專利名稱：光聲成像裝置、光聲成像方法和程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光聲成像裝置、光聲成像方法和程序。
背景技術(shù)：
主要是在醫(yī)療領(lǐng)域中對成像裝置進(jìn)行積極地研究，其中所述成像裝置使用來自光源(例如，激光器)的光來照射對象，使得光在對象中進(jìn)行傳播并獲得對象中的信息。作為一種這樣的成像技術(shù)，已經(jīng)提出了光聲斷層攝影(PAT)。PAT是一種通過以下方式對與活體(即，對象)中的光學(xué)特性有關(guān)的信息進(jìn)行可視化的技術(shù)使用從光源發(fā)出的脈沖光對作為對象的活體進(jìn)行照射，接收從已經(jīng)吸收了在活體中傳播并漫射的光的生物組織生成的聲波，并分析所接收到的聲波。使用這種技術(shù)，可以獲得生物信息，例如活體中的光學(xué)特性值 的分布(下文中稱為光學(xué)特性值分布)，尤其是光能吸收密度的分布(下文稱為光能吸收密度分布)。在PAT中，從存在于對象中的光吸收體生成的聲波的初始聲壓Ptl可以由以下表達(dá)式來表75。P。= Γ · μ a · Φ表達(dá)式 I其中，Γ表示Grilneisen系數(shù)，其是體積膨脹熱系數(shù)或等壓體積膨脹系數(shù)(β )與光速(c)的平方的乘積除以恒定壓力(Cp)處的特定熱量的結(jié)果。已知的是，Grilneisen系數(shù)Γ對于特定對象基本上是恒定的。μ a表示吸收體的光吸收系數(shù)，而Φ表示局部區(qū)域中的光量(即，對吸收體進(jìn)行照射的光的量，并且還稱為“光學(xué)影響”)。相對于時間來測量對在對象中傳播的聲波的大小進(jìn)行表不的聲壓P的變化，并根據(jù)測量結(jié)果來計算初始聲壓的分布(下文中稱為初始聲壓分布)?？梢酝ㄟ^將計算出的初始聲壓分布除以Griineisen系數(shù)Γ來獲得Ua與Φ的乘積的分布，即，光能吸收密度分布。如表達(dá)式I所指示的，為了從初始聲壓Ptl的分布(下文稱為初始聲壓分布)獲得光吸收系數(shù)μ a的分布(下文稱為光吸收系數(shù)分布)，必須確定對象中的光量Φ的分布(下文稱為光量分布)。假設(shè)當(dāng)使用均勻量的光來照射對于對象厚度而言足夠充分大的區(qū)域時光像平面波一樣在對象中傳播，則對象中的光量分布Φ可以由以下表達(dá)式來表不。Φ = Φ0 · exp (- μ eff · d)表達(dá)式 2其中，μ eff表示對象的平均有效衰減系數(shù)，而Otl表示從光源進(jìn)入對象的光量(即，對象的表面上的光量)。d表示對象表面的使用從光源發(fā)出的光照射的區(qū)域(B卩，光照射區(qū)域)與存在于對象中的光吸收體之間的距離。根據(jù)PTL1，在多個條件下使用均勻光來照射活體，并計算對象的平均有效衰減系數(shù)μ@。然后基于表達(dá)式2來計算對象中的光量分布Φ。可以使用光量分布Φ基于表達(dá)式I來確定對象中的光吸收系數(shù)分布ya。引用列表專利文獻(xiàn)PTLl 日本專利公開 No. 2009-18153。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題然而，除非使用均勻光來照射對象，否則即使使用PTLl中公開的用于計算對象的平均有效衰減系數(shù)μ eff的方法也難以精確地確定出光量分布和光吸收系數(shù)分布。鑒于上述問題，本發(fā)明使得可以精確地確定對象中的光學(xué)特性值分布，尤其是光吸收系數(shù)分布。對問題的解決方案根據(jù)本發(fā)明一個方面，一種光聲成像裝置包括聲波轉(zhuǎn)換單元，被配置成接收響應(yīng)于使用光照射對象而生成的聲波，并將所接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號；以及處理單元，被配 置成根據(jù)所述電信號生成圖像數(shù)據(jù)。所述處理單元根據(jù)所述電信號計算存在于所述對象中的光吸收體的位置以及在所述光吸收體處生成的所述聲波的初始聲壓，使用所述光吸收體的位置以及在所述光吸收體的位置處生成的所述聲波的所述初始聲壓來計算所述對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)，使用所述對象的所述光吸收系數(shù)和所述光散射系數(shù)來計算所述對象中的光量分布，以及使用所述對象中的所述光量分布以及從所述電信號獲得的所述對象中的初始聲壓分布來生成所述對象中的光吸收系數(shù)分布的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明另一方面，一種用于接收響應(yīng)于使用光照射對象而生成的聲波、將所接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號并根據(jù)所述電信號生成圖像數(shù)據(jù)的光聲成像方法包括根據(jù)所述電信號計算存在于所述對象中的光吸收體的位置以及在所述光吸收體處生成的所述聲波的初始聲壓；使用所述光吸收體的位置和在所述光吸收體的所述位置處生成的所述聲波的所述初始聲壓來計算所述對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)；使用所述對象的所述光吸收系數(shù)和所述光散射系數(shù)來計算所述對象中的光量分布；以及使用所述對象中的所述光量分布以及從所述電信號獲得的所述對象中的初始聲壓分布來生成所述對象中的光吸收系數(shù)分布的圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明一個方面，可以精確地確定對象中的光學(xué)特性值分布，尤其是光吸收系數(shù)分布。


圖IA和圖IB是示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的光聲成像裝置的例子的示意圖。圖2是描述了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的光聲成像方法的流程圖。圖3A和圖3B是示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的光聲成像裝置的另一例子的示意圖。圖4A和圖4B是示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的光聲成像裝置的又一例子的示意圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的光聲成像裝置的處理單元的例子的框圖。
具體實(shí)施方式
下面將使用附圖來描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，聲波包括稱為音波、超聲波以及光聲波的波，并且其指示響應(yīng)于使用光照射(例如，近紅外輻射)對象而在對象中生成的彈性波(即，電磁波)。另外，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的光聲成像裝置主要用于人類和動物的疾病診斷，例如惡性腫瘤和血管疾病，以及用于化療追蹤。光聲成像裝置獲得對象中的信息(下文中稱為對象信息)，并生成其圖像數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，假定診斷目標(biāo)部分，例如活體，更具體地人體或動物的胸部、手指或肢體用作對象。存在于對象中的光吸收體在對象中具有相對較高的光吸收系數(shù)。例如，當(dāng)人體經(jīng)歷測量時，被氧化或減少的血紅蛋白、或者包括大量被氧化或減少的血紅蛋白的血管、或者包括許多新血管的惡性腫瘤與光吸收體相對應(yīng)。對象信息指示響應(yīng)于光照射而生成的聲波的源的分布、對象中的初始壓力分布或者光能吸收密度分布、吸收系數(shù)分布以及根據(jù)初始壓力分布確定的組織成分的密度分布。成分密度分布包括例如氧飽和度分布以及被氧化/減少的血紅蛋白密度分布。第一示例性實(shí)施例
圖IA和圖IB示出了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的光聲成像裝置的配置。根據(jù)第一示例性實(shí)施例的光聲成像裝置包括聲波轉(zhuǎn)換單元15 (25)以及處理單元16 (26)。參考圖IA和圖1B，改變光源的位置，使得使用光照射對象的方向彼此不同。更具體地，在圖IA中，使用來自對象11的在紙張上的右側(cè)的光13照射對象11，而在圖IB中，使用來自對象11的在紙張上的左側(cè)的光23照射對象11。另外，參考圖1B，可以使用來自對象11的在紙張上的上側(cè)或下側(cè)的光23照射對象11。將使用圖IA來描述根據(jù)第一示例性實(shí)施例的光聲成像裝置所執(zhí)行的PAT測量。使用從第一光源10發(fā)出的光13來照射對象11，例如活體。一旦已經(jīng)在對象11中傳播的光的能量的一部分被血管、血液等中的光吸收體12a和12b (最終用作聲源)吸收，光吸收體12a和12b的熱膨脹就分別生成聲波14a和14b (通常是超聲波)。聲波轉(zhuǎn)換單元15接收聲波14a和14b并將其轉(zhuǎn)換成電信號。隨后處理單元16對電信號執(zhí)行分析處理以生成數(shù)據(jù)，例如對象11的光學(xué)特性值分布。分析處理包括用于計算對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)以及使用所計算出的系數(shù)計算對象的光量分布的處理。稍后將更具體地描述分析處理。對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)分別指示在假定對象是具有恒定光吸收系數(shù)和恒定光散射系數(shù)的物質(zhì)時所獲得的系數(shù)。即，對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)可以分別稱為平均光吸收系數(shù)和平均光散射系數(shù)。在對象11中生成的聲波的聲源的初始聲壓分布P1OO被生成以作為光學(xué)特性值分布之后，根據(jù)初始聲壓分布分別確定光吸收體12a和12b的位置&和1^。更具體地，如上所述，由于光吸收體在對象中具有相對較高的光吸收系數(shù)，所以與光吸收系數(shù)成正比的初始聲壓在對象中也是較高的。因此，基于初始聲壓分布，將顯示了等于或高于預(yù)定閾值的初始聲壓的位置指定為光吸收體(即，聲源)的位置。雖然下面將針對指定兩個光吸收體的位置的情況來給出描述，但是光吸收體的數(shù)量可以是兩個或更多個或者可以是一個。具體地，隨著經(jīng)歷位置指定的光吸收體的數(shù)量的增加，對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)以及從而光量分布可以優(yōu)選地被更精確地確定。另外，閾值可以大于零并能夠指定至少一個位置。位置“r”可以是相對于對象11上或?qū)ο?1中的預(yù)定位置的，或者可以是相對于光源或聲波轉(zhuǎn)換單元上的預(yù)定位置的。此外，即使在基準(zhǔn)(例如，光源)是可移動的時，也可以將位置“r”確定為相對于該基準(zhǔn)的相對位置。響應(yīng)于使用從第一光源10發(fā)出的光13照射對象11而從存在于對象11中的光吸收體12a和12b生成的聲波14a和14b的初始聲壓Pla和Plb可以分別由以下表達(dá)式來表
/Jn ο[數(shù)學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種光聲成像裝置，包括 聲波轉(zhuǎn)換單元，被配置成接收響應(yīng)于使用光照射對象而生成的聲波，并將所接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號；以及 處理單元，被配置成根據(jù)所述電信號生成圖像數(shù)據(jù)，其中 所述處理單元根據(jù)所述電信號計算存在于所述對象中的光吸收體的位置以及在所述光吸收體處生成的所述聲波的初始聲壓，使用所述光吸收體的所述位置以及在所述光吸收體的所述位置處生成的所述聲波的所述初始聲壓來計算所述對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)，使用所述對象的所述光吸收系數(shù)和所述光散射系數(shù)來計算所述對象中的光量分布，以及使用所述對象中的所述光量分布以及從所述電信號獲得的所述對象中的初始聲壓分布來計算所述對象中的光吸收系數(shù)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光聲成像裝置，其中， 所述對象是在不同時間點(diǎn)在多個不同的照射條件下使用所述光進(jìn)行照射的，并且其中， 在所述光吸收體處生成的所述聲波的所述初始聲壓包括為相應(yīng)照射條件計算的多個初始聲壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光聲成像裝置，其中，存在于所述對象中的所述光吸收體的所述位置包括根據(jù)所述電信號計算的多個不同位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光聲成像裝置，其中，所述多個不同的照射條件指示光照射的方向、所述對象的表面上的光照分布以及所述對象的所述表面上的使用所述光照射的位置中的至少一個不同。
5.一種用于接收響應(yīng)于使用光照射對象而生成的聲波、將所接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號以及根據(jù)所述電信號生成圖像數(shù)據(jù)的光聲成像方法，所述光聲成像方法包括 根據(jù)所述電信號計算存在于所述對象中的光吸收體的位置以及在所述光吸收體處生成的所述聲波的初始聲壓； 使用所述光吸收體的所述位置以及在所述光吸收體的所述位置處生成的所述聲波的所述初始聲壓，來計算所述對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)； 使用所述對象的所述光吸收系數(shù)和所述光散射系數(shù)來計算所述對象中的光量分布；以及 使用所述對象中的所述光量分布以及根據(jù)所述電信號獲得的所述對象中的初始聲壓分布，來計算所述對象中的光吸收系數(shù)分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光聲成像方法，其中， 所述對象是在不同時間點(diǎn)在多個不同的照射條件下使用所述光進(jìn)行照射的，并且其中， 為相應(yīng)照射條件計算多個值，以作為在所述光吸收體處生成的所述聲波的所述初始聲壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光聲成像方法，其中，根據(jù)所述電信號計算多個不同位置，以作為存在于所述對象中的所述光吸收體的所述位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光聲成像方法，其中，所述多個不同的照射條件指示光照射的方向、所述對象的表面上的光照分布以及所述對象的所述表面上的使用所述光照射的位置中的至少一個不同。
9.一種使得計算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求5-8中的任意一項(xiàng)所述的光聲成像方法中的每一個步驟的程序。
全文摘要
根據(jù)從接收到的響應(yīng)于使用光照射對象而生成的聲波轉(zhuǎn)換而來的電信號，來計算存在于對象中的光吸收體的位置以及在該光吸收體處生成的聲波的初始聲壓。使用光吸收體的位置以及在光吸收體的位置處生成的聲波的初始聲壓，來計算對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)。使用對象的光吸收系數(shù)和光散射系數(shù)，來計算對象中的光量分布。使用對象中的光量分布以及根據(jù)電信號獲得的對象中的初始聲壓分布，來計算對象中的光吸收系數(shù)分布。
文檔編號G01N29/24GK102821677SQ201180016380
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者宮里卓郎 申請人:佳能株式會社