CN101385638A - 测量装置 - Google Patents
测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101385638A CN101385638A CNA2008101491217A CN200810149121A CN101385638A CN 101385638 A CN101385638 A CN 101385638A CN A2008101491217 A CNA2008101491217 A CN A2008101491217A CN 200810149121 A CN200810149121 A CN 200810149121A CN 101385638 A CN101385638 A CN 101385638A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- measuring device
- unit
- dichroism
- image
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 11
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 85
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 37
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 31
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 claims description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 3
- 241000219739 Lens Species 0.000 description 16
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 2-(furan-2-yl)-7-methyl-1h-1,8-naphthyridin-4-one Chemical compound N=1C2=NC(C)=CC=C2C(O)=CC=1C1=CC=CO1 INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 3
- 108010002255 deoxyhemoglobin Proteins 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 2
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 201000009030 Carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 244000203494 Lens culinaris subsp culinaris Species 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000009607 mammography Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0073—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by tomography, i.e. reconstruction of 3D images from 2D projections
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
- A61B5/0097—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying acoustic waves and detecting light, i.e. acoustooptic measurements
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种测量装置，其测量样本的分光特性和结构特性。在所述样本的测量位置处，同时进行所述超声波回波信号的生成以及通过声光效应对来自所述光源部件的光的调制，所述光检测单元检测同时生成的调制光，并且所述超声波检测单元检测同时生成的超声波回波信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种被配置为测量样本(散射介质)的特性的测量装置。
背景技术
用于乳房X线照相术的传统测量装置测量内部生物组织的分光特性。传统超声波回波装置获得生物体的结构特性。当同时测量并且叠加生物体中的分光特性和结构特性时，在质量和精度方面改进了医疗诊断。
传统分光测量装置应用声光层析技术(Acousto-OpticalTomography，“AOT”)或光声层析技术(Photo-Acoustic Tomography，“PAT”)。AOT将相干光和聚焦的超声波照射到生物组织中，并且作为在超声波聚焦区域中的光调制的效应(声光效应)的结果，通过光检测单元(光检测器)来检测调制光，如美国专利6,738,653中所公开的那样。另一方面，PAT利用测量位置(例如肿瘤)与另一组织之间的光能量吸收率的差，并且通过超声波检测单元(超声波检测器)来接收当测量位置吸收所照射的光能量并且瞬时扩张时所出现的超声波(声光信号)。
日本专利公开2005-21380是现有技术，其使用PAT测量装置和超声波回波设备测量生物体的分光特性和结构特性，并且通过公共检测设备来接收光声信号和超声波回波信号。美国专利6,264,610把近红外线光源布置在被配置为测量超声波回波信号的换能器附近，并且测量超声波回波信号和由近红外线光源所生成的漫射的光图像。
