用于结合连续波和时域的光学成像方法和设备的制作方法

专利名称：用于结合连续波和时域的光学成像方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制DC/DC开关式电压调节器中短路电流的方法及设备，尤其是，为DC/DC开关式电压调节器中短路电流锯齿状增或减提供的方法和设备。
背景技术：
哺乳动物组织的成像已经被广泛地应用于获取有关分子的内部结构以及生物分布方面的信息。这种信息当然可以被用于诊断目的。当前可利用基于不同物理原理的几种技术来获取包含宽范围的时空分辨率的图像。所述技术包括核磁共振成像(MRI)、正电子发射层析成像(PET)、单光子发射计算机断层成像(SPECT)、X-ray、超声和即时显现(now emerging)、光学成像。
在光学成像中，三种方法都已经被用于产生重建兴趣容积(VOI)的图像所需的光学数据，即连续波(CW)，其涉及测量光衰减；时域(TD)，其涉及在VOI中注入一个短时期的光脉冲，并当光离开VOI时检测所述光，作为随时间变化的函数；以及频域(FD)，其依赖于光源的频率调制以及当光离开VOI时对信号的相位和幅度分析。
连续波可允许进行快速获取，并且是三种方法中最为廉价的，但它提供的信息量有限。更具体地，在CW成像中，必须假定VOI的散射系数以获得吸收系数信息。CW不能单独测定来自于散射的吸收。TD提供了较多信息。在TD中，将短激光脉冲注入哺乳动物待成像的部分，并测定离开兴趣容积的光子飞行时间分布。最终得到的信号被称作时间点扩展函数(TPSF)，其可用于计算诸如光子平均飞行时间等特性。在FD中，光源的强度用高频调制。结果，光子密度波在组织中传播，并测定所述波相对于入射波的幅度和相移。原则上，通过扫描具有不同频率范围的组织可以重建全部的TPSF。然而，实际上，通常采用单频率估算光子的平均飞行时间。
采用光学数据进行的图象再现属于一类相反的问题。该问题包括基于检测的光学信号发现光学参数在组织中的分布。由于图象再现技术仍然为集中研究活动的主题，已使用了几种测试方法，并取得了相对的成功。在Boas et al.(IEEE SiG.Proc.Mag.，Vol.18，No.6，pp.57-75，2001)和Hawrysz and Sevick-Muraca(Neoplasia，Vol.2，No.5，pp388-417，2000)中概述和描述了这些方法中的一些。
TD测量提供了有关来自组织内部的吸收和散射的详细信息，然而，上述方法受害于获取时间长、硬件昂贵和软件分析复杂。而且，获取经常生成有噪音的TPSF数据，从而很难获得对空间光学信息的精确评估。上述缺点中的一些在某种程度上也存在于FD中。
因此，希望提供一种方法，其能够克服CW和TD的缺点，同时保留它们的优势。

发明内容
本发明人提供了一种方法和设备，籍此，可以利用TD和FD光学成像的优势，同时避免了某些缺点。特别是，可以充分地减少长的获取时间。
本发明一方面提供了一种用于混浊介质中的兴趣容积(VOI)的光学成像方法，该方法包括在多个光源/检测器结构处利用连续波(CW)光学扫描VOI，以便在一个或多个波长下产生一个测定的衰减值，所述测定的衰减值从提供给光源并在检测器处检测的连续光强度值中测定；利用时域(TD)光学扫描VOI，以生成在所述一个或多个波长下可代表至少一部分测定的时间点扩展函数(TPSF)的数据，该TPSF数据在多个光源/检测器结构处从多个光脉冲中测定，从中获得统计学的平均光，作为随时间改变的函数而接收，该TPSF数据产生有关VOI内部的吸收和散射的信息；并且将由CW和TD提供的信息结合起来，用于改善图像的精度和/或减少获取时间。
也可以获得FD数据，而不是TD数据。在这种情况下，在特定的频率下调制光源，并分析检测信号的相位和/或幅度变化，以获得有关散射和吸收的信息。
