用于考虑混浊介质的几何结构对混浊介质的内部成像的方法、系统、及医疗图像采集系统的制作方法

专利名称：用于考虑混浊介质的几何结构对混浊介质的内部成像的方法、系统、及医疗图像采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对混浊介质的内部成像的方法，所述方法包括下述步骤
- 在接收容积里面容纳所述混浊介质；
- 将来自透射光源的透射输入光耦合到接收容积中，所述透射输入光是 经选择的，以使得它能够传播通过所述混浊介质，并且至少一部分所述透 射输入光通过接收容积中的匹配介质，所述匹配介质是经选择的，以减小 在所述混浊介质和其围绕物之间的界面处的光学边界效应；
- 通过使用透射光电探测器单元，探测作为将来自所述透射光源的透射 输入光耦合到所述接收容积中的结果而从所述接收容积发出的透射输出 光。
本发明还涉及用于对混浊介质的内部成像的系统，其包括
- 接收容积，用于容纳所述混浊介质并且用于容纳匹配介质以减小光学 边界效应和在所述混浊介质和其围绕物之间的界面；
- 透射光源，用于生成要耦合到所述接收容积中的透射输入光，所述透 射输入光是经选择的，使得它能够传播通过所述混浊介质；
- 透射光电探测器单元，用于探测从所述透射光源到所述接收容积中的 透射输出光。
本发明还涉及医疗图像采集系统，其包括
- 接收容积，用于容纳所述混浊介质并且用于容纳匹配介质以减小光学
边界效应和在所述混浊介质和其围绕物之间的界面；
- 透射光源，用于生成要耦合到所述接收容积中的透射输入光，所述透 射输入光是经选择的，使得它能够传播通过所述混浊介质。
背景技术：
从美国专利6327488B1己知这种方法、系统和医疗图像采集系统的实施例。该已知方法和系统能够用于使用漫射光学层析成像来对诸如生物组 织的混浊介质的内部成像。在医疗诊断中，该方法和系统可以用于对女性 乳房的内部成像。诸如乳房的混浊介质容纳在接收容积里面。来自透射光 源的透射输入光耦合到接收容积中，所述透射输入光是经选择的，使得它
能够传播通过混浊介质。在漫射光学层析成像中，典型地使用波长在400nm 至1400nm范围内的透射输入光。探测作为将透射输入光耦合到接收容积 中的结果而从接收容积发出的透射输出光并将其用于对混浊介质的内部的 图像的重构。在将透射输入光耦合到接收容积中时，包括在接收容积中的 混浊介质由匹配介质围绕。此匹配介质具有与研究中的混浊介质的光学性 质的类似的光学性质，比如其吸收系数。匹配介质用于削弱光学边界效应 和防止接收容积里面混浊介质周围的光学短路，该光学边界效应起源于混 浊介质到其围绕物的光耦合。当探测到透射输出光没有在除混浊介质外的 接收容积里面被充分散射和衰减，则发生光学短路。在那种情况下，未充 分地散射的和衰减的探测的透射输出光的强度可以使己经通过经由混浊介 质的通道而被散射和衰减的探测的透射输出光的强度相形见绌。如果使用 匹配介质，可以执行参考测量，无需将混浊介质包括在所述接收容积中。
已知方法和系统的缺点是其不能直接地确定研究中的混浊介质的几何 结构。希望具有与混浊介质的几何结构相关的数据，因为图像重构过程是 不适定的。这意味着，对于某组探测的信号，能够作出都符合相同的探测 的信号的多个重构的图像。对此问题的通常的解决方案是在检查时收集尽 可能多的信息，并在重构过程中使用所有这些信息。

发明内容
本发明的目的是使得光学地获得与研究中的混浊介质的几何结构相关 的数据成为可能。所述获得的数据然后能够用于改善根据开始部分的图像 重构过程。根据本发明，此目的的实现在于本方法还包括下述附加的步骤: - 将来自几何结构光源的几何结构输入光耦合到所述接收容积中，所述 接收容积包括所述混浊介质，所述接收容积还包括在将几何结构输入光耦 合到所述接收容积中时围绕所述混浊介质的几何结构介质，并且所述几何 结构^I入光、所述几何结构介质及界面的组合是经选择的，以在所述混浊介质和其围绕物之间产生反差；
- 通过使用反差光电探测器单元来探测所述混浊介质和其围绕物之间的 反差；
- 使用所述探测的反差来重构所述混浊介质内部的图像。 本发明是以承认下述情况为基础的耦合到所述接收容积中的光、当
光耦合到所述接收容积中时围绕所述混浊介质的介质、及当光耦合到所述 接收容积中时所述接收容积中的所述混浊介质和其围绕物之间的界面的组 合容许在所述混浊介质和其围绕物之间产生反差。所述混浊介质和其围绕 物之间的反差反过来使得探测所述混浊介质的外部成为可能，导致与正被 获得的所述混浊介质的几何结构相关的附加数据。此附加数据建立要在图 像重构过程中使用的边界条件。此边界条件反过来减小符合特定组探测的 信号的可能的图像的数目，因为不是所有可能的图像会满足由所述附加数 据建立的边界条件。
