專利名稱：用于對生物數(shù)據(jù)進行成像的方法和設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及生物數(shù)據(jù)成像設備。更具體地，本發(fā)明涉及生物數(shù)據(jù)成像設備和生物數(shù)據(jù)成像方法，該設備和方法向生物組織照射光，基于伴隨光的照射產(chǎn)生的聲學信號獲得圖像，向生物組織內(nèi)發(fā)射超聲波，并且基于反射的超聲波獲得圖像。
背景技術(shù)：
已知超聲波檢查方法是實現(xiàn)檢查對象的內(nèi)部的狀態(tài)的非破壞性檢查的方法。超聲波檢查使用能夠輸出和檢測超聲波的超聲波探頭。當將超聲波探頭與檢查對象接觸并且產(chǎn)生超聲波時，超聲波在檢查對象的內(nèi)部傳播，并且當它們到達堅硬的對象時被反射。超聲波探頭檢測反射的聲波，并且基于反射波到達超聲波探頭的時間來計算距離，以實現(xiàn)檢查對象的內(nèi)部作為圖像的可視化。還已知光聲成像是一種用于通過利用光聲效應來成像活體內(nèi)部的方法。通常，在光聲成像中，諸如激光脈沖的脈沖激光被照射到活體內(nèi)。吸收脈沖激光束的能量的生物組織通過由于熱導致的其體積的膨脹來產(chǎn)生超聲波(光聲信號)。通過超聲波探頭等檢測光聲信號，并且分析檢測的信號，以實現(xiàn)基于超聲波的活體的可視化。例如，日本未經(jīng)審查的專利公開No. 2005-21380公開了一種產(chǎn)生并且顯示超聲波圖像和光聲圖像的設備。當產(chǎn)生超聲波圖像時，設備從超聲波探頭的探測元件將超聲波輸出到生物體內(nèi)部。反射的聲波，即反射的超聲波被預定數(shù)量的通道的相鄰的探測元件檢測。 檢測到的反射聲波被相位匹配并且相加，以實現(xiàn)反射超聲波的生物體內(nèi)的深度位置的指定。在移位與單個通道(單線)對應的探測元件的同時，重復地執(zhí)行超聲波的輸出和反射聲波的檢測，以構(gòu)造超聲波圖像。同時，當產(chǎn)生光聲圖像時，來自光源的光被波導部引導到生物組織，并且，脈沖激光束照射到生物組織上。在脈沖激光束的照射后，超聲波探頭的預定數(shù)量的通道的相鄰的探測元件以與在產(chǎn)生超聲波圖像期間類似的方式檢測光聲信號。檢測到的光聲信號被相位匹配和相加，以實現(xiàn)生物體內(nèi)產(chǎn)生光聲信號的深度位置的指定。在移位與單個通道(單線) 對應的探測元件的同時，重復地執(zhí)行脈沖激光束的照射和光聲波的檢測，以構(gòu)造光聲圖像。在此，相位匹配相加處理是在超聲波圖像的產(chǎn)生和光聲圖像的產(chǎn)生中的公共處理。在兩種類型的圖像產(chǎn)生中的相位匹配相加中，輸入已經(jīng)被相應的采樣電路并行地采樣的反射聲波和光聲信號，并且輸入的反射聲波和光聲信號分別被相位匹配和相加。通常，能夠被采樣電路并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量(通道的數(shù)量)小于在超聲波探頭上設置的探測元件的數(shù)量。例如，超聲波探頭的探測元件的總數(shù)是128，并且，采樣電路能夠并行地采樣與 64個通道對應的采樣數(shù)據(jù)。在該情況下，來自64個探測元件的數(shù)據(jù)被分別相位匹配和相加，以產(chǎn)生超聲波圖像和光聲圖像。迄今還沒有討論當在能夠產(chǎn)生超聲波圖像和光聲圖像的設備中產(chǎn)生超聲波圖像和光聲圖像時如何設置相位匹配的范圍。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不可能在當產(chǎn)生該兩種類型的圖像時相位匹配范圍相同的情況下實現(xiàn)高分辨率的超聲波圖像和高分辨率的光聲圖像。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)根據(jù)上述情況開發(fā)了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種生物數(shù)據(jù)成像設備和生物數(shù)據(jù)成像方法，其能夠以高分辨率產(chǎn)生超聲波圖像和光聲圖像。為了實現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明提供了一種生物數(shù)據(jù)成像設備，包括光照射部，用于將光照射到生物組織上；超聲波探頭，其包括多個探測元件，其中的每一個探測元件能夠向生物組織內(nèi)輸出聲學信號，檢測由于通過光照射部的光照射導致的由生物組織產(chǎn)生的光聲信號，并且檢測作為輸出到生物組織內(nèi)的聲學信號的反射的反射聲學信號；第一相位匹配相加部，用于在第一相位匹配范圍內(nèi)對由探測元件檢測的光聲信號進行相位匹配和相加；第一圖像處理部，用于基于已經(jīng)通過第一相位匹配相加部相位匹配和相加的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生光聲圖像；第二相位匹配相加部，用于在比第一相位匹配范圍小的第二相位匹配范圍內(nèi)對由探測元件檢測到的反射聲學信號進行相位匹配和相加；以及第二圖像處理部，用于基于已經(jīng)通過第二相位匹配相加部相位匹配和相加的數(shù)據(jù)產(chǎn)生超聲波圖像。本發(fā)明的生物數(shù)據(jù)成像設備可以進一步包括信號獲得部，用于采樣由探測元件檢測到的光聲信號和反射聲學信號。在該情況下，第一相位匹配相加部對已經(jīng)通過信號獲得部采樣的光聲信號進行相位匹配和相加，并且第二相位匹配相加部對已經(jīng)通過信號獲得部采樣的反射聲學信號進行相位匹配和相加。本發(fā)明的生物數(shù)據(jù)成像設備可以進一步包括區(qū)域選擇部，用于從待成像的生物組織的范圍被劃分為的多個部分區(qū)域中順序地選擇部分區(qū)域。