CN101484067B

CN101484067B - 光学成像系统和方法

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Publication number: CN101484067B
Application number: CN2007800255808A
Authority: CN
Inventors: T·尼尔森; T·克勒
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: ATE477743T1; WO2008007271A1; BRPI0714030A2; CN101484067A; EP2040609B1; US20090326382A1; RU2454921C2; EP2040609A1; US8204579B2; DE602007008571D1; JP2009542289A; RU2009104038A; JP5236636B2; BRPI0714030A8

Abstract

本发明涉及一种用于确定向对象(2)、尤其是混浊介质所施加的荧光造影剂的浓度相关量的设备。所述设备通常包括用于以激发波长辐照对象(2)的电磁辐射源(4)和至少一个用于探测由造影剂以荧光波长发射的荧光电磁辐射的第一探测装置(6、7.1、7.2、...、8)，所述第一探测装置产生荧光强度数据(F)。所提出的设备还包括至少一个用于探测激发波长下的通过对象(2)透射的电磁辐射的第二探测装置(6、7.1、7.2、...)，所述第二探测装置产生透射强度数据(T)，所述设备还包括评估装置(10)，其适于接收透射强度数据和荧光强度数据以及根据荧光强度数据与透射强度数据的比率(R)确定造影剂的所述浓度相关量。

Description

光学成像系统和方法

背景技术

本发明涉及一种用于确定向对象、尤其是混浊介质所施加的荧光造影剂的浓度相关量的设备，所述设备包括用于以激发波长辐照对象的电磁辐射源，以及至少一个用于探测由造影剂以荧光波长发射的荧光电磁辐射的第一探测装置，所述第一探测装置产生荧光强度数据。

本发明还涉及一种确定向对象、尤其是混浊介质所施加的荧光造影剂的浓度相关量的方法，所述方法包括使用激发波长的电磁辐射而辐照对象，并且探测由造影剂以荧光波长发射的荧光电磁辐射，由此产生荧光强度数据。

本发明还涉及一种计算机程序产品，其用于确定向对象、尤其是混浊介质所施加的荧光造影剂的浓度相关量，以及一种光学成像系统，其用于通过监测由向对象、尤其是混浊介质所施加的荧光造影剂发射的荧光辐射而成像所述对象。

用于成像混浊介质的光学成像系统，尤其用于成像女性乳房组织的光学乳腺摄影系统，通常采用向待成像的对象(例如女性乳房)所施加的荧光造影剂。入射在对象上的电磁辐射穿透进入对象，并且激发包括于其中的荧光造影剂，所述荧光造影剂反过来又产生荧光辐射(在光谱的近红外(NIR)范围中)。在相对于对象的若干取向或位置处探测从对象射出的荧光辐射。

通常，所述造影剂将不均匀地分布在待成像的对象中。例如，在光学荧光乳腺摄影中，肿瘤所吸收的造影剂在浓度上比周围健康组织所吸收的要高，即通过造影剂吸收的生理学建立病变(肿瘤)和背景之间的相对对比度。通过改变注射进入对象(向患者施予)的剂量或者通过改变注射之后执行成像的时间，可以改变造影剂的绝对浓度。

通过成像系统的探测灵敏度，给出有助于采集图像的造影剂最小浓度。然而，浓度存在上限，通过由于造影剂对辐射的自吸收而引起荧光信号的非线性性态的发生给出所述上限。当执行光学成像时必须避免这些非线性，因为它们对对象中吸收造影剂浓度较低的那些部位(例如健康组织)与对象中吸收造影剂浓度较高的那些部位(例如病变)之间的观察对比度具有重要的影响：在低浓度状况下，病变在相对暗的背景上表现为亮斑。在高浓度状况下，病变表现为相对暗斑。

发明目的

本发明的目的是提供一种通过使用荧光造影剂而成像对象的光学成像系统，以及一种对应的方法，该方法能够确定所施加的造影剂的最佳剂量和/或用于对对象执行成像的最佳时间，其中所述最佳剂量高到足够被探测到，但是为了避免非线性也不会太高。本发明的另一个目的是提供将所述方法转化为实践的一种在光学成像系统中使用的设备和计算机程序产品。

