檢測(cè)鈣化或微鈣化的光聲成像方法
【專利摘要】一種檢測(cè)鈣化或微鈣化的光聲成像方法，該光聲成像方法能以非侵入方式?jīng)Q定良性或惡性鈣化。該方法適用于一標(biāo)靶，包括：照射第一波長(zhǎng)的激光脈沖到具有第一類型鈣化和/或第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào)；接收的所述第一光聲信號(hào)和/或所述第二光聲信號(hào)產(chǎn)生光聲圖像，其中所述第一光聲信號(hào)在所述光聲圖像中形成第一鈣化圖案顯示所述第一類型鈣化的位置，所述第二光聲信號(hào)在所述光聲圖像中形成第二鈣化圖案顯示所述第二類型鈣化的位置；以及分析所述光聲圖像，以驗(yàn)證所述第一類型鈣化的位置和所述第二類型鈣化的位置。
【專利說(shuō)明】檢測(cè)鈣化或微鈣化的光聲成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及一種檢測(cè)方法，涉及一種檢測(cè)鈣化或微鈣化的光聲成像方法。
【背景技術(shù)】[0002]乳癌是婦女中最常見(jiàn)的癌癥之一，幾乎占四分之一的婦女癌癥。據(jù)當(dāng)局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，大約十分之一的乳癌患者被確診乳管原位癌(DCIS，也稱為第一階段零乳腺癌)。由于近年來(lái)乳管原位癌(DCIS)的發(fā)生逐漸增多，能夠通過(guò)檢測(cè)乳房鈣化來(lái)早期診斷乳管原位癌是很重要的。
[0003]高質(zhì)量的X射線乳房攝影(mammography)是極有價(jià)值的醫(yī)療診斷工具,可用于識(shí)別乳房鈣化，而乳腺微鈣化處在乳房攝影照片上是以細(xì)小白色的斑點(diǎn)或斑點(diǎn)呈現(xiàn)。然而，乳房攝影測(cè)定法對(duì)于判別微小鈣化是良性或惡性的能力有限。此外，X射線乳房攝影所造成的不便、不適和乳房X光檢查的輻射都相當(dāng)程度局限了這項(xiàng)技術(shù)。
[0004]乳房超聲波(breast ultrasound),又被稱為超聲波掃描(sonography)檢查，也是一個(gè)有用的乳癌篩檢工具。一般檢測(cè)情況下，乳房超聲波被用于針對(duì)乳房攝影所關(guān)注的特定局部區(qū)域(疑似區(qū)域)，而超聲波檢查可能有助于區(qū)分特定局部區(qū)域乃是囊腫或堅(jiān)實(shí)組織。然而，許多乳房攝影上能看到的鈣化處無(wú)法在乳房超聲波上看到，因此，使得只能在乳房攝影上顯示鈣化處的某些早期乳癌可能會(huì)被忽略。
[0005]一般來(lái)說(shuō)，如果微鈣化的形狀外觀可疑，則需進(jìn)一步進(jìn)行侵入性測(cè)試，如細(xì)針定位切片手術(shù)(needle localization biopsy)等,或必須進(jìn)行額外的昂貴的影像檢查,方能確定是良性或惡性鈣化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開(kāi)提出一種光聲成像方法，適用于驗(yàn)證鈣化或微鈣化存于一標(biāo)靶內(nèi)。照射第一波長(zhǎng)的激光脈沖到具有第一類型鈣化和/或第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào)。接收的所述第一光聲信號(hào)和/或所述第二光聲信號(hào)產(chǎn)生光聲圖像，其中所述第一光聲信號(hào)在所述光聲圖像中形成第一鈣化圖案顯示所述第一類型鈣化的位置，所述第二光聲信號(hào)在所述光聲圖像中形成第二鈣化圖案顯示所述第二類型鈣化的位置。分析所述光聲圖像，以驗(yàn)證所述第一類型鈣化的位置和所述第二類型鈣化的位置。
[0007]本公開(kāi)提出一種光聲成像方法，適用于驗(yàn)證鈣化或微鈣化存于一標(biāo)靶內(nèi)。照射第一波長(zhǎng)的激光脈沖到具有第一類型鈣化和/或第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào)。接收所述第一光聲信號(hào)和/或所述第二光聲信號(hào)產(chǎn)生第一光聲圖像，其中所述第一光聲信號(hào)在所述第一光聲圖像中形成第一鈣化圖案顯示所述第一類型鈣化的位置，所述第二光聲信號(hào)在所述第一光聲圖像中形成第二鈣化圖案顯示所述第二類型鈣化的位置。照射第二波長(zhǎng)的激光脈沖到具有所述第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第三光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第四光聲信號(hào)。接收所述第三光聲信號(hào)和/或所述第四光聲信號(hào)產(chǎn)生第二光聲圖像，其中所述第三光聲信號(hào)在所述第二光聲圖像中形成第三鈣化圖案顯示所述第一類型鈣化的位置，所述第四光聲信號(hào)在所述第二光聲圖像中形成第四鈣化圖案顯示所述第二類型鈣化的位置。分析所述第一光聲圖像與所述第二光聲圖像，以驗(yàn)證所述第一類型鈣化的位置和所述第二類型鈣化的位置。
