CN103313649A - 测量装置 - Google Patents

Abstract

一种测量装置具有用于保持被检体的保持单元、以及包含用于经由保持单元来接收由被光照射的被检体产生的声波的接收元件的探测器。光被施加到由保持单元保持的被检体表面。探测器被布置，使得由保持单元保持的被检体表面的法线方向与接收元件展现其最高接收灵敏度的方向不平行。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及测量装置。

背景技术

一般地，采用X射线、超声波、或者MRI（磁共振成像）的成像装置通常用于医疗领域中。另一方面，为了实现光学成像装置的目的，在医疗领域中已经积极进行了研究，该光学成像装置被设计为通过使得从光源发射的光（诸如激光束）在被检体（object）（诸如活体（livingbody））内传播并检测所传播的光来获取活体中的信息。光声层析摄影术（Photoacoustic Tomography,PAT）被提议作为这样的光学成像技术之一（NPL1：非专利文献1）。

根据PAT技术，由光源产生的脉冲光被施加到被检体，使得光学能量在被检体中传播和扩散，并且在身体中的多个部位处检测由吸收该光学能量的身体组织所产生的声波（acoustic waves）（以下，称为光声波）。随后，如此获得的信号被分析，使得与被检体内的光学性能值有关的信息被可视化。这使得获得被检体内的光学性能值分布、尤其是光学能量吸收密度分布成为可能。

在光声层析摄影术中，根据非专利文献1，作为光的吸收的结果由被检体的吸收体所产生的光声波的初始声压（P₀）可以由下面的表达式（1）表示。

P₀＝Γ·μ_a·Φ          （1）

在该表达式中，Γ表示通过将体积膨胀系数（β）与声速（c）的平方的乘积除以恒定压力下的比热（C_P）而获得的Gruneisen系数。μ_a表示吸收体的光学吸收系数，Φ表示局部区域中的光量（施加到吸收体的光量，也称为光能量密度（optical fluence））。

已经报道了通过利用在活体中血液中的血红蛋白吸收大量光的事实来使用PAT对活体中的血管成像的许多案例。

近年来，如NPL2（非专利文献2）中所报道的那样，已经进行了研究以使用PAT来检测乳癌。乳癌在其生长过程中在肿瘤周围引起血管新生（angiogenesis）。相信这就是为什么在肿瘤周围的区域中比在周围的脂肪组织等中吸收更大量的光的原因。

在光声成像中，如表达式（1）所示，通过光吸收从活体中的吸收体所获得的声波的声压与到达吸收体的局部光量成比例。

施加到活体的光通过身体中的散射和吸收迅速地被衰减。因此，在身体深处的组织中产生的声波的声压根据离光照射位置的距离明显地被衰减。并且，对于可施加到活体的光量存在限制。因此，难以使用PAT来执行活体深区的成像。

当通过使用PAT执行乳癌的成像时，出现了类似的问题。该问题的有效解决方案之一是压挤（compress）乳房以减小其厚度，如在X射线乳房摄影术中通常使用的那样。图1示出如非专利文献2所公开的这样的装置的配置。在图1所示的装置中，乳房12被夹在玻璃板10与探测器11之间并在其间被压挤，并且从玻璃板侧施加光13。

引文列表

非专利文献

NPL1：M.Xu,L.V.Wang,“Photoacoustic imaging inbiomedicine”,Review of scientific instruments,77,041101（2006）

NPL2：S.Manohar et al.,“Region-of-interest breast studiesusing the Twente Photoacoustic Mammoscope（PAM）”,Proc.OfSPIE Vol.6437643702-1

发明内容

然而，当如非专利文献2中所描述的那样从与探测器相对侧用光照射被压挤的乳房（以下，称为“非探测器侧照射”）时，到达乳房的接近探测器侧的光将非常弱，并且难以对存在于这样的位置处的任何癌（吸收体）成像。通过尽可能地压挤乳房，对存在于接近探测器侧的肿瘤成像也许是可能的。然而，增加压挤的压力并不是优选的，这可能导致给予患者的增加的负担和疼痛。

