专利名称：Nir临床光学扫描系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维光学成象技术，尤其涉及复杂的随机介质如人体组织中通过检测从介质发射的散射光，对吸收和/或散射结构进行的检测和三维成象。
背景技术：
大多数能够提供人体内部三维成象的医学诊断设备极为笨重，并且价格昂贵。与磁共振成象(MRI)设备相关的空间要求和价格有时使得即使在要求为进行正确诊断而需要进行三维成象时，也是一种不切实际的诊断选择。传统的借助于计算机辅助断层成象(CAT)扫描系统除了笨重和价格昂贵以外，还要求病人暴露在潜在的有害辐射下。
有时，人们需要采用对隐埋在散射介质(如人体组织)中的物体进行检测和识别的光学方法，这是因为光学系统可以做得小型、轻盈，并且相对价格低廉，同时还不会有从电磁频谱有害部分产生的辐射。光学系统还能够通过进行频谱分析，确定结构的化学组成以及从MRI或CAT成象系统所不能得到的能力。
在医学领域中使用光学系统的一个问题是，人体是一个不透明的或散射的介质，它使入射光在目标物体上漫反射，从而使来自物体的位置和表面解剖数据不清楚。不透明介质中隐埋的成象物体的成功的光学诊断工具必须能够从由隐埋目标反射的多途径散射光信号中获取有用的信息。
Barbour等人的标题为“随机介质的成象方法”的美国专利5,137,355(下称“Babour’355专利”)在此引述供参考。本发明揭示了一种根据显著穿透人体组织的近红外电磁波频谱区域中散射光的测量的非侵入式的医学成象技术。在这种技术以前，人们已经对不透明介质中目标的光学检测作了大量的工作，但隐埋物体深度和结构的成象物体仍然没有解决。Barbour的‘355专利的技术使得观察者能够精确地检测三维图象，并给出不透明介质中目标物体的光谱学特征。
Barbour的’355专利中揭示的技术采用多个波长的准直源和准直接收器，并对入射光每一位置的样品产生的散射光进行位置和角度扫描。这种技术使得可以确定不透明介质中物体的深度、结构和吸收和散射特性。
Barbour的’355专利中揭示的方法给出有关如何恢复高散射介质内部结构的图象的基本描述。唯一的要求是，它要求检测到的信号经过充分的散射，从而按照颗粒图象(即辐射传输方程)精确地描述每一次传播途径。所以，根据传播信号时间特征的估算，该方法可以用于各种类型的能量源(如电磁的、声学的和粒子线束)和各种源条件(即，直流的、时间分辨的或交流的)。尽管这种方法总体上讲是正确的，但并不能详细地说，特别是在非理想情况下，怎样进行测量是最好的。
例如，最好要求高质量图象的结构消除这些不理想的因素，如由病人的呼吸和心跳引起的不可避免的运动所产生的运动假象。
发明概述本发明是一种改进的光学成象装置和对非均匀样品的几何结构进行成象并使运动假象为最小的技术。
按照本发明的对具有非均匀表面几何结构的组织结构进行光学断层成象的装置包含能够提供具有至少能使通过组织的传输衰耗的波长的光的光源；由光纤束组成的光纤阵列，用来将光从光源传送到要成象的组织；以及由接收组织散射的光的光纤束组成的第二光纤阵列；一可调组件，它包含一个支承每一光纤束的一端的可调支承构件，光纤束沿每一支承构件部分分布，支承构件与正被成象的样品表面一致，从而在多个相隔开的点处，将光发送到成象组织的表面上以及收集从该表面上反射的光；以及一个检测器阵列，它接收第二光纤束中的光纤收集的光。
有几种光源适合用于该装置中，包括二极管激光器、Ti蓝宝石激光器、染料激光器、多波长激光器、连续波(CW)激光器，以及脉冲功率激光器。在本发明的较佳实施例中，光源发射电磁波近红外部分的光。光纤阵列有一个靠近光源的可平移的光接收端。
在一种较佳实施例中，该装置有一个介于光源和光纤阵列之间的聚焦透镜。另外，可调支承构件可以由具有塑性记忆的变形材料来构筑，或者由形成一个或多个同心可调光阑的机械元件组成。该较佳实施例还具有介于第二光接收光纤阵列和检测器阵列之间的衰耗器，用以控制从样品收集的光的动态范围。
从下面较佳实施例的详细描述和附图，读者将会更清楚地理解本发明的进一步的特征、方面和优点。
附图简述
