專利名稱：用于對(duì)混濁介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行成像的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)混濁介質(zhì)的內(nèi)部進(jìn)行成像的設(shè)備，所述容器包
括用于容納混濁介質(zhì)(turbidmedium)的測(cè)量容積，所述測(cè)量容積包括能夠傳 送光的多個(gè)源，所述源包括能夠傳送優(yōu)選光的優(yōu)選源以及熊夠傳送次級(jí) (fiirther)光的次級(jí)源，所述設(shè)備還包括檢測(cè)單元，其能夠檢測(cè)合成光，所述 合成光包括包含至少一部分優(yōu)選光的優(yōu)選成分和包含至少一部分次級(jí)光的 次級(jí)成分。術(shù)語(yǔ)"光"理解為覆蓋整個(gè)電磁光譜。
本發(fā)明還涉及包含該設(shè)備的一種醫(yī)學(xué)圖像獲取設(shè)備。 本發(fā)明還涉及一種選擇單元，用于將光發(fā)生器耦合到所述優(yōu)選源，并 且用于從多個(gè)源中選出所述優(yōu)選源。
背景技術(shù)：
可以由美國(guó)專利6，327，488 Bl獲知一種用于對(duì)這種混濁介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行 成像的設(shè)備的實(shí)施例。該已知設(shè)備可以用于對(duì)混濁介質(zhì)的內(nèi)部進(jìn)行成像， 例如生物組織。在醫(yī)學(xué)診斷中，該設(shè)備可用于對(duì)女性乳房的內(nèi)部進(jìn)行成像。 所述測(cè)量容積容納諸如乳房之類的混濁介質(zhì)。所述測(cè)量容積可以由具有僅 一個(gè)開口端的固定器所圍成，該開口側(cè)由邊緣部分所圍成。該邊緣部分可 以具有可彈性變形的封閉環(huán)。這種固定器可以從美國(guó)專利6,480,281 Bl中 得知。通過經(jīng)由優(yōu)選源將光傳送到測(cè)量容積中，來(lái)將光施加到混濁介質(zhì)， 所述優(yōu)選源是從多個(gè)源中連續(xù)地選出的。經(jīng)由從多個(gè)源中選出的次級(jí)源而 從測(cè)量容積射出的光被檢測(cè)器單元檢測(cè)到，并用于得到混濁介質(zhì)內(nèi)部的圖
該已知設(shè)備的缺陷在于，在合成光中次級(jí)成分的存在妨礙了對(duì)同樣存 在于該合成光中的優(yōu)選成分的檢測(cè)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是抵消在合成光中的次級(jí)成分在檢測(cè)同樣存在于所 述該合成光中的優(yōu)選成分時(shí)所產(chǎn)生的影響。根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過以 下實(shí)現(xiàn)的將所述優(yōu)選源和所述次級(jí)源的位置確定為，使得所述優(yōu)選成分 從所述優(yōu)選源到所述檢測(cè)器單元所沿著的路徑與所述次級(jí)成分從所述次級(jí) 源到所述檢測(cè)器單元所沿著的路徑基本上相同。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)知 基本上沿相同路徑的光會(huì)受到外部因素(例如衰減)的相似影響。因此，如果 在兩個(gè)源處的光強(qiáng)度是按照某個(gè)特定比例的，則在路徑的末端會(huì)保持該比 例，即使光被衰減。作為以上的結(jié)果，如果強(qiáng)度比例在路徑開頭處是可接 受的，則應(yīng)將光的路徑選擇為使得在路徑末端保持該強(qiáng)度比例。類似的， 如果強(qiáng)度比例在路徑開頭處是不可接受的，則應(yīng)將光的路徑選擇為使得在 路徑末端獲得可接受的強(qiáng)度比例。不可接受的強(qiáng)度比例可以起因于光的路 徑基本上不相同，這導(dǎo)致了沿著一條路徑的光比沿著另一條路徑的光衰減 得更多。結(jié)果，路徑的選擇會(huì)涉及重新確定原始路徑的開始位置。該已知 設(shè)備的這個(gè)缺陷的本質(zhì)特征在于至少一部分優(yōu)選光與至少一部分次級(jí)光 被檢測(cè)為合成光的多個(gè)成分。因此，就必然有用于至少一部分優(yōu)選光與至 少一部分次級(jí)光到達(dá)同一位置處的通路。在用于對(duì)混濁介質(zhì)的內(nèi)部進(jìn)行成 像的設(shè)備中，這些通路包括了在由至少一部分優(yōu)選光與至少一部分次級(jí)光 以及從多個(gè)光源到所述混濁介質(zhì)的光的同時(shí)應(yīng)用所采用的通路之間的串 擾。對(duì)于串?dāng)_的問題，該已知設(shè)備包括光源；測(cè)量容積，用于容納混濁 介質(zhì)，所述混濁介質(zhì)由包括多個(gè)開口的壁所圍成；選擇單元，用于將光源 耦合到圍成測(cè)量容積的壁中的開口 ，所述開口是從多個(gè)開口中連續(xù)選出的；
光電檢測(cè)器單元，包括多個(gè)檢測(cè)器位置；光導(dǎo)管(light guide)，用于將光源 耦合到選擇單元，將選擇單元耦合到圍成測(cè)量容積的壁中的開口，并且還 將圍成測(cè)量容積的壁中的其它開口耦合到光電檢測(cè)器單元中的多個(gè)檢測(cè)器 位置。光導(dǎo)管可以用連接器單元彼此相連，連接器單元包括入口元件和出 口元件，用于同時(shí)耦合多個(gè)光導(dǎo)管。
在光導(dǎo)管位置彼此相鄰的多個(gè)位置上，在光導(dǎo)管之間會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_。在 該已知設(shè)備中，這些位置包括選擇單元、連接器單元和光電檢測(cè)器單元。
