被检体信息获取装置的制作方法

本发明涉及被检体信息获取装置。

背景技术：

光声成像方法作为通过使用声波对被检体内部进行成像的技术提出。在光声成像方法中，脉冲激光束被施加到被检体，从已吸收了在被检体中传播和扩散的光束的能量的生物体组织生成的声波(以下将这种声波也称为光声波)被检测，并且使与被检体内部的光学特性值相关的信息可视化。例如，当具有适于被血红蛋白吸收的波长的光被用作脉冲激光束时，可以非侵入性地获得生物体中的血管的图像。

在被检体是乳房的情况下，与使用平的保持器相比，使用弯曲的保持器来保持乳房使得施加到乳房的压力更小，这也减轻了被检体的负担。在日本专利申请特开No.2012-179348中公开的装置中，用杯状保持器保持乳房，并且通过使光照射器和探测器整体地扫描保持器来获取来自乳房的光声波。

专利文献1：日本专利申请特开No.2012-179348

技术实现要素：

这里，因为乳头或痣具有比被检体的其它部分暗的颜色，所以其光吸收量更大。因此，根据施加到乳头或痣的光生成的光声波大于从其它部分生成的光声波。此外，作为乳头或痣吸收大量的光的结果，通过乳头或痣到达更深部分的光的量减少。结果，来自更深部分的光声波减少，并因此在除了乳头或痣之外的部分的可视化的精度劣化。

本发明是鉴于上述问题而做出的。本发明的一个目的是抑制来自乳头或痣的光声波，并且在光声成像中有利地获取来自其它部分的光声波。

本发明提供了被检体信息获取装置，包括：

光源；

支撑件，支撑探测器和多个照射器，每个将来自光源的光束施加到被检体以用于照射，所述探测器接收从施加光束的被检体传播的声波；

照射控制器，控制通过来自所述多个照射器中的每个照射器的光束的照射；

移动控制器，移动支撑件与被检体的相对位置；

获取器，获取与被检体中的光量抑制区域相关的信息；以及

信息处理器，基于声波生成被检体的特性信息，其中

照射控制器通过在支撑件借助于移动控制器的移动之后的每个位置处控制所述多个照射器中的每个照射器来抑制施加到光量抑制区域的光束的光量。

根据本发明，可以抑制来自乳头或痣的光声波，并且在光声成像中有利地获取来自其它部分的光声波。

参照附图，根据以下对示例性实施例的描述本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出了光声装置的配置的视图；

图2A和图2B是示出了光照射器的布置和光照射区域的示例的视图；

图3A和图3B是用于说明高分辨率区域的移动的视图；

图4是用于说明照射/非照射区域的设置方法的流程图；以及

图5A和图5B是用于说明照射/非照射的控制方法的视图。

具体实施方式

以下，将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。注意，下面描述的部件的尺寸、材料、形状和相对布置应根据应用本发明的装置的配置和各种条件而适当地改变。因此，本发明的范围不限于以下的描述。

本发明涉及用于检测从被检体传播的声波，并生成和获取被检体内部的特性信息的技术。因此，本发明被视为被检体信息获取装置或其控制方法，或被检体信息获取方法或信号处理方法。此外，本发明还被视为使得包括诸如CPU和存储器之类的硬件资源的信息处理装置执行该方法的程序或者存储该程序的存储介质。

本发明的被检体信息获取装置包括利用光声效应的装置，该装置接收通过用光(电磁波)照射被检体而在被检体中生成的声波，并获取被检体的特性信息作为图像数据。在这种情况下，特性信息是通过使用接收信号(通过接收光声波而获得)生成的关于与被检体中的多个位置相对应的特性值的信息。

通过光声测量获得的特性信息是反映光能的吸收率的值。特性信息包括例如通过光照射生成的声波的生成源，被检体中的初始声压，从初始声压导出的光能吸收密度和光能吸收系数，以及构成组织的物质的浓度。可以通过确定作为物质浓度的氧合血红蛋白浓度和降低的血红蛋白浓度来计算氧饱和度分布。另外，还确定葡萄糖浓度、胶原浓度、黑色素浓度和脂肪或水的体积分数。

