DE102006047476A1 - Method and device for imaging an object with light and shear forces - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Abbilden eines Objekts (1) mit Licht und Scherkräften mit folgenden Merkmalen:
a. Es wird Untersuchungslicht (L) erzeugt und dem bzw. in das Objekt (1) zugeführt und eingekoppelt, so dass zumindest ein Teil des Untersuchungslichts (L) den abzubildenden Bereich durchläuft.
b. Das durch das Objekt (1) gelaufene Untersuchungslicht (L) wird als Interferenzlicht (I) in einem dafür vorgesehenen Raumbereich (5) überlagert.
c. Das Interferenzlicht (I) wird detektiert.
d. In zumindest einem Teil des Objekts (1) werden Scherkräfte induziert, die eine gerichtete Bewegung zur Folge haben, oder die selbst die Folge einer Solchen sind.
e. Das Interferenzlicht (I) wird während bzw. nach der gerichteten Bewegung erneut detektiert und durch Auswerten der Korrelation dieses mit der ersten Detektion des Interferenzlichts (I) werden Informationen für einen oder mehre Bildpunkte erhalten.Method for imaging an object (1) with light and shear forces having the following features:
a. Examination light (L) is generated and supplied to and / or in the object (1) and coupled in, so that at least a part of the examination light (L) passes through the region to be imaged.
b. The examination light (L) passed through the object (1) is superimposed as interference light (I) in a space area (5) provided for this purpose.
c. The interference light (I) is detected.
d. In at least a part of the object (1) shearing forces are induced, which result in a directed movement, or are themselves the result of such.
e. The interference light (I) is detected again during or after the directed movement, and by evaluating the correlation of this with the first detection of the interference light (I), information for one or more pixels is obtained.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Abbilden der optischen und mechanischen Eigenschaften eines Objekts mit Licht und Scherkräften.The The invention relates to a method and an arrangement for imaging the optical and mechanical properties of an object with light and shear forces.

Zum Abbilden biologischer Gewebe mit Licht sind vor allem Verfahren bekannt, bei denen Licht des nahen Infrarots (600 bis 1000 nm) in das abzubildende Gewebe eingestrahlt wird, um so Informationen über dessen Funktion und innere Struktur zu erhalten. Speziell im Bereich der Frühdiagnose von weiblichem Brustkrebs wird solchen Verfahren unschätzbares Potential zugewiesen, da Licht nicht ionisierend ist und Schädigungen des abzubildenden Gewebes wie zum Beispiel bei Röntgenstrahlen ausgeschlossen sind. Ferner erhält man durch die Nutzung von Licht Zugang zu Informationen, die sich in bisher unzugänglichen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums manifestieren und die wertvolle Indikatoren für Gewebe-Anomalien sind. Beispiele hierfür sind die Oxigenisierung des Blutes oder die Durchblutung des Gewebes. Nachteilig gegenüber anderen Verfahren wie Ultraschall oder Röntgen ist die verhältnismäßig schlechte dreidimensionale Ortsauflösung dieser optischen Verfahren. Sie ist eine direkte Folge der hohen Streukraft von biologischem Gewebe für elektromagnetische Wellen dieses Spektralbereiches. Zur Verbesserung der Ortsauflösung optischer Verfahren wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen. Dazu gehören einerseits auf räumlicher, zeitlicher, der temporalen Kohärenz oder Polarisation basierende Selektion der berücksichtigten Photonen einerseits und die Markierung jener Photonen, die einen bestimmten Bereich durchlaufen haben, andererseits. Im letzten Fall wird dem Licht an einem bestimmten Punkt des abzubildenden Gewebes durch Ultraschall eine Frequenz aufgeprägt, die die Isolation der relevanten Photonen vom Hintergrund durch Interferenz mit Referenzlicht erlaubt, wie beispielsweise in Patent DE 44 19 900 A1 beschrieben. Diese Methoden leiden jedoch an einer signifikanten Komplexität der Realisation, den resultierenden Kosten und der Empfindlichkeit der Anordnungen. Die traditionellen akusto-optischen Verfahren, zu denen auch DE 44 19 900 A1 gehört, sind des Weiteren konstruktionsbedingt nicht für die Abbildung der elastischen Eigenschaften eines Objekts geeignet, da sie auf einer oszillatorischen Phasen- oder Frequenz-Modulation des Lichtes beruhen und die für diese Modulation verantwortlichen Effekte von den Faktoren, welche die Elastizität definieren, unabhängig sind. Zur Abbildung der Elastizität mit optischen Mitteln ist folglich ein vollkommen neuer Ansatz notwendig.For imaging biological tissues with light, methods are particularly known in which near infrared light (600 to 1000 nm) is irradiated into the tissue to be imaged in order to obtain information about its function and internal structure. Particularly in the area of early diagnosis of female breast cancer, such methods are assigned invaluable potential, since light is not ionizing and damage to the tissue to be imaged, such as X-rays, is excluded. Furthermore, the use of light provides access to information that manifests in previously inaccessible areas of the electromagnetic spectrum and that are valuable indicators of tissue anomalies. Examples include the oxygenation of the blood or the circulation of the tissue. A disadvantage over other methods such as ultrasound or X-ray is the relatively poor three-dimensional spatial resolution of these optical methods. It is a direct consequence of the high scattering power of biological tissue for electromagnetic waves of this spectral range. To improve the spatial resolution of optical methods, various approaches have been proposed. These include on the one hand spatial, temporal, temporal coherence or polarization based selection of the considered photons on the one hand and the marking of those photons, which have passed through a certain area, on the other hand. In the latter case, the light is impressed on the ultrasound at a certain point of the tissue to be imaged by a frequency which allows the isolation of the relevant photons from the background by interference with reference light, as for example in patent DE 44 19 900 A1 described. However, these methods suffer from significant complexity of implementation, the resulting cost, and the sensitivity of the devices. The traditional acousto-optic procedures, which include DE 44 19 900 A1 Further, by design, they are not suitable for imaging the elastic properties of an object, since they are based on an oscillatory phase or frequency modulation of the light and the effects responsible for this modulation are independent of the factors which define the elasticity. Consequently, a completely new approach is necessary for imaging the elasticity with optical means.

Die Elastizität ist insbesondere in der Krebsdiagnose ein bereits seit langer Zeit bekannter, besonders aussagekräftiger Indikator. Zum Abbilden der mechanischen Eigenschaften von biologischem Gewebe, insbesondere der Elastizität, sind ebenfalls bereits verschiedene Verfahren bekannt. Die meisten dieser Verfahren haben jedoch den entschiedenen Nachteil, dass eine exakte Quantifizierung der zu messenden Variablen, und folglich eine objektive Diagnose, nicht praktikabel ist. Als Ausnahme ist hier speziell die MRI-Elastographie hervorzuheben, die im klinischen Umfeld bereits erfolgreich eingesetzt wird; jedoch wird eine routinemäßige Anwendung dieses Verfahrens durch die damit verbundenen Kosten des notwendigen MRI auf längere Sicht nicht möglich sein.The elasticity especially in cancer diagnosis has been around for a long time known, particularly meaningful Indicator. For imaging the mechanical properties of biological tissue, in particular the elasticity, Various methods are already known. Most of these However, methods have the decided disadvantage that an exact Quantification of the variables to be measured, and consequently an objective one Diagnosis is not practical. As an exception here is special to highlight the MRI elastography that already exists in the clinical setting successfully used; however, this becomes a routine use of this Procedure by the associated costs of the necessary MRI on longer View not possible be.