根据本发明的所述方法的实施例的特征在于所述几何结构输入光和 所述几何结构介质的组合是经选择的，使得所述几何结构介质对所述几何 结构输入光基本上是透明的，并且其中，所述几何结构输入光和所述界面 的组合是经选择的，使得在所述界面处，相对于混浊介质的围绕物，所述 混浊介质对所述几何结构输入光基本上是不透明的。此实施例的优点在于 它能够在所述几何结构输入光的波长处对所述混浊介质的外部直接成像。
根据本发明的所述方法的另一实施例的特征在于所述几何结构介质 是匹配介质，具有对透射光减小在所述混浊介质和其围绕物之间的边界效 应的光学性质。此实施例暗示几何结构输入光的波长位于适用于透射输入 光的波长范围之外。最终，在透射输入光的波长处，将所述混浊介质与其 围绕物分开的所述界面是难以辨别的，因为存在针对此波长的匹配介质。 此实施例的优点在于，利用针对所述透射输入光的所述匹配介质就绪，能 够获得与所述混浊介质的外部相关的数据。
根据本发明的所述方法的另外的实施例的特征在于所述几何结构输 入光和所述几何结构介质的组合是经选择的，使得所述几何结构输入光激 发包括在所述几何结构介质中的荧光剂。此实施例的优点在于，通过提供 用于对未被所述混浊介质占据的所述接收容积里面的容积成像的方法，它提供对所述混浊介质的外部直接成像的另 一选择。
根据本发明的所述方法的另一实施例的特征在于所述几何结构介质 是匹配介质，具有对所述透射光减小所述混浊介质和其围绕物之间的边界 效应的光学性质。此实施例的优点在于，利用针对所述透射输入光的所述 匹配介质就绪，其使得能够使用根据先前实施例的荧光剂。
根据本发明的所述方法的另一实施例的特征在于所述透射输入光和 所述几何结构输入光在相同处。此实施例的优点在于能够使用单个光源获 得所述混浊介质的内部的图像和获得关于所述混浊介质的外部的数据。
根据本发明的所述方法的另一实施例的特征在于所述方法还包括通 过在所述混浊介质和其围绕物之间的界面处容纳反差增强剂来增强所述混 浊介质和其围绕物之间的反差的步骤。此实施例的优点在于，如果增强了 所述混浊介质和其围绕物之间的反差，则能够较好地辨别所述混浊介质和 其围绕物之间的界面并且因此辨别所述混浊介质的外部形状。
根据本发明的所述方法的另一实施例的特征在于所述反差增强剂是 经选择的，使得至少部分地反射几何结构输入光。此实施例的优点在于， 通过利用至少部分地反射几何结构输入光的反差增强剂覆盖所述混浊介质 的表面，增强了在所述几何结构输入光的波长处在所述混浊介质的表面和 其围绕物之间的反差。所述混浊介质的外部在所述几何结构输入光的波长 处变得更可见。
根据本发明的所述方法的另一实施例的特征在于所述反差增强剂是 经选择的，以至少部分地吸收几何结构输入光。此实施例的优点在于，与 先前实施例相比，其提供增强所述混浊介质和其围绕物之间的反差的另一 选择的途径。不是改善在几何结构输入光的波长处所述混浊介质的外部的 可见性，而是增强所述混浊介质的轮廓和其围绕物之间的反差。
根据本发明的所述方法的另一实施例的特征在于所述反差增强剂是 经选择的，以响应所述几何结构输入光的至少一部分而发射荧光。此实施 例的优点在于，利用包括荧光剂的反差增强剂覆盖所述混浊介质的表面使 得能够在由所述荧光剂发射的荧光的波长处对所述表面的外部形状直接成 像。此外，虽然在所述混浊介质的表面处或附近反射的光通过所述测量容 积两次，反射之前一次和反射之后一次，但是所述荧光在其从所述混浊介质到探测位置时仅通过所述测量容积一次。这使得图像重构较容易。
本发明的目的还利用用于对混浊介质的内部成像的系统实现，其包括
- 接收容积，用于容纳所述混浊介质并且用于容纳匹配介质以减小光学 边界效应和在所述混浊介质和其围绕物之间的界面；
- 透射光源，用于生成要耦合到所述接收容积中的透射输入光，所述透 射输入光是经选择的，使得它能够传播通过所述混浊介质；
- 透射光电探测器单元，用于探测从所述透射光源到所述接收容积中的 透射输出光，
其特征在于 所述系统还包括
- 几何结构光源，用于生成要耦合到所述接收容积中的几何结构输入光；
- 几何结构介质，用于在将几何结构输入光耦合到所述接收容积中时围 绕所述接收容积中的所述混浊介质；
