專利名稱：用于手術(shù)顯微鏡的多光子熒光法輔助模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于手術(shù)顯微鏡的輔助模塊、一種包括這種輔助模塊的檢查裝置以及一種包括這種檢查裝置的顯微鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在顯微鏡輔助的手術(shù)中，光顯微成像可以被其他方法支持。例如，從文章“Combining Optical Coherence Tomography(OCT)with an Operating Microscope,E.Lankenau 等，Advances in Medical Engineering, Springer Verlag,第 114 卷，343-348頁”中已知:手術(shù)顯微鏡可以配備有OCT(光學(xué)相干斷層掃描)單元，以便特別地在眼科學(xué)中，除了眼睛的光顯微圖像之外可以利用來自更深層的圖像。手術(shù)顯微鏡的放大率和OCT單元的放大率為相同數(shù)量級(jí)的放大率。在神經(jīng)外科學(xué)中，例如在DE102005005984A1中所描述的，除了光顯微成像之外還使用熒光顯微術(shù)。在這種方法中，通過標(biāo)記化學(xué)物質(zhì)的配給激發(fā)組織發(fā)熒光以便能夠檢測組織改變。熒光顯微法的放大率也與光學(xué)顯微法的放大率近似。但是，尤其對于組織的病理評(píng)估，需要更高的放大率。目的是例如能夠更好地區(qū)分健康組織和染病組織，以便例如外科醫(yī)生可以看見她或他是否已經(jīng)移除所有的腫瘤組織。這在例如既不能移除過多的組織也不能移除過少的組織的腦部手術(shù)的領(lǐng)域中是特別重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于手術(shù)顯微鏡的輔助模塊、包括這種輔助模塊的檢查裝置以及包括這種檢查裝置的顯微鏡系統(tǒng)。在此使用的術(shù)語“輔助模塊”被理解為指的是為了使用而設(shè)置在待觀測的物體和顯微鏡的主物鏡之間的模塊。優(yōu)選實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題和下面的描述。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供一種為手術(shù)顯微鏡配備多光子熒光鏡的方式，以便除了光顯微圖像之夕卜，還可以在外科手術(shù)進(jìn)行中利用更高放大率的重構(gòu)圖像。外科手術(shù)進(jìn)行中的使用是特別有利的，這是因?yàn)?一方面，極大地減小任何所需的等待和中斷次數(shù)；另一方面，對患者幾乎沒有副作用。多光子熒光典型地使用激光掃描技術(shù)，其中使用專門的激光束掃描待觀測的物體。照射點(diǎn)被激發(fā)以發(fā)射多光子(通常為兩光子)熒光。熒光被捕獲、分析和用于重構(gòu)圖像。操作的原理與共焦激光掃描方法的原理類似，共焦激光掃描方法的原理從W02010/146134A2中已知，因此此處不再詳細(xì)討論。 但是，雖然共焦激光掃描顯微法具有50-80 μ m的穿透深度(取決于抽樣)，但是多光子熒光使得到達(dá)例如200μπι的深度的更深的區(qū)域是可能的，在有利的情況下甚至可以直到1_。這使得捕獲活組織的圖像是可能的，否則活組織的成像將是難以得到的。
多光子熒光需要激發(fā)光的銳聚焦。因此，使用具有非常短的焦距和高數(shù)值孔徑的專門的物鏡，特別地，焦距小于10mm，數(shù)值孔徑大于0.3。專門的物鏡可形成輔助模塊的部分或與輔助模塊分離。它可以是非接觸式物鏡或接觸式物鏡(例如，接觸鏡(contactglass)、接觸透鏡(contact lens))。輔助模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例額外地具有矯正凸透鏡，矯正凸透鏡設(shè)置在輔助模塊的物鏡端并縮短手術(shù)顯微鏡的物鏡的焦距。矯正凸透鏡特別地與專門的物鏡相結(jié)合，在補(bǔ)償光顯微光束路徑中的專門的物鏡的存在的方面提供特殊的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡系統(tǒng)在手術(shù)應(yīng)用中是特別有利的。當(dāng)多光子熒光鏡與手術(shù)顯微鏡結(jié)合時(shí)，熒光顯微鏡可以特別地用于檢查細(xì)胞結(jié)構(gòu)以便例如檢查組織的特定區(qū)域。