发明内容

根据本发明的第一方面，通过提供一种上述限定类型的设备来实现所述目的，所述设备包括具有至少一个第二探测装置，其用于探测激发波长下的通过对象透射的电磁辐射，所述第二探测装置产生透射强度数据；所述设备还包括评估装置，其适于接收透射强度数据和荧光强度数据并且根据荧光强度数据与透射强度数据的比率而确定造影剂的所述浓度相关量。

根据本发明的第二方面，通过提供一种上述限定类型的光学成像系统来实现所述目的，所述光学成像系统包括根据本发明的所述第一方面的设备，其中，根据由所述设备确定的浓度相关量来控制系统的操作。

根据本发明的第三方面，通过提供一种上述限定类型的计算机程序产品来实现所述目的，所述计算机程序产品包括第一代码序列，其用于接收描述由对象发射的荧光电磁辐射的荧光强度数据；第二代码序列，其用于接收描述通过对象透射的电磁辐射的透射强度数据；第三代码序列，其用于计算荧光强度数据与透射强度数据的比率并且用于根据所述比率确定所述浓度相关量。

根据本发明的第四方面，通过提供一种上述限定类型的方法来实现所述目的，所述方法还包括探测激发波长下的通过对象透射的电磁辐射，由此产生透射强度数据；计算荧光强度数据与透射强度数据的比率；以及根据所述比率确定造影剂的所述浓度相关量。

因而，根据本发明的总体思路，提出了一种简单的方法，其允许核实对象中的平均造影剂浓度是否适用于光学成像目的。该方法利用荧光测量和透射测量，即该方法可以直接应用于由所述测量产生的原始数据或信号：作为源和探测器之间的距离的函数来确定荧光信号关于透射信号的比率。如果造影剂浓度处于自吸收可忽略的范围中，则对应于所述比率的数据将表现出与造影剂浓度过高的情况不同的性态。因此，通过分析所述荧光-透射比率的性态，可以以定量方式确定对(例如女性乳房)中的平均造影剂浓度。下文中，这将称为浓度相关量(过高；合适)。

在根据本发明的方法的一个实施例中，所述第一探测装置和所述辐射源以及所述第二探测装置和所述辐射源之间的距离可变，以产生依赖于距离的荧光强度数据和透射强度数据。这样，可以作为源探测器距离的函数，例如通过对应描点图的光学检查或通过关于对应数据执行回归(regression)来分析所述比率。例如，如果造影剂浓度处于自吸收可忽略的范围中，则比率数据将位于一条线上，即表现出关于源探测器距离的线性性态。而且，这条线的斜率与造影剂浓度成比例。因此，如果对系统进行适当地校正，则可以导出绝对浓度值。另一方面，如果浓度过高，则比率数据将位于基本上S形的曲线上。

在根据本发明的方法的对应实施例中，所述方法包括改变辐射源和探测位置之间的距离，以产生依赖于距离的透射强度数据和荧光强度数据，并且根据所述比率作为所述距离的函数的性态来确定所述浓度相关量。

在根据本发明的设备的又一实施例中，所述设备包括多个位于距辐射源相应距离处的第一和第二探测装置，其用于探测位于相对于对象的各个位置处的荧光电磁辐射和透射电磁辐射。

这样，通过从不同的第一和/或第二探测装置搜集数据，可以产生依赖于距离的荧光和透射数据。

为了捕获来自对象的荧光辐射，至少一个第二探测装置要在光谱的近红外范围中灵敏。

如上所述，在根据本发明的设备的又一实施例中，评估装置适于根据所述比率关于所述距离的性态而确定造影剂对辐射的自吸收量，以便确定适于光学成像的浓度条件。

为了通过视觉检查来确定所述浓度相关量，在根据本发明的设备的又一设备中，所述设备包括显示装置，其用于显示作为所述距离的函数所描点绘制的所述比率的曲线。

如果使用多个探测装置分析对象，则所述对象由于其几何结构，可能不会与所有所述探测装置适当地操作连接。因此，在根据本发明的设备的另一实施例中，所述设备包括用于说明对象相对于所述多个第一和第二探测装置的位置的装置，其用于根据所述相对位置确定在所述比率中将要包括哪个荧光强度数据和哪个透射强度数据。

