專利名稱：用于探測(cè)在混濁介質(zhì)中異常區(qū)域的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探測(cè)在由一組體積元素所代表的混濁介質(zhì)中異常區(qū)域的方法，該方法包括第一測(cè)量步驟，其中，由主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，測(cè)量主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；成像步驟，用于根據(jù)測(cè)量的強(qiáng)度來(lái)重組混濁介質(zhì)的圖像。
本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這種方法的設(shè)備。
在本申請(qǐng)的行文中，術(shù)語(yǔ)光應(yīng)理解為指的是波長(zhǎng)在大約400和1400nm之間的可見(jiàn)或紅外范圍內(nèi)的電磁輻射?；鞚峤橘|(zhì)應(yīng)理解為指的是由高散光材料構(gòu)成的物質(zhì)。尤其，在本申請(qǐng)的行文中，術(shù)語(yǔ)混濁介質(zhì)應(yīng)理解為指的是生物組織。異常區(qū)域應(yīng)理解為指的是在其中的混濁介質(zhì)以任何方式或形式有別于在周圍區(qū)域的混濁介質(zhì)的區(qū)域。特別是，在本申請(qǐng)的行文中，這種區(qū)域應(yīng)理解為指的是包括腫瘤組織的區(qū)域?；鞚峤橘|(zhì)由一組體積元素代表。這種體積元素也被稱為三維像素(voxels)。體積元素的大小和形狀對(duì)于所有的體積元素都是相同的。但是，體積元素也可能具有彼此不同的尺寸和形狀。
從1999年7/8月出版的IEEE Journal of Selected Tops inQuantum Electronics的Vol.5，No.4的S.B.Colak等人的文章“Clinical Optical Tomography and NIR Spectroscopy for BreastCancer Detection”可獲知這種方法和設(shè)備。已知的方法和設(shè)備可用于對(duì)生物組織內(nèi)部成像，尤其可用于臨床診斷中，用于胸內(nèi)檢查，對(duì)在人類或動(dòng)物雌性體的胸部組織中出現(xiàn)的任何腫瘤作可視探測(cè)。根據(jù)已知方法，混濁介質(zhì)由來(lái)自不同輻射位置的光連續(xù)照射。隨后，在若干測(cè)量位置測(cè)量沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的從其輻射位置開(kāi)始延伸的不同光路傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度。測(cè)量的強(qiáng)度用于重組混濁介質(zhì)的圖像。通過(guò)組織的光的衰減的空間分布在該圖像中反映出來(lái)。光由組織衰減是由于組織散射和吸收光。
如果在異常區(qū)域中組織對(duì)光的衰減充分地與周圍區(qū)域中組織對(duì)光的衰減偏離開(kāi)，則在圖像中能可視地對(duì)可能存在的異常區(qū)域探測(cè)。在使用不同波長(zhǎng)的光的同時(shí)通過(guò)反復(fù)執(zhí)行已知方法可形成多個(gè)獨(dú)立圖像。
已知方法和設(shè)備具有的缺點(diǎn)是這樣得到的圖像不能足以清楚到對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的可視探測(cè)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，其產(chǎn)生一種可準(zhǔn)確地對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行可視探測(cè)的混濁介質(zhì)的圖像。
該目的通過(guò)在導(dǎo)言中提出的那種方法實(shí)現(xiàn)，其特征在于該方法還至少包括第二測(cè)量步驟，其中由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度。成像步驟包括下面的步驟第一計(jì)算步驟，其中，根據(jù)測(cè)量步驟中對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；第二計(jì)算步驟，其中，根據(jù)至少第一參數(shù)的值對(duì)體積元素賦有效值；顯示步驟，用于在混濁介質(zhì)的圖像中對(duì)于圖像中的與體積元素之一對(duì)應(yīng)的每一點(diǎn)顯示該對(duì)應(yīng)體積元素的有效值。
