專利名稱：聲波獲取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲波獲取裝置。
背景技術(shù)：
用于利用來自諸如激光器之類的光源的光照射對象并且由在該對象中傳播的光獲得關(guān)于對象中的光學(xué)特征的空間分布信息的光學(xué)成像裝置主要在使用活體作為對象的醫(yī)療領(lǐng)域中進(jìn)行積極的研究。作為這樣的光學(xué)成像技術(shù)之一，在美國專利N0.5，713，356(專利文獻(xiàn)1:PTL1)中公開了光聲層析成像(在下文，PAT)。
在PAT中，在從諸如納秒脈沖激光器之類的光源發(fā)射的光經(jīng)由活體(對象)中的傳播和擴(kuò)散被活組織吸收時產(chǎn)生聲波(超聲波)，并且探測器檢測該聲波。通過分析檢測到的聲波，將與對象中的光學(xué)特征有關(guān)的信息可視化。具體地，基于從對象獲得的聲波的初始聲壓分布將光能吸收密度分布和由光能吸收密度分布計算的光吸收系數(shù)分布計算為對象中的光學(xué)特征。
在通過PAT測量人的胸部或其它組織的情況下，存在使得胸部被兩個保持板夾在中間并且固定的情況，如美國專利N0.5, 713, 356和Srirang Manohar等的“Characterization of a clinical prototype for photoacoustic mammography andsome phantom studies”, Proc.0f SPIE, p27 (非專利文獻(xiàn) I:NPL1)中所述。此時，利用通過保持板的光照射胸部并且經(jīng)由保持板檢測在胸部中產(chǎn)生的光聲波。作為保持板的材料，考慮透光性可以使用丙烯酸或聚碳酸酯。當(dāng)空氣進(jìn)入胸部和保持板之間時，來自于活體的內(nèi)部的聲波不能被檢測到或者變得難以檢測它。因此，必須向胸部和保持板之間的整個接觸面薄薄地施加聲學(xué)匹配劑。作為聲學(xué)匹配劑，可以使用諸如水之類的液體或用在超聲圖記錄儀中的凝膠。
在利用激光照射人體的情況下，通過JIS標(biāo)準(zhǔn)(C6802和IEC60825-1)確定皮膚上的MPE (最大容許曝光)。因此，裝置不得不被設(shè)計為使得向人體的表面發(fā)射的激光的強(qiáng)度不超過MPE。
PTLl:美國專利 N0.5，713，356
NPLl:Srirang Manohar, et al., Characterization of a clinical prototypefor photoacoustic mammographu and some phantom studies, Proc.0f SPIE, p27發(fā)明內(nèi)容
在利用光照射保持板上方的對象并且通過PAT執(zhí)行測量的情況下，期望一滴聲學(xué)匹配劑(水或凝膠)附著于光穿過的保持板。在考慮光的透過率使用丙烯酸或聚碳酸酯作為保持板的材料的情況下，聲學(xué)匹配劑以大的接觸角附著于保持板，以使得聲學(xué)匹配劑變成具有高的光聚焦度的透鏡。在下文中，用于獲得胸部和保持板之間的聲學(xué)接觸的水、液體、凝膠等將被統(tǒng)稱為聲學(xué)匹配劑。一般地，固體上的水滴的形狀簡單地被描述為圖6所示的圓圈的一部分。在圖6中，直線401被認(rèn)為是固體表面，圓圈繞著作為中心的點(diǎn)O繪制，并且該圓圈被固體表面401分成兩個部分。由固體表面的上側(cè)上的弧線IJK和直線KHI圍繞的部分是小滴402。圖6是從側(cè)面看到的液體的水滴的橫截面。經(jīng)過圓圈的中心O和線KI的中心H的延長線與圓圈在點(diǎn)K和I處的切線的交點(diǎn)是點(diǎn)L。在圖中，當(dāng)水滴的直徑是“b”并且水滴的高度是“a”時，由三角形的內(nèi)角的定理和相似律通過公式(I)近似計算接觸角Θ。水滴的高度是圓圈的中心的高度。
Θ =2.tarf1 (2a/b)...(1)
水滴的直徑是指水滴和固體接觸的區(qū)域的圓圈的直徑。
