JP2009521248A - 混濁媒質の幾何を考慮に入れて混濁媒質の内部を撮像する方法、システムおよびそのための医療画像取得システム - Google Patents

Abstract

本発明は、混濁媒質（４５）の内部を撮像する方法であって：受領体積内に混濁媒質（４５）を受け容れ；混濁媒質（４５）を通って伝搬できるように選ばれた透過光源からの透過入力光（６５）を、受領体積中に結合し；透過光検出器ユニットを使って、透過光源からの透過入力光を受領体積中に結合した結果として、受領体積から出てくる透過出力光を検出するステップを有する方法に関する。本発明はまた、上記方法を使った、混濁媒質（４５）の内部を撮像するシステムおよび医療画像取得システムにも関する。上記方法、システムおよび医療画像取得システムは、混濁媒質（４５）の外部に関係するデータを取得する改善された方法が実現されるよう適応されている。本発明の目的は、上記方法がさらに次のステップを有することにおいて実現される：幾何光源からの幾何入力光（７０、７５、８０）を混濁媒質を含んでいる受領体積中に結合し、ここで、幾何入力光（７０、７５、８０）と界面（６０）との組み合わせは混濁媒質（４５）とその周辺との間のコントラストを生じるように選ばれ；混濁媒質（４５）とその周辺との間のコントラスト（６０）を、コントラスト光検出器ユニットの使用を通じて検出し；検出されたコントラスト（６０）を使って混濁媒質（４５）の内部の像を再構成する。混濁媒質（４５）の内部を撮像する上記システムおよび上記医療画像取得装置は、幾何光源およびコントラスト光検出器ユニットとをさらに有するよう適応される。

Description

本発明は、混濁媒質の内部を撮像する方法であって：
・受領体積内に混濁媒質を受け容れ；
・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた透過光源からの透過入力光を、受領体積中に結合し；
・透過光検出器ユニットを使って、透過光源からの透過入力光を受領体積中に結合した結果として、受領体積から発される透過出力光を検出するステップを有する方法に関する。

本発明はまた、混濁媒質の内部を撮像するシステムであって：
・混濁媒質を受け容れる受領体積と；
・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた、受領体積中に結合されるべき透過入力光を生成する透過光源とを有するシステムにも関する。

本発明はまた、医療画像取得システムであって：
・混濁媒質を受け容れる受領体積と；
・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた、受領体積中に結合されるべき透過入力光を生成する透過光源とを有する医療画像取得システムにも関する。

この種の方法、システムおよび医療画像取得システムの実施形態は米国特許第6,130,958号から知られている。既知の方法およびシステムは、拡散光断層撮影（diffuse optical tomography）を使って、生物組織のような混濁媒質（turbid medium）の内部を撮像するために使用できる。医療診断では、該方法およびシステムは女性の胸の内部を撮像するために使用されうる。胸のような混濁媒質が受領体積の内部に収容される。透過入力光源からの透過入力光が混濁媒質に入射する。ここで透過入力光は、混濁媒質中を伝搬できるように選ばれる。拡散光断層撮影では、400nmないし1400nmの範囲内の波長をもつ透過入力光が典型的には使用される。混濁媒質から出てくる透過出力光が検出される。透過入力光が混濁媒質に入射する位置で、明るいスポットが生成される。このスポットはセンサー・アレイを使って検出される。センサー・アレイの出力信号は、スキャン混濁媒質の周と直接的な関係がある。周データおよび検出された透過出力光からのデータが一緒に使われて、混濁媒質の画像が再構成される。

調査対象の混濁媒質の外形に関係するデータを取得する改善された方法を提供することが本発明の一つの目的である。

本発明によれば、この目的は、本方法がさらに次のステップを有することにおいて実現される：
・幾何光源からの幾何入力光を混濁媒質を含んでいる受領体積中に結合し、ここで、幾何入力光と界面との組み合わせは混濁媒質とその周辺との間のコントラストを生じるように選ばれ；
・混濁媒質とその周辺との間のコントラストを、コントラスト光検出器ユニットの使用を通じて検出し；
・検出されたコントラストを使って混濁媒質の内部の像を再構成する。

