專利名稱：用于組織的光學(xué)分析的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于組織的光學(xué)分析的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
光學(xué)測量被用以確定組織的物理屬性.在那些測量中，光被照射 到組織上，與組織相互作用，而且返回的光被探測和分析，以便于從 中推斷組織的屬性，通過區(qū)分癌變的與正常的組織，那些測量被用于 例如活體組織的癌癥診斷.
從組織的被探測區(qū)域返回的光包含對與組織的被探測區(qū)域的光學(xué)
屬性相關(guān)聯(lián)的分析有用的信息.許多技術(shù)表明除了這種信息以外， 還存在對組織的被探測區(qū)域附近組織的散射和/或吸收屬性加以確定 的需求.實(shí)際上，例如在癌癥探測中，散射和/或吸收系數(shù)的改變是區(qū) 分癌變組織和正常組織的重要特征.
WO2005/029051公開了 一種用于確定介質(zhì)物理特征的方法和設(shè)備， 包括
-用光源產(chǎn)生輻射；
-把探針放在介質(zhì)的樣品上，該探針包括具有第一直徑的第一光 纖，以及具有第二直徑的至少第二光纖； -通過第一光纖，發(fā)送來自光源的光；
-通過第一光纖采集笫一反向散射輻射，并通過第二光纖采集第 二反向散射輻射；
-產(chǎn)生基于第一反向散射輻射的第一信號，以及基于第二反向散 射輻射的第二信號；
-用第一信號和第二信號將測得的微分反向散射信號確定為波長 的函數(shù)，其特征在于
-通過把測得的微分反向散射信號曲線擬合成反向散射函數(shù)來計(jì) 算物理特征，其中反向散射函數(shù)是光子的平均自由程的函數(shù).
但是，這種方法或設(shè)備意味著要使用兩根彼此并排放置的光纖， 而這不是很實(shí)用的。此外，光纖的使用使得在表層(諸如上皮層)中
4的組織不能被掃描，而僅能被逐點(diǎn)地探測，

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種用于分析組織的方法和設(shè)備， 其允許獲得關(guān)于被探測區(qū)域周圍組織的散射和/或吸收屬性的信息，其 易于實(shí)現(xiàn)，而且允許對組織進(jìn)行掃描.
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種分析組織的方法，其包括 -用在聚焦區(qū)域聚焦的光照射組織；
-將從聚焦區(qū)域返回的光采集到第 一探測設(shè)備中，該笫 一探測設(shè) 備被設(shè)置為在第一探測區(qū)域上通過共焦光譜法僅采集從聚焦區(qū)域返回 的光，以生成包含關(guān)于組織的光學(xué)屬性的信息的第一信號；
-將從聚焦區(qū)域散射到至少第二區(qū)域且從笫二區(qū)域返回的光收集 到第二探測設(shè)備中，該第二探測設(shè)備被設(shè)置為在第二探測區(qū)域上僅采 集從第二區(qū)域返回的光，以生成第二信號，
-使用第一和第二信號以獲得關(guān)于在聚焦區(qū)域和第二區(qū)域之間的 區(qū)域中的組織的散射和/或吸收系數(shù)的信息，
共焦光譜法是一種允許對組織進(jìn)行分析的技術(shù).由于是在被設(shè)置 為僅采集來自聚焦區(qū)域的光的探測區(qū)域中探測從組織返回的光，因此 散射光不妨礙圖像的質(zhì)量。因?yàn)閺牡诙^(qū)域返回的光已經(jīng)在聚焦區(qū)域 和第二區(qū)域之間穿過并因此包含關(guān)于介于那些區(qū)域之間的組織的散射 和/或吸收屬性的信息，所以使用本發(fā)明的方法，組合在第一探測設(shè)備 中收集到的信息與在笫二探測設(shè)備中收集到的信息，以允許獲得關(guān)于 聚焦區(qū)域周圍組織的散射和/或吸收系數(shù)的信息.
共焦光譜法允許對組織進(jìn)行掃描并獲得它的3D ( 3D指三維的)圖 像.因此，根據(jù)實(shí)施例，為了通過共焦光謙法掃描組織而照射多個聚 焦區(qū)域，以獲得關(guān)于組織的3D結(jié)構(gòu)的信息，并且組合關(guān)于散射和/或 吸收系數(shù)的信息與關(guān)于組織的3D結(jié)構(gòu)的信息，以獲得關(guān)于組織的散射 和/或吸收系數(shù)的信息，其為組織中的3D位置的函數(shù).
根據(jù)實(shí)施例，聚焦區(qū)域是焦點(diǎn)和/或笫二區(qū)域是笫二點(diǎn).
根據(jù)實(shí)施例，對于每個聚焦區(qū)域從多個第二區(qū)域采集光.
