TWI754858B - 光學斷層造影系統及造影方法 - Google Patents

光學斷層造影系統及造影方法 Download PDF

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許彥揚
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Abstract

光學斷層造影系統包含訊號產生器、至少一光發射器、至少一光接收器、訊號處理器及影像處理器。訊號產生器配置以產生周期訊號及參考訊號。光發射器配置以受週期訊號驅動而產生光訊號通過待測物。光接收器配置以接收通過待測物之光訊號並轉換為電訊號。訊號處理器配置以根據電訊號與參考訊號產生比對訊號。影像處理器配置以由比對訊號分出複數個弦波拆解訊號，並配置以根據弦波拆解訊號產生重建影像。

Description

光學斷層造影系統及造影方法
本發明係有關於一種造影系統及造影方法，尤指一種用於光學斷層掃描的造影系統及造影方法。
由於汙染、飲食及生活型態的改變，癌症於現代社會已經逐漸成為人類的前幾大死因之一。因此，癌症的預防與檢測也逐漸成為專家及學者們競相研究的標的。
其中，近紅外光擴散光學掃描造影(Near Infrared Diffuse Optical Tomography；NIR DOT)是新穎的功能性造影技術，然而使用時由於單次的光資訊接收量不足，因此需要多次的偵測次數，進而造成檢測需要較長的時間。此外，近紅外光擴散光學掃描造影技術也會因為組織吸收係數、散射係數之間的串擾(Cross Talk)造成檢驗準確度下降。
因此，如何提出一種可解決上述問題的光學斷層造影系統，是目前各界亟欲投入研發資源解決的問題之一。
有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可有解 決上述問題的光學斷層造影系統。
為了達到上述目的，依據本發明之一些實施方式，一種光學斷層造影系統包含訊號產生器、至少一光發射器、至少一光接收器、訊號處理器及影像處理器。訊號產生器配置以產生周期訊號及參考訊號。光發射器配置以受週期訊號驅動而產生光訊號通過待測物。光接收器配置以接收通過待測物之光訊號並轉換為電訊號。訊號處理器配置以根據電訊號與參考訊號產生比對訊號。影像處理器配置以由比對訊號分出複數個弦波拆解訊號，並配置以根據弦波拆解訊號產生重建影像。
於本發明的一些實施方式中，光接收器包含光電倍增管及放大器。
於本發明的一些實施方式中，訊號處理器包含混波器及低通濾波器。
於本發明的一些實施方式中，週期訊號更包含複數個合成弦波訊號。
於本發明的一些實施方式中，訊號擷取元件配置以分別擷取比對訊號之複數個弦波拆解訊號。
為了達到上述目的，依據本發明之一些實施方式，一種造影方法包含：以週期訊號驅動光發射器而產生光訊號通過待測物；接收通過待測物之光訊號並轉換為電訊號；根據電訊號與參考訊號產生比對訊號；由比對訊號分出複數個弦波拆解訊號；以及根據複數個弦波拆解訊號產生重建影像。
於本發明的一些實施方式中，電訊號為電壓訊號。
本發明的一些實施方式中，造影方法更包含根據電壓訊號及參考訊號以產生比對訊號及濾除比對訊號中的高頻訊號。
於本發明的一些實施方式中，週期訊號包含複數個合成弦波訊號。
本發明的一些實施方式中，造影方法更包含分別擷取比對訊號之複數個弦波拆解訊號。
綜上所述，於本發明的光學斷層造影系統的一些實施方式中，訊號產生器產生的週期訊號包含複數個合成弦波訊號。當進行斷層掃描時，可利用此週期訊號激發光發射器。待光發射器所發出的光訊號通過待測物後，可由此光訊號獲得數倍的有關於待測物之光資訊，進而能縮短斷層掃描的時間。具體來說，接收光訊號後產生的比對訊號可分出複數個弦波拆解訊號。在重建影像時，利用複數個弦波拆解訊號進行影像重建，能得到品質較佳的斷層掃描影像。
100‧‧‧光學斷層造影系統
110‧‧‧訊號產生器
120‧‧‧光發射器
130‧‧‧光接收器
131‧‧‧光電倍增管
133‧‧‧放大器
140‧‧‧訊號處理器
141‧‧‧混波器
143‧‧‧低通濾波器
150‧‧‧影像處理器
151‧‧‧訊號擷取元件
200‧‧‧待測物
300‧‧‧造影方法
S310‧‧‧步驟
S330‧‧‧步驟
S350‧‧‧步驟
S370‧‧‧步驟
S390‧‧‧步驟
400‧‧‧造影方法
S410‧‧‧步驟
S430‧‧‧步驟
S440‧‧‧步驟
S450‧‧‧步驟
S460‧‧‧步驟
S470‧‧‧步驟
S480‧‧‧步驟
S490‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖為繪示根據本發明一實施方式之功能方塊圖。
第2圖為繪示本發明一實施方法的步驟流程圖。
