本發(fā)明涉及被檢體信息獲取設備。

背景技術：

為了獲得與諸如乳房等的被檢體的內(nèi)部有關的特性信息，針對使用超聲波的被檢體信息獲取設備進行了持續(xù)的研究。提及一些示例，可以利用用于向被檢體照射超聲波并接收由被檢體反射的回波信號(echo signal)以生成特性信息的超聲波設備，或者可以利用用于向被檢體照射激光并接收由于光聲效應引起的超聲波(光聲波)以生成特性信息的光聲設備。

在日本特開2008-073305的超聲波設備中，配置在槽的底部上的探測器在水平面內(nèi)機械地移動的情況下通過相對于垂下并浸入水槽中的乳房發(fā)送并接收超聲波來獲得三維圖像數(shù)據(jù)?？梢詫⒂纱说玫降膱D像數(shù)據(jù)例如作為乳房的任意截面圖像顯示在監(jiān)視器上。

專利文獻1：日本特開2008-073305

技術實現(xiàn)要素：

以下將探測器發(fā)送超聲波的方向稱作“深度”。日本特開2008-073305中的探測器在水平面內(nèi)進行掃描，因此從探測器到各乳房的表面的距離在探測器與乳房的前端部(中央部)相對的情況以及探測器與乳房的周邊部相對的情況之間有所不同。因此，超聲波的路徑中水和身體組織的比率在乳房的前端部和周邊部之間是不同的。另外，身體組織通常比水更有可能使超聲波衰減。

因此，在相同的測量條件下，與探測器和乳房的周邊部相對的情況相比，在探測器與乳房的前端部相對的情況下，從探測器行進至深度L的超聲波具 有更低的強度。同樣地，與周邊部的情況相比，在前端部的情況下，從深度L的位置行進至探測器的超聲波具有更低的強度。作為結果，在諸如C面圖像等的與掃描面平行的截面圖像(例如深度L處的圖像)中，在周邊部表現(xiàn)為較高的強度(亮色)，而在前端部表現(xiàn)為較低的強度(暗色)。這種降低可能導致顯示圖像的對比度降低或者圖像分析的精度降低。

本發(fā)明是考慮到上述問題而研發(fā)的。本發(fā)明的目的是提供一種用于在相對于被檢體發(fā)送并接收超聲波的情況下通過允許探測器掃描被檢體來獲取與被檢體有關的特性信息的設備所用的技術，其中該技術應對與探測器的位置相對應的衰減量的變化。

本發(fā)明提供一種被檢體信息獲取設備，包括：

接收器，其包括多個元件，所述多個元件中的各元件用于發(fā)送聲波、接收由于被檢體對聲波的反射而產(chǎn)生的回波、并且輸出電信號；

發(fā)送控制器，用于控制從所述多個元件中的各元件發(fā)送來的聲波的強度；

掃描器，用于使所述接收器在預定掃描區(qū)域中移動；以及

信息處理器，用于使用所述電信號來獲取與所述被檢體的內(nèi)部有關的特性信息，

其中，所述發(fā)送控制器根據(jù)所述被檢體的形狀和所述接收器在所述預定掃描區(qū)域中的位置來控制所述聲波的強度。

本發(fā)明可以提供一種用于在相對于被檢體發(fā)送并接收超聲波的情況下通過允許探測器掃描被檢體來獲取與被檢體有關的特性信息的設備所用的技術，其中該技術應對與探測器的位置相對應的衰減量的變化。

通過以下參考附圖對典型實施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。

附圖說明

圖1是描述被檢體信息獲取設備的結構的圖；

圖2是描述信號處理器的結構的圖；

圖3是描述探測器與被檢體之間的距離以及從被檢體至任意C面為止的被檢體厚度的圖；

圖4A、4B和4C是描述發(fā)送控制器中的所施加的電壓和所發(fā)送的超聲波的形狀的圖；

圖5A、5B、5C和5D是描述轉換元件的選擇和電壓施加的時刻以及所發(fā)送的超聲波的形狀的圖；

圖6A和6B是描述所發(fā)送的脈沖的數(shù)量和所發(fā)送的超聲波信號的形狀的圖；

圖7是示出根據(jù)探測器位置而改變發(fā)送焦點位置的示例的圖；

圖8是描述實施例2的變形例的結構的圖；

圖9是描述實施例2的另一變形例的結構的圖；

圖10A和10B是描述實施例4的結構的圖；

圖11A、11B和11C是示出凸形探測器和碗形探測器的使用的圖；以及

圖12是描述發(fā)送控制器的結構的圖。

具體實施方式

以下將參考附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，應根據(jù)各種條件和本發(fā)明所應用至的設備的結構，來根據(jù)需要改變以下說明的組件的尺寸、材料、形狀和相對配置等。因此，以下說明的組件的尺寸、材料、形狀和相對配置等并不意圖將本發(fā)明的范圍限制于以下說明。

本發(fā)明涉及用于檢測從被檢體傳播來的聲波以生成并獲取與被檢體的內(nèi)部有關的特性信息的技術。因此，本發(fā)明被認為是被檢體信息獲取設備、 或者被檢體信息獲取設備的控制方法或被檢體信息獲取方法或信號處理方法。本發(fā)明還被認為是用于使得包括諸如CPU等的硬件資源的信息處理設備能夠執(zhí)行這些方法的程序，或者被認為是用于存儲該程序的存儲介質(zhì)。

本發(fā)明中的被檢體信息獲取設備包括如下設備，該設備使用超聲回波技術，向被檢體發(fā)送超聲波并且接收被檢體內(nèi)部所反射的反射波(回波)，從而以圖像數(shù)據(jù)的形式獲取被檢體信息。對于使用超聲回波技術的設備，獲取到的被檢體信息是反映被檢體內(nèi)部的組織之間的聲阻差的信息。

