CN105640499B

CN105640499B - 光声装置

Info

Publication number: CN105640499B
Application number: CN201510848332.XA
Authority: CN
Inventors: 大古场稔; 冈仁; 冈一仁
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2018-09-11
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: JP2016101418A; US20160150970A1; CN105640499A

Abstract

本发明公开了光声装置。根据本发明的光声装置包括：电刺激单元，该电刺激单元被配置为向被检体施加电压；和处理单元，该处理单元被配置为：设定光照射定时，使得在从根据所述电压的施加开始定时而确定的照射开始定时到从所述施加开始定时开始且在所述电压的施加结束定时结束的第一时间段经过时的时段中、利用脉冲光照射被检体至少一次，并且设定光照射定时，使得在从所述照射开始定时到所述第一时间段经过时的时段之外不利用脉冲光照射被检体。

Description

光声装置

技术领域

本发明涉及利用光声效应的光声装置。

背景技术

使用光的成像技术中的一种是光声成像技术。在光声成像中，首先利用从光源产生的脉冲光照射被检体。照射光通过被检体传播和扩散并且在被检体内的多个位置处被吸收，由此产生光声波。换能器将该光声波转换成电信号，并且处理装置通过对电信号执行分析处理来获取关于被检体内部的光学性能值的信息。

从被检体内的光吸收体产生的光声波的产生的声压P₀(以下，也称为初始声压)可由以下表达式表达。

P₀＝Γ·μ_a·Φ.........(1)

这里，Γ表示通过将体积膨胀系数β与声音的速度c的平方的乘积除以恒压比热C_p所获得的Grüneisen系数。Φ表示某一位置(局部区域(area))处的光强度(已到达光吸收体的光的强度，并且该光的强度也可被称为光通量(fluence))。

初始声压P₀可通过使用从已接收光声波的搜索单元输出的接收信号(PA信号)来获得。

在组织的类型被设定时，已知组织的Grüneisen系数具有几乎恒定的值。因此，通过对于多个位置测量并分析每个位置处的PA信号的时间变化，可获得光学吸收系数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公开了根据由于光而产生的光声波产生血管的光声图像的光声图像产生装置。

在假定血红蛋白是作为待测量对象的光吸收体的情况下，由于在血管中的血液的量小的区域中血红蛋白的量小，因此该区域的光学吸收系数相对低。因此，根据表达式(1)产生的光声波的声压低。即，在血液的量小的区域处产生的光声波的接收信号的信号与噪声(S/N)比相对低。因此，在通过光声装置获取目标区域的被检体信息时，在血液的量小的区域处被检体信息的精度(accuracy)可能低。

发明内容

本发明提供一种光声装置，该光声装置包括：光照射单元，该光照射单元被配置为利用脉冲光照射被检体；接收单元，该接收单元被配置为接收通过利用从所述光照射单元发射的脉冲光照射被检体而产生的光声波并输出信号；电刺激(stimulation)单元，该电刺激单元被配置为向被检体施加电压；以及处理单元，该处理单元被配置为设定所述光照射单元利用脉冲光照射被检体的光照射定时，并根据所述信号获取被检体信息。所述处理单元设定光照射定时，使得在从根据所述电压的施加开始定时而确定的照射开始定时到从所述施加开始定时开始且在所述电压的施加结束定时结束的第一时间段经过时的时段中、利用脉冲光照射被检体至少一次，并且设定光照射定时，使得在从所述照射开始定时到所述第一时间段经过时的时段之外不利用脉冲光照射被检体。

从以下参照附图的示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得清楚。

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种类型的序列的示图。

图4包括示出根据第一实施例的各种类型的序列的其它示图。

图5包括示出根据第一实施例的各种类型的序列的其它示图。

图6示出根据第二实施例的被检体信息获取方法的流程图。

图7示出根据第三实施例的被检体信息获取方法的流程图。

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，相同的结构要素由相同的附图标记表示，并且将省略其描述。

[第一实施例]

根据本实施例的光声装置是根据光声波的接收信号获取被检体信息的装置。根据本实施例的被检体信息是从通过光声效应产生的光声波的接收信号获得的关于被检体的信息。具体而言，被检体信息包括例如产生的声压(初始声压)、光学能量吸收密度、光学吸收系数和构成某一组织的物质的浓度。这里，物质的浓度包括例如氧饱和度、氧合血红蛋白浓度、还原血红蛋白浓度和总血红蛋白浓度。总血红蛋白浓度是氧合血红蛋白浓度与还原血红蛋白浓度的和。另外，诸如光学吸收系数分布和氧饱和度分布的分布数据可被视为被检体信息。

(基本配置)

将参照图1描述根据本实施例的光声装置的基本配置。

图1是示出根据本实施例的光声装置的配置的示意图。根据本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，这些要素的配置将在后面详细描述。

首先，从光源111发射的脉冲光112通过光学系统113引导。被检体120被利用从光学系统113发射的脉冲光112照射，并且脉冲光112到达被检体120内的光吸收体121。作为光吸收体121，通常使用活体中的血管，并且特别地，例如，使用存在于血管中的血红蛋白。光吸收体121吸收光的能量并且产生光声波122。产生的光声波122通过被检体120传播并且到达声波接收单元130。