Ein weiteres Verfahren zum Abbilden der mechanischen Eigenschaften eines abzubildenden Gewebes ist aus A. Sarvazyan et al.: „Shear wave elasticity imaging: a new ultrasonic technology of medical diagnosis", Ultrasound in Medicine & Biology, 1998 bekannt. Bei diesem Verfahren, das alternativ auch unter "Acoustic Radiation Force Impulse Imaging" oder „Transient Acoustic Radiation Force Imaging" firmiert, wird durch fokussierten Ultraschall auf einen bestimmten Bereich des abzubildenden Gewebes eine Druckkraft ausgeübt, die diesen in ausweichender Weise reagieren lässt, bis entweder ein Gleichgewichtszustand erreicht ist oder der Ultraschallpuls endet. Eine spezielle Form der Anregung des Gewebes ist hier von besonderer Bedeutung. Da zwischen akustischer Welle und dem Gewebe ein Transfer von Impuls stattfindet, kann die Dauer der anregenden Kraft um Größenordnungen kürzer sein, als die typische mechanische Reaktionsdauer des Gewebes. Die Anregung wird in diesem Fall als impulsionell oder transitorisch bezeichnet. Theoretische Untersuchungen dieses speziellen Falls der Anregung zeigen, dass das Gewebe mit einer typischen Bewegung reagiert, die, sofern messbar, einfachen Zugang zu verschiedenen mechanischen Informationen über das Gewebe gibt, wie zum Beispiel dessen Elastizität. In der Akustik wird die Bewegung üblicherweise anhand von Verschiebungen in einem durch Hochgeschwindigkeits-Echographie gewonnenen akustischen Speckle-Muster detektiert. Die typische Größe des akustischen Speckle-Korns definiert hierbei die Sensitivität dieses Verfahrens. Um eine ausreichende Bewegung, speziell in weniger elastischem Gewebe, zu erreichen, muss daher mit relativ hochenergetischen akustischen Pulsen zur Anregung gearbeitet werden, deren insbesondere thermische Auswirkungen auf das abzubildende Gewebe nicht abschließend geklärt sind.Another method for imaging the mechanical properties of a tissue to be imaged is out A. Sarvazyan et al .: "Shear wave elasticity imaging: a new ultrasonic technology of medical diagnosis", Ultrasound in Medicine & Biology, 1998 known. In this method, which is also known as "Acoustic Radiation Force Impulse Imaging" or "Transient Acoustic Radiation Force Imaging", a compressive force is exerted on a specific area of the tissue to be imaged by focused ultrasound, causing it to react in an evasive manner, until either A particular form of excitation of the tissue is of particular importance here, since a transfer of momentum occurs between the acoustic wave and the tissue, the duration of the excitatory force may be orders of magnitude shorter than the typical mechanical stimulus The excitation is referred to as impulsion or transitory in this case.Theoretical investigations of this particular case of excitation show that the tissue reacts with a typical motion that, if measurable, provides easy access to various mechanical information about the Ge weave, such as its elasticity. In acoustics, motion is usually detected by shifts in an acoustic speckle pattern obtained by high-speed echography. The typical size of the acoustic speckle grain defines the sensitivity of this method. In order to achieve sufficient movement, especially in less elastic tissue, it is therefore necessary to work with relatively high-energy acoustic pulses for excitation, whose particular thermal effects on the tissue to be imaged are not finally clarified.

Ein weiteres Verfahren, das die mechanische Abbildung eines Objekts mithilfe von Ultraschall und kohärentem Licht realisiert, ist aus H. Zuang, et al.: „ Optical and mechanical properties in photorefractive crystal based ultrasound-modulated optical tomography", The 7th Conference an Biomedical Thermoacoustics, Optoacoustics, and Acousto-optics (Jan. 2006) bekannt. Bei diesem Verfahren wird fokussierter Ultraschall auf einen akustischen Fremdkörper in einem Objekt gerichtet, an welchem durch den Schritt der akustischen Impedanz zumindest ein Teil der akustischen Energie reflektiert wird und der akustische Fremdkörper durch den resultierenden Transfer von Impuls in Bewegung gesetzt wird. Die Folgen dieser Bewegung manifestieren sich im Signal der Anordnung und eine Detektion von Schritten der akustischen Impedanz wird ermöglicht. Die Echographie bietet jedoch ein bereits weit verbreitetes Verfahren mit ausreichender Sensitivität zur Abbildung von Schritten in der akustischen Impedanz eines Objekts. Eine Detektion der Elastizität in Geweben mit homogener akustischer Impedanz wurde nicht realisiert. Für die optische Abbildung wird der oben genannte akusto-optische Ansatz verwendet, mit identischen Vor- und Nachteilen.Another method that realizes the mechanical imaging of an object using ultrasound and coherent light is off H. Zuang, et al .: "Optical and mechanical properties in photorefractive crystal-based ultrasound-modulated optical tomography", The 7th Conference to Biomedical Thermoacoustics, Optoacoustics, and Acousto-op tics (Jan. 2006) known. In this method, focused ultrasound is directed to a foreign body in an object where the acoustic impedance step reflects at least a portion of the acoustic energy and the foreign body is set in motion by the resulting transfer of pulse. The consequences of this movement manifest themselves in the signal of the arrangement and a detection of steps of the acoustic impedance is made possible. Echography, however, provides an already widely used method with sufficient sensitivity to map steps in the acoustic impedance of an object. A detection of the elasticity in tissues with homogeneous acoustic impedance has not been realized. For the optical imaging of the above-mentioned acousto-optical approach is used, with identical advantages and disadvantages.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannten akusto-optischen und elastographischen Verfahren zum optischen und mechanischen Abbilden eines Objektes zusammenzuführen und zu verbessern. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 16.Of the Invention is now the object of the known acousto-optical and elastographic methods for optical and mechanical imaging merge an object and to improve. This object is achieved according to the invention with the Features of claim 1 or claim 16.

Diese Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, die Ortsauflösung bei optischer Bildgebung mithilfe einer, zum Beispiel durch eine transitorische akustische Strahlkraft hervorgerufenen, gerichteten Bewegung des Objekts im Fokusbereichs zu erreichen bzw. diese Bewegung optisch zu detektieren und zur mechanischen bzw. optischen Charakterisierung des Materials im Fokusbereich einzusetzen. Dies wird ermöglicht durch die Tatsache, dass das Speckle-Muster, welches von kohärentem Licht nach Durchlaufen eines streuenden Mediums erzeugt wird, von der geometrischen Anordnung der streuenden Strukturen definiert wird. Eine durch beispielsweise einen akustischen Puls hervorgerufene lokale Bewegung, zumindest eines Teils des abzubildenden Objekts, hat zur Folge, dass Licht, welches die beeinflusste Region durchläuft, vor und während bzw. nach der Bewegung also auf unterschiedliche Anordnungen der streuenden Strukturen trifft, was zu einer zumindest teilweisen Dekorrelation des Speckle-Musters vor und während bzw. nach der Bewegung führt. Die hier genannte induzierte Bewegung unterscheidet sich von der in den konventionellen akusto-optischen Verfahren genutzten durch eine um Größenordnungen größere Amplitude und langsamere temporale Entwicklung und die Tatsache, dass sie gerichtet anstatt von oszillatorischer Natur ist. Des Weitern lassen sich auf einfache Weise von der Form dieser Bewegung verschiedene mechanische Eigenschaften, insbesondere die Elastizität, bestimmen, was bei den bisher bekannten akusto-optischen Verfahren nicht möglich ist.These Invention is based on the knowledge, the spatial resolution optical imaging using, for example, a transitory acoustic Radiance caused, directed movement of the object in the To reach focus area or optically detect this movement and for mechanical or optical characterization of the material in the focus area. This is made possible by the fact that the speckle pattern, which is followed by coherent light of a scattering medium is generated by the geometric arrangement the scattering structures is defined. One by example an acoustic pulse caused local movement, at least a part of the object to be imaged results in light, which passes through the affected region, before and during or after the movement so on different arrangements of the scattering Structures, resulting in at least partial decorrelation of the speckle pattern before and during or after the movement leads. The induced movement here differs from that in the conventional acousto-optical method used by a by orders of magnitude greater amplitude and slower temporal development and the fact that they are directed rather than of an oscillatory nature. Let go of the farther easily different from the shape of this movement mechanical properties, especially elasticity, determine what in the previously known acousto-optical method is not possible.

In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens gemäß der Erfindung wird kohärentes Untersuchungslicht erzeugt und das Objekt damit so bestrahlt, dass zumindest ein Teil des Untersuchungslichts den in den folgenden Verfahrenschritten in Bewegung gesetzten Bereich des Objekts durchläuft. Als Mittel zur Durchführung dieses ersten Verfahrenschrittes können ein Laser mit verschiedenen nachgeschalteten optischen Komponenten in Kombination mit einer Freistrahleinrichtung, Lichtwellenleitern oder anderen optischen Mitteln zum Zuführen und Einkoppeln des Untersuchungslichtes zu dem bzw. in das Objekt vorgesehen sein. In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Untersuchungslicht nach Durchlaufen des Objekts interferometrisch überlagert. Als Mittel zur interferometrischen Überlagerung des durch das Objekt gelaufenen Untersuchungslichts kann das einfache Richten desselben auf einen Raumbereich, in dem die Überlagerung dann stattfindet, vorgesehen sein. In einem dritten Verfahrensschritt wird das so erzeugte Interferenzmuster (optisches Speckle-Muster) detektiert. Mittel zur Durchführung dieses dritten Verfahrensschrittes enthalten vorzugsweise photoelektrische Wandler, Mittel zum Auslesen dieser Wandler sowie eine Auswerteeinheit. Die Detektion kann als Einzel- sowie als sequentielle Detektion realisiert werden. In einem vierten Verfahrensschritt wird auf zumindest einen Teil des Objekts eine Scherkraft ausgeübt, die, in zumindest einem Teil dieses, eine gerichtete Bewegung zur Folge hat. Vorzugsweise wird dieser Verfahrenschritt mithilfe eines in das Objekt gesendeten transitorischen Ultraschallpulses mit vorgegebener Trägerfrequenz, Amplitude und Dauer, der auf einen Fokusbereich innerhalb des Objekts fokussiert ist, realisiert. Als Mittel zum Senden des fokussierten Ultraschalls kann ein entsprechender Ultraschallsender, beispielsweise ein elektronisch phasenverzögert angesteuertes Array von piezoelektrischen Wandlerelementen, vorgesehen sein. Der gesendete Ultraschallpuls kann in der Länge variieren, umfasst aber typischerweise einige Hundert Oszillationen. In einem fünften und letzten Verfahrensschritt wird eine weitere Detektion des Interferenzlichts, wie bereits in Verfahrensschritt drei dargelegt, vorgenommen und die Korrelation beider Muster bestimmt um daraus Informationen für einen oder mehre Bildpunkte zu erhalten. Zur Durchführung dieses Schrittes können informationstechnische oder elektronische Mittel zur numerischen bzw. logischen Auswertung sowie optische Mittel vorgesehen sein. Durch Bewegen des Fokusbereichs des Ultraschalls innerhalb des Objekts kann mit diesem Verfahren eine Vielzahl von Bildpunkten für ein Bild des Objekts erhalten werden.In a first method step of the method according to the invention becomes coherent Examining light is generated and the object thus irradiated, that at least part of the examination light in the following Process steps set in motion set area of the object. When Means of implementation This first process step can be a laser with different Downstream optical components in combination with a Freistrahleinrichtung, optical fibers or other optical Means for feeding and coupling the examination light to or into the object be provided. In a second process step, the examination light interferometrically superimposed after passing through the object. As a means for interferometric superposition of through the object running examination light, the simple Directing it to a space area in which the overlay then takes place, be provided. In a third process step becomes the thus generated interference pattern (optical speckle pattern) detected. Means of implementation This third process step preferably contains photoelectric Converter, means for reading these transducers and an evaluation unit. The detection can be as single as well as sequential detection will be realized. In a fourth method step, at least a part of the object exerted a shear force which, in at least one Part of this, a directed movement entails. Preferably this step is done using a sent into the object Transient ultrasonic pulse with predetermined carrier frequency, Amplitude and duration, which is on a focus area within the object focused, realized. As a means of sending the focused Ultrasound may be a corresponding ultrasonic transmitter, for example an electronic phase delayed controlled array of piezoelectric transducer elements, provided be. The transmitted ultrasound pulse can vary in length, but typically includes a few hundred oscillations. In one fifth and last method step, a further detection of the interference light, as already stated in step three, made and the Correlation of both patterns determines information for one or to get more pixels. To carry out this step, information technology or electronic means for numerical or logical evaluation and optical means may be provided. By moving the focus area of the ultrasound within the object can be done with this method a variety of pixels for a picture of the object can be obtained.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in derenThe The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, in FIG their

1 eine Ausführungsform einer Anordnung zum Abbilden eines Objekts durch flächiges Bestrahlen eines abzubildenden Bereichs des Objekts mit Licht und Senden eines auf einen Fokusbereich innerhalb dieses abzubildenden Bereichs fokussierten Ultraschallstrahls schematisch dargestellt ist. 1 an embodiment of anord is schematically illustrated for imaging an object by two-dimensional irradiation of a region of the object to be imaged with light and transmitting an ultrasound beam focused onto a focal region within this region to be imaged.

In 1 sind ein abzubildendes Objekt mit 1 und Mittel zum Erzeugen von Untersuchungslicht L mit 2 gekennzeichnet. Das Untersuchungslicht L ist zu sich selbst über den Zeitraum der Verfahrensschritte 1 bis 5 kohärent: es weist zu den Zeitpunkten der Detektion der Interferenzmuster des Interferenzlichts I im Wesentlichen die gleichen Lichtfrequenzen auf. Dem Objekt 1 sind zum einen Mittel 3 zum Senden von auf einen Fokusbereich F fokussiertem Ultraschall U mit einer vorgegebenen Trägerfrequenz fU, Amplitude A und Dauer τ und zum anderen Mittel zum Bestrahlen zumindest eines Teils des abzubildenden Bereichs des Objekts 1 mit dem Untersuchungslicht L zugeordnet. Die Mittel 3 zum Senden des fokussierten Ultraschalls U sind vorzugsweise ein elektronisch angesteuertes Array von piezoelektrischen Wandlerelementen. Als Trägerfrequenz des Ultraschalls U können Frequenzen zwischen etwa 1 MHz und 20 MHz gewählt werden. Die Abmessungen des Fokusbereichs betragen in Abhängigkeit der Trägerfrequenz fU und der mechanischen Eigenschaften des Objekts 1 im Fokusbereich F im Allgemeinen zwischen 0.1 und 5 mm. Um ausreichende Veränderungen im Interferenzmuster zu erreichen, wird vorzugsweise ein Fokusbereich mit einem Durchmesser von mindestens 1 mm gewählt. Die mit einem mit U bezeichneten Pfeil angedeutete Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls U kann, wie in 1 dargestellt, senkrecht zur mit einem mit L bezeichneten Pfeil angedeuteten Einfallsrichtung des Untersuchungslichtes L gerichtet sein, jedoch auch jeden anderen Winkel mit dieser Einfallsrichtung einschließen. Insbesondere kann der Ultraschall U auch wenigstens annähernd parallel zur Lichteinfallsrichtung des Untersuchungslichts L in das Objekt 1 gesendet werden, sofern dies zum Beispiel aufgrund dessen Zugänglichkeit vorteilhaft ist.In 1 are an object to be imaged with 1 and means for generating examination light L with 2 characterized. The examination light L is to itself over the period of the method steps 1 to 5 coherent: it has at the times of detection of the interference pattern of the interference light I substantially the same frequencies of light. The object 1 are on the one hand means 3 for transmitting ultrasound U focused on a focus area F with a predetermined carrier frequency f U , amplitude A and duration τ and, on the other hand, means for irradiating at least part of the region of the object to be imaged 1 associated with the examination light L. The means 3 for transmitting the focused ultrasound U are preferably an electronically driven array of piezoelectric transducer elements. As a carrier frequency of the ultrasound U frequencies between about 1 MHz and 20 MHz can be selected. The dimensions of the focus range are dependent on the carrier frequency f U and the mechanical properties of the object 1 in focus range F generally between 0.1 and 5 mm. In order to achieve sufficient changes in the interference pattern, a focus area with a diameter of at least 1 mm is preferably selected. The direction of propagation of the ultrasound U indicated by an arrow indicated by U can, as in FIG 1 shown, perpendicular to the direction of incidence indicated by an arrow indicated by L direction of the examination light L be directed, but also include any other angle with this direction of incidence. In particular, the ultrasound U may also be at least approximately parallel to the light incident direction of the examination light L in the object 1 be sent, if this is advantageous for example because of its accessibility.

In der Ausführungsform der Anordnung gemäß 1 umfassen die Mittel 2 zum Erzeugen des Untersuchungslichts L vorzugsweise einen mono-mode Laser 20 und angemessene optische Komponenten zum Zuführen und großflächigen Einkoppeln des Untersuchungslichts L in das darzustellende Objekt 1. Die Untersuchungslichtfrequenz fL, wird üblicherweise aus dem Bereich des nahen Infrarots gewählt.In the embodiment of the arrangement according to 1 include the funds 2 for generating the examination light L preferably a mono-mode laser 20 and appropriate optical components for feeding and large-scale coupling of the examination light L in the object to be displayed 1 , The examination light frequency f L , is usually selected from the range of the near infrared.

Das Untersuchungslicht L wird nun so in das Objekt 1 eingestrahlt, dass es den abzubildenden Bereich im Objekt 1 möglichst gleichförmig ausleuchtet. Eine solche großflächige Ausleuchtung erlaubt es, den Ultraschall-Fokus zu bewegen, ohne die Ausleuchtung nachzuführen bzw. die durch ungleichförmige Ausleuchtung entstehende Veränderung in den Messwerten nachträglich zu korrigieren. Im einfachsten Fall wird das gesamte Objekt 1 mit dem Untersuchungslicht L bestrahlt. Nach Durchlaufen des Objekts 1 wird das Untersuchungslicht L in dem dafür vorgesehenen Raumbereich 5 überlagert. In diesem Raumbereich 5 ist ein Wandlerarray 40 mit mehreren einzelnen photoelektrischen Wandlern angeordnet. Mit diesem Wandlerarray 40 wird das bei der interferometrischen Überlagerung von Untersuchungslicht L entstehende räumlich ausgedehnte Interferenzmuster des Interferenzlichts I im Raumbereichbereich 5 detektiert. Das Wandlerarray 40 kann Bestandteil einer so genannten Multi-Channel-Plate sein. Die Größe der einzelnen Wandler des Wandlerarrays 40 ist der typischen Größe der Speckle-Körner, also der typischen Distanz zwischen Intensitätsmaxima und Intensitätsminima des Interferenzlichts I, anzupassen. Dem Wandlerarray 40 ist eine Ausleseeinrichtung 41, beispielsweise ein CMOS (complementary metal Oxide semiconductor), zum Auslesen der vom Interferenzlicht I erzeugten Ladung in den einzelnen Wandlern und eine Auswerteeinheit 42 nachgeschaltet. Der Auswerteeinheit 42 wird ein Signal T zugeführt, das entweder simultan oder in sequentieller Folge den von den einzelnen Wandlern des Wanderarrays 40 detektierten Lichtintensitäten entspricht.The examination light L is now in the object 1 that it is the area to be imaged in the object 1 Illuminates as uniformly as possible. Such a large-area illumination makes it possible to move the ultrasonic focus without tracking the illumination or to subsequently correct the change in the measured values resulting from non-uniform illumination. In the simplest case, the entire object becomes 1 irradiated with the examination light L. After passing through the object 1 the examination light L is in the space provided space 5 superimposed. In this room area 5 is a transducer array 40 arranged with several individual photoelectric transducers. With this converter array 40 becomes the spatially extended interference pattern of the interference light I in the space area region resulting from the interferometric superposition of examination light L. 5 detected. The converter array 40 can be part of a so-called multi-channel plate. The size of the individual transducers of the transducer array 40 is the typical size of the speckle grains, so the typical distance between intensity maxima and intensity minima of the interference light I, adapt. The transducer array 40 is a readout device 41 For example, a CMOS (complementary metal oxide semiconductor), for reading the charge generated by the interference light I in the individual transducers and an evaluation 42 downstream. The evaluation unit 42 a signal T is supplied, either simultaneously or in a sequential order from that of the individual transducers of the traveling array 40 corresponds to detected light intensities.

Wie bereits erwähnt wird das Erscheinungsbild des im Raumbereich 5 entstehenden Interferenzmusters von der geometrischen Anordnung der streuenden bzw. phasenverändernden internen Strukturen des Objekts 1 bestimmt. In einem optisch und mechanisch weitgehend homogenen Objekt 1 kann also die durch Hinzuschaltung des transitorischen akustischen Pulses entstandene Dekorrelation der beiden Interferenzmuster als Maßstab für die veranlasste Bewegung im Objekt 1 dienen. Eine große Dekorrelation bedeutet folglich eine große Bewegung im Objekt 1. Ist ein weitgehend mechanisch homogenes Objekt 1 gegeben, lässt sich eine optische Abtastung erreichen: findet sich der Fokusbereich F in einem optisch opaken Bereich des Objekts 1, so wird dort eintretendes Licht absorbiert und trägt folglich nicht mehr zum Interferenzmuster im Raumbereich 5 bei. Bei einem weitgehend mechanisch homogenen Objekt 1 und gleich bleibenden Parametern des akustischen Pulses bedeutet also eine Abnahme der Dekorrelation der ohne und mit akustischem Puls detektierten Interferenzmuster eine Zunahme der optischen Absorption des Objekts 1 im Fokusbereich. Sind andererseits ein weitgehend optisch homogenes Objekt 1 und gleich bleibende Parameter des akustischen Pulses gegeben, bedeutet eine Abnahme der Dekorrelation der beiden detektierten Interferenzmuster eine Zunahme der mechanischen Steifheit des Objekts 1 im Fokusbereich F. Ist das abzubildende Objekt nicht mechanisch oder optisch homogen, lassen sich die mit dem beschriebenen Verfahren und der zugehörigen Anordnung erhaltenen Resultate nachträglich korrigieren, wenn entweder dessen optische oder mechanische Struktur bekannt sind. Die zur unabhängigen Messung der beiden Parameter benötigten Verfahren und Anordnungen lassen sich leicht in die in 1 dargestellte Anordnung integrieren. Auch bei ungleichförmiger Ausleuchtung gewonnene Resultate lassen sich zum Beispiel mithilfe von aus Photonenmigrations-Studien gewonnenen Erkenntnissen korrigieren.As already mentioned, the appearance of the space in the area 5 resulting interference pattern of the geometric arrangement of the scattering or phase-changing internal structures of the object 1 certainly. In a visually and mechanically largely homogeneous object 1 Thus, the decorrelation of the two interference patterns resulting from the addition of the transitory acoustic pulse can serve as a measure of the induced movement in the object 1 serve. A large decorrelation therefore means a large movement in the object 1 , Is a largely mechanically homogeneous object 1 given an optical scan can be achieved: is the focus area F in an optically opaque area of the object 1 , so incoming light is absorbed there and consequently no longer contributes to the interference pattern in the spatial area 5 at. For a largely mechanically homogeneous object 1 and the same parameters of the acoustic pulse thus means a decrease in the decorrelation of the detected without and with acoustic pulse interference pattern an increase in the optical absorption of the object 1 in the focus area. On the other hand, are a largely optically homogeneous object 1 and given constant parameters of the acoustic pulse, a decrease in the decorrelation of the two detected interference patterns means an increase in the mechanical stiffness of the object 1 in the focus area F. If the object to be imaged is not mechanically or optically homogeneous, the procedures described can be used and subsequently correct the results obtained if either its optical or mechanical structure is known. The methods and arrangements required for the independent measurement of the two parameters can be easily incorporated into the 1 integrate shown arrangement. For example, results obtained with non-uniform illumination can also be corrected using findings obtained from photon migration studies.

Mit dem beschriebenen Verfahren und der zugehörigen Anordnung werden aus den im Interferenzmuster in Raumbereich 5 durch den akustischen Puls hervorgerufenen Veränderungen Informationen für einen Bildpunkt erhalten, der dem Abbild des im Fokusbereich F liegenden Teils des Objekts 1 entspricht. Will man einen größeren Bereich des Objekts 1 abbilden, so kann man dieses mit dem Ultraschall-Fokus F Punkt für Punkt abtasten. Das Abbild wird dann aus der Vielzahl der so erhaltenen Bildpunkte zusammengesetzt. Der Ultraschallstrahl U kann dabei durch mechanisches Bewegen oder durch elektronische Ansteuerung eines Wandlerarrays als Ultraschallsender in beliebigen Richtungen bewegt und insbesondere geschwenkt oder linear verschoben werden.With the described method and the associated arrangement, those in the interference pattern in space area 5 obtained by the acoustic pulse changes information for a pixel, the image of the lying in focus area F part of the object 1 equivalent. Do you want a larger area of the object 1 Imagine, so you can scan this with the ultrasonic focus F point by point. The image is then composed of the plurality of pixels thus obtained. The ultrasound beam U can be moved in any direction by mechanical movement or by electronic control of a transducer array as an ultrasonic transmitter and in particular pivoted or linearly shifted.

Die Ortsauflösung bei diesem Abbildungsverfahren bei nicht-tomographischer Ausführung wird im Wesentlichen durch die Ortsauflösung des Ultraschallstrahls und die Detektionsdauer des Interferenzlichts I bestimmt, da die durch den akustischen Puls im Fokusbereich F ausgelöste gerichtete Bewegung sich als zylindrische Scherwelle fortsetzt. Dies eröffnet des Weiteren die Möglichkeit zu einer tomographischen Abtastung des Objekts 1.The spatial resolution in this imaging method in non-tomographic embodiment is essentially determined by the spatial resolution of the ultrasound beam and the detection duration of the interference light I, since the directional motion triggered by the acoustic pulse in the focus area F continues as a cylindrical shear wave. This also opens up the possibility of tomographic scanning of the object 1 ,

Gegenüber bekannten Verfahren zur Abbildung mit Licht besteht der Vorteil des beschriebenen Verfahrens darin, dass vergleichbare Ergebnisse zu erheblich geringeren ökonomischen und komplexitären Kosten gewonnen werden können. Gegenüber den bekannten Verfahren zur elastographischen Abbildung gilt Gleiches, wobei hier hinzukommt, dass die Sensitivität des beschriebenen Verfahrens deutlich höher ist und bereits kleine Bewegungen im Objekt 1 nachgewiesen werden können. Dies erlaubt, die gesendete akustische Energie des transitorischen Pulses zu reduzieren, was speziell im Fall der medizinischen Anwendung von Interesse ist.Compared to known methods for imaging with light, the advantage of the described method is that comparable results can be obtained at significantly lower economic and complexity costs. The same applies to the known method for elastographic imaging, it being added here that the sensitivity of the described method is significantly higher and even small movements in the object 1 can be detected. This allows to reduce the transmitted acoustic energy of the transitory pulse, which is of particular interest in the case of medical application.

Von der in 1 dargestellten Ausführung abweichende Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Anordnung ergeben sich aus den von Anspruch 1 bzw. Anspruch 16 jeweils abhängigen Ansprüchen. So ist es möglich, die Scherkräfte im Objekt 1 nicht mithilfe eines transitorischen akustischen Pulses zu erzeugen, sondern beispielsweise eine extern erzeugte, propagierende Scherwelle in das Objekt 1 einzukoppeln und die Bildinformationen mit bekannten tomographischen Verfahren zu lokalisieren. Alternativ kann die Scherwelle im Objekt 1 auch zum Beispiel durch einen transitorischen akustischen Puls erzeugt werden, jedoch die Information über den im Fokusbereich F liegenden Teils des Objekts 1 verworfen und ausschließlich die durch die propagierende Welle zugänglichen Informationen zur Abbildung genutzt werden. Anstelle einer großflächigen Ausleuchtung des Objekts 1 mit Untersuchungslicht L kann dieses auch vorwiegend auf einen Teil des Objekts 1 gerichtet werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ansonsten zuwenig Interferenzlicht I mit nutzbaren Informationen zur Verfügung steht. Das vom Interferenzlicht I erzeugte Speckle enthält im unregulierten Zustand eine weite Bandbreite räumlicher Frequenzen. Die Folge ist, dass ein Korn des Speckle-Musters keine charakteristische Größe aufweist. Dies führt zu einer Reduktion des erreichbaren Kontrasts insbesondere bei der Detektion des Interferenzlichts I mithilfe von Wandlerarrays mit Wandlern finiter Größe. Dies ist durch das Hinzufügen eines räumlichen Filters zwischen Objekt 1 und Mittel 4 zu vermeiden. Vorzugsweise wird dies mit einer möglichst nah an Objekt 1 gelegenen Iris umgesetzt. Durch die Form der verwendeten Iris kann die Form des charakteristischen Korns des Speckles beeinflusst, durch die Größe der Iris die Distanz, bei welcher ein charakteristisches Korn des Speckles eine bestimmte Größe erreicht, reguliert werden. Der Lichtverlust durch eine Iris kann durch Umgeben des Objekts 1 mit Reflektoren vermindert werden. Der Fokusbereich F des Ultraschallstrahls ist in der Regel konstruktionsbedingt länger als breit. Dies bedeutet eine in einer Dimension geringere Ortsauflösung. Dies lässt sich beispielsweise durch eine Rotation des Fokusbereichs F bzw. durch Oversampling und anschließende Anwendung bekannter tomographischer Rekonstruktionsalgorithmen zumindest teilweise ausgleichen. Ein anderes Verfahren, um die Dimensionen des Fokusbereichs F zu verringern ist, mehrere synchronisierte Mittel 3 um diesen verteilt anzuordnen. Die Auswertung der Korrelation der Detektionen des Interferenzlichts I kann deutlich beschleunigt werden, wenn Mittel 4 zur Auswertung anstelle elektronischer oder informationstechnischer Mittel mithilfe zum Beispiel eines photorefraktiven Kristalls realisiert wird. Dieser kann mit dem Interferenzlicht I vor Wirkung der Scherkräfte als Referenz „geprägt" und so eine einfache Detektion von Abweichungen von dieser Referenz in Echtzeit ermöglicht werden. Durch Variation der Untersuchungslichtfrequenz fL, des eingestrahlten Untersuchungslichts L, beispielsweise durch Verwendung eines in der Wellenlänge regelbaren Lasers, kann eine spektrale Information über das Objekt 1 gewonnen werden. Eine solche spektrale Information ist besonders bei der Funktionsabbildung von Gewebe von Vorteil. Die Abbildung kann entweder sequenziell oder parallel durch spektral getrennte Lichtführung erfolgen.From the in 1 embodiment shown deviating embodiments and further developments of the method and the arrangement will become apparent from the claim 1 and claim 16 respectively dependent claims. So it is possible, the shear forces in the object 1 not by using a transient acoustic pulse, but, for example, an externally generated, propagating shear wave into the object 1 and locate the image information using known tomographic methods. Alternatively, the shear wave in the object 1 also be generated for example by a transitory acoustic pulse, but the information about the lying in the focus area F part of the object 1 discarded and only be used by the propagating wave information for mapping. Instead of a large-scale illumination of the object 1 with examination light L, this can also be predominantly on a part of the object 1 be directed. This is particularly advantageous if otherwise too little interference light I is available with useful information. The speckle generated by the interference light I contains a wide range of spatial frequencies in the unregulated state. The result is that a grain of the speckle pattern has no characteristic size. This leads to a reduction of the achievable contrast, in particular in the detection of the interference light I by means of converter arrays with finite size transducers. This is by adding a spatial filter between object 1 and means 4 to avoid. Preferably, this is done with as close as possible to object 1 Iris implemented. The shape of the iris used can influence the shape of the speckle's characteristic grain, the size of the iris which regulates the distance at which a characteristic speckled grain reaches a certain size. The loss of light through an iris can be achieved by surrounding the object 1 be reduced with reflectors. The focal region F of the ultrasound beam is usually longer by design than wide. This means a lower spatial resolution in one dimension. This can be at least partially compensated, for example, by a rotation of the focus region F or by oversampling and subsequent application of known tomographic reconstruction algorithms. Another method to reduce the dimensions of the focus area F is to use multiple synchronized means 3 to arrange this distributed. The evaluation of the correlation of the detections of the interference light I can be significantly accelerated if means 4 for evaluation instead of electronic or information technology means using for example a photorefractive crystal is realized. This can be "shaped" with the interference light I before the effect of the shear forces as a reference, thus enabling a simple detection of deviations from this reference in real time By varying the examination light frequency f L of the irradiated examination light L, for example by using a wavelength-controllable Lasers, can provide spectral information about the object 1 be won. Such spectral information is particularly advantageous in functional imaging of tissue. The imaging can be done either sequentially or in parallel by spectrally separated light guidance.

Claims (27)

Verfahren zum Abbilden eines Objekts (1) mit Licht und Scherkräften mit folgenden Merkmalen: a. Es wird Untersuchungslicht (L) erzeugt und dem bzw. in das Objekt (1) zugeführt und eingekoppelt, so dass zumindest ein Teil des Untersuchungslichts (L) den abzubildenden Bereich durchläuft. b. Das durch das Objekt (1) gelaufene Untersuchungslicht (L) wird als Interferenzlicht (I) in einem dafür vorgesehenen Raumbereich (5) überlagert. c. Das Interferenzlicht (I) wird detektiert. d. In zumindest einem Teil des Objekts (1) werden Scherkräfte induziert, die eine gerichtete Bewegung zur Folge haben, oder die selbst die Folge einer Solchen sind. e. Das Interferenzlicht (I) wird während bzw. nach der gerichteten Bewegung erneut detektiert und durch Auswerten der Korrelation dieses mit der ersten Detektion des Interferenzlichts (I) werden Informationen für einen oder mehre Bildpunkte erhalten.Method for mapping an object ( 1 ) with light and shear forces having the following characteristics: a. Examination light (L) is generated and directed to or into the object ( 1 ) and coupled, so that at least a part of the examination light (L) passes through the region to be imaged. b. That through the object ( 1 ) Examined examination light (L) is as interference light (I) in a space provided space ( 5 ) superimposed. c. The interference light (I) is detected. d. In at least part of the object ( 1 ) shear forces are induced, which result in a directed movement, or are themselves the result of such a. e. The interference light (I) is detected again during or after the directed movement, and by evaluating the correlation of this with the first detection of the interference light (I), information for one or more pixels is obtained. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gerichtete Bewegung in Objekt (1) von einem auf einen Fokusbereich (F) innerhalb des Objekts (1) fokussierten Ultraschallstrahl hervorgerufen wird.Method according to Claim 1, in which the directed movement in the object ( 1 ) from one to a focus area (F) within the object ( 1 ) focused ultrasound beam is caused. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gerichtete Bewegung in Objekt (1) durch eine, auch außerhalb des Objekts (1) erzeugte, und gegebenenfalls in das Objekt (1) eingekoppelte Scherwelle hervorgerufen wird.Method according to Claim 1, in which the directed movement in the object ( 1 ) by one, even outside the object ( 1 ), and possibly in the object ( 1 ) coupled shear wave is caused. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem durch Auswerten der Korrelation der Detektionen des Interferenzlichts (I) vor und während bzw. nach der gerichteten Bewegung Informationen für einen Bildpunkt erhalten werden, der dem Abbild des im Fokusbereichs (F) liegenden Teils des Objekts (1) entspricht.Method according to Claim 2, in which, by evaluating the correlation of the detections of the interference light (I) before and during or after the directed movement, information is obtained for a pixel which corresponds to the image of the part of the object (F) in the focus area (Fig. 1 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem durch Bewegen des Fokusbereichs (F) des Ultraschallstrahls (U) innerhalb des Objekts (1) eine Vielzahl von Bildpunkten zum Aufbau eines Bildes des Objekts (1) erhalten wird.Method according to Claim 4, in which, by moving the focal region (F) of the ultrasound beam (U) within the object ( 1 ) a plurality of pixels for constructing an image of the object ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Fokusbereich (F) des Ultraschallstrahls (U) in lateraler Richtung, d.h. in einer im Wesentlichen senkrecht zu einer vorgegebenen Einfallsrichtung des Untersuchungslichts (L) gerichteten Ebene, bewegt wird.The method of claim 5, wherein the focus area (F) of the ultrasonic beam (U) in the lateral direction, i. in a substantially perpendicular to a predetermined direction of incidence the examination light (L) directed plane is moved. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Fokusbereich (F) des Ultraschallstrahls (U) auch in einer im Wesentlichen parallel zur Lichteinfallsrichtung des Untersuchungslichts (L) verlaufenden Richtung bewegt wird.The method of claim 6, wherein the focus area (F) of the ultrasonic beam (U) also in a substantially parallel to the light incident direction of the examination light (L) extending Direction is being moved. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Ultraschallstrahl orthogonal oder auch in jedem beliebigen anderen Winkel mit der Lichteinfallsrichtung des Untersuchungslichts (L) in das Objekt (1) gesendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the ultrasound beam orthogonal or at any other angle with the light incident direction of the examination light (L) in the object ( 1 ) is sent. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Untersuchungslicht (L) großflächig auf das abzubildende Objekt (1) gerichtet wird und sowohl den im Fokusbereich (F) des Ultraschallstrahls (U) liegenden Teil des Objekts (1) als auch die umliegende Bereiche des Objekts (1) erleuchtet.Method according to one of the preceding claims, wherein the examination light (L) over a large area on the object to be imaged ( 1 ) and both in the focal region (F) of the ultrasonic beam (U) lying part of the object ( 1 ) as well as the surrounding areas of the object ( 1 ) enlightened. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Untersuchungslicht (L) im Wesentlichen auf den Fokusbereich (F) des Ultraschallstrahls (U) im Objekt (1) gerichtet wird.Method according to one of claims 1 to 8, in which the examination light (L) substantially onto the focal region (F) of the ultrasound beam (U) in the object ( 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere tomographischer Natur, bei dem die gewonnenen Informationen aus einem Bereich des Objekts (1) stammen, der nicht im Fokusbereich (F) des Ultraschallstrahls (U) liegt, zum Beispiel durch die Nutzung einer propagierenden Scherwelle.Method according to one of claims 1 to 3, in particular tomographic nature, in which the information obtained from a region of the object ( 1 ), which is not in the focus area (F) of the ultrasonic beam (U), for example by the use of a propagating shear wave. Verfahren nach Anspruch 4 oder davon abhängigen, bei dem eine, durch einen länglichen Fokusbereich (F) des Ultraschallstrahls (U) bedingte, in einer Dimension geringere Ortsauflösung durch tomographische Abtastmuster und/oder Rekonstruktionsalgorithmen zumindest teilweise ausgeglichen wird.Method according to claim 4 or dependent therefrom one, by an oblong one Focusing area (F) of the ultrasonic beam (U) conditional, in one dimension lower spatial resolution by tomographic scanning patterns and / or reconstruction algorithms is at least partially offset. Verfahren nach Anspruch 4 oder davon abhängigen, bei dem die geometrischen Abmessungen des Fokusbereichs (F) des Ultraschallstrahls (U) durch Verwendung mehrerer um diesen verteilt angeordneter Mittel (3) reduziert wird.Method according to Claim 4 or dependent thereon, in which the geometric dimensions of the focal region (F) of the ultrasound beam (U) are determined by using a plurality of means (V) distributed around it. 3 ) is reduced. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Mittel (4) zur Auswertung der Korrelation des Interferenzlichts (I) mit einem photorefraktiven Kristall, auch unter Verwendung eines Referenzstrahls zum Untersuchungslicht (L), realisiert werden.Method according to one of the preceding claims, in which the means ( 4 ) for evaluating the correlation of the interference light (I) with a photorefractive crystal, also using a reference beam to the examination light (L) can be realized. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem Untersuchungslicht (L) mit variierender oder mehreren Lichtfrequenzen (fL) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, in which examination light (L) having varying or multiple light frequencies (f L ) is used. Anordnung zum Abbilden eines Objekts (1) mit Licht und Scherkräften mit folgenden Merkmalen: a. Es sind Mittel (2) zum Erzeugen von Untersuchungslicht (L) sowie entsprechende Mittel zum Bestrahlen zumindest eines Teils des Objekts (1) mit dem Untersuchungslicht (L) vorgesehen. b. Es ist ein Raumbereich (5) zum Überlagern zumindest eines Teils des durch das Objekt (1) gelaufenen Untersuchungslichts (L) als Interferenzlicht (I) vorgesehen. c. Es sind Mittel zum Erzeugen von Scherkräften im Objekt (1) vorgesehen. d. Es sind Mittel (4) zum Erhalten von Informationen für einen oder mehrere Bildpunkte durch Auswerten der Korrelation des vor und während bzw. nach der gerichteten Bewegung detektierten Interferenzlichts (I) vorgesehen.Arrangement for imaging an object ( 1 ) with light and shear forces having the following characteristics: a. They are means ( 2 ) for generating examination light (L) and corresponding means for irradiating at least a part of the object ( 1 ) with the examination light (L). b. It is a room area ( 5 ) for superimposing at least part of the object (s) 1 ) Examined examination light (L) as interference light (I). c. There are means for generating shear forces in the object ( 1 ) intended. d. They are means ( 4 ) for obtaining information for one or more pixels by evaluating the correlation of the interference light (I) detected before and during or after the directed movement. Anordnung nach Anspruch 16, bei der die Mittel (2) zum Erzeugen des Untersuchungslichts (L) bzw. gegebenenfalls des Referenzlichts einen Laser (20) sowie entsprechende optische Komponenten zum Aufteilen des Lichts vom Laser (20) in zwei Anteile enthalten, wobei einer der Anteile als Untersuchungslicht (L), der andere als Referenzlicht vorgesehen ist.Arrangement according to Claim 16, in which the means ( 2 ) for generating the examination light (L) or optionally the reference light, a laser ( 20 ) and corresponding optical components for splitting the light from the laser ( 20 ) are contained in two portions, one of the portions being provided as examination light (L), the other as reference light. Anordnung nach Ansprüchen 16 oder 17, bei der Mittel (3) zum Senden eines auf einen Fokusbereich (F) fokussierten Ultraschallstrahls (U) vorgesehen sind, um Scherkräfte im Objekt (1) zu erzeugen.Arrangement according to claims 16 or 17, in which means ( 3 ) are provided for transmitting an ultrasound beam (U) focused on a focus area (F) in order to transmit shear forces in the object ( 1 ) to create. Anordnung nach Ansprüchen 16 oder 17, bei der Mittel zum Erzeugen einer Scherwelle, auch außerhalb des Objekts (1), und gegebenenfalls Mittel zum Einkoppeln dieser in das Objekt (1) vorgesehen sind.Arrangement according to claims 16 or 17, in which means for generating a shear wave, also outside the object ( 1 ), and optionally means for coupling these into the object ( 1 ) are provided. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der die Mittel zum Bestrahlen des Objekts (1) mit dem Untersuchungslicht (L) eine Freistrahlanordnung umfassen, um zumindest einen Teil des Objekts (1) mit dem Untersuchungslicht (L) zu bestrahlen.Arrangement according to one of Claims 16 to 19, in which the means for irradiating the object ( 1 ) comprise a free-jet arrangement with the examination light (L) in order to cover at least part of the object ( 1 ) to be irradiated with the examination light (L). Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der die Mittel zum Bestrahlen des Objekts (1) mit dem Untersuchungslicht (L) Lichtwellenleiter umfassen, um das Untersuchungslicht (L) dem Objekt (1) zuzuführen und gegebenenfalls vorwiegend auf einen Teil desselben zu richten.Arrangement according to one of Claims 16 to 19, in which the means for irradiating the object ( 1 ) with the examination light (L) comprise optical waveguides in order to bring the examination light (L) into the object ( 1 ) and, if appropriate, to focus on a part of it. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei der Mittel zur interferometrischen Überlagerung des Untersuchungslichts (L) und/oder Mittel zur Richtung dieses und gegebenenfalls des Referenzlichts auf einen Raumbereichbereich (5) enthalten sind.Arrangement according to one of Claims 16 to 21, in which means for the interferometric superimposition of the examination light (L) and / or means for the direction of this and optionally the reference light are applied to a spatial region ( 5 ) are included. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei der Mittel zur Anpassung bzw. Vereinheitlichung des geometrischen Erscheinungsbildes des Interferenzlichts (I) enthalten sind.Arrangement according to one of claims 16 to 22, wherein the means for adaptation or standardization of the geometric appearance of the interference light (I) are included. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei der die Mittel (4) zum Auswerten der Korrelation des Interferenzlichts (I) vor und während bzw. nach der gerichteten Bewegung ein photoelektrisches Wandlerarray (40) umfassen, das im Raumbereich (5) angeordnet ist.Arrangement according to one of Claims 16 to 23, in which the means ( 4 ) for evaluating the correlation of the interference light (I) before and during or after the directed movement of a photoelectric transducer array ( 40 ), which in the spatial area ( 5 ) is arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei der die Mittel (4) zum Auswerten der Korrelation des Interferenzlichts (I) vor und während bzw. nach der gerichteten Bewegung einen photorefraktiven Kristall umfassen.Arrangement according to one of Claims 16 to 23, in which the means ( 4 ) for evaluating the correlation of the interference light (I) before and during or after the directed movement comprise a photorefractive crystal. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, die mehrere um den Fokusbereich (F) angeordnete Mittel (3) zum Senden von Ultraschall umfasst.Arrangement according to one of Claims 16 to 25, comprising a plurality of means (15) arranged around the focal region (F). 3 ) for transmitting ultrasound. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, die eine Variation der Untersuchungslichtfrequenz (fL) erlaubt, um spektrale Informationen zu erhalten.Arrangement according to one of claims 16 to 26, which allows a variation of the examination light frequency (f L ) to obtain spectral information.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0818775D0 (en) 2008-10-13 2008-11-19 Isis Innovation Investigation of physical properties of an object
GB201116518D0 (en) 2011-09-23 2011-11-09 Isis Innovation Investigation of physical properties of an object
US10016137B1 (en) 2017-11-22 2018-07-10 Hi Llc System and method for simultaneously detecting phase modulated optical signals
US10335036B2 (en) 2017-11-22 2019-07-02 Hi Llc Pulsed ultrasound modulated optical tomography using lock-in camera
US10368752B1 (en) 2018-03-08 2019-08-06 Hi Llc Devices and methods to convert conventional imagers into lock-in cameras
US11206985B2 (en) 2018-04-13 2021-12-28 Hi Llc Non-invasive optical detection systems and methods in highly scattering medium
US11857316B2 (en) 2018-05-07 2024-01-02 Hi Llc Non-invasive optical detection system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633715A (en) * 1985-05-08 1987-01-06 Canadian Patents And Development Limited - Societe Canadienne Des Brevets Et D'exploitation Limitee Laser heterodyne interferometric method and system for measuring ultrasonic displacements
US4762413A (en) * 1984-09-07 1988-08-09 Olympus Optical Co., Ltd. Method and apparatus for measuring immunological reaction with the aid of fluctuation in intensity of scattered light
US5212667A (en) * 1992-02-03 1993-05-18 General Electric Company Light imaging in a scattering medium, using ultrasonic probing and speckle image differencing
DE4419900A1 (en) * 1994-06-07 1995-12-14 Siemens Ag Method and arrangement for imaging an object with light
EP1303756B1 (en) * 2000-07-23 2004-10-06 THE STATE of ISRAEL Atomic Energy Commission Soreq Nuclear Research Center Apparatus and method for probing light absorbing agents in biological tissues