图1是含有本发明的NIR临床光学扫描系统的整体系统方框图；图2A是按照本发明的可调虹膜片的放大透视图；图2B是按照本发明的可调虹膜组件的透视图；图2C是按照本发明的可调虹膜组件的闭合透视图；图3是衰耗器组件的透视图；图4A是按照本发明的输出耦合器俯视图；图4B是检测器阵列的图形表示；图5A是本发明实施例用作双乳房扫描器的主视图；图5B是图5A中描述的双乳房扫描器的一个扫描头的放大侧视图。
较佳实施例的详细描述在按照本发明的一个方面中，提供的光学成象装置使得能够对非均匀几何结构进行三维成象。这时，装置可以被构筑为使来自非平面样品的散射光的收集为最佳，并且能够通过产生一个包围和封闭处于测试下的非均匀体几何形状的共形结构，来减少运动假象，从而使图象处理具有所需的稳定的和精确的几何信息。
在该较佳实施例中，本发明检测因光学非均匀性(如位于正常人体组织内的光学离散介质内的肿瘤)所产生的散射光。源光纤使光通过共形结构投射到目标介质(即人体组织)上。通过介质传播的光在射出之前经受多途径散射。发射光是通过也是位于共形结构内的接收光纤束来收集的。
本发明的特征是，使光散射的目标介质每一部分所产生的射出光产生相对贡献。这一特征考虑了正进行分析的目标部分的深度，以及接收光纤相对于源光纤的距离和角度。目标数据是根据先前由散射介质产生的取决于位置的光通量信息的校准测量来决定的；因此，要求严格地知道源光纤和接收光纤相对于目标的位置。本发明的共形结构与现有技术相比，提高了这一位置信息的精确度。在确定了每一部分产生的相对贡献以后，可以用计算机，由该信息劳重新构筑一个三维的图象。
图1是采用本发明的NIR临床光学扫描仪的较佳实施例的整体系统方框图。该系统包含一光源组件100、可调光阑组件130、衰耗器组件160、检测器阵列180，和计算机190。光源组件100包括一个近红外源102、聚焦透镜104和一个可平移光纤阵列106。使一部分从光源组件100发射光偏转到参考检测器110，从而可以监视和校正源功率电平的波动。使其余的光投射到可调光阑130，该组件将发送和接收光纤束145罩住，用以投射和收集目标样品140处的光。
在本较佳实施例中，可调光阑组件130包含多个共形光阑光阑(未示出)，它是可以调节以适合于目标样品140的特定表面几何形状的。共形光阑光阑罩住发送和接收光纤束145的尾端，从目标样品140发送并接收光。在另一种实施例中，可调组件是由变形材料构成的。从接收光纤束155收集的光被投射到衰耗器组件160上，从而从目标样品140射出的散射光强度在较宽的动态范围内是可调的。衰耗器组件160包含多个改变光学强度的衰耗器。在本发明的一种实施例中，衰耗器是中性密度滤光器。在另一种实施例中，衰耗器是偏振器。
光在通过衰耗器组件160以后，被投射到检测器阵列180。检测器阵列最好是一种标准的CCD阵列。代表三维图象信息的电信号从检测器阵列180发送到计算机190，用以重新构筑图象。本系统与上述’355专利的一部分不同点是，成象光是被投射到和从被分析的介质收集的。
图2A是可调光阑光阑200的放大透视图，它包括发送和接收束210，和可调光阑开孔220。图2B是一可调光阑组件240的透视图。图中采用典型的线束225更详细地示出了发送接收束(bundle)210。图2B中有18个发送/接收线束225。发送/接收线束225由支承结构230和235作刚性支承；支承结构230使发送/接收线束225与测试中的样品(未示出)接触。高整可变光阑245与正测试中的样品紧密贴合在一起。
图2C是可调光阑组件240的闭合(close-up)透视图。图中详细示出的支承结构235带有位于光纤端口255下方延伸的金属杆250，使得当光阑245开启或关闭时，所有支承构件235能够一起移动。例如，光阑245可以由一系列局部重叠的活动钢板构筑，使得金属杆250附装在它上面，从而活动钢板重叠的程度控制光阑开孔的直径。也可以采用其他许许多多的结构来实现这一可调性。
在另一种实施例中，光阑是由固定的支承架构成的，支承架235可以径向并独立地朝向开孔移动或离开该开孔。通过使支承架235独立移动与要成象的组织接触或靠近要成象的组织，来实现线束(bundle)终点的外围定位(conformity)。