使得能够在不增大压挤量的情况下对存在于乳房的接近探测器侧的癌成像的方法之一是也从探测器侧施加光（以下，称为“探测器侧照射”）。使用该方法，足够的光量也到达乳房的探测器侧的区域，从而使得探测器能够检测由存在于接近探测器侧的癌所产生的光声信号。

然而，当执行探测器侧照射时，在被光照射的活体的表面处产生大的光声信号。这是因为，尽管如表达式（1）所示，光声波的声压与到达吸收体的局部光量成比例，但是，光在活体的表面处并不衰减，因此光量大。来自活体表面的该大的光声信号将在重构的（reconstructed）图像中引起伪影（artifact），并且图像将明显地被劣化。并且，如果来自要检测的肿瘤的光声信号被来自活体表面的该大的光声信号掩盖，则癌不能被检测到。

更进一步，如果在探测器与被检体之间存在用于压挤被检体的部件，那么光声波将在该部件内被多次反射。该多次反射的信号将与从探测器所观察到的更深区中所产生的信号重叠，并且深区的图像也将被劣化。由于来自存在于深区中的肿瘤的光声信号小，因此，检测深区中的癌的精度从而被劣化。

如上所述，当被检体被压挤时，需要探测器侧照射以在每一深度执行成像。然而，探测器侧照射将引起对活体内的光学吸收体（例如，乳癌）的成像的不利影响以及图像质量劣化的问题。

鉴于上述问题作出本发明，并且，本发明的目的是提供一种用于在被检体的深度方向上在宽范围内执行被检体信息的成像并同时抑制图像劣化的技术。

为了实现该目的，本发明提供一种测量装置，包括：

保持单元，用于保持被检体；以及

探测器，包含用于经由保持单元来接收由被光照射的被检体产生的声波的接收元件，

其中，光被施加到由保持单元保持的被检体表面；以及

探测器被布置，使得由保持单元保持的被检体表面的法线方向与接收元件展现最高接收灵敏度的方向不平行。

根据本发明，使得在被检体的深度方向上在宽范围内执行被检体信息的成像并同时抑制图像劣化成为可能。

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是示出保持被检体的被检体信息成像装置的配置例子的示图；

图2是示出用于解释本发明原理的模型的示图；

图3是示出用于解释本发明原理的模型的另一示图；

图4是示出用于解释本发明原理的模型的另一示图；

图5是示出可应用本发明的测量装置的配置例子的示图；

图6是示出可应用本发明的测量装置的另一配置例子的示图；

图7是示出可应用本发明的测量装置的另一配置例子的示图；

图8是示出在为了验证本发明原理而进行的实验中所使用的布置的例子的示图；

图9A是示出针对本发明原理的验证实验的结果的示图；

图9B是示出针对本发明原理的验证实验的结果的曲线图；

图10A是示出光学吸收体与通常的接收表面之间的距离的示图；以及

图10B是示出光学吸收体与倾斜的接收表面之间的距离的示图。

具体实施方式

将描述本发明的原理，其中，根据本发明的测量装置（被检体信息成像装置）的布置使得当执行探测器侧照射时抑制图像的劣化成为可能。图2和图3示出用于解释原理的模型。图4是示出相对于探测器40的接收元件表面41的角度θ的示图。

在图2中，被检体20具有长方体的形状，从而模拟被保持在平面形状中的乳房。在被检体20中存在模拟癌的球形光学吸收体21。光22被施加到比活体内的光的到达距离足够宽的区域，使得施加到被检体20的光量密度变得均匀。平行于探测器23的接收元件表面24布置被检体20的光照射表面。

通过光22的该照射从平面形状被检体20的光照射表面所产生的光声波变为平面波25。光声波主要在照射光量密度均匀并且光被施加到比活体内的光的到达距离宽的区域的条件下变为平面。平面波25在朝着探测器23的方向上传播，并且垂直于探测器23的接收元件表面24入射。另一方面，由球形光学吸收体21产生的光声波变为同心地传播的球面波26。一般地，如后面描述的那样，可达到接收元件的最高接收灵敏度的方向是与元件表面垂直的方向。

