DE69728105T2 - Auffindung eines objekts in einem trüben medium mittels strahlung verschiedener wellenlänge - Google Patents

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    • A61B5/4312Breast evaluation or disorder diagnosis

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zum Lokalisieren eines Objekts in einem trüben Medium. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Lokalisieren eines Objekts in einem trüben Medium.
  • Ein solches System wird vorteilhaft zum Abbilden von menschlichem oder tierischem Gewebe verwendet. Insbesondere wird auf dem Gebiet der Mammographie die Detektion eines Objekts in einem trüben Medium verwendet, um in der Brust einer Frau einen Tumor zu detektieren.
  • Ein derartiges System ist aus dem Artikel "Highly sensitive object location in tissue models with linear in-phase and anti-phase multi-element optical arrays in one and two dimensions" von B. Chance et al. in den Proceedings of the National Academy of Science USA Bd. 90 (1993) 3423–3427 bekannt.
  • Das bekannte System umfasst räumlich voneinander getrennte Lichtquellen, die im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge aussenden. Die Lichtquellen sind mit im Wesentlichen der gleichen Frequenz und einer Phasendifferenz von etwa 180° amplitudenmoduliert. Wenn das bekannte System ein homogenes Medium beleuchten würde, heben sich die Amplitudenmodulationen entlang der Streckensymmetrale der Trennung der beiden Quellen auf. Eine eventuelle Inhomogenität, wie z. B. ein Objekt in dem trüben Medium, bewirkt eine Abweichung von der Aufhebung der Amplitudenmodulation entlang der Streckensymmetrale und infolgedessen wird durch einen Photodetektor, der auf der Streckensymmetrale aufgestellt ist, ein Signal detektiert. Das bekannte Signal verschafft jedoch keine Informationen hinsichtlich der Zusammensetzung des Objekts. Daher ist das bekannte System z. B. nicht imstande, einen bösartigen Krebstumor von einem gutartigen Tumor zu unterscheiden.
  • In US-A-5 353 799 werden ein Verfahren und ein System zur Untersuchung eines Gegenstands offenbart, der zwischen Eingangs- und Detektionsports des Spektroskopiesystems, das auf den Gegenstand angewendet wird, positioniert ist. Das dargestellte System enthält zumindest eine Lichtquelle, um bei einem einzigen oder mehrfachen Eingangsports elektromagnetische nichtionisierende Strahlung, die während des Wanderns in dem Gegenstand gestreut und absorbiert werden soll, in einem Strahlungsmuster einzubringen. Weiterhin enthält das System Detektoren, um die Strahlung, die in dem Gegenstand bei einem oder mehrfachen Detektionsports gewandert ist, zu detektieren. Das ausgesandte Richtungsstrahlungsmuster nutzt seinen Verlauf der Photonendichte, um beim Abtasten des untersuchten Gegenstandes ein verborgenes Objekt zu detektieren. Die Wellenlänge der Strahlung kann so gewählt werden, dass sie für endogene oder exogene Pigmente empfindlich ist, oder, um in dem Gegenstand fluoreszierende Strahlung aus einem fluoreszierenden Bestandteil, der von Interesse ist, zu bewirken. Die offenbarte Funktionsweise mit zwei Wellenlängen enthält einen Oszillator, der unter Verwendung von Schaltern abwechselnd zwei Laserdioden ansteuert. Diese Schalter werden elektronisch angesteuert, um eine selektierte Wellenlänge in die optische Faser einzukoppeln und auch, um ein selektiertes Strahlungsmuster zu erhalten, das aus der aus den einzelnen Fasern austretenden Strahlung resultiert.
