Детекторная камера с изменяемым объемом - RU2514352C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к детекторной камере для визуализации объекта, содержащей:

- ограждающую конструкцию, ограничивающую объем измерения для вмещения объекта, подлежащего визуализации, при этом, ограждающая конструкция выполнена с возможностью ввода света из источника света в объем измерения и вывода из объема измерения света, исходящего из объема измерения;

- проем в ограждающей конструкции для размещения объекта, подлежащего визуализации, в объеме измерения;

- подвижный участок стенки, содержащийся в ограждающей конструкции, причем, подвижный участок стенки выполнен подвижным для изменения объема измерения, ограниченного ограждающей конструкцией.

Изобретение дополнительно относится к устройству для визуализации объекта, содержащему упомянутую детекторную камеру.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В контексте настоящей заявки, термин «объект» или «объект, подлежащий визуализации» относится к мутной среде. Следует понимать, что термин «мутная среда» означает вещество, содержащее материал с высоким коэффициентом светорассеяния, например, раствор интралипида или биологическую ткань. Кроме того, следует понимать, что термин «свет» означает электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне от 400 нм до 1400 нм. Термин «оптические свойства» относится к приведенному коэффициенту μ'_s рассеяния и коэффициенту μ_a поглощения. Кроме того, «согласование оптических свойств» следует понимать как получение аналогичного приведенного коэффициента μ'_s рассеяния и аналогичного коэффициента μ_a поглощения.

В последние годы разработано несколько способов и устройств для исследования мутных сред, например, ткани женской молочной железы. В частности, разработаны новые устройства для выявления и анализа рака молочной железы, и усовершенствованы существующие технологии. Рак молочной железы является одним из наиболее часто встречающихся типов рака: в 2002 г., например, рак молочной железы диагностирован у более чем 1,1 миллиона женщин во всем мире, и свыше 410000 женщин умерло от рака данного типа. Разработано несколько типов устройств для визуализации внутренней области мутной среды с использованием света. Примерами данных устройств являются маммографические устройства и устройства для исследования других частей тела человека или животного. Характерным примером способа визуализации внутренней области мутной среды является диффузная оптическая томография (DOT). В частности, упомянутые устройства предназначены для локализации in vivo неоднородностей в ткани молочной железы части молочной железы женщины. Злокачественная опухоль является примером подобной неоднородности. Устройства предназначены для детектирования упомянутых неоднородностей, когда последние еще малы, так что, например, карциному можно обнаруживать на ранней стадии. Конкретное преимущество упомянутых устройств состоит в том, что для пациентки нет необходимости подвергаться риску исследования ионизирующим излучением, например, рентгеновским излучением.

В заявке WO 00/56206 A1 описано устройство для визуализации внутренней области мутной среды с помощью источника света для освещения мутной среды и фотоприемников для измерения части света, распространяющейся сквозь мутную среду. Предусмотрен блок управления для реконструкции изображения внутренней области мутной среды по измеренным интенсивностям. Описанное устройство предназначено, в частности, для исследования женской молочной железы. Чтобы обеспечить возможность исследования мутной среды, устройство снабжено емкостью в виде вмещающего участка, заключающего объем измерения и выполненного с возможностью вмещения мутной среды. Вследствие различия размеров мутных сред, подлежащих исследованию, размер емкости для вмещения мутной среды не совершенно совпадает с размером мутной среды, т.е. между емкостью и мутной средой остается пространство.

Свет, используемый для исследования мутной среды, должен распространяться от источника света к мутной среде и из мутной среды к фотоприемникам. Ряд оптических путей, сопрягающихся с источником света, и ряд оптических путей, сопрягающихся с фотоприемниками, могут быть распределены по стенке, ограждающей объем измерения, например, концы оптических волокон, выполняющих функцию световодов, подсоединены к стенке объема измерения. При измерении по методу диффузной оптической томографии (DOT), источник света последовательно освещает мутную среду с разных направлений, и фотоприемники измеряют долю света, проходящего сквозь мутную среду. С помощью света, направляемого в мутную среду с разных направлений, выполняется множество подобных измерений, и, по результатам измерений, блок управления реконструирует изображение исследуемой мутной среды.

Оптическая согласующая среда для пропускания оптической энергии, генерируемой источником света, по меньшей мере, от источника света к мутной среде, подлежащей освещению, по меньшей мере, долей оптической энергии, генерируемой источником света, описана в патенте US 5,907,406. Известная оптическая согласующая среда может служить для визуализации внутренней области мутной среды, например, биологической ткани, с использованием метода диффузной оптической томографии. В медицинской диагностике, согласующую среду можно использовать, например, для визуализации внутренней области женской молочной железы. В данном случае, по меньшей мере, часть мутной среды, а именно, женской молочной железы, может быть помещена в объем измерения.