在图3中，被检体30的光照射表面不平行于探测器33的接收元件表面34被布置，而是以倾斜角θ被布置。这意味着探测器被布置以使得光照射表面的法线方向与达到接收元件的最高接收灵敏度的方向不平行。除此以外，配置与图2的配置相同。

在该配置中，由光32的照射从光照射表面产生的光声波为平面波35。平面波35在相对于探测器33以角度θ倾斜的方向上传播，并且以倾斜角θ入射到探测器33的接收元件表面34。同时，以与图2的布置相同的方式，由球形光学吸收体31产生的光声波变为同心地传播的球面波36。

将参照图4描述超声波的入射方向与超声探测器的接收灵敏度之间的关系（接收灵敏度的指向性）。当接收元件是圆形形状时，其接收灵敏度d（θ）由下面的表达式（2）表示。

【数学1】

$d\left(\mathrm{\θ}\right)=2\·\left|\frac{J_1(k\·a\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}{k\·a\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\right|\·\·\·\left(2\right)$

在该表达式（2）中，θ表示入射角，a表示接收元件的半径，k表示超声波的角频率，J₁表示贝塞尔（Bessel）函数。

当接收元件是矩形形状时，其接收灵敏度由下面的表达式（3）表示。

【数学2】

$d\left(\mathrm{\θ}\right)=2\·\left|\frac{\sin (k\·a\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}{k\·a\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\right|\·\·\·\left(3\right)$

在该表达式（3）中，a表示接收元件的一边的长度。

这些表达式揭示出：随着入射角θ变大，即，随着入射方向更倾斜，接收灵敏度变低。它们还揭示出：接收灵敏度对于入射角的依赖关系依赖于接收元件的尺寸或者超声波的频率而改变。一般地，当接收元件的尺寸大时，或者当由接收元件接收的超声波的频率高时，指向性增加（增强）。这意味着，在这些情形中，随着入射方向更倾斜，接收灵敏度降低。

因此，优选地，根据接收元件的接收灵敏度的指向性来调整被检体的表面与探测器的接收元件的表面之间的角度。进一步，优选地，根据接收元件的元件尺寸或者接收频率来调整被检体的表面与探测器的接收元件的表面之间的角度。

在图2的布置中产生的平面波25垂直入射到接收元件表面24上，即，θ为零度。因此，可以以高灵敏度接收平面波25。相比之下，在图3的布置中产生的平面波35以角度θ入射到接收元件表面34上。因此，根据入射角θ的大小，以降低的灵敏度接收平面波35。由于接收灵敏度的这样的指向性，所以，即使在图2和图3中的被检体的表面处产生具有相同强度的平面光声波，图3中的探测器也比图2中的探测器接收较少的平面波。

另一方面，由图2中的球形光学吸收体21产生的光声波26和由图3中的球形光学吸收体31产生的光声波36均为球面波。因此，光声波26和36二者以相同的入射角入射在探测器的接收元件上。因此，当分别由图2和图3中的球形光学吸收体产生相同强度的光声波时，探测器对于球面波的灵敏度在图2和图3中变得相同。

这意味着，当采用图3所示的布置时，仅对于在被检体20的光照射表面处产生的平面波的灵敏度可以比图2所示的布置被降低更多，而不改变对于球面波的灵敏度。换句话说，当被检体30的光照射表面相对于探测器33的接收元件表面34以一定的角度θ倾斜并且两个表面以相同的方式被光照射时，与来自球形吸收体的光声信号相对照，探测器从被检体表面接收的光声信号可被减少。

探测器的接收元件表面相对于被检体表面的角度优选为这样的角度，即：以该角度，探测器的接收元件的接收灵敏度等于或者小于其最大值的1/4，并且接收灵敏度的大小采取零或更大的值。

