CN102596053B - 声波测量装置 - Google Patents

Abstract

一种声波测量装置包括：与被检体压接的板；具有声波转换单元的探测器，所述声波转换单元用于通过板接收从被检体发射的声波以转换成电信号；密封部件，被设置在探测器上以包围声波转换单元的周边，用于在板与声波转换单元之间形成用于保持润滑剂的空间；提供单元，将润滑剂提供到由密封部件形成的空间中；以及润滑剂监视单元，检测所述空间是否填满有润滑剂。

Description

声波测量装置

技术领域

本发明涉及用于测量诸如超声波的声波（acoustic wave）的装置，尤其涉及用于活体内部观察的声波测量装置。

背景技术

作为使用声波的诊断装置，用于用声波照射被检体（subject）并使其反射波可视化、由此使被检体内部成像的活体内部观察装置在常规上是已知的。在这种活体内部观察装置中，使用用于发射声波并接收反射波（回声）以输出信号的声波探测器（probe）。由探测器接收的声波被转换成电信号，并且图像被产生以被显示。

并且，近年来，已开发了利用光声效应的光声层析摄影术（photo-acoustic tomography,PAT）的诊断系统。在该装置中，通过压迫板（compression plate）和声波探测器按压被检体（乳房（breast）），并且，在压迫板之上用源为Nd:YAG激光器的照明光（近红外光）照射乳房。然后，通过探测器接收在被检体（乳房）中产生的光声波，并且，通过图像重构来显示被检体（乳房）中的组织，特别是乳房肿瘤中的新血管。

为了确保声阻抗匹配，这种用于测量从活体内部产生的声波的装置必须具有在声波传送通过的部件之间不产生间隙（不混合空气）的配置。

图10A示出在日本专利申请公开No.2003-325523（PTL1）中公开的超声波探测器的结构。在该探测器中，为了用润滑剂填满（fillwith）超声波转换单元1与压迫板2之间的空间，浸渍了润滑剂的海绵3被设置在超声波转换单元1与盖子4之间。据此，当超声波转换单元1沿压迫板2移动时，形成润滑剂的薄膜，并且，超声波转换单元1和压迫板2紧密地相互附着。

图10B示出在日本专利申请公开No.2004-141260（PTL2）中公开的超声波探测器的结构。探测器12包含超声波转换单元5、用于存储凝胶的存储单元7、声透镜9、喷出口6、传输管10和泵11。泵11将存储单元7中的凝胶通过传输管10从喷出口6喷出。因此，被检体与声透镜9之间的空间被凝胶填满，并且，附着性（adhesiveness）得到改善。

并且，在日本专利申请公开No.2004-141260中还公开了如图10C所示的在超声波探测器12之外设置泵13和用于存储凝胶的存储单元14的配置。通过泵13的操作，凝胶通过传输导管15被提供至探测器12。

（PTL1）JP2003-325523A

（PTL2）JP2004-141260A

发明内容

在上述的常规配置中，当由于剩余润滑剂的不足和传输管的阻塞而使润滑剂的提供不良时，可能由于润滑剂的不足而使附着性劣化。并且，存在润滑剂在超声波探测器被移动时流出并且未获得足够的附着性的情况。当在测量期间在声波转换单元与压迫板之间产生间隙时，测量结果的可靠性降低，并且，这不是优选的。但是，用常规的配置不能检测到在提供润滑剂方面的故障。

鉴于上述情形实现本发明，并且，其目的是提供适当地保持声波转换单元与压迫板之间的润滑剂的状态、由此改善测量的可靠性的技术。

根据本发明的声波测量装置包括：

与被检体压接（press against）的板；

具有声波转换单元的探测器，所述声波转换单元用于通过板接收从被检体发射的声波以转换成电信号；

密封部件，被设置在探测器上以包围声波转换单元的周边，并且在板与声波转换单元之间形成用于保持润滑剂的空间；

提供单元，将润滑剂提供到由密封部件形成的空间中；以及

润滑剂监视单元，检测板与声波转换单元之间的空间是否填满有润滑剂。

根据本发明，可以适当地保持声波转换单元与压迫板之间的润滑剂的状态，并且可以改善测量的可靠性。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1是第一实施例的声波测量装置的框图。

