KR20140096043A - 광학 이미징을 위한 인터페이싱 시스템, 장치, 및 방법 - Google Patents

Abstract

유방의 확산 광학 단층촬영을 위한 이미징 인터페이스는 다수의 동심원 링을 포함한다. 각각의 동심원 링은 그의 방사상 내부 표면 상에 배열된 다수의 광 입력/출력 애퍼처들을 포함할 수 있다. 링들은 서로 상이한 내경 및 외경을 가질 수 있으며, 적층된 구성으로 배열될 수 있다. 링들은 스택의 중심축을 따라 서로 독립적으로 변경될 수 있다. 이미징 동안, 유방은 적층된 링들의 내부 영역으로 삽입된다. 링들은, 상이한 크기의 유방들을 수용할 수 있도록, 광 입력/출력 애퍼처들이 유방의 표면과 터치 접촉(즉, 비압축식 접촉)하도록 변경될 수 있다. 링들은 인접한 링들 사이의 간격이 큰 유방들에 대해서는 증가되고 작은 유방들에 대해서는 감소되도록 변경될 수도 있다. 링들은 제거될 수 있거나 또는 추가의 유방 크기들을 더 수용하기 위해 추가의 링들이 부가될 수 있다.

Description

광학 이미징을 위한 인터페이싱 시스템, 장치, 및 방법{INTERFACING SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR OPTICAL IMAGING}

관련 출원들과의 상호 참조

본 출원은 2011년 9월 30일자로 출원된 미국 가출원 번호 61/541,503의 이익을 청구하며, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.

분야

본 발명은 일반적으로 조직의 광학 이미징에 관한 것이며, 특히 유방 조직의 확산 광학 이미징을 위한 인터페이스들에 관한 것이다.

유방암은 미국에서는 대략 8명의 여성 중 1명의 여성에게서 발생하고, 전 세계적으로도 유방암의 발생률은 증가하고 있다. 현재 여성에게서 새로이 진단되는 모든 암들의 28%가 유방암으로 간주되고 있으며, 매년 거의 40,000명이 유방암으로 인해 사망하고 있다. 유방암 검사의 가장 일반적인 시행 방식은 X-선 유방촬영법이다. 그러나, 그의 전리 방사선의 사용은 그와 같은 방식의 가능한 채용 빈도를 제한하고 있다. 또한, 유방촬영법은 젊은 여성에 대하여는 신뢰도가 낮은 것으로 나타나고 있으며, 또한 환자에게 불편을 초래한다. 또한, 유방촬영법은 상대적으로 높은 위양성율(false positive rate)을 보인다. 자기 공명 영상법(MRI)은 유방암에 걸릴 위험이 높은 여성을 모니터하기 위한 강력한 도구이지만, 그의 높은 비용과 가변적인 특이성으로 인해 일반적인 검사 방식으로는 그 사용이 제한적이다.

X-선 유방촬영법에 의해 검출된 덩어리 조직을 구별하기 위한 이차 진단 도구로서 초음파 이미징이 사용될 수 있지만, 조작자 가변성과 낮은 특이성으로 인해 초기 검사에는 적합하지 않게 된다.

확산 광학 단층촬영(DOT)은 유방 조직을 조사 및 특화하기 위해 근적외선에서 적외선 파장 범위의 저 강도 광을 사용한다. 그의 비전리 방사선 사용과 그와 같은 이미징 방식의 낮은 비용은 유방암 검사에 이상적일 가능성이 있다. 또한, DOT는 암적 병변들을 검출 및 특화하기 위해 사용될 수 있는 조직에 있어서의 생리적 변화로부터 콘트라스트(contrast)를 추론한다. 예를 들어, 종양들의 성장은 충분한 혈액 공급을 연속 수용하기 위해 혈관 신생의 증가를 필요로 하게 되며, 종양들에 의해 형성된 맥관 구조는 정상 조직에 있어서의 맥관 구조보다도 훨씬 더 혼란스럽고 더욱 누설되는 경향이 있다. 이와 같은 생리적 변화들로 인해 발색단(chromophore) 조성 및 밀도에 있어서의 변화들이 측정 가능하게 되고, 따라서 주변 조직과 비교하여 종양 조직을 통과하는 광의 거동에 있어서의 변화들이 측정 가능하게 된다. 광의 다파장을 사용함으로써, 산소화 및 탈산소화된 헤모글로빈, 지질 및 물을 포함하는 유방에서의 일차 광 흡수체들의 농도를 추출할 수 있다. 또한, 광은 조직에서의 산란 변화에 또한 민감하다. 예를 들면 확대 및 더욱 조밀화된 세포핵들과 같은 세포 변화들로 인한, 조직의 산란 특성들에서의 차이가 유방암을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로 말하자면, 산란능과 산란 진폭에 있어서의 증가는 건강한 조직으로부터 특정 타입의 암을 구별할 수 있다.

DOT는 유방을 근적외선 파장 범위의 적색광으로 조명하고 다음에 상기 유방을 통해 투과광 및 반사광을 검출하는 단계를 포함한다. 다파장들을 사용하여, 혈액, 지방, 물, 및 유방의 콜라겐 함량의 3-D 맵들을 생성하는 것이 가능해진다. 유방 인터페이스들은 조명광을 유방과 접촉시키고, 다음에 검출된 광을 유방으로부터 광 검출기로 가져오는 작업을 한다. 유방 전체의 전(full) 3-D 이미지들을 생성하기 위해, 상기 인터페이스는 광원들이 광을 유방 전체로 전달할 수 있고 또한 검출기들이 유방 전체로부터의 광을 습득할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 인터페이스는 유방의 최대 적용 범위를 허용하여, 흉벽에 근접한 레트로-유륜(retro-areolar) 구역 사이의 어느 곳에도 위치할 수 있는 종양들의 탐색을 위한 유방 조직의 완전한 조사를 가능하게 한다. 또한, 개시된 인터페이스는 유방의 최소 내지 어떠한 압박도 없는 유방 표면으로 광 입력부/출력부의 접촉을 유지하면서 다양한 유방 크기들을 수용할 수 있으며, 따라서, 환자의 불편 및 광학적 비색액(matching fluid)들에 대한 필요성을 최소화하거나 또는 적어도 감소시키는 임상적으로 유용한 디자인을 제공한다.

실시예들에 있어서, 유방 이미징 인터페이스는 방사상 내부 표면 상에 배열된 복수의 광 입력/출력 애퍼처들(apertures)을 포함하는 복수의 동심원 링들을 포함한다. 상기 링들은 각각 서로 다른 외경 및 외경을 갖고 적층된 구성으로 배열되어, 증가하는 직경순으로 적층시킴으로써 점진적으로 해부학적으로 수용되는 불연속적 내부 표면을 구성한다. 상기 링들은 스택(stack)의 중심 축을 따라 서로 독립적으로 옮겨질 수 있다. 이미징 동안에, 유방은 적층된 링들의 방사상 내부 표면들에 의해 형성된 내부 영역 내로 삽입된다. 상기 링들은 상기 광 입력/출력 애퍼처들이 유방의 표면에 근접되거나 또는 바람직하게도 상기 유방의 표면과 직접 접촉하도록(즉, 비-압박 접촉) 옮겨질 수 있다. 이와 같은 조절 가능성은 상기 구조체가 상이한 크기의 유방들을 수용할 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 링들은 인접한 링들 사이의 간격이 큰 유방을 위해 증가되고 작은 유방을 위해 감소하도록 옮겨질 수 있다. 링들은 제거될 수 있거나 또는 추가의 유방 크기들과 형상들을 수용하도록 추가될 수 있다. 링 인터페이스는 유방 압박을 최소화하면서 상기 링들의 광 입력부/출력부와 유방의 표면 사이의 직접 접촉을 보장하는 추가의 특징부들을 포함할 수 있다.

실시예들에 있어서, 신체 기관의 광학 단층촬영 이미징을 위한 인터페이스 장치는 상호 부착 가능한 환상 부재들 상에 지지되는 광학 방출체들 및 수신기들을 포함할 수 있다. 상기 광학 방출체들 및 수신기들은 적어도 부분적으로 상기 환상 부재들 중 각각의 부재들의 축을 향해 각각 마주한다. 상기 환상 부재들은 다양한 크기들을 가지며 상호 부착되도록 구성되어, 상기 광학 방출체들 및 수신기들이 미리 규정된 신체 기관을 수용하도록 성형된 오목 경계 곡면 위에 분포된다. 상기 환상 부재들 중 일부는 특정인의 목표 신체 기관의 크기 및/또는 형상에 반응하여 선택될 수 있다. 다음에, 상기 환상 부재들 중 선택된 것들은 상호 부착될 수 있으며 상기 크기 및/또는 형상에 정합하도록 축 방향으로 위치될 수 있다. 광학 단층촬영 데이터가 상기 광학 방출체들 및 수신기들을 사용하여 발생될 수 있다.

실시예들에 있어서, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 인터페이싱 장치는 복수의 환상 부재들을 포함한다. 상기 복수의 환상 부재들은 축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열될 수 있다. 상기 환상 부재들 각각은 다른 환상 부재들의 내경과는 다른 최소 내경을 가질 수 있다. 상기 환상 부재들은 상기 내경들이 스택의 제 1 축 단부로부터 상기 스택의 대향하는 제 2 축 단부를 향해 증가하도록 배열될 수 있다. 상기 환상 부재들 중 적어도 일부는 그들의 내부 표면 상에 배열된 하나 이상의 광 입력 애퍼처들 및 광 출력 애퍼처들을 포함한다. 상기 스택은 이미징을 위한 상기 유방 조직을 수용하기 위해 상기 환상 부재들에 의해 제한되는 내부 경계 곡면을 형성할 수 있다. 상기 환상 부재들은 상기 스택에서 인접한 환상 부재들 사이의 간격을 조정하기 위해 상기 축 방향을 따라 서로에 대해 옮겨지도록 지지될 수 있으며, 따라서, 상기 내부 경계 곡면의 깊이와 형상의 조절이 가능하게 된다. 각각의 환상 부재에 대한 변경량은 예를 들면 이미지 복원에 사용되는 각각의 변위 센서 및/또는 이어지는 이미징 기간들에서의 재현성에 의해 수량화될 수 있다. 각각의 환상 부재는, 스테퍼 모터, 선형 액추에이터, 또는 기타 변환 장치와 같은, 개별 변환 장치에 의해 변경될 수 있다.

실시예들에 있어서, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 시스템은 변환 링 인터페이스, 복수의 조명원들, 복수의 제 1 광섬유들, 복수의 검출기들, 복수의 제 2 광섬유들, 및 프로세서를 포함한다. 상기 변환 링 인터페이스는 축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열되는 복수의 환상 부재들을 포함한다. 상기 환상 부재들은 스택의 제 1 축 단부로부터 상기 스택의 대향하는 제 2 축 단부를 향해 점진적으로 증가하는 내경들로 배열될 수 있다. 상기 환상 부재들 각각은 그 내부 표면 상에 배열되는 복수의 광 입력 애퍼처들 및 광 출력 애퍼처들을 가질 수 있다. 상기 인터페이스는 이미징 동안 상기 유방 조직을 수용하기 위한 상기 환상 부재들의 내부 표면들에 의해 제한되는 내부 영역을 가질 수 있다. 조명원들은 실질적으로 단채색으로 될 수 있다. 상기 복수의 제 1 광섬유들은 상기 복수의 조명원들을 상기 광 입력 애퍼처들에 연결할 수 있다. 상기 복수의 제 2 광섬유들은 상기 복수의 검출기들을 상기 광 출력 애퍼처들에 연결할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제 1 광섬유들 중 하나를 통해 광으로 상기 유방 조직을 조명하기 위해 상기 조명원들을 제어하도록 구성되고 상기 제 2 광섬유들을 통해 상기 유방 조직으로부터 광을 검출하기 위해 상기 검출기들을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 프로세서는 또한 조명 동안 상기 조명원들로부터의 광의 진폭을 조절하고 검출된 광 신호들을 발생시키기 위해 상기 검출된 광을 복조하도록 구성될 수 있다.

실시예들에 있어서, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 방법은 상기 유방 조직을 변환 링 인터페이스의 내부 영역 안으로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 변환 링 인터페이스는 축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열되는 복수의 환상 부재들을 포함할 수 있다. 상기 환상 부재들은 스택의 제 1 축 단부로부터 상기 스택의 대향하는 축 단부를 향해 증가하는 내경들로 배열될 수 있다. 상기 환상 부재들 각각은 그의 내부 표면 상에 배열된 복수의 애퍼처들을 포함할 수 있다. 상기 내부 영역은 상기 환상 부재들의 내부 표면들에 의해 제한될 수 있다. 상기 방법은 각각의 내부 표면이 상기 유방 조직의 표면과 터치 접촉하도록, 상기 환상 부재들을 상기 축 방향을 따라 옮기는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 검출된 광 신호들을 발생시키도록, 상기 애퍼처들 중 하나를 통한 광으로 상기 유방 조직을 조명하고 상기 애퍼처들 중 다른 것들을 통해 상기 유방 조직으로부터의 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 검출된 광 신호들에 기초하여 상기 유방 조직의 이미지를 복원하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예들에 있어서, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 인터페이싱 장치는 축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열되는 복수의 환상 부재들을 포함할 수 있다. 상기 환상 부재들은 그의 내부 표면들 상에 배열되는 광 입력 애퍼처들 및 광 출력 애퍼처들을 갖는 방사상 내부 부분들을 포함할 수 있다. 스택은 이미징을 위해 상기 유방 조직을 수용하기 위한 상기 방사상 내부 부분들의 내부 표면들에 의해 제한되는 내부 영역을 형성할 수 있다. 상기 환상 부재들은 상기 스택 내의 인접한 환상 부재들 사이의 간격을 조절하기 위해 상기 축 방향을 따라 서로에 대해 변경되도록 구성될 수 있다. 각각의 환상 부재에 대한 상기 방사상 내부 부분들은 상기 각각의 내부 표면들이 유방 조직의 상이한 크기들을 수용하기 위해 상기 환상 부재의 방사상 방향으로 변위될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 각각의 부재는 다른 환상 부재들과는 독립적으로, 예를 들면, 단일 이미징 인터페이스를 사용하여 폭넓은 범위의 신체 타입 및 크기를 수용하도록 축 방향으로뿐만 아니라 상기 축 방향과 수직인 평면으로부터 순환적으로 위치될 수 있다.