[0008]本公開(kāi)提出適用于一標(biāo)靶的一種光聲成像方法。照射第一波長(zhǎng)的激光脈沖到具有第一類型鈣化和/或第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào)。接收所述第一光聲信號(hào)和/或所述第二光聲信號(hào)，且測(cè)量所述第一光聲信號(hào)的第一振幅和/或所述第二光聲信號(hào)的第二振幅。照射第二波長(zhǎng)的激光脈沖到具有所述第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第三光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第四光聲信號(hào)。接收所述第三光聲信號(hào)和/或所述第四光聲信號(hào)，且測(cè)量所述第三光聲信號(hào)的第三振幅和/或所述第四光聲信號(hào)的第四振幅。通過(guò)計(jì)算所述第三振幅和所述第一振幅的數(shù)值差除以所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)數(shù)值差獲得第一指數(shù)，以驗(yàn)證所述第一類型鈣化存在，且通過(guò)計(jì)算所述第四振幅和所述第二振幅之間的數(shù)值差除以所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)數(shù)值差而得到第二指數(shù)，以驗(yàn)證所述第二類型鈣化存在。
[0009]為讓本公開(kāi)的上述特征能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本公開(kāi)一實(shí)施例的草酸鈣和磷酸鈣樣本的光聲光譜示意圖。
[0011]圖2是本公開(kāi)一實(shí)施例的草酸鈣和磷酸鈣的光聲光譜示意圖。
[0012]圖3顯示本公開(kāi)一實(shí)施例光聲成像方法的原理和所得到的光聲圖像示意圖。
·[0013]圖4A是本公開(kāi)一實(shí)施例光聲成像方法處理步驟的流程圖。
[0014]圖4B是使用本公開(kāi)一實(shí)施例的光聲成像方法診斷乳癌鈣化的流程圖。
[0015]圖5A-5B顯不本公開(kāi)另一實(shí)施例光聲成像方法的原理和所得到的光聲圖像不意圖。
[0016]圖6A是本公開(kāi)另一實(shí)施例光聲成像方法處理步驟的流程圖。
[0017]圖6B是使用本公開(kāi)另一實(shí)施例的光聲成像方法診斷乳癌鈣化的流程圖。
[0018]圖7A-7C顯示本公開(kāi)另一實(shí)施例光聲成像方法的原理和所得到的光聲圖像示意圖。
[0019]圖7D是使用本公開(kāi)另一實(shí)施例的光聲成像方法診斷乳癌鈣化的流程圖。
[0020]圖8是本公開(kāi)一實(shí)施例的磷酸鈣樣品和血管的光聲光譜示意圖。
[0021]圖9是本公開(kāi)一實(shí)施例的磷酸鈣和草酸鈣的光聲光譜示意圖。
[0022]圖10是使用本公開(kāi)又一實(shí)施例的光聲成像方法處理步驟的流程圖。
[0023]【符號(hào)說(shuō)明】
[0024]10:標(biāo)靶
[0025]12:第一類型鈣化
[0026]14:第二類型鈣化[0027]300:光聲探測(cè)器
[0028]310:激光探頭
[0029]320:超聲波傳感器/換能器
【具體實(shí)施方式】
[0030]目前已發(fā)現(xiàn)在乳癌組織中存在兩種類型的鈣化。其中一種類型的鈣化是不透明沈積物并已知主要由磷酸鈣(CaP)組成。另一種類型的鈣化是琥珀?duì)顭o(wú)色透明沈積物為草酸鈣(CaOx)。磷酸鈣是乳腺組織中鈣沉積的主要形式并經(jīng)常與惡性腫瘤相關(guān)。在另一方面，草酸鈣多報(bào)導(dǎo)與良性病變相關(guān)。因此，如果可以利用一種非侵入性的方式來(lái)分析鈣化的組合物或成分，區(qū)分草酸鈣與磷酸鈣，就可以確定鈣化為惡性或良性的，而避免對(duì)某些病人進(jìn)行侵入式切片檢查。
