CN107019493A - 被检体信息获取装置和信号处理方法 - Google Patents

Abstract

公开了被检体信息获取装置和信号处理方法。所公开的被检体信息获取装置包括：照射器，被配置成发射彼此不同的多个波长的脉冲光；接收器，被配置成接收传播自被所述多个波长的脉冲光照射的被检体的被检体信号，并将所接收的被检体信号转换为多个接收信号；校正器，被配置成根据所述多个波长的脉冲光的射束的脉冲形状来校正所述多个接收信号中的至少任意一个；以及信息获取器，被配置成使用由校正器校正的所述多个接收信号来获取关于被检体的光谱信息。

Description

被检体信息获取装置和信号处理方法

技术领域

本发明涉及被检体信息获取装置和信号处理方法。

背景技术

对使得从诸如激光器之类的光源照射到被检体的多个波长的脉冲光传播通过被检体的内部以获取关于被检体内部的信息的装置的研究主要在医学领域中被积极推动。作为使用这种脉冲光的光谱信息获取技术之一，美国专利说明No.5713356公开了光声层析成像(以下称为PAT)。此外，美国专利说明No.8000775提出了扩散光学层析成像(以下称为DOT)。在任一种技术中，可以通过多个波长的脉冲光的照射来计算被检体内部的氧饱和度、成分浓度、功能信息等。然而，为了准确地计算这种信息，需要用delta型短脉冲光照射被检体，使得其脉冲形状在多个波长之间变得相同。

专利文献1：美国专利说明No.5713356

专利文献2：美国专利说明No.8000775

发明内容

然而，在一些情况下，难以发射delta型短脉冲光，使得其脉冲形状在多个波长之间变得相同。因此，脉冲形状在各波长之间不同，并且使用波长之间的比计算成分浓度、氧饱和度或功能信息的准确度劣化。

本发明是鉴于上述问题而完成的。本发明的目的在于提高用多个波长的光照射被检体以获取被检体内部的信息的装置的获取信息的准确度。

本发明提供了被检体信息获取装置，包括：

照射器，被配置成发射彼此不同的多个波长的脉冲光；

接收器，被配置成接收传播自由所述多个波长的脉冲光照射的被检体的被检体信号，并将所接收的被检体信号转换为多个接收信号；

校正器，被配置成根据所述多个波长的脉冲光的脉冲形状来校正所述多个接收信号中的至少任意一个；以及

信息获取器，被配置成使用由校正器校正的所述多个接收信号来获取关于被检体的光谱信息。

本发明提供了用于多个接收信号的信号处理方法，所述多个接收信号通过接收传播自由彼此不同的多个波长的脉冲光照射的被检体的被检体信号而获取，

所述方法包括：

根据所述多个波长的脉冲光的射束的脉冲形状校正所述多个接收信号中的至少任意一个；以及

使用在校正步骤中校正的所述多个接收信号来获取关于被检体的光谱信息。

根据本发明的实施例，可以提高用多个波长的光照射被检体以获取被检体内部的信息的装置的获取信息的准确度。

参考附图，根据以下对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是用于描述本发明的实施例的装置图；

图2是用于描述本发明的实施例的流程图；

图3是用于描述第一实施例的装置图；

图4是用于描述第一实施例的流程图；

图5是用于描述第二实施例的装置图；

图6是用于描述第三实施例的装置图；以及

图7是用于描述第三实施例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图给出对本发明的优选实施例的描述。然而，依赖于应用本发明的装置的配置或各种条件，将在下面描述的构成物的尺寸、材料、形状、它们的相对布置等可以被适当地改变。因此，构成物的尺寸、材料、形状、它们的相对布置等并不意在将本发明的范围限制到以下的描述。

本发明涉及用于检测传播自被检体的声波并且生成和获取被检体内部的特性信息的技术。因此，本发明被理解为被检体信息获取装置或其控制方法，或者被理解为被检体信息获取方法或信号处理方法。另外，本发明被理解为使具有诸如CPU和存储器之类的硬件资源的信息处理装置执行这些方法的程序，或者被理解为存储该程序的存储介质。

本发明的被检体信息获取装置包括使用光声效应的光声成像装置，在该光声成像装置中，通过用光(电磁波)照射被检体而在被检体内部生成的声波被接收以获取关于被检体的特性信息作为图像数据。在这种情况下，特性信息表示关于与被检体内部的多个位置相对应的特性值的信息，该信息使用通过光声波的接收而获得的接收信号生成。

通过光声测量获取的特性信息是反映光能的吸收率的值。例如，特性信息包括通过单波长的光的照射而生成的声波的生成源，被检体内部的初始声压，或从初始声压导出的光能吸收密度或吸收系数。此外，从通过彼此不同的多个波长获取的特性信息而获取的信息被称为光谱信息。光谱信息的典型示例包括构成组织的物质浓度。可以通过计算作为物质浓度的氧合血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度来计算氧饱和度分布。另外，葡萄糖浓度、胶原浓度、黑色素浓度、脂肪或水的体积分数等被计算为物质浓度。

基于关于被检体内部各位置的特性信息，获取二维或三维特性信息分布。分布数据可以被生成为图像数据。特性信息可以被计算为关于被检体内部各位置的分布信息，而不是被计算为数字数据。也就是说，特性信息是诸如初始声压分布、能量吸收密度分布、吸收系数分布和氧饱和度分布之类的分布信息。

在本发明中，声波通常是超声波并且包括被称为音波或声波的弹性波。通过换能器等从声波转换的电信号也被称为声信号。然而，在本说明书中，超声波或声波不旨在限制这种弹性波的波长。由光声效应生成的声波被称为光声波或光超声波。从光声波导出的电信号也被称为光声信号。

作为根据本发明的光声成像装置的一种类型，已知光声显微镜，其中声音被聚焦或脉冲光被会聚以增加光声成像的分辨率。根据光声显微镜，可以提高分辨率以对更精细的光吸收体成像。

本发明的被检体信息获取装置还包括检测在被检体的照射之后传播通过被检体内部的光并且根据光的强度计算被检体内部的光学特性值分布的装置。在这种情况下，被检体信息是诸如被检体内部的平均光学系数、吸收系数、散射系数和氧饱和度之类的功能信息。用于获取这样的光学特性值并且根据光学特性值生成被检体内部的图像数据的技术被称为扩散光学层析成像(DOT)。

也就是说，本发明的被检体信息获取装置用脉冲光照射被检体，并分析从被检体输出的信号，以获取关于被检体内部的光谱信息。此外，被检体信息获取装置是获取作为光谱信息的物质浓度分布、氧饱和度、功能信息等的装置。因此，也可以说本发明针对(targetat)光谱信息获取装置或光谱信息获取方法。从被检体输出的信号可以是与照射的脉冲光的波长相同波长的光或不同波长的光。此外，信号可以是通过光声效应获取的声信号。本发明特别适用于使用多个波长的光的光谱信息获取装置。例如，本发明还可以针对使用多个波长的光的近红外光成像装置等。

<本发明的实施例>

(装置的配置概要)

图1是根据实施例的光谱信息获取装置的示意图。根据本实施例的光谱信息获取装置包括用至少两种或更多种类型的波长的脉冲光照射被检体的光照射器1、接收器4、脉冲形状差校正器5和光谱信息获取器6。被检体3是测量对象，并且在被检体3内部存在光吸收系数分布或光散射系数分布。当在光声成像中使用活体作为被检体时，活体组织中包含的血红蛋白、包含血红蛋白的血管、包括许多新的血管的肿瘤等适用于作为光吸收体。

照射器1由发射脉冲光的光源和用发射的脉冲光照射被检体的照射光学系统组成。被检体3用作为照射脉冲光2的脉冲光照射。进入被检体的照射脉冲光2在被检体中被扩散和吸收。结果，生成的信号传播通过被检体的内部，由接收器4检测，并且被转换为模拟电信号。电信号进一步经受放大或数字转换，并且然后存储在存储器(未示出)中作为接收数据。

脉冲形状差校正器5(校正器)根据预先测量的考虑了各波长的脉冲形状或脉冲宽度的接收器的脉冲响应来执行校正以吸收由各波长的接收数据之间的脉冲形状差造成的差。脉冲形状表示光脉冲的时间强度变化，即光脉冲的强度随时间的变化。另外，光谱信息获取器6(信息获取器)使用经校正的接收数据来计算各波长的吸收系数或散射系数，并根据波长之间的比来计算光谱信息。

(照射器)

照射器1由光源和照射光学系统构成。光源优选能够生成5纳秒至50纳秒的脉冲光。光源优选地是能够产生大输出的激光器。然而，可以使用发光二极管、闪光灯等。激光器可以包括各种激光器，诸如固态激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。理想地，可以使用产生大输出并且能够连续改变波长的由Nd:YAG激光器泵浦的Ti：Sa激光器、翠绿宝石激光器等。可以使用具有不同波长的多个短波长激光器。

被检体用从光源发射经由照射光学系统的脉冲光照射。照射光学系统包括诸如反射光的反射镜、扩大光的透镜以及扩散光的扩散板之类的光学部件。照射光学系统将脉冲光引导到被检体中，同时将脉冲光形成为期望的照射光分布形状。照射光学系统还包括使光传播的诸如光纤之类的波导。可以使用任何照射光学系统，只要被检体3用从光源发射的脉冲光被期望地照射即可。注意，从被检体的安全性和诊断面积的增加的方面，更优选地使光变宽以具有一定程度的面积而不是用透镜使其会聚。为了用脉冲光照射被检体的更宽的区域，可以在光照射光学系统中设置光照射器扫描机构。另外，照射光学系统可以具有允许选择照射位置的多个光发射端口。

(接收器)

接收器4具有物理地接收被检体信号的接收设备和信号处理机构。在光声装置的情况下，被检体信号是在被检体的前表面和内部生成的光声波，并且接收器是检测声波并将其转换为用作模拟信号的电信号的声波接收设备。作为声波接收设备，可以使用例如利用光电现象的换能器，利用光的谐振的换能器，使用容量变化的换能器等。

注意，为了在多个位置处检测光声波，优选地使用其中多个光声接收元件被并排一维或二维地布置的阵列探测器，或者其中多个声波检测元件被布置在半球形容器的内周表面上的三维探测器。此外，优选地设置机械扫描机构以改变接收器和被检体之间的相对位置。由于这些配置允许在更宽的范围内测量被检体，因此测量准确度的提高、SN比的增加、测量时间的减少等是可期的。另外，由声透镜聚焦的单个元件可以用于指定声波生成源的位置。

另一方面，在使用扩散光等的装置中的被检体信号是传播自被检体且具有与由照射器照射的照射脉冲光的波长相同或不同的波长的光。接收器是检测作为被检体信号的光并将其转换为作为模拟信号的电信号的光检测设备。因此，可以使用例如使用光电效应的光电倍增管或半导体光电二极管、使用热效应的热电检测设备、Golay单元、辐射热测量计等。

信号处理机构放大由接收设备获得的电信号，并将电信号从模拟信号转换为数字信号。信号处理机构通常由放大设备、A/D转换设备、现场可编程门阵列(FPGA)芯片等构成。当从声波接收设备或光接收设备获得多个检测信号时，信号处理机构优选地同时处理该多个信号以缩短处理时间。另外，在被检体的相同位置处接收的接收信号可以被积分为一个信号。作为积分方法，可以使用信号的简单积分、信号的平均值的获取、加权信号的相加等。注意，本说明书中的“接收信号”是包括从声学接收设备或光检测设备输出的模拟信号和通过使模拟信号经受AD转换而获得的数字信号二者的概念。

(脉冲形状差校正器)

在本实施例中，针对脉冲光的每个波长获得时间序列的接收信号。根据该多个接收信号，脉冲形状差校正器5执行校正以减小由波长之间的脉冲形状差造成的影响，从而获取经校正的接收信号。也就是说，脉冲形状差校正器5执行校正以减小多个接收信号的脉冲宽度之间的差，以获取经校正的接收信号。脉冲形状差校正器可以作为程序或FPGA芯片包括在信号处理机构中，或者可以作为程序包括在用作稍后将描述的光谱信息获取器的工作站中。可以使用任何校正方法，只要使得减少由接收信号的波长之间的脉冲形状差造成的影响的校正成为可能即可。

(用于校正信号的方法)

接着，将给出对由脉冲形状差校正器执行的校正接收信号的波长之间的脉冲形状差的方法的描述。当使用N个波长(波长1至n)执行测量时，假设各波长的脉冲形状被表示为P1(t)至Pn(t)。这里，t表示时间。优选预先用示波器等测量各波长的光脉冲形状。即使脉冲形状不能完全测量，如果只测量脉冲宽度也是足够的。脉冲通常包括但不限于delta型短脉冲光。另外，当使用各波长的光束测量被检体时获得的接收信号被表示为S1(t)至Sn(t)。下面将描述五种校正方法。

(第一校正方法)第一，将给出对用于相对于一个基准波长的脉冲形状校正另一波长的接收信号的方法的描述。当假设基准波长被置于第k阶时，基准波长的脉冲形状被表示为Pk(t)，并且从基准波长的脉冲光导出的信号被表示为Sk(t)。基准波长没有特别限制。然而，优选地选择具有最大脉冲宽度的波长作为基准波长，以防止当执行校正时噪声等增加。

这里，将给出对用于校正第n(其中n≠k)接收信号的方法的描述。假设第n脉冲形状被表示为Pn(t)，并且将第k脉冲形状和第n脉冲形状经受傅立叶变换而获得的值分别表示为FT(Pk(t))和FT(Pn(t))。函数FT(x)是用于使x经受傅立叶变换的函数。另外，将接收信号Sn(t)经受傅立叶变换而获得的值表示为FT(Sn(t))。当使用基准第k波长的脉冲形状Pk(t)和第n波长的脉冲形状Pn(t)来校正信号Sn(t)时，通过使用如以下公式(1)所示的频域的计算来获取经校正的接收信号。

[数学式1]

其中表示FT(P_k(t))的复共轭。

SN表示噪声的阈值，并且用作用于减少过多噪声或零除法的项。另外，iFT[x]表示用于使x经受逆傅立叶变换的函数。通过将上述公式(1)应用于除了第k接收信号之外的接收信号S1(t)至Sn(t)，获得了corr1(S1(t))至corr1(Sn(t))。

(第二校正方法)第二，将给出对用于相对于基准波长的脉冲宽度校正另一波长的接收信号的另一种方法的描述。当假设基准波长被置于第k阶时，基准波长的脉冲形状被表示为Pk(t)。假设通过用高斯函数近似脉冲形状而获得的值被表示为G(Pk(t))，并且其半值宽度被表示为HWG(Pk(t))。假设半值宽度HWG(Pk(t))是第k波长的脉冲宽度。这里，脉冲形状用高斯函数近似，但是可以使用任何函数，只要使脉冲形状P k(t)的近似成为可能即可。

此外，最优选的是基准波长具有最大的脉冲宽度。这是因为，当执行具有比基准波长的脉冲宽度短的脉冲宽度的波长的信号时，仅需要执行高斯函数的模糊化或卷积。另一方面，当校正具有比基准波长的脉冲宽度长的脉冲宽度的波长的信号时，需要执行去卷积，从而很可能增加噪声。对于其它波长，假设通过用高斯函数近似脉冲形状而获得的值被表示为G(P1(t))至G(Pn(t))，并且它们的半值宽度被表示为HWG(P1t))至HWG(Pn(t))。根据各波长的近似脉冲宽度，通过以下的公式(2)来计算校正脉冲宽度。

[数学式2]

当假设中心值0的正态分布函数在半值宽度cHWG(Pn(t))处被表示为NDF(cHWG(Pn(t)))时，通过以下公式(3)来校正接收信号的波长之间的脉冲形状差。

[数学式3]

(第三校正方法)第三，将给出对用于消除来自所有信号的各波长的脉冲形状的影响的方法的描述。假设各波长的经校正的信号被表示为corr3(S1(t))至corr3(Sn(t))。通过下面的公式(4)，在各波长处校正接收信号的波长之间的脉冲形状差。

[数学式4]

corr3(Sn(t))＝iFT[FT{Sn(t)}/FT{Pn(t)}]…(4)

(第四校正方法)第四，将给出对用于消除来自所有信号的各波长的脉冲宽度的影响的另一种方法的描述。假设通过用高斯函数近似各波长的脉冲形状而获得的值被表示为G(P1(t))至G(Pn(t))。另外，各波长的经校正的信号被表示为corr4(S1(t))至corr4(Sn(t))。通过下面的公式(5)，在各波长处校正接收信号的波长之间的脉冲宽度差。

[数学式5]

corr4(Sn(t))＝iFT[FT{Sn(t)}/FT{G(Pn(t))}]…(5)

(第五校正方法)第五，将给出对在考虑到各波长处的脉冲形状的影响的情况下预先测量检测设备的脉冲响应，并使用该脉冲响应来校正各波长的接收信号的方法的描述。假设在考虑到各波长的脉冲形状的影响的情况下的检测设备的脉冲响应被表示为IR1(t)至IRn(t)，并且各波长的校正信号被表示为corr5S1(t))至corr5(Sn(t))。通过以下公式(6)，在各波长处校正接收信号的脉冲响应和脉冲形状。脉冲响应优选地被预先测量并以表格或数学公式的形式存储在存储器中。

[数学式6]

corr5(Sn(t))＝iFT[FT{Sn(t)}/FT{IRn(t)}]…(6)

(光谱信息获取器)

参考回图1，将继续进行说明。光谱信息获取器6执行光量分布的计算、图像重新配置等以获取被检体内部的光谱信息。作为光谱信息获取器，优选使用包括诸如CPU和存储器之类的计算资源的PC或工作站。根据预先编程的软件来执行图像重新配置处理。

光谱信息获取器6使用由脉冲形状差校正器校正的接收信号来计算初始声压分布P0(r)。可以根据通用背投影(UBP)方法、相位相加(延迟和求和)、重复逆问题方法或基于模型的重新配置来计算初始声压分布。可以使用任何方法，除非波长之间的定量性受损。

光谱信息获取器6还在用各波长的光束照射被检体时计算被检体内部的光量分布并且将初始声压分布P0(r)除以计算的光量分布和Gruneisen系数，以计算在各波长处的吸收系数分布μa(r)的分布。另外，使用各波长的吸收系数分布来计算成分浓度分布或氧饱和度分布。

<处理过程>

将参考图2的流程图给出对本实施例的光谱信息获取方法的描述。

(步骤S11：照射步骤)

光照射器1用至少两个或更多个波长的脉冲光照射被检体。

(步骤S12：信号接收步骤)

由于在步骤S11中用脉冲光照射被检体，因此接收器4接收从被检体发射的信号(光或声波)。光或声波被转换为电信号，并且然后存储在存储器等中。

(步骤S13：信号校正步骤)

脉冲形状差校正器5根据各波长之间的脉冲形状差来校正在步骤S12中接收的各波长的接收信号以获取经校正的接收信号。

(步骤S14：光谱数据计算步骤)

光谱信息获取器6使用在步骤S13中计算的经校正的接收信号来计算各波长处的诸如吸收系数分布和初始声压分布之类的特性信息。另外，依赖于处理内容，光谱信息获取器6使用多个波长处的特性信息来计算最终的光谱信息(诸如氧饱和度分布)。

根据以上流程的光谱信息获取方法，获取了其中多个波长之间的脉冲形状差在步骤S13中被校正的经校正的接收信号。结果，提高了在步骤S14中生成的图像数据的准确度或分辨率。

<第一实施例>

接下来，将给出对更具体的实施例的描述。首先，在第一实施例中，将给出对使用碗形探测器测量人的乳房以获取乳房内部的血管信息或血液的氧饱和度分布的PAT诊断装置的描述。在第一实施例中的信号校正是基于脉冲宽度差的校正处理。

(配置)

将参考图3给出本实施例的配置的描述。翠绿宝石激光器11发射波长为756nm和797nm的脉冲光。脉冲光经由关节臂12进入照射光学系统13。然后，脉冲光经由反射镜、透镜和扩散板放大。之后，用作被检体的人的乳房16通过用作脉冲光14的脉冲光照射。翠绿宝石激光器11对应于照射器的光源。

碗形探测器15以水填充，并且乳房16浸没在水中。通过光声效应从乳房16发射的声波由以斐波纳契布置模式布置在碗形探测器15上的多个压电元件接收，并且然后被转换为电信号。电信号经受放大处理和数字转换处理，并且然后存储在数据获取系统17内部的存储器(未示出)中。碗形探测器15对应于接收器。

从存储在数据获取系统17内部的存储器中的各波长导出的接收信号被转换为其中波长之间的脉冲宽度差根据构成PC 18的校正波长之间的脉冲宽度差的机构19(以下称为波长间脉冲宽度差校正机构19)中的规定程序进行校正的接收信号(以下称为波长间脉冲宽度差校正信号)。波长间脉冲宽度差校正机构19从存储器、外部装置等获取关于预先测量的756nm和797nm的波长的脉冲宽度数据，并使用所获取的脉冲宽度数据执行校正。波长间脉冲宽度校正机构19对应于脉冲形状差校正器。

氧饱和度计算机构20使用波长间脉冲宽度差校正信号来计算血红蛋白浓度分布和氧饱和度分布。PC 18使其中血红蛋白浓度分布和氧饱和度分布被分别分配给亮度和色调的图像显示在显示器21上。这里，血红蛋白浓度分布被分配给亮度，但是仅需要分配给亮度、色度和色调中的任意一个。氧饱和度计算机构20对应于光谱信息获取器。

(校正方法)

将给出对本实施例的波长间脉冲宽度差校正的详细描述。756nm波长的光具有60nsec的脉冲宽度，797nm波长的光具有90nsec的脉冲宽度。这里，脉冲宽度表示通过用高斯函数拟合各波长的脉冲形状而获得的高斯函数的半值宽度。这里，期望就像是从756nm波长的光导出的接收信号S₇₅₆(t)是通过90nsec的脉冲宽度的脉冲光的照射获得的那样来执行校正。为此，仅需要利用半宽度值√(90^2–60^2)＝67nsec的高斯分布来执行模糊化。

注意，也可以就像是从797nm波长的光导出的接收信号S₇₉₇(t)是通过60nsec的脉冲宽度的脉冲光的照射获得的那样来执行校正。在这种情况下，利用半值宽度67nsec的半值宽度的高斯函数执行去卷积。然而，需要尽可能地减小由于去卷积引起的噪声的增加。因此，当使高于分辨率的值置于定量性以获取光谱信息时，优选地将较小脉冲宽度的波长的接收信号调整为较大脉冲宽度的波长的接收信号。然后，通过用通过较小脉冲宽度的波长获得的特性信息(例如，初始声压分布或吸收系数分布)掩蔽(masking)所得到的光谱信息，可以获取确保定量性和分辨率二者的光谱信息。例如，可以以如下方式执行掩蔽，即，如上所述，将在较小脉冲宽度的波长处获得的特性信息的值分配给光谱信息的色调、色度和亮度中的任意一个。

(处理流程)

将参考图4的流程图给出对本实施例的光谱信息获取方法的描述。

(步骤S21)

用两个波长的脉冲光照射乳房以获取光声信号。也就是说，通过照射光学系统13用波长为756nm和797nm的脉冲光14的射束来照射乳房16。在碗形探测器15上并排布置的压电元件接收从各波长的光束导出的光声波并将其转换为电信号。在转换之后，压电元件将电信号存储在数据获取系统17中。

(步骤S22)

根据各波长的脉冲宽度，各波长的接收信号经受脉冲宽度差校正。也就是说，波长间脉冲宽度差校正机构19基于波长为756nm和797nm的脉冲光的脉冲宽度生成经校正的接收信号。这里，将波长为756nm的接收信号调整为相对较大脉冲宽度的波长为797nm的接收信号。

(步骤S23)

通过脉冲宽度差校正接收信号来计算吸收系数分布，并且还计算氧饱和度分布。也就是说，氧饱和度计算机构20基于从波长为756nm的光导出的经校正的接收信号和从波长为797nm的光导出的接收信号使用UPB方法计算初始声压分布。具体地，根据公式将初始声压分布除以光量分布和Gruneisen系数以计算吸收系数。然后，根据波长为756nm和797nm的光的吸收系数分布来计算血红蛋白浓度分布和氧饱和度分布。PC 18将血红蛋白浓度分布和氧饱和度分布分别分配给亮度和色调，并将其作为血红蛋白氧饱和度分布显示在显示器21上。

根据本实施例的光谱信息获取装置的处理，可以使用多个波长的光校正获取物质浓度和氧饱和度的光声装置中的波长之间的脉冲宽度差。结果，可以准确地对被检体内部的特性信息分布进行成像。

<第二实施例>

第二实施例将描述用光聚焦型光声显微镜测量小鼠的大脑并观察由于刺激而引起的小鼠大脑的血量或氧饱和度的变化的装置。

(配置)

将参考图5给出对本实施例的配置的描述。Ti：sa激光器31能够发射756nm、780nm、797nm和825nm的四个波长的脉冲光。所发射的脉冲光经由光束光纤32进入照射光学系统33。脉冲光通过照射光学系统33内部的反射镜或透镜，并且然后通过相对于这些波长的光透明的声镜42。之后，脉冲光会聚到小鼠的大脑36的内部。Ti：sa激光器31对应于照射器的光源。

从小鼠的大脑36生成的光声波被声镜42反射，并且然后由用作电容型声波探测器的cMUT35接收。所接收的信号被转换为电信号，并且然后被放大。之后，将信号存储在数据获取系统37的存储器39中作为检测信号。当在各波长处使用光声显微镜执行这种测量时，获得接收信号S₇₅₆(t)、S₇₈₀(t)、S₇₉₇(t)和S₈₂₅(t)。cMUT35对应于接受器。

在本实施例中，用作标准样品的厚度为30nm的薄膜预先经受在各波长处的光声测量。因此，可以获取在考虑cMUT35的脉冲响应和各波长的脉冲形状的影响的情况下的校正数据IR(t)。所获取的校正数据IR(t)被预先存储在存储器39中。在本实施例中，根据第五校正方法使用校正数据IR(t)来计算经校正的接收信号。执行第五校正方法的脉冲形状差校正器可以是数据获取系统37或工作站38。

传输了所计算的经校正的接收信号的工作站38的氧饱和度计算机构40根据预先安装的程序从经校正的接收信号计算氧饱和度分布和血红蛋白浓度分布。计算的氧饱和度分布和血红蛋白浓度分布及其时间上的变化被显示在监视器41上。氧饱和度计算机构40对应于光谱信息获取器。

(处理流程)

将给出对本实施例的光谱信息获取方法的描述。本实施例的流程基本上与图4的流程相同。在步骤S21中，用波长为756nm、780nm、797nm和825nm的脉冲光34照射小鼠的大脑36。cMUT 35接收从各波长导出的光声波，并将接收信号存储在数据获取系统37的存储器39中。在步骤S22中，使用在考虑了各波长的脉冲光的射束的脉冲形状的影响的情况下的脉冲响应，脉冲响应被从各波长的接收信号中去卷积。因此，波长间脉冲形状差被校正，从而可以获取经校正的接收信号。在步骤S23中，氧饱和度计算机构40使用各波长处的经校正的接收信号来计算氧饱和度分布和血红蛋白浓度分布，并将其显示在显示器41上。

根据本实施例，在使用多个波长的光的光声显微镜中，可以校正波长之间的脉冲宽度差并准确地对被检体内部的特性信息分布进行成像。本实施例的方法可适用于具有用于聚焦光的光学构件的光聚焦型显微镜和具有用于聚焦声波的声学构件的声聚焦型显微镜二者。

<第三实施例>

第三实施例将描述时间分辨扩散的光层析成像装置。该装置测量人的乳房等内部的血红蛋白浓度分布、血红蛋白的氧饱和度分布以及水或脂肪的分布。

将参考图6给出对本实施例的配置的描述。Ti：sa激光器51能够连续发射波长为750nm至850nm的脉冲光。脉冲光的波长优选包括但不限于近红外区域。发射的脉冲光通过光纤52，并且然后作为脉冲光54从多个发射端口53中的一个发射到乳房56。脉冲光54在乳房56内部被吸收和散射。脉冲光54传播通过乳房组织，并且然后由多个光电倍增管55检测。在经受放大处理之后，接收信号被存储在信号获取系统57的存储器中。Ti：sa激光器51对应于照射器的光源。

PC 58的脉冲形状差校正机构59使用各波的脉冲形状将存储器内部的接收信号转换为经校正的接收信号。优选经由光纤等直接将发射端口53和光电倍增管55彼此耦接，以获取各波长的脉冲形状，并将获取的脉冲形状预先存储在PC的存储器中。成分浓度分布计算机构60使用经校正的接收信号通过逆问题分析来计算乳房56内部的水分浓度分布、脂肪浓度分布、血红蛋白浓度分布和血红蛋白的氧饱和度分布。成分浓度分布计算机构60对应于光谱信息获取器。

将参考图7的流程图给出对本实施例的光谱信息获取方法的描述。

(步骤S31)

获取通过各波长的脉冲光的射束的照射而获得的光接收信号。也就是说，以1nm为单位用750nm至850nm的波长的脉冲光54照射乳房56。用作光检测元件的光电倍增管55将接收信号存储在数据获取系统57中。

(步骤S32)

光接收信号通过各波长的脉冲形状来校正。也就是说，各波长的接收信号使用波长为750nm至850nm的脉冲光的先前测量的脉冲形状被去卷积。因此，可以获取其中波长间脉冲形状差被校正的经校正的接收信号。

(步骤S33)

计算成分分布。也就是说，使用经校正的接收信号通过逆问题分析来计算被检体内部的血红蛋白浓度分布、血红蛋白的氧饱和度分布以及水或脂肪的浓度分布，并且然后显示在显示器61上。

根据本实施例，在使用基于多个波长的扩散的光的层析成像的光谱信息获取装置中，可以校正波长之间的脉冲形状差，并且准确地对被检体内部的特性信息分布进行成像。

其它实施例

本发明的实施例也可以由读出并执行在存储介质(例如非瞬时计算机可读存储介质)上记录的计算机可执行指令以执行本发明的上述实施例中的一个或多个实施例的功能的系统或装置的计算机来实现，以及通过由系统或装置的计算机例如通过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实施例的功能而执行的方法来实现。计算机可以包括中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或其它电路中的一个或多个，并且可以包括单独计算机或单独计算机处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或者存储介质被提供给计算机。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装置、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多用途盘(DVD)或者蓝光盘(BD)^TM)、闪存装置、存储卡等中的一个或多个。

尽管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应被赋予最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同结构和功能。

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。

Claims (16)

1.一种被检体信息获取装置，其特征在于，包括：

照射器，被配置成发射彼此不同的多个波长的脉冲光；

接收器，被配置成接收传播自由所述多个波长的脉冲光照射的被检体的被检体信号，并将所接收的被检体信号转换为多个接收信号；

校正器，被配置成根据所述多个波长的脉冲光的脉冲形状来校正所述多个接收信号中的至少任意一个；以及

信息获取器，被配置成使用由校正器校正的所述多个接收信号来获取关于被检体的光谱信息。

2.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

接收器被配置成接收传播自被检体的光声波作为被检体信号。

3.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

接收器被配置成接收从光已经从照射器发射以后在被检体中被吸收和散射之后传播的光作为被检体信号。

4.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

信息获取器被配置成获取被检体的氧饱和度作为光谱信息。

5.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

脉冲形状中的每个表示脉冲光的时间强度变化。

6.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

当所述多个波长(1至n)的脉冲光的脉冲形状被表示为P1(t)至Pn(t)，并且所述多个接收信号被表示为S1(t)至Sn(t)时，校正器被配置成执行校正以减小由基准波长的脉冲光和另一波长的脉冲光之间的脉冲形状差造成的对所述多个接收信号的影响。

7.根据权利要求6所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成通过使用基准波长的脉冲光的脉冲形状和所述另一波长的脉冲光的脉冲形状来执行计算而对从所述另一波长的脉冲光导出的接收信号执行校正。

8.根据权利要求6所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成使用脉冲光的脉冲宽度作为脉冲形状，以及

基准波长是具有最大脉冲宽度的波长。

9.根据权利要求8所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成对从所述另一波长的脉冲光导出的接收信号执行校正以使得所述另一波长的脉冲光的脉冲宽度的形状变成与基准波长的脉冲光的脉冲宽度的形状相同。

10.根据权利要求9所述的被检体信息获取装置，其中

信息获取器被配置成基于与所述另一波长的脉冲光对应的接收信号来获取关于被检体的特性信息，并且使用所述特性信息来掩蔽所述光谱信息。

11.根据权利要求8所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成通过用高斯函数近似脉冲形状来获取脉冲宽度。

12.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成通过从所述多个接收信号中消除所述多个波长的各脉冲形状的影响来执行校正。

13.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成获取接收器对于所述多个波长的脉冲光的射束的脉冲响应，其中所述脉冲响应被用于所述校正。

14.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成在频域中执行校正。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的被检体信息获取装置，其中

校正器被配置成执行校正，以减小由所述多个波长的脉冲光的射束的脉冲形状引起的所述多个接收信号之间的脉冲宽度差。

16.一种用于多个接收信号的信号处理方法，其特征在于，所述多个接收信号是通过接收传播自由彼此不同的多个波长的脉冲光照射的被检体的被检体信号而获取的，

所述方法包括：

根据所述多个波长的脉冲光的射束的脉冲形状来校正所述多个接收信号中的至少任意一个；以及

使用在校正步骤中校正的所述多个接收信号来获取关于被检体的光谱信息。