CN101902952B - 用于检测混浊介质内部中不均匀性的存在的方法和用于对混浊介质内部成像的设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于检测混浊介质(1)内部中不均匀性的存在的方法。该方法包括以下步骤：利用待检查的混浊介质(1)置于用于检查混浊介质内部的设备的接纳容积(2)中，执行第一测量；利用待检查的混浊介质(1)置于用于检查混浊介质内部的设备的接纳容积(2)中，执行第二测量。在第一测量后经过一时间间隔(Δt)之后，执行第二测量。第一测量和第二测量的每一个包括：随后用来自至少一个光源(6)的光从多个不同源位置照射混浊介质(1)，并且对于每个源位置，在多个不同检测位置检测从混浊介质发射的光，以及将所检测的值存储为测量结果。该方法进一步包括以下步骤：通过使用第一测量和第二测量之一的测量结果作为参考并且使用第一测量和第二测量的相应另一个的测量结果确定相对于该参考的偏离，来检测混浊介质(1)内部中的不均匀性的存在。

Description

用于检测混浊介质内部中不均匀性的存在的方法和用于对混浊介质内部成像的设备

技术领域

本发明涉及一种用于检测混浊介质内部中不均匀性的存在的方法，并且涉及一种被相应地调适用于对混浊介质内部成像的设备。

背景技术

在本申请的上下文中，术语混浊介质被理解为意指由具有高光散射系数的材料构成的物质，比如英脱利匹特溶液或生物组织。而且，光被理解为意指波长范围从400nm到1400nm的电磁辐射。术语“光学属性”涵盖约化散射系数μ_s’和吸收系数μ_a。而且，“匹配光学属性”被理解为具有相似的约化散射系数μ_s’和相似的吸收系数μ_a。

近年来，已经发展出若干种用于检查例如女性乳腺组织的混浊介质的方法和设备。特别地，用于检测和分析乳腺癌的新设备已经得到发展并且现有技术已经得到改进。乳腺癌是发生率最高的癌症类型：例如在2002年，全世界超过110万妇女被诊断出患有乳腺癌并且超过410000妇女死于乳腺癌。已经发展出若干类型的用于通过使用光来对混浊介质内部成像的设备。这种设备的实例是乳房造影设备和用于检查人类或动物身体的其它部分的设备。用于对混浊介质内部成像的方法的突出实例是扩散光学层析成像(DOT)。特别地，这种设备旨在用于在女性身体乳房的一部分的活体乳腺组织中定位不均匀性。恶性肿瘤是这种不均匀性的一个实例。所述设备旨在用于在这种不均匀性仍然很小时检测它们，使得例如能够在早期检测出癌症。这种设备的一个特别优点是，患者不必暴露于借助如X射线的电离辐射来检查的风险。而且，基于X射线的装置具有有限的可检测性和灵敏度。

US 5,907,406公开了一种用于通过使用光源照射混浊介质和使用光电检测器测量传输通过混浊介质的光的一部分来对混浊介质内部成像的设备。提供了一种用于基于所测量的强度重构混浊介质内部的图像的控制单元。所公开的设备特别地适于检查女性乳房。为了允许检查混浊介质，所述设备具有作为包围测量容积并被布置成接纳混浊介质的接纳容积的容器。来自光源的光被耦合到该接纳容积内以及该混浊介质内。所述光被选择成使得它能够通过混浊介质传播。为了对女性乳房内部成像，典型地使用波长在400nm到1400nm范围内的光。作为将光耦合进入接纳容积的结果而从混浊介质发射的散射光被耦合出接纳容积。耦合出接纳容积的光用于重构混浊介质内部的图像。用于检查混浊介质的光必须从光源传输到混浊介质并且从混浊介质传输到光电检测器。由于待检查的混浊介质的不同尺寸，所述用于接纳混浊介质的容器的尺寸不完全匹配混浊介质的尺寸，即在容器与混浊介质之间留有空间。所研究的混浊介质的一部分被填充接纳容积中的所述空间的匹配介质所环绕。所述匹配介质被选择成使得所述匹配介质的光学参数(比如吸收和散射系数)基本等同于混浊介质的相应光学参数。以此方式，可以减少由于当光被耦合进入混浊介质并被耦合出混浊介质时发生的光学边界效应而导致的图像伪影。此外，匹配介质的使用阻止了混浊介质周围的接纳容积中光学短路的发生。当光被检测到沿着接纳容积内部但在混浊介质外部的路径传播并且因此未被充分散射和衰减时，发生光学短路。在这种情况下，非充分散射和衰减的检测光的强度会使已经通过混浊介质行进的被散射和衰减的检测光的强度相形见绌。光源随后从不同方向照射混浊介质并且光电检测器测量传输通过混浊介质的光的一部分。利用从不同方向导向混浊介质的光执行多个这种测量，并且基于测量结果(即所获得的数据集)，控制单元重构所检查的混浊介质的图像。