В патенте US 5,907,406 объем измерения ограничен чашеобразным участком стенки. Однако данное решение не всегда необходимо. Внутри объема измерения, часть изучаемой мутной среды окружена согласующей средой, чтобы пространство внутри объема измерения, не заполненное объектом, подлежащим визуализации, в общем, или мутной средой, в частности, было заполнено согласующей средой. Согласующую среду выбирают из условия, чтобы оптические параметры согласующей среды, например, коэффициенты поглощения и рассеяния, были, по существу, идентичными соответствующим оптическим параметрам мутной среды. При этом, можно ослабить артефакты изображения, возникающие в результате оптических граничных эффектов, которые возникают, когда свет вводят в мутную среду и выводят из нее. Кроме того, использование согласующей среды не допускает появления обходного распространения оптического излучения во вмещающем объеме вокруг мутной среды. Обходное распространение оптического излучения происходит, когда регистрируется свет, который распространился по пути внутри вмещающего объема, но снаружи мутной среды, и, следовательно, не претерпел достаточного рассеяния и ослабления. В данном случае, интенсивность недостаточно рассеянного и ослабленного света может намного превышать интенсивность зарегистрированного света, который претерпел рассеяние и ослабление при прохождении сквозь мутную среду.

Для некоторых типов процедур визуализации, например, некоторых типов визуализации внутренней области женской молочной железы, объект, подлежащий визуализации, сжимают между двумя поверхностями. В таком случае возникает вопрос, каким образом следует сочетать сжатие объекта, подлежащего визуализации, с использованием согласующей среды. Предложено несколько методов, смотри, например, Time-Domain Optical Mammography SoftScan: Initial Results, X. Intes, Acad. Radiol. 2005, 12:934-947 и Diffuse Optical Tomography of Breast Cancer during Neoadjuvant Chemotherapy: A Case Study with Comparison to MRI, R. Choe и др. MedPhys 32 (4) 2005, 1128-1139.

Недостатком последнего метода является применение подвижной пластины, которую погружают в согласующую среду. Данное решение налагает ограничение на источники света, которые можно использовать, так как они также погружаются. При этом, требуются также большие объемы согласующей среды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является создание детекторной камеры, допускающей сжатие объекта, подлежащего визуализации, при использовании согласующей среды.

В соответствии с изобретением, упомянутая цель достигается с помощью устройства в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Изобретение основано на принципе, что ограждающая конструкция, часть которой можно перемещать тогда, как ограждающая конструкция в целом остается непроницаемой для текучих сред, позволяет ограничивать объем измерения изменяемого размера, способный вмещать некоторое количество текучей среды, например, согласующей текучей среды. При использовании упомянутой детекторной камеры отсутствует необходимость в размещении источника света или приемника света в контакте с согласующей средой. Источник и приемник света могут быть, например, оптически связаны с объемом измерения с помощью световодов или размещены за оптическими окнами в объем измерения.

Вариант осуществления детекторной камеры в соответствии с изобретением отличается тем, что, по меньшей мере, часть ограждающей конструкции является прозрачной для света из источника света. Данный вариант осуществления обладает преимуществом в том, что прозрачная часть стенки, например, окно, допускает удобный ввод света из источника света в объем измерения.

Дополнительный вариант осуществления детекторной камеры в соответствии с изобретением отличается тем, что, по меньшей мере, часть ограждающей конструкции является прозрачной для света, исходящего из объема измерения. Данный вариант осуществления обладает преимуществом в том, что прозрачная часть стенки, например, окно, допускает удобный вывод света, исходящего из объема измерения, в фотоприемный блок.

Дополнительный вариант осуществления детекторной камеры в соответствии с изобретением отличается тем, что детекторная камера дополнительно содержит область переполнения для сбора текучей среды из объема измерения во время уменьшения размера объема измерения. Данный вариант осуществления обладает преимуществом в том, что текучая среда, которая вытолкнута из объема измерения во время уменьшения объема в объеме измерения, не выливается неконтролируемым образом из детекторной камеры, а удерживается в области переполнения.

Дополнительный вариант осуществления детекторной камеры в соответствии с изобретением отличается тем, что детекторная камера дополнительно содержит выпускное отверстие для удаления текучей среды из объема измерения после визуализации объекта, подлежащего визуализации. Данный вариант осуществления обладает преимуществом в том, что он допускает удобное удаление текучей среды из объема измерения после измерения объекта, подлежащего визуализации.

Дополнительный вариант осуществления детекторной камеры в соответствии с изобретением отличается тем, что подвижный участок стенки выполнен с возможностью перемещения вручную. Перемещение вручную подвижного участка стенки дает преимущество в том, что оператор непосредственно управляет подстройкой размера объема измерения. Данная возможность полезна, например, из соображений безопасности пациента, когда объект, подлежащий визуализации, является женской молочной железой, подлежащей сжатию в детекторной камере. Перемещение вручную подвижного участка стенки можно обеспечивать, например, приведением в действие вручную изогнутой рукоятки, возможно, соединенной с редуктором для перемещения подвижного участка стенки.

Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству для визуализации объекта, содержащему детекторную камеру в соответствии с изобретением. Упомянутое устройство будет получать преимущество при использовании любого из вышеописанных вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схематичное изображение детекторной камеры в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - схематичное изображение устройства визуализации, содержащего детекторную камеру в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 - схематичное изображение медицинского устройства визуализации, содержащего детекторную камеру в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 схематично представлена детекторная камера в соответствии с изобретением. Детекторная камера (5) содержит ограждающую конструкцию (10). Ограждающая конструкция (10) содержит подвижный участок (15) стенки, который можно перемещать, чтобы изменять размер объема (20) измерения. Подвижный участок (15) стенки допускает перемещение посредством сдвига в направлении, перпендикулярном поверхности, содержащей окно (40), смотри также линию (63) на фиг. 2 и 3. Ограждающая конструкция (10) в целом уплотнена таким образом, что ограждающая конструкция (10) является непроницаемой для текучих сред. Следовательно, и например, согласующая текучая среда, применяемая для заполнения пространства внутри объема (20) измерения, не заполненного во время измерения объектом, подлежащим измерению, не может вытекать из объема (20) измерения. В представленном конкретном варианте осуществления ограждающая конструкция (10, 15) сформирована двумя цилиндрами (25, 30), один (30) из которых является подвижным внутри другого (25). Однако цилиндрическая форма не является существенным условием. Цилиндр (25) открыт вдоль его продольной оси, чтобы обеспечивать для объекта, подлежащего визуализации, доступ в объем измерения (20), ограниченный в виде пространства между двумя цилиндрами (25, 30). По существу, цилиндрическая форма цилиндра (25) обозначена пунктирным полукругом на прямоугольной передней пластине (33). Кроме того, в настоящем конкретном варианте осуществления, ограждающая конструкция (10) содержит окна (35, 40) для ввода света из источника света (не показанного на фигуре) в объем (20) измерения и вывода света, исходящего из объема измерения (в ответ на вывод света из источника света в объем (20) измерения, из объема (20) измерения.

На фиг. 2 схематично изображено устройство визуализации, содержащее детекторную камеру в соответствии с изобретением. Устройство (45) визуализации содержит опорную конструкцию (50) наподобие кушетки для опоры пациентки (55). Пациентка (55) лежит на опорной конструкции (50) на груди. Через проем в опорной конструкции (50) молочная железа пациентки опущена в детекторную камеру (60) в соответствии с настоящим изобретением. Вариант осуществления данной детекторной камеры (60) более подробно описан со ссылкой на предыдущую фигуру. Линия (63) с двумя стрелками обозначает подвижный участок стенки в детекторной камере (60) в соответствии с настоящим изобретением и направления перемещения данного участка. Свет из источника (65) света вводится в объем (20) измерения, содержащий молочную железу пациентки, например, посредством размещения источника (65) света позади одного из окон (35, 40), показанных на фиг. 1, или посредством подсоединения источника (65) света к объему (20) измерения с помощью световода (67). Свет, исходящий из объема (20) измерения, выводится из объема (20) измерения (снова, например, через одно из окон (35, 40) или с помощью световода (69)) и регистрируется фотоприемным блоком (70). Затем, выходной сигнал фотоприемного блока служит для реконструкции изображения внутренней области объекта, подлежащего визуализации, в настоящем случае, женской молочной железы, с использованием блока (75) реконструкции изображения.

На фиг. 3 схематично изображено медицинское устройство визуализации, содержащее детекторную камеру в соответствии с настоящим изобретением. Медицинское устройство (80) визуализации содержит устройство (45) визуализации, описанное в связи с фиг. 2. Устройство (45) визуализации показано на фиг. 3 вместе с пациенткой (55). Медицинское устройство (80) визуализации дополнительно содержит пульт (85) оператора, например, клавиатуру, обеспечивающую взаимодействие оператора с медицинским устройством (80) визуализации, а также дисплей (90) для отображения изображения объекта, подлежащего визуализации. Упомянутое изображение может быть изображением внутренней области мутной среды, например, женской молочной железы, реконструированным с использованием блока (75) реконструкции и выведенным из фотоприемного блока (70).

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для визуализации объектов. Устройство для визуализации объекта содержит детекторную камеру. Детекторная камера содержит жесткую ограждающую конструкцию, ограничивающую объем измерения для вмещения объекта, подлежащего визуализации, и содержащую проем для размещения объекта, подлежащего визуализации, и подвижный участок стенки. Ограждающая конструкция выполнена с возможностью ввода света из источника света в объем измерения и вывода света, исходящего из объема измерения. Подвижный участок стенки выполнен с возможностью изменения объема в объеме измерения, ограниченного ограждающей конструкцией. Ограждающая конструкция, содержащая подвижный участок стенки, является непроницаемой для текучих сред. Использование изобретения позволяет сжимать объект, подлежащий визуализации, при использовании согласующей среды. 2 н. и 6 з. п. ф-лы, 3 ил.

Формула