專利名稱：改進的基于光學(xué)相干斷層造影的成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及基于導(dǎo)管的成像，如其在醫(yī)學(xué)中用于對患者進行血管內(nèi)檢查。在此本發(fā)明尤其涉及一種基于OCT的方法，該方法實現(xiàn)并改進了功能性分子過程的可視化。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干斷層造影(Optical Coherence Tomography，OCT)是一種成像方法，用于以大約15μm的分辨率顯示直至2mm深的組織結(jié)構(gòu)。與將聲學(xué)結(jié)構(gòu)過渡(Strukturuebergang)再現(xiàn)為圖像的超聲波診斷類似，在OCT中將光學(xué)結(jié)構(gòu)過渡顯示為二維深度斷層圖像。這些過渡通過相應(yīng)的特定于組織的折射指數(shù)來表征。利用OCT進行的組織分析可以是無接觸的，這尤其是在將該技術(shù)集成到導(dǎo)管和內(nèi)窺鏡中時可以實現(xiàn)對諸如心臟、食管、氣管等的血管系統(tǒng)的高分辨率血管內(nèi)檢查。但是首先必須沖洗充滿血液的要檢查的血管，然后才能進行成像，因為在所采用的光波波長下無法透視血液。
為了進行血管內(nèi)OCT成像，在將引入受檢查血管或中空器官的OCT導(dǎo)管以連續(xù)受控運動的形式緩慢拉回的同時，在血管內(nèi)壁反射或散射的激光又耦合到導(dǎo)管的光導(dǎo)體中，該激光被輸入分析單元并進行成像分析和處理。通過該方式獲得二維截面圖像的“堆”，這些圖像在原理上可以離線地、也就是在實際測量之后被組合成三維數(shù)據(jù)組。但大多能在顯示屏上看見當(dāng)前的二維截面圖像，該圖像通常具有非常高的空間分辨率。根據(jù)與導(dǎo)管之間的距離的不同，該空間分辨率在x、y方向上(橫切導(dǎo)管軸的平面)可達40μm，在z方向上(導(dǎo)管軸)根據(jù)圖像重復(fù)速率(幀速率；取決于從導(dǎo)管尖端射出的激光的旋轉(zhuǎn)速度)同樣可達40到100μm。圖像的質(zhì)量除其它之外還強烈取決于到拍攝的時刻被沖洗的血管在多大程度上沒有殘余的血液。通常，同樣由于殘余的血液以及方法本身而使圖像(類似于超聲波成像中的圖像)中的噪聲很大，有時甚至有很多偽影，由此致力于尋找最小病理變化的醫(yī)生目前很難進行可靠的診斷。
WO 02/067767A2公開了采用不同的造影劑來可視化易損斑中的分子功能化過程，其中OCT也可以作為可能的成像方法引入。
US 2004/0258759A1同樣公開了采用造影劑來改善光學(xué)相干斷層造影方法中尤其是用于顯示易損斑的成像。
DE10323217A1同樣涉及OCT導(dǎo)管，還提到了在易損斑中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種方法，可以就形態(tài)對比度以及功能性分子過程來進一步改善基于導(dǎo)管的OCT成像。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基于OCT導(dǎo)管的成像方法，用于可視化患者血管系統(tǒng)的血管易損斑中的分子功能性過程，其中在將造影劑注入到血管系統(tǒng)的血管內(nèi)之后以及在將成像OCT導(dǎo)管引入具有易損斑的血管內(nèi)之后，在發(fā)射光和吸收光的OCT導(dǎo)管頭沿著該易損斑作連續(xù)受控運動時產(chǎn)生被造影劑標(biāo)出的易損斑的OCT圖像，其中在采用相同的造影劑的情況下通過事先進行的非介入式磁共振斷層造影方法對易損斑以及與此相關(guān)的引入的位置進行定位。
在此，造影劑優(yōu)選包括順磁的氧化鐵微粒。
根據(jù)本發(fā)明，還通過將健康血管段中的造影劑濃度與易損斑中的造影劑濃度進行比較來確定巨噬細(xì)胞的數(shù)量。


下面參考附圖借助實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和性質(zhì)。
圖1示意性示出光學(xué)相干斷層造影的原理，圖2示意性示出基于導(dǎo)管的OCT方法的技術(shù)布置，圖3示出健康血管的二維OCT圖像，圖4示意性示出早期階段的冠狀硬化(左側(cè))，以及具有易損斑的發(fā)展了的冠狀硬化(右側(cè))。
具體實施例方式
