CN101511263B - 使用容纳体积的合适边沿的光学层析x射线照相术测量 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将混浊介质的内部成像的设备，该设备包括：a)容纳体积，其用于容纳该混浊介质的至少一部分，该容纳体积以具有开口的边界为界，该开口以边沿为界，b)光源，其用于照射该混浊介质，c)光电检测单元，其用于检测由于照射该混浊介质而从该体积发出的光。该设备适于将该边沿设置为用于使光源光学地耦合到混浊介质并且使该混浊介质光学地耦合到光电检测单元。本发明的一个实施例涉及一种用于将女性乳房的内部成像的设备，该设备包括像杯一样的容器(20)，其用于容纳乳房。容器(20)包括凸起形状的边沿(60)，该边沿设置为用于使光源光学地耦合到病人(55)的乳房，并且使该乳房光学地耦合到光电检测单元。

Description

使用容纳体积的合适边沿的光学层析X射线照相术测量

技术领域

本发明涉及一种用于将混浊介质的内部成像的设备，该设备包括：

a)容纳体积，其用于容纳该混浊介质的至少一部分，所述容纳体积包括以边沿为界的开口；

b)光源，其用于照射该混浊介质；

c)光电检测单元，其用于检测由于照射该混浊介质而从该容纳体积发出的光。

本发明还涉及第二容器(receptacle)，其设置为插入到第一容器中，该第一容器包括在用于将混浊介质的内部成像的设备中，所述设备包括用于照射该混浊介质的光源和用于检测由于照射该混浊介质而从该混浊介质发出的光的光电检测单元，并且该第二容器界定了用于容纳至少一部分混浊介质的容纳体积，所述容纳体积具有以边沿为界的开口，该边沿被设置为使该光源光学地耦合到该混浊介质并且使该混浊介质光学地耦合到该光电检测单元。

本发明还涉及一种医学图像获取设备，其包括：

a)容纳体积，其用于容纳该混浊介质的至少一部分，所述容纳体积包括以边沿为界的开口；

b)光源，其用于照射该混浊介质；

c)光电检测单元，其用于检测由于照射该混浊介质而从该容纳体积发出的光。

背景技术

从美国专利US 6327488B1中可以了解这种设备的实施例。这种已知设备能够用于将混浊介质的内部成像，所述混浊介质例如生物组织。在医学诊断中，该设备可用于将女性乳房的内部成像。该容纳体积容纳该混浊介质，如乳房。然后用光源发出的光来照射该混浊介质，致使光行进通过该混浊介质。通常，利用波长在400nm至4000nm范围内的光来照射该混浊介质。测量原理是从一侧到相对侧透照混浊介质会产生关于该混浊介质的内部的信息。光电检测单元检测由于照射该混浊介质而从该容纳体积发出的光，并利用所述光来获得该混浊介质的内部的图像。

EP 1369086A1公开了一种乳腺癌检测器，其包括透明的乳房按压构件，该构件具有按压面，将该按压面压到患者的乳房上。用指定波长的光照射乳房，并用图像拾取装置来检测从该乳房发出的光。

US 2004/0220479A1公开了一种激光成像设备的扫描器，其包括具有开口的桌面，待扫描的乳房置于该开口中。提供激光束、准直器和检测器，且其适于环绕着在通过开口的轨道轴周围的乳房而运转。

发明内容

已经发现，已知设备并不总是在测量过程中提供有关该相关混浊介质的整个内部的充分信息。本发明的目的在于提供一种设备，该设备可以在测量过程中比已知设备提供更多的有关该相关混浊介质的整个内部的信息。

根据本发明，实现这一目的在于将至少一部分边沿设置为用于使光源光学地耦合到混浊介质并且使该混浊介质光学地耦合到光电检测单元，从而使光入射位置和光出射位置相对于该容纳体积而提供在该边沿的凸起形状部分中。利用已知设备将边沿上的混浊介质的内部成像是非常困难的。在可以使用该设备来将女性乳房的内部成像的医学诊断中，经常在接近病人腋窝的乳房侧面发现乳腺癌。这是淋巴结所在的位置。在已知设备中，不在边沿上进行测量。这意味着目前在检查过程中没有对乳房的一部分或与乳房相关的组织成像。根据本发明的设备能够将接近该边沿或在该边沿上的混浊介质的内部成像。

