專(zhuān)利名稱(chēng)：光聲成像設(shè)備和光聲成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光聲效應(yīng)的成像設(shè)備以及光聲成像方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已經(jīng)提出了用于通過(guò)使用與光相比在活體內(nèi)散射更少的超聲波的特性來(lái)以高分辨率獲得在活體內(nèi)的光學(xué)特性值的分布的方法。根據(jù)PTL，用由光源產(chǎn)生的脈沖光照射活體，檢測(cè)由生物組織通過(guò)脈沖光的能量吸收而產(chǎn)生的聲波，并且分析與所檢測(cè)的聲波對(duì)應(yīng)的信號(hào)，由此獲得在活體內(nèi)的光學(xué)特性值的分布。使用通過(guò)用光照射活體而獲得的聲波的成像一般被稱(chēng)為光聲成像。關(guān)于光聲成像方法，已知以下技術(shù)。即，在如圖9A中所示出地由聲波檢測(cè)器20檢測(cè)通過(guò)用光照射球形光吸收體10而產(chǎn)生的光聲波時(shí)，如果光吸收體10的光吸收是均勻的， 則獲得圖9B中示出的N形(N-Shape)的聲壓信息(參見(jiàn)NPL)。通過(guò)將N形的波形的時(shí)間寬度乘以音速獲得的值是反映了光吸收體10的尺寸 (這里為球的直徑)的值。此外，檢測(cè)到N形的波形時(shí)的時(shí)間反映了光吸收體10的位置信息。此外，在到達(dá)光吸收體10的光強(qiáng)度相等的情況下，具有N形波形的信號(hào)的幅值與光吸收體10的吸收系數(shù)成比例。如上所述，在光聲成像中，通過(guò)使用從光聲波獲得的數(shù)據(jù)來(lái)重建光吸收體10的圖像。在通過(guò)檢測(cè)通過(guò)光學(xué)吸收產(chǎn)生的超聲波而執(zhí)行的上述光聲成像中，對(duì)具有比光吸收體周?chē)慕橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織成像。例如，活體中的血管具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)。已經(jīng)研究了血管的成像。作為用于處理從檢測(cè)器獲得的光聲波信號(hào)的方法，可以使用諸如包絡(luò)檢波之類(lèi)的波形處理。通過(guò)在波形處理之后執(zhí)行圖像形成處理，可以對(duì)活體內(nèi)的光學(xué)特性分布成像。在使用由設(shè)置在各個(gè)位置處的檢測(cè)器測(cè)量的光聲波信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)使用圖像重建和諸如包絡(luò)檢波之類(lèi)的波形處理來(lái)對(duì)活體內(nèi)的光學(xué)特性分布成像，所述圖像重建使用包含諸如延遲求和(delay and sum)之類(lèi)的孔徑合成處理的方法。在光聲成像中使用的約700到IlOOnm的近紅外區(qū)中，存在具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織(諸如血管)，并且還存在具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織(諸如鈣化的物質(zhì))。為此，在上述的簡(jiǎn)單地使用包絡(luò)檢波的圖像形成方法中，只可以以絕對(duì)值的形式檢測(cè)對(duì)象和周?chē)橘|(zhì)之間的光吸收系數(shù)的差。因此，難以確定對(duì)象的光吸收系數(shù)是比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高還是低。引文列表專(zhuān)利文獻(xiàn)PTL 1 美國(guó)專(zhuān)利 No. 5，713，356非專(zhuān)利文獻(xiàn)
NPL 1 :L. V. Wang等人的“Biomedical Optics-Principles and Imaging”，Wiley， Ch.12,200
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了能夠通過(guò)將具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織和具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織彼此區(qū)分來(lái)執(zhí)行成像的光聲成像設(shè)備和光聲成像方法。根據(jù)本發(fā)明的方面的光聲成像設(shè)備包括光源；檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置為檢測(cè)從已經(jīng)吸收從所述光源發(fā)射的光的能量的光吸收體產(chǎn)生的聲波；以及信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元被配置為通過(guò)在對(duì)由檢測(cè)器檢測(cè)的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示所述聲波的壓力的變化率是正還是負(fù)的信息來(lái)形成光吸收體的圖像。根據(jù)本發(fā)明的方面的光聲成像方法包括從光源發(fā)射光的步驟；檢測(cè)從已經(jīng)吸收從所述光源發(fā)射的光的能量的光吸收體產(chǎn)生的聲波的步驟；以及在對(duì)所檢測(cè)的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示所述聲波的壓力的變化率是正還是負(fù)的信息的步驟。根據(jù)本發(fā)明的方面，能夠提供如下的光聲成像設(shè)備和光聲成像方法，所述光聲成像設(shè)備和光聲成像方法能夠通過(guò)將具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織和具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織彼此區(qū)分來(lái)執(zhí)行成像。從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述中本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將明顯，在附圖中相似的附圖標(biāo)記指示在所有附圖中相同或類(lèi)似的部件。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光聲成像設(shè)備的示例性配置。圖2A是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖2B是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖2C是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖2D是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖3A是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖;3B是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖3C是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖3D是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖3E是用于說(shuō)明具有比背景的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體的成像方法的圖。圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的流程圖。圖5是根據(jù)第二實(shí)施例的流程圖。圖6是根據(jù)第三實(shí)施例的流程圖。圖7A是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示例的模擬模型的圖。圖7B是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示例的模擬模型的圖。圖8A是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示例的模擬結(jié)果的圖。圖8B是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示例的模擬結(jié)果的圖。圖9A是用于說(shuō)明具有N形波形的光聲信號(hào)的圖。圖9B是用于說(shuō)明具有N形波形的光聲信號(hào)的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖2A 2D是用于說(shuō)明在球形組織210的光吸收系數(shù)比周?chē)橘|(zhì)220的光吸收系數(shù)高的情況下的圖像處理方法的圖。如圖2A中所示出的，在由檢測(cè)器240檢測(cè)通過(guò)用脈沖光230照射組織210而產(chǎn)生的光聲波時(shí)，獲得圖2B中示出的波形數(shù)據(jù)250。在光被吸收體均勻地吸收時(shí)，波形數(shù)據(jù)是N形的。其后執(zhí)行的用于處理的方法具有兩個(gè)可替代方案。在它們中的一種方法中，如圖2C中所示出的，對(duì)圖2B中示出的波形數(shù)據(jù)執(zhí)行基于包絡(luò)檢波的處理。基于處理后的波形數(shù)據(jù)執(zhí)行圖像形成處理，并且如圖2D中所示出地在顯示單元270上顯示反映光吸收系數(shù)的光吸收體的圖像觀0。在另一種方法中，在使用孔徑合成處理等的算法的圖像重建方法中將在各個(gè)位置處檢測(cè)的多段波形數(shù)據(jù)相加，然后執(zhí)行包絡(luò)檢波，并且在顯示單元270上顯示反映光吸收系數(shù)的光吸收體的圖像觀0。另一方面，圖3A 3E是用于說(shuō)明在球形組織310的光吸收系數(shù)比周?chē)橘|(zhì)220 的光吸收系數(shù)低的情況下的圖像處理方法的圖。本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，在組織310的光吸收系數(shù)比周?chē)橘|(zhì)220 的光吸收系數(shù)低的這種情況下，如圖3B中所示出的，檢測(cè)到具有相對(duì)于圖2B中示出的波形正/負(fù)被顛倒的N形波形(顛倒的N形波形)的數(shù)據(jù)350。S卩，在目標(biāo)部分的光吸收系數(shù)比周?chē)M織的光吸收系數(shù)高的情況下，光聲波信號(hào)在信號(hào)開(kāi)始點(diǎn)處上升(即，開(kāi)始時(shí)壓力的變化率是正的)。另一方面，在目標(biāo)部分的光吸收系數(shù)比周?chē)M織的光吸收系數(shù)低的情況下，光聲波信號(hào)在信號(hào)開(kāi)始點(diǎn)處下降(即，開(kāi)始時(shí)壓力的變化率是負(fù)的)。已經(jīng)使用上述發(fā)現(xiàn)來(lái)進(jìn)行了本發(fā)明，并且本發(fā)明的特征在于，在將具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織與具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織區(qū)分開(kāi)的情況下執(zhí)行成像。第一實(shí)施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光聲成像設(shè)備100的示例性配置。根據(jù)本實(shí)施例的光聲成像設(shè)備100出于診斷惡性腫瘤、血管疾病等或者觀察化學(xué)治療的進(jìn)展的目的而能夠?qū)铙w內(nèi)的光學(xué)特性值和構(gòu)成從關(guān)于那些值的信息獲得的生物組織的物質(zhì)的濃度分布成像。特別地，光聲成像設(shè)備100能夠?qū)哂斜戎車(chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體成像。在根據(jù)本實(shí)施例的光聲成像設(shè)備100中，從光源130發(fā)射的光通過(guò)光纖140傳播， 使得用該光照射活體120。作為周?chē)橘|(zhì)的活體120具有光吸收體110。由光吸收體110 吸收的光的能量被轉(zhuǎn)換為聲波160。由檢測(cè)器150檢測(cè)聲波160。即使在光吸收體110的光吸收系數(shù)比構(gòu)成對(duì)象的周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)低的情況下，光吸收體110也根據(jù)光吸收體110與周?chē)橘|(zhì)之間的光吸收系數(shù)的差而產(chǎn)生聲波。此外，根據(jù)本實(shí)施例的光聲成像設(shè)備100包括信號(hào)處理單元170，該信號(hào)處理單元 170通過(guò)使用從檢測(cè)器150獲得的電信號(hào)而獲得關(guān)于光學(xué)特性值的分布信息。光源130產(chǎn)生脈沖光。脈沖光在幾納秒到數(shù)百納秒的量級(jí)，并且其波長(zhǎng)應(yīng)該為 700nm以上并且IlOOnm以下。使用激光器作為光源130，但是可以使用發(fā)光二極管等來(lái)代替激光器。在使用能夠轉(zhuǎn)換振蕩波長(zhǎng)的OPO (光學(xué)參數(shù)振蕩器)或者染料激光器時(shí)，能夠測(cè)量由波長(zhǎng)引起的光學(xué)特性值的分布的差異。每個(gè)檢測(cè)器150吸收照射活體120的光的能量，根據(jù)光吸收系數(shù)的差來(lái)檢測(cè)從活體120中的光吸收體110產(chǎn)生的聲波，并且將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。作為檢測(cè)器150，可以使用能夠只接收從特定區(qū)域產(chǎn)生的聲波的聚焦換能器(focus transducer)。在使用聚焦換能器時(shí)，可以指定光吸收體的位置，使得不必執(zhí)行諸如延遲求和之類(lèi)的圖像重建的處理。此外，可以使用任何類(lèi)型的聲波檢測(cè)器(例如，使用壓電現(xiàn)象的換能器、使用光諧振的換能器或者使用電容變化的換能器)作為檢測(cè)器150，只要該檢測(cè)器能夠檢測(cè)聲波信號(hào)即可。在本實(shí)施例中，在活體120的表面上放置多個(gè)檢測(cè)器150?？商娲?，可以使用單個(gè)檢測(cè)器來(lái)掃描活體120的表面。信號(hào)處理單元170分析電信號(hào)，由此獲得關(guān)于活體120的光學(xué)特性值的分布信息。 可以使用任何裝置作為信號(hào)處理單元170，只要聲波的時(shí)間變化和強(qiáng)度可以被存儲(chǔ)并且通過(guò)使用計(jì)算單元被轉(zhuǎn)換為光學(xué)特性值的分布的數(shù)據(jù)即可。例如，可以使用示波器和能夠分析存儲(chǔ)在示波器中的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。在圖2A中示出的球形組織210的情況下，如圖2B中所示出的，從具有比周?chē)橘|(zhì) 220的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織210產(chǎn)生的光聲信號(hào)在開(kāi)始點(diǎn)處上升(N形的波形)。另一方面，在圖3A中示出的具有比周?chē)橘|(zhì)220的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的球形組織310的情況下，如圖:3B中所示出的，信號(hào)在開(kāi)始點(diǎn)處下降(顛倒的N形的波形)。將參考圖4中的關(guān)于基于上述發(fā)現(xiàn)對(duì)具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織成像的信號(hào)處理方法的流程圖來(lái)進(jìn)行描述。首先，用作檢測(cè)器150的聚焦換能器檢測(cè)光聲信號(hào)(S410)。隨后，信號(hào)處理單元170存儲(chǔ)指示光聲信號(hào)的壓力的變化率是具有正值還是具有負(fù)值的信息(S420)。為了使光聲信號(hào)的數(shù)據(jù)適合于光吸收體的吸收特性，執(zhí)行包絡(luò)檢波處理(例如，在希爾伯特(Hilbert)變換之后獲得絕對(duì)值)作為波形處理(S430)。在圖2C和圖3C中示出了通過(guò)包絡(luò)檢波處理獲得的聲壓信息的示例。隨后，確定在光聲信號(hào)的壓力變化中光聲信號(hào)是否在信號(hào)開(kāi)始點(diǎn)處上升(S440)。應(yīng)該依賴(lài)于使用的檢測(cè)器的特性而在確定之前根據(jù)檢測(cè)器的頻率響應(yīng)特性來(lái)執(zhí)行校正。 即，應(yīng)該根據(jù)使用的檢測(cè)器的頻率響應(yīng)特性來(lái)對(duì)接收的光聲信號(hào)執(zhí)行去卷積。這里，如果在S440中確定光聲信號(hào)上升，則以與傳統(tǒng)光聲成像設(shè)備中相同的方式執(zhí)行圖像形成(S460)。另一方面，如果在步驟S440中確定光聲信號(hào)下降，則包絡(luò)檢波后的聲壓數(shù)據(jù)的正/負(fù)被顛倒(S450)。利用S450中的該處理，可以獲得圖3D中示出的波形數(shù)據(jù)360。隨后，以與在信號(hào)上升的情況中相同的方式來(lái)執(zhí)行圖像形成(S460)。為了執(zhí)行圖像形成，波形數(shù)據(jù)360的時(shí)間數(shù)據(jù)可以被轉(zhuǎn)換為位置數(shù)據(jù)，并且隨后被繪制(plot)。最后，從信號(hào)處理單元170輸出在S460中獲得的圖像的信號(hào)，由此在圖像顯示單元180和270上顯示光吸收體的圖像。在該情況下，如圖2D和圖3E中所示出的，可以以不同的顯示形式在圖像顯示單元270上顯示具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織的圖像280和具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織的圖像380。為了表示具有不同的光吸收系數(shù)的不同類(lèi)型的組織，可以使用不同的顯示顏色或者不同的色調(diào)(例如，改變濃淡度)?？商娲?，可以把識(shí)別符號(hào)(例如，+或_)給予具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)高或低的光吸收系數(shù)的組織。根據(jù)第一實(shí)施例的光聲成像設(shè)備100的使用使得即使在使用包絡(luò)檢波時(shí)也能夠不僅對(duì)具有比活體內(nèi)的周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織成像而且對(duì)具有比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織成像。已知的是，物質(zhì)的光吸收系數(shù)根據(jù)光的波長(zhǎng)而變化。在使用多個(gè)波長(zhǎng)的光的情況下，計(jì)算對(duì)于各個(gè)波長(zhǎng)的活體內(nèi)的光吸收系數(shù)。然后，將那些系數(shù)與構(gòu)成生物組織的物質(zhì) (葡萄糖、膠原蛋白、氧化-還原血紅蛋白等)特有的波長(zhǎng)相關(guān)性進(jìn)行比較，使得可以對(duì)構(gòu)成活體的物質(zhì)的濃度分布成像。此外，在通過(guò)使用根據(jù)本實(shí)施例的光聲成像設(shè)備100利用多個(gè)波長(zhǎng)執(zhí)行測(cè)量的情況下，可以確定在物質(zhì)的光吸收系數(shù)與周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)之間的高/低關(guān)系，使得可以指定作為測(cè)量目標(biāo)的物質(zhì)?，F(xiàn)在，將對(duì)于確定其光吸收系數(shù)與周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)不同的物質(zhì)A、B和C的存在的示例來(lái)進(jìn)行描述。假設(shè)在某兩個(gè)波長(zhǎng)Iambda-I和lambda-2兩者中物質(zhì)A的光吸收系數(shù)比周?chē)橘|(zhì)的光吸收系數(shù)高。此外，假設(shè)物質(zhì)B的光吸收系數(shù)在波長(zhǎng)Iambda-I中較高而在波長(zhǎng)lambda-2中較低。此外，假設(shè)物質(zhì)C的光吸收系數(shù)在波長(zhǎng)Iambda-I和lambda-2 兩者中較低。在該情況下，在通過(guò)使用兩個(gè)波長(zhǎng)Iambda-I和lambda-2來(lái)執(zhí)行測(cè)量時(shí)，在兩個(gè)波長(zhǎng)中從物質(zhì)A輸出正信號(hào)(在信號(hào)開(kāi)始點(diǎn)處上升的信號(hào))。至于物質(zhì)B，在使用波長(zhǎng) Iambda-I時(shí)獲得正信號(hào)，而在使用波長(zhǎng)lambda-2時(shí)輸出負(fù)信號(hào)(在信號(hào)開(kāi)始點(diǎn)處下降的信號(hào))。至于物質(zhì)C，在兩個(gè)波長(zhǎng)中輸出負(fù)信號(hào)。通過(guò)比較這些結(jié)果，可以相互區(qū)分物質(zhì)A、 B 和 C的分布。如上所述，通過(guò)使用包括能夠發(fā)射多個(gè)波長(zhǎng)的光的光源和信號(hào)處理單元的光聲成像設(shè)備，可以基于圖像重建結(jié)果的正/負(fù)值來(lái)識(shí)別物質(zhì)A、B和C或者可以容易地確定物質(zhì) A、B和C的分布。即，在通過(guò)用波長(zhǎng)Iambda-I的光的照射獲得的第一聲波的形狀與通過(guò)用波長(zhǎng) lambda-2的光的照射獲得的第二聲波的形狀之間的比較使得能夠分析物質(zhì)?？梢杂缮鲜鲂盘?hào)處理單元170或另一單元執(zhí)行這種處理。第二實(shí)施例根據(jù)第二實(shí)施例的光聲成像設(shè)備與根據(jù)第一實(shí)施例的光聲成像設(shè)備100的不同之處在于，在已經(jīng)執(zhí)行了通常的包絡(luò)檢波處理之后執(zhí)行圖像形成處理。即，在第一實(shí)施例中，在已經(jīng)使包絡(luò)檢波后的聲壓數(shù)據(jù)的正/負(fù)顛倒之后執(zhí)行圖像形成。另一方面，在第二實(shí)施例中，在不執(zhí)行這種處理的情況下執(zhí)行圖像形成。根據(jù)第二實(shí)施例的設(shè)備的配置除了信號(hào)處理和圖像重建之外都與第一實(shí)施例的配置相同，并且因此省略了其描述。圖5是根據(jù)第二實(shí)施例的圖像重建和信號(hào)處理的流程圖。首先，用作檢測(cè)器150的聚焦換能器檢測(cè)光聲信號(hào)(S510)。隨后，信號(hào)處理單元170存儲(chǔ)光聲信號(hào)的壓力變化信息(S520)。在已經(jīng)執(zhí)行了包絡(luò)檢波處理以便使光聲信號(hào)的數(shù)據(jù)適合于光吸收體的吸收特性(S530)之后，執(zhí)行圖像形成處理(SMO)。在圖像形成處理中，波形數(shù)據(jù)360的時(shí)間數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為位置數(shù)據(jù)，并且被繪制。在根據(jù)第一實(shí)施例的圖像形成處理中，在通過(guò)包絡(luò)檢波獲得的數(shù)據(jù)的正/負(fù)已經(jīng)在檢測(cè)到在信號(hào)開(kāi)始點(diǎn)處的下降時(shí)被顛倒之后，執(zhí)行圖像重建。然而，根據(jù)第二實(shí)施例，在沒(méi)有使通過(guò)包絡(luò)檢波獲得的數(shù)據(jù)的正/負(fù)顛倒的情況下執(zhí)行圖像形成處理。隨后，基于在S520中存儲(chǔ)的光聲信號(hào)的壓力變化信息來(lái)確定光聲信號(hào)是否下降 (S550)。應(yīng)該依賴(lài)于使用的檢測(cè)器的特性在確定之前根據(jù)檢測(cè)器的頻率響應(yīng)特性來(lái)執(zhí)行校正。如果在S550中確定光聲信號(hào)上升，則在圖像顯示單元180和270上顯示在S540 中獲得的圖像(S570)。另一方面，如果在S550中確定光聲信號(hào)下降，則添加指示組織的光吸收系數(shù)比背景的光吸收系數(shù)低的信息(S560)。其后，從信號(hào)處理單元170輸出添加有該信息的圖像的信號(hào)，并且在圖像顯示單元180和270上顯示該圖像(S570)。因此，可以以不同的顯示形式顯示具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織的圖像和具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織的圖像。為了表示具有不同的光吸收系數(shù)的不同類(lèi)型的組織，可以使用不同的顯示顏色或者不同的色調(diào)。可替代地，可以把識(shí)別符號(hào)給予具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織。在根據(jù)第二實(shí)施例的光聲成像設(shè)備中，與在根據(jù)第一實(shí)施例的設(shè)備中一樣，可以通過(guò)使用多個(gè)波長(zhǎng)的光來(lái)指定作為測(cè)量目標(biāo)的物質(zhì)。第三實(shí)施例根據(jù)第三實(shí)施例的光聲成像設(shè)備與根據(jù)第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的光聲成像設(shè)備的不同之處在于，通過(guò)使用基于延遲求和的算法或者基于傅里葉變換的算法來(lái)執(zhí)行圖像重建。作為根據(jù)本實(shí)施例的檢測(cè)器，應(yīng)該使用能夠檢測(cè)來(lái)自各個(gè)區(qū)域的信號(hào)的檢測(cè)器。除了上述點(diǎn)之外，根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)備的配置與根據(jù)第一實(shí)施例的設(shè)備的配置相同，并且因此省略了其描述。圖6是根據(jù)第三實(shí)施例的圖像重建和信號(hào)處理的流程圖。首先，檢測(cè)器150檢測(cè)光聲信號(hào)(S610)。隨后，信號(hào)處理單元170存儲(chǔ)光聲信號(hào)的壓力變化信息(S620)，對(duì)光聲信號(hào)的數(shù)據(jù)執(zhí)行希爾伯特變換(S630)，并且執(zhí)行圖像重建(S640)。作為用于圖像重建的方法，使用基于延遲求和的算法或者基于傅里葉變換的算法。其后，獲得所獲得的圖像數(shù)據(jù)的絕對(duì)值 (S650)。隨后，基于在S620中存儲(chǔ)的光聲信號(hào)的壓力變化信息來(lái)確定光聲信號(hào)是否下降 (S660)。應(yīng)該依賴(lài)于使用的檢測(cè)器的特性在確定之前根據(jù)檢測(cè)器的頻率響應(yīng)特性來(lái)執(zhí)行校正。如果在S660中確定光聲信號(hào)上升，則從信號(hào)處理單元170輸出所獲得的圖像的信號(hào)，并且在圖像顯示單元180和270上顯示該圖像(S680)。另一方面，如果在S660中確定光聲信號(hào)下降，則添加指示組織的光吸收系數(shù)比背景的光吸收系數(shù)低的信息(S670)。其后，從信號(hào)處理單元170輸出添加有該信息的圖像的信號(hào)，并且在圖像顯示單元180和270上顯示該圖像(S680)。因此，可以以不同的顯示形式顯示具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織的圖像和具有比周?chē)M織的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織的圖像。為了表示具有不同的光吸收系數(shù)的不同類(lèi)型的組織，可以使用不同的顯示顏色或者不同的色調(diào)?？商娲兀梢越o予識(shí)別符號(hào)(例如，+或_)?？商娲?，可以通過(guò)使光吸收體的光吸收系數(shù)的正/負(fù)顛倒來(lái)在圖像顯示單元 180和270上顯示通過(guò)包絡(luò)檢波后的圖像重建獲得的數(shù)據(jù)。在根據(jù)第三實(shí)施例的光聲成像設(shè)備中，與在根據(jù)第一實(shí)施例的設(shè)備中一樣，可以通過(guò)使用多個(gè)波長(zhǎng)的光來(lái)指定作為測(cè)量目標(biāo)的物質(zhì)。示例 1對(duì)于在下面的情況下獲得的光聲信號(hào)執(zhí)行模擬其中測(cè)量目標(biāo)的光吸收系數(shù)比構(gòu)成對(duì)象的周?chē)M織的光吸收系數(shù)高的情況；以及其中測(cè)量目標(biāo)的光吸收系數(shù)比構(gòu)成對(duì)象的周?chē)M織的光吸收系數(shù)低的情況。在圖7A和圖7B中示出了模擬模型。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)定二維空間，并且對(duì)于在執(zhí)行用來(lái)自圖的底部的光630的照射時(shí)的點(diǎn)640處獲得的光聲信號(hào)執(zhí)行模擬。作為具有Icm的直徑的圓形的作為測(cè)量目標(biāo)的光吸收體610被放置在距離光照射點(diǎn)Icm處。音速是1500m/s。背景區(qū)域620的光吸收系數(shù)是0. Icm-1,并且其等效的散射系數(shù)是lOcnT1。光吸收體610的光吸收系數(shù)是l.OcnT1，并且其等效的散射系數(shù)是lOcnT1。光吸收體710的光吸收系數(shù)是OcnT1，并且其等效的散射系數(shù)是lOcnT1。在圖8A和圖8B中示出了關(guān)于在點(diǎn)640處的聲壓的時(shí)移(time-lapse)變化的模擬結(jié)果。在具有比區(qū)域620的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的光吸收體610的情況下，獲得其中來(lái)自測(cè)量目標(biāo)的信號(hào)在開(kāi)始點(diǎn)處上升的正的光聲信號(hào)(圖8A)。另一方面，在具有比區(qū)域620的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體710的情況下，獲得其中來(lái)自測(cè)量目標(biāo)的信號(hào)在開(kāi)始點(diǎn)處下降的負(fù)的光聲信號(hào)(圖8B)。因此，應(yīng)理解，在光吸收系數(shù)比周?chē)鷧^(qū)域的光吸收系數(shù)高時(shí)產(chǎn)生在開(kāi)始點(diǎn)處上升的正的光聲信號(hào)，而在光吸收系數(shù)比周?chē)鷧^(qū)域的光吸收系數(shù)低時(shí)產(chǎn)生在開(kāi)始點(diǎn)處下降的負(fù)的光聲信號(hào)。雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍將被給予最寬的解釋從而包括所有這樣的修改、等同的結(jié)構(gòu)與功能。 本申請(qǐng)要求2008年12月11日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2008-316042的權(quán)益，該日本專(zhuān)利申請(qǐng)其整體通過(guò)參考被并入于此。
權(quán)利要求
1.一種光聲成像設(shè)備，包括 光源；檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置為檢測(cè)從已經(jīng)吸收從所述光源發(fā)射的光的能量的光吸收體產(chǎn)生的聲波；以及信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元被配置為通過(guò)在對(duì)由檢測(cè)器檢測(cè)的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示所述由檢測(cè)器檢測(cè)的聲波的壓力的變化率是正還是負(fù)的信息來(lái)形成所述光吸收體的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲成像設(shè)備，其中所述波形處理是包絡(luò)檢波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光聲成像設(shè)備，其中，在聲波的壓力的變化率在開(kāi)始時(shí)為負(fù)的情況下，所述信號(hào)處理單元輸出用于顯示指示所述光吸收體具有比所述光吸收體的周?chē)鷧^(qū)域的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的信息的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任何一個(gè)所述的光聲成像設(shè)備，其中，在聲波的壓力的變化率在開(kāi)始時(shí)為負(fù)的情況下，所述信號(hào)處理單元將通過(guò)所述波形處理獲得的聲壓信息從正值轉(zhuǎn)換為負(fù)值或者從負(fù)值轉(zhuǎn)換為正值，并且基于轉(zhuǎn)換后的聲壓信息來(lái)形成光吸收體的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一個(gè)所述的光聲成像設(shè)備，其中所述檢測(cè)器是聚焦換能器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5中的任何一個(gè)所述的光聲成像設(shè)備，還包括圖像顯示單元， 其中所述圖像顯示單元通過(guò)使用與周?chē)鷧^(qū)域的顯示顏色不同的顯示顏色或者通過(guò)使用與周?chē)鷧^(qū)域的色調(diào)不同的色調(diào)來(lái)顯示具有比周?chē)鷧^(qū)域的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的光吸收體的圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到5中的任何一個(gè)所述的光聲成像設(shè)備，還包括圖像顯示單元， 其中所述圖像顯示單元顯示具有比周?chē)鷧^(qū)域的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織的圖像，其中識(shí)別符號(hào)被添加到所述圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任何一個(gè)所述的光聲成像設(shè)備，其中在存儲(chǔ)指示聲波的壓力的變化率是正還是負(fù)的信息之前，所述信號(hào)處理單元根據(jù)所述檢測(cè)器的頻率響應(yīng)來(lái)對(duì)由所述檢測(cè)器檢測(cè)的聲波執(zhí)行校正。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中的任何一個(gè)所述的光聲成像設(shè)備，其中所述光源能夠發(fā)射具有第一波長(zhǎng)的光和具有與第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)的光，并且其中所述信號(hào)處理單元通過(guò)將通過(guò)用具有第一波長(zhǎng)的光的照射獲得的第一聲波的形狀與通過(guò)用具有第二波長(zhǎng)的光的照射獲得的第二聲波的形狀進(jìn)行比較來(lái)識(shí)別所述光吸收體。
10.一種光聲成像方法，包括 從光源發(fā)射光的步驟；檢測(cè)從已經(jīng)吸收從所述光源發(fā)射的光的能量的光吸收體產(chǎn)生的聲波的步驟；以及在對(duì)檢測(cè)的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示所述檢測(cè)的聲波的壓力的變化率是正還是負(fù)的信息的步驟。
全文摘要
一種光聲成像設(shè)備執(zhí)行光吸收體的成像。該光聲成像設(shè)備包括光源；檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置為檢測(cè)從已經(jīng)吸收從所述光源發(fā)射的光的能量的光吸收體產(chǎn)生的聲波；以及信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元被配置為形成光吸收體的圖像。所述信號(hào)處理單元在對(duì)由檢測(cè)器檢測(cè)的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示由檢測(cè)器檢測(cè)的聲波的壓力的變化率是正還是負(fù)的信息。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102238903SQ20098014869
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者中嶌隆夫, 淺尾恭史, 福谷和彥 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社