[0031]磷酸鈣和草酸鈣不同的透光性。磷酸鈣是不透明的，而草酸鈣幾乎是透明的并具有較高的屈光度。磷酸鈣的密度可為2.32公克/立方公分，而草酸鈣的密度可為1.99公克/立方公分。草酸鈣硬度大約是磷酸鈣硬度的兩倍。此外，磷酸鈣和草酸鈣對(duì)于不同的波長(zhǎng)的光具有不同的光吸收效率。草酸鈣的紅外線光譜圖具五個(gè)特定吸收帶，吸收頻率分別為 1646CHT1 (波長(zhǎng):6075.33nm)、1384cm-1 (波長(zhǎng):7225.43nm)、1318cm-1 (波長(zhǎng):7587.25nm)、782CHT1 (波長(zhǎng):12787.72nm)及518CHT1 (波長(zhǎng):19305.02nm)。磷酸鈣的紅外線光譜圖具五個(gè)特定吸收帶，吸收頻率分別為1456cm—1 (波長(zhǎng):6868.13nm)、1384CHT1 (波長(zhǎng):7225.43nm)、1033CHT1 (波長(zhǎng):9680.54nm) '603CHT1 (波長(zhǎng):16583.75nm)及 564CHT1 (波長(zhǎng):17730.5nm)。傅立葉轉(zhuǎn)換近紅外線(FT-NIR)光譜的研究測(cè)量草酸鈣及磷酸鈣粉末證明其呈現(xiàn)明顯的不同吸收帶。
[0032]光聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展乃基于光聲效應(yīng)。激光脈沖照射到的標(biāo)靶(即生物的組織或器官)，由標(biāo)靶吸收的能量轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致瞬態(tài)熱彈性膨脹進(jìn)而導(dǎo)致寬帶(例如MHz)超聲波發(fā)射，然后產(chǎn)生的超聲波被超聲波能量轉(zhuǎn)換器接收檢測(cè)。發(fā)射超聲波的幅度(即光聲信號(hào))，其是與局部能量沉積成比例的，揭示生理上特定的光吸收對(duì)比度。
[0033]P= .μ a.H
[0034]式中，P表不的光聲信號(hào)的幅度大小， (Griineisen系數(shù))表不熱聲轉(zhuǎn)換效率的因數(shù)，μ 3表示吸收系數(shù)而H表示光能量。對(duì)于不同的成分，因其具有獨(dú)特的硬度和/或密度，其熱聲轉(zhuǎn)換效率和光吸收效率是不一樣的，而其光聲信號(hào)的幅度也是不相同的。因此本文中利用草酸鈣和磷酸鈣的光聲信號(hào)的大小(光聲信號(hào)的幅度)之間的差異，來(lái)確定微鈣化為良性或惡性。
[0035]圖1顯示草酸鈣和磷酸鈣樣本的光聲光譜，光聲信號(hào)的幅值記錄為函數(shù)而以激光波長(zhǎng)(照射的激光脈沖波長(zhǎng))為參數(shù)。圖1中，COD代表草酸鈣樣品，HA-灰色代表燒結(jié)磷酸鈣樣品，HA-白色代表非燒結(jié)的磷酸鈣樣品。正如圖1中所示，相比于燒結(jié)的磷酸鈣樣品具有較高的硬度且顯示出較強(qiáng)的光聲信號(hào)，非燒結(jié)的磷酸鈣樣品具有較低的硬度。另一方面，相比于磷酸鈣，具有較低密度的草酸鈣樣品顯現(xiàn)出較弱的光聲信號(hào)。亦即在可見(jiàn)光/近紅外光的激光波長(zhǎng)范圍，草酸鈣和磷酸鈣在不同波長(zhǎng)的光聲信號(hào)的大小是不同的。圖1中，相比于草酸鈣，磷酸鈣的光聲信號(hào)幅度較大。對(duì)于燒結(jié)的磷酸鈣樣品，在680nm處觀察到最強(qiáng)的光聲信號(hào)。然而，取決于可用的激光光源，可使用例如能夠產(chǎn)生700nm激光脈沖的激光源。
[0036]圖2顯不草酸鈣和磷酸鈣的光聲光譜。在紅外光/近紅外光的波長(zhǎng)范圍,光聲信號(hào)的幅值記錄為函數(shù)而以激光波長(zhǎng)為參數(shù)。通過(guò)選擇激光源的適當(dāng)波長(zhǎng)，可以觀察僅僅草酸鈣和磷酸鈣兩者之一的光聲信號(hào)，而使另一者的光聲信號(hào)相當(dāng)弱。也就是說(shuō)，使用特定波長(zhǎng)的激光，在草酸鈣和磷酸鈣之間存在足夠的吸收對(duì)比度，可區(qū)分草酸鈣和磷酸鈣的光聲信號(hào)。一般情況下，預(yù)先取得的草酸鈣樣品和磷酸鈣樣品在可見(jiàn)光或紅外光/近紅外光范圍的激光波長(zhǎng)下的光聲光譜，收集作為光聲光譜數(shù)據(jù)庫(kù)并使用其作為選擇激光波長(zhǎng)的參考。例如，可能使用的可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍約是400nm~700nm，而紅外光/近紅外光可能使用的波長(zhǎng)范圍約為650nm~950nm。
[0037]圖3顯示本公開(kāi)一實(shí)施例光聲成像方法的原理和所得到的光聲圖像。圖3所示，光聲探測(cè)器300至少包括激光探頭310和超聲波傳感器(sensor)或換能器(transducer) 320被施用到標(biāo)靶10之上。標(biāo)靶10可以是具鈣化斑點(diǎn)或圖案的生物軟組織或器官，如乳腺、肺或腎組織、動(dòng)脈或甲狀腺等。標(biāo)靶10可包括第一類型磷酸鈣為主的鈣化(點(diǎn))12和/或第二類型草酸鈣為主的鈣化(點(diǎn))14。如前面所討論的，第一類型鈣化12是可能惡性的指標(biāo)，而第二類型鈣化14是可能良性的指標(biāo)。引入特定波長(zhǎng)的激光(如波浪線所示)到標(biāo)靶10，其發(fā)射的光聲信號(hào)(超聲波發(fā)射以分割三角形顯示)被超聲波傳感器或換能器320檢測(cè)到然后形成圖像。
