CN104780832A - 被检体信息获取装置及被检体信息获取装置的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种被检体信息获取装置包括:在被检体上照射光的照射单元;包含其关于照射光的光学特性已知的光学吸收部件并且保持被检体的保持部件;检测由于光照射而由被检体中的组织和光吸收部件产生的声波的检测器;和通过使用检测的声波计算被检体中的组织和光吸收部件的光学特性并且通过使用计算的光吸收部件的光学特性和已知的光学特性校正被检体中的组织的光学特性的计算单元。
Description
技术领域
本发明涉及被检体信息获取装置及其控制方法。
背景技术
测量诸如身体组织的被检体内的功能特性的被检体信息获取装置包括基于包含于血液中的血红蛋白等的光吸收特性执行新生血管(angiogenesis)的形成的确定和血红蛋白的氧饱和度的计算等、并且被用于诊断中的已知的被检体信息获取装置。这种装置一般利用关于身体组织具有有利的透光特性的近红外光(具有约600~1500nm的波长)。
关于这种被检体信息获取装置,已知存在利用近红外光并且被称为光声断层(PAT)的技术(参见NPL 1)。PAT是用于通过在活体组织上照射由光源产生的短脉冲光并且检测当在活体组织中传播和扩散的光被诸如血液的身体组织吸收时产生的声波来获取与光吸收有关的信息的技术。通过分析检测的声波,利用PAT的被检体信息获取装置能够将与作为被检体的活体组织内的功能特性有关的信息、特别是被检体内的光能量吸收密度分布可视化。
根据NPL 1,在PAT中,由给定被检体内的光吸收体产生的光声波的初始声压(P0)可由下式(1)表达。
P0=Γ·μa·φ...(1)
式(1)中,Γ表示Gruneisen参数,其是体积膨胀系数(β)与声速(c)的平方的乘积除以恒压比热(CP)的商。众所周知,一旦组织被确定,Γ就取大致恒定的值。在乳房组织的情况下,Γ为0.65~0.85。μa表示吸收体的吸收系数,φ表示局部区域中的光量。
通过用检测器测量声波并且随后从测量结果重构初始声压分布,计算在被检体内传播的声波的声压P的时间变化。另外,通过将计算的初始声压分布除以Γ,可以获得关于μa和φ的分布。μa和φ的乘积被称为光能量吸收密度分布。
当被检体是活体组织时,有效地吸收近红外光的组织是血液。因此,通过使用近红外光的PAT执行活体组织的测量,获得与血液分布有关的信息。并且,通过照射多个波长的光并且计算其各自的吸收系数,获得与血红蛋白的氧饱和度有关的信息。
如式(1)所示,一般的PAT被设计为通过分析由声波检测器测量的声压的时间变化来获得初始声压P0的分布。为了从初始声压P0的分布获得光吸收系数的分布,必须进一步确定被检体内的光量的分布。
当在相对于活体组织的厚度足够大的区域中用均匀的照射光量φ0照射作为被检体的活体组织的表面时,假定光作为平面波在活体组织中传播,则光量分布(φ)可由下式(2)表达。
φ=φ0·exp(-μeff·d1)...(2)
式(2)中,μeff表示活体组织的平均有效延迟系数,φ0表示从光源入射到活体组织的光的量。另外,d1表示从活体组织上的被来自光源的光照射的区域(光照射区域)到活体组织中的光吸收体的距离。
如式(2)所示,光在活体组织内指数衰减。可通过使用光量分布和式(1)从光能量吸收密度分布计算光吸收系数分布。
另外,对于身体组织,已知在诸如癌的肿瘤的生长过程中发生新生血管的形成和氧消耗的增加。氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)的光吸收系数可被用作评价这种新生血管形成或氧消耗增加的方法。
例如,被检体信息获取装置基于多个波长处的HbO2和Hb的吸收谱测量血液中的HbO2和Hb的浓度。随后,通过创建身体组织内的HbO2和Hb的浓度分布图像,可确定形成新生血管的区域。另外,通过基于HbO2和Hb的浓度计算氧饱和度,可确定氧消耗增加的区域,或者换句话说,肯定存在肿瘤的区域。例如,众所周知,静脉中的氧饱和度为约90%,肿瘤区域中的氧饱和度为约60%。
但是,对于在NPL 1中描述的被检体信息获取装置,由于作为被检体的活体组织的形状不被确定且光照射条件根据被检体的位置改变,因此,使用式(2)不能算出被检体内的光量分布。
