而，应该理解由成像器12发出的光不必完全与从目标组织20反射到成像器12的光一致，以使发出的光和入射光被视为共享成像光路24。在其他实施方式中，照明光沿不同的光路发出。

图像处理器14被配置为参考由成像器12捕捉的光生成重叠图像（帧），例如假色图像。图像处理器14将重叠图像提供到投影机16。

投影机16被设置为将重叠图像沿透射光路26透射并透射到目标组织20上。投影机16可为任何合适类型的投影机16，并可包括用于连接至图像处理器14的I/O接口、用于控制投影机16的操作的控制器、投影光源（灯、激光、LED）、以及成像装置，诸如LCD光阀、数字微镜装置（DMD）或类似装置。

透射光路26从投影机16经过滤光器18延伸至目标组织20。透射光路26至少部分与成像光路24重叠，如28处所示。在该实施方式中，光路24、26在滤光器18与目标组织20之间重叠，但在滤光器18与成像器12或投影机16之间不重叠。透射光路26和成像光路24以此方式部分重叠（同轴对准）的有利之处在于，重叠图像可被直接投影到被检查的对象（例如，组织20）上并且将仍然对准且与聚焦距离或投影角无关。

滤光器18沿透射光路26和成像光路24设置，并且具体地设置在这些路径的交叉处，以便反射特定波长的光并同时允许其他波长的光通过。在该实施方式中，成像器12发出具有波长集的光（波长集或波长子集可包括波长的范围或离散的一个或多个波长）。滤光器18被选择为将波长集的至少一个子集的光朝向目标组织20反射，剩余波长的光穿过滤光器18并离开系统。一个波长子集的光撞击目标组织20，另一波长子集的光从目标组织20朝向滤光器18反射回，滤光器18将该另一子集的光的大部分或全部反射至成像器12。该另一子集波长的光代表被测量的目标组织20的特性，诸如组织氧化作用，并且可由图像处理器14处理成被投影机16投影的至少一个重叠图像。重叠图像可根据滤光器18的性质产生，使得被投影机16投影的重叠图像的大部分或全部光穿过滤光器18并到达目标组织20上。与重叠图像的波长成分无关地，滤光器18反射出由投影机16发出的、会被成像器12错误地捕捉的光。自然地，重叠图像的颜色成分可被选择为使全部的受关注信息被投影到目标组织20上。然而，有利的是滤光器18确保被投影机16发出的非常少的光（如果有的话）在成像器12处进入系统，因为这种光可能带来错误。

参见示出了一个实施方式的成像器12的部件的图2，色轮40被用于捕捉从目标组织20反射的另一子集波长的光。

成像器12包括色轮40，色轮40位于图像传感器42与成像透镜44之间，成像透镜44定位成捕捉从目标组织20发射的光。在该实施方式中，成像器12还包括一系列中继透镜46（示意性示出），中继透镜46位于色轮40与图像传感器42之间。在另一实施方式中，例如图10所示，色轮40位于图像传感器42的前面，中继透镜46位于成像透镜44的后面。即，中继透镜46位于色轮40与成像透镜44之间。色轮40可位于光线直径最小的位置，因为这有利地允许色轮40被制造为尽可能小。为了实现这个，中继透镜46可被选择并被设置为提供被压缩的图像束。

图像传感器42可被选择为高速且高灵敏度的CMOS传感器，诸如亚利桑那州，凤凰城的安森美半导体（ON Semiconductor）商售的那些。这种传感器的示例包括产品型号LUPA300和LUPA1300可获得的那些。这些仅为示例性实施例，并且可使用具有适当帧速率和灵敏度的其他图像传感器。

透镜44、46可为特定的几何结构和期望的光线特性而选择。

色轮40在成像光路24上与图像传感器42对准。色轮40被配置为以预定频率（例如，至少约15Hz）旋转以获得最低程度可接受的视频帧速率。色轮40包括至少一个过滤段和至少一个光阻挡（例如，不透明的）段，这将在下面讨论。

在该实施方式中，成像器12还包括连接至色轮40以使色轮40旋转的马达50、连接至马达50的控制器52、连接至控制器52并连接至图像传感器42的输入/输出（I/O）电路54、以及照明装置，该照明装置包括照明源56和照明透镜58，照明透镜58被设置为对目标组织20照明。成像器12还可包括壳体（未示出）以容纳其部件。

