CN105640494A - 光声装置、被检体信息获取方法和程序 - Google Patents

Abstract

一种光声装置、被检体信息获取方法和程序。根据本发明的光声装置包括：电刺激单元，被配置为在光照射执行多次的同时将电压施加到被检体；以及处理单元，被配置为在多个信号当中使用与在从根据电压的施加开始定时确定的提取开始定时到当开始于所述施加开始定时并且结束于电压的施加结束定时的第一时间段经过时的时段中生成的光声波对应的信号的至少一部分、而不使用与在从提取开始定时到当第一时间段经过时的时段外部所生成的光声波对应的信号，来获取被检体信息。

Description

光声装置、被检体信息获取方法和程序

技术领域

本发明涉及一种使用光声效应的光声装置。

背景技术

使用光的成像技术之一是光声成像技术。首先在光声成像中用从光源生成的脉冲光来照射被检体。照射光传输并且扩散通过被检体，并且在被检体内部的多个位置处受吸收，由此生成光声波。换能器接收该光声波，处理装置通过对接收的信号执行分析处理来获取关于被检体内部的光学性质值的信息。

从被检体内部的光吸收体生成的光声波的所生成的声压P₀(下文中又称为初始声压)可以由以下表达式表示。

P₀＝Γ·μ_a·Φ………(1)

在此，Γ表示通过将体积膨胀系数β和声音的速度c的平方的乘积除以定压比热C_p所获得的格鲁乃森(Grüneisen)系数。Φ表示在特定位置(局部区域)处的光强度(已经到达光吸收体的光，并且可以又称为光通量)。

可以通过使用从已经接收到光声波的搜索单元输出的接收信号(PA信号)来获得初始声压P₀。

当组织的类型设定时，已知用于该组织的Grüneisen系数具有近似恒定值。因此，可以通过对于多个位置测量并且分析在每个位置处的PA信号的时间改变来获得光学吸收系数μ_a与光强度Φ的乘积(即光学能量吸收密度)。

日本专利公开No.2013-248077公开了一种根据因为光所生成的光声波来生成血管的光声图像的光声图像生成装置。

在假设血红素是光吸收体(其为待测量的对象)的情况下，由于血红素的量在血管中的血液量较小的区域中较小，因此该区域的光学吸收系数相对较低。因此，根据表达式(1)所生成的光声波的声压很低。即，在血液量较小的区域处所生成的光声波的接收信号的信噪(S/N)比相对较低。因此，当光声装置获取用于目标区域的被检体信息时，被检体信息的精度在血液量较小的区域处可能较低。

发明内容

本发明提供一种光声装置，包括：光照射单元，被配置为用脉冲光来照射被检体多次；接收单元，被配置为接收通过用从光照射单元发射的脉冲光来照射被检体生成的光声波，并且输出与执行多次的光照射对应的多个信号；电刺激单元，被配置为在光照射执行多次的同时将电压施加到被检体；以及处理单元，被配置为根据多个信号来获取用于目标区域的被检体信息。在所述多个信号当中，处理单元使用与在从根据电压的施加开始定时确定的提取开始定时到当开始于所述施加开始定时并且结束于电压的施加结束定时的第一时间段经过时的时段中生成的光声波对应的信号的至少一部分、而不使用与在从提取开始定时到当第一时间段经过时的时段外部生成的光声波对应的信号，来获取被检体信息。

从参照附图的示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是根据第一实施例的光声装置的配置的示图。

图2是示出根据第一实施例的被检体信息获取方法的流程图的示图。

图3包括示出根据第一实施例的各个类型的序列的示图。

图4包括示出根据第一实施例的其它各个类型的序列的示图。

图5包括示出根据第一实施例的其它各个类型的序列的示图。

图6是示出根据第二实施例的被检体信息获取方法的流程图的示图。

图7是示出根据第三实施例的被检体信息获取方法的流程图的示图。

具体实施方式

以下，将参照附图更详细地描述本发明。注意，作为一般规则，相同的构成要素由相同标号表示，并且将省略其描述。

[第一实施例]

根据该实施例的光声装置是一种根据光声波的接收信号来获取被检体信息的装置。根据该实施例的被检体信息是从通过光声效应生成的光声波的接收信号获得的与被检体有关的信息。具体地说，所述被检体信息包括例如所生成的声压(初始声压)、光学能量吸收密度、光学吸收系数、以及构成特定组织的物质的浓度。在此，物质的浓度包括例如氧饱和度、氧化血红素浓度、还原血红素浓度以及总血红素浓度。总血红素浓度是氧化血红素浓度与还原血红素浓度之和。此外，分布数据(如光学吸收系数分布和氧饱和度分布)可以看作被检体信息。

(基本配置)

将参照图1描述根据该实施例的光声装置的基本配置。

图1是示出根据该实施例的光声装置的配置的示意图。根据该实施例的光声装置包括光照射单元110、声波接收单元130、电刺激单元150、输入单元170、显示单元180和处理单元190。光照射单元110包括光源111和光学系统113。注意，稍后将详细描述这些元件的配置。

首先，光学系统113引导从光源111发射的脉冲光112。用从光学系统113发射的脉冲光112照射被检体120，并且脉冲光112到达被检体120内部的光吸收体121。作为光吸收体121，通常使用活体中的血管，并且具体地说，例如，使用血管中存在的血红素。光吸收体121吸收光的能量，并且生成光声波122。所生成的光声波122传输通过被检体120，并且到达声波接收单元130。

声波接收单元130响应于接收到光声波122而输出时间序列接收信号。从声波接收单元130输出的接收信号依次输入到处理单元190。通过执行光照射多次来执行上述步骤，并且作为结果可以获取与执行多次的光照射对应的多个时间序列接收信号。

