被检体信息取得装置和被检体信息取得装置的控制方法

被检体信息取得装置和被检体信息取得装置的控制方法
【专利摘要】本发明公开了被检体信息取得装置和被检体信息取得装置的控制方法。一种被检体信息取得装置，通过接收从被检体内部通过声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层到达的声波并且分析该声波来取得被检体内部的信息，该被检体信息取得装置包括：接收声波并且把声波转换成电信号的声波探头；基于转换后的电信号生成整体图像的整体图像生成单元，该整体图像是指示被检体内部的信息的图像；从整体图像中提取部分图像的部分图像生成单元，该部分图像是整体图像的一部分；以及从整体图像中搜索与该部分图像相似的区域的相似图像搜索单元。
【专利说明】被检体信息取得装置和被检体信息取得装置的控制方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及被检体信息取得装置及其控制方法，更具体地涉及去除由于声波(acoustic wave)的多重反射造成的假像(artifact)的技术。

【背景技术】
[0002]在医学领域，称为“光声断层成像”(PAT)的技术在近年来已经作为一种可以非入侵性地成像生物体内部的技术被提出，而且在不断发展。光声断层成像是一种成像内部组织的技术，它通过把从光源生成的脉冲光照射到被检体上并且利用其中通过在被检体内部传播和扩散的光的吸收生成声波(通常是超声波)的光声效果，来生成声波。通过利用声波探头接收在被检体内部生成的声波并且数学分析并重构取得的信号，与被检体内部光学特性值有关的信息可以可视化。这种装置被称为“光声测量装置”等。
[0003]在利用声波取得被检体内部信息的装置中，就像光声测量装置，要求在被检体与声波探头之间在声波传播路径上的声学阻抗匹配。如果在被检体和声波探头之间存在声学阻抗不匹配的区域，则声波被这个区域反射，并且图像不能正常地重构。
[0004]但是，实际上，反射层常常在声波探头和被检体之间存在，并且难以在声波传播路径上完美地匹配声学阻抗。反射层例如是用于固定被检体的保持板。这种保持板具有与生物体的声学阻抗不同的声学阻抗，由此声波被在其间的界面反射。反射的声波还被相对侧上的界面反射，并且在重复在探头和被检体之间的反射的同时衰减。换句话说，声波重复地进入探头并且在声波发送方向上作为不正确的图像出现。这种虚像(false image)被称为假像。当反射变得更接近于镜面反射时，假像以更强的强度出现。这个问题不仅对于光声测量装置并且对于通过声波取得被检体内部信息的装置(诸如利用超声波回声的超声测量装置)出现。
[0005]去除由声波的多重反射生成的假像的技术包括以下技术。例如，日本专利申请特开N0.2009-82450公开了一种成像装置，该成像装置提取由保持板的界面反射的信号，并且从取得的信号删除这个信号，从而去除反射信号。


【发明内容】

[0006]根据日本专利申请公开N0.2009-82450的成像装置是通过把超声波发送到被检体中并且接收从被检体内部反射的超声回声来成像被检体内部信息的装置。在这种成像装置中，形状与所发送的声波信号匹配的信号被认为是多重反射信息，并且被去除。
[0007]但是，这种成像装置的缺点是只有由已知信号造成的假像才可以被去除。
[0008]在光声测量装置中，在被检体内部生成的声波在被检体和声学探头之间造成多重反射。在被检体内部生成的声波指示被检体内部的信息，因此所生成的信号的类型是无法预测的。尤其是在光声测量装置中，这种装置常常用于取得由生物体表面上的血流生成的信号，假像呈现复杂的形状，反映了被测试者的血管图像。
[0009]另一方面，根据日本专利申请公开N0.2009-82450的成像装置是基于多重反射信号的形式总是相同的假设，因此只有由发送到被检体的声波信号造成的假像可以被去除。换句话说，即使该成像装置的技术应用到光声测量装置，假像也不能被去除。
[0010]鉴于以上所述，本发明的一个目的是提供可以准确地检测由声波的多重反射生成的假像的被检体信息取得装置。
[0011]本发明的一方面提供一种通过接收从被检体内部通过声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层到达的声波并且分析该声波来取得被检体内部信息的被检体信息取得装置，该被检体信息取得装置包括:接收声波并且把声波转换成电信号的声波探头；基于转换后的电信号生成整体图像的整体图像生成单元，该整体图像是指示被检体内部的信息的图像；从整体图像中提取部分图像的部分图像生成单元，该部分图像是整体图像的一部分；及从整体图像中搜索与该部分图像相似的区域的相似图像搜索单元。
[0012]本发明的另一方面提供一种被检体信息取得装置的控制方法，该被检体信息取得装置具有接收声波的声学探头并且通过接收从被检体内部通过声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层到达的声波并且分析该声波来取得被检体内部的信息，该控制方法包括:利用声波探头接收声波并且把声波转换成电信号的接收步骤；基于转换后的电信号生成整体图像的整体图像生成步骤，该整体图像是指示被检体内部的信息的图像；从整体图像中提取部分图像的部分图像生成步骤，该部分图像是整体图像的一部分；及从整体图像中搜索与该部分图像相似的区域的相似图像搜索步骤。
