JP2011505954A - 混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出するための方法及び、混濁媒体の内部を画像化するための装置 - Google Patents

Abstract

混濁媒体１の内部における不均質性の存在を検出するための方法が提供される。該方法は、検査されるべき混濁媒体１を、混濁媒体の内部を検査するための装置の受入体積２の中に置いて、第一の測定を実行するステップと、検査されるべき混濁媒体１を、混濁媒体の内部を検査するための装置の受入体積２の中に置いて、第二の測定を実行するステップとを有する。第二の測定は第一の測定後にある時間間隔Δｔが経過した後に実行される。第一の測定と第二の測定の各々は、続いて複数の異なる光源位置から少なくとも１つの光源６からの光で混濁媒体１を照射するステップと、各光源位置に対して複数の異なる検出位置において混濁媒体から発する光を検出するステップ、及び、検出された値を測定結果として格納するステップとを有する。該方法はさらに、第一の測定と第二の測定のうちの一方の測定結果を基準として使用し、第一の測定と第二の測定のうちの他方の測定結果を、基準からの偏差を決定するために使用することによって、混濁媒体１の内部における不均質性を検出するステップを有する。

Description

本発明は、混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出するための方法と、これに適した混濁媒体の内部を画像化するための装置とに関する。

本出願の文脈において、混濁媒体という用語は、例えば脂質内溶液又は生物組織といった、高い光散乱係数を持つ材料から成る物質を意味するものと理解される。さらに、光とは、４００ｎｍから１４００ｎｍの範囲の波長の電磁放射線を意味するものと理解される。"光学特性"という用語は、減少した散乱係数μ'_ｓ及び吸収係数μ_ａを包含する。さらに、"整合光学特性"とは、同様の減少した散乱係数μ'_ｓ及び同様の吸収係数μ_ａを持つことと理解される。

近年、例えば女性の乳房組織などの混濁媒体を検査するためのいくつかの方法と装置が開発されている。特に、乳癌の検出と分析のための新たな装置が開発され、既存の技術が改良されてきた。乳癌は最も発生頻度の高い癌の種類の１つであり、例えば２００２年には世界中で１１０万人を超える女性が乳癌と診断され、４１０，０００人を超える女性が乳癌で死亡した。光を用いて混濁媒体の内部を画像化するための数種類の装置が開発されている。こうした装置の例としては、マンモグラフィ装置、及びヒト又は動物の体の他の部分を検査するための装置がある。混濁媒体の内部を画像化するための方法の顕著な例としては、拡散光トモグラフィ（ＤＯＴ）がある。特に、こうした装置は女性の人体の乳房の一部の乳房組織におけるｉｎ ｖｉｖｏの不均質性の位置特定を対象とする。悪性腫瘍はこうした不均質性の一例である。該装置は、例えば癌が早期に検出されることができるように、こうした不均質性がまだ小さいうちに検出することを目的とする。こうした装置の特別な利点は、例えばＸ線などのイオン化放射線を用いる検査のリスクに患者がさらされる必要が無いことである。さらに、Ｘ線ベースの機器は限られた検出能と感度を持つ。

ＵＳ ５，９０７，４０６は、混濁媒体を照射するための光源と、混濁媒体を通して運ばれる光の一部を測定するための光検出器とを使用することによって、混濁媒体の内部を画像化するための装置を開示する。測定された強度に基づいて混濁媒体の内部の画像を再構成するために制御ユニットが設けられる。開示された装置は特に女性の乳房を検査するために適している。混濁媒体の検査を可能にするために、該装置は、測定体積を包含し、かつ混濁媒体を受け入れる受入体積として、容器を備える。光源からの光は受入体積と混濁媒体とに結合される。光は混濁媒体を通って伝播することができるように選ばれる。女性の乳房の内部を画像化するために、典型的には４００ｎｍから１４００ｎｍの範囲内の波長を持つ光が使用される。受入体積へ光を結合させる結果として混濁媒体から発する散乱光は、受入体積から外へ結合される。受入体積から外へ結合される光は、混濁媒体の内部の画像を再構成するために使用される。混濁媒体を検査するために使用される光は、光源から混濁媒体へ、混濁媒体から光検出器へと伝達されなければならない。検査されるべき混濁媒体の異なるサイズのために、混濁媒体を受け入れるための容器のサイズは混濁媒体のサイズに完全には一致しない。すなわち、容器と混濁媒体の間には空間が残る。検査中の混濁媒体の部分は、受入体積中の該空間を満たす整合媒体によって囲まれる。整合媒体は、吸収係数及び散乱係数などといった整合媒体の光学的パラメータが、混濁媒体の対応する光学的パラメータにほぼ同一であるように選ばれる。このようにして、光が混濁媒体の中及び外に結合される際に発生する光境界効果に起因する画像アーチファクトが軽減され得る。さらに、整合媒体の使用は、混濁媒体の周囲の受入体積における光学的短絡の発生を妨げる。光学的短絡は、受入体積の中にあるが混濁媒体の外にある経路に沿って伝播し、その結果十分に散乱及び減衰されていない光が検出される際に発生する。この場合、不十分に散乱及び減衰された検出光の強度は、混濁媒体を通過して散乱及び減衰されている検出光の強度を小さくする可能性がある。光源は続いて異なる方向から混濁媒体を照射し、光検出器は混濁媒体を通して伝達された光の一部を測定する。光を異なる方向から混濁媒体へと向けて、こうした測定が複数回実行され、かかる測定の結果、すなわち得られたデータセットに基づいて、制御ユニットが検査された混濁媒体の画像を再構成する。

こうした装置では、検査中の混濁媒体の内部の画像は、典型的には例えばフィルタ補正逆投影法又は代数的再構成法によって構成される。フィルタ補正逆投影法による再構成についての詳細は、例えば"Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｌｉｇｈｔ‐ｄｉｆｆｕｓｉｎｇ ｍｅｄｉａ"、Ａｐｐｌ． Ｏｐｔｉｃｓ ３６， １８０ （１９９７）に開示されている。光マンモグラフィ用に使用される代数的再構成法についての情報は、例えば"Ｐｈｏｔｏｎ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｉｓｓｕｅｓ ＩＩＩ"、Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ３１９４， １８４ （１９９７）の"Ｆｉｒｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ"に開示されている。

光を用いて乳癌を検出するための方法の精度をさらに向上させるための新たなアプローチがなされている。例えば、蛍光造影剤として使用されることができる蛍光染料が開発されている。この目的のため、これは体内に注入され、癌細胞内で蓄積する。そしてこの蛍光造影剤が適切な波長の光で励起されると、局所的に放射された光が検出されることができる。この放射光に基づいて、癌のサイズと局在が決定されることができる。従って乳癌の検出と位置特定のための強力な方法が提供される。この場合、複数の測定から検査された混濁媒体の内部の画像を再構成するために、混濁媒体の内部における蛍光造影剤の空間分布が再構成されなければならない。

検査中の混濁媒体の画像を再構成するための公知の方法においては、実測前に基準測定が実行される。この基準測定では、検査中に混濁媒体を受け入れるための受入体積は、例えばカップ状の形状を持ち、整合媒体で完全に満たされる。そして完全な基準測定が実行され、この中でデータのセットが生成される。その後、例えばヒトの女性の乳房といった、検査されるべき混濁媒体が受入体積の中に置かれ、整合媒体に浸される。それから実測が実行され、この中で基準測定のデータのセットに対応するデータのセットが生成される。基準測定中に生成されたデータのセットは、実測中に生成されるデータのセットに対する基準として使用される。そして再構成プロセスの目的のために、検査された混濁媒体の内部構造が、基準測定中に使用されていた例えば整合流体などの均質な整合媒体からのわずかな偏差のみを構成すると仮定される。そしてこの仮定に基づき、公知の方法においては、混濁媒体の内部の画像が線形近似を伴う摂動論を用いて再構成される。これは、均質な整合媒体からの偏差が、均質な整合媒体へのわずかな摂動として扱われるためである。

しかしながら線形近似は、光学的に整合する媒体のみを用いる第一の測定と、混濁媒体が整合媒体に浸される第二の測定の間では一般的に有効ではないことがわかっている。従って、この線形近似を用いて実現される再構成は、必ずしも満足のいく結果をもたらすとは限らない。

本発明の目的は、線形近似を用いて満足のいく精度で混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出することができる方法と装置を提供することである。

この目的は請求項１に記載の方法によって解決される。混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出するための方法が提供される。該方法は、検査されるべき混濁媒体を、混濁媒体の内部を検査するための装置の受入体積の中に置いて、第一の測定を実行するステップと、検査されるべき混濁媒体を、混濁媒体の内部を検査するための装置の受入体積の中に置いて、第二の測定を実行するステップとを有し、第二の測定は第一の測定後にある時間間隔が経過した後に実行される。第一の測定と第二の測定の各々は、続いて複数の異なる光源位置から少なくとも１つの光源からの光で混濁媒体を照射するステップと、各光源位置に対して複数の異なる検出位置において混濁媒体から発する光を検出するステップ、及び、検出された値を測定結果として格納するステップとを有する。該方法はさらに、第一の測定と第二の測定のうちの一方の測定結果を基準として使用し、第一の測定と第二の測定のうちの他方の測定結果を、基準からの偏差を決定するために使用することによって、混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出するステップを有する。

第一の測定後にある時間間隔が経過した後に第二の測定を行うことによって、２つのほぼ同一な測定が実行され、混濁媒体の構造におけるわずかな偏差が第一の測定と第二の測定の間に生じたことになる。これらの偏差はごくわずかであり、従って線形近似に対する仮定が有効となる。結果として、検査された混濁媒体の内部における不均質性は、線形近似を用いて満足のいく精度で位置特定されることができる。第一の測定と第二の測定は、混濁媒体と受入体積の同じ設定で実行され、対応するデータのセットが第一の測定と第二の測定において生成される。

好ましくは、不均質性の存在を検出するために乗数が計算され、乗数を計算するステップは、光源位置と検出位置の各組み合わせに対して、第一の測定と第二の測定のうちの一方からの測定結果と、第一の測定と第二の測定の他方からの対応する測定結果との比率を計算するステップを含む。乗数が計算されると、第一の測定に対して第二の測定において生じる混濁媒体における偏差が容易に特定されることができる。混濁媒体の内部の画像を再構成するための方程式は線形化されることができる。

一態様によれば、次の方程式に従って平均項＜Ｍ＞が計算される。

Ｎは光源位置と検出位置の異なる組み合わせの数であり、ｎは光源位置と検出位置の特定の組み合わせに対する指数であり、Φは検出される光子密度であり、ｔ_１は第一の測定の時間であり、ｔ_２は第二の測定の時間である。この場合、ゼロからのわずかな偏差のみを伴う正規化メリット関数が、平均項に基づいて容易に計算されることができる。従って、線形摂動論が適用されることができ、満足のいく結果をもたらす。

好ましくは、混濁媒体の内部の画像は第一の測定と第二の測定の測定結果に基づいて再構成される。

混濁媒体の内部の画像を再構成するために一次ボルン近似を用いることは、必要な計算が容易に実施されることができるので、計算の観点から非常に魅力的である。

好ましくは、不均質性の存在は、第一の測定と第二の測定の測定結果に基づいてヒストグラムを作成することによって検出される。この場合、不均質性の存在と局在は、混濁媒体の内部の画像を再構成しなくても、又は再構成する前に、検出されることができる。

一態様によれば、第一の測定と第二の測定は、加えられる圧力の変動のため、又は吸い込み／吐き出しの呼吸周期内の差異のために、混濁媒体中の酸素化レベル及び／又は血液量が変化した時間間隔にわたって実行される。こうして、線形アプローチに対する仮定を満たす２つの測定が便利な方法で提供されることができる。

一態様によれば、第一の測定が実行される前に混濁媒体に造影剤が注入される。第一の測定と第二の測定の間の時間間隔はおよそ造影剤の減衰時間であるように選ばれる。この場合、造影剤の非平均ｗａｓｈ‐ｏｕｔ時間の発生が特定されることができ、これは病変組織の特定を助ける。

該目的はさらに、請求項９に記載の混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出するための装置によって解決される。該装置は、検査されるべき混濁媒体を受け入れるための受入体積と、受入体積の内部を照射するための少なくとも１つの光源と、受入体積の内部から発する光を検出するための少なくとも１つの検出器と、混濁媒体の内部を画像化するための装置を制御するための制御ユニットとを有する。制御ユニットは、混濁媒体を受入体積の中に置いて第一の測定が実行され、第一の測定後にある時間間隔が経過した後、混濁媒体を受入体積の中に置いて第二の測定が実行されるように、混濁媒体の内部を画像化するための装置を制御する。第一の測定と第二の測定の各々において、混濁媒体は続いて複数の異なる光源位置から少なくとも１つの光源からの光で照射され、各光源位置に対して、混濁媒体から発する光が複数の異なる検出位置において少なくとも１つの検出器によって検出され、検出された値は測定結果として格納される。制御ユニットはさらに、第一の測定と第二の測定のうちの一方の測定結果を基準として使用し、第一の測定と第二の測定のうちの他方の測定結果を、基準からの偏差を決定するために使用することによって、混濁媒体の内部における不均質性の存在が検出されるように構成される。制御ユニットは、第一の測定後にある時間間隔が経過した後に第二の測定が実行されるように構成されるため、２つのほぼ同一な測定が実行され、混濁媒体の構造におけるわずかな偏差が第一の測定と第二の測定の間に生じたことになる。これらの偏差はごくわずかであり、従って線形近似に対する仮定が有効となる。結果として、検査された混濁媒体の内部における不均質性は、線形近似を用いて満足のいく精度で検出され、位置特定されることができる。

一態様によれば、不均質性の存在を検出し、不均質性の位置を特定するために乗数が計算されるように制御ユニットが構成され、乗数を計算するステップは、光源位置と検出位置の各組み合わせに対して、第一の測定と第二の測定のうちの一方からの測定結果と、第一の測定と第二の測定のうちの他方からの対応する測定結果との比率を計算するステップを含む。

好ましくは、次の方程式に従って平均項が計算されるように制御ユニットが構成される。

Ｎは光源位置と検出位置の異なる組み合わせの数であり、ｎは光源位置と検出位置の特定の組み合わせに対する指数であり、Φは検出される光子密度であり、ｔ_１は第一の測定の時間であり、ｔ_２は第二の測定の時間である。

別の態様によれば、混濁媒体の内部の画像が、第一の測定と第二の測定の測定結果に基づいて再構成されるように制御ユニットが構成される。

好ましくは、制御ユニットは、不均質性の存在を検出するために第一の測定と第二の測定の測定結果に基づいてヒストグラムを作成する。

好ましくは、該装置は医用画像収集装置である。

好ましくは、不均質性の位置が特定される。

本発明のさらなる特徴と利点は、同封の図面を参照して実施形態の詳細な説明から浮かび上がる。

図１は混濁媒体の内部を画像化するための装置の容器を概略的に示す。 図２は混濁媒体の内部を画像化するための装置における容器と制御ユニットの間の光学的接続を概略的に示す。 図３は変更例に従って不均質性の存在を検出するために使用されるヒストグラムを示す。

ここで本発明の実施形態が図１及び図２を参照して説明される。該実施形態においては、混濁媒体の内部を画像化するための装置が、拡散光トモグラフィ（ＤＯＴ）用の装置、特にマンモグラフィ装置によって形成される。こうした装置の全体構造は当業者に公知であるため、かかる装置の詳細な説明はなされない。

該実施形態の該装置において、検査されるべき混濁媒体１はヒトの女性の乳房である。該装置は、図１に概略的に示されるように、測定体積を包含し、かつ混濁媒体１を受け入れる容器２（受入体積）を備える。容器２は垂直軸Ｚについて回転対称なカップ状の形状を持ち、開口部３を備える。図１に見られるように、検査されるべき混濁媒体１、すなわち乳房は、開口部３の側から容器２の中に自由に垂れ下がるように、容器２の中に置かれる。混濁媒体１に面する容器の内面は、光源６及び複数の検出器７に接続している光学的ガイドファイバによって形成される複数の光ガイド５の先端を備える。これらの光ガイド５の先端は、光ガイド５を備える容器２がそれでもやはり実質的に回転対称性を有するように、容器２の内面上に分布する。

該装置はさらに、光源６からの光が異なる方向から混濁媒体１へと向けられることができ、かつ、対応する光ガイド５が容器２の内面上に分布している複数の検出器７によって、混濁媒体１から発する光が検出されることができるように、構成される。該装置は、検出器７からの信号に基づいて混濁媒体１の内部の画像を再構成する制御ユニット８を有する。再構成のために、光が異なる方向から混濁媒体１へと向けられるスキャンの最中にサンプリングされる信号が使用される。簡略化のため、混濁媒体の内部を画像化するための装置のこれらの構成要素は図２に概略的に示されるのみである。図２において、制御ユニット８は光源６と複数の検出器７を有する。例えば、該実施形態に従う該装置において、２５６の異なる光源位置が設けられ、２５６の検出器位置、すなわち光ガイドの各先端が容器２の内面上に設けられる。光源６からの光は続いて２５６の光源位置から混濁媒体１へと向けられ、各光源位置に対して、混濁媒体１から発する光が２５６の検出位置において検出される。しかしながら、本発明はこれらの特定の数に限定されない。

容器２のサイズは、容器２の内面と混濁媒体１の間に空間が残るようなものである。検査のために、この空間は光学的に整合する媒体４で満たされ、これは画像化される混濁媒体１と容器２の内面との間に光結合をもたらすはたらきをする。光学的に整合する媒体４はさらに、光源６から来る光ガイド５と、検出器７に結合する光ガイド５との間の光学的短絡を妨げるはたらきをする。さらに、光学的に整合する媒体４は、混濁媒体１の内部と容器２における残りの空間との間の光学コントラストの差異によって引き起こされる、再構成された画像における境界効果を打ち消すはたらきをする。この目的のために、光学的に整合する媒体４は、検査されるべき混濁媒体１の光学特性に実質的に整合する光学特性を備える。

該装置は、蛍光造影剤が使用される光蛍光トモグラフィに特に適しており、この蛍光造影剤は、検査の前に、検査されるべき混濁媒体１に注入され、癌細胞内で蓄積する。

混濁媒体の内部の画像を再構成するための従来の方法においては、実測が実行される前に、容器２を光学的に整合する媒体４で完全に満たし、かつ混濁媒体１を容器の中に置かずに、基準測定が実行される。実測においては、検査されるべき混濁媒体１が容器２の中に置かれ、測定が実行される。この場合混濁媒体１は、容器２の中に光学的に整合する媒体４のみが存在する基準測定と比較して、わずかな"摂動"のみを形成すると仮定され、混濁媒体１の内部の画像を再構成するために一次ボルン近似が使用される。これは、媒体中の特定の不均質性に起因する信号に対する影響が、別の不均質性に起因する信号変化に干渉しない、すなわち、全ての影響が線形に加算されることができることを意味する。

しかしながら、一次ボルン近似は、乳房組織の拡散光トモグラフィ（ＤＯＴ）の場合には有効ではないことがわかっている。これは以下のことから推論され得る：画像を再構成する際には、順計算が実行され、画像の最適な推測を用いて、拡散方程式を解くことで、（予想される）光子密度Φが計算される（Φ_ｃａｌｃ）。この結果は、全ての光源‐検出器の組み合わせに対する光子密度Φの測定値（Φ_ｍｅａｓ）と比較される（再構成についてのさらなる詳細は、導入部において上述した従来技術が参照される）。以下の誤差関数χは、Ｎが光源‐検出器の組み合わせの数であり、全ての組み合わせにわたって総和が実行され、

測定値（Φ_ｍｅａｓ）と計算値（Φ_ｃａｌｃ）がいかによく互いに対応するかを説明する。実施中、χが大きければ、画像が更新され新たな順計算が開始される。この反復プロセスの終わりに、誤差関数の値は測定の誤差と実質的に同じになるはずである。これは、ファントム、すなわち、有限数（例えば３）の小物体を伴う均質な混濁媒体から構成される、実際の組織と同様の光学特性を持つ人工組織材料の場合には当てはまる。しかしながら、乳房組織のｉｎ‐ｖｉｖｏ測定の場合、ボルン近似を用いる全ての再構成の誤差関数は、測定誤差よりも約１０倍大きいことがわかっている。従って、従来の方法は線形近似が該問題を解くために十分であるという仮定を満たさない。光学的に整合する媒体４のみが容器２の中に置かれる基準測定と、混濁媒体１が容器２の中に置かれる実測とを用いる際に解かれるべき再構成問題は、しばしばより高次の摂動アプローチを必要とする。

非線形問題は、特定の定常解にわずかな差異しか生じていないことを考慮することによって線形化されることができる。しかしながらこれは、特にｉｎ‐ｖｉｖｏの乳房組織の拡散光トモグラフィに関しては、病変無しの混濁媒体に対する測定と、病変有りの混濁媒体の測定との比較が不可能であるため、困難である。

しかしながら該実施形態によれば、一次ボルン近似が満足のいく結果をもたらすように該問題を線形化する方法が提供される。これは、μ'_ｓとμ_ａの空間摂動が基準測定と比較して実測において小さい基準測定と実測を提供することによって実現される。

第一の実施形態によれば、癌細胞内で蓄積する傾向がある蛍光造影剤が混濁媒体１の検査中に使用される。例えば、Ｂａｙｅｒ Ｓｃｈｅｒｉｎｇ Ｐｈａｒｍａによる蛍光造影剤ＳＦ６４が検査中の組織に注入される。造影剤は、とりわけ病変の中及び周辺の高度の血管新生のために、正常で健常な組織中よりも病変中で高濃度に蓄積する。さらに、ヒトの女性の乳房などの混濁媒体1においては、混濁媒体１の内部の様々な構造による造影剤の吸収及びｗａｓｈ‐ｏｕｔが異なるタイムスケールで起こる。蛍光造影剤の濃度は、正常で健常な組織と比較して病変部位においてよりゆっくりと減衰する。従って該実施形態では、病変組織は健常組織と比較して異なるｗａｓｈ‐ｏｕｔ時間を持つという事実が使用される。

第一の実施形態によれば、造影剤が投与されている混濁媒体１が、混濁媒体を検査するための装置の容器２の中に置かれる。まず、患者に蛍光造影剤を注入した後、その濃度が最高値に達するまでにかかる時間よりも長く待機する。混濁媒体１からの造影剤のｗａｓｈ‐ｏｕｔ（減衰）の間、２つの測定が２つの十分に分離した時間ｔ_１及びｔ_２において実行される。時間間隔Δｔ（Δｔ＝ｔ_２−ｔ_１）は、およそ造影剤の濃度の減衰時間になるように選ばれる。

次に、平均項（平均乗数）＜Ｍ＞が次の方程式に従って計算される。

Ｎ通りの光源‐検出器の組み合わせ全てにわたって総和がとられ、Φ_ｎはこれらの光源‐検出器の組み合わせに対する、それぞれの正規化された検出された光子密度である。この平均項は、造影剤の濃度の平均減衰定数τの指数関数、すなわちｅｘｐ［（ｔ_２−ｔ_１）／τ］である。例えば正確な光子束が適切に較正された検出器によって測定されることができることに留意すべきである。しかしながら、検出器によって出力される電圧又は電流の値は、以下から明らかとなるように、直接使用されることもできる。ここで新たなメリット関数（ΔΦ_{ｆｌｕｏｒ}／Φ）が次のように定義される：

Ｍ_ｎ＝Φ_ｎ（ｔ_１）／Φ_ｎ（ｔ_２）である。このメリット関数は、Ｎ通りの光源‐検出器の組み合わせ全てに対して計算される。定義により、メリット関数は平均してゼロである。さらに、これは正規化される。光源強度又は検出器感度における差異は自動的に較正される。混濁媒体全体と比較して比較的少量の病変のために、ゼロからのわずかな偏差のみが存在することになる。この新たなメリット関数は線形摂動の全性質を満たす。従って、一次ボルン近似を用いるこのメリット関数に基づいて画像再構成が適用されることができる。例えば単純なアプローチにおいて、上記の方程式に従うメリット関数は、Ｘ線トモグラフィで使用されるように標準的な逆投影アルゴリズムへの入力として使用される。より高度な画像再構成は、例えば混濁媒体の平均値を吸収係数と散乱係数に対して使用し、所与の光源と検出器のペアに対する平均光子密度を計算することができる。このアプローチでは、続いて、メリット関数におけるわずかな偏差を説明するために吸収と散乱の値が位置依存的に更新される。結果として、混濁媒体の内部の画像が線形近似を用いて満足のいく精度で再構成されることができる。

時間ｔ_１及びｔ_２は、乗数、従ってメリット関数に対して意味ある値を得るために、全実施形態において十分に異なるべきであることに留意すべきである。

該実施形態によれば、後で比較されるような２つの混濁媒体の内部の画像が再構成されるのではないことに留意すべきである。これとは反対に、測定結果、すなわち検出値は、直接使用される。従って、第一の測定の検出値は、第二の測定の検出値に対する基準として直接使用される。現在の発明は、時間ｔ_１における直接測定を、画像再構成前に時間ｔ_２における同じ媒体に対する類似測定の基準とする。

第二の実施形態によれば、蛍光造影剤は使用されない。蛍光の代わりに、混濁媒体に加えられる圧力の変動、光学的に吸収する造影剤の注入、又は呼吸の吐き出し若しくは吸い込み中の組織特性間の差異といった、他のコントラスト機構が適用されてもよい。特定の時点において、混濁媒体の内部を画像化するための第一の測定が実行される。この第一の測定の場合、例えば乳房などの検査されるべき混濁媒体１は該装置の容器２の中に置かれ、光が異なる方向から混濁媒体１へと向けられるスキャンが実行される。複数の検出器７によって検出される信号がサンプリングされ格納される。そしてこの測定の結果、すなわちこの第一の測定において生成されたデータのセットは、例えば混濁媒体を画像化するための装置内の記憶装置、又はパーソナルコンピュータの記憶装置の中に格納される。第二の測定は、例えば圧力を加えた後、又は呼吸周期の半分待機した後に、第一の測定と全く同じ方法で実行される。ここでもやはり、この測定の結果は記憶装置に格納される。

混濁媒体１の内部の画像を再構成するために、第一の測定の結果は第二の測定の結果に対する基準として使用される。例えば混濁媒体１がヒトの女性の乳房であり、画像化が乳癌の特定及び／又は観察のために実行されるとき、基準測定と比較して、検査された混濁媒体１の光学特性における差異は第二の測定において小さい。従って、結果として基準測定と比較して第二の測定からのデータのセットにおいてごくわずかな偏差が存在することになり、線形再構成問題が与えられ、一次ボルン近似を適用するための条件が満たされるようになっている。その結果、第二の実施形態に従って、第一の実施形態に関して記載されたものと同様のメリット関数が計算され、該メリット関数は混濁媒体の内部の画像を再構成するために使用される。

［変更例］
全実施形態に対して、単一の平均値を作る代わりに、全ての光源‐検出器の組み合わせに対する時間ｔ_１及びｔ_２における全測定の比率のヒストグラムを作ることによって、より巧妙なアプローチがなされることができる。このアプローチは図３を参照して説明される。

この変更例によれば、全ての光源‐検出器の組み合わせに対する時間ｔ_１及びｔ_２における全測定の比率のヒストグラムが作られる。言い換えれば、図３に示されるように、第一の測定と第二の測定の比率が、全ての光源‐検出器のペアについて特定比率の発生頻度（確率とあらわされる）に対してプロットされる。これは、比率Ｍ_ｎ＝Φ_ｎ（ｔ_１）／Φ_ｎ（ｔ_２）が、測定結果からＮ通りの光源‐検出器の組み合わせ全てに対して計算されることを意味する。すると、ｘ軸上に特定の比率Ｍ_ｎをとり、この特定の比率の発生回数、すなわちこの特定の比率を与える光源‐検出器のペアの数をｙ軸上にとるグラフが作成される。従って、ｙ軸は特定比率の発生確率に関連している。正常で健常な組織はＭ_ｎの特定値に対してグラフ中の最大値をもたらし、この最大値の周囲にガウス分布する。病変又はある程度の他の不均質性が寄与する光源‐検出器の組み合わせのこれらの測定は、より小さな比率を示し、正規ガウス分布からの偏差を引き起こし、これはより小さな比率におけるさらなる最大値（Ｍ_{ｌｅｓｉｏｎ}）として現れる。このようにして、病変又は他の不均質性の存在が、完全な再構成が実行される前であっても見られることができる。ガウス分布から外れる光源と検出器のペアの組み合わせを観察することにより、不均質性の位置が推測されることができる。これは、これらの組み合わせの光源から検出器への全ての線が、この不均質性を通過するはずだからである。

しかしながら、ヒストグラムを作成することによって実現される結果は、後の画像再構成のために使用されることもできる。このさらなる可能性に従って、分布の一次モーメント、すなわち平均乗数＜Ｍ＞をとる代わりに、正常で健常な組織に対応するヒストグラム中の最大値Ｍ_{ｔｉｓｓｕｅ}の位置（図３参照）が、第一の実施形態に関して記載された方程式において＜Ｍ＞を用いる代わりに乗数に対する値としてとられる。得られるメリット関数は非常に類似した方法で再構成のために使用される。

第一及び第二の実施形態に関して上述されたメリット関数は、時間に関する測定された信号の一次導関数に基づく。しかしながら、さらなる変更例においては、メリット関数は例えば二次導関数などの高次導関数に基づいてもよい。二次の場合には、次のメリット関数（ΔΦ_２／Φ）が生じる。

ｔ_１＜ｔ_２＜ｔ_３
＜Ｍ_１２＞及び＜Ｍ_２３＞は、対応する時間間隔における測定の平均比率である。平均は次の方法で全ての光源と検出器の組み合わせにわたってとられる。

該実施形態とその変更例は、容器２の中の混濁媒体１の位置が第一の測定と第二の測定において異なるという欠点を持つことが考えられ得る。これは、第二の実施形態において、混濁媒体１が容器２から除去されており、再度その中に置かれること、又は第一の実施形態において、例えばｉｎ‐ｖｉｖｏマンモグラフィの場合は女性の運動によって、混濁媒体１が動かされているという事実に起因し得る。第一の実施形態において、光マンモグラフィの場合には測定間の差異は数分又は数十分となる。しかしながら、上記の実施形態の現実的な実施例の場合、測定誤差が全くなく、かつ再構成が完璧であるならば、例えば画像解像度は２．５ｍｍ（光源‐検出器のペアの数で除される容器体積の立方根）となる。これら２つの条件のいずれも真ではないため、容器２の中の混濁媒体１の位置の再現性はおよそ５乃至１０ｍｍであるべきであり、これは容易に実現されることができる。

特定の実施形態が上述されているが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。受入体積はカップ状の形状を持つ容器として記載されているが、これに限定されない。他の適切な形状をとってもよい。特に、該実施形態とその変更例の特徴の組み合わせが可能である。

Claims (14)

1. 混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出するための方法であって、
   検査されるべき前記混濁媒体を、前記混濁媒体の内部を検査するための装置の受入体積の中に置いて、第一の測定を実行するステップと、
   検査されるべき前記混濁媒体を、前記混濁媒体の内部を検査するための前記装置の前記受入体積の中に置いて、第二の測定を実行するステップとを有し、前記第二の測定は前記第一の測定後に時間間隔（Δｔ）が経過した後に実行され、
   前記第一の測定と前記第二の測定の各々は、
   続いて複数の異なる光源位置から少なくとも１つの光源からの光で前記混濁媒体を照射するステップと、各光源位置に対して複数の異なる検出位置において前記混濁媒体から発する光を検出するステップと、
   検出された値を測定結果として格納するステップとを有し、
   前記方法がさらに、前記第一の測定と前記第二の測定のうちの一方の測定結果を基準として使用し、前記第一の測定と前記第二の測定のうちの他方の測定結果を、前記基準からの偏差を決定するために使用することによって、前記混濁媒体の内部における不均質性を検出するステップとを有する、方法。
2. 前記不均質性の存在を検出するために乗数（Ｍ_ｎ，＜Ｍ＞）が計算され、前記乗数を計算するステップは、光源位置と検出位置の各組み合わせ（ｎ）に対して、前記第一の測定と前記第二の測定のうちの一方からの測定結果と、前記第一の測定と前記第二の測定のうちの他方からの対応する測定結果との比率（Ｍ_ｎ）を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 次の方程式に従って平均項（＜Ｍ＞）が計算され、
   

   

   Ｎは光源位置と検出位置の異なる組み合わせの数であり、ｎは光源位置と検出位置の特定の組み合わせに対する指数であり、Φは検出される光子密度であり、ｔ_１は前記第一の測定の時間であり、ｔ_２は前記第二の測定の時間である、請求項２に記載の方法。
4. 前記混濁媒体の内部の画像が、前記第一の測定と前記第二の測定の測定結果に基づいて再構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記混濁媒体の内部の前記画像を再構成するために一次ボルン近似が使用される、請求項４に記載の方法。
6. 前記不均質性の存在が、前記第一の測定と前記第二の測定の測定結果に基づいてヒストグラムを作成することによって検出される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第一の測定と前記第二の測定が、加えられる圧力の変動のため、又は吸い込み／吐き出しの呼吸周期内の差異のために、前記混濁媒体中の酸素化レベル及び／又は血液量が変化した時間間隔にわたって実行される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第一の測定が実行される前に前記混濁媒体に造影剤が注入され、前記第一の測定と前記第二の測定の間の前記時間間隔（Δｔ）がおよそ前記造影剤の減衰時間（τ）であるように選ばれる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
9. 混濁媒体の内部における不均質性の存在を検出するための装置であって、
   検査されるべき混濁媒体を受け入れるための受入体積と、
   前記受入体積の内部を照射するための少なくとも１つの光源と、
   前記受入体積の内部から発する光を検出するための少なくとも１つの検出器と、
   前記混濁媒体の内部を画像化するための前記装置を制御するための制御ユニットとを有し、
   前記制御ユニットは、
   前記混濁媒体を前記受入体積の中に置いて第一の測定が実行され、
   前記第一の測定後に時間間隔（Δｔ）が経過した後、前記混濁媒体を前記受入体積の中に置いて第二の測定が実行されるように、前記混濁媒体の内部を画像化するための前記装置を制御し、
   前記第一の測定と前記第二の測定の各々において、前記混濁媒体が続いて複数の異なる光源位置から少なくとも１つの光源からの光で照射され、各光源位置に対して、前記混濁媒体から発する光が複数の異なる検出位置において前記少なくとも１つの検出器によって検出され、
   検出された値が測定結果として格納され、
   前記制御ユニットがさらに、
   前記第一の測定と前記第二の測定のうちの一方の測定結果を基準として使用し、前記第一の測定と前記第二の測定のうちの他方の測定結果を、前記基準からの偏差を決定するために使用することによって、前記混濁媒体の内部における前記不均質性の存在が検出されるように構成される、
   ことを特徴とする装置。
10. 前記不均質性の存在を検出し、前記不均質性の位置を特定するために乗数（Ｍ_ｎ，＜Ｍ＞）が計算されるように前記制御ユニットが構成され、前記乗数を計算するステップが、光源位置と検出位置の各組み合わせ（ｎ）に対して、前記第一の測定と前記第二の測定のうちの一方からの測定結果と、前記第一の測定と前記第二の測定のうちの他方からの対応する測定結果との比率（Ｍ_ｎ）を計算するステップを含む、請求項９に記載の装置。
11. 次の方程式に従って平均項（＜Ｍ＞）が計算されるように前記制御ユニットが構成され、
    

    

    Ｎは光源位置と検出位置の異なる組み合わせの数であり、ｎは光源位置と検出位置の特定の組み合わせに対する指数であり、Φは検出される光子密度であり、ｔ_１は前記第一の測定の時間であり、ｔ_２は前記第二の測定の時間である、請求項９又は１０に記載の装置。
12. 前記混濁媒体の内部の画像が、前記第一の測定と前記第二の測定の測定結果に基づいて再構成されるように前記制御ユニットが構成される、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記制御ユニットが、前記不均質性の存在を検出するために前記第一の測定と前記第二の測定の測定結果に基づいてヒストグラムを作成する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記装置が医用画像収集装置である、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の装置。

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