本發(fā)明涉及一種被檢體信息獲取裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，正在研究使用光聲成像對(duì)被檢體的內(nèi)部進(jìn)行成像。光聲層析成像(PAT，Photoacoustic tomography)是光聲成像的一種形式。

當(dāng)利用由光源產(chǎn)生的脈沖光照射被檢體時(shí)，由吸收了光能的被檢體內(nèi)部的組織產(chǎn)生聲波。這種現(xiàn)象被稱為光聲效應(yīng)。所產(chǎn)生的聲波由多個(gè)布置在被檢體周圍的換能器(transducer)檢測(cè)。另外，可以通過(guò)使接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理來(lái)獲取被檢體內(nèi)部的信息。這是通過(guò)光聲層析成像進(jìn)行成像的原理。

例如，當(dāng)將被血紅蛋白良好吸收的近紅外光用作脈沖光時(shí)，可以對(duì)血紅蛋白進(jìn)行成像，或者，換句話說(shuō)，可以對(duì)被檢體中存在血液的部位進(jìn)行成像。期望使用血管成像的結(jié)果來(lái)診斷惡性腫瘤。

作為通過(guò)光聲層析成像進(jìn)行成像的示例，美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)第5840023號(hào)描述了如下方法：在移動(dòng)光照射區(qū)域和接收聲波的換能器的同時(shí)接收來(lái)自被檢體的聲波，并且重構(gòu)被檢體信息。

專利文獻(xiàn)1：美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)第5840023號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

當(dāng)使用由多個(gè)換能器接收到的接收信號(hào)進(jìn)行圖像重構(gòu)時(shí)，基于關(guān)注位置與各換能器之間的距離來(lái)進(jìn)行處理。然而，難以在不影響重構(gòu)圖像的分辨率的情況下在探測(cè)器(probe)上精確地、以機(jī)械方式布置多個(gè)換能器。因此，存在由于機(jī)械布置的精度引起的誤差導(dǎo)致重構(gòu)圖像的分辨率下降的問(wèn)題。

鑒于上述問(wèn)題而做出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是使用換能器的接收信號(hào)來(lái)精確地校準(zhǔn)多個(gè)換能器的位置。

本發(fā)明提供一種被檢體信息獲取裝置，所述被檢體信息獲取裝置包括：

多個(gè)換能器，其接收從利用光照射的測(cè)量對(duì)象傳播的聲波，并將聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

探測(cè)器，在所述探測(cè)器上布置有所述多個(gè)換能器，使得所述多個(gè)換能器的至少一部分的指向軸會(huì)聚；

位置信息獲取器，其獲取關(guān)于所述多個(gè)換能器的位置的位置信息；以及

特性信息獲取器，其基于電信號(hào)和位置信息獲取關(guān)于測(cè)量對(duì)象的特性信息，其中

所述位置信息獲取器：

針對(duì)點(diǎn)聲源位于點(diǎn)聲源和探測(cè)器采取預(yù)定的相對(duì)位置的第一位置的情況，獲取作為第一位置與所述多個(gè)換能器中的各個(gè)換能器之間的距離的第一數(shù)據(jù)組；

針對(duì)測(cè)量對(duì)象是點(diǎn)聲源的情況，基于源自實(shí)際上已從點(diǎn)聲源傳播的聲波的電信號(hào)，計(jì)算作為點(diǎn)聲源與所述多個(gè)換能器中的各個(gè)換能器之間的距離的第二數(shù)據(jù)組；并且

基于第一數(shù)據(jù)組和第二數(shù)據(jù)組來(lái)計(jì)算位置信息。

本發(fā)明還提供一種被檢體信息獲取裝置的控制方法，所述被檢體信息獲取裝置包括：

多個(gè)換能器，其接收從利用光照射的測(cè)量對(duì)象傳播的聲波，并將聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

