本發(fā)明涉及用于通過利用光聲效應獲得被檢體信息的光聲裝置。

背景技術：

在醫(yī)療領域中，正在對利用光照射被檢體、接收由于光而在被檢體中產生的聲波并且分析聲波以形成代表關于被檢體的信息的圖像的光聲裝置進行研究。

PTL 1描述了通過使用其中換能器被布置在半球上的探測器執(zhí)行光聲成像的光聲裝置。利用該探測器，在特定區(qū)域中產生的光聲波可以以高靈敏度接收。因此，特定區(qū)域中的被檢體信息的分辨率高。并且，PTL 1描述了通過使用探測器對某一平面執(zhí)行掃描并且探測器在多個位置處接收聲波以便獲得接收信號的技術。并且，PTL 1描述了在多個位置處獲得接收信號之后執(zhí)行重構的技術。

引文列表

專利文獻

PTL 1：日本專利公開No.2012-179348

技術實現要素：

在PTL 1中描述的在多個位置處獲得接收信號之后執(zhí)行重構的方法中，存在其中獲得的被檢體信息的定量性(quantitativity)低的區(qū)域存在的可能性。

在本說明書中公開的光聲裝置包含：光照射單元；多個換能器，所述多個換能器被配置為接收通過利用從所述光照射單元發(fā)射的光照射被檢體而產生的聲波并且輸出一組接收信號；支撐部件，所述支撐部件被配置為支撐所述多個換能器使得所述多個換能器中的至少一些的指向軸會聚(converge)；驅動單元，所述驅動單元被配置為移動所述支撐部件和被檢體中的至少一個；第一存儲器，所述第一存儲器被配置為存儲從所述多個換能器輸出的一組接收信號；以及處理單元，所述處理單元被配置為獲得所述被檢體的目標位置處的被檢體信息。所述光照射單元多次利用光照射被檢體。所述驅動單元移動支撐部件，使得所述支撐部件和被檢體的相對位置在多次光照射中的每一次均不同。所述多個換能器接收通過多次光照射而產生的聲波并且輸出與所述多次光照射對應的多組接收信號。所述第一存儲器存儲所述多組接收信號。所述處理單元通過向存儲在所述第一存儲器中的多組接收信號中的每一組接收信號分配與所述支撐部件和目標位置的相對位置對應的權重來獲得所述目標位置處的被檢體信息。

附圖說明

圖1是示出根據第一實施例的光聲裝置的配置的示圖。

圖2A是示出根據第一實施例的換能器的布置的示圖。

圖2B是示出根據第一實施例的換能器的布置的示圖。

圖3是示出根據第一實施例的處理的流程圖。

圖4是示出根據第一實施例的支撐部件的移動的示圖。

圖5是示出根據第一實施例的信號處理的流程圖。

圖6是用于描述根據第一實施例的權重的示例的示圖。

圖7A示出是根據第一實施例的權重的示例的示圖。

圖7B是示出根據第一實施例的權重的示例的示圖。

圖8A是示出根據第一實施例的脈沖光和聲波的傳播的示圖。

圖8B是示出根據第一實施例的脈沖光和聲波的傳播的示圖。

具體實施方式

第一實施例

根據第一實施例的光聲裝置基于光聲波的接收信號獲得被檢體信息。根據本實施例的被檢體信息是關于被檢體的信息，該關于被檢體的信息從通過光聲效應產生的光聲波的接收信號獲得。具體而言，被檢體信息代表產生的聲壓(初始聲壓)、光能量吸收密度、光吸收系數和構成組織的物質的濃度等等。這里，物質的濃度為例如氧飽和度、氧合血紅蛋白濃度、還原血紅蛋白濃度和總的血紅蛋白濃度。總的血紅蛋白濃度是氧合血紅蛋白濃度與還原血紅蛋白濃度的和。

在本實施例中，將給出具有包含多個換能器的探測器的光聲裝置的描述，所述多個換能器被布置為使得沿最高接收靈敏度的方向的軸(以下稱為“指向軸”)會聚。即，將給出多個換能器被布置為使得可以以高靈敏度接收在指向軸會聚的某一區(qū)域中產生的聲波的情況的描述。根據本實施例的光聲裝置改變被檢體和多次接收聲波的探測器的相對位置。并且，光聲裝置在存儲器中存儲從探測器輸出的一組時序接收信號作為接收信號數據。并且，根據本實施例的光聲裝置通過使用已通過聲波的多次接收獲得并且存儲在存儲器中的接收信號數據來獲得感興趣區(qū)域(ROI)中的各個目標位置處的被檢體信息。目標位置在設定二維ROI的情況下為像素，并且在設定三維ROI的情況下為體素。在本說明書中，當探測器和被檢體具有某一相對位置關系時響應于一次利用光的照射而從多個換能器輸出的多個時序信號被稱為“一組接收信號”。另一方面，在探測器和被檢體之間的相對位置關系不同的多個狀態(tài)下響應于多次利用光的照射而從多個換能器輸出的接收信號組被稱為“多組接收信號”。

在通過使用通過在根據本實施例的探測器處于某個位置時接收聲波所獲得的一組接收信號來獲得被檢體信息的情況下，被檢體信息的分辨率一般在指向軸會聚的某一位置處最高。被檢體信息的分辨率具有隨著離某一位置的距離增大而減小的趨勢。在這種情況下，估計探測器能夠以相對高的靈敏度接收在范圍為從分辨率最高的位置到分辨率為最高分辨率的一半的位置的某一區(qū)域中產生的聲波。在本實施例中，范圍為從分辨率最高的位置到分辨率為最高分辨率的一半的位置的區(qū)域被稱為“高度靈敏區(qū)域”。

在本實施例中，根據以下觀點通過多次獲得的多組接收信號被加權，并由此獲得目標位置處的被檢體信息。

可以向從定向到目標位置的換能器輸出的接收信號分配大的權重。因此，從已以高靈敏度接收在目標位置處產生的光聲波的換能器輸出的接收信號的權重可增大，因此具有高的S/N比的接收信號的權重可增大。作為結果，通過使用這樣的加權的接收信號重構的目標位置處的被檢體信息的S/N比也可增大。即，目標位置處的被檢體信息的定量性和分辨率可增大。并且，利用向所有目標位置施加的這樣的加權，可以增大重構圖像的所有位置處的定量性和分辨率。

如上所述，根據本實施例的探測器中布置的各個換能器能夠以高靈敏度接收在高度靈敏區(qū)域中產生的聲波。因此，可以向存儲在存儲器中的多組接收信號當中的、當高度靈敏區(qū)域更鄰近目標位置時由探測器獲得的一組接收信號分配較大的權重。即，可以根據目標位置和探測器的相對位置確定要被分配給由探測器獲得的一組接收信號的權重。因此，可向被估計為已以高靈敏度接收的一組接收信號分配大的權重。

根據本實施例，可通過統(tǒng)一(uniformly)確定當目標位置和探測器具有某一相對位置關系時從各個換能器輸出的接收信號的權重來容易地增大各個目標位置處的定量性和分辨率。

根據本實施例，與根據各個換能器和目標位置的相對位置對各個換能器計算權重的情況相比，用于確定權重的計算量可減少。

現在，討論預先計算的權重被存儲在存儲器中并且通過從存儲器讀取權重來執(zhí)行加權的以下情況。在這種情況下，根據本實施例，對于各個換能器和目標位置的各個相對位置的權重不被存儲，并且存儲與探測器和目標位置的相對位置對應的權重就足夠了。因此，根據本實施例，可減少權重的數據量，并因此可減少用于存儲權重的數據的存儲器的容量。

根據本實施例的光聲裝置能夠任意地向存儲在存儲器中的一組接收信號分配權重，并因此能夠在接收信號之后根據目的改變要被分配給信號的權重。

在聲源存在于目標位置處的情況下，聲波從目標位置在所有方向上各向同性地傳播。因此，換能器可以被定位為能夠接收在目標位置處產生的聲波的若干頻率成分。因此，在重構圖像時，與重構偽像對應的能量在整個重構圖像上分布，由此可抑制重構偽像的局部出現。

并且，可以向從以目標位置為中心的點對稱位置處的換能器輸出的接收信號分配幾乎相同的權重。因此，重構偽像很可能以目標位置為中心點對稱地出現。作為結果，與重構偽像對應的能量更均勻地在整個重構圖像上分布，因此可更多地抑制重構偽像的局部出現。

并且，根據上述觀點在ROI中的各個目標位置處可以向接收信號分配權重。因此，在ROI中的每個目標位置處，目標位置處的重構圖像(信號成分)與重構偽像(噪聲成分)之間的對比度增大。

因此，特別是在離目標位置相等的距離處存在高度靈敏區(qū)域的情況下，可以向布置在探測器中的各個換能器分配相同的權重。并且，根據本實施例的光聲裝置根據上述觀點向通過移動被布置為能夠以高靈敏度接收在高度靈敏區(qū)域中產生的聲波的多個換能器已獲得的多組接收信號分配權重。因此，在ROI中的每個目標位置處，目標位置處的重構圖像(信號成分)與重構偽像(噪聲成分)之間的對比度增大，并且分辨率增大。

以下，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例?；旧希嗤囊赜上嗤母綀D標記表示，并且不重復其描述。

系統(tǒng)配置

將參照圖1描述根據第一實施例的光聲裝置的配置。為了描述的便利，某一水平軸被稱為x軸，與x軸垂直的水平軸被稱為y軸，并且與x軸和y軸垂直的軸被稱為z軸。

根據第一實施例的光聲裝置包含保持杯101、探測器102、輸入單元103、主控制器104、信號處理單元105、光照射單元106、驅動設備107和顯示器109。

以下，將描述這些要素。

保持杯101

保持杯101被用于固定被檢體使得被檢體在圖像捕獲期間不移動，并且是由合成樹脂制成的半球形杯?？商娲?，保持杯101可以由乳膠等的薄膜制成，只要被檢體可被固定即可。保持杯101可以由對光具有高的透過率的材料制成，以便抑制施加到被檢體的脈沖光的衰減。并且，保持杯101可以由具有與被檢體的聲學阻抗類似的聲學阻抗的材料制成，以便減少被檢體的界面處的聲波的反射。

探測器102

探測器102由多個換能器201和用于支撐多個換能器201的支撐部件202構成。根據本實施例的支撐部件202是其中布置多個換能器201的半球形殼體。

換能器201可以由以鋯鈦酸鉛(PZT)所代表的壓電陶瓷材料、以聚偏氟乙烯(PVDF)所代表的高分子壓電膜材料等制成。可以使用壓電元件以外的元件。例如，可以使用電容微加工超聲換能器(cMUT)、利用法布里-珀羅(Fabry-Perot)干涉儀的換能器等。

現在，將參照圖2A和圖2B描述支撐部件202中的換能器201的布置的示例。圖2A是示出從z軸方向觀看到的支撐部件202的示圖，并且圖2B是示出從y軸方向觀看到的支撐部件202的示圖。

支撐部件202支撐在半球的內表面上放射狀地布置的多個換能器201。布置的方式不限于此。例如，換能器201可以螺旋狀地布置。光出口108被設置在半球形支撐部件202的底部(極)。支撐部件202的內側可以利用聲學匹配材料填充。

在本實施例中，如圖2A和圖2B所示，沿半球形表面布置多個換能器201。點X表示半球形支撐部件202的曲率中心。支撐部件202支撐多個換能器201，使得換能器201的指向軸會聚。即，支撐部件202的曲率中心的位置和多個換能器201的指向軸會聚的位置可基于支撐部件202的位置被估計。在多個換能器201的指向軸靠近半球形狀的曲率中心會聚的情況下，在曲率中心周圍形成可以以高精度可視化的區(qū)域。在本說明書中，可以以高精度可視化的這樣的區(qū)域被稱為高度靈敏區(qū)域。在支撐部件202通過使用驅動設備107(以下描述)相對于被檢體移動的情況下，高度靈敏區(qū)域移動，并且寬范圍的被檢體信息可以以高精度可視化。

在最大分辨率R_H被獲得的曲率中心為中心的情況下，高度靈敏區(qū)域可被視為具有由等式(1)表達的半徑d_th的大體球形區(qū)域。

[數學式1]

這里，R代表高度靈敏區(qū)域G的最小分辨率，r₀代表半球形支撐部件202的半徑，并且代表換能器201的直徑。R可以例如是在曲率中心處可獲得的最大分辨率的一半。在高度靈敏區(qū)域具有以探測器的曲率中心為中心的大體球形狀的情況下，通過探測器二維掃描的每個位置處的高度靈敏區(qū)域的范圍可通過使用等式(1)基于球形狀和探測器(即，曲率中心)的位置被估計。

在本發(fā)明的本實施例中，多個換能器201的布置不限于圖2A和圖2B中所示的半球形狀的示例。只要多個換能器201的指向軸會聚以便形成希望的高度靈敏區(qū)域，就可以采用任何布置。即，只要多個換能器201沿彎曲表面被布置以便形成希望的高度靈敏區(qū)域，就可以采用任何布置。在本說明書中，彎曲表面包含完美的(perfect)球的表面和具有開口的半球的表面。并且，彎曲表面包含可被視為球形表面的不平坦表面和可被視為球形表面的橢圓體(通過將橢圓擴展成三維形狀形成的形狀，其表面由二次曲面形成)的表面。

并且，在多個換能器沿具有通過沿某一截面切割球形成的形狀的支撐部件被布置的情況下，換能器的指向軸在支撐部件的形狀的曲率中心處會聚最多。在本實施例中描述的半球形支撐部件202也是具有通過沿某一截面切割球形成的形狀的支撐部件的示例。在本說明書中，通過沿某一截面切割球形成的這樣的形狀被稱為“基于球的形狀”。由具有這樣的基于球的形狀的支撐部件支撐的多個換能器在球形表面上被支撐。

只要可形成希望的高度靈敏區(qū)域，各個換能器的指向軸就不必彼此相交。由支撐部件202支撐的多個換能器201中的至少一些的指向軸在特定區(qū)域中會聚使得在該特定區(qū)域中產生的光聲波可以以高靈敏度接收就足夠了。即，多個換能器201被布置在支撐部件202上使得多個換能器201中的至少一些能夠以高靈敏度接收在高度靈敏區(qū)域中產生的光聲波就足夠了。

可以通過使用具有高機械強度的金屬材料等形成支撐部件202。

由支撐部件202支撐的多個換能器201中的每一個接收聲波并且輸出時序接收信號。

輸入單元103

輸入單元103是被配置為使得用戶能夠指定希望的信息以輸入該信息的部件。作為輸入單元103，可以使用鍵盤、鼠標、觸摸板顯示器、撥盤、按鈕等。在使用觸摸板作為輸入單元103的情況下，顯示器109可以是也充當輸入單元103的觸摸板?？梢耘c根據本發(fā)明的本實施例的光聲裝置分開地設置輸入單元103。

信號處理單元105

信號處理單元105經由信號線與換能器201連接、AD轉換從換能器201輸出的模擬接收信號、并且將轉換的信號傳送到主控制器104。信號處理單元105可以與設置在光出口108處的光檢測傳感器連接，以便與脈沖光的發(fā)射同步地獲得信號。

光照射單元106

光照射單元106包含發(fā)射光的光源和將從光源發(fā)射的光引向被檢體的光學系統(tǒng)。

光源可以是能夠產生納秒到微秒量級的脈沖光的脈沖光源。具體而言，脈沖光可以具有大約1～100納秒的脈沖寬度。并且，脈沖光可以具有從大約400nm到1600nm的范圍中的波長。特別地，在以高分辨率對靠近活體的表面的血管成像的情況下，可以使用具有可見范圍中的波長(大于或等于400nm且小于或等于700nm)的光。另一方面，在對活體的深部成像的情況下，可以使用具有不太可能在活體的背景組織中被吸收的波長(大于或等于700nm且小于或等于1100nm)的光?？商娲?，可以使用太赫茲波、微波或無線電波。

光源的具體示例是激光器或發(fā)光二極管。在通過使用多個波長的光束進行測量的情況下，可以使用能夠轉換振蕩波長的光源。在利用多個波長的光束照射被檢體的情況下，可以通過切換振蕩或者交替發(fā)射光束來使用振蕩不同波長的光束的多個光源。即使在使用多個光源的情況下，它們也被統(tǒng)稱為光源。

作為激光器，可以使用各種類型的激光器，例如，固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器和半導體激光器。特別地，可以使用諸如Nd:YAG激光器或紫翠寶石激光器的脈沖激光器?？商娲?，可以使用利用Nd:YAG激光作為泵浦光的Ti:sa激光器或光學參量振蕩(OPO)激光器。

光學系統(tǒng)使脈沖光從光源到被檢體行進。作為光學系統(tǒng)，可以使用諸如透鏡、鏡子和光學纖維的光學設備。在使用乳房等作為被檢體的生物信息獲得裝置中，光學系統(tǒng)的光發(fā)射器可以發(fā)射具有通過使用擴散板等擴展的射束直徑的脈沖光。另一方面，在光聲顯微鏡中，光學系統(tǒng)的光發(fā)射器可以由透鏡等構成，并且通過使射束直徑聚焦來發(fā)射光，以便增大分辨率。

可替代地，光照射單元106不包含光學系統(tǒng)，并且被檢體可以直接利用從光源發(fā)射的光照射。

根據本實施例的光照射單元106的光源經由用作光學系統(tǒng)的光學纖維與光出口108連接。脈沖光從支撐部件202的底部向半球形支撐部件202的曲率中心發(fā)射。

驅動單元107

用作驅動單元的驅動設備107改變被檢體和支撐部件202的相對位置。在本實施例中，驅動設備107在x方向和y方向上移動支撐部件202，并且包含其上安裝步進馬達的電動XY臺架。驅動設備107不限于二維改變被檢體和支撐部件202的相對位置的設備，并且可以使用一維或三維改變相對位置的設備。

驅動設備107包含用于移動方向的引導機構、用于移動方向的驅動機構和檢測支撐部件202的位置的位置傳感器。在圖1中所示的光聲裝置的情況下，支撐部件202被安裝在驅動設備107上，因此耐受重的負載的線性引導等可以被用作引導機構。作為驅動機構，可以使用絲杠機構、連桿機構、齒輪機構、液壓機構等。馬達可以被用作驅動力。作為位置傳感器，可以使用包含編碼器、可變電阻器等的電位計。

在本發(fā)明的示例性實施例中，被檢體和支撐部件202的相對位置被改變就足夠了，因此支撐部件202可以被固定并且被檢體可以被移動。在移動被檢體的情況下，用于支撐被檢體的被檢體支撐部件(未示出)可以被移動以移動被檢體。被檢體和支撐部件202二者均可以被移動。

移動可以被連續(xù)地執(zhí)行，或者可以在某些步驟中被重復地執(zhí)行。驅動設備107可以是電動臺架，或者可以是手動操作臺架。驅動設備107不限于以上描述的一個，并且只要它被配置為能夠移動被檢體和支撐部件202中的至少一個，就可以使用任何類型的設備。

主控制器104

主控制器104經由諸如通用串行總線(USB)的總線與輸入單元103、信號處理單元105、光照射單元106和驅動設備107連接。主控制器104控制各個設備，并且一般是內置的個人計算機(PC)。主控制器104通過使用從信號處理單元105接收的信號重構諸如從被檢體產生的初始聲壓的被檢體信息。主控制器104包含用作控制單元的中央處理單元(CPU)。并且，主控制器104包含諸如CPU或圖形處理單元(GPU)的運算元件、和諸如現場可編程門陣列(FPGA)或專用集成電路(ASIC)的運算電路。并且，主控制器104包含諸如只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)或硬盤的存儲器。

信號處理單元105的功能可以由主控制器104實現。主控制器104和信號處理單元105的組合被視為根據本實施例的處理單元。處理單元的各個功能可以由多個硬件單元實現?？商娲?，處理單元的各個功能可以由單個硬件單元實現?？商娲?，處理單元的各個功能可以由不同的硬件單元實現。

顯示器109

用作顯示單元的顯示器109以分布圖像或數值數據的形式顯示從主控制器104輸出的被檢體信息。一般地，液晶顯示器等被用作顯示器109，但是可以使用另一類型的顯示器，諸如等離子顯示器、有機電致發(fā)光(EL)顯示器或場發(fā)射顯示器(FED)?？梢耘c根據本發(fā)明的實施例的光聲裝置分開地設置顯示器109。

被檢體信息獲得處理

下面，將參照圖3中所示的流程圖給出由光聲裝置執(zhí)行的處理的詳細描述。該處理由控制光聲裝置的各個單元的主控制器104執(zhí)行。

在開始處理時，主控制器104向驅動設備107傳送指令，因此驅動設備107將支撐部件202移動到預定的照射位置(步驟S301)。

隨后，主控制器104向光照射單元106傳送指令，因此光照射單元106發(fā)射脈沖光，使得脈沖光從光出口108發(fā)射(步驟S302)。隨后，多個換能器201中的每一個接收光聲波并且向信號處理單元105輸出接收信號。此時，信號處理單元105與脈沖光的發(fā)射同步地開始一組接收信號的信號處理。此后，主控制器104向信號處理單元105傳送指令，因此信號處理單元105向主控制器104的第一存儲器傳送已對其執(zhí)行信號處理的一組接收信號(步驟S303)。這里，獲得一組接收信號的數據的操作意指將從多個換能器201輸出的一組時序接收信號轉換成數字信號并且將數字信號存儲在主控制器104的第一存儲器中的操作。

在本實施例中，通過改變保持杯101和支撐部件202的相對位置來多次獲得一組接收信號的數據。因此，主控制器104確定一組接收信號的數據是否被獲得預定的次數(步驟S304)。如果要獲得另一組信號的數據，那么處理返回到步驟S301。作為結果，與多次照射對應的多組接收信號的數據被存儲在主控制器104的第一存儲器中。

在信號已被獲得預定的次數之后，主控制器104基于存儲在主控制器104中的多組接收信號的數據產生被檢體信息(步驟S305)。多組接收信號的數據是時序信號的數據，并且被檢體信息是空間二維或三維數據?？臻g二維數據也被稱為像素數據，并且空間三維數據被稱為體素數據或者體數據。像素或者體素與根據本實施例的目標位置對應。即，在本步驟中，主控制器104執(zhí)行將多組接收信號的數據轉換成空間被檢體信息的數據的重構處理。

最后，主控制器104在顯示器109上顯示得到的被檢體信息(步驟S306)。在典型的情況下，顯示三維被檢體信息的沿XY平面、YZ平面和ZX平面取得的截面的圖像。

圖4是示出從z軸方向觀看到的驅動設備107移動支撐部件202的狀態(tài)的示圖。圓401、402和403分別代表在獲得信號(利用光照射)的第一定時、第二定時和第三定時的支撐部件202的位置。在圓401中的獲得信號的時間，區(qū)域404是高度靈敏區(qū)域。在圓402中的獲得信號的時間，區(qū)域405是高度靈敏區(qū)域。在圓403中的獲得信號的時間，區(qū)域406是高度靈敏區(qū)域。移動方法和信號獲得定時(數量)不限于本示例。例如，驅動設備107可以向保持杯101的中心螺旋狀地移動支撐部件202。

重構處理

將參照圖5中所示的流程圖給出在步驟S305中由主控制器104執(zhí)行的重構處理的具體示例的描述。

在本實施例中，向通過多次照射獲得的接收信號數據分配與支撐部件和目標位置的相對位置對應的權重，以便執(zhí)行重構處理。

主控制器104設定用于重構的目標位置，例如體素(步驟S315)。設定的目標位置可以被預先確定，或者可以由用戶使用輸入單元103指定。主控制器104可以基于代表在各個照射定時被檢體的位置的信息設定目標位置。存在當照射被檢體時與在照射之前設定的目標位置對應的被檢體的位置改變的可能性，因此用于重構的目標位置可根據代表在每個照射定時被檢體的位置的信息改變。光聲裝置可以包含能夠測量被檢體的位置的第一測量單元。作為第一測量單元，可以使用用于通過使用從電荷耦合器件(CCD)照相機、互補金屬氧化物半導體(CMOS)照相機等獲得的圖像數據測量被檢體的位置的設備、或者用于通過使用利用陀螺儀傳感器等獲得的代表被檢體的移位的信息測量被檢體的位置的設備。

主控制器104獲得代表在步驟S302中利用脈沖光照射被檢體時支撐部件202和目標位置的相對位置的信息(步驟S325)。

主控制器104可以包含預先存儲與在各個照射定時支撐部件202和目標位置的相對位置對應的權重的第二存儲器。主控制器104能夠從第二存儲器讀取與每個照射對應的權重，并由此確定權重。第一存儲器和第二存儲器可以由單個硬件單元或不同硬件單元構成。

主控制器104可以接收代表在各個照射定時支撐部件202的位置的信息，這些位置由作為設置在驅動設備107中的第二測量單元的位置傳感器檢測。第二測量單元可以通過使用光照射單元106的照射控制信號或者從光照射單元106發(fā)射的光作為觸發(fā)(trigger)來獲得代表支撐部件202的位置的信息。因此，即使在在預設的照射定時或支撐部件201的位置與實際的測量狀態(tài)之間出現誤差的情況下，也可以以高精度獲得代表在實際施加光時支撐部件202的位置的信息。

主控制器104基于在步驟S315中獲得的關于目標位置的位置信息和在步驟S325中獲得的關于支撐部件202的位置信息確定與目標位置和支撐部件202的相對位置對應的權重(步驟S335)。

現在，將參照圖6描述權重的具體示例。作為目標位置的體素501是要被重構的體素。虛線502代表各個換能器201的指向軸。點503是在第j次照射支撐部件202的曲率中心。在本實施例中，曲率中心503與多個換能器201中的至少一些的指向軸會聚的位置對應。s_j代表體素501與曲率中心503之間的距離。在這種情況下，權重可以隨距離s_j減小而增大，并且權重可以隨距離s_j增大而減小。例如，權重w_j可以是由等式(2)表達的其中距離s_j作為指數的指數函數。

[數學式2]

在支撐部件202和體素501具有某一相對位置關系時適于各個換能器201的多個權重的平均可以被用作向各個換能器201分配的權重。例如，在Xu,Minghua和Lihong V.Wang.“Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography”Physical Review E 71.1(2005)中描述的適于用于在被稱為通用背投影(UBP)的時域中重構圖像的各個換能器201的權重的平均可以被用作權重。在UBP的情況下，與由位置向量d_i,j(在第j次照射第i個換能器的位置向量)代表的位置處的換能器對應的權重w_i,j由等式(3)表達。

[數學式3]

這里，△S_i,j代表在由位置向量d_i,j代表的位置處存在的換能器的面積，并且ns_0i,j代表相對于在由位置向量d_i,j代表的位置處存在的換能器的接收表面的單位法向量(定向(orientation)方向)。即，適于UBP中的每個換能器的權重是相對于體素的每個換能器的立體角。

在這種情況下，要在第j次照射分配給由支撐部件202支撐的每個換能器201的權重w_j可通過平均各個換能器201的權重w_i,j由等式(4)表達。

[數學式4]

可替代地，適于用于根據現有技術的圖像重構的各個換能器201的權重可以被平均，并且可以使用平均權重。在使用平均權重的情況下，平均權重可以被存儲在第二存儲器中，并且可以在重構時從第二存儲器讀取。

主控制器104可以根據距離s_j逐步改變權重。例如，主控制器104可以如圖7A所示的那樣連續(xù)地改變權重，或者可以如圖7B所示的那樣離散地改變權重。

權重的值不限于上述示例，并且只要可基于支撐部件和目標位置之間的位置關系向各個換能器統(tǒng)一分配權重，就可以使用任意值的權重。可替代地，主控制器104可以通過使用等式(2)或者等式(4)計算權重。可替代地，距離s_j和權重w_j的對應表可以被創(chuàng)建并預先存儲在主控制器104的第二存儲器中，并且主控制器104可以在重構處理時參照對應表讀取與距離s_j對應的權重w_j。

現在，將給出權重可以隨著用于重構的目標位置與支撐部件202的曲率中心之間的距離s_j減小而增大的原因的描述。

在本實施例中，換能器201具有指向性并且向著半球的中心固定。因此，可由各個換能器201以高靈敏度接收在半球的中心的附近產生的聲波。通常，在重構某一聲源的情況下，可通過在用于覆蓋最大可能的立體角的方向上接收聲波以較高的分辨率執(zhí)行重構。在這種情況下，可在最大的立體角處以高靈敏度接收來自半球的中心的聲波，因此權重可以向著半球的中心增大以執(zhí)行重構。

可以向當在目標位置處產生的聲波的初始聲壓高時從多個換能器輸出的一組接收信號分配較大的權重。例如，可以向當施加到目標位置的光通量(fluence)高時產生的聲波的一組接收信號分配大的權重。即，可以向一組接收信號的數據施加與光量對應的權重。因此，具有高的S/N比的一組接收信號的權重可增大。因此，通過使用一組加權的接收信號重構的目標位置處的被檢體信息的S/N比也可增大。例如，通過將根據支撐部件和目標位置的相對位置確定的權重乘以目標位置處的光量所計算的值可以被用作權重。

在如本實施例中那樣向半球的中心發(fā)射脈沖光的情況下，在半球的中心處產生的光聲波的聲壓相對增大。在這種情況下，在半球的中心的附近，產生的光聲波的聲壓高的區(qū)域和產生的光聲波被以高靈敏度接收的區(qū)域彼此重疊，因此可以分配大的權重以執(zhí)行重構。由于這種原因，光照射單元106可以向多個換能器的指向軸會聚的位置發(fā)射脈沖光。

圖8A和圖8B是示出從光出口108發(fā)射的脈沖光的狀態(tài)和從體素501輸出的聲波到達換能器201的狀態(tài)的示圖。聲波可以從體素501以外的位置輸出，但是為了便利，省略其例示。

圖8A是示出距離s_j短的情況的示圖。脈沖光601強烈地施加到體素501，并且從體素501輸出強的聲波602。聲波602以幾乎直角進入各個換能器201。因此，各個換能器201獲得大大有助于增大要被獲得的體素501的被檢體信息的定量性的接收信號。

另一方面，圖8B是示出距離s_j長的情況的示圖。脈沖光603幾乎不施加到體素501，因此從體素501輸出的聲波604的強度低。并且，聲波604以相對于接收表面上的垂直方向的角度進入若干換能器201。因此，各個換能器201主導地(dominantly)獲得不大大有助于增大要被獲得的體素501的被檢體信息的定量性的接收信號。

因此，可以理解到，隨著距離s_j減小，一組獲得的接收信號更大大有助于增大體素501的被檢體信息的定量性，因此可以向一組接收信號分配大的權重。

如上所述，支撐部件202的曲率中心的位置和多個換能器202的指向軸會聚的位置可基于支撐部件202的位置被估計。因此，可以參照支撐部件202和目標位置之間的位置關系確定權重。

在本步驟中，在基于代表由第一測量單元測量的被檢體的位置的信息和代表由第二測量單元測量的支撐部件202的位置的信息確定權重的情況下，在實際施加光時支撐部件202和被檢體的相對位置可以以高精度確定。因此，可確定適合于照射時的實際狀態(tài)并且與支撐部件202和目標位置的相對位置對應的權重。

主控制器104向存儲在第一存儲器中的多組接收信號中的每一組分配在步驟S335中確定的權重(步驟S345)。隨后，主控制器104基于多組加權的接收信號獲得目標位置處的被檢體信息(步驟S355)。

現在，將描述步驟S345和S355的具體示例。要被重構的體素的位置向量(目標位置)由r代表，要被重構的體素的初始聲壓由p₀(r)代表，換能器201的數量由N代表，獲得信號數據的次數(照射的次數)由M代表，并且傳播路徑中的聲波的聲速由c代表。并且，在第j次照射時向一組接收信號的數據分配的權重由w_j代表(j大于或等于1且小于或等于M)，在第j次照射時第i個換能器的位置向量由d_i,j代表，并且通過由位置向量d_i,j代表的位置處的換能器獲得的時序接收信號的數據在時間t′的信號強度由p(d_i,j,t′)代表。在這種情況下，例如，主控制器104能夠通過使用由等式(5)表達的等式計算初始聲壓作為被檢體信息。

[數學式5]

主控制器104確定是否已獲得所有設定目標位置的被檢體信息(步驟S365)。如果還沒有獲得所有設定目標位置的被檢體信息，那么處理返回到步驟S315。已對所有目標位置執(zhí)行的步驟不需要再次執(zhí)行。即，處理可以返回到還沒有對所有目標位置執(zhí)行的步驟。等式(5)僅僅表達重構某一個體素的情況。通過對多個體素(所有目標位置)重復執(zhí)行的相同處理，某一區(qū)域可被重構。

主控制器104可以通過使用等式(6)對通過第一到第j次照射獲得的多組接收信號的數據計算初始聲壓，并然后可以對初始聲壓進行組合。

[數學式6]

即，每當執(zhí)行步驟S301～S303時，可以執(zhí)行步驟S305以獲得被檢體信息。在步驟S305中獲得的多條被檢體信息可以被組合，以獲得最終的被檢體信息。關于向其分配權重的接收信號p(d_i,j,t′)，如在Xu,Minghua和Lihong V.Wang.“Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography”Physical Review E 71.1(2005)中描述的那樣，可以在接收信號p(d_i,j,t′)如等式(7)表達的那樣被正值化(positively)限定之后分配權重。

[數學7]

這里，b(d_i,j,t′)代表正值化限定的接收信號的強度。正值化限定接收信號的算法不限于等式(7)，并且可以使用任何其它方法。

在本實施例中，已給出了基于圖像質量從支撐部件的曲率中心各向同性地降低的趨勢的權重的描述。可替代地，可以使用基于不同的趨勢的權重。在不能夠其間沒有間隙地將換能器布置在完美的球形表面上的情況下，高度靈敏區(qū)域不是其中心為多個換能器的指向軸會聚的位置的球。在這種情況下，存在相對于多個換能器的指向軸會聚的位置、在靠近支撐部件的區(qū)域中比在遠離支撐部件的區(qū)域中可獲得較高的圖像質量的趨勢。即，在這種情況下，高度靈敏區(qū)域具有相對于多個換能器的指向軸會聚的位置、在靠近支撐部件的區(qū)域中比在遠離支撐部件的區(qū)域中較多地擴展的趨勢。

基于該趨勢，相對于多個換能器的指向軸會聚的位置，主控制器可以向包含在靠近支撐部件的區(qū)域中的目標位置分配權重，該權重比向包含在遠離支撐部件的區(qū)域中的目標位置分配的權重大。即，在離多個換能器的指向軸會聚的位置相同距離處的目標位置當中，可以向包含在靠近支撐部件的區(qū)域中的目標位置分配權重，該權重比向包含在遠離支撐部件的區(qū)域中的目標位置分配的權重大。并且，主控制器可以向相對于多個換能器的指向軸會聚的位置位于探測器側的目標位置分配最大的權重。并且，相對于多個換能器的指向軸會聚的位置，隨著從靠近支撐部件的某一位置到目標位置的距離減小主控制器可以分配更大的權重。并且，在這些情況下，可基于支撐部件和目標位置的相對位置分配權重。

根據本實施例，向從多個換能器獲得的一組接收信號分配與支撐部件和目標位置之間的位置關系對應的統(tǒng)一權重，因此可獲得具有高的定量性和分辨率的被檢體信息。

第二實施例

根據第二實施例的光聲裝置的系統(tǒng)配置和被檢體信息獲得處理與根據第一實施例的那些類似。在本實施例中，要被用于重構目標位置的一組接收信號從存儲在第一存儲器中的多組接收信號的數據中選擇。換句話說，不被用于重構的一組接收信號從多組接收信號當中選擇。此時，可以向不被用于重構的一組接收信號分配0的權重，或者在重構時不讀取該一組接收信號。

在光聲成像中，可以根據以下描述的觀點選擇要被用于重構目標位置處的圖像的信號。

可以通過使用從其指向軸定向到目標位置的換能器輸出的接收信號重構目標位置處的圖像。因此，可以以高靈敏度接收在目標位置處產生的聲波，由此可增大與在目標位置處產生的聲波對應的接收信號的S/N比。因此，可增大通過使用接收信號重構的目標位置處的圖像強度的S/N比。

在聲源存在于目標位置處的情況下，聲波從目標位置向所有方向各向同性地傳播。因此，換能器可以被布置為接收從目標位置產生的聲波的若干頻率成分。因此，在重構圖像時，與重構偽像對應的能量整個重構圖像上分布，由此可抑制重構偽像的局部出現。

并且，換能器可以在重構偽像以目標位置為中心對稱地出現的這樣的位置處接收聲波。即，換能器可以在以目標位置為中心的點對稱位置處接收聲波。因此，重構偽像以目標位置為中心點對稱地出現。作為結果，與重構偽像對應的能量在整個重構圖像上更均勻地分布，因此重構偽像的局部出現不太可能發(fā)生。

可以在每個目標位置處通過使用基于上述觀點的接收信號重構圖像。因此，在重構圖像中的每個目標位置處，目標位置處的重構圖像(信號成分)與重構偽像(噪聲成分)之間的對比度增大。

根據本實施例的光聲裝置根據支撐部件和目標位置的相對位置從存儲在第一存儲器中的多組接收信號當中確定要被用于獲得目標位置處的被檢體信息的一組接收信號。即，根據本實施例的光聲裝置根據支撐部件和目標位置之間的距離從存儲在第一存儲器中的多組接收信號當中確定不被用于獲得目標位置處的被檢體信息的一組接收信號。

例如，在步驟S335中，通過使用等式(8)確定根據本實施例的權重。

[數學式8]

這里，d_th代表高度靈敏區(qū)域的半徑。即，在對計算不使用在體素不被包含在高度靈敏區(qū)域中時獲得的一組接收信號的情況下重構體素?？赏ㄟ^使用等式(1)估計作為閾值的高度靈敏區(qū)域的范圍。

在本實施例中，通過使用高度靈敏區(qū)域的半徑作為閾值來選擇要被用于獲得被檢體信息的一組接收信號，但閾值不限于此。

如上所述，高度靈敏區(qū)域不總是為其中心為多個換能器201的指向軸會聚的位置的球。發(fā)明人已發(fā)現，相對于多個換能器201的指向軸會聚的位置，高度靈敏區(qū)域在支撐部件202側的區(qū)域中比在遠離支撐部件202的區(qū)域中可以具有較大的面積。在這種情況下，與變得遠離支撐部件202的方向相比，主控制器104可以對相對于多個換能器201的指向軸會聚的位置接近支撐部件202的方向上較遠位置處的目標位置執(zhí)行重構。與接近支撐部件202的方向相比，主控制器104可以僅對相對于多個換能器201的指向軸會聚的位置變得遠離支撐部件202的方向上較近位置處的目標位置執(zhí)行重構。在離多個換能器201的指向軸會聚的位置相同距離處的目標位置當中，主控制器104可以對接近支撐部件202的方向上的位置處的目標位置執(zhí)行重構，并且不需要對變得遠離支撐部件202的方向上的位置處的目標位置執(zhí)行重構。

并且，可以重構基于支撐部件202的位置的某一區(qū)域，并且不需要重構另一區(qū)域。即，對于被包含在某一區(qū)域以外的區(qū)域中的目標位置的權重可以為零。某一區(qū)域的示例可以是其中心為由支撐部件支撐的多個換能器的指向軸會聚的位置的球、圓柱和方柱。在這種情況下，從多個換能器的指向軸會聚的位置到某一區(qū)域的外周的距離可以被用作閾值。如上所述，在高度靈敏區(qū)域向支撐部件202擴展的情況下，某一區(qū)域的中心可以相對于多個換能器的指向軸會聚的位置偏移到支撐部件202側?？梢灶A先設定用于確定某一區(qū)域的參數，諸如形狀、尺寸和位置。用戶可以通過使用輸入單元103輸入用于確定某一區(qū)域的參數作為關于閾值的信息，以便設定閾值。

閾值可以根據從多個換能器的指向軸會聚的位置向目標位置的方向改變。

要被重構的體素的權重不限于1，并且可以使用0以外的另一權重?？梢曰谶x擇的要被用于重構的一組接收信號根據依照諸如UBP的現有技術的圖像重構算法來獲得被檢體信息。即，可以向包含在一組接收信號中的每個接收信號分配與支撐部件202和體素501的相對位置對應的統(tǒng)一權重，并且可以向每個接收信號分配與多個換能器201的各個位置和體素501的相對位置對應的權重。

以這種方式，從多組接收信號當中選擇要被用于重構的一組接收信號，并由此可減少為了獲得被檢體信息所執(zhí)行的計算量。因此，可縮短用于獲得被檢體信息的時間。并且，在要被重構的體素不包含在高度靈敏區(qū)域中時獲得的一組接收信號是不以高靈敏度接收的一組接收信號。因此，如果一組接收信號被用于獲得被檢體信息，那么被檢體信息的定量性可降低。因此，一組接收信號不被用于獲得被檢體信息，由此可增大獲得的被檢體信息的定量性和分辨率。

修改示例

上述實施例是用于描述本發(fā)明的示例?？稍诓黄x本發(fā)明的要旨的情況下通過適當地改變或組合上述實施例來實現本發(fā)明。

本發(fā)明適用的重構處理不限于通過使用上述等式執(zhí)行的處理，并且可以應用其它的時域重構。并且，本發(fā)明適用于傅立葉域重構和模型庫重構。

其它實施例

本發(fā)明的實施例也可通過讀出并執(zhí)行記錄在存儲介質(例如，非暫時性計算機可讀存儲介質)上的計算機可執(zhí)行指令以執(zhí)行本發(fā)明的上述實施例中的一個或多個的功能的系統(tǒng)或裝置的計算機、以及通過由系統(tǒng)或裝置的計算機通過例如從存儲介質讀出并執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令以執(zhí)行上述實施例中的一個或多個的功能而執(zhí)行的方法來實現。計算機可以包括中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)或其它電路中的一個或多個，并且可以包含單獨的計算機或單獨的計算機處理器的網絡。可以例如從網絡或存儲介質向計算機提供計算機可執(zhí)行指令。存儲介質可以包含例如硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、分布式計算系統(tǒng)的儲存器、光盤(諸如緊湊盤(CD)、數字多功能盤(DVD)或藍光盤(BD)(注冊商標))、閃速存儲設備、存儲卡等中的一個或多個。

盡管已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但應理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實施例。所附權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋以便包含所有這樣的修改以及等同的結構和功能。

本申請要求2014年5月14日提交的美國專利申請No.61/992983的權益，該美國專利申請No.61/992983通過在此其整體引用而特此合并。