專利名稱：對混濁媒質(zhì)的成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對混濁媒質(zhì)成像的成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根椐美國專利US6738658獲知了醫(yī)療光學(xué)成像掃描儀形式的成像 系統(tǒng)。
已知的醫(yī)療光學(xué)成像掃描儀特別用于乳房成像。將照明源設(shè)置為將 光引導(dǎo)到所要成像的對象，即所要成像的胸部。由各組光電探測器同時 探測從胸部發(fā)出的不同波長范圍的光。將濾光器設(shè)置在多組光電探測器 之一的前面，以限制到達(dá)該組光電探測器的光的波長。
將來自經(jīng)過濾的光電探測器組的數(shù)據(jù)用于重建胸部的熒光圖像。通 過使用熒光團(tuán)形式的造影劑將熒光引入胸部中，該熒光團(tuán)受到照明源的 激發(fā)。將來自未過濾的光電探測器組的數(shù)據(jù)用于重建胸部的吸收圖像。 在胸部周邊內(nèi)，自動地共同記錄該胸部的熒光和吸收圖像。隨后，從熒 光數(shù)據(jù)中減去吸收數(shù)據(jù)，以重建包含在施加造影劑之后獲得的圖像中是 新的信息的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對混濁媒質(zhì)成像的成像系統(tǒng)，以與造影劑 濃度無關(guān)地提高圖像的對比度。
通過一種用于對混濁媒質(zhì)成像的成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該目的，其包括 -輻射源，其照射所要成像的對象
-探測系統(tǒng)，其探測來自該對象的輻射并且具有區(qū)分具有各個波 長范圍的輻射成分的分離模塊
-分析模塊，其形成對各個輻射成分的比較結(jié)果，以及 -重建單元，其存取對各個輻射成分的比較結(jié)果，并且根據(jù)該對 各個輻射成分的比較結(jié)果重建圖像數(shù)據(jù)集。 根據(jù)本發(fā)明，區(qū)分不同波長范圍的輻射成分。根據(jù)這些輻射成分的 比較結(jié)果重建圖像。本發(fā)明的本質(zhì)是對這些輻射成分的比較避免了在圖像中出現(xiàn)由于通過該混濁媒質(zhì)的輻射的自吸收造成的對比度反轉(zhuǎn)。另一
個本質(zhì)是能夠根據(jù)其各自的波長范圍區(qū)分這些輻射成分。值得注意的 是，在相應(yīng)的造影劑濃度范圍上，當(dāng)比較結(jié)果對這些波長范圍之一相比 其他波長范圍更有益時，在重建圖像中獲得了良好的對比度。因此，在 比較過程中，波長范圍的竟?fàn)幨沟迷撘粋€波長范圍的強(qiáng)度(或者光子數(shù)) 占優(yōu)，因此該一個波長范圍中的任何對比度不會受到對比度反轉(zhuǎn)的影 響。
各個輻射成分涉及通過混濁媒質(zhì)傳播并且分別主要經(jīng)歷了例如由 熒光造影劑造成的強(qiáng)或弱的自吸收的輻射。值得注意的是，各個輻射成
強(qiáng)烈或微弱自吸^的^射以及由于;明源對熒光造影劑的激發(fā)而生成 的輻射。對來自對象的熒光輻射與透過對象的混濁媒質(zhì)的輻射成分的比 較減少了負(fù)面影響，尤其減少了由于熒光輻射的自吸收造成的重建圖像 的對比度反轉(zhuǎn)。
區(qū)分具有各個波長范圍的各個輻射成分有幾種可選方式。 一種選擇 是采用濾光器，其具有對應(yīng)于所要區(qū)分的輻射成分波長范圍的各個通 帶。另一種選擇是采用介電反射鏡，其在各個波長范圍上具有反射率和 透射率。而且，對于各個探測器元件組可以采用不同的靈敏度范圍，使
得各個探測器組主要探測各個輻射成分。可選的是，可以采用分光計、 光柵棱鏡或者光學(xué)散射元件使各個不同的波長范圍分離。
將參照從屬權(quán)利要求中限定的實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)闡述本發(fā)明的這 些及其他方面。
根椐本發(fā)明的一個方面，區(qū)分兩個輻射成分，即具有小于最高限額 波長的波長的低波長輻射成分以及具有超過閾值波長的波長的高波長 輻射成分。在實(shí)際的實(shí)施方式中，該最高限額波長和閾值波長相等。高