本发明另一方面也提供了一种光学成像设备，用于成像混浊介质物体，该设备包括至少一个光源，用于提供连续的和脉冲的或频率调制的光能；至少一个光学检测器，用于检测光能并产生时间相关的或频率相关的连续数据；一个光源/物体光学耦合器，用于将光源耦合到物体上的一预期位置；一个检测器/物体光学耦合器，用于将光学检测器耦合到物体上的一预期位置；一个获取控制器，连接到光源和光学检测器，并用于为物体中兴趣容积内的多个光源/检测器结构采集时间相关的或相位/强度调制的连续数据。在TD的情况下，该设备也包括一个原始TPSF数据编译器，用于从检测器接收时间相关的输出信号并产生原始TPSF数据输出，以及可以包括一个TPSF数据放大器，用于处理原始TPSF数据输出和连续数据以提供放大的TPSF数据，其中，根据光源/检测器结构，该连续数据相应于该原始TPSF数据输出。对于FD，该设备包括一个原始编译器，用于接收相位和/或强度调制的输出信号。
将要理解，本发明通过将CW与TD或FD技术结合起来，可允许实现许多不同可能的节约。首先，通过为多个光源/检测器构型获取TD或FD和CW数据组合而可以获得VOI的光学性质。换句话说，仅利用预定部分的光源/检测器构型来获取TD或FD数据。确定组合以减少需要获取TD或FD数据的构型数目，从而减少获取和处理时间，同时提供充足的数据，与CW数据结合起来，允许进行图像再现。其次，为VOI从CW(假定散射，如假定散射为恒定的)估算吸收系数，可用作处理TD或FD数据时的原始数值，以产生更精确的吸收系数(与散射系数一起)。第三，测定VOI的光学性质的过程可以同时涉及将CW模拟数据与CW测量数据对比以及将TD或FD模拟数据与TD或FD测量数据对比。同样，通过将单独从CW数据产生的图像用作精度较低的图像，可以减少处理时间和获取时间，其目的是有助于定义光源/检测器构型或结构的子集，用于为需要更多细节的VOI的特定部分采集TD或FD数据。


参照附图，通过下面的详细说明，本发明的其它特征和优势将会变得显而易见，其中图1是高级流程图，举例说明了根据本发明一些实施例的一般方法；图2为根据本发明另一实施例的成像设备方块图，其中，CW数据被用于帮助测定物体VOI的光学性质，其采用TPSF数据和TD光子迁移模型成像；图3a为TPSF及其一阶导数的幅度-时间图(bin数)；和图3b为TPSF的一阶导数及其二阶导数的幅度-时间图(bin数)。
将要指出的是，在所有的附图中，相同特征用相同的参考数字表示。
具体实施例方式
在本说明书中，采用CW测量指的是当用来照亮待成像物体的光源连续工作时测量的光学信号，即一种稳态测量。同样，尽管以下描述提供了一个采用TD的实例，应当理解，本发明的方法和设备也可以包括FD。
采用时域(TD)测量指的是在光源的短脉冲后测量光学信号，作为随时间变化的函数。由此得到的信号为所谓的时间点扩展函数(TPSF)，并且采集的TPSF数据可以为TPSF上的一个、两个、少许或几个点(经常称为不同的时间门)，一个由多个点得到的单一参数，如TPSF曲线或全部TPSF数据的斜率或其它特性。当TD光学检测器为单光子计数检测器时，作为测量技术的结果，可以有效地采集全部的TPSF。当使用门ICCD时，对选择时间门是更加实际的。由于检测系统的本性，TPSF数据需要大量获取以获得相对稳定的测量值(并且与CW相比，需要多得多的时间)。在一些情况下，TPSF数据本身有噪音。
光学图象再现可以基于多光子传播模型如Boltzmann传输方程(Arridge，Inv.Prob.，Vol.15，pp.R41-R93，1999)或较简单的模拟光子扩散(迁移)方程，所述方程包含光学扩散系数D，其作为吸收系数μa和修正的散射系数μs`的函数。基于这些方程和光学信号测量，可以估算μa和μs`并因此提供物体内的这些光学性质的空间分布(Hawrysz和Sevick-Muraca，Neoplasia，Vol.2，No.5，pp388-417，2000)。
