DE69727041T2

DE69727041T2 - Bilderstellung eines trüben Mediums mit Hilfe einer die Randeffekte reduzierenden Flüssigkeit

Info

Publication number: DE69727041T2
Application number: DE69727041T
Authority: DE
Inventors: Dimitrios Papaioannou; W. Gert 'T HOOFT; B. Martinus VAN DER MARK
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: US5907406A; DE69727041D1; JP4138009B2; EP0857033A1; JPH11514097A; EP0857033B1; WO1998006321A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abbilden eines trüben Mediums gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erstellen eines Bildes eines trüben Mediums gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
Eine Einrichtung und ein Verfahren dieser An sind aus WO 95/23961 bekannt. Im Rahmen dieser Patentanmeldung mit einer Lichtquelle wird eine Quelle elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im sichtbaren oder infraroten Bereich zwischen ungefähr 500 und 1000 nm angestrebt. Die bekannte Einrichtung wird zum Abbilden einer inneren Struktur von biologischem Gewebe verwendet. In der medizinischen Diagnostik könnte die bekannte Einrichtung zum Abbilden der inneren Struktur von Brustgewebe einer Frau verwendet werden. Beispielsweise kann das Wachstum eines Tumors in einem solchen Bild lokalisiert werden. Ein Nachteil der bekannten Einrichtung ist, dass das Bild der inneren Struktur des trüben Mediums Artefakte entlang der Außenfläche des trüben Mediums enthält.
Ein System und ein Verfahren zum Untersuchen eines relativ kleinen Volumens von interessierendem biologischen Gewebe unter Verwendung von sichtbarer oder infraroter Strahlung wird in WO 94/16615 offenbart. Das System enthält ein Spektrophotometer, ein optisches Medium von relativ großem Umfang mit wählbaren Streu- und Absorptionseigenschaften. Das interessierende biologische Gewebe wird in den Photonenwanderungsweg innerhalb des optischen Mediums platziert, um einen optischen Weg vom Gewebe zum Medium zu erzeugen. Das optische Medium ist zum Begrenzen eines wesentlichen Entweichens von Photonen aus dem Gewebe ausgebildet. Um semi-unendliche Grenzbedingungen zu erzeugen, wird vorgeschlagen, dass das optische Medium eine Intralipidlösung mit Kohlenstoff ist, die Ausziehtusche enthält.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, die Artefakte entlang der Außenfläche des trüben Mediums durch Verringerung der Grenzeffekte auf dem Bild zu verringern. Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung gelöst, die die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst einen Halter, der ausgebildet ist, um ein Anpassungsmedium aufzunehmen, das optische Eigenschaften aufweist, mit denen Grenzeffekte zwischen dem trüben Medium und seiner Umgebung bedeutend verringert werden. Daher entsprechen Konturen einer Photonenwegverteilung zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor mit gleicher Dichte wegen einer weitgehenden Abwesenheit von Grenzeffekten zwischen dem Anpassungsmedium und dem trüben Medium einer Ellipsoidform. Im Rahmen dieser Anmeldung stellt die Photonenwegverteilung den Einfluss eines kleinen absorbierenden Objekts auf das gemessene Licht dar, wenn das absorbierende Objekt auf einer Position zwischen der Quelle und dem Photodetektor einer speziellen Quellendetektorkombination platziert ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass übermäßigen Intensitätsdifferenzen in unterschiedlichen Messgeometrien, beispielsweise einer Parallelplattengeometrie oder einer Fächerstrahlgeometrie, entgegengewirkt wird. Ohne Anpassungsmedium führen Messungen mit einer Parallelplattengeometrie oder einer Fächerstrahlgeometrie zu Unterschieden zwischen Intensitäten, die an Positionen gemessen worden sind, an denen das trübe Medium gut im Halter eingeschlossen ist, sodass praktisch kein Licht an der Oberfläche verloren geht, und Intensitäten, die an Positionen nahe der Außenfläche des trüben Mediums gemessen worden sind, wo ein nicht vernachlässigbarer Bruchteil des Lichtes die Außenfläche durchquert und verloren geht. Infolge der Verwendung eines Anpassungsmediums mit nahezu identischen optischen Parametern wie das trübe Medium sind die Lichtwege zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor an allen Positionen ähnlich, sodass die genannten Intensitätsunterschiede verringert werden. Weitere relevante optische Parameter, die angepasst werden könnten, sind z. B. der Absorptionsparameter μ_a und der Transport- oder verringerte Streuparameter μ_s' des Anpassungsmediums. Eine Beschreibung des Absorptionsparameters μ_a und des Transport- oder verringerten Streuparameters μ_s' könnte u. a. in Monte Carlo Simulations of Photon Migration Path Distributions in Multiple Scattering Media von S. Feng et al, SPIE, Band 1888, 1993, Seiten 78–89 gefunden werden.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Halter ausgebildet, um als Anpassungsmedium eine Flüssigkeit aufzunehmen. Daher kann die Form des Anpassungsmediums perfekt auf das trübe Medium abgestimmt werden und die optischen Parameter des Anpassungsmediums könnten durch die Wahl der optischen Parameter der Flüssigkeit angepasst werden.