本發(fā)明一方面基于從多個(gè)測(cè)量得到的測(cè)量強(qiáng)度與不同波長(zhǎng)的光的組合可產(chǎn)生代表組織的屬性的參數(shù)的值這樣的理解，其中這些屬性(獨(dú)立或組合地)使得正常組織與異常組織區(qū)分開(kāi)來(lái)。這樣得到的一些參數(shù)尤其可代表構(gòu)成混濁介質(zhì)的組分。例如，一個(gè)參數(shù)可代表水在混濁介質(zhì)中的量的空間分布。
本發(fā)明還基于對(duì)如下事實(shí)的認(rèn)識(shí)在根據(jù)獲得的參數(shù)值認(rèn)為是異常的區(qū)域可在圖像中標(biāo)記出來(lái)。從而將用戶，例如放射科醫(yī)師的注意力吸引到圖像中認(rèn)為是異常的區(qū)域。
在混濁介質(zhì)的圖像中通過(guò)例如使用顏色來(lái)代表有效值。從而不同的顏色被賦予不同的有效值。如果有效值應(yīng)連續(xù)變化，用另外的方法向圖像添加平滑地改變的顏色。已知的色標(biāo)，如彩虹色標(biāo)可用于這一目的。
根據(jù)本發(fā)明的方法方案的特征在于它包括第三測(cè)量步驟，其中，由主要包括不等于第一波長(zhǎng)或第二波長(zhǎng)的第三波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，測(cè)量主要包括第三波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；在第一計(jì)算步驟中，根據(jù)測(cè)量步驟中對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度對(duì)第二參數(shù)賦值，所述第二參數(shù)代表混濁介質(zhì)的與第一參數(shù)所代表的屬性不同的屬性；在第二計(jì)算步驟中，根據(jù)第一參數(shù)的值和第二參數(shù)的值對(duì)體積元素賦有效值。
這個(gè)方案中的各個(gè)測(cè)量步驟產(chǎn)生一組測(cè)量數(shù)據(jù)。用于兩個(gè)參數(shù)的值從三組獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)確定。當(dāng)在三個(gè)測(cè)量步驟中光的波長(zhǎng)充分遠(yuǎn)離時(shí)，測(cè)量的數(shù)據(jù)組將不相關(guān)，并且使用已知的數(shù)學(xué)方法在所有情況下都可從測(cè)量數(shù)據(jù)組確定彼此獨(dú)立的參數(shù)的值。
根據(jù)本發(fā)明的方法方案的特征在于第一波長(zhǎng)具有830nm和900nm之間的值，第二波長(zhǎng)具有750nm與830nm之間的值，第三波長(zhǎng)具有655nm和750nm之間的值。具有上述波長(zhǎng)的光可容易地由現(xiàn)代技術(shù)水平的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生。
當(dāng)在三個(gè)測(cè)量步驟中使用的光的波長(zhǎng)位于上述范圍時(shí)，在組織中尤其是血紅蛋白(Hb)和氧化血紅蛋白(HbO2)的空間分布可適當(dāng)?shù)亟?。這是由于生物組織的散射和吸收產(chǎn)生的光的衰減在這些區(qū)域很低，并且由于對(duì)于血紅蛋白(Hb)而言，光的衰減作為光的波長(zhǎng)的函數(shù)與氧化血紅蛋白(HbO2)的不同。
特別吸引人的結(jié)果在第一波長(zhǎng)具有大約867nm的值、第二波長(zhǎng)具有大約780nm的值、第三波長(zhǎng)具有大約715nm或者作為替代大約682nm的值時(shí)獲得。
如果需要準(zhǔn)確確定組織中脂肪對(duì)水的比率，則可增加第四測(cè)量步驟，其中使用的光包括波長(zhǎng)為1040nm和1070nm之間的輻射，或者作為替代包括750nm和770nm之間波長(zhǎng)的輻射。對(duì)脂肪與水的比率的更準(zhǔn)確的確定也使得可更準(zhǔn)確地確定組織中血紅蛋白(Hb)和氧化血紅蛋白(HbO2)的空間分布。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有利方案的特征在于第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)中與體積元素之一對(duì)應(yīng)的體積中的血液的量，第二參數(shù)代表混濁介質(zhì)中與體積元素之一對(duì)應(yīng)體積中的血液的脫氧率。
在本發(fā)明的行文中，血量應(yīng)理解為指的是血紅蛋白(Hb)和氧化血紅蛋白(HbO2)的總量，而血液的脫氧率應(yīng)理解為指的是比率(Hb)/(Hb+HbO2)。