本發(fā)明所涉及的聲波通常是超聲波，并且包括音波和彈性波。由探測器等將聲波轉換得到的電信號又稱作聲信號。然而，本說明書中涉及超聲波或者聲波的說明不意圖限制彈性波的波長。基于超聲回波的電信號又稱作超聲信號。

實施例1

設備結構

現(xiàn)在將參考圖1來說明根據(jù)本發(fā)明的超聲回波設備的結構示例。附圖標記001表示被檢體(例如乳房)。附圖標記002表示用于保持被檢體001的保持構件。附圖標記003表示用于發(fā)送超聲波并檢測來自被檢體內(nèi)部的回波的探測器。探測器003具有多個轉換元件004。在探測器003和保持構件002之間存在匹配材料005，以使得超聲波經(jīng)由匹配材料005傳播。探測器003固定在滑架006上。驅動機構007使滑架006移動。驅動控制器008用于控制驅動機構007。

系統(tǒng)控制器009根據(jù)探測器003在掃描范圍內(nèi)接收到的被檢體001的圖像信號來創(chuàng)建三維圖像。圖像顯示器010顯示由系統(tǒng)控制器009創(chuàng)建的三維圖像。探測器與本發(fā)明中的接收器相對應。保持構件與本發(fā)明中的保持件相對應。驅動機構與本發(fā)明中的掃描器相對應。系統(tǒng)控制器與本發(fā)明中的信息處理器相對應。

系統(tǒng)控制器009包括多個單元。發(fā)送控制器011對與焦點位置相對應的各 轉換元件004的驅動定時進行控制以調(diào)節(jié)超聲波的發(fā)送焦點。信號處理器012將來自被檢體001的超聲回波信號重建成二維圖像。圖像處理器A(013)對重建后的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行圖像處理。三維圖像合成器014基于驅動機構007為了進行掃描而驅動的探測器003的坐標，將重建后的圖像轉換成三維圖像。圖像處理器B(015)對該三維圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行圖像處理。

圖2描述信號處理器012的結構。相位延遲部016調(diào)整轉換元件004所接收到的信號的相位。加法器017將進行了延遲處理的信號相加在一起。希爾伯特(Hilbert)轉換器018對通過相加得到的信號執(zhí)行希爾伯特轉換。包絡線檢測器019進行檢測。LOG壓縮器020對檢測到的信號進行LOG壓縮。信號處理器的結構不限于此，并且可以使用任何結構，只要該信號處理器可以針對從轉換元件輸出的電信號進行放大、數(shù)字轉換、校正或者延遲等即可。

系統(tǒng)的功能

系統(tǒng)控制器向被檢體001發(fā)送超聲波，并對被檢體內(nèi)部或者被檢體表面上所生成的回波信號進行轉換。為了使發(fā)送束聚焦在期望位置(超聲波發(fā)送方向上的相對于探測器的位置、即深度)處，發(fā)送控制器011確定延遲時間，其中根據(jù)該延遲時間來驅動形成發(fā)送開口的多個轉換元件004的組。發(fā)送控制器011基于該延遲時間向轉換元件004發(fā)送驅動信號。然后，轉換元件004基于驅動信號生成超聲波，并將超聲波發(fā)送至被檢體001。

所發(fā)送的超聲波經(jīng)由匹配材料005和保持構件002傳播至被檢體001。隨后，由被檢體001反射和散射的回波部分地返回至轉換元件004。形成接收開口的多個轉換元件004的組接收這些回波并將這些回波轉換成電信號(接收信號)。根據(jù)需要對接收信號執(zhí)行放大、校正或者數(shù)字轉換等。

信號處理器012將接收信號重建成表示特性信息的圖像數(shù)據(jù)。在圖2中，相位延遲部016基于圖1中的圖像掃描線025上的成像位置以及與形成接收開口的轉換元件004的位置有關的坐標信息，來確定接收信號的延遲時間。然 后，相位延遲部016對這些接收信號進行延遲處理。圖像掃描線是指通過重建處理對圖像進行重建的線上的區(qū)域。

加法器017將進行了延遲處理的接收信號相加在一起。隨后，希爾伯特轉換器018和包絡線檢測器019對由此得到的合成信號進行希爾伯特轉換和包絡線檢測，以重建圖像。除了這里說明的相位相加方法，還可以使用諸如自適應信號處理等的重建技術。LOG壓縮器020對重建后的圖像數(shù)據(jù)進行LOG壓縮，從而完成圖像掃描線025上的圖像數(shù)據(jù)。在圖像掃描線025移動的狀態(tài)下執(zhí)行一系列處理，以沿著掃描方向創(chuàng)建二維超聲波圖像數(shù)據(jù)。

圖像處理器A(013)對所創(chuàng)建的二維超聲波圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行邊緣強調(diào)處理、噪聲去除處理或者對比度強調(diào)處理等。注意，后面可以通過圖像處理器B(015)來實施這些類型的圖像處理。系統(tǒng)控制器針對通過探測器003在預定掃描區(qū)域中移動的情況下發(fā)送和接收超聲波所獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行上述的處理，以生成三維圖像數(shù)據(jù)。在執(zhí)行三維圖像獲取處理之后，三維圖像合成器014與由驅動控制器008定義的掃描區(qū)域中的坐標位置相關聯(lián)地排列三維圖像數(shù)據(jù)。掃描區(qū)域的形狀不限于大致平面。驅動控制器可以在三維方向上移動探測器。