在根据本发明的设备的又一实施例中，评估装置适于在所述比率关于距离线性变化时通知造影剂的浓度相关量的第一类型，而造影剂的浓度相关量的第二类型是所述比率随距离非线性变化。这样，可以使用评估装置来自动控制光学成像系统的操作。

当需要监测造影剂的动力学时，在根据本发明的设备的又一实施例中，至少一个第一和第二探测装置适于在预定时间间隔上持续地产生所述强度数据。

在根据本发明的方法的对应实施例中，所述方法包括在预定时间间隔上持续地确定所述浓度相关量。

至少所述辐射源和所述第一和第二探测装置可以包括在手持单元中，因而构成用于确定造影剂或染料浓度的简单手持设备。

为了促进实际使用根据本发明的设备，在又一实施例中，所述设备还包括中空单元，其用于围绕待成像的对象。所述中空单元包括多根与所述辐射源连接的第一光纤，其用于辐照中空单元内的对象。而且，中空单元包括多根与通用型探测器单元连接的第二光纤，其用于探测来自中空单元内的对象的辐射。可切换波长选择滤波器装置被设置成与所述第二光纤和/或所述探测器单元连接，用于选择性地分别提供所述第一和第二探测装置。

为了实现均匀地辐射和探测各种形状和尺寸的对象，在根据本发明的设备的又一实施例中，所述第一和第二光纤以基本上均匀的方式分布在所述中空单元的表面上。

本文中，在根据本发明的设备的另一实施例中，通过经由所述第一光纤之一提供用于选择性辐射对象的多路复用装置，可以实现产生依赖于距离的透射和荧光数据，所述第一光纤之一有效地用作辐射源，并且位于距所述第二光纤中相应光纤的给定距离处。

在根据本发明的方法的又一实施例中，所述方法包括根据所述浓度相关量的测量值输出控制信号。随后，可以使用所述控制信号以根据本发明的所述方面控制光学成像系统。

参考附图，仅作为实例给出的优选实施例的说明书，可以得到本发明的其他优点和特征。根据本发明，可以独立或组合地使用上述以及下列特征。所述的实施例不形成详尽的列举，而应当认为是与本发明的总体构思有关的实例。

附图说明

图1是根据本发明的光学成像系统的示意方框图，其包括用于确定向对象所施加的荧光造影剂的浓度相关量的设备；

图2是图1的设备中的围绕对象的单元的示意图；

图3是示出了对于第一浓度的荧光造影剂、作为由图1的设备测量和计算的源探测器距离的函数所描点绘制的荧光强度与透射强度的比率的图；

图4是示出了对于第二浓度的荧光造影剂、作为由图1的设备测量和计算的源探测器距离的函数所描点绘制的荧光强度与透射强度的比率的图；以及

图5是根据本发明的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出了光学成像系统1的示意方框图，其包括一种根据本发明的用于确定向对象所施加的荧光造影剂的浓度相关量的设备。光学成像系统1被设计成通过对向对象2、尤其是混浊介质(例如，诸如女性乳房组织的人或动物组织)所施加的荧光造影剂(未示出)所发射的荧光辐射进行监测而对所述对象2进行成像。所述对象大体被包括在围绕对象的中空单元3中，所述单元经由辐射导向装置5连接至辐射源4。中空单元3还经由另一辐射导向装置7连接至探测器单元6。辐射导向装置5和另一辐射导向装置7都包括多根辐射导向纤维，优选为256根直径均为d＝1mm的纤维，为了简明，仅描绘出这些纤维中的一些5.1、5.2、…；7.1、7.2、…。

探测器单元6包括多个探测器(未示出)，所述探测器的数量对应于辐射导向装置7的纤维数量，所述探测器中的每一个与所述纤维中一根相连接以探测在所述这根纤维上透射的辐射。探测器单元6还包括滤波器装置8。

探测器单元6连接至光学成像系统1的控制单元9，所述控制单元优选被设计成个人计算机(PC)的形式。控制单元9包括评估装置10、激光控制器11、光闸控制器12和电动机控制器13，这些部件的功能将在下文变得显然。评估装置10、激光控制器11、光闸控制器12和电动机控制器13优选被设计成软件形式，并且借助于任何合适的编程语言而在控制单元9上实现，所述编程语言例如是本领域技术人员已知的C、C++、Java等。