- 反差光电探测器单元，用于通过探测作为将几何结构输入光耦合到所 述接收容积中的结果而从所述接收容积发出的输出几何结构光来探测所述 混浊介质和其围绕物之间的反差；
- 图像重构单元，用于使用探测的透射输出光和所述探测的反差来推导 所述混浊介质的内部的图像，
用于执行根据先前实施例的任意一个的所述方法。
用于对混浊介质的内部成像的系统将从根据本发明的所述方法的先前 实施例的任意一个获益。
根据本发明的用于对混浊介质的内部成像的所述系统的实施例的特征 在于用于对所述混浊介质的内部成像的所述系统还包括反差增强剂，用 于增强所述混浊介质和其围绕物之间的反差。此实施例的优点在于，如果 增强了所述混浊介质和其围绕物之间的反差，则能够较好地辨别所述混浊 介质和其围绕物之间的界面并且因此辨别所述混浊介质的外部形状。
根据本发明的用于对混浊介质的内部成像的所述系统的另一实施例的 特征在于所述透射光电探测器单元和所述反差光电探测器单元包括在单 个光电探测器单元中。此实施例的优点在于，不需要分开的透射光电探测 器和反差光电探测器单元。本发明的目的还利用医疗图像采集系统实现，其包括
- 接收容积，用于容纳所述混浊介质并且用于容纳匹配介质以减小光学 边界效应和在所述混浊介质和其围绕物之间的界面；
- 透射光源，用于生成要耦合到所述接收容积中的透射输入光，所述透 射输入光是经选择的，使得它能够传播通过所述混浊介质；
- 透射光电探测器单元，用于探测从所述透射光源到所述接收容积中的 透射输出光，
其特征在于
所述医疗图像采集系统还包括
- 几何结构光源，用于生成要耦合到所述接收容积中的几何结构输入光；
- 几何结构介质，用于在将几何结构输入光耦合到所述接收容积中时围 绕所述接收容积中的所述混浊介质；
- 反差光电探测器单元，用于通过探测作为将几何结构输入光耦合到所 述接收容积中的结果而从所述接收容积发出的输出几何结构光来探测所述 混浊介质和其围绕物之间的反差；
- 图像重构单元，用于使用探测的透射输出光和所述探测的反差来推导 所述混浊介质的内部的图像，
用于执行根据先前实施例的任意一个的所述方法。 医疗图像采集系统将从根据本发明的所述方法的先前实施例的任意一 个获益。
根据本发明的所述医疗图像采集系统的实施例的特征在于所述医疗 图像采集系统还包括反差增强剂，用于增强所述混浊介质和其围绕物之间 的反差。此实施例的优点在于，如果增强了所述混浊介质和其围绕物之间 的反差，则能够较好地辨别所述混浊介质和其围绕物之间的界面并且因此 辨别所述混浊介质的外部形状。
根据本发明的所述医疗图像采集系统的另一实施例的特征在于所述 透射光电探测器单元和所述反差光电探测器单元包括在单个光电探测器单 元中。此实施例的优点在于，不需要分开的透射光电探测器和反差光电探 测器单元。


将参照附图进一步阐述和描述本发明的这些和其它方面，其中 图l示出了根据本发明的方法的实施例；
图2示出了从现有技术己知的用于在混浊介质上执行测量的设备；
图3示出了将几何结构输入光耦合到接收容积中的过程的实施例，几
何结构输入光、几何结构介质、及混浊介质的表面的组合是经选择的，以
在表面和其围绕物之间产生反差；
图4示出了包括混浊介质的接收容积，混浊介质的表面由反差增强剂
部分地覆盖；
图5示出了根据本发明的医疗图像采集系统的实施例。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的方法的实施例。在步骤200中，混浊介质容 纳在接收容积里面。接下来，在步骤205中，将由透射光源生成的透射输 入光耦合到接收容积中，透射输入光是经选择的，使得它能够传播通过混 浊介质。在所述方法的一种医疗应用中，其中所述方法用于对女性乳房的 内部成像，透射输入光的波长典型地在400nm至1400nm的范围内。透射 输入光的至少一部分通过接收容积中的匹配介质。匹配介质是经选择的， 以减小光学边界效应，其起源于在混作介质和其围绕物之间的界面处从混 浊介质到其围绕物的光耦合。为达此目的，匹配介质具有与混浊介质的对 应光学特性基本类似的光学特性，比如吸收系数。透射输入光的至少一部 分通过混浊介质。通过使用透射光电探测器单元在步骤210中探测作为将 透射输入光耦合到接收容积中的结果而从接收容积发出的透射输出光。
根据本发明，将来自几何结构光源的几何结构输入光耦合到接收容积 中，接收容积包括混浊介质，接收容积还包括用于在将几何结构输入光耦 合到所述接收容积中时围绕所述混浊介质的几何结构介质，并且所述几何 结构输入光、所述几何结构介质、及界面的组合是经选择的，以在所述混 浊介质和其围绕物之间产生反差。这在步骤215中完成。多个组合是尤其 有益的，如下面将讨论的。接下来，在步骤220中，探测在混浊介质和其 围绕物之间产生的反差。在步骤225中，探测的反差用于重构混浊介质内
