CN102258386B - 显示数据获得设备和显示数据获得方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示数据获得设备和显示数据获得方法。提供了一种显示数据获得设备，即使在不能在足够的范围中获得整个被检体中产生的光声波的有限的测量条件下，该显示数据获得设备也能够在光声层析成像中减少依赖于用于图像重建的位置的灵敏度的波动。该显示数据获得设备包括：声波检测单元，用于检测从用脉冲光照射的被检体产生的声波以便获得信号；第一数据导出单元，用于基于由声波检测单元获得的所获得的信号来导出表示被检体的光学特性分布的第一数据；存储器，用于存储该显示数据获得设备特有的空间灵敏度分布数据；以及第二数据导出单元，用于使用第一数据和空间灵敏度分布数据来导出表示被检体的光学特性分布的第二数据。

Description

显示数据获得设备和显示数据获得方法

技术领域

本发明涉及如下的显示数据获得设备和显示数据获得方法，利用该显示数据获得设备和显示数据获得方法来检测来自用光照射的待检查的被检体(在下文中被称为“被检体”)内部的声波的信号，并且处理检测到的信号以便获得被检体内部的信息。

背景技术

在医学领域中，已经积极开发了用于用从诸如激光器之类的光源发射的光照射活体并且用于在显示器上显示基于进入活体的光而获得的活体内部的信息的光学成像设备。光学成像技术的一个示例是光声层析成像(PAT)。在光声层析成像中，用来自光源的脉冲光照射活体，从而检测由已经吸收了被传播且扩散到活体内部中的脉冲光的能量的活体组织产生的声波(典型地为超声波)。即，利用在检查区域(例如，肿瘤)与其它组织之间的光能吸收因子的差异，由声波检测器(也称为探头或换能器)接收在已经吸收了照射的光的能量的检查区域暂时地膨胀时产生的弹性波以作为检测信号。在分析和处理检测信号时，可以获得活体内部的光学特性分布，特别是，初始声压分布或吸收系数分布。在利用具有各种波长的光束执行上述测量时，所获得的信息还可以被用来定量地测量活的被检体的内部中的特定物质，例如，在血中包含的血红蛋白的浓度和血氧饱和度。

已经知道问题在于，在与信息获取区域相比声波测量区域不足时，例如，在不可以从被检体的所有方向上而是仅仅从特定方向上接收声波时，光声层析成像设备产生该设备特有的空间灵敏度分布(Sergey A.Ermilov、Andre Conjusteau、Ketan Mehta、RonLacewell、P.Mark Henrichs和Alexander A.Oraevsky的“128-channellaser optoacoustic imaging system(LOIS-128)for breast cancerdiagnostics”，Proceedings of SPIE，Vol.6086，608609，2006)。空间灵敏度分布是表示对于测量对象中的各个位置(声源位置)的测量灵敏度的波动的分布。由于即使在测量完全相同的目标参数(例如，初始声压)的情况下，可以被用于每个体元(voxel)的信息量也依赖于在声波检测器和声源之间的相对体元位置差异而改变，因此依赖于位置的灵敏度的波动出现。因此，使用依赖于测量对象中的位置而改变的对比度(contrast)来显示通过检测获得的结果。结果，获得的信息的定量性(quantitativity)恶化。对于每个设备而言，在声波检测器和声源之间的相对位置改变，并且因此也相应地改变空间灵敏度分布对比度差异。为了解决上述问题，已知重要的是，检测在围绕被检体360°的所有方向上的声波以便获得足够的信息量(M.Xu和L.V.Wang的“Photoacoustic Imaging in biomedicine”，Review of ScientificInstruments，77，041101，2006)。

然而，在大的对象(例如，人的胸部)经受检查时，难以测量在围绕整个被检体的各个位置处的声波，并且因此不能通过使用足够的信息量来获得活体的内部信息。换句话说，在这种对象经受检查时，对于消除获得的信息的定量性的恶化而言，Xu等人的方法不一定实用。

发明内容

基于上述问题提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种显示数据获得和诊断设备，其即使在不能在足够的范围中获得整个被检体中产生的光声波的有限的测量条件下也能够减少对于测量对象中的每个位置的灵敏度的波动(空间灵敏度分布)。