在这种设备中，所研究的混浊介质内部的图像典型地通过例如滤波反投影或代数重构技术来重构。例如，在“Tomographic imagereconstruction from optical projections in light-diffusing media”，Appl.Optics 36，180(1997)中公开了利用滤波反投影重构的细节。例如，在“Photon Propagation in Tissues III”，Pro.SPIE Vol.3194，184(1997)中的“First results from the Philips Optical Mammoscope”中公开了关于用于光学乳房造影的代数重构技术的信息。

已经获得了用于进一步增强用于通过使用光检测乳腺癌的方法的精确性的新方法。例如，已经发展出可以用作荧光造影剂的荧光染料。为此目的，它可以被注射到身体中并且将在癌细胞中积聚。如果该荧光造影剂随后用适当波长的光激励，则局部发射的光可被检测到。基于所发射的光，可以确定癌的尺寸和位置。因此，提供了一种用于检测和定位乳腺癌的强有力的方法。在这种情况下，为了根据所述多个测量来重构所检查的混浊介质内部的图像，必须重构荧光造影剂在混浊介质内部中的空间分布。

在已知的用于重构所研究的混浊介质的图像的方法中，在实际测量之前执行参考测量。在该参考测量中，用于在检查期间接纳混浊介质的接纳容积(具有例如杯式形状)完全充满了匹配介质。随后，执行完整的参考测量，其中产生一数据集。其后，将待检查的混浊介质(例如女性乳房)放置在接纳容积中并且浸入匹配介质中。实际的测量随后执行，其中产生与参考测量的数据集对应的数据集。在参考测量期间产生的该数据集被用作在实际测量期间产生的数据集的参考。为了重构处理的目的，随后假设所检查的混浊介质内部的结构仅仅构成相对于在参考测量期间已经使用的均匀匹配介质(例如匹配流体)的较小偏离。基于该假设，在已知的方法中，随后使用具有线性近似的扰动理论来重构混浊介质内部的图像，因为相对于均匀匹配介质的偏离被视为对均匀匹配介质的小扰动。

然而，已经发现，在仅仅具有光学匹配介质的第一测量与混浊介质浸入匹配介质中的第二测量之间的线性逼近通常是无效的。因此，使用该线性近似实现的重构并不总是提供满意的结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种允许使用线性近似以满意的精确度检测混浊介质内部中不均匀性的存在的方法和设备。

该目的通过根据权利要求1的方法来解决。提供了一种用于检测混浊介质内部中不均匀性的存在的方法。该方法包括以下步骤：将待检查的混浊介质置于用于检查混浊介质内部的设备的接纳容积中，执行第一测量；将待检查的混浊介质置于用于检查混浊介质内部的设备的接纳容积中，执行第二测量；其中在第一测量后经过一时间间隔之后，执行第二测量。第一测量和第二测量的每一个包括：随后用来自至少一个光源的光从多个不同源位置照射混浊介质，并且对于每个源位置，在多个不同检测位置检测从混浊介质发射的光，以及将所检测的值存储为测量结果。该方法进一步包括以下步骤：通过使用第一测量和第二测量之一的测量结果作为参考并且使用第一测量和第二测量的相应另一个的测量结果确定相对于该参考的偏离，来检测混浊介质内部中的不均匀性的存在。