评估装置10还包括若干模块10.1、10.2、…，其优选也被设计成软件形式，所述模块功能将变得显然。

而且，光学成像系统1包括显示装置14和连接至所述控制单元9的输入装置15。

根据图1的实施例，辐射源4还包括若干在操作上与相应透镜4.1a、4.2a、4.3a和光闸4.1b、4.2b、4.3b连接的激光二极管4.1、4.2、4.3，所述光闸后跟有相应长度的、优选直径为d＝0.4mm的辐射导向纤维4.1c、4.2c、4.3c。在所示的实施例中，第一激光二极管4.1发射以第一激发波长且具有第一发射功率(例如，λ＝680nm，P＝50mW)的电磁辐射。第二激光二极管4.2发射以第二激发波长且具有第二发射功率(例如，λ＝780nm，P＝60mW)的电磁辐射。第三激光二极管4.2发射以第三激发波长且具有第三发射功率(例如，λ＝870nm，P＝40mW)的电磁辐射。

辐射源4还包括在操作上连接至多路复用装置4.5的电动机装置4.4，所述多路复用装置采取纤维选择器的形式，其适于选择第一辐射导向装置5的所述多根辐射导向纤维5.1、5.2、…中之一。

下文将描述光学成像系统1的操作：

一般地，经由辐射导向装置5，即经由图1中箭头I所示的辐射导向纤维5.1、5.2、…，使用来自辐射源4的至少一个激发波长的电磁辐射，辐照施加有荧光造影剂的对象2。然后，对象2中的造影剂吸收部分所述辐射，并且以不同于所述激发波长的波长发射荧光辐射，所述荧光辐射经由辐射导向装置7，即辐射导向纤维7.1、7.2、…，借助于探测器单元6，即包括于所述探测器单元中的各个探测器进行探测。通过采用被设计成有效地阻挡所述激发波长的滤波器装置8，来实现选择性地仅探测所述荧光辐射。在图1中，借助于箭头F示出了来自对象2的所述荧光辐射。下文中，附图标记F还将用于指示由探测单元6响应于所述荧光辐射而产生的对应数据，即荧光强度数据。

由于对象2中的不同结构将包括不同浓度的荧光造影剂，因此对所述荧光辐射的空间分辨探测允许分辨对象2的结构特征。正如本领域技术人员已知的，所述结构分辨率可以通过将辐射导向纤维7.1、7.2、…适当地定位在包括对象2的中空单元3的表面(参见附图2)上而实现。

随后，将对应的荧光强度数据从探测器单元6提供至控制单元9，以在显示装置14、例如监视器或打印机上进行显示。

根据对象2和/或所使用的荧光造影剂的物理特性，激光控制器11可以命令由一个或多个所述激光二极管4.1-4.3发射辐射。因此，借助于光闸控制器12控制光闸4.1b、4.2b、4.3b以经由相应纤维4.1c、4.2c、4.3c将所述已发射的辐射导向至纤维选择器4.5。随后，将至少一个选定的激发波长依次提供至辐射导向装置5中的所述辐射导向纤维5.1、5.2、…中的每一根，以便以空间分辨方式辐照对象2。为此，如图1中所示，辐射导向装置5的各个辐射导向纤维5.1、5.2、…适当地分布在包括对象2的所述中空单元3(参见图2)的表面上，正如本领域技术人员已知的。

这样，根据本发明一个实施例，每次仅激活所述辐射导向纤维5.1、5.2、…中的一根用于辐照对象2，然而同时激活所有所述辐射导向纤维7.1、7.2、…用于捕获来自对象2的辐射，并且用于将所述捕获的辐射导向探测器单元6，因而有效地构成多个用于探测所述荧光辐射的探测装置。

为了确定对象2内荧光造影剂的至少一个浓度相关量，进一步确定所述荧光辐射F，图1的系统被设计成测量通过所述对象2的透射辐射。这由图1中的箭头T指示。应当注意到，还将使用附图标记T来指定由探测器单元6产生的对应数据。换句话说：除了所述荧光辐射F之外，探测器单元6还探测所述辐射I中通过对象2透射的而不与荧光造影剂有任何互相影响的分量T。为此，在探测器单元6中未采用滤波器装置8，并且将对应的透射强度数据T提供至控制单元9。