Erfindungsgemäß weist eine Absorptionscharakteristik der Flüssigkeit in einem Bereich um eine Mittenwellenlänge herum eine Steigung auf, wobei der Bereich eine Wellenlänge von Licht umfasst, das von der Lichtquelle aus zu erzeugen ist. Für eine Flüssigkeit mit dieser Absorptionscharakteristik kann der Schwächungskoeffizient der Flüssigkeit auf einen Bereich von unterschiedlichen Schwächungskoeffizienten des trüben Mediums durch Veränderung der Wellenlänge des erzeugten Lichtes abstimmt werden.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die genannte Steigung ein Verhältnis von etwa 3,5 zwischen einer Absorption für eine Wellenlänge am Anfang des Bereiches und einer Absorption für eine Wellenlänge am Ende des Bereiches vorliegt. Eine Absorptionscharakteristik der Flüssigkeit mit solchen Steigungen kann durch Hinzufügen von Farbstoffen, wie z. B. Patentblau V (E131) oder Indigokarmin (E132) erhalten werden. Beide Farbstoffe weisen eine Absorptionscharakteristik mit einer Steigung in einem Bereich von 10 nm um einen Mittenwellenlänge von etwa 660 nm auf.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen Laser umfasst. Durch Verwendung eines Lasers kann die Wellenlänge des zu erzeugenden Lichtes in einem kleinen Bereich um die Mittenwellenlänge von beispielsweise etwa 10 nm beispielsweise durch Regelung der Betriebstemperatur des Lasers eingestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle zum Erzeugen von Licht mit nahezu konstanter Intensität ausgebildet ist. Dies hat den Effekt, dass einfache Photodetektoren und niederfrequente elektronische Schaltungen in der Einrichtung verwendet werden können. In mehreren bekannten Einrichtungen zum Abbilden von trüben Medien wird eine modulierte Lichtquelle verwendet und daher sind kostspielige Photomultiplierröhren und hochfrequente Elektronikschaltungen zur Detektion des aus dem trüben Medium austretenden Lichtes notwendig.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erstellen eines Bildes eines trüben Mediums, dass die Merkmale nach Anspruch 7 aufweist. Das Verfahren umfasst, dass beim Messen der Intensitäten ein Anpassungsmedium mit dem trüben Medium in Kontakt gebracht wird, wobei das Anpassungsmedium solche optischen Eigenschaften hat, dass Grenzeffekte zwischen dem trüben Medium und seiner Umgebung bedeutend verrringert werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Flüssigkeit als Anpassungsmedium verwendet und wird, um die optischen Eigenschaften des Anpassungsmediums auf die optischen Eigenschaften des trüben Mediums abzustimmen, der Flüssigkeit ein Farbstoff zugefügt.
Daher könnten die optischen Eigenschaften des Anpassungsmediums in einfacher Weise auf die optischen Eigenschaften des trüben Mediums eingestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen weiteren Schritt umfasst, in dem eine Wellenlänge von zu erzeugendem Licht so eingestellt wird, dass bei der eingestellten Wellenlänge ein Schwächungskoeffizient der Flüssigkeit nahezu gleich dem des trüben Mediums ist. Durch Einstellen der Wellenlänge des zu erzeugenden Lichtes in einem kleinen Bereich von etwa 10 nm kann eine Absorption der Flüssigkeit beispielsweise um ein Verhältnis von 3,5 verändert werden. Dieses Verhältnis ist ausreichend, um einen weiten Bereich von Schwächungskoeffizienten von Brustgewebe von unterschiedlichen Frauen abzudecken.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine im Handel erhältliche, für kosmetische Zwecke bestimmte Suspension verwendet wird. Ein Vorteil der Verwendung einer im Handel erhältlichen Suspension für kosmetische Anwendungen, beispielsweise einer Körpermilch, als Anpassungsmedium ist, dass die Körpermilch eingehend auf die Abwesenheit von schädlichen Wirkungen auf den menschlichen Körper getestet worden ist und wahrscheinlich leicht von jeder zu untersuchenden Person akzeptiert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Photonenwegverteilung in einem homogenen trüben Medium,
2 eine Photonenwegverteilung in einem semi-unendlichen trüben Medium,
3 verschiedene Zentrallinien zwischen Lichtquelle und Photodetektor in einem trüben Medium für unterschiedliche Eigenschaften des Anpassungsmediums,
4 eine Mammographieeinrichtung zum Erstellen eines Bildes einer inneren Struktur des trüben Mediums,
5 einen ersten Haltertyp für die Mammographieeinrichtung zum Ausführen von Messungen mit Hilfe einer Fächerstrahlgeometrie,
6 einen zweiten Haltertyp der Mammographieeinrichtung zum Ausführen von Messungen mit einer Parallelplattengeometrie,
7 eine Lichtintensitätsverteilung einer Messung mit Hilfe einer Parallelplattengeometrie und
8 eine Absorptionscharakteristik von Patentblau (E131) und
9 eine Absorptionscharakteristik von Indigokarmin (E132).
