CN103561660A - 样本信息获取设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过简单的方法形成指示样本中的粘弹性特性的图像。执行其中在将压力瞬时增大到特定压力值之后将该特定压力值保持特定时段的步进加压，以测量样本中的应变分布的随时间变化，并从当粘弹性测量参考层的粘度影响饱和时的饱和测量时间的应变分布计算应力，从而估计身体组织的弹性模量和粘滞系数。

Description

样本信息获取设备

技术领域

本发明涉及样本信息获取设备，尤其涉及使样本的粘弹性特性画像化的样本信息获取设备。

背景技术

超声波诊断设备已知为一种样本信息获取设备。由于超声波诊断设备非侵入地使指示样本中的信息画像化以获取画像，从而超声波诊断设备广泛用于医疗领域。

例如，超声波断层图像和超声波多普勒图像在此之前已经用于超声波诊断设备。超声波断层图像由根据组织之间的反射率差异导致的反射回声对活体的内部结构成像获得，并且超声波多普勒图像由根据使用由血流导致的超声波的多普勒效应对血流速度等成像而获得。

另外，通过使用超声波测量组织的硬度近来开始用于组织诊断。这是因为，组织的硬度与病理状态高度相关。例如，已知相比于正常组织和良性肿瘤，包括乳腺癌和甲状腺癌的硬化癌症更容易硬化。

另外，据报道，近年来，在乳房肿瘤中，癌症与良性肿瘤的粘弹性特性不同。在组织诊断中，除了测量组织硬度，还需要评估包括粘度特性的粘弹性特性。从而，除了通过使用超声波测量活体中的粘弹性特性的分布之外，还需要结合对组织区域的癌症的诊断等使用活体中的粘弹性特性的分布的画像和相关技术中的组织的结构的画像。

PTL1公开了一种计算样本的粘度的超声波诊断设备。在PTL1的超声波诊断设备中，使用超声波探头以通过利用超声波测量应变分布并通过压力传感器测量施加到样本的压力分布，以便根据应变分布和压力分布计算弹性和粘度的值，所述超声波探头包括被设置在发送和接收超声波的变换器的表面上的压力传感器。由于测量了实际施加的压力分布，所以除了测量应变分布外，在上述配置中，还可以以高精度实现分布测量，而不需要均匀施加压力。

PTL2公开了一种超声波诊断设备和压力测量方法。在PTL2中的超声波诊断设备中，将已知其弹性模量的用于测量的变形部分夹在超声波探头和身体组织之间以测量压力。具体地，通过使用超声波测量用于测量的变形部分中的变形，并根据弹性模量和应变之间的关系计算施加到用于测量的变形部分的压力（应力），以根据样本中的应力和应变分布计算样本中的弹性模量分布，并显示计算的弹性模量分布。

然而，在PTL1中描述的配置中，超声波探头的结构复杂。另外，存在这样的问题，当通过使用超声波测量组织的应变分布时，由于待施加的压力（应力）通常非常小，从而难于通过普通的压力传感器测量组织的应变分布。另外，存在这样的问题，当在超声波探头的紧下方设置压力传感器时，由于超声波的发送和接收的效率和灵敏度下降，从而不能执行对较深区域的测量。

PTL2中的超声波诊断设备的配置简单。然而，仅显示了样本中的弹性分布，并且PTL2中未公开测量样本中的粘度分布的方法。从而，需要一种能够以简单配置计算样本中的粘度的设备。

引用列表

[专利文献]

PTL1：日本专利公开No.2007-222605

PTL2：日本专利公开No.2005-66041

发明内容

本发明提供一种样本信息获取设备，其对样本发送弹性波并接收在样本中反射的弹性波，以获取样本中的信息。所述样本信息获取设备包括：转换元件，其被配置为将接收的弹性波转换为电信号；在转换元件与样本之间设置的参考层，所述参考层的弹性模量已知；测量单元，其被配置为通过使用所述电信号测量当在样本和参考层上施加压力时样本中的应变和参考层的应变；以及计算单元，其被配置为通过使用参考层的弹性模量、样本中的应变变化、以及参考层的应变的饱和值计算样本的粘滞系数。

发明的有益效果

根据本发明，所述样本信息获取设备能够以简单配置来估计身体组织的弹性模量和粘滞系数。尤其是，本发明提供一种样本信息获取设备，由于对样本的弹性模量和粘滞系数的独立计算，其有效地用于诊断肿瘤组织。

附图说明

图1为示出根据本发明实施例的超声波诊断设备的配置示例的框图；

图2示出测量粘弹性的原理；

图3为描述根据实施例的测量粘弹性分布的视图；

图4为示出根据第二实施例的超声波诊断设备的配置示例的框图；

图5A示出探头扫描单元如何在压持板上扫描探头的示例，还示出在每个探测位置通过探头的束扫描；

图5B为示出在每个探测位置施加在样本和粘弹性测量参考层上的负荷的大小的示例图；

图5C为示出第二实施例中的示例操作处理的流程图；

图6A示出指示如何保持样本的示例配置；以及

图6B示出指示如何保持样本的另一个示例配置。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。

图1为示出作为根据实施例的样本信息获取设备的超声波诊断设备的配置的示例的框图。

超声波诊断设备使用超声波以显示样本中的待诊断的区域的断层图像、以及基于身体组织的粘弹性（尤其是，除了其弹性模量分布之外，基于其粘滞系数分布）的图像。

图1中的示例所示的超声波诊断设备包括保持并压持样本的一对压持板并且经压持板以步进方式对样本施加压力。该以步进方式施加压力在下文中表示为步进加压。通过使用压持板保持样本并对样本施加压力允许在步进加压期间在饱和测量时间之前对样本和粘弹性测量参考层施加在时间上恒定的应力。另外，可以使用超声波在多次扫描处理中稳定测量应变分布。

参考图1，超声波诊断设备包括探头1，该探头1包括变换器阵列2。变换器阵列2为转换元件，其既用作将作为弹性波的超声波发送到下文所述的样本4的单元，又用作接收从样本反射的作为弹性波的超声波以将超声波转换为电信号的单元。在变换器阵列2与样本4之间设置其弹性模量（Ec）已知的粘弹性测量参考层3。在该实施例的图1的示例中，在用于压持下文所述的样本4的一对压持板13之一与样本4之间设置粘弹性测量参考层3。图1中的超声波诊断设备还包括发送单元5，其对探头1发送控制信号，以及接收单元6，其接收从探头1中的转换元件提供的电信号。超声波诊断设备还包括应变分布检测单元7，应变分布检测单元7为这样的测量单元：使用从探头1中的转换元件提供的电信号以测量在对样本4和粘弹性测量参考层3施加压力时发生的样本4中的应变和粘弹性测量参考层3中的应变。超声波诊断设备还包括粘弹性分布计算单元8，其为使用样本4中的测得应变的变化、粘弹性测量参考层3的应变的饱和值、以及粘弹性测量参考层3的已知弹性模量以计算样本4的粘滞系数的计算单元。图1中的超声波诊断设备可以包括成像单元9、显示单元10、控制单元11、用于压持所述样本4的一对压持板13、以及控制通过压持板13施加在样本4上的压持压力的压力驱动单元12。现在将描述通过超声波诊断设备计算样本4的粘滞系数的原理。

