对目标进行成像的方法技术

对目标进行成像的方法。本公开提供了用于使用诸如OCT的非侵入性非接触成像技术确定目标中的一种或更多种分析物浓度的变化速率的系统和方法。通常，获取OCT数据并从OCT扫描提取光学信息以量化地确定目标中的流体的流速以及一种或更多种分析物的浓度。两种计算都可以提供用于确定分析物的速率随时间的变化的手段。本公开的示例性方法和系统可以用于评估组织的代谢，其中，氧是所检测的分析物或其它功能状态，并且通常用于疾病的诊断、监测和治疗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关于联邦资助发展研究的声明本专利技术是根据由美国国立卫生研究院授予的资助号1RC4EY021357和1R01EY019951；以及由美国国家科学基金会授予的授予号CBET-1055379和CBET-1240416在政府支持下做出的。政府对本专利技术享有一定的权利。交叉参考本申请要求于2014年4月28日提交的美国专利申请序列号No.61/985278的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
光学相干断层成像(OpticalCoherenceTomography)(OCT)是一种非侵入性光学成像技术，其通过使用低相干干涉仪系统来产生样品的深度解析反射成像。OCT成像允许在通过其它成像技术不容易获得的各种生物系统和非生物系统中的结构的三维(3D)可视化。在一些情况下，OCT可以在不干扰或伤害目标或样品的情况下提供评估信息的非侵入性、非接触手段。例如，在医学中，OCT应用包括但不限于在眼睛的视网膜中的疾病的诊断、介入性心脏病学治疗和评估、以及用于皮肤病的皮肤损伤的诊断的非侵入性手段。通常，OCT用于生成各种结构(包括诸如血脉管系统(bloodvasculature)的脉管)的3D图像。先前描述的OCT的方法提供用于获得结构信息的方法，所述获得结构信息是指(directat)获取关于脉管的外部结构的尺寸、形状、拓扑和物理属性的信息。然而，关于脉管和结构内部的物理和化学属性的信息也可以是有用的，产生关于系统的更多功能和潜在有用的信息。例如在医学诊断中，脉管可视化和关于血液属性的量化信息对于许多疾病的诊断和治疗可能是重要的。例如，大约50％的美国人会得癌症，其中的大约50％会死于癌症。在诸如糖尿病性视网膜病变、年龄相关性黄斑变性(AMD)、青光眼的眼部疾病的示例中，美国近1000万人以及全世界超过2亿人可能存在视力丧失或失明的风险。怀疑影响眼睛和周围肿瘤的血液供应的异常形态的脉管重塑和生化途径可能分别与这些疾病的发作和预后相关。在一些示例中，通过异常血管增殖所例示的代谢中的异常增加或减少也可能与疾病相关。允许获取关于与疾病病因相关的组织属性的信息的非侵入性方法可以致使预防这样的疾病。测量血流量以及血流内的其它各种生化分析物(诸如氧(pO2)、葡萄糖或其它生物标志物)的能力可以帮助指示目标组织的功能状态，诸如代谢活动。在一些示例中，理解目标组织的功能状态的能力可用于疾病的治疗、监测或预防。当同时测量诸如血流和氧的属性时尤其如此。目前，没有非侵入性三维(3D)成像技术来测量组织中的体内氧代谢。在本领域中需要用于针对(包括但不限于疾病的治疗和诊断的)多种应用的代谢和其它目标功能的非侵入性3D量化成像的改进的方法和装置。
技术实现思路
在第一方面，本公开提供了一种用于对目标进行成像的方法，所述方法包括以下步骤：用一个或更多个低相干光束对目标执行光学相干断层成像(OCT)扫描，其中，所述一个或更多个光束包括一个或更多个波长；从由OCT扫描生成的反射信号获取光学信息；在目标中进行量化3D成像；根据所获取的光学信息确定流体的流速以及一种或更多种分析物的浓度；以及确定目标中的一种或更多种分析物浓度的变化速率。本公开的另一方面提供了一种用于对象的疾病的诊断或治疗的方法，所述方法包括以下步骤：获取步骤，获取目标的3DOCT扫描；确定步骤，确定所述目标中的体液中的一种或更多种分子标志物的状态，同时根据所生成的3D扫描量化所述体液的流量；以及提供步骤，提供医疗决策。在一些示例中，OCT扫描包括不可见光、可见光或近红外(NIR)光。通过引用并入本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请都通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指明通过引用并入。附图说明在所附权利要求中具体地阐述了本公开的装置的新颖特征。通过参考以下详细描述以及附图将获得对本公开的特征和优点的更好的理解，所述详细描述阐述了其中利用了本公开的装置的原理的例示性示例，在附图中：图1a是使用反向对比(inversedcontrast)的着色的大鼠(rat)眼睛的体内B扫描图像的示例。