根據(jù)實(shí)施例，探測設(shè)備被進(jìn)一步設(shè)置以測量組織的熒光。
根據(jù)實(shí)施例，熒光是以空間分辨的方式測得的。根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的方法被用于組織鲞別，
根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的方法被用于實(shí)時活體光學(xué)癌癥探測的前序 步猓.
本發(fā)明還涉及一種用于分析組織的設(shè)備，該設(shè)備包括 -用在聚焦區(qū)域聚焦的光照射組織的裝置；
-用于采集從聚焦區(qū)域返回的光的第一探測設(shè)備，該第一探測設(shè) 備被設(shè)置為在笫一探測區(qū)域上通過共焦光譜法僅采集從聚焦區(qū)域返回 的光，以生成包含關(guān)于組織的光學(xué)屬性的信息的第一信號；
-用于采集從聚焦區(qū)域散射到至少第二區(qū)域且從第二區(qū)域返回的 光的第二探測設(shè)備，該第二探測設(shè)備被設(shè)置為在第二探測區(qū)域上僅采 集從第二區(qū)域返回的光，以生成笫二信號，
-用于使用第一和第二信號以獲得關(guān)于在聚焦區(qū)域和第二區(qū)域之 間的區(qū)域中的組織的散射和/或吸收系數(shù)的信息的裝置，
根據(jù)實(shí)施例，通過會聚透鏡使光聚焦.
根據(jù)實(shí)施例，各探測設(shè)備均包括至少一個探測器，其具有探測區(qū) 域形狀并由此單獨(dú)定義所述探測區(qū)域.
根據(jù)實(shí)施例，探測設(shè)備包括像素化的探測器，該探測器包括能夠 被激活以定義探測區(qū)域的像素。
根據(jù)實(shí)施例，所述像素化的探測器是CCD探測器或CMOS探測器.
根據(jù)實(shí)施例，第一和第二探測設(shè)備包括探測器和具有至少一個孔、 位于該探測器前方以定義探測區(qū)域的板.
根據(jù)實(shí)施例，探測器不在同一平面內(nèi).
根據(jù)實(shí)施例，探測設(shè)備均包括探測器和置于各探測器前方的具有 至少一個孔的公共板.
根據(jù)實(shí)施例，所述板包括與聚焦區(qū)域有關(guān)的中央針孔和與第二區(qū) 域有關(guān)的環(huán)狀孔.
根據(jù)實(shí)施例，所述板包括三個針孔， 一個針孔與聚焦區(qū)域有關(guān)， 另兩個針孔相對于第一針孔對稱地位于每一側(cè)，該另兩個針孔與第二 區(qū)域的兩個不同位置相關(guān).
根據(jù)實(shí)施例，所述板包括與聚焦區(qū)域有關(guān)的中央針孔，該中央針 孔被與第二區(qū)域的四個位置相關(guān)的以十字布局分布的四個針孔包圍。
根據(jù)實(shí)施例，所迷設(shè)備被集成到內(nèi)診鏡或?qū)Ч苤?參考附圖，根據(jù)下面的描述，本發(fā)明的這些和其他方面將更加明顯。


圖l是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的設(shè)備的側(cè)面示意困； 圖2是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的探測設(shè)備的第一特定幾何形狀的 正面示意圖3是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的探測設(shè)備的第二特定幾何形狀的 正面示意圖4是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的探測設(shè)備的第三特定幾何形狀的 正面示意圖，以及
圖5是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的探測設(shè)備的第四特定幾何形狀的 正面示意圖.
具體實(shí)施例方式
在對本發(fā)明的特征進(jìn)行詳細(xì)描述之前，現(xiàn)在將簡述共焦顯微術(shù)的 原理，在共焦顯微術(shù)中，通過照射組織中的聚焦點(diǎn)并由探測器來探測 被反射的光來對組織成像，該探測器帶有例如在它前方的、相對于聚 光點(diǎn)適當(dāng)放置的針孔；由于針孔的緣故，從入射光束被聚焦于其上的 焦點(diǎn)反射而來的光能夠到達(dá)探測器，但是在聚焦點(diǎn)周圍被散射的光就 不能到達(dá)探測器.通過對組織的掃描，能夠基于探測到的反射光形成 3D圖像.通常會妨礙顯微鏡圖像的圖像質(zhì)量的、通過組織散射的光被 濾除，這導(dǎo)致了組織的3D圖像的良好質(zhì)量.因?yàn)閳D像是基于從組織反 射而來的光而形成的，因此圖像僅包含與組織的單次反向散射或反射 系數(shù)有關(guān)的信息.共焦顯微術(shù)被廣泛用于對生物組織成像的生物學(xué)中.
