被檢體信息獲取設(shè)備和被檢體信息獲取方法
【專利摘要】一種被檢體信息獲取設(shè)備，包括：多個(gè)檢測(cè)元件，多個(gè)檢測(cè)元件檢測(cè)從用光照射的被檢體產(chǎn)生的聲波并且將聲波轉(zhuǎn)換為檢測(cè)信號(hào)；信號(hào)確定單元，信號(hào)確定單元確定由多個(gè)檢測(cè)元件中的與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)；信號(hào)獲取單元，信號(hào)獲取單元通過從確定的檢測(cè)信號(hào)中至少刪除不是基于從被檢體的內(nèi)部產(chǎn)生的聲波的區(qū)域來產(chǎn)生校正的檢測(cè)信號(hào)；以及圖像處理器，圖像處理器根據(jù)由與被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)和校正的檢測(cè)信號(hào)形成被檢體的圖像數(shù)據(jù)。
【專利說明】被檢體信息獲取設(shè)備和被檢體信息獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及被檢體信息獲取設(shè)備和被檢體信息獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)療領(lǐng)域中，已經(jīng)在形成來自活有機(jī)體的內(nèi)部的信息的圖像的光學(xué)成像技術(shù)的研究方面取得積極的進(jìn)展，來自活有機(jī)體的內(nèi)部的信息是當(dāng)光從諸如激光器的光源照射到活有機(jī)體上時(shí)基于入射光而獲得的。這種類型的一個(gè)光學(xué)成像技術(shù)是光聲層析成像(PAT)。在光聲層析成像中，從光源產(chǎn)生的脈沖光照射到活有機(jī)體上，從吸收了在有機(jī)體內(nèi)部傳播或擴(kuò)散的脈沖光的能量的活組織產(chǎn)生聲波，并且檢測(cè)該聲波(通常，超聲波)。換句話說，使用光能量在諸如腫瘤和其它組織的檢查部位中的吸收率的不同，用聲學(xué)探測(cè)器(也被稱為探測(cè)器或換能器)接收當(dāng)檢查部位在吸收照射的光能量時(shí)瞬間膨脹時(shí)產(chǎn)生的彈性波。通過分析該檢測(cè)信號(hào)，可以獲得直接與初始?jí)毫Ψ植蓟蚬馕漳芰棵芏确植?吸收系數(shù)分布和光量分布之積)成比例的圖像(NPL1)。
[0003]此外，通過使用各種波長(zhǎng)的光來執(zhí)行測(cè)量，該圖像信息可以用于對(duì)有機(jī)體的特定性質(zhì)(例如，總血紅蛋白濃度或血氧飽和度等)的定量測(cè)量。近年來，這種光聲層析成像已經(jīng)被用來使得在用于創(chuàng)建小動(dòng)物中的血管的圖像的臨床前研究和將該原理應(yīng)用于乳癌、前列腺癌、頸動(dòng)脈斑塊(carotid artery plaque)等的診斷的臨床研究方面取得積極的進(jìn)展。
[0004]引文列表
[0005]非專利文獻(xiàn)
[0006]NPLl:"Photoacoustic imaging in biomedicine", M.Xu, L.V.Wang, REVIEW OFSCIENTIFIC INSTRUMENT, 77，041101, 2006

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]在光聲層析成像中，如果所檢查的被檢體與聲學(xué)探測(cè)器的檢測(cè)表面的一部分沒有聲學(xué)接觸，那么在該區(qū)域中的聲學(xué)探測(cè)器的檢測(cè)元件獲得的接收數(shù)據(jù)可能包括除在有機(jī)體內(nèi)部產(chǎn)生的聲波以外的信號(hào)。在接收到這種信號(hào)的情況下，如果通過使用獲得的所有檢測(cè)信號(hào)來重構(gòu)圖像，那么除了被檢體內(nèi)部的初始聲壓分布或吸收光能量密度分布以外，產(chǎn)生虛假圖像(偽像)，因此存在圖像明顯地劣化的問題。
[0009]鑒于這種問題而做出本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供用于即使在被檢體與聲學(xué)探測(cè)器的檢測(cè)元件沒有聲學(xué)接觸的情況下也降低圖像劣化的技術(shù)。
[0010]問題的解決方案
[0011]本發(fā)明提供一種被檢體信息獲取設(shè)備，包括:
[0012]多個(gè)檢測(cè)元件，所述多個(gè)檢測(cè)元件檢測(cè)從用光照射的被檢體產(chǎn)生的聲波并且將所述聲波轉(zhuǎn)換為檢測(cè)信號(hào)；
[0013]信號(hào)確定單元，所述信號(hào)確定單元從所述檢測(cè)信號(hào)中確定由所述多個(gè)檢測(cè)元件中的與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)；
[0014]信號(hào)獲取單元，所述信號(hào)獲取單元通過從由與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)中至少刪除不是基于從所述被檢體的內(nèi)部產(chǎn)生的聲波的區(qū)域來產(chǎn)生校正的檢測(cè)信號(hào)；以及
[0015]圖像處理器，所述圖像處理器根據(jù)由與所述被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)和校正的檢測(cè)信號(hào)形成所述被檢體的圖像數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明還提供一種被檢體信息獲取方法，包括:
[0017]多個(gè)檢測(cè)元件檢測(cè)從用光照射的被檢體產(chǎn)生的聲波并且將所述聲波轉(zhuǎn)換為檢測(cè)信號(hào)的步驟；
[0018]信號(hào)確定單元從所述檢測(cè)信號(hào)中確定由所述多個(gè)檢測(cè)元件中的與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)的步驟；
[0019]信號(hào)獲取單元通過從由與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)中至少刪除不是基于從所述被檢體的內(nèi)部產(chǎn)生的聲波的區(qū)域來產(chǎn)生校正的檢測(cè)信號(hào)的步驟；以及
[0020]圖像處理器根據(jù)由與所述被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)和校正的檢測(cè)信號(hào)形成所述被檢體的圖像數(shù)據(jù)的步驟。
[0021]本發(fā)明的有益效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，可以提供用于即使在被檢體與聲學(xué)探測(cè)器的檢測(cè)元件沒有聲學(xué)接觸的情況下也降低圖像劣化的技術(shù)。`
[0023]根據(jù)下面參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的光聲圖像形成設(shè)備的組成的示意圖的圖。
[0025]圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)信號(hào)的處理的例子的流程圖。
[0026]圖3A和3B是示出來自檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)的例子的示意圖。
[0027]圖4A至4C是示出測(cè)量被檢體和通過測(cè)量獲得的圖像的圖。
[0028]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的光聲圖像形成設(shè)備的組成的示意圖的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面，參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。相同的組成元件原則上用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出，并且這里省略其描述。
[0030](光聲圖像形成設(shè)備)
[0031]這里參照?qǐng)D1描述與本實(shí)施例有關(guān)的光聲圖像形成設(shè)備的組成。與本實(shí)施例有關(guān)的光聲圖像形成設(shè)備是創(chuàng)建來自被檢體的內(nèi)部的光學(xué)特征值信息的圖像的設(shè)備。光學(xué)特征值信息通常是指初始聲壓分布、吸收光能量密度分布或者由這些得到的吸收系數(shù)分布。如下文中所描述的，光學(xué)特征值信息也被稱為被檢體信息，因此根據(jù)本發(fā)明的光聲圖像形成設(shè)備也可以被理解為被檢體信息獲取設(shè)備。
[0032]根據(jù)本實(shí)施例的光聲圖像形成設(shè)備包括作為基本硬件的光源11、形成聲學(xué)檢測(cè)器的聲學(xué)探測(cè)器17和信號(hào)處理單元19。從光源11發(fā)射的脈沖光12是通過由諸如透鏡、反射鏡、光纖、擴(kuò)散板等光學(xué)系統(tǒng)(未圖示)將光處理為期望的形狀而獲得的，并且照射到諸如活有機(jī)體的被檢體13上。當(dāng)在被檢體13內(nèi)部傳播的光能量的一部分被諸如血管的光吸收體14 (因此，其形成聲源)吸收時(shí)，由于光吸收體14的熱膨脹而產(chǎn)生聲波(并且通常是超聲波)15。這也被稱為“光聲波”。聲波15被聲波探測(cè)器17的檢測(cè)元件22檢測(cè)到，被信號(hào)獲取系統(tǒng)18放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字，然后被信號(hào)處理器19轉(zhuǎn)換為被檢體的圖像數(shù)據(jù)。而且，在顯示設(shè)備20上將圖像數(shù)據(jù)顯示為圖像。
[0033](光源11)
[0034]如果被檢體是活有機(jī)體，那么從光源11照射具有被構(gòu)成活有機(jī)體的成分中的特定成分吸收的特定波長(zhǎng)的光。光源可以以集成的方式與本實(shí)施例的圖像形成設(shè)備一起設(shè)置，或者，可以與圖像形成設(shè)備分開設(shè)置。對(duì)于光源，期望使用能夠產(chǎn)生幾納秒至幾百納秒的量級(jí)的脈沖光的脈沖光源。更具體地，為了有效地產(chǎn)生光聲波，使用約10納秒的脈沖寬度。
[0035]對(duì)于光源，因?yàn)榭梢垣@得大的輸出，所以期望采用激光器，但是，也可以使用發(fā)光二極管等來代替激光器。作為激光器，可以使用諸如固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器等各種類型的激光器。照射定時(shí)、光強(qiáng)度等由未圖示的光源控制單元控制。光源控制單元通常與光源集成在一起。在本發(fā)明中，使用的光源的波長(zhǎng)期望是這樣的波長(zhǎng)，其中光以該波長(zhǎng)被傳播到被檢體的內(nèi)部。更具體地，如果被檢體是活有機(jī)體，那么光的波長(zhǎng)不小于500nm并且不大于1200nm。
[0036](被檢體13和光吸收體14)
[0037]這些元件不構(gòu)成本發(fā)明的光聲圖像形成設(shè)備的一部分，但是在下面被描述。根據(jù)本發(fā)明的光聲圖像形成設(shè)備的主要目的是用于血管的對(duì)比度成像、人和動(dòng)物中的惡性腫瘤或脈管疾病的診斷、化療的追蹤觀察等。因此，設(shè)想到，被檢體13是活有機(jī)體，更具體地是人或動(dòng)物中的診斷部位，例如胸部、手指、腳等。在諸如老鼠的小動(dòng)物的情況下，整個(gè)動(dòng)物是被檢體而不是特定部位。