申請(qǐng)人進(jìn)行的臨床測(cè)試證明腫瘤組織每單位體積中包含更多量的血液，而且，腫瘤組織中血液的脫氧率比正常組織高。而且，隨著腫瘤越惡化血液量和脫氧率增高。因此，體積中的血液量和脫氧率是適當(dāng)?shù)膮?shù)，獨(dú)立或結(jié)合來(lái)用于本發(fā)明的方法中，以在有腫瘤時(shí)在圖像中對(duì)腫瘤探測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利方案的特征在于參數(shù)限定參數(shù)空間，在第二計(jì)算步驟中，根據(jù)賦予相關(guān)體積元素的參數(shù)的值來(lái)在參數(shù)空間中對(duì)體積元素賦予位置，賦予體積元素的有效值由參數(shù)空間中該體積元素的位置確定。
根據(jù)參數(shù)數(shù)目，這種參數(shù)空間可以是一維(線)、二維(面)、三維(空間或體積)或更多維的。那么參數(shù)代表參數(shù)空間坐標(biāo)系系統(tǒng)。體積元素在所述參數(shù)空間被賦予位置，所述位置的坐標(biāo)由與參數(shù)相關(guān)的值構(gòu)成。例如，在二維參數(shù)空間中，帶有賦予第一參數(shù)的值X和賦予第二參數(shù)的值Y的體積元素將在參數(shù)空間中被給出一個(gè)位置，該位置具有坐標(biāo)(X，Y)。
這種參數(shù)空間在用于執(zhí)行該方法的設(shè)備中虛擬存在。而且，參數(shù)空間也向用戶展示。例如，二維參數(shù)空間可在顯示屏上顯示。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利方案的特征在于參數(shù)空間被細(xì)分為至少第一子空間和第二子空間，當(dāng)體積元素占據(jù)第一子空間中的位置時(shí)，其被賦予第一有效值，當(dāng)體積元素占據(jù)第二子空間中的位置時(shí)，其被賦予第二有效值。
參數(shù)空間可人為地或自動(dòng)地被細(xì)分為子空間。例如，用戶可人工地在顯示在顯示屏上的二維參數(shù)空間中指示子空間；位于所述子空間中的體積元素被賦予代表異常區(qū)域的有效值。用戶例如可通過(guò)比較跨參數(shù)空間的體積元素的位置分布與參考分布來(lái)選擇這個(gè)子空間。從而在檢查女性身體的胸部組織期間，在一個(gè)胸部發(fā)現(xiàn)的體積元素跨參數(shù)空間的位置分布可與另一胸部發(fā)現(xiàn)的分布相比。
參數(shù)空間自動(dòng)細(xì)分為子空間可通過(guò)例如將參數(shù)空間細(xì)分為預(yù)定的子空間來(lái)執(zhí)行。執(zhí)行若干次參考測(cè)量，從而使得提前確定子空間應(yīng)如何跨參數(shù)空間分布以及應(yīng)對(duì)每個(gè)子空間中的體積元素賦予何有效值。或者，可通過(guò)已知的分段方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)細(xì)分。在這種情況下，例如應(yīng)位于第一子空間中的體積元素的數(shù)目的百分比和應(yīng)位于第二子空間中的體積元素的數(shù)目的百分比可提前指示出來(lái)。
盡管在上述說(shuō)明中參數(shù)空間被細(xì)分為兩個(gè)子空間，但顯然對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言可細(xì)分成更多的數(shù)目的子空間。對(duì)于每個(gè)子空間，對(duì)位于每個(gè)子空間中的體積元素賦予不同的有效值。也可對(duì)于多個(gè)子空間對(duì)于位于這種子空間中的體積元素賦予相同的有效值。
根據(jù)本發(fā)明的方法的方案的特征在于有效值至少由賦予體積元素的位置和參數(shù)空間中選擇的位置之間的距離確定。
例如，根據(jù)歐幾里德(Euclid)幾何原理的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離可用作距離的量度。例如，位于二維參數(shù)空間中的兩個(gè)點(diǎn)P1(x1，y1)和P2(x2，y2)之間的距離等于 ，其中x1表示對(duì)于參數(shù)X的第一值、x2表示對(duì)于參數(shù)X的第二值、y1表示對(duì)于參數(shù)Y的第一值、y2表示對(duì)于參數(shù)Y的第二值。
例如，參數(shù)空間中體積元素的位置分布的重心被選擇為選擇位置。賦予體積元素的有效值可以是根據(jù)距離可連續(xù)地改變值。但是，距離還可被細(xì)分為若干離散地節(jié)距，有效值與每個(gè)節(jié)距相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的方法的又一方案的特征在于有效值尤其由賦予體積元素的位置相對(duì)選擇的位置的情況來(lái)確定。
除離開(kāi)選擇位置的距離外，賦予體積元素的位置相對(duì)選擇位置的情況在賦予體積元素的有效值的方面也有決定作用。例如，帶有高參數(shù)值的體積元素被賦予一有效值，而不是賦予位于離開(kāi)選擇點(diǎn)相同距離的體積元素但具有低的參數(shù)值的有效值。