同样，由于中空单元3、辐射导向纤维7.1、7.2、…和探测器单元6的设计，有效地提供多个用于探测所述透射辐射的探测装置。

如从图2中最佳所示，上述借助于纤维选择器4.5对辐射导向纤维5.1、5.2、…的多路复用与借助于辐射导向纤维7.1、7.2、…进行空间分辨探测一同，等效于改变图1的光学成像系统1中的源探测器距离。

图2示出了图1的设备中的围绕对象的中空单元3的示意图。中空单元3被设计成杯形，其内部3.1至少局部填充有辐射透射流体，如本领域技术人员已知的。所述杯的内部3.1的其他部分包括对象2。在图2的实施例中，中空单元3被特别设计成在乳腺摄影成像的背景中固定女性乳房。

在其底部区域3.2，所述杯包括用于流入和流出所述流体的通道3.3。辐射导向纤维5.1、5.2、…(参见图1)终止于所述杯的侧壁3.4的对应开口中，使得通过纤维5.1、5.2、…导向的电磁辐射可以进入所述杯的内部3.1，并且随后可以由辐射导向纤维7.1、7.2、…捕获所述电磁辐射并将其导向探测器单元6(图1)。

如前所述，多路复用所述辐射导向装置5.1、5.2、…有效地对应于改变源探测器距离，如图2中所示：虽然辐射导向纤维5.1的终端位于距辐射导向纤维7.1的终端的距离d1处，但是辐射导向纤维5.2的终端位于距辐射导向纤维7.1的终端的距离d2处，d2＞d1。因而，通过首先借助于辐射导向纤维5.1并且随后借助于辐射导向纤维5.2，辐照所述杯的内部3.1(即对象2)，借助于辐射导向纤维7.1探测的透射强度和/或荧光强度，有效地分别地提供对两个不同的源探测器距离(即距离d1和d2)的测量数据。通过在所述多根辐射导向纤维5.1、5.2、…上进行多路复用(图1)，可以从大范围的源探测器距离(通常指示为SD或dij)收集依赖于距离的测量数据。

根据系统几何结构，即所述辐射导向纤维5.1、5.2、…；7.1、7.2、…在中空单元3的表面或侧壁3.4上空间分布，可以得知源探测器距离dij；i、j＝1、2、…、n，其中n是辐射导向装置5、7中使用的各个辐射导向纤维的数量，即在本实例中n＝256。换句话说，对于给定激活的辐照纤维5.1、5.2、…，所有的源探测器距离，即探测纤维7.1、7.2、…至所述激活纤维的距离，可根据系统几何结构得知，并且可以将所述距离存储在控制单元9(图1)的适当存储装置(未示出)中并且由所述存储装置提供所述距离。换句话说：对于给定辐照纤维，探测器单元6中的每个探测器提供关于已知源探测器距离SD的数据。

如上已经所述，对于给定激活的辐照纤维5.1、5.2、…，可以由探测器单元6经由选择性地采用滤波器装置8确定依赖于距离的透射强度数据T和荧光强度数据F。随后，将依赖于距离的透射强度数据和荧光强度数据发射至控制单元9的评估装置10，以供进一步分析。

如上述图1中所述的示范性方式中所示，评估装置10包括若干(软件)模块10.1，10.2，…。借助于一个所述模块，例如，模块10.1，评估装置10适于从探测器单元6接收依赖于距离的透射强度数据T和依赖于距离的荧光强度数据。借助于另一个所述模块，例如，模块10.2，评估装置10还适于计算所述依赖于距离的透射强度数据与所述依赖于距离的荧光强度数据的比率。如果R指示所述比率，F指示所述依赖于距离的荧光强度数据，而T指示所述依赖于距离的透射强度数据，则所述比率R被定义为R＝F/T。应当注意到，根据荧光强度数据和透射强度数据两者对上述限定的源探测器距离的依赖关系，所述比率R也依赖于所述源探测器距离。

