CN104023620B - 被检体信息累积装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以高可靠性进行诊断的被检体信息累积装置。所述被检体信息累积装置包括：压迫板，被配置为压迫被检体；照射单元，被配置为施加光；声学波检测器，被配置为接收被检体内生成的声学波并且输出电信号；以及控制器，被配置为执行控制，以使得声学波图像和压力信息显示在显示单元上。

Description

被检体信息累积装置
技术领域
本发明涉及一种重构从被检体内生成的光声波获得的被检体的三维图像的光声波成像装置。
背景技术
迄今，作为对于乳腺癌的早期检测有效的诊断成像装置，X射线乳腺摄影机器是广泛所知的。在X射线乳腺摄影机器中，在其中储存放射线摄影检测器的成像台与在成像台对面设置的压迫板之间压迫并且保持乳房，通过压迫板用X射线照射乳房。在此情况下，乳房受压迫板压迫的原因是：减少经受成像操作的乳房的厚度，以使得乳房所需的辐射剂量可以最小化。此外，为了确保患者的安全性并且防止乳房的压迫所产生的过度负担强加到患者，测量并显示施加到压迫板的负荷。然而，在此情况下，通常，仅测量并显示施加到压迫板的负荷(力)，而并未考虑压迫板上施加到乳腺自身的压力。
PTL1公开了以下X射线乳腺摄影机器。通过使用成像台中所提供的二维压力传感器，测量施加到用压迫板压迫的乳房的压力，并且检测并显示压迫压力分布。
替代使用涉及辐射暴露的X射线，用于通过使用比X射线更少侵害的超声回波来获得指示乳房的宽面积的图像的三维图像数据的方法是已知的。此外，近来已经提出了以下光声乳腺摄影机器。以红外带中的光(如具有低生物吸收率的激光)来照射被检体(乳房)，并检测被检体内所生成的光声波。然后，获得并且显示从检测到的光声波形成的三维图像数据。光声乳腺摄影机器检测作为被检体内的特定物质吸收照射于被检体的光的能量的结果所生成的光声波，并且根据所生成的光声波来形成图像。被检体内的特定物质的示例是血液中所含有的葡萄糖和血红蛋白。在光声乳腺摄影机器中，被检体内的血液分布和血液内的血红蛋白浓度分布可以形成为图像。此外，作为检测从用具有不同波长的光照射的被检体生成的光声波的结果，氧合血红蛋白(氧化血红蛋白)可以形成为图像。在已知的X射线乳腺摄影机器中，通常，由于被检体的各组织密度的差而获得的X射线透射率被形成为被检体内部结构的图像。与之对照，光声乳腺摄影机器能够估计癌症组织周围所生成的新生血管的密度和血氧。因此，期望光声乳腺摄影机器作为以较高精度和较高可靠性进行癌症诊断的治疗手段(modality)。
PTL2公开了以下光声乳腺摄影机器。为了允许光到达被检体的较深等级，在被检体在各压迫板之间受压迫的状态下用光照射被检体，然后，获得从被检体生成的光声波。
[引文列表]
[专利文献]
[PTL1]日本专利公开No.2009-285345
[PTL2]日本专利公开No.2010-017426
发明内容
技术问题
期望提供一种以比诸如PTL2中所公开那样的光声乳腺摄影机器更高的可靠性来进行诊断的光声乳腺摄影机器。
问题的解决方案
本发明提供一种被检体信息累积装置，包括：压迫板，被配置为压迫被检体；照射单元，被配置为用照射光来照射被检体；声学波检测器，被配置为接收用照射光照射的被检体内生成的声学波，并且输出电信号；图像信号生成器，被配置为基于从声学波检测器输出的电信号来生成用于形成声学波图像的信号；压力信息累积单元，被配置为获得关于通过压迫板施加到被检体的压力的压力信息；以及控制器，被配置为执行控制以使得所述声学波图像和所述压力信息显示在显示单元上。
本发明还提供一种被检体信息累积装置，包括：压迫板，被配置为压迫被检体；照射单元，被配置为用照射光来照射被检体；声学波检测器，被配置为接收用照射光照射的被检体内生成的声学波，并且输出电信号；图像信号生成器，被配置为基于从声学波检测器输出的电信号来生成用于形成声学波图像的信号；血压信息累积单元，被配置为在被检体在各压迫板之间受压迫的状态下获得关于所述被检体的血压的血压信息；以及控制器，被配置为在显示单元上显示所述声学波图像和所述血压信息。
本发明的有益效果
可以提供一种以更高可靠性来进行诊断的被检体信息累积装置。
根据参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的更多特征将变得清楚。
附图说明
[图1]图1示出本发明的第一实施例的配置。
[图2]图2示出本发明的第一实施例的另一配置。
[图3]图3示出本发明的第二实施例。
[图4]图4示出本发明的第三实施例。
[图5]图5示出根据本发明的第三实施例的负荷传感器的布置。
[图6A]图6A示出根据本发明的第三实施例的压力传感器的布置。
[图6B]图6B示出根据本发明的第三实施例的压力传感器的另一布置。
[图7A]图7A示意性示出根据本发明的第二实施例的超声回波信号。
[图7B]图7B示意性示出根据本发明的第二实施例的超声回波信号。
[图8]图8示出根据本发明的实施例的控制器的细节。
[图9]图9示出根据本发明的实施例的显示图像的配置的示例。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的实施例。
第一实施例
图1示出根据本发明的第一实施例的被检体信息累积装置的配置。第一实施例的被检体信息累积装置包括：保持板101(101a、101b)，其充当保持并且压迫被检体的压迫板；激光源104，其充当照射单元；超声换能器阵列105，其充当声学波检测器；光声信号处理器106和光声波图像重构单元107，其充当图像信号生成器；压力计算器114，其充当压力信息累积单元；以及控制器128。充当照射单元的激光源104将光施加到被检体。充当声学波检测器的超声换能器阵列105接收受光照射的被检体内所生成的光声波，并且输出电信号。充当图像信号生成器的光声信号处理器106和光声波图像重构单元107基于从超声换能器阵列105输出的电信号来生成用于形成光声波图像的信号。充当压力信息累积单元的压力计算器114获得关于使用充当压迫板的保持板101施加到被检体的压力的压力信息。控制器128执行控制，以使得光声波图像和压力信息被显示在显示单元115上。使用这些元件，改进了使用光声波图像的诊断的可靠性。这将在以下更详细地描述。作为被检体信息累积单元的光声乳腺摄影机器，可以获得用于检查被检体内的血液以及血液成分分布的图像信息。相应地，可以期望关于施加到血管和周围部分的压力的压力信息在诊断期间将被用作辅助信息。换句话说，在被检体信息累积装置中，获得从关于被检体的血液的信息生成的光声波图像，并因此关于施加到被检体的压力的压力信息对于确定所获得的光声波图像的可靠性是有用的。此外，施加到被检体的压力可能影响血液流动，这可能损害光声波的测量的可再现性。因此，期望压力信息将也用作用于检查测量可再现性的信息。
在图1所示的被检体信息累积装置的期望配置中，被检体信息累积装置还包括光学传输单元103、光照射单元102、负荷传感器(也可以被称为“重量传感器”)108以及支撑体109。光学传输单元103包括光纤，其传输从激光源104发射的光。光照射单元102经由作为压迫板的保持板101b用激光来照射被检体。负荷传感器108检测施加到保持板101a的负荷。支撑体109支撑保持板101。被检体信息累积装置还包括电荷耦合器件(CCD)相机110、CCD相机图像生成器111、轮廓提取单元112、充当区域检测器的接触面积计算器113、以及照明单元116。CCD相机10用于累积压力计算器114所需的信息，以计算压力，并且更具体地，计算保持板101中的每一个与被检体之间的接触面积。在图1所示的被检体信息累积装置的期望配置中，控制器128还控制激光源104、超声换能器阵列105等。
图1所示的上述配置和稍后将讨论的图2、图3和图4所示的配置适于被检体信息累积装置来获得光声波图像。这将在以下更具体地描述。