鉴于上述问题，根据本发明的显示数据获得设备包括：声波检测单元，用于检测从用脉冲光照射的被检体产生的声波以便获得信号；以及显示数据获得单元，用于基于用声波检测单元获得的信号来获得示出光学特性分布的显示数据，其中显示数据获得单元包括：第一数据导出单元，用于基于由声波检测单元获得的所获得的信号来导出表示被检体的光学特性分布的第一数据；存储器，用于存储该显示数据获得设备特有的空间灵敏度分布数据；以及第二数据导出单元，用于基于第一数据和空间灵敏度分布数据来导出表示被检体的光学特性分布的第二数据。

根据本发明的显示数据获得设备，即使在不能在足够的范围中获得整个被检体中产生的光声波的有限的测量条件下，也可以减少依赖于测量对象中的位置的灵敏度的波动(空间灵敏度分布)。

从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。

附图说明

图1A是示出根据本发明实施例的显示数据获得设备的配置的示意图。

图1B是示出根据本发明实施例的显示数据获得设备的信号处理单元的结构示例的示意图。

图2是示出在本发明实施例中的检测信号(获得的信号)处理的示例的流程图。

图3A是示出在本发明中的计算关于空间灵敏度分布的数据的方法的示例的示意图。

图3B是示出在本发明中的计算关于空间灵敏度分布的数据的方法的示例的示意图。

图3C示出通过在本发明中的计算方法获得的空间灵敏度分布的示例。

图4A是示出在示例1中使用的测量对象的示意图。

图4B示出在示例1中获得的校正之前的第一数据。

图4C示出在示例1中获得的校正之后的第二数据。

图5是定量地示出空间灵敏度分布的示意图。

具体实施方式

在下文中，参考附图更详细地描述本发明。相同的组成元件基本上由相同的附图标记表示，并且省略其描述。

在下文中，描述了根据本发明实施例的对象信息获得设备。然而，本发明不限于具有下述的配置的单个设备。本发明通过使用实现下述的功能的方法来实现，并且还通过经由网络或各种存储介质向系统或设备供应实现那些功能的软件(计算机程序)并且使得该系统或设备的计算机(或CPU、MPU等)能够读取并执行程序的处理来实现。

(显示数据获得设备)

参考图1A和图1B描述根据本实施例的显示数据获得设备的配置。根据本实施例的显示数据获得设备是用于获得被检体内部的被检体信息(光学特性分布信息)的设备，利用该设备获得被检体信息并且将其显示在显示器上。

关于基本的硬件配置，根据本实施例的显示数据获得设备包括光源11、用作声波检测器(声波检测单元)的声波探头17和显示数据获得单元19。从光源11发射的脉冲光12被光学系统13形成为期望的光分布形状，并且被引导和施加到被检体15(例如，活体)，该光学系统13包括例如透镜、反射镜、光纤和扩散板。当在例如血管之类的光吸收体14(其结果形成声源)中吸收传播通过被检体15内部的光的能量的一部分时，通过光吸收体14的热膨胀而产生声波16(典型地为超声波)。声波16被声波探头17检测(获得)，并且作为信息被传送到包括信号转换器18和显示数据获得单元19的信号处理单元20。被传送到信号处理单元20的声波16的信息被放大并且被信号转换器18进行数字转换，并且随后被显示数据获得单元19转换成关于被检体内部的光学特性分布信息的显示数据。因此，显示数据获得设备获得与光学特性分布有关的显示数据。然后，基于显示数据的图像被显示在显示器21上。请注意，术语“显示数据”是以显示器21的显示形式转换的光学特性分布信息数据。显示器21的显示形式不受特别的限制。例如，可以基于测量目的和设备的配置而任意地确定是使用二维形式还是使用三维形式。根据测量目的不需要的信息(例如，亮度信息)不必被包括在显示数据内。

(光源11)

在被检体是活体时，从光源11发射具有特定波长的光，该具有特定波长的光在活体的组成成分中的特定成分中被吸收。光源可以被集成地设置在根据本实施例的显示数据获得设备中。可替代地，光源可以是分离的并且被设置作为附加的部件。光源期望地为可以产生具有在几纳秒量级到几百纳秒量级的范围中的脉冲宽度的脉冲光的脉冲光源。具体地说，为了有效地产生声波，使用大约十纳秒的脉冲宽度。光源期望地为激光器，因为获得了大输出。可以使用发光二极管代替激光器。可以使用的激光器的示例包括固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。由光源控制单元(未示出)控制发射定时、波形和强度。请注意，光源控制单元可以与光源一起被设置。在本发明中，所用的光源的波长期望地为使光传播到被检体内部的波长。具体地说，在被检体为活体时，波长等于或大于500nm并且等于或小于1200nm。