[0038]被檢體內(nèi)部的光吸收體14指示被檢體內(nèi)部具有相對(duì)高的吸收系數(shù)的被檢體。雖然取決于使用的光的波長(zhǎng)，但是，如果人類是測(cè)量被檢體，那么光吸收體14可以對(duì)應(yīng)于含氧或脫氧血紅蛋白、或者包含大量含氧或脫氧血紅蛋白的血管、或包含大量新血管的惡性腫瘤。在本發(fā)明中，“被檢體信息”是指通過光的照射產(chǎn)生的聲波產(chǎn)生源分布，并且這是指有機(jī)體內(nèi)部的初始聲壓分布或者吸收光能量密度分布或者由這些得到的吸收系數(shù)分布。而且，“被檢體信息”是指構(gòu)成活組織的物質(zhì)(特別地，含氧還原血紅蛋白)的密度分布。例如，物質(zhì)的密度分布是氧飽和度等。形成為圖像的被檢體信息被稱為“圖像數(shù)據(jù)”。
[0039](保持板16)
[0040]為了在寬的范圍上使被檢體與聲波探測(cè)器17的檢測(cè)元件22聲耦合，被檢體13上的接觸表面被保持板16變平。通常，為了保持被檢體13或?qū)⒈粰z體13保持均勻的形狀，使用保持板16。為了有效地接收聲波，期望選擇接近于被檢體的聲阻抗的用于保持板的材料。例如，如果被檢體是胸部，那么期望地，用聚甲基戍烯(polymethyl pentene)形成的板是期望的。板的形狀期望是平板，但是可以使用能夠在聲波接收器和板安裝表面之間實(shí)現(xiàn)緊密接觸的任何形狀。如果板是平板，那么從聲波的衰減等角度來看，板厚度越薄越好，但是板應(yīng)該期望具有防止板的形狀的變形的厚度。通常，板具有約5_至IOmm的厚度。假若可以將與保持板的功能相似的功能賦予聲波探測(cè)器的檢測(cè)表面，那么在本發(fā)明中可以省略保持板16。
[0041](聲波探測(cè)器17)
[0042]聲波探測(cè)器17是檢測(cè)由于脈沖光而在被檢體的表面和被檢體的內(nèi)部等處產(chǎn)生的光聲波的檢測(cè)器，并且，聲波探測(cè)器17檢測(cè)聲波，然后將該波轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)。在下文中，聲波探測(cè)器17也被簡(jiǎn)單地稱為探測(cè)器或換能器。只要探測(cè)器能夠檢測(cè)聲波信號(hào)，那么可以使用任何類型的聲波探測(cè)器，例如，基于壓電效應(yīng)的換能器、基于光共振的換能器或者基于電容變化的換能器等。在根據(jù)本實(shí)施例的聲波探測(cè)器17中，通常，一維或二維地布置多個(gè)檢測(cè)元件22。通過以此方式使用元件的多維布置，可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)位置中的聲波，并且可以縮短測(cè)量時(shí)間。結(jié)果，可以減少被檢體的振動(dòng)效應(yīng)等。
[0043](信號(hào)獲取系統(tǒng)18)
[0044]期望地，根據(jù)本實(shí)施例的光聲圖像形成設(shè)備具有信號(hào)獲取系統(tǒng)18，該信號(hào)獲取系統(tǒng)18放大從聲波探測(cè)器17獲得的電信號(hào)并將該電信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。信號(hào)獲取系統(tǒng)18通常由放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)芯片等構(gòu)成。期望地，如果從聲波探測(cè)器17獲得多個(gè)檢測(cè)信號(hào)，那么信號(hào)獲取系統(tǒng)18能夠同時(shí)處理這多個(gè)信號(hào)。通過這種方式，可以縮短形成圖像所花費(fèi)的時(shí)間。在本說明書中，“檢測(cè)信號(hào)”是這樣的概念，該概念還包括從聲波探測(cè)器17獲取的模擬信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換而獲得的數(shù)字信號(hào)。檢測(cè)信號(hào)也可以被稱為“光聲信號(hào)”。
[0045](信號(hào)處理單元19)
[0046]信號(hào)處理單元19的主要作用是處理從信號(hào)獲取系統(tǒng)18獲得的數(shù)字信號(hào)，然后執(zhí)行圖像重構(gòu)以創(chuàng)建來自被檢體的內(nèi)部的光學(xué)特征值信息的圖像。此外，根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理單元19在從信號(hào)獲取系統(tǒng)18獲得的數(shù)字信號(hào)中檢測(cè)、以及減少或刪除由與被檢體沒有聲學(xué)接觸的區(qū)域21中的檢測(cè)元件接收到的不需要的聲波信號(hào)，該處理是本發(fā)明的一個(gè)特有特征。結(jié)果，可以減少由這種不需要的聲信號(hào)導(dǎo)致的圖像劣化。
[0047]現(xiàn)在，接下來的是對(duì)與這里提及的被檢體沒有聲學(xué)接觸的區(qū)域21的描述。更具體地，如圖1所示，區(qū)域21是這樣的區(qū)域，在該區(qū)域中，在從聲波探測(cè)器17的檢測(cè)元件22的檢測(cè)表面的中心引出的垂直線上，被檢體13和探測(cè)器的檢測(cè)表面沒有經(jīng)由保持板16或諸如凝膠體的其它聲波傳輸材料而處于物理接觸。換句話說，這是指在穿過被檢體13和檢測(cè)元件22引出的垂直線上介入有諸如空氣的不容易傳輸聲波的介質(zhì)的區(qū)域。在圖1中，將與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件作為檢測(cè)元件22b，而將與被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件作為檢測(cè)元件22a。
[0048]通常，諸如工作站的計(jì)算機(jī)通常被用于信號(hào)處理單元19，并且檢測(cè)信號(hào)處理和圖像重構(gòu)處理等由預(yù)先編程的軟件來執(zhí)行。在工作站中使用的軟件包括，例如，信號(hào)確定模塊19a、信號(hào)處理模塊19b和圖像重構(gòu)模塊19c。
[0049]信號(hào)確定模塊19a基于接收到的信號(hào)來確定在與被檢體沒有聲學(xué)接觸的區(qū)域中的檢測(cè)元件21a。信號(hào)處理模塊19b通過校正由被確定為與被檢體沒有聲學(xué)接觸的區(qū)域21中的檢測(cè)元件21a的檢測(cè)元件接收到的信號(hào)來產(chǎn)生校正的檢測(cè)信號(hào)。圖像重構(gòu)模塊19c使用該校正的信號(hào)來執(zhí)行圖像重構(gòu)。
[0050]這里，如圖1所不，信號(hào)確定模塊19a、f目號(hào)處理模塊19b和圖像重構(gòu)模塊19c通常被作為諸如工作站和相關(guān)軟件的計(jì)算機(jī)操作，因此通常被視為單個(gè)的信號(hào)處理設(shè)備19。在本發(fā)明中，信號(hào)確定模塊對(duì)應(yīng)于信號(hào)確定單元，信號(hào)處理模塊對(duì)應(yīng)于信號(hào)獲取單元，并且圖像重構(gòu)模塊對(duì)應(yīng)于圖像處理單元。
[0051]信號(hào)確定模塊19a和信號(hào)處理模塊19b的基本功能是，根據(jù)由信號(hào)獲取系統(tǒng)18獲得的數(shù)字信號(hào)確定在與被檢體沒有聲學(xué)接觸的區(qū)域中的檢測(cè)元件22b。然后，對(duì)由這樣確定的檢測(cè)元件接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行校正處理，例如，不需要的信號(hào)減少處理等。在下文中描述該處理方法的細(xì)節(jié)。圖像重構(gòu)模塊19c的基本功能是，通過使用從信號(hào)處理模塊19b獲得的校正的檢測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)，基于圖像重構(gòu)來形成圖像數(shù)據(jù)。例如，使用的圖像重構(gòu)算法是如層析成像技術(shù)中通常使用的時(shí)域或傅立葉域中的逆投影。如果大量的時(shí)間可用于重構(gòu)，那么可以使用諸如使用重復(fù)處理的迭代方法的圖像重構(gòu)方法。如NPLl中所描述的，可以采用各種方法作為PAT中的圖像重構(gòu)技術(shù)。典型的圖像重構(gòu)方法是傅立葉變換方法、通用逆投影方法、去卷積方法、濾波逆投影方法、迭代重構(gòu)方法等。在本發(fā)明中，可以使用任何類型的圖像重構(gòu)技術(shù)。
[0052](顯示設(shè)備20)
[0053]顯示設(shè)備20是顯示由信號(hào)處理單元19輸出的圖像數(shù)據(jù)的設(shè)備，并且通常采用液晶顯示器等。顯示設(shè)備還可以與根據(jù)本發(fā)明的光聲圖像形成設(shè)備分開地設(shè)置。
[0054](檢測(cè)信號(hào)處理)
[0055]接下來，將參照?qǐng)D2和圖3描述由信號(hào)處理單元19執(zhí)行的并且是本發(fā)明的一個(gè)特有特征的對(duì)檢測(cè)信號(hào)中的不需要的信號(hào)的校正處理方法的一個(gè)例子。下面給出的步驟編號(hào)與圖2中的步驟編號(hào)一致。
[0056]步驟(I)(步驟S201):分析檢測(cè)信號(hào)并確定與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件的步驟。
`[0057]例如，在信號(hào)確定模塊19a中，通過使用從與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b接收到的信號(hào)的特征來確定不在與被檢體聲學(xué)接觸的狀態(tài)下的檢測(cè)元件。圖3A是由與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b接收到的信號(hào)的一個(gè)例子，而圖3B是由與被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22a接收到的信號(hào)的一個(gè)例子。圖中的水平軸表示樣本號(hào)，并且在20MHz采樣的情況下，每50納秒執(zhí)行一次測(cè)量。垂直軸表示接收到的聲波的強(qiáng)度。換句話說，在20MHz米樣的情況下，水平軸不出樣本號(hào)乘以50納秒的米樣時(shí)間。在正常的光聲成像的情況下，光照射的定時(shí)被取為O秒。
[0058]比較圖3A和3B，在圖3B中沒有檢測(cè)到圖3A中的虛線B指示的信號(hào)。該信號(hào)是當(dāng)在聲波探測(cè)器的表面處產(chǎn)生的光聲波(虛線A指示的區(qū)域中的信號(hào))在保持板16和空氣之間的界面處被完全反射并再次作為聲波被接收時(shí)所接收到的。換句話說，如果檢測(cè)元件是與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b，那么這是作為大信號(hào)接收到的信號(hào)。由于信號(hào)在與空氣的界面處被反射，那么該信號(hào)的特有特征是，相對(duì)于虛線A指示的區(qū)域中的信號(hào)，相位相反(波形相反)。
[0059]此外，如果已知保持板16的厚度和聲音在保持板16中的速度，那么可以預(yù)先預(yù)測(cè)將在特定的定時(shí)處(例如，在圖3A中的tl處)檢測(cè)到該信號(hào)。圖3B中的虛線C指示的區(qū)域中的信號(hào)在圖3A中沒有被測(cè)量到，因此該信號(hào)被推定為是由在被檢體內(nèi)部產(chǎn)生的光聲波產(chǎn)生的。[0060]接下來，將描述確定與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b的方法。
[0061]圖3A中的虛線A指示的區(qū)域中的信號(hào)是由于光直接照射到探測(cè)器的表面上而產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)(光聲信號(hào))。該信號(hào)可以在圖3B中被觀察到，但是，圖3A和圖3B的比較示出，圖3A中的強(qiáng)度明顯更大。例如，如果檢測(cè)元件與被檢體聲學(xué)接觸，那么檢測(cè)元件的表面覆蓋被檢體，因此脈沖光沒有直接到達(dá)檢測(cè)元件的表面。例如，假設(shè)光聲波由漫射光等產(chǎn)生，那么只觀察到小信號(hào)。