在共焦顯微術(shù)中，僅僅測量反射光的整體強(qiáng)度.也可以執(zhí)行共焦 光語法，其中返回的光束可以是就像在顯微術(shù)中那樣的集成的強(qiáng)度， 但是也可以是光譜分辨的強(qiáng)度，以在其不同波長處獲得光束的強(qiáng)度， 并因此得到吸收光譜。
本發(fā)明是已知的共焦光譜法技術(shù)的改進(jìn)，并由于在不同于原始聚 焦點(diǎn)之一的位置處使用采集來自笫二區(qū)域的光的第二探測設(shè)備，因此 允許得到關(guān)于聚焦區(qū)域周圍的組織的散射和/或吸收屬性的信息。這個不同的位置不被入射光束直接照射，而是由從聚焦區(qū)域散射的光照射, 由來自聚焦區(qū)域的反射生成的信號與通過從聚焦區(qū)域散射到笫二區(qū)域 而產(chǎn)生的信號的組合允許得到關(guān)于聚焦區(qū)域和第二區(qū)域之間的組織的 散射和/或吸收屬性的信息，根據(jù)實(shí)施例，通過掃描組織，能夠把組織
的散射和/或吸收系數(shù)的改變確定為組織中3D位置的函數(shù).
應(yīng)當(dāng)注意到當(dāng)光從聚焦區(qū)域穿到笫二區(qū)域時，從笫二區(qū)域返回 的光包含關(guān)于散射系數(shù)和吸收系數(shù)兩者的信息.因此能夠收集到關(guān)于 散射系數(shù)和吸收系數(shù)兩者的信息.但是，也可以選擇僅僅得到關(guān)于散 射系數(shù)的信息或者僅僅得到關(guān)于吸收系數(shù)的信息，這就是本發(fā)明之所 以提及得到關(guān)于"散射和/或吸收系數(shù)"的信息的原因.
因?yàn)楸景l(fā)明提及得到關(guān)于散射系數(shù)的信息，所以在下面描述的多 數(shù)實(shí)施例中，將參考散射系數(shù)。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是根據(jù)本發(fā)明的 相同方法和設(shè)備能夠被用于確定關(guān)于吸收系數(shù)的信息或者被用于確定 關(guān)于散射系數(shù)和吸收系數(shù)兩者的信息.實(shí)際上，對于組織分析而言， 散射系數(shù)和吸收系數(shù)兩者都是有用的信息，
參考圖l，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的光學(xué)分析方法、用于分析組織70的 設(shè)備包括光源10、偏分光鏡20、物鏡30(該物鏡30是會聚透鏡30)、 第一探測設(shè)備IOOA(包括具有孔110A的板以及探測器120A，該孔110A 位于探測器120A之前)、以及第二探測設(shè)備100B (包括具有孔110B 的板以及探測器1208，該孔IIOB位于探測器120B之前).在該所描 述的實(shí)施例中，孔110A， 110B是針孔110A, 110B.
光源10發(fā)射光束15，該光束可以是，例如，寬帶的或單一波長的 光束15,這一入射光束15朝著物鏡30的方向通過分光鏡20.物鏡30 將光聚焦在組織70中的斑點(diǎn)40中；這個斑點(diǎn)將被稱作焦點(diǎn)40.焦點(diǎn) 是其中光束的光被會聚的點(diǎn)或區(qū)域.在焦點(diǎn)處聚焦的光在此通過會聚 透鏡30來獲得，但它能夠通過任何適當(dāng)?shù)难b置(諸如，例如，由光柵 制成的透鏡)獲得。
從焦點(diǎn)40返回的光束80通過物鏡30被成像并被偏分光鏡20向 第一探測設(shè)備IOOA的方向反射.應(yīng)當(dāng)注意到該光束80不僅包括從 組織70的焦點(diǎn)40直接反射回來的光或者從組織70的聚焦點(diǎn)40單次 反向散射的光，而且包括被多次散射并再次到達(dá)焦點(diǎn)40的光，如圖1 上的光路130所示。但是，和與反射和單次反向散射有關(guān)的信號相比較而言，與多次散射(130)有關(guān)的光是非常弱的，
從焦點(diǎn)40返回的光束80通過笫一針孔110A并到達(dá)在第一探測區(qū) 域140A中的第一探測器120A.第一探測器120A可以是任何種類的、 適合于探測光束并與能夠從中生成表示光束特征的笫一信號(電信號) 的裝置相連接的探測器。換句話說，第一探測器120A適于光譜學(xué)測量. 該信號可以例如是集成的強(qiáng)度或光謙分辨的強(qiáng)度，
第一針孔IIOA確保只有從焦點(diǎn)40返回的光能夠到達(dá)在探測區(qū)域 HOA上的探測器120A.換句話說，第一針孔IIOA被與探測器120A、 組織70、物鏡30和分光鏡20相關(guān)地設(shè)置和放置，以使通過的光只能 來自焦點(diǎn)40,
所以，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的設(shè)備允許具有第一探測路徑，該 路徑從光源10經(jīng)由分光鏡20和透鏡30到達(dá)焦點(diǎn)40，且然后從焦點(diǎn) 40經(jīng)由透鏡30、分光鏡20并穿過針孔110A到達(dá)第一探測140A。
除了該第一探測路徑之外，還提供了第二探測路徑.