  • Eine Methodologie und ein Gerät zur klinischen Auswertung biologischer Masse, insbesondere menschlicher Anatomie, die mittels selektiver spektraler Lichtdurchlässigkeit in situ und in vivo untersucht worden ist, werden in US-A-5 349 961 beschrieben. Eine optische Sonde bringt bei einer ersten Position ausgewählte Lichtspektren in den Untersuchungsgegenstand ein und bei einer zweiten Position, die in einem gewissen Abstand vom Infusionspunkt liegt, wird die resultierende Lichtintensität gemessen. An einem anderen Ort tritt Lichtempfang auf, und zwischen diesen Orten und dem Infusionspunkt werden die effektiven Abstände bestimmt. Die an den voneinander entfernten Punkten empfangene Lichtenergie wird durch Verwendung der effektiven Abstände zum Infusionspunkt und/oder voneinander und auch, indem die Daten aus den beiden unterschiedlich gelegenen Empfangspunkten verglichen werden, quantifiziert und konditioniert. Die resultierenden Daten charakterisieren quantitativ die intrinsischen inneren Gewebeeigenschaften in absolutem Sinn, frei von speziellen individuellen Eigenschaften und Veränderungen. Das Verfahren wählt und nutzt speziell gelegene erste und zweite Lichtempfangspositionen, deren Orte in bezug auf den Punkt, wo die Lichtspektren eingeführt werden, spezielle Zonen der Abfrage und Analyse definieren.
  • Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein System zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium zu verschaffen, das im Wesentlichen für die Zusammensetzung des Objekts empfindlich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes System zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium gelöst, mit einer Strahlungsquelle zum Bestrahlen des trüben Mediums mit Strahlungskomponenten, die eine erste bzw. eine zweite Wellenlänge haben, wobei die Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge bei nahezu gleichen Modulationsfrequenzen amplitudenmoduliert sind und die Amplitudenmodulation der Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge eine zuvor bestimmte Phasendifferenz aufweist und die Amplitudenmodulationstiefen der jeweiligen Strahlungskomponenten entsprechend dem Absorptionsvermögen für die Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge in dem trüben Medium einstellbar sind und ein Photodetektor zum Detektieren von aus dem trüben Medium stammender Strahlung ausgebildet ist.
  • Die Strahlungsquelle bestrahlt das trübe Medium, und durch zumindest einen Teil des trüben Mediums getretene Strahlung wird vom Photodetektor detektiert. Wenn das trübe Medium homogen wäre, würden die Amplitudenmodulationen sich beim Photodetektor in einer zuvor bestimmten Weise überlagern. Diese Überlagerung wird durch ein zuvor bestimmtes Photodetektorsignal repräsentiert. Insbesondere würde die Überlagerung der Amplitudenmodulationen durch die Absorption der Strahlungskomponenten der ersten und zweiten Wellenlänge durch das trübe Medium und den Abstand zwischen der Position des Einfalls der Strahlungskomponenten und der des Photodetektors zuvor bestimmt sein. Das Objekt bewirkt eine Abweichung von der zuvor bestimmten Überlagerung, und die sich daraus ergebende Abweichung des tatsächlichen Photodetektorsignals von dem zuvor bestimmten Photodetektorsignal enthält Informationen über das Objekt. Insbesondere wird die Abweichung der Überlagerung durch einen Unterschied der Abhängigkeit der Absorption von den Wellenlängen für das trübe Medium und für das Objekt bewirkt. Beispielsweise hat im Vergleich zu gesundem Brustgewebe ein Krebstumor in der Brust einer Frau in Abhängigkeit von der Wellenlänge ein anderes Absorptionsverhalten. Die Abweichung des tatsächlichen Photodetektorsignals von dem zuvor bestimmten Photodetektorsignal repräsentiert sowohl die Position als auch zumindest einige Aspekte der Zusammensetzung des Objekts. Die Abweichung umfasst spektroskopische Informationen hinsichtlich des Objekts, die zumindest einige Aspekte seiner Zusammensetzung repräsentieren. Die Abweichung der Überlagerung der Amplitudenmodulationen wird im Wesentlichen in dem gesamten von den Strahlungskomponenten durchlaufenen Gebiet in dem trüben Medium verursacht. Daher ist das erfindungsgemäße System imstande, sehr kleine Objekte und/oder Objekte, die sich nicht sehr von dem umgebenden trüben Medium unterscheiden, zu detektieren, d. h. sehr kleine Tumore, die sich nur wenig von dem umgebenden gesunden Gewebe unterscheiden.
