CN103347439A - 动态光学层析成像装置、方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学层析成像系统，其用于获取并显示一目标组织样本中基于外部刺激而产生的变化的动态数据。举例来说，本发明所公开的设备、方法和系统可以在诊断外周动脉疾病中用于量化由于外加的血压变化而产生的动态血管变化。

Description

动态光学层析成像装置、方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请为国际申请，其申请主张于2010年11月11日提交的美国临时专利申请No.61/412,717的权益，该专利申请在此全部引用作为参考。
有关联邦政府资助研究的声明
本发明是在国立关节肌肉骨骼及皮肤病研究所（NationalInstitute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases）所赞助的第NIAMS-2R01-AR046255政府资助下完成的。政府对本发明享有特定的权利。
发明领域
本发明涉及到一种用于层析成像的系统、装置和方法，尤其涉及到用于外周动脉疾病诊断的层析成像的系统、装置和方法。
背景技术
光学层析成像技术使用来自组织或样品的散射光的幅值衰减或相移所产生的信号。入射光通过目标被漫反射并且从表面射出。光线可以在目标材质表面（如身体结构）的多个位置处入射并被接收，被接收的光线用于生成层析图像。所接收光相对于入射光的幅值衰减或相移可用来获取关于目标中的吸收介质和散射介质的空间信息，举例来说，空间信息可以以身体部位的解剖学的体积图像或断层图像的形式来表现。
外周动脉疾病(PAD)是一种高度普遍的动脉粥样硬化综合症，其影响了美国八百万至一千两百万个人并且具有极高的发病率和死亡率。PAD每年导致约275,000例入院治疗、超过2,750,000例就诊以约45,000例死亡。PAD起因于动脉内膜的多种组合变化，所述变化包含脂质、复合糖、血液和血液制品、纤维组织和钙盐沉积的局灶性累积。PAD还起因于动脉壁内部表面上的斑块积累，其抑制了向各个器官进行的正常血液输送。PAD的流行程度随年龄的增长显著增强。在一项涉及到5,450个患者的大型研究中，基于踝肱指数(ABI)而调查的PAD流行度从55-59岁年龄层的9%增加至85-89岁年龄层的57%。PAD流行度并不随患者的性别而有所改变。
PAD早期主要在腿部和足部体现，并被通常称为下肢动脉疾病(LEAD)。下肢动脉疾病(LEAD)被定义为向下肢进行的动脉灌注减低的症状。LEAD在糖尿病人中是一种很普遍的状况。糖尿病中的LEAD通常复合有外周神经病变并且对感染较为敏感。外周神经病变导致上、下肢外周缺乏敏感性，使得病人无法感知割伤或淤青。进而容易导致感染的发生。
如果不被发现，LEAD将会进一步导致足部溃疡、伤口难以愈合、坏疽甚至最终截肢的结果。LEAD的检测很困难，特别对糖尿病患者来说，动脉的钙化和神经病变改变了血压的测量方法。现有的诊断LEAD的技术，如踝肱指数(ABI)测量，通常使用可压缩动脉来准确检测LEAD，这一过程使得许多患者的诊断过程变得复杂。现有的用于确诊和治疗动脉系统中封闭性LEAD的标准是数字减影血管造影术(DSA，Digital Subtraction Angiography)。
在DSA中，造影剂被动脉给药至患者体内，进而获得血管系统的图像。然而，此种图像获取方法会造成创伤并且造影剂对肾脏有毒性，因此会对患者造成危险并引发严重的合并症。另外，患者被曝露在电离辐射中，也限制了DSA的使用频率。用于评估LEAD的外周血管测量方法通常来源于非成像技术。外周脉搏的触诊在诊断封闭性LEAD患者的过程中作为临床技术被使用。然而，这种方法的主观性本质可能会导致医师评价过程中的不稳定性。如温度、解剖结构的不同和医师的触诊技术等因素都可能极大的影响诊断结果。有些医师也使用血压表袖带来测定动脉血压。
LEAD也可以通过有创性过程来评估。举例来说，可以使用动脉插管来进行血压监控。虽然这些方法很敏感和准确，但有创性方法不便于使用，并且其相对于非创伤性技术具有更大的产生副作用的风险。上述因素和较高成本一起限制了有创技术作为筛查方法。
踝肱指数(ABI)是指足背或胫后动脉处测量的收缩压相对于手臂处的收缩压的比例值，其测量方法也被用于诊断LEAD。然而，糖尿病患者的LEAD进展过程经常伴有神经病变和严重的动脉钙化，这使得动脉血管无法压缩。另外，足背处的血压测量通常非常微弱甚至无法检测。脉搏容积记录器(PVR)使用血压表袖带充气60mmHg，并将其放置在大腿、腿肚和前脚处，肢体膨胀和收缩的体积被测量进而精确测定一个心动周期内进入肢体的血液量。在动脉狭窄的情况下，PVR波形会被减弱并且此种测量技术用于补充糖尿病患者的ABI测量。然而，PVR所提供的针对动脉供血不足的程度的测量方法相对于主观的诊断方法来说来说更加客观。
LEAD也可以通过如速度测量学和连续多普勒超声的方法被诊断。从正常动脉中获取的多普勒波形成三项形态。然而，在闭塞血管处的测量结果显示为速度的增大，并呈双或单一波形形态。与ABI和TSP不同的是，速度测量学仅提供在可压缩动脉处的封闭型LEAD的定性测量结果。另外，多普勒超声不能用于糖尿病患者和具有不可压缩动脉的患者身上，因为在这些患者身上获取的血压值会虚高。由于连续多普勒超声、ABI和TSP的缺点的存在，双功超声在外周血管测量中被频繁使用。双功超声是一种传统B型超声成像与彩色多普勒和脉冲多普勒波形样本的结合。双功超声的局限性在于其无法将腿肚处13%的动脉段可视化，并且依赖于操作者的技术。
因此，虽然X射线和核磁共振成像技术提供了很多解剖学的细节，其并未提供足够的生理学细节，并且细小的动脉在上述技术中可能无法进行可视化，或者动脉中并未像预期那样流过足够的血液。
发明内容
光学层析成像(OT)克服了上述现有诊断技术的局限性。在本发明的装置中所用的可视和近红外光尤其对健康无副作用，并且测量过程可以重复进行。另外，与X射线血管造影术不同的是，在X射线血管造影术中通过血管中血流的闭塞和梗阻来进行评估，而OT中允许对血管进行评估。另外，OT成像系统可以使用相对于X射线装置更便宜的组件，并且可以小型化为手持系统。因此，OT成像系统可以作为随手可及的筛查设备用于及时现场护理。