媒質(zhì)^播的熒光輻射。注意，因?yàn)閭鞑ミ^程中的主要過程是散射和吸 丈， 它們不太依賴于近紅外輻射的能量，所以該輻射(例如近紅外)的能量 分布不隨著其穿過組織傳播而變化。低波長輻射成分主要涉及來自照明 源的透過混濁媒質(zhì)并且在混濁媒質(zhì)中部分吸收的輻射。低波長輻射成分 和高波長成分的區(qū)別還在于熒光輻射的自吸收是主要的和自吸收不是 主要的。高波長輻射成分與低波長成分的比較有效消除了混濁媒質(zhì)中自吸收的影響。因此，根據(jù)該比較結(jié)果重建的圖像具有作為所采用造影劑 濃度的增函數(shù)的對比度。注意，當(dāng)避免了對比度反轉(zhuǎn)時，由于通過自動 吸收補(bǔ)償了熒光性而避免了低對比度。因此，改善了圖像的診斷質(zhì)量， 因?yàn)榧词故窃诘蛯Ρ榷认?，?xì)節(jié)也未由于對比度反轉(zhuǎn)而模糊并且仍清晰 可見。
還有產(chǎn)生非常好結(jié)果的特定的比較實(shí)施方案，其中對比度隨著造影 劑濃度增大。注意，這是通過利用高波長輻射成分與低波長輻射成分的 水平比來獲得的。該比值隨著造影劑濃度增加而以至少 一個或兩個數(shù)量 級單調(diào)遞增。另一種實(shí)施方案是基于重建(i)高波長輻射成分與低波長 輻射成分的強(qiáng)度水平之差與(ii)高波長輻射成分的強(qiáng)度水平之比。該 相對比值也隨著造影劑濃度而以至少兩個數(shù)量級線性增大。再一種模式 的重建基于高波長輻射成分與低波長輻射成分的水平的相對差。在這種 模式中，隨著造影劑濃度以至少兩個數(shù)量級大致對數(shù)增大。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，該成像系統(tǒng)提供有重建基于探測到的輻 射的總水平，即兩個(或更多個)輻射成分的水平之和的選擇。當(dāng)應(yīng)用 低的造影劑濃度時，該選擇是尤其有效的。在如此低的造影劑濃度下， 自吸收不會發(fā)生或者僅略微發(fā)生，使得不太可能發(fā)生對比度反轉(zhuǎn)。另一
方面，探測到的輻射的總水平的信噪比(SNR)高于單獨(dú)的輻射成分的 SNR。因此，使用所謂的所有輻射成分總和水平的全光譜獲得了具有更 好SNR的重建圖像。
而且，注意本發(fā)明的成像系統(tǒng)尤其被指定對至少部分由混濁媒質(zhì)形 成的對象成像，輻射主要通過散射通過該混濁媒質(zhì)傳播?；鞚崦嘿|(zhì)中可 能存在不均勻性，其影響了輻射的傳播。特定的實(shí)例是生物組織，例如 女性乳房。本發(fā)明的成像系統(tǒng)尤其用于對女性乳房成像，以顯示不均勻 性(例如良性或者惡性的腫瘤)的存在。為了對生物組織(例如女性乳 房)進(jìn)行光學(xué)X射線斷層掃描，近紅外輻射是特別適合的，這是因?yàn)樯?物組織對于400nm到1400nm的波長范圍的吸收是合理地低但是散射非 常高，尤其是在600nm到950nm之間的波長范圍獲得特別好的結(jié)果。
有多種方式存取各個輻射成分的水平。根據(jù)所采用的探測技術(shù)，能 夠測量輻射成分的強(qiáng)度或者信號幅度。
本發(fā)明還涉及一種成像方法，尤其是權(quán)利要求6所迷的數(shù)字光學(xué)X 射線斷層掃描方法。本發(fā)明的該光學(xué)成像方法實(shí)現(xiàn)了在對混濁媒質(zhì)進(jìn)行成像過程中，避免了在造影劑濃度增大時的對比度反轉(zhuǎn)。本發(fā)明還涉及
權(quán)利要求7所述的計算機(jī)程序。本發(fā)明的計算機(jī)程序能夠在數(shù)據(jù)載體上 提供，例如CD-rom盤，或者本發(fā)明的計算機(jī)程序能夠從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(例 如萬維網(wǎng))上下載。當(dāng)安裝到用于對混濁媒質(zhì)成像的成像系統(tǒng)中包含的 計算機(jī)中時，使該成像系統(tǒng)能夠根據(jù)本發(fā)明工作并且因?yàn)楸苊饬藢Ρ榷?反轉(zhuǎn)，所以獲得了更好的圖像質(zhì)量。


下文中，將參照所述實(shí)施例以及相應(yīng)附圖闡述本發(fā)明的這些及其他 方面，在附圖中
圖1表示了本發(fā)明的對混濁媒質(zhì)成像的系統(tǒng)的示意圖，以及
圖2示意性地表示了本發(fā)明成像系統(tǒng)的探測器模塊的實(shí)例的其他細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