在该实施例中，执行步进加压，其中，在以手动或机械驱动的方式将从探头1施加在样本4上的压力瞬间增大到特定压力值之后，将该特定压力值保持特定时段。通过其弹性模量已知的粘弹性测量参考层3从探头1将作为弹性波的超声波同时发送到样本4，以测量粘弹性测量参考层3的应变分布和样本4中的应变分布。

当组织没有粘度时，根据（等式1）计算在施加压力期间在样本中的组织中出现的应变。

[数学式.1]

$\mathrm{\ϵ}=\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E}$    （等式1）

在（等式1）中，E表示组织的弹性常数（杨氏模量），σ₀表示以步进方式施加的应力（压力）的振幅。当组织没有粘度时，根据应变的振幅值计算组织的弹性。当粘弹性测量参考层3没有粘度时，根据应变量计算应力。

相比之下，当组织具有粘度时，通过使用图2所示的用于粘弹性测量的动态模型分析应变。参考图2，附图标记3表示粘弹性测量参考层，附图标记4表示样本中的区域。Ec表示粘弹性测量参考层3的杨氏模量（弹性模量），ηc表示粘弹性测量参考层3的粘滞系数，E表示样本4的杨氏模量（弹性模量），以及η表示样本4的粘滞系数。

由于样本4和粘弹性测量参考层3基于各自的粘弹性随时间独立地变化，从而需要根据图2所示的动态模型执行测量。特别地，当粘弹性测量参考层3由超声波传播特性良好并具有类似于样本组织的声学特征的声学特性（以抑制从粘弹性测量参考层3与样本4之间的边界面的反射）的构件形成时，舍弃粘弹性测量参考层3的粘度可能导致实际测量中的大误差。从而，仅从粘弹性测量参考层3的杨氏模量难于独立计算应力。

下面为根据图3所示的动态模型的应力随时间的变化σ(t)、粘弹性测量参考层3的应变随时间的变化εc(t)、以及样本4中的应变随时间的变化ε(t)之间的关系：

[数学式.2]

$\mathrm{\σ}\left(t\right)=E_c{\mathrm{\ϵ}}_c\left(t\right)+{\mathrm{\η}}_c\frac{{\mathrm{d\ϵ}}_c\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$    （等式2）

[数学式.3]

$\mathrm{\σ}\left(t\right)=\mathrm{E\ϵ}\left(t\right)+\mathrm{\η}\frac{\mathrm{d\ϵ}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$    （等式3）

在该实施例中，执行步进加压，其中，以手动或机械驱动的方式将从探头1施加在样本4上的压力瞬间增大到特定压力值之后，将该特定压力值保持特定时段。

在图3所示的动态模型中，粘弹性测量参考层3的应变随时间的变化ε_c(t)、以及样本4中的应变的随时间的变化ε(t)如下所示：

[数学式.4]

${\mathrm{\ϵ}}_c\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E_c}-(\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E_c}-{\mathrm{\ϵ}}_c^{\left(0\right)})e^{-\frac{t}{{\mathrm{\τ}}_c}}$    （等式4）

[数学式.5]

$\mathrm{\ϵ}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E}-(\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E}-{\mathrm{\ϵ}}^{\left(0\right)})e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}$    （等式5）

然而，τ_c=ηc/Ec并且τ=η/E。另外，ε⁽⁰⁾和ε_c ⁽⁰⁾分别表示在执行步进加压的时刻样本4中的应变的值（初始值）和粘弹性测量参考层3的应变的值（初始值）。由于施加压力的时刻样本4和粘弹性测量参考层3中的应变等于零，从而将（等式4）和（等式5）修改为如下等式：

[数学式.6]

${\mathrm{\ϵ}}_c\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E_c}(1-e^{-\frac{t}{{\mathrm{\τ}}_c}})$    （等式4'）

[数学式.7]

$\mathrm{\ϵ}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E}(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})$    （等式5'）

粘弹性测量参考层3的应变和样本4中的应变的随时间的变化可以以上述方式追踪，以计算各个时间常数τc和τ。然而，难于根据各个时间常数独立计算粘弹性测量参考层3和样本4中的杨氏模量和粘滞系数。从而，需要知道至少粘弹性测量参考层3的杨氏模量和粘滞系数的值。另外，当应力σ₀未知时，需要执行复杂的计算以同时求解（等式4'）和（等式5'。）

当在开始步进加压后的时间t足够长时，粘弹性测量参考层3的应变如下基本恒定：

[数学式.8]

${\mathrm{\ϵ}}_c\≅\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{E_c}$    （等式6）

从而，可以通过使用已知的杨氏模量根据在时间t测量的粘弹性测量参考层3的应变的值来计算应力σ₀。特别是，无论在开始步进加压时粘弹性测量参考层3的应变是否具有零值，上述表达式都成立。

下文把根据（等式6）测量应力σ₀时的时间称为饱和测量时间。饱和测量时间为τc的若干倍是足够的。例如，当饱和测量时间是τc的五倍时，应力σ₀的计算精度为1％或以下，而当饱和测量时间是τc的九倍时，应力σ₀的计算精度为大约0.1％。从而，当已知粘弹性测量参考层3的粘滞系数的近似值时，可以计算τc的近似值以确定饱和测量时间。由于饱和测量时间为τc的若干倍已经足够，所以足以获取粘弹性测量参考层3的粘滞系数的近似值。另外，当粘弹性测量参考层3的粘滞系数未知时，可以通过预先对粘弹性测量参考层3执行步进加压来测量粘弹性测量参考层3的应变随时间的变化，并且在测量精度的范围内使得随时间的变化恒定的时间可以被测量以经验地确定饱和测量时间。

在计算应力σ₀中，可以使用当使得样本4中的应变恒定时的时间处的值代替当使得粘弹性测量参考层3的应变恒定时的时间处的值。然而，由于样本4的时间常数τ根据待测量的组织而变化，并且饱和测量时间也根据样本4而变化，所以难于确定饱和测量时间。从而，期望使用粘弹性测量参考层3的应变值。

如上所述，在该实施例中，可以通过简单的计算根据在饱和测量时间时测得的粘弹性测量参考层3的应变来测量应力。另外，该实施例具有这样的优点，粘弹性测量参考层3由已知其杨氏模量的材料形成已经足够。相比于粘滞系数等，可以相对准确和稳定地测量杨氏模量。

然后，根据在开始步进加压时测量的样本中应变的变化来计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ。

具体地，如下计算样本4中的应变的对时间的微分的对数：

[数学式.9]

$\ln \left[\frac{d}{\mathrm{dt}}{\mathrm{\ϵ}}^{\′}\left(t\right)\right]=-\frac{t}{\mathrm{\τ}}+\ln \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{\τE}}\right)$    （等式7）

使用不同时间点的样本4中的应变对时间的微分的对数以计算代表斜率的在粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ的倒数。另外，根据下面的表达式计算截距:

[数学式.10]