第3圖為繪示本發明另一實施方法的步驟流程圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參照第1圖。第1圖為繪示根據本發明一實施方式之光學斷層造影系統100的功能方塊圖。光學斷層造影系統100包含訊號產生器110、至少一光發射器120、至少一光接收器130、訊號處理器140及影像處理器150。訊號產生器110配置以產生周期訊號及參考訊號。至少一光發射器120配置以受週期訊號驅動而產生光訊號通過待測物200。至少一光接收器130配置以接收通過待測物200之光訊號並轉換為電訊號。訊號處理器140配置以根據電訊號與參考訊號產生比對訊號。影像處理器150配置以由比對訊號分出複數個弦波拆解訊號，並配置以根據弦波拆解訊號產生重建影像。
請參照第1圖。於本發明的一些實施方式中，訊號產生器110產生週期訊號以驅動光發射器120產生光訊號。其中，週期訊號實質上包含複數個合成弦波訊號(亦即，週期訊號主要可被拆解為複數個合成弦波訊號)。週期訊號可以為.方波、角波或合成波。具體而言，週期訊號包含頻率不同的複數個合成弦波訊號。舉例來說，當週期訊號為方波時，方波實質上包含三個合成弦波訊號(亦即，週期訊號主要可被拆解為三個合成弦波訊號)。三個合成弦波訊號的頻率可以有1、3和5 倍的倍率關係。也就是說，當週期訊號為50MHz的方波訊號時，週期訊號實質上包含50MHz、150MHz及250MHz的合成弦波訊號，但本發明並不以此為限制。由於本發明的週期訊號具有複數個合成弦波訊號，因此能驅動光發射器120產生較多的光訊號資訊，進而達到較佳的成像結果。
請參照第1圖。於本發明的一些實施方式中，週期訊號驅動光發射器120以產生光訊號通過待測物200。具體而言，光發射器120包含發光二極體(Light-emitting Diode；LED)，發光二極體受週期訊號驅動發出光訊號。光訊號可以為近紅外光光訊號。待測物200可以為人體(例如乳房)。
請參照第1圖。於本發明的一些實施方式中，光接收器130配置以接收通過待測物200之光訊號並轉換為電訊號。光接收器130包含光電倍增管131(Photomultiplier；PMT)和放大器133。具體而言，光電倍增管131接收通過待測物200之光訊號轉換為電流訊號。放大器133配置以轉換電流訊號為電壓訊號。具體而言，放大器133為前置放大器(Preamplifier)，而電壓訊號較適用於影像處理器150的造影。
於本實施方式中，光學斷層造影系統100可以設置複數個光接收器130。也就是說，光學斷層造影系統100可以設置複數個光電倍增管131。複數個光電倍增管131配置以分別接收週期訊號驅動光發射器120所產生之光訊號，進而增強接收光訊號的效果。也就是說，當複數個光電倍增管131被分別設定為接收不同頻率的光訊號時，光電倍增管131的接收效果會比較好。
舉例而言，當週期訊號為50MHz的方波訊號時，週期訊號實質上包含50MHz、150MHz及250MHz的合成弦波訊號。複數個光電倍增管131為三個，其分別接收由50MHz、150MHz及250MHz的合成弦波訊號所驅動光發射器120發出的光訊號，並經由三組光電倍增管131轉換成三組電流訊號。這樣的接收效果會優於一個光電倍增管131接收由50MHz、150MHz及250MHz的合成弦波訊號所驅動光發射器120發出的光訊號。於本發明的具體實施方式中，光學斷層造影系統100可以設置有一個、兩個或三個光電倍增管131，也可以設置更多的光電倍增管131，使用者實際上可以依照需求調整光電倍增管131的數量，本發明不以此為限。
請參照第1圖。於本發明的一些實施方式中，訊號處理器140配置以根據電訊號與參考訊號產生比對訊號。其中，訊號處理器140包含混波器141和低通濾波器143。具體而言，混波器141配置以根據電壓訊號及參考訊號產生比對訊號。低通濾波器143配置以濾除比對訊號的雜訊，使得影像處理器150能分別擷取比對訊號中需要的部分。也就是說，藉由低通濾波器143的配置，影像處理器150能排除雜訊的干擾。
請參照第1圖。於本發明的一些實施方式中，比對訊號實質上包含複數個弦波拆解訊號(亦即，比對訊號主要可被拆解為複數個弦波拆解訊號)。影像處理器150配置以由比對訊號分出複數個弦波拆解訊號，並根據弦波拆解訊號產生重建影像。在重建影像時，利用複數個弦波拆解訊號進行影像重建，能得到品質較佳的斷層掃描影像。
具體而言，在混波器141基於電壓訊號及參考訊號產生比對訊號的過程中，混波器141基於電壓訊號及參考訊號之和產生高頻訊號，混波器141基於電壓訊號及參考訊號之差產生低頻訊號，因此比對訊號實質上包含高頻訊號及低頻訊號。低通濾波器143配置以濾除比對訊號中的高頻訊號，而影像處理器150則擷取比對訊號中的低頻訊號以進行成像，進而得到較佳的成像品質。