在該情況下，光照射部將光照射到至少包括選擇的部分區(qū)域的范圍上，信號獲得部采樣由與選擇的部分區(qū)域?qū)奶綔y元件檢測到的光聲信號，并且將采樣的光聲信號存儲到光聲元件數(shù)據(jù)存儲器中，并且，第一相位匹配相加部從光聲元件數(shù)據(jù)存儲器讀出由與第一相位匹配范圍對應的探測元件檢測到的光聲信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。第一相位匹配范圍可以大于能夠通過信號獲得部并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量。與每個部分區(qū)域?qū)奶綔y元件的數(shù)量可以小于或等于能夠通過信號獲得部并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量。每個部分區(qū)域的寬度可以是與檢測能夠通過信號獲得部并行地采樣的多個數(shù)據(jù)的探測元件的數(shù)量對應的區(qū)域的寬度。在區(qū)域選擇部已經(jīng)選擇了所有的部分區(qū)域，并且信號獲得部已經(jīng)采樣了由待成像的生物組織的范圍的探測元件檢測到的光聲信號，并且已經(jīng)在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器中存儲了采樣的光聲信號后，第一相位匹配相加部可以從光聲元件數(shù)據(jù)存儲器讀出光聲信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。第二相位匹配范圍可以等于能夠通過信號獲得部并行地采樣的多個數(shù)據(jù)的寬度。在順序地移位輸出范圍的同時，超聲波探頭的探測元件可以將聲學信號輸出到生物組織的預定范圍內(nèi)；信號獲得部可以采樣由對應于聲學信號已經(jīng)被輸出到的范圍的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且將采樣的反射聲學信號存儲到超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)；以及第二相位匹配相加部可以從超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器讀出由與第二相位匹配范圍對應的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。在該情況下，在超聲波探頭已經(jīng)將聲學信號輸出到待成像的生物組織的范圍內(nèi)， 并且信號獲得部已經(jīng)采樣了由待成像的生物組織的范圍的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且已經(jīng)將采樣的反射聲學信號存儲在超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器中后，第二相位匹配相加部可以從超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器讀出反射聲學信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。替代上面的構(gòu)造，在順序地移位輸出范圍的同時，超聲波探頭的探測元件可以將聲學信號輸出到生物組織的預定范圍內(nèi)；信號獲得部可以采樣由與聲學信號已經(jīng)被輸出到的范圍對應的探測元件檢測到的反射聲學信號；并且第二相位匹配相加部可以執(zhí)行已經(jīng)通過信號獲得部并行地采樣的反射聲學信號的相位匹配相加。為了實現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明提供了一種生物數(shù)據(jù)成像方法，包括步驟將光照射到生物組織上；使用包括多個探測元件的超聲波探頭來檢測由于照射的光導致的由生物組織產(chǎn)生的光聲信號；在第一相位匹配范圍內(nèi)對由探測元件檢測到的光聲信號進行相位匹配和相加；基于相位匹配和相加的光聲信號產(chǎn)生光聲圖像；將光聲信號輸出到生物組織內(nèi)；使用超聲波探頭檢測作為輸出到生物組織內(nèi)的聲學信號的反射的反射聲學信號；在比第一相位匹配范圍小的第二相位匹配范圍內(nèi)對由探測元件檢測到的光聲信號進行相位匹配和相加；基于相位匹配和相加的反射聲學信號產(chǎn)生超聲波圖像。在本發(fā)明的生物數(shù)據(jù)成像設備和生物數(shù)據(jù)成像方法中，在第一相位匹配范圍內(nèi)對由超聲波探頭的探測元件檢測到的光聲信號進行相位匹配和相加，并且在比第一相位匹配范圍窄的第二相位匹配范圍內(nèi)對由探測元件檢測到的反射聲學信號進行相位匹配和相加。 可以通過下述方式來產(chǎn)生具有高分辨率的兩種類型的圖像根據(jù)光聲信號的檢測性質(zhì)和超聲波信號的檢測性質(zhì)，使第一相位匹配范圍比所述第二相位匹配范圍寬。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的生物數(shù)據(jù)成像設備的框圖。圖2是示出超聲波探頭的透視圖。圖3是示意地示出在光聲圖像的產(chǎn)生期間的超聲波探頭和生物組織的圖。圖4是示意地示出在超聲波圖像的產(chǎn)生期間的超聲波探頭和生物組織的圖。圖5是示出在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器中存儲的數(shù)據(jù)的框圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的生物數(shù)據(jù)成像設備的框圖。