利用CW、TD和FD测量可以解决光子扩散方程，以便基于已知的μa和μs`的空间分布来预测光子的影响，区别在于对CW的情况无时间或频率相关性。然而，如果这些性质不是先验已知的，必须被计算或估算。采用适当的数据处理进行的TD测量可以产生μs`信息，但如以上提到的，需要较长的获取时间。CW测量更快更经济，但不能区分μa和μs`。
本发明一方面提供了一种方法，可有利地将CW和TD测量结合起来以产生光学图像，不具有它们的一些缺点。因此并参照图1，在10和12处，在包含兴趣容积(VOI)的物体如哺乳动物的特定部分上获取CW和TD数据以获得衰减值和TPSF，并在14处结合起来产生VOI的一个图像。来自两种测量模式的数据结合可允许更精确的图像再现，并且也可以导致充分减少获取时间。
在本发明的一种实施例中，利用单独获得的CW和TD测量来估算光学性质μa和μs`，即无需具有相同的光源/检测器结构。将采用每种形式获得的μa和μs`数值进行比较并相互调整直到差别小于一预定值。换句话说，通过考虑采用另一形式获得的数值，对一种形式的μa和μs`数值反复调整。该方法通过提供CW的附加信息而有利地减少了用于TD测量的获取时间，允许以较低的信噪比获取TPSF。
供选地，CW和TD数据也可以结合起来评价μa和μs`，如对立地估算每一形式的μa和μs`。因此，对于一组光源/检测器位置，可以为VOI获得CW数据，并且对于不同组的光源/检测器位置可以获得TD数据，并将这些数据结合起来以评价μa和μs`。优选在一组TD光源/检测器位置中，将位置数保持在最小值，当与CW数据结合时，足以为产生预期的图像提供足够的光学信息。通过获取TD数据而减少光源/检测器的位置数目，相应地减少了获取和处理时间。应当理解，在光源/检测器位置的CW和TD组中可以重叠。
测量光源/检测器位置和一组内的位置数目将由inter alia通过预期的分辨率和预期的获取时间来规定。例如，对于特定的获取时间，如果专用于CW数据获取的位置比例增加，则有可能增加光源/检测器的位置数目。该方法为图像获取提供了更大的灵活性，专为用户的需要而设计。例如，可以希望在相对紧凑的时间间隔内对特定的VOI成像。采用上述方法，有可能首先测定对每次图像获取所允许的最大时间，从而获取时间不超过该时间间隔，并相应地调整光源/检测器的位置数目和那些专用于TD数据获取的相对比例。
将进一步理解，如果经由CW成像进行的μa估算被用作经由TD成像测量μa和μs`的起点，可以保存叠代。此外，通过CW进行成像和计算μa值的过程(也就是通过假定μs`，例如保持μs`恒定)可以和获取TPSF数据平行进行。优选地，CW成像将在TD数据获取完成之前完成并采用TPSF数据开始测量μa、μs`值。以这种方式，采用CW测定的μa数据可用作TD成像中的最佳原始猜想。当然，与CW数据处理时间相比，为不同的光源/检测器结构采集如CW数据处理单元所需的CW数据可能需要很少时间。假定TD数据获取可以继续和CW数据处理平行，可以提供平行成像。
上述用于将TD和CW结合的方法也可以应用于FD和CW，这对本领域技术人员而言将会是显而易见的。
本发明方法的以上实施例可以采用图2描述的系统进行，其中，描述了CW和TD形式的结合，其将两种方法协同地整合在一起以提供对物体光学性质的更快更精确的估算。在这方面，提供一个连续激光光源40和一个脉冲激光光源42，将光注入到物体41内。也提供了一个或多个检测器，适合于CW 44和TD 46检测。光源和检测器分别在48和50处与物体进行光学耦合以提供预期的光源/检测器构型，可通过采用已知技术如光纤、自由空间光学器件等实现。
