光聲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用光聲效應(yīng)來獲取被檢體信息的光聲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 正在對用于醫(yī)療領(lǐng)域中的光學(xué)成像裝置進行深入研究。在光學(xué)成像裝置中，用從 諸如激光器之類的光源發(fā)射的光照射待檢查的被檢體（以下簡稱為被檢體），并且基于入 射光獲得信息并將其轉(zhuǎn)換為圖像的形式。光聲成像（photoacousticimaging,PAI)已知是 這種光學(xué)成像技術(shù)之一。在光聲成像中，由光源產(chǎn)生脈沖光，并且用該脈沖光照射被檢體。 當光在被檢體中傳播或散射時，光的能量由被檢體的組織吸收，相應(yīng)地，由該組織產(chǎn)生聲波 (典型地，超聲波）。接收所產(chǎn)生的聲波，并且基于所接收到的信號產(chǎn)生被檢體信息的圖像。
[0003] 在諸如腫瘤之類的待檢查部位具有與其他組織的光能吸收率不同的光能吸收率 的狀態(tài)下，當照射光照到該待檢查部位時，該待檢查部位吸收光的能量，并且瞬間膨脹，這 導(dǎo)致產(chǎn)生彈性波（光聲波）。所產(chǎn)生的彈性波由探頭接收，并且被進行數(shù)學(xué)分析以獲得被 檢體內(nèi)部的關(guān)于初始聲壓分布、吸收的光能密度分布、吸收系數(shù)分布等的信息?；谒@ 得的信息，可以執(zhí)行對被檢體中的諸如血氧飽和度等之類的特定物質(zhì)的定量測量。近年 來，使用上述光聲成像，已經(jīng)深入進行了通過對小動物的血管成像的臨床前研究。此外， 還已經(jīng)深入進行了用于將光聲成像應(yīng)用于乳腺癌等的診斷的臨床研究（"Photoacoustic Tomography:InVivoImagingFromOrganellestoOrgans"，LihongV.WangSong Hu，Science335, 1458 (2012))〇
[0004] 美國專利No. 5713356公開了一種能夠使用包括聲波接收元件陣列的探頭進行光 聲成像的光聲裝置。美國專利No. 5713356包括如下描述：使乳腺組織暴露于電磁波，并且 由探頭接收響應(yīng)于該電磁波而產(chǎn)生的光聲波。從探頭輸出的接收信號被存儲在存儲器中。 在美國專利No. 5713356中所公開的這種技術(shù)中，使用所存儲的接收信號的數(shù)據(jù)來形成乳 腺組織的圖像。
[0005] 在諸如美國專利No. 5713356中所公開的光聲裝置之類的光聲裝置中，需要如上 所述存儲從探頭輸出的接收信號。在這種光聲裝置中，存在縮減所存儲的接收信號的數(shù)據(jù) 量的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一方面，本發(fā)明提供一種光聲裝置，該光聲裝置包括：光源；探頭，包括接收元 件，所述接收元件被配置為接收由被檢體響應(yīng)于被用來自光源的光照射而產(chǎn)生的光聲波， 并且輸出時序接收信號（time-seriesreceptionsignal);信號數(shù)據(jù)獲取單元，被配置為 基于從接收元件輸出的時序接收信號產(chǎn)生接收信號數(shù)據(jù)，并且存儲所述接收信號數(shù)據(jù)；光 量獲取單元，被配置為獲取被檢體中的感興趣位置處的光量；以及信息獲取單元，被配置為 基于存儲在信號數(shù)據(jù)獲取單元中的接收信號數(shù)據(jù)來獲取被檢體信息，其中，信號數(shù)據(jù)獲取 單元產(chǎn)生接收信號數(shù)據(jù)并存儲所產(chǎn)生的接收信號數(shù)據(jù)，使得在感興趣位置處的光量小于閾 值的情況下，針對時序接收信號中的與感興趣位置對應(yīng)的一部分縮減數(shù)據(jù)量。
[0007] 參照附圖閱讀對實施例的以下描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0008] 圖1是例不了根據(jù)第一實施例的光聲裝置的配置的不圖。
[0009] 圖2是例示了根據(jù)第一實施例的測量處理的流程圖。
[0010] 圖3A至3D是例示了根據(jù)第一實施例的光聲裝置的操作的示圖。
[0011] 圖4是例示了根據(jù)第一實施例的光聲裝置的配置的具體示例的示圖。
[0012] 圖5是例示了根據(jù)第一實施例的控制信號的示圖。
[0013] 圖6A至6C是例示了根據(jù)第一實施例的光聲裝置的操作的示圖。
[0014] 圖7是例示了根據(jù)第二實施例的光聲裝置的示圖。
[0015] 圖8是例示了根據(jù)第三實施例的光聲裝置的示圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例。下面描述的本發(fā)明的每個實施例可以單獨實 現(xiàn)，或者，在必要時或在把來自單獨實施例的元件或特征組合在單個實施例中有益的情況 下，可以作為其多個實施例或特征的組合來實現(xiàn)。注意，在下面所描述的實施例中，元件、部 分、單元等的具體的尺寸、材料、形狀和相對位置是以示例而非限制的方式描述的，并且根 據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的裝置的具體配置、條件等，適當?shù)母淖兓蛐薷氖强赡艿?。也就是說，本發(fā)明 不限于這些具體示例的細節(jié)，除非另有說明。
[0017] 在下面所描述的實施例中，聲波可以是彈性波，諸如音波、超聲波、光聲波、光超聲 波等。在下面所描述的實施例中，光聲裝置可以是使用光聲效應(yīng)的裝置，該光聲裝置被配置 為用光（電磁波）照射被檢體，從而在被檢體中產(chǎn)生聲波，并且接收所產(chǎn)生的聲波，從而獲 取被檢體內(nèi)部的特性信息。
[0018] 在光聲裝置中，被檢體信息是指被檢體的與下列項相關(guān)或者由下列項表示的特性 信息：通過光的照射而產(chǎn)生的聲波的初始聲壓、根據(jù)初始聲壓確定的光能的吸收密度或吸 收系數(shù)、組織的物質(zhì)的濃度等。更具體地，物質(zhì)的濃度例如是氧合血紅蛋白或還原血紅蛋白 的濃度、或者氧飽和度。特性信息可以以數(shù)值數(shù)據(jù)的形式或者以橫跨被檢體中的位置的分 布的形式即以指示關(guān)于初始聲壓、吸收系數(shù)、氧飽和度等的分布的圖像數(shù)據(jù)的形式獲取。
[0019] 盡管在下面所描述的實施例中，本發(fā)明是參照光聲裝置的具體示例來說明的，但 是本發(fā)明可以實施為通過光聲裝置接收聲波的方法。在以下說明所使用的附圖中，類似的 單元或元件將用類似的附圖標記或符號表示，并且將省略對其的重復(fù)描述。
[0020] 首先，描述被檢體中的光量（或輻射曝量或輻射通量）和通過光聲效應(yīng)產(chǎn)生的聲 波的聲壓之間的關(guān)系。通過光聲效應(yīng)產(chǎn)生的聲波的聲壓PjPa]由下面所示的公式（1)給 出。
[0021] P0=ya?r?① …（1)
[0022] 在公式（1)中，ya表示被檢體中的光吸收體（腫瘤等）的吸收系數(shù)[1/_]。r表不Gruneisen系數(shù)。?表不光吸收體的位置處的光量[J/mm2]。光量?也被稱為福射 曝量或福射通量。注意，Gruneisen系數(shù)r具有通過將體積膨脹系數(shù)與聲速c的平方的乘 積除以比熱而獲得的值。注意，Gruneisen系數(shù)r在活體中基本上是恒定的。
[0023] 從公式（1)可以看出，所產(chǎn)生的聲波的聲壓與光量成比例。在被檢體是諸如活體 之類的強烈地散射光的物體的情況下，光量?典型地隨著離用光照射的位置的距離增大 而呈指數(shù)衰減。該衰減導(dǎo)致光量的減少，這可能使得難以檢測到在某區(qū)域中產(chǎn)生的聲波的 聲壓。來源于這種區(qū)域的聲波的光量低，并且典型地其信噪比低。這種聲波不大可能對獲 取被檢體內(nèi)部的高精度被檢體信息作出貢獻。因此，存儲來源于光量低的區(qū)域的聲波的接 收信號可能是無意義的。
[0024] 鑒于以上，在本實施例中，如下所述，光聲裝置被配置為：估計被檢體中的在用光 照射被檢體以進行測量時將出現(xiàn)的光量的分布，并且基于該光量分布提取光量低于閾值的 感興趣位置。在測量中，探頭接收通過光聲效應(yīng)產(chǎn)生的光聲波，并且探頭響應(yīng)于接收到的光 聲波輸出時序接收信號。接收信號中的與光量低于閾值的感興趣位置對應(yīng)的特定部分經(jīng)受 數(shù)據(jù)縮減（datareduction)。
[0025] 通過縮減在光量低的感興趣位置處產(chǎn)生的光聲波的接收信號的數(shù)據(jù)量，可以減小 存儲接收信號的數(shù)據(jù)所需的存儲容量。經(jīng)受數(shù)據(jù)縮減的接收信號的數(shù)據(jù)是對獲取高精度 被檢體信息沒有顯著貢獻的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)縮減不大可能引起被檢體信息的精度的顯著降 低。
[0026] 當從探頭輸出的時序接收信號的特定部分是在光量低的感興趣位置處產(chǎn)生的時， 可以通過不存儲該特定部分來縮減存儲在存儲器中的接收信號的數(shù)據(jù)量?？商娲?，可以 通過以比用于在光量高的區(qū)域中產(chǎn)生的光聲波的接收信號的采樣頻率低的采樣頻率對接 收信號進行采樣來縮減數(shù)據(jù)量。如上所述，關(guān)于縮減數(shù)據(jù)量的方法沒有特別的限制，只要可 以縮減在光量低的感興趣位置處產(chǎn)生的光聲波的接收信號的數(shù)據(jù)量即可。
[0027] 在感興趣區(qū)域是二維區(qū)域的情況下，感興趣位置是像素。另一方面，在感興趣區(qū)域 是三維區(qū)域的情況下，感興趣位置是體素。
[0028] 第一實施例
[0029] 接下來，下面參照圖1來描述根據(jù)第一實施例的光聲裝置的配置。
[0030] 裝置配置
[0031] 圖1是示意性地例示了根據(jù)本實施例的光聲裝置的示圖。為了獲取關(guān)于被檢體的 信息，該裝置可以如下所述那樣配置。
[0032] 在本實施例中，光聲裝置包括光源20、照射單元1、探頭2、控制單元3、輸入單元4、 光量獲取單元5、光量比較單元6、數(shù)據(jù)縮減確定單元15、信號數(shù)據(jù)獲取單元7、重構(gòu)單元9、 顯示單元10和移動機構(gòu)12。
[0033] 下面給出關(guān)于根據(jù)本實施例的光聲裝置的每個單元或元件的詳細描述。
[0034] 光源 20
[0035] 根據(jù)本實施例的光源20產(chǎn)生用于照射被檢體8的照射光11。光源20包括至少一 個相干或不相干脈沖光源。為了實現(xiàn)光聲效應(yīng)，脈寬可以被設(shè)為例如等于或小于數(shù)十納秒。 為了執(zhí)行與乳腺癌等相關(guān)聯(lián)的測量，照射光11被選為包括被活體的特定成分（例如，血紅 蛋白）選擇性地吸收的特定波長。光源20可以是能夠提供大的光輸出功率的激光器。作 為激光器的替代，可以使用發(fā)光二極管等。能用作光源100的激光器的示例包括固態(tài)激光 器、氣體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器等。
[0036] 照射單元I
[0037] 作為光學(xué)系統(tǒng)的一部分的照射單元1朝著被檢體8投射由光源20產(chǎn)生的照射光 11，使得以適合光聲測量的方式用照射光11照射被檢體8。為了實現(xiàn)接收信號的高信噪比， 可以對被檢體進行照射，使得照射寬的表面區(qū)域或多個不同的表面區(qū)域，以避免只照射被 檢體的表面的一部分。例如，還可以從與探頭2相對的一側(cè)用光照射被檢體。照射單元1 可以包括諸如反射鏡、使光會聚或擴大或者改變光的形狀的透鏡、或者使光色散、折射或反 射的棱鏡以及光纖之類的光學(xué)元件。可以使用任何光學(xué)元件，只要可以以指定的方式（照 射方向、照射形狀等）用由光源20產(chǎn)生的光照射被檢體即可。
[0038] 探頭 2
[0039] 探頭2包括聲波接收元件，該聲波接收元件被配置為接收在用光照射被檢體8時 產(chǎn)生的聲波，并且將所接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號形式的接收信號。聲波接收元件可以是使 用壓電現(xiàn)象的聲波接收元件、使用光學(xué)共振的聲波接