用於對光學混濁介質的內部成像的方法和設備的製作方法

2023-06-01 04:32:46

專利名稱：用於對光學混濁介質的內部成像的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對混濁(turbid)介質的內部成像的方法，其包括以下步驟-將來自光源的照射光耦合到混濁介質內；-在相對於混濁介質的至少一個收集位置處收集從混濁介質發出的檢測光，所述檢測光作為將照射光耦合到混濁介質內的結果而從混濁介質發出；-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。本發明還涉及用於對光學混濁介質(在下文中稱為混濁介質)的內部成像的方 法，其包括以下步驟-將來自光源的照射光耦合到混濁介質內；-在相對於混濁介質的至少一個收集位置處收集從混濁介質發出的檢測光，所述 檢測光作為將照射光耦合到混濁介質內的結果而從混濁介質發出並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範圍為特 徵；-使用檢測單元檢測第一光成分和第二光成分的強度。本發明還涉及用於依照所述方法對混濁介質的內部成像的設備。
背景技術：
國際專利申請PCT/IB2007/052823中記載了用於對混濁介質的內部成像的方法 和設備的實施例。接納體積內容納了混濁介質。接下來，將來自光源的光耦合到接納體積 內。光源產生的光的波長可以用來激發接納體積內容納的混濁介質中包含的螢光劑。在將 來自光源的光耦合到接納體積內之後，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的結果而從接納體積發出。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，那麼第一光成分包括由第一 子光源產生的光，而第二光成分包括由第二子光源產生的光。基於檢測的第一光成分和檢 測的第二光成分的強度的比值，重建混濁介質內部的圖像。如果來自光源的光用來激發混 濁介質中包含的螢光劑，那麼第一光成分包括由光源產生的光，而第二光成分包括由螢光 劑產生的光。現在，基於螢光和激發光的強度的比值重建圖像。該已知方法和設備的一個 特性在於，檢測光以及因而第一光成分和第二光成分易受噪聲影響，這對於混濁介質內部 的重建圖像的質量具有負面的影響。

發明內容
本發明的目的是降低噪聲對混濁介質內部的重建圖像的質量的影響。依照本發 明，這個目的的實現在於，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。
本發明基於以下認識第二特性的噪聲和第一特性的噪聲的部分是相關的。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的並且第 一線性組合和第二線性組合的比值中的相關噪聲因子將相消。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的結果而由混濁介質中包含的螢光劑產生的螢光的強度 (或者來自光源的光的強度與螢光的強度的線性組合，二者均從混濁介質發出)並且如果 第二特性是從混濁介質發出的來自光源的光的強度(或者來自光源的光的強度與螢光的 強度的線性組合，二者均從混濁介質發出)，那麼由以下事實產生所述相關螢光是利用來 自光源的光照射混濁介質以及螢光中來自光源的光至少部分地共享相同的光路這一事實 的結果。如果光源的輸出隨著時間而變化，那麼螢光的強度將相應地變化。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 關噪聲因子將彼此相消。來自光源的光的強度與螢光的強度的線性組合可能由用於從自混 濁介質發出的光中過濾螢光的不完美濾波器而產生。不完美濾波器將不僅讓螢光通過，而 且讓光源產生的一些光通過(也可參見專利申請PH008928(內部參考))。
依照本發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範圍為特徵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點它涵蓋了其中如上所述第一特性為從混濁介質發出的熒 光的至少一部分的強度的情形。第二光成分於是包括從混濁介質發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螢光的線性組合，所述來自光源的光和螢光都從混 濁介質發出。可以使用例如光學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，例如由光源產生的光以及不包括在第一成分中的螢光，那麼可以使用 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，例如光學濾波器、二向色鏡、光柵和稜鏡。本發明的目的也利用包括以下步驟的方法來實現-將來自光源的照射光耦合到混濁介質內；-在相對於混濁介質的至少一個收集位置處收集從混濁介質發出的檢測光，所述 檢測光作為將照射光耦合到混濁介質內的結果而從混濁介質發出並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明的方法的優選實施例。依照本發明的方法的另一 實施例，其中第一光成分包括具有被選擇用於激發混濁介質中包含的螢光劑的波長的激發 光並且其中第二光成分包括作為利用激發光激發螢光劑的結果而由螢光劑產生的螢光。該實施例具有以下優點它降低了噪聲對於混濁介質內部的重建圖像的質量的影響，所述重 建圖像基於檢測的螢光。本發明還利用用於對混濁介質的內部成像的設備來實現，該設備包括-光源，其用於產生要耦合到混濁介質內的光；
