(57)【要約】本発明は、光学マンモグラフィ等に関連する懸濁媒質の撮像に係る。懸濁媒質（２０）を撮像する装置が開示される。当該装置は、懸濁媒質及び適合流体（２１）を受容するよう配置されるホルダ（２０）、１つ又はそれより多くの放射線の源（２４）、及び１つ又はそれより多くの光検出器（２５）を有する。適合流体は、懸濁媒質の対応する１つ又はそれより多くの光学的特性に実質的に適合する適合流体の１つ又はそれより多くの光学的特性を備える蒸気である。一実施例において、え適合流体（２１）は、少なくとも２つの構成要素を有する複合蒸気である。
2010508504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁媒質を撮像する装置であって：
・  該懸濁媒質及び適合流体を受容するよう配置されるホルダと；
・  前記懸濁媒質及び前記適合流体を照射する１つ又はそれより多くの放射線の源と；
・  前記放射線の強度を測定する１つ又はそれより多くの光検出器と、
を有し、
前記適合流体は、前記懸濁媒質の対応する１つ又はそれより多くの光学的特性に実質的に適合する前記適合流体の１つ又はそれより多くの光学的特性を備える蒸気である、
装置。
【請求項２】
前記適合流体は、少なくとも２つの御構成要素を有する複合蒸気である、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記蒸気は、第２の構成要素の液滴において溶解される第１の散乱構成要素を有する、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記適合流体は、３ミリメートルを下回る輸送平均自由行程、ｌｔｒａを備える構成要素を有する、
請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記第２の構成要素の前記液滴の寸法は、前記第１の構成要素の前記散乱構成要素の前記輸送平均自由行程より大きい、
請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記第１の散乱構成要素及び前記第２の構成要素の屈折率間の比率は、１．５より大きい、
請求項３記載の装置。
【請求項７】
前記第１の散乱構成要素は二酸化チタンであり、前記第２の構成要素は水である、
請求項３記載の装置。
【請求項８】
色素は、前記第２の構成要素に対して加えられる、
請求項３記載の装置。
【請求項９】
噴霧器を更に有し、
前記蒸気は、該噴霧器によって生成される、
請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記蒸気において粒子の位置をランダム化するよう音波を生成する装置を更に有する、
請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記放射線源は、選択された波長において前記懸濁媒質を照射し、前記選択された波長において前記適合流体の１つ又はそれより多くの選択された光学的特性は、前記懸濁媒質の前記対応する光学的特性に実質的に適合するようにされる、
請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記測定された強度から前記懸濁媒質の画像を導出する処理ユニットを更に有する、
請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記１つ又はそれより多くの光学的特性は、１つ又はそれより多くの減衰係数である、
請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記１つ又はそれより多くの光学的特性は、散乱及び吸収特性が水の特性よりも高いようにされる、
請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記蒸気は、霧又は煙である、
請求項１記載の装置。
【請求項１６】
懸濁媒質を撮像する方法であって：
・  該懸濁媒質及び適合流体をホルダにおいて配置する段階と；
・  前記懸濁媒質及び前記適合流体を１つ又はそれより多くの放射線の源を有して照射する段階と；
・  前記放射線の強度を１つ又はそれより多くの光検出器によって測定する段階と、
を有し、
前記適合流体は、前記懸濁媒質の対応する１つ又はそれより多くの光学的特性に実質的に適合する前記適合流体の１つ又はそれより多くの光学的特性を備える蒸気として選択される、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特には光学的放射を用いて懸濁媒質を撮像することによって、懸濁媒質を撮像する装置に係る。本発明は更に、懸濁媒質を撮像する方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
人間又は動物の組織の内部構造を撮像する装置は、複数存在し、かかる装置のある種類は、人間又は動物の女性の乳房組織の生体内検査に対する光学マンモグラフィに関連する。この場合、懸濁媒質は、検査される女性の乳房である。
【０００３】
既知の種類の光学マンモグラフィ装置において、乳房又は乳房の一部は、複数の光源を有するホルダ及びホルダの壁にわたって分配される光検出器の内部に置かれる。ホルダは更に、乳房が漬けられる適合液体を包含する。適合液体は、夫々、撮像されるべき乳房の一部と光源及び光検出器との間における光結合を与える。更には、例えば等価散乱係数μｓ’及び吸収係数μａである適合液体の光学パラメータは、撮像されるべき乳房の一部のものと略同等であるよう選択される。適合液体は、光源と光検出器との間における光学短絡（ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔｉｎｇ）を防ぎ、更に、適合流体はまた、再構築された画像における境界効果を緩和する。かかる効果は、乳房組織の内部とホルダにおける残余空間との間における光学コントラストにおける際によって引き起こされる。強度を測定するよう、交互に光源の１つが撮像されるべき乳房の一部を照射し、検出器は、撮像されるべき乳房の一部を通って輸送される光の一部を測定する。かかる測定は、撮像されるべき一部がホルダにおいて存在する全ての光源によって照射されるまで反復され、撮像されるべき乳房の一部の内部の画像は、測定された強度測定結果から続いて再構築され得る。
【０００４】
米国特許第５，９０７，４０６（特許文献１）は、懸濁媒質を撮像する装置を開示する。該装置は、ホルダ、光源、光検出器、及び処理ユニットを有する。ホルダは、懸濁媒質に加えて、懸濁媒質の光学特性と実質的に同一の光学特性を有する液体適応媒質を受容するよう適応される。この方法の欠点は、液体が漏れ出るため、測定は液体へと釣り下げられる乳房に対してのみ行なわれ得、患者は常に横たわっていなければならない、という点である。吸収及び散乱液体に関する一般的な問題は、液体内の散乱及／吸収粒子が重力によって引かれ、下部における粒子の沈殿を防ぐよう安定化される必要がある、という点である。
【０００５】
本発明の発明者は、例えば光学マンモグラフィに関連して懸濁媒質を撮像する向上された方途が有益であり得ることを認識し、その結果本発明を発明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，９０７，４０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、懸濁媒質を撮像する向上された方途を与えることによって上述された必要性に対処し、また望ましくは、１つ又はそれより多くの上述又は他の不利点を個々にあるいは組み合わせて軽減、緩和、又は排除する。この目的を達成するために、発明者は、これまで、液体媒体が適応媒質及び懸濁媒質の光学特性を適合させるよう適応媒質として使用されてきた、という見識を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、懸濁媒質を撮像する装置が与えられる。当該装置は：  
・  懸濁媒質及び適合流体（ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ）を受容するよう配置されるホルダ；  
・  懸濁媒質及び適合流体を照射する１つ又はそれより多くの放射線の源；及び、
・  放射線の強度を測定する１つ又はそれより多くの光検出器；  
を有する。適合流体は、懸濁媒質の対応する１つ又はそれより多くの光学的特性に実質的に適合する適合流体の１つ又はそれより多くの光学的特性を備える蒸気である。
【０００９】
一実施例において、装置は、光学マンモグラフィを実行する装置である。
【００１０】
本願において、蒸気は、広義に理解されるべきであり、少なくとも気体状の固体粒子、液体粒子、エアゾール、及び空気等である雰囲気又は環境において一般的に浮遊している特定の物質を有する。