另一方面，将根据图10A和10B描述当来自球形光学吸收体的球面波由探测器接收时的接收强度。

在图10中，从球形光学吸收体1001产生并以球面形状传播的球面波1003的声压与探测器和球形光学吸收体1001之间的距离成反比例地减小。

如图10A所示，当θ＝0时，球形光学吸收体1001和探测器1002的接收表面之间的距离为a。另一方面，如图10B所示，当θ≠0时,球形光学吸收体1001和探测器1002的接收表面之间的距离为b（b＝a/cosθ）。以球面形状传播的光声波（球面波）1003的声压与探测器和球形光学吸收体1001之间的距离成反比例，因此，在探测器1002处的接收的声压（强度）与cosθ成比例地减小。

如上所述，当探测器以θ度倾斜时，要被观察的球面波也减少。这意味着，如果过度增大θ以减少平面波，那么作为主要观察对象的球面波变得难以发现。

鉴于该认识，更优选地，探测器的接收元件表面相对于被检体表面的角度为这样的角度，即：以该角度，接收灵敏度采取等于或者小于其最大值的1/4、但不小于其最大值的1/100的值。该配置使得使在被检体20的光照射表面处产生的平面波的接收信号进一步更小成为可能。

进一步地，探测器的接收元件表面相对于被检体表面的角度优选地等于或者大于10度但不大于80度，更优选地，等于或者大于10度但不大于60度，最佳地，等于或者大于20度但不大于50度。

结果，当使用在图3所示的布置中所获得的光声信号重构图像时，与当使用在图2所示的布置中所获得的光声信号重构图像时相比，可以更多地抑制由在被检体表面处产生的光声信号所引起的图像的劣化。这使得执行诸如存在于被检体内部的癌的光学吸收体的高清晰度成像成为可能。

除了接收灵敏度的指向性以外，图3的布置还可以被采用，在该布置中，来自被检体表面的平面波的行进方向被倾斜，使得平面波从探测器偏离（deflect），以抑制平面波的接收。

将参照附图进一步描述本发明的示例性实施例。以下描述将以根据本发明的被检体信息成像装置被应用于活体的活体信息成像装置为例来进行。然而，根据本发明的要被测量的被检体并不限于此。

<第一实施例>

首先，将描述根据本发明的第一实施例的活体信息成像装置。

图5是示出根据第一实施例的活体信息成像装置的配置例子的示图。根据本实施例的活体信息成像装置被配置为：为了肿瘤或者血管疾病的诊断、或者其后续的目的，能够实现活体中的光学性能值分布、以及基于这样的信息所获得的形成身体组织的物质的密度分布的成像。

根据本实施例的活体信息成像装置具有用于保持活体50的保持单元51和52。如此保持的活体50被照射光53照射。

活体信息成像装置还具有探测器57。探测器57检测光声波55或者光声波56，并将所检测的光声波转换成电信号，该光声波55由存在于活体中的、吸收部分光学能量的肿瘤、血管或者这样的其它光学吸收体54产生，该光声波56在活体的表面处产生。

活体信息成像装置还具有信号处理单元58，该信号处理单元58分析电信号，以产生用作诸如关于光学性能值分布的信息的、用于为用户显示图像的原始数据的图像数据。图像显示设备59还显示信号处理单元的处理结果。

保持单元51和52由相对面倾斜的一对板状部件形成。两个这样的部件被用于压挤并保持夹在它们之间的活体50。由此，使得活体50的面向保持单元51和52的侧平坦。保持单元51的一对平面中的一个用作用于保持活体50的保持面，而探测器57被布置于另一个上。保持单元51优选地由高度透光并且对于光具有高耐久性的材料制成。更优选地，保持单元51由其中声波的衰减小并且展现与活体的声学阻抗相类似的声学阻抗的材料制成。这样的材料可以由聚甲基戊烯来例示。