-收集位置，其用於收集作為將來自光源的光耦合到混濁介質內的結果而從混濁 介質發出的檢測光；-測量單元，其用於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，其用於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。本發明還利用用於對混濁介質的內部成像的設備來實現，該設備包括-光源，其用於產生要耦合到混濁介質內的光；-收集位置，其用於收集作為將來自光源的光耦合到混濁介質內的結果而從混濁 介質發出的檢測光；-成分分離器，其用於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於混濁介質的單個收集位置處收集的檢測光中並 且以相互不同的波長範圍為特徵；_檢測單元，其用於檢測第一光成分和第二光成分的強度；-處理單元，其用於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。依照本發明的設備的另一實施例，其中該設備為用於對混濁介質的內部成像的醫 療圖像採集設備。該實施例具有以下優點它允許依照本發明的用於對混濁介質的內部成 像的設備具有醫療應用。依照本發明的設備的另一實施例，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、透射光柵和稜鏡。該實施例具有以下優點二向色鏡、 透射光柵和稜鏡是可以容易地被實施用於依照波長分離以相互不同的波長範圍為特徵的 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明的方法的實施例；圖2示意性地示出了依照本發明的用於對混濁介質的內部成像的設備的實施例；圖3示意性地示出了依照本發明的用於對混濁介質的內部成像的醫療圖像採集 設備的實施例。
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內。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 光源內包括的不同子光源產生，並且這些成分以相互不同的波長範圍為特徵。然後，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傳播，其後它們從混濁介質發 出。可替換地，照射光被選擇成使得它激發混濁介質內包含的螢光劑。在後一種情況下，從混濁介質發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螢光劑相互作 用的來自光源的光，所述第二光成分包括響應於照射光的激發而由螢光劑產生的螢光。因 此，在這兩種情況下，從混濁介質發出的光包含第一光成分和第二光成分。從混濁介質發出 的光稱為檢測光。檢測光在相對於混濁介質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。之後，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。隨後， 該比值可以用在用於重建混濁介質內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明的用於對混濁介質的內部成像的設備的實施例。 設備30包括用於產生要耦合到混濁介質40內的光的光源35。光源35可以包括多個子光 源45，每個不同的子光源產生的光具有與其他子光源中的每一個產生的光不同的波長。混 濁介質40容納在接納體積50內，該接納體積以容器55為界。容器55包括多個光入射位置 60，其用於將來自光源35的光耦合到接納體積50內。容器55還包括多個光收集位置65， 其用於收集從混濁介質40以及因而從接納體積50發出的光。光源35使用光學開關70連 續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73光學 耦合到光學開關70。光學開關70使用光導75光學耦合到容器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範圍為特徵。顯然， 檢測光可以包含超過兩個光成分，依照本發明可以使得其中的任何數量(等於或大於2)單 獨可用。這些不同的成分可以是使用多個子光源的結果。可替換地，它們可以是使用光源 35產生的光激發混濁介質40內包含的螢光劑的結果。未與螢光劑相互作用的光源35產生 的光於是包含在第一光成分中，並且響應於光源35產生的光的激發而由螢光劑產生的熒 光於是包含在第二光成分中(參見結合圖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、透射光柵和稜鏡是可以用作成分分離器的元件的實例。檢測光使用光導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。現在由光導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，現在由光導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 後，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。然後，將該比值用於重建混濁介質40內部的圖像。圖像重建過程通過使用圖像重建單元120來實現。未被混濁介質40佔用的容器 55內部的空間可以填充具有諸如吸收和散射係數之類的光學屬性的匹配介質200，其基本 上匹配混濁介質40的相應特性。通過這種方式，減小了將光耦合進和耦合出混濁介質40 而引起的邊界效應。而且，匹配介質的使用防止了光學短路的發生。如果在收集位置處收 集的光包括穿過混濁介質40的光以及穿過接納體積50但是未穿過混濁介質40的光，那麼 發生光學短路。由於混濁介質強烈地衰減穿過它的光，因而沒有穿過混濁介質40而到達收集位置的光會使穿過混濁介質40的光的強度顯得很小(dwarf)。這將妨礙正確的測量。當 使用匹配介質200時，混濁介質40和匹配介質200有效地形成填充接納體積50的單個混 濁介質。
