Оптическая отображающая система и способ
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта, в частности мутной среды. Устройство определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента включает источник электромагнитного излучения для освещения объекта на возбуждающей длине волны, по меньшей мере, один первый измерительный преобразователь для обнаружения флуоресцентного электромагнитного излучения, испущенного контрастным агентом при длине волны флуоресценции, по меньшей мере, один второй измерительный преобразователь для детектирования электромагнитного излучения, переданного объектом на возбуждающей длине волны, и оценивающие средства, выполненные с возможностью принимать данные об интенсивности передачи и флуоресценции и определять количество контрастного агента из отношения данных интенсивности флуоресценции и данных об интенсивности передачи. Оптическая система отображения объекта осуществляет мониторинг излучения и включает устройство определения для ее контроля. При работе устройства определения используется программный продукт для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента на компьютерночитаемом носителе. Использование изобретения позволяет повысить точность измерения за счет учета характеристик передачи при использовании необработанных данных или сигналов. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта, в особенности мутной среды, указанное устройство содержит источник электромагнитного излучения для освещения объекта на возбуждающей длине волны и, по меньшей мере, один первый измерительный преобразователь для детектирования флуоресцентного электромагнитного излучения, испускаемого контрастным агентом с длиной волны флуоресценции, указанный первый измерительный преобразователь вырабатывает данные об интенсивности флуоресценции.
Настоящее изобретение также относится к способу определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта, в особенности мутной среды, указанный способ содержит освещение объекта электромагнитным излучением с возбуждающей длиной волны и детектирование флуоресцентного электромагнитного излучения, испускаемого контрастным агентом при длине волны флуоресценции, давая, таким образом, данные об интенсивности флуоресценции.
Настоящее изобретение дополнительно относится к компьютерному программному продукту для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта, в особенности мутной среды, и к оптической системе формирования образа для изображения объекта, в особенности мутной среды, посредством контролирования флуоресцентного излучения, испущенного флуоресцентным контрастным агентом, примененным для объекта.
Оптическая отображающая система для изображения мутной среды, в особенности оптические системы для маммографии для изображения ткани молочной железы женщины, как правило, использует флуоресцентный контрастный агент, который применяют для объекта, подлежащего изображению, например к женской молочной железе.
Электромагнитное излучение, падающее на объект, проникает в объект и возбуждает флуоресцентный контрастный агент, содержащийся в том месте, который в свою очередь производит флуоресцентное излучение (в ближнем инфракрасном участке видимого спектра). Флуоресцентное излучение, испускаемое объектом, определяют в нескольких положениях или ориентациях относительно объекта.
Как правило, контрастный агент не будет распространяться равномерно внутри объекта, подлежащего изображению. Например, в оптической флуоресцентной маммографии в опухолях агенты накапливаются в более высоких концентрациях, чем в здоровой ткани, т.е. относительный контраст между повреждением (опухолью) и фоном устанавливается за счет физиологии усвоения контрастного агента. Абсолютная концентрация контрастного агента может изменяться посредством изменения дозы, вводимой в объект (назначенной пациенту), или за счет изменения времени после введения, по истечении которого производят формирование образа.
Минимальная концентрация контрастного агента, пригодная для получения изображений, определяется чувствительностью обнаружения системы формирования образа. Однако существует верхний предел концентрации, который определяется возникновением нелинейного характера изменения флуоресцентного сигнала вследствие самопоглощения излучения контрастным агентом. Нужно избегать эти нелинейности при выполнении оптического формирования образа, так как они имеют важное влияние на наблюдаемый контраст между теми частями объекта, которые принимают нижние значения концентрации контрастных агентов, например здоровыми тканями, и те участки объекта, которые принимают высшие значения концентрации контрастных агентов, например повреждения: в режиме низкой концентрации повреждение проявляется как яркое пятно на относительно темном фоне. В режиме высокой концентрации повреждение проявляется как относительно темное пятно.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является обеспечение оптической системы формирования образа для изображения объектов с использованием флуоресцентных контрастных агентов и соответствующий способ, который сделает возможным определение оптимальной дозы применяемого контрастного агента и/или оптимального времени для выполнения формирования изображения объекта, где указанная оптимальная доза является достаточно высокой, чтобы быть обнаруженной, но не настолько высокой во избежание нелинейностей. Также целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и компьютерный программный продукт для использования в оптической системе формирования образа, которые претворяют указанный способ в жизнь.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, цель достигается посредством предоставления устройства определенного выше типа, обладающего, по меньшей мере, одним вторым датчиком для детектирования электромагнитного излучения, передаваемого объектом на возбуждающей длине волны, указанный второй датчик вырабатывает данные интенсивности передачи, более того, указанное устройство включает оценивающее средство, приспособленное для приема данных интенсивности передачи и данных об интенсивности флуоресценции и определения указанного, концентрационно-зависимого количества контрастного агента из отношения данных интенсивности флуоресценции и данных интенсивности передачи.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, цель достигается посредством предоставления оптической системы формирования отображения указанного выше типа, которая включает устройство в соответствии с указанным первым аспектом настоящего изобретения, где работа системы контролируется в соответствии с количеством, связанным с концентрацией, определенным указанным устройством.