(光学系统13)

由诸如透镜和反射镜之类的光学部件将从光源11发射的光12典型地形成为期望的光分布形状并且引导到被检体。在该情况下，光可以被传播通过被用作整个光路或其一部分的光波导，例如光纤。光学系统13包括例如，用于反射光的反射镜、用于使光会聚、扩展和成形的透镜、用于使光扩散的扩散板和光纤。可以使用任何光学部件，只要用从光源发射的光12以期望的形状照射被检体15即可。请注意，考虑到活体的安全和诊断区域扩展的效果，光期望地被扩展到一定量面积，而不被透镜会聚。

(被检体15和光吸收体14)

虽然被检体15和光吸收体14不是根据本实施例的显示数据获得设备的一部分，但是下面对其进行描述。根据本实施例的显示数据获得设备的主要目的是活体内部的成像，特别是人或动物的恶性肿瘤或血管疾病的诊断及其化学治疗跟踪。因此，预期作为诊断目标区的被检体15为活体(具体来说，人或动物)的胸部、指或肢。在动物的情况下，特别是在小动物(例如，小鼠或大鼠)的情况下，可以不仅将特定区域而且将整个小动物作为目标。在被检体内部中的光吸收体14在被检体中具有相对高的吸收系数。虽然依赖于使用的光的波长，但是例如，在人是测量对象时，光吸收体14对应于氧合的/去氧的血红蛋白、包含大量氧合的/去氧的血红蛋白的血管、或者包括大量新生血管的恶性肿瘤。在本发明中，术语“光学特性分布信息”指的是作为由光照射产生的声波的产生源分布的在活体内部中的初始声压分布、根据初始声压分布导出的光能吸收密度分布和吸收系数分布、以及从信息中获得的活组织的组成成分(特别是氧合的/去氧的血红蛋白)的浓度分布。例如，从氧合的/去氧的血红蛋白的浓度分布中获得的氧饱和度也被包括在“光学特性分布信息”内。

(声波检测单元(声波探头17))

声波探头17用作用于检测由脉冲光在被检体的表面和内部中产生的声波的检测器，检测(获得)声波，并且将检测的声波转换成作为模拟信号的电信号(获得的信号)。在下文中，声波探头17可以被简单地称为探头或换能器。可以使用能够检测声波信号的任何声波检测器，例如，使用压电现象的换能器、使用光谐振的换能器、或使用电容变化的换能器。在本实施例中，声波探头17典型地包括以一维或二维布置的多个接收元件。在使用这种多维布置的元件时，可以在多个位置处同时检测声波，并且可以缩短测量时间。结果，可以减少被检体的振动的影响。

在本发明中，声波探头17被设置为能够仅仅在特定方向上接收来自被检体15的声波。

(信号转换器18)

根据本实施例的显示数据获得设备期望地包括用作信号处理单元20的一部分的信号转换器18，该信号转换器18放大从声波探头17获得的电信号并且将电信号从模拟信号转换成数字信号。信号转换器18典型地包括放大器、A/D转换器和现场可编程门阵列(FPGA)芯片。在从声波探头获得多个检测信号(获得的信号)时，期望地可以同时处理该多个信号。以这样的方式，可以缩短显示信息所需的时间。在本说明书中，术语“获得的信号”概念上包括从声波探头17获得的模拟信号和由后续的A/D转换获得的数字信号两者。

(显示数据获得单元19)

显示数据获得单元19主要用来执行下述的处理并且将从信号转换器18接收的数字信号转换成与被检体内部的光学特性分布关联的显示数据(第一数据)。在本发明中的显示数据获得单元19对由从信号转换器18接收的数字信号获得的第一数据执行校正处理。校正处理是本发明的一个区别特征并且根据设备特有的空间灵敏度分布而执行。结果，即使在测量区域有限的情况下，也可以防止显示信息的定量性恶化。请注意，测量区域有限的情况指的是不可以在围绕被检体的所有方向上接收声波而是仅仅可以如图1A中所示出的在特定方向上接收声波的状态。

