JP2010512904A - 不透明媒体のイメージング - Google Patents

Abstract

不透明媒体のイメージングのためのイメージングシステムは、画像化されるべき対象を照らすための照明源を含む。検出システムは、対象からの放射を検出し各波長領域を有する放射成分を区別する分離モジュールを含む。分析モジュールは各放射成分の比較を形作る。画像データセットは、各放射成分の比較に基づき再構成される。比較は例えば(i)高波長放射成分の低波長放射成分に対するレベルの比率、(ii)高波長放射成分の検出された放射に対するレベルの相対差、又は(iii)高波長放射成分の低波長放射成分に対するレベルの相対差を含む。造影剤の濃度の関係領域に亘ってその比較が相対的に波長領域の１つにとって他の領域に対しより有益である時、再構成画像中に良いコントラストが達成される。従って、波長領域間の比較競争において、その１つの波長領域の強度（又は光子計数）が、その１つの波長領域における如何なるコントラストもコントラスト反転の影響を受けないように支配する。

Description

本発明は不透明媒体のイメージングのためのイメージングシステムに関する。

イメージングシステムは、医療用光学イメージングスキャナーの形態で米国特許番号６，７３８，６５８より既知である。

その既知の医療用光学イメージングスキャナーは、胸を映し出すために顕著に配置される。照明源は、映し出されるべき対象、即ち映し出されるべき胸に光を向けるように配置される。胸から出る異なる波長領域の光は、同時に光検出器の各グループにより検出される。光学フィルターは、光の波長がその光検出器のグループに到達するのを制限するために光検出器のグループの１つの前面に配置される。

光検出器の濾過セットからのデータは、胸の蛍光画像を再構成するために用いられる。
照明源により励起された蛍光物質の形で造影剤の使用を通じて蛍光は胸に導入される。光検出器の非濾過セットからのデータは、胸の吸収画像を再構成するために用いられる。胸の蛍光及び吸収画像は自動的に、胸の周囲で一緒に登録される。次いで、吸収データは、造影剤の適用後得られた画像内での新しい情報を含む画像を再構成するために蛍光データから引算される。

米国特許番号６，７３８，６５８

本発明の目的は、造影剤の濃度とは独立に画像中のコントラストを改良するために不透明媒体を映し出すためのイメージングシステムを提供することである。

この目的は、
―映し出されるべき対象を照らすための放射源
―対象からの放射を検出し、各波長領域を有する放射成分を区別する分離モジュールを有する検出システム
―各放射成分の比較を形作るための分析モジュール及び
―各放射成分の比較にアクセスし各放射成分の比較に基づく画像データセットを再構成する再構成ユニット
を含む不透明媒体のイメージングのためのイメージングシステムにより達成される。

本発明により異なる波長領域の放射成分は区別される。これらの放射成分の比較に基づいて画像は再構成される。本発明の洞察は、これらの放射成分の比較が不透明媒体を通過して伝搬する放射の自己吸収が原因で画像内にコントラスト反転が起きる事を避ける事である。もう１つの洞察は、各波長領域に基づいてこれらの放射成分を区別できる事である。造影剤の濃度の関係領域に亘ってその比較が相対的に波長領域の１つにとって他の領域に対しより有益である時、顕著に再構成画像中に良いコントラストが達成される。従って、波長領域間の比較競争において、その１つの波長領域の強度（又は光子計数）が、その１つの波長領域における如何なるコントラストもコントラスト反転の影響を受けないように支配する。

各放射成分は、不透明媒体を通り伝搬され、例えば蛍光造影剤により各々、支配的に強又は弱自己吸収を経た放射に関係する。顕著に、各放射成分は、各々、不透明媒体を通り伝達された放射源からの造影剤により強又は弱自己吸収を経た放射に関係し且つ照明源による蛍光造影剤の励起に起因して発生された放射に関係する。対象からの蛍光放射の、対象の不透明媒体を通過して伝達された放射成分に対する比較は、負の効果、つまり蛍光放射の自己吸収による再構成画像中のコントラストの反転を顕著に減少させる。

各波長領域を有する各放射成分を区別する数個の代替選択肢が存在する。１つの選択肢は、区別されるべき放射成分の波長領域に対応する各通過帯域を有する光学フィルターを採用することである。もう１つの選択肢は、各波長領域に反射及び透過領域を有する誘電体反射鏡を採用することである。又、検出要素の各グループについて異なる感度範囲を採用する事ができるので、各検出器グループは、主に各放射成分を検出する。代替的に、分光計、格子プリズム又は光学分光要素を各異なる波長領域を分離するために採用することができる。