$\ln \left(\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{\τE}}\right)$

通过所述截距、根据（等式6）计算的应力σ₀、以及粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ来计算样本的杨氏模量E。然后，使用比率τ和杨氏模量E以计算粘滞系数。

尽管将当开始步进加压时刻的样本中的应变设置为零，而当样本初始具有应变ε⁽⁰⁾时，根据（等式5）以如下方式表示截距：

[数学式.11]

$\ln (\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{\τE}}-\frac{{\mathrm{\ϵ}}^{\left(0\right)}}{\mathrm{\τ}})$

由于比率τ是以上述方式计算的，所以当存在检测的初始应变ε⁽⁰⁾时，可以通过下面的值校正截距：

[数学式.12]

$\frac{{\mathrm{\ϵ}}^{\left(0\right)}}{\mathrm{\τ}}$

下文中假设，当存在初始应变时的截距是以上述方式校正的。

或者，可以对（等式5'）直接进行拟合，以计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和参考应变系数σ₀/E，然后，可以从参考应变系数σ₀/E和根据（等式6）计算的应力σ₀来计算样本的杨氏模量E。可以使用最小二乘法用于拟合。当样本具有初始应变时，可以通过使用初始应变ε⁽⁰⁾对（等式5）进行拟合。

由于样本4中的应变的变化在开始步进加压时较大并且容易测量，所以期望地在开始步进加压之后马上开始对样本4中的应变的测量。由于对于利用（等式7）的计算，计算样本4的应变的时间微分的对数的对于时间变化的斜率和截距已经足够，所以在开始步进加压之后测量几个至几十个时间点处的样本4中的应变就足够了。可以直到样本4中的应变的饱和测量时间再继续进行该测量。

具体地，通过自开始步进加压起的相对较短时间间隔发送和接收作为弹性波的超声波测量样本4中的应变，以计算样本4中的应变的时间微分的对数的对于时间变化的斜率和截距。然后，停止对超声波的发送和接收和对应变的测量，通过在到达饱和测量时间之后发送和接收超声波来测量粘弹性测量参考层3的应变，并计算应力σ₀以根据斜率和截距来计算样本4中的杨氏模量和粘滞系数。

同样，在直接对（等式5'）进行拟合时，通过仅使用应变随时间较大变化时的初始时间点来检测粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ已经足够，随后可停止通过发送和接收超声波对应变的测量。

现在参考图3描述如何应用如上所述对杨氏模量和粘滞系数的测量以测量样本4中的粘弹性分布。参考图3，附图标记3表示粘弹性测量参考层，附图标记4表示样本，以及附图标记14表示施加用于测量的力。基本垂直于粘弹性测量参考层3与样本4之间的边界面施加力14。在图3中的垂直方向上出现粘弹性测量参考层3和样本4中的组织的应变。在粘弹性测量参考层3中沿粘弹性测量参考层3与样本4之间的边界面出现应变分布εc1、εc2、εc3、…，在样本4中在垂直方向上出现应变分布ε11、ε12、ε13、…，并且通过使用超声波测量这些应变分布随时间的变化。由于在图3中在垂直方向施加力14，所以从相同的应力出现彼此垂直对准的粘弹性测量参考层3的应变εc1和样本4中的应变ε11、ε12、ε13、…。类似地，从相同的应力出现粘弹性测量参考层3的应变εci和样本4中的应变εi1、εi2、εi3、…（i=2，3...）。

在自开始步进加压的时间起随着时间对样本4中的应变εi1、εi2、εi3、…(i=1,2,3,…)应用（等式7），以计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距，如上所述，或者使用（等式5'）来计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和参考应变系数σ₀/E。然后，通过使用粘弹性测量参考层3的应变εci(i=1,2,3,…)，即，在到达饱和测量时间时粘弹性测量参考层3的应变的饱和值，来计算位于应变εci(i=1,2,3,…)的位置处的应力。使用此处计算的应力、和之前计算的在样本4中的应变εi1、εi2、εi3、…(i=1,2,3,…)的位置处的比率τ和截距（或者参考应变系数），以计算垂直于粘弹性测量参考层3的应变εci(i=1,2,3,…)布置的各个位置处的杨氏模数和粘滞系数。以上述方式计算样本中的各个位置处的杨氏模数和粘滞系数，以获取杨氏模数分布和粘滞系数分布。

基于上述原理，在变换器阵列2与样本4之间设置其弹性模量已知的粘弹性测量参考层3，测量当在样本4和粘弹性测量参考层3上施加压力时样本4中的应变和粘弹性测量参考层3的应变，并通过使用样本4中的应变的变化、粘弹性测量参考层3的应变的饱和值、以及粘弹性测量参考层3的弹性模量来计算样本4的粘滞系数，其中所述变换器阵列2为接收从样本4反射的弹性波以将弹性波转换为电信号的转换元件。如上所述，可以执行控制，以使得实现这样的步进加压：其中在将通过压力驱动单元12施加在样本4和粘弹性测量参考层3上的压力瞬间增大到特定值之后，将该特定值保持特定时段。压力驱动单元12为控制压持板13的压力的压力控制单元，所述压持板13为在样本4和粘弹性测量参考层3上施加压力的压力施加单元。

在该情况中，如上述图1所示，期望的是，将粘弹性测量参考层3定位在压持板13之一的面对样本4的一侧，以使得将粘弹性测量参考层3布置在样本4和压持板13之间，并且将作为转换元件的变换器阵列2定位在与压持板13的面对样本4的一侧相反的一侧，以使得通过压持板13和粘弹性测量参考层3执行向样本4发送超声波和从样本4接收超声波。

在更具体和期望的通过使用作为弹性波的超声波的应变测量中，可以以下文所述的图4所示的方式执行使用超声波的扫描，以测量位于样本中的每个位置处的应变分布。参考图4，附图标记15表示探头扫描单元。使用探头扫描单元15从开始步进加压时重复样本4中的扫描，以计算在样本4中的每个点处的粘滞系数与杨氏模量的比率τ和截距（或参考应变系数），然后，通过使用在到达饱和测量时间时的粘弹性测量参考层3的应变值（即，粘弹性测量参考层3的应变的饱和值）来计算粘弹性测量参考层3中每个点处的应力分布。然后，通过使用图3中彼此垂直对准的粘弹性测量参考层3的每个点处的应力和样本4中每个点处的比率τ和截距（或参考应变系数），来计算样本4中每个点处的杨氏模量和粘滞系数。

如上所述，图4中的超声波诊断设备还包括探头扫描单元15，其为扫描作为转换元件的变换器阵列2的扫描单元。控制单元11控制压力以使得执行步进加压，在步进加压中通过压持板13施加在样本4和粘弹性测量参考层3上的压力在待扫描的变换器阵列2的各个位置处变化。作为测量单元的应变分布检测单元7基于其中压力变化的步进加压来测量样本4中的应变分布和粘弹性测量参考层3的应变分布。作为计算单元的粘弹性分布计算单元8使用粘弹性测量参考层3的弹性模量、样本4中的应变分布、以及粘弹性测量参考层3的应变的饱和值的分布，来计算样本4的粘滞系数分布。