显示数据获得单元19包括计算机(例如，工作站)，并且可以通过预先编程的软件来执行显示数据的形成和所形成的显示数据的校正。在本发明中，在工作站中使用的软件包括两个模块，即，用于形成显示数据的显示数据形成模块19a(第一数据导出单元)和用于校正所获得的显示数据的数据校正模块19b(第二数据导出单元)。在本发明中，显示数据形成模块19a和数据校正模块19b与其中存储有设备特有的空间灵敏度分布数据的存储器19c结合以作为单个程序，并且由此提供如图1A和图1B中的每一个所示出的单个显示数据获得单元19。在光声层析成像的情况下，例如，用于减少在各个位置处接收的信号的噪声的处理通常作为在要被显示在显示器上的数据的形成之前的预处理而被执行。在本发明中可以由显示数据形成模块19a执行该处理。可以与本发明中的空间灵敏度分布的校正无关地执行由被检体的结构或物理性质分布引起的灵敏度分布的校正和噪声减少处理。

显示数据形成模块19a基本上用来通过例如在层析成像技术中通常使用的傅里叶域或时域中的反投影来导出第一数据。请注意，在容许在该阶段中花费较长时间时，可以使用例如执行重复处理的迭代重建方法。如Xu等人所描述的，在PAT中使用的典型的方法的示例包括傅里叶变换方法、通用反投影(universal back projection)法、滤波反投影法和迭代重建方法。在本发明中，可以使用任何方法。

数据校正模块19b对由显示数据形成模块19a产生的第一数据执行各种校正。在本发明中，特别地是，第一数据的每个体元数据除以或乘以基于存储在存储器19c中的设备特有的空间灵敏度分布数据的系数，以便导出第二数据。换句话说，设备特有的空间灵敏度分布被减少。请注意，设备特有的空间灵敏度分布数据可以被预先计算或者在导出第一数据时根据设备规格(specification)来计算。在如图1B中所示出的显示数据获得单元19中设置用于计算空间灵敏度分布数据的计算模块19d(计算单元)时，可以在任何时候计算空间灵敏度分布数据。请注意，计算模块19d可以不被设置在显示数据获得单元19中，并且可以在不依赖于根据本发明的显示数据获得设备的情况下计算空间灵敏度分布数据。

在一些情况下，可以集成地设置信号转换器18和显示数据获得单元19。在这种情况下，被检体的显示数据也可以不通过由工作站执行的软件处理产生，而是可以通过硬件处理产生。

(显示器21)

显示器21是用于显示从显示数据获得单元19输出的显示数据的装置，并且典型地包括液晶显示器。请注意，显示器可以与根据本发明的显示数据获得设备分离地设置。

接下来，参考图2、图3A、图3B和图3C描述作为本发明的一个区别特征的空间灵敏度分布校正处理的示例。以下编号对应于图2的处理编号。

(声波的检测)

处理-0(S101、102)：利用声波探头17检测在用脉冲光照射被检体时在被检体内产生的声波的步骤

在用来自光源11的光12照射被检体15(S101)时，由于在被检体15内的光吸收体14处的光声效应而产生声波16。利用声探头17来检测声波16(S102)，并且由声探头17将该声波16转换为电信号。

(获得的信号的处理)

处理-1(S201)：计算与光声层析成像设备的规格对应的空间灵敏度分布数据的步骤

计算与光声层析成像设备的硬件配置和显示数据形成方法对应的设备特有的空间灵敏度分布数据。光声层析成像设备的硬件配置指的是特别影响显示数据的声波探头17的元件的数量、扫描区域、检测元件尺寸和频带等。在本发明中，必须计算适合于各自的设备规格的空间灵敏度分布数据。可以使用各种计算方法，并且在下文中描述计算方法之一的示例。图3A、图3B和图3C示意性地示出计算空间灵敏度分布数据的方法的示例。首先，如图3A中所示出的，测量对象31被分成多个体元32。请注意，虽然描述了三维的体元划分的示例，但是相同的方法可以被用于一维的或二维的划分。接下来，在多个体元中的任意确定的体元是初期声源的假设下，估计声波的传播。计算要由在光声层析成像设备中使用的声波探头17接收(获得)的来自该确定的体元的声波信号。例如，在各个体元被假设为其中光被均匀吸收的球面声源并且使用解析解时，可以容易地计算接收的(获得的)信号。请注意，在该情况下，期望地考虑用于接收信号的探头的特性，例如，检测元件尺寸33和接收频带。

接下来，如图3B中所示出的，基于声波的所计算的接收信号(获得的信号)来计算与产生声波的声源的位置对应的体元的测量灵敏度。例如，即使在用于通过作为时域法之一的通用反投影法(参见Xu等人)形成显示数据的设备的情况下，也期望使用相同的方法来计算与声源的位置对应的体元的测量灵敏度值。在对所有空间体元执行这种处理时，获得设备特有的空间灵敏度分布数据。