실시예들에 있어서, 구조체는 광원으로부터의 조명광을 신체 기관으로 운반하는 복수의 광섬유들 및 확산 광학 단층촬영을 수행하기 위해 검출된 광을 상기 신체 기관으로부터 광 검출기로 운반하는 복수의 광섬유들로 환자의 신체 기관을 인터페이싱할 수 있다. 상기 구조체는 저부에서 가장 작은 직경을 가지며, 상부 상에 위치된 다른 것들의 직경은 증가하는 제 1 세트의 복수의 링형 소자들을 포함할 수 있다. 상기 링형 소자들은 함께 내부에 상기 신체 기관을 보유하도록 구성된 컵형 구조체를 형성한다. 각각의 링형 소자는 인접한 링형 소자에 탈착 가능하게 부착될 있으며, 수직 방향을 따라 조절 가능한 높이를 가질 수 있다. 상기 링형 소자들의 수 및 상기 링형 소자들의 높이는 상기 신체 기관의 크기와 형상에 기초하여 조절될 수 있다. 각각의 링형 소자에는 복수의 광섬유들이 연결된다. 상기 복수의 광섬유들로 환자의 신체 기관을 인터페이싱하는 시스템은 상기 구조체, 및 각각의 세트가 대응하는 유방을 보유하도록 서로 인접하고 있는 제 1 및 제 2 세트의 링형 소자들을 보유하기 위한 보유 장치를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 세트들 사이의 거리는 상기 유방들 사이의 거리에 대응하도록 조절될 수 있다.

실시예들에 있어서, 구조체는 광원으로부터의 조명광을 신체 기관으로 운반하는 복수의 광섬유들 및 확산 광학 단층촬영을 수행하기 위해 상기 신체 기관의 표면에 있는 다수의 위치들에서 상기 신체 기관으로부터 수신된 검출광에 효과적인 기구로 환자의 신체 기관을 인터페이싱할 수 있다. 상기 구조체는 신체 기관을 내부에 보유하도록 구성된 신체 기관-정합 구조체를 형성하는 섀시를 포함할 수 있다. 상기 섀시는 신체 정합 형상이 변화될 수 있게 하고 또한 신체 기관이 새시에 의해 형성된 리세스에 삽입될 수 있게 하도록 상기 섀시 상에서 서로에 대해 이동될 수 있는 다중 광섬유 수광부들을 지지할 수 있다. 상기 구조체는 상기 광섬유들이 상기 수광부들과 대향하는 단부에 부착되어, 광 신호들을 검출 및 처리하고 또한 광학 단층촬영 이미지를 발생시키고 이를 디스플레이하는 시스템을 추가로 포함할 수 있다.

상기와 같이 개시된 주제에 대한 실시예들의 목적 및 장점들은 첨부 도면들과 함께 고려될 때 다음의 설명들로부터 명백해질 것이다.

실시예들은 이후 첨부 도면들을 참고로 하여 설명될 것이며, 상기 도면들은 반드시 크기를 조정하도록 도시된 것은 아니다. 일부 특징들은 근본적인 특징들의 도시 및 설명에 도움을 주지 않을 수도 있다. 도면들 전체에 걸쳐, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 유방 이미징을 위한 확산 광학 단층촬영(DOT) 시스템의 성분들을 도시하는 개략도.
도 2a는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 작은 크기의 유방의 이미징을 위한 변환 링 인터페이스의 사용을 설명하는 도면.
도 2b는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 큰 크기의 유방의 이미징을 위한 변환 링 인터페이스의 사용을 설명하는 도면.
도 2c 및 도 2d는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 초기 상태로부터 유방과의 터치 접촉 상태까지의 변환 링 인터페이스의 작동을 설명하는 도면.
도 2e 및 도 2f는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 터치 확인 기구를 구비한 변환 링 인터페이스의 단면도 및 평면도.
도 3a는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 변환 링 인터페이스의 평면도 렌더링.
도 3b는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 작은 크기의 유방 이미징을 위한 구성에 있어서의 도 3a의 변환 링 인터페이스의 측면도 렌더링.
도 3c는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 작은 크기의 유방 이미징을 위한 구성에 있어서의 도 3a의 변환 링 인터페이스의 단면도 렌더링.
도 3d는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 큰 크기의 유방 이미징을 위한 구성에 있어서의 도 3a의 변환 링 인터페이스의 측면도 렌더링.
도 4는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 변환 링 인터페이스를 채용하는 유방 검사를 위한 구성을 도시하는 도면.
도 5a는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 광섬유들을 연결하기 전의 변환 링 인터페이스를 구비한 유방 검사 구성 이미지를 설명하는 도면.
도 5b 및 도 5c는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 광섬유를 연결한 후의 도 5a의 유방 검사 구성 이미지를 설명하는 도면.
도 6은, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, DOT 시스템에 대한 감지 회로 및 로직(logic)의 개략도.
도 7은, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, DOT 시스템의 구성 요소들 사이의 동기화의 시간 순서들을 설명하는 도면.
도 8은 도 5a 내지 도 5c의 유방 검사 구성을 이용하여 얻어진 종양 보유 유방의 DOT 이미지들을 나타내는 도면.
도 9a 및 도 9b는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이미징 동안에 상기 유방과의 접촉을 위한 신축 가능한 부분들을 갖는 변환 링 인터페이스의 작동을 설명하는 도면.
도 10a 및 도 10b는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이미징 동안에 상기 유방과의 접촉을 위한 스프링 구동 부분들을 갖는 변환 링 인터페이스의 작동을 설명하는 도면.
도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이미징 동안에 상기 유방과의 접촉을 위한 변형 가능한 부분들을 갖는 변환 링 인터페이스의 작동을 설명하는 도면.
도 12a 및 도 12b는, 본 발명의 개시된 주제의 실시예들에 따른 광학 요소들을 위한 변환 링 인터페이스 조절 가능 지지부들의 다른 실시예를 설명하는 도면.
도 13은, 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른, 신체 기관의 정합 접촉 이미지를 위한 인터페이스의 개략도.
도 14는 도 13의 실시예 및 다른 실시예들을 실행하기 위해 사용될 수 있는 액추에이터 구성 요소의 선도.

확산 광학 단층촬영은, 건강한 조직과 암 조직을 구별하기 위한 과도 응답을 발생시키기 위해 생리 상태를 교란시킨 후나 또는 정상 상태에서, 목표 조직 구조의 생리에 의해 발생되는 내생 콘트라스트(endogenous contrast)를 사용한다. 과다한 내피 세포 및 비정상적인 혈관주위세포로 인해, 종양 맥관 구조는 파괴되고 과 투과성을 갖는다. 혈관의 누설은 상기 혈관과 세포간 공간 사이의 압력 구배를 유지할 수 없게 하며, 또한 체액과 분자의 유동을 손상시킨다. 또한, 종양 세포들은 다량의 산소를 소모하며, 열악한 산소 운반과 맞물려 종양 저산소증을 야기한다. 전체적으로, 이와 같은 변화들은 암 조직의 혈류역학(hemodynamic) 반응에 영향을 미치며, 진단을 위해 사용될 수 있는 조직에 대한 추가의 정보를 제공한다. 혈류역학 반응을 일으키기 위한 그와 같은 동적 콘트라스트의 소스들은, 제한적이지는 않지만, 흡입 요법(respiratory maneuver), 유방에 대한 압력의 인가, 카보젠(carbogen) 흡입, 및 인도시아닌그린(indocyanine green; ICG)의 투여를 포함할 수 있다.

동적 변화를 조사함에 있어서, 과도 응답을 포착하기 위하여 충분한 시간 해상도가 필요하다. 또한, 충분한 3-D 공간 해상도를 위해 유방을 커버하기 위하여 다수의 소스 및 검출기 위치들이 요구된다. 또한, 양쪽 유방의 이미징은 대측성 유방이 종양 보유 유방과 동일한 외부 자극하에 있게 되는 기준으로 사용되도록 동시에 허용한다. 이미징 목표를 성취하기 위해, 본 발명의 개시된 주제의 실시예들에 따른 이미징 시스템들은 신속한 이미징 속도에서 다량의 데이터를 습득할 수 있다. 또한, 본 발명의 개시된 주제의 실시예들에 따른 이미징 시스템들은 반사 및 투과된 광의 변화하는 진폭을 포착하기 위한 큰 동적 범위를 제공하며, 따라서 유방 광학 단층촬영에 포함된 다양한 기하학적 구조를 수용한다.

본 발명의 개시된 주제의 실시예들에 따르면, 동적 광학 유방 이미징을 위한 유방 이미징 시스템은 처리량을 최대화하고, 소음을 감소시키고, 또한 다수의 가변적인 검출기들과 파장들을 수용하도록 조절될 수 있는 시스템 디자인을 제공하기 위해 주-종 구성(master-slave setup)으로 배열되는 다중 디지털 신호 처리(DSP) 칩들을 채용한다. 상기 시스템은, 예를 들면, 4개의 파장들과 64개의 소스들 및 큰 동적 범위(예를 들어, 약 10⁸)를 갖는 128개의 검출기들을 사용해서 1.7Hz에서 양쪽 유방들을 동시에 이미징할 수 있다.

도 1에 있어서, 광학 단층촬영 시스템(100)은 조명광(예를 들면, 실질적으로 단채색광)을 발생시키는 광 입력 유닛(102), 목표 조직(108)으로부터의 광을 측정 및 수량화하는 검출 유닛(104), 및 단말기(106)를 포함한다. 단말기(106)는 작업자가 이미징 결과를 제어 및 관측할 수 있게 하는 호스트 컴퓨터 및/또는 사용자 인터페이스 유닛(144)(예를 들면, 그래픽 사용자 인터페이스)를 포함할 수 있다. 상기 입력 유닛(102)은 목표 조직(108)이 하나 이상의 광섬유들을 통해 조명되는 광을 발생시킨다. 상기 시스템(100)은 복수의 조명원들(1lOa-1lOd)을 사용하며, 상기 조명원들 각각은 샘플(108)을 조명하기 위한 별도의 파장을 다른 파장들과 동시에 또는 다른 파장들로 조명한 후에 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 765nm, 808nm, 827nm, 및 905nm에서 근적외선광의 4개의 파장들이 연속파 고출력 레이저 다이이오드들에 의해 발생된다.

각각의 레이저 다이오드(1lOa-1lOd)는 레이저 드라이버 제어기에 의해 제어될 수 있으며 5kHz(예를 들어, 765nm 및 808mm의 파장에 대해) 또는 7kHz(예를 들어, 827nm 및 905nm의 파장에 대해)에서의 입력 전류로 조절될 수 있다. 레이저광 강도의 조절은 다파장으로의 목표 조직의 조명뿐만 아니라 주변광의 배제를 동시에 가능하게 한다. 주파수들이 복조 과정에서 검출된 광의 충분한 구별을 허용하도록 선택되는 한, 다른 변조 주파수들도 또한 가능하다. 광원들(1lOa-1lOd)로부터의 4개의 파장들은 2개의 파 분할 멀티플렉서들(112)을 관통하여, 2개의 개별 광 스트림들을 생성한다. 예를 들어, 제 1 스트림은 소스(110a)(예를 들면, 5kHz에서 조절된 765nm의 파장에서)로부터의 광 및 소스(110b) (예를 들면, 7kHz에서 조절된 827nm의 파장에서)로부터의 광을 사용해서 생성될 수 있는 반면, 제 2 스트림은 소스(110c)(예를 들면, 5kHz에서 조절된 808nm의 파장에서)로부터의 광 및 소스(1l0d)(예를 들면, 7kHz에서 조절된 905nm의 파장에서)로부터의 광을 사용해서 생성될 수 있다.

각각의 광 스트림이 동일 하드웨어(예를 들면, 검출 유닛(104))로 검출되므로, 상기 스트림의 모든 파장들에 동일한 양의 게인이 인가된다. 조직을 통한 감쇠가 다양한 파장들에서 크게 다른 경우, 하나의 게인으로 4개의 파장들 모두를 수용하도록 구성하는 것은 어려울 수 있다. 각각의 스트림에 있어서 2개의 파장을 갖는 2개의 상이한 광 스트림들의 사용은 이와 같은 문제를 다룬다. 그러나, 4개(또는 그 이상)의 파장들이 다중 변조 주파수들을 이용하여 단일 스트림에서 합성될 수 있다는 사실이 고려될 수 있다. 상기 변조 주파수는 직접 디지털 합성(DDS) 칩에 의해 발생될 수 있으며 또한 일련의 필터들뿐만 아니라 오프셋을 관통하고 또한 레이저 드라이버 제어기로 입력되기 전에 진폭 조절 스테이지들을 통과한다. 상기 DDS 칩의 출력 주파수는 프로그램화 가능한 마이크로컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.