代替在創(chuàng)建了B模式圖像之后執(zhí)行三維圖像獲取處理，可以通過使用信號處理器012在無需希爾伯特轉換器018后級的部件所執(zhí)行的處理的情況下累積信號、并且使用三維圖像合成器014來執(zhí)行合成開口處理，來實現(xiàn)該三維圖像獲取處理。合成開口處理使得探測器003的掃描方向上的圖像的分辨率能夠在深度方向上均一化。可以使用用于獲得三維圖像數(shù)據(jù)的各種其它已知的技術。

圖像處理器B(015)調(diào)整所創(chuàng)建的三維圖像數(shù)據(jù)，例如執(zhí)行銳化處理或者噪聲去除處理等。圖像顯示器010顯示任何截面圖像。圖像處理可以用來減少由衰減量的變化所導致的同一深度處的亮度不均勻(這也是本發(fā)明要解決的問題)。然而，無法消除圖像信息的損失?？梢允褂靡壕э@示器、等離子 體顯示器或者有機EL顯示器等作為圖像顯示器010。圖像顯示器010不必是設備的一部分。同樣優(yōu)選地，本發(fā)明中的設備僅創(chuàng)建圖像數(shù)據(jù)，并允許外部圖像顯示器顯示該圖像數(shù)據(jù)。

探測器的驅動

探測器003中的各轉換元件004將電信號轉換成超聲波。優(yōu)選的轉換元件是諸如PZT、PVDF元件和cMUT元件等的具有相對高的轉換效率的壓電元件。期望使用以一維或者二維的方式配置有多個轉換元件004的探測器，以提高SN比并減少測量時間。在隨后的說明中，通過共通的轉換元件來進行超聲波的發(fā)送和接收。然而，可以針對發(fā)送以及針對接收分別使用不同的轉換元件。

將參考圖3來說明探測器003的驅動和驅動期間所使用的成像方法。這里的掃描區(qū)域是形狀呈大致平面形式的掃描面。驅動機構007使安裝在滑架006上的探測器003在與保持構件002相對的掃描面內(nèi)移動。例如，可以使用脈沖馬達和滾珠絲杠的組合或者線性馬達作為驅動機構007?？梢栽O置針對滑架006的旋轉機構，以使探測器003傾斜任意角度。如下所述，還可以使探測器003三維地移動。探測器的三維移動和傾斜使得能夠在相對于被檢體的各種方向上獲得超聲波，由此提供精確的圖像數(shù)據(jù)。

保持構件

保持構件002的使用使得被檢體的形狀穩(wěn)定，以提高衰減量的計算和針對圖像重建的計算的計算精度。通過使用預先存儲在存儲器中的與保持構件的形狀相對應的聲壓控制信息，可以減少控制時間和計算量。然而，在不使用保持構件002的情況下，本發(fā)明也是可適用的。

所使用的保持構件002可以透過超聲波。保持構件002的材料期望包含被檢體001和匹配材料005之間的小的聲阻差。為了能夠適當?shù)乇３直粰z體001，優(yōu)選使用剛性構件或者伸縮性構件。剛性構件的示例包括諸如PET、聚甲基 戊烯和丙烯酸等的樹脂材料。伸縮性構件的示例包括膠乳和硅膠等的橡膠片材和諸如聚氨酯等的材料。可選地，可以使用包含多個材料的組合的保持機構。

優(yōu)選地，保持構件002是以可更換的方式安裝的。在經(jīng)由殼體中的開口將乳房插入設備的情況下，可以設置包括支架或者鉤以使得能夠容易地固定保持構件的安裝部。這使得能夠易于根據(jù)被檢者或者測量內(nèi)容來改變保持構件002。優(yōu)選地，針對要改變的各保持構件將控制信息預先存儲在存儲器中。

匹配材料005使被檢體(或者保持構件)與探測器在聲學上相匹配。因此，匹配材料005優(yōu)選允許聲波經(jīng)由匹配材料005傳播，并避免妨礙由探測器003進行的掃描。匹配材料005的示例包括諸如水、DIDS、PEG、硅油和蓖麻油等的液體。

聲衰減差

在許多情況下，被檢體001的形狀為具有曲率或者不平坦。例如，對于乳房，其中央部相對于周邊部突出。與之相對，如在臀部和足弓的情況下，被檢體可能具有中央部相對于周邊部凹陷的形狀。在圖3中的示例中，探測器003的掃描面與被檢體001的表面不平行。在圖3中，要顯示與探測器掃描面大致平行的C面301。在探測器位于Pos1處的情況下，在掃描面的法線方向上，從探測器到被檢體表面的距離是L11，并且從被檢體表面到C面的距離是L12。在探測器位于Pos2處的情況下，從探測器到被檢體表面的距離是L21，并且從被檢體表面到C面的距離是L22。因此，超聲波的路徑的體內(nèi)通過距離與匹配材料通過距離、以及這些距離之間的比率根據(jù)探測器的位置而改變。通常，超聲波衰減率在活體中比在匹配材料中更高。因此，所發(fā)送的超聲波和回波這兩者更可能在Pos1處發(fā)生衰減。作為結果，C面中的亮度值改變。

在C面內(nèi)的亮度差大的情況下，在圖像顯示尤其是實時顯示中，被檢體內(nèi)部的圖像的再現(xiàn)程度可能降低。例如，假定特定的C面圖像數(shù)據(jù)中所包含 的圖像數(shù)據(jù)具有在“0～100”的范圍內(nèi)改變的亮度?？紤]到操作者將顯示器上所顯示的圖像的亮度范圍調(diào)整至“20～80”，則與亮度值落在該范圍外的像素有關的信息丟失。因此，尤其在用于實時顯示圖像的超聲波設備中，圖像分析的精度可能會下降。