1 zeigt als Beispiel die Photonenwegverteilung zwischen einer Lichtquelle 1 und einem Photodetektor 3 in einem unendlichen homogenen trüben Medium 2. Die Photonenwegverteilung wird verwendet, um den Transport von Licht in einem trüben Medium zu beschreiben. Diese Beschreibung ist unter anderem aus Monte Carlo Simulations of Photo Migration Path distributions in multiple Scattering Media von S. Feng et al., SPIE Band 1888, 1993, Seiten 78–89 bekannt. Die Umrisse gleicher Dichte der Photonenwegverteilung in dem unendlichen homogenen trüben Medium 2 entsprechen ellipsoidartigen Formen, wie die Angabe 5 in 1, von denen eine Hauptachse 4 mit der Zentrallinie der Photonenwegverteilung zusammenfällt. Die Photonenwegdichtefunktion weist entlang dieser Linie zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor Peaks auf. Gekrümmte Linien weiter außen entsprechen den niedrigeren Photonenwegdichten.
Wenn jedoch ein semi-unendliches Medium verwendet wird und die Lichtquelle 1 und der Photodetektor 3 in einem gewissen Abstand voneinander auf der Grenzfläche 6 liegen, wird die Form der Photonenwegverteilung durch Photonen gestört, die das trübe Medium verlassen. 2 zeigt eine gestörte Photonenwegverteilung 7 in einem semi-unendlichen trüben Medium 2. Wie in 2 gezeigt wird, ist die Zentrallinie 4 der gestörten Photonenwegverteilung in Bezug auf die Verbindungslinie zwischen der Lichtquelle 1 und dem Photodetektor 3 abgelenkt, d. h. in das Innere des trüben Mediums 2 hinein. Die Referenz d₀ in 2 bezeichnet den Abstand zwischen der Ablenkung der Zentrallinie der Photonenwegverteilung und der Verbindungslinie zwischen der Lichtquelle 1 und dem Photodetektor 3. Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung eines Anpassungsmediums 8 entlang der Grenzfläche 6 des trüben Mediums 2, um die Zentrallinie 4 zu beeinflus sen. Ein optischer Parameter, beispielsweise der Reflexionskoeffizient des Anpassungsmediums 8 oder eine Kombination aus Absorptions- und Streuparametern beeinflusst die Menge von Photonen, die das trübe Medium 2 über die Grenzfläche 6 verlassen. Die Form der Photonenwegverteilung 5 zwischen der Lichtquelle 1 und dem Photodetektor 3 in dem trüben Medium 2 ändert sich somit. 3 veranschaulicht die Veränderung der Position der Zentrallinie für verschiedene Werte R_i des Reflexionskoeffizienten auf der Grenzfläche 6. Wie in 3 gezeigt wird, wird die Zentrallinie der Photonenwegverteilung von der Grenzfläche für einen abnehmenden Reflexionskoeffizienten abgelenkt. In 3 wird der Abstand zwischen der Verbindungslinie und der Zentrallinie mit L bezeichnet. Wenn der Reflexionskoeffizient des Anpassungsmediums 8 ungefähr den Wert 0 hat, hat der genannte Abstand L den Wert L₁. Wenn der Reflexionskoeffizient einen festen Wert R₁ im Bereich zwischen 0 und 1 hat, hat der genannte Abstand L den Wert L₂ mit L₂ < L₁. Wenn der Reflexionskoeffizient einen zweiten festen Wert R₂ im Bereich zwischen R₁ und 1 hat, hat der genannte Abstand L den Wert L₃ mit L₃ < L₂. Wenn der Reflexionskoeffizient einen Wert von ungefähr 1 hat, wird der genannte Abstand L ungefähr 0.