控制器56对耦合设备48有一个控制输出信号，用于选择光源位置。在光纤耦合的情况下，这优选经由光学开关实现，并且在自由空间光学器件的情况下，这经由插入光学系统内的电流计-反射镜实现。检测器耦合设备50优选需要无开关控制。这通过检测器为每个检测器位置具有一个通道而实现，如同实际上在门ICCD的情况一样。然而，当采用自由空间光学器件时，检测器位置由电流计-反射镜或其它部件控制，以完成物体上的检测点移动。
将时间分辨检测器46连接到可产生TPSF′s的原始TPSF数据编译器52。编译器52也可以包括一个标准化单元，其中，TPSF数据可以用CW数据(衰减)标准化以产生无因次数据，例如，避免实验-理论单位不匹配，从而能够快速处理数据。提供一个预估程序54，以便为特定的光源/检测器结构从测量的光学数据和计算的光学数据评价μa和μs`值。计算的CW光学数据由计算器62提供，同时计算的TD光学数据由计算器64提供。在图2的实施例中，获取和放大的TPSF数据可以为全部的TPSF、TPSF特征参数或多个时间门TPSF点。
数据获取模式(CW或TD)和顺序由获取控制器56控制。特别是获取控制器可以基于由检测器接收的信息有利地动态控制数据获取。一旦完成获取，将图像数据储存在原始图像数据存储器58中。
将要理解，系统可以进行修改并且仍可以获得相似的结果。例如，可以利用一个可提供连续和脉冲输出的单个激光光源。也可以利用一个单个的检测器来检测连续的或时间分辨的信号。也将理解该系统可适合于FD。在这种情况下，该光源将为一种频率调制光源，并且检测器适用于检测信号的相位和/或强度变化。FD光源和检测器在本领域中为公知的。已知可以通过整合TD数据而获得CW数据。因此，将要理解，本发明的系统可以包括TD元件以及一个集成的TD-CW光子迁移模型计算器。其它对本领域技术人员将会是显而易见的修改也被视为处于本发明的范围以内。
图2的设备可用在许多方面。首先，预估程序54可以为VOI处理CW数据。这通过为全部VOI假定μs`数值而进行。尽管这种假定可能是错误的，它允许估算在某些情况下接近的μa，并且在其它情况下至少为一种有用的第一近似值。储存在存储器58中最终获得的μa和μs`的3D图将具有假定的μs`值(其将是恒定值)和第一μa近似值。在采用TD光学数据估算μa和μs`时，假定的μs`数值和第一μa近似值被供给到计算器64。预估程序54将最终计算的TPSF光学数据与测量的TPSF数据进行比较，以便在第一次扫描中测定对μa和μs`的调整值。在利用时间门数值的情况下，这可以为至少一个TPSF时间门进行。这种操作模式允许可能获取CW数据并进行处理，以便为全部VOI或物体获得第一μa近似值，同时在CW计算时间期间继续在TD侧上获取原始数据(但不是在CW数据获取期间内，除非设置了平行的光学数据获取硬件)。
第二，预估程序54可以将CW和TD的计算的和测量的光学数据一起对比并决定μa和μs`的最佳值。在这种情况下，计算器62利用未假定μs`值的μa和μs`数据。由于CW数据的噪音较小，采用CW和TD数据比单独采用TD数据可获得对μa和μs`的较好评价。尽管第二种方法可以完全同时地进行，即CW和TD获取和数据处理一起，它也可以在第一次CW扫描后进行，如在第一种方法中一样。
第三，将要理解，图2的设备可用于在由TD成像前获得CW图像。在这种情况下，CW图像可以被用于选择物体41的特定部分，其需要通过TD成像具有更好的分辨率。在这种情况下，提供对获取控制器56(未示出)的一个输入以选择采用TD成像的特定VOI。存储器58中基于CW的图像数据将随后被TD数据增强。再次，对于特定的VOI，可以重新测量CW数据或从数据存储器(未示出)调回，并和TD数据一起用于增强图像再现。通过减少由TD成像的体积，节省了图像获取和重建数据的处理时间。
