光声图像化方法及装置制造方法
【专利摘要】在光声图像化方法中，防止在使存在于比被检体的表面深的部位的观察部位图像化时显现被检体的表面部分。在具有向被检体出射脉冲光并对此时从被检体发出的光声波进行检测而生成光声数据的单元(13、21、22)的光声图像化装置(10)中，设置：区域检测单元(50)，基于光声波检测信号来求算被检体的表面附近区域；及校正单元(51)，在显示观察部位时使区域检测单元(50)所求出的表面附近区域的信息衰减(也包含除去)而显示。
【专利说明】光声图像化方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及光声图像化方法，即向活体组织等被检体出射光并基于由此从被检体产生的光声波而对被检体进行图像化的方法。
[0002]另外，本发明涉及实施光声图像化方法的装置。
【背景技术】
[0003]以往，如例如专利文献1、2和非专利文献I所示，公知有利用光声效应而对活体的内部进行图像化的光声图像化装置。该光声图像化装置中，例如将脉冲激光等脉冲光向活体出射。在接受到该脉冲光后的活体内部，吸收了脉冲光的能量后的活体组织因热而体积膨胀，产生声波(光声波)。因此，能够由超声波探针等检测单元对该光声波进行检测，基于由此得到的电信号(光声信号)而对活体内部进行可视像化。
[0004]该光声图像化装置仅基于从特定的吸光体发射的光声波而构建图像，因此适用于对活体中的特定的组织例如血管等进行图像化。
[0005]根据光声图像化装置，如上述那样也能够对活体的血管等从被检体的表面进入到内部的组织进行图像化，但是，为此需要较高地设定脉冲光的强度使得脉冲光能够到达至较深的位置。可是，这样一来，有时被检体的表面附近部分(例如表皮、体毛的部分)接受到脉冲光而发出光声波，生成该表面附近部分的光声图像并显示。如此显示的表面附近部分在对血管等本来的观察部位进行观察方面较为烦扰，此外，有时也会将观察部位遮挡。
[0006]在专利文献I中也示出了用于解决该问题的方法。该方法是:对基于多个检测元件的光声波检测信号在空间方向上进行傅里叶变换并将空间性的低频成分截止，接下来进行逆傅里叶变换，利用该变换后的图像信号对光声图像进行生成、显示。
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2005 - 21380号公报
[0009]专利文献2:日本特开2011 - 217767号公报
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1:A High-Speed Photoacoustic Tomography System based ona Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, JonathanCannataj Derek DeBusscherejChanghong HujJ.Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc.SPIE，Vol.7564，pp.756424-1-756424-9，2010
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]可是，在专利文献I所示的方法中，存在也会将沿与多个检测元件的排列方向平行的方向延伸的血管等观察部位除去的问题。另外，该方法中，也存在如下问题:不利用保持有多个检测元件的探针对被检体进行压迫，在被检体表面不与多个检测元件的排列方向平行的情况下，即例如在水中、凝胶状物质内使检测元件漂浮而使用、或在检测元件的表面存在透明体那样的情况下，无法充分地得到将被检体的表面部分除去的效果。
[0014]本发明鉴于上述情况而提出，目的在于提供一种能够切实地防止被检体的表面附近部分被清晰地图像化的光声图像化方法。
[0015]另外，本发明的目的还在于提供一种能够实施这种光声图像化方法的光声图像化
>J-U ρ?α装直。
[0016]用于解决课题的手段
[0017]本发明的第一光声图像化方法中，从光源通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光，对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号，基于该光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示于图像显示单元，所述第一光声图像化方法的特征在于，基于光声波检测信号来求算被检体的表面附近区域，在显示观察部位时，使所述求得的表面附近区域的信息衰减而显示。
[0018]另外，上述的所谓“使表面附近区域的信息衰减而显示”也包括使衰减的程度为最大的情况即将该信息完全除去的情况(以下，同样)。
[0019]另外，在该第一光声图像化方法中更具体地说，可以求出关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初产生极值的位置与接下来产生极值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0020]或者，在该第一光声图像化方法中更具体地说，也可以求出关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0021]另外，在该第一光声图像化方法中更具体地说，也可以求出关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与之后最初产生极值后接下来产生极值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0022]另外，在该第一光声图像化方法中更具体地说，也可以求出关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0023]另外，在该第一光声图像化方法中更具体地说，也可以求出关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与之后最初产生极值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0024]此外，在该第一光声图像化方法中更具体地说，也可以求出关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0025]另一方面，在该第一光声图像化方法中，优选为，在求算上述光声波检测信号的微分值之前，对该光声波检测信号实施平滑化处理。
[0026]此外，在该第一光声图像化方法中，优选为，在进行求算上述表面附近区域的处理之前，对该处理所用的微分值实施平滑化处理。
[0027]另一方面，本发明的第二光声图像化方法中，从光源通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光，对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号，基于该光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示于图像显示单元，所述第二光声图像化方法的特征在于，通过被检体的表面而向所述观察部位出射声波，对此时由被检体反射的反射声波进行检测而得到反射声波检测信号，基于该反射声波检测信号来求算被检体的表面附近区域，在显示观察部位时，使所求出的所述表面附近区域的信息衰减而显示。
[0028]在该第二光声图像化方法中更具体地说，可以求出关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的反射声波检测信号从最小值转为增大的位置与最初取得极大值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0029]或者，在该第二光声图像化方法中更具体地说，可以求出从取得平均值的位置向被检体的深度方向及与此相反的方向分别离开了预定长度的两个位置之间的区域作为表面附近区域，其中所述平均值为关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的反射声波检测信号所示的最小值和最初所检测的极大值的平均值。
[0030]另外，本发明的光声图像化方法更优选为适用于向被检体出射的光的波长处于700?850nm的范围的情况。
[0031]另一方面，本发明的第一光声图像化装置具备:通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光的光源；对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号的光声波检测单元；及基于所述光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示的图像显示单元，所述第一光声图像化装置的特征在于，具备:基于所述光声波检测信号来求算被检体的表面附近区域的单元；及在显示观察部位时使所求出的所述表面附近区域的信息衰减而显示的校正单元。
[0032]在该本发明的第一光声图像化装置中，作为求算上述的表面附近区域的单元，例如可以适用如下那样的单元:将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初产生极值(极大值或者极小值)的位置与接下来产生极值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0033]或者，作为求算上述的表面附近区域的单元，也可以适用如下那样的单元:将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0034]另外，作为求算上述的表面附近区域的单元，也可以适用如下那样的单元:将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与之后最初产生极值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0035]另外，作为求算上述的表面附近区域的单元，也可以适用如下那样的单元:将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0036]另外，作为求算上述的表面附近区域的单元，也可以适用如下那样的单元:将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与之后最初产生极值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0037]此外，作为求算上述的表面附近区域的单元，也可以适用如下那样的单元:将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
[0038]另外，在本发明的第一光声图像化装置中，优选为，设置有在求算上述光声波检测信号的微分值之前对该光声波检测信号实施平滑化处理的单元。
[0039]另外，在本发明的第一光声图像化装置中，优选为，设置有在进行求算上述表面附近区域的处理之前对该处理所用的微分值实施平滑化处理的单元。
[0040]另一方面，本发明的第二光声图像化装置具备:通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光的光源；对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号的光声波检测单元；及基于所述光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示的图像显示单元，所述第二光声图像化装置的特征在于，具备:通过被检体的表面而向观察部位出射声波的单元；对此时由被检体反射的反射声波进行检测而得到反射声波检测信号的反射声波检测单元；基于所述反射声波检测信号来求算被检体的表面附近区域的单元；及在显示观察部位时使所求出的所述表面附近区域的信息衰减而显示的校正单元。
[0041]在该本发明的第二光声图像化装置中，作为求算上述的表面附近区域的单元，也可以适用如下那样的单元:将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的反射声波检测信号从最小值转为增大的位置与最初取得极大值的位置之间的区域作为表面附近区域。
[0042]或者，作为求算上述的表面附近区域的单元，也可以适用如下那样的单元:将从取得平均值的位置向被检体的深度方向及与此相反的方向分别离开了预定长度的两个位置之间的区域作为表面附近区域，其中所述平均值为关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的反射声波检测信号所示的最小值和最初所检测的极大值的平均值。
[0043]另外在本发明的光声图像化装置中，优选为使用发出波长处于700?850nm的范围的光的光源作为所述光源。
[0044]发明效果
[0045]根据本发明的第一光声图像化方法，基于光声波检测信号来求算被检体的表面附近区域，在显示观察部位时，使上述求出的表面附近区域的信息衰减而显示，因此能够切实地防止被检体的表面附近部分被清晰地图像化。另外，根据本
【发明者】的研究可知:在向被检体出射的光的波长处于700?850nm左右的范围时，容易产生被检体的表面附近部分被图像化的现象，因此如果在使用这种波长的光的情况下适用本发明的方法，则特别有效。
[0046]另外，根据本发明的第二光声图像化方法，通过被检体的表面向观察部位出射声波，对此时由被检体反射的反射声波进行检测而得到反射声波检测信号，基于该反射声波检测信号来求算被检体的表面附近区域，在显示观察部位时使上述求出的表面附近区域的信息衰减而显示，因此在该情况下，也能够切实地防止被检体的表面附近部分被清晰地图像化。
[0047]另一方面，本发明的第一光声图像化装置具备基于光声波检测信号来求算被检体的表面附近区域的单元和在显示观察部位时使所求出的上述表面附近区域的信息衰减而显示的校正单元，因此能够实施上述的本发明的第一光声图像化方法。
[0048]另外，本发明的第二光声图像化装置具备通过被检体的表面而向观察部位出射声波的单元、对此时由被检体反射的反射声波进行检测而得到反射声波检测信号的反射声波检测单元、基于上述反射声波检测信号来求算被检体的表面附近区域的单元及在显示观察部位时使上述求出的表面附近区域的信息衰减而显示的校正单元，因此能够实施上述的本发明的第二光声图像化方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1是表示本发明的一实施方式的光声图像化装置的概略结构的框图。
[0050]图2是说明在图1的装置中对被检体的表面附近区域进行检测的一个方法的概略图。
[0051]图3是说明在图1的装置中对被检体的表面附近区域进行检测的其他方法的概略图。
[0052]图4是表示本发明的其他实施方式的光声图像化装置的概略结构的框图。
[0053]图5是说明在图4的装置中对被检体的表面附近区域进行检测的一个方法的概略图。
[0054]图6是说明在图4的装置中对被检体的表面附近区域进行检测的其他方法的概略图。
[0055]图7是说明在图1的装置中所检测的表面附近区域的概略图。
[0056]图8是说明在图4的装置中所检测的表面附近区域的概略图。
[0057]图9是表示本发明的其他实施方式的光声图像化装置的部分结构的框图。
[0058]图10是表示本发明的另一其他实施方式的光声图像化装置的概略结构的框图。
[0059]图11是表示在图10的装置中所进行的一部分处理的流程的流程图。
[0060]图12是说明在图10的装置中对被检体的表面附近区域进行检测的方法的概略图。
【具体实施方式】
[0061]以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。图1是表示本发明的一实施方式的光声图像化装置10的基本结构的框图。该光声图像化装置10作为一例能够取得光声图像和超声波图像双方，并具备超声波探头(探针)11、超声波单元12、激光光源单元13及图像显示单元14。
[0062]上述激光光源单元13发出例如中心波长为756nm的激光。从激光光源单元13向被检体出射激光。优选为，例如使用多个光纤等导光单元将该激光导光至探针11，并使之从探针11的部分向被检体出射。
[0063]探针11进行对被检体的超声波的输出(发送)及从被检体反射回来的反射超声波的检测(接收)。因此，探针11具有例如排列成一维的多个超声波振子。另外，探针11利用上述多个超声波振子，对被检体内的观察部位通过吸收来自激光光源单元13的激光而产生的超声波(光声波)进行检测。探针11对上述光声波进行检测而输出光声波检测信号，另外，对上述反射超声波进行检测而输出反射超声波检测信号。
[0064]另外，在上述的导光单元与该探针11结合的情况下，该导光单元的端部即多个光纤的前端部等沿上述多个超声波振子的排列方向配置，从那里向被检体出射激光。以下，列举如此将导光单元与探针11结合的情况进行说明。
[0065]在取得被检体的光声图像或超声波图像时，使探针11沿与上述多个超声波振子所排列的一维方向大致垂直的方向移动，由此利用激光及超声波对被检体进行二维扫描。该扫描也可以由检查者以手操作使探针11移动而进行，或者也可以使用扫描机构而实现更精密的二维扫描。
[0066]超声波单元12具有接收电路21、AD转换单元22、接收存储器23、数据分离单元
24、图像重构单元25、检波/对数变换单元26及图像构建单元27。图像构建单元27的输出被输入到例如由CRT、液晶显示装置等构成的图像显示单元14。此外，超声波单元12具有发送控制电路30及对超声波单元12内的各部等的动作进行控制的控制单元31。
[0067]上述接收电路21对探针11所输出的光声波检测信号及反射检测信号进行接收。AD转换单元22是采样单元，对接收电路21接收到的光声波检测信号及反射超声波检测信号进行采样，并分别转换为作为数字信号的光声数据及反射超声波数据。与例如从外部输入的AD时钟信号同步，以预定的采样周期进行该采样。
[0068]激光光源单元13包括:由T1:蓝宝石激光器、基于YAG激光器的第二高次谐波激励的OPO (光参量振荡)激光器、变石激光器等构成的Q开关脉冲激光器32及作为该激励光源的闪光灯33。在该激光光源单元13从所述控制单元31输入指示光出射的光触发信号，若接受到该光触发信号，则使闪光灯33点亮而激励Q开关脉冲激光器32。若控制单元31使例如闪光灯33充分地激励Q开关脉冲激光器32，则输出Q开关触发信号。Q开关脉冲激光器32接受到该Q开关触发信号后使该Q开关接通，从而出射波长为756nm的脉冲激光。
[0069]在此，能够根据Q开关脉冲激光器32的特性等而对从闪光灯33的点亮到Q开关脉冲激光器32成为充分的激励状态所需的时间进行估算。另外，也可以取代如上述那样由控制单元31对Q开关进行控制，而在激光光源单元13内使Q开关脉冲激光器32充分地激励后将Q开关接通。在该情况下，也可以将表示已经使Q开关接通这一内容的信号向超声波单元12侧通知。
[0070]另外控制单元31向发送控制电路30输入指示超声波发送的超声波触发信号。发送控制电路30若接受到该超声波触发信号则从探针11发送超声波。控制单元31首先将所述光触发信号输出，其后输出超声波触发信号。通过输出光触发信号而进行对被检体的激光的出射及光声波的检测，其后，通过输出超声波触发信号而进行对被检体的超声波的发送及反射超声波的检测。
[0071]控制单元31还对AD转换单元22输出指示采样开始的采样触发信号。更优选为，在输出了所述光触发信号后且输出超声波触发信号之前，以实际向被检体出射激光的时机输出该采样触发信号。因此，采样触发信号例如与控制单元31输出Q开关触发信号的时机同步而输出。AD转换单元22若接受到上述采样触发信号，则使由探针11输出而由接收电路21接收到的光声波检测信号的采样开始。
[0072]控制单元31在输出光触发信号后,在结束光声波的检测的时机输出超声波触发信号。此时，AD转换单元22不中断光声波检测信号的采样，而继续实施采样。换言之，控制单元31在AD转换单元22使光声波检测信号的采样继续的状态下输出超声波触发信号。响应超声波触发信号而由探针11进行超声波发送，从而使得探针11的检测对象从光声波变化为反射超声波。AD转换单元22使检测出的超声波检测信号的采样继续，从而对光声波检测信号和反射超声波检测信号连续地进行采样。
[0073]AD转换单元22将采样所得到的光声数据及反射超声波数据存储于共通的接收存储器23。存储于接收存储器23的采样数据在某时刻之前是光声数据，从某时刻起成为反射超声波数据。数据分离单元24将存储于接收存储器23的光声数据和反射超声波数据分离。
[0074]以下，对光声图像的生成及显示进行说明。在图1的数据分离单元24，输入从接收存储器23读出的反射超声波数据及将波长为756nm的脉冲激光向被检体出射而得到的光声数据。数据分离单元24在生成光声图像时仅将光声数据输入到后级的图像重构单元
25。图像重构单元25基于该光声数据而对表示光声图像的数据进行重构。
[0075]检波/对数变换单元26生成表示上述光声图像的数据的包络线，接下来对该包络线进行对数变换而扩大动态范围。检波/对数变换单元26将这些处理后的数据输入到图像构建单元27。图像构建单元27基于所输入的数据，构建与利用脉冲激光进行扫描的截面相关的光声图像，并将表示该光声图像的数据通过校正单元51输入到图像显示单元14。由此，在图像显示单元14显示与上述截面相关的光声图像。
[0076]上述校正单元51在没有特别需要的情况下将表示上述光声图像的数据原样直接输入到图像显示单元14，但是若在要避免被检体的表面附近部分出现在图像显示单元14的情况下赋予指示，则进行校正处理。关于该校正处理以后详细地进行说明。
[0077]另外，如前述那样使探针11移动而利用激光对被检体进行二维扫描，基于与伴随该扫描而得到的多个截面相关的图像数据，也能够生成并显示对被检体的期望部位例如血管等进行三维显示的光声图像。
[0078]另外，也能够基于数据分离单元24分离后的反射超声波数据生成并显示被检体的超声波图像。该超声波图像的生成、显示利用以往公知的方法进行即可，与本发明没有直接关联，因此省略详细的说明，但是也能够将这种超声波图像和光声图像重合而显示。
[0079]另外在本实施方式中，作为向被检体出射的声波使用超声波而得到反射超声波图像，但是该声波不限于超声波，根据被检对象、测定条件等选择适当的频率即可，可以使用可听频率的声波。
[0080]在此，在对存在于比被检体的表面深的部位的血管等的光声图像进行生成并显示的情况下，需要较高地设定其光强度使得从激光光源单元13出射的激光能够到达至被检体内的较深的部位。可是，这样一来，被检体的表面附近部分(例如表皮、体毛的部分)接受到激光而发出光声波，对该表面附近部分的光声图像进行生成并显示的情况较多。如此显示的表面附近部分在提高本来要观察的深部的亮度而显示那样的情况下，图像的一部分饱和而被显示，因此在对本来的观察部位的血管进行观察方面较为烦扰。另外，在显示投影图像那样的情况下，有时也会将其背后的观察部位遮挡。本实施方式的光声图像化装置10能够解决该问题。以下，针对该点详细地进行说明。
[0081]如图1所示，数据分离单元24与区域检测单元50连接，数据分离单元24所输出的光声数据也被输入到该区域检测单元50。区域检测单元50基于所输入的光声数据，对被检体的表面附近区域进行检测。另外，本实施方式中，基于数字化后的光声数据而对上述表面附近区域进行检测，但是也能够基于数字化之前的光声波检测信号对表面附近区域进行检测。本发明中，所谓“基于光声波检测信号来求算表面附近区域”，也包含基于将光声波检测信号数字化后的光声数据而对被检体的表面附近区域进行检测的情况。
[0082]以下，关于对上述表面附近区域进行检测的具体的步骤，参照图2进行说明。区域检测单元50首先对与从被检体的表面朝着其深度方向(设定为指向深度变得更深的方向的方向)的I条线状区域相关的光声数据进行微分。该光声数据的值与光声波检测信号的值对应，且表示光声波的强度。图2是表示该微分值的分布例的图，Z是上述深度方向。如此处所示那样，沿着深度方向Z的上述微分值的分布在被检体的皮肤组织(例如表皮或表皮+真皮上部的部分)的表侧和里侧分别具有明显的极值P1、P2。因此区域检测单元50将朝着深度方向在微分值中产生最初的极值Pl的位置ZO视为被检体和空气的边界即被检体的表面位置，检测从此处起直至接下来产生极值P2的位置的区域R作为表面附近区域。
[0083]在生成并显示关于被检体的某截面的光声图像的情况下，在沿着该截面的多个部位进行该区域检测，因此，对二维的表面附近区域进行检测。在图7中概略地示出了这种二维的表面附近区域的例子。该图中，PA是光声图像，T是被检体的表面，W是被检体的内部的观察部位，并且RE是二维的表面附近区域。
[0084]区域检测单元50将表示按照上述那样求得的表面附近区域RE的信息输入到图1的校正单元51。校正单元51从表示图像构建单元27所输出的光声图像的图像数据除去关于上述信息所示的表面附近区域RE的图像信息，并对该部分进行适当的插值，此后将该图像数据输入到图像显示单元14。因此，在图像显示单元14中，不显示被检体的表面附近部分而显示基本上仅表示观察部位W的光声图像。
[0085]另外，除了如上述那样将关于表面附近区域RE的图像信息完全除去外，也可以对该表面附近区域RE进行使显示亮度降低那样的衰减处理。在该情况下，显示图像中对被检体的表面附近部分较薄地进行显示，但是，即便是那样，与对表面附近部分清晰地进行显示的情况相比，也能够防止因显示出的表面附近部分而难以判别观察部位的不良情况。本发明中所谓“使表面附近区域的信息衰减而显示”也包括如上述那样将表面附近区域的信息完全除去而显示的情况。在进行这种衰减处理的情况下，优选为，如图7所示进行由虚线、实线等包围表面附近区域RE的显示以明确处理后的该区域RE的场所。
[0086]另外，在作为对被检体的观察部位模拟地进行三维表示的所谓3D图像显示而生成并显示光声图像的情况下，也能够对作为上述那样的二维的表面附近区域的集合的三维的表面附近区域进行检测。在这种3D图像中根据显示的角度，也存在处于较深位置的血管等观察部位显示为被表面附近区域的皮肤部分所覆盖的状态的情况，在该情况下，无法对重要的观察部位进行观察。因此，如果在这种情况下适用本发明，则改善光声图像的诊断性能的效果变得特别高。
[0087]接下来，参照图3对检测表面附近区域RE的其他方法进行说明。另外，该图3中的曲线也与图2的曲线相同，其他要素中，标注了与图2相同附图标记的要素完全与图2中的要素相同。该方法能够由图1所示的区域检测单元50所执行而得到，区域检测单元50将朝着深度方向而在微分值中产生最初的极值PI的位置ZO视为被检体和空气的边界即被检体的表面位置，检测从该位置ZO起沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域R作为表面附近区域。
[0088]另外，优选为上述预定长度如例如400像素量等那样由像素数所规定。该优选长度能够基于实验或经验而求得。另外，优选为，该预定长度能够根据装置使用者的指示输入而适当变更。这样一来，装置使用者能够一边观察图像显示单元14所显示的光声图像，一边将使显示信息衰减的表面附近区域的厚度设定为最佳。
[0089]接下来，参照图4，对本发明的其他实施方式进行说明。另外，该图4中，对于与图1中的要素同等的要素标注相同编号，关于它们的说明只要没有特别需要就予以省略(以下，同样)。
[0090]该图4的装置中，能够取代图1中的区域检测单元50，而适用根据从数据分离单元24输出的数字的反射超声波数据对表面附近区域进行检测的区域检测单元150。该区域检测单元150首先对从被检体的表面沿其深度方向的反射超声波数据的值的移动平均值(其与反射超声波检测信号的沿着同向的信号强度的移动平均值对应)进行求算。这些反射超声波数据的值表示将超声波固有的规格的影响减轻而基于由被检体反射的反射超声波的强度的边界面。
[0091]图5表示该平均值的分布例，Z是上述深度方向。如此处所示那样，沿着深度方向Z的上述平均值的分布中，对比被检体的表面靠外的凝胶或者水部分取最小值SI，在被检体的表面位置Zl从最小值SI转为增大，在存在皮肤组织的部分依然渐增，在不存在皮肤组织的部分转为减小。即在不存在皮肤组织的边缘的位置Z2，该平均值取极大值S2。因此，区域检测单元150检测上述位置Zl和位置Z2之间的区域R作为表面附近区域。在此，上述极大值S2遍及某种程度的深度范围而分布，但是位置Z2在该深度范围中的哪个位置设定均可。
[0092]在对关于被检体的某截面的光声图像进行生成并显示的情况下，在沿着该截面的多个部位进行上述的区域检测，因此，对二维的表面附近区域进行检测。图8中概略地示出了这种二维的表面附近区域的例子。该图中，US是超声波图像，T是被检体的表面，并且RE是二维的表面附近区域。
[0093]区域检测单元150将表示按照上述那样求得的表面附近区域RE的信息输入到图4的校正单元51。校正单元51从表示图像构建单元27所输出的光声图像的图像数据除去关于上述信息所示的表面附近区域RE的图像信息，并在该部分进行适当的插值后，将该图像数据输入到图像显示单元14。因此，在图像显示单元14中，不显示被检体的表面附近部分而显示基本上仅表示观察部位W的光声图像。
[0094]另外，在该情况下，除了将关于表面附近区域RE的图像信息完全除去外，也可以对该表面附近区域RE进行使显示亮度降低那样的衰减处理。在该情况下，在显示图像中被检体的表面附近部分被较薄地显示，但是即便那样，与表面附近部分被清晰地显示的情况相比，能够防止因显示出的表面附近部分而难以判别观察部位的不良情况。
[0095]接下来，参照图6，对根据反射超声波数据来检测表面附近区域RE的其他方法进行说明。另外，该图6中的曲线也与图5的曲线相同，且其他要素中，标注了与图5相同附图标记的要素完全与图5中的要素相同。该方法能够由图4所示的区域检测单元150所执行而得到，区域检测单元150对反射超声波数据的平均值的最小值SI和所述极大值S2的平均值进行求算，并对从取得该平均值的位置ZO沿被检体的深度方向离开了预定长度R2的位置Z2与从位置ZO沿与被检体的深度方向相反的方向离开了预定长度Rl的位置Zl进行求算，求出这些位置Z2和位置Zl之间的区域作为表面附近区R。
[0096]另外,优选为，上述预定长度R2和Rl如例如前者是300像素量而后者是100像素量等那样由像素数所规定。该优选长度能够基于实验或经验而求算。另外，优选为该预定长度能够根据装置使用者的指定输入而进行适当变更。这样一来，装置使用者能够一边观察图像显示单元14所显示的光声图像，一边将使显示信息衰减的表面附近区域的厚度设定为最佳。
[0097]接下来，参照图10，对本发明的又一其他实施方式进行说明。该图10的装置中，能够取代图1中的区域检测单元50，而适用区域检测单元250。该区域检测单元250根据从检波/对数变换单元26输出的对数变换后的数字的光声数据而对表面附近区域进行检测。以下，关于利用该区域检测单元250及其后级的单元所进行的区域检测处理及校正处理等，参照表示其流程的图11进行说明。
[0098]若开始处理，则区域检测单元250首先在步骤SI中，将从检波/对数变换单元26输出的上述光声数据中预定的阈值以下的值的数据全部强制性地置换为零值。更具体来说，在例如对数变换前的光声数据以采样频率:40MHz、量子化位数:12bit被采样且对此进行对数变换后的数字的光声数据取I?11之间的值的情况下，上述阈值被设定为“4”左右。通过进行该处理，能够除去低亮度域的噪声成分。
[0099]接下来，区域检测单元250在步骤S2中对光声数据实施平滑化处理。具体来说，通过将光声数据沿被检体的深度方向取21点的移动平均而进行该平滑化处理。即，针对某像素的光声数据，利用如下处理进行平滑化:即对与从该像素向被检体的较浅一侧接续的连续10个像素、从该像素向被检体的较深一侧接续的连续10个像素及该像素自身的合计21个像素相关的光声数据的平均值进行求算，将其重新作为该像素的光声数据。
[0100]接下来，区域检测单元250在步骤S3中，对进行了上述平滑化后的光声数据进行微分处理。与先前所述同样地，对与从被检体的表面朝着其深度方向Z的I条线状的区域(行)相关的光声数据进行该微分处理。与图2同样地，在图12中示出了进行该处理后的微分值的分布例。如该图所不那样，在该微分值的分布中，有时在比被检体的表面靠光源侧(与深度方向Z相反的一侧)的位置产生了噪声成分N。在存在该噪声成分N的情况下,如使用图2进行说明的方法那样，若将朝着深度方向Z在微分值中产生了最初的极值Pl的位置视为被检体的表面位置，则也有可能将在噪声成分N中产生了极值的位置误检测为被检体的表面位置。
[0101]在本实施方式中，对这种误检测进行防止，区域检测单元250接下来在步骤S4中对微分后的光声数据通过例如沿深度方向取11点的移动平均而实施了平滑化处理后，接下来在步骤S5中基于预定的阈值对被检体的表面位置进行检测。通过将对朝着上述深度方向Z的行进行检测的上述微分值最初超过预先规定的阈值Th的位置ZO视为被检体与超声波耦合器或超声波凝胶的边界即被检体的表面位置，而进行该表面位置的检测。能够对上述那样的行的多个例如所有行分别进行该表面位置的检测。
[0102]接下来，步骤S6中，区域检测单元250检测从上述位置ZO沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域R作为表面附近区域，并且校正单元51从由图像构建单元27发送来的载持有光声图像的图像数据中将与上述表面附近区域相关的图像数据删除。另夕卜，接下来，在步骤S7中，校正单元51以即使进行上述图像数据的删除也不有损诊断性能的方式对亮度、对比度进行调整，此外，在将前述的超声波图像和光声图像合成显示那样的情况下，进行表示各图像的部分的色图的调整，在步骤S8中，在图像显示单元14显示光声图像。
[0103]在本实施方式中，也如上述那样从载持有光声图像的图像数据删除与被检体的表面附近区域相关的图像数据，因此不对该表面附近部分的光声图像进行生成、显示，而能够对作为本来要观察的部位的血管等的光声图像容易观察地进行显示。
[0104]另外，上述阈值Th的优选值能够基于实验、经验而求算。作为一例，如前述那样，在对数变换前的光声数据以采样频率:40MHz、量子化位数:12bit被采样且对其进行对数变换后的数字的光声数据取I?11之间的值的情况下，上述阈值Th被设为“0.02”等。另夕卜，关于将图像数据删除的上述区域R的宽度，能够基于实验、经验来求算优选值，作为一例设为130数据量的区域等。
[0105]在本实施方式中，检测遍及被检体深度方向的预定长度的区域R作为表面附近区域，但是也可以将朝着深度方向在所述微分值产生了最初的极值Pl后接下来产生了极值P2的位置视为被检体的皮肤组织等的里侧，检测从微分值超过阈值Th的位置到产生极值P2的位置的区域作为表面附近区域。
[0106]另外在本实施方式中，进行图11的步骤S2中的对光声数据的平滑化处理及步骤S4中的对微分数据的平滑化处理，因此能够防止因在各自的数据中产生的噪声成分而不正确地进行表面附近区域的检测的情况。
[0107]另外，除了防止因图12所示那样的噪声成分N而对被检体的表面位置进行误检测夕卜，对于检测所述微分值朝着深度方向超过预定的阈值Th后最初产生了极值Pl的位置作为被检体的表面位置也是有效的。即使是在那样的情况下，也可以将从产生极值Pi的位置遍及被检体深度方向的预定长度的区域R视为表面附近区域，或者将从朝着深度方向产生上述极值Pl到接下来产生极值P2的位置的范围视为表面附近区域。
[0108]另外，本发明的光声图像化装置及方法不仅限于上述实施方式，根据上述实施方式的结构实施了各种修正及变更的结构也包含在本发明的范围中。
[0109]例如本发明也能够适用于实施了消卷积处理的光声图像化装置及方法。图9是表示以实施该消卷积处理的方式构成的光声图像化装置的一部分的框图。该图9的结构被插入在例如图1所示的图像重构单元25和检波/对数变换单元26之间，由光微分波形消卷积单元40及与其后级连接的校正单元46构成。并且，分波形消卷积单元40由傅里叶变换单元41、42、逆滤波运算单元43、滤波适用单元44及傅里叶逆变换单元45构成。
[0110]上述分波形消卷积单元40根据图像重构单元25输出的表示光声图像的数据，对将向被检体出射的脉冲激光的光强度的时间波形微分后的光脉冲微分波形进行消卷积。通过该消卷积，能够得到表示吸收分布的光声图像数据。
[0111]以下，对该消卷积详细地进行说明。光微分波形消卷积单元40的傅里叶变换单元(第一傅里叶变换单元)41利用离散傅里叶变换，将重构的光声图像数据从时间区域的信号向频率区域的信号转换。傅里叶变换单元(第二傅里叶变换单元)42通过离散傅里叶变换，将以预定的采样率对光脉冲微分波形进行采样后的信号从时间区域的信号向频率区域的信号转换。在傅里叶变换的算法中例如能够使用FFT。
[0112]在本实施方式中，AD转换单兀22中的光声波检测信号的米样率和光脉冲微分波形的采样率相等。例如，与Fs = 40MHz的采样时钟同步而对光声波检测信号进行采样，也以Fs — h = 40MHz的采样率而对光微分脉冲进行采样。傅里叶变换单元41对以40MHz采样的结果而得到的、图像重构单元25所输出的光声图像数据以例如1024点的傅里叶变换进行傅里叶变换。另外，傅里叶变换单元42将以40MHz采样所得的光脉冲微分波形以1024点的傅里叶变换进行傅里叶变换。
[0113]逆滤波运算单元43求出傅里叶变换后的光脉冲微分波形的倒数作为逆滤波。例如，逆滤波运算单元43在将对光脉冲微分波形h进行傅里叶变换后的信号设为f f t — h时，求出conj (fft_h)/abs(fft_h)2作为逆滤波。滤波适用单元44在由傅里叶变换单元41进行傅里叶变换后的光声图像数据中适用由逆滤波运算单元43求得的逆滤波。滤波适用单元44例如对应每个要素，将光声图像数据的傅里叶系数和逆滤波的傅里叶系数相乘。通过适用逆滤波，在频率区域的信号中对光脉冲微分波形进行消卷积。傅里叶逆变换单元45通过傅里叶逆变换而将适用了逆滤波后的光声图像数据从频率区域的信号向时间区域的信号变换。通过傅里叶逆变换，得到时间区域的吸收分布信号。
[0114]通过进行以上所述的处理，能够从对光微分项进行了卷积后的光声波检测信号除去光微分项，并能够根据光声波检测信号来求算吸收分布。在对那样的吸收分布进行图像化的情况下，能够得到表示吸收分布图像的光声图像。
[0115]另外，校正单元46对将光脉冲微分波形消卷积后的数据进行校正，从对光脉冲微分波形进行了消卷积后的数据除去探针11中的超声波振子的接收角度依赖特性的影响。另外，校正单元46在接收角度依赖特性的基础上，从对光脉冲微分波形进行了消卷积后的数据除去被检体中的光的入射光分布的影响，或者取代接收角度依赖特性，从对光脉冲微分波形进行了消卷积后的数据除去被检体中的光的入射光分布的影响。另外，也可以不进行这种校正而进行光声图像的生成。
【权利要求】
1.一种光声图像化方法，从光源通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光，对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号，基于该光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示于图像显示单元，所述光声图像化方法的特征在于， 基于所述光声波检测信号来求算所述被检体的表面附近区域， 在显示所述观察部位时，使所求出的所述表面附近区域的信息衰减而显示。
2.根据权利要求1所述的光声图像化方法，其特征在于， 将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初产生极值的位置与接下来产生极值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
3.根据权利要求1所述的光声图像化方法，其特征在于， 将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
4.根据权利要求1所述的光声图像化方法，其特征在于， 将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与之后最初产生极值后接下来产生极值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
5.根据权利要求1所述的光声图像化方法，其特征在于， 将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
6.根据权利要求1所述的光声图像化方法，其特征在于， 将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与之后最初产生极值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
7.根据权利要求1所述的光声图像化方法，其特征在于， 将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
8.根据权利要求2?8中任一项所述的光声图像化方法，其特征在于， 在求算所述光声波检测信号的微分值之前，对该光声波检测信号实施平滑化处理。
9.根据权利要求2?9中任一项所述的光声图像化方法，其特征在于， 在进行求算所述表面附近区域的处理之前，对该处理所用的所述微分值实施平滑化处理。
10.一种光声图像化方法,从光源通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光，对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号，基于该光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示于图像显示单元，所述光声图像化方法的特征在于， 通过所述被检体的表面而向所述观察部位出射声波，对此时由被检体反射的反射声波进行检测而得到反射声波检测信号， 基于所述反射声波检测信号来求算所述被检体的表面附近区域， 在显示所述观察部位时，使所求出的所述表面附近区域的信息衰减而显示。
11.根据权利要求10所述的光声图像化方法，其特征在于， 将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述反射声波检测信号从最小值转为增大的位置与最初取得极大值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
12.根据权利要求10所述的光声图像化方法，其特征在于， 取得关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述反射声波检测信号所示的最小值和最初所检测的极大值的平均值，将从取得该平均值的位置向被检体的深度方向及与此相反的方向分别离开了预定长度的两个位置之间的区域作为所述表面附近区域。
13.根据权利要求1?12中任一项所述的光声图像化方法，其特征在于， 使用波长处于700?850nm的范围的光作为所述光。
14.一种光声图像化装置，具备: 通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光的光源； 对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号的光声波检测单元；及 基于所述光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示的图像显示单元， 所述光声图像化装置的特征在于，具备: 基于所述光声波检测信号来求算所述被检体的表面附近区域的单元；及 在显示所述观察部位时使所求出的所述表面附近区域的信息衰减而显示的校正单元。
15.根据权利要求14所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初产生极值的位置与接下来产生极值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
16.根据权利要求14所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
17.根据权利要求14所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与之后最初产生极值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
18.根据权利要求14所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
19.根据权利要求14所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与之后最初产生极值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
20.根据权利要求14所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述光声波检测信号的微分值最初超过预先规定的阈值后最初产生极值的位置与从该位置沿被检体深度方向离开了预定长度的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
21.根据权利要求15?20中任一项所述的光声图像化装置，其特征在于， 具有在求算所述光声波检测信号的微分值之前对该光声波检测信号实施平滑化处理的单元。
22.根据权利要求15?21中任一项所述的光声图像化装置，其特征在于， 具有在进行求算所述表面附近区域的处理之前对该处理所用的所述微分值实施平滑化处理的单元。
23.一种光声图像化装置，具备: 通过被检体的表面而向位于被检体内部的观察部位出射光的光源； 对由此从所述观察部位发出的光声波进行检测而得到光声波检测信号的光声波检测单元；及 基于所述光声波检测信号使所述观察部位图像化而显示的图像显示单元， 所述光声图像化装置的特征在于，具备: 通过所述被检体的表面而向所述观察部位出射声波的单元； 对此时由被检体反射的反射声波进行检测而得到反射声波检测信号的反射声波检测单元； 基于所述反射声波检测信号来求算所述被检体的表面附近区域的单元；及 在显示所述观察部位时使所求出的所述表面附近区域的信息衰减而显示的校正单元。
24.根据权利要求23所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述反射声波检测信号从最小值转为增大的位置与最初取得极大值的位置之间的区域作为所述表面附近区域。
25.根据权利要求23所述的光声图像化装置，其特征在于， 求算所述表面附近区域的单元将从取得平均值的位置向被检体的深度方向及与此相反的方向分别离开了预定长度的两个位置之间的区域作为所述表面附近区域，其中所述平均值为关于从被检体的表面朝着被检体深度方向的区域所检测的所述反射声波检测信号所示的最小值和最初所检测的极大值的平均值。
26.根据权利要求14?25中任一项所述的光声图像化装置，其特征在于， 所述光源发出波长处于700?850nm的范围的光。
【文档编号】A61B8/00GK104135936SQ201380009261
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月13日
【发明者】广田和弘, 辻田和宏 申请人:富士胶片株式会社