图3示出的是衰耗器组件300，包括外柱体310、内柱体320、接收线束330、衰耗器340和发送线束350。
图4B示出的是安装有发送线束410的检测器阵列400。
图5A是作为本发明实施例的双乳房扫描器的主视图，图中给出了两个扫描头510。图5B是扫描头510中的一个的放大侧视图，其中包括有可调光阑520、530和540。
光源组件100提供用于受检样品辐照的NIR光。有各种各样的NIR激光器102，如二极管激光器、Ti-蓝宝石和染料激光器，它们可以工作在CW(连续波)到超短时间脉冲范围内。将激光耦合到光纤阵列106中是通过采用聚焦透镜104将光聚焦到光纤的近端来实现的。通过机械装置驱动的可平移光纤阵列106最少含有100个被套住的光纤束120，每一线束含有多个小直径的光纤(＜200μ)，总工作面积最小为2mm2。
采用发送光纤束120，通过发送/接收线束120将NIR激光传送到可调光阑组件130中的各个位置上。
可调光阑组件130包括几个平行可调的光阑单元，每一个均罩住最少20个发送/接收线束120。可调光阑组件130刚性地固定在隔离环境光的外壳上。图2A、2B和2C中示出了组件130中所包含的一个独立可调的光阑光阑。这些光阑很好地与对光进行投射和收集的发送和接收光纤束210的开孔220中的目标样品共形贴合。
尽管光是从密集目标如人体组织的高散射介质中隐埋的肿瘤散射得到的，但射出的信号电平有较大的动态范围。最强的信号是那些在源附近直接从后向散射的；信号是以倾斜的角度散射的，并在组织内经过多次反射，比直接从后向散射的信号要弱得多。因此，需要使某些射出信号衰耗，特别是那些靠近入射光源的信号。对于断层测量来说，信号的位置将随光源的位置而变。
采用图3中所示的衰耗器组件300，可以有效地完成用于任何光源位置的给定光纤束的选择性衰耗。衰耗器组件300由两个固定的同心圆柱形外壳组成，一个外柱体310和一个内柱体320，它们之间是一个含有多个衰耗器340的旋转结构。在本发明的一个实施例中，衰耗器是分级的(graded)中性密度滤光器。在本发明的另一个实施例中，衰耗器是偏振器。
参见图3，内柱体320罩住来自可调光阑组件130的接收线束330的尾端；这些线束传送从目标样品140收集的光信号。从接收线束330射出的光有选择地由衰耗器340衰耗。外柱体310罩住发送线束350，发送线束350收集从衰耗器340射出的光，并通过图4A中所示的输出耦合器，将经衰耗的光投射到图4B中所示的检测器阵列400。
图4A中，外耦合器420由外安装装置430和内安装装置435保持。内安装装置435通过安装螺丝440将光纤束450保持在其位置上。光纤束450将光从衰耗器组件300发送到检测器阵列400。
在另一个实施例中，通过将一个透镜(未示出)安装在外柱体310内而将从接收线束330分散的光重新射出到分散线束350的近轴端，可以增强信号的强度。然而在本发明的另一个实施例中，对于荧光应用场合，可以在接收线束330和发送线束350之间再加进一个波长选择滤光器，以阻塞激励场(excitory field)。
由发送线束350从衰耗器340收集的光被投射到图4B中所示的检测器阵列400。根据激光器102的类型以及所期望的临床应用情况，可以采用任何数量的光检测器或检测器阵列400。冷却的线性CCD适合于大多数的应用场合。正如本领域中大多数技术人员知道的那样，附装在检测器阵列400前端上的一种合适的结构(未示出)可以将发送线束350的末端保持在相对于检测器阵列400的固定位置上，从而可以得到精确的位置信息。
按照本发明的进一步的方面，外壳由黑塑料制成，用以将本发明的内部组件与环境光屏蔽开。本发明的另一个实施例包括一个橡皮坝(rubber dam)结构，形成一个对极端情况的防水密封结构，使腔体内填满散射液体。橡皮坝和散射液体改进了光纤和要求用于图象计算的样品之间的边界匹配条件。
在本发明的另一个实施例中，只要合适，可以采用双头扫描仪，对双侧附属部分(如乳房、四肢)进行鉴别测量。图5A示出的是双乳房扫描的正视图。该实施例中，本发明由含有两个可调光阑组件130的双头扫描仪510组成，并且可以同时紧贴病人的两个乳房。图5B是双头扫描仪510中的一个头的放大侧视图，为描述方便，给出了三个可调光阑520、530和540。
