光聲圖像生成裝置、系統(tǒng)及方法
【專利摘要】在光聲圖像生成裝置中，以與只是將低頻成分的圖像和高頻成分的圖像重疊的情況相比能夠抑制難辨認度的方式對低頻成分的圖像和高頻成分的圖像進行合成。探測器(11)檢測由對被檢體的光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波。圖像生成單元(24)基于檢測出的光聲波的檢測信號，生成與預定頻率以下的頻率成分對應的第一光聲圖像和與比預定頻率高的頻率成分對應的第二光聲圖像。圖像合成單元(28)通過在第一光聲圖像的像素值為閾值以下的像素上重疊第二光聲圖像的對應的像素而對第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合成。
【專利說明】光聲圖像生成裝置、系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光聲圖像生成裝置、系統(tǒng)及方法，更詳細而言涉及向被檢體照射光并 對利用光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的聲波進行檢測而生成光聲圖像的光聲圖像生成裝置、系 統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種能夠以非侵入方式對生物體內(nèi)部的狀態(tài)進行檢查的圖像檢查法，已知有 超聲波檢查法。在超聲波檢查中，使用能夠進行超聲波的發(fā)送以及接收的超聲波探頭。當 從超聲波探頭向被檢體（生物體）發(fā)送超聲波時，該超聲波在生物體內(nèi)部行進，在組織界面 進行反射。由超聲波探頭接收該反射超聲波，并基于反射超聲波返回至超聲波探頭的時間 而計算距離，從而能夠?qū)?nèi)部的形態(tài)進行圖像化。
[0003] 另外，已知有利用光聲效應對生物體的內(nèi)部進行圖像化的光聲成像。通常，在光聲 成像中，向生物體內(nèi)照射脈沖激光。在生物體內(nèi)部，生物體組織對脈沖激光的能量進行吸 收，通過由該能量引起的絕熱膨脹而產(chǎn)生超聲波（光聲信號）。利用超聲波探測器等對該光 聲信號進行檢測，并基于檢測信號來構(gòu)成光聲圖像，從而能夠?qū)崿F(xiàn)基于光聲信號的生物體 內(nèi)的可視化。
[0004] 在此，在超聲成像中，已知如下的諧波成像：以發(fā)送到被檢體內(nèi)的超聲波的頻率為 基本頻率，對該基本頻率的整數(shù)倍的頻率的超聲波（高次諧波）進行檢測，基于所檢測出的 高次諧波來生成超聲波圖像。關(guān)于諧波成像，在專利文獻1中記載有，基于基波來生成基波 圖像，基于高次諧波來生成高次諧波圖像，并將基波圖像和高次諧波圖像相加合成而進行 顯示。另外，在專利文獻2中記載有，以關(guān)注區(qū)域由高次諧波圖像構(gòu)成且除此之外的區(qū)域由 基波圖像構(gòu)成的方式將基波圖像和高次諧波圖像局部地合成。
[0005] 專利文獻1 :日本特開2004-73620號公報
[0006] 專利文獻2 :日本特開平11-290318


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 在光聲圖像中，包含從低頻成分到高頻成分各種各樣的頻率成分。例如，在顯示血 管的情況下，當考慮僅顯示低頻成分時，易于觀察較粗的血管。然而，丟失細部的信息。另 一方面，在僅為高頻成分時，血管的碎片化變得顯著。當只是在低頻成分的圖像上重疊高頻 成分的圖像時，在較粗的血管上重疊碎片化的血管，將成為耀眼而難于觀察的圖像。
[0009] 本發(fā)明鑒于上述情形，其目的在于提供以與只是將低頻成分的圖像和高頻成分的 圖像重疊的情況相比能夠抑制難辨認度的方式對低頻成分的圖像和高頻成分的圖像進行 合成的光聲圖像生成裝置、系統(tǒng)及方法。
[0010] 用于解決課題的手段
[0011] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供光聲圖像生成裝置，其特征在于，具備：圖像生成 單兀，是基于由對被檢體的光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波的檢測信號來生成光聲圖像 的圖像生成單元，生成與預定頻率以下的頻率成分對應的第一光聲圖像和與比預定頻率高 的頻率成分對應的第二光聲圖像；及圖像合成單元，通過在第一光聲圖像的像素值為閾值 以下的像素上重疊第二光聲圖像的對應的像素，對第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合 成。