考虑到以上情况,PTL 1提出这样的活体组织信息处理方法:其中,在被检体保持板上布置光吸收部件并且基于由光吸收部件产生的弹性波的强度计算被检体内的光衰减系数,其中所述光吸收部件的关于照射光的功能特性是预先已知的。
引文列表
专利文献
[PTL 1]日本专利申请公开No.2011-092631
非专利文献
[NPL 1]M.Xu,L.V.Wang,"Photoacoustic imaging inbiomedicine",Review of scientific instruments,77,041101(2006)
发明内容
技术问题
但是,在PTL1描述的活体组织信息处理方法的情况下,从布置于保持板上的光吸收部件执行光量分布的校正。因此,当被检体与保持板之间的非接触区域较大时,诸如乳房的周边区域的被检体内的光量分布的误差增加。作为结果,出现当计算被检体内的功能特性(诸如特定区域的吸收系数和氧饱和度)时出现的误差变大的问题。
问题的解决方案
本发明是考虑到上述的问题而提出的,并且,本发明的一个目的是改善光声断层中的被检体内的功能特性的获取精度。
本发明在其一个方面中提供一种被检体信息获取装置,该被检体信息获取装置包括:在被检体上照射光的照射单元;包含光吸收部件并且保持被检体的保持部件,所述光吸收部件的关于照射光的光学特性是已知的;检测由于光照射而由被检体中的组织和光吸收部件产生的声波的检测器;以及计算单元,其通过使用所检测的声波计算被检体中的组织和光吸收部件的光学特性,并且通过使用计算的光吸收部件的光学特性和已知的光学特性校正被检体中的组织的光学特性。
本发明在其另一方面中提供一种被检体信息获取装置的控制方法,所述被检体信息获取装置具有照射单元、包含其关于照射光的光学特性已知的光吸收部件的保持部件、检测声波的检测器和计算单元,该方法包括:操作保持部件以保持被检体的步骤;操作照射单元以在被检体上照射光的步骤;操作检测器以检测由于光照射而由被检体中的组织和光吸收部件产生的声波的步骤;操作计算单元以通过使用检测的声波计算被检体中的组织和光吸收部件的光学特性的步骤;以及操作计算单元以通过使用计算的光吸收部件的光学特性和已知的光学特性校正被检体中的组织的光学特性的步骤。
本发明的有利效果
根据本发明,可以改善光声断层中的被检体内的功能特性的获取精度。
参照附图阅读示例性实施例的以下说明,本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是表示根据第一实施例的装置配置的示意图;
图2是根据第一实施例的其中光吸收部件具有圆柱形状的保持部件的示意图;
图3是表示根据第一实施例的吸收系数的测量和校正的流程图;
图4是表示根据第一实施例的对吸收系数误差比执行的线性内插的示图;
图5是表示根据第二实施例的氧饱和度的测量和校正的流程图;
图6是表示根据第二实施例的对氧饱和度误差比执行的线性内插的示图;
图7是根据第三实施例的对氧饱和度误差比执行三次多项式内插(third order polynomial interpolation)的装置的配置示意图;
图8是表示根据第三实施例的对氧饱和度误差比执行的三次多项式内插的示图;
图9是根据第四实施例的对氧饱和度误差比执行三维线性内插的装置的配置示意图;
图10是表示根据第四实施例的对氧饱和度误差比执行的线性内插的示图;
图11是表示根据第四实施例的对氧饱和度误差比执行的线性内插的另一示图;
图12是根据第四实施例的被检体的周边部分与保持部件之间的接触表面附近的光吸收部件的示意图;
图13是表示根据第四实施例的对氧饱和度误差比执行的线性内插的示图;以及
图14是根据第五实施例的其中光吸收部件具有圆柱形状的保持部件的示意图。
具体实施方式
以下,参照附图描述本发明的优选实施例。但是,以下描述的部件的尺寸、材料、形状和相对布置等应根据应用本发明的装置的配置和各种条件适当地改变,并且不是要将本发明的范围限于以下的描述。
在本发明中,声波包含被称为音波、超声波、光声波或光致超声波的弹性波,并且,接收器接收在被检体内传播的声波。根据本发明的被检体信息获取装置在被检体上照射光(电磁波)并且接收由于光声效果而由被检体内的组织产生的声波。另外,被检体信息获取装置分析声波并且获取被检体内的组织的特性信息。