探測(cè)器，在所述探測(cè)器上布置有所述多個(gè)換能器，使得所述多個(gè)換能器的至少一部分的指向軸會(huì)聚；

位置信息獲取器，其獲取關(guān)于所述多個(gè)換能器的位置的位置信息；以及

特性信息獲取器，

所述控制方法包括：

操作所述位置信息獲取器以針對(duì)點(diǎn)聲源位于點(diǎn)聲源和探測(cè)器采取預(yù)定的相對(duì)位置的第一位置的情況，獲取作為第一位置與所述多個(gè)換能器中的各個(gè)換能器之間的距離的第一數(shù)據(jù)組；

操作所述位置信息獲取器以針對(duì)測(cè)量對(duì)象是點(diǎn)聲源的情況，基于源自實(shí)際上已從點(diǎn)聲源傳播的聲波的電信號(hào)，計(jì)算作為點(diǎn)聲源與所述多個(gè)換能器中的各個(gè)換能器之間的距離的第二數(shù)據(jù)組；

操作所述位置信息獲取器以基于第一數(shù)據(jù)組和第二數(shù)據(jù)組來(lái)計(jì)算位置信息；以及

操作所述特性信息獲取器以基于電信號(hào)和位置信息獲取關(guān)于測(cè)量對(duì)象的特性信息。

根據(jù)本發(fā)明，可以使用換能器的接收信號(hào)來(lái)精確地校準(zhǔn)多個(gè)換能器的位置。

根據(jù)下面參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。

附圖說(shuō)明

圖1是示出被檢體信息獲取裝置的示意圖；

圖2是由被檢體信息獲取裝置獲取被檢體信息的流程圖；

圖3是獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的流程圖；

圖4是在獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)期間虛擬點(diǎn)聲源和多個(gè)換能器的示意圖；

圖5是在獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)期間點(diǎn)聲源和多個(gè)換能器的示意圖；

圖6是半球形探測(cè)器的示意圖；以及

圖7A和圖7B示出了校準(zhǔn)之前的重構(gòu)圖像與校準(zhǔn)之后的重構(gòu)圖像之間的比較。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的部件的尺寸、材料、形狀、相對(duì)布置等旨在根據(jù)本發(fā)明所適用的裝置的構(gòu)造和各種條件而在適當(dāng)時(shí)被改變。因此，本發(fā)明的范圍并不旨在局限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)從被檢體傳播的聲波、并生成和獲取被檢體內(nèi)部的特性信息的技術(shù)。因此，本發(fā)明可以被認(rèn)為是一種被檢體信息獲取裝置或其控制方法，或者一種被檢體信息獲取方法和信號(hào)處理方法。本發(fā)明還可以被認(rèn)為是使包括諸如CPU和存儲(chǔ)器的硬件資源的信息處理裝置執(zhí)行這些方法的程序、或存儲(chǔ)該程序的存儲(chǔ)介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的被檢體信息獲取裝置包括利用光聲效應(yīng)的裝置，其中，接收通過(guò)利用光(電磁波)照射被檢體而在被檢體內(nèi)部產(chǎn)生的聲波，并且獲取被檢體的特性信息作為圖像數(shù)據(jù)。在這種情況下，特性信息是指：使用通過(guò)接收光聲波而獲得的接收信號(hào)生成的、關(guān)于與被檢體內(nèi)部的多個(gè)位置中的各個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的特性值的信息。

通過(guò)光聲測(cè)量獲得的特性信息是反映光能的吸收率的值。例如，特性信息包括通過(guò)光照射產(chǎn)生的聲波的發(fā)生源、被檢體內(nèi)部的初始聲壓、源自初始聲壓的光能量吸收密度或吸收系數(shù)、或構(gòu)成組織的物質(zhì)的濃度或量。另外，可以通過(guò)獲得氧合血紅蛋白的濃度和還原血紅蛋白的濃度作為物質(zhì)的濃度來(lái)計(jì)算氧飽和度的分布。此外，還獲得總血紅蛋白濃度、葡萄糖濃度、膠原濃度，黑色素濃度、脂肪或水的體積分?jǐn)?shù)等。

基于在被檢體中的各位置處的特性信息，獲得二維或三維特性信息分布。分布數(shù)據(jù)可以被生成為圖像數