被检体信息获取设备的制造方法
【专利摘要】一种被检体信息获取设备，所述被检体信息获取设备包括：接收器，该接收器中配置有多个元件，该多个元件中的各元件接收从被检体传播来的声波并输出电信号；扫描器，用于使接收器移动通过预定的扫描区域；信息处理器，用于使用电信号来获取与被检体的内部有关的特性信息；以及声衰减器，其在扫描区域中被配置在接收器和被检体之间，并且具有与被检体的形状相对应的声衰减特性分布。
【专利说明】
被检体信息获取设备
技术领域
[0001]本发明涉及被检体信息获取设备。
【背景技术】
[0002]为了获得与诸如乳房等的被检体的内部有关的特性信息，促进了使用超声波的被检体信息获取设备的研究。例如，可以利用用于接收由被检体反射的回波信号(echosignal)以生成特性信息的超声波设备，同样可以利用用于向被检体照射激光以接收由于光声效应引起的超声波(光声波)以生成特性信息的光声设备。
[0003]在日本特开2008-073305的超声波设备中，配置在槽的底部上的探测器通过在水平面内机械地移动的情况下相对于垂下浸入水槽中的乳房发送并接收超声波来获得三维图像数据。可以将由此得到的数据例如作为乳房的任意期望截面图像显示在监视器上。
[0004]专利文献I:日本特开2008-073305
【发明内容】
[0005]将探测器发送超声波的方向称作“深度”。日本特开2008-073305中的探测器在水平面内进行扫描，因此从探测器到各乳房的表面的距离在探测器与乳房的前端部(中央部)相对的情况以及探测器与乳房的周边部相对的情况之间有所不同。因此，超声波的路径中水和身体组织的比率在乳房的前端部和周边部之间是不同的。通常，身体组织比水更有可能使超声波衰减。
[0006]因此，在相同的测量条件下，与探测器和乳房的周边部相对的情况相比，在探测器与乳房的前端部相对的情况下，从探测器行进至深度L的超声波具有更低的强度。同样地，与周边部的情况相比，在前端部的情况下，从深度L的位置行进至探测器的超声波具有更低的强度。作为结果，在诸如C面图像等的与扫描面平行的截面图像(例如深度L处的图像)中，在周边部获得高强度(亮色)，而在前端部获得低强度(暗色)。这种降低可能导致显示图像的对比度降低或者图像分析的精度降低。
[0007]在日本特开2008-073305的情况下，在超声波的发送和接收期间，均会发生声衰减特性的差。然而，该问题还以仅进行发送或者接收的形式发生。例如，即使在光声设备要测量的乳房中的同一深度L处、在周边部和前端部中生成具有相同强度的超声波(光声波)的情况下，到达探测器的信号的强度也是不同的。
[0008]本发明是考虑到上述问题而研发的。本发明的目的是提供一种用于通过在接收来自被检体的超声波的情况下允许探测器扫描被检体来获取与被检体有关的特性信息的设备所用的技术，其中该技术应对与探测器的位置相对应的衰减程度的变化。
[0009]本发明提供一种被检体信息获取设备，其包括:
[0010]接收器，所述接收器中配置有多个元件，所述多个元件中的各元件接收从被检体传播来的声波并输出电信号；
[0011]扫描器，用于使所述接收器移动通过预定的扫描区域；
[0012]信息处理器，用于使用所述电信号来获取与所述被检体的内部有关的特性信息；以及
[0013]声衰减器，其在所述扫描区域中被配置在所述接收器和所述被检体之间，并且具有与所述被检体的形状相对应的声衰减特性分布。
[0014]本发明可以提供一种用于通过在接收来自被检体的超声波的情况下允许探测器扫描被检体来获取与被检体有关的特性信息的设备所用的技术，其中该技术应对与探测器的位置相对应的衰减程度的变化。
[0015]通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
【附图说明】
[0016]图1是描述实施例1中的被检体信息获取设备的结构的图；
[0017]图2是描述信号处理器的结构的图；
[0018]图3是描述探测器与被检体之间的距离以及从被检体表面至任意C面为止的被检体厚度的图；
[0019]图4是描述将单个构件用作保持构件以提供膜厚度分布的形式的图；
[0020]图5A、5B和5C是描述保持构件的形成的图；
[0021 ]图6是描述将不同构件用作保持构件的形式的图；
[0022]图7A、7B和7C是描述保持构件的形成的图；
[0023]图8A、8B和SC是示出凸形探测器和碗形探测器的使用的图；
[0024]图9A和9B是描述实施例2中的被检体信息获取设备的结构的图；以及
[0025]图10是描述实施例5中的被检体信息获取设备的结构的图。
【具体实施方式】
[0026]以下将参考附图来说明本发明的优选实施例。然而，应根据各种条件和本发明所应用至的设备的结构，来根据需要改变以下说明的组件的尺寸、材料、形状和相对配置等。因此，以下说明的组件的尺寸、材料、形状和相对配置等并不意图将本发明的范围限制于以下说明。
[0027]本发明涉及用于检测从被检体传播来的超声波以生成并获取与被检体的内部有关的特性信息的技术。因此，可以将本发明认为是被检体信息获取设备、或者被检体信息获取设备的控制方法或被检体信息获取方法或信号处理方法。还可以将本发明认为是用于使得包括诸如CHJ等的硬件资源的信息处理设备能够执行这些方法的程序或者用于存储这样的程序的存储介质。
[0028]本发明的被检体信息获取设备包括如下设备，该设备使用光声断层成像技术，以利用光(电磁波)照射被检体并接收(检测)根据光声效应在被检体中的预定位置处或者在被检体的表面上生成之后进行传播的声波。这样的被检体信息获取设备基于光声测量以图像数据的形式来获得与被检体的内部有关的特性信息，因此可以将该设备称作光声成像设备。