光学层析成像可以用于检测与血容量成正比的含氧和脱氧的血红蛋白浓度以及总体的血红蛋白浓度。上述特征可以与被成像的横截面的吸收系数和散射系统同时被测量。OT成像也可以独立于血管的可压缩性被测量，而无需使用造影剂来获得被成像身体部位的血液成分的有用信息。
此外，由于光学层析成像提供不同的对比信息（如含氧和脱氧血红蛋白浓度、血容量、组织散射），其可以被进一步用于在其他成像形式中提供补充的信息。
附图说明
此处的附图仅用于显示目的并且不以任何方式限制本发明的保护范围。理解本发明内容的最佳方式是将说明书与附图结合起来阅读，其中很多组件以标号的形式进行了标注。以本文中的使用可知，不同的实施例可以代表一部分或所有的实施例。
图1A显示了一用于非接触地对目标样品进行扫描的系统，所述系统使用相机对来自身体部位的光线进行成像，并使用一激光扫描仪向身体部位上发射光子。虽然此处显示的示例包含对光源进行调频的组件并可以应用于频域光学层析成像，但经过较小的变化后，相类似的结构也可以用于连续波或时间分辨短脉冲光学层析成像中。
图1B显示了另一频域光学层析成像系统的示例，其中光线直接通过多个光纤成像系统被施加。相同的结构也可以用于连续波或时间分辨短脉冲光学层析成像中。
图1C显示了图1B所示系统的修正，其用于连续波光学层析成像。
图2显示了一光学接口模块，其可接触地或非可接触地支持一包含光发射器和接收器的光纤矩阵，从而使得所述光发射器和接收器在身体部位周围设置，所述身体部位可以为腿、手臂、脚、颈部或其他需要进行诊断的部位。
图3显示了图2的光学接口模块，其尺寸和设置均适用于人类脚踝周围。
图4显示了一光学接口模块，其可以如蚌壳一样打开并含有一轴向空间使得每个等级的光纤都可以被进行调整。
图5显示了一光学接口模块，其可以在围绕脚部周围打开和关闭，举例来说其可以是包含一平板部件和一弓形部件的跖骨区域。光纤支持装置可以容纳与身体部位接触或不接触地进行设置的光纤。
图6显示了一单一光纤支持装置以及一相应的用来将光纤端移动到与身体部位接触或不接触的已知位置上的线性驱动器。图6所显示的技术特征可以用于本发明公开的任何实施例中。
图7显示了一种扫描身体部位的方法，其包含控制身体部位的刺激的步骤(如对身体部位内的血管加压)，获得时间序列数据的步骤，以及生成图像数据并可互动地对图像数据进行显示的步骤。
图8A-9B显示了健康人和患有外周血管疾病的糖尿病人的手指和脚部位置处的多个探测器强度的瞬时响应。图样描绘了单一照明位置上单一波长下的特定的探测信道上的传输数据分布图。响应以强度-时间(分钟)的变化的形式被描绘并且在进行血管刺激之前的休息时间内被归一化。
图10显示了一用于获取图像数据并且将图像数据展示给使用者的过程和系统。
图11显示了一计算机处理系统的示例，其可以被用来实现本发明中所描述的光学层析成像方法。系统可用于本发明中公开的任意一个实施例。
具体实施方式
本发明所公开的实施例提供了一种无创伤性光学层析成像形式，其可以用于检测和监视下肢处的外周动脉疾病(PAD)。下肢处的外周血流动力学的成像技术可以在无需考虑动脉可压缩性的情况下有效地诊断LEAD，这对于糖尿病患者来说是非常理想的。光学层析成像技术也可以用于对血管动力和血流模式进行成像。虽然在乳腺癌和关节炎中，血管的变化都是次生效应，然而在PAD中，血管的变化是原发效应，本发明公开的光学层析成像形式可以用于诊断和监视血管疾病。乳腺成像系统可以用于收集患有PAD的糖尿病人身上的初步数据。在这些初步图像中，可以观察到健康人和糖尿病PAD患者的区别。
图1A显示了在一实施例中使用的光学层析成像系统100。频域光学层析成像(Frequency Domain Optical Tomography,FDOT)系统：本频域装置基于Picostar HR成像仪(La Vision GmbH公司生产)而设置。光源包含通过一信号发生器(Aeroflex Intl.Ltd.公司生产)而将频率调制达到1GHz的激光二极管(Picoquant GmbH公司生产)。激光光线被连接至一光开光上，其将所述光线进行信号分离输入不同的光纤中，所述光纤将光线输送到一成像几何的不同位置处。在成像几何内部设置有被成像的目标，所述目标可以基于其光学属性造成光线的衰减并引入相移。探测光纤收集成像几何射出的光线并将光线输入Picostar成像仪。被检测到的光线射入像增强器(KentechInstruments Ltd.公司生产)中，所述像增强器也通过一个信号发生器而将频率调制达到1GHz，并用于解调检测到的光线。解调后的检测光被CCD(电荷耦会式)相机所测量。通过使用CCD相机，来自于所有探测光纤的光线可以被并行测量。通过在激光的调制动作和增强器的解调之间引入相移，使用者可以使用分别处于不同相移位置的检测光来计算被成像目标所引入的衰减和相移。在DC与1GHz之间的若干频率上被检测到的衰减和相移被输入到频域光学层析成像重构代码中，并用于重构目标的光学性质。本系统目前被整体应用于MRI(核磁共振成像)机(参考5)，其使得在小动物身上同步进行光学和MR(磁共振)成像成为可能。
系统100包含一激光源LD1，其可以是但不限于激光二极管；一激光二极管驱动器(LD驱动器)2；信号发生器3和7；用于表面扫描和透射成像的身体部位(手指，脚，胸部等)安放区域4；一个或多个镜片5；一ICCD(像增强型CCD)相机；一高频成像仪8；和一用于生成剖面图、容积图像或原始透射数据的计算机处理系统9。所述数据可能与，举例来说，通过身体部位主动脉的血液容积或血流有关，所述身体部位可以为脚、手指或其他肢体。在操作中，身体部位4同时被来自激光二极管LD1和第二二极管LD2(图中未显示)的光线所扫描。
两个激光二极管可以被设置在相同或不同的扫描机构上，举例来说如传动齿轮上，这样扫描机构的微小移动也可以引发激光光斑在被成像的身体部位4上移动。在实施例中，激光可以如下文所述沿直线扫描来获得表面几何形状。来自同一或第二二极管LD1的光线透射穿过身体部位4，并且透射过身体部位4的检测到的光线强度被相机6所捕捉。背景可以用于相机坐标系统的校正。三维曲面坐标之后被用于生成一三维有限元网格。该网格与光检测器得到的光线透射测量结果一起被输入一图像重构算法中，所述算法生成被成像身体部位的剖面图。
