專利名稱：識別和分類哺乳動物的動態(tài)熱力學(xué)過程并區(qū)分此類過程的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外成像，更具體涉及用于診斷的紅外成像。
背景技術(shù)：
迄今為止，有時稱作熱成像的紅外成像已被應(yīng)用于諸如印刷電路板和渦輪葉片等材料的無損檢測。而紅外成像在醫(yī)療診斷上的應(yīng)用一直受到很大程度的限制，這是由于設(shè)備的不足以及缺乏關(guān)于生物的紅外能量輻射和造成此種輻射的潛在生理過程的普遍性理論。
早期使用的紅外成像依賴于缺乏足夠分辨率的檢測器，對于醫(yī)療診斷不具有足夠且可靠的價值。雖然紅外檢測器技術(shù)已有所提高，但利用紅外造影機(jī)(imaging cameras)來檢測人體表面溫度的細(xì)微變化仍無法為有效的醫(yī)療診斷提供包含足夠信息的數(shù)據(jù)。
因此，需要提供一種紅外成像系統(tǒng)和使用這種紅外成像系統(tǒng)的方法，以檢測從受到熱應(yīng)力的人體發(fā)出的紅外輻射特性的變化，并從人體對熱應(yīng)力的反應(yīng)獲得關(guān)于人體生理機(jī)能的診斷信息。還需要提供一種紅外成像系統(tǒng)，其能夠立體地觀察和分析人體發(fā)出的紅外輻射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種生成患者的紅外成像的方法。該方法包括提供一種配置的紅外造影機(jī)，以從紅外造影機(jī)能觀看到的視野(field-of-view)內(nèi)的光學(xué)元件陣列接收紅外輻射。從位于視野內(nèi)的患者獲取紅外輻射的多個幀。各個幀是在相應(yīng)的幀取樣間隔期間獲取的，且各個幀對應(yīng)在其幀取樣間隔期間從至少部分光學(xué)元件陣列獲取的紅外輻射。從光學(xué)元件陣列接收的紅外輻射的多個積分(integral)可以被確定，各個積分對應(yīng)于至少兩個幀中從相同光學(xué)元件接收的紅外輻射。各個積分被映射(map)為一種色彩或灰度(shade ofgray)，而各個積分的色彩或灰度可映射至圖像中與視野中的相應(yīng)光學(xué)元件的位置相對應(yīng)的位置。
所述多個幀是在成像間隔期間獲取的，且每個幀的獲取次數(shù)可為固定或可變的。在每個光學(xué)元件上接收到的紅外輻射可對于絕對溫度進(jìn)行調(diào)整。在幀取樣間隔期間從視野內(nèi)的各個光學(xué)元件順序地獲取紅外輻射?；蛘撸诨鞠嗤臅r間從視野內(nèi)所有的光學(xué)元件獲取紅外輻射。
在開始獲取幀之前，患者可暴露于環(huán)境溫度的空氣。然后，開始獲取幀，且患者可暴露于調(diào)節(jié)空氣流，該調(diào)節(jié)空氣流的溫度不同于環(huán)境溫度。在成像間隔之后，停止獲取幀。在患者身上并處于視野中，設(shè)置至少一個標(biāo)記(marker)，所述至少一個標(biāo)記的輻射率不同于患者的輻射率。優(yōu)選的，所述至少一個標(biāo)記位于患者的固定解剖結(jié)構(gòu)的位置上。
在鄰近患者的視野內(nèi)放置一個或多個反射鏡。所述一個或多個反射鏡被定向，以反射來自患者身體某一部位的紅外輻射，患者身體的該部位處于該視野內(nèi)，但從該紅外造影機(jī)的角度，患者身體的該部位被另一部位遮擋。
在紅外造影機(jī)與患者之間放置柵格。通過柵格將熱能傳遞至患者，而紅外輻射的幀可直接從患者以及從一個或多個反射鏡獲取。患者的三維圖像可根據(jù)直接從患者以及從一個或多個反射鏡獲取的紅外輻射來構(gòu)建。
本發(fā)明還提供一種紅外成像設(shè)備，其包括檢測裝置，用于檢測來自光學(xué)元件陣列的每個光學(xué)元件的紅外輻射，該光學(xué)元件陣列構(gòu)成成像設(shè)備的視野。控制器被連接，以控制該檢測裝置，以選擇性地在多個相同取樣間隔中獲取來自光學(xué)元件陣列的紅外輻射的多個幀。每個幀對應(yīng)于在一個取樣間隔期間從光學(xué)元件陣列的所有或部分光學(xué)元件獲取的紅外輻射。該紅外成像設(shè)備還提供確定裝置，用于確定由檢測裝置從光學(xué)元件陣列接收的紅外輻射的多個積分。每個積分對應(yīng)于至少兩個幀中從相同的光學(xué)元件獲取的紅外輻射。該確定裝置將每個積分映射為一種色彩或灰度，并可將每個積分的色彩或灰度映射至圖像中與視野中的相應(yīng)光學(xué)元件的位置相對應(yīng)的位置。
優(yōu)選的，每個光學(xué)元件對應(yīng)于可由檢測裝置處理的視野中的最小單元。
該紅外成像設(shè)備包括轉(zhuǎn)換裝置，用于將從每個光學(xué)元件獲取的紅外輻射轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)據(jù)。確定裝置根據(jù)對應(yīng)于每個幀中從每個光學(xué)元件獲取的紅外輻射的數(shù)據(jù)，確定至少兩個幀中相同光學(xué)元件的積分。
優(yōu)選的，在成像間隔期間每個幀的獲取次數(shù)以對數(shù)的方式出現(xiàn)，且獲取次數(shù)在成像間隔后期增大。
幀的獲取可與處于視野中的患者的心跳周期同步。至少兩個幀可在不同心跳周期的相同部分期間獲取。


圖1為包括紅外造影機(jī)的紅外成像系統(tǒng)的框圖；圖2為圖1所示的紅外造影機(jī)的框圖，其中包括單一的可選擇定位的紅外檢測器；圖3為表示圖2所示的紅外造影機(jī)可觀看到的總視野(tFOV)的幀的示意圖，該紅外造影機(jī)包括形成該幀的光學(xué)元件陣列；圖4為利用圖2所示的紅外造影機(jī)獲得的多個幀的溫度與時間示意圖；圖5為根據(jù)從圖4所示的每個幀由四個相同的光學(xué)元件接收的紅外輻射確定的溫度與時間曲線圖；圖6為圖2所示的紅外造影機(jī)的示意圖，該紅外造影機(jī)被定位以便從暴露于加熱/冷卻泵產(chǎn)生的熱應(yīng)力的患者獲取紅外圖像的幀；圖7為圖6中沿VII-VII線觀看患者的視圖，包括視野中的四個光學(xué)元件在患者身上的位置，從所述光學(xué)元件獲取紅外輻射以生成圖5所示的溫度與時間曲線；圖8a為黑白繪圖，包括色彩符號以表示患者乳房的色彩斜率映射圖像的色彩，其中與多個幀中位于總視野中的每個位置處的光學(xué)元件相關(guān)的每條溫度與時間曲線被映射成與該溫度與時間曲線的積分相關(guān)的色彩；圖8b為圖8a所示的患者乳房的灰度映射圖像，其中具有小于與紅色相關(guān)的溫度與時間曲線的積分的溫度與時間曲線，將根據(jù)其積分被映射成灰度，而紅色部分是以紅色的色彩符號來表示；圖9為具有鋸齒狀脈管系統(tǒng)的另一個患者的乳房的灰度映射圖像；圖10為圖7所示的患者的示意圖，其包括位于患者乳房下方的胸骨反射鏡以及位于患者乳房的相對兩側(cè)上的側(cè)邊反射鏡；圖11為用于獲取立體圖像的一對檢測器和一對紅外透鏡的分體示意圖；圖12為圖1所示的紅外造影機(jī)的框圖，該紅外造影機(jī)包括紅外檢測器的凝視(staring)陣列；以及圖13為用于獲取立體圖像的一對紅外透鏡和一對凝視陣列的分體示意圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1，紅外(IR)成像系統(tǒng)2包括連接至工作站6的紅外造影機(jī)4。紅外造影機(jī)4從工作站6接收指令信號，并向工作站6提供關(guān)于紅外造影機(jī)4接收的紅外輻射的定量數(shù)據(jù)及信息。工作站6還連接有打印機(jī)8、儲存裝置10、顯示器12、定點(diǎn)(pointing)裝置14、鍵盤16以及電源調(diào)節(jié)器18，上述裝置供紅外成像系統(tǒng)2的使用者以常規(guī)的方式使用。