本發(fā)明的目的還通過(guò)導(dǎo)言中提出的那種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特征在于該方法還至少包括第二測(cè)量步驟，其中由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；成像步驟包括下面的步驟第一計(jì)算步驟，其中，根據(jù)測(cè)量步驟中對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；重組步驟，用于至少?gòu)馁x予體積元素的第一參數(shù)的值來(lái)重組混濁介質(zhì)的圖像。
本發(fā)明一方面基于對(duì)如下事實(shí)的認(rèn)識(shí)從多個(gè)測(cè)量得到的測(cè)量強(qiáng)度與不同波長(zhǎng)的光的組合可產(chǎn)生代表組織的屬性的參數(shù)的值，其中該屬性(獨(dú)立或組合地)使得正常組織與異常組織區(qū)分開(kāi)來(lái)。這樣得到的參數(shù)尤其可代表構(gòu)成混濁介質(zhì)的組分。
這種參數(shù)的成像產(chǎn)生一種圖像，其中可比組織對(duì)光衰減的圖像中更準(zhǔn)確地探測(cè)異常區(qū)域。這在參數(shù)代表構(gòu)成混濁介質(zhì)的組分時(shí)尤其如此。例如，在血液的脫氧率(Hb)/(Hb+HbO2)的空間分布圖像中，在雌性胸部組織中，帶有腫瘤組織的區(qū)域是在視覺(jué)上可觀察到的，因?yàn)橐话阒v，腫瘤組織的脫氧率高于正常組織。類似地，在每一單位體積的血液量(Hb+HbO2)的圖像中，帶有腫瘤組織的區(qū)域是在視覺(jué)上可觀察到的，因?yàn)槟[瘤組織中血液循環(huán)通常多余正常組織。
通過(guò)應(yīng)用重組方法可根據(jù)參數(shù)值重組圖像，該方法也用于根據(jù)測(cè)量的強(qiáng)度來(lái)重組光由組織衰減的圖像。這種重組方法的例子是根據(jù)Hoogenraad的3維代數(shù)重組方法和根據(jù)Watchers的3維共軛梯度方法。
注意到描述的方法不僅適合于為檢測(cè)異常區(qū)域來(lái)對(duì)生物組織成像，也適合于對(duì)生物組織的功能性屬性成像。例如，圖像可由嬰兒的腦中的血液循環(huán)和血液氧含量組成。
本發(fā)明又一目的是提供一種用于產(chǎn)生混濁介質(zhì)的圖像的設(shè)備，其中可視地準(zhǔn)確探測(cè)異常區(qū)域。
這個(gè)目的通過(guò)開(kāi)頭一段中提出的那種設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其特征在于它還包括由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)的裝置；測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度的裝置；根據(jù)對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值的裝置，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；根據(jù)至少第一參數(shù)的值對(duì)體積元素賦予有效值的裝置；用于在混濁介質(zhì)的圖像中對(duì)于圖像中的與體積元素之一對(duì)應(yīng)的每一個(gè)點(diǎn)顯示該對(duì)應(yīng)體積元素的有效值的裝置。
這個(gè)目的通過(guò)開(kāi)頭一段中提出的那種設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其特征在于它還包括由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)的裝置；測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度的裝置；根據(jù)對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值的裝置，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；用于至少根據(jù)賦予體積元素的第一參數(shù)的值來(lái)重組混濁介質(zhì)的圖像的裝置。
前面段落提到的設(shè)備例如是以醫(yī)學(xué)診斷工作站形式實(shí)施的。