本発明のこれらの及び他の面は、更に従属項に定義された実施例を参照して詳しく説明される。

本発明の１面により、２つの放射成分は区別される。即ち、上限波長より下の波長を有する低波長放射成分と、限界波長より上の波長を有す高波長放射成分とに区別される。実例において、上限波長及び限界波長は等しい。高波長放射成分は、主に蛍光造影剤の励起により発生され、次に不透明媒体を通過して伝搬する蛍光放射に関係する。伝搬中の主プロセスは、近赤外放射のエネルギーにそれほど依存しない散乱及び吸収であるので、放射（例えば近赤外）のエネルギー分布は組織を通過して伝搬する時、変化しない事に注意する。低波長放射成分は、主に不透明媒体を通って透過し且つ部分的に不透明媒体に吸収される照明源からの放射に関係する。低波長放射成分及び高波長放射成分は更に、蛍光放射の自己吸収の支配及び非支配間を区別する。高波長放射成分の低波長放射成分に対する比較は、不透明媒体中の自己吸収の効果を効率的に除外する。従って、その比較に基づき再構成された画像は、造影剤の採用された濃度の増加機能であるコントラストを有する。顕著にコントラスト反転は避けられるので、自動吸収による蛍光の補償により低コントラストは避けられる。このように、画像の診断の質は、低コントラストにおける詳細でさえコントラスト反転によってぼかされずよく見える事において改良される。

コントラストが造影剤の濃度とともに増加する大変良い結果に導く比較の実施例が存在する。低波長放射成分に対する高波長放射成分のレベルの比率を用いることによりこれは顕著に達成される。この比率は、少なくとも１桁又は２桁上に造影剤の濃度の増加とともに単調に増加するように見える。もう１つの実施例は、(ii) 高波長放射成分の強度レベルに対する、(i)高波長放射成分と低波長放射成分との強度レベル間の差、の比率の再構成に基づくことである。この相対比率は又、少なくとも２桁上に造影剤の濃度の増加とともに直線的に増加するように見える。もう１つの実施例は、低波長放射成分に対する高波長放射成分のレベルの相対差に基づく再構成に基づく。この実施例においては対数は造影剤の濃度とともに少なくとも２桁上に増加する。

本発明の更なる面により、検出された放射の全レベル、即ち２（以上）の放射成分レベルの合計に基づく再構成に基づく選択肢を持つ画像システムが提供される。低濃度の造影剤が適用される時、この選択肢は顕著に活性化される。そのような低濃度の造影剤で自己吸収は殆ど起きない又は起きないので、コントラスト反転は考えにくい。他方、検出された放射の全レベルの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は、個々の放射成分のＳＮＲより高い。故に全放射成分の合計レベルのいわゆる全スペクトルを使うことは、より良いＳＮＲを有する再構成画像を達成する。

本発明の画像システムは特に、放射が散乱により大いなる程度に伝わる不透明媒体から少なくとも部分的に形成される対象を画像化することが運命付けられる事は更に注意される。放射の伝搬に影響する不透明媒体に異物が存在しうる。特定例は、女性の胸のような生物組織である。本発明のイメージングシステムは、良性又は悪性腫瘍のような異物の存在を現すために女性の胸を画像化するために顕著に採用される。女性の胸のような生物組織の光学的トモグラフィーのために、近赤外放射は特に適切である。というのは生物組織はほどよく低吸収であるが、波長領域４００nmから１４００nm非常に高度に散乱するからである。特に波長領域６００nmから９５０nmで良い結果が得られるからである。

各放射成分のレベルにアクセスするには種々の方法がある。採用される検出技術により、放射成分の強度又は信号振幅を測定できる。

本発明は又、イメージング方法、特に請求項６に定義されたようなデジタル光学トモグラフィー方法に関する。本発明のこの光学イメージング方法は、不透明媒体のイメージングにおいて造影剤の増加する濃度でのコントラスト反転は避けられる事を達成する。本発明は更に、請求項７に定義されたようなコンピュータプログラムに関する。本発明のコンピュータプログラムをＣＤ―romディスクのようなデータ運搬手段上に提供でき、又インターネットのようなデータネットワークから本発明のコンピュータプログラムをダウンロードできる。不透明媒体画像化用のイメージングシステムに含まれたコンピュータにインストールされたとき、イメージングシステムを本発明により操作可能で、コントラスト反転が避けられるより良い画質を達成する。

