光聲圖像生成裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光聲圖像生成裝置及方法，更詳細地涉及在向被檢體射出光后檢測在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波而生成光聲圖像的光聲圖像生成裝置及方法。
【背景技術】
[0002]作為能夠以非侵入方式檢查生物體內(nèi)部的狀態(tài)的圖像檢查法的一種，超聲波檢查法已為人們所知。在超聲波檢查中，使用能夠進行超聲波的發(fā)送和接收的超聲波探測器。當從超聲波探測器向被檢體(生物體)發(fā)送超聲波時，該超聲波進入生物體內(nèi)部，在組織界面進行反射。通過由超聲波探測器接收該反射超聲波并根據(jù)直到反射超聲波回到超聲波探測器為止的時間來計算距離，能夠使內(nèi)部的樣子圖像化。
[0003]另外，已知利用光聲效應來對生物體的內(nèi)部進行圖像化的光聲成像。一般，在光聲成像中，向生物體內(nèi)照射激光脈沖等脈沖激光。在生物體內(nèi)部，生物體組織吸收脈沖激光的能量，通過由該能量產(chǎn)生的絕熱膨脹而產(chǎn)生超聲波(光聲信號)。通過由超聲波探頭等檢測該光聲信號并基于檢測信號來構(gòu)成光聲圖像，能夠基于光聲信號使生物體內(nèi)可視化。
[0004]在此，超聲波圖像和光聲圖像的生成中的圖像重構(gòu)的方法大致區(qū)分的話，能夠分為時域法和傅立葉域法(傅立葉變換法)這兩種。時域法是利用聲波是球面波這樣的性質(zhì)而在實際空間中描繪聲波源的候補的方法。作為代表性的方法，有DnS (Delay and Sum:延遲求和)法、CBP (Circular Back Project1n:圓反投影)法、HTA (Hough TransformAlgorithm:霍夫變換算法)法這樣的方法。
[0005]另一方面，基于傅立葉變換法(FTA(Fourier Transform Analysis)法)的圖像重構(gòu)利用了以下這一點，即能夠使用傅立葉變換與聲波的分散關系來將所測定到的時空的信息變換成實際空間的信息。即，對所測定到的聲波的時間序列，首先進行正向傅立葉變換，獲得時間尺度下的頻譜。之后，在根據(jù)聲波的分散關系(ω = ck, ω:時間頻率，k:空間頻率)對時間/空間尺度進行變換之后，進行反向傅立葉變換，從而作為圖像得到聲波源的空間分布。
[0006]專利文獻I中記載了利用上述基于時域法的圖像重構(gòu)和基于傅立葉變換法的圖像重構(gòu)來生成光聲圖像。在使用時域法來進行了重構(gòu)的圖像和采用傅立葉變換法來進行了重構(gòu)的圖像中，偽影的形式不同。在專利文獻I中，利用這樣的性質(zhì)，合成通過兩種方法進行了重構(gòu)的圖像，從而得到抑制了偽影的光聲圖像。
[0007]專利文獻1:日本特開2010-35806號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]超聲波成像與光聲成像的不同之處在于，在超聲波成像中，檢測在被發(fā)送了超聲波的部位產(chǎn)生的反射超聲波，相對于此，在光聲成像中，檢測在被照射了光的部位產(chǎn)生的光聲波。在光聲成像中，并非僅向被檢體的、與超聲波檢測器的檢測器元件所存在的區(qū)域?qū)膮^(qū)域、即將檢測器元件所存在的區(qū)域以與被檢體的深度方向平行的方式向超聲波檢測面投影而得到的區(qū)域照射光，而且向比該區(qū)域靠外側(cè)的區(qū)域也照射光的情況較多。在這種情況下，特別是在超聲波檢測器的元件區(qū)域的端部，檢測出來自比與元件區(qū)域?qū)膮^(qū)域靠外側(cè)的區(qū)域的光聲波。當通過傅立葉變換法來對包含這樣的光聲波的檢測信號在內(nèi)的光聲信號進行重構(gòu)時，元件區(qū)域外的光吸收體在元件區(qū)域內(nèi)重疊，這有時成為偽影。在專利文獻I中，雖然通過與利用時域法生成的光聲圖像進行合成，能夠減弱通過傅立葉變換法生成的光聲圖像中存在的偽影的影響，但無法抑制通過傅立葉變換法生成的光聲圖像中存在的偽影本身。
