專利名稱：用于對光學(xué)混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對混濁(turbid)介質(zhì)的內(nèi)部成像的方法，其包括以下步驟-將來自光源的照射光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)；-在相對于混濁介質(zhì)的至少一個收集位置處收集從混濁介質(zhì)發(fā)出的檢測光，所述檢測光作為將照射光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)的結(jié)果而從混濁介質(zhì)發(fā)出；-同時測量收集的檢測光的至少第一特性和第二特性，所述收集的檢測光在單個 收集位置處被收集。本發(fā)明還涉及用于對光學(xué)混濁介質(zhì)(在下文中稱為混濁介質(zhì))的內(nèi)部成像的方 法，其包括以下步驟-將來自光源的照射光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)；-在相對于混濁介質(zhì)的至少一個收集位置處收集從混濁介質(zhì)發(fā)出的檢測光，所述 檢測光作為將照射光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)的結(jié)果而從混濁介質(zhì)發(fā)出并且所述檢測光包含第 一光成分和第二光成分，所述第一光成分和第二光成分以相互基本上不同的波長范圍為特 征；-使用檢測單元檢測第一光成分和第二光成分的強度。本發(fā)明還涉及用于依照所述方法對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的設(shè)備。
背景技術(shù)：
國際專利申請PCT/IB2007/052823中記載了用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的方法 和設(shè)備的實施例。接納體積內(nèi)容納了混濁介質(zhì)。接下來，將來自光源的光耦合到接納體積 內(nèi)。光源產(chǎn)生的光的波長可以用來激發(fā)接納體積內(nèi)容納的混濁介質(zhì)中包含的熒光劑。在將 來自光源的光耦合到接納體積內(nèi)之后，檢測光耦合出接納體積，耦合出接納體積的檢測光 作為將來自光源的光耦合到接納體積內(nèi)的結(jié)果而從接納體積發(fā)出。由上顯然可知，耦合出 接納體積的檢測光包含第一光成分和第二光成分，所述第一光成分和第二光成分具有相互 不同的波長。如果將來自不同子光源的光耦合到接納體積內(nèi)，那么第一光成分包括由第一 子光源產(chǎn)生的光，而第二光成分包括由第二子光源產(chǎn)生的光?；跈z測的第一光成分和檢 測的第二光成分的強度的比值，重建混濁介質(zhì)內(nèi)部的圖像。如果來自光源的光用來激發(fā)混 濁介質(zhì)中包含的熒光劑，那么第一光成分包括由光源產(chǎn)生的光，而第二光成分包括由熒光 劑產(chǎn)生的光?，F(xiàn)在，基于熒光和激發(fā)光的強度的比值重建圖像。該已知方法和設(shè)備的一個 特性在于，檢測光以及因而第一光成分和第二光成分易受噪聲影響，這對于混濁介質(zhì)內(nèi)部 的重建圖像的質(zhì)量具有負(fù)面的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是降低噪聲對混濁介質(zhì)內(nèi)部的重建圖像的質(zhì)量的影響。依照本發(fā) 明，這個目的的實現(xiàn)在于，所述方法還包括以下步驟-獲取檢測的特性的第一線性組合與測量的特性的第二線性組合的比值。
本發(fā)明基于以下認(rèn)識第二特性的噪聲和第一特性的噪聲的部分是相關(guān)的。因此， 第一和第二光特性的第一線性組合與兩個特性的第二線性組合的噪聲也是相關(guān)的并且第 一線性組合和第二線性組合的比值中的相關(guān)噪聲因子將相消。如果例如第一特性是作為 利用來自光源的光照射混濁介質(zhì)的結(jié)果而由混濁介質(zhì)中包含的熒光劑產(chǎn)生的熒光的強度 (或者來自光源的光的強度與熒光的強度的線性組合，二者均從混濁介質(zhì)發(fā)出)并且如果 第二特性是從混濁介質(zhì)發(fā)出的來自光源的光的強度(或者來自光源的光的強度與熒光的 強度的線性組合，二者均從混濁介質(zhì)發(fā)出)，那么由以下事實產(chǎn)生所述相關(guān)熒光是利用來 自光源的光照射混濁介質(zhì)以及熒光中來自光源的光至少部分地共享相同的光路這一事實 的結(jié)果。如果光源的輸出隨著時間而變化，那么熒光的強度將相應(yīng)地變化。然而，所述兩個 特性的兩個線性組合的比值將大體不受所述隨時間的變化的影響，因為分子和分母中的相 關(guān)噪聲因子將彼此相消。來自光源的光的強度與熒光的強度的線性組合可能由用于從自混 濁介質(zhì)發(fā)出的光中過濾熒光的不完美濾波器而產(chǎn)生。不完美濾波器將不僅讓熒光通過，而 且讓光源產(chǎn)生的一些光通過(也可參見專利申請PH008928(內(nèi)部參考))。
