CN102149314A - 生物信息成像装置 - Google Patents

Abstract

生物信息成像装置包括：声波检测器107，检测从光吸收体105产生的声波并将它转换为第一电信号；光检测器110，检测与在被检体110中传播的光的多个传播距离对应的光的强度并且将它转换为第二电信号；信号处理装置111，基于第二电信号而导出被检体110的平均有效衰减系数μ_eff，并且基于第一电信号和平均有效衰减系数μ_eff而导出被检体110的光学吸收系数μ_a；以及图像构建装置111，基于光学吸收系数μ_a的分布而构建光学吸收系数μ_a的分布的图像。

Description

生物信息成像装置

技术领域

本发明涉及生物信息成像装置。

背景技术

近年来，用于通过使用诸如X射线、超声波的技术从活体的信息获取图像的生物信息成像装置以及磁共振成像(MRI)技术已被广泛地使用于医疗领域。另外，如下的光学成像装置已在医疗领域中被积极地研究：在所述光学成像装置中，从诸如激光器的光源照射的光被允许在活体等中传播，并且，所传播的光等被检测以便获得关于活体的信息。作为光学图像技术之一，光声层析成像(PAT)被提出(例如，参照非专利文献1)。

在光声层析成像中，从光源产生的脉冲光被照射到作为被检体的活体，并且从吸收在活体中传播和扩散的光的能量的生物组织产生的声波在多个位置处被检测。在说明书中，声波有时被称为“光声波”。接着，信号被分析，使得活体的光学特性值的信息被显示为图像。因此，可以以容易可见的形式获取活体的光学特性分布尤其是光学能量吸收密度分布的信息。

根据非专利文献1，在光声层析成像中，由于光吸收而从位于被检体中的特定位置处的光吸收体(absorber)产生的光声波的初始声压P0可用下式(1)表示。

[式1]

P₀＝Γ·μ_a·Φ··········    (1)

这里，Γ是通过将热膨胀率β与声速c的平方的乘积除以定压比热(aspecific heat at constant pressure)C_p而获得的Grüneisen系数。另外，μ_a是光吸收体的光学吸收系数，Φ是局部区域中的光量(照射到位于特定位置中的光吸收体的光量；有时称为光注量)。由于参数Γ已知为根据活体的组织基本恒定，所以，可通过测量和分析多个位置处的作为声波的大小的声压P的时间变化来获得被检体的光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布，即，光学能量吸收密度分布。

引用列表

[非专利文献]

非专利文献1：M，Xu，L.V.Wang″Photoacoustic imaging inbiomedicine″，Review of scientific instruments，77，041101(2006)

在以上常规的光声层析成像中，如从式(1)可知的，不能仅通过经由对于声压P的时间变化的测量而获取光学能量吸收密度分布来获得被检体的光学吸收系数μ_a的分布。换句话说，需要以某种方式获得照射到产生光声波的光吸收体的光量Φ的分布以及光学能量吸收密度分布。

照射到活体的光在活体内衰减。在假定由光源照射的光量Φ₀是恒定的并且光被照射到比光在活体中的传播长度大的区域从而使得光在活体中像平面波一样传播的情况下，活体的光量Φ的分布可被近似为下式(2)。

[式2]

Φ＝Φ₀·exp(-μ_eff·d₁)·······    (2)

这里，μ_eff是活体中的平均有效衰减系数。术语“平均有效衰减系数”意指“在假定光学特性在活体中是空间上均匀的情况下的有效衰减系数”。另外，d₁是从活体的从光源照射光的区域(光照射区域)到活体中的光吸收体的距离(即，深度)。

在这种情况下，所产生的光声波的初始声压P₁可用基于式(1)的下式(3)表示。

[式3]

P₁＝Γ·μ_a·Φ＝Γ·μ_a·Φ₀·exp(-μ_eff·d₁)·····    (3)