[0038]本公開(kāi)的光聲成像系統(tǒng)可使用如光聲層析成像(photoacoustictomography;PAT)和光聲顯微鏡(PAM)等。以光聲顯微鏡(PAM)為例，以波長(zhǎng)為700nm的激光脈沖照射到標(biāo)靶組織上以誘導(dǎo)聲壓波，而搭配50MHz的超聲波換能器檢測(cè)到光聲信號(hào)(超聲波發(fā)射)。所獲得的光聲圖像顯示于圖3中的右側(cè)部分，顯示在左側(cè)的亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)于磷酸鈣鈣化點(diǎn)，而右側(cè)較暗的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于草酸鈣鈣化點(diǎn)。這是因?yàn)樵诩す獠ㄩL(zhǎng)650納米至750納米的范圍內(nèi)磷酸鈣比草酸鈣有更強(qiáng)的光吸收。只要針對(duì)所施加的激光波長(zhǎng)有足夠的吸收對(duì)比度，是可以區(qū)分磷酸鈣或草酸鈣所獲得的圖像。
·[0039]圖4A是本公開(kāi)實(shí)施例光聲成像方法處理步驟的流程圖。在步驟S402中，第一波長(zhǎng)的激光脈沖照射到具有第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的標(biāo)靶，從第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào)。例如:標(biāo)靶可能是乳腺組織，第一類型鈣化是磷酸鈣鈣化(即主要由磷酸鈣組成的鈣化)，第二類型鈣化是草酸鈣鈣化(即鈣化主要成分為草酸鈣)。在步驟S402中所使用的第一波長(zhǎng)乃是從磷酸鈣吸收光譜的吸收帶所預(yù)定或預(yù)先選出的，使磷酸鈣在所述第一波長(zhǎng)具有很強(qiáng)的光吸收，而草酸鈣在所述第一波長(zhǎng)具有微弱光吸收。由于光聲信號(hào)與光吸收成正比例，如果這兩種類型鈣化并存時(shí)，所得到的第一光聲信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于所述第二光聲信號(hào)。在步驟S404中，利用接收的第一光聲信號(hào)和/或第二光聲信號(hào)產(chǎn)生光聲圖像。第一光聲信號(hào)在光聲圖像形成第一鈣化圖案顯示第一類型鈣化的位置。另外，第二光聲信號(hào)在光聲圖像形成第二鈣化圖案顯示第二類型鈣化的位置。然后，在步驟S406中，分析光聲圖像，以驗(yàn)證第一類型鈣化和第二類型鈣化的位置。圖4B是使用本公開(kāi)實(shí)施例的光聲成像方法診斷乳癌鈣化的流程圖。通過(guò)執(zhí)行本申請(qǐng)的光聲成像方法，如果在磷酸鈣吸收波長(zhǎng)沒(méi)有觀察到鈣化，亦即，沒(méi)有觀察到惡性鈣化，則檢查完成。然而，如果在磷酸鈣吸收波長(zhǎng)到觀察鈣化，也就是觀察到惡性鈣化，患者可能選擇跟進(jìn)追蹤或進(jìn)一步治療。[0040]在例行乳癌檢查，先進(jìn)行X射線乳房攝影或乳房超聲波，而X射線乳房攝影或乳房超聲波圖像中兩種類型鈣化(即磷酸鈣鈣化和草酸鈣鈣化)都會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。在這種情況下，由于本公開(kāi)的光聲圖像可以只顯示惡性鈣化，通過(guò)使用本公開(kāi)的光聲成像方法獲得的光聲圖像可進(jìn)一步與乳房X射線照片或超聲波圖像比較以進(jìn)行確認(rèn)。一旦證實(shí)惡性鈣化，病人可能會(huì)被轉(zhuǎn)去進(jìn)一步處理。例如，超聲波圖像(例如，多普勒超聲波圖像)可以用于確定血管的位置(即噪聲或背景信號(hào))，對(duì)于消除光聲圖像的背景噪聲是頗有用的。
[0041]然而，由于本公開(kāi)的光聲成像方法本身即可區(qū)分兩種類型鈣化，因此本申請(qǐng)的光聲圖像并不一定需要超聲圖像或超聲波圖像來(lái)作比較，方能確定為良性或惡性鈣化。
