CN103845078A - 对象信息获取设备和控制对象信息获取设备的方法 - Google Patents

Abstract

一种对象信息获取设备和控制对象信息获取设备的方法，该对象信息获取设备包括：弹性波接收单元，被配置为接收在对象内部产生的弹性波，并输出接收信号；以及信号处理单元，被配置为基于接收信号来获取对象的感兴趣区域中的对象信息。在测量状态下，弹性波接收单元接收弹性波，并输出与测量状态相对应的接收信号。信号处理单元用基于测量状态下的测量参数的加权因子对接收信号进行校正，并获取感兴趣区域中的与测量状态相对应的校正后的接收信号。信号处理单元基于校正后的接收信号的总和以及加权因子的总和来获取感兴趣区域中的对象信息。

Description

对象信息获取设备和控制对象信息获取设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于接收在对象内部产生的弹性波并获取对象信息的对象信息获取设备。

背景技术

作为使用近红外光的体内成像技术之一，光声成像（PAT）是已知的。以下将详细地解释光声成像的一般原理。

通过用从光源产生的脉冲光照射诸如活体之类的对象，在对象内传播和漫射的光被光吸收体吸收，并且产生光声波。光声波的产生原理被称为光声效应。在活体中，并非所有组织都以相同的方式吸收光。肿瘤对近红外光中的光能的吸收高于周围组织。因此，比周围组织吸收更多光的肿瘤立即扩大，并产生光声波。

在光声成像中，光声波被换能器接收，并且通过对接收信号进行信号处理（图像重构），诸如当在对象中光能吸收时所发生的光声波的初始声压的空间分布之类的信息转变成图像。所产生的声压的空间分布与光的吸收系数相关。因此，正在研究使用与光的吸收系数相关的空间分布对对象进行诊断。

作为光声成像的例子，非专利文献1（Minghua Xu和Lihong V.Wang，“Universal back-projection algorithm for photoacousticcomputed tomography”，PHYSICAL REVIEW E71,016706(2005)）公开了通过时域背投进行图像重构来计算光声波的初始声压的光声成像技术。

在下文中，将参照图8来解释非专利文献1中所公开的图像重构方法。图8示出阵列换能器1300接收在对象1100内的感兴趣区域1110中产生的光声波的框图。阵列换能器1300包括一维布置的n个换能器1301至130n。

非专利文献1公开了通过公式1所表示的时域背投来获取感兴趣区域1110中的初始声压p₀。

$p_0\left(r\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i\×b(d_i,\frac{|d_i-r|}{v})/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i$   公式(1)

在公式(1)中，d_i表示换能器130i的位置矢量，r表示感兴趣区域1110的位置矢量，v表示对象1100内的声音速率，以及b表示已经经过包括微分处理的过程的接收信号。求和符号Σ表示换能器1301至130n的总和。此外，(|d_i-r|/v)指示在感兴趣区域1110中产生的光声波到达换能器130i的时间t。

此外，已经经过微分处理等的接收信号b用公式(2)表示。

$b(d_i,t)=2\·p_d\left(d_{i}t\right)-2\·t\·{\∂p}_d(d_i,t)/\∂t$   公式(2)

在公式(2)中，p(d_i,t)表示位于位置d_i处的换能器输出的接收信号在时间t的值。

此外，公式(1)中的ΔΩ_i表示公式(3)所表示的加权因子。

${\mathrm{\Δ\Ω}}_i=\frac{\mathrm{\Δ}{S}_i}{{|r-d_i|}^2}\·[n_{0i}^s\·\frac{r-d_i}{|r-d_i|}]=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_i}{{|r-d_i|}^2}\·\cos {\mathrm{\θ}}_i$   公式(3)

在公式(3)中，n_0i ^S表示换能器130i的接收表面的单位法向矢量，θ_i表示由矢量r-d_i和矢量n_0i ^S形成的角度，ΔS_i表示第i换能器的接收表面的面积。也就是说，加权因子ΔΩ_i等于其顶点为感兴趣区域1110并且其底面是换能器130i的接收表面的圆锥体的立体角。

如上所述，非专利文献1公开了通过使用基于由感兴趣区域和换能器形成的立体角的加权因子对接收信号进行校正来获得初始声压。

此外，专利文献1（日本专利公开No.2010-104816）公开了通过机械地移动换能器来接收对象的宽区域中的光声波的光声成像。然而，在通过使用在对象的宽区域中获得的许多接收信号来执行初始声压的计算的情况下，将被处理的数据量增加，因此，花费很长的时间计算初始声压。