图2是声波测量装置的透视图。

图3是第一实施例的声波探测器的透视图。

图4A、图4B和图4C是声波探测器的截面图。

图5是示出测量前准备处理的流程的流程图。

图6是示出测量期间的润滑剂的监视处理的流程的流程图。

图7是测量期间的声波探测器的轨迹图。

图8是第二实施例的声波探测器的透视图。

图9是第二实施例的声波测量装置的框图。

图10A、图10B和图10C是示出常规的超声波探测器的结构的示图。

具体实施方式

<第一实施例>

参照附图描述根据本发明的声波测量装置的优选实施例。

本发明的声波测量装置是用于接收在被检体中传送以从被检体（活体等）发射的声波、将其转换成电信号、并从信号获得活体中的信息（截面图像、光学特性值分布等）的装置。例如，声波测量装置可优选被应用于诸如利用超声回声的超声诊断装置和光声层析摄影术装置（PAT）的活体内部观察装置。以下，主要描述接收声波的部分的配置。同时，虽然典型地使用超声波作为声波，但是，也可以使用频率比超声波低的可听域中的弹性波。

（声波测量装置）

图1示出第一实施例的声波测量装置的示意性配置。图2是声波测量装置的透视图。

在图1中，声波探测器16（以下，也简称为探测器16）被附接于双轴驱动单元18，并且可沿固定的压迫板17的表面二维移动。压迫板17是要与作为待测量对象的被检体压接的板。声波探测器16包含用于测量通过压迫板17从被检体产生的声波的声学传感器。作为声学传感器，可以使用用于将声波转换成电信号的声波转换单元19。作为声波转换单元19（以下，也简称为转换单元19），可以使用利用压电现象的变换器、利用光学谐振的变换器、利用容量（capacity）变化的变换器等，并且，也可使用一维或二维地布置多个变换器的变换器阵列。为了确保从活体到声波转换单元19的声阻抗匹配，优选使用树脂作为压迫板17的材料，并且特别优选使用聚甲基戊烯。

探测器16具有包围转换单元19的周边的密封部件21。通过密封部件21形成用于在压迫板17与转换单元19之间保持润滑剂的空间22。在探测器16上形成用于将润滑剂提供到空间22中的传输口23。通过管29由作为提供单元的泵25传输存储于罐24中的润滑剂。优选使用脱气的润滑剂，并且，例如，可以使用油、水、声学凝胶等作为润滑剂。在油的情况下，蓖麻油是优选的。作为罐24的材料，聚乙烯、不锈钢（stainless）等是可适用的。但是，当使绝缘润滑剂循环时，它可能带有静电，使得接地缆线被附接于由不锈钢制成的罐以将静电排放至地的配置是优选的。并且，用于传输润滑剂的管29可由聚乙烯或不锈钢制成；但是，其由不锈钢制成并且通过接地缆线将静电排放至地的配置是优选的。罐24包含用于感测由于异常泄漏导致的润滑剂的减少的未示出的液面（liquid level）监视单元。作为用于监视液面的单元，诸如流动型单元、光学单元和超声单元的在绝缘润滑剂的情况下也可感测的单元是优选的。

从罐24传输的润滑剂通过温度控制系统26、阀27和过滤器28从传输口23被提供到空间22中。温度控制系统26具有测量传输的润滑剂的温度的功能和将润滑剂加热或冷却到预定温度的功能。因此，润滑剂、声波转换单元19等的温度条件的变动被抑制，使得稳定的测量变为可能。阀27用于调整润滑剂的流量和压力。过滤器28具有去除灰尘使得在润滑剂的循环期间混入的灰尘不进入空间22的功能。例如，可以使用具有网（mesh）结构的过滤器。因此，由灰尘导致的测量噪声的产生以及转换单元19和压迫板17的损伤可被抑制。

在测量时，用润滑剂填满由压迫板17、转换单元19和密封部件21形成的空间22（至少压迫板17与转换单元19之间的部分）。在本实施例中，设置在探测器16上的润滑剂监视单元检测空间22是否填满有适量的润滑剂。

