CN109069076A - 利用近红外光谱学和具有光子混合器设备的断层成像连续监测肿瘤缺氧 - Google Patents

利用近红外光谱学和具有光子混合器设备的断层成像连续监测肿瘤缺氧 Download PDF

Info

Publication number
CN109069076A
CN109069076A CN201780022994.9A CN201780022994A CN109069076A CN 109069076 A CN109069076 A CN 109069076A CN 201780022994 A CN201780022994 A CN 201780022994A CN 109069076 A CN109069076 A CN 109069076A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light source
infrared light
camera chip
pmd camera
modulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780022994.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109069076B (zh
Inventor
C.贝尔思安加迪
F.卡希夫
S.A.李
T.特罗伊
J.D.佩罗
S.阿拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Verily Life Sciences LLC
Original Assignee
Verily Life Sciences LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Verily Life Sciences LLC filed Critical Verily Life Sciences LLC
Priority to CN202010776524.5A priority Critical patent/CN111973195A/zh
Publication of CN109069076A publication Critical patent/CN109069076A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109069076B publication Critical patent/CN109069076B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A61B5/14552—Details of sensors specially adapted therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
    • A61B5/0022—Monitoring a patient using a global network, e.g. telephone networks, internet
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0073—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by tomography, i.e. reconstruction of 3D images from 2D projections
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14546—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/67—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for remote operation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
    • H04N23/21—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only from near infrared [NIR] radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • A61B2562/0238—Optical sensor arrangements for performing transmission measurements on body tissue

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

描述了一种利用光子混合器设备(PMD)通过近红外(NIR)光谱学测量肿瘤周围的组织中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的设备和方法。