  • Damit zwischen dem zuvor bestimmten Photodetektorsignal, das sich auf ein homogenes trüben Medium bezieht, und dem tatsächlichen Photodetektorsignal, das sich auf das Objekt in dem trüben Medium bezieht, ein signifikanter Unterschied auftritt, ist der Photodetektor im Wesentlichen sowohl für die erste als auch für die zweite Wellenlänge empfindlich. Vorzugsweise haben die Strahlungskomponenten je eine Wellenlänge im Bereich von 600 nm bis 1 μm, was bedeutet, dass Infrarotstrahlung oder sichtbares Licht verwendet wird. Die Strahlung mit einer Wellenlänge in diesem Bereich ist nicht ionisierend und soweit bisher bekannt ist, ist sie für gesundes Gewebe kaum oder gar nicht schädlich. Außerdem ist in diesem Bereich die Streuung von Strahlung genügend schwach, um adäquate räumliche Auflösung zu erhalten, damit Detektion und Lokalisierung eines Objekts möglich werden, wobei die Absorption genügend niedrig ist, um eine wesentliche Intensität der Strahlungskomponenten den Photodetektor erreichen zu lassen, sodass das Photodetektorsignal einen geeigneten Rauschabstand aufweist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems ist die zuvor bestimmte Phasendifferenz nahezu gleich 180°.
  • Die Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge sind gegenphasig amplitudenmoduliert. Beide Strahlungskomponenten fallen an der gleichen Position auf dem trüben Medium ein. Bei einem homogenen trüben Medium, bei dem das Absorptionsvermögen und die Streuung bei der ersten und der zweiten Wellenlänge nahezu die gleichen sind, würden die Amplitudenmodulationen der jeweiligen Strahlungskomponenten einander überall in dem trüben Medium aufheben. Wenn somit in dem trüben Medium kein Objekt vorhanden wäre, würde das zuvor bestimmte Photodetektorsignal praktisch nur eine Gleichstromkomponente umfassen. Wenn in dem trüben Medium eine Inhomogenität vorliegt, wie z. B. das Objekt, dann heben sich die Amplitudenmodulationen nicht vollständig auf und das tatsächliche Photodetektorsignal umfasst eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz der Amplitudenmodulation. Es ist ganz einfach, die Wechselstromkomponente zu messen. Außerdem braucht das zuvor bestimmte Photodetektorsignal nicht tatsächlich gebildet zu werden, da das zuvor bestimmte Photodetektorsignal für ein homogenes trübes Medium ein Gleichstromsignal ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems hat der Photodetektor einen Empfindlichkeitsbereich der Wellenlänge, der die erste und die zweite Wellenlänge umfasst.
  • Obwohl ein Photodetektor verwendet werden kann, der separate Detektorabschnitte zum Detektieren der Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge umfasst, wird vorzugsweise ein Photodetektor verwendet, der ein photoempfindliches Element aufweist, das eine Empfindlichkeitsbandbreite hat, die breit genug ist, um sowohl die erste als auch die zweite Wellenlänge zu enthalten. Mit einem solchen Breitbandphotodetektor ist es einfach, beide Strahlungskomponenten von der gleichen Position in dem trüben Medium aus zu detektieren. Daher wird verhindert, dass der Photodetektor Strahlungskomponenten detektiert, die das trübe Medium aus unterschiedlichen Positionen verlassen, was zu einem falschen Wechselstromsignal führt, das sich nicht auf das Objekt bezieht. Außerdem ist der Breitbandphotodetektor verwendbar, wenn die Strahlungskomponenten Wellenlängen in Bändern um die erste bzw. die zweite Wellenlänge herum enthalten. Bei Verwendung des Breitbandphotodetektors geht nämlich nahezu keine Strahlung aus dem trüben Medium verloren, wodurch die Empfindlichkeit des Systems für kleine Objekte, die sich nicht sehr von dem trüben Medium unterscheiden, erhöht wird.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems ist die Amplitudenmodulation im Wesentlichen eine Rechteckmodulation.
