本發(fā)明涉及被檢體信息獲取裝置。

背景技術(shù)：

關(guān)于使用來自光源(諸如激光器)的光照射被檢體(諸如生物體)以及使基于入射光獲得的被檢體內(nèi)的信息成像的光學成像裝置的研究在醫(yī)療領(lǐng)域中已經(jīng)活躍。光聲成像(PAI)是這樣的光學成像技術(shù)中的一種。在光聲成像中，使用從光源生成的脈沖光照射被檢體，接收從已經(jīng)吸收在被檢體內(nèi)傳播/擴散的脈沖光的能量的被檢體組織生成的聲波(通常為超聲波)，并且基于接收信號對被檢體信息成像。

當用光照射被檢體時，因為目標片段(諸如腫瘤)與其它組織之間光能吸收率的差異，已經(jīng)吸收光能的被檢體片段瞬間擴展并生成聲波(稱為光聲波)。在光聲成像中，使用探頭(接收元件)接收由這種光聲效應(yīng)生成的光聲波。

通過數(shù)學地進行接收信號的分析處理，可以獲取被檢體內(nèi)的信息，特別是初始聲壓分布、光能吸收密度分布、吸收系數(shù)分布等。這樣的信息還可以用于被檢體內(nèi)特定物質(zhì)的定量測量(諸如血氧飽和度)。近年來，關(guān)于使用光聲成像對小動物的血管圖像的成像的臨床前研究或者對將這個原理應(yīng)用于乳腺癌等的診斷的臨床研究已經(jīng)活躍(NPL1)。

NPL 2描述了一種使用其中多個接收元件的接收表面布置在半球形支撐單元的內(nèi)表面上的傳感器來獲取被檢體的信息的測試裝置。因為可以使用傳感器以高靈敏度接收在特定區(qū)域中生成的光聲波，所以該特定區(qū)域中的被檢體信息的分辨率高。

在NPL 2中的測試裝置中，半球形支撐單元的內(nèi)部填充有由液體或凝膠形成的聲匹配構(gòu)件，用于將光聲波傳播到超聲探頭。表示具有高分辨率的被檢體的信息是在寬范圍內(nèi)通過相對于浸入聲匹配構(gòu)件中的被檢體在水平方向移動傳感器的位置來獲取的。

內(nèi)部保持有液體聲匹配構(gòu)件的容器狀傳感器不僅可以用于光聲成像，而且可以用于超聲回波診斷。在使用這樣的傳感器的情況下，優(yōu)選的是聲匹配構(gòu)件填充被檢體和傳感器之間的間隙并且傳感器和被檢體被聲耦合。

[引文列表]

[非專利文獻]

[NPL 1]

“Photoacoustic Tomography：In Vivo Imaging From Organelles to Organs”，Lihong V.Wang，Song Hu，Science 335，1458(2012)

[NPL 2]

“Dedicated 3D Photoacoustic Breast Imaging”，Robert A.Kruger,Cherie M.Kuzmiak,Richard B.Lam,Daniel R.Reinecke,Stephen P.Del Rio and Doreen Steed，Medical Physics 40，113301(2013)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

[技術(shù)問題]

但是，在NPL 2中描述的測試裝置中，在聲波的清晰接收方面存在改進的空間。因而，本發(fā)明的一個目的是使得能夠在其中保持聲匹配構(gòu)件的傳感器被移動以從被檢體接收聲波的裝置中清晰地接收聲波。

[問題的解決方案]

本發(fā)明提供了一種被檢體信息獲取裝置，包括：

支撐單元，被配置為能夠保持液體聲匹配構(gòu)件；

多個接收元件，每個接收元件被支撐在支撐單元上，以接收經(jīng)由聲匹配構(gòu)件從被檢體傳播的聲波，并輸出電信號；

掃描單元，通過移動支撐單元來改變多個接收元件與被檢體的相對位置；

控制單元，控制由掃描單元進行的支撐單元的移動的速度；及

處理單元，基于電信號獲取被檢體內(nèi)部的特定信息，

其中掃描單元在具有不同曲率的部分的路徑上移動支撐單元，及

控制單元根據(jù)曲率的量值來控制移動速度。

本發(fā)明還提供了一種被檢體信息獲取裝置，包括：

支撐單元，被配置為能夠保持液體聲匹配構(gòu)件；

多個超聲波接收元件，每個超聲波接收元件被支撐在支撐單元上，以接收經(jīng)由聲匹配構(gòu)件從被檢體傳播的聲波；

掃描單元，通過移動支撐單元來改變支撐單元與被檢體的相對位置；以及

控制單元，控制由掃描單元進行的支撐單元的移動的速度，

其中掃描單元在包括具有第一曲率半徑的第一部分和具有小于第一曲率半徑的第二曲率半徑的第二部分的路徑上移動支撐單元，及

控制單元控制支撐單元的移動速度，使得當在第二部分中移動時支撐單元的速度變得低于當在第一部分中移動時支撐單元的速度。

發(fā)明的有利效果

使用本發(fā)明，在其中保持聲匹配構(gòu)件的傳感器被移動以從被檢體接收聲波的裝置中，聲波的清晰接收是可能的。

從下面參考附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。

附圖說明

圖1A至1C是表示裝置的配置和行為的圖。

圖2A至2C是表示裝置的配置和行為的修改示例的圖。

圖3是表示聲波接收元件的靈敏度特性的圖。

圖4是示出計算機及其外圍裝備的連接的圖。

圖5是用于示出支撐單元的移動區(qū)域的圖。

圖6是表示聲匹配構(gòu)件的液面的傾斜角的圖。

圖7是表示支撐單元的移動區(qū)域的修改示例的圖。

圖8是示出速度控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)該注意，下面描述的部件的尺寸(dimension)、材料和形狀及其相對布置等應(yīng)該依賴于本發(fā)明適用的裝置的配置或各種條件而適當?shù)馗淖?，并且不意圖將本發(fā)明的范圍限制為下面的描述。

