专利名称：用于对混浊介质的内部成像的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对混浊介质的内部成像的设备，所述设备包括a) 用于容纳所述混浊介质的测量容积；b) 用于辐照所述混浊介质的光源；c) 用于将来自所述光源的光耦合到所述测量容积中的耦合构件；d) 用于探测作为对所述混浊介质的所述辐照的结果从所述测量容积发出 的光的探测构件；e) 用于从所述探测的光来确定所述混浊介质的内部的图像的图像重构构 件。本发明还涉及包括所述设备的医疗图像采集设备。从美国专利6327488 Bl己知这种设备的实施例。所述已知设备能够用 于对诸如生物组织的混浊介质的内部成像。在医疗诊断中，所述设备可以 用于对女性乳房的内部成像。诸如乳房的混浊介质被容纳在测量容积内部 并且由来自诸如激光器的光源的光辐照。所述测量容积可以由只具有一个 开口侧的固定器限定，所述开口侧由边缘部分限定。此边缘部分可以设置 有可弹性变形的密封环。从美国专利6480281 Bl已知该固定器。从测量容 积发出的光被探测并用于推导出所述混浊介质的内部的图像。已知设备的缺点是其包括使用多个光源，每个产生不同波长的光并且 每个需要其自己的系列测量，当所述设备用于医疗诊断中时，例如用于对 生物组织的成像，执行光谱测量，例如用于获得信息，在此信息的基础上 能够确定损害的性质。本发明的目的是在可以用于确定探测的损害的性质的测量中更容易地 获得光谱信息。根据本发明，实现了此目的，因为所述设备的特征在于f) 设置所述光源，用于利用光辐照所述混浊介质，该光具有选择的波长，使得所述光在所述混浊介质中的造影剂中弓I起荧光发射；g) 设置所述探测构件，用于探测至少两个谱区中的所述荧光发射；h) 设置所述图像重构构件，用于针对探测的所述至少两个谱区来执行图 像重构计算；0提供一种构件，用于从对所述荧光发射的所述至少两个谱区中的荧光的 局部吸收来确定所述混浊介质中存在的预定成分的局部浓度。本发明以承认存在于混浊介质中的成分可以选择性地吸收存在于混浊 介质中的荧光谱的不同部分的光为基础。这意味这通过对至少两个谱区中 的荧光的局部吸收的探测能够确定存在于混浊介质中的预定成分的浓度。 利用合适的预定成分，预定成分的浓度给予可以用于确定探测的损害的性 质中的附加信息。美国专利6694159 B2中提到了吸收谱的分光分析。然而，此分析不考 虑由荧光剂发射的光，而是考虑来自不存在于混浊介质中的外部光源的多 波长光。根据本发明的设备的实施例的特征在于所述预定的成分选自包括氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的组。此实施 例在医疗诊断中具有优势，在医疗诊断中，所述设备可以用于对女性乳房 的内部成像，对类似氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的物质的浓度的确定能 够提供关于损害的氧化的信息。肿瘤，包括乳房肿瘤，具有细胞分裂以需 要大量能量的快速速度发生的特性。因此，肿瘤由密度是健康组织中的血 管网络的密度的两倍的血管网络供血。此外，因为细胞分裂发生迅速，所 以肿瘤中或附近的血比健康组织中的血会含有较少的氧，因为氧被用于细 胞分裂过程中。因此，损害的氧化的信息，其可以是潜在的肿瘤，能够有 助于确定该损害的性质。本发明还涉及医疗图像采集设备，包括根据上述实施例的任意一个的 设备。将参照附图进一步阐明和描述本发明的这些和其它方面，其中
图1示意性地示出了用于对混浊介质的内部成像的设备的实施例；图2包括图2a、 2b、 2c、 2d、及2e，示例如何从对由混浊介质中的荧 光造影剂发射的光透射的测量来确定氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的浓 度；图2a示意性地示出了荧光造影剂的发射谱； 图2b示意性地示出了氧合血红蛋白的吸收谱； 图2c示意性地示出了去氧血红蛋白的吸收普；图2d示意性地示出了氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的组合的吸收谱；图2e示意性地示出了源自将图2a中所示的荧光造影剂的发射谱与图 2d中所示的氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的组合的吸收谱组合的透射谱； 图3示出了根据本发明的医疗图像采集设备的实施例。图1示意性地示出了如从现有技术已知的用于对混浊介质的内部成像 的根据本发明的设备的实施例。该设备1包括光源5、光电探测器单元10， 图像重构单元15、用于接收混浊介质25的测量容积20，所述测量容积20 由容器30限定，所述容器包括用于光35a的多个入口位置和用于光35b的 多个出口位置，并且光导40a和40b耦合到用于光的所述入口和出口位置。 设备1还包括选择单元45，用于将输入光导50耦合到容器中用于光35a 的多个选择的入口位置。为清楚起见，用于光35a的入口位置和用于光35b 的出口位置安置在容器30的相反侧面上。实际上，然而，两种类型的位置 都可以在测量容积20周围分布。混浊介质25容纳于测量容积20里面。混 浊介质25由来自光源5的来自多个位置的光辐照，因为光源5通过选择单 元45耦合到连续地选择的用于光的入口位置，所述选择的用于光的入口位 置从用于光35a的多个入口位置选择。从测量容积20发出的光由光电探测 器单元10从用于光35b的多个出口位置中从遍及用于光的较远的出口位置 的多个位置探测。图像重构单元15然后使用探测的光来推导混浊介质25 的内部的图像。根据本发明，设置光源5，使得能够用具有选择的波长的光 辐照混浊介质，以便在造影剂中引起荧光发射。此外，根据本发明，还设 置光电探测器单元10在其位置以探测在至少两个谱区中的荧光发射。根据 本发明，设备1还包括构件55，用于确定存在于混浊介质25中的预定成分 的局部浓度。这些构件可以并入到计算机单元中。仍然根据本发明，可以设置图像重构构件15用于针对在其中探测到荧光发射的至少两个谱区执行 图像重构计算。在医疗诊断中，在设备可以用于对女性乳房成像以检查肿 瘤的存在的地方，附加的信息可以用于帮助定位潜在的肿瘤。关于存在于 潜在的肿瘤中的预定成分的浓度的信息可以用于帮助确定该潜在肿瘤的可 能的性质。图2包括图2a、 2b、 2c、 2d、及2e，示例如何从对由混浊介质中的荧 光造影剂发射的光透射的测量来确定氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的浓 度。图2a示意性地示出了荧光造影剂的发射谱，由曲线60表示。波长在x 轴上以纳米绘出，而发射在y轴上以任意单位绘出。图2b示意性地示出了氧合血红蛋白的吸收谱，由曲线65表示。波长 在x轴上以纳米绘出，而吸收在y轴上以任意单位绘出。曲线65沿y轴的 值标定氧合血红蛋白的浓度。图2c示意性地示出了去氧血红蛋白的吸收普，由曲线70表示。波长 在x轴上以纳米绘出，而吸收在y轴上以任意单位绘出。曲线70沿y轴的 值标定去氧血红蛋白的浓度。图2d示意性地示出了氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的组合的吸收谱， 由曲线75表示。波长在x轴上以纳米绘出，而吸收在y轴上以任意单位绘 出。如图2b和2c中，曲线75沿y轴的值标定氧合血红蛋白和去氧血红蛋 白的浓度。曲线75的形状由分别在图2b和图2c中以曲线65和70所示的 氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的吸收谱的相对贡献来确定。图2e示意性地示出了源自将图2a中由曲线60所示的荧光造影剂的发 射谱与图2d中由曲线75所示的氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的组合的吸 收谱组合的透射谱，由曲线80表示。波长在x轴上以纳米绘出，透射在y 轴上以任意单位绘出。根据本发明，在至少两个谱区测量曲线80。在于至 少两个谱区测量曲线80后，针对图2a中由曲线60表示的荧光造影剂的发 射谱校正获得的值，因为获得的值被相同的谱区中的曲线60的发射谱的值 相除。如果从曲线80获得的值是源自曲线80在至少两个谱区的每个上的 积分的值，则每个值被源自在对应的谱区上曲线60的类似积分的值除。这本质上导致图2d中所示的曲线75，被在至少两个谱区中采样。然而，重要的差异是从图2e中的曲线80获得的信息用存在于混浊介质中的氧合 血红蛋白和去氧血红蛋白的浓度标定。在至少两个谱区中测量图2e中所示 的曲线80，针对图2a中所示的荧光造影剂的发射谱校正获得的数据，及将 结果分别拟合到图2b和2c中所示的曲线65和70，导致具有两个变量的至 少两个方程。从这些方程，至少能够获得混浊介质里面的氧合血红蛋白和 去氧血红蛋白的相对浓度。如果透射谱是存在于混浊介质中的N个成分的 荧光吸收的结果，则针对N个谱区执行上述程序导致具有N个变量的N个 方程。然后，从这N个方程能够计算N个浓度。
一直到这里，在关于图2的解释中，获得的浓度在荧光被探测前由其 在通过混浊介质传播的路径上平均了。然而，因为从多个位置对混浊介质 成像并且因为图像重构过程能够基于通过混浊介质传播并被在混浊介质外 面探测的光来提供混浊介质内部的图像，所以获得的关于浓度的信息能够 反算成没有在传播的路径长度上被平均的局部浓度。
图3示出了根据本发明的医疗图像采集设备的实施例。医疗图像采集 设备180包括如由虚方形表示的图1中讨论的设备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 190，例如，键盘，使得能够和被操作以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、 一种用于对混浊介质(25)的内部成像的设备(1)，包括a) 用于容纳所述混浊介质(25)的测量容积(20);b) 用于辐照所述混浊介质(25)的光源(5);c) 用于将来自所述光源(5)的光耦合到所述测量容积(20)中的耦 合构件(40a、 50);d) 用于探测作为对所述混浊介质(25)的所述辐照的结果而从所述测 量容积(20)发出的光的探测构件(10);e) 用于从所述探测的光来确定所述混浊介质(25)的内部的图像的图 像重构构件(15)，其特征在于f) 设置所述光源(5)，用于利用光辐照所述混浊介质(25)，该光具 有选择的波长，使得所述光在所述混浊介质中的造影剂中引起荧光发射；g) 设置所述探测构件(10)，用于探测至少两个谱区中的所述荧光发射；h) 设置所述图像重构构件(15)，用于针对探测的所述至少两个谱区 来执行图像重构计算；O提供一种构件(55)，用于从对所述探测的荧光发射的所述至少两 个谱区中的荧光的吸收来确定所述混浊介质(25)中存在的预定成分的浓 度。
2、 如权利要求l所述的设备(1)，其中，所述预定的成分选自包括氧 合血红蛋白和去氧血红蛋白的组。
3、 一种医疗图像采集设备，包括根据权利要求1和2的任一项所述的 设备。
全文摘要
本发明涉及一种用于对混浊介质(25)的内部成像的设备(1)。所述设备(1)可以用于在测量容积(20)里面容纳混浊介质(25)并且利用来自光源(5)的光辐照混浊介质(25)，其后，探测从测量容积(20)发出的光并将其用于确定所述混浊介质(25)的内部的图像。可以调整设备(1)，使得引入附加的构件，用于以在混浊介质(25)中存在的造影剂中引起荧光发射的光辐照混浊介质，用于在至少两个谱区中探测荧光发射，并且用于针对至少两个探测的谱区来计算图像重构。通过分光地探测荧光发射，其是波长的函数，能够获得信息，从该信息能够确定混浊介质里面存在的预定成分的浓度。
文档编号A61B5/00GK101312685SQ200680043803
公开日2008年11月26日 申请日期2006年11月13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