被检体内的组织的特性信息包含反映通过光照射产生的声波的初始声压或从初始声压导出的光能量吸收密度、吸收系数或构成组织的物质的浓度等的信息等,以及其它。物质的浓度的例子包括氧饱和度、氧合血红蛋白的浓度和脱氧血红蛋白的浓度。另外,可以获取特性信息作为关于被检体内的各种位置处的分布的信息而不是数值数据。换句话说,可获取诸如吸收系数分布或氧饱和度分布的分布信息作为图像数据。这种特性信息反映被检体内的光学特性。由于光学特性基于身体组织的功能特性被确定,因此可根据本发明获取被检体内的功能特性分布。
<第一实施例>
图1表示根据本发明的第一实施例的被检体信息获取装置的配置。在本实施例中,人的乳房被用作被检体,并且,乳房内的光吸收系数分布被可视化。
(装置配置)
在图1中,附图标记1表示光源,附图标记2表示光学系统,附图标记3表示第一保持板,附图标记4表示第二保持板,附图标记5表示保持部件,附图标记6表示光吸收部件,附图标记7表示检测器,附图标记8表示计算单元,附图标记9表示显示单元,附图标记E表示被检体,附图标记T表示存在于被检体内的肿瘤部位。被检体E通过保持部件5以预定的距离保持于第一保持板3和第二保持板4之间。
以下,详细描述各部件。
光源1照射纳秒量级的特定波长的脉冲光。作为照射光,选择具有与构成身体组织的水、脂肪或血红蛋白等的吸收谱对应的波长的光。适当的例子包括具有血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的特性吸收谱的处于600~1100nm的波长范围中的光。为了照射具有多个波长的光,有利地使用产生具有不同的波长的光的半导体激光器或波长可变激光器作为光源1。在本实施例中,使用钛-蓝宝石(Ti-S)激光器作为光源1。
光学系统2被设置为用于向被检体E引导从光源1发射的光(L)。光学系统2由光纤或透镜构成。从光源1发射的光通过光学系统2被扩展以照射第一保持板3与被检体E之间的接触表面的整个区域并且通过第一保持板3被引导到被检体E的表面。在本实施例中,透镜被用作光学系统2。光源1和光学系统2可一起被视为本发明的照射单元。
希望第一保持板3和第二保持板4对由光源1发射的光具有高度的透过性并对声波具有较低的衰减性能。其材料的例子包括玻璃、聚甲基戊烯(polymethylpentene)、聚碳酸酯(polycarbonate)和丙烯酸材料。在本实施例中,聚甲基戊烯被用作第一保持板3和第二保持板4的材料。在图1中,有利地,光照射侧的第一保持板3对光具有高度的透过性,并且,声波接收侧的第二保持板4对声波具有较低的衰减性能。
希望保持部件5由与被检体紧密接触并且功能特性(特别是诸如光吸收特性和光散射特性的光学特性)和声学特性与人体的这些特性接近的材料制成。这种材料的例子包括诸如聚氨酯(polyurethane)凝胶和聚苯乙烯(polystyrene)凝胶的凝胶材料。此外,用于将光散射特性调整为接近人体的光散射特性的材料的例子包括钛氧化物(titanium oxide)。用于调整光吸收特性的材料的例子包括诸如黑色颜料的有色颜料。
作为根据本实施例的保持部件5,涂有氧化铝的钛氧化物被用作光散射特性调整体,并且,多元醇结合的(polyol-bound)黑色颜料分散溶液被用作光吸收特性调整体。通过在多元醇中分散0.24重量百分比(percent by weight)的光散射特性调整体和0.0002重量百分比的光吸收特性调整体并且向多元醇添加3.0重量百分比的HDI,执行制备。作为多元醇,使用包含摩尔比为50:50的环氧乙烷(ethyleneoxide)和环氧丙烷(propylene oxide)的共聚物(copolymer)(数均分子量为7000)。
根据本实施例的介质的光声特性包含1386.6m/s的声速和0.34dB/cm/MHz的声学衰减。另外,在756nm的波长处,等价散射系数μs′为0.70mm-1且吸收系数μa为0.0039mm-1。在797nm的波长处,等价散射系数μs′为0.66mm-1且吸收系数μa为0.0028mm-1。而且,Gruneisen参数Γ为0.78。