[0012] 在本發(fā)明中能夠采用如下結(jié)構(gòu)：圖像生成單元包括：原始圖像生成單元，基于光 聲波的檢測信號來生成包含預定頻率以下的成分以及比預定頻率高的成分這兩者的第三 光聲圖像；第一濾波單元，對第三光聲圖像適用至少使比預定頻率高的成分衰減的低通濾 波而生成第一光聲圖像；及第二濾波單元，對第三光聲圖像適用至少使預定頻率以下的成 分衰減的高通濾波而生成第二光聲圖像。
[0013] 原始圖像生成單元也可以從基于以三維方式檢測出的光聲波的三維圖像數(shù)據(jù)，沿 與構(gòu)成三維空間的軸中的一個軸垂直的面來切出斷面，將對包含該切出的斷面在內(nèi)的沿著 一個軸的方向上的預定范圍的圖像數(shù)據(jù)進行綜合而成的斷面圖像作為第三光聲圖像而生 成。
[0014] 在上述的情況下，原始圖像生成單元也可以在沿著一個軸的多個位置上切出斷面 而生成多個斷面圖像。此時，原始圖像生成單元也可以等間隔地切出斷面。
[0015] 原始圖像生成單元也可以沿著與被檢體的深度方向?qū)妮S，在與檢測光聲波時 的聲波檢測面平行的方向上切出斷面。
[0016] 原始圖像生成單元也可以通過對預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)的最大值進行投影或?qū)?預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進行積分來對預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進行綜合。
[0017] 圖像合成單元也可以在第一圖像和第二圖像中改變顏色而對圖像進行合成。
[0018] 本發(fā)明的光聲圖像生成裝置也可以設(shè)為還具備根據(jù)光聲波的檢測信號對照射到 被檢體的光的微分波形進行反卷積的反卷積單元的結(jié)構(gòu)。
[0019] 本發(fā)明還提供光聲圖像生成系統(tǒng)，其特征在于，具備：光源，出射向被檢體照射的 光；聲波檢測單元，檢測由對被檢體的光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波；圖像生成單元， 是基于檢測出的光聲波的檢測信號而生成光聲圖像的圖像生成單元，生成與預定頻率以下 的頻率成分對應的第一光聲圖像和與比預定頻率高的頻率成分對應的第二光聲圖像；及圖 像合成單元，通過在第一光聲圖像的像素值為閾值以下的像素上重疊第二光聲圖像的對應 的像素，對第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合成。
[0020] 而且，本發(fā)明提供光聲圖像生成方法，其特征在于，具有如下步驟：基于由對被檢 體的光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波的檢測信號來生成光聲圖像，其中生成與預定頻率 以下的頻率成分對應的第一光聲圖像和與比預定頻率高的頻率成分對應的第二光聲圖像； 及通過在第一光聲圖像中的像素值為閾值以下的像素上重疊第二光聲圖像中的對應的像 素而對第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合成的步驟。
[0021] 發(fā)明效果
[0022] 本發(fā)明的光聲圖像生成裝置、系統(tǒng)及方法中，生成包含低頻成分的第一光聲圖像 和包含高頻成分的第二光聲圖像，通過在第一光聲圖像中的像素值為閾值以下的像素上重 疊第二光聲圖像中的對應的像素來對第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合成。第一光聲圖 像中的像素值為閾值以下的像素與低頻成分的圖像中不存在信息或信息較少的像素對應， 通過在這樣的像素上重疊第二光聲圖像的對應的像素，能夠利用第二光聲圖像的信息對第 一光聲圖像中沒有信息或信息較少的部分進行補償。另外，通過進行這樣的圖像合成，與只 是將低頻成分的圖像和高頻成分的圖像重疊的情況相比能夠抑制難辨認度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的光聲圖像生成系統(tǒng)的框圖。