【００１１】
本発明は、ある装置を与えるよう独占的にではないが特に有利であり、該装置は、懸濁媒質の撮像に関連する短絡の問題を解決し、液体適合流体を使用することの全てではないが大半の利点を保持し、また測定中に患者が座るかあるいは立つことを可能にする。
【００１２】
有利な実施例において、適合流体は、少なくとも２つの構成要素を有する複合蒸気である。複合蒸気を使用することによって、蒸気等である固有希薄媒質は、十分な光学密度を与えられ得る。
【００１３】
この目的を達成するために、蒸気の光学特性は、複数の方途において制御され得、有利な実施例は、従属請求項において与えられる。蒸気の光学特性は、複数の方途において調整及び制御され得る、ことが有利であり、それによって可転性（汎用性）適合流体を可能にする。
【００１４】
有利な一実施例において、装置は更に噴霧器（ネブライザ）を有し得、蒸気は、該噴霧器によってネブラ（ｎｅｂｕｌａ）状に生成される。
【００１５】
有利な一実施例において、装置は更に、蒸気において粒子の位置をランダム化する音波を生成する装置を有し得る。測定のタイムスケールにおいて適合流体の光学特性を安定化させるよう粒子の位置をランダム化することは、有利である。
【００１６】
第２の態様において、本発明は、懸濁媒質を撮像する方法に係る。当該方法は：  
・  懸濁媒質及び適合流体をホルダにおいて配置する段階；  
・  懸濁媒質及び適合流体を１つ又はそれより多くの放射線の源を有して照射する段階；及び、
・  放射線の強度を１つ又はそれより多くの光検出器によって測定する段階、
を有する。適合流体は、懸濁媒質の対応する１つ又はそれより多くの光学的特性に実質的に適合する適合流体の１つ又はそれより多くの光学的特性を備える蒸気として選択される。
【００１７】
一般的に、本発明の多種の態様は、本発明の範囲内においてなんらかの可能な方途において組合せ及び結合され得る。本発明のこれらの及び他の態様、特性、及び／又は利点は、以下に記載される実施例を参照して明らかに説明される。
【００１８】
本発明の実施例は、単なる例として、図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】光学マンモグラフィにおいて存在する短絡の問題を図示する。
【図２】マンモグラフィ装置のホルダの一実施例を図示する。
【図３】寸法パラメータｘの関数としての液体水におけるＴｉＯ２の散乱係数Ｑのグラフを示す。
【図４】寸法パラメータｘの関数としての空気中の水滴の散乱係数Ｑのグラフを示す。
【図５】高濃度の散乱粒子で充填される液滴の概略図である。
【図６】本発明に従った懸濁媒質を撮像する方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
光学マンモグラフィに対する課題の１つは、光が検査中の組織を通って移動することなく光源から検出器までの経路を見つけるのを防ぐこと、即ち短絡の問題を解決すること、である。
【００２１】
図１は、光学マンモグラフィにおいて存在する短絡の問題を示す。検査中の組織、即ち懸濁媒質１は、女性の乳房又は乳房の一部であり、しばしばカップと称されるホルダ２の内部に置かれる。ホルダはまた、光源３及び検出器４（又は複数の光源及び検出器）である光学素子を包含する。実線５は、検査中の組織の周囲に移動する源３から検出器４までの経路を図示する。これに関する問題は、組織を通って移動した検出器に到達する少量の光が、点線６で図示される通り、検査中の組織の周囲において移動することによって検出器に到達した比較的大量の光によって隠される（マスキングされる）、という点である。
【００２２】
短絡の問題を回避するかあるいは少なくとも縮小するよう、乳房は、ホルダにおいて与えられる流体７において漬けられる。更には、流体を与えることによって、較正に対して均等な参照媒質を与えるという目的を達成し、コンテナ及び乳房の両方によって境界効果を排除又は減少させる、ことが求められ、オプトードと乳房との間に安定した光学接触が与えられる。かかる目的を達成するよう、乳房及び流体の光学特性（散乱、吸収、及び屈折率）は、実質的に適合される。例えば、減衰定数κの適合は、３０％以内、２０％以内、１０％以内、又はそれより優れ得る。散乱係数、吸収係数、及び屈折率の適合は、より大きな係数を逸脱し得（ｄｅｖｉａｔｅ  ｂｙ  ｌａｒｇｅｒ  ｆａｃｔｏｒｓ）、適合は、５０％以内、３０％以内、１０％以内、又はそれより優れ得る。
【００２３】
図２は、本発明に従ったマンモグラフィ装置２２のホルダの一実施例を示す。乳房２０は、乳房２０とカップ壁２３との間における範囲を充填するよう、蒸気２１で充填されたホルダ２６において位置付けられる。適合流体、即ち蒸気の１つ又はそれより多くの光学特性は、適合流体の１つ又はそれより多くの光学特性が懸濁媒質、即ち乳房組織の対応する１つ又はそれより多くの光学特性に実質的に適合するよう、与えられる。懸濁媒質と実質的に適合される光学特性を有する適合流体の使用の結果、源からの光学的短絡は、回避されるかあるいは少なくとも抑えられ、光源と光検出器との間の光経路に沿った光学特性は、全ての位置において同様にされる。ホルダは、懸濁媒質及び適合流体を照射するよう一式の放射線源２４を与えられる。放射線源は典型的に、ホルダに対して取り付けられるファイバの形状であり、光はホルダへと結合され得る。光は、源ファイバから乳房２０を通って移動し得、続いて放射線の強度を測定するよう一連の光検出器２５へと結合される。検出器は、ホルダに対して取り付けられるファイバを用いてホルダに対して結合される。他の実施例において、フォトダイオード、ＣＣＤチップ等である検出器は、ホルダ上に直接、あるいはホルダにおいて取り付けられ得る。
【００２４】
ホルダ２２は、光学マンモグラフィ装置の一部であり、かかる装置は、本願に参照によって組み込まれる米国特許第６，４８０，２８１等から既知である。検査されるべき乳房の内部の画像を再構築するよう、反復方法が適用され得る。かかる方法は、本願に参照として組み込まれる特許出願ＷＯ９９／０３３９４等から既知である。マンモグラフィ装置は典型的には、測定された強度から懸濁媒質の画像を導出するよう処理ユニットも有するか、処理ユニットに対して接続される。更に装置は、導出された画像を表示するようディスプレイを備えられ得るか、あるいはディスプレイに対して接続され得る。
【００２５】
不透明な流体及び懸濁媒体を有する不透明又は高密度媒体の光学特性は、複数の方途において説明され得る。かかる媒体は、以下の少なくとも４つのパラメータによって特徴付けられる（例えば、Ｈ．Ｃ．  ｖａｎ  ｄｅ  Ｈｕｌｓｔによる「Ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｂｙ  ｓｍａｌｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｄｏｖｅｒ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９８１年、が参照される）。
【００２６】
１．直接透過される（散乱されない）光における強度の損失に対する特徴である消散長さ（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）ｌｅｘｔ：吸収及び散乱により、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−ｄ／ｌｅｘｔ）。式中、Ｉ０は、入射強度である。実質的に白色である（非吸収）媒体に対して、ｌｅｘｔは、散乱の平均自由行程ｌｓｃａと入れ替えられ得る。
【００２７】
２．散乱媒質の大半における実行拡散長さである、輸送平均自由行程ｌｔｒａ。それは特徴的な長さであり、該長さにわたって光は、本来の伝搬方向との相関関係を損失する。
【００２８】
３．媒質の「白色度」を示す吸収長さ、ｌａｂｓ。
【００２９】
４．媒質の寸法又は厚さ、ｄ。
【００３０】
散乱の平均自由行程ｌｓｃａと輸送平均自由行程ｌｔｒａとの間の差異は、非等方散乱の結果である。以下の関係が適用される：  
ｌｔｒａ＝ｌｓｃａ／（１−＜ｃｏｓθ＞）  
式中、θは散乱角である。粒子が全ての方向において同量の光を散乱する場合、散乱角を平均コサインはゼロであり、故にｌｔｒａ＝ｌｓｃａである。
【００３１】
散乱異方性は、ｇ＝＜ｃｏｓ（θ）＞である。
【００３２】