具體實施例方式以下，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的生物數(shù)據(jù)成像設備100的框圖。生物數(shù)據(jù)成像設備100配備了 激光驅(qū)動器101 ；激光光源102 ；超聲波探頭103 ；區(qū)域選擇部104 ；處理選擇部105 ；信號獲得部106 ；光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107 ；第一相位匹配相加部108 ；第一圖像處理部109 ；圖像存儲器110 ；第二相位匹配相加部111 ；線數(shù)據(jù)存儲器112 ；第二圖像處理部113 ；圖像存儲器114 ；以及圖像顯示部 115。激光驅(qū)動器101驅(qū)動激光光源102。當產(chǎn)生光聲圖像時，激光光源102向作為檢查對象的生物組織輸出脈沖激光束。例如，Q開關(guān)固態(tài)激光器可以用作激光光源102。觸發(fā)信號被輸入到激光驅(qū)動器101，并且激光驅(qū)動器101響應于觸發(fā)信號驅(qū)動激光光源102。超聲波探頭103配備了與多個通道對應的超聲波探測元件。探測元件被設置為對應于待成像的生物組織的范圍。例如，超聲波探頭103配備了 192個探測元件。每個探測元件能夠向生物組織內(nèi)輸出超聲波(聲學信號)。超聲波探頭103檢測通過照射在其上的脈沖激光束在生物組織內(nèi)產(chǎn)生的超聲波(以下，也稱為“光聲信號”)。另外，超聲波探頭103 檢測作為生物組織反射的輸出超聲波的聲波(以下也稱為“反射聲學信號”)。每一個探測元件將檢測到的光聲信號和反射聲學信號轉(zhuǎn)換為電信號，并且輸出電信號。信號獲得部106采樣由超聲波探頭103輸出的電信號。即，信號獲得部106采樣由超聲波探頭103的探測元件檢測到的光聲信號和反射聲學信號。信號獲得部106在預定的測量時段多次采樣由超聲波探頭輸出的電信號。例如，信號獲得部106包括前級放大器，用于放大精細信號；以及，A/D轉(zhuǎn)換器，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。能夠通過信號獲得部106并行地采樣的信號的數(shù)量(通道的數(shù)量)小于超聲波探頭103的探測元件的總數(shù)(通道的總數(shù))。例如，在超聲波探頭103配備192個探測元件的情況下，能夠通過信號獲得部106并行地采樣的通道的數(shù)量是64。處理選擇部105選擇光聲圖像產(chǎn)生和超聲波圖像產(chǎn)生之一。當處理選擇部105已經(jīng)選擇了光聲圖像產(chǎn)生時，信號獲得部106在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中存儲與預定數(shù)量的通道對應的采樣的光聲信號。當處理選擇部105已經(jīng)選擇超聲波圖像產(chǎn)生時，信號獲得部106向第二相位匹配相加部111輸出與預定數(shù)量的通道對應的采樣的反射聲學信號。將與超聲波探頭103的多個探測元件對應的范圍(待成像的生物組織的范圍)劃分為與光聲信號產(chǎn)生相關(guān)的多個部分區(qū)域。當處理選擇部105已經(jīng)選擇了光聲圖像產(chǎn)生時，區(qū)域選擇部104選擇部分區(qū)域之一。例如，生物組織的待成像的范圍被劃分為三個部分區(qū)域區(qū)域A、區(qū)域B和區(qū)域C。區(qū)域A、區(qū)域B和區(qū)域C不彼此重疊。每一個部分區(qū)域的寬度是與檢測能夠通過信號獲得部106并行地采樣的多個數(shù)據(jù)的探測元件的數(shù)量對應的區(qū)域的寬度。例如，在信號獲得部106能夠采樣64個通道的數(shù)據(jù)的情況下，部分區(qū)域區(qū)域A、 區(qū)域B和區(qū)域C中的每一個的寬度是與64個探測元件對應的寬度。區(qū)域選擇部104向激光驅(qū)動器101和超聲波探頭103通知關(guān)于選擇的部分區(qū)域的選擇數(shù)據(jù)。激光驅(qū)動器101驅(qū)動激光光源102，從而脈沖激光束照射到至少包括選擇的部分區(qū)域的范圍上。同時，超聲波探頭103使用多路復用器(未示出)等來連接對應于選擇的部分區(qū)域的探測元件和信號獲得部106。在將光照射在部分區(qū)域上后，信號獲得部106在預定的測量時段多次采樣由與其連接的探測元件檢測到的光聲信號，并且將采樣的光聲信號存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中。在來自與選擇的部分區(qū)域?qū)奶綔y元件的光聲信號的采樣數(shù)據(jù)被存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107后，區(qū)域選擇部104選擇下一個部分區(qū)域。區(qū)域選擇部104順序地選擇部分區(qū)域，直到選擇了生物組織的待成像的整個范圍。由超聲波探頭103的所有探測元件輸出的光聲信號的采樣數(shù)據(jù)被順序地選擇部分區(qū)域的區(qū)域選擇部104存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中。例如，區(qū)域選擇部104可以順序地選擇區(qū)域A、區(qū)域B，然后選擇區(qū)域C， 并且，信號獲得部106可以多次采樣每一個區(qū)域的64個通道的光聲信號。由此，與總共192 個通道對應的光聲信號的采樣數(shù)據(jù)被存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中。第一相位匹配相加部108在第一相位匹配范圍內(nèi)對由超聲波探頭103的探測元件檢測到的光聲信號進行相位匹配和相加。第一相位匹配相加部108從光聲元件數(shù)據(jù)存儲器 107讀出在第一相位匹配范圍內(nèi)的光聲信號的采樣數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行相位匹配相加。第一相位匹配范圍大于(寬于)能夠通過信號獲得部106并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量。在區(qū)域選擇部104已經(jīng)選擇了所有的部分區(qū)域并且信號獲得部106已經(jīng)采樣了由待成像的生物組織的范圍的探測元件檢測到的光聲信號并且已經(jīng)將采樣的光聲信號存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中之后，第一相位匹配相加部108從光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107讀出光聲信號的采樣數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行相位匹配相加。第一圖像處理部基于已經(jīng)通過第一相位匹配相加部108相位匹配和相加的數(shù)據(jù)產(chǎn)生光聲圖像?？梢酝ㄟ^根據(jù)預定程序操作的計算機來實現(xiàn)第一圖像處理部109的功能。 替代地，可以通過DSP (數(shù)字信號處理器)或FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)等來實現(xiàn)第一圖像處理部109的功能。第一圖像處理部109在圖像存儲器110中存儲產(chǎn)生的光聲圖像。第二相位匹配相加部111在第二相位匹配范圍內(nèi)對由超聲波探頭103的探測元件檢測到的反射聲學信號進行相位匹配和相加。第二相位匹配相加部111相位匹配和相加已經(jīng)通過信號獲得部106并行地采樣的反射聲學信號。即，第二相位匹配范圍等于能夠通過信號獲得部106并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量。當處理選擇部105已經(jīng)選擇了超聲波圖像產(chǎn)生時，超聲波探頭103在順序地移位其輸出范圍的同時，將來自探測元件的聲學信號輸出到生物組織的預定范圍內(nèi)。信號獲得部106采樣由與聲學信號已經(jīng)被輸出到的范圍對應的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且將采樣的反射聲學信號輸出到第二相位匹配相加部 111。第二相位匹配相加部111對由信號獲得部106輸出的反射聲學信號進行相位匹配和相加。第二相位匹配相加部111將相位匹配相加的結(jié)果存儲在線數(shù)據(jù)存儲器112內(nèi)。第二圖像處理部113從線數(shù)據(jù)存儲器112讀出數(shù)據(jù)，并且基于已經(jīng)通過第二相位匹配相加部 111相位匹配和相加的數(shù)據(jù)產(chǎn)生超聲波圖像。可以通過根據(jù)預定程序操作的計算機來實現(xiàn)第二圖像處理部113的功能。替代地，可以通過DSP或FPGA等來實現(xiàn)第二圖像處理部113 的功能。第二圖像處理部113將產(chǎn)生的光聲圖像存儲在圖像存儲器114中。圖像顯示部115從圖像存儲器110讀出光聲圖像，并且在顯示監(jiān)視器等上顯示讀出的光聲圖像。另外，圖像顯示部115從圖像存儲器114讀出超聲波圖像，并且在顯示監(jiān)視器等上顯示讀出的超聲波圖像。圖像顯示部115可以同時在顯示監(jiān)視器等上顯示光聲圖像和超聲波圖像。此時，可以彼此重疊地顯示光聲圖像和超聲波圖像。圖2示出了超聲波探頭103。超聲波探頭103配備多個探測元件131。例如，探測元件131被沿著預定方向單向地布置。光纖133將由激光光源102輸出的光引導到設置在超聲波探頭103中的光照射部132。光照射部132將由激光光源102輸出的脈沖激光束照射到至少包括選擇的部分區(qū)域的區(qū)域上。例如，光照射部132被設置為與區(qū)域A、區(qū)域B和區(qū)域C中的每一個對應。在該情況下，當選擇區(qū)域A時，與區(qū)域A對應的光照射部132將脈沖激光束至少照射到區(qū)域A上。當選擇區(qū)域B時，與區(qū)域B對應的光照射部132將脈沖激光束至少照射到區(qū)域B上。當選擇區(qū)域C時，與區(qū)域C對應的光照射部132將脈沖激光束至少照射到區(qū)域C上。圖3是示意地示出在光聲圖像的產(chǎn)生期間的超聲波探頭103和生物組織的圖。例如，超聲波探頭103配備了用于192個通道的探測元件131 (參見圖幻。與探測元件131對應的寬度被劃分為與光聲圖像產(chǎn)生相關(guān)的三個部分區(qū)域(區(qū)域A至C)，并且每一個部分區(qū)域的寬度是與用于64個通道的探測元件131對應的寬度。如果與用于192個通道的探測元件131對應的生物組織的寬度是57. 6mm,則每一個部分區(qū)域的寬度將是19. 2mm。生物數(shù)據(jù)成像設備100執(zhí)行到如圖3中所示地劃分的19. 2mm寬的部分區(qū)域上的光的照射和從所述部分區(qū)域的數(shù)據(jù)收集三次，以獲得用于所有192個通道的數(shù)據(jù)。信號獲得部106包括A/D轉(zhuǎn)換器，其能夠并行地采樣64個通道的數(shù)據(jù)。多路復用器116選擇性地連接超聲波探頭103的探測元件和信號獲得部106。例如，多路復用器116 連接到與192個通道對應的探測元件，并且選擇性地將64個通道連接到信號獲得部106的 A/D轉(zhuǎn)換器。例如，當選擇區(qū)域A時，多路復用器116將與區(qū)域A對應的64個通道的探測元件連接到信號獲得部106的AD轉(zhuǎn)換器。當選擇區(qū)域B時，多路復用器116將與區(qū)域B對應的64個通道的探測元件連接到信號獲得部106的AD轉(zhuǎn)換器，并且當選擇區(qū)域C時，多路復用器116將與區(qū)域C對應的64個通道的探測元件連接到信號獲得部106的AD轉(zhuǎn)換器。如果選擇區(qū)域A，并且光照射部132將脈沖激光束照射到生物組織的區(qū)域A上，則該激光束由于在生物組織內(nèi)的散射而以特定程度的擴展傳播。在生物組織內(nèi)存在的諸如血液的吸收物吸收脈沖激光束的能量，并且產(chǎn)生聲學信號。根據(jù)X方向上的聲學信號產(chǎn)生點和探測元件之間的位置關(guān)系和Z方向上的聲學信號產(chǎn)生點的位置，確定在探測元件檢測到這些聲學信號之前所需的時間量。在預定測量時間段多次采樣由多路復用器116選擇的探測元件131輸出的電信號，以便檢測這些聲學信號。通過下面所述以類似的方式對于區(qū)域 B和區(qū)域C檢測聲學信號將脈沖激光束照射到這些區(qū)域上，并且在預定的測量時間段采樣由對應于每一個區(qū)域的探測元件輸出的電信號。通過執(zhí)行如上所述的光聲信號數(shù)據(jù)收集，能夠?qū)a(chǎn)生光聲圖像所需的數(shù)據(jù)存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中。通過第一相位匹配相加部108對在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107 中存儲的光聲信號的采樣數(shù)據(jù)進行相位匹配和相加。相位匹配相加的結(jié)果用于第一圖像處理部109執(zhí)行圖像構(gòu)造，以獲得光聲圖像。圖4是示意地示出在超聲波圖像的產(chǎn)生期間的超聲波探頭和生物組織的圖。注意，雖然圖4進行了省略，但是超聲波探頭103如圖3中那樣經(jīng)由多路復用器116連接到信號獲得部106。在超聲波探頭103中設置的探測元件的數(shù)量是194個通道，與圖3的情況中一樣。另外，信號獲得部106包括A/D轉(zhuǎn)換器，其能夠并行地采樣64個通道的數(shù)據(jù)。在超聲波圖像的產(chǎn)生期間，多路復用器116從與192個通道對應的探測元件中選擇性地將與64個通道對應的相鄰的探測元件連接到信號獲得部106的A/D轉(zhuǎn)換器。在輸出聲學信號，檢測到反射聲學信號，以及通過第二相位匹配相加部111的相位匹配相加之后，多路復用器116將選擇的探測元件移位例如單個通道。例如，在一開始，多路復用器116 將與第一至第64通道對應的64個探測元件連接到信號獲得部106。第二相位匹配相加部 111對由與第一至第64通道對應的64個探測元件檢測到的反射聲學信號進行相位匹配和相加。接下來，多路復用器116將與第二至第65通道對應的探測元件連接到信號獲得部 106，并且第二相位匹配相加部111對由這64個探測元件檢測到的反射聲學信號進行相位匹配和相加。在一次一個通道地順序移位選擇的探測元件的同時，在探測元件的整個范圍上執(zhí)行如上所述的對于反射聲學信號的數(shù)據(jù)收集。在與192個通道對應的探測元件的整個范圍上輸出聲學信號并且檢測反射聲學信號，并且對于所有的反射聲學信號執(zhí)行相位匹配相加。由此，能夠?qū)a(chǎn)生超聲波圖像所需的數(shù)據(jù)存儲在線數(shù)據(jù)存儲器112(參見圖1)中。第二圖像處理部從線數(shù)據(jù)存儲器112讀出相位匹配相加的結(jié)果，并且執(zhí)行圖像構(gòu)造以獲得超聲波圖像。圖5是示出在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中存儲的數(shù)據(jù)的框圖。對于每一個區(qū)域的采樣開始時間被定義為t = 0。在t = 0處執(zhí)行第一采樣操作，并且信號獲得部106在采樣時段期間以預定的采樣速率執(zhí)行η個采樣操作。由此，信號獲得部106在時間t = 0和 t = n-1之間采樣η個光聲信號。光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107對于每一個通道存儲與t = 0 和t = n-1之間的時間對應的η個采樣數(shù)據(jù)。假定當產(chǎn)生光聲圖像時區(qū)域選擇部104順序地選擇區(qū)域Α、區(qū)域B和區(qū)域C。在該情況下，信號獲得部106首先獲得用于區(qū)域A的探測元件(例如，與64個通道對應的探測元件)的η個采樣數(shù)據(jù)，并且將η個采樣數(shù)據(jù)存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中與區(qū)域A 的t = 0和t = n-i之間的每一個定時對應的位置(地址)處。信號獲得部106對于區(qū)域 B和區(qū)域C以類似的方式從與64個通道對應的探測元件獲得η個采樣數(shù)據(jù)，并且將η個采樣數(shù)據(jù)存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中與t = 0和t = n-1之間的每一個時序?qū)奈恢?地址)處。如果必要，當存儲數(shù)據(jù)時可以對于每一個部分區(qū)域校正光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中的時間軸。假定通過第二相位匹配相加部111對能夠通過信號獲得部106并行地采樣的、來自與64個通道對應的探測元件的反射聲學信號進行相位匹配和相加，以產(chǎn)生超聲波圖像。 在該情況下，要在超聲波圖像產(chǎn)生期間使用的相位匹配范圍(第二相位匹配范圍)匹配光聲圖像產(chǎn)生期間的每個區(qū)域的寬度。在這個方面，光聲信號被暫時存儲在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中，然后進行相位匹配相加。因此，要在光聲圖像產(chǎn)生期間使用的相位匹配范圍 (第一相位匹配范圍)可以比每一個部分區(qū)域的寬度，即，比能夠通過信號獲得部106并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量寬。具體地，如果第一相位匹配范圍被設置為96個通道，則第一相位匹配相加部108可以對來自與區(qū)域B的64個通道對應的探測元件的采樣數(shù)據(jù)和來自與區(qū)域C的32個通道對應的探測元件的采樣數(shù)據(jù)進行相位匹配和相加。本發(fā)明人以經(jīng)驗評估光聲信號和反射聲學信號。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)下面的內(nèi)容。首先，當考慮光聲圖像時，可以通過超聲波探頭103的寬范圍的探測元件獲得在所有方向上擴展的點形狀的吸收物產(chǎn)生的光聲信號和有意義的信號。相反，在超聲波圖像中，超聲波探頭103 的探測元件檢測由探測元件本身輸出的聲學信號的反射聲學信號。因此，即使反射物是點形狀的，基本上也不能通過除了已經(jīng)輸出聲學信號的探測元件之外的探測元件獲得有意義的信號。即，反射聲學信號具有高方向性，并且反射聲學信號的擴展度較小。根據(jù)上面所述，認為當產(chǎn)生超聲波圖像時增加待相位匹配的信號的數(shù)量的圖像分辨率改進效果很小。事實上，如果在大范圍上執(zhí)行相位匹配，則來自周圍的探測元件的反射聲學信號將作為噪聲分量，并且將降低圖像質(zhì)量。另一方面，當產(chǎn)生光聲圖像時，光聲信號在大范圍上擴展，并且在大范圍上的超聲波探頭103的探測元件可以獲得有意義的信號。 因此，通過增加待相位匹配的信號的數(shù)量使得能夠提高圖像分辨率。因此，在本實施例中， 將當產(chǎn)生光聲圖像時要使用的相位匹配范圍(第一相位匹配范圍)設置為大于當產(chǎn)生超聲波圖像時要使用的相位匹配范圍(第二相位匹配范圍)。通過采用這種配置，可以獲得高分辨率的光聲圖像和高分辨率的超聲波圖像。在此，日本未經(jīng)審查的專利公開No. 2005-21380的段落0113公開了 如果使用光纖將光照射到主體上，則照射的光將在保持薄的寬度的同時直線傳播，因此，具有強的方向性。另外，其公開了能夠在不對接收的光聲信號進行相位匹配和相加的情況下產(chǎn)生光聲圖像。在日本未經(jīng)審查專利公開No. 2005-21380中，在對象內(nèi)產(chǎn)生的光聲信號通過6個探測元件轉(zhuǎn)換為電信號，然后該電信號中的兩個經(jīng)由多路復用器輸入到接收延遲電路。接收延遲電路使輸入信號從其通過，并且加法器組合光聲信號。然而，如果在光聲圖像產(chǎn)生期間要使用的相位匹配范圍以這種方式被設置得比要在超聲波圖像產(chǎn)生期間使用的相位匹配范圍更窄，則實際上不可能提高光聲圖像的分辨率。在本實施例中，生物組織的待成像的范圍被劃分為多個部分區(qū)域。在光聲圖像產(chǎn)生期間，區(qū)域選擇部104順序地選擇部分區(qū)域。對于每一個部分區(qū)域執(zhí)行光的照射和光聲信號的檢測，并且，對于每一個區(qū)域?qū)⒉蓸拥墓饴曅盘柎鎯υ诠饴曉?shù)據(jù)存儲器107中。 用于并行且高速地獲得大量數(shù)據(jù)的電路是昂貴的。在沒有將待成像的范圍劃分為部分區(qū)域的情況下，信號獲得部106必須獲得與超聲波探頭103的所有探測元件對應的多個信號，以便將光聲圖像產(chǎn)生所需的數(shù)據(jù)存儲到光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中。在本實施例中，對于每一個部分區(qū)域執(zhí)行光的照射和光聲信號的檢測，并且，足夠的是，通過信號獲得部106并行地采樣的信號的數(shù)量是在光聲圖像產(chǎn)生期間的部分區(qū)域的寬度和在超聲波圖像產(chǎn)生期間的相位匹配范圍(第二相位匹配范圍)中的較大的一個。因此，與信號獲得部106被配置為并行地獲得與超聲波探頭103的全部探測元件對應的多個信號的情況相比，可以減少成本。在本實施例中，第一相位匹配相加部108在第一相位匹配范圍內(nèi)對在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中存儲的光聲信號進行相位匹配和相加。因為第一相位匹配相加部108對在光聲元件數(shù)據(jù)存儲器107中存儲的光聲信號進行相位匹配相加，所以第一相位匹配范圍不依賴于信號獲得部106能夠并行地采樣的信號的數(shù)量。因為這個原因，如果在光聲圖像產(chǎn)生期間的每一個部分區(qū)域的寬度與第二相位匹配相加部111使用的第二相位匹配范圍相同，則信號獲得部106僅需要能夠并行地采樣與第二相位匹配范圍對應的信號，并且信號獲得部106不需要能夠采樣與第一相位匹配范圍對應的信號。第二相位匹配范圍比第一相位匹配范圍窄。因此，能夠通過信號獲得部106并行地采樣的信號的數(shù)量可以被保持得較小。與信號獲得部106被配置為并行獲得與對應于第一相位匹配范圍的探測元件對應的多個信號的情況下相比，本實施例降低了成本。同時，第一相位匹配范圍設置為大于能夠通過信號獲得部106采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量，以實現(xiàn)光聲圖像的分辨率的提高。在本實施例中，當選擇特定部分區(qū)域時，僅需要將脈沖激光束至少照射到選擇的部分區(qū)域上。即，不需要用激光束照射生物組織的整個范圍。例如，光聲成像需要納秒的數(shù)量級的脈沖激光束。Q開關(guān)固態(tài)激光器是用于照射這樣的脈沖激光束的光源的示例。在要將脈沖激光束照射到生物組織的整個范圍上并且要獲得是Q開關(guān)固態(tài)激光器的安全標準的20mj/cm2的功率的情況下，考慮到光學系統(tǒng)的效率和照射范圍，將需要60mJ或更大的脈沖輸出。這將成為增加設備的成本的一個因素。在本實施例中，能夠通過切換照射范圍來將脈沖激光束照射到每一個部分區(qū)域上，由此抑制光源的功率。從成本的角度看，這是有利的。接下來，將描述本發(fā)明的第二實施例。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的生物數(shù)據(jù)成像設備IOOa的框圖。本實施例與第一實施例不同之處在于超聲波圖像產(chǎn)生方法。 注意，使用相同的附圖標記來表示與第一實施例相同的元件，并且如果它們不特別必要，則將省略其詳細說明。以與在第一實施例中相同的方式進行光聲圖像的產(chǎn)生。生物數(shù)據(jù)成像設備IOOa配備了超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器117代替線數(shù)據(jù)存儲器112。超聲波探頭103在順序地移位其輸出范圍的同時將來自探測元件的聲學信號輸出到生物組織的預定范圍內(nèi)。信號獲得部106采樣由與聲學信號已經(jīng)被輸出到的范圍對應的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且將采樣的反射聲學信號存儲在超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器117中。第二相位匹配相加部111從超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器117讀出對應于第二相位匹配范圍的由探測元件檢測到的反射聲學信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。在超聲波探頭103已經(jīng)將聲學信號輸出到待成像的生物組織的范圍內(nèi)，并且信號獲得部106已經(jīng)采樣了由待成像的生物組織的范圍的探測元件檢測到的反射聲學信號并且已經(jīng)將采樣的反射聲學信號存儲在超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器117中之后，第二相位匹配相加部111從超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器117讀出反射聲學信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。第二圖像處理部113基于通過第二相位匹配相加部111相位匹配和相加的數(shù)據(jù)產(chǎn)生超聲波圖像。在本實施例中，以與當產(chǎn)生光聲圖像時類似的方式來在超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器 117中存儲產(chǎn)生超聲波圖像所需的數(shù)據(jù)。通過第二相位匹配相加部111和第二圖像處理部 113獲得超聲波圖像，其中第二相位匹配相加部111管理對于在超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器117 中存儲的反射聲學信號的采樣數(shù)據(jù)的相位匹配相加，并且第二圖像處理部113使用相位匹配相加的結(jié)果來執(zhí)行圖像構(gòu)造。也在該情況下，通過將第一相位匹配范圍設置為大于第二相位匹配范圍，可以獲得與由第一實施例獲得的效果相同的有利效果，即實現(xiàn)高分辨率光聲圖像和高分辨率超聲波圖像的獲得。注意，在上述實施例中，在光聲圖像產(chǎn)生期間的部分區(qū)域被設置為它們不彼此重疊。然而，本發(fā)明不限于這樣的配置。部分區(qū)域可以包括與其他部分區(qū)域重疊的區(qū)域。例如，如果超聲波探頭103具有與192個通道對應的探測元件，則待成像的范圍可以被劃分為 5個部分區(qū)域。第一至第64探測元件可以被指定為區(qū)域A，第32至第96探測元件可以被指定為區(qū)域B。第96至第1 探測元件可以被指定為區(qū)域C，第1 至第160探測元件可以被指定為區(qū)域D，并且第160至第192探測元件可以被指定為區(qū)域E。例如，在該情況下， 第32至第64探測元件在區(qū)域A和區(qū)域B之間重疊，并且第64和第96探測元件在區(qū)域B 和區(qū)域C之間重疊。
在如上所述的區(qū)域重疊的情況下，因為例如第32至第64探測元件在區(qū)域A和區(qū)域B之間重疊，所以從重疊區(qū)域中的探測元件獲得當脈沖激光束照射到區(qū)域A上時采樣的數(shù)據(jù)和當脈沖激光束照射到區(qū)域B上時的采樣的數(shù)據(jù)。重疊區(qū)域的數(shù)據(jù)可以通過例如平均多個采樣數(shù)據(jù)來實現(xiàn)信噪比的改善。然而，隨著部分區(qū)域之間的重疊增加，脈沖激光束照射和數(shù)據(jù)采樣操作的數(shù)量將增加。因此，成像速度將變差?？梢愿鶕?jù)期望的成像速度等來適當?shù)卦O置部分區(qū)域是否具有重疊區(qū)域或部分區(qū)域之間的重疊程度。

已經(jīng)基于其優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明的生物數(shù)據(jù)成像設備和生物數(shù)據(jù)成像方法不限于上面的實施例?？梢韵蛏厦娴膶嵤├呐渲锰砑痈鞣N修改和改變，只要它們不偏離所要求保護的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種生物數(shù)據(jù)成像設備，包括光照射部，用于將光照射到生物組織上；超聲波探頭，包括多個探測元件，每一個探測元件能夠?qū)⒙晫W信號輸出到所述生物組織內(nèi)，檢測由于通過所述光照射部的光照射導致的由所述生物組織產(chǎn)生的光聲信號，并且檢測作為輸出到所述生物組織內(nèi)的聲學信號的反射的反射聲學信號；第一相位匹配相加部，用于在第一相位匹配范圍內(nèi)對由所述探測元件檢測到的所述光聲信號進行相位匹配和相加；第一圖像處理部，用于基于已經(jīng)通過所述第一相位匹配相加部相位匹配和相加的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生光聲圖像；第二相位匹配相加部，用于在比所述第一相位匹配范圍小的第二相位匹配范圍內(nèi)對由所述探測元件檢測到的所述反射聲學信號進行相位匹配和相加；以及第二圖像處理部，用于基于已經(jīng)通過所述第二相位匹配相加部相位匹配和相加的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生超聲波圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，進一步包括信號獲得部，用于采樣由所述探測元件檢測到的所述光聲信號和所述反射聲學信號， 