CN101495852A - 用于漫射光学层析成像的快速荧光成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于对混浊介质的内部成像的设备，布置成同时从相对于所述混浊介质(25)的多个用于光的入口位置将来自所述光源(5)的激发光耦合到所述容置体积(20)中。可以通过同时从选自多个、如N个离散的用于光的入口位置的M个(M≤N)离散的用于光的入口位置将激发光耦合到容置体积(20)中，或通过从多个用于光的入口位置将激发光耦合到容置体积(20)中、所述多个用于光的入口位置的至少一个子集形成连续体，来产生多个用于光的入口位置。

Description

用于漫射光学层析成像的快速荧光成像设备
本发明涉及一种用于对混浊介质的内部成像的设备，包括：
a)用于容纳所述混浊介质的容置体积；
b)用于发射激发光的光源，所述激发光是经选择的，使得其在所述混浊介质中的荧光剂中引起荧光发射；
c)用于将所述光源光耦合到所述容置体积的耦合装置，所述耦合装置包括用于光的入口位置，从所述用于光的入口位置来辐照所述容置体积；
d)光探测器单元，用于探测作为利用来自所述光源的激发光来辐照所述混浊介质的结果而从所述容置体积发出的荧光。
本发明还涉及一种用于对混浊介质的内部成像的方法，包括以下步骤：
a)从光源发射激发光，所述激发光是经选择的，使得其在所述混浊介质中的荧光剂中引起荧光发射；
b)将所述光源光耦合到所述容置体积，用于利用来自所述光源的激发光从用于光的入口位置来辐照所述容置体积；
c)探测作为利用来自所述光源的激发光辐照所述混浊介质的结果而从所述容置体积发出的荧光。
本发明还涉及一种医学图像采集设备，包括：
a)用于容纳所述混浊介质的容置体积；
b)用于发射激发光的光源，所述激发光是经选择的，使得其在所述混浊介质中的荧光剂中引起荧光发射；
c)用于将所述光源光耦合到所述容置体积的耦合装置，所述耦合装置包括用于光的入口位置，从所述用于光的入口位置来辐照所述容置体积；
d)光探测器单元，用于探测作为利用来自光源的激发光来辐照所述混浊介质的结果而从所述容置体积发出的荧光。
申请号为05111164.9(代理人案号PH004270)的欧洲专利申请中描述了此类设备的实施例。所描述的设备能够用于对诸如生物组织的混浊介质的内部成像。在医学诊断中，该方法可以用于对女性***的内部成像。容置体积容置混浊介质，诸如***。从用于光的入口位置将来自光源的激发光耦合到容置体积中，用于光的入口位置是从相对于混浊介质位于不同位置的多个用于光的入口位置连续地选择的。选择激发光，使得其能够在混浊介质中的荧光剂中引起荧光发射。在多个收集位置收集作为利用激发光来辐照混浊介质的结果而从容置体积发出的荧光，并将该荧光用于推导混浊介质的内部的图像。替代地，如果将光源发出的光选择为使得其不在混浊介质中引起荧光发射，择收集的通过混浊介质的光可以用于推导混浊介质的内部的图像。典型地，波长在400nm至1400nm范围内的光用于此目的。在下文中，后面的程序称作透视法。
所述设备的缺点是荧光成像慢。在医学诊断中，在可以将该设备用于对女性***的内部成像的地方，长的测量时间对患者是不舒服的，增加了在测量期间患者移动的机会，从而降低了成像质量，并使得在相对小的时标上对过程或事件的成像变得困难。在对***中的肿瘤成像的环境中，相对小的时标上的过程或事件例如是其中心博周期起重要作用的过程或事件，诸如在心脏收缩/心脏收张周期期间的血流的动力学。
本发明的目的是减少测量时间。
根据本发明，此目的的实现在于根据起始段的设备布置成从相对于混浊介质的多个入口位置将来自光源的激发光同时耦合到容置体积中。