在其中在保持板的整个表面上设置压力传感器的被检体信息累积装置(例如PTL1中所公开的X射线乳腺摄影机器)中，难以精确地用激光来照射被检体并且获得对于获得光声波图像所需的光声信号，这是用于累积光声波图像的被检体信息累积装置特有的问题。
更具体地说，光声波是一类超声波，并且因此，被检体、保持板、和用于检测光声波的超声换能器必须被设置得以声学方式彼此接触。特别地，为了检测被检体内所生成的微弱光声波，不期望在被检体、保持板与超声换能器之间的界面处插入除了声学匹配材料之外的材料或结构。该情况的原因如下。如果光声波在这些元件之间的接触表面处衰减并且受反射，则接收到的光声信号的强度下降，结果是信噪比(SNR)减小。此外，为了用激光有效率地照射被检体，被检体与保持板之间的光学透明性必须很高。相应地，用激光照射被检体的照射单元被设置为靠近保持板，并且不期望在照射单元与保持板之间设置导致光的吸收或反射的材料或结构。
还有必要的是，由例如压电元件构成的压力传感器被设置为与被检体或保持板的表面接触，以便直接测量压力。然而，固体压力测量元件(如压电元件)通常具有高声学阻抗，并且如果其被插入在被检体与保持板之间，则很可能光声波的强烈反射将产生。
如上所述，在用于检测作为经由保持板用光照射以保持板固定的被检体(乳房)的结果的光声波的装置中，不期望压力传感器被设置在保持板的表面的宽广面积中。
因为上述原因，所以作为第一实施例的示例的在图1中所示的被检体信息累积装置的配置以及稍后将讨论的图2至图4所示的配置是期望的配置。
以下将描述图1所示的被检体信息累积装置的操作。
将首先给出光声波图像的累积和显示的描述。在以手动方式或受电机驱动来调整各保持板101之间的间隔的同时，支撑体109所支撑的两个保持板101(101a、101b)压迫并且保持被检体。用对于从激光源104发射的激光脉冲光的波长和照明单元116的发射波长带(可见范围)具有高光学透明性的树脂材料(例如聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸酯(PMMA))来制成保持板101b。可以用对于光声波具有高透射性并且具有与被检体相似的声学阻抗的材料(例如聚4-甲基-1-戊烯聚合物(TPX(R)))来制成保持板101a。在此情况下，使用具有与被检体相似的声学阻抗的材料，以便防止光声波在保持板101a与被检体之间的界面处受反射。激光源104响应于来自控制器128的驱动指令而生成具有650至1100nm的特定波长的激光。所生成的激光脉冲光传输通过光学传输单元103并且由光照射单元102经由保持板101b施加到被检体。然后，光声波在被激光脉冲光照射的被检体内生成，并且经由保持板101a由超声换能器阵列105接收。超声换能器阵列105与光照射单元102相对，在它们之间存在保持板101，并且超声换能器阵列105可以是二维阵列。超声换能器阵列105和光照射单元102可以在保持彼此相对的同时在保持板101的表面上扫描。超声换能器阵列105的各元件接收光声信号。光声信号处理器106然后对光声信号执行信号处理，如放大和数字化。连同光声信号处理器106一起形成图像信号生成器的声学波图像重构单元107将光声信号转换为三维图像数据。基于从超声换能器阵列105的各元件接收到的光声信号，光声波图像重构单元107根据光声波到达超声换能器阵列105的元件所耗费的时间并且根据超声换能器阵列105的元件的位置来计算在生成光声波的各位置处的光声波的强度等级。即，光声波图像重构单元107计算光声波强度分布并且将其存储为三维图像数据。可以通过使用延迟求和方法、背投影方法或迁移方法来计算光声波强度分布。
光声波强度与在生成光声波的每个点处的脉冲光的吸收系数成比例。相应地，使得激光源104中所生成的脉冲光的波长匹配于血液的吸收波长，由此使得可以创建表示被检体内的血液分布的图像数据。相似地，使得脉冲光的波长匹配于血红蛋白的吸收波长，由此使得可以创建表示血红蛋白浓度分布的图像数据。可以从激光源104发射多个脉冲光波长，并且可以响应于不同的脉冲光波长来生成光声波。然后，在对响应于各个脉冲光波长所获得的光声波强度分布等级彼此进行比较时，可以创建光谱图像数据。例如，使得多个脉冲光波长匹配于氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收波长，并且在比较响应于各个脉冲光波长而获得的光声波强度分布等级时，可以创建表示血氧浓度的分布图像数据。
通过使用扫描器(未示出)在保持板101的表面上扫描超声换能器阵列105和光照射单元102，以使得可以获得表示与保持板101接触的被检体的整个区域的图像的三维图像数据。光声波图像重构单元107所创建的三维图像数据被发送到控制器128。
如下测量施加到被检体的压迫压力。
期望地，在通过使用保持板101来保持并且固定被检体时，超声换能器阵列105和光照射单元102通过使用扫描器(未示出)移动到退避(evacuation)位置。只要退避位置在CCD相机110的视角的外部，它们就可以是任何位置。
包括例如发光二级管(LED)光源的照明单元116被设置在保持板101b的外围。通过使照明光穿透到保持板101b的内部来对保持板101b进行照明。CCD相机110对保持板101b的表面进行成像。在此情况下，从照明单元116发射的大部分照明光在进行基本上全反射的同时传输通过保持板101b。光指数在与被检体接触的保持板101b的表面(接触表面)和不与被检体接触的保持板101b的表面(非接触表面)之间是不同的。这在CCD相机110的成像屏幕中生成对比度。因此，由于接触表面与非接触表面之间的对比度，可以检测被检体的接触表面，并且特别地，接触表面与非接触表面之间的边界的边缘得以强调。
CCD相机图像生成器111生成关于由CCD相机110获得的图像的捕获的图像信息，并且在此情况下，可以增强图像亮度的对比度。所捕获的图像信息被提供给轮廓提取单元112，并且轮廓提取单元112提取所捕获的图像的轮廓。然后，充当区域检测器的接触面积计算器113计算边界内的面积。更具体地说，轮廓提取单元112通过使用空间差分滤波器来提取轮廓，并且更期望地，其检查轮廓的连接部分和非连接部分，并且以简单连接的边界线来内插接触区域与非接触区域之间的边界。然后，接触面积计算器113对边界(被检体接触区域)内的像素的数量进行计数。用于根据由CCD相机110获得的图像来计算被检体的接触面积的方法不限于上述方法。可以采用各种在正常图像处理中所使用的其它方法，并且由CCD相机110获得的图像可以直接二值化，而无需提取轮廓。
从CCD相机图像生成器111获得的图像数据可以输入到控制器128，并且可以连同光声波图像一起显示。稍后将讨论该情况。
作为负荷传感器108，可以使用负荷单元设备(如磁致伸缩负荷单元、容性负荷单元、陀螺仪负荷单元或应变计负荷单元)。在支撑体109支撑保持板101的位置处所提供的负荷传感器108检测施加到保持板101的压力，并且将指示检测到的压力的值发送到充当压力信息累积单元的压力计算器114。压力计算器114根据由负荷传感器108测量的压力以及由接触面积计算器113计算出的被检体接触面积来计算压迫压力。计算出的压迫压力被转换为可以容易地与血压进行比较的mmHg的单位，并且被发送到控制器128。
以下将参照图8来讨论控制器128。控制器128包括主控制单元132、输入单元133、图像处理器134和存储单元135。