通过在第一测量后经过一时间间隔之后执行第二测量，执行两个基本相同的测量并且在第一测量和第二测量之间将会发生混浊介质中结构的微小偏离。这些偏离将仅仅是小的，并且因此线性近似的假设将是有效的。结果，可以使用线性近似以满意的精确度定位所检查的混浊介质内部中的不均匀性。第一测量和第二测量使用混浊介质和接纳容积的相同设置来执行，并且在第一测量和第二测量中产生相应的数据集。

优选地，计算乘数以便检测不均匀性的存在，并且计算乘数包括：对于源位置和检测位置的每一个组合，计算来自第一测量和第二测量之一的测量结果与来自第一测量和第二测量的相应另一个的相应测量结果之间的比率。当计算乘数时，可以容易地识别出相对于第一测量在第二测量中发生的混浊介质中的偏离。用于重构混浊介质内部的图像的方程可以被线性化。

根据一方面，根据下述方程计算平均项(M)：

$\⟨M\⟩=\frac{1}{N}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\Φ}}_n\left(t_1\right)}{{\mathrm{\Φ}}_n\left(t_2\right)},$

其中N为源位置与检测位置的不同组合的数量，n为源位置和检测位置的特定组合的索引，Φ为所检测的光子密度，t₁为第一测量的时间，以及t₂为第二测量的时间。在这种情况下，可以容易地基于该平均项计算归一化评价函数，其具有相对于零的仅仅小偏离。因此线性扰动理论可被应用并且产生满意的结果。

优选地，基于第一测量和第二测量的测量结果重构混浊介质内部的图像。

使用一阶玻恩近似以便重构混浊介质内部的图像从计算的观点来看是非常吸引人的，因为所需的计算可以容易实现。

优选地，通过基于第一测量和第二测量的测量结果产生直方图来检测不均匀性的存在。在这种情况下，甚至可以无需重构混浊介质内部的图像或在重构之前检测不均匀性的存在和定位。

根据一方面，第一测量和第二测量是在一时间间隔上执行的，其中在该时间间隔内，混浊介质中的氧水平和/或血含量(blood content)由于所施加压力的变化或者由于吸气/呼气呼吸周期内的差异而发生变化。因此，可以以方便的方式提供满足线性近似假设的两个测量。

根据一方面，在执行第一测量之前，将造影剂注射到混浊介质中。第一测量和第二测量之间的时间间隔被选择为造影剂的衰减时间的量级。在这种情况下，可以识别造影剂的非平均洗出时间的发生，这有助于识别患病组织。

所述目的进一步通过根据权利要求9的用于检测混浊介质内部中不均匀性的存在的设备来解决。该设备包括：用于接纳待检查的混浊介质的接纳容积；用于照射接纳容积内部的至少一个光源；用于检测从接纳容积内部发射的光的至少一个检测器；以及用于控制该设备用以便对混浊介质内部成像的控制单元。该控制单元适于控制该设备以便对混浊介质的内部成像，使得：执行具有混浊介质放置在接纳容积中的第一测量，并且在第一测量后经过一时间间隔之后，执行具有混浊介质放置在接纳容积中的第二测量。在第一测量和第二测量的每一个中，随后用来自至少一个光源的光从多个不同源位置照射混浊介质，并且对于每个源位置，通过至少一个检测器在多个不同检测位置检测从混浊介质发射的光，以及将所检测的值存储为测量结果。该控制单元进一步适于使得：通过使用第一测量和第二测量之一的测量结果作为参考并且使用第一测量和第二测量的相应另一个的测量结果确定相对于该参考的偏离，来检测混浊介质内部中不均匀性的存在。由于该控制单元适于使得在第一测量后经过一时间间隔之后执行第二测量，所以执行两个基本相同的测量并且在第一测量和第二测量之间将发生混浊介质中结构的微小偏离。这些偏离将仅仅是小的并且因此线性近似的假设将是有效的。结果，可以使用线性近似以满意的精确度检测并定位所检查的混浊介质内部中的不均匀性。