图1b是短时傅里叶变换(STFT)OCT光谱的示例。图1c是来自脉管壁底部的STFTOCT提取的光谱的示例。图1d是来自脉管底部的反射光谱的示例。图2a是自由空间vis-OCT装置的示例性示意图。图2b是自由空间vis-OCT装置的示例性照射光谱。图2c是自由空间vis-OCT装置的理论和轴向分辨率的示例。图3是双光束扫描的示例性示意图。同时或顺序地用一个或多个光束照射目标。图4是示例性fOCT装置的示意图。图5是示例性fOCT装置的示意图。图6是多光束扫描的示例性示意图。同时或顺序地用一个或更多个光束照射目标。图7是具有两个或更多个光束的多光束扫描的示例性示意图。同时或顺序地用一个或更多个光束照射目标。图8是示例性fOCT装置的示意图。图9是示例性fOCT装置的示意图。图10a是示例性vis-OCT眼底图像。白色圆形线表示B扫描轨迹。图10b是主要脉管的示例性融合的脉管图像和氧图的示例。图10c是视网膜B扫描的示例。图10d是示出每个个体脉管的sO2的示例性量化的图。图10e是平均动脉和静脉sO2值的示例。图11a是示例性vis-OCT眼底图像。白色圆形线表示B扫描轨迹。图11b是示例性B扫描。图11c是示例性相移B扫描图像。图11d是测量的多普勒角的示例性示意图和曲线图。图11e是拟合血流速率数据的示例性曲线图。图11f是动脉和静脉的血流速率数据的示例性曲线图。图11g是动脉和静脉的总血流速率数据的示例性曲线图。图12是用于代谢功能OCT的示例性方法的流程图。图13是根据所获取的光学信息在目标中对流体的流速和氧浓度进行量化3D成像以及基于氧消耗确定代谢变化速率的示例性过程的流程示意图。图14是根据所获取的光学信息在目标中对流体的流速以及一种或更多种分析物的浓度进行量化3D成像以及确定目标中的一种或更多种分析物浓度的变化速率的示例性过程的流程示意图。图15a是示出移动细胞的示例性流量对比的图。复反射系数信号的相移与投射到光束的流速成正比。图15b是用于计算多普勒角的示例性几何形状的示意图。图15c是示例性B扫描。图15d是相移B扫描的示例。图16a是具有vis-OCT的示例性眼底图像，并且圆形白线表示B扫描轨迹。图16b是指示视网膜的各种组织层的示例性B扫描。图16c是示出各个脉管的示例性B扫描。图17是示出大鼠中主要小动脉与静脉之间的视网膜流量测量的示例性差异的曲线图。图18a是关于sO2的示例性纵向稳定性研究。图18b是血流量的示例性纵向稳定性研究。图18c是rMRO2的示例性纵向稳定性研究。图19是作为视网膜深度的函数的示例性模拟氧气张力PO2分布的曲线图。视网膜色素上皮层(RPE)/感光器的外段(OS)层(层1)和外核层(ONL)/外网状层(OPL)(层3)具有PO2的线性分布；而感光器的内段(OS)层(层2)具有二次PO2分布。实线是正常空气呼吸下的PO2分布，虚线是PaO2＝72mmHg时的全身缺氧下的PO2分布。脉络膜氧压(Pc)与全身PaO2成比例。由于视网膜循环的自动调节，外部和内部视网膜(PL)之间的界面处的氧张力被认为是相同的。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对目标进行成像的方法，所述方法包括以下步骤：a.使用一个或更多个低相干光束对目标执行光学相干断层成像(OCT)扫描，其中，所述一个或更多个光束包括一个或更多个波长；b.从由所执行的OCT扫描生成的反射信号获取光学信息；c.对所述目标进行量化三维(3D)成像；d.根据所获取的光学信息和所述3D成像确定流体的流速和一种或更多种分析物的浓度；以及e.基于对流体的流速和一种或更多种分析物的浓度的所述确定来确定所述目标中的所述一种或更多种分析物浓度的变化速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.28 US 61/985,2781.一种对目标进行成像的方法，所述方法包括以下步骤：a.使用一个或更多个低相干光束对目标执行光学相干断层成像(OCT)扫描，其中，所述一个或更多个光束包括一个或更多个波长；b.从由所执行的OCT扫描生成的反射信号获取光学信息；c.对所述目标进行量化三维(3D)成像；d.根据所获取的光学信息和所述3D成像确定流体的流速和一种或更多种分析物的浓度；以及e.基于对流体的流速和一种或更多种分析物的浓度的所述确定来确定所述目标中的所述一种或更多种分析物浓度的变化速率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在不使至少一种分析物与外源试剂或标签接触的情况下执行所述目标中的所述量化3D成像。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个光束包括不可见光或可见光。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述OCT扫描生成一个或更多个A扫描。5.根据权利要求4所述的方法，其中，量化成像所述目标中的流体的流速和所述目标中的所述流体中的一种或更多种分析物的浓度，以及所述确定一种或更多种分析物浓度的变化速率使用相同的A扫描的光谱分析。6.根据权利要求4所述的方法，其中，相同的OCTA扫描的幅度、强度或相位用于确定所述一种或更多种分析物浓度的变化速率。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述流速、一种或更多种分析物的所述浓度以及所述确定一种或更多种分析物浓度的变化速率使用所述目标的多个OCTA扫描。8.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述目标中的多个区域上执行OCT。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个光束用于执行多波束或多频带扫描OCT。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个光束同时地或顺序地照射所述目标。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述量化成像所述目标中的流体的流速和所述目标中的所述流体中的一种或更多种分析物的浓度基本上同时发生。12.根据权利要求1所述的方法，其中，使用相同或不同的预定义扫描轨迹来执行所述目标上的所述OCT扫描。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标选自由组织、健康组织、患病组织、视网膜、肿瘤、癌症、生长、纤维瘤、病变、皮肤、粘膜内层、器官、移植物、血液供应以及一个或更多个血管组成的组。14.根据权利要求1所述的方法，其中，使用可见光或不可见光来执行所述量化成像所述目标中的流体的流速。15.根据权利要求1所述的方法，其中，使用可见光或不可见光来执行所述量化成像所述目标中的所述流体中的一种或更多种分析物的浓度。16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体选自由全血、血浆、血清、尿、精液、眼泪、汗液、唾液、淋巴液、胸腔积液、腹膜液、脑膜液、羊水、腺体液、脊髓液、结膜液、玻璃体、水、阴道液、胆汁、粘液、唾液和脑脊液组成的组。17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分析物选自由氧、血红蛋白、氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、葡萄糖、糖、血尿素氮、乳酸盐、血细胞比容、生物标志物以及核酸组成的组。18.根据权利要求1所述的方法，其中，通过比较或使用参考来执行确定一种或更多种分析物的所述变化速率。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述参考是健康组织。20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述参考是其中流体的所述流速以及一种或更多种分析物的所述浓度先前已经被量化的所述目标。21.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述目标的一个或更多个图像。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述一个或更多个图像以及分析物浓度的速率的所述变化用于计算所述目标的功能或所述目标的所述功能的变化。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述目标的所述功能是组织中的病理性改变。24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述目标的所述功能是代谢功能。25.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述一个或更多个图像中识别动脉和静脉。26.根据权利要求25所述的方法，其中，在所述目标的一个或更多个区域中计算代谢功能。27.根据权利要求1所述的方法，其中，外源试剂与所述目标接触。28.根据权利要求28所述的方法，其中，所述外源试剂是造影剂。29.根据权利要求1所述的方法，其中，所述量化所述目标中的流体的流速包括确定包含所述流体的一个或更多个脉管的横截面积。...

【专利技术属性】
技术研发人员：易季，刘文中，V·贝克曼，H·F·张，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：美国;US