從焦點(diǎn)40散射光到組織70中，且在圖l上顯著地朝向第二參考 點(diǎn)60,該散射光例如沿著圖l上的參考光路50前進(jìn)，從焦點(diǎn)40到第 二點(diǎn)60光可能僅被散射幾次，但它主要是多次散射.
來自第二點(diǎn)的光束90被物鏡30朝著偏分光鏡20成像，其中該光 束被朝著第二探測設(shè)備100B的方向反射，該光束90朝笫二探測區(qū)域 140B上的第二探測器120B的方向穿過笫二針孔110B.
又，第二探測器120B適于探測光束的強(qiáng)度并與適于生成表示光束 特征的笫二信號的裝置相連.該信號可以例如是集成的強(qiáng)度或光譜分 辨的強(qiáng)度.
笫二針孔IIOB確保只有從笫二點(diǎn)60返回的光能夠到達(dá)在探測區(qū) 域140B上的第二探測器120B。換句話說，第二針孔IIOB被與探測器 120B、組織70、物鏡30和分光鏡20相關(guān)地設(shè)置和放置，以使通過的 光只能來自第二點(diǎn)60.
來自第二探測器120B的信號包含關(guān)于組織70的散射屬性的信息， 而不包含關(guān)于反射系數(shù)的信息。
如上所述，第一和第二探測器120A，120B可以測量總強(qiáng)度或者光 諉分辨的信號。
通過組合和/或比較分別由第一和笫二探測器120A，120B生成的第一和第二信號，能夠獲得關(guān)于在焦點(diǎn)40和第二點(diǎn)60之間的組織70的 散射屬性的信息.用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的設(shè)備包括適于獲得關(guān)于散 射屬性的該信息的裝置；那些裝置將不會被很詳細(xì)地描述，因?yàn)樗鼈?是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易獲得的；下面將僅簡要地討論示例性方法.相 應(yīng)的裝置可以包括計(jì)算機(jī)程序，
根據(jù)實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)常用的方法，其中對兩個信號作比較，兩 者的差別即與散射相關(guān)聯(lián).通過充分的校準(zhǔn)和計(jì)算，所查找的信息被 計(jì)算出來，在Biomedical Photonics Handbook,主編Tuan Vo-Dinh， CRC Press LLC, Florida, ISBN 0-8493-1116-0， part I: Photonics and Tissue Optics中，尤其是在2-4章中描述了該方法.在此前已 經(jīng)引用過的W02005/029051中也描述了一種方法.
根據(jù)實(shí)施例，聚焦點(diǎn)能夠被線性偏振，并且通過針孔IIOA, 110B 探測到的信號能夠是偏振分辨的或光謙分辨的.
根據(jù)由于散射導(dǎo)致的偏振改變的信息，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以推斷 關(guān)于組織的生物結(jié)構(gòu)的信息(諸如，例如，關(guān)于細(xì)胞核的形狀的信息 (不論它們是規(guī)則的還是不規(guī)則地構(gòu)形的)，等等)，那些就是除了 由于本發(fā)明的方法收集到的信息之外的信息。
根據(jù)特定實(shí)施例，偏振光束15輻照在組織70上，并通過在第二 探測器120B前方放置偏光器來執(zhí)行偏振探測.這允許區(qū)分僅僅被散射 幾次的光子和被散射多次的光子。實(shí)際上，被多次散射的光子變得消 偏振；因此，如果在第二探測器120B前方的偏光器僅選擇具有與入射 光束15相同的偏振那樣的光，那么只能測到僅被散射幾次的光子，這 些光子的偏振保持不變。用這種方法，可以獲得關(guān)于焦點(diǎn)40附近介質(zhì) 的局部散射屬性的信息，
為了得到關(guān)于組織70的散射屬性的信息，可以實(shí)施本領(lǐng)域技術(shù)人 員易于獲得的、任何其他合適的方法.
可選擇地，對于一個焦點(diǎn)40，通過改變笫二探測設(shè)備100B的設(shè)置 和位置，可以掃描在焦點(diǎn)40鄰近區(qū)域內(nèi)的多個不同的第二點(diǎn)60，因?yàn)?第二針孔110B和探測器120B的每個位置對應(yīng)于第二點(diǎn)60的唯一位置.
下面將更詳細(xì)地討論特定實(shí)施例.