  • Dies entspricht dem fortlaufenden Zuführen von einer der Strahlungskom ponenten, während die andere Strahlungskomponente blockiert wird. Dies wird am einfachsten erreicht, indem zum Erzeugen der jeweiligen Strahlungskomponenten gesonderte Quellen vorgesehen werden. In diesem Fall wird eine Rechteckmodulation mit einer Phasendifferenz von 180° erhalten, indem eine Quelle eingeschaltet wird, während die andere ausgeschaltet wird.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein System zum Detektieren und Lokalisieren eines Objekts in einem trüben Medium zu verschaffen, welches System auch hinsichtlich der Zusammensetzung des Objekts empfindlich ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems hat der Photodetektor einen Strahlungsempfangsabschnitt und umfasst das System einen Kompressionsmechanismus, um das trübe Medium zusammenzudrücken, eine Verlagerungseinrichtung, um eine Strahlungsaustrittsfläche in Bezug auf das trübe Medium zu bewegen, und einen Strahlungsempfangsabschnitt des Photodetektors, der gegenüber der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist.
  • Die von der Strahlungsquelle erzeugte Strahlung verlässt die Quelle von ihrer Strahlungsaustrittsfläche aus; um das trübe Medium zu durchstrahlen. Die Strahlung, die zumindest teilweise das trübe Medium durchlaufen hat, wird von dem Empfangsabschnitt des Photodetektors aufgefangen. Das Kompressionsgerät ordnet das trübe Medium im Wesentlichen in einer Plattengeometrie an. Das trübe Medium, d. h. die Brust der Frau, wird abgetastet, indem die Strahlungsaustrittsfläche der Strahlungsquelle relativ zum trüben Medium bewegt wird. Auf diese Weise wird das trübe Medium aus aufeinander folgenden Positionen von zumindest einem Teil der Oberfläche des trüben Mediums aus durchstrahlt. Beim Abtasten des trüben Mediums wird entweder ein einzelner Empfangsabschnitt zusammen mit der Strahlungsaustrittsfläche bewegt, sodass der Trennabstand zwischen dem Strahlungsempfangsabschnitt und der Strahlungsaustrittsfläche nahezu konstant bleibt, oder es kann eine Vielzahl von Strahlungsempfangsflächen verwendet werden, sodass beim Abtasten aufeinander folgende Empfangsabschnitte aktiviert werden, in der Weise, dass der Trennabstand zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und einem aktiven Empfangsabschnitt nahezu konstant ist. So wird erreicht, dass beim Abtasten die Länge des Weges, den die Strahlung im trüben Medium durchläuft, genau konstant gehalten wird. Somit werden beim Photodetektor Unterschiede zwischen den Amplituden der ersten und der zweiten Strahlungskomponenten, die durch eine Abhängigkeit des Absorptionsvermögens des trüben Mediums von der Wellenlänge selbst verursacht werden, deutlich vermieden. Aufeinander folgende Photodetektorsignale enthalten Informationen zur Position und Zusammensetzung des Objekts. Die Amplitudenmodulationstiefen der jeweiligen Strahlungskomponenten werden entsprechend dem Absorptionsvermögen der Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge in dem trüben Medium eingestellt. Um zu erreichen, dass für ein homogenes trübes Medium das zuvor bestimmte Photodetektorsignal im Wesentlichen nur eine Gleichstromkomponente enthält, werden die Amplitudenmodulationstiefen der jeweiligen Strahlungskomponenten entsprechend der Empfindlichkeit des Photodetektors für die erste und die zweite Wellenlänge eingestellt. Das heißt, sollte der Photodetektor für die erste Wellenlänge weniger empfindlich sein als für die zweite Wellenlänge, dann wird die Modulationstiefe der Strahlungskomponente der ersten Wellenlänge größer gemacht als die Modulationstiefe der Strahlungskomponente der zweiten Wellenlänge.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems umfasst eine Quellenfaser, die zum Leiten von Strahlung aus der Strahlungsquelle zum trüben Medium ausgebildet ist und eine Vielzahl von Detektorfasern, die zum Leiten von Strahlung aus jeweiligen Positionen des trüben Mediums zum Photodetektor ausgebildet sind.