Согласно третьему аспекту данного изобретения, цель достигается посредством предоставления компьютерного программного продукта указанного выше типа, включающего первые закодированные последовательности для приема данных интенсивности флуоресценции, описывающих флуоресцентное электромагнитное излучение, испускаемое объектом; вторые закодированные последовательности для приема данных интенсивности передачи, описывающих электромагнитное излучение, переданное объекту; третьи закодированные последовательности для вычисления отношения данных интенсивности флуоресценции к данным интенсивности передачи для определения указанного концентрационно-зависимого количества, по указанному отношению.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, цель достигается посредством предоставления способа указанного выше типа, указанный способ дополнительно включает детектирование электромагнитного излучения, переданного объектом при длине волны возбуждения, таким образом, давая данные интенсивности передачи; вычисление отношения данных интенсивности флуоресценции к данным интенсивности передачи и определение указанного концентрационно-связанного количества контрастного агента, на основании указанного отношения.
Таким образом, в соответствии с главной идеей, лежащей в основе настоящего изобретения, предложен просто подход, который позволяет проверить, подходит или нет средняя концентрация контрастного агента в объекте для целей оптического формирования образов. Подход использует измерение флуоресценции и измерение передачи, которые могут быть применены напрямую к сырым данным или сигналам, которые генерируются с помощью указанных измерений: отношение сигнала флуоресценции к сигналу передачи определяется как функция расстояния между источником и детектором. Если концентрация контрастного агента находится в диапазоне, где самопоглощением можно пренебречь, данные, соответствующие указанному отношению, будут показывать характер изменения, отличный от того, который будет в случае, когда концентрация контрастного агента слишком высока. Поэтому, анализируя характер поведения указанного отношения флуоресценции-передачи, может быть количественным образом определена средняя концентрация контрастного агента в объекте, например женской молочной железе. В дальнейшем это будет обозначаться как концентрационно-зависимое количество (завышенное; подходящее).
В одном из вариантов осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением расстояние между указанным первым датчиком и указанным источником радиации и указанным вторым датчиком и источником радиации является изменяемым для получения дистанционно-зависимых данных интенсивности флуоресценции и данных интенсивности передачи. Таким образом, указанное отношение может быть анализировано в качестве функции расстояния от детектора до источника, например, посредством зрительного контроля соответствующего графика или с помощью осуществления регрессии соответствующих данных. Например, если концентрация контрастного агента находится в диапазоне, где можно пренебрегать самопоглощением, значения отношения будут лежать на прямой, т.е. проявлять линейную зависимость от расстояния от детектора до источника. Кроме того, наклон этой прямой пропорционален концентрации контрастного агента. Поэтому возможно получить значения абсолютной концентрации, если система соответствующим образом откалибрована. С другой стороны, если концентрация слишком велика, значения отношения будут лежать в основном на S-образной кривой.
В соответствующем варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением последнее включает изменение расстояния между источником излучения и положением датчика для получения данных интенсивности передачи и дистанционно-зависимых данных интенсивности флуоресценции и определение указанного концентрационно-зависимого количества на основании поведения указанного отношения как функции от указанного расстояния.
В дополнительном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, последнее включает множество первых и вторых датчиков, расположенных на соответствующих расстояниях от источника излучения для детектирования флуоресцентного электромагнитного излучения и переданного электромагнитного излучения с разных положений относительно объекта.
Таким образом, зависящие от расстояния данные о флуоресценции и передаче могут быть произведены посредством сбора данных из различных первых и/или вторых датчиков. Для того чтобы поглотить флуоресцентное излучение от объекта, по меньшей мере, один второй датчик является чувствительным в ближнем инфракрасном диапазоне видимого спектра.
Как уже показано выше, в дополнительном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением оценивающие средства приспособлены к определению величины самопоглощения излучения контрастным агентом на основании характера изменения указанного отношения с указанной дистанции для того, чтобы определить режимы концентрации, пригодные для оптического формирования образов.
Для определения указанного концентрационно-зависимого количества с помощью визуального контроля в еще одном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением последнее включает средство демонстрации для отображения кривой указанного отношения, представленной в виде функции от указанного расстояния.
Если множество измерительных преобразователей использованы для исследования объекта, указанный объект - в силу его геометрии - может не находиться в подходящей оперативной связи со всеми указанными измерительными преобразователями. Поэтому в другом варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением последнее содержит устройство для учета положения объекта относительно множества указанных первых и вторых измерительных преобразователей для определения, какие данные об интенсивности флуоресценции и данные об интенсивности передачи должны быть включены в указанное отношение в зависимости от указанного относительного положения.
В дополнительном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением оценивающие средства приспособлены к тому, чтобы извещать о первом типе концентрационно-зависимого количества контрастного агента, если указанное отношение изменяется линейно в зависимости от расстояния, и о втором типе концентрационно-зависимого количества контрастного агента, если указанное отношение изменяется нелинейно в зависимости от дистанции. Таким образом, оценивающие средства можно использовать для автоматического контроля над работой оптической системы формирования изображений.
Когда требуется мониторинг кинетики контрастного агента, в еще одном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере, один первый и второй измерительные преобразователи приспособлены постоянно давать указанные данные об интенсивности на протяжении заранее установленного промежутка времени.
В соответствующем варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением последнее включает определение указанного концентрационно-зависимого количества постоянно на протяжении заранее установленного промежутка времени.
По меньшей мере, указанный источник излучения и указанный первый и второй измерительные преобразователи могут быть включены в ручное устройство, таким образом создавая простой ручной прибор для определения концентрации контрастного агента или краски.