請參閱圖2并繼續(xù)參閱圖1，紅外造影機(jī)4包括數(shù)據(jù)接收器22及數(shù)據(jù)傳輸器24，用于與工作站6通信。在軟件程序的控制下運(yùn)行的控制器26被連接以接收來自數(shù)據(jù)接收器22的數(shù)據(jù)。紅外造影機(jī)4包括與冷卻系統(tǒng)30連接的檢測器28，用于以常規(guī)的方式將檢測器28冷卻到可接受的工作溫度。檢測器28接收來自紅外透鏡32的紅外輻射，紅外透鏡32將其接收的紅外輻射聚焦到檢測器28上。紅外輻射在到達(dá)紅外透鏡32之前通過前端面板視窗44，且在特定的情況下會通過濾光器46。
用于紅外透鏡32聚焦的聚焦系統(tǒng)62被連接以接收來自控制器26的控制信號。在控制器26的控制下，紅外透鏡32的光學(xué)聚焦和/或縮放可通過聚焦系統(tǒng)62以現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng)的常規(guī)方式進(jìn)行調(diào)整。
機(jī)動的X-Y定位臺64連接至紅外透鏡32及檢測器28，用以控制方向，紅外透鏡32及檢測器28沿該方向檢測從濾光器46傳播的紅外輻射。定位控制器66被連接以接收來自控制器26的控制信號。在控制器26的控制下，定位控制器66控制X-Y定位臺64的位置，以使紅外透鏡32及檢測器28能被選擇性定位，以檢測從濾光器46的選定部分傳播的紅外輻射光束。
前置放大器76被連接以從檢測器28接收對應(yīng)于接收到的紅外輻射的強(qiáng)度的信號。前置放大器76放大并過濾檢測器28輸出的每個信號，并將每個經(jīng)過放大與過濾的信號提供給圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)78，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器78會將每個來自前置放大器76且經(jīng)過放大與過濾的信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號，此數(shù)字信號將被提供給圖像處理系統(tǒng)80，如柵極陣列。在控制器26的控制下工作的圖像處理系統(tǒng)80將紅外輻射的數(shù)據(jù)及信息提供給數(shù)據(jù)傳輸器24，以傳輸至工作站6。
優(yōu)選的，前置放大器76被連接以接收來自溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)82的關(guān)于絕對溫度的數(shù)據(jù)與信息。在控制器26的控制下，溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)82將絕對溫度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)提供給前置放大器76。前置放大器76將來自溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)82的絕對溫度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與檢測器28輸出的每個信號結(jié)合，以對應(yīng)檢測器28接收的紅外輻射的絕對溫度調(diào)整前置放大器76輸出的經(jīng)過放大與過濾的信號。
控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器84被連接以接收聚焦系統(tǒng)62、X-Y定位臺64、溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)82、前置放大器76以及環(huán)境溫度傳感器86輸出的模擬信號。在控制器26的控制下，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器84有選擇地將與控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器84接收的模擬信號相對應(yīng)的數(shù)字信號提供給控制器26?？刂破?6從控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器84接收的數(shù)字信號被控制器26使用，以控制紅外造影機(jī)4的工作。
請參閱圖3，并繼續(xù)參閱圖1與圖2，控制器26根據(jù)需要控制通過檢測器28進(jìn)行的紅外輻射的取樣、紅外透鏡32的聚焦以及X-Y定位臺64的位置，以接收并記錄來自光學(xué)元件90陣列中的每個光學(xué)元件90的紅外輻射，該光學(xué)元件90陣列處于紅外成像機(jī)4可觀看到的總視野(tFOV)92之內(nèi)。在此，術(shù)語“光學(xué)元件”(optel)是指在總視野92中的最小單元，其在檢測器28的瞬時視野(iFOV)中可被單獨(dú)處理。
紅外造影機(jī)4在工作中從總視野92中的每個光學(xué)元件90獲得紅外輻射。例如，從位于圖3所示的總視野92中的位置(X1，Y1)的光學(xué)元件90開始，控制器26控制X-Y定位臺64、檢測器28以及紅外透鏡32，以便對于固定的垂直Y軸位移、沿水平X軸獲取來自每個光學(xué)元件90的紅外輻射。具體而言，紅外造影機(jī)4從總視野92內(nèi)包括的介于位置(X1，Y1)與位置(X640，Y1)之間的每個光學(xué)元件90獲取紅外輻射。然后，紅外成像系統(tǒng)2調(diào)整X-Y定位臺64的位置，以使檢測器28從總視野92內(nèi)包括的介于位置(X1，Y2)與位置(X640，Y2)之間的每個光學(xué)元件90獲取紅外輻射。紅外造影機(jī)4利用上述方式持續(xù)掃描總視野92中的光學(xué)元件90，直到獲取了構(gòu)成總視野92的全部光學(xué)元件90為止。
由于圖2所示的紅外造影機(jī)4具有單一的檢測器28，所以紅外造影機(jī)4必須在不連續(xù)的時間段內(nèi)從總視野92中每個位置上的光學(xué)元件90獲取信息。在總視野92中的位置(X1，Y1)進(jìn)行光學(xué)元件90取樣與在位置(X640，Y480)進(jìn)行光學(xué)元件90取樣之間的間隔(即幀取樣間隔)是由從被成像的物體接收的紅外輻射量來決定。在此方面，幀取樣間隔可作為從被成像的物體接收的紅外輻射量的函數(shù)而被調(diào)整。優(yōu)選的，紅外造影機(jī)4在每個幀取樣間隔中對總視野92中的每個位置的光學(xué)元件90進(jìn)行多次取樣，并對總視野92中各個位置的每個光學(xué)元件90進(jìn)行取樣平均，以便獲得從每個光學(xué)元件90所接收的紅外輻射的平均值，而此平均值可依照以下所述的方式加以運(yùn)用。在光導(dǎo)檢測器的情況下，來自上述取樣的信息(電壓輸出)被求和；而在光電檢測器的情況下，信息(電流輸出)被積分。
圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器78為總視野92中每個位置的光學(xué)元件90確定檢測器28檢測到的瞬時或平均紅外輻射的絕對溫度的數(shù)字值。接著，圖像處理系統(tǒng)80在幀掃描間隔期間將為總視野92中每個位置的光學(xué)元件90獲得的數(shù)字值排列在幀94中。優(yōu)選的，幀94中與每個光學(xué)元件90相關(guān)的數(shù)字值代表紅外輻射的絕對溫度，該紅外輻射是在相應(yīng)的幀取樣間隔期間由檢測器28從被成像物體的特定位置接收到的。