本发明基于以下认知，即尽管从混浊介质的一侧到相对侧的透照不一定总是可能的，但是在接近边沿的混浊介质一侧的相对短程的光路和光信号的散射能够提供相关的成像数据。如果将自然荧光或荧光剂用在对混浊介质的内部成像中，那么这一认知是特别正确的。荧光充当二级光源，其提高分辨率并提高对荧光发源位置的跟踪能力。按照这种方式，补偿了在透照的情况下可以获得的信息的缺乏，因为产生了一种虚拟的透照，具有从荧光材料到光电检测单元的光路。

根据本发明的设备的实施例的特征在于面对容纳体积的边沿的至少一部分表面相对于该容纳体积具有基本上凸起的形状。该实施例的优点在于边沿的这种形状通过使光源能够光学地耦合到混浊介质并且使该混浊意义能够光学地耦合到光电检测单元而提供了改进的成像条件。

在例如可以使用该设备来将女性乳房的内部成像的医学诊断中，包括面对混浊介质的凸面的边沿能够将接近病人腋窝的那部分乳房成像。该凸面可以是平滑的或者包括一个或多个纽结。

根据本发明的设备的另一个实施例的特征在于该边沿光学地耦合到至少两个直的、交叉的光导。该实施例的优点在于能够在光没有反射离开光导内壁的情况下观察到从容纳体积发出的光。光导可以是光学纤维、内窥镜或仅仅是固体材料中的钻孔。光导被设置为使其光路交叉但是彼此不相交。

根据本发明的设备的另一个实施例的特征在于该边沿光学地耦合到弯曲的光导。该实施例的优点在于弯曲的光导允许光导很容易彼此交叉并且可以在不将急弯(tight bend)引入光导的情况下进行光导的组装。急弯会导致光学损失。急弯也可能导致光导断裂，例如如果这些光导是柔性光学纤维。

根据本发明的设备的另一个实施例的特征在于该边沿光学地耦合到柔性光导。该实施例的优点在于柔性光导允许容易地组装彼此交叉的光导而不会在这些光导中引入急弯。

根据本发明的设备的另一个实施例的特征在于该设备包括第一容器和第二容器，第一容器设置为容纳第二容器，第二容器界定该容纳体积并且包括边沿，第二容器光学地耦合到容纳体积和第一容器这两者。该实施例的优点在于能够很容易地将包括具有一种形状的边沿的第二容器换成包括具有不同形状的另一个边沿的另一个第二容器。如果第二容器的壁包括凹陷体积(hollow volume)，那么可以在该凹陷体积内部使用弯曲的光导以便使第二容器光学地耦合到容纳体积和第一容器。这种凹陷体积包括光导，包括这样的凹陷体积的第二容器的优点在于其轻，允许光导的任意交叉的路径并具有良好的可制造性，例如如果第二容器包括第一部分和第二部分，这两部分耦合从而一起围住该凹陷体积。

根据本发明的设备的另一个实施例的特征在于该边沿是圆盘。在例如可将该设备用于将女性乳房的内部成像的医学诊断中，在乳房自由悬垂通过支承病人的结构中的开口的测量几何结构的情况下，该实施例是有用的。如果开口的边沿由设置为使光源光学地耦合到混浊介质并且使该混浊介质光学地耦合到光电检测单元的圆盘来限定，那么可以在病人腋窝附近进行测量。该圆盘可以是可拆卸的，从而允许将具有不同尺寸的不同圆盘用于该开口。

本发明的目的进一步用第二容器来实现，第二容器被设置为插入到第一容器内，第一容器包括在用于将混浊介质的内部成像的设备中，所述设备包括用于照射该混浊介质的光源和用于检测由于照射该混浊介质而从该混浊介质发出的光的光电检测单元，该第二容器界定用于容纳至少一部分混浊介质的容纳体积，所述容纳体积具有以边沿为界的开口，该边沿被设置为使该光源光学地耦合到该混浊介质并且使该该混浊介质光学地耦合到该光电检测单元，从而使光入射位置和光出射位置相对于该容纳体积而提供在该边沿的凸面形状部分中。使用第二容器的优点在于能够容易地将包括具有一种形状的边沿的第二容器换成包括具有不同形状的另一个边沿的另一个第二容器。如果第二容器的壁包括凹陷体积(hollow volume)，那么可以在该凹陷体积内部使用弯曲的光导以便使第二容器光学地耦合到容纳体积和第一容器。这样的凹陷体积具有光导，包括这样的凹陷体积的第二容器的优点在于其轻，允许光导的任意交叉的路径并具有良好的可制造性，例如如果第二容器包括第一部分和第二部分，这两部分耦合从而一起围住该凹陷体积。