圖6還示出了穿過水滴的光403。光403聚焦在直線OL的延長線上的點(diǎn)F處。當(dāng)水滴的曲率半徑是“r”并且水對空氣的折射率是“η”時，HF的距離“f”通過公式(2)計算。
f = r/(n-l)...(2)
此外，當(dāng)根據(jù)圖6轉(zhuǎn)換公式(2)時，通過公式(3)表達(dá)焦距“f”。
f = b/ (2.(η-1).sin θ )...⑶
從公式(1)到(3)理解，在聲學(xué)匹配劑滴變成具有高聚焦度的透鏡的情況下，穿過聲學(xué)匹配劑的光在焦點(diǎn)位置中聚焦，以使得在遠(yuǎn)離保持板的位置中的對象的表面上的光照射密度在局部變得高。
因此，甚至在光照射密度分布通過透鏡效應(yīng)變得局部高的位置中，向?qū)ο蟮谋砻姘l(fā)射的光的平均密度不得不被設(shè)置為低于MPE中的平均密度以便不超過JIS標(biāo)準(zhǔn)的MPE。結(jié)果，對象中的光的侵入長度變短并且產(chǎn)生的聲波的強(qiáng)度變低。它引起使得對象的深部的圖像不能被很好地構(gòu)建的問題。
本發(fā)明已經(jīng)考慮上述問題被實現(xiàn)并且本發(fā)明的目的是提供一種通過增大在使用保持板和聲學(xué)匹配劑的光聲測量中的照射光的平均密度來極好地構(gòu)建對象的深部的圖像的裝置。
本發(fā)明提供一種聲波獲取裝置，包括:
保持板，被配置為經(jīng)由聲學(xué)匹配劑保持對象；
聲波檢測器，被配置為接收從利用來自光源的光照射的對象產(chǎn)生的聲波并且將該聲波轉(zhuǎn)換為電信號；和
處理器，被配置為通過使用該電信號產(chǎn)生該對象的內(nèi)部的特征信息，
其中該保持板經(jīng)受親水處理。
本發(fā)明還提供一種聲波獲取裝置，包括:
保持板，被配置為經(jīng)由聲學(xué)匹配劑保持對象；
聲波檢測器，被配置為接收從利用來自光源的光照射的對象產(chǎn)生的聲波并且將該聲波轉(zhuǎn)換為電信號；和
處理器，被配置為通過使用該電信號產(chǎn)生該對象的內(nèi)部的特征信息，
其中該聲學(xué)匹配劑包含表面活性劑。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種通過在使用保持板和聲學(xué)匹配劑的光聲測量中增大照射光的平均密度來極好地形成對象的深部的圖像的裝置。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特征通過參考附圖對示范性實施例的以下詳細(xì)描述將變得清楚。


圖1是顯示光聲成像裝置的基本配置的圖2是顯示根據(jù)第一實施例的光聲成像裝置的配置的圖3是顯示根據(jù)第二實施例的光聲成像裝置的配置的圖4是顯示根據(jù)第一實施例的測量的過程的流程圖5是顯示根據(jù)第二實施例的測量的過程的流程圖6是顯示通過保持板上的水滴的光聚焦的圖；和
圖7是顯示通過保持板上的水滴的擴(kuò)散光的聚焦的圖。
具體實施方式
在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本發(fā)明的范圍不局限于實施例。本發(fā)明的聲波獲取裝置通過聲波檢測器(探測器)的元件接收在利用光(電磁波)照射對象時由對象中的光吸收體通過光聲效應(yīng)產(chǎn)生的聲波并且將該聲波轉(zhuǎn)換為模擬電信號。通過電信號處理電路，電信號被放大并且AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。隨后，處理器執(zhí)行圖像重構(gòu)以產(chǎn)生對象中的每個位置中的特征信息。聲波包括稱為聲波、超聲波等的彈性波，并且通過光聲效應(yīng)產(chǎn)生的聲波特別地被稱為光聲波或光超聲波。
特征信息包括初始聲壓、基于該初始聲壓的光吸收系數(shù)值、氧飽和值、諸如光能吸收密度之類的光學(xué)特征值、以及進(jìn)一步作為組織的成分的物質(zhì)的濃度。物質(zhì)的濃度是例如氧飽和度、氧化還原血紅蛋白濃度、葡萄糖濃度等。還獲得表達(dá)對象中的特征分布的圖像和用于產(chǎn)生圖像的圖像數(shù)據(jù)，所述特征分布諸如初始聲壓分布、光吸收系數(shù)分布或氧飽和度分布。因此，可以說本發(fā)明的聲波獲取裝置是用于產(chǎn)生圖像的光聲成像裝置。