請參閱圖4，并繼續(xù)參閱所有上述的圖式，紅外造影機(jī)4在成像間隔(如五分鐘)中獲得被成像物體的多個幀，例如F1-F200。當(dāng)在圖像處理系統(tǒng)80中接收并匯集每個幀94時，控制器26將每個幀94從圖像處理系統(tǒng)80經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸器24傳送至工作站6。在醫(yī)療應(yīng)用中，優(yōu)選的，每個幀94的獲取是以對數(shù)的方式在成像間隔期間出現(xiàn)，并在成像問隔后期增加相鄰幀94的獲取次數(shù)。然而，相鄰幀94的獲取可以是固定的或以任何所需的方式變化。
請參閱圖5，并繼續(xù)參閱所有上述的圖式，為了進(jìn)行說明，對于每個幀94的相同光學(xué)元件90獲取的溫度可以表示為溫度-時間曲線，如曲線100-106。例如，對于圖4所示的幀F(xiàn)1-F200，溫度-時間曲線100顯示位置(X3，Y3)上的光學(xué)元件90的溫度與時間的關(guān)系。同樣地，對于圖4所示的幀F(xiàn)1-F200，溫度-時間曲線102、104及106分別顯示位置(X3，Y7)、(X10，Y3)及(X10，Y7)上的光學(xué)元件90的溫度與時間的關(guān)系。
當(dāng)在成像間隔期間已獲取多個幀94時，工作站6為每個幀94中的相同光學(xué)元件90確定每條溫度-時間曲線的積分(或積分值)。每個積分可關(guān)于特定時間間隔的時間(例如取樣幀F(xiàn)1與幀F(xiàn)200之間的時間)確定?；蛘?，每個積分可關(guān)于特定的多個子集幀94確定，例如幀F(xiàn)85-F150、幀F(xiàn)85-F150之間的每個其它幀，等等。例如，從每個幀94中相同位置的光學(xué)元件90，或者從選定的多個幀94、例如幀F(xiàn)85-F150，工作站6可確定關(guān)于每條溫度-時間曲線(如曲線100、102、104和106)的時間的積分。例如，當(dāng)幀F(xiàn)200被采樣時，工作站6可在幀F(xiàn)1被采樣至?xí)r刻t1時從時刻t0起確定每條溫度-時間曲線的積分。在另一實(shí)例中，當(dāng)幀F(xiàn)150被采樣時，工作站6可在幀F(xiàn)85被采樣至?xí)r刻t1時從時刻t0起確定每條溫度-時間曲線的積分。
出于顯示的目的，工作站6可將每條溫度-時間曲線(如曲線100-106)的積分值映射為單個色彩。優(yōu)選的，在用于早期鑒定乳房腫瘤的醫(yī)療應(yīng)用中，具有最小積分值的曲線映射為藍(lán)色，而具有最大積分值的曲線則映射為紅色。此外，具有介于最大與最小積分值之間的積分值的曲線映射為紅色與藍(lán)色之間的色彩。例如，如圖5所示，在幀F(xiàn)85與幀F(xiàn)150之間，工作站6將藍(lán)色映射于具有最小積分值的溫度-時間曲線100；將綠色映射于溫度-時間曲線102；將黃色映射于溫度-時間曲線104；而將紅色映射于具有最大積分值的溫度-時間曲線106。
接著，工作站6將總視野92中的每個光學(xué)元件90或一組光學(xué)元件90的位置映射在顯示器12上對應(yīng)的像點(diǎn)或一組像點(diǎn)。當(dāng)一種色彩被映射至部分或所有溫度-時間曲線(如曲線100-106)的積分值時，工作站6會將溫度-時間曲線的積分值映射的色彩顯示在顯示器12上，并顯示于具有與總視野92內(nèi)相應(yīng)光學(xué)元件90的位置相對應(yīng)的位置的像點(diǎn)或像點(diǎn)組上。如此映射于顯示器12的色彩將在其上形成積分值的色彩斜率映射圖像。
或者，工作站6可將選定的多個幀94上的每條溫度-時間曲線的積分值映射成灰度，從而形成灰度斜率映射圖像。優(yōu)選的，灰度在最大與最小積分值之間延展，最大或最小積分值為白色，而最大或最小積分值中的另一個為黑色。工作站6也可將選定的多個幀94上具有小于或大于預(yù)定積分值的積分值的每條溫度-時間曲線映射成灰度。此外，每個幀94或選定的多個幀94中的數(shù)據(jù)可利用常規(guī)的方式加以過濾或放大，以增強(qiáng)灰度和/或色彩斜率映射圖像的細(xì)節(jié)。
本發(fā)明可應(yīng)用于乳房癌的早期檢測，特別是與乳房腫瘤生長過程有關(guān)的近期而管生成(angiogenesis)檢測。具體而言，眾所周知，隨著乳房癌的生長，會出現(xiàn)血管生成過程，且腫瘤病變(lesion)或初期的腫瘤會形成獨(dú)立的血液供給。據(jù)觀察，通過近期血管生成所形成的血管并不會對身體的交感神經(jīng)系統(tǒng)或自主神經(jīng)系統(tǒng)有所回應(yīng)。因此，就對于外因性熱應(yīng)力的反應(yīng)而言，體內(nèi)由于近期血管生成而被供血的部位對于外因性熱應(yīng)力的反應(yīng)與身體同一器官內(nèi)其供血與近期血管生成無關(guān)的鄰近部位的反應(yīng)不一致。從皮膚區(qū)隨時間發(fā)出的紅外輻射可被映射成不同結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組織層面(例如細(xì)胞、組織、器宮和/或系統(tǒng))的潛在生理、生化及神經(jīng)過程。若將體內(nèi)和近期血管生成活動區(qū)有關(guān)的皮膚區(qū)發(fā)出的紅外輻射與來自其供血和近期血管生成無關(guān)的身體皮膚區(qū)的紅外輻射相比較，可發(fā)現(xiàn)其間存在顯著的不同。
利用紅外成像系統(tǒng)2，獲取溫度-時間曲線及關(guān)于每條溫度-時間曲線積分的信息的上述方法，本發(fā)明能夠識別出是否存在近期血管生成，并提供乳房內(nèi)這種血管生成所在位置的有意義的數(shù)據(jù)，從而提供表明患者體內(nèi)活躍的腫瘤過程可能在發(fā)展之中或患者已罹患癌癥的早期指示。
本發(fā)明的另一應(yīng)用是應(yīng)用數(shù)學(xué)與統(tǒng)計方法來檢測從皮膚發(fā)出的紅外輻射，以識別血管體(angiosome)或熱節(jié)(thermatome)以及紅外輻射統(tǒng)計上過高或過低的異常區(qū)域，而此紅外輻射可映射成不同組織層面(例如細(xì)胞、組織、器官和/或系統(tǒng))的潛在生理、生化及神經(jīng)過程。在通過如針刺療法及針壓療法等替代療法治療慢性疼痛、特別是肌筋膜(myofascial)疼痛中，或在如治療性紅外線或射頻能量等外生電磁輻射的應(yīng)用中，這類信息具有特殊的價值。
本發(fā)明在識別血管體及熱節(jié)上的應(yīng)用可讓“西醫(yī)”能夠有效地利用“中醫(yī)”療法，如針刺療法及針壓療法，并讓“中醫(yī)”能夠?qū)⑵溆^點(diǎn)與技術(shù)傳達(dá)給“西方”的醫(yī)療業(yè)者。