Die Erfindung wird anhand von 4 beschrieben, in der als Beispiel eine Mammographieeinrichtung 40 gezeigt wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist für ein Mammographiesystem beschrieben worden, aber kann wahrscheinlich auch zur Untersuchung anderer Teile eines menschlichen oder tierischen Körpers oder zum Prüfen anderer stark streuender Materialien verwendet werden. Die Einrichtung ist dazu bestimmt, Inhomogenitäten im Gewebe einer weiblichen Brust zu detektieren. Beispiele für solche Unregelmäßigkeiten sind vermehrte Mikrovaskularisationen oder eine hohe Konzentration kleiner Blutgefäße um einen bösartigen Tumor. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist zum Abbilden und Detektieren solcher Anomalien ausgebildet, wenn sie noch sehr klein sind, sodass Karzinome in sehr frühem Stadium entdeckt werden können, jedoch ohne den Patienten den Risiken einer Untersuchung mit Hilfe von ionisierender Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlen, auszusetzen.
Die erfindungsgemäße Mammographieeinrichtung ist mit einem Halter 45 versehen, der ausgebildet ist, um einen Teil eines trüben Mediums und auch ein Anpassungsmedium aufzunehmen. Die Mammographieeinrichtung 40 umfasst auch eine Lichtquelle 42 zum Erzeugen von Licht, einen Photodetektor 43 zum Detektieren von aus dem trüben Medium austretendem Licht, eine Verarbeitungseinheit 41 zum Ableiten eines Bildes aus den gemessenen Intensitäten und einen Monitor 47 für die Wiedergabe von Bildern.
Das erzeugte Licht kann entweder eine nahezu konstante Intensität oder eine amplitudenmodulierte Intensität haben und eine Wellenlänge in einem Bereich zwischen beispielswei se 500 und 1000 nm. Die Lichtquelle kann beispielsweise einen Halbleiterlaser oder eine Leuchtdiode umfassen. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Lichtquelle mehrere Halbleiterlaser umfasst, wobei jeder Halbleiterlaser eine andere Wellenlänge im Intervall zwischen 500 und 1000 nm hat, und einen Wählschalter zum Selektieren eines der Halbleiterlaser. Diese Anordnung ermöglicht es, optimalen Kontrast eines rekonstruierten Bildes für verschiedene optische Charakteristiken des trüben Mediums zu erhalten. Der Photodetektor 43 ist zum Detektieren des Lichtes ausgebildet, das mit dem Gewebe des trüben Mediums über die Ausgangsports O₁ ... O_M und einen optischen Leiter 48 gekoppelt sein kann. Der Photodetektor 43 kann über optische Ports O₁ ... O_M beispielsweise eine Photomultiplierröhre oder eine PIN-Photodiode umfassen. Andere Konfigurationen in Bezug auf die Photodetektoren sind auch möglich. Beispielsweise eine Konfiguration, in der jeder der Ausgangsports O₁ ... O_M mit einem gesonderten Photodetektor gekoppelt ist und die Ausgänge der Photodetektoren parallel gemessen werden. Insbesondere wenn das erzeugte Licht eine nahezu konstante Amplitude hat, bietet die Verwendung von Photodioden in Kombination mit niederfrequenten Elektronikschaltungen bei Verwendung mehrfacher Photodioden eine wirtschaftliche Lösung.
Um Intensitätsmessungen des trüben Mediums auszuführen, umfasst der Halter 45 eine erste Anzahl von N-Eingangsports I₁ ... I_N und eine zweite Anzahl von M Ausgangsports O₁ ... O_M, deren Positionen relativ zueinander auf dem Halter 45 bekannt sind. Die Eingangsports I₁ ... I_N sind über optische Leiter S₁ ... SN mit den Ausgängen einer Eingangsselektionseinheit 44 gekoppelt, deren Eingang 50 mit der Lichtquelle 42 über einen optischen Leiter 51 gekoppelt ist. Die Ausgangsports O₁ ... O_M sind über optische Leiter D₁ ... D_M mit den Eingängen einer Ausgangsselektionseinheit 46 gekoppelt, deren Ausgang 49 über einen optischen Leiter 48 mit einem Photodetektor 43 gekoppelt ist. In der Praxis können 256 Eingangsports und 256 Ausgangsports verwendet werden. Auch andere Anzahlen sind möglich, beispielsweise 128 Eingangsports und 128 Ausgangsports. Es sei bemerkt, dass die Anzahl von Ausgangsports M nicht notwendigerweise gleich der Anzahl Eingangsports N zu sein braucht. Bei der Messung werden die Eingangsports I₁ ... I_N mit der Lichtquelle 42 gekoppelt und die Ausgangsports O₁ ... O_M werden mit dem Photodetektor 43 gekoppelt. Kopplung erfolgt in einer speziellen Reihenfolge und das Licht wird über die Eingangsports in das trübe Medium gestrahlt. Ein Teil des aus dem trüben Medium aus tretenden Lichtes wird zu dem Photodetektor 43 über die Ausgangsports O₁ ... O_M und die optischen Leiter D₁ ... D_m geleitet, wobei die gemessenen Intensitäten von der Verarbeitungseinheit 41 gespeichert werden.
Pro Messung wird eine Intensität des aus der selektierten Eingangsport I_i stammenden Lichtes auf einer selektierten Ausgangsport O_j gemessen und in der Verarbeitungseinheit 41 gespeichert. Anschließend werden die Messungen ausgeführt, wobei alle Kombinationen von Lichtquellen und Photodetektoren dann mit einem ersten Wert R₁ der effektiven Reflexion des Anpassungsmediums in Bezug auf das Gewebe des trüben Mediums gemessen werden. Nach Ausführung der Messungen steht dann eine Matrix von Intensitätswerten für die Rekonstruktion eines Bildes zur Verfügung. Anschließend kann die Verarbeitungseinheit 41 ein Bild der inneren Struktur des Brustgewebes aus den gemessenen Intensitäten ableiten. Das Bild kann anschließend auf einem Monitor 47 wiedergegeben werden. Das Bild wird aus den gemessenen Intensitäten unter Verwendung von Projektionsrekonstruktion abgeleitet. Projektionsrekonstruktion ist u. a. aus Röntgencomputertomographie bekannt und aus „Fundamentals of Image Processing" von A. K. Jain, Prentice Hall, 1989, S. 439–441.
Reduzieren der Artefakte nahe der Außenfläche des von der erfindungsgemäßen Mammographieeinrichtung erstellten Bildes der inneren Struktur des trüben Mediums besteht darin, dass in dem Halter außer dem trüben Medium ein flüssiges Anpassungsmedium verwendet wird, das optische Parameter μ_a und μ_s' aufweist, die ziemlich gut auf die mittleren optischen Parameter des trüben Mediums abgestimmt sind. Ein Hinweis, dass die optischen Parameter des Anpassungsmediums passende optische Parameter aufweisen, könnte darin gefunden werden, dass in dem rekonstruierten Bild die Intensität des trüben Mediums ungefähr gleich der Intensität des Anpassungsmediums in dem rekonstruierten Bild ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann mit unterschiedlichen Haltertypen für Messungen mit verschiedenen Geometrien versehen werden. Die Halter werden anhand von 5 und 6 beschrieben. 5 zeigt ein Beispiel für einen Halter der Mammographieeinrichtung 40, der dazu bestimmt ist, ein flüssiges Anpassungsmedium aufzunehmen. Der Halter 50 ist dazu bestimmt, eine Messung bei einer Fächerstrahlgeometrie in der Mammographieeinrichtung 40 auszuführen. Der Halter 50 umfasst einen schalenförmigen oder konischen Teil 51 zum Aufnehmen eines flüssigen Anpassungsmediums und eines Teils der Brust einer Frau. In der Wand des schalenförmigen Teils befinden sich N Ein gangsports und M Ausgangsports, wobei diese Ports kreisförmig angeordnet sind. Dies wird in 5 veranschaulicht, die drei Eingangsports 52 und drei Ausgangsports 53 zeigt, die in einem Kreis angeordnet sind. In der Praxis kann ein Halter vom ersten Typ 128 oder 256 Eingangsports und Ausgangsports umfassen. Der Zwischenraum zwischen den Eingangsports und den Ausgangsports muss für die Rekonstruktion eines Bildes bekannt sein und bleibt vorzugsweise während der Ausführung der Messungen konstant. Der Halter 50 kann mit der Mammographieeinrichtung 40 mittels optischer Leiter gekoppelt werden. Die Eingangsports I_i ... I_N können dann über optische Leiter S₁ bis S_N und die Eingangswahleinheit 44 mit der Lichtquelle 42 gekoppelt werden. Die Ausgangsports O₁ ... O_M können über die optischen Leiter D₁ bis D_N, die Ausgangsselektionseinheit 46 und den optischen Leiter 48 mit dem Photodetektor 43 gekoppelt werden. Für die Ausführung der Messungen können die Eingangsports und Ausgangsports so gewählt werden, dass ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild der inneren Struktur aus den gemessenen Intensitäten abgeleitet werden kann. Für das flüssige Anpassungsmedium kann beispielsweise eine Intralipidlösung oder eine kosmetische Flüssigkeit, eine sogenannte Körpermilch verwendet werden. Die optischen Parameter μ_a und μ_s' dieser Flüssigkeiten können an die mittleren Werte μ_a und μ_s' des trüben Mediums angepasst werden, um Bilder mit verringerten Grenzeffekten zu erhalten. Die mittleren optischen Parameter μ_a und μ_s' des Brustgewebes könnten in einem gesonderten Schritt bestimmt werden. Die optischen Parameter μ_a und μ_s' der Körpermilch können durch Verdünnung oder Zufügung von Farbstoffen angepasst werden. Um einen Schwächungskoeffizienten der Flüssigkeit auf einen Schwächungskoeffizienten des Brustgewebes abzustimmen, kann eine Konzentration von Farbstoffen oder Streumitteln in der Flüssigkeit angepasst werden. Daher kann sowohl der Streukoeffizient μ_s' als auch der Absorptionskoeffizient μ_a beeinflusst und der Schwächungskoeffizient κ = √3μ_s'μ_a eingestellt werden. Weiterhin wird für die Bestimmung einer Konzentration des Farbstoffes in der Flüssigkeit angenommen, dass eine Brechzahl der Flüssigkeit, die eine wässrige Lösung wie beispielsweise Intralipid oder eine Lösung von TiO₂ in Wasser umfasst, nahezu gleich einer Brechzahl des Brustgewebes ist. Unter praktischen Bedingungen zeigt sich, dass eine Konzentration von Streuern, die einen Streukoeffizient μ_s von ≈ 1,3 mm^–1 ergeben bei einer Wellenlänge von λ = 660 nm zum Abdecken der meisten Experimente ausreicht.
Um den Schwächungskoeffizienten der Flüssigkeit auf den Schwächungskoeffizienten des Brustgewebes abzustimmen, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Zufügen eines Farbstoffes, der eine Absorptionscharakteristik mit einer Steigung in einem Bereich von 10 nm um eine Mittenwellenlänge von 660 nm herum aufweist, zu der Flüssigkeit und Anpassung der Wellenlänge der Lichtquelle, sodass der Schwächungskoeffizient des Farbstoffes der angepassten Wellenlänge nahezu gleich dem Schwächungskoeffizienten des Brustgewebes ist. Die Anpassung der Wellenlänge des zu erzeugenden Lichtes kann durch Steuerung der Betriebstemperatur des Lasers 42 erfolgen. Farbstoffe, die der Flüssigkeit zugefügt werden können, umfassen beispielsweise Patentblau V (E131) oder Indigokarmin (E132). 8 und 9 zeigen Beispiele für Absorptionscharakteristiken von Patentblau bzw. Indigokarmin. Diese Farbstoffe weisen Absorptionscharakteristika mit Steigungen in einem Bereich zwischen einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge von 650 und 700 nm bzw. 620 und 720 nm auf, für welche Steigungen ein Verhältnis von etwa 3,5 zwischen einer Absorption für die erste Wellenlänge am Anfang des Bereiches und einer Absorption für die zweite Wellenlänge am Ende des Bereiches vorliegt.
Um eine Konzentration eines Farbstoffes in der Flüssigkeit zu bestimmen, wird auf 8 Bezug genommen. Aus 8 wird abgeleitet, dass ein Absorptionskoeffizient für eine Flüssigkeit mit einer festen Konzentration von Patentblau für eine Änderung einer Wellenlänge in Höhe von + oder –10 nm in Bezug auf eine Mittenwellenlänge von 660 nm um einen Faktor 3,6 verändert werden kann. Daher kann eine Änderungsrate eines Schwächungskoeffizienten der Flüssigkeit √3,6 = 1,9 betragen. Dieser Bereich der Änderung des Schwächungskoeffizienten der Flüssigkeit genügt, um den Bereich der Änderung des Schwächungskoeffizienten von Brustgewebe von verschiedenen Frauen abzudecken. Beispiele für Schwächungskoeffizienten von Brustgewebe für verschiedene Frauen werden in Tabelle 1 aufgelistet.