在本發(fā)明的光聲成像裝置中，假定光源是產(chǎn)生近紅外光的脈沖激光器并且對象是人體的胸部等。由于近紅外光被血紅蛋白的吸收高，因此可以光在聲測量中由關(guān)于血管的空間分布的信息形成圖像。通過將對象中的活的有機(jī)體的信息可視化，實現(xiàn)人或動物的惡性腫瘤、血管疾病等的診斷、化學(xué)治療的跟進(jìn)等。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的光聲成像裝置的基本配置的圖。
光源107發(fā)射具有被形成活的有機(jī)體的成分中的特定成分(諸如血紅蛋白之類的光吸收體114)吸收的預(yù)定的波長的光。具體地，光的波長優(yōu)選地在500nm到1200nm的范圍內(nèi)。提供至少一個被配置為發(fā)射5納秒到50納秒的脈沖光的光源。獲得大的輸出的激光器優(yōu)選地作為光源。代替激光器，可以使用發(fā)光二極管等。作為激光器，可以使用諸如固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器和半導(dǎo)體激光之類的各種激光器。波長可以是可調(diào)諧的。
光照射單元將從光源107發(fā)射的光照射到對象101并且由光波導(dǎo)106和照射光學(xué)系統(tǒng)105形成。
光波導(dǎo)106通過由組合諸如反射鏡和平行板之類的光學(xué)構(gòu)件實現(xiàn)的空間傳播或通過使用光纖實現(xiàn)的傳播來將從光源107發(fā)射的光引導(dǎo)到照射光學(xué)系統(tǒng)105。將從光源107發(fā)射的光引導(dǎo)到照射光學(xué)系統(tǒng)105是足夠的。照射光學(xué)系統(tǒng)105是例如諸如反射光的反射鏡、將光分支成基準(zhǔn)光和照射光的半反射鏡、聚集/擴(kuò)大光并且改變光的形狀的透鏡或加寬光的擴(kuò)散器之類的構(gòu)件?？梢允褂萌魏螛?gòu)件，只要它可以利用由期望形狀的光波導(dǎo)引導(dǎo)的光經(jīng)由保持板103照射對象101。優(yōu)選地通過由透鏡擴(kuò)散光來將照射光104加寬到某一程度的區(qū)域。更優(yōu)選地在由擴(kuò)散器等加寬光的同時照射光。照射光104可以施加于對象101的區(qū)域在對象101上是可移動的。換句話說，優(yōu)選地，從光源107發(fā)射的光在對象101上是可移動的。當(dāng)照射區(qū)域是可移動的時，可以在更寬的范圍中照射光。移動利用光照射對象101的區(qū)域的方法包括使用可移動的反射鏡等的方法和機(jī)械地移動光源本身的方法。移動光照射區(qū)域的機(jī)構(gòu)可以與保持板103集成。
作為對象101，假定諸如活體，具體為人體或動物的胸部、手指、手、腳等之類的診斷的目標(biāo)區(qū)域。照射光104在對象101中傳播并且被光吸收體114吸收，并且通過光聲原理，產(chǎn)生和釋放光聲波115。光吸收體114具有對象101中的相對高的吸收系數(shù)，并且是例如包含很多氧化還原血紅蛋白的血管或包括新生血管的惡性腫瘤。
聲波轉(zhuǎn)換單元由聲波檢測器108和電信號處理電路109形成。
聲波檢測器108是通過保持板102接收從光吸收體114產(chǎn)生的光聲波115并且將它轉(zhuǎn)換為電信號的探測器，光吸收體114吸收傳播通過對象的光的能量的一部分。作為聲波檢測器，可以使用諸如使用壓電現(xiàn)象的換能器、使用光的諧振的換能器或使用電容變化的換能器之類的任何構(gòu)件，只要它可以檢測聲波信號。作為換能器，可以使用其中以陣列布置元件的換能器或由單個元件形成的換能器。
電信號處理電路109將由聲波檢測器108轉(zhuǎn)換的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值數(shù)據(jù)。也就是說，聲波檢測器對從光聲波產(chǎn)生的模擬電信號執(zhí)行放大處理和AD轉(zhuǎn)換以獲得數(shù)字電信號并輸出數(shù)字電信號。
圖像重構(gòu)單元由處理器110和顯示設(shè)備111形成。處理器和顯示設(shè)備中的任何一個可以與光聲成像裝置的測量設(shè)備的一部分集成或可以連接到外部并且協(xié)作操作。
通常，工作站等被用作處理器110。在處理器中，根據(jù)由聲波轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的數(shù)字值數(shù)據(jù)計算初始聲壓分布、根據(jù)預(yù)先測量的光照射密度分布計算光量分布、和計算對象中的光系數(shù)分布的處理由提前編程的軟件執(zhí)行。
通常，液晶顯示器等用于顯示設(shè)備111，在顯示設(shè)備111上顯示對象中的初始聲壓分布、光量分布和光系數(shù)分布。
對象保持單元通過兩個保持板將對象夾在中間以固定對象。對象保持單元由保持板102和103形成。
照射光104穿過保持板103并且施加于對象101。來自于對象101的光聲波115被聲波檢測器經(jīng)由保持板102檢測。
在利用光照射對象101的一側(cè)的保持板103是對照射光具有高透過率的板。例如，期望對照射光透明的構(gòu)件，例如諸如丙烯酸、聚碳酸酯或聚甲基戊烯之類的有機(jī)樹脂、諸如石英之類的無機(jī)玻璃。保持板103經(jīng)受如虛線所示的水滴防止處理113。
在檢測來自于對象101的光聲波115的一側(cè)的保持板102是對光聲波115具有高透過率的板。例如，可以使用丙烯酸、聚碳酸酯、聚甲基戊烯等。特別地，聲學(xué)阻抗接近于對象的聲學(xué)阻抗的聚甲基戊烯是優(yōu)選的。因此，如果在同一側(cè)布置光照射單元和用于保持板的聲波檢測器，則優(yōu)選地使用聚甲基戊烯。聲學(xué)匹配劑116被薄薄地施加于對象101和布置聲波檢測器108的一側(cè)的保持板102之間的整個接觸面。提供聲學(xué)匹配劑116以增強(qiáng)對象101和保持板102之間的聲學(xué)接觸。作為聲學(xué)匹配劑116，期望水、在超聲圖記錄儀中使用的凝膠等。
雖然聲學(xué)匹配劑116被薄薄地施加在對象101和聲波檢測器108之間以增強(qiáng)聲學(xué)接觸，但是在保持對象時，它可以附著于照射光104穿過的一側(cè)的保持板103。在這種情況下，當(dāng)聲學(xué)匹配劑以具有高接觸角的水滴狀態(tài)附著時，通過透鏡效應(yīng)，照射光104被聚集在對象101上。因此，傳統(tǒng)上，為了甚至在照射光被聚集的情況下保證安全性，照射光104的照射密度被設(shè)置為充分低于JIS標(biāo)準(zhǔn)的MPE的照射密度。
將描述通過聲學(xué)匹配劑的小滴的光聚集的具體示例。
在利用壓力通過保持板保持胸部的情況下，根據(jù)保持板的厚度，胸部的表面位于與保持板103的光照射單元側(cè)的表面距離大約O到40mm處。當(dāng)壓力板由壓克力形成并且聲學(xué)匹配劑是水時，水滴的接觸角是70°。假定水對空氣的折射率為1.33。例如，在附著具有5mm的直徑的水滴的情況下，通過公式(3)，穿過水滴的具有±5°的擴(kuò)散角的照射光被聚集在離水滴大約8.1mm的位置。由于穿過水滴的照射光是具有±5°的擴(kuò)散角的照射光，因此通過后面將描述的公式(5)，光被聚集為具有大約1.4mm的直徑的大小。也就是說，具有5_的直徑的光被聚集成大約1.4mmο因此,在胸部表面位于與水滴距離8.1mm處的情況下，實際上發(fā)射到胸部的光的照射密度是大約照射時的12倍高。因此，發(fā)射到對象表面的照射光的密度不得不被設(shè)置為MPE的大約1/12。
一般地，固體上的水滴的形狀可以被簡單地描述為如圖6所示的圓圈的一部分，并且接觸角Θ和焦距“f”通過公式(1)到(3)表達(dá)。根據(jù)公式(1)到(3)，應(yīng)當(dāng)理解，通過減小接觸角Θ，焦距“f”變長，并且在距保持板預(yù)定距離的聚焦度可以被降低。
接觸角Θ在壓克力和水的情況下變成大約60°到80°，在聚碳酸酯和水的情況下變成大約65°到80°，在聚甲基戊烯和水的情況下變成大約60°到75°，并且在石英和水的情況下變成大約25°。為了減小接觸角Θ，考慮對保持板103執(zhí)行親水處理。在使用親水膜作為親水處理的情況下，膜的材料可以是聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸等?？商鎿Q地，作為親水處理，可以在保持板103上涂覆脂肪酸鹽。作為親水處理，可以采用將硅石涂層處理成不規(guī)則碎片結(jié)構(gòu)的方法。親水處理可以僅僅對保持板103的對象側(cè)執(zhí)行。但是，當(dāng)存在聲學(xué)匹配劑附著的可能性時，可以對與保持板103的對象側(cè)相反的一側(cè)(光照射單元側(cè))執(zhí)行親水處理。
通過使用包含表面活性劑的材料作為聲學(xué)匹配劑，聲學(xué)匹配劑和經(jīng)受親水處理的保持板103之間的接觸角可以被進(jìn)一步減小。作為表面活性劑，可以使用脂肪酸鹽、皂角苷、磷脂、縮氨酸等。
當(dāng)通過對保持板的表面的親水處理或通過使用包含表面活性劑的聲學(xué)匹配劑，接觸角Θ變得較小時，焦距“f”變長，對象101的表面上的照射密度分布的不均勻性減小。這對應(yīng)于對保持板的聲學(xué)匹配劑的可濕性的增強(qiáng)。
將參考圖7描述對防止主體的表面上的照射密度局部增大特別有效的方法。雖然激光通常具有高的直線度并且?guī)缀醪粩U(kuò)散，但是在這種情況下，激光被有意在預(yù)定的角度Φ或更小的范圍內(nèi)擴(kuò)散。與聲學(xué)匹配劑的小滴402垂直地入射的照射光403被聚焦在遠(yuǎn)離入射位置距離“f”的點(diǎn)F處。與小滴的法線成一定角度Φ入射的照射光404被聚焦在隔開距離“f”的點(diǎn)F’處。當(dāng)激光被在最大角度Φ的范圍內(nèi)擴(kuò)散時，在公式(4)的范圍中形成圓盤形狀的圖像。
y=f.tan Φ...(4)
在焦距“f”處的圖像的大小“y”通過來自于公式(3)和(4)的公式(5)表達(dá)。
y (b.tan Φ) / (2.(n-1).sin θ )...(5)
為了避免由于照射光104的聚焦引起的在對象101的表面的一部分中的照射光量的增大，將在水滴聚焦位置處的圖像的直徑設(shè)置為等于或大于水滴的直徑是足夠的。也就是說，滿足基于公式(5)的公式(6)的條件是足夠的。
2y/b≈(tan Φ) / ((n_l).sin Θ ) ≥1...(6)
照射光104穿過照射光學(xué)系統(tǒng)105中的散射體，從而以擴(kuò)散角Φ被發(fā)射到對象101。作為散射體，可以使用有機(jī)化合物的擴(kuò)散片、擴(kuò)散玻璃、包含鈦的氧化物的樹脂等。
<第一實施例>
根據(jù)第一實施例的光聲成像裝置將與對象中的光吸收系數(shù)有關(guān)的信息成像。作為對象，假定人的胸部。對象保持單元由通過將胸部夾在中間來保持胸部的兩個平行板(保持板)形成。
在該實施例中，通過對與對象的接觸部分執(zhí)行親水處理，在保持板中，保持板和聲學(xué)匹配劑的小滴之間的接觸角減小。
圖2示出了實施例的光聲成像裝置的主要部分的配置。
光源207是振蕩具有波長797nm的光的激光源，并且是使用具有脈沖寬度10納秒和重復(fù)頻率IOHz的Nd = YAG激光器作為激發(fā)光源的T1: sa激光器。光波導(dǎo)206由光纖形成并且向照射光學(xué)系統(tǒng)205發(fā)送從光源207發(fā)射的激光。照射光學(xué)系統(tǒng)205經(jīng)由可移動的保持板203向胸部201發(fā)射穿過透鏡擴(kuò)散器的具有±5°的擴(kuò)散的照射光204，透鏡擴(kuò)散器擴(kuò)大由光波導(dǎo)206傳輸?shù)墓獠⑶乙浴?°擴(kuò)散。本實施例的對象是胸部。
聲波檢測器208是二維陣列壓電探測器，隔著對象與照射光204相對，并且與固定的保持板202接觸。聲波檢測器208和固定的保持板202通過聲學(xué)匹配劑(未示出)在聲學(xué)上匹配。聲波檢測器208接收在利用光照射胸部201中的光吸收體214時產(chǎn)生的光聲波215。在該實施例中，光吸收體是胸部中的腫瘤中的新生血管。
聲波檢測器208將接收到的光聲波轉(zhuǎn)換為模擬電信號。電信號處理電路209對模擬電信號執(zhí)行諸如放大和AD轉(zhuǎn)換之類的處理。該實施例中的處理器是工作站210。工作站通過使用經(jīng)受電信號處理的數(shù)據(jù)計算胸部201中的光系數(shù)分布。光系數(shù)分布顯示在作為該實施例的顯示設(shè)備的液晶顯示器211上。
對象保持單元由固定的保持板202、可移動的保持板203和保持寬度改變夾具217形成。固定的保持板202由聚甲基戊烯形成，并且可移動的保持板203是壓克力板。光從可移動的保持板203側(cè)發(fā)射到對象，并且光聲波由布置在固定的保持板202側(cè)的聲波檢測器接收。固定的保持板202和可移動的保持板203幾乎平行地布置并且?guī)缀醮怪庇诘匕迕?。用戶操作保持寬度改變把?18以通過保持寬度改變夾具217移動可移動的保持板203，以使得與固定的保持板202的距離可以被改變。保持胸部201以便由固定的保持板202和可移動的保持板203夾在中間。
對可移動的保持板203執(zhí)行親水處理213。該實施例中的親水處理是脂肪酸鹽涂覆。
圖4的流程圖示出了保持胸部201的方法。
在步驟S401中，固定的保持板202和可移動的保持板203之間的間隔通過保持寬度改變把手218加寬。
在步驟S402中，在加寬的空間中插入胸部201。
在步驟S403中，水作為聲學(xué)匹配劑216施加在胸部201和固定的保持板202之間。
在步驟S404中，固定的保持板202和可移動的保持板203之間的間隔變窄以保持胸部201。保持胸部201并且可以執(zhí)行PAT測量。
當(dāng)在上述過程中水作為聲學(xué)匹配劑施加在胸部201和固定的保持板202之間時，在保持胸部201時，存在水不僅附著到固定的保持板202而且附著到可移動的保持板203的可能性。結(jié)果，存在在從照射光學(xué)系統(tǒng)205發(fā)射的照射光204達(dá)到胸部201的表面并且光被聚焦之前水滴被插入在空間中的可能性。
在利用壓力保持胸部201的情況下，在該實施例的機(jī)構(gòu)中，固定的保持板202和可移動的保持板203之間的距離是40到60mm。胸部201的受照射面具有與可移動的保持板203接觸的部分和遠(yuǎn)離可移動的保持板203的部分。在這種情況下，受照射面和可移動的保持板之間的距離在O到40mm的范圍中。
將檢查在一滴聲學(xué)匹配劑附著于可移動的保持板203的情況下的聚焦。在不對可移動的保持板203執(zhí)行親水處理的情況下，由于可移動的保持板203由丙烯酸形成并且聲學(xué)匹配劑是水，因此接觸角是70°。例如，當(dāng)假定水滴的直徑是5_，照射光的擴(kuò)散角是±5°，并且水對空氣的折射率是1.33時，如上所述使用計算表達(dá)式，穿過水滴的照射光204被聚焦在距水滴大約8.1mm的位置中、大約1.4mm的直徑的大小。也就是說，具有5mm的直徑的光變成大約1.4_。因此，當(dāng)不執(zhí)行親水處理時，在胸部表面位于遠(yuǎn)離水滴8.1mm處的情況下，照射密度變成大約12倍。
另一方面，在本實施例中，作為親水處理，可移動的保持板203被涂覆有脂肪酸鹽，以使得水滴的接觸角降低到10°或更小。在具有5mm的直徑的水滴附著的情況下，由于水對空氣的折射率是1.33，因此穿過水滴的照射光204具有遠(yuǎn)離水滴大約8.1mm的聚焦位置。由于照射光是具有±5°的擴(kuò)散角的光，因此通過公式(5)，穿過水滴的照射光204達(dá)到具有大約7.6mm的直徑。也就是說，即使水滴附著于經(jīng)受該實施例中的親水處理的可移動的保持板，也不發(fā)生聚焦。
通過對保持板的表面執(zhí)行親水處理以使得接觸角變小(例如，10°或更小)，在胸部的表面中的聚焦得到改善。結(jié)果，過度減小照射光的強(qiáng)度變得不必要，并且可以構(gòu)建具有優(yōu)選的S/N比的圖像。
〈第二實施例〉
根據(jù)第二實施例的光聲成像裝置的特征在于，通過使用包含表面活性劑的聲學(xué)匹配劑來減小按壓板和聲學(xué)匹配劑之間的接觸角。
圖3示出了實施例的光聲成像裝置的主要部分的配置。由于該裝置的配置與第一實施例中描述的相似，因此將描述第二實施例的特征部分。
在第二實施例中，照射光學(xué)系統(tǒng)305通過包含將光擴(kuò)散到±5°的散射體的樹脂(散射介質(zhì))擴(kuò)大通過光波導(dǎo)306傳輸?shù)墓庖垣@得具有±5°的擴(kuò)散的照射光304。
在該實施例中，可移動的保持板303由石英玻璃形成。在該實施例中， 雖然由于可移動的保持板不總是需要親水處理而沒有示出，但是可以同時使用各種親水處理313。
作為實施例的特征，包含表面活性劑的水被用作施加在胸部301和固定的保持板302之間的聲學(xué)匹配劑316。
圖5的流程圖示出了保持胸部301的方法。
在步驟S501中，固定的保持板302和可移動的保持板303之間的間隔通過保持寬度改變把手318加寬。
在步驟S502中，在加寬的空間中插入胸部301。
在步驟S503中，包含表面活性劑的水施加在胸部301和固定的保持板302之間。
在步驟S504中，固定的保持板302和可移動的保持板303之間的間隔變窄以保持胸部301。保持胸部301并且可以執(zhí)行PAT測量。
在步驟S503中，作為包含表面活性劑的水，使用脂肪酸鹽水。結(jié)果，石英玻璃上的脂肪酸鹽水的接觸角變?yōu)?5°或更小。利用皂角苷、磷脂、縮氨酸等作為表面活性劑，獲得相似的效果。
以類似于第一實施例的方式，在利用壓力保持胸部301的情況下固定的保持板302和可移動的保持板303之間的距離變?yōu)?0mm到60mm。胸部301的受照射面和可移動的保持板之間的距離在0到40mm的范圍中。
將檢查在一滴聲學(xué)匹配劑附著于可移動的保持板303的情況下的聚焦。在不對可移動的保持板303執(zhí)行親水處理并且聲學(xué)匹配劑不包含表面活性劑的情況下，由于可移動的保持板303由石英形成并且聲學(xué)匹配劑是水，因此接觸角是25°。例如，當(dāng)假定水滴的直徑是5mm，照射光的擴(kuò)散角是±5°，并且水對空氣的折射率是1.33時，應(yīng)當(dāng)理解，通過公式(3)和(5)，穿過水滴的照射光304被聚焦在距水滴大約17.9mm的位置中、大約3.1mm的直徑的大小。也就是說，具有5mm的直徑的光變成大約3.1mm。因此，當(dāng)不使用表面活性劑時，在胸部表面位于遠(yuǎn)離水滴17.9mm處的情況下，照射密度變成大約2.6倍。
另一方面，在本實施例中，由于包含表面活性劑的水被用作聲學(xué)匹配劑，因此附著于由石英玻璃形成的可移動的保持板303的水滴的接觸角減小到10°或更小。在具有5mm的直徑的水滴被附著的情況下，由于水對空氣的折射率是1.33，因此根據(jù)公式(3)，穿過水滴的照射光304具有遠(yuǎn)離水滴大約29.3mm的聚焦位置。由于照射光是具有±5°的擴(kuò)散角的光，因此通過公式(5)，穿過水滴的照射光304達(dá)到具有大約5.1mm的直徑。也就是說，即使像該實施例中一樣包含表面活性劑的聲學(xué)匹配劑的水滴附著于可移動的保持板，也不發(fā)生聚焦。
包含表面活性劑的水以膜狀態(tài)散布。例如，當(dāng)假定包含表面活性劑并且具有10°的接觸角和5_的直徑的水滴附著于由石英玻璃形成的可移動的保持板時，從公式(2)獲得40mm或更長(43.2mm)的焦距。因此，光也不聚焦在胸部301的受照射面上，并且照射密度分布不會變得不均勻。
此外，假定穿過照射光學(xué)系統(tǒng)305中的擴(kuò)散器的照射光304的擴(kuò)散角變?yōu)椤?°。在這種情況下，在公式(6)中，左側(cè)變?yōu)?.52，并且滿足不等式的條件。也就是說，穿過具有5mm的直徑的水滴的光不在聚焦位置(距水滴43.2mm)中被聚焦，并且光照射密度分布不會變?yōu)椴痪鶆?。在該實施例中，通過使用包含表面活性劑的水作為聲學(xué)匹配劑,接觸角變小(例如，15°或更小)。結(jié)果，胸部表面的照射密度分布的聚焦得到改善，以使得可以發(fā)射具有較高密度的光，并且可以產(chǎn)生具有優(yōu)選的S/N比的圖像。
在先前實施例的每一個中，已經(jīng)在通過使用兩個保持板將胸部作為對象夾在中間并且利用壓力保持胸部的機(jī)構(gòu)的前提下描述了對于不同的保持板布置照射光學(xué)系統(tǒng)和聲波檢測器的示例。本發(fā)明可以應(yīng)用于其中水滴可以附著于保持板并且光可以被聚焦的光聲成像裝置(聲波獲取裝置)。例如，本發(fā)明也可以應(yīng)用于對于同一保持板布置照射光學(xué)系統(tǒng)和聲波檢測器的情況或利用光照射使用兩個保持板的配置的兩面的情況。也就是說，通過對保持板的表面執(zhí)行親水處理或通過使得表面活性劑包含在聲學(xué)匹配劑中，水滴和保持板之間的接觸角減小，并且可以防止過度的聚焦。
雖然已經(jīng)參考示范性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限于公開的示范性實施例。以下權(quán)利要求書的范圍與最寬的解釋一致以便涵蓋所有這樣的修改、 等效結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種聲波獲取裝置，包括: 保持板，被配置為經(jīng)由聲學(xué)匹配劑保持對象； 聲波檢測器，被配置為接收從利用來自光源的光照射的對象產(chǎn)生的聲波并且將該聲波轉(zhuǎn)換為電信號；和 處理器，被配置為通過使用該電信號產(chǎn)生該對象的內(nèi)部的特征信息， 其中該保持板經(jīng)受親水處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波獲取裝置，其中所述親水處理是在所述保持板上的脂肪酸鹽涂覆。
3.一種聲波獲取裝置，包括: 保持板，被配置為經(jīng)由聲學(xué)匹配劑保持對象； 聲波檢測器，被配置為接收從利用來自光源的光照射的對象產(chǎn)生的聲波并且將該聲波轉(zhuǎn)換為電信號；和 處理器，被配置為通過使用該電信號產(chǎn)生該對象的內(nèi)部的特征信息， 其中該聲學(xué)匹配劑包含表面活性劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲波獲取裝置，其中該表面活性劑是脂肪酸鹽水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一個所述的聲波獲取裝置，還包括照射光學(xué)系統(tǒng)，所述照射光學(xué)系統(tǒng)被配置為擴(kuò)散來自所述光源的光并且利用所述光照射該對象。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波獲取裝置，其中當(dāng)所述保持板和所述聲學(xué)匹配劑之間的接觸角是Θ，來自所述照射光學(xué)系統(tǒng)的光的擴(kuò)散角是Φ，并且所述聲學(xué)匹配劑對空氣的折射率是η時，滿足以下公式:(tan Φ) / ((η-1).sin θ )≥ I
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聲波獲取裝置，包括保持板，被配置為經(jīng)由聲學(xué)匹配劑保持對象；聲波檢測器，被配置為接收從利用來自光源的光照射的對象產(chǎn)生的聲波并且將該聲波轉(zhuǎn)換為電信號；和處理器，被配置為通過使用該電信號產(chǎn)生該對象的內(nèi)部的特征信息。在所述聲波獲取裝置中，所述保持板經(jīng)受親水處理或者所述聲學(xué)匹配劑包含表面活性劑。
文檔編號A61B8/00GK103099640SQ20121037534
公開日2013年5月15日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月4日
發(fā)明者宮里卓郎 申請人:佳能株式會社