本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)程序。計(jì)算機(jī)程序可包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的所有方案的指令，或者包括執(zhí)行方法的方案子集的指令。計(jì)算機(jī)程序的指令例如裝載到醫(yī)學(xué)診斷工作站的存儲(chǔ)器中，并且隨后由這個(gè)工作站的處理器執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的再一目的，計(jì)算機(jī)程序被記錄在記錄載體上，例如CD-ROM盤或磁帶。計(jì)算機(jī)程序的指令從記錄載體傳送到例如醫(yī)學(xué)診斷工作站的存儲(chǔ)器中?；蛘哂?jì)算機(jī)程序的指令從記錄載體傳送到PC或任何其他標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。還可以是將計(jì)算機(jī)程序通過(guò)例如“全球網(wǎng)”的網(wǎng)絡(luò)裝載到存儲(chǔ)器中。
本發(fā)明的上述和其他的更具體方面將參考附圖在后面以舉例方式具體說(shuō)明。其中

圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的第一方法；圖2表示二維參數(shù)空間的例子；圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的第二方法。
圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的第一方法。在第一測(cè)量步驟1期間，由主要包括867nm的波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，測(cè)量主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度。這種測(cè)量步驟在歐洲專利申請(qǐng)98925884.3(PHN16.442)中更具體說(shuō)明。接著，由主要包括780nm的波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)執(zhí)行類似的第二測(cè)量步驟2，再接著，使用主要包括715nm的波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)執(zhí)行第三測(cè)量步驟3。
在成像步驟4中使用重組算法5，根據(jù)第三測(cè)量步驟3中測(cè)量的強(qiáng)度來(lái)重組混濁介質(zhì)的圖像9。盡管在本例中根據(jù)第三測(cè)量步驟3中測(cè)量的強(qiáng)度來(lái)重組圖像，但也可將第一測(cè)量步驟1或第二測(cè)量步驟2中測(cè)量的強(qiáng)度來(lái)用于這一目的。
在第一計(jì)算步驟6中，對(duì)于每個(gè)體積元素，根據(jù)三個(gè)測(cè)量步驟測(cè)量的三組強(qiáng)度來(lái)確定兩個(gè)參數(shù)。這些參數(shù)代表檢查的組織的局部特性，在本例中是體積中的血液量和體積中的血液的脫氧率。在本行文中，體積中的血液量應(yīng)理解為指的是在體積中存在的血紅蛋白(Hb)和氧化血紅蛋白(HbO2)的總和，術(shù)語(yǔ)體積中的血液的脫氧率應(yīng)理解為指的是體積中存在的血紅蛋白與體積中存在的血液量的比率(Hb)/(Hb+HbO2)。這些參數(shù)尤其適合于對(duì)在胸部組織中腫瘤組織探測(cè)，因?yàn)槟[瘤通常以更高的血液循環(huán)和更高的氧消耗為特征，導(dǎo)致兩個(gè)參數(shù)上升。
在第二計(jì)算步驟7中，將體積元素映射在二維參數(shù)空間20中，這個(gè)空間的例子在圖2中表示。這個(gè)參數(shù)空間20由在第一計(jì)算步驟6中確定的兩個(gè)參數(shù)限定。在本例中，體積中的血液量由水平X軸22代表、體積中的血液脫氧率由垂直的Y軸21表示。這個(gè)參數(shù)空間中的體積元素被賦予一個(gè)位置23，該位置取決于相關(guān)體積元素的兩個(gè)參數(shù)的值。這樣，體積中具有值X1的血液量并且體積中具有值Y1的血液脫氧率的體積元素在參數(shù)空間中將被賦予具有坐標(biāo)(X1，Y1)的位置。
隨后，每個(gè)體積元素被賦予有效值，其取決于體積元素在參數(shù)空間20中的位置23。在本例中，如果認(rèn)為體積元素位于異常區(qū)域則對(duì)其賦予有效值“1”，而如果認(rèn)為它位于異常區(qū)域外部的區(qū)域中，則對(duì)其賦予有效值“0”。圖2A表示包含兩個(gè)高值參數(shù)并且示出上述的腫瘤組織的子區(qū)域24。在子區(qū)域24中具有位置25的體積元素被賦予有效值“1”。其他體積元素被賦予有效值“0”。盡管在本例中僅使用2個(gè)不同的有效值，但當(dāng)參數(shù)空間被細(xì)分為多個(gè)子區(qū)域時(shí)可使用多個(gè)離散的有效值。還可使用連續(xù)變化的有效值。有效值代表例如概率值。