多光子熒光顯微鏡使得在手術(shù)過程中分辨細(xì)胞結(jié)構(gòu)是可能的，由此例如區(qū)分健康組織和染病組織。為此，還可有利地將重構(gòu)圖像傳送至遠(yuǎn)程位置，例如病理化驗(yàn)室。根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡系統(tǒng)在醫(yī)療/手術(shù)應(yīng)用中的使用對于患者是特別溫和的?？梢钥焖倏煽康貐^(qū)分健康組織和染病組織。現(xiàn)今，典型地使用熒光顯微法和快速切片(rapidsectioning)來執(zhí)行組織鑒定。兩種方法對于患者都是相對繁重的。在傳統(tǒng)的熒光顯微法中，患者必須咽下通常具有強(qiáng)副作用的標(biāo)記化學(xué)品。而且，通過這種方法區(qū)分健康組織和染病組織通常是不準(zhǔn)確的，從而通常移除過多或過少的組織，這兩者都具有有害的結(jié)果。在快速切片技術(shù)中，移除并檢查組織。這也對患者具有極大的負(fù)面影響，并且本質(zhì)上導(dǎo)致健康組織也被移除。相反地，通過本發(fā)明使得健康組織和染病組織的圖形區(qū)分不需要額外的介入，因此特別的溫和。特別地，由于受激發(fā)射，不必需要為多光子熒光法配給化學(xué)品。優(yōu)選地，顯微鏡系統(tǒng)包括顯示單元，例如監(jiān)控器，用于顯示重構(gòu)圖像。如果顯微鏡系統(tǒng)具有相機(jī)，還可在顯示單元上顯示光顯微圖像。例如在EP1224499B1中描述的，有利地使用圖像疊加裝置將重構(gòu)圖像注入手術(shù)顯微鏡的觀測光束路徑中。立體顯微鏡，例如此處描述的立體顯微鏡，可被有利地用作手術(shù)顯微鏡。由此，外科醫(yī)生可·以保持他或她的眼睛在手術(shù)過程中一直看向顯微鏡，而不必多次來回觀看。優(yōu)選地，通過圖像疊加裝置從重構(gòu)圖像和光顯微圖像中生成組合圖像。對于組合圖像的觀測者，有利地既看見由多光子熒光鏡捕獲的圖像的精細(xì)結(jié)構(gòu)又通過顯微鏡圖像獲取概觀。有利地，替換與顯微圖像疊加或者除了與顯微圖像疊加之外，在與顯微圖像分離的單獨(dú)的區(qū)域中示出重構(gòu)圖像。由此，操作者可以看見重構(gòu)圖像，而不必從顯微鏡看向別處。當(dāng)使用立體顯微鏡作為手術(shù)顯微鏡時(shí)，有利地使用用于每個(gè)觀測光束路徑的不同的圖像三維地執(zhí)行圖像疊加。特別地，通過處理單元生成不同的圖像。本發(fā)明可以有利地用于例如眼科學(xué)中，用于檢查視網(wǎng)膜、玻璃體和/或眼前血管中層(anterior ocular media)。應(yīng)用的另一優(yōu)選領(lǐng)域是腦部和皮膚手術(shù)中的腫瘤邊界的識(shí)別和組織區(qū)分。由此，可以例如避免活組織切除。本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例將從描述和附圖中變得明顯。應(yīng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，上述的和下面描述的特征不僅可以用于特定的組合，也可以用于其他組合或者單獨(dú)使用。本發(fā)明將在使用示例性實(shí)施例的附圖中示意性地示出，并在下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)面示意圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中，以示意圖的方式示出優(yōu)選的顯微鏡系統(tǒng)，并將其作為整體標(biāo)記為300。在優(yōu)選實(shí)施例中，顯微鏡系統(tǒng)300包括作為光顯微鏡的手術(shù)顯微鏡10和檢查裝置200。檢查裝置200包括輔助模塊100。輔助模塊100在使用中被放置在物鏡11和待觀測的物體O之間的手術(shù)顯微鏡10的主光學(xué)路徑中。為此，輔助模塊可附接于手術(shù)顯微鏡10自身或附接于支撐物(未示出)，手術(shù)顯微鏡也可安裝在支撐物上。特別地，輔助模塊100被可移動(dòng)地支撐以便它可以如所需要地被插入到主光學(xué)路徑中并在使用后從其中移走。輔助模塊100具有多光子突光鏡110。多光子突光鏡110包括:用于發(fā)射激發(fā)光的光源，此處以紅外激光器111的形式；用于將激發(fā)光引導(dǎo)到物體O上的掃描裝置，此處以掃描鏡112的形式；以及用于檢測從物體O發(fā)射的熒光的檢測器113。輔助模塊100進(jìn)一步具有將來自掃描裝置的激發(fā)光反射到物體O上的輸入耦合光學(xué)部件，此處以分束鏡120的形式。