[0029]光声设备中的特性信息是指由于光照射所引起的声波的源分布、被检体中的初始声压分布、根据初始声压分布得出的光能吸收密度分布或吸收系数分布、或者构成组织的物质的浓度分布。特性信息的具体示例包括氧合血红蛋白和还原血红蛋白的浓度分布、根据氧合血红蛋白和还原血红蛋白的浓度分布得出的氧饱和度分布或血液成分分布、或者脂肪、胶原、乳腺或水分的分布。代替数值数据，可以以与被检体中的位置有关的分布信息的形式来获得特性信息。也就是说，被检体信息可以是诸如吸收系数分布或者氧饱和度分布等的分布信息。
[0030]本发明中的被检体信息获取设备包括如下设备，该设备使用超声回波技术，向被检体发送超声波并且接收被检体内部所反射的反射波(回波)，从而以图像数据的形式获取被检体信息。对于使用超声回波技术的设备，获取到的被检体信息是反映被检体内部的组织之间的声阻抗的差的信息。
[0031]本发明所涉及的声波通常是超声波，并且包括被称作音波或者声波的弹性波。由光声效应引起的声波被称作光声波或者光超声波。由探测器等将声波转换得到的电信号又称作声波。然而，这里所涉及的超声波或者声波不意图限制弹性波的波长。基于光声波的电信号也称作光声波。基于超声回波的电信号又称作超声信号。
[0032]实施例1
[0033]设备结构
[0034]参考图1，将说明本发明应用至超声回波设备的结构示例。附图标记001表示被检体(例如乳房)。附图标记002表示用于保持被检体001的保持构件。附图标记003表示用于发送超声波并检测来自被检体内部的回波的探测器。探测器003具有多个转换元件004。在探测器003和保持构件002之间存在超声波传播所经由的声匹配材料005。探测器003固定在滑架006上。驱动机构007使滑架006移动。驱动控制器008用于控制驱动机构007。
[0035]系统控制器009根据探测器003在扫描范围内接收到的被检体001的图像信号来创建三维图像。图像显示器010显示由系统控制器009创建的三维图像。探测器与本发明中的接收器相对应。保持构件与本发明中的保持构件相对应。驱动机构与本发明中的扫描器相对应。系统控制器与本发明中的信息处理器相对应。
[0036]系统控制器009包括多个单元。发送控制器011对与焦点位置相对应的各转换元件004的驱动定时进行控制以调节超声波的发送焦点。信号处理器012将来自被检体001的超声回波信号重建成二维图像。图像处理器A(013)对重建后的图像数据执行图像处理。三维图像合成器014基于用以进行扫描的驱动机构007为了进行扫描而驱动的探测器003的坐标，将重建后的图像转换成三维图像。图像处理器B(015)对该三维图像数据执行图像处理。
[0037]图2描述信号处理器012的结构。相位延迟单元016调整转换元件004所接收到的信号的相位。加法器017将延迟的信号相加在一起。希尔伯特(Hilbert)转换器018对通过相加得到的信号执行希尔伯特转换。包络线检测器019进行检测。LOG压缩器020对检测到的信号进行LOG压缩。该信号处理器是示例并且可以具有任何结构，只要该信号处理器可以针对从转换元件输出的电信号进行放大、数字转换、校正或者延迟等即可。
[0038]通过系统控制器进行超声波发送和接收以及图像重建
[0039]系统控制器向被检体001发送超声波，并对被检体内部或者被检体表面上所生成的回波信号进行转换。为了使发送束聚焦在期望位置(超声波发送方向上的相对于探测器的位置、即深度)处，发送控制器011确定延迟时间，其中根据该延迟时间来驱动形成发送开口的多个转换元件004的组。发送控制器011基于该延迟时间向转换元件004发送驱动信号。然后，转换元件004基于驱动信号生成超声波，并将超声波发送至被检体001。
[0040]所发送的超声波经由声匹配材料005和保持构件002传播至被检体001。随后，由被检体001反射和散射的回波部分地返回至转换元件004。形成接收开口的多个转换元件004的组接收这些回波并将这些回波转换成电信号(接收信号)。根据需要对接收信号执行放大、校正或者数字转换等。
[0041]信号处理器012将接收信号重建成表示特性信息的图像数据。在图2中，相位延迟单元016基于图1中的图像扫描线025上的成像位置以及与形成接收开口的转换元件004的位置有关的坐标信息，来确定接收信号的延迟时间。然后，相位延迟单元016对这些接收信号进行延迟处理。
[0042]加法器017将延迟的接收信号相加在一起。随后，希尔伯特转换器018和包络线检测器019对由此得到的合成信号进行希尔伯特转换和包络线检测，以重建图像。除了这里说明的相位相加方法，还可以使用诸如自适应信号处理等的重建技术。LOG压缩器020对重建后的图像数据进行LOG压缩，从而完成图像扫描线025上的图像数据。在图像扫描线025移动的状态下执行一系列处理，以沿着扫描方向创建二维超声波图像数据。
[0043]图像处理器A(013)对所创建的二维超声波图像数据执行边缘强调处理、噪声去除处理或者对比度强调处理等。可以通过图像处理器B(015)来实施这些类型的图像处理。系统控制器针对通过探测器003在扫描区域中移动的情况下发送和接收超声波所获得的数据执行上述的处理，以累积二维图像数据从而生成三维图像数据。在执行三维图像获取处理之后，三维图像合成器014与由驱动控制器008定义的扫描区域中的坐标位置相关联地排列三维图像数据。扫描区域的形状不限于大致平面。驱动控制器可以在三维方向上移动探测器。