隨后，賦予混濁介質(zhì)的圖像9中的體積元素的有效值在顯示步驟8中展示。圖像9中的對(duì)應(yīng)于體積元素的點(diǎn)如果該相關(guān)體積元素被賦予有效值“1”則被賦予例如紅色，如果賦予相關(guān)體積元素的有效值為“0”，則其被賦予灰色。這樣，圖像9由包含灰色值和帶有紅色值的區(qū)域10的混濁介質(zhì)構(gòu)成。區(qū)域10對(duì)應(yīng)于混濁介質(zhì)中的異常區(qū)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的，也可將其他的顏色和其他方法用于標(biāo)記圖像中的區(qū)域。
圖2表示二維參數(shù)空間20的例子。參數(shù)空間20由兩個(gè)參數(shù)限定。第一參數(shù)由水平X軸22表示，第二參數(shù)由垂直Y軸21表示。這個(gè)參數(shù)空間中的體積元素被賦予位置23，該位置取決于相關(guān)體積元素的兩個(gè)參數(shù)的值。這樣，具有關(guān)于第一參數(shù)值X1和關(guān)于第二參數(shù)值Y1的體積元素在參數(shù)空間中將被賦予具有坐標(biāo)(X1，Y1)的位置。
圖2A中，參數(shù)空間通過(guò)人工形成子區(qū)域24而被細(xì)分為2個(gè)子區(qū)域。位于子區(qū)域24的體積元素25被賦予與賦予位于子區(qū)域24外側(cè)的體積元素的有效值偏離開(kāi)的有效值。在胸部組織成像期間，子區(qū)域24的位置和形狀可通過(guò)比較從在一個(gè)胸部上執(zhí)行的測(cè)量中得到的參數(shù)空間與在另一胸部上執(zhí)行的測(cè)量而得到的參數(shù)空間而選擇。
圖2B表示對(duì)體積元素賦予有效值的另一方法。現(xiàn)在根據(jù)參數(shù)空間20中體積元素的位置30與選擇位置26之間的距離27來(lái)對(duì)體積元素賦予有效值。在本例中，選擇位置26是參數(shù)空間20中體積元素的位置分布的幾何重心。要被賦予的有效值可以是距離27的連續(xù)函數(shù)。距離27可被細(xì)分為若干離散節(jié)距，每個(gè)節(jié)距具有相關(guān)的有效值。
盡管第一體積元素的位置30和第二體積元素的位置31位于離開(kāi)選擇位置26相同的距離處，但仍可對(duì)兩個(gè)體積元素賦予不同的有效值。體積元素的位置相對(duì)選擇位置26的取向也是重要的。例如，帶有位于參數(shù)空間20的右上象限28中的位置30的體積元素被賦予一個(gè)值，該值不同于賦予帶有位于參數(shù)空間20的左下象限29中的位置3 1的體積元素的有效值。這在例如，如果體積中的血液量和體積中的血液的脫氧率被選擇為參數(shù)時(shí)有意義。如已經(jīng)說(shuō)明的那樣，兩個(gè)參數(shù)值增大表明是腫瘤組織。對(duì)于位于右上象限18中的體積元素來(lái)說(shuō)情況是這樣，因此，這些體積元素應(yīng)被賦予高有效值。但是，一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)的值降低沒(méi)有意義。因此，在這兩個(gè)參數(shù)基礎(chǔ)上，位于其他3個(gè)象限之一的體積元素不應(yīng)被賦予高有效值。
圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的第二方法。在第一測(cè)量步驟期間，由主要包括867nm的波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，測(cè)量主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度。接著，由主要包括780nm的波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)執(zhí)行類似的第二測(cè)量步驟2，再接著，使用主要包括715nm的波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)執(zhí)行第三測(cè)量步驟3。
在第一計(jì)算步驟6中，對(duì)于每個(gè)體積元素，根據(jù)三個(gè)測(cè)量步驟測(cè)量的三組強(qiáng)度來(lái)確定兩個(gè)參數(shù)。接著，在重組步驟13中，體積元素的第一參數(shù)的值在圖像11中成像，第二參數(shù)的值在圖像12中成像。圖像11中的點(diǎn)和圖像12中的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于體積元素。這產(chǎn)生跨混濁介質(zhì)的參數(shù)空間分布的圖像。
當(dāng)參數(shù)適當(dāng)選擇時(shí)，清楚地在圖像中看到異常區(qū)域。例如，當(dāng)體積中的血液量在圖像11中成像，體積中的脫氧率在圖像12中成像時(shí)，可看到存在于胸部組織中的帶有腫瘤組織的區(qū)域，因?yàn)樵谀[瘤組織中兩個(gè)參數(shù)值增加。