基于被检体中的每个位置处的特性信息获得二维或三维特性信息分布。分布数据可以被生成为图像数据。特性信息可以不被确定为数值数据，而是被确定为被检体中的每个位置处的分布信息。也就是，诸如初始声压分布、能量吸收密度分布、吸收系数分布或氧饱和度分布之类的分布信息可以用作特性信息。

本发明中的声波通常是超声波，并且包括被称为音波或声波的弹性波。通过由探测器等转换声波而获得的电信号也被称为声学信号。注意，在本说明书中对超声波或声波的描述不旨在限制弹性波的波长。由光声效应生成的声波被称为光声波或光学超声波。从光声波导出的电信号也称为光声学信号。

在下面的描述和附图中，相同的部件原则上由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。在下面的描述中，作为被检体信息获取装置的示例，将描述通过使用光声层析成像获取被检体内部的特性信息并对所获取的特性信息进行成像的光声装置。注意，在下面的描述中，生物体的乳房将作为被检体的代表性示例被描述，但被检体不限于此，并且被检体的示例包括手和腿。

<实施例1>

(装置配置)

图1中所示的光声装置包括光源1、分光器3、挡板(shutter)4a～4e、光传输器5a～5e、光照射器6a～6e、保持器7、探测器8、探测器支撑件9、台架10、声学匹配构件11、控制器12、信息处理器13和光学成像装置14。

光源1生成施加到被检体15的用于照射的激光束2(脉冲激光束)。光源1是输出具有在近红外区域中的中心波长的激光束2的Ti：蓝宝石激光器。注意，作为光源1，可以使用各种激光器，诸如固态激光器和气体激光器。此外，代替激光器，也可以使用发光二极管和闪光灯。照射光的波长根据被检体15中充当成像目标的光吸收体的类型来选择。作为波长选择的范围，例如，优选600nm至1100nm的波长。另外，为了有效地生成光声波，脉冲宽度优选为约10纳秒至100纳秒。

从光源1发射的激光束2被分光器3分成五个激光束。分光器3由分束器和反射镜构成。通过分光获得的多个激光束2通过挡板4a～4e，并且通过光传输器5a～5e被传输到光照射器6a～6e。挡板4a～4e被配置成利用来自控制器12的信号打开和关闭，并且能够在激光束2的照射与非照射之间切换。作为光传输器5a～5e，通过光纤的传输、透镜和反射镜、使用扩散板的空间传输或其组合是合适的。在这一点上，控制器用作本发明的照射控制器。

注意，代替在光的照射/非照射之间切换的挡板，也可以设置诸如光圈之类的连续改变光的传输率的机构。此外，还可以设置能够连续调整光的透射率的可变分束器。此外，可以预先在每个光传输器上设置具有不同的光传输率的多个光衰减机构(滤波器等)，并且可以通过在光衰减机构之间切换来逐步改变光量。通过设置至少一个上述光量切换机构，执行与被检体的颜色的暗度及其面积相对应的适应性光量调整成为可能。

光照射器6a～6e被设置在探测器支撑件9中以便将激光束2从光传输器5a～5e引导至被检体15。作为光照射器6a～6e中每个光照射器的材料，玻璃或树脂是优选的，但是可以使用任何材料，只要该材料透射激光束2即可。

图2A是探测器支撑件9的俯视图，并且示出了光照射器6a～6e的布置位置。光照射器6a被布置在探测器支撑件9的底部。光照射器6b～6e在探测器支撑件9的边缘附近以相等的间隔布置。来自光照射器6a～6e的激光束2的照射角度被调整为使得在被检体15的表面上照射区域彼此不重叠。然而，在光被扩散的情况下或者使用具有低的集中度的光源(诸如闪光灯)的情况下，照射区域的周边边缘部分有时彼此重叠。