处理单元190使用多个输入时间序列接收信号来生成用于目标区域的被检体信息。然后，处理单元190将所生成的被检体信息的数据发送到显示单元180，并且使得显示单元180基于用于目标区域的被检体信息而显示图像或数值。注意，目标区域可以是预设的，或也可以是用户使用输入单元170输入的。目标区域设置为使得包括被检体120的至少一部分。注意，稍后将更详细地描述被检体信息获取方法。

当假设血红素是光吸收体时，由于在血管中的血液量较小的区域中血红素的量小，因此该区域的光学吸收系数相对较低。因此，根据表达式(1)所生成的光声波的声压很低。即，在血液量较小的区域处所生成的光声波的接收信号的信噪(S/N)比相对较低。此外，在血液量相当小的情况下，光声波的接收信号可能丢失在噪声中。因此，当用光声装置获取用于目标区域的被检体信息时，被检体信息的精度在血液量较小的区域处可能较低。

已知停留在血管中的血液受例如是腓肠肌的肌肉泵(肌肉收缩)和血流泵送。然而，在特定肌肉泵所执行的泵送的效果小并且肌肉收缩的强度低的活体中，考虑所泵送的血液量小并且因此具有小血液量的血管可能存在。此外，由于由肌肉泵(如腓肠肌)所泵送的血液量并非是恒定的，因此血液量按时间顺序改变。

鉴于上述问题，根据该实施例的光声装置包括电刺激单元150，其给出电刺激。电刺激单元150可以通过将电刺激给予刺激目标区域来使得刺激目标区域强制地执行泵送。然后，可以通过由电刺激单元150所产生的泵送来增加静脉和外围血管中的血液量。即，考虑在电刺激单元150已经将电刺激给予特定刺激目标区域之后，血流的改变产生，并且血液量在目标区域处临时增加。

因此，在电刺激单元150已经将电刺激给予特定刺激目标区域之后，处理单元190使用当血液量在目标区域处增加时所生成的光声波的接收信号的至少一部分来获取用于目标区域的被检体信息。即，在电刺激单元150已经将电刺激给予特定刺激目标区域之后，处理单元190并不使用当用于目标区域的血液量小时所生成的光声波的接收信号来获取用于目标区域的被检体信息。以此方式，可以使用具有高S/N比率并且当血液量较大(即充当光吸收体的血红素的量很大)时所生成的光声波的很多接收信号来获取被检体信息。此外，根据该实施例，可以不使用当血液量小时所生成的并且具有低S/N比率的光声波的接收信号来获取被检体信息。这使得可以有选择地使用具有高S/N比率的接收信号以高精度来获取用于目标区域的被检体信息。注意，稍后将描述信号提取定时的细节。

以下，将描述根据该实施例的光声装置的构成块。

(光源111)

光源111可以是能够生成具有在纳秒至微秒的量级的脉冲宽度的脉冲光的脉冲光源。具体地说，可以使用大约1至100纳秒的脉冲宽度。此外，可以使用从400nm到大约1600nm的范围中的波长。具体地说，当执行靠近活体的表面的血管的高分辨率成像时，可以使用具有可见光波长(大于或等于400nm但不大于700nm)的光。与之对比，当执行活体内部深处的部分的成像时，可以使用具有受活体的背景组织吸收不太多的波长的光(大于或等于700nm但不大于1100nm)。注意，也可以使用太赫兹波、微波和无线电波的范围。

具体地说，激光器可以用作光源111。此外，当使用具有多个波长的光来执行测量时，可以使用能够改变待振荡的波长的激光器。注意，在用具有多个波长的光来照射被检体120的情况下，可以通过执行用于激光器中的每一个的振荡的切换或通过交替地执行照射来使用彼此不同的使各个波长振荡的多个激光器。在使用多个激光器的情况下，激光器也全部表述为光源。

各种激光器(如固态激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器)可以用作激光器。具体地说，可以使用脉冲激光器(例如Nd：YAG激光器和变石激光器)。此外，也可以使用采用Nd：YAG激光作为激励光的Ti：sa激光器以及光学参量振荡器(OPO)激光器。此外，例如，可以使用发光二级管而非激光器。

(光学系统113)

光学系统113使得脉冲光112从光源111行进到被检体120。光学元件(如透镜、反射镜和光纤)可以用作光学系统113。此外，根据该实施例的光学系统113包括用于改变脉冲光112的行进方向的光学镜114、光调整单元115和扩散器116。

光学系统113的光发射单元可以使用例如扩散器116来增加脉冲光112的波束直径，并且在将例如乳房看作被检体的活体信息获取装置中执行照射。与之对比，光学系统113的光发射单元可以由透镜等构成，并且可以通过汇聚波束直径来执行照射，以增加光声显微镜中的分辨率。

此外，光学系统113可以包括光调整单元115，其能够调整从光源111发射的脉冲光112的衰减量。能够调整脉冲光112的衰减量的每个单元(如机械快门或液晶快门)可以用作光调整单元115。

此外，光学系统113可以相对于被检体120移动，这使得可能对宽范围的被检体120进行成像。

注意，可以在不使用光学系统113的情况下由光源111直接用光来照射被检体120。

(被检体120)

虽然被检体120不是根据本发明的光声装置的一部分，但将在以下描述被检体120。根据该实施例的光声装置的主要目的是例如检查人或动物的恶性肿瘤或血管疾病，并且在化疗之后跟进。因此，活体，或具体地说，如人体或动物的乳房、颈部或腹部之类的区域可以是被检体120。

此外，被检体120内部具有相对较高光学吸收系数的物质可以用作被检体120内部的光吸收体121。例如，当人体是测量目标时，包含大量氧化血红素、还原血红素或二者的血管或肿瘤附近形成的新生血管是光吸收体121。

(声波接收单元130)