以下將更詳細地說明這種由輸出值的變化所引起的問題。例如，在與Pos1相對應的C面位置處的圖像數(shù)據(jù)中，將輸出值與較大的增益相乘以校正長距離的體內(nèi)傳播期間的衰減。然而，將這種條件應用到Pos2可能導致針對輸出值的增益過大。具體地，進行大小為包括距離差L、被檢體001的聲衰減特性以及發(fā)送和接收期間的超聲波頻率的三個數(shù)值的乘積的放大。作為結果，增益根據(jù)條件達到幾十dB，并且可能超出動態(tài)范圍的上限。與之相對，在與Pos1相對應的C面位置處的圖像數(shù)據(jù)被在設置為使得能夠顯示與Pos2相對應的C面位置處的圖像數(shù)據(jù)的條件下進行了成像的情況下，放大可能不充分，并且信號強度可能低于設備的噪聲水平。

保持構件的優(yōu)選聲衰減特性

為了避免這種現(xiàn)象，需要減少與距離差L等價的聲衰減差的不利影響。在本發(fā)明中，改變發(fā)送控制器011所進行的控制，以抑制聲衰減差的不利影響。具體地，在所發(fā)送的聲壓強度(聲輻射強度)中反映了與長度為L[cm]等價的、被檢體001和匹配材料005之間的聲衰減差。

例如，使用不會使聲波發(fā)生顯著衰減的水作為匹配材料005。假定被檢體001的衰減特性為0.3[dB/MHz/cm]，并且將通過信號處理器012處理后的信號的中央頻率設置為7MHz。則在Pos1處的衰減量與Pos2處的衰減量之間出現(xiàn)約4.2L[dB]的差。因此，發(fā)送控制器011進行調(diào)整以將Pos1和Pos2之間的發(fā)送聲壓差設置為4.2L[dB/MHz]，以使得C面處的輸出值的差能夠減少。針對Pos1和Pos2之間的位置以及掃描面上的其它位置來設置與衰減量相關聯(lián)的發(fā)送聲壓。

如有需要則根據(jù)被檢體001和匹配材料005之間的聲衰減特性差以及聲波經(jīng)由被檢體傳播的距離來進行這種調(diào)整。通常，被檢體001比匹配材料005具有更高水平的聲衰減特性。因此，發(fā)送聲壓強度可以在探測器003接近被檢體001的位置處設置為大的值，并可以隨著探測器003和被檢體001之間的距離的增加而成比例地減小。

由于人體特性，因此許多被檢體001的形狀為圓形，并且可能在中央部突起。因此，該強度在探測器003位于與被檢體的中央部相對應的位置處的情況下有效地增加，并在探測器003位于與被檢體的周邊部相對應的位置處的情況下有效地減小。更具體地，在掃描面的形狀呈大致平面形式的情況下，發(fā)送聲壓強度隨著掃描面和保持件之間在掃描面的法線方向上的距離的增加而成比例地減小。與之相對，發(fā)送聲壓強度隨著掃描面和保持件之間在掃描面的法線方向上的距離的減小而成比例地增加。

聲衰減特性的計算需要以下五個信息。

信息1-1：匹配材料005的聲衰減特性：α2[dB/MHz/cm]

信息1-2：被檢體001的聲衰減特性：α1[dB/MHz/cm]

信息1-3：被檢體001的形狀

信息1-4：探測器003的掃描軌跡

信息1-5：由信號處理器012處理后的信號頻率：f1[MHz]

根據(jù)系統(tǒng)的設置和所使用的材料來獲知信息1-1、信息1-4和信息1-5。另一方面，信息1-2和信息1-3涉及組織之間的顯著變化和個體之間的較大差異，因此優(yōu)選參考實驗值和文獻值來進行設置，或者經(jīng)由預掃描來獲取。

在被檢體001是乳房的情況下，優(yōu)選信息1-2被指定為使得α1＝0.3～0.8[dB/MHz/cm]。乳房的特征在于，年輕人趨于具有許多乳腺層，并且脂肪的比率趨于隨著年齡而增加。乳腺層與脂肪層相比具有更高水平的聲衰減特性，因此，乳房的聲衰減特性的水平可能隨著年齡的降低而成比例地增加。

被檢體形狀的確定

在可以使用任何技術來預先確定被檢體001的形狀的情況下，可以針對掃描面上的各位置來預先計算與探測器003和被檢體001有關的距離信息。在那種情況下，針對探測器003的各坐標的距離信息和基于距離信息的控制參數(shù)被保存至存儲器。發(fā)送控制器011基于探測器003的坐標來參考存儲器以使得能夠容易地獲取距離信息或者用于改變發(fā)送聲壓強度的發(fā)送控制信息。

在被檢體001是諸如乳房等的軟組織的情況下，優(yōu)選使用剛性構件作為保持構件以精確地獲得信息1-3(形狀)。保持構件002的形狀優(yōu)選適合被檢體001。例如，針對乳房，使保持構件002的形狀呈杯狀形式。剛性構件的使用使得能夠限定被檢體001的保持形狀，由此能夠設置探測器003和被檢體001之間的距離，從而可以容易地獲得信息1-3。

另一方面，即使在選擇伸縮性材料作為保持構件的情況下，基于保持構件的硬度和膜厚度以及與被檢體有關的信息等，可以在一定程度上估計保持形狀。在被檢體是乳房的情況下，與被檢體有關的信息包括諸如罩杯大小、上胸圍大小和下胸圍大小等的大小信息以及諸如人種、年齡和身體狀態(tài)等的被檢者信息。在被檢體001是乳房的情況下，在被檢者是年輕人并且具有許多乳腺層的情況下或者在被檢者處于生理周期的情況下，難以擠壓乳房。使用這些信息來定制保持構件002以使得能夠更精確地估計保持形狀。即使在使用伸縮性保持構件的情況下，通過增加保持構件002的硬度或膜厚度或者對保持構件002進行預張緊，也可以保持小的被檢體001的突起量(L1)。