本発明のこれらの及び他の面は、以下に記述された実施例及び付属の図面を参照して詳しく説明される。

本発明の不透明媒体のイメージング用のシステムの概略図を示す。 本発明のイメージングシステムの検出モジュールの１例の更なる詳細を概略的に示す。

図１は、本発明の不透明媒体のイメージング用のシステムの概略図を示す。顕著に図１のイメージングシステムは、画像化されるべき対象の内部の像を作ることができるデジタル光学トモグラフィーシステムである。図１に概略的に示される不透明媒体イメージング用システムは顕著に、光学***レントゲン撮影システムである。光学***レントゲン撮影システムは、例えば患者ベッド又は患者テーブルの形を有する運搬台１１を含む。その運搬台の上で検査されるべき患者（胸が検査されるべき女性）は、測定カップ（図１では見えない）の形を有する検査空間２に胸を浮かせてうつぶせ（即ち顔を下向き）に置かれる。測定カップは更に、女性の胸の光学的散乱及び吸収性に近く似せた光学的散乱及び吸収性を有する機械流体で満たされる。

多くのファイバー２３（例えば全部で５１０）は、一端で測定カップに接続される。ファイバーの半分は、他端で検出器モジュール５に接続され、ファイバーの半分は、他端でファイバースイッチ１２に接続される。ファイバースイッチ１２は、光を３つの異なるレーザー２４から２５６本のソースファイバー２３のどれか１つに（測定カップに２５５本、検出ファイバーに直接１本）向けることができる。このように、ソースファイバー２３のどれか１つは、測定カップに円錐光ビームを提供できる。適切にファイバースイッチ１２を切り換えることにより、全てのソースファイバーは、胸組織に円錐光ビームを続いて放射する。

選択されたソースファイバーからの光は、適合流体及び胸により散乱され、２５５の検出器モジュールにより検出される。蛍光造影剤が採用されるとき、ソースファイバーからの光は、蛍光造影剤を励起し、（僅かに）長い波長で蛍光を放射する。検出器モジュールは、検査されるべき患者、顕著に女性の胸からの蛍光透過光を又検出するように配置される。検出ファイバーはたびたび、測定カップの壁の周りの各リング内の検出位置に到着するように配置される。リングは、測定カップの長軸（普通は垂直軸）に沿って変位する。胸組織内の光の減衰は強く、それは反射光（後方散乱された）に比べて、制限された量の光子のみが胸を横切ることができる事を意味する。そこで、大きい動的領域は、検出器（約９桁）によりカバーされなければならない。光ダイオードは、検出器モジュール内光センサー５として使われる。フロントエンド電子検出器は、これらの光ダイオードのうちの１つ及び増幅器を含む。増幅器の増幅率は、数個の値の間を切り替わる。機械は先ず最低増幅率で測定し、もし必要なら増幅率を増加させる。検出器は、コンピュータ１４により制御される。

コンピュータ１４は又、レーザー、ファイバースイッチ、及び流体分配システムを制御する。コンピュータ、測定カップ、ファイバー、検出器、ファイバースイッチ、及びレーザーは全て、図１に示されるようにベッド内に設置される。

図２は、本発明のイメージングシステムの検出モジュールの１例の更なる詳細を概略的に示す。光ファイバー２３は、検出器モジュール８の入力側で光学的に入力チャネルに接続される。検出器モジュール８は、入力チャネル用に各誘電体反射鏡１２０の形で分離モジュールを提供される。誘電体反射鏡は実質的に、低波長成分について反射的で、高波長成分について透過的である。これらの誘電体反射鏡は、商業的に利用可能な光学部品である。限界波長より下の波長を有する光は反射され、限界波長より上の波長を有する光は透過される。例えば造影剤としてＮＩＲ９６０１０（ＳＩＤＡＧ）染料が採用される時、波長７４０nmでレーザー励起を実施でき、波長７６０nmから８５０nmの範囲で蛍光発光が起きる。波長７８０nmから７９０nmの範囲で限界波長及び上限波長を設定する事により良い結果が得られる。反射低波長成分は、低波長成分について敏感な光センサーを含む高エネルギー検出サブモジュール１２１に向かって反射される。実際、高エネルギー検出サブモジュール及び低エネルギー検出サブモジュールは、高波長及び低波長の両方の範囲をカバーする固有感度範囲を有する同じ又は類似のタイプの光センサーを装備し、高エネルギーサブモジュール及び低エネルギーサブモジュールに異なる光学入力フィルターを提供するように装備される。これらの光学入力フィルターは、高波長及び低波長の各々の範囲について通過帯域を有する。造影剤を励起する（ＳＩＤＡＧ用に約６９０nm）ためにレーザー２４は、前置フィルター１２２で濾過される。この前置フィルターは、励起レーザー２４からの信号が蛍光信号を支配する事を避ける。この例での前置フィルター１２２は、約７５０nmより小さい全ての波長を濾過する。残りのスペクトルは、造影剤により作られ、これは又、λ_Tが限界波長である非支配領域（λ＞λ_T）から自己吸収支配領域（λ＜λ_T）を分離するために上と下の波長範囲に分けられる。