12部的图像。在此步骤中，还使用在步骤210中探测的透射输出光。
如提到的，几何结构输入光、几何结构介质、及混浊介质和其围绕物 之间的界面的多个组合对于在混浊介质和其围绕物之间产生反差是尤其有 益的。现在将对此进行进一步的阐述。
第一尤其有益的组合是这样的一个其中，几何结构输入光和几何介 质的组合是经选择的，使得几何结构介质对几何结构输入光基本上是透明 的，并且其中，几何结构输入光和界面的组合是经选择的，使得在界面处， 相对于混浊介质的围绕物，混浊介质对几何结构输入光基本上是不透明的。
实现该组合的一个途径是用对在步骤205中使用的透射输入光基本透明的 几何介质代替在步骤205中使用的匹配介质。在此途径中，重新引入了通 过使用匹配介质而消除的混浊介质和其围绕物之间的界面处的光学不连续 的至少一部分。光学不连续反过来导致在界面处发生反射。如果在混浊介 质的表面处的反射是充分的，此选择容许使用与用于获得混浊介质的内部 的图像的光源相同的光源来直接对混浊介质的外部成像。在本方法的一种 医疗应用中，其中所述方法用于对女性乳房的内部成像，透射输入光的波 长典型地在400nm至1400nm的范围内。对波长在此范围内的透射输入光 基本透明的合适的几何结构介质的示例是水。虽然当使用透射输入光作为 几何结构输入光时此选择是尤其有益的，但是此选择对几何结构介质对其 基本透明和界面对其基本不透明的所有波长起作用。在医疗应用的示例中， 其中所述方法用于对女性乳房的内部成像，水或基于水的物质能够用作几 何结构介质。然后，几何结构介质可以是基本透明的，例如，对蓝或绿光。 同时，乳房的表面则对蓝或绿光是足够不透明的，以容许获得关于乳房的 外部的数据。明显地，此选择使得能够直接对混浊介质的外部成像和获得 混浊介质的阴影图像，从其能够推导关于混浊介质的外部的数据。在利用 几何介质替代匹配介质中，必须意识到匹配介质可以施加力于研究中的混 浊介质上。如果，例如，匹配介质是流体，则研究中的混浊介质会经受浮 力。明显地，期望当将透射输入光耦合到接收容积时与当将几何结构输入 光耦合到接收容积中时混浊介质的几何结构相同。因此，替代匹配介质的 几何结构介质将必须如匹配介质那样在混浊介质上施加类似的力。实现此 的可能的途径是以具有相同密度的流体几何介质替代流体匹配介质。上面，提到水作为在400nrn至1400nm的波长范围内透明的合适的几何介质的示 例。如果匹配介质具有比水高的密度，则应当将类似盐的物质添加到几何 介质中以提高其密度。如果匹配介质具有比水低的密度，如果需要匹配油 的密度到匹配介质的密度，则加入了附加物质的透明油能够用作几何结构 介质。
第二尤其有益的组合建立在第一组合上，但是此次几何结构介质是匹 配介质，具有对透射光减小在所述混浊介质和其围绕物之间的边界效应的 光学性质。在此第二选择中，几何结构介质对透射输入光不再是透明的。 因此，透射输入光和几何结构输入光不再相同，这在第一选择中仍是可能 的。在第二选择中，几何结构输入光会具有与透射输入光的波长不同的波 长。然而，在第二选择中，不替代匹配介质而获得与混浊介质的内部相关 的数据和与混浊介质的外部相关的数据是可能的。因此，第二选择对已知 方法中遵循的测量程序的影响低。明显地，此选择使得能够直接对混浊介 质的外部成像和获得混浊介质的阴影图像，从其能够推导与混浊介质的外 部相关的数据。已经提到，在该方法的一种医疗应用中，其中所述方法用 于对女性乳房的内部成像，透射输入光的波长典型地在400nm至1400nm 的范围内。在图2的讨论中提到了针对此波长范围的合适的匹配介质的示 例。在第二尤其有益的组合中，几何结构输入光会具有与透射输入光的波 长不同的波长。这在上面解释了。在第二尤其有益的组合的背景内的合适 的几何结构输入光的示例因此是波长在电磁光谱的绿色部分中的几何结构 输入光和波长在电磁光谱的蓝色部分中的几何结构输入光。对于在这些波 长范围内的光，关于图2提到的匹配介质基本上是透明的。当对女性的乳 房成像时，乳房和其围绕物之间的界面在电磁谱的两个部分都是充分不透 明的，以在乳房和其围绕物之间产生反差并使用此反差获得关于乳房的外 部的数据。
