光声装置和被检体信息取得方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用光声效应的光声装置。
【背景技术】
[0002]光声成像技术是一种使用光的成像技术。在光声成像中，首先，利用由光源产生的脉冲光照射被检体。照射光被传播和扩散到被检体中并且在被检体的多个部位处被吸收以产生光声波。换能器将光声波转换成电信号，并且处理装置对电信号执行分析处理来取得关于在被检体中的光学特征值的信息。
[0003]从被检体中的光吸收体产生的光声波的产生的声压P。(在下文中也被称为“初始声压”)可以通过以下公式来表达:
[0004]P0= Γ.μ a.Γ.Φ(I)，
[0005]其中，Γ是Gruneisen系数，它是将体积膨胀系数β与声速c的平方的乘积除以在恒定压力Cp下的比热的商，并且Φ是在某位置处(局部区域)的光量(已到达吸收体的光量，其也被称为“光注量”)。
[0006]初始声压P。可以利用从已接收到光声波的探头输出的接收信号(光声(PA)信号)来计算。
[0007]已经知道如果组织被确定，则Gruneisen系数的值是基本上恒定的。因此，光吸收系数μ a与光量Φ (即，光能量吸收密度)的乘积可以通过在多个部分处测量和分析PA信号中的时间变化来获得。
[0008]日本专利申请特许公开号2013-248077讨论了被配置为基于由光诱导的光声波生成血管的光声图像的光声图像生成装置。
[0009]同时，在其中测量目标是活生物体的情况下，通过光声测量获得的信号会受到活生物体的搏动的影响。例如，在其中光吸收体是血红蛋白的情况下，如果信号是在血管中的血液量多的时间取得的，那么由于在被测区域中存在的血红蛋白的量多，因此根据公式
(I)，所产生的光声波的声压高。因此，可以预测，获得的信号的信噪比(S/N)相对高。另一方面，如果信号是在其中血管中的血液量少的时间取得的，那么由于在被测区域中存在的血红蛋白量少，因此即使被测区域是相同的，所产生的光声波的声压也低。因此，可以预测，在其中血液量少的时间产生的光声波的接收信号的S/N比相对低。换句话说，所取得的被检体信息的精度取决于血管中的血液量而不同。
【发明内容】
[0010]根据本发明的一方面，光声装置包括:被配置为利用脉冲光多次照射被检体的光照射单元；被配置为接收通过利用来自光照射单元的脉冲光多次照射被检体产生的光声波并且输出与所述多次光照射对应的多个信号的接收单元；被配置为取得关于被检体的血液量的信息的血液信息取得单元；及被配置为基于所述多个信号取得在被检体中的目标区域的被检体信息的被检体信息取得单元，其中，被检体信息取得单元基于在血液量的重复的波动周期中的各波动周期内的共同(common)时段中取得的多个信号来取得被检体信息。
[0011]参考附图，本发明的其它特征将从以下示例性实施例的说明中变得清楚。
【附图说明】
[0012]图1示出了根据示例性实施例的光声装置的构造。
[0013]图2是示出根据第一示例性实施例的被检体信息取得方法的流程图。
[0014]图3A至3D示出了根据第一示例性实施例的各种类型的序列。
[0015]图4是示出根据第二示例性实施例的被检体信息取得方法的流程图。
[0016]图5示出了根据第二示例性实施例的显示例子。
【具体实施方式】
[0017]本发明的各种示例性实施例将在以下参考附图进行详细描述。原则上，相同的部件被给予相同的标号，并且其说明被省略。
[0018]如上所述，在其中血液量少的区域中产生的光声波的接收信号的S/N比相对低。因此，当光声装置取得目标区域的被检体信息时，在其中血液量少的时段中取得的被检体信息的精度可能低。在第一示例性实施例中，将给出其中基于心电图信号来估计在被检体区域中的血液量并且基于在其中血液量相对多的时段中产生的声波来取得被检体信息的例子的描述。
[0019]根据本示例性实施例的光声装置是被配置为基于光声波的接收信号取得被检体信息的装置。根据本示例性实施例的被检体信息指从由光声效应产生的光声波的接收信号取得的关于被检体的信息。具体而言，被检体信息是产生的声压(初始声压)、光能量吸收密度、光吸收系数、形成组织的物质的浓度等等。物质的浓度指氧饱和度、氧合血红蛋白浓度、脱氧血红蛋白浓度、总血红蛋白浓度等等。总血红蛋白浓度指氧合血红蛋白浓度与脱氧血红蛋白浓度的和。此外，被检体信息可以是分布数据，诸如光吸收系数分布、氧饱和度分布等。
[0020](基本构造)
[0021]以下参考图1描述根据本示例性实施例的光声装置的基本构造。
[0022]图1是示出根据本示例性实施例的光声装置的构造的示意图。根据本示例性实施例的光声装置包括光照射单元110、声波接收单元130、心电图取得单元150、输入单元170、显示单元180以及处理单元190。光照射单元110包括光源111和光学系统113。其详细构造将在下面进行描述。
[0023]首先，来自光源111的脉冲光112被光学系统113引导。从光学系统113中发射的脉冲光112被照射到被检体120上并且到达被检体120中的光吸收体121。光吸收体121通常是活体内的血管，尤其是诸如在血管中存在的血红蛋白、肿瘤等物质。光吸收体121吸收光的能量以产生光声波122。产生的光声波122在被检体中传播并且到达声波接收单元130。
[0024]声波接收单元130接收光声波122以输出时间序列接收信号。从声波接收单元130输出的接收信号被顺序地输入到处理单元190。上述步骤在多次光照射中的每一次光照射中执行以取得对应于这多次光照射的多个时间序列接收信号。
[0025]处理单元190利用这多个输入的时间序列接收信号产生目标区域的被检体信息。然后，处理单元190将产生的被检体信息数据发送到显示单元180，以使显示单元180显示目标区域的被检体信息的图像和/或数值。目标区域可以被预先设置或者由用户经由输入单元170输入。目标区域被设置为使得包括被检体120的至少一部分。被检体信息取得方法的细节将在下面进行描述。
[0026]同时，在其中光吸收体是血红蛋白的情况下，由于血红蛋白的量在其中血管中的血液量少的区域中小，因此该区域的光吸收系数相对低。因此，根据公式(I)，产生的光声波的声压低。换句话说，在其中血液量少的区域中产生的光声波的接收信号的S/N比相对低。此外，在其中血液量非常少的情况下，光声波的接收信号会被淹没在噪声中。因此，当光声装置取得目标区域的被检体信息时，其中血液量少的区域取得的被检体信息的精度可能低。
[0027]鉴于上述问题，根据本示例性实施例的光声装置包括被配置为取得被检体120的心电图信号的心电图取得单元150。基于由心电图取得单元150取得的心电图信号的波形，可以估计被检体120的心脏的状态，并且可以相应地估计被检体120的血流状态。因此，处理单元190在不使用对应于多次光照射的多个接收信号中的当目标区域中的血液量少时产生的光声波的接收信号的情况下，基于被检体120的心电图信号来取得目标区域的被检体信息。换句话说，处理单元190利用对应于多次光照射的多个接收信号中的当目标区域中的血液量多时产生的光声波的接收信号的至少一部分来取得目标区域的被检体信息。在本示例性实施例中，心电图取得单元150对应于血液信息取得单元。
[0028]被用于取得被检体信息的信号以以下方式被提取，S卩，使得被检体信息可以利用更多的当血液量多时(即当作为光吸收体的血红蛋白的量多时)产生的具有高S/N比的光声波的接收信号来取得的方式。此外，根据本示例性实施例，可以在不使用当血液量少时产生的具有低S/N比的光声波的接收信号的情况下取得被检体信息。这允许具有高精度的对目标区域的被检体信息的取得。信号提取定时的细节将在下面进行描述。
[0029]以下描述根据本示例性实施例的光声装置的每个部件块。
[0030](光源111)
[0031]光源111优选地是能够产生纳秒或微秒级脉冲光的脉冲光源。具体而言，脉冲宽度优选地为大约I至100纳秒。而且，波长优选地在大约400nm至大约1600nm的范围内。尤其在高分辨率成像活生物体的表面附近的血管的情况下，光的波长优选地是在可见光的范围内(400nm至700nm，其中包括400nm和700nm)。另一方面，在成像活生物体的深的部位的情况下，优选地使用具有较不可能被活生物体的背景组织吸收的波长(700nm至llOOnm，其中包括700nm和IlOOnm)的光。但是，也可以使用太赫兹波、微波和无线电波的范围。
[0032]具体而言，光源111优选地是激光器。而且，在利用多个波长的光测量的情况下，能够发射可变波长的激光器是更优选的。在其中要用多个波长的光照射被检体120的情况下，可以通过切换发射光的激光器或者通过使激光器交替地发射光，使用发射彼此具有不同波长的光的多个激光器。在利用多个激光器的情况下，这多个激光器被统称为光源。
[0033]可以使用各种激光器，诸如固态激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。尤其诸如Nd: YAG激光器和变石(alexandrite)激光器的脉冲激光器是优选的。此外，可以使用利用Nd:YAG激光器光作为激发光的T1:sa激光器，或者光参量振荡器(OPO)激光器。此外，可以使用发光二极管等代替激光器。
[0034](光学系统113)
[0035]光学系统113将脉冲光112从光源111发送到被检体120。诸如透镜、反射镜和光纤的光学元件可以被用作光学系统113。此外，根据本示例