为了抑制声波的反射，希望在保持单元51与活体50之间、以及在保持单元51与探测器57之间设置声学匹配介质。例如，阻抗匹配凝胶等可被用作该介质。

保持单元52优选地由高度透光并且对于光具有高耐久性的材料制成。例如，玻璃或者丙烯酸可以用作这样的材料。

以下，活体50的面向其上布置有探测器57的保持单元51之侧将被称为“探测器侧”，并且活体50的面向保持单元52之侧将被称为“非探测器侧”。

这里使用的照射光53是具有这样的波长特性的光，即：该光被形成活体50的成分中的特定成分吸收。尽管在本实施例中照射光53被施加到探测器侧和非探测器侧这两侧，但是，照射光53可以仅被施加到探测器侧。进一步地，尽管从探测器的两侧执行对探测器侧的照射，但是，这并不总是必需的，只要光被施加到位于探测器57前面的活体50的表面即可。例如，可以仅从探测器的一侧施加光。

优选地，施加幅度（amplitude）（尺寸、直径）大于活体（被检体）中照射光的到达距离的照射光53。例如，当光的有效衰减系数由μ_eff表示时，优选地施加幅度大于1/μ_eff的照射光53。有效衰减系数μ_eff可由下面的表达式（4）表达。

【数学3】

${\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}=\sqrt{3\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_a\&CenterDot;{{\mathrm{\&mu;}}_s}^{\&prime;}}...\left(4\right)$

在该表达式（4）中，μa表示光的吸收系数，μs′表示等效散射系数。

优选地，施加照射光53，使得照射光量密度的分布变得均匀。为了使照射光量密度的分布均匀化，可以使用扩散器（diffuser）或蝇眼透镜（fly-eye lens）。

脉冲光可以被用作照射光53。脉冲光优选地在几纳秒到几百纳秒的量级，并且优选地具有400nm或者更大、但不大于1600nm的波长。

尽管激光器被优选为用于产生照射光53的光源，但是，发光二极管等可以替代激光器而被使用。各种类型的激光器可被用作该激光器，诸如固态激光器、气体激光器、染料激光器、以及半导体激光器。

通过使用以可被转换的波长振荡的OPO（光学参量振荡器）或者染料激光器，还可使得根据波长来测量光学性能值分布的差异成为可能。

这里使用的光源优选地具有700nm至1100nm的范围中的波长，因为具有这样的波长的光在活体中被吸收很少。然而，使用比这宽的波长范围也是可能的，诸如400nm至1600nm的波长范围，或者甚至太赫兹波长范围、微波波长范围、以及无线电波波长范围。

进一步地，照射光53的光源可被配置为扫描活体50的表面。

探测器57检测通过照射光53的能量的部分吸收在活体中产生的声波（其典型地是超声波，并且也被称为光声波），并将所检测的声波转换成电信号。

只要探测器可以检测声波信号，则它可以是任何类型的声波检测器，诸如利用压电现象的变换器（transducer）、利用光学共振的变换器、以及利用电容的变化的变换器。像光源53那样，探测器57也可被配置为扫描被检体50的表面。

尽管本实施例涉及提供以二维阵列布置接收元件的阵列类型的探测器57的情形，但是本发明不限于这样的布置，而是，只要可在多个位置处检测声波，就可以采用任何其它的布置。由于只要在多个位置处检测声波就可以获得相同的效果，因此，具有单个接收元件的探测器（单变换器）可被配置为扫描保持单元51的表面。

如果由探测器57获得的电信号小，那么使用放大器放大信号强度是优选的。

根据本实施例的信号处理单元58基于从探测器57获得的电信号来计算活体中的吸收体54的位置和大小、或者光学性能值分布（诸如光学吸收系数或者光学能量累积量的分布）。

通用的反投影（back-projection）或者调相相加（phasing addition）可被构想为用于基于在多个位置处所获得的电信号来获得光学性能值分布的重构算法。根据本实施例，在使用这些算法中的任一种时，需要考虑由位于活体50与探测器57之间的保持单元51引起的声波的折射或者声速的变化、以及接收元件表面相对于被检体表面的角度。

只要处理单元能够存储声波的强度及其时间变化并且借助于计算手段将它们转换成光学性能值分布数据，任何类型的处理单元就可以被用作信号处理单元58。例如，可以使用示波器（oscilloscope）和能够分析存储于示波器中的数据的计算机。

当使用具有多个波长的光时，针对每个波长计算活体中的光学系数，并且将如此获得的值与形成身体组织的物质（葡萄糖、胶原蛋白、氧化或者还原的血红蛋白等）的特有的（unique）波长依赖性相比较。这也使得对形成活体的物质的密度分布进行成像成为可能。

在发明的本实施例中，希望提供图像显示设备59以显示通过信号处理而获得的图像信息。

如本实施例中描述的活体信息成像装置的使用使得在被检体中的深度方向上在宽范围内执行被检体信息的成像并同时抑制图像劣化成为可能。

<第二实施例>

将描述根据本发明的第二实施例的活体信息成像装置。

图6是示出根据本实施例的活体信息成像装置的配置例子的示图。与图5所示的装置共同的那些组件由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

根据该第二实施例的活体信息成像装置具有用于保持活体50的保持单元60和61。如此保持的活体50被照射光53照射。

活体信息成像装置还具有探测器57。该探测器57检测光声波55或者光声波56，并将所检测的光声波转换成电信号，该光声波55由存在于活体中的、吸收部分光学能量的光学吸收体54（诸如肿瘤、血管等）产生，该光声波56在活体的表面处产生。

根据本实施例的活体信息成像装置具有布置于活体50与探测器57之间的部件62，该部件62具有一对在其间形成角度的平面。

活体信息成像装置还具有用于通过分析电信号来获取光学性能值分布信息的信号处理单元58。图像显示设备59被提供，以显示由信号处理单元所执行的处理的结果。

根据本实施例，保持单元60和61由彼此平行布置的平板状部件形成。两个这样的部件被用于保持夹在它们之间的活体50。保持单元60优选地由高度透光并且对于光具有高耐久性的材料制成。更优选地，保持单元1由其中声波的衰减小并且展现与活体的声学阻抗相类似的声学阻抗的材料制成。例如，聚甲基戊烯可以被用作这样的材料。保持单元60在一对平面中的一个处保持活体50，并且探测器57被布置于另一平面上。

在活体50与探测器57之间布置部件62，该部件62具有一对在其间形成角度的平面。部件62优选地由其中声波的衰减小、具有与活体的声学阻抗相类似的声学阻抗的材料制成。例如，聚甲基戊烯或者丙烯酸可被用作这样的材料。

为了抑制声波的反射，希望在保持单元60与活体50之间、在保持单元60与部件62之间、以及进一步在探测器57与部件62之间设置声学匹配介质。例如，阻抗匹配凝胶可以被用作声学匹配介质。

保持单元61优选地由高度透光并且对于光具有高耐久性的材料制成。例如，玻璃或者丙烯酸可以被用作这样的材料。

在本实施例中，照射光、探测器、信号处理单元、以及图像显示设备可与第一实施例的相同。

如本实施例中描述的活体信息成像装置的使用使得在被检体中的深度方向上在宽范围内执行被检体信息的成像并同时抑制图像劣化成为可能。

<第三实施例>

将描述根据本发明的第三实施例的活体信息成像装置。

图7示出根据本实施例的活体信息成像装置的配置例子。与图5所示的装置共同的那些组件由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

根据本实施例的活体信息成像装置具有用于保持活体50的保持单元70和71。如此保持的活体50被照射光53照射。

活体信息成像装置还具有探测器57，该探测器57检测光声波55或者光声波56，并将所检测的光声波转换成电信号，该光声波55由存在于活体中的、吸收部分光学能量的肿瘤、血管、或这样的其它光学吸收体54产生，该光声波56在活体的表面处产生。

活体信息成像装置还具有分析电信号以获得光学性能值分布信息的信号处理单元58、以及显示处理的结果的图像显示设备59。

保持单元70和71保持夹在其间的活体50。保持单元70具有容器状形状，并且活体50被保持于保持单元70的底面73上以便呈现平面形状。容器的内部填充有（filled with）声学匹配介质72。水或者蓖麻油可以被用作声学匹配介质72。探测器57被布置于声学匹配介质内，使得探测器的接收面相对于被保持的活体的表面倾斜。