依照本發(fā)明的方法的一個實施例，其中-所述檢測光包含以相互基本上不同的波長范圍為特征的至少第一光成分和第二 光成分；-所述第一特性為第一光成分的特性；_所述方法包括以下附加步驟在測量步驟之前使用第一成分分離器從收集的收 集光中使得第一光成分的至少一部分單獨可用。該實施例具有以下優(yōu)點它涵蓋了其中如上所述第一特性為從混濁介質(zhì)發(fā)出的熒 光的至少一部分的強度的情形。第二光成分于是包括從混濁介質(zhì)發(fā)出的來自光源的光或者 來自光源的光與不包括在第一成分中的熒光的線性組合，所述來自光源的光和熒光都從混 濁介質(zhì)發(fā)出?？梢允褂美绻鈱W(xué)濾波器使得第一光成分單獨可用。如果第二光成分包括至 少兩個另外的成分，例如由光源產(chǎn)生的光以及不包括在第一成分中的熒光，那么可以使用 第二成分分離器使得這些另外的成分中的一個或多個單獨可用。第一成分分離器和第二成 分分離器可以包括在單個成分分離器中，例如光學(xué)濾波器、二向色鏡、光柵和棱鏡。本發(fā)明的目的也利用包括以下步驟的方法來實現(xiàn)-將來自光源的照射光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)；-在相對于混濁介質(zhì)的至少一個收集位置處收集從混濁介質(zhì)發(fā)出的檢測光，所述 檢測光作為將照射光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)的結(jié)果而從混濁介質(zhì)發(fā)出并且所述檢測光包含第 一光成分和第二光成分；-使用成分分離器從單個收集位置處收集的檢測光中使得第一光成分和第二光成 分單獨可用；-使用檢測單元同時檢測第一光成分和第二光成分的強度；-獲取第一光成分和第二光成分的檢測的強度的第一線性組合與第一光成分和第 二光成分的檢測的強度的第二線性組合的比值。該方法是上面所述的依照本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例。依照本發(fā)明的方法的另一 實施例，其中第一光成分包括具有被選擇用于激發(fā)混濁介質(zhì)中包含的熒光劑的波長的激發(fā) 光并且其中第二光成分包括作為利用激發(fā)光激發(fā)熒光劑的結(jié)果而由熒光劑產(chǎn)生的熒光。該實施例具有以下優(yōu)點它降低了噪聲對于混濁介質(zhì)內(nèi)部的重建圖像的質(zhì)量的影響，所述重 建圖像基于檢測的熒光。本發(fā)明還利用用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的設(shè)備來實現(xiàn)，該設(shè)備包括-光源，其用于產(chǎn)生要耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)的光；
-收集位置，其用于收集作為將來自光源的光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)的結(jié)果而從混濁 介質(zhì)發(fā)出的檢測光；-測量單元，其用于同時測量收集的檢測光的至少第一特性和第二特性；-處理單元，其用于獲取測量的特性的第一線性組合與檢測的特性的第二線性組 合的比值。本發(fā)明還利用用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的設(shè)備來實現(xiàn)，該設(shè)備包括-光源，其用于產(chǎn)生要耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)的光；-收集位置，其用于收集作為將來自光源的光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)的結(jié)果而從混濁 介質(zhì)發(fā)出的檢測光；-成分分離器，其用于依照波長使得第一光成分和第二光成分單獨可用，所述第一 光成分和第二光成分初始時包含在相對于混濁介質(zhì)的單個收集位置處收集的檢測光中并 且以相互不同的波長范圍為特征；_檢測單元，其用于檢測第一光成分和第二光成分的強度；-處理單元，其用于獲取第一光成分和第二光成分的檢測的強度的第一線性組合 與第一光成分和第二光成分的檢測的強度的第二線性組合的比值。依照本發(fā)明的設(shè)備的另一實施例，其中該設(shè)備為用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的醫(yī) 療圖像采集設(shè)備。該實施例具有以下優(yōu)點它允許依照本發(fā)明的用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成 像的設(shè)備具有醫(yī)療應(yīng)用。依照本發(fā)明的設(shè)備的另一實施例，其中所述成分分離器包括一定組中包括的元件 中的至少一個，該組包括二向色鏡、透射光柵和棱鏡。該實施例具有以下優(yōu)點二向色鏡、 透射光柵和棱鏡是可以容易地被實施用于依照波長分離以相互不同的波長范圍為特征的 光成分的成分分離器的實例。