上述において、空間及び時間の両方における媒質の（統計的）均質性が予測される。空間において、媒質は、散乱に対する散乱長さスケールｌｓｃａを実際に有し得るが、例えば全範囲の長さスケールに関連付けられるフラクタル微細構造を有し得る。特には、２つの散乱長さスケールを有する媒質は可能であり、例えば、散乱液滴の集まりは、粒子の散乱懸濁を有する（ｃｌｏｕｄ  ｏｆ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ  ａ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）。前述された全てのパラメータは、媒質の光学密度になんらかの方途において関連する。
【００３３】
複数のパラメータ及び関係は、体積ｖを有する統計上均質である媒質に対して使用可能である。ｒは粒子半径であり、ｎは粒子屈折率であり、ｎｍｅｄは媒質の屈折率であり、λは真空における波長であり、Ｎは粒子の数であり、並びにｎ０＝Ｎ／Ｖは粒子の数密度である。かかるパラメータ及び関係の非排他的なリストは以下の通りである：  
体積分率：  ｆ＝４πｒ３ｎ０／３，  ０＜ｆ＜１，  典型的にはｆ＜０．７
寸法パラメータ：  ｘ＝２πｒｎｍｅｄ／λ
形状断面積：  σｇｅｏ＝πｒ２
散乱断面積：  σｓｃａ
吸収断面積：  σａｂｓ
総断面積又は消散断面積：  σｅｘｔ＝σｓｃａ＋σａｂｓ 
消散長さ：  ｌｅｘｔ＝（ｎ０σｅｘｔ）−１ 
粒子「白色度」又はアルベド（ａｌｂｅｄｏ）：  ａ＝σｓｃａ／σｅｘｔ 
散乱に対する複数の線質係数（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）：  Ｑｓｃａ＝σｓｃａ／σｇｅｏ 
散乱の平均自由行程：  ｌｓｃａ＝（ｎ０σｓｃａ）−１ 
散乱係数：  μｓ＝１／ｌｓｃａ  
非弾性長さ（ｉｎｅｌａｓｔｉｃ  ｌｅｎｇｔｈ）：  ｌｉｎ＝ａｌｓｃａ／（１−ａ）＝ｌｅｘｔ／（１−ｌｅｘｔ／ｌｓｃａ）＝（ｌｅｘｔ−１−ｌｓｃａ−１）−１ 
放射圧に対する断面積：  σｐｒ 
運動量移動に対する線質係数：  Ｑｐｒ＝σｐｒ／σｇｅｏ 
輸送平均自由行程：  ｌｔｒａ＝（ｎ０σｐｒ）−１ 
等価散乱係数：  μｓ’＝１／ｌｔｒａ 
減衰長さ：  ｌａｔｔ＝ｌｔｒａ／√（３（１−ａ）ｌｔｒａ／（ａｌｓｃａ））＝√（ｌｔｒａｌｉｎ／３）  
吸収係数：  μａ＝μｓ（１−ａ）／ａ  
減衰係数：  κ＝√（３μａμｓ’）＝√（３（１−ａ）／（ａｌｓｃａｌｔｒａ））＝√（３μｓ’（ｌｅｘｔ−１−ｌｓｃａ−１））
【００３４】
一般的に、適合流体の１つ又はそれより多くの光学特性は、懸濁媒質の対応する光学特性に実質的に適合するようにされ得る。放射線源は、選択された波長において懸濁媒質を照射し得、かかる選択された波長に対して、適合流体の１つ又はそれより多くの選択された光学特性は、懸濁媒質の対応する光学特性に実質的に適合するようにされ得る。１つ又はそれより多くの適合する光学特性は、１つ又はそれより多くの減衰係数、散乱係数、吸収係数、屈折率、又は他の上述された特性、あるいは他の光学特性であり得る。
【００３５】
適合流体は、異なる実施例において異なる種類の蒸気によって与えられ得る。
【００３６】
一実施例において、蒸気は、霧又はフォッグ状（以下は単に霧状と称する）である。霧は、散乱及び吸収を起こす小さな液滴を有する。霧が十分に濃密である場合、ミストにわたる光学的短絡をブロックすることは可能である。霧は、例えば沸騰する液体から生成され得る。
【００３７】
一実施例において、蒸気は、微粒子の集まりの形状である。ある１つの種類の微粒子の集まりは、小さな炭素微粒子を有する煙である。
【００３８】
煙密度に対する要求は、長いスケールの可視性を有する空気中の粒子の濃度と相互に関連する空気質表（ａｉｒ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｔａｂｌｅ）から予測され得、それによって煙密度が例えば０．２４ｇ／ｌ、０．１５ｇ／ｌ又はそれより高いべきである、ことは予測され得る。
【００３９】
他の予測において、所望される光学密度（ＯＤ）が算出され得、かかる密度が実験で得られたＯＤと比較され得る。ＯＤは以下の通り与えられる：  
ＯＤ＝−１０ｌｏｇ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ  ｐｒ．ｍｅｔｅｒ）
女性の乳房に関し、
【００４０】
【数１】
2010508504.tif 000003
（等価散乱係数）、及び
【００４１】
【数２】
2010508504.tif 000004
（κは減衰係数、μａは吸収係数）であり、女性の乳房の透過率は、１ｍｍにおいて約ｌ／ｅであり、ＯＤは４３０である。かかるＯＤは、ＬＡＴＩ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａ  Ｔｒｅｍｏｐｌａｓｔｉｃｉ社（ｗｗｗ．ｌａｔｉ．ｃｏｍ）から入手可能であるＬＡＴＥＮＥ  ３  Ｈ２Ｗ−Ｖ０等である特定の熱可塑性プラスチックを燃焼させることから生成される煙等から得られ得る。
【００４２】
一実施例において、蒸気は、音波を使用してホルダを押し流され小粒子を有する粉状である。
【００４３】
一実施例において、蒸気は、「噴霧器」を用いて生成され得る微粒子の集まりの形状である。噴霧器の利点は、もたらされる蒸気が乾燥しており且つ冷たいことであり、したがって皮膚においてより快適に感じられ得る、ことである。噴霧器は、液状微小液滴の集まり、即ち霧を生成するよう適用され得る。噴霧器からの放出される微小粒子の集まりは、ネブラとも称される。
【００４４】
多種の実施例に関し、散乱及び吸収の量、即ち光学特性は、液滴又は微小粒子の寸法（液滴寸法、粒子寸法）、量、及び組成を調節することによって調整され得る。蒸気の効果的な（統計上の）光学特性が測定中に変化しない、ことは重要となり得る。一実施例において、これは、蒸気の粒子状物質（液滴、粒子）に十分に早く且つランダムな運動を与えることによって得られ得るため、粒子状物質の場所は、平均される。このことは、完了されるべき１つの測定のタイムフレーム内において粒子の位置をランダム化することによって達成され得る。これは、１ｍｓ乃至５０ｍｓの範囲にあり、例えば２５ｍｓであり得る。
【００４５】
一実施例において、蒸気の粒子状物質の場所は、高周波音振動の適用によって併記にされる。粒子の十分な動きは、音波の周波数及び振幅を調節することによって得られる。２５ｍｓの時間を有する音は、周波数４０Ｈｚに対応する。十分なランダム化を確実なものとするよう、例えば４００Ｈｚ又はそれより高い高周波音声は、使用され得る。一実施例において、超音波は使用され得る。患者に音が聞こえないため、超音波を使用することは有利である。しかしながら、定常波パターンがホルダにおいて形成されないことを確実なものとすることは重要であり、これは、可聴周波数をチャーピングすること（ｃｈａｒｐｉｎｇ）によって達成され得、周波数は、常に急速に変えられる。図２中、例えば圧電トランスデューサの形状である超音波トランスデューサ２８は、概略的に示され、ホルダ２２の内部上に与えられている。
【００４６】
上述された通り、噴霧器は、一実施例において適合流体、即ちホルダ内部の蒸気を生成するよう利用され得る。噴霧器は、アトマイザとも称される。噴霧器は典型的には、肺へと薬剤を運搬するよう使用される。圧縮空気噴霧器、ジェット噴霧器、及び超音波噴霧器等である異なる種類の噴霧器は、適用され得る。超音波噴霧器において、ＭＨｚ範囲における振動は、噴霧器のノズルから放出されるミクロン寸法粒子（エアゾール）に対して液体を噴霧するよう使用される。図２において、噴霧器２７は概略的に示され、該噴霧器は、ホルダにおける開口を介してホルダへと挿入されるノズルを備えられる。他の実施例において、噴霧器は、ホルダにおいて有され得る。
【００４７】
噴霧器は、液状微小液滴の集まりを生成するよう純水を有して駆動され得るが、十分に高い消散を得るよう十分に濃密である蒸気を生成することは、困難であり得る。
【００４８】
より濃密な蒸気は、少なくとも２つの構成要素を有する複合蒸気によって与えられ得る。蒸気は、第１の構成要素を有し得る。該第１の構成要素は、第１の散乱構成要素とも称され、第２の構成要素の液滴において溶解される。このため、ＴｉＯ２の溶液は、ＴｉＯ２ナノ粒子又は微粒子等である溶解されたＴｉＯ２粒子を有する水の微小液滴の集まりを生成するよう適用される。第２の構成要素において溶解された第１の散乱構成要素を使用することの利点は、生成される微粒子の集まりの平均散乱及び吸収特性が、上述された液滴内部のＴｉＯ２粒子等である散乱構成要素の濃度を変えることによって所望される値まで調節され得る、ことである。特には、光散乱に対する所謂異方性ファクタ又はｇファクタは、調節され得、液滴に対して１より大幅に小さいよう調節され得る。
【００４９】
図３は、寸法パラメータ３２の関数として液体水におけるＴｉＯ２粒子の散乱効率Ｑ３１のグラフ３０を示し、ｘ＝２πｒｎｍｅｄλである。運動量移動に対する線質係数Ｑｐｒは、参照符号３３で示され、散乱に対する線質係数Ｑｓｃａは、参照符号３４で示される。