马达50具有轴，该轴连接至色轮40的中心以旋转色轮40。马达50可为任何适当种类的马达。

控制器52包括处理器或配置为控制马达50的操作的类似装置。控制器52可参考图像传感器42的输出来确定哪一段色轮40当前与成像光路24对准，并保持对于色轮40的预定恒定的旋转速度。即，当图像传感器42的输出高于阈值量（例如，阈值强度）时，控制器52确定过滤段当前位于图像传感器42的前面。相反，当图像传感器42的输出低于阈值量时，控制器52确定阻挡段当前位于图像传感器42的前面。这种确定可周期地进行以测量和控制色轮40的旋转频率。这样，图像传感器可被视为也为用于色轮40的旋转位置传感器。

在其他实施方式中，马达50可包括旋转位置传感器60，该旋转位置传感器60将马达50尤其是色轮40的旋转位置测量结构提供给控制器52。控制器52可配置为参考从旋转位置传感器60接收到的信号来为色轮40保持预定恒定的速度。旋转位置传感器60也可由控制器52参考来确定色轮40的当前与成像光路24对准的段。

控制器52还配置为控制照明源56的照明，照明源56可包括白光LED、波长匹配的LED的组合、氙（Xe）灯或波长匹配的激光以将光发射到目标组织20上。控制器52可将来自光源发射的光相对于色轮40的旋转位置同步。在该实施方式中，每当色轮40的阻挡段阻挡成像光路24上的光，控制器52就关闭光源，这可有利地节能。这还具有将图像投影到非照明或较少照明的表面以便改善图像质量的益处。

控制器52还配置为控制I/O电路54以在色轮40的过滤段与成像光路24对准时，捕捉图像。在一些实施方式中，控制器52和I/O电路54为同一集成电路的部分。

I/O电路54将由图像传感器42捕捉的图像输出至图像处理器14。I/O电路54可为任何适当种类的输入/输出接口。

图3示出了一个实施方式的图像处理器14。图像处理器14包括I/O电路70、连接至I/O电路70的缓冲器72、连接至I/O电路70和缓冲器72的处理器74、以及连接至处理器74的存储器76。

I/O电路70从成像器12（具体地，I/O电路54）接收被捕捉的图像并将重叠图像输出至投影机16。I/O电路70可为任何适当种类的输入/输出接口。在一些实施方式中，I/O电路70可与成像器12的I/O电路54合并，特别地，当成像器12和图像处理器14在同一壳体中提供时。

缓冲器72接收来自I/O电路70的被捕捉图像并为处理器74缓冲被捕捉的图像。在一些实施方式中，来自图像传感器42的输出仅在旋转位置传感器（例如，图像传感器42、独立传感器60等）指示图像传感器42正捕捉适当图像时缓冲。缓冲器72可以为任何适当种类的缓冲存储器并可包括数据缓冲器、帧缓冲器或类似装置。

处理器74例如通过将缓冲器72中的被捕捉图像处理成重叠图像的程序来配置，这将在下面详细讨论。处理器74还可配置为将重叠图像提供给投影机16，以用于在色轮40的阻挡段阻挡成像光路24的情况下例如通过参考色轮40的旋转位置来进行投影。处理器74可为任何适当种类的处理器74，该处理器74能够在色轮40的旋转频率限定的时间量中处理具有选定分辨率的图像。

存储器76可包括诸如RAM、ROM、高速缓存、闪存、硬盘驱动等的短期和长期存储器的任何组合。存储器76存储由处理器74执行的程序并可进一步提供用于处理图像的工作存储空间。

现将参照图4和图5更详细地描述医学成像设备10的操作，图4和图5分别示出了一个实施方式的色轮40和相关时序图。

色轮40包括至少一个过滤段80-88和至少一个光阻挡（例如，不透明的）段90。在所示的实施例中，提供了5个过滤段80-88，并提供了一个阻挡段90。过滤段为相同尺寸并且一起跨越色轮40180度，其中阻挡段跨越剩余的连续180度。

过滤段80-88被配置为允许不同波长的光通过并阻止其他波长的光。过滤段80-88可包括被选择为匹配被氧合的血红蛋白的吸收频带的窄带通滤光器。在该实施例中，过滤段80-88中的每个具有不同的中心波长。两个或更多个吸收频带可用于计算被氧合的血红蛋白的浓度。通常，多个吸收频带（过滤段）使精度增加。