主控制单元132控制包括驱动激光源104在内的用于累积光声波的操作。在累积光声波图像数据之前，主控制单元132执行用于上述压迫压力测量的控制。附加地，如果在扫描超声换能器阵列105和光照射单元102的同时获得光声波图像数据，则主控制单元132控制包括驱动扫描器(未示出)和激光源104在内的用于累积光声波的操作。在从输入单元133接收到各种成像条件时，主控制单元132根据所述成像条件来控制用于累积光声波图像数据的操作。主控制单元132还响应于通过输入单元133输入的指令来控制用于创建待在显示单元115上显示的显示图像数据的显示图像。主控制单元132由以下构成：用于执行上述控制操作的中央处理单元(CPU)和微处理器(如微处理单元(MPU))、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及各种用于传送数据的总线和通信接口。
基于由光声波图像重构单元107所创建的三维图像数据，图像处理器134根据光声波图像来创建通过输入单元133指定的显示图像，如二维截面图像、二维投影图像或渲染图像。除了显示图像的类型之外，通过输入单元133还可以指定二维截面图像的截面的位置和方向、二维投影图像的投影平面的方向、渲染图像的观看方向等。图像处理器134根据通过输入单元133所指定的条件来创建期望的显示图像数据。图像处理器134还对显示图像数据执行处理，如噪声消除、滤波、对比度校正以及色彩校正。图像处理器134可以由与用于主控制单元132的微处理器相似的微处理器构成。然而，期望地，对于图像处理器134使用专用于图像处理的图形处理单元(GPU)。在存储单元135中，存储通过输入单元133所输入以控制上述驱动操作和显示操作的各种参数以及被检体信息累积装置中已经固定的参数。在存储单元135中还存储各种数据项。待存储在存储单元135中的数据项的示例是由光声波图像重构单元107所创建的光声波图像数据、由压力计算器114计算出的压力值数据、以及关于患者的信息(如患者的ID和姓名)。此外，记录对于进行诊断有用的各种诊断信息项，如血压(过去最大和最小血压等)、身体脂肪百分比、体质指数(BMI)、年龄、罩杯尺寸(胸围尺寸与带(band)尺寸之间的差)的记录。通过其它治疗手段(如X射线乳腺摄影和磁共振成像(MRI))所获得的图像以及过去的光声波图像可以通过主控制单元132的通信接口而传送并且记录在存储单元135中。此外，期望地，通过使用图像处理器134来创建匹配于所显示的光声波图像的通过不同治疗手段所获得的图像。例如，如果光声波图像被显示为二维截面图像，则对不同治疗手段图像执行坐标变换，以使得二维截面图像可以形成并且连同光声波图像一起显示在同一截面中。从CCD相机图像生成器111输出的图像数据以及显示单元115上所显示的各种显示图像也可以存储在存储单元135中。存储单元135可以由各种存储设备构成，并且期望地，大容量存储设备(如硬盘驱动器(HDD))可以用于在其中存储各种图像数据项。
主控制单元132在显示单元115上显示指示由图像处理器134创建的光声波图像的显示图像数据以及存储单元135中所存储的各种数据项。图9示出显示单元115上所显示的各种显示数据项的配置的示例。在图9中，示出患者信息显示区域136、光声波图像显示区域137、光声波图像控制参数显示区域138、不同治疗手段图像显示区域139和压力值显示区域140。在患者信息显示区域136中，显示关于患者的信息，如患者ID、患者姓名、过去最大和最小血压、身体脂肪百分比、BMI、年龄和罩杯尺寸。在光声波图像显示区域137中，显示通过输入单元133所指定并且基于三维图像数据所创建的光声波图像，如二维截面图像、二维投影图像或渲染图像。在光声波图像控制参数显示区域138中显示通过输入单元133所指定的用于所显示的光声波图像的各种条件。所述各种条件的示例是：从二维截面图像、二维投影图像以及渲染图像当中所选择的显示图像的类型，二维截面图像的区段的位置和方向，二维投影图像的投影平面的方向，以及渲染图像的观看方向。显示对所显示的光声波图像执行的图像处理的内容，如图像滤波器的类型和各种条件、以及用于校正对比度和颜色的各种条件。在不同治疗手段图像显示区域139中，显示不同治疗手段的图像(如X射线乳腺摄影或MRI图像)及其成像条件，以使得不同治疗手段的图像可以与光声波图像显示区域137中显示的图像进行比较。在压力值显示区域140中，由压力计算器114计算出的压力值显示为mmHg的单位。
在不同治疗手段图像显示区域139中，作为显示不同治疗手段图像的替代，为了检查各保持板101之间的被检体的固定状态，可以通过使用从CCD相机图像生成器111输出的图像数据来显示指示通过CCD相机110获得的被检体的外观的图像。在第一实施例的这种配置中，可以在光声波图像旁显示被检体的外观的图像，由此当对被检体进行成像时检查其固定状态。
在显示单元115上显示的显示图像和各种数据项被存储在存储单元135中，或经由主控制单元132的通信接口传送到外部源。用这种布置，当随着时间观测被检体时，光声波图像可以彼此进行比较。附加地，通过记录由CCD相机110获得的被检体的外观的图像，可以检查当被检体在不同时间被成像时该被检体的固定状态。
在图1所示的被检体信息累积装置的配置中，光声波图像重构单元107、CCD相机图像生成器111、轮廓提取单元112、接触面积计算器113、压力计算器114和控制器128已经作为单独块被描述。然而，实际上，可以通过使用个人计算机(PC)上的软件来执行上述块的处理操作。
如上所述，压力的测量可以在累积光声波图像之前得以执行，或可以在用于累积光声波图像的操作之后得以执行。替代地，在获得光声波图像的同时，可以执行压力的测量。然而，在此情况下，必须在CCD相机110可以根据超声换能器阵列105和光照射单元102的扫描而获得整个被检体接触表面的图像时执行测量。
在第一实施例的上述配置中，照明单元116被设置在保持板101b的外围，并且照明光传输通过保持板101b。然而，该配置仅为示例，并且可以采用别的配置，只要被检体接触区域(特别地，边界部分)的图像清楚地由CCD相机110获得并且被检测到即可。例如，使保持板101b的厚度更薄，从设置CCD相机110的一侧对保持板101b进行照明，由此减少从光照射单元102穿透到被检体的内部的脉冲光的损耗。
在上述配置中，根据由CCD相机110捕获的图像来确定被检体接触区域的面积。然而，可以通过使用不同的光学成像设备来计算接触面积。图2是包括飞行时间相机的被检体信息累积装置的另一配置。在图2中，与图1所示相同的元件由相同标号(101至115)指定。用于累积并且显示光声波图像的操作与以上所讨论的相似，并因此将省略其解释。
图2所示的被检体信息累积装置包括飞行时间相机117、三维配置处理器118、以及充当区域检测器的接触面积计算器119。飞行时间相机117测量夹在各保持板101之间的被检体的表面的三维配置。飞行时间相机117包括光源、光传感器和处理器。光源以调制光来照射被检体。处理器对来自光传感器的输出执行相位检测，并且根据光受以从光源发射的调制光照射的被检体反射并且到达光传感器所耗费的飞行时间(延迟时间)以及光速(3×108m/s)来测量距被检体的距离。
指示通过飞行时间相机117获得的被检体的表面的三维配置的三维配置数据被输入到三维配置处理器118中。三维配置处理器118基于关于已经预先测量的飞行时间相机117和保持板101的位置的位置信息以及指示被检体的表面的三维配置的三维配置数据来提取被检体接触区域。即，通过使用光学三维测量技术以光学方式来检测被检体接触区域。更具体地，被检体的表面以及保持板101的表面上的交叉曲面(cross cap)被认为指示被检体接触区域与被检体非接触区域之间的边界线的边界线数据，并且被输入到接触面积计算器119中。接触面积计算器119基于边界线数据来计算位于保持板101上的被检体的接触面积。计算出的被检体的接触面积连同由负荷传感器108测量的压力一起用于计算压力，如在图1所示的配置中那样。