[0042]圖5A-5B顯不本公開(kāi)另一實(shí)施例光聲成像方法的原理和所得到的光聲圖像。在圖5A中的第一波長(zhǎng)的激光(如波浪線所示)導(dǎo)入標(biāo)靶10，所得到的光聲圖像顯示于圖5A的右側(cè)部分。圖5A中左側(cè)的亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)于磷酸鈣鈣化，而右側(cè)較暗的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于草酸鈣鈣化。這是因?yàn)獒槍?duì)所述第一 波長(zhǎng)，磷酸鈣比草酸鈣具有較強(qiáng)的光吸收。例如，所述第一波長(zhǎng)是700納米。另外，在圖5B中，第二波長(zhǎng)的激光(如波浪線所示)導(dǎo)入標(biāo)靶10，而所得到的光聲圖像顯示于圖5B中的右側(cè)部分。圖5B中右側(cè)的亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)于草酸鈣鈣化，而左側(cè)較暗的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于磷酸鈣的鈣化。這是因?yàn)獒槍?duì)所述第二波長(zhǎng)磷酸鈣較草酸鈣具有較弱的光吸收。例如，所述第二波長(zhǎng)為900納米。
[0043]圖6A是本公開(kāi)另一實(shí)施例光聲成像方法處理步驟的流程圖。在步驟S602中，第一波長(zhǎng)的激光脈沖照射到具有第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的標(biāo)靶，從第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào)。在步驟S602中所使用的第一波長(zhǎng)乃是從磷酸鈣吸收光譜的吸收帶所預(yù)定或預(yù)先選出的，對(duì)比于草酸鈣，磷酸鈣在所述第一波長(zhǎng)具有強(qiáng)的光吸收。在步驟S604中，利用接收的第一光聲信號(hào)和/或第二光聲信號(hào)產(chǎn)生第一光聲圖像。第一光聲信號(hào)在第一光聲圖像形成第一鈣化圖案顯示第一類型鈣化的位置。另外，第二光聲信號(hào)在第一光聲圖像形成第二鈣化圖案顯示第二類型鈣化的位置。
[0044]在步驟S606中，第二波長(zhǎng)的激光脈沖照射到具有第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的標(biāo)靶，從第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第三光聲信號(hào)和/或從第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第四光聲信號(hào)。在步驟S606中所使用的第二波長(zhǎng)乃是從草酸鈣吸收光譜的吸收帶所預(yù)定或預(yù)先選出的，對(duì)比于磷酸鈣，草酸鈣在所述第二波長(zhǎng)具有強(qiáng)的光吸收。在步驟S608中，利用接收的第三光聲信號(hào)和/或第四光聲信號(hào)產(chǎn)生第二光聲圖像。第三光聲信號(hào)在第二光聲圖像形成第三鈣化圖案顯示第一類型鈣化的位置。另外，第四光聲信號(hào)在第二光聲圖像形成第四鈣化圖案顯示第二類型鈣化的位置。然后，在步驟S610中，分析第一與第二光聲圖像，以驗(yàn)證第一類型鈣化和第二類型鈣化的位置。圖6B是使用本公開(kāi)實(shí)施例的光聲成像方法診斷乳癌鈣化的流程圖。通過(guò)執(zhí)行本申請(qǐng)的光聲成像方法，如果在磷酸鈣吸收波長(zhǎng)沒(méi)有觀察到惡性鈣化，且沒(méi)有在草酸鈣吸收波長(zhǎng)觀察到鈣化，則檢查結(jié)果正常而完成檢查。然而，如果在草酸鈣吸收波長(zhǎng)到觀察鈣化，也就是觀察到良性鈣化，患者可能選擇跟進(jìn)追蹤。然而，如果在磷酸鈣吸收波長(zhǎng)到觀察到惡性鈣化，患者可能選擇跟進(jìn)追蹤或進(jìn)一步治療；或者在非磷酸鈣吸收的其他波長(zhǎng)執(zhí)行本申請(qǐng)的光聲成像方法，消除噪聲或背景信號(hào)以加強(qiáng)鈣化信號(hào)，來(lái)確認(rèn)是否觀察到惡性鈣化。
[0045]圖7A-7C顯示本公開(kāi)另一實(shí)施例光聲成像方法的原理和所得到的光聲圖像。在圖7A中，第三波長(zhǎng)的激光(如波浪線所示)引入到標(biāo)靶10，所得到的光聲圖像顯示在圖7A的右側(cè)部分。在圖7B中，第四波長(zhǎng)的激光(如波浪線所示)引入到標(biāo)靶10，所得到的光聲圖像顯示在圖7B的右側(cè)部分。圖7A或7B中右側(cè)部分所示的大光斑對(duì)應(yīng)于鈣化點(diǎn)(如磷酸鈣的鈣化或草酸鈣鈣化)，而周圍較小的斑點(diǎn)對(duì)應(yīng)于噪音信號(hào)的散射(信號(hào)來(lái)自背景組織如血管或其他軟組織)。如圖7A所示，在第三波長(zhǎng)，無(wú)論是鈣化光點(diǎn)還是噪音斑點(diǎn)均頗明亮(顯示出強(qiáng)信號(hào))。