专利名称：光融合式成像方法、光融合式成像装置、程序以及集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于使用扩散光来对生物体内的光学特性进行成像(imaging)的光 融合式成像方法以及装置等。
背景技术：
作为生物体内的成像方法，X射线、超声波等面向医疗为中心得到了普及，近年来， 作为非侵袭性的成像机构，波长700-900nm程度的近红外线(OTR=Near Infrared Light) 受到了瞩目。近红外线由于受到水等的吸收小而在生物体内的透射性比较高，能量也低， 因此适合于生物体内的成像。因此，从生物体表面照射近红外线，通过检测在生物体内扩 散并被吸收后再次返回生物体表面的光，得到生物体组织中的吸收系数、散射系数的分布。 这样的成像方法由于使用扩散光来获得生物体内的三维信息而被称为扩散光层析(DOT Diffuse Optical Tomography)。例如，伴随着癌细胞在恶性肿瘤的部位以及周边活跃地增殖，会产生新生血管，因 此，与正常组织或者良性肿瘤相比，血流增加，血红朊浓度上升。若血红朊浓度上升，则对于 近红外线的光的吸收系数增加，通过调查生物体内的吸收系数的分布，能够实现恶性肿瘤 的检测，或者，良性肿瘤与恶性肿瘤之间的判别。这样，在扩散光层析中，能够获得通过X射 线、超声波不能获得的生物体组织的光学特性，从而可以期待将其应用于早期癌的发现、无 侵袭性的活组织检查、或者化学疗法的效果的监视等。现在，特别是以乳癌为中心的研究正 在积极地进行中。图1是表示扩散光层析的构成例的示意图。首先，具有光输入通道(channel)和 光输出通道的探头与被检查者的体表面接触。与光源相连的光输入通道向被检查者的生物 体内照射激光来作为输入光，在生物体组织中扩散后的光到达肿瘤部，进而所到达的光的 一部分再次散射，一边被吸收，一边作为输出光而到达光输出通道。在图像重构(再構成) 装置中，根据通过光输出通道测定出的输出光相对于从光输入通道照射出的输入光的振幅 的衰减程度、相位的变化量等的信息，对生物体内的吸收系数或者散射系数的分布进行成 像(重构)。下面，针对扩散光层析的图像重构方法的一例进行概括说明(详细请参照非专利 文献1)。未知数是生物体组织内的吸收系数和散射系数的分布，在图像重构时，将三维的成 像对象区域分割成多个微小区域(以后称为体素(voxel))，推定各体素的吸收系数和散射 系数。关于生物体内的光的传播过程，提出了多个模型，被称为漫射近似理论(Diffusion Approximation)的方法作为精度好的近似方法而被普遍采用。这里，若提供推定值作为各 体素的吸收系数和散射系数，则通过漫射近似理论能够决定生物体内的光的传播区域和振 幅的衰减，因此能够推定通过光输出通道而测定的输出光相对于从光输入通道发出的输入 光的相位和振幅的变化量。因此，反复地更新各体素的吸收系数和散射系数，以使相位和振 幅的变化量的推定值接近实际的测定值，或者成为一致，由此获得最终的吸收系数和散射 系数的推定值。这里，相位和振幅的变化量的测定以及基于模型的推定值的计算都是针对光输入通道和光输出通道中的多个对来进行的。这样，扩散光层析的图像重构相当于对逆问题求解，通过适当地设定迭代运算的 初始值，可以实现重构精度(推定精度)的提高即检测感度和空间分辨能力的提高，以及伴 随着迭代次数的削减而带来的运算处理量的削减。作为之前的例子，专利文献1中记载了并用超声波和扩散光层析，根据利用超声 波而取得的肿瘤位置来设定迭代运算的初始值的方法。并用超声波等光以外的成像机构和 扩散光层析的方法(光融合式成像方法)除了组织的构造信息这样的通过超声波等以往的 诊断装置提供的信息之外，还能够提供光学特性这样的功能信息，而且还能够提高扩散光 层析自身的性能，基于这一点，该方法被称为将来非常有价值的成像方法。这里，对并用了超声波等光以外的成像机构和扩散光层析的上述专利文献1的光 融合式成像装置及其方法进行说明。图2是表示上述专利文献1的光融合式成像装置1000的构成例的框图。超声波 信号测定部1001和超声波信号处理部1002是超声波信号的处理部。超声波信号处理部 1002对由超声波信号测定部1001测定的超声波信号进行解析以及图像化，将超声波图像 数据1021输出至显示部1003，将表示肿瘤的位置、大小的肿瘤信息1022输出至图像重构 部1005。光信号测定部1004和图像重构部1005相当于扩散光层析的处理部。图像重构部 1005对生物体内的吸收系数等进行重构，即，推定吸收系数，将其结果作为图像而被表示的 光图像数据1051输出至显示部1003。