因此，可通过获得平均有效衰减系数μ_eff而获取被检体的光学吸收系数μ_a的分布。尽管活体的平均有效衰减系数μ_eff关于某些部分已经是已知的，但是有效衰减系数μ_eff有个体差异。另外，光量Φ的分布关于平均有效衰减系数μ_eff指数变化，如式(2)中所示。因此，如果平均有效衰减系数μ_eff不同，则光量Φ的分布变得大大地不同。如果在光量Φ的分布方面有误差，则作为结果获得的被检体的光学吸收系数μ_a的分布也与正确值大大地不同。因此，需要测量每个人的平均有效衰减系数μ_eff。另外，作为活体的光学系数，存在光学吸收系数μ_a、等效散射系数μ_s’、以及有效衰减系数μ_eff等，它们之间满足下式(4)。

[式4]

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}=\sqrt{{3\mathrm{\μ}}_a\·({\mathrm{\μ}}_s^{\′}+{\mathrm{\μ}}_a)}.....\left(4\right)$

发明内容

鉴于以上问题而提出本发明，并且，本发明的一个目的是提供一种使用光声层析成像的用于生物图像的成像装置，该成像装置能够通过事先获得对于作为被检体的活体来说唯一的平均有效衰减系数μ_eff来更精确地获取该被检体的光学吸收系数μ_a的分布。

为了解决以上问题，提供一种具有以下配置的成像装置。即，本发明的生物信息成像装置包括：

光源单元，具有单个光源或多个光源；

声波检测器，检测从活体中的吸收通过光源单元照射到活体的光的能量的一部分的光吸收体产生的声波，并将所述声波转换为第一电信号；

光检测器，检测与通过光源单元照射到活体并且在活体中传播的光的多个传播距离对应的光强度，并且，将所述光强度转换为第二电信号；

信号处理装置，基于所述第二电信号而导出活体的平均有效衰减系数，并且，基于所述第一电信号和所述平均有效衰减系数而导出活体的光学特性分布；以及

图像构建装置，基于由信号处理装置导出的活体的光学特性分布而构建活体的光学特性分布图像。

根据本发明的生物信息成像装置，能够更精确地获得对于作为被检体的活体来说唯一的平均有效衰减系数μ_eff并且能够更精确地获取活体的光学吸收系数μ_a的分布。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的生物信息成像装置的配置的示意图。

图2A和图2B是用于解释根据本发明的实施例的改变光照射位置与光检测器之间的距离的配置的图。

图3是示出根据本发明的实施例的用于解析地计算光量Φ(ρ)的光传播模型的例子的图。

图4是示出通过使用根据本发明的实施例的光传播模型来解析地计算的光量Φ(ρ)与使用有限元法(FEM)计算的光量Φ(ρ)的比较的图。

图5是用于解释对于根据本发明解析地计算的光量Φ(ρ)的曲线与由光检测器检测的光量的拟合的图。

图6是由根据本发明第一实施例的生物信息成像装置执行的处理的流程图。

图7是示出根据本发明第二实施例的生物信息成像装置配置的示意图。

具体实施方式

现在将根据附图来详细地描述本发明的优选实施例。

<第一实施例>

图1示出了根据本发明第一实施例的生物信息成像装置。本实施例中描述的生物信息成像装置是能够将活体的光学特性分布和从该信息获得的构成生物组织的物质的浓度分布显示为图像以便诊断恶性肿瘤或血管中的疾病或者观察化疗的进展的装置。

在根据本实施例的生物信息成像装置中，作为活体的被检体100被夹在并被固定在两个固定部件101之间。另外，从第一光源103照射的第一光102经由用透镜等构建的光学单元104被引导到被检体100中以照射被检体100。此时，第一光102的能量被诸如血管之类的光吸收体105吸收，从而产生声波106。声波106被声波检测器107检测并被转换为第一电信号。