所述第三波長(zhǎng)可以是從磷酸鈣或草酸鈣的吸收光譜的吸收峰先預(yù)定的或先選出的，使鈣化處針對(duì)第三波長(zhǎng)具有較強(qiáng)的光吸收。例如，第三波長(zhǎng)是700納米。然而，在第四波長(zhǎng)，只有較小的噪音點(diǎn)是亮的。所述第四波長(zhǎng)可以從磷酸鈣或草酸鈣吸收光譜的非吸收帶所預(yù)先選出的，因此，鈣化處針對(duì)第四波長(zhǎng)的光吸收較弱。例如，磷酸鈣鈣化針對(duì)第三波長(zhǎng)700nm具有較強(qiáng)的光吸收,而非針對(duì)第四波長(zhǎng)900nm。布爾運(yùn)算(Boolean operation)處理后，從圖7A中的光聲圖像扣除如圖7B所示噪音信號(hào)，產(chǎn)生的光聲圖像則顯示在圖7C的右側(cè)部分。在圖7C中，只顯示明亮的鈣化點(diǎn)。如此處理能夠從光聲圖像去除背景或噪音信號(hào)，并進(jìn)一步提高光聲圖像的質(zhì)量和鈣化點(diǎn)的鑒別力。第三或第四波長(zhǎng)選擇可以根據(jù)檢測(cè)的不同鈣化類型或周圍組織被測(cè)量來(lái)決定。圖7D是使用本公開(kāi)另一實(shí)施例的光聲成像方法診斷乳癌鈣化的流程圖。根據(jù)圖7D，首先進(jìn)行超聲波檢查，然后進(jìn)行光聲成像檢查。類似圖6B中的診斷流程，通過(guò)執(zhí)行本申請(qǐng)的光聲成像方法，如果在磷酸鈣吸收波長(zhǎng)沒(méi)有觀察到惡性鈣化，且沒(méi)有在草酸鈣吸收波長(zhǎng)觀察到鈣化，則檢查結(jié)果正常而完成檢查。然而，如果在草酸鈣吸收波長(zhǎng)到觀察鈣化，也就是觀察到良性鈣化，患者可能選擇跟進(jìn)追蹤。然而，如果在磷酸鈣吸收波長(zhǎng)到觀察到惡性鈣化，患者可能選擇跟進(jìn)追蹤或進(jìn)一步治療；或者在非磷酸鈣吸收的其他波長(zhǎng)執(zhí)行本申請(qǐng)的光聲成像方法，消除噪聲或背景信號(hào)以加強(qiáng)鈣化信號(hào)，來(lái)確認(rèn)是否觀察到惡性鈣化。
[0046]圖8是磷酸鈣樣品和血管的光聲光譜。磷酸鈣樣品鈣化點(diǎn)的大小為0.2毫米、0.3毫米和0.5毫米。光聲信號(hào)的幅值記錄為函數(shù)而以激光波長(zhǎng)為參數(shù)。結(jié)果顯示隨著波長(zhǎng)變長(zhǎng)光聲信號(hào)振幅變小。此外，可以觀察到很小的鈣化點(diǎn)，即使是小到0.2毫米。
[0047]圖9是磷酸鈣和草酸鈣的光聲光譜。磷酸鈣和草酸鈣光聲信號(hào)的幅值記錄為函數(shù)而以激光波長(zhǎng)為參數(shù)。結(jié)果顯示隨著波長(zhǎng)變長(zhǎng)光聲信號(hào)的振幅變小，并繪出兩個(gè)樣品的模擬吻合曲線。然而，磷酸鈣的光聲信號(hào)的下降率(即擬合直線的斜率)是大于為草酸鈣的光聲信號(hào)的下降率。如圖9所示，磷酸鈣的指數(shù)(index)數(shù)值(即光聲信號(hào)的擬合直線的斜率)是大于1.5，而草酸鈣指數(shù)數(shù)值范圍為0.5~1.5。雖然圖9中未示出，噪音指數(shù)數(shù)值(例如血液)小于0.5。此種指數(shù)，亦即下降的擬合直線的斜率，可以用來(lái)區(qū)分草酸鈣與磷酸鈣。
[0048]圖10是使用本公開(kāi)又一實(shí)施例的光聲成像方法處理步驟的流程圖。在步驟S1002中，第一波長(zhǎng)的激光脈沖照射到具有第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的標(biāo)靶，從第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào)。步驟S1004中,接收第一光聲信號(hào)和/或第二光聲信號(hào)。在同一時(shí)間，測(cè)量第一光聲信號(hào)的第一振幅和/或第二光聲信號(hào)的第二振幅。在步驟S1006中，第二波長(zhǎng)的激光脈沖照射到具有第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的標(biāo)靶，從第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第三光聲信號(hào)和/或從第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第四光聲信號(hào)。一般情況下，所述第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)是在可見(jiàn)光到近紅外光的范圍內(nèi)。較佳情況，所述第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)是在650納米~950納米的范圍內(nèi)。