评估装置10的所述模块10.1、10.2、…中的另一个模块可以适于说明对象2相对于所述多个第一和第二探测装置的位置，所述另一个模块用于根据所述相对位置确定在所述比率R中将要包括哪个荧光强度数据F和哪个透射强度数据T。

评估装置10的所述模块10.1、10.2、…中的又一个模块可以适于在显示装置14(图1)上显示所述比率R作为源探测器距离的函数的描点图。

应当注意到，根据图1和2的实施例，使用通用型辐射导向纤维7.1、7.2、…测量透射T和荧光F，使得为了确定给定源探测器距离的所述比率R，即给定辐射导向纤维7.1、7.2、…的所述比率R，需要在所述纤维上关于相应的测量值进行简单的除法运算。这有利于进行校正。然而，在根据本发明的另一实施例中，可以分别使用不同的辐射导向纤维来测量透射T和荧光F。为了确定所述比率R，然后必须将来自第一组辐射导向纤维(例如用于测量透射T)的对应信号内插到第二组辐射导向纤维(例如用于测量透射T)的位置。

图3和4示意性示出了分别对于第一/第二浓度的荧光造影剂，作为由图1的设备测量和计算的源探测器距离的函数所描点绘制的荧光强度与透射强度的比率的图。在图3和图4中，绘制出所述比率R＝F/T与源探测器距离(其指示为SD)的关系曲线。

图3示出了其中荧光强度数据由于造影剂对所发射的荧光强度的自吸收而表现出非线性性态的情况。这一性态发生在高浓度条件下，其中，对象2中某些结构包含的造影剂浓度高于对象中周围部位(例如，在诸如女性乳房组织的人类组织中的肿瘤)，所述对象的这些结构与背景强度相比将显示为暗斑。根据图3，在描点绘制R关于SD的变化时可以借助于大致S形的曲线来表示这种类型的不期望性态的特征。

图4示出了针对为实现图像而基本上最佳造影剂浓度的情况的R与SD关系曲线的另一描点图，其中对象2的病变(例如人类组织中的肿瘤)，与背景相比将显示为亮斑。通过基本为函数R(SD)的线性性态来表示这一条件的特征。

通过在显示装置14(图1)上绘制出如图3和4中所示的比率R与源探测器距离SD的关系曲线，本发明光学成像系统1的用户可以实时判断对象2中的荧光造影剂浓度对于光学成像系统1的期望操作，例如对于提供可能患癌的女性乳房组织的精确图像而言是否可接受。然而，如本领域技术人员将意识到，本发明不局限于这一特定用途。

作为替代或附加地，评估装置10的又一模块10.1、10.2、…可以适于在比率R关于距离线性变化(参见图4)时通知造影剂浓度条件为第一类型。因此，所述模块还可以适于在所述比率关于距离非线性变化时通知造影剂浓度条件为第二类型。随后，可以由控制单元9使用所述通知、例如以适当控制信号的形式(未示出)，以控制本发明光学成像系统1的操作。例如，在图3中所示的情况下，可以使用所述控制信号来暂停本发明系统1的操作，直到已经到达用于成像操作的最佳时间点。正如本领域技术人员将意识到的，借助于根据本发明的方法进行的进一步浓度测量，可以持续地执行以确定用于成像的最佳时间点。这样，根据本发明的方法可以用于测量造影剂动力学。这样，还可以使用该方法以确定注射入将成像的对象中的造影剂的最佳注射剂量。

应当注意到，根据本发明的上述方法直接作用于探测器单元6所提供的原始数据，从而使得所需要的图像重建不再耗时且耗费资源，这进一步有利于所提出系统和方法的实时能力。

如本领域技术人员将进一步意识到的，根据本发明的方法能够在由一组测量值校准时通过确定图4中曲线的斜率，而给出造影剂的绝对浓度值。为此，可以由所述模块10.1、10.2、…中的又一个模块来实现。

在本发明的一个实施例中，通过显示装置14向用户或操作者显示如附图3和4中以示范性方式示出的描点图，从而使得用户或操作者可以通过经由输入装置15(例如键盘等)提供适当的输入来对控制系统1作出反应。