  • Die Quellenfaser sendet beide Strahlungskomponenten in das trübe Medium. Jede der Detektorfasern sammelt Strahlung aus separaten Positionen rundum das trübe Medium. Somit empfängt der Photodetektor Strahlung, die gesonderte Wege durch das trübe Medium durchlaufen hat. So enthält das tatsächliche Photodetektorsignal räumliche und spektroskopische Informationen hinsichtlich des Objektes in dem trüben Medium. Das tatsächliche Photodetektorsignal wird geeignet verarbeitet, um ein Bildsignal zu bilden, das den Ort und/oder die Struktur des Objekts repräsentiert. Die aus den separaten Detektorfasern stammenden Signale können parallel verarbeitet werden, um das Bildsignal zu generieren. Das Bildsignal kann verwendet werden, um das Objekt und/oder seine Position und Zusammensetzung in dem trüben Medium in einem Bild wiederzugeben, z. B. auf einem Monitor oder als Papierkopie.
  • Es sei bemerkt, dass statt einer einzelnen Quellenfaser und einer Vielzahl von Detektorfasern auch eine Vielzahl von Quellenfasern und eine einzelne Detektorfaser verwendet werden kann.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems ist der Photodetektor eine ladungsgekoppelte Schaltung (CCD: charged-coupled device).
  • Die Detektorfasern sind mit gesonderten photoempfindlichen Elementen des Photodiodenarrays oder CCD-Sensors gekoppelt, sodass jeweilige photoempfindliche Elemente Strahlung aus verschiedenen Positionen des trüben Mediums empfangen. Die photoempfindlichen Elemente wandeln einfallende Strahlung, wie z. B. (infrarotes) Licht in elektrische Ladungen um. Bei Verwendung eines CCD-Sensors werden diese elektrischen Ladungen in einfacher Weise ausgelesen, indem sie in Eimerkettenform zu einem Ausleseregister übertragen werden. Aus den ausgelesenen Ladungen wird das tatsächliche Photodetektorsignal abgeleitet. Der Rauschabstand des Photodetektorsignals kann durch Kühlen des Photosensorarrays oder des CCD-Sensors verbessert werden, um so die Zahl von durch thermische Anregung ausgelösten elektrischen Ladungen zu verringern.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems umfasst der Photodetektor eine Ausleseschaltung, die eingerichtet ist, um synchron mit der Amplitudenmodulation zu arbeiten.
  • Der Photodetektor liefert aufeinander folgende Photodetektorsignale, die den jeweiligen Strahlungskomponenten mit der ersten und der zweiten Wellenlänge entsprechen. Die Differenz zwischen diesen aufeinander folgenden Signalen enthält spektrale Informationen, die zu dem Objekt gehören.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems umfasst die Ausleseschaltung eine Subtraktionseinheit.
  • Die Ausleseschaltung gibt elektrische Ladungen aus, die den jeweiligen aus dem trüben Medium stammenden Strahlungskomponenten entsprechen. Aus diesen elektrischen Ladungen werden jeweilige Photodetektorsignale abgeleitet, die den jeweiligen Strahlungskomponenten entsprechen. Die Subtraktionseinheit ist zum Bilden des Bildsignals ausgebildet, dessen Signalpegel gleich der Differenz zwischen den Signalpegeln der aufeinander folgenden Photodetektorsignale ist. Das Bildsignal repräsentiert die Position des Objekts in dem trüben Medium.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium zu verschaffen, das im Wesentlichen empfindlich für die Zusammensetzung des Objekts ist.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium offenbart, wie in Anspruch 4 definiert.
  • Das Verfahren sorgt dafür, dass zumindest ein Teils der Zusammensetzung des Objekts in dem trüben Medium mit guter Empfindlichkeit detektiert und abgeleitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren verschafft nämlich spektroskopische Informationen hinsichtlich des Objekts, das detektiert und/oder lokalisiert wird. Selbst kleine Objekte, die sich nicht stark von dem umgebenden trüben Medium unterscheiden, werden genau lokalisiert.
  • Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren auch vorteilhaft verwendet werden, um die Verteilung geeigneter pharmakologischer Indikatormaterialien oder -zusammensetzungen zu detektieren. Geeignet gewählte Indikatoren konzentrieren sich vorwiegend in bösartigem Gewebe und solche Indikatoren können so gewählt werden, dass das Absorptionsvermögen sich bei entweder der ersten oder der zweiten Wellenlänge erheblich vom Absorptionsvermögen des umgebenden gesunden Gewebes unterscheidet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Weiteren näher beschrieben.