圖1示意性地示出了依照本發(fā)明的方法的實施例；圖2示意性地示出了依照本發(fā)明的用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的設(shè)備的實施例；圖3示意性地示出了依照本發(fā)明的用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的醫(yī)療圖像采集 設(shè)備的實施例。
具體實施例方式圖1示意性地示出了依照本發(fā)明的方法的實施例。首先，在步驟5中，將來自光源 的照射光耦合到混濁介質(zhì)內(nèi)。該照射光包含第一光成分和第二光成分，這些不同的成分由 光源內(nèi)包括的不同子光源產(chǎn)生，并且這些成分以相互不同的波長范圍為特征。然后，第一光 成分的至少一部分和第二光成分的至少一部分通過混濁介質(zhì)傳播，其后它們從混濁介質(zhì)發(fā) 出?？商鎿Q地，照射光被選擇成使得它激發(fā)混濁介質(zhì)內(nèi)包含的熒光劑。在后一種情況下，從混濁介質(zhì)發(fā)出的光包含第一光成分和第二光成分，所述第一光成分包括未與熒光劑相互作 用的來自光源的光，所述第二光成分包括響應(yīng)于照射光的激發(fā)而由熒光劑產(chǎn)生的熒光。因 此，在這兩種情況下，從混濁介質(zhì)發(fā)出的光包含第一光成分和第二光成分。從混濁介質(zhì)發(fā)出 的光稱為檢測光。檢測光在相對于混濁介質(zhì)的至少一個收集位置處被收集。這在步驟10 中完成。在步驟15中，使用成分分離器依照波長從單個收集位置處收集的檢測光中使得第 一光成分和第二光成分單獨可用。接下來，在步驟20中，使用光電檢測器單元檢測第一光 成分和第二光成分的強度。之后，使用處理單元獲取第一光成分和第二光成分的檢測的強 度的第一線性組合與所述檢測的強度的第二線性組合的比值。這在步驟25中完成。隨后， 該比值可以用在用于重建混濁介質(zhì)內(nèi)部的圖像的圖像重建過程中。
圖2示意性地示出了依照本發(fā)明的用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的設(shè)備的實施例。 設(shè)備30包括用于產(chǎn)生要耦合到混濁介質(zhì)40內(nèi)的光的光源35。光源35可以包括多個子光 源45，每個不同的子光源產(chǎn)生的光具有與其他子光源中的每一個產(chǎn)生的光不同的波長。混 濁介質(zhì)40容納在接納體積50內(nèi)，該接納體積以容器55為界。容器55包括多個光入射位置 60，其用于將來自光源35的光耦合到接納體積50內(nèi)。容器55還包括多個光收集位置65， 其用于收集從混濁介質(zhì)40以及因而從接納體積50發(fā)出的光。光源35使用光學(xué)開關(guān)70連 續(xù)耦合到從所述多個光入射位置60選擇的至少一個光入射位置。光源35使用光導(dǎo)73光學(xué) 耦合到光學(xué)開關(guān)70。光學(xué)開關(guān)70使用光導(dǎo)75光學(xué)耦合到容器55。光源35可以同時耦合 到多個入射位置，因為不同的子光源可以同時耦合到不同的入射位置。單個收集位置處收 集的檢測光包含第一光成分和第二光成分，這些成分以相互不同的波長范圍為特征。顯然， 檢測光可以包含超過兩個光成分，依照本發(fā)明可以使得其中的任何數(shù)量(等于或大于2)單 獨可用。這些不同的成分可以是使用多個子光源的結(jié)果?？商鎿Q地，它們可以是使用光源 35產(chǎn)生的光激發(fā)混濁介質(zhì)40內(nèi)包含的熒光劑的結(jié)果。未與熒光劑相互作用的光源35產(chǎn)生 的光于是包含在第一光成分中，并且響應(yīng)于光源35產(chǎn)生的光的激發(fā)而由熒光劑產(chǎn)生的熒 光于是包含在第二光成分中(參見結(jié)合圖1的討論)。使用多個成分分離器80依照波長從 單個收集位置處收集的檢測光中使得該檢測光中包含的第一光成分和第二光成分單獨可 用。二向色鏡、透射光柵和棱鏡是可以用作成分分離器的元件的實例。檢測光使用光導(dǎo)85 從容器55中包含的所述多個光收集位置65耦合到成分分離器80。現(xiàn)在由光導(dǎo)90傳送的 第一光成分(不同的第一光成分在不同的光收集位置處收集)的強度使用所述多個檢測器 元件95來檢測。