選擇單元是可能的串?dāng)_源，因?yàn)槠鋵Ⅰ詈系焦庠吹墓鈱?dǎo)管耦合到從多 個(gè)次級(jí)光導(dǎo)管中選出的一個(gè)次級(jí)光導(dǎo)管，所述次級(jí)光導(dǎo)管耦合到圍成測(cè)量容積的壁中的開口上。由于耦合到圍成測(cè)量容積的壁中開口上的多個(gè)次級(jí) 光導(dǎo)管在選擇單元上位置彼此相鄰，因此就存在以下風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自光源的至 少一部分光沒有進(jìn)入或停留在從多個(gè)次級(jí)光導(dǎo)管中選出的、耦合到圍成測(cè) 量容積的壁中開口上的所選定次級(jí)光導(dǎo)管中，而是進(jìn)入了多個(gè)次級(jí)光導(dǎo)管 之中的、在該所選定次級(jí)光導(dǎo)管相鄰位置中的另一次級(jí)光導(dǎo)管中。連接器 單元是可能的串?dāng)_源，因?yàn)槠浒ㄈ肟谠统隹谠鋈肟谠?括位置彼此相鄰的多個(gè)光導(dǎo)管，所述出口元件包括位置彼此相鄰的多個(gè)次 級(jí)光導(dǎo)管，其中，由在入口元件中的光導(dǎo)管傳送的光必須被傳送到在出口 元件中位置與入口元件中的該光導(dǎo)管相對(duì)的光導(dǎo)管。與選擇單元的情況類 似，至少一部分由在連接器單元入口元件中的光導(dǎo)管所傳送的光可能會(huì)傳 送到在連接器單元的出口元件中、位置并未與出口元件中的該光導(dǎo)管相對(duì) 的光導(dǎo)管，而是傳送到出口元件中、位置與入口元件中的該光導(dǎo)管相對(duì)的 光導(dǎo)管相鄰位置處的光導(dǎo)管。
光電檢測(cè)器單元是可能的串?dāng)_源，因?yàn)槠浒ㄎ恢帽舜讼噜彽亩鄠€(gè)檢 測(cè)器位置，其用光導(dǎo)管耦合到圍成測(cè)量容積的壁中的開口。從耦合到某個(gè) 特定檢測(cè)器位置的光導(dǎo)管射出光的至少一部分會(huì)偏離到該第一檢測(cè)器位置 臨近的另一檢測(cè)器位置。
對(duì)于該已知設(shè)備考慮合成光的檢測(cè)，只要在光進(jìn)入測(cè)量容積之前出現(xiàn) 串?dāng)_，光進(jìn)入測(cè)量容積的位置就可以認(rèn)為是檢測(cè)到的合成光的各個(gè)成分的 源。在此情況下，存在優(yōu)選源以及至少一個(gè)次級(jí)源，優(yōu)選源直接從光源傳 送光，次級(jí)源傳送已經(jīng)經(jīng)歷了串?dāng)_的光。通過將優(yōu)選源和次級(jí)源的位置選 擇為使在單個(gè)檢測(cè)器位置上被檢測(cè)為合成光的各個(gè)成分的優(yōu)選成分與次級(jí) 成分的路徑基本上相同，使在合成光中次級(jí)成分的存在不再妨礙優(yōu)選成分 的正確檢測(cè)?；鞚峤橘|(zhì)會(huì)對(duì)從優(yōu)選源與至少一個(gè)次級(jí)源而來(lái)的光進(jìn)行基本 上相同的衰減，從而保持其強(qiáng)度的初始比例。由于串?dāng)_常常僅涉及微小部 分的光，因此該比例將會(huì)是這樣使得在檢測(cè)器位置處經(jīng)歷了串?dāng)_的光的 存在不再妨礙正確檢測(cè)。如果在光已經(jīng)從測(cè)量容積出來(lái)后出現(xiàn)串?dāng)_，則也 會(huì)引起類似的情況。然而，在此情況下，優(yōu)選源的位置是想要檢測(cè)的光從 測(cè)量容積出來(lái)的位置。次級(jí)源的位置是這樣的光從測(cè)量容積出來(lái)的位置-其至少一部分經(jīng)歷了在測(cè)量容積與檢測(cè)器位置之間的串?dāng)_。因此，如果在光進(jìn)入測(cè)量容積之前出現(xiàn)串?dāng)_，則優(yōu)選源與次級(jí)源是光進(jìn)入測(cè)量容積的位 置。如果在光從測(cè)量容積出來(lái)之后出現(xiàn)串?dāng)_，則優(yōu)選源與次級(jí)源是光從測(cè) 量容積出來(lái)的位置。盡管在后者的情況下優(yōu)選源與次級(jí)源不是光在這些位 置進(jìn)入測(cè)量容積意義上的源(實(shí)際上，光在這些位置處從測(cè)量容積出來(lái))，但 它們是以下意義上的源可以將在檢測(cè)單元處被檢測(cè)為合成光的各個(gè)成分 的優(yōu)選成分和次級(jí)成分看作是源于這些位置的光的一部分。
對(duì)于同時(shí)使用來(lái)自多個(gè)光源的光的情況而言，可以想象將該已知設(shè)備 調(diào)整為使得在測(cè)量容積內(nèi)的混濁介質(zhì)不是由來(lái)自單個(gè)光源的光照射，而 是由來(lái)自至少兩個(gè)光源的光照射。在此情況下，由不同光源射出的光會(huì)具 有不同的波長(zhǎng)。由于例如，由一個(gè)光源射出的光的至少一部分和由另一光 源射出的光的至少一部分可能會(huì)通過在圍成測(cè)量容積的壁中、耦合到單個(gè) 檢測(cè)器位置的單個(gè)開口而從測(cè)量容積出來(lái)，使用至少兩個(gè)光源保留了檢測(cè) 到合成光的風(fēng)險(xiǎn)，其中，次級(jí)成分妨礙了優(yōu)選成分的檢測(cè)。如果不同光源 射出不同波長(zhǎng)的光，則使用濾光技術(shù)并非總是足以解決該問題?？梢韵氲?一種情況其中，由一個(gè)光源射出的光的至少一部分僅在穿過混濁介質(zhì)之 后被檢測(cè)到，而由另一光源射出的光的至少一部分在該光并沒有穿過混濁 介質(zhì)的情況下被檢測(cè)到，這是因?yàn)槔绲诙庠次挥趪蓽y(cè)量容積的壁中 耦合到檢測(cè)器位置的開口的臨近位置。在此情況下，由于混濁介質(zhì)的衰減， 即使在濾光之后，在檢測(cè)到的合成光中的優(yōu)選成分的強(qiáng)度也會(huì)很小，從而 使得存在于檢測(cè)到的合成光中的次級(jí)成分的強(qiáng)度(包括伴隨噪聲)對(duì)于優(yōu)選 成分的正確檢測(cè)而言會(huì)是過大的。當(dāng)然，將優(yōu)選成分與次級(jí)成分合并到合 成光中也可能是串?dāng)_的結(jié)果。