显示部1003显示超声波图像数据1021和光图像数 据 1051。图3是表示上述专利文献1的光融合式成像方法的扩散光层析的动作的流程图。 首先，在步骤S1001中，对全部的多个通道对(光输出通道和光输出通道的对)测定光信号 (扩散光)，接着在步骤S1002中，使用步骤S1001的测定结果，计算规定区域内的体素的吸 收系数，即进行吸收系数的重构。虽然吸收系数是通过迭代运算而计算出的，但该初始值是 基于肿瘤信息1022来决定的。最后，通过步骤S1003使每个体素的吸收系数图像化来进行 显不。图4A是表示融合了光和超声波的各自的探头的融合式探头的外观的一例的图。 夹着超声波的探头，在左侧配置有多个光输入通道，在右侧配置有多个光输出通道。图4B是表示光输入通道和光输出通道之间的光的传播区域的一例的图。光的传 播区域例如在图4A中的光输入通道Inl与光输出通道Oul的通道对，光输入通道In2与光 输出通道0u2的通道对，光输入通道In3与光输出通道0u3的通道对中分别产生。一般来 讲，从光输入通道照射的光在生物体内描画出香蕉形状的弧，再到达光输出通道。因此，在 通道对中，光输入通道与光输出通道之间的距离越远，光越在深的区域传播。例如，光在光 输入通道Inl和光输出通道Oul之间在深的区域1传播，光输入通道In2和光输出通道0u2 之间在浅的区域2传播，光输入通道In3和输出通道0u3之间在更浅的区域3传播。先行技术文献专利文献专利文献1 美国专利申请公开第2004/0215072号非专利文献非专利文献1 JEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE, NOVEMBER 2001，pp. 57-75
发明要解决的技术课题然而，在上述专利文献1的光融合式成像装置1000中，存在成像所生成的图像的 画质差，成像需要较长时间的问题。这是由于，该光融合式成像装置1000的扩散光层析中， 总是利用全部的通道对，对已固定的成像对象区域的吸收系数进行重构。下面，针对上述专 利文献1的光融合式成像装置1000的问题进行说明。图5A是表示肿瘤相对于成像对象区域的位置关系的图。上述专利文献1的光融 合式成像装置1000中，如图5A所示，与肿瘤的位置、大小无关地固定了成像对象区域。图5B是表示成像对象区域中的肿瘤和光的传播区域的位置关系的图。另外，图5B 是表示在图5A所示的成像对象区域的XZ方向的断面上的、通道对的光的传播区域的例子。如上所述，光在光输入通道Inl和光输出通道Oul之间在深的区域1传播，在光输 入通道In2和光输出通道0u2之间在浅的区域2传播，在光输入通道In3和光输出通道0u3 之间在更浅的区域3传播。另外，实际上，对于光输入通道Inl和光输出通道0u2的组合等 的其他的组合(通道对)，也存在光传播的区域，这里为了使说明简单，在图5B中没有图示。若比较区域3和区域1，则由于区域1中的光的传播距离长，因此伴随着传播途中 的光的吸收及散射的光强度的衰减大，结果，在光输出通道所检测或测定的光强度低。由于 测定时的噪声中存在不依赖于光强度的成分，光输入通道和光输出通道间的距离越远则光 输出通道中的测定结果的SN比(信号与噪声之比，值越大则信号中所包含的噪声越少)越 小。若测定结果的SN比低，则基于测定结果而实施的重构处理(吸收系数的推定处理)的 精度也低，表示重构结果的图像的画质也差。S卩，上述专利文献1的光融合式成像装置1000，即使如图5B所示肿瘤在区域2的 范围内的情况下，也使用光输入通道Inl和光输出通道Oul之间的测定结果等的SN比低的 测定结果，对包含区域1等的区域2以外的区域的固定的成像对象区域实施重构。由此，重 构结果的画质较差。此外，由于包含了不需要进行重构的通道对的测定结果来实施重构，因 此存在成像所需的时间变长的问题。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述的问题而作出的，目的在于提供一种提高了画质并缩短 了成像所需时间的光融合式成像方法。用于解决问题的方法为了达成上述目的，本发明的一个方式的光融合式成像方法融合了成像方法和构 造确定方法，所述成像方法对照射生物体组织后在上述生物体组织内扩散的近红外线即扩 散光进行测定，使上述生物体组织内的光学特性图像化，所述构造确定方法进行与上述扩 散光的测定不同的测定，确定上述生物体组织内的构造的特征，该光融合式成像方法的特 征在于，包括构造确定步骤，通过上述构造确定方法，确定位于上述生物体组织内的观察 对象物体的位置及大小；区域决定步骤，根据由上述构造确定步骤确定的位置及大小，决定 包含上述观察对象物体的成像对象区域；测定步骤，测定在由上述区域决定步骤决定的成 像对象区域进行传播的上述扩散光；成像步骤，根据上述测定步骤的测定结果，推定上述成 像对象区域内的光学特性并进行图像化；以及显示步骤，对通过上述成像步骤而被图像化 了的光学特性进行显示。
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由此，例如，根据使用了超声波的构造确定方法来确定的观察对象物体的位置及 大小，决定包含该观察对象物体的成像对象区域，对该成像对象区域进行基于扩散光层析 的成像。因此，不需要如以往那样，为了能够与观察对象物体的所有的位置及大小相对应而 预先较大地设定固定的成像对象区域，在本发明的一个方式的光融合式成像方法中，能够 与观察对象物体相对应地以适当的大小较小地设定成像对象区域。其结果，能够避免根据 SN比低的扩散光的测定结果进行光学特性(例如，吸收系数)的推定即光学特性的重构，能 够提高表示图像化后的光学特性即重构结果的图像的画质，能够缩短成像所需时间(尤其 是重构所需的时间)。此外，上述测定步骤可以包括照射步骤，对上述生物体组织照射上述近红外线， 以使近红外线在由上述区域决定步骤决定的上述成像对象区域进行传播；以及对象区域测 定步骤，测定在上述照射步骤中被照射并在上述成像对象区域进行传播的上述近红外线作 为上述扩散光。由此，照射近红外线以使其在成像对象区域传播，由于测定该照射的近红外线作 为扩散光，能够缩短该扩散光的测定时间。即，以往是与观察对象物体的位置及大小无关 地、照射近红外线以使其在预定的较大的区域传播，并测定该照射的近红外线作为扩散光， 在本发明的一个方式的光融合式成像方法中，如上所述能够以适当的大小较小地设定成像 对象区域，因此能够缩小近红外线的照射范围即测定范围，能够缩短扩散光的测定时间。此外，上述光融合式成像方法可以还包括选择步骤，该选择步骤从上述扩散光进 行传播的区域分别不同的多个通道对中选择能够测定在由上述区域决定步骤决定的成像 对象区域进行传播的上述扩散光的通道对，所述多个通道对是分别由照射近红外线的照射 通道和检测从上述照射通道照射后在上述生物体组织内扩散的上述近红外线即扩散光的 检测通道构成的多个组合，在上述照射步骤中，从由上述选择步骤选择的通道对的照射通 道照射上述近红外线，在上述对象区域测定步骤中，用由上述选择步骤选择的通道对的检 测通道来检测上述扩散光，由此测定在上述成像对象区域进行传播的上述扩散光。由此，使用具有分别由照射通道(光输入通道)以及检测通道(光输出通道)构 成的多个通道对的光探头，能够实现画质的提高、扩散光的测定时间的缩短。此外，上述测定步骤可以包括照射步骤，对上述生物体组织照射上述近红外线， 以使近红外线在上述生物体组织内的包含上述成像对象区域在内的预定的第一区域进行 传播；以及第一既定区域测定步骤，测定在上述照射步骤中被照射并在上述预定的第一区 域进行传播的上述近红外线作为上述扩散光，在上述成像步骤中，仅根据上述第一既定区 域测定步骤的测定结果中的、在上述成像对象区域进行传播的扩散光的测定结果，推定上 述成像对象区域内的光学特性。例如，预定的第一区域以能够对应观察对象物体的所有位置及大小的方式被较大 地固定地设定。在这样的情况下，即使照射近红外线以使其在该第一区域传播并作为扩散 光来测定，在本发明的一个方式的光融合式成像方法中，仅根据该测定结果中的、在成像对 象区域传播的扩散光的测定结果来推定光学特性。其结果，能够避免根据SN比低的扩散光 的测定结果进行光学特性的推定即光学特性的重构，能够提高表示图像化后的光学特性即 重构结果的图像的画质。此外，上述光融合式成像方法可以还包括选择步骤，该选择步骤从上述扩散光进行传播的区域分别不同的多个通道对中选择能够测定在由上述区域决定步骤决定的成像 对象区域进行传播的上述扩散光的通道对，所述多个通道对是分别由照射近红外线的照射 通道和检测从上述照射通道照射后在上述生物体组织内扩散的上述近红外线即扩散光的 检测通道构成的多个组合，在上述照射步骤中，从由上述多个通道对的照射通道照射上述 近红外线，在上述第一既定区域测定步骤中，用上述多个通道对的检测通道来检测上述扩 散光，由此测定在上述预定的第一区域进行传播的上述扩散光，在上述成像步骤中，仅根据 上述第一既定区域测定步骤的测定结果中的、使用了由上述选择步骤选择的通道对的测定 结果，推定上述成像对象区域内的光学特性。由此，使用具有分别由照射通道(光输入通道)以及检测通道(光输出通道)构 成的多个通道对的光探头，能够实现画质的提高。此外，上述光融合式成像方法可以还包括判别步骤，通过上述构造确定方法，判 别上述生物体组织内是否存在上述观察对象物体；第二既定区域测定步骤，在上述判别步 骤判别为不存在上述观察对象物体时，测定在上述生物体组织内的预定的第二区域进行传 播的上述扩散光；既定区域成像步骤，根据上述第二既定区域测定步骤的测定结果，推定上 述预定的第二区域内的光学特性并进行图像化；以及既定区域显示步骤，对通过上述既定 区域成像步骤而被图像化了的光学特性进行显示，在上述构造确定步骤中，在上述判别步 骤判别为存在上述观察对象物体时，确定上述观察对象物体的位置及大小。例如，预定的第二区域被较大地固定地设定。因此，在本发明的一个方式的光融合 式成像方法中，在生物体组织内没有确认观察对象物体的情况下，不会中断成像，而是在较 大的范围中进行基于扩散光层析的成像，从而能够把握生物体组织的状况。此外，上述光融合式成像方法可以还包括辅助信息生成步骤，该辅助信息生成步 骤根据由上述成像步骤推定的光学特性，确定上述观察对象物体的生物体的特性，生成表 示上述生物体的特性的诊断辅助信息，在上述显示步骤中还显示上述诊断辅助信息。例如，在观察对象物体是肿瘤的情况下，由于该肿瘤是恶性还是良性作为生物体 的特性而被确定、被显示，从而能够对被检查者提供有用的诊断结果。此外，上述光融合式成像方法可以还包括功能信息生成步骤，该功能信息生成步 骤进行与上述扩散光的测定不同的测定，确定上述生物体组织内的功能的特征，生成表示 上述功能的特征的功能信息，在上述显示步骤中还显示上述功能信息。例如，由于通过测定向生物体组织照射的超声波来确定并显示生物体组织内的血 流量等作为功能的特征，因此能够对被检查者提供有用的诊断结果。另外，本发明不仅能够作为这样的光融合式成像方法来实现，还可以作为通过该 方法进行成像的装置、集成电路、使计算机进行基于该方法的成像的程序，以及，存储了该 程序的记录介质来实现。发明效果本发明的光融合式成像方法能够提高画质、缩短成像所需时间。即，能够将SN比 低的测定结果的使用抑制到最小限度，其结果能够实现重构结果的画质的提高以及有关图 像重构的处理量的削减，并且能够实现处理时间的缩短。
图1是表示扩散光层析的构成例的示意图。图2是表示上述专利文献1的光融合式成像装置1000的构成例的框图。图3是表示以往的光融合式成像方法中的扩散光层析的动作的流程图。图4A是表示融合了光和超声波的各自的探头的融合式探头的外观的一例的图。图4B是表示光输入通道和光输出通道之间的光的传播区域的一例的图。图5A是表示肿瘤相对于成像对象区域的位置关系的图。图5B是表示成像对象区域中的肿瘤和光的传播区域的位置关系的图。图6是本发明的第一实施方式中的光融合式成像装置100的外观图。图7是表示同上的光融合式成像装置的构成例的框图。图8是表示同上的固定式的融合式探头的外观的图。图9是表示同上的光融合式成像装置的动作的流程图。图10是表示同上的图9中的步骤S103的处理的流程图。图IlA是表示可成像区域、成像对象区域以及肿瘤的位置关系的图。图IlB是表示可成像区域及成像对象区域中的肿瘤和光的传播区域的位置关系 的图。图12是表示本发明的第一实施方式的变形例1的光融合式成像装置的动作的流 程图。图13是表示同上的变形例2的光融合式成像装置的动作的流程图。图14是表示同上的变形例3的光融合式成像装置的动作的流程图。图15是表示同上的变形例4的光融合式成像装置的动作的流程图。图16是表示同上的变形例5的光融合式成像装置的动作的流程图。图17A是表示本发明的第二实施方式的存储了用于通过计算机系统来实现光融 合式成像方法的程序的记录介质的一例的图。图17B是表示同上的存储了用于通过计算机系统来实现光融合式成像方法的程 序的记录介质的其他例的图。图17C是表示同上的用于通过计算机系统来实现光融合式成像方法的系统的例 子的图。图18A是表示本发明的光融合式成像装置的构成的框图。图18B是表示本发明的光融合式成像方法的流程图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。(第一实施方式)参照附图，对本发明的光融合式成像方法以及光融合式成像装置的第一实施方式 进行说明。图6是本实施方式的光融合式成像装置100的外观图。本实施方式的光融合式成像装置100是并用了超声波和扩散光层析的成像装置， 能够提高画质，缩短成像所需时间。这样的光融合式成像装置100主要包括显示装置10a、主体装置IOb以及融合式探头10c。