光聲裝置、被檢體信息獲取方法和程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用光聲效應(yīng)的光聲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]使用光的成像技術(shù)之一是光聲成像技術(shù)。首先在光聲成像中用從光源生成的脈沖光來(lái)照射被檢體。照射光傳輸并且擴(kuò)散通過被檢體，并且在被檢體內(nèi)部的多個(gè)位置處受吸收，由此生成光聲波。換能器接收該光聲波，處理裝置通過對(duì)接收的信號(hào)執(zhí)行分析處理來(lái)獲取關(guān)于被檢體內(nèi)部的光學(xué)性質(zhì)值的信息。
[0003 ]從被檢體內(nèi)部的光吸收體生成的光聲波的所生成的聲壓Po (下文中又稱為初始聲壓)可以由以下表達(dá)式表示。
[0004]P0= Γ * μ3 * Φ.........(I)
[0005]在此，Γ表示通過將體積膨脹系數(shù)β和聲音的速度c的平方的乘積除以定壓比熱Cp所獲得的格魯乃森(Grilneisen)系數(shù)。Φ表示在特定位置(局部區(qū)域)處的光強(qiáng)度(已經(jīng)到達(dá)光吸收體的光，并且可以又稱為光通量)。
[0006]可以通過使用從已經(jīng)接收到光聲波的搜索單元輸出的接收信號(hào)(PA信號(hào))來(lái)獲得初始聲壓Po。
[0007]當(dāng)組織的類型設(shè)定時(shí)，已知用于該組織的Grilneisen系數(shù)具有近似恒定值。因此，可以通過對(duì)于多個(gè)位置測(cè)量并且分析在每個(gè)位置處的PA信號(hào)的時(shí)間改變來(lái)獲得光學(xué)吸收系數(shù)43與光強(qiáng)度Φ的乘積(即光學(xué)能量吸收密度)。
[0008]日本專利公開N0.2013-248077公開了一種根據(jù)因?yàn)楣馑傻墓饴暡▉?lái)生成血管的光聲圖像的光聲圖像生成裝置。
[0009]在假設(shè)血紅素是光吸收體(其為待測(cè)量的對(duì)象)的情況下，由于血紅素的量在血管中的血液量較小的區(qū)域中較小，因此該區(qū)域的光學(xué)吸收系數(shù)相對(duì)較低。因此，根據(jù)表達(dá)式(I)所生成的光聲波的聲壓很低。即，在血液量較小的區(qū)域處所生成的光聲波的接收信號(hào)的信噪(S/N)比相對(duì)較低。因此，當(dāng)光聲裝置獲取用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息時(shí)，被檢體信息的精度在血液量較小的區(qū)域處可能較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供一種光聲裝置，包括:光照射單元，被配置為用脈沖光來(lái)照射被檢體多次;接收單元，被配置為接收通過用從光照射單元發(fā)射的脈沖光來(lái)照射被檢體生成的光聲波，并且輸出與執(zhí)行多次的光照射對(duì)應(yīng)的多個(gè)信號(hào)；電刺激單元，被配置為在光照射執(zhí)行多次的同時(shí)將電壓施加到被檢體；以及處理單元，被配置為根據(jù)多個(gè)信號(hào)來(lái)獲取用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息。在所述多個(gè)信號(hào)當(dāng)中，處理單元使用與在從根據(jù)電壓的施加開始定時(shí)確定的提取開始定時(shí)到當(dāng)開始于所述施加開始定時(shí)并且結(jié)束于電壓的施加結(jié)束定時(shí)的第一時(shí)間段經(jīng)過時(shí)的時(shí)段中生成的光聲波對(duì)應(yīng)的信號(hào)的至少一部分、而不使用與在從提取開始定時(shí)到當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間段經(jīng)過時(shí)的時(shí)段外部生成的光聲波對(duì)應(yīng)的信號(hào)，來(lái)獲取被檢體信息。
[0011]從參照附圖的示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的光聲裝置的配置的示圖。
[0013]圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的被檢體信息獲取方法的流程圖的示圖。
[0014]圖3包括示出根據(jù)第一實(shí)施例的各個(gè)類型的序列的示圖。
[0015]圖4包括示出根據(jù)第一實(shí)施例的其它各個(gè)類型的序列的示圖。
[0016]圖5包括示出根據(jù)第一實(shí)施例的其它各個(gè)類型的序列的示圖。
[0017]圖6是示出根據(jù)第二實(shí)施例的被檢體信息獲取方法的流程圖的示圖。
[0018]圖7是示出根據(jù)第三實(shí)施例的被檢體信息獲取方法的流程圖的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。注意，作為一般規(guī)則，相同的構(gòu)成要素由相同標(biāo)號(hào)表不，并且將省略其描述。
[0020][第一實(shí)施例]
[0021]根據(jù)該實(shí)施例的光聲裝置是一種根據(jù)光聲波的接收信號(hào)來(lái)獲取被檢體信息的裝置。根據(jù)該實(shí)施例的被檢體信息是從通過光聲效應(yīng)生成的光聲波的接收信號(hào)獲得的與被檢體有關(guān)的信息。具體地說(shuō)，所述被檢體信息包括例如所生成的聲壓(初始聲壓)、光學(xué)能量吸收密度、光學(xué)吸收系數(shù)、以及構(gòu)成特定組織的物質(zhì)的濃度。在此，物質(zhì)的濃度包括例如氧飽和度、氧化血紅素濃度、還原血紅素濃度以及總血紅素濃度?？傃t素濃度是氧化血紅素濃度與還原血紅素濃度之和。此外，分布數(shù)據(jù)(如光學(xué)吸收系數(shù)分布和氧飽和度分布)可以看作被檢體信息。
[0022](基本配置)
[0023]將參照?qǐng)D1描述根據(jù)該實(shí)施例的光聲裝置的基本配置。
[0024]圖1是示出根據(jù)該實(shí)施例的光聲裝置的配置的示意圖。根據(jù)該實(shí)施例的光聲裝置包括光照射單元110、聲波接收單元130、電刺激單元150、輸入單元170、顯示單元180和處理單元190。光照射單元110包括光源111和光學(xué)系統(tǒng)113。注意，稍后將詳細(xì)描述這些元件的配置。
[0025]首先，光學(xué)系統(tǒng)113引導(dǎo)從光源111發(fā)射的脈沖光112。用從光學(xué)系統(tǒng)113發(fā)射的脈沖光112照射被檢體120，并且脈沖光112到達(dá)被檢體120內(nèi)部的光吸收體121。作為光吸收體121，通常使用活體中的血管，并且具體地說(shuō)，例如，使用血管中存在的血紅素。光吸收體121吸收光的能量，并且生成光聲波122。所生成的光聲波122傳輸通過被檢體120，并且到達(dá)聲波接收單元130。
[0026]聲波接收單元130響應(yīng)于接收到光聲波122而輸出時(shí)間序列接收信號(hào)。從聲波接收單元130輸出的接收信號(hào)依次輸入到處理單元190。通過執(zhí)行光照射多次來(lái)執(zhí)行上述步驟，并且作為結(jié)果可以獲取與執(zhí)行多次的光照射對(duì)應(yīng)的多個(gè)時(shí)間序列接收信號(hào)。
[0027]處理單元190使用多個(gè)輸入時(shí)間序列接收信號(hào)來(lái)生成用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息。然后，處理單元190將所生成的被檢體信息的數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示單元180，并且使得顯示單元180基于用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息而顯示圖像或數(shù)值。注意，目標(biāo)區(qū)域可以是預(yù)設(shè)的，或也可以是用戶使用輸入單元170輸入的。目標(biāo)區(qū)域設(shè)置為使得包括被檢體120的至少一部分。注意，稍后將更詳細(xì)地描述被檢體信息獲取方法。
[0028]當(dāng)假設(shè)血紅素是光吸收體時(shí)，由于在血管中的血液量較小的區(qū)域中血紅素的量小，因此該區(qū)域的光學(xué)吸收系數(shù)相對(duì)較低。因此，根據(jù)表達(dá)式(I)所生成的光聲波的聲壓很低。即，在血液量較小的區(qū)域處所生成的光聲波的接收信號(hào)的信噪(S/N)比相對(duì)較低。此外，在血液量相當(dāng)小的情況下，光聲波的接收信號(hào)可能丟失在噪聲中。因此，當(dāng)用光聲裝置獲取用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息時(shí)，被檢體信息的精度在血液量較小的區(qū)域處可能較低。
[0029]已知停留在血管中的血液受例如是腓腸肌的肌肉栗(肌肉收縮)和血流栗送。然而，在特定肌肉栗所執(zhí)行的栗送的效果小并且肌肉收縮的強(qiáng)度低的活體中，考慮所栗送的血液量小并且因此具有小血液量的血管可能存在。此外，由于由肌肉栗(如腓腸肌)所栗送的血液量并非是恒定的，因此血液量按時(shí)間順序改變。
[0030]鑒于上述問題，根據(jù)該實(shí)施例的光聲裝置包括電刺激單元150，其給出電刺激。電刺激單元150可以通過將電刺激給予刺激目標(biāo)區(qū)域來(lái)使得刺激目標(biāo)區(qū)域強(qiáng)制地執(zhí)行栗送。然后，可以通過由電刺激單元150所產(chǎn)生的栗送來(lái)增加靜脈和外圍血管中的血液量。即，考慮在電刺激單元150已經(jīng)將電刺激給予特定刺激目標(biāo)區(qū)域之后，血流的改變產(chǎn)生，并且血液量在目標(biāo)區(qū)域處臨時(shí)增加。
[0031]因此，在電刺激單元150已經(jīng)將電刺激給予特定刺激目標(biāo)區(qū)域之后，處理單元190使用當(dāng)血液量在目標(biāo)區(qū)域處增加時(shí)所生成的光聲波的接收信號(hào)的至少一部分來(lái)獲取用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息。即，在電刺激單元150已經(jīng)將電刺激給予特定刺激目標(biāo)區(qū)域之后，處理單元190并不使用當(dāng)用于目標(biāo)區(qū)域的血液量小時(shí)所生成的光聲波的接收信號(hào)來(lái)獲取用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息。以此方式，可以使用具有高S/N比率并且當(dāng)血液量較大(即充當(dāng)光吸收體的血紅素的量很大)時(shí)所生成的光聲波的很多接收信號(hào)來(lái)獲取被檢體信息。此外，根據(jù)該實(shí)施例，可以不使用當(dāng)血液量小時(shí)所生成的并且具有低S/N比率的光聲波的接收信號(hào)來(lái)獲取被檢體信息。這使得可以有選擇地使用具有高S/N比率的接收信號(hào)以高精度來(lái)獲取用于目標(biāo)區(qū)域的被檢體信息。注意，稍后將描述信號(hào)提取定時(shí)的細(xì)節(jié)。
[0032]以下，將描述根據(jù)該實(shí)施例的光聲裝置的構(gòu)成塊。
[0033](光源111)
[0034]光源111可以是能夠生成具有在納秒至微秒的量級(jí)的脈沖寬度的脈沖光的脈沖光源。具體地說(shuō)，可以使用大約I至100納秒的脈沖寬度。此外，可以使用從400nm到大約1600nm的范圍中的波長(zhǎng)。具體地說(shuō)，當(dāng)執(zhí)行靠近活體的表面的血管的高分辨率成像時(shí)，可以使用具有可見光波長(zhǎng)(大于或等于400nm但不大于700nm)的光。與之對(duì)比，當(dāng)執(zhí)行活體內(nèi)部深處的部分的成像時(shí)，可以使用具有受活體的背景組織吸收不太多的波長(zhǎng)的光(大于或等于700nm但不大于llOOnm)。注意，也可以使用太赫茲波、微波和無(wú)線電波的范圍。
[0035]具體地說(shuō)，激光器可以用作光源111。此外，當(dāng)使用具有多個(gè)波長(zhǎng)的光來(lái)執(zhí)行測(cè)量時(shí)，可以使用能夠改變待振蕩的波長(zhǎng)的激光器。注意，在用具有多個(gè)波長(zhǎng)的光來(lái)照射被檢體120的情況下，可以通過執(zhí)行用于激光器中的每一個(gè)的振蕩的切換或通過交替地執(zhí)行照射來(lái)使用彼此不同的使各個(gè)波長(zhǎng)振蕩的多個(gè)激光器。在使用多個(gè)激光器的情況下，激光器也全部表述為光源。
[0036]各種激光器(如固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器和半導(dǎo)體激光器)可以用作激光器。具體地說(shuō)，可以使用脈沖激光器(例如Nd:YAG激光器和變石激光器)。此外，也可以使用采用Nd:YAG激光作為激勵(lì)光的T1:sa激光器以及光學(xué)參量振蕩器(OPO)激光器。此外，例如，可以使用發(fā)光二級(jí)管而非激光器。
[0037](光學(xué)系統(tǒng)113)
[0038]光學(xué)系統(tǒng)113使得脈沖光112從光源111行進(jìn)到被檢體120。光學(xué)元件(如透鏡、反射鏡和光纖)可以用作光學(xué)系統(tǒng)113。此外，根據(jù)該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)113包括用于改變脈沖光112的行進(jìn)方向的光學(xué)鏡114、光調(diào)整單元115和擴(kuò)散器116。
[0039]光學(xué)系