專利名稱：漫射光學層析成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漫射光學層析成像設備，更特別地，涉及包含在漫射光 學層析成像設備中的控制設備。
背景技術(shù)：
光學成像是一種新的具有前景的醫(yī)學成像模式。這是一種無傷害且 便宜的提供生理信息的技術(shù)。 一個重要的應用是乳腺癌成像，因為乳腺 癌十分常見并且存在對于改進的和更早期檢測的臨床需求。這是女性中 最常被診斷的癌癥，在導致女性死亡的癌癥中排列第二。在很多國家，
篩選程序在現(xiàn)場進行，目的在于乳腺癌的早期檢測。這些程序采用x射 線乳房造影術(shù)，其產(chǎn)生大量的假陽性并且導致大量不必要的活組織檢 查。x射線乳房造影術(shù)的其他缺點是電離輻射的使用和不舒適的乳房壓 力。光學熒光成像有希望以足夠的靈敏度和特異性對乳腺癌成像。它能 在診斷過程和治療監(jiān)測中都起作用，因為它是女性友好、無傷害且相對 便宜的技術(shù)。
光學熒光成像采用熒光造影劑和近紅外光。注入造影劑后，順序地 用來自所有側(cè)面的激光照射乳房。部分光在乳房內(nèi)被造影劑吸收，所述 造影劑則點亮，從而產(chǎn)生具有不同波長的熒光。腫瘤的存在性和位置能
通過^v乳房的所有側(cè)面測量該熒光來加以纟全測。
如果通過光源發(fā)射的激光從夾持設備泄漏出去，有可能引起對患者 或操作者的眼睛損害。如果光束意外地對準患者或操作者的眼睛，那么 激光可灼燒小塊眼睛視網(wǎng)膜。這樣的光束有時甚至可能導致失明。
US20060013533描述了通過利用非常耐用的漫射器使單色光發(fā)散 來改進暴露于單色光源期間的身體安全性的方法和裝置。眼睛的安全性 通過以下方式進一步增強測量發(fā)散單色光的輻亮度并且如果發(fā)散單色 光的輻亮度高于預定的安全值則發(fā)出作為意外事故結(jié)果的警告，并且如 果希望的話，在單色光脈沖發(fā)射之前產(chǎn)生可見的閃光以誘導旁觀者眨眼 或改變其視場以避免直視該單色光。這種方法通過發(fā)散準直光束使得能 量密度隨距離的增大迅速地下降而防止了準直光束進入眼睛。甚至降低的能量密度也可能對人眼有害，因此可能要求進一步的防范措施。
因此，擁有防止眼睛暴露而沒有上述任何缺點的系統(tǒng)將是有利的。
隨附的獨立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中闡明了本發(fā)明的特定的和
優(yōu)選的方面。從屬權(quán)利要求的特征可與獨立權(quán)利要求的特征相結(jié)合，以 及與其他從屬權(quán)利要求的合適的并且不僅僅像權(quán)利要求中明確闡述的
特征相結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
按照第一方面，本發(fā)明提供了漫射光學層析成像設備，其包括光 源，其用于照射身體乳房部位；夾持設備，其被配置用于夾持身體部位； 測量設備，其被配置用于測量夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平； 以及控制設備，其被配置用于根據(jù)測量的夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境 光照水平控制光源。測量設備測量夾持設備內(nèi)的光照水平。當夾持設備 內(nèi)的光量低于閾值水平時，認為夾持設備是暗的。該閾值水平經(jīng)實驗確 定。測量設備也檢查環(huán)境光照水平的存在。只有當夾持設備為暗并且環(huán) 境光存在時，控制設備才允許來自光源的光進入夾持設備。夾持設備內(nèi) 的低光照水平表明沒有環(huán)境光滲漏到夾持設備內(nèi)。它也意味著沒有(激 光)光滲漏出夾持設備。換言之，夾持設備完全關(guān)閉且防止光泄漏。這 保證了受檢患者或操作該漫射光學層析成像設備的操作者的安全。