本発明は、受領体積中に結合される光と、受領体積中に光が結合されるときの受領体積内での混濁媒質とその周辺の間の界面との組み合わせが混濁媒質とその周辺の間のコントラストを作り出すまたは向上させるという認識に基づいている。

本発明に基づく方法のある実施形態は、幾何入力光が透過入力光の波長範囲外にある波長を有することを特徴とする。この実施形態は、実装が簡単であるという利点を有する。必要とされるのはただ、透過入力光の波長範囲外の波長をもつ幾何入力光を生成できる光源と、幾何入力光を受領体積中に結合させた結果として受領体積から発される幾何出力光を検出できる検出器ユニットのみである。

本発明に基づく方法のあるさらなる実施形態は、本方法がさらに、少なくとも混濁媒質とその周辺の間の界面にコントラスト向上物を受け容れることによって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるステップを有することを特徴とする。この実施形態は、混濁媒質とその周辺との間のコントラストが、混濁媒質の少なくとも一部の外形を示すコントラスト向上物の使用によって、さらに向上させられることができるという利点を有する。

本発明に基づく方法のあるさらなる実施形態は、前記コントラスト向上物が幾何入力光を少なくとも部分的に反射するよう選ばれることを特徴とする。この実施形態は、混濁媒質の表面を幾何入力光を少なくとも部分的に反射するコントラスト向上物で覆うことによって、幾何入力光の波長における混濁媒質の表面とその周辺との間のコントラストが向上されるという利点を有する。混濁媒質の外側は、幾何入力光の波長において、可視性がよくなる。

本発明に基づく方法のあるさらなる実施形態は、前記コントラスト向上物が幾何入力光を少なくとも部分的に吸収するよう選ばれることを特徴とする。この実施形態は、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させる、前の実施形態に比して代替的な方法を提供するという利点を有する。幾何入力光の波長における混濁媒質の外部の可視性を改善する代わりに、混濁媒質の輪郭とその周辺との間のコントラストが向上される。

本発明に基づく方法のあるさらなる実施形態は、前記コントラスト向上物が、幾何入力光の少なくとも一部に応答して蛍光を発するよう選ばれることを特徴とする。この実施形態は、混濁媒質とその周辺との間の界面に蛍光剤を含むコントラスト向上物を受け容れることが、蛍光剤によって発される蛍光の波長において表面の外形の直接的な撮像を可能にするという利点を有する。

本発明に基づく方法のあるさらなる実施形態は、コントラスト向上物が混濁媒質から外側に広がることを特徴とする。この実施形態は、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるために蛍光剤を使う、前の実施形態に比して代替的な方法を提供するという利点を有する。蛍光を使って混濁媒質の外形の陽画像を得る代わりに、この実施形態は、混濁媒質を幾何入力光によって励起される蛍光剤を含む領域で囲み、その一方混濁媒質はそのような蛍光剤を含まないことによって、混濁媒質の外形に関係したデータを得ることを許容する。

本発明の前記の目的はさらに、混濁媒質の内部を撮像するシステムであって：
・混濁媒質を受け容れる受領体積と；
・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた、受領体積中に結合されるべき透過入力光を生成する透過光源とを有しており、
当該システムがさらに、前記の実施形態のいずれか一つに基づく方法を実行するよう：
・受領体積中に結合されるべき幾何入力光を生成する幾何光源と；
・幾何入力光を受領体積中に結合した結果として受領体積から発される出力幾何光を検出することによって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを検出する光検出器ユニットと；
・検出された透過出力光および検出されたコントラストを使って混濁媒質の内部の像を導出する画像再構成ユニットとを有することを特徴とするシステムを用いて実現される。