然而，现有技术没有对分光特性与结构特性进行精确地相关，或者诊断的质量或精度并不一定改进。首先，样本典型地是胸部，并且有可能变形。因此，当将单独的超声波回波设备应用于美国专利6,738,653中所描述的AOT测量装置，并且分离地测量功能信息和结构信息时，由于例如由超声波探测器对于生物体的压力形变而导致样本在这些测量中具有不同的形状。因此，变得难以精确地叠加两种特性。日本专利公开2005-21380使用公共设备用于PAT检测设备和超声波回波检测设备，并且不能同时测量这两种特性。因为样本可能在这两种特性的测量的时滞期间运动，所以时滞使得难以精确地叠加这两种特性。由美国专利6,264,610的装置所测量的分光特性具有比由美国专利6,738,653或日本专利公开2005-21380所描述的装置所测量的分光特性更低的分辨率。
发明内容
本发明针对一种测量装置，其可以用精细分辨率对分光特性与结构特性进行精确地相关。
根据本发明的一方面的测量装置包括：分光特性测量装置，其包括光源部件和光检测单元，并且通过应用声光层析技术来测量样本的分光特性；以及一种超声波回波测量装置，其包括超声波检测单元，并且通过应用超声波回波信号来测量样本的结构特性。所述分光特性测量装置和所述超声波回波测量装置中的每一个进一步包括：超声波生成单元，其被公共地布置在所述分光特性测量装置和所述超声波回波测量装置中，并且将超声波脉冲发送到所述样本；以及超声波聚焦单元，其被公共地布置在所述分光特性测量装置和所述超声波回波测量装置中，并且将由所述超声波生成单元所发送的超声波脉冲聚焦在所述样本的测量位置上。在所述样本的测量位置处，同时进行所述超声波回波信号的生成以及通过声光效应对来自所述光源部件的光的调制，所述光检测单元检测同时生成的调制光，并且所述超声波检测单元检测同时生成的超声波回波信号。
结合附图从以下示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的测量装置的框图。
图2是图1所示的测量装置中的光源部件的框图。
图3是图1所示的测量装置中的超声波生成单元的框图。
图4是图1所示的测量装置中的超声波聚焦单元的框图。
图5是图1所示的测量装置中的光检测单元以及第一信号处理单元和第二信号处理单元的框图。
图6是用于解释图1所示的测量装置的操作的时序图。
图7是示出在600nm与1000nm之间的波长中的HbO2和Hb的吸收谱的图线。
具体实施方式
图1是根据本发明第一实施例的测量装置的框图。该测量装置测量样本(散射介质)E的分光特性和结构特性，并且包括分光特性测量装置101、超声波回波测量装置102、信号处理设备103以及显示设备104。
样本E是生物组织(例如胸部)。已知的是，在肿瘤(例如癌瘤)生长时，因此新的血管开始形成，或者耗氧增加。氧络血红蛋白(oxygenated hemoglobin，HbO2)和脱氧血红蛋白(deoxygenatedhemoglobin，Hb)的吸收分光特性可以用于估计新的血管的形成或者耗氧量的增加。图7示出在600nm与1000nm之间的波长中HbO2和Hb的吸收谱。
测量装置基于多个波长的HbO2和Hb的吸收谱来测量生物组织中的血液中的Hb浓度和HbO2浓度，并且在多个位置测量Hb浓度和HbO2浓度，由此生成生物组织中的浓度分布的图像，并且标识新的血管的区域。此外，测量装置基于Hb浓度和HbO2浓度来计算氧气饱和程度，并且基于氧气饱和程度来识别增加耗氧量的区域。由测量装置由此所测量的Hb和HbO2的分光信息可以用于诊断。
分光特性测量装置101通过应用AOT来测量样本E的组织中的分光特性。分光特性测量装置101包括光源部件1、光学系统2、超声波生成单元3、超声波聚焦单元4以及光检测单元5。
光源部件1是光源，其发射被照射在样本E上的具有多个波长的光流(luminous flux)。根据吸收谱(例如水、脂质、蛋白质、氧络血红蛋白以及脱氧血红蛋白)而在多个波长之中选择所述光源的波长。在示例中，因为由于作为内部生物组织的主要成分的水的小吸收率而导致光可以高度透射，而脂质、氧络血红蛋白以及脱氧血红蛋白的谱是有特性的，所以适当的波长落在600nm至1500nm之间的范围上。光源发射具有恒定强度和长的相干长度(例如等于或长于1m)的连续波(“CW”)的光流。在具体示例中，光源可以包括半导体激光器或波长可变激光器，其生成各种不同波长。
光学系统2将光从光源部件1引导至样本E。图2表示光学系统2的示例。在图2中，光源部件1包括半导体激光器12a、12b和12c，它们具有各种不同波长。激光器12a、12b和12c分别发射波长为λa、λb和λc的光流。光学系统2包括透镜13a、13b、13c、二色镜14a、14b、14c、聚焦透镜15、以及光纤16。
透镜13a、13b和13c中的每一个使得从半导体激光器12a、12b和12c中的对应的一个所发射的光流准直，并且将准直后的光束引导至二色镜14a、14b和14c中的对应的一个。二色镜14a反射波长λa的光，二色镜14b反射波长λb的光并且透射波长λa的光。二色镜14c反射波长λc的光，并且透射波长λa的光和波长λb的光。二色镜14a、14b和14c反射和透射的光聚焦到光纤16的一端。光纤16将所述光引导至样本E。穿过光纤16的光从光纤16的另一端照射在样本E上。
超声波生成单元3是超声波发送设备，其将超声波(超声波脉冲)发送到样本E。虽然适当的频率可以随着在超声波回波设备中样本E的测量深度或分辨率而改变，但本实施例将超声波频率设置为1MHz与几十MHz之间的范围。
图3是作为超声波生成单元3的示例的线性阵列搜索单元的结构的示意性透视图。多个小的簧片形的超声波换能器17被布置在背衬构件18上。声学匹配层19被布置在超声波换能器17的超声波照射表面上，声学透镜20被布置在声学匹配层19上。引线21连接到每一超声波换能器17。
超声波换能器17包括压电元件，其提供将所施加的电压转换为超声波或者将所接收到的压力改变转换为电压的压电效应。将超声波的机械振荡转换为电信号或者将电信号转换为超声波的机械振荡的设备被称为超声波换能器。压电元件可以使用由锆钛酸铅(leadzirconate titanate，“PZT”)所代表的压电陶瓷材料，或由聚偏二氟乙烯(polyvinylidene-fluoride，“PVDF”)所代表的高分子压电膜材料。
背衬构件18吸收在与超声波的行进方向相反的方向上传播的声波，并且抑制超声波换能器17的不必要的振荡。由于压电元件在声阻抗方面明显地不同于生物体，因此在压电元件与生物组织之间的直接接触导致在界面上的反射太大，而不能高效地发送(或者接收)超声波。因此，将以具有中间声阻抗的材料制成的声学匹配层19插入包括压电元件的超声波换能器17与生物体之间的空间，从而高效地发送超声波。
声学透镜20抑制超声波在与超声波换能器17的布置方向正交的方向上的扩展。引线21用于发送并且接收超声波换能器17的信号。
