被检体信息获取装置的制作方法

本发明涉及一种被检体信息获取装置。

背景技术：

最近已经提出了一种光学成像技术，即，光声层析成像(PAT)。在PAT中，脉冲光被输送到被检体中，并且检测从吸收了在被检体中传输和扩散的光的能量的被检体的生物组织生成的光声波。对基于检测到的光声波所生成的信号进行处理，以可视化关于被检体的内部的光学特性值的信息。

专利文献1公开了一种PAT装置，其允许选择用于获取基于检测到的光声波所生成的图像的处理。

引用列表

专利文献

专利文献1

日本专利公开第2014-140717号公报

技术实现要素：

技术问题

然而，专利文献1没有描述用于在检测光声波时设置测量参数的方法。

在专利文献1所公开的PAT装置中，在对装置的操作不十分熟悉的操作者设置诸如向被检体发射的脉冲光的波长、用于检测光声波的换能器的接收频率之类的测量参数时，有时难以获取期望的图像。

本发明提供一种甚至允许对装置不十分熟悉的操作者容易地获取期望的图像的被检体信息获取装置。

解决问题的方案

根据本发明的第一方面的被检体信息获取装置包括：光源，被配置为发射光；光声波检测单元，被配置为检测通过用光照射被检体所生成的光声波；测量模式选择单元，被配置为选择测量模式；以及测量条件确定单元，被配置为基于由测量模式选择单元选择的测量模式，确定包括要由光源发射的光的波长和光声波检测单元的中心接收频率的测量条件中的至少一种。

根据本发明的第二方面的被检体信息获取装置包括：光源，被配置为向被检体发射光；声波检测单元，被配置为检测通过用光照射被检体所生成的声波；存储单元，被配置为根据测量模式存储关于光源的第一参数和关于声波检测单元的第二参数；以及控制单元，被配置为产生选择窗口，用于操作者从存储在存储单元中的多种测量模式中选择测量模式。控制单元使用根据由操作者选择的测量模式确定的第一参数和第二参数，控制来自光源的光的发射和声波检测单元对声波的检测。

根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的另外的特征将变得清楚。

本发明的有益效果

根据本发明的一些实施例，甚至对装置不十分熟悉的操作者也可以容易地获取期望的图像。

附图说明

[图1]

图1是示出根据本发明第一实施例的光声层析成像装置的配置的图。

[图2]

图2是示出根据本发明的第一实施例的测量模式选择窗口的图。

[图3]

图3是根据本发明的第一实施例的测量序列的流程图。

[图4]

图4是示出根据本发明的第二实施例的测量模式选择窗口的图。

具体实施方式

第一实施例

在本实施例中，将通过示例的方式描述其中操作者可以手动操作用于检测光声波的探测器的手持式PAT装置。

系统配置

图1示出作为根据本实施例的被检体信息获取装置的PAT装置的配置。该PAT装置包括用作光源的发光单元101、用作光声波检测单元的超声波探测器102、发光控制单元105、探测器控制单元106和装置控制单元107。

发光单元

发光单元101是向被检体发射脉冲光的器件。发光单元101可以是能够输出高功率的激光光源，如，固态激光器，气体激光器，染料激光器或半导体激光器。发光单元101不限于激光光源，而且可以是发光二极管或闪光灯。脉冲光的发射定时、脉冲宽度、强度等由发光控制单元105控制。发光单元101的数量不必是一个；可以使用多个发光单元从多个方向照射被检体以消除盲点。

在充分短于热扩散时间和声波传输时间的时间内对被检体施加光，允许有效地生成光声波。如果被检体是活体，则从发光单元101生成的脉冲光的脉冲宽度可以是大约10到50纳秒。脉冲光的波长可以是脉冲光传播到被检体内的要被可视化的区域的波长。具体地，对于活体，优选为700nm以上且1100nm以下。更具体地，使用作为固态激光器的钛-蓝宝石激光器，可以在720-880nm的范围内改变波长。根据需要，使用波长为580nm的染料激光器。

发光单元101可以不包括光源；例如，可以引入从设置在发光单元101外部的光源输出的光。

超声波探测器

当传输通过活体的光103被被检体内的诸如红细胞之类的吸收体111吸收时，从吸收体111生成光声波104。所生成的光声波104被包括能够检测超声波的器件的超声波探测器102接收。接收到的信号被转换为模拟电信号。此后，模拟电信号被传输到探测器控制单元106，在探测器控制单元106中该模拟电信号被探测器控制单元106的放大器放大，然后通过模数转换器被转换为数字信号。所获得的数字信号被传输到装置控制单元107。超声波的接收定时由装置控制单元107控制，以与发光单元101的发光同步。用作光声波检测单元的超声波探测器102是单个探测器。