在使用飞行时间相机117的配置中，根据被检体的表面的三维配置以及保持板101的表面的位置来计算夹在各保持板101之间的被检体的接触面积。相应地，飞行时间相机117可以定位在其可以观看各保持板101之间的空间的位置处。这使得无论位于保持板101上的超声换能器阵列105和光照射单元102的位置如何，都可以测量接触面积。因此可以准时计算当获得光声波图像时所施加的压力。附加地，不同于图1所示的配置，在该配置中，(不通过保持板101)直接执行接触面积的测量，并且因此，更不易受例如保持板101的不清洁表面所导致的在测量接触面积中的误差的影响。在图2所示以及图1所示的配置中，三维配置处理器118和接触面积计算器119被构建为PC中的软件，并且不是一定被构建为真实电路块。
在上述配置中，通过使用飞行时间相机117来测量接触面积。然而，可以使用可以通过光学方式来执行被检体的表面的三维测量的别的测量设备，如激光扫描三维测量设备。在此情况下，可以实现与使用飞行时间相机117所获得的相似优点。
在上述配置中，通过使用飞行时间相机117和三维配置处理器118所获得的作为各保持板101之间所固定的乳房的被检体的三维配置可以被存储在控制器128内的存储单元135中，并且被显示在显示单元115上。例如，在图9所示的显示配置的示例中，根据通过输入单元133输入的显示输入设置，通过使用从三维配置处理器118输出的数据，当被检体固定时所获得的三维配置连同光声波图像一起可以在不同治疗手段图像显示区域139中显示为渲染图像。如果光声波图像被显示为二维截面图像、二维投影图像或渲染图像，则二维截面图像的区段的位置、二维投影图像的投影平面的方向、渲染图像的观看方向可以叠加在不同治疗手段图像显示区域139中所显示的被检体的配置图像上。在上述配置中，在各保持板101之间所固定的被检体的外观配置的位置与所显示的光声波图像的位置彼此关联，并且因此，待成像的部分与整个被检体之间的位置关系变得清楚。附加地，如在图1所示的配置中那样，通过当被检体固定时在存储单元135中记录三维配置数据或通过将其经由主控制单元132的通信接口传送到外部源并且将其存储在外部源中，可以比较并检查当在不同时间对被检体进行成像时的被检体的固定状态，如上所述。
在另一配置中，可以通过使用连同超声换能器阵列105和光照射单元102一起执行扫描操作的光学传感器来测量接触面积。在此情况下，光学传感器被设置在光照射单元102附近，以使得其经由保持板101面对被检体，并且检测被以从光照射单元102发射的光脉冲照射或从另一光源发射的光照射的被检体的表面所反射的光。然后，由光学传感器检测到的反射光的量急剧改变的部分被确定为被检体相对于保持板101的接触区域与非接触区域之间的边界线，并且可以根据边界线的位置来计算被检体的接触面积，如上所述。光学传感器可以根据光照射单元102的孔径宽度来形成多个阵列，并可以通过利用在所述阵列上设置的各个光学传感器的位置以及光照射单元102的扫描位置来检测边界线。在这种修改中，可以使用比上述配置更简单的配置来计算被检体的接触面积。
如上所述，在第一实施例中，检测光学成像被检体的面积，并且根据检测到的面积和由在支撑体109支撑保持板101的位置处设置的负荷传感器108测量的压力值来计算施加到保持板101的压力。相应地，光照射单元102和接收光声信号的超声换能器阵列105可以定位为与保持板101接触。使用这种布置，可以计算压力，而不干扰激光对被检体的照射或来自被检体的光声波的累积。此外，当扫描光照射单元102和超声换能器阵列105时，成像设备(如CCD相机110或飞行时间相机117)的视角位于扫描范围的外部，并且因此，压力的计算并不干扰光声波图像的累积。
第二实施例
以下将参照图3描述第二实施例的被检体信息累积装置。与第一实施例相同的元件由相同标号(101至109、113至115以及128)指示，并且将省略或简化其解释。累积并且显示光声波图像的细节与第一实施例相似，因此将省略其解释。然而，光声信号处理器106不仅对接收到的光声信号而且还对接收到的超声波信号执行信号处理，如放大和数字化。图3所示的被检体信息累积装置包括透射波检测器120和超声波发射器121。
在累积光声信号之前，由超声换能器阵列105在超声换能器阵列105的各个元件的位置处发送并接收超声波，由此检测被检体与超声换能器阵列105相对的区域内被检体与保持板101a接触的区域。虽然稍后将给出检测操作的详细描述，但简单来说，被检体与保持板101a之间的接触面积是以声学方式检测的。更具体地，取决于超声换能器阵列105是否接收到超声波来检测接触面积。然后，如第一实施例中所讨论的那样，光照射单元102以脉冲光照射被检体，由此累积光声信号。如果通过执行扫描来获得光声波图像，则通过使用扫描器(未示出)来移位超声换能器阵列105和光照射单元102，并且然后，在超声换能器阵列105和光照射单元102在移位之后所处的位置处，重复执行接触面积的检测和光声信号的累积。然后，检测被检体与保持板101a接触的接触面积，并且获得光声信号。关于通过发送和接收超声波来检测接触面积以及通过脉冲光的照射来累积光声信号的顺序，可以首先执行任一操作。
响应于从超声波发射器121输出的驱动信号，超声波从超声换能器阵列105的一些或所有元件发送到被检体。超声波传递通过保持板101a，并且在被检体接触保持板101a的部分处进入被检体的内部。然后，超声回波生成于被检体内，或超声波受相对保持板101b反射，以生成反射超声波。位于保持板101a与被检体接触的部分处的超声换能器阵列105的元件接收被检体内所生成的超声回波或反射超声波。另一方面，从位于保持板101a不与被检体接触的部分处的元件发送的超声波并不进入被检体的内部。反而，多次反射产生在保持板101a内，并且元件接收反射超声波。相应地，根据在发送超声波之后超声换能器阵列105的各元件接收到的信号来检测在超声换能器阵列105的接收区域的范围内的被检体与保持板101a接触的面积。
图7A和图7B是示出响应于从超声换能器阵列105发送的超声波而由超声换能器阵列105接收的信号的示意图。图7A示出位于保持板101a与被检体接触的部分处的超声换能器阵列105的元件接收到的超声波信号，图7B示出位于保持板101a不与被检体接触的部分处的超声换能器阵列105的元件接收到的超声波信号。图7A和图7B示出作为所发送的超声波在与提供超声换能器阵列105的一侧相对的一侧上被检体与保持板101a之间的界面上受反射的结果而生成的反射超声波信号151。图7A示出被检体内所生成的超声回波信号152，图7B示出作为所发送的超声波在保持板101a与超声换能器阵列105之间的界面上受反射的结果而生成的多次反射信号153。
如图7A所示，由于保持板101a与被检体之间的声学阻抗的差，并且作为所发送的超声波在保持板101a与被检体之间的界面处受反射的结果，生成反射的超声波信号151。位于保持板101a与被检体接触的部分处的超声换能器阵列105的元件接收该反射的超声波信号151。此后，接收根据被检体内的组织而生成的超声回波信号152。反射的超声波信号151是在所发送的超声波耗费于传播通过保持板101a的时间的逝去之后接收的，并因此，其在接收开始时间之后按照各个元件接收反射的超声波信号151的固定时间间隔而显现。在反射的超声波信号151之后，在超声回波信号152几乎传播过被检体的厚度的时间继续进行超声回波信号152的接收。
至于位于被检体不与保持板101a接触的部分处的超声换能器阵列105的元件，在与设置超声换能器阵列105的一侧相对的一侧上被检体不与保持板101a接触的界面处，空气接触保持板101a。图7B示出这些元件接收到的信号。通常，空气与保持板101a之间的声学阻抗的差大于被检体与保持板101a之间的声学阻抗的差。相应地，在该界面处生成具有较大强度的反射的超声波信号151。在该界面处反射的超声波在相反方向上行进通过保持板101a，并因此，由于多次反射产生在保持板101a与超声换能器阵列105之间的界面处，生成多次反射信号153。根据保持板101a的厚度以及保持板101a内反射的超声波的音速来确定多次反射信号153与反射的超声波信号151之间的时间间隔。在除了多次反射信号153显现的时间之外的时间，没有信号显现。