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2617602B1 (en) 1987-07-03 1989-10-20 Thomson Csf METHOD AND SYSTEM FOR PHOTON FREQUENCY MARKING TRANSILLUMINATION IMAGING
WO2002054948A1 (en) * 2001-01-11 2002-07-18 The Johns Hopkins University Assessment of tooth structure using laser based ultrasonics

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4762413A (en) * 1984-09-07 1988-08-09 Olympus Optical Co., Ltd. Method and apparatus for measuring immunological reaction with the aid of fluctuation in intensity of scattered light
US4633715A (en) * 1985-05-08 1987-01-06 Canadian Patents And Development Limited - Societe Canadienne Des Brevets Et D'exploitation Limitee Laser heterodyne interferometric method and system for measuring ultrasonic displacements
US5212667A (en) * 1992-02-03 1993-05-18 General Electric Company Light imaging in a scattering medium, using ultrasonic probing and speckle image differencing
DE4419900A1 (en) * 1994-06-07 1995-12-14 Siemens Ag Method and arrangement for imaging an object with light
EP1303756B1 (en) * 2000-07-23 2004-10-06 THE STATE of ISRAEL Atomic Energy Commission Soreq Nuclear Research Center Apparatus and method for probing light absorbing agents in biological tissues

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SARVAZYAN, P.A. u.a.: Shear wave elasticity ima- ging: A new ultrasonic technology of medical diagnostics. In: Ultrasound in Med. & Biol., 1998, Vol. 24, No. 9, S. 1419 bis 1435
SARVAZYAN, P.A. u.a.: Shear wave elasticity imaging: A new ultrasonic technology of medical diagnostics. In: Ultrasound in Med. & Biol., 1998, Vol. 24, No. 9, S. 1419 bis 1435 *
ZHANG, H. u.a.: Optical and mechanical proper- ties in photorefractive crystal based ultrasound- modulated optical tomography.-In: Proc. of SPIE, 2006, Vol. 6086, S. 608616-1 bis 608616-8
ZHANG, H. u.a.: Optical and mechanical properties in photorefractive crystal based ultrasoundmodulated optical tomography.-In: Proc. of SPIE, 2006, Vol. 6086, S. 608616-1 bis 608616-8 *

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