[發(fā)明專利]用于從光學(xué)相干斷層掃描圖像獲得組織特性的定量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980119224.1
• 申請日: 2009-06-02
• 公開（公告）號: CN102046071A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 約瑟夫·M·斯密特;徐晨陽
• 申請（專利權(quán)）人: 光學(xué)實(shí)驗(yàn)室成像公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01N21/47
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李丙林;張英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了利用光學(xué)相干斷層掃描用于組織表征的方法。具體地，部分上，這樣的表征能夠通過測量組織的光學(xué)和圖像性質(zhì)完成。

相關(guān)申請

本申請要求于2008年6月2日提交的美國臨時申請61/058,077的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容結(jié)合于本文中作為參考。

背景技術(shù)

光學(xué)相干斷層掃描(光學(xué)相干層析技術(shù)，OCT)是一種干涉測量成像技術(shù)，廣泛地應(yīng)用于眼科學(xué)、心臟學(xué)、腸胃學(xué)和其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。通過小直徑纖維-光學(xué)探針以高分辨率(2-15μm)來觀察表面下結(jié)構(gòu)的能力，使得OCT尤其適用于內(nèi)部組織和器官的微創(chuàng)成像。OCT系統(tǒng)能夠產(chǎn)生高達(dá)100幀/s的圖像，使得有可能在幾秒鐘內(nèi)對跳動心臟動脈中的冠狀動脈成像。OCT能夠在時域(TD-OCT)和頻域(傅里葉域OCT或光學(xué)頻域成像，OFDI)上實(shí)現(xiàn)。

患者身體部分的OCT成像為醫(yī)生提供有用工具以確定治療的最佳類型和療程。例如，通過血管內(nèi)OCT對冠狀動脈成像可以顯示血管狹窄的位置、脆弱斑塊的存在、或動脈粥樣硬化斑塊的類型。這種信息有助于心臟病學(xué)專家選擇哪種治療最適用于患者-藥物療法(例如，降膽固醇藥物療法)、基于導(dǎo)管的療法如血管成形術(shù)和支架，或侵入性手術(shù)操作如冠脈搭橋手術(shù)。除了在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用之外，OCT也非常適用于動物和臨床試驗(yàn)中的藥物開發(fā)。

正常動脈具有由內(nèi)膜、介質(zhì)和外膜(adventia)構(gòu)成的均勻?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。作為動脈粥樣硬化的過程的結(jié)果，內(nèi)膜呈病態(tài)增厚并可以包含由不同類型組織，包括纖維、蛋白聚糖、脂質(zhì)和鈣，以及巨噬細(xì)胞和其他炎性細(xì)胞組成的斑塊。這些組織類型具有不同的能夠通過OCT測量的光學(xué)性質(zhì)。被認(rèn)為是最嚴(yán)重病態(tài)的斑塊就是所謂的脆弱斑塊，其具有脂質(zhì)池在下面的纖維帽。

在典型的OCT成像系統(tǒng)中，安裝在導(dǎo)管上的光學(xué)探針小心地操縱至感興趣的點(diǎn)如冠狀血管內(nèi)。然后傳送光束并通過利用干涉儀的相干檢測接收反向散射(背散射，backscatter)的信號。隨著探針掃描穿過預(yù)定的線或區(qū)域，能夠收集許多數(shù)據(jù)線。接著，利用熟知的技術(shù)重建圖像(2D或3D)。這種圖像然后通過心臟病學(xué)家進(jìn)行直觀分析以評估病理學(xué)特征，如血管壁增厚和斑塊組成。

由于組織類型在屏幕上通過其外觀進(jìn)行鑒別(identify)，所以在分析中由于某些信息(如組織類型)不能容易地辨別(discern)而可能會出現(xiàn)錯誤。標(biāo)準(zhǔn)OCT圖像僅包含OCT信號的強(qiáng)度信息。影響OCT信號的光學(xué)性質(zhì)中的微小變化不能容易地判別。因此，提供用來測量光學(xué)性質(zhì)并將它們用于輔助科學(xué)家和臨床醫(yī)師的OCT系統(tǒng)和方法將是有利的。本發(fā)明解決了這種需要。

發(fā)明內(nèi)容

這些方法通過以下描述、附圖和權(quán)利要求解釋說明。

一般地，本發(fā)明涉及通過OCT成像來確定一個組織或多個組織的性質(zhì)的方法和設(shè)備。在一個實(shí)施方式中，測量OCT光束的反向散射和衰減并基于這些測量結(jié)果，將標(biāo)記(如顏色)分派給對應(yīng)于那部分的反向散射和衰減具體值的圖像的每個部分。然后圖像與這些標(biāo)記一起顯示并且用戶接著能夠確定組織特性。可替換地，組織特性能夠通過反向散射和衰減值的組合給出的程序自動分類。

在一個方面，本發(fā)明涉及一種原位鑒別組織成分(tissue?component)的方法。在一個實(shí)施方式中，該方法包括以下步驟：原位獲取組織的OCT圖像；測量在該OCT圖像中一個點(diǎn)處的衰減和反向散射(值)；和響應(yīng)于所測得的衰減和反向散射(值)，確定對應(yīng)于OCT圖像中該點(diǎn)的組織中的位置處的組織的組成。在另一個實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括將反向散射-衰減空間中的一對坐標(biāo)映射(mapping)至該反向散射-衰減空間中該對坐標(biāo)的值的標(biāo)記。在一個實(shí)施方式中，該標(biāo)記是顏色。在另一個實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括顯示對應(yīng)于OCT圖像中該點(diǎn)處所測得的衰減和反向散射的標(biāo)記。

在另一個方面，本發(fā)明涉及一種原位鑒別組織成分的系統(tǒng)。在一個實(shí)施方式中，該系統(tǒng)包括用于原位獲取組織OCT圖像的OCT子系統(tǒng)；與該OCT子系統(tǒng)通信(聯(lián)通，in?communication?with)的處理器，用于測量OCT圖像中一個點(diǎn)處的衰減和反向散射(值)并響應(yīng)于所測得的衰減和反向散射(值)，確定對應(yīng)于OCT圖像中該點(diǎn)的組織中一個位置處的組織的組成；和顯示器，用于顯示OCT圖像和對應(yīng)于在OCT圖像中該點(diǎn)處測得的衰減和反向散射的標(biāo)記。