在本發(fā)明的上下文中，夾持設備內(nèi)的光照水平被測量。這也可以稱 為夾持設備內(nèi)的"暗度"或"黑暗量"。實際上，所測量的就是夾持設備內(nèi) 的非常低的光照水平。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，測量設備還包括檢測板。優(yōu)選地，該設 備包含第一光纖系列，其被配置用于感測夾持設備內(nèi)的光照水平以及 用于與檢測板通信；第二光纖系列，其被配置用于將環(huán)境光照水平傳送 到檢測板；和第三光纖系列，其被配置用于將來自夾持設備的散射光傳 送到;f全測板。這些光纖優(yōu)選地在夾持設備內(nèi)以環(huán)形物組織。優(yōu)選地，光 源和檢測器光纖每環(huán)交錯排列。夾持設備內(nèi)的光照水平通過始于夾持設 備內(nèi)最高的環(huán)的第 一光纖系列進行適當?shù)臋z查。環(huán)境光照水平通過始于 環(huán)境光源的第二光纖系列或那些沒有熒光濾光器的光纖來檢查。第三光 纖系列將來自身體部位的散射光傳送到檢測板。第一光纖系列和第二光 纖系列保證夾持設備關(guān)閉以防止光泄漏。胂瘤的存在性和位置通過測量經(jīng)第三光纖系列傳送的光加以檢測。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，控制設備包含快門，該快門被配置用于 根據(jù)測量的夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平防止或允許來自光 源的光進入夾持設備。該快門只有在確保夾持設備關(guān)閉且防光泄漏時才 打開。這允許漫射光學層析成像設備的安全操作。
根據(jù)本發(fā)明的又一 實施例，將耦合流體設置在夾持設備內(nèi)以包圍身 體部位，所述耦合流體的光學特征與身體部位的光學特征基本上相同。 耦合流體減少了重構(gòu)圖像中由于身體部位和夾持設備之間的邊界效應 導致的偽像。而且，如果耦合流體是液體，那么能夠得到夾持設備和身 體部位的形狀之間的完美匹配。由于光源和測量-控制設備之間的不同路 徑長度引起的圖像強度差能夠被均衡化。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，夾持設備包括多個入射開口，其用于 將光源產(chǎn)生的光耦合到夾持設備內(nèi)；以及多個出射開口，其被構(gòu)造為將 散射光傳遞到測量-控制設備，所述散射光響應于來自光源的光而從身體 部位發(fā)射。優(yōu)選地，夾持設備的壁內(nèi)安裝有255個入射和出射開口。身 體部位通過使用從255個入射開口引出的255條光纖而^f皮順序地照射。 另外255條光纖從255個出射開口引出，用于檢測每個照射位置的散射 光。優(yōu)選地，這些光纖以環(huán)形物組織。光源和檢測器光纖每環(huán)交錯排列。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，光源為激光。通過采用激光，所產(chǎn)生的 光的波長可以在小至中心波長周圍大約10nm的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。
在根據(jù)本發(fā)明的另 一 方面，用于在光學成像系統(tǒng)中檢測光學泄漏的 方法包括如下步驟
-將身體乳房部位置于漫射光學層析成像設備的夾持設備內(nèi)；
-借助于光源照射夾持設備內(nèi)的身體部位；
-用測量設備測量夾持設備內(nèi)存在的光照水平；
-用測量設備測量環(huán)境光照水平；和
-根據(jù)測量的夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平控制光源。 根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述光源是激光光源。 根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，適合用于層析成像設備的測量設備和控 制設備被配置為測量夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平，并且根據(jù) 測量的夾持設備內(nèi)的光照水平和測量的環(huán)境光照水平來控制層析成像 設備的光源。


本發(fā)明的這些和其他特性、特征和優(yōu)點根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細描 述將變得清楚明白，所述附圖通過實例說明了本發(fā)明的原理。該描述僅 為了舉例給出，并不限制本發(fā)明的范圍。以下引用的附圖標記參見附圖。
圖1示出了光學熒光成像的原理；
圖2示出了針對眼睛危害的安全概念的示意圖3示出了夾持設備的截面視圖；以及
圖4示出了夾持設備的頂視圖。
具體實施例方式
隨附的獨立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中闡明了本發(fā)明的特定的和