混濁媒質の内部を撮像するシステムは、本発明の方法の先の実施形態のいずれからも恩恵を受ける。

本発明に基づく混濁媒質の内部を撮像する該システムのある実施形態は、混濁媒質の内部を撮像するシステムがさらに、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるコントラスト向上物を有することを特徴とする。この実施形態は、混濁媒質とその周辺との間のコントラストが向上されれば、混濁媒質とその周辺との間の界面、よって混濁媒質の外形がよりよく区別できるという利点を有する。

本発明に基づく混濁媒質の内部を撮像する該システムのあるさらなる実施形態は、透過光検出器ユニットおよびコントラスト光検出器ユニットが単一の光検出器ユニット内に含まれることを特徴とする。この実施形態は、別個の透過光検出器ユニットおよびコントラスト光検出器ユニットの必要がないという利点を有する。

本発明の前記目的はさらに、医療画像取得システムであって：
・混濁媒質を受け容れる受領体積と；
・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた、受領体積中に結合されるべき透過入力光を生成する透過光源とを有しており、
当該医療画像取得システムがさらに、前記の実施形態のいずれか一つに基づく方法を実行するよう：
・受領体積中に結合されるべき幾何入力光を生成する幾何光源と；
・幾何入力光を受領体積中に結合した結果として受領体積から発される出力幾何光を検出することによって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを検出する光検出器ユニットと；
・検出された透過出力光および検出されたコントラストを使って混濁媒質の内部の像を導出する画像再構成ユニットとを有することを特徴とするシステムを用いて実現される。

医療画像取得システムは、本発明の方法の先の実施形態のいずれからも恩恵を受ける。

本発明に基づく該医療画像取得システムのある実施形態は、該医療画像取得システムがさらに、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるコントラスト向上物を有することを特徴とする。この実施形態は、混濁媒質とその周辺との間のコントラストが向上されれば、混濁媒質とその周辺との間の界面、よって混濁媒質の外形がよりよく区別できるという利点を有する。

本発明に基づく該医療画像取得システムのあるさらなる実施形態は、透過光検出器ユニットおよびコントラスト光検出器ユニットが単一の光検出器ユニット内に含まれることを特徴とする。この実施形態は、別個の透過光検出器ユニットおよびコントラスト光検出器ユニットの必要がないという利点を有する。

本発明のこれらの側面およびその他の側面は、図面を参照してさらに明らかにされ、説明される。

図１は、本発明に基づく方法のある実施形態を示している。ステップ２００で、混濁媒質が受領体積内に受け容れられる。次に、ステップ２０５で、透過光源によって生成された透過入力光が受領体積中に結合される。該透過入力光は、混濁媒質中を伝搬できるように選ばれる。本方法が女性の胸部の内部を撮像するために使われる本方法のある医療適用では、透過入力光は典型的には400nmないし1400nmの範囲内の波長を有する。透過入力光の少なくとも一部は混濁媒質を通過する。透過入力光を受領体積中に結合した結果として受領体積から出てくる透過出力光が、ステップ２１０で、透過光検出器ユニットの使用を通じて検出される。

本発明によれば、幾何光源からの幾何入力光が、混濁媒質を含んだ受領体積中に結合される。ここで、幾何入力光と界面との組み合わせは、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを生じるように選ばれる。これはステップ２１５でなされる。のちに論じるように、いくつかの組み合わせが特に有利である。次に、ステップ２２０で、混濁媒質とその周辺との間に生じたコントラストが検出される。ステップ２２５では、検出されたコントラストが混濁媒質の内部の画像を再構成することにおいて使われる。

前述したように、幾何入力光と、混濁媒質とその周辺の界面とのいくつかの組み合わせが、混濁媒質とその周辺の間のコントラストを生じるために特に有利である。これについてこれからさらに明らかにする。

第一の特に有利な組み合わせは、幾何入力光が透過入力光の波長範囲外の波長を有する組み合わせである。混濁媒質の内部を撮像するため、透過入力光は、混濁媒質を通って伝搬できるように特に選ばれる。既知の方法のある医療適用、女性の胸部の内部の撮像では、400nmから1400nmの範囲内の波長をもつ透過入力光が典型的には使われる。この波長範囲外の波長をもつ光は人間の皮膚の深くまで浸透しない。よって、そのような光は、混濁媒質の外部に関係するデータを得るために使うことができる。女性の胸部の外部に関係するデータを得るためには、電磁スペクトルの緑または青の範囲内の光が好適な光の例である。

第二の特に有利な組み合わせは、少なくとも混濁媒質とその周辺の間の界面にコントラスト向上物を受け容れ、コントラスト向上物が界面における混濁媒質の形を示すようにすることによって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるステップを有する。コントラストの向上は、混濁媒質をその周辺からよりよく区別できるようにする。

第一の有利な向上方法は、コントラスト向上物に到達する光の少なくとも一部が反射されるようにコントラスト向上物を選ぶことである。これにより、幾何入力光の波長における混濁媒質の可視性が改善される。女性の胸部の内部が撮像される本発明に基づく方法の医療適用については、好適なコントラスト向上物の例は青色のボディ・ペイントである。

第二の有利な向上方法は、幾何入力光の少なくとも一部が吸収されるようにコントラスト向上物を選ぶことである。これにより、コントラスト向上物に到達する光、たとえば幾何入力光の波長において混濁媒質はより暗くなる。よって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストが向上される。女性の胸部の内部が撮像される本発明に基づく方法の医療適用については、好適なコントラスト向上物の例は、ブリリアント・ブラックとして知られる染料を含むボディ・ペイントである。

第三の有利な向上方法は、コントラスト向上物が幾何入力光の少なくとも一部に応答して蛍光を発するよう、コントラスト向上物を選ぶことである。これにより、混濁媒質の輪郭が蛍光を発し、その結果、コントラスト向上物によって発される蛍光の波長において混濁媒質の外形が可視になる。さらに、混濁媒質の表面でまたは表面近くで反射される光は測定体積を反射前と反射後の二度通過するのに対し、蛍光は測定体積を、混濁媒質から検出位置に向かう際の一度しか通過しない。これは画像再構成をより簡単にする。このオプションは、コントラスト向上物に含まれている蛍光剤を励起する光と透過入力光が同じ場合、特に有利である。その場合、混濁媒質の内部および混濁媒質の外部が単一の測定において探査できる。光の一部がコントラスト向上物を励起し、光の別の一部は混濁媒質を通過するのである。女性の胸部の内部が撮像される本発明に基づく方法の医療適用については、好適なコントラスト向上物の例はAlexa Fluor 430またはAlexei Fluor 430に似たスペクトルをもつ染料を含むボディ・ペイントである。混濁媒質とその周辺の間のコントラストを向上させる蛍光剤の代替的な使用は、混濁媒質を、混濁媒質から外側に広がる蛍光剤を含む領域で取り囲むことである。これにより、受領体積内に二つの領域が作成される。幾何入力光によって励起できる蛍光剤を含む領域と、そのような蛍光剤を含まない混濁媒質自身の領域である。蛍光剤のこの使用は、混濁媒質の陰画像を得ることを許容する。蛍光剤の励起は、透過入力光の通常の波長範囲内の波長をもつ幾何入力光によって達成されてもよいし、あるいは透過入力光の波長範囲外の波長をもつ幾何入力光によって達成されてもよい。透過入力光と幾何入力光が同じであれば、すなわち、幾何入力光が透過入力光の通常の波長範囲内の波長を有していれば、別個の透過入力光源と幾何入力光源の必要はない。

明らかに、図１に示されているステップのシーケンスは、唯一の可能なシーケンスではない。図１では、混濁媒質の外部に関係するデータの取得よりも、混濁媒質の内部に関係するデータの取得が先行している。この順序は逆にしてもよい。さらに、上記の記載から、混濁媒質の内部に関係するデータを取得するステップと混濁媒質の外部に関係するデータを取得するステップは組み合わされてもよいことは明らかであろう。

図２は、従来技術から知られる、混濁媒質に対する測定を実行するための装置を示している。装置１は、透過光源５、透過光検出器アレイ１０、画像再構成ユニット１２および受領体積１５を含む。混濁媒質４５が受領体積１５内に置かれている。そして混濁媒質４５は、光線７によって概略的に示されるように、光源５および透過光検出器アレイ１０を混濁媒質４５に対して回転および並進させることによって複数の位置から、光源５からの透過入力光を照射される。回転は矢印９によって概略的に示されている。透過入力光は、混濁媒質４５を通って伝搬できるように選ばれる。混濁媒質４５に透過入力光を照射した結果として受領体積１５から出てくる透過出力光（概略的に矢印１１によって示される）は、透過光検出器アレイ１０の使用を通じて、複数の位置から検出される。検出された透過出力光は次いで、混濁媒質４５の内部の画像を再構成するために使われる。検出された透過出力光に基づく混濁媒質４５の内部の画像の再構成が可能なのは、この光の少なくとも一部が混濁媒質４５を通過し、結果として、混濁媒質４５の内部に関係する情報を含んでいるからである。

図３は、表面がコントラスト向上物で部分的に覆われた混濁媒質の実施形態を示している。コントラスト向上物６０はたとえば、クリームまたはラテックスであってもよい。透過入力光線６５は、散乱されて検出されるために、コントラスト向上物６０を通過し、混濁媒質４５にはいる。コントラスト向上物６０は、幾何入力光線７０、７５および８０には実質的に不透明である。光線７０、７５および８０はたとえば、電磁スペクトルの青または緑の範囲の波長をもちうる。光線７０は、コントラスト向上物６０によって吸収される。光線７５はコントラスト向上物６０によって反射される。光線８０はコントラスト向上物６０中で蛍光放出８５を引き起こす。代替として、蛍光剤を含むコントラスト向上物６０は混濁媒質４５から外側に、混濁媒質４５を取り巻く領域中に広がってもよい。これにより、二つの領域が作成される。幾何入力光によって励起できる蛍光剤を含む領域と、そのような蛍光剤を含まない混濁媒質自身の領域である。蛍光剤を含む領域は、幾何入力光によって励起できる蛍光剤を含む流体中に混濁媒質４５を受け容れることによって生成されうる。

図４は、本発明に基づく医療画像取得装置のある実施形態を示している。医療画像取得装置１８０は、破線の四角で示されるように図２で論じた装置１を有している。装置１に加えて、医療画像取得装置１８０はさらに、混濁媒質４５の内部の画像を表示する画面１８５と、医療画像取得装置１８０との対話を可能にし、操作される入力インターフェース１９０、たとえばキーボードとを有している。

上述の諸実施形態は、本発明を限定するというよりは例解するものであり、当業者は付属の請求項の範囲から外れることなく数多くの代替的な実施形態を設計できるであろうことを注意しておくべきである。請求項において、括弧内に置かれた参照符号があったとしても、その請求項を限定するものと解釈してはならない。「有する」の語は請求項において挙げられている以外の要素やステップの存在を排除しない。要素の単数形の表現はそのような要素の複数の存在を排除しない。いくつかの手段を列挙するシステム請求項では、これらの手段のいくつかは、コンピュータ可読ソフトウェアまたはハードウェアの同一項目によって具現されることができる。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実がそれらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

本発明に基づく方法のある実施形態を示す図である。 従来技術から知られている混濁媒質についての測定を実行する装置を示す図である。 表面がコントラスト向上物によって部分的に覆われている混濁媒質の実施形態を示す図である。 本発明に基づく医療画像取得装置のある実施形態を示す図である。

Claims (13)

1. 混濁媒質の内部を撮像する方法であって：
   ・受領体積内に混濁媒質を受け容れ；
   ・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた透過光源からの透過入力光を、受領体積中に結合し；
   ・透過光検出器ユニットを使って、透過光源からの透過入力光を受領体積中に結合した結果として、受領体積から発される透過出力光を検出するステップを有しており、
   当該方法がさらに：
   ・幾何光源からの幾何入力光を混濁媒質を含んでいる受領体積中に結合し、ここで、幾何入力光と界面との組み合わせは混濁媒質とその周辺との間のコントラストを生じるように選ばれ；
   ・混濁媒質とその周辺との間のコントラストを、コントラスト光検出器ユニットの使用を通じて検出し；
   ・検出されたコントラストを使って混濁媒質の内部の像を再構成するステップを有することを特徴とする、
   方法。
2. 幾何入力光が前記透過入力光の波長範囲外にある波長を有する、請求項１記載の方法。
3. 少なくとも混濁媒質とその周辺の間の界面にコントラスト向上物を受け容れることによって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるステップをさらに有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記コントラスト向上物が幾何入力光を少なくとも部分的に反射するよう選ばれる、請求項３記載の方法。
5. 前記コントラスト向上物が幾何入力光を少なくとも部分的に吸収するよう選ばれる、請求項３記載の方法。
6. 前記コントラスト向上物が、幾何入力光の少なくとも一部に応答して蛍光を発するよう選ばれる、請求項３記載の方法。
7. コントラスト向上物が混濁媒質から外側に広がる、請求項６記載の方法。
8. 混濁媒質の内部を撮像するシステムであって：
   ・混濁媒質を受け容れる受領体積と；
   ・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた、受領体積中に結合されるべき透過入力光を生成する透過光源と；
   ・透過光源からの透過入力光を受領体積中に結合した結果として、受領体積から発される透過出力光を検出する透過光検出器ユニットとを有しており、
   当該システムがさらに、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう：
   ・受領体積中に結合されるべき幾何入力光を生成する幾何光源と；
   ・幾何入力光を受領体積中に結合した結果として受領体積から発される出力幾何光を検出することによって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを検出するコントラスト光検出器ユニットと；
   ・検出された透過出力光および検出されたコントラストを使って混濁媒質の内部の像を導出する画像再構成ユニットとを有することを特徴とする、
   システム。
9. 混濁媒質の内部を撮像する当該システムがさらに、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるコントラスト向上物を有する、請求項８記載の、混濁媒質の内部を撮像するシステム。
10. 前記透過光検出器ユニットおよび前記コントラスト光検出器ユニットが単一の光検出器ユニット中に含まれている、請求項８または９に記載の、混濁媒質の内部を撮像するシステム。
11. 医療画像取得システムであって：
    ・混濁媒質を受け容れる受領体積と；
    ・混濁媒質を通って伝搬できるように選ばれた、受領体積中に結合されるべき透過入力光を生成する透過光源と；
    ・透過光源からの透過入力光を受領体積中に結合した結果として、受領体積から発される透過出力光を検出する透過光検出器ユニットとを有しており、
    当該医療画像取得システムがさらに、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう：
    ・受領体積中に結合されるべき幾何入力光を生成する幾何光源と；
    ・幾何入力光を受領体積中に結合した結果として受領体積から発される出力幾何光を検出することによって、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを検出するコントラスト光検出器ユニットと；
    ・検出された透過出力光および検出されたコントラストを使って混濁媒質の内部の像を導出する画像再構成ユニットとを有することを特徴とする、
    システム。
12. 当該医療画像取得システムがさらに、混濁媒質とその周辺との間のコントラストを向上させるコントラスト向上物を有する、請求項１１記載の医療画像取得システム。
13. 前記透過光検出器ユニットおよび前記コントラスト光検出器ユニットが単一の光検出器ユニット中に含まれている、請求項１１または１２に記載の医療画像取得システム。

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