Tabelle 1 listet die Schwächungskoeffizienten für drei verschiedene Wellenlängen für mehrere Frauen im Alter zwischen 40 und 58 mit unterschiedlichen Brustgrößen auf. Erfindungsgemäß kann eine Konzentration eines Farbstoffes in einer Flüssigkeit durch Anwendung von 8 bestimmt werden. Für eine gegebene Konzentration, beispielsweise c = 4,8 mg/l, kann die Absorption A aus 8 abgeleitet werden und sie erweist sich als gleich A = α d für eine feste Wellenlänge und für eine Dicke einer Probe von d = 10 mm. Für eine Wellenlänge von 650, 660 und 670 nm wird für die Absorption 0,5, 0,32 bzw. 0,14 gefunden. Der Absorptionskoeffizient μ_a des Farbstoffes kann dann für die gegebene Konzentration c als μ_a ^Farbstoff = A log(10)/d = 0,23026 A bestimmt werden. Aus Tabelle 1 wird ein mittlerer Schwächungskoeffizient von Brustgewebe für eine Wellenlänge von 660 nm bestimmt, beispielsweise ein Wert von κ = 120 m^–1 = 0,120 mm^–1. Für μ_s' = 1,3 mm^–1 und
ergibt sich für die Absorption
. Bei einer Wellenlänge von 660 nm hat der Absorptionskoeffizient von H₂O,
den Wert 6,1 × 10^–4 mm^–1. Die Konzentration des Farbstoffes wird dann mittels
berechnet, wobei A die Absorption des Farbstoffes darstellt, die aus 8 entnommen werden kann. Bei einer Wellenlänge von 660 nm ist die Absorption des Farbstoffes gleich 0,32.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass für Experimente mit verschiedenen Frauen ein Vorrat einer einzelnen Flüssigkeit mit einer festen Konzentration verwendet werden kann anstelle eines Vorrats mit mehreren Flüssigkeiten unterschiedlicher Konzentrationen. Ein weiterer Vorteil ist, dass für jedes Experiment von der Verarbeitungseinheit automatisch ein Abstimmprozess ausgeführt werden kann.
Ein weiterer für die Verwendung in der Mammographieeinrichtung 40 geeigneter Halter ist beispielsweise ein Halter zum Ausführen von Messungen an einem trüben Medium mit einer Parallelplattengeometrie. 6 ist eine Draufsicht eines solchen Halters 64. Der Halter umfasst zwei nahezu parallele transparente Platten 65, 66, die um die Brust 67 einer Frau herum angeordnet sind. Dies führt zu einem Parallelplattengeometrie-Bild mit einer Schichtdicke von ungefähr 6 cm. Die Brust kann beispielsweise in mediolateraler oder craniocaudaler Richtung durch die Platten 65, 66 zusammengedrückt werden. Eine erste Platte 65 des Halters 64 umfasst eine Anzahl von N Eingangsports I₁ bis I_N für die Kopplung von optischen Leitern S₁ bis S_N und die andere transparente Platte 66 umfasst eine zweite Anzahl von M Ausgangsports für die Kopplung der optischen Leiter D₁ ... D_M. Die optischen Leiter S₁ ... S_N, D₁ ... D_M können mit der Eingangsselektionseinheit 44 bzw. der Ausgangsselektionseinheit 46 gekoppelt werden. Der Raum zwischen den Platten und neben der Brust wird mit dem flüssigen Anpassungsmedium 68 ausgefüllt. Eine nahezu perfekte optische Anpassung wird durch Verwendung eines flüssigen Anpassungsmediums 68 erhalten, dessen optische Parameter μ_a und μ_s' den mittleren optischen Parametern μ_a und μ_s' des Brustgewebes entsprechen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines erfindungsgemäßen flüssigen Anpassungsmediums besteht darin, dass die Auswirkungen der Grenzfläche zwischen der Brust und dem Anpassungsmedium auf die Lichtintensitätsverteilung im Wesentlichen in Messungen mittels Parallelplattengeometrie oder Fächerstrahlgeometrie korrigiert werden können; außerdem ist es auch möglich, eine erhöhte Intensität infolge eines kürzeren Licht- Lichtweges in der Brust zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor, wie er durch die Form der Brust verursacht wird, auszugleichen. Dies wird in einer Messung mit Hilfe einer Parallelplattengeometrie anhand von 7 veranschaulicht. 7 zeigt eine Intensitätskurve 71 einer Messung mit einer Parallelplattengeometrie, wie sie an einer Brust ohne Verwendung eines Anpassungsmediums ausgeführt worden ist. Nahe den Enden 72, 73 weist die Intensitätskurve 71 Abweichungen in Bezug auf Positionen auf, die ungefähr auf der Hälfte der Intensitätskurve liegen. Die Enden 72, 73 entsprechen ungefähr den Positionen 69, 70, wo die Grenze der Brust 67 in dem Halter 44 nicht an die Glasplatten 65, 66 grenzt. Die Intensität nimmt infolge der Tatsache, das nahe den genannten Punkten 69, 70 in der Brust der Lichtpfad zwischen Lichtquelle und Photodetektor kürzer ist als ein Lichtpfad zwischen Lichtquelle und Photodetektor in den Gebieten, in denen die Brust an die Glasplatten 65, 66 grenzt, zu. Wegen der Intensitätsunterschiede wird es schwierig sein, die Störungen 74, 75 der Intensität nahe den Enden 72, 73 der Kurve nach der Rekonstruktion des Bildes zu detektieren. Die Verwendung des Anpassungsmediums gleicht auch die Intensitätsverteilung aus, sodass die absoluten Änderungen besser detektiert werden können. Das Ergebnis des Ausgleichens mit Hilfe des Anpassungsmediums wird durch die ausgeglichene Kurve 76 dargestellt. Die Verwendung eines flüssigen Anpassungsmediums bietet auch den Vorteil einer mechanischen Anpassung zwischen der Brust und dem Halter und wegen dieser Abstimmung können Unterschiede in Bezug auf Brustgröße und Brustform leicht kompensiert werden.
Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Beutels aus synthetischem Material, der das flüssige Anpassungsmedium umfasst. Dieser Beutel kann zwischen dem Halter und der Brust platziert werden und hat den Vorteil, dass er den Verlust von Flüssigkeit vermeidet und auch komfortabler für die untersuchte Frau sein kann.
Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines dünnen Blattes aus Kunststoff, das zwischen die Flüssigkeit und die Brust platziert wird, um direkten Kontakt zwischen der Haut der Brust und der Flüssigkeit zu vermeiden. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit mehrere Male verwendet werden.
Tabelle I: Optischer Schwächungskoeffizient κ für Brüste bei drei Wellenlängen für Freiwillige im Alter zwischen 40 und 58 mit unterschiedlicher Brustgröße

Claims

Einrichtung zum Erstellen eines Bildes eines trüben Mediums, wobei die Einrichtung einen Halter zum Aufnehmen des trüben Mediums (2), eine Lichtquelle (1, 42) zum Bestrahlen des trüben Mediums, einen Photodetektor (3, 43) zum Messen der Intensität des aus dem trüben Medium (2) austretenden Lichtes und eine Verarbeitungseinheit (41) zum Ableiten eines Bildes des trüben Mediums (2) aus den gemessenen Intensitäten umfasst sowie einen Halter (45, 50), der ausgebildet ist, um ein flüssiges Anpassungsmedium (8) aufzunehmen, das optische Eigenschaften aufweist, mit denen Grenzeffekte zwischen dem trüben Medium (2) und seiner Umgebung bedeutend verringert werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absorptionscharakteristik des flüssigen Anpassungsmediums (8) in einem Bereich um eine Mittenwellenlänge herum eine Steigung aufweist, wobei der Bereich eine Wellenlänge von Licht umfasst, das von der Lichtquelle aus zu erzeugen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Anpassungsmedium (8) einen Farbstoff umfasst und dass eine Absorptionscharakteristik der Flüssigkeit in einem Bereich um eine Mittenwellenlänge herum eine Steigung aufweist, wobei der Bereich eine Wellenlänge von Licht umfasst, das von der Lichtquelle aus zu erzeugen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die genannte Steigung ein Verhältnis von etwa 3,5 zwischen einer Absorption für eine Wellenlänge am Anfang des Bereiches und einer Absorption für eine Wellenlänge am Ende des Bereiches vorliegt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1, 42) einen Laser umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine im Handel erhältliche Suspension für kosmetische Zwecke umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1, 42) zum Erzeugen von Licht mit nahezu konstanter Intensität ausgebildet ist.
Verfahren zum Erstellen eines Bildes eines trüben Mediums, welches Verfahren umfasst: – Bestrahlen des trüben Mediums (2) mit Licht bei einer Vielzahl von Positionen und Messen der Intensität des aus dem trüben Medium (2) austretenden Lichtes bei einer Vielzahl von Positionen, – Ableiten eines Bildes des trüben Mediums aus den gemessenen Intensitäten, dadurch gekennzeichnet, dass – beim Messen der Intensitäten ein flüssiges Anpassungsmedium in Kontakt mit dem trüben Medium (2) platziert wird, wobei das Anpassungsmedium (8), das einen hinzugefügten Farbstoff umfasst, der eine Absorptionscharakteristik aufweist, die in einem Bereich um eine Mittenwellenlänge herum eine Steigung umfasst, wobei der Bereich eine Wellenlänge von Licht umfasst, das von der Lichtquelle und dem Anpassungsmedium aus zu erzeugen ist, solche optischen Eigenschaften hat, dass Grenzeffekte zwischen dem trüben Medium und seiner Umgebung bedeutend verringert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen weiteren Schritt umfasst, in dem eine Wellenlänge von zu erzeugendem Licht so eingestellt wird, dass bei der eingestellten Wellenlänge ein Schwächungskoeffizient der Flüssigkeit nahezu gleich dem des trüben Mediums (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Handel erhältliche, für kosmetische Zwecke bestimmte Suspension verwendet wird.
Verfahren zum Erstellen eines Bildes eines trüben Mediums mit Hilfe des Gerätes nach Anspruch 1, in welchem Verfahren als Anpassungsmedium (8) eine Flüssigkeit verwendet wird.