對(duì)于在多個(gè)光源情況下考慮合成光的檢測(cè)來(lái) 說，光進(jìn)入測(cè)量容積的位置會(huì)認(rèn)為是所檢測(cè)的合成光的各個(gè)成分的源。在 此情況下，存在優(yōu)選源和至少一個(gè)次級(jí)源，優(yōu)選源直接從一個(gè)光源傳送光， 次級(jí)源從另一光源傳送光。通過將優(yōu)選源和至少一個(gè)次級(jí)源的位置選擇為 使得由優(yōu)選源傳送的光部分與由至少一個(gè)次級(jí)源傳送的光部分(這兩部分光 在單個(gè)檢測(cè)器位置上被檢測(cè)為合成光的成分)的路徑基本上相同，使得由至 少一個(gè)次級(jí)源傳送的光部分(在單個(gè)檢測(cè)器位置上被檢測(cè)為合成光的成分) 的存在不再妨礙由優(yōu)選源傳送的光部分(在該檢測(cè)器位置上被檢測(cè)為合成光 的成分)的正確檢測(cè)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，將優(yōu)選源和次級(jí)源的位 置確定為使得優(yōu)選源與次級(jí)源相鄰。如果優(yōu)選源與次級(jí)源將光傳送到測(cè)量 容積中，則"相鄰"就表示在優(yōu)選源與次級(jí)源之間沒有其他源將光傳送到 測(cè)量容積中。另一方面，如果優(yōu)選源與次級(jí)源將光傳送出測(cè)量容積，則"相 鄰"就表示在優(yōu)選源與次級(jí)源之間沒有其他源將光傳送出測(cè)量容積。該實(shí) 施例是本發(fā)明最嚴(yán)格的實(shí)現(xiàn)，具有易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。使優(yōu)選源與次級(jí)源位 置相鄰，最大化了來(lái)自優(yōu)選源的至少一部分優(yōu)選光到檢測(cè)單元的路徑與來(lái) 自次級(jí)源的至少一部分次級(jí)光到檢測(cè)單元的路徑之間的相似性。然而，由 于本發(fā)明所解決的問題起因于合成光的檢測(cè)，且合成光包括被衰減的成分 并且該衰減情況與妨礙優(yōu)選成分的檢測(cè)的次級(jí)成分不同，因此本發(fā)明不必 總是以其最嚴(yán)格的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于優(yōu)選源和次級(jí)源位于更為相似的位置 上，則就會(huì)得到一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)上，由優(yōu)選源與次級(jí)源傳送的光的衰減變 為這樣使源于次級(jí)源的次級(jí)成分在合成光中的存在不再妨礙優(yōu)選成分的 檢測(cè)，盡管在該點(diǎn)上優(yōu)選源與次級(jí)源不必在相鄰位置上。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，優(yōu)選光與次級(jí)光具有范 圍在400到1400納米之間的波長(zhǎng)。該實(shí)施例將具有以下優(yōu)點(diǎn)具有在該范 圍內(nèi)波長(zhǎng)的光可以穿透生物組織，例如女性乳房，不存在例如X射線的一 些不利之處，例如電離輻射的使用。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，該設(shè)備還包括選擇單元， 其用于將光發(fā)生器耦合到優(yōu)選源，并用于從多個(gè)源中選出所述優(yōu)選源，所 述多個(gè)源包括多個(gè)子集，并且所述選擇單元包括入口元件和出口元件，入 口元件用于接收來(lái)自光發(fā)生器的光，出口元件包括多個(gè)出口位置，其用于 將來(lái)自光源的光傳送到多個(gè)源，所述出口位置包括多個(gè)子集，入口元件與 出口元件彼此可以互換，并且在出口元件上的出口位置被布置為使得出口 位置的子集對(duì)應(yīng)于源的子集。選擇單元的使用具有以下優(yōu)點(diǎn)來(lái)自光源的 照射可以易于耦合到將光傳送到測(cè)量容積中的優(yōu)選源，所述優(yōu)選源是從多 個(gè)源中選出的。然而，選擇單元的使用還引入了串?dāng)_的可能來(lái)源。由于串 擾的出現(xiàn)與選擇單元的出口元件上的出口位置相對(duì)定位有關(guān)并且其中由于 本發(fā)明關(guān)注于源在測(cè)量容積中的相對(duì)定位且具有以下優(yōu)點(diǎn)減小了串?dāng)_對(duì) 所檢測(cè)到的合成光的影響，因此，本發(fā)明意味著在測(cè)量容積中、從所述源到出口元件上的所述出口位置的映射，并且在測(cè)量容積中、源的子集對(duì)應(yīng) 于在出口元件上出口位置的子集。各種具體設(shè)置呈現(xiàn)了不同的有益效果， 其稍后論述。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，在選擇單元的出口元件 上的出口位置的子集被布置為同心圓形狀。如果能夠?qū)⒐鈧魉偷綔y(cè)量容積 中的源和屬于對(duì)應(yīng)于單個(gè)圓的單個(gè)平面的源位于多個(gè)平行平面中，則該實(shí) 施例具有以下優(yōu)點(diǎn)其表示"真實(shí)"映射，因?yàn)樵趲缀谓Y(jié)構(gòu)上相鄰的選擇 單元上的全部出口位置都對(duì)應(yīng)于測(cè)量容積中的相鄰的源。該實(shí)施例還具有 優(yōu)點(diǎn)在選擇單元上無(wú)需用界限來(lái)避免串?dāng)_。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，在選擇單元的出口元件 的出口位置的子集被布置為形成單個(gè)圓的多個(gè)連續(xù)的段，每一段都對(duì)應(yīng)于 源的一個(gè)子集。