優(yōu)選的方面。從屬權(quán)利要求的特征可以與獨立權(quán)利要求的特征相結(jié)合， 以及與其他從屬權(quán)利要求的合適的并且不僅僅像權(quán)利要求中明確闡述
的特征。
下面將針對特定實施例并且參照某些附圖描述本發(fā)明，但是本發(fā)明 并不限于此。權(quán)利要求中的任何附圖標記都不應當被視為對范圍的限 制。描述的附圖僅僅是示意性的而非限制性的。在附圖中，某些元件的 尺寸可能為了說明的目的而被夸大并且未按照比例繪制。在本說明書和 權(quán)利要求書中使用措詞"包括/包含，，的地方，它并沒有排除其他的元件或 步驟。在提及單數(shù)名詞(例如"一"或"一個"、"該")時使用不定冠詞或 定冠詞的地方，這包括該名詞的復數(shù)，除非有其他被明確說明的情況。
而且，說明書和權(quán)利要求書中的措詞第一、第二、第三等等用于區(qū) 分相似的元件，而不一定用于描述某種相繼的或按時間的順序。應當理 解的是，這樣使用的措詞可在合適的情況下互換，并且于此描迷的本發(fā) 明的實施例能夠以于此未描述或圖示的其他順序操作。
而且，說明書和權(quán)利要求書中的措詞頂部、底部、上方、下方等等 用于描述的目的，而不一定用于描述相對位置。應當理解的是，這樣使 用的措詞可在合適的情況下互換，并且于此描述的本發(fā)明實施例能夠在 于此未描述或圖示的其他取向下操作。
在圖1中，從所有側(cè)面用入射光1順序地照射身體乳房部位2。部 分入射光1在身體部位2中被吸收，該身體部分則點亮，從而產(chǎn)生不同波長的熒光3。腫瘤4的存在性和位置能夠通過從身體部位2的所有側(cè) 面測量熒光3而檢測到。部分入射光1像傳送的光4 一樣被傳送。
在圖2中，來自激光光源100的光經(jīng)過光纖101饋送到快門110, 然后經(jīng)過光纖111饋送到光纖開關(guān)120。光纖還進入被配置為夾持身體 乳房部位(未圖示)的夾持設備130。測量設備150包括多個檢測板(其 中^叉示出兩個，即151和152)和專用才全測板153?？刂圃O備160包括 檢測控制器154、計算機155和安全電路156。安全電路156包括安全 開關(guān)157。光源140提供環(huán)境光。光纖101將來自激光光源100的光傳 送到快門110。光纖111將來自快門110的光傳送到光纖開關(guān)120。光 纖121將來自光纖開關(guān)120的光傳送到夾持設備130。光纖131檢查夾 持設備內(nèi)環(huán)境光的存在性并且與專用檢測板153通信。光纖141將來自 光源140的環(huán)境光傳送到專用檢測板153。光纖132感測進入夾持設備 的環(huán)境光并且與檢測板151通信。光纖133將熒光和來自夾持設備的傳 送的光傳送到檢測板152。為了方便起見，圖中僅示出一根光纖以代表 一系列光纖。
圖3示出了夾持設備130的截面視圖。它也示出了夾持設備130的 入射和出射開口。另一方面，圖4示出了夾持設備130的頂視圖。最高 的環(huán):故標記為135。
光泄漏檢測必須是"單一部件故障亦安全"。這意味著如果一個部件 發(fā)生故障，它應當仍是安全的。因此，優(yōu)選地它利用兩套措施來冗余地 構(gòu)建，所述措施記防范措施A和防范措施B。
對于防范措施A,采用了專用檢測板153。來自光源100的激光經(jīng) 過光纖101饋送到快門110,然后通過光纖111饋送到光纖開關(guān)120。 專用檢測板153通過光纖131檢查夾持設備130內(nèi)的光照水平的存在。 該專用才企測板也通過光纖141檢查夾持設備130外的環(huán)境光，即房間內(nèi) 從光源140發(fā)射的光。當檢查到夾持設備內(nèi)的光照水平時，釆取措施區(qū) 分激光和環(huán)境光。這通過在激光脈沖至夾持設備時暫時禁止光照水平檢 查來完成。如果測量的夾持設備130內(nèi)的環(huán)境光照水平低于閾值，則認 為夾持設備是暗的。環(huán)境光不需要不太亮，因為它可能影響到漫射光學 層析成像設備產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量。所需要的環(huán)境光水平通過在夾持設備 稍微打開的情況下測量夾持設備內(nèi)環(huán)境光的存在性所要求的最小光量 來確定。所需環(huán)境光大約為1001ux。夾持設備內(nèi)的光照水平如下確定。當夾持設備完全關(guān)閉以及當夾持設備稍微打開(可能為5到10mm)時， 檢測板153產(chǎn)生的值被記錄下來。當夾持設備稍微打開時，保證存在房 間內(nèi)的(環(huán)境光)最小光量。光照水平的閾值介于這兩個值之間。其按 照任意單位測量。