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過在組織70中的不同3D位置指定聚焦 斑點(diǎn)40，可以對組織70進(jìn)行3D掃描，因此，用傳統(tǒng)的共焦光譜法方式，可以用從第一探測設(shè)備100A收集到的信息獲得組織70的3D圖像， 同時，由于第二^:測設(shè)備100B，對于焦點(diǎn)40的每個位置，關(guān)于該焦點(diǎn) 40周圍的散射屬性的信息就被采集到了，因此，對于聚焦點(diǎn)40的每個 位置，來自第一探測設(shè)備10OA的信號可以與來自第二探測設(shè)備10OB 的信號進(jìn)行組合；由此，可以對聚焦點(diǎn)40的每個3D位置計(jì)算散射系 數(shù).因?yàn)楸景l(fā)明的方法和設(shè)備，組織70的散射系數(shù)可以因此被計(jì)算作 為組織70中的3D位置的函數(shù)，對于任何深度都可以獲得這種信息，
而不僅是對表層.
如上面解釋的那樣，可以獲得關(guān)于散射系數(shù)的信息和關(guān)于吸收系 數(shù)的信息.實(shí)際上，到達(dá)第二點(diǎn)60的光量取決于組織70的吸收系數(shù). 因此，第二信號在很大程度上取決于聚焦點(diǎn)40附近區(qū)域的組織的散射 和吸收屬性.
作為3D位置的函數(shù)的散射系數(shù)信息的獲得對于評估組織屬性是很 有價值的。例如，在區(qū)分組織的情況中，并且尤其在癌癥探測中，組 織的屬性按深度的函數(shù)進(jìn)行改變。在組織的形態(tài)學(xué)改變之前，將發(fā)生 影響作為深度的函數(shù)的散射系數(shù)的蛋白質(zhì)含量和組織的DNA的改變. 如果能夠探測這些改變，就能夠在早期進(jìn)行癌癥探測并能夠確定癌癥 的擴(kuò)散性.
就癌癥探測應(yīng)用而言，來自常規(guī)共焦光譜法的信息(即來自笫一 探測設(shè)備100A的信號)使得能夠探測容易處于異常的區(qū)域；由于本發(fā) 明，在那些區(qū)域上能夠收集到其他信息(例如作為3D位置的函數(shù)的散 射屬性)，其使得能夠確證對異常的懷疑；實(shí)際上，散射屬性是組織 的重要特征，該特征允許對非正常組織和正常組織加以區(qū)分.
本發(fā)明的方法能夠被用于非侵入式實(shí)時活體癌癥探測的預(yù)備步驟.
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，不需要使用光纖，同時沒有與組織70相 接觸的儀器.因此，本發(fā)明的方法和設(shè)備非常易于實(shí)現(xiàn).
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，通過使用單一波長的入射光束以及在 探測路徑中使用低通濾波器，探測設(shè)備100A， IOOB能夠被用于以空間 分辨的方式測量熒光.這就是說，熒光是作為組織中的3D位置的函數(shù) 被測量的.這給出了關(guān)于局部吸收、散射屬性的附加信息以及因此關(guān) 于組織的生物屬性的信息.在這種情況中，本發(fā)明的設(shè)備可以包括在每個探測器120A, 120B 前方的低通濾波器，或者分光鏡20可以被分色鏡替換.第一探測器 120A測量源于焦點(diǎn)40的內(nèi)部組織熒光.該信號給出關(guān)于在焦點(diǎn)40處 的組織的生物分子性質(zhì)的信息.第二探測器120B測量源自第二點(diǎn)60 的內(nèi)部組織熒光.來自第二探測器120B的信號比來自笫一探測器120A 的信號要低一些，并且該信號的信號衰減取決于組織的散射和吸收屬 性.因此，由第二探測器120B探測到的信號的幅度還產(chǎn)生沿著從焦點(diǎn) 40到第二點(diǎn)60的光子路徑的散射和吸收屬性信息，但是焚光光譜的形 狀卻給出關(guān)于第二點(diǎn)60處的生物分子狀態(tài)性質(zhì)的信息.
通過在探測器120A， 120B之一的前方僅使用一個低通濾波器，能 夠獲得關(guān)于待研究的組織70的附加信息。
在上面提出的任何實(shí)施例中，通過選擇具有更高的數(shù)值孔徑的物 鏡30，能夠增加焦點(diǎn)40處的強(qiáng)度，這提高了來自焦點(diǎn)40和笫二點(diǎn)60 兩者的信號強(qiáng)度.在上面提出的熒光實(shí)施例中，這尤其重要.在這后 一種情況中，光源IO應(yīng)當(dāng)優(yōu)選激光器.當(dāng)然，本發(fā)明的其他實(shí)施例也 可以使用激光器。
能夠設(shè)計(jì)各種幾何形狀的針孔，隨著第二點(diǎn)或多個笫二點(diǎn)60的位 置而改變。實(shí)際上，如上面公布的那樣，由于具有適合的幾何形狀的 第二探測設(shè)備IOOB，而使得能夠探測到從多個第二點(diǎn)60或者甚至從連 續(xù)的第二區(qū)域返回的光，為了探測來自盡可能微小的焦點(diǎn)40的光，第 一探測設(shè)備IOOA將通常包括單個孔?，F(xiàn)在將描述探測設(shè)備100A, 100B 的4個特定實(shí)施例.在那些實(shí)施例中，探測設(shè)備包括具有至少一個置 于每個探測器前方的孔的公共板.將僅描述孔的幾何形狀，
參考圖2，探測設(shè)備包括與焦點(diǎn)40有關(guān)的中央針孔200，和與第 二點(diǎn)有關(guān)的環(huán)狀孔220，在該情況中的該第二點(diǎn)是焦點(diǎn)40周圍的連續(xù) 圓形區(qū)域.