图1B显示了一调频光学层析成像系统200，其也可以被用于生成身体部位4的层析图像。调频光学层析成像系统200包含两个激光二极管201，202，所述激光二极管201，202生成具有两种不同波长的光线。两个激光二极管201，202均通过调制激光驱动器进行驱动，并且两者均通过光纤与一2x32的光纤开关203相连接。源光纤和探测光纤均与内部设置有身体部位的成像几何(举例来说，测量模块)204相接口。多条对测量模块204处的光线进行传输的探测光纤221的每个端分别连接至CCD相机205上。相机对由光纤端的矩阵组成的像增强器235进行成像。像增强器可以使用，也可以不使用。每个激光二极管201，202可以通过信号发生器207,208被调制在不同频率上。信号发生器可以用于调制激光二极管201，202和像增强器206的光电阴极。所生成信号的参数(振幅、频率和相位等)可以通过一计算机处理器CPU209来控制。光纤开关203将来自两个激光二极管201，202的光线重定向，连续地传入源光纤的矩阵中，所述源光纤的矩阵将光线传输至测量模块周围的固定位置上。透射过身体部位的光线通过探测光纤被传送至像增强器206内。源光纤在测量模块204周围的不同位置处成对地进行光耦合进而在两种不同频率下对身体部位进行采样。来自于一个信号发生器207的信号被输入两个激光二极管201，202中，而来自于第二个信号发生器的输入信号被输入至像增强器206中。第二信号发生器208的频率可以与第一信号发生器207的相同，而上述两个信号之间的相位差可以被CPU209所调节。使用上述结构，在CCD上每个像素上的信号都取决于相位差。源光纤逐次地显示离散相位偏差下的身体部位。
图1C显示了一连续波层析成像系统300，其包含两个生成具有两种不同波长的光线的激光二极管301，302。两个激光二极管301，302均通过光纤被连接至一光纤开关303上。源光纤和探测光纤均与内部设置有身体部位的成像几何(举例来说，测量模块)304相接口。多条对测量模块304处的光线进行传输的探测光纤端分别通过图像矩阵307对准CCD相机205处，所述图像矩阵307在已知部位处支持光纤，使得每个光纤内的信号都可以分别从相机获得的图像中进行信号分离。所生成信号的参数可以通过一计算机处理器CPU314来控制。光纤开关303将来自两个激光二极管301，302的光线重定向，连续地传入源光纤的矩阵中，所述源光纤的矩阵将光线传输至成像几何304周围的固定位置上。源光纤在成像几何304周围的不同位置处成对地进行光耦合进而对身体部位进行采样。透射过身体部位的光线通过探测光纤被传送至图像矩阵307内。
成像系统100-300可以包含不同种类的测量模块，所述测量模块可以使用如光纤一类的照明光源与被成像的身体部位接触(或通过向身体部位的表面上投射光线)，之后还可以将来自于被成像身体部位的检测到的灯光输送给相机6或其他光探测器。这可以通过使用光纤来实现，所述光纤可以与身体产生直接接触，也可以通过一种简单固定的几何形态来靠近身体部位。当光纤不与身体部位直接接触时，可以使用光匹配液(如脂肪乳剂)使来自光纤端的光线对准身体部位的表面。
为了创建整个被成像身体部位的全三维图像，从整个身体部位各处输送和收集光线的源光纤和探测光纤被设置在身体部位周围，使得源光纤端和探测光纤端相邻接并且环绕在身体部位周围。通过每次逐一从光源中发射光线并且通过光探测器探测透过身体部位的光强度的方法，光线有效地扫描过身体部位。在一个特定时间内，一个发射器工作而其他所有的接收器接收来自所述发射器的散射光线。之后另一发射器被触发，以此类推。不同频率(颜色)的光线可以同时被发射出并且被信号分离从而产生更高的时间分辨率。已获得的或预计的三维曲面坐标用于生成三维有限元网格。该网格与来自光探测器的光线透射测量结果一起被输入一生成被成像身体部位的剖面图的图像重构算法中。
在图2所显示的实施例中，一测量模块30用于对一个手指31(图中未显示)进行成像。测量模块30包含一圆柱形主体32，所述手指可以舒服地滑入其中并且所述圆柱形主体32在成像过程中对手指进行固定。测量模块30包围圆柱形主体32的一部分使得实际使用时手指可以被放置在测量模块30中。被区分为两排设置的多个源光纤和探测光纤33沿测量模块30的周边被可拆卸地连接在测量模块30上。每一排可以包含最多24条光纤。测量模块30的尺寸可以改变以容纳不同形状和尺寸的手指。NIR光(近红外光)每次通过一个光纤(即源光纤)被传送至手指31的表面处，并且透射光强度被其他所有光纤(即探测光纤)所测量。获得的透射数据被传送至光探测器处用于进一步处理、使用图像重构软件，检测到的透射光数据可以用于生成身体部位的三维剖面图。
图3中显示的是测量模块11。在本实施例中，被成像的身体部位是腿部20的末端。测量模块11可以是高出脚踝几英寸的袖带状的装置，并且被设置为既可以容纳不同尺寸的腿部20又可以保持相对应的源-探测光纤13位置不变。测量模块11包含多个可拆卸地与袖带状装置连接并在袖带状装置11周围至少为两层设置的源光纤13和探测光纤13，此种设置方式可以将腿12的末端包围。这样在使用时，源和探测光纤13将近红外光(NIR)光传送至腿12的主动脉上并且将透过腿12主动脉的光线传送至光探测器处。
每个源和探测光纤13可以与一个光导管14连接从而将来自一光学层析成像系统28的激光源中的光线传送至，举例来说，身体部位12处；进而将来自身体部位12的透射光传送至光学层析成像系统28的光探测器处。其中所述光学层析成像系统28分别可以是系统100-300中的任意一个。测量模块11被设置为不同尺寸使得任何尺寸的腿12都可以舒服地放置在测量模块11中。
测量模块11可以锁定足背动脉周围的响应、胫后动脉的响应和腿肚上的响应来测量下肢较高处的灌注情况。在测量模块11中的源光纤和探测光纤可以被设置为包裹在腿12末端的主动脉周围形式。在操作中，待患者将腿12放置在测量模块11中之后，模块11内可以充入匹配液来充填脚12和源-探测光纤13之间的空隙。匹配液可以用于克服测量模块11和被成像的腿12之间不相匹配的问题。
可见光和近红外(NIR)光通过光纤导管14被输送至需要诊断的腿12表面上。每个源光纤13依次传送光线至腿12的主动脉上，而同时每个探测光纤13获取透射过主动脉的不同部位光线。源光纤和探测光纤之间特定的几何形态允许探测光纤获得来自腿12的反射和透射光线。获得的透射数据之后被传送至光探测器处用于进一步处理。
使用图像重构软件，被检测到的透射光数据可以用于生成身体部位的三维剖面图。为了确定被成像身体部位的血管、含氧和脱氧的血红蛋白或血液中的主要蛋白含量是否有所变化，当对被成像身体部位施加一外部刺激之后，一第二组透射数据和相应的第二组图像被生成。该刺激可以通过使用加压装置在身体部位上施加外部压力而实现，所述加压装置可以是但不限于设置在身体部位12周围的血压计用手臂袖带18.