本發(fā)明涉及一種技術(shù)，其中檢測從被檢體傳播的聲波，并且生成和獲取被檢體內(nèi)部的特定信息。因而，本發(fā)明可以被理解為被檢體信息獲取裝置、控制被檢體信息獲取裝置的方法、被檢體信息獲取方法或者信號處理方法。本發(fā)明還可以被理解為使得包括硬件資源(諸如CPU)的信息處理裝置進行這些方法的程序或者存儲該程序的存儲介質(zhì)。本發(fā)明還可以被理解為聲波測量裝置或控制聲波測量裝置的方法。

本發(fā)明可以應(yīng)用到使用光聲層析成像技術(shù)的被檢體信息獲取裝置，該裝置使用光(電磁波)照射被檢體并接收(檢測)根據(jù)光聲效應(yīng)從被檢體內(nèi)或被檢體表面上的特定位置處生成并傳播的聲波。因為可以基于光聲測量以圖像數(shù)據(jù)、特性分布信息等形式獲得被檢體內(nèi)部的特定信息，所以這樣的裝置也可以被稱為光聲成像裝置、光聲圖像形成裝置或簡單地稱為光聲裝置。可替代地，本發(fā)明的裝置測試被檢體的內(nèi)部，并且因此可以被稱為測試裝置。

光聲裝置中的特定信息是由光照射引起的聲波的生成源分布、被檢體內(nèi)的初始聲壓分布、從初始聲壓分布得出的光能吸收密度分布或吸收系數(shù)分布、形成組織的物質(zhì)的濃度分布等。物質(zhì)的濃度是氧飽和度、氧合血紅蛋白濃度、脫氧血紅蛋白濃度、總血紅蛋白濃度等。總血紅蛋白濃度是氧合血紅蛋白濃度和脫氧血紅蛋白濃度的總和。還包括脂肪、膠原蛋白或水分的分布等。特定信息可以不作為數(shù)值數(shù)據(jù)而是作為被檢體內(nèi)每個位置的分布信息獲得。即，吸收系數(shù)分布、氧飽和度分布等的分布信息可以是被檢體信息。

本發(fā)明可以應(yīng)用到使用超聲回波技術(shù)的裝置，其中超聲波被發(fā)送到被檢體，在被檢體內(nèi)反射的反射波(回波)被接收，并且被檢體信息作為圖像數(shù)據(jù)被獲取。在使用超聲回波技術(shù)的裝置的情況下，獲取的被檢體信息是反映被檢體內(nèi)組織的聲阻抗差異的信息。

本發(fā)明中提到的聲波通常是超聲波，并且包括被稱為音波(sound wave)或聲波(acoustic wave)的彈性波。由光聲效應(yīng)生成的聲波被稱為光聲波或光誘導超聲波。由探頭從聲波轉(zhuǎn)換的電信號也被稱為聲信號，并且源自光聲波的聲信號特別地被稱為光聲信號。

作為本發(fā)明的目的，可以預期生物體的乳房。應(yīng)該注意，被檢體不限于此，并且有可能測試非生物材料或生物體的其它片段。因而，本發(fā)明也可以被理解為被檢體信息獲取裝置或控制被檢體信息獲取裝置的方法。

根據(jù)發(fā)明人的研究，在根據(jù)NPL 2的被檢體信息獲取裝置中，當填充有聲匹配構(gòu)件的傳感器的位置在水平方向移動時，慣性力作用于聲匹配構(gòu)件上并且液面振蕩。當液面的振蕩增大時，存在被檢體與傳感器之間形成沒有填充聲匹配構(gòu)件的空氣層的情況，使得接收元件不能接收聲波。因而，在下面的實施例中，將描述減小液面的這種振蕩的影響的裝置配置和行為。

(本發(fā)明的概要)

本發(fā)明的被檢體信息獲取裝置包括多個聲波接收元件和支撐聲匹配構(gòu)件的支撐單元，以將從被檢體生成的聲波傳播到聲波接收元件，使得在特定區(qū)域內(nèi)生成的聲波可以以高靈敏度被接收。在這種實施例中，該特定區(qū)域被稱為高靈敏度區(qū)域。

本發(fā)明的被檢體信息獲取裝置包括掃描單元，使用該掃描單元，支撐單元的位置在具有不同曲率的部分的彎曲路徑上在水平方向相對于被檢體移動，使得可以在寬范圍內(nèi)以高靈敏度測試被檢體。另外，本發(fā)明的被檢體信息獲取裝置包括控制單元，該控制單元控制掃描單元根據(jù)彎曲路徑的曲率設(shè)置移動支撐單元的速度。

當在水平方向移動填充有聲匹配構(gòu)件的支撐單元的位置時，具有上述配置的被檢體信息獲取裝置在路徑的曲率增加的情況下控制移動速度減速。相應(yīng)地，作用于聲匹配構(gòu)件的慣性力減小，并且液面的振蕩也減小。通過這種控制，可以將由于慣性力引起的聲匹配構(gòu)件的液面的振蕩減小到允許的范圍內(nèi)。結(jié)果，聲匹配構(gòu)件填充被檢體和聲波接收元件之間的間隙。因此，可以清晰地接收從與聲波接收元件聲耦合的被檢體發(fā)射的聲波。

具有上述配置的被檢體信息獲取裝置在填充有聲匹配構(gòu)件的支撐單元的位置在水平方向移動的路徑的曲率減小的情況下控制移動速度加速。當通過這種控制使得由于慣性力引起的聲匹配構(gòu)件的液面的振蕩減小到允許的范圍內(nèi)時，聲匹配構(gòu)件填充被檢體和聲波接收元件之間的間隙。結(jié)果，有可能清晰地接收從與聲波接收元件聲耦合的被檢體發(fā)射的聲波。另外，從與聲波接收元件聲耦合的被檢體發(fā)射的聲波可以被清晰接收的狀態(tài)得以維持，并且測量時間可以縮短。

本申請中的移動速度(改變接收元件和被檢體的相對位置的速度)是具有曲率的路徑上切線方向上的速度。切線方向上的速度是指例如以mm/sec為單位表示的每單位時間的移動距離，而不是指所謂的角速度(rad/sec)。

(實施例1)