例如，所述第一波長(zhǎng)是700納米，所述第二波長(zhǎng)為900納米。在步驟S1008中，接收第三光聲信號(hào)和/或第四光聲信號(hào)，且測(cè)量第三光聲信號(hào)的第三振幅和/或第四光聲信號(hào)的第四振幅。然后，在步驟SlOlO中，通過(guò)計(jì)算第三振幅和第一振幅的數(shù)值差除以第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)數(shù)值差獲得第一指數(shù)，以驗(yàn)證是否存在第一類型鈣化。此外，第二指數(shù)是通過(guò)計(jì)算第四振幅和第二振幅之間的數(shù)值差除以第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)數(shù)值差而得到，以驗(yàn)證是否存在第二類型鈣化。
[0049]如本文所述，至少選擇兩個(gè)波長(zhǎng)以計(jì)算擬合直線斜率，當(dāng)然也可以采用更多的波長(zhǎng)以計(jì)算擬合直線的斜率。[0050]以圖9為例，如果在第一類型和第二類型鈣化分別是磷酸鈣和草酸鈣，第一和第二波長(zhǎng)分別為700納米和900納米，第一指數(shù)應(yīng)大于1.5，第二指數(shù)是在0.5~1.5的范圍內(nèi)。
[0051]綜上所述，本公開(kāi)實(shí)施例中的光聲成像方法足夠敏感，使用本公開(kāi)實(shí)施例中的光聲成像方法可以以一種非侵入性的方式來(lái)區(qū)分惡性或良性鈣化，而能用于協(xié)助診斷乳癌。此外，本公開(kāi)實(shí)施例中的光聲成像方法并不限于適用于檢測(cè)乳腺組織鈣化，還可以被應(yīng)用在其他生物組織或器官用于檢測(cè)鈣化。
[0052]雖然本公開(kāi)已以實(shí)施例公開(kāi)如上，然其并非用以限定本公開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，故本公開(kāi)的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書(shū)界定范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種光聲成像方法，適用于一標(biāo)祀，該方法包括: 照射第一波長(zhǎng)的激光脈沖到具有第一類型鈣化和/或第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào); 接收的所述第一光聲信號(hào)和/或所述第二光聲信號(hào)產(chǎn)生光聲圖像，其中所述第一光聲信號(hào)在所述光聲圖像中形成第一鈣化圖案顯示所述第一類型鈣化的位置，所述第二光聲信號(hào)在所述光聲圖像中形成第二鈣化圖案顯示所述第二類型鈣化的位置；以及 分析所述光聲圖像，以驗(yàn)證所述第一類型鈣化的位置和所述第二類型鈣化的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的光聲成像方法，其中所述標(biāo)靶為生物組織。
3.如權(quán)利要求1所述的光聲成像方法，其中所述第一類型鈣化是主要由磷酸鈣組成的鈣化即磷酸鈣鈣化，所述第二類型鈣化是主要由草酸鈣組成的鈣化即草酸鈣鈣化。
4.如權(quán)利要求3所述的光聲成像方法，其中磷酸鈣鈣化在所述第一波長(zhǎng)的光吸收大于草酸鈣鈣化在所述第一波長(zhǎng)的光吸收。
5.如權(quán)利要求1所述的光聲成像方法，其中所述第一波長(zhǎng)是在可見(jiàn)光至近紅外光范圍。
6.如權(quán)利要求5所述的光聲成像方法,其中所述第一波長(zhǎng)是介于650nm至750nm間。
7.一種光聲成像 方法，適用于一標(biāo)祀，該方法包括: 照射第一波長(zhǎng)的激光脈沖到具有第一類型鈣化和/或第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào); 接收所述第一光聲信號(hào)和/或所述第二光聲信號(hào)產(chǎn)生第一光聲圖像，其中所述第一光聲信號(hào)在所述第一光聲圖像中形成第一鈣化圖案顯示所述第一類型鈣化的位置，所述第二光聲信號(hào)在所述第一光聲圖像中形成第二鈣化圖案顯示所述第二類型鈣化的位置； 照射第二波長(zhǎng)的激光脈沖到具有所述第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第三光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第四光聲信號(hào)； 接收所述第三光聲信號(hào)和/或所述第四光聲信號(hào)產(chǎn)生第二光聲圖像，其中所述第三光聲信號(hào)在所述第二光聲圖像中形成第三鈣化圖案顯示所述第一類型鈣化的位置，所述第四光聲信號(hào)在所述第二光聲圖像中形成第四鈣化圖案顯示所述第二類型鈣化的位置；以及 分析所述第一光聲圖像與所述第二光聲圖像，以驗(yàn)證所述第一類型鈣化的位置和所述第二類型鈣化的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的光聲成像方法，其中所述標(biāo)靶為生物組織。