參考圖3,探測設(shè)備包括三個針孔 一個針孔310與聚焦點(diǎn)40有 關(guān)，而另兩個針孔300， 320被參照第一針孔310對稱地放置在每一側(cè)， 該另兩個針孔300, 320與第二點(diǎn)60的兩個不同位置有關(guān).這使得能 夠確定在焦點(diǎn)40的一側(cè)和另一側(cè)上的散射屬性的非對稱性.這能夠推 廣到甚至更多個針孔，如圖4所示，其中與聚焦點(diǎn)40相關(guān)的中央針孔 420被4個與第二點(diǎn)60的四個位置相關(guān)的按十字布局分布的針孔400,410， 430， 440包圍.
通過選擇具有多于5個的彼此相鄰的針孔的針孔幾何形狀(或者 按如圖4中那樣以十字布局分布)，能夠通過比較來自不同的針孔的 信號幅度來定量地且局部地測量吸收系數(shù)和散射系數(shù).因此，關(guān)于散 射系數(shù)的信息可以作為從焦點(diǎn)而來的方向的函數(shù)而被獲得.
在圖5中，示出一個實(shí)施例，其中，與圖l中的探測器相似的探 測器120A， ， 120B，不在同一平面內(nèi).針孔110A， ，IIOB，也不在同 一平面內(nèi).因此在該情況中，本發(fā)明的設(shè)備在介質(zhì)70中的z-方向上測 量散射屬性.
應(yīng)當(dāng)注意的是， 一種區(qū)分單次和多次反向散射的光子的方法是利 用針孔的位置和尺寸，針孔可以起到與WO2005/029O51的方法中的光 纖的尺寸相同的作用.在這份文獻(xiàn)中提出的方法中使用的相同原理能
夠用于本發(fā)明的方法中，延伸到整個組織中，
在不背離本發(fā)明范圍的條件下，可以預(yù)見各種其他的探測幾何形 狀，重要的是提供兩個不同的探測區(qū)域140A， 140B.這可以用具有置 于探測器前方的孔的板來獲得，但可以設(shè)想其他實(shí)施例.只要是關(guān)于 孔的，就應(yīng)當(dāng)注意可以設(shè)計(jì)許多類型的孔，諸如，例如，針孔或縫. 還能夠使用陣列，
根據(jù)實(shí)施例，能夠只使用探測器而不使用任何具有孔的板，該探 測器具有所期望的探測區(qū)域的形狀并因此單獨(dú)定義該探測區(qū)域.換句 話說，探測器和具有置于探測器前方的孔的板的組合被單獨(dú)的探測器 所替代，該單獨(dú)的探測器的形狀被設(shè)置為僅表示所期望的探測區(qū)域.
根據(jù)另一個實(shí)施例，使用像素化的探測器.像素化的探測器是一 種在其探測表面上包括像素的探測器；像素化的探測器能夠，例如， 是CCD探測器或CMOS探測器。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉像素化的探測器且 不需要詳細(xì)描述該探測器.
因?yàn)槟切┨綔y器是像素化的，所以僅僅通過激活像素化的探測器 的特定像素，在像素化的探測器的表面上就定義了探測區(qū)域，因?yàn)橄?素沒有被激活，所以該探測區(qū)域周圍的所有表面對光不敏感，可以在 單個像素化的探測器上定義焦點(diǎn)40和第二點(diǎn)60的探測區(qū)域.
這種探測設(shè)備的探測設(shè)置能夠通過改變被激活的像素而被輕易改 變，因此，像素化的探測器的使用提供了許多自由，當(dāng)組織應(yīng)當(dāng)被掃描時，其尤其令人感興趣.
根據(jù)另 一 實(shí)施例，可以使用具有與針孔相對應(yīng)的 一定直徑的光纖。 根據(jù)另一實(shí)施例，基于非球面物鏡使用微型化的共焦機(jī)構(gòu).在這
一情況中，圖1的物鏡30被與在光學(xué)記錄中使用的那些透鏡相類似的 單個非球面透鏡所替代.這種替代使得機(jī)構(gòu)的微型化達(dá)到數(shù)毫米(參 見例如B. H. W. Hendriks， M丄J， van As and A丄M. van Alem， Miniaturised high-NA singlet plastic objective for optical recording, Jap. J. Appl. Phys. 44 (2005) 6554-6567.),這種 微型化的結(jié)果是，可以在導(dǎo)管的尖端或者在內(nèi)診鏡中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方 法以用于內(nèi)診.這使得能夠?qū)θ梭w內(nèi)的內(nèi)部器官和組織進(jìn)行研究.