Для того чтобы облегчить практическое использование устройства в соответствии с настоящим изобретением, в дополнительном варианте осуществления последнее дополнительно содержит полый элемент для окружения объекта, подлежащего формированию отображения. Указанный полый элемент включает множество первых оптических волокон в соединении с указанным источником излучения для освещения объекта внутри полого элемента. Кроме того, полый элемент включает множество вторых оптических волокон в соединении с общим блоком детектора для детектирования излучения от объекта внутри полого элемента. Переключаемое чувствительное к длине волны фильтрующее устройство предоставлено в соединении с указанными вторыми оптическими волокнами и/или указанным блоком детектора для избирательного предоставления указанных первого и второго измерительных средств, соответственно.
Для того чтобы добиться одинакового облучения и детектирования объектов различных форм и размеров, в еще одном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, указанные первые и вторые оптические волокна расположены, по преимуществу, равномерным образом на поверхности указанного полого элемента.
В этом контексте, в другом варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, создание дистанционно-зависимых данных о передаче и флуоресценции может быть выполнено посредством предоставления мультиплексных устройств для избирательного освещения объекта через один из указанных первых оптических волокон, которые фактически выполняют функцию источника излучения и расположены на заданном расстоянии от соответствующего одного из указанных вторых оптических волокон.
В дополнительном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, последний включает выдачу управляющего сигнала, зависящего от измерения указанного концентрационно-зависимого количества. Затем указанный управляющий сигнал может быть использован для контроля над оптической системой формирования образов в соответствии с указанной особенностью настоящего изобретения.
Дальнейшие преимущества и характеристики по настоящему изобретению могут быть собраны из следующего описания предпочтительных вариантов осуществления, данных в качестве примера только со ссылками на приложенные рисунки. Особенности, упоминаемые как выше, так и ниже, можно использовать в соответствии с настоящим изобретением как по отдельности, так и вместе. Описанные варианты осуществления не формируют исчерпывающее перечисление, но должны рассматриваться в качестве примера в соединении с общим концептом, лежащим в основе настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
Фиг.1 представляет собой принципиальную функциональную схему оптической системы формирования образа, включающую устройство для определения связанного с концентрацией количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 представляет собой принципиальную схему элемента, окружающего объект в устройстве с фиг.1;
Фиг.3 представляет собой график, отражающий отношение интенсивности флуоресценции к интенсивности передачи, изображенное в виде функции расстояния от детектора до источника, измеренных и вычисленных с помощью устройства с фиг.1 для первой концентрации флуоресцентного контрастного агента;
Фиг.4 представляет собой график, показывающий отношение интенсивности флуоресценции к интенсивности передачи, изображенное в виде функции расстояния от детектора до источника, измеренных и вычисленных с помощью устройства с фиг.1 для второй концентрации флуоресцентного контрастного агента; и
Фиг.5 представляет собой блок-схему варианта осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг.1 показывает принципиальную функциональную схему оптической системы формирования отображения 1, включающую устройство для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта в соответствии с настоящим изобретением. Оптическая система формирования отображения 1 разработана для изображения объекта 2, в особенности мутной среды, например ткани человека или животного, такой как ткань женской молочной железы, посредством мониторинга флуоресцентного излучения, испускаемого флуоресцентным контрастным агентом (не показано), примененным для объекта 2. Последний, как правило, заключается внутри полого элемента 3, окружающего объект, который соединен с источником излучения 4 с помощью направляющего излучение устройства 5. Полый элемент 3 дополнительно соединен с блоком детектора 6 через дополнительное направляющее излучение устройство 7. Направляющее излучение устройство 5 и дополнительное направляющее излучение устройство 7 оба включают множество волокон, направляющих излучение, предпочтительно 256 волокон диаметром d = 1 мм каждое, только некоторые из них 5.1, 5.2,...; 7.1, 7.2,... изображены из соображений понятности.
Блок детектора 6 включает множество детекторов (не показаны), число которых соответствует числу волокон в направляющем излучение устройстве 7, каждый из указанных детекторов должен быть соединен с одним из указанных волокон для детектирования им передачи излучения. Блок детектора 6 дополнительно содержит фильтрующее устройство 8.
Блок детектора 6 соединен с управляющим блоком 9 оптической системы формирования отображения 1, предпочтительно разработанным в форме персонального компьютера (ПК). Управляющий блок 9 включает оценивающие средства 10, контроллер лазера 11, контроллер заслонки 12, контроллер мотора 13, выполняемые им функции станут видны позже. Оценивающие средства 10, контроллер лазера 11, контроллер заслонки 12 и контроллер мотора 13 предпочтительно разработаны в виде программного обеспечения и могут быть реализованы в управляющем блоке 9 посредством любого пригодного языка программирования, например C, C++, Java или им подобного, что известно лицам, квалифицированным в данной области. Более того, оценивающие средства 10 включают множество модулей 10.1, 10.2,..., также, предпочтительно, разработанных в виде программного обеспечения, функционирование которых также станет понятно позже.
