[发明专利]用于探测在混浊介质中异常区域的方法和设备

说明书

本发明涉及一种探测在由一组体积元素所代表的混浊介质中异常区域的方法，该方法包括：第一测量步骤，其中，由主要包括第一波长的辐射的光来照射混浊介质，测量主要包括第一波长的辐射的沿着通过混浊介质的多个光路传播的一部分光的强度；成像步骤，用于根据测量的强度来重组混浊介质的图像。

本发明还涉及用于执行这种方法的设备。

在本申请的行文中，术语光应理解为指的是波长在大约400和1400nm之间的可见或红外范围内的电磁辐射。混浊介质应理解为指的是由高散光材料构成的物质。尤其，在本申请的行文中，术语混浊介质应理解为指的是生物组织。异常区域应理解为指的是在其中的混浊介质以任何方式或形式有别于在周围区域的混浊介质的区域。特别是，在本申请的行文中，这种区域应理解为指的是包括肿瘤组织的区域。混浊介质由一组体积元素代表。这种体积元素也被称为三维像素(voxels)。体积元素的大小和形状对于所有的体积元素都是相同的。但是，体积元素也可能具有彼此不同的尺寸和形状。

从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”可获知这种方法和设备。已知的方法和设备可用于对生物组织内部成像，尤其可用于临床诊断中，用于胸内检查，对在人类或动物雌性体的胸部组织中出现的任何肿瘤作可视探测。根据已知方法，混浊介质由来自不同辐射位置的光连续照射。随后，在若干测量位置测量沿着通过混浊介质的从其辐射位置开始延伸的不同光路传输的光的强度。测量的强度用于重组混浊介质的图像。通过组织的光的衰减的空间分布在该图像中反映出来。光由组织衰减是由于组织散射和吸收光。

如果在异常区域中组织对光的衰减充分地与周围区域中组织对光的衰减偏离开，则在图像中能可视地对可能存在的异常区域探测。在使用不同波长的光的同时通过反复执行已知方法可形成多个独立图像。

已知方法和设备具有的缺点是这样得到的图像不能足以清楚到对异常区域进行准确的可视探测。

本发明的一个目的是提供一种方法，其产生一种可准确地对异常区域进行可视探测的混浊介质的图像。

该目的通过在导言中提出的那种方法实现，其特征在于该方法还至少包括第二测量步骤，其中由主要包括不等于第一波长的第二波长的辐射的光来照射混浊介质，测量主要包括第二波长的辐射的沿着通过混浊介质的多个光路传播的一部分光的强度。成像步骤包括下面的步骤：第一计算步骤，其中，根据测量步骤中对于体积元素测量的强度至少对第一参数赋值，所述第一参数代表混浊介质的属性；第二计算步骤，其中，根据至少第一参数的值对体积元素赋有效值；显示步骤，用于在混浊介质的图像中对于图像中的与体积元素之一对应的每一点显示该对应体积元素的有效值。

本发明一方面基于从多个测量得到的测量强度与不同波长的光的组合可产生代表组织的属性的参数的值这样的理解，其中这些属性(独立或组合地)使得正常组织与异常组织区分开来。这样得到的一些参数尤其可代表构成混浊介质的组分。例如，一个参数可代表水在混浊介质中的量的空间分布。

本发明还基于对如下事实的认识：在根据获得的参数值认为是异常的区域可在图像中标记出来。从而将用户，例如放射科医师的注意力吸引到图像中认为是异常的区域。

在混浊介质的图像中通过例如使用颜色来代表有效值。从而不同的颜色被赋予不同的有效值。如果有效值应连续变化，用另外的方法向图像添加平滑地改变的颜色。已知的色标，如彩虹色标可用于这一目的。

根据本发明的方法方案的特征在于它包括第三测量步骤，其中，由主要包括不等于第一波长或第二波长的第三波长的辐射的光来照射混浊介质，测量主要包括第三波长的辐射的沿着通过混浊介质的多个光路传播的一部分光的强度；在第一计算步骤中，根据测量步骤中对于体积元素测量的强度对第二参数赋值，所述第二参数代表混浊介质的与第一参数所代表的属性不同的属性；在第二计算步骤中，根据第一参数的值和第二参数的值对体积元素赋有效值。

这个方案中的各个测量步骤产生一组测量数据。用于两个参数的值从三组获得的测量数据确定。当在三个测量步骤中光的波长充分远离时，测量的数据组将不相关，并且使用已知的数学方法在所有情况下都可从测量数据组确定彼此独立的参数的值。