該實(shí)施例具有優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單性，沿對(duì)稱軸的具有單個(gè)自由度， 易于組裝，并且具有高度對(duì)稱性。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，在選擇單元的出口元件 的出口位置的子集被布置為螺旋狀。該實(shí)施例具有優(yōu)點(diǎn)將光源耦合到螺 旋上的選定出口位置可以易于采用機(jī)械實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，選擇單元的出口元件包 括在對(duì)應(yīng)于不相鄰源的相鄰出口位置之間的光學(xué)柵欄。該實(shí)施例允許在將 選擇單元的出口位置耦合到測(cè)量容積中源時(shí)有更大的自由度。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，選擇單元的出口元件包 括光學(xué)柵欄，用于光學(xué)分離至少兩個(gè)出口位置的子集。該實(shí)施例的一個(gè)益 處在于其允許使用選擇單元的同時(shí)耦合到多個(gè)光發(fā)射器的入口元件。該 實(shí)施例的另一個(gè)益處在于其允許在將光導(dǎo)管耦合到測(cè)量容積中的源時(shí)有 更大的自由度，因?yàn)樵谶x擇單元上幾何相鄰但出于避免串?dāng)_的目的而由選 擇單元上柵欄隔開的多個(gè)光導(dǎo)管在選擇單元上并非光學(xué)相鄰的，且不必耦 合到測(cè)量容積中的多個(gè)幾何相鄰的源。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例的特征在于，選擇單元的入口元件包 括光學(xué)耦合到光發(fā)生器的N個(gè)入口位置，所述N個(gè)入口位置被布置為使得 它們形成第一 N邊多邊形的角，并且其中在選擇單元的出口元件的出口位 置的子集被布置為使得每個(gè)子集都構(gòu)成第二 N邊多邊形的角，并且多個(gè)所述第二N邊多邊形以由多個(gè)第二N邊多邊形構(gòu)成的網(wǎng)格的形式布置，且所 述第二N邊多邊形與第一N邊多邊形全等?？商鎿Q地，可以使用N邊多邊 形的重疊網(wǎng)格形狀。該實(shí)施例允許容易地使用選擇單元的包括N個(gè)入口位 置的入口元件，所述N個(gè)入口位置耦合到N個(gè)光源，所述N個(gè)光源可以同 時(shí)選定。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的高度對(duì)稱性提供了選擇測(cè)量容積中源的集合時(shí)的靈活 性。
根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)圖像獲取設(shè)備包括根據(jù)前述實(shí)施例任意一項(xiàng)的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的選擇單元被布置為，用于將光發(fā)射器耦合到優(yōu)選源，并 用于從多個(gè)源中選出所述優(yōu)選源，所述多個(gè)源包括多個(gè)子集，并且所述選 擇單元包括入口元件和出口元件，入口元件用于接收來(lái)自光發(fā)生器的光， 出口元件包括用于將來(lái)自光源的光傳送到多個(gè)源的多個(gè)出口位置，所述多 個(gè)出口位置包括多個(gè)子集，并且入口元件與出口元件彼此可以互換，在出 口元件上的出口位置被布置為使得出口位置的子集對(duì)應(yīng)于源的子集。


參考附圖來(lái)進(jìn)一步闡明并描述本發(fā)明的這些及其它方面，其中
圖1示意性的顯示了用于對(duì)混濁介質(zhì)執(zhí)行測(cè)量的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
圖2a、 2b和2c顯示了優(yōu)選源與次級(jí)源的彼此相對(duì)位置；
圖3示出了在選擇單元的出口元件上的出口開口的可能布置；
圖4顯示了在選擇單元的出口元件上的出口位置以及選擇單元的相應(yīng)
入口元件的另一種可能布置，其中，出口位置的子集被柵欄隔離以避免串
擾；
圖5顯示了在選擇單元的出口元件上的出口位置以及選擇單元的相應(yīng) 入口元件的另一種可能布置；
圖6a和6b顯示了用于避免串?dāng)_的柵欄的兩種可能布置； 圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)圖像獲取設(shè)備的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性的顯示了用于對(duì)混濁介質(zhì)的內(nèi)部進(jìn)行成像的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。設(shè)備1包括光源5，其可以包括多個(gè)分離的子光源5a、 5b、 5c、 5d、 5e和5f;光電檢測(cè)器單元10;圖像重構(gòu)單元12，用于基于用光電檢測(cè)器單 元10檢測(cè)到的光，來(lái)重構(gòu)混濁介質(zhì)55內(nèi)部的圖像；測(cè)量容積15，由壁20 圍成，所述壁包括用于光25a的多個(gè)入口位置和用于光25b的多個(gè)出口位 置；以及光導(dǎo)管30a和30b，耦合到用于光的所述入口和出口位置。設(shè)備l 還包括選擇單元35，用于將光源5耦合到壁20中用于光25a的多個(gè)選定入 口位置。用輸入光導(dǎo)管40將光源5耦合到選擇單元35。選擇單元35包括 出口元件45和入口元件50，出口元件45包括多個(gè)出口位置45a，用于將 來(lái)自選擇單元35的光傳送到測(cè)量容積15，入口元件50包括多個(gè)入口位置 50a，用于將來(lái)自光源5的光傳送到出口元件45。入口元件50與出口元件 45彼此可以互換。為了清楚起見，用于光25a的入口位置與用于光25b的 出口位置位于壁20的相對(duì)兩側(cè)。然而實(shí)際上，這兩類位置都可以圍繞測(cè)量 容積15散布?；鞚峤橘|(zhì)55(見圖2a、 2b和2c)位于測(cè)量容積15內(nèi)。然后， 借助于用選擇單元35將光源5耦合到連續(xù)選擇的用于光25a的入口位置， 以來(lái)自光源5的光從多個(gè)位置照射混濁介質(zhì)55。采用用于光25b的出口位 置并采用光電檢測(cè)器單元10，從多個(gè)位置檢測(cè)從測(cè)量容積15射出的光。然 后，使用所檢測(cè)到的光得到混濁介質(zhì)55的內(nèi)部的圖像。