本发明基于如下认识：虽然在使用透视法程序时，相对于混浊介质的用于光的入口位置对于图像重构是重要的，但是其对于荧光测量是较不相关的。此认识是基于来自混浊介质中的荧光剂的荧光形成相对于发射激发光的初级光源的次级光源的事实。结果，荧光剂标记初级荧光源。因为相对于混浊介质的用于光的入口位置的位置对荧光测量是较不相关的，所以从相对于混浊介质的多个用于光的入口位置将来自光源的激发光同时耦合到容置体积中、而不是从一个用于光的入口位置耦合到容置体积中是可能的。因此，与已知设备中的情况相比，提高了激发光的量。结果，如果存在足够的荧光剂的量，则在荧光剂中产生了更多的荧光，与已知设备中的情况相比，在获得相同的荧光量时，这依次导致更短的测量时间。如果荧光剂的分布局限于分开的区中，其是所谓的目标荧光剂的情况，则本发明是尤其有用的。
本发明的另一优点是荧光的量的增加容许对时标上变化的时间依赖的荧光事件的跟踪，其是迄今为止难于做到的跟踪。在医学诊断中，在该设备可以用于例如对女性***的内部成像的地方，快速改变的荧光事件可以在其中心博周期起重要作用的应用中发生。增加荧光剂中产生的荧光的量减少了获得足够的信号量所需的时间。因此，在比以前可能的时标更小的时标上对时间依赖的荧光事件进行跟踪变得可能。
本发明的另一优点是，从相对于混浊介质的多个用于光的入口位置将来自光源的激发光同时耦合到容置体积中，与从单个用于光的入口位置将激发光耦合到容置体积中的情况(不超过最大容许的曝光)相比，其还使得增加耦合到容置体积中的激发光的量成为可能。在医学诊断中，在可以将设备用于对女性***的内部成像的地方，最大容许的曝光限制了每单位时间可以耦合到每单位面积的人的皮肤中的能量的量。然而，为了提高从***发出的荧光的量或为了在相对小的时标上对过程或事件进行成像，期望提高耦合到***中的激发光的量。根据本发明，通过从相对于混浊介质的多个用于光的入口位置将激发光耦合到容置体积中，无需超过最大容许的曝光，这是可能的，因为从用于光的不同的入口位置发出的激发光照明混浊介质的不同的区域。
根据本发明的设备的实施例的特征在于所述设备布置成用于从第一多个(M个)离散的用于光的入口位置将激发光同时耦合到容置体积中，第一多个(M个)离散的用于光的入口位置选自第二多个(N个)离散的用于光的入口位置，其中M小于或等于N(M≤N)。此实施例具有数个优点。首先，与已知设备中的情况相比，其容许将测量所需的时间减小一个因子M。其次，此实施例容许与测量时间中的减小结合地提高信噪比。然而，在后面的情况下，测量时间中的减少小于因子M。第三，此实施例容许对快速改变荧光事件的跟踪。如解释的，在已知设备中，激发光经由单个用于光的入口位置耦合到容置体积中。通过同时从相对于混浊介质的多个用于光的入口位置将来自光源的激发光耦合到容置体积中，与已知设备中的情况相比，提高了从容置体积发出的荧光的量。可以通过将多个用于光的入口位置耦合到单个光源、通过将用于光的每个入口位置耦合到其自己的单个光源、或通过此两种可能的组合，来实现用于光的入口位置的数目的增加。荧光的量的此增加可以用于减少测量时间，以提高信噪比，可能地与测量时间中的减少相结合，或者可以用于对快速改变荧光事件的跟踪。随获得一定量的信号所需的时间减少，跟踪快速改变荧光事件变得可能。
根据本发明的另一实施例的特征在于光源布置成同时以多个波长发光，并且其中耦合装置布置成将单波长的光耦合到至少一个用于光的入口位置。如所解释的，已知的设备包括用于发射激发光的光源。也如已经解释的，已知的设备还可以包括用于发射能够传播通过混浊介质的光的另外的光源。此另外的光源实际上可以布置成同时发射多个波长。此光可以用于在混浊介质中的荧光剂中引起荧光发射，虽然比利用专门选择的用于在荧光剂中引起荧光发射的目的的光可能具有更低的荧光效率。然而，使用该另外的光源完全可以满足荧光成像目的。因此，此实施例具有的优点是，与已知的设备相比，当用于该透视法目的时，不需要额外的光源来实施本发明。
