本發(fā)明涉及獲取從通過用光照射被檢體生成的光聲波得到的圖像數(shù)據(jù)的光聲裝置。

背景技術(shù)：

作為用于基于來自被檢體的聲波獲取被檢體信息的技術(shù)，存在被稱為光聲成像(PAI)的技術(shù)。光聲成像是利用光聲效應對被檢體內(nèi)部成像的技術(shù)，其中用脈沖光對被檢體的照射導致由于被檢體內(nèi)部光的吸收而生成聲波(光聲波)。

已知的是，在光聲成像中，通常，如果測量聲波的區(qū)域?qū)τ谝上竦膮^(qū)域不足，則諸如濾波反投影方法和傅立葉變換方法的解析型圖像重構(gòu)方法不能完全再現(xiàn)從其生成聲波的源的形狀。例如，如果只能從某個特定方向而不是從被檢體周圍的每個方向接收聲波(稱為“有限觀看條件”)，則可以說測量聲波的區(qū)域不足。

作為用于解決上述問題的方法，日本特許專利申請公開No.2014-180492討論了基于關(guān)于被檢體的結(jié)構(gòu)的信息(從被檢體的特征結(jié)構(gòu)得出的特征信息)生成圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)這種方法，即使在有限觀看條件下，也可以再現(xiàn)從其生成光聲波的聲源的形狀。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

日本特許專利申請公開No.2014-180492中討論的方法涉及這樣的風險，即，當從其生成聲波的源的結(jié)構(gòu)特征與關(guān)于在圖像數(shù)據(jù)的生成中使用的被檢體的結(jié)構(gòu)的信息不同時，可能生成指示與實際結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)。換句話說，通過在日本特許專利申請公開No.2014-180492中討論的方法獲取的圖像數(shù)據(jù)可以既包括高可靠區(qū)域(與實際結(jié)構(gòu)匹配的圖像區(qū)域)也包括低可靠區(qū)域(指示與實際結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)的圖像區(qū)域)。

本發(fā)明致力于能夠顯示圖像數(shù)據(jù)以允許用戶區(qū)分圖像數(shù)據(jù)中的低可靠區(qū)域的光聲裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，光聲裝置包括被配置為用光照射被檢體的光照射單元，被配置為將由于用光照射而從被檢體生成的聲波轉(zhuǎn)換成電信號的接收單元，被配置為基于電信號獲取圖像數(shù)據(jù)的處理單元，及顯示控制單元。處理單元在不使用關(guān)于被檢體的結(jié)構(gòu)的信息的情況下基于電信號獲取第一圖像數(shù)據(jù)，并且處理單元基于電信號和關(guān)于被檢體的結(jié)構(gòu)的信息獲取第二圖像數(shù)據(jù)。顯示控制單元基于第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)使其中第一圖像數(shù)據(jù)與第二圖像數(shù)據(jù)之間的差異區(qū)域與其他區(qū)域彼此能區(qū)分的圖像數(shù)據(jù)在顯示單元上顯示。

參照附圖，本發(fā)明的其它特征將從以下對示例性實施例的描述變得清楚。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)第一示例性實施例的光聲裝置的示意圖。

圖2是示出根據(jù)第一示例性實施例的計算機的具體例子的框圖。

圖3是示出根據(jù)第一示例性實施例的信號處理的流程圖。

圖4示出根據(jù)第一示例性實施例的仿真模型。

圖5A、5B、5C和5D示出了根據(jù)第一示例性實施例的光吸收體的模型圖和圖像數(shù)據(jù)。

圖6A、6B和6C各自示出了根據(jù)第一示例性實施例的圖形用戶界面(GUI)。

圖7示出了根據(jù)第二示例性實施例的血管模型。

圖8A、8B和8C各自示出了根據(jù)第二示例性實施例的GUI。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例。相同的部件原則上由相同的附圖標記表示，并且將省略其冗余描述。下面描述的本發(fā)明的各個實施例能夠單獨實施、或者能夠根據(jù)需要或在單個實施例中有利于組合各實施例的部件或特征的情況下，作為多個實施例或特征的組合而實施。

<基本配置>

將參照圖1來描述作為根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的被檢體信息獲取裝置的光聲裝置的配置。圖1是示出根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置的示意圖。光聲裝置包括光照射單元100、接收單元400、信號數(shù)據(jù)收集單元600、計算機700、顯示單元800、輸入單元900和保持單元1200。測量目標是被檢體1000。

光照射單元100用脈沖光130照射被檢體1000，并且在被檢體1000中生成聲波。由于光而生成并基于光聲效應的聲波將被稱為光聲波。接收單元400通過接收光聲波來輸出作為模擬信號的電信號。信號數(shù)據(jù)收集單元600將從接收單元400輸出的作為模擬信號的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的信號輸出到計算機700。計算機700存儲從信號數(shù)據(jù)收集單元600輸出的數(shù)字信號，作為從光聲波得出的信號數(shù)據(jù)。從用光照射到數(shù)字信號的輸出被存儲為信號數(shù)據(jù)的過程將被稱為“光聲測量”。

計算機700通過對所存儲的數(shù)字信號執(zhí)行信號處理來生成指示關(guān)于被檢體1000的信息(被檢體信息)的圖像數(shù)據(jù)。另外，在對所獲取的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行圖像處理之后，計算機700將圖像數(shù)據(jù)輸出到顯示單元800。關(guān)于被檢體1000的信息的圖像在顯示單元800上顯示。作為用戶的醫(yī)生可以通過檢查顯示在顯示單元800上的關(guān)于被檢體1000的信息的圖像來進行診斷。

從根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置獲取的被檢體信息例如是關(guān)于所生成的光聲波的聲壓(初始聲壓)、光吸收能量的密度、光吸收系數(shù)及形成被檢體1000的物質(zhì)的濃度的信息當中至少一個。關(guān)于物質(zhì)的濃度的信息例如是氧合血紅蛋白的濃度、脫氧血紅蛋白的濃度、血紅蛋白的總濃度、氧飽和度。血紅蛋白的總濃度對應于氧合血紅蛋白的濃度和脫氧血紅蛋白的濃度之和。氧飽和度對應于氧合血紅蛋白與血紅蛋白總量之比。根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置在被檢體1000中的每個位置(二維或三維空間中的每個位置)獲取指示上述信息的值的圖像數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在，將描述根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置的每個單元。

<光照射單元100>

光照射單元100包括發(fā)射脈沖光130的光源110，及將從光源1發(fā)射的脈沖光130引導到被檢體1000的光學系統(tǒng)120。

由光源110發(fā)射的光130的脈沖寬度可以是1ns或更長且100ns或更短的脈沖寬度。另外，光130的波長可以是落在大約從400nm至1600nm范圍內(nèi)的波長。在對位于靠近生物體表面的血管以高分辨率成像的情況下，光130的波長可以被設置成很大程度上可以被血管吸收的波長(400nm或更長且700nm或更短)。另一方面，在生物體中的深部被成像的情況下，光聲裝置可以采用具有通常在生物體的背景組織(例如水，脂肪)處幾乎不可吸收的波長(700nm或更長且1100nm或更短)的光。