Description

利用近红外光谱学和具有光子混合器设备的断层成像连续监 测肿瘤缺氧
技术领域
本公开一般涉及组织氧合的连续监测，特别是肿瘤缺氧，更具体地，涉及用于计算肿瘤周围的组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度的方法和设备。
背景技术
实体肿瘤(solid tumor)周围的微环境通常缺氧。肿瘤周围的组织中脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白浓度的比率高于健康组织中的比率。通过测量组织氧合，可以评估肿瘤的功能行为。组织氧合状态也可用于评估常规或新辅助化疗的有效性以及确定疾病进展和帮助预后。
近红外(Near-infrared，NIR)吸收光谱学是一种已用于测量组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对量的技术。在600-1000nm的NIR光谱窗口中，光子在组织中的传播被散射主导，而不是被吸收主导。为了精确测量目标组织中血红蛋白的浓度，光子被吸收的部分和被散射的部分必须去耦合。然而，利用采用稳态照射的连续波NIR吸收光谱学，通常很难分离光子被吸收的部分和被散射的部分。因此，NIR吸收光谱学的传统方法不允许精确测量肿瘤周围的组织中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度。为了弥补这一点，研究人员开发了各种时域和频域技术来独立地测量光子被散射的部分和被吸收的部分，从而计算绝对血红蛋白浓度的更精确的值。这些允许分别测量吸收和散射的测量技术共同称为漫射光谱学(Diffuse Optical Spectroscopy，DOS)。当光子被散射的部分和被吸收的部分被用于组织的空间重建时，这些技术被称为漫射光学断层成像(Diffuse Optical Tomography，DOT)。
虽然存在商业上可获得的连续波NIR DOS设备(例如，来自Medtronic-Covidien的INVOSTM血氧定量法系统、来自Hamamatsu的NIR-200NX近红外氧合监测仪等)，由于频域技术的复杂性增加，频域NIR DOS设备还没有从研究过渡到现实世界使用。目前用于研究的频域DOS设备通常体积庞大且昂贵，并且因此，不能容易地被转换成医疗器材，用于现实世界的医院环境(hospital setting)或护理点(point-of-care)。
因此，仍然有开发可以应用于连续组织氧合测量的小型化、低成本的频域光谱学和断层成像设备的需求。
发明内容
本公开针对用于监测肿瘤缺氧的设备和方法。本公开的设备和方法可被用于持续监测经受化疗的患者内的肿瘤的功能状态。该设备可以小型化，从而可以植入患者体内肿瘤附近，或者该设备可以以可穿戴设备的形式安装在靠近肿瘤部位的患者身体上。在一些实施方式中，该设备可以是手持式的，使得它可以在护理点(例如，在患者的医院床边、医生的办公室或患者的家里)用于评估肿瘤的功能状态。
本公开的一方面是一种用于连续监测组织区域中的肿瘤的设备。该设备可以包括PMD相机芯片和至少一个与PMD相机芯片水平地分离的调幅近红外光源，使得PMD相机芯片和近红外光源处于反射几何结构。
本公开的另一方面是一种用于连续监测肿瘤缺氧的方法。该方法包括：a)用紧邻肿瘤提供的调幅近红外光源照射具有肿瘤的组织区域；b)使用紧邻肿瘤提供的多像素PMD相机芯片记录从组织区域反射的光，其中近红外光源与PMD相机芯片水平地分离；c)测量反射光的振幅和相移；d)使用反射光的振幅和相移来计算吸收系数和约化散射系数；e)对至少两种不同波长的光重复步骤a-d；以及f)使用针对至少两种不同波长的光计算的吸收系数和约化散射系数来计算组织区域中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。
本公开的其他实施例被包含在附图、说明书和权利要求中。因此，本概述仅是示例性的，不应被认为是限制性的。
附图说明
结合在本说明书中并构成其一部分的附图说明了所公开的实施例，并与说明书一起用于解释所公开的实施例的各个方面的原理。附图是示意图，并且不必按比例绘制。在附图中：
图1是根据示例性实施例的NIR光谱学设备的示意性侧视图；
图2示出了根据示例性实施例的作为组织区域的采样体积(sampled volume)中的肿瘤的结果的反射光的时间延迟和相移；
图3是根据示例性实施例的NIR光谱学设备的示意性俯视图；
图4是示出根据示例性实施例的在不同调制频率和不同源-检测器间隔下计算的相移的图表；和
图5是根据示例性实施例的NIR光谱学设备的示意图。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的和解释性的，而不是对所要求保护的所公开的实施例的限制。
具体实施方式