圖3示意性地示出了依照本發明的用於對混濁介質的內部成像的醫療圖像採集 設備的實施例。該醫療圖像採集設備125包括包含在針對圖2討論的成像設備30中的元 件。這由虛線矩形130表示。醫療圖像採集設備125還包括用於顯示混濁介質40內部的 重建圖像的屏幕135以及操作接口 140，例如鍵盤，其允許操作者與醫療圖像採集設備125 交互。應當指出的是，上述實施例說明而不是限制了本發明，並且本領域技術人員在不 脫離所附權利要求書的範圍的情況下應當能夠設計出許多可替換的實施例。在權利要求書 中，置於括號之間的任何附圖標記都不應當被視為對權利要求的限制。措詞「包括/包含」 並沒有排除權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」並沒 有排除存在多個這樣的元件。本發明可以藉助於包括若干不同元件的硬體以及藉助於經過 適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的系統權利要求中，這些裝置中的一些可以 由同一計算機可讀軟體或硬體項來實施。在相互不同的從屬權利要求中陳述了特定技術措 施這一事實並不意味著這些技術措施的組合不可以加以利用。
權利要求
一種用於對混濁介質(40)的內部成像的方法，包括以下步驟-將來自光源(35)的照射光耦合(5)到混濁介質(40)內；-在相對於混濁介質(40)的至少一個收集位置(65)處收集(10)從混濁介質(40)發出的檢測光，所述檢測光作為將照射光耦合(5)到混濁介質(40)內的結果而從混濁介質(40)發出；-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範圍為特徵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。
3.一種用於對混濁介質(40)的內部成像的方法，包括以下步驟 -將來自光源(35)的照射光耦合(5)到混濁介質(40)內；-在相對於混濁介質(40)的至少一個收集位置(65)處收集(10)從混濁介質(40)發 出的檢測光，所述檢測光作為將照射光耦合(5)到混濁介質(40)內的結果而從混濁介質 (40)發出並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.如權利要求3所述的方法，其中第一光成分包括具有被選擇用於激發混濁介質(40) 中包含的螢光劑的波長的激發光並且其中第二光成分包括作為利用激發光激發螢光劑的 結果而由螢光劑產生的螢光。
5.一種用於對混濁介質(40)的內部成像的設備(30，125)，包括 -光源(35)，其用於產生要耦合到混濁介質(40)內的光；-收集位置(65)，其用於收集作為將來自光源(35)的光耦合(5)到混濁介質(40)內 的結果而從混濁介質(40)發出的檢測光；-測量單元(110)，其用於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)，其用於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。
6.一種用於對混濁介質(40)的內部成像的設備(30，125)，包括 -光源(35)，其用於產生要耦合到混濁介質(40)內的光；-收集位置，其用於收集作為將來自光源(35)的光耦合(5)到混濁介質(40)內的結果 而從混濁介質(40)發出的檢測光；-成分分離器(80)，其用於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於混濁介質(40)的單個收集位置(65)處收集的檢測 光中；-檢測單元(110)，其用於檢測(20)第一光成分和第二光成分的強度；-處理單元(115)，其用於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.如權利要求6所述的設備(30，125)，其中該設備(30，125)為用於對混濁介質(40) 的內部成像的醫療圖像採集設備(125)。
8.如權利要求6-7所述的設備(30，125)，其中第一光成分和第二光成分以相互不同的 波長範圍為特徵，並且其中成分分離器(80)被設置用於依照波長使得第一光成分和第二 光成分單獨可用。
9.如權利要求6-8所述的設備(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、透射光柵和稜鏡。
全文摘要
本發明涉及一種用於對光學混濁介質(40)的內部成像的方法和設備(30，125)。將來自光源(35)的光耦合到混濁介質(40)內。收集作為將來自光源(35)的光耦合(5)到混濁介質(40)內的結果而從混濁介質(40)發出的檢測光。同時測量收集的檢測光的第一特性和第二特性。接下來，基於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這一認識，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 優先權日2007年11月7日
發明者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