模拟血管或肿瘤的光声特性的材料被用作光吸收部件6。以与保持部件5类似的方式,这种材料的例子包括诸如聚氨酯凝胶和聚苯乙烯凝胶的凝胶材料。另外,希望光吸收部件6具有直径为约1~3mm的球形或圆柱形状,使得对被检体执行的测量不受到不利的影响。
根据本实施例的光吸收部件6的功能特性基于表现预定的氧饱和度的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收系数被确定。作为根据本实施例的光吸收部件6,以与保持部件类似的方式,涂有氧化铝的钛氧化物被用作光散射特性调整体,并且,多元醇结合的黑色颜料分散溶液被用作光吸收特性调整体。通过在多元醇中分散0.20重量百分比的光散射特性调整体和0.0020重量百分比的光吸收特性调整体并且向多元醇添加3.4重量百分比的HDI,执行制备。作为多元醇,使用包含摩尔比为50:50的环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物(数均分子量为7000)。
根据本实施例的介质的光声特性包含1427.6m/s的声速和0.75dB/cm/MHz的声学衰减。另外,在756nm的波长处,等价散射系数μs′为1.10mm-1且吸收系数μa为0.0299mm-1,并且,在797nm的波长处,等价散射系数μs′为1.03mm-1且吸收系数μa为0.0287mm-1。而且,Gruneisen参数Γ为0.91。
当在没有被检体的情况下用756nm和797nm的照射光测量上述的光吸收部件6时,氧饱和度为78.9%。换句话说,光吸收部件6模拟氧饱和度为78.9%的血液组织。
检测器7检测由于光声效果由被检体E和光吸收部件6产生的弹性波。检测器7由利用由接收的弹性波导致的压力变化被转换成电信号的压电效果的压电元件构成。压电元件的例子包括压电陶瓷材料和聚合压电膜材料。在本实施例中,使用锆钛酸铅(PZT)作为检测器7的压电元件。当需要时,获得的电信号经受诸如放大和AD转换的处理。
计算单元8是通过使用CPU等执行计算并且负责装置的内部控制的信息处理装置。计算单元8对检测器7的检测值等执行各种计算。并且,计算单元8在需要时通过使用计算结果执行图像重构。例如,计算单元8基于电信号强度计算初始声压并且通过使用光强度计算吸收系数。
显示单元9是能够在控制下显示计算单元8的计算结果或重构图像的显示器。在本实施例中,使用液晶显示器作为显示单元9。
(吸收系数的测量和校正)
以下描述根据本实施例的吸收系数的校正方法。在图1中,保持部件5被固定于第一保持板3和第二保持板4的相应表面上。第一保持板3和第二保持板4能够在夹持和保持被检体的同时平行移动。
图2表示保持部件中的光吸收部件6的布置图。在本实施例中,保持部件5具有240×240×30mm的尺寸,并且,光吸收部件6为直径为1mm的球形部件。在保持部件5中,光吸收部件6以格子图案被布置于到与被检体的接触表面的深度为5mm、15mm和25mm的位置处。当通过第一保持板3和第二保持板4向被检体施加的保持力被设定为50N时,保持部件5被下压到约5mm。
图3是表示根据本实施例的吸收系数的测量和校正的流程图。
首先,在接通装置(步骤S301)之后,保持部件被安装于两个保持板上(步骤S302)。随后,作为被检体的乳房被设定于两个保持板之间并且维持在适当的距离(步骤S303)。
从光源照射光并且执行光声测量(步骤S304)。在本实施例中,照射光的波长为756nm。随后,计算单元基于通过检测器从光声波转换的电信号执行图像重构。此时,选择任意的光吸收部件6并且计算吸收系数(步骤S305)。在这种情况下,如图1所示,选择存在于被检体的周边部分与保持部件之间的接触表面附近的光吸收部件6a和6b。进行选择,使得肿瘤T存在于连接所选择的光吸收部件的直线上。
随后,从已知值和计算值计算光吸收部件的吸收系数误差分布(步骤S306)。并且,在本实施例中,保持板与被检体之间的区域相对于光照射区域越大,各光吸收部件的吸收系数的测量值的误差越大。例如,相对于0.0299mm-1的真实值,图1所示的被检体保持状态中的各光吸收部件的吸收系数的测量值对光吸收部件6a为0.0402mm-1且对光吸收部件6b为0.0315mm-1。
在这种情况下,可通过内插多个光吸收部件的吸收系数误差比,校正直线上的任意位置处的吸收系数的测量误差(步骤S307)。