阻挡段90配置为在投影机16（图1）投影时阻挡来自图像传感器42（图2）的光。阻挡段90可包括黑色、不透明的材料。

过滤段80-88与阻挡段90的相对尺寸可被选择为确定用于图像捕捉和图像处理/投影可获得的时间量。在该实施例中，阻挡段90被选择为占据色轮40的50%，由此允许过滤段80-88占据色轮40的剩余50%。由于色轮40以恒定频率旋转，所以图像捕捉时间和图像处理/投影时间大致相等。过滤段80-88可全部具有相同的尺寸，如所示的实施例那样，或者可具有不同的尺寸由此允许用于捕捉不同波长的不同时间。

用于被氧合的和被脱氧的血红蛋白的吸收光谱倾向于在可见光谱和近红外光谱中。色轮的过滤段和滤光器18（图1）可相应选择并配置。

在一些实施方式中，滤光器18是短通滤光器，该短通滤光器被选择为透射波长约为450nm至约650nm的光以及反射波长大于约650nm，高达约850nm的光。因此，可见光离开系统，而近红外光在成像器12与目标20之间反射。色轮的过滤段可根据对于被氧合的和被脱氧的血红蛋白的反应的已知波长，具有选自650至850nm的范围内的中心波长，以便增强被氧合的和被脱氧的血红蛋白之间的差异。可替换地，色轮的过滤段可被选择具有在650至850nm的范围内均匀间隔的中心波长。投影机16因此可使用光谱约为450nm至约650nm的可见光来投影清楚且匀边图像。在这些实施方式中，为成像使用近红外光允许渗透进组织20中以提高组织氧合的体积（bulk）估计。

在其他实施方式中，滤光器18为陷波滤光器，该陷波滤光器被选择为反射波长在约500至600nm之间的光并允许其他波长的光通过并离开系统。因此，该范围的可见光在成像器12与目标20之间反射。色轮的过滤段可根据对于被氧合的和被脱氧的血红蛋白的反应的已知波长，具有选自500至600nm的范围内的中心波长，以便增强被氧合的和被脱氧的血红蛋白之间的差异。可替换地，色轮的过滤段可被选择具有在500至600nm的范围内均匀间隔的中心波长。投影机16使用波长在500至600nm的范围之外的可见光来投影。在这些实施方式中，为成像使用可见光允许对组织氧合的表面估计，因为可见光基本不渗透组织。

光谱成像设备10可被模块化制造，以便容易地提供体积和/或表面组织分析。色轮40和滤光器18可被配置成模块，以使它们可在制造时被选择和安装。色轮40和滤光器18也可以是可移动的且可替换的，以使设备10可在被交付使用后重新配置。图像处理器14可配置为支持粗组织分析和表面组织分析，或者可配置为根据色轮40和滤光器18的选择可更新地支持体积组织分析和表面组织分析。

图5示出了在针对图4的示例性色轮40执行捕捉和处理/投影器件的不同时间。对于一帧的周期的一半，即，1/15秒的一半（即，0.033秒）被专用于捕捉具有由过滤段80-88限定的5个波长的图像。在周期的另一半期间，当阻挡段90阻挡光的捕捉时，对光谱重叠图像（帧）进行处理以针对氧气编码并且显示前一处理后的重叠图像。由于需要适当的处理时间来将氧浓度信息编码成重叠图像，所以被捕捉的图像被缓冲并且被投影的重叠图像延迟至少一帧，使得每个显示的重叠图像为当前被处理的图像之后的至少一帧。在该实施例中，由于在0.033秒中为5个波长捕捉了单独的图像，所以图像传感器42（图2）被选择为具有每秒150帧的获取速度。在一些实施方式中，示出的波形100表示旋转位置传感器60的输出或的图像传感器42的输出与阈值输出量的比较，其中，正和负缘触发指示将在给定的时间执行的处理器74（图3）。

当色轮40的旋转速度增加时，由过滤段80-88提供的具有不同波长的图像组被捕捉并被处理成重叠图像，使得重叠图像形成以视频速率（诸如每秒15或更多帧）被投影到对象（例如，组织20）的实时视频的帧。

图6示出了根据本发明的实施方式的对捕捉图像计时、处理图像和投影图像的方法110的状态图。方法110可与光谱医学成像设备10一起使用，具体地，可被编程为由图像处理器14的处理器74（图3）执行。

在112中，当色轮40的定向使被提供到图像传感器42的光被过滤时，通过图像传感器42捕捉图像。当使用了若干80-88时，在色轮40的用于产生一个重叠图像119的同一循环i期间，捕捉了一组具有不同波长带的多个被捕捉图像118，如图7所示。