作为替代或附加地，借助于评估装置10的所述模块10.1、10.2、…中的又一个模块，可以关于探测器单元6提供的依赖于距离的数据连同某些预定阈值来执行线性回归算法，以便根据图3和4来判断曲线是线性形状还是非线性形状。此外，如果比率R＝F/T表现出作为源探测器距离SD的函数的线性性态，则可以发射控制信号，并且控制单元9、即评估装置10相应地命令激光控制器11、光闸控制器12和电动机控制器13，来执行对象2的辐照以采集光学图像，如前所述。与此相对比，如果所述比率R的性态作为源探测器距离SD的函数表现为非线性形式，则停止光学成像系统1的操作-除重复浓度测量之外-直到到达用于成像所述对象的最佳时间点。

应当注意到，上述(软件)模块10.1、10.2、…可以实现在具有适当的控制单元(例如控制单元9)的现有光学成像系统中，因而将所述系统升级为执行根据本发明的方法。

图5示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。该方法以步骤S100为开始。在随后的步骤S102中，将计数变量i设置为初始值，即i＝1，所述计数变量用于多路复用所述辐照纤维5.1、5.2、…、5.n，其中n指示纤维总数量。

然后，在随后步骤S104中，如前所述激活对应于i的当前值的辐照纤维，以辐照包括荧光造影剂的对象。在随后步骤S106中，通过与探测器单元6相连接的辐射导向装置7所提供的n个探测装置收集依赖于距离的透射强度数据。然后，在随后步骤S108中，采用滤波器装置8以便收集荧光强度数据，如前所述。

在下一步骤S110，判断变量i是否已经到达其最大值n。如果对步骤S110中问题的回答是肯定(是)的，则在随后步骤S112中，从由探测器单元6提供至评估装置10的原始数据全体中，作为源探测器距离的函数来计算比率R＝F/T。如果对步骤S110中回答的问题是否定(否)的，则在随后步骤S112′中，使变量i递增(i＝i+1)，并且重复方法步骤S104-S110，如前所述。

在步骤S112中已经计算所述比率R之后，方法继续进行步骤S114，其中分析所述比率R作为源探测器距离的函数的性态，以便确定所述比率R关于源探测器距离的性态的类型。如前所述，这可以通过在显示装置上显示所述比率R与源探测器距离SD的关系的描点图以供操作者进行视觉检查，或者通过关于所述数据执行数学回归以便确定其(非)线性而实现。

如果对随后步骤S116中问题的回答是肯定(是)的，即所述比率表现出关于距离呈线性性态，则在随后步骤S118中，开始操作根据本发明的光学成像系统，以便采集所述对象、尤其女性乳房组织的荧光成像数据，以将其在随后步骤S120中输出至所述显示装置或任何其他适当的输出介质，例如(磁)光学数据载体。

然后，根据本发明的方法终止于步骤S122。

如果对步骤S116中问题的回答是否定(否)的，则根据本发明的方法重新以S102开始，优选在步骤S124中等待一定时间量之后重新以S102开始，以便对于最佳成像操作可能过高的造影剂浓度能够下降(在步骤S116中回答(否)，即比率R作为源探测器距离SD的函数的非线性性态)。

Claims

1.一种用于确定向对象(2)所施加的荧光造影剂的浓度相关量的设备，所述设备包括：

-电磁辐射源(4)，其用于以激发波长辐照所述对象(2)；

-至少一个第一探测装置(6、7.1、7.2、...、8)，其用于探测由所述造影剂以荧光波长发射的荧光电磁辐射，所述第一探测装置产生荧光强度数据(F)；

其特征在于，至少一个第二探测装置(6、7.1、7.2、...)，其用于探测所述激发波长下的通过所述对象(2)透射的电磁辐射，所述第二探测装置产生透射强度数据(T)，所述设备还包括评估装置(10)，所述评估装置适于接收所述透射强度数据和所述荧光强度数据，并且适于根据荧光强度数据与透射强度数据的比率(R)而确定所述造影剂的所述浓度相关量。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述对象是混浊介质。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一探测装置(6、7.1、7.2、...、8)和所述辐射源(4、5、5.1、5.2、...)之间以及所述第二探测装置(6、7.1、7.2、...)和所述辐射源之间的距离(SD)可变，以产生依赖于距离的荧光强度数据(F)和透射强度数据(T)。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括多个位于距所述辐射源(4、5、5.1、5.2、...)相应距离(SD)处的第一和第二探测装置(6、8、7.1、7.2、...；6、7.1、7.2、...)，其用于探测位于相对于所述对象(2)的各个位置处的荧光电磁辐射和透射电磁辐射。