优选地，所述设备是医学图像获取设备。如果例如该设备用于将女性乳房的内部成像，如在医学诊断中所做的那样，那么该设备将得益于前面的任一个实施例。

附图简述

参照附图进一步阐明和描述本发明的这些和其他方面，在附图中：

图1示意性地示出如根据现有技术已知的用于将混浊介质的内部成像的设备；

图2示意性地示出病人的横截面图，病人的一个乳房悬在容器中，该容器具有面对该乳房的凸起形状的边沿；

图3示意性地示出容器的实施例的横截面视图，该容器包括可拆卸的第二容器，该第二容器包括凸起形状的边沿和弯曲的光导；

图4a示意性地示出容纳体积，该容纳体积包括以圆盘为界的开口；

图4b示意性地示出容纳体积的横截面侧视图，该容纳体积包括如图4a中所示以圆盘为界的开口；

图4c示意性地示出用于界定开口的圆盘的一段，该圆盘包括薄层的格网；

图5示意性地示出根据本发明的其他医学图像获取设备的实施例。

具体实施方式

图1示意性地示出了如根据现有技术已知的用于将混浊介质的内部成像的设备1。该设备1包括光源5、光电检测单元10、以容器20为界的容纳体积15以及光导30a和30b，所述容器包括多个光入射位置25a和光出射位置25b，光导30a和30b耦合到所述入射位置和出射位置。设备1进一步包括选择单元35，该选择单元用于使输入光导40耦合到从容器20中的许多光入射位置25a选出的多个光入射位置。为了清楚起见，将光入射位置25a和光出射位置25b设置在容器20的相对的两侧。但是实际上，可以使这两种类型的位置分布在面对容纳体积15的容器20的表面的周围。设备1进一步包括图像重构单元12，其用于根据光电检测单元10所检测的光而对混浊介质45的内部的图像进行重构。混浊介质45置于容纳体积15的内部。然后，通过利用选择单元35使光源5耦合到接连选出的光入射位置25a而用光源5发出的光从多个位置来照射混浊介质45。光选择为使其能够传播通过混浊介质45。利用光出射位置25b并且利用光电检测器10从多个出射位置来检测由于照射混浊介质45而从容纳体积15发出的光。然后利用检测到的光来得出混浊介质45的内部的图像。基于检测到的光来得出混浊介质45的内部的图像是可能的，因为所述光的至少一部分已经行进通过混浊介质45并因此包含与混浊介质45的内部有关的信息。有意识地对光进行选择，从而使其能够传播通过混浊介质45。如果设备1用于将女性乳房的内部成像，如在医疗诊断中可能是这种情况，那么适合的光是例如650nm至900nm的波长范围内的激光。在容纳体积15中，混浊介质45可以至少部分地被另一种介质50环绕，该另一种介质可以用于抵消出于混浊介质45与其周围环境的光学耦合的边界效应。在容纳体积15内部至少部分地环绕混浊介质45的另一种介质50的光学特性必须是这样的特性，例如对于用于将混浊介质45的内部进行成像的光的波长来说，所述另一种介质的吸收系数与被成像的混浊介质45的吸收系数匹配。通过匹配光学特性，显著地降低了边界效应。在图1中，容纳体积15以容器20为界。但是不需要总是这种情况。用于将混浊介质的内部成像的设备的另一个实施例是手持设备的实施例，例如可以将所述手持设备压在混浊介质的侧面上。在这种情况下，该容纳体积是混浊介质的一部分所占据的体积，对由于照射该混浊介质而从该混浊介质发出的光进行检测。

图2示意性地示出病人55的横截面图，病人55的一个乳房悬在容器20中，容器20具有面对该乳房的凸起形状的边沿60。凸起形状的边沿60能够将病人腋窝附近的病人55的内部成像。当寻找乳房组织的肿块时，将这一区域成像是非常重要的，因为这是淋巴结所在的区域。此外，经常在相对接近腋窝的乳房侧面发现乳腺癌。光导30a和30b光学地耦合到容器20。光导30a和30b被设置为直的光导，不同的光导30a和30b处于与图2的平面相平行的不同平面内，从而使处于不同平面内的不同的光导30a和30b彼此交叉而不会彼此相交。光导30a和30b可以是光学纤维、内窥镜，或者仅仅是固体材料中的钻孔。直的光导的优点在于可以收集从容器20发出的光同时该光不会反射离开光导的内壁。光反射离开光导的内壁会造成光学损失。图2清楚地说明在光导30a和30b没有耦合到凸起形状的边沿60的情况下不能对病人乳房的区域成像，可能的肿块可能未被检测到。