在醫(yī)學(xué)診斷中，諸如設(shè)備1的設(shè)備可以用于對(duì)生物組織的內(nèi)部進(jìn)行成 像，例如女性乳房。在后一種情況下，該設(shè)備可以呈現(xiàn)以下外觀并按照如 下工作。測(cè)量容積15由壁20來(lái)圍成，壁20構(gòu)成杯形，其中可以放置乳房。 然后，用匹配流體填充在乳房與杯體表面之間的間隙，匹配流體的光學(xué)屬 性近似與乳房或乳房平均的光學(xué)屬性近似匹配。大量的光導(dǎo)管30a和30b， 例如510,連接到杯體20。這些光導(dǎo)管30a和30b可以是光纖。 一半光導(dǎo) 管，即光導(dǎo)管30a，連接到選擇單元35。另一半光導(dǎo)管，即光導(dǎo)管30b，連 接到光電檢測(cè)器單元10。選擇單元35可以將來(lái)自三個(gè)不同光源(例如是光 源5a、 5b和5c)的光引導(dǎo)到例如256個(gè)光導(dǎo)管30a中的任何一個(gè)，所述光 可以是激光。255個(gè)光導(dǎo)管30a耦合到杯體20，而一個(gè)光導(dǎo)管30a直接耦合 到一個(gè)檢測(cè)光導(dǎo)管30b。這樣，在該實(shí)例中，255個(gè)光導(dǎo)管30a中的任何一 個(gè)都可以在杯體20中提供錐形光束。借助于適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換選擇單元35，光導(dǎo) 管30a會(huì)一個(gè)接一個(gè)的射出錐形光束。來(lái)自選定光導(dǎo)管30a的光被匹配流體及乳房散射并衰減，同時(shí)在該實(shí)例中，被光電檢測(cè)器單元10上的255個(gè)檢 測(cè)器檢測(cè)到。光在乳房組織中的散射是強(qiáng)烈的，其意味著與反射(或逆散射) 的光相比，僅有有限數(shù)量的光子可以穿過乳房。因此，檢測(cè)器應(yīng)覆蓋很大 的動(dòng)態(tài)范圍(約9個(gè)數(shù)量級(jí))?？梢圆捎霉怆姸O管作為檢測(cè)器。則前端檢測(cè) 器電子電路由這些光電二極管和放大器組成。放大器的增益系數(shù)可以在幾 個(gè)值之間切換。設(shè)備1首先以最低放大率測(cè)量，并且在必要時(shí)，就增加放 大率。計(jì)算機(jī)控制這些檢測(cè)器。該計(jì)算機(jī)還控制光源(在這些實(shí)例中為光源 5a、 5b和5c)、選擇單元35和泵系統(tǒng)。全部元件都安裝在類似于床的結(jié)構(gòu) 中。測(cè)量開始于對(duì)于完全填充了匹配流體的杯體20的測(cè)量。這是校準(zhǔn)測(cè)量。 在該校準(zhǔn)測(cè)量后，將乳房浸入流體，并再次執(zhí)行該測(cè)量過程。在該實(shí)例中， 校準(zhǔn)測(cè)量和乳房測(cè)量都由255X255個(gè)檢測(cè)器信號(hào)組成，用于三個(gè)光源5a、 5b和5c中的每一個(gè)。可以使用一種稱為圖像重構(gòu)的處理，來(lái)將這些信號(hào)轉(zhuǎn) 換為三維圖像。該重構(gòu)處理例如是基于代數(shù)重構(gòu)技術(shù)或有限元方法的，其 找到對(duì)逆問題的最近似的解，即查找能夠正確匹配所測(cè)量數(shù)據(jù)的圖像。
圖2a、 2b和2e顯示了優(yōu)選源與次級(jí)源的彼此相對(duì)位置。圖2a顯示了 同樣也在圖1中呈現(xiàn)并說明的多個(gè)元件的俯視圖。假定兩個(gè)光導(dǎo)管30a在 選擇單元35的出口元件45上是光學(xué)相鄰的。這意味著在圖2a所示的兩個(gè) 光導(dǎo)管30a之間會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_。如果串?dāng)_出現(xiàn)，則選定光導(dǎo)管30a會(huì)傳送由光 源5射出的光的大部分，而圖2a所示的兩個(gè)光導(dǎo)管30a中的另一個(gè)光導(dǎo)管 通常會(huì)僅傳送由光源5射出的光的非常小的一部分。如果光源5射出具有 強(qiáng)度l的光，則由選定光導(dǎo)管30a所傳送的光的強(qiáng)度也會(huì)基本上等于l。由 另一光導(dǎo)管30a傳送的串?dāng)_光的強(qiáng)度通常在數(shù)量級(jí)上會(huì)小于由選定光導(dǎo)管 30a所傳送的光的強(qiáng)度，例如l(T4。由圖2a所示的兩個(gè)光導(dǎo)管30a所傳送的 光進(jìn)入測(cè)量容積15的位置構(gòu)成了優(yōu)選源與次級(jí)源的位置。假定優(yōu)選源的位 置與用于光25b的出口位置相對(duì)，其中，所述用于光25b的出口位置將從 測(cè)量容積15射出的光傳送到光電檢測(cè)器單元10。到達(dá)用于光25b的出口位 置的、來(lái)自優(yōu)選源的光在穿過了混濁介質(zhì)55之后會(huì)強(qiáng)烈的衰減。因此，從 優(yōu)選源射出并到達(dá)用于光25b的出口位置的光的強(qiáng)度通常是很小的，例如 l(T13。如果次級(jí)源的位置靠近用于光25b的出口位置(在圖2a中未示出的情 況)，則從次級(jí)源射出并到達(dá)用于光25b的出口位置的光的強(qiáng)度會(huì)是例如10-s,使得從優(yōu)選源射出并到達(dá)用于光25b的出口位置的光的強(qiáng)度相形見絀。 通過將優(yōu)選源與次級(jí)源的位置確定為使得從這些源射出的光(在單個(gè)檢測(cè)位 置上被檢測(cè)為合成光的多個(gè)成分)沿著基本類似的路徑(對(duì)此情況，圖2a中 示出了一種可能的布置)，在合成光中除優(yōu)選成分之外的次級(jí)成分的存在不 再妨礙對(duì)優(yōu)選成分的正確檢測(cè)。例如，如果優(yōu)選源與次級(jí)源位置相鄰并且 都與用于光25b的出口位置相對(duì)，則從兩個(gè)源而來(lái)的光在到達(dá)用于光25b 的出口位置之前的衰減程度近似相同。采用上述的圖，從優(yōu)選源和次級(jí)源 射出、并到達(dá)用于光25b的出口位置的光的強(qiáng)度會(huì)例如分別等于10"3和 10_17。保持了強(qiáng)度的初始比例。