激光器或發(fā)光二極管可以被用作為光源110。另外，在利用分別具有多個波長的光束測量被檢體1000的情況下，光源110可以是能夠轉(zhuǎn)換波長的光源。在利用多個波長照射被檢體1000的情況下的另一可能配置是準備分別生成具有彼此不同波長的光束的多個光源，并且交替地或依次從每個光源照射被檢體1000。即使當使用多個光源時，它們也將被共同表示為光源。各種類型的激光器，諸如固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器和半導體激光器，可以被用作激光器。例如，脈沖激光器，諸如摻雜釹的釔鋁石榴石(Nd：YAG)激光器和翠綠寶石激光器，可以被用作光源110?？商娲?，利用Nd：YAG激光作為激發(fā)光的鈦藍寶石(Ti：sa)激光器以及光參數(shù)振蕩器(OPO)激光器可以被用作光源110。

諸如透鏡、反射鏡和光纖的光學元件可以被用作光學系統(tǒng)120。在乳房等是被檢體1000的情況下，期望在擴展脈沖光130的光束直徑的同時照射被檢體1000，借此光學系統(tǒng)120的光發(fā)射部分可以由漫射光130的漫射板等形成。另一方面，在光聲裝置充當光聲顯微鏡的情況下，光學系統(tǒng)120的光發(fā)射部分可以由透鏡等形成以允許在光束聚焦在其上的同時被檢體1000被照射，從而增大分辨率。

可以用直接來自光源110的脈沖光130照射被檢體1000，其中光照射單元100不配備光學系統(tǒng)120。

<接收單元400>

接收單元400包括接收元件組410及支撐接收元件組410的支撐構(gòu)件420，接收元件組410包括各自通過接收聲波來輸出電信號的接收元件411至414。

由鋯鈦酸鉛(PZT)代表的壓電陶瓷材料、由聚偏二氟乙烯(PVDF)代表的聚合物壓電膜材料等可以被用作形成接收元件411至414當中每個的構(gòu)件?？商娲?，可以使用除壓電元件之外的其它元件。例如，可以使用靜電電容型換能器(例如，電容性微加工超聲波換能器(CMUT))和利用Fabry-Perot干涉儀的換能器。任何換能器都可以被采用作為接收元件411至414中的每個，只要這種換能器可以通過接收聲波輸出電信號即可。另外，由接收元件411至414中的每個獲取的信號是時間分解信號。換句話說，由接收元件411至414中的每個獲取的信號的幅值指示基于由接收元件411至414中的每個在各時刻接收的聲壓的值(例如，與聲壓成比例的值)。

支撐構(gòu)件420可以由例如具有高機械強度的金屬材料制成。在本示例性實施例中，支撐構(gòu)件420成形為像半球形殼體并且被配置為能夠在半球形殼體上支撐接收元件組410。在這種情況下，接收元件411至414的相應指向軸被聚集在半球的曲率的中心附近。然后，當利用從這些接收元件411至414輸出的一組電信號對被檢體1000進行成像時，在曲率的中心附近，圖像質(zhì)量提高。支撐構(gòu)件420可以以任何方式進行配置，只要支撐構(gòu)件420可以支撐接收元件組410即可。支撐構(gòu)件420可以以這樣的方式配置，即，多個接收元件被部署成排列在平坦表面或者彎曲表面上，例如被稱為1維(D)陣列、1.5-D陣列、1.75-D陣列或2-D陣列的陣列。

另外，在本示例性實施例中，支撐構(gòu)件420充當存儲聲匹配液體1500的容器。

另外，接收單元400可以包括放大從接收元件411至414中的每個輸出的時間序列模擬信號的放大器。另外，接收單元400可以包括將從接收元件411至414中的每個輸出的時間序列模擬信號轉(zhuǎn)換為時間序列數(shù)字信號的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。換句話說，接收單元400可以包括信號數(shù)據(jù)收集單元600。

理想地，期望接收元件組410被布置成從被檢體1000的全周包圍被檢體1000，以允許從各種角度檢測到聲波。但是，在由于被檢體1000大而無法將接收元件411至414布置成從被檢體1000的全周廣泛地包圍被檢體1000的情況下，接收元件組410可以被布置在半球支撐構(gòu)件420上，以使其布局更類似于如圖1中所示的從被檢體1000的全周包圍被檢體1000的狀態(tài)。

可以不同地選擇接收元件411至414的布局和數(shù)量以及支撐構(gòu)件420的形狀，只要它們根據(jù)被檢體1000被優(yōu)化即可，并且關(guān)于本發(fā)明可以采用任何種類的接收單元400。

<信號數(shù)據(jù)收集單元600>

信號數(shù)據(jù)收集單元600包括放大作為從接收元件411至414中的每個輸出的模擬信號的電信號的放大器，以及將從放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器。信號數(shù)據(jù)收集單元600可以利用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片等來實現(xiàn)。從信號數(shù)據(jù)收集單元600輸出的數(shù)字信號被存儲到計算機700中的存儲單元710中。信號數(shù)據(jù)收集單元600也被稱為數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)。本文的電信號是既包括模擬信號又包括數(shù)字信號的概念。信號數(shù)據(jù)收集單元600可以被連接到安裝在光照射單元100的光發(fā)射部分的光檢測傳感器，并且其處理可以通過由來自光照射單元100的脈沖光130的發(fā)射觸發(fā)而被同步起動。

<計算機700>

計算機700包括存儲單元710、重構(gòu)單元730、圖像處理單元750及控制單元770。這些單元當中每一個的功能將在描述處理流程時描述。

存儲單元710可以利用非暫時性存儲介質(zhì)來實現(xiàn)，諸如只讀存儲器(ROM)、磁盤和閃存?？商娲?，存儲單元710可以是易失性介質(zhì)，諸如隨機存取存儲器(RAM)。存儲程序的存儲介質(zhì)是非暫時性存儲介質(zhì)。

作為處理單元的負責計算功能的單元，諸如重構(gòu)單元730或圖像處理單元750，可以利用處理器(諸如中央處理單元(CPU)和圖形處理單元(GPU)或諸如FPGA芯片的計算電路)來實現(xiàn)。這些單元不僅可以利用單個處理器或計算電路來實現(xiàn)，而且這些單元也可以利用多個處理器和/或計算電路來實現(xiàn)。

控制單元770利用計算元件(諸如CPU)來實現(xiàn)?？刂茊卧?70控制光聲裝置的每個單元的操作?？刂茊卧?70可以接收來自輸入單元900的、根據(jù)各種操作(諸如測量的開始)而發(fā)出的指令信號，并控制光聲裝置的每個單元。另外，控制單元770讀出存儲在存儲單元710中的程序代碼，并控制光聲裝置的每個單元的激活。