圖1(圖1A至1C)和圖2(圖2A至2C)是示出根據(jù)這個實施例的被檢體信息獲取裝置的配置和行為的示意圖。被檢體信息獲取裝置基于由光聲效應(yīng)生成的聲波的接收信號來獲取被檢體E的特定信息(被檢體信息)。

<基本配置>

這個實施例中的被檢體信息獲取裝置包括光源100、光學系統(tǒng)200、多個聲波接收元件300、支撐單元400、掃描儀500、形狀信息獲取單元600、計算機700、顯示器900、輸入單元1000和形狀保持單元1100。

(被檢體)

被檢體E是測量的目標。特定示例包括生物體(諸如乳房)和用于裝置的調(diào)整或校正的、模擬生物體的聲學特性和光學特性的體模(phantom)。聲學特性具體地是聲波的傳播速度和衰減速率。光學特性具體地是光的吸收系數(shù)和散射系數(shù)。在被檢體的內(nèi)部或表面，存在具有大光吸收系數(shù)的光吸收體。在生物體中，血紅蛋白、水、黑色素、膠原蛋白、脂肪等是光吸收體。在體模中，模擬光學特性的物質(zhì)作為光吸收體被封裝在內(nèi)部。為了方便起見，在圖1和圖2中用虛線示出被檢體E。

(光源)

光源100生成脈沖光。作為光源，激光器是期望的，以便獲得大輸入，但發(fā)光二極管等是可以接受的。為了有效地生成光聲波，需要根據(jù)被檢體的熱特性在足夠短的時間段內(nèi)進行光照射。在被檢體是生物體的情況下，從光源100生成的脈沖光的脈沖寬度期望地小于或等于幾十納秒。脈沖光的波長處于被稱為生物窗的近紅外區(qū)域中，并且大約700nm至1200nm是期望的。這個區(qū)域中的光可以到達生物體的相對深的部分，并且可以獲得該深部的信息。當測量限于生物體的表面部分時，可以使用近似500至700nm至近紅外區(qū)域的可見光。另外，期望脈沖光的波長的吸收系數(shù)相對于觀察目標高。光源100(諸如激光器)不一定需要與稍后描述的支撐單元400同步地移動。光源100可以布置在不與支撐單元400的移動協(xié)調(diào)的位置，使得來自光源的光通過光波導(諸如光纖)被引導到支撐單元中。

(光學系統(tǒng))

光學系統(tǒng)200將在光源100處生成的脈沖光引導到被檢體E。具體地，它是諸如透鏡、反射鏡、棱鏡、光纖或漫射器或其組合的光學裝備。在引導光時，優(yōu)選的是使用這種光學裝備來改變光的形狀或密度以用于得到照射光的期望光分布。在這個實施例中，光學系統(tǒng)200被配置為照亮半球的曲率中心處的區(qū)域。

對于允許使用其照射生物組織的光的強度，最大允許曝光(MPE)由安全標準指定。安全標準的示例包括“IEC 60825-1：Safety of laser products(激光產(chǎn)品的安全性)”。有諸如“JIS C 6802：Safety Standards for Laser Products(激光產(chǎn)品的安全標準)”、“FDA：21CFR Part 1040.10”和“ANSI Z136.1：Laser Safety Standards(激光安全標準)”的安全標準。最大允許曝光指定每單位面積可以進行照射的光的強度。因此，通過用光全面地(collectively)照射被檢體E的表面的大面積，可以將大量的光引導到被檢體E。結(jié)果，可以以高SN比接收光聲波。因此，優(yōu)選的是將面積增大到一定程度，如由圖1和圖2中的雙點劃線所示，而不是用透鏡聚焦光。

(聲波接收元件)

聲波接收元件300是使用其接收光聲波并將光聲波轉(zhuǎn)換為電信號的元件，并且也被簡稱為接收元件。期望相對于來自被檢體E的光聲波接收靈敏度高并且頻帶寬。

對于聲波接收元件300的材料，可以使用以鋯鈦酸鉛(PZT)為代表的壓電陶瓷材料、以聚偏二氟乙烯(PVDF)為代表的壓電聚合物膜材料等。可以使用不是壓電材料的構(gòu)件，諸如電容性元件，諸如電容性微加工超聲換能器(cMUT)，或者使用Fabry-Perot干涉儀的聲波接收元件。

圖3示出了聲波接收元件300的接收靈敏度特性的一個示例。由圖3中的橫坐標示出的“角度”是由聲波接收元件300的接收表面的法線方向和光聲波的入射方向形成的入射角?？v坐標示出在每個入射角的接收靈敏度的相對值。在圖3中，在聲波從接收表面的法線方向入射的情況下的接收靈敏度最高。即，當入射角等于零時，靈敏度等于S(最大值)。隨著入射角增大，接收靈敏度降低。根據(jù)這個實施例的聲波接收元件300具有圓形和平坦形狀的接收表面。

當接收靈敏度變?yōu)樽畲笾档囊话?S/2)時的入射角為α。在這個實施例中，其中光聲波以入射角α或更小角度入射到聲波接收元件300的接收表面上的區(qū)域是其中元件能夠以高靈敏度接收的接收區(qū)域。應(yīng)該注意，接收區(qū)域不限于這種半寬度，并且根據(jù)元件特性、測量期望的精確度等來指定就足夠了。在圖1和圖2中，聲波接收元件300的接收靈敏度最高的方向由點劃線示出。

作為聲波接收元件300，可以提供能夠發(fā)送和接收超聲波的元件。在使用能夠發(fā)送超聲波和接收反射波的元件的情況下，不僅光聲測量而且超聲回波測量是可能的。在這種情況下，接收元件還充當聲波發(fā)送單元。為了進行超聲回波測量，可以提供專用于超聲波發(fā)送的元件。在這種情況下，專用于發(fā)送的元件是聲波發(fā)送單元。

(支撐單元)

支撐單元400是近似半球形的容器。多個聲波接收元件300安裝在半球的內(nèi)部的表面處，并且光學系統(tǒng)200安裝在半球的底部(極點)處。半球的內(nèi)部填充有稍后描述的聲匹配構(gòu)件800。支撐單元400優(yōu)選地使用具有高機械強度的金屬材料配置，以便支撐這些構(gòu)件。

提供給支撐單元400的多個聲波接收元件300的接收方向分別朝向半球的曲率的中心。接收方向由在被檢體E的一部分中的區(qū)域中會聚的點劃線示出。圖1和圖2是沿著半球形支撐單元400的中心軸線切割時的截面圖。

以這種方式，多個聲波接收元件300的相應(yīng)元件被布置在支撐單元400上，使得可以以高靈敏度接收在特定區(qū)域中生成的光聲波。在這個實施例中，該特定區(qū)域被稱為高靈敏度區(qū)域。

在多個聲波接收元件300的這種布置的情況下，用稍后描述的方法使用接收信號獲得的被檢體信息在半球的曲率中心處分辨率高，并且遠離中心分辨率降低。這個實施例中的高靈敏度區(qū)域指的是從分辨率最高的點直到分辨率為最高分辨率的一半的點的區(qū)域。在圖1和圖2中由虛線包圍的區(qū)域G對應(yīng)于此。

圖1中的支撐單元400適于在俯臥位垂下的乳房的寬視場測量。圖2中的支撐單元400適于乳房的深部的測量，因為乳房可以從一側(cè)被按壓并變薄，但是測量視角變得比圖1中的被檢體信息獲取裝置中窄。

只要可以形成期望的高靈敏度區(qū)域，相應(yīng)的聲波接收元件的最高靈敏度的方向不一定需要彼此相交。由支撐單元400支撐的多個聲波接收元件300中的至少一部分的最高接收靈敏度的方向朝向特定區(qū)域，使得可以以高靈敏度接收在該特定區(qū)域中生成的光聲波就足夠了。即，多個聲波接收元件300中的至少一部分布置在支撐單元400上，使得可以以高靈敏度接收在高靈敏度區(qū)域中生成的光聲波就足夠了。

支撐單元400的形狀不限于半球。也可以使用球冠形狀、從橢圓體切出的部分的形狀、多個平面或曲面組合的形狀等。也可以使用具有能夠容納聲匹配構(gòu)件的凹陷部分的形狀。期望可以支撐多個聲學檢測元件的形狀，使得多個聲學檢測元件中的至少一部分的接收方向會聚。

在使用稍后描述的掃描器(掃描單元)在水平方向移動支撐單元400以遵循圓形或螺旋形路徑的裝置中，支撐單元400關(guān)于半球的中心軸線呈旋轉(zhuǎn)對稱形狀是適當?shù)?。因為慣性力在圓形或螺旋路徑的法線方向作用于聲匹配構(gòu)件以使液面傾斜，所以可以通過使支撐單元400關(guān)于圓形或螺旋路徑呈旋轉(zhuǎn)對稱形狀來緩和液面的變化。

(掃描儀)

掃描儀500是通過在圖1和圖2中的X和Y方向上移動支撐單元400的位置來改變支撐單元400相對于被檢體E的相對位置的裝置。因此，掃描儀500包括未示出的用于X和Y方向的引導機構(gòu)、用于X和Y方向的驅(qū)動機構(gòu)，以及檢測支撐單元400在X和Y方向上的位置的位置傳感器。因為支撐單元400堆疊在掃描儀500上，如圖1和圖2中所示，所以優(yōu)選的是使用能夠承受大負載的線性引導件作為引導機構(gòu)。作為驅(qū)動機構(gòu)，可以使用螺桿機構(gòu)、連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、液壓機構(gòu)等。對于驅(qū)動力，可以使用馬達等。作為位置傳感器，可以使用使用編碼器、可變電阻器等的電位器等。

不限于本文列出的這些，并且其配置使得支撐單元400能夠相對于被檢體E移動的任何東西都可以。除了在X和Y方向上的驅(qū)動機構(gòu)，支撐單元400還可以由可移動機構(gòu)在與其軸向正交的Z方向上移動。

還有可能移動支撐單元400，以遵循包括例如具有第一曲率半徑的第一部分和具有小于第一曲率半徑的第二曲率半徑的第二部分的路徑。在那時，控制單元控制支撐單元的移動速度使得當在第二部分中移動時支撐單元的速度變得低于當在第一部分中移動時支撐單元的速度。

(形狀信息獲取單元)

形狀信息獲取單元600是獲取表示被檢體E的外部形狀的形狀信息的裝置。形狀信息獲取單元600可以包括能夠?qū)Ρ粰z體E進行成像的成像裝置，諸如照相機或發(fā)送和接收聲波的換能器陣列。作為換能器，可以采用與多個聲波接收元件300或多個聲波接收元件300中的至少一個元件分開設(shè)置的換能器等。這樣的換能器可以發(fā)送聲波并接收聲波的反射波。

可以使得作為拍攝圖像處理單元的運算單元710基于從這種成像裝置輸出的接收信號來獲取拍攝圖像，并且通過基于拍攝圖像的圖像處理來獲取被檢體E的形狀信息。運算單元710可以基于從多個方向拍攝的拍攝圖像使用諸如立體方法的三維測量技術(shù)來獲取被檢體E的形狀信息。用戶可以觀看在顯示器900中顯示的拍攝圖像并且使用輸入單元1000輸入被檢體E的形狀信息。在這種情況下，成像裝置和拍攝圖像處理單元可以被統(tǒng)稱為形狀信息獲取單元600。

作為形狀信息獲取單元600，可以使用接觸探頭。在這種情況下，運算單元可以基于從接觸探頭輸出的數(shù)據(jù)獲取被檢體E的表面的形狀信息。

可以獲取形狀保持單元1100的形狀，作為被檢體E的形狀信息。在這種情況下，可以使得形狀信息獲取單元600使用上述方法獲取形狀保持單元1100的形狀信息，并且形狀保持單元1100的形狀信息作為被檢體E的信息被獲取?？梢允沟眯螤畋３謫卧?100的形狀信息被預先存儲在存儲單元720中，并且形狀信息獲取單元600通過從存儲單元720讀取信息來獲取形狀保持單元1100的形狀信息。運算單元710還可以充當形狀信息獲取單元600。

另外，在使用多個形狀保持單元的情況下，優(yōu)選的是每個形狀保持單元的形狀信息都被存儲在存儲單元720中。要使用的形狀保持單元由被檢體信息獲取裝置識別或由用戶使用輸入單元1000指定，由此，由形狀信息獲取單元600使用的形狀保持單元的形狀信息可以從存儲單元720讀取。即，形狀信息獲取單元600可以從多個形狀保持單元的形狀信息中選擇一個形狀保持單元的形狀信息，并獲取所選擇的形狀信息作為被檢體的形狀信息。

形狀信息獲取單元600可以與被檢體信息獲取裝置分開設(shè)置。

(計算機)

計算機700具有運算單元710和存儲單元720。

運算單元710通常設(shè)置有諸如CPU、GPU、A/D轉(zhuǎn)換器或放大器的元件或諸如FPGA或ASIC的電路。運算單元可以不設(shè)置有一個元件或電路，而設(shè)置有多個元件或電路。由計算機700進行的每個處理可以由元件或電路中的任何一個執(zhí)行。

存儲單元720通常設(shè)置有諸如ROM、RAM或硬盤的存儲介質(zhì)。存儲單元可以不設(shè)置有一個存儲介質(zhì)，而設(shè)置有多個存儲介質(zhì)。

運算單元710對于從多個聲波接收元件300輸出的電信號進行信號處理。作為控制單元的運算單元710經(jīng)由總線2000控制形成被檢體信息獲取裝置的每個配置的行為，如圖4中所示。

計算機700優(yōu)選地被配置為允許同時對多個信號進行流水線處理。從而，可以縮短直到獲取被檢體信息為止的時間。

由計算機700進行的每個處理可以作為要由運算單元710執(zhí)行的程序保存在存儲單元720中。應(yīng)該注意，其中保存有程序的存儲單元720是非暫時性記錄介質(zhì)。

(聲匹配構(gòu)件)

聲匹配構(gòu)件800填充被檢體E和聲波接收元件300之間的空間，并且使被檢體E和聲波接收元件300聲耦合。因此，優(yōu)選的是將聲匹配構(gòu)件800布置在聲波接收元件300和形狀保持單元1100之間以及形狀保持單元1100和被檢體E之間。不同的聲匹配構(gòu)件800可以分別布置在聲波接收元件300和形狀保持單元1100之間以及形狀保持單元1100和被檢體E之間。

聲匹配構(gòu)件800優(yōu)選地是在聲阻抗方面接近被檢體E和聲波接收元件300的材料。另外，聲匹配構(gòu)件800優(yōu)選地是具有在被檢體E和聲學接收元件300之間的中間聲阻抗的材料。聲匹配構(gòu)件800優(yōu)選地是允許在光源100處生成的脈沖光通過的材料。聲匹配構(gòu)件800優(yōu)選地是液體。具體地，作為聲匹配構(gòu)件800，除了諸如水或蓖麻油的液體之外，還可以使用凝膠等。

(顯示器)

顯示器900(顯示單元)使用所關(guān)注的特定區(qū)域的分布圖像或數(shù)值數(shù)據(jù)來顯示從計算機700輸出的被檢體信息。顯示器可以是任何類型的顯示器，諸如液晶顯示器、等離子體顯示器、有機EL顯示器或FED。顯示器900可以與本發(fā)明的被檢體信息獲取裝置分開設(shè)置。

(輸入單元)

輸入單元1000是用于讓用戶在計算機700中輸入和指定期望信息的用戶接口。作為輸入單元1000，可以使用鍵盤、鼠標、觸摸面板、撥號盤、按鈕等。在采用觸摸面板作為輸入單元1000的情況下，顯示器900可以是也充當輸入單元1000的觸摸面板。

(形狀保持單元)

形狀保持單元1100是用于將被檢體E的形狀保持為恒定的構(gòu)件。形狀保持單元1100附連到附連單元1200。為了改變被檢體E的被保持形狀或者處理被檢體E的尺寸的個體差異，其中具有不同形狀或尺寸的多個形狀保持單元可更換的配置是優(yōu)選的。

在被檢體E是乳房的情況下，形狀保持單元1100優(yōu)選地為球冠形或杯形，以便減少乳房形狀的變形。形狀保持單元1100的形狀可以根據(jù)被檢體的體積或在被保持后期望的形狀來適當?shù)卦O(shè)計。

在用光經(jīng)由形狀保持單元1100照射被檢體E的情況下，形狀保持單元1100優(yōu)選地使照射光通過。因此，作為形狀保持單元1100的材料，聚甲基戊烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等是合適的。

作為形狀保持單元1100的另一種材料，可以使用能夠變形以適應(yīng)被檢體E的形狀的具有柔性的材料，諸如橡膠。具有柔性的材料的優(yōu)點在于，在保持被檢體E時比較不容易形成褶皺。優(yōu)選的是使用對于光源100的光具有高透射率(優(yōu)選大于或等于90％)的構(gòu)件。具體地，硅橡膠、聚氨酯橡膠、苯乙烯類彈性體、烯烴類彈性體、丙烯酸類彈性體等是合適的。

<被檢體信息獲取裝置的行為>

接下來，將描述被檢體信息獲取裝置的行為。這個實施例中的行為是這樣的行為：使得在聲匹配構(gòu)件800填充被檢體E和聲波接收元件300之間的間隙的情況下，即使支撐單元400的位置在水平方向移動，聲波接收元件300也可以清晰地接收從被檢體E發(fā)射的聲波。

圖5示出了適于形狀保持單元1100的支撐單元400在X和Y方向上的移動區(qū)域的一個示例。在這個示例中，螺旋路徑從點A以半徑r₀開始并且在三圈后到達點B，每圈中半徑減小Δ。由粗線示出的螺旋路徑示出了例如支撐單元400的中心點的路徑。螺旋路徑由以下公式(1)表示。

[數(shù)學表達式1]

如從圖5和公式(1)可以看到的，曲率依賴于位置而不同，因為支撐單元400的路徑的曲率半徑r一點點地(bit by bit)改變。即，支撐單元400接收從被檢體傳播的聲波，同時在包括不同曲率的部分的彎曲路徑上移動。彎曲路徑可以是前面描述的近似弧形路徑，其中微直線路徑被連接。支撐單元可以在持續(xù)移動的同時接收聲波，或者可以在重復停止和移動的同時在停止部分中接收聲波。在這時，支撐單元在線性地改變速度v(mm/sec)的同時移動。從接收元件輸出的電信號由計算機基于圖像重建算法進行處理，并且變成被檢體內(nèi)部的特定信息。

圖1A和圖2A示出了其中填充有聲匹配構(gòu)件800的支撐單元400被停止并且聲匹配構(gòu)件800的液面是水平的狀態(tài)。

圖1B和圖2B示出了在填充有聲匹配構(gòu)件800的支撐單元400在移動到圖5中的開始位置A之后開始在彎曲路徑上移動之后的狀態(tài)。在圖1B和圖2B中，由于支撐單元400的移動，慣性力作用于聲匹配構(gòu)件800上，以使液面從水平變?yōu)閮A斜。但是，在這個階段，所有聲波接收元件300和保持被檢體E的形狀保持單元1100之間的間隙都被聲匹配構(gòu)件800填充。因此，保持兩者的聲耦合。

圖1C和圖2C示出了比圖1B和圖2B中更大的慣性力作用于聲匹配構(gòu)件800上的狀態(tài)。因此，在圖1C和圖2C中，聲匹配構(gòu)件800的液面比圖1B和圖2B中的狀態(tài)更傾斜。結(jié)果，在聲波接收元件300的一部分和保持被檢體E的形狀保持單元1100之間的間隙(由箭頭S示出)中形成未被聲匹配構(gòu)件800填充的空間(空氣層)。因而，聲波接收元件300的一部分不與被檢體E聲耦合并且因此不能接收光聲波。

在這個實施例中，其中聲波接收元件300的接收表面的法線與未被聲匹配構(gòu)件800填充的空間(空氣層)相交的狀態(tài)被假設(shè)為其中被檢體E和聲波接收元件300不聲耦合的狀態(tài)。在圖1C的示例中，聲波接收元件300的一部分的接收表面暴露于未被聲匹配構(gòu)件800填充的空間(空氣層)。在圖2C的示例中，所有聲波接收元件300的接收表面都與聲匹配構(gòu)件800接觸，但未被聲匹配構(gòu)件800填充的空間(空氣層)在聲波接收元件300能夠以高靈敏度接收的方向和被檢體E之間形成。

作用于聲匹配構(gòu)件800上的慣性力F由以下公式(2)表示，其中慣性力作用于其上的聲匹配構(gòu)件800的質(zhì)量是m，并且移動速度是v。

[數(shù)學表達式2]

假設(shè)在被檢體E和聲波接收元件300聲耦合的情況下的最大慣性力為F_max，則通過控制移動速度v(mm/sec)以滿足公式(3)的條件，被檢體E和聲波接收元件300之間的間隙可以填充有聲匹配構(gòu)件800。相應(yīng)地，被檢體E和聲波接收元件300可以聲耦合。

[數(shù)學表達式3]

<速度控制方法>

接下來，將描述用于控制移動速度v(mm/sec)的特定方法。圖8中所示的流程圖將根據(jù)需要被引用。在這個實施例中，在圖1和圖2中示出的被檢體E預期是乳房，并且形狀為部分球形的保持器被用作形狀保持單元1100。

首先，將被檢體E插入形狀保持單元1100，并且聲匹配構(gòu)件800填充支撐單元400和形狀保持單元1100之間的間隙以及形狀保持單元1100和被檢體E之間的間隙。被檢體信息獲取裝置的操作者(諸如技術(shù)人員或醫(yī)生)使用輸入單元1000輸入轉(zhuǎn)彎半徑r₀，以便在圓形路徑中移動支撐單元400。在這種狀態(tài)下流程開始。轉(zhuǎn)彎半徑為r₀，即，圖5中所示的最大值，以找出滿足公式(3)的條件的移動速度v(mm/sec)的最大值。

使用掃描儀500，支撐單元400移動并停止在要以轉(zhuǎn)彎半徑r₀開始測量的位置A處(步驟S801)。在這時，填充有聲匹配構(gòu)件800的支撐單元400停止，并且聲匹配構(gòu)件800的液面是水平的。

支撐單元400的位置信息被發(fā)送到計算機700。當基于位置信息確定支撐單元400處于以轉(zhuǎn)彎半徑r₀開始測量的位置時，運算單元710輸出控制信號，使得光源100生成光。光由光學系統(tǒng)200引導，并且經(jīng)由聲匹配構(gòu)件800照射被檢體E(步驟S802)。然后，使用其照射被檢體E的光在被檢體E內(nèi)被吸收并生成光聲波。使用多個聲波接收元件300，在被檢體E內(nèi)生成并在聲匹配構(gòu)件800內(nèi)傳播的光聲波被接收并轉(zhuǎn)換成電信號。從聲波接收元件300輸出的電信號被發(fā)送到計算機700，并且運算單元710確定電信號是從所有聲波接收元件300輸出的。

隨后，被檢體信息獲取裝置的操作者使用輸入單元1000進行輸入，以便以分段的方式加速移動速度，以便在具有轉(zhuǎn)彎半徑r₀的圓形路徑中從停止狀態(tài)移動支撐單元400(步驟S803)。掃描儀500使移動速度從停止狀態(tài)以分段的方式加速，以便使支撐單元400在具有轉(zhuǎn)彎半徑r₀的圓形路徑中移動。當移動速度增加時，作用于聲匹配構(gòu)件800上的慣性力增加，并且因此液面的傾斜增加。通過圖1B和圖2B中的狀態(tài)，以分段的方式過渡到圖1C和圖2C中所示的狀態(tài)，其中被檢體E和聲波接收元件300沒有聲耦合。

當即使發(fā)送到計算機700的、從聲波接收元件300輸出的一個電信號缺失時，運算單元710也能確定沒有從聲波接收元件300的一部分輸出電信號(步驟S804中的“是”)。然后，緊接著在電信號已停止從聲波接收元件300的一部分輸出之前的移動速度作為導致上述F_max的移動速度v_max(mm/sec)存儲在存儲單元720中。而且在電信號的值是在預定范圍之外的異常值的情況下，運算單元710也可以確定沒有完成聲耦合。對于運算單元710，恒定地或以足夠短的預定間隔監(jiān)視電信號是適當?shù)?。在設(shè)置v_max(mm/sec)時，可以使用具有一定程度的額外余量的速度，而不是緊接著電信號中斷之前的速度。

隨后，使用運算單元710，計算用于在公式(1)中所示螺旋路徑中滿足公式(3)的條件的移動速度v(mm/sec)，并且創(chuàng)建移動支撐單元400的模式并將其存儲在存儲單元720中(步驟S805)。在圖5中所示的移動區(qū)域的一個示例中，螺旋路徑的半徑(曲率半徑)隨著從點A到點B的移動而減小。即，因為曲率一點點地增加，所以控制移動速度v(mm/sec)隨著掃描位置接近中心而從速度v_max(mm/sec)減速，以便滿足公式(3)的條件。即，在彎曲路徑的曲率增加的情況下，計算機700控制掃描儀500減慢移動支撐單元400的速度。在掃描單元恒定地監(jiān)視在彎曲路徑上移動時的輸出信號并且信號的中斷已經(jīng)被檢測到的情況下，基于當時的速度v(mm/sec)控制移動速度也是優(yōu)選的。

掃描儀500由運算單元710控制，使得支撐單元400以移動速度v_max(mm/sec)從圖5中所示的點A移動，然后根據(jù)存儲在存儲單元720中的移動模式移動到點B(步驟S806)。

在從圖5中所示的點A到點B的移動期間，支撐單元400的位置信息被發(fā)送到計算機700，并且運算單元710輸出控制信號，使得光源100生成光。光由光學系統(tǒng)200引導，并且經(jīng)由聲匹配構(gòu)件800照射被檢體E。然后，照射被檢體E的光在被檢體E內(nèi)被吸收并生成光聲波。使用多個聲波接收元件300，在被檢體E內(nèi)生成并在聲匹配構(gòu)件800內(nèi)傳播的光聲波被接收并轉(zhuǎn)換成作為接收信號的電信號。從聲波接收元件300輸出的電信號被發(fā)送到計算機700，以與支撐單元400的位置信息相關(guān)聯(lián)，并且由運算單元710作為電信號保存在存儲單元720中。不管支撐單元的移動速度如何，光源100都以恒定的間隔(例如，10Hz)進行光照射。

運算單元710通過關(guān)于所獲取的接收信號執(zhí)行基于圖像重構(gòu)算法的處理來獲取被檢體信息(步驟S807)。作為該算法，例如可以使用在層析成像技術(shù)中通常使用的時域或傅里葉域反投影等。在可以為重構(gòu)提供大量時間的情況下或者在計算機的計算能力高的情況下，可以使用具有重復處理的逆問題分析方法。

在上述實施例中，當獲取移動速度v_max(mm/sec)時，被檢體信息獲取裝置的操作者使用輸入單元1000輸入轉(zhuǎn)彎半徑r₀和移動速度，以便以分段的方式增加。但是，這種過程可以作為程序存儲在存儲單元720中并且使得可以由被檢體信息獲取裝置進行這種過程。

可以在獲取實際被檢體信息之前進行獲得速度v_max(mm/sec)的處理。例如，在裝置的裝運或安裝的定時、在定期檢查或校正時、以一天為基礎(chǔ)、以被檢者(subject)為基礎(chǔ)等是合適的。

即使在彎曲路徑不是螺旋的情況下，也可以通過使支撐單元在具有在彎曲路徑的最外側(cè)的半徑的圓形路徑中以分段的方式加速以使用與上述相同的方法獲取v_max(mm/sec)。

以這種方式，在這個實施例中，在彎曲路徑的曲率增加的情況下，支撐單元被控制為減速。因此，因為滿足公式(3)的條件的慣性力作用于填充支撐單元的聲匹配構(gòu)件上，所以可以保持被檢體E和聲波接收元件之間的聲耦合。結(jié)果，使得有可能在這樣的裝置中清晰地接收聲波：在該裝置中保持聲匹配構(gòu)件的傳感器被移動以從被檢體接收聲波的。

(實施例2)

在實施例1中，已經(jīng)描述了用于控制移動支撐單元400的速度以滿足公式(3)的條件的特定方法。在實施例2中，將描述使用不同的方法控制移動支撐單元400的速度的方法。

在這個實施例中，圖1和圖2中所示的被檢體E預期是乳房，形狀保持單元1100是部分球體形狀的保持器，并且支撐單元400關(guān)于半球的中心軸呈旋轉(zhuǎn)對稱形狀。以與實施例1類似的方式，支撐單元400在X和Y方向的移動沿著圖5中所示的螺旋路徑進行。

圖6表示一定量的慣性力作用于填充支撐單元400的聲匹配構(gòu)件800上并使液面傾斜的狀態(tài)。螺旋路徑中的轉(zhuǎn)彎半徑是r，在該轉(zhuǎn)彎半徑r處的移動速度是v，并且重力加速度是g。考慮聲匹配構(gòu)件800的一部分的微質(zhì)量m'，重力和慣性力作用于微質(zhì)量m'上，并且液面被合力傾斜。在這時，聲匹配構(gòu)件800的液面相對于水平面傾斜的角度φ根據(jù)圖6由下面的公式(4)表示。

[數(shù)學表達式4]

當支撐單元400在螺旋路徑中移動時，作用于聲匹配構(gòu)件800上的慣性力在螺旋路徑的法線方向上作用。因此，慣性力作用的方向根據(jù)支撐單元的移動而改變。在這個實施例中，因為支撐單元400關(guān)于半球的中心軸呈旋轉(zhuǎn)對稱形狀，所以，即使慣性力作用的方向改變，聲匹配構(gòu)件800的液面相對于水平面傾斜的角度φ也可以保持恒定。因此，該配置尤其適于用于測試處于近似旋轉(zhuǎn)對稱形狀的被檢體(諸如乳房)的裝置。