透過高波長成分は、高波長成分に敏感な光センサーを含む低エネルギー検出サブモジュール１２１へ透過する。誘電体反射鏡は、要求される波長反射及び透過を達成するために例えば適切に被覆される。高エネルギー検出サブモジュールは、画像化されるべき対象からの低波長放射成分の強度の空間分解分布を代表する電子出力信号を出力する。低エネルギー検出サブモジュールは、画像化されるべき対象からの高波長放射成分の強度の空間分解分布を代表する電子出力信号を出力する。各検出サブモジュールの電子出力信号は、比較を実行する分析モジュール６に印加される。低波長成分と高波長成分との比較は、単にその比率を計算することにより実行される。この比率は、低波長成分に対して蛍光造影剤の濃度の広い範囲にわたって顕著に有利であるように見える。分析モジュールにより為された比較は、再構成モジュールに適用される。例えば、ソース及び検出位置の多数の各対について、分析モジュールは高波長成分に対する低波長成分の比率を与える。これらの個々の検出位置は事実、画像化されるべき対象の表面で検出ファイバーのファイバー端の位置である。これらの位置は、対象例えば女性の胸に関連する。光源位置は事実、レーザー光を対象例えば女性の胸に印加するように選択されたファイバーの位置（対象に対する）である。比較から再構成モジュールは、画像化されるべき対象の内部の像を再構成する。この再構成は顕著に、代数再構成を含み、逆変換又はライトフ近似を採用できる。

Claims (7)

1. ―映し出されるべき対象を照らすための放射源
   ―前記対象からの放射を検出し各波長領域を有する放射成分を区別する分離モジュールを有する検出システム
   ―各放射成分の前記比較を形作るための分析モジュール及び
   ―各放射成分の比較にアクセスし各放射成分の前記比較に基づき画像データセットを再構成する再構成ユニット
   を含む不透明媒体のイメージングのためのイメージングシステム。
2. 前記分離モジュールは、少なくとも上限波長より下の低波長放射成分と限界波長より上の高波長放射成分とを区別する請求項１に請求されるイメージングシステム。
3. (i)前記高波長放射成分の前記低波長放射成分に対するレベルの比率
   (ii)前記高波長放射成分の前記検出された放射に対するレベルの相対差
   (iii)前記高波長放射成分の前記低波長放射成分に対するレベルの相対差
   の形で前記分離モジュールは、前記低波長放射成分と前記高波長放射成分とから比較を形成するように配置された請求項２に請求されるイメージングシステム。
4. ―前記再構成モジュールは、前記検出された放射のレベルにアクセスし且つ前記検出された放射のレベルに基づいて画像を再構成する選択肢を提供されるように配置された請求項２に請求されるイメージングシステム。
5. ―制御ユニットは、造影剤の適用濃度に依存して検出された放射のレベルに基づいて画像を再構成する選択肢を活性化するために提供された請求項４に請求されるイメージングシステム。
6. ―映し出されるべき対象を照らすステップ
   ―前記対象からの放射を検出し各波長領域を有する放射成分を区別するステップ
   ―各放射成分の比較を形作るステップ及び
   ―各放射成分の比較から各放射成分の比較に基づき画像データセットを再構成するステップ
   を含む不透明媒体のイメージングの方法。
7. ―前記対象からの放射を検出し各波長領域を有する放射成分を区別し
   ―各放射成分の比較を形作り、及び
   ―各放射成分の比較から画像データセットを再構成する
   ための命令を含むコンピュータプログラム。

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