根据一方面，该控制单元适于使得：计算乘数以便检测不均匀性的存在并定位不均匀性的位置，并且计算乘数包括：对于源位置和检测位置的每一个组合，计算来自第一测量和第二测量之一的测量结果与来自第一测量和第二测量的相应另一个的相应测量结果之间的比率。

优选地，该控制单元适于使得根据下述方程计算平均项：

$\⟨M\⟩=\frac{1}{N}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\Φ}}_n\left(t_1\right)}{{\mathrm{\Φ}}_n\left(t_2\right)},$

其中N为源位置与检测位置的不同组合的数量，n为源位置和检测位置的特定组合的索引，Φ为所检测的光子密度，t₁为第一测量的时间，以及t₂为第二测量的时间。

根据另一方面，该控制单元适于使得基于第一测量和第二测量的测量结果重构混浊介质内部的图像。

优选地，该控制单元适于基于第一测量和第二测量的测量结果提供直方图以便检测不均匀性的存在。

优选地，该设备是医学图像采集设备。

优选地，定位该不均匀性的位置。

附图说明

在从参照附图对实施例的详细描述中会产生本发明的另外特征和优点。

图1示意性示出了用于对混浊介质内部成像的设备中的容器。

图2示意性示出了用于对混浊介质内部成像的设备中的容器与控制单元之间的光学连接。

图3示出根据一修改例用于检测不均匀性的存在的直方图。

具体实施方式

现在将参照图1和图2描述本发明的实施例。在实施例中，用于对混浊介质内部成像的设备由用于扩散光学层析成像(DOT)的设备形成，特别地由乳房造影设备形成。由于这种设备的整体构造是技术人员公知的，所以将不给出该设备的详细描述。

在所述实施例的设备中，待检查的混浊介质1是女性乳房。该设备设有容器2(接纳容积)，该容器包围测量体积并布置成接纳混浊介质1(如图1示意性所示)。容器2具有相对于垂直轴Z旋转对称的杯式形状并且设有开口3。在图1中可见，待检查的混浊介质1(即乳房)放置在容器2中，以使得它从开口3侧自由地悬垂在容器2中。所述容器的面向混浊介质3的内表面设有由连接到光源6并连接到多个检测器7的光导纤维形成的光导5的多个端部。光导5的这些端部分布在容器2的内表面上，使得设有光导5的容器2仍然包括基本的旋转对称。

所述设备进一步被构造成使得来自光源6的光可从不同方向导向混浊介质1并且从混浊介质1发射的光可以被多个检测器7检测，所述检测器的相应光导5分布在容器2的内表面上。所述设备包括控制单元8，其基于来自检测器7的信号重构混浊介质1内部的图像。为了重构，使用了在其中光从不同方向导向混浊介质1的扫描期间所采样的信号。出于简化的原因，在图2中仅仅示意性示出了用于对混浊介质内部成像的设备中的这些元件。在图2中，控制单元8包括光源6和多个检测器7。例如，在根据所述实施例的设备中，在容器的内表面上提供了256个不同的源位置和256个检测器位置(即光导的相应端部)。来自光源6的光随后从256个源位置导向混浊介质1，并且对于每个源位置，在所述256个检测位置检测从混浊介质1发射的光。然而，本发明不限于这些特定数字。

容器2的尺寸是这样的：以使得容器2的内表面与混浊介质1之间留有一定空间。为了检查，该空间充满光学匹配介质4，该光学匹配介质4用于提供待成像的混浊介质1与容器2的内表面之间的光学耦合。光学匹配介质4进一步用于防止来自光源6的光导5与耦合到检测器7的光导5之间的光学短路。而且，光学匹配介质4用于抵消由于混浊介质1的内部与容器2中的剩余空间之间的光学对比度差异引起的重构图像中的边界效应。为此目的，光学匹配介质4设有与待检查的混浊介质1的光学属性基本上匹配的光学属性。

