专利名称：光声成像装置、光声成像方法和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及光声成像装置、光声成像方法和程序。
背景技术：
主要是在医疗领域中对成像装置进行积极地研究，其中所述成像装置使用来自光源(例如，激光器)的光来照射对象，使得光在对象中进行传播并获得对象中的信息。作为一种这样的成像技术，已经提出了光声断层摄影(PAT)。PAT是一种通过以下方式对与活体(即，对象)中的光学特性有关的信息进行可视化的技术使用从光源发出的脉冲光对作为对象的活体进行照射，接收从已经吸收了在活体中传播并漫射的光的生物组织生成的声波，并分析所接收到的声波。使用这种技术，可以获得生物信息，例如活体中的光学特性值 的分布(下文中称为光学特性值分布)，尤其是光能吸收密度的分布(下文称为光能吸收密度分布)。在PAT中，从存在于对象中的光吸收体生成的声波的初始声压Ptl可以由以下表达式来表75。P。= Γ · μ a · Φ表达式 I其中，Γ表示Grilneisen系数，其是体积膨胀热系数或等压体积膨胀系数(β )与光速(c)的平方的乘积除以恒定压力(Cp)处的特定热量的结果。已知的是，Grilneisen系数Γ对于特定对象基本上是恒定的。μ a表示吸收体的光吸收系数，而Φ表示局部区域中的光量(即，对吸收体进行照射的光的量，并且还称为“光学影响”)。相对于时间来测量对在对象中传播的声波的大小进行表不的声压P的变化，并根据测量结果来计算初始声压的分布(下文中称为初始声压分布)。可以通过将计算出的初始声压分布除以Griineisen系数Γ来获得Ua与Φ的乘积的分布，即，光能吸收密度分布。如表达式I所指示的，为了从初始声压Ptl的分布(下文称为初始声压分布)获得光吸收系数μ a的分布(下文称为光吸收系数分布)，必须确定对象中的光量Φ的分布(下文称为光量分布)。假设当使用均匀量的光来照射对于对象厚度而言足够充分大的区域时光像平面波一样在对象中传播，则对象中的光量分布Φ可以由以下表达式来表不。Φ = Φ0 · exp (- μ eff · d)表达式 2其中，μ eff表示对象的平均有效衰减系数，而Otl表示从光源进入对象的光量(即，对象的表面上的光量)。d表示对象表面的使用从光源发出的光照射的区域(B卩，光照射区域)与存在于对象中的光吸收体之间的距离。根据PTL1，在多个条件下使用均匀光来照射活体，并计算对象的平均有效衰减系数μ@。然后基于表达式2来计算对象中的光量分布Φ。可以使用光量分布Φ基于表达式I来确定对象中的光吸收系数分布ya。引用列表专利文献PTLl 日本专利公开 No. 2009-18153。

发明内容
技术问题然而，除非使用均匀光来照射对象，否则即使使用PTLl中公开的用于计算对象的平均有效衰减系数μ eff的方法也难以精确地确定出光量分布和光吸收系数分布。鉴于上述问题，本发明使得可以精确地确定对象中的光学特性值分布，尤其是光吸收系数分布。对问题的解决方案根据本发明一个方面，一种光声成像装置包括声波转换单元，被配置成接收响应于使用光照射对象而生成的声波，并将所接收到的声波转换成电信号；以及处理单元，被配 置成根据所述电信号生成图像数据。所述处理单元根据所述电信号计算存在于所述对象中的光吸收体的位置以及在所述光吸收体处生成的所述声波的初始声压，使用所述光吸收体的位置以及在所述光吸收体的位置处生成的所述声波的所述初始声压来计算所述对象的光吸收系数和光散射系数，使用所述对象的所述光吸收系数和所述光散射系数来计算所述对象中的光量分布，以及使用所述对象中的所述光量分布以及从所述电信号获得的所述对象中的初始声压分布来生成所述对象中的光吸收系数分布的图像数据。根据本发明另一方面，一种用于接收响应于使用光照射对象而生成的声波、将所接收到的声波转换成电信号并根据所述电信号生成图像数据的光声成像方法包括根据所述电信号计算存在于所述对象中的光吸收体的位置以及在所述光吸收体处生成的所述声波的初始声压；使用所述光吸收体的位置和在所述光吸收体的所述位置处生成的所述声波的所述初始声压来计算所述对象的光吸收系数和光散射系数；使用所述对象的所述光吸收系数和所述光散射系数来计算所述对象中的光量分布；以及使用所述对象中的所述光量分布以及从所述电信号获得的所述对象中的初始声压分布来生成所述对象中的光吸收系数分布的图像数据。本发明的有益效果根据本发明一个方面，可以精确地确定对象中的光学特性值分布，尤其是光吸收系数分布。


图IA和图IB是示出了根据本发明第一示例性实施例的光声成像装置的例子的示意图。图2是描述了根据本发明第一示例性实施例的光声成像方法的流程图。图3A和图3B是示出了根据本发明第一示例性实施例的光声成像装置的另一例子的示意图。图4A和图4B是示出了根据本发明第一示例性实施例的光声成像装置的又一例子的示意图。图5是示出了根据本发明第一示例性实施例的光声成像装置的处理单元的例子的框图。
具体实施方式
下面将使用附图来描述本发明的示例性实施例。在本发明的示例性实施例中，声波包括称为音波、超声波以及光声波的波，并且其指示响应于使用光照射(例如，近红外辐射)对象而在对象中生成的弹性波(即，电磁波)。另外，根据本发明示例性实施例的光声成像装置主要用于人类和动物的疾病诊断，例如恶性肿瘤和血管疾病，以及用于化疗追踪。光声成像装置获得对象中的信息(下文中称为对象信息)，并生成其图像数据。相应地，假定诊断目标部分，例如活体，更具体地人体或动物的胸部、手指或肢体用作对象。存在于对象中的光吸收体在对象中具有相对较高的光吸收系数。例如，当人体经历测量时，被氧化或减少的血红蛋白、或者包括大量被氧化或减少的血红蛋白的血管、或者包括许多新血管的恶性肿瘤与光吸收体相对应。对象信息指示响应于光照射而生成的声波的源的分布、对象中的初始压力分布或者光能吸收密度分布、吸收系数分布以及根据初始压力分布确定的组织成分的密度分布。成分密度分布包括例如氧饱和度分布以及被氧化/减少的血红蛋白密度分布。第一示例性实施例
图IA和图IB示出了根据第一示例性实施例的光声成像装置的配置。根据第一示例性实施例的光声成像装置包括声波转换单元15 (25)以及处理单元16 (26)。参考图IA和图1B，改变光源的位置，使得使用光照射对象的方向彼此不同。更具体地，在图IA中，使用来自对象11的在纸张上的右侧的光13照射对象11，而在图IB中，使用来自对象11的在纸张上的左侧的光23照射对象11。另外，参考图1B，可以使用来自对象11的在纸张上的上侧或下侧的光23照射对象11。将使用图IA来描述根据第一示例性实施例的光声成像装置所执行的PAT测量。使用从第一光源10发出的光13来照射对象11，例如活体。一旦已经在对象11中传播的光的能量的一部分被血管、血液等中的光吸收体12a和12b (最终用作声源)吸收，光吸收体12a和12b的热膨胀就分别生成声波14a和14b (通常是超声波)。声波转换单元15接收声波14a和14b并将其转换成电信号。随后处理单元16对电信号执行分析处理以生成数据，例如对象11的光学特性值分布。分析处理包括用于计算对象的光吸收系数和光散射系数以及使用所计算出的系数计算对象的光量分布的处理。稍后将更具体地描述分析处理。对象的光吸收系数和光散射系数分别指示在假定对象是具有恒定光吸收系数和恒定光散射系数的物质时所获得的系数。即，对象的光吸收系数和光散射系数可以分别称为平均光吸收系数和平均光散射系数。在对象11中生成的声波的声源的初始声压分布P1OO被生成以作为光学特性值分布之后，根据初始声压分布分别确定光吸收体12a和12b的位置&和1^。更具体地，如上所述，由于光吸收体在对象中具有相对较高的光吸收系数，所以与光吸收系数成正比的初始声压在对象中也是较高的。因此，基于初始声压分布，将显示了等于或高于预定阈值的初始声压的位置指定为光吸收体(即，声源)的位置。虽然下面将针对指定两个光吸收体的位置的情况来给出描述，但是光吸收体的数量可以是两个或更多个或者可以是一个。具体地，随着经历位置指定的光吸收体的数量的增加，对象的光吸收系数和光散射系数以及从而光量分布可以优选地被更精确地确定。另外，阈值可以大于零并能够指定至少一个位置。位置“r”可以是相对于对象11上或对象11中的预定位置的，或者可以是相对于光源或声波转换单元上的预定位置的。此外，即使在基准(例如，光源)是可移动的时，也可以将位置“r”确定为相对于该基准的相对位置。响应于使用从第一光源10发出的光13照射对象11而从存在于对象11中的光吸收体12a和12b生成的声波14a和14b的初始声压Pla和Plb可以分别由以下表达式来表
/Jn ο[数学式I]
权利要求
1.一种光声成像装置，包括 声波转换单元，被配置成接收响应于使用光照射对象而生成的声波，并将所接收到的声波转换成电信号；以及 处理单元，被配置成根据所述电信号生成图像数据，其中 所述处理单元根据所述电信号计算存在于所述对象中的光吸收体的位置以及在所述光吸收体处生成的所述声波的初始声压，使用所述光吸收体的所述位置以及在所述光吸收体的所述位置处生成的所述声波的所述初始声压来计算所述对象的光吸收系数和光散射系数，使用所述对象的所述光吸收系数和所述光散射系数来计算所述对象中的光量分布，以及使用所述对象中的所述光量分布以及从所述电信号获得的所述对象中的初始声压分布来计算所述对象中的光吸收系数分布。
2.根据权利要求I所述的光声成像装置，其中， 所述对象是在不同时间点在多个不同的照射条件下使用所述光进行照射的，并且其中， 在所述光吸收体处生成的所述声波的所述初始声压包括为相应照射条件计算的多个初始声压。
3.根据权利要求I或2所述的光声成像装置，其中，存在于所述对象中的所述光吸收体的所述位置包括根据所述电信号计算的多个不同位置。
4.根据权利要求2所述的光声成像装置，其中，所述多个不同的照射条件指示光照射的方向、所述对象的表面上的光照分布以及所述对象的所述表面上的使用所述光照射的位置中的至少一个不同。
5.一种用于接收响应于使用光照射对象而生成的声波、将所接收到的声波转换成电信号以及根据所述电信号生成图像数据的光声成像方法，所述光声成像方法包括 根据所述电信号计算存在于所述对象中的光吸收体的位置以及在所述光吸收体处生成的所述声波的初始声压； 使用所述光吸收体的所述位置以及在所述光吸收体的所述位置处生成的所述声波的所述初始声压，来计算所述对象的光吸收系数和光散射系数； 使用所述对象的所述光吸收系数和所述光散射系数来计算所述对象中的光量分布；以及 使用所述对象中的所述光量分布以及根据所述电信号获得的所述对象中的初始声压分布，来计算所述对象中的光吸收系数分布。
6.根据权利要求5所述的光声成像方法，其中， 所述对象是在不同时间点在多个不同的照射条件下使用所述光进行照射的，并且其中， 为相应照射条件计算多个值，以作为在所述光吸收体处生成的所述声波的所述初始声压。
7.根据权利要求5或6所述的光声成像方法，其中，根据所述电信号计算多个不同位置，以作为存在于所述对象中的所述光吸收体的所述位置。
8.根据权利要求6所述的光声成像方法，其中，所述多个不同的照射条件指示光照射的方向、所述对象的表面上的光照分布以及所述对象的所述表面上的使用所述光照射的位置中的至少一个不同。
9.一种使得计算机执行根据权利要求5-8中的任意一项所述的光声成像方法中的每一个步骤的程序。
全文摘要
根据从接收到的响应于使用光照射对象而生成的声波转换而来的电信号，来计算存在于对象中的光吸收体的位置以及在该光吸收体处生成的声波的初始声压。使用光吸收体的位置以及在光吸收体的位置处生成的声波的初始声压，来计算对象的光吸收系数和光散射系数。使用对象的光吸收系数和光散射系数，来计算对象中的光量分布。使用对象中的光量分布以及根据电信号获得的对象中的初始声压分布，来计算对象中的光吸收系数分布。
文档编号G01N29/24GK102821677SQ201180016380
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年4月8日
发明者宫里卓郎 申请人:佳能株式会社