  • Die Zeichnung enthält die folgenden Figuren:
  • 1 zeigt schematisch ein Mammographiegerät mit einer ersten Ausführungsform eines Systems zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium gemäß der Erfindung.
  • 2 zeigt schematisch ein Mammographiegerät mit einer zweiten Ausführungsform eines Systems zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch ein Mammographiegerät mit einem System zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium gemäß der Erfindung. Der Zweck eines solchen Mammographiegerätes ist, Inhomogenitäten im Gewebe der Brust einer Frau zu detektieren. Beispielsweise können solche Inhomogenitäten Mikrovaskularisationen sein, d. h. hohe Konzentrationen kleiner Blutgefäße, die um einen bösartigen Tumor herum gebildet werden, oder ein solcher Tumor selbst. Insbesondere zielt das erfindungsgemäße System auf das Detektieren und Lokalisieren solcher krankhaften Veränderungen, wenn sie ziemlich klein sind, sodass eventuelle Karzinome in einem sehr frühen Stadium der Pathologie entdeckt werden können, aber ohne die zu untersuchenden Frauen dem Risiko von ionisierender Strahlung, wie z. B. Röntgenstrahlen, auszusetzen.
  • Die Quellenfaser 5 und die Detektorfasern 7 sind entlang dem Umfang 15 der Brust der Frau angeordnet. Strahlung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen wird in das Brustgewebe gestrahlt, das faktisch das trübe Medium 2 ist. Aufgrund von Streuung empfängt jede der Detektorfasern Licht aus einem mehr oder weniger bananenförmigen Gebiet 16. Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 600 nm bis 1 μm ist geeignet, weil in diesem Bereich sowohl die Absorption im Brustgewebe genügend gering ist, damit eine wesentliche Intensität die Detektorfasern erreicht, als auch Streuung von Strahlung im Brustgewebe genügend gering ist, sodass eine geeignete räumliche Auflösung zum Detektieren des Objekts erhalten wird. Wenn Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet würde, die wesentlich größer als 1 μm ist, würde Absorption durch Wasser ungenügende Infrarotstrahlungsintensität am Photodetektor bewirken. Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 600 nm (orange) würde so stark im Brustgewebe gestreut werden, dass die räumliche Auflösung unzureichend wird, um das Objekt zu detektieren. Besonders günstige Ergebnisse werden mit Strahlung erhalten, die eine Wellenlänge im Bereich zwischen 780 nm und 940 nm hat. Weiterhin wird die Infrarotstrahlung im Bereich zwischen 600 nm und 1 μm durch Verwendung von Halbleiterinjektionslasern bequem erhalten.
  • Die von den gesonderten Detektorfasern 7 empfangene Strahlung wird dem Photodetektor 4 zugeführt, der faktisch ein CCD-Sensor ist. Die Strahlung aus den Detektorfasern 7 wird in den photoempfindlichen Elementen des CCD-Sensors in elektrische Ladungen umgewandelt. Die elektrischen Ladungen werden mit Hilfe einer Ausleseschaltung 8 ausgelesen, die faktisch ein Ausleseregister ist, hin zu einem Verstärker 20. Der Verstärker 20 leitet das Photodetektorsignal aus den gelesenen Ladungen ab und gibt das Photodetektorsignal an eine Signalverarbeitungseinheit 9 ab. Das Photodetektorsignal enthält Informationen zur Lage und Zusammensetzung des Objekts 1. Das Photodetektorsignal wird von der Signalverarbeitungseinheit in ein Bildsignal umgewandelt. Insbesondere wird das Bildsignal als elektronisches Videosignal erstellt. Das elektronische Videosignal kann einem Monitor 21 zugeführt werden, auf dem Informationen hinsichtlich des Objekts 1 in dem trüben Medium des Brustgewebes sichtbar gemacht werden. Das elektronische Videosignal kann auch einer Zwischenspeichereinheit 22 zugeführt werden, um vor einer weiteren Verarbeitung gespeichert zu werden.