另一方面，从第二光源109发射的第二光108经由光波导113被照射到被检体100。在被检体100中传播以从被检体100中被发射的第二光108由被设置为面对第二光108的照射部分的光检测器110检测并被转换为第二电信号，其中被检体100夹在第二光108的照射部分与光检测器110之间。由信号处理单元111分析第一电信号和第二电信号，以便根据这些信号计算被检体100的光学特性分布。在信号处理单元111中，代表所计算的光学特性分布的图像数据被构建。显示装置112通过使用所述图像数据来将所述光学特性分布显示为图像。另外，固定部件101被配置为透射第一光102和第二光108。换句话说，固定部件101可由透射第一光102和第二光108的材料制成。另外，固定部件101可被配置为使得被检体100在照射位置处被露出。

这里，用上述的式(1)表示声波的初始声压。因此，在假定Grüneisen系数Γ在活体的组织中是恒定值的情况下，可通过测量和分析由声波检测器107在多个位置处检测的声压P的时间变化来获得初始声压的发生分布。另外，还可获得光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)。但是，从由声波检测器107获得的第一电信号仅可获得光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)。因此，为了获得被检体的光学吸收系数μ_a的分布，需要用光量Φ校正光学能量吸收密度分布。

另一方面，在光被照射到比光在被检体100中的传播长度大得多的区域的情况下，光量Φ可用下式(2)表示。因此，由于可通过获得被检体100的平均有效衰减系数μ_eff来获得光量Φ，所以，可获得被检体100的光学吸收系数μ_a的分布。

在本实施例中，使用通过检测第二光108获得的第二电信号以便获得平均有效衰减系数μ_eff。这里，光检测器110扫描固定部件101，使得可在多个位置处检测第二光。另一方面，从第二光源109照射的第二光108经由光波导113以点状(spot shape)被照射到预定位置。此时，如图2(a)所示，通过扫描光检测器110，第二光108的照射位置与光检测器110之间的距离可被改变。光照射位置与光检测器之间的距离被称为“光的传播距离”。

另外，在多个位置处执行光检测，并且，根据距离来标绘(plot)所检测的光量。可通过使用依赖于被检体100的形状的表示被检体100中的光量分布的分布的理论公式(即，照射到被检体100并在被检体100中传播的光的(在被检体100中的)强度分布的理论公式)、对所标绘的结果执行拟合来获得平均有效衰减系数μ_eff。尽管在本实施例中，如图2(b)所示，光检测器110被扫描以便改变第二光108的照射位置与光检测器110之间的距离，但是光检测器110可被固定并且可通过使用光纤来扫描第二光108的照射位置以便改变距离。换句话说，优选的是，与从光照射位置到光检测器110的不同距离(光束的传播距离)对应的多个光束可被测量。另外，在本实施例中，第二光108的照射部分和光检测器110被设置为彼此面对并且被检体100夹在它们之间的配置也表明图2(a)和图(b)中所示的位置关系。

结果，获得活体的平均有效衰减系数μ_eff，并且通过使用所获得的平均有效衰减系数μ_eff而获得光量Φ。接着，可通过用所获得的光量Φ校正从第一电信号获得的光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)而获得被检体的光学吸收系数μ_a的分布。更具体而言，可将光学能量吸收密度的值除以被检体的各局部位置处的光量。

接着，参照图3描述拟合模型的例子。这里，考虑被检体100的测量位置(测量对象的一部分)具有平行平板形状(厚片(slab)形状)的情况(在本实施例中，该情况对应于将活体的测量位置(测量对象的一部分)的形状与上述理论公式可适用的预定的模型形状进行拟合)。在诸如活体的具有强扩散的媒介中的光传播可用光扩散方程描述。可对于诸如无限平行平板的简单形状解析地求解光扩散方程。

如果图3中的被检体近似于无限平板，则在假定存在无限多个双极(正-负)伪光源的情况下，可用下式(5)表示光检测器110从由光照射位置300照射的光检测的光量Φ(ρ)(参考文献：M.S.Patterson et.al.“Time resolved reflectance and transmittance for the noninvasivemeasurement of tissue optical properties″，Applied Optics，28，2331(1989))。