超声波聚焦单元4将来自超声波生成单元3的超声波聚焦在样本E中的测量位置X上。超声波聚焦方法可以使用球面超声波换能器、圆柱超声波换能器、或非球面凹形超声波换能器、或声学透镜、利用阵列搜索单元的电子聚焦。在凹形超声波换能器中，凹形表面的曲率确定聚焦位置。当以具有比生物组织中更低的声速的材料制成声学透镜时，它是凸透镜，并且与凹形超声波换能器类似，凸形表面的曲率确定聚焦位置。
该实施例使用采用了上述阵列搜索单元的电子聚焦。现参照图4，将给出该图示的描述。图4是作为超声波聚焦单元4的示例的框图。
可变延迟元件22a、22b、22c、22d、22e、22f和22g以及脉冲发生器23经由引线21分别连接到多个已布置好的超声波换能器17a、17b、17c、17d、17e、17f和17g。可变延迟元件22使用使得线圈形状的薄电线弯曲的构件，以延迟通过电线所发送的电信号的传输。电子信号的延迟时间段是可通过切换在线圈中间所提供的多个抽头来调整的。脉冲发生器23是生成施加到超声波换能器17的脉冲电压的设备。
当越靠近中心的可变延迟元件22具有越长的延迟时间段(τa＝τg<τb＝τf<τc＝τe<τd)时，由每一超声波换能器17所形成的合成波前变为聚焦波前。因此，对于由可变延迟元件22所给出的延迟时间段的控制可以提供对于超声波聚焦位置的控制。相似的控制还可以提供对于超声波的行进方向的控制。
图4示出超声波发送，但相似的关系对于接收是成立的，并且可变延迟元件22可以纠正超声波回波生成源与每一超声波换能器17之间的距离的差，从而使得相同的相位相等。除了线性阵列搜索单元之外的电可聚焦搜索单元包括：2D阵列搜索单元，其将超声波换能器布置在二维表面上；以及环状阵列搜索单元，其同心地布置环形换能器。在使用凹形超声波换能器或声学透镜的超声波聚焦单元4中，可以通过借助于机械驱动来改变超声波聚焦单元4的位置而控制超声波的聚焦位置。
光检测单元5检测已经在样本E的组织中传播并且出射到外部的光。光检测单元5包括光传感器24、透镜25、光纤26、以及透镜27，如图5所示。在此，图5是光检测单元5的示例的示意性框图。
如图5所示，从光源部件1所发射的光经由光学系统2进入样本E。在样本E上入射的光在样本E内部重复吸收过程并且散射多次，并且然后在各个方向上传播。可以通过光漫射公式来描述光在吸收-散射介质中的传播。假设
是从光源部件1到图5所示的超声波聚焦位置(测量位置)X的光的传播的光子的积分通量率(fluence rate)，是从超声波聚焦位置X到光检测单元5的光的传播的光子的积分通量率。
声压在超声波聚焦位置X附近增加，改变吸收-散射介质中的密度和折射率，并且移置吸收-散射介质。当光穿过超声波聚焦区域时，由于吸收-散射介质的移置和折射率的改变而导致光的光学相位改变。声压在聚焦位置X处局部地增加，并且聚焦位置X比外围部分更强烈地经受超声波的影响(例如吸收-散射介质的移置和折射率的改变)。因此，由超声波以频率Ω(MHz)所调制的较大量的调制光很可能出现在该位置而不是其外围区域。可以通过有选择地检测由声光效应所产生的调制光来有选择地测量从超声波聚焦区域生成的光学信号。
假设m是调制深度，由超声波通过该调制深度来对光进行调制，I0是入射光的强度。于是，如下给出检测到的光信号Iac：
式1
Iac＝IO·Φ(rs)·m·Φ(rd)
光传感器24既检测由超声波所调制的调制光Iac，又检测免受超声波调制的多散射非调制光。光传感器24可以通过经过超声波生成单元3和超声波聚焦单元4来控制(或者扫描)超声波聚焦位置X而在期望的位置测量光信号。光传感器24可以应用压电转换元件(例如光电倍增管(“PMT”)、电荷耦合器件(“CCD”)、以及互补金属氧化膜半导体(“CMOS”))。然而，所选光传感器需要对于由光源部件1所生成的具有在600nm与1500nm之间的范围内的波长的光具有的足够的灵敏度。
透镜25聚焦已经在样本E的组织中传播并且出射到外部的光，并且将该光引导至光纤26。透镜27将已经从光纤26出射的光引导至光传感器24。由光传感器24所检测到的信号被发送到第一信号处理单元7。
超声波回波测量装置102通过使用超声波回波来测量样本E的组织中的结构特性。超声波回波测量装置102包括：上述超声波生成单元3，作为用于发送超声波的装置；上述超声波聚焦单元4；以及超声波检测单元6。以此方式，超声波生成单元3公共地用于分光特性测量装置101和超声波回波测量装置102。超声波聚焦单元4公共地用于分光特性测量装置101和超声波回波测量装置102。
超声波检测单元6充当超声波接收设备，其接收从样本E的内部组织所生成的超声波回波信号。它包括压电元件以及超声波生成单元3，并且在上述搜索单元的示例中，一个设备可以既提供发送功能又提供接收功能(超声波换能器)。
信号处理设备103通过处理包括分光特性并且由分光特性测量装置101所测量的信号以及包括结构特性并且由超声波回波测量装置102所测量的信号而生成图像。信号处理设备103包括第一信号处理单元7、第二信号处理单元8、合成单元9以及图像记录单元10。
第一信号处理单元7生成在样本E中的测量位置的分光特性的图像。图5所示的第一信号处理单元7包括滤波器28、信号分析设备29、图像生成设备30。滤波器28从非调制光分离调制光Iac，并且测量调制光Iac。滤波器28可以应用带通滤波器或锁定放大器，所述带通滤波器有选择地检测具有特定频率的信号，所述锁定放大器通过放大特定频率的光来进行检测。信号分析设备29基于聚焦的超声波的坐标数据以及与坐标数据对应的光信号Iac来产生样本E中的分光特性的分布数据。
第二信号处理单元8生成在样本E中的测量位置的结构特性的图像。图5所示的第二信号处理单元8包括信号分析设备31和图像生成设备32。信号分析设备31基于从已由超声波生成单元3和超声波聚焦单元4照射在样本E的内部组织的位置X上的频率Ω(MHz)的超声波脉冲所生成的超声波回波信号来计算内部组织的结构特性。图像生成设备32基于由信号分析设备31所计算出的结构特性的分布来生成图像。
信号处理单元9产生对由第一信号处理单元7生成的分光特性的图像和由第二信号处理单元8生成的结构特性的图像进行合成的图像。合成单元9在对分光特性的测量位置X与结构特性的测量位置X进行相关的同时合成这两个特性。进一步地，合成单元9使得能够以不同的颜色来区分分光特性的图像和结构特性的图像。
图像记录单元10记录由第一信号处理单元7所生成的分光特性的图像、由第二信号处理单元8所生成的结构特性的图像、以及由合成单元9所生成的合成图像。图像记录单元10可以使用数据记录设备(例如光盘、磁盘、半导体存储器、以及硬盘驱动器)。
显示设备104显示由信号处理设备103所生成的图像，并且具有图像显示监视器11。显示设备104显示由第一信号处理单元7所生成的分光特性的图像、由第二信号处理单元8所生成的结构特性的图像、以及由合成单元9所生成的合成图像。图像显示监视器11可以使用例如液晶显示器、CRT以及有机EL的显示设备。
测量装置测量样本E的内部组织的分光特性和结构特性，并且显示所生成的合成图像，该图像对这两个特性进行精确地叠加。
在测量装置的分光特性测量装置101的操作中，光源部件1发射具有特定波长的光，光学系统2将该光照射在样本E上。更具体地说，光源部件1中的半导体激光器12a至12c生成具有波长λa至λc的CW光流。光学系统2中的透镜13a至13c、二色镜14a至14c、透镜15以及光纤16将光照射在样本E上。接下来，超声波聚焦单元4通过电子聚焦把从超声波生成单元3所发送的具有频率Ω(MHz)的超声波脉冲聚焦在样本E的内部组织中的特定位置(测量位置)X上。结果，在聚焦位置X处的声压变得比在外围区域的声压更高，照射在聚焦位置X上的光通过声光效应而转变为调制光Iac。然后，光检测单元5中的光传感器24检测经由透镜25、光纤26和透镜27从样本E发射的调制光Iac和非调制光。
在测量装置中的超声波回波测量装置102的操作中，超声波聚焦单元4将从超声波生成单元3所发送的超声波脉冲聚焦在样本E中的内部组织中的特定位置(测量位置)X上。接下来，超声波检测单元6检测由所述超声波脉冲所生成的样本E中的超声波回波信号。
以此方式，超声波生成单元3和超声波聚焦单元4被公共地使用在测量装置中。这种配置不仅作为分光特性测量装置101和超声波回波测量装置102共享某些组件的结果而可以提供较小并且较不昂贵的测量装置，而且还可以同时测量分光特性和结构特性。因此，使用由超声波生成单元3所生成的超声波脉冲来同时测量分光特性和结构特性。当超声波聚焦单元4将由超声波生成单元3所生成的超声波脉冲聚焦在测量位置X上时，由于声光效应而导致的来自光源部件1的光的调制(调制光Iac的生成)以及超声波回波信号的生成同时出现在测量位置X上。于是，光检测单元5生成同时生成的调制光Iac，并且超声波检测单元6检测同时生成的超声波回波信号。调制光以光速到达超声波检测单元5，而超声波回波信号以声速到达超声波检测单元6。因此，达到时间在它们之间是不同的。然而，由于在相同测量位置上光的调制和超声波回波信号的生成同时出现，因此可以对分光特性与结构特性彼此进行精确地相关。
现参照图6，将给出该现象的描述。图6是示出检测光信号和来自超声波脉冲的生成的回波信号的时间的图。在该图中，当将光从光源部件1照射在样本E上时，超声波生成单元3和超声波聚焦单元4在时间t0生成超声波脉冲。其中，t1是生成超声波脉冲并且超声波脉冲到达位置X的时间段，在位置X处的调制光信号和回波信号在t0之后的t1几乎同时生成。由于由光源1所发射的光充分高于超声波速度，因此光检测单元5检测到调制光信号达到从t0之后的大约t1到施加超声波脉冲的时间的时间段。另一方面，在t2是从生成超声波脉冲到在位置X处的回波信号到达超声波检测单元6的时间段的情况下，超声波检测单元6检测回波信号达到从大约t2至t0到施加超声波脉冲的时间的时间段。以此方式，通过相同超声波脉冲在相同位置X同时生成该实施例中所检测到的调制光信号和回波信号，并且空间差和时间差非常小。
接下来，第一信号处理单元7通过滤波器28从由光传感器24所检测到的调制光Iac和非调制光两者的光信号中分离具有频率Ω(MHz)的调制光。第一信号处理单元7基于光强度和相位而生成样本E中的内部组织的分光特性的图像。更具体地说，信号分析单元29基于聚焦后的超声波的坐标数据以及与坐标数据对应的分离后的调制信号来产生样本E中的分光特性的分布数据。图像生成设备30根据由信号分析单元29所生成的样本E中分光特性的分布数据来生成图像。
第二信号处理单元8基于超声波回波信号而生成样本E中内部组织的结构特性的图像。更具体地说，第二信号处理单元8中的信号分析设备31基于由超声波检测单元6所检测到的超声波回波信号来计算测量位置的结构特性。图像生成设备32基于由信号分析设备31所计算出的结构特性的分布而生成图像。
接下来，合成单元9合成样本E中每一位置的分光特性与结构特性，并且将图像显示在图像显示监视器11上。合成单元9在对分光特性的测量位置X与结构特性的测量位置X进行相关的同时，对由第一信号处理单元7所生成的分光特性的图像与由第二信号处理单元8所生成的结构特性的图像进行合成。进一步地，可以通过不同颜色来对分光特性的图像和结构特性的图像彼此进行区分。由第一信号处理单元7所生成的分光特性的图像、由第二信号处理单元8所生成的结构特性的图像、以及由合成单元9所生成的合成图像显示在显示设备104中的图像显示监视器11上，并且被记录在图像记录单元10中。
如上所述，用于测量分光特性和结构特性的超声波脉冲同时照射在相同测量位置X上，并且空间差和时间差非常小。因此，该实施例可以几乎同时测量这两种特性。由于受检查者的运动和测量时间差的影响很小，因此可以按高精度来叠加从这两种特性所生成的图像，并且该图像改进了诊断的精度和质量。通过应用AOT而以精细分辨率来测量超声波所聚焦的测量位置上的分光特性。由于公共地使用了超声波生成单元3和超声波聚焦单元4，因此可以提供较小的并且较不昂贵的测量装置。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，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被赋予最宽泛的解释，从而包括所有这样的修改和等同物结构以及功能。
该申请要求基于2007年9月12日提交的日本专利申请2007-236475的外国优先权，其在此全部引入作为参考，如同在此充分阐述一样。
Claims (6)
1.一种测量装置，包括：
分光特性测量装置，其包括光源部件和光检测单元，并且通过应用声光层析技术来测量样本的分光特性；以及
超声波回波测量装置，其包括超声波检测单元，并且通过应用超声波回波信号来测量所述样本的结构特性，
其中，所述分光特性测量装置和所述超声波回波测量装置中的每一个进一步包括：