在114中，当阻挡段90阻挡的光被图像传感器40捕捉时，对在色轮40的同一循环i期间被捕捉的具有不同波长带的多个图像进行处理，以产生重叠图像。与对被捕捉图像的这种处理至少部分同时，将前一循环i-1的之前产生的重叠图像投影到目标组织。虽然被投影的图像延迟一帧，但有利的是重叠图像投影的视频速率性质使得该延迟难以觉察。

当接下来检测过滤段时，在116中前行循环指数i。循环指数i可用于将图像存储在存储器76（图3）中，并且可由处理器74使用以识别特定的重叠图像或被捕捉的图像组。

色轮40的过滤段可被选择使得光谱分辨的被捕捉图像中的每个代表示出以特定波长的被氧合的和被脱氧的血红蛋白的吸收模式的图像。为了计算每个的相对浓度，可获得考虑到传感器反应、对组织的照明轮廓和任何背景照明的参考光谱分辨图像。使用设备10对Spectralon的样本测量参考图像，Spectralon是从可LabSphere获得的标准材料，其具有接近的100%朗伯分布和99.9%的反射率。此外，对于参考图像，还可测量图像传感器42（图2）处的暗级（dark level）强度以移除驻留在CMOS装置和系统中的其他位置上的暗噪声。可在对组织20（图1）或其他对象进行的每次测量前来测量参考图像和暗级图像。可替换地，参考图像和暗级图像可在工厂设置并存储在存储器76（图3）中以供计算使用。

为了计算氧浓度，处理器74（图3）可求出测量出的吸收强度、参考光谱以及暗级强度的比率以针对在各个波长λ处被捕捉的图像中的每个计算反射率R（λ）：

R (λ) = \frac{I_{o} - I_{b}}{I_{m} - I_{b}}

这里，I_o为参考图像，I_b为暗级图像，I_m为在波长λ处测量的患者图像。

反射率可与由朗伯特（Beer-Lambert）等式的吸收系数有关，并且可表示成被氧合的和被脱氧的血红蛋白对测量出的吸收的贡献的线性组合。

ln(R(λ_i))＝(ε_HbO2(λ_i)C_HbO2+ε_Hb(λ_i)C_Hb)L

其中，ε为在每个波长处对于组合的被氧合的和被脱氧的血红蛋白的摩尔消光系数，C为被氧合的和被脱氧的血红蛋白的浓度，L为表示吸收路径长度的常数。在具有5个过滤段80-88的示例性色轮40中，以上等式得到5个等式的线性集合，每个等式用于每个测量出的波长。通过对被氧合的和被脱氧的血红蛋白浓度的最小二乘法拟合对等式求解。处理器74可逐个像素地执行。然后通过下式计算百分比氧合：

S_{O 2} = \frac{C_{HbO 2}}{C_{HbO 2} + C_{Hb}} X 100

并且通过处理器74得到重叠图像，其中每个像素表示图像中的百分比氧水平。然后每个像素可被颜色编码以视觉地表示整个重叠图像上的氧浓度。可基于目标（例如，患者的皮肤）和环境照明条件（例如，医院室内照明）来选择用于重叠图像的适当的颜色。

以上计算可作为由处理器74可执行的指令存储在图像处理器14（图3）的存储器76中。

图8示出了根据另一实施方式的色轮120。色轮120可与本文所描述的任一设备和方法一起使用。色轮120包括为不同的波长选择的两个过滤段122、124，以及一个阻挡段126。阻挡段126占据色轮120的少于180度。在另一实施方式中，阻挡段126占据色轮120的超过180度。

图9示出了根据另一实施方式的色轮130。色轮130可与本文所描述的任一设备和方法一起使用。色轮130包括为不同的波长选择的两个过滤段132、134，以及一个阻挡段134。在该实施方式中，过滤段132、134不是相同尺寸。在其他实施方式中，提供许多不同尺寸的过滤段。当色轮以恒定速度旋转时，较大尺寸的过滤段增加用于光采集的时间，并因而可在可获得的信号较低的波长处改进采集效率是有用处的。在捕捉后和处理期间（例如，图6的114），可执行信号校正以使信号按比例降低以正常化信号强度比率。这可改进在信号较弱的波长处的信噪比。对于信号被期望相对较强的波长，过滤段可制造地较小。

图10示出了根据另一实施方式的成像器140的一部分。成像器140类似于图2的成像器12，并将仅详细描述差别。成像器140可与本文所描述的任一设备和方法一起使用。成像器140包括一个或多个中继透镜142（示意性示出），中继透镜142位于成像透镜44与色轮40之间，色轮40位于图像传感器42的正前方。如图所示，中继透镜被配置为减少色轮40处的束宽，以便减少色轮40的尺寸。在另一实施方式中，一个或多个中继透镜位于图像传感器42与色轮40之间，一个或多个中继透镜位于色轮40与成像透镜44之间。