在施加刺激后，通过使用与生成第一组数据和图像相同的成像和重构方法，第二组透射数据被采集而第二组层析图像也被重构。袖带18被激活来通过一袖带驱动器42向腿12上施加压力。袖带18施加的压力值以及之后释放压力的时间点通过一控制器40进行控制。控制器40可操作地与袖带驱动器42和系统28相连接。
每组透射数据和重构图像包含有有关被成像身体部位的光学性质(反射、吸收、散射)的信息。根据这些信息可以确定如灌注率、含氧和脱氧血红蛋白浓度以及血容量的参数。通过将第一组的透射数据和图像与相对应的第二组透射数据和图像相比较，可以确定生物标志物，所述生物标志物可以为但不仅限于光学性质的分布、灌注率以及含氧和脱氧血红蛋白的浓度差。这些生物标志物可以被用于区分病患和健康的人。光学层析成像系统还可以包含对袖带和OT系统进行操作使得它们可以完成不间断的顺序诊断的控制器40。
图4所示的实施例显示了一个袖带形状的测量模块20。袖带形状的测量模块20包含多个(图中显示有三个)可调节的环形22-24，每个环形包含有多个设置在环形表面的源光纤和探测光纤。袖带形状的测量模块20的直径大小可调从而容纳不同尺寸的腿部，并且可以像手铐一样被打开使得其穿脱都很方便。每个环形包含两个独立的部分，这两个独立部分通过一支架型连接部件27连接在一起。所述支架型连接部件27被设置在一第一锁定位置时将环形22-24牢固地锁定在一起；而当其被放置在一第二解锁位置时，环形可以沿轴线(Z轴)方向彼此相向运动进而改变环形之间的间隔。环形也可以通过一卡环29被打开。
支架包含多个起到挡块作用的啮合表面，所述啮合表面沿支架27的长度方向设置，使得环形处于合适的位置的情况下，可以被牢固地固定在沿支架长度方向上的不同位置上。环形22-24可拆卸地连接至支架22上以容纳一靴状装置20。每个环形22-24可以被技巧性地放置在腿12的下肢末端处来包围在腿12的适当位置处的主动脉。测量模块20与测量环形22-24的宽度可以被调整来容纳不同的腿部尺寸。环形22-24可以被设置在跖骨和脚踝周围，也可以被设置在腿肚周围，进而获得主动脉与其周围部位的血液动力学响应，并获得下肢末端较高位置处的血液动力学响应。环形22-24可以沿垂直的Z方向运动使得其可以包围身体部位12并固定在测量模块20上的任意适合的高度处。外周带有光纤的环形22-24检测到来自腿12动脉处的透射和反射光。
本发明的设计可以使用光学间隔物，但也可以允许光纤与皮肤直接接触却依然保持不变的源光纤位置。在本发明的设计不具备恒定几何形态的情况下，可以使用叫做归一分化法(NDM，NormalizedDifferentiation Method)的鲁棒性图像重构技术来重构图像。该重构算法可以获取一基线光学测量结果与所述与刺激相应的光学响应测量结果之间的差异。该方法可以重构差异/相关的光学性质，而非绝对的光学性质。因此其完全不取决于边界条件和源、探测光纤的位置。
测量模块11和20可以锁定足背动脉周围的响应、胫后动脉的响应和腿肚中的响应进而测量下肢末端较高位置处的灌注情况。测量模块11和20中的源光纤和探测光纤均可以设置在小腿12的主动脉周围。
在操作中，在患者将腿12放置在靴状物11或12之中后，靴状物之中可以被填充入匹配液来填满脚12和源、探测光纤13之间的空隙。匹配液可以用来克服测量模块11，20以及被成像的腿12之间不相匹配的问题。可视和近红外(NIR)光通过光纤导管14被引导至需要诊断的腿12的表面上。每个源光纤13之后将光线传递至腿12内的主动脉处，而与此同时每个探测光纤13获得不同位置处透射过动脉的光线。源光纤和探测光纤之间的特定几何形态允许探测光纤获得来自腿12主动脉的反射和透射光。获得的透射数据之后被传送给光探测器用于进一步的处理过程。使用图像重构软件，获得的透射数据可以用于生成身体部位的三维剖面图。
测量模块周围的源光纤和探测光纤的固定几何形态有助于上述光学图像的重构，这是因为处于测量模块11和13边缘的源、探测光纤的精确定位是已知的。多种重构算法可以用来生成图像，举例来说但不限于此，所述算法可以是基于模型的迭代图像重构算法、扩散算法和输运理论重构算法。
图5显示了一光学接口模块，其可以围绕脚340打开和关闭，举例来说，其中设有包含一平板部件352的跖骨区，所述平板部件352可以作为基底让患者站立于其上。光学接口模块还包含有一弓形部件344。所述基底253与弓形部件344均支撑着用于运输和接收光信号的光纤(其位置如标号346和350所示)。光纤支持物可以支持光纤用于与身体部位的接触或非接触设置中。弓形部件与一铰链345相连接并且使得弓形部件344可以放置在脚的上方。还可以设置一锁片348使得一旦弓形部件344关闭其便被紧紧固定住。一袖带342可以用于刺激脚部的血管。
图6显示了一单一光纤支持物362,368以及与其相对应的线性驱动器364，其将光纤的一端366移动至与身体部位接触或非接触的已知位置上。图6的设置适用于本发明所公开的任意一个实施例。任意一个实施例中所公开的控制器可以基于本文其他部分所公开的获得的或预测的表面几何形态自动将每个光纤端放置在适当的位置处。通过知晓驱动器和支持物的精确位置，光纤端的位置可知。即使与皮肤接触的光纤端模糊了身体部位的形态，在皮肤与光纤端相良好接触的假定下，通过光纤端的准确位置还是可以推断出身体部位的解剖学形态。此种驱动器可以设置在如图5所示的或其他可以相兼容的设备中。
在可选的实施例中，线性驱动器可以被一带有弹簧的可移动支持物所代替，所述支持物允许光导部件在其中被动地运动。该支持物还包含一用于显示光导部件相对于支持物相对位置的编码器。来自编码器的信息可以用于形成网格。
现在参考图7-10可知，在一个相关的实施例中，在步骤S510中，一身体部件，如脚，被进行表面扫描和成像(举例来说，可以从不同角度对其进行拍照)，从而获得用于生成三维曲面模型的原始数据。可选地，使用从一不同解剖学原型的存储模板库中抽选的一已预测的曲面也是可以的。
为了获得用于图像重构的几何形态，可以使用脚部的照片或激光扫描表面几何形态采集系统。可以使用相邻接的物体作为获取精确的绝对尺寸数据的参照值。表面几何形态信息可以用于建立边界并且确定源和探测器的位置。在实施例中，一个或多个驱动器把光纤端放置于与身体部位相接触的已知位置上，所述已知位置和光纤端的尺寸用于决定所述表面几何形态。该过程形象化地显示在图10中，其中相机272通过激光器268对脚270进行扫描成像来获取282处显示的表面几何形态。
在步骤14中，身体部件被设置在成像装置(图10的283)中。可选地，如果已经进行了同时含有设置在其中的身体部位的表面几何形态采集时，身体部件已经位于成像装置中。后面这种情况多出现在使用非接触成像的装置时，或者在与身体接触的光纤的位置可以通过如图6显示的驱动器直接获得的场合下。
在身体部位处，如脚部，获得的光学透射测量过程在步骤16处开始。在实施例中这些通过一数字近红外光学层析成像仪来完成。在此种情况下，由两激光二极管构成的组合光束(波长γ＝765nm和830nm)可以作为照明源使用。上述源之后可以与不同的1mm多模式光纤束相接，所述光纤束把光线沿测量探针分配到多个区域处。所述测量探针可以包含任意数量的光纤支持物来使得光纤与身体部位的表面接近或接触，其中所述身体部位可以是脚部。举例来说可以使用图5所示的装置。
每个激光二极管中的电流可以被调制并且具有彼此不同的振幅和频率。通过这种方式，多种波长可以同时被显示，并且它们在被衰减的检测信号中的振幅和相位贡献可以使用同步检测技术被提取出来。举例来说，入射在目标上的总能量可以为大约30mW。一旦光线穿过身体部位并在传播过程中被衰减，其被射出探针并被设置在目标周围的不同的光纤束所收集，进而被用于一光纤复用体系。如此处或本文其他地方所述，使用其他用于光学层析成像透射测量过程的体系也是可能的，如图1所示的未使用光纤复用的非接触成像过程。在一个典型的实施例中，共有34条光纤与脚部接触，其中14条作为光源光纤，20条作为探测光纤。
在与其他步骤同时或者顺序进行的步骤12中，使用来自表面几何形态282的数据或者已有的解剖学信息(或者如医学成像研究等特定的患者记录资料)可以生成一网格。举例来说，一个脚部的二位网格(图10,308)可以被生成。可选的也可以生成一个三维网格。
在步骤17中，一外部刺激被施加在身体部位上。举例来说，流过血管的血流可以通过在成像模块附近，如大腿上部处，施加一血压表袖带被修正。最开始可以进行一基线测量过程，举例来说，可以进行长度大约1分钟的测量并记录用于生成多帧(如400帧)图像的数据。接下来，血压表袖带可以充气至一第一压力值，举例来说，达到一可以产生静脉闭塞的值(如60mmHg)。该压力可以保持一端时间(如1.5分钟)，与此同时数据被连续采集，之后压力可以被释放来生成一个休息间隔，在所述休息间隔中数据仍然被记录。如步骤18所示，多个附加的刺激可以继续被施加，在其施加的同时和间隔期间可以进行连续的数据采集以用于生成时间序列图像(或非图像)数据。举例来说，用于使动脉闭塞的120mmHg的压力增加值可以在一定的休息时间后被施加到一临近的袖带上，增加值的施加长度与用于静脉闭塞的长度相同。刺激可以重复多次，举例来说可以为三次，进而在统计分析或用于随机误差过滤的数据合并时确定其可重复性。
在步骤S20中，数据由系统(图10,284)进行处理并用于显示。举例来说，用于生成身体部位的光学性质的二维重构信息，所述身体部位可以是脚。一基于输运理论的PED约束多光谱的图像重构体系可以被用于重构脚部含氧和脱氧血红蛋白浓度的空间分布。出于这种目的，在重构过程中获取的[HbO2]和[Hb]的差值都是相对于基线而言的，所述身体部位中的基线通常被设置为[HbO2]=23.4306[μM]并且[Hb]=14.6874[μM]。为了通过减轻脚部表面处噪音和伪影而获取质量较高的图像，可以使用一径向基函数(RBF)型的正则化体系。
在一个真实的示例中，观察到的信号改变与脚部或手指处可理解的生理响应相对应。图8A-9B显示了健康人(图8A和9A)和患有外周血管疾病的糖尿病患者(图8B和9B)在手指(图8A和8B)和脚部(图9A和9B)处的多个探测器强度的瞬时响应。图样301描绘了每个探测器信道中对应着单一照明位置的单一波长的透射数据分布图。响应被描绘成速度与时间(分钟)的相对分布图中的强度改变，并且其在血管被刺激之前的休息时间内被归一化。当第一次将血压表袖带(60mmHg)施加给一个健康人时，静脉回流被阻止，而与此同时动脉供给依然是活跃的，由此在腿部形成了血池。作为上述过程的结果，光学衰减吸收增加，从而造成透射强度的减小。在压力被释放后，聚集起来的血容积开始消失，最初时期由于血管系统中被升高的压力梯度，血容积消失速度很快，但之后便由于压力梯度逐渐平衡，血液容积的消失也放缓，光学信号也回到了基线位置。当袖带再次被施加时(如120mmHg)，信号幅度相对于初始值降低的更加强烈，显示在身体部位中出现的动脉闭塞更完整。而患有PAD的患者的时间图样则显示出与健康人完全不同的表现。虽然在所有施加血压表袖带的情况下，透射强度均有降低，但PAD患者的下降的幅度(～15%)远远小于健康人。另外，在两种PAD患者的情况下，闭塞和恢复速率几乎成线性，而健康人的速率成线性分布。
在示例的实施例中，透射和表面数据被处理后用于重构并在画面304上显示身体部位的剖视图306，在所述剖视图306中，有价值的浓度和容积都被适当地高亮307显示了。举例来说，脚部动脉中的HbT含量可以用颜色或发亮的信道显示来表明血液的数量或性质(如氧合作用)。在实施例中，显示界面可能允许选择特定的部位(如像素)，而所选部位的目标特性的时间图样可以在显示界面306中显示为画面302。举例来说，光标309便可以用于此目的。一参考图样308(健康的)可以被叠加至测量图样305(PAD)之上用于比较。所述参考图样可以是从库中选取的也可以是病理学或其他学科的代表统计数据。
上述对手指进行测量的结果来自于一使用手臂袖带来刺激手指血管的研究。发明人的实际观察显示踝肱指数(ABI)可以轻易地区分健康客体和PAD病患，但是在某些场合下这些区别却并不明显。健康人和同时患有糖尿病和PAD的患者可能具有相似的ABI测量结果。但是光学透射图样明确地在所观察的案例中显示了一种更加折中的血管系统，显示光学方法相对于ABI可以给同时患有糖尿病和PAD的患者提供一种更可依赖的检测方法。
基于模型的迭代算法(MOBIR)通常包含三个要素，即正演模型、目标函数和更新算法。正演模型可以提供物体Ω内部的光分布数值解，并预测边界
Figure BDA00003156810600221
处的测量值(能量辐射Ψd)。为了预测上述测量结果，使用者可以提供源强度S(rs)、源位置rs和光学生物标志物的初始猜测值μa＝[μ(s，a)(r)，μ（s，a)(r)]。之后一组边界
Figure BDA00003156810600234
处的测量值M可以通过定义一目标方程Φ与一组预测辐射值Ψd(μa)进行比较。最简单的示例可以包含至少被测和预测数值间的均方误差范数，其计算如下：
Φ = Σ s Σ d ( M s , d - Ψ s , d ( μ ) ) 2 / σ 2 - - - ( 1 )
一提供光学标志物的新预测值μa+Δμ的更新算法被使用，其减小了目标函数的值Φ。基于新的一组光学标志物μa+Δμ可进行一新的正演计算。这一迭代过程当目标函数的最小值达到一特定误差范围内时结束。在此时，预测的探测器读数在一定误差允许范围内是与测量到的探测器读数一致的。光学标志物μ可以被标识在二维或三维图像上。
算法在更新的获取、目标方程的定义和使用的正演模型上略有不同。更新算法的改变可能影响信号的收敛速度，改变目标方程或正演模型可能影响重构结果的精确度。多数正演模型组使用以下扩散方程：
( 1 c ∂ ∂ t + μ a ( r ) - ▿ ( D ( r ) ▿ ) ) φ ( r , t ) = S ( r , t ) . - - - ( 2 )
使用有限差分、有限元或解析解可以预测媒介表面的积分通量(每个单位区域内的能量)。
扩散算法是较广泛适用的积-微分辐射传递方程(ERT)的近似计算，其计算式如下：
Ω ▿ Ψ ( r , Ω ) + ( μ a + μ s ) Ψ ( r , Ω ) = S ( r , Ω ) + μ s ∫ 4 π p ( Ω , Ω ′ ) Ψ ( r , Ω ′ ) dΩ ′ . - - - ( 3 )
当扩散近似值无效的时候，使用上述近似计算会造成对测量结果的错误预测。
扩散计算可以预测在液体区域内几乎恒定的积分通量率。该基于辐射传递理论的计算可以预测媒介内部不同的光分布。在正演模型中的差值可以直接地影响重构的精确度。举例来说，如果对于一个给定的光学性质分布来说，扩散模型在一探测器处的所预测的信号要高于实际的测量值，重构系统可以降低特定区域内的吸收和/或散射系数。通常来说，在考虑到小型的几何形态的情况下，此时源-探测器分隔距离较小并且边界效应占主导，扩散近似并没有那么精确。
在媒介包含有以下区域时，输运理论更加精确。上述区域中吸收系数并不比散射系数小很多或者所述区域中的散射和吸收被认为很低(即所谓的空洞状区域)。所述区域可以是脑中充满脑脊髓液或关节中充满滑液的区域。
为了决定在被成像的身体部位的血管中、含氧和脱氧血红蛋白中或者血液的主要蛋白中是否存在改变，在一外部刺激被施加到被成像的身体部位后，一第二组透射数据和相应的第二组图像被生成。刺激可以通过使用加压装置来在身体部位上施加一外部压力的方式实现，举例来说但不限于此，可以通过在身体部位周围放置一血压计用手臂袖带的方式实现。在施加刺激之后，通过使用与生成第一组数据和图像时相同的成像和重构方法，一第二组透射数据被采集而一第二组层析图像被重构。
每组透射数据和重构图像均包含有关被成像身体部位的光学性质(反射、吸收、散射)的信息。从这些光学性质可以计算出如灌注率、含氧和脱氧血红蛋白浓度和血容量的参数。通过将第一组的透射数据和图像与相应的第二组透射数据和图像相比较，可以确定生物标志物，所述生物标志物可以为但不仅限于光学性质的分布、灌注率和含氧和脱氧血红蛋白的浓度差。所述生物标志物之后可以用于区分患者和健康人。
可以定义多个相应特征来将健康组织和患病组织进行区分。举例来说，上述特征可以为最小和最大吸收系数、最小和最大吸收系数的比率、最小和最大面积的吸收和散射系数、上述系数的比率以及吸收和散射系数的方差。这些从光学性质中获得的生物标志物的区别可以单独或组合地用来对患者分类并对患者进行监护。举例来说，由于在动脉中的血液流量有所减少，吸收系数μa在患有LEAD的患者身上会减小，因此(μa)的减小幅度可能与患者的LEAD严重程度成比例。进一步说，患有LEAD的患者的含氧血红蛋白图样的恢复速率较低，那是因为患有LEAD的患者的动脉不能像动脉没有闭塞的患者那样快速地供给含氧血。对于LEAD患者来说，总血红蛋白浓度和总血容量也可能降低，这是由在患者的动脉中流动血液的减少所导致的。因此，监视这些生物标志物可以使得医师通过检测相对于刺激的血红蛋白的生理变化以及血管的光学性质的变化来准确诊断PAD或LEAD的严重程度。
从第一和第二组光学层析图像中抽取出的基于图像的生物标志物可以单独或与其他生物标志物组合使用，从而进一步增加系统在诊断患者是健康、或患有PAD或LEAD时的准确性。另外，使用层析图像形式得到的结果如上文所述可以与使用其他现有技术得到的结果一起使用，使得针对身体状况衰弱的治疗进行更早、更适当的干预成为可能。举例来说，使用踝肱指数(ABI)与双功超声扫描均被认为是标准技术，上述两种技术获得的结果可以同时与上文所述的层析图像形式获得的结果一起使用。
数据可以重构后用于获取如关节处的代谢活性的区别。通过使用两种波长下所获取的数据，可以获得在手指关节处的含氧和脱氧血红蛋白浓度的波动。健康人和患有类风湿性关节炎的患者在手指关节处的[HbO2]、[Hb]和[HbT]空间分布有很大不同。环形结构明显是健康人的测量结果，一空洞状中心区域缩小直至完全消失并且整个关节腔都是红肿的。同时可以发现的是高代谢速率。既然总血红蛋白浓度可以与血容量直接成正比，所述数据也可以用来确定血容量。
相似的治疗方案也可以用于脚部的研究。首先对患者测量ABI值，即在足背或胫后动脉处测量的收缩压与手臂处测量的收缩压的比率。患者可以把脚部放在测量模块中，从而对脚部的主动脉进行目标锁定。之后在患者大腿周围可以放置一血压表袖带。可以测量一基线测量结果并且对大腿处加压直到其阻碍了静脉回流，此时动脉仍然可以将血液输送到下肢处。之后压力可以被释放并持续一段休息时间，然后袖带再次被施加，并且此时的压力更强，足以阻止静脉回流和动脉供应。在测量过程中，患者腿部可能设置有多个袖带对动脉进行压缩。
探测器强度的瞬时响应可以用于重构数据，进而获取在包含有足背和胫后动脉的脚部剖面中的血红蛋白响应的空间分布图。相同的示例性试验可以在测量位置处放置一加热板从而引入血脉舒张的情况下重复进行。在不同刺激下响应的不同可以作为诊断糖尿病和非糖尿病患者是否患有LEAD的识别标志。吸收系数(μa)在患有LEAD的患者处可能由于流过动脉血量的减少而减少。(μa)减小的幅度可能与患者LEAD的严重程度成比例，而上述这些发现可以通过ABI测量方式和超声扫描获得验证。总血红蛋白浓度和总血容量在患有LEAD的患者处也可能减少，这是由于流过患者动脉的血流减少了的缘故。
另一可选的系统是频域光学层析成像系统。该光学层析成像系统可以使用达到1GHz的高调制频率，这使得更好地对吸收和散射进行分离以及更准确的重构成为可能。
为了描述光学层析成像在确诊LEAD时的功效，灵敏度和专属性也需要被确定。所获得的结果可以与踝肱指数(ABI)与双功超声的测量结果相比较。踝肱指数(ABI)与双功超声都是在使用数字减影血管造影术之前，目前在疑似LEAD患者身上正在使用的非创伤性诊断技术。上述诊断技术可以作为标准被使用，同时可以寻求不同的光学分类器的平均值和标准差之间的区别进而区分健康和患病血管。
ABI是一种检测下肢动脉疾病的定量方法。光学图像显示了LEAD的不同阶段。表1显示了分为轻微、中等和严重LEAD以及具有不可压缩动脉的患者和健康人的ABI测量结果。使用光学层析成像的最重要的优点在于其可以对钙化动脉进行成像，而ABI测量并不能进行此种诊断。
表1
Figure BDA00003156810600281
另外一个可以用于与光学层析成像来对比的成像方式是双功超声。双功超声通常用于检测LEAD的临床组件中。然而，超声具有很多取决于操作者的变量，上述变量影响了在检测LEAD过程中的效果。另外，如果存在有较差的声窗(如肠气体衰减、弥漫性血管钙化或金属支架)或组织的内部回声极其微弱，则超声也无法提供可靠的图像。超声也仅仅提供定性的测量结果，其结果会根据进行诊断医师的不同而产生很大出入。回声测量结果与ABI测量结果相似也可以分为四类：健康控制、轻微LEAD、中等LEAD和严重LEAD。其可以与同一患者的光学层析图像作比较来确定光学层析成像方式的灵敏度和专属性。
在临床研究过程中获取的光学层析图像中可以得到多个生物标志物，并且每个参数都可以单独地或与其他生物标志物组合使用以决定患者是否患有LEAD。为了对上述生物标志物进行组合，使用了一种被称为自组织映射(SOM)的基于矢量量化分类的分析方法。SOM是一种无监督的学习方法，其目的在于将来自于已有的特征空间的任一维特征矢量转化为简化的概括性二维不连续的图谱。该方法可以产生多元的接收者操作特征(ROC)曲线，根据该曲线可以确定所述灵敏度和专属性。参数的组合在与单一参数分类进行比较时可以发现灵敏度有所提升。有关患有LEAD的患者和同时患有LEAD和糖尿病患者的数据可以与其他数据区分开来，以检验用来定义灵敏度和专属性的生物标志物是否将诊断准确性最大化。
图11显示了一计算机处理系统的示例，其可以用来实施本文中所述的光学层析成像方法。举例来说，成像方法可以通过处理结构和/或计算机结构101完成。此种处理/计算机结构101可以整体或部分是，举例来说但不限于此，一个计算机/处理器102。所述计算机/处理器102包含例如一个或多个微处理器并且使用存储在一个计算机可读媒体上的指令(如RAM、ROM、硬盘或其他存储设备)。
一个计算机可读媒体103(如上文所述，一存储装置如，一硬盘、软磁盘、记忆棒、CD-ROM、RAM、ROM等，或者上述装置的组合)也可以被使用(举例来说，用于在与处理结构的信息交换的过程中)。计算机可读媒体103上可以包含可执行指令10104。另外或可选的，一存储结构105可以独立于计算机可读媒体103单独设置，其可以向处理结构101提供指令来对处理结构进行设置使其执行如上文所述的特定示例过程、处理和方法。
另外，示例处理结构101可配置有或包含有一输入/输出(I/O)结构106，所述输入/输出结构106可以包含一有线网络、无线网络、互联网、内联网、数据收集探针或传感器等。示例处理结构101可以与一示例显示结构107进行信息交换，根据本发明所公开的特定示例性的实施例所述，所述示例显示结构107可以为触摸屏，其既可以向处理结构输入信息还可以从处理结构处输出信息。另外，显示和/或存储结构可以用来显示和/或以用户可读和/或用户不可读的格式存储数据。
需要特别注意的是在可见和近红外波长区域具有完全不同的吸收光谱的血液组成物含氧血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)。通过在不同波长处进行测量，含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的发色团浓度以及像血红蛋白总量[HbT]=[HbO2]+[Hb]或氧饱和度StO2=[HbO2]/[HbT]这样的参数也可以被算得。使用先进的层析图像重构代码，上述数值以及其他如血容量等参数的二维和三维图谱可以被生成。
上文所述主要显示了本发明的基本原则。在所述实施例上进行的不同的修改和变动对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，可以意识到本领域的技术人员可以设计众多系统、结构和过程来实施本发明的基本原则并仍然落入本发明的保护范围之内，虽然该系统、结构和过程并未在本发明中具体描述。另外，所有被引用的公开出版物和参考资料均通过整体引用而成为本发明的一部分。需要了解的是此处公开的示例过程可以是存储在任何电脑可读媒体上的，所述电脑可读媒体包含硬盘、RAM、ROM、可移除光盘、CD-ROM、记忆棒等；所述示例过程通过一处理结构和/或计算机结构来运行，所述处理结构和/或计算机结构可以是和/或包含一硬件处理器、微处理器、迷你主机、巨型主机和大型机等，当然也包含上述装置中的多个和/或它们的组合。另外，在本发明中(包含说明书、附图和权利要求书)所用的特定术语可以在某些情况下替换使用，举例来说但不限于数据和信息。需要说明的是，既然这些词语和/或其他词语可以彼此作为同义词使用，也可以彼此替换使用，但在一些情况下其也存在不可以替换使用的情形。另外，虽然有些引用的现有技术并未明确地包含在本发明地内容中，但其作为一个整体成为本发明的一部分。所有被引用的公开出版物都作为一个整体被包含在本发明中。
本发明还包含有许多替换、修改和变形。只要是在本发明公开的范围内，所公开实施例中的特征可以被组合、重新设置和省略等以形成新的实施例。
另外，所公开的实施例可能为了优化而省略一些其他特征的相应使用。因此，申请人要求保护所有本发明所公开的主旨下的替换、修改、等同和变形。
本发明的实施例和应用都已经进行了展示和描述，对于本领域的技术人员来说可以在不偏离本发明的主旨的前提下进行各种修改。本发明的保护范围并不限于已公开的实施例的说明，而是由权利要求书以及其等同来确定的。举例来说公开的主题包含多种用于主要解决诊断和扫描血管疾病的结构和方法。但是本发明所公开的主题略加修改或未经修改时也可以用于诊断其他类型的诊断问题和/或身体部位。

Claims (49)

1.一种用于检测外周动脉疾病的光学层析成像系统，其包含：
一用于控制外部身体部位刺激装置的控制器，该外部身体部位刺激装置对需要被诊断的目标身体部位施加机械的刺激；
一受所述控制器控制并被设置为对身体部位中的外周身体部位进行成像的接口模块，所述接口模块使用有多个光源和多个光探测器，
所述控制器控制每个光源依次发射灯光使得光线透射过身体部位而所透射的光线被多个光探测器所检测到；
控制器被设置为根据多个光探测器生成的探测信号来生成层析图像；并且
控制器还被设置为首先施加一第一机械刺激并从光探测器检测到的光线中获取第一序列的时间分离数据，之后再施加一第二机械刺激并从光探测器检测到的光线中获取第二序列的时间分离数据；
控制器还被设置为生成并显示从上述时间分离数据的第一和第二时间序列中获得的可视图像，从而显示身体部位对第一和第二机械刺激产生的差别响应的图像。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，外部身体部位刺激装置为一压力施加装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，外部身体部位刺激装置为一血压表袖带。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，上述第一和二时间序列显示的是血液的灌注率。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，上述第一和二时间序列显示的是含氧和脱氧血红蛋白浓度。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，上述第一和二时间序列显示的是血液的血容量的灌注率。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源发射的是近红外光。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源发射的光的波长可选，并且控制器被设置为可以同时发射不同波长的光。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接口模块包含一圆柱形部件，其形状用于容纳身体部位的一部分，多个光源和多个光探测器可以与所述圆柱型部件可拆卸地连接以设置在身体部位的周围。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接口模块允许所述光源和光探测器互相之间进行相对运动，以使得接口模块对身体部位的不同部分进行检测。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接口模块允许所述光源和光探测器互相之间进行相对运动，以使得不同尺寸的身体部位可以放置在所述接口模块中。
12.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述光源和光探测器被设置在多排环状物中。
13.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述控制模块成圆柱形，并且在轴向和径向尺寸可调以容纳不同形状和尺寸的身体部位。
14.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，光源和探测器包含光纤。
15.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，光纤与身体部位直接接触。
16.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，光源和探测器至少包含一可弯曲光导来限定不同身体部位变化的几何形态。
17.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，从上述时间分离数据的第一和二时间序列中获得的可视图像包含对血流有响应的高亮物质。
18.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，从上述时间分离数据的第一和二时间序列中获得的可视图像包含对血流有响应的高亮物质。
19.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，从上述时间分离数据的第一和二时间序列中获得的可视图像包含：显示身体部位的部件和体积的图像；以及部分身体部位的高亮图像，其可视地定量显示与身体部位其他部分相关的血容量、血流或血红蛋白。
20.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，从上述时间分离数据的第一和二时间序列中获得的可视图像以非稳定状态的图解方式显示身体部位结构的动态变化。
21.根据以上任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，从上述时间分离数据的第一和二时间序列中获得的可视图像以显示数量-时间曲线的方式显示身体部位结构的动态变化。
22.一种诊断血管疾病的方法，包含：
获取显示身体部位的血管针对一压力刺激的响应的光学层析成像数据的过程；
显示上述血管针对上述动态响应的可视图像的过程；其中
获取数据的过程包含一发射某一波长的光线的过程，这一发射过程使得层析成像技术区别不同的血液组成物成为可能；
显示可视图像的过程允许与健康标准下的动态响应进行比较；
获取数据的过程还包含在一第一时间间隔内施加一第一压力，并且在获取第一时间间隔内的时间序列数据后释放第一压力的过程，在释放第一压力后设有一第二时间间隔。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，显示可视图像的过程包含显示身体部位的图像的过程，其中所述身体部位的部分高亮显示以表明血容量被升高的部分。
24.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，显示可视图像的过程包含：显示带有高亮部分的身体部位的图像的过程，其中所述高亮部分表明血容量被升高的部分；还包含接收来自使用者的在图像上标明位置的指令的过程；为了对指令进行响应，进一步包含显示动态数据的过程，其中所述动态数据与在图像上被标明的位置所对应的身体部位的响应相应。
25.根据权利要求22-24中任意一项所述的方法，其特征在于，除标明指令的过程，其他上述动作均由一个或一个以上的控制器完成。
26.根据权利要求22-25中任意一项所述的方法，其特征在于，获取数据的过程还包含设置在身体部位周围围绕的一个或多个环形进行光线发射和光线接收的步骤，所述身体部位是四肢。
27.根据权利要求22-26中任意一项所述的方法，其特征在于，施加第一压力的过程包含使连接到四肢的血压表袖带充气的过程，所述四肢与身体部位相连接。
28.根据权利要求22-27中任意一项所述的方法，其特征在于，施加第一压力的过程包含使连接到四肢的血压表袖带充气的过程，所述四肢与身体部位相连接，该方法还包含在一第三时间间隔内施加一第二压力的步骤，所述第三时间间隔后设置有一第四时间间隔，在所述第四时间间隔中第二压力被释放。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一和第二压力对应于舒张压和收缩压。
30.根据权利要求226-29中任意一项所述的方法，其特征在于，血管的动态响应包含血管内血液灌注的图像。
31.根据权利要求226-29中任意一项所述的方法，其特征在于，血管的动态响应包含血管内血容量的图像。
32.根据权利要求226-29中任意一项所述的方法，其特征在于，血管的动态响应包含血管内血红蛋白数量的图像。
33.根据以上任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，身体部位是脚部的跖骨部位。
34.一控制器，其被编程以对上述方法权利要求中除标明指令的过程外的其他过程进行控制。
35.一种用于支持光学层析成像光导的支持装置，包含一环形项圈，其用于支持和引导光导矩阵，所述光导每一个都相对于所述项圈沿径向设置并且朝向所述项圈的一轴心；
所述光导与光纤相连；
环形项圈为刚性的并且其内径小于25cm并可以设置在人类的腿肚上。
36.根据权利要求35所述的支持装置，其特征在于，所述环形项圈包含铰链连接并使得项圈可以在身体部位周围扣合的铰链连接的两组件。
37.根据权利要求35所述的支持装置，其特征在于，所述环形项圈包含至少两组件，所述组件可以轴向互相连接，并且可以相对互相移动，同时还可以选择性地被固定以实现其轴向间隔的调整。
38.根据权利要求35-37中任意一项所述的支持装置，其特征在于，所述支持装置的内直径小于5cm以允许一人类手指通过。
39.一种用于支持光学层析成像光导的支持装置，包含一第一支撑部件，其用于引导光导矩阵，所述光导每一个都相对于所述项圈沿径向设置并且朝向所述项圈的一轴心；
所述光导与光纤相连；
一平板部件，其用于支持另一光导矩阵；所述平板部件与所述第一支撑部件铰链连接。
40.一种用于支持光学层析成像光导的支持装置，包含一引导光导矩阵的支撑部件；
每个光导都可移动地与支持部件相连，每个光导都对应地设有一驱动器，其用于将光导设置在不同尺寸的身体部位上，并提供信号以标明身体部位上光线的投射表面的位置。
41.一种用于探测某调查对象身体部位内的外周动脉疾病的光学层析成像方法，包含：
将身体部位设置在一接口模块中的步骤，所述接口模块包含多个与光导管相连的光源以及与多个光导管相连的多个探测器；
在第一阶段中，每个光源依次发射透射过身体部位的光线，所述光线被多个光探测器检测到并生成第一组光透射数据；并且
在第二阶段中，每个光源依次发射透射过身体部位的光线，所述光线被多个光探测器检测到并生成第二组光透射数据；
在第二阶段中，身体部位被暴露在一第一外界刺激下，并且在第二阶段过程中，身体部位被暴露在一第二外界刺激下或不受外界任何刺激，并且
包含一根据所述第一组光透射数据和第二组光透射数据生成显示身体内动态变化的输出图像的步骤；
所述生成数据的步骤还包含可视化地分别显示在第一和第二阶段中，在不同身体部位处，与血容量、血流或血红蛋白量的动态变化相对应的定量数据的步骤。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述外界刺激包含施加压力。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述透射数据包含光强度。
44.根据权利要求42或43所述的方法，其特征在于，所述光学特征包含光反射、吸收和散射。
45.根据以上任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，还包含根据检测到的身体部位的光学特征的差别来决定血液参数的步骤，所述血液参数包含：灌注率、含氧和脱氧血红蛋白浓度和血液容积。
46.一种诊断身体部位的方法，包含：
在一个第一时间内，设置身体部位的第一条件的步骤，所述第一条件在向身体部位的第一多表面部分照射光线的同时影响至少身体部位内的一根血管的结构；接收从一第二多表面部分返回的光线的步骤，使用所接收的光线来生成一显示身体部位内的组织结构的第一图像的步骤；
在一个第二时间内，设置身体部位的第二条件的步骤，所述第二条件在向身体部位的第一多表面部分照射光线的同时影响至少身体部位内的一根的结构；接收从一第二多表面部位返回的光线的步骤，使用接收的光线来生成一显示身体部位内的组织结构的第二图像的步骤；
将第一和第二图像进行对比，从而从所述第一和第二图像中得到一诊断特征的步骤，所述诊断特性至少可以显示至少一根血管或其血液内物质的至少一个参数，所述第一和第二图像显示了血管的动态响应。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一和第二图像包含身体部位的二维或三维图像。
48.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一和第二图像包含身体部位的剖面图。
49.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，设置身体部位的第二条件的步骤还包含向身体部位的一部分施加压力的步骤。
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