상기 2개의 광 스트림들은, 예를 들면 2x32 광기계식 스위치인, 광학 스위치(114)로 전달될 수 있다. 상기 스위치(114)는 제 1 파장 세트(예를 들면, 765nm & 827nm)로 하나의 소스 위치에서 상기 목표 조직(109)을 조명할 수 있으며, 또한 다음의 소스 위치 상으로 이동하기 전에 제 2 파장 세트(예를 들면, 808nm & 905nm)로 조명할 수 있다. 상이한 소스 조명 위치들 사이의 절환은 모든 소스 위치들(즉, 상기 타게트를 둘러싸는 이미징 인터페이스(150)의 입력 애퍼처들)이 상기 타게트(108)를 조명할 때까지 지속될 수 있다. 상기 절환은, 각각의 소스 위치에서의 측정을 추가의 파장 세트에 대해 두번 반복할 필요가 없기 때문에, 상기 시스템(100)이 2개의 파장들을 2배 빠르게 사용할 수 있도록 실용화될 수 있다. 상기 광학 스위치는 위치들 사이에서 절환될 때를 정하는데 7ms 걸릴 수 있다.

멀티모드 광섬유들(예를 들면, 65㎛ 내경, 125㎛ 외경)은 상기 스위치(114)를 떠난 다음, 좌측 및 우측 유방(108) 모두를 동시에 조명하기 위해 두 갈래로 나뉠 수 있다. 상기 섬유들은 변환 링 인터페이스(15)를 사용하여 유방(108)과 터치 접촉할 수 있으며(즉, 비압축식 접촉), 이는 유방(108)의 다양한 크기들과 형상들을 수용하도록 설계된다. 상기 변환 링 인터페이스(150)는 조명되는 동안 유방(108)으로부터 복조 및 신호 처리를 위한 검출 유닛(104)으로 광을 운반하기 위해 멀티모드 광섬유들을 또한 포함할 수 있다.

상기 변환 링 인터페이스(15)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 서로 적층된 복수의 환상 부재들(202a-202e)을 포함할 수 있다. 상기 환상 부재들은 직경이 증가될 수 있어, 스택 저부에서의 환상 부재(202a)는 가장 작은 직경을 갖는 반면, 스택 상부에서의 환상 부재(202e)는 가장 큰 직경을 갖는다. 각각의 환상 부재(202)는 유방(108)의 표면(214)과 접촉하도록 구성된 내부 표면(212)을 가질 수 있다. 따라서, 환상 부재들(202a-202e)의 스택은 이미징을 위해 유방(108)을 수용하기 위한 각각의 환상 부재의 내부 표면(212)에 의해 제한되는 내부 영역을 형성한다.

또한, 상기 내부 표면(212)은 조명광을 유방(108)에 제공하고 유방(108)으로부터의 광을 검출기들로 지향시키기 위해 각각의 광섬유들에 연결되는 복수의 광 입력 및 출력 애퍼처들을 각각 포함한다. 예를 들어, 상기 변환 링 인터페이스(150)는 직경이 증가하는(예를 들면, 4cm, 8cm, 12cm, 및 16cm) 4개의 환상 부재들을 포함할 수 있다. 상기 링들은 크기가 증가함에 따라, 광 입력부/출력부를 위한 더 많은 애퍼처들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 가장 작은 링은 8개의 애퍼처들을 가질 수 있으며, 두번째로 작은 링은 12개의 애퍼처들을 가질 수 있고, 세번째로 작은 링은 16개의 애퍼처들을 가질 수 있으며, 가장 큰 링은 28개의 애퍼처들을 가질 수 있다. 선택적으로, 상기 변환 링 인터페이스(150)는 직경이 증가하는 5개의 환상 부재들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가장 작은 링은 8개의 애퍼처들을 가질 수 있으며, 두번째로 작은 링은 12개의 애퍼처들을 가질 수 있고, 중간 링은 12개의 애퍼처들을 가질 수 있고, 다음으로 큰 링은 16개의 애퍼처들을 가질 수 있고, 가장 큰 링은 16개의 애퍼처들을 가질 수 있다.

가장 작은 환상 부재(예를 들면, 부재 202a)를 제외하고, 각각의 환상 부재(202)는 A(예를 들면, 가장 작은 2개의 부재들(202a, 202b)이 사용되는)로부터 DDD(예를 들면, 202a로부터 202e까지의 모든 링들이 사용되는)까지 다양한 크기의 유방을 수용하기 위해 제거될 수 있다. 상기 링들(202)은 또한 도 2b에 도시된 바와 같이, 스택의 축 방향으로 독립적으로 변경될 수 있다. 특히, 각각의 환상 부재(202)는 상기 내부 표면(212)이 유방(108)의 표면(214)과 터치 접촉하는, 즉, 유방의 직경이 상기 내부 표면(212)의 직경에 대응하는, 상기 유방(108)을 따르는 위치로 축 방향으로 이동된다. 추가적으로 또는 선택적으로, 각각의 환상 부재는 평면에서 벗어나 회전 변위될 수 있다. 예를 들어, 상기 환상 부재는 상기 인터페이스(150)의 축 방향과 수직인 평면(216)에서 벗어나 회전될 수 있어, 상기 환상 부재의 대향 부분들 상의 광학 애퍼처들은 상기 축 방향으로 다른 높이에 위치한다. 따라서, 보다 크거나 그리고/또는 차별화된 형상을 갖는 유방들(108)은 환상 부재들 사이의 간격을 변경시키고 유방을 따른 적절한 위치에 상기 내부 표면(212)을 배열시키도록 각각의 환상 부재(202)의 적절한 변경에 의해 수용될 수 있다.

이와 같은 변경은 수동으로 수행될 수 있으며, 또한 5mm마다 구멍들을 갖는 샤프트들과 상호작용하는 스프링 플런저들(spring plungers)에 의해 제공될 수 있다. 2개 또는 그 이상의 샤프트들은 각각의 링에 부착될 수 있으며, 상기 링들을 제자리에 보유한다. 선택적으로, 변환 장치는 각각의 환상 부재(202)를 축 방향으로 독립적으로 이동시키기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 변환 장치는 스테퍼 모터, 선형 액추에이터, 또는 기타 변환 장치일 수 있다. 상기 변환 장치는 각각의 환상 부재(202) 이미지 복원에 사용하기 위해 각각의 환상 부재 위에 애퍼처들의 정확한 위치를 추적하기 위한 위치 피드백 또는 위치 센서를 포함할 수 있다. 각각의 인터페이스의 정확한 위치 및 그에 따른 이미징될 신체 기관과 관련된 각각의 광 입력부/출력부는 이미지 형성을 위한 복원 메시(mesh)의 적절한 발생을 위해 사용될 수 있다. 또한, 정확한 위치 정보뿐만 아니라 각각의 환상 부재의 위치를 제어하기 위한 능력은 다중 시간 기간에 걸쳐 반복 가능한 측정을 허용할 수 있다. 따라서, 상기 소스들 및/또는 검출기들은, 유방암 검출 및/또는 치료와 같은 임상적 및/또는 치료적 응용들에서 유용한, 이전의 이미징 세션과 실질적으로 동일한 위치에 배열될 수 있다.

도 2c에 있어서, 상기 유방 이미징 인터페이스(150)는 유방 조직(108)의 이미징을 위한 초기 위치에 도시된다. 상기 유방(108)은 제 1 부재(202a)(예를 들면, 가장 작은 환상 부재)와 접촉할 수 있다. 상기 부재들(202b-202e)은 초기에 각각의 표면(212)이 상기 유방 표면(214)으로부터 이격되도록 배열될 수 있다. 각각의 부재(202b-202e)는, 도 2d에 도시된 바와 같이, 각각의 표면(212)을 유방 표면(214)과 터치 접촉시키도록 축 방향으로 개별적으로 작동(그리고/또는 평면으로부터 벗어나 회전)될 수 있다 각각의 부재(202)는 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 위치될 수 있다. 상기 부재(202)의 변위는 이미지 복원을 위해 상기 광 입력부들 및 출력부들을 정확히 위치시키기 위해 적절한 기구들에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 상기 부재들의 변위는 액추에이터와 연관된 센서들 또는 엔코더들에 기초하여 결정될 수 있다.

도 2e 및 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 부재들(202) 중 하나 이상에는 상기 입력/출력 애퍼처들(218)에 추가하여 하나 이상의 터치 확인 장치(220)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 터치 확인 장치(220)는 광센서, 전도성 센서, 음향 센서, 또는 상기 부재 표면(212)이 이미지될 조직과 터치 접촉될 때를/터치 접촉되는지를 결정하기 위한 기타 다른 수단일 수 있다. 프로세서 또는 다른 제어 장치는 상기 표면(212)을 터치 접촉시키기 위한 피드백으로서 상기 터치 확인 장치들(220)로부터의 신호들을 사용하여 각각의 부재(202)의 작동을 조정할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상기 액추에이터는 포스 피드백(force feedback)을 포함할 수 있으며, 그에 따라 상기 부재(202)를 변위시키기 위해 요구되는 힘의 증가는 이미지될 조직과의 접촉을 나타낸다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상기 이미징 시스템의 광학적 특성들, 예를 들면, 광 애퍼처들(218)을 통해 특정 광 신호들을 판독하기 위해 필요한 게인이 터치 접촉에 관한 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 이에 대하여는 이하에 추가적으로 설명된다. 피드백 제어는 기초할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따른 인터페이싱 장치의 다양한 구성들을 도시한다. 도 3a는 상기 인터페이싱 장치의 평면도를 도시한다. 도 3b 및 도 3c는 작은 유방 이미징 구성에서의 인터페이싱 장치의 측면도 및 단면도를 도시한다. 도 3d는 큰 유방 이미징 구성에서의 상기 인터페이싱 장치의 측면도를 도시한다.

상술된 바와 같이, 상기 인터페이싱 장치는 복수의 환상 부재들(302a-302e)을 포함할 수 있으며, 상기 환상 부재들 각각은 이미징 과정에서 유방(108)과 접촉하기 위한 내부 표면(310)을 갖는다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 각각의 내부 표면(310)은 상기 유방(108)으로 광을 지향시키고 또한 상기 유방(108)으로부터의 광을 습득하기 위한 애퍼처들(308)을 포함한다. 광을 상기 유방(108)으로 지향시키기 위한 애퍼처들(308)(즉, 광 입력 애퍼처들)은 각각의 환상 부재(302)의 내부 표면(310)의 원주 둘레에 상기 유방(108)으로부터의 광을 습득하기 위한 애퍼처들(즉, 광 출력 애퍼처들)과 교대로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 입력 애퍼처들 및 광 출력 애퍼처들은 상기 내부 표면의 원주 둘레에 등거리 배열될 수 있다. 광섬유들은 도면 부호 306에서 상기 섬유의 끝에 고정되는 샤프트 칼라(shaft collar; 304)에 의해 각각의 애퍼처(308)에 연결될 수 있다.

상기 샤프트 칼라(304)(그에 따른 환상 부재에서의 섬유) 및/또는 상기 내부 표면(310)의 각도는 입력/출력이 상기 유방 조직 표면과 대체로 수직을 유지하도록 상기 환상 부재(302)의 크기에 기초하여 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 가장 작은 환상 부재(302a)의 샤프트 칼라(304a)는 상기 인터페이싱 장치의 축 방향에 가장 근접하는 각도로 배치될 수 있는 반면, 상기 가장 큰 환상 부재(302e)의 샤프트 칼라(304e)는 상기 축 방향으로부터 훨씬 멀어지는 각도로(예를 들면, 상기 축 방향과 거의 수직으로) 배치될 수 있다. 다른 환상 부재들에 대한 샤프트 칼라들(304)은 상기 가장 작은 부재(302a) 및 가장 큰 부재(302e)의 극단들 사이에서 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 가장 작은 환상 부재(302a)의 샤프트 칼라(304a)의 각도는 수평면에 대해 60°(즉, 또는 상기 축 방향에 대해 30°)가 될 수 있으며, 또한 스택의 이어지는 각각의 환상 부재(302)에 대해 약 15°씩 감소될 수 있다(즉, 각각, 부재들(302b-302e)을 위한 샤프트 칼라들에 대한 수평면에 대해 45°, 30°, 15°, 0°). 마찬가지로, 상기 가장 작은 환상 부재(302a)의 내부 표면(310)은 상기 수평면과 평행하게 최근접 각도로 배치될 수 있는 반면, 상기 가장 큰 환상 부재(302e)의 내부 표면(310)은 상기 축 방향과 평행하게 최근접 각도로 배치될 수 있고, 도 3c에 도시된 바와 같이, 다른 환상 부재들(302b-302d)은 2개의 극단부들 사이의 각도에서 내부 표면들을 갖는다.