輔助模塊進(jìn)一步包括在其物體端的用于將反射的激發(fā)光聚焦到物體O上的專門的物鏡140。為了這個(gè)目的，專門的物鏡具有相對短的焦距和相對大的數(shù)值孔徑。如圖所示，專門的物鏡可以是非接觸式物鏡。但是，特別地在眼科學(xué)中，有利地采用接觸式物鏡，如接觸透鏡。專門的物鏡140將物體O的圖像投射到中間圖像平面E中。這個(gè)圖像最初不在手術(shù)顯微鏡10的焦點(diǎn)處，因此，此外，優(yōu)選地在輔助模塊的(顯微鏡)物鏡端提供矯正凸透鏡130以減小手術(shù)顯微鏡10的物鏡11 的焦距，以便物體總體上持續(xù)地在手術(shù)顯微鏡中清晰地成像。由于在E處的中間圖像的形成，用于手術(shù)顯微鏡的右目鏡和左目鏡的光束路徑被交換。這是由變換器150反轉(zhuǎn)的。優(yōu)選地，在輔助模塊中，在手術(shù)顯微鏡10的物鏡11和中間圖像平面E之間的物鏡端提供變換器。除了輔助模塊100之外，檢查裝置200還包括控制器201 (例如，處理單元)?？刂破鞅痪幊逃糜趫?zhí)行上面描述的步驟。特別地，控制器201適用于控制多光子熒光鏡110和顯微鏡系統(tǒng)的其他組件，以及計(jì)算物體O的重構(gòu)圖像。檢查裝置200進(jìn)一步包括相機(jī)203和顯示單元(此處以監(jiān)控器202的形式)。監(jiān)控器還可以與外部計(jì)算機(jī)單元(例如PC)連接，用于視覺顯示和/或進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，夕卜部計(jì)算機(jī)單元接著與控制器201相連。相機(jī)203附接至手術(shù)顯微鏡10，由此可以捕獲物體O的光顯微圖像。由相機(jī)捕獲到的圖像被傳送到控制器201用于進(jìn)一步的處理、顯示和/或存儲(chǔ)。優(yōu)選地在監(jiān)控器上顯示重構(gòu)圖像和捕獲到的圖像。特別地，可以在監(jiān)控器202上顯示觀測者或操作者看到的視圖；即，特別地，顯微鏡圖像，以及可能疊加數(shù)據(jù)。特別地，監(jiān)控器和/或外部計(jì)算機(jī)單元可以適當(dāng)?shù)赜糜跈z查或手術(shù)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控或觀察。手術(shù)顯微鏡10被配置為具有主物鏡11以及圖像疊加裝置12的立體顯微鏡，從主物鏡11發(fā)出兩個(gè)觀測光束路徑13 (立體光束路徑)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，顯微鏡包括例如透鏡、鏡子和棱鏡的光學(xué)部件。使用這種圖像疊加裝置12，可將圖像數(shù)據(jù)(特別地，重構(gòu)圖像、數(shù)值或文本信息、十字準(zhǔn)線等)疊加到與各自的顯微鏡圖像相關(guān)的顯微鏡圖像上。例如，可將重構(gòu)圖像投射到通過手術(shù)圖像表示的特定手術(shù)位點(diǎn)上，由此疊加到顯微鏡圖像上以實(shí)現(xiàn)診斷和手術(shù)的更好匹配。由此，其他圖像疊加(例如關(guān)于尺寸范圍、十字準(zhǔn)線、指示箭頭等的數(shù)值和文本信息)也是可能的。為了圖像疊加，控制器201控制顯微鏡10中的圖像疊加裝置12。圖像疊加本身是已知的，因此關(guān)于這一點(diǎn)可參考已知的文獻(xiàn)例如EP1224499B1。三維圖像疊加也是可能的，例如對于立體手術(shù)顯微鏡的每個(gè)光束路徑使用不同的圖像。作為圖像疊加的結(jié)果，當(dāng)外科醫(yī)生通過手術(shù)顯微鏡10觀察物體O時(shí)，他或她看到具有第一放大率的顯微圖像和具有第二明顯更高的放大率的重構(gòu)(熒光鏡的)圖像的組合圖像。在根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡系統(tǒng)的示例使用中，為了移除染病組織，使用多光子熒光鏡檢查第一暴露區(qū)域，并在手術(shù)顯微鏡下移 除染病組織。然后，再次使用多光子熒光鏡檢查由此出現(xiàn)的區(qū)域，以此類推。
權(quán)利要求