[0044]代替在创建了B模式图像之后执行三维图像获取处理，可以通过使用信号处理器012在不实施希尔伯特转换器018所进行的处理的后续处理的情况下累积信号、并且使用三维图像合成器014来执行合成开口处理，来实现该三维图像获取处理。合成开口处理使得探测器003的扫描方向上的图像的分辨率能够在深度方向上均一化。可以使用用于获得三维图像合成器014的各种其它已知的技术。
[0045]图像处理器B(015)调整所创建的三维图像数据，例如执行锐化处理或者噪声去除处理等。图像显示器010显示任何期望的截面图像。图像处理可以用来减少由衰减程度的变化所导致的同一深度处的亮度不均匀(这也是本发明要解决的问题)。然而，无法消除图像信息的损失。可以使用液晶显示器、等离子体显示器或者有机EL显示器等作为图像显示器010。图像显示器010不必是设备的一部分。同样优选地，本发明中的设备仅创建图像数据，并允许外部图像显示器显示该图像数据。
_] 探测器的驱动
[0047]将说明探测器003。各转换元件004进行电信号和超声波之间的转换。优选的转换元件是诸如PZT、PVDF元件和cMUT元件等的具有相对高的转换效率的压电元件。期望使用以一维或者二维的方式配置有多个转换元件004的探测器，以提高SN比率并减少测量时间。
[0048]将参考图3来说明探测器003的驱动和驱动期间所使用的成像方法。驱动机构007使安装在滑架006上的探测器003在与保持构件002相对的二维平面内移动。例如，可以使用脉冲马达和滚珠丝杠的组合或者线性马达作为驱动机构007。驱动机构007可以在三维方向上驱动探测器003。可以设置针对滑架006的旋转机构，以使探测器003倾斜任意角度。探测器的三维移动和倾斜使得能够在相对于被检体的任意方向上获得超声波，从而可以获得精确的图像数据。
[0049]保持构件
[0050]保持构件002的使用使得被检体的形状稳定，以提高衰减程度的计算和针对图像重建的计算的计算精度。所使用的保持构件002可以透过超声波。保持构件002的材料期望包含被检体001和声匹配材料005之间的小的声阻差。为了能够保持被检体001，优选使用刚性构件或者伸缩性构件。刚性构件的示例包括诸如PET、聚甲基戊烯和丙烯酸等的树脂材料。伸缩性构件的示例包括胶乳和硅胶等的橡胶片材和诸如聚氨酯等的材料。可选地，可以使用包含多个材料的组合的保持机构。
[0051]优选地，保持构件002是以可更换的方式安装的。在经由壳体中的开口将乳房插入设备的情况下，可以在开口附近设置安装部，其中包括支架或者钩的该安装部使得能够容易地固定保持构件。这使得能够易于根据被检者或者根据如何测量被检体或者测量内容，来替换保持构件002。
[0052]声匹配材料005使被检体(或者保持构件)与探测器在声学上相匹配。因此，声匹配材料005优选允许声波经由声匹配材料005传播，并避免妨碍由探测器003进行的扫描。声匹配材料005的示例包括诸如水、DIDS、PEG、硅油和蓖麻油等的液体。
[0053]在被检体为活体的情况下，存在许多具有曲率的区域或者许多不平坦的形状。例如，乳房具有相对于周边部突起的中央部。与之相对，如在臀部和足弓的情况下，被检体可能具有中央部相对于周边部凹陷的形状。作为结果，探测器扫描面和被检体之间在扫描面的法线方向(或者转换元件的高灵敏度方向)上的距离根据探测器的位置而改变。
[0054]保持构件和被检体表面之间的位置关系
[0055]在图3中的示例中，探测器003的扫描面与被检体001的表面同样不平行。在图3中，要显示C面301。在探测器扫描面与C面平行、并且探测器位于Posl处的情况下，从探测器到被检体表面的距离是Lll，并且从被检体表面到C面的距离是L12。在探测器位于Pos2处的情况下，从探测器到被检体表面的距离是L21，并且从被检体表面到C面的距离是L22。因此，超声波的路径的体内通过距离与声匹配材料通过距离之间的比率在探测器003位于Posl处的情况和探测器003位于Pos2处的情况有所不同。通常，超声波衰减率在活体中比在声匹配材料中更高。因此，相比在Pos2处，所发送的超声波和回波更可能在Posl处发生衰减。作为结果，图像数据中的亮度值改变。
[0056]在同一C面内存在大的亮度差的情况下，在图像显示尤其是实时显示中，被检体内部的图像的再现程度可能降低。例如，假定特定的C面图像数据中所包含的图像数据具有在“O?100”的范围内改变的亮度。如果操作者将显示器上所显示的图像的亮度范围调整至“20?80”，则与亮度值落在该范围外的像素有关的信息丢失。因此，尤其在用于实时显示图像的超声波设备中，图像分析的精度可能会下降。
[0057]以下将更详细地说明这种由输出值的变化所引起的问题。例如，在与PosI相对应的C面位置处的图像数据中，将输出值与较大的增益相乘以校正长距离的体内传播期间的衰减。然而，将这种条件应用到Pos2可能导致输出值的增益过大。具体地，进行大小为距离差L、被检体001的声衰减特性以及发送和接收期间的超声波频率这三个数值的乘积的放大。作为结果，增益根据条件达到几十dB，并且可能超出显示亮度的动态范围的上限。与之相对，在与Posl相对应的C面位置处的图像数据被在设置为使得能够显示与Pos2相对应的C面位置处的图像数据的条件下进行了成像的情况下，放大可能不充分，并且信号强度可能低于设备的噪声水平。
[0058]保持构件的优选声衰减特性
[0059]为了避免这种现象，需要对与距离差L等价的声衰减差进行补偿。在这种情况下，通过使保持构件002中的声衰减特性进行分布来补偿声衰减差。具体地，在保持构件002的声衰减特性中反映了长度为L[cm]的被检体001和声匹配材料005之间的声衰减特性差。例如，使用几乎不使声波发生衰减的水作为声匹配材料005。在这时，在假定被检体001的衰减特性为0.3[dB/MHz/cm]的情况下，Posl处的衰减程度与Pos2处的衰减程度之间发生0.3L[dB/MHz]的差。因此，在保持构件002中，通过将与Posl相对应的位置处的声衰减特性和与Pos2相对应的位置处的声衰减特性之间的差调整至0.3L[dB/MHz]，可以减少C面处的输出值的差。