Кроме того, оптическая система формирования отображения 1 включает устройство отображения 14 и устройство ввода 15, соединенное с указанным управляющим блоком 9. В соответствии с вариантом осуществления на фиг.1, источник излучения 4 дополнительно содержит множество лазерных диодов 4.1, 4.2, 4.3 в оперативной связи с соответствующими линзами 4.1a, 4.2a, 4.3a и заслонку 4.1b, 4.2b, 4.3b, за которой следует направляющее излучение волокно соответствующей длины 4.1c, 4.2c, 4.3c, диаметром, предпочтительно, d=0,4 мм. В приведенном варианте осуществления, первый лазерный диод 4.1 испускает электромагнитное излучение с первой возбуждающей длиной волны и первой мощностью излучения, например λ=680 нм, P=50 мВт. Второй лазерный диод 4.2 испускает электромагнитное излучение со второй возбуждающей длиной волны и второй мощностью излучения, например, λ=780 нм, P=60 мВт. Третий лазерный диод 4.3 испускает λ=780 нм, P=60 мВт электромагнитное излучение с третьей возбуждающей длиной волны и третьей мощностью излучения, например λ=870 нм, P=40 мВт. Источник излучения 4 дополнительно содержит привод 4.4 в оперативной связи с мультиплексным устройством 4.5 в виде волоконного селектора, приспособленного для выбора одного из указанного множества направляющих излучение волокон 5.1, 5.2,... первого направляющего излучение устройства 5.
Работа оптической системы формирования образа 1 будет описана далее.
В общих чертах, объект 2 с примененным флуоресцентным контрастным агентом освещается электромагнитным излучение и источника излучения 4 через направляющее излучение устройство направляющее излучение устройство 5, т.е. направляющие излучение волокна 5.1, 5.2,..., как показано с помощью стрелки I на фиг. 1, по меньшей мере, при одной возбуждающей длине волны. Затем контрастный агент в объекте 2 поглощает часть указанного излучения и испускает флуоресцентное излучение при длине волны, отличающейся от указанной возбуждающей длины волны, которая детектируется с помощью блока детектора 6, т.е. там содержатся отдельные детекторы, через направляющее излучение устройство 7, т.е. направляющие излучение волокна 7.1, 7.2,... Избирательное детектирование указанного флуоресцентного излучения достигается только за счет применения фильтрующего устройства 8, которое разработано для эффективного блокирования указанной возбуждающей длины волны. На фиг.1 указанное флуоресцентное излучение от объекта 2 обозначено с помощью стрелки F. В дальнейшем ссылочный знак F также будет использоваться, чтобы отмечать соответствующие данные, т.е. данные об интенсивности флуоресценции, произведенные блоком детектирования 6 в ответ на указанное флуоресцентное излучение.
Так как различные структуры в объекте 2 будут включать различные концентрации флуоресцентного контрастного агента, детекция с пространственным разрешением указанного флуоресцентного излучения позволяет разрешать структурные особенности объекта 2. Указанная структурная разрешающая способность может быть достигнута за счет подходящего расположения направляющего излучение волокна 7.1, 7.2,... на поверхности полого элемента 3 (сравни добавленный фиг.2), содержащего объект 2, что известно лицам, квалифицированным в данной области.
Затем соответствующие данные об интенсивности флуоресценции предоставляются из блока детектора 6 в управляющий блок 9 для отображения на устройстве отображения 14, например мониторе или принтере. В соответствии с физическими характеристиками объекта 2 и/или использованного флуоресцентного контрастного агента, контроллер лазера 11 может давать команду испускать излучение с помощью одного или нескольких указанных лазерных диодов 4.1-4.3. Таким образом, заслонка 4.1b, 4.2b, 4.3b управляется с помощью контроллера заслонки 12 для направления указанного испущенного излучения через соответствующее волокно 4.1c, 4.2c, 4.3c к волоконному селектору 4.5. Затем, по меньшей мере, одна выбранная возбуждающая длина волны по очереди предоставляется каждому из указанных направляющих излучение волокон 5.1, 5.2,... в направляющем излучение устройстве 5 для освещения объекта 2 способом с пространственным разрешением. С этого конца, как показано на фиг.1, отдельные направляющие излучение волокна 5.1, 5.2,... направляющего излучение устройства 5 соответствующим образом распространены по поверхности указанного полого элемента 3 (cfc. фиг.2), содержащего объект 2, что известно лицам, квалифицированным в данной области.
Таким образом, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, только одно из указанных направляющих излучение волокон 5.1, 5.2,... используется для освещения объекта 2 за раз, тогда как все указанные направляющие излучение волокна 7.1, 7.2,... одновременно используются для захвата излучения от объекта 2 и для направления указанного захваченного излучения в блок детектора 6, таким образом, эффективно основывая множественность измерительного преобразователя для детектирования указанного флуоресцентного излучения.
Для того чтобы определить, по меньшей мере, одно концентрационно-зависимое количество флуоресцентного контрастного агента внутри объекта 2, система на фиг.1 разработана для измерения передачи излучения указанному объекту 2 в дополнение к указанному флуоресцентному излучению F. Оно обозначается с помощью стрелки T на фиг.1. Заметьте, что ссылочный знак T также будет использоваться для обозначения соответствующих данных, произведенных блоком детектора 6. Другими словами, помимо указанного флуоресцентного излучения F блок детектора 6 также определяет компонент T указанного излучения I, которое передается объекту 2 без любых взаимодействий с флуоресцентным контрастным агентом. С этого конца фильтрующее устройство 8 не используется в блоке детектора 6, и соответствующие данные об интенсивности передачи T предоставляются в управляющий блок 9. Снова, благодаря конструкции полого элемента 3, направляющие излучение волокна 7.1, 7.2,... и блок детектора 6, эффективно множественность измерительного преобразователя, предоставленного для определения указанного переданного излучения.