例如，CW可以被用于寻找胸内损害(VOI)，同时TD测量可以被用于显示关于损害内的光学性质空间分布的更好细节，其有助于诊断胸损害。这种数据获取方法也可以被用于例如通过CW寻找化合物的生物分布，同时对包含化合物的区域的TD测量可用于计算化合物的浓度。
可以依次或同时获取TD和CW数据。例如，可以通过采用时间门强化的CCD相机来完成依次获取。这种相机提供了同时在CW和TD模式中测量光学信号的能力。可以通过简单关闭时间门而获取CW模式数据。供选地，TD和CW数据可以通过采用专门为一种模式设计的光学元件获取，如用于TD的单光子计数设备。
有利地，可采用门ICCD相机获取CW和TD数据。门强化的电感耦合设备(ICCD)的出现可允许同时进行很大数目的时域空间测量。而且，当门关闭时，相机以CW模式工作，从而避免了需要单独的CW和TD硬件。因此可获得CW模式的图像顺序、TD模式的数据获取。
通过在不同波长下获取TD和CW数据而实现同时获取，从而允许光谱区分和同时获取。在这种情况下，获取光学信号在多个波长下进行，并且将CW和TD数据结合起来以重建图像。
在优选的实施例中，选择TPSF的某些特定的时间点或时间间隔(时间门)，将在这里获取TD数据。优选基于以下方法测量时间门无噪音的TPSF为连续无穷的微分函数，定义为R+。函数的临界点可通过该函数的导数零点来确定。由于TPSF具有特征形状，第i阶导数将产生一组点，其中导数变为零，相应于隐函数的极值。相应于一阶导数的第一子集s1＝{s1，1}描述了唯一的TPSF最大值。相应于二阶导数的第二子集s2＝{s2，1；s2，2}显示了两个点，其中，曲率的方向性改变。高阶导数产生有关TPSF形状的更微妙的细节信息。对于连续TPSF的情况，子集si可以定义为si＝{si，1；...；si，i}。
假定TPSF f(x)代表一组M值(M>>N)，定义在区间[a0，b0]内，通过计算商值可以进行TPSF及其“导数”的回归数字“微分”Qi＝f(xi+1)-f(xi-1)/xi+1-xi-1，x1≥a0，xM≤b0其将近似于f`(xi)值。
当作图时，函数的特征顺序将如图3A和3B所示。在该实施例中，观察到s1＝{31.5}，s2＝{20.5；40.5}，s3＝{14.5；25.5；48.5}。
为了获得具有N个点或时间门的适当TPSF图形，应该完全尽可能地反映TPSF形状。当子集数增加时，顺序数{S1，S2；...}允许以显著性减小的顺序鉴定最相关的点。特定子集si内的元素具有相同的显著性。
可以用s′i≡{(si，1-0.5r，si，1+0.5r)；...；(si，i-0.5r，si，i+0.5r)}代替si，其中，r为时间门宽度。集合s′i为区间的集合而不是点的集合。
在获取几个部分TPSF′s的情况下，例如当采用不同的光源-检测器构型时，以上概述的过程可以为特定的TPSF产生Si＝[s1i；s2i；...}，i＝1，...，K，其中，K选自先验值。为反映集合TPSFs的最相关特征，获得了第n阶导数零点的并集。例如，Si＝s11∪ s12∪...∪s1k，S2＝s21∪s22∪...∪s2k等。集合{S1；S2，...}提供了一种数字顺序，应当被用于以最佳方式表示集合K TPSFs。
如上，可以用si′代替si以分析时间门而不是时间点。
在本发明的一种实施例中，选择适当的时间点或时间门的步骤如下-为所有能够同时发挥作用的光源-检测器对获取具有高时间分辨率的TPSFs。应当利用至少一个特征光源位置。随后分析的稳定性增加，如同含有多个特征光源位置一样。
-采用基于光子传播模型得到的曲线接近所有测量的TPSFs。
-进行如上所述的分析，以测定在获取期间将要使用的N个时间门。
-获取具有集合{S1；S2，...}的N个点的数据。
优选地，N为一个输入参数。实际上，其将通过估算最终获得的可用于在预期的时帧内重建图像的数据集尺寸来确定。在数据集尺寸不是组织的情况下，可能也应当评价N。
假定用于原始数据获取的时间窗[a0，b0]R+为一个输入参数。然而，应当基于现有知识选择成足够宽，以便使获取最有意义的TPSF特征的可能性最大。
时间采样，也就是xi和xi+1之间的距离，为一个输入参数。
时间分辨率r0，也就是xi和xi+1之间的最小距离，产生“不相关”的f(xi)和f(xi+1)值，主要源于数据获取硬件的限制，并因此为一个输入参数。
优选采用至多0.5x r0且时间门宽度至多为r0的步骤进行原始数据获取。可能选择最后的时间门宽度r≥r0以最小化数据集尺寸，同时保持由分析所显示的明显的TPSF特征。例如，如果|si，j-si′，j′|＜r，相异点si，j和si`，j`将落入相同的时间门内。
利用可变的时间门宽度可以产生良好的结果。将用Si``≡{(si，1-0.5ri，1，si，1+0.5ri，1)；...；(si，i-0.5ri.i，si，i+0.5ri，i)}代替si′以分析这种情况。
选择的时间门可用于重建TPSF。在重建中可以使用限制。例如，整个TPSF可以被限制到一个完全等同于采用CW测量获得的测定的衰减值的数值。而且，由于CW测量所传送的附加信息，从而减少了所必需的用于获取以重建一个可接受的图像的时间点或时间门数目。
采用部分TPSF获取，门ICCD相机可允许根据预定顺序来获取CW和TD数据，如同本领域技术人员显而易见的。也可以利用缩放镜头通过在预期的VOI上放大而获得全场模式的CW数据和TD数据。
本发明的上述实施例仅用于举例说明。因此，希望本发明的范围仅由附属的权利要求书的范围来限定。
权利要求
1.一种用于混浊介质中的兴趣容积(VOI)的光学成像方法，该方法包括i)在多个光源/检测器结构处采用连续波(CW)光学扫描VOI，以产生CW数据；ii)在多个光源/检测器结构处采用时域(TD)光学扫描VOI，以产生代表至少一部分测量的时间点扩展函数(TPSF)的数据，从多个光脉冲中测量所述TPSF数据，从中获得统计学的平均光，作为随时间变化的函数接收光，所述TPSF数据产生有关所述VOI内部的吸收和散射的信息；以及iii)将从CW数据中提取的信息和TPSF数据结合起来以改善成像精度和/或减少成像获取时间。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述用于TD和CW数据获取的光源/检测器结构组成了整个结构中的一组，并且其中，基于预期的获取时间和图像精度来确定所述组内TD和CW结构的数目和相对比例。
3.根据权利要求2的方法，其中，减少所述组内的TD光源/检测器结构的所述数目以减少所述获取时间。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中，结合步骤包括i)采用测量的TPSF来估算VOI内部的一个或多个光学特性值；ii)采用估算的光学特性值来计算衰减值；iii)将计算的衰减值与CW数据进行比较以获得一个差值；以及iv)重复步骤i)-iii)直到该差值小于一预定值。
5.根据权利要求4的方法，其中，所述计算步骤包括采用CW光子迁移模型。
6.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中，所述结合步骤包括i)采用TD测量估算一个或多个光学特性值；ii)采用CW测量估算所述一个或多个光学特性数值；iii)将通过TD获得的所述一个或多个光学特性值与通过CW获得的所述一个或多个光学特性值进行比较；以及iv)调整所述一个或多个光学特性值的所述CW和TD估算值，直到所述估算值集中到一预定范围。