将从检测器阵列400得到的测量信号数字化，并发送到主计算机，该计算机还控制电子线路的运行、光源移动和衰耗器340的位置。主计算机还用来计算重新构筑的图象，并用于图象显示。
图象的重新构筑是用上述美国专利5,137,355中的方法实现的。它考虑了用粒子模型进行的光子传送的成形，并用几个估算线性干扰模型的代数解算器中的任何一个分析测得的数据。
在本发明的另一个实施例中，光源单元100含有一个或多个多波长的光源。在本发明的另一个实施例中，扫描仪是以荧光检测模式工作的。
本发明的一个主要特征是使目标结构对照移动假象具有稳定性并且同时很好地使之与规则的几何尺寸吻合(conform)的能力。后者是很有利的，这是因为当估算具有规则边界和任意边界的结构时，可以提高数字计算的效率。另外，其他的设计特征包括测量头能够进行平稳接触测量(即不需重压)的能力，以及装置能够与各种人体结构接触的几何兼容性。
在该较佳实施例中，后者可以用附装光纤的机械光阑来完成。光阑的调整可以在完全控制下用移动一控制装置来实现。另外，光阑头可以容易地扩展，以包括一个相隔开的光阑阵列，它们基本上排列成平行的平面，使得能够进行三维结构的表面测量。
光能，例如从激光源产生的光能，被引入到端接在光阑单元处的光纤内。这可以采用几种不同的方式来实现。在一种实施例中，发送光纤是位于圆形结构中的，该圆形结构被罩在一个柱形结构内，柱形结构中，有一个受计算机控制的并且使光偏转到光纤内的旋转棱镜。光纤可以是呈线束状的，或者是由单个的光纤组成的，该光纤具有适当大的直径(～1mm)。不管是在哪一种情况下，都可以将它们封装起来而避开环境光。光阑单元内，还有接收光纤。可以使这些光纤的末端靠近发送光纤的各个发光端，或其他的位置处。发送一接收光纤排列结构的精确的几何形状不是严格要求的，只要求能够看到光源光纤就可以了。
在该较佳实施例中，我们已经选择了采用排列成“牛眼”的分叉光纤。“牛眼”的中央位置含有发送光纤束；“光环(halo)”含有接收光纤。光阑头自己可以由一个或多个单元组成。在后一种情况下，进入阵列任何一处的光会在任何一个地方退出目标组织。随后，接收光通过接收光纤发送到滤光器单元内，用来使靠近源光纤的地方的高强度信号得到所期望的衰耗。
为了能够适应重新确定光源的位置，还必须重新确定滤光器单元的位置。这是用可移动的滤光器阵列来实现的，该可移动的滤光器阵列与源光纤的位置是同步的。在一个实施例中，有两个固定嵌套的柱体，一个罩住来自光阑单元的光纤，另一个罩住与之相距一短距离的接收光纤。其间有一个可移动的滤光器阵列，它的位置是与源光纤同步的。在滤光器单元的另一个实施例中，来自光阑的光纤和相对的接收光纤被罩在其间的圆盘内，它是一个旋转的滤光器阵列。不管是在哪一种实施例中，通常只有靠近源的信号需要接收信号的衰耗，尽管必要或者要求的话，也可以实现来自更远的光纤的信号的衰耗。自然，正对源光纤的那些接收光纤将具有低得多的强度，并且在这些情况下，附加的信号衰耗通常是不必要的，并且通常也是不要求的。
随后，通过滤光器单元的光投射到光检测器上。再有，可以采用许多种显示方法。一种方法是，可以定位各个检测器的位置使能够直接接收通过旋转滤光器传送的光。另一种方法是，传送到滤光器单元中相对的接收光纤的光可以与一锥形光纤相接，其窄端与一面积检测器(area detector)如一个二维CCD或CID检测器接触。
上述系统可以被恰当地看作是代表一个几何上自适应的接口装置。其一端是一个光源，其另一端是一个检测器。其间是光阑单元，和需要用来将光投射到光阑上并执行所有所需的信号调节(即衰耗)的附加装置。所以，该单元可以容易地适合于所有的光源条件如DC、调幅或脉冲源。它也可以适合于所有适用于所选光源条件的检测器。
实际上，光阑单元自己最好被罩在一个封壳内，使其与环境光隔开。还可以将其构筑成能够将散射液体引入光阑头内，从而简化边界条件。在后一种情况下，需要一个呈橡皮臂(rubber arm)形式的液体密封装置，该装置与目标组织相接。
与先前在Barbour的’335专利中指出的那样，分析从上述装置得到的测量数据。原则上可以采用任何一种类型的扰动(perturbation)方法。这些方法通常是某种类型的代数重建方法。其求解局限于一阶Bova或Rytov近似，或者也可以采用迭代的牛顿求解方法。正象人们所知道的那样，在后一种情况下，从规则几何形状得到的测量数据可以比从具有任意边界物体得到的数据更有效地进行分析。这是本发明的光阑单元所具有的一个重要特征。
除了对测得的数据进行分析以重建图象以外，还据理解，也可以按照特征获取程序独立地对数据进行分析。原则上，据认为，因为测试物体(如乳房)的外部几何形状是固定的，并且是已知的，所以这就限制了断层数据集中可能的图形数。先验地，期望不同的病状对光在组织中的传播具有不同的影响是合理的。如果目标的外部几何限制是受到严格限制的(即，是一个圆)，那么数据中可能图形的范围也类似地受到限制。因此，除了防止移动假象以外，光阑单元自然也使得能够对很好适用于分析图形恢复问题作为特征获取问题的数据进行测量。采用标准的神经网络方案如向后传播，能够容易地估计特征获取。从对已知并且很好确定了病理的病人进行的测量中将得到这种情况下的训练矢量(training vector)(即，正态性数据)。
对于人体组织进行的测量，可以预期，受检目标会具有非均匀的边界，并且会具有移动假象。例如，对乳房非接触评估肯定是这种情况。乳房是一个可变形的结构。其外部的几何形状随主体的取向以及支承结构而变。另外，可以期望，呼吸和心脏活动会引入不确定的假象。
这些类型的变量可能会在获得高质量图象中有问题。移动假象作为测量数据中使图象质量变坏的噪声源。尽管Barbour的’355中的方法能够估计具有非均匀边界的结构，但当外部边界是光滑和规则(如柱形、半球形几何形状)的时候，可以采用许多更有效的适用于不同类型的方法(如有限差分法、有限元解法)。在反向问题采用递归解法的情况时，更是这样，这时，采用多网格坐标前向解答器(multi-grid forward solver)可以大大减少计算时间。因此，本发明可以满足使移动假象为最小并且同时使目标结构的几何形状为简单形状的要求。由于测量装置在几何形状上是适合的，所以可以对各种人体结构进行检查。
总体上说，上述装置与现有技术的光学扫描器相比，提高了信号的保真度。在本发明的较佳实施例中，共形结构含有基于纤维光学的断层组件，该组件罩在一个可调的多层光阑架内，该框架可以使多个光纤与皮肤直接接触，而仅有光对人体组织产生适度的压缩。这种设计有几种有用的用途。它可以在捕获数据期间，用作在机械上使组织稳定，从而使移动假象为最小。在某些情况下，还可以使组织形成与光阑开孔一样的几何形状。这使得可以改进信号的收集，同时可以精确地知道与目标介质的几何形状相关的光纤位置。通过调整与组织几何形状相关的多层光阑中每一层的开孔，可以得到非均匀人体结构(如乳房)的精确外形。整个光阑组件被刚性地罩在一个更大的框架内，用来隔离环境光，并且可以被散射液体填满，而改进边界的匹配。
上述装置和系统使得能够用低成本的光学扫描仪，对较厚的组织结构进行实际的NIR光学断层成象研究，用来对各种病理状态(如癌症诊断和分级、缺氧状态的估计、血管病理等)进行检测和成象。另外，本系统使得我们能够应用Barbour的’355专利的基本概念，同时使之能够对非均匀几何形状进行高精度、高灵敏度的测量。
如上所述，新系统还具有高灵活性，可以容易地适用于成人各种身体极端情况的检查估计(如胸部、四肢、生殖器、头和颈)，并且可以用于婴儿总体积的估算。本系统还可以用于兽医学检查，如动物肢体和关节的检查评估，如赛马。
上述单元重量轻、体积小，耗能适中，并且采用低成本的光源和检测器。另外，用最少数量的机械操作，可以实现断层数据的收集。生产单位可以容易地将其安装在实验装置上。还可以对实施例作小的更改，一个对多个波长光学和荧光测量以及双头单元。本发明的范围并非仅限于医学领域，可以应用于不透明介质中隐埋物体的三维成象，例如食品的远程检查。
本发明的一个优点是图象精确性的灵敏度和外部组织几何形状误差、源和检测器的位置的稳定性以及对移动假象的灵敏性。
本发明的另一个优点是可以采用各种光源(激光光源)，将NIR光耦合到光纤内。
尽管上文中参照附图详细描述了本发明的实施例以及各种改进形式，但是，应当理解，本发明并非仅限于这些实施例和所描述的修改形式，在不偏离权利要求书所描述的发明范围和精神的情况下，本领域中的技术人员还可以对这些实施例作各种更改和进一步的提高。
权利要求
1.一种对具有非均匀表面几何形状的组织结构进行光学断层成象的装置，其特征在于，它包含光源，所述光源能够提供具有一波长的光，所述光能够至少在通过所述组织传输时产生衰耗；第一光纤阵列，它包括将光从所述光源传送到要成象的所述组织的光纤束；第二光纤阵列，它包括接收所述组织散射的光的光纤束；可调组件，所述可调组件包括一可调支承构件，它支承每一光纤束的一端，所述光纤束来自所述第一和第二光纤阵列，并且沿每一支承构件的一部分分布，与要成象的样品表面吻合，从而将光发送到被成像组织的表面，并且在多个相隔开的点处收集从被成象组织表面发射的光；以及检测器阵列，它接收所述第二光纤束中的光纤收集的光。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源是从一组激光器中选择出来的，所述一组激光器是二极管激光器、Ti蓝宝石激光器、染料激光器、多波长激光器、连续波(CW)激光器以及脉冲功率激光器。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光源所发射的光在电磁频谱的近红外部分。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤阵列具有靠近所述光源的可平移的光接收端。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包含一个介于所述光源和所述光纤阵列之间的聚焦透镜。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承构件是由一变形材料构成的。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承构件包含一可调光阑。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包含一介于所述光纤束和所述检测器阵列之间的衰耗器，所述光纤束从所述可调组件发射光。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述衰耗器包含罩住来自所述可调组件的光纤束的内柱体；罩住将光引入所述检测器阵列的光纤束的外柱体；以及介于所述内、外柱体的多个衰耗器。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个衰耗器包含各具有多个密度值的中性密度滤光器。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个衰耗器包含偏振器。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包含一个参考检测器，所述检测器监视所述光源，所述光源来自一部分所述光纤阵列，所述光纤阵列从所述光源接收光。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包含一个外壳，所述外壳围住所述可调组件，从而所述外壳阻挡环境光。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述外壳还包含一橡皮坝，用以包容浸入的折射率匹配的液体。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测器阵列是一个电荷耦合器件(CCD)检测器阵列。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，在所述检测器阵列和从所述可调组件发射光的所述光纤束安装端之间有一个固定的物理关系。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包含一第二可调组件，以形成一双头扫描仪。
18.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述衰耗器还包含一波长选择滤光器。
19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤束包含多个小直径的光纤，每一光纤具有小于200微米的直径，并且所述光纤束中的每一个具有至少为2平方毫米的总工作面积。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，有一个最小数量为100的光纤束。
21.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包含用于三维图象重建的计算装置和从所述检测器阵列接收的数据的显示器。
22.一种对具有非均匀表面几何形状的组织结构进行光学断层成象的方法，其特征在于，它包含下述步骤采用一可调组件，使之与受测样品的几何形状很好吻合；用通过可调组件中含有的发送光纤束从一光源得到的光辐照所述样品；用所述可调组件中含有的接收光纤束，在所述光源波长下，从所述样品收集散射光；用一检测器阵列检测被散射的光；用能够构筑和显示来自被散射的光的三维图象的计算机分析被散射的光。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，来自所述样品的所述散射光处在所述光源波长以外的一个波长下。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述样品是在多个光源波长下辐照的。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，它还包含通过将一部分所述光源的光偏转到一参考检测器来监视所述光源的光的步骤。
26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，它还包含有选择地使来自所述样品的散射光衰耗的步骤。
27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，它还包含通过用一外壳将所述可调组件罩住来挡住环境光而使所述可调组件不受影响的步骤。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，它还包含通过用折射率匹配液体来填满所述外壳而使所述受测样品折射率匹配的步骤。
29.如权利要求22所述的方法，其特征在于，它还包含用两个可调组件形成一双头扫描器的步骤。
30.如权利要求22所述的步骤，其特征在于，它还包含采用一波长选择滤光器的步骤。
31.如权利要求22所述的方法，其特征在于，它还包含采用包含多个小直径光纤的光纤束的步骤，每一所述小直径光纤的直径小于200微米，并且所述光纤束中的每一个具有至少为2平方毫米的工作面积。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，它还包含最少采用100个光纤束的步骤。
全文摘要
本发明涉及三维光学成象技术,尤其涉及通过检测从介质射出的散射光,对复杂随机介质如人体组织中的吸收和/或散射结构进行检测和三维成象。按照本发明对具有非均匀表面几何结构的组织结构进行光学X线断层成象的装置包含:光源,它能够提供具有一波长的光,所述波长的光能够在通过所述组织传送时产生衰耗:光纤阵列,它由将光从光源传送到要成象的组织的光纤束组成,以及第二光纤阵列,它由接收组织散射的光的光纤束组成;可调组件,它包含一支承每一光纤束的一端的可调支承构件,光纤束沿每一支承构件的一部分分布,与要成象的样品表面吻合,从而将光传送到该表面,并在多个相隔开的点处,从成象组织的表面收集发射的光;以及一检测器阵列,它接收第二光纤束中的光纤收集的光。
文档编号G01N21/47GK1276869SQ98810247
公开日2000年12月13日 申请日期1998年10月5日 优先权日1997年10月16日
发明者R·L·巴伯 申请人:纽约州立大学研究基金会