所述设备特别地适用于光学荧光层析摄影，其中使用了荧光造影剂，该荧光造影剂在检查之前被注射到待检查的混浊介质1中并在癌细胞中积聚。

在用于重构混浊介质内部的图像的常规方法中，在执行实际测量之前，利用容器2完全充满光学匹配介质4且混浊介质没有放置在容器中来执行参考测量。在实际测量中，待检查的混浊介质1放置在容器2中并且执行所述测量。随后，假设与其中仅光学匹配介质4存在于容器2中的参考测量相比，混浊介质1形成仅仅较小的“扰动”，并且一阶玻恩(Born)近似用于重构混浊介质1内部的图像，这意味着由于介质中特定不均匀性引起的对信号的影响不会干扰由于另一不均匀性引起的信号变化，即所有的影响可以被线性相加。

然而，已经发现，一阶玻恩近似在乳房组织的扩散光学层析成像(DOT)的情况下无效。这可以从下面的情况推知：在重构图像时，执行正向计算，并且使用图像的最佳推测并解扩散方程来计算(Φ_calc)(预期的)光子密度Φ。对于所有的源-检测器组合，将结果与光子密度Φ的测量值(Φ_meas)进行比较(参考上文引言部分中引用的现有技术可获得关于重构的进一步细节)。下面的误差函数描述了测量结果(Φ_meas)和计算结果(Φ_calc)彼此对应情况有多好：

$\mathrm{\χ}=\sqrt{\frac{\underset{n}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{\Φ}}_{n,\mathrm{calc}}-{\mathrm{\Φ}}_{n,\mathrm{meas}})}{N(N-1)}}$

其中N为源-检测器组合的数量，且在所有组合上求和。在操作中，如果χ大，则更新图像并开始新的正向计算。在该迭代过程的最后，误差函数的值应当与测量的不精确度基本相同。对于由具有有限数量(例如3个)的小对象的均匀混浊介质构造的体模(即具有与真实组织相似的光学属性的人造组织材料)，这是真实的。然而，对于乳房组织的活体测量，已经发现使用玻恩近似的所有重构的误差函数大约是测量不精确度的10倍。因此，常规方法不能满足线性近似足以解决所述问题的假设。当使用仅具有光学匹配介质4置于容器2中的参考测量和具有混浊介质1置于容器2中的实际测量时所必须解决的重构问题通常应该使用更高阶的扰动方法。

通过考虑所已经发生的、仅仅是与某个稳态解的小差异而可以使非线性问题线性化。然而，特别地对于活体乳房组织的扩散光学层析成像，这是困难的，因为将对没有病变的混浊介质的测量结果与对带有病变的混浊介质的测量结果进行比较是不可能的。

然而，根据所述实施例，提供一种将所述问题线性化的方法，以使得一阶玻恩近似产生满意的结果。这通过提供参考测量和实际测量来实现，其中与参考测量相比，实际测量中μ_s’和μ_a的空间扰动较小。

第一实施例

根据第一实施例，在检查混浊介质1期间使用倾向于在癌细胞中积聚的荧光造影剂。例如，将由Bayer Schering Pharma生产的荧光造影剂SF64注射到被检查的组织中。该造影剂在病灶中积聚的浓度高于在正常健康组织中积聚的浓度，这尤其是由于在病灶中或其周围血管化程度更高。而且，在比如女性乳房的混浊介质1中，由混浊介质1内的各种结构对造影剂的占用和洗出(wash-out)将在不同的时间刻度发生。与正常健康组织相比，荧光造影剂的浓度在病灶部位的衰减更慢。因此，在所述实施例中，使用这样的事实：患病组织与健康组织相比具有不同的清除时间。

根据第一实施例，所述造影剂已经给药到的混浊介质1放置在用于检查混浊介质的设备的容器2中。首先，在对患者注射荧光造影剂之后，要等待比浓度达到其最高值所花费的时间更长的时间。在来自混浊介质1的造影剂的洗出(衰减)期间，在两个完全分离的时间t₁和t₂执行两个测量。时间间隔Δt(Δt＝t₂-t₁)被选择为使得它具有造影剂浓度的衰减时间的量级。

接下来，根据下面的方程计算平均项(平均乘数)<M>：

$\&lang;M\&rang;=\frac{1}{N}\underset{n=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,N}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_1\right)}{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_2\right)}$