圖1表示了本發(fā)明的對混濁媒質(zhì)成像的系統(tǒng)的示意圖。值得注意的 是，圖1的成像系統(tǒng)是能夠生成所要成像的對象內(nèi)部的圖像的數(shù)字光學(xué) X射線斷層攝影系統(tǒng)。值得注意的是，圖1圖示的對混濁媒質(zhì)成像的系 統(tǒng)是光學(xué)乳房X射線照相系統(tǒng)。該光學(xué)乳房X射線照相系統(tǒng)包括載體 11,例如具有患者床或者患者臺的形式，其上所要檢查的患者(特別是 乳房1需要檢查的女性)處于俯臥位(即面向下)，從而使一個乳房懸 于具有測量杯形式(圖1中不可見)的檢查空間2中。然后，使該測量 杯充滿匹配液，該匹配液具有與女性乳房的光學(xué)散射和吸收特性非常類 似的光學(xué)散射和吸收特性。
將多個光纖23 (例如總共510條)的一端與該測量杯相連。將一半 光纖的另一端與探測器模塊5相連， 一半光纖的另一端與光纖開關(guān)12 相連。該光纖開關(guān)12能夠?qū)碜匀齻€不同激光器24的光引導(dǎo)到256個 源光纖23的任意一個中(255個源光纖連接到測量杯，l個源光纖直接 連接到探測器光纖)。這樣，源光纖23中的任意一個能夠在測量杯中 提供圓錐形光束。通過適當(dāng)切換光纖開關(guān)12,隨后所有源光纖將圓錐形 光束發(fā)射到乳房組織中。
來自選定源光纖的光被匹配液和乳房散射，并且被255個探測器模塊探測。當(dāng)采用熒光造影劑時，來自源光纖的光激發(fā)該熒光造影劑以發(fā) 射(略微)更長波長的熒光。該探測器模塊設(shè)置為還探測來自所檢查患 者尤其是女性乳房的熒光和透射光。該探測器光纖通常設(shè)置為到達(dá)測量 杯壁周圍的各個環(huán)中的探測位置。該環(huán)沿著測量杯的長軸(通常是垂直 的)放置。光在乳房組織中的衰減是強(qiáng)烈的，這意味著與反射(或者反 向散射)光相比，僅有有限量的光子能夠穿過乳房。因此，探測器應(yīng)該
覆蓋了大的動態(tài)范圍(大約9個數(shù)量級)。將光電二極管用作探測器模 塊中的光傳感器5。前端探測器電子器件包括這些光電二極管之一和放 大器。放大器的放大因數(shù)能夠在幾個值之間切換。該機(jī)器首先在最低放 大率時測量，如果需要則提高放大率。該探測器受到計算機(jī)14的控制。
計算機(jī)14還控制激光器、光纖開關(guān)和流體分配系統(tǒng)。將計算機(jī)、 測量杯、光纖、探測器、光纖開關(guān)以及激光器全部安裝到如圖1所示的 床中。
圖2示意表示了本發(fā)明的成像系統(tǒng)的探測器模塊實(shí)例的其他細(xì)節(jié)。 光纖23與探測器模塊8的輸入端側(cè)的輸入信道光學(xué)耦合。該探測器模 塊8設(shè)有針對各個輸入信道的介電反射鏡120形式的分離模塊。每個介 電反射鏡對于低波長成分基本上是反射的，并且對于高波長成分基本上 是透射的。這些介電反射鏡例如市場上可以買到的光學(xué)部件。波長小于 閾值波長的光被反射并且波長大于閾值波長的光被透射。例如，當(dāng)采用 NIR96010 (SIDAG)染料作為造影劑時，可以在740nm波長實(shí)施激光 激發(fā)，并且在760nm到850nm波長范圍內(nèi)出現(xiàn)熒光發(fā)射。通過將閾值 和最高限額波長設(shè)定在780nm到7卯nm范圍內(nèi)獲得了良好的結(jié)果。被 反射的低波長成分朝高能探測子模塊121反射，該子模塊121包括對于 低波長成分敏感的光傳感器。實(shí)際上，該高能探測子模塊和低能子模塊 裝配有相同或者類似類型的光傳感器，其具有覆蓋了高波長和低波長范 圍的本征靈敏度范圍，并且為高能和低能子模塊提供不同的光學(xué)輸入濾 光器。光學(xué)輸入濾光器針對低波長和高波長范圍分別具有通帶。在預(yù)濾 光器122處過濾激發(fā)造影劑的激光23(對于SIDAG而言大約為690nm )。 該預(yù)濾光避免了熒光信號被來自激發(fā)激光23的信號所支配。在本實(shí)例 中，該預(yù)濾光器122過濾小于大約750nm的所有波長。其余光譜由造影 劑生成，并且該光譜同樣分成下部和上部波長范圍，從而將自吸收主導(dǎo) 區(qū)域(X<XT)與非主導(dǎo)區(qū)域(X>XT)分開，其中^r為閾值波長。將透射的高波長成分傳送到低能探測子模塊122，其包括對于高波 長成分敏感的光傳感器。例如對介電反射鏡適當(dāng)?shù)赝糠?，以獲得所需的 波長反射率和透射率。該高能探測子模塊輸出表示來自所要成像對象的 低波長輻射成分強(qiáng)度的空間分辯分布的電子輸出信號。