第三尤其有益的组合是这样的一个，其中几何结构输入光和几何结构 介质的组合是经选择的，使得所述几何结构输入光激发包括在所述几何结 构介质中的荧光剂。因此，荧光剂发射荧光。这反过来通过产生第一区和 第二区而在混浊介质和其围绕物之间产生反差，在第一区中响应几何结构 输入光生成荧光，第二区是混浊介质，其中的情况不是这样的。虽然在第一和第二选择中，对混浊介质的外部直接成像，但是第三选择使得能够通 过确定响应几何结构输入光不发射荧光的接收容积中的区域来确定混浊介 质的外部形状。在此意义上，第三选择企图制作混浊介质的负像，而第一 和第二选择企图制作正像。通过波长在透射输入光的正常波长范围内的几 何结构输入光或波长在透射输入光的波长范围外的几何结构输入光可以获 得对荧光剂的激发。在较早提到的方法的医疗应用的示例中，其中对女性
乳房的内部成像，透射输入光的正常波长范围典型地位于400nm至1400nm 的范围内。如果透射输入光和几何结构输入光相同，也就是说如果几何结 构输入光的波长在透射输入光的正常波长范围内，则不需要分开的透射光 源和几何光源。
第四尤其有益的选择建立在第三选择上，但是现在几何介质是匹配介 质，具有对透射光减小混浊介质和其围绕物之间的边界效应的光学性质。 此选择组合荧光几何结构介质的使用和在步骤205中使用的匹配介质的使 用。在此途径中，不必以对透射输入光不具有匹配性质的荧光几何结构介 质代替匹配介质。通过波长在透射输入光的正常波长范围内的几何结构输 入光或波长在透射输入光的波长范围外的几何结构输入光可以获得对荧光 剂的激发。如果透射输入光和几何结构输入光相同，也就是说如果几何结 构输入光的波长在透射输入光的正常波长范围内，则不需要分开的透射光 源和几何光源。已经提到，在一种医疗应用中，其中对女性乳房的内部成 像，透射输入光的波长典型地位于400nm至1400nm的范围内。用于对女 性乳房的内部成像的合适匹配介质的示例在关于图2的讨论中给出。
第五尤其有益的组合是这样的一个，其中通过在混浊介质和其围绕物 之间的界面处容纳增强的反差来增强由组合产生的混浊介质和其围绕物之 间的反差。
第一有益的增强方法是选择反差增强剂，使得反射到达反差增强剂的 光的至少一部分。在此途径中，混浊介质在到达反差增强剂的光的波长处 的可见性改善了，该光例如是几何结构输入光。对于根据本发明的方法的 医疗应用，其中对女性乳房的内部成像，合适的反差增强剂的示例是蓝色 体漆。
第二有益的增强方法是选择反差增强剂，使得吸收到达反差增强剂的光的至少一部分。在此途径中，混浊介质在到达反差增强剂的光的波长处 变得较暗，该光例如是几何结构输入光。因此，混浊介质和其围绕物之间 的反差增强了。对于根据本发明的方法的医疗应用，其中对女性乳房的内 部成像，合适的反差增强剂的示例是包含称作亮黑的染料的体漆。
第三有益的增强方法是选择反差增强剂，使得其响应到达反差增强剂 的光的至少一部分而发射荧光。在此途径中，混浊介质的轮廓变得发荧光 的，作为其结果，混浊介质的外部形状在由反差增强剂发射的荧光的波长
处变得可见。如果激发包括在反差增强剂中的荧光剂的光和透射输入光相 同，则此选择是尤其有益的。于是，利用激发反差增强剂的光的一部分和 通过混浊介质的光的另一部分，能够在单个测量中探查混浊介质的内部和 混浊介质的外部。对于根据本发明的方法的医疗应用，其中对女性乳房的
内部成像，合适的反差增强剂的示例是包含Alexa Fluor 430或具有与Alexei Fluor 430类似的光谱的染料的体漆。
明显地，图1中所示的步骤顺序不是唯一可能的顺序。图1中获得与 混浊介质的外部相关的数据先于获得与混浊介质的内部相关的数据。此顺 序可以相反。此外，从以上给出的描述明显地，获得与混浊介质的内部相 关的数据和获得与混浊介质的外部相关的数据的步骤也可以组合。
图2示出了从现有技术已知的用于在混浊介质上执行测量的设备，设 备l包括透射光源5，其可以包括多个子光源，例如子光源5a和5b;透 射光电探测器单元10;图像重构单元12;由容器20划定边界的接收容积 15;所述容积包括多个用于光25a的入口位置和多个用于光25b的出口位 置；以及耦合到用于光的所述入口和出口位置的光导30a和30b。所述设备 1还包括用于将输入光导40耦合到从容器20中用于光的多个入口位置选择 的若干位置的选择单元35。为清楚起见，用于光25a的入口位置和用于光 25b的出口位置安置在容器20的相对侧。然而，实际中，两种类型的位置 可以分布在接收容积15周围。混浊介质45放置在接收容积15里面。来自 透射光源5的透射输入光然后耦合到接收容积15中。