光声成像装置和用于操作光声成像装置的方法

1.一种光声成像装置，包括：
光照射部，所述光照射部将测量光束照射至被检体的主体中；
电声转换部，所述电声转换部检测光声波并且将所述光声波转换为电信号，其中，通过将所述测量光束辐射在所述被检体的主体上而在所述被检体的主体内生成所述光声波；以及
图像生成部，所述图像生成部基于所述电信号来生成光声图像；以及
其特征在于进一步包括：
提取部，所述提取部提取位置数据和正/负数据，其中，所述位置数据与所述光声波已被转换成的所述电信号中多个峰值的每个峰值的位置有关，所述正/负数据指示所述峰值是正还是负；
在所述多个峰值中邻接峰值对的所述正/负数据是按照时间序列中的先正后负顺序的情况下，所述图像生成部基于所述峰值的所述位置数据，对与夹在所述邻接峰值对之间的信号区域相对应的图像区域实施色度调节，作为校正处理，所述校正处理促成将所述邻接峰值对和所述信号区域区别为单个组织系统。
2.根据权利要求1所述的光声成像装置，其中：
所述图像生成部实施所述色度调节，使得强调和显示与夹在所述邻接峰值对之间的所述信号区域相对应的所述图像区域。
3.根据权利要求1所述的光声成像装置，其中：
所述图像生成部对与未经受所述校正处理的其他组织系统相对应的图像区域实施色度调节，所述色度调节使得未经受所述校正处理的所述图像区域能够区别于所述其他组织系统。
4.根据权利要求1所述的光声成像装置，其中：
仅在被转换为活组织内的长度时所述两个邻接峰值之间的间隔对应于5mm或更少的长度的情况下，所述图像生成部执行所述校正处理。
5.根据权利要求1所述的光声成像装置，其中：
所述光照射部装配有输出所述测量光束的光源单元，所述光源单元能够将具有不同波长的光输出为所述测量光束；以及
所述图像生成部通过改变用于所述测量光束的每个波长的色度调节格式，来执行所述校正处理。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光声成像装置，进一步包括：
存储部，所述存储部存储由所述图像生成部生成的第一光声图像；并且其中：
在多个光声图像被连续成像的情况下，所述图像生成部将第一信号区域的第一宽度与第二信号区域的第二宽度相比较，其中，所述第一信号区域是在所述第一光声图像内实施了所述色度调节的区域，所述第二信号区域是当要生成与所述第一信号区域相对应的第二光声图像时要实施色度调节的区域；判定从所述第一宽度到所述第二宽度的改变率是否大于或等于阈值；以及，根据所述判定的结果，对与所述第二信号区域相对应的第二图像区域执行预定色度调节。
7.根据权利要求1所述的光声成像装置，
在对所述电信号实施匹配相加之后，所述提取部从所述电信号提取所述位置数据和所述正/负数据。
8.一种光声成像方法，包括：
将测量光束照射到被检体的主体中；
检测光声波，其中，通过将所述测量光束辐射在所述被检体的主体上，来在所述被检体的主体内生成所述光声波；
将所述光声波转换为电信号；以及
基于所述电信号来生成光声图像；
其特征在于进一步包括：
提取位置数据和正/负数据，所述位置数据与所述光声波已被转换成的所述电信号中多个峰值的每个峰值的位置有关，所述正/负数据指示所述峰值是正还是负；以及在所述多个峰值中邻接峰值对的正/负数据是按照时间序列中的先正后负顺序的情况下，基于所述峰值的所述位置数据，对与夹在所述邻接峰值对之间的信号区域相对应的图像区域实施色度调节，作为校正处理，所述校正处理促成将所述邻接峰值对和所述信号区域区别为单个组织系统。
9.根据权利要求8所述的光声成像方法，其中：
实施所述色度调节，使得强调和显示与夹在所述邻接峰值对之间的所述信号区域相对应的所述图像区域。
10.根据权利要求8所述的光声成像方法，其中：
对与未经过所述校正处理的其他组织系统相对应的图像区域实施色度调节，所述色度调节使得未经过所述校正处理的所述图像区域能够区别于所述其他组织系统。
11.根据权利要求8所述的光声成像方法，其中：
仅在被转换为活组织内的长度时所述两个邻接峰值之间的间隔对应于5mm或更少的长度的情况下，执行所述校正处理。
12.根据权利要求8所述的光声成像方法，其中：
具有不同波长的光束被输出为测量光束；以及
通过改变用于所述测量光束的每个波长的色度调节格式，来执行所述校正处理。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的光声成像方法，其中：
在多个光声图像被连续成像的情况下，
存储第一生成的光声图像；
将第一信号区域的第一宽度与第二信号区域的第二宽度相比较，其中，所述第一信号区域是在所述第一生成的光声图像内实施了所述色度调节的区域，所述第二信号区域是当要生成第二光声图像时要实施色度调节的区域，所述第二信号区域与所述第一信号区域相对应；
实行对于从所述第一宽度到所述第二宽度的改变率是否大于或等于阈值的判定；以及根据所述判定的结果，对与所述第二信号区域相对应的第二图像区域实施预定色度调节。
14.根据权利要求8所述的光声成像方法，其中：
在对所述电信号实施匹配相加之后，从所述电信号提取所述位置数据和所述正/负数据。

光声成像装置和用于操作光声成像装置的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及检测光声波的光声成像装置，其检测通过将光辐射在被检体上在被检体的主体内生成的光声波，并且生成光声图像。本发明还涉及用于操作该光声成像装置的方法。\n背景技术\n[0002] 超声成像被已知为用于获得被检体的主体的内部的层析图像的传统方法，其中，通过经过超声波在被检体的主体内被照射，检测在被检体的主体内被反射的超声波，生成超声图像，以使得能够显示形态学层析图像。同时，在能够在检验被检体时不仅显示形态学层析图像而且显示功能层析图像的装置的开发中存在近期进步。一种这样的装置在于，其利用光声分析方法。光声分析方法将具有预定波长的光(例如，可见光、近红外光、或中间红外光)照射到被检体上，检测光声波(其是作为在被检体内的特定物质吸收光的能量的结果被生成的弹性波)，并且在数量上测量特定物质的浓度。被检体内的特定物质是包括在血液内的葡萄糖、血红蛋白等。检测光声波并且基于所检测到的信号来生成光声图像的技术被称为PAI(光声成像)或PAT(光声断层摄影术)。\n[0003] 光声成像图像被检体具有比围绕被检体的介质更高的光吸收系数。例如，身体内的血管的光吸收系数大于围绕他们的介质的光吸收系数，并且血管的成像被广泛研究。\n[0004] 例如，已知从诸如血管的具有高光吸收系数的组织系统生成的光声波被检测为如图6A(专利文献1)中所示的N形声信号。通常，直到检测到这些声信号为止的光的照射之间的时间量t是反映血管相对于检测器的位置的值，并且声信号的宽度w是反映血管的尺寸的值。基于上述光声波来计算光吸收的系数，并且光声图像被获得作为光吸收的系数的分布。\n[0005] [现有技术文献]\n[0006] [专利文献]\n[0007] [专利文献1]\n[0008] 日本未审查专利公开No.2010-136887\n发明内容\n[0009] 在如图6A中所示的连接光声波的正峰值P1和负峰值P2的情况下，没有发生问题。然而，正峰值的位置和负峰值的位置之间的距离对于诸如厚血管的相对大组织系统变得更大，如图6B中所示。在这样的情况下，仅其边界被显示为两条线，并且存在这样的两条线难以被区别为单个组织系统的问题。在一些情况下，这样的两条线可能导致两条线中的每条表示相当小的组织系统(诸如，两条独立薄血管)的错误识别。而且，在存在多条厚血管的情况下，难以区别哪些线是表示单个组织系统的一对线，并且区别各个组织系统的困难变得显著。\n[0010] 鉴于前述情况，开发了本发明。本发明的目的在于提供一种光声成像装置，该光声成像装置甚至在相当大的组织系统和另一个组织系统之间的边界被显示为两条线的情况下，也使得在利用光声效果的光声成像中能够将两条线之间的区域区别为单个组织系统。\n本发明的另一个目的在于提供一种用于操作光声成像装置的方法。