低相干增强背散射光谱的系统、方法和设备技术方案

本申请中描述了低相干增强背散射光谱的系统、方法和设备。一个实施方式包括提供入射光，该入射光包括至少一个具有低相干性的光谱分量，其中该入射光照射到活体内的目标对象上。记录背散射光的至少一个光谱分量和背散射角的至少一个角分量中的一个或多个的强度，其中该背散射光是由入射光照射到目标对象上而背散射的，并且其中背散射角是入射光传播方向与背散射光传播方向之间的角。分析背散射光的至少一个光谱分量和至少一个背散射角的强度以获得背散射光的一个或多个光学标记，从而评估所述性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及光散射，具体涉及低相干增强背散射光谱以及/或者包括医学诊断和治疗目的的光散射应用。
技术介绍
在美国，结直肠癌是导致癌症死亡率的主要原因之一。在2006年，估计大约有55,170例与结直肠癌(CRC)相关的死亡。如果能进行早期检测，早期结直肠癌是可以治愈的。然而，由于结肠瘤形成的潜伏性，大多数患者在癌症已经扩散至更高阶段才得到诊断，从而强调了需要在早期检测中有效地筛选出危险人群(例如，超过50岁的人群)。 例如，现有的结直肠癌筛选方法包括大便潜血试验(FOBT)、结肠的直接可视化内窥镜检查(例如，柔性S状结肠镜或结肠镜检查)、以及/或者气对比法钡灌肠。尽管现有的方法表现出在降低结直肠癌死亡率和发病率方面有一些功效，但大部分人群由于患者和/或医生的不情愿而可能不会进行任何内窥镜检查筛选。 然而，由于资源的限制和潜在的复杂性，对整个危险人群(例如，超过50岁的人群)进行结肠镜检查是不实际的。此外，对于一般人群，一生患CRC的风险约为6％。从而，对大量人群进行结肠镜检查以发现可能患结直肠瘤的相对较小的危险人群子组不仅昂贵而且时间效率低。 已经介绍了多种技术来筛选结直肠癌，但是仍然表现出人群筛选是非常必需的。例如在多中心试验中，大便DNA分析的表现性能报告在统计学上并不明显。另外，大便DNA分析的高昂成本可能是广泛使用的一个障碍。 从放射学方面，在单中心研究中，计算机断层扫描结肠成像(仿真结肠镜检查)较有前途，不幸的是，在多中心试验中表现出的灵敏度并不可靠。另外，如果需要净肠和结肠注气，那么在CT结肠成像与结肠镜检查之间患者偏好方面没有明显的优点。由于CT结肠成像的高成本，所以可能难以在资源受限的社会中提供高质量的CRC筛选。 从而，需要识别更可能潜伏有结直肠瘤的个体并对这些个体进行结肠镜检查。这些努力可以为更可能潜伏有结直肠瘤的更好限定的一组患者提供结肠镜检查，从而使不大可能受益的患者节省结肠镜检查的成本、消除不便和潜在的复杂性。 在美国，胰腺癌是导致癌症死亡的另一个主要原因，因为大多数癌症在不可治愈的晚期被诊断出来。现有的方法包括高分辨率成像(MRI、CT等)、分子诊断、以及/或者内窥镜逆行性胆胰管造影(ERCP)，它们都没有表现出能够足够早地检测胰腺瘤形成以进行有效治疗的能力。 当前的成像模式以及ERCP利用对是否存在块体病变进行检测，因此即使提高了这些试验的分辨率，检测到的肿瘤在生物学上也可能过于晚期而无法治愈。尽管进行了多年的研究，但仍没有研发出临床上适当的分子标记。当前可能诊断出扩散前癌症的唯一途径是通过胰管，其中90％的胰腺癌发源于胰管。由于可能产生包括胰腺炎(3％-5％的案例)在内的复杂情况，所以ERCP在当前执行时可能不适于及时的逐点常规筛选。
技术实现思路
在这里描述低相干增强背散射光谱的系统、方法和设备。在本部分中概括本公开的一些实施方式。 在一个方面中，本公开的实施方式包括提供入射光，该入射光包括至少一个具有低相干性的光谱分量，其中该入射光照射到活体内的目标对象上；记录背散射光的至少一个光谱分量和背散射角的至少一个角分量中的一个以上的强度，其中该背散射光是由入射光照射到目标对象上而背散射的，并且其中背散射角是入射光传播方向与背散射光传播方向之间的角；以及分析背散射光的所述至少一个光谱分量和至少一个背散射角的强度以获得背散射光的一个以上的光学标记，从而评估所述性质。 在另一方面中，本公开的实施方式包括光源，其提供具有至少一个光谱分量的入射光；多个光学元件，其中所述多个光学元件中的一个或多个可操作地构造成确定入射光的空间相干长度；以及接收端，其记录背散射光的至少一个光谱分量和背散射角的至少一个角分量中的一个或多个的强度，其中背散射光是由入射光照射在目标对象上背散射的，并且其中背散射角是入射光传播方向与背散射光传播方向之间的角。 