图3示意性地示出容器20的横截面视图，容器20包括第一容器65和可拆卸的第二容器70，可拆卸的第二容器70具有凸起形状的边沿。第一容器65包括用于分别使第一容器65光学耦合到光源5和光电检测单元10的光学耦合位置75a和75b。第二容器70包括光入射位置25a和光出射位置25b(参见图1)。利用光导80a将光入射位置25a光学地耦合到光学耦合位置75a。利用光导80b将光出射位置25b光学地耦合到光学耦合位置75b。光导80a和80b中的至少一些可以是弯曲的从而允许这些光导彼此交叉。可以将光学纤维用作弯曲的光导。光导80a和80b中的至少一些可以是柔性的，因此使光导交叉比弯曲的、但是刚性的光导的情况更容易。为了清楚起见，已经将光入射位置25a描绘成与光出射位置25b相对。但是实际上，这两种类型的位置可以遍布在面对容纳体积15的第二容器70的表面上。利用台阶90将第二容器70设置于第一容器65中。容器20、第二容器70以及光导80a和80b的组装使这些光导彼此交叉并且可以在不引入急弯的情况下组装这些光导。急弯将会导致光学损失并且还可能导致光导破裂。第二容器70不需要是固体的。在图3中，第二容器70包括间隔85。根据容纳体积15的尺寸，该间隔85可以更大或更小。在图3中，如根据面对容纳体积15的第二容器70的表面和面对第一容器65的第二容器70的表面在第二容器70的对称轴附近彼此靠近而清楚的，容纳体积15的尺寸几乎处于最大值。如果容纳体积15的尺寸比图3所描绘的小，那么这两个表面将会进一步分开从而给间隔85留出更大的空间。图3中所示的组装的优点在于其与固体容器相比轻，能够使光导80a和80b任意交叉，并且具有良好的可制造性。很明显，作为与图2中所示情况的可选择方案，也可以使弯曲的光导耦合到第一容器65。如果不需要在光没有反射离开光导30b的内壁(参见图2)的情况下收集从容纳体积15发出的光，那么弯曲的光导的优点为它们能够任意地交叉，并且简化了容纳体积15与光源5和光电检测单元10的光学耦合。

图4a示意性地示出容纳体积的顶视图，该容纳体积包括以圆盘100为界的开口95。圆盘100设置为使光源(图4a中未示出)光学地耦合到混浊介质45并且使该混浊介质45光学地耦合到光电检测单元10(图4a中未示出)。这能够例如通过使用对光源和容纳体积15发出的光透明的材料来制造圆盘100而实现，所述材料如玻璃或某种塑料。圆盘100可以是可拆卸的从而允许将具有不同尺寸的不同圆盘用于开口95。将具有不同尺寸的不同圆盘用于开口95能够将不同尺寸的混浊介质45适当地定位在开口95中。图4a中所示的装置(setup)在例如用于对乳房组织中的肿块成像的医学设备中是有利的，在所述医学设备中利用乳房自由悬垂所通过的孔的测量几何结构。图4a中所示的装置包括支承结构105，其看来很像一张床，用来支承病人110，病人110用虚线表示。在图4a中，病人110面朝下躺在像床一样的支承结构105上。

图4b示意性地示出容纳体积的横截面侧视图，该容纳体积包括如图4a中所示以圆盘100为界的开口95。开口95和盘100都包括在支承病人110的支承结构105上。病人110的乳房自由地悬垂通过支承结构105的开口95。病人110被支承在支承结构105的一侧，而从支承结构105的另一侧的光源(图4b中未示出)发出的光线115入射在病人的乳房上。圆盘100设置为使该光源光学地耦合到混浊介质45，并且使该混浊介质45光学地耦合到光电检测单元，在这种情况下混浊介质45是病人的乳房。这意味着来自圆盘100的一侧的光线能够穿过圆盘100的至少一部分以便终止在圆盘100的另一侧。在图4b中，这由光线115示出。例如通过引导光线120通过孔125以便在光由光电检测单元检测之前限制该光的方向，来将由于用光线115照射乳房而产生的光线120耦合到光电检测单元。可选择的是，圆盘100可以包括薄层的网格，这些薄层本身对于从光源和混浊介质45发出的光是不透明的(参见图4c)。如果对混浊介质45(在这种情况下混浊介质是病人的乳房)的照射导致从混浊介质45发出荧光，该荧光由自然荧光引起或者由混浊介质45中存在荧光试剂而引起，那么该荧光充当二级光源，其提高分辨率并提高对荧光发源位置的跟踪能力。