[0013]根据本发明，可以提供可以准确地检测由声波的多重反射生成的假像的被检体信息取得装置。
[0014]参考附图，根据以下对示例性实施例的描述，本发明进一步的特征将变得清楚。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1A至图1D是示出测量图像中假像出现的原理的图；
[0016]图2是示出根据实施例1的光声测量装置的框图；
[0017]图3A至图3D是示出提取部分图像的方法的图；
[0018]图4A至图4C是示出整体图像和部分图像之间的匹配方法的图；
[0019]图5是示出根据实施例1的光声测量装置的处理的流程图；
[0020]图6是示出根据实施例2的光声测量装置的框图；
[0021]图7是示出根据实施例2的光声测量装置的处理的流程图；
[0022]图8是示出根据实施例3的光声测量装置的框图；
[0023]图9A和图9B是不出如何从/[目号图像去除多重反射/[目号的图；
[0024]图10是示出根据实施例4的搜索部分图像的方法的图；及
[0025]图1lA至图1lF是由对应于每个实施例的例子取得的图像。

【具体实施方式】
[0026](实施例1)
[0027]现在将参考附图描述本发明的实施例1。
[0028]根据实施例1的光声测量装置是通过把测量光照射到被检体上并且接收并分析由测量光在被检体内部生成的声波来成像生物体(被检体)内部信息的装置。光声测量装置还具有检测由声波在探头和被检体之间的多重反射生成的假像并且把结果通知给操作者的功能。
[0029]〈假像检测的概述〉
[0030]将首先参考图1描述假像出现及其检测方法的原理的概述。
[0031]如图1A中所图示的，根据这个实施例的光声测量装置由被检体保持板压迫并保持被检体，并且通过在这种状态下照射脉冲光来执行光声测量。
[0032]当脉冲光通过被检体保持板照射到被检体上时，在被检体内部传播的光的一部分能量被光吸收体(例如，血液)吸收,并且声波由于光吸收体的热膨胀而生成。在被检体内部生成的声波通过被检体保持板被声波探头接收，并且被处理单元分析和成像。因此，例如，取得图1B中所示的图像(指示整个测量区域的图像，下文中称为“整体图像”)。
[0033]图1B中所示的光吸收体图像是应当通过测量而取得的图像。但是，从光吸收体生成的声波在通过被检体保持板时被其界面反射，并且反射的声波重复地进入声波探头。因此，进入的声波被成像并作为假像(虚像)出现在整体图像中。
[0034]现在将描述假像的特性。如果假设被检体保持板的两个表面是基本上平行的，则多重反射的声波经相同的距离往复多次，并以固定的时间差重复地进入声波探头。如果取得的声波被成像，则时间延迟直接作为空间距离出现，因此假像出现在与光吸收体图像隔开特定距离的位置(图1C)。这意味着，如果由反射相同次数的声波生成的图像包括在一个组中，则图像的空间布置和强度关系在每个组中是相似的(图1D)。
[0035]根据这个实施例的光声测量装置提取所生成的整体图像的一部分作为部分图像，并且贯穿整体图像的所有区域计算部分图像和整体图像之间的相似度。因此，更有可能假像包括在相似度高的区域中，由此，通过使用这种方法，操作者得到假像位置的通知。随后将描述提取部分图像和计算图像之间相似度的具体方法。
[0036]<系统配置>
[0037]根据这个实施例的光声测量装置的配置将参考图2来描述。
[0038]根据实施例1的光声测量装置包括光源1、光照射单元2、声波探头5、数据处理单元6、部分图像提取单元7、相似图像搜索单元8以及显示设备9。在图2中，标号3指被检体，而标号4指反射层，但是这两者都不是该装置的一部分。
[0039]现在将描述构成根据这个实施例的光声测量装置的每个单元。
[0040]〈〈光源I?
[0041]光源I生成照射到被检体上的脉冲光。因为激光器具有高功率，所以光源优选地是激光器光源，但是发光二极管、闪光灯等也可以代替激光器使用。如果激光器用作光源，则包括固态激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器的各种激光器都可以使用。照射定时、波形、强度等由光源控制单元(未说明)控制。光源控制单元可以与光源集成。
[0042]为了有效地生成光声波，根据被检体的热特性，光必须照射充分短的时间段。如果被检体是生物体，则从光源生成的脉冲光的脉宽优选地是大约10至50纳秒。脉冲光的波长优选地是允许光在被检体内部传播的波长。具体而言，如果被检体是生物体，则700nm或更大、1200nm或更小的波长是优选的。
[0043]〈〈光照射单元2?
[0044]光照射单元2把在光源I中生成的脉冲光引导到被检体3。具体而言，光照射单元2是由包括光纤、透镜、反射镜和扩散板的光学装置构成的，以便取得期望的射束形状和光强度分布。利用这些光学装置，可以自由地设置脉冲光的照射条件，诸如脉冲光的照射形状、光密度和到被检体的照射方向。
[0045]为了从宽的范围取得数据，脉冲光的照射位置可以通过利用光照射单元扫描被检体来改变。在这种情况下，光照射单元2可以与声波探头互锁地移动，这在随后描述。光学装置不限于这个例子的那些，而可以是可以实现相同功能的任何装置。
[0046]〈〈被检体3?
[0047]被检体3和反射层4不是本发明的构成要素，但是将在下文中描述。被检体3是光声测量的对象，并且通常是生物体。在这里假设被检体是人的乳房，但是也可以是模拟生物体特性的模型(phantom)。
[0048]在根据这个实施例的光声测量装置中，存在于被检体3内部并且具有大光吸收系数的光吸收体可以被成像。如果被检体是生物体，则光吸收体例如是水、脂质、黑色素、胶原蛋白、蛋白质、氧合血红蛋白或脱氧血红蛋白。如果被检体是模型，则模拟这些物质的光学特性的物质作为光吸收体密封到模型中。通过成像生物体内部的光吸收体,根据这个实施例的光声测量装置可以执行人与动物的恶性肿瘤和血管疾病的血管造影、诊断，并且追踪化疗的观察。
[0049]〈〈反射层4?
[0050]反射层4存在于被检体3和声波探头5之间，并且在这个实施例中是用于保持被检体3的被检体保持板。被检体保持板由树脂材料(诸如聚甲基戊烯或丙烯酸)制成。为了匹配声学阻抗，可以插入声学匹配材料，诸如声学匹配凝胶、水或油。
[0051]为了抑制声波的反射，期望被检体的声学阻抗和声波探头的声学阻抗匹配。但是，只要有物质(包括被检体保持板、空气和水)存在于被检体和声波探头之间，声学阻抗就不能完美地匹配，并且由于反射层而在某种程度上生成多重反射。
[0052]如果反射层中的声波反射表面基本上与反射层平行，则光吸收体图像与假像之间的距离变得在所有区域中都相似。在这种情况下，图像可以容易地被搜索，这意味着期望反射层的声波反射表面基本上与反射层平行。如果反射层中的声波传播速度与被检体中的不同，则在其间的界面上生成折射，因此，期望反射层中的声波传播速度接近被检体的声波传播速度。
[0053]〈〈声波探头5?
[0054]声波探头5把在被检体3内部生成的声波转换成模拟电信号。本发明中的声波通常是超声波，包括称为声音波(sound wave)、超声波、光声波和光感应超声波的弹性波。声波探头5可以是单一的声波探头或者可以是多个声波探头。
[0055]声波探头5可以是一维或两维排列的多个接收元件。如果使用多维阵列元件，则测量时间可以减小，因为声波可以在多个位置同时接收。如果探头比被检体小，则探头可以扫描被检体，使得声波可以在多个位置被接收。
[0056]优选的是声波探头5具有高灵敏度和宽频带。具体而言，可以使用压电陶瓷(PZT)、聚偏氟乙烯(PVDF)、电容式微机械超声换能器(CMUT)、法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪等。声波探头5不限于这里所提到的例子，而可以是只要能满足探头功能的任何部件。
[0057]?数据处理单元6?
[0058]数据处理单元6通过放大由声波探头5取得的电信号、把它转化成数字信号并且处理该数字信号来生成图像。指示由于被检体内部光吸收体造成的初始声压分布的图像和指示吸收系数分布的图像由数据处理单元6生成。
[0059]存在通过图像处理取得的两种类型的图像。一种是通过求解逆问题并成像声波的生成源而生成的重构图像。另一种类型是通过根据检测到的位置布置接收到的信号而生成的信号图像。在实施例1中，将描述利用重构图像检测假像的例子。重构图像可以是两维图像数据或者三维图像数据。
[0060]数据处理单元6可以是由CPU、主存储设备和辅助存储设备组成的计算机，或者可以是定制设计的硬件。为了有效地取得数据，期望有与声波探头的接收元件个数一样多的多个模数转换器(ADC)，但是，通过顺序切换连接，可以使用一个ADC。
[0061]图像重构方法优选地是叠加差分信号的通用反投影方法，但是，如果图像可以被重构，则任何方法都可以使用。重构的图像指示初始的声压分布，这是在被检体内部生成的声波的声压。初始声压分布是包括由于反射造成的声波的衰减信息的数据。
[0062]在光声诊断装置中，声压随着光的衰减而减小，因此，在被检体内部生成的信号的强度随着位置变深而变弱。由此，初始声压分布可以通过光强度分布来划分。由此，可以取得指示光吸收体的吸收系数的吸收系数分布。
[0063]光强度分布可以通过测量到被检体上的照射分布并且计算被检体内部的光传播来计算，或者可以通过测量到被检体上的照射分布和从被检体发射的光的分布并且计算它们之间的关系来计算。除非照射条件变化，否则到被检体上的照射分布是相同的，因此可以使用事先测量和存储的照射分布。数据处理单元6对应于本发明的整体图像生成单元。
[0064]〈〈其它构成要素》
[0065]在这里将描述其它构成要素。部分图像提取单元7提取由数据处理单元6取得的整体图像的一部分并且生成部分图像，并且对应于本发明的部分图像生成单元。部分图像可以是两维图像数据或者可以是三维图像数据。相似图像搜索单元8搜索整体图像中与部分图像相似的区域。提取部分图像的方法和搜索与部分图像相似的区域的方法将在随后描述。部分图像提取单元7和相似图像搜索单元8可以是计算机或者可以是定制设计的硬件，就像数据处理单元6的情况一样。
[0066]显示设备9在屏幕上显示由相似图像搜索单元8取得的搜索结果。例如，指示与部分图像相似的图像的位置(即假像的位置)的图形在整体图像上叠加并显示。在显示之前，图像可以例如通过改变透明度和显示强度而被处理。具体而言，显示设备9是具有输入设备的监视器，或者是触摸面板显示器。显示设备9可以是计算机的一部分。
[0067]〈提取部分图像的方法〉
[0068]现在将描述从整体图像提取部分图像的方法。有必要提取部分图像，使得一个或多个图像被包括。部分图像中图像的形状优选地是复杂的，因为，只要图像的形状或者图像的位置关系和强度关系变得更复杂，则搜索的准确度提高更多。
[0069]优选的是部分图像中所包括的图像是由反射相同次数的信号生成的，但是，即使部分图像包括反射不同次数的信号，也可以获得某种程度的效果，因为由进一步反射所生成的假像可以被搜索。如果整体图像是三维体积数据，则优选的是部分图像也是三维体积数据。部分图像优选地是自动提取的，但是也可以手动提取。
[0070]将描述两种类型自动提取部分图像的方法。
[0071](I)使用亮度(brightness)的方法
[0072]第一种方法是利用像素的亮度(像素值)提取部分图像的方法。
[0073]在通过光声测量装置测量生物体的情况下，具有最高强度的信号是对应于位于被检体表面附近的血管的信号。另一方面，假像是由在传播通过反射层之后进入声波探头的声波生成的信号，因此其强度相对低。因此，如果选择了亮度高(即，信号强度高)的区域，则可以取得完全未反射的信号的图像。具体而言，为整体图像的像素的亮度设置预定的阈值，然后，由亮度为阈值或者更高的像素构成的图像的最大坐标和最小坐标封住的矩形区域被确定为部分图像的区域，且从整体图像中提取。
[0074]图3A是绘出取得的整体图像的图，并且上侧是声波探头侧。因此，当从声波探头看时，由反射生成的假像在离吸收体的图像更远的位置出现。在该图中，假设越暗的颜色指示越高的亮度。通过这种方法，提取出如图3B中所图示的部分图像。
[0075]优选的是，在提取出部分图像之后，对整体图像执行增强吸收体图像的图像处理。由此，提取准确度可以提高，并且因此搜索准确度可以提高。具体而言，例如，可以执行滤波处理(诸如平滑和锐化)以及吸收体图像的特征图案提取。可以利用诸如形态学(morphology)的图像处理从到达或超过阈值的立体像素(voxel)中去除小的立体像素集群，因为这个集群非常有可能是由于噪声造成的，因此被图像的最大坐标和最小坐标封住的矩形区域作为部分图像从整体图像中提取出来。
[0076]距到达或超过阈值的立体像素的最大坐标和最小坐标具有一些附加边际的区域被看作部分图像。利用阈值的处理可以基于诸如判别分析和支持向量机算法的分类处理来执行。通过结合上述处理，提取部分图像的准确度可以提高，并且搜索准确度可以提高。
[0077](2)利用位置的方法
[0078]第二种方法是基于位置提取部分图像的方法。
[0079]在这种方法中，由被检体表面和位于距被检体表面预定距离处的表面封住的区域作为部分图像从整体图像中提取出来。多重反射信号中的延迟是通过反射层的厚度和反射层内部声波的传播速度确定的。因此，如果反射层的厚度和声波的传播速度已知，则延迟时间可以确定，由此可以计算整体图像中第一反射信号出现的位置。从第一反射信号起更接近声波探头的区域中的所有信号构成无反射情况下的吸收体的图像，由此部分图像可以从这个区域中提取。在这个实施例中，这个区域的所有区域都被看作部分图像。
[0080]根据这种方法，提取出如图3C中所示的部分图像。对于提取部分图像，距被检体表面的距离可以基于关于反射层厚度和声波传播速度取得的信息而被适应性地改变。由此，即使反射层的厚度和声波传播速度依赖于测量而改变，部分图像也可以提取。被检体的表面和位于预定距离处的表面可以是弯曲的表面。这意味着，即使难以使被检体变平，诸如当被检体是生物体的情况，部分图像也可以准确地提取。如果使用这第二种方法，则甚至其亮度低的吸收体图像也可以包括在提取出的部分图像中。
[0081]部分图像可以通过第一种方法和第二种方法的组合来提取。于是，只有如图3D中所示的吸收图像可以被准确提取。
[0082]<搜索方法>
[0083]现在将描述搜索整体图像中与部分图像匹配的区域的方法。在该搜索处理中，在整体图像中搜索与部分图像具有相似形状的图像的位置。有许多种方法来实现这种搜索，但是在这个实施例中，执行利用部分图像作为模板图像的模板匹配。如图4A中所图示的，根据模板匹配，部分图像和整体图像的互相关在改变部分图像的位置的同时被计算，并且确定这些图像的相关性，即相似度。
[0084]在通过像这样扫描并利用部分图像计算相似度的情况下，每个计算出的相似度值在相应位置上的部分图像的基准点(下文中称为“部分图像基准点”)上被绘出，并且取得相似度的分布。部分图像基准点可以是部分图像的原点或者可以是部分图像中亮度最高的点。通常，假像具有较低的亮度，因此期望通过匹配亮度的偏移量利用零均值归一化互相关(ZNCC)计算，如由数学表达式I所指示的。作为替代，可以使用由数学表达式2指示的利用归一化互相关(NCC)或者由数学表达式3指示的平方差总和(SSD)的这种计算。此外，由数学表达式4指示的绝对差总和(SAD)可以代替地使用。
[0085][数学表达式I]

1 - 12 - 1 O^l)
[0086]R(JiJ2)= r=；j.......................................一-^=J..........................................Τ7..- (I)

-Ziwgl^x

V
[0087][数学表达式2]

Σν::
[0088]/?(/?/2)=..............-(,
JZ7I ΧΣ(
[0089][数学表达式3]
[0090]^(/,,/2) = V(/, -Ly...⑶
[0091][数学表达式4]
[0092]=..(4)
[0093]在这里，Rd1, I2)是向量化的图傢I1和I2的相似度。Iavgl是I1的平均亮度值，而Iavg2是I2的平均亮度值。对于搜索处理，部分图像和整体图像的卷积运算可以在通过零填充使部分图像的尺寸与整体图像匹配之后执行，或者互相关可以在把整体图像和部分图像转换成相位图像(通过相位约束相关方法)之后计算。作为替代，可以使用图像处理中用于图案识别的其它方法。通过执行搜索处理，取得如图4B中所图示的指示部分图像和整体图像的相似度的分布。
[0094]〈测量处理流程图〉
[0095]图5是示出由根据这个实施例的光声测量装置所进行的处理的流程图。首先，脉冲光通过光照射单元2从光源I照射到被检体上(SI)，然后，在被检体内部生成的光声波被声波探头5接收，并且数据处理单元6取得信号数据(S2)。然后，包括重构处理在内的数据处理利用所取得的信号数据执行，由此生成整体图像(S3)。
[0096]然后，部分图像提取单元7利用上述方法从取得的整体图像提取部分图像(S4)。然后，相似图像搜索单元8利用上述方法在整体图像中搜索与部分图像相似的区域(S5)。搜索可以通过指定相似度R为阈值或更高的所有区域来执行。由此，估计假像存在的矩形区域可以被指定。
[0097]最后，显示设备9显示搜索结果(S6)。对于显示方法，优选地是在整体图像上叠加指示符，以指示假像，如图4C中所图示的。由此，假像的位置可以被突出显示并且通知给操作者，使得操作者可以直观地认识到假像。在图4C的例子中，环绕图像的点线是指示符。指示符可以通过事先从部分图像提取轮廓线、区分由搜索处理取得的部分图像和整体图像之间相似度的分布以确定最大值的坐标、匹配部分图像基准点与整体图像中的坐标并且在那里叠加图像的轮廓线来显示。
[0098]指示符可以通过除利用点线或线封住区域的方法之外的方法来显示。例如，箭头标记可以叠加在显示上，或者其颜色与整体图像不同的部分图像可以叠加在显示上。代替确定最大值，坐标可以通过尝试“适配”通过计算或实验取得的相似度分布模型而被识别。
[0099]此外，可以为相似度分布设置阈值，使得提取出的部分图像的轮廓线可以对于到达或超过阈值的所有坐标叠加并显示。指示符的显示和不显示可以是可切换的。
[0100]指示符不需要总是以叠加状态显示在整体图像上。例如，指示相似度分布的图像可以独立地显示，或者可以只显示坐标。任何显示方法都可以使用，如果该方法可以指示与部分图像相似的图像位于整体图像中什么地方的话。
[0101]因而，根据实施例1的光声测量装置可以通知操作者由多重反射生成的假像的位置，由此可以提高光声测量的准确度。
[0102]在实施例1中，假设被检体保持板的界面基本上与被检体保持板的另一个表面平行，然而，如果不平行的话，则假像出现的位置漂移。为了处理这个问题，可以执行诸如根据被检体保持板的形状变换部分图像的处理，使得处理后的部分图像可以用于搜索。
[0103](实施例2)
[0104]在实施例1中，整体图像和指示符叠加在显示上，由此通知操作者假像的存在。另一方面，在实施例2中，假像自动地从整体图像中去除。
[0105]图6示出根据实施例2的光声测量装置的配置。在实施例2中，包括相似图像去除单元10，而不是相似图像搜索单元8。与实施例1相同的构成要素用相同的标号表示，对其的描述略去。
[0106]相似图像去除单元10从整体图像去除与部分图像相似的任何图像，并且生成已经去除由于多重反射造成的假像的图像。
[0107]由根据实施例2的相似图像去除单元10执行的假像去除操作将参考图7的处理流程图来描述。
[0108]整体图像是结合由未反射的信号生成的图像、假像和其它图像的图像。换句话说，由未反射的信号生成的图像和假像可以被认为是部分图像，它叠加在整体图像上。因此，如果定义数学表达式5中的这种目标函数J并且执行最小化J的优化运算，则由未反射的信号生成的图像和指示假像分布的图像X可以被取得(步骤S7)。在这里，B是整体图像，而A是部分图像。X是变成变量以便指示部分图像叠加时部分图像叠加的坐标以及强度的图像。
[0109][数学表达式5][oho] J = ^ B-AX.,.(5；
[0111]然后，如数学表达式6所示出的，提取出的图像从整体图像删除，由此取得由未反射的信号生成的图像和假像被去除的图像Ir (步骤S8)。在这里，X卜min表示最小化目标函数J的X。
[0112][数学表达式6]
[0113]Ir = B-AX...{r,


、,
[0114]由数学表达式6取得的图像是其中由未反射的信号生成的图像也被去除的图像，由此，在最后的步骤中，执行把由部分图像提取单元7提取出的部分图像粘贴到原始坐标上的处理。由此，可以取得只去除假像的图像(步骤S9)。
[0115]除实施例1中步骤S5中的处理被图7中所示步骤S7至S9中的处理代替之外，实施例2中的处理流程与实施例1中的相同。另一个区别是步骤S6中所显示的图像是由相似图像去除单元10生成的图像。
[0116]根据实施例2的光声测量装置可以在去除由于多重反射造成的假像之后向操作者提供测量图像。
[0117]当去除假像之后的图像提供给操作者时，假像被去除之前的图像也可以在显示器上并排显示。由此，操作者可以确认假像去除的结果。
[0118](实施例3)
[0119]实施例3是如实施例2中一样去除假像的实施例，但假像不是从重构的图像去除，而是多重反射信号从信号图像去除并且图像是在该去除之后重构的，由此可以取得没有假像的图像。
[0120]信号图像是指示所接收到的声波信号的强度的图像，其中声波信号的振幅由颜色浓淡来指示。如图9A中所图示的，信号图像是通过绘制声波探头在每个被检测位置接收到的声波信号的强度来生成的。信号图像是由时间和位置表示的图像，由此多重反射信号可以利用与实施例2相同的方法去除。如果多重反射信号从信号图像去除，然后重构图像，则可以取得去除了假像的重构图像。
[0121]图8示出根据实施例3的光声测量装置的配置。根据实施例3的光声测量装置与实施例2的区别在于包括重构图像的重构单元11，并且数据处理单元6执行不同的处理。现在将描述这些区别。
[0122]根据实施例3的数据处理单元6通过布置在对应于被检测位置的不同位置取得的信号来生成信号图像，如上所述(图9A)。图1A中所图示的测量系统的信号图像变成如图9B中所示。在这里，信号的波高度(振幅)由颜色浓淡指示。甚至在信号图像中，由于多重反射而出现的信号也呈现出与重构图像上出现的假像的空间布置和强度关系相似的空间布置和强度关系。因此，多重反射信号可以通过与实施例2相同的方法去除。
[0123]重构单元11基于已去除多重反射信号的信号图像执行图像重构处理，并且重构图像。重构处理的内容与实施例2相同。
[0124]在实施例3中，如上所述，多重反射信号在重构图像之前利用信号图像去除，由此，甚至在假像不能很好地从重构图像去除的情况下，也可取得自然的图像。
[0125]在这个实施例中，多重反射信号是利用信号图像去除的，但是可以只执行辨别多重反射信号的处理，就像在实施例1的情况下一样，而且可以生成指示重构图像中假像的位置的指示符。
[0126](实施例4)
[0127]如图4A中所图示的，在实施例1至实施例3中，在改变部分图像的位置的同时，将部分图像与整体图像匹配并且计算相似度。但是，假像只出现在声波被反射的方向上，并且在其它区域中执行匹配处理不仅是不必要的而且可能造成检测误差。实施例4是通过限制部分图像的搜索方向来提高确定准确度的实施例。
[0128]根据实施例4的光声测量装置与实施例1的唯一区别是由相似图像搜索单元8执行的处理。
[0129]根据实施例4的相似图像搜索单元8事先存储反射层的形状和假像在图像上出现的方向。假像出现的方向优选地是通过模拟声波的传播来计算的，但是也可以分析地或者几何地计算。
[0130]根据实施例4，当执行步骤S5中的处理时，在移动从整体图像提取出的部分图像的同时，在声波被反射的方向上从提取出的位置计算相似度，如图10中所图示的。在图10的例子中，声波被反射的方向是从表面层到更深的层(即在图中是从上到下)的方向。
[0131]在实施例4中，匹配处理在假像不出现的区域中不执行，由此可以缩短搜索假像所需要的时间。此外，检测误差可以减小，并且检测准确度可以提高。
[0132](例子)
[0133]本发明的效果通过实验得到了确认。在这个例子中，被检体是保持在两个1mm厚的聚甲基戊烯板之间的生物体的乳房，板紧密接触被检体的两侧，Imm厚的油层涂到其中一个保持板的相对侧，并且声波探头经这个油层接触。蓖麻油用作油层，并且声波探头由排列在平面方向上的15x23个PZT元件构成，其中每个元件的接收单元具有2mm的直径，并且80%频带具有IMHz的中心频率。
[0134]声学探头连接到X-Y台(stage)，使得在与声波探头的平面相同的平面方向上进行扫描是有可能的。照射到被检体上的光是利用TiS激光器的纳秒级的脉冲光(波长:797nm)。这个脉冲光同时从与声学探头相同的表面和在被检体对面的相对表面照射,声波信号的收集与扫描重复，并且取得完整的信号数据。所使用的A/D转换器具有20MHz的采样频率和12位的分辨率，并且重构图像是利用反投影取得的。
[0135]图11是取得的重构图像的一部分。重构图像是三维图像数据，但是在这里为了描述，使用通过在X-Y平面上切片三维图像数据所生成的两维图像(切片图像)。立体像素是图11中的尺度单位。
[0136]图1lA是在可以观察到表面血管的图像的深度通过切片重构图像生成的图像，而图1lB是在比图1lA更深的位置通过切片重构图像生成的图像。这显示由图1lA和图1lB中表面血管的相应图像生成的假像以非常相似的形状出现。图1lC是通过切片提取出的部分图像生成的图像。部分图像是通过首先执行增强图像的处理，然后利用图像的位置和信号强度(亮度)来提取的。
[0137]零均值归一化互相关(ZNCC)用于搜索部分图像。图1lD是对应于实施例1的图像，其中在图1lB中出现的假像通过指示符(白框)示出。突出显示假像的指示符在与图IlB相同的位置显示。通过在整体图像上像这样显示指示符，假像可以容易地被识别。
[0138]图1lE是对应于实施例2的图像，并且是从图1lB中的图像去除假像之后的整体图像。与图1lB相比，很明显假像看起来减少了。
[0139]图1lF是对应于实施例3的图像。换句话说，图1lF示出了当利用信号图像确定假像并且去除假像时的整体图像。与图1lB相比，很清楚假像看起来减少了。
[0140]在以上的例子中，假像具有容易识别的形状，但是形状简单的假像或者在许多次反射之后生成的假像是难以可视地辨别的。即使在这种情况下，根据本发明的光声测量装置也可以通过从整体图像提取与部分图像相似的区域来辨别假像。
[0141](修改)
[0142]实施例的描述仅仅是用于描述本发明的例子，并且，在不背离本发明真正主旨的情况下，其各种改变和组合对于执行本发明都是可能的。本发明还可以作为被检体信息取得装置的控制方法来执行，该控制方法包括以上所提到的处理的至少一部分。以上提到的处理和手段可以自由地组合，以执行本发明，只要不产生技术矛盾就可以。
[0143]在各个实施例中，相似度是在移动部分图像的同时计算的，但不是总有必要为整个区域计算相似度。例如，从表面层到更深的层执行搜索，并且相似度最高的区域(即，信号强度最高的假像)首先被检测，然后利用由部分图像和这个区域之间的距离的整数倍所确定的距离来估计甚至更深层出现的假像的位置。
[0144]各个实施例是利用光声测量装置作为例子来描述的，但是本发明可以应用到向被检体发射超声波并且通过接收在被检体内部反射的超声波来可视化被检体内部的信息的超声波测量装置。本发明可以应用到通过分析从被检体内部到达的声波来可视化被检体内部的信息的任何装置。
[0145]虽然本发明已经参考示例性实施例进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围要被赋予最广泛的解释，从而涵盖所有这种修改以及等同的结构和功能。
【权利要求】
1.一种被检体信息取得装置，通过接收从被检体内部通过声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层到达的声波并且分析该声波来取得被检体内部的信息，该被检体信息取得装置包括: 声波探头，接收声波并且把声波转换成电信号； 整体图像生成单元，基于转换后的电信号生成整体图像，该整体图像是指示被检体内部的信息的图像； 部分图像生成单元，从整体图像中提取部分图像，该部分图像是整体图像的一部分；及 相似图像搜索单元，从整体图像中搜索与该部分图像相似的区域。
2.如权利要求1所述的被检体信息取得装置，其中 相似图像搜索单元基于搜索结果来指定在整体图像上出现的虚像。
3.如权利要求2所述的被检体信息取得装置，还包括: 显示单元，显示整体图像并且突出显示由相似图像搜索单元指定的虚像。
4.如权利要求2所述的被检体信息取得装置，还包括: 去除单元，从整体图像中去除由相似图像搜索单元指定的虚像 '及 显示单元，显示在去除单元去除虚像之后的整体图像。
5.如权利要求1所述的被检体信息取得装置，其中 相似图像搜索单元在从被检体内部到达的声波被声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层反射的方向上，从起始位置开始搜索与部分图像相似的区域，该起始位置是提取部分图像的位置。
6.如权利要求1所述的被检体信息取得装置，其中 部分图像生成单元基于整体图像的像素的像素值来确定要提取部分图像的区域。
7.如权利要求6所述的被检体信息取得装置，其中 部分图像生成单元提取整体图像中的由亮度为预定值或更大的像素构成的区域作为部分图像。
8.如权利要求1所述的被检体信息取得装置，其中 部分图像生成单元基于整体图像中区域的位置来确定要提取部分图像的区域。
9.如权利要求8所述的被检体信息取得装置，其中 部分图像生成单元从整体图像中的与被检体的表面的距离短于预定值的区域提取部分图像。
10.如权利要求2所述的被检体信息取得装置，其中 整体图像是指示所接收到的声波的强度的图像， 该被检体信息取得装置还包括: 重构单元，通过对整体图像执行运算来重构图像；及 显示单元，显示重构的图像并且突出显示由相似图像搜索单元指定的虚像。
11.如权利要求2所述的被检体信息取得装置，其中 整体图像是指示所接收到的声波的强度的图像， 该被检体信息取得装置还包括: 去除单元，从整体图像中去除由相似图像搜索单元指定的虚像； 重构单元，通过对在虚像被去除之后的整体图像执行运算来重构图像；及 显示单元，显示重构的图像。
12.如权利要求1至11中任一项所述的被检体信息取得装置，其中 声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层是保持被检体的保持板，及 声波探头通过该保持板接收从被检体内部到达的声波。
13.如权利要求1所述的被检体信息取得装置，还包括: 光照射单元，把光照射到被检体上，其中 声波是由于光而在被检体内部生成的光声波。
14.如权利要求1所述的被检体信息取得装置，其中 声波探头能够向被检体发送声波，及 从被检体内部到达的声波是从被检体内部反射的声波。
15.一种被检体信息取得装置的控制方法，其中被检体信息取得装置具有接收声波的声学探头，并且通过接收从被检体内部通过声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层到达的声波并且分析该声波来取得被检体内部的信息，该控制方法包括: 接收步骤，利用声波探头接收声波并且把声波转换成电信号； 整体图像生成步骤，基于转换后的电信号生成整体图像，该整体图像是指示被检体内部的信息的图像； 部分图像生成步骤，从整体图像中提取部分图像，该部分图像是整体图像的一部分；及 相似图像搜索步骤，从整体图像中搜索与该部分图像相似的区域。
16.如权利要求15所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 在相似图像搜索步骤中，出现在整体图像上的虚像被基于搜索结果指定。
17.如权利要求16所述的被检体信息取得装置的控制方法，还包括: 显示步骤，显示整体图像并且突出显示在相似图像搜索步骤中指定的虚像。
18.如权利要求16所述的被检体信息取得装置的控制方法，还包括: 去除步骤，从整体图像中去除在相似图像搜索步骤中指定的虚像；及 显示步骤，显示在去除步骤中去除虚像之后的整体图像。
19.如权利要求15所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 在相似图像搜索步骤中，在从被检体内部到达的声波被声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层反射的方向上，从起始位置开始搜索与部分图像相似的区域，该起始位置是提取部分图像的位置。
20.如权利要求15所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 在部分图像生成步骤中，基于整体图像的像素的像素值来确定要提取部分图像的区域。
21.如权利要求20所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 在部分图像生成步骤中，提取整体图像中的由亮度为预定值或更大的像素构成的区域作为部分图像。
22.如权利要求15所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 在部分图像生成步骤中，基于整体图像中区域的位置来确定要提取部分图像的区域。
23.如权利要求22所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 在部分图像生成步骤中，从整体图像的与被检体的表面的距离短于预定值的区域提取部分图像。
24.如权利要求16所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 整体图像是指示所接收到的声波的强度的图像， 该控制方法还包括: 重构步骤，通过对整体图像执行运算来重构图像；及 显示步骤，显示重构的图像并且突出显示在相似图像搜索步骤中指定的虚像。
25.如权利要求16所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 整体图像是指示所接收到的声波的强度的图像， 该控制方法还包括: 去除步骤，从整体图像中去除在相似图像搜索步骤中指定的虚像； 重构步骤，通过对在虚像被去除之后的整体图像执行运算来重构图像；及 显示步骤，显示重构的图像。
26.如权利要求15至25中任一项所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 声学阻抗与被检体的声学阻抗不同的层是保持被检体的保持板，及 声波探头通过该保持板接收从被检体内部到达的声波。
27.如权利要求15所述的被检体信息取得装置的控制方法，还包括把光照射到被检体上的光照射单元，其中 声波是由于光而在被检体内部生成的光声波。
28.如权利要求15所述的被检体信息取得装置的控制方法，其中 声波能够从声波探头发送到被检体，及 从被检体内部到达的声波是从被检体内部反射的声波。
【文档编号】A61B5/00GK104127204SQ201410169251
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2013年4月30日
【发明者】大石卓司 申请人:佳能株式会社