[0060]如有需要则根据被检体001和声匹配材料005之间的声衰减特性差以及声波经由被检体传播的距离来进行这种调整。通常，被检体001具有较高水平的声衰减特性，因此，优选降低与探测器003和被检体001彼此相接近的位置相对应的保持构件002的声衰减特性的水平。
[0061]由于人体特性，因此许多被检体001的形状为圆形，并且在被保持的情况下可能在中央部突起。因此，可以将保持构件002在中央部的声衰减特性的水平有效地调整成低于保持构件002在周边部的声衰减特性的水平。更具体地，在扫描面大致呈平坦的情况下，声衰减程度与扫描面和保持构件之间在扫描面的法线方向上的距离相一致地增加。与之相对，声衰减程度与扫描面和保持构件之间在扫描面的法线方向上的距离相一致地降低。
[0062]声衰减特性的计算需要以下四个信息。
[0063]信息1:声匹配材料005的声衰减特性:a2[dB/MHz/cm]
[0064]信息2:被检体001的声衰减特性:al [dB/MHz/cm]
[0065]信息3:被检体001的保持形状
[0066]信息4:探测器003的扫描轨迹
[0067]根据系统的设置和所使用的材料来获知信息I和信息4。另一方面，信息2和信息3涉及组织之间的显著变化和个体之间的较大差异，因此优选参考实验值和文献值来进行设置。基于经由预扫描所获取到的被检体信息可以有效地制造或者选择保持构件002。
[0068]在被检体001是乳房的情况下，优选信息2被指定为使得al= 0.3?0.8[dB/MHz/cm]。乳房的特征在于，年轻人趋于具有许多乳腺层，并且脂肪的比率趋于随着年龄而增加。乳腺层与脂肪层相比具有更高水平的声衰减特性，因此，乳房的声衰减特性的水平优选随着年龄的降低而增加。
[0069]在被检体001是诸如乳房等的软组织的情况下，使用刚性构件作为保持构件以精确地获得信息3(保持形状)。保持构件002的形状优选适合被检体001。例如，针对乳房，使保持构件002具有杯状的形状。刚性构件使得能够规定被检体001的保持形状，从而使得还能够规定探测器003和被检体001之间的距离。这使得可以更容易获得信息3。
[0070]另一方面，在选择伸缩性材料作为保持构件的情况下，难以严格地限定保持形状。然而，基于构件的硬度和膜厚度以及与被检体OOl有关的信息等，可以在一定程度上估计该保持形状。例如，针对乳房，与被检体001有关的信息包括诸如罩杯大小、上胸围大小和下胸围大小等的大小信息以及诸如人种、年龄和身体状态等的其它信息。具体地，通过增加保持构件002的硬度、增加膜厚度或者对保持构件002进行预张紧，可以抑制被检体001的突起量(LI)。在被检体001是乳房的情况下，在被检者是年轻人并且具有许多乳腺层的情况下或者在被检者处于生理周期的情况下，难以挤压乳房。使用这些信息来定制保持构件002以使得能够详细地指定保持形状，由此减少从任意期望截面获得的输出值的非均一性。
[0071]上述四项信息使得能够针对探测器003的各位置来指定声衰减特性差。使用以下表达式对依赖于位置的声衰减特性差的最大值进行转换。
[0072](al-a2) XLl---(l)
[0073]在这种情况下，假定被检体001的声衰减特性αI的值为0.3?0.8[dB/MHz/cm]，并且假定最大L距离的值为I?9[cm]。针对乳房，最大L距离是指乳房的前端与胸壁之间的最大距离的突起量LI。假定声匹配材料005是水(α2是0[dB/MHz/cm])。在将这些假定应用于上述表达式的情况下，优选的声衰减特性差落入0.3?7.2[dB/MHz]的范围内。
[0074]保持构件的制造方法1:膜厚度的调整
[0075]现在，将说明用于制造具有期望的声衰减特性分布的保持构件002的技术。首先，可以利用涉及使用单个材料作为保持构件002的材料并针对各部位改变膜厚度以调节声衰减特性的技术。针对单个材料，声衰减特性与膜厚度成比例地发生改变。因此，保持构件002的机加工精度越高，则使得能够以更细致的方式来调整声衰减特性。
[0076]在图4中，膜厚度是指保持状态下保持构件002在图像扫描线025上的内部路径的长度。因此，膜厚度还根据保持构件002的倾斜角发生改变。可以使用以下表达式来转换优选的保持构件002的厚度的最大差。
[0077](al-a2) XLl/a3[cm]."(2)
[0078]在(具有约为5[dB/MHz/cm]的声衰减特性a3的)胶乳橡胶片材用作保持构件002的情况下，保持构件002的厚度的最大差优选落在0.6?14.4[mm]的范围内。
[0079]在被检体001与声匹配材料005相比具有更高水平的声衰减特性、并且被检体001的中央部突起的情况下，如图4所示，优选使得保持构件002的膜厚度在中央部比在周边部更薄(L31〈L32)。优选使用指定的模具通过压缩处理或者注塑成形来制造保持构件002。可以使用诸如机加工等的制造方法或者可以使用3D打印机来制造保持构件002。通过使保持构件002成形为任意形状，可以更细致地调整声衰减特性。
_0]保持构件的制造方法2:片状构件的组合
[0081]可以利用通过将多个片状构件组合在一起使膜厚度分布的其它方法。具体地，准备如图5A所示的具有不同孔径的多个片材(a)?(c)，并如图5B所示那样彼此叠加地放置这些片材(a)?(C)。使用任意方法彼此叠加地放置这些片材。首先，可以利用使用具有与这些片材的材料的声阻接近的声阻的接合剂的方法。例如，在构件是硅胶的情况下，硅基接合剂是合适的。在以下的说明中，正视图是指描述如从探测器侧观看的保持构件的视图。侧视图是指描述如从设备侧观看的保持构件的视图。