在本例中兩個(gè)參數(shù)分別成像。但是，也可以僅對(duì)兩個(gè)參數(shù)之一成像。而且如果在第一計(jì)算步驟6中確定兩個(gè)以上的參數(shù)，還可以分別地對(duì)2個(gè)以上的參數(shù)成像。另外，可組合多個(gè)參數(shù)的成像來(lái)形成一個(gè)公共圖像。
權(quán)利要求
1.一種在由一組體積元素所代表的混濁介質(zhì)中探測(cè)異常區(qū)域的方法，該方法包括·第一測(cè)量步驟(1)，其中，由主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，以及其中測(cè)量主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；·成像步驟(4)，用于從測(cè)量的強(qiáng)度來(lái)重組混濁介質(zhì)的圖像(9)，其特征在于·該方法還至少包括第二測(cè)量步驟(2)，其中由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，以及其中測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；·成像步驟(4)包括下面的步驟-第一計(jì)算步驟(6)，其中，根據(jù)測(cè)量步驟中對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；-第二計(jì)算步驟(7)，其中，根據(jù)至少第一參數(shù)的值對(duì)體積元素賦有效值；-顯示步驟(8)，用于在混濁介質(zhì)的圖像(9)中對(duì)于圖像中的與體積元素之一對(duì)應(yīng)的一點(diǎn)顯示該對(duì)應(yīng)體積元素的有效值(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法包括第三測(cè)量步驟(3)，其中，由主要包括不等于第一波長(zhǎng)或第二波長(zhǎng)的第三波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，測(cè)量主要包括第三波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；在第一計(jì)算步驟(6)中，根據(jù)測(cè)量步驟中對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度對(duì)第二參數(shù)賦值，所述第二參數(shù)代表混濁介質(zhì)的與第一參數(shù)所代表的屬性不同的屬性；在第二計(jì)算步驟(7)中，根據(jù)第一參數(shù)的值和第二參數(shù)的值對(duì)體積元素賦有效值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第一波長(zhǎng)具有830nm和900nm之間的值，第二波長(zhǎng)具有750nm與830nm之間的值，第三波長(zhǎng)具有655nm和750nm之間的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)中與體積元素之一對(duì)應(yīng)的體積中的血液的量，第二參數(shù)代表混濁介質(zhì)中與體積元素之一對(duì)應(yīng)體積中的血液的脫氧率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于參數(shù)限定參數(shù)空間(20)，在第二計(jì)算步驟(7)中，根據(jù)賦予相關(guān)體積元素的參數(shù)的值來(lái)在參數(shù)空間(20)中對(duì)體積元素賦予位置(23)，賦予體積元素的有效值由參數(shù)空間中該體積元素的位置確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于參數(shù)空間(20)被細(xì)分為至少第一子空間(24)和第二子空間，當(dāng)體積元素占據(jù)第一子空間中的位置時(shí)，其被賦予第一有效值，當(dāng)體積元素占據(jù)第二子空間中的位置時(shí)，其被賦予第二有效值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于有效值至少由賦予體積元素的位置(23)和參數(shù)空間中選擇的位置(26)之間的距離確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于有效值尤其由賦予體積元素的位置相對(duì)選擇的位置的情況來(lái)確定。