一個方法涉及：在主攝像(production imaging)(接收超聲波并生成回波圖像)之前使用照相機執(zhí)行攝像或者執(zhí)行預掃描來獲取被檢體形狀，以及計算探測器003與被檢體001之間的距離。根據(jù)被檢體的保持形態(tài)，緊挨在主攝像之前通過掃描來獲取被檢體形狀的方法是有效的。將在下面詳細說明這些技術。

發(fā)送控制器

基于上述確定的被檢體形狀，確定Pos1和Pos2之間的活體傳播路徑長度的差(圖3中的L)。基于該差，可以確定Pos1和Pos2之間的發(fā)送聲壓強度的差。發(fā)送控制器011中的針對發(fā)送聲壓強度的控制要素是以下信息。

信息2-1：發(fā)送聲壓振幅值

信息2-2：發(fā)送開口元件的數(shù)量

信息2-3：所發(fā)送的脈沖的數(shù)量

信息2-4：發(fā)送頻率

在這些信息中，發(fā)送聲壓振幅值(信息2-1)最適合。僅改變振幅值只改變S/N比。這使得圖像在Pos1處的圖像質(zhì)量與在Pos2處的質(zhì)量相似，使得C面圖像容易相互匹配。另一方面，其它項引起發(fā)送束的形狀的改變，由此改變包括分辨率的圖像的氛圍。

將說明技術。如圖12所示，發(fā)送控制器011包括波形輸出控制器027、發(fā)送波形輸出脈沖發(fā)生器028和連接開關029。波形輸出控制器027控制所發(fā)送波形的圖案。發(fā)送波形輸出脈沖發(fā)生器028根據(jù)來自波形輸出控制器027的命令將電壓施加至轉換元件004。連接開關029將來自發(fā)送波形輸出脈沖發(fā)生器028的模擬信號分配給各個轉換元件004。

在圖4A至4C中，上面的圖表示由發(fā)送控制器011施加至各轉換元件004的電信號的脈沖。橫坐標軸表示時間，并且縱坐標軸表示所施加的電壓值。在圖4A至4C中，下面的圖表示轉換元件004根據(jù)各脈沖所輸出的超聲波信號。橫坐標軸表示時間，并且縱坐標軸表示聲壓強度。用于改變超聲波的振幅值的技術包括用于改變所施加的電壓值的技術和用于改變所施加的脈沖寬度的技術。

例如，圖4B與用作基準的圖4A之間的比較表示：發(fā)送聲壓振幅值隨著所施加的電壓值從a1增加至a2而增加。另外，圖4A和圖4C之間的比較表示： 發(fā)送聲壓振幅值隨著所施加的脈沖寬度從t1增加至t2而增加。通過從波形輸出控制器027接收到命令的發(fā)送波形輸出脈沖發(fā)生器028來調(diào)整所施加的電壓值或者所施加的脈沖寬度。該控制技術的特征在于涉及：超聲波的形狀基本沒有變化，而僅振幅值變化。代替發(fā)送波形輸出脈沖發(fā)生器028，可以使用任何波形發(fā)生器。

現(xiàn)在將使用圖5A、5B、5C和5D來說明基于發(fā)送開口元件的數(shù)量(信息2-2)的控制。圖5A、5B、5C和5D的上側示出在開口元件組中所包括的轉換元件004的數(shù)量和位置方面以及在電壓施加時刻方面有所不同的發(fā)送控制的示例。在圖5A、5B、5C和5D中，下側示出與各類型的發(fā)送控制相對應的超聲波的聲壓波形。圖5A、5B、5C和5D示出線性地配置有8個轉換元件004的探測器。與用作基準的圖5A相比示出更多開口元件的圖5B中的強度比圖5A中的強度更高。在示出更少的開口元件的圖5C中，強度更低。為了進行這樣的驅動，控制連接開關029以改變要施加電壓的轉換元件004的組合。在匹配材料005包含水的情況下，優(yōu)選地，針對Pos1選擇圖5B中的控制并且針對Pos2選擇圖5C中的控制。

然而，圖5C涉及比圖5B更小的發(fā)送開口寬度，因此，Pos2處的分辨率比Pos1處的分辨率更低。因此，可以選擇如圖5D而不是圖5C所示的轉換元件004。這增加了開口寬度以使得分辨率均勻。

現(xiàn)在，將使用圖6A和6B來說明使用所發(fā)送的脈沖的數(shù)量(信息2-3)的技術。圖6A示出如圖4A的情況那樣使用一個正脈沖和一個負脈沖來施加電壓。另一方面，圖6B示出通過將用作基準的圖6A中的脈沖施加重復兩次來施加兩個正脈沖和兩個負脈沖。通過如圖6B中那樣增加所施加的脈沖的數(shù)量來增加發(fā)送能量。在如圖6B所示施加多個脈沖的情況下，所發(fā)送的超聲波的第二個和接下來的脈沖可以具有比所發(fā)送的超聲波的第一個脈沖更大的振幅值，但這可能依賴于轉換元件004的特性和所施加的電壓的脈沖寬度等。在匹配 材料005包含水的情況下，優(yōu)選地，針對Pos1選擇圖6B中的控制并且針對Pos2選擇圖6A中的控制。

然而，所發(fā)送的脈沖的數(shù)量的增加使得超聲波圖像在深度方向(時間方向)上的分辨率下降。因此，優(yōu)選使得波的數(shù)量增加或者減少至分辨率的劣化不可視的程度。