低能探測子模塊 輸出表示來自所要成像的對象的高波長輻射成分強(qiáng)度的空間分辯分布 的電子輸出信號。將各個探測子模塊的電子輸出信號施加到實(shí)施比較的 分析模塊6。例如，簡單地通過計算其比值來實(shí)施低波長成分與高波長 成分之間的比較。明顯的是，值得注意該比值在熒光造影劑的寬濃度范 圍上更有利于低波長成分。將通過分析模塊進(jìn)行的比較應(yīng)用于重建模 塊。例如，該分析模塊為大量各個源和探測位置對提供低波長成分與高 波長成分的比值。這些單獨(dú)的探測位置實(shí)際上是探測光纖的光纖頂端在 所要成像的對象表面上的位置。這些位置相對于對象，例如女性乳房。 源位置實(shí)際上是選定的將激光施加到對象的光纖(相對于對象)的位置， 該對象例如女性乳房。通過比較，重建模塊重建所要成像的對象內(nèi)部的 圖像。值得注意的是，該重建包括代數(shù)重建，可以采用反向變換或者 Rytov近〗以。
權(quán)利要求
1.一種用于對混濁媒質(zhì)成像的成像系統(tǒng)，其包括-輻射源，其照射所要成像的對象，-探測系統(tǒng)，其探測來自該對象的輻射并且具有區(qū)分具有各個波長范圍的輻射成分的分離模塊，-分析模塊，其形成對各個輻射成分的比較結(jié)果，以及-重建單元，其存取對各個輻射成分的比較結(jié)果，并且根據(jù)該對各個輻射成分的比較結(jié)果重建圖像數(shù)據(jù)集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中該分離模塊至少區(qū)分波 長范圍小于最高限額波長的低波長輻射成分和波長范圍比閾值波長大 的高波長成分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所迷的成像系統(tǒng)，其中-該分析模塊設(shè)置為形成低波長輻射成分與高波長成分的比較結(jié) 果，該比較結(jié)果為(i) 高波長輻射成分與低波長輻射成分的水平之比的形式，或者(ii) 高波長輻射成分與探測到的輻射的水平的相對差的形式，或者(iii) 高波長輻射成分與低波長輻射成分的水平的相對差的形式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中-該重建模塊設(shè)置為存取探測到的輻射的水平并且提供有基于該探 測到的輻射的水平重建圖像的選擇。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像系統(tǒng)，其中-提供控制單元來根據(jù)所應(yīng)用的造影劑濃度激活所述基于探測到的 輻射的水平重建圖像的選擇。
6. —種對混濁媒質(zhì)成像的方法，包括 -照射所要成像的對象，-探測來自該對象的輻射并且區(qū)分具有各個波長范圍的輻射成分，-形成各個輻射成分的比較結(jié)果，以及-根據(jù)各個輻射成分的比較結(jié)果，由各個輻射成分的比較結(jié)果重 建圖像數(shù)據(jù)集。
7. —種計算機(jī)程序，包括以下指令-探測來自對象的輻射并且區(qū)分具有各個波長范圍的輻射成分,-形成各個輻射成分的比較，以及-由各個輻射成分的比較結(jié)果重建圖像數(shù)據(jù)集。
全文摘要
一種用于對混濁媒質(zhì)成像的成像系統(tǒng)包括照射所要成像的對象的輻射源。探測系統(tǒng)探測來自對象的輻射并且包括區(qū)分具有各個波長范圍的輻射成分的分離模塊。分析模塊形成各個輻射成分的比較結(jié)果。根據(jù)各個輻射成分的比較結(jié)果重建圖像數(shù)據(jù)集。該比較例如包括(i)高波長輻射成分與低波長輻射成分的水平之比，或者(ii)高波長輻射成分與探測到的輻射的水平的相對差，或者(iiii)高波長輻射成分與低波長輻射成分的水平的相對差。當(dāng)在相應(yīng)的造影劑濃度范圍上該比較結(jié)果相對于其他波長范圍更有益于其中一個波長范圍時，獲得了重建圖像的良好對比度。因此，在比較中，波長范圍之間的競爭使得該一個波長范圍的強(qiáng)度(或者光子數(shù))占優(yōu)，使得該一個波長范圍中的任何對比度不會受到對比度反轉(zhuǎn)的影響。
文檔編號A61B5/00GK101563026SQ200780047167
公開日2009年10月21日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者R·齊格勒, T·尼爾森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司