圖2b顯示了類似于圖2a所述的情況。然而，在此情況下，優(yōu)選源與 次級(jí)源是位置25b，光在該位置射出測(cè)量容積15。如果將優(yōu)選源的位置確 定為使得其傳送己經(jīng)穿過了混濁介質(zhì)55的光，并且如果將次級(jí)源的位置確 定為使得其傳送并沒有穿過混濁介質(zhì)55的光(在圖2b中未示出的情況)，則 由優(yōu)選源與次級(jí)源所傳送的光的強(qiáng)度會(huì)例如分別等于10—13和io-8。從由次 級(jí)源傳送的光到由優(yōu)選源傳送的光之間的串?dāng)_就會(huì)導(dǎo)致具有例如10'12強(qiáng)度 的光與在該實(shí)例中具有10"3強(qiáng)度的光相結(jié)合。顯然，次級(jí)成分在組合光中 的存在使得優(yōu)選成分的正確檢測(cè)變?yōu)椴豢赡?。然而，如果?yōu)選源與次級(jí)源 位于類似的位置(對(duì)此情況，圖2a中示出了一種可能的布置)，并使用上述 的附圖，則到達(dá)優(yōu)選源與次級(jí)源的光的強(qiáng)度例如是10_13。如果在檢測(cè)器單
元10檢測(cè)到合成光之前出現(xiàn)串?dāng)_，則由次級(jí)源最初傳送的、強(qiáng)度為例如io-17
的光的非常小的一部分，會(huì)與由優(yōu)選源最初傳送的具有10'13強(qiáng)度的光合并。 在此情況下，組合光中優(yōu)選成分的檢測(cè)不會(huì)被次級(jí)成分的存在妨礙。
圖2c顯示了同時(shí)使用兩個(gè)光源的情況。優(yōu)選源與次級(jí)源現(xiàn)在以多個(gè)位 置25a形成，來(lái)自兩個(gè)光源的光在位置25a處進(jìn)入測(cè)量容積15。如果優(yōu)選 的位置與將光傳送到光電檢測(cè)器單元10的、用于光25b的出口位置相對(duì)， 并且如果次級(jí)源的位置與用于光25b的出口位置相鄰(在圖2c中未示出的情 況)，由次級(jí)源傳送并到達(dá)用于光25b的出口位置的光具有例如強(qiáng)度1，該 光會(huì)使得由優(yōu)選源傳送并在穿過了混濁介質(zhì)55之后到達(dá)用于光25b的出口 位置的光相形見絀。后者光會(huì)具有例如10'13的強(qiáng)度。然而，如果將優(yōu)選源 與次級(jí)源的位置確定為使得從這些源傳送到測(cè)量容積中的、并在單個(gè)檢測(cè)位置上被檢測(cè)為合成光的多個(gè)成分的光沿著基本上類似的路徑，如圖2c所 示，則合成光中的次級(jí)成分的存在就不會(huì)再妨礙對(duì)于同樣存在于該合成光 中的優(yōu)選成分的正確檢測(cè)。例如，如果來(lái)自兩個(gè)光源的、具有例如等于1 的強(qiáng)度的光在與用于光25b的出口位置相對(duì)的兩個(gè)源位置上進(jìn)入測(cè)量容積， 則在單個(gè)檢測(cè)位置檢測(cè)到的合成光的次級(jí)成分中的優(yōu)選成分的強(qiáng)度例如會(huì) 等于IO'13。如果這兩個(gè)光源射出具有不同波長(zhǎng)的光，則現(xiàn)在就可以使用濾 光技術(shù)來(lái)分離在該合成光中的優(yōu)選成分與次級(jí)成分。
圖3顯示了如圖1所示的選擇單元35的出口元件45的一個(gè)實(shí)施例。 在該實(shí)施例中，在出口元件45上的出口位置45a的子集被布置為同心圓形 狀。在一個(gè)圓上的出口位置45a可以對(duì)應(yīng)于在圍成測(cè)量容積15的壁20中 例如位于單個(gè)平面上的用于光25a的入口位置的子集。該實(shí)施例具有的優(yōu) 點(diǎn)是無(wú)需光學(xué)界限。在選擇單元35的出口元件45的一個(gè)略有不同的實(shí)施 例中，出口位置45a可以被布置為形成單個(gè)圓的多個(gè)連續(xù)的段，每一段都 對(duì)應(yīng)于壁20中的、耦合到光導(dǎo)管30a并例如位于單個(gè)平面上的用于光25a 的入口位置的一個(gè)子集。該略有不同的實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)是僅有一個(gè)自 由度、易于裝配并且具有高對(duì)稱性。
圖4顯示了選擇單元35的出口元件45的另一可行實(shí)施例。將多個(gè)出 口位置45的子集用光學(xué)柵欄60隔開。光學(xué)柵欄60的多種可能布置將聯(lián)系 圖6a和6b來(lái)論述。在圖4所示的具體實(shí)施例中，出口位置45a的子集包括 6個(gè)呈直線設(shè)置的出口位置45a。出口位置45a的子集等同于在選擇單元35 的入口元件50上入口位置50a的集合，其也在圖4中示意性的示出。該實(shí) 施例具有的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)選擇多個(gè)子光源5a、 5b、 5c、 5d、 5e和5f， 這些光源可以射出不同波長(zhǎng)的光，并同時(shí)耦合到出口位置45a，由此耦合到 測(cè)量容積15。在醫(yī)學(xué)診斷中，可以使用射出不同波長(zhǎng)的光的光源，因?yàn)楣?在組織中的穿透性會(huì)取決于所用的光的波長(zhǎng)。這樣，使用射出不同波長(zhǎng)的 光的多個(gè)光源導(dǎo)致了針對(duì)每一波長(zhǎng)的、關(guān)于混濁介質(zhì)內(nèi)部的不同數(shù)據(jù)集， 每一個(gè)數(shù)據(jù)集都包含專用于某個(gè)特定波長(zhǎng)范圍的信息。
