CN105640493A - 光声装置和用于光声装置的控制方法 - Google Patents

光声装置和用于光声装置的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105640493A
CN105640493A CN201510821976.XA CN201510821976A CN105640493A CN 105640493 A CN105640493 A CN 105640493A CN 201510821976 A CN201510821976 A CN 201510821976A CN 105640493 A CN105640493 A CN 105640493A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
subject
threshold value
intensity
photoelectric detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510821976.XA
Other languages
English (en)
Inventor
中岛隆夫
时田俊伸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN105640493A publication Critical patent/CN105640493A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0223—Operational features of calibration, e.g. protocols for calibrating sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0266—Operational features for monitoring or limiting apparatus function

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

本发明涉及光声装置和用于光声装置的控制方法。该光声装置包括：被配置为使用光来照射被检体的光照射单元；被配置为检测被检体内产生的声波并且将检测的声波转换成电信号的声波检测器；被配置为获取与已经在被检体内传播并且泄漏到被检体外部的光的强度有关的信息的第一光电检测器；被配置为基于该电信号来获取关于被检体的内部的信息的信息获取单元；和被配置为基于已经由第一光电检测器获取的与光的强度有关的信息来控制照射被检体的光的控制单元。

Description

光声装置和用于光声装置的控制方法
技术领域
本发明涉及用于通过使用光来测量关于被检体的内部的信息的光声装置。
背景技术
近年来，在医疗领域中，针对将关于被检体的内部的形态信息和生理信息(即功能信息)成像的研究得以进展。作为这种技术中的一种，近来已经提议光声成像。
在使用诸如脉冲激光的光照射作为被检体的活体的情况下，当光被被检体内的生物组织吸收时，产生声波(典型地是超声波)。该效应被称为光声效应，并且通过光声效应产生的声波被称为光声波。由于构成被检体的组织在光能量的吸收率上不同，因此，产生的光声波的声压也不同。在光声成像中，通过使用探测器接收产生的光声波并且数学地分析接收的信号，可以将被检体内的光学特性、特别是光吸收系数的分布成像。
并且，基于获得的光吸收系数分布，可以确定血液中的总血红蛋白中的氧合血红蛋白的含量比率(即氧饱和度)。由于氧饱和度是用于区分良性肿瘤和恶性肿瘤的指标，因此，它被期望是用于揭示恶性的有效手段。
通过组合这些指标，可以获取被检体的内部的形态信息(例如，脉管分布)和功能信息(例如，氧饱和度)两者。
近年来，以使用更好的精度将光吸收体成像为目的而增加分辨率的可能性也得到了研究。例如，PCT申请的日本译文No.2011-519281公开了用于通过使用透镜聚焦照射光并且在光的焦点位置处设置被检体来增加分辨率的技术。作为结果，可以以高分辨率将诸如被检体表面附近的微细血管的吸收体成像。
发明内容
通过如在PCT申请的日本译文No.2011-519281中描述的那样聚焦照射光，可以使产生声波的区域变窄并且增加成像分辨率。但是，当被检体是活体时，当照射光的强度太高时，被检体可能受损，因此，光量的无限增加是不可能的。特别地，美国国家标准协会(ANSI)或日本工业标准(JIS)将可照射人体的光的量规定为最大允许曝光量(MPE)。因此，从光声装置发射的照射光的强度需要被设定在不超过用于人体的MPE的范围内。例如，当使用光照射皮肤时，照射光强度需要等于或小于已经针对皮肤设定的MPE。
同时，由于从光声装置发射的照射光在被检体内扩散，因此，在通过使用光声装置在人脸等上执行测量的情况下，即使当使用处于或低于针对皮肤的MPE的光来执行照射时，照射光也可在活体内扩散，并且传播光可到达角膜或视网膜。并且，在被检体内扩散的照射光的一部分可被发射到被检体外部，并且，作为从反射材料等反射的结果，被发射的光可能再次落在眼睛上。
并且，针对要使用光照射的每个部位，规定不同值的MPE。例如，针对眼睛(角膜和视网膜)的MPE小于针对皮肤的MPE。由于针对人体的MPE由此根据部位而不同，因此，在一些情况下，通过仅考虑照射部分的MPE不能确保足够的安全性。
鉴于现有技术固有的上述问题而创造了本发明，并且，本发明的目的是提供用于增加光声装置的安全性的技术。
本发明在其一个方面中提供一种光声装置，该光声装置包括：被配置为使用光来照射被检体的光照射单元；被配置为检测使用光的照射下被检体内产生的声波并且将检测的声波转换成电信号的声波检测器；被配置为获取与已在被检体内传播并且泄漏到被检体外部的光的强度有关的信息的第一光电检测器；被配置为基于该电信号来获取关于被检体的内部的信息的信息获取单元；和被配置为基于已由第一光电检测器获取的与光的强度有关的信息来控制照射被检体的光的控制单元。
本发明在其另一方面中提供一种用于光声装置的控制方法，该光声装置包括被配置为使用光来照射被检体的光源和被配置为检测使用光的照射下被检体内产生的声波的声波检测器，该方法包括：将由于光而在被检体内产生的声波转换成电信号的声波检测步骤；获取与已经在被检体内传播并且泄漏到被检体外部的光的强度有关的信息的第一光检测步骤；基于该电信号获取关于被检体的内部的信息的信息获取步骤；和基于在第一光检测步骤中获取的与光的强度有关的信息来控制照射被检体的光的控制步骤。