现在将参考与本公开一致的某些实施例，其示例在附图中示出。在可能的情况下，在所有附图中使用相同的参考编号来指代相同或相似的部件。
本公开描述了一种使用光子混合器设备(Photonic Mixer Device，PMD)通过频域NIR光谱学和断层成像测量实体肿瘤周围的组织的氧合状态的技术。PMD是基于CCD技术或CMOS技术的半导体结构，其中每个像素包括两个电荷存储位置(即，子像素)。由射频(Radiofrequency，RF)控制电压确定，PMD中的光电子交替地分配给两个子像素。RF电压信号被锁相到以相同频率调制的场景照射光源。从场景反射的光生成光电子，这导致电荷在两个子像素处积累。在两个子像素处收集的电荷给出反射光信号的同相分量和180°异相分量。使用该信息，使用下面所示的方程(1)计算反射光的相移。
其中VI和VQ是反射光信号的同相和异相分量。相移可以用来估计相机和被照射物体之间的距离。当用于距离感测时，PMD设备通常被称为飞行时间(Time-of-flight，ToF)相机。在本公开的示例性实施例中，基于PMD的ToF相机可用于测量反射光信号的振幅和相移，并且振幅和相移值随后可用于测量生物组织的光学特性(而不是距被照射物体的距离)。
在示例性实施例中，反射光和入射光之间的振幅和相移可用于测量组织吸收系数和约化散射系数(μa和μs')，然后该吸收系数和约化散射系数可用于测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。这是可能的，因为组织中光的吸收线性地依赖于组织发色团(即，氧化血红蛋白、脱氧血红蛋白、水、脂质等)的浓度。依赖波长的吸收系数由下面所示的方程(2)给出。
μa(λ)＝∑εi(λ)Ci (2)
其中εi(λ)是依赖波长的消光系数(通常因典型的组织发色团所知)，并且Ci是第i个发色团的浓度。通过在多个光波长下测量μa，形成了耦合方程组(方程(2))，然后可以求解该方程组以产生未知的发色团浓度。通常，要估计N个发色团的浓度，必须在N个或更多波长下确定μa。因此，在示例性实施例中，为了测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度，在两个或更多波长下确定μa。
图1示出了可用于确定生物组织30的光学特性的示例性基于PMD的NIR光谱学设备10的侧视图。设备10包括位于紧邻肿瘤部位的NIR光源20。在示例性实施例中，NIR光源20可以是LED、光纤耦合激光器或发射适当波长的光的可调激光器。在示例性实施例中，NIR光源20可以发射波长为约600nm至约1000nm的光。在一些实施例中，两个或更多个NIR光源20可用于发射不同波长的光。如先前讨论的，为了测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度，需要在两种波长下进行相位和振幅测量。因此，在一些实施例中，两个NIR光源20可用于发射两种不同波长的光。在另一实施例中，多个NIR光源20可用于发射不同波长的光。更多波长的使用允许测量冗余，这反过来可以提高血红蛋白浓度测量的精度。
血红蛋白浓度的确定需要将组织吸收和组织散射在一个以上的光波长下分离开来。在示例性实施例中，可以选择使氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白之间的串扰最小化的波长。例如，在一些实施例中，NIR窗口内的至少一个波长可以低于血红蛋白的等吸收点(即，800nm)，并且一个波长可以高于该等吸收点(isosbestic point)。例如，仅使用两种波长，可以使用约780nm和约830nm的一对波长。在一些实施例中，在约660nm和约940nm处的一对波长可用于相位和振幅测量。
在示例性实施例中，NIR光源20可以以10-1000MHz范围内的频率进行振幅调制。例如，在一些实施例中，NIR光源20可以以200MHz进行振幅调制。在另一实施例中，NIR光源可以以30MHz进行振幅调制。
再次参照图1，NIR光谱学设备10包括位于紧邻肿瘤部位的检测器40。检测器40测量接收到的与入射光相关的调制光的相位和振幅两者。在示例性实施例中，设备10可以在反射模式下操作，使得NIR光源20和检测器40水平地分离并位于组织的同一侧，如图1所示。从组织反射的光被检测器40捕获。图1所示的月牙形区域是反射几何结构中的采样体积。当以透射模式操作时，NIR光源20和检测器40可以位于组织区域的相对侧，并且透射通过组织的光被检测器40捕获。在反射几何结构中，从NIR光源20注入组织中的光可以由检测器40在距离ρ处检测。在示例性实施例中，NIR光源20和检测器40之间的间隔距离ρ可以是肿瘤距组织表面的深度的大约两倍。
在示例性实施例中，检测器40可以是基于PMD的ToF相机。在一些实施例中，检测器40可以是多像素PMD相机芯片。在这样的实施例中，对于NIR光源20和检测器40的不同调制频率，可以在每个像素处记录振幅和相移信息。振幅和相移信息然后可用于估计与介质中的漫射光子密度波相关联的复波矢(k)的实部和虚部。在包括无限均匀混浊介质的示例性实施例中，漫射光子密度波的注量率(U(r))可以写为：