進一步而言，比對訊號實質上包含複數個弦波拆解訊號，且比對訊號中可分為高頻訊號及低頻訊號。而比對訊號中的弦波拆解訊號也可分為高頻弦波拆解訊號和低頻弦波拆解訊號。實際上低通濾波器143濾除高頻弦波拆解訊號，進而避免高頻弦波拆解訊號干擾影像處理器150成像，以得到較佳的光學斷層掃描成像品質。
請參照第1圖。於本發明的一些實施方式中，影像處理器150包含訊號擷取元件151，訊號擷取元件151配置以分別擷取比對訊號之複數個弦波拆解訊號。具體而言，訊號擷取元件151為資料擷取卡(Data Acquisition；DAQ)。影像處理器150經由資料擷取卡分別擷取低頻弦波拆解訊號，進而得到較佳的光學斷層掃描成像品質。
請參考第2圖，本發明又提供一種造影方法300，其包含以下步驟。首先進行造影方法的步驟S310：以週期訊號驅動光發射器而產生光訊號通過待測物。接著造影方法300進行至步驟S330：接收通過待測物之光訊號並轉換為電訊號。接著造影方法300進行至步驟S350：根據電訊號與參考訊 號產生比對訊號。接著造影方法300進行至步驟S370：由比對訊號分出複數個弦波拆解訊號。最後造影方法300進行至步驟S390：根據複數個弦波拆解訊號產生重建影像。
於步驟S310中，光發射器可以包含發光二極體，發光二極體經由週期訊號驅動發出光訊號。光訊號可以為近紅外光光訊號。待測物可以為人體(例如乳房)。其中，步驟S310中的週期訊號實質上包含複數個合成弦波訊號(亦即，週期訊號主要可被拆解為複數個合成弦波訊號)。利用複數個合成弦波訊號能驅動光發射器產生較多的光資訊，進而達到較佳的成像結果。
於步驟S330中，具體上由至少一個光接收器接收通過待測物之光訊號並轉換為電訊號。光接受器包含光電倍增管及放大器。光電倍增管接收通過待測物之光訊號轉換為電流訊號。放大器配置以轉換電流訊號為電壓訊號。因此電訊號為電壓訊號。實際上可以設置複數個光電倍增管以分別接收複數個合成弦波訊號驅動光發射器所產生之光訊號，進而增強接收光訊號的靈敏度。使用者實際上可以依照需求調整光電倍增管的數量，本發明不以此為限。
於步驟S350中，可利用如第1圖中之混波器141基於電訊號及參考訊號產生比對訊號。
於步驟S370中，比對訊號實質上包含複數個弦波拆解訊號(亦即，比對訊號主要可被拆解為複數個弦波拆解訊號)。
於步驟S390中，可利用如第1圖中之影像處理器 150根據弦波拆解訊號產生重建影像。在重建影像時，利用複數個弦波拆解訊號進行影像重建，能得到品質較佳的斷層掃描影像。
請參考第3圖，本發明又提供一種造影方法400。造影方法400與造影方法300的差異如下：相較於步驟S330，步驟S430為接收通過待測物之光訊號並轉換為電流訊號。造影方法400更包含步驟S440，步驟S440為根據電流訊號轉換為電壓訊號。相較於步驟S350，步驟S450為根據電壓訊號和參考訊號產生比對訊號。造影方法400更包含步驟S460，步驟S460為濾除比對訊號中的高頻訊號。造影方法400更包含步驟S480，步驟S480為分別擷取弦波拆解訊號。造影方法400的其餘步驟與造影方法300大致相同，在此不再贅述。
於步驟S440中，可利用如第1圖中之放大器133轉換電流訊號為電壓訊號。
於步驟S450中，可利用如第1圖中之混波器141根據電壓訊號和參考訊號產生比對訊號。混波器將電壓訊號及參考訊號相加產生高頻訊號，混波器將電壓訊號及參考訊號相減產生低頻訊號，因此比對訊號包含高頻訊號及低頻訊號。
於步驟S460中，可利用如第1圖中之低通濾波器143濾除比對訊號中的高頻訊號。比對訊號實質上包含複數個弦波拆解訊號，而比對訊號則包含高頻訊號及低頻訊號。弦波拆解訊號也包含高頻弦波拆解訊號和低頻弦波拆解訊號。低通濾波器具體係濾除高頻弦波拆解訊號，避免高頻弦波拆解訊號干擾影像處理器成像，進而得到較佳的成像品質。
於步驟S480中，可利用如第1圖中之訊號擷取元件151分別擷取比對訊號之複數個弦波拆解訊號。其中訊號擷取元件可以為資料擷取卡。
綜合以上各個實施方式可知，於本發明的光學斷層造影系統的一些實施方式中，訊號產生器產生的週期訊號包含複數個合成弦波訊號。當進行斷層掃描時，可利用此週期訊號激發光發射器。待光發射器所發出的光訊號通過待測物後，可由此光訊號獲得數倍的有關於待測物之光資訊，進而能縮短斷層掃描的時間。具體來說，接收光訊號後產生的比對訊號可分出複數個弦波拆解訊號。在重建影像時，利用複數個弦波拆解訊號進行影像重建，能得到品質較佳的斷層掃描影像。
由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光學斷層造影系統
110‧‧‧訊號產生器
120‧‧‧光發射器
130‧‧‧光接收器
131‧‧‧光電倍增管
133‧‧‧放大器
140‧‧‧訊號處理器
141‧‧‧混波器
143‧‧‧低通濾波器
150‧‧‧影像處理器
151‧‧‧訊號擷取元件
200‧‧‧待測物