計算機700可以是為其特別設計的工作站。另外，計算機700的每個單元可以利用不同的硬件設備來實現(xiàn)?？商娲?，計算機700的單元的至少一部分可以利用單個硬件設備來實現(xiàn)。

圖2是示出根據(jù)本示例性實施例的計算機700的具體配置的框圖。根據(jù)本示例性實施例的計算機700包括CPU 701、GPU 702、RAM703、ROM 704和外部存儲設備705。另外，作為顯示單元800的液晶顯示器801、作為輸入單元900的鼠標901和鍵盤902連接到計算機700。

<顯示單元800>

顯示單元800是諸如液晶顯示器和有機電致發(fā)光(EL)顯示器的顯示器。顯示單元800是基于由計算機700獲取的被檢體信息等、在特定位置處的數(shù)值等來顯示圖像的設備。顯示單元800可以顯示用于操作圖像和裝置的圖形用戶界面(GUI)。

<輸入單元900>

輸入單元900可以包括可以由用戶操作的鼠標和鍵盤。另外，顯示單元800可以利用觸摸面板構(gòu)造，由此允許顯示單元800充當輸入單元900。

光聲裝置的每個單元可以被配置為單獨不同的設備，或者可以被配置為一體的單個設備?？商娲?，光聲裝置的單元的至少一部分可以被配置為一體的單個設備。

<被檢體1000>

下面將描述被檢體1000，盡管它不是形成光聲裝置的部件。根據(jù)本示例性實施例的光聲裝置可以被設計用于對人和動物的惡性腫瘤、血管疾病等的診斷、化學治療、隨訪監(jiān)視等。因此，預期將作為診斷目標的部位(諸如生物體，具體地是人或動物的乳房、脖子或腹部)作為被檢體1000被處理。例如，在測量目標是人體的情況下，氧合血紅蛋白，脫氧血紅蛋白，包括大量氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的血管，靠近腫瘤形成的新血管等可以作為光吸收體目標被處理。

<保持單元1200>

保持單元1200被用來在測量期間保持被檢體1000的形狀。用保持單元1200保持被檢體1000可以抑制被檢體1000的移動并且將被檢體1000的位置保持在保持單元1200內(nèi)。二醇改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)等可以被用作保持單元1200的材料。

期望保持單元1200由具有足以使保持單元1200保持被檢體1000的硬度的材料制成。保持單元1200可以由允許在測量中使用的光130透過其的材料制成。保持單元1200可以由具有與被檢體1000相似阻抗的材料制成。在具有彎曲表面的物體(諸如乳房)被作為被檢體1000處理的情況下，保持單元1200可以形成為凹形。在這種情況下，被檢體1000可以插入保持單元1200的凹部中。

在被檢體1000不必被保持的情況下，光聲裝置可以不配備保持單元1200。

<聲匹配液體1500>

現(xiàn)在將描述聲匹配液體1500，盡管它不是形成光聲裝置的部件。聲匹配液體1500用于促進聲波在保持單元1200和接收元件411至414之間的傳播。水、超聲波凝膠等可以被用作聲匹配液體1500。聲匹配液體1500可以是幾乎不衰減聲波的液體。如果照射光透過聲匹配液體1500，則聲匹配液體1500可以對于照射光是透明的。被檢體1000和保持單元1200之間的空間也用聲匹配液體1500填充。

在本示例性實施例中，支撐構(gòu)件420還充當在其中貯存聲匹配液體1500的容器。被檢體信息獲取裝置可以包括能夠在接收元件411至414和被檢體1000之間貯存聲匹配液體1500的容器，作為與支撐構(gòu)件420不同的構(gòu)件。

聲匹配液體1500也可以在被檢體1000和保持單元1200之間提供。假設在被檢體1000和保持單元1200之間實現(xiàn)聲匹配，本示例性實施例的描述將繼續(xù)。

接下來，將參照圖3所示的流程來描述由計算機700執(zhí)行的用于形成光聲圖像的方法的細節(jié)。圖3中所示的流程圖指示在從接收單元400輸出的電信號得出的信號數(shù)據(jù)被存儲到計算機700的存儲單元710中之后的流程。

<步驟S100：用于在不使用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的情況下生成圖像數(shù)據(jù)的處理>

在這個處理中，計算機700執(zhí)行在不使用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的情況下生成圖像數(shù)據(jù)的圖像生成方法。這種圖像生成方法對應于本發(fā)明中的第一圖像生成方法，并且通過這種方法獲取的圖像數(shù)據(jù)對應于本發(fā)明中的第一圖像數(shù)據(jù)。

重構(gòu)單元730通過利用從存儲單元710讀出的信號數(shù)據(jù)執(zhí)行第一圖像生成方法來生成第一圖像數(shù)據(jù)，并將生成的圖像數(shù)據(jù)存儲到存儲單元710中。在本示例性實施例中，將參照其中通用反投影(UBP)重構(gòu)被用作第一圖像生成方法的例子來描述第一圖像生成方法，其中UBP是解析型圖像重構(gòu)方法。一般而言，解析型圖像重構(gòu)方法是可以利用通過解析地求解以下光聲波方程而獲取的方程來重構(gòu)圖像的方法。

在這個方程中，p(r₀，t)代表在時刻t在檢測器的位置r₀處檢測到的理想光聲信號，c代表聲速，p₀(r)代表初始聲壓分布。另外，δ代表delta函數(shù)。作為解析型圖像重構(gòu)方法，存在各種方法，其具體的例子包括濾波反投影法、傅立葉變換法等。例如，被稱為UBP的方法可以由以下方程表示。

在這個方程中，S₀代表圍繞聲源的檢測表面，Ω₀代表立體角度并且在半無限平面中是2π并且在無限圓柱和球面中是4π。另外，dΩ₀代表檢測器dS₀相對于任意觀察點P的立體角度。初始聲壓分布P₀(r)可以通過執(zhí)行根據(jù)方程(2)的積分的在[]中指示的投影數(shù)據(jù)的反投影來獲取。

解析型圖像重構(gòu)方法的使用允許光聲裝置獲取如下圖像數(shù)據(jù)，其中，當(能夠檢測所有帶和點的)理想接收元件被布置在無限平面、無限圓柱或球面上而沒有留下任何間隙時，聲源被完全再現(xiàn)。

另一方面，如果圖像是利用來自接收單元400的信號解析地重構(gòu)的，在接收單元400中接收單元組410布置在半球形支撐構(gòu)件420上，如圖1中所示，則聲源不能被再現(xiàn)。將參照利用圖4中所示的模型的仿真結(jié)果來描述其原因。在本仿真中，用于仿真的模型是以這樣一種方式假設的，即，包括布置在半球上的接收元件組的接收單元1400接收從環(huán)形光吸收體1100(聲源模型)生成的光聲波。在這種情況下，聲波1600從環(huán)形光吸收體1100起在360度的每個方向上傳播。在方向1600A中傳播的聲波1600被接收單元1400接收，但在方向1600B中傳播的聲波1600不被接收單元1400接收。結(jié)果，在解析型圖像重構(gòu)方法中，聲波1600未被接收到的區(qū)域被認為是其中存在未接收到聲波1600的接收元件的區(qū)域。另外，這導致在重構(gòu)的圖像中成像聲源的失敗，盡管事實上聲波1600是從聲源生成的。

圖5A示出了光吸收體1100，它是也在圖4中示出的聲源模型。另外，圖5B示出了利用從接收單元1400輸出的信號通過解析型圖像重構(gòu)方法(UBP重構(gòu))獲取的光吸收體1100的第一圖像數(shù)據(jù)。如從圖5B所理解的，在通過UBP重構(gòu)獲取的圖像中，不能在光吸收體1100的中心部分處可視地確認圖像。這種現(xiàn)象被稱為有限觀看問題，并且實際聲源的圖像不能利用解析型圖像重構(gòu)獲取的條件被稱為有限觀看條件。但是，通過解析型圖像重構(gòu)獲取的圖像數(shù)據(jù)可以充當關(guān)于清楚成像的結(jié)構(gòu)的高度可靠的數(shù)據(jù)。這是因為，與利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的圖像生成方法相比，當獲取圖像數(shù)據(jù)時估計程度是小的，這將在下面描述。

已經(jīng)參照作為例子的解析型圖像重構(gòu)描述了用于獲取第一圖像數(shù)據(jù)的圖像生成方法，但是第一圖像數(shù)據(jù)可以通過任何圖像生成方法生成，只要這種方法是不使用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的圖像生成方法即可，這將在下面描述。例如，可以作為用于獲取第一圖像數(shù)據(jù)的圖像生成方法采用的方法包括不考慮關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的時間反轉(zhuǎn)方法，包括Tikhonov正則化項的基于模型的方法等等。

<步驟S200：用于基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息生成圖像數(shù)據(jù)的處理>

在這個處理中，計算機700執(zhí)行用于基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息生成圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)生成方法。這種圖像生成方法對應于本示例性實施例中的第二圖像生成方法，并且通過這種方法獲取的圖像數(shù)據(jù)對應于本示例性實施例中的第二圖像數(shù)據(jù)。下面將詳細描述這種圖像生成方法。

在這個處理中，重構(gòu)單元730可以通過利用從存儲單元710讀出的信號數(shù)據(jù)基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息執(zhí)行圖像生成方法來生成第二圖像數(shù)據(jù)。換句話說，重構(gòu)單元730可以基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息來執(zhí)行重構(gòu)。可替代地，圖像處理單元750可以執(zhí)行用于基于在步驟S100中獲取的第一圖像數(shù)據(jù)和關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息來生成第二圖像數(shù)據(jù)的圖像生成方法。以這種方式獲取的第二圖像數(shù)據(jù)被存儲到存儲單元710中。下面將描述每種圖像生成方法。

<基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的重構(gòu)>

首先，將定義關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息。根據(jù)本示例性實施例，關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息是指從被檢體1000內(nèi)部的測量目標的特征結(jié)構(gòu)得出的特征信息。例如，如果測量目標是血管，則關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息是指這個血管的結(jié)構(gòu)特征。這些種類的特征信息也被稱為預獲取信息，因為它能夠在測量之前被知道。

在利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的重構(gòu)中，例如，求解方程(3)可以實現(xiàn)重構(gòu)，在該重構(gòu)中引入了從被檢體1000內(nèi)部的測量目標的特征結(jié)構(gòu)得出的特征信息。

在這個方程中，E代表成本函數(shù)。另外，p_d代表從接收單元400的接收元件411至414中每個輸出的信號(時間分解信號)。另外，p_c代表作為由于當被檢體1000中的聲源分布(初始聲壓分布)數(shù)據(jù)被任意假設時從其生成的聲波而從接收元件411至414中每個輸出的信號、根據(jù)數(shù)值計算(仿真)獲取的信號。另外，p₀代表上述假設的聲源分布數(shù)據(jù)。

方程(3)右手側(cè)的第一項是最小二乘項。首先，根據(jù)仿真估計在被檢體1000中的任意假設的聲源分布(p₀)中應當在每個接收元件位置處被獲取的光聲信號(p_c)。接下來，估計的假設信號(p_c)和從測量獲取的實際測量信號(p_d)彼此進行比較。然后，如果假設的信號和實際測量的信號在它們之間的差落在預定的數(shù)值范圍內(nèi)的情況下彼此匹配，則在此時假設的聲源分布(p₀)被確定為最優(yōu)解。方程(3)右手側(cè)的第一項是用于這些功能的項。

右手側(cè)的第二項f(p₀)被稱為正則化項、約束項或懲罰項。正則化項是用于對作為其前項的最小二乘成本函數(shù)的解施加約束的項，借此將候選縮小到更適當?shù)慕狻Ａ硗?，λ是任意常?shù)和用于平衡最小二乘項和正則化項的值，并且通常是預設的值。在這種情況下，假設的聲源分布p₀被設置為在右手側(cè)的第二項定義的函數(shù)(正則化項)中的變量。包括由成本函數(shù)E評估的值的此函數(shù)盡可能多地被最小化的被檢體1000中的這種聲源分布(p₀)被確定為最優(yōu)解的候選。

換句話說，重構(gòu)單元730可以通過執(zhí)行基于模型的重構(gòu)來獲取第二圖像數(shù)據(jù)，該基于模型的重構(gòu)利用優(yōu)化方法求解包括實際測量的信號與假設的信號之間的差和基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的正則化項的成本函數(shù)。

根據(jù)本示例性實施例的正則化項是由重構(gòu)單元730基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息設置的項。例如，假定當光聲成像被應用到生物體時使用400至1100nm的光。在這種情況下，血紅蛋白的吸收系數(shù)通常高于諸如脂肪和水的其他成分，使得包括大量血紅蛋白的血管(血液)被成像。因此，期望確定包括血管結(jié)構(gòu)的大量特征的解，作為優(yōu)化問題的解(最優(yōu)估計的解)。換句話說，根據(jù)本示例性實施例的正則化項是施加包括被檢體1000的大量特征結(jié)構(gòu)(例如血管結(jié)構(gòu))的解作為最優(yōu)解被獲取的這樣一種約束的正則化項。

作為用于確定正則化項的方法，正則化項可以基于被檢體1000的特征結(jié)構(gòu)的機器學習來確定。關(guān)于血管結(jié)構(gòu)，已知三維血管結(jié)構(gòu)可以使用造影劑通過X射線計算機斷層攝影(CT)或核磁共振成像(MRI)來成像。通過利用CT或MRI對各種血管成像并對其應用信號處理技術(shù)，可以從這個捕獲的圖像生成描述血管圖像的特征的基底圖像用于其的方法的例子包括主成分分析、獨立主成分分析、非負矩陣因數(shù)分解、稀疏信號分解。一旦描述圖像的特征的基底圖像可以通過這種方法被獲取，在聲光成像中獲取的血管圖像p_0，vessel就可以利用基底圖像近似表示為由以下方程(4)指示的那樣。

在這個方程中，a_i(i＝0...n)代表每個基底的系數(shù)。假設代表其中所獲取的基底被布置的基矩陣，并且a＝(a₀，a₁，...a_n)代表其中所獲取的系數(shù)被布置的系數(shù)向量，方程(4)可以利用該矩陣被表示為p_{0，vessel}＝Φa。

通常，基向量的數(shù)量n和圖像的維度彼此一致，但是也可以使基向量的數(shù)量n大于圖像的維度并且這種情況被稱為超完備基矩陣。在這種情況下，基底可以被稱為幀。當在光聲成像中獲取的血管圖像p_{0，vessel}利用超完備基矩陣被分解時，系數(shù)向量不是唯一地確定的。另外，利用被稱為稀疏信號分解的方法生成圖像的基底(幀)可以導致生成只有系數(shù)向量a中少量系數(shù)a_n具有非零值并且大多數(shù)剩余系數(shù)變?yōu)榱愕倪@種基底。通過這種方法生成的基底的使用允許以少量的基底高效地表示圖像。換句話說，借助超完備基矩陣使系數(shù)向量冗余并且還用少量的基底表示圖像允許圖像被表示為更好的近似圖像，并且還增強了針對噪聲的魯棒性。

在本示例性實施例中，重構(gòu)單元730還設置用于估計其中可以利用所生成的基底高效地表示圖像的解的正則化項，借此允許精確地再現(xiàn)聲源分布(血管結(jié)構(gòu))。例如，如果假設超完備基矩陣是利用稀疏信號分解生成的并且血管圖像用盡可能少的基底構(gòu)建(稀疏表示)，則預期的解可以通過使表示為方程(5)的成本函數(shù)E最小化來獲取。

換句話說，重構(gòu)單元730通過施加圖像利用少量基底構(gòu)建的約束來去除不必要的信息，這進一步有利于包括血管的特征的圖像的重構(gòu)。在本示例性實施例中，已經(jīng)參照其中血管通過光聲成像來成像的例子描述了圖像生成方法，但是除血管之外的其它組織的結(jié)構(gòu)可以依賴要被使用的光130的波長和要測量的部位來成像。例如，包括大量脂肪的斑塊和包括大量黑色素的組織可以被成像。在這種情況下，可以通過使用能夠表示包括大量脂肪的斑塊、包括大量黑色素的組織等的特征的基底來應用上述方法。

現(xiàn)在，將在下面描述具體的計算例。例如，通過空間離散化和以矩陣的形式表示，方程(1)可以由以下方程表示。

p_d＝Ap₀...(6)

在這個方程中，p_d代表表示從接收元件411至414中每個輸出的信號的列向量。另外，p₀代表表示離散的聲源分布(初始聲壓分布)的列向量。另外，A代表表示從一些極小的聲源生成的光聲波被接收元件411、412、413或414接收并且被轉(zhuǎn)換為信號的正向模型矩陣(以矩陣形式表示的算子)。在實踐中，生成正確地建模光聲波的傳播和接收元件411至414中每個的接收特征的正向模型矩陣。為此，考慮到接收元件411至414中每個的接收特征，諸如接收元件411至414中每個的尺寸效應(指向性)和脈沖響應、入射光的脈沖寬度、光聲波的反射和衰減等，正向模型矩陣A被預先生成，并且存儲在存儲單元710中。例如，接收單元400的相應接收元件411至414通過接收由于用光130照射被檢體1000生成的光聲波而輸出的一組信號被作為列向量(p_d)存儲到存儲單元710中。然后，如果矩陣A是正則矩陣，則矩陣A具有逆矩陣，使得初始聲壓分布p₀可以由方程(7)表示。

p₀＝A^-1p_d...(7)

在這個方程中，A^-1代表矩陣A的逆矩陣。如從這個方程理解的，聲源分布p₀可以通過將接收到的聲壓向量乘以矩陣A的逆矩陣來獲取。相反，重構(gòu)單元730可以通過將假設的聲源分布(矩陣向量)p₀乘以正向模型矩陣A來獲取方程(3)中的p_c。

但是，當使用如圖1中所示配置的半球形接收單元400時，這種情況對應于如上所述的有限觀看條件，使得矩陣A不是正則矩陣。因此，矩陣A不具有逆矩陣。在這種情況下，重構(gòu)單元730求解有條件的優(yōu)化問題，用于獲取最小化如由方程(3)指示的那樣表示的成本函數(shù)E的p₀。

現(xiàn)在，作為血管結(jié)構(gòu)的特征，存在Murray定律，該定律被稱為血管分叉模型。重構(gòu)單元730可以根據(jù)Murray定律基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息來設置正則化項。根據(jù)Murray定律，假設r₀代表分叉之前的血管寬度，并且r₁和r₂分別代表分叉之后的血管寬度，建立由方程(8)表示的關(guān)系。

另外，假設θ₁和θ₂分別代表分叉之后的分叉角度，建立由方程(9)和(10)表示的關(guān)系。

換句話說，作為表示血管的特征結(jié)構(gòu)的冗余基底的幀(d)可以通過利用Murray定律數(shù)值生成各種血管圖像并執(zhí)行對這些圖像數(shù)據(jù)的機器學習來生成。在本示例性實施例中，這被用作關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息。然后，假設D＝(d₀，...，d_n)代表幀矩陣(字典)并且α＝(α₁，...，α_n)代表系數(shù)向量，則估計的聲源分布p₀由以下方程(11)表示。

p₀＝Dα...(11)

換句話說，聲源分布p₀可以由字典D中的幀(d)的組合來表示，其是關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息。在這種情況下，假設聲源分布p₀利用更少量的幀(稀疏表示)構(gòu)造，則最優(yōu)聲源分布p₀可以通過求解以下方程(12)來獲取。

可以引入最優(yōu)聲源分布以最小數(shù)量的幀構(gòu)造的約束。

通過對從由圖5A中所示的環(huán)形光吸收體1100生成的光聲波得出的信號數(shù)據(jù)執(zhí)行這種重構(gòu)，重構(gòu)單元730可以獲取圖5C中所示的圖像數(shù)據(jù)。換句話說，通過這種重構(gòu)，重構(gòu)單元730可以形成比圖5B更接近圖5A的圖像。但是，在由關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息所指示的結(jié)構(gòu)與被檢體1000的結(jié)構(gòu)彼此不匹配的情況下，圖5A中所示的環(huán)形光吸收體1100可能如圖5D中所示那樣被重構(gòu)。在這種情況下，僅向用戶呈現(xiàn)圖5D中所示的圖像數(shù)據(jù)不允許用戶確定哪個區(qū)域是高可靠區(qū)域。

利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的重構(gòu)方法不限于利用本文所述的稀疏表示的重構(gòu)方法，而可以是任何重構(gòu)方法，只要這種方法是能夠引入對被檢體1000的多少特征結(jié)構(gòu)被包含在假設的聲源分布中的評估的重構(gòu)即可。

<用于基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息校正圖像的處理>

這種方法是其中圖像處理單元750通過基于關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息執(zhí)行圖像處理來校正在步驟S100中由重構(gòu)單元730獲取的第一圖像數(shù)據(jù)的方法。首先，圖像處理單元750讀出存儲在存儲單元710中的第一圖像數(shù)據(jù)。雖然在上面已經(jīng)描述過，但是如圖5B中所示其中聲源的形狀不能完全再現(xiàn)的第一圖像數(shù)據(jù)由如同1中所示配置的裝置在有限觀看條件下獲取。假設g代表這種第一圖像數(shù)據(jù)，其中聲源的形狀不能被完全再現(xiàn)，并且g～代表校正后的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)本示例性實施例利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的圖像處理方法可以被公式化為例如以下方程(13)。

在這個方程中，g～代表最優(yōu)校正圖像數(shù)據(jù)。右手側(cè)的第一項是最小二乘項，并且第二項中的f(g～)和λ分別代表正則化項和指示分配給正則化項的權(quán)重的參數(shù)。利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的重構(gòu)是相對于信號數(shù)據(jù)假設聲源分布p₀并且求解用于優(yōu)化包括實際測量的信號與假設的信號之間的差的成本函數(shù)的優(yōu)化問題的方法。另一方面，這種圖像處理通過相對于第一圖像數(shù)據(jù)假設校正后的圖像數(shù)據(jù)g～并求解用于優(yōu)化包括第一圖像數(shù)據(jù)與校正后的圖像數(shù)據(jù)(假設圖像數(shù)據(jù))之間的差的成本函數(shù)的優(yōu)化問題來獲取校正后的圖像數(shù)據(jù)g～的最優(yōu)解。圖像處理單元750可以利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息作為正則化項f(g～)來設置與重構(gòu)中的正則化項f(p₀)類似的項。

通過執(zhí)行這種圖像處理，圖像處理單元750可以將圖5B中所示的第一圖像數(shù)據(jù)校正成圖5C中所示的校正后的圖像數(shù)據(jù)(第二圖像數(shù)據(jù))。但是，在由關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息所指示的結(jié)構(gòu)與被檢體1000的結(jié)構(gòu)彼此不匹配的情況下，圖像可能被重構(gòu)為如圖5D中所示那樣。在這種情況下，僅向用戶呈現(xiàn)圖5D中所示的圖像數(shù)據(jù)不允許用戶確定哪個區(qū)域是高可靠區(qū)域。

利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息的圖像處理不限于利用稀疏表示的圖像處理，而可以是任何方法，只要這種方法是能夠引入對被檢體1000的多少特征結(jié)構(gòu)包含在第一圖像數(shù)據(jù)中的評估的圖像處理方法即可。

如上所述，在本示例性實施例中，計算機700基于從接收單元400獲取的信號和關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息生成第二圖像數(shù)據(jù)。

<步驟S300：用于顯示第二圖像數(shù)據(jù)的處理>

作為顯示控制單元的控制單元770從存儲單元710讀出在步驟S200中獲取的第二圖像數(shù)據(jù)，將讀取的圖像數(shù)據(jù)傳送到顯示單元800，并且使傳送的圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示單元800上。但是，這個第二圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)利用關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息進行了估計。因此，第二圖像數(shù)據(jù)可以包括僅根據(jù)關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息形成的而不是依賴于圖像數(shù)據(jù)中的位置基于來自接收單元400的信號重構(gòu)的區(qū)域，借此包括低可靠區(qū)域。另外，僅顯示第二圖像數(shù)據(jù)不允許用戶確定在所顯示的圖像數(shù)據(jù)中每個位置處的可靠性是高還是低。

<步驟S400：用于在第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)之間的差異區(qū)域與其他區(qū)域之間能區(qū)分地顯示第二圖像數(shù)據(jù)的處理>

作為顯示控制單元的控制單元770使第二圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示單元800上以能夠彼此區(qū)分第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)之間的差異區(qū)域與其他區(qū)域。以這種方式使得第二圖像數(shù)據(jù)被顯示使得能夠在第二圖像數(shù)據(jù)中彼此區(qū)分從關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息推導地估計的區(qū)域與根據(jù)從接收單元400輸出的信號得出的高可靠區(qū)域。

例如，控制單元770可以利用第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)來提取差異區(qū)域，并且通過不同的顯示方法使這個區(qū)域顯示。首先，控制單元770從存儲單元710讀出第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)，并且生成指示第一圖像數(shù)據(jù)與第二圖像數(shù)據(jù)之間的差異的差異圖像數(shù)據(jù)。控制單元770識別包括在差異圖像數(shù)據(jù)的圖像值當中預定數(shù)值范圍內(nèi)的像素或體素，并且將識別出的像素或體素設置為差異區(qū)域。例如，控制單元770識別差異圖像數(shù)據(jù)的圖像值當中超過預定閾值的像素或體素，并設置差異區(qū)域。然后，控制單元770改變用于顯示包括在差異區(qū)域中的像素或體素的方法，以及用于顯示包括在第二圖像數(shù)據(jù)中的其他區(qū)域中的像素或體素的方法，借此使得每個區(qū)域彼此能區(qū)分地顯示。例如，控制單元770可以使第二圖像數(shù)據(jù)被顯示以能夠通過例如對每個區(qū)域改變顏色或改變是否以閃爍方式呈現(xiàn)顯示來區(qū)分第二圖像數(shù)據(jù)中的區(qū)域。

另外或可替代地，控制單元770可以使第二圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示單元800上，同時第一圖像數(shù)據(jù)的圖像值與色調(diào)和飽和度中至少一個相關(guān)聯(lián)，并且第二圖像數(shù)據(jù)的圖像值與亮度相關(guān)聯(lián)。這種顯示允許用戶基于不同的顏色確認由第一圖像數(shù)據(jù)定義的高可靠區(qū)域和第二圖像數(shù)據(jù)中的在第一圖像數(shù)據(jù)中缺失的低可靠區(qū)域。

另外或可替代地，控制單元770可以使第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)在與分配給它們的不同色調(diào)疊加的同時被顯示。此時，第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)彼此重疊的區(qū)域可以以分配給高可靠的第一圖像數(shù)據(jù)的顏色顯示?；诟呖煽康膱D像數(shù)據(jù)顯示圖像有助于區(qū)分可能導致誤診的低可靠區(qū)域?？商娲兀谝粓D像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)彼此重疊的區(qū)域可以以與分配給第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)的任何色調(diào)不同的色調(diào)顯示。如果第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)在顯示單元800上顯示，其中在用于顯示第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)的方法之間進行改變，則期望疊加圖像以有助于圖像之間的比較。

圖6A、6B和6C各自示出在顯示單元800上顯示的GUI的示例。顯示屏810、UBP圖標821、結(jié)構(gòu)估計圖標822、差異區(qū)域圖標823和箭頭圖標830在GUI上顯示。用戶可以通過操作輸入單元900來移動箭頭圖標830，并且選擇各種圖標821、822和823。

圖6A示出了當UBP圖標821被選擇時的GUI。當UBP圖標821被選擇時，控制單元770從存儲單元710讀出第一圖像數(shù)據(jù)，并且使讀取的第一圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示屏810上。換句話說，UBP圖標821與第一圖像數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

圖6B示出了當結(jié)構(gòu)估計圖標822被選擇時的GUI。當結(jié)構(gòu)估計圖標822被選擇時，控制單元770從存儲單元710讀出第二圖像數(shù)據(jù)，并且使讀取的第二圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示屏810上。換句話說，結(jié)構(gòu)估計圖標822與第二圖像數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

圖6C示出了當差異區(qū)域圖標823被選擇時的GUI。當差異區(qū)域圖標823被選擇時，控制單元770從存儲單元710讀出第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)。然后，控制單元770使第二圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示屏810上，以通過在步驟S400的描述中所描述的方法使差異區(qū)域與其它區(qū)域彼此能區(qū)分。在本文中，第二圖像數(shù)據(jù)以在差異區(qū)域與其他區(qū)域之間改變的顏色顯示。換句話說，差異區(qū)域圖標823與第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)兩者關(guān)聯(lián)。

如上所述，控制單元770執(zhí)行控制以切換顯示第一圖像數(shù)據(jù)的模式、顯示第二圖像數(shù)據(jù)的模式和顯示第二圖像數(shù)據(jù)以使得差異區(qū)域能區(qū)分的模式。光聲裝置可以以這種方式切換顯示的圖像數(shù)據(jù)，借此允許用戶在從多個圖像全面地確定所顯示信息的可靠性的同時進行診斷。

添加到圖6A、6B和6C中所示的圖標的標簽可以是任何標簽。另外，用于選擇顯示模式中每個的方法不限于在GUI上使用箭頭圖標830等的方法，而可以是任何方法，只要這種方法可以切換顯示模式即可。例如，顯示模式可以經(jīng)由由諸如按鈕的硬件設備實現(xiàn)的輸入單元900切換，或者可以由控制單元770自動切換。

另外，光聲裝置可以是僅包括顯示第二圖像數(shù)據(jù)以使得差異區(qū)域能區(qū)分的模式的裝置。即使在這種情況下，光聲裝置也可以顯示圖像數(shù)據(jù)以能夠區(qū)分從關(guān)于被檢體1000的結(jié)構(gòu)的信息推導地估計的區(qū)域。

下面將描述本發(fā)明的第二示例性實施例。在本示例性實施例中，當顯示第二圖像數(shù)據(jù)時，可以改變被檢體的結(jié)構(gòu)的估計程度。在本示例性實施例中，描述其中第一示例性實施例中描述的光聲裝置獲取圖7中所示的血管圖像數(shù)據(jù)的情況。

圖8A、8B和8C各自示出了根據(jù)本示例性實施例在顯示單元800上顯示的GUI的示例。與圖6A、6B和6C中類似的部件將用相同的附圖標記表示，并且將省略其描述。小程度估計圖標841和大程度估計圖標842在圖8A、8B和8C中所示的每個GUI上顯示。這些圖標841和842是與方程(3)、(5)、(12)和(13)中指示的λ關(guān)聯(lián)的圖標。小程度估計圖標841是與具有小值的λ關(guān)聯(lián)的圖標，大程度估計圖標842是與具有大值的λ關(guān)聯(lián)的圖標。如果小程度估計圖標841被選擇，則這種選擇導致利用具有小值的λ的計算。另一方面，如果大程度估計圖標842被選擇，則這種選擇導致利用具有比選擇小程度估計圖標841時的值更大值的λ的計算。換句話說，在本示例性實施例中，用戶可以基于關(guān)于被檢體的結(jié)構(gòu)的信息來設置圖像數(shù)據(jù)的估計程度。

圖8A示出了當UBP圖標821被選擇時的GUI。比較在圖8A中所示的顯示屏810上顯示的第一圖像數(shù)據(jù)與作為圖7中所示測量目標的血管，應當理解，區(qū)域811a、811b、811c和811d中的血管未能被再現(xiàn)。如圖8A中所示，當與第一圖像數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的UBP圖標821被選擇時，圖標841和842被禁用并且不可選擇。

圖8B示出了當差異區(qū)域圖標823和小程度估計圖標841被選擇時的GUI。當小程度估計圖標841被選擇時，重構(gòu)單元730或圖像處理單元750讀出存儲在存儲單元710中的對應于小程度估計圖標841的λ，并生成第二圖像數(shù)據(jù)。然后，控制單元770利用通過使用對應于小程度估計圖標841的λ獲取的第二圖像數(shù)據(jù)，通過在步驟S400的描述中所描述的方法顯示第二圖像數(shù)據(jù)。如圖8B中所示，結(jié)構(gòu)812a和812b可以是基于對應于小程度估計圖標841的λ來估計的。

圖8C示出了當差異區(qū)域圖標823和大程度估計圖標842被選擇時的GUI。當大程度估計圖標842被選擇時，重構(gòu)單元730或圖像處理單元750讀出存儲在存儲單元710中的對應于大程度估計圖標842的λ，并生成第二圖像數(shù)據(jù)。然后，控制單元770利用通過使用對應于大程度估計圖標842的λ獲取的第二圖像數(shù)據(jù)，通過在步驟S400的描述中所描述的方法顯示第二圖像數(shù)據(jù)。如圖8C中所示，結(jié)構(gòu)813a和813b以及結(jié)構(gòu)814a、814b和814c可以是基于對應于大程度估計圖標842的λ來估計的。比較圖7中所示的血管與圖8C中所示的圖像數(shù)據(jù)，關(guān)于結(jié)構(gòu)813a和813b，血管的正確再現(xiàn)已成功。但是，結(jié)構(gòu)814a、814b和814c是不存在于作為圖7中所示的測量目標的血管中的結(jié)構(gòu)，并且是從估計生成的偽圖像。

正如根據(jù)它們還可以理解的，存在這樣的趨勢：隨著結(jié)構(gòu)的估計程度增加，估計在第一圖像數(shù)據(jù)中不存在的被檢體的結(jié)構(gòu)的可能性增加。另一方面，當估計程度增加時，錯誤地估計被檢體的實際缺失結(jié)構(gòu)的可能性也增加。因此，例如本示例性實施例，通過允許用戶經(jīng)由輸入單元900設置估計程度，光聲裝置可以使結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)遵照用戶的需要被顯示。例如，如果即使在第一圖像數(shù)據(jù)中也可以充分提取被檢體的結(jié)構(gòu)，則可以通過設置小的估計程度來減少偽圖像的數(shù)量。另一方面，如果在第一圖像數(shù)據(jù)中不能充分提取被檢體的結(jié)構(gòu)，則大的估計程度可以根據(jù)用戶的決定來設置，以在甚至冒著偽圖像的可能性的風險的同時增加提取出的結(jié)構(gòu)的數(shù)目。

在本示例性實施例中，已經(jīng)參照其中估計程度經(jīng)由輸入單元900選自兩個不連續(xù)的大和小估計程度的例子描述了設置估計程度，但是估計程度可以經(jīng)由輸入單元900通過任何方法指定。例如，輸入單元900可以被配置為允許用戶連續(xù)地改變對應于估計程度的λ。

據(jù)認為，正常血管與在腫瘤等周圍生成的異常血管就其特征結(jié)構(gòu)而言是彼此不同的。因此，異常血管的結(jié)構(gòu)不能基于關(guān)于正常血管的結(jié)構(gòu)的信息根據(jù)結(jié)構(gòu)的估計正確地再現(xiàn)。相反，正常血管的結(jié)構(gòu)不能基于關(guān)于異常血管的結(jié)構(gòu)的信息根據(jù)結(jié)構(gòu)的估計正確地再現(xiàn)。因此，在本發(fā)明的第三示例性實施例中，描述了其中基于正常血管的特征結(jié)構(gòu)估計結(jié)構(gòu)的模式和基于異常血管的特征結(jié)構(gòu)估計結(jié)構(gòu)的模式可以在顯示第二圖像數(shù)據(jù)時改變的情況。在本示例性實施例中，假定圖像數(shù)據(jù)由在第一示例性實施例的描述中描述的光聲裝置來獲取。

在本示例性實施例中，存儲單元710存儲為了在正常血管的大量結(jié)構(gòu)被包括時優(yōu)化成本函數(shù)而設置的正則化項，以及為了在異常血管的大量結(jié)構(gòu)被包括時優(yōu)化成本函數(shù)而設置的正則化項。另外，輸入單元900被配置為允許用戶指定正常血管估計模式或異常血管估計模式。正常血管估計模式與為了在正常血管的大量結(jié)構(gòu)被包括時優(yōu)化成本函數(shù)而設置的正則化項關(guān)聯(lián)。異常血管估計模式與為了在異常血管的大量結(jié)構(gòu)被包括時優(yōu)化成本函數(shù)而設置的正則化項關(guān)聯(lián)。

然后，如果用戶使用輸入單元900選擇正常血管估計模式，則重構(gòu)單元730或圖像處理單元750讀出存儲在存儲單元710中的對應于正常血管估計模式的正則化項，并且生成第二圖像數(shù)據(jù)。另一方面，如果用戶使用輸入單元900選擇異常血管估計模式，則重構(gòu)單元730或圖像處理單元750讀出存儲在存儲單元710中的對應于異常血管估計模式的正則化項，并且生成第二圖像數(shù)據(jù)。

以這種方式，光聲裝置可以切換對應于多種類型的血管結(jié)構(gòu)的估計模式，借此實現(xiàn)適于用戶關(guān)注的血管的估計。在這種情況下可能的處理如下。例如，如果異常血管相對于正常血管占整個圖像的小百分比，則首先，光聲裝置確認在正常血管估計模式下血管如何總體行進。然后，在從這些血管中檢測到似乎包括異常血管的區(qū)域時，光聲裝置將正常血管估計模式切換到異常血管估計模式，并且觀察似乎是異常血管的區(qū)域。在這種情況下，期望在選擇結(jié)構(gòu)估計模式或差異區(qū)域模式時將正常血管估計模式設置為初始設置。

在交互地指定第二圖像數(shù)據(jù)的再生成的情況下，例如第二示例性實施例和第三示例性實施例，如果基于關(guān)于被檢體的結(jié)構(gòu)的信息被重構(gòu)，則第二圖像數(shù)據(jù)可能無法實時地被重新顯示。在這種情況下，期望計算機700基于關(guān)于被檢體的結(jié)構(gòu)的信息執(zhí)行圖像校正處理，與基于關(guān)于被檢體的結(jié)構(gòu)的信息的重構(gòu)相比，其處理量較小。在這里，實時地顯示第二圖像數(shù)據(jù)意味著第二圖像可以在從用戶發(fā)出再生成指令起0.1秒內(nèi)被顯示。

其它實施例

本發(fā)明的實施例也可以由系統(tǒng)或裝置的計算機實現(xiàn)，其中計算機讀出并執(zhí)行記錄在存儲介質(zhì)(其也可以被更完整地稱為“非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)”)上的計算機可執(zhí)行指令(例如，一個或多個程序)，以執(zhí)行上述一個或多個實施例的功能，和/或計算機包括用于執(zhí)行上述一個或多個實施例的功能的一個或多個電路(例如，專用集成電路(ASIC))，并且由系統(tǒng)或裝置的計算機通過例如從存儲介質(zhì)中讀出并執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令以便執(zhí)行上述一個或多個實施例的功能和/或控制一個或多個電路執(zhí)行上述一個或多個實施例的功能所執(zhí)行的方法來實現(xiàn)。計算機可以包括一個或多個處理器(例如，中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU))并且可以包括獨立計算機或獨立處理器的網(wǎng)絡來讀出和執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令。計算機可執(zhí)行指令可以從例如網(wǎng)絡或存儲介質(zhì)中提供給計算機。存儲介質(zhì)可以包括例如硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、分布式計算系統(tǒng)的儲存裝置、光盤(諸如壓縮盤(CD)、數(shù)字多樣化盤(DVD)或藍光盤(BD)^TM)、閃存存儲器設備、存儲卡等等當中的一種或多種。

其它實施例

本發(fā)明的實施例還可以通過如下的方法來實現(xiàn)，即，通過網(wǎng)絡或者各種存儲介質(zhì)將執(zhí)行上述實施例的功能的軟件(程序)提供給系統(tǒng)或裝置，該系統(tǒng)或裝置的計算機或是中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)讀出并執(zhí)行程序的方法。

雖然本發(fā)明已經(jīng)參考示例性實施例進行了描述，但是應當理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。以下權(quán)利要求的范圍是要符合最廣泛的解釋，從而涵蓋所有此類修改和等同結(jié)構(gòu)及功能。