請參閱圖6，并繼續(xù)參閱所有上述的圖式，下面參照在檢測乳房114的過程中根據(jù)從患者P接收的紅外輻射獲取信息說明本發(fā)明。優(yōu)選的，患者P坐在具有椅背112的凳子或座椅110上，且椅背112相對于垂直軸113以角度θ傾斜；或者，患者P站立并靠在傾斜相同角度的斜板上(未示出)。選擇角度θ以使得每個乳房114的下側(cè)理想地處于紅外造影機(jī)4的總視野92之內(nèi)。為了便于進(jìn)行乳房114側(cè)部及腋下區(qū)的紅外成像，患者P需將其手臂向側(cè)面及頭部移動而離開身體，并將其手肘及前臂擱在支持器115上。紅外造影機(jī)4與患者P之間具有一定的間隔，使得患者P的整個前胸區(qū)C、特別是患者P的乳房114處于紅外造影機(jī)4的總視野92之內(nèi)。優(yōu)選的，紅外造影機(jī)4被定位以使得患者P的乳房114及鄰近的身體軀干116充滿總視野92的大部分區(qū)域。然而，紅外透鏡32可被調(diào)整，以在患者P的特定區(qū)域進(jìn)行光學(xué)縮放，從而能夠獲取來自此選定區(qū)域的紅外輻射。
在本發(fā)明中，利用紅外透鏡32進(jìn)行光學(xué)縮放可隔離來自患者P選定區(qū)域的紅外輻射的獲取，但是并不能增加每個光學(xué)元件90觀看到的患者P的表面區(qū)。通過光學(xué)縮放而在較小的光學(xué)元件90陣列獲取紅外圖像，被認(rèn)為能夠提高患者P身體被成像部位的子集合中的圖像分辨率。
根據(jù)紅外透鏡32的焦距與患者P必須在總視野92之內(nèi)的面積之間的權(quán)衡(tradeoff)，來選擇患者P與紅外造影機(jī)4之間的距離，以便獲得有意義的生理信息。為達(dá)此目的，紅外透鏡32優(yōu)選設(shè)定為使得患者P在總視野92中被成像的所有部位處于對焦點(diǎn)。優(yōu)選的，紅外造影機(jī)4的紅外透鏡32被設(shè)定成具有長焦距，且其模糊圓環(huán)與衍射界限小于由檢測器28可觀看到的每個光學(xué)元件90的尺寸。以上述的組合，紅外造影機(jī)4具有可使位于總視野92內(nèi)的患者P身體的每個部位都處于對焦點(diǎn)的景深，而不論患者P身體的每個子部位與紅外造影機(jī)4相隔距離的大小。
患者P及座椅110處于當(dāng)患者P脫去衣物時其環(huán)境溫度使患者P感覺舒適的房間118內(nèi)。在患者P坐上座椅110后的適當(dāng)時間，紅外造影機(jī)4開始獲取對應(yīng)于絕對溫度數(shù)值的幀94，該絕對溫度由未對患者P施加熱應(yīng)力時從患者P接收到的紅外輻射表示。為了在施以外因熱應(yīng)力之前獲取足夠的“基準(zhǔn)”信息而需要獲取的幀個數(shù)與時間長度是由操作者確定，或通過計算機(jī)分析獲取的數(shù)據(jù)來自動確定。在沒有熱應(yīng)力時取得所需個數(shù)的幀94之后，患者P暴露在來自位于患者P前方的一個或多個加熱/冷卻泵122的調(diào)節(jié)空氣流120。一個或多個加熱/冷卻泵122被定位以提供基本均勻的調(diào)節(jié)空氣流120，從而以基本恒定的速率對患者P身體位于總視野92內(nèi)的部位依照特定的檢查規(guī)則加以冷卻或加熱。優(yōu)選的，加熱/冷卻泵122提供至患者P的冷調(diào)節(jié)空氣流120的溫度不同于房間118的環(huán)境溫度，但對于患者P而言仍然是舒適的。據(jù)觀察，僅低于環(huán)境室溫10°F的調(diào)節(jié)空氣流120的溫度就可使患者P產(chǎn)生所需的交感神經(jīng)反應(yīng)。
然而，在特定的臨床條件下，在進(jìn)行冷卻之前優(yōu)選使每個乳房114暖化，以便促使更多血液流至皮膚表面，并保證患者P不會因?yàn)橹車h(huán)境條件而產(chǎn)生血管收縮。相應(yīng)于熱應(yīng)力變化，例如從加熱至冷卻或從冷卻至加熱，從患者P接收到的紅外輻射中能夠取得其它有意義的信息。這些熱應(yīng)力的變化會在特定皮膚區(qū)的紅外輻射放射中誘發(fā)一種生理上的磁滯現(xiàn)象(hysteresis)，該特定皮膚區(qū)與下層組織和器官的某些生理過程相關(guān)。
例如，加熱/冷卻泵122首先為患者P提供調(diào)節(jié)空氣流120，同時紅外造影機(jī)4獲取患者P的乳房114的多個幀94。在加熱/冷卻的循環(huán)期間，某些潛在的生理過程會使來自與此生理過程有關(guān)的皮膚區(qū)的紅外輻射出現(xiàn)變化，導(dǎo)致從與這些特定區(qū)域相關(guān)的光學(xué)元件90接收的紅外輻射的積分值和從與較小反應(yīng)的組織相關(guān)的光學(xué)元件90接收的紅外輻射的積分值在統(tǒng)計上存在顯著的差異。此積分值之間的差異可在顯示器12上顯示為灰度和/或色彩斜率映射圖像中的差異。下層結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的三維圖像還可從獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。
由于與某些磁性材料相關(guān)的磁滯現(xiàn)象相似的生理組織特性，由加熱而后冷卻(即“熱-冷”循環(huán))和/或冷卻而后加熱(即“冷-熱”循環(huán))構(gòu)成的熱應(yīng)力增強(qiáng)了紅外成像系統(tǒng)2的效能，以識別與近期血管生成活動相關(guān)的生理組織區(qū)，例如患者P的乳房114。
響應(yīng)從加熱/冷卻泵122接收到冷調(diào)節(jié)空氣流120，患者P的交感神經(jīng)系統(tǒng)會限制血液流至患者P被冷卻的皮膚表面。然而，據(jù)觀察，患者P的交感神經(jīng)系統(tǒng)不會限制血液流至患者P已遭受近期血管生成或正遭受血管生成發(fā)作的生理組織。因此，患者P的一些生理組織或器官的供血與近期血管生成或正在進(jìn)行的血管生成活動相關(guān)，來自與這些生理組織或器官相關(guān)的患者P的皮膚區(qū)的紅外輻射不會以與患者P的其它生理組織相同的方式對冷調(diào)節(jié)空氣流120進(jìn)行反應(yīng)。例如，如圖5與圖7所示，在總視野92的位置(X3，Y3)上的光學(xué)元件90觀看到的患者P的皮膚表面區(qū)，將響應(yīng)冷調(diào)節(jié)空氣流120對患者P的冷卻，而在幀F(xiàn)4與幀F(xiàn)200之間產(chǎn)生溫度-時間曲線100。同樣地，冷調(diào)節(jié)空氣流120對患者P的冷卻將導(dǎo)致在位置(X3，Y7)、(X10，Y3)及(X10，Y7)上的光學(xué)元件90觀看到的患者P的皮膚表面區(qū)在幀F(xiàn)4與幀F(xiàn)200之間分別產(chǎn)生溫度-時間曲線102、104及106。
如圖5所示，在幀F(xiàn)85與幀F(xiàn)150之間，曲線104及曲線106比曲線100及曲線102呈現(xiàn)出較小的變化率。此變化率的差異表明在位置(X10，Y3)及位置(X10，Y7)上的光學(xué)元件90觀看到的患者P的皮膚表面區(qū)，沒有象在位置(X3，Y3)及位置(X3，Y7)上的光學(xué)元件90觀看到的患者P的皮膚表面區(qū)一樣，響應(yīng)冷調(diào)節(jié)空氣流120的冷卻。對幀F(xiàn)85與幀F(xiàn)150之間的每條曲線102-106進(jìn)行積分將生成積分值，由此，曲線106的積分值大于曲線104的積分值，曲線104的積分值大于曲線102的積分值，而曲線102的積分值大于曲線100的積分值。這表明患者P處于總視野92內(nèi)的生理組織可能正在遭受血管生成的發(fā)作或者可能已由于近期血管生成而被供血。
除了提供關(guān)于血管生成及血管生成活動的信息之外，本發(fā)明還能提供關(guān)于其血液流動受交感神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的任何組織、器官或生理系統(tǒng)的活動的有意義信息。