根據(jù)另一實(shí)施例，偏振濾光器被置于探測器前方，以允許對作為 組織的散射屬性的函數(shù)的信號的消偏振進(jìn)行測量.
除了各種波長的信號的幅度以外，信號的角度分布也包含關(guān)于組 織的光學(xué)屬性的信息(參見Fang et al， IEEE J. Sel. Topics Quant, Elec. 9 (2003)， 267-276 ).在上述實(shí)施例中，關(guān)于信號的角度分布 的信息可以通過移動針孔(或者提供探測區(qū)域的另一設(shè)備)穿過從聚 焦點(diǎn)或第二區(qū)域返回的光束而獲得。在這種情況中，為了更好地定義 入射角，應(yīng)當(dāng)選擇發(fā)散較小的激發(fā)光束15.
在整個描迷中，對焦點(diǎn)和第二點(diǎn)使用了引喻，但術(shù)語"點(diǎn)"應(yīng)當(dāng) 理解為指定點(diǎn)、區(qū)域或體積.特別是，焦點(diǎn)實(shí)際上可以是精確點(diǎn)，在 該焦點(diǎn)周圍的第二區(qū)域內(nèi)測量散射光.
應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)需要多精確的關(guān)于組織的信息，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將選擇本發(fā)明的一個實(shí)施例.收集的信息越多，組織表征就能做 的越精確。
例如，如果第一和第二探測器生成的信號是焦點(diǎn)和第二點(diǎn)的強(qiáng)度， 那么將收集關(guān)于那些點(diǎn)之間的組織的平均散射系數(shù)的信息.如果要根 據(jù)該信號計(jì)算光譜，那么散射系數(shù)就能夠被分辨成波長的函數(shù).如果 測量到來自若干第二點(diǎn)的光，那么就能夠?qū)⒔裹c(diǎn)周圍的散射系數(shù)的改 變確定為笫一焦點(diǎn)周閨的方向的函數(shù).如果收集到了偏振信息，那么 就能獲得關(guān)于組織的生物結(jié)構(gòu)的信息(諸如在焦點(diǎn)周圍的微粒的形 狀).如果組合所有那些信息并且解決反向散射問題(例如，采用本 領(lǐng)域技術(shù)人員易于獲得的Monte Carlo計(jì)算法)，那么甚至可以重構(gòu)
14焦點(diǎn)周圍的組織。
所選的實(shí)施例將取決于所分析的是什么問題。比如，如果想知道 組織是否癌變，那么就不需要組織的全部重構(gòu)，因?yàn)橹揽偵⑸湎禂?shù) 與正常組織差異顯著就足夠了.如果想做更可靠的診斷，那么可以查 找更多的信息。
盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中已經(jīng)詳細(xì)地說明和描述了本發(fā) 明，但是這種說明和描述應(yīng)被認(rèn)為是說明性的或示例性的，而不是限
定性的；本發(fā)明不受所公開的實(shí)施例的限定.
本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施所請求的發(fā)明時，根據(jù)對附圖、說明書和 所附權(quán)利要求書的研究，能夠理解和實(shí)現(xiàn)對所公開的實(shí)施例所做的其 他變化.在權(quán)利要求書中，單詞"包括"并不排除其他元件或步驟， 且不定冠詞"一個"并不排除多個.單個處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn) 權(quán)利要求書中所敘述的一些項(xiàng)目的功能.在彼此不同的從屬權(quán)利要求 中敘述的某些方法這一僅有的事實(shí)并不意味著這些方法的組合不能提 供優(yōu)勢.計(jì)算機(jī)程序不僅可以被存儲/分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上(諸如光存 儲介質(zhì)或與其他硬件一起的固態(tài)介質(zhì)或作為其他硬件的一部分的固態(tài) 介質(zhì))，而且還能以其他形式被分布(諸如通過互聯(lián)網(wǎng)或其他有線的 或無線的電信系統(tǒng)).權(quán)利要求書中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為 對范圍的限定.