圖5顯示了選擇單元35的出口元件45上出口位置45a的另一種可能 布置。在該具體實(shí)例中，將多個(gè)出口位置45a布置為六邊形網(wǎng)格形狀，出. 口位置45a形成所述六邊形的角。在選擇單元35的入口元件50上的入口位置50a被布置為形成另一六邊形的角，所述另一六邊形全等于由出口位 置45a所形成的六邊形。入口位置50a耦合到光源5，在該實(shí)例中其包括6 個(gè)子光源5a、 5b、 5c、 5d、 5e和5f，這些子光源可以同時(shí)選擇。由于六邊 形網(wǎng)格具有高度對(duì)稱性，且每個(gè)出口位置45a都屬于幾個(gè)六邊形，因此其 在選擇在圍成測(cè)量容積15的壁20上的、用于將來(lái)自光源5的光傳送到測(cè) 量容積15的、用于光25a的入口位置時(shí)提供了高自由度。由六邊形之外的 其他N邊多邊形組成網(wǎng)格的其它布置也是可行的。對(duì)于這些其它布置，在 選擇單元35的入口元件50上的入口位置50a的布置相應(yīng)地改變，位置50a 形成N邊多邊形的角，該N邊多邊形全等于形成了一個(gè)由多個(gè)N邊多邊形 構(gòu)成的網(wǎng)格的N邊多邊形。
圖6a和6b顯示了光學(xué)柵欄的兩種可行布置。在圖6a和6b中示出了選 擇單元35的入口元件50。耦合到所述入口元件的是光導(dǎo)管40，其耦合到 光源5(光源不在圖6a和6b中)。同樣在圖6a和6b中示出了選擇單元35 的出口元件45。耦合到所述出口元件45的是兩個(gè)光導(dǎo)管30a，其耦合到圍 成測(cè)量容積15的壁20。在6a中，呈現(xiàn)了機(jī)械光學(xué)柵欄60，其允許入口元 件50與出口元件45僅在與該附圖的平面相垂直的方向上彼此相對(duì)的移動(dòng)。 機(jī)械光學(xué)柵欄60通過在物理上阻礙光來(lái)工作，這些光會(huì)從光導(dǎo)管40偏離 到未選定光導(dǎo)管30a，而不是從光導(dǎo)管40到達(dá)選定光導(dǎo)管30a。在圖6b中， 呈I見了光學(xué)柵欄61，其允許入口元件50與出口元件45在與該附圖的平面 相垂直的方向上和與該附圖的平面平行的方向上相對(duì)移動(dòng)。光學(xué)柵欄61具 有凹槽形狀，并通過在凹槽中的多次反射中俘獲從光導(dǎo)管40偏離到未選定 光導(dǎo)管30a的光來(lái)工作。
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)圖像獲取設(shè)備的實(shí)施例。醫(yī)學(xué)圖像獲取 設(shè)備180包括圖l所論述的設(shè)備l，其由虛線框示出。除了設(shè)備l之外，醫(yī) 學(xué)圖像獲取設(shè)備180還包括屏幕185，用于顯示混濁介質(zhì)45的內(nèi)部圖像； 以及輸入接口190，實(shí)現(xiàn)并可用于與醫(yī)學(xué)圖像獲取設(shè)備180進(jìn)行交換的鍵盤。
應(yīng)該注意，以上所述的各個(gè)實(shí)施例是說明性的而并非圍成本發(fā)明，在 不脫離附帶權(quán)利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)各種替換 實(shí)施例。在權(quán)利要求中，放在括號(hào)中的任何參考標(biāo)記都不應(yīng)理解為是對(duì)權(quán) 利要求的圍成。單詞"包括"并不排斥存在除權(quán)利要求中所列出的之外的其他元件或步驟。元件前面的單詞"一個(gè)"并不排斥有多個(gè)這種元件的存 在。在枚舉了幾個(gè)裝置的系統(tǒng)權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個(gè)可以用同一
計(jì)算機(jī)可讀軟件或硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不同的從屬權(quán)利要求中提及特定手段的 這一事實(shí)并不表示不能使用這些手段的組合來(lái)獲得有利效果。
權(quán)利要求
1、一種用于對(duì)混濁介質(zhì)(55)的內(nèi)部進(jìn)行成像的設(shè)備(1)，所述設(shè)備(1)包括測(cè)量容積(15)，其用于容納所述混濁介質(zhì)(55)，所述測(cè)量容積(15)包括能夠傳送光的多個(gè)源，所述多個(gè)源包括能夠傳送優(yōu)選光的優(yōu)選源和能夠傳送次級(jí)光的次級(jí)源，所述設(shè)備(1)還包括檢測(cè)單元，其能夠檢測(cè)合成光，所述合成光包括優(yōu)選成分和次級(jí)成分，所述優(yōu)選成分包括至少一部分所述優(yōu)選光，所述次級(jí)成分包括至少一部分所述次級(jí)光，其特征在于所述優(yōu)選源與所述次級(jí)源的位置被確定為，使得所述優(yōu)選成分從優(yōu)選源到所述檢測(cè)單元所沿著的路徑與所述次級(jí)成分從所述次級(jí)源到所述檢測(cè)單元所沿著的路徑基本上相同。
2、 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(l)，其中，所述優(yōu)選源和所述次級(jí)源的位 置被確定為，使得所述優(yōu)選源與所述次級(jí)源相鄰。
3、 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(l)，其中，所述優(yōu)選光和所述次級(jí)光具有 范圍在400到1400納米之間的波長(zhǎng)。