保持单元70优选地由高度透光并且对于光具有高耐久性的材料制成。更优选地，保持单元70由其中声波的衰减小并且展现与活体的声学阻抗相类似的声学阻抗的材料制成。例如，聚甲基戊烯可以被用作这样的材料。保持单元70的底面73优选地形成为膜状，以使得能够进行声学传输。例如，可以使用聚乙烯膜。

为了抑制声波的反射，声学匹配介质优选地被设置在保持单元70的底面73和活体50之间。例如，阻抗匹配凝胶可以被用作声学匹配介质。

保持单元71优选地由高度透光并且对于光具有高耐久性的材料制成。例如，玻璃或者丙烯酸可以被用作这样的材料。

该第三实施例中使用的照射光、探测器、信号处理单元、以及图像显示设备可与第一实施例的相同。

如本实施例中描述的活体信息成像装置的使用使得在被检体中的深度方向上在宽范围内执行被检体信息的成像并同时抑制图像的劣化成为可能。

<例子1>

例子1示出被进行以通过改变在被检体的平面的光照射表面与探测器的接收元件表面之间形成的角度来研究对图像施加的影响的实验的结果。

图8示出实验系统。由具有0.5cm厚度的聚氨酯制成的假体（phantom）80被用作被检体。假体80具有与活体的光学系数相类似的光学系数（μa，μs′）。假体80和探测器81被布置于填充有水的水槽82内。

如图8所示，假体80被光83照射。具有50纳秒的脉冲宽度和1064nm的波长的YAG激光器被用作光源。照射光在被放大到6cm的直径之后被施加到假体。

接收元件被二维地布置于其中的阵列变换器被用作探测器81。接收元件的数量为15×23个元件。接收元件各由具有1MHz的中心频率的PZT制成，并具有每边的度量稍微比2mm小的正方形的形状。

在通过固定探测器81而旋转假体80来改变被检体的平面的光照射表面与探测器81的接收元件表面84之间的角度θ的同时，进行测量。使用从接收元件中的每一个所获得的光声信号来执行图像重构。通用的反投影被用于重构。

图9A示出利用改变角度θ时所获得的光声波的重构图像。

图9B是通过绘制图9A中从假体的光照射平面产生的光声波的强度最大值而获得的曲线图。水平轴代表角度θ，垂直轴代表强度（初始压力）。可以看出，强度随着角度θ从0度增大而减小。当角度θ增大到20度时，强度减小到当角度θ为0度时的强度的大约60%。当角度θ进一步增大到30度时，强度减小到当角度θ为0度时的强度的大约1/4或者更小。作为强度没有如基于涉及超声波的接收的指向性的表达式（3）所期望的那样下降那么多的原因，推测在照射光83中不能实现足够的均匀性，并且光声波不能作为完美的（perfect）平面波而被获得。

如从图9A所看到的那样，最大刻度值（scale value）随着角度θ增大而变得更小，这意味着从光照射平面产生的光声波的影响减小。

当在被检体的平面的光照射面与探测器的接收元件表面84之间形成角度θ时，从被检体的光照射面产生的平面波（光声波）以入射角θ入射在接收元件上。因此，相信当角度θ增大时，由于探测器的指向性，平面波变得难以接收。

如上所述，通过在被检体的平面的光照射面与探测器的接收元件表面之间形成角度，由从被检体的光照射平面产生的光声波对图像施加的影响减小。

<例子2>

将就其中应用例子1的结果的配置例子而言来描述例子2。在本例子中，采用图6的装置配置。

由具有5cm厚度的聚氨酯制成的假体被用作被检体50。假体具有与活体的光学系数相类似的光学系数（μa、μs′）。在聚氨酯假体中存在光学系数是光学系数μa的三倍的球形光学吸收体54。保持单元51由聚甲基戊烯制成，而保持单元52由丙烯酸制成。具有50纳秒的脉冲宽度和1064nm的波长的YAG激光器被用作光源。探测器57与例子1中使用的探测器相同。