声波转换单元19可兼作润滑剂监视单元。当在变换器与压迫板17之间不存在润滑剂时，声波不能被接收或者声波的接收水平显著降低。这被用于检测润滑剂。例如，可以使用声波转换单元19的顶行的变换器作为润滑剂监视单元并且确定是否可通过所述变换器检测到声波，由此确定润滑剂的量是否合适。还可以在可通过声波转换单元19的所有变换器检测到同等水平的声波时确定润滑剂的量合适（空间22被润滑剂填满），并且在声波的接收水平从变换器到变换器大大变动时确定润滑剂的提供状态不合适（润滑剂不足）。当在润滑剂中混入气泡时，气泡的部分的变换器的接收水平下降，使得声波转换单元19可被用于气泡的监视。

作为替代方案，除了声波转换单元19以外，还可以设置作为润滑剂监视单元的专用传感器。在图1所示的例子中，在转换单元19之上布置液面传感器20。液面传感器20检测空间22是否被润滑剂填满到比声波转换单元19高的位置。作为液面传感器20，可以使用诸如光学传感器、超声传感器、电容传感器和浮动型传感器的任何类型的传感器，并且，可根据润滑剂的类型选择适当的类型（例如，光学传感器和超声传感器对于绝缘润滑剂是优选的）。

作为用于回收从密封部件21泄漏到空间22之外的润滑剂的回收单元的回收系统48被设置在压迫板17的下部。本实施例的回收系统48由用于接收从压迫板17下落的润滑剂的接收容器48a（参见图2）和用于连接接收容器48a与罐24的管组成。在测量期间，从密封部件21泄漏的润滑剂通过回收系统48被回收，并被允许循环到罐24。同时，空间22的形状和体积被设计为使得：即使当与探测器16的移动相关联地泄漏润滑剂时，也从测量的开始到结束保留充分填满压迫板17与转换单元19之间的空间的润滑剂。具体而言，优选通过试验或计算来估计在探测器16从测量的开始位置到结束位置移动时泄漏的润滑剂的最大量，并且，设计空间22的形状和体积以使得：即使当减量时，润滑剂的液面也比转换单元19高。在测量之后，通过打开阀49，空间22中的润滑剂通过管56从回收口39被回收到罐24。

如图2所示，平行布置两个压迫板17和51。压迫板17被固定于固定板55，并且压迫板51被固定于固定板52。固定板55和52被设置为可通过引导杆53和线性（linear）引导件54平行移动。被检体的测量部位被插入压迫板17与51之间，并且，压迫板17与51之间的间隔例如由未示出的压迫机构（诸如利用梯形螺纹和伞齿轮（bevelgear）的机构和气缸机构）控制，以在其间保持测量部位。当只传送和接收声波时，探测器16通过驱动单元18a沿压迫板17移动。驱动单元18a的配置可以是由马达、滚珠螺旋和引导件组成的配置，由马达、齿轮和带链接件组成的配置，以及由气缸和引导件组成的配置。当利用光声效应进行测量时，用于发射脉冲光的光源50被附接于驱动单元18b。通过同步地控制驱动单元18a和18b，光源50和声波探测器16跨着被检体被相对布置，并且，通过探测器16测量通过从光源50发射的光在被检体中产生的声波。

（声波探测器）

接下来，参照图3和图4A至4C详细描述声波探测器的配置。图3是声波探测器的透视图。图4A至4C是声波探测器的详细截面图。

如图3所示，密封部件21被设置在声波探测器16的测量侧的表面上，以包围声波转换单元（声学传感器）19的周边。在被密封部件21包围的空间的下部设置用于提供润滑剂的传输口23和用于回收润滑剂的回收口39，并且，在其上部设置液面传感器20。在密封部件21的上部形成用于放出混入润滑剂中的空气的开口45。作为密封部件21，可以使用由诸如橡胶、多孔材料（海绵）、皮革和树脂的材料制成的包封件（packing）。