然后，通过将光源5 耦合到通过选择单元35连续地选择的用于光25a的入口位置，以来自光源 5的透射输入光从多个位置辐照混浊介质45。透射输入光是经选择的，使 得其能够传播通过混浊介质45。通过使用用于光25b的出口位置和透射光电探测器单元10从多个位置探测作为将透射输入光耦合到接收容积15中 的结果而从接收容积15发射的透射输出光。探测的透射输出光然后用于重 构混浊介质45的内部。基于探测的透射输出光来重构混浊介质45的内部 的图像是可能的，因为此光的至少部分传播通过混浊介质45，并且因此， 包含关于混浊介质45的内部的信息。该光是有意选择的，使得其能够传播 通过混浊介质45。在接收容积15中，混浊介质45至少部分地由匹配介质 50围绕，匹配介质50用于削弱起源于混浊介质45与其围绕物的光耦合的 边界效应或用于防止接收容积15里面混浊介质45周围的光短路。在针对 对混浊介质45的内部成像的检查中，能够传播通过混浊介质45的透射输 入光必须以可重复的方式耦合到混浊介质45中，而不发生诸如例如反射的 边界效应。至少部分地围绕接收容积15里面的混浊介质45的匹配介质50 的光学特性必须是使得诸如例如吸收系数的特性匹配混浊介质45的那些特 性，混浊介质45要被以用于对混浊介质45的内部成像的光的波长成像。 光学特性的匹配显著地减小边界效应。该介质的示例是大豆油、卵磷脂、 甘油酐、氢氧化钠和水的混合物，及蒸馏水、二氧化钛、染料和聚合物的 混合物。
图2中，接收容积15由容器20划定边界。然而，情况不必总是这样。 图3示出了将几何结构输入光耦合到接收容积中的过程的实施例，几 何结构输入光、几何介质、及混浊介质的表面的组合是经选择的，以在表 面和其围绕物之间产生反差。图3是图2中描绘的设备1的平面视图。混 浊介质45放置在由容器20划定边界的接收容积15里面并且由匹配介质50 至少部分地围绕。匹配介质50的光学特性是使得诸如吸收系数、折射系数、 及散射系数的特性匹配混浊介质45的那些特性，混浊介质45要被以用于 对混浊介质45的内部成像的透射输入光的波长成像。来自几何光源5的几 何结构输入光然后耦合到接收容积15中。几何结构输入光、匹配介质50、 及混浊介质45和其围绕物之间的界面的组合是经选择的，使得匹配介质50 对于几何结构输入光是相对透明的，并且使得相对于混浊介质45的围绕物 对于几何结构输入光的不透明性，混浊介质45对于几何结构输入光是基本 不透明的。这里，几何结构输入光源采用与透射光源相同的光源。可选地， 几何结构输入光源和透射光源可以是如图2中以子光源5a和5b示例的单个光源的子光源，或两个完全分开的光源。在关于图2的描述中给出了该 介质的示例。通过用于耦合到几何结构光电探测器单元10的光25b的出口 位置来探测作为将几何结构输入光耦合到接收容积15中的结果而从接收容 积15发射的几何结构输入光。这里，假定如图2中所示的几何结构光电探 测器单元和透射光电探测器单元相同。明显地，作为另一选择，可以使用
分开的单元来探测透射输出光和几何结构输出光。明显地，图3中示例的 过程能够用于获得混浊介质45的外部的直接图像和获得混浊介质45的一 系列阴影图像，从其能够推导关于混浊介质45的外部的数据。图3中，几 何结构光电探测器单元10使用用于光25b的出口位置和光导30b来接收几 何结构输出光。然后能够使用与在使用透射输入光对混浊介质45的内部进 行检査时使用的类似的层析成像技术来获得关于混浊介质45的外部的数 据。可选地，可以使用诸如相机55的例如放置在接收容积15里面或周围 的一个或多个相机来获得关于混浊介质45的外部形状的数据。因为接收容 积15由壁划定界限，由在此壁上反射引起的鬼影可以阻碍关于混浊介质的 外部的数据的采集。如果至少部分地围绕接收容积15里面的混浊介质的介 质对几何结构输入光是基本透明的，这是尤其真实的。因此，采取措施减 小在划定接收容积15界限的壁的反射可以是有用的。用于减小反射的可能 措施包括使用吸收几何结构输入光和几何结构输出光的壁和使用漫反射的 壁。
图4示出了包括混浊介质的接收容积，混浊介质的表面由反差增强剂 部分地覆盖。反差增强剂60可以例如是乳剂或乳液。透射输入光线65通 过反差增强剂60并进入混浊介质45以被散射和探测。反差增强剂对几何 结构输入光线70、 75、及80基本上是不透明的。光线70、 75、及80可以 例如具有在电磁谱的蓝色或绿色范围中的波长。光线70由反差增强剂60 吸收。光线75由反差增强剂60反射。光线80在反差增强剂60中引起荧 光发射85。