[式5]

$\mathrm{\&phi;}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=C\&CenterDot;(\frac{e^{-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}{r}_1}}{r_1}-\frac{e^{-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}{r}_2}}{r_2}+\frac{e^{-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}{r}_3}}{r_3}-\frac{e^{-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}{r}_4}}{r_4}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;).....\left(5\right)$

这里，ρ是从面对照射位置300的点到光检测器110的距离，其中被检体100被夹在照射位置300与光检测110之间，并且，C是取决于扩散的系数。另外，r_i是第i个伪光源与光检测器110之间的距离并且是ρ和扩散系数的函数。为了近似，扩散系数被设为整数。

图4示出了对于通过使用式(5)而导出的光量Φ(ρ)的分布与通过根据有限元法求解光扩散方程而导出的光量Φ(ρ)的分布的比较。从两结果的基本一致可以理解，具有平行平板形状(厚片形状)的被检体100的光量Φ(ρ)的分布可用式(5)的模型表示。

因此，通过改变ρ来检测光量，并且，如图5所示，通过使用式(5)来拟合所得的测量，从而可获得被检体的平均有效衰减系数μ_eff。

接着，详细地描述本实施例。在图1中，第一光源103和第二光源109照射具有被构成作为被检体100的活体的特定物质吸收的波长的光。另外，第一光源103和第二光源109照射具有相同波长的光。另外，第一光源103是用于产生光声波的光源，其至少包括一个可产生具有量级为几纳秒到几百纳秒的脉冲宽度的脉冲光的脉冲光源。优选地使用激光器作为第一光源103。但是，作为激光器的替代，可使用光电二极管等。作为激光器，可使用固态激光器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器、以及其他各种激光器。

另外，尽管在本实施例中，第一光源103的数量是一个，但是可以使用多个光源。在这种情况下，为了增大照射到活体的光的强度，可使用以相同波长振荡的多个光源。另外，为了测量光学特性分布中的波长的差异，可以使用具有不同的振荡波长的多个光源。另外，如果可使用振荡波长可被转换的染料激光器、光学参数振荡器(OPO)或钛蓝宝石激光器作为光源103，则可测量光学特性分布中的波长的差异。优选的是，第一光源103的波长在700nm～1100nm的范围中，在该范围中，吸收率在活体中低。另外，在获得距离活体的表面较近的生物组织的光学特性分布的情况下，可使用比上述波长范围宽的波长范围，例如，从400nm或更大到1600nm或更小的范围。第二光源109的波长范围可与上述波长范围相同。

使用第二光源来照射要被光检测器110检测的光。优选的是，第二光源109是可产生强度被调制的光的光源。第二光源109可产生波长与脉冲光的波长不同的连续的光。另外，与第一光源103类似，第二光源109可产生脉冲光。更具体而言，优选地使用激光器。但是，作为激光器的替代，可使用光电二极管等。作为激光器的例子，半导体激光器是优选的。但是，可使用气体激光器、染料激光器、固态激光器、以及其他各种激光器。

从第一光源103照射的第一光102可通过仅使用光学单元104被照射到被检体或通过使用光波导等被传播。优选的是，光波导是光纤。在使用光纤的情况下，可对于多个光源使用多个光纤，以便将光引导到活体的表面。另外，来自多个光源的光束可被引入到单个光纤，以便可通过仅使用一个光纤将所有的光束引导到活体。通过诸如反射镜和透镜之类的一般光学件来构建图1所示的光学单元104。光学单元104具有改变从第一光源103发射的第一光102的方向的功能或者会聚、放大和修整第一光102的功能。构成光学单元104的光学件可以为可允许第一光102以所需形状和面积照射到被检体100的任意组合。

优选的是，将来自第二光源109的第二光108引导到活体中的光波导113是光纤。另外，优选的是，第二光108以点状照射到被检体100。

单元111基于由声波检测器107获得的第一电信号和由光检测器110获得的第二电信号来计算诸如光学吸收系数μ_a的分布和光学能量吸收密度分布之类的光学特性分布。另外，信号处理单元111可计算被检体(活体)100中的光吸收体105的位置和尺寸。另外，信号处理单元111可以是可存储第一电信号和第二电信号并且通过计算单元将这些电信号转换为光学特性分布的数据的任何单元。例如，可使用示波器和可分析存储在示波器中的数据的计算机。

在这种情况下，通过存储在计算机中的程序，计算单元(CPU)可计算第一电信号和第二电信号并且将这些信号转换为光学特性分布的数据。另外，通过所述程序，要显示在显示装置112上的图像数据可被构建。可替代地，可向信号处理单元111提供单独的存储器，以便第一电信号和第二电信号被存储在该存储器中。另外，通过单独地存储在信号处理单元111的存储器中的程序，计算单元(CPU)可计算第一电信号和第二电信号，并且将这些信号转换为光学特性分布的数据，使得可构建图像数据。

信号处理单元111从第一电信号获得初始声压P₀的发生分布或光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)。另外，信号处理单元111通过使用上述的拟合从第二电信号获得平均有效衰减系数μ_eff。另外，信号处理单元111通过使用所获得的平均有效衰减系数μ_eff对于光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)进行光量校正来获得被检体100中的光学吸收系数μ_a的分布。另外，信号处理单元111产生被用于在显示装置112上显示诸如初始声压P₀的发生分布、光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)和光学吸收系数μ_a的分布之类的信息的图像数据。在本实施例中，所述图像数据对应于活体的光学特性分布图像。

图1的图像显示装置112可以是可显示由信号处理单元111产生的图像数据的任何装置。例如，可以采用液晶显示器。另外，在使用具有不同波长的多种光的情况下，可针对这些波长中的每一个波长通过上述系统来计算被检体100的光学吸收系数μ_a的分布。因此，可通过将构成生物组织的物质(葡萄糖、胶原蛋白、和氧化/还原血红蛋白等)特有的波长依赖性与各波长处的光学吸收系数μ_a的分布进行比较来将构成活体的物质的浓度分布显示为图像。

图6示出了根据本发明的生物信息成像装置的处理的流程图。与流程图中的信号处理单元111的处理对应的步骤通过存储在信号处理单元111中的程序执行。如果流程图首先在步骤S101中被执行，那么通过声波检测器107获取第一电信号。此时，声波检测器107通过扫描固定部件101而在多个位置处检测声波。如果步骤S101的处理完成，那么过程进行到步骤S102。

在步骤S102中，对于在步骤S101中获得的第一电信号执行滤波处理。如果步骤S102的处理完成，那么过程进行到步骤S103。

在步骤S103中，从滤波处理之后的第一电信号计算作为光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布的光学能量吸收密度分布。如果步骤S103的处理完成，那么过程进行到步骤S104。

在步骤S104中，由光检测器110获取第二电信号。此时，光检测器110通过扫描固定部件101而在多个位置处检测透射通过被检体100的光。该检测对应于与在活体中传播的光(在活体中传播之后从活体发射的光)的多个传播距离对应的所述光的强度的检测。如果步骤S104的处理完成，那么过程进行到步骤S105。

在步骤S105中，执行拟合处理。更具体而言，参数的值被设为使得在步骤S104中获取的第二电信号(在多个位置处获取的多个值)可与式(5)表示的光量Φ的理论公式进行拟合。如果步骤S105的处理完成，那么过程进行到步骤S106。

在步骤S106中，当在步骤S105中第二电信号(在多个位置处获取的多个值)与式(5)表示的光量Φ的理论公式最佳地拟合的状态下，计算平均有效衰减系数μ_eff。该值成为测量中的被检体(活体)100的平均有效衰减系数μ_eff。如果步骤S106的处理完成，那么过程进行到步骤S107。

在步骤S107中，从步骤S106中计算的平均有效衰减系数μ_eff和式(2)获得光量Φ，并且通过用光量Φ校正光学能量吸收密度分布来计算光学吸收系数μ_a的分布。换句话说，通过用光量Φ校正光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)来计算光学吸收系数μ_a的分布。如果步骤S107的处理完成，那么过程进行到步骤S108。

在步骤S108中，从步骤S107中获得的光学吸收系数μ_a构建要显示在显示装置112上的图像数据。如果步骤S108的处理完成，那么主例程结束。

不一定根据流程图中的顺序执行对于第一电信号和第二电信号的处理。可首先执行对于第二电信号的处理(S104～S106)，之后可执行对于第一电信号的处理(S101～S103)。可替代地，可首先执行对于第一电信号和第二电信号的获取处理(S101和S104)，之后可执行其他的处理。

如上所述，通过使用根据本实施例的生物信息成像装置，能够精确地获得活体的光学特性分布，尤其是光学吸收系数μ_a的分布，并且，能够将所述分布显示为图像。

另外，在本实施例中，光源单元被配置为包括第一光源103、光学单元104、第二光源109以及光波导113。另外，在本实施例中，信号处理单元111对应于信号处理装置和图像构建装置。

另外，在流程图中，步骤S101的处理对应于声波检测处理。另外，步骤S103的处理对应于吸收密度分布计算处理。步骤S104的处理对应于光检测处理。步骤S106的处理对应于平均衰减系数导出处理。步骤S107的处理对应于光学特性分布导出处理。步骤S108的处理对应于图像构建处理。另外，流程图中的一些步骤可通过存储在信号处理单元111中的程序执行，而其他的步骤可手动地执行。

另外，在固定部件101如上述那样由透射第二光的材料制成的情况下，光检测器110可被固定到固定部件101上。在这种情况下，光检测器110检测活体表面附近的光的强度。另一方面，在光检测器110被直接安装在被检体100上的情况下，光检测器110检测活体表面中的光的强度。

另外，尽管在本实施例中，血管或恶性肿瘤等被例示为光吸收体105，但是本发明的光吸收体105不限于此。例如，被引入到活体中的造影剂(contrast agent)可被视为光吸收体105。另外，如上所述，有效衰减系数μ_eff被计算为活体的平均光学特性值，并且，通过使用该值获得光学吸收系数μ_a的分布。除了有效衰减系数μ_eff之外，考虑到光学吸收系数μ_a与散射系数μ_s、和等效散射系数μ_s’等之间的关系，还可通过使用散射系数μ_s和等效散射系数μ_s’的值获得光学吸收系数μ_a的分布。

<第二实施例>

现在将参照附图描述本发明的第二实施例。本实施例是第二电信号也通过第一光102检测以获得有效衰减系数μ_eff的例子。图7示出了根据本实施例的生物信息成像装置。根据本实施例的生物信息成像装置与第一实施例的生物信息成像装置的不同之处在于，不包括第二光源109和光波导113，并且不使用第二光108。下面，与第一实施例的组件相同的组件由相同的附图标记表示，并且将不重复对于它们的描述。仅描述与第一实施例的特征不同的特征。

在本实施例中，使用通过由光检测器110检测从第一光源103照射的并且透射通过被检体(活体)100的第一光102而获得的第二电信号，以便获得被检体的平均有效衰减系数μ_eff。另外，在多个位置处执行光检测，并且根据光照射位置与光检测器110之间的距离标绘检测光量。与第一实施例类似，通过使用依赖于被检体(活体)100的形状的理论公式执行与标绘结果的拟合，获得平均有效衰减系数μ_eff。

可通过使用平均有效衰减系数μ_eff对于从第一电信号获得的光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)进行光量校正来获得被检体的光学吸收系数μ_a的分布。与第一实施例类似，声波检测器107检测从吸收在被检体(活体)100中传播的光102的能量的一部分的光吸收体105产生的声波106，并且将所述声波转换为第一电信号。

另外，如果用第一测量表示由声波检测器107检测因光102的照射而产生的声波106的测量，并且用第二测量表示由光检测器110检测因光102的照射的光的测量，则在本实施例中，可同时执行第一测量和第二测量。可替代地，可交替执行第一测量和第二测量。另外，可在完成这些测量之一后执行另一测量。对于所获得的第一电信号和第二电信号的处理以及其他组件与第一实施例中的相同。

如上所述，在根据本实施例的生物信息成像装置中，通过使用从第一光源103发射的第一光102而获得第一电信号和第二电信号。换句话说，可通过仅使用第一光源103而获得活体的光学吸收系数μ_a与光量Φ的乘积的分布(光学能量吸收密度分布)以及平均有效衰减系数μ_eff。

因此，可简化该装置的配置，从而能够促进成本降低。另外，第一测量和第二测量可被同时执行，从而能够提高测量定时的自由度。另外，根据本实施例，光源单元包括第一光源103和光学单元104，并且，本实施例对应于光源单元包括单个光源的情况。

虽然已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应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

本申请要求在2008年9月12日提交的日本专利申请No.2008-235543和在2009年9月9日提交的日本专利申请No.2009-208506的权益，在此以引用方式将其全部内容并入本文。

附图标记列表

100被检体(活体)

101固定部件

102第一光

103第一光源

104光学单元

105光吸收体

106声波

107声波检测器

108第二光

109第二光源

110光检测器

111信号处理单元

112显示装置

113光波导

300光照射位置

Claims (23)

1.一种生物信息成像装置，所述生物信息成像装置包括：

光源单元，具有单个光源或多个光源；

声波检测器，所述声波检测器检测从活体中的吸收通过所述光源单元照射到所述活体的光的能量的一部分的光吸收体产生的声波并将所述声波转化为第一电信号；

光检测器，所述光检测器检测与通过所述光源单元照射到所述活体并且在所述活体中传播的光的多个传播距离对应的光的强度，并且，将所述光的强度转换为第二电信号；

信号处理装置，所述信号处理装置基于所述第二电信号而导出所述活体的平均有效衰减系数并且基于所述第一电信号和所述平均有效衰减系数而导出所述活体的光学特性分布；以及

图像构建装置，所述图像构建装置基于由所述信号处理装置导出的所述活体的光学特性分布而构建所述活体的光学特性分布图像。

2.根据权利要求1所述的生物信息成像装置，其中，所述平均有效衰减系数是通过将所述第二电信号与被照射到所述活体以在所述活体中传播的所述活体中的光的强度分布的理论公式进行拟合而导出的。

3.根据权利要求1或2所述的生物信息成像装置，其中，所述光学特性分布是所述活体的光学吸收系数分布。

4.根据权利要求2所述的生物信息成像装置，其中，所述活体中的测量对象的一部分的形状与能够适用所述理论公式的预定的模型形状进行拟合。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的生物信息成像装置，其中，从所述光源单元发射的光的照射位置与所述光检测器被设置为彼此面对，并且，所述活体中的测量对象的一部分夹在所述照射位置与所述光检测器之间。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的生物信息成像装置，其中，在所述光源单元的光源之中，至少产生要被所述声波检测器转换为所述第一电信号的声波的光源是产生脉冲光的光源。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的生物信息成像装置，

其中，所述光源单元包括包含产生脉冲光的第一光源和产生波形不同于脉冲光的波形的光的第二光源的至少两个光源，

其中，所述声波检测器被配置为将因通过所述第一光源照射到所述活体的光而产生的声波转换为所述第一电信号，以及

其中，所述光检测器被配置为将通过所述第二光源照射到所述活体并且在所述活体中传播的光转换为所述第二电信号。

8.根据权利要求7所述的生物信息成像装置，其中，所述第一光源和所述第二光源产生具有相同波长的光。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的生物信息成像装置，其中，所述光检测器被配置为检测所述活体的表面中的或者在所述活体的表面附近的多个位置处的光的强度，使得与从所述光源单元照射到所述活体并且在所述活体中传播的光的多个传播距离对应的光的强度能够被检测。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的生物信息成像装置，其中，所述声波检测器被配置为检测所述活体的表面中的或者在所述活体的表面附近的多个位置处的声波。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的生物信息成像装置，其中，所述光吸收体是被引入到所述活体中的造影剂。

12.一种生物信息成像方法，所述方法包括：

声波检测处理，检测从活体中的吸收照射到所述活体的光的能量的一部分的光吸收体产生的声波，并且将所述声波转换为第一电信号；

光检测处理，检测与照射到所述活体并且在所述活体中传播的光的多个传播距离对应的光的强度，并且，将所述光的强度转换为第二电信号；

吸收密度分布计算处理，基于所述第一电信号计算作为所述活体的光学吸收系数与光量的乘积的分布的光学能量吸收密度分布；

衰减系数导出处理，基于所述第二电信号导出所述活体的平均有效衰减系数；

光学特性分布导出处理，基于在所述吸收密度分布计算处理中计算的光学能量吸收密度分布和在所述衰减系数导出处理中导出的所述平均有效衰减系数来导出所述活体的光学特性分布；以及

图像构建处理，基于在所述光学特性分布导出处理中导出的所述活体的光学特性分布而构建所述活体的光学特性分布图像。

13.根据权利要求12所述的生物信息成像方法，其中，在所述衰减系数导出处理中，所述平均有效衰减系数是通过将所述第二电信号与被照射到所述活体以在所述活体中传播的所述活体中的光的强度分布的理论公式进行拟合而导出的。

14.根据权利要求12或13所述的生物信息成像方法，其中，所述光学特性分布是所述活体的光学吸收系数分布。

15.根据权利要求13所述的生物信息成像方法，其中，所述活体中的测量对象的一部分的形状与所述理论公式能够适用的预定的模型形状进行拟合。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的生物信息成像方法，其中，在所述光检测处理中，所述活体中的光的照射位置和与多个传播距离对应的在所述活体中传播的光的强度被检测的位置被设置为彼此面对，并且，所述活体中的测量对象的一部分夹在它们之间。

17.根据权利要求12至16中的任一项所述的生物信息成像方法，其中，在所述声波检测处理中照射到所述活体的光是脉冲光。

18.根据权利要求12至17中的任一项所述的生物信息成像方法，

其中，在所述声波检测处理中照射到所述活体的光是脉冲光，以及

其中，在所述光检测处理中照射到所述活体的光是波形与所述脉冲光的波形不同的光。

19.根据权利要求18所述的生物信息成像方法，其中，在所述声波检测处理中照射到所述活体的光的波长和在所述光检测处理中照射到所述活体的光的波长相同。

20.根据权利要求12至19中的任一项所述的生物信息成像方法，其中，在所述光检测处理中，在所述活体的表面中的或者在所述活体的表面附近的多个位置处检测光的强度，使得能够检测与照射到所述活体并且在所述活体中传播的光的多个传播距离对应的光的强度。

21.根据权利要求12至20中的任一项所述的生物信息成像方法，其中，在所述声波检测处理中，在所述活体的表面中的或者在所述活体的表面附近的多个位置处检测声波。

22.根据权利要求12至21中的任一项所述的生物信息成像方法，其中，所述光吸收体是被引入到所述活体中的造影剂。

23.一种用于在计算机上执行在根据权利要求12至22中的任一项所述的生物信息成像方法中的所述吸收密度分布计算处理、所述衰减系数导出处理、所述光学特性分布导出处理、以及所述图像构建处理中的至少一个的程序。

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