類似地，現(xiàn)在由光導(dǎo)100傳送的第二光成分(不同的第二光成分在不同的 光收集位置處收集)的強度使用所述多個檢測器元件105來檢測。檢測器元件95和檢測 器元件105可以包含在單個檢測器單元110中。在檢測第一光成分和第二光成分的強度之 后，使用處理單元115獲取檢測的強度的第一線性組合與檢測的強度的第二線性組合的比 值。然后，將該比值用于重建混濁介質(zhì)40內(nèi)部的圖像。圖像重建過程通過使用圖像重建單元120來實現(xiàn)。未被混濁介質(zhì)40占用的容器 55內(nèi)部的空間可以填充具有諸如吸收和散射系數(shù)之類的光學(xué)屬性的匹配介質(zhì)200，其基本 上匹配混濁介質(zhì)40的相應(yīng)特性。通過這種方式，減小了將光耦合進和耦合出混濁介質(zhì)40 而引起的邊界效應(yīng)。而且，匹配介質(zhì)的使用防止了光學(xué)短路的發(fā)生。如果在收集位置處收 集的光包括穿過混濁介質(zhì)40的光以及穿過接納體積50但是未穿過混濁介質(zhì)40的光，那么 發(fā)生光學(xué)短路。由于混濁介質(zhì)強烈地衰減穿過它的光，因而沒有穿過混濁介質(zhì)40而到達收集位置的光會使穿過混濁介質(zhì)40的光的強度顯得很小(dwarf)。這將妨礙正確的測量。當(dāng) 使用匹配介質(zhì)200時，混濁介質(zhì)40和匹配介質(zhì)200有效地形成填充接納體積50的單個混 濁介質(zhì)。
圖3示意性地示出了依照本發(fā)明的用于對混濁介質(zhì)的內(nèi)部成像的醫(yī)療圖像采集 設(shè)備的實施例。該醫(yī)療圖像采集設(shè)備125包括包含在針對圖2討論的成像設(shè)備30中的元 件。這由虛線矩形130表示。醫(yī)療圖像采集設(shè)備125還包括用于顯示混濁介質(zhì)40內(nèi)部的 重建圖像的屏幕135以及操作接口 140，例如鍵盤，其允許操作者與醫(yī)療圖像采集設(shè)備125 交互。應(yīng)當(dāng)指出的是，上述實施例說明而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不 脫離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下應(yīng)當(dāng)能夠設(shè)計出許多可替換的實施例。在權(quán)利要求書 中，置于括號之間的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)被視為對權(quán)利要求的限制。措詞“包括/包含” 并沒有排除權(quán)利要求中未列出的元件或步驟的存在。元件之前的措詞“一”或“一個”并沒 有排除存在多個這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于經(jīng)過 適當(dāng)編程的計算機來實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的系統(tǒng)權(quán)利要求中，這些裝置中的一些可以 由同一計算機可讀軟件或硬件項來實施。在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳述了特定技術(shù)措 施這一事實并不意味著這些技術(shù)措施的組合不可以加以利用。
權(quán)利要求
一種用于對混濁介質(zhì)(40)的內(nèi)部成像的方法，包括以下步驟-將來自光源(35)的照射光耦合(5)到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)；-在相對于混濁介質(zhì)(40)的至少一個收集位置(65)處收集(10)從混濁介質(zhì)(40)發(fā)出的檢測光，所述檢測光作為將照射光耦合(5)到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)的結(jié)果而從混濁介質(zhì)(40)發(fā)出；-同時測量收集的檢測光的至少第一特性和第二特性，所述收集的檢測光在單個收集位置(65)處被收集；-獲取測量的特性的第一線性組合與測量的特性的第二線性組合的比值(25)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中_所述檢測光包含以相互基本上不同的波長范圍為特征的至少第一光成分和第二光成分；_所述第一特性為第一光成分的特性；-該方法包括以下附加步驟在測量步驟之前使用第一成分分離器從收集的收集光中 使得第一光成分的至少一部分單獨可用。
