CN104053402B - 被检体信息获得设备和关于被检体的信息的获得方法 - Google Patents

Abstract

提供了在光声成像中可精确获得光学特性值的被检体信息获得设备和关于被检体的信息的获得方法。根据本发明的被检体信息获得设备包括信号处理单元，该信号处理单元包括：设置单元，基于多个声波检测元件的灵敏度分布设置与多个声波检测元件对应的特定灵敏区域；初始声压获得单元，在不使用由其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件获得的与感兴趣区域对应的检测信号的情况下，获得感兴趣区域中的初始声压；光强度获得单元，基于初始声压获得单元使用的检测信号获得感兴趣区域中的累计光强度值；以及光学特性值获得单元，使用由初始声压获得单元获得的初始声压和由光强度获得单元获得的累计光强度值来获得感兴趣区域中的光学特性值。

Description

被检体信息获得设备和关于被检体的信息的获得方法

技术领域

本发明涉及被检体信息获得设备和用于获得关于被检体的信息的方法，所述设备和方法通过检测通过将光辐射到被检体上而产生的光声波来获得关于被检体的信息。

背景技术

关于将光(从诸如激光器之类的光源辐射到被检体上的光)传输通过被检体并获得关于该被检体内部的信息的光学成像设备的研究主要在医疗领域被热切开展。光声成像(PAI)是此类光学成像技术中的一种。光声成像是这样一种技术：从光源产生的脉冲光被辐射到被检体(活体)上，检测当已传播通过被检体并在被检体中扩散的光在被检体中被吸收时产生的光声波，并且被检测的声波经受分析处理以便可视化与被检体内部的光学特性相关的信息。通过这种技术，可以获得被检体内部的光学特性值的分布，尤其是吸收系数分布、氧饱和度分布等。

在光声成像中，从被检体内部的感兴趣区域产生的光声波的初始声压P₀可用下面的表达式表示。

【数学式1】

P₀＝Γ·μ_a·Φ……表达式(1)

这里，Γ是Grueneisen系数，该Grueneisen系数通过将声速c的平方与体积膨胀系数β的乘积除以恒压下的比热C_p来获得。众所周知一旦被检体已经被确定，Γ就表示一个基本上恒定的值。另外，μ_a是感兴趣区域的吸收系数，并且Φ是感兴趣区域中的累计(integrated)光强度的值。

在专利文献1中，描述了一种技术，其中声波检测器检测已传播通过被检体的光声波的声压P随着时间的变化，并且基于检测结果来计算被检体内部的初始声压的分布。根据专利文献1，通过将计算的初始声压除以Grueneisen系数Γ，可以获得μ_a与Φ的乘积，即光能量吸收密度。另外，如表达式(1)所示，光能量吸收密度需要除以光强度Φ以便从初始声压P₀中获得吸收系数μ_a。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开2010-88627号

专利文献2：日本专利特开2006-51355号

发明内容

技术问题

然而，在专利文献1中描述的光声成像中，已期望更加精确地获得光学特性值。

因此，本发明的一个目的是在光声成像中提供被检体信息获得设备和用于获得关于被检体的信息的方法，所述设备和方法可以更加精确地获得光学特性值。

问题的解决方案

鉴于上述问题，根据本发明的被检体信息获得设备包括信号处理单元，该信号处理单元包括：基于多个声波检测元件的灵敏度分布来设置与该多个声波检测元件对应的特定灵敏区域的设置单元；初始声压获得单元，在不使用由其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件获得的与感兴趣区域对应的检测信号的情况下获得感兴趣区域中的初始声压；光强度获得单元，基于由初始声压获得单元使用的检测信号来获得感兴趣区域中的累计光强度值；以及光学特性值获得单元，使用由初始声压获得单元获得的初始声压和由光强度获得单元获得的累计光强度值来获得感兴趣区域中的光学特性值。

发明的有利效果

根据本发明，可以提供能够更加精确地获得光学特性值的被检体信息获得设备和用于获得关于被检体的信息的方法。

附图说明

【图1】图1是根据第一实施例的被检体信息获得设备的示意图。

【图2】图2是根据第一实施例的用于获得关于被检体的信息的方法的流程图。

【图3A】图3A是根据第二实施例的被检体信息获得设备的示意图。

【图3B】图3B是根据第二实施例的被检体信息获得设备的示意图。

【图3C】图3C是根据第二实施例的被检体信息获得设备的示意图。

【图4A】图4A是根据第四实施例的被检体信息获得设备的示意图。

【图4B】图4B是根据第四实施例的被检体信息获得设备的示意图。

【图4C】图4C是根据第四实施例的被检体信息获得设备的示意图。

【图5A】图5A是根据第四实施例的另一个被检体信息获得设备的示意图。

【图5B】图5B是根据第四实施例的又一个被检体信息获得设备的示意图。

【图5C】图5C是根据第四实施例的又一个被检体信息获得设备的示意图。

具体实施方式

在光声成像中，通过检测光声波获得的检测信号包括背景噪声。所以，在光声成像中，在不使用包括背景噪声并且其S/N低的检测信号的情况下获得感兴趣区域中的初始声压是令人期望的。例如在专利文献2中描述了，尽管这是超声成像的情况，但是当感兴趣区域与声波检测元件之间的角度小于或等于特定值时(当感兴趣区域不被包括在与声波检测元件对应的特定灵敏区域中时)声波检测元件阻止接收来自感兴趣区域的声波。通过使用这种方法，在不使用S/N低的检测信号的情况下获得超声波图像。