在另一方面中，本公开的实施方式包括能够耦合到光源和目标对象以便于光源与目标对象之间的光传输的设备，该设备包括探测器，该探测器将从光源获得的作为部分相干光的入射光发射到目标对象上并接收交互光，该交互光是由入射光照射在目标对象上而背散射的光，该探测器包括输送通道，该输送通道具有至少一个输送光纤，其远端部能够耦合到光源，近端部适于输送待投射到目标对象上的入射光；收集通道，该收集通道具有至少一个适于收集光的收集光纤，该至少一个收集光纤的近端部接收由部分相干光照射到目标对象上而背散射的光，远端部适于耦合到接收端；以及多个光学元件，它们光学耦合到所述至少一个输送光纤和所述至少一个收集光纤中的一个或多个的近端部，其中所述多个光学元件中的一个或多个可操作地构造成选择入射光的空间相干长度。 在另一个方面中，本公开的实施方式包括提供入射光，该入射光包括至少一个具有低相干性的光谱分量，其中该入射光照射到目标对象上；记录背散射光的至少一个光谱分量和背散射角的至少一个角分量中的一个或多个的强度，其中该背散射光是由入射光照射到目标对象上而背散射的，并且其中背散射角是入射光传播方向与背散射光传播方向之间的角；记录背散射光的至少一个光谱分量和背散射角的至少一个角分量的强度，其中该背散射光是由入射光照射到目标对象上而背散射的，并且其中背散射角是入射光传播方向与背散射光传播方向之间的角；以及分析背散射光的至少一个光谱分量和至少一个背散射角的强度以获得背散射光的一个或多个光学标记，从而评估所述性质。 本公开包括方法和执行这些方法的设备，该设备包括执行这些方法的处理系统以及当在处理系统上执行时使系统执行这些方法的计算机可读介质。 从附图和以下详细描述将清楚本公开的其它特征。 附图说明 通过附图中的实施例以非限制方式说明本公开，附图中类似的附图标记表示类似的元件。 图1A用图形表示根据一个实施方式，在产生增强背散射的材料中散射的时间反转光子的相长干涉的物理现象。 图1B表示根据一个实施方式，低相干增强背散射光谱(LEBS)的背散射强度的角分布。 图2A表示根据一个实施方式，从白鼠结肠组织记录的LEBS背散射强度与波长和散射角的函数关系的曲线图。 图2B表示根据一个实施方式，在传统的EBS中，背散射强度与散射角的函数关系的曲线图。 图2C表示根据一个实施方式，在无散斑的LEBS中，背散射强度与散射角的函数关系的曲线图。 图3A表示根据一个实施方式，LEBS的入射光的穿透深度与入射光的背散射角的函数关系的曲线图。 图3B表示根据一个实施方式，LEBS的入射光的穿透深度与径向距离的函数关系的曲线图。 图4A表示根据一个实施方式，LEBS强度与背散射角的函数关系的曲线图。 图4B表示根据一个实施方式，LEBS强度的傅立叶变换的角分布的曲线图。 图5A是表示根据一个实施方式包括表面层和基层的双层组织样本的示意图。 图5B是表示根据一个实施方式，从双层组织样本记录的针对表面层厚度的多个值的LEBS强度谱的曲线图。 图5C是表示根据一个实施方式的腺窝的图，腺窝是结肠粘膜的主要单元。 图6是根据一个实施方式具有多个用于LEBS光谱的光学元件的LEBS设备的示意图。 图7A是一组根据一个实施方式的内窥镜LEBS探测器的剖视图。 图7B是根据一个实施方式的LEBS探测器的图示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量目标对象性质的方法，该方法包括：　提供入射光，该入射光包括至少一个具有低相干性的光谱分量，其中该入射光照射到活体内的目标对象上；　记录背散射光的至少一个光谱分量和背散射角的至少一个角分量中的一个或多个的强度，其中该背 散射光是由入射光照射到目标对象上而背散射的，并且其中背散射角是入射光传播方向与背散射光传播方向之间的角；以及　分析背散射光的至少一个光谱分量和至少一个背散射角中的所述一个或多个的强度以获得背散射光的一个或多个光学标记，从而评估所述性质 。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V巴克曼，H罗伊，金泳来，刘洋，V特希茨基，J罗杰斯，
申请(专利权)人：西北大学，北岸大学健康系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]