現(xiàn)在將說明改變發(fā)送頻率(信息2-4)以抑制輸出值差的技術。通常，超聲波的特征在于，頻率越低的發(fā)送波越不太可能發(fā)生衰減。因此，在Pos1處發(fā)送具有相對低的頻率的超聲波，在Pos2處發(fā)送具有相對高的頻率的超聲波。然而，需要在考慮到轉換元件004的頻率特性的情況下確定各頻率。也就是說，在超聲波的頻率發(fā)生改變的情況下，除了所施加的脈沖的電壓和脈沖寬度，還需要考慮轉換元件004在各個頻率處的靈敏度。在改變了發(fā)送頻率(信息2-4)的情況下，優(yōu)選結合信息2-1、信息2-2和信息2-3的調(diào)整來使用該變化。

用于抑制任意截面處的輸出值差的另一控制方法是根據(jù)如圖7所示的位置來改變發(fā)送焦點位置。通常，聲壓在發(fā)送焦點位置處最大，并且隨著相對于焦點位置的距離的增加而減小。因此，如圖7所示，針對被檢體厚的Pos1設置深的焦點位置(焦點1)，針對Pos2設置淺的焦點位置(焦點2)。

然而，在除了使用發(fā)送聲壓振幅值(信息2-1)的方法之外的方法中，分辨率在任意截面內(nèi)有所不同，因此，優(yōu)選在考慮到分辨率的變化的情況下而設置條件。另外，發(fā)送波形輸出脈沖發(fā)生器028的性能限制了可實現(xiàn)的發(fā)送條件。因此，在難以進行僅基于發(fā)送聲壓振幅值的控制的情況下，與另一控制技術的組合是有效的。然而，根據(jù)設備的結構和性能以及被檢體的狀況等可以將上述控制技術可選地組合在一起。

圖像處理器的結構

如上所述，通過與探測器003的坐標位置相關聯(lián)地改變由發(fā)送控制器011進行的控制來改變所發(fā)送的超聲波的強度，可以減少任意截面處的輸出值 差。圖像處理器B(附圖標記015)調(diào)整輸出值以進一步減少輸出值差，由此抑制亮度不均勻。

在使用上述方法改變發(fā)送聲壓強度的情況下，所反射的回波的強度也發(fā)生改變?；旧?，在衰減程度高的探測器位置處，所發(fā)送的聲壓也增大。因此，回波的強度預期要增加。然而，優(yōu)選根據(jù)被檢體的形狀或聲傳播特性，使用接收信號的增益等對所發(fā)送的波或回波的衰減進行校正。

探測器的變形例

本發(fā)明可適用于代替1D探測器或2D探測器而包括如圖11A、11B和11C所示的各種探測器中的任意探測器的設備。例如，圖11A描述了配置有轉換元件004以具有曲率的凸形探測器。圖11B和11C描述了具有配置在半球面上的轉換元件的大碗形探測器和小碗形探測器。即使針對這些探測器，本發(fā)明也是有效的，這是因為輸出值差是由于從形成發(fā)送開口或接收開口的轉換元件004的組的位置到圖像掃描線025上的被檢體表面為止的距離而引起的。

具有配置在碗形支持構件上的轉換元件的探測器可以在各種方向上接收從被檢體傳播來的聲波，由此提高重建圖像的精度。在碗形探測器中，轉換元件無法具有相同的高靈敏度方向。因此，在保持構件被區(qū)分成特定區(qū)域的情況下，不能與轉換元件的高靈敏度方向相關聯(lián)地指定這些區(qū)域的位置。另一方面，碗形探測器設置有多個元件的高靈敏度方向集中的高靈敏度區(qū)域(高分辨率區(qū)域)。因此，在識別出保持構件中的位置的情況下，可以與高靈敏度區(qū)域相關聯(lián)地指定這些位置。

在上述方法中，即使在所發(fā)送或所接收到的超聲波的衰減程度由于被檢體被形成為具有凹陷部或者突起部的形狀而根據(jù)掃描區(qū)域上移動的探測器的位置有所不同的情況下，也可根據(jù)該位置來控制所發(fā)送的聲壓。這使得能夠減少聲信號的強度的變化和圖像數(shù)據(jù)的輸出值的變化。

實施例2

根據(jù)下面說明的實施例2的超聲回波設備的系統(tǒng)結構與圖1中的系統(tǒng)結構基本上相同。在接下來的說明中，由相同的附圖標記來表示相同的組件。本實施例中的系統(tǒng)控制器009包括作為連接至發(fā)送控制器011并能夠發(fā)送和接收信息的存儲介質(zhì)的存儲器022。本實施例中的適合的被檢體001是一個乳房。

在本實施例中，使用具有256個通道的1D線性探測器作為探測器003。形成探測器003的轉換元件004是中心頻率為7MHz且元件大小為4mm的PZT，并且以0.2mm的橫向元件間距進行排列。作為保持構件002，采用由PETG形成的厚度為0.5mm的杯狀構件。保持構件002將乳房的突起距離設置為距離胸壁30mm。以將保持構件002和探測器003之間的最小距離設置為10mm的方式來安裝針對探測器003的驅動機構007。

匹配材料005是水，并且在通過泵來循環(huán)的情況下使用。在本實施例中，使用加熱器將水溫保持在約35℃。以這種方式來保持水溫有效地防止了被檢者感到不舒服并且有效地限定了匹配材料005中的聲速以提高圖像重建的精度。

包括電子掃描的針對所發(fā)送的超聲波的控制、回波的接收、接收信號的處理、由探測器003進行的機械掃描以及使用接收信號的圖像重建處理等的方法與實施例1中的相應方法相同。首先，發(fā)送控制器011將經(jīng)過了超聲波聚焦于期望位置的時刻控制的電信號發(fā)送至各轉換元件004。各轉換元件004將超聲波信號發(fā)送至被檢體001。超聲波信號的中央頻率被調(diào)整成7MHz。

在本實施例中，位于與掃描區(qū)域相對的保持構件002在保持構件002的中央部突起，以適應乳房的形狀。因此，針對探測器003的掃描區(qū)域根據(jù)掃描面和保持構件002之間在法線方向上的距離而分割成中央的第一區(qū)域和周邊的第二區(qū)域。針對第一區(qū)域，發(fā)送控制器011在與探測器003相距20mm和40mm的距離處設置發(fā)送焦點位置，以通過兩級式焦點處理來重建圖像。對 于第二區(qū)域，發(fā)送控制器011在與探測器003相距40mm的距離處設置發(fā)送焦點位置，以通過一級式焦點處理來重建圖像。因此，根據(jù)被檢體001和探測器003的位置來改變發(fā)送焦點設置，以避免針對不存在被檢體001的區(qū)域設置發(fā)送焦點。這使得能夠縮短成像時間。

針對第一區(qū)域和第二區(qū)域這兩者，在表示焦點位于40mm的距離處的發(fā)送條件下，轉換元件004的數(shù)量被設置為64。針對第二區(qū)域的發(fā)送聲壓振幅值被設置為針對第一區(qū)域的在焦點位于40mm的距離處的條件下的相應值的約10％。使用圖3的Pos1作為基準，根據(jù)表達式(1)來針對Pos2計算改變量。

2×L×(α1-α2)×f1[dB]…(1)

通過將α1＝0.4[dB/MHz/cm]、α2＝0[dB/MHz/cm]和f1＝7[MHz]帶入表達式(1)中，來將與上述10％相對應的值確定為16.8[dB]。

通過控制施加至轉換元件004的組的電壓值和所施加的脈沖寬度來進行該調(diào)整。針對探測器003的各坐標位置來設置控制值，并將這些控制值記錄在存儲器022中。在乳房和保持構件的形狀已知的情況下，可以預先獲取控制值并將這些控制值記錄在存儲器022中。

在本實施例中，僅改變超聲波發(fā)送聲壓，而開口數(shù)量、焦點位置和發(fā)送頻率保持相同。作為結果，要觀察的C面上的發(fā)送束形狀所發(fā)生的改變很少，由此減少了重建的C面圖像內(nèi)的分辨率的變化，以使得能夠實現(xiàn)均勻的圖像。因此，在本實施例中，校正了C面圖像內(nèi)的輸出值差以使得圖像易于觀看，由此減少了任意截面的圖像質(zhì)量的劣化。

變形例1

將使用圖8中的框圖來說明在不知道被檢體或保持構件的形狀的情況下所使用的形狀獲取方法。在圖8中，在水槽的側面配置兩個照相機030。在乳房固定于保持構件002之后，照相機030以多個方向拍攝乳房的圖像。在接收到照相機圖像時，被檢體形狀處理器024計算乳房的三維形狀，設置針對探 測器003的各坐標的發(fā)送條件，并將發(fā)送條件記錄在存儲器022中。該技術使得能夠在短時間內(nèi)計算出被檢體001的三維形狀。通過增加照相機的數(shù)量以使得能夠以各個方向拍攝被檢體001的圖像，來提高形狀獲取的精度和速度。另外，可以利用一個照相機在移動的情況下拍攝乳房的圖像。被檢體形狀處理器024使用諸如CPU等的信息處理資源來根據(jù)程序等執(zhí)行各種已知的圖像處理方法。

變形例2

將使用圖9來說明另一被檢體形狀獲取方法。本變形例中的設備包括被配置為使用在主攝像之前所執(zhí)行的預掃描的結果來獲取被檢體形狀的聲特性處理器023。聲特性處理器023連接至探測器003和存儲器022。針對預掃描，采用發(fā)送焦點位置設置在40mm的距離處的一級式焦點處理。發(fā)送條件不根據(jù)探測器003的位置而改變。采用給定的發(fā)送條件和一級式焦點的原因是預掃描的目的僅是為了獲取被檢體形狀。在未使用保持構件002的情況下以及在保持構件是柔軟的情況下，本變形例是合適的。

聲特性處理器023基于由預掃描而獲得的聲信號來計算乳房表面位置，以獲取乳房的三維形狀。使用作為匹配材料和活體組織之間的聲阻差的結果而生成回波的時間點，可以計算出乳房表面位置。也就是說，在發(fā)送和接收超聲波的情況下，檢測到第一強回波信號的位置與被檢體001的表面相對應。為了縮短預掃描的時間，可以減少所設置的圖像掃描線025的數(shù)量。

即使在被檢體001沒有與保持構件002緊密接觸的情況下，通過選擇具有與匹配材料005的聲阻相接近的聲阻的構件作為保持構件002，也可以抑制來自保持構件002的界面的強回波信號。作為結果，更容易提取來自被檢體001的表面的回波信號。在保持構件和匹配材料005分別是膠乳和水的情況下，以及在保持構件和匹配材料005分別是硅膠和硅油的情況下，本形狀測量方法是合適的。

在預掃描期間，基于與深度相對應的接收信號的S/N比的變化來有效地計算乳房的聲衰減特性，以在發(fā)送條件的設置期間被參考?；谶@些信息，針對探測器003在掃描區(qū)域上的各坐標來設置發(fā)送條件，并將這些發(fā)送條件記錄在存儲器022中。該技術使得能夠針對探測器003的各坐標來實際測量乳房位置，還使得能夠預先確定乳房的聲衰減特性。因此，可以設置合適的發(fā)送條件。

實施例3

在實施例3的說明中，難以保持被檢體001并且被檢體的形狀不斷改變。本實施例中的設備結構與上述變形例2中的設備結構大致相同，但是本實施例中的設備不要求存儲器022具有保存預掃描結果的功能。