Claims (8)

  1. 一種光學斷層造影系統，包含：一訊號產生器，配置以產生一週期電訊號及一參考電訊號，其中該週期電訊號包括複數個合成波訊號，且該些合成波訊號分別具有不同的頻率；至少一光發射器，配置以受該週期電訊號的該些合成波訊號驅動而產生一光訊號通過一待測物，其中該光訊號具有不同幅值的複數個調變頻率；至少一光接收器，配置以接收通過該待測物之該光訊號並分別轉換為複數個電訊號；一訊號處理器，配置以根據該些電訊號與該參考電訊號產生一比對訊號；以及一影像處理器，配置以由該比對訊號分出複數個弦波拆解訊號，並配置以根據該些弦波拆解訊號產生一重建影像。
  2. 如請求項1所述之光學斷層造影系統，其中該光接收器包含一光電倍增管及一放大器，且該些電訊號為電壓訊號。
  3. 如請求項2所述之光學斷層造影系統，其中該訊號處理器包含一混波器及一低通濾波器，該混波器配置以根據該些電壓訊號及該參考電訊號而產生該比對訊號，且該低通濾波器配置以濾除該比對訊號中的高頻訊號。
  4. 如請求項1所述之光學斷層造影系統，其中該影像處理器包含一訊號擷取元件，該訊號擷取元件配置以分別擷取該比對訊號之複數個弦波拆解訊號。
  5. 一種造影方法，包含：以包括複數個合成波訊號之一週期電訊號驅動一光發射器而產生一光訊號通過一待測物，其中該些合成波訊號分別具有不同的頻率，該光訊號具有不同幅值的複數個調變頻率；接收通過該待測物之該光訊號並分別轉換為複數個電訊號；根據該些電訊號與該參考電訊號產生一比對訊號；由該比對訊號分出複數個弦波拆解訊號；以及根據該些弦波拆解訊號產生一重建影像。
  6. 如請求項5所述之造影方法，其中該些電訊號為電壓訊號。
  7. 如請求項6所述之造影方法，更包含：根據該些電壓訊號及該參考電訊號以產生該比對訊號；以及濾除該比對訊號中的高頻訊號。
  8. 如請求項5所述之造影方法，更包含：分別擷取該比對訊號之該些弦波拆解訊號。
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