例如,光吸收部件6a的吸收系数误差比可被计算为0.0402/0.0299=1.344,并且,光吸收部件6b的吸收系数误差比可被计算为0.0315/0.0299=1.05。可使用这些值计算连接光吸收部件6a和6b的直线上的吸收系数误差比。
图4表示图1所示的布置中的光吸收部件6a、肿瘤部位T和光吸收部件6b的相应位置x(6a)、x(T)和x(6b)处的吸收系数误差比。在图4中,横轴代表6a-6b方向的距离坐标(x),纵轴代表吸收系数误差比(ER_μa)。
图4中的直线(虚线)代表对光吸收部件6a和6b的吸收系数误差比执行的线性内插,并且,直线上的位置x(T)处的值代表肿瘤部位T的吸收系数误差比。此时,线性内插函数表达为ER_μa(x)=-0.049x+1.49。在本实施例中,如果假定光吸收部件6a的位置x(6a)为3.0、肿瘤部位T的位置x(T)为5.0且光吸收部件6b的位置x(6b)为9.0,那么肿瘤部位T处的吸收系数误差比可被确定为1.25。因此,例如,当肿瘤部位T处的吸收系数的测量值为0.035mm-1时,吸收系数被校正为0.035/1.25=0.028。
如上所述,根据本实施例,由于可通过使用具有已知的光学特性的光吸收部件创建内插函数并且可校正肿瘤部位T处的吸收系数,因此,可改善光声断层中的被检体内的功能特性的获取精度。
<第二实施例>
在本实施例中,被检体内的氧饱和度误差比经受线性内插。
在本实施例中,使用被检体信息获取装置,光吸收部件6的光吸收系数的氧饱和度可基于756nm和797nm的波长处的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收系数被计算为78.7%。
以与第一实施例类似的方式,如图1所示的那样配置根据本实施例的被检体信息获取装置。以与第一实施例类似的方式,保持部件中的光吸收部件6的布置如图2所示。保持部件5的尺寸、光吸收部件6的形状和尺寸、以及光吸收部件6在保持部件中的布置也与第一实施例中的那些类似。
在本实施例中,在756nm和797nm的两个波长处执行测量之后,选择任意的光吸收部件6并且计算氧饱和度。选择的光吸收部件是由图1中的附图标记6a和6b表示的光吸收部件且肿瘤T存在于连接光吸收部件6a和6b的直线上的事实与第一实施例中的相同。
图5示出表示根据本实施例的氧饱和度的测量和校正的流程图。在步骤S501~S503中,执行与图3中的步骤S301~S303中的处理相同的处理。
首先,照射光的波长被设定为756nm(步骤S504),并且,执行光声测量(步骤S505)。然后,波长变为797nm(步骤S506),并且,执行光声测量(步骤S507)。在S505和S507中获取的电信号存储于存储器等(未示出)中。
随后,计算单元使用存储的电信号计算各波长处的吸收部件的吸收系数(步骤S508和S509)。可针对各光照射与另一测量并行地执行计算处理,或者,可在完成所有测量之后共同执行计算处理。通过使用计算结果确定氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的比并且计算氧饱和度(步骤S510)。
随后,从已知的氧饱和度和计算的氧饱和度计算光吸收部件的氧饱和度误差分布(步骤S511)。此外,在本实施例中,保持板与被检体之间的区域相对于光照射区域越大,则各光吸收部件的氧饱和度的测量值的误差越大。例如,相对于78.7%的计算值,图1所示的被检体保持状态中的各光吸收部件的氧饱和度的测量值对光吸收部件6a为105.5%且对光吸收部件6b为79.5%。
在这种情况下,可通过在多个光吸收部件的氧饱和度误差比之间进行内插,校正任意位置处的氧饱和度的测量误差(步骤S512)。
例如,光吸收部件6a的氧饱和度误差比可被计算为79.5/78.7=1.01,并且,光吸收部件6b的氧饱和度误差比可被计算为105.5/78.7=1.34。可通过使用这些值计算连接光吸收部件6a和6b的直线上的氧饱和度误差比。
图6示出图1所示的布置中的光吸收部件6a、肿瘤部位T和光吸收部件6b的相应位置x(6a)、x(T)和x(6b)处的氧饱和度误差比。在图6中,横轴代表6a-6b方向上的距离坐标(x),纵轴代表氧饱和度误差比(ER_StO)。
图6中的直线(虚线)代表对光吸收部件6a和6b的氧饱和度误差比执行的线性内插,并且,直线上的位置x(T)处的值代表肿瘤部位T的氧饱和度误差比。此时,线性内插函数表达为ER_StO(x)=0.055x+0.845。在本实施例中,如果假定光吸收部件6a的位置x(6a)为3.0、肿瘤部位T的位置x(T)为5.0且光吸收部件6b的位置x(6b)为9.0,那么肿瘤部位T处的氧饱和度误差比可被确定为1.12。因此,例如,当肿瘤部位T处的氧饱和度的测量值为70.5%时,氧饱和度被校正为70.5/1.12=62.9%。
如上所述,根据本实施例,由于可通过使用具有已知的光学特性的光吸收部件创建内插函数并且可校正肿瘤部位T处的氧饱和度,因此,可改善光声断层中的被检体内的功能特性的获取精度。
<第三实施例>
在本实施例中,被检体内的氧饱和度误差比经受三次多项式内插。
图7是表示根据本实施例的被检体信息获取装置的配置的示意图。虽然装置配置与图1所示的第一实施例的装置配置大致相同,但图7清楚地示出了嵌入在保持部件5中的光吸收部件6。
如图7所示,在本实施例中,除了被检体的周边部分与保持部件之间的接触表面附近的光吸收部件6a和6b以外,还选择位于保持部件的深处的光吸收部件6a′和6b′。进行选择,使得肿瘤T存在于连接所选择的光吸收部件的直线上。
并且,在本实施例中,保持板与被检体之间的区域相对于光照射区域越大,则各光吸收部件的氧饱和度的测量值的误差越大。例如,相对于78.7%的计算值,图7所示的被检体保持状态中的各光吸收部件的氧饱和度的测量值对光吸收部件6a为105.5%、对光吸收部件6a′为78.0%、对光吸收部件6b为105.5%且对光吸收部件6b′为107.0%。
在这种情况下,可通过在多个光吸收部件的氧饱和度误差比之间进行内插,校正任意位置处的氧饱和度的测量误差。
例如,光吸收部件6a的氧饱和度误差比可被计算为79.5/78.7=1.01,并且,光吸收部件6a′的氧饱和度误差比可被计算为78/78.7=0.99。另外,光吸收部件6b的氧饱和度误差比可被计算为105.5/78.7=1.34,并且,光吸收部件6b′的氧饱和度误差比可被计算为107/78.7=1.36。可通过使用这些值计算连接光吸收部件6a′、6a、6b和6b′的直线上的氧饱和度误差比。
图8表示图7所示的布置中的光吸收部件6a′和6a、肿瘤部位T、及光吸收部件6b和6b′的相应位置x(6a′)、x(6a)、x(T)、x(6b)和x(6b′)处的氧饱和度误差比。在图8中,横轴代表6a′-6b′方向上的距离坐标(x),纵轴代表氧饱和度误差比(ER_StO)。
图8中的曲线(虚线)代表对光吸收部件6a′、6a、6b和6b′的氧饱和度误差比执行的三次多项式内插,并且,曲线上的位置x(T)处的值代表肿瘤部位T的氧饱和度误差比。此时,三次多项式函数表达为ER_StO(x)=-0.00125x3+0.0225x2-0.06875x+1.0475。
在本实施例中,假定光吸收部件6a′的位置x(6a′)为2.0、光吸收部件6a的位置x(6a)为3.0、肿瘤部位T的位置x(T)为5.0、光吸收部件6b的位置x(6b)为9.0且光吸收部件6b′的位置x(6b′)为10.0。在这种情况下,肿瘤部位T处的氧饱和度误差比被确定为1.11。因此,例如,当肿瘤部位T处的氧饱和度的测量值为70.5%时,氧饱和度被校正为70.5/1.11=63.5%。
虽然在这种情况下对直线上的多个点执行多项式内插,但是,作为替代方案,也可执行样条内插或者可通过最小二乘法拟合多项式。
如上所述,根据本实施例,由于可通过使用具有已知的光学特性的大量的光吸收部件创建内插函数并且可通过使用肿瘤部位T处的氧饱和度执行校正,因此,可改善光声断层中的被检体内的功能特性的获取精度。
<第四实施例>
在本实施例中,被检体内的氧饱和度误差比沿三维方向经受线性内插。
图9是表示根据本实施例的被检体信息获取装置的配置的示意图。装置配置与图1所示的第一实施例的装置配置相同。
图12表示沿与两个保持板平行的方向穿过图9所示的肿瘤部位T的截面图。
如图9和图12所示,在本实施例中,选择存在于被检体的周边部分与保持部件之间的接触表面附近的光吸收部件6a~6f。另外,进行选择,使得肿瘤部位T存在于连接光吸收部件6a和6b的直线、连接光吸收部件6c和6d的直线、以及连接光吸收部件6e和6f的直线的交点处。
并且,在本实施例中,保持板与被检体之间的区域相对于光照射区域越大,则各光吸收部件的氧饱和度的测量值的误差越大。例如,相对于78.7%的计算值,图9所示的被检体保持状态中的各光吸收部件的氧饱和度的测量值对光吸收部件6a为69.3%且对光吸收部件6b为76.0%。另外,测量值对光吸收部件6c为62.1%、对光吸收部件6d为80.5%、对光吸收部件6e为57.5%、以及对光吸收部件6f为54.0%。
在这种情况下,可通过在多个光吸收部件的氧饱和度误差比之间进行内插,校正任意位置处的氧饱和度的测量误差。
例如,光吸收部件6a的氧饱和度误差比可被计算为69.3/78.7=0.88,并且,光吸收部件6b的氧饱和度误差比可被计算为76.0/78.7=0.97。另外,光吸收部件6c的氧饱和度误差比可被计算为62.1/78.7=0.79,并且,光吸收部件6d的氧饱和度误差比可被计算为80.5/78.7=1.02。并且,光吸收部件6e的氧饱和度误差比可被计算为57.5/78.7=0.73,并且,光吸收部件6f的氧饱和度误差比可被计算为54.0/78.7=0.69。通过使用这些值,可以计算连接光吸收部件6a和6b的直线、连接光吸收部件6c和6d的直线、以及连接光吸收部件6e和6f的直线的交点处的氧饱和度误差比。
图10表示图9和图12所示的布置中的光吸收部件6a、肿瘤部位T和光吸收部件6b的相应位置x(6a)、x(T)和x(6b)处的氧饱和度误差比。在图10中,横轴代表6a-6b方向上的距离坐标(x),纵轴代表氧饱和度误差比(ER_StO)。
图11表示图9和图12所示的布置中的光吸收部件6c、肿瘤部位T和光吸收部件6d的相应位置y(6c)、y(T)和y(6d)处的氧饱和度误差比。在图11中,横轴代表6c-6d方向上的距离坐标(y),纵轴代表氧饱和度误差比(ER_StO)。
图13表示图9和图12所示的布置中的光吸收部件6e、肿瘤部位T和光吸收部件6f的相应位置z(6e)、z(T)和z(6f)处的氧饱和度误差比。在图13中,横轴代表6e-6f方向上的距离坐标(z),纵轴代表氧饱和度误差比(ER_StO)。
图10中的直线(虚线)代表对光吸收部件6a和6b的氧饱和度误差比执行的线性内插,并且,直线上的在位置x(T)处的值代表x方向上的肿瘤部位T的氧饱和度误差比。
图11中的直线(虚线)代表对光吸收部件6c和6d的氧饱和度误差比执行的线性内插,并且,直线上的在位置y(T)处的值代表y方向上的肿瘤部位T的氧饱和度误差比。
图13中的直线(虚线)代表对光吸收部件6e和6f的氧饱和度误差比执行的线性内插,并且,直线上的在位置z(T)处的值代表z方向上的肿瘤部位T的氧饱和度误差比。
在图10中,线性内插函数表达为ER_StO(x)=0.015x+0.835。此时,如果假定光吸收部件6a的位置x(6a)为3.0、肿瘤部位T的位置x(T)为5.0且光吸收部件6b的位置x(6b)为9.0,那么x方向上的肿瘤部位T处的吸收系数误差比可被计算为0.910。
以类似的方式,使用图11确定的y方向上的肿瘤部位T处的吸收系数误差比为0.867且使用图13确定的z方向上的肿瘤部位T处的吸收系数误差比为0.71。
因此,例如,当肿瘤部位T处的氧饱和度的测量值为36%时,氧饱和度被校正为36/(0.91×0.867×0.71)=64.1%。
虽然在这种情况下对直线上的两个点执行线性内插并且使用该组执行校正,但是,作为替代方案,可对直线上的两个或更多个点执行二次或三次多项式内插或样条内插或者可通过最小二乘法拟合多项式。
如上所述,根据本实施例,由于可通过使用具有已知的光学特性的光吸收部件创建多个方向上的内插函数并且可通过使用肿瘤部位T处的氧饱和度执行校正,因此,可改善光声断层中的被检体内的功能特性的获取精度。
<第五实施例>
在本实施例中,放在保持部件上的光吸收部件被特征性地成形(shape)。
图14表示在本实施例中使用的保持部件5的配置。在本实施例中,类似地,使用人的乳房作为被检体并且乳房内的光吸收系数分布可被可视化。被检体信息获取装置自身的配置与根据第一实施例的参照图1描述的被检体信息获取装置类似。
如图14所示,在保持部件5上以格子图案布置1mm直径的圆柱光吸收部件。以与上述的各实施例类似的方式,当执行光声测量时,可通过使用光吸收部件的已知的光学特性(吸收系数或氧饱和度)以计算吸收系数误差分布或氧饱和度误差分布,校正被检体内的光学特性的测量值。
根据本实施例,由于以格子图案布置光吸收部件并且可获取用于计算误差分布的大量的参照值,因此可提高内插函数的精度。
如上所述,通过根据本发明的被检体信息获取装置,可在光声断层中改善被检体内的功能特性的获取精度。
在存在大量的被检者且被检查区域在被检者之间不同的情况下,诸如当筛查(screening)和诊断乳癌时,本发明可用作用于提高检查结果精度的手段。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明,但应理解,本发明不限于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样的变更方式及等同的结构和功能。
本申请要求在2012年11月12日提交的日本专利申请No.2012-248296的权益,在此通过引入将其全部内容并入本文。
附图标记列表
1:光源;2:光学系统;3:第一保持板;4:第二保持板;5:保持部件;6:光吸收部件;7:检测器;8:计算单元;9:显示单元;E:被检体;T:存在于被检体中的肿瘤部位。
Claims (10)
1.一种被检体信息获取装置,包括:
照射单元,其在被检体上照射光;
保持部件,其包含光学吸收部件并且其保持被检体,所述光学吸收部件的关于照射光的光学特性是已知的;
检测器,其检测由于光照射而由被检体中的组织和光吸收部件产生的声波;和
计算单元,其通过使用检测的声波计算被检体中的组织和光吸收部件的光学特性,并且其通过使用计算的光吸收部件的光学特性和所述已知的光学特性校正被检体中的组织的光学特性。
2.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置,其中,
计算单元关于多个光吸收部件计算光学特性并且计算所计算的所述光学特性与已知的光学特性之间的误差,并且基于所述误差,确定用于校正关于位于所述多个光吸收部件之间的被检体中的组织计算的光学特性的系数。
3.根据权利要求2所述的被检体信息获取装置,其中,
计算单元通过以下方法中的任一个,确定所述用于校正光学特性的系数:线性内插、多项式内插、样条内插、以及最小二乘法。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的被检体信息获取装置,其中,
光吸收部件和被检体中的组织的光学特性是吸收系数。
5.根据权利要求1~3中的任一项所述的被检体信息获取装置,其中,
光吸收部件和被检体中的组织的光学特性是氧饱和度,
照射单元照射多个波长的光,并且,
计算单元基于针对所述多个波长中的每一个计算的被检体中的组织的吸收系数计算氧饱和度。
6.根据权利要求1~5中的任一项所述的被检体信息获取装置,其中,
保持部件和光吸收部件由聚氨酯凝胶制成。
7.根据权利要求1~6中的任一项所述的被检体信息获取装置,其中,
光吸收部件是在保持部件中以格子图案布置于与被检体接触的接触表面上的球状部件。
8.根据权利要求7所述的被检体信息获取装置,其中,
光吸收部件在保持部件中距与被检体接触的接触表面以多个深度被布置。
9.根据权利要求1~6中的任一项所述的被检体信息获取装置,其中,
光吸收部件是在保持部件中以格子图案布置于与被检体接触的接触表面上的圆柱部件。
10.一种被检体信息获取装置的控制方法,所述被检体信息获取装置具有照射单元、包含其关于照射光的光学特性已知的光吸收部件的保持部件、检测声波的检测器以及计算单元,
该方法包括:
操作保持部件以保持被检体的步骤;
操作照射单元以在被检体上照射光的步骤;
操作检测器以检测由于光照射而由被检体中的组织和光吸收部件产生的声波的步骤;
操作计算单元以通过使用检测的声波计算被检体中的组织和光吸收部件的光学特性的步骤;和
操作计算单元以通过使用计算的光吸收部件的光学特性和所述已知的光学特性校正被检体中的组织的光学特性的步骤。
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