图4A示出使用O环作为密封部件21a的例子。在声波转换单元19周围形成凹形沟槽，并且，在凹形沟槽中设置环形O环。代替O环，也可使用唇形包封件、海绵包封件等。图4B示出使用来自HottyPolymer Inc.的silicon trim（注册商标）HR-06作为密封部件21b的例子。密封部件21b的顶端（tip end）44具有尖锐的角和中空内部，使得即使当对于压迫板17的压力小时顶端44也被破碎（crush）以发挥优异的附着性。并且，顶端44的破碎吸收了压迫板17与探测器16之间的距离的变动，使得即使当压迫板17由于压迫时的应变而变形约5mm时也可保持附着性。例如，当压迫板17与转换单元19之间的平行度为0.5mm或更小时，在密封部件21b的顶端44的破碎约为0.2mm的情形下，即使当转换单元19以200mm/sec移动时，也可保持通过润滑剂实现的匹配。并且，气泡不从密封部件21b与压迫板17之间的界面混入。图4C示出进一步优选的模式。在图4C中，通过将密封部件21b附接于向转换单元19倾斜的倾斜部分46，密封部件21b的顶端44倾斜。根据该配置，在气泡进入润滑剂中时变得易于沿斜坡从转换单元19和压迫板17之间放出气泡。

（用于测量和控制的方法）

接下来，参照图5、图6和图7描述用于通过本实施例的装置进行测量和控制的方法。图5是示出测量前准备处理的流程的流程图。图6是示出测量期间的润滑剂的监视处理的流程的流程图。图7示出测量期间的声波探测器的轨迹图。

通过图1中的控制单元100执行以下将描述的处理。控制单元100是包含微控制器或计算机的用于控制驱动单元18、泵25、温度控制系统26、阀49等的控制单元。诸如润滑剂监视单元的检测结果和通过温度控制系统26测量的润滑剂温度的信息被输入到控制单元100，以用于提供润滑剂和控制温度。

如图5所示，作为测量前准备，控制单元100首先基于润滑剂监视单元的检测结果来确认空间22是否填满有润滑剂（步骤S30）。当确认空间22填满有润滑剂时，完成测量前准备。当在步骤S30中确认在空间22中不存在润滑剂时，控制单元100驱动泵25以将润滑剂提供到空间22中（步骤S31）。当控制单元100从润滑剂监视单元的检测结果检测到空间22填满有润滑剂（步骤S32）时，控制单元100使泵25停止（步骤S33）。通过上述的测量前准备处理，压迫板17与声波转换单元19之间的空间22可填满有适量的润滑剂，并且，完成用于执行优异测量的准备。

控制单元100在测量期间也总是监视空间22中的润滑剂的量是否合适。具体而言，控制单元100周期性地重复执行图6中的处理。也就是说，当控制单元100以恒定的时间间隔引入（import）润滑剂监视单元的检测结果并且检测到空间22未被填满有润滑剂（步骤S34）时，控制单元100驱动泵25以提供润滑剂（步骤S35）。当控制单元100从润滑剂监视单元的检测结果确认空间22填满有润滑剂（步骤S36）时，控制单元100使泵25停止（步骤S37）。通过以这种方式监视和控制润滑剂的量，转换单元19与压迫板17之间的润滑剂的状态可保持合适，并且，高度可靠的测量变为可能。并且，由于泵25不被连续驱动，因此，可以获得减少电噪声并减少消耗电力的效果，并且，可以使干扰病人的泵的噪声最小化。

图7中的箭头47指示测量时的声波探测器16的移动轨迹。在测量的初始阶段，探测器16位于测量范围的最上部侧端。当开始测量时，如箭头47所示，探测器16在水平方向上移动的同时扫描一条线，然后向下移动一条线，并且在水平方向上反方向移动的同时扫描下一条线。通过重复该动作，从顶到底依次逐个地对线进行扫描。当探测器16到达结束位置时，探测器16返回到开始位置。当在空间22中的润滑剂中混入气泡时，可以在探测器16从顶到底移动时从开口45放出气泡。

声波转换单元19将接收的声波转换成电信号，以输出到图像产生单元42。图像产生单元42基于所述信号产生代表活体中的信息的图像。同时，由于作为用于从声波信号构成活体中的信息的方法可以使用常规上已知的方法，因此，其详细的描述将不被重复。由图像产生单元42产生的图像被输出到显示系统43。