9.一種在由一組體積元素所代表的混濁介質(zhì)中探測(cè)異常區(qū)域的方法，該方法包括第一測(cè)量步驟(1)，其中，由主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，以及其中測(cè)量主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；·成像步驟(4)，用于重組混濁介質(zhì)的圖像(9)，其特征在于·該方法還至少包括第二測(cè)量步驟(2)，其中由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)，以及其中測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度；·成像步驟(4)包括下面的步驟-第一計(jì)算步驟(6)，其中，根據(jù)測(cè)量步驟中對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；-重組步驟(13)，用于至少?gòu)馁x予體積元素的第一參數(shù)的值來(lái)重組混濁介質(zhì)的圖像(11)。
10.一種在由一組體積元素所代表的混濁介質(zhì)中對(duì)異常區(qū)域成像的設(shè)備，該設(shè)備包括由主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)的裝置；測(cè)量主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度的裝置；用于從測(cè)量的強(qiáng)度重組混濁介質(zhì)的圖像的裝置，其特征在于該設(shè)備還包括由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)的裝置；測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度的裝置；根據(jù)對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值的裝置，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；根據(jù)至少第一參數(shù)的值對(duì)體積元素賦予有效值的裝置；用于在混濁介質(zhì)的圖像中對(duì)于圖像中的與體積元素之一對(duì)應(yīng)的每一個(gè)點(diǎn)顯示該對(duì)應(yīng)體積元素的有效值的裝置。
11.一種在由一組體積元素所代表的混濁介質(zhì)中對(duì)異常區(qū)域成像的設(shè)備，該設(shè)備包括由主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)的裝置；測(cè)量主要包括第一波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度的裝置；用于重組混濁介質(zhì)的圖像的裝置，其特征在于該設(shè)備還包括由主要包括不等于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的輻射的光來(lái)照射混濁介質(zhì)的裝置；測(cè)量主要包括第二波長(zhǎng)的輻射的沿著通過(guò)混濁介質(zhì)的多個(gè)光路傳播的一部分光的強(qiáng)度的裝置；根據(jù)對(duì)于體積元素測(cè)量的強(qiáng)度至少對(duì)第一參數(shù)賦值的裝置，所述第一參數(shù)代表混濁介質(zhì)的屬性；用于至少?gòu)馁x予體積元素的第一參數(shù)的值來(lái)重組混濁介質(zhì)的圖像的裝置。
12.一種計(jì)算機(jī)程序，包括用于執(zhí)行權(quán)利要求1或9的方法的一組指令。
13.一種記錄載體，包括根據(jù)權(quán)利要求12的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及在混濁介質(zhì)(turbid medium)中探測(cè)異常區(qū)域的方法。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這種方法的設(shè)備。所述方法可用于光學(xué)乳房照相術(shù)中,該照相術(shù)中,用光檢查女性身體的胸部。所述方法產(chǎn)生圖像,圖像中,可清晰識(shí)別任何異常,如腫瘤。這一點(diǎn)尤其是通過(guò)在混濁介質(zhì)的圖像(9)中提供標(biāo)記(10)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01N21/27GK1380821SQ01801408
公開(kāi)日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2001年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者M·B·范德馬克, G·W·托夫特, A·J·H·瓦赫特斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司