在光照水平測量期間，如果檢測器產(chǎn)生的值在上述值 范圍內(nèi)，則認為夾持設備是暗的。光纖處通常存在熒光濾光器以濾除非 紅外光，即波長低于780nm的光。然而，熒光濾光器被從光纖131移除， 以允許光照水平測量。夾持設備130內(nèi)的光纖以環(huán)形物組織。光纖131 始于最高的環(huán)135。如果夾持設備130是暗的且房間有光，這表示房間 的光未泄漏到夾持設備，其進一步表示來自夾持設備的激光不能泄漏出 去。隨后，假定夾持設備130關(guān)閉并且激光進入夾持設備130。這通過 信號"HOLDING DEVICE—SAFE—A"來發(fā)信號。 HOLDING DEVICE—SAFE—A =
(DARKNESS IN THE HOLDING DEVICE) AND (LIGHT IN THE ROOM)
光纖開關(guān)120具有其中光饋送夾持設備130的位置以及其中激光不 饋送到夾持設備130的安全位置(FS—SAFE)。安全位置借助于安全開 關(guān)157檢測，所述安全開關(guān)的輸出饋送到安全電路156。在安全位置上， 光纖開關(guān)120用作激光光束阻擋器(stopper)。當快門110打開時，光 照水平的測量暫時禁止。來自快門110的信號饋送到專用檢測板153。 專用檢測板153也監(jiān)測信號通過時快門110保持打開的最大時間。光源 140發(fā)出的環(huán)境光通過多于一個的光纖141從多于一個位置加以檢查。 這是為了保證即使在操作者意外地覆蓋一根光纖時，環(huán)境光也得以測 量。如果任意光纖檢測到光，就認為房間被照亮。這稱作防范措施A。
對于防范措施B，采用了多個檢測板(其中只示出了 151和152)。 熒光濾光器存在于光纖上以濾除非紅外光(波長低于780nm)。由于熒 光濾光器的原因，環(huán)境光(波長低于780nm)可能無法檢測到。光纖132 的熒光濾光器被移除以檢測環(huán)境光。檢測控制器154從計算機155獲得 命令以執(zhí)行功能測量(對身體乳房部位成像以檢測腫瘤)。該檢測控制 器發(fā)信號讓快門110打開。隨后，檢測控制器154觸發(fā)檢測板151和152 執(zhí)行功能測量。檢測板151和152將檢測的值傳遞給檢測控制器154。 然后檢測控制器154關(guān)閉快門110并且傳遞檢測值給計算機155。這是 為了產(chǎn)生測量值給外部圖像處理系統(tǒng)(未圖示)。以規(guī)則的間隔(例如每秒兩次)、與功能測量交錯，檢測控制器154被命令進行夾持設備130 內(nèi)的環(huán)境光照水平的測量。為了檢測夾持設備130內(nèi)的環(huán)境光照水平， 執(zhí)行相同的步驟，但是在環(huán)境光照水平測量期間快門110不打開。夾持 設備130內(nèi)的光照水平通過光纖132和133檢查。故障通過信號 HOLDING DEVICE—SAFE—B發(fā)送。 HOLDING DEVICE—SAFE—B =
NO AMBIENT LIGHT IN THE HOLDING DEVICE = DARKNESS IN THE HOLDING DEVICE
另外，在身體乳房部位成像之前在所述多個檢測板上執(zhí)行檢查。在 這種情況下，熒光濾光器未激活，并且所有光纖用于檢查夾持設備130 內(nèi)的光照水平。這是防范措施B。
這兩個HOLDING DEVICE—SAFE信號是冗余的。這是為了在"單一 部件故障"時保證安全性。
安全開關(guān)157連接到光纖開關(guān)120并且產(chǎn)生FS—SAFE信號。安全 電路156控制激光光源100。安全電路156允許激光光源發(fā)射激光并且 僅當光纖開關(guān)120阻擋光束或所述兩個HOLDING DEVICE—SAFE信號 被激活時允許激光進入夾持設備130。 LASER—ON = (FS—SAFE) OR
(HOLDING DEVICE—SAFE—A AND HOLDING DEVICE—SAFE—B)。
計算機155收集來自檢測板151和152的信號并且傳遞這些信號到 圖像處理系統(tǒng)。計算機155也確定HOLDING DEVICE—SAFE—B信號。 因此，計算機用來命令檢測控制器154執(zhí)行功能測量并且收集來自檢測 控制器154的測量值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，安裝了輔助燈以增強夾持設備130的光 泄漏檢測。在前面的實施例中，要求環(huán)境光源140始終激活。另一方面， 輔助燈(在紅外范圍，因此不可見)只能在夾持設備130內(nèi)光照水平被 檢查時被激活。在功能測量期間(即激光進入夾持設備130時)，輔助 燈將關(guān)閉。