因此，本发明的发明人将专利文献2中描述的技术应用到光声成像。更为具体地，通过利用仿真在不使用由其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件获得的检测信号的情况下执行重构来获得感兴趣区域中的初始声压。由于用这种方式获得的初始声压是在不使用S/N低的检测信号的情况下重构的初始声压，因此由噪声造成的误差小。接下来，本发明的发明人使用该初始声压和专利文献1中描述的方法已经获得感兴趣区域中的吸收系数。但是使用上述方法计算的吸收系数的值不同于仿真中设置的吸收系数的值。

所以，作为本发明的发明人的鉴于上述问题的真诚研究的结果，已经发现该问题的原因是，尽管要被用于获得初始声压的检测信号根据声波检测元件的灵敏度被选择，但是在要获得累计光强度值时没有考虑声波检测元件的灵敏度。

因此，本发明的发明人已经发现在要获得吸收系数时，可以通过除了根据声波检测元件的灵敏度选择要被使用的检测信号之外还根据声波检测元件的灵敏度获得累计光强度值来精确地获得吸收系数作为光学特性值。

在下文将描述使用仿真的本发明的实施例。

(第一实施例)

图1是根据本实施例的被检体信息获得设备的示意图。从光源10发射的脉冲光被引导到光学系统11并作为辐射光12被辐射到被检体30上。由被检体30内部的光吸收体31产生的光声波32被包括声波检测元件e1、e2和e3的声波检测器20检测。由声波检测器20获得的多个检测信号被放大并经受由信号收集器47进行的数字转换，并且被存储到信号处理设备40的存储器中。接下来，被包括在作为信号处理单元的信号处理设备40中的作为初始声压获得单元的初始声压获得模块42使用多个检测信号来重构图像以获得被检体30内部的感兴趣区域33中的初始声压。此外，被包括在信号处理设备40中的作为光强度获得单元的光强度获得模块43获得感兴趣区域33中的累计光强度值。接下来，被包括在信号处理设备40中的作为光学特性值获得单元的光学特性值获得模块44利用感兴趣区域33中的初始声压和光强度值来获得感兴趣区域33中的光学特性值。所获得的光学特性值然后被显示在作为显示单元的显示设备50上。

在这里，感兴趣区域指的是体元(voxel)，所述体元是由初始声压获得模块42重构的区域的最小单位。要注意的是通过遍及被检体30地设置感兴趣区域，初始声压获得模块42可以获得被检体全体的初始声压的分布。此外，类似地，通过遍及被检体地设置感兴趣区域，光强度获得模块43和光学特性值获得模块44可以获得被检体全体的累计光强度值的分布和吸收系数的分布。

在这里，由图1中示出的声波检测元件e1、e2和e3获得的与感兴趣区域33对应的检测信号被分别用P_d1(r_T)、P_d2(r_T)和P_d3(r_T)表示。此外，关于从光声波检测元件的正面入射的光声波，从以相对于声波检测元件的正面的角度θ入射的光声波到检测信号的转换效率用A(θ)表示。此外，如果声波检测元件相对于感兴趣区域33的角度分别用θ1、θ2和θ3表示，则根据声波检测元件的方向性的转换效率可分别表示为A(θ1)、A(θ2)和A(θ3)。此外，感兴趣区域33中与检测信号P_d1(r_T)、P_d2(r_T)和P_d3(r_T)对应的光强度值分别用Φ₁(r_T)、Φ₂(r_T)和Φ₃(r_T)表示。在此，在本实施例中感兴趣区域33被设置于光吸收体31的位置r_T处。

在此，从声波检测元件到感兴趣区域33的距离由r表示，光声波在被检体中的传输速度用c表示，并且辐射光12被辐射到被检体30上的时刻用t＝0表示。在这个情况中，与感兴趣区域对应的检测信号指的是在t＝r/c时刻由声波检测元件获得的检测信号。此外，在感兴趣区域33中与对应于感兴趣区域的检测信号对应的光强度值指的是感兴趣区域33中在t＝0时刻被辐射的辐射光12的强度值。

(不使用检测信号的仿真的示例)