優(yōu)選的，在人體乳房腫瘤疾病的早期檢測的特例中，用于檢測總視野92內(nèi)每個位置的光學(xué)元件90的溫度-時間曲線的積分的起始幀94(如幀F(xiàn)85)及幀的個數(shù)可根據(jù)需要改變，以便在顯示器12上顯現(xiàn)圖像。例如，圖5所示的每條溫度-時間曲線100、102、104及106的積分是在幀F(xiàn)85與幀F(xiàn)150之間被確定。然而，每條溫度-時間曲線100、102、104及106的積分也可根據(jù)需要在幀F(xiàn)100與幀F(xiàn)125之間、幀F(xiàn)20與幀F(xiàn)85之間，幀F(xiàn)75與幀F(xiàn)175之間等確定。
此外，用于將灰度和/或色彩映射到圖5所示的每條溫度-時間曲線的積分的數(shù)字位數(shù)也可以改變。例如，若圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器78為12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，則灰度和/或色彩斜率映射圖像可被映射至小于圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器78的完整12位范圍。例如，工作站6可將每條溫度-時間曲線的積分映射至與以十為基底的數(shù)字800至1600對應(yīng)的數(shù)值范圍，從而從即時顯示器12中消除含有較少或沒有即時診斷價值的信息，但卻不會使保存于患者數(shù)據(jù)庫內(nèi)的患者紀(jì)錄丟失此類信息。
圖8a及圖8b分別顯示以黑白色繪制的患者P的乳房114的色彩斜率映射圖像和結(jié)合灰度與黑白色繪制的患者P的乳房114的色彩斜率映射圖像。由于在成像間隔期間獲取幀94，因此溫度-時間曲線表示隨著時間的過去，來自患者P的乳房114的整個組織腫塊(tissue mass)的紅外輻射，而并非只是來自于皮膚表面的溫度。能夠看到，圖8a所示的色彩斜率映射圖像提供關(guān)于患者P的乳房114對來自加熱/冷卻泵122的調(diào)節(jié)空氣流120的交感神經(jīng)反應(yīng)的詳細(xì)信息。在此色彩斜率映射圖像中，靠近光譜藍(lán)色端的色彩是與具有較小積分值的光學(xué)元件90相關(guān)，如圖5中的曲線100；而以紅色顯示的區(qū)域則是與具有較大積分值的光學(xué)元件90相關(guān)，如圖5中的曲線106。圖8a所顯示的色彩斜率映射圖像中的綠色、黃色及橙色是與其積分值介于圖5中的溫度-時間曲線100與106的積分值之間的溫度-時間曲線相關(guān)。
在圖8b中，對于小于與紅色相關(guān)的積分值的積分值，總視野92中具有與該積分值相關(guān)的溫度-時間曲線的光學(xué)元件90的區(qū)域被映射成灰度，而具有對應(yīng)于紅色的積分值的溫度-時間曲線則以紅色符號表示。更具體而言，圖8b中結(jié)合灰度與黑白色繪制的色彩斜率映射圖像是通過結(jié)合最后32個幀94的灰度斜率映射圖像以及相同的最后32個幀94的色彩斜率映射圖像而形成。灰度圖像是通過以下方式形成的將最后32個幀94中的相同光學(xué)元件90的積分值映射成灰度以形成圖8b的灰度映射圖像。與紅色相關(guān)的色彩斜率映射圖像的光學(xué)元件90取代灰度映射圖像中的相同光學(xué)元件90，如此生成的灰度/色彩斜率映射圖像顯示在顯示器12上，以生成圖8b的灰度/色彩斜率圖像。在圖8b中，以紅色符號所顯示的區(qū)域與近期血管生成活動或血管生成已出現(xiàn)或可能正在出現(xiàn)的生理組織相關(guān)，因而此生理組織可能需要更進(jìn)一步檢查。
圖8b中的灰度與黑白色結(jié)合繪制的色彩斜率映射圖像還清楚地顯示了患者P的乳房114內(nèi)的血管結(jié)構(gòu)，以為醫(yī)師提供更多具有診斷價值的信息。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)注意到，乳房114若如圖9所示呈現(xiàn)復(fù)雜或極不規(guī)則的血管結(jié)構(gòu)，則被視為可疑的，并表示相較于血管結(jié)構(gòu)更規(guī)則的情況該患者P具有更高的危險罹患乳癌。通過能夠詳細(xì)地檢測并顯示乳房114的血管結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可進(jìn)行早期的檢測，如與乳癌等腫瘤疾病相關(guān)的血管生成過程的檢測，以及代表與乳癌等腫瘤疾病相關(guān)的致病因素的解剖結(jié)構(gòu)或生理特征的檢測，從而讓患者P能夠早在腫瘤可被觸知之前，并使患者P在其個人生活方式中采取的改變可防止乳癌發(fā)展時就采取行動，如消除“生活方式”的致病因素。
本發(fā)明也可應(yīng)用于通過比較在多個“心跳”周期的相同時間獲取的幀94而確定患者P的血液流動。具體而言，由紅外造影機(jī)4獲取的每個幀94可與患者P的心跳周期的特定部分同步。例如，幀F(xiàn)1、F6及F11等可在每個心跳周期的P波期間獲取；幀F(xiàn)2、F7及F12等可在每個相同心跳周期的Q波期間獲??；幀F(xiàn)3、F8及F13等可在每個相同心跳周期的R波期間獲??；幀F(xiàn)4、F9及F14等可在每個相同心跳周期的S波期間獲??；而幀F(xiàn)5、F10及F15等則可在每個相同心跳周期的T波期間獲取。在整個圖像獲取序列中利用患者P自己的心跳周期要素作為“時間碼”(“time code”)，從而允許以更高的精確度更有效率地應(yīng)用圖像處理及分析的數(shù)學(xué)方法。此外，利用明確定義的電生理學(xué)過程(如心跳)以及適當(dāng)設(shè)立的圖形顯示表示法(如心電圖)，可增強(qiáng)對在不同檢測期間獲得的圖像序列的比較，并且可在對相同或不同患者進(jìn)行多次檢測時提高獲取數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析效率。
當(dāng)在所需的多個心跳周期已獲取所需的多個幀94時，工作站6確定與每個心跳周期中特定時刻相關(guān)的幀94中相同光學(xué)元件90的積分值。例如，工作站6確定在幀F(xiàn)1、F6及F11等(即在多個心跳周期的P波期間獲取的幀)中相同光學(xué)元件90的積分值；確定幀F(xiàn)2、F7及F12等(即在多個心跳周期的Q波期間獲取的幀)中相同光學(xué)元件90的積分值；以及確定在多個心跳周期的R波、S波及T波期間獲取的幀中相同光學(xué)元件90的積分值。
工作站6以上述方式將在多個心跳周期的相同時刻獲取的幀94中相同光學(xué)元件90的積分值映射成灰度和/或色彩。工作站6會將如此映射的灰度和/或色彩顯示于顯示器12的像點(diǎn)或像點(diǎn)組上，所述像點(diǎn)或像點(diǎn)組的位置對應(yīng)于總視野92內(nèi)相應(yīng)的一個或多個光學(xué)元件90的位置，以形成在多個心跳周期的相同時刻積分值的灰度和/或色彩斜率映射圖像。例如，工作站6將灰度和/或色彩映射到幀F(xiàn)1、F6及F11等中相同光學(xué)元件90的積分值，并在顯示器12上顯示對應(yīng)于多個心跳周期的P波期間患者P的血液流動的灰度和/或色彩斜率映射圖像。此外，工作站6將灰度和/或色彩映射到與患者P的多個心跳周期的Q波、R波、S波或T波相關(guān)的幀94中相同光學(xué)元件90的積分值，并選擇性地在顯示器12上顯示其灰度和/或色彩斜率映射圖像。
