JP2009516847A - 混濁媒体の内部を画像化する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、混濁媒体２５の内部を画像化する装置１に関する。該装置１は、測定ボリューム２０内に混濁媒体２５を収容し、光源５からの光で該混濁媒体２５を照射するために使用され得、その後、測定ボリューム内から放射する光が、前記混濁媒体２５の内部の画像を決定するために検出され、使用され得る。前記装置１は、混濁媒体２５に存在する造影剤において蛍光発光を生じさせる光で前記混濁媒体２５を照射し、少なくとも２つのスペクトル領域で蛍光を検出し、検出される少なくとも２つのスペクトル領域に対して画像再構成を計算する更なる手段が導入されるように適応する。蛍光分光を検出することにより、波長の関数という点で、混濁媒体の内部に存在する所定の成分の濃度が決定され得る情報が得られ得る。

Description

本発明は、混濁媒体の内部を画像化する装置に関し、前記装置は、
ａ）前記混濁媒体を収容する測定ボリュームと、
ｂ）前記混濁媒体を照射する光源と、
ｃ）前記光源からの光を前記測定ボリューム内に結合する結合手段と、
ｄ）前記混濁媒体の前記照射の結果として、前記測定ボリュームから放射する光を検出する検出手段と、
ｅ）前記検出された光から前記混濁媒体の前記内部の画像を決定する画像再構成手段と
を有する。

本発明は、前記装置を有する医療画像取得装置にも関する。

この種の装置の一実施例は、米国特許出願公開ＵＳ６３２７４８８Ｂ１から知られる。既知の装置は、生物学的組織のような混濁媒体の内部を画像化するために使用され得る。医療診断において、該装置は、女性の胸部の内部を画像化するために使用され得る。胸部のような混濁媒体が、測定ボリューム内に入れられ、レーザのような光源からの光に照射される。測定ボリュームは、開口側を一つだけ有するホルダによって境界を区切られ、該開口側は、縁部分により境界を区切られる。この縁部分は、弾性的に変形可能な密閉リングを備えても良い。このようなホルダは、米国特許出願公開ＵＳ６４８０２８１Ｂ１から知られる。測定ボリュームから放射される光は、検出され、前記混濁媒体の内部の画像を得るために使用される。

既知の装置の欠点は、複数の光源の使用に関連し、既知の装置が医療診断に使用され、例えば生物学的組織を画像化し、分光測定を実行し、例えば病変の性質が決定され得る情報を得る場合、各々が異なる波長を有する光を生成し、各々が自身の連続した測定を必要とすることである。

本発明の目的は、検出された病変の性質を決定するのに使用され得る測定において、より容易に分光情報を得ることである。

本発明によると、この目的は、装置が
ｆ）光源は、光が混濁媒体における造影剤において蛍光発光させるように、選択される波長を有する光で、混濁媒体に照射するように構成され、
ｇ）検出手段は、少なくとも２つのスペクトル領域で蛍光発光を検出するように構成され、
ｈ）画像再構成手段は、検出される少なくとも２つのスペクトル領域に対して、画像再構成計算を実行するように構成され、
ｉ）蛍光発光の少なくとも２つのスペクトル領域における蛍光の局部吸収から、混濁媒体内に存在する所定の成分の局部的濃度を決定する手段が設けられる
ことを特徴とすることで実現される。

本発明は、混濁媒体に存在する成分が、混濁媒体に存在する蛍光のスペクトルの異なる部分からの光を選択的に吸収し得るという認識に基づく。このことは、混濁媒体に存在する所定の成分の濃度が、少なくとも２つのスペクトル領域における蛍光の局部吸収の検出を通じて決定され得ることを意味する。適切な所定の成分があれば、所定の成分の濃度は、検出された病変の性質の決定に使用され得る更なる情報を付与する。

吸収スペクトルの分光分析は、米国特許出願公開ＵＳ６６９４１５９Ｂ２において言及される。しかしながら、この分析は、蛍光剤により放出される光を考慮せず、混濁媒体に存在しない外部の光源からの複数の波長の光を考慮する。

本発明による装置の一実施例は、所定の成分がオキシヘモグロビン(oxyhaemoglobin)とデオキシヘモグロビン(deoxyhaemoglobin)とを有するグループから選択されることを特徴とする。この実施例は、医療診断において、前記装置が女性の胸部の内部を画像化するために使用され得、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンのような物質の濃度の決定は、病変の酸化についての情報を供給することができるという利点を有する。腫瘍は、乳房の腫瘍を含み、非常に大きなエネルギーを必要とする急速なペースで細胞分裂が行われることを特徴とする。したがって、腫瘍は、健康な組織の血管のネットワークの約２倍の密度を有する血管のネットワークにより血液を供給される。更に、細胞分裂が急速に行われると、腫瘍内及び腫瘍の周りの血液は、酸素が細胞分裂のプロセスに使用されるので、健康な組織の血液よりも少ない酸素しか含まないであろう。それゆえ、潜在的な腫瘍であり得る病変の酸化についての情報は、このような病変の性質を決定するのに役立ち得る。

本発明は、上述の実施例の何れか一つによる装置を有する医療画像取得装置にも関する。

本発明のこれら及び他の態様は、明らかにされ、図面を参照して記載されるであろう。

図1は、従来技術から知られる混濁媒体の内部を画像化する本発明による装置の一実施例を概略的に示す。装置１は、光源５と、光検出器ユニット１０と、画像再構成ユニット１５と、混濁媒体２５を受ける測定ボリューム２０とを有し、前記測定ボリューム２０が容器３０により境界を区切られ、前記容器が、光３５ａに対する複数の入力位置と、光３５ｂに対する複数の出力位置と、前記光の入力及び出力位置に結合される光ガイド４０ａ及び４０ｂとを有する。装置１は、入力光ガイド５０を容器内の光３５ａに対する複数の選択された入力位置に結合する選択ユニット４５を更に有する。明確にするため、光３５ａの入力位置と光３５ｂの出力位置とは、容器３０の反対側に位置されている。しかしながら、実際には両方のタイプの位置が、測定ボリューム２０の周りに分散され得る。混濁媒体２５は、測定ボリューム２０内に収容される。混濁媒体２５は、光源５が選択ユニット４５により続いて選択される光の入力部に結合され、前記選択された光の入力位置が光３５ａの複数の入力位置から選択されるため、複数の位置から、光源５からの光で照射される。測定ボリューム２０から放射する光は、光３５ｂに対する複数の出力位置の中からの光に対する更なる出力位置を通って複数の位置から、光検出器ユニット１０により検出される。それから画像再構成ユニット１５は、混濁媒体２５の内部の画像を得るために検出された光を使用する。本発明によると、光源５は、造影剤において蛍光を発するように選択される波長を有する光で混濁媒体２５が照射され得るように構成される。更に、本発明によると、光検出器ユニット１０は、今度は少なくとも２つのスペクトル領域において蛍光発光を検出するように配置される。本発明によると、装置１は、混濁媒体２５に存在する所定の成分の局部的な濃度を決定する手段５５を更に有する。これらの手段は、コンピュータユニットに組み込まれても良い。更に、本発明によると、画像再構成手段１５は、蛍光発光が検出される少なくとも２つの領域に対して画像再構成計算を実行するように構成され得る。医療診断において、当該装置は、腫瘍の存在を確認するために女性の胸部を画像化するために使用され得、追加の情報が潜在的な腫瘍を位置付けるのを助けるようにも使用され得る。潜在的な腫瘍に存在する所定の成分の濃度に関連する情報は、このような潜在的な腫瘍のあり得る性質を決定するのを助けるために使用され得る。

図２は、図２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，及び２ｅを含み、混濁媒体内の蛍光造影剤により放射される光の透過の測定から、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの濃度がどの様に決定され得るかを図示する。

図２ａは、カーブ６０により表される、蛍光造影剤の発光スペクトルを概略的に示す。波長がｘ軸にナノメートル単位でプロットされ、発光はｙ軸に任意の単位でプロットされる。

図２ｂは、カーブ６５により表されるオキシヘモグロビンの吸収スペクトルを概略的に示す。波長がｘ軸にナノメートル単位でプロットされ、吸収はｙ軸に任意の単位でプロットされる。ｙ軸に沿うカーブ６５の値は、オキシヘモグロビンの濃度に対応する。

図２ｃは、カーブ７０により表されるデオキシヘモグロビンの吸収スペクトルを概略的に示す。波長はｘ軸にナノメートル単位でプロットされ、吸収はｙ軸に任意の単位でプロットされる。ｙ軸に沿うカーブ７０の値は、デオキシヘモグロビンの濃度に対応する。

図２ｄは、カーブ７５により表されるオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの組み合わされた吸収スペクトルを概略的に示す。波長は、ｘ軸にナノメートル単位でプロットされ、吸収はｙ軸に任意の単位でプロットされる。図２ｂ及び図２ｃと同様に、ｙ軸に沿うカーブ７５の値は、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの濃度に対応する。カーブ７５の形状は、それぞれ図２ｂ及び図２ｃのカーブ６５及び７０に示されるデオキシヘモグロビンにおけるオキシヘモグロビンの吸収スペクトルの相対的な寄与により決定される。これらの相対的な寄与は、画像化される混濁媒体のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの濃度にここでも依存する。

図２ｅは、カーブ６０により図２ａに示される蛍光造影剤の発光スペクトルを、カーブ７５により図２ｄに示されるオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの組み合わされた吸収スペクトルと組み合わせた結果、カーブ８０により表される透過スペクトルを概略的に示す。波長は、ｘ軸にナノメートル単位でプロットされ、透過は、ｙ軸に任意の単位でプロットされる。本発明によると、カーブ８０は、少なくとも２つのスペクトル領域で測定される。カーブ８０が少なくとも２つのスペクトル領域で測定された後、得られる値は、得られる値が、同じスペクトル領域におけるカーブ６０の発光スペクトルの値により割られることによって、図２ａにおけるカーブ６０により表されるような蛍光造影剤の発光スペクトルに対して補正される。カーブ８０から得られた値が少なくとも２つのスペクトル領域の各々に渡るカーブ８０の積分の結果となる値である場合、各々の値は、対応するスペクトル領域に渡るカーブ６０と同様の積分の結果となる値により割られる。