图3C示出从所计算的空间灵敏度分布数据中切取(clip)的二维层析图像(图3B的阴影部分)。如从图3C清晰可见的，灵敏度依赖于位置而改变。

图5是示出灵敏度依赖于位置而改变的说明图，并且示出与图3C(图3B的阴影部分)对应的划分的体元。图5中的阴影部分与声波探头阵列对应。任意选择的体元由“A”、“B”和“C”表示。来自体元“A”的方向由a1、a2和a3表示。来自体元“B”的方向由b1、b2和b3表示，并且分别与方向a1、a2和a3相同。

如图3C中所示出的，在体元“A”和体元“B”之间，灵敏度不相同。理由如下。在图5中示出的从体元“A”产生的声波中，在各个方向a1、a2和a3上传播的声波都朝着声波探头17行进，并且要被声波探头17的元件检测。另一方面，在从体元“B”产生的声波中，虽然在方向b1和b2上传播的声波朝着声波探头17行进，但是在方向b3上传播的声波朝着没有设置声波探头17的区域行进，并且没有被声波探头17获得。因此，用于显示数据获得单元19中的图像重建的声波的检测范围在体元“A”和体元“B”之间改变。换句话说，用于显示数据获得单元19中的图像重建的声波探头17的元件的数量在体元“A”和体元“B”之间改变。因此，在X方向上的体元的空间灵敏度改变。请注意，即使在声波探头阵列被用于X方向上的扫描时，空间灵敏度也在扫描区域的端部和扫描区域的中心部分之间改变。

如图3C中所示出的，在体元“A”和体元“C”之间，灵敏度也改变。理由在于，用于显示数据获得单元19中的图像重建的声波探头17的元件的数量在体元“A”和体元“C”之间改变。具体地说，声波探头17在尺寸上是有限的，并且具有在图5的虚线之间的角度范围内的方向上可以高度检测声波的检测灵敏度的方向性。因此，声波探头元件17a对于从体元“A”产生的声波具有高检测灵敏度，但是对于从体元“C”产生的声波具有低检测灵敏度。因此，声波探头元件17a可以被用于体元“A”的图像重建，但是不能被用于体元“C”的图像重建，并且因此用于图像重建的声波探头17的元件的数量在体元“A”和体元“C”之间改变。因此，即使在Z方向上，体元的空间灵敏度也改变。

请注意，如果确定了用来导出第一数据的方法和设备的配置，可以在任何时候执行如上所述的计算处理。因此，为了减少总处理时间，可以在测量之前预先执行计算。在该情况下，如从图1A中示出的信号处理单元20清晰可见的，不必要将用于计算空间灵敏度分布数据的计算模块并入设备中。请注意，当用来导出第一数据的方法和设备的配置在适当时改变时，可以在由信号转换器18接收到信号之后执行计算。在该情况下，如图1B中所示出的，需要用于计算空间灵敏度分布数据的计算模块19d。

在此描述了通过计算获得空间灵敏度分布数据的示例。然而，计算空间灵敏度分布数据的方法不限于此。例如，实际上可以将小尺寸的声源设置在与每个体元对应的位置处，接收从对应的体元产生的声波，并且可以基于所接收的信号来计算在声源的位置处的灵敏度数据。可以在各个位置处重复这种处理，以便实验地计算空间灵敏度分布数据。

处理-2(S202)：将在处理-1中计算的空间灵敏度分布数据存储到存储器中的步骤

在信号处理单元20是诸如工作站之类的计算机时，通过上述处理计算的空间灵敏度分布数据被保存在硬盘(未示出)的文件中，并且在使用数据时被存储在工作站的存储器19c中。可替代地，与计算同时地将结果存储在存储器19c中。在该步骤中，可以使用任何方法，只要空间灵敏度分布数据能够被存储在存储器19c中即可。

处理-3(S203)：基于由信号转换器18获得的接收信号来导出与被检体的光学特性分布关联的第一数据的步骤

在该步骤中，根据例如从信号转换器18获得的数字信号来导出与光学特性分布信息(包括从用光照射的被检体15产生的声波的初始声压分布)关联的第一数据。为了形成光学特性分布，可以使用用于光声层析成像的任何处理方法。例如，为了形成初始声压分布，可以使用在时域或傅里叶域中的反投影。请注意，期望该处理方法与用来计算空间灵敏度分布数据的方法相同。在使用相同的方法时，可以在稍后描述的处理-4中准确地校正灵敏度分布。例如，在如计算示例中所述的、使用作为时域法之一的通用反投影法来计算空间灵敏度分布数据时，通过以下表达式来形成初始声压分布。