下文中将参照图1描述根据初始声压获得吸收系数的仿真的示例，所述初始声压是基于声波检测元件的灵敏度不使用检测信号而获得的。在该仿真中，光吸收体31的吸收系数被设为μ_a＝0.088/mm。

首先，如表达式(2)表示的，初始声压获得模块42使用检测信号P_d1(r_T)、P_d2(r_T)和P_d3(r_T)以及转换效率A(θ1)、A(θ2)和A(θ3)来获得感兴趣区域33中的初始声压P₀(r_T)。

【数学式2】

……表达式(2)

在此，由仿真获得的检测信号和仿真中设置的转换效率如下：

P_d1(r_T)＝132Pa

P_d2(r_T)＝231Pa

P_d3(r_T)＝198Pa

A(θ1)＝0.4

A(θ2)＝0.7

A(θ3)＝0.6

因此，使用这些参数根据表达式(2)计算的初始声压为P₀(r_T)＝990。

此外，在图1中，其中声波检测元件的转换效率大于特定值的区域(特定灵敏区域)用以虚线指示的三角形区域表示。在这里，转换效率A(θ)＝0.5被设为该特定值。

在此，在本实施例中，感兴趣区域33不被包括在与声波检测元件e1对应的三角形区域(特定灵敏区域)内。所以，初始声压获得模块42在不使用由声波检测元件e1获得的与感兴趣区域33对应的检测信号P_d1(r_T)的情况下获得感兴趣区域33中的初始声压P₀'(r_T)，初始声压P₀'(r_T)用表达式(3)表示。

【数学式3】

……表达式(3)

因此，使用上述参数根据表达式(3)计算的感兴趣区域33中的初始声压为P₀'(r_T)＝660。

接下来，使用光传播蒙特卡洛(Monte Carlo)方法、传输方程、光扩散方程等，光强度获得模块43根据被检体的背景光学系数等获得被检体中的累计光强度值。

例如，光强度获得模块43获得感兴趣区域33中分别与检测信号P_d1(r_T)、P_d2(r_T)和P_d3(r_T)对应的光强度值Φ₁(r_T)、Φ₂(r_T)和Φ₃(r_T)。

光强度获得模块43然后使用这些值获得感兴趣区域33中的累计光强度值Φ(r_T)，累计光强度值Φ(r_T)用表达式(4)表示。

【数学式4】

Φ(r_T)＝Φ₁(r_T)+Φ₂(r_T)+Φ₃(r_T)……表达式(4)

在这里，由仿真获得的感兴趣区域中的光强度值如下：

Φ₁(r_T)＝3750mJ/m²

Φ₂(r_T)＝3750mJ/m²

Φ₃(r_T)＝3750mJ/m²

因此，使用这些参数根据表达式(4)的感兴趣区域中的累计光强度值为Φ(r_T)＝11250mJ/m²。

接下来，光学特性值获得模块44使用感兴趣区域33中的由表达式(3)表示的初始声压P₀'(r_T)和感兴趣区域33中由表达式(4)表示的累计光强度值Φ(r_T)来获得感兴趣区域33中的吸收系数μ_a(r_T)，吸收系数μ_a(r_T)由表达式(5)表示。

在这里，Grueneisen系数Γ＝1。

【数学式5】

……表达式(5)

在这里，被设置在光吸收体的位置r_T处的感兴趣区域33中的吸收系数为μ_a＝0.059/mm，该吸收系数是使用上述参数由表达式(5)计算得到的。另一方面，仿真中设置的光吸收体31的吸收系数为μ_a＝0.088/mm。所以，可以看出由表达式(5)获得的吸收系数小于设置值。也就是说，当要使用用上述方法获得的初始声压来获得吸收系数时，需要对获得累计光强度值进行进一步的改善。

(不使用检测信号和光强度值的仿真的示例)

因此，在下文中将参照图2的流程图描述根据本发明的发明人所发现的本实施例的用于获得关于被检体的信息的方法。以下编号与图2中所示的处理编号一致。

(S100：基于声波检测元件的灵敏度分布设置特定灵敏区域的步骤)

在此步骤中，基于多个声波检测元件的灵敏度分布来设置与该多个声波检测元件对应的特定灵敏区域。与声波检测元件对应的特定灵敏区域的表被存储在信号处理设备40的存储器中。

在这里，被包括在信号处理设备40中的作为设置单元的设置模块41可以将其中声波检测元件的灵敏度高于特定值的区域设置作为特定灵敏区域。要注意的是可基于系统噪声由设置模块41自动设置该特定值。另外，可以通过在显示设备50上将声波检测元件的灵敏度显示为直方图(histogram)并通过基于此直方图选择特定值，由操作者确定该特定值。此时，优选地在考虑系统噪声的情况下选择该特定值。