根据上述的本实施例的配置，可以防止在提供润滑剂方面的故障，适当地保持声波转换单元19与压迫板17之间的润滑剂的状态（量），并且迅速去除混入润滑剂中的气泡。因此，可以实现高度可靠的声波测量。并且，由于通过用密封部件21包围转换单元19的周边来形成填充有润滑剂的空间22，因此，即使当探测器16迅速地移动时也可保持转换单元19与压迫板17之间的附着性，并且稳定的测量是可能的。并且，由于在压迫板17与转换单元19之间总是存在润滑剂，因此，可以防止由摩擦导致的损伤的出现。并且，由于设置了回收并循环从密封部件21泄漏的润滑剂和空间22中的润滑剂的配置，因此，消除了润滑剂的浪费，使得其是经济的。

<第二实施例>

参照图8和图9描述根据第二实施例的声波测量装置。图8是本实施例的声波探测器的透视图，图9是示出本实施例的声波测量装置的示意性配置的框图。虽然在第一实施例中在密封部件的上部设置放出气泡的开口，但是，在第二实施例中，通过用于使通过密封部件形成的空间中的润滑剂循环的循环单元来去除气泡。

本实施例中的声波探测器16在空间22的上部具有润滑剂的回收口57。回收口57通过管58与罐24连接。以上配置之外的配置与第一实施例的图1中的相同。

如图8所示，通过从回收口57回收润滑剂，在空间22中形成如箭头60所示的从底到顶的润滑剂的流动。当气泡混入压迫板17与转换单元19之间时，可通过从底到顶形成润滑剂的流动60来去除气泡。

虽然用于测量和控制的方法与第一实施例的基本上类似，但是，例如，当要求间歇地去除混入润滑剂中的气泡时，从测量的开始连续地操作泵25。当不要求连续地操作泵25时，还可以通过声波转换单元19的各变换器监视气泡，并且当检测到气泡时驱动泵25以使润滑剂循环。

根据如上所述的本实施例的配置，混入润滑剂中的气泡可被确信地去除。因此，可改善测量的可靠性和稳定性。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，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要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

本申请要求在2009年11月12日提交的日本专利申请No.2009-258930的益处，在此通过引用而并入其全部内容。

Claims (10)

1.一种声波测量装置，包括：

与被检体压接的板；

具有声波转换单元的探测器，所述声波转换单元用于通过板接收从被检体发射的声波以转换成电信号；

密封部件，被设置在探测器上以包围声波转换单元的周边，并且在板与声波转换单元之间形成用于保持润滑剂的空间；

提供单元，将润滑剂提供到由密封部件形成的空间中；以及

润滑剂监视单元，检测板与声波转换单元之间的空间是否被润滑剂填充到比声波转换单元高的位置。

2.根据权利要求1的声波测量装置，其中，

当润滑剂监视单元检测到板与声波转换单元之间的空间未被润滑剂填充到比声波转换单元高的位置时，提供单元将润滑剂提供到所述空间中。

3.根据权利要求1的声波测量装置，其中，

声波转换单元兼作润滑剂监视单元。

4.根据权利要求1的声波测量装置，其中，

润滑剂监视单元是液面传感器。

5.根据权利要求1的声波测量装置，其中，

密封部件是由橡胶、多孔材料、皮革或树脂制成的包封件。

6.根据权利要求1的声波测量装置，还包括：

回收单元，回收从密封部件泄漏到所述空间的润滑剂，并允许润滑剂循环到提供单元。

7.根据权利要求1的声波测量装置，其中，

密封部件包含将混入所述空间中的润滑剂中的空气放出到所述空间之外的开口。

8.根据权利要求1的声波测量装置，还包括：

循环单元，通过允许所述空间中的润滑剂循环而去除混入所述空间中的润滑剂中的空气。

9.根据权利要求1的声波测量装置，还包括：

温度控制单元，将通过提供单元提供到所述空间中的润滑剂的温度控制在预定的温度。

10.根据权利要求1至9中任一项的声波测量装置，其中，

密封部件的顶端向声波转换单元倾斜。