專利名稱：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，已經(jīng)提出了用于通過使用與光相比在活體內(nèi)散射更少的超聲波的特性來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，檢測由生物組織通過脈沖光的能量吸收而產(chǎn)生的聲波，并且分析與所檢測的聲波對(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。使用通過用光照射活體而獲得的聲波的成像一般被稱為光聲成像。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器20檢測通過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NPL)。通過將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，通過使用從光聲波獲得的數(shù)據(jù)來重建光吸收體10的圖像。在通過檢測通過光學(xué)吸收產(chǎn)生的超聲波而執(zhí)行的上述光聲成像中，對(duì)具有比光吸收體周圍的介質(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圍介質(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)檢波之類的波形處理。通過在波形處理之后執(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)位置處的檢測器測量的光聲波信號(hào)時(shí)，可以通過使用圖像重建和諸如包絡(luò)檢波之類的波形處理來對(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，存在具有比周圍組織的光吸收系數(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圍組織的光吸收系數(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)值的形式檢測對(duì)象和周圍介質(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)是比周圍介質(zhì)的光吸收系數(shù)高還是低。引文列表專利文獻(xiàn)PTL 1 美國專利 No. 5，713，356非專利文獻(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)明提供了能夠通過將具有比周圍介質(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織和具有比周圍介質(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；檢測器，所述檢測器被配置為檢測從已經(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在對(duì)由檢測器檢測的聲波執(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將具有比周圍介質(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織和具有比周圍介質(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是用于說明根據(jù)本發(fā)明的示例的模擬模型的圖。圖7B是用于說明根據(jù)本發(fā)明的示例的模擬模型的圖。圖8A是用于說明根據(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是用于說明具有N形波形的光聲信號(hào)的圖。圖9B是用于說明具有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是用于說明在球形組織210的光吸收系數(shù)比周圍介質(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，在由檢測器240檢測通過用脈沖光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?；谔幚砗蟮牟ㄐ螖?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是用于說明在球形組織310的光吸收系數(shù)比周圍介質(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)明人通過研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，在組織310的光吸收系數(shù)比周圍介質(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)比周圍組織的光吸收系數(shù)高的情況下，光聲波信號(hào)在信號(hào)開始點(diǎn)處上升(即，開始時(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)比周圍組織的光吸收系數(shù)低的情況下，光聲波信號(hào)在信號(hào)開始點(diǎn)處下降(即，開始時(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，在將具有比周圍介質(zhì)的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織與具有比周圍介質(zhì)的光吸收系數(shù)低的光吸收系數(shù)的組織區(qū)分開的情況下執(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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)射的光通過光纖140傳播， 使得用該光照射活體120。作為周圍介質(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。由檢測器150檢測聲波160。即使在光吸收體110的光吸收系數(shù)比構(gòu)成對(duì)象的周圍介質(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與周圍介質(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通過使用從檢測器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)光二極管等來代替激光器。在使用能夠轉(zhuǎn)換振蕩波長的OPO (光學(xué)參數(shù)振蕩器)或者染料激光器時(shí)，能夠測量由波長引起的光學(xué)特性值的分布的差異。每個(gè)檢測器150吸收照射活體120的光的能量，根據(jù)光吸收系數(shù)的差來檢測從活體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的圖像重建的處理。此外，可以使用任何類型的聲波檢測器(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)作為檢測器150，只要該檢測器能夠檢測聲波信號(hào)即可。在本實(shí)施例中，在活體120的表面上放置多個(gè)檢測器150?？商娲?，可以使用單個(gè)檢測器來掃描活體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，從具有比周圍介質(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中示出的具有比周圍介質(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)具有比周圍介質(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進(jìn)行描述。首先，用作檢測器150的聚焦換能器檢測光聲信號(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)開始點(diǎn)處上升(S440)。應(yīng)該依賴于使用的檢測器的特性而在確定之前根據(jù)檢測器的頻率響應(yīng)特性來執(zhí)行校正。 即，應(yīng)該根據(jù)使用的檢測器的頻率響應(yīng)特性來對(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上顯示具有比周圍組織的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織的圖像280和具有比周圍組織的光吸收系數(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)。可替代地，可以把識(shí)別符號(hào)(例如，+或_)給予具有比周圍組織的光吸收系數(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)的周圍介質(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)具有比周圍介質(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)光的波長而變化。在使用多個(gè)波長的光的情況下，計(jì)算對(duì)于各個(gè)波長的活體內(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)波長執(zhí)行測量的情況下，可以確定在物質(zhì)的光吸收系數(shù)與周圍介質(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)與周圍介質(zhì)的光吸收系數(shù)不同的物質(zhì)A、B和C的存在的示例來進(jìn)行描述。假設(shè)在某兩個(gè)波長Iambda-I和lambda-2兩者中物質(zhì)A的光吸收系數(shù)比周圍介質(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Iambda-I中較高而在波長lambda-2中較低。此外，假設(shè)物質(zhì)C的光吸收系數(shù)在波長Iambda-I和lambda-2 兩者中較低。在該情況下，在通過使用兩個(gè)波長Iambda-I和lambda-2來執(zhí)行測量時(shí)，在兩個(gè)波長中從物質(zhì)A輸出正信號(hào)(在信號(hào)開始點(diǎn)處上升的信號(hào))。至于物質(zhì)B，在使用波長 Iambda-I時(shí)獲得正信號(hào)，而在使用波長lambda-2時(shí)輸出負(fù)信號(hào)(在信號(hào)開始點(diǎn)處下降的信號(hào))。至于物質(zhì)C，在兩個(gè)波長中輸出負(fù)信號(hào)。通過比較這些結(jié)果，可以相互區(qū)分物質(zhì)A、 B 和 C的分布。如上所述，通過使用包括能夠發(fā)射多個(gè)波長的光的光源和信號(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，在通過用波長Iambda-I的光的照射獲得的第一聲波的形狀與通過用波長 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，用作檢測器150的聚焦換能器檢測光聲信號(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，在通過包絡(luò)檢波獲得的數(shù)據(jù)的正/負(fù)已經(jīng)在檢測到在信號(hào)開始點(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，在沒有使通過包絡(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)的壓力變化信息來確定光聲信號(hào)是否下降 (S550)。應(yīng)該依賴于使用的檢測器的特性在確定之前根據(jù)檢測器的頻率響應(yīng)特性來執(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圍組織的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織的圖像和具有比周圍組織的光吸收系數(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?，可以把識(shí)別符號(hào)給予具有比周圍組織的光吸收系數(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，可以通過使用多個(gè)波長的光來指定作為測量目標(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，通過使用基于延遲求和的算法或者基于傅里葉變換的算法來執(zhí)行圖像重建。作為根據(jù)本實(shí)施例的檢測器，應(yīng)該使用能夠檢測來自各個(gè)區(qū)域的信號(hào)的檢測器。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，檢測器150檢測光聲信號(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)的壓力變化信息來確定光聲信號(hào)是否下降 (S660)。應(yīng)該依賴于使用的檢測器的特性在確定之前根據(jù)檢測器的頻率響應(yīng)特性來執(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圍組織的光吸收系數(shù)高的光吸收系數(shù)的組織的圖像和具有比周圍組織的光吸收系數(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，可以給予識(shí)別符號(hào)(例如，+或_)?？商娲?，可以通過使光吸收體的光吸收系數(shù)的正/負(fù)顛倒來在圖像顯示單元 180和270上顯示通過包絡(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，可以通過使用多個(gè)波長的光來指定作為測量目標(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)行模擬其中測量目標(biāo)的光吸收系數(shù)比構(gòu)成對(duì)象的周圍組織的光吸收系數(shù)高的情況；以及其中測量目標(biāo)的光吸收系數(shù)比構(gòu)成對(duì)象的周圍組織的光吸收系數(shù)低的情況。在圖7A和圖7B中示出了模擬模型。具體來說，設(shè)定二維空間，并且對(duì)于在執(zhí)行用來自圖的底部的光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，獲得其中來自測量目標(biāo)的信號(hào)在開始點(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，獲得其中來自測量目標(biāo)的信號(hào)在開始點(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)比周圍區(qū)域的光吸收系數(shù)高時(shí)產(chǎn)生在開始點(diǎn)處上升的正的光聲信號(hào)，而在光吸收系數(shù)比周圍區(qū)域的光吸收系數(shù)低時(shí)產(chǎn)生在開始點(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日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2008-316042的權(quán)益，該日本專利申請(qǐng)其整體通過參考被并入于此。
權(quán)利要求
1.一種光聲成像設(shè)備，包括 光源；檢測器，所述檢測器被配置為檢測從已經(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在對(duì)由檢測器檢測的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示所述由檢測器檢測的聲波的壓力的變化率是正還是負(fù)的信息來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圍區(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始時(shí)為負(fù)的情況下，所述信號(hào)處理單元將通過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使用與周圍區(qū)域的顯示顏色不同的顯示顏色或者通過使用與周圍區(qū)域的色調(diào)不同的色調(diào)來顯示具有比周圍區(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圍區(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)所述檢測器的頻率響應(yīng)來對(duì)由所述檢測器檢測的聲波執(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)射具有第一波長的光和具有與第一波長不同的第二波長的光，并且其中所述信號(hào)處理單元通過將通過用具有第一波長的光的照射獲得的第一聲波的形狀與通過用具有第二波長的光的照射獲得的第二聲波的形狀進(jìn)行比較來識(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)檢測的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示所述檢測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；檢測器，所述檢測器被配置為檢測從已經(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)由檢測器檢測的聲波執(zhí)行波形處理之前存儲(chǔ)指示由檢測器檢測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