专利名称:光声装置及其用于获取生物功能信息的方法使用X射线和超声之一的成像装置用在需要非破坏性测试的许多领域(诸如医学领域)中。特别在医学领域中,使用超声回波的诊断含有无创伤的优点,因此在许多情况下被使用。重要的是得出活体内的生物功能信息(即,生理信息)以用于发现发病部位(诸如癌症)。但是在使用X射线或超声回波的常规诊断中,仅得出活体内的形状信息。因此,光声层析成像(photoacoustic tomography, PAT)(光成像技术之一)被提出作为可使生物功能信息成像的新型无创伤诊断方法。 在PAT中,体内信息通过下述方式成像,即,用从光源产生的脉冲光照射对象,并且检测从吸收传播的光的能量的活体组织产生的并且在对象内扩散的声波(通常,超声)。与对象内部的光学性质相关的信息可通过下述方式而被使得三维可视,即,检测在对象周围的多个地方接收的声波的时间变化,并且从数学上分析(即,重构)所得出的信号。当使用该方法检测对象内的初始压力生成的分布时,可得出关于光学性质分布(诸如,光吸收系数分布)的信息。使用PAT检测生物功能信息的例子包括氧饱和度的测量。氧饱和度是与氧结合的血红蛋白相对于血液中的总血红蛋白量的含量。心肺功能是否正常地工作可通过检测氧饱和度来测量。另外,氧饱和度是用于区分肿瘤的良性/恶性的指示符,因此被预期作为恶性肿瘤的高效率发现的量度。近红外光用于氧饱和度的测量。近红外光具有易于透射通过构成活体的大部分的水、同时易于被血液中的血红蛋白吸收的性质。活体中的血红蛋白包括两种状态不与氧结合的脱氧血红蛋白和与氧结合的氧合血红蛋白,并且各状态下的光吸收谱不同。因此,氧饱和度可通过下述方式被找到,即,使用具有近红外区中的不同波长的脉冲光来执行多次测量,并且对所计算的光吸收系数进行比较操作。换句话讲,当活体被近红外光照射时,除了作为活体的形状信息的血管图像之外,作为生物功能信息的氧饱和度也可被成像。然而,在通过该方法获取生物功能信息时,必需将对同一个地方执行的多次测量中的结果进行比较操作,因此当由于活体移动等而导致测量位置不匹配时,可能得出误导的结果。关于多次测量的比较的问题,如专利文献I中所公开的这样的技术已被提及。在专利文献I的技术中,提取图像之间的对于图像中的特定区域测量的运动矢量。然后,基于该矢量来执行图像的调整(诸如,变焦、旋转和移位)以校正位置偏移(即,位置调整),并且比较多个图像。引文列表专利文献PTL I :日本专利申请公开 No. 2007-215930
技术问题然而,图像之间的位置调整仍将留有如下所示的问题。第一个问题是运动矢量的提取涉及低鲁棒性。在图像之间的位置调整中,在将被比较的多个图像上找出被推测为同一个地方的点或结构(称为特征结构),并且基于该点或该结构来提取运动矢量。然而,因为活体是有弹性的并且以复杂的方式变形,所以即使可识别出特征结构,但是由于其变形,在另一个图像中可能不能提取出该特征结构。另外,当在图像中不能识别出特征结构时,运动矢量的提取将变得更困难。第二个问题是难以完全匹配所有像素。仅通过代表点(诸如特征结构)得出运动矢量,因此,插值对于其它区域的位置的调整是必要的。然而,因为活体是有弹性的,所以难以 在插值区域中逐个像素地调整多个图像之间的位置。鉴于以上问题,本发明的目的是提供一种可获取生物功能信息(诸如氧饱和度)的技术,通过该技术,即使在比较多次测量的结果时发生位置偏移,图像之间的位置调整也不是必要的。问题的解决方案在本发明的一方面,用于获取生物功能信息的装置,包括声波检测器,其用于接收当对象被具有不同波长的多个光照射时所产生的多个声波,并且用于将所述多个声波转换为与所述多个光对应的多个信号;和处理装置,其用于使用多个吸收系数分布来得出所述对象内部的生物功能信息,所述多个吸收系数分布从所述多个信号得出并且分别与所述多个信号对应,其中,所述处理装置包括第一单元,其用于从与具有第一波长的光对应的信号得出第一数据,并且从与具有与所述第一波长不同的第二波长的光对应的信号得出第二数据,所述第一数据示出与所述具有第一波长的光对应的第一吸收系数分布,所述第二数据示出与所述具有第二波长的光对应的第二吸收系数分布;和第二单元,其用于使用所述第一数据和所述第二数据来得出所述生物功能信息,并且其中,所述第二数据具有比所述第一数据低的图像空间分辨率。在本发明的另一方面,用于通过下述方式获取生物功能信息的方法通过声波检测器,接收当对象被具有不同波长的多个光照射时所产生的多个声波,并且将所述声波转换为与所述多个光对应的多个信号;使用多个吸收系数分布来得出生物功能信息,所述多个吸收系数分布从所述多个信号得出,并且分别与所述多个信号对应,所述方法包括以下步骤从当所述对象被具有第一波长的光照射时所产生的声波得出第一数据,所述第一数据示出与所述具有第一波长的光对应的第一吸收系数分布;从当所述对象被具有第二波长的光照射时所产生的声波得出第二数据,所述第二数据示出与所述具有第二波长的光对应的第二吸收系数分布,并且具有比所述第一数据低的图像空间分辨率;以及使用所述第一数据和所述第二数据来得出所述生物功能信息。在本发明的又一方面,用于使得计算机可执行用于获取生物功能信息的方法的每个步骤的程序包括执行以下步骤从当对象被具有第一波长的光照射时所产生的声波得出第一数据,所述第一数据示出与所述具有第一波长的光对应的第一吸收系数分布;从当所述对象被具有第二波长的光照射时所产生的声波得出第二数据,所述第二数据示出与所述具有第二波长的光对应的第二吸收系数分布,并且具有比所述第一数据低的图像空间分辨率;以及使用所述第一数据和所述第二数据来得出所述生物功能信息。本发明的有益效果通过 根据本发明的用于获取生物功能信息的装置和方法,即使对象的位置偏移在测量期间发生,也可以以微小的误差计算氧饱和度。从以下参照附图对示例性实施例的描述,本发明的另外的特征将会变得清晰。图I是示出根据本发明的一个实施例的装置的构造的示意图。图2是示出根据本发明的一个实施例的装置的数据处理流程的示意图。图3是示出根据本发明的一个实施例的装置的操作的流程图。图4A、图4B和图4C是示出本发明的概念的示意图。图5是示出根据本发明的一个实施例的装置的数据处理流程的示意图。图6是不出当位置偏移没有发生时的氧饱和度的不图。图7是示出当位置偏移发生时的氧饱和度的示图。图8是当位置偏移发生时通过应用本发明计算的氧饱和度的示图。
显示器12显示该结果(Sll)。接下来,将描述用于计算氧饱和度的方法。当主要的光吸收体是脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白时,如公式(I)所示,通过使用具有波长的光的测量而得出的吸收系数Ua(入)是脱氧血红蛋白的吸收系数Usb(入)与脱氧血红蛋白的丰度比(abundanceratio) Csb的乘积和氧合血红蛋白的吸收系数U _2 (入)与氧合血红蛋白的丰度比C_2的乘积之和。PsbU)和U )是具有确定值的物理性质并且事先通过其它方法测量。公式⑴中的未知项是0^和(_2这两个。因此,通过使用具有不同波长的光来执行至少两次测量,可对联立方程进行求解来计算Csb和C_2。当执行更多次测量时,可以例如通过使用最小二乘法进行拟合来得出Cab和C_2。
计算氧饱和度时测量期间的位置偏移的不利效果可通过下述装置减小,所述装置具有声波检测器,其用于接收对象内部的声波,并且用于将所述声波转换为信号;和处理装置(10),其用于使用从所述信号得出的吸收系数分布来得出生物功能信息,其中,所述处理装置包括第一单元(109),其用于从与第一波长的光对应的信号得出第一数据,并且从与第二波长的光对应的信号得出第二数据,所述第一数据示出第一吸收系数分布,所述第二数据示出第二吸收系数分布;和第二单元(106),其用于使用所述第一数据和所述第二数据来得出所述生物功能信息,并且其中,所述第二数据具有比所述第一数据低的图像空间分辨率。
光声装置及其用于获取生物功能信息的方法
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