Как наилучшим образом может быть видно из фиг.2, описанное выше мультиплексирование направляющих излучение волокон 5.1, 5.2,... посредством волоконного селектора 4.5 в соединении с детектированием с пространственным разрешением посредством направляющих излучение волокон 7.1, 7.2,... эквивалентно изменению расстоянию от детектора до источника в оптической системе формирования образа 1 на фиг.1.
Фиг.2 показывает принципиальную схему окружающего объект полого элемента 3 в устройстве на фиг.1. Полый элемент 3 разработан в форме чаши, внутренняя часть 3.1 которой, хотя бы частично, заполнена жидкостью, пропускающей излучение, что известно лицам, квалифицированным в данной области. Другая часть внутренней части 3.1 указанной чаши содержит объект 2. В варианте осуществления на фиг.2, полый элемент 3 специально разработан, чтобы держать женскую молочную железу в ходе маммографической визуализации.
На ее дне 3.2 указанная чаша содержит канал 3.3 для втекания и вытекания указанного флюида. Направляющие излучение волокна 5.1, 5.2,...; 7.1, 7.2,... (сравни фиг.1) заканчиваются в соответствующих отверстиях в боковой стенке 3.4 указанной чаши, так что электромагнитное излучение, направленное волокнами 5.1, 5.2,..., может входить во внутреннюю часть 3.1 указанной чаши и может быть последовательно захвачено направляющими излучение волокнами 7.1, 7.2,... для направления в блок детектора 6 (фиг.1).
Как указано выше, мультиплексирование указанного направляющего излучение устройства 5.1, 5.2,... действенно соответствует изменениям расстояния от детектора до источника, как показано на фиг.2: в то время как конец направляющего излучение волокна 5.1 расположен на расстоянии dl от конца направляющего излучение волокна 7.1, конец направляющего излучение волокна 5.2 расположен на большем расстоянии d2, d2>dl, от указанного конца направляющего излучение волокна 7.1. Таким образом, посредством освещения внутренней части 3.1 указанной чаши, т.е. объекта 2, сначала посредством направляющего излучение волокна 5.1 и потом посредством направляющего излучение волокна 5.2, интенсивность передачи и/или интенсивность флуоресценции определяется посредством направляющего излучение волокна 7.1, эффективно предоставляя данные об измерении с двух разных расстояний до детектора источника, т.е. с расстояний dl и d2, соответственно. Зависящие от расстояния данные измерений из широкого диапазона расстояний до детектора источника, как правило, обозначаемые SD или dij, могут быть собраны мультиплексированием через указанное множество направляющих излучение волокон 5.1, 5.2,... (фиг.1).
Расстояния от детектора до источника dij; i, j=1, 2,..., n, где n представляет собой количество отдельных направляющих излучение волокон, использованных в направляющих излучение устройствах 5, 7, т.е. в данном примере n=256, известны из геометрии системы, т.е. пространственное распространение указанного направляющего излучение волокна 5.1, 5.2,....; 7.1, 7.2,... на поверхности или боковой стенке 3.4 полого элемента 3. Другими словами, для данного активированного освещающего волокна 5.1, 5.2,... все расстояния от детектора до источника, т.е. расстояния от детектирующих волокон 7.1, 7.2,... до указанного активированного волокна, известны из геометрии системы и могут храниться и предоставляться с помощью подходящих способов накопления (не показаны) управляющего блока 9 (фиг.1). Другими словами, для данного освещающего волокна каждый детектор в блоке детектора 6 предоставляет данные относительно известного расстояния от детектора до источника SD.
Как уже указано выше, для данного активированного освещающего волокна 5.1, 5.2,... зависящие от расстояния данные об интенсивности передачи T и данные об интенсивности флуоресценции F могут быть определены блоком детектора 6 с помощью избирательного использования фильтрующего устройства 8. Затем зависящие от расстояния данные об интенсивности передачи и данные об интенсивности флуоресценции передаются в средство для оценки 10 управляющего блока 9 для дальнейшего анализа.
Как показано примерным образом в описанном выше фиг.1, оценивающие средства 10 включают множество модулей (программное обеспечение) 10.1, 10.2,... Посредством одного из указанных модулей, например модуля 10.1, оценивающие средства 10 адаптированы для приема дистанционно-зависимых данных интенсивности передачи T и дистанционно-зависимых данных интенсивности флуоресценции из блока детектора 6. Посредством еще одного из указанных модулей, например модуля 10.2, оценивающие средства 10 более того приспособлены к вычислению отношения указанных дистанционно-зависимых данных интенсивности передачи к указанным зависящим от расстояния данным интенсивности флуоресценции. Если R обозначает указанное отношение, F обозначает указанные зависящие от расстояния данные интенсивности флуоресценции, и T обозначает указанные зависящие от расстояния данные интенсивности передачи, тогда указанное отношение R определено как R=F/T. Заметьте, что согласно тому, что и данные интенсивности флуоресценции и данные интенсивности передачи зависят от определенного выше расстояния от детектора до источника, указанное отношение R также зависит от указанного расстояния от источника до детектора.
Еще один из указанных модулей 10.1, 10.2,... оценивающих средств 10 может быть приспособлен к вычислению положения объекта 2 относительно указанного множества первых и вторых измерительных преобразователей для определения, какие данные интенсивности флуоресценции F и какие данные интенсивности передачи T должны быть включены в указанное отношение R в зависимости от указанного относительного положения.