7.根据权利要求4-6中任一项的方法，其中，所述一个或多个光学特性值选自吸收系数、散射系数及其组合。
8.根据权利要求7的方法，其中，所述一个或多个光学特性值为所述吸收系数和所述散射系数，并且其中，在采用TD测量估算所述吸收和散射系数值前，采用CW测量估算所述吸收系数，同时保持所述散射系数恒定。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，还包括在将信息结合起来之前，相对于所述CW数据使所述测量的TPSF标准化的步骤，以产生无因次的数据，从而提供更快的数据处理。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中，依次测定TPSF和CW数据。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中，采用门ICCD相机测定TPSF和CW数据，从每个所述光脉冲中提供一个处于至少一个选择的时间门内的强度值。
12.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中，采用单光子计数设备测定所述TD数据。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中，在多个波长下测量TPSF和CW数据，并在不同波长下同时获取TPSF和衰减值。
14.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中，测定部分TPSF。
15.根据权利要求14的方法，其中，所述部分TPSF包括一个或多个预定的时间门。
16.一种用于混浊介质中的兴趣容积(VOI)的光学成像方法，该方法包括i)获得连续波(CW)数据以产生包含VOI的部分介质的图像；ii)在所述部分介质中确定VOI；以及iii)从确定的VOI中获得时域(TD)数据，以产生已确定的VOI的图像。
17.一种用于混浊介质中的兴趣容积(VOI)的光学成像方法，该方法包括i)获得连续波(CW)数据以产生包含VOI的部分介质的图像；ii)在所述部分介质内确定VOI；iii)采用CW数据优化TD图像获取参数；以及iv)利用优化的TD图像获取参数从VOI中获得TD数据，以产生已确定的VOI的图像。
18.根据权利要求17的方法，其中，所述优化步骤包括选择一个或多个用于产生CW数据的光源/检测器结构，以用于获得VOI的TD数据。
19.根据权利要求1-10和13中任一项的方法，其中，采用频域(FD)进行所述在多个光源/检测器结构处光学扫描VOI的步骤，以产生代表相位和/或强度调制的信号的数据，所述数据产生有关所述VOI内部的吸收和散射的信息，并且其中，采用从CW数据中提取的信息和相位/强度调制的数据进行所述结合步骤。
20.一种光学成像系统，用于成像一种混浊介质物体，该设备包括至少一个光源，用于提供连续的和脉冲的光能；至少一个光学检测器，用于检测光能，并产生时间相关的连续数据；一个光源/物体光学耦合器，用于将所述光源耦合到所述物体上的一预期位置；一个检测器/物体光学耦合器，用于将所述光学检测器耦合到所述物体上的一预期位置；一个获取控制器，连接到所述光源和所述光学检测器，并用于为在所述物体的兴趣容积内的多个光源/检测器结构采集所述时间相关的连续数据；一个连续波光子迁移模拟计算器；一个时域光子迁移模拟计算器；以及一个预估程序，利用所述连续数据和与所述连续数据相应的计算值来改善利用所述时间相关数据和与所述时间相关数据相应的计算值对所述物体的光学特性值测量。
21.根据权利要求20的系统，还包括一个原始TPSF数据编译器，用于从所述检测器接收一个时间相关的输出信号，并产生原始TPSF数据输出。