本发明在其另一方面中提供一种记录计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质，该计算机程序用于导致计算机执行用于光声装置的控制方法，该光声装置包括被配置为使用光来照射被检体的光源和被配置为检测使用光的照射下被检体内产生的声波的声波检测器，该方法包括：将由于光而在被检体内产生的声波转换成电信号的声波检测步骤；获取与已经在被检体内传播并且泄漏到被检体外部的光的强度有关的信息的第一光检测步骤；基于该电信号获取关于被检体的内部的信息的信息获取步骤；和基于已经在第一光检测步骤中获取的与光的强度有关的信息来控制照射被检体的光的控制步骤。
根据本发明，可以增加光声装置的安全性。
根据以下参照附图对示例性实施例的说明，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1示出了根据第一实施例的光声测量装置的配置；
图2是第一实施例中的测量流程图；
图3是第一实施例中的测量流程图；
图4是第二实施例中的测量流程图；
图5是第三实施例中的测量流程图。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述本发明的实施例。原则上，类似的构成元件被赋予类似的附图标记，并且省略其解释。在实施例的解释中使用的数值和材料不对本发明的范围施加限制。
(第一实施例)
在根据第一实施例的光声测量装置中，使用脉冲光照射被检体，并且接收和分析在脉冲光的作用下在被检体中产生的光声波，由此将与被检体内的光学特性有关的信息(以下被称为“特性信息”)可视化(即成像)。这里提到的特性信息是例如与光能的吸收量和吸收速率有关的信息，更具体而言，是与构成组织的物质的吸收系数和浓度有关的特性值。这里提到的与物质的浓度密度有关的信息是例如氧饱和度、总血红蛋白浓度和氧合血红蛋白或还原血红蛋白浓度。它还可以是葡萄糖浓度、胶原浓度、黑色素浓度以及脂肪和水的体积分数。这些类型的信息是作为二维或三维的分布数据产生的并且作为图像被输出。
根据本实施例的光声测量装置的主要目的是，执行对人和动物中的血管疾病和恶性肿瘤的诊断以及化疗之后的后续观察。因此，诸如活体的一部分(更具体而言，人和动物的皮肤和皮下部位)的检查对象被假定为被检体。当距离皮肤表面几毫米内的浅部位以及真皮层中的血管是检查对象时，可以特别有利地使用该装置。
<***配置>
以下将参照图1解释根据第一实施例的生物光子测量装置的配置。
根据第一实施例的生物测量装置由光源10、探测器20、光学***30(在图中由附图标记31～35表示)、第一光电检测器40、第二光电检测器50、处理单元60、声学匹配部件70、控制单元80、扫描机构90和显示单元100构成。
以下描述构成元件。
<<光源10>>
光源10是产生脉冲光并且使用该脉冲光照射被检体的单元(光照射单元)。
为了获得大的功率，希望光源是激光源，但是，还可以使用发光二极管闪光灯等，而不使用激光器。当使用激光器作为光源时，可以使用固态激光器、气体激光器、染料激光器或半导体激光器。
在理想情况下，可以使用具有高输出和连续可变波长的Nd:YAG激励OPO激光器、染料激光器、Ti:sa激光器或翠绿宝石(alexandrite)激光器。并且，可以使用不同波长的多个单波长激光器。
希望脉冲光的波长是确保光传播到被检体的内部的波长，即，可由构成被检体的成分中的特定成分吸收的特定波长。具体而言，在被检体是活体的情况下，希望的波长是400nm(包含400nm)～1600nm(包含1600nm)。特别地，当接近活体表面的血管要以高分辨率成像时，希望的波长是400nm(包含400nm)～700nm(包含700nm)。并且，当活体的深区域被成像时，优选在活体的背景组织中具有低吸收率的波长(700nm(包含700nm)～1100nm(包含1100nm))。还可使用太赫波、微波和无线电波区域。
为了有效地产生光声波，需要在与被检体的热特性对应的足够短时间内执行光照射。当被检体是活体时，从光源产生的脉冲光的脉冲宽度为约1纳秒～约100纳秒是优选的。
当为测量使用多个波长的光时，更优选地使用具有可变波长的光产生的激光器。并且，当使用多个波长的光照射被检体时，可在切换产生相互不同波长的光束的多个激光器的同时执行照射。
以下，从光源产生的脉冲光被称为照射光。从光源发射的照射光被用于通过以下描述的光学***来照射被检体。
<<探测器20>>
探测器20是接收被检体内产生的声波并且将接收的波转换成电信号的单元。探测器是多个声学元件的集合。声波接收单元还被称为声波检测器和换能器。本发明中提到的声波典型地是超声波，并且包括被称为音波、超声波、光声波和光超声波的弹性波。
从活体产生的声波是具有100KHz～100MHz的频率的超声波。因此，针对探测器20使用能够接收该频带的声学元件。更具体而言，可以使用利用压电效应的换能器、利用光共振的换能器和利用电容变化的换能器。
并且，希望使用具有高灵敏度和宽频带的探测器20。更具体而言，可以使用PZT(压电陶瓷)、PVDF(聚偏二氟乙烯树脂)、CMUT(电容微机械超声换能器)和Fabry-Perot干涉仪。但是，这里列出的探测器不是限制性的，并且可以使用任何装置，只要它可用作探测器即可。
探测器20还可由多个声学元件的阵列构成。阵列优选地是在平坦或弯曲表面上并排布置声学元件的布置，诸如所谓的1D阵列、1.5D阵列、1.75D阵列和2D阵列。通过在多个位置处同时接收声波，可以缩短测量时间并且减少被检体的振动的影响等。
探测器20可以是合并了声学透镜的聚焦型探测器，并且还可合并用于信号放大的放大器。
<<光学***30>>
光学***30是将由光源10产生的光引导到被检体表面的光学部件。
光学***典型地将照射光引导到被检体，同时通过使用光学构件(诸如波导(诸如光纤)、反射光的镜子、扩展光的透镜和扩散光的扩散板)而将光处理成希望的照射光分布形状。这种光学构件可以为任何类型，只要可使用从光源发射的照射光以希望的形式照射被检体即可。特别地，可通过使用聚焦光束照射被检体来增加成像分辨率。
在本实施例中，波导31(典型地是光纤)、准直透镜32、光束分离器33、展像(axicon)透镜34和镜子35的组合被称为光学***30。通过使用这种配置，可以将照射光聚焦于被检体的目标位置处。
优选使用光束分离器33，使得45度的入射角度上的反射率在5％内。