[0082]可选地，可以简单地彼此叠加地放置这些构件。特别地，橡胶构件和凝胶构件具有自融接合属性，因此使得能够在不使用任何接合剂的情况下形成保持构件。在使用该方法的情况下，优选利用具有与片状构件的声阻接近的声阻的声匹配材料005来填充片状构件之间的空间，以防止气泡进入。这适用于例如片状构件和声匹配材料005分别是胶乳和水的情况以及片状构件和声匹配材料005分别是硅胶和硅油的情况。如果片状构件具有显著不同的声阻或者片状构件之间进入了气泡，则超声波被片状构件之间的交界面反射，由此造成伪像(artifact)。
[0083]这些用于组合多个构件的方法具有便于根据被检者或者被检体001的状况来定制保持构件002的优点。例如，在被检体001较大的情况下，将大量的片状构件组合在一起来增加中央部和周边部之间的膜厚度差。在中央部存在大的肿瘤021的情况下，仅将如图5C所示各自在中央形成有孔的环状片材(对应于图5A中的片材a和片材b)组合在一起，以有效地将被检体保持在周边部。
[0084]在调整了膜厚度或者彼此叠加地放置片状构件来增加保持构件002在周边部的膜厚度的情况下，不仅可以抑制图像输出值的变化，还可以增加保持构件002的机械强度以及保持被检体001的力。通常，被检体001按压保持构件002的力为几十N以上，因此保持构件002在周边部的膜厚度优选相对较大以加强周边部。在保持构件002为伸缩性构件的情况下，保持构件002在周边部的膜厚度同样优选相对较大，从而即使身体在成像期间移动的情况下也能稳定地保持被检体。因此，可以抑制图像的失真和分辨率的劣化。
_5]保持构件的制造方法3:多个材料的组合
[0086]使用图6，将说明使具有不同声衰减特性的多个材料组合在一起以使声衰减特性分布在保持构件002的面内的技术。例如，在被检体的中央部突起、并且相比声匹配材料更可能使声波衰减的情况下，针对保持构件的中央部(图6中的附图标记002a)，使用衰减程度低的构件，而针对保持构件的周边部(图6中的附图标记002b)，使用衰减程度高的构件。
[0087]例如，在刚性构件的情况下，具有相对不显著的声衰减特性的聚甲基戊烯或者丙烯酸适用于中央部，而具有相对高的声衰减特性的PET材料等适用于周边部。在伸缩性构件的情况下，具有相对不显著的声衰减特性的硅胶适用于中央部，而具有相对显著的声衰减特性的胶乳适用于周边部。即使是相同的原材料也根据材料的成分而呈现不同的声衰减特性。例如，改变聚氨酯原材料的组成比率以使得能够制造衰减特性不同的构件。在这种技术中，与利用制造方法I的情况相同，优选通过针对各部位进行膜厚度的微调、或者与制造方法2的情况相同彼此叠加地放置构件，来调整声衰减特性。材料不限于这两种类型。例如，可以使用声衰减特性从圆形的最内侧向圆形的最外侧变得逐渐更显著的同心圆结构。
[0088]将使用图7A、7B和7C来说明制造方法3的示例。图7A、7B和7C是保持构件的正视图和侧视图。在图7A中，准备了环状构件I和与该环中的孔大小相等的圆形构件2，并且环状构件I和圆形构件2通过接合剂连接在一起。也就是说，在接合面上，彼此叠加地放置了多个膜并且存在接合剂，使得声衰减特性可能发生改变。也就是说，接合剂和构件之间的声阻差可能导致伪像。因此，优选地，减少接合剂的量或者使用与构件之间在声阻上仅存在细微差异的接合剂。优选地，减少接合面的大小，或者减少接合面的构件厚度。在构件是橡胶材料的情况下，可以使用自融接合属性来形成保持构件。然而，在这种情况下，注意，气泡可能会进入该构件。
[0089]图7B描述了环状构件1、与该环中的孔大小相等的圆形构件、以及具有从圆形区域向周边放射状延伸的分支部的形状构件2的组合。在这种情况中，可以在不使用任何接合剂的情况下有利地形成保持构件。然而，在分支部处声衰减可能不均匀，因此，优选减少分支部的面积。然而，分支部的面积是基于保持构件的强度和声学特性之间的平衡所确定的。
[0090]可选地，代替减少每个分支部的面积，如图7C所示，优选在整个面内以固定间隔配置更多的分支部。对于超声波的发送和接收，存在开口宽度。形成图像的多个声线在不同的位置处穿过保持构件002。因此，如图7C所示那样分散地设置分支部的位置，使得恒定比率的声线能够穿过保持构件002。这使得能够减少分支部附近的图像不均匀。
[0091]即使对于由相同的原材料构成的保持构件，通过根据部位来改变保持构件的组成也可以形成声衰减特性分布。例如，可以利用通过向聚氨酯或者橡胶构件添加硬化剂来调整硬度的方法。例如，硬化剂的添加使得要调节的聚氨酯能够具有从如塑胶的高硬度到如橡胶的柔软度的范围内发生改变的硬度。声衰减特性根据硬度而改变。声衰减特性的水平与添加至构件的超声波散射介质的大小相一致地增加。可以使用与母材一致的硬化剂。
[0092]另外，可以利用涉及调整添加至构件的超声波散射介质的量的方法。例如，将具有微米级直径的玻璃珠混合到聚氨酯凝胶中以使得能够调整声衰减特性。除了玻璃珠之外，还可以使用氧化钛或者二氧化硅作为超声波散射介质。可以与保持构件中的部位相关联地将不同的散射介质添加至保持构件。
[0093]图像处理器的结构
[0094]通过如上所述改变保持构件002的面内的声衰减特性，可以减少任意期望截面的输出值之间的差。图像处理器B(附图标记为015)可以调整输出值来进一步减少输出值的差，以使得能够抑制亮度不均匀。
[0095]上述说明是基于利用超声波照射被检体、接收回波信号并将该回波信号转换成图像的超声波图像设备。然而，上述的结构可以应用于接收利用来自光源的光照射被检体001而生成的超声波并且对该超声波进行成像的光声图像设备。