【００５０】
女性の乳房に類似する液状散乱媒質は、水において懸濁される直径約ｄ＝２ｒ＝２５０ｎｍを有するＴｉＯ２粒子によって与えられ得る（ｎｍｅｄ＝１．３２７）。濃度ρ＝１．２ｇ／ｌは、波長λ＝７８０ｎｍにおいて現実的な結果を与える、ことが実験的に判明する。典型的には、蒸気液滴におけるＴｉＯ２粒子の濃度は、気体の代りに純粋な液体を使用する場合において更に高い。したがって、ＴｉＯ２濃度は、（蒸気における液体体積分率の逆数（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）による第１の概算において）１．２ｇ／ｌより高くなる。
【００５１】
ρｓ＝４．２ｋｇ／ｌであるＴｉＯ２特定密度を使用して、水におけるＴｉＯ２の体積分率は、寸法パラメータがｘ＝２．６７である場合、ｆ＝ρ／ρｓ＝４πｒ３ｎ０／３＝２．８６×１０−４として見つけられる。図３からＱｐｒ＝２に対する値が読み取られ（参照符号３５によってグラフ上に示される通り）、等価散乱係数は、μｓ’＝ｌｔｒａ−１＝ｎ０σｇｅｏＱｐｒ＝３ρＱｐｒ／（４ｒρｓ）＝１．７２×１０３ｍ−１として得られる。減衰係数は、κ＝√（３μａμｓ’）＝１０８．７ｍ−１と算出され、ｌｉｎ＝λ／（４πｋ）＝μａ−１＝０．４３７ｍを有する純水において、非弾性長さ、又は吸収長さに対応するｋ＝１．４４×１０−７を有する対応する水吸収によって主に確定される。
【００５２】
粒子及び媒質屈折率はいずれも、実際には複素数、ｎ−ｉｋであるが、散漫散乱の場合、いずれの虚数部も、実数部と比較して小さい。
【００５３】
Ｑｐｒ＝２．０を有するＴｉＯ２／水混合物に対する適切なＴｉＯ２粒子寸法は、（参照符号３６によって図３上に示される通り）１．５＜ｘ＜３．５である寸法パラメータを有する。これは、等価散乱係数がμｓ’＝１．５ｍｍ−１であるようにされる場合、０．２８＜ｄ＜０．６５ミクロンの粒子寸法、及び０．０００１４＜ｆ＜０．０００３３の体積分率を意味する。
【００５４】
図４は、寸法パラメータ４２の関数として空気中の水液滴の散乱効率Q４１のグラフ４０を示し、ｘ＝２πｒｎｍｅｄλである。運動量移動に対する線質係数Ｑｐｒは、参照符号４３で示され、散乱に対する線質係数Ｑｓｃａは、参照符号４４で示される。
【００５５】
水／空気混合物（霧）に対する最適な液滴寸法は、５＜ｘ＜１５であり、Ｑｐｒ＝０．６を有する。（参照符号４５によって図４中に示される通り）これは、μｓ’＝３ｆＱｐｒ／（４ｒ）が使用され且つ等価散乱係数がμｓ’＝１．５ｍｍ−１であるよう求められる場合、１．２４＜ｄ＜３．７２ミクロンの液滴寸法、及び０．００２１＜ｆ＜０．００６２の体積分率を意味する。
【００５６】
同一の体積分率に対して寸法により液滴及び（ＴｉＯ２）粒子を比較する際、液滴は典型的に、比較的長い散乱（輸送）μｓ’を有する。しかしながら、液滴が図５に示される通り高濃度のＴｉＯ２粒子で充填される際、液滴内において多量の散乱があり、光は液滴から主に後方に散乱される。液滴のみに対して、散乱は、前方向において異方性である。水において懸濁されるＴｉＯ２粒子に対して、散乱は略等方性である。液滴内部のＴｉＯ２粒子を有して、散乱は、後方において異方性となり、これはＴｉＯ２粒子を有する液滴の使用に対する利点である。
【００５７】
図５は、２つの構成要素を有する複合蒸気５３の概略図である。第１の散乱構成要素５１は、第２の構成要素の液滴５０において溶解される。
【００５８】
液滴の寸法は、放射線又は光５２の波長と比較して大きくあり得る。蒸気は、一実施例において、高濃度のＴｉＯ２粒子５１で充填される、水の微小液滴５０の集まりであり得る。かかる液滴は、二段階散乱機構を生じさせる。液滴がそれ自体強い散乱を有するため、光は、液滴によって強く散乱される。十分に高いＴｉＯ２粒子の濃度において、液滴からの散乱は、主に後方である。
【００５９】
内部に散乱するＴｉＯ２粒子のＴｉＯ２粒子を有する水液滴に関し、図５に示される通り、ＴｉＯ２の体積分率は、液体水において溶解されるＴｉＯ２粒子の対応する体積分率より大幅に高くされ得る。液滴寸法が１ミクロンである場合、液滴内部の輸送平均自由行程ｌｔｒａは、ミクロンの４分の１等であるその一部にされ（ｍａｄｅ  ａ  ｆｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈａｔ）、液滴は実質的に不透明になり、液滴の運動量移動に対する線質係数Ｑｐｒは２のオーダの値まで上昇し、液滴における平均光学経路は４ｌｔｒａのオーダを有する。複合蒸気を生成するよう水において溶解されるＴｉＯ２粒子を有する噴霧器を使用する際、ネブラにおける液滴に対する体積分率は、等価散乱係数が変更されずに残ると仮定して、この手法を使用して３の係数分低減され得る。
【００６０】
一般的に、例えば１ミリメートルを下回るような３ミリメートルを下回る輸送平均自由行程ｌｔｒａを有する複合蒸気の構成要素の選択は、有利であり得る。更には、平均における液滴が第１の構成要素の散乱構成要素の輸送平均自由行程より大きいよう寸法を有する液滴、即ち第２の構成要素を生成することは、有利であり得る。故に、水液滴は、懸濁されたＴｉＯ２粒子の輸送平均自由行程より大きな寸法を有して生成され得る。
【００６１】
散乱構成要素（溶解された粒子）及び第２の構成要素の液滴はいずれも、光吸収特徴を有し得るため、並びにいずれも値の範囲内において調節され得るため、屈折率の対比（ｃｏｎｔｒａｓｔ）、即ち第１の散乱構成要素及び第２の構成要素の屈折率間の比率（ｎ／ｎｍｅｄ）は、可能な限り大きく、例えば１．５より大きい、ことを確実なものとするよう有利であり得る。全体的な材料の散乱特性は、屈折率の対比によって確定される。
【００６２】
一般的に、蒸気の光学特性は、散乱及び吸収特性が水（液滴）のものより高いよう調節され得る。
【００６３】
液滴の減衰係数は、液滴における吸収色素を溶解することによって調整され得る。水及び色素のみを使用して、値κ＝１００ｍ−１を得るよう、アルベドは、κ＝√（３μａμｓ’）＝√（３（１−ａ）／（ａｌｓｃａｌｔｒａ））＝√（３μｓ’（ｌｅｘｔ−１−ｌｓｃａ−１））を使用して算出され得る。図４から、Ｑｓｃａは、５＜ｘ＜１５の範囲にわたって１．７乃至４において変化する、ことが分かる。
【００６４】
Ｑｓｃａ＝３．９及びｆ＝０．００２５を有するｘ＝６又はｄ＝１．４９ミクロンの場合、及びＱｓｃａ＝１．８及びｆ＝０．００５０を有するｘ＝１２又はｄ＝２．９８ミクロンの場合である、いずれもＱｐｒ＝０．６を有する２つの場合を考える。μｓ’＝３ｆＱｐｒ／（４ｒ）、及び等価散乱係数μｓ’＝１．５ｍｍ−１が使用される。この状況において、κ＝μｓ’（√（３（ａ−１−１）Ｑｓｃａ／Ｑｐｒ）であり、故にκ＝１００ｍ−１及びｘ＝６に対して、アルベドａ＝０．９９９７７２であること、ｘ＝１２に対してａ＝０．９９５０６４であることが分かる。水及び色素の液滴における内部吸収の組合せは、ここで算出されるアルベドまで上昇すべきである。複合屈折率に対する適切な値は、吸収球から散乱するよう正確な解法（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を反復的に解くこと（ｓｏｌｖｉｎｇ）によって見つけられ得る（ミー理論）。ｎ＝１．３２７であるとすると、ｘ＝６に対する結果は、ｋ＝１．６×１０−４及びＱｅｘｔ＝３．８８２、Ｑｓｃａ＝３．８８１、Ｑｐｒ＝０．５８２であり、ｘ＝１２に対してはｋ＝３．５×１０−５及びＱｅｘｔ＝１．６６０、Ｑｓｃａ＝１．６５１、Ｑｐｒ＝０．５６８２である。７８０ｎｍにおける水の吸収は、ｋ＝１．４４×１０−７であり、故になんらかの吸収色素が加えられなければならない。ｋ＝１．６×１０−４の吸収を得るよう、ｌａｂｓ＝λ／（４πｋ）＝０．３８８ｍｍである吸収長さ（ｌ／ｅ）を有する水における色素溶液が考えられるべきである。
【００６５】
図４は、吸収が弱い場合におけるＱｓｃａを評価するよう使用され得るのみであるが、強く吸収する粒子の散乱特性の厳密な算出も可能である。
【００６６】
図６は、本発明に従った懸濁媒質を撮像する方法を示す。該方法は少なくとも、懸濁媒質及び適合流体をホルダ６０において配置する段階、懸濁媒質６１及び適合流体を１つ又はそれより多くの放射線源を有して照射する段階、及び、１つ又はそれより多くの光検出器によって放射線６２の強度を測定する段階、を有する。
【００６７】
本発明は、特定の実施例に関連して説明されてきたが、本願において記載される特定の形状に制限されるよう意図されていない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ制限される。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又は段階の存在を除外しない。更に、個別の特徴が異なる請求項において有され得るが、該特徴は有利に組み合わされることが可能であり、異なる請求項において含まれることは、特徴の組合せが実現可能／有利ではないことを示すものではない。加えて、単数で示されるものは、その複数の存在を除外しない。故に、単数形を示す語、「第１の」、「第２の」等は、複数を排除するものではない。更には、請求項における参照符号は、範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2010508504.tif 000005
【図２】
2010508504.tif 000006
【図３】
2010508504.tif 000007
【図４】
2010508504.tif 000008
【図５】
2010508504.tif 000009
【図６】
2010508504.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月1日(2009.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特には光学的放射を用いて懸濁媒質を撮像することによって、懸濁媒質を撮像する装置に係る。本発明は更に、懸濁媒質を撮像する方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
人間又は動物の組織の内部構造を撮像する装置は、複数存在し、かかる装置のある種類は、人間又は動物の女性の乳房組織の生体内検査に対する光学マンモグラフィに関連する。この場合、懸濁媒質は、検査される女性の乳房である。
【０００３】
既知の種類の光学マンモグラフィ装置において、乳房又は乳房の一部は、複数の光源を有するホルダ及びホルダの壁にわたって分配される光検出器の内部に置かれる。ホルダは更に、乳房が漬けられる適合液体を包含する。適合液体は、夫々、撮像されるべき乳房の一部と光源及び光検出器との間における光結合を与える。更には、例えば等価散乱係数μｓ’及び吸収係数μａである適合液体の光学パラメータは、撮像されるべき乳房の一部のものと略同等であるよう選択される。適合液体は、光源と光検出器との間における光学短絡（ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔｉｎｇ）を防ぎ、更に、適合流体はまた、再構築された画像における境界効果を緩和する。かかる効果は、乳房組織の内部とホルダにおける残余空間との間における光学コントラストにおける際によって引き起こされる。強度を測定するよう、交互に光源の１つが撮像されるべき乳房の一部を照射し、検出器は、撮像されるべき乳房の一部を通って輸送される光の一部を測定する。かかる測定は、撮像されるべき一部がホルダにおいて存在する全ての光源によって照射されるまで反復され、撮像されるべき乳房の一部の内部の画像は、測定された強度測定結果から続いて再構築され得る。
【０００４】
米国特許第５，９０７，４０６（特許文献１）は、懸濁媒質を撮像する装置を開示する。該装置は、ホルダ、光源、光検出器、及び処理ユニットを有する。ホルダは、懸濁媒質に加えて、懸濁媒質の光学特性と実質的に同一の光学特性を有する液体適応媒質を受容するよう適応される。この方法の欠点は、液体が漏れ出るため、測定は液体へと釣り下げられる乳房に対してのみ行なわれ得、患者は常に横たわっていなければならない、という点である。吸収及び散乱液体に関する一般的な問題は、液体内の散乱及／吸収粒子が重力によって引かれ、下部における粒子の沈殿を防ぐよう安定化される必要がある、という点である。
【０００５】
本発明の発明者は、例えば光学マンモグラフィに関連して懸濁媒質を撮像する向上された方途が有益であり得ることを認識し、その結果本発明を発明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，９０７，４０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、懸濁媒質を撮像する向上された方途を与えることによって上述された必要性に対処し、また望ましくは、１つ又はそれより多くの上述又は他の不利点を個々にあるいは組み合わせて軽減、緩和、又は排除する。この目的を達成するために、発明者は、これまで、液体媒体が適応媒質及び懸濁媒質の光学特性を適合させるよう適応媒質として使用されてきた、という見識を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、請求項１記載の懸濁媒質を撮像する装置が与えられる。
【０００９】
一実施例において、装置は、光学マンモグラフィを実行する装置である。
【００１０】
本願において、蒸気は、広義に理解されるべきであり、少なくとも気体状の固体粒子、液体粒子、エアゾール、及び空気等である雰囲気又は環境において一般的に浮遊している特定の物質を有する。
【００１１】
本発明は、ある装置を与えるよう独占的にではないが特に有利であり、該装置は、懸濁媒質の撮像に関連する短絡の問題を解決し、液体適合流体を使用することの全てではないが大半の利点を保持し、また測定中に患者が座るかあるいは立つことを可能にする。
【００１２】
有利な実施例において、適合流体は、少なくとも２つの構成要素を有する複合蒸気である。複合蒸気を使用することによって、蒸気等である固有希薄媒質は、十分な光学密度を与えられ得る。
【００１３】
この目的を達成するために、蒸気の光学特性は、複数の方途において制御され得、有利な実施例は、従属請求項において与えられる。蒸気の光学特性は、複数の方途において調整及び制御され得る、ことが有利であり、それによって可転性（汎用性）適合流体を可能にする。
【００１４】
有利な一実施例において、装置は更に、蒸気において粒子の位置をランダム化する音波を生成する装置を有し得る。測定のタイムスケールにおいて適合流体の光学特性を安定化させるよう粒子の位置をランダム化することは、有利である。
【００１５】
第２の態様において、本発明は、請求項１５記載の懸濁媒質を撮像する方法に係る。
【００１６】
一般的に、本発明の多種の態様は、本発明の範囲内においてなんらかの可能な方途において組合せ及び結合され得る。本発明のこれらの及び他の態様、特性、及び／又は利点は、以下に記載される実施例を参照して明らかに説明される。
【００１７】
本発明の実施例は、単なる例として、図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光学マンモグラフィにおいて存在する短絡の問題を図示する。
【図２】マンモグラフィ装置のホルダの一実施例を図示する。
【図３】寸法パラメータｘの関数としての液体水におけるＴｉＯ２の散乱係数Ｑのグラフを示す。
【図４】寸法パラメータｘの関数としての空気中の水滴の散乱係数Ｑのグラフを示す。
【図５】高濃度の散乱粒子で充填される液滴の概略図である。
【図６】本発明に従った懸濁媒質を撮像する方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
光学マンモグラフィに対する課題の１つは、光が検査中の組織を通って移動することなく光源から検出器までの経路を見つけるのを防ぐこと、即ち短絡の問題を解決すること、である。
【００２０】
図１は、光学マンモグラフィにおいて存在する短絡の問題を示す。検査中の組織、即ち懸濁媒質１は、女性の乳房又は乳房の一部であり、しばしばカップと称されるホルダ２の内部に置かれる。ホルダはまた、光源３及び検出器４（又は複数の光源及び検出器）である光学素子を包含する。実線５は、検査中の組織の周囲に移動する源３から検出器４までの経路を図示する。これに関する問題は、組織を通って移動した検出器に到達する少量の光が、点線６で図示される通り、検査中の組織の周囲において移動することによって検出器に到達した比較的大量の光によって隠される（マスキングされる）、という点である。
【００２１】
短絡の問題を回避するかあるいは少なくとも縮小するよう、乳房は、ホルダにおいて与えられる流体７において漬けられる。更には、流体を与えることによって、較正に対して均等な参照媒質を与えるという目的を達成し、コンテナ及び乳房の両方によって境界効果を排除又は減少させる、ことが求められ、オプトードと乳房との間に安定した光学接触が与えられる。かかる目的を達成するよう、乳房及び流体の光学特性（散乱、吸収、及び屈折率）は、実質的に適合される。例えば、減衰定数κの適合は、３０％以内、２０％以内、１０％以内、又はそれより優れ得る。散乱係数、吸収係数、及び屈折率の適合は、より大きな係数を逸脱し得（ｄｅｖｉａｔｅ  ｂｙ  ｌａｒｇｅｒ  ｆａｃｔｏｒｓ）、適合は、５０％以内、３０％以内、１０％以内、又はそれより優れ得る。
【００２２】
図２は、本発明に従ったマンモグラフィ装置２２のホルダの一実施例を示す。乳房２０は、乳房２０とカップ壁２３との間における範囲を充填するよう、蒸気２１で充填されたホルダ２６において位置付けられる。適合流体、即ち蒸気の１つ又はそれより多くの光学特性は、適合流体の１つ又はそれより多くの光学特性が懸濁媒質、即ち乳房組織の対応する１つ又はそれより多くの光学特性に実質的に適合するよう、与えられる。懸濁媒質と実質的に適合される光学特性を有する適合流体の使用の結果、源からの光学的短絡は、回避されるかあるいは少なくとも抑えられ、光源と光検出器との間の光経路に沿った光学特性は、全ての位置において同様にされる。ホルダは、懸濁媒質及び適合流体を照射するよう一式の放射線源２４を与えられる。放射線源は典型的に、ホルダに対して取り付けられるファイバの形状であり、光はホルダへと結合され得る。光は、源ファイバから乳房２０を通って移動し得、続いて放射線の強度を測定するよう一連の光検出器２５へと結合される。検出器は、ホルダに対して取り付けられるファイバを用いてホルダに対して結合される。他の実施例において、フォトダイオード、ＣＣＤチップ等である検出器は、ホルダ上に直接、あるいはホルダにおいて取り付けられ得る。
【００２３】
ホルダ２２は、光学マンモグラフィ装置の一部であり、かかる装置は、本願に参照によって組み込まれる米国特許第６，４８０，２８１等から既知である。検査されるべき乳房の内部の画像を再構築するよう、反復方法が適用され得る。かかる方法は、本願に参照として組み込まれる特許出願ＷＯ９９／０３３９４等から既知である。マンモグラフィ装置は典型的には、測定された強度から懸濁媒質の画像を導出するよう処理ユニットも有するか、処理ユニットに対して接続される。更に装置は、導出された画像を表示するようディスプレイを備えられ得るか、あるいはディスプレイに対して接続され得る。
【００２４】
不透明な流体及び懸濁媒体を有する不透明又は高密度媒体の光学特性は、複数の方途において説明され得る。かかる媒体は、以下の少なくとも４つのパラメータによって特徴付けられる（例えば、Ｈ．Ｃ．  ｖａｎ  ｄｅ  Ｈｕｌｓｔによる「Ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｂｙ  ｓｍａｌｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｄｏｖｅｒ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９８１年、が参照される）。
【００２５】
１．直接透過される（散乱されない）光における強度の損失に対する特徴である消散長さ（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）ｌｅｘｔ：吸収及び散乱により、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−ｄ／ｌｅｘｔ）。式中、Ｉ０は、入射強度である。実質的に白色である（非吸収）媒体に対して、ｌｅｘｔは、散乱の平均自由行程ｌｓｃａと入れ替えられ得る。
【００２６】
２．散乱媒質の大半における実行拡散長さである、輸送平均自由行程ｌｔｒａ。それは特徴的な長さであり、該長さにわたって光は、本来の伝搬方向との相関関係を損失する。
【００２７】
３．媒質の「白色度」を示す吸収長さ、ｌａｂｓ。
【００２８】
４．媒質の寸法又は厚さ、ｄ。
【００２９】
散乱の平均自由行程ｌｓｃａと輸送平均自由行程ｌｔｒａとの間の差異は、非等方散乱の結果である。以下の関係が適用される：  
ｌｔｒａ＝ｌｓｃａ／（１−＜ｃｏｓθ＞）  
式中、θは散乱角である。粒子が全ての方向において同量の光を散乱する場合、散乱角を平均コサインはゼロであり、故にｌｔｒａ＝ｌｓｃａである。
【００３０】
散乱異方性は、ｇ＝＜ｃｏｓ（θ）＞である。
【００３１】
上述において、空間及び時間の両方における媒質の（統計的）均質性が予測される。空間において、媒質は、散乱に対する散乱長さスケールｌｓｃａを実際に有し得るが、例えば全範囲の長さスケールに関連付けられるフラクタル微細構造を有し得る。特には、２つの散乱長さスケールを有する媒質は可能であり、例えば、散乱液滴の集まりは、粒子の散乱懸濁を有する（ｃｌｏｕｄ  ｏｆ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ  ａ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）。前述された全てのパラメータは、媒質の光学密度になんらかの方途において関連する。
【００３２】
複数のパラメータ及び関係は、体積ｖを有する統計上均質である媒質に対して使用可能である。ｒは粒子半径であり、ｎは粒子屈折率であり、ｎｍｅｄは媒質の屈折率であり、λは真空における波長であり、Ｎは粒子の数であり、並びにｎ０＝Ｎ／Ｖは粒子の数密度である。かかるパラメータ及び関係の非排他的なリストは以下の通りである：  
体積分率：  ｆ＝４πｒ３ｎ０／３，  ０＜ｆ＜１，  典型的にはｆ＜０．７
寸法パラメータ：  ｘ＝２πｒｎｍｅｄ／λ
形状断面積：  σｇｅｏ＝πｒ２
散乱断面積：  σｓｃａ
吸収断面積：  σａｂｓ
総断面積又は消散断面積：  σｅｘｔ＝σｓｃａ＋σａｂｓ 
消散長さ：  ｌｅｘｔ＝（ｎ０σｅｘｔ）−１ 
粒子「白色度」又はアルベド（ａｌｂｅｄｏ）：  ａ＝σｓｃａ／σｅｘｔ 
散乱に対する複数の線質係数（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）：  Ｑｓｃａ＝σｓｃａ／σｇｅｏ 
散乱の平均自由行程：  ｌｓｃａ＝（ｎ０σｓｃａ）−１ 
散乱係数：  μｓ＝１／ｌｓｃａ  
非弾性長さ（ｉｎｅｌａｓｔｉｃ  ｌｅｎｇｔｈ）：  ｌｉｎ＝ａｌｓｃａ／（１−ａ）＝ｌｅｘｔ／（１−ｌｅｘｔ／ｌｓｃａ）＝（ｌｅｘｔ−１−ｌｓｃａ−１）−１ 
放射圧に対する断面積：  σｐｒ 
運動量移動に対する線質係数：  Ｑｐｒ＝σｐｒ／σｇｅｏ 
輸送平均自由行程：  ｌｔｒａ＝（ｎ０σｐｒ）−１ 
等価散乱係数：  μｓ’＝１／ｌｔｒａ 
減衰長さ：  ｌａｔｔ＝ｌｔｒａ／√（３（１−ａ）ｌｔｒａ／（ａｌｓｃａ））＝√（ｌｔｒａｌｉｎ／３）  
吸収係数：  μａ＝μｓ（１−ａ）／ａ  
減衰係数：  κ＝√（３μａμｓ’）＝√（３（１−ａ）／（ａｌｓｃａｌｔｒａ））＝√（３μｓ’（ｌｅｘｔ−１−ｌｓｃａ−１））
【００３３】
一般的に、適合流体の１つ又はそれより多くの光学特性は、懸濁媒質の対応する光学特性に実質的に適合するようにされ得る。放射線源は、選択された波長において懸濁媒質を照射し得、かかる選択された波長に対して、適合流体の１つ又はそれより多くの選択された光学特性は、懸濁媒質の対応する光学特性に実質的に適合するようにされ得る。１つ又はそれより多くの適合する光学特性は、１つ又はそれより多くの減衰係数、散乱係数、吸収係数、屈折率、又は他の上述された特性、あるいは他の光学特性であり得る。
【００３４】
適合流体は、異なる実施例において異なる種類の蒸気によって与えられ得る。
【００３５】
一実施例において、蒸気は、霧又はフォッグ状（以下は単に霧状と称する）である。霧は、散乱及び吸収を起こす小さな液滴を有する。霧が十分に濃密である場合、ミストにわたる光学的短絡をブロックすることは可能である。霧は、例えば沸騰する液体から生成され得る。
【００３６】
一実施例において、蒸気は、微粒子の集まりの形状である。ある１つの種類の微粒子の集まりは、小さな炭素微粒子を有する煙である。
【００３７】
煙密度に対する要求は、長いスケールの可視性を有する空気中の粒子の濃度と相互に関連する空気質表（ａｉｒ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｔａｂｌｅ）から予測され得、それによって煙密度が例えば０．２４ｇ／ｌ、０．１５ｇ／ｌ又はそれより高いべきである、ことは予測され得る。
【００３８】
他の予測において、所望される光学密度（ＯＤ）が算出され得、かかる密度が実験で得られたＯＤと比較され得る。ＯＤは以下の通り与えられる：  
ＯＤ＝−１０ｌｏｇ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ  ｐｒ．ｍｅｔｅｒ）
女性の乳房に関し、
【００３９】
【数１】
2010508504.tif 000011
（等価散乱係数）、及び
【００４０】
【数２】
2010508504.tif 000012
（κは減衰係数、μａは吸収係数）であり、女性の乳房の透過率は、１ｍｍにおいて約ｌ／ｅであり、ＯＤは４３０である。かかるＯＤは、ＬＡＴＩ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａ  Ｔｒｅｍｏｐｌａｓｔｉｃｉ社（ｗｗｗ．ｌａｔｉ．ｃｏｍ）から入手可能であるＬＡＴＥＮＥ  ３  Ｈ２Ｗ−Ｖ０等である特定の熱可塑性プラスチックを燃焼させることから生成される煙等から得られ得る。
【００４１】
一実施例において、蒸気は、音波を使用してホルダを押し流され小粒子を有する粉状である。
【００４２】
一実施例において、蒸気は、「噴霧器」を用いて生成され得る微粒子の集まりの形状である。噴霧器の利点は、もたらされる蒸気が乾燥しており且つ冷たいことであり、したがって皮膚においてより快適に感じられ得る、ことである。噴霧器は、液状微小液滴の集まり、即ち霧を生成するよう適用され得る。噴霧器からの放出される微小粒子の集まりは、ネブラとも称される。
【００４３】
多種の実施例に関し、散乱及び吸収の量、即ち光学特性は、液滴又は微小粒子の寸法（液滴寸法、粒子寸法）、量、及び組成を調節することによって調整され得る。蒸気の効果的な（統計上の）光学特性が測定中に変化しない、ことは重要となり得る。一実施例において、これは、蒸気の粒子状物質（液滴、粒子）に十分に早く且つランダムな運動を与えることによって得られ得るため、粒子状物質の場所は、平均される。このことは、完了されるべき１つの測定のタイムフレーム内において粒子の位置をランダム化することによって達成され得る。これは、１ｍｓ乃至５０ｍｓの範囲にあり、例えば２５ｍｓであり得る。
【００４４】
一実施例において、蒸気の粒子状物質の場所は、高周波音振動の適用によって併記にされる。粒子の十分な動きは、音波の周波数及び振幅を調節することによって得られる。２５ｍｓの時間を有する音は、周波数４０Ｈｚに対応する。十分なランダム化を確実なものとするよう、例えば４００Ｈｚ又はそれより高い高周波音声は、使用され得る。一実施例において、超音波は使用され得る。患者に音が聞こえないため、超音波を使用することは有利である。しかしながら、定常波パターンがホルダにおいて形成されないことを確実なものとすることは重要であり、これは、可聴周波数をチャーピングすること（ｃｈａｒｐｉｎｇ）によって達成され得、周波数は、常に急速に変えられる。図２中、例えば圧電トランスデューサの形状である超音波トランスデューサ２８は、概略的に示され、ホルダ２２の内部上に与えられている。
【００４５】
上述された通り、噴霧器は、一実施例において適合流体、即ちホルダ内部の蒸気を生成するよう利用され得る。噴霧器は、アトマイザとも称される。噴霧器は典型的には、肺へと薬剤を運搬するよう使用される。圧縮空気噴霧器、ジェット噴霧器、及び超音波噴霧器等である異なる種類の噴霧器は、適用され得る。超音波噴霧器において、ＭＨｚ範囲における振動は、噴霧器のノズルから放出されるミクロン寸法粒子（エアゾール）に対して液体を噴霧するよう使用される。図２において、噴霧器２７は概略的に示され、該噴霧器は、ホルダにおける開口を介してホルダへと挿入されるノズルを備えられる。他の実施例において、噴霧器は、ホルダにおいて有され得る。
【００４６】
噴霧器は、液状微小液滴の集まりを生成するよう純水を有して駆動され得るが、十分に高い消散を得るよう十分に濃密である蒸気を生成することは、困難であり得る。
【００４７】
より濃密な蒸気は、少なくとも２つの構成要素を有する複合蒸気によって与えられ得る。蒸気は、第１の構成要素を有し得る。該第１の構成要素は、第１の散乱構成要素とも称され、第２の構成要素の液滴において溶解される。このため、ＴｉＯ２の溶液は、ＴｉＯ２ナノ粒子又は微粒子等である溶解されたＴｉＯ２粒子を有する水の微小液滴の集まりを生成するよう適用される。第２の構成要素において溶解された第１の散乱構成要素を使用することの利点は、生成される微粒子の集まりの平均散乱及び吸収特性が、上述された液滴内部のＴｉＯ２粒子等である散乱構成要素の濃度を変えることによって所望される値まで調節され得る、ことである。特には、光散乱に対する所謂異方性ファクタ又はｇファクタは、調節され得、液滴に対して１より大幅に小さいよう調節され得る。
【００４８】
図３は、寸法パラメータ３２の関数として液体水におけるＴｉＯ２粒子の散乱効率Ｑ３１のグラフ３０を示し、ｘ＝２πｒｎｍｅｄλである。運動量移動に対する線質係数Ｑｐｒは、参照符号３３で示され、散乱に対する線質係数Ｑｓｃａは、参照符号３４で示される。
【００４９】
女性の乳房に類似する液状散乱媒質は、水において懸濁される直径約ｄ＝２ｒ＝２５０ｎｍを有するＴｉＯ２粒子によって与えられ得る（ｎｍｅｄ＝１．３２７）。濃度ρ＝１．２ｇ／ｌは、波長λ＝７８０ｎｍにおいて現実的な結果を与える、ことが実験的に判明する。典型的には、蒸気液滴におけるＴｉＯ２粒子の濃度は、気体の代りに純粋な液体を使用する場合において更に高い。したがって、ＴｉＯ２濃度は、（蒸気における液体体積分率の逆数（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）による第１の概算において）１．２ｇ／ｌより高くなる。
【００５０】
ρｓ＝４．２ｋｇ／ｌであるＴｉＯ２特定密度を使用して、水におけるＴｉＯ２の体積分率は、寸法パラメータがｘ＝２．６７である場合、ｆ＝ρ／ρｓ＝４πｒ３ｎ０／３＝２．８６×１０−４として見つけられる。図３からＱｐｒ＝２に対する値が読み取られ（参照符号３５によってグラフ上に示される通り）、等価散乱係数は、μｓ’＝ｌｔｒａ−１＝ｎ０σｇｅｏＱｐｒ＝３ρＱｐｒ／（４ｒρｓ）＝１．７２×１０３ｍ−１として得られる。減衰係数は、κ＝√（３μａμｓ’）＝１０８．７ｍ−１と算出され、ｌｉｎ＝λ／（４πｋ）＝μａ−１＝０．４３７ｍを有する純水において、非弾性長さ、又は吸収長さに対応するｋ＝１．４４×１０−７を有する対応する水吸収によって主に確定される。
【００５１】
粒子及び媒質屈折率はいずれも、実際には複素数、ｎ−ｉｋであるが、散漫散乱の場合、いずれの虚数部も、実数部と比較して小さい。
【００５２】
Ｑｐｒ＝２．０を有するＴｉＯ２／水混合物に対する適切なＴｉＯ２粒子寸法は、（参照符号３６によって図３上に示される通り）１．５＜ｘ＜３．５である寸法パラメータを有する。これは、等価散乱係数がμｓ’＝１．５ｍｍ−１であるようにされる場合、０．２８＜ｄ＜０．６５ミクロンの粒子寸法、及び０．０００１４＜ｆ＜０．０００３３の体積分率を意味する。
【００５３】
図４は、寸法パラメータ４２の関数として空気中の水液滴の散乱効率Q４１のグラフ４０を示し、ｘ＝２πｒｎｍｅｄλである。運動量移動に対する線質係数Ｑｐｒは、参照符号４３で示され、散乱に対する線質係数Ｑｓｃａは、参照符号４４で示される。
【００５４】
水／空気混合物（霧）に対する最適な液滴寸法は、５＜ｘ＜１５であり、Ｑｐｒ＝０．６を有する。（参照符号４５によって図４中に示される通り）これは、μｓ’＝３ｆＱｐｒ／（４ｒ）が使用され且つ等価散乱係数がμｓ’＝１．５ｍｍ−１であるよう求められる場合、１．２４＜ｄ＜３．７２ミクロンの液滴寸法、及び０．００２１＜ｆ＜０．００６２の体積分率を意味する。
【００５５】
同一の体積分率に対して寸法により液滴及び（ＴｉＯ２）粒子を比較する際、液滴は典型的に、比較的長い散乱（輸送）μｓ’を有する。しかしながら、液滴が図５に示される通り高濃度のＴｉＯ２粒子で充填される際、液滴内において多量の散乱があり、光は液滴から主に後方に散乱される。液滴のみに対して、散乱は、前方向において異方性である。水において懸濁されるＴｉＯ２粒子に対して、散乱は略等方性である。液滴内部のＴｉＯ２粒子を有して、散乱は、後方において異方性となり、これはＴｉＯ２粒子を有する液滴の使用に対する利点である。
【００５６】
図５は、２つの構成要素を有する複合蒸気５３の概略図である。第１の散乱構成要素５１は、第２の構成要素の液滴５０において溶解される。
【００５７】
液滴の寸法は、放射線又は光５２の波長と比較して大きくあり得る。蒸気は、一実施例において、高濃度のＴｉＯ２粒子５１で充填される、水の微小液滴５０の集まりであり得る。かかる液滴は、二段階散乱機構を生じさせる。液滴がそれ自体強い散乱を有するため、光は、液滴によって強く散乱される。十分に高いＴｉＯ２粒子の濃度において、液滴からの散乱は、主に後方である。
【００５８】
内部に散乱するＴｉＯ２粒子のＴｉＯ２粒子を有する水液滴に関し、図５に示される通り、ＴｉＯ２の体積分率は、液体水において溶解されるＴｉＯ２粒子の対応する体積分率より大幅に高くされ得る。液滴寸法が１ミクロンである場合、液滴内部の輸送平均自由行程ｌｔｒａは、ミクロンの４分の１等であるその一部にされ（ｍａｄｅ  ａ  ｆｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈａｔ）、液滴は実質的に不透明になり、液滴の運動量移動に対する線質係数Ｑｐｒは２のオーダの値まで上昇し、液滴における平均光学経路は４ｌｔｒａのオーダを有する。複合蒸気を生成するよう水において溶解されるＴｉＯ２粒子を有する噴霧器を使用する際、ネブラにおける液滴に対する体積分率は、等価散乱係数が変更されずに残ると仮定して、この手法を使用して３の係数分低減され得る。