并且其中所述第一相位匹配相加部對已經(jīng)通過所述信號獲得部采樣的所述光聲信號進行相位匹配和相加，并且所述第二相位匹配相加部對已經(jīng)通過所述信號獲得部采樣的所述反射聲學信號進行相位匹配和相加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，進一步包括區(qū)域選擇部，用于從待成像的生物組織的范圍被劃分為的多個部分區(qū)域中順序地選擇部分區(qū)域；并且其中所述光照射部將光照射到至少包括選擇的部分區(qū)域的范圍上，所述信號獲得部采樣由與選擇的部分區(qū)域?qū)奶綔y元件檢測到的光聲信號，并且將采樣的光聲信號存儲到光聲元件數(shù)據(jù)存儲器中，并且，所述第一相位匹配相加部從所述光聲元件數(shù)據(jù)存儲器讀出由與所述第一相位匹配范圍對應的探測元件檢測到的光聲信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中所述第一相位匹配范圍大于能夠通過所述信號獲得部并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中與每一個部分區(qū)域?qū)奶綔y元件的數(shù)量小于或等于能夠通過所述信號獲得部并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中每一個部分區(qū)域的寬度是與檢測能夠通過所述信號獲得部并行地采樣的多個數(shù)據(jù)的探測元件的數(shù)量對應的區(qū)域的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中在所述區(qū)域選擇部已經(jīng)選擇了所有的部分區(qū)域，并且所述信號獲得部已經(jīng)采樣了由待成像的生物組織的范圍的探測元件檢測到的光聲信號，并且已經(jīng)將采樣的光聲信號存儲到所述光聲元件數(shù)據(jù)存儲器中之后，所述第一相位匹配相加部從所述光聲元件數(shù)據(jù)存儲器讀出所述光聲信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中所述第二相位匹配范圍等于能夠通過所述信號獲得部并行地采樣的數(shù)據(jù)的數(shù)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中在順序地移位輸出范圍的同時，所述超聲波探頭的所述探測元件將聲學信號輸出到生物組織的預定范圍內(nèi)；所述信號獲得部采樣由對應于聲學信號已經(jīng)被輸出到的范圍的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且將采樣的反射聲學信號存儲到超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)；以及所述第二相位匹配相加部從所述超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器讀出由與所述第二相位匹配范圍對應的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中在所述超聲波探頭已經(jīng)將聲學信號輸出到待成像的生物組織的范圍內(nèi)，并且，所述信號獲得部已經(jīng)采樣了由待成像的生物組織的范圍的探測元件檢測到的反射聲學信號，并且已經(jīng)將采樣的反射聲學信號存儲到所述超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器中之后，所述第二相位匹配相加部從所述超聲波元件數(shù)據(jù)存儲器讀出反射聲學信號，并且執(zhí)行相位匹配相加。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物數(shù)據(jù)成像設備，其中在順序地移位輸出范圍的同時，所述超聲波探頭的探測元件將聲學信號輸出到生物組織的預定范圍內(nèi)；所述信號獲得部采樣由與所述聲學信號已經(jīng)被輸出到的范圍對應的探測元件檢測到的反射聲學信號；并且所述第二相位匹配相加部執(zhí)行已經(jīng)通過所述信號獲得部并行地采樣的所述反射聲學信號的相位匹配相加。
12.—種生物數(shù)據(jù)成像方法，包括步驟將光照射到生物組織上；使用包括多個探測元件的超聲波探頭來檢測由于照射的光導致的由所述生物組織產(chǎn)生的光聲信號；在第一相位匹配范圍內(nèi)對由所述探測元件檢測到的所述光聲信號進行相位匹配和相加；基于相位匹配和相加的光聲信號產(chǎn)生光聲圖像；將聲學信號輸出到所述生物組織內(nèi)；使用所述超聲波探頭來檢測作為被輸出到所述生物組織內(nèi)的所述聲學信號的反射的反射聲學信號；在比所述第一相位匹配范圍小的第二相位匹配范圍內(nèi)對由所述探測元件檢測到的所述反射聲學信號進行相位匹配和相加；以及基于相位匹配和相加的反射聲學信號產(chǎn)生超聲波圖像。
全文摘要
提供了一種用于對生物數(shù)據(jù)進行成像的方法和設備。一種用于產(chǎn)生光聲圖像和超聲波圖像的生物數(shù)據(jù)成像設備，其能夠產(chǎn)生具有高分辨率的兩種類型的圖像。超聲波探頭包括多個探測元件。第一相位匹配相加部從光聲元件數(shù)據(jù)存儲器讀出光聲信號，并且執(zhí)行第一相位匹配范圍內(nèi)的相位匹配相加。圖像處理部分基于相位匹配和相加的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生光聲圖像。第二相位匹配相加部執(zhí)行在第二相位匹配范圍內(nèi)對通過信號獲得部采樣的反射聲學信號的相位匹配相加。圖像處理部基于相位匹配和相加的數(shù)據(jù)產(chǎn)生超聲波圖像。第一相位匹配范圍大于第二相位匹配范圍。
文檔編號A61B8/00GK102293667SQ20111018026
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者辻田和宏 申請人:富士膠片株式會社