Еще один другой из указанных модулей 10.1, 10.2,... оценивающих средств 10 может быть приспособлен к отображению графика указанного отношения R как функции расстояния от источника до детектора на устройстве отображения 14 (фиг.1).
Заметьте, что в соответствии с вариантами осуществления на фиг.1 и 2, передачу T и флуоресценцию F измеряют, используя общие направляющие излучение волокна 7.1, 7.2,..., так что для определения указанного отношения R для данного расстояния от детектора до источника, т.е. данного направляющего излучение волокна 7.1, 7.2,..., требуется простая операция деления, вовлекающая соответствующие измеренные значения на указанном волокне. Это имеет преимущества в отношении калибровки. Однако в другом варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением разные направляющие излучение волокна можно использовать для измерения передачи T и флуоресценции F, соответственно. Для определения указанного отношения R соответствующие сигналы от первой группы направляющих излучение волокон, например, использованных для измерения передачи T, затем должны быть интерполированы в положения второй группы направляющих излучение волокон, например, использованных для измерения передачи T.
Фиг.3 и 4 схематично показывают графики, показывающие отношение интенсивности флуоресценции к интенсивности передачи, построенные в качестве функции расстояния от источника до детектора как измерено и вычислено с помощью устройства на фиг.1 для первой/второй концентрации флуоресцентного контрастного агента, соответственно. На фиг.3 и фиг.4 указанное отношение R=F/T построено как функция от расстояния от источника до детектора, которое обозначено SD.
Фиг.3 показывает случай, в котором данные об интенсивности флуоресценции показывают нелинейный характер изменения из-за самопоглощения испущенной флуоресцентной интенсивности контрастным агентом. Этот характер изменения проявляется в режимах с высокой концентрацией, где точные структуры объекта 2, которые содержат большие концентрации контрастного агента, чем окружающие части объекта, например опухоли в тканях человека, таких как женская молочная железа, будут проявляться как темные пятна в сравнении с фоновой интенсивностью. В соответствии с фиг.3, этот тип нежелательного характера изменения может быть охарактеризован посредством приблизительно S-образной кривой при построении зависимости R от SD.
Фиг.4 показывает другой график R от SD для случая в принципе оптимальной концентрации контрастного агента для получения изображений, где повреждение в объекте 2, например опухоль в ткани человека, будет проявляться как яркое пятно в сравнении с фоном. Этот режим характеризуется в основном линейным характером изменения функции R(SD).
Строя отношение R от расстояния от источника до детектора SD, как показано на фиг.3 и 4, в устройстве отображения 14 (фиг.1) пользователь патентоспособной оптической системы формирования отображения 1 может в реальном времени решать, является ли концентрация флуоресцентного контрастного агента в объекте 2 приемлемой для желательной работы оптической системы формирования отображения 1, например, для предоставления аккуратных изображений потенциально раковой ткани женской молочной железы. Однако, что будет оценено по достоинству лицами, квалифицированными в данной области, настоящее изобретение не ограничивается этим частным применением.
Альтернативно или дополнительно, еще другой модуль 10.1, 10.2,... оценивающих средств 10 может быть приспособлен извещать о режиме концентрации контрастного агента первого типа, если отношение R изменяется линейно с дистанцией (сравни фиг.4). Таким образом, указанный модуль более того может быть приспособлен извещать о режиме концентрации контрастного агента второго типа, если указанное отношение изменяется нелинейно с расстоянием. Указанные извещения, например, в виде подходящих управляющих сигналов (не показаны) затем могут быть использованы управляющим блоком 9 для контроля над работой патентоспособной оптической системы формирования отображения 1. Например, в случае, изображенном на фиг.3, указанный управляющий сигнал можно использовать для приостановки патентоспособной системы 1 пока оптимальная временная точка для процесса формирования отображения не будет достигнута. Как будет оценено по достоинству лицами, квалифицированными в данной области, дальнейшие измерения концентрации с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением могут постоянно проводиться для определения указанной оптимальной временной точки для формирования отображения. Сходным образом способ в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для измерения кинетики контрастного агента. Таким образом, метод может быть дополнительно использован для определения оптимальной дозы контрастного агента, вводимой в объект, подлежащий визуализации. Помните, что описанный выше способ в соответствии с настоящим изобретением работает непосредственно на сырых данных, предоставляемых блоком детектора 6, так что не требуется затрат времени и ресурсов для реконструкции изображений, что дополнительно положительным образом сказывается на оперативных способностях предложенных системы и способа.
Как, более того, будет по достоинству оценено лицами, квалифицированными в данной области, способ в соответствии с настоящим изобретением способен давать абсолютные значения концентрации контрастного агента посредством определения наклона кривой на фиг.4 после калибровки с помощью серии измерений. Еще один из указанных модулей 10.1, 10.2,... может обеспечить выполнение этой цели.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, графики, приведенные в качестве примеров на приложенных фиг.3 и 4, показываются пользователю или оператору через устройство отображения 14, так что пользователь или оператор может реагировать с целью контролировать систему 1 посредством предоставления пригодного устройства посредством устройства ввода 15, например клавиатуры или ей подобного.