5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述评估装置(10)适于根据所述比率(R)关于所述距离(SD)的性态，而确定所述造影剂对辐射的自吸收量。

6.根据权利要求3所述的设备，还包括显示装置(14)，其用于显示作为所述距离(SD)的函数所描点绘制的所述比率(R)的曲线。

7.根据权利要求4所述的设备，还包括用于说明所述对象(2)相对于所述多个第一和第二探测装置(6、8、7.1、7.2、...；6、7.1、7.2、...)的位置的装置，其用于根据所述相对位置确定在所述比率(R)中将要包括哪个荧光强度数据(F)和哪个透射强度数据(T)。

8.根据权利要求3所示的设备，其中，所述评估装置(10)适于在所述比率(R)关于所述距离(SD)线性变化时通知所述造影剂的浓度相关量为第一类型，而在所述比率(R)关于所述距离(SD)非线性变化时通知所述造影剂的浓度相关量为第二类型。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个第一和第二探测装置(6、8、7.1、7.2、...；6、7.1、7.2、...)适于在预定时间间隔上持续地产生所述强度数据(F、T)。

10.根据权利要求1所述的设备，还包括围绕所述对象(2)的中空单元(3)，所述中空单元包括多根与所述辐射源(4)连接的第一光纤(5.1、5.2、...)，其用于辐照所述中空单元(3)内的所述对象(2)，所述中空单元还包括多根与通用型探测器单元(6)连接的第二光纤(7.1、7.2、...)，其用于探测来自所述中空单元(3)内的所述对象(2)的辐射，其中，可切换波长选择滤波器装置(8)被设置成与所述第二光纤(7.1、7.2、...)和/或所述探测器单元(6)连接，用于选择性地分别提供所述第一和第二探测装置。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第一和第二光纤(5.1、5.2、...；7.1、7.2、...)以基本上均匀的方式分布在所述中空单元(3)的表面(3.4)上。

12.根据权利要求10所述的设备，包括多路复用装置(4.4、4.5)，其用于通过所述第一光纤(5.1、5.2、...)之一选择性地辐照所述对象(2)。

13.一种通过对由向对象(2)所施加的荧光造影剂所发射的荧光辐射进行监测而成像所述对象(2)的光学成像系统(1)，其特征在于，所述系统(1)包括根据权利要求1至11中任意一项所述的设备，其中，根据由所述设备确定的所述浓度相关量来控制所述系统(1)的操作。

14.根据权利要求13所述的光学成像系统，其中，所述对象是混浊介质。

15.一种确定向对象(2)所施加的荧光造影剂的浓度相关量的方法，所述方法包括：

-用激发波长的电磁辐射辐照所述对象(2)；

-通过至少一个第一探测装置(6、7.1、7.2、...、8)，探测由所述造影剂以荧光波长发射的荧光电磁辐射，由此产生荧光强度数据(F)；

其特征在于以下步骤：

通过至少一个第二探测装置(6、7.1、7.2、...)，探测所述激发波长下的通过所述对象(2)透射的电磁辐射，由此产生透射强度数据(T)；

计算所述荧光强度数据(F)与所述透射强度数据(T)的比率(R)；

根据所述比率(R)确定所述造影剂的所述浓度相关量。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述对象是混浊介质。

17.根据权利要求15所述的方法，包括改变辐射源(4、5、5.1、5.2、...)和所述第一探测装置(6、7.1、7.2、...、8)之间以及所述辐射源和所述第二探测装置(6、7.1、7.2、...)之间的距离(SD)，以产生依赖于距离的透射强度数据(T)和荧光强度数据(F)，并且根据所述比率(R)作为所述距离(SD)的函数的性态，确定所述浓度相关量。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括在预定时间间隔上持续地确定所述浓度相关量。

19.根据权利要求15所述的方法，还包括根据所述浓度相关量的测量值，输出控制信号。