[0024] 圖2是表不光聲信號的檢測空間的圖。
[0025] 圖3是表示XZ斷面的斷層圖像的圖。
[0026] 圖4是表示斷面圖像生成單元所生成的斷面圖像的圖。
[0027] 圖5是表示斷面圖像的圖像例的圖。
[0028] 圖6是表不第一光聲圖像的圖像例的圖。
[0029] 圖7是表示第二光聲圖像的圖像例的圖。
[0030] 圖8是表示合成圖像的圖像例的圖。
[0031] 圖9是表示光聲圖像生成系統(tǒng)的動作步驟的流程圖。
[0032] 圖10是表示本發(fā)明的第二實施方式的光聲圖像生成裝置中的原始圖像生成單元 的框圖。

【具體實施方式】
[0033] 以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式詳細地進行說明。圖1表示本發(fā)明的第一實 施方式的光聲圖像生成系統(tǒng)。光聲圖像生成系統(tǒng)（光聲圖像診斷系統(tǒng)）10具備超聲波探頭 (探測器）11、超聲波單元12以及激光單元13。
[0034] 激光單元13是光源，生成向被檢體照射的光（激光）。激光的波長根據(jù)觀察對象 物而適當設(shè)定即可。激光單元13出射例如血紅蛋白的吸收較強的波長、具體來說750nm、 800nm的波長的光。激光單元13所出射的激光使用例如光纖等導光單元而被導光至探測器 11，并從探測器11向被檢體照射?；蛘?，也可以設(shè)為從探測器11以外的部位進行光照射。
[0035] 探測器11具有對來自被檢體內(nèi)的聲波（超聲波）進行檢測的聲波檢測單元。探 測器11例如具有一維排列的多個超聲波振子。探測器11利用多個超聲波振子對被檢體內(nèi) 的測定對象物吸收來自激光單元13的光而產(chǎn)生的光聲波進行檢測。
[0036] 超聲波單元12相當于基于所檢測出的光聲波而生成光聲圖像的光聲圖像生成裝 置。超聲波單元12具有接收電路21、AD轉(zhuǎn)換單元22、接收存儲器23、圖像生成單元24、圖 像合成單元28、觸發(fā)控制電路29以及控制單元30?？刂茊卧?0對超聲波單元12內(nèi)的各 部進行控制。接收電路21接收探測器11所檢測出的光聲波的檢測信號（光聲信號）。AD 轉(zhuǎn)換單元22對接收電路21所接收的光聲信號進行采樣而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。AD轉(zhuǎn)換單元 22例如與AD時鐘信號同步地以預定的采樣周期對光聲信號進行采樣。
[0037] 觸發(fā)控制電路29輸出對激光單元13指示光出射的光觸發(fā)信號。激光單元13包 括激發(fā)未圖示的YAG、鈦-藍寶石等激光介質(zhì)的閃光燈41和對激光振蕩進行控制的Q開關(guān) 42。當觸發(fā)控制電路29輸出閃光燈觸發(fā)信號時，激光單元13將閃光燈41亮燈，激發(fā)激光 介質(zhì)。例如當閃光燈41充分地激發(fā)激光介質(zhì)時，觸發(fā)控制電路29輸出Q開關(guān)觸發(fā)信號。Q 開關(guān)42若接收Q開關(guān)觸發(fā)信號，則接通，從激光單元13出射激光。從閃光燈41的亮燈到 激光介質(zhì)成為充分的激發(fā)狀態(tài)所需的時間能夠根據(jù)激光介質(zhì)的特性等而估算。
[0038] 另外，也可以替代由觸發(fā)控制電路29對Q開關(guān)進行控制，而在激光單元13內(nèi)充分 地激發(fā)激光介質(zhì)后將Q開關(guān)42接通。在該情況下，也可以向超聲波單元12側(cè)通知表示已 將Q開關(guān)42接通這一情況的信號。在此，光觸發(fā)信號是包含閃光燈觸發(fā)信號和Q開關(guān)觸發(fā) 信號的至少一方的概念。也可以是，在從觸發(fā)控制電路29輸出Q開關(guān)觸發(fā)信號的情況下，Q 開關(guān)觸發(fā)信號與光觸發(fā)信號對應；在由激光單元13生成Q開關(guān)觸發(fā)的時機的情況下，閃光 燈觸發(fā)信號與光觸發(fā)信號對應。通過輸出光觸發(fā)信號，對被檢體進行激光的照射以及光聲 信號的檢測。