このことは、実質的に、少なくとも２つのスペクトル領域においてサンプリングされる、図２ｄに示されるカーブ７５という結果となる。しかしながら、重要な違いは、図２ｅのカーブ８０から得られる情報が、混濁媒体に存在するオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの濃度に対応することである。少なくとも２つのスペクトル領域で図２ｅに示されるカーブ８０を測定し、図２ａに示される蛍光造影剤の発光スペクトルに対して得られるデータを補正し、結果を図２ｂ及び２ｃに示されるカーブ６５及び７０それぞれにフィッティングした結果、２変数の少なくとも２つの等式となる。これらの等式から、混濁媒体内のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの少なくとも相対的な濃度が、得られ得る。透過スペクトルが、混濁媒体に存在するＮ成分による蛍光の吸収の結果である場合、Ｎスペクトルの領域に対して上述の手順を実行した結果、Ｎ変数のＮ個の等式となる。それからＮ濃度は、これらのＮ個の等式から計算され得る。

図２に関連する説明におけるこの点に至るまで、得られる濃度は、検出される前に蛍光により混濁媒体を通って移動される経路に渡って平均される。しかしながら、混濁媒体が複数の位置から画像化され、画像再構成プロセスが、混濁媒体を通って移動し、混濁媒体の外で検出される光に基づいて、混濁媒体の内部の画像化を提供することができるので、濃度に関連して得られる情報は、移動される経路長に渡って平均されない局部的な濃度に戻って計算され得る。

図３は、本発明による医療画像取得装置の実施例を示す。医療画像取得装置１８０は、点線の四角形に示されるように、図１で議論される装置１を含む。装置１に加えて、医療画像取得装置１８０は、混濁媒体４５の内部の画像を表示するスクリーン１８５と、例えば医療画像取得装置１８０との相互作用を可能化し動作させる入力インタフェース１９０、例えばキーボードとを更に有する。

上述の実施例は、本発明を制限するのではなくて説明し、当業者らは、請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替の実施例を設計することができるであろうということは、留意されるべきである。請求項において、括弧の間に位置されるいかなる参照符号も、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する」という言葉は、請求項において列挙されたもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に対する単数形の表記は、このような要素が複数存在することを排除しない。いくつかの手段を列挙するシステムの請求項において、これらの手段のいくつかは、同一のコンピュータ読取可能ソフトウェア又はハードウェアにより実施され得る。ある手段が相互に異なる従属請求項において繰り返されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示さない。

図１は、混濁媒体の内部を画像化する装置の一実施例を概略的に示す。 図２は、図２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ及び２ｅを含み、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの濃度が、どのように不透明媒体内の蛍光造影剤により放出される光の透過の測定から決定され得るかを図示する。 図２ａは、蛍光造影剤の発光スペクトルを概略的に示す。 図２ｂは、オキシヘモグロビンの吸収スペクトルを概略的に示す。 図２ｃは、デオキシヘモグロビンの吸収スペクトルを概略的に示す。 図２ｄは、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの組み合わされた吸収スペクトルを概略的に示す。 図２ｅは、図２ａに示される蛍光造影剤の発光スペクトルを、図２ｄに示されるオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの組み合わされた吸収スペクトルと組み合わせた結果の透過スペクトルを示す。 図３は、本発明による医療画像取得装置の一実施例を示す。

Claims (3)

1. 混濁媒体の内部を画像化する装置であって、
   ａ）前記混濁媒体を収容する測定ボリュームと、
   ｂ）前記混濁媒体に照射するための光源と、
   ｃ）前記光源からの光を前記測定ボリュームに結合する結合手段と、
   ｄ）前記混濁媒体の前記照射の結果として、前記測定ボリュームから放射される光を検出する検出手段と、
   ｅ）前記検出された光から、前記混濁媒体の前記内部の画像を決定する画像再構成手段と
   を有する装置において、
   ｆ）前記光源は、前記光が前記混濁媒体内の造影剤において蛍光発光を生じさせるように選択される波長を有する光を、前記混濁媒体に照射するように構成され、
   ｇ）前記検出手段は、少なくとも２つのスペクトル領域において前記蛍光発光を検出するように構成され、
   ｈ）前記画像再構成手段は、検出される前記少なくとも２つのスペクトル領域に対して画像再構成計算を実行するように構成され、
   ｉ）前記検出された蛍光発光の前記少なくとも２つのスペクトル領域における蛍光の吸収から、前記混濁媒体に存在する所定の成分の濃度を決定する手段が設けられる
   ことを特徴とする装置。
2. 前記所定の成分は、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンを含むグループから選択される、請求項１に記載の装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置を有する医療画像取得装置。

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