1.一種用于手術(shù)顯微鏡(10)的輔助模塊(100)，所述輔助模塊(100)可被插入到所述手術(shù)顯微鏡的物鏡(11)和待觀測的物體(O)之間的主光學(xué)路徑中，且包括 多光子熒光鏡(110)，包括用于發(fā)射激發(fā)光的光源(111)，用于將所述激發(fā)光引導(dǎo)到所述物體(O)上的掃描裝置(112)，以及用于檢測從所述物體(O)發(fā)射的熒光的檢測器(113)； 輸入耦合光學(xué)部件(120)，用于將來自所述掃描裝置的激發(fā)光反射到所述物體(O)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輔助模塊，進(jìn)一步包括在所述輔助模塊的物體端的專門的物鏡(140)，用于將反射的所述激發(fā)光聚焦到所述物體(O)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輔助模塊，其中所述專門的物鏡(140)為接觸式物鏡或非接觸式物鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的輔助模塊，進(jìn)一步包括在所述輔助模塊的物鏡端的變換器(150)，用于交換用于所述手術(shù)顯微鏡的觀測光束路徑(13)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的輔助模塊，進(jìn)一步包括在所述輔助模塊的物鏡端的矯正凸透鏡(130)，用于縮短所述物鏡(11)的焦距。
6.一種檢查裝置(200)，包括 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的輔助模塊(100);以及 控制器(201)，適用于控制所述多光子熒光鏡(110)和從檢測到的所述熒光計(jì)算所述物體(O)的重構(gòu)圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢查裝置(200)，包括顯示單元(202)，其中，所述控制器(201)適用于在所述顯示單元(202)上顯示所述物體(O)的重構(gòu)圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢查裝置(200)，包括用于捕獲所述物體(O)的光顯微圖像的相機(jī)(203)，其中，所述控制器(201)適用于在所述顯示單元(202)上顯示由所述相機(jī)(203)捕獲的所述物體(O)的光顯微圖像。
9.一種顯微鏡系統(tǒng)(300),包括 光學(xué)顯微鏡(10)，特別是手術(shù)顯微鏡，用于生成顯微圖像；以及 根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述的檢查裝置(200)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯微鏡系統(tǒng)(300)，進(jìn)一步包括圖像疊加裝置(12)，所述圖像疊加裝置(12)將所述物體(O)的重構(gòu)圖像注入到所述光學(xué)顯微鏡(10)的觀測光束路徑(13)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的顯微鏡系統(tǒng)(300)，其中，所述控制器(201)適用于控制所述圖像疊加裝置(12)僅顯示所述顯微圖像，僅顯示將被疊加的圖像，或者顯示兩個(gè)圖像的疊加或并行表示。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11任一項(xiàng)所述的顯微鏡系統(tǒng)(300)，其中，所述光學(xué)顯微鏡(10)被配置為具有至少兩個(gè)觀測光束路徑(13)的立體顯微鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的顯微鏡系統(tǒng)(300)，其中，所述控制器(201)適用于使用用于所述至少兩個(gè)觀測光束路徑(13)的每個(gè)的不同的圖像三維地疊加所述重構(gòu)圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于手術(shù)顯微鏡的多光子熒光法輔助模塊。用于手術(shù)顯微鏡(10)的輔助模塊(100)可被插入到所述手術(shù)顯微鏡的物鏡(11)和待觀測的物體(O)之間的主光學(xué)路徑中，且包括多光子熒光鏡(110)，包括用于發(fā)射激發(fā)光的光源(111)、用于將所述激發(fā)光引導(dǎo)到所述物體(O)上的掃描裝置(112)以及用于檢測從所述物體(O)發(fā)射的熒光的檢測器(113)；輸入耦合光學(xué)部件，用于將來自所述掃描裝置的激發(fā)光反射到所述物體(O)上。
文檔編號(hào)A61B19/00GK103251454SQ20131004679
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者烏爾里克·桑德 申請人:徠卡顯微系統(tǒng)(瑞士)股份公司