[0062]另一方面，如果檢測(cè)元件與被檢體沒有聲學(xué)接觸，那么當(dāng)光從與探測(cè)器相對(duì)的一側(cè)照射到被檢體上時(shí)，如圖1所示，那么光直接照射到檢測(cè)元件的表面上，并且從檢測(cè)元件的表面觀察到大信號(hào)。更具體地，可以通過比較該信號(hào)的強(qiáng)度來確定與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件。更具體地，示出等于或大于預(yù)定閾值的強(qiáng)度的檢測(cè)元件被確定為與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件。這里提及的預(yù)定閾值是由實(shí)驗(yàn)確定的值，例如，通過當(dāng)不存在被檢體時(shí)將光直接照射到聲波探測(cè)器的表面上產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)(光聲信號(hào))的峰值的一半。此外，由于該閾值是設(shè)備的固有值，所以期望分別針對(duì)每個(gè)設(shè)備來調(diào)整閾值。指定預(yù)定閾值的定時(shí)可以緊鄰在實(shí)際測(cè)量之前，或者可針對(duì)每種類型的設(shè)備預(yù)先指定閾值。例如，通過在存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)器單元)中存儲(chǔ)由此指定的預(yù)定閾值，可以在任何時(shí)間使用該值。
[0063]此外，可以設(shè)想下面的方法作為可替換的方法。圖3A中的虛線A和虛線B指示的波形是由與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b接收到的信號(hào)的特征。因此，將這兩個(gè)信號(hào)用作模板，以獲得與整個(gè)檢測(cè)信號(hào)的相關(guān)性。通過該相關(guān)性，可以確定由與被檢體沒有物理接觸的檢測(cè)元件接收到的信號(hào)和由與被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件接收到的信號(hào)。在這種情況下，虛線A指示的部分是基于第一聲波的檢測(cè)信號(hào)。更具體地，示出等于或大于預(yù)定閾值的相關(guān)性的檢測(cè)元件被確定為與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b。例如，如果在信號(hào)完全匹配時(shí)相關(guān)值是1，那么這里提及的預(yù)定閾值是0.2。但是，由于該閾值是設(shè)備的固有值，所以期望分別針對(duì)每個(gè)設(shè)備來調(diào)整閾值。指定這些閾值的定時(shí)可以緊鄰在實(shí)際測(cè)量之前，或者可針對(duì)每種類型的設(shè)備預(yù)先指定這些值。例如，通過在存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)器單元)中存儲(chǔ)由此指定的預(yù)定閾值，可以在任何時(shí)間使用該值。
[0064]這里描述的確定方法僅僅是一個(gè)例子。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于提取和確定由與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件接收到的信號(hào)的特征，并且假若不偏離該實(shí)質(zhì)的范圍，可以采用任何方法。
[0065]處理(2)(步驟S202):從在S201中確定的檢測(cè)元件的信號(hào)中消除不需要的信號(hào)的步驟。
[0066]例如,在信號(hào)處理模塊19b中，通過刪除由被確定為與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b接收到的全部信號(hào)，創(chuàng)建新的檢測(cè)信號(hào)組?？商鎿Q地，通過將由被確定為與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b接收到的信號(hào)減少到零，產(chǎn)生校正的信號(hào)。一般來說，當(dāng)檢測(cè)元件22與被檢體沒有聲學(xué)接觸時(shí)，它不能接收在被檢體內(nèi)部產(chǎn)生的光聲波。因此，在與被檢體沒有聲學(xué)接觸的區(qū)域中接收到的全部數(shù)據(jù)無助于當(dāng)創(chuàng)建被檢體內(nèi)部的初始?jí)毫Ψ植蓟蚬饽芰棵芏确植嫉膱D像時(shí)產(chǎn)生的圖像。因此，可以將所有的數(shù)據(jù)設(shè)置為零，或者刪除檢測(cè)信號(hào)自身并且假設(shè)不存在檢測(cè)元件。換句話說，在本步驟中，通過執(zhí)行諸如上述處理的處理，產(chǎn)生與從信號(hào)獲取系統(tǒng)18獲得的數(shù)字信號(hào)分離的信號(hào)，換言之，校正的數(shù)字信號(hào)。
[0067]處理(3)(步驟S203):通過使用在S202中獲得的檢測(cè)信號(hào)執(zhí)行圖像重構(gòu)的步驟。[0068]例如，通過使用在S202中獲得的校正的檢測(cè)信號(hào)執(zhí)行圖像重構(gòu)，從而形成與被檢體15的初始?jí)毫Ψ植蓟蚬饽芰棵芏确植加嘘P(guān)的圖像。關(guān)于該處理，可以使用通常在光聲層析成像中采用的任何類型的圖像重構(gòu)處理。例如，采用時(shí)域或場(chǎng)域中的逆投影的方法等。
[0069]通過執(zhí)行上述步驟，如圖1中的例子一樣，在檢測(cè)元件22的一部分與被檢體13沒有聲學(xué)接觸的情況下，可以消除對(duì)形成被檢體的內(nèi)部的圖像來說不需要的信號(hào)。結(jié)果，可以提供示出很少的圖像劣化的光聲圖像形成設(shè)備。
[0070]<第一實(shí)施例>
[0071]現(xiàn)在將描述采用應(yīng)用本實(shí)施例的光聲層析成像的光聲圖像形成設(shè)備的一個(gè)例子。這里參照?qǐng)D1中的示意圖來描述該圖像形成設(shè)備。在本實(shí)施例中，將Q開關(guān)YAG激光器用作光源11，Q開關(guān)YAG激光器以1064nm的波長(zhǎng)產(chǎn)生約10納秒的脈沖光。從脈沖光12發(fā)射的光脈沖的能量是0.6J，并且使用諸如反射鏡和擴(kuò)束器等光學(xué)系統(tǒng)將脈沖光擴(kuò)寬到約2cm的半徑。隨后，光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置為能夠在與聲波探測(cè)器17相對(duì)的一側(cè)將脈沖光照射到被檢體上。
[0072]模擬胸部形狀的模型被用作被檢體13。使用聚氨酯橡膠、氧化鈦和墨來制備胸部形狀的模型，使得降低的散射系數(shù)和吸收系數(shù)基本上與胸部相同。具有2mm的直徑的三個(gè)圓棒形囊被埋入模型中作為光吸收體14。此外，胸部形狀的模型具有彎曲的表面形狀。因此，為了使形狀平坦并實(shí)現(xiàn)與聲波探測(cè)器17的聲耦合，形成為IOmm厚的聚甲基戊烯的保持板16被安裝在聲波探測(cè)器17和胸部形狀的模型13之間。圖4A示出在這種情況下從聚甲基戊烯側(cè)拍攝的胸部形狀的模型的照片。如圖4A所示的，胸部形狀的模型沒有與聚甲基戊烯的整個(gè)區(qū)域緊密接觸。在該區(qū)域中，空氣介入在模型和檢測(cè)元件之間，因此模型和檢測(cè)元件不能聲耦接。結(jié)果，來自沒有緊密接觸的該區(qū)域中的檢測(cè)元件的信號(hào)是圖像劣化的原因。
[0073]此外，如圖1所示，在以此方式設(shè)置的胸部形狀的模型的與聲波探測(cè)器17相對(duì)的表面上，脈沖光12照射到該模型上。聲`波探測(cè)器17采用由以二維配置布置的多個(gè)檢測(cè)元件22形成的2D陣列型探測(cè)器。此外，如圖1所示，由2D陣列型聲波探測(cè)器17測(cè)量的區(qū)域的一部分包括與胸部形狀的模型沒有聲學(xué)接觸的區(qū)域21。
[0074]接下來，產(chǎn)生的光聲波被2D陣列型聲波探測(cè)器17的多個(gè)檢測(cè)元件22接收到。通過使用包括放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA的信號(hào)獲取系統(tǒng)18，獲得這些元件的檢測(cè)信號(hào)作為光聲信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。隨后，獲得的數(shù)字信號(hào)被傳輸?shù)叫纬尚盘?hào)處理器19的工作站(WS)并被保存在WS中。隨后，由作為WS內(nèi)部的軟件程序的信號(hào)確定模塊19a和信號(hào)處理模塊19b來分析數(shù)字信號(hào)。
[0075]在本實(shí)施例中，通過使用在檢測(cè)元件的表面處產(chǎn)生的光聲波的接收強(qiáng)度，執(zhí)行信號(hào)確定。確定方法如下。更具體地，在接收到的聲波信號(hào)中，在圖3中的區(qū)域A所指示的初始測(cè)量時(shí)間段期間觀察到的在檢測(cè)元件表面處產(chǎn)生的光聲波的最大值被檢測(cè)到。如果該最大值大于一定值，那么該最大值被作為從與胸部形狀的模型沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b接收到的信號(hào)。該區(qū)域中的信號(hào)與噪聲相比充分大，因此該信號(hào)可以以穩(wěn)定的方式被確定。在本實(shí)施例中，如果信號(hào)的強(qiáng)度是200或以上，那么該信號(hào)被判定為來自與胸部形狀的模型沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b的信號(hào)，并且，如果強(qiáng)度小于200，那么該信號(hào)被判定為來自與胸部形狀的模型聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22a。另外，形成校正的信號(hào)，其中，由與胸部形狀的模型沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b接收到的信號(hào)全部被設(shè)置為零。[0076]隨后，使用以此方式創(chuàng)建的校正的信號(hào)，在作為WS中的軟件程序的重構(gòu)模塊19c中執(zhí)行圖像重構(gòu)。這里，通過使用多種圖像重構(gòu)技術(shù)當(dāng)中的作為時(shí)域方法的通用逆投影方法來創(chuàng)建三維體數(shù)據(jù)。圖4C示出在這種情況下獲得的圖像的一個(gè)例子。圖4C示出通過在三維圖像數(shù)據(jù)中對(duì)在所有的吸收體可被成像的方向上的最大亮度進(jìn)行投影而獲得的MIP(最大強(qiáng)度投影)圖像。隨后，使用在WS中保存的未校正的數(shù)字信號(hào)，通過如上所述地采用的圖像重構(gòu)技術(shù)來計(jì)算圖像。圖4B示出在這種情況下獲得的圖像的一個(gè)例子。圖4B是這樣的MIP圖像，其中，根據(jù)三維圖像數(shù)據(jù)對(duì)在所有的吸收體可被成像的方向上的最大亮度進(jìn)行投影。
[0077]現(xiàn)在將比較圖4B和4C。在從與胸部形狀的模型沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件接收到的信號(hào)中，如圖3A中的虛線B所示，觀察到在探測(cè)器的表面處產(chǎn)生的光聲波的反射波，因此由該信號(hào)產(chǎn)生的圖像呈現(xiàn)為圖4B中的區(qū)域B。圖3中的虛線B的區(qū)域是水平地存在于某一深度處的偽像，并且這是由如上所述的在探測(cè)器的表面處產(chǎn)生的光聲波的反射波引起的。另一方面，在圖4C中，刪除了這種不需要的信號(hào)，因此僅僅呈現(xiàn)由在模型內(nèi)部產(chǎn)生的光聲波引起的圖像C，例如，圖3B中的虛線C所指示的圖像。當(dāng)測(cè)量諸如胸部的體組織時(shí)，不可能區(qū)分由在胸部?jī)?nèi)部產(chǎn)生的聲波所產(chǎn)生的圖像和其它圖像，因此，這種不需要的圖像A會(huì)導(dǎo)致誤診斷。換句話說，在診斷圖像方面，圖4C中的圖像可以被視為優(yōu)良的。
[0078]根據(jù)上文，通過從與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)中消除對(duì)于圖像形成來說不需要的信號(hào)，可以提供能夠產(chǎn)生具有很少的劣化的圖像的光聲圖像形成設(shè)備，該具有很少的劣化的圖像作為診斷圖像優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0079]<第二實(shí)施例>
[0080]現(xiàn)在將參照?qǐng)D5描述采用應(yīng)用本實(shí)施例的光聲層析成像的光聲圖像形成設(shè)備的一個(gè)例子。在本實(shí)施例中，使用基本上與第一實(shí)施例的模型和測(cè)量系統(tǒng)相同的模型和測(cè)量系統(tǒng)。但是，與圖1中的設(shè)備的示意圖相比，這里，如圖5所示，從聲波探測(cè)器17側(cè)，在胸部形狀的模型的方向上照射光12。而且，為了形成整個(gè)胸部形狀的模型的圖像，執(zhí)行聲波探測(cè)器17和光12的掃描動(dòng)作。
[0081 ] 在這種類型的設(shè)備中，在本實(shí)施例中，類似于第一實(shí)施例，在獲取產(chǎn)生的光聲波的數(shù)字信號(hào)之后，獲得的數(shù)字信號(hào)被傳輸?shù)叫纬尚盘?hào)處理器19的工作站(WS)并被保存在WS中。隨后，由作為WS內(nèi)部的軟件程序的信號(hào)確定模塊19a和信號(hào)處理模塊19b來分析數(shù)字信號(hào)。
[0082]在本實(shí)施例中，確定與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件22b的方法采用諸如下述方法的方法。類似于第一實(shí)施例，當(dāng)從聲波探測(cè)器側(cè)照射脈沖光12時(shí)，則由于光被照射到探測(cè)器表面而產(chǎn)生光聲波。而且，由于光聲波在保持板16和空氣之間的界面處被完全反射，于是再次接收到具有相反相位的光聲波。由于這兩個(gè)聲波的接收時(shí)間之差是均勻的，如圖3A中的區(qū)域A和B之間的關(guān)系所示，并且由于其形狀也是唯一的，于是可以通過使用該形狀來確定這些波。
[0083]現(xiàn)在將描述所采用的特定的確定方法。首先，在沒有模型的組成中，測(cè)量當(dāng)光直接照射到探測(cè)器的表面上時(shí)接收到的信號(hào)，并且從測(cè)量的信號(hào)中提取在探測(cè)器的表面處產(chǎn)生的光聲波和當(dāng)該聲波在保持板處被反射時(shí)再次接收到的信號(hào)。提取的信號(hào)作為模板被保存在形成信號(hào)處理器19的工作站(WS)中。隨后，計(jì)算該模板和所有的接收信號(hào)之間的相關(guān)性，并且具有高相關(guān)值的檢測(cè)信號(hào)被確定為是由與被檢體沒有物理接觸的檢測(cè)元件接收到的信號(hào)。而且，以此方式確定的來自檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)不被視為檢測(cè)信號(hào)，并且創(chuàng)建排除這些信號(hào)的新的校正的信號(hào)。
[0084]隨后，使用以此方式創(chuàng)建的校正的信號(hào)，在作為WS中的軟件程序的重構(gòu)模塊19c中執(zhí)行圖像重構(gòu)。這里，與第一實(shí)施例相比，通過使用傅立葉域來創(chuàng)建三維體數(shù)據(jù)。通過這種方法獲得的胸部形狀的模型的圖像類似于圖4C中的圖像，并且獲得比作為通過傳統(tǒng)技術(shù)獲取的圖像的圖4B更清晰的圖像。
[0085]根據(jù)上文，可以通過確定檢測(cè)信號(hào)的形狀來確定與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件，并且可以通過從檢測(cè)信號(hào)中消除對(duì)圖像形成來說不需要的信號(hào)，提供具有很少的圖像劣化的光聲圖像形成設(shè)備。
[0086]<第三實(shí)施例>
[0087]現(xiàn)在將描述采用應(yīng)用本實(shí)施例的光聲層析成像的光聲圖像形成設(shè)備的一個(gè)例子。在本實(shí)施例中，除了沒有保持板16以外，使用與第一實(shí)施例相同的模型和測(cè)量系統(tǒng)。首先，類似于第一實(shí)施例，在獲取通過脈沖光12的照射而產(chǎn)生的光聲波的數(shù)字信號(hào)之后，獲得的數(shù)字信號(hào)被傳輸?shù)叫纬尚盘?hào)處理器19的工作站(WS)并被保存在WS中。隨后，在作為WS中的軟件程序的信號(hào)確定模塊和信號(hào)處理模塊中分析數(shù)字信號(hào)。在本實(shí)施例中，類似于第一實(shí)施例，通過使用在探測(cè)器的表面處產(chǎn)生的光聲波的接收強(qiáng)度，確定與模型沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件。隨后，刪除來自被確定為與模型沒有聲學(xué)接觸 的檢測(cè)元件的全部數(shù)據(jù)，并且僅僅使用來自與模型聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)來執(zhí)行圖像重構(gòu)。通過這種方法獲得的圖像類似于圖4C中的圖像，并且獲得比作為通過傳統(tǒng)技術(shù)獲取的圖像的圖4B更清晰的圖像。
[0088]根據(jù)上文，即使沒有保持板，通過分析檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度，也可以確定與被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件，并且通過消除這些元件的檢測(cè)信號(hào)，可以提供具有很少的圖像劣化的光聲圖像形成設(shè)備。
[0089]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)該理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。下述的權(quán)利要求的范圍應(yīng)該被賦予最廣義的解釋，以涵蓋所有這樣的修改以及等同結(jié)構(gòu)和功能。
[0090]本申請(qǐng)要求2011年4月12日提交的日本專利申請(qǐng)第2011-88312號(hào)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。
【權(quán)利要求】
1.一種被檢體信息獲取設(shè)備,包括: 多個(gè)檢測(cè)元件，所述多個(gè)檢測(cè)元件檢測(cè)從用光照射的被檢體產(chǎn)生的聲波并且將所述聲波轉(zhuǎn)換為檢測(cè)信號(hào)； 信號(hào)確定單元，所述信號(hào)確定單元從所述檢測(cè)信號(hào)中確定由所述多個(gè)檢測(cè)元件中的與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)； 信號(hào)獲取單元，所述信號(hào)獲取單元通過從由與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)中至少刪除不是基于從所述被檢體的內(nèi)部產(chǎn)生的聲波的區(qū)域來產(chǎn)生校正的檢測(cè)信號(hào)；以及 圖像處理器，所述圖像處理器根據(jù)由與所述被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)和校正的檢測(cè)信號(hào)形成所述被檢體的圖像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被檢體信息獲取設(shè)備，還包括: 保持所述被檢體的保持板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的被檢體信息獲取設(shè)備，其中， 所述信號(hào)確定單元使用預(yù)定閾值，所述預(yù)定閾值是基于在檢測(cè)元件與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的狀態(tài)下照射光時(shí)獲得的檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度來指定的，并且當(dāng)由檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度等于或大于所述預(yù)定閾值時(shí)，所述信號(hào)確定單元確定該檢測(cè)信號(hào)被與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的被檢體信息獲取設(shè)備，還包括: 存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元將從基于在光照射到與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件上時(shí)產(chǎn)生的第一聲波的檢測(cè)信號(hào)和當(dāng)所述第一聲波被所述保持板反射并再次被該檢測(cè)元件檢測(cè)到時(shí)產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)而創(chuàng)建的信號(hào)存儲(chǔ)作為模板， 其中，當(dāng)由所述檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)的波形和所述模板的信號(hào)的波形之間的相關(guān)值等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，所述信號(hào)確定單元確定檢測(cè)信號(hào)被與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的被檢體信息獲取設(shè)備，其中， 所述信號(hào)獲取單元?jiǎng)h除由與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的全部檢測(cè)信號(hào)。
6.—種被檢體信息獲取方法,包括: 多個(gè)檢測(cè)元件檢測(cè)從用光照射的被檢體產(chǎn)生的聲波并且將所述聲波轉(zhuǎn)換為檢測(cè)信號(hào)的步驟； 信號(hào)確定單元從所述檢測(cè)信號(hào)中確定由所述多個(gè)檢測(cè)元件中的與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)的步驟； 信號(hào)獲取單元通過從由與所述被檢體沒有聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)中至少刪除不是基于從所述被檢體的內(nèi)部產(chǎn)生的聲波的區(qū)域來產(chǎn)生校正的檢測(cè)信號(hào)的步驟；以及 圖像處理器根據(jù)由與所述被檢體聲學(xué)接觸的檢測(cè)元件檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)和校正的檢測(cè)信號(hào)形成所述被檢體的圖像數(shù)據(jù)的步驟。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103458778SQ201280017534
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月12日
【發(fā)明者】福谷和彥 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社