并且，光学***30不必是使得使用聚焦照射光照射被检体的类型。例如，在被设计为检查婴儿的设备中，有时优选使用扩展光束照射被检体。
<<第一光电检测器40和第二光电检测器50>>
第一光电检测器40是如下的单元，该单元被配置为检测已经照射被检体11的并且已经在被检体内扩散和传播的光中的、已经泄漏到被检体外部的光并且测量该光的量(即，强度)。已经到达第一光电检测器的光在被检体内扩散的同时通过各种路径。该光的传播路径的范围具有诸如由附图标记130表示的香蕉状形状。
例如，光电二极管、雪崩光电二极管和光电倍增器可被用于第一光电检测器40中，但是也可使用其它器件，只要可以检测光即可。例如，还可使用光能量计。
优选第一光电检测器40与被检体11的表面紧密接触。特别地，当被检体11是人体时，优选第一光电检测器与皮肤紧密接触。
第二光电检测器50检测由光束分离器33引导的照射光的一部分并且测量该光的量。可针对第二光电检测器50有利地使用光电二极管或光能量计，但还可使用其它器件。
<<处理单元60>>
以下解释处理单元60的配置。在本实施例中，处理单元60由光声信号收集单元61、第一光量收集单元62、第二光量收集单元63、特性值信息计算单元64和光量确定单元65构成。将在以下解释这些单元中的每一个。
光声信号收集单元61执行如下处理：针对每个通道收集从探测器20的声学元件输出的时序模拟信号、放大和A/D转换所述信号并且暂时存储数字化的信号。光声信号收集单元61典型地使用被称为数据获取***(DAS)的电路。
第一光量收集单元62收集从第一光电检测器40输出的信号，并且第二光量收集单元63收集从第二光电检测器50输出的信号。第一光量收集单元62和第二光量收集单元63在必要时执行放大信号、将模拟信号A/D转换、暂时存储数字化的信号和将获取的信号转换成光量值的处理。可由此获取入射于各光电检测器上的光的量。
第一光量收集单元62和第二光量收集单元63具有例如放大信号的放大器、将模拟信号数字化的A/D转换器和将信号转换成光量值的运算单元。
第一光量收集单元62优选地被配置为基于从第一光电检测器40输出的信号来获取入射在第一光电检测器40上(每单位表面积)的光的量。因此，优选第一光量收集单元62存储转换所需的系数或公式。
并且，第二光量收集单元63优选地被配置为基于从第二光电检测器50输出的信号来获取照射到被检体11上(每单位表面积)的光的量。因此，优选第二光量收集单元63存储转换所需的系数或公式。
特性值信息计算单元64是如下的单元(信息获取单元)，该单元使用从光声信号收集单元61和第一光量收集单元62输出的信号来针对被检体内的各位置计算关于被检体的内部的特性信息(即，光吸收率等)。以下，与被检体内的各位置处的光吸收率有关的特性值信息被称为被检体内的光吸收分布。
根据本实施例的光声测量装置还可被实现为光声显微镜或光声断层装置。
当装置是光声显微镜时，特性值信息计算单元64关于时间变化对从光声信号收集单元61输出的信号执行包络检测，然后将每个脉冲的信号的时间轴方向转换成深度方向，并且在空间坐标上绘制。通过对每个测量位置(扫描位置)执行这种处理来获取声压分布数据。并且，特性值信息计算单元64通过使用通过第一光量收集单元62获得的光量值并且校正每个测量位置处的声压分布，来针对每个测量位置获取光吸收分布数据。例如，当第一光电检测器40是光电二极管时，可通过在各测量点中取从光电二极管输出的信号的峰值并且将声压分布数据除以峰值，来获取针对每个测量位置的光吸收分布区域。
同时，当装置是光声断层装置时，特性值信息计算单元64通过使用从光声信号收集单元61输出的针对每个信道的接收信号并且执行图像重构，来找到与二维或三维空间坐标上的位置对应的初始声压数据。特性值信息计算单元64可针对图像重构使用诸如UBP方法或FBP方法的公知重构方法。并且，特性值信息计算单元64可针对图像重构使用定相加法(phasingaddition)处理。特性值信息计算单元64还可通过使用从第一光量收集单元62输出的光量值校正声压分布数据，来获取针对每个测量位置的光吸收分布数据。
并且，通过使用多个波长的测量，特性值信息计算单元64可通过使用针对每个波长的光吸收分布数据来确定存在于被检体内的物质的浓度分布。特别地，通过使用氧合血红蛋白(HbO)的浓度和还原血红蛋白(Hb)的浓度，可以确定血液中的氧饱和度分布。
光量确定单元65确定从第一光量收集单元62和第二光量收集单元63输出的光量值与预设的阈值之间的关系，并且将确定结果传送到控制单元80。在以下描述这种处理的具体例子。
特性值信息计算单元64和光量确定单元65可由诸如CPU或GPU的处理器和诸如FPGA芯片的运算电路构成。这些单元不仅可由一个处理器或运算电路构成，而且可由多个处理器或运算单元构成。还可设置存储接收信号、产生的分布数据、显示图像数据和各种测量参数的存储器。存储器典型地由一个或更多个存储介质(诸如ROM、RAM和硬盘)构成。
<<声学匹配部件70>>
声学匹配部件70是容纳声学匹配材料的容器。典型地，它是水箱或水袋。在本实施例中，探测器20的声学元件被配置为被浸入声学匹配材料中。作为结果，可在被检体11与声学元件之间执行声学阻抗匹配。还优选声学匹配部件70的与被检体11接触的表面由具有小于光声波的波长的厚度的膜构成，由此有利于光声波的通过。更优选该接触表面具有等于或小于光声波的波长的四分之一的厚度。还优选该声学匹配材料和该接触表面由几乎不吸收照射光的材料构成。例如，作为声学匹配材料，可以使用水和超声凝胶或油，并且，作为接触表面的材料，可以使用聚乙烯等。
还优选使用凝胶等执行接触表面与被检体11之间的声学匹配。
<<控制单元80>>
控制单元80控制上述单元中的每一个单元的操作。例如，控制单元向光源10供给指示光发射的信号或设定光强度的信号，向探测器20供给控制声波的接收的信号并且向以下描述的扫描机构90供给控制位置的信号。并且，控制单元80具有基于通过光量确定单元65获得的确定结果来控制照射光的发射或量的功能。控制单元还执行对处理单元60的信号幅度控制、A/D转换定时控制和对接收信号的存储控制。
与处理单元60类似，控制单元80还可由处理器(诸如CPU和GPU)和电路(诸如FPGA芯片)的组合或者多个处理器和电路的组合构成。还可设置用于存储各种测量参数的存储器。存储器典型地由一个或更多个诸如ROM、RAM和硬盘的存储介质构成。这些构件还可与处理单元60一起使用。
<<扫描机构90>>
扫描机构90相对于被检体移动探测器20和光学***30。在本实施例中，探测器20和光学***30两者通过扫描机构90而同步地被移动。以下，探测器20和光学***30的组合被称为测量单元140。
扫描机构90典型地是被设置具有步进马达或伺服马达的台架，但还可使用其它的配置。通过移动测量单元140，扫描机构90使得能够在被检体110上的多个测量位置处测量。
在本实施例中，探测器20和光学***30同时***作，但是，还可使用如下的配置：在该配置中例如在使用照射光照射被检体110上的宽范围的同时，光学***30被固定并且仅探测器20被扫描。
还可以固定探测器20并且仅扫描光学***30。更具体而言，能够从宽范围接收光声波的探测器(诸如具有宽聚焦范围的单个换能器或阵列型换能器)被用作探测器20，并且探测器20被固定。并且使用聚焦的照射光来照射被检体，该被检体可通过扫描机构90来扫描。
在探测器20由此被固定的情况下，不必使用用于声学匹配的液体(诸如水)。例如，可以使用凝胶部件(聚氨酯凝胶等)，而不使用声学匹配部件70。
在扫描机构90改变照射光的照射位置或声波的获取位置的情况下，可以不移动探测器20或光学***30自身。例如，可以设置用于引导声波或照射光的镜子，并且可通过移动镜子来改变位置。例如，可以改变镜子角度或者可以改变镜子位置。电流镜或MEMS镜子可被用作这种镜子。
在这种情况下，还可以移动照射光的照射位置和声波的获取位置两者或者仅仅移动它们中的一个。
<<显示单元100>>
显示单元100显示图像并且典型地是液晶显示器、CRT或有机EL显示器。显示单元100不必是根据本实施例的光声测量装置的一部分，而是可以被外部地连接。
<<被检体110>>
以下解释被检体110，尽管它不是构成根据本实施例的光声测量装置的构件。根据本实施例的光声测量装置的主要目的是执行对人和动物中的血管疾病和恶性肿瘤的诊断以及化疗之后的后续观察。因此，诊断的目标部位(诸如活体，更具体而言，脸、***、颈部、和腹部)被假定为被检体110。
作为测量对象的光吸收体120优选地处于被检体110内，并且具有相对高的光吸收系数。例如，当人体是测量对象时，氧合血红蛋白或还原血红蛋白、包含大量氧合血红蛋白或还原血红蛋白的血管和包含大量的新血管的恶性肿瘤变为作为测量对象的光吸收体。其它例子包括黑素瘤和颈动脉壁的斑块。
<用于测量被检体的方法>
以下将解释使用根据本实施例的光声测量方法测量作为被检体的活体的方法。
在使用从光源10发射的脉冲光通过光学***30来照射活体的情况下，在活体内传播的光的能量的一部分到达位于活体内的光吸收体120。光吸收体典型地是血管，特别是存在于血管内的诸如血红蛋白的物质以及肿瘤。在光吸收体吸收光能量的情况下，产生光声波。在活体内产生的声波在被检体内传播并且到达探测器20。
由探测器20接收的声波被转换成时序电信号并且被依次输入到处理单元60以供分析。分析结果被转换成表示关于活体的内部的特性信息(例如，初始声压分布和吸收系数分布)的并且通过显示单元100被输出的图像数据。图像可以为例如三维数据或二维数据的形式。
同时，已经在被检体110内扩散并且发射到被检体外部的照射光由第一光电检测器40检测，并且其强度被输入到处理单元60。已经照射被检体110的照射光的一部分由第二光电检测器50检测，并且其强度被输入到处理单元60。在本实施例中，处理单元60基于由第一光电检测器40和第二光电检测器50检测的光的强度来确定照射光的照射的有/无并且控制光量。
<测量处理流程图>
以下将参照作为测量处理流程图的图2和图3来解释更具体的控制方法。
图2是示出从操作员指示装置开始测量之后直到测量开始为止被执行的处理的流程图。
首先，在步骤S11中，控制单元80指示光源10开始照射光的照射。将被用于照射的照射光的光量充分地小于已经针对被检体设定的最大允许曝光量(MPE)。例如，当照射部位是人皮肤时，优选照射被检体110的表面的光的量等于或小于针对皮肤设定的MPE的1/10。
然后，在步骤S12中，控制单元80将照射光的量增加1个步幅(step)。光量的变化宽度可取任何值，但优选不迅速改变。例如，变化宽度可以为MPE的1/10。
然后，在步骤S13中，处理单元60(第二光量收集单元63)获取由第二光电检测器50输出的信号并且将该信号转换成光量。这里获取的光量可进一步被转换，以确定被检体110的每单位表面积发射的光量。
以下，由第二光量收集单元63获取的光量被称为“第二光量”。
然后，在步骤S14中，处理单元60(光量确定单元65)确定第二光量是否大于预设的阈值(在本发明中为第六阈值；以下被称为阈值Smin)。在第二光量大于阈值Smin的情况下，确定不需要随后的光量的增加，并且处理前进到步骤S17。在第二光量不高于阈值Smin的情况下，处理前进到步骤S15。
这里使用的阈值Smin相对于照射部位提供安全余量(margin)。例如，当照射光的照射部位是人皮肤时，阈值Smin可以为已经针对皮肤设定的MPE的一半。不用说，还可使用其它的值。
在第二光量没有达到阈值Smin的情况下，执行步骤S15的处理。
步骤S15和S16的处理用于在从被检体的表面发射的光的量被获取且光量等于或大于预定阈值时即使当第二光量没有达到阈值Smin时也开始测量。
在步骤S15中，处理单元60(第一光量收集单元62)获取由第一光电检测器40输出的信号并且将该信号转换成光量。获取的光量可进一步被转换，以确定入射于第一光电检测器40上的每单位表面积的光量。
以下，由第一光量收集单元62获取的光量被称为“第一光量”。
然后，在步骤S16中，处理单元60(光量确定单元65)确定第一光量是否大于预设的阈值(在本发明中为第五阈值；以下被称为阈值Emin)。在第一光量大于阈值Emin的情况下，不管第二光量如何，处理前进到步骤S17。在第一光量不高于Emin的情况下，处理前进到步骤S12。
这里使用的阈值Emin相对于比照射部位更严格地设定MPE的部位提供安全余量。例如，在照射部位接近人眼时，阈值Emin可以为已经针对眼睛(视网膜)设定的MPE的一半。不用说，还可使用其它的值。阈值Emin小于阈值Smin。
最后，在步骤S17中，控制单元80开始对被检体的光声测量。
在执行这种处理的情况下，从光源10发射的光的量逐渐上升，直到第一光量超过阈值Emin为止或者直到第二光量超过阈值Smin为止。作为结果，可以确定相对于使用照射光照射的部位和接近上述部位并具有更严格的MPE的部位提供安全余量的照射光量。