權(quán)利要求
1、分析組織(70)的方法，其包括-用在聚焦區(qū)域(40)聚焦的光照射組織(70)；-將從聚焦區(qū)域(40)返回的光采集到第一探測設(shè)備(100A)中，所述第一探測設(shè)備(100A)被設(shè)置為在第一探測區(qū)域(140A)上通過共焦光譜法僅采集從聚焦區(qū)域(40)返回的光，以生成包含關(guān)于組織的光學(xué)屬性的信息的第一信號；-將從聚焦區(qū)域(40)散射到至少第二區(qū)域(60)并從第二區(qū)域(60)返回的光收集到第二探測設(shè)備(100B)中，所述第二探測設(shè)備(100B)被設(shè)置為在第二探測區(qū)域(140B)上僅采集從第二區(qū)域(60)返回的光，以生成第二信號，-使用第一和第二信號以獲得關(guān)于在聚焦區(qū)域(40)和第二區(qū)域(60)之間的區(qū)域中的組織(70)的散射和/或吸收系數(shù)的信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中為了通過共焦光謙法掃描組 織(70)而照射多個聚焦區(qū)域(40)，以獲得關(guān)于組織(70)的3D結(jié) 構(gòu)的信息，并且組合關(guān)于散射和/或吸收系數(shù)的信息與關(guān)于組織(70) 的3D結(jié)構(gòu)的信息，以獲得作為組織(70)中的3D位置的函數(shù)的關(guān)于 組織(70)的散射和/或吸收系數(shù)的信息.
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中對于每個聚焦區(qū)域(40)從 多個第二區(qū)域(60)采集光.
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述探測設(shè)備(100A, 100B) 被進(jìn)一步設(shè)置以測量組織(70)的熒光.
5、 用于分析組織(70)的設(shè)備，其包括 -用在聚焦區(qū)域(40)聚焦的光照射組織(70)的裝置(10); -用于采集從聚焦區(qū)域(40)返回的光的第一探測設(shè)備(100A),所述第一探測設(shè)備(100A)被設(shè)置為在第一探測區(qū)域(140A) 上通過共焦光謙法僅采集從聚焦區(qū)域(40)返回的光，以生成 包含關(guān)于組織(70)的光學(xué)屬性的信息的第一信號； -用于采集從聚焦區(qū)域(40)散射到至少第二區(qū)域(60)且從第 二區(qū)域"0)返回的光的第二探測設(shè)備(100B)，所述第二探 測設(shè)備(100B)被設(shè)置為在笫二探測區(qū)域(140B)上僅采集從笫二區(qū)域(60)返回的光，以生成笫二信號， -用于使用第一和第二信號以獲得關(guān)于在聚焦區(qū)域和第二區(qū)域之 間的區(qū)域中的組織(70)的散射和/或吸收系數(shù)的信息的裝置.
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中各探測設(shè)備(IOOA， 100B) 均包括至少一個具有探測區(qū)域(140A, 140B)形狀并由此單獨(dú)定義探 測區(qū)域(140A, 140B)的探測器，
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述探測設(shè)備(100A， 100B) 包括像素化的探測器，該探測器包括能夠被激活以定義探測區(qū)域(140A, 140B)的像素。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中第一和第二探測設(shè)備(100A, 100B)包括探測器(120A, 120B)和位于該探測器(120A, 120B)前 方且具有至少一個孔(110A, 110B)以定義探測區(qū)域(140A, 140B) 的板.
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述探測器(120A, 120B) 不在同一平面內(nèi).
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述探測設(shè)備(100A， 100B)均包括探測器和置于各探測器前方的且具有至少一個孔的公共板.
11 、根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述板包括與聚焦區(qū)域(40 ) 相關(guān)的中央針孔(200)和與第二區(qū)域(60)相關(guān)的環(huán)狀孔("O).
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述板包括三個針孔，一 個針孔(310)與聚焦區(qū)域(40)相關(guān)，另兩個針孔(300， 3M)相對 于第 一針孔(310 )對稱地位于每一側(cè)，所述另兩個針孔與笫二區(qū)域(60 ) 的兩個不同位置相關(guān).
13、 包括如權(quán)利要求5所述的設(shè)備的導(dǎo)管或內(nèi)診鏡.
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組織(70)的分析方法和設(shè)備，包括-用在聚焦區(qū)域(40)聚焦的光照射組織(70)；-將從聚焦區(qū)域(40)返回的光采集到第一探測設(shè)備(100A)中，該第一探測設(shè)備(100A)被設(shè)置為在第一探測區(qū)域(140A)上通過共焦光譜法僅采集從聚焦區(qū)域(40)返回的光，以生成包含關(guān)于組織(70)的光學(xué)屬性的信息的第一信號；-將從聚焦區(qū)域(40)散射到至少第二區(qū)域(60)、從第二區(qū)域(60)返回的光收集到第二探測設(shè)備(100B)中，該第二探測設(shè)備(100B)被設(shè)置為在第二探測區(qū)域(140B)上僅采集從第二區(qū)域(60)返回的光，以生成第二信號，-使用第一和第二信號以獲得關(guān)于在聚焦區(qū)域(40)和第二區(qū)域(60)之間的區(qū)域中的組織(70)的散射和/或吸收系數(shù)的信息。由于本發(fā)明，能夠收集關(guān)于組織的散射和/或吸收屬性的信息。
文檔編號G02B21/00GK101622566SQ200880006248
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日
發(fā)明者A·T·M·范戈夫, B·H·W·亨德里克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司