本發(fā)明涉及通過使用光聲效應(yīng)來獲取被檢體信息的光聲裝置。

背景技術(shù)：

在醫(yī)療領(lǐng)域中，已經(jīng)研究了如下光聲裝置，該光聲裝置將脈動光(pulsedlight)照射到被檢體、接收由于光而從被檢體發(fā)生的光聲波、并且分析光聲波的接收信號以對被檢體信息進(jìn)行成像。

ptl1公開了通過使用光聲波的接收信號執(zhí)行基于背投影算法的圖像重構(gòu)來對關(guān)于感興趣區(qū)域(roi)的被檢體信息進(jìn)行成像的裝置。

引用列表

專利文獻(xiàn)

ptl1：日本特許公開no.2014-113496

非專利文獻(xiàn)

npl1：nah,fionafui-hoon，“astudyontolerablewaitingtime:howlongarewebuserswillingtowait？”behavior&informationtechnology23.3(2004):153-163。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

問題的解決方案

在如ptl1中公開的圖像重構(gòu)中，圖像重構(gòu)所需的時間可能隨著roi內(nèi)的體素(voxel)的數(shù)量增大而增加。因此，當(dāng)roi內(nèi)的體素的數(shù)量增大時，在向用戶呈現(xiàn)對應(yīng)的圖像之前可能需要更長的時間。

根據(jù)本發(fā)明的光聲裝置包括：存儲單元，被配置為保持通過對從照射到被檢體的光產(chǎn)生的光聲波的轉(zhuǎn)換而獲取的電信號；輸入單元，被配置為指定感興趣區(qū)域；以及信息獲取單元，被配置為基于感興趣區(qū)域的尺寸來確定體素尺寸、基于保持在存儲單元中的電信號通過使用所述體素尺寸來計算感興趣區(qū)域中的被檢體信息分布、并且使顯示單元顯示被檢體信息分布。

參考附圖閱讀對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。

附圖說明

圖1是根據(jù)第一示例性實施例的光聲裝置的配置圖。

圖2是表示根據(jù)第一示例性實施例的圖像顯示方法的流程圖。

圖3是表示根據(jù)示例性實施例的初始聲壓分布計算方法的流程圖。

圖4a例示了根據(jù)第一示例性實施例的第一用戶界面示例。

圖4b例示了根據(jù)第一示例性實施例的第一用戶界面示例。

圖4c例示了根據(jù)第一示例性實施例的第一用戶界面示例。

圖4d例示了根據(jù)第一示例性實施例的第一用戶界面示例。

圖5a例示了根據(jù)第一示例性實施例的第二用戶界面示例。

圖5b例示了根據(jù)第一示例性實施例的第二用戶界面示例。

圖6例示了根據(jù)第一示例性實施例的第三用戶界面示例。

圖7是根據(jù)第二示例性實施例的光聲裝置的配置圖。

圖8是表示根據(jù)第二示例性實施例的光吸收系數(shù)分布計算方法的流程圖。

具體實施方式

光聲裝置可以被用來通過分析光聲波來對與被檢體的光吸收系數(shù)相關(guān)聯(lián)的被攝體信息進(jìn)行成像。術(shù)語“光吸收系數(shù)”在這里是指生物組織對光能的吸收率。例如，源自由光聲裝置獲取的光聲波的被檢體信息可以是初始聲壓、光吸收能量密度、光吸收系數(shù)等?？梢葬槍哂卸鄠€波長的光獲取光吸收系數(shù)，并且可以對基于具有多個波長的光而獲取的光吸收系數(shù)進(jìn)行分析，以獲取被檢體的成分的濃度。例如，光聲裝置可以被用來獲取氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白之間的濃度比，使得可以計算生物組織的氧飽和度。這種成分的濃度可以是能由光聲裝置獲取的被檢體信息。

光聲裝置可以重構(gòu)二維或三維的被檢體信息分布，并根據(jù)需要從所獲取的被檢體信息分布生成切片圖像或mip圖像，使得圖像可以被呈現(xiàn)給用戶(主要是諸如醫(yī)務(wù)人員的檢查者)。可能存在用戶需要更詳細(xì)地觀察顯示圖像的特定區(qū)域的情況。在這種情況下，光聲裝置可以減小構(gòu)成被檢體信息分布的每個體素(voxel)的尺寸，以便以更精細(xì)的體素間距重構(gòu)圖像，使得可以呈現(xiàn)更細(xì)節(jié)的圖像。

但是，在向用戶顯示的圖像的所有區(qū)域中減小的體素尺寸可能增加重構(gòu)圖像的體素的總數(shù)。因此，重構(gòu)處理所需的時間也可能增加。尤其是當(dāng)要重構(gòu)三維被檢體信息分布時，與二維被檢體信息分布的重構(gòu)相比，減小的體素尺寸可能顯著增加體素的數(shù)量并因此增加處理時間。

因而，根據(jù)本發(fā)明的光聲裝置基于指定的roi的尺寸來確定用于重構(gòu)的體素尺寸。因此，可以減少重構(gòu)所需的冗余處理時間。

術(shù)語“體素尺寸”在這里指的是具有相等尺寸并且在空間上緊密展開的每個三維體素的一個邊的長度。應(yīng)注意，即使要重構(gòu)的區(qū)域的每個格點處的最小區(qū)域是二維的，最小區(qū)域也將被稱為體素。換句話說，一般稱為像素的二維最小區(qū)域?qū)⒈环Q為“體素”，其中“像素”的概念被三維地延伸。用于確定體素尺寸的方法將在示例性實施例的描述中詳細(xì)描述。

參考附圖，將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例。原則上相同的標(biāo)號統(tǒng)統(tǒng)指代相同的部分，并且將省略重復(fù)的描述。