声波接收单元130通过接收光声波122来输出时序接收信号。从声波接收单元130输出的接收信号被依次输入到处理单元190。

处理单元190通过使用输入的时序接收信号来产生目标区域的被检体信息。然后，处理单元190将产生的被检体信息的数据传送到显示单元180，并且使显示单元180显示基于目标区域的被检体信息的图像或数值。注意，目标区域可被预设，或者也可由用户通过使用输入单元170输入。目标区域被设定为包括被检体120的至少一部分。注意，被检体信息获取方法将在后面详细描述。

在假定血红蛋白是光吸收体时，由于血红蛋白的量在血管中的血液的量小的区域中小，因此该区域的光学吸收系数相对低。因此，根据表达式(1)产生的光声波的声压低。即，在血液的量小的区域处产生的光声波的接收信号的信号与噪声(S/N)比相对低。另外，在血液的量显著小的情况下，光声波的接收信号可能丢失在噪声中。因此，在通过光声装置获取目标区域的被检体信息时，被检体信息的精度在血液的量小的区域处可能低。

已知驻留在血管中的血液通过例如作为小腿肌肉的肌肉泵(肌肉收缩)被泵送(pump)，并且血液流动。然而，在通过某一肌肉泵执行的泵送的效果小且肌肉收缩的强度低的活体中，考虑被泵送的血液的量小且因此可能存在具有小量的血液的血管。另外，由于通过诸如小腿肌肉的肌肉泵而泵送的血液的量不是恒定的，因此血液的量按时间顺序改变。

鉴于上述问题，根据本实施例的光声装置包括给予电刺激的电刺激单元150。电刺激单元150可通过对刺激目标部位(region)给予电刺激来使刺激目标部位强制执行泵送。然后，通过由电刺激单元150导致的泵送，可增加静脉和末梢血管中的血液的量。即，考虑在电刺激单元150已对某一刺激目标部位给予电刺激之后出现血液流动的变化且目标区域的血液的量暂时增加。因此，处理单元190设定光照射单元110的光照射定时，使得在电刺激单元150已对某一刺激目标部位给予电刺激之后目标区域的血液的量增加时利用光照射被检体120。即，处理单元190设定光照射单元110的光照射定时，使得在电刺激单元150已对某一刺激目标部位给予电刺激之后目标区域的血液的量小时不利用光照射被检体120。

以该方式，可选择性地在血液的量大即用作光吸收体的血红蛋白的量大时执行光照射，因此可获取多个具有高S/N比的光声波的接收信号。于是，根据本实施例，存在低的可能性的是在血液的量小时所产生的且具有低S/N比的光声波的接收信号被包含。这些使得能够根据具有高S/N比的接收信号以高精度获取目标区域的被检体信息。注意，光照射定时的细节将在后面描述。

以下，将描述根据本实施例的光声装置的构成块。

(光源111)

光源111可以是能够产生具有纳秒到微秒量级的脉冲宽度的脉冲光的脉冲光源。具体而言，可以使用约1～100纳秒的脉冲宽度。另外，可以使用400nm～约1600nm的范围中的波长。特别地，在执行活体表面附近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。与之相对照，在执行活体内深的部分的成像时，可以使用具有不被活体的背景组织吸收很多的波长(大于或等于700nm但不大于1100nm)的光。注意，也可使用太赫波、微波和无线电波的范围。

具体而言，激光器可以被用作光源111。另外，在通过使用具有多个波长的光执行测量时，可以使用能够改变要被振荡的波长的激光器。注意，在利用具有多个波长的光照射被检体120的情况下，可通过对激光器中的每一个执行振荡的切换或者通过交替执行照射，来使用振荡彼此不同的各波长的多个激光器。在使用多个激光器的情况下，数个激光器也一起被称为光源。

可使用诸如固态激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器的各种激光器作为激光器。特别地，诸如Nd∶YAG激光器和紫翠玉激光器的脉冲激光器可以被使用。另外，使用Nd∶YAG激光作为激励光的Ti∶sa激光器和光学参数振荡器(OPO)激光器也可被使用。另外，例如，可使用发光二极管代替激光器。

(光学系统113)

光学系统113使脉冲光112从光源111向被检体120行进。诸如透镜、镜子和光纤的光学元件可被用作光学系统113。另外，根据本实施例的光学系统113包括用于改变脉冲光112的行进方向的光学镜子114、光调整单元115和扩散器116。

光学系统113的发光单元可以通过使用例如扩散器116来增加脉冲光112的光束直径，并且在将例如乳房视为被检体的活体信息获取装置中执行照射。与之相对照，光学系统113的发光单元可以由透镜等构成，并且可以通过聚焦光束直径来执行照射，以增加光声显微镜的分辨率。

另外，光学系统113可包括能够调整从光源111发射的脉冲光112的衰减量的光调整单元115。能够调整脉冲光112的衰减量的每个单元(诸如机械快门(shutter)或液晶快门)可被用作光调整单元115。注意，这里，“不执行脉冲光照射”不仅指示要利用其执行照射的脉冲光的强度被设定为零的情况，而且指示执行其强度已衰减到难以检测由脉冲光产生的光声波的水平的脉冲光照射的情况。可以说，在本发明中，调整脉冲光112的衰减量的光学系统113根据从电刺激估计的血液的量来对脉冲光112的衰减量执行加权。

另外，光学系统113可相对于被检体120移动，这使得能够对被检体120的宽范围成像。

注意，可在不使用光学系统113的情况下直接由光源111利用光照射被检体120。

(被检体120)

尽管被检体120不是根据本发明的光声装置的一部分，但是将在以下描述被检体120。根据本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以及化疗治疗的后续过程。因此，活体，或者具体而言，诸如人体或动物的乳房、颈部或腹部的部位可以是被检体120。

另外，被检体120内的具有相对高的光学吸收系数的物质可以被用作被检体120内的光吸收体121。例如，在人体是测量目标时，包含许多氧合血红蛋白、还原血红蛋白或两者的血管、或者在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包括一个或多个转换元件和壳体。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成电信号，就可使用任何转换元件。这种转换元件的示例是利用例如锆钛酸铅(PZT)的压电现象的压电元件、利用光学共振的转换元件和诸如电容式微加工超声换能器(CMUT)的电容转换元件。在包括多个转换元件的情况下，可以以被称为1D阵列、1.5D阵列、1.75D阵列或2D阵列的布置来布置所述多个转换元件，以便在平坦表面或弯曲表面中对准。

另外，为了获取宽范围的被检体信息，声波接收单元130可以被配置为由扫描机构(未示出)相对于被检体120移动。另外，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被移动。

另外，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具有供用户把握(grip)声波接收单元130的把握部分。另外，声波接收单元130的接收表面可具有声学透镜。另外，声波接收单元130可具有多个转换元件。

另外，声波接收单元130可具有放大从转换元件输出的时序模拟信号的放大器。

(电刺激单元150)

电刺激单元150是对刺激目标部位给予电刺激并且使刺激目标部位执行泵送的设备。通常，电刺激单元150包括刺激用(stimulation-use)电极和用于向刺激用电极施加电压的电源。该电压被从电源向刺激用电极施加，并且从刺激用电极向刺激目标部位给予电刺激。例如，在日本专利公开No.2014-133123中描述的电刺激系统可被用作电刺激单元150。

电刺激单元150可给予单个非周期性电刺激，但也可给予周期性电刺激。

(输入单元170)

输入单元170从用户(主要是检查者，诸如医疗工作者)接收各种类型的输入，并且经由系统总线向诸如处理单元190的单元传送输入的信息。例如，通过输入单元170，用户可设定关于成像的参数设定、命令成像的开始、设定诸如目标区域的范围和形状的观察参数设定、以及执行关于图像的其它图像处理操作。

输入单元170可包括鼠标、键盘、触摸板等，并且根据由用户执行的操作向在控制器193上运行的诸如操作系统(OS)的软件程序通知事件。另外，手持光声装置可以具有用于命令光照射单元110的驱动的输入单元170。设置在探测器处的按钮型开关或脚踏开关可被用作输入单元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)显示器等可被用作显示单元180。注意，显示单元180可不包括在根据本实施例的光声装置中，并且可单独地准备并与光声装置连接。

(处理单元190)

用作计算机的处理单元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输出的时序模拟接收信号，并且执行诸如模拟接收信号的放大、模拟接收信号的模拟到数字(AD)转换和数字化接收信号的存储的信号处理。一般地，称为数据获取系统(DAS)的电路可被用作执行这样的处理的算术运算单元191。具体而言，算术运算单元191包括放大接收信号的放大器、和数字化模拟接收信号的AD转换器等。

另外，算术运算单元191可通过使用接收信号来获取被检体120中的位置处的产生的声压信息。被检体120内的位置处获得的产生的声压信息也被称为被检体120内的初始声压分布。注意，在光声装置是光声断层装置的情况下，算术运算单元191可通过使用获取的接收信号重构图像，来获得与作为二维或三维空间坐标的位置对应的产生的声压数据。算术运算单元191可使用诸如通用背投影(UBP)方法、滤波背投影(FBP)方法或基于模型的方法的已知重构方法作为图像重构方法。另外，算术运算单元191也可使用整相加算(延迟求和)处理作为图像重构方法。

另外，在对获取的接收信号执行包络检测之后，算术运算单元191可沿某一转换元件的指向方向(通常沿深度方向)绘制在得到的信号中沿时间轴方向获得的幅度值。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，并可由此获取初始声压分布数据。特别地，在光声装置是光声显微镜的情况下，可以使用该方法。

诸如中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)的处理器、或者诸如场可编程门阵列(FPGA)芯片的算术运算单元可被用作执行用于获取产生的声压信息的处理的算术运算单元191。注意，算术运算单元191不仅可由一个处理器或一个算术运算电路构成，而且可由多个处理器或多个算术运算电路构成。

存储单元192可存储在AD转换之后获得的接收信号、各种类型的分布数据、显示的图像数据和各种类型的测量参数等。另外，通过使用后面要描述的被检体信息获取方法而执行的处理可作为要由处理单元190内的控制器193执行的程序存储在存储单元192中。注意，其中存储程序的存储单元192是非暂时性记录介质。存储单元192通常由存储介质构成，该存储介质的示例是先入先出(FIFO)存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和硬盘。注意，存储单元192不仅可由一个存储介质构成，而且可由多个存储介质构成。

另外，处理单元190包括用于控制光声装置的构成块的操作的控制器193。控制器193经由总线供给光声装置的构成块所需要的控制信号和数据。具体而言，控制器193供给用于命令光源111发光的发光控制信号、用于声波接收单元130内的转换元件的接收控制信号等。通常，CPU被用作控制器193。

注意，包括在处理单元190中的单元可被构成为集成设备，或者也可被构成为单独的设备。另外，算术运算单元191和控制器193可被构成为单个设备。即，处理单元190可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]

下面，将使用图2来描述使用根据本实施例的光声装置获取被检体信息的流程图。控制器193读出存储在存储单元192中且其中被检体信息获取方法被描述的程序，并且使光声装置执行以下的被检体信息获取方法。

(S100：用于给予电刺激的步骤)

在本步骤中，电刺激单元150对被检体120的刺激目标部位给予电刺激。这里，关于由电刺激单元150施加的电压的信息被传送到处理单元190，并且在S200中被用作光照射触发信号。在本步骤中，电刺激单元150的刺激用电极适当地位于可从其对刺激目标部位给予电刺激的位置处。例如，在目标区域是右大腿的情况下，电刺激单元150的刺激用电极可被布置为夹住右小腿。

图3的部分(a)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(a)中所示的施加电压是周期性施加电压，该周期性施加电压的循环期(cycle)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部位的肌肉的收缩时段对应，并且被认为是泵送血液的时段。电刺激单元150不施加电压的时段与刺激目标部位的肌肉的松弛时段对应。注意，这里，从施加开始定时开始且在由电刺激单元150施加的电压的施加结束定时处结束的时间t1也被称为“施加时间”。另外，这里，从施加结束定时开始且在由电刺激单元150施加的电压的下一施加开始定时处结束的时间t3也被称为“非施加时间”。

图3的部分(b)是示出目标区域的血液的量的变化的示图。对于图3的部分(b)，假定由电刺激以外的因素导致的血液的量的变化小的情况。

如从图3的部分(b)可理解的，目标区域的血液的量在电压的施加开始定时处不增加，但在从电压的施加开始定时起的作为时间t2的某一延迟之后增加，该时间t2是由电刺激导致的血液流动到达目标区域所需的。考虑在从电压的施加开始定时已经过时间t2之后血液的量大的时段被保持长达作为电压施加时间的施加时间t1。

这里，从电压的施加开始定时开始且在由电刺激导致的血液流动到达目标区域的时间处结束的时间t2也被称为“延迟时间”。

(S200：用于根据由电刺激单元施加的电压在目标区域的血液的量大时执行光照射的步骤)

在本步骤中，控制器193根据由电刺激单元150施加的电压确定由于电刺激而目标区域的血液的量大的定时。然后，控制器193设定光照射单元110的光照射定时，使得光照射单元110在该定时处利用脉冲光112照射被检体120。与之相对照，控制器193设定光照射单元110的光照射定时，使得在目标区域的血液的量小时光照射单元110不利用脉冲光112照射被检体120。

控制器193根据在S100中施加的电压向光照射单元110供给照射控制信号。光照射单元110基于从控制器193供给的照射控制信号在光照射定时处利用脉冲光112照射被检体120。脉冲光112被被检体120吸收，并且通过光声效应产生光声波122。

图3的部分(c)示出由控制器193向光照射单元110供给的照射控制信号的示例。在图3的部分(c)中，在“1”的状态下执行照射，而在“0”的状态下不执行照射。控制器193供给照射控制信号，使得光照射单元110在从自电压的施加开始定时经过延迟时间t2时到经过电压施加时间t1时的时段中利用脉冲光112照射被检体120。即，控制器193供给照射控制信号，使得在由电刺激导致的血液流动在目标区域处存在且血液的量大的时段中执行光照射。与之相对照，控制器193供给照射控制信号，使得在血液的量大的时段之外不执行光照射。注意，控制器193可通过从电刺激单元150接收关于施加电压的信息来检测电压的施加开始定时。

由于光的速度与光声波的速度相比非常快，因此可考虑在目标区域内的某些位置处在脉冲光112的照射定时处同时产生光声波。这里，利用脉冲光112照射被检体120的定时被视为产生由脉冲光112导致的光声波的定时。

另外，通常，电压施加时间t1被设定为大于或等于10ms但不大于1000ms的时间。因此，光照射单元110可在从自电压的施加开始定时经过延迟时间t2时到经过大于或等于10ms但不大于1000ms的时间时的时段中执行光照射，该时段作为血液的量大的时段。

注意，在从检测到电压的施加开始定时的时间经过通过将刺激目标部位与目标区域之间的血管长度除以血液流动的速度所获得的时间之后，由电刺激导致的血液流动到达目标区域。因此，控制器193可根据电压的施加开始定时、关于刺激目标部位与目标区域之间的血管长度的信息和关于血液流动的速度的信息来确定光照射开始定时。注意，由于为了如上所述确定光照射开始定时必须对于每个被检体测量刺激目标部位与目标区域之间的距离以及血液流动的速度，因此装置的尺寸可能大。这里，血液流动指示脉冲波的传播，该脉冲波是由于电刺激而产生的血压波。

光照射开始定时可以从对于各刺激目标部位和目标区域解剖部位预定的定时当中选择。即，存储单元192可具有关于刺激目标部位的类型、目标区域解剖部位的类型和延迟时间t2的关系表。另外，光声装置可以具有被配置为接收由用户输入的刺激目标部位的类型和目标区域解剖部位的类型的输入单元170。例如，输入单元170可被配置为使得允许用户从在显示单元180上显示的解剖部位的多个类型当中选择刺激目标部位的类型和目标区域解剖部位的类型。然后，控制器193可从存储在存储单元192中的关系表读出与通过输入单元170输入的解剖部位的类型对应的延迟时间t2。控制器193检测电压的施加开始定时，并且可在从电压的施加开始定时已经过从存储单元192读出的延迟时间t2之后开始光照射。

注意，这里，刺激目标部位的类型和目标区域解剖部位的类型已被描述为确定延迟时间t2所需要的信息；然而，确定延迟时间t2所需要的信息不限于此。例如，考虑即使在使用同一类型的刺激目标部位和同一类型的目标区域解剖部位时延迟时间t2也根据例如被检体120的年龄改变。因此，输入单元170可以被配置为除了刺激目标部位的类型和目标区域解剖部位的类型以外还接收诸如被检体120的年龄的信息。即，输入单元170可以被配置为至少接收刺激目标部位的类型和目标区域解剖部位的类型。然后，控制器193可以从关系表读出与诸如被检体120的年龄的接收信息对应的延迟时间t2。

另外，在光声装置的目标解剖部位已被预定的情况下，存储单元192可以存储事先已获得的关于延迟时间t2的信息。

注意，在从电压的施加开始定时到由电刺激导致的血液流动到达目标区域时的时段可被忽略的情况下，电压的施加开始定时可被视为光照射开始定时。即，在该情况下，延迟时间t2可为0。

另外，在血液的量大的时段中，光照射单元110可执行仅一个光脉冲的照射，或者也可执行多个光脉冲的照射。即，在血液的量大的时段中，光照射单元110执行脉冲光112的至少一个脉冲的照射。

注意，在光源111是其中可能产生热的灯激励固态激光器的情况下，可以以某一重复频率执行发光，以稳定地驱动光源111。然后，可以通过光学系统113控制被检体120的光照射定时。图3的部分(d)示出光源111的驱动序列，并且示出在“接通(on)”期间发射光而在“关断(off)”期间不发射光。如从图3的部分(d)可理解的，光源111如上所述以某一重复频率(10Hz)发光。另外，图3的部分(e)示出光学系统113的驱动序列，并且示出光调整单元115使从光源111发射的光在“T”处从中通过，并且光调整单元115在“S”处阻挡从光源111发射的光。以该方式，光照射单元110可根据图3的部分(c)中所示的照射控制信号利用脉冲光112选择性地照射被检体120。

注意，由光照射单元110执行的光照射定时控制方法不限于图3的部分(a)～(e)中所示的方法。只要可在血液的量大时选择性地执行光照射，就可使用任何方法。例如，如图4中所示，可通过控制光源111的发光定时的控制器193来控制光照射定时。图4的部分(a)～(e)中所示的序列类型与图3的部分(a)～(e)中所示的序列类型相同。如从图4的部分(d)可理解的，光源111由控制器193控制，使得光源111在血液的量小时不发光而在血液的量大时发光。与之相对照，光调整单元115由控制器193控制，使得由光源111产生的脉冲光112总是通过光调整单元115。注意，在该情况下，光照射单元110不必包括光调整单元115。另外，在该情况下，由于光源111的发光的次数可减少，因此可减少构成光源111的部分的劣化。

另外，如手持光声装置那样，假定设置用作从用户接收用于驱动光照射单元110的命令的开关的输入单元170的情况。在该情况下，光照射单元110可以被配置，使得根据电刺激仅在血液的量大并且已从开关接收关于用于驱动光照射单元110的命令的信息时执行脉冲光112的照射。即，光照射单元110可以被配置，使得在血液的量小时或者在没有从开关接收关于用于驱动光照射单元110的命令的信息时不执行光照射。这里，“接收关于用于驱动的命令的信息”包括获取指示导致驱动光照射单元110的信号和获取指示不导致驱动光照射单元110的信号两者。

注意，在本实施例中，考虑在从电压的施加开始定时已经过延迟时间t2之后的电压施加时间t1的时段期间血液的量大，并且设定光照射定时；然而，光照射定时的设定不限于此。例如，电压施加时间t1与某一肌肉的收缩时段对应；然而，可能存在这样的情况：根据驻留在某一血管中的血液的量，在已经过电压施加时间t1之前血液中的大部分已被泵送。即，可能存在与肌肉的收缩时段对应的时间不与泵送血液所需要的时间匹配的情况。在该情况下，如图5的部分(b)中所示，血液的量可能仅在比电压施加时间t1短的时间t4期间增加。在该情况下，如图5的部分(c)中所示，控制器193可以控制光照射单元110，使得在从电压的施加开始定时已经过延迟时间t2之后、在已经过时间t4之前执行脉冲光112的照射至少一次。即，控制器193可以控制光照射单元110，使得光照射单元110在从自电压的施加开始定时经过延迟时间t2时到经过电压施加时间t1的一半时的时段中比在从电压施加时间t1的一半时的时段中执行其强度更高的脉冲光112的照射。

(S300：用于获取光声波的接收信号的步骤)

在本步骤中，声波接收单元130接收由在S200中利用其执行照射的脉冲光112产生的光声波122，并且输出时序模拟接收信号。算术运算单元191收集从声波接收单元130输出的时序模拟接收信号，并且执行诸如模拟接收信号的放大和模拟接收信号的AD转换的信号处理。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。存储在存储单元192中的时序接收信号数据也被称为光声数据。在本发明中，接收信号在概念上包括模拟信号和数字信号。在本步骤中，可选择性地获取具有高S/N比的信号，该信号是通过在目标区域的血液的量大时执行脉冲光112的照射而获得的。

(S400：用于根据接收信号获取目标区域的被检体信息的步骤)

在本步骤中，用作处理单元的算术运算单元191根据在S300中获取的接收信号获取目标区域的被检体信息。在本实施例中，算术运算单元191根据存储在存储单元192中的接收信号计算关于目标区域内的某些位置处的光声波122的产生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。

由于在本步骤中获得的初始声压分布是根据具有高S/N比且在S300中获得的接收信号计算的，因此初始声压分布的精度高。因此，在算术运算单元191使显示单元180显示存储在存储单元192中的初始声压分布的图像时，可向用户呈现具有诸如高分辨率和高对比度的高图像质量的图像。

注意，算术运算单元191也可计算已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。在本实施例中，算术运算单元191能够通过求解在Bin Luo和Sailing He，Optics Express，Vol.15，Issue 10，pp.5905-5918(2007)中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可通过使用存储在存储单元192中且目标区域内的初始声压分布和光强度分布根据表达式(1)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，在本步骤中，算术运算单元191可从通过执行一个光脉冲的光照射而获得的时序接收信号获取一个帧的被检体信息，或者也可从通过多次执行光照射而获得的多个时序接收信号获取一个帧的被检体信息。另外，在给予周期性电刺激的情况下，可通过使用与电刺激的一个周期对应的接收信号来获取被检体信息。

另外，例如，即使在从电压的施加开始定时已经过延迟时间t2之后的电压施加时间t1中，也可能存在在血液的量不足够大的定时处要获取的接收信号的S/N比不足够高的情况。因此，算术运算单元191可以通过使用其幅度比预定值大的接收信号来获取被检体信息。

(S500：用于显示基于被检体信息的图像的步骤)

在本步骤中，算术运算单元191基于在S400中获取的被检体信息产生图像数据。这里，算术运算单元191对被检体信息执行诸如亮度值转换的处理，并且产生用于在显示单元180上执行显示的图像数据。然后，算术运算单元191向显示单元180传送产生的被检体信息的图像数据，并且使显示单元180显示基于被检体信息的图像。

利用上述被检体信息获取方法，可减少目标区域的血液的量对被检体信息的精度的影响。

注意，类似地，根据本实施例的光声装置也可通过使用不同波长的光执行上述步骤来获取光学吸收系数分布。然后，算术运算单元191也可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作为被检体信息。

注意，在对于多个波长通过使用单个光源产生每个波长的光的情况下，可能存在需要某一时间以执行从一个波长到另一个波长的切换的情况。这里，在一个波长在血液的量大的状态下切换到另一个波长时，可在血液的量大的状态下执行的光照射的次数可降低并且被检体信息的精度可能降低。因此，可以在血液的量小的状态下执行从一个波长到另一个波长的切换。例如，在如图3的部分(b)中所示的那样给予周期性电刺激时，光照射单元110在血液的量出现如图3的部分(c)中所示的周期性变化的一个周期内利用第一波长λ1的光照射被检体120。随后，在所述一个周期内血液的量小的时段期间驱动光源111内的波长可调机构，并且使光源111进入光源111能够产生第二波长λ2的光的状态。随后，光照射单元110在下一周期中利用第二波长λ2的光照射被检体120。

以该方式，可以在血液的量小且确定不执行光照射的时段中执行一个波长到另一个波长的切换。作为结果，可在血液的量大的状态下有效地执行多个波长的光照射，而不减少可在血液的量大且确定应当执行光照射的时段中执行的光照射的次数。

[第二实施例]

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

由电刺激导致的肌肉收缩状态根据施加时间或非施加时间改变，因此考虑在施加时间或非施加时间改变时血液的量对于目标区域改变的方式改变。另外，例如，血管的弹性和构造在被检体与被检体之间不同，因此考虑血液的量相对于施加时间或非施加时间的变化而改变的方式在被检体与被检体之间不同。因此，考虑由于被检体之间的个体差异，可以高精度获取被检体信息的施加时间或非施加时间在被检体与被检体之间不同。

因此，本实施例与第一实施例的不同在于，从通过改变施加时间t1或非施加时间t3获得的多条被检体信息当中获取希望的被检体信息。以下，与第一实施例中类似的配置或步骤由相同的附图标记表示，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定值的步骤)

在本步骤中，控制器193确定由电刺激单元150施加的电压的施加时间t1和非施加时间t3的设定值。设定值的示例是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，以及在后面要描述的S800中改变的施加时间t1和非施加时间t3的设定值。

控制器193可以通过考虑相对于电刺激的血管运动反应速度确定施加时间t1和非施加时间t3二者均处于10ms～1000ms的范围内。施加时间t1和非施加时间t3的设定值可在装运时被预设，或者也可由用户通过使用例如输入单元170输入。

另外，例如，用户可通过使用输入单元170输入关于S800中的施加时间t1或非施加时间t3的变化范围或设定值的间距的信息。然后，控制器193可根据诸如输入的变化范围或输入的设定值的间距的信息确定施加时间t1和非施加时间t3的设定值。

另外，控制器193可确定施加时间t1和非施加时间t3的设定值，使得，在S800中，非施加时间t3被固定且仅施加时间t1被改变，或者施加时间t1被固定且仅非施加时间t3被改变。

随后，在S100～S400的处理中，在电刺激单元150中设定在S600中设定的施加时间t1和非施加时间t3，并且电刺激单元150执行电刺激，并且作为结果，与如第一实施例中那样类似地获取被检体信息。注意，在本实施例中，将考虑算术运算单元191从响应于一个周期的电刺激而获得的接收信号获取被检体信息的情况。注意，用于获取被检体信息的接收信号可被任意地设定。

(S700：用于确定所有测量是否已完成的步骤)

在本步骤中，控制器193确定对于在S600中确定的施加时间t1和非施加时间t3的所有测量是否已完成。然后，在所有测量还没有完成的情况下，处理前进到S800，而在所有测量已完成的情况下，处理前进到S900。

(S800：施加时间或非施加时间的改变)

在本步骤中，控制器193在电刺激单元150中设定在S600中确定的施加时间t1和非施加时间t3的设定值当中的、在到目前为止执行的测量中还没有被设定的施加时间t1和非施加时间t3的设定值。

(S900：从多条被检体信息当中选择满足某些条件的被检体信息)

在本步骤中，控制器193从通过改变施加时间t1或非施加时间t3获得的多条被检体信息当中选择满足某些条件的被检体信息。例如，控制器193可通过使用被检体信息的分辨率作为量度(measure)来从多条被检体信息当中选择利用其实现最高分辨率的被检体信息。注意，在对比度或分辨率事先已知的情况下，例如，可使用定量性(quantitativeness)作为评价的量度。另外，控制器193可以选择与具有其中相对于施加时间t1或非施加时间t3的变动量度的变化小的范围的施加时间或非施加时间对应的被检体信息。

另外，算术运算单元191可使显示单元180显示基于通过改变施加时间t1或非施加时间t3而获得的多条被检体信息的图像，并且用户可通过使用输入单元170选择希望的被检体信息。以该方式选择的被检体信息可被视为所述满足某些条件的被检体信息。

然后，算术运算单元191使显示单元180显示基于在S900中选择的被检体信息的图像(S500)。

注意，可在电刺激单元150中设定被设定为获取在S900中选择的被检体信息的施加时间t1和非施加时间t3，并且可再次执行S100～S400的处理。另外，可以通过使用与被执行以选择被检体信息的被检体信息获取方法不同的方法来选择被检体信息。例如，在本实施例中，使用通过给予一个周期的电刺激而获得的接收信号来获取被检体信息；然而，也可使用通过利用再次设定的施加时间t1和非施加时间t3执行多个周期的电刺激而获得的接收信号，来获取被检体信息。作为结果，可获取具有比针对被检体信息选择而获得的被检体信息高的S/N比的被检体信息。另外，例如，通过使用再次设定的施加时间t1和非施加时间t3给予多个周期的电刺激，并且可从多个周期获得的接收信号来对于各周期获取被检体信息。作为结果，可获取在通过使用满足某些条件的施加时间t1或非施加时间t3给予电刺激时所获得的时序被检体信息。

根据本实施例，即使在被检体之间存在个体差异的情况下，也可对于每个被检体以高精度获取被检体信息。

[第三实施例]

下面，将描述使用与第一或第二实施例中类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，考虑由于被检体之间的个体差异，可以高精度获取被检体信息的施加时间t1或非施加时间t3在被检体与被检体之间不同。

因此，本实施例与第一实施例或第二实施例的不同在于，处理单元190根据获取的被检体信息的图像数据改变施加时间t1或非施加时间t3。以下，与第一实施例或第二实施例中类似的配置或步骤由相同的附图标记表示，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，与如第二实施例中那样类似地，在S100～S400的处理中，通过使用在S600中确定的施加时间t1和非施加时间t3执行电刺激来获取被检体信息。

(S1000：用于确定被检体信息是否满足某些条件的处理)

在本步骤中，首先，控制器193确定通过使用S600中确定的施加时间t1和非施加时间t3执行电刺激而获得的被检体信息是否满足某些条件。例如，控制器193计算诸如被检体信息的对比度、分辨率和定量性的关于图像质量的量度。在确定由控制器193计算的图像质量处于一定范围中即被检体信息满足某些条件的情况下，处理前进到S500。注意，某些条件可在装运时被预设，或者也可由用户通过使用输入单元170输入。

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产生图像数据，向显示单元180传送该图像数据，并且使显示单元180显示基于被检体信息的图像(S500)。

注意，使基于在S400中获得的被检体信息的图像在显示单元180上被显示，并且用户可通过使用输入单元170输入关于基于被检体信息的显示图像是否满足某些条件的信息。在该情况下，在S500之后执行S1000的处理。

与之相对照，在控制器193确定被检体信息不满足某些条件的情况下，处理前进到S800。然后，控制器193再次设定由电刺激单元150施加的电压的施加时间t1或非施加时间t3(S800)。

注意，在S100～S400的处理已被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和关于用于获取图像质量的施加时间t1或非施加时间t3的信息改变施加时间t1或非施加时间t3。例如，考虑在施加时间t1在第二被检体信息获取中比在第一被检体信息获取中变为更长时图像质量降低的情况。在该情况下，控制器193可执行控制，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变为更短。另外，在施加时间t1在第二被检体信息获取中比在第一被检体信息中已变为更短的情况下以及在非施加时间t3改变的情况下，施加时间t1或非施加时间t3也可类似地变为更长或更短，使得有望提高图像质量。作为结果，为了实现希望的图像质量重复执行处理的次数可减少。

另外，与如第二实施例中那样类似地，可在电刺激单元150中设定被设定为获取图像质量处于某一范围中的被检体信息的施加时间t1和非施加时间t3，并且可再次执行S100～S400的处理。

其它实施例

也可通过读出并执行记录在存储介质(也可被更完整地称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个的功能并且/或者包括用于执行上述实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机，和通过由系统或装置的计算机通过例如读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个的功能并且/或者控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个的功能所执行的方法，来实现本发明的实施例。计算机可包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可包括单独的计算机或单独的处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储、光盘(诸如紧致盘(CD)、数字万用盘(DVD)或蓝光盘(BD)^TM)、快闪存储器设备、存储器卡等中的一个或多个。

以上，已参照具体的实施例描述了本发明的细节。但是，本发明不限于上述具体的实施例，并且可在不背离本发明的技术概念的情况下修改实施例。

通过根据本发明的光声装置，可减少血管内的血液的量对要获取的被检体信息的精度的影响。

尽管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。随附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种光声装置，其特征在于，包括：

光照射单元，该光照射单元被配置为利用脉冲光照射被检体；

接收单元，该接收单元被配置为接收通过利用从所述光照射单元发射的脉冲光照射被检体而产生的光声波并输出信号；

电刺激单元，该电刺激单元被配置为向被检体施加电压；以及

处理单元，该处理单元被配置为设定所述光照射单元利用脉冲光照射被检体的光照射定时，并根据所述信号获取目标区域的被检体信息，其中，

所述处理单元

设定光照射定时，使得在从根据所述电压的施加开始定时而确定的照射开始定时到从所述施加开始定时开始且在所述电压的施加结束定时结束的第一时间段经过时的时段中、利用脉冲光照射被检体至少一次，并且

设定光照射定时，使得在从所述照射开始定时到所述第一时间段经过时的时段之外不利用脉冲光照射被检体。

2.根据权利要求1所述的光声装置，其中，

所述处理单元设定光照射定时，使得在从所述照射开始定时到比所述第一时间段短的时间经过时的时段之外不利用脉冲光照射被检体。

3.根据权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述处理单元设定光照射定时，使得在从所述照射开始定时到所述第一时间段的一半经过时的时段中比在从自所述照射开始定时经过所述第一时间段的一半时的时段中，利用其强度更高的脉冲光照射被检体。

4.根据权利要求1或2所述的光声装置，还包括：

输入单元，该输入单元被配置为能够至少输入所述目标区域的解剖部位的类型，其中，

所述处理单元

存储关于所述目标区域的解剖部位的类型与从所述施加开始定时开始且在所述照射开始定时结束的第二时间段的关系表，

从所述关系表读出与由所述输入单元输入的目标区域的解剖部位的类型对应的第二时间段，和

根据所述施加开始定时和从所述关系表读出的第二时间段确定所述照射开始定时。

5.根据权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述处理单元根据所述施加开始定时、关于电刺激目标部位与目标区域之间的距离的信息、以及关于血液流动的速度的信息确定所述照射开始定时。

6.根据权利要求1或2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的时间视为所述第一时间段来施加电压。

7.根据权利要求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施加结束定时。

8.根据权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述光照射单元包括光源和光学系统，该光源被配置为发射脉冲光，该光学系统被配置为能够控制从所述光源发射的脉冲光的衰减量，并且

所述处理单元通过根据电压控制所述光学系统中的脉冲光的衰减量来设定光照射定时。

9.根据权利要求8所述的光声装置，其中，

所述处理单元通过根据电压设定是否使所述光学系统阻挡从所述光源发射的脉冲光来设定光照射定时。

10.根据权利要求8所述的光声装置，其中，

所述光源以某一重复频率发射脉冲光。

11.根据权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述光照射单元包括光源，该光源被配置为发射脉冲光，并且

所述处理单元通过根据电压设定所述光源的发光定时来设定光照射定时。

12.根据权利要求1或2所述的光声装置，其中，

所述光照射单元包括能够发射多个彼此不同的波长中的每一个波长的脉冲光的光源，并且

所述光源在从所述照射开始定时到所述第一时间段经过时的时段之外执行从所述多个波长中的一个波长到另一个波长的切换。

13.一种光声装置，包括：

输入单元，该输入单元被配置为从用户接收用于驱动所述光照射单元的命令；

处理单元，该处理单元被配置为设定所述光照射单元利用脉冲光照射被检体的光照射定时，并根据所述信号获取被检体信息，其中，

所述处理单元

设定光照射定时，使得在从所述输入单元接收到关于用于驱动的所述命令的信息时，在从根据所述电压的施加开始定时而确定的照射开始定时到从所述施加开始定时开始且在所述电压的施加结束定时结束的第一时间段经过时的时段中、利用脉冲光照射被检体至少一次，并且

设定光照射定时，使得在从所述照射开始定时到所述第一时间段经过时的时段之外不利用脉冲光照射被检体，或者在从所述输入单元没有接收到关于用于驱动的命令的信息时不利用脉冲光照射被检体。

14.一种光声装置，包括：

所述处理单元

根据关于所述电压的信息，设定光照射定时，使得在所述目标区域的血液的量大时利用脉冲光照射被检体至少一次，并且

根据关于所述电压的信息，设定光照射定时，使得在所述目标区域的血液的量小时不利用脉冲光照射被检体。