상기 인터페이스 장치는 예를 들어 중합체 재료의 3-D 인쇄를 사용하여 제조될 수 있다. 인쇄 후에, 부품들은 강도 및/또는 강성을 증가시키기 위해 플라스틱 재료로 침투될 수 있다. 그러나, 상기 인터페이스 장치의 제조는 상술된 개시된 기술들에 제한되지는 않는다. 하나 이상의 고려된 실시예들에 따라 다른 제조 기술 및 방법들도 또한 가능하다. 예를 들어, 상기 인터페이스 장치는 블록 재료로 기계가공되거나 또는 주조될 수 있다.

따라서, 상기 변환 링들은 각각의 소스 검출기 위치에 대한 정확한 메시들을 생성하기 위해 필요한 정확한 기하학적 정보를 희생시키는 일 없이 각각의 환자에 대한 섬유 위치결정을 조절하기 위한 방법을 제공한다. 각각의 링의 위치가 기록될 수 있으며, 각각의 링의 위치에 기초하여 각각의 환자를 위한 새로운 메시가 생성될 수 있다. 위치 검출기는 각각의 링이 상기 링의 정확한 위치 및 상기 링 위에 포함되는 입력/출력 애퍼처들의 위치를 결정하도록 제공될 수 있다. 그와 같은 위치 정보는 이어지는 이미징을 위해 상기 링들과 애퍼처들을 실질적으로 동일한 각각의 위치들에 재위치시키기 위해 사용될 수 있다. 정확한 위치 결정은 특히 치료 모니터링 응용들에 유용할 수 있으며, 상기 소스들과 검출기들의 위치는 길이 방향의 이미징 시점들에 걸쳐 세심하게 유지된다.

도 4에는 환자의 이미징을 위한 시스템(402)이 도시되어 있다. 상기 시스템(402)은 상술된 변환 링 인터페이스(150)를 포함한다. 상기 인터페이스(150)가 최적의 환자의 안락을 위해 설계됨에 따라, 복수의 조절 가능한 특징들이 제공될 수 있다. 예를 들면, 마운트(408)가 그 위의 이미징 인터페이스(150)를 지지할 수 있으며, 다차원적 조절을 감안할 수 있다. 예를 들어, 유방 링 구조체들의 높이가 변화될 수 있듯이, 좌측 및 우측 유방 사이의 분리는 변화될 수 있다. 또한, 상기 마운트(408)는 상기 인터페이스(150) 내의 환상 부재들의 독립적인 변경과 관계없이 상기 인터페이스(150)를 환자의 유방들과 정렬시키기 위한 다양한 자유도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 마운트(408)는 3차원적 위치 능력을 갖는 카메라 마운트와 유사할 수 있다. 또한, 위치 검출기는 상기 인터페이스의 정확한 위치를 기록하기 위해 제공될 수 있다. 따라서, 종단적 연구에 있어서, 정확한 위치 결정이 이미징 시점에 걸쳐 유지될 수 있다.

예를 들어, 환자는 의자 또는 스툴(406)에 앉을 수 있으며 또한 상기 인터페이스 장치(150)의 내부 영역 내에 유방들을 위치시키기 위해 상기 인터페이스 장치(150) 위에 기댈 수 있다. 이미징을 목적으로 상기 인터페이스 내의 유방의 위치 결정을 돕기 위해, 예를 들면, 환자의 흉부로부터 멀어지도록 유방을 당김으로써 중력이 작용할 수 있다. 이미징 과정에서 환자에게 가해지는 스트레스를 최소화하기 위한 시설이 제공될 수 있다. 예를 들어, 환자를 보유하기 위해 핸들바(404)가 제공될 수 있다. 핸들바(404)는 또한, 인터페이스(150)와 컴퓨터(410) 사이로 입력/출력 광을 지시하는, 광섬유들(414)을 위한 응력 방출의 역할을 할 수 있다. 또한, 환자가 턱 및/또는 이마를 받칠 수 있는, 폼 머리받이(foam head rest)와 같은, 머리받이(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 사용자는 입력 유닛(102)으로 조명하고 또한 검출 유닛(104)을 통해 유방으로부터의 광을 검출함으로써 환자의 이미지에 영향을 미치는 제어 유닛(410)과 상호 작용할 수 있다. 제어 유닛(410)은, 예를 들면, 디스플레이(412) 상의 관측을 위하여, 예를 들면, 유방의 이미지를 생성하기 위해 검출 유닛(104) 및/또는 단말기(106)를 통해, 검출된 광 신호들을 처리하도록 구성될 수 있으며, 이에 대하여는 이하에 추가로 설명된다. 도 5a 내지 도 5c는 구성된 이미징 시스템의 이미지들을 나타낸다.

도 1 및 도 6에서, 상기 광 검출 유닛(104)은 다량의 데이터를 신속히 습득 및 처리하게 한다. 검출 유닛(104)을 구성하는 다양한 보드들 및 칩들 사이의 상호 작용에 대한 개요가 도 6에 도시되어 있다. 상기 검출 유닛(104)은 아날로그-대-디지털 변환기(126)(ADC)로 양자화하기 전에 신호를 진폭 및 필터링시키는 아날로그 회로를 갖는다. 상기 ADC(126)는, 상기 신호를 취득하고, 상기 진폭을 추출하기 위해 상기 신호를 복조하고, 또한 상기 진폭을 호스트 컴퓨터(106) 상에서 데이터 습득 카드(140)를 통해 통과시키도록 작동하는 도면 부호 128에서 복잡한 프로그램 가능한 로직 디바이스(CPLD) 및 디지털 신호 프로세서(DSP) 칩과 상호 작용한다. 상기 DSP 및 CPLD 칩들은 또한 상기 시스템의 타이밍을 조정하고, 또한 시스템 성능을 최적화함과 동시에 다양한 구성 요소들을 동기시킨다.

상기 검출 유닛(104)의 아날로그 부분은 검출된 광자들을 전자 신호로 변환시키고, 그 후 디지털화를 위한 준비로 상기 신호를 조절하는 단계를 포함한다. 복수의 검출기 보드들(116_n)은 동시에 검출되기를 바라는 광 출력의 수에 대응하여 제공될 수 있다. 각각의 검출기 보드(116_n)는 반도체 광검출기(118)를 갖는 아날로그 전자 기기, 예를 들면, 입사된 광자들을 전류로 변환하는 실리콘 포토다이오드(Si-PD)를 포함할 수 있다. 다음에, 이와 같은 전류는 증폭될 수 있으며 또한 트랜스임피던스 증폭기(120)(TIA)를 사용하여 전압으로 출력될 수 있다. 상기 TIA(120)는 높은 게인 및 5kHz 및 7kHz 신호들을 위한 충분한 대역폭이 증폭될 수 있는 대역폭 확장 기술을 사용할 수 있다. 상기 TIA(120)에 이어, 수동 RC 고역 통과 필터는 상기 신호의 DC 성분을 제거할 수 있다. 그로부터 상기 신호는, 추가의 증폭을 제공하나 어떠한 추가의 신호대잡음비(SNR)도 제공하지 않는, 프로그램화 가능한 게인 증폭기(124)(PGA)로서 언급되는 제 2 게인 스테이지를 관통할 수 있다. 상기 PGA는 주로 상기 신호를 상기 ADC(126)로의 검출을 위한 적합한 범위로 가져오는 것을 책임지고 있다.

상기 TIA(120) 및 상기 PGA(122) 게인 스테이들에 걸친 저항값을 제어하기 위해, 다양한 게인 설정을 인코딩하기 위해 3개의 비트들이 사용될 수 있다. 상기 TIA(120)에 대한 저항값들은 10kΩ 내지 100ΜΩ의 범위에 있게 되고, 상기 PGA(122) 게인은 1 내지 100의 범위에 있게 된다. 상기 3개의 게인 비트들은 상기 저항값들 사이를 절환하기 위해 사용되는 리드 릴레이(reed relay)들 및 멀티플렉서를 통해 상기 TIA(120) 및 PGA(122)에 대한 저항값을 제어한다. 상기 이용 가능한 게인 비트들과 그들의 TIA 및 PGA 게인들이 상기 표 1에 표시되어 있다.

상기 게인 비트들은 상기 호스트 컴퓨터 사용자 인터페이스를 통해 수동으로 또는 최적의 설정을 검사 및 선택하게 될 자동 검출 루틴을 통해 제어될 수 있다. 상기 최적의 설정은 포화되지 않은 최상의 신호대잡음비(SNR)로서 결정된다. 취득된 게인 신호들은 충분한 접촉이 성취되었는지를 결정하기 위한 피드백으로서 사용될 수 있다. 만약 이와 같은 게인값이 기대보다 높은 경우, 이는 불충분 또는 부적절 접촉을 나타낸다. 상기 인터페이스의 링은, 기대값에 근접한 게인값(예를 들면, 조직 표면과의 적절한 접촉을 나타내는)에 도달할 때까지, (예를 들면, 조명 및 검출을 검사하는 동안) 상기 유방과의 접촉으로 추가로 변경될 수 있다. 상기 광학적 피드백 신호는 예를 들면 도 14의 실시예에 따른 액추에이터의 피드백 제어를 위해 사용될 수 있다, 대안적 실시예에 있어서, 게인값은 순차적으로 특정 검출기 또는 각각의 검출기로부터의 신호의 양에 기초하여 결정될 수 있다. 특성은 선험적으로 공지된 기준 범위와 비교하여 결정될 수 있거나 또는 이웃하는 검출기들로부터의 신호들과 비교함으로써 결정될 수 있다. 시그니처(signature), 예를 들면 게인에 있어서의 갑작스러운 변화를 나타낼 때까지 상기 검출기가 목표 조직을 향해 이동함에 따라, 특정 접촉 레벨이 성취되었는지의 여부를 나타내는 다른 지시기가 상기 시스템으로 하여금 상기 게인 또는 검출기 신호를 관찰하게 한다.

상기 호스트 컴퓨터는 검출 보드들을 통해 데이지 체인(daisy-chain) 방식으로 연결하는 일련의 시프트 레지스터들을 통해 상기 게인 비트들을 상기 DSP로 전달한다. 일단 모든 게인 비트들이 상기 보드들(116_n)을 통해 체인 방식으로 연결되면, 신호는 각각의 검출 보드 상의 저장을 위해 상기 게인 비트들을 선입 선출(FIFO) 버퍼 내로 전달한다. 이미징 과정 동안, 소스 위치가 변화됨에 따라, 새로운 게인 비트 설정이 상기 FIFO로부터 국부적으로 판독되고, 그에 따라 상기 TIA(120) 및 PGA(122)를 걸쳐 상기 저항값들을 신속하게 수정한다.

상기 TIA(120) 및 PGA(122) 게인 스테이지들에 이어서, 상기 신호는 고주파수 성분들을 제거하는 8차 버터워스 앤티 앨리어싱 필터(Butterworth anti-aliasing filter)로 필터링되며, 그의 주 목적은 디지털화 이전에 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)를 초과하여 어떠한 주파수도 존재하지 않는 것을 보장하는 것이다. 상기 신호는 75ksamples/s에서 샘플링될 수 있으며, 이는 나이퀴스트 주파수가 37.5kHz인 것을 의미한다. 결과적으로, 12.5kHz의 컷오프 주파수가 선택될 수 있다. 상기 버터워스 필터는 5 및 7kHz 신호들을 위한 평탄한 통과 대역을 가질 수 있으며, 또한 상기 통과 대역 내로의 앨리어싱의 위험에 처할 어떠한 고 주파수 잡음에 대한 현격한 감쇠를 제공한다. 마지막으로, 연산 증폭기는 상기 ADC(126)의 전 0-5V 입력 범위를 이용하기 위해 약 2.5V에 중심을 두도록 상기 신호를 오프셋시킨다.

마지막으로, 상기 신호는 4개의 채널, 16 비트, 1Msamples/s의 최대 비율로 샘플링하는 연속 근사 레지스터(SAR) ADC(126)을 사용하여 디지털 영역 내로 가져와진다. 상기 ADC(126)는 75 kHz에서 각각의 검출기 채널로부터 상기 데이터를 샘플링할 수 있다. 상기 ADC 시기는 상기 마스터 CPLD(126) 및 DSP(132)를 통해 나머지 디지털 전자 기기들과 동기화될 수 있다.

이와 같은 DSP-기반 시스템은 단일 DSP 칩과는 반대로 다중 DSP 칩들로 데이터 습득 능력을 증가시키기 위해 마스터-슬레이브 아키텍처(master-slave architecture)를 사용한다. 그와 같은 설계는 유방 이미징을 위한 증가된 수량의 소스들, 검출기들 및 파장들을 수용한다. 상기 마스터 DSP(mDSP) 칩(132)은, 다른 슬레이브 DSP(sDSP) 칩들(130a-130c)을 포함하는, 상기 시스템의 거동을 조정하는 단일 DSP이다. 그것은 상기 호스트 컴퓨터와의 모든 핸드쉐이킹(handshaking)을 다루며, 광학 스위치, 게인 비트, 및 상기 ADC(126)들로부터의 신호의 습득 시기를 제어하기 위해 상기 마스터 CPLD(mCPLD)(136)와 작동한다. 상기 mDSP(132)는 상기 게인 비트들을 시프트 및 설정하고, 전환을 제어하고, ADC(126)들로부터 샘플링하며, 또한 광학 스위치의 소스 위치를 제어하기 위해 어드레스 신호들을 전송하는 것과 관련된 모든 신호들의 시기를 제어하기 위해 상기 mCPLD(136)에 의존할 수 있다.

상기 mDSP(132) 및 mCPLD(136)는 상기 시스템에서 사건들의 시기를 제어하고 또한 다른 칩들과 통신하기 위해 함께 밀접하게 작동한다. 상기 mCPLD(136)는 제어 로직을 검출 보드들과 통신시키기 위해 사용되나, 상기 mDSP(132)는 상기 mCPLD(136)를 밀접하게 제어하고 또한 광학 스위치 설정을 위해 7ms의 시기에 책임을 지고 있다. 다양한 상태의 설정과 습득을 통해 진행되도록 상기 mDSP(132) 및 mCPLD(136)가 함께 작동하는 복잡한 방법에 대하여는 표 2에 나타내고 있다.

상기 mDSP(132)는 또한 슬레이브 CPLD(134)(sCPLD)에 의존하며, 그의 작업은 상기 검출기 ADC 칩들(126)(각각 4 검출기 채널들을 디지털화 하는 것을 담당하는)로부터 입력된 데이터를 멀티플렉스하고 또한 처리를 위해 그를 상기 DSP 칩들로 보내는 것이다. 이와 같은 멀티플렉싱은 상기 CPLD들, ADC들, 및 DSP들을 동시에 유지하는 칩 선택(CS) 신호를 통해 제어된다. 각각의 DSP는 A 및 B 시리얼 포트들을 통해 데이터의 2개의 동시 시리얼 스트림들을 취득한다. 하나의 DSP는 그것이 시스템을 담당하기 때문에 마스터 DSP(132)(mDSP)로 지칭되며, 반면 다른 3개의 DSP 칩들(130a-130c)(sDSPl, sDSP2, sDSP3)은 그들이 데이터를 취득할 것인지 또는 유휴 상태로 될 것인지를 그들에게 알려주는 하나의 신호(예를 들면, 이미징 시작)에만 반응할 수 있기 때문에 슬레이브 칩들로서 지칭된다. 상기 마스터-슬레이브 구성은 상기 시스템의 제어를 단순화시키는데 도움이 되게 하며, 모든 DSP 칩들에 대한 데이터 습득을 일제히 유지시킨다. 이와 같은 구성은 또한, 존재하는 DSP들을 재프로그래밍함으로써 또는 추가의 슬레이브 DSP 칩들을 추가함으로써 성취되는, 더 많은 수의 소스들, 파장들 또는 검출기들을 위한 시스템의 용이한 크기 조정을 허용한다.

각 쌍의 DSP 칩들(mDSP(132)와 sDSPl(130a); sDSP2(130b)와 sDSP3(130c))은 8,192 x 9 이중 동기 FIFO 데이터 버퍼(138)를 공유할 수 있으며, 상기 버퍼를 통해 데이터는 상기 호스트 컴퓨터(106)로 재전송된다. 상기 DSP 칩들은 상기 FIFO(138)에 기록할 수 있고, 상기 FIFO의 'EMPTY' 신호를 수정하고, 따라서, 상기 호스트 컴퓨터(106)로 요청을 트리거한다. 다음에 상기 호스트 컴퓨터(106)는 상기 요청을 승인하고 판독을 상기 FIFO(138)로 트리거하며, 상기 데이터를 사용자 인터페이스(144)로 전송한다. 결과적으로, 상기 FIFO(138)는 본질적으로 상기 호스트 컴퓨터가 준비될 때까지 상기 데이터를 보유할 책임이 있는 데이터 버퍼이다. 상기 사용자 인터페이스로부터의 제어 신호들은 데이터 습득 카드(142), 예를 들면, 24 비트 디지털 I/O 인터페이스를 통해 상기 검출기 하드웨어로 전달된다. 상기 DSP 칩들로부터의 데이터는 상기 호스트 컴퓨터(106)에 의해, 예를 들어, 개별적으로 입력부 또는 출력부로서 설정 가능하고, 4개의 8-비트 포트들로 그룹화되는 32 디지털 데이터 라인들을 제공하는, 데이터 습득 카드(140)를 통해 취득된다, 8-비트 포트들로 이루어진 그룹 각각은 상기 호스트 컴퓨터로의 데이터 전달을 처리하기 위해 하나의 DSP로 전념될 수 있다

각각의 DSP는 신호의 진폭을 추출하기 위해 입력된 데이터를 복조하도록 작동할 수 있다. 디지털 록-인 검출 알고리즘이 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 알고리즘은 신호의 주파수

(본 시스템에 있어서 7kHz 및 5kHz)와 취득된 샘플들의 수(N_S) 사이의 특정 관계에 기초하여 신호의 진폭을 추출하기 위해 단순 평균화 필터를 사용할 수 있으며, 상기 특정 관계는 다음과 같다:

(1)

전통적인 아날로그 회로를 사용하는 것과는 대조적으로 DSP 칩을 디지털 방식으로 사용하는 록-인 검출을 수행함으로써, 복조를 위해 요구되는 하드웨어의 양이 감소될 뿐만 아니라 더욱 양호한 잡음 성능을 갖는 더 강력한 해결책을 제공한다. 단순히 DSP 칩을 재프로그래밍함으로써, 록-인 주파수, 필터링, 및 검출기의 수를 조절하는 것이 가능해진다. 또한, DSP-기반 복조는 검출기 채널들 사이뿐만 아니라 온도 및 수명에 따라 변할 수 있는 아날로그 구성 요소 공차에 덜 민감하다. 신속한 이미징 속도를 얻기 위하여, 상기 시스템의 다양한 구성 요소들 사이의 주의깊은 조정이 또한 전자 기기들 및 광학 스위치의 설정 시간의 이유가 되는 동안 필요할 수 있다. 시스템이 이미징 속도를 최적화하기 위해 멀티태스크(multi-tasks)를 수행하는 많은 경우들이 존재한다. 상기 시스템 시기는 도 7에 상세히 개괄되어 있다.

예를 들어, 상기 DSP들은, 각각의 검출기가 75 ksamples/s에서 효과적으로 샘플링되도록, 2ms의 기간에 걸쳐 128 검출기들의 각각으로부터 150 샘플들을 취득할 수 있다. 상기 칩 선택 신호(CS)는 상기 DSP 상에 디지털화된 샘플들을 전달하기 위해 한꺼번에 DSP당 2개의 ADC를 연속 선택한다. 각각의 16 비트 ADC는 한번에 2개의 채널들을 디지털화할 수 있고 또한 상기 채널들을 하나의 32 비트 패킷으로서 상기 DSP 상에 전달한다. 예를 들어, mDSP는 먼저 ADC들 1&2의 채널들 1&3으로부터의 샘플 1을 수신하고, 이어서 ADC들 3&4의 채널들 1&3으로부터 샘플 1을 수신하고, 이어서 ADC들 5&6의 채널들 1&3으로부터 샘플 1을 수신하고, 마지막으로, ADC들 7&8의 채널들 1&3으로부터 샘플 1을 수신한다. 다음에, mDSP는 다음의 샘플 상으로 이동하기 전에 ADC들의 각 세트로부터의 채널들 2&4로부터 샘플 1을 취득하기 위해 진행한다. 동시에, sDSPl, sDSP2, 및 sDSP3이 ADC들 9 내지 32로부터 데이터를 수신한다. 상기 sCPLD은, 칩 선택(CS) 신호에 의해 조정됨에 따라, 각각의 사이클에서 적절한 DSP로의 ADC 데이터의 경로 배정을 담당한다. 일단 상기 DSP들이 모든 128 검출기들로부터 150 샘플들을 수신하면, 상기 mDSP는 상기 소스 위치를 변경시키기 위해 상기 mCPLD로 신호를 전송하고, 스위치를 설정하기 위해 대기하는 7ms 휴지를 시작한다. 상기 설정 시간 동안, 상기 시스템의 속도는 샘플들을 호스트 컴퓨터로 전송하기 전에 DSP들이 이전의 소스로부터의 샘플들 상의 록-인 검출을 수행함으로써 최적화된다. 또한, 상기 광학 스위치가 새로운 소스 위치 상에 설정되는 동안, 게인 비트들은 업데이트되고, 아날로그 전자 기기들은 설정 시간을 갖는다.

이와 같은 시스템은 동적 유방 이미징을 위해 설계되었고, 동적 범위 및 습득 속도를 2개의 주 기준들로 만든다. 상기 시간 응답은 광학 스위치의 설정 시간 및 소스 위치들과 파장들의 수에 의해 제한된다. 상기 스위치는 스위칭 위치들 다음에 설정하기 위해 7ms를 필요로 하며, 이어서 상기 소스 위치에서 모든 검출기들에 대한 데이터를 취득하기 위해 2ms를 필요로 한다. 이는 이미징 시간을 소스 위치당 9ms로 제공한다. 2개의 파장 세트들이 연속적으로 이미징되므로, 이미징 속도는 또한 파장들의 수에 의존한다. 결론적으로, 이미징할 수 있는 가장 빠른 시스템은 하나의 소스 및 2 파장들(예를 들어, 111Hz)로 0.009초에 하나의 프레임을 습득하게 된다. 또는 32 소스들 및 2 파장들(예를 들어, 3.5Hz)의 경우, 그것은 0.288초에서 한 프레임을 취득할 수 있다. 마지막으로, 가장 느린 구성은 하나의 프레임을 취득하기 위해 0.576초가 걸리는 경우 모든 32 소스들 및 4 파장들(예를 들어, 1.7Hz)을 사용하게 된다.

3차원적 복원이 PDE-제약 멀티스펙트럼 이미징 방법을 사용해서 측정 데이터를 위해 수행된다. 광 전파 모델로서의 확산 근사법(diffusion approximation) 및 조직에서 발색단 농도를 직접 회복하는 PDE-제약 역모델을 포함하는, 이와 같은 방법의 간략한 설명은 아래에 제공될 것이다.

유방 조직과 같은 산란 우위 매체(scattering-dominant media)에서의 광 전파는 다음과 같은 복사 전달(radiative transfer)의 방정식에 대한 확산 근사법(DA)에 의해 잘 설명된다:

(2)

여기서, A는 오정합된 굴절률에 의한 반사계수,

은 방사선 밀도, 그리고

은 다음에 의해 주어지는 확산 계수이다:

(2)에 대한 해답은 매체 표면에서 측정에 대한 예측을 제공한다:

Ρ_λ = Qu_λ

여기서, Q는 디지털 동적 이미징 시스템에 의해 포워드 솔루션(forward solution)을 측정 가능한 양 위로 투영하는 측정 연산자를 나타낸다. 조직 발색단들의 DOT 이미징 이면의 기본 관념은 다음과 같은 조직에서의 발색단들의 농도와 조직 흡수 사이의 선형 상관 관계를 이용한다:

(3)

여기서,

및

는 각각 조직에서 i 번째 발색단에 대한 흡수 흡광 계수 및 농도, 그리고 Nc는 파장(λ)에서 흡수에 기여하는 전체 발색단들의 수이다. 유방 이미징에 관련된 주 발색단들은 산화 헤모글로빈(Hb0₂), 탈산화 헤모글로빈(Hb), 물(H₂0) 및 지질이며, 그들의 몰 흡광 계수들은 상기 문헌에 잘 문서화되어 있다. 상기 멀티스펙트럼 역모델은 복원 동안 모든 파장들로부터의 데이터를 동시에 사용함으로써 발색단 농도들의 공간 분포들을 직접 복구할 수 있다. 이는 PDE-제약 멀티스펙트럼 최적화를 위해 다음의 라그랑지안 공식화로 성취된다:

(4)

여기서, x는 Hb0₂, Hb, H₂0, 또는 지질 농도들을 포함할 수 있는 모든 알려지지 않은 발색단들의 벡터이고, Au = b는 이산화 확산 방정식들의 시스템이고, z_λ는 파장(λ)에서의 치수이고, 또한 β는 평활화 강도(R)를 제어하는 정규화 파라미터이다.