复波矢k被定义为k＝kr+iki并且k2＝(-θμa+iw)/D，其中θ是介质中的光的速度，D是光子漫射系数且D＝θ/3(μs'+μa)。距离光源r处的反射振幅等于kr*r，而距离光源r处的相移等于ki*r。从复波矢(k)中，吸收系数μa和约化散射系数μs'可以使用方程(3)来计算。
在示例性实施例中，在多个光波长下记录的吸收系数和散射系数(分别为μa和μs')可用于计算氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。例如，在一些实施例中，方程(2)可用于计算血红蛋白或任何其它发色团的浓度。
图2示出了在组织区域的采样体积中的肿瘤的影响。实体肿瘤的存在会导致更多光散射和光到达检测器40的延迟，这又会导致入射光和反射光之间的相移。在两个子像素处收集的电荷在图2中示出为Q1、Q'1和Q2、Q'2。相移被记录为第二电荷存储位置(即，异相像素)处的电荷上的增加(Q'2)。相移量可以从在两个电荷位置处收集的电荷来计算。对于不同的调制频率，振幅和相移可以记录在基于PMD的检测器40的每个像素处。
在包括多像素PMD相机芯片作为检测器40的示例性实施例中，也可以通过使用断层成像重建算法来确定肿瘤的粗略结构和位置信息。在一些实施例中，多个NIR光源20可以围绕基于PMD的检测器40排列成阵列，如图3所示。在另一实施例中，一个或更多个NIR光源20安装有电机，以在基于PMD的检测器40的周围移动光源。在示例性实施例中，多个NIR光源20可以以多路复用的方式(时分或频分)操作，使得每个光源的振幅和相位信号被单独记录。然后，记录的信息可以用于断层成像地重建组织介质内的吸收体和散射体的空间分布，从而获得关于肿瘤的大小、结构和位置的信息。
图5示出了根据示例性实施例的NIR光谱学设备10'的示意图。由于PMD ToF相机的小外形因素，设备10'可以被实施为手持式设备、可穿戴设备或可植入设备。除了NIR光源20和检测器40之外，设备10'可以包括处理器50、通信系统60和电力系统80。处理器50可以控制设备10'的整体操作。处理器50也可以处理和/或分析记录的相位和振幅数据，并确定目标组织的氧合状态。通信系统60可以包括有线或无线通信能力，包括天线、收发器、编码器、解码器等。在一些实施例中，通信系统60可以将处理后的数据传输到远程存储设备或其中可以显示氧合状态的远程显示设备。在一些实施例中，通信系统60可以将原始数据传输到其中可以执行计算并且结果可以传输到患者或健康护理提供商的远程处理设备或云服务器。在一些实施例中，设备10'可以包括片上电子器件，以在由处理器50处理之前或者在传输到远程处理设备或云服务器之前预处理记录的数据。在这样的实施例中，设备10'可以包括放大器、模数转换器、多路复用器和其他电子电路，以预处理获取的数据。电力系统80可以为处理系统50、通信系统60、NIR光源20和检测器40供电。在一些实施例中，设备10'可以无线供电。在这样的实施例中，电力系统80可以包括超级电容器、电池或可以由远程设备无线地充电的一些其他类型的充电系统。在一些实施例中，使用光伏电池阵列的光供电可用于为设备10'的嵌入式电子器件供电或为其电池再充电。
示例：PMD-ToF相机针对相移测量的应用
对于半无限介质(具有类似于组织的光学特性)中的许多不同的调制频率，计算入射光和反射光之间的相移，以验证代表性相移可使用PMD ToF相机测量。图4示出了在不同的源-检测器间隔ρ下不同调制频率(f)的相移。结果表明，随着源-检测器间隔的增加，相移增加。作为示例，当ρ＝5cm和f＝30MHZ时，相移为35°，这相当于～3ns的时间延迟。当用于距离感测时，～3ns的时间延迟对应于45cm的相机到物体的距离，这可以被PMD ToF相机检测到，因此意味着相应的35°的相移也可以被PMD ToF相机检测到。
前面的描述是为了说明的目的而提出的。它不是详尽的，并且不限于所公开的精确形式或实施例。考虑到所公开的实施例的说明书和实践，修改和改编对于本领域技术人员来说是显而易见的。此外，尽管本文已经描述了说明性实施例，但是本公开包括任何和所有具有如本领域技术人员基于本公开将理解的等价元件、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方面)、改编和/或变更的实施例的范围。权利要求中的限制将基于权利要求中使用的语言被广泛地解释，而不限于在本说明书中或在本申请的进行期间描述的示例。这些示例应被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开方法的步骤，包括通过重新排序步骤和/或插入或删除步骤。因此，本说明书和示例仅被认为是说明性的，真正的范围和精神由下面的权利要求及其等价物的全部范围指示。