超声波生成单元，其被公共地布置在所述分光特性测量装置和所述超声波回波测量装置中，并且将超声波脉冲发送到所述样本；以及
超声波聚焦单元，其被公共地布置在所述分光特性测量装置和所述超声波回波测量装置中，并且将由所述超声波生成单元所发送的超声波脉冲聚焦到所述样本的测量位置，以及
其中，在所述样本的测量位置处，同时进行所述超声波回波信号的生成以及通过声光效应对来自所述光源部件的光的调制，所述光检测单元检测同时生成的调制光，并且所述超声波检测单元检测同时生成的超声波回波信号。
2.如权利要求1所述的测量装置，进一步包括：
第一信号处理单元，其被配置为：生成所述样本中测量位置的分光特性的图像；
第二信号处理单元，其被配置为：生成所述样本中测量位置的结构特性的图像；以及
合成单元，其被配置为：生成对所述分光特性的图像与所述结构特性的图像进行合成的合成图像。
3.如权利要求2所述的测量装置，其中，所述合成单元使得能够通过以不同颜色来区分所述分光特性的图像和所述结构特性的图像。
4.如权利要求2和3中的任意一项所述的测量装置，进一步包括：图像记录单元，其被配置为记录由所述第一信号处理单元所生成的分光特性的图像、由所述第二信号处理单元所生成的结构特性的图像以及由所述合成单元所生成的合成图像。
5.如权利要求2至4中的任意一项所述的测量装置，进一步包括：显示设备，其被配置为显示由所述第一信号处理单元所生成的分光特性的图像、由所述第二信号处理单元所生成的结构特性的图像以及由所述合成单元所生成的合成图像。
6.如权利要求1所述的测量装置，其中，所述超声波生成单元和所述超声波检测单元集成在一个超声波换能器中。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007236475 | 2007-09-12 | ||
| JP2007-236475 | 2007-09-12 | ||
| JP2007236475A JP2009066110A (ja) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | 測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101385638A true CN101385638A (zh) | 2009-03-18 |
| CN101385638B CN101385638B (zh) | 2011-06-15 |
Family
ID=40227606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008101491217A Active CN101385638B (zh) | 2007-09-12 | 2008-09-12 | 测量装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090069685A1 (zh) |
| EP (1) | EP2036488A3 (zh) |
| JP (1) | JP2009066110A (zh) |
| CN (1) | CN101385638B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101912250A (zh) * | 2010-05-24 | 2010-12-15 | 华南师范大学 | 一种血管内光声超声双模成像内窥镜装置及其成像方法 |
| CN102258387A (zh) * | 2010-04-26 | 2011-11-30 | 佳能株式会社 | 声学波测量设备和方法 |
| CN102458231A (zh) * | 2009-06-10 | 2012-05-16 | 特温特大学 | 用于光子吸收系数测量的装置和方法 |
| CN102596049A (zh) * | 2009-10-29 | 2012-07-18 | 佳能株式会社 | 光声装置 |
| CN103458797A (zh) * | 2011-03-29 | 2013-12-18 | 富士胶片株式会社 | 光声成像方法和光声成像装置 |
| CN103501691A (zh) * | 2011-05-02 | 2014-01-08 | 佳能株式会社 | 被检体信息获取装置及其控制方法和用于确定接触的方法 |
| TWI453395B (zh) * | 2011-10-26 | 2014-09-21 | Mediatek Inc | 用於觀察物件的光聲顯微鏡系統及其方法 |
| CN115462766A (zh) * | 2022-10-09 | 2022-12-13 | 深圳英美达医疗技术有限公司 | 信号同步采集方法、系统及可读存储介质 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5219440B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2013-06-26 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| JP5317449B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2013-10-16 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| EP2265165A2 (en) * | 2008-03-17 | 2010-12-29 | Or-Nim Medical Ltd. | Apparatus for non invasive acoustooptical monitoring |
| JP5183381B2 (ja) * | 2008-09-16 | 2013-04-17 | キヤノン株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
| JP2010068885A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Canon Inc | 測定装置 |
| JP2010094500A (ja) * | 2008-09-19 | 2010-04-30 | Canon Inc | 測定装置及び測定方法 |