Альтернативно или дополнительно, посредством еще одного другого из указанных модулей 10.1, 10.2,... в оценивающих средствах 10 алгоритм линейной регрессии может быть исполнен на дистанционно-зависимых данных, предоставленных блоком детектора 6 в связи с точно предопределенными порогами для того, чтобы решить, линейная или нелинейная форма кривой в соответствии с фиг.3 и 4. Снова, если отношение R=F/T показывает линейный характер изменения как функцию от расстояния от источника до детектора SD, то может быть выпущен управляющий сигнал, и управляющий блок 9, т.е. оценивающие средства 10, таким образом, дает команду контроллеру лазера 11, контроллеру заслонки 12 и контроллеру мотора 13 на выполнение освещения объекта 2 для получения оптических отображений, как описано ранее. В отличие от этого, если указанное отношение R ведет себя нелинейным образом в качестве функции расстояния от источника до детектора SD, тогда работа оптической система формирования отображения 1 останавливает - за исключением измерений относительной концентрации - пока не будет достигнута оптимальная временная точка для формирования отображения.
Стоит помнить, что описанные выше модули (программное обеспечение) 10.1, 10.2,... могут выполняться в существующей оптической системе формирования отображений, обладающей подходящим управляющим блоком, например управляющим блоком 9, таким образом, модернизируя систему в отношении исполнения способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5 показывает блок-схему варианта осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. Способ начинается с шага S100. В последующем шаге S102 переменная счетчика, i, используемая в мультиплексировании указанных освещающих волокон 5.1, 5.2,..., 5.n, где n обозначает общее количество волокон, установлена на начальное значение, т.е. i=1.
Затем в последующем шаге S104 освещающее волокно, соответствующее текущему значению i, активируется как было описано ранее для освещения объекта, содержащего флуоресцентный контрастный агент. В последующем шаге S106 зависящие от расстояния данные об интенсивности передачи собираются с помощью n измерительных преобразователей, предоставленных направляющим излучение устройством 7 в соединении с блоком детектора 6. Затем в последующем шаге S108 фильтрующее устройство 8 используется для того, чтобы собирать данные об интенсивности флуоресценции, как описано ранее. В следующем шаге S110 принимается решение, достигла ли уже переменная i ее максимального значения n. Если ответ на вопрос на шаге S110 является положительным (y), тогда в последующем шаге S112 вычисляется отношение R=F/T как функция расстояния от источника до детектора из совокупности сырых данных, предоставленных оценивающими средствами 10 блоком детектора 6. Если ответ на вопрос на шаге S110 является отрицательным (n), тогда на последующем этапе S112' переменная i увеличивается (i=i+l) и шаги способа S104-S110 повторяются, как описано ранее.
Имея вычисленное указанное значение R в шаге S112, способ продолжается шагом S114, где характер изменения указанного отношения к как функции расстояния от источника до детектора исследуется для того, чтобы определить тип характера изменения указанного отношения R в зависимости от расстояния от источника до детектора. Как описано выше, это может быть достигнуто как посредством отображения графика указанного отношения R от расстояния от источника до детектора SD на устройстве отображения для визуального контроля оператором, так и посредством выполнения математической регрессии данных для того, чтобы определить их (не-) линейность. Если ответ на вопрос в последующем шаге S116 является положительным (y), т.е. указанное отношение показывает линейный характер изменения в зависимости от расстояния, тогда в последующем шаге S118 начинается работа оптической системы формирования отображений в соответствии с настоящим изобретением для того, чтобы получить флуоресцентные данные об образе указанного объекта, в частности ткани женской молочной железы, для выведения на указанное устройство отображения или любой другой подходящий носитель выходных данных, например (магнито-) оптический носитель данных, в последующем этапе S120.
Затем на шаге S122 способ в соответствии с настоящим изобретением завершается.
Если ответ на вопрос на шаге S116 является отрицательным (n), способ в соответствии с настоящим изобретением перезапускается, начиная с шага S102, предпочтительно, после ожидания в течение определенного количества времени на шаге S124 для того, чтобы позволить концентрации контрастного агента снизиться, которая, вероятно, слишком велика для оптимального формирования образа (ответ (n) на шаге S116, т.е. нелинейный характер изменения отношения R как функции расстояния от источника до детектора SD).
1. Устройство для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта (2), в особенности мутной среды, указанное устройство содержит:
- источник (4) электромагнитного излучения для освещения объекта (2) на возбуждающей длине волны;
- по меньшей мере, один первый измерительный преобразователь (6, 7.1, 7.2, …, 8) для обнаружения флуоресцентного электромагнитного излучения, испускаемого контрастным агентом на длине волны флуоресценции, указанный первый измерительный преобразователь вырабатывает данные интенсивности флуоресценции (F);
отличающееся, по меньшей мере, одним вторым измерительным преобразователем (6, 7.1, 7.2, …) для детектирования электромагнитного излучения, переданного объектом (2) на возбуждающей длине волны, указанный второй измерительный преобразователь вырабатывает данные интенсивности передачи (T), указанное устройство дополнительно содержит оценивающие средства (10), приспособленные получать данные интенсивности передачи и данные интенсивности флуоресценции и определять указанное концентрационно-зависимое количество контрастного агента из отношения (R) данных интенсивности флуоресценции и данных интенсивности передачи.
2. Устройство по п.1, в котором расстояние (SD) между указанным первым измерительным преобразователем (6, 7.1, 7.2, …, 8) и указанным источником излучения (4, 5, 5.1, 5.2, …) и указанным вторым измерительным преобразователем (6, 7.1, 7.2, …) и указанным источником излучения меняется для вырабатывания дистанционно-зависимых данных интенсивности флуоресценции (F) и данных интенсивности передачи (T).
3. Устройство по п.1, дополнительно включающее множество первых и вторых измерительных преобразователей (6, 8, 7.1, 7.2, …; 6, 7.1, 7.2, …), расположенных на соответствующих расстояниях (SD) от источника излучения (4, 5, 5.1, 5.2, …) для детектирования флуоресцентного электромагнитного излучения и переданного электромагнитного излучения из разных положений относительно объекта (2).
4. Устройство по п.2, в котором оценивающие средства (10) приспособлены определять степень самопоглощения излучения контрастным агентом из характера изменения указанного отношения (R) при указанном расстоянии (SD).
5. Устройство по п.2, дополнительно содержащее средства (14) отображения для отображения кривой указанного отношения (R), построенного как функции от указанного расстояния (SD).
6. Устройство по п.3, дополнительно содержащее средства для контроля за положением объекта (2) относительно указанного множества первых и вторых измерительных преобразователей (6, 8, 7.1, 7.2, …; 6, 7.1, 7.2, …) для определения, какие данные (F) интенсивности флуоресценции и какие данные интенсивности передачи (T) должны быть включены в указанное отношение (R) в зависимости от указанного относительного положения.
7. Устройство по п.2, в котором оценивающие средства (10) приспособлены уведомлять о первом типе концентрационно-зависимого количества контрастного агента, если указанное отношение (R) изменяется линейно с указанным расстоянием (SD), и о втором типе концентрационно-зависимого количества контрастного агента, указанное отношение (R) меняется нелинейно с указанным расстоянием (SD).
8. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один первый и второй измерительные преобразователи (6, 8, 7.1, 7.2, …; 6, 7.1, 7.2, …) приспособлены к постоянному вырабатыванию указанных данных интенсивности (F, T) на протяжении заданного промежутка времени.
9. Устройство по п.1, дополнительно содержащее полый элемент (3) для окружения объекта (2), указанный полый элемент включает множество первых оптических волокон (5.1, 5.2, …) в соединении с указанным источником (4) излучения для освещения объекта (2) внутри указанного полого элемента (3), указанный полый элемент дополнительно содержит множество вторых оптических волокон (7.1, 7.2, …) в соединении с общим блоком (6) детектора для детектирования излучения от объекта (2) внутри указанного полого элемента (3), при этом средства (8), переключаемые избирательно по длине волны фильтра, предоставлены в соединении с указанными вторыми оптическими волокнами (7.1, 7.2, …) и/или указанным блоком (6) детектора для избирательного обеспечения указанного первого и второго измерительных преобразователей соответственно.
10. Устройство по п.9, в котором указанные первые и вторые оптические волокна (5.1, 5.2, …; 7.1, 7.2, …) распределены, по существу, равномерным образом на поверхности (3.4) указанного полого элемента (3).
11. Устройство по п.9, содержащее мультиплексные средства (4.4, 4.5) для избирательного освещения объекта (2) через одно из указанных первых оптических волокон (5.1, 5.2, …).
12. Оптическая система (1) отображения для отображения объекта (2), в особенности мутной среды, посредством мониторинга флуоресцентного излучения, испущенного флуоресцентным контрастным агентом, примененным для объекта (2), характеризуется тем, что система (1) содержит устройство по любому из пп.1-11, в котором работа системы (1) контролируется в соответствии с концентрационно-зависимым количеством, определенным указанным устройством.
13. Компьютерочитаемый носитель, хранящий компьютерный программный продукт для определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта (2), в особенности мутной среды, указанный компьютерный программный продукт содержит:
- первые кодовые последовательности для получения данных интенсивности флуоресценции (F), описывающих испускание флуоресцентного электромагнитного излучения объектом (2);
- вторые кодовые последовательности для получения данных интенсивности передачи (T), описывающих электромагнитное излучение, переданное объекту (2);
- третьи кодовые последовательности для вычисления отношения (R) данных интенсивности флуоресценции (F) и данных интенсивности передачи (T) и для определения указанного концентрационно-зависимого количества по указанному отношению (R).
14. Способ определения концентрационно-зависимого количества флуоресцентного контрастного агента, примененного для объекта (2), в особенности мутной среды, указанный способ включает:
- облучение объекта (2) электромагнитным излучением на возбуждающей длине волны;
- детектирование флуоресцентного электромагнитного излучения, испущенного контрастным агентом на длине волны флуоресценции, таким образом, вырабатывая данные интенсивности флуоресценции (F);
отличающийся следующими этапами:
детектирование электромагнитного излучения, переданного объектом (2) на возбуждающей длине волны, таким образом, вырабатывая данные интенсивности передачи (T);
вычисление отношения (R) данных интенсивности флуоресценции (F) и данных интенсивности передачи (T);
определение указанного концентрационно-зависимого количества контрастного агента по указанному отношению (R).
15. Способ по п.14, включающий изменение расстояния (SD) между источником излучения (4, 5, 5.1, 5.2, …) и положением детектирования для вырабатывания дистанционно-зависимых данных (T) интенсивности передачи и данных интенсивности флуоресценции (F) и определение указанного концентрационно-зависимого количества по характеру изменения указанного отношения (R) как функции от указанного расстояния (SD).
16. Способ по п.14, дополнительно содержащий определение указанного концентрационно-зависимого количества непрерывно на протяжении заданного промежутка времени.
17. Способ по п.14, дополнительно содержащий выдачу управляющего сигнала в зависимости от измерений указанного концентрационно-зависимого количества.