隔離與多個心跳周期的相同時刻相關(guān)的幀94，能夠使來自患者P的皮膚表面的紅外輻射變化與遍布被關(guān)注的生理組織的多層及多處的血液流動之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，從而允許對位于紅外造影機(jī)4總視野92中的患者P體內(nèi)的血液流動進(jìn)行量化評估，進(jìn)而為醫(yī)師提供更多有價值的診斷信息。利用可靠而一致的時間碼標(biāo)記、如患者P自己的心跳，允許應(yīng)用增強(qiáng)圖像的數(shù)學(xué)處理，并提高整體成像系統(tǒng)的總分辨率，從而改善系統(tǒng)的靈敏度與選擇性，以作為識別、定性及評估活的人體及其它動物體內(nèi)以交感神經(jīng)為媒介的復(fù)雜生理過程的手段。
本發(fā)明也可用于通過以相減的方式結(jié)合包含于兩個幀94中的數(shù)字信息而獲得診斷信息。例如，從幀F(xiàn)2的每個相同位置的光學(xué)元件90獲得的相應(yīng)數(shù)字信息減去從幀F(xiàn)4的每個位置的光學(xué)元件90獲得的數(shù)字信息。工作站6可將在相同位置的光學(xué)元件90獲得的這些差異映射成灰度和/或色度，以在顯示器12上生成這些差異的灰度和/或色彩斜率映射圖像。
請參閱圖10并參閱圖2至圖7，乳房114的紅外成像存在一個問題，即不論患者P的傾斜角度θ為何，都難以獲得患者P的乳房114的下部124的紅外圖像。同樣，當(dāng)紅外造影機(jī)4以圖6所示的方式置于患者P前方時，紅外造影機(jī)4若沒有重新定位，則不易獲得與患者P的手臂126相鄰的每個乳房114的側(cè)部125的紅外圖像。為了使紅外造影機(jī)4能夠觀看到每個乳房114的下部124及其側(cè)部125以及相關(guān)的腋下區(qū)，胸骨反射鏡130可被放置在患者P的乳房114下方，且側(cè)邊反射鏡132可被放置在患者P的乳房114的相對兩側(cè)125。為胸骨反射鏡130及側(cè)邊反射鏡132定位以使得每個乳房114的下部124及其側(cè)部125以及腋下區(qū)都處于總視野92之內(nèi)，并為其定向以使來自每個乳房114下部124及其側(cè)部125的紅外輻射能夠被反射到紅外造影機(jī)4。
利用圖像處理技術(shù)，工作站6由直接從乳房114接收的紅外輻射以及由胸骨反射鏡130和/或側(cè)邊反射鏡132反射的紅外輻射來構(gòu)建乳房114的灰度和/或色彩斜率映射圖像。為了增強(qiáng)紅外造影機(jī)4的功能以檢測胸骨反射鏡130、側(cè)邊反射鏡132、患者P以及其間空間的過渡，每個胸骨反射鏡130及側(cè)邊反射鏡132可在紅外造影機(jī)4可看到的其一個或多個邊上包括一個或多個條板，所述條板材料的輻射率基本不同于人體或其它活體動物或生理組織的輻射率。這種特殊應(yīng)用在評估皮膚對于外部材料(如化妝品)的敏感度中特別有用，并提供一種確定皮膚對材料(如局部性施用的藥物)的吸收率的途徑。這種特殊應(yīng)用可為人類及其它動物對于化合物和混合物(如化妝品)的皮膚敏感度提供精確定量且可再現(xiàn)的確定，從而消除了對某些具有爭議性的動物試驗(yàn)程序(如“Draiz”試驗(yàn))的需要。本發(fā)明還允許對于局部性施用的藥物的吸收率或吸收進(jìn)行精確定量且可再現(xiàn)的確定，進(jìn)一步消除了對具有爭議性的動物試驗(yàn)程序的需要。
請參閱圖7并繼續(xù)參閱圖10，為了在患者P的整個壽命期間延續(xù)的時間上進(jìn)行幀94的連續(xù)記錄，并提供來自胸骨反射鏡130及側(cè)邊反射鏡132的幀94的精確疊加及合并，以及為了調(diào)和由于紅外造影機(jī)4的離軸定位而造成的透視變化，可將標(biāo)記158放置于某個固定的解剖結(jié)構(gòu)的界標(biāo)，如前肋骨凹陷160、劍胸骨接合點(diǎn)162、下鎖骨骨溝164、前腋窩線166以及肩峰突起168。標(biāo)記158是由具有基本上不同于患者P的輻射率的材料制成。此外，某些有用的解剖界標(biāo)的特征可從通過圖像處理技術(shù)獲得的信息識別出來。特別參照人體乳房，乳房血管樹的現(xiàn)存分支可用作時間上的圖像記錄的方法。
有許多種方法能夠根據(jù)直接來自患者P以及從反射鏡130、132反射的紅外輻射，構(gòu)建前面、側(cè)面和/或自下而上的圖像或三維圖像。例如，柵格133可放置于照射器(lamp)134或其它熱源與患者P身體位于紅外造影機(jī)4的總視野92內(nèi)的部位之間。在獲取幀94之后的適當(dāng)時間，照射器134被供給能量，從而經(jīng)過柵格133而將熱能傳遞至患者P身體位于總視野92內(nèi)的部位。來自照射器134的一部分熱能會被柵格133吸收，從而使得患者P以柵格狀的圖樣接收來自照射器134的熱能。直接從照射器134接收到的熱能會在患者P上形成紅外輻射圖樣135，當(dāng)直接觀看患者P時該紅外輻射圖樣135為柵格狀，而當(dāng)經(jīng)由反射鏡130及132觀看時該紅外輻射圖樣135沿著患者P的輪廓。同樣地，經(jīng)由反射鏡130及132從照射器134接收的熱能會在患者P上形成被反射的紅外輻射圖樣135’，且當(dāng)經(jīng)由反射鏡130及132通過紅外造影機(jī)4觀看時該紅外輻射圖樣135’是柵格狀，但直接從患者P觀看時則沿著患者P的輪廓。利用圖像重建技術(shù)，工作站6能夠根據(jù)直接可觀看到的與經(jīng)由反射鏡130及132可觀看得到的紅外輻射圖樣135及135’，構(gòu)建乳房114的前面、側(cè)面和/或自下而上的灰度和/或色彩斜率映射圖像、或三維灰度和/或色彩斜率映射圖像。
在另一實(shí)施例中，患者P穿著尼龍胸罩(未示出)，而標(biāo)記158設(shè)置在其上選定的位置，且被選定的位置通過紅外造影機(jī)4可直接觀看到，或經(jīng)由反射鏡130及132可觀看到。由于尼龍對于紅外輻射而言是透明的，因此工作站6可利用標(biāo)記158在胸罩上的位置，根據(jù)直接可觀看到的以及經(jīng)由反射鏡130及132可觀看到的紅外輻射圖樣來構(gòu)建乳房114的前面、側(cè)面和/或自下而上的灰度和/或色彩斜率映射圖像、或三維灰度和/或色彩斜率映射圖像。
請參閱圖11并同時參閱圖2，紅外造影機(jī)4可配置為利用設(shè)置在X-Y定位臺64上的一對檢測器28以及一對紅外透鏡32以進(jìn)行立體成像。該對檢測器28及該對紅外透鏡32被設(shè)置在X-Y定位臺64上，以同時觀看并獲取來自總視野92內(nèi)的共用光學(xué)元件90的紅外輻射。X-Y定位臺64可用于調(diào)整該對檢測器28及該對紅外透鏡32的位置，以便觀看并獲取來自總視野92內(nèi)的每個光學(xué)元件90的紅外輻射。在此實(shí)施例中，前置放大器76、圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器78以及圖像處理系統(tǒng)80配置為處理由每個檢測器28響應(yīng)同時接收來自同一光學(xué)元件90的紅外輻射而輸出的信號。為總視野92內(nèi)每個位置上的光學(xué)元件90獲得的兩個圖像可被工作站6組合，以生成受到熱應(yīng)力的患者P的生理組織的立體灰度和/或色彩斜率映射圖像。
請參閱圖12并繼續(xù)參閱圖2，檢測器28可被檢測器28的陣列148取代，該陣列148被定位以接收通過前端面板視窗44、濾光器46以及紅外透鏡32的紅外輻射。在此實(shí)施例中，紅外透鏡32已被“加大尺寸”(“up-sized”)，以將接收到的紅外輻射聚焦在檢測器28的陣列148上，而該陣列148即為常規(guī)的“凝視陣列”148，以下將使用此名稱。在操作中，控制器26基本上同時(即幀取樣間隔)對凝視陣列148中每個檢測器28的輸出進(jìn)行取樣，以形成一個圖3所示型態(tài)的幀94?？刂破?6可在預(yù)設(shè)的間隔內(nèi)從凝視陣列148獲得多個幀94。利用以上結(jié)合圖4與圖5描述的方法，在成像間隔期間，對于每個幀94中相同位置的光學(xué)元件90，工作站6獲得由光學(xué)元件90表示的患者P身體某一部位的熱反應(yīng)。
請參閱圖13并同時參閱圖11與圖12，以如圖11所示的一對檢測器28及一對紅外透鏡32的相同方式，利用一對凝視陣列148及一對紅外透鏡32來生成患者P的立體圖像。在此實(shí)施例中，該對凝視陣列148接收來自總視野92內(nèi)每個光學(xué)元件90的紅外信息，且前置放大器76、圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器78以及圖像處理系統(tǒng)80被配置為處理從每個凝視陣列148接收的圖像數(shù)據(jù)。從該對凝視陣列148為總視野92內(nèi)每個位置上的光學(xué)元件90獲得的兩個圖像可被工作站6組合，以生成受到熱應(yīng)力的患者P的生理組織的立體灰度和/或色彩斜率映射圖像。
在圖11所示的實(shí)施例中，每個檢測器28被配置為檢測不同波長的紅外輻射。例如，一個檢測器28可被配置為檢測波長介于1微米與2微米之間的紅外輻射，而另一檢測器28則可被配置為檢測波長介于8微米與12微米之間的紅外輻射。此外，配置為檢測特定波長的紅外輻射的每個檢測器28，可以如圖11所示的方式而與另一個相同的檢測器28配對，以生成不同波長的紅外輻射的立體圖像。優(yōu)選的，每個檢測器28與另一檢測器28之間的距離大于每個檢測器28可觀看到的光學(xué)元件90的尺寸。
優(yōu)選的，將在成像間隔期間獲得的患者P的熱圖像的多個幀94儲存在工作站6的非易失性存儲器(例如磁性或光學(xué)數(shù)據(jù)儲存裝置)中的患者數(shù)據(jù)檔案中，以用于后續(xù)的本地查找及分析。也可以將患者數(shù)據(jù)檔案傳輸至儲存多個患者數(shù)據(jù)檔案的分布數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以用于后續(xù)的查找及分析。優(yōu)選的，分布數(shù)據(jù)系統(tǒng)具有多個位于不同地理位置并以常規(guī)的方式如互聯(lián)網(wǎng)而相互連接的計算機(jī)。每個相互連接的計算機(jī)包括非易失性存儲器、適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)軟體以及適當(dāng)?shù)挠脩魣D形界面，其中非易失性存儲器用以接收及儲存來自本地地理位置的多個患者的數(shù)據(jù)檔案，而用戶圖形界面則有助于用戶與計算機(jī)之間的互動。優(yōu)選的，每個患者的數(shù)據(jù)檔案包括在成像間隔期間獲得的紅外圖像數(shù)據(jù)的幀94，以及其它患者數(shù)據(jù)，例如生活習(xí)慣、病史及其它致病因素等，其與分析患者是否有罹患乳癌的危險相關(guān)。優(yōu)選的，每個患者數(shù)據(jù)檔案作為單一對象存放在分布數(shù)據(jù)系統(tǒng)的計算機(jī)中分布的相關(guān)數(shù)據(jù)庫中。
優(yōu)選的，分布數(shù)據(jù)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)軟體支持能夠?qū)Χ鄠€患者數(shù)據(jù)檔案或多個患者數(shù)據(jù)檔案的子集進(jìn)行分析的專家系統(tǒng)。具體而言，專家系統(tǒng)利用公知的分析技術(shù)，如數(shù)值統(tǒng)計分析、差異分析或因子分析等，來分析多個患者P的數(shù)據(jù)檔案，或?qū)蝹€患者P的數(shù)據(jù)檔案與多個患者P的數(shù)據(jù)檔案進(jìn)行比較，以找出統(tǒng)計上的不一致性，例如與乳房中正在成長的腫瘤過程相關(guān)的血管生成癥狀。優(yōu)選的，專家系統(tǒng)定期將接收到的患者P的數(shù)據(jù)與多個患者P的數(shù)據(jù)檔案中的所有其他患者P的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便識別在統(tǒng)計上顯著的關(guān)聯(lián)性，如與血管生成活動的產(chǎn)生有關(guān)的致病因素，或與腫瘤疾病有關(guān)的臨床癥狀。
在此說明的紅外成像方法與設(shè)備可用作進(jìn)行監(jiān)測以及客觀地將傳統(tǒng)與“非傳統(tǒng)”疼痛處理療法的有效性進(jìn)行量化的手段，其中傳統(tǒng)療法例如為物理治療及脊椎按摩療法等，而“非傳統(tǒng)”療法例如為針壓療法及針刺療法等。此外，本發(fā)明的方法與設(shè)備可用于確定適當(dāng)點(diǎn)，以施用特定的疼痛處理療法，如針壓療法、針刺療法、推拿治療、刺激點(diǎn)注射、增生療法，以及施用聚焦電磁能，如紅外輻射。
在評估軟組織損傷時，利用在此說明的紅外成像方法與設(shè)備可通過各種裝置隨時間獲得來自整個身體上或較少的關(guān)注區(qū)域上的皮膚的紅外輻射的圖像序列，其中所述裝置包括通過軟體創(chuàng)建合成圖像的主要表面反射鏡。
從檢測器28和/或凝視陣列148獲得的數(shù)據(jù)可用于確定對側(cè)肌肉群、皮區(qū)及熱節(jié)的對稱軸?？刹捎媒y(tǒng)計方法確定來自可比較的對側(cè)區(qū)域的紅外輻射是否具有統(tǒng)計上的顯著差異。若存在顯著的差異，則繼續(xù)進(jìn)行分析以確定在每一個對側(cè)群中的對稱區(qū)域之間是否存在統(tǒng)計上的顯著差異。
例如，從右手臂的皮膚表面發(fā)出的紅外能量與左手比較時，在統(tǒng)計上的顯著差異性可能僅僅表明患者P為慣用右手的人。然而，進(jìn)一步獨(dú)立進(jìn)行的每個手臂的統(tǒng)計分析，例如，考慮二頭肌群及三頭肌群的內(nèi)部對稱性，然后對每個可比較的肌肉群中的內(nèi)部對稱性關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計分析及比較，可消除“偏手性”效應(yīng)。這種分析方法在處理與寬廣平坦的肌肉區(qū)(例如斜方肌、背闊肌群以及其它的背部區(qū)域)有關(guān)的疼痛疾病時將顯得格外重要。
對側(cè)肌群、皮區(qū)及熱節(jié)的多個對稱軸的準(zhǔn)確位置允許對連續(xù)的圖像時間序列進(jìn)行準(zhǔn)確記錄以及對治療的有效性進(jìn)行定量評估。將紅外輻射數(shù)據(jù)映射至表面解剖結(jié)構(gòu)的界標(biāo)，并為醫(yī)療人員實(shí)時顯示信息，能夠提高治療的效率及有效性。
參照優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明。其他人在閱讀并理解上述說明時，可進(jìn)行明顯的更改及替換。本發(fā)明包含落入所附權(quán)利要求書或其等效范圍內(nèi)的所有這種更改及替換。
權(quán)利要求
1.一種生成患者的紅外輻射圖像的方法，該方法包括以下步驟(a)提供配置的紅外造影機(jī)，以從該紅外造影機(jī)能觀看到的視野內(nèi)的光學(xué)元件陣列接收紅外輻射；(b)獲取來自位于該視野內(nèi)的患者的紅外輻射的多個幀，每個幀是在對應(yīng)的幀取樣間隔期間獲取的，且每個幀對應(yīng)在其幀取樣間隔期間從該光學(xué)元件陣列獲取的紅外輻射；(c)確定從該光學(xué)元件陣列接收的紅外輻射的多個積分，每個積分是由至少兩個幀中從相同光學(xué)元件接收的紅外輻射確定的；(d)將每個積分映射為一種色彩或灰度；以及(e)將每個積分的色彩或灰度映射至圖像中與該視野中的相應(yīng)光學(xué)元件的位置相對應(yīng)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個幀是在成像間隔期間獲取的；以及每個幀的獲取次數(shù)是固定或可變的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟調(diào)整從每個光學(xué)元件獲取的紅外輻射的絕對溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)包括以下步驟在該幀取樣間隔期間，順序地獲取來自該視野內(nèi)的每個光學(xué)元件的紅外輻射。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)包括以下步驟在基本上相同的時間獲取來自該視野內(nèi)的所有光學(xué)元件的紅外線輻射。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述步驟(b)包括以下步驟使患者暴露于環(huán)境溫度的空氣；開始獲取幀；使患者暴露于調(diào)節(jié)空氣流，該調(diào)節(jié)空氣流的溫度不同于環(huán)境溫度；以及在成像間隔之后，停止獲取幀。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在患者身上且在該視野內(nèi)設(shè)置至少一個標(biāo)記，所述至少一個標(biāo)記的輻射率不同于患者的輻射率。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述至少一個標(biāo)記被設(shè)置在患者的固定解剖結(jié)構(gòu)的位置上。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在鄰近患者的視野內(nèi)設(shè)置至少一個反射鏡；以及為所述至少一個反射鏡定向，以將來自患者身體某一部位的紅外輻射反射至該紅外造影機(jī)，患者身體的該部位處于該視野內(nèi)，但從該紅外造影機(jī)的角度，患者身體的該部位被另一部位遮擋。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟在該紅外造影機(jī)與患者之間設(shè)置柵格；通過該柵格將熱能傳送至患者；以及獲取直接來自該患者以及來自所述至少一個反射鏡的紅外輻射的幀。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟根據(jù)直接從該患者以及從所述至少一個反射鏡獲取的紅外輻射構(gòu)建患者的三維圖像。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，應(yīng)用于以下一個或多個方面(i)患者的腫瘤疾病過程的檢測；(ii)患者的血管生成的檢測；以及(iii)患者的疼痛處理療法的處理部位的識別。
13.一種紅外成像設(shè)備，該設(shè)備包括檢測裝置，用于檢測來自光學(xué)元件陣列的每個光學(xué)元件的紅外輻射，該光學(xué)元件陣列形成該成像設(shè)備的視野；控制器，用于控制該檢測裝置，以有選擇地在多個相同取樣間隔中獲取來自該光學(xué)元件陣列的紅外輻射的多個幀，每個幀對應(yīng)在一個取樣間隔期間從該光學(xué)元件陣列的所有或部分光學(xué)元件獲取的紅外輻射；以及確定裝置，用于確定該檢測裝置從該光學(xué)元件陣列接收的紅外輻射的多個積分，每個積分是由至少兩個幀中從同樣的光學(xué)元件獲取的紅外輻射的變化而確定的，其中該確定裝置將每個積分映射為一種色彩或灰度；以及將每個積分的色彩或灰度映射至圖像中與該視野中的相應(yīng)光學(xué)元件的位置相對應(yīng)的位置。
14.如權(quán)利要求13所述的紅外成像設(shè)備，其中每個光學(xué)元件對應(yīng)于能夠由該檢測裝置處理的該視野中的最小單元。
15.如權(quán)利要求13所述的紅外成像設(shè)備，還包括轉(zhuǎn)換裝置，用于將從每個光學(xué)元件獲取的紅外輻射轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)據(jù)，其中該確定裝置根據(jù)對應(yīng)于從每個幀的每個光學(xué)元件獲取的紅外輻射的數(shù)據(jù)，確定至少兩個幀中相同光學(xué)元件的積分。
16.如權(quán)利要求13所述的紅外成像設(shè)備，其中所述多個幀是在成像間隔期間獲取的；以及每個幀的獲取次數(shù)是固定或可變的。
17.如權(quán)利要求13所述的紅外成像設(shè)備，其中在成像間隔期間每個幀的獲取次數(shù)是以對數(shù)形式出現(xiàn)；以及該獲取次數(shù)在該成像間隔后期增大。
18.如權(quán)利要求13所述的紅外成像設(shè)備，其中所述至少兩個幀被至少一個幀隔開。
19.如權(quán)利要求13所述的紅外成像設(shè)備，其中幀的獲取與處于該視野內(nèi)的患者的心跳周期同步；以及所述至少兩個幀是在兩個不同心跳周期的相同部分期間獲取的。
20.如權(quán)利要求13所述的紅外成像設(shè)備，還包括至少一個反射鏡，其位于處于該視野內(nèi)的患者附近，其中所述至少一個反射鏡位于該視野內(nèi)；以及所述至少一個反射鏡被定向，以將來自患者身體某一部位的紅外輻射反射至檢測紅外輻射的檢測裝置，患者身體的該部位處于該視野內(nèi)，但從該檢測裝置的角度，患者身體的該部位被另一部位遮擋。
21.如權(quán)利要求14所述的紅外成像設(shè)備，其中該設(shè)備應(yīng)用于患者的以下一個或多個方面(i)腫瘤疾病過程的檢測；(ii)血管生成的檢測；以及(iii)疼痛處理療法的處理部位的識別。
全文摘要
一種紅外造影機(jī)(4)，從位于造影機(jī)(4)視野(92)內(nèi)的患者(P)獲取紅外輻射的多個幀(94)。每個幀(94)是在對應(yīng)的幀取樣間隔期間獲取的，且每個幀(94)對應(yīng)在其幀取樣間隔期間從視野(92)內(nèi)的光學(xué)元件(90)陣列獲取的紅外輻射。根據(jù)從光學(xué)元件(90)陣列接收的紅外輻射確定多個積分，且每個積分對應(yīng)于至少兩個幀(94)中從相同光學(xué)元件(90)接收的紅外輻射。每個積分被映射為一種色彩或灰度，而每個積分的色彩或灰度被映射至圖像中與視野(92)中的相應(yīng)光學(xué)元件(90)的位置相應(yīng)的位置。造影機(jī)(4)可應(yīng)用于腫瘤疾病過程的早期檢測、血管生成的檢測和/或疼痛處理療法的處理部位的識別。
文檔編號A61B5/00GK1802121SQ200480015818
公開日2006年7月12日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者威克特·約翰·小雅那柯尼, 霍華德·M·加龍 申請人:威克特·約翰·小雅那柯尼, 霍華德·M.·加龍