| JP2011004790A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Canon Inc | 光音響計測装置 |
| JP5528083B2 (ja) * | 2009-12-11 | 2014-06-25 | キヤノン株式会社 | 画像生成装置、画像生成方法、及び、プログラム |
| CN101769866B (zh) * | 2010-01-15 | 2013-06-26 | 中国农业机械化科学研究院 | 一种牛奶成分的检测装置和方法 |
| JP5777358B2 (ja) | 2010-04-27 | 2015-09-09 | キヤノン株式会社 | 被検体情報取得装置及び信号処理方法 |
| JP5641773B2 (ja) * | 2010-04-28 | 2014-12-17 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| JP5751769B2 (ja) | 2010-07-27 | 2015-07-22 | キヤノン株式会社 | 画像情報取得装置及びその制御方法 |
| US20140150182A1 (en) * | 2011-07-26 | 2014-06-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Property information acquiring apparatus |
| CN103211620B (zh) * | 2013-04-26 | 2015-05-20 | 杨迪武 | 一种基于环型阵列光声传感技术的乳腺癌早期检测仪 |
| JP5766273B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2015-08-19 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| US10016137B1 (en) | 2017-11-22 | 2018-07-10 | Hi Llc | System and method for simultaneously detecting phase modulated optical signals |
| US10420469B2 (en) | 2017-11-22 | 2019-09-24 | Hi Llc | Optical detection system for determining neural activity in brain based on water concentration |
| US10368752B1 (en) | 2018-03-08 | 2019-08-06 | Hi Llc | Devices and methods to convert conventional imagers into lock-in cameras |
| US11206985B2 (en) | 2018-04-13 | 2021-12-28 | Hi Llc | Non-invasive optical detection systems and methods in highly scattering medium |
| US11857316B2 (en) | 2018-05-07 | 2024-01-02 | Hi Llc | Non-invasive optical detection system and method |
| CN110686771A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-14 | 暨南大学 | 一种基于光声效应的宽光谱脉冲光探测器和探测方法 |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5849140A (ja) * | 1981-09-19 | 1983-03-23 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置 |
| JPS60176629A (ja) * | 1984-02-23 | 1985-09-10 | テルモ株式会社 | 超音波測定装置 |
| US4934372A (en) * | 1985-04-01 | 1990-06-19 | Nellcor Incorporated | Method and apparatus for detecting optical pulses |
| US4817015A (en) * | 1985-11-18 | 1989-03-28 | The United States Government As Represented By The Secretary Of The Health And Human Services | High speed texture discriminator for ultrasonic imaging |
| FR2617602B1 (fr) * | 1987-07-03 | 1989-10-20 | Thomson Csf | Procede et systeme d'imagerie par transillumination a marquage en frequence des photons |
| US6070093A (en) * | 1997-12-02 | 2000-05-30 | Abbott Laboratories | Multiplex sensor and method of use |
| US5977538A (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-02 | Imarx Pharmaceutical Corp. | Optoacoustic imaging system |
| JP2000088742A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-03-31 | Aloka Co Ltd | 光計測装置 |
| US6213946B1 (en) * | 1998-12-24 | 2001-04-10 | Agilent Technologies, Inc. | Methods and apparatus for speckle reduction by orthogonal pulse compounding in medical ultrasound imaging |