用于在样本4和粘弹性测量参考层3上施加压力的压力施加单元不限于上述压持板13。可以使用保持样本4的张力带17作为压力施加单元，如下文图6B所示。在该情况中，用作压力控制单元的束缚单元18和控制束缚单元18的控制单元11控制张力带17的张力，以控制待施加在样本4和粘弹性测量参考层3上的压力。

尽管使用杨氏模量作为弹性特性并使用粘滞系数作为粘度特性，然而，但可以使用诸如刚度系数或压力弹性系数之类的弹性系数和诸如粘度或粘性率之类的粘性系数。

第一实施例

下文中，将参考附图描述本发明的第一实施例。图1为示出根据第一实施例的超声波诊断设备的配置示例的框图，所述超声波诊断设备为样本信息获取设备。将连同超声波诊断设备中的部件的操作顺序地描述所述部件。

[对样本的保持和步进加压]

两个压持板13保持样本4，并同时执行在样本4和粘弹性测量参考层3上的步进加压。步进加压表示这样的加压，其中在将施加在样本4和粘弹性测量参考层3上的压力瞬间增大到特定压力值之后，将该特定压力值保持特定时段。具体地，在压力驱动单元12通过控制单元11驱动压持板13以将压力瞬间增大到特定压力值之后，压力驱动单元12将该特定压力值保持特定时段以用于步进加压。或者，在使用来自负荷传感器（未示出）的测量负荷值用控制单元11控制其中夹着样本4的两个压持板13之间的负荷、并且将该负荷瞬间增大到特定负荷值之后，可以将该特定负荷值保持特定时段以用于步进加压。

通过压力驱动单元12的加压导致根据样本4的形状和/或硬度的在压持板13之一与粘弹性测量参考层3之间的边界面上的不均匀的压力分布（应力分布）。然而，由于通过压持板13保持样本4，所以在控制单元11的控制下在步进加压期间，样本4中每个点处的应力在时间上恒定。在压持板13之一的面对样本4的一侧上设置粘弹性测量参考层3，以使得粘弹性测量参考层3布置在压持板13与样本4之间。包括作为转换元件的变换器阵列2的探头1被布置在与压持板13的面对样本4的一侧相反的一侧上，以经由压持板13和粘弹性测量参考层3向样本4发送超声波和从样本4接收超声波。

压持板13期望地由超声波的透射率优异的材料（诸如聚甲基戊烯聚合物（注册商标）等）制成，在该材料与接触所述压持板13之一的粘弹性测量参考层3之间难于发生超声波的反射，并且该材料具有足以保持样本4的刚度。

[粘弹性测量参考层的具体配置的示例]

粘弹性测量参考层3被布置在作为压力施加单元的压持板13之一的朝向样本4的一侧。通过压持板13同时对粘弹性测量参考层3和样本4执行步进加压。探头1经由粘弹性测量参考层3向样本4发送和从样本4接收超声波。

粘弹性测量参考层3由传播超声波、并不吸收和散射的材料形成，并且期望地由具有坚固性、挠性和适当弹性的材料形成。超声波的传播能力对于经由粘弹性测量参考层3发送和接收用于图像形成的超声波非常重要，并且在由于吸收或散射导致的在传播超声波中出现的任何衰减降低了发送和接收效率。因此，期望地，粘弹性测量参考层3由对于超声波透明的均匀材料制成，该材料具有较小的衰减常数，并且其传播速度（声速）为大约样本4的平均声速。另外，粘弹性测量参考层3与样本4之间的声阻抗之差不应较大，这是因为如果粘弹性测量参考层3与样本4之间的声阻抗之差较大，则在粘弹性测量参考层3和样本4之间的边界面上出现反射，从而降低发送和接收用于图像形成的超声波的效率。然而，由于如果粘弹性测量参考层3与样本4的声阻抗一致，则难于检测下面描述的边界面，所以粘弹性测量参考层3应具有与样本4的声阻抗的适当差。另外，由于经由粘弹性测量参考层3将压力施加在样本4上并且通过使用粘弹性测量参考层3的变形量测量应力（压力）分布，所以粘弹性测量参考层3期望地具有坚固性、挠性和适当弹性。尽管适用于粘弹性测量参考层3的材料例如为诸如聚乙烯醇、聚氨酯之类的水溶性凝胶或基于橡胶的材料，然而粘弹性测量参考层3可以由其它材料形成，只要该材料具有上述特性即可。然而，该材料的弹性系数（如杨氏模量）、刚度系数和压力弹性系数应是已知的。尽管在传播超声波方面期望粘弹性测量参考层3较薄，然而，粘弹性测量参考层3期望地进行适当变形以便高灵敏度地测量应力（压力）分布，并且需要将粘弹性测量参考层3容纳在检测应变分布的区域中。因此，粘弹性测量参考层3具有0.1mm至50mm的厚度，并优选具有1mm至10mm的厚度。

[生成接收束信号并显示B模式图像]

探头1机械地或电子地执行束扫描以向样本4发送和从样本4接收超声波。变换器阵列2包括布置在其中的变换器，所述变换器响应于来自发送单元5的驱动波形而被驱动，以产生超声波。发送单元5产生将提供给变换器阵列2中的每个变换器的驱动波形，并同时调节在控制单元11的控制下驱动每个变换器的定时。从通过调节驱动变换器的定时在各个变换器中产生的超声波的组合获得的组合超声波形成会聚在特定点的超声波发送束。换句话说，控制单元11控制发送单元5以发送超声波发送束，超声波发送束具有位于期望深度的会聚点并具有从探头1到期望方向的方向性。控制单元11执行其中超声波发送束的方向摆动以执行束扫描的扇形扫描。或者，控制单元11执行线性扫描，其中驱动变换器阵列2中的有限数目的变换器以创建发送开口，并且移动该发送开口从而用超声波发送束以基本平行的方式执行扫描。

接收单元6包括接收电路和调相相加电路。接收电路将通过变换器阵列2中的每个变换器接收的作为弹性波的超声波转换为电信号（下文有时将其称为“接收信号”），放大每个接收信号，并期望地对接收信号执行模拟-数字（AD）转换，以将接收信号转换为多个时间序列数字信号。调相相加电路用于基于超声波形成接收束。具体地，调相相加电路将通过控制单元11控制的延迟时间添加到每个数字化接收信号，以对数字化接收信号执行添加（调相相加），从而生成接收束信号。从对调节了接收时序的电信号（接收信号）进行添加获得接收束信号，其可以用于形成超声波接收束，该超声波接收束具有用于接收灵敏度的方向性并具有一个或多个会聚点。通过转换由变换器接收的作为弹性波的超声波获得接收信号。控制单元11与超声波发送束同步地对基于超声波的接收束执行束扫描。结果，生成接收束信号，其通过从探头1向样本4发送超声波发送束、并接收超声波接收束中的从样本4的组织反射的超声波的反射回声信号而获得。通过控制单元11的束扫描生成与样本4中特定位置处或特定方向中的超声波的反射回声信号相对应的多个接收束信号。与束扫描相关联地布置接收束信号生成与样本4中的超声波的反射回声强度相对应的断层图像。通过控制单元11重复束扫描，以生成不同时间点处的断层图像。