显示装置IOa是液晶或者CRT等的显示装置，用于显示通过光融合式成像方法而 得到的图像、医疗相关的必要的信息，具有受理来自操作者的输入的触摸面板等。主体装置IOb具备用于控制融合式探头IOc中的超声波以及近红外线的收发的 收发电路；由用于处理各种信号、图像的DSP(Digital Signal I^rocessor 数字信号处理 器)、RAM等构成的信号图像处理电路；以及受理来自操作者的操作的开关组。融合式探头IOc与例如图4A所示的融合式探头相同，具备由收发超声波的超声波 振子、声透镜等构成的超声波探头以及由多个光输入通道(照射通道)以及多个光输出通 道(检测通道)构成的光探头。例如，超声波探头配置在多个光输入通道和多个光输出通 道之间。另外，由光输入通道以及光输出通道的组合构成通道对。图7是表示本实施方式的光融合式成像装置100的构成例的框图。光融合式成像装置100具备超声波信号测定部101、超声波信号处理部102、显示 部103、信息取得部104、区域决定部105、通道对决定部106、光信号测定部107以及图像重 构部108。另外，超声波信号测定部101和光信号测定部107构成融合式探头10c，超声波 信号测定部101相当于超声波探头，光信号测定部107相当于光探头。而且，显示部103相 当于显示装置10a。超声波信号测定部101和超声波信号处理部102处理超声波信号。超声波信号测 定部101对照射超声波后在生物体内反射并散射后的超声波检测进行检测和测定，作为超 声波信号。超声波信号处理部102对由超声波信号测定部101测定出的超声波信号进行 解析和图像化，将通过该解析得到的表示图像的超声波图像数据d3输出至显示部103。另 外，超声波信号处理部102通过上述的解析确定肿瘤的位置、形状以及大小等，将表示这些 信息的肿瘤信息dl输出至信息取得部104以及图像重构部108。在超声波信号处理部102 中获得的肿瘤信息dl可以是二维信息，也可以是三维信息。在是二维信息时，得到的表示 肿瘤的形状的信息是表示肿瘤的特定断面的形状的信息，根据表示该特定断面的形状的信 息，通过别的方法来推定肿瘤的三维形状和大小等。信息取得部104、区域决定部105、通道对决定部106、光信号测定部107以及图像 重构部108执行扩散光层析的处理。信息取得部104从超声波信号处理部102取得肿瘤信息dl，将该肿瘤信息dl输出 至区域决定部105。区域决定部105从信息取得部104取得肿瘤信息dl，根据该肿瘤信息dl，在预定 的可成像区域中决定成为应成像对象的区域(成像对象区域)。然后，区域决定部105将表 示该成像对象区域的区域信息d4输出至通道对决定部106以及图像重构部108。通道对决定部106若从区域决定部105取得区域信息d4，则从光信号测定部107 所具有的多个通道对之中决定(选择)至少一个将该区域信息d4所示出的成像对象区域 的全部或者一部分作为光的传播区域的有效的通道对。另外，通道对是1个光输入通道和 1个光输出通道的组合。然后，通道对决定部106将表示所决定的通道对的对信息d5输出 至光信号测定部107。光信号测定部107若从通道对决定部106取得对信息d5，则从多个通道对之中选 择由该对信息d5所表示的通道对。然后，光信号测定部107从所选择的通道对中包含的光输入通道照射近红外线，通过所选择的通道对中包含的光输出通道，检测并测定在生物体内 扩散后的近红外线(扩散光)来作为光信号。光信号测定部107将表示测定结果的光测定信 息d6输出至图像重构部108。另外，在通过对信息d5所表示的通道对有多个的情况下，光信 号测定部107按由对信息d5所表示的各通道对，依次反复进行上述的光信号的测定。图像重构部108取得从光信号测定部107输出的光测定信息d6、从区域决定部 105输出的区域信息d4，从超声波信号处理部102输出的肿瘤信息dl。然后，图像重构部 108通过使用该光测定信息d6、区域信息d4以及肿瘤信息dl，推定成像对象区域中的肿瘤 部分的吸收系数(或者，吸收系数和散射系数的两者)，即进行重构。此时，图像重构部108 使用漫射近似理论来进行重构。图像重构部108使通过该重构得到的吸收系数图像化，将 表示该图像(重构结果)的光图像数据d7输出至显示部103。即，在本实施方式中，图像重 构部108具备控制显示部103的显示控制部。显示部103显示利用超声波图像数据d3以及光图像数据d7的各数据所表示的图像。另外，在本实施方式中，如图6所示，包括光信号测定部107以及超声波信号测定 部101的融合式探头IOc是用户一边移动该探头一边进行测定的扫描仪式的探头，也可以 是以固定的状态来进行测定的类型(固定式)的探头。例如，固定式的融合式探头IOc构 成为用于乳癌诊断的覆盖胸的半球形(dome)的形状。图8是表示固定式的融合式探头IOc的外观的图。固定式的融合式探头IOc如上所述构成为半球形的形状。融合式探头IOc的凹部 的内表面上配设有上述的超声波探头pl、具有分别由光输入通道cl以及光输出通道c2构 成的多个通道对的光探头。这样的固定式的融合式探头IOc例如在诊察用的床20上固定2个。在诊察用的 床20上设有2个孔21，固定式的融合式探头IOc以凹部的内表面朝向上方的方式分别被嵌 入并固定在各个上述孔21中。女性的被检查者脸朝下横躺在床20上，将胸插入融合式探 头IOc的凹部。这样，在胸被收容于融合式探头IOc的凹部的状态下进行测定。另外，超声波探头和扩散光层析的光探头可以配置在同一框体内，也可以配置在 分别独立的框体内。但是，在扩散光层析的光探头为扫描仪式时，鉴于扩散光层析和超声波 的成像区域的对应关系的取得容易性，优选将两者的探头配置在同一框体内。图9是表示本实施方式的光融合式成像装置100的动作的流程图。另外，在此，参 照图9，以本发明的光融合式成像装置100的扩散光层析部分的动作为中心进行说明。首先，信息取得部104取得通过超声波获得的肿瘤信息dl (步骤S101)。接着，区 域决定部105根据所取得的肿瘤信息dl，以至少包含肿瘤部位的方式自动地决定成像对象 区域(步骤S102)。成像对象区域被决定为收容在可成像区域内，该可成像区域是能够通过 光信号测定部107所搭载的光输入通道以及光输出通道进行重构的区域。另外，表示肿瘤的大小以及位置等的肿瘤信息dl可以由用户在超声波图像(根据 超声波图像数据d3所表示的图像)中一边确认肿瘤位置，一边手动地决定，也可以通过与 图像特征量、过去的病例数据库等进行比较等来自动决定。此外，成像对象区域也可以由用 户在超声波图像中一边确认肿瘤位置，一边手动地决定。此外，由于受到融合式探头IOc的 大小的制约等，存在很难以在成像对象区域的整个区域中具有相等的感度的方式来配置光
13输入通道以及光输出通道的情况。该情况下，光信号测定部107被设计为，例如，在平行于 图4A的xy平面的断面中的融合式探头IOc的中央部分提高了感度。在这样的情况下，优 选肿瘤位置位于感度高的部分。因此，也可以使光融合式成像装置100具备显示机构等的 接口，该显示机构等的接口促使用户移动融合式探头10c，以使肿瘤位置收容在预先设定的 区域内。例如，光融合式成像装置100将表示可成像区域内的高感度区域的信息层叠显示 在超声波图像上，表示由超声波图像示出的肿瘤位置与可成像区域中的高感度区域之间的 位置关系。接着，通道对决定部106决定在成像对象区域的重构中的必要的有效的通道对 (步骤S103)。光信号测定部107使用在步骤S103中决定使用的有效的通道对，从光输入通 道照射激光(近红外线)，测定在生物体内传播后到达光输出通道的扩散光作为光信号(步 骤S104)。图像重构部108根据步骤S104中的测定的结果，对通过步骤S102决定的成像 对象区域内的各体素的吸收系数进行重构(推定)，并进行图像化(步骤S105)。图像重构 部108在进行吸收系数的重构时，通过迭代运算计算出该吸收系数。此时，图像重构部108 根据肿瘤信息dl决定该吸收系数的初始值。这里，在对扩散光层析中的重构时的逆问题求 解时，从重构的精度的观点来讲优选使用迭代运算。然而，也可以例如通过求出表现漫射近 似理论等的模型的矩阵的近似的逆矩阵，不进行迭代运算而直接地得到重构结果(吸收系 数)等。另外，在直接地得到重构结果时，不需要在步骤S105中设定初始值。另外，吸收系 数也可以是绝对值，也可以是表示偏离基准值的差的相对值。此外，重构的对象不仅限于吸 收系数，也可以是表示散射系数等其他的光学特性的特征量。最后，显示部103显示图像化后的重构结果(推定出的吸收系数)(步骤S106)。图 像重构结果也可以二维显示成像对象区域的断面，也可以三维显示成像对象区域整体。这 里，在将扩散光层析的重构结果层叠显示在超声波图像上时，或二维显示或三维显示使两
者一致。图10是表示步骤S103的处理的流程图。首先，通道对决定部106选择通道间的光的传播区域包含成像对象区域的至少一 部分的通道对(步骤S1031)。这里，对光的传播区域的决定方法进行详细说明。光输出通 道的测定值根据传播区域内的各体素(将三维空间分割为多个微小三维空间的情况下的、 分割后的各三维空间。例如，在分割为多个立方体的情况下，各个立方体成为体素)的吸收 系数、散射系数等的光学特性来决定。这里，体素的感度定义为如(式1)所示。式1
权利要求
1.一种光融合式成像方法，融合了成像方法和构造确定方法，所述成像方法对向生物 体组织照射后在上述生物体组织内扩散的近红外线即扩散光进行测定，使上述生物体组织 内的光学特性图像化，所述构造确定方法进行与上述扩散光的测定不同的测定，确定上述 生物体组织内的构造的特征，该光融合式成像方法的特征在于，包括构造确定步骤，通过上述构造确定方法，确定位于上述生物体组织内的观察对象物体 的位置及大小；区域决定步骤，根据由上述构造确定步骤确定出的位置及大小，决定包含上述观察对 象物体的成像对象区域；测定步骤，测定在由上述区域决定步骤决定出的成像对象区域进行传播的上述扩散光；成像步骤，根据上述测定步骤的测定结果，推定上述成像对象区域内的光学特性并进 行图像化；以及显示步骤，对通过上述成像步骤而被图像化了的光学特性进行显示。
2.根据权利要求1所述的光融合式成像方法，其特征在于， 上述测定步骤包括照射步骤，对上述生物体组织照射上述近红外线，以使近红外线在由上述区域决定步 骤决定的上述成像对象区域进行传播；以及对象区域测定步骤，测定在上述照射步骤中被照射并在上述成像对象区域进行传播的 上述近红外线作为上述扩散光。
3.根据权利要求2所述的光融合式成像方法，其特征在于， 上述光融合式成像方法还包括选择步骤，该选择步骤从上述扩散光进行传播的区域分别不同的多个通道对中选择能够测定在 由上述区域决定步骤决定的成像对象区域进行传播的上述扩散光的通道对，所述多个通道 对是分别由用于照射近红外线的照射通道和用于检测从上述照射通道照射后在上述生物 体组织内扩散的上述近红外线即扩散光的检测通道构成的多个组合， 在上述照射步骤中，从由上述选择步骤选择出的通道对的照射通道照射上述近红外线， 在上述对象区域测定步骤中，用由上述选择步骤选择出的通道对的检测通道来检测上述扩散光，由此测定在上述成 像对象区域进行传播的上述扩散光。
4.根据权利要求1所述的光融合式成像方法，其特征在于， 上述测定步骤包括照射步骤，对上述生物体组织照射上述近红外线，以使近红外线在上述生物体组织内 的包含上述成像对象区域在内的预定的第一区域进行传播；以及第一既定区域测定步骤，测定在上述照射步骤中被照射并在上述预定的第一区域进行 传播的上述近红外线作为上述扩散光， 在上述成像步骤中，仅根据上述第一既定区域测定步骤的测定结果中的、在上述成像对象区域进行传播的 扩散光的测定结果，推定上述成像对象区域内的光学特性。
5.根据权利要求4所述的光融合式成像方法，其特征在于， 上述光融合式成像方法还包括选择步骤，该选择步骤从上述扩散光进行传播的区域分别不同的多个通道对中选择能够测定在 由上述区域决定步骤决定出的成像对象区域进行传播的上述扩散光的通道对，所述多个通 道对是分别由用于照射近红外线的照射通道和用于检测从上述照射通道照射后在上述生 物体组织内扩散的上述近红外线即扩散光的检测通道构成的多个组合， 在上述照射步骤中，从上述多个通道对的照射通道照射上述近红外线， 在上述第一既定区域测定步骤中，用上述多个通道对的检测通道来检测上述扩散光，由此测定在上述预定的第一区域进 行传播的上述扩散光， 在上述成像步骤中，仅根据上述第一既定区域测定步骤的测定结果中的、使用了由上述选择步骤选择出的 通道对的测定结果，推定上述成像对象区域内的光学特性。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的光融合式成像方法，其特征在于， 在上述成像步骤中，推定上述近红外线在上述生物体组织中的吸收系数作为上述光学特性并进行图像化。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的光融合式成像方法，其特征在于， 在上述成像步骤中，将上述成像对象区域分割成多个单位区域，对每个上述单位区域推定上述光学特性并 进行图像化。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的光融合式成像方法，其特征在于， 上述光融合式成像方法还包括判别步骤，通过上述构造确定方法，判别上述生物体组织内是否存在上述观察对象物体；第二既定区域测定步骤，在上述判别步骤判别为不存在上述观察对象物体时，测定在 上述生物体组织内的预定的第二区域进行传播的上述扩散光；既定区域成像步骤，根据上述第二既定区域测定步骤的测定结果，推定上述预定的第 二区域内的光学特性并进行图像化；以及既定区域显示步骤，对通过上述既定区域成像步骤而被图像化了的光学特性进行显示，在上述构造确定步骤中，在上述判别步骤判别为存在上述观察对象物体时，确定上述观察对象物体的位置及大
9.根据权利要求1 8中任一项所述的光融合式成像方法，其特征在于，上述构造确定方法是测定对上述生物体组织照射的、在上述生物体组织内进行传播的 超声波，并根据上述测定的结果来确定上述生物体组织内的构造的特征的方法。
10.根据权利要求1 9中任一项所述的光融合式成像方法，其特征在于， 上述光融合式成像方法还包括辅助信息生成步骤，该辅助信息生成步骤根据由上述成像步骤推定出的光学特性，确定上述观察对象物体 的生物体的特性，生成表示上述生物体的特性的诊断辅助信息，在上述显示步骤中还显示上述诊断辅助信息。
11.根据权利要求1 10中任一项所述的光融合式成像方法，其特征在于，上述光融合式成像方法还包括功能信息生成步骤，该功能信息生成步骤进行与上述扩散光的测定不同的测定，确定上述生物体组织内的 功能的特征，生成表示上述功能的特征的功能信息，在上述显示步骤中还显示上述功能信息。
12.一种光融合式成像装置，利用融合了成像方法和构造确定方法的光融合式成像方 法使上述生物体组织内图像化，所述成像方法对向生物体组织照射后在上述生物体组织内 扩散的近红外线即扩散光进行测定，使上述生物体组织内的光学特性图像化，所述构造确 定方法进行与上述扩散光的测定不同的测定，确定上述生物体组织内的构造的特征，该光 融合式成像装置的特征在于，具备构造确定部，通过上述构造确定方法，确定位于上述生物体组织内的观察对象物体的 位置及大小；区域决定部，根据由上述构造确定部确定出的位置及大小，决定包含上述观察对象物 体的成像对象区域；测定部，测定在由上述区域决定部决定出的成像对象区域进行传播的上述扩散光；成像部，根据上述测定部的测定结果，推定上述成像对象区域内的光学特性并进行图 像化；以及显示部，对通过上述成像部而被图像化了的光学特性进行显示。
13.一种用于光融合式成像方法的程序，该光融合式成像方法融合了成像方法和构造 确定方法，所述成像方法对向生物体组织照射后在上述生物体组织内扩散的近红外线即扩 散光进行测定，使上述生物体组织内的光学特性图像化，所述构造确定方法进行与上述扩 散光的测定不同的测定，确定上述生物体组织内的构造的特征，该程序的特征在于，使计算 机执行以下步骤构造确定步骤，通过上述构造确定方法，确定位于上述生物体组织内的观察对象物体 的位置及大小；区域决定步骤，根据由上述构造确定步骤确定出的位置及大小，决定包含上述观察对 象物体的成像对象区域；测定步骤，测定在由上述区域决定步骤决定出的成像对象区域进行传播的上述扩散光；成像步骤，根据上述测定步骤的测定结果，推定上述成像对象区域内的光学特性并进 行图像化；以及显示步骤，对通过上述成像步骤而被图像化了的光学特性进行显示。
14.一种集成电路，利用融合了成像方法和构造确定方法的光融合式成像方法使上述 生物体组织内图像化，所述成像方法对向生物体组织照射后在上述生物体组织内扩散的近 红外线即扩散光进行测定，使上述生物体组织内的光学特性图像化，所述构造确定方法进 行与上述扩散光的测定不同的测定，确定上述生物体组织内的构造的特征，该集成电路的特征在于，具备构造确定部，通过上述构造确定方法，确定位于上述生物体组织内的观察对象物体的 位置及大小；区域决定部，根据由上述构造确定部确定出的位置及大小，决定包含上述观察对象物 体的成像对象区域；测定部，测定在由上述区域决定部决定出的成像对象区域进行传播的上述扩散光； 成像部，根据上述测定部的测定结果，推定上述成像对象区域内的光学特性并进行图 像化；以及显示控制部，使通过上述成像部而被图像化了的光学特性显示在显示部上。
全文摘要
一种能够提高画质且能够缩短成像所需时间的光融合式成像方法，包括确定位于生物体组织内的观察对象物体的位置及大小的构造确定步骤(S21)；根据构造确定步骤(S21)所确定的位置及大小，决定包含观察对象物体的成像对象区域的区域决定步骤(S22)；对在区域决定步骤(S22)所决定的成像对象区域传播的扩散光进行测定的测定步骤(S23)根据测定步骤(S23)的测定结果来推定成像对象区域内的光学特性并进行图像化的成像步骤(S24)；以及显示通过成像步骤(S24)而被图像化了的光学特性的显示步骤(S25)。
文档编号A61B10/00GK102112062SQ201080002240
公开日2011年6月29日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月10日
发明者申省梅, 程骏, 近藤敏志, 远间正真, 黄仲阳 申请人:松下电器产业株式会社