[发明专利]NIR临床光学扫描系统

说明书

                        发明领域

本发明涉及三维光学成象技术，尤其涉及复杂的随机介质如人体组织中通过检测从介质发射的散射光，对吸收和/或散射结构进行的检测和三维成象。

                        发明背景

大多数能够提供人体内部三维成象的医学诊断设备极为笨重，并且价格昂贵。与磁共振成象(MRI)设备相关的空间要求和价格有时使得即使在要求为进行正确诊断而需要进行三维成象时，也是一种不切实际的诊断选择。传统的借助于计算机辅助断层成象(CAT)扫描系统除了笨重和价格昂贵以外，还要求病人暴露在潜在的有害辐射下。

有时，人们需要采用对隐埋在散射介质(如人体组织)中的物体进行检测和识别的光学方法，这是因为光学系统可以做得小型、轻盈，并且相对价格低廉，同时还不会有从电磁频谱有害部分产生的辐射。光学系统还能够通过进行频谱分析，确定结构的化学组成以及从MRI或CAT成象系统所不能得到的能力。

在医学领域中使用光学系统的一个问题是，人体是一个不透明的或散射的介质，它使入射光在目标物体上漫反射，从而使来自物体的位置和表面解剖数据不清楚。不透明介质中隐埋的成象物体的成功的光学诊断工具必须能够从由隐埋目标反射的多途径散射光信号中获取有用的信息。

Barbour等人的标题为“随机介质的成象方法”的美国专利5,137,355(下称“Babour’355专利”)在此引述供参考。本发明揭示了一种根据显著穿透人体组织的近红外电磁波频谱区域中散射光的测量的非侵入式的医学成象技术。在这种技术以前，人们已经对不透明介质中目标的光学检测作了大量的工作，但隐埋物体深度和结构的成象物体仍然没有解决。Barbour的‘355专利的技术使得观察者能够精确地检测三维图象，并给出不透明介质中目标物体的光谱学特征。

Barbour的’355专利中揭示的技术采用多个波长的准直源和准直接收器，并对入射光每一位置的样品产生的散射光进行位置和角度扫描。这种技术使得可以确定不透明介质中物体的深度、结构和吸收和散射特性。

Barbour的’355专利中揭示的方法给出有关如何恢复高散射介质内部结构的图象的基本描述。唯一的要求是，它要求检测到的信号经过充分的散射，从而按照颗粒图象(即辐射传输方程)精确地描述每一次传播途径。所以，根据传播信号时间特征的估算，该方法可以用于各种类型的能量源(如电磁的、声学的和粒子线束)和各种源条件(即，直流的、时间分辨的或交流的)。尽管这种方法总体上讲是正确的，但并不能详细地说，特别是在非理想情况下，怎样进行测量是最好的。

例如，最好要求高质量图象的结构消除这些不理想的因素，如由病人的呼吸和心跳引起的不可避免的运动所产生的运动假象。

                         发明概述 

本发明是一种改进的光学成象装置和对非均匀样品的几何结构进行成象并使运动假象为最小的技术。

按照本发明的对具有非均匀表面几何结构的组织结构进行光学断层成象的装置包含：能够提供具有至少能使通过组织的传输衰耗的波长的光的光源；由光纤束组成的光纤阵列，用来将光从光源传送到要成象的组织；以及由接收组织散射的光的光纤束组成的第二光纤阵列；一可调组件，它包含一个支承每一光纤束的一端的可调支承构件，光纤束沿每一支承构件部分分布，支承构件与正被成象的样品表面一致，从而在多个相隔开的点处，将光发送到成象组织的表面上以及收集从该表面上反射的光；以及一个检测器阵列，它接收第二光纤束中的光纤收集的光。

有几种光源适合用于该装置中，包括二极管激光器、Ti：蓝宝石激光器、染料激光器、多波长激光器、连续波(CW)激光器，以及脉冲功率激光器。在本发明的较佳实施例中，光源发射电磁波近红外部分的光。光纤阵列有一个靠近光源的可平移的光接收端。

在一种较佳实施例中，该装置有一个介于光源和光纤阵列之间的聚焦透镜。另外，可调支承构件可以由具有塑性记忆的变形材料来构筑，或者由形成一个或多个同心可调光阑的机械元件组成。该较佳实施例还具有介于第二光接收光纤阵列和检测器阵列之间的衰耗器，用以控制从样品收集的光的动态范围。

从下面较佳实施例的详细描述和附图，读者将会更清楚地理解本发明的进一步的特征、方面和优点。

                     附图简述

图1是含有本发明的NIR临床光学扫描系统的整体系统方框图；

图2A是按照本发明的可调虹膜片的放大透视图；

图2B是按照本发明的可调虹膜组件的透视图；