【００５９】
一般的に、例えば１ミリメートルを下回るような３ミリメートルを下回る輸送平均自由行程ｌｔｒａを有する複合蒸気の構成要素の選択は、有利であり得る。更には、平均における液滴が第１の構成要素の散乱構成要素の輸送平均自由行程より大きいよう寸法を有する液滴、即ち第２の構成要素を生成することは、有利であり得る。故に、水液滴は、懸濁されたＴｉＯ２粒子の輸送平均自由行程より大きな寸法を有して生成され得る。
【００６０】
散乱構成要素（溶解された粒子）及び第２の構成要素の液滴はいずれも、光吸収特徴を有し得るため、並びにいずれも値の範囲内において調節され得るため、屈折率の対比（ｃｏｎｔｒａｓｔ）、即ち第１の散乱構成要素及び第２の構成要素の屈折率間の比率（ｎ／ｎｍｅｄ）は、可能な限り大きく、例えば１．５より大きい、ことを確実なものとするよう有利であり得る。全体的な材料の散乱特性は、屈折率の対比によって確定される。
【００６１】
一般的に、蒸気の光学特性は、散乱及び吸収特性が水（液滴）のものより高いよう調節され得る。
【００６２】
液滴の減衰係数は、液滴における吸収色素を溶解することによって調整され得る。水及び色素のみを使用して、値κ＝１００ｍ−１を得るよう、アルベドは、κ＝√（３μａμｓ’）＝√（３（１−ａ）／（ａｌｓｃａｌｔｒａ））＝√（３μｓ’（ｌｅｘｔ−１−ｌｓｃａ−１））を使用して算出され得る。図４から、Ｑｓｃａは、５＜ｘ＜１５の範囲にわたって１．７乃至４において変化する、ことが分かる。
【００６３】
Ｑｓｃａ＝３．９及びｆ＝０．００２５を有するｘ＝６又はｄ＝１．４９ミクロンの場合、及びＱｓｃａ＝１．８及びｆ＝０．００５０を有するｘ＝１２又はｄ＝２．９８ミクロンの場合である、いずれもＱｐｒ＝０．６を有する２つの場合を考える。μｓ’＝３ｆＱｐｒ／（４ｒ）、及び等価散乱係数μｓ’＝１．５ｍｍ−１が使用される。この状況において、κ＝μｓ’（√（３（ａ−１−１）Ｑｓｃａ／Ｑｐｒ）であり、故にκ＝１００ｍ−１及びｘ＝６に対して、アルベドａ＝０．９９９７７２であること、ｘ＝１２に対してａ＝０．９９５０６４であることが分かる。水及び色素の液滴における内部吸収の組合せは、ここで算出されるアルベドまで上昇すべきである。複合屈折率に対する適切な値は、吸収球から散乱するよう正確な解法（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を反復的に解くこと（ｓｏｌｖｉｎｇ）によって見つけられ得る（ミー理論）。ｎ＝１．３２７であるとすると、ｘ＝６に対する結果は、ｋ＝１．６×１０−４及びＱｅｘｔ＝３．８８２、Ｑｓｃａ＝３．８８１、Ｑｐｒ＝０．５８２であり、ｘ＝１２に対してはｋ＝３．５×１０−５及びＱｅｘｔ＝１．６６０、Ｑｓｃａ＝１．６５１、Ｑｐｒ＝０．５６８２である。７８０ｎｍにおける水の吸収は、ｋ＝１．４４×１０−７であり、故になんらかの吸収色素が加えられなければならない。ｋ＝１．６×１０−４の吸収を得るよう、ｌａｂｓ＝λ／（４πｋ）＝０．３８８ｍｍである吸収長さ（ｌ／ｅ）を有する水における色素溶液が考えられるべきである。
【００６４】
図４は、吸収が弱い場合におけるＱｓｃａを評価するよう使用され得るのみであるが、強く吸収する粒子の散乱特性の厳密な算出も可能である。
【００６５】
図６は、本発明に従った懸濁媒質を撮像する方法を示す。該方法は少なくとも、懸濁媒質及び適合流体をホルダ６０において配置する段階、懸濁媒質６１及び適合流体を１つ又はそれより多くの放射線源を有して照射する段階、及び、１つ又はそれより多くの光検出器によって放射線６２の強度を測定する段階、を有する。
【００６６】
本発明は、特定の実施例に関連して説明されてきたが、本願において記載される特定の形状に制限されるよう意図されていない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ制限される。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又は段階の存在を除外しない。更に、個別の特徴が異なる請求項において有され得るが、該特徴は有利に組み合わされることが可能であり、異なる請求項において含まれることは、特徴の組合せが実現可能／有利ではないことを示すものではない。加えて、単数で示されるものは、その複数の存在を除外しない。故に、単数形を示す語、「第１の」、「第２の」等は、複数を排除するものではない。更には、請求項における参照符号は、範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁媒質を撮像する装置であって：
・  該懸濁媒質及び適合流体を受容するよう配置されるホルダと；
・  前記懸濁媒質及び前記適合流体を照射する１つ又はそれより多くの放射線の源と；
・  前記放射線の強度を測定する１つ又はそれより多くの光検出器と、
を有し、
前記適合流体は、前記懸濁媒質の対応する１つ又はそれより多くの光学的特性に実質的に適合する前記適合流体の１つ又はそれより多くの光学的特性を備える蒸気であり、
更には、噴霧器を有し、該噴霧器は、小さな液体液滴を有する霧の形状における蒸気、若しくは微粒子又は小粒子の集まりの形状における蒸気が前記ホルダにおいて生成されるよう、適合される、
装置。
【請求項２】
前記適合流体は、少なくとも２つの御構成要素を有する複合蒸気である、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記蒸気は、第２の構成要素の液滴において溶解される第１の散乱構成要素を有する、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記適合流体は、３ミリメートルを下回る輸送平均自由行程、ｌｔｒａを備える構成要素を有する、
請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記第２の構成要素の前記液滴の寸法は、前記第１の構成要素の前記散乱構成要素の前記輸送平均自由行程より大きい、
請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記第１の構成要素及び前記第２の構成要素の屈折率間の比率は、１．５より大きい、
請求項３記載の装置。
【請求項７】
前記第１の散乱構成要素は二酸化チタンであり、前記第２の構成要素は水である、
請求項３記載の装置。
【請求項８】
色素は、前記第２の構成要素に対して加えられる、
請求項３記載の装置。
【請求項９】
前記蒸気において粒子の位置をランダム化するよう音波を生成する装置を更に有する、
請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記放射線源は、選択された波長において前記懸濁媒質を照射し、前記選択された波長において前記適合流体の１つ又はそれより多くの選択された光学的特性は、前記懸濁媒質の前記対応する光学的特性に実質的に適合するようにされる、
請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記測定された強度から前記懸濁媒質の画像を導出する処理ユニットを更に有する、
請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記１つ又はそれより多くの光学的特性は、１つ又はそれより多くの減衰係数である、
請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記１つ又はそれより多くの光学的特性は、散乱及び吸収特性が水の特性よりも高いようにされる、
請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記蒸気は、煙である、
請求項１記載の装置。
【請求項１５】
懸濁媒質を撮像する方法であって：
・  該懸濁媒質及び適合流体をホルダにおいて配置する段階と；
・  前記懸濁媒質及び前記適合流体を１つ又はそれより多くの放射線の源を有して照射する段階と；
・  前記放射線の強度を１つ又はそれより多くの光検出器によって測定する段階と、
を有し、
前記適合流体は、前記懸濁媒質の対応する１つ又はそれより多くの光学的特性に実質的に適合する前記適合流体の１つ又はそれより多くの光学的特性を備える蒸気として選択され、該蒸気は、小さな液体液滴を有する霧の形状、若しくは、微粒子又は小粒子の集まりの形状である、
方法。
【国際調査報告】
2010508504.tif 000013
2010508504.tif 000014