비체계 메시들 그리드 상에서 훨씬 더 잘 수행되므로, 방사상 기반 함수(RBF)형 평활화 연산자(smoothing operator)가 사용될 수 있다. PDE-제약 멀티스펙트럼 역 문제는 복원 공정을 가속화하는 저감된 헤센(Hessian) 연속 2차 프로그래밍 방법(rSQP)의 체제 내에서 해결될 수 있다. 상기 rSQP 방법은 선형 제약에 종속되는 라그랑주 함수(Lagrangian function; L)의 이차 근사화(quadratic approximation)로의 최소화를 통해 다음의 단계 p = (Δχ, Au)를 얻는다:

(5)

여기서, g^k는 저감된 구배이고,

는 라그랑주 함수의 저감된 헤센이다. 여기서, C^k는 p = (x,u)에 관한 DA의 야코비안 행렬(Jacobian matrix)을 나타내며, 다음과 같이 주어진다:

상기 이차 문제점(5)의 해결책에 있어서, 새로운 반복(iterate)들은 다음과 같은 각각의 최적화 단계에서의 순변수들 및 역변수들 모두를 위해 얻어질 수 있다:

(6)

여기서, α^k는 라인 탐색을 통해 선택된 스텝 길이이다. 저감된 공간 공식화에 대하여는 학술지인 역문제들(Inverse Problems)의 2009년 1호 25권에서 출판된 "복사 전달의 주파수 영역 방정식에 기초한 광학 단층촬영을 위한 PDE-제약 SQP 알고리즘"에서 상세히 설명하고 있으며, 이들은 전체가 본원에 참고로 포함되었다. 상술된 방법은 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 개시된 광학 이미징 시스템을 사용하여 얻은 암 치료 과정에 걸쳐 종양 보유 유방의 시상 절편(sagittal slice)의 정적 광학 이미지들을 나타내는, 유방 조직에서 발색단 농도를 복원하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 개시된 주제의 하나 이상의 실시예들에 따라, 상기 변환 링 인터페이스는 유방 조직의 불편한 압박을 회피(또는 적어도 감소)하면서 환상 부재들의 입력/출력 애퍼처들 및 유방 표면 사이의 기밀 접촉을 제공하도록 설계되는 다양한 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력/출력 애퍼처들을 상부에 갖는 방사상 내부 부분들은 다양한 유방 크기 및 형상을 수용하도록 상기 환상 부재들의 방사상 방향으로 변위되도록 구성될 수 있다. 그와 같은 인터페이스는 도 9a 및 도 9b에 도시되어 있다. 상기 인터페이스는, 각각 상기 인터페이스의 내부 영역을 제한하는 내부 표면(906)을 갖는 방사상 내부 부분(904)을 갖는, 복수의 환상 부재들(902a-902e)을 포함한다. 상기 유방(108)은 상기 인터페이스의 내부 영역 내로 삽입되나, 상기 환상 부재들 중 하나 이상은, 도 9a에 도시된 바와 같이, 일단 상기 인터페이스 내로 완전히 삽입되면 상기 유방(108)의 표면(908)과 접촉할 수 없게 된다. 각각의 환상 부재(902a-902e)는 액추에이터(910), 예를 들면, 각각의 환상 부재(902)의 내부 표면을 상기 유방 표면(908)과 접촉시키기 위해 상기 내부 부분(904)을 방사상 방향으로 이동시키는 선형 액추에이터를 포함한다.

유방과 환상 부재 사이의 접촉의 성질은 상기 환상 부재의 센서들로부터 검출된 광의 진폭 및 특성에 기초하여 산출될 수 있다. 예를 들어, 어떠한 접촉도 발생하지 않을 경우, 광원과 조직 사이에 공기층이 존재하여, 높은 공기-조직 광 반사를 초래할 수 있다. 이와 같은 광 반사들은 광원과 밀접해 있는 센서들로부터 검출된 신호들을 기대보다 훨씬 크게 할 수 있는 반면, 광원으로부터 훨씬 떨어져 있는 (예를 들면, 광원 애퍼처로부터의 유방의 대향 측부 상의) 센서들로부터 검출된 신호들을 기대보다 훨씬 낮게 할 수 있다. 폐쇄 루프 제어 시스템은 최적의 접촉을 위한 각각의 환상 부재의 위치 결정을 제어하도록 그와 같이 검출된 신호들을 사용할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상기 제어 시스템은 접촉을 최적화하도록 상기 조직과 환상 부재 사이의 접촉을 특성화하기 위해 압력 센서, 근접 센서, 광센서, 또는 음향 센서를 채용할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 방사상 내부 부분들은 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 상기 유방 조직을 상기 인터페이스 내로 삽입시킴으로써 변위되도록 구성될 수 있다. 상기 인터페이스는 상기 인터페이스의 내부 영역을 제한하는 내부 표면(1006)을 갖는 각각의 방사상 내부 부분(1004)을 갖는 복수의 환상 부재들(1002a-1002e)을 포함한다. 상기 내부 부분들(1004)은 만곡부들(1010), 예를 들면, 방사상 방향으로의 운동을 허용하는 나사선 스프링들 상에 장착될 수 있다. 적어도 처음에는, 상기 내부 부분들(1004)은 도 10a에 도시된 바와 같이 너무 작아서 유방(108)의 크기를 수용할 수 없는 내부 영역을 구성할 수 있다. 그러나, 유방이 내부 영역 내로 삽입됨에 따라, 만곡부들(1010)은 내부 부분들(1004)이 방사상 외부 방향으로 이동될 수 있게 하고, 따라서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 유방 조직에 대한 최소 압박으로 상기 내부 표면(1006)을 상기 유방 표면(1008)과 기밀 접촉시킨다. 또한, 상기 만곡부들(1010)은, 상기 내부 표면(1006)과 상기 유방 조직(1008)의 정렬을 허용하기 위해, 상기 내부 부분(1004)이 특정 환상 부재의 평면에서 벗어나 회전할 수 있게 하며, 그에 따라, 환자의 불편함을 더욱 회피할 수 있다.

각각의 내부 부분(1004)의 위치를 정확하게 규정하기 위해서, 하나 이상의 센서들(1012)이 제공될 수 있다. 상기 센서들(1012)은 방사상 내부 부분(1004)의 변위의 측정을 제공할 수 있는 전자기적, 광학적, 또는 기타 감지부일 수 있다. 예를 들어, 센서(1012)는, 상기 만곡부(1010)와 상기 부분(1004)의 변위와 관련되는, 만곡부(1010) 상에 가해지는 힘을 결정할 수 있다. 다른 예에 있어서, 만곡부(1010)는 각각의 내부 부분(1004)을 지지하는 다중 만곡부들을 포함할 수 있다. 상기 다중 만곡부들 각각에 대한 센서(1012)는 상기 내부 부분(1004)의 방사상 변위뿐만 아니라 면외 변위(예를 들면, 면외 회전)를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 다중 만곡부들 사이의 힘의 차이는 상기 내부 부분(1004)의 회전량에 대응할 수 있으며, 이는 상기 내부 부분(1004)의 위치를 정확하게 결정하기 위해 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 방사상 내부 부분들은, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 인터페이스 내로 삽입되는 유방 조직에 정합하기 위해 변형 가능 재료로 형성될 수 있다. 상기 인터페이스는 변형 가능 재료로 형성된 각각 개별 방사상 내부 부분(1104)을 갖는 복수의 환상 부재들(1102a-l 102e)을 포함한다. 예를 들어, 상기 변형 가능 재료는 가요성 중합체, 겔 충전 블래더(bladder), 액체 충전 블래더, 또는 공기 충전 블래더일 수 있다. 적어도 초기에, 상기 내부 부분들(1104)은, 도 11a에 도시된 바와 같이, 너무 작아서 유방(108)의 크기를 수용할 수 없는 내부 영역을 구성할 수 있다. 그러나, 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 유방이 상기 내부 영역 내로 삽입됨에 따라, 상기 유방 표면(1108)과 상기 내부 부분(1104) 사이의 상호 작용으로 인해 상기 내부 부분(1104)이 상기 유방 표면(1108)에 정합되게 한다. 상기 애퍼처들이 상기 내부 부분(1104) 상에 배열됨으로써, 기대 압박 후에, 상기 입력부/출력부는 대체로 상기 유방 표면(1108)과 수직을 이룬다. 상기 유방 삽입에 의해 변경된 후 상기 변형 가능 재료의 최종 형상은 광학 기술을 사용하여 메시를 발생시키도록 정량화될 수 있다.

도 12a 내지 도 12b는 광학 요소들(1202 및 1204)이 베이스(1220)로부터 상승하고 상기 베이스에 의해 지지되는 스템(1210) 상에서 활주할 수 있는 실린더들(1280)에 의해 환상 부재들(1212, 1214, 및 1216)에 간접 부착되는 실시예를 설명한다. 상기 광학 요소들(1202 및 1204) (도면이 너무 복잡해지는 것을 피하기 위해 오직 2개만 표시됨)은 각각의 환상 요소(1212, 1214, 및/또는 1216)를 상기 스템(1210) 상에서 상하로 변경시킴으로써 그룹으로 조절될 수 있다. 결과적으로, 광학 요소들(1202 및 1204) 각각은 정보 취득될, 유방과 같은, 신체 기관의 형상에서 경계 곡면(1224)를 형성하도록 위치될 수 있는 광학 요소들의 링형 어레이에 속한다. 각각의 스템의 헤드는 상기 유방 조직과 직교하기에 충분한 각 접촉을 형성하기 위해 연결될 수 있다. 상기 광학 요소들의 배열 맞춤화에 대한 추가의 모드가 도 12b에 도시된 바와 같은 팽창 가능 또는 재성형 가능한 환상 요소들을 형성함으로써 제공될 수 있다. 환상 부재(1240)는 그의 전체 직경(그리고 실시예들에서, 그 형상)이 증가 또는 감소될 수 있도록 제조될 수 있으며, 따라서, 그들의 축 위치뿐만 아니라 광학 요소들의 방사상 분리를 변경시킨다. 제시된 실시예에 있어서, 상기 실린더(1208)는 부과된 형상과 크기를 보유하기에 충분한 마찰로 피벗되는 힌지들(1242)에 의해 연결되는 링크들(1244) 내의 개구부들(1214)에 보유된다.

비록 상기 인터페이스로부터 떨어져 위치되고 또한 광섬유들을 통해 각각의 애퍼처들에 결합되는 소스들 및 검출기들을 구비한 특정 예들이 상술되었지만, 본 발명의 개시된 주제에 대한 실시예들은 그에 한정되지 않는다. 오히려, 상기 소스 및/또는 검출기들은 상기 인터페이스의 개별 부재들에 직접 포함될 수도 있다. 예를 들어, 각각의 인터페이스 부재는 레이저 다이오드들과 같은 다양한 소스들, 및 상기 애퍼처들의 위치에서의 포토다이오드들과 같은 다양한 검출기들을 포함할 수 있다. 적절한 조명/검출 전자 기기들에는 각각의 부재가 포함될 수 있다. 검출된 데이터는 예를 들면 이미지 처리를 위한 무선 또는 유선 이동을 통해 중앙 프로세서로 전달될 수 있다.

링형 및 환상 구성을 갖는 인터페이스들의 특정 예들이 여기에 설명되었으나, 상기 개시된 주제에 따른 실시예들은 그에 한정되지 않는다. 오히려, 반복적이고, 검출 가능한 소스/검출기 위치들을 제공하면서 환자의 신체 기관과 정합적 터치 접촉하기 위한 다른 형상들 및 구성들이 또한 고려될 수 있다. 예를 들어, 각각의 환상 섹션을 형성하기 위해 다중 피스식(piece-wise) 연속 부재들이 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 인터페이스의 입력/출력 부재들은, 상기 입력부 및 출력부가 상기 이미징 조직과 정합, 대체로 비압박 접촉할 수 있는 한, C-형, 타원형, 직사각형, 또는 다른 형상을 형성할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상기 입력/출력 부재들은, 예를 들면, 상기 입력/출력 부재들에 의해 가해지는 압력에 기초하여 동적 맥관 반응을 결정하기 위해, 진단 이미징의 일부로서 상기 조직에 압박력을 선택적으로 인가할 수 있다.

예를 들어, 도 13은 조직 이미징을 위한 일반적인 인터페이스의 개략도를 나타낸다. 인터페이스 부재(1302)는, 레이저 다이오드 및/또는 포토다이오드와 같은, 광 입력부 및/또는 출력부(1304)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 광 입력부들/출력부들(1304)은 상술된 바와 같이 광학 도파관들에 의해 원격 소스들 및 검출기들에 연결된 애퍼처들일 수 있다. 예를 들어, 각각의 부재는 단일 광 입력부 및/또는 단일 광 출력부를 가질 수 있다. 또한, 상기 시스템은 복수의 개별 부재들을 포함할 수 있다. 각각의 부재(1302)는 상기 시스템과 관련된 다른 부재들(1302)과 관계없이 조직 표면과 접촉하여 독립적으로 위치 가능할 수 있다. 상기 부재(1302)가 상기 조직과 접촉할 때를 검출하기 위해 접촉 결정 장치(1306)가 제공될 수 있다. 제어기(1312)는 액추에이터(1308)를 사용하여 상기 부재(1302)를 조직과 접촉 이동시키기 위해 상기 접촉 결정 장치(1306)에 의해 제공된 정보를 사용할 수 있다. 상기 액추에이터(1308)는 상기 부재(1302)를 다중 방향, 예를 들면, 적어도 이차원적으로 뿐만 아니라 상기 부재(1302)의 질문/검출 표면을 상기 조직 표면과 정합 접촉시키도록 회전적으로 이동시킬 수 있다. 프로세서(1310)는 이미징 메시를 구성하는데 있어서 상기 작동에 기초하여 제어기(1312)에 의해 제공된 상기 부재(1302)의 위치 정보를 사용한다. 각각의 부재(1302)는 상기 이미징 메시의 특정 지점을 나타낼 수 있으며, 각각의 부재(1302)는 (예를 들면, 이전의 이미징 세션에 대해) 원하는 메시 위치에 위치될 수 있다. 따라서, 복수의 인터페이스 부재들(1302)을 구비한 이미징 인터페이스는 반드시 링 또는 환상 기하학적 구조에 제약될 필요없이 다양한 조직 기하학적 구조 및 형상과 정합할 수 있다.

도 14는, 프로브 헤드가 신체 기관 표면(1266)과 적절하게 접촉하도록 또는 동시에 정보 취득된 조직에서 변화를 유도하기 위해 상기 프로브 헤드(1264)가 신체 기관으로 압력을 인가하고 또한 상기 신체 기관으로부터 압력을 제거하도록, 상기 프로브 헤드(1264)를 이동시키도록 구성되는 액추에이터(1262)를 도시하고 있다. 예를 들어, 액추에이터의 힘은 혈액을 그 장소로부터 멀어지게 밀어내기 위해 사용될 수 있으며, 다음에 상기 힘의 해제 또는 감축은 혈액이 환류하게 한다. 상기 액추에이터(1262)가 운동하는 동안, 연속 이미지 프레임들 또는 다른 데이터는 발색단들의 농도 또는 위치를 즉각적으로 또는 시간 평균적으로 나타낼 수 있도록 포착될 수 있다. 상기 프로브에 연결된 이미징 시스템은 또한 접촉이 이루어질 것인지 아닌지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 프로브 헤드의 작동을 운영하기 위해 다양한 제어 목적들이 사용될 수 있다.

어떠한 다른 실시예들에 있어서, 이미징을 위한 메시는 소스/검출기 위치들 각각에 대한 엔코더값에 기초하여, 예를 들면, 상기 환상 부재의 위치들에 기초하여 발생될 수 있다. 또한, 각각의 환상 부재의 최적 위치 및/또는 그 안의 상기 소스/검출기 위치들은 이전에 획득된 조직이나 또는 환자와 관련된 정보에 기초하여 추정되거나 예측될 수 있다. 예를 들어, 환자의 체중, 키, 연령, 신체 용적 지수, 브라 크기 및/또는 환자의 이미지들(예를 들면, MRI, CT, PET, 또는 광학 이미지들)과 관련된 정보는, 제한적이지는 않지만, 환자의 의자 높이, 인터페이스 높이 및 기울기, 초기 인터페이스 부재 배열, 인터페이스 부재의 수 등을 포함하는, 이미징 설정의 최적의 초기 구성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 이미징 인터페이스와 상기 환자 조직과의 접촉을 제공하기 위한 미세 조정은 피드백 제어 작용을 통해 성취될 수 있다.

따라서, 본 발명의 개시된 주제의 실시예들은 다른 유방 이미징 인터페이스들과 관련된 쟁점들, 즉, 불완전한 유방 적용 범위, 다양한 유방 크기들(A 내지 DDD)의 이미지 불능, 비색액(matching fluid) 사용, 압박 사용, 정확한 광 입력/출력 위치 결정 추출 불능을 회피한다.

상술된 방법들, 공정들, 및 시스템들은 하드웨어, 소프트웨어에 의해 프로그래밍된 하드웨어, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장된 소프트웨어 명령어 또는 그들의 결합으로 실행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상술된 프로세서들은 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장된 프로그래밍된 명령어 순서를 실행하도록 구성될 수 있다. 상기 프로세서들은, 제한적이지는 않지만, 퍼스널 컴퓨터 또는 워크스테이션 또는 다른 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 다른 컴퓨팅 시스템은 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 디바이스를 포함하거나, 또는, 예를 들면, 응용 주문형 집적 회로(ASIC)와 같은, 집적 회로를 포함하는 제어 로직으로 구성된다. 상기 명령어들은 자바(Java), C++, C#.넷 등과 같은 프로그래밍 언어에 따라 제공되는 소스 코드 명령어들로부터 컴파일될 수 있다. 상기 명령어들은 또한, 예를 들면, 비주얼 베이직™(the Visual Basic™) 언어, 또는 다른 구조적 또는 객체 지향성 프로그래밍 언어에 따라 제공되는 코드 또는 데이터 객체들을 포함할 수 있다. 상기 프로그래밍 명령어 및 그와 관련된 데이터 순서는 컴퓨터 메모리 또는 다른 적합한 메모리 장치가 될 수 있는 저장 디바이스와 같은 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있으며, 상기 다른 적합한 메모리 장치는 비제한적으로 판독 전용 메모리(ROM), 프로그램 가능 판독 전용 메모리(PROM), 전기적 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 디스크 드라이브 등과 같은 매체를 들 수 있다.

또한, 상술된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들은 단일 프로세서 또는 분산형 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 또한, 상술된 단계들은 단일 또는 분산형 프로세서(단일 및/또는 멀티 코어) 상에서 수행될 수 있음을 이해하게 될 것이다. 또한, 상술된 다양한 도면들 및 실시예들에 설명된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들은 멀티 컴퓨터들 또는 시스템들을 통해 분산될 수 있거나, 또는 단일 프로세서 또는 시스템에 같이 배치될 수 있다. 상술된 방법, 프로세서, 시스템 및/또는 알고리즘들을 실행하기에 적합한 예시적이고 구조적인 실시예 대안들이 비제한적으로 이하에 설명된다.

상술된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들은, 예를 들면, 프로그래밍 범용 컴퓨터, 마이크로코드로 프로그래밍된 전자 장치, 하드웨어에 내장된 아날로그 로직 회로, 컴퓨터 판독 가능 매체 신호 상에 저장된 소프트웨어 또는 신호, 광학 컴퓨팅 디바이스, 전자 및/또는 광학 장치의 네트워크 시스템, 특수 목적 컴퓨팅 디바이스, 집적 회로 디바이스, 반도체 칩, 및 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 소프트웨어 모듈 또는 객체 또는 신호로서 실행될 수 있다. 또한, 상술된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들(즉, 컴퓨터 프로그램 제품)의 실시예들은 프로그래밍된 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 마이크로프로세서 등에서 실행된 소프트웨어에서 시행될 수 있다.

상술된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들(또는 그들의 서브 컴포넌트 또는 모듈들)의 실시예들은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 프로그램밍된 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러 및 주변 집적 회로 소자, ASIC 또는 다른 집적 회로, 디지털 신호 프로세서, 이산 소자 회로와 같은 하드웨어에 내장된 전자 또는 로직 회로, 프로그래밍 가능 로직 디바이스(PLD)와 같은 프로그래밍된 로직 회로, 프로그래밍 가능 로직 어레이(PLA), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 프로그래밍 가능 어레이 로직(PAL) 디바이스 등에서 실행될 수 있다. 일반적으로, 본원에 상술된 기능들 또는 단계들을 실행할 수 있는 어떠한 공정도 상기 방법, 공정, 시스템, 알고리즘 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품(비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 소프트웨어 프로그램)의 실시예들을 실행하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 상술된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들의 실시예들은, 예를 들면, 다양한 컴퓨터 플랫폼들 상에서 사용될 수 있는 휴대용 소스 코드를 제공하는 객체 또는 객체 지향성 소프트웨어 개발 환경을 이용하는 소프트웨어에서 완전히 또는 부분적으로 용이하게 실행될 수 있다. 선택적으로, 상술된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들의 실시예들은, 예를 들면, 표준 로직 회로들 또는 초고밀도 집적 회로(VLSI) 설계를 이용하는 하드웨어에서 부분적으로 또는 완전히 실행될 수 있다. 상기 시스템들의 속도 및/또는 효율 요건들, 특정 기능, 및/또는 특정 소프트웨어 또는 하드웨어 시스템, 마이크로프로세서, 또는 활용되는 마이크로컴퓨터에 의존하는 실시예들을 실행하기 위해 다른 하드웨어 또는 소프트웨어가 사용될 수 있다. 상술된 방법, 공정, 시스템 및/또는 알고리즘들의 실시예들은, 본원에서 제공하는 기능 설명으로부터 적용 가능한 기술 분야의 당업자들에 의해, 그리고 이미징 및/또는 컴퓨터 프로그래밍 기술들에 대한 일반적 기초 지식을 갖고 어떠한 공지된 또는 나중에 발전된 시스템 또는 구조체, 장치를 사용하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에서 실행될 수 있다.

또한, 상술된 설명들은 일부의 경우 실험실에서 발생되는 실례들에 적용되나, 이와 같은 실례들은 생산 기술로 확대될 수 있다. 예를 들어, 수량과 기술들이 실험실 예에 적용되는 경우, 이는 제한을 의미하는 것으로 이해되어서는 안된다. 또한, 비록 본원에는 특정 화학 약품 및 재료들이 설명되어 있을지라도, 하나 이상의 고려되는 실시예들에 따라 다른 화학 약품 및 재료들도 채용될 수 있다.

상술된 실시예들의 특징들은 추가의 실시예들을 발생시키기 위해 본 발명의 범위 내에서 합성, 재배열, 생략될 수 있다. 또한, 다른 특징들의 대응하는 사용없이 특별한 특징들이 유리하게 가끔 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 인터페이싱 시스템, 디바이스, 및 광학 이미징을 위한 방법이 제공되는 것은 명백하다. 많은 대안, 수정 및 변형이 본 발명에 의해 가능할 수 있다. 특정 실시예들이 본 발명의 응용 및 원리를 설명하기 위해 상세히 도시 및 설명되어 있으나, 본 발명은 그와 같은 원리들로부터 벗어나지 않고 달리 구현될 수 있다는 사실을 이해해야 할 것이다. 따라서, 본 출원인들은 본 발명의 정신과 범위 내에서의 모든 대안, 수정, 등가 및 변형을 포함하도록 의도한다.

Claims (47)

1. 신체 기관의 광학 단층촬영 이미징을 위한 인터페이스 장치에 있어서,
   상호 부착 가능한 환상 부재들 상에 지지되는 광학 방출체들 및 수신기들을 포함하고,
   상기 광학 방출체들 및 수신기들 각각은 적어도 부분적으로 상기 환상 부재들 중 각각의 부재의 축을 향해 마주하고,
   상기 환상 부재들은 다양한 크기들을 갖고 상호 부착되도록 구성되어, 상기 광학 방출체들 및 수신기들이 미리 규정된 신체 기관을 수용하도록 성형된 오목 경계 곡면 위에 분포되는 인터페이스 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 환상 부재들은 원형인 인터페이스 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 환상 부재들이 부착되도록 구성되는 적어도 하나의 길이 방향 부재를 추가로 포함하는 인터페이스 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 환상 부재들이 축 위치들의 분포를 따라 위치되게 하기 위해 상기 환상 부재들이 이동 가능하게 부착되도록 구성되어, 경계 곡면은 사발 형상(bowl-shaped)인 적어도 하나의 길이 방향 부재를 추가로 포함하는 인터페이스 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 환상 부재들이 상호 부착되도록 구성되어, 상기 광학 방출체들 및 수신기들은 2개의 미리 규정된 신체 기관들을 동시에 수용하도록 성형된 2개의 오목 경계 곡면들 위에 분포되는 인터페이스 장치.
6. 제 1 항의 장치를 사용하는 방법에 있어서,
   특정인의 목표 신체 기관의 크기 및/또는 형상에 반응하여 상기 환상 부재들 중 일부를 선택하는 단계;
   상기 환상 부재들 중 선택된 부재들을 상호 부착시키고 상기 선택된 부재들을 상기 크기 및/또는 형상에 정합하도록 축 방향으로 위치시키는 단계;
   광학 방출체들 및 수신기들을 사용하여 광학 단층촬영 데이터를 발생시키는 단계를 포함하는 장치 사용 방법.
7. 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 인터페이싱 장치에 있어서,
   축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열되는 복수의 환상 부재들을 포함하고,
   상기 환상 부재들 각각은 다른 환상 부재들의 내경과는 다른 최소 내경을 갖고,
   상기 환상 부재들은 상기 내경들이 스택(stack)의 제 1 축 단부로부터 상기 스택의 대향하는 제 2 축 단부를 향해 증가하도록 배열되고,
   상기 환상 부재들 각각은 그들의 내부 표면 상에 배열된 복수의 광 입력 애퍼처(aperture)들 및 광 출력 애퍼처들을 포함하고,
   상기 스택은 이미징을 위한 상기 유방 조직을 수용하기 위해 상기 환상 부재들의 내부 표면들에 의해 제한되는 내부 영역을 형성하고,
   상기 환상 부재들은 상기 스택에서 인접한 환상 부재들 사이의 간격을 조정하기 위해 상기 축 방향을 따라 서로에 대해 변경되도록 구성되는 인터페이싱 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 광 입력 애퍼처들 및 광 출력 애퍼처들은 교대로 각각의 환상 부재의 내부 표면의 원주 둘레에 등거리 배열되는 인터페이싱 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 각각의 환상 부재의 내부 표면은 상기 스택의 축 방향에 대해 소정 각도로 배열되며, 상기 각각의 환상 부재에 대한 내부 표면 각도는 다른 환상 부재들의 내부 표면 각도와 다른 인터페이싱 장치.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 환상 부재들은 상기 광 입력 애퍼처들 및 상기 광 출력 애퍼처들의 각각에 대응하는 복수의 광섬유 커넥터들을 포함하는 인터페이싱 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 축 방향에 대해, 상기 환상 부재에 대한 상기 광섬유 연결부들의 각도들은 스택 제 1 단부로부터 스택 제 2 단부로 증가되는 인터페이싱 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 환상 부재들의 수는 4개이고, 상기 스택 제 1 단부에서 제 1 환상 부재에 대한 광섬유 연결 각도는 30°이고, 상기 제 1 환상 부재에 인접한 제 2 환상 부재에 대한 광섬유 연결 각도는 45°이고, 상기 제 2 환상 부재에 인접한 제 3 환상 부재에 대한 광섬유 연결 각도는 60°이며, 상기 스택 제 2 단부에서 제 4 환상 부재에 대한 광섬유 연결 각도는 75°인 인터페이싱 장치.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 환상 부재들의 수가 5개일 경우, 상기 스택 제 1 단부에서의 제 1 환상 부재는 8개의 애퍼처들을 포함하며, 상기 제 1 환상 부재에 인접한 제 2 환상 부재는 12개의 애퍼처들을 포함하며, 상기 제 2 환상 부재에 인접한 제 3 환상 부재는 12개의 애퍼처들을 포함하며, 상기 제 3 환상 부재에 인접한 제 4 환상 부재는 16개의 애퍼처들을 포함하고, 상기 스택 제 2 단부에 인접한 제 5 환상 부재는 16개의 애퍼처들을 포함하는 인터페이싱 장치.
14. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 광 입력 및 광 출력 애퍼처들에 연결된 복수의 멀티모드 광섬유들을 추가로 포함하는 인터페이싱 장치.
15. 제 7 항에 있어서, 각각의 환상 부재를 상기 축 방향을 따라 독립적으로 옮겨놓기 위해 각각의 환상 부재에 연결된 변환 장치를 추가로 포함하는 인터페이싱 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 변환 장치들을 제어하기 위한 제어기 및 적어도 하나의 접촉식 센서를 추가로 포함하며,
    상기 변환 장치는 스프링 플런저(spring plunger), 스테퍼 모터(stepper motor) 또는 선형 액추에이터를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 접촉식 센서는, 상기 환상 부재들 중 하나의 표면과 상기 유방 조직과의 접촉 지시를 제공하도록 구성된, 압력, 온도, 광학, 또는 음향 센서이고,
    상기 제어기는 상기 적어도 하나의 접촉식 센서로부터의 신호에 반응하여 각각의 환상 부재의 변위를 제어하도록 구성되는 인터페이싱 장치.
17. 제 7 항에 있어서, 상기 환상 부재들의 스택을 지지하기 위한 마운트(mount)를 추가로 포함하며, 상기 마운트는 상기 유방 조직에 대해 상기 스택의 3차원 위치 결정을 허용하도록 구성되는 인터페이싱 장치.
18. 제 7 항에 있어서, 각각의 환상 부재의 위치를 나타내는 위치 센서들을 추가로 포함하는 인터페이싱 장치.
19. 제 7 항에 있어서, 각각의 링이 중합체 재료로 형성되는 인터페이싱 장치.
20. 제 7 항에 있어서, 각각의 링은 플라스틱 또는 사출성형된 플라스틱이 침투된 3-D 인쇄된 중합체로 형성되는 인터페이싱 장치.
21. 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 시스템에 있어서,
    축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열된 복수의 환상 부재들을 포함하는 변환 링 인터페이스로서, 상기 환상 부재들은 스택의 제 1 축 단부로부터 상기 스택의 대향하는 축 단부를 향해 증가하는 내경들로 배열되고, 상기 환상 부재들 각각은 그 내부 표면 상에 배열되는 복수의 광 입력 애퍼처들 및 광 출력 애퍼처들을 포함하고, 상기 인터페이스는 이미징 동안 상기 유방 조직을 수용하기 위한 상기 환상 부재들의 내부 표면들에 의해 제한되는 내부 영역을 갖는, 상기 변환 링 인터페이스;
    실질적으로 단채색인 복수의 조명원들;
    상기 복수의 조명원들을 상기 광 입력 애퍼처들에 연결하는 복수의 제 1 광섬유들;
    복수의 검출기들;
    상기 복수의 검출기들을 상기 광 출력 애퍼처들에 연결하는 복수의 제 2 광섬유들; 및
    상기 제 1 광섬유들 중 하나를 통해 광으로 상기 유방 조직을 조명하기 위한 상기 조명원들을 제어하도록 구성되고 상기 제 2 광섬유들을 통해 상기 유방 조직으로부터 광을 검출하기 위한 상기 검출기들을 제어하도록 구성되는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 조명 동안 상기 조명원들로부터의 광의 진폭을 조절하고 검출된 광 신호들을 발생시키기 위해 상기 검출된 광을 복조하도록 구성되는 시스템.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 조명원들은 레이저 다이오드들인 시스템.
23. 제 21 항에 있어서, 상기 검출기들은 실리콘 포토다이오드들인 시스템.
24. 제 21 항에 있어서, 상기 조명원들 각각은 다른 조명원들과는 다른 근적외선 파장 범위 내의 파장에서 광을 발생시키는 시스템.
25. 제 24 항에 있어서, 각각의 조명원들은 765nm, 808nm, 827nm, 또는 905nm의 파장에서 광을 발생시키는 시스템.
26. 제 21 항에 있어서, 상기 프로세서는 제 1 주파수에서 제 1 쌍의 조명원들을 조절하고 상기 제 1 주파수와는 다른 제 2 주파수에서 제 2 쌍의 조명원들을 조절하도록 구성되고, 상기 유방 조직을 동시에 조명하기 위해 상기 제 1 쌍의 조명원들 중 하나로부터의 광과 상기 제 2 쌍의 조명원들 중 하나로부터의 광을 합성하기 위한 광합성기를 추가로 포함하는 시스템.
27. 제 21 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 검출된 광 신호들에 기초하여 상기 유방 조직의 이미지를 복원하도록 구성되는 시스템.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 유방 조직에 대한 각각의 환상 부재의 위치를 나타내는 위치 센서들을 추가로 포함하며, 상기 프로세서는 상기 유방 조직의 이미지를 복원하는데 있어서 각각의 환상 부재의 위치를 사용하도록 구성되는 시스템.
29. 제 21 항에 있어서, 각각의 환상 부재를 상기 축 방향을 따라 독립적으로 변위시키기 위해 각각의 환상 부재에 연결되는 변환 장치를 추가로 포함하는 시스템.
30. 제 21 항에 있어서, 상기 환상 부재들의 스택을 지지하기 위한 마운트를 추가로 포함하며, 상기 마운트는 상기 유방 조직에 대한 상기 스택의 3차원 위치 결정을 허용하도록 구성되는 시스템.
31. 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 방법에 있어서,
    상기 유방 조직을 변환 링 인터페이스의 내부 영역 안으로 삽입하는 단계로서, 상기 변환 링 인터페이스는 축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열되는 복수의 환상 부재들을 포함하고, 상기 환상 부재들은 스택의 제 1 축 단부로부터 상기 스택의 대향하는 축 단부를 향해 증가하는 내경들로 배열되고, 상기 환상 부재들 각각은 그의 내부 표면 상에 배열된 복수의 애퍼처들을 포함하고, 상기 내부 영역은 상기 환상 부재들의 내부 표면들에 의해 제한되는, 상기 삽입하는 단계;
    상기 각각의 내부 표면이 상기 유방 조직의 표면과 터치 접촉하도록, 상기 환상 부재들을 상기 축 방향을 따라 옮기는 단계;
    검출된 광 신호들을 발생시키도록, 상기 애퍼처들 중 하나를 통한 광으로 상기 유방 조직을 조명하고 상기 애퍼처들 중 다른 것들을 통해 상기 유방 조직으로부터의 광을 수신하는 단계; 및
    상기 검출된 광 신호들에 기초하여 상기 유방 조직의 이미지를 복원하는 단계를 포함하는, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징 방법.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 조명 단계는 미리 결정된 주파수에서 상기 광의 진폭을 조절하는 단계를 포함하는, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징 방법.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 광을 수신하는 단계는 상기 미리 결정된 주파수에 기초하여 상기 유방 조직으로부터의 광을 복조하는 단계를 포함하는, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징 방법.
34. 제 31 항에 있어서, 상기 조명 단계는 근적외선 범위 내의 제 1 파장에서의 단채색 광 및 상기 근적외선 범위 내의 다른 제 2 파장에서의 단채색 광으로 동시에 조명하는 단계를 포함하며. 상기 제 1 파장은 제 1 주파수에서 조절된 진폭이며 상기 제 2 파장은 다른 제 2 주파수에서 조절된 진폭인, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징 방법.
35. 제 34 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 파장들은 765nm, 808nm, 827nm, 및 905nm로부터 선택되는, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징 방법.
36. 제 34 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 주파수들은 15kHz 미만인, 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징 방법.
37. 유방 조직의 광학 단층촬영 이미징을 위한 인터페이싱 장치에 있어서,
    축 방향을 따라 적층된 구성으로 동심 배열되는 복수의 환상 부재들을 포함하고,
    상기 환상 부재들은 그의 내부 표면들 상에 배열되는 광 입력 애퍼처들 및 광 출력 애퍼처들을 갖는 방사상 내부 부분들을 포함하고,
    스택은 이미징을 위해 상기 유방 조직을 수용하기 위한 상기 방사상 내부 부분들의 내부 표면들에 의해 제한되는 내부 영역을 형성하고,
    상기 환상 부재들은 상기 스택 내의 인접한 환상 부재들 사이의 간격을 조절하기 위해 상기 축 방향을 따라 서로에 대해 변경되도록 구성되고,
    각각의 환상 부재에 대해, 상기 방사상 내부 부분들은 상기 각각의 내부 표면들이 유방 조직의 상이한 크기들을 수용하기 위해 상기 환상 부재의 방사상 방향으로 변위될 수 있도록 구성되는 인터페이싱 장치.
38. 제 37 항에 있어서, 각각의 방사상 내부 부분은 상기 내부 영역 내로 삽입되는 상기 유방 조직과의 접촉시에 상기 환상 부재의 외경 측을 향해 변위되도록 대응하는 환상 부재 상에 스프링 장착되는 인터페이싱 장치.
39. 제 37 항에 있어서, 각각의 방사상 내부 부분은 상기 내부 영역 내로 삽입될 때 상기 내부 표면이 상기 유방 조직과 접촉하도록 각각의 내부 표면을 방사상 방향으로 변위시키기 위한 액추에이터를 포함하는 인터페이싱 장치.
40. 제 37 항에 있어서, 상기 방사상 내부 부분은 상기 내부 영역 내로 삽입될 때 상기 유방 조직과 정합하는 변형 가능한 표면을 포함하는 인터페이싱 장치.
41. 광원으로부터의 조명광을 신체 기관으로 운반하는 복수의 광섬유들 및 확산 광학 단층촬영을 수행하기 위해 검출된 광을 상기 신체 기관으로부터 광 검출기로 운반하는 복수의 광섬유들로 환자의 신체 기관을 인터페이싱하는 구조체에 있어서,
    저부에서 가장 작은 직경을 가지며, 상부 상에 위치된 다른 것들의 직경은 증가하는 제 1 세트의 복수의 링형 소자들을 포함하고,
    상기 링형 소자들은 함께 내부에 상기 신체 기관을 보유하도록 구성된 컵형 구조체를 형성하고,
    각각의 링형 소자는 인접한 링형 소자에 탈착 가능하게 부착되며, 수직 방향을 따라 조절 가능한 높이를 갖고,
    상기 링형 소자들의 수 및 상기 링형 소자들의 높이는 상기 신체 기관의 크기와 형상에 기초하여 조절 가능하고,
    각각의 링형 소자에는 복수의 광섬유들이 연결되는 구조체.
42. 제 41 항에 있어서, 상기 제 1 세트의 링형 소자들에 인접하여 위치되는 제 2 세트의 복수의 링형 소자들을 추가로 포함하여, 상기 신체 기관이 유방인 경우, 각각의 세트는 대응하는 유방을 보유하는 구조체.
43. 제 41 항에 있어서, 상기 링형 소자들은 가요성 재료로 제조되는 구조체.
44. 광원으로부터의 조명광을 신체 기관으로 운반하는 복수의 광섬유들 및 확산 광학 단층촬영을 수행하기 위해 검출된 광을 상기 신체 기관으로부터 광 검출기로 운반하는 복수의 광섬유들로 환자의 신체 기관을 인터페이싱하는 시스템에 있어서,
    제 42 항에 청구된 인터페이스 구조체; 및
    각각의 세트가 대응하는 유방을 보유하도록, 서로 인접하고 있는 제 1 및 제 2 세트의 링형 소자들을 보유하기 위한 보유 장치를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 세트들 사이의 거리는 상기 유방들 사이의 거리에 대응하도록 조절 가능한 시스템.
45. 제 41 항에 청구된 인터페이싱 구조체를 제조하는 방법에 있어서,
    3-D 인쇄를 포함하는 제조 방법.
46. 신체 기관의 이미지를 복원하기 위해 확산 광학 단층촬영 데이터를 습득하기 위한 디지털 이미징 시스템에 사용되는 제 41 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 청구된 인터페이스 구조체.
47. 광원으로부터의 조명광을 신체 기관으로 운반하는 복수의 광섬유들 및 확산 광학 단층촬영을 수행하기 위해 상기 신체 기관의 표면에 있는 다중 위치들에서 상기 신체 기관으로부터 수신된 검출광에 효과적인 기구로 환자의 신체 기관을 인터페이싱하는 구조체에 있어서,
    상기 신체 기관을 내부에 보유하도록 구성된 신체 기관-정합 구조체를 형성하는 섀시로서, 신체 정합 형상이 변화될 수 있게 하고 신체 기관이 새시에 의해 형성된 리세스에 삽입될 수 있게 하도록 상기 섀시 상에서 서로에 대해 이동될 수 있는 다중 광섬유 수광부들을 지지하는 상기 섀시; 및
    상기 광섬유들이 상기 수광부들과 대향하는 단부에 부착되어, 광 신호들을 검출 및 처리하고 광학 단층촬영 이미지를 발생시키고 이를 디스플레이하는 시스템을 포함하는 구조체.

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