被檢體信息獲取裝置和信號處理方法與流程

2023-12-04 21:39:36 5

本發明涉及被檢體信息獲取裝置和信號處理方法。

背景技術：

對使得從諸如雷射器之類的光源照射到被檢體的多個波長的脈衝光傳播通過被檢體的內部以獲取關於被檢體內部的信息的裝置的研究主要在醫學領域中被積極推動。作為使用這種脈衝光的光譜信息獲取技術之一，美國專利說明no.5713356公開了光聲層析成像(以下稱為pat)。此外，美國專利說明no.8000775提出了擴散光學層析成像(以下稱為dot)。在任一種技術中，可以通過多個波長的脈衝光的照射來計算被檢體內部的氧飽和度、成分濃度、功能信息等。然而，為了準確地計算這種信息，需要用delta型短脈衝光照射被檢體，使得其脈衝形狀在多個波長之間變得相同。

專利文獻1：美國專利說明no.5713356

專利文獻2：美國專利說明no.8000775

技術實現要素：

然而，在一些情況下，難以發射delta型短脈衝光，使得其脈衝形狀在多個波長之間變得相同。因此，脈衝形狀在各波長之間不同，並且使用波長之間的比計算成分濃度、氧飽和度或功能信息的準確度劣化。

本發明是鑑於上述問題而完成的。本發明的目的在於提高用多個波長的光照射被檢體以獲取被檢體內部的信息的裝置的獲取信息的準確度。

本發明提供了被檢體信息獲取裝置，包括：

照射器，被配置成發射彼此不同的多個波長的脈衝光；

接收器，被配置成接收傳播自由所述多個波長的脈衝光照射的被檢體的被檢體信號，並將所接收的被檢體信號轉換為多個接收信號；

校正器，被配置成根據所述多個波長的脈衝光的脈衝形狀來校正所述多個接收信號中的至少任意一個；以及

信息獲取器，被配置成使用由校正器校正的所述多個接收信號來獲取關於被檢體的光譜信息。

本發明提供了用於多個接收信號的信號處理方法，所述多個接收信號通過接收傳播自由彼此不同的多個波長的脈衝光照射的被檢體的被檢體信號而獲取，

所述方法包括：

根據所述多個波長的脈衝光的射束的脈衝形狀校正所述多個接收信號中的至少任意一個；以及

使用在校正步驟中校正的所述多個接收信號來獲取關於被檢體的光譜信息。

根據本發明的實施例，可以提高用多個波長的光照射被檢體以獲取被檢體內部的信息的裝置的獲取信息的準確度。

參考附圖，根據以下對示例性實施例的描述，本發明的其它特徵將變得清楚。

附圖說明

圖1是用於描述本發明的實施例的裝置圖；

圖2是用於描述本發明的實施例的流程圖；

圖3是用於描述第一實施例的裝置圖；

圖4是用於描述第一實施例的流程圖；

圖5是用於描述第二實施例的裝置圖；

圖6是用於描述第三實施例的裝置圖；以及

圖7是用於描述第三實施例的流程圖。

具體實施方式

在下文中，將參考附圖給出對本發明的優選實施例的描述。然而，依賴於應用本發明的裝置的配置或各種條件，將在下面描述的構成物的尺寸、材料、形狀、它們的相對布置等可以被適當地改變。因此，構成物的尺寸、材料、形狀、它們的相對布置等並不意在將本發明的範圍限制到以下的描述。

本發明涉及用於檢測傳播自被檢體的聲波並且生成和獲取被檢體內部的特性信息的技術。因此，本發明被理解為被檢體信息獲取裝置或其控制方法，或者被理解為被檢體信息獲取方法或信號處理方法。另外，本發明被理解為使具有諸如cpu和存儲器之類的硬體資源的信息處理裝置執行這些方法的程序，或者被理解為存儲該程序的存儲介質。

本發明的被檢體信息獲取裝置包括使用光聲效應的光聲成像裝置，在該光聲成像裝置中，通過用光(電磁波)照射被檢體而在被檢體內部生成的聲波被接收以獲取關於被檢體的特性信息作為圖像數據。在這種情況下，特性信息表示關於與被檢體內部的多個位置相對應的特性值的信息，該信息使用通過光聲波的接收而獲得的接收信號生成。

通過光聲測量獲取的特性信息是反映光能的吸收率的值。例如，特性信息包括通過單波長的光的照射而生成的聲波的生成源，被檢體內部的初始聲壓，或從初始聲壓導出的光能吸收密度或吸收係數。此外，從通過彼此不同的多個波長獲取的特性信息而獲取的信息被稱為光譜信息。光譜信息的典型示例包括構成組織的物質濃度。可以通過計算作為物質濃度的氧合血紅蛋白濃度和脫氧血紅蛋白濃度來計算氧飽和度分布。另外，葡萄糖濃度、膠原濃度、黑色素濃度、脂肪或水的體積分數等被計算為物質濃度。

基於關於被檢體內部各位置的特性信息，獲取二維或三維特性信息分布。分布數據可以被生成為圖像數據。特性信息可以被計算為關於被檢體內部各位置的分布信息，而不是被計算為數字數據。也就是說，特性信息是諸如初始聲壓分布、能量吸收密度分布、吸收係數分布和氧飽和度分布之類的分布信息。

在本發明中，聲波通常是超聲波並且包括被稱為音波或聲波的彈性波。通過換能器等從聲波轉換的電信號也被稱為聲信號。然而，在本說明書中，超聲波或聲波不旨在限制這種彈性波的波長。由光聲效應生成的聲波被稱為光聲波或光超聲波。從光聲波導出的電信號也被稱為光聲信號。

作為根據本發明的光聲成像裝置的一種類型，已知光聲顯微鏡，其中聲音被聚焦或脈衝光被會聚以增加光聲成像的解析度。根據光聲顯微鏡，可以提高解析度以對更精細的光吸收體成像。

本發明的被檢體信息獲取裝置還包括檢測在被檢體的照射之後傳播通過被檢體內部的光並且根據光的強度計算被檢體內部的光學特性值分布的裝置。在這種情況下，被檢體信息是諸如被檢體內部的平均光學係數、吸收係數、散射係數和氧飽和度之類的功能信息。用於獲取這樣的光學特性值並且根據光學特性值生成被檢體內部的圖像數據的技術被稱為擴散光學層析成像(dot)。

也就是說，本發明的被檢體信息獲取裝置用脈衝光照射被檢體，並分析從被檢體輸出的信號，以獲取關於被檢體內部的光譜信息。此外，被檢體信息獲取裝置是獲取作為光譜信息的物質濃度分布、氧飽和度、功能信息等的裝置。因此，也可以說本發明針對(targetat)光譜信息獲取裝置或光譜信息獲取方法。從被檢體輸出的信號可以是與照射的脈衝光的波長相同波長的光或不同波長的光。此外，信號可以是通過光聲效應獲取的聲信號。本發明特別適用於使用多個波長的光的光譜信息獲取裝置。例如，本發明還可以針對使用多個波長的光的近紅外光成像裝置等。

(裝置的配置概要)

圖1是根據實施例的光譜信息獲取裝置的示意圖。根據本實施例的光譜信息獲取裝置包括用至少兩種或更多種類型的波長的脈衝光照射被檢體的光照射器1、接收器4、脈衝形狀差校正器5和光譜信息獲取器6。被檢體3是測量對象，並且在被檢體3內部存在光吸收係數分布或光散射係數分布。當在光聲成像中使用活體作為被檢體時，活體組織中包含的血紅蛋白、包含血紅蛋白的血管、包括許多新的血管的腫瘤等適用於作為光吸收體。

照射器1由發射脈衝光的光源和用發射的脈衝光照射被檢體的照射光學系統組成。被檢體3用作為照射脈衝光2的脈衝光照射。進入被檢體的照射脈衝光2在被檢體中被擴散和吸收。結果，生成的信號傳播通過被檢體的內部，由接收器4檢測，並且被轉換為模擬電信號。電信號進一步經受放大或數字轉換，並且然後存儲在存儲器(未示出)中作為接收數據。

脈衝形狀差校正器5(校正器)根據預先測量的考慮了各波長的脈衝形狀或脈衝寬度的接收器的脈衝響應來執行校正以吸收由各波長的接收數據之間的脈衝形狀差造成的差。脈衝形狀表示光脈衝的時間強度變化，即光脈衝的強度隨時間的變化。另外，光譜信息獲取器6(信息獲取器)使用經校正的接收數據來計算各波長的吸收係數或散射係數，並根據波長之間的比來計算光譜信息。

(照射器)

照射器1由光源和照射光學系統構成。光源優選能夠生成5納秒至50納秒的脈衝光。光源優選地是能夠產生大輸出的雷射器。然而，可以使用發光二極體、閃光燈等。雷射器可以包括各種雷射器，諸如固態雷射器、氣體雷射器、染料雷射器和半導體雷射器。理想地，可以使用產生大輸出並且能夠連續改變波長的由nd:yag雷射器泵浦的ti：sa雷射器、翠綠寶石雷射器等。可以使用具有不同波長的多個短波長雷射器。

被檢體用從光源發射經由照射光學系統的脈衝光照射。照射光學系統包括諸如反射光的反射鏡、擴大光的透鏡以及擴散光的擴散板之類的光學部件。照射光學系統將脈衝光引導到被檢體中，同時將脈衝光形成為期望的照射光分布形狀。照射光學系統還包括使光傳播的諸如光纖之類的波導。可以使用任何照射光學系統，只要被檢體3用從光源發射的脈衝光被期望地照射即可。注意，從被檢體的安全性和診斷面積的增加的方面，更優選地使光變寬以具有一定程度的面積而不是用透鏡使其會聚。為了用脈衝光照射被檢體的更寬的區域，可以在光照射光學系統中設置光照射器掃描機構。另外，照射光學系統可以具有允許選擇照射位置的多個光發射埠。

(接收器)

接收器4具有物理地接收被檢體信號的接收設備和信號處理機構。在光聲裝置的情況下，被檢體信號是在被檢體的前表面和內部生成的光聲波，並且接收器是檢測聲波並將其轉換為用作模擬信號的電信號的聲波接收設備。作為聲波接收設備，可以使用例如利用光電現象的換能器，利用光的諧振的換能器，使用容量變化的換能器等。

注意，為了在多個位置處檢測光聲波，優選地使用其中多個光聲接收元件被並排一維或二維地布置的陣列探測器，或者其中多個聲波檢測元件被布置在半球形容器的內周表面上的三維探測器。此外，優選地設置機械掃描機構以改變接收器和被檢體之間的相對位置。由於這些配置允許在更寬的範圍內測量被檢體，因此測量準確度的提高、sn比的增加、測量時間的減少等是可期的。另外，由聲透鏡聚焦的單個元件可以用於指定聲波生成源的位置。

另一方面，在使用擴散光等的裝置中的被檢體信號是傳播自被檢體且具有與由照射器照射的照射脈衝光的波長相同或不同的波長的光。接收器是檢測作為被檢體信號的光並將其轉換為作為模擬信號的電信號的光檢測設備。因此，可以使用例如使用光電效應的光電倍增管或半導體光電二極體、使用熱效應的熱電檢測設備、golay單元、輻射熱測量計等。

信號處理機構放大由接收設備獲得的電信號，並將電信號從模擬信號轉換為數位訊號。信號處理機構通常由放大設備、a/d轉換設備、現場可編程門陣列(fpga)晶片等構成。當從聲波接收設備或光接收設備獲得多個檢測信號時，信號處理機構優選地同時處理該多個信號以縮短處理時間。另外，在被檢體的相同位置處接收的接收信號可以被積分為一個信號。作為積分方法，可以使用信號的簡單積分、信號的平均值的獲取、加權信號的相加等。注意，本說明書中的「接收信號」是包括從聲學接收設備或光檢測設備輸出的模擬信號和通過使模擬信號經受ad轉換而獲得的數位訊號二者的概念。

(脈衝形狀差校正器)

在本實施例中，針對脈衝光的每個波長獲得時間序列的接收信號。根據該多個接收信號，脈衝形狀差校正器5執行校正以減小由波長之間的脈衝形狀差造成的影響，從而獲取經校正的接收信號。也就是說，脈衝形狀差校正器5執行校正以減小多個接收信號的脈衝寬度之間的差，以獲取經校正的接收信號。脈衝形狀差校正器可以作為程序或fpga晶片包括在信號處理機構中，或者可以作為程序包括在用作稍後將描述的光譜信息獲取器的工作站中。可以使用任何校正方法，只要使得減少由接收信號的波長之間的脈衝形狀差造成的影響的校正成為可能即可。

(用於校正信號的方法)

接著，將給出對由脈衝形狀差校正器執行的校正接收信號的波長之間的脈衝形狀差的方法的描述。當使用n個波長(波長1至n)執行測量時，假設各波長的脈衝形狀被表示為p1(t)至pn(t)。這裡，t表示時間。優選預先用示波器等測量各波長的光脈衝形狀。即使脈衝形狀不能完全測量，如果只測量脈衝寬度也是足夠的。脈衝通常包括但不限於delta型短脈衝光。另外，當使用各波長的光束測量被檢體時獲得的接收信號被表示為s1(t)至sn(t)。下面將描述五種校正方法。

(第一校正方法)第一，將給出對用於相對於一個基準波長的脈衝形狀校正另一波長的接收信號的方法的描述。當假設基準波長被置於第k階時，基準波長的脈衝形狀被表示為pk(t)，並且從基準波長的脈衝光導出的信號被表示為sk(t)。基準波長沒有特別限制。然而，優選地選擇具有最大脈衝寬度的波長作為基準波長，以防止當執行校正時噪聲等增加。

這裡，將給出對用於校正第n(其中n≠k)接收信號的方法的描述。假設第n脈衝形狀被表示為pn(t)，並且將第k脈衝形狀和第n脈衝形狀經受傅立葉變換而獲得的值分別表示為ft(pk(t))和ft(pn(t))。函數ft(x)是用於使x經受傅立葉變換的函數。另外，將接收信號sn(t)經受傅立葉變換而獲得的值表示為ft(sn(t))。當使用基準第k波長的脈衝形狀pk(t)和第n波長的脈衝形狀pn(t)來校正信號sn(t)時，通過使用如以下公式(1)所示的頻域的計算來獲取經校正的接收信號。

[數學式1]

其中表示ft(pk(t))的復共軛。

sn表示噪聲的閾值，並且用作用於減少過多噪聲或零除法的項。另外，ift[x]表示用於使x經受逆傅立葉變換的函數。通過將上述公式(1)應用於除了第k接收信號之外的接收信號s1(t)至sn(t)，獲得了corr1(s1(t))至corr1(sn(t))。

(第二校正方法)第二，將給出對用於相對於基準波長的脈衝寬度校正另一波長的接收信號的另一種方法的描述。當假設基準波長被置於第k階時，基準波長的脈衝形狀被表示為pk(t)。假設通過用高斯函數近似脈衝形狀而獲得的值被表示為g(pk(t))，並且其半值寬度被表示為hwg(pk(t))。假設半值寬度hwg(pk(t))是第k波長的脈衝寬度。這裡，脈衝形狀用高斯函數近似，但是可以使用任何函數，只要使脈衝形狀pk(t)的近似成為可能即可。

此外，最優選的是基準波長具有最大的脈衝寬度。這是因為，當執行具有比基準波長的脈衝寬度短的脈衝寬度的波長的信號時，僅需要執行高斯函數的模糊化或卷積。另一方面，當校正具有比基準波長的脈衝寬度長的脈衝寬度的波長的信號時，需要執行去卷積，從而很可能增加噪聲。對於其它波長，假設通過用高斯函數近似脈衝形狀而獲得的值被表示為g(p1(t))至g(pn(t))，並且它們的半值寬度被表示為hwg(p1t))至hwg(pn(t))。根據各波長的近似脈衝寬度，通過以下的公式(2)來計算校正脈衝寬度。

[數學式2]

當假設中心值0的正態分布函數在半值寬度chwg(pn(t))處被表示為ndf(chwg(pn(t)))時，通過以下公式(3)來校正接收信號的波長之間的脈衝形狀差。

[數學式3]

(第三校正方法)第三，將給出對用於消除來自所有信號的各波長的脈衝形狀的影響的方法的描述。假設各波長的經校正的信號被表示為corr3(s1(t))至corr3(sn(t))。通過下面的公式(4)，在各波長處校正接收信號的波長之間的脈衝形狀差。

[數學式4]

corr3(sn(t))＝ift[ft{sn(t)}/ft{pn(t)}]…(4)

(第四校正方法)第四，將給出對用於消除來自所有信號的各波長的脈衝寬度的影響的另一種方法的描述。假設通過用高斯函數近似各波長的脈衝形狀而獲得的值被表示為g(p1(t))至g(pn(t))。另外，各波長的經校正的信號被表示為corr4(s1(t))至corr4(sn(t))。通過下面的公式(5)，在各波長處校正接收信號的波長之間的脈衝寬度差。

[數學式5]

corr4(sn(t))＝ift[ft{sn(t)}/ft{g(pn(t))}]…(5)

(第五校正方法)第五，將給出對在考慮到各波長處的脈衝形狀的影響的情況下預先測量檢測設備的脈衝響應，並使用該脈衝響應來校正各波長的接收信號的方法的描述。假設在考慮到各波長的脈衝形狀的影響的情況下的檢測設備的脈衝響應被表示為ir1(t)至irn(t)，並且各波長的校正信號被表示為corr5s1(t))至corr5(sn(t))。通過以下公式(6)，在各波長處校正接收信號的脈衝響應和脈衝形狀。脈衝響應優選地被預先測量並以表格或數學公式的形式存儲在存儲器中。

[數學式6]

corr5(sn(t))＝ift[ft{sn(t)}/ft{irn(t)}]…(6)

(光譜信息獲取器)

參考回圖1，將繼續進行說明。光譜信息獲取器6執行光量分布的計算、圖像重新配置等以獲取被檢體內部的光譜信息。作為光譜信息獲取器，優選使用包括諸如cpu和存儲器之類的計算資源的pc或工作站。根據預先編程的軟體來執行圖像重新配置處理。

光譜信息獲取器6使用由脈衝形狀差校正器校正的接收信號來計算初始聲壓分布p0(r)。可以根據通用背投影(ubp)方法、相位相加(延遲和求和)、重複逆問題方法或基於模型的重新配置來計算初始聲壓分布。可以使用任何方法，除非波長之間的定量性受損。

光譜信息獲取器6還在用各波長的光束照射被檢體時計算被檢體內部的光量分布並且將初始聲壓分布p0(r)除以計算的光量分布和gruneisen係數，以計算在各波長處的吸收係數分布μa(r)的分布。另外，使用各波長的吸收係數分布來計算成分濃度分布或氧飽和度分布。

將參考圖2的流程圖給出對本實施例的光譜信息獲取方法的描述。

(步驟s11：照射步驟)

光照射器1用至少兩個或更多個波長的脈衝光照射被檢體。

(步驟s12：信號接收步驟)

由於在步驟s11中用脈衝光照射被檢體，因此接收器4接收從被檢體發射的信號(光或聲波)。光或聲波被轉換為電信號，並且然後存儲在存儲器等中。

(步驟s13：信號校正步驟)

脈衝形狀差校正器5根據各波長之間的脈衝形狀差來校正在步驟s12中接收的各波長的接收信號以獲取經校正的接收信號。

(步驟s14：光譜數據計算步驟)

光譜信息獲取器6使用在步驟s13中計算的經校正的接收信號來計算各波長處的諸如吸收係數分布和初始聲壓分布之類的特性信息。另外，依賴於處理內容，光譜信息獲取器6使用多個波長處的特性信息來計算最終的光譜信息(諸如氧飽和度分布)。

根據以上流程的光譜信息獲取方法，獲取了其中多個波長之間的脈衝形狀差在步驟s13中被校正的經校正的接收信號。結果，提高了在步驟s14中生成的圖像數據的準確度或解析度。

接下來，將給出對更具體的實施例的描述。首先，在第一實施例中，將給出對使用碗形探測器測量人的乳房以獲取乳房內部的血管信息或血液的氧飽和度分布的pat診斷裝置的描述。在第一實施例中的信號校正是基於脈衝寬度差的校正處理。

(配置)

將參考圖3給出本實施例的配置的描述。翠綠寶石雷射器11發射波長為756nm和797nm的脈衝光。脈衝光經由關節臂12進入照射光學系統13。然後，脈衝光經由反射鏡、透鏡和擴散板放大。之後，用作被檢體的人的乳房16通過用作脈衝光14的脈衝光照射。翠綠寶石雷射器11對應於照射器的光源。

碗形探測器15以水填充，並且乳房16浸沒在水中。通過光聲效應從乳房16發射的聲波由以斐波納契布置模式布置在碗形探測器15上的多個壓電元件接收，並且然後被轉換為電信號。電信號經受放大處理和數字轉換處理，並且然後存儲在數據獲取系統17內部的存儲器(未示出)中。碗形探測器15對應於接收器。

從存儲在數據獲取系統17內部的存儲器中的各波長導出的接收信號被轉換為其中波長之間的脈衝寬度差根據構成pc18的校正波長之間的脈衝寬度差的機構19(以下稱為波長間脈衝寬度差校正機構19)中的規定程序進行校正的接收信號(以下稱為波長間脈衝寬度差校正信號)。波長間脈衝寬度差校正機構19從存儲器、外部裝置等獲取關於預先測量的756nm和797nm的波長的脈衝寬度數據，並使用所獲取的脈衝寬度數據執行校正。波長間脈衝寬度校正機構19對應於脈衝形狀差校正器。

氧飽和度計算機構20使用波長間脈衝寬度差校正信號來計算血紅蛋白濃度分布和氧飽和度分布。pc18使其中血紅蛋白濃度分布和氧飽和度分布被分別分配給亮度和色調的圖像顯示在顯示器21上。這裡，血紅蛋白濃度分布被分配給亮度，但是僅需要分配給亮度、色度和色調中的任意一個。氧飽和度計算機構20對應於光譜信息獲取器。

(校正方法)

將給出對本實施例的波長間脈衝寬度差校正的詳細描述。756nm波長的光具有60nsec的脈衝寬度，797nm波長的光具有90nsec的脈衝寬度。這裡，脈衝寬度表示通過用高斯函數擬合各波長的脈衝形狀而獲得的高斯函數的半值寬度。這裡，期望就像是從756nm波長的光導出的接收信號s756(t)是通過90nsec的脈衝寬度的脈衝光的照射獲得的那樣來執行校正。為此，僅需要利用半寬度值√(90^2–60^2)＝67nsec的高斯分布來執行模糊化。

注意，也可以就像是從797nm波長的光導出的接收信號s797(t)是通過60nsec的脈衝寬度的脈衝光的照射獲得的那樣來執行校正。在這種情況下，利用半值寬度67nsec的半值寬度的高斯函數執行去卷積。然而，需要儘可能地減小由於去卷積引起的噪聲的增加。因此，當使高於解析度的值置於定量性以獲取光譜信息時，優選地將較小脈衝寬度的波長的接收信號調整為較大脈衝寬度的波長的接收信號。然後，通過用通過較小脈衝寬度的波長獲得的特性信息(例如，初始聲壓分布或吸收係數分布)掩蔽(masking)所得到的光譜信息，可以獲取確保定量性和解析度二者的光譜信息。例如，可以以如下方式執行掩蔽，即，如上所述，將在較小脈衝寬度的波長處獲得的特性信息的值分配給光譜信息的色調、色度和亮度中的任意一個。

(處理流程)

將參考圖4的流程圖給出對本實施例的光譜信息獲取方法的描述。

(步驟s21)

用兩個波長的脈衝光照射乳房以獲取光聲信號。也就是說，通過照射光學系統13用波長為756nm和797nm的脈衝光14的射束來照射乳房16。在碗形探測器15上並排布置的壓電元件接收從各波長的光束導出的光聲波並將其轉換為電信號。在轉換之後，壓電元件將電信號存儲在數據獲取系統17中。

(步驟s22)

根據各波長的脈衝寬度，各波長的接收信號經受脈衝寬度差校正。也就是說，波長間脈衝寬度差校正機構19基于波長為756nm和797nm的脈衝光的脈衝寬度生成經校正的接收信號。這裡，將波長為756nm的接收信號調整為相對較大脈衝寬度的波長為797nm的接收信號。

(步驟s23)

通過脈衝寬度差校正接收信號來計算吸收係數分布，並且還計算氧飽和度分布。也就是說，氧飽和度計算機構20基於從波長為756nm的光導出的經校正的接收信號和從波長為797nm的光導出的接收信號使用upb方法計算初始聲壓分布。具體地，根據公式將初始聲壓分布除以光量分布和gruneisen係數以計算吸收係數。然後，根據波長為756nm和797nm的光的吸收係數分布來計算血紅蛋白濃度分布和氧飽和度分布。pc18將血紅蛋白濃度分布和氧飽和度分布分別分配給亮度和色調，並將其作為血紅蛋白氧飽和度分布顯示在顯示器21上。

根據本實施例的光譜信息獲取裝置的處理，可以使用多個波長的光校正獲取物質濃度和氧飽和度的光聲裝置中的波長之間的脈衝寬度差。結果，可以準確地對被檢體內部的特性信息分布進行成像。

第二實施例將描述用光聚焦型光聲顯微鏡測量小鼠的大腦並觀察由於刺激而引起的小鼠大腦的血量或氧飽和度的變化的裝置。

(配置)

將參考圖5給出對本實施例的配置的描述。ti：sa雷射器31能夠發射756nm、780nm、797nm和825nm的四個波長的脈衝光。所發射的脈衝光經由光束光纖32進入照射光學系統33。脈衝光通過照射光學系統33內部的反射鏡或透鏡，並且然後通過相對於這些波長的光透明的聲鏡42。之後，脈衝光會聚到小鼠的大腦36的內部。ti：sa雷射器31對應於照射器的光源。

從小鼠的大腦36生成的光聲波被聲鏡42反射，並且然後由用作電容型聲波探測器的cmut35接收。所接收的信號被轉換為電信號，並且然後被放大。之後，將信號存儲在數據獲取系統37的存儲器39中作為檢測信號。當在各波長處使用光聲顯微鏡執行這種測量時，獲得接收信號s756(t)、s780(t)、s797(t)和s825(t)。cmut35對應於接受器。

在本實施例中，用作標準樣品的厚度為30nm的薄膜預先經受在各波長處的光聲測量。因此，可以獲取在考慮cmut35的脈衝響應和各波長的脈衝形狀的影響的情況下的校正數據ir(t)。所獲取的校正數據ir(t)被預先存儲在存儲器39中。在本實施例中，根據第五校正方法使用校正數據ir(t)來計算經校正的接收信號。執行第五校正方法的脈衝形狀差校正器可以是數據獲取系統37或工作站38。

傳輸了所計算的經校正的接收信號的工作站38的氧飽和度計算機構40根據預先安裝的程序從經校正的接收信號計算氧飽和度分布和血紅蛋白濃度分布。計算的氧飽和度分布和血紅蛋白濃度分布及其時間上的變化被顯示在監視器41上。氧飽和度計算機構40對應於光譜信息獲取器。

(處理流程)

將給出對本實施例的光譜信息獲取方法的描述。本實施例的流程基本上與圖4的流程相同。在步驟s21中，用波長為756nm、780nm、797nm和825nm的脈衝光34照射小鼠的大腦36。cmut35接收從各波長導出的光聲波，並將接收信號存儲在數據獲取系統37的存儲器39中。在步驟s22中，使用在考慮了各波長的脈衝光的射束的脈衝形狀的影響的情況下的脈衝響應，脈衝響應被從各波長的接收信號中去卷積。因此，波長間脈衝形狀差被校正，從而可以獲取經校正的接收信號。在步驟s23中，氧飽和度計算機構40使用各波長處的經校正的接收信號來計算氧飽和度分布和血紅蛋白濃度分布，並將其顯示在顯示器41上。

根據本實施例，在使用多個波長的光的光聲顯微鏡中，可以校正波長之間的脈衝寬度差並準確地對被檢體內部的特性信息分布進行成像。本實施例的方法可適用於具有用於聚焦光的光學構件的光聚焦型顯微鏡和具有用於聚焦聲波的聲學構件的聲聚焦型顯微鏡二者。

第三實施例將描述時間分辨擴散的光層析成像裝置。該裝置測量人的乳房等內部的血紅蛋白濃度分布、血紅蛋白的氧飽和度分布以及水或脂肪的分布。

將參考圖6給出對本實施例的配置的描述。ti：sa雷射器51能夠連續發射波長為750nm至850nm的脈衝光。脈衝光的波長優選包括但不限於近紅外區域。發射的脈衝光通過光纖52，並且然後作為脈衝光54從多個發射埠53中的一個發射到乳房56。脈衝光54在乳房56內部被吸收和散射。脈衝光54傳播通過乳房組織，並且然後由多個光電倍增管55檢測。在經受放大處理之後，接收信號被存儲在信號獲取系統57的存儲器中。ti：sa雷射器51對應於照射器的光源。

pc58的脈衝形狀差校正機構59使用各波的脈衝形狀將存儲器內部的接收信號轉換為經校正的接收信號。優選經由光纖等直接將發射埠53和光電倍增管55彼此耦接，以獲取各波長的脈衝形狀，並將獲取的脈衝形狀預先存儲在pc的存儲器中。成分濃度分布計算機構60使用經校正的接收信號通過逆問題分析來計算乳房56內部的水分濃度分布、脂肪濃度分布、血紅蛋白濃度分布和血紅蛋白的氧飽和度分布。成分濃度分布計算機構60對應於光譜信息獲取器。

將參考圖7的流程圖給出對本實施例的光譜信息獲取方法的描述。

(步驟s31)

獲取通過各波長的脈衝光的射束的照射而獲得的光接收信號。也就是說，以1nm為單位用750nm至850nm的波長的脈衝光54照射乳房56。用作光檢測元件的光電倍增管55將接收信號存儲在數據獲取系統57中。

(步驟s32)

光接收信號通過各波長的脈衝形狀來校正。也就是說，各波長的接收信號使用波長為750nm至850nm的脈衝光的先前測量的脈衝形狀被去卷積。因此，可以獲取其中波長間脈衝形狀差被校正的經校正的接收信號。

(步驟s33)

計算成分分布。也就是說，使用經校正的接收信號通過逆問題分析來計算被檢體內部的血紅蛋白濃度分布、血紅蛋白的氧飽和度分布以及水或脂肪的濃度分布，並且然後顯示在顯示器61上。

根據本實施例，在使用基於多個波長的擴散的光的層析成像的光譜信息獲取裝置中，可以校正波長之間的脈衝形狀差，並且準確地對被檢體內部的特性信息分布進行成像。

其它實施例

本發明的實施例也可以由讀出並執行在存儲介質(例如非瞬時計算機可讀存儲介質)上記錄的計算機可執行指令以執行本發明的上述實施例中的一個或多個實施例的功能的系統或裝置的計算機來實現，以及通過由系統或裝置的計算機例如通過讀出並執行來自存儲介質的計算機可執行指令以執行上述實施例中的一個或多個實施例的功能而執行的方法來實現。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，並且可以包括單獨計算機或單獨計算機處理器的網絡。計算機可執行指令可以例如從網絡或者存儲介質被提供給計算機。存儲介質可以包括例如硬碟、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、分布式計算系統的存儲裝置、光碟(諸如緊湊盤(cd)、數字多用途盤(dvd)或者藍光碟(bd)tm)、快閃記憶體裝置、存儲卡等中的一個或多個。

儘管已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。以下權利要求的範圍應被賦予最寬泛的解釋，以便包含所有這樣的修改以及等同結構和功能。

本發明的實施例還可以通過如下的方法來實現，即，通過網絡或者各種存儲介質將執行上述實施例的功能的軟體(程序)提供給系統或裝置，該系統或裝置的計算機或是中央處理單元(cpu)、微處理單元(mpu)讀出並執行程序的方法。