[0039] 另外，觸發(fā)控制電路29對AD轉(zhuǎn)換單元22輸出指示采樣開始的采樣觸發(fā)信號。觸 發(fā)控制電路29在光觸發(fā)信號的輸出后，以預定的時機輸出采樣觸發(fā)信號。觸發(fā)控制電路29 在光觸發(fā)信號的輸出后，優(yōu)選為以向被檢體實際照射激光的時機輸出采樣觸發(fā)信號。例如 觸發(fā)控制電路29與Q開關(guān)觸發(fā)信號的輸出同步地輸出采樣觸發(fā)信號。
[0040] AD轉(zhuǎn)換單元22若接收采樣觸發(fā)信號，則開始由探測器11檢測出的光聲信號的采 樣。AD轉(zhuǎn)換單元22將所采樣的光聲信號存儲于接收存儲器23。接收存儲器23例如能夠 使用半導體存儲裝置?；蛘撸邮沾鎯ζ?3也可以使用除此之外的存儲裝置、例如磁存儲 裝直。
[0041] 圖像生成單元24從接收存儲器23讀出光聲信號，并基于所讀出的光聲信號來生 成光聲圖像。圖像生成單元24生成與預定頻率以下的頻率成分（低頻成分）對應的第一光 聲圖像（低頻圖像）和與比預定頻率高的頻率成分（高頻成分）對應的第二光聲圖像（高 頻圖像）。另外，在第一光聲圖像和第二光聲圖像中，頻帶沒有必要完全分離，即使頻帶的一 部分重復也無妨。
[0042] 圖像生成單元24包括例如原始圖像生成單元25、第一濾波單元26和第二濾波單 元27。原始圖像生成單元25基于存儲于接收存儲器23的光聲信號，生成包含低頻成分和 高頻成分這雙方的光聲圖像（第三光聲圖像）。光聲圖像的生成典型地包含光聲信號的重 構(gòu)、檢波/對數(shù)變換以及光聲圖像的構(gòu)筑。
[0043] 原始圖像生成單元25例如使用延遲相加法（與Delay and Sum、相位匹配相加，調(diào) 相相加同義）而重構(gòu)光聲信號。例如原始圖像生成單元25以與各元件（各超聲波振子） 的位置對應的延遲時間將64個兀件量的光聲信號相加。在延遲相加時，可以假設(shè)為被檢體 內(nèi)的聲速恒定，也可以考慮聲速分布而對各元件的延遲時間進行校正。也可以替代延遲相 加方向，而使用霍夫變換法或傅立葉變換法來進行重構(gòu)。
[0044] 原始圖像生成單元25對重構(gòu)后的光聲信號進行檢波/對數(shù)變換，并基于施加了 對數(shù)變換后的各行的數(shù)據(jù)來生成光聲圖像。原始圖像生成單元25例如將光聲信號（峰部 分）的時間軸方向上的位置轉(zhuǎn)換為斷層圖像中的深度方向上的位置而生成光聲圖像（第三 光聲圖像）。
[0045] 原始圖像生成單元25例如也可以基于以三維方式檢測出的光聲信號而生成三維 圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)三維圖像數(shù)據(jù)來生成任意斷面的斷面圖像（第三光聲圖像）。原始圖像生 成單元25例如沿與構(gòu)成三維空間的軸中的一個軸垂直的面來切分三維圖像數(shù)據(jù)。原始圖 像生成單元25將包含切出的斷面在內(nèi)的、與該斷面垂直的方向上的預定范圍的圖像數(shù)據(jù) 綜合而成的斷面圖像數(shù)據(jù)作為第三光聲圖像而生成。例如原始圖像生成單元25在相當于 被檢體的深度方向的軸的某一位置上沿與探測器11的聲波檢測面平行的面而切出斷面的 情況下，將該斷面位置的前后（較淺的方向和較深的方向）的與預定張數(shù)相應的量的斷面 圖像綜合為一個圖像。原始圖像生成單元25例如通過對預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)的最大值 進行投影而將預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)綜合為一個圖像數(shù)據(jù)?；蛘?，也可以通過對預定范圍 內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進行積分（平均）而對預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進行綜合。
[0046] 第一濾波單元26通過對原始圖像生成單元25所生成的第三光聲圖像適用至少使 比預定頻率高的成分衰減的低通濾波（LPF)，而生成與低頻成分對應的第一光聲圖像。第二 濾波單元27通過對原始圖像生成單元25所生成的第三光聲圖像適用至少使預定頻率以下 的成分衰減的高通濾波，而生成與高頻成分對應的第二光聲圖像。