设置在活体50与探测器57之间的部件62具有20度的角度。部件62由聚甲基戊烯制成。

匹配凝胶被设置在保持单元51与活体50之间、保持单元51与部件62之间、以及探测器57与部件62之间。

由使用从接收元件中的每一个所获得的光声信号的通用的反投影来执行图像重构。考虑到假体50与保持单元51或者部件62的声波的折射率或者声速的变化、以及保持单元51或者部件62的形状，来执行通用的反投影。

当以30度的角度θ设置部件62时，与不设置部件62（即，角度θ为0度）的情形相比，由从假体的光照射平面产生的光声波所引起的重构图像中的强度减小到1/4或者更小。另一方面，即使当θ为30度时，与当θ为0度时相比，由从球形光学吸收体54产生的光声波所引起的重构图像中的强度保持在相类似的值。

因此，例子2的配置使得在活体中的深度方向上在宽范围内执行光学性能值分布的成像并同时抑制图像的劣化成为可能。

尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。随附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2011年1月7日提交的日本专利申请No.2011-001888以及2011年12月7日提交的日本专利申请No.2011-267794的权益，在此通过引用而并入它们的全部内容。

Claims (14)

1.一种测量装置，包括：

保持单元，用于保持被检体；以及

探测器，包含用于经由保持单元来接收由被光照射的被检体产生的声波的接收元件，

其中，光被施加到由保持单元保持的被检体表面；以及

探测器被布置，使得由保持单元保持的被检体表面的法线方向与接收元件展现最高接收灵敏度的方向不平行。

2.根据权利要求1的测量装置，

其中，探测器包含其上布置有多个接收元件的接收元件面；以及

由保持单元保持的被检体表面和接收元件面被彼此不平行地布置。

3.根据权利要求1或2的测量装置，其中，光被施加到被检体，使得照射光量密度的分布变得均匀。

4.根据权利要求3的测量装置，其中，当被检体中的有效光学衰减系数由μ_eff表示时，光以大于光的1/μ_eff的幅度被施加到被检体。

5.根据权利要求1至4中任一项的测量装置，其中，保持单元由保持被检体的一对部件形成。

6.根据权利要求5的测量装置，其中，光经由一对保持单元部件中的一个被施加到被检体，探测器被布置于所述一对保持单元部件中的所述一个上。

7.根据权利要求5或6的测量装置，

其中，其上布置有探测器的保持单元部件包含保持被检体的保持面和与保持面不平行的面；以及

探测器被布置，使得接收元件展现最高接收灵敏度的方向垂直于所述与保持面不平行的面。

8.根据权利要求5或6的测量装置，

其中，其上布置有探测器的保持单元部件为板状部件；

保持单元还具有包含与板状部件接触的面以及与该接触面不平行的面的部件；以及

探测器被布置，使得接收元件展现最高接收灵敏度的方向垂直于与接触面不平行的面。

9.根据权利要求5或6的测量装置，其中，其上布置有探测器的保持单元部件是填充有声学匹配介质的容器状形状的部件，并且探测器被设置在所述容器状形状的部件中。

10.根据权利要求9的测量装置，其中，容器状形状的部件的用于保持被检体的面由膜状部件形成。

11.根据权利要求1至10中任一项的测量装置，其中，通过根据接收元件的接收灵敏度的指向性改变其上布置有多个接收元件的接收元件面相对于被检体表面的角度，来使探测器定位。

12.根据权利要求1至11中任一项的测量装置，其中，通过根据接收元件的元件尺寸和接收频率改变其上布置有多个接收元件的接收元件面相对于被检体表面的角度，来使探测器定位。

13.根据权利要求1至12中任一项的测量装置，其中，其上布置有多个接收元件的接收元件面相对于被检体表面的角度是这样的角度：以该角度，接收元件的接收灵敏度采取等于或者小于其最大值的1/4的值，并且接收灵敏度的大小采取零或更大的值。

14.根据权利要求1至12中任一项的测量装置，其中，其上布置有多个接收元件的接收元件面相对于被检体表面的角度是这样的角度：以该角度，接收元件的接收灵敏度采取等于或者小于其最大值的1/4、但不小于其最大值的1/100的值。

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