根据本发明的设备的另外的实施例的特征在于多个用于光的入口位置的至少一个子集形成连续体。诸如闪光灯的单个空间扩展光源可以用于在混浊介质中的荧光剂中引起荧光发射，可以利用该扩展光源从相对于混浊介质的、形成连续体的多个用于光的入口位置来辐照容置体积。此光源的形状可以是经选择的，使得面向混浊介质的光源并且光穿过其发射的发射表面具有的形状对应于面向光源的发射表面的混浊介质的表面的形状。在医学诊断中，其中已知的设备可以用于对女性***的内部成像，并且扩展光源可以例如围绕容纳于容置体积里面的***而弯曲。此实施例的优点是其容许更快地采集荧光成像数据。本实施例可以用于与本发明的其它实施例结合，根据这些其它的实施例，可以使用离散的用于光的入口位置。
根据本发明，还实现了本发明的减少测量时间的目的，因为根据本发明的方法适于使得将所述光源光耦合到所述容置体积的步骤包括将所述光源光耦合到所述容置体积，用于利用来自所述光源的激发光同时从多个用于光的入口位置来辐照所述容置体积。
根据本发明，进一步实现了此目的，因为医学图像采集设备布置成将来自所述光源的激发光同时从相对于所述混浊介质的多个用于光的入口位置耦合到所述容置体积中。
将参照附图进一步阐述和描述本发明的这些和其它方面，其中：
图1示意性地示出了用于对混浊介质的内部进行成像的设备的实施例；
图2示出了解释根据本发明的方法的流程图；
图3示出了根据本发明的医学图像采集设备的实施例。
图1示意性地示出了用于对混浊介质的内部进行成像的设备的实施例。设备1包括：用于发射激发光的光源5，激发光是经选择的，使得其在混浊介质25中的荧光剂中引起荧光发射；光探测器10；图像重构单元15；用于容纳混浊介质25的容置体积20，所述容置体积20由容器30界定，所述容器30包括多个用于光的入口位置35a和多个用于光的出口位置35b；以及分别耦合到所述用于光的入口位置35a和用于光的出口位置35b的光导40a和40b。设备1还包括选择单元45，用于将输入光导50耦合到容器中的若干选择的用于光的入口位置35a。为清楚起见，用于光的入口位置35a和用于光的出口位置35b安置于容器30的相对的侧。然而，实际上，它们可以围绕容置体积20分布。如果设备1用于荧光测量，则设备1必需布置成使得从容置体积20发出的激发光能够与从容置体积20发出的荧光区别开。这能够例如通过将设备1布置成使得从容置体积20发出的光经过将激发光滤除的滤光器52而实现。混浊介质25容纳于容置体积20里面。根据本发明的一个实施例，然后通过使用选择单元45将光源5同时耦合到若干选择的用于光的入口位置35a，而利用来自光源5的激发光从多个用于光的入口位置35a辐照混浊介质25，所述选择的用于光的入口位置选自所述多个用于光的入口位置35a。这能够通过例如从第一多个(M个)离散的用于光的入口位置35a将激发光同时耦合到容置体积中来实现，第一多个(M个)离散的用于光的入口位置35a选自第二多个(N个)离散的用于光的入口位置35a，其中M小于或等于N(M≤N)。由光源5发射的激发光是经选择的，使得其在混浊介质25中的荧光剂中引起荧光发射。与仅从单个用于光的入口位置利用激发光来辐照混浊介质25(没有超过最大容许的曝光)的情况相比，此实施例使得能够将来自光源5的更多的激发光耦合到混浊介质25中。在医学诊断中，在可以将设备1用于对女性***的内部成像的地方，最大容许的曝光限制了每单位时间可以耦合到例如每单位面积的人的皮肤中的能量的量。