如上所述，透射波检测器120可以通过使用在接收信号的特定位置处显现的信号来确定被检体是否与保持板101a接触。更具体地，透射波检测器120可以基于在与超声换能器阵列105的一侧相反的一侧上被检体与保持板101a之间的界面处所生成的反射的超声波信号151的信号强度、以及在保持板101a与超声换能器阵列105之间的界面处所生成的多次反射信号153的信号强度来确定被检体是否与保持板101a接触。即，通过利用由于被检体与空气之间的声学阻抗的差所生成的反射强度的差，已经接收到具有特定反射强度值或更小值的信号的元件可以被确定为位于保持板101a与被检体接触的部分处的元件。
此外，检查在接收反射的超声波信号151之后的特定时间段内多次反射信号153的存在或不存在。然后，已经接收到不具有多次反射信号153的信号的元件可以被确定为位于保持板101a与被检体接触的部分处的元件。
此外，通过在具有特定时间段或更长的特定时间间隔上计算信号幅度强度，确定超声回波信号152的存在或不存在，并且已经接收到具有超声回波信号152的信号的元件可以被确定为位于保持板101a与被检体接触的部分处的元件。可以通过使用特定时间期间的信号幅度强度的平均值来确定超声回波信号152的存在或不存在。然而，与反射的超声波信号151和多次反射信号153不同，超声回波信号152具有连续地被接收到的特性。相应地，可以通过使用特定信号强度在其间持续的时间段来确定超声回波信号152的存在或不存在。替代地，例如当信号幅度强度相对于平均信号幅度强度的时间方差等于或小于特定值时，可以执行统计处理，这可以确定超声回波信号152正被接收。
可以组合上述确定方法中的所有或一些方法。
由超声换能器阵列105的各个元件接收到的超声波信号在光声信号处理器106中经受信号处理(如放大和数字化)，并然后被输入到透射波检测器120中。透射波检测器120根据数字化的超声波信号来确定超声换能器阵列105的元件已经接收到在被检体内生成的超声回波还是由保持板101b反射的超声波。然后，透射波检测器120将已经接收到超声回波或由保持板101b反射的超声波的元件的ID号或关于超声换能器阵列105上的这些元件的位置的位置信息输出到接触面积计算器113。
接触面积计算器113基于已经接收到超声回波或反射的超声波的元件的ID号或位置信息来在超声换能器阵列105的接收区域内计算被检体的接触面积。例如，如果超声换能器阵列105的元件具有均匀的面积，则可以通过将元件面积乘以已经接收到超声回波或反射的超声波的元件的数量来确定被检体的接触面积。如果元件面积是不同的，则可以通过基于元件的ID号或位置信息考虑对应元件的元件面积来计算被检体的接触面积。如果扫描超声换能器阵列105，则在超声换能器阵列105所处的位置处的被检体的接触面积被彼此相加，由此确定在整个扫描区域上的被检体的接触面积。以此方式，以声学方式检测接触面积。
以与图1所示的第一实施例相似的方式，计算出的被检体的接触面积用于连同由负荷传感器108测量的压力一起，通过使用压力计算器114来计算压力。然后，响应于来自控制器128的指令，光声波图像和压力信息同时显示在显示单元115上。
在以上描述中，通过使用同一超声换能器阵列105来执行累积光声信号以及发送和接收超声波以用于测量被检体的接触面积。然而，如果通过执行扫描操作来获得光声波图像，则可以通过使用不同的换能器阵列来执行接收光声信号以及发送和接收超声波。附加地，可以在不同的块中执行用于接收到的光声信号的处理以及用于超声波的发送和接收处理。
光声信号是一种类型的超声波，通常，具有宽带宽的换能器或接收器是必须的。期望执行超声波的发送和接收的换能器具有高接收灵敏度，并且当发送超声波时还具有对高压力施加电压的耐受性。
为了避免在累积光声信号与发送和接收超声波之间的串扰，累积光声信号达到光声波传播的量以及发送和接收超声波达到超声波传播的量可以独立于彼此而在不同的时间被执行。替代地，用于发送和接收超声波的带宽被设置为不同于用于光声波的带宽，以便防止产生串扰。用这种布置，可以同时执行累积光声信号以及发送和接收超声波，由此减少累积光声波图像以及检测接触面积所需的总时间。
如果同时执行累积光声信号以及发送和接收超声波，则在不同的块中执行接收光声波以及发送和接收超声波。因此可以单独地设置用于光声波的信号处理带和换能器特性以及用于超声波的信号处理带和换能器特性。
如果通过执行扫描操作来获得光声波图像，并且如果通过使用不同的换能器阵列来单独地执行接收光声信号以及发送和接收超声波，则把换能器阵列设置在不同的位置处，以使得获得光声信号的区域可以不同于检测接触面积的区域。相应地，光声信号和超声波可以是空间上分离的，由此防止发生串扰。具体地，用于接收光声波的换能器阵列和光照射单元102的扫描以及用于接收超声波的换能器阵列的扫描可以同时但彼此独立地被执行。
在上述配置中，可以减少累积光声波图像和检测接触面积所需的总时间。这意味着，用于保持并压迫被检体的总时间可以降低，由此适当地减少对患者强加的负担。
在第二实施例中，从超声换能器阵列105或另一换能器发送超声波，换能器阵列接收被检体内所生成的回波，由此检测保持板101a与被检体之间的接触区域。作为用于以声学方式检测接触面积的方法，可以通过使用接收到的光声信号来检测被检体与保持板101a之间的接触部分。即，取决于由超声换能器阵列105接收到的光声波的存在或不存在，以声学方式来检测被检体与保持板101a之间的接触部分。在此情况下，光声信号处理器106以与用于通过使用接收到的超声波信号来检测接触面积的方法相似的方式根据由超声换能器阵列105的各个元件接收到的光声信号来检测超声换能器阵列105上的在保持板101a与被检体之间的接触面积。如果扫描超声换能器阵列105，则超声换能器阵列105所处的位置处的被检体的接触区域彼此相加，由此确定在保持板101a的整个区域上的被检体的接触面积。在该配置中，不需要超声波发射器121，并且可以在累积光声波图像的同时计算被检体的接触面积。
如上所述，在第二实施例中，按照保持板101a透射了超声波还是光声波、根据由超声换能器阵列105接收到的信号来检测被检体接触区域的面积。根据检测到的接触面积以及由在支撑体109支撑保持板101的位置处所设置的负荷传感器108测量的压力值来计算施加到保持板101的压力。用这种布置，在用于累积光声波图像的扫描操作的同时检测被检体接触区域的面积，并因此，被检体接触区域的面积的检测不干扰光声波图像的累积。
第三实施例
在第三实施例中，检测被检体接触区域中的保持板101a和101b中的每一个的压力分布。然后，通过使用检测到的压力分布，被检体内的压力分布被估计出并且同时连同光声波图像一起得以显示。在此情况下，检测被检体接触区域的压力分布，而不干扰累积光声信号。
以下将参照图4描述第三实施例的被检体信息累积装置。与图1所示的第一实施例或图3所示的第二实施例相同的元件由相同标号指示。对于累积光声波图像数据所执行的从接收光声信号到通过使用光声波图像重构单元107来创建三维图像数据的处理与第一实施例相似，因此将省略其解释部分。图4所示的被检体信息累积装置包括保持框架122、重量分布计算器123、光发送侧压力分布计算器124、超声换能器阵列压力测量单元125、光声波接收侧压力分布计算器126、充当压力信息累积单元的被检体压力分布计算器127、控制器128、以及上面布置有负荷传感器元件的阵列负荷传感器129。
以与第一实施例相似的方式来获得光声波图像数据。超声换能器阵列105和光照射单元102定位为彼此相对，并且由扫描器(未示出)在保持板101上扫描，由此累积被检体的整个区域的图像。
将首先给出测量被检体接触区域内的施加到与被检体接触的保持板101a的压力的压力分布的描述。在第三实施例中，在与累积光声波图像数据相同的时间执行测量被检体接触区域内的施加到保持板101a的压力的压力分布。