下面借助圖1解釋光學(xué)相干斷層造影的原理。該原理對應(yīng)于邁克遜干涉計的功能從一個多少有些相干的光源射出的光1(例如激光)通過半透射鏡形式的分束器分為兩個子光束2a、2b。子光束2a被導(dǎo)向干涉鏡上，使得該子光束以反射光束3a的形式又到達分束器，穿過該分束器并作為光束4a到達檢測器。相反，子光束2b立即穿過分束器，并對準(zhǔn)具有反射和散射中心的待檢查組織，在該反射和散射中心該子光束以被反射光束3b的形式又到達分束器，但這次被分束器反射并作為光束4b同等地到達檢測器。對于干涉條件2a+3a＝2b+3b來說，來自干涉斷層的光束4b與光束4a發(fā)生干涉，這以檢測器圖像中的干涉圖案來顯示。
干涉斷層的(穿透)深度通過干涉鏡相對于分束器的位置d來限定，該位置優(yōu)選可以周期性地改變以實現(xiàn)逐層的掃描。干涉斷層的厚度以及與此相關(guān)的OCT成像的(組織結(jié)構(gòu))分辨率通過所采用的光的相干長度確定，并由此取決于所采用的光源的頻譜。如果例如采用“理想”的激光器(A)，該理想激光器發(fā)射出具有單頻譜線的“無限長波群”(頻譜A)形式的相干光，則相干長度是無限的，并在檢測器中給出按照子圖像A的干涉信號。如果采用具有一定頻譜寬度的光源，如SLED(Super-luminescent Light Emitting Diode，超場致發(fā)光二極管(頻譜B))，則在檢測器中干涉圖案被限制為按照子圖像B的對應(yīng)于相干長度的區(qū)域。在沒有位于干涉斷層區(qū)域內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)上被反射或散射、但還是通過分束器耦合的光不滿足干涉條件，因此不發(fā)生干涉。這種光只是被識別為用于調(diào)制實際干涉信號的同等的背景。
因此在技術(shù)上通過在改變干涉鏡位置的同時平移和/或旋轉(zhuǎn)子光束2b/3b，可以掃描待檢查的組織區(qū)域。在此類似于超聲波技術(shù)將深度掃描(d的變化)稱為所謂的A掃描。
為了獲得二維圖像橫向掃描該組織。用取對數(shù)后的灰度或假顏色值顯示單次A掃描的振幅值。然后將產(chǎn)生的圖像稱為B掃描。對于由多個100個單次A掃描組成的一個B掃描來說，大約需要1秒的測量時間。
圖2中示出執(zhí)行基于導(dǎo)管的OCT成像的技術(shù)布置。作為寬帶光源采用SLED，其相干光通過玻璃纖維被引入纖維光學(xué)分束器中。該分束器一方面將該光的包含相干的部分分成投影到干涉鏡上的一束光，和通過旋轉(zhuǎn)的耦合鏡耦合到沿著徑向OCT導(dǎo)管軸旋轉(zhuǎn)的玻璃纖維中、在導(dǎo)管尖端通過垂直于該徑向?qū)Ч茌S的一個鏡子去耦合、然后垂直地投影到組織上的一束光。另一方面該分束器將被干涉鏡和該組織反射的、在區(qū)域I中部分發(fā)生干涉的光引入檢測器，該檢測器的測量信號經(jīng)過放大、濾波，并借助計算機進一步處理為適于在屏幕上顯示。
基于導(dǎo)管的成像的目的在于，要盡可能無損地顯示中空器官的內(nèi)部、尤其是血管的內(nèi)部。這在基于導(dǎo)管的OCT成像中這樣來實現(xiàn)，在導(dǎo)管尖端從玻璃纖維中射出的光被與導(dǎo)管的徑向軸呈放射狀地(以90°角)去耦，并因此在徑向引入導(dǎo)管時垂直地投影到血管的內(nèi)壁上。
通過旋轉(zhuǎn)徑向的導(dǎo)管玻璃纖維，掃描圓柱形(或環(huán)形)的片段。深度掃描通過比纖維的旋轉(zhuǎn)速度(大約0.5-20MHz)快很多倍的干涉鏡的運動來進行。為了掃描感興趣的更長的組織片段，利用必要時自動的回拉機械裝置同等緩慢(0.5-2mm/s)地拉回OCT導(dǎo)管，因此導(dǎo)管尖端徑向運動，而且同時纖維旋轉(zhuǎn)，干涉鏡同時變形(類似于螺旋CT成像中的臥榻運動)。
這例如在檢查健康冠狀動脈的情況下會產(chǎn)生具有按照圖3的斷層圖像的圖像序列?？梢钥吹絆CT導(dǎo)管在其中左下角(自成像)的內(nèi)腔(暗成像的血管內(nèi)腔)。高亮顯示的是血管壁，其將血管明顯地與周圍的組織分隔開來。亮度的程度通過光折射指數(shù)的變化來給出。因此亮的結(jié)構(gòu)代表強烈反射的區(qū)域，或折射指數(shù)不連續(xù)過渡的區(qū)域。
在圖3中可以看見整個血管壁的事實是因為在獲取圖像之前去除了血液、并由對所采用的OCT光波波長(λ≈1300±20nm；短波紅外光)來說是透明的介質(zhì)(例如氯化鈉溶液)來代替的原因。在對血管的OCT成像中去除血液是這樣來實現(xiàn)的，在引入OCT導(dǎo)管之后吹起一個在導(dǎo)管上順流設(shè)置的吸附氣球，該吸附氣球在要檢查的位置前使血流停止。通過該導(dǎo)管在末梢向氣球注入消毒之后的氯化鈉溶液，由此凈化、也就是沖洗了血管中的血液。在另一種實施方式中(例如在更為復(fù)雜的血管解剖結(jié)構(gòu)中)，還可以采用兩個或更多的吸附氣球。
特別富有啟發(fā)性的是在血管的動脈粥樣硬化狹窄處的基于導(dǎo)管的OCT成像，該狹窄在血管破裂的情況下會導(dǎo)致致命的心肌梗塞(不穩(wěn)定的心絞痛，急性心肌梗塞)。這種狹窄首先是由于在血管的血管壁上和/或中的沉積物而形成的，一般稱為“斑”。由于這樣的斑，內(nèi)腔被劇烈減小(圖4，左側(cè)的圖)，這影響了血流并因此影響了對連接的器官的供血。在發(fā)展和更為危險的階段，在這樣的斑中形成脂肪沉積(脂肪核，Lipid Pool)，具有在內(nèi)腔和脂肪核之間的薄纖維蓋，該脂肪沉積一般會導(dǎo)致發(fā)炎，并因此引起巨噬細(xì)胞的聚集。這樣的斑易導(dǎo)致破裂或侵蝕(血栓)(圖4，右側(cè)圖)，因此稱為“易損斑”，還稱為“不穩(wěn)定的動脈硬化(Artherosklerose)”和“后期的動脈硬化”。
利用基于導(dǎo)管的OCT不僅可以對血管內(nèi)腔成像，也可以對血管壁成像，并進行動脈硬化(圖4)的階段劃分。
本發(fā)明現(xiàn)在在于將OCT與特定造影劑的使用結(jié)合起來，以一方面普遍提高形態(tài)對比度，另一方面使分子功能性過程可見。
根據(jù)本發(fā)明，造影劑例如由小的順磁氧化鐵微粒(Super Paramagnetic IronOxyde-SPIO)構(gòu)成，這些微粒的直徑在平均150到250nm的范圍內(nèi)。但在原理上，可以采用這種數(shù)量級的任何特殊分子作為造影劑，只要該分子能在待檢查結(jié)構(gòu)中以在該結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出比周圍環(huán)境更高的濃度的方式聚集，而且只要該分子具有與周圍環(huán)境不同的光折射指數(shù)。
尤其是巨噬細(xì)胞具有這樣的特性，優(yōu)先攝取這樣的微粒(尤其是SPIO微粒)，由此在OCT中、還可以在其它成像方法中(如MRT)看見這樣的微粒。由于這種增加的攝取，可以識別出巨噬細(xì)胞具有新陳代謝，即活躍的，并且最后能分解出最終將引起心肌梗塞的纖維蓋。
由于巨噬細(xì)胞數(shù)量和攝取的微粒之間存在關(guān)系，因此可以通過比較健康血管段中(例如在通往檢查區(qū)域的路徑上)的微粒濃度和待檢查的病發(fā)區(qū)域中(例如在易損斑中)的微粒濃度來確定數(shù)量，也就是推導(dǎo)出那里具有的巨噬細(xì)胞，并因此推斷發(fā)病階段。由此通過基于造影劑來可視化巨噬細(xì)胞，明顯簡化了借助OCT對易損斑進行的診斷分析。
由于在介入式OCT檢查之前要事先利用非介入式方法(例如MRT或US)進行檢查，因此在補充兩種檢查方法的含義下優(yōu)選采用對兩種方法都同樣可用的造影劑。
由于大部分造影劑只能很緩慢地分解，并因此在體內(nèi)停留的時間很長，例如為了首先非介入式地找到血管段的動脈硬化，可能有意義的是在OCT檢查之前進行的MRT檢查中就注入造影劑。
權(quán)利要求
1.一種利用OCT導(dǎo)管的成像方法，用于可視化患者血管系統(tǒng)中血管的易損斑中的分子功能性過程，其中在將造影劑注入到血管系統(tǒng)的血管內(nèi)之后以及在將成像OCT導(dǎo)管引入具有易損斑的血管內(nèi)之后，在發(fā)射光和吸收光的OCT導(dǎo)管頭沿著該易損斑作連續(xù)受控運動時產(chǎn)生被造影劑標(biāo)記的易損斑的OCT圖像，其中在采用相同的造影劑的情況下通過事先進行的非介入式磁共振斷層造影方法對易損斑以及與此相關(guān)的引入位置進行定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述造影劑包括順磁的氧化鐵微粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過將健康血管段中的造影劑濃度與易損斑中的造影劑濃度進行比較來確定巨噬細(xì)胞的數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于OCT導(dǎo)管的成像方法，用于可視化患者血管系統(tǒng)的血管易損斑中的分子功能性過程，其中在將造影劑注入到血管系統(tǒng)的血管內(nèi)之后以及在將成像OCT導(dǎo)管引入具有易損斑的血管內(nèi)之后，在發(fā)射光和吸收光的OCT導(dǎo)管頭沿著該易損斑作連續(xù)受控運動時產(chǎn)生由造影劑標(biāo)出的易損斑的OCT圖像。
文檔編號A61B1/00GK1891146SQ20061009419
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者馬丁·克利恩, 馬庫斯·菲斯特, 托馬斯·里德爾 申請人:西門子公司