结果，该实施例还使得能够对时间依赖的事件进行成像，时间依赖的事件诸如是其中心脏收缩和心脏舒张周期期间的心博周期起重要作用的事件。使用多个用于光的出口位置35b并使用光探测器单元10从多个位置探测从容置体积20发出的荧光。图像重构单元15于是使用所探测的荧光来推导混浊介质25的内部的图像。根据本发明的另一实施例，光源5还可以布置成使得能够利用多个波长的光来辐照混浊介质25，多个波长是经选择的，使得此光能够传播通过混浊介质25。虽然具有该波长的光对激发存在于混浊介质25中的荧光剂可能不是最佳的，但是该光仍然可以在荧光剂中引起足够的荧光。在该情况下，该实施例的优点是其易于实施，因为诸如设备1的设备通常已包括布置为发射多个波长的光的光源。根据本发明的另一实施例，代替至少一个离散的用于光的入口位置35a，或除此用于光的入口位置35a之外，可以使用空间扩展光源37来辐照容置体积20。空间扩展光源37从空间扩展光源37内的多个用于光的入口位置来辐照容置体积20，且所述多个用于光的入口位置形成连续体。根据此实施例，能够利用激发光来辐照混浊介质25的相当大的部分，使得加速了测量。
图2示出了解释根据本发明的方法的流程图。在步骤55中，混浊介质25容纳在容置体积20中。在步骤60中，光源5发射激发光，激发光是经选择的，使得其在混浊介质25中的荧光剂中引起荧光发射。在步骤65中，光源光耦合到容置体积20，用于利用来自光源5的激发光辐照容置体积20。根据本发明，光源5光耦合到容置体积20，使得能够利用激发光5同时从多个用于光的入口位置35a来辐照容置体积20。这能够通过例如将光源5光耦合到容置体积20，使得从第一多个(M个)离散的用于光的入口位置35a将激发光耦合到容置体积20中来实现，第一多个(M个)离散的用于光的入口位置35a选自第二多个(N个)离散的用于光的入口位置35a，其中M小于或等于N(M≤N)。另一选择是光源5可以布置成使得能够利用多个波长的光来辐照混浊介质25，其中单个波长的光耦合到至少一个用于光的入口位置35a，并且多个波长是经选择的，以使得光能够传播通过混浊介质25。虽然具有该波长的光对激发存在于混浊介质25中的荧光剂可能不是最佳的，但是该光仍然可以在荧光剂中引起足够的荧光。在该情况下，该实施例的优点是其易于实施，因为诸如设备1的设备通常已包括布置为发射多个波长的光的光源。另一选择是代替至少一个离散的用于光的入口位置35a，或除此用于光的入口位置35a之外，使用空间扩展光源37来辐照容置体积20。空间扩展光源37从空间扩展光源37内的多个用于光的入口位置来辐照容置体积20，且所述多个用于光的入口位置形成连续体。根据此实施例，能够利用激发光辐照混浊介质25的相当大的部分，使得加速了测量。在步骤70中，探测到了作为利用来自光源5的激发光来辐照混浊介质25的结果而从容置体积20发出的荧光。为了仅探测从容置体积20发出的荧光，设备1必需布置成使得能够将从容置体积20发出的激发光与从容置体积20发出的荧光区别开。这能够通过例如在容置体积20和光探测单元10之间的光路中的任何地方设置截止激发光但是使荧光通过的滤光器52来实现。
图3示出了根据本发明的医学图像采集设备75的实施例。医学图像采集设备75包括由虚线块表示的图1中讨论了的设备1。除设备1外，医学图像采集设备75还包括屏幕80和输入接口85，屏幕80用于显示由图像重构单元15重构的混浊介质25的内部的图像，输入接口85例如是使得操作员能够与医学图像采集设备75进行互动的键盘。
应当注意，上述实施例示例而不是限定本发明，并且本领域技术人员能够设计许多替代实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，放置在括号间的任何参考符号不应视为是对权利要求的限定。词语“包括”不排除权利要求中所列的那些以外的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一个”不排除存在多个该元件。在列举数个构件的***权利要求中，数个这些构件能够由计算机可读软件或硬件的相同项来实施。仅仅某些测量是在相互不同的从属权利要求中记载的事实不表示不能有利地使用这些测量的组合。

Claims (6)

1、一种用于对混浊介质的内部成像的设备，包括：
a)用于容纳所述混浊介质(25)的容置体积(20)；
b)用于发射激发光的光源(5)，所述激发光是经选择的，使得其在所述混浊介质(25)中的荧光剂中引起荧光发射；
c)用于将所述光源(5)光耦合到所述容置体积(20)的耦合装置，所述耦合装置包括用于光的入口位置(35a)，从所述用于光的入口位置(35a)来辐照所述容置体积(20)；
d)光探测器单元(15)，用于探测作为利用来自所述光源(5)的激发光来辐照所述混浊介质(25)的结果而从所述容置体积(20)发出的荧光，
其特征在于
所述设备(1)布置成从相对于所述混浊介质(25)的多个用于光的入口位置(35a)将来自所述光源(5)的激发光同时耦合到所述容置体积(20)中。
2、如权利要求1所述的设备，其中，所述设备布置成从第一多个、如M个离散的用于光的入口位置(35a)将激发光同时耦合到所述容置体积(20)中，所述第一多个、如M个离散的用于光的入口位置(35a)选自第二多个、如N个离散的用于光的入口位置(35a)，其中M小于或等于N，即M≤N。
3、如权利要求2所述的设备，其中，所述光源(5)布置成同时以多个波长发射光，并且其中，所述耦合装置布置成将单个波长的光耦合到至少一个所述用于光的入口位置(35a)。
4、如权利要求1所述的设备，其中，所述多个用于光的入口位置(35a)的至少一个子集(37)形成连续体。
5、一种用于对混浊介质(25)的内部成像的方法，包括以下步骤：
a)从光源(5)发射激发光，所述激发光是经选择的，使得其在所述混浊介质(25)中的荧光剂中引起荧光发射；
b)将所述光源(5)光耦合到所述容置体积(20)，用于利用来自所述光源(5)的激发光从用于光的入口位置(35a)来辐照所述容置体积(20)；
c)探测作为利用来自所述光源(5)的激发光来辐照所述混浊介质(25)的结果而从所述容置体积(20)发出的荧光，
其特征在于
将所述光源(5)光耦合到所述容置体积(20)的步骤包括将所述光源(5)光耦合到所述容置体积(20)，用于利用来自所述光源(5)的激发光同时从多个用于光的入口位置(35a)来辐照所述容置体积(20)。
6、一种医学图像采集设备，包括：
a)用于容纳所述混浊介质(25)的容置体积(20)；
b)用于发射激发光的光源(5)，所述激发光是经选择的，使得其在所述混浊介质(25)中的荧光剂中引起荧光发射；
c)用于将所述光源(5)光耦合到所述容置体积(20)的耦合装置，所述耦合装置包括用于光的入口位置，从所述用于光的入口位置来辐照所述容置体积(20)；
d)光探测器单元(15)，用于探测作为利用来自所述光源(5)的激发光来辐照所述混浊介质(25)的结果而从所述容置体积(20)发出的荧光，
其特征在于
所述设备(1)布置成从相对于所述混浊介质(25)的多个用于光的入口位置将来自所述光源(5)的激发光同时耦合到所述容置体积(20)中。
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