| IL129398A (en) * | 1999-04-12 | 2005-05-17 | Israel Atomic Energy Comm | Metabolism monitoring or body organs |
| US6264610B1 (en) * | 1999-05-05 | 2001-07-24 | The University Of Connecticut | Combined ultrasound and near infrared diffused light imaging system |
| US7840257B2 (en) * | 2003-01-04 | 2010-11-23 | Non Invasive Technology, Inc. | Examination of biological tissue using non-contact optical probes |
| IL141135A0 (en) * | 2001-01-28 | 2002-02-10 | Israel Atomic Energy Comm | Method for imaging in a turbid medium |
| KR100493154B1 (ko) * | 2002-03-20 | 2005-06-03 | 삼성전자주식회사 | 광음향분광학을 이용한 비침습적 생체성분 측정장치 |
| JP4406226B2 (ja) * | 2003-07-02 | 2010-01-27 | 株式会社東芝 | 生体情報映像装置 |
| WO2005025399A2 (en) * | 2003-09-12 | 2005-03-24 | Or-Nim Medical Ltd. | Noninvasive optical monitoring of region of interest |
| JP4643153B2 (ja) * | 2004-02-06 | 2011-03-02 | 株式会社東芝 | 非侵襲生体情報映像装置 |
| US7144370B2 (en) * | 2004-05-12 | 2006-12-05 | General Electric Company | Method and apparatus for imaging of tissue using multi-wavelength ultrasonic tagging of light |
| JP4341539B2 (ja) * | 2004-12-07 | 2009-10-07 | 株式会社日立製作所 | 受信装置及び受信アンテナ設定方法 |
| JP4619803B2 (ja) * | 2005-01-26 | 2011-01-26 | 富士フイルム株式会社 | 蛍光断層画像取得装置 |
| JP2006204430A (ja) * | 2005-01-26 | 2006-08-10 | Fuji Photo Film Co Ltd | 断層画像取得装置 |
| JP4939237B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2012-05-23 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 被検体情報分析装置、内視鏡装置及び被検体情報分析方法 |
| JP5201920B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2013-06-05 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| JP5219440B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2013-06-26 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| JP5132228B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2013-01-30 | キヤノン株式会社 | 測定方法及び測定装置 |
| JP5317449B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2013-10-16 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
-
2007
- 2007-09-12 JP JP2007236475A patent/JP2009066110A/ja active Pending
-
2008
- 2008-09-11 EP EP20080016006 patent/EP2036488A3/en not_active Withdrawn
- 2008-09-11 US US12/209,092 patent/US20090069685A1/en not_active Abandoned
- 2008-09-12 CN CN2008101491217A patent/CN101385638B/zh active Active
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102458231B (zh) * | 2009-06-10 | 2014-12-17 | 特温特大学 | 用于光子吸收系数测量的装置和方法 |
| CN102458231A (zh) * | 2009-06-10 | 2012-05-16 | 特温特大学 | 用于光子吸收系数测量的装置和方法 |
| CN102596049A (zh) * | 2009-10-29 | 2012-07-18 | 佳能株式会社 | 光声装置 |
| CN102596049B (zh) * | 2009-10-29 | 2015-04-08 | 佳能株式会社 | 光声装置 |
| US9226662B2 (en) | 2009-10-29 | 2016-01-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoacoustic apparatus |