[0047] 圖像合成單元28將第一光聲圖像（低頻圖像）和第二光聲圖像（高頻圖像）合 成為一個圖像。更詳細而言，圖像合成單元28通過在低頻圖像的像素值為預定的閾值以下 的像素上重疊高頻圖像的對應的像素，而對低頻圖像和高頻圖像進行合成。在低頻圖像中 像素值為閾值以下的像素相當于不存在低頻成分的信息的像素。圖像合成單元28以將低 頻圖像作為基礎(chǔ)并利用高頻圖像對低頻圖像中沒有信息的部分進行補償?shù)姆绞?，將低頻圖 像和高頻圖像合成為一個圖像。由圖像合成單元28合成的合成圖像顯示于顯示裝置等圖 像顯示單元14的顯示畫面上。也可以除了合成圖像之外，還將低頻圖像以及高頻圖像一并 進行顯示。
[0048] 圖2表不光聲信號的檢測空間。光聲信號的時間軸方向與光聲圖像的深度方向（Z 方向）對應。探測器11具有例如在X方向上一維排列的多個檢測器元件（超聲波振子）， 使這樣的探測器11沿Y方向進行掃描，從而能夠以三維方式取得光聲信號。也可以替代使 一維排列有多個檢測器元件的探測器進行掃描，而使用沿X方向以及Y方向二維排列有多 個檢測器元件的探測器。在該情況下，即使不使探測器進行掃描，也能夠以三維方式取得光 聲信號。
[0049] 圖3表示XZ斷面的斷層圖像（光聲圖像）。例如在探測器11具有沿X方向排列 的多個超聲波振子并使探測器11沿Y方向進行掃描的情況下，在各掃描位置中，生成XZ斷 面的光聲圖像。例如，當血管沿Y方向橫向延伸時，在XZ斷面的光聲圖像上出現(xiàn)圓形的血 管斷面。通過使各掃描位置中的XZ斷面的光聲圖像沿Y方向多張相連，得到三維的光聲圖 像數(shù)據(jù)。
[0050] 圖4表示原始圖像生成單元25所生成的第三光聲圖像。原始圖像生成單元25例 如沿Z軸，在與探測器11的聲波檢測面平行的面內(nèi)（XY平面），從三維的光聲圖像數(shù)據(jù)切出 斷面，生成將與預定張數(shù)相應的量的圖像數(shù)據(jù)綜合而成的斷面圖像數(shù)據(jù)（第三光聲圖像）。 原始圖像生成單元25例如通過對與深度方向（Z方向）2mm量的厚度相當?shù)亩鄰垐D像數(shù)據(jù) 的最大值進行投影，而生成第三光聲圖像。原始圖像生成單元25例如在沿Z軸等間隔排列 的多個位置上切出斷面，并且每2mm生成第三光聲圖像。原始圖像生成單元25所生成的第 三光聲圖像不限于與XY平面平行的斷面圖像，也可以是與XZ平面或YZ平面平行的斷面圖 像。
[0051] 圖5表示第三光聲圖像的具體例。圖5所示的圖像與圖4所示的多個斷面圖像數(shù) 據(jù)中的一個對應。圖5所示的光聲圖像包含從低頻成分到高頻成分全部的頻率成分，難以 得知哪個部分是血管。
[0052] 圖6表示由圖5所示的第三光聲圖像的低頻成分構(gòu)成的圖像（第一光聲圖像）。 通過對圖5所示的第三光聲圖像適用至少使高頻成分衰減的濾波，得到圖6所示的第一光 聲圖像（低頻圖像）。在圖6中，對第三光聲圖像中的5MHz以下的頻率成分進行圖像化。 通過對低頻成分進行圖像化，與圖5所示的第三光聲圖像相比，易于觀察具有特定的粗度 的血管。然而，另一方面，在低頻圖像中細部的信息丟失。
[0053] 圖7表示由圖5所示的第三光聲圖像的高頻成分構(gòu)成的圖像（第二光聲圖像）。 通過對圖5所示的第三光聲圖像適用至少使低頻成分衰減的濾波，得到圖7所示的第二光 聲圖像（高頻圖像）。在圖7中，對第三光聲圖像的比5MHz高的頻率成分進行圖像化。通 過對高頻成分進行圖像化，得到較多地包含細部的信息的圖像。另一方面，能夠?qū)⑤^粗的血 管碎片化。
[0054] 圖8表示低頻圖像和高頻圖像的合成圖像。通過在低頻圖像中在像素值為閾值以 下的部分上重疊高頻圖像的對應的部分，得到圖8所示的合成圖像。通過利用圖7所示的 高頻圖像的信息對在圖6所示的低頻圖像中丟失的細部的信息進行補償，能夠觀察至比較 細的血管。如此，通過采用上述的合成的方法，能夠不丟失細部的信息并觀察具有特定的粗 度的血管。