其中在所有N个源-检测器组合上求和，且Φ_n是对于这些源-检测器组合的相应归一化的所检测的光子强度。该平均项是造影剂浓度的平均衰减常数τ的指数函数，即exp[(t₂-t₁)/τ]。应当注意的是，例如可以由经适当校准的检测器测量确切的光子通量。然而，也可以直接使用由检测器输出的电压或电流值(如根据下文而变得清楚的那样)。现在，新的评价函数(ΔΦ_fluor/Φ)定义如下：

${\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&Phi;}}_{\mathrm{fluor}}}{\mathrm{\&Phi;}}\right)}_n=1-\&lang;M\&rang;\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_2\right)}{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_1\right)}=1-\frac{\&lang;M\&rang;}{M_n}$

其中M_n＝Φ_n(t₁)/Φ_n(t₂)。对于所有N个源-检测器组合，计算该评价函数。根据定义，所述评价函数平均起来为零。而且，它被归一化。源强度或检测器灵敏度的差异被自动校准。由于与总混浊介质相比病灶体积相对较小，因此将存在相对于零的仅仅小偏离。这个新的评价函数满足了线性扰动的所有属性。因此，可以应用使用线性玻恩近似的基于该评价函数的图像重构。例如，在一简单方法中，根据上述方程的评价函数用作如在X射线层析成像中使用的标准反投影算法的输入。更复杂图像重构可以例如使用混浊介质的吸收和散射系数的平均值并且计算给定源检测器对的平均光子密度。在该方法中，随后吸收和散射的值依赖于位置而更新以考虑评价函数中的小偏离。因此，可以使用线性近似以满意的精确度重构混浊介质内部的图像。

应当注意，在所有实施例中，时间t₁和t₂应当足够不同以得到用于乘数并且因此用于评价函数的有意义值。

应当注意，根据所述实施例，没有重构随后被比较的混浊介质内部的两个图像。相反地，直接使用测量结果，即检测的值。因此，第一测量的检测值被直接用作第二测量的检测值的参考。本发明在图像重构之前将在时间t₁的直接测量作为在时间t₂对相同介质的相似测量的参考。

第二实施例

根据第二实施例，不使用荧光造影剂。可以使用其它对比机制代替荧光，比如施加到混浊介质的压力的变化、光学吸收造影剂的注射或者在呼吸的呼气或吸气期间组织属性之间的差异。在特定时间点，执行用于对混浊介质内部成像的第一测量。对于该第一测量，待检查的混浊介质1(例如乳房)被放置在设备的容器2中，并且执行其中光从不同方向导向混浊介质1的扫描。由多个检测器7检测的信号被采样并存储。随后该测量的结果，即在该第一测量中产生的数据集，被存储在例如用于对混浊介质成像的设备的存储器中或个人计算机的存储器中。例如在施加压力或在等待半个呼吸周期之后，以与第一测量完全相同的方式执行第二测量。该测量的结果再次被存储在存储器中。

为了重构混浊介质1内部的图像，第一测量的结果被用作第二测量的结果的参考。相对于所述参考测量，所检查的混浊介质1在第二测量中的光学属性的差异将是小的，例如当混浊介质1是女性乳房并且执行成像以用于识别和/或观察乳房肿块时。因此作为结果，与参考测量相比，来自第二测量的数据集中将仅存在轻微的偏离，使得给出了线性重构问题并且满足了用于应用一阶玻恩近似的条件。随后，根据第二实施例，计算与第一实施例所述相似的评价函数并且将该评价函数用于重构混浊介质内部的图像。

修改例

对于所有实施例，通过为所有源-检测器组合绘制在时间t₁和t₂处的所有测量的比率的直方图而不是绘制单个平均值，可以采取更巧妙的方法。将参照图3描述该方法。

根据该修改例，绘制所有源-检测器组合在时间t₁和t₂处的所有测量的比率的直方图。换言之：如图3所示，为所有源-检测器对绘制第一和第二测量的比率对比特定比率的发生频率(被指定为概率)。这意味着，对于所有N个源-检测器组合从测量的结果计算比率M_n＝Φ_n(t₁)/Φ_n(t₂)。随后，创建曲线图，其中在x轴上是特定比率M_n，且在y轴上是特定比率的发生数量，即提供该特定比率的源-检测器对的数量。因此，y轴是关于某一比率的发生概率。在所述曲线图中，正常健康组织将产生对于特定值M_n的最大值，在该最大值周围是高斯分布。具有某种程度病灶或其它不均匀性的贡献的源-检测器组合的那些测量将展示较小的比率并且将导致相对于标准高斯分布的偏离，该偏离表现为在更小比率处的另一最大值(M_lesion)。以此方式，甚至在全重构被执行之前，可以看见病灶或其它不均匀性的存在。通过观察偏离高斯分布的源检测器对组合，可以推知不均匀性的位置，因为这些组合的所有从源到检测器的线都将通过该不均匀性。

然而，通过提供直方图所实现的结果也可以用于稍后的图像重构。根据该另一可能性，取代采用所述分布的一阶矩(即平均乘数<M>)的是，对应于正常健康组织的直方图中最大值M_tissue的位置(参见图3)被采用作为乘数的值，而不使用关于第一实施例描述的方程中的<M>。所得的评价函数用于以非常类似的方式进行重构。

上面关于第一和第二实施例描述的评价函数是基于所测量的信号相对于时间的一阶导数。然而，在另一修改例中，评价函数可以基于更高阶的导数，例如二阶导数。在二阶的情况下，得到下面的评价函数(ΔΦ₂/Φ)：

${\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&Phi;}}_2}{\mathrm{\&Phi;}}\right)}_n=\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_1\right)-2<M_{12}>{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_2\right)+<M_{23}>{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_3\right)}{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_1\right)}$ 其中t₁＜t₂＜t₃

其中<M₁₂>和<M₂₃>是在相应的时间间隔处的测量结果的平均比率。

以下面的方式在所有源检测器组合上进行所述平均：

$<M_{12}>=\frac{1}{N}\underset{n=1,\&CenterDot;\&CenterDot;,N}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_1\right)}{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_2\right)}$

$<M_{23}>=\frac{1}{N}\underset{n=1,\&CenterDot;\&CenterDot;,N}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_2\right)}{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_3\right)}$

可以认为所述实施例和它们的修改例具有以下缺点：在第一和第二测量中容器2中的混浊介质1的位置是不同的。这可以是由于以下事实造成的：在第二实施例中，混浊介质1从容器2中移除并且再次放置在其中，或在第一实施例中，例如在活体乳房造影的情况下由于妇女的移动，混浊介质1已被移动。在第一实施例中，在光学乳房造影的情况下，测量之间的差异将是数分钟或数十分钟。然而，对于上述实施例的实际的实例实现方式，如果不存在测量误差并且所述重构没有缺陷，则图像分辨率将是2.5mm(容器体积的立方根除以源-检测器对的数量)。由于这两个条件都不是真实的，所以容器2中混浊介质1的位置的再现性应当是可以容易实现的5-10mm的量级。

尽管上面已经描述了特定实施例，但是本发明不限于这些实施例。尽管所述接纳容积已经被描述为具有杯式形状的容器，但是它不限于此。它可以具有其它适当的形状。特别地，所述实施例及其修改例的特征的组合是可能的。

Claims (14)

1.用于检测混浊介质(1)内部中的不均匀性存在的方法，该混浊介质(1)为由具有高光散射系数的材料构成的物质，

该方法包括以下步骤：

利用待检查的混浊介质(1)置于用于检查所述混浊介质内部的设备的接纳容积(2)中，执行第一测量；

利用待检查的混浊介质(1)置于用于检查所述混浊介质内部的设备的接纳容积(2)中，执行第二测量；其中在该第一测量后经过一时间间隔(Δt)之后，执行该第二测量；

第一测量和第二测量中的每一个包括：

随后用来自至少一个光源(6)的光从多个不同源位置照射该混浊介质(1)，并且对于每个源位置，在多个不同检测位置检测从该混浊介质发射的光，以及

将所检测的值存储为测量结果；

通过使用该第一测量和第二测量之一的测量结果作为参考并且使用该第一测量和第二测量的相应另一个的测量结果确定相对于所述参考的偏离，来检测该混浊介质(1)内部中的不均匀性；