在这里，声波检测元件的灵敏度根据例如声波检测元件的转换效率、衰减率(表示因光声波从感兴趣区域到声波检测元件的扩散和散射引起的衰减)等来确定。要注意的是根据光声波入射在声波检测元件上的角度等来确定转换效率。另外，根据感兴趣区域和声波检测元件之间的距离等来确定衰减率。

例如，在上述仿真的示例的情况中，设置模块41将转换效率A(θ)＝0.5设为特定值。另外，关于声波检测元件e1、e2和e3中的每一个，其中转换效率A(θ)高于0.5的区域由三角形区域指示。结果，感兴趣区域33没有被包括在其中声波检测元件e1的转换效率A(θ)高于0.5的区域(特定灵敏区域)中。

另外，特定灵敏区域可基于在声波检测元件的灵敏度分布的图像中选择的任意区域而被设置。

例如，首先使显示设备50显示被存储在信号处理设备40的存储器中的关于声波检测元件的灵敏度分布的图像数据。操作者然后使用PC的输入装置在所显示的灵敏度分布的图像中选择任意区域。因此，设置模块41可以将所选择的任意区域设置作为特定灵敏区域。此时，例如每个任意区域可在灵敏区域的图像被显示的同时通过使用鼠标的识别或触摸面板上的传感器的识别方法连接起点和终点而被选择。

要注意的是，作为替代，设置模块41可以基于选择的任意区域的灵敏度分布设置特定灵敏区域。例如，可以使用最低灵敏度作为参考来设置特定灵敏区域。

另外，可为声波检测元件中的每一个单独设置特定灵敏区域，或者可为单个声波检测元件设置特定灵敏区域并可为其他声波检测元件中的每一个设置与该特定灵敏区域相同的灵敏区域。

(S200：在不使用由其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件获得的检测信号的情况下获得感兴趣区域中的初始声压的步骤)

在该步骤中，在不使用由在S100中设置的其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件获得的与感兴趣区域对应的检测信号的情况下，获得感兴趣区域中的初始声压。之后，关于初始声压的数据被存储在信号处理设备40的存储器中。

例如，在上述仿真的示例的情况中，感兴趣区域33不被包括在与声波检测元件e1对应的特定灵敏区域中。所以，初始声压获得模块42在不使用检测信号P_d1(r_T)、P_d2(r_T)和P_d3(r_T)之中的由声波检测元件e1获得的与感兴趣区域对应的检测信号P_d1(r_T)的情况下，通过重构图像获得由表达式(4)表示的初始声压P₀'(r_T)。

此时，作为由初始声压获得模块42执行的图像重构算法，例如，可以使用通常用在层析成像技术中的时域或傅里叶域中的反投影等(reverse projection)。

要注意的是，在本发明中，如果特定灵敏区域被包括在感兴趣区域的至少一部分中，则可以说该感兴趣区域被包括在特定灵敏区域中。

另外，在本发明中，不使用检测信号是包括当获得初始声压时根本不使用检测信号和基本上不使用检测信号的概念。

(S300：在不使用与未被用于获得初始声压的检测信号对应的光强度值的情况下获得感兴趣区域中的累计光强度值的步骤)

在该步骤中，在不使用与未在S200中使用的检测信号对应的感兴趣区域中的光强度值的情况下，获得感兴趣区域中的累计光强度值。之后，关于累计光强度值的数据被存储在信号处理设备40的存储器中。

例如，光强度获得模块43在不使用光强度值Φ₁(r_T)、Φ₂(r_T)和Φ₃(r_T)中的与未被初始声压获得模块42使用的检测信号P_d1(r_T)对应的感兴趣区域中的光强度值Φ₁(r_T)的情况下，获得由表达式(6)表示的感兴趣区域中的累计光强度值Φ'(r_T)。

【数学式6】

Φ'(r_T)＝Φ₂(r_T)+Φ₃(r_T)……表达式(6)

也就是说，光强度获得模块43使用与在初始声压获得模块42计算初始声压时使用的检测信号对应的感兴趣区域中的光强度值来获得感兴趣区域中的累计光强度值。

在这里，使用上述参数通过表达式(6)获得的感兴趣区域33中的累计光强度值为Φ'(r_T)＝7500mJ/m²。

要注意的是，在本发明中，不使用光强度值是包括当获得累计光强度值时根本不使用光强度值和基本上不使用光强度值的概念。

另外，在本实施例中，由于辐射光12的辐射条件是恒定的，所以辐射到感兴趣区域33上的光强度保持相同。因此，与由多个声波检测元件获得的多个检测信号对应的光强度值也保持相同。在这种情况下，光强度获得模块43可以获得如下的值作为感兴趣区域33中的累计光强度值，该值通过将初始声压获得模块42获得初始声压时使用的检测信号的数量乘以到达感兴趣区域33的光强度来获得。在本发明中，以这种方式获得的累计光强度值被当作在不使用光强度值的情况下获得的累计光强度值。

(S400：使用初始声压和感兴趣区域中的累计光强度值来获得感兴趣区域中的光学特性值的步骤)

在该步骤中，使用S200中获得的感兴趣区域中的初始声压和S300中获得的感兴趣区域中的累计光强度值来获得作为感兴趣区域中的光学特性值的吸收系数。

例如，在上述的仿真示例的情况中，光学特性值获得模块44将由表达式(3)表示的初始声压P₀'(r_T)和由表达式(6)表示的累计光强度值Φ'(r_T)应用于表达式(1)。这样做时，获得由表达式(7)表示的感兴趣区域33中的吸收系数μ_a(r_T)。在这里，Grueneisen系数Γ＝1。

【数学式7】

……表达式(7)

例如，使用上述参数通过表达式(7)获得的感兴趣区域33中的吸收系数为μ_a＝0.088/mm。另一方面，通过表达式(5)获得的感兴趣区域33中的吸收系数为μ_a＝0.059/mm。另外，在仿真中设置的光吸收体31的吸收系数为μ_a＝0.088/mm。也就是说，相比于表达式(5)，根据表达式(7)，可以精确地获得吸收系数。

如上所述，通过对于其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件不使用由该声波检测元件获得的与感兴趣区域对应的检测信号和与该检测信号对应的感兴趣区域中的光强度值，可获得归因于噪声的误差小并且其定量性高的吸收系数。

要注意的是，作为替代，通过对于多个波长使用上述步骤，可以获得对于每个波长的吸收系数。另外，使用这些吸收系数，可以获得作为光学特性值的氧饱和度。

可替代地，作为计算机的信号处理设备40可以执行包括上述步骤的程序。

(第二实施例)

图3A到3C是根据本实施例的被检体信息获得设备的示意图。

根据本实施例的被检体信息获得设备包括含有单个声波检测元件的声波检测器20。另外，包括用于将被检体30和声波检测器20相对于彼此移动的检测器移动机构21。在本实施例中，通过在纸面的向右的方向上移动包括单个声波检测元件的声波检测器20，检测器移动机构21可在多个位置处检测光声波。在这里，在图3A、3B和3C所示的位置处的声波检测元件分别由e1、e2和e3表示。另外，由线条指示的三角形区域表示与声波检测元件对应的特定灵敏区域。

在本发明中，多个声波检测元件指的是可在多个位置处检测光声波的声波检测元件。也就是说，如在本实施例中一样，可通过移动声波检测器20在多个位置处检测光声波的声波检测元件也称作多个声波检测元件。

另外，为了移动辐射光12，根据本实施例的被检体信息获得设备设有移动光学系统11的光学移动机构13。另外，在本实施例中，声波检测器20和辐射光12彼此同步移动。因此，通过将声波检测器20和辐射光12彼此同步移动，辐射光12被不断地辐射到与声波检测元件对应的特定灵敏区域(三角形区域)上，从而使得能够不断地获得S/N高的检测信号。

同样在根据本实施例的被检体信息获得设备中，如在第一实施例中一样，感兴趣区域33不被包括在与声波检测元件e1对应的特定灵敏区域中。所以初始声压获得模块42在不使用由声波检测元件e1获得的与感兴趣区域33对应的检测信号的情况下，获得感兴趣区域33中的初始声压。之后，光强度获得模块43在不使用与未被用于获得初始声压的检测信号对应的感兴趣区域33中的光强度值的情况下，获得感兴趣区域33中的累计光强度值。之后，光学特性值获得模块44使用初始声压和累计光强度值来获得由表达式(7)表示的感兴趣区域33中的吸收系数。通过以这种方式获得吸收系数，同样在本实施例中，可以精确地获得吸收系数。

(第三实施例)

在第一实施例和第二实施例中，在对于其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件不使用由该声波检测元件获得的与感兴趣区域对应的检测信号和与该检测信号对应的感兴趣区域中的光强度值的情况下，来获得吸收系数。另一方面，在本实施例中，在减少检测信号和与该检测信号对应的感兴趣区域中的光强度值的同时，获得吸收系数。

下文将使用图1中所示的被检体信息获得设备来描述根据本实施例的用于获得关于被检体的信息的方法。

在本实施例中，初始声压获得模块42将由其特定灵敏区域不包括感兴趣区域33的声波检测元件e1获得的与感兴趣区域33对应的检测信号乘以第一减少系数。初始声压获得模块42然后也使用与第一减少系数相乘的检测信号来获得感兴趣区域33中的初始声压。

因此，通过对于其特定灵敏区域不包括感兴趣区域的声波检测元件将由声波检测元件获得的与感兴趣区域对应的检测信号乘以第一减少系数，在减少S/N低的检测信号的同时可获得初始声压。因此，可以获得其中归因于噪声的误差小的初始声压。

接下来，光强度获得模块43将与乘以第一减少系数的检测信号对应的感兴趣区域33中的光强度值乘以第二减少系数。光强度获得模块43然后也使用与第二减少系数相乘的光强度值来获得感兴趣区域33中的累计光强度值。

之后，光学特性值获得模块44使用由初始声压获得模块42获得的初始声压和由光强度获得模块43获得的累计光强度值来获得感兴趣区域33中的吸收系数。

因此，通过除了将检测信号乘以第一减少系数外还将对应于检测信号的光强度值乘以第二减少系数，可以精确地获得吸收系数。

要注意的是，第一减少系数和第二减少系数是小于1的值。可替代地，可根据感兴趣区域设置另一减少系数。此外，第一减少系数和第二减少系数为相同值是优选的。在这里，相同值是包括完全相同的值和当获得吸收系数时变得基本上相同的值的概念。

(第四实施例)

本发明可被应用于图4A至4C中所示的被检体信息获得设备和图5A至5C中所示的被检体信息获得设备。图4A至4C中所示的被检体信息获得设备可以通过使用检测器移动机构21将声波检测器20围绕被检体30旋转地移动来在多个位置处检测光声波。另外，为了建立被检体30和声波检测器20之间的声阻抗匹配，被检体30被沉浸在填充水箱81的水80中。另外，包括移动被检体30的被检体移动机构34。通过使用这种配置，可以测量其形状不能由保持板(holding board)等限定的部分。另外，因为检测元件可以被设置在相对于被检体的许多方向上，所以可获得信息量大的数据。

在图4A至4C所示的被检体信息获得设备的情况中，图4A所示的状态通过使用被检体移动机构34在纸面的向下的方向上移动被检体而变为图4B所示的状态。另外，图4B所示的状态通过使用检测器移动机构21移动声波检测器20而变为图4C所示的状态。在这里，在图4A、4B和4C所示的状态中的声波检测元件分别由e1、e2和e3表示。另外，由虚线指示的三角形区域表示与声波检测元件对应的特定灵敏区域。

另外，图5A至5C所示的被检体信息获得设备设有存储在单个壳体70中的声波检测器20和光学系统11。另外，壳体70设有手持机构71，并且操作者可以通过抓握手持机构71来移动壳体70。通过以这种方式移动壳体70，声波检测元件可以在多个位置处检测光声波。在图5A至5C中，声波检测元件在操作者通过抓握手持机构71在纸面的向右的方向上移动壳体70的同时检测光声波。在这里，图5A、5B和5C所示的状态中的声波检测元件分别由e1、e2和e3表示。另外，由虚线指示的三角形区域表示与声波检测元件对应的特定灵敏区域。

但是，在本实施例中，不像其他的实施例，不是机械地移动声波检测器20，而是壳体70由操作者通过抓握手持机构71而被任意移动。所以，当检测光声波32时声波检测器20和感兴趣区域33之间的位置关系不能被识别。然而，为了从声波检测器20获得的检测信号中提取与感兴趣区域对应的检测信号，必须识别声波检测器20和感兴趣区域33之间的位置关系。所以，在本实施例中，壳体70包括用于检测壳体70的位置(即，存储在壳体70中的声波检测器20和光学系统11的位置)的位置检测器72是优选的。

在图4A至4C和图5A至5C所示的被检体信息获得设备的情况中，与声波检测元件e1对应的特定灵敏区域不包括感兴趣区域33。所以，信号处理设备40可以使用在第一实施例和第二实施例中描述的用于获得关于被检体的信息的方法或者在第三实施例中描述的用于获得关于被检体的信息的方法，来获得感兴趣区域33中的吸收系数。通过以这种方式获得吸收系数，在本实施例中，同样可以精确地获得吸收系数。

下文中将描述主要的配置。

(光源10)

光源10包括可产生5纳秒至50纳秒的脉冲光的光源。作为光源，从其可获得大输出的激光器是优选的，但是发光二极管可以代替激光器被使用。作为激光器，诸如固态激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器的各种激光器中的一种可被使用。理想地，使用由Nd:YAG激发的Ti:Sa激光器或具有大输出且其波长可连续变化的变石(alexandrite)激光器。替代地，可包括具有不同波长的多个单波长激光器。

(光学系统11)

从光源10发射的脉冲光在典型地由诸如透镜或反射镜的光学部件以使得具有期望的光学分布形状的方式处理的同时被引导至被检体，但是也可用诸如光纤的光波导来传输脉冲光。光学系统11例如是反射光的反射镜、会聚或发散光或者改变光的形状的透镜、扩散光的扩散板等。这种光学部件可以是任何部件，只要从光源发射的脉冲光以期望的形状被辐射到被检体上即可。要注意的是，就被检体的安全性和诊断范围的增大而言，相比于由透镜将光会聚，将光发散到特定区域是优选的。要注意的是，可在光学系统11中设有光学移动机构以移动辐射光。

(声波检测器20)

声波检测器20检测声波并将声波转换为作为模拟信号的电信号，所述声波检测器20是检测通过利用光在被检体的表面和内部产生的光声波的检测器。声波检测器20在下文中将也被简单称作探头或换能器。可以使用任何类型的声波检测器，诸如利用压电现象的换能器、利用光学谐振的换能器或利用电容变化的换能器，只要换能器可以检测光声波信号即可。

另外，声波检测器20包括多个声波检测元件。通过将该多个声波检测元件在一个维度或两个维度上布置为阵列，可在多个位置处检测光声波。通过使用这种多维度布置的元件，可以同时在多个位置处检测声波，从而减少检测时间和诸如被检体振动的影响。

要注意的是，为了使得能够在多个位置处检测光声波，声波检测器20可被配置为使得声波检测器20可通过检测器移动机构21被机械移动。另外，由操作者抓握以便任意移动声波检测器20的手持机构也可被包括。

(信号收集器47)

优选的是包括信号收集器47，所述信号收集器47放大由声波检测器20获得的电信号并且将电信号从模拟信号转换到数字信号。信号收集器47典型地由放大器、A/D转换器、FPGA(现场可编程门阵列)芯片等配置。当声波检测器获得多个检测信号时，期望该多个信号可被同时处理。因此，可以减少图像形成之前的时间。要注意的是，此处的“检测信号”是包括从声波检测器20输出的模拟信号和通过由信号收集器47进行的AD转换获得的数字信号这两者的概念。

(信号处理设备40)

信号处理设备40通过执行图像的重构等来获得被检体内部的光学特性值。作为信号处理设备40，工作站等被典型地使用，并且用于重构图像等的处理典型地由已被提前编程的软件来执行。例如，在工作站中使用的软件包括设置模块41、初始声压获得模块42、光强度获得模块43、光学特性值获得模块44等。

要注意的是每个模块可作为一块单独的硬件被提供。在这种情况下，多块硬件作为整体可被用作信号处理设备40。

另外，信号收集器47和信号处理设备40可依赖于情况彼此整合。在这种情况下，被检体的光学特性值可以不是由软件处理(例如在工作站中执行的软件处理)而是由硬件处理生成。

本发明不局限于上面的实施例，并且可在不偏离本发明的精神和范围的情况下以各种方式被改变和修改。因此，为了公开本发明的范围，附上下列权利要求。

附图标记列表

20 声波检测器

30 被检体

40 信号处理设备

41 设置模块

42 初始声压获得模块

43 光强度获得模块

44 光学特性值获得模块

Claims (16)

1.一种被检体信息获得设备，包括：

光源；

声波检测单元，被配置为在多个位置处检测在光源用光照射被检体时产生的光声波并输出多个检测信号，所述声波检测单元包括至少一个声波检测元件；以及

信号处理单元，被配置为使用所述多个检测信号来获得感兴趣区域中的光学特性值，

其中信号处理单元被配置为：

基于所述至少一个声波检测元件的灵敏度，从所述多个检测信号中选择所述多个检测信号的一部分，

获得与所述多个检测信号的所述一部分对应的所述感兴趣区域中的光强度的值，以及

使用所述多个检测信号的所述一部分和与所述多个检测信号的所述一部分对应的所述感兴趣区域中的光强度的值、并且不使用所述多个检测信号的排除所述多个检测信号的所述一部分的另一部分和与所述多个检测信号的所述另一部分对应的感兴趣区域中的光强度的值，来获得感兴趣区域中的光学特性值。

2.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中所述至少一个声波检测元件包括位于相互不同位置处的多个声波检测元件。

3.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中，其中存放有所述声波检测单元的壳体设有手持机构，所述手持机构被配置为由用户抓握和移动。

4.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

还包括检测器移动机构，所述检测器移动机构被配置为移动所述至少一个声波检测元件，

其中，光源被配置为发射脉冲光，

其中，检测器移动机构被配置为移动所述至少一个声波检测元件以使得能够在多个检测位置处检测声波，

其中，所述声波检测单元被配置为在所述多个检测位置的一部分处检测光声波，并且输出所述多个检测信号的所述一部分，以及

其中，所述声波检测单元被配置为在排除所述多个检测位置的所述一部分的所述多个检测位置的另一部分处检测光声波，并且输出所述多个检测信号的所述另一部分。

5.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，还包括：

光学系统，被配置为将光从光源引导至被检体；以及

光学系统移动机构，被配置为移动光学系统，

其中光学系统移动机构被配置为移动光学系统使得光学系统用光照射被检体的表面的多个照射位置，

其中，声波检测单元被配置为检测通过对于被检体的表面的所述多个照射位置的一部分的光照射生成的光声波，并且输出所述多个检测信号的所述一部分，以及

其中，所述声波检测单元被配置为检测通过对于被检体的表面的排除所述多个照射位置的所述一部分的所述多个照射位置的另一部分的光照射生成的光声波，并且输出所述多个检测信号的所述另一部分。

6.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中信号处理单元被配置为使用所述多个检测信号的所述一部分并且不使用所述多个检测信号的所述另一部分来获得感兴趣区域中的初始声压，以及

其中信号处理单元被配置为使用与所述多个检测信号的所述一部分对应的光强度的值和初始声压并且不使用与所述多个检测信号的所述另一部分对应的光强度的值来获得感兴趣区域中的光学特性值。

7.根据权利要求2所述的被检体信息获得设备，

其中，信号处理单元被配置为在感兴趣区域中的多个声波检测元件中的每一个的灵敏度大于特定值的情况下，选择由声波检测元件中的每一个检测到的检测信号，并且确定所选择的检测信号作为所述多个检测信号的所述一部分。

8.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中信号处理单元被配置为在感兴趣区域中的所述至少一个声波检测元件的灵敏度大于特定值的情况下，选择由所述至少一个声波检测元件检测到的检测信号，并且确定所选择的检测信号作为所述多个检测信号的所述至少一部分。

9.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中，基于由所述至少一个声波检测元件执行的从光声波到检测信号的转换的效率和光声波从感兴趣区域到所述至少一个声波检测元件的衰减率中的至少任一个，来确定所述至少一个声波检测元件的灵敏度。

10.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中信号处理单元被配置为获得感兴趣区域中的吸收系数作为感兴趣区域中的光学特性值。

11.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中信号处理单元被配置为使用所述多个检测信号的所述一部分和与所述多个检测信号的所述一部分对应的感兴趣区域中的累计的光强度的值来获得感兴趣区域中的光学特性值。

12.根据权利要求1所述的被检体信息获得设备，

其中，信号处理单元被配置为存储所述多个检测信号；

其中，信号处理单元被配置为从存储的所述多个检测信号读出所述多个检测信号的所述一部分；以及

其中，信号处理单元被配置为使用读出的所述多个检测信号的所述一部分获得感兴趣区域中的光学特性值。

13.一种被检体信息获得设备，包括：

光源；

声波检测单元，被配置为在多个位置处检测在光源用光照射被检体时产生的光声波并输出多个检测信号，所述声波检测单元包括至少一个声波检测元件；以及

信号处理单元，被配置为使用所述多个检测信号来获得感兴趣区域中的光学特性值，

其中信号处理单元被配置为：

基于所述至少一个声波检测元件的灵敏度，从所述多个检测信号中选择所述多个检测信号的一部分，

获得与所述多个检测信号的所述一部分对应的所述感兴趣区域中的光强度的值，

通过使用第一减少系数使所述多个检测信号的排除了所述多个检测信号的所述一部分的另一部分减少，来获得经减少的信号，

通过使用第二减少系数使与所述多个检测信号的所述另一部分对应的感兴趣区域中的光强度的值减少，来获得经减少的值，以及

使用所述多个检测信号的所述一部分和与所述多个检测信号的所述一部分对应的光强度的值、经减少的信号、以及经减少的值来获得感兴趣区域中的光学特性值。

14.根据权利要求13所述的被检体信息获得设备，

其中，第一减少系数和第二减少系数是相同的值。

15.一种用于获得被检体的内部的感兴趣区域中的光学特性值的方法，所述方法包括：

基于至少一个声波检测元件的灵敏度，从多个检测信号选择所述多个检测信号的一部分，所述多个检测信号是通过用所述至少一个声波检测元件在多个位置检测响应于光照射而产生的光声波所获得的；

获得与所述多个检测信号的所述一部分对应的感兴趣区域中的光强度的值；以及

使用所述多个检测信号的所述一部分和与所述多个检测信号的所述一部分对应的光强度的值、并且不使用所述多个检测信号的排除所述多个检测信号的所述一部分的另一部分和与所述多个检测信号的所述另一部分对应的感兴趣区域中的光强度的值，来获得感兴趣区域中的光学特性值。

16.一种用于获得被检体的内部的感兴趣区域中的光学特性值的方法，所述方法包括：

基于至少一个声波检测元件的灵敏度，从多个检测信号选择所述多个检测信号的一部分，所述多个检测信号是通过用所述至少一个声波检测元件在多个位置检测响应于光照射而产生的光声波所获得的；

获得与所述多个检测信号的所述一部分对应的感兴趣区域中的光强度的值；以及

通过使用第一减少系数使所述多个检测信号的排除了所述多个检测信号的所述一部分的另一部分减少，来获得经减少的信号，

通过使用第二减少系数使与所述多个检测信号的所述另一部分对应的感兴趣区域中的光强度的值减少，来获得经减少的值，以及

使用所述多个检测信号的所述一部分和与所述多个检测信号的所述一部分对应的光强度的值、经减少的信号、以及经减少的值来获得感兴趣区域中的光学特性值。