[0055] 在此，在上述中將低頻與高頻的邊界設(shè)定為5MHz，但是該頻率是在以低頻圖像對 粗度約0. 5mm的血管進行觀察的情況下適當?shù)念l率。低頻與高頻的邊界根據(jù)觀察對象的血 管的粗度等而適當設(shè)定即可。也可以例如根據(jù)測定部位來確定觀察對象的血管的粗度，根 據(jù)所確定的血管的粗度來設(shè)定第一濾波單元26(圖1)中的低通濾波的截止頻率和第二濾 波單元27中的高通濾波的截止頻率。或者，也可以使用戶對觀察對象的血管的粗度進行選 擇，并根據(jù)此來設(shè)定濾波的頻率。
[0056] 接下來對動作步驟進行說明。圖9表示光聲圖像生成系統(tǒng)10的動作步驟。觸發(fā) 控制電路29將閃光燈觸發(fā)信號向激光單元13輸出。在激光單元13中，響應于閃光燈觸發(fā) 信號而使閃光燈41亮燈，開始激光介質(zhì)的激發(fā)。觸發(fā)控制電路29向激光單元13傳送Q開 關(guān)觸發(fā)信號，使Q開關(guān)42接通，從而從激光單元13出射脈沖激光（步驟SI)。觸發(fā)控制電 路29例如以與輸出閃光燈觸發(fā)信號的時機處于預定的時間關(guān)系的時機輸出Q開關(guān)觸發(fā)信 號。例如觸發(fā)控制電路29在從閃光燈發(fā)光起150 μ s秒后輸出Q開關(guān)觸發(fā)信號。
[0057] 從激光單元13出射的激光向被檢體照射。在被檢體內(nèi)，由所照射的脈沖激光產(chǎn)生 光聲信號。探測器11對在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲信號進行檢測（步驟S2)。探測器所檢測出 的光聲信號經(jīng)由接收電路21而向AD轉(zhuǎn)換單元22輸入。AD轉(zhuǎn)換單元22對光聲信號進行采 樣而轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，并存儲于接收存儲器23。例如，使一維排列有多個超聲波振子的探測 器11進行掃描，并在多個掃描位置進行光照射以及光聲信號的檢測，從而得到光聲信號的 三維數(shù)據(jù)。
[0058] 原始圖像生成單元25從接收存儲器23讀出光聲信號，并基于所讀出的光聲信號 來生成光聲圖像（第三光聲圖像）。原始圖像生成單元25例如根據(jù)光聲信號的三維數(shù)據(jù)來 生成光聲的三維圖像數(shù)據(jù)，并對進行圖像化的斷面位置的附近的與預定張數(shù)相應的量的斷 面圖像進行綜合，從而在任意的斷面位置上生成第三光聲圖像。原始圖像生成單元25例如 在與探測器11的聲波檢測面平行的斷面上生成對預定的厚度量的斷面圖像進行綜合而成 的斷面圖像（第三光聲圖像）。通過將多張圖像綜合為一個斷面圖像，例如即使在血管的位 置沿與聲波檢測面垂直的方向發(fā)生變動的情況下，也能夠收納在一個斷面圖像內(nèi)變動的血 管。
[0059] 第一濾波單元26對原始圖像生成單元25所生成的第三光聲圖像適用例如使5MHz 以下的頻率成分選擇性地透過的低通濾波，從而生成與5MHz以下的頻率成分對應的低頻 圖像（步驟S3)。第二濾波單元27對原始圖像生成單元25所生成的第三光聲圖像適用例 如使比5MHz高的頻率成分選擇性地透過的高通濾波，從而生成與比5MHz高的頻率成分對 應的高頻圖像（步驟S4)。
[0060] 圖像合成單元28通過在低頻圖像中在像素值為閾值以下的像素上重疊高頻圖像 的對應的像素，對低頻圖像和高頻圖像進行合成（步驟S5)。圖像合成單元28例如在低頻 圖像中對像素值為閾值以下的像素（區(qū)域）進行判定，將高頻圖像中的對應的區(qū)域的像素 的像素值設(shè)為〇(黑）之后，將高頻圖像和低頻圖像相加合成。圖像合成時的閾值可以設(shè)為 用戶能夠任意地設(shè)定。也可以在圖像合成時，在低頻圖像和高頻圖像中變更顏色而對圖像 進行合成。在這樣的情況下，用戶能夠在合成圖像中判別哪個部分是來自低頻圖像的部分、 哪個部分是來自高頻圖像的部分。
[0061] 在本實施方式中，生成低頻成分的光聲圖像和高頻成分的光聲圖像，在低頻圖像 的像素值為閾值以下的像素上重疊高頻圖像的對應的像素，從而對低頻圖像和高頻圖像進 行合成。通過如此，能夠利用高頻圖像的信息對在低頻圖像中沒有信息或信息較少的部分 進行補償。作為結(jié)果，能夠易于觀察具有特定的粗度的血管，并且也能夠?qū)毑康男畔⑦M行 觀察。在本實施方式中，未在低頻圖像中像素值比閾值大的像素、即在低頻圖像中能夠目視 確認測定對象物的部位重疊高頻圖像，因此與單純地在所有的區(qū)域?qū)⒌皖l圖像和高頻圖像 重疊的情況相比，能夠提供抑制了炫光且視認性優(yōu)秀的圖像。