\n[0011] 一种实现以上目的的本发明的光声成像装置，包括：\n[0012] 光照射部，所述光照射部将测量光束照射至被检体的主体中；\n[0013] 电声转换部，所述电声转换部检测光声波并且将所述光声波转换为电信号，其中，通过将所述测量光束辐射在所述被检体的主体上而在所述被检体的主体内生成所述光声波；\n[0014] 图像生成部，所述图像生成部基于所述电信号来生成光声图像；以及[0015] 提取部，所述提取部提取位置数据和正/负数据，其中，所述位置数据与所述光声波已被转换成的所述电信号中多个峰值的每个峰值的位置有关，所述正/负数据指示所述峰值是正还是负；\n[0016] 在所述多个峰值中邻接峰值对的所述正/负数据是按照时间序列中的先正后负顺序的情况下，所述图像生成部基于所述峰值的所述位置数据，对与夹在所述邻接峰值对之间的信号区域相对应的图像区域实施色度调节，作为校正处理，所述校正处理促成将所述邻接峰值对和所述信号区域区别为单个组织系统。\n[0017] 在本说明书中，峰值的“正/负数据”是指在将背景作为参考的情况下，表示峰值具有正强度还是负强度的信息。例如，在前者情况下，信息指示“正”，并且在后者情况下，信息指示“负”。\n[0018] 所述“邻接峰值对”是指来自多个被测量峰值当中在时间序列中连续测量的两个峰值的组合。\n[0019] “在多个峰值中邻接峰值对的所述正/负数据是按照时间序列中的先正后负顺序”是指在邻接峰值对内首先检测到的峰值的正/负数据是正，并且接下来检测到的峰值的正/负数据是负的情况。在此，正和负信号峰值分别是指在检测到声波的正和负压力的情况下的信号。在检测到声波的正和负压力但是由于放大器的极性而导致信号峰值变为负和正的情况下，以下说明中的符号将被反转。\n[0020] “色度调节”意指色调、光度(亮度)、以及目标图像区域的饱和度中的至少一个被调节。\n[0021] 本发明的光声成像装置可以采用一种构成，其中：\n[0022] 所述图像生成部实施所述色度调节，使得强调和显示与夹在所述邻接峰值对之间的所述信号区域相对应的所述图像区域。\n[0023] 本发明的光声成像装置可以采用一种构成，其中：\n[0024] 所述图像生成部对与未经受所述校正处理的其他组织系统相对应的图像区域实施色度调节，所述色度调节使得未经受所述校正处理的所述图像区域能够区别于所述其他组织系统。\n[0025] “其他组织系统”是指不同于与执行校正以促成区别为单个组织系统的图像区域相对应的组织系统的组织系统。其他组织系统可以是相同类型的组织系统、或者其他类型的组织系统。\n[0026] 优选的是，本发明的光声成像装置采用一种构成，其中：\n[0027] 仅在被转换为活组织内的长度时所述两个邻接峰值之间的间隔对应于5mm或更少的长度的情况下，所述图像生成部执行所述校正处理。\n[0028] 优选的是，本发明的光声成像装置采用一种构成，其中：\n[0029] 所述光照射部装配有输出所述测量光束的光源单元，所述光源单元能够将具有不同波长的光输出为所述测量光束；以及\n[0030] 所述图像生成部通过改变用于所述测量光束的每个波长的色度调节格式，来执行所述校正处理。\n[0031] 优选的是，本发明的光声成像装置进一步包括：\n[0032] 存储部，所述存储部存储由所述图像生成部生成的第一光声图像；并且其中：\n[0033] 在多个光声图像被连续成像的情况下，所述图像生成部将第一信号区域的第一宽度与第二信号区域的第二宽度相比较，其中，所述第一信号区域是在所述第一光声图像内实施了所述色度调节的区域，所述第二信号区域是当要生成与所述第一信号区域相对应的第二光声图像时要实施色度调节的区域；判定从所述第一宽度到所述第二宽度的改变率是否大于或等于阈值；以及，根据所述判定的结果，对与所述第二信号区域相对应的第二图像区域执行预定色度调节。\n[0034] 在本说明书中，峰值的“信号区域的宽度”是指两个邻接峰值之间的距离。该距离可以沿着时间轴或者沿着通过将时间乘以预定声速获得的移位轴。\n[0035] “与第一信号区域相对应的……第二信号区域”是指与第一信号区域具有以下关系的第二信号区域，其中，第一信号区域和第二信号区域是反射通过基本相同的组织系统生成的光声波的信号区域。\n[0036] 优选的是，本发明的光声成像装置采用一种构成，其中：\n[0037] 在对所述电信号实施匹配相加之后，所述提取部从所述电信号提取所述位置数据和所述正/负数据。\n[0038] 一种用于操作本发明的光声成像装置的方法是一种用于操作光声成像装置的方法，所述光声成像装置将测量光束照射到所述被检体的主体中，检测光声波，将所述光声波转换为电信号，并且基于所述电信号来生成光声图像，其中，通过将所述测量光束辐射在所述被检体的主体上，来在所述被检体的主体内生成光声波，所述方法包括：\n[0039] 提取位置数据和正/负数据，所述位置数据与所述光声波已被转换成的所述电信号中多个峰值的每个峰值的位置有关，所述正/负数据指示所述峰值是正还是负；以及[0040] 在所述多个峰值中邻接峰值对的正/负数据是按照时间序列中的先正后负顺序的情况下，基于所述峰值的所述位置数据，对与夹在所述邻接峰值对之间的信号区域相对应的图像区域实施色度调节，作为校正处理，所述校正处理促成将所述邻接峰值对和所述信号区域区别为单个组织系统。\n[0041] 优选的是，用于操作本发明的光声成像装置的方法采用一种构成，其中：\n[0042] 实施所述色度调节，使得强调和显示与夹在所述邻接峰值对之间的所述信号区域相对应的所述图像区域。\n[0043] 用于操作本发明的光声成像装置的方法可以采用一种构成，其中：\n[0044] 对与未经过所述校正处理的其他组织系统相对应的图像区域实施色度调节，所述色度调节使得未经过所述校正处理的所述图像区域能够区别于所述其他组织系统。\n[0045] 优选的是，用于操作本发明的光声成像装置的方法采用一种构成，其中：\n[0046] 仅在被转换为活组织内的长度时所述两个邻接峰值之间的间隔对应于5mm或更少的长度的情况下，执行所述校正处理。\n[0047] 优选的是，用于操作本发明的光声成像装置的方法采用一种构成，其中：\n[0048] 具有不同波长的光束被输出为测量光束；以及\n[0049] 通过改变用于所述测量光束的每个波长的色度调节格式，来执行所述校正处理。\n[0050] 在多个光声图像被连续成像的情况下，优选的是将采用一种构成，其中：\n[0051] 存储首先生成的光声图像；\n[0052] 将第一信号区域的第一宽度与第二信号区域的第二宽度相比较，其中，所述第一信号区域是在所述第一光声图像内实施了所述色度调节的区域，所述第二信号区域是当要生成第二光声图像时要实施色度调节的区域，所述第二信号区域与所述第一信号区域相对应；\n[0053] 实行对于从所述第一宽度到所述第二宽度的改变率是否大于或等于阈值的判定；\n以及\n[0054] 根据所述判定的结果，对与所述第二信号区域相对应的第二图像区域实施预定色度调节。\n[0055] 优选的是，用于操作本发明的光声成像装置的方法采用一种构成，其中：\n[0056] 在对所述电信号实施匹配相加之后，从所述电信号提取所述位置数据和所述正/负数据。\n[0057] 本发明的光声成像装置和用于操作本发明的光声成像装置的方法提取关于在光声波已被转换为的电信号中的多个峰值中的每个峰值的位置的位置数据、以及指示峰值是正还是负的正/负数据；以及在用于来自多个峰值当中的邻接峰值对的正/负数据在时间序列中是为正然后为负的顺序的情况下，基于峰值的位置数据，对与夹在所述邻接峰值对之间的信号区域相对应的图像区域实施色度调节，作为促成将所述邻接峰值对和信号区域区别为单个组织系统的校正处理。通过该构成，即使其位置之间的距离很大，光声波的正和负峰值也可以被处理为一对，并且可以显示当连续表示单个组织系统时促成区别峰值之间的区域的图像。结果，甚至在相当大的组织系统和另一个组织系统之间的边界被显示为两条线的情况下，在利用光声效果的光声成像中，变得可以将两条线之间的区域区别为单个组织系统。\n附图说明\n[0058] 图1是图示根据本发明的实施例的光声成像装置的构成的示意图。\n[0059] 图2是图示图1的图像生成部的构成的示意图。\n[0060] 图3是用于解释由本发明的实施例执行的图像生成处理的框图。\n[0061] 图4是图示本发明的实施例的超声波探头的示意性立体图。\n[0062] 图5是图示当生成光声图像时的超声波探头和活组织的示意性截面图。\n[0063] 图6A是用于解释通过小被检体(吸收体)生成的光声波的形状的示意图。\n[0064] 图6B是用于解释通过大被检体(吸收体)生成的光声波的形状的示意图。\n具体实施方式\n[0065] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。然而，本发明不限于以下将描述的实施例。注意，图中的构成元件的尺寸比率不同于实际尺寸比率，以促成视觉理解。\n[0066] 将描述根据本发明的实施例的PAI(光声成像)装置10。图1是图示本实施例的PAI装置10的整体的示意性结构的框图。图2是图示图1的图像生成部2的构成的框图。\n[0067] 本实施例的PAI装置10装配有：光照射部1，该光照射部1生成包括特定波长分量的测量光束L并且将测量光束L照射到被检体7上；图像生成部2，该图像生成部2检测通过将测量光束L照射到被检体7上在被检体的主体内生成的光声波U，以及生成期望横截面的光声图像数据；电声转换部3，该电声转换部3将声信号转换为电信号；显示部6，该显示部6显示光声图像数据；操作部5，操作者通过操作部5输入患者数据和成像条件用于所述装置；以及系统控制部4，该系统控制部4作为整体控制每个组件和所述装置。\n[0068] 光照射部1被装配有：光源部11，该光源部11具有输出具有不同波长的光束的多个光源；光组合部12，该光组合部12将具有多个波长的光束组合到单个光轴中；多通道波导部14，该多通道波导部14将光束引导至被检体7的主体表面；光扫描部13，该光扫描部\n13切换要利用的波导部14的通道并且执行扫描；以及光照射部15，该光照射部15朝向被检体7输出由波导部14提供的光束。\n[0069] 光源部11具有照射具有预定波长的光束的一个或多个光源。诸如半导体激光器(LD)、发光二极管(LED)、固态激光器、气态激光器等的照射特定波长分量或包括特定波长分量的单色光束的发光元件可以被用作光源。优选的是，光源16输出具有在从1nsec到\n100nsec范围内的脉冲宽度的脉冲光作为测量光束。根据作为测量的目标的被检体主体内的物质的光吸收特性来适当地确定测量光束的波长。血红蛋白的光吸收特性根据其状态(氧合血红蛋白、还原血红蛋白、高铁血红蛋白、碳气血红蛋白等)而不同，但是血红蛋白通常吸收具有从600nm至1000nm的波长的光。从而，在测量目标是生物体内的血红蛋白的情况下(即，血管被成像的情况)，通常优选的是测量光束的波长将在从600nm至约1000nm的范围内。从能够达到被检体M的深部分的视角来看，进一步优选的是测量光束的波长在从\n700nm至1000nm的范围内。从光和光声波的传输损失、光声转换效率、当前可用检测器的检\n2 2\n测敏感度等的视角来看，测量光束的输出优选地在从10μJ/cm到几十μJ/cm 的范围内。\n从图像构建速度的视角来看，进一步优选的是脉冲光输出的重复为10Hz或更大。另外，测量光束可以是脉冲行，其中，布置多个脉冲光束。具有不同波长的光束可以被同时辐射到被检体7上，或者可以以时间上分离的定时被辐射到被检体7上。\n[0070] 作为更具体的实例，在要测量被检体7中的血红蛋白的浓度的情况下，可以使用Nd：YAG激光器(光照射波长：1064nm)，其是一种类型的固态激光器，或者He-He气体激光器(光照射波长：633nm)，其是一种类型的气体激光器，以形成具有约10nsec的脉冲宽度的激光光束。在采用诸如LD或LED的微型发光元件的情况下，可以利用采用诸如InGaAlP(光照射波长：550nm至650nm)、GaAlAs(光照射波长：650nm至900nm)、以及InGaAs或InGaAsP(光照射波长：900nm至2300nm)的材料的元件。另外，采用InGaN和照射具有\n550nm或更少的波长的光的发光元件最近投入实际使用。而且，可以采用OPO(光学参量振荡器)激光器，该激光器采用非线性光学晶体以使得波长能够变化。\n[0071] 光组合部12使具有由光源部11照射的不同波长的光束沿着单个光轴重叠。通过校准透镜将每个光束转换为校准光束，其光轴通过垂直棱镜或二向棱镜匹配。相当小的组合光学系统可以由这样的构成构成。可替换地，可以采用商业上可用的多元波长组合器/分离器。在光源部11中利用诸如前述OPO激光器的能够连续改变波长的光源的情况下，光组合部12不是必须的。\n[0072] 波导部14将由光组合部12输出的测量光束引导至光照射部15。采用光纤或薄膜光波导，以便执行有效光传播。可替换地，直接空间传播也是可以的。在此，波导部14由多条光纤71构成。从多条光纤71当中选择特定光纤71，并且通过所选光纤71将光辐射到被检体7。注意，虽然在图1中未清楚地示出，但是可以结合诸如光滤波器和透镜的光学系统利用光纤。\n[0073] 光扫描部13通过从布置在波导部分14中的多条光纤71当中依次地选择光纤并且照射测量光束，利用测量光束来扫描被检体7。\n[0074] 在本实施例中，光照射部15由多条光纤71的多个输出端部构成。光照射部15和电声转换部3构成超声波探头70。多条光纤71的多个输出端部沿着电声转换部3的外围布置。在构成电声转换部3的多个转换元件54由透明材料形成的情况下，光照射部15可以被提供以从转换元件54之上辐射整个转换元件。注意，多条光纤71的多个输出端部与构成电声转换部3的多个转换元件54一起形成平坦表面、凸表面、或凹表面。在此，将描述由多个输出部和转换元件54形成的表面是平坦表面的情况。\n[0075] 电声转换部3由一维或二维布置的多个非常精细的转换元件54构成。转换元件\n54是通过压电陶瓷或诸如PVDF(聚偏二氟乙烯)的聚合物膜形成的压电元件。电声转换部3接收通过光照射部15在被检体7上照射测量光束L在被检体7内生成的光声波U。转换元件54用于将所接收到的光声波U转换为电信号。电声转换部3被构成成小的和轻便的，并且通过多条通道电缆连接至随后将描述的接收部22。根据将被诊断的身体部件，从扇区扫描类型、线性扫描类型、以及凸起扫描类型选择电声转换部3。电声转换部3可以装配有声整流层，以便有效地照射光声波U。通常，压电材料和活组织的声阻抗有很大不同。因此，在压电材料与活组织直接接触的情况下，在其界面处的反射变得很大，并且不能有效地照射光声波。然而，可以通过插入由在压电材料和活组织之间具有中间声阻抗的物质形成的声整流层来有效地照射光声波。声整流层的材料的实例包括环氧树脂和石英玻璃。\n[0076] PAI装置10的图像生成部2被装配有：接收部22，接收部22选择性地驱动构成电声转换部3的多个转换元件54，将预定延迟传递至由电声转换部3输出的电信号，并且通过执行相位匹配相加来生成接收到的信号；扫描控制部24，扫描控制部24控制转换元件54的选择性驱动和由接收部22传递的延迟时间；以及信号处理部25，信号处理部25对从接收部22获得的所接收到的信号实施多种处理。\n[0077] 如图2中所示，接收部22装配有电子开关53、前置放大器55、接收延迟电路56、以及加法器57。\n[0078] 当在光声扫描期间接收光声波时，电子开关53连续地选择预定数目的邻接转换元件54。例如，在电声转换部3由阵列中的192个转换元件CH1至CH192构成的情况下，所排列的转换元件被划分为三个区域，它们是：区0(从转换元件CH1到转换元件64的区域)；区1(从转换元件CH65到转换元件128的区域)；以及区2(从转换元件CH129至转换元件192的区域)。由N个转换元件构成的所排列的转换元件以该方式被处理为n(n