4、 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(l)，其中，所述設(shè)備(1)還包括選擇單元(35)， 其用于將光發(fā)生器(5)耦合到所述優(yōu)選、源，并用于從多個(gè)源中選出所述優(yōu)選 源，所述多個(gè)源包括多個(gè)子集，并且所述選擇單元(35)包括入口元件(50)和 出口元件(45),所述入口元件(50)用于接收來(lái)自所述光發(fā)生器(50)的光，所 述出口元件(45)包括多個(gè)出口位置(45a)，用于將來(lái)自所述光源的光傳送到所 述多個(gè)源，所述出口位置(45a)包括多個(gè)子集，所述入口元件(50)與出口元件 (45)彼此可以互換，并且在所述出口元件(45)上的出口位置(45a)被布置為使 得所述出口位置(45a)的子集對(duì)應(yīng)于所述源的子集。
5、 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備(l)，其中，所述選擇單元(35)的出口元件 (45)上的所述出口位置(45a)的子集被布置為同心圓形狀。
6、 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備(l)，其中，所述選擇單元(35)的出口元件 (45)上的所述出口位置(45a)的子集被布置為形成單個(gè)圓的連續(xù)的段，每一段 都對(duì)應(yīng)于源的一個(gè)子集。
7、 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備(l)，其中，所述選擇單元(35)的出口元件 (45)上的所述出口位置(45a)的子集被布置為螺旋形。
8、 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備(l)，其中，所述選擇單元(35)的出口元件 (45)包括在與不相鄰的多個(gè)源相對(duì)應(yīng)的多個(gè)相鄰的出口位置(45a)之間的光 學(xué)柵欄(60)。
9、 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備(l)，其中，所述選擇單元(35)的出口元件 (45)包括光學(xué)柵欄(60)，用于在光學(xué)上分離所述出口位置(45a)的子集中的至 少兩個(gè)子集。
10、 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備(1)，其中，所述選擇單元(35)的所述入口 元件(50)包括N個(gè)入口位置(50a)，所述入口位置(50a)光學(xué)耦合到所述光發(fā) 生器(5)，所述N個(gè)入口位置(50a)被布置為使得它們形成第一 N邊多邊形的 角，并且其中，在所述選擇單元(35)的出口元件(45)上的所述出口位置(45a) 的子集被設(shè)置為使得每個(gè)子集都構(gòu)成第二 N邊多邊形的角，并且所述第二 N邊多邊形以由多個(gè)第二 N邊多邊形構(gòu)成的網(wǎng)格的形式布置，并且所述第 二 N邊多邊形與所述第一 N邊多邊形全等。
11、 一種醫(yī)學(xué)圖像獲取設(shè)備，包括如權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)所述 的設(shè)備(l)。
12、 一種選擇單元(35)，用于將光發(fā)射器(5)耦合到優(yōu)選源，并用于從多 個(gè)源中選出所述優(yōu)選源，所述多個(gè)源包括多個(gè)子集，并且所述選擇單元(35) 包括入口元件(50)和出口元件(45),所述入口元件(50)用于接收來(lái)自所述光發(fā)生器(50)的光，所述出口元件(45)包括多個(gè)出口位置(45a)，用于將來(lái)自所 述光源的光傳送到所述多個(gè)源，所述出口位置(45a)包括多個(gè)子集，所述入 口元件(50)與出口元件(45)彼此可以互換，并且在所述出口元件(45)上的出 口位置(45a)被布置為使得所述出口位置(45a)的子集對(duì)應(yīng)于所述源的子集。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)混濁介質(zhì)的內(nèi)部進(jìn)行成像的設(shè)備。所述設(shè)備(1)包括測(cè)量容積(15)，用于容納混濁介質(zhì)。所述測(cè)量容積(15)包括能夠傳送光的多個(gè)源，所述多個(gè)源包括能夠傳送優(yōu)選光的優(yōu)選源和能夠傳送次級(jí)光的次級(jí)源。所述設(shè)備(1)還包括檢測(cè)單元，其能夠檢測(cè)合成光，所述合成光包括優(yōu)選成分和次級(jí)成分，優(yōu)選成分包括至少一部分優(yōu)選光，次級(jí)成分包括至少一部分次級(jí)光。該設(shè)備被調(diào)整為，抵消了在合成光中的所述次級(jí)成分在檢測(cè)同樣存在于該合成光中的優(yōu)選成分時(shí)的負(fù)面影響。根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過以下實(shí)現(xiàn)的將優(yōu)選源和次級(jí)源的位置確定為，使得所述優(yōu)選成分從優(yōu)選源到所述檢測(cè)單元所沿著的路徑與所述次級(jí)成分從所述次級(jí)源到所述檢測(cè)單元所沿著的路徑基本上相同。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101309633SQ200680042730
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者L·P·巴克, M·B·范德馬克, M·C·范貝克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司