[0062] 另外，在本實施方式中，也可以從激光單元13向被檢體照射互不相同的多個波長 的光，并利用探測器11，對分別照射了多個波長的光后在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波進行檢測。 在該情況下，圖像生成單元24也可以基于對應于多個波長的光而檢測出的光聲信號，生成 與各波長對應的低頻圖像和高頻圖像。例如，也可以將第一波長的光和第二波長的光向被 檢體照射，分別利用第一波長和第二波長來生成低頻圖像以及高頻圖像。例如，也可以是， 第一波長是與血液（血管）的圖像化對應的波長，第二波長是與藥劑（造影劑）的圖像化 對應的波長?；蛘?，也可以是，第一波長是血紅蛋白的等吸收點的波長，第二波長是與脫氧 血紅蛋白的峰對應的波長。
[0063] 在如上所述地利用第一波長和第二波長來進行圖像化的對象物不同的情況下，也 可以在第一濾波單元26和第二濾波單元27使適用于第三光聲圖像的低通濾波以及高通濾 波的截止頻率根據(jù)波長而變化。通常，動脈比靜脈粗。通過在與第一波長對應的光聲圖像 和與第二波長對應的光聲圖像中改變成為低頻與高頻的邊界的頻率（低通濾波以及高通 濾波的截止頻率），能夠在各個波長中易于對動脈和靜脈進行觀察。
[0064] 接下來，對本發(fā)明的第二實施方式進行說明。圖10表示本發(fā)明的第二實施方式的 光聲圖像生成裝置（超聲波單元12)中的原始圖像生成單元25的結(jié)構(gòu)。原始圖像生成單 元25包括光聲圖像重構(gòu)單元251、反卷積單元252、檢波/對數(shù)變換單元253以及圖像構(gòu)筑 單元254。除了原始圖像結(jié)構(gòu)單元25以外的結(jié)構(gòu)可以與圖1所示的第一實施方式的光聲圖 像生成系統(tǒng)10相同。
[0065] 光聲圖像重構(gòu)單元251對光聲信號進行重構(gòu)。反卷積單元252根據(jù)由光聲圖像重 構(gòu)單元251重構(gòu)的光聲信號，生成對照射到被檢體的光的光強度的時間波形的微分波形即 光微分波形進行反卷積而成的信號。檢波/對數(shù)變換單元253對光微分波形進行了反卷積 而成的信號，進行檢波/對數(shù)變換處理。圖像構(gòu)筑單元254基于檢波/對數(shù)變換后的信號， 生成第三光聲圖像。
[0066] 反卷積單元252例如通過離散傅立葉變換，將所重構(gòu)的光聲信號從時間區(qū)域的信 號變換為頻率區(qū)域的信號。另外，對于光微分波形，也通過離散傅立葉變換而從時間區(qū)域的 信號變換為頻率區(qū)域的信號。反卷積單元252求算傅立葉變換后的光微分波形的倒數(shù)作為 逆濾波，將逆濾波適用于傅立葉變換后的頻率區(qū)域的光聲信號中。通過適用逆濾波，在頻率 區(qū)域的信號中，對光微分波形進行反卷積。之后，通過傅立葉逆變換，將適用了逆濾波后的 光聲信號從頻率區(qū)域的信號變換為時間區(qū)域的信號。
[0067] 對光微分波形的反卷積進行說明?？紤]作為光吸收體的微吸收粒子，并考慮該微 吸收粒子對脈沖激光進行吸收而產(chǎn)生壓力波（光聲壓力波）。將時刻設(shè)為t，在位置R觀 測到由位于位置r的某一微吸收粒子產(chǎn)生的光聲壓力波時的壓力波形pmi Cr〇(R，t)根據(jù) [Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 3550.]而成為以下的球面波。
[0068] [數(shù)學式1]
[0069]

【權(quán)利要求】
1. 一種光聲圖像生成裝置，其特征在于， 具備： 圖像生成單元，是基于由對被檢體的光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波的檢測信號來 生成光聲圖像的圖像生成單元，生成與預定頻率以下的頻率成分對應的第一光聲圖像和與 比預定頻率高的頻率成分對應的第二光聲圖像；及 圖像合成單元，通過在所述第一光聲圖像的像素值為閾值以下的像素上重疊所述第二 光聲圖像的對應的像素，對所述第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 所述圖像生成單元包括： 