超声波探测器102可以是高灵敏度的，并且具有宽频带。安装到超声波探测器102的满足要求的器件的示例包括压电陶瓷，如，锆钛酸铅(PZT)，电容微加工超声换能器(CMUT)和其他换能器。

超声波探测器102的光声波接收表面可以沿被检体的外部形状是平坦的或弯曲的。在示例中，256个器件可以以2mm间距排列成直线。这些器件不限于排列成直线，而且可以二维地或同心地排列。此外，超声波探测器102的光声波接收表面可以具有半球形形状，多个器件围绕该半球形形状以同心的形式或螺旋的形式排列。当被检体是活体的乳房时，半球形接收表面是适合的。光声波接收表面可以具有其上排列有多个器件的圆柱形的形式或半圆柱形的形式。当被检体是活体的臂或腿时，圆柱形或半圆柱形接收表面是合适的。

在本实施例中，超声波探测器102的中心接收频率可以在例如2-20MHz内变化。可以通过改变中心接收频率来改变由超声波探测器102检测到的光声波的中心接收频率。在本说明书中，超声波探测器102的中心接收频率是超声波探测器102具有高灵敏度(通常是最高灵敏度)的频率。可以在超声波探测器102的接收表面上设置具有不同中心接收频率的多个器件，使得可以通过在使用所获得的电信号的器件之间切换来改变超声波探测器102的中心接收频率。可以在其上设置有具有低接收频率的器件和具有高接收频率的器件的超声波探测器102的接收表面上切换中心接收频率。以50MHz的采样频率对从光声波获得的电信号进行采样，并且获得1024个采样。使用模数转换器获得的数字信号具有12位的符号。

装置控制单元

装置控制单元107用作选择测量模式的测量模式选择单元：控制发光单元101和超声波探测器102；并基于由超声波探测器102检测到的光声波来重建图像，即，生成图像数据。在本实施例中，装置控制单元107还用作测量条件确定单元和图像处理单元。此外，装置控制单元还用作使得显示设备108显示基于所生成的图像数据的图像的显示控制单元。装置控制单元107包括用户界面，从而允许根据来自操作者的指令选择改变测量参数、开始和结束测量、选择图像处理方法、存储被检体信息和图像、数据分析等。装置控制单元107可以包括作为用户界面的显示器，使得操作者可以在显示器上利用操作菜单执行上述选择。装置控制单元107的显示器可以是触摸面板。

基于由装置控制单元107生成的图像数据，在显示设备108上显示图像。用于重建图像的单元可以是独立于装置控制单元107并包括CPU、主存储单元和辅助存储单元的计算机，或者专门设计的硬件。

装置控制单元107可以包括控制显示设备上的显示的显示控制单元、控制光源的光源控制单元、和控制声波检测单元的检测单元控制单元。

选择窗口1

图2示出根据本实施例的测量模式选择窗口201。选择窗口201可以显示在显示设备108上，或者可以显示在装置控制单元107的显示器上(如果提供的话)。在本实施例中，在操作者可以从中选择的测量菜单上显示两种选择“基本菜单”和“选项”。“基本菜单”字段允许操作者选择“体表”或“体内”。“选项”字段允许操作者选择“氧饱和度”、“造影剂”和“超声波”中的至少一个。

在“基本菜单”中可以选择“体表”和“体内”中的一个的原因是，施加到被检体的脉冲光的波长和光声波的接收频率可以根据测量是针对体表还是针对体内来被大致分类。在本实施例中，操作者使用单选按钮202在“基本菜单”上选择体表的测量或体内的测量。操作者进一步根据需要选择诸如“氧饱和度”、“造影剂”和“超声波”之类的选项。“氧饱和度”是用于计算和显示被检体的图像重建区域中的氧饱和度的选项。“造影剂”是当要测量给予造影剂的被检体时选择的选择项目。“超声波”是用于通过向被检体施加超声波并检测反射的超声波来获取超声波回波图像的选择项目。当选择“超声波”时施加到被检体的超声波的源可以设置在超声波探测器102上。当选择“基本菜单”和“选项”之后按下“运行”按钮204时，由装置控制单元107自动确定适合于测量模式的光声波的源波长和中心接收频率。在选择窗口201上显示的选项中，“基本菜单”是排他的选择，而“选项”允许操作者同时选择多个选项。