声波接收单元130包括一个或更多个转换元件以及外壳。作为转换元件中的每一个，只要转换元件能够接收声波并且将声波转换为电信号，就可以使用任何转换元件。该转换元件的示例是使用例如锆钛酸铅(PZT)的压电现象的压电元件、使用光学谐振的转换元件以及电容转换元件(如电容式微机械超声换能器(CMUT))。在包括多个转换元件的情况下，多个转换元件可以被布置为称为1D阵列、1.5D阵列、1.75D阵列或2D阵列的布置中，以便在平坦表面或弯曲表面上对准。

此外，声波接收单元130可以被配置为通过扫描机构(未示出)相对于被检体120移动，以获取宽范围的被检体信息。此外，光学系统113(脉冲光112的照射位置)和声波接收单元130可以通过彼此同步而移动。

此外，在声波接收单元130是手持声波接收单元的情况下，声波接收单元130具有用于用户握持声波接收单元130的握持部分。此外，声波接收单元130的接收表面可以配备有声学透镜。此外，声波接收单元130可以配备有多个转换元件。

此外，声波接收单元130可以配备有放大器，其放大从转换元件输出的时间序列模拟信号。

(电刺激单元150)

电刺激单元150是将电刺激给予刺激目标区域并且使得刺激目标区域执行泵送的设备。通常，电刺激单元150包括刺激使用电极和用于将电压施加到刺激使用电极的电源。电压从电源施加到刺激使用电极，电刺激从刺激使用电极被给予刺激目标区域。例如，日本专利公开No.2014-133123中所描述的电刺激系统可以用作电刺激单元150。

电刺激单元150可以给出单个非周期性电刺激，并且还给出周期性电刺激。

(输入单元170)

输入单元170从用户(主要是检查者(如健康护理工作者))接收各个类型的输入，并且经由系统总线将输入信息发送到如处理单元190之类的单元。例如，通过输入单元170，用户可以设置关于成像的参数设置，命令成像的开始，设置观测参数设置(如目标区域的范围和形状)，并且执行关于图像的其它图像处理操作。

输入单元170可以包括鼠标、键盘、触摸板等，并且根据用户所执行的操作向软件程序(如控制器193上运行的操作系统(OS))通知事件。此外，手持光声装置可以配备有输入单元170，其用于命令光照射单元110的驱动。在探针处所提供的按钮型开关或脚踏开关可以用作输入单元170。

(显示单元180)

液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、有机电致发光(EL)显示器等可以用作显示单元180。注意，显示单元180可以不被包括在根据该实施例的光声装置中，并且可以分离地被准备并且连接到光声装置。

(处理单元190)

充当计算机的处理单元190包括算术运算单元191、存储单元192和控制器193。

算术运算单元191收集从声波接收单元130输出的时间序列模拟接收信号，并且执行信号处理(如模拟接收信号的放大、模拟接收信号的模数(AD)转换以及数字化的接收信号的存储)。通常，被称为数据获取系统(DAS)的电路可以用作执行此类处理的算术运算单元191。具体地说，算术运算单元191包括放大接收信号的放大器、以及使模拟接收信号数字化的AD转换器等。

此外，算术运算单元191可以使用接收信号获取在被检体120中的位置处的所生成的声压信息。在被检体120内部的位置处所获得的所生成的声压信息又称为被检体120内部的初始声压分布。注意，在光声装置是光声层析成像装置的情况下，算术运算单元191可以通过使用所获取的接收信号重构图像来获得与作为二维空间坐标或三维空间坐标的位置对应的所生成的声压数据。作为图像重构方法，算术运算单元191可以使用已知的重构方法(如通用背投(UBP)方法、滤波背投(FBP)方法或基于模型的方法)。此外，算术运算单元191也可以使用定相和相加(延迟和求和)处理作为图像重构方法。

此外，在对所获取的接收信号执行包络检测之后，算术运算单元191可以在特定转换元件的定向方向上(通常在深度的方向上)绘制在所得信号中的时间轴方向上所获得的幅度值。算术运算单元191对于转换元件的位置中的每一个执行该绘制，并且因此可以获取初始声压分布数据。具体地说，在光声装置是光声显微镜的情况下，可以使用该方法。

处理器(如中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU))或算术运算电路(如现场可编程门阵列(FPGA)芯片)可以用作算术运算单元191，其执行用于获取所生成的声压信息的处理。注意，算术运算单元191可以不仅由一个处理器或一个算术运算电路构成，而且也可以由多个处理器或多个算术运算电路构成。

存储单元192可以存储在AD转换之后所获得的接收信号、各个类型的分布数据、所显示的图像数据、各个类型的测量参数等。此外，使用待稍后描述的被检体信息获取方法所执行的处理可以存储在存储单元192中作为待由处理单元190内部的控制器193运行的程序。注意，其中存储有程序的存储单元192是非临时记录介质。存储单元192通常由存储介质(其示例为先入先出(FIFO)存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和硬盘)构成。注意，存储单元192可以不仅由一个存储介质构成，而且还可以由多个存储介质构成。

此外，处理单元190包括控制器193，用于控制光声装置的构成块的操作。控制器193经由总线提供光声装置的构成块必需的控制信号和数据。具体地说，控制器193提供用于命令光源111发射光的光发射控制信号、用于声波接收单元130内部的转换元件的接收控制信号等。通常，CPU用作控制器193。

注意，处理单元190中所包括的单元可以构成为集成设备，或也可以构成为分离设备。此外，算术运算单元191和控制器193可以构成为单个设备。即，处理单元190可以包括具有算术运算单元191的功能和控制器193的功能的单个设备。

[被检体信息获取方法]

接下来，将使用图2描述根据该实施例的用于使用光声装置获取被检体信息的流程图。控制器193读出存储单元192中存储的并且描述被检体信息获取方法的程序，并且使光声装置运行以下被检体信息获取方法。

(S100：用于通过多次执行的光照射来获取光声波的接收信号的步骤)

在该步骤中，光照射单元110用脉冲光112来照射被检体120。接下来，声波接收单元130接收由脉冲光112的照射所生成的光声波122，并且输出时间序列模拟接收信号。算术运算单元191收集从声波接收单元130输出的时间序列模拟接收信号，并且执行信号处理(如模拟接收信号的放大和模拟接收信号的AD转换)。然后，算术运算单元191将数字化的接收信号存储在存储单元192中。存储单元192中所存储的时间序列接收信号数据又称为光声数据。在本发明中，接收信号概念上包括模拟信号和数字信号。

此外，在该步骤中，作为光照射单元110执行多次的光照射的结果，与多次执行的光照射对应的多个时间序列接收信号存储在存储单元192中。

注意，在光源111是可能生成热量的灯激励固态激光器的情况下，可以按特定重复频率执行光发射，以稳定地驱动光源111，并且可以多次执行被检体120的光照射。图3的部分(a)示出根据该实施例的光源111的驱动序列。如图3的部分(a)所示，在该实施例中，光源111按10Hz的重复频率发射光。

(S200：用于在多次执行的光照射期间给出电刺激的步骤)

在该步骤中，电刺激单元150将电刺激给予被检体120的刺激目标区域。在此，在S300中，关于由电刺激单元150施加的电压的信息被发送到处理单元190，并且用作信号提取触发信号。在该步骤中，电刺激单元150的刺激使用电极被适当地定位在以下位置：从该位置，电刺激可以给予刺激目标区域。例如，在目标区域是右大腿的情况下，电刺激单元150的刺激使用电极可以被布置为使得将右腓肠肌夹在中间。

图3的部分(b)示出由电刺激单元150施加的电压的波形的示例。图3的部分(b)中所示的所施加的电压是周期性的施加电压，其周期由0.5秒的施加时间t1和0.5秒的非施加时间t3构成。电刺激单元150施加电压的时段与刺激目标区域的肌肉的收缩时段对应，并且被看作血液受泵送的时段。电刺激单元150不施加电压的时段与刺激目标区域的肌肉的松弛时段对应。注意，在此，开始于由电刺激单元150施加的电压的施加开始定时并且结束于施加结束定时的时间t1又称为“施加时间”。此外，在此，开始于由电刺激单元150施加的电压的施加结束定时并且结束于下一施加开始定时的时间t3又称为“非施加时间”。

图3的部分(c)是示出用于目标区域的血液量的改变的图。对于图3的部分(c)，假设这样的情况：除了电刺激之外的因素所导致的血液量的改变小。

据图3的部分(c)应理解，用于目标区域的血液量在电压的施加开始定时不增加，但在距电压的施加开始定时的某个延迟(其为时间t2)之后增加，需要时间t2来使由电刺激所产生的血流到达目标区域。考虑在时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后，血液量较大的时段被保持达施加时间t1，其为电压施加时间。

在此，开始于电压的施加开始定时并且结束于由电刺激所产生的血流到达目标区域的时间的时间t2又称为“延迟时间”。

(S300：用于根据由电刺激单元施加的电压来提取当用于目标区域的血液量较大时所获得的接收信号的步骤)

在该步骤中，充当处理单元的算术运算单元191从与执行多次的光照射对应的并且在S100中所获取的多个时间序列接收信号中提取待用于在S200中根据由电刺激单元150施加的电压来获取被检体信息的信号。

算术运算单元191根据由电刺激单元150施加的电压来确定用于目标区域的血液量因为电刺激而增加的定时，并且从存储单元192读出在该定时所生成的光声波122的接收信号。读出的接收信号用于被检体信息获取。与之对比，算术运算单元191不从存储单元192读出当用于目标区域的血液量较小时所生成的光声波122的接收信号，并且不使用接收信号以获取被检体信息。

图3的部分(d)示出该实施例中的算术运算单元191所执行的信号提取的序列，并且示出算术运算单元191提取在“读取”的情况下所获得的接收信号。算术运算单元191从在S100中所获得的多个时间序列接收信号提取在从当延迟时间t2从电压的施加开始定时经过时到当电压施加时间t1经过时的时段中所生成的光声波122的接收信号。即，算术运算单元191从存储单元192读出由在电刺激所产生的血流在目标区域处存在并且血液量较大的时段中所执行的光照射生成的光声波122的接收信号。与之对比，算术运算单元191不从存储单元192读出由在血液量较大的时段之外执行的光照射生成的光声波122的接收信号。注意，算术运算单元191可以通过从电刺激单元150接收关于所施加的电压的信息来检测电压的施加开始定时。

该步骤中所提取的信号充当在血液量已经因为电刺激而增加的定时处生成的光声波122的接收信号。因此，所提取出的信号中的很多是具有高S/N比率的信号。

由于光的速度异常快于光声波的速度，因此可以考虑在目标区域内的某些位置处在脉冲光112的照射的定时同时生成光声波。在此，用脉冲光112来照射被检体120的定时被看作生成由脉冲光112产生的光声波的定时。

此外，通常，电压施加时间t1设置为大于或等于10ms但不大于1000ms的时间。因此，算术运算单元191可以从存储单元192读出以下时段中所生成的光声波122的接收信号：该时段从当延迟时间t2从电压的施加开始定时经过时到当大于或等于10ms但不大于1000ms的时间经过时，作为血液量较大的时段。

注意，从当检测到电压的施加开始定时的时间经过了在通过将刺激目标区域与目标区域之间的血管的长度除以血流的速度所获得的时间之后，电刺激所产生的血流到达目标区域。因此，算术运算单元191可以根据电压的施加开始定时、关于刺激目标区域与目标区域之间的血管的长度的信息、以及关于血流的速度的信息，来确定用于应该被用于获取被检体信息的信号的提取开始定时。注意，由于对于每个被检体必须测量刺激目标区域与目标区域之间的距离以及血流的速度以便确定用于应该被如上所述使用的信号的提取开始定时，因此装置的大小可能较大。在此，血流指示作为电刺激所产生的血压波的脉冲波的传输。

提取开始定时可以选自对于各个刺激目标区域和目标区域解剖学区域预定的各定时当中。即，存储单元192可以具有关于刺激目标区域的类型、目标区域解剖学区域的类型、以及延迟时间t2的关系表。此外，光声装置可以具有输入单元170，被配置为接收用户所输入的刺激目标区域的类型以及目标区域解剖学区域的类型。例如，输入单元170可以被配置为使得：用户被允许从显示单元180上所显示的多个类型的解剖学区域当中选择刺激目标区域的类型和目标区域解剖学区域的类型。然后，算术运算单元191可以从存储单元192中所存储的关系表读出与通过输入单元170输入的解剖学区域的类型对应的延迟时间t2。算术运算单元191检测电压的施加开始定时，并且可以从在从存储单元192读出的延迟时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后生成的光声波122的接收信号当中提取期望的信号。注意，在此，刺激目标区域的类型和目标区域解剖学区域的类型已经描述为确定延迟时间t2所需的信息；然而，确定延迟时间t2所需的信息不限于此。例如，考虑甚至当使用相同类型的刺激目标区域和相同类型的目标区域解剖学区域时，延迟时间t2取决于例如被检体120的年龄而改变。因此，输入单元170可以被配置为除了刺激目标区域的类型和目标区域解剖学区域的类型之外还接收诸如被检体120的年龄之类的信息。即，输入单元170可以被配置为至少接收刺激目标区域的类型和目标区域解剖学区域的类型。然后，算术运算单元191可以从关系表读出与接收到的信息(如被检体120的年龄)对应的延迟时间t2。

此外，在已经预先确定光声装置的目标解剖学区域的情况下，存储单元192可以存储关于预先已经获得的延迟时间t2的信息。

注意，在可以忽略从电压的施加开始定时到当由电刺激产生的血流到达目标区域时的时段的情况下，电压的施加开始定时可以视为提取开始定时。即，在此情况下，延迟时间t2可以是0。

注意，考虑在延迟时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后在电压施加时间t1的时段期间血液量很大，并且在该实施例中对于接收信号设置提取定时；然而，提取定时的设置不限于此。例如，电压施加时间t1与特定肌肉的收缩时段对应；然而，可以存在这样的情况：取决于停留在特定血管中的血液量，在电压施加时间t1已经经过之前，大多数血液已经受泵送。即，可以存在这样的情况：与肌肉的收缩时段对应的时间不匹配对于泵送血液所需的时间。在此情况下，如图4的部分(c)所示，血液量可能仅在短于电压施加时间t1的时间t4期间增加。在此情况下，如图4的部分(d)所示，处理单元190可以使用在延迟时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后过去时间t4之前生成的光声波122的接收信号的至少一部分，来获取被检体信息。即，在延迟时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后经过电压施加时间t1之前获得的接收信号当中，处理单元190可以更有可能使用在延迟时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后过去一半电压施加时间t1之前获得的接收信号。

此外，例如，甚至在延迟时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后的电压施加时间t1中，可能存在这样的情况：待获取的接收信号的S/N比率在血液量不足够大的定时并不足够高。因此，算术运算单元191可以提取以下接收信号：该接收信号的幅度大于预定值并且该接收信号在延迟时间t2已经从电压的施加开始定时经过之后的电压施加时间t1中。

图5的部分(c)是示意性示出在每个定时获得的光声波122的接收信号的幅度的示图。图5的部分(c)所示的幅度的过渡被看作几乎匹配图3的部分(c)所示的血液量的过渡。据图5的部分(c)应理解，接收信号的幅度随着血液量增加而增加，并且仅对于特定时间t5变得大于预定值Ps。

算术运算单元191可以提取当接收信号的幅度变得大于预定值Ps时所生成的光声波122的接收信号，如图5的部分(d)所示。因此，可以在血液量大的时段期间有选择地提取具有特别高S/N比率的接收信号。

注意，不仅是与图3的部分(a)至(c)所示的序列并行实时运行的图3的部分(d)所示的序列，而且于在整个时段上完成图3的部分(a)至(c)的序列之后，还可以运行图3的部分(d)所示的序列。同样的情况应用于图4的部分(d)和图5的部分(d)所示的序列。

在该实施例中，已经从存储单元192中所存储的多个时间序列接收信号提取出期望的信号；然而，只要可以有选择地使用期望的信号并且可以获取被检体信息，方法就不限于该方法。例如，在从声波接收单元130输出的模拟电信号当中与当血液量较小时生成的光声波122的接收信号对应的电信号可以不存储在存储单元192中。因此，当血液量较大时生成的光声波122的接收信号有选择地存储在存储单元192中。算术运算单元191可以有选择地使用当血液量较大时生成的并且存储在存储单元192中的光声波122的接收信号来获取被检体信息。

(S400：用于根据提取出的接收信号来获取用于目标区域的被检体信息的步骤)

在该步骤中，算术运算单元191根据S300中提取的接收信号来获取用于目标区域的被检体信息。在该实施例中，算术运算单元191计算与在目标区域内的特定位置处的光声波122有关的所生成的声压信息(即初始声压分布)作为被检体信息，并且将初始声压分布存储在存储单元192中。

由于该步骤中所获得的初始声压分布是根据具有高S/N比率的并且在S300中所提取的信号计算的，因此初始声压分布的精度很高。因此，当算术运算单元191使得显示单元180显示存储单元192中所存储的初始声压分布的图像时，具有高图像质量(如高分辨率和高对比度)的图像可以呈现给用户。

注意，算术运算单元191也可以计算已经到达目标区域内的位置的脉冲光112的光通量(即光强度分布)。在该实施例中，算术运算单元191通过求解BinLuo和SailingHe,OpticsExpress,Vol.15,Issue10,pp.5905-5918(2007)中所描述的光学扩散方程来获取关于目标区域内的脉冲光112的光强度分布的信息，并且将该信息存储在存储单元192中。注意，只要可以在目标区域内获取光强度分布，算术运算单元191就可以通过使用任何方法来获取光强度分布。

随后，算术运算单元191可以使用目标区域内的并且存储在存储单元192中的初始声压分布和光强度分布根据表达式(1)来获取目标区域内的光学吸收系数分布作为被检体信息。

注意，在该步骤中，在S300中所提取的信号当中，算术运算单元191可以从通过执行光的一个脉冲的光照射所获得的时间序列接收信号来获取被检体信息的一个帧。此外，在S300中所提取的信号当中，算术运算单元191也可以从通过执行光照射多次所获得的多个时间序列接收信号来获取被检体信息的一个帧。此外，在给出周期性电刺激的情况下，可以使用与电刺激的一个时段对应的接收信号来获取一条被检体信息。即，算术运算单元191使用当血液量较大时生成的光声波122的接收信号的至少一部分来获取被检体信息。

(S500：用于基于被检体信息来显示图像的步骤)

在该步骤中，算术运算单元191基于在S400中所获取的被检体信息来生成图像数据。在此，算术运算单元191对被检体信息执行诸如亮度值转换之类的处理，并且生成用于执行显示单元180上的显示的图像数据。然后，算术运算单元191将被检体信息的所生成的图像数据发送到显示单元180，并且使显示单元180基于被检体信息显示图像。

使用上述被检体信息获取方法，可以减少血管内部的血液量对于待获取的被检体信息的精度的影响。

注意，类似地，根据该实施例的光声装置也可以通过使用不同波长的光来执行上述步骤而获取光学吸收系数分布。然后，作为被检体信息，算术运算单元191也可以通过使用与彼此不同的多个波长的光对应的多个光学吸收系数分布来获取关于组成被检体120的物质的浓度分布的信息。

注意，在对于多个波长，使用单个光源生成每个波长的光情况下，可能存在这样的情况：需要特定时间来执行从一个波长到另一波长的切换。在此，当在血液量较大的状态下一个波长切换到另一波长时，可以在血液量较大的状态下执行的光照射的次数可能减少，并且被检体信息的精度可能降低。因此，可以在血液量较小的状态下执行从一个波长到另一波长的切换。例如，当如图3的部分(b)所示给出周期性电刺激时，光照射单元110在血液量中发生如图3的部分(c)所示的周期性改变的一个时段内用第一波长λ1的光来照射被检体120。随后，光源111内的波长可调谐机构在该一个时段内血液量较小时的时段期间受驱动，使得光源111进入光源111能够生成第二波长λ2的光的状态。随后，光照射单元110在下一时段中用第二波长λ2的光来照射被检体120。

以此方式，可以在血液量较小并且确定不使用接收信号的时段中执行一个波长到另一波长的切换。因此，可以在血液量较大的状态下有效率地执行多个波长的光的照射，而不减少可以在血液量较大并且确定应使用接收信号的时段中执行的光照射的次数。此外，在该实施例中，由于可以有效率地获得可以被针对被检体信息的获取而提取的信号，因此可以有效率地改进被检体信息的获取的精度。

[第二实施例]

接下来，将描述使用与第一实施例相似的光声装置的根据第二实施例的被检体信息获取方法。

电刺激所产生的肌肉收缩的状态取决于施加时间或非施加时间而改变，因此，考虑当施加时间或非施加时间改变时对于目标区域的血液量改变的方式改变。此外，例如，血管的弹性和配置随着被检体而不同，并且因此，考虑血液的量相对于施加时间或非施加时间的改变而改变的方式随着被检体而不同。因此，考虑因为各被检体之间的个体差异，所以可以其中以高精度来获取被检体信息的施加时间或非施加时间随着被检体而不同。

因此，该实施例与第一实施例不同在于：从通过改变施加时间t1或非施加时间t3所获得的多条被检体信息当中获取一条期望的被检体信息。以下，与第一实施例中相似的配置或步骤由相同标号表示，并且将省略其详细描述。

图6示出根据第二实施例的用于获取被检体信息的流程图。

(S600：用于确定施加时间和非施加时间的设置值的步骤)

在该步骤中，控制器193确定用于由电刺激单元150施加的电压的施加时间t1和非施加时间t3的设置值。设置值的示例是用于在第一测量中施加的电压的施加时间t1和非施加时间t3的初始值，以及在待稍后描述的S800中改变的施加时间t1和非施加时间t3的设置值。

控制器193可以通过考虑关于电刺激的血管运动反应速度来确定施加时间t1和非施加时间t3处于从10ms到1000ms的范围内。施加时间t1和非施加时间t3的设置值可以是在发货时预设的，或也可以由用户使用例如输入单元170来输入。

此外，例如，用户可以使用输入单元170来输入关于S800中的施加时间t1或非施加时间t3的改变范围或设置值的间距的信息。然后，控制器193可以根据诸如所输入的改变范围或所输入的设置值的间距的之类信息来确定施加时间t1和非施加时间t3的设置值。

此外，控制器193可以确定施加时间t1和非施加时间t3的设置值，以使得在S800中，非施加时间t3是固定的而仅施加时间t1改变，或施加时间t1是固定的而仅非施加时间t3改变。

随后，在电刺激单元150中设置S600中所确定的施加时间t1和非施加时间t3，并且电刺激单元150在从S100到S400的处理中执行电刺激，并且因此，与第一实施例相似地获取被检体信息。注意，在该实施例中，将考虑这样的情况：算术运算单元191从响应于一个时段的电刺激所获得的接收信号中获取一条被检体信息。注意，用于获取一条被检体信息的接收信号可以是任意地设置的。

(S700：用于确定是否已经完成所有测量的步骤)

在该步骤中，控制器193确定是否已经完成用于S600中所确定的施加时间t1和非施加时间t3的所有测量。然后，在尚未完成所有测量的情况下，处理进入S800，而在已经完成所有测量的情况下，处理进入S900。

(S800：施加时间或非施加时间的改变)

在该步骤中，控制器193在电刺激单元150中设置在S600中所确定的施加时间t1和非施加时间t3的设置值当中迄今尚未在测量中设置的施加时间t1和非施加时间t3的设置值。

(S900：从多条被检体信息当中选择满足特定条件的一条被检体信息)

在该步骤中，控制器193从通过改变施加时间t1或非施加时间t3所获得的多条被检体信息当中选择满足特定条件的一条被检体信息。例如，控制器193可以使用被检体信息的分辨率作为测度来从多条被检体信息当中选择允许实现最高分辨率的一条被检体信息。注意，在预先已经已知对比度或解的情况下，例如，定量性可以用作评估的测度。此外，控制器193可以选择与具有其中测度相对于施加时间t1或非施加时间t3的变化而改变很小的范围的施加时间或非施加时间对应的一条被检体信息。

此外，算术运算单元191可以使显示单元180显示基于通过改变施加时间t1或非施加时间t3所获得的多条被检体信息的图像，并且用户可以使用输入单元170来选择期望的一条被检体信息。以此方式所选择的该条被检体信息可以看作满足某些条件的一条被检体信息。

然后，算术运算单元191使显示单元180显示基于S900中所选择的该条被检体信息的图像(S500)。

注意，被设置为获取S900中选择的被检体信息的施加时间t1和非施加时间t3可以设置在电刺激单元150中，并且可以再次执行从S100到S400的处理。此外，可以通过使用与被执行为选择一条被检体信息的被检体信息获取方法不同的方法来选择一条被检体信息。例如，在该实施例中，使用通过给出一个时段的电刺激所获得的接收信号来获取一条被检体信息；然而，也可以使用如下方式获得的接收信号来获取一条被检体信息：使用再次设置的施加时间t1和非施加时间t3来执行多个时段的电刺激。因此，可以获取具有比对于被检体信息选择所获得的一条被检体信息更高S/N比率的一条被检体信息。此外，例如，可以使用再次设置的施加时间t1和非施加时间t3来给出多个时段的电刺激，并且可以从对于多个时段所获得的接收信号针对各个时段获取多条被检体信息。因此，可以获取当使用满足某些条件的施加时间t1或非施加时间t3给出电刺激时所获得的多条时间序列被检体信息。

根据该实施例，甚至在各被检体之间存在个体差异的情况下，也可以对于每个被检体以高精度来获取被检体信息。

[第三实施例]

接下来，将描述使用与第一实施例或第二实施例相似的光声装置的根据第三实施例的被检体信息获取方法。

如上所述，考虑因为各被检体之间的个体差异，所以允许可以按高精度来获取被检体信息的施加时间t1或非施加t3时间随着被检体而不同。

因此，该实施例与第一实施例或第二实施例不同在于：处理单元190根据所获取的被检体信息的图像数据而改变施加时间t1或非施加时间t3。以下，与第一实施例或第二实施例中相似的配置或步骤由相同标号表示，并且将省略其详细描述。

图7示出根据第三实施例的用于获取被检体信息的流程图。

首先，与第二实施例相似，在从S100到S400的处理中，通过使用在S600中所确定的施加时间t1和非施加时间t3来执行电刺激而获取被检体信息。

(S100：用于确定被检体信息是否满足某些条件的处理)

在该步骤中，首先，控制器193确定通过使用在S600中所确定的施加时间t1和非施加时间t3来执行电刺激所获得的被检体信息是否满足特定条件。例如，控制器193计算关于图像质量的测度(如对比度、分辨率以及被检体信息的定量性)。在确定由控制器193计算的图像质量处于特定范围中的情况下，即，被检体信息满足某些条件，处理进入S500。注意，某些条件可以在发货时预设的，或也可以是由用户使用输入单元170输入的。

然后，算术运算单元191根据被确定为满足某些条件的被检体信息来生成图像数据，将该图像数据发送到显示单元180，并且使显示单元180显示基于被检体信息的图像(S500)。

注意，使基于S400中所获得的被检体信息的图像显示在显示单元180上，并且用户可以使用输入单元170来输入关于基于被检体信息的所显示的图像是否满足某些条件的信息。在此情况下，在S500之后执行S1000的处理。

与之对比，在控制器193确定被检体信息不满足某些条件的情况下，处理进入S800。然后，控制器193再次设置由电刺激单元150施加的电压的施加时间t1或非施加时间t3(S800)。

注意，在从S100到S400的处理已经执行两次或更多次的情况下，控制器193可以根据在每次执行的处理中所获得的被检体信息的图像质量以及关于用于获取图像质量的施加时间t1或非施加时间t3的信息来改变施加时间t1或非施加时间t3。例如，考虑这样的情况：当施加时间t1在第二被检体信息获取中比在第一被检体信息获取中改变为更长时，图像质量已经减少。在此情况下，控制器193可以执行控制，以使得施加时间t1在第三被检体信息获取中比在第一被检体信息获取中改变为更短。此外，还是在施加时间t1已经在第二被检体信息获取中比在第一被检体信息获取中改变为更短的情况下以及非施加时间t3改变的情况下，施加时间t1或非施加时间t3可以类似地改变为更长或更短，以使得期待图像质量方面的改进。因此，可以减少重复执行以实现期望图像质量的处理的次数。

此外，与第二实施例中相似，设置为获取允许图像质量处于特定范围中的被检体信息的施加时间t1和非施加时间t3可以被设置在电刺激单元150中，并且可以再次执行从S100到S400的处理。

根据该实施例，甚至在各被检体之间存在个体差异的情况下，也可以对于每个被检体以高精度来获取被检体信息。

以上，已经参照具体实施例描述了本发明的细节。然而，本发明不限于上述具体实施例，可以在不脱离本发明的技术构思的情况下修改实施例。

其它实施例

也可以通过以下来实现本发明的实施例：系统或装置的计算机，读出并且运行存储介质(其也可以更完整地被称为“非瞬时计算机可读存储介质”)上所记录的计算机可执行指令(例如一个或更多个程序)以执行上述实施例中的一个或更多个的功能，并且/或者包括用于执行上述实施例中的一个或更多个的功能的一个或更多个电路(例如专用集成电路(ASIC))；或该系统或装置的计算机所执行的方法，该方法通过例如从存储介质读出并且运行计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多个的功能和/或控制一个或更多个电路以执行上述实施例中的一个或更多个的功能来执行。该计算机可以包括一个或更多个处理器(例如中央处理单元(CPU))、微处理单元(MPU)，并且可以包括单独计算机或单独处理器的网络，以读出并且运行计算机可执行指令。该计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储件、光盘(如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)^TM)、闪存器件、存储卡等中的一个或更多个。

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

根据按照本发明的光声装置，可以减少血管内部的血液量对于要被获取的被检体信息的精度的影响。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将要赋予最宽泛的解释，以便包括所有这些修改以及等效结构和功能。

Claims (15)

1.一种光声装置，其特征在于包括：

光照射单元，被配置为用脉冲光来照射被检体多次；

接收单元，被配置为接收通过用从所述光照射单元发射的脉冲光来照射所述被检体所生成的光声波，并且输出与被执行多次的光照射对应的多个信号；

电刺激单元，被配置为在光照射被执行多次的同时将电压施加到所述被检体；以及

处理单元，被配置为根据所述多个信号来获取用于目标区域的被检体信息，其中，

在所述多个信号当中，所述处理单元使用与在从根据所述电压的施加开始定时所确定的提取开始定时到当开始于所述施加开始定时并且结束于电压的施加结束定时的第一时间段经过时的时段中生成的光声波对应的信号的至少一部分、而不使用与在从提取开始定时到当第一时间段经过时的时段外部生成的光声波对应的信号，来获取所述被检体信息。

2.如权利要求1所述的光声装置，其中，

所述处理单元在不使用与从提取开始定时到当比第一时间段更短的时间经过时的时段外部生成的光声波对应的信号的情况下获取所述被检体信息。

3.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述处理单元使用比与当从所述提取开始定时起第一时间段的一半经过时的时段中生成的光声波对应的信号更大数量的与从提取开始定时到当第一时间段的一半经过时的时段中生成的光声波对应的信号，来获取所述被检体信息。

4.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述处理单元使用所述多个信号当中幅度大于预定值的信号来获取所述被检体信息。

5.如权利要求1或2所述的光声装置，还包括：

输入单元，被配置为能够输入所述目标区域的至少一种类型的解剖学区域，其中，

所述处理单元：

存储关于所述目标区域的解剖学区域的类型和开始于施加开始定时并且结束于提取开始定时的第二时间段的关系表，

从所述关系表读出与通过所述输入单元输入的所述目标区域的解剖学区域的类型对应的第二时间段，以及

根据施加开始定时以及从所述关系表读出的第二时间段确定所述提取开始定时。

6.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述处理单元根据施加开始定时、关于电刺激目标区域与所述目标区域之间的距离的信息、以及关于血流的速度的信息来确定所述提取开始定时。

7.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述光照射单元按恒定重复频率用脉冲光照射所述被检体多次。

8.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述光照射单元包括光源，所述光源能够发射彼此不同的多个波长中的每一个的脉冲光，以及

所述光源在从所述提取开始定时到当所述第一时间段经过时的时段之外执行所述多个波长当中从一个波长到另一波长的切换。

9.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述处理单元：

存储从所述接收单元输出的所述多个信号，以及

从所存储的多个信号读出与在从所述提取开始定时到当所述第一时间段经过时的时段中生成的光声波对应的信号的至少一部分，并且根据所读出的一个或更多个信号来获取所述被检体信息。

10.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

在从所述接收单元输出的所述多个信号当中，所述处理单元存储与在从所述提取开始定时到当所述第一时间段经过时的时段中生成的光声波对应的信号的至少一部分，并且不存储与从所述提取开始定时到当所述第一时间段经过时的时段之外生成的光声波对应的信号。

11.如权利要求1至10中的任一项所述的光声装置，其中：

所述电刺激单元通过将大于或等于10ms但不大于1000ms的时间作为第一时间段来施加电压。

12.如权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述电刺激单元被配置为能够改变所述施加开始定时或所述施加结束定时。

13.一种光声装置，其特征在于包括：

光照射单元，被配置为用脉冲光照射被检体多次；

接收单元，被配置为接收通过用从所述光照射单元发射的脉冲光来照射所述被检体而生成的光声波，并且输出与被执行多次的光照射对应的多个信号；

电刺激单元，被配置为在光照射执行多次的同时将电压施加到所述被检体；以及

处理单元，被配置为根据所述多个信号来获取用于目标区域的被检体信息，其中，

在所述多个信号当中，根据关于所述电压的信息，所述处理单元使用与当用于所述目标区域的血液量较大时生成的光声波对应的信号的至少一部分、而不使用与当用于所述目标区域的血液量较小时生成的光声波对应的信号来获取用于所述目标区域的被检体信息。

14.一种被检体信息获取方法，根据在将电压施加到被检体之后通过接收用脉冲光照射被检体多次所生成的光声波而获得的多个信号来获取被检体信息，所述多个信号与被执行多次的光照射对应，其特征在于所述被检体信息获取方法包括：

选择性地在所述多个信号当中使用与在从根据电压的施加开始定时确定的提取开始定时到当开始于所述施加开始定时并且结束于电压的施加结束定时的第一时间段经过时的时段中生成的光声波对应的信号的至少一部分，来获取所述被检体信息。

15.一种非瞬时存储器，存储用于使计算机执行如权利要求14所述的被检体信息获取方法的程序。