表达式1

$p_0\left(r\right)={\∫}_{{\mathrm{\Ω}}_0}b(r_0,t=|r-r_0\left|\right)\frac{{\mathrm{d\Ω}}_0}{{\mathrm{\Ω}}_0}---\left(1\right)$

其中P₀(r)表示初始声压分布，b(r₀，t)表示投影数据，并且dΩ₀表示检测器dS₀相对于任意观察点P的立体角。在投影数据通过表达式(1)的积分被反投影时，可以获得初始声压分布P₀(r)。

请注意，如下地表达b(r₀，t)和dΩ₀。

表达式2

$b(r_0,t)=2p(r_0,t)-2t\frac{\∂p(r_0,t)}{\∂t}---\left(2\right)$

表达式3

${\mathrm{d\Ω}}_0=\frac{d{S}_0}{{|r-r_0|}^2}\cos \mathrm{\θ}---\left(3\right)$

其中θ表示在检测器和任意观察点P之间形成的角度。

其后，可以基于所获得的初始声压分布来计算吸收系数分布或氧饱和度。

假设通过上述步骤获得的光学特性分布信息作为第一数据。

处理-4(S204)：使用在处理-3中获得的第一数据和在处理-2中存储在存储器中的空间灵敏度分布数据来导出第二数据的步骤

例如，在处理-3中获得的第一数据的每个体元数据乘以或除以空间灵敏度分布数据，以便校正每个体元值，由此导出表示光学特性分布的第二数据。以这样的方式，可以减少依赖于设备的空间灵敏度分布的影响，从而提高定量性。请注意，当在处理-3中获得的第一数据的体元的数量不同于空间灵敏度分布数据的体元的数量时，通过数据内插来调整体元的数量及其位置。不一定校正所有体元。例如，在预先识别了声源的位置时，仅仅需要校正位于声源的位置处的体元。以这样的方式，可以缩短计算时间。

在执行上述步骤的情况下，即使当如图1A中示出的示例那样限制声波接收范围时，也可以减少空间灵敏度分布以便提供具有定量性的更少劣化的显示数据。

处理-5(S301)：显示在处理-4中获得的第二数据的步骤

信号处理单元20在显示器21上显示基于第二数据的图像。

示例

(示例1)

描述应用本发明实施例的使用光声层析成像的显示数据获得设备的示例。参考图1A和图1B的示意图描述显示数据获得设备。在该示例中，使用用于以1064nm的波长产生大约10纳秒的脉冲光的Q开关YAG激光器作为光源11。由激光器产生的脉冲光的能量是0.6J。包括反射镜和光束扩展器的光学系统13被设定为使得脉冲光被光学系统13扩展到大约2cm的半径，以便用脉冲光照射与声波探头17相对的被检体。如图4A中所示出的模拟活体的矩形的模型(phantom)被用作被检体15。通过用琼脂使水凝固来获得所使用的模型。模型为5cm宽、5cm高、以及4cm深。如图4A中所示出的，被固化成具有1mm的直径的球形并且用墨着色的三个物体中的每一个作为光吸收体14而被埋在模型中。请注意，每个光吸收体14的吸收系数值被调节为彼此相等。图4A中示出的曲线图表示在各个位置处的吸收系数值。

为了声匹配，模型和声波探头被设置在填充有脱气水的水浴槽中。如图1A中所示出的，用脉冲光12从与声波探头17相反的模型表面侧照射如上所述设置的模型。请注意，所使用的声波探头17是由锆钛酸铅(PZT)制成的超声波换能器。超声波换能器是二维阵列类型的超声波换能器。元件的数量是345(15×23)。元件间距是2mm。元件宽度是大约2mm。