假设使用根据本实施例的PAT装置测量活体的乳房的氧饱和度。操作者在选择窗口201上选择“体内”和“氧饱和度”，并按下“运行”按钮204。为了测量氧饱和度，需要向被检体施加具有两种不同波长的脉冲光。在本实施例中，装置控制部107将脉冲光的源波长自动设置为756nm和797nm，并且将超声波探测器102的中心接收频率自动设置为3MHz。由于乳房需要被测量到约4cm的深度，因此具有长的光穿透深度的近红外光被用于源脉冲光。超声波探测器102的中心接收频率被设置为约3MHz的低频率，以画出乳房中相对较大的结构，例如，肿瘤或粗血管。在用于显示通过该测量获取的图像的方法的示例中，将氧饱和度叠加在用于显示的声级分布上。另一种显示方法是并排显示示出声级分布的图像和示出氧饱和度的图像。显示方法可以由装置控制单元107响应于测量模式的选择而被自动确定，或者由操作者选择。

假设使用根据本实施例的PAT装置对活体的皮肤进行测量。当操作者在选择窗口201上仅选择“体表”并未选择“选项”的所有项目来进行测量的情况下，装置控制单元107自动将脉冲光的源波长设置为580nm，并且将超声波探测器102的中心接收频率设置为20MHz。这是因为在5mm左右的范围内的观察足以对皮肤等进行测量。这样允许具有比选择用于“体内”上的测量的波长短的波长的可见光(即，具有短穿透长度的可见光)用于源波长。相比之下，光声波需要被设置为高中心频率，因为光声波必须以高分辨率被检测。由于“体表”上的测量和“体内”上的测量之间的中心接收频率不同，因此测量分辨率不同。这导致图像的不同像素分辨率。因此，对于“体表”上的测量，可以执行插值处理以防止在所显示的图像中观察到分辨率的差异。在本说明书中，“体表”是从被检体的表面到约1cm深度的相对浅的区域。

当选择“选项”中的“造影剂”，并且造影剂为吲哚青绿(ICG)时，源波长为780nm。当在选择窗口201上选择“造影剂”时，可以进一步显示提示操作者选择造影剂的种类的菜单。因此，装置控制单元107选择适合于给予被检体的造影剂的源波长。为了测量随时间的变化，显示时间序列图像作为显示图像的方法。可以以幻灯片放映格式顺序地切换显示在显示设备108上的图像，或者可以在一个窗口中并排显示多个图像。可以显示与第一图像的差异，以使得容易知道随时间的变化。

当选择了“选项”中的“超声波”和“氧饱和度”时，可以在通过测量由超声波探测器102施加的超声波中的被被检体反射的超声波而获取的图像上插入示出氧饱和度的图像。在这种情况下，超声波探测器102在光声波的接收与超声波的发送和接收之间切换使用。

对于更详细的设置，可以使用项目按钮203。例如，当按下“体表”按钮时，可以进行用于诸如面部、手臂或颈部之类的部位以及诸如黑素瘤或肿瘤之类的观察目标的设置。虽然在这种情况下的设置被分类为“体表”和“体内”，但是可以显示用于诸如面部、手臂、颈部和乳房之类的测量部位的选择窗口。对于每个部位，可以设置如图2所示的“选项”。

可以提供具有不同中心接收频率的多个超声波探测器102，使得可以根据操作者选择的“基本菜单”和“选项”的细节来改变要使用的超声波探测器102。超声波探测器102可以是可拆卸的，使得可以根据操作者选择的“基本菜单”和“选项”的细节来更换要使用的超声波探测器102。在这种情况下，可以在装置控制单元107的显示器和显示设备108中的至少一个上显示告知超声波探测器102要被操作者使用的消息。在PAT装置包括多个超声波探测器102或者被配置为更换超声波探测器102的情况下，各个超声波探测器102可以被不同地成形为对于测量目标的接收表面的形式，以与其进行良好接触。

上述示例已经在被检体是活体的假设下进行了描述。在使用PAT装置来测量除了活体之外的被检体时，可以在显示选择窗口201之前显示用于选择被检体的种类的窗口。当选择活体作为被检体时，显示图2所示的选择窗口201。

测量过程1

图3是本实施例的测量序列的流程图。假设对于要观察的乳房获取氧饱和度和超声波回波图像两者的情况。被检体测量序列从步骤S1开始。装置控制单元107使选择窗口201显示在其显示器或显示设备108上。

步骤S2是选择测量模式的过程。在步骤S2，装置控制单元107在装置控制单元107的显示器或显示设备108上显示选择窗口201，以提示操作者选择测量模式。作为响应，操作者选择测量模式。在本实施例中，操作者在“基本菜单”中选择“体内”，并在“选项”中选择“氧饱和度”和“超声波”。

步骤S3是确定与在步骤S2中选择的测量模式相对应的测量条件的过程。由于在步骤S2中选择了“体内”、“氧饱和度”和“超声波”，所以装置控制单元107为脉冲光设置两个源波长756nm和797nm，并且将由超声波探测器102检测的光声波的中心接收频率设置为3MHz。当使用多个光源时，切换从对应于根据需要选择的波长的光源发射的光的光路，使得光被施加到被检体的目标区域。在该步骤中，超声波电路在超声波的发送和接收之间切换。在完成设置之后，本过程进入步骤S4。

从步骤S4开始测量。在测量之前，操作者对目标区域施加用于声耦合的凝胶，并且使PAT装置的超声波探测器102与其接触。在超声波探测器102接触的情况下开始测量。首先，使用超声波探测器102进行超声波回波测量，以搜索要从中获得光声波的期望的测量区域。在期望的区域上进行超声波回波测量，然后进行光声测量。可以根据来自使用操作按钮的操作者的指令来进行从超声波回波测量到光声测量的切换。超声波回波测量和光声测量可以在其间自动切换。对于超声波回波测量，探测器控制单元106发送和接收超声波，并将中心接收频率设置为12MHz，对于光声波，探测器控制单元106将中心接收频率设置为3MHz。换句话说，超声波探测器102也可以作为超声波生成单元进行操作。对于脉冲光的波长756nm和波长797nm都进行光声测量。在这种情况下，超声波探测器102使用电滤波器在3MHz和12MHz之间切换中心接收频率。

在步骤S5，显示图像。直到步骤S4获得的数据是从具有756nm的频率的脉冲光和具有797nm的频率的脉冲光获取的超声波回波图像和光声图像。可以从756nm和797nm的光声图像所基于的图像数据计算氧饱和度的图像。作为显示图像的方法，将氧饱和度的图像叠加在超声波回波图像上并显示在显示设备108上。

在步骤S6，操作者确定是否需要重复测量。如果操作者通过检查图像确定获取了期望的图像，则操作者输入终止测量的指令以完成测量。可以经由例如装置控制单元107的用户界面输入测量的完成。如果目标对象是乳房，则根据需要对同一被检体的另一乳房进行相同的测量。如果操作者确定需要重复测量，或者要对另一个乳房进行相同的测量，则本过程返回到步骤S4进行测量。

在步骤S7，操作者确定是否需要改变测量条件。如果需要对不是乳房的内部部位而是对另一部位(例如皮肤)进行测量，则本过程返回到步骤S2以便选择测量模式。此外，对于在适合于例如给予造影剂的被检体的条件下对同一部位进行测量的情况，本过程返回到步骤S2以便选择测量模式。如果不需要改变测量条件，则本过程进入步骤S8。

在步骤S8，完成测量序列。

在本实施例中，由于可以在选择测量模式时自动确定测量条件，如上所述，所以可以容易地获取期望的图像。

第二实施例

第二实施例是可以使用标签格式选择窗口来设置测量参数的被检体信息获取装置。以下主要描述与第一实施例的不同之处。

选择窗口2

图4示出根据本实施例的测量模式选择窗口400。标签401用于选择设置的细节。在这种情况下，除了用于测量模式的“体表”标签和“体内”标签之外，还提供“添加”标签，从而允许操作者设置期望的测量参数。

操作者首先在选择窗口400中选择“体表”标签、“体内”标签和“添加”标签之一。当操作者选择“体表”标签时，在“源波长”字段中显示“580nm”作为脉冲光的源波长，并且在“中心接收频率”字段中显示“20MHz”作为超声波探测器102的中心接收频率。这两个值是通过选择“体表”标签自动确定的预设值。当操作者从“检测项目”进一步选择“黑素瘤”作为测量模式时，在“源波长”字段中进一步显示“760nm”。由于图4示出当选择“黑素瘤”时的选择窗口，所以在“源波长”字段中显示“580nm，760nm”。当操作者选择“造影剂”时，在“源波长”字段中显示不同的波长。例如，当使用上述靛青绿作为造影剂时，在“源波长”字段中进一步显示“780nm”。

此外，当操作者选择“体内”标签时，对于“体表”，在“源波长”字段和“中心接收频率”字段中显示预设值，并且，当操作者进一步选择“检测项目”时，在“源波长”字段中添加源波长。

当操作者选择“添加”标签时，除了对“体表”或“体内”的光声波的测量之外，还可以选择另一测量，例如，执行超声波回波测量。

测量过程2

将参照图3中的流程图描述用于黑素瘤测量的测量序列的示例。

被检体测量序列从步骤S1开始。装置控制单元107使选择窗口400显示在其显示器或显示设备108上。

在步骤S2，在图4中的选择窗口400上选择测量模式。在本实施例中，操作者选择“体表”标签并在“检测项目”中选择“黑素瘤”作为选项。

步骤S3是确定与在步骤S2中选择的测量模式相对应的测量条件的过程。由于在步骤S2中选择了“体表”和“黑素瘤”，所以装置控制单元107为脉冲光设置两个源波长580nm和760nm，并且将由超声波探测器102检测的光声波的中心接收频率设置为20MHz。

从步骤S4开始测量。在测量之前，操作者对目标区域施加用于声耦合的凝胶，并且使超声波探测器102与期望的位置接触。对于脉冲光的源波长580nm和760nm中的每一个执行光声测量。例如，源波长之间的切换通过在染料激光器和钛-蓝宝石激光器的光路之间切换来实现。

在步骤S5，显示图像。选择显示图像的方法，其允许从脉冲光的源波长580nm和760nm处获取的测量图像观察黑素瘤及其外周血管之间的关系，并且以叠加的方式显示图像。

在步骤S6，操作者确定是否需要重复测量。如果操作者通过检查图像确定获取了期望的图像，则完成测量。如果操作者确定需要重复测量，或者要对另一个部位进行相同的测量，则本过程返回到步骤S4进行测量。

在步骤S7，操作者确定是否需要改变测量条件。如果需要对另一个部位进行测量，则本过程返回到步骤S2以便选择测量模式。如果不需要对另一部位进行测量，则本过程进入步骤S8。

在步骤S8，完成测量序列。

此外，在本实施例中，由于可以在选择测量模式时自动确定测量条件，如上所述，所以可以容易地获取期望的图像。

在上述实施例中，已经描述了这样的手持式PAT装置作为示例，在手持式PAT装置中，操作者可以在超声波探测器102置于手中的情况下移动。然而，PAT装置的配置仅为了说明而给出，并且不旨在限制本发明。可以采用能够在预定路径上或在预定范围内移动的地板安装式被检体信息获取装置或超声波探测器。

在上述实施例中，根据所选择的测量模式来切换超声波探测器102的中心接收频率。用于实现切换的可想到的方法是提供具有不同中心接收频率的多个探测器，并使用与所选择的测量模式相对应的探测器。在设置有多个探测器的情况下，装置控制单元107可以仅激活在所选择的测量模式下使用的探测器。在这种情况下，可以在显示设备108上显示激活的探测器，以提高操作者的方便性。

超声波探测器102可以是可互换的，使得可以使用具有用于所选择的测量模式的中心接收频率的超声波探测器102。

在上述实施例中，装置控制单元107可以被配置为根据所选择的测量模式来确定由发光单元101发射的光的脉冲宽度。

将会认识到，上述实施例仅为了说明而给出，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下组合实施例的元件。

虽然针对示例性实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。

本申请要求2014年9月29日提交的日本专利申请第2014-199183号的权益，在此通过引用将其全部并入本文。

工业实用性

当被检体是生物物质时，上述被检体信息获取装置可以用作医疗诊断成像装置。具体地，该装置可以使活体中的光学特性值的分布和从所述信息获取的构成生物组织的物质的密度分布图像化，以进行肿瘤或血管疾病的诊断或监视随时间的化学治疗。

该装置还可以应用于对非生命物质的非破坏性检查。

上述实施例示出了预先确定从用作光源的发光单元101输出的脉冲光的波长和由用作声波检测单元的超声波探测器102检测的声波的中心接收频率的情况。

代替从光源输出的波长或除此之外，可以预先确定关于光源的另一种条件。代替由超声波探测器102检测的中心接收频率或者除此之外，可以预先确定关于超声波探测器102的另一种条件。具体地，可以提供存储关于光源的第一参数(例如，波长，脉冲宽度，振幅和脉冲间隔)和关于超声波探测器102的第二参数(例如，中心接收频率，采样频率和采样间隔)的存储单元。例如，存储单元可以存储其中第一参数和第二参数与测量模式相关联的表。如果对于每个测量模式预先确定关于光源和声波检测单元的条件，则当操作者选择测量模式时，可以自动设置各种条件。

本发明还可以通过经由网络或存储介质向系统或装置供给用于实现上述实施例的一个或多个功能的程序，并通过利用该系统或装置的计算机的一个或多个处理器读取和执行程序来实现。本发明也可以通过实现一个或多个功能的电路(例如，专用集成电路(ASIC))来实现。

附图标记列表

101 发光单元

102 超声波探测器

105 发光控制单元

106 探测器控制单元

107 装置控制单元

108 显示设备

110 被检体