专利名称：光学匹配介质和用于获得这种介质的方法
技术领域：
本发明涉及一种光学匹配介质并涉及一种用于获得光学匹配介质的方法。特别 地，本发明涉及一种供在用于检查混浊介质的设备中使用的光学匹配介质。此外，本发明涉及一种用于检查混浊介质的设备并且具体地涉及一种医学图像获 取设备。
背景技术：
在本申请的上下文中，术语混浊介质被理解为意指由具有高光散射系数的材料组 成的物质，比如脂肪乳溶液或生物组织。而且，光被理解为意指波长在从400nm到1400nm范 围内的电磁辐射。术语“光学属性”包含优化散射系数(reduced scattering coefficient) μ /和吸收系数ya。而且，“匹配光学属性”被理解为具有相似的优化散射系数μ /和相 似的吸收系数μ a。近年来，已经发展出若干用于检查例如女性乳腺组织的混浊介质的方法和设备。 具体来说，已经发展出用于探测和分析乳腺癌的新设备并且已经改进了现有技术。WO 00/56206 Al公开了一种通过使用光源照射混浊介质和使用光电探测器测量 传输通过混浊介质的光的一部分，以用于对混浊介质的内部成像的设备。提供了一种控制 单元，其用于基于所测量的强度重构混浊介质的内部。所公开的设备具体地适用于检查女 性乳房。为了允许检查混浊介质，该设备设有围住(enclosing)测量容积并被设置为接纳 混浊介质的容器。用于检查混浊介质的光必须从光源传输到混浊介质并从混浊介质传输到 光电探测器。由于待检查的混浊介质的不同尺寸，用于接纳混浊介质的容器尺寸不完美地 匹配混浊介质的尺寸，即容器与混浊介质之间存在空间。多个光源和多个光电探测器分布 在容器壁各处。容器与混浊介质之间的空间用作为光学匹配介质的所谓光学匹配流体所填 充。光学匹配流体分别提供了待成像的混浊介质的部分与光源和光电探测器之间的光学耦 合。使用了其光学属性基本匹配待检查的混浊介质的光学属性的匹配流体。光学匹配流体 旨在防止光源与光电探测器之间的光学短切(short-cutting)，即光在没有传输通过混浊 介质的情况下从光源传输到光电探测器。光学匹配流体抵消了由容器中混浊介质的内部与 容器中剩余空间之间光学对比度的差异造成的重构图像中的边界效应。在所公开的设备 中，光源交替地照射混浊介质并且光电探测器测量传输通过混浊介质的一部分光。执行多 个这样的测量，并且基于这些测量结果，控制单元重构所检查的混浊介质的图像。已经发展出用于通过使用光对混浊介质的内部成像的若干类型的设备。这些设备 的实例是乳房造影设备和用于检查人类或动物身体的其他部分的设备。用于对混浊介质的 内部进行成像的方法的突出实例是扩散光学层析成像(DOT)。特别地，这些设备被设计用于 定位女性人体乳房的一部分的体内乳腺组织中不均勻性。恶性肿瘤是这种不均勻性的一个 实例。该设备旨在在这种不均勻性还很小时就探测它们，使得可以在早期探测到例如癌症。 这种设备的特别优点在于，病人不必经受借助例如X射线的电离辐射进行检查的危险。近年来，已经获得了用于通过使用光来探测乳腺癌的进一步增强方法的新途径。例如，已经发展出能够注入到身体内并将在癌细胞中积聚的荧光染料。如果该荧光染料随 后用适当波长的光激发，则可以探测到局部发射的光。基于所发射的光，可以确定癌的尺寸 和位置。因此，提供了用于探测和定位乳腺癌的强有力的方法。已经发现，在这些新发展的 技术中，需要具有特定波长的用于激发的光。特别地，波长在从650nm到900nm范围中的光 提供有希望的结果。在最近的试验中，已将具有730nm波长的激光器用作光源。然而，已知 光学匹配介质具有以下缺点针对大于700nm的波长没有提供或仅仅提供少量的吸收。因 此，已知光学匹配介质不是非常适合用在该新技术中。因此，出现了下面的需要发展出新 的适合与作为造影剂的荧光染料一起使用的光学匹配介质。出现的特别问题在于，新光学 匹配介质必须适合于直接接触待检查的混浊介质。适用于该目的的光学匹配介质必须提供在期望波长范围中与待查混浊介质的光 学属性匹配的光学属性，特别地为优化散射系数μ /和吸收系数ya。而且，必需的是，光 学匹配介质可以与待检查的混浊介质直接接触使用而没有伤害。这对于与体内人体组织接 触使用是特别相关。而且，需要成本高效地生产光学匹配介质。特别地，对于不同类型的混 浊介质的应用和对于需要新波长范围的应用，以低成本快速修改光学匹配介质的属性将是 有利的。