22.根据权利要求21的系统，其中，所述TPSF或相位/强度调制数据编译器包括一个TPSF数据标准化部件，用于使所述TPSF数据与所述连续数据标准化。
23.根据权利要求20的系统，其中，所述光源为一个频率调制的光源，所述检测器适于检测相位和/或强度调制的信号，所述获取控制器连接到所述光源和所述光学检测器，用于为在所述物体的兴趣容积内的多个光源/检测器结构采集所述相位和/或强度调制的信号和连续数据；并且所述系统包括一个频域光子迁移模拟计算器和一个预估程序，利用所述连续数据和与所述连续数据相应的计算值来改善利用所述频率相关数据和与所述频率相关数据相应的计算值对所述物体的光学特性值测量。
24.根据权利要求23的系统，还包括一个原始相位和/或强度调制的数据编译器，用于从所述检测器接收一个频率相关的输出信号，并产生原始的相位和/或强度调制的数据输出。
25.根据权利要求24的系统，其中，所述相位/强度调制数据编译器包括一个相位和/或强度调制的数据标准化部件，用于使所述相位和/或强度调制的数据与所述连续数据标准化。
26.根据权利要求20-25中任一项的系统，其中，所述光源包括一个或多个激光光源。
27.根据权利要求20-26中任一项的系统，其中，用于将所述光源和所述光学检测器与所述物体耦合的所述光源/物体光学耦合器和检测器/物体光学耦合器选自光纤、自由空间光学器件及其组合。
28.根据权利要求27的系统，其中，所述光源/物体光学耦合器和所述检测器/物体光学耦合器为自由空间光学器件，并且其中，所述自由空间光学器件包括反射镜，以定向传播光，从而将光注入到所述物体的预期区域上，并从所述物体的预期区域采集光。
29.根据权利要求28的系统，其中，所述反射镜为反射镜检流计。
30.根据权利要求27的系统，其中，所述光源/物体光学耦合器和所述检测器/物体光学耦合器包括多个光纤和光学开关，以选择用于光注入和检测的预期光纤。
31.根据权利要求20-30中任一项的系统，其中，所述光源/物体光学耦合器包括多个光注入口和采集口，分别用于将所述光源和所述光学检测器与所述组织耦合。
32.根据权利要求20-31中任一项的系统，其中，所述光源同时在多个波长提供光能。
33.根据权利要求32的系统，其中，所述光学检测器同时在多个波长检测光能。
34.根据权利要求20-33中任一项的系统，其中，所述获取控制器被用于调整所述光源的强度，作为所述检测的光能的函数，以优化信噪比。
35.根据权利要求20-34中任一项的系统，还包括一个显示器，用于显示所述组织的重组图像。
36.根据权利要求20-35中任一项的系统，还包括用于选择一个或多个检测波长的部件。
37.根据权利要求36的系统，其中，所述用于选择的部件为滤光器。
38.根据权利要求20-22和26-37中任一项的系统，其中，所述系统仅包括TD元件，并且其中，所述CW和TD光子迁移计算器为集成的。
全文摘要
提供了用于在混浊介质中光学成像的方法和系统，其将连续波(CW)和时域(TD)或频域(FD)方法结合起来，充分增加了光学成像的稳定性，并减少了与TD方法相关的获取时间。一方面，提供了一种方法，该方法利用CW测量来换算时间点扩展函数(TPSF)或相位/强度调制信号的数值，以避免物理单位不匹配的问题。另一方面，将CW和TD或FD测量协同地结合起来，以评价在图象再现中使用的介质的光学性质。也提供了能够实施这些方法的光学系统。
文档编号G01N21/47GK1777800SQ200480010803
公开日2006年5月24日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月12日
发明者大卫·若纳尔汉·霍尔 申请人:阿特艾得凡科技研究公司