3.一種用于對混濁介質(zhì)(40)的內(nèi)部成像的方法，包括以下步驟 -將來自光源(35)的照射光耦合(5)到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)；-在相對于混濁介質(zhì)(40)的至少一個收集位置(65)處收集(10)從混濁介質(zhì)(40)發(fā) 出的檢測光，所述檢測光作為將照射光耦合(5)到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)的結(jié)果而從混濁介質(zhì) (40)發(fā)出并且所述檢測光包含第一光成分和第二光成分；-使用成分分離器(80)從單個收集位置(65)處收集的檢測光中使得第一光成分和第 二光成分單獨可用(15)；_使用檢測單元(110)同時檢測(20)第一光成分和第二光成分的強度； _獲取第一光成分和第二光成分的檢測的強度的第一線性組合與第一光成分和第二光 成分的檢測的強度的第二線性組合的比值(25)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中第一光成分包括具有被選擇用于激發(fā)混濁介質(zhì)(40) 中包含的熒光劑的波長的激發(fā)光并且其中第二光成分包括作為利用激發(fā)光激發(fā)熒光劑的 結(jié)果而由熒光劑產(chǎn)生的熒光。
5.一種用于對混濁介質(zhì)(40)的內(nèi)部成像的設(shè)備(30，125)，包括 -光源(35)，其用于產(chǎn)生要耦合到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)的光；-收集位置(65)，其用于收集作為將來自光源(35)的光耦合(5)到混濁介質(zhì)(40)內(nèi) 的結(jié)果而從混濁介質(zhì)(40)發(fā)出的檢測光；-測量單元(110)，其用于同時測量收集的檢測光的至少第一特性和第二特性； -處理單元(115)，其用于獲取測量的特性的第一線性組合與檢測的特性的第二線性 組合的比值。
6.一種用于對混濁介質(zhì)(40)的內(nèi)部成像的設(shè)備(30，125)，包括 -光源(35)，其用于產(chǎn)生要耦合到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)的光；-收集位置，其用于收集作為將來自光源(35)的光耦合(5)到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)的結(jié)果 而從混濁介質(zhì)(40)發(fā)出的檢測光；-成分分離器(80)，其用于使得第一光成分和第二光成分單獨可用(15)，所述第一光成分和第二光成分初始時包含在相對于混濁介質(zhì)(40)的單個收集位置(65)處收集的檢測 光中；-檢測單元(110)，其用于檢測(20)第一光成分和第二光成分的強度；-處理單元(115)，其用于獲取第一光成分和第二光成分的檢測的強度的第一線性組 合與第一光成分和第二光成分的檢測的強度的第二線性組合的比值(25)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備(30，125)，其中該設(shè)備(30，125)為用于對混濁介質(zhì)(40) 的內(nèi)部成像的醫(yī)療圖像采集設(shè)備(125)。
8.如權(quán)利要求6-7所述的設(shè)備(30，125)，其中第一光成分和第二光成分以相互不同的 波長范圍為特征，并且其中成分分離器(80)被設(shè)置用于依照波長使得第一光成分和第二 光成分單獨可用。
9.如權(quán)利要求6-8所述的設(shè)備(30，125)，其中成分分離器(80)包括一定組中包括的 元件中的至少一個，該組包括二向色鏡、透射光柵和棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對光學(xué)混濁介質(zhì)(40)的內(nèi)部成像的方法和設(shè)備(30，125)。將來自光源(35)的光耦合到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)。收集作為將來自光源(35)的光耦合(5)到混濁介質(zhì)(40)內(nèi)的結(jié)果而從混濁介質(zhì)(40)發(fā)出的檢測光。同時測量收集的檢測光的第一特性和第二特性。接下來，基于測量的特性的第一線性組合和測量的特性的第二線性組合中的噪聲相關(guān)這一認(rèn)識，獲取所述第一線性組合與所述第二線性組合的比值。
文檔編號G01N21/64GK101848671SQ200880114925
公開日2010年9月29日 申請日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者L·P·巴克, M·B·范德馬克, M·C·范比克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司