图2B是被检体15的仰视图。每个黑色区域G表示来自光照射器6a～6e的各激光束2的在被检体表面(保持器表面)上的照射区域。如图所示，照射区域彼此不重叠。在本实施例中，虽然从5个光照射器6a～6e发射激光束2，但是光照射器的数量不限于此，并且只需要具有两个或更多个的光照射器。根据光照射器6的数量，分光器3中的分光数和光传输器5的数量被调整。另外，光照射器6的布置不限于本实施例的布置，并且可以改变。

从光照射器6a～6e发射的激光束2被施加到保持在保持器7中的被检体15以用于照射。通过用保持器7保持被检体15，被检体15的表面形状稳定，并因此有利于估计被检体15内部的光量。注意，即使在不使用保持器7的情况下，本发明的处理也可以通过获取被检体的表面形状(通过光学成像或超声波传输和接收)来执行。

作为保持器7，为了使来自光照射器6a～6e的激光束2到达被检体15，使用激光束2透射率高的构件。此外，为了使来自被检体15的光声波通过保持器7，优选地，具有与被检体15的声学阻抗接近的声学阻抗的材料作为保持器7的材料。作为保持器7，可以使用例如诸如聚甲基戊烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯之类的树脂材料和诸如乳胶和硅酮之类的弹性构件。保持器优选地具有沿着乳房的形状。

为了利用探测器8从被检体15有效地接收光声波，优选使保持器7经由诸如包括水或凝胶的液体之类的声学匹配构件与被检体15接触。

施加到被检体15的激光束2在被检体15中扩散和传播。当已经扩散和传播的光束的能量的一部分被诸如血液之类的光吸收体吸收时，光声波由于光吸收体的热膨胀而生成。

在被检体15中生成的光声波被布置在探测器支撑件9中的多个探测器8接收。探测器8接收在被检体15的表面上和在被检体15中生成的光声波，并将光声波转换成电信号。探测器8可以是任何探测器，诸如使用压电现象的探测器或使用电容变化的探测器，只要探测器可以接收光声波即可。

作为探测器支撑件9，优选具有高刚度的探测器支撑件。作为其材料，例如，金属是合适的。为了接收在被检体15中生成的各种角度的光声波，更好的是以各种角度设置多个探测器8。因此，在本实施例中，使用半球形探测器支撑件9。另外，除了半球形形状之外，还可以使用各种形状，诸如球形冠状形状、球形区域状形状、碗状形状、椭圆体的一部分以及通过组合多个平面或曲线获得的形状。

声学匹配构件11被布置为填充在探测器支撑件9中，并且声学地连接保持器7和探测器8。声学匹配构件11优选地透射来自光照射器6a～6e的光束，并且具有与保持器7和探测器8的声学阻抗接近的声学阻抗。作为声学匹配构件11的材料，水、凝胶或油是适当的。

从探测器8输出的光声波的电信号由控制器12放大，并且作为模拟信号的电信号被转换成数字信号。注意，作为本说明书中的控制器12的功能，描述了光源和光照射器的控制，诸如电信号的放大和转换之类的信号处理，台架位置控制，和乳头检测。然而，以上控制和处理可以由不同的处理装置来执行。

信息处理器13通过使用在控制器12中获得的数字信号获取初始声压分布作为被检体15的特性信息。另外，信息处理器13通过对初始声压分布执行光分布校正来获取被检体15的光吸收系数分布。在这一点上，可以使用现有的图像重建方法，诸如反投影、延迟求和(delay and sum)以及傅立叶变换。在本发明中，在每个扫描位置处设置来自每个照射器的光照射(或光量)的有或无。信息处理器13基于与光照射相关的信息来估计被检体内部的光量分布，并且在图像重建中使用估计的光量分布。

