[发明专利]用于重构混浊介质内部的荧光图像的方法以及用于对混浊介质内部成像的设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于重构混浊介质内部的荧光图像的方法以及用于对混浊介质的内部成像的设备。

背景技术

在本申请的上下文中，术语混浊介质应当被理解为表示由具有高光散射系数的材料(例如脂肪乳溶液或生物组织)组成的物质。此外，光应当被理解为表示电磁辐射，特别是具有从180nm到1400nm的范围内的波长的电磁辐射。术语“光学特性”覆盖减小的散射系数μ′_s和吸收系数μ_a。此外，“匹配光学特性”应当被理解为具有类似的减小的散射系数μ′_s和类似的吸收系数μ_a。

用于对混浊介质的内部成像(例如用于乳腺癌筛查)的方法是通过使用光，特别是使用近红外(NIR)内的光成像，该方法近年来变得流行。这样的方法在乳腺X光检查设备以及用于检查人体或动物体的其他部分的设备中实现。用于借助于光对混浊介质内部成像的这种方法的突出的实例是漫射光学层析术(DOT)。例如，用于对混浊介质内部成像的这种DOT设备使用照射混浊介质的光源以及用于测量通过混浊介质传输的光的一部分(即其强度)的光电检测器。控制单元被提供以用于控制扫描过程。处理单元被提供以用于根据测量的强度重构混浊介质内部的图像。一些已知的设备特别适于检查女性胸部。为了允许检查混浊介质，设备设有包含测量体并且被设置成接纳混浊介质的接纳部分。来自光源的光耦合到接纳体中并且耦合到混浊介质中。光被选择成使得它能够传播通过混浊介质。为了对女性胸部内部成像，典型地使用NIR(近红外)内的光。作为将光耦合到接纳体中的结果从混浊介质发出的散射光耦合出接纳体。耦合出接纳体的光用来重构混浊介质内部的图像。由于要检查的混浊介质的不同尺寸的原因，接纳部分的尺寸可能不完美地与混浊介质的尺寸匹配，即接纳体的边界与混浊介质之间留有空间。研究中的混浊介质的部分被填充接纳体中的空间的散射介质(耦合介质)包围。该散射介质被选择成使得散射介质的光学参数(例如吸收和散射系数)类似于混浊介质的相应光学参数。光源随后从不同的方向照射混浊介质并且光电检测器测量透射通过混浊介质的光的部分。利用从不同的方向定向到混浊介质的光执行多个这样的测量，并且基于这些测量结果(即获得的数据集)，处理单元重构被检查的混浊介质的图像。

依照该方法的一个发展，执行光的衰减扫描，其中对于源位置和检测位置的多个组合检测光的衰减。在这些测量中，使用了混浊介质的内在对比度，即由于诸如氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、水和脂质之类的散射体和发色团的存在，不同波长的光按不同的量衰减。根据这些衰减扫描，可以重构混浊介质的吸收图像以及诸如血红蛋白浓度之类的生理参数的图像。这种技术称为漫射光学层析术(DOT)。

依照该方法的另一发展，为了所述测量施用优先地积聚在所研究的混浊介质中的病变(例如女性胸部中的癌组织)处的荧光对比剂。利用来自优选地为激光器的光源的光照射混浊介质，并且检测混浊介质发射的荧光。根据该测量，重构胸部的荧光发射的体图像，即使用外源对比度。这样，重构混浊介质中的对比剂的空间分布。这种方法称为漫射光学荧光层析术。

已经开发了适于执行衰减测量和荧光测量两者的设备。在这样的设备中，对于特定波长范围内的多个波长执行衰减测量。衰减测量中获得的数据允许重构对于所述多个波长的混浊介质的吸收特性的空间分辨图像。因此，可以根据衰减测量重构这些波长下光如何传播通过混浊介质。为了执行荧光测量，明确地激发荧光对比剂并且仅仅测量荧光对比剂发射的光。这例如通过在测量体与检测单元之间的光路上引入适当的滤光器来实现。然而，荧光对比剂发射的光包括位于一定波长范围内的波段，其可能与衰减测量探测的波长不同。因此，对于荧光测量的相关波长而言，出现了不知道光如何与混浊介质相互作用的问题。

在申请人已知的一种方法中，使用了以下近似：光与混浊介质的相互作用对于与衰减测量相关的波长以及对于与荧光测量相关的波长范围基本上相同。然而，该近似通常不成立并且该近似的质量取决于例如不同的患者以及他们的组织的成分而不同。结果，用于重构混浊介质内部的荧光图像，即用于重构混浊介质中荧光对比度的空间分布的图像的当前的方法包含以下问题：根据重构图像不能令人满意地确定混浊介质中不同位置处的荧光对比剂的浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于重构混浊介质内部的荧光图像的方法以及一种用于对混浊介质内部成像的设备，利用其可以根据重构图像更精确地确定混浊介质中不同位置处的荧光对比剂的浓度。此外，这将快速而高效地实现，而无需附加的硬件。