通过接收单元6生成的多个接收束信号被提供给成像单元9。成像单元9生成单色B模式断层图像，其中从多个接收束信号反映样本4中的断层结构。成像单元9与束扫描相关联地安排多个接收束信号，并对多个接收束信号执行信号处理，诸如增益调节、过滤处理、包络检测、和/或对数压缩（log compression）等。另外，成像单元9可以包括：数字扫描转换电路，其执行用于信号处理之后的图像显示的图像处理，诸如边缘加强和/或图像过滤等，以将每个接收束信号转换为将提供给显示单元10的显示信号；以及数字-模拟（DA）转换电路，用于转换为模拟视频信号。在控制单元11的显示控制下使得显示单元10显示B模式断层图像。

显示单元10为显示设备，诸如阴极射线管（CRT）或液晶显示器（LCD）等，并基于从成像单元9提供的显示信号来显示图像。

[应变分布检测单元的具体配置的示例]

通过接收单元6生成的多个接收束信号还被提供给作为测量单元的应变分布检测单元7。应变分布检测单元7基于多个接收束信号来检测样本4的应变分布和粘弹性测量参考层3的应变分布。

如在通常的颜色流多普勒方法和组织跟踪方法中那样，可通过执行在不同的束扫描时段获取的相同位置处的接收束信号之间的相关计算来检测应变分布。

应变分布检测单元7包括存储多个接收束信号的存储器电路和相关性计算电路。

通过控制单元11重复束扫描获得的多个接收束信号被存储在存储器电路中。在单个束扫描处理中获取的一组接收束信号构成与特定时间点的断层图像相对应的帧接收束信号数据。不同部分的帧接收束信号数据对应于不同时间点的束扫描处理。位于不同部分的帧接收束信号数据的对应位置处的接收束信号是在不同时间点在束扫描处理中来自相同位置的超声波的反射回声信号。因此，可以执行接收束信号之间的相关性计算，以测量在不同的时间点在束扫描处理中出现的在对应位置处的位移。计算在束的深度方向上的位移分布之差，以检测应变分布。

相关性计算电路包括位于其输入部分的Hilbert变换滤波器，其将与不同时间点的束扫描处理中的相同位置相对应的两个接收束信号转换为分析信号，以利用分析信号来执行复相关性计算。或者，可以使用从接收束信号的正交检测获得的I-Q信号，以计算与不同时间点的束扫描处理中的相同位置相对应的两个接收束信号之间的时间序列中的瞬时相位延迟，并且可以将计算出的瞬时相位延迟转换为声速以获得位移。另外，通过使用复自相关等（其在本领域中是常用的），可以改善应变的测量精度。

现在将描述存储器电路和相关性计算电路的具体配置的示例。

在第一示例中，应变分布检测单元7包括：存储器电路，其存储多个部分的帧接收束信号数据；以及多个相关性计算电路，其对应于单个束扫描处理中的各个束位置。从存储在存储电路中的多个部分的帧接收束信号数据选择与不同时间点的束扫描处理相对应的两个部分的帧接收束信号数据，并将对应于该两个部分的帧接收束信号数据的接收束信号提供给对应于每个束位置的相关性计算电路。在相关性计算电路中执行相关性计算允许检测在对应束位置处的束的深度方向上的位移分布。在该配置中，由于从通过重复束扫描获取的多个部分的帧接收束信号数据中选择两个部分的帧接收束信号数据以执行相关性计算，所以可以测量在任意两个时间点在束扫描处理期间的位移。计算在深度方向上的应变差以测量应变量。

尽管在以上示例中使用针对每个束位置执行一维相关的多个相关性计算电路，但是可以使用对不同时间点的束扫描处理中的多个部分的帧接收束信号数据来执行二维相关的相关性计算电路。

在第二示例中，应变分布检测单元7包括与束扫描中的各个束位置相对应的多个存储器电路和多个相关性计算电路。多个存储器电路包括两个先进先出（FIFO）存储器和用于临时存储相关性计算的结果的TMP存储器。在重复执行的束扫描中，在每个个体束位置的接收束信号首先被存储在第一FIFO存储器中。来自第一FIFO存储器的输出被提供给第二FIFO存储器和相关性计算电路，并且来自第二FIFO存储器的输出被提供给相关性计算电路。两个FIFO存储器每个都具有足以存储在单个束扫描处理中在对应的束位置获取的接收束信号的存储器容量。从而，在重复执行的束扫描中的特定时间点，将两个连续束扫描处理中的对应束位置处的两个接收束信号存储在FIFO存储器中，并且使用该两个接收束信号以执行相关性计算电路中的计算，以便检测在对应束位置处的束的深度方向上的位移分布。这里检测的位移分布在重复执行束扫描中在两个连续束扫描处理期间出现。为了计算在多个束扫描处理期间出现的位移，累加相关性计算电路中的结果。将相关性计算电路中的计算结果加到TMP存储器中的数据，并将相加的结果存储在TMP存储器中。另外，计算在深度方向上的位移分布的差异，以检测应变分布。该配置适用于在适于实时处理的流水线处理中安装应变分布检测单元17，并且存储电路的要求容量小于第一示例中的容量。

在上述两个示例中，都可以从对应于各个束位置的多个相关性计算电路检测在不同的束扫描处理期间出现的束的深度方向上的应变分布。排列各个束位置处的应变分布允许检测在不同的束扫描处理期间出现的二维截面上的应变分布。

除了上述两个示例外，可以使用通过本领域中常用方法在不同时间点的束扫描处理中获取的多部分的帧接收束信号数据，以检测二维截面上的应变分布。

在实施例中，在不仅包括样本4还包括粘弹性测量参考层3的区域中检测应变分布。更具体地，将区域设置为使得样本4与粘弹性测量参考层3之间的边界中的位移量被测量以检测粘弹性测量参考层3的应变分布。可以通过切开接收束信号以包括超声波的反射回声（包括边界中的反射回声）以执行该系列相关性计算，来检测粘弹性测量参考层3中的位移量。或者，可以在应变分布检测单元7中单独提供下文所述的计算电路。

由于粘弹性测量参考层3的内部通常对于超声波基本透明，所以超声波的反射回声信号非常小，并且接收束信号也非常小。因此，在上述区域中的接收束信号的相关性计算的结果可以包括不稳定的误差。相比之下，由于样本4和粘弹性测量参考层3之间的声阻抗之差，所以在样本4与粘弹性测量参考层3之间的边界中生成局部较大的反射回声信号，并且因此，可以高精度地检测接收束信号和对接收束信号的相关性计算的结果。由于粘弹性测量参考层3由在深度方向上均匀的材料形成，并且粘弹性测量参考层3的深度方向上的应变分布也是均匀的，所以可通过使用根据边界中的位移计算的应变值来检测粘弹性测量参考层3的应变分布。

因此，可以在相关性计算电路的输入部分设置阈值电路，并且可以将强度小于等于预定值的接收束信号设置为零，以利用每个接收束信号的开始部分（即，与被掩盖的粘弹性测量参考层3的厚度相对应的部分）执行相关性计算，从而除去不稳定性。

另外，可以确定，振幅强度小于等于预定值的接收束信号的一部分在粘弹性测量参考层3内，以直接检测接收束信号的边界，并根据与边界中的束扫描处理相对应的多部分的帧接收束信号数据之差来计算在不同束扫描处理期间在边界中的位移。以上述方式计算的在样本4与粘弹性测量参考层3之间的边界中的位移分布的在深度方向上的差可以被计算，以检测粘弹性测量参考层3的应变分布。

从每个接收束信号的开始附近的部分计算粘弹性测量参考层3的应变量，并以上述方式从其随后部分计算样本4的沿深度方向的应变分布。与每个接收束信号对应地布置位于束位置处的应变分布允许检测样本4的截面上的应变分布和粘弹性测量参考层3的沿粘弹性测量参考层3与样本4之间的边界面的应变分布。从应变分布检测单元7将这些应变分布提供给作为计算单元的粘弹性分布计算单元8。

[粘弹性分布计算单元]

作为计算单元的粘弹性分布计算单元8根据上述原理从粘弹性测量参考层3的应变的饱和值、样本4的应变分布的随时间变化、以及粘弹性测量参考层3的弹性系数来计算样本4中的弹性模量分布和粘滞系数分布。

粘弹性分布计算单元8可以包括微处理器、存储器、用于控制微处理器和存储器的控制电路、以及用于数据传输的总线电路。或者，粘弹性分布计算单元8可以以处理软件的形式被安装到可编程处理电路（比如通用个人计算机（PC）或现场可编程门阵列（FPGA））中。因此，现在将描述粘弹性分布计算单元8中的处理。

当对超声波束进行线性扫描以用于应变测量时，与每个接收束信号相对应的超声波束的每个位置基本上与施加压力的方向一致。因此，对于每个接收束信号获取的粘弹性测量参考层3的分布量和沿样本4的深度方向的随后的应变分布对应于上文参考图3所述的在相同垂直列上的应变。因此，可以对于每个接收束信号改善包括应变分布检测单元7中的处理的处理。当对超声波束进行扇形扫描或其它扫描时，通过使用扫描中的超声波束的位置与加压的方向之间的几何关系，对上述参考图3所述的每个垂直列形成粘弹性测量参考层3的应变量和沿样本4的深度方向的应变分布的阵列。在该情况中，通过根据超声波束的位置与垂直列的位置之间的关系进行内插而形成样本4的应变分布的阵列。尽管此处为了简单示例了线性扫描，通过以来自上述位置关系的垂直数据列替换与每个接收束信号相对应的粘弹性测量参考层3的应变量和沿样本4的深度方向的应变分布的阵列，也可以以其它束扫描方法执行类似的处理。

与在束扫描处理中获取的帧接收束信号数据相关联地获取在执行单个束扫描处理的帧时的断层应变分布数据组。该断层应变分布数据组由从与单个束扫描相关联的时间处的每个接收束信号获取的粘弹性测量参考层3的应变量和沿样本4的深度方向的应变值的阵列组成。把由用于每个接收束信号的粘弹性测量参考层3的应变量和沿样本4的深度方向的应变值构成的数据组称为束应变分布数据组。换句话说，断层应变分布数据组由与每个时间处的相应接收束信号相对应的多个束应变分布数据组组成。在断层应变分布数据组中，每个束应变分布数据组对应于束扫描中的超声波束的位置。重复束扫描允许获取与不同时间点的扫描处理相对应的多个断层应变分布数据组。

使用在不同时间点获取的多个断层应变分布数据组中的每个束应变分布数据组中的样本的应变值，以提取在对应的束位置处在深度方向上的每个位置的样本的应变的随时间的变化。通过使用（等式7）从每个位置处的随时间的变化来计算在样本中的每个点处的杨氏模量与粘滞系数之间的比率τ。为了首先对样本的应变值进行微分，来自与每个断层应变分布数据组相对应的步进加压的每个特定时间间隔的样本的应变的增加被除以该时间间隔，以计算应变的时间微分的近似值，并根据（等式7）从应变的时间微分的近似值的对数的相对于时间的斜率来计算1/τ。期望地，通过拟合从位于多个时间点的应变的微分的近似值来计算1/τ。以相同的方式同时计算应变的时间微分的近似值的对数的相对于时间的截距。对每个超声波束的位置处的深度方向上的全部点、和束扫描中的超声波束的全部位置执行该处理，以计算在样本的横截面上的每个点处的比率τ和截距的分布。通过以时间间隔来除样本的应变的增加来计算应变的时间微分的近似值，可以使用高阶中心微分、向前微分、向后微分等。或者，如上所述，可以直接对（等式5'）进行拟合，以计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和参考应变系数σ₀/E。

计算的每个点处的粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距期望地以与断层应变分布数据组相符合的数据阵列的形式存储。与各个时间点处的束扫描相对应的多个断层应变分布数据组每个都由对应于各个束位置的束应变分布数据组组成，并且与束深度方向中的位置相对应的样本的应变值被布置在每个束应变分布数据组中。在上述结构中，以每个断层应变分布数据组布置的样本的应变值对应于样本中测量应变的点。从而，使用束扫描中不同时间点处的多个断层应变分布数据组中相同阵列位置处的样本的应变值，以计算比率τ和截距，并将计算出的比率τ和截距的值存储在类似的数据阵列中。因此，将其中以图3所示的方式测量粘弹性测量参考层3的应变的对应点处的比率τ和截距的值、简单关联于在与测量粘弹性测量参考层3的应变的点处的应力相同的应力被施加的深度方向上布置的相应点处的比率τ和截距的值。然而，可通过其它方法存储所述数据，只要实现上述对应性即可。对于计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和参考应变系数σ₀/E应用相同的方法。

通过使用在作为样本的身体组织的粘弹性的范围内的在几个至几十个时间点处的多部分的时间系列应变数据，可以以足够的精度计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距，包括其中在拟合中使用应变数据的情况。因此，足够的是，在每个时间提供几个至几十个断层应变分布数据组，并提供用于创建断层应变分布数据组的几部分至几十部分的帧接收束信号数据。仅需要几秒来执行用于生成上述数据的束扫描。因此，足够的是，存储对应于其中计算比率τ和截距的分布的几十帧的断层应变分布数据组，并且在已经完成对应于几十帧的束扫描时（当已经执行束扫描达对应于几十帧的次数时）可以通过控制单元11停止用于形成数据组的束扫描。

类似地，还当通过对（等式5'）进行直接拟合来计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和参考应变系数σ₀/E时，在执行拟合时在步进加压中的初始时间点执行束扫描就足够了。

然后，在到达饱和测量时间时重新开始束扫描。通过使用与重新开始束扫描同步地由应变分布检测单元7新形成的断层应变分布数据组根据（等式6）来计算粘弹性测量参考层3的应力分布。在该实施例中，通过使用粘弹性测量参考层3的已知杨氏模量Ec直接计算粘弹性测量参考层3中的每个点处的应力σ₀。然后，使用粘弹性测量参考层3中每个点处的计算的应力σ₀以从样本4的深度方向中的每个点处的比率τ和截距的值计算杨氏模量和粘滞系数，所述点具有与粘弹性测量参考层3中的点相同的应力。通过使用由（等式7）给出的（等式8）从应力σ₀和比率τ首先计算样本4中的每个点处的杨氏模量E：

[数学式.13]

   （等式8）

当计算参考应变系数σ₀/E时，从应力σ₀直接计算杨氏模量E。

[数学式.14]

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\η}}{E}$    （等式9）

然后，使用（等式9）中的关系以计算每个点处的粘滞系数η。针对与粘弹性测量参考层3中的各个点相对应、具有与粘弹性测量参考层3中的点相同的应力、并且被布置在深度方向上的样本4中的相应点重复所述计算，以计算样本4中的杨氏模量（弹性模量）的分布和粘滞系数的分布。

在计算样本4中的杨氏模量（弹性模量）的分布和粘滞系数的分布之后，通过控制单元11停止从压力驱动单元12的加压。

计算出的关于弹性模量的分布和粘滞系数的分布的数据被提供到成像单元9。成像单元9生成粘弹性断层图像，其中从关于弹性模量的分布和粘滞系数的分布的多部分数据反映样本4中的粘弹性。

在成像单元9中，可以执行诸如增益调节和滤波处理之类的信号处理和/或诸如边缘增强和/或图像滤波之类的图像处理，以生成粘弹性断层图像，如同生成B模式断层图像中那样。另外，在控制单元11的显示控制下执行粘弹性断层图像与B模式断层图像之间的切换，从而以并行方式在显示单元10上同时显示粘弹性图像和B模式断层图像，或者以重叠方式在显示单元10中显示粘弹性图像和B模式断层图像。或者，在成像单元9中，可以基于通过应变分布检测单元7生成的关于样本4中的应变分布的数据来生成应变断层图像，并可以在控制单元11的显示控制下执行在应变断层图像、粘弹性断层图像和B模式断层图像之间的切换，从而以并行方式在显示单元10中同时显示应变断层图像、粘弹性图像和B模式断层图像，或者以重叠方式在显示单元10上显示应变断层图像、粘弹性图像和B模式断层图像。

尤其是，可以在步进加压期间通过束扫描来生成B模式断层图像和应变断层图像，以允许跟踪在加压期间组织图像的变化。

尽管在上文中使用一对压持板13以保持样本4，然而，上述配置不是限制性使用，只要可以同时稳定地保持样本4和粘弹性测量参考层3以允许步进加压即可。图6A和6B示出保持样本4用于步进加压的另一个配置。

图6A示出其中通过由支持杆16保持的压力驱动单元12直接在探头1上施加负荷的示例配置。探头1与粘弹性测量参考层3直接接触。可以对探头1和粘弹性测量参考层3提供保护层和/或接合层。压力驱动单元12以负荷传感器（例如，负荷单元）（未示出）测量来自样本4的反应力，以基于测量的反应力来控制将通过压力驱动单元12施加在探头1上的负荷。通过压力驱动单元12控制压力驱动单元12，以使得在探头1上瞬时施加特定负荷并随后保持该特定负荷。因此，可以对样本4和粘弹性测量参考层3执行期望的步进加压。由于在该配置中在探头1与粘弹性测量参考层3之间未设置压持板，从而抑制了从探头1发送和输入探头1的超声波的吸收、反射和/或散射，以改进利用超声波来测量应变的精度。如果出现样本4与粘弹性测量参考层3之间的声阻抗差，则可以提供接合层以抑制来自样本4与粘弹性测量参考层3之间的边界的反射。

图6B示出其中使用带17以保持样本4的另一个示例配置。带17的一端被固定到探头1，并使用束缚单元18以保持样本4。通过控制单元11控制束缚单元18，以便测量带17的张力，从而使得带17以恒定张力保持样本4。可以控制束缚单元18以使得将带17保持样本4的张力瞬时改变到期望值，并随后将该张力保持在该期望值，以允许探头1执行对样本4和粘弹性测量参考层3的步进加压。

如上所述，可以通过以适用于样本4的形状和样本4中的区域的方式保持样本4来实现步进加压。

第二实施例

图4为示出根据第二实施例的超声波诊断设备的配置示例的框图。

在第二实施例中，扫描探头以测量样本的弹性模量和粘滞系数的三维分布。在第二实施例中使用相同的附图标记以标识与第一实施例中相同的部件。在此省略对所述部件的描述。

参考图4，探头扫描单元15保持探头1，并在控制单元11的控制下沿压持板13之一机械扫描所述探头1。以与第一实施例中所述的相同的方式计算在通过探头扫描单元15移动的探头1的每个位置处样本的截面上的弹性模量分布和粘滞系数分布。在其中通过探头扫描单元15扫描探头1的方向上布置指示所计算的弹性模量分布和粘滞系数分布的断层图像，以检测弹性模量分布和粘滞系数分布的三维分布。

图5A、5B和5C示出第二实施例中的操作。现在参考图5A、5B和5C描述第二实施例中的操作。

图5A示出探头扫描单元15如何在压持板13上扫描探头1的示例，还示出结合探头1的扫描在每个探测位置处通过探头的束扫描。结合探头的扫描以与上述第一实施例相同的方式在探测位置1、探测位置2、探测位置3...执行通过超声波束的扫描，以计算束扫描的截面上的弹性模量和粘滞系数的二维分布图像。

图5B为示出在每个探测位置处通过压力驱动单元12施加在样本4和粘弹性测量参考层3上的负荷的大小的示例图。在通过探头扫描单元15将探头1移动到每个探测位置之后，通过在控制单元11的控制下使用来自负荷传感器（未示出）的测量负荷值控制其中夹有样本4的压持板13之间的负荷，以将负荷瞬时改变到特定值。然后，将该特定负荷值保持特定时段，以执行步进加压。在第二实施例中在不同探测位置处施加不同的负荷。在包括探测位置1、探测位置3...的奇数位置期望地施加相同的负荷，并在包括探测位置2、探测位置4...的偶数位置期望地施加不同于奇数位置的相同负荷。更期望地，在奇数位置和偶数位置的任一个上施加基本接近零的负荷，只要通过压持板13稳定地保持样本4即可。将通过压力驱动单元12施加在每个探测位置上的恒定负荷保持长于饱和测量时间的时段。

另外，当通过压力驱动单元12在探头1上施加恒定负荷时，从压持板13施加在样本4上的压力（应力）根据样本4的形状及其内部硬度表现出不同位置的不同分布。然而，通过上述控制负荷的方法在样本4与压持板13接触的面上的每个点处相对于时间执行步进加压。从而，可以对样本4和粘弹性测量参考层3中的每个点执行步进加压。

图5C为示出第二实施例中的示例操作处理的流程图。参考图5C，当开始操作时，将探头1设置在第一探测位置。从压力驱动单元12在压持板13上施加第一负荷值的负荷。以该负荷对样本4和粘弹性测量参考层3中的每个点执行步进加压。开始用超声波的束扫描，以通过从探头1发送和输入到探头1中的超声波束的回声信号来测量第一探测位置处的截面上的样本4中的应变分布。重复束扫描，以根据样本4中的应变分布的变化来计算样本4中的每个点处的粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距。然而，这里使用通过校正样本4的初始应变获得的截距。然后，停止束扫描并进入等待模式，直到饱和测量时间。在饱和测量时间重新开始束扫描，以测量粘弹性测量参考层3的应变分布，并计算粘弹性测量参考层3的每个点处的应力，以便通过使用计算的应力以及样本4中每个点处的粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距来计算样本4中每个点处的弹性模量和粘滞系数的值。

然后，将探头1移动到第二探测位置，并通过压力驱动单元12将施加到压持板13的负荷值改变到第二负荷值。同时执行束扫描以测量样本4中的应变分布，以根据应变分布的变化来计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距，并计算在饱和测量时间粘弹性测量参考层3的应力分布，以便计算样本4中每个点处的弹性模量和粘滞系数的值。然后，将探头1移动到第三探测位置，并通过压力驱动单元12将施加到压持板13的负荷值改变（恢复）到第一负荷值以重复上述操作。在探头1的位置到达最终扫描位置并完成一组测量时结束该操作处理。

以图5B所示的方式期望地变化在移动探头1之后的负荷值，其中交替出现两个负荷值。另外，期望地，将较小负荷值设置为基本等于零的值。在该实施例中，每次移动探头1时，改变来自压力驱动单元12的在压持板13上的负荷，以改变施加在样本4和粘弹性测量参考层3中的每个点上的压力。然而，由于当通过在每个探测位置处的束扫描测量截面上的应变的同时通过控制单元11将来自压力驱动单元12的压持板13上的负荷保持在恒定值，所以对样本4和粘弹性测量参考层3执行步进加压。尽管在开始步进加压时（即，在该实施例中改变压力值的时刻）在样本4中出现由之前压力导致的初始应变，但可以相对于初始应变校正以下面方式表示的截距，或者可以对（等式5）进行拟合，从而以上述方式计算样本中每个点处的弹性模量和粘滞系数。

[数学式.15]

$\ln (\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{\τE}}-\frac{{\mathrm{\ϵ}}^{\left(0\right)}}{\mathrm{\τ}})$

尤其是，当如上所述将根据探头的位置而变化的负荷值设置为特定有限值和基本等于零的值之间的值时，当施加基本等于零的值的负荷时出现的应力基本等于零。此时粘弹性测量参考层3的应变值接近零，并在饱和测量时间后基本等于零。由于样本4中的应变值随时间也接近零，所以只要将饱和测量时间设置为长的值就可以将在扫描探头中的随后探测位置处的样本4中的初始应变认为是零。即使样本4中的应变值在饱和测量时间时不为零，样本4中的应变值也变化到零。如上所述，通过压力驱动单元12施加的负荷值可以在高值和低值之间交替变化，如图5B所示，以防止累计在开始步进加压时的初始应变。

在通过上述探头的扫描在每个探测位置的测量中，通过从粘弹性测量参考层3的应力分布计算每个点处的应力，而持续执行在样本4中的每个点处的对粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距的计算。然而，在扫描探头中，可以在每个探测位置在样本4中的每个点处首先计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距，当将计算的比率τ和截距存储在存储器中时可以继续扫描探头，并再次执行对探头的扫描，以从粘弹性测量参考层3的应变检测应力分布。换句话说，在分离的扫描探头系列中执行对粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距的计算和对应力分布的计算。在该情况中，在每个探测位置改变通过压力驱动单元12的负荷值并且计算粘滞系数与杨氏模量之间的比率τ和截距之后不需要等待饱和测量时间。在根据样本4中的应变分布的随时间变化计算比率τ和截距之后，立即移动探头以测量下一个探测位置的应变。在对特定区域执行对探头的扫描并经过饱和测量时间之后，再次执行对探头的扫描，以根据每个探测位置处的粘弹性测量参考层3的应变分布来计算每个点处的应力，并将计算的应力存储在存储器中。在对探头的再扫描结束后，使用存储在存储器中的每个点处的比率τ、截距和应力，以计算在扫描探头的整个区域中的每个点处的弹性模量和粘滞系数。

当执行上述操作时，不需要在再扫描探头中通过压力驱动单元12改变负荷值。如果在开始再扫描探头时经过了最终步进加压中的饱和测量时间，则粘弹性测量参考层3的每个点处的应变根据（等式6）与应力成比例。因此，足够的是，在其中计算比率τ和截距的对探头的第一扫描与其中计算应力的对探头的再扫描之间执行一次等待饱和测量时间。因此，上述操作具有尽管执行两次扫描但是减少了整个测量时间的优点。

尽管参考示例实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，从而包括所有这样的修改以及等同结构和功能。

本申请要求在2011年5月26日提交的日本专利申请No.2011-118095的权益，其全部内容在此通过引用结合于此。

Claims (5)

1.一种样本信息获取设备，其向样本发送弹性波并且接收在样本中反射的弹性波以获取样本中的信息，所述样本信息获取设备包括：

转换元件，被配置为将接收的弹性波转换为电信号；

在所述转换元件与样本之间设置的参考层，所述参考层的弹性模量已知；

测量单元，被配置为通过使用所述电信号测量当在样本和参考层上施加压力时样本中的应变和参考层的应变；以及

计算单元，被配置为通过使用所述参考层的弹性模量、样本中的应变变化、以及参考层的应变的饱和值来计算所述样本的粘滞系数。

2.根据权利要求1所述的样本信息获取设备，还包括：

压力施加单元，被配置为在样本和参考层上施加压力；以及

压力控制单元，被配置为控制通过所述压力施加单元施加的压力，

其中所述压力控制单元控制所述压力，以使得在将通过压力施加单元施加在样本和参考层上的压力瞬间增大到特定值之后，将该特定值保持特定时段。

3.根据权利要求2所述的样本信息获取设备，

其中所述压力施加单元包括压持板，

其中所述参考层被置于压持板的面对样本的一侧，以便被布置在所述样本与压持板之间，以及

其中所述转换元件被置于与所述压持板的面对样本的所述一侧相反的一侧，以便经压持板和参考层向样本发送弹性波和从样本接收弹性波。

4.根据权利要求2所述的样本信息获取设备，

其中所述压力施加单元包括用于保持样本的张力带，以及

其中所述压力控制单元控制所述张力带的张力，以便控制待施加到样本和参考层上的压力。

5.根据权利要求3所述的样本信息获取设备，还包括：

扫描单元，被配置为扫描所述转换元件，

其中所述压力控制单元控制压力以使得在待扫描的转换元件的每个位置处所述压持板执行其中在样本和参考层上施加不同的压力的步进加压，

其中所述测量单元基于所述步进加压来测量样本中的应变分布和所述参考层的应变分布，以及

其中所述计算单元通过使用参考层的弹性模量、样本中的应变分布、以及参考层的应变的饱和值分布来计算样本的粘滞系数分布。

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