夾持設備130內(nèi)的光照水平僅在功能測量之間的間隔中被測量。在 功能測量期間，安全性檢查是閑置的(由于激光的原因，夾持設備內(nèi)的 光照水平才全查將失敗)。該閑置時^殳可通過在專用^r測器153前安裝濾 光器加以避免，所述檢測器檢測夾持設備130內(nèi)的光照水平。這些濾光器阻斷激光，但允許環(huán)境光通過。激光是近紅外的。因此，這些濾光器 將需要阻斷近紅外和紅外，并且將需要通過較短波長的光。環(huán)境光將需 要包含這些較短波長的光，例如綠光、藍光或紫外光。
應當理解的是，盡管本文針對根據(jù)本發(fā)明的設備討論了優(yōu)選的實施 例、特定的構(gòu)造和配置，但是在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下， 可以做出形式和細節(jié)上的各種變化或改進。
權(quán)利要求
1.一種漫射光學層析成像設備，包括光源，其用于照射身體乳房部位；夾持設備，其被配置用于夾持該身體部位；測量設備，其被配置用于測量夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平；以及控制設備，其被配置用于根據(jù)測量的夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平控制光源。
2. 權(quán)利要求1的漫射光學層析成像設備，其中所述測量設備包括 第 一 光纖系列，其被配置用于感測所述夾持設備內(nèi)的光照水平； 第二光纖系列，其被配置用于傳送環(huán)境光照水平；以及第三光纖系列，其被配置用于傳送來自所述夾持設備的散射光。
3. 權(quán)利要求1的漫射光學層析成像設備，其中所述控制設備包括快 門，所述快門被配置用于根據(jù)所述夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水 平阻止或允許來自光源的光進入該夾持設備。
4. 權(quán)利要求1的漫射光學層析成像設備，還包括置于所述夾持設備 內(nèi)以包圍所述身體部位的耦合流體，其中該耦合流體的光學特性基本上 與所述身體部位的光學特性相同。
5. 權(quán)利要求1的漫射光學層析成像設備，其中所述夾持設備包括 多個入射開口，其用于將光源產(chǎn)生的光耦合到該夾持設備中；以及多個 出射開口，其被構(gòu)造為將散射光傳送到測量-控制設備，該散射光從所述 身體部位響應于來自光源的光而發(fā)射。
6. 權(quán)利要求1的漫射光學層析成像設備，其中所述光源是激光光源。
7. —種用于在漫射光學層析成像設備中控制光源的方法，包括步驟將身體乳房部位置于漫射光學層析成像設備的夾持設備內(nèi)； 借助于光源照射該夾持設備內(nèi)的身體部位； 用測量設備測量該夾持設備內(nèi)的光照水平； 用測量i殳備測量環(huán)境光照水平；以及基于測量的所述夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平控制所述光源。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中所述光源為激光光源。
9. 一種測量設備和控制設備，適用于根據(jù)權(quán)利要求1的層析成像設 備，被配置為測量夾持設備內(nèi)的光照水平和測量環(huán)境光照水平并且按照 測量的夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平控制該層系成像設備的 光源。
全文摘要
漫射光學層析成像設備包括光源，其用于照射身體乳房部位；夾持設備，其被配置用于夾持該身體部位；測量設備，其被配置用于測量夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平；以及控制設備，其被配置用于根據(jù)測量的夾持設備內(nèi)的光照水平和環(huán)境光照水平控制光源。這種設備防止光泄漏到患者或操作者的眼睛內(nèi)。
文檔編號A61B5/00GK101621959SQ200880006398
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日
發(fā)明者A·T·J·M·希珀 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司