阵列负荷传感器129被设置得邻近超声换能器阵列105。阵列负荷传感器129的尺寸大得足以测量覆盖超声换能器阵列105的孔径的范围中的负荷分布，并且阵列负荷传感器129期望地检测在与超声换能器阵列105的元件中的每一个的阵列位置对应的点处的负荷值。根据超声换能器阵列105的扫描方向来设置超声换能器阵列105和阵列负荷传感器129的相对位置。
图6A和图6B示出超声换能器阵列105的元件配置、阵列负荷传感器129的元件配置及其之间的位置关系的特定示例。
图6A示出当在图6A的y方向上扫描超声换能器阵列105时超声换能器阵列105的元件配置和阵列负荷传感器129的元件配置的示例。如在配置为二维布置的超声换能器阵列105中那样，阵列负荷传感器129也被配置为二维布置。以与超声换能器阵列105上设置的换能器元件130相同的间距间隔来设置阵列负荷传感器129的负荷传感器元件131。此外，垂直方向和水平方向(在图6A中分别是x方向和y方向)上的超声换能器阵列105的换能器元件130的数量与阵列负荷传感器129的负荷传感器元件131的数量相同，在y方向上并排设置超声换能器阵列105和阵列负荷传感器129。当累积光声波图像数据时，超声换能器阵列105被扫描等于其宽度(y方向)的量。用这种扫描操作，在超声换能器阵列105上设置的换能器元件130的位置被叠加在阵列负荷传感器129上设置的负荷传感器元件131的位置上。然后，可以由相关联的负荷传感器元件131检测在扫描操作之前换能器元件130中的每一个所处的位置处的负荷。
以下将更具体地描述该情况。与光照射单元102的照射同步，超声换能器阵列105的各个换能器元件130接收光声波，并然后，光声信号在光声信号处理器106中被放大并数字化。透射波检测器120基于处理后的信号来确定在换能器元件130中的每一个所位于的部分处被检体是否与保持板101a接触。同时，通过阵列负荷传感器129的负荷传感器元件31中的每一个测量负荷。所测得的负荷值被存储在超声换能器阵列压力测量单元125中达用于扫描超声换能器阵列105所需的时间段。在超声换能器阵列105正以一次通过等于其宽度(y方向上)的量而被扫描的同时，超声换能器阵列压力测量单元125存储并且保存由阵列负荷传感器129测量的负荷值。超声换能器阵列压力测量单元125还根据当执行先前扫描操作时存储的负荷值以及根据从透射波检测器120输出的关于被检体是否与保持板101a接触的确定，来计算位于其中被检体与保持板101a接触的部分处的换能器元件130的压力值。超声换能器阵列压力测量单元125然后将计算出的压力值输出到光声波接收侧压力分布计算器126。通过把由阵列负荷传感器129的关联负荷传感器元件131测量的负荷值除以关联换能器元件130的面积来得到位于其中被检体与保持板101a接触的部分处的换能器元件130的压力值。作为接触区域内的压力分布，光声波接收侧压力分布计算器126基于与对于累积光声波图像数据所执行的超声换能器阵列105的扫描位置有关的扫描位置信息，来计算位于其中被检体与保持板101a接触的部分处的各个换能器元件130的压力值。
根据扫描方向实现来执行上述操作。更具体地说，根据扫描方向，每次执行超声换能器阵列105的扫描操作时，就临时存储由阵列负荷传感器129测量的负荷值，并且通过使用由透射波检测器120进行的确定来计算每个换能器元件130的压力值。然而，如果扫描方向与上述方向相反，则每次执行扫描操作时，就可以临时存储由透射波检测器120进行的关于被检体是否与保持板101a接触的确定。然后，可以通过使用该确定结果以及由阵列负荷传感器129测量的负荷值来计算每个换能器元件130的压力值。如果在x方向上扫描超声换能器阵列105，则可以在x方向上并排布置超声换能器阵列105和阵列负荷传感器129。
如果一次通过等于一个换能器元件130的宽度的量来扫描超声换能器阵列105，则可以使用线性阵列负荷传感器129，如图6B所示。在图6B中，根据x方向和y方向中的每一个方向上的一个换能器元件130的宽度来设置线性阵列负荷传感器129。每次作为扫描操作的结果超声换能器阵列105在x方向和y方向中的每一个方向上移动时，就测量换能器元件130的一列或一行的压力。这种配置对于以下情况尤其有效。如果用于累积光声波图像数据的光声信号的强度十分微弱，则一次通过等于每个换能器元件130的宽度的量来扫描超声换能器阵列105，在重叠区域中从换能器元件130输出的光声信号彼此相加，由此贡献于SNR方面的改进。用该配置，可以在累积光声波图像数据的同时检测被检体接触区域中的压力分布。此外，通过选择对于阵列负荷传感器129布置的负荷传感器元件131的行数和列数，可以实现适于超声换能器阵列105的扫描方法的压力分布的测量。
在上述配置中，为了简化描述，超声换能器阵列105上所设置的换能器元件130的间距间隔被设置为与在阵列负荷传感器129上设置的负荷传感器元件131的间距间隔相同。然而，即使间距间隔在换能器元件130与负荷传感器元件131之间是不同的，也可以根据其之间的几何关系来对由阵列负荷传感器129测量的负荷值进行内插，由此使得可以获得在超声换能器阵列105上设置的换能器元件130的位置处的压力值。如果采用内插技术，则通过根据换能器元件130或负荷传感器元件131的尺寸或布置来使用内插技术，只要负荷值可以转换为压力分布，换能器元件130或负荷传感器元件131就无需均匀地间隔开。然后，通过使用所测量的压力值以及从透射波检测器120输出的关于被检体是否与保持板101a接触的确定，可以与当不采用内插技术时相似地检测压力分布。
如上所述，与超声换能器阵列105邻近地设置阵列负荷传感器129，与超声换能器阵列105的扫描操作同步地检测压力分布，以用于累积光声波图像。因此，压力测量不干扰光声波图像的累积。
现将给出测量保持板101b在被检体接触区域内的压力分布的描述。
保持框架122经由多个负荷传感器108来保持保持板101b的外围，并且可移动地被支撑体109支撑。负荷传感器108被设置在保持板101b周围，以使得它们不处于光照射单元102的扫描区域和CCD相机110的成像区域的路径中。保持框架122以手动方式或受电机驱动而在支撑体109上移动，并且通过调整保持板101a与101b之间的间隔来保持被检体。图5示出负荷传感器108、保持框架122以及支撑保持板101b的支撑体109的布置的示例。保持框架122可以形成为在一侧上开放以容纳被检体(乳房)的有倾角的U形，以使得其可以在确保成像区域的同时保持被检体。附加地，负荷传感器108(例如N个负荷传感器108)可以按规则间隔沿着保持框架122设置，并且检测保持板101b上的负荷分布等级。
以与第一实施例相似的方式在CCD相机图像生成器111和轮廓提取单元112中处理由CCD相机110获得的被检体的图像，由此检测被检体与保持板101b接触的区域(被检体接触区域)。
重量分布计算器123基于来自沿着保持框架122所设置的多个负荷传感器108的输出而如下计算保持板101b上的负荷分布。
根据来自轮廓提取单元112的输出来检测保持板101b上的被检体接触区域。在被检体接触区域内设置M个采样点。采样点的数量M可以期望地为N-1(N是保持板上所设置的负荷传感器108的数量)或更小。根据M个采样点与N个负荷传感器108之间的位置关系以及来自N个负荷传感器108的输出来计算在M个采样点处的负荷。
例如，如果保持板101b的刚度很高，则获得与负荷传感器108的数量(N个)相同数量的使用负荷传感器108中的每一个作为支点的力矩的N个方程。此外，获得M个采样点的负荷和N个负荷传感器108的负荷的平衡方程，在M个采样点处的负荷值被看作关于(N+1)个条件表达式的未知量。当M＝N+1时，通过求解方程来获得在M个采样点中的每一个处的被检体的接触负荷值，而当M不是(N+1)时，可以通过使用包括回归分析的拟合技术(如最小二乘法)或通过使用统计方法(如最大似然估计)来得到接触负荷值。