因此，专利文献1公开了在扫描期间使用一直到计算时刻所接收的信号来顺序地获得初始声压的方法。此外，专利文献1公开了将顺序地获得的多个初始声压相加。

发明内容

因此，本发明提供一种对象信息获取设备，该对象信息获取设备可以缩短获得诸如初始声压之类的对象信息的时间，此外，可以抑制对象信息的量化性的降低。

根据本发明的一方面的一种对象信息获取设备包括：弹性波接收单元，被配置为接收在对象内部产生的弹性波，并输出接收信号；以及信号处理单元，被配置为基于接收信号获取对象的感兴趣区域中的对象信息。在多种测量状态下，弹性波接收单元接收弹性波，并输出与所述多种测量状态相对应的多个接收信号。信号处理单元用基于所述多种测量状态下的多个测量参数的多个加权因子对所述多个接收信号进行校正，并获取感兴趣区域中的与所述多种测量状态相对应的多个校正后的接收信号。信号处理单元基于所述多个校正后的接收信号的总和和所述多个加权因子的总和来获取感兴趣区域中的对象信息。

从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据实施例的对象信息获取设备的示图。

图2是示出阵列换能器被移动到不同位置的状态的对象信息获取设备的框图。

图3是根据实施例的对象信息获取过程的流程图。

图4A是示出当阵列换能器位于第一位置处时接收光声波的状态的示图。

图4B是示出当阵列换能器位于第二位置处时接收光声波的状态的示图。

图5示出通过根据本发明的示例性实施例的对象信息获取设备获得的初始声压分布。

图6示出在比较例子中获得的初始声压分布。

图7是示出根据实施例的照射光学系统的示图。

图8是示出根据相关技术的对象信息获取设备的示图。

具体实施方式

（设备构造）

首先，将参照图1来解释根据本发明的实施例的对象信息获取设备的设备构造。图1是示出根据第一实施例的对象信息获取设备的示图。

根据本实施例的对象信息获取设备包括光源200、照射光学系统210、作为弹性波接收单元（弹性波检测器）的阵列换能器300、作为移动部件的扫描机构400、作为信号处理单元的信号处理装置500和显示单元600。根据本实施例的阵列换能器300具有布置在方向x上的一个换能器和布置在方向y上的八个换能器。

照射光学系统210引导光源200产生的光，并用该光照射对象100。对象100内的光吸收体吸收光能，并产生作为弹性波的光声波。所产生的光声波在对象100内传播，并到达阵列换能器300。阵列换能器300接收光声波，并将接收信号输出到信号处理装置500。信号处理装置500基于接收信号执行图像重构，并且通过这个操作，获得作为对象信息的初始声压分布。此外，信号处理装置500从初始声压分布产生图像数据，然后在显示单元600上显示该图像数据。

此外，根据本实施例，通过在测量期间改变测量参数，从与多种测量状态相对应的、通过在不同的多种测量状态下接收光声波而获得的多个接收信号获得作为对象信息的初始声压分布。当对象被光照射时的测量状态在本文中将被定义为测量状态。

这里，本发明的一方面中所使用的测量参数表示影响对接收信号进行校正的加权因子的测量状态的参数。例如，测量参数是换能器相对于感兴趣区域的位置、由换能器的接收表面和感兴趣区域形成的角度、用于获得感兴趣区域中的对象信息的换能器等。将被使用的换能器对应于将用于信号处理的接收信号，稍后将对这进行更详细的解释。也就是说，选择将被使用的换能器等同于选择从换能器输出的接收信号。而且，多个测量参数可以被组合在一起，并且可以被认为是一种测量状态下的一个测量参数。

图2是示出阵列换能器300被扫描机构400在彼此不同的至少两个方向上移动的状态的示图。扫描机构400包括主扫描机构410和副扫描机构420。主扫描机构410沿着主扫描方向（方向x）移动阵列换能器300，副扫描机构420沿着副扫描方向（方向y）移动阵列换能器300。

主扫描机构410移动阵列换能器300以形成多个主扫描区域。副扫描机构420移动阵列换能器300以形成重叠区域330，重叠区域330是其中第i主扫描区域310和第i+1主扫描区域320部分重叠的区域。

根据本实施例，信号处理装置500被构造为使得用户可以以所期望的方式设置副扫描的重叠宽度。此外，信号处理装置500还被构造为使得用户可以以所期望的方式设置主扫描区域。因此，信号处理装置500用与如上所述那样设置的重叠宽度和扫描区域相对应的扫描图案控制扫描机构400。

此外，信号处理装置500可以通过参照查找表来控制扫描机构400，这些查找表对应于存储在信号处理装置500的未示出的存储器中的多种特定扫描图案。

（对象信息获取方法）

现在将参照图3中所示的流程图来解释根据实施例的对象信息获取过程（方法）。信号处理装置500读取存储在信号处理装置500的存储器中的程序，并且在该程序中，描述了用于对象信息获取方法的计算机可执行指令。基于这些指令，信号处理装置500使对象信息获取设备执行所读取的对象信息获取方法。

（S110：在第一测量状态下接收弹性波并获取第一接收信号的步骤）

在步骤S110中，扫描机构400首先将阵列换能器300移在第一位置311处。当阵列换能器300位于第一位置311处时，照射光学系统210引导光源200产生的光，并用照射光211照射对象100。阵列换能器300的换能器302至306被选择性地使用，并且检测作为第一弹性波的光声波以输出第一接收信号P_d ¹。从阵列换能器300输出的第一接收信号P_d ¹被存储到信号处理装置500的存储器中。在图2中，第一位置311是图2中所示的第i主扫描区域310中的特定位置。与第一位置311相关的所输出的第一接收信号P_d ¹的值用上标“1”表示。稍后将描述的与第二位置相关的值用上标“2”表示，依此类推。

在本实施例中，其中阵列换能器300可以在第一位置311处接收光声波的测量状态和换能器302至306被使用的测量状态被定义为第一测量状态。

此时，信号处理装置500彼此同步地控制光源200和扫描机构400，以使得光源200用光照射对象100，并且当阵列换能器300位于第一位置311处时，光声波被接收。

图4A示出位于第一位置311处的阵列换能器300接收在感兴趣区域110中产生的光声波的状态。这里，感兴趣区域110被设置为图2中所示的重叠区域300中的特定位置。在图4A中，d₃ ¹表示当阵列换能器300位于第一位置311处时换能器303的位置矢量。

在步骤S110中，使用位于第一位置311处的换能器302至306。这里，考虑换能器的方向角来确定将被使用的换能器。例如，在步骤S110中，换能器301的方向角121和换能器307至308的方向角122不包括感兴趣区域110。因此，在步骤S110中，不使用换能器301、307和308，而是使用换能器302至306。这里，不使用换能器包括不将从该换能器输出的接收信号存储到存储器中或者不使用存储在存储器中的接收信号进行稍后描述的信号处理。

可以考虑光声波的衰减以及方向角来确定将被使用的换能器。也就是说，可以基于感兴趣区域与换能器之间的距离来确定将被使用的换能器。

此外，如专利文献1中所描述的，在同一位置处多次获取的多个接收信号的总和可以用作该位置处的一个接收信号。

此外，在对接收信号执行处理（诸如乘法处理、除法处理、滤波处理、微分处理、包络检测处理、对数压缩处理或正交检测处理等）之后，信号处理装置500可以将处理后的接收信号存储到存储器中。或者，在将接收信号存储到存储器中之后，可以对存储在存储器中的接收信号执行以上所提及的信号处理。本发明的一方面中所使用的接收信号包括已经经过以上所提及的信号处理的接收信号。

在光声成像设备用作对象信息获取设备的情况下，优选的是，如公式(2)所表示的，对接收信号执行包括微分处理的过程。

（S120：用第一加权因子对第一接收信号进行校正的步骤）

在步骤S120中，信号处理装置500用第一加权因子对在步骤S110中获取的与第一测量状态相对应的第一接收信号进行校正。用第一加权因子校正的第一接收信号被存储到信号处理装置500的存储器中。

与感兴趣区域110相对应的第一接收信号是按时间序列获取的接收信号之中的、当在感兴趣区域110中产生的光声波被在第一位置311处的换能器接收时所获取的接收信号。也就是说，在本实施例中，与感兴趣区域110相对应的接收信号是在时间t获得的接收信号，时间t是通过将换能器与感兴趣区域110之间的距离(d_i-r)除以声速v而获得的值，其中，执行光照射的时间t₀被设置为0。

此外，基于测量状态下的测量参数和感兴趣区域的位置而确定的值被用作加权因子。本实施例中，如非专利文献1中所公开的，其顶点由感兴趣区域110限定并且其底面由阵列换能器300的接收表面限定的圆椎体的立体角ΔΩ用作加权因子。

在步骤S120中，信号处理装置500基于第一位置311的位置和感兴趣区域110的位置，使用公式(3)计算与换能器302至306相对应的第一加权因子ΔΩ¹。信号处理装置500用第一加权因子对与感兴趣区域110相对应的第一接收信号进行校正。公式(4)表示与感兴趣区域110相对应的校正后的第一接收信号P_C ¹(r)。

$P_c^1\left(r\right)=\underset{i=2}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_1^1\×P_{\mathrm{di}}^1(P_i^1,\frac{\left|d_i^1\right|}{v})$   公式(4)

在步骤S120中，信号处理装置500通过把由各个换能器获取的与感兴趣区域110相对应的第一接收信号乘以第一加权因子来计算公式(4)所表示的校正后的第一接收信号。

在基于查找表设置扫描模式的情况下，信号处理装置500可以获取基于与所选查找表相对应的特定扫描模式的加权因子。或者，信号处理装置500可以通过参照其中存储与所设置的扫描模式相对应的加权因子的查找表来获取加权因子。

此外，在阵列换能器300如本实施例中那样接收光声波的情况下，通过阵列换能器300的位于第一位置311处的换能器获取的多个接收信号可以被共同称为“第一接收信号”。

此外，通过一个或多个换能器在不同位置处获取的多个接收信号也可以被共同称为“第一接收信号”。在这种情况下，接收到光声波的多个位置被共同称为“第一位置”。

例如，将考虑阵列换能器300通过第i主扫描而获取的所有接收信号被共同称为“第一接收信号”的情况。在这种情况下，通过第i主扫描进行扫描的扫描区域310被共同称为“第一位置”。

（S210：在第二测量状态下接收弹性波并获取第二接收信号的步骤）

在步骤S210中，扫描机构400首先扫描在第二位置321处的阵列换能器300。当阵列换能器300位于第二位置321处时，照射光学系统210引导光源200产生的光，并用照射光211照射对象100。阵列换能器300的换能器301至304被选择性地使用，并且检测作为第二弹性波的光声波以输出第二接收信号P_d ²。从阵列换能器300输出的第二信号被存储到信号处理装置500的存储器中。

第二位置321表示图2中所示的第i+1主扫描区域320中的特定位置。

此时，信号处理装置500彼此同步地控制光源200和扫描机构400，以使得光源200用光照射对象100，并且当阵列换能器300位于第二位置321处时，光声波被接收。

图4B示出位于第二位置321处的阵列换能器300接收在感兴趣区域110中产生的光声波的状态。在图4B中，d₃ ²表示当阵列换能器300位于第二位置321处时换能器303的位置矢量。

类似于步骤S110，在步骤S210中，信号处理装置500基于换能器的方向角确定将被使用的换能器。在步骤S210中，因为换能器305至308的方向角123不包括感兴趣区域110，所以仅换能器301至304被使用。

（S220：用第二加权因子对第二接收信号进行校正的步骤）

在步骤S220中，信号处理装置500用第二加权因子对在步骤S210中获取的与感兴趣区域110相对应的第二接收信号进行校正。用第二加权因子校正的第二接收信号被存储到信号处理装置500的存储器中。

在本实施例中，信号处理装置500基于阵列换能器300的第二位置321和感兴趣区域110的位置，使用公式(3)来获取与换能器301至304相对应的第二加权因子ΔΩ²。然后，信号处理装置500通过将在步骤S210中获取的与感兴趣区域110相对应的第二接收信号乘以第二加权因子来计算校正后的第二接收信号。

然后，信号处理装置500将感兴趣区域110中的第二接收信号乘以第二加权因子以计算感兴趣区域110中的校正后的第二接收信号。公式(5)表示感兴趣区域110中的校正后的第二接收信号P_C ²(r)。

$P_C^2\left(r\right)=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^2\×d_{\mathrm{di}}^2(d_i^2,\frac{|d_i^2-r|}{v})$   公式(5)

如公式(6)所表示的，信号处理装置500可以用加权因子对第一接收信号和第二接收信号进行校正，并获取校正后的接收信号的总和作为感兴趣区域110中的校正后的第二接收信号。

$P_C^2\left(r\right)=\underset{i=2}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^1\×P_{\mathrm{di}}^1(d_i^1,\frac{|d_i^1-r|}{v})+\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Ω}}_i^2\×P_{\mathrm{di}}^2(d_i^2,\frac{|d_i^2-r|}{v})$   公式(6)

优选地，在步骤S220之前执行步骤S120。如上所述，通过信号处理装置500在完成步骤S120之后执行步骤S220，可以使步骤S120和S220二者完成的时间早于同时执行步骤S120和S220的情况。也就是说，可以缩短获取对象信息所需的时间。

（S300：基于校正后的第一接收信号和校正后的第二接收信号的总和以及第一加权因子和第二加权因子的总和来获取感兴趣区域中的对象信息的步骤）

在步骤S300中，信号处理装置500基于在步骤S120中获取的校正后的第一接收信号和在步骤S220中获取的校正后的第二接收信号的总和以及第一加权因子和第二加权因子的总和来获取初始声压作为感兴趣区域中的对象信息。

在步骤S300中，如公式(7)所表示的，信号处理装置500通过将校正后的第一接收信号和校正后的第二接收信号的总和除以第一加权因子和第二加权因子的总和来计算感兴趣区域中的初始声压P0。

$p_0\left(r\right)=\frac{\underset{i=2}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^1\×P_{\mathrm{di}}^1(d_i^1,\frac{|d_i^1-r|}{v})+\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^2\×p_{\mathrm{di}}^2(d_i^2,\frac{|d_i^2-r|}{v})}{\underset{i=2}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^1+\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^2}$   公式(7)

公式(7)的分子是公式(4)所表示的校正后的第一接收信号和公式(5)所表示的校正后的第二接收信号的总和。公式(7)的分母是第一加权因子和第二加权因子的总和。

如上所述，通过将校正后的第一接收信号和校正后的第二接收信号除以相同值（第一加权因子和第二加权因子的总和），在每个点处获得的初始声压的量化增加。

例如，在初始声压的倒数被获得作为对象信息的情况下，信号处理装置500可以将第一加权因子和第二加权因子的总和除以校正后的第一接收信号和校正后的第二接收信号的总和。

也就是说，在初始声压被获得的情况下或者在初始声压的倒数被获得的情况下，信号处理装置500可以获取第一加权因子和第二加权因子的总和与校正后的第一接收信号和校正后的第二接收信号的总和的比率。

此外，信号处理装置500可以在每种测量状态下获取对象内的光量分布。此外，例如，通过将在步骤S300中获取的感兴趣区域中的初始声压除以感兴趣区域中的光量值，信号处理装置500可以获取感兴趣区域中的吸收系数。此时，信号处理装置500可以使用与测量状态相对应的多个光量值的平均来获取吸收系数。此外，信号处理装置500能够基于通过多个波长的光而获取的感兴趣区域中的吸收系数来获取物质浓度分布，比如氧饱和度。

本发明还可以应用于从在三个或更多个位置处获取的校正后的接收信号来获取对象信息的方面。

此外，尽管已经在本实施例中解释了通过接收光声波来获取对象信息的光声成像设备，但是本发明还可以应用于通过传送和接收超声波来获取对象信息的超声诊断设备。本发明可以应用于接收弹性波并使用加权因子对接收信号进行校正以获取对象信息的各种设备。也就是说，本发明的一方面中所使用的弹性波包括通过光声效应而产生的光声波和所传送的超声波的反射波。

例如，在根据本发明的一方面的超声诊断设备中，用作超声波发射器的阵列换能器首先将超声波传送到对象，并且用作超声波接收器的阵列换能器接收在对象内部反射的超声波，并输出接收信号。此时，阵列换能器在多种测量状态中的每种测量状态下传送和接收超声波，同时改变测量参数。超声诊断设备中所使用的测量参数可以是超声波接收器的位置、所使用的换能器的数量、传送超声波的方向等。这里，所使用的换能器表示与以后在信号处理中将被使用的接收信号相对应的换能器。此外，在超声诊断设备中，优选的是，阵列换能器执行传送聚焦和接收聚焦，并输出接收信号。或者，阵列换能器可以传送平面超声波和接收平面超声波的反射波。

然后，信号处理设备使用基于测量状态下的测量参数和感兴趣区域的位置的加权因子对测量状态下的接收信号进行校正。然后，信号处理设备基于校正后的接收信号的总和和加权因子的总和来获取对象的结构信息作为对象信息。

结构信息是基于对象内的光声阻抗分布的信息。例如，结构信息可以是B模式图像、多普勒图像或可以通过已知的超声诊断设备获得的弹性成像图像。

上述对象信息获取方法可以被构造为使作为计算机的信号处理装置500执行对象信息获取方法的程序。

（实施例的效果）

图5示出通过根据本实施例的对象信息获取方法而获取的对象内的初始声压分布。

在本实施例中，通过对阵列换能器在方向x上执行主扫描并且在方向y上执行副扫描，获取接收信号。以主扫描区域在箭头所表示的区域中重叠的这样的方式在副扫描方向上移动阵列换能器（对阵列换能器进行副扫描）。

对于每个主扫描操作，获取扫描区域的在方向z上的区域（面向阵列换能器前面的区域）中的校正后的接收信号。

在重叠扫描区域在方向z上的区域中，如公式(7)中那样，通过将校正后的接收信号的总和除以与重叠扫描区域相应的加权因子的总和来获取初始声压。相反，在其他区域中，如公式(4)和(5)中那样获取初始声压。

如上所述，在重叠扫描区域在方向z上的区域中，因为通过根据本实施例的对象信息获取方法获取初始声压，所以实现高量化性。结果，图5中所示的本实施例中的初始声压分布的连续性高于图6中所示的稍后将描述的比较例子中的初始声压分布的连续性。

（比较例子）

相反，通过使用非专利文献1中所公开的用于获取初始声压的方法来如专利文献1中所公开的那样顺序地获取初始声压并且获得这些初始声压的平均值的情况将被考虑为比较例子。

例如，将考虑信号处理装置通过获得基于在第一位置311处获取的接收信号的初始声压P₀ ¹和基于在第二位置321处获取的接收信号的初始声压P₀ ²的平均值来获取感兴趣区域中的初始声压P₀(r)的情况。

此时，参照公式(1)，在比较例子中获取的初始声压用公式(8)表示。假设在比较例子中，也以与本实施例类似的方式获取接收信号。

$p_0\left(r\right)\begin{array}{c}=\frac{p_0^1\left(r\right)+p_0^2\left(r\right)}{2}\\ =\frac{\frac{\underset{i=2}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^1\×P_{\mathrm{di}}^1(d_i^1,\frac{|d_i^1-r|}{v})}{\underset{i=2}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^1}+\frac{\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^2\×P_{\mathrm{di}}^2(d_i^2,\frac{|d_i^2-r|}{v})}{\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\Ω}}_i^2}}{2}\end{array}$   公式(8)

如公式(8)所表示的，通过将校正后的接收信号除以不同的加权因子来获取被表示为分子的项的初始声压。因此，通过计算使用不同加权因子而获取的初始声压的平均值而获得的初始声压的量化性可能降低。

图6示出比较例子中的对象的初始声压分布。以扫描区域在箭头所表示的区域中重叠的这样的方式对阵列换能器进行副扫描。图6中的箭头的位置与图5中的箭头的位置相同。

在比较例子中，通过使用公式(1)，对于每个主扫描操作，获取扫描区域在方向z上的初始声压。对于重叠扫描区域在方向z上的区域，如公式(8)中那样，通过计算通过主扫描操作而获得的初始声压的平均值来获取初始声压分布。

在如上所述那样获得通过用于主扫描操作的不同的加权因子而获得的初始声压的平均值的情况下，初始声压的量化性可能降低。因此，在图6中的箭头所指示的位置处，与图5中所示的初始声压分布相比，初始声压分布的连续性降低。

（基本构造）

在下文中，将解释根据本实施例的对象信息获取设备的原理构造。

（光源200）

优选地，为了实现光声效应，光源200产生的光的脉宽是几百纳秒或更小。此外，为了测量乳腺癌等，优选的是，产生具有被构成活体的组分中的特定组分（例如，血红蛋白）吸收的特定波长的光。尽管优选的是使用能够实现大输出的激光器作为光源，但是可以使用发光二极管等来代替激光器。可以使用各种激光器，诸如固态激光器、气体激光器、染料激光器或半导体激光器等。

（照射光学系统210）

照射光学系统210引导光源200产生的光，并使用适合于光声测量的方法用照射光211照射对象100。

如图7所示，照射光学系统210可以被构造为被光学扫描机构220移动。通过这种构造，即使在照射光211的照射区域窄的情况下，也可以通过移动照射光学系统210来用照射光211照射对象100的宽区域。此外，照射光学系统210可以一次照射包括对象100的整个测量区域。

因为光声波的强度与光的强度成比例，所以照射光学系统210优选地聚集照射光211的光能。

为了提高接收信号的信噪（SN）比，照射光学系统210可以允许不仅通过对象100的一个表面的照射，而且还可以允许通过对象100的多个表面的照射。例如，照射光学系统210可以被构造为允许不仅通过与阵列换能器300接触的表面的照射，而且还允许通过与阵列换能器300相对的表面的照射。

照射光学系统210可以包括反射镜、聚光透镜、放大透镜、形状改变透镜、使光漫射、衍射和反射的棱镜、或者一个或多个光纤。可以使用任何其他的光学组件，只要它们可以以所期望的方式（照射方向、照射场、形式等）用光源产生的光照射对象100即可。

（阵列换能器300）

阵列换能器300接收弹性波，并将该弹性波转换为电信号。形成阵列换能器300的换能器可以是使用压电现象的换能器、使用光的共振的换能器、使用电容变化的换能器等。可以使用任何类型的换能器，只要它可以接收弹性波并将该弹性波转换为电信号即可。

通过使用包括多个换能器的阵列换能器300，可以通过单次接收操作在不同位置处接收弹性波。因此与使用单个换能器的情况相比，可以缩短测量时间。此外，多个换能器的至少一个元件的接收灵敏度高的方向可以朝向特定区域。通常，换能器的接收表面的法线的方向与接收灵敏度高的方向相同。例如，如专利文献2（美国专利No.5,713,356）中所描述的，可以在半球形的基座上按螺旋形状布置多个换能器。

然而，在本发明的一方面中，可以使用单个换能器，而不是使用多个换能器来接收弹性波。

（扫描机构400）

扫描机构400是移动阵列换能器300的机构。通过扫描机构400，阵列换能器300能够在不同的位置处接收弹性波。

在照射光学系统210被光学扫描机构220扫描的情况下，优选的是，彼此同步地执行照射光学系统210的扫描和阵列换能器300的扫描。另外，进一步优选的是，执行用照射光211的照射的定时和阵列换能器300接收光声波的定时彼此同步。

如图1所示，扫描机构400二维地移动阵列换能器300。然而，阵列换能器300的移动不限于二维。扫描机构400可以三维地移动阵列换能器300，以便平移和围绕对象旋转。

本发明的一方面中所使用的移动部件可以是机械移动部件，比如，根据本实施例的扫描机构400，或者可以是用户握住的手握部件，以使得用户可以使阵列换能器300移动。

（信号处理装置500）

优选地，信号处理装置500放大从阵列换能器300输出的接收信号，并将该接收信号从模拟信号转换为数字信号。如本文中所使用的，“接收信号”包括从阵列换能器300输出的模拟信号和被信号处理装置500进行模数转换的数字信号。

信号处理装置500通过执行图像重构等来获取对象内部的光学特性值作为对象信息。通常，包括一个或多个微处理器的工作站等用作信号处理装置500。对象信息获取设备的图像重构处理和控制由预先编程的软件执行，并且被一个或多个微处理器执行。例如，信号处理装置500基于已知算法将时域背投作为图像重构处理执行。类似地，对象信息获取过程由信号处理装置500基于例如图3中所示的算法执行。

这里，本发明的一方面中所使用的对象信息是表示对象内部的信息的数据，而不管该数据是二维的，还是三维的。在使用光声效应的对象信息获取设备中，对象信息是对象内部的初始声压分布、光吸收系数分布、氧饱和度分布等。在使用超声波的反射波的对象信息获取设备中，对象信息是对象内部的声阻抗分布、弹性系数分布等。

此外，对象信息被构造为使得，在对象信息为二维的情况下，布置作为最小元件的多个像素，在对象信息为三维的情况下，布置作为最小元件的多个体素。

信号处理装置500通过对所获取的对象信息执行诸如亮度转换之类的处理来产生图像数据，并将所产生的图像数据输出到显示单元600。信号处理装置500可以将特定位置或区域中的对象信息的值输出到显示单元600，并且可以在显示单元600上显示该特定位置或区域中的对象信息的值。

根据本实施例的信号处理装置500的功能可以作为独立的设备或模块提供。

在模块被构造为硬件的情况下，该模块可以被构造为现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）等。模块可以被构造为使计算机执行相应过程的程序。

（显示单元600）

显示单元600显示信号处理装置500产生的对象信息的图像信息和数值信息。例如，液晶显示器等可以用作显示单元600。显示单元600可以独立于根据本实施例的对象信息获取设备提供。

其他实施例

本发明的实施例还可以用系统或装置的计算机实现，该计算机读出并执行记录在存储介质（例如，非暂时性计算机可读存储介质）上的计算机可执行指令以执行本发明的上述实施例中的一个或多个的功能，并且还可以用由系统或装置的计算机通过例如从存储介质读出计算机可执行指令并执行这些计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个的功能而执行的方法来实现。计算机可以包括中央处理单元（CPU）、微处理单元（MPU）或其他电路系统中的一个或多个，并且可以包括单独的计算机或单独的计算机处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如以下中的一个或多个：硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、分布式计算系统的储存器、光学盘（诸如紧凑盘（CD）、数字多用途盘（DVD）或Blu-ray Disc(BD)^TM）、闪存设备、存储卡等。

尽管以上已经解释了本发明的优选实施例，但是本发明不限于前述实施例。本发明包括不脱离权利要求的范围的各种修改和应用。

尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以便包含所有的修改以及等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种对象信息获取设备，包括：

弹性波接收单元，所述弹性波接收单元被配置为接收在对象内部产生的弹性波，并输出接收信号；以及

信号处理单元，所述信号处理单元被配置为基于接收信号获取对象的感兴趣区域中的对象信息，

其中，在多种测量状态中，弹性波接收单元接收弹性波，并输出与所述多种测量状态相对应的多个接收信号，

其中，信号处理单元用基于所述多种测量状态中的多个测量参数的多个加权因子对所述多个接收信号进行校正，并获取感兴趣区域中的与所述多种测量状态相对应的多个校正后的接收信号，以及

其中，信号处理单元基于所述多个校正后的接收信号的总和以及所述多个加权因子的总和来获取感兴趣区域中的对象信息。

2.根据权利要求1所述的对象信息获取设备，

其中，信号处理单元通过获取所述多个校正后的接收信号的总和与所述多个加权因子的总和的比率来获取感兴趣区域中的对象信息。

3.根据权利要求1所述的对象信息获取设备，

其中，弹性波接收单元能够在所述多种测量状态下在不同位置处接收弹性波。

4.根据权利要求3所述的对象信息获取设备，还包括：

移动部件，所述移动部件被配置为将弹性波接收单元移动到不同位置。

5.根据权利要求1所述的对象信息获取设备，

其中，在所述多种测量状态下，弹性波接收单元能够在相对于感兴趣区域的角度不同的接收表面处接收弹性波。

6.根据权利要求1所述的对象信息获取设备，

其中，所述多个加权因子中的每个均是基于圆锥体在所述多种测量状态中的相对应一种测量状态下的立体角的因子，所述圆锥体的顶点为感兴趣区域并且底面为弹性波接收单元的接收表面。

7.根据权利要求1所述的对象信息获取设备，

其中，弹性波接收单元包括多个换能器。

8.根据权利要求7所述的对象信息获取设备，

其中，弹性波接收单元被配置为使得所述多个换能器的至少一个元件的接收灵敏度高的方向朝向特定区域。

9.根据权利要求7所述的对象信息获取设备，

其中，信号处理单元被配置为在所述多种测量状态中的每种测量状态下在所述多个换能器之中选择将被使用的换能器。

10.根据权利要求1所述的对象信息获取设备，

其中，弹性波是通过用光照射对象而产生的光声波。

11.根据权利要求10所述的对象信息获取设备，

其中，信号处理单元对所述多个接收信号执行包括微分处理的过程，并且使用所述多个加权因子对已经经过微分处理的所述多个接收信号进行校正。

12.根据权利要求1所述的对象信息获取设备，

其中，弹性波是当传送到对象的超声波在对象内部被反射时所产生的超声波的反射波。

13.一种用于控制对象信息获取设备的方法，所述方法包括以下步骤：

在多种测量状态下接收在对象中产生的弹性波，并输出与所述多种测量状态相对应的多个接收信号；

使用基于与所述多种测量状态相对应的所述多个测量参数和感兴趣区域的位置的、与所述多种测量状态相对应的多个加权因子对所述多个接收信号进行校正，并获取感兴趣区域中的与多种测量状态相对应的多个校正后的接收信号；以及

基于所述多个校正后的接收信号的总和以及所述多个加权因子的总和来获取感兴趣区域中的对象信息。

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