第一示例性實施例

根據(jù)第一示例性實施例的光聲裝置是重構(gòu)通過對光聲波的轉(zhuǎn)換而獲取的電信號并顯示初始聲壓分布的裝置。

系統(tǒng)配置

將參考圖1描述根據(jù)第一示例性實施例的光聲裝置的配置。

根據(jù)第一示例性實施例的光聲裝置包括光源101、聲波探測器102、信號獲取單元103、存儲單元104、輸入單元105、初始聲壓計算單元106和顯示單元107。

下面將描述這些部件。

光源101

光源100可以是能夠生成納秒至微秒級的脈動光111的脈動光源。具體的脈沖寬度可以在大約1至100納秒的范圍內(nèi)。波長可以在大約400nm至1600nm的范圍內(nèi)。特別地，為了以高分辨率對生物體表面附近的血管進(jìn)行成像，具有可見光區(qū)域(等于或高于400nm并且等于或低于700nm)中的波長的光是優(yōu)選的。另一方面，為了對活體的深部進(jìn)行成像，具有活體的背景組織吸收較少的波長(等于或高于700nm并且等于或低于1100nm)的光是優(yōu)選的。

光源101可以是激光器。對于使用具有多個波長的光的測量，可以使用其中激光器所振蕩的光的波長可被轉(zhuǎn)換的激光器。在具有多個波長的光被照射到被檢體110的情況下，可以通過切換振蕩波長或通過交替地照射來使用振蕩出具有相互不同的波長的光的多個激光器。多個激光器可以被集體地處理以作為光源。

可以使用各種激光器，諸如固體激光器、氣體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器。特別地，可以使用諸如nd:yag激光器和翠綠寶石激光器之類的脈動激光器?？商娲?，可以使用由nd:yag激光激發(fā)的ti:sa激光器或opo(光學(xué)參數(shù)振蕩器)激光器。可以使用發(fā)光二極管代替這種激光。

聲波探測器102

聲波探測器102將光聲波轉(zhuǎn)換為電信號，光聲波是通過將從光源101發(fā)射的脈動光111照射到被檢體110而生成的。聲波探測器102具有殼體以及一個或多個聲波換能器。聲波換能器可以是能夠接收聲波并將其轉(zhuǎn)換為電信號的任何裝置，諸如應(yīng)用例如鋯鈦酸鉛(pzt)的壓電現(xiàn)象的壓電元件、應(yīng)用光的振蕩的聲波換能器、以及諸如cmut(電容式微加工超聲波換能器)之類的電容式聲波換能器。在設(shè)有多個聲波換能器的情況下，它們可以被布置在平面或曲面內(nèi)，例如被布置成1d陣列、1.5d陣列、1.75d陣列或2d陣列。

為了獲取寬范圍中的被檢體信息，聲波探測器102可以被配置為通過使用掃描機(jī)構(gòu)(未示出)在被檢體110周圍機(jī)械移動。

在聲波探測器102為手持類型的情況下，聲波探測器102具有手柄，用戶可以利用該手柄抓住聲波探測器102。聲透鏡可以設(shè)在聲波探測器102的接收表面上。聲波探測器102可以具有多個聲波換能器。

聲波探測器102可以具有放大從換能器輸出的時序模擬信號的放大器。換句話說，聲波探測器102可以具有下面將描述的信號獲取單元103。

信號獲取單元103

信號獲取單元103是經(jīng)由信號線連接到聲波探測器102并且對由聲波探測器102獲取的電信號執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換并將其寫在存儲單元104中的設(shè)備。例如，信號獲取單元103可以連接到與用于發(fā)射脈動光111的單元附接的光檢測傳感器，并且脈動光111的發(fā)射可以同步地觸發(fā)信號獲取單元103的處理的開始。

存儲單元104

存儲單元104是存儲已經(jīng)歷ad轉(zhuǎn)換的電信號數(shù)據(jù)的介質(zhì)。存儲單元104典型地可以是非暫時性存儲介質(zhì)，諸如磁盤和閃存。存儲單元104可以是易失性介質(zhì)，諸如dram(動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)。應(yīng)注意，存儲程序的存儲介質(zhì)優(yōu)選地是非暫時性存儲介質(zhì)。

輸入單元105

輸入單元105可被用戶用于指定感興趣區(qū)域。輸入單元105可以包括鼠標(biāo)、鍵盤和觸摸面板。響應(yīng)于用戶對其的操作，事件被通知給在充當(dāng)控制單元的cpu(未示出)上運(yùn)行的軟件程序(諸如os)。例如，用戶可以操作輸入單元105，使得對于相應(yīng)的輸入，在顯示單元107上顯示的gui(圖形用戶界面)項目可以被操作。輸入單元105可以接收來自用戶的輸入，并將輸入信息發(fā)送到光聲裝置中的諸如初始聲壓計算單元106之類的部件。例如，當(dāng)用戶改變roi時，輸入單元105將roi的范圍通知給初始聲壓計算單元。

手持類型的光聲裝置中的輸入單元105優(yōu)選地具有指示該裝置的驅(qū)動的功能。在這種手持式光聲裝置中設(shè)置的輸入單元105可以是設(shè)在探測器上的按鈕式開關(guān)或腳踏開關(guān)。

應(yīng)注意，可以根據(jù)需要提供多個輸入單元105。

初始聲壓計算單元106

初始聲壓計算單元106基于保持在存儲單元104中的電信號的數(shù)據(jù)來重構(gòu)初始聲壓分布。初始聲壓計算單元106典型地可以是諸如cpu、gpu(圖形處理單元)之類的處理器或諸如fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片之類的計算電路。應(yīng)注意，初始聲壓計算單元106可以不僅包括一個處理器或計算電路，還包括多個處理器或計算電路。

初始聲壓計算單元106能夠通過使用公知的重構(gòu)算法(諸如ubp(通用背投影)、濾波背投影(fbp)或基于模型的方法)來計算初始聲壓分布。

應(yīng)注意，由初始聲壓計算單元106執(zhí)行的處理作為程序存儲在存儲單元104中。然后，充當(dāng)控制單元的cpu可以讀出存儲在存儲單元104中的程序，并且初始聲壓計算單元106可以執(zhí)行程序中描述的處理。根據(jù)本示例性實施例，初始聲壓計算單元106可以與信息獲取單元對應(yīng)。

應(yīng)注意，信號獲取單元103和初始聲壓計算單元106可以包括公共的計算元件或計算電路。換句話說，根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置可以具有充當(dāng)信號獲取單元103和初始聲壓計算單元106的計算元件或計算電路。

顯示單元107

顯示單元107顯示由初始聲壓計算單元106計算的初始聲壓分布。顯示單元107可以是諸如lcd(液晶顯示器)、crt(陰極射線管)和有機(jī)電致發(fā)光顯示器之類的顯示器。顯示單元107可以與光聲裝置分開提供。

被檢體110

雖然被檢體110不包括在光聲裝置中，但是將在下面進(jìn)行描述。根據(jù)以下實施例的光聲裝置主要可用于對人或動物的血管疾病或惡性腫瘤進(jìn)行化學(xué)治療的診斷和追蹤研究。因此，被檢體110可以是活體，更具體而言，它可以是諸如人或動物體的乳房、頸部或腹部之類的診斷目標(biāo)區(qū)域。例如，在人體為測量目標(biāo)的情況下，光吸收體的靶可以是氧合血紅蛋白或脫氧血紅蛋白、或者含有大量氧合血紅蛋白或脫氧血紅蛋白的血管、或者含有許多新血管的惡性腫瘤。

圖像顯示方法

參考圖2，將描述通過使用根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置來顯示初始聲壓分布的圖像的方法。應(yīng)注意，包括諸如cpu之類的計算元件的計算機(jī)讀出存儲在存儲單元104中并且其中描述了圖像顯示方法的程序，并使光聲裝置執(zhí)行以下圖像顯示方法。

光源101發(fā)射光，并且脈動光111被照射到被檢體110(s101)。脈動光111被被檢體110吸收，并且光聲波112由于光聲效應(yīng)而發(fā)生。聲波探測器102接收光聲波112并輸出時序模擬電信號(s102)。從信號獲取單元103和聲波探測器102輸出的時序模擬信號被收集并經(jīng)歷放大處理和ad轉(zhuǎn)換處理(s103)。然后，信號獲取單元103將數(shù)字化的時序電信號存儲在存儲單元104中(s104)。

接下來，輸入單元105將關(guān)于由用戶指定的roi的信息輸出到初始聲壓計算單元106(s105)。換句話說，用戶可以使用輸入單元105來指定roi。應(yīng)注意，任何roi指定方法和任何指定區(qū)域都是可適用的，只要能指定roi即可。例如，用戶可以通過使用輸入單元105從由諸如ccd之類的相機(jī)(未示出)捕獲并由顯示單元107顯示的被檢體110的光學(xué)圖像中指定任意區(qū)域作為roi。例如，初始聲壓計算單元106可以讀出保持在存儲單元104中的預(yù)定roi以及指定預(yù)定roi。

接下來，初始聲壓計算單元106從存儲單元104讀出電信號并獲取在s105中指定的roi的初始聲壓分布(s106)。初始聲壓計算單元106將所獲取的初始聲壓分布的數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示單元107，并且使顯示單元107顯示初始聲壓分布的圖像(s107)。

參考圖3，將詳細(xì)描述由初始聲壓計算單元106執(zhí)行的步驟s106和步驟s107。在這里，例如，初始聲壓計算單元106可以應(yīng)用ubp作為重構(gòu)方案。

初始聲壓計算單元106開始操作，并然后從存儲單元104讀取電信號的數(shù)據(jù)(s201)。接下來，初始聲壓計算單元106對電信號執(zhí)行預(yù)處理(s202)。這里的預(yù)處理是指獨立于roi的范圍而對電信號執(zhí)行的處理。根據(jù)ubp，初始聲壓計算單元106基于以下表達(dá)式(1)執(zhí)行預(yù)處理：

[數(shù)學(xué)公式1]

在這種情況下，p(r0，t)是在位置r0由聲波換能器獲取的信號的在時刻t的值，并且b(r0，t)是通過對p(r0，t)執(zhí)行預(yù)處理所獲取的值。

接下來，初始聲壓計算單元106基于在s105中指定的roi的尺寸來確定用于計算(重構(gòu))初始聲壓分布的體素尺寸(s203)。

下面將詳細(xì)描述用于確定體素尺寸的方法。

初始聲壓計算單元106可以基于顯示單元107的所有顯示區(qū)域中顯示初始聲壓分布的圖像的顯示區(qū)域中的像素數(shù)量來確定體素尺寸。所有顯示區(qū)域中顯示初始聲壓分布的圖像的顯示區(qū)域?qū)⒈缓喎Q為“顯示區(qū)域”。在以統(tǒng)一的方式把要重構(gòu)的二維和三維最小區(qū)域稱為“體素”的情況下，顯示區(qū)域內(nèi)顯示關(guān)于被檢體的信息的最小區(qū)域?qū)⒈环Q為“像素”。

更具體而言，初始聲壓計算單元106可以確定體素尺寸，使得“顯示區(qū)域中的像素數(shù)×體素尺寸”可以等于在s105中指定的roi的尺寸。例如，將考慮其中在s105中指定的roi的尺寸在xy平面上為256mm×256mm并且與顯示區(qū)域的xy平面對應(yīng)的像素數(shù)為256×256的情況。在這種情況下，初始聲壓計算單元106將體素尺寸確定為1mm，以滿足“體素尺寸＝roi的尺寸(256mm)÷顯示區(qū)域中的像素數(shù)(256)”。接下來，將描述其中具有相等尺寸的像素在顯示區(qū)域上緊密展開的情況。關(guān)于顯示區(qū)域中的像素數(shù)的信息可以由初始聲壓計算單元106從顯示單元107接收，并且可以由用戶通過使用輸入單元105輸入。

將檢查指定roi的縱橫比與顯示區(qū)域的縱橫比不同的情況。在這種情況下，為了使roi適配顯示區(qū)域，優(yōu)選地參考與roi的與顯示區(qū)域的外邊緣匹配的邊正交的方向來確定體素尺寸。換句話說，體素尺寸被優(yōu)選地確定為使得“正交方向的顯示區(qū)域中的像素數(shù)×體素尺寸”可以與正交方向上的roi的長度相匹配。以比顯示單元107的分辨率更精細(xì)的體素間距計算初始聲壓分布可能不會容易地有助于改進(jìn)初始聲壓分布的圖像的質(zhì)量。因此，在xy兩個方向上，將體素尺寸確定為使得要重構(gòu)的體素的數(shù)量可以高于顯示區(qū)域中的像素數(shù)量在不容易提高圖像的質(zhì)量的同時增加了圖像的處理量。

例如，將檢查如下情況：在s105中指定的roi的尺寸在xy平面上為54mm×128mm，并且與顯示單元107的xy平面對應(yīng)的像素數(shù)為256×256的情況。在這種情況下，當(dāng)嘗試使roi適配顯示區(qū)域時，roi的x方向上的邊與顯示區(qū)域的外邊緣匹配。因而，初始聲壓計算單元106將體素尺寸確定為0.5mm，以滿足“體素尺寸＝roi的y方向上的長度(128mm)÷y方向上的像素數(shù)(256)”的條件。

以這種方式根據(jù)顯示區(qū)域中的像素數(shù)確定體素尺寸可以減少由于按體素間距重構(gòu)而導(dǎo)致的冗余處理時間，其中每個體素間距均大于用于指定roi的顯示單元107的分辨率。

初始聲壓計算單元106可以確定體素尺寸，使得可以在用戶期望的時間段內(nèi)呈現(xiàn)初始聲壓分布的圖像。例如，如npl1中所公開的，已知只要裝置在從用戶給出指令起的0.1秒內(nèi)作出響應(yīng)，用戶就可以感知到設(shè)備立即作出響應(yīng)。因而，初始聲壓計算單元106可以基于關(guān)于光聲裝置的計算能力的信息來確定可以在0.1秒內(nèi)獲取s105中指定的roi中的初始聲壓分布的體素尺寸。這可以減少由于從roi的范圍的指定到對應(yīng)圖像的呈現(xiàn)所需的待機(jī)時間而強(qiáng)加給用戶的壓力。應(yīng)注意，呈現(xiàn)圖像所需的預(yù)定時間段不限于0.1秒，并且可以通過使用輸入單元105來設(shè)置。關(guān)于光聲裝置的計算能力的信息可以存儲在存儲單元104中。

接下來，初始聲壓計算單元106基于步驟s105中指定的roi的范圍來確定體素坐標(biāo)(s204)。例如，roi的范圍可以在xy平面上被指定為圍繞坐標(biāo)(0,0)的正方形。當(dāng)z坐標(biāo)的值等于0時，體素的坐標(biāo)被確定為(-128,-128,0)、(-127,-128,0)、...、(0,-128,0)、...、(127,-128,0)、(-128,-127,0)、(-127,-127,0)、...、(127,127,0)。

應(yīng)注意，可以在s105和s205之間的任何時間點執(zhí)行s203和s204。

接下來，初始聲壓計算單元106計算在s203和s204中確定的體素的初始聲壓(s205)。根據(jù)ubp，初始聲壓計算單元106通過使用下面的表達(dá)式(2)來計算初始聲壓。

[數(shù)學(xué)公式2]

在這種情況下，p(b)0(r)是要重構(gòu)的體素的初始聲壓，并且n是換能器的數(shù)量。δωi是通過使用表達(dá)式(3)表示的、基于從要重構(gòu)的體素看待第i個換能器的立體角的權(quán)重。

[數(shù)學(xué)公式3]

在這種情況下，di是第i個傳感器的位置向量，δsi是第i個換能器的面積，并且ns0i是di的相對于第i個換能器的平面的單位法向量。

接下來，初始聲壓計算單元106將計算出的體素的初始聲壓作為初始聲壓分布發(fā)送到顯示單元107(s206)。在這個示例中，因為256×256×1個體素被重構(gòu)，所以得到的圖像可以照原樣顯示為256×256的圖像?？商娲兀?，當(dāng)256×256×8個體素被重構(gòu)時，可以顯示在z方向上投影的256×256平板mip(最大強(qiáng)度投影)。

接下來，在初始聲壓分布的圖像正被顯示在顯示單元107上的同時，初始聲壓計算單元106確定是否已經(jīng)從輸入單元105接收到對roi的重新指定的通知(s207)。如果初始聲壓計算單元106從輸入單元105接收到對roi的重新指定的通知，那么處理移動到步驟s203?；陉P(guān)于重新指定的roi的信息，第二次以及后來執(zhí)行s203至s206中的處理。應(yīng)注意，重新指定的roi與第二感興趣區(qū)域?qū)?yīng)?；谥匦轮付ǖ膔oi的尺寸在s203中確定的體素尺寸與第二體素尺寸對應(yīng)。在s205中用第二體素尺寸計算的初始聲壓分布對應(yīng)于第二被檢體信息分布。

如上所述，通過應(yīng)用根據(jù)本示例性實施例的圖像顯示方法，可以減少用于計算初始聲壓分布的冗余處理時間。

用戶界面

接下來將描述要顯示在顯示單元107上的根據(jù)本示例性實施例的gui(圖形用戶界面)的示例。

圖4a例示了在s105中指定的roi中的初始聲壓分布的圖像。圖4a中所示的初始聲壓分布是通過利用基于步驟s105中指定的roi的尺寸確定的體素尺寸進(jìn)行重構(gòu)而獲取的結(jié)果。此體素尺寸對應(yīng)于第一體素尺寸。圖4a中所示的初始聲壓分布對應(yīng)于第一被檢體信息分布。

區(qū)域301是顯示單元107的完整顯示區(qū)域。區(qū)域302是所有顯示區(qū)域中用于顯示在步驟s205中計算的初始聲壓分布的顯示區(qū)域。滾動條303和滾動條304分別是用于縱向和橫向地滾動區(qū)域307的滾動條。項305和項306是分別以放大的比例和縮小的比例顯示初始聲壓分布的項。區(qū)域307是用于指示當(dāng)按下項305時以放大的比例顯示的區(qū)域的二維xy坐標(biāo)的框。區(qū)域308是用于指定roi的z坐標(biāo)的范圍的文本框區(qū)域。

用戶可以使用輸入單元105來操作滾動條303和滾動條304并將區(qū)域307移動到期望的位置。當(dāng)用戶通過使用輸入單元105按下項305時，區(qū)域307和區(qū)域308中指定的區(qū)域被以放大的比例顯示，并且圖4b中所示的初始聲壓分布的圖像被顯示。圖4b中所示的初始聲壓分布對應(yīng)于第二被檢體信息分布。

在這種情況下，當(dāng)按下項305時，從輸入單元105向初始聲壓計算單元106通知關(guān)于基于區(qū)域307和區(qū)域308的roi的信息?；陉P(guān)于roi的消息執(zhí)行s203至s206的處理導(dǎo)致在區(qū)域302中顯示的圖像的變化。在區(qū)域307和區(qū)域308中確定的roi對應(yīng)于第二感興趣區(qū)域，并且基于roi確定的體素尺寸對應(yīng)于第二體素尺寸。

根據(jù)本示例性實施例，在區(qū)域307中指定的xy平面坐標(biāo)和基于在區(qū)域308中指定的z坐標(biāo)的范圍確定的三維區(qū)域?qū)?yīng)于第二感興趣區(qū)域。雖然已經(jīng)描述了根據(jù)本示例性實施例，用區(qū)域307中的xy坐標(biāo)和區(qū)域308中分開指定的z坐標(biāo)的范圍來指定roi的范圍，但是roi指定方法不限于此。雖然已經(jīng)描述了用邊與xyz軸平行的矩形平行六面體來指定roi范圍，但是本發(fā)明不限于此。任意區(qū)域可以被定義為roi。

當(dāng)在圖4b中的狀態(tài)下按下項306時，圖4b中以放大的比例顯示的圖像返回到處于圖4a中所示的原始比例的圖像。在這種情況下，將步驟s105中指定的roi的范圍通知給初始聲壓計算單元106，并且以相同的方式再次計算初始聲壓分布。應(yīng)注意，關(guān)于先前顯示的初始聲壓分布的信息可以存儲在存儲單元104中，并且當(dāng)指示縮小比例時，關(guān)于先前計算的初始聲壓分布的信息可以從存儲單元104讀出并顯示。

當(dāng)用戶在圖4b的狀態(tài)下通過經(jīng)由輸入單元105使用滾動條303向下滾動圖像時，顯示范圍可以改變?yōu)閳D4c中所示的顯示范圍。在這種情況下，輸入單元105向初始聲壓計算單元106通知roi的范圍已經(jīng)改變。在這種情況下，因為roi的尺寸沒有改變，所以在s203中確定與先前的體素尺寸相同的體素尺寸。但是，在s204中要重構(gòu)的體素坐標(biāo)改變。當(dāng)roi的范圍改變時，初始聲壓計算單元106還重新計算初始聲壓分布。對于滾動條304移動的情況也是如此。關(guān)于如圖4b中那樣計算的初始聲壓分布的信息可以存儲在存儲單元104中，并且對于圖4b和圖4c中的roi的公共部分，可以從存儲單元104讀出先前計算的初始聲壓分布，并且可以分配初始聲壓的值。因此，可以在不重新計算的情況下獲取公共部分的初始聲壓。

關(guān)于放大和縮小的指示，本發(fā)明不限于項305和項306的按下，而是可以應(yīng)用任何方法。例如，可以根據(jù)充當(dāng)輸入單元105的鼠標(biāo)的滾輪的旋轉(zhuǎn)量來指示放大和縮小。另外，對于區(qū)域302的顯示范圍的指定或區(qū)域307的移動的指示，本發(fā)明不限于使用滾動條303和滾動條304的方法，而是可以應(yīng)用任何方法。例如，可以按照從由作為鼠標(biāo)的輸入單元105拖動開始的位置處的起點到拖動結(jié)束的位置處的終點的移動量，移動區(qū)域302或區(qū)域307。

在圖4a至4c中所示的示例中，通過放大或縮小預(yù)定的放大比例來改變要在區(qū)域302中顯示的圖像。為此，可以將關(guān)于與預(yù)定放大比例對應(yīng)的體素尺寸的信息預(yù)先存儲在存儲單元104中，并且在步驟s203中，初始聲壓計算單元106可以讀出與預(yù)定放大比例對應(yīng)的預(yù)定體素尺寸。在圖4a至4c所示的例子中，預(yù)定放大比例被設(shè)置為2x。所讀取的預(yù)定體素尺寸對應(yīng)于第二體素尺寸。

如圖4d中所示，gui可以具有區(qū)域310，該區(qū)域310是指定放大比例的文本框區(qū)域。換句話說，gui可以被配置為使得可以改變要輸入到區(qū)域310的數(shù)字以響應(yīng)于按下項305而改變放大比例。區(qū)域307的尺寸可以根據(jù)輸入到區(qū)域310的放大比例而自動地改變。初始聲壓計算單元106基于通過輸入單元105輸入到區(qū)域310的數(shù)字來確定體素尺寸。在這種情況下，初始聲壓計算單元106可以將先前計算出的體素尺寸除以指定的放大比例，以確定新的體素尺寸。在這里，新的體素尺寸對應(yīng)于第二體素尺寸。

在本示例性實施例的描述中，為了方便起見，使用術(shù)語“放大和縮小”。但是，術(shù)語“放大和縮小”不是簡單地指拉伸圖像的處理，而是實際上指通過改變體素尺寸來重新計算初始聲壓分布。

用戶可以從顯示區(qū)域中顯示的初始聲壓分布的圖像中指定任意區(qū)域，以將該區(qū)域設(shè)置為要重新指定的第二感興趣區(qū)域。這個示例將參考圖5a和5b來描述。光標(biāo)508與用戶開始鼠標(biāo)拖動的點對應(yīng)，光標(biāo)509與用戶結(jié)束鼠標(biāo)拖動的點對應(yīng)，并且區(qū)域507與由鼠標(biāo)拖動選擇的區(qū)域?qū)?yīng)。如圖5a中所示，在指定區(qū)域507之后并且當(dāng)項305被按下時，圖像被放大，如圖5b中所示。

在這種情況下，例如假設(shè)圖5a中的區(qū)域302中顯示的roi尺寸是256mm×256mm并且光標(biāo)508和光標(biāo)509的坐標(biāo)分別是(0,0)和(64,128)，并且區(qū)域507的尺寸是64mm×128mm。在這種情況下，初始聲壓計算單元106將0.5mm確定為體素尺寸，以滿足“體素尺寸＝紙張表面的垂直方向上的roi的長度(128mm)÷顯示區(qū)域的像素數(shù)(256)”的條件。

雖然圖4a至圖4c以及圖5a和5b例示了用于在顯示單元107中顯示初始聲壓分布的一個區(qū)域，但是可以如圖6所示那樣顯示放大前、后的初始聲壓分布的圖像。區(qū)域602與用于顯示放大之前的初始聲壓分布的顯示區(qū)域?qū)?yīng)。區(qū)域603與用于顯示在區(qū)域307中的圖像的放大圖像的顯示區(qū)域?qū)?yīng)。根據(jù)參考圖6描述的方法，用戶可以在區(qū)域602中檢查在整個圖像中經(jīng)歷放大的區(qū)域307的同時在區(qū)域603中檢查放大圖像。用戶可以通過輸入單元105操作滾動條303和304，以移動區(qū)域307并且實時地在區(qū)域603中檢查區(qū)域307中的放大圖像。應(yīng)注意，當(dāng)區(qū)域307的尺寸或位置改變時，可以在沒有放大指令的情況下生成放大的圖像，以便如圖5a和5b中那樣并排呈現(xiàn)放大前、后的圖像。放大前、后的圖像可以并排地顯示在不同的顯示器上。在這種情況下，可以將多個顯示器作為顯示單元107進(jìn)行處理。雖然在圖6中并排顯示放大前后的初始聲壓分布，但是它們可以通過將一個放在另一個上來顯示。

雖然已經(jīng)描述了在根據(jù)本示例性實施例指定roi時體素尺寸總是改變的情況，但本發(fā)明不限于這方面。根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置可以被配置，其中例如可以通過輸入單元105選擇允許改變體素尺寸的可變模式和不允許改變體素尺寸的不變模式中的一種。當(dāng)用戶選擇可變模式時，可以執(zhí)行根據(jù)本示例性實施例的上述圖像顯示方法。另一方面，當(dāng)選擇不變模式時，因為體素尺寸沒有改變，所以得到的放大圖像的分辨率會降低。但是，因為處理所需的時間減少，所以可以更快地顯示圖像。因此，因為可以選擇允許以高分辨率(高質(zhì)量)顯示roi內(nèi)的圖像的可變模式和允許實時地顯示roi內(nèi)的圖像的不變模式之一，所以可以滿足各種用戶的需要。

已經(jīng)描述了根據(jù)本示例性實施例的根據(jù)指定的roi的尺寸來設(shè)置體素尺寸以減少冗余處理時間的示例。但是，可以根據(jù)指定的roi的尺寸來改變除體素尺寸設(shè)置之外的其它處理方法。例如，可以根據(jù)指定的roi的尺寸來改變重構(gòu)算法。當(dāng)設(shè)置了具有預(yù)定尺寸或更大的roi時，可以執(zhí)行需要更少處理量的時域重構(gòu)或傅立葉域重構(gòu)。當(dāng)設(shè)置了具有預(yù)定尺寸或更小的roi時，可以執(zhí)行基于模型的重構(gòu)，通過該重構(gòu)可以獲取高質(zhì)量圖像，但是它需要更高的處理量。

第二示例性實施例

系統(tǒng)配置

參考圖7，將描述根據(jù)第二示例性實施例的光聲裝置的配置。相同的標(biāo)號在圖1和圖7中指相同的部分，并且將省略詳細(xì)的重復(fù)描述。

根據(jù)第二示例性實施例的光聲裝置包括光源101、聲波探測器102、信號獲取單元103、存儲單元104、輸入單元105、初始聲壓計算單元106、顯示單元107、光通量計算單元201和吸收系數(shù)計算單元202。根據(jù)第二示例性實施例的光聲裝置與第一示例性實施例的光聲裝置的不同之處在于，還提供了光通量計算單元201和吸收系數(shù)計算單元202。

光通量計算單元201基于從存儲單元104讀出的脈動光111的強(qiáng)度來獲取照射到被檢體110的脈動光111的強(qiáng)度如何在被檢體內(nèi)分布。下面將描述要由光通量計算單元201執(zhí)行的處理的細(xì)節(jié)。

已知由光聲效應(yīng)引起的聲波的聲壓p0可以通過使用以下表達(dá)式(4)表示：

p0＝μa*γ*φ(4)

其中μa是光吸收系數(shù)，г是依賴于被檢體的類型的常數(shù)并且被稱為gruneisen系數(shù)，并且ф表示光通量。

吸收系數(shù)計算單元202根據(jù)表達(dá)式(4)基于由初始聲壓計算單元106獲取的初始聲壓分布和由光通量計算單元201獲取的光通量分布來計算吸收系數(shù)分布。

光通量計算單元201或吸收系數(shù)計算單元202典型地可以使用諸如cpu和gpu(圖形處理單元)之類的處理器以及諸如fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片之類的計算電路。光通量計算單元201或吸收系數(shù)計算單元202可以包括多個處理器和計算電路，而不是一個處理器和一個計算電路。

要由光通量計算單元201或吸收系數(shù)計算單元202執(zhí)行的處理作為程序存儲在存儲單元104中。充當(dāng)控制單元的cpu可以讀取存儲在出存儲單元104中的程序，并且光通量計算單元201或吸收系數(shù)計算單元202可以執(zhí)行程序中描述的處理。根據(jù)本示例性實施例，光通量計算單元201或吸收系數(shù)計算單元202對應(yīng)于信息獲取單元。初始聲壓計算單元106、光通量計算單元201和吸收系數(shù)計算單元202可以包括公共的計算元件或計算電路。換句話說，根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置可以包括可實現(xiàn)初始聲壓計算單元106、光通量計算單元201和吸收系數(shù)計算單元202的功能的計算元件或計算電路。

圖像顯示方法

接下來，將描述根據(jù)本示例性實施例的圖像顯示方法。特別地，將詳細(xì)描述要由初始聲壓計算單元106、光通量計算單元201和吸收系數(shù)計算單元202執(zhí)行的處理。圖8例示了根據(jù)本示例性實施例的圖像顯示方法的流程。相同的標(biāo)號在圖3和圖8中指相同的步驟，并且將省略詳細(xì)的重復(fù)描述。

光通量計算單元201通過使用在s203和s204中確定的體素的尺寸和坐標(biāo)來計算每個體素的光通量，并獲取在s105中指定的roi中的光通量分布(s301)。光通量計算單元201還將在s301中計算出的關(guān)于光通量分布的數(shù)據(jù)存儲在存儲單元104中以供s304中使用，s304將在下面描述。

例如，光通量計算單元201可以通過數(shù)值求解表示光能在光被吸收并被散射的介質(zhì)中的行為的傳遞方程或擴(kuò)散方程來計算光通量分布。這種數(shù)值求解方法可以是有限元分析、差分法、蒙特卡羅(montecarlo)方法等?；谟嬎惴椒ǐ@取的光通量分布與第一光通量分布對應(yīng)。

接下來，吸收系數(shù)計算單元202通過使用方程(4)基于在s105中指定的roi中的初始聲壓分布和光通量分布來計算roi中的光吸收系數(shù)分布(s302)。在這里計算的光吸收系數(shù)分布對應(yīng)于第一被檢體信息分布。吸收系數(shù)計算單元202將關(guān)于在s302中計算出的光吸收系數(shù)分布的數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示單元107(s303)。顯示單元107接收關(guān)于光吸收系數(shù)分布的數(shù)據(jù)，并顯示表示光吸收系數(shù)分布的圖像。

接下來，如上所述，當(dāng)重新指定roi時，基于關(guān)于重新指定的roi的信息來執(zhí)行s203至s205中的處理。通過輸入單元105輸入的關(guān)于roi的信息被存儲在存儲單元104中以供s304中使用，s304將在下面描述。

接下來，光通量計算單元201確定重新指定的roi是否被包含在先前指定的roi中(s304)。更具體而言，根據(jù)本示例性實施例，光通量計算單元201確定s207中重新指定的roi是否被包含在s105中指定的roi中。

如果重新指定的roi被包含在s105中指定的roi中，那么處理移動到s305。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與初始聲壓分布的計算中的體素尺寸減小相比，減小的體素尺寸對光通量分布的計算精度具有較小的影響。因而，如果重新指定的roi被包含在先前指定的roi中，那么光通量計算單元201可以基于先前指定的roi中的光通量分布來獲取重新指定的roi中的光通量分布，而與重新指定的roi的尺寸無關(guān)。光通量計算單元201可以分配先前獲取的光通量分布作為重新指定的roi中的光通量分布?？商娲?，光通量計算單元201可以將先前獲取的光通量分布內(nèi)插至與重新指定的roi對應(yīng)的體素尺寸，以獲取重新指定的roi中的光通量分布。這可以顯著減少獲取光通量分布所需的時間，而不會顯著降低光通量分布的精度。換句話說，這種方法可以消除通過計算光傳播來獲取重新指定的roi(如果有的話)的至少一部分區(qū)域中的光通量分布的必要性。

光通量計算單元201基于保持在存儲單元104中的在s105中指定的roi中的光通量分布來獲取重新指定的roi中的光通量分布(s304)。因此，可以省略用于計算在s207中重新指定的roi中的光通量分布的處理。此步驟中獲取的光通量分布對應(yīng)于第二光通量分布。針對重新指定的roi的未被包含在先前指定的roi中的部分計算光通量分布。在這種情況下，光通量計算單元201可以通過使用先前指定的roi中的光通量分布作為初始條件來計算重新指定的roi中的光通量分布。

另一方面，如果重新指定的roi不被包含在s105中指定的roi中，那么處理移動到s301，在s301中，光通量計算單元201通過使用基于重新指定的roi在s203中確定的體素尺寸來計算重新指定的roi中的光通量分布(s301)。

然后，吸收系數(shù)計算單元202通過使用表達(dá)式(4)基于重新指定的roi中的初始聲壓分布和光通量分布來計算重新指定的roi中的光吸收系數(shù)分布(s302)。這里計算出的光吸收系數(shù)分布對應(yīng)于第二被檢體信息分布?？赡艽嬖趹?yīng)用于初始聲壓分布的計算的體素尺寸與應(yīng)用于光通量分布的計算的體素尺寸不同的情況。在這種情況下，可能需要吸收系數(shù)計算單元202將用于光通量分布的每個體素的值采樣到應(yīng)用于初始聲壓分布的計算的體素尺寸。因此，吸收系數(shù)計算單元202可以將光通量分布的每個體素的值投影到應(yīng)用于初始聲壓分布的計算的體素，而無需改變該值。吸收系數(shù)計算單元202可以對光通量分布的體素的值進(jìn)行互補(bǔ)計算，并將結(jié)果投影到應(yīng)用于初始聲壓分布計算的體素上。

吸收系數(shù)計算單元202將關(guān)于重新指定的roi中的光吸收系數(shù)分布的數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示單元107，并且顯示單元107被使得顯示該數(shù)據(jù)(s303)。

如上所述，本示例性實施例的圖像顯示方法可以減少計算重新指定的roi中的光通量分布所需的冗余時間，并且同時高度精確地計算光吸收系數(shù)分布。

雖然已經(jīng)描述了根據(jù)本示例性實施例，基于roi的尺寸來確定用于通過執(zhí)行計算獲取光通量分布的體素尺寸，但是就像初始聲壓分布的計算，用于計算應(yīng)用于計算光通量分布的體素尺寸不限于此。如上所述，因為光通量分布的計算的精確度不容易受到體素尺寸的影響，所以可以使用預(yù)定的體素尺寸來計算光通量分布。

光通量計算單元可以通過使用大于用于獲取初始聲壓分布的體素尺寸的體素尺寸來獲取光通量分布。在光通量分布的光傳播的計算中，當(dāng)給定體素尺寸小于平均自由行程時，精確度受減小的體素尺寸的影響較小。因此，光通量計算單元可以利用等于或大于平均自由行程的體素尺寸計算光通量分布。例如，當(dāng)被檢體是活體時，光通量計算單元可以利用等于或大于0.1mm的體素尺寸來計算光通量分布，而與roi的尺寸無關(guān)。光通量計算單元可以利用等于或大于0.5mm的體素尺寸來計算光通量分布，而與roi的尺寸無關(guān)。

即使當(dāng)重新指定的roi被包含在先前指定的roi中的情況下，也可以通過執(zhí)行光傳播計算來獲取光通量分布。

吸收系數(shù)計算單元202可以根據(jù)上面提到的方法使用具有多個波長的光來計算與波長對應(yīng)的多個光吸收系數(shù)分布。吸收系數(shù)計算單元202可以根據(jù)與波長對應(yīng)的多個光吸收系數(shù)分布來計算被檢體的成分濃度分布，以代替光吸收系數(shù)分布作為第一和第二被檢體信息分布。特別地，當(dāng)被檢體中的主要光吸收體是氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白氧化時，通過使用以下表達(dá)式(5)，可以將氧飽和度so2表示為成分濃度。

[數(shù)學(xué)公式4]

在這種情況下，μa(λ)是波長λ下的光吸收系數(shù)，εox(λ)*εde是波長λ下的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的光吸收系數(shù)。因為εox(λ)*εde是已知的，所以吸收系數(shù)計算單元202可以通過使用表達(dá)式(5)根據(jù)與波長對應(yīng)的多個光吸收系數(shù)分布來計算氧飽和度分布。

如上所述，通過將本示例性實施例的方法應(yīng)用于獲取與多個波長對應(yīng)的光吸收系數(shù)分布，可以省略用于光通量分布的多個光傳播計算。因此，可以減少冗余處理時間。

其它實施例

本發(fā)明的(一個或多個)實施例還可以由讀出并執(zhí)行記錄在存儲介質(zhì)(其也可以被更完整地稱為“非暫時性計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)”)上的計算機(jī)可執(zhí)行指令(例如，一個或多個程序)以執(zhí)行上述實施例中的一個或多個實施例的功能和/或包括用于執(zhí)行上述實施例中的一個或多個實施例的功能的一個或多個電路(例如，專用集成電路(asic))的系統(tǒng)或裝置的計算機(jī)來實現(xiàn)，以及由系統(tǒng)或裝置的計算機(jī)例如通過從存儲介質(zhì)讀出并執(zhí)行計算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行上述實施例中的一個或多個實施例的功能和/或控制一個或多個電路執(zhí)行上述實施例中的一個或多個實施例的功能而執(zhí)行的方法來實現(xiàn)。計算機(jī)可以包括一個或多個處理器(例如，中央處理單元(cpu)、微處理單元(mpu))，并且可以包括分開的計算機(jī)或分開的處理器的網(wǎng)絡(luò)，以讀出并執(zhí)行計算機(jī)可執(zhí)行指令。計算機(jī)可執(zhí)行指令可以例如從網(wǎng)絡(luò)或存儲介質(zhì)提供給計算機(jī)。存儲介質(zhì)可以包括例如硬盤、隨機(jī)存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、分布式計算系統(tǒng)的存儲器、光盤(諸如緊湊盤(cd)、數(shù)字多功能盤(dvd)或藍(lán)光盤(bd)^tm)、閃存設(shè)備、存儲卡等中的一個或多個。

雖然已經(jīng)參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。所附權(quán)利要求的范圍將被賦予最寬泛的解釋，以涵蓋所有此類修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。

本申請要求于2015年1月7日提交的日本專利申請no.2015-001683的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。