| US9125591B2 (en) | 2010-04-26 | 2015-09-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Acoustic-wave measuring apparatus and method |
| CN102258387A (zh) * | 2010-04-26 | 2011-11-30 | 佳能株式会社 | 声学波测量设备和方法 |
| CN102258387B (zh) * | 2010-04-26 | 2014-05-21 | 佳能株式会社 | 声学波测量设备和方法 |
| CN101912250A (zh) * | 2010-05-24 | 2010-12-15 | 华南师范大学 | 一种血管内光声超声双模成像内窥镜装置及其成像方法 |
| CN101912250B (zh) * | 2010-05-24 | 2012-01-04 | 华南师范大学 | 一种血管内光声超声双模成像内窥镜装置及其成像方法 |
| US10052028B2 (en) | 2011-03-29 | 2018-08-21 | Fujifilm Corporation | Photoacoustic imaging method and photoacoustic imaging apparatus |
| CN103458797B (zh) * | 2011-03-29 | 2015-07-01 | 富士胶片株式会社 | 光声成像方法和光声成像装置 |
| US9320475B2 (en) | 2011-03-29 | 2016-04-26 | Fujifilm Corporation | Photoacoustic imaging method and photoacoustic imaging apparatus |
| CN103458797A (zh) * | 2011-03-29 | 2013-12-18 | 富士胶片株式会社 | 光声成像方法和光声成像装置 |
| CN103501691B (zh) * | 2011-05-02 | 2015-09-02 | 佳能株式会社 | 被检体信息获取装置及其控制方法和用于确定接触的方法 |
| CN103501691A (zh) * | 2011-05-02 | 2014-01-08 | 佳能株式会社 | 被检体信息获取装置及其控制方法和用于确定接触的方法 |
| TWI453395B (zh) * | 2011-10-26 | 2014-09-21 | Mediatek Inc | 用於觀察物件的光聲顯微鏡系統及其方法 |
| CN115462766A (zh) * | 2022-10-09 | 2022-12-13 | 深圳英美达医疗技术有限公司 | 信号同步采集方法、系统及可读存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2036488A3 (en) | 2010-11-17 |
| US20090069685A1 (en) | 2009-03-12 |
| EP2036488A2 (en) | 2009-03-18 |
| JP2009066110A (ja) | 2009-04-02 |
| CN101385638B (zh) | 2011-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101385638B (zh) | 测量装置 | |
| US10561396B2 (en) | Ultrasonic probe, and photoacoustic-ultrasonic system and inspection object imaging apparatus including the ultrasonic probe | |
| JP5317449B2 (ja) | 測定装置 | |
| JP4829934B2 (ja) | 検査装置 | |
| JP5832182B2 (ja) | 音響信号受信装置およびイメージング装置 | |
| US11647957B2 (en) | Ultrasound probe | |
| US20080228073A1 (en) | System and method for optoacoustic imaging of peripheral tissues | |
| KR20060080562A (ko) | 생체정보 영상장치 및 방법 | |
| CN106983494B (zh) | 多模态成像系统及其成像方法 | |
| JPWO2011093108A1 (ja) | 超音波プローブおよびそれを用いた超音波検査装置 | |
| JP2010125260A (ja) | 生体検査装置 | |
| WO2012077356A1 (ja) | 光音響検査用探触子および光音響検査装置 | |
| US20220133273A1 (en) | Transparent ultrasound transducers for photoacoustic imaging | |
| JP5572023B2 (ja) | 測定装置 | |
| CN206586955U (zh) | 一种用于血糖监测的光声探测头 | |
| CN110652285A (zh) | 一种高灵敏度背向激光超声内窥成像系统及其方法 | |
| JP6005126B2 (ja) | 探触子ユニット、光音響・超音波プローブ並びに被検体イメージングシステム | |
| JP2016073887A (ja) | 生体検査装置 | |
| JP5868458B2 (ja) | 測定装置 | |
| JP5208255B2 (ja) | 測定装置 | |
| Huang et al. | Toward fiber-based high-frequency 3D ultrasound imaging | |
| JP2012055350A (ja) | 超音波検査装置 | |
| JP2017192841A (ja) | 生体検査装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |