CN102596011A - 光声测量装置 - Google Patents

Abstract

一种测量装置，包括：维持被检体的至少一部分的形状的形状维持部件；接收通过形状维持部件的声波并将声波转换成第一电信号的元件，所述声波是在用光照射被检体时在被检体中产生的；和通过使用第一电信号产生图像数据的处理单元。所述处理单元基于第一电信号确定从在被检体中产生声波到声波到达元件的接收表面的第一时间。所述处理单元通过使用第一时间与声波从被设定于形状维持部件的被检体侧表面附近的虚拟检测区域行进到元件的接收表面的第二时间之间的差值，将第一电信号转换成第二电信号，所述第二电信号被假定为是通过在虚拟检测区域处接收声波而获得的。

Description

光声测量装置

技术领域

本发明涉及测量装置。更特别地，本发明涉及接收在被检体内传播的声波(acoustic wave)并产生图像数据的测量装置。 

背景技术

在医疗领域中，已积极地进行了有关通过使用从诸如激光器的光源发射的光来照射诸如活体的被检体而基于关于被检体内部的信息产生图像数据的测量装置的研究。光声层析成像(photoacoustic tomograpy)(PAT)装置是这种测量装置的例子。在光声层析成像中，用从光源发射的光照射被检体，使得光在被检体中传播和扩散。被检体中的生物组织吸收光的能量并产生声波(典型地为超声波)。超声波被探测器接收，从而获得电信号。电信号被数学地分析，并且，基于关于被检体内部的光学特性值的信息产生图像数据。为了有效地接收声波，需要使探测器与被检体物理接触。为此，可通过使用增加粘接性的液体凝胶等使探测器与被检体直接接触。但是，在被检体具有复杂外形的情况下，例如，在被检体是小动物或人类的乳房的情况下，难以使探测器的接收表面与被检体的表面完全接触。在这种情况下，使用诸如平板的形状维持部件来例如使被检体的形状平坦化，并且，使探测器与被检体以形状维持部件被设置在其间的方式相对。但是，由于形状维持部件的平均声速(sound velocity)与被检体的平均声速不同，因此，在使用形状维持部件的情况下，在被检体内传播的声波根据Snell定律在被检体与形状维持部件之间的界面处被折射。因此，当执行假定声速恒定的普通图像重构处理时，图像的分辨率降低。 

在PTL 1中描述了用于消除界面处的折射的影响的方法。PTL 1 描述了这样的多功能机：在该多功能机中，X射线乳腺摄影与超声诊断装置(传送超声波和接收在被检体中反射并返回的超声波的装置)组合。在X射线乳腺摄影中，通过用作形状维持部件的加压板对被检体加压。使X射线通过被检体，并且，基于被检体的信息产生图像数据。在X射线乳腺摄影与超声装置的组合中，超声波经由加压板被探测器接收。因此，为了补偿由于加压板和被检体之间的声速差导致的超声波的折射，通过计算包含于探测器中的多个元件处的延迟时间来执行延迟处理。然后，来自所述元件的信号被相加在一起。 

[引文列表] 

[专利文献] 

PTL 1：美国专利No.6,607,489 

发明内容

但是，作为由本发明的发明人进行的深入研究的结果，已经发现，根据PTL 1的方法执行用于补偿折射的计算需要极长的时间。根据PTL 1，图7所示的参数根据Snell定律满足以下给出的式(101)。 

[数学式1] 

$\frac{{h_n}^2}{{h_n}^2+{(f_n-1)}^2}={c_n}^2\·\frac{{(x_n-h_n)}^2}{1+{(x_n-h_n)}^2}---\left(101\right)$

参照图7，附图标记61表示关注的体素(voxel)(或电子焦点)，62表示加压板，63表示探测器。另外，d是加压板的厚度，x是探测器与关注的体素之间的沿面内方向的距离，f是关注的体素与探测器之间的在加压板的厚度方向上的距离，c₂是被检体中的平均声速，c₁是加压板中的平均声速，h是关注的体素与折射点之间的沿面内方向的距离，L₂是关注的体素与折射点之间的距离，L₁是折射点与探测器之间的距离。在式(101)中，为了简化，如下面那样使参数无量纲(dimensionless)：h_n＝h/d，c_n＝c₂/c₁，f_n＝f/d，并且，x_n＝x/d。可通过从上式计算h_n并然后从h_n计算h来确定L₂和L₁。一般地，在使用声波(典型地为超声波)的测量装置中，声波到达元件的时间对于各元件不同。因此，执行在对于各元件调整延迟时间之后将来自这些元件 的信号相加的延迟与求和处理。然后，获得用于各体素的图像数据。可从声速和距离L₁、L₂对于各体素计算基于折射的延迟时间。但是，为了从式(101)计算h_n，必须求解四次方程。因此，包含上述的计算的图像重构处理所需的计算时间为普通的图像重构处理所需的时间的至少几倍长。 

因此，本发明提供能够在不执行复杂计算的情况下产生减少由于声波的折射导致的分辨率降低的图像数据的测量装置。 

一种测量装置包括：形状维持部件，维持被检体的至少一部分的形状；元件，接收通过形状维持部件的声波并将所述声波转换成第一电信号，所述声波是在用光照射被检体时在被检体中产生的；以及处理单元，使用第一电信号产生图像数据。所述处理单元基于第一电信号确定从在被检体中产生声波到声波到达所述元件的接收表面的第一时间。所述处理单元通过使用第一时间与声波从被设定于形状维持部件的被检体侧表面附近的虚拟检测区域行进到所述元件的接收表面的第二时间之间的差值，将第一电信号转换成第二电信号，所述第二电信号被假定为是通过在虚拟检测区域处接收声波所获得的。 

因此，可以在不执行用于消除折射的影响的复杂计算的情况下获得由于声波的折射导致的分辨率降低少的图像数据。 

附图说明

图1A是示出根据本发明的第一实施例的测量装置的示意图。 

图1B是示出根据本发明的第一实施例的测量装置的另一示意图。 

图2A是示出探测器表面处的检测信号的例子的示意图。 

图2B是示出虚拟检测区域处的检测信号的例子的示意图。 

图3A是示出能够形成虚拟检测点的探测器的例子的示意图。 

图3B是示出能够形成虚拟检测点的探测器的另一例子的示意图。 

图3C是示出能够形成虚拟检测点的探测器的另一例子的示意图。 

图4是示出根据本发明的第二实施例的测量装置的示意图。 

图5是示出根据比较例的测量装置的示意图。 

图6A示出被检体中的声波源的MIP图像。 

图6B示出通过比较例1的方法获得的MIP图像。 

图6C示出通过比较例2的方法获得的MIP图像。 

图6D示出通过例子1的方法获得的MIP图像。 

图7是示出根据现有技术的由加压板导致的超声波的折射的示意图。 

具体实施方式

现在将参照附图描述根据本发明的实施例的测量装置。在根据本发明的实施例的测量装置中，虚拟检测区域被设定于形状维持部件的被检体侧表面附近。在假定在虚拟检测区域处接收声波的条件下执行信号处理。将在后面在各实施例中详细描述虚拟检测区域。 

声波的例子包括被称为声波、超声波和光声波的波。例如，声波可以是当用诸如近红外线的光(电磁波)照射被检体内部时在被检体中产生的声波或者当向被检体内部传送声波时在被检体中反射的声波。换句话说，根据本发明的实施例的测量装置可以是用光照射被检体并且通过用探测器接收在被检体中产生的光声波来产生图像数据的PAT装置。作为替代方案，根据本发明的实施例的测量装置可以是通过向被检体内部传送超声波并接收从被检体内部返回的超声波来产生图像数据的超声装置。 

[第一实施例] 

将参照图1A和图1B描述本发明的第一实施例。图1A是示出可应用本发明的测量装置的例子的示意图。图1B是示出用于解释虚拟检测区域的探测器和形状维持部件的结构的放大示意图。在本实施例中，作为例子描述利用光声层析成像的PAT装置。PAT装置通过接收当用光脉冲照射被检体时在被检体中产生的声波来产生图像数据。 

根据本实施例的PAT装置包括光源11、光学组件13、用作形状维持部件的加压板15、探测器18、以及处理单元70。通过处理单元 70产生图像数据并通过显示设备21显示图像数据。处理单元70包含信号处理器19和图像重构处理器20。光12从光源11被发射，被诸如镜子和透镜的光学组件13引导，并且入射到诸如活体的被检体16上。在被检体16内传播的光12的能量的一部分被诸如血管的光吸收体14(其最终用作声波源)吸收。因此，作为光吸收体14的热膨胀的结果，产生声波17(典型地为超声波)。产生的声波17被探测器18接收，并且经受用于产生图像数据的处理(图像重构处理)。 

光源11用可被活体的特定成分吸收的特定波长发光。光源可与根据本发明的实施例的测量装置一体化地被设置，或者可与测量装置分开地被设置。光源包含能够发射几纳秒到几百纳秒的量级的脉冲光的至少一个脉冲光源。可以使用能够提供大的输出的激光器作为光源。但是，作为激光器的替代，可以使用发光二极管等。作为激光器，可以使用诸如固态激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器的各种激光器。光的发射定时、波形、强度等由信号处理器19或控制单元(未示出)控制。 

光学组件13例如包含用于反射光的镜子和用于收集光、放大光或改变光的形状的透镜。作为镜子和透镜的替代，可以使用例如光学波导作为光学组件。光学组件不被特别限制，只要从光源发射的光12可被形成为希望的形状并且入射到被检体16上即可。一般地，光可通过透镜扩散，使得其面积有所增大。另外，其中被检体被光照射的区域可以是沿被检体移动的。换句话说，根据本发明的实施例的测量装置可被构建为使得从光源发射的光是可沿被检体移动的。在光可移动的情况下，可用光照射大的面积。另外，可与探测器18同步地移动其中被检体被光(照射被检体的光)照射的区域。用于移动其中被检体被光照射的区域的方法可以是使用可移动镜子等的方法或者机械地移动光源自身的方法。 

可以使用根据本发明的实施例的测量装置来诊断人类或动物的恶性肿瘤、血管疾病等。因此，被检体16可以是人体或动物体的诸如乳房、手指、肢体(limb)等的诊断目标。在光声层析成像中，光吸收 体(或声波源)14是被检体的具有高的吸收系数的成分。例如，在测量目标是人体的情况下，含氧血红蛋白(oxygenated hemoglobin)或还原血红蛋白(reduced hemoglobin)、包含大量的含氧血红蛋白或还原血红蛋白的血管、包含大量的新血管的恶性肿瘤等与光吸收体(或声波源)14对应。在使用测量装置作为超声装置的情况下，声波源14是被检体的这样的成分：该成分的声学阻抗与周围成分的声学阻抗不同。 

形状维持部件15被设置在被检体和探测器之间。形状维持部件15被用于维持被检体16的至少一部分的形状，并且可具有保持被检体16或对被检体16加压的功能。形状维持部件15可以是平板、加压板、或平行板。为了增加声波的接收效率，形状维持部件15可由声学阻抗与被检体的声学阻抗接近的材料制成。在被检体是乳房等的情况下，可以使用由聚甲基戊烯(polymethylpentene)制成的形状维持部件。形状维持部件可以是板状的。但是，可以按任意的形状形成形状维持部件，只要探测器的接收表面和形状维持部件的表面可相互紧密接触即可。在形状维持部件为板状的情况下，考虑到声波的衰减，形状维持部件可尽可能地薄，但必须足够厚以防止其变形。典型地，形状维持部件的厚度为约5mm～10mm。为了消除形状维持部件与被检体之间或形状维持部件与探测器之间的空气空间(air space)，可以用声学阻抗与形状维持部件的声学阻抗接近(当例如被检体为乳房时，为约1.35＊10⁶Kg/m²·s)的诸如声学凝胶或水的液体(未示出)填充它们之间的间隙。 

探测器18包含分别接收声波并将声波转换成电信号的一个或更多个元件。更具体而言，探测器18包含利用压电现象的换能器、利用光学共振的换能器、或利用电容变化的换能器。探测器18不被限制，只要声波可被接收并转换成电信号即可。在图1A和图1B中作为例子示出包含用于接收声波的多个元件25的探测器。但是，可以使用其中二维地布置有多个元件的探测器。在元件被二维地布置的情况下，可同时在多个场所(location)接收声波。作为结果，可减少接收时间， 并且，可减少被检体的振动等的影响。也可通过操作单个元件获得与通过二维或一维地布置的多个元件获得的信号类似的信号。 

对于包含于探测器18中的元件中的每一个，虚拟检测区域被设置在形状维持部件15的被检体侧表面附近。在本实施例中，如图3A所示，探测器可包含具有圆形的凹接收表面的元件。作为替代方案，探测器可包含图3B所示的具有附接于元件的前接收表面的凹声学透镜的元件或者图3C所示的具有附接于元件的前接收表面的凸声学透镜的元件。如果透镜材料的声速比形状维持部件的声速低，那么使用凸透镜，并且，如果透镜材料的声速比形状维持部件的声速高，那么使用凹透镜。例如，在声学透镜由具有1000m/s的声速的硅橡胶制成并且声学透镜周围的区域中的声速为1500m/s的情况下，以凸形形成声学透镜。 

在本实施例中，“虚拟检测区域”指的是在形状维持部件15的被检体侧表面附近并且与接收表面的距离在声学上恒定的区域。与接收表面的距离在声学上恒定的区域是满足这样的条件的区域：即，当从该区域发射声波时，声波同时到达接收表面，而不管声波到达的接收表面上的位置。理论上，与接收表面上的所有位置的距离恒定的位置在单个点处。例如，在如图3A所示的那样使用具有凹接收表面的元件的情况下，与接收表面的距离在声学上恒定的位置在接收表面的曲率中心处。但是，该元件实际上具有有限的宽度，并且，难以确定接收表面上的接收声波的位置。因此，“虚拟检测区域”可具有宽度。因此，“虚拟检测区域”被定义为以与接收表面的距离在声学上恒定的单个理想点为中心的区域(即，可假定与接收表面的距离在声学上恒定的区域)。如果从元件的接收表面传送声波，则该区域是在其中收集声波的区域(聚焦区(focus zone))。 

现在将更详细地描述虚拟检测区域。在本实施例中，将参照图1A和图1B描述虚拟检测区域22。如上所述，各虚拟检测区域22是可假定与对应的接收表面的距离恒定的区域，并且实际上是不存在的。另外，从分辨率的观点来看，相对于探测器的各元件25的接收表面的面 积，各虚拟检测区域可以是小的。因此，在本实施例中，可假定与接收表面的距离在声学上恒定的区域(即，虚拟检测区域)被定义为这样的区域：在该区域处，灵敏度大于或等于与接收表面的距离在声学上恒定的理想点(虚拟检测区域的中心)处的灵敏度(最大灵敏度)的一半。灵敏度是所接收的声波的水平，即，相对于输入信号的水平的输出信号的水平。在从各元件的接收表面传送声波的情况下收集声波的区域(聚焦区)的截面的尺寸可由第一类一阶贝塞尔(Bessel)函数近似。因此，假定存在圆形虚拟检测区域，则可由要接收的声波的频率f、形状维持部件的声速c₁、对应元件的接收表面与和接收表面的距离在声学上恒定的点之间的距离d、以及该元件的接收表面的直径D(当假定接收表面是圆形时)，通过以下给出的式(102)计算该虚拟检测区域的直径L。 

[数学式2] 

L＝1.02·d·c₁/(f·D)    (102)| 

在图1A和图1B所示的平面型的测量的情况下，如果各虚拟检测区域的直径L比各元件的接收表面的直径D小，那么，与现有技术相比，可以增加分辨率。例如，假定使用由聚甲基戊烯制成的10mm厚的平板(声速：2200m/s)作为形状维持部件，那么，当声波的频率为5MHz并且各圆形元件的接收表面的直径为5mm时，各虚拟检测区域的直径可被计算为约0.9mm。因此，各虚拟检测区域的直径比各元件的接收表面的直径小。如果如上面描述的那样各虚拟检测区域的面积比各元件的接收表面的面积小，那么可有效地减小接收表面上的接收声波17的面积。因此，在平面型测量的情况下，可以容易地增加分辨率。这里描述的分辨率是在与接收表面平行的方向上的分辨率。 

在本发明的实施例中，形状维持部件的被检体侧表面附近的区域是包含形状维持部件15和被检体16之间的物理界面并由以下给出的式(103)确定的区域。可被设定为虚拟检测区域的区域是三维聚焦区。可从要接收的声波的频率f、形状维持部件的声速c₁、通过声速归一化的虚拟检测区域与元件的接收表面之间的距离S_F、以及元件的接收 表面的直径D(当假定接收表面是圆形时)，通过式(103)确定该区域的在与所述界面垂直的方向上的尺寸F_z。 

[数学式3] 

$F_Z=\frac{D^2\·f}{4c_1}\·{S_F}^2\·\left[\frac{2}{1+0.5S_F}\right]---\left(103\right)$

因此，在本发明的实施例中，包含形状维持部件和被检体之间的物理界面并且与该界面的距离在±F_Z的范围中的区域被定义为形状维持部件的被检体侧表面附近的区域。 

下面将描述由图1A所示的处理单元70执行的信号处理。根据本实施例的处理单元70包含信号处理器19和图像重构处理器20。信号处理器19放大从各元件输出的电信号(第一电信号)并且将作为仿真信号的该电信号转换成数字信号。信号处理器19典型地包含放大器、A/D转换器、场可编程门阵列(FPGA)芯片、以及其它组件。FPGA被用于控制放大器的放大因子和信号接收定时。图像重构处理器20使通过信号处理器19被转换成数字信号的信号经受后面将描述的处理。然后，图像重构处理器20执行图像重构处理以产生图像数据。 

现在将描述由图像重构处理器20执行的信号处理。参照图2A和图2B，将描述把通过信号处理器19被转换成数字信号的第一电信号(检测信号)转换成第二电信号的处理。第二电信号被假定为是在各虚拟检测区域22处获得的。图2A示出从图1B所示的探测器18的元件之一输出的声波的检测信号(第一电信号)的例子。该检测信号是通过信号处理器19被转换成数字信号并被传送到图像重构处理器20的信号。图2B示出基于下述这样的假定的声波的检测信号(第二电信号)的例子：该假定为声波已在对应的虚拟检测区域22处被接收。在图2A和图2B中，横轴表示测量时间，纵轴表示与检测信号的声压成比例的值。一般地，已知的是，当声波被理想的探测器接收时，由均匀地吸收光的球形吸收体产生的声波的检测信号为N形，如图2A和图2B所示。 

参照图2A，当用光照射被检体的时间为0秒时，可以假定，从被 检体中的光吸收体发射声波的时间也是0秒。在这种情况下，输出作为N形信号的第一电信号的时间t₂等于从在被检体中产生声波到声波被元件接收并被转换成电信号(第一电信号)的时间，即，从用光照射被检体到在被检体中产生的声波到达元件的接收表面的时间(第一时间)。换句话说，获得第一电信号的时间t₂是声波在被检体内传播的时间t₃与声波从虚拟检测区域行进到元件的接收表面的时间t₄(第二时间)的和。 

t₂＝t₃+t₄    (104) 

更具体而言，在图1B中，t₂是通过将从光吸收体14到虚拟检测区域22的距离L₃除以被检体的平均声速c₂所计算的时间与通过将从虚拟检测区域22到元件25的接收表面的距离L₄除以形状维持部件15的平均声速c₁所计算的时间的和。这里，形状维持部件15和所述元件之间的界面处的间隙被声速与形状维持部件的声速相同的凝胶或被形状维持部件自身的一部分填充。因此，声波从虚拟检测区域行进到元件的接收表面的时间可被计算为通过将L₄除以c₁所获得的时间。 

图2B所示的将N形信号输出为要在虚拟检测区域22处接收的声波的检测信号的时间t₁等于由被检体中的光吸收体产生的声波在被检体内行进的时间t₃，即，通过将从光吸收体14到虚拟检测区域22的距离L₃除以被检体的平均声速c₂所计算的时间。即，通过从第一时间(t₂)减去声波从虚拟检测区域行进到元件的接收表面的第二时间(通过将从虚拟检测区域22到元件25的距离L₄除以形状维持部件的平均声速c₁所计算的时间t₄)，图2A所示的第一电信号可被转换成图2B所示的第二电信号。 

t₁＝t₃＝t₂-t₄    (105) 

在本实施例中，从声波源发射的声波实际上还到达形状维持部件中的除了虚拟检测区域以外的区域。但是，到达虚拟检测区域以外的区域的声波关于元件的接收表面成大的角度，并且，仅有该声波的小部分被元件接收。因此，当执行延迟与求和处理时，接收灵敏度明显下降。作为结果，重构的图像数据不受大的影响。因此，根据本实施 例，通过以凹形来形成元件的接收表面或在接收表面上设置凹的或凸的声学透镜，提供作为消除到达形状维持部件中的除了虚拟检测区域以外的区域的声波的过滤器(filter)的功能。 

一般地，元件的接收表面与虚拟检测区域22之间的距离L₄和形状维持部件的平均声速c₁是事先已知的。因此，如上所述，通过简单地从第一电信号确定第一时间并计算第一时间和第二时间之间的差值，可从作为元件处的声波的检测信号的第一电信号计算作为虚拟检测区域22处的声波的检测信号的第二电信号。因此，根据本发明的实施例，与PTL 1的方法不同，可以在不求解四次方程的情况下获得虚拟检测区域22处的检测信号。因此，可以快速地执行图像重构处理。 

另外，包含于可应用本发明的测量装置中的图像重构处理器20还使通过上述的方法产生的第二电信号经受用于产生图像数据的计算处理。更具体而言，典型地使用工作站等来基于预编程软件执行将第一电信号转换成第二电信号的处理和使用第二电信号的图像重构处理。例如，该软件包含两个模块，所述两个模块是用于执行将第一电信号转换成第二电信号的处理和降噪处理的信号处理模块以及用于执行图像重构处理的图像重构模块。在将第一电信号转换成第二电信号的处理中，如上所述，对于检测信号提供声波从虚拟检测区域行进到元件的时间(t₄)作为偏移(offset)。在光声层析成像的情况下，在图像重构处理之前，在各位置处接收的信号经受降噪处理和其它的处理作为预处理。可通过信号处理模块执行这些处理。图像重构模块执行其中作为图像重构算法执行在层析成像技术中常用的时域或傅立叶域中的反投影(back projection)的图像重构处理。信号处理器19和图像重构处理器20可相互一体化。在这种情况下，作为使用工作站执行软件处理的替代，可以通过硬件产生图像数据。可通过包含于信号处理器19中的FPGA执行用于将从探测器18输出的信号转换成被假定为从虚拟检测区域22被输出的检测信号的处理。在使用其中布置有多个元件的探测器的情况下，对于各元件设置虚拟检测区域。因此，处理单元70使用多个第二电信号产生图像数据。 

显示设备21显示从图像重构处理器20输出的图像，并且，典型地使用液晶显示器等作为显示设备21。 

通过使用具有上述的结构的测量装置，即使当在被检体和探测器之间设置声速与被检体的声速大大不同的形状维持部件时，与现有技术的方法相比，也可快速地获得具有高的分辨率的图像。 

[第二实施例] 

在第二实施例中，如图4所示，在形状维持部件48上设置具有开口51的过滤器47。第二实施例与第一实施例的不同在于，开口51限定虚拟检测区域46，并且元件被分成多个接收表面。 

如图4所示，具有物理开口51并由反射或吸收超声反射波的材料制成的过滤器47被设置在形状维持部件48上。通过开口51的声波被元件52接收。元件52被分成多个接收表面49。声波被接收表面接收并被转换成多个电信号(检测信号)50。然后，处理单元基于从开口到各接收表面的距离a1～a5执行延迟处理并且将各检测信号50相加。延迟处理被执行以补偿声波到达各接收表面的到达时间之间的差值。在延迟处理中，接收表面中的一个被设为基准接收表面，并且，从基准接收表面输出的检测信号被用作基准检测信号。在本实施例中，通过延迟处理对其补偿各接收表面处的检测信号的到达时间之间的差值的检测信号被相加在一起，以获得相加信号。该相加信号被用作被元件输出的检测信号(即，第一实施例中的与第一电信号对应的信号)。从用光照射被检体到声波到达元件的接收表面的第一时间(即，输出第一电信号的时间)是从用光照射被检体到声波到达基准接收表面并被转换成检测信号的时间。另外，声波从虚拟检测区域行进到元件的接收表面的时间(第二时间)是声波从虚拟检测区域行进到元件的基准接收表面的时间。例如，在图4中的通过使用距离a1作为基准执行延迟处理的情况下，第二时间是声波沿距离a1行进通过形状维持部件的时间。 

与第一实施例类似，通过使用第一时间和第二时间之间的差值， 由元件输出的检测信号(第一电信号)可被转换成被假定为在虚拟检测区域处被接收的检测信号(第二电信号)。 

如上所述，根据本实施例，在与元件的中心对应的位置处在形状维持部件的表面形成物理开口51。因此，虚拟检测区域46被限定在形状维持部件的被检体侧表面附近的位置。到达除了开口以外的区域的声波被过滤器反射或吸收，并且不到达元件。此外，在本实施例中，虚拟检测区域46的尺寸可相对于元件的接收表面是小的。因此，开口可被形成为使得其中灵敏度大于或等于开口中心处的灵敏度(最大灵敏度)的一半的区域用作虚拟检测区域。 

如上所述，在本实施例中，可使用具有任意类型的结构的探测器，只要可以在形状维持部件的被检体侧表面附近形成限定虚拟检测区域的开口即可。在根据本实施例的测量装置中，除了探测器和形状维持部件以外的组件可具有与第一实施例中的结构类似的结构。 

[第三实施例] 

在第一和第二实施例中，详细描述了使用接收响应于光对被检体的照射而在被检体中产生的声波的光声层析成像的PAT装置。但是，相同的原理也可应用于通过从探测器传送声波(典型地为超声波)并接收在被检体中反射的声波而产生图像数据的测量装置(超声装置)。在这种情况下，与第一和第二实施例类似，可以在接收过程中使用虚拟检测区域。另外，同样，在传送声波的过程中，可以使用虚拟检测区域作为虚拟传送区域。上述的虚拟检测区域直接用作虚拟传送区域，并且，可以传送超声波，如同它是从虚拟传送区域(虚拟检测区域)传送的一样。作为结果，在传送的声波中，同样可减少由于由形状维持部件引起的折射而导致的波前(wavefront)中的干扰(disturbance)。 

传送声波的声波传送器与接收声波的探测器一体化。换句话说，在本实施例中，图1A和图1B所示的探测器18不仅接收声波并将声波转换成电信号，而且将电信号转换成声波并传送该声波。在本实施例中，由元件输出的信号(第一电信号)被转换成被假定为在虚拟检 测区域处输出的信号(第二电信号)，如下面这样。即，通过将从通过探测器传送声波到反射的声波被探测器接收的时间的一半(第一时间)减去在被检体中反射的声波从虚拟检测区域行进到元件的时间(第二时间)，确定第二电信号。然后，通过使用第二电信号产生图像数据。 

也可通过以下的处理实施本发明的实施例。即，实现上述的实施例的功能的软件(程序)可通过网络或从各种存储介质被供给到系统或装置，并且被包含于所述系统或装置中的计算机(或CPU、MPU等)读出并执行。 

[例子1] 

现在将描述其中实施了本发明的实施例的仿真的结果。假定探测器包含图3A所示的具有凹接收表面的元件。在例子1中，在如下计算条件下实施仿真。即，被检体被假定为是4cm＊4cm＊4cm的立方体，在被检体的中心处设置柱形声波源，使得柱形声波源的轴向与形状维持部件平行，所述柱形声波源的直径在底表面处为0.05cm并且高度为2cm。被检体的平均声速被设为1500m/s。形状维持部件被假定为是由聚甲基戊烯制成的平板状部件，并具有1cm的厚度和4cm＊4cm的平面尺寸。形状维持部件的平均声速被设定为2200m/s。形状维持部件被假定为被设置在探测器和被检体之间，如图1B所示。探测器被假定为是包含单个接收表面(即，单个元件)并具有0.6cm的直径和5MHz的中心频率的单元件型探测器。所述接收表面被假定为是聚焦型凹的圆形面，并且，焦距被设为1cm，使得焦点在形状维持部件和被检体之间的界面处。在这种情况下，由式(102)，圆形虚拟检测区域的直径可被计算为0.075cm。为了获得4cm＊4cm＊4cm区域的图像，假定探测器以2mm的间隔移动，并且，在X方向和Y方向上在20点＊20点中的每一个处测量声波。测量处理的采样频率为20MHz，并且，测量点的数量为1280。使用作为已知的时域方法的通用反投影作为图像重构方法。 

作为比较例，执行以下两个计算。 

[比较例1] 

图5是示出由板引起的声波的折射效果的示图。图5示出声波源14、用作形状维持部件的平板15、被检体16、从所述源产生的声波17、探测器31、以及探测器中的元件25。被检体16和平板15的平均声速分别为c₂和c₁，并且，满足c₂＜c₁。元件25是普通的平板型元件，不是聚焦型。平板型元件能够在由虚线表示的区域26中接收声波的一部分。在该结构中，由于被检体和平板之间的声速的差异，由声波源14产生的声波17在被检体和平板之间的界面处折射。参照图5，在平板的平均声速等于被检体的平均声速的情况下，不出现折射。因此，在点A处接收声波。如果在平板和被检体之间存在声速差，那么由于折射而在点B处接收到声波。 

在比较例1中，假定用于接收声波的接收表面是具有2mm的直径的圆形平板。通过探测器获得的信号经受图像重构处理，其中，忽略由于平板导致的折射，并且只使用被检体的声速。 

[比较例2] 

在比较例2中，假定用于接收声波的探测器的接收表面为具有2mm的直径的圆形平板，并且，通过使用在PTL 1中描述的作为现有技术的例子的方法补偿由于平板导致的声波的折射而执行图像重构处理。更具体而言，通过式(101)计算图5中的距离L₂和L₁，并且，考虑到平板和被检体的声速而执行延迟处理。 

[仿真结果] 

作为根据以上描述的比较例1和2以及使用虚拟检测区域的例子1而执行的图像重构处理的结果，获得三个图像。 

将参照图6A～6D描述通过图像重构处理获得的图像。图6A～6D所示的所有图像是在探测器的方向上投影具有最大强度的体素值的最 大强度投影(MIP)图像。白色区域表示具有高的声压的区域。通过在各图像的中心处绘制声压，获得在各图像之上示出的图形。图6A示出被检体中的声波源的MIP图像。在仿真中，如果一个图像接近图6A中的图像，那么确定该图像具有高的分辨率。图6B是通过比较例1的方法获得的MIP图像，图6C是通过比较例2的方法获得的MIP图像，图6D是通过例子1的方法获得的MIP图像。当将图6B与图6A相比时，图6B中的图像显然不清楚，因此，图像的分辨率相当低。如上所述，这是由于声波的折射造成的。在图6C中，虽然声波源的重构图像的宽度有所增大，但是，分辨率比图6B中的分辨率高。相反，在图6D中，图像仅轻微模糊，并且声波源的形状被清楚地再现。从图6C和图6D之间的比较可以看出，通过根据例子1的方法获得的图像的分辨率比其它图像的分辨率稍高。这是由于虚拟检测区域的宽度为0.75mm并且比作为在比较例2中使用的元件的接收宽度的2mm小。因此，通过使用根据例子1的方法，可使用接收表面的尺寸与PTL 1中的相同的元件，获得分辨率比通过根据PTL 1的方法获得的图像的分辨率高的图像。 

另外，关于图像重构处理所需的时间，获得图6C所示的图像所需的时间为获得图6D所示的图像所需的时间的约20倍长。如上所述，可通过使用根据例子1的测量装置快速地获得其中减少了由于折射导致的分辨率降低的图像。 

[例子2] 

作为例子2，现在将描述其中探测器被假定为如图3C所示的那样在其接收表面上具有凸的声学透镜的仿真的结果。在本例子中，在如下计算条件下实施仿真。即，被检体和形状维持部件被假定为与例子1中的类似。探测器被假定为包含单个元件并具有0.6cm的直径和5MHz的中心频率。该元件的接收表面被假定为具有平的圆形形状，使得声波不能通过元件自身被聚焦。凸的声学透镜被假定为被设置在用作形状维持部件的平板和探测器之间。该声学透镜被假定为由具有 1000m/s的声速的硅橡胶制成并被布置为使得焦点在板和被检体之间的界面处。在这种情况下，由式(102)，圆形虚拟检测区域的直径可被计算为0.075cm。与例子1类似，为了获得4cm＊4cm＊4cm区域的图像，假定探测器以2mm的间隔移动，并且，在X方向和Y方向上在20点＊20点中的每一个处测量声波。测量处理的采样频率为20MHz，并且，测量点的数量为1280。作为图像重构方法，使用作为已知的时域方法的通用反投影。然后，与例子1类似，将仿真结果与其它结果进行比较。 

在例子2中获得的图像基本上与例子1中的类似。作为结果，可通过使用根据例子2的测量装置，快速地获得其中减少了由于折射导致的分辨率降低的图像。同样，在布置多个元件并且在不移动探测器的情况下由这些元件同时接收声波的情况下，获得类似的图像。 

[例子3] 

下面，将解释能够传送并接收声波并利用超声诊断技术的测量装置的例子。该测量装置传送声波(典型地为超声波)、接收在被检体中反射的声波(超声波)并且基于反射的声波产生图像数据。 

执行仿真以确认是否可形成声波的虚拟传送区域。此外，在该仿真中，与例子1类似，形状维持部件被假定为是由聚甲基戊烯制成的平板并具有1cm的厚度和4cm＊4cm的尺寸。这里，假定探测器既能够传送又能够接收声波。探测器被假定为是包含单个接收表面(即，单个元件)并具有0.6cm的直径和5MHz的中心频率的单元件型探测器。该接收表面被设定为聚焦型凹的圆形表面，并且，焦距被设定为1cm，使得焦点在聚甲基戊烯板和被检体之间的界面处。计算从上述的探测器传送的声波的强度分布。作为结果，在聚甲基戊烯板的端部处聚焦传送的声波，并且，聚焦的声波的宽度为约0.75mm。可以布置与上述的探测器类似的多个探测器，并且，可在延迟处理之后从各探测器发射声波。在这种情况下，声波可在不受通过板对声波的折射的影响的状态下被传送到被检体中的任意位置。 

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。 

本申请要求在2009年10月1日提交的日本专利申请No.2009-229653的权益，在此以引入方式将其全部内容并入本文。 

[附图标记列表] 

11光源 

12光 

13光学组件 

14光吸收体 

15、48、62形状维持部件 

16被检体 

17声波 

18、63探测器 

19信号处理器 

20图像重构处理器 

70处理单元 

21显示设备 

22、41、43、46虚拟检测区域 

25元件 

26声波可接收区域 

31、45、49、42探测器 

44声学透镜 

47过滤器 

50检测信号 

51开口 

61关注的体素 

Claims (8)

1.一种测量装置，包括：

形状维持部件，维持被检体的至少一部分的形状；

元件，接收通过形状维持部件的声波并将所述声波转换成第一电信号，所述声波是在用光照射被检体时在被检体中产生的；以及

处理单元，使用第一电信号产生图像数据，

其中，处理单元基于第一电信号确定从在被检体中产生声波到声波到达所述元件的接收表面的第一时间，以及

其中，处理单元通过使用第一时间与第二时间之间的差值而将第一电信号转换成第二电信号，所述第二时间为声波从被设定于形状维持部件的被检体侧表面附近的虚拟检测区域行进到所述元件的接收表面的时间，所述第二电信号被假定为是通过在所述虚拟检测区域处接收声波而获得的。

2.根据权利要求1的测量装置，

其中，所述元件在所述接收表面上具备声学透镜或者被形成为使得所述接收表面为凹的，以及

其中，所述虚拟检测区域是与所述元件的距离在声学上恒定的区域。

3.根据权利要求1的测量装置，

其中，所述形状维持部件包含过滤器，所述过滤器具有限定所述形状维持部件的被检体侧表面附近的所述虚拟检测区域的开口，

其中，所述元件被分成多个接收表面，在所述多个接收表面处，声波被接收并被转换成多个电信号，所述多个接收表面之一用作基准接收表面，

其中，通过在使用所述基准接收表面处的电信号作为基准而对于所述多个电信号执行延迟处理之后将所述多个电信号相加，计算所述第一电信号，以及

其中，所述第二时间被设定为声波从所述虚拟检测区域行进到所述基准接收表面的时间。

4.根据权利要求1～3中的一项的测量装置，

其中，所述元件被设置有多个，

其中，对于每个元件设定所述虚拟检测区域，以及

其中，所述处理单元使用多个所述第二电信号产生图像数据。

5.一种测量装置，包括：

形状维持部件，维持被检体的至少一部分的形状；

元件，接收通过形状维持部件的反射声波并将所述反射声波转换成第一电信号，所述反射声波是在将传送声波传送向被检体时在被检体中被反射的；以及

处理单元，使用第一电信号产生图像数据，

其中，所述处理单元基于第一电信号确定第一时间，所述第一时间是从所述元件传送所述传送声波到所述元件接收所述反射声波的时间的一半，以及

其中，所述处理单元通过使用第一时间与第二时间之间的差值将第一电信号转换成第二电信号，所述第二时间是所述反射声波从所述形状维持部件的被检体侧表面附近的虚拟检测区域行进到所述元件的接收表面的时间，所述第二电信号被假定为是通过在所述虚拟检测区域处接收所述反射声波而获得的。

6.根据权利要求5的测量装置，

其中，所述元件在所述接收表面上具备声学透镜或者被形成为使得所述接收表面为凹的，以及

其中，所述虚拟检测区域是与所述元件的距离在声学上恒定的区域。

7.根据权利要求5的测量装置，

其中，所述形状维持部件包含过滤器，所述过滤器具有限定所述形状维持部件的被检体侧表面附近的所述虚拟检测区域的开口，

其中，所述元件被分成多个接收表面，在所述多个接收表面处，所述反射声波被接收并被转换成多个电信号，所述多个接收表面之一用作基准接收表面，

其中，通过在使用所述基准接收表面处的电信号作为基准而对于所述多个电信号执行延迟处理之后将所述多个电信号相加，计算所述第一电信号，以及

其中，所述第二时间被设定为所述反射声波从所述虚拟检测区域行进到所述基准接收表面的时间。

8.根据权利要求5～7中的一项的测量装置，

其中，所述元件被设置有多个，

其中，对于每个元件设定虚拟检测区域，以及

其中，所述处理单元使用多个第二电信号产生图像数据。

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