[0096]在上述方法中，在声衰减程度在被检体的突起部和凹陷部之间有所不同的情况下适当地显示同一C面内的亮度，而即使初始声压是等价的，作为重建的结果，显示亮度也可能发生改变。具体地，在Posl处的扫描线和Pos2处的扫描线上距被检体表面Icm的深度处重建初始声压强度的情况下，在衰减程度更低的Posl处显示更高的初始声压强度。因此，在显示除了C面以外的任意面的情况下，优选将作为针对声衰减特性分布的补偿的这种增益与接收信号的强度相乘。
[0097]探测器的变形例
[0098]本发明可适用于代替ID探测器或2D探测器而包括如图8A、8B和SC所示的各种探测器的任意一个的设备。例如，图8A描述了配置有转换元件004以具有曲率的凸形探测器。图SB和SC描述了具有配置在半球面上的转换元件的大碗形探测器和小碗形探测器。即使配置有这些探测器，本发明也是有效的，这是因为由于从形成发送开口或接收开口的转换元件004的组的位置到图像扫描线025上的被检体表面为止的距离而引起输出值的差。
[0099]具有配置在碗形支持构件上的转换元件的探测器可以在各种方向上接收从被检体传播来的声波，由此提高重建图像的精度。在碗形探测器中，转换元件无法具有相同的高灵敏度方向。因此，在保持构件被区分成特定区域的情况下，不能与转换元件的高灵敏度方向相关联地指定这些区域的位置。另一方面，碗形探测器设置有多个元件的高灵敏度方向集中的高灵敏度区域(高分辨率区域)。因此，在识别出保持构件中的位置的情况下，可以与高灵敏度区域相关联地指定这些位置。在碗形探测器应用于以下说明的光声设备的情况下，光照射器优选设置在碗的底部。
[0100]在本发明中，探测器的形状包括如上所述的突起部。因此，在声波衰减程度根据在扫描区域上移动的探测器的位置而改变的情况下，保持构件的声衰减特性根据衰减程度而改变。这使得能够减少声信号的强度和图像数据的输出值的变化。
[0101]实施例2
[0102]图9A描述了本实施例中的被检体信息获取设备的示意系统图。由相同的附图标记来表示本实施例中与上述实施例的相应组件相同的组件，并且将不再详细说明。在本实施例中，选择左乳房和右乳房两者作为被检体001，并同时进行成像。因此，实施例2与实施例1尤其是在保持构件002的结构上有所不同。
[0103]保持构件和声匹配材料
[0104]针对保持被检体001的保持构件002，使用两种不同的树脂材料。图9B示出了从探测器扫描面观看的保持构件002。构件I所用的材料是作为一种PET的PETG。构件2所用的材料是聚甲基戊烯。各构件约2.5_厚。通过压缩成形和注塑成形将这些构件处理成期望的形状，然后利用接合剂将这些构件接合在一起以形成保持构件002。保持构件002具有长径为500mm且短径为250mm的大小，并且被处理成使得胸壁和乳头对之间的距离约为35mm。
[0105]对于构件的声衰减特性，针对聚甲基戊烯，衰减程度约为1.2[dB/MHz/cm]，针对PETG，衰减程度约为4[dB/MHz/cm]。被检体001和保持构件002彼此紧密接触以尽可能地消除被检体001和保持构件002之间的间隙。
[0106]声匹配材料005是水，并且在通过栗来循环的情况下使用。在本实施例中，使用加热器将水温保持在约35°C。以这种方式来保持水温，这有效地防止了被检者感到不舒服并且有效地限定了声匹配材料005中的声速以提高图像重建的精度。
[0107]其它设备组件
[0108]在本实施例中，探测器003是具有256个通道的ID线性探测器。形成探测器003的转换元件004是中心频率为8MHz且元件大小为4mm的PZT，并且以0.2mm的横向元件节距进行排列。实施例2中通过系统控制器009实施的所发送的超声波的控制、回波的接收、接收信号的处理和图像重建处理等所用的方法与实施例1相同。
[0109]根据来自驱动控制器008的指示，安装在滑架006上的探测器003在移动通过平坦扫描区域的同时发送并接收超声波。在本实施例中，脉冲马达和滚珠丝杠组成的驱动机构007将滑架006沿着双轴方向以任意速度移动至任意位置。在本实施例中，针对由接收信号生成的三维图像数据，可以在作为液晶显示器的图像显示器010上检查任意期望的截面图像。在期望的截面图像描述了明显的输出值的差的情况下，可以使用图像处理器B(015)来调整输出值。
[0110]使用上述系统来获取乳房的图像并且显示与胸壁接近的位置的C面图像。与不使用保持构件002的情况下所获得的同一位置的C面图像相比，由于改善了各个乳房的周边部和与乳头接近的位置之间的图像输出值的差，因此使用保持构件002所获得的C面图像看起来更清晰。发明人发现这防止了任意期望截面的图像质量的劣化。本实施例的系统不仅可以应用于右乳房和左乳房，还可以应用于诸如人的臀部和具有弓部的人足部等的中央部凹陷、周边部突起且最外周部再次凹陷的被检体。
[0111]实施例3
[0112]本实施例的特征在于:测量对象是诸如在被检体的中央部向探测器突起的其中一个乳房等的被检体。因此，本实施例中的设备与实施例2中的设备的不同之处在于保持构件002具有如实施例1的图6中所示的形状。具体地，保持构件具有呈现出保持构件的中央部最低并朝着保持构件的周边部增大的声衰减特性的大致为同心圆形的声衰减特性分布。
[0113]具体地，为了形成用于保持被检体001的保持构件002，与图7A的情况相同，两种不同的树脂材料组合在一起。与实施例2的情况相同，针对周边部的构件I使用PETG，并且针对中央部的构件2使用聚甲基戊烯。各构件约2.5mm厚。通过压缩成形和注塑成形来形成构件的形状，然后利用接合剂将构件接合在一起。保持构件002具有直径为250mm的大小。将胸壁和乳头之间的距离设置为约35mm。保持构件002的声衰减特性如实施例2所例示。尽可能地消除被检体001和保持构件002之间的间隙，使得被检体001和保持构件002彼此紧密接触。