原始圖像生成單元，基于所述光聲波的檢測信號來生成包含所述預定頻率以下的成分 以及比所述預定頻率高的成分這兩者的第三光聲圖像； 第一濾波單元，對所述第三光聲圖像適用至少使比預定頻率高的成分衰減的低通濾波 而生成所述第一光聲圖像；及 第二濾波單元，對所述第三光聲圖像適用至少使預定頻率以下的成分衰減的高通濾波 而生成所述第二光聲圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 所述原始圖像生成單元從基于以三維方式檢測出的光聲波的三維圖像數(shù)據(jù)，沿與構(gòu)成 三維空間的軸中的一個軸垂直的面來切出斷面，將對包含該切出的斷面在內(nèi)的沿著所述一 個軸的方向上的預定范圍的圖像數(shù)據(jù)進行綜合而成的斷面圖像作為所述第三光聲圖像而 生成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 所述原始圖像生成單元在沿著所述一個軸的多個位置上切出斷面而生成多個斷面圖 像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 所述原始圖像生成單元等間隔地切出所述斷面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3?5中任一項所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 所述原始圖像生成單元沿著與被檢體的深度方向?qū)妮S，在與檢測所述光聲波時的 聲波檢測面平行的方向上切出所述斷面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3?6中任一項所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 所述原始圖像生成單元通過對所述預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)的最大值進行投影或?qū)λ?述預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進行積分來對所述預定范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進行綜合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 所述圖像合成單元在所述第一圖像和所述第二圖像中改變顏色而對圖像進行合成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的光聲圖像生成裝置，其特征在于， 還具備根據(jù)所述光聲波的檢測信號對照射到被檢體的光的微分波形進行反卷積的反 卷積單元。
10. -種光聲圖像生成系統(tǒng)，其特征在于， 具備： 光源，出射向被檢體照射的光； 聲波檢測單元，檢測由對被檢體的光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波； 圖像生成單元，是基于檢測出的所述光聲波的檢測信號而生成光聲圖像的圖像生成單 元，生成與預定頻率以下的頻率成分對應的第一光聲圖像和與比預定頻率高的頻率成分對 應的第二光聲圖像；及 圖像合成單元，通過在所述第一光聲圖像的像素值為閾值以下的像素上重疊所述第二 光聲圖像的對應的像素，對所述第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合成。
11. 一種光聲圖像生成方法，其特征在于， 具有如下步驟： 基于由對被檢體的光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波的檢測信號來生成光聲圖像，其 中生成與預定頻率以下的頻率成分對應的第一光聲圖像和與比預定頻率高的頻率成分對 應的第二光聲圖像；及 通過在所述第一光聲圖像中的像素值為閾值以下的像素上重疊所述第二光聲圖像中 的對應的像素，對所述第一光聲圖像和第二光聲圖像進行合成。
【文檔編號】A61B8/00GK104334084SQ201380024286
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】辻田和宏 申請人:富士膠片株式會社