[0010]本發(fā)明鑒于所述，其目的在于提供能夠在通過傅立葉變換法來生成光聲圖像時抑制由來自比與元件區(qū)域?qū)膮^(qū)域靠外側(cè)的區(qū)域的光聲波引起的偽影的光聲圖像生成裝置及方法。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]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:聲波檢測單元，包括至少呈一維地排列的多個檢測器元件，在對被檢體的光射出之后檢測由于光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波；虛擬數(shù)據(jù)插入單元，假設為在比至少呈一維地排列的多個檢測器元件靠外側(cè)存在假想檢測器元件，并對按照各檢測器元件的位置來排列由聲波檢測單元的各檢測器元件檢測出的光聲波的數(shù)據(jù)而得到的光聲數(shù)據(jù)附加與假想檢測器元件對應的虛擬數(shù)據(jù)；及圖像生成單元，通過傅立葉變換法對被附加了虛擬數(shù)據(jù)的光聲數(shù)據(jù)進行重構(gòu)，生成光聲圖像。
[0013]在本發(fā)明中，假想檢測器元件的數(shù)量也可以根據(jù)聲波檢測單元中的檢測器元件的排列方向上的元件尺寸和檢測器元件的中心頻率來確定。
[0014]也可以是，將基于元件尺寸與中心頻率之積所確定的、相對于與聲波檢測單元中的聲波檢測面垂直的直線所呈的角度設為α，將中心頻率設為f，并將基于中心頻率f所確定的深度設為D (f)，假想檢測器元件的數(shù)量基于由D (f) X tan α表示的長度來確定。
[0015]上述的角度α能夠基于將在被檢體內(nèi)行進的聲波的聲速除以元件尺寸與中心頻率之積而得到的值來確定。
[0016]在使用了中心頻率為f的檢測器元件時，上述的深度D (f)也可以表示得到比預定值大的信噪比的最大深度。
[0017]假想檢測器元件的數(shù)量也可以根據(jù)將由D(f)與tana之積表示的長度除以(假想)檢測器元件的信道間距而得到的值來確定。
[0018]也可以設為還具備圖像遮蔽單元的結(jié)構(gòu)，該圖像遮蔽單元對所生成的光聲圖像中的比以下直線靠外側(cè)的區(qū)域進行遮蔽，該直線從與至少呈一維地排列的多個檢測器元件中的端部的檢測器元件對應的像素起以角度α向被插入了虛擬數(shù)據(jù)的區(qū)域一側(cè)延伸。
[0019]虛擬數(shù)據(jù)插入單元也可以假設為在一維排列的多個檢測器元件的排列方向的兩側(cè)存在假想檢測器元件而進行虛擬數(shù)據(jù)的附加。
[0020]假想檢測元件的數(shù)量也可以對應所使用的每個聲波檢測單元而預先確定。
[0021]虛擬數(shù)據(jù)可以是O (零值)。
[0022]基于傅立葉變換法的重構(gòu)例如包含對被附加了虛擬數(shù)據(jù)的光聲數(shù)據(jù)進行二維傅立葉變換的處理。在基于傅立葉變換法的重構(gòu)中，也可以在截止了二維傅立葉變換后的數(shù)據(jù)的、檢測器元件的排列方向上的預定頻率以上的分量之后進行重構(gòu)。
[0023]基于傅立葉變換的重構(gòu)也可以包含對二維傅立葉變換后的光聲數(shù)據(jù)進行二維傅立葉逆變換的處理。在該二維傅立葉逆變換中，也可以在進行了與檢測器元件的排列方向正交的方向上的傅立葉逆變換之后進行檢測器元件的排列方向上的傅立葉逆變換。
[0024]本發(fā)明還提供光聲圖像生成方法，其特征在于，具有如下步驟:使用包括至少呈一維地排列的多個檢測器元件的聲波檢測單元在對被檢體的光射出之后檢測由于光照射而在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的光聲波；假設為在比至少呈一維地排列的多個檢測器元件靠外側(cè)存在假想檢測器元件，對按照各檢測器元件的位置來排列由聲波檢測單元的各檢測器元件檢測出的光聲波的數(shù)據(jù)而得到的光聲數(shù)據(jù)附加與假想檢測器元件對應的虛擬數(shù)據(jù)；及通過傅立葉變換法對被附加了虛擬數(shù)據(jù)的光聲數(shù)據(jù)進行重構(gòu)而生成光聲圖像。
[0025]發(fā)明效果
[0026]在本發(fā)明的光聲圖像生成裝置及方法中，假設為在比聲波檢測單元的至少呈一維地排列的多個檢測器元件靠外側(cè)存在假想檢測器元件，并對由聲波檢測單元的檢測器元件檢測出的光聲波的實際數(shù)據(jù)附加與假想檢測器元件對應的虛擬數(shù)據(jù)。對該被附加了虛擬數(shù)據(jù)的光聲數(shù)據(jù)，通過傅立葉變換法來生成光聲圖像。通過如此，能夠降低在未插入虛擬數(shù)據(jù)而通過傅立葉變換法來進行了重構(gòu)的情況下產(chǎn)生的重疊噪聲，并得到抑制了偽影的光聲圖像。另外，能夠?qū)⒐饴晥D像的橫向(檢測器元件的排列方向)的寬度擴寬與被插入了虛擬數(shù)據(jù)的量相應的量，能夠使被檢體的較寬范圍圖像化。
【附圖說明】
[0027]圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式的光聲圖像生成裝置的框圖。
[0028]圖2是示出被附加了虛擬數(shù)據(jù)的光聲數(shù)據(jù)的圖。
[0029]圖3是示出所生成的光聲圖像的一例的圖。
[0030]圖4是示出比較例的光聲圖像的圖。
[0031]圖5是示出動作步驟的流程圖。
[0032]圖6是示出虛擬數(shù)據(jù)插入?yún)^(qū)域的寬度的確定的圖。
[0033]圖7A是示出包含虛擬數(shù)據(jù)而進行重構(gòu)所得到的光聲圖像的圖。
[0034]圖7B是示出包含虛擬數(shù)據(jù)而進行重構(gòu)所得到的光聲圖像的圖。
[0035]圖8是示出能夠清楚地目視確認光吸收體的臨界角度與被檢體的聲速/(超聲波振子的信道間距X中心頻率)的值的關系的圖表。
[0036]圖9是示出中心頻率f與可測定深度D(f)的關系的圖表。
[0037]圖10是示出本發(fā)明的第三實施方式的光聲圖像生成裝置的框圖。
[0038]圖11是示出圖像被遮蔽的區(qū)域的圖。
[0039]圖12是示出本發(fā)明的第三實施方式中的光聲圖像重構(gòu)單元的框圖。
[0040]圖13是示出被插入了虛擬數(shù)據(jù)的光聲數(shù)據(jù)的圖。
[0041]圖14是示出截止了高頻分量的光聲數(shù)據(jù)的圖。
[0042]圖15是示出二維傅立葉逆變換后的重構(gòu)圖像的圖。
[0043]圖16示出在重構(gòu)中截止了高頻分量的情況下的光聲圖像。
[0044]圖17示出在未截止高頻分量的情況下的光聲圖像。
[0045]圖18示出圖16所示的光聲圖像與圖17所示的光聲圖像的差分圖像。
【具體實施方式】
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