生物信息成像设备和方法、生物信息分析方法技术

一种生物信息成像设备，包括：光源；声波检测器，其检测从已吸收从光源照射到活体的光的能量的一部分的所述活体中的吸光材料所产生的声波，并将所述声波转换成第一电信号；光检测器，其检测从光源照射到活体并在活体中传播的光的一部分的光学强度，并将所述光学强度转换成第二电信号；以及计算单元，通过将第一电信号和第二电信号中的一个电信号的分析结果用于对其中的另一电信号的分析，计算活体的光学特性分布信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生物信息成像设备和生物信息分析方法。此外，本发 明还涉及生物信息成像方法。
技术介绍
在医疗领域中，已积极研究了这样的光成像设备，所述光成像设 备可通过使得从诸如激光器之类的光源照射到活体的光在所述活体中 传播，并且通过检测传播光，获得活体中的信息。作为这样的光成像技术中的一种，如在后面描述的第一非专利文献中描述的那样，存在称为扩散光学成像的DOT(扩散光学断层摄影， Diffuse Optical Tomography )的技术。扩散光学成像是这样一种技术， 其中，从光源向活体照射光，并且，由高灵敏度的光学检测器检测在 活体中传播和扩散的极微弱的光，由此从检测信号对活体中的光学特 性值的分布进行成像。从光源被照射并且穿过了活体的相对较厚的组织的光被强烈散 射，作为其结果，它在损失其诸如光的直进性之类的波动特性的同时 以扩散的方式在活体的组织中传播。因此，可通过在多个点处光学测 量这种散射光的强度并通过借助计算机处理测量值，获得活体的组织 的光学特性值(吸收系数^、有效散射系数^'等)。此外，可通过在 不同的波长处测量这些光学特性值获得构成活体的组织的材料的成分分布。另一方面，作为不同于DOT的光学成像技术中的一种，还存在 称为光声成像的PAT (光声断层摄影，Photoacoustic Tomography ) 的技术。光声成像是通过利用与光相比具有更小的活体中的散射量的 超声波的特性以高分辨率计算活体中的光学特性的分布的技术。在这种方法中，从光源产生的脉冲光被照射到活体，以便在其中 传播和扩散，并且对于从吸收了脉冲光的能量的活体的組织产生的声 波进行检测。通过对此检测信号执行数学处理，能够获得活体中的光 学特性的分布，特别是光学能量吸收密度分布。据说，通过使用此光 声成像，与上述的扩散光学成像相比，可以获得具有高分辨率的光学 特性分布。根据在后面描述的第二非专利文献，在光声成像中，由于光或光 学吸收而从活体中的吸收体获得的声波的声压P由下式(1)提供。p-r.na.a) (1)这里，r是与弹性特性相关的Griineisen系数，并且是通过将等压 体积膨胀系数斧音速c的平方的乘积除以比热Cp获得的；^是吸收 体的吸收系数；O是被照射到吸收体的光的量。由于已知如果组织被确定则r取基本上恒定的值，因此，能够通过时分地(time sharing )测量作为声波大小的声压P的变化来获得^ 和O的乘积，即光学能量吸收密度分布H(第二非专利文献)。 [第一非专利文献A. P. Gibson等人，Recent advances in diffuse optical imaging， Phys. Med. Biol. 50 ( 2005 ) R1~R43 [第二专利文献M， Xu, L. V. Wang. Photoacoustic imaging in biomedicine, Review of scientific instruments, 77， 041101 ( 2006 )
技术实现思路
本专利技术的目的是提供新的生物信息成像设备、新的生物信息成像 方法和新的生物信息分析方法。根据本专利技术的第一方面，提供一种生物信息成像设备，所述生物 信息成像设备包括光源；声波检测器，其检测从已吸收了从光源照 射到活体的光的能量的一部分的活体中的吸光材料所产生的声波，并 将所述声波转换成第一电信号；光检测器，其检测从光源照射到活体并在活体中传播的光的一部分的光学强度，并将所述光学强度转换成第二电信号；以及信号处理单元，通过将第一电信号和第二电信号中的一个电信号的分析结果用于对其中的另一个电信号的分析，计算关于活体的光学特性分布信息。另外，根据本专利技术的第二方面，提供一种用于分析从声波检测器和光检测器获得的电信号的生物信息分析方法，其中，声波检测器检测从已吸收了从光源照射到活体的光的能量的一部分的活体中的吸光材料所产生的声波，并将所述声波转换成第一电信号，并且，光检测器检测从光源照射到活体并在活体中传播的光的一部分的光学强度，并将所述光学强度转换成第二电信号，所述方法包含以下步骤通过将第一电信号和第二电信号中的一个电信号的分析结果用于对其中的另一个电信号的分析，计算活体的光学特性分布。此外，根据本专利技术的第三方面，提供一种生物信息成像设备，所述生物信息成像设备包括光源；声波检测器，其检测从已吸收了从光源照射到活体的光的能量的一部分的活体中的吸光材料所产生的声波，并将所述声波转换成第一电信号；光检测器，其检测从光源照射到活体并在活体中传播的光的一部分的光学强度，并将所述光学强度转换成第二电信号；第一信息处理单元，其分析第一电信号以获得关于活体的光学特性分布信息；以及第二信息处理单元，其分析通过第一信息处理单元获得的光学特性分布信息以及所述第二电信号以获得关于活体的光学特性分布信息。根据本专利技术，可以提供新的生物信息成像设备、新的生物信息成像方法和新的生物信息分析方法。通过参照附图阅读本专利技术的示例性实施例的以下描述，本专利技术的其它特征将变得清晰。附图说明图1是用于说明本专利技术的第 一实施例中的生物信息成像设备的构成例的视图。图2是用于说明本专利技术的第二实施例中的生物信息成像设备的构 成例的视图。图3是用于说明本专利技术的第三实施例中的生物信息成像设备的构 成例的视图。图4示出用于说明根据本专利技术的第四实施例的生物信息分析方法 的流程图。图5示出用于说明根据本专利技术的第五实施例的生物信息分析方法 的流程图。图6A是示出#皮应用4吏用光的成#4支术的样本(specimen)的一 个例子的视图。图6B是示出根据常规的光声成像技术获得的图像的一个例子的 视图。图6C是示出根据本专利技术的成像技术获得的图像的一个例子的视图。且乂士 + 4、根据本专利技术的生物信息成像设备、生物信息成像方法和生物信息 分析方法的特征在于，对通过扩散光学成像(DOT)获得的数据和通 过光声成像(PAT)获得的数据彼此进行相互利用。扩散光学成像和光声成像均是用于获得在活体中存在的吸收体的 吸收系数分布的技术。为此，如果扩散光学成像或光声成像要与其它 的成像方法组合，那么一般选择诸如MRI (磁共振成像)、X射线等 的能够获得吸收系数分布以外的信息的成像方法。与此相对照，可以 说，本专利技术是在使多种用于获得吸收系数分布的技术彼此组合的新颖 概念下构想的新的成像方法。具体地，借助光声成像测量超声波，并且，借助扩散光学成像测 量扩散光，其中，通过光声成像和扩散光学成像中的一种成像获得的 分析结果被用于对其中的另 一种成像中的分析。本申请的专利技术人发现， 通过以这种方式彼此组合扩散光学成像和光声成像，可以实现以下的各种有利效果。(DOT:扩散光学成像)根据上述的扩散光学成像，能够通过测量诸如吸收系数等的光学 特性，获得构成活体组织的材料的浓度分布。但是，在检测光的这种扩散光学成像中，可能引起传播光的介质 中的光的多重散射，因此难以获得高分辨率图像。另夕卜，为了解决不适定逆问题(ill-posed inverse problem )， 或通过在用于检测扩散光的多个检测器的检测结果与从光学扩散方程计 算的各单个检测器的输出之间进行比较而执行成像，扩散光学成像一般需要长的计算时间。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物信息成像设备，包括：　光源；　声波检测器，其检测从已吸收了从所述光源照射到活体的光的能量的一部分的所述活体中的吸光材料所产生的声波，并将所述声波转换成第一电信号；　光检测器，其检测从所述光源照射到所述活体并在所述活 体中传播的光的一部分的光学强度，并将所述光学强度转换成第二电信号；以及　计算单元，通过将第一电信号和第二电信号中的一个电信号的分析结果用于对其中的另一个电信号的分析，计算关于所述活体的光学特性分布信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-5-15 129890/2007;JP 2008-4-1 095126/20081.一种生物信息成像设备，包括光源；声波检测器，其检测从已吸收了从所述光源照射到活体的光的能量的一部分的所述活体中的吸光材料所产生的声波，并将所述声波转换成第一电信号；光检测器，其检测从所述光源照射到所述活体并在所述活体中传播的光的一部分的光学强度，并将所述光学强度转换成第二电信号；以及计算单元，通过将第一电信号和第二电信号中的一个电信号的分析结果用于对其中的另一个电信号的分析，计算关于所述活体的光学特性分布信息。2. 根据权利要求l所述的生物信息成像设备，其中， 所述计算单元通过将作为第一电信号的分析结果的第一光学特性分布信息用于对第二电信号的分析，计算第二光学特性分布信息。3. 根据权利要求2所述的生物信息成像设备，其中， 第一光学特性分布信息是所述吸光材料的尺寸、所述吸光材料所存在的位置和所述吸光材料的光学能量吸收密度分布中的任一个。4. 根据权利要求3所述的生物信息成像设备，其中， 第二光学特性分布信息是^^照射到所述吸光材料的光量、所述吸光材料的吸收系数和所述吸光材料的有效散射系数中的任一个。5. 根据权利要求1所述的生物信息成像设备，其中， 所述计算单元通过将作为笫二电信号的分析结果的被照射到所述吸光材料的光量用于对第一电信号的分析，计算所述吸光材料的吸收 系数分布。6. 根据权利要求l所述的生物信息成像设备，其中， 所述活体中的所述吸光材料是所述活体中的肿瘤或血管。7. 根据权利要求l所述的生物信息成像设备，其中，所述声波检测器被配置为能够在多个位置检测声波。8. 根据权利要求l所述的生物信息成像设备，其中， 所述光检测器被配置为能够在多个位置检测光的强度。9. 根据权利要求1所述的生物信息成像设备，其中， 所述光源包括一个或更多个光源，这些光源中的至少一个光源被设计为用于产生脉冲光的光源。10. 根据权利要求9所述的生物信息成像设备，其中， 所述光源由至少两个光源构成，所述至少两个光源包括用于产生脉冲光的第一光源和用于产生波形与所述脉冲光不同的光的第二光 源；所述声波检测器被配置为能够将从所述第一光源照射到所述活体 的光转换成所述第一电信号；并且，所述光检测器被配置为能够将从所述第二光源照射到所述活体的 光转换成所述第二电信号。11. 根据权利要求l所述的生物信息成像设备，其中， 所述光检测器被配置为能够检测波长与所迷光源的原始光不同、并且从已吸收了从所述光源照射到所述活体的光的能量的一部分的所 述活体中的所述吸光材料发射的光。12. 根据权利要求ll所述的生物信息成像设备，其中， ...

【专利技术属性】
技术研发人员：福谷和彦，中岛隆夫，浅尾恭史，田透，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]