如图1A中所示出的，在将脉冲光12施加到位于声波探头17下方的模型的表面时，在球形的光吸收体14中吸收光，从而产生光声波。由超声波换能器17(声波探头)在345个通道中同时接收(检测)光声波。由包括放大器、A/D转换器和FPGA的信号转换器18将检测信号(获得的信号)转换为所有通道中的光声波的数字数据。请注意，为了提高信号的信噪比，从激光器发射30次脉冲光，并且取所有检测信号(获得的信号)的平均。其后，获得的数字数据被传送到作为信号处理单元20的工作站(WS)并且存储在WS中。由显示数据形成模块19a使用数字数据来导出表示吸收系数分布的第一数据。在该情况下，使用作为时域法的通用反投影法来导出三维的体数据。使用的体元间隔被设定为0.05cm。用于形成显示数据的区域是3.0cm×4.6cm×4.0cm。如上所述导出的第一数据的示例在图4B中示出。请注意，图4B示出从三维的第一数据中切取的包括所有光吸收体的二维的层析图像。图4B中示出的曲线图示意性地表示在各个位置处的光吸收体的对比度。

接下来，通过如图1B中所示出的被并入信号处理单元20中的计算模块19d使用如上采用的通用反投影法来计算作为如上所述的相同的区域的3.0cm×4.6cm×4.0cm的空间灵敏度分布数据。结果，获得图3C中示出的空间灵敏度分布数据。在该情况下，为了避免空间灵敏度分布数据在校正期间除以零，用最大数据值来使空间灵敏度分布数据的数据值规格化(normalize)。此外，在数据值等于或小于0.5时，数据值被设定为1。其后，将空间灵敏度分布数据存储在作为信号处理单元20的工作站的存储器19c中。由数据校正模块19b将图4B中所示出的第一数据除以在与第一数据的每个体元对应的位置处的空间灵敏度分布数据，以便校正空间灵敏度分布。如上所述导出的表示吸收系数分布的第二数据的示例在图4C中示出。图4C还示出从三维的第二数据中切取的包括所有光吸收体的二维层析图像。图4C中示出的曲线图示意性地表示在各个位置处的光吸收体的对比度。

将图4B与图4C进行比较。在图4B中，如在图1A的情况中的那样，可以仅仅从模型的一个表面接收声波。因此，各个光吸收体的吸收系数彼此相等，但是光吸收体以不同的对比度被显示。与此相对，如从图4C清晰可见的，光吸收体以基本相同的对比度被显示，因为使用空间灵敏度分布数据进行了校正。换句话说，显著提高了定量性。如上所述，当在声波测量区域有限的情况下使用空间灵敏度分布数据校正第一数据时，可以定量地显示在被检体的内部中的光吸收体的信息。

(示例2)

描述应用本发明实施例的使用光声层析成像的显示数据获得设备的示例。在该示例中，使用与示例1中相同的模型和测量系统。请注意，已知第一数据导出方法和设备的配置。因此，由作为与显示数据获得设备分离地准备的计算单元的工作站预先计算空间灵敏度分布数据。其后，将空间灵敏度分布数据存储在作为显示数据获得设备的显示数据获得单元19的另一工作站的硬盘中。请注意，通过与示例1中基本相同的方法来计算空间灵敏度分布数据。

接下来，如示例1中的那样用光照射模型。将获得的数字数据传送到作为信号处理单元20的工作站(WS)，并且将其存储在该WS中。如示例1中的图4B中所示出的，使用数字数据来导出表示吸收系数分布的第一数据。然后，将存储在工作站中的空间灵敏度分布数据存储到存储器19c中，并且第一数据经受空间灵敏度分布校正。与示例1不同，第一数据的每个体元乘以在相同位置处的空间灵敏度分布数据，从而校正空间灵敏度分布。结果，如图4C的情况中的那样，能够导出表示具有更少的劣化的吸收系数分布的第二数据。

如上所述，根据本发明，即使在预先计算空间灵敏度分布数据的情况下，当确定设备的配置和第一数据导出方法时，也可以校正第一数据以便定量地显示在被检体的内部中的光吸收体的信息。

(示例3)

描述应用本发明实施例的使用光声层析成像的显示数据获得设备的示例。在该示例中，使用与示例1中相同的模型和测量系统。首先，在模型的测量之前，用光照射其中墨进入了透明玻璃管的尖端的非常小的光吸收体，并且接收声波。使用接收信号来计算在与非常小的声源相同的位置处的体元值。在各个位置处重复这种操作，以便实验地获得空间灵敏度分布数据。将空间灵敏度分布数据存储在信号处理单元20的存储器19c中。接下来，如示例1中的那样用光照射模型。将获得的数字数据传送到作为信号处理单元20的工作站(WS)，并且将其存储在该WS中。然后，如示例1中的那样导出表示吸收系数分布的第一数据，并且使用实验地获得的空间灵敏度分布数据来校正第一数据。结果，能够导出如图4C的情况中的那样的表示基本相同的吸收系数分布的第二数据。

如上所述，根据本发明，即使在使用实验地导出的空间灵敏度分布数据的情况下，也可以定量地显示在被检体的内部中的光吸收体的图像。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，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将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (12)

1.一种显示数据获得设备，包括：

声波检测单元，用于检测从用脉冲光照射的被检体产生的声波以便获得信号；以及

显示数据获得单元，用于基于用所述声波检测单元获得的信号来获得示出光学特性分布的显示数据，

其中所述显示数据获得单元包括：

第一数据导出单元，用于基于由所述声波检测单元获得的信号来导出表示被检体的光学特性分布的第一数据；

存储器，用于存储依赖于所述显示数据获得设备的空间灵敏度分布数据；以及

第二数据导出单元，用于通过使用所述空间灵敏度分布数据乘所述第一数据来导出表示被检体的光学特性分布的第二数据。

2.根据权利要求1所述的显示数据获得设备，所述显示数据获得单元还包括用于计算空间灵敏度分布数据的计算单元。

3.根据权利要求2所述的显示数据获得设备，其中所述计算单元被配置为：

在被检体的测量对象的多个划分的体元中的每一个被设定为声源时，计算要由所述声波检测单元检测的信号；以及

基于所计算的信号来计算在与多个划分的体元中的每一个对应的位置处的空间灵敏度。

4.根据权利要求2所述的显示数据获得设备，其中所述计算单元被配置为基于在由所述声波检测单元检测从设置在与被检体的测量对象的多个划分的体元中的每一个对应的位置处的声源产生的声波时被获得的信号，来计算在与所述多个划分的体元中的每一个对应的位置处的空间灵敏度。

5.一种显示数据获得设备，包括：

声波检测单元，用于检测从用脉冲光照射的被检体产生的声波以便获得信号；以及

显示数据获得单元，用于基于用所述声波检测单元获得的信号来获得示出光学特性分布的显示数据，

其中所述显示数据获得单元包括：

第一数据导出单元，用于基于由所述声波检测单元获得的信号来导出表示被检体的光学特性分布的第一数据；

存储器，用于存储依赖于所述显示数据获得设备的空间灵敏度分布数据；以及

第二数据导出单元，用于通过使用所述空间灵敏度分布数据除所述第一数据来导出表示被检体的光学特性分布的第二数据。

6.根据权利要求5所述的显示数据获得设备，所述显示数据获得单元还包括用于计算空间灵敏度分布数据的计算单元。

7.根据权利要求6所述的显示数据获得设备，其中所述计算单元被配置为：

在被检体的测量对象的多个划分的体元中的每一个被设定为声源时，计算要由所述声波检测单元检测的信号；以及

基于所计算的信号来计算在与多个划分的体元中的每一个对应的位置处的空间灵敏度。

8.根据权利要求6所述的显示数据获得设备，其中所述计算单元被配置为基于在由所述声波检测单元检测从设置在与被检体的测量对象的多个划分的体元中的每一个对应的位置处的声源产生的声波时被获得的信号，来计算在与所述多个划分的体元中的每一个对应的位置处的空间灵敏度。

9.一种显示数据获得方法，包括：

由声波检测单元检测从用脉冲光照射的被检体的内部产生的声波以便获得信号；

基于所获得的信号来导出表示被检体的光学特性分布的第一数据；以及

将依赖于显示数据获得设备的空间灵敏度分布数据存储在存储器中；

通过使用所述空间灵敏度分布数据乘所述第一数据来导出表示被检体的光学特性分布的第二数据。

10.根据权利要求9所述的显示数据获得方法，还包括计算依赖于显示数据获得设备的空间灵敏度分布数据。

11.一种显示数据获得方法，包括：

由声波检测单元检测从用脉冲光照射的被检体的内部产生的声波以便获得信号；

基于所获得的信号来导出表示被检体的光学特性分布的第一数据；以及

将依赖于显示数据获得设备的空间灵敏度分布数据存储在存储器中；

通过使用所述空间灵敏度分布数据除所述第一数据来导出表示被检体的光学特性分布的第二数据。

12.根据权利要求11所述的显示数据获得方法，还包括计算依赖于显示数据获得设备的空间灵敏度分布数据。

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