Claims (20)

1.一种用于连续监测组织区域中的肿瘤的设备，该设备包括：
PMD相机芯片；和
至少一个调幅近红外光源，其与PMD相机芯片水平地分离，使得PMD相机芯片和近红外光源处于反射几何结构。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述PMD相机芯片是多像素PMD相机芯片。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个调制的近红外光源包括排列在所述PMD相机芯片周围的调制的近红外光源阵列。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个调制的近红外光源以不同的频率调制。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括电机，以在PMD相机芯片周围移动所述至少一个调制的近红外光源。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括无线通信系统，以向远程处理单元或云服务器传输记录的数据。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括无线电力系统。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述调制的近红外光源和PMD相机芯片之间的距离是肿瘤距组织区域的表面的深度的大约两倍。
9.一种用于连续监测肿瘤缺氧的方法，该方法包括：
a.用紧邻肿瘤提供的调幅近红外光源照射具有肿瘤的组织区域；
b.使用紧邻肿瘤提供的多像素PMD相机芯片记录从组织区域反射的光，其中所述近红外光源与所述PMD相机芯片水平地分离；
c.测量反射光的振幅和相移；
d.使用反射光的振幅和相移计算吸收系数和约化散射系数；
e.对至少两种不同波长的光重复步骤a-d；以及
f.使用针对至少两种不同波长的光计算的吸收系数和约化散射系数来计算组织区域中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述组织区域用排列在所述PMD相机芯片周围的多个近红外光源照射。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个红外光源以多路复用的方式操作，使得每个光源的振幅和相移被单独记录。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少两种波长的光的第一波长高于血红蛋白的等吸收点，并且所述至少两种波长的光的第二波长低于血红蛋白的等吸收点。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一波长为约780nm，并且所述第二波长为约830nm。
14.根据权利要求7所述的方法，其中所述近红外光源以10-1000MHz范围内的频率进行调制。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述近红外光源以30MHz的频率进行调制。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述近红外光源以200MHz的频率进行调制。
17.根据权利要求9所述的方法，其中所述振幅和相移值被无线传输到云服务器，用于计算吸收系数和约化散射系数以及氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。
18.根据权利要求9所述的方法，其中所述调制的近红外光源和所述PMD相机芯片位于肿瘤距组织区域的表面的深度的大约两倍的距离处。
19.根据权利要求9所述的方法，其中所述近红外光源和所述PMD相机芯片被无线供电。
20.根据权利要求9所述的方法，其中，所述近红外光源围绕所述PMD相机芯片旋转。
CN201780022994.9A 2016-04-14 2017-03-30 利用近红外光谱学和具有光子混合器设备的断层成像连续监测肿瘤缺氧 Active CN109069076B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010776524.5A CN111973195A (zh) 2016-04-14 2017-03-30 断层成像连续监测肿瘤缺氧

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/098,686 2016-04-14
US15/098,686 US9788770B1 (en) 2016-04-14 2016-04-14 Continuous monitoring of tumor hypoxia using near-infrared spectroscopy and tomography with a photonic mixer device
PCT/US2017/025080 WO2017180332A1 (en) 2016-04-14 2017-03-30 Continuous monitoring of tumor hypoxia using near-infrared spectroscopy and tomography with a photonic mixer device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010776524.5A Division CN111973195A (zh) 2016-04-14 2017-03-30 断层成像连续监测肿瘤缺氧

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109069076A true CN109069076A (zh) 2018-12-21
CN109069076B CN109069076B (zh) 2020-09-01

Family

ID=58633083

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780022994.9A Active CN109069076B (zh) 2016-04-14 2017-03-30 利用近红外光谱学和具有光子混合器设备的断层成像连续监测肿瘤缺氧
CN202010776524.5A Pending CN111973195A (zh) 2016-04-14 2017-03-30 断层成像连续监测肿瘤缺氧

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010776524.5A Pending CN111973195A (zh) 2016-04-14 2017-03-30 断层成像连续监测肿瘤缺氧

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9788770B1 (zh)
EP (1) EP3419525A1 (zh)
JP (1) JP6573732B2 (zh)
CN (2) CN109069076B (zh)
WO (1) WO2017180332A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10913071B2 (en) 2016-03-09 2021-02-09 Pearson Incorporated Scalper apparatus and processing system
US10322487B1 (en) 2016-07-15 2019-06-18 Pearson Incorporated Roller mill grinding apparatus with regenerative capability
US10807098B1 (en) 2017-07-26 2020-10-20 Pearson Incorporated Systems and methods for step grinding
EP3773204B1 (en) 2018-04-05 2023-07-26 University of Notre Dame du Lac Frequency domain diffuse optical spectroscopy and optical detector calibration method
US11325133B1 (en) 2018-07-26 2022-05-10 Pearson Incorporated Systems and methods for monitoring the roll diameter and shock loads in a milling apparatus
US10757860B1 (en) 2019-10-31 2020-09-01 Hemp Processing Solutions, LLC Stripper apparatus crop harvesting system
US10933424B1 (en) 2019-12-11 2021-03-02 Pearson Incorporated Grinding roll improvements
US20220404531A1 (en) * 2021-06-17 2022-12-22 Drs Network & Imaging Systems, Llc Method and system for fabrication and use of a spectral basis filter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060015021A1 (en) * 2004-06-29 2006-01-19 Xuefeng Cheng Optical apparatus and method of use for non-invasive tomographic scan of biological tissues
CN1874724A (zh) * 2003-11-04 2006-12-06 株式会社日立制作所 生物体光测量装置
CN101232843A (zh) * 2005-09-13 2008-07-30 爱德华兹生命科学公司 总血红蛋白的连续光谱测量
US20110118572A1 (en) * 2006-05-03 2011-05-19 Kate Leeann Bechtel Method and apparatus for total hemoglobin measurement
US20140339438A1 (en) * 2013-05-16 2014-11-20 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Devices and methods for spectroscopic analysis
CN104968257A (zh) * 2013-01-30 2015-10-07 皇家飞利浦有限公司 具有高光谱相机引导的探头的成像系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19951154A1 (de) * 1999-10-23 2001-05-17 Garwe Frank Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Probeneigenschaften über zeitaufgelöste Lumineszenz
DE10047170C2 (de) * 2000-09-22 2002-09-19 Siemens Ag PMD-System
US9078619B2 (en) * 2004-12-28 2015-07-14 Hypermed Imaging, Inc. Hyperspectral/multispectral imaging in determination, assessment and monitoring of systemic physiology and shock
US7912257B2 (en) * 2006-01-20 2011-03-22 3M Innovative Properties Company Real time display of acquired 3D dental data
ATE433562T1 (de) * 2007-08-14 2009-06-15 Sick Ag Verfahren und vorrichtung zur dynamischen erzeugung und weitergabe von geometriedaten
DE102012220115A1 (de) * 2012-11-05 2014-05-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bildgebendes System, Operationsvorrichtung mit dem bildgebenden System und Verfahren zur Bildgebung
US10003757B2 (en) * 2012-12-28 2018-06-19 Nokia Technologies Oy Method and apparatus for de-noising data from a distance sensing camera
WO2014177750A1 (en) * 2013-04-29 2014-11-06 Nokia Corporation A method and apparatus for fusing distance data from a distance sensing camera with an image
US9274047B2 (en) * 2013-05-24 2016-03-01 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for imaging of occluded objects
US9609859B2 (en) * 2013-09-13 2017-04-04 Palo Alto Research Center Incorporated Unwanted plant removal system having a stabilization system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1874724A (zh) * 2003-11-04 2006-12-06 株式会社日立制作所 生物体光测量装置
US20060015021A1 (en) * 2004-06-29 2006-01-19 Xuefeng Cheng Optical apparatus and method of use for non-invasive tomographic scan of biological tissues
CN101232843A (zh) * 2005-09-13 2008-07-30 爱德华兹生命科学公司 总血红蛋白的连续光谱测量
US20110118572A1 (en) * 2006-05-03 2011-05-19 Kate Leeann Bechtel Method and apparatus for total hemoglobin measurement
CN104968257A (zh) * 2013-01-30 2015-10-07 皇家飞利浦有限公司 具有高光谱相机引导的探头的成像系统
US20140339438A1 (en) * 2013-05-16 2014-11-20 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Devices and methods for spectroscopic analysis

Also Published As

Publication number Publication date
EP3419525A1 (en) 2019-01-02
CN109069076B (zh) 2020-09-01
US20170296110A1 (en) 2017-10-19
US9907495B2 (en) 2018-03-06
WO2017180332A1 (en) 2017-10-19
CN111973195A (zh) 2020-11-24
US20170354359A1 (en) 2017-12-14
JP6573732B2 (ja) 2019-09-11
US9788770B1 (en) 2017-10-17
JP2019513439A (ja) 2019-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109069076A (zh) 利用近红外光谱学和具有光子混合器设备的断层成像连续监测肿瘤缺氧
Hoshi Functional near‐infrared optical imaging: Utility and limitations in human brain mapping
US6516209B2 (en) Self-calibrating optical imaging system
US20190239751A1 (en) Compact Optical Imaging Devices, Systems, and Methods
US11116409B2 (en) Devices and methods for detection of internal bleeding and hematoma
Choe Diffuse optical tomography and spectroscopy of breast cancer and fetal brain
US20180146866A1 (en) Cutaneous blood flow monitoring device
US20050226548A1 (en) Method and apparatus for quantification of optical properties of superficial volumes
Wang et al. Compact fiber-free parallel-plane multi-wavelength diffuse optical tomography system for breast imaging
CN112244822A (zh) 一种基于近红外宽带光谱的组织氧代谢率检测装置及方法
Giacometti et al. Diffuse optical tomography for brain imaging: continuous wave instrumentation and linear analysis methods
US20160296158A1 (en) Non-invasive multi-frequency oxygenation spectroscopy device using nir diffuse photon density waves for measurement and pressure gauges for prediction of pressure ulcers
Das et al. Dual-wavelength diffuse optical tomographic system for direct concentration measurement
Zhang et al. Experimental comparison of using continuous-wave and frequency-domain diffuse optical imaging systems to detect heterogeneities
Srinivasan et al. Validation of hemoglobin and water molar absorption spectra in near-infrared diffuse optical tomography
Chiarelli et al. Wearable, fiber-less, multi-channel system for continuous wave functional near infrared spectroscopy based on silicon photomultipliers detectors and lock-in amplification
CN105979874A (zh) 用于测量对象的情况的装置
KR101801473B1 (ko) 다발형 광소자를 이용하는 휴대용 뇌 영상장치
Brukilacchio A diffuse optical tomography system combined with x-ray mammography for improved breast cancer detection
Kazanci Diffuse Optic Tomography (DOT) Techniques for Biomedical Imaging
Grosenick Photon counting in diffuse optical imaging
Chuang et al. Diffuser-aided diffuse optical imaging for breast tumor: a feasibility study based on time-resolved three-dimensional monte carlo modeling
Li High-speed MRI-guided near-infrared tomography system to monitor breast hemodynamics in vivo
Srinivasan et al. Spectrally constrained NIR tomography for breast imaging: Simulations and clinical results
Arimoto Measurement of 2-D SpO2 distribution in skin tissue by multispectral imaging with depth selectivity control

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant