JP2012529318A - 光子吸収係数測定のための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Γはグリューナイゼン係数であり、Φは局部光フルーエンスであり、cは発色団の濃度であり、εaは、発色団のモル光吸収係数であり、μaはすべての局部吸収係数である。組織表面で測定された超音波圧力波pi(t)から、組織内の初期圧力分布p0を再構築することができる。しかしながら、絶対的な発色団濃度のこの決定は、組織内の局部フルーエンスΦ(発色団を局部的に励起する光エネルギを与える)が知られていないという事実によって妨げられる。この定量化の問題および、この発明に従うその問題の解決方法が以下に説明される。
体積要素2に到達する光子のうち、いくつかが体積要素2において吸収されるであろう。位置1または3における光子の注入を伴う、体積要素2におけるこの吸収確率は、再構築された圧力p12およびp32でそれぞれ評価することができ、次のように表わされる。
他の光子は規定の体積要素2において吸収されずに位置3に到達するであろう。体積要素2が十分に小さくされた場合、吸収よりもむしろ生き残る可能性がある。規定の体積要素2をアドレスする光子が、それを通じて位置3において認識できるラベルを取得したとすると、位置1において注入された後に位置3において検出される、ラベリングされた光子のパワーPL,13は、次のように表わすことができる。
最後のステップは、可逆性原理によって妥当とすることができる。第2のステップは、次のことを述べている。規定の体積要素2を通る軌跡により位置3における検出ウインドウに到達する光子の確率が、位置1において注入されて規定の体積要素2に到達する光子の確率と、規定の体積要素2から位置3における検出ウインドウへと到達する光子の確率との積に等しくなり得るという理由によって、Pr(1,2,3)∝Pr(1,2)Pr(2,3)は妥当なものであり得るが、単純化したものと見ることができる。より小さな規定の体積要素2が選択されると、この単純化はより正確となるであろう。
PL,13∝Φ12Φ32 (5)
式(3)および式(5)の組合せは最終的な結果をもたらす。
この式において、定数cは、グリューナイゼンパラメータΓに依存し、ラベリング体積のサイズのような計測上の要素は、規定の体積要素2および光検出アパーチャであるだろう。式(6)は、外部プロービングによって局部吸収係数を純粋に評価することが可能であることを示唆している。これは次のことを含む。
その代わりに、注入位置1およびラベリングされた光の検出のための検出位置3が一致するならば、光音響圧力を用いずに、式(5)は直接的に、Φ12∝SQRT(PL,11)を導く。これは、フルーエンスのレートが、反射モードの音響光学のみで決定することができることを示唆する。これは、知られていないフルーエンスによって定量的なパワーが現在制限されているすべての光学的方法に対して、より幅広い適用可能性についての見通しを与える。ある例は、蛍光分子プローブを用いる分子イメージングである。しかしながら、純粋な反射モード音響光学により、ラベリングされた光は、高いノイズレベルをもたらす、ラベリングされていない光によって圧倒されるであろう。
Claims (15)
- 組織(7)における定量的な光子吸収係数(μa)の測定に適した装置であって、前記装置は、
光子を生成するのに適した第1の光源(1a)と、
測定される光の強度、周波数、周波数偏差および位相シフトのうちの少なくとも1つを測定するのに適した光測定素子(25)と、
前記組織(7)内の規定の体積要素(2)における規定の音波パターン(15)の生成に適した超音波源(14)とを備え、
前記超音波源(14)は、前記第1の光源(1a)または前記第2の光源(1b)から発せられ、前記組織(7)内の前記規定の体積要素(2)に入射する光のラベリングに適しており、
前記装置は、超音波測定素子(26)をさらに備え、前記超音波測定素子(26)は、超音波の測定に適しており、超音波は、前記組織(7)内の前記規定の体積要素(2)から生じ、前記組織(7)内の前記規定の体積要素(2)に入射する、前記第1の光源(1a)の光によって生成される、装置。 - 前記光源(1a,1b)はレーザであり、好ましくは、パルス方法または変調方法で光を投与するように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の光源(1b)は、好ましくは、前記第1の光源(1a)によって生成された光と同じ波長の光を生成するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記超音波源(14)は、焦点(15)を提供するように構成された、たとえば音波の交差ビームを提供するように構成された、多数の音源素子を備える、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の光源(1a)は、第1の位置(1)および第2の位置(3)に適用されるように構成され、前記第2の光源(1b)は、第1の位置(1)に適用されるように構成され、前記光測定素子(25)は、実質的に第2の位置(3)に適用されるように構成される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の光源(1a)および前記第2の光源は第1の位置(1)に適用されるように構成され、前記光測定素子は、実質的に前記第1の位置(1)に同様に適用されるように構成される、請求項1から4のいずれかに記載の装置。
- 前記光測定素子および前記超音波測定素子に少なくとも通信可能に接するプロセッサが設けられ、前記プロセッサは、前記光測定素子(25)によって与えられる情報から、光のどの部分が前記規定の体積要素(2)から生じたかを推論するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記第2の光源(1b)によって生成された光の量、および前記規定の体積要素(2)から生じるラベリングされた光の量から、前記規定の体積要素(2)に実際に入射する、前記第1の光源(1a)から生じた光の量をさらに推論するように構成される、請求項4に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記組織(7)内の前記規定の体積要素(2)で生成された測定音、および前記組織(7)内の前記規定の体積要素(2)に実際に入射する光の量から、前記組織(7)内の前記規定の体積要素(2)の固有の光子吸収係数(μa)をさらに推論するように構成される、請求項5に記載の装置。
- 前記装置は、前記組織(7)内の連続する規定の体積要素(2)を測定し、各々の前記規定の体積要素(2)のそれぞれの固有の光子吸収係数(μ)を推論することによって、前記組織(7)の少なくとも一部を走査するように構成され、
前記装置は、さらに、そのようにして生成されたデータから、前記組織(7)のグラフィック表現を生成するように構成され、
異なる固有の吸収係数(μa)を有する、異なる範囲は視覚的に判別可能に構成される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。 - 前記光源(1a,1b)および/または前記超音波源(14)は、個々のソースのアレイまたは行列を備え、前記超音波測定素子(26)および/または前記光測定素子(25)は、個々の測定センサのアレイまたは行列を備える、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
- 組織内の定量的な光子吸収係数の測定に適した方法であって、前記方法は、
・請求項1〜11のいずれかに記載の装置を準備するステップと、
・検査対象の前記組織(7)内の規定の体積要素(2)において規定の音波パターン(15)を生成するステップと、
・前記第1の光源(1a)および前記第2の光源(1b)で前記検査対象の組織を照射するステップと、
・前記規定の体積要素(2)における前記規定の音波パターン(14)によって、前記規定の体積要素(2)に入射する光をラベリングするステップと、
・前記組織(7)を出る、ラベリングされた光の量を測定するステップと、
・前記規定の体積要素(2)に実際に入る、前記第1の光源(1a)から生じた光の量を算出するステップと、
・前記組織(7)内で生成した音の量を、前記組織の表面において測定するステップと、
・前記組織の表面における、測定された音の量から、前記規定の体積要素(2)内で生成された音の量を算出するステップと、
・前記第1の光源(1a)から前記規定の体積要素(2)に入った、算出された光の量と、前記規定の体積要素(2)で生成された音の量とから、前記組織(7)内の前記規定の体積要素(2)の固有の光子吸収係数(μa)を推論するステップとを備える、方法。 - 前記組織(7)の部分を通じて前記規定の体積要素(2)を連続的に移動させて、各々の体積要素(2)において固有の光子吸収係数(μ)を定義するために請求項12に記載された測定ステップを各々の移動の後に実行することによって、検査対象の前記組織(7)の一部が走査される、請求項12に記載の方法。
- 前記組織(7)の二次元または三次元のグラフィック表現は、各々の体積要素(2)における前記固有の吸収係数(μa)を視覚化して、各々の体積要素(2)のグラフィックな視覚化表現を、前記検査対象の組織内のそれぞれの体積要素の測定された場所に対応する、二次元または三次元の場所に配置することによって構成される、請求項10に記載の方法。
- 固有の光子吸収係数(μa)は、問題となる前記組織の固有の特性を表現することが可能である、請求項9〜11のいずれかに記載の方法。
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