[0114]上述系统用于获取乳房的图像并显示与胸壁接近的位置的C面图像。与不使用保持构件002的情况下所获得同一位置的C面图像相比，由于改善了在被检体的周边部生成的图像和在被检体的中央部生成的图像之间的图像输出值的差，因此使用保持构件002所获得的C面图像看起来更清晰。
[0115]因此，在对被检体001的中央部处向探测器003突起的被检体001进行成像的情况下，通过使用与周边部相比在中央部呈现出较低水平的声衰减特性的保持构件002，可以降低任意期望截面的图像质量的可能劣化。
[0116]实施例4
[0117]在本实施例中，与实施例3的情况相同，测量对象是被检体的中央部处朝向探测器突起的被检体。因此，与实施例3的情况相同，本实施例中的设备使用如下的保持构件001，其中该保持构件001具有呈现出保持构件的中央部最低并朝着保持构件的周边部增大的声衰减特性的大致为同心圆形的声衰减特性分布。本实施例与实施例3不同之处在于保持构件002由一个构件构成。
[0118]具体地，作为用于保持被检体001的保持构件002，与图4的情况相同，针对各部位使用具有不同厚度的片材。该片材所用的材料是天然橡胶。根据被检者的状况适当地选择保持构件002。在本实施例中，被检者是具有D罩杯的中年女性。片材在中央部(对应于图4中的Posl)具有0.3mm的最小厚度。片材在周边部(对应于图4中的Pos2)具有4.5mm的最大厚度。片材被形成为使得膜厚度在Posl和Pos2之间逐渐改变。片材具有如直径为250mm的圆那样的形状。在保持被检体的状态下以使得胸壁和乳头之间的距离约为40mm的方式安装保持构件的情况下，对保持构件进行初始张紧。通过压缩成形来制造本实施例中的保持构件002，以使得?081和?082之间的声衰减特性差约为1.7dB/MHz。
[0119]使用上述的系统来获取乳房的图像并显示与胸壁接近的位置的C面图像。与不使用保持构件002的情况下所获得相同位置的C面图像相比，由于改善了在被检体的周边部生成的图像和在被检体的中央部生成的图像之间的图像输出值的差，因此使用保持构件002所获得的C面图像看起来更清晰。
[0120]因此，在对被检体001的中央部处朝向探测器003突起的被检体001进行成像的情况下，通过使用由单个构件构成的且中央部的膜厚度小于周边部的膜厚度的保持构件002，可以成功地降低任意期望截面的图像质量的可能劣化。
[0121]实施例5
[0122]本实施例中的被检体信息获取设备进行光声测量以获取与被检体的内部有关的特性信息。这将使用图10来说明。光声波所用的探测器022和用于照射从光源024发出的光的光照射器023安装于滑架006。
[0123]本实施例中的光源024是作为一种固体激光器的钛蓝宝石激光器，并且利用脉冲光照射被检体。脉冲间隔设置为10Hz。除了固体激光器以外，还可以使用气体激光器、色素激光器和半导体激光器等作为激光源。同样可以使用闪光灯或者发光二极管等。优选使用近红外光作为照射光。波长处于约650至I 10nm是合适的，并且在本实施例中设置为750nmo为了确定被检体的构成成分的浓度，优选使用可以照射具有多个波长的光的波长可变激光器。使用诸如束状光纤、透镜、镜子或者棱镜等的光学构件以将光从光源引导至光照射器。
[0124]在被检体内的光吸收体吸收了所照射的光的能量的情况下，光吸收体发生热膨胀以产生声波。具有吸收近红外光的特性的光吸收体的示例包括血管、包含大量血红蛋白的体内血液、以及包含大量新血管的肿瘤组织。
[0125]在本实施例中，将光照射器023安装在滑架006上以使得与探测器022—起移动，以有效地利用光来照射成像部。然而，安装位置不限于此。所生成的光声波的强度根据到达成像部的光量而改变。因此，即使对于相同形态的血管，接收信号的强度也根据处于被检体内的深度而改变。因此，本实施例中的系统控制器009经由测量和计算来获取分布在被检体中的光量并且使用该量来校正信号强度。优选通过调节光强度或者滑架位置来控制照射至被检体的光量。
[0126]通过将600个ImmXImm的转换元件004排列成20 X 30的阵列来构成光声波所用的探测器022。转换元件004是中心频率为2MHz的PZT。本实施例在用于使用接收开口来接收光声波和用于执行信号处理和图像重建的技术方面与如上所述的实施例相同。本实施例在图像重建处理期间和向显示器输出图像之后进行的输出值的调整方面也与如上所述的实施例相同。
[0127]如上所述的任意实施例中的保持构件002均可以应用于本实施例。也就是说，可以使用由相同材料形成的并且通过根据部位而改变保持构件的厚度来设置声衰减特性分布的保持构件，或者可以使用在各部位中包含不同材料的保持构件。本实施例中的保持构件002不仅可使声波透过还可以使光透过。
[0128]使用上述的系统来获取乳房的图像并且显示与胸壁接近的位置的C面图像。与不使用保持构件002的情况下所获得的同一位置的C面图像相比，尽管根据保持构件002的形态而在有益效果方面存在一些差异，但由于减小了在乳房的周边部生成的图像和在乳房的中央部生成的图像之间的图像输出值的差，因此使用保持构件002所获得的C面图像看起来更清晰。因此，在保持构件002的声衰减特性呈分布状的情况下，使用光声效应的设备同样能够降低由任意截面的输出值的差导致的图像质量的劣化。
[0129]变形例
[0130]在本发明中，与被检体接触并保持被检体以限定被检体的形状的保持构件002不是必须的组件。本发明的目的可以通过根据被检体的不均匀而随着探测器扫描面内的位置改变声衰减特性来实现。因此，代替与被检体接触的保持构件，可以在位于探测器003和被检体之间且远离被检体的位置处设置各部位具有不同声波衰减率的声衰减构件。本发明的各实施例中的保持构件也可以被称作具有声衰减效果的声衰减器。
[0131]例如，对于诸如中央突起的其中一个乳房等的被检体，所使用的声衰构件具有在与被检体的突起部相对的位置处低且在与被检体的周边部相对的位置处高的衰减率。可以使用片材上的各位置具有不同厚度的大致平坦的片材作为这样的声衰减构件。可选地，可以使用包括声衰减特性不同的原材料的组合的大致平坦的片材。本变形例同样能够使得C面的亮度差减小，并提高被检体图像的精度。
[0132]可选地，代替不与被检体相接触的声衰减构件，可以设置根据乳房的大小等与被检体相接触的声衰减构件。在这种情况下，声衰减构件可以是具有足够的刚性以牢固地支持被检体的材料或者是与被检体相接触时发生弹性变形的构件。
[0133]根据本发明的一方面，提供了一种被检体信息获取设备，其中该被检体信息获取设备在允许探测器在成像区域中扫描被检体的情况下针对不均匀被检体进行超声波测量或者光声测量，并且能够降低由探测器扫描面与被检体的任意期望截面之间的距离的变化所导致的输出值的差。这使得能够抑制表示与被检体有关的特性信息的图像中的信息丢失，还使得能够抑制亮度不均匀。
[0134]其它实施例
[0135]本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，S卩，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。
[0136]尽管已经参考典型实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽泛的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
【主权项】
1.一种被检体信息获取设备，包括: 接收器，所述接收器中配置有多个元件，所述多个元件中的各元件接收从被检体传播来的声波并输出电信号； 扫描器，用于使所述接收器移动通过预定的扫描区域； 信息处理器，用于使用所述电信号来获取与所述被检体的内部有关的特性信息；以及 声衰减器，其在所述扫描区域中被配置在所述接收器和所述被检体之间，并且具有与所述被检体的形状相对应的声衰减特性分布。2.根据权利要求1所述的被检体信息获取设备，其中，在从所述接收器侧观看的情况下，所述声衰减器具有声衰减的程度在所述被检体的突起部有所减小的声衰减特性分布。3.根据权利要求1所述的被检体信息获取设备，其中，在从所述接收器侧观看的情况下，所述声衰减器具有声衰减的程度在所述被检体的凹陷部有所增大的声衰减特性分布。4.根据权利要求1所述的被检体信息获取设备，其中，所述扫描器使所述接收器移动通过的所述扫描区域是平坦的扫描面。5.根据权利要求4所述的被检体信息获取设备，其中，所述声衰减器具有声衰减的程度随着所述扫描面的法线方向上从所述扫描面至所述声衰减器为止的距离的增加而增大的声衰减特性分布。6.根据权利要求4所述的被检体信息获取设备，其中，还包括:声匹配材料，所述声匹配材料用于使所述接收器与所述被检体在声学上相匹配。7.根据权利要求6所述的被检体信息获取设备，其中， 所述信息处理器获取与所述被检体中平行于所述扫描面的面有关的特性信息，以及 所述声衰减器具有与所述扫描面的法线方向上从所述接收器至所述面为止的路径中的声波穿过所述声匹配材料的距离和声波穿过所述被检体的内部的距离之间的比率相对应的声衰减特性分布。8.根据权利要求1所述的被检体信息获取设备，其中，与从所述接收器侧观看的情况下同所述被检体的突起部相对应的所述声衰减器的部分相比，从所述接收器侧观看的情况下与所述被检体的凹陷部相对应的所述声衰减器的部分更厚。9.根据权利要求1所述的被检体信息获取设备，其中，所述声衰减器是通过彼此叠加地放置多个片状构件所形成的，以及 与从所述接收器侧观看的情况下同所述被检体的突起部相对应的所述声衰减器的部分相比，在从所述接收器侧观看的情况下与所述被检体的凹陷部相对应的所述声衰减器的部分处叠加地放置了更多片材。10.根据权利要求1所述的被检体信息获取设备，其中，所述声衰减器是通过将多个构件组合在一起所形成的，以及 与从所述接收器侧观看的情况下同所述被检体的突起部相对应的所述声衰减器的部分相比，在从所述接收器侧观看的情况下与所述被检体的凹陷部相对应的所述声衰减器的部分处设置有声衰减的程度更高的构件。11.根据权利要求1至10中任一项所述的被检体信息获取设备，其中，所述声衰减器是用于保持所述被检体的保持构件。12.根据权利要求11所述的被检体信息获取设备，其中，所述保持构件保持作为所述被检体的乳房，并且所述保持构件的中央部和周边部之间的声衰减特性的差为0.3?7.2[dB/MHz] ο
【文档编号】A61B5/00GK106037813SQ201610216690
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月8日 公开号201610216690.3, CN 106037813 A, CN 106037813A, CN 201610216690, CN-A-106037813, CN106037813 A, CN106037813A, CN201610216690, CN201610216690.3
【发明人】海老泽尚史, 长永兼一
【申请人】佳能株式会社