  • Die Strahlungsquelle 3 umfasst einen Faserkoppler 30, mit dem zwei gesonderte Halbleiterinjektionslaser 31 und 32 gekoppelt sind. Das aus diesen Lasern austretende Licht 31, 32 wird dem Faserkoppler mittels optischer Fasern 33, 34 zugeführt. Die gesonderten Halbleiterinjektionslaser senden infrarotes Licht unterschiedlicher Wellenlänge im Bereich zwischen 780 nm und 940 nm aus. Die Injektionsströme werden von Stromquellen 35, 36 geliefert und um Amplitudenmodulation der Ausgangssignale der Halbleiterlaser zu erreichen, werden die Injektionsströme durch die gesonderten Halbleiterlaser mit Hilfe eines Modulators 37 amplitudenmoduliert. Der Faserkoppler 30 kombiniert aus den Halbleiterinjektionslasern kommendes, infrarotes Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu infrarotem Licht mit zwei Strahlungskomponenten mit der ersten bzw. zweiten Wellenlänge. Das Ausgangslicht aus dem Faserkoppler 30 wird in die Quellenfaser 5 geleitet, die das Licht mit Strahlungskomponenten unterschiedlicher Wellenlänge in die Brust der Frau abgibt.
  • Eine einfache Amplitudenmodulation wird dadurch erreicht, dass der Modulator abwechselnd die jeweiligen durch die gesonderten Laser fließenden Injektionsströme ein- und ausschaltet; praktisch sind die Ausgangssignale beider Laser dann gegenphasig mit einer Rechteckamplitudenmodulation amplitudenmoduliert. Bei einer Rechteckamplitudenmodulation amplitudenmoduliert. Bei dieser Betriebsart empfängt der CCD-Sensor fortlaufend hintereinander die gesonderten Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge aus der Brust der Frau. Das Ausleseregister 8 ist mit dem Modulator 37 gekoppelt, sodass von den aufeinander folgenden Strahlungskomponenten gebildete Pakete von elektrischen Ladungen hintereinander ausgelesen werden. Auf diese Weise wird das Ausleseregister 8 mit der Amplitudenmodulation synchronisiert. Der Verstärker 20 bildet aufeinander folgende Photodetektorsignale, die sich auf die gesonderten Strahlungskomponenten beziehen. Die Signalverarbeitungseinheit 9 umfasst eine Zwischenspeichereinheit, in der das erste Bildsignal, das aus dem ersten der aufeinander folgenden Photodetektorsignale abgeleitet wird, vorübergehend gespeichert wird. Die Signal-verarbeitungseinheit umfasst auch eine Subtrahiereinheit, die ausgebildet ist, um ein zweites Bildsignal, das aus den folgenden Photodetektorsignalen abgeleitet ist, vom ersten Bildsignal zu subtrahieren. Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Bildsignal ist ein Bildsignal, das den gesonderten Strahlungskomponenten entspricht, und bildet so das Bildsignal, das spektroskopische Informationen sowie Informationen hinsichtlich der Lage eines oder mehrerer Objekte innerhalb des Brustgewebes enthält.
  • 2 zeigt schematisch ein Mammographiegerät mit einer zweiten Ausführungsform eines Systems zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium gemäß der Erfindung. Die Brust der Frau wird zwischen zwei Plexiglasplatten 40, 41 zusammengedrückt, die das Kompressionsgerät bilden. Daher wird das Brustgewebe in eine Plattengeometrie gezwungen, mit einer Dicke von etwa 6 cm. Beispielsweise wird die Brust den Frau in mediolateraler oder craniocaudaler Richtung komprimiert. Die Quellenfaser, von der ein Ende die Strahlungsaustrittsfläche der Strahlungsquelle bildet, emittiert die erste und zweite Strahlungskomponente durch die Plexiglasplatten in das Brustgewebe. Die Detektorfaser 7, die den Strahlungsempfangsabschnitt des Photodetektors bildet, ist genau, innerhalb 0,5 μm, gegenüber der Quellenfaser 5 angeordnet. Sowohl die Detektorfaser 7 als auch die Quellenfaser 5 sind in Bezug auf die Brust der Frau verlagerbar, in der vorliegenden Ausführungsform durch gemeinsames Bewegen der Detektions- und Quellenfasern nahezu parallel zu den jeweiligen Plexiglasplatten 40, 41. Hierzu umfasst die Detektorfaser 7 einen flexiblen Faserabschnitt 42, der die Quellenfaser 5 mit dem Photodetektor koppelt, und die Quellenfaser umfasst einen flexiblen Faserabschnitt 43, der Licht von dem Faserkoppler 30 zur Quellenfaser 5 führt. Die Quellen- und Detektorfasern sind mechanisch mit jeweiligen Antriebsmitteln gekoppelt, wie z. B. Schrittmotoren 44, 45. Die mechanische Kopplung sind z. B. Stäbe 46, 47, an denen die Quellen- bzw. Detektorfasern befestigt sind. Die Stäbe können mit Hilfe der Schrittmotoren bewegt werden. Die Schrittmotoren 44, 45 werden von einer Steuereinheit 48 gesteuert, die ausgebildet ist, um die Quellen- und die Detektorfaser zusammen in solcher Weise zu bewegen, dass sie genau einander gegenüber positioniert bleiben.
  • Photodetektorsignale, die zu aufeinander folgenden Positionen der Quellen- und Detektorfasern gehören, werden an jeweiligen Adressen in einer Speichereinheit 49 gespeichert. Hierzu gibt die Steuereinheit 48 an die Speichereinheit 49 ein Adressiersignal ab, das sich auf die Position der Quellen- und Detektorfasern bezieht. Die aufeinander folgenden Photodetektorsignale werden der Bildverarbeitungseinheit 9 zugeführt, die das Bildsignal ableitet, das die Position und Informationen zur Zusammensetzung des Objekts 1 in dem trüben Medium 2 repräsentiert. Die von dem Bildsignal getragene Information wird auf dem Monitor 21 wiedergegeben und/oder das Bildsignal wird vor einer weiteren Verarbeitung vorübergehend in der Zwischenspeichereinheit 22 gespeichert.
  • Obwohl als Beispiel die Erfindung hier für ein Mammographiesystem beschrieben worden ist, wird es für den Fachkundigen offensichtlich sein, dass die Erfindung ebenfalls vorteilhaft zur Untersuchung anderer Teile eines menschlichen oder tierischen Körpers verwendet werden kann.

Claims (4)

  1. System zum Detektieren eines Objekts (1) in einem trüben Medium (2), mit einer Strahlungsquelle (3) zum Bestrahlen des trüben Mediums mit Strahlungskomponenten, die eine erste bzw. eine zweite Wellenlänge haben, wobei die Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge bei nahezu gleichen Modulationsfrequenzen amplitudenmoduliert sind und die Amplitudenmodulation der Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge eine zuvor bestimmte Phasendifferenz aufweist und ein Photodetektor (4) zum Detektieren von aus dem trüben Medium stammender Strahlung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationstiefen der Amplitudenmodulation der jeweiligen Strahlungskomponenten entsprechend dem Absorptionsvermögen für die Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge einstellbar sind.
  2. System nach Anspruch 1, in dem die zuvor bestimmte Phasendifferenz nahezu gleich 180° ist
  3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Amplitudenmodulation nahezu eine Rechteckmodulation ist.
  4. Verfahren zum Detektieren eines Objekts in einem trüben Medium, bei dem – das Medium mit Strahlungskomponenten bestrahlt wird, die eine erste bzw. eine zweite Wellenlänge aufweisen, – die Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge bei nahezu gleichen Modulationsfrequenzen amplitudenmoduliert sind – die Amplitudenmodulation der Strahlungskomponenten der ersten und der zweiten Wellenlänge eine zuvor bestimmte Phasendifferenz aufweist – die Amplitudenmodulationstiefen der jeweiligen Strahlungskomponenten entsprechend dem Absorptionsvermögen für die Strahlungskomponenten der ersten und der zwei ten Wellenlänge eingestellt werden und – aus dem trüben Medium stammende Strahlung detektiert wird.
DE69728105T 1996-04-02 1997-04-01 Auffindung eines objekts in einem trüben medium mittels strahlung verschiedener wellenlänge Expired - Fee Related DE69728105T2 (de)

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EP96200895 1996-04-02
EP96200895 1996-04-02
PCT/IB1997/000324 WO1997036539A1 (en) 1996-04-02 1997-04-01 Localization of an object in a turbid medium using radiation of different wavelenghts

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