作为控制器12或信息处理器13，可以使用诸如CPU或GPU之类的处理器和诸如现场可编程门阵列(FPGA)芯片之类的运算电路。注意，控制器12或信息处理器13也可以由多个处理器或运算电路构成，而不是由一个处理器或一个运算电路构成。这些信息处理装置根据程序进行操作，从而实现各种功能。用于执行程序的各个步骤的程序模块可以被认为是单独的配置块。装置优选地包括存储电信号、生成的特性信息和图像数据以及与光照射相关的条件的存储器。作为存储器，可以使用诸如ROM、RAM或硬盘之类的记录介质。

优选地，在本发明的光声装置中设置接收从用户(例如，医生或工程师)输入的信息的输入单元。在控制器12或信息处理器13由诸如PC或工作站之类的信息处理装置构成的情况下，可以使用诸如鼠标、键盘或触摸面板之类的用户界面作为输入单元。

多个探测器8的接收表面指向半球形探测器支撑件9的中心。在这种配置的情况下，半球的中心点具有最高的分辨率，并且分辨率随着离中心点的距离而减小。其中分辨率不小于预定值(例如，不小于最高分辨率的一半)的区域被称为高分辨率区域。

台架10通过保持和移动探测器支撑件9来移动高分辨率区域与被检体15的相对位置。可以通过使台架10在X方向和Y方向上扫描保持器7来移动高分辨率区域，从而以高分辨率对整个被检体15进行成像。作为台架，可以优选使用包括引导件、滚珠丝杠、对准机构和致动器的XY台架。注意，高分辨率区域的移动可以是一维移动或三维移动。

台架10的移动坐标由控制器12控制。在这一点上，控制器用作本发明的移动控制器。装置在多个移动位置处发射光束并接收光声波。图3A示出了高分辨率区域16的示例。图3B示出了其中高分辨率区域16随着台架10的扫描而移动的状态。

在探测器支撑件9的底表面处，安装了用于对被检体15的表面图像进行成像的光学成像装置14。这里，作为光学成像装置14，使用照相机。当用于对被检体15成像的照度不足时，可以设置照明单元，并且被检体15可以由照明单元照明。由光学成像装置14获取的图像数据被输入到控制器12。

控制器12基于从成像得到的图像数据执行乳头或痣的检测。在这一点上，控制器用作本发明的获取器。注意，光学成像装置和控制器的组合可以被认为是获取器。检测目标对应于本发明的预定区域。控制器抑制施加到预定区域的光量，使得光量小于施加到除了预定区域之外的区域的光量。因此，预定区域也被称为光量抑制区域。控制器保存与预定区域相关的信息(位置、范围、阴影和颜色的暗度)。

预定区域(光量抑制区域)可以包括具有与通常皮肤区域的颜色不同颜色的区域，诸如乳头和痣以外的胎记、褪色部分、乳晕或者毛发。另外，控制器可以基于诸如色调、亮度和色度之类的颜色基准而不是检测生物体组织的种类来获取预定区域。例如，将亮度不大于预定阈值的区域确定为光量抑制目标。作为颜色基准，可以使用在存储器中预设和保存的那些颜色基准，并且还可以使用由用户经由输入单元指定的值。

另外，用户可以通过使用用户界面来指定预定区域。指定方法的示例包括用户在观看通过光学成像获得的图像的同时利用触摸面板指定范围的方法，以及用户输入坐标的数值的方法。控制器基于输入的值设置区域。

(照射/非照射区域的设置方法)

以下，将对照射/非照射区域的设置方法以及照射/非照射的控制进行描述。

将通过使用图4中的流程图来描述与台架10的扫描位置相对应的光照射器6a～6e的照射/非照射的设置方法。

在光声波的测量之前，针对光照射器6a～6e中的每个获取保持器7上的对应于台架10的扫描位置的照射区域(步骤S101)。在照射区域的获取中，可以使用诸如光束分析仪之类的测量单元。此外，可以基于装置的物理结构(光束直径、照射方向等)和保持器的表面形状来计算每个扫描位置的照射区域。在使用保持器的情况下，这种处理可以在出厂前或调整时预先执行，并且其中扫描位置与照射区域相关联的表格可以保存在存储器中。即使在根据被检体的尺寸更换保持器的情况下，也可以预先创建与每个保持器相对应的表格。