图5示出了根据本发明的医疗图像采集系统的实施例。医疗图像采集 设备180包括图2中讨论的如由虚框表示的设备1。除设备1夕卜，医疗图像 采集设备180还包括用于显示混浊介质45的内部的图像的屏幕185和输入 接口 l卯，该接口例如是键盘，使得能够和用于与医疗图像采集设备180互动。
应当注意，上述实施例示例而不是限定本发明，并且本领域技术人员 能够设计许多可选实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中， 放置在括号间的任何参考符号不应视为是对权利要求的限定。词语"包括" 不排除权利要求中所列的那些以外的元件或步骤的存在。元件之前的词语 "一个"不排除存在多个该元件。在列举数个构件的系统权利要求中，数 个这些构件能够由计算机可读软件或硬件的相同项来实施。仅仅某些测量 是在相互不同的从属权利要求中叙述的事实不表示不能有利地使用这些测 量的组合。
权利要求
1、 一种对混浊介质(45)的内部成像的方法，所述方法包括下述步骤-在接收容积(15)里面容纳(200)所述混浊介质(45);-将来自透射光源(5)的透射输入光耦合(205)到所述接收容积(15) 中，所述透射输入光是经选择的，使得它能够传播通过所述混浊介质(45)， 并且所述透射输入光的至少一部分通过所述接收容积(15)中的匹配介质 (50)，所述匹配介质(50)是经选择的，以减小在所述混浊介质(45)和 其围绕物之间的界面处的光学边界效应；-通过使用透射光电探测器单元(10)，探测(210)作为将来自所述 透射光源(5)的透射输入光耦合(205)到所述接收容积(15)中的结果 而从所述接收容积(15)发出的透射输出光， 其特征在于所述方法还包括下述附加的步骤-将来自几何结构光源(5)的几何结构输入光耦合(215)到所述接 收容积(15)中，所述接收容积(15)包括所述混浊介质(45)，所述接收 容积(15)还包括用于在将几何结构输入光耦合到所述接收容积(15)中 时围绕所述混浊介质(45)的几何结构介质，并且所述几何结构输入光、 所述几何结构介质及所述界面的组合是经选择的，以在所述混浊介质(45) 和其围绕物之间产生反差；-通过使用反差光电探测器单元来探测(220)所述混浊介质(45) 和其围绕物之间的所述反差；-使用所述探测的反差来重构(225)所述混浊介质(45)内部的图像。
2、 如权利要求l中所述的方法，其中，所述几何结构输入光和所述几 何结构介质的组合是经选择的，使得所述几何结构介质对所述几何结构输 入光基本上是透明的，并且其中，所述几何结构输入光和所述界面的组合 是经选择的，使得在所述界面处，相对于混浊介质的围绕物，所述混浊介 质(45)对所述几何结构输入光基本上是不透明的。
3、 如权利要求2中所述的方法，其中，所述几何结构介质是匹配介质 (50)，具有对所述透射光减小所述混浊介质(45)和其围绕物之间的边界效应的光学性质。
4、 如权利要求1或2中所述的方法，其中，所述几何结构输入光和所 述几何结构介质的组合是经选择的，使得所述几何结构输入光激发包括在 所述几何结构介质中的荧光剂。
5、 如权利要求4中所述的方法，其中，所述几何结构介质是匹配介质 (50)，具有对所述透射光减小所述混浊介质(45)和其围绕物之间的边界效应的光学性质。
6、 如权利要求l、 2、 4或5中所述的方法，其中，所述透射输入光和 所述几何结构输入光在相同处。
7、 如权利要求1-6中所述的方法，还包括通过在所述混浊介质(45) 和其围绕物之间的所述界面处容纳反差增强剂(60)来增强所述混浊介质(45)和其围绕物之间的所述反差的步骤。
8、 如权利要求6中所述的方法，其中，所述反差增强剂(60)是经选 择的，以至少部分地反射几何结构输入光。
9、 如权利要求6中所述的方法，其中，所述反差增强剂(60)是经选 择的，以至少部分地吸收几何结构输入光。
10、 如权利要求6中所述的方法，其中，所述反差增强剂(60)是经 选择的，以响应所述几何结构输入光的至少一部分而发射荧光。