如从上文可理解的，本发明提供的设备和方法有利地允许对被检查的目标实时视频投影假色重叠图像。虽然主要的实施方式是关于医学领域的组织氧合来描述的，但是本发明也可在需要实时重叠图像的其他领域中有用处。

虽然上文提供了某些非限制性示例实施方式，但应该理解，上文的组合、子集和变化是预期的。独占性探索由权利要求限定。

Claims

1.一种光谱医学成像设备，包括：

照明装置，被设置为对目标组织进行照明；

图像传感器，被设置为捕捉从所述目标组织沿成像光路反射的光；

色轮，在所述成像光路上与所述成像传感器对准，所述色轮被配置为以预定频率旋转，所述色轮包括至少一个过滤段和至少一个阻挡段；

投影机，被设置为沿投影光路在所述目标组织上投影重叠图像，所述投影光路与所述成像光路至少部分重叠；以及

处理器，连接至所述图像传感器和投影机，所述处理器配置为通过由所述图像传感器捕捉的光生成所述重叠图像并将所述重叠图像提供给所述投影机以在所述阻挡段阻挡所述成像光路时进行投影。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述处理器还配置为在所述色轮的当前周期内基于所述图像传感器在所述当前周期内捕捉的光对第一图像进行编码，并控制所述投影机对在所述色轮的比所述当前周期更早出现的前一周期内被编码的第一图像进行投影。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述过滤段被选择为匹配被氧合的血红蛋白的吸收频带。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述色轮包括两个或更多个过滤段。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述过滤段被选择为具有不同的波长以匹配被氧合的血红蛋白的不同的吸收频带。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述色轮包括单个阻挡段。

7.如权利要求1所述的设备，还包括滤光器，所述滤光器沿所述投影光路和所述成像光路设置，所述滤光器被配置为反射所述色轮的所述过滤段透射的光的波长。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述滤光器位于所述投影光路与所述成像光路的相交处，并且所述滤光器定向成与所述投影光路与所述成像光路成约45度。

9.如权利要求8所述的设备，其中，在所述滤光器与所述目标组织之间，所述投影光路与所述成像光路重叠。

10.如权利要求9所述的设备，其中，在所述滤光器与所述图像传感器之间，所述投影光路与所述成像光路不重叠。

11.如权利要求1所述的设备，还包括成像透镜，所述色轮位于所述图像传感器与所述成像透镜之间。

12.如权利要求11所述的设备，还包括至少一个中继透镜，所述中继透镜位于所述色轮与所述图像传感器之间。

13.如权利要求11所述的设备，还包括至少一个中继透镜，所述中继透镜位于所述色轮与所述成像透镜之间。

14.如权利要求1所述的设备，其中，所述色轮的预定旋转频率至少约为15Hz。

15.一种方法，包括：

捕捉目标组织的图像，所述图像具有由色轮限定的不同波长频带；

对捕捉的图像进行处理以生成重叠图像；

将所述重叠图像投影到所述目标组织上；以及

根据所述色轮的旋转对捕捉、处理和投影进行计时以使之前生成的重叠图像的投影与当前捕捉的图像的处理至少部分同时发生。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述不同波长频带被选择为匹配被氧合的血红蛋白的不同吸收频带。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述色轮包括阻挡段。

18.如权利要求15所述的方法，其中，至少部分沿同一光路进行捕捉和投影。

19.如权利要求15所述的方法，包括以至少约15Hz旋转所述色轮。

20.一种光谱成像设备，包括：

处理器；

存储器，连接至所述处理器；

图像传感器，连接至所述处理器，所述图像传感器定位成捕捉目标的图像；

投影机，连接至所述处理器，所述投影机定位成将重叠图像投影到所述目标上；以及

色轮，与所述图像传感器对准，所述色轮包括具有不同波长的至少两个过滤段，所述色轮配置为以预定频率旋转；

所述处理器配置为处理由所述图像传感器捕捉的具有不同波长的一组图像，以生成假色重叠图像，并将所述重叠图像提供给所述投影机以投影到所述目标上。

21.如权利要求20所述的设备，其中，所述处理器被配置为根据所述色轮的预定视频速率频率的旋转，处理具有不同波长的一组图像以生成假色重叠图像并将所述重叠图像提供给所述投影机。