当M＝N+1时，可以通过把在M个采样点处的负荷值Pi(i＝1、2、……、M)设置为未知量来求解以下线性方程系统。
[数学式1]
其中，Ri,j是从第i(i＝1、……、M)采样点到第j(j＝1、……、N)负荷传感器108的距离，R’j,k是从第j(j＝1、……、N)负荷传感器108到第k(k＝1、……、N)负荷传感器108的距离，以及Qj是第j(j＝1、……、N)负荷传感器108所测量的负荷值。
[数学式2]
表示除了j＝k之外，得到j＝1至j＝N之和。方程的右侧表示(N+1＝M)行中的矢量，方程的左侧表示在(N+1)行和M列中布置的方阵(即在M行和M列中布置的方阵)与M行中的矢量的乘积。相应地，可以通过求解线性方程系统来解出未知量。关于在M个采样点处的负荷值Pi以及由负荷传感器108测量的负荷值Qj，负荷沿着相对于保持板101b的表面的法线在相反方向(例如图4中的垂直方向)上起作用的方向被设置为正。附加地，对于基于在保持被检体之前的值来调整保持板101b的重量，该值由于保持板101b的压迫而增加的量可以被用作由负荷传感器108测量的负荷值Qj。
当M不等于N时，左侧的矩阵不是方阵。相应地，无法求解方程。然而，通过修改上述方程以使用拟合技术来得到Qj，可以通过使用最小二乘法或另一统计方法来得到最大似然值Qj。在此情况下，M可以等于或小于N。
如果采样点的数量M大于负荷传感器108的数量N，则测量精度降低。因此，基于如上所述获得的在M个采样点处的负荷值，可以通过使用内插方法(如线性内插、多项式内插或小波内插)来计算保持板101b上的被检体接触区域的各个点处的负荷分布值。
基于上述负荷分布值，光发送侧压力分布计算器124计算保持板101b上的被检体接触区域的压力分布。在第三实施例中，通过内插方法来计算CCD相机图像生成器111所创建的图像数据的像素位置处的负荷分布值，并且计算出的负荷分布值中的每一个除以与关联像素相对应的保持板101b的表面元件的面积，由此计算在垂直方向上保持板101b的关联点处的压力值。对被检体接触区域内的像素执行该操作，由此计算保持板101b上整个被检体接触区域内的压力分布。如果需要，则通过使用每一组多个像素作为单位，通过内插方法来计算该单元的中心处的负荷值，并然后，通过把在该单元的中心处的负荷值除以多个像素的面积来得到平均压力值，由此计算压力分布。
如果保持板101b的刚度并不足够高，以使得变形产生在保持板101b中，则上述刚体力矩关系不成立。然而，如果保持板101b的畸变等级不高，则可以如下计算负荷分布。
在保持板101b的整个表面上设置采样点。然后，负荷被施加到所设置的采样点当中的特定采样点，并且由每个负荷传感器108测量负荷的值。在此情况下，当畸变等级很小时，施加到采样点的负荷以及由负荷传感器108测量的负荷值近似变为线性的。即，施加到特定采样点的负荷的值和由特定负荷传感器108测量的值具有线性关系。而且，施加到不同采样点的负荷的值对由特定负荷传感器108测量的值的影响也是线性的。基于该事实，如下计算负荷分布。
当单位负荷被独立地施加到在整个保持板101b上设置的采样点中的每一个时由负荷传感器108测量的值被存储为表。该表可以通过实际测量而创建，或可以通过使用利用保持板101b的弹性值的有限元方法而计算。该表中存储的元素中的每一个的值充当其中施加到特定采样点的负荷影响由特定负荷传感器108测量的值的线性关系的比例常数。
通过使用在该表中存储的采样点当中的在保持板101b上的被检体接触区域中所包含的采样点，可以基于上述线性关系如下建立求解由各个负荷传感器108测量的值的方程。在方程中，被检体接触区域中所包含的采样点的数量被表示为M'，而负荷传感器108的数量表示为N。
[数学式3]
其中，Pi(i＝1、2、……、M’)是在被检体接触区域中所包含的采样点处的负荷值，Qj是由第j(j＝1、……、N)负荷传感器108测量的负荷值，Ci,j是施加到第i采样点的负荷值和由第j负荷传感器108测量的值的比例常数，其为上述表中的元素。
当M’等于或小于N时，以与建立上述刚体力矩关系的情况相似的方式，通过使用线性方程系统或拟合技术根据由负荷传感器108测量的负荷值Qj来计算被检体接触区域中所包含的采样点处的负荷值Pj，以与上述相似的方式来对所计算出的负荷值Pi进行内插，由此确定被检体接触区域内的压力分布。
当被检体接触区域中所包含的采样点的数量M'大于负荷传感器108的数量N时，用于确定负荷分布的采样点被选择为使得采样点的数量M'变为等于或小于N。然后，计算负荷分布。光发送侧压力分布计算器124通过对负荷值进行内插来确定被检体接触面积内的压力分布。
以上是假设负荷传感器108所测量的值是负荷(即法向应力沿着相对于保持板101b的表面的法线而产生)的情况下进行的描述。替代地，负荷传感器108所测量的值可以是沿着相对于保持板101b的截面的法线产生的应力、相对于截面产生的剪切应力或各种类型的畸变。在这些情况下，在负荷传感器108所测量的值与施加到采样点的负荷之间也存在线性关系。相应地，建立使用与以上所描述的相似的矩阵的线性关系表达式，并且因此，可以通过执行与以上所描述的相似的计算来得到负荷分布。特别地，在各种类型的畸变和应力当中，通过使用多个独立应力，可以增加由负荷传感器108测量的值的数量N。这使得可以增加用于计算上述负荷分布的采样点的数量M'。因此，可以改进在计算通过使用内插所确定的压力分布时的精度。
用上述配置，通过使用在光照射单元102的扫描区域和CCD相机110的成像区域的外部所设置的负荷传感器108来计算保持板101b的被检体接触区域内的压力分布。即，通过使用不处于用于累积光声波图像的光照射单元102的扫描操作的路径中的区域中所安装的负荷传感器108来检测压力分布。因此实现不干扰光声波图像的累积的压力分布的测量。
如上所述计算的保持板101a和101b中的每一个上的被检体接触平面内的压力分布被输出到充当压力信息累积单元的被检体压力分布计算器127。然后，获得与由作为压迫板的保持板101a和101b中的每一个施加到被检体的压力的压力分布有关的压力分布信息。
以与第一实施例相似的方式根据由控制器128选择的显示图像格式把由光声波图像重构单元107创建的三维光声波图像数据转换为显示光声波图像数据。显示图像格式的示例是在所指定的方向上的最大强度投影(MIP)、所指定的截面的层析图像、以及与所指定的阈值有关的表面渲染和体积渲染。亮度或色彩值根据基于各元素(例如光声波图像重构单元107计算出的光声波生成强度、激光吸收强度、血红蛋白浓度或血氧浓度)之一或各元素中的每一个的分布所指定的显示图像格式而被输入到投影表面、截面或渲染图像数据的坐标中。然后，创建亮度或色彩值数据。
基于由光声波接收侧压力分布计算器126和光发送侧压力分布计算器124分别获得的保持板101a和101b中的每一个上的被检体接触平面内的压力分布，充当压力信息累积单元的被检体压力分布计算器127根据由控制器128选择的显示图像格式来计算关于在被检体内的点处的压力分布的压力分布图像数据。在此情况下，显示图像格式可以与用于创建显示光声波图像数据的显示图像格式相同，或可以与用于创建显示光声波图像数据的显示图像格式不同。如果两种显示图像格式相同，则可以容易地比较压力分布图像和光声波图像。例如，如果对于显示光声波图像而指定特定截面，则被检体压力分布计算器127计算指示同一截面上的压力分布的截面压力分布数据。对于计算压力分布数据，基于保持板101a和101b中的每一个上的被检体接触平面中的压力分布来在所指定的截面上的点处执行内插操作，如线性内插、多项式内插或小波内插。
如果光声波图像被创建为指定方向上的MIP图像，则通过使用内插方法来计算指示与所指定的方向相同的方向上的压力分布的MIP图像。然后，所创建的压力MIP图像可以容易地与光声波图像进行比较。如果显示渲染光声波图像，则创建压力表面渲染数据或压力体积渲染数据。然而，压力分布图像的显示图像格式无需一定与光声波图像的显示图像格式相同。
计算出的区段压力分布数据被发送到控制器128。然后，以与光声波图像相似的方式，在压力分布数据的各个点处的压力值被转换为要被显示的亮度或色彩值数据。转换后的数据与显示光声波图像同时显示在显示单元115上。如果光声波图像和压力分布图像特别地通过叠加在彼此上而同时以相同显示图像格式显示，则可以比较位于基本上相同位置处的压力信息和光声信息。然而，不同图像格式的光声波图像和压力分布图像可以被显示以用于比较，或它们可以同时分离地或在不同的时间显示。如上所述，在控制器128中提供主控制单元132、输入单元133、图像处理器134和存储单元135，如图8所示。在显示单元115上，如图9所示，示出各种区域，如患者信息显示区域136、光声波图像显示区域137、光声波图像控制参数显示区域138、不同治疗手段图像显示区域139和压力值显示区域140。
如在第一实施例中那样，这些截面压力分布数据项被存储在控制器128的存储单元135中，并且根据由在输入单元133上执行的显示控制输入操作所指定的显示图像格式来在图像处理器134中被处理。截面压力分布数据然后被显示在显示单元115上。在图9所示的显示配置中，例如，压力分布图像可以通过叠加在光声波图像显示区域137中所显示的显示光声波图像上而被显示为压力轮廓线或彩色区域。在不同治疗手段图像显示区域139中，压力分布图像可以在所显示的光声波图像旁边显示为彩色区域。在此情况下，期望压力分布图像的截面的位置或视点方向匹配于光声波图像的截面的位置或视点方向。可以通过与第一实施例中用于将不同治疗手段显示图像与光声波图像进行匹配的匹配操作相似的方式来执行该操作。在压力值显示区域140中，可以显示平均压力值。
如上所述，在通过使用保持框架122上所设置的负荷传感器108来计算保持板101b上的被检体接触区域内的二维压力分布的同时，通过使用与超声换能器阵列105同时受扫描的阵列负荷传感器129来计算保持板101a上的被检体接触区域内的二维压力分布。相应地，在该配置中，在以声学方式检测保持板101a上的被检体接触区域内的压力分布的同时，以光学方式检测保持板101b上的被检体接触区域内的压力分布。因此，第三实施例的被检体信息累积装置的配置具有与光声波图像累积操作的高相似性。
然而，可以通过使用保持框架122上所设置的负荷传感器108来计算保持板101a和101b二者上的被检体接触区域内的二维压力分布。
替代地，可以如下计算保持板101b上的被检体接触区域内的二维压力分布。通过使用能够发送和接收超声波的超声探头和阵列负荷传感器的组合来执行扫描，并然后，接收超声回波，并且检测所发送的波。然后测量超声换能器阵列上的压力。
替代地，通过扫描能够发送和接收超声波的超声探头和阵列负荷传感器所获得的二维压力分布可以与由CCD相机110获得的被检体接触区域进行比较，由此累积被检体接触区域内的二维压力分布。
在另一配置中，可以使用能够检测偏振的CCD相机110，并且CCD相机10可以获得保持板101b的光弹性图像，由此累积保持板101b上的相对应力分布。然后，通过使用相对应力分布和由负荷传感器测量的保持板101b的压迫力，可以计算保持板101b上的被检体接触区域内的二维压力分布。
在第三实施例中，分离地计算保持板101a和保持板101b上的被检体接触区域内的二维压力分布。相应地，即使当保持并且压迫被检体时的保持板101a和保持板101b上的被检体接触区域的面积彼此不同，也可以测量被检体内的压力。例如，当在垂直于重力的方向上水平地放置保持板时，这是尤其有效的。更具体地，在此情况下，由于被检体的重量的影响或由于不均匀的压迫力，被检体接触区域的面积在顶部保持板和底部保持板之间可能变得不同。特别地，甚至当由于一个保持板上的被检体接触区域的面积与另一保持板上的被检体接触区域的面积不同而存在各保持板之间的压力的差时，例如在光声波图像的截面中从光声信号提取的部分处的压力值的分布可以与光声波图像同时显示。因此，可以有效地利用关于被检体内的压力分布的压力分布信息，以用于使用光声波图像对血液分布、血红蛋白浓度分布、血氧浓度分布等进行诊断成像。
在所有第一实施例至第三实施例中，不显示压力信息或除了显示压力信息之外，还可以显示血压信息。更具体地，通过使用已知的血压信息累积单元(血压计)，患者的血压得以测量并且连同光声波图像一起得以显示。在此情况下，可以测量在患者的被检体在各保持板之间受压迫的状态下的患者的血压，并且可以在显示单元115上连同光声波图像一起显示血压信息。在此情况下，可以实现与在显示压力信息时相似的优点。患者的被检体在各保持板之间受压迫的状态不限于在被检体在各保持板之间正受压迫的同时的状态。如果在被检体正受压迫的同时的血压信息与在被检体的压迫之前或之后的血压信息之间的关系变清晰，则可以在显示单元115上显示光声波图像和在被检体的压迫之前或之后的血压信息，它们充当用于确定光声波图像的可靠性的足够有效的信息。在此情况下，期望以与压力信息相似的方式同时在显示单元115上与光声波图像一起显示血液信息。
虽然已经参照示例性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性实施例。所附权利要求的范围将要被赋予最宽泛的解释，以便包括所有这样的修改以及等效结构的功能。
本申请要求于2011年12月26日提交的日本专利申请No.2011-283614的利益，在此通过引用而整体合并到此。

Claims (9)

1.一种被检体信息累积装置，包括：
压迫板，被配置为压迫被检体；
照射单元，被配置为用照射光来照射被压迫板压迫的被检体；
声学波检测器，被配置为接收用所述照射光照射的被检体内生成的声学波并且输出电信号；
图像信号生成器，被配置为基于从所述声学波检测器输出的所述电信号来生成用于形成声学波图像的信号；
压力信息累积单元，被配置为获得关于通过所述压迫板施加到被检体的压力的压力信息；以及
控制器，被配置为执行控制以使得在显示单元上显示所述声学波图像和所述压力信息，其中控制器控制使得所述压力信息以mmHg单位显示。
2.如权利要求1所述的被检体信息累积装置，其中，所述控制器在所述显示单元上同时显示所述声学波图像和所述压力信息。
3.如权利要求1所述的被检体信息累积装置，还包括：
负荷传感器，被配置为测量施加到所述压迫板的负荷；以及
区域检测器，被配置为检测所述压迫板中的每一个与所述被检体之间的接触区域，
其中，所述压力信息累积单元通过使用由所述区域检测器检测到的所述接触区域以及由所述负荷传感器测量的所述负荷来获得所述压力信息。
4.如权利要求3所述的被检体信息累积装置，其中，所述区域检测器以光学方式检测所述接触区域。
5.如权利要求4所述的被检体信息累积装置，其中，所述区域检测器使用通过所述压迫板执行的光学成像或光学三维测量来以光学方式检测所述接触区域。
6.如权利要求3所述的被检体信息累积装置，其中，所述区域检测器以声学方式检测所述接触区域。
7.如权利要求6所述的被检体信息累积装置，其中，该被检体信息累积装置还包括超声换能器阵列，其中，所述区域检测器根据超声换能器阵列是否已经接收到由被检体反射的声学波或响应于对被检体的光照射而在被检体中生成的声学波来以声学方式检测所述接触区域。
8.如权利要求1所述的被检体信息累积装置，其中，所述压力信息累积单元获得关于通过所述压迫板施加到被检体的压力的分布的分布信息。
9.如权利要求1所述的被检体信息累积装置，其中，所述控制器执行控制以使得关于患者的信息显示在所述显示单元上。
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