如使用圖1C和圖2C所描述的，當作用于聲匹配構(gòu)件800上的慣性力增加時，液面相對于水平面傾斜的角度增加。結(jié)果，在聲波接收元件300和被檢體E之間形成未被聲匹配構(gòu)件800填充的空間(空氣層)。在這種狀態(tài)下的聲波接收元件300不與被檢體E聲耦合，并且因此不能接收光聲波。

假設(shè)在被檢體E和聲波接收元件300聲耦合的情況下聲匹配構(gòu)件800的液面相對于水平面的最大傾斜角為φ_max。在這時，通過控制移動速度v(mm/sec)以滿足公式(5)的條件，可以用聲匹配構(gòu)件800填充被檢體E和聲波接收元件300之間的間隙。從而，被檢體E和聲波接收元件300可以聲耦合。

[數(shù)學表達式5]

接下來，將描述用于控制移動速度v(mm/sec)的特定方法。

首先，被檢體E被插入形狀保持單元1100，并且聲匹配構(gòu)件800填充支撐單元400和形狀保持單元1100之間的間隙以及形狀保持單元1100和被檢體E之間的間隙。隨后，形狀信息獲取單元600使用前述方法獲取被檢體E的形狀信息，并且所獲取的被檢體E的形狀信息被發(fā)送到計算機700并存儲在存儲單元720中。

使用運算單元710，根據(jù)被檢體E的形狀信息和與沿著公式(1)的螺旋路徑移動的支撐單元400的位置關(guān)系計算φ_max，并將其存儲在存儲單元720中。

隨后，使用運算單元710，計算在公式(1)中所示的螺旋路徑中用于滿足公式(5)的條件的速度v(mm/sec)，并且創(chuàng)建移動支撐單元400的模式并存儲在存儲單元720中。在如圖5所示的移動區(qū)域的一個示例中，螺旋路徑的半徑隨著從點A到點B的移動而減小。因此，用于滿足公式(5)的條件的移動速度v被控制為減速。即，在彎曲路徑的曲率增加的情況下，計算機700控制掃描儀500減慢移動支撐單元400的速度。

掃描儀500由運算單元710控制，使得支撐單元400根據(jù)存儲在存儲單元720中的運動模式從圖5中所示的點A移動到點B。

然后，使用與實施例1類似的過程和方法，可以獲取被檢體信息。

如上所述，在這個實施例中，在彎曲路徑的曲率增加的情況下，控制減慢移動支撐單元的速度。因此，因為滿足公式(5)的條件的慣性力作用于填充支撐單元的聲匹配構(gòu)件上，所以被檢體E和聲波接收元件可以聲耦合。

(修改示例)

在上述實施例1和2中，支撐單元從點A開始并到達圖5所示的螺旋路徑中的點B。即，彎曲路徑的曲率逐漸增大，并且支撐單元被相應(yīng)地控制減速。但是，即使在支撐單元從點B開始并到達點A的情況下(在從內(nèi)向外移動的情況下)，也可以控制支撐單元的移動速度以滿足公式(3)和公式(5)的條件。因為在這種情況下螺旋路徑的半徑隨著從點B到點A的移動而增加，所以移動速度v(mm/sec)在滿足公式(3)和公式(5)的條件的范圍內(nèi)逐漸變得更高。換言之，在彎曲路徑的曲率減小的情況下，控制加快移動支撐單元的速度。通過這種控制，可以在彎曲路徑的曲率小的部分增大支撐單元的移動速度。結(jié)果，可以最大限度地縮短測量時間，同時穩(wěn)定聲匹配構(gòu)件并維持測量精確度。

當在彎曲路徑上移動支撐單元時，由公式(1)表示的螺旋路徑在實施例1和2中使用。但是，作為路徑，諸如對數(shù)螺線的其它螺線是可以接受的，并且基于橢圓的螺線也是可以接受的。

如圖7中所示的不同半徑的多個圓形運動的組合或者多個螺旋運動的組合也是可以接受的。具體地，不同半徑的同心圓可以被用作路徑。即使對于這樣的路徑，也可以應(yīng)用其中支撐單元在外部的路徑中逐漸加速、獲得緊接在輸出信號的檢測消失之前的速度v_max(mm/sec)并且速度朝內(nèi)部的路徑減小的方法。

如上所述，至少在支撐單元在由不同曲率形成(具有不同曲率的部分)的彎曲路徑上在水平方向移動的情況下，支撐單元的移動速度根據(jù)彎曲路徑的曲率被控制。從而，可以使用聲匹配構(gòu)件可靠地填充被檢體和聲波接收元件之間的間隙。因此，兩者可以聲耦合。結(jié)果，可以清晰地接收從被檢體傳播的聲波。

其它實施例

本發(fā)明的實施例也可以通過讀出并執(zhí)行記錄在存儲介質(zhì)(例如，非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì))上的計算機可執(zhí)行指令以執(zhí)行本發(fā)明的上述(一個或多個)實施例中的一個或多個的功能的系統(tǒng)或裝置的計算機來實現(xiàn)，以及通過由系統(tǒng)或裝置的計算機通過例如從存儲介質(zhì)讀出并執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令以執(zhí)行上述(一個或多個)實施例中的一個或多個的功能來執(zhí)行的方法來實現(xiàn)。計算機可以包括中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)或其它電路中的一個或多個，并且可以包括單獨的計算機或單獨的計算機處理器的網(wǎng)絡(luò)。計算機可執(zhí)行指令可以例如從網(wǎng)絡(luò)或存儲介質(zhì)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)的儲存器、光盤(諸如壓縮盤(CD)、數(shù)字通用盤(DVD)或藍光盤(BD)^TM)、閃存設(shè)備、存儲卡等中的一個或多個。

雖然已經(jīng)參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。以下權(quán)利要求的范圍符合最寬泛的解釋，以便涵蓋所有這樣的修改以及等同結(jié)構(gòu)和功能。

本申請要求于2014年9月5日提交的美國臨時申請No.62/046,321的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容通過引用被結(jié)合于此。