优选针对脉冲光的每次发射执行图2所示的处理，但还可通过每隔几个脉冲进行中间剔除(thinout)来执行该处理。还可每隔某一时间段来执行该处理。
另外，在参照图2的实施例的解释中，光声测量装置首先执行增加光量的步骤(步骤S12)，但是处理的次序不限于公开的实施例。
例如，在开始光照射(步骤S11)之后，处理可省略步骤S12。在这种情况下，在第一光量被确定为小于阈值Emin(步骤S16－否)之后处理步骤S12。
图3是示出控制光声测量期间照射被检体的光的量的处理的流程图。
首先，在步骤S21中，开始光声测量。
然后，在步骤S22中，处理单元60(第二光量收集单元63)以与步骤S13相同的方式获取由第二光电检测器50输出的信号并且将该信号转换成光量。由于该处理与步骤S13的处理相同，因此在这里省略其详细解释。
然后，在步骤S23中，处理单元60(光量确定单元65)确定第二光量是否大于预设的阈值(在本发明中为第三阈值；以下被称为阈值Smax)。在第二光量大于阈值Smax的情况下，确定光量太大，处理前进到步骤S27，照射光的发射停止，并且测量结束。在第二光量不高于阈值Smax的情况下，处理前进到步骤S24。
这里使用的阈值Smax是相对于被检体110的表面的照射光量的限制值。例如，当照射光的照射部位是人皮肤时，阈值Smax可以为已经针对皮肤设定的MPE的三分之二。不用说，还可使用其它的值。
在本例子中，通过向光源10传送停止发射的信号来停止照射光的发射，但是可以使用其它的方法，只要可以停止光对被检体的照射即可。例如，可通过使用激光快门(shutter)来切断光路。
在第二光量没有达到阈值Smax的情况下，执行步骤S25的处理。
步骤S24和S25的处理用于在从被检体表面发射的光的量等于或大于预定的阈值时即使当第二光量没有达到阈值Smax时也停止照射光的发射。
在步骤S24中，处理单元60(第一光量收集单元62)以与步骤S15相同的方式获取由第一光电检测器40输出的信号并且将该信号转换成光量。由于该处理与步骤S15的处理相同，因此在这里省略其详细解释。
然后，在步骤S25中，处理单元60(光量确定单元65)确定第一光量是否大于预设的阈值(在本发明中为第一阈值；以下被称为阈值Emax)。在第一光量大于阈值Emax的情况下，不管第二光量如何，处理前进到步骤S27，照射光的发射停止，并且测量结束。在第一光量不高于阈值Emax的情况下，处理前进到步骤S26。
这里使用的阈值Emax是相对于比照射部位更严格地设定MPE的部位的照射光量的限制值。例如，在照射部位接近人眼时，阈值Emax可以为已经针对眼睛(视网膜)设定的MPE的三分之二。不用说，还可使用其它的值，但阈值Emax小于阈值Smax。
最后，在步骤S26中，确定是否已经完成针对希望范围的测量，并且，在已经完成测量的情况下，光声测量结束。在还没有完成测量的情况下，通过相对于下一测量点执行光声测量来继续处理。
在执行这种处理的情况下，可以检测第一光量已经超过阈值Emax或者第二光量已经超过阈值Smax并且停止光对被检体的照射。作为结果，可以执行监视，从而使得相对于使用照射光照射的部位和接近上述部位并且具有更严格的MPE的部位两者均不超过光量的限制值。
优选针对脉冲光的每次发射执行图3所示的处理，但还可通过每隔几个脉冲进行中间剔除来执行该处理。还可每隔某一时间段来执行该处理。
如上文解释的那样，使用根据本实施例的光声测量装置，可通过相对于在被检体内传播的扩散光不仅考虑位于照射部位中的活组织(例如，皮肤)的安全性而且考虑其它光组织(例如，视网膜)的安全性，来执行光声测量。
此外，在本实施例中，连续执行图2所描绘的处理和图3所描绘的处理，但不总是必须在测量之前执行图2所描绘的处理。例如，可以使用已经事先设定的预定光量的光来实施照射并且立即开始光声测量。在这种情况下，预定的光量优选被设定为等于或小于已经针对照射部位(即，皮肤)设定的MPE的一半。
(第二实施例)
在第一实施例中，当第一光量大于阈值Emax或第二光量大于阈值Smax时，停止照射光的发射。相对照地，在第二实施例中，在不立即停止发射的情况下执行减少照射光量的控制。
由于根据第二实施例的光声测量装置的配置与第一实施例相同，因此在这里省略其详细解释，并且仅解释处理的不同。
图4是示出第二实施例中的对照射被检体的光的量的控制处理的流程图。在第二实施例中，在步骤S23中确定第二光量超过阈值Smax的情况下，处理前进到步骤S28，并且向光源10发出减小照射光量的命令。类似地，在确定第一光量超过阈值Emax的情况下，处理前进到步骤S28，并且向光源10发出减小照射光量的命令。其它处理与第一实施例相同。
根据第二实施例，即使当第一光量或第二光量出于某个原因改变时，测量也可继续。
(第三实施例)
在第二实施例中，在第一光量大于阈值Emax或第二光量大于阈值Smax时，减小照射光的量。相对照地，在第三实施例中，在减小照射光的量之后，当第一光量和第二光量减小时，照射光的量再次增加。
由于根据第三实施例的光声测量装置的配置与第一实施例相同，因此在这里省略其详细解释，并且仅解释与第二实施例的处理上的不同。
在第三实施例中，在已经执行步骤S23之后执行步骤S231。
在步骤S231中，处理单元60(第二光量收集单元63)确定第二光量是否大于预设的阈值(在本发明中为第四阈值；这里是作为与第六阈值相同的值的阈值Smin)。在第二光量小于阈值Smin的情况下，确定光量已经减少太多，处理前进到步骤S29，并且照射光的量增加。在第二光量不小于阈值Smin的情况下，处理前进到步骤S24。
以与第一实施例相同的方式，这里使用的阈值Smin小于阈值Smax。例如，当阈值Smax为已经针对皮肤设定的MPE的三分之二时，阈值Smin可以为已经针对皮肤设定的MPE的一半。
并且，在第三实施例中，在已经执行步骤S25之后执行步骤S251。
在步骤S251中，处理单元60(第一光量收集单元62)确定第一光量是否大于预设的阈值(在本发明中为第二阈值；这里是作为与第五阈值相同的值的阈值Emin)。在第一光量小于阈值Emin的情况下，确定光量已经减少太多，处理前进到步骤S29，并且照射光的量增加。在第一光量不小于阈值的情况下，处理前进到步骤S26。
以与第一实施例相同的方式，这里使用的阈值Emin小于阈值Emax。例如，当阈值Emax为已经针对眼睛(视网膜)设定的MPE的三分之二时，阈值Emin可以为已经针对眼睛设定的MPE的一半。
其它处理与第一实施例相同。
根据第三实施例，可在适当的范围(即，提供安全余量的适于测量的范围)中保持照射光的量。
(变形例)
以上描述的实施例仅示出了本发明，并且在不背离本发明的要旨的情况下，本发明的实现可涉及适当的变化和组合。
例如，本发明还可被实现为包括上述单元中的至少一些的光声装置。它还可被实现为用于光声装置的控制方法。上述的处理操作和单元可被自由地组合在一起，只要不由此产生技术矛盾即可。
此外，本发明还可被实现为手持光声装置。在这种情况下，可以使用如下的配置：在该配置中在集成的探测器中除了测量单元140以外还容纳第一光电检测器40。
在实施例的描述中，提出光量的四个阈值，即Smin、Smax、Emin和Emax，但是，通过例子提出的值以外的值也可被用作阈值。并且，第二阈值和第五阈值，以及第四阈值和第六阈值可有不同的值。
例如，优选第一阈值等于或小于已经针对眼睛设定的MPE的三分之二，且第二和第五阈值等于或大于已经针对眼睛设定的MPE的一半，但是还可使用其它的值。类似地，优选第三阈值等于或小于已经针对皮肤设定的MPE的三分之二，且第四和第六阈值等于或大于已经针对皮肤设定的MPE的一半，但是还可使用其它的值。
并且，在实施例的描述中，通过处理单元60和控制单元80自动执行基于光量确定结果的照射控制，但可以手动执行照射控制。在这种情况下，确定结果可被输出到显示单元100，并且观察输出的确定结果的操作员可确定是否手动执行照射光的照射或者调整光量。
(其它实施例)
本发明的实施例还可以由***或装置的计算机实现，该***或装置的计算机读取并且执行记录在存储介质(其还可以被更完整地称为“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)以便执行一个或多个上述实施例的功能，和/或包括用于执行一个或多个上述实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，以及可由该***或装置的计算机，例如通过从存储介质读取并执行计算机可执行指令以执行一个或多个上述实施例的功能，和/或控制一个或多个电路以执行一个或多个上述实施例的功能而执行的方法，实现本发明的实施例。该计算机可以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))，并且可以包括分离的计算机或者分离的处理器的网络，以便读取并且执行该计算机可执行指令。该计算机可执行指令可例如被从网络或者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***的存储设备、光盘(诸如压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)或者蓝光盘(BD)TM)、闪速存储器设备和存储卡等中的一个或多个。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明并不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以包含所有这些修改和等同结构与功能。
其它实施例
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***或装置，该***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 (15)

1.一种光声装置，其特征在于，包括：
光照射单元，被配置为使用光来照射被检体；
声波检测器，被配置为检测在使用光的照射下被检体内产生的声波并且将检测的声波转换成电信号；
第一光电检测器，被配置为获取与已在被检体内传播并且泄漏到被检体外部的光的强度有关的信息；
信息获取单元，被配置为基于所述电信号来获取关于被检体的内部的信息；和
控制单元，被配置为基于已由第一光电检测器获取的与光的强度有关的信息来控制照射被检体的光。
2.根据权利要求1所述的光声装置，其中，
第一光电检测器与被检体的表面紧密接触。
3.根据权利要求1所述的光声装置，其中，
当由第一光电检测器获取的光的强度大于第一阈值时，控制单元停止光对被检体的照射。
4.根据权利要求1所述的光声装置，其中，
当由第一光电检测器获取的光的强度大于第一阈值时，控制单元减小照射被检体的光的强度。
5.根据权利要求3或4所述的光声装置，其中，
当由第一光电检测器获取的光的强度小于第二阈值时，控制单元增加照射被检体的光的强度。
6.根据权利要求5所述的光声装置，其中，
第一阈值和第二阈值基于相对于眼睛的最大允许曝光量被设定。
7.根据权利要求6所述的光声装置，其中，
第一阈值是小于相对于眼睛的最大允许曝光量的三分之二的值，并且，
第二阈值是大于相对于眼睛的最大允许曝光量的一半的值。
8.根据权利要求1所述的光声装置，还包括：
第二光电检测器，被配置为获取照射被检体的光的强度，其中，
控制单元还基于由第二光电检测器获取的光的强度来控制照射被检体的光的强度。
9.根据权利要求8所述的光声装置，其中，
当由第二光电检测器获取的光的强度大于第三阈值时，控制单元停止光对被检体的照射。
10.根据权利要求8所述的光声装置，其中，
当由第二光电检测器获取的光的强度大于第三阈值时，控制单元减小照射被检体的光的强度。
11.根据权利要求9或10所述的光声装置，其中，
当由第二光电检测器获取的光的强度小于第四阈值时，控制单元增加照射被检体的光的强度。
12.根据权利要求9所述的光声装置，其中，
控制单元：
通过控制光照射单元、声波检测器和信息获取单元中的每一个的操作，控制对被检体执行的测量的定时；
当开始使用光照射被检体时，逐渐增加光的强度；以及
当由第一光电检测器获取的光的强度等于或大于比第一阈值小的第五阈值时，或者当由第二光电检测器获取的光的强度等于或大于比第三阈值小的第六阈值时，开始对被检体执行的测量。
13.根据权利要求11所述的光声装置，其中，
第三阈值和第四阈值基于相对于皮肤的最大允许曝光量被设定。
14.根据权利要求13所述的光声装置，其中，
第三阈值是小于相对于皮肤的最大允许曝光量的三分之二的值，并且，
第四阈值是大于相对于皮肤的最大允许曝光量的一半的值。
15.一种用于光声装置的控制方法，该光声装置包括被配置为使用光照射被检体的光源以及被配置为检测在使用光的照射下被检体内产生的声波的声波检测器，其特征在于，该方法包括：
将由于光而在被检体内产生的声波转换成电信号的声波检测步骤；
获取与已在被检体内传播并且泄漏到被检体外部的光的强度有关的信息的第一光检测步骤；
基于所述电信号获取关于被检体的内部的信息的信息获取步骤；以及
基于已在第一光检测步骤中获取的与光的强度有关的信息来控制照射被检体的光的控制步骤。
CN201510821976.XA 2014-11-28 2015-11-24 光声装置和用于光声装置的控制方法 Pending CN105640493A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014241830A JP2016101369A (ja) 2014-11-28 2014-11-28 光音響装置および光音響装置の制御方法
JP2014-241830 2014-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105640493A true CN105640493A (zh) 2016-06-08

Family

ID=54544906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510821976.XA Pending CN105640493A (zh) 2014-11-28 2015-11-24 光声装置和用于光声装置的控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160150967A1 (zh)
EP (1) EP3025641A1 (zh)
JP (1) JP2016101369A (zh)
CN (1) CN105640493A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108095688A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 佳能株式会社 光声装置、控制方法以及存储程序的非暂时性存储介质
CN110237433A (zh) * 2018-12-27 2019-09-17 合刃科技（深圳）有限公司 一种基于高光谱的光照调节装置及方法
CN112603263A (zh) * 2020-12-14 2021-04-06 华南师范大学 一种掌上光声成像装置及方法
TWI827602B (zh) * 2018-06-07 2024-01-01 美商高通公司 用於皮下成像之系統及方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6934105B2 (ja) 2018-03-05 2021-09-08 富士フイルム株式会社 光音響装置および光音響装置の制御方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110270071A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Canon Kabushiki Kaisha Measuring apparatus
US20120318066A1 (en) * 2010-04-26 2012-12-20 Canon Kabushiki Kaisha Photoacoustic measuring apparatus
US20130006090A1 (en) * 2010-04-28 2013-01-03 Canon Kabushiki Kaisha Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic imaging method
US20130116538A1 (en) * 2011-11-02 2013-05-09 Seno Medical Instruments, Inc. Optoacoustic imaging systems and methods with enhanced safety
CN103222880A (zh) * 2012-01-31 2013-07-31 佳能株式会社 被检物信息获取装置
WO2014045564A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Canon Kabushiki Kaisha Object information acquiring apparatus and control method for the object information acquiring apparatus
US20140111774A1 (en) * 2012-10-24 2014-04-24 Canon Kabushiki Kaisha Ophthalmologic apparatus, ophthalmologic control method, and recording medium

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4739363B2 (ja) * 2007-05-15 2011-08-03 キヤノン株式会社 生体情報イメージング装置、生体情報の解析方法、及び生体情報のイメージング方法
CN101918811B (zh) 2007-10-25 2013-07-31 圣路易斯华盛顿大学 具有光学横向分辨率的共焦光声显微镜
GB2478984A (en) * 2010-03-26 2011-09-28 Hexcel Composites Ltd Curable composite material

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120318066A1 (en) * 2010-04-26 2012-12-20 Canon Kabushiki Kaisha Photoacoustic measuring apparatus
US20110270071A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Canon Kabushiki Kaisha Measuring apparatus
US20130006090A1 (en) * 2010-04-28 2013-01-03 Canon Kabushiki Kaisha Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic imaging method
US20130116538A1 (en) * 2011-11-02 2013-05-09 Seno Medical Instruments, Inc. Optoacoustic imaging systems and methods with enhanced safety
CN103222880A (zh) * 2012-01-31 2013-07-31 佳能株式会社 被检物信息获取装置
WO2014045564A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Canon Kabushiki Kaisha Object information acquiring apparatus and control method for the object information acquiring apparatus
US20140111774A1 (en) * 2012-10-24 2014-04-24 Canon Kabushiki Kaisha Ophthalmologic apparatus, ophthalmologic control method, and recording medium

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108095688A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 佳能株式会社 光声装置、控制方法以及存储程序的非暂时性存储介质
TWI827602B (zh) * 2018-06-07 2024-01-01 美商高通公司 用於皮下成像之系統及方法
CN110237433A (zh) * 2018-12-27 2019-09-17 合刃科技（深圳）有限公司 一种基于高光谱的光照调节装置及方法
CN112603263A (zh) * 2020-12-14 2021-04-06 华南师范大学 一种掌上光声成像装置及方法
CN112603263B (zh) * 2020-12-14 2023-09-05 华南师范大学 一种掌上光声成像装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20160150967A1 (en) 2016-06-02
EP3025641A1 (en) 2016-06-01
JP2016101369A (ja) 2016-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102822661B (zh) 光声成像装置和光声成像方法
JP6006773B2 (ja) 散乱媒体の画像化方法及び画像化装置
US9615751B2 (en) Object information acquiring apparatus and object information acquiring method
US9131851B2 (en) Biological information imaging apparatus and method for analyzing biological information
KR102054382B1 (ko) 피검체 정보 취득장치 및 그 제어 방법
CN105640493A (zh) 光声装置和用于光声装置的控制方法
JP5586977B2 (ja) 被検体情報取得装置及び被検体情報取得方法
CN110251099B (zh) 一种联合光声与光纤式激光散斑的多模态成像设备
Beard Photoacoustic imaging of blood vessel equivalent phantoms
Zhang et al. Three-dimensional photoacoustic imaging of vascular anatomy in small animals using an optical detection system
JP6598528B2 (ja) 被検体情報取得装置および被検体情報取得方法
US20190183347A1 (en) Photoacoustic apparatus and object information acquiring method
US20170265749A1 (en) Processing apparatus and processing method
US20190142277A1 (en) Photoacoustic apparatus and object information acquiring method
US20190130553A1 (en) Information processing apparatus and information processing method
Ladéroute et al. Frequency analysis of optoacoustic signals in laser heated tissues
Rao et al. In vivo label-free photoacoustic microscopy of the anterior segment of the mouse eye
Xi et al. Combining Optical-resolution Photoacoustic Microscopy with Optical Coherence Tomography in a Miniature Probe
Song et al. Real-time photoacoustic tomography using linear array transducer and its phantom evaluation
TW201434444A (zh) 組織掃描成像系統及其光聲光學斷層造影方法
CN105640495A (zh) 光声装置
JP2017086173A (ja) 被検体情報取得装置およびその制御方法
TWM482743U (zh) 複合式皮膚黑色素與微血管網掃描系統

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160608

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication