光声装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用光声效应来获取被检体信息的光声装置。
【背景技术】
[0002] 正在对用于医疗领域中的光学成像装置进行深入研究。在光学成像装置中，用从 诸如激光器之类的光源发射的光照射待检查的被检体（以下简称为被检体），并且基于入 射光获得信息并将其转换为图像的形式。光声成像（photoacousticimaging,PAI)已知是 这种光学成像技术之一。在光声成像中，由光源产生脉冲光，并且用该脉冲光照射被检体。 当光在被检体中传播或散射时，光的能量由被检体的组织吸收，相应地，由该组织产生声波 (典型地，超声波）。接收所产生的声波，并且基于所接收到的信号产生被检体信息的图像。
[0003] 在诸如肿瘤之类的待检查部位具有与其他组织的光能吸收率不同的光能吸收率 的状态下，当照射光照到该待检查部位时，该待检查部位吸收光的能量，并且瞬间膨胀，这 导致产生弹性波（光声波）。所产生的弹性波由探头接收，并且被进行数学分析以获得被 检体内部的关于初始声压分布、吸收的光能密度分布、吸收系数分布等的信息。基于所获 得的信息，可以执行对被检体中的诸如血氧饱和度等之类的特定物质的定量测量。近年 来，使用上述光声成像，已经深入进行了通过对小动物的血管成像的临床前研究。此外， 还已经深入进行了用于将光声成像应用于乳腺癌等的诊断的临床研究（"Photoacoustic Tomography:InVivoImagingFromOrganellestoOrgans"，LihongV.WangSong Hu，Science335, 1458 (2012))〇
[0004] 美国专利No. 5713356公开了一种能够使用包括声波接收元件阵列的探头进行光 声成像的光声装置。美国专利No. 5713356包括如下描述：使乳腺组织暴露于电磁波，并且 由探头接收响应于该电磁波而产生的光声波。从探头输出的接收信号被存储在存储器中。 在美国专利No. 5713356中所公开的这种技术中，使用所存储的接收信号的数据来形成乳 腺组织的图像。
[0005] 在诸如美国专利No. 5713356中所公开的光声装置之类的光声装置中，需要如上 所述存储从探头输出的接收信号。在这种光声装置中，存在缩减所存储的接收信号的数据 量的需求。
【发明内容】
[0006] 在一方面，本发明提供一种光声装置，该光声装置包括：光源；探头，包括接收元 件，所述接收元件被配置为接收由被检体响应于被用来自光源的光照射而产生的光声波， 并且输出时序接收信号（time-seriesreceptionsignal);信号数据获取单元，被配置为 基于从接收元件输出的时序接收信号产生接收信号数据，并且存储所述接收信号数据；光 量获取单元，被配置为获取被检体中的感兴趣位置处的光量；以及信息获取单元，被配置为 基于存储在信号数据获取单元中的接收信号数据来获取被检体信息，其中，信号数据获取 单元产生接收信号数据并存储所产生的接收信号数据，使得在感兴趣位置处的光量小于阈 值的情况下，针对时序接收信号中的与感兴趣位置对应的一部分缩减数据量。
[0007] 参照附图阅读对实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【附图说明】
[0008] 图1是例不了根据第一实施例的光声装置的配置的不图。
[0009] 图2是例示了根据第一实施例的测量处理的流程图。
[0010] 图3A至3D是例示了根据第一实施例的光声装置的操作的示图。
[0011] 图4是例示了根据第一实施例的光声装置的配置的具体示例的示图。
[0012] 图5是例示了根据第一实施例的控制信号的示图。
[0013] 图6A至6C是例示了根据第一实施例的光声装置的操作的示图。
[0014] 图7是例示了根据第二实施例的光声装置的示图。
[0015] 图8是例示了根据第三实施例的光声装置的示图。
【具体实施方式】
[0016] 下面参照附图描述本发明的实施例。下面描述的本发明的每个实施例可以单独实 现，或者，在必要时或在把来自单独实施例的元件或特征组合在单个实施例中有益的情况 下，可以作为其多个实施例或特征的组合来实现。注意，在下面所描述的实施例中，元件、部 分、单元等的具体的尺寸、材料、形状和相对位置是以示例而非限制的方式描述的，并且根 据应用本发明的装置的具体配置、条件等，适当的改变或修改是可能的。也就是说，本发明 不限于这些具体示例的细节，除非另有说明。
[0017] 在下面所描述的实施例中，声波可以是弹性波，诸如音波、超声波、光声波、光超声 波等。在下面所描述的实施例中，光声装置可以是使用光声效应的装置，该光声装置被配置 为用光（电磁波）照射被检体，从而在被检体中产生声波，并且接收所产生的声波，从而获 取被检体内部的特性信息。
[0018] 在光声装置中，被检体信息是指被检体的与下列项相关或者由下列项表示的特性 信息：通过光的照射而产生的声波的初始声压、根据初始声压确定的光能的吸收密度或吸 收系数、组织的物质的浓度等。更具体地，物质的浓度例如是氧合血红蛋白或还原血红蛋白 的浓度、或者氧饱和度。特性信息可以以数值数据的形式或者以横跨被检体中的位置的分 布的形式即以指示关于初始声压、吸收系数、氧饱和度等的分布的图像数据的形式获取。
[0019] 尽管在下面所描述的实施例中，本发明是参照光声装置的具体示例来说明的，但 是本发明可以实施为通过光声装置接收声波的方法。在以下说明所使用的附图中，类似的 单元或元件将用类似的附图标记或符号表示，并且将省略对其的重复描述。
[0020] 首先，描述被检体中的光量（或辐射曝量或辐射通量）和通过光声效应产生的声 波的声压之间的关系。通过光声效应产生的声波的声压PjPa]由下面所示的公式（1)给 出。
[0021] P0=ya?r?① …（1)
[0022] 在公式（1)中，ya表示被检体中的光吸收体（肿瘤等）的吸收系数[1/_]。r表不Gruneisen系数。?表不光吸收体的位置处的光量[J/mm2]。光量?也被称为福射 曝量或福射通量。注意，Gruneisen系数r具有通过将体积膨胀系数与声速c的平方的乘 积除以比热而获得的值。注意，Gruneisen系数r在活体中基本上是恒定的。
[0023] 从公式（1)可以看出，所产生的声波的声压与光量成比例。在被检体是诸如活体 之类的强烈地散射光的物体的情况下，光量?典型地随着离用光照射的位置的距离增大 而呈指数衰减。该衰减导致光量的减少，这可能使得难以检测到在某区域中产生的声波的 声压。来源于这种区域的声波的光量低，并且典型地其信噪比低。这种声波不大可能对获 取被检体内部的高精度被检体信息作出贡献。因此，存储来源于光量低的区域的声波的接 收信号可能是无意义的。
[0024] 鉴于以上，在本实施例中，如下所述，光声装置被配置为：估计被检体中的在用光 照射被检体以进行测量时将出现的光量的分布，并且基于该光量分布提取光量低于阈值的 感兴趣位置。在测量中，探头接收通过光声效应产生的光声波，并且探头响应于接收到的光 声波输出时序接收信号。接收信号中的与光量低于阈值的感兴趣位置对应的特定部分经受 数据缩减（datareduction)。
[0025] 通过缩减在光量低的感兴趣位置处产生的光声波的接收信号的数据量，可以减小 存储接收信号的数据所需的存储容量。经受数据缩减的接收信号的数据是对获取高精度 被检体信息没有显著贡献的数据，因此数据缩减不大可能引起被检体信息的精度的显著降 低。
[0026] 当从探头输出的时序接收信号的特定部分是在光量低的感兴趣位置处产生的时， 可以通过不存储该特定部分来缩减存储在存储器中的接收信号的数据量。可替代地，可以 通过以比用于在光量高的区域中产生的光声波的接收信号的采样频率低的采样频率对接 收信号进行采样来缩减数据量。如上所述，关于缩减数据量的方法没有特别的限制，只要可 以缩减在光量低的感兴趣位置处产生的光声波的接收信号的数据量即可。
[0027] 在感兴趣区域是二维区域的情况下，感兴趣位置是像素。另一方面，在感兴趣区域 是三维区域的情况下，感兴趣位置是体素。
[0028] 第一实施例
[0029] 接下来，下面参照图1来描述根据第一实施例的光声装置的配置。
[0030] 装置配置
[0031] 图1是示意性地例示了根据本实施例的光声装置的示图。为了获取关于被检体的 信息，该装置可以如下所述那样配置。
[0032] 在本实施例中，光声装置包括光源20、照射单元1、探头2、控制单元3、输入单元4、 光量获取单元5、光量比较单元6、数据缩减确定单元15、信号数据获取单元7、重构单元9、 显示单元10和移动机构12。
[0033] 下面给出关于根据本实施例的光声装置的每个单元或元件的详细描述。
[0034] 光源 20
[0035] 根据本实施例的光源20产生用于照射被检体8的照射光11。光源20包括至少一 个相干或不相干脉冲光源。为了实现光声效应，脉宽可以被设为例如等于或小于数十纳秒。 为了执行与乳腺癌等相关联的测量，照射光11被选为包括被活体的特定成分（例如，血红 蛋白）选择性地吸收的特定波长。光源20可以是能够提供大的光输出功率的激光器。作 为激光器的替代，可以使用发光二极管等。能用作光源100的激光器的示例包括固态激光 器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器等。
[0036] 照射单元I
[0037] 作为光学系统的一部分的照射单元1朝着被检体8投射由光源20产生的照射光 11，使得以适合光声测量的方式用照射光11照射被检体8。为了实现接收信号的高信噪比， 可以对被检体进行照射，使得照射宽的表面区域或多个不同的表面区域，以避免只照射被 检体的表面的一部分。例如，还可以从与探头2相对的一侧用光照射被检体。照射单元1 可以包括诸如反射镜、使光会聚或扩大或者改变光的形状的透镜、或者使光色散、折射或反 射的棱镜以及光纤之类的光学元件。可以使用任何光学元件，只要可以以指定的方式（照 射方向、照射形状等）用由光源20产生的光照射被检体即可。
[0038] 探头 2
[0039] 探头2包括声波接收元件，该声波接收元件被配置为接收在用光照射被检体8时 产生的声波，并且将所接收的声波转换为电信号形式的接收信号。声波接收元件可以是使 用压电现象的声波接收元件、使用光学共振的声波接