发明内容
本发明的目的是提供一种在期望波长范围中具有合适光学属性的光学匹配介质， 该光学匹配介质可以与混浊介质直接接触来使用并且可以以成本高效的方式生产。该目的是通过如权利要求1定义的光学匹配介质实现的。用于在用于检查混浊介 质的设备中使用的光学匹配介质包括吸收剂成份，该吸收剂成份为该光学匹配介质提供预 定的吸收属性。该吸收剂成份被选择为使得，相对于具有650nm到SOOnm之间波长的电磁 辐射而言，该光学匹配介质的光学属性基本匹配待检查的混浊介质的光学属性。该吸收剂 成份包括被批准在化妆品、食品和/或药物中使用的染料或色素。由于相对于650nm到900nm之间的波长而言，该光学匹配介质的光学属性匹配混 浊介质的光学属性，所以在用于检查混浊介质的内部的设备中，甚至在荧光染料用作造影 剂的情况下，光学边界效应也可以可靠地减少。由于吸收剂成份包括被批准在化妆品、食品 和/或药物中使用的染料或色素，所以可以以成本高效的方式将所期望的光学属性提供给 光学匹配介质并且可以可靠地确保与混浊介质的接触不会造成任何问题。优选地，吸收剂成份包括至少两种被批准在化妆品、食品和/或药物中使用的染 料或色素类型的组合。根据该特征，光学匹配介质的光学属性可以被精确地设计。具有不 同光学属性的两种染料或色素类型可以组合以实现一种具有与该混浊介质类似的光学属 性的光学匹配介质。而且，光学匹配介质到混浊介质的接触不会造成任何问题。如果吸收剂包括来自具有颜色指数(Cl) :74220、74160、77266、74260、61570、 75815和10020的群组中的染料或染料组合，则光学匹配介质可以通过使用可购得的染料 来生产。因此，可以以成本高效的方式生产该光学匹配介质。而且，已经发现，为了获得匹 配的光学属性，这些染料是非常适合的。根据一个方面，染料或色素类型被选择为 使得，相对于具有在730nm周围、优选地 在700nm与800nm之间、更优选地在650nm与900nm之间的范围中的波长的电磁辐射而言，该光学匹配介质的光学属性匹配混浊介质的光学属性。如果染料或色素类型以这样的方式 选择，则可以提供一种光学匹配介质，该光学匹配介质特别适合于探测癌细胞中积聚的荧 光染料的扩散光学层析成像(DOT)中的应用。优选地，光学匹配介质进一步包括散射成份，该散射成份向该光学匹配介质提供 预定的散射属性。通过提供散射成份，光学匹配介质可以可靠地防止在用于检查混浊介质 内部的设备中的光学短切。而且，光学匹配介质的散射属性可以适应于待检查的混浊介质 的散射属性。如果散射成份包括公开用于化妆品、食品和/或药物的类型的二氧化钛，则该 效应可以以特别有效的方式实现并且确保了光学匹配介质适用于直接接触混浊介质。优选地，光学匹配介质适于放置在待检查的混浊介质与为用于检查混浊介质的设 备的一部分的容器之间，该容器被构造为接纳待检查的混浊介质。更优选地，光学匹配介质 适于在用于光学乳房造影的设备中使用，特别是用于在用于扩散光学层析成像(DOT)的设 备中使用，并且光学匹配介质的光学属性被提供为基本匹配作为混浊介质的女性乳房的光 学属性。因此，光学匹配介质的光学属性特别地适用于期望的应用。
所述目的还通过根据权利要求9的、用于获得在用于检查混浊介质的设备中使用 的光学匹配介质的方法来实现。基于待检查的混浊介质的光学属性选择至少一种合适的染 料或色素类型。通过将至少一种所选的染料或色素类型作为吸收剂成份加入到流体中来生 成该光学匹配介质。吸收剂成份被选择为使得，在将吸收剂成份加入到流体之后，相对于具 有650nm到900nm之间波长的电磁辐射而言，光学匹配介质的光学属性基本匹配待检查的 混浊介质的光学属性。在选择至少一种染料或色素类型的步骤中，选择被批准在化妆品、食 品和/或药物中使用的染料和色素类型。通过选择相对于650nm到900nm之间的波长而言，具有与混浊介质的光学属性相 匹配的光学属性的吸收剂成份，可以在用于检查混浊介质内部的设备中，甚至在荧光染料 被用作造影剂的特别情况下也能减少光学边界效应。由于吸收剂成份包括被批准在化妆 品、食品和/或药物中使用的染料或色素，所以所期望的光学属性可以以成本高效的方式 提供给光学匹配介质并且可以可靠地确保到混浊介质的接触是无害的。因此，不必进行用 于建立医学应用的批准的详细测试。而且，提供了一种用于检查混浊介质的设备。该设备包括用于接纳待检查的混浊 介质的容器；光学连接到容器以便照射容器内部的至少一个光源；光学连接到容器以便探 测从该容器内部发出的光的至少一个探测器；以及根据权利要求1-8中任一项的光学匹配 介质。该设备获得了上文关于光学匹配介质所述的优点。优选地，该设备是医学图像获取 设备。所描述的优点也可以通过所公开的光学匹配介质在用于检查混浊介质的设备中 的使用来获得。用于检查混浊介质的设备包括用于接纳待检查的混浊介质的容器；光学 连接到容器以便照射该容器内部的至少一个光源；和光学连接到容器以便探测从该容器内 部发出的光的至少一个探测器。该光学匹配介质是根据权利要求1-8中任一项的光学匹配 介质并且被布置在容器与混浊介质之间。该医学图像获取设备也获得了上文关于该设备所述的优点。
本发明的其他特征和优点将从参照附图对实施例的描述中浮现。图1是用于检查混浊介质的设备的一部分的示意图。图2示意性示出生成光学匹配介质的过程。
具体实施例方式将参照图1描述本发明的实施例。在图1中，示出了用于检查混浊介质的设备的 一部分。在该实施例中，用于检查混浊介质的设备被实现为用于生物组织的体内检查的扩 散光学层析成像(DOT)的仪器。特别地，该设备适于检查作为混浊介质的女性人体乳房1。 用于检查混浊介质的设备包括适于接纳乳房1的容器2。容器2具有杯形形状，其在底部是 封闭的并且在上侧具有开口。该开口被边缘3围绕并且容器2内部形成为腔。为了检查， 将待检查的乳房1放置在容器2中，以使得该乳房自由悬垂在容器2中并且乳房1周围的 组织倚在边缘3上(如图1所示)。容器2的内表面4设有多个光纤(未示出)，其利用来 自作为光源的激光器的光来照射乳房1并且将该光从乳房1传输到探测器。用于检查混 浊介质的设备的详细构造将不予以描述，这是因为这是本领域技术人员已知的。在本实施 例中，用于检查混浊介质的设备原则上被实现为在本说明书引言部分已经描述的现有技术 WO 00/56206 Al中公开的仪器。然而，用于检查混浊介质的设备适于与发射波长在从近似 650nm到近似900nm范围中的光的激光器一起工作。在特定实施例中，所述设备适于与波长 为730nm的激光一起工作。如在图1中可以看出，容器2的尺寸使得内表面4与放置在容器2中的乳房1之 间留有空间5。为了检查，空间5用光学匹配介质6填充，该光学匹配介质5用于提供待成 像的乳房1与分别耦合到光源和探测器的光纤之间的光学耦合。光学匹配介质6进一步用 于防止在耦合到光源的光纤与耦合到光电探测器的光纤之间的光学短切。此外，光学匹配 介质6用于抵消由容器2中的乳房1内部与容器2中剩余空间5之间的光学对比度差异造 成的、重构图像中的边界效应。根据本实施例，光学匹配介质6特别地被配制用于扩散光学层析成像(DOT)中的 应用。光学匹配介质6特别地被配制以相对于波长在从650nm到900nm的范围中的光提供 所需的光学属性。更特别地，光学匹配介质被配制以在用于检查混浊介质的特定设备中使 用的波长(例如730nm)周围的范围中提供所需的光学属性。接下来将描述，对于光学匹配介质来说，需要哪些光学属性。为了获得最佳的可能 结果，光学匹配介质6的光学吸收和散射性应当模仿待检查的混浊介质的光学属性，该混 浊介质在本实施例中为乳房1。因此光学匹配介质6的光学属性被调整为使得，相对于与用 于检查混浊介质的设备相关的波长范围，优化散射系数μ s’和吸收系数P a基本上类似于 混浊介质的优化散射系数和吸收系数。将结合图2描述如何构成合适的光学匹配介质。光学匹配介质6包括基础介质7，其可以是例如水或适合直接接触混浊介质的其他介质。其他合适的基础介质是在化妆品中使用的溶剂，诸如，比如丙二醇、丙三醇或这些 与水的混合物。为了实现期望的吸收系数μ a，加入了包括合适的吸收属性的吸收剂成份8。 为了满足光学匹配介质6必须适合用于直接接触混浊介质这一需求，必须选择合适的吸收剂成份8。根据本实施例，吸收剂成份8由已公布的，即已批准的，在化妆品、食品和/或药 物中使用的染料或色素类型形成。合适的染料吸收近红外(NIR)波长范围内的光。已经发 现，具有下列颜色指数(Cl)的染料特别合适 颜色指数(Cl)是允许标识产品的染料和色素的通用参考编号。具有相同CI的产 品可以在不同的名称下和由不同的供应者销售。优选地，为了实现光学匹配介质6到混浊介质的增强的光学属性匹配，对所公布 的、在化妆品、食品和/或药物中使用的两种或更多种染料或色素类型进行组合以使得吸 收剂成份8包括两种或更多种染料或色素类型的组合。已经发现，CI 74160与CI 77266(例 如 Cosmenyl Blue A2R/A4R 与 Cosmenyl Black R)的组合和 CI 74260 与 CI 77266 (例如 Cosmenyl Green GG与Cosmenyl Black R)的组合特别合适，但是其他组合也是可能的。具 有CI 61570 (例如AcidGreen 25与Sanolin Green GL)的混合物也是非常合适的。此外，为了获得期望的优化散射系数μ s’，将散射成份9加入到基础介质7。再次， 使用适合与混浊介质接触的散射成份9。根据本实施例，将TIO2作为散射成份9加入，但是 其他具有所需散射属性的材料也是可能的。TiO2具有颜色指数(CI)77801。使用被公布用 于化妆品、食品和/或药物的材料作为散射成份9。已经发现，关于TiO2，下面的产品特别 合适 应当注意，表中使用的产品名称和供应者名称可能受到商标权的保护，并且不是 旨在以一般方式使用，而仅仅是定义由所指定的供应者供应的特定产品。因此，根据所描述的实施例和修改，提供了在期望波长范围内具有合适光学属性 的光学匹配介质，其可以用于与混浊介质直接接触并且可以以成本高效的方式生产。因为 吸收剂成份8和散射成份9 二者都是被批准用于化妆品、食品和/或药物的材料，所以光学 匹配介质6可以与混浊介质直接接触来使用，这对于人类或动物的体内检查中的使用，比 如在乳房造影应用中的使用特别重要。将被公布用于化妆品、食品和/或药物的可购得产品用作吸收剂成份8和散射成 份9。因此，光学匹配介质6可以以成本高效的方式生成。因为光学匹配介质6通过加入一种或多种可购得的染料或色素类型作为吸收剂 成份8来生成，所以具有期望光学属性的光学匹配介质6可以依赖于所使用的特定波长且 依赖于特定类型的混浊介质而生成。而且，可以在短时间中且成本高效地设计所需的光学 匹配介质6。
权利要求
用于在用于检查混浊介质的设备中使用的光学匹配介质(6)，该光学匹配介质(6)包括吸收剂成份(8)，该吸收剂成份为该光学匹配介质提供预定的吸收属性，其中该吸收剂成份(8)被选择为使得，相对于具有650nm与900nm之间波长的电磁辐射，该光学匹配介质(6)的光学属性基本匹配待检查的混浊介质(1)的光学属性，以及其中该吸收剂成份(8)包括被批准在化妆品、食品和/药物中使用的染料或色素。
2.根据权利要求1的光学匹配介质(6)，其中该吸收剂成份(8)包括至少两种被批准 在化妆品、食品和/或药物中使用的染料或色素类型的组合。
3.根据权利要求1或2的光学匹配介质(6)，其中该吸收剂成份(8)包括具有颜色指 数(Cl) :74220、74160、77266、74260、61570、75815 和 10020 的群组中的染料或染料组合。
4.根据权利要求1-3中任一项的光学匹配介质(6)，其中染料或色素类型被选择为使 得，相对于具有700nm与SOOnm之间、更优选地在730nm周围的范围中的波长的电磁辐射而 言，该光学匹配介质的光学属性匹配该混浊介质(1)的光学属性。
5.根据权利要求1-4中任一项的光学匹配介质(6)，其中该光学匹配介质进一步包括 散射成份(9)，该散射成份向该光学匹配介质提供预定的散射属性。
6.根据权利要求5的光学匹配介质，其中该散射成份(9)包括二氧化钛。
7.根据权利要求1-6中任一项的光学匹配介质(6)，其中该光学匹配介质适于放置在 待检查的混浊介质(1)与为用于检查混浊介质的设备的一部分的容器(2)之间，该容器被 构造为接纳待检查的混浊介质。
8.根据权利要求1-6中任一项的光学匹配介质(6)，其中该光学匹配介质适于用于在 用于光学乳房造影的设备中使用，特别是用于在用于扩散光学层析成像(DOT)的设备中使 用，并且该光学匹配介质的光学属性被提供为基本匹配作为混浊介质(1)的女性乳房的光 学属性。
9.一种用于获得在用于检查混浊介质的设备中使用的光学匹配介质(6)的方法，该方 法包括下述步骤基于待检查的混浊介质的光学属性选择至少一种合适的染料或色素类型； 通过将至少一种所选的染料或色素类型作为吸收剂成份(8)加入到基础介质(7)中来 生成该光学匹配介质；其中该吸收剂成份(8)被选择为使得，在将该吸收剂成份(8)加入到该基础流体(7) 中之后，相对于具有650nm与900nm之间波长的电磁辐射而言，该光学匹配介质(6)的光学 属性基本匹配待检查的混浊介质的光学属性；以及其中，在选择至少一种染料或色素类型的步骤中，选择被批准在化妆品、食品和/或药 物中使用的染料和色素类型。
10.根据权利要求9的方法，其中所选的染料或染料的组合包含在具有颜色指数(Cl) 74220、74160、77266、74260、61570、75815 和 10020 的群组中。
11.用于检查混浊介质的设备，该设备包括 用于接纳待检查的混浊介质(1)的容器(2)；光学连接到该容器(2)以便照射该容器(2)内部的至少一个光源；光学连接到该容器(2)以便探测从该容器(2)内部发出的光的至少一个探测器；以及根据权利要求1-8中任一项的光学匹配介质(6)。
12.根据权利要求11的用于检查混浊介质的设备，其中该设备是医学图像获取设备。
13.光学匹配介质(6)在用于检查混浊介质的设备中的使用，该用于检查混浊介质的 设备包括用于接纳待检查的混浊介质的容器(2)；光学连接到该容器(2)以便照射该容器(2)内部的至少一个光源；和 光学连接到该容器(2)以便探测从该容器(2)内部发出的光的至少一个探测器； 其中该光学匹配介质(6)是布置在该容器(2)与该混浊介质(1)之间的、根据权利要 求1-8中任一项的光学匹配介质。
全文摘要
提供了一种在用于检查混浊介质的设备中使用的光学匹配介质(6)。该光学匹配介质(6)包括吸收剂成份(8)，该吸收剂成份为该光学匹配介质提供预定的吸收属性。该吸收剂成份(8)被选择为使得，相对于具有650nm到900nm之间的波长的电磁辐射而言，该光学匹配介质(6)的光学属性基本匹配待检查的混浊介质(1)的光学属性。该吸收剂成份(8)包括被批准在化妆品、食品和/或药物中使用的染料或色素。
文档编号A61B5/00GK101848670SQ200880114328
公开日2010年9月29日 申请日期2008年10月28日 优先权日2007年11月5日
发明者A·W·M·德拉特, M·B·范德马克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司