9.如權(quán)利要求7所述的光聲成像方法，其中所述第一類型鈣化是主要由磷酸鈣組成的鈣化即磷酸鈣鈣化，所述第二類型鈣化是主要由草酸鈣組成的鈣化即草酸鈣鈣化。
10.如權(quán)利要求9所述的光聲成像方法，其中所述第一波長(zhǎng)選自于磷酸鈣吸收光譜的吸收帶，而使磷酸 鈣鈣化在所述第一波長(zhǎng)的光吸收大于草酸鈣鈣化在所述第一波長(zhǎng)的光吸收。
11.如權(quán)利要求10所述的光聲成像方法，其中所述第二波長(zhǎng)選自于草酸鈣吸收光譜的吸收帶，而使草酸鈣鈣化在所述第二波長(zhǎng)的光吸收大于磷酸鈣鈣化在所述第二波長(zhǎng)的光吸收。
12.如權(quán)利要求7所述的光聲成像方法，其中所述第一波長(zhǎng)與所述第二波長(zhǎng)是在可見(jiàn)光至近紅外光范圍。
13.如權(quán)利要求11所述的光聲成像方法，其中所述第一波長(zhǎng)是700nm而所述第二波長(zhǎng)是 900nm。
14.如權(quán)利要求11所述的光聲成像方法，還包括照射第三波長(zhǎng)的激光脈沖到所述標(biāo)靶以從背景誘導(dǎo)噪音光聲信號(hào)； 執(zhí)行布爾運(yùn)算，從所述第一光聲信號(hào)、所述第二光聲信號(hào)、所述第三光聲信號(hào)和/或所述第四光聲信號(hào)中扣除所述噪音光聲信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的光聲成像方法，其中所述第三波長(zhǎng)選自于草酸鈣或磷酸鈣吸收光譜的非吸收帶，而使草酸鈣鈣化或磷酸鈣鈣化在所述第三波長(zhǎng)的光吸收微弱。
16.—種光聲成像方法,適用于一標(biāo)IE,該方法包括: 照射第一波長(zhǎng)的激光脈沖到具有第一類型鈣化和/或第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第一光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第二光聲信號(hào); 接收所述第一光聲信號(hào)和/或所述第二光聲信號(hào)，且測(cè)量所述第一光聲信號(hào)的第一振幅和/或所述第二光聲信號(hào)的第二振幅； 照射第二波長(zhǎng)的激光脈沖到具有所述第一類型鈣化和/或所述第二類型鈣化的所述標(biāo)靶，從所述第一類型鈣化誘導(dǎo)得到第三光聲信號(hào)和/或從所述第二類型鈣化誘導(dǎo)得到第四光聲信號(hào)； 接收所述第三光聲信號(hào)和/或所述第四光聲信號(hào)，且測(cè)量所述第三光聲信號(hào)的第三振幅和/或所述第四光聲信號(hào)的第四振幅；以及 通過(guò)計(jì)算所述第三振幅和所述第一振幅的數(shù)值差除以所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)數(shù)值差獲得第一指數(shù)，以驗(yàn)證所述第一類型鈣化存在，且通過(guò)計(jì)算所述第四振幅和所述第二振幅之間的數(shù)值差除以所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)數(shù)值差而得到第二指數(shù)，以驗(yàn)證所述第二類型鈣化存在。
17.如權(quán)利要求16所述的光聲成像方法，其中所述第一波長(zhǎng)與所述第二波長(zhǎng)是在可見(jiàn)光至近紅外光范圍。
18.如權(quán)利要求16所述的光聲成像方法,其中所述第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)是在650納米~950納米的范圍內(nèi)
19.如權(quán)利要求18所述的光聲成像方法，其中所述第一波長(zhǎng)是700納米，所述第二波長(zhǎng)為900納米。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103705213SQ201310460485
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月4日
【發(fā)明者】羅時(shí)斌, 邱德義, 田萬(wàn)頂, 李夢(mèng)麟, 陳訓(xùn)徹 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院