在使用薄膜(例如膠乳片材)作為用以保持諸如乳房等的柔軟被檢體的保持構件002的情況下，被檢體形狀由于身體運動而不斷改變。因此，即使在基于預掃描結果或者照相機圖像來測量和記錄被檢體形狀的情況下，由此得到的被檢體形狀也不同于通過主攝像得到的被檢體形狀。因此，在本實施例中，聲特性處理器023實時計算被檢體001和探測器003之間的距離。

在本實施例中，使用1D線性探測器作為探測器003，并且在通過機械掃描使探測器移動至的各位置處執(zhí)行電子掃描(線性掃描)，以獲取二維圖像。然后，緊挨在線性掃描的執(zhí)行之前，在探測器003和被檢體001之間發(fā)送和接收超聲波以測量距離。緊挨在線性掃描之前所使用的發(fā)送條件與針對上述預掃描的發(fā)送條件相同，并且不根據(jù)探測器003的坐標而改變。聲特性處理器023對接收到來自乳房表面的回波的探測器所生成的電信號進行處理，以計算相對于被檢體的距離?；谂c深度相對應的接收信號的S/N比的變化來有效地計算乳房的聲衰減特性，以供發(fā)送條件參考?；谶@些信息，發(fā)送控制器011計算針對探測器003的發(fā)送條件以驅動轉換元件004的組。

在如本實施例那樣緊挨在線性掃描之前獲取探測器和被檢體之間的距 離的技術中，可以計算緊挨在主攝像之前所獲得的距離。因此，本實施例能夠設置與實施例1相比更精確的發(fā)送條件。在被檢體可能變形的情況下以及在通過預掃描等所預先獲取的形狀不同于在主攝像期間所獲取的形狀的情況下，本實施例尤其有效。與利用預掃描的方法相比，本方法的優(yōu)點在于：測量所需的總時間短，并且由于預掃描和主攝像之間沒有時間延遲而使得距離信息包含的錯誤少。

實施例4

本實施例中的設備的結構和基本操作與實施例1中的結構和基本操作相同。本實施例和實施例1之間的不同在于：如圖10A所示，使用能夠三軸移動的驅動機構007來三維地移動探測器003。在本實施例中，沿著保持構件002的形狀三維地驅動探測器，以使得被檢體001和探測器003之間的匹配材料005的距離能夠最小化。

采用由PETG形成的0.5mm厚的杯狀構件作為保持構件002。驅動機構007沿著保持構件002的形狀來驅動探測器003，以使得能夠獲取被檢體的圖像。作為結果，本實施例涉及比實施例1更少的被檢體001和探測器003之間的距離的變化。另外，探測器003和被檢體001之間的匹配材料005的距離在整個成像區(qū)域中有所降低。因此，被檢體001的表層面呈現(xiàn)高圖像質(zhì)量并且是均勻的。然而，根據(jù)被檢體001或保持構件002的形狀的不平坦或者驅動機構007的性能，在機械掃描期間可能無法使得探測器003和被檢體001之間的距離完全恒定。因此，在本實施例中，如實施例1和2那樣，發(fā)送控制器011所用的控制值和來自圖像處理器B(015)的輸出值優(yōu)選被調(diào)整為使得圖像質(zhì)量增強或者均一化。

在使用本實施例中的設備來顯示任意水平截面的圖像的情況下，發(fā)送控制器011根據(jù)圖像掃描線025上從被檢體001的表面到水平截面為止的距離來改變發(fā)送聲壓控制值。在圖11A、11B和11C中，從探測器003到任意水平截 面為止的被檢體001的距離在Pos2處比在Pos1處更短。因此，所發(fā)送的聲壓在Pos2處有所下降。為了使得水平截面內(nèi)分辨率均一，優(yōu)選在Pos1和Pos2之間改變要驅動的轉換元件004的數(shù)量，以改變發(fā)送開口的寬度。例如，在圖10A中，Pos1處的開口寬度被設置為大于Pos2處的開口寬度。

本實施例不僅可以應用于顯示任意水平截面的圖像的情況，而且還可以應用于如圖10B中所示的任意顯示面是彎曲的情況。在這種情況下，根據(jù)圖像掃描線025上從探測器003到任意顯示面為止的被檢體001的距離，來控制發(fā)送控制器011。因此，使得被設置為彎曲的任意顯示面的圖像的圖像質(zhì)量有效地提高或者均一化。在這種情況下，在可以被探測器觸及的各位置處，確定探測器和任意顯示面之間的路徑上的活體部分的距離以及除活體以外的部分(匹配材料等)的距離，并且基于由此得到的值來確定所發(fā)送的聲壓的強度。

在如本實施例那樣根據(jù)被檢體001的圓度或不均勻度來移動探測器的情況下，可以容易地創(chuàng)建均勻的表層圖像，并且可以校正任意顯示面的圖像內(nèi)的輸出值差。作為結果，抑制了任意顯示面上的圖像質(zhì)量的劣化，使得能夠顯示易于觀看的圖像。

其它實施例

本發(fā)明的實施例還可以通過如下的方法來實現(xiàn)，即，通過網(wǎng)絡或者各種存儲介質(zhì)將執(zhí)行上述實施例的功能的軟件(程序)提供給系統(tǒng)或裝置，該系統(tǒng)或裝置的計算機或是中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)讀出并執(zhí)行程序的方法。

盡管已經(jīng)參考典型實施例描述了本發(fā)明，但是應該理解，本發(fā)明不局限于所公開的典型實施例。所附權利要求書的范圍符合最寬泛的解釋，以包含所有這類修改、等同結構和功能。