图4c示意性地示出用于界定开口95的圆盘100的一段，该圆盘100包括薄层的网格130。薄层的网格130设置为使该网格130形成多个光学通道135，每个光学通道135都能够将光引导到混浊介质45的表面的特定区域并且从该特定区域引导光(图4c中未示出)。薄层的网格130确保从容纳体积15发出接着从薄层的网格130所形成的特定光学通道135发出的光能够从混浊介质45的表面的特定区域发出。因此，该光仅仅携带与混浊介质45的特定部分有关的信息，并且不与从混浊介质45的表面的其他区域发出且携带与混浊介质45的其他部分有关的信息的光混合。如参考图4b所讨论的，薄层的网格130对于从光源和容纳体积15发出的光是不透明的。可以将薄层的网格130以角θ和

设置在圆盘100中，θ和

的值例如取决于位置，从光源发出的光从该位置耦合到圆盘100中，并且取决于如何设置用于检测从容纳体积15发出并穿过圆盘100的光的装置。

图5示意性地示出根据本发明的医学成像获取设备140的实施例。虚线方形内部所示的基本上是图1中所示的设备1。但是，现在容纳体积15包括如图2中所示根据本发明的以边沿为界的开口。该医学图像获取设备140进一步包括用于显示重构图像的屏幕150和输入接口155，该输入接口155例如使操作者能够与医学图像获取设备140相互作用的键盘。

应当注意，上面提到的实施例是对本发明进行说明而非限制本发明，本领域的技术人员能够在不背离随附的权利要求的范围的情况下设计许多可选择的实施例。在权利要求中，括号内的任何附图标记不应当理解为限制该权利要求。词“包括”不排除还存在与权利要求中所列的元件或步骤不同的元件或步骤。元件前面的词“一”或“一种”不排除存在多个这种元件。在列举了几个装置的系统权利要求中，这些装置中的几个可以由一项且同一项计算机可读软件或硬件来实现。在彼此不同的从属权利要求中列举的某些措施不表示不能有利地使用这些措施的结合。

Claims (8)

1.一种用于将混浊介质(45)的内部成像的设备(1)，该设备包括：

a)容纳空间(15)，其用于容纳该混浊介质(45)的至少一部分，所述容纳空间(15)包括以边沿为界的开口；

b)光源(5)，其用于照射该混浊介质(45)；

c)光电检测单元(10)，其用于检测由于照射该混浊介质(45)而从该容纳空间(15)发出的光

其特征在于

将至少一部分边沿设置为用于使光源(5)光学地耦合到混浊介质(45)并且使该混浊介质(45)光学地耦合到光电检测单元(10)，从而使光入射位置和光出射位置相对于该容纳空间被提供在该边沿的凸起形状部分中。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括多个光导，以及在于所述边沿光学地耦合到至少两个直的、交叉的光导(30a，30b)。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括多个光导，以及在于所述边沿光学地耦合到弯曲的光导(30a，30b)。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括多个光导，以及在于所述边沿光学地耦合到柔性光导(30a，30b)。

5.如权利要求1，2或3所述的设备，其特征在于该设备包括第一容器(65)和第二容器(70)，第一容器(65)被设置为容纳第二容器(70)，第二容器(70)界定该容纳空间(15)并且包括该边沿，第二容器(70)光学地耦合到所述容纳空间(15)和第一容器(65)这两者。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于该边沿是圆盘(100)。

7.第二容器(70)，该第二容器(70)设置为插入到第一容器(65)内，第一容器(65)包括在用于将混浊介质(45)的内部成像的设备中，所述设备包括用于照射所述混浊介质(45)的光源(5)和用于检测由于照射该混浊介质(45)而从该混浊介质(45)发出的光的光电检测单元(10)，该第二容器(70)界定用于容纳至少一部分混浊介质(45)的容纳空间(15)，所述容纳空间(15)具有以边沿为界的开口，该边沿被设置为使该光源(5)光学地耦合到所述混浊介质(45)并且使该混浊介质(45)光学地耦合到所述光电检测单元(10)，从而使光入射位置和光出射位置相对于该容纳空间而提供在该边沿的凸起形状部分中。

8.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述设备是医学图像获取设备(140)。

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