其特征在于，

在该第一测量和第二测量二者中都没有使用荧光造影剂，或者在来自混浊介质(1)的造影剂的洗出期间执行该第一测量和第二测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中计算乘数以便检测不均匀性的存在，并且计算该乘数包括：对于源位置和检测位置的每一个组合，计算来自该第一测量和第二测量之一的测量结果以及来自该第一测量和第二测量的相应另一个的相应测量结果之间的比率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中根据下述方程计算平均项<M>：

$<M>=\frac{1}{N}\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_1\right)}{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_2\right)}$

其中N为源位置与检测位置的不同组合的数量，n为源位置和检测位置的特定组合的索引，Φ为所检测的光子密度，t₁为该第一测量的时间，以及t₂为该第二测量的时间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中基于该第一测量和第二测量的测量结果重构该混浊介质(1)内部的图像。

5.根据权利要求4所述的方法，其中使用一阶玻恩近似以便重构该混浊介质(1)内部的图像。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中通过基于该第一测量和第二测量的测量结果产生直方图来检测不均匀性的存在。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该第一测量和该第二测量在一时间间隔上执行，其中在该时间间隔内，该混浊介质(1)中的氧水平和／或血含量由于所施加压力的变化或者由于吸气／呼气呼吸周期内的差异而发生变化。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该第一测量和第二测量之间的时间间隔(Δt)被选择为处于该造影剂的衰减时间(τ)的量级。

9.用于检测混浊介质内部中不均匀性的存在的设备，该设备包括：

用于接收待检查的混浊介质(1)的接纳容积(2)；

用于照射该接纳容积(2)内部的至少一个光源(6)；

用于检测从该接纳容积(2)内部发射的光的至少一个检测器(7)；以及

用于控制所述设备用以对该混浊介质内部成像的控制单元(8)；

其中所述控制单元(8)适于控制所述设备以便对该混浊介质的内部成像，以使得：

利用将混浊介质放置在该接纳容积(2)中执行第一测量，以及

在该第一测量后经过一时间间隔(Δt)之后，利用将该混浊介质(1)放置在该接纳容积(2)中执行第二测量，

在该第一测量和第二测量的每一个中，随后用来自至少一个光源(6)的光从多个不同源位置照射该混浊介质(1)，并且对于每个源位置，通过该至少一个检测器(7)在多个不同检测位置检测从该混浊介质(1)发射的光，以及

将所检测的值存储为测量结果；

其中所述控制单元(8)进一步适于使得：

使用该第一测量和第二测量之一的测量结果作为参考并且使用该第一测量和第二测量的相应另一个的测量结果确定相对于该参考的偏离，来检测该混浊介质(1)内部中不均匀性的存在，并且

在该第一测量和第二测量二者中都没有使用荧光造影剂，或者在该第一测量之前将造影剂注射到该混浊介质中并且在来自混浊介质(1)的造影剂的洗出期间执行该第一测量和第二测量。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述控制单元适于使得：计算乘数以便检测该不均匀性的存在并定位该不均匀性位置，并且计算该乘数包括：对于源位置和检测位置的每一个组合，计算来自该第一测量和第二测量之一的测量结果以及来自该第一测量和第二测量的相应另一个的相应测量结果之间的比率。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制单元适于使得根据下述方程计算平均项<M>：

$<M>=\frac{1}{N}\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_1\right)}{{\mathrm{\&Phi;}}_n\left(t_2\right)}$

其中N为源位置与检测位置的不同组合的数量，n为源位置和检测位置的特定组合的索引，Φ为所检测的光子密度，t₁为该第一测量的时间，以及t₂为该第二测量的时间。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其中所述控制单元适于使得基于该第一测量和第二测量的测量结果重构该混浊介质(1)内部的图像。

13.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其中所述控制单元适于基于该第一测量和第二测量的测量结果提供直方图以便检测不均匀性的存在。

14.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其中所述设备是医学图像采集设备。