接着，在步骤S102中，被检体15的表面被光学成像装置14(光学成像单元)成像，并且通过成像获得的图像被输入到控制器12。

在步骤S103中，基于输入的获得图像，在控制器12中检测预定区域的位置和范围。这里，假定预定区域表示乳头和痣。这些区域的光吸收量大于其它部分的光吸收量，并因此反射的光的量小。因此，所获得的图像中信号强度小的部分被确定，并且图像的该部分被检测为乳头或痣。除了这种方法之外，可以使用任何图像分析方法，只要该方法能够检测预定区域即可。

在步骤S104中，当光照射器6a～6e的照射区域和乳头17的位置被投影在保持器7上时，确定是否存在与乳头17的位置重叠的照射区域。在存在光照射器6a～6e的照射区域与乳头17的位置之间的重叠的情况下(S104＝是)，在台架10的引起重叠的扫描位置处，光照射器6a～6e中引起重叠的任何光照射器被设置为非照射(步骤S105)。

另一方面，不引起重叠的光照射器被设置为发射光束(S104＝否)。关于照射/非照射的条件，可以设置阈值，使得在照射区域的给定百分比或更多的区域与乳头17的区域重叠的情况下将光照射器设置为非照射。此外，在乳头17的重心(centroid)与照射区域的重心之间的距离比预定的指定距离短而不是使用重叠的状态的情况下，光照射器可以被设置为非照射。该方法不限于上述方法，只要该方法能够减少施加到光量抑制区域的光量即可。

类似地，在台架10的每个扫描位置处，关于来自光照射器6a～6e的激光束2的照射/非照射的信息被计算。在步骤S106中，确定在台架10的所有扫描位置处的照射/非照射的设置完成，并且处理结束。计算出的关于照射/非照射的信息被转换为表格，并且在光声测量时，基于表格中的信息来对来自光照射器6a～6e的激光束2的照射/非照射进行控制。

另外，转换成表格的关于照射/非照射的信息还用于在信息处理器13中计算被检体15的光吸收系数分布。光吸收系数分布通过对通过图像重建获得的初始声压分布执行光分布校正来计算。当计算光分布时，施加到被检体15的光量被使用。在这一点上，被设置为非照射的光照射器的光量假定为零。注意，当信息处理器获取被检体内部的光分布时，基于关于照射/非照射的信息、照射位置、被检体或保持器的表面形状以及被检体内部的光的衰减/色散特性来执行诸如蒙特卡洛法之类的模拟计算。在逐步或连续地抑制每个光照射器的光量而不是基于照射/非照射来抑制的情况下，执行与该变化对应的光量计算。

(光照射器的照射/非照射的控制方法)

接着，将通过使用图5对光照射器6a～6e的照射/非照射的控制进行描述。在本实施例中，不打算被照射的部分(光量抑制区域)是乳头17。

图5A示出了其中从图下部的光照射器6a发射的激光束2与乳头17的位置重叠的状态。在这种情况下，来自光照射器6a的激光束2被设置为非照射。控制器12向挡板4a输出控制信号，使得挡板4a关闭。另一方面，来自其它光照射器6b～6e的激光束2被设置为照射。也就是，控制器12向挡板4b～4e输出控制信号，使得挡板4b～4e被打开。由此，激光束2仅从光照射器6b～6e发射。

图5B示出了其中台架10从图5A中的状态在-X方向上移动的状态。在图5B中，从光照射器6b发射的激光束2与乳头17的位置重叠。在这种情况下，控制器12向挡板4a～4e输出控制信号，使得挡板4b被关闭，并且其它挡板4a和4c～4e被打开。结果，光照射器6b被设置为非照射，并且激光束2从光照射器6a和6c～6e发射。

因此，通过根据照射位置和乳头的重叠信息来控制来自光照射器6a～6e的激光束2的照射/非照射，避免了对乳头17的光照射。另外，由于设置了多个光照射器6a～6e，因此即使当来自光照射器6a～6e的一部分的激光束2被设置为非照射时，来自其它光照射器6a～6e的激光束2被发射。由此，激光束2被施加到连接被设置为非照射的任何光照射器6a～6e和乳头17的延长线(比乳头17更深的部分)上的部分，并且可以从比乳头17深的部分获取光声波。

因此，根据本实施例，在抑制来自乳头17的大的光声波的同时从其它部分获取光声波变得可能。结果，可以以高精度可视化乳头17以外的部分。另外，通过使用多个光照射器6a～6e来照射被检体15，可以实现减少光声测量时间的效果。

(修改)

在本实施例中，在来自给定光照射器的激光束2与乳头17重叠的情况下，光照射器被设置为非照射，但是也可以调整光照射器，使得照射光量被减少。另外，在本实施例中，基于通过光学成像获得的图像来检测乳头或痣的位置，但是本发明不限于此。例如，用于定位的标记被设置在保持器7上，并且乳房的位置被调整，使得乳头的位置与标记匹配。在这种情况下，光学成像装置14和基于所获得的图像检测乳头的位置的功能变得不必要。

皮肤等的颜色因人而异。例如，存在一些人的皮肤颜色的暗度和亮度与乳头或痣的暗度和亮度相同的可能性。在这种情况下，在乳头或痣处的光吸收量等于其它部分的光吸收量。因此，避免对具有大的光吸收量的部分进行光照射的功能变得不需要。在为这种情况做准备时，优选地设置用于关闭本发明的上述光量抑制功能的单元(功能切换单元)。

例如，当开始光声测量时，测量操作者确定本功能的使用/不使用，并且从用户界面执行设置。在设置了不使用的情况下，包括在光学成像装置14中的被检体15的成像，乳头或痣的区域的检测，以及光照射器6a～6e的照射/非照射的设置的一系列功能被关闭。替代地，功能切换单元可以根据光学成像的结果自动关闭功能。功能切换单元可以被配置为信息处理装置的一个模块或者与信息处理装置分离的处理电路。

当在光照射器6a～6e中的任一个光照射器中停止照射或光量被抑制时，施加到被检体的总光量减少。结果，存在所生成的图像数据的SN比降低的可能性。为了应对这种情况，可以通过来自执行照射的其它光照射器的输出来补偿减少的光量。控制器12基于光照射器的配置场所来选择经受对光量的增加控制的光照射器。在这一点上，控制器12执行控制，使得来自每个光照射器的激光输出不超过最大允许曝光量。

此外，作为另一种方法，通过固定同时执行照射的光照射器的数量，可以使施加到被检体的总光量恒定。在被检体中存在光量抑制区域的情况下，在每个扫描位置处，不执行多个光照射器中的至少一个的光照射。在被检体中不存在光量抑制区域的情况下或者抑制光量的功能被禁用的情况下，可以从所有光照射器执行光照射。在任一情况下，控制器12执行控制，使得来自每个光照射器的激光输出不超过最大允许曝光量。

本发明可以通过处理来实现，在该处理中用于实现上述实施例的一个或多个功能的程序经由网络或存储介质被提供给系统或装置，并且系统或者装置的计算机中的一个或多个处理器读取并执行该程序。另外，本发明还可以通过实现一个或多个功能的电路(例如，ASIC)来实现。

其它实施例

本发明的实施例也可以由读出并执行在存储介质(例如非瞬时计算机可读存储介质)上记录的计算机可执行指令以执行本发明的上述实施例中的一个或多个实施例的功能的系统或装置的计算机来实现，以及通过由系统或装置的计算机例如通过读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能的方法来实现。计算机可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或其它电路，并且可以包括单独计算机或单独处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或者存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储装置、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多用途盘(DVD)或者蓝光盘(BD)^TM)、闪存设备、存储卡等中的一个或多个。

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是要理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这种修改以及等同的结构和功能。