11、 一种用于对混浊介质(45)的内部成像的系统，其包括- 接收容积(15)，用于容纳所述混浊介质(45)并且用于容纳匹配 介质(50)以减小光学边界效应和所述混浊介质(45)和其围绕物之间的 界面；- 透射光源(5)，用于生成要耦合到所述接收容积(15)中的透射 输入光，所述透射输入光是经选择的，使得它能够传播通过所述混浊介质(45);- 透射光电探测器单元(10)，用于探测从所述透射光源(5)到所 述接收容积中的透射输出光，其特征在于 所述系统还包括- 几何结构光源(5)，用于生成要耦合到所述接收容积(15)中的 几何结构输入光；- 几何结构介质，用于在将几何结构输入光耦合到所述接收容积 (15)中时围绕所述接收容积(15)中的所述混浊介质(45);- 反差光电探测器单元(10)，用于通过探测作为将几何结构输入光 耦合(215)到所述接收容积(15)中的结果而从所述接收容积(15)发出 的输出几何结构光来探测所述混浊介质(45)和其围绕物之间的反差；- 图像重构单元(12)，用于使用探测的透射输出光和所述探测的反 差来推导所述混浊介质(45)的内部的图像，用于执行根据权利要求i-io的任意一项的所述方法。
12、 如权利要求11中所述的用于对混浊介质的内部成像的系统，其中， 所述系统还包括反差增强剂，用于增强所述混浊介质(45)和其围绕物之 间的反差。
13、 如权利要求11或12中所述的用于对混浊介质的内部成像的系统， 其中，所述透射光电探测器单元和所述反差光电探测器单元包括在单个光 电探测器单元中。
14、 一种医疗图像采集系统，其包括- 接收容积(15)，用于容纳所述混浊介质(45)并且用于容纳匹配 介质(50)以减小光学边界效应和所述混浊介质(45)和其围绕物之间的 界面；- 透射光源(5)，用于生成要耦合到所述接收容积(15)中的透射 lr入光，所述透射输入光是经选择的，使得它能够传播通过所述混浊介质(45);- 透射光电探测器单元(10)，用于探测从所述透射光源(5)到所 述接收容积中的透射输出光，其特征在于所述医疗图像采集系统还包括- 几何结构光源(5)，用于生成要耦合到所述接收容积(15)中的 几何结构输入光；- 几何结构介质，用于在将几何结构输入光耦合到所述接收容积 (15)中时围绕所述接收容积(15)中的所述混浊介质(45);- 反差光电探测器单元(10)，用于通过探测作为将几何结构输入光 耦合(215)到所述接收容积(15)中的结果而从所述接收容积(15)发出 的输出几何结构光来探测所述混浊介质(45)和其围绕物之间的反差；- 图像重构单元(12)，用于使用探测的透射输出光和所述探测的反 差来推导所述混浊介质(45)的内部的图像，用于执行根据权利要求i-io的任意一项的所述方法。
15、 如权利要求14中所述的医疗图像采集系统，其中，所述系统还包 括反差增强剂，用于增强所述混浊介质(45)和其围绕物之间的反差。
16、 如权利要求14或15中所述的医疗图像采集系统，其中，所述透 射光电探测器单元和所述反差光电探测器单元包括在单个光电探测器单元 中。
全文摘要
本发明涉及一种对混浊介质(45)的内部成像的方法，包括下述步骤在接收容积(20)里面容纳混浊介质(45)；将来自透射光源的透射输入光(65)耦合到接收容积(12)中，所述透射输入光(65)是经选择的，使得它能够传播通过混浊介质(45)，并且至少一部分透射输入光(65)通过接收容积(12)中的匹配介质(50)，所述匹配介质(50)是经选择的，以减小在混浊介质(45)和其围绕物之间的界面处的光学边界效应；通过使用透射光电探测器单元，探测作为将来自透射光源的透射输入光(65)耦合到接收容积(12)中的结果而从接收容积发出的透射输出光。本发明还涉及用于对混浊介质(45)的内部成像的系统和医疗图像采集系统，都使用所述方法。根据本发明，用于对混浊介质(45)的内部成像的所述方法、系统，及医疗图像采集系统调整为使得能够获得关于混浊介质(45)的外部的数据。此目的的实现在于该方法还包括下述附加的步骤将来自几何结构光源的几何结构输入光(70、75、80)耦合到接收容积(12)中，接收容积包括混浊介质(45)，接收容积(12)还包括用于在将几何结构输入光(70、75、80)耦合到接收容积(12)中时围绕混浊介质(45)的几何结构介质(60)，并且几何结构输入光(70、75、80)、几何结构介质(60)及界面的组合是经选择的，以在混浊介质和其围绕物之间产生反差；探测混浊介质(45)和其围绕物之间的反差；使用探测的反差重构混浊介质(45)的内部的图像。
文档编号G01N21/49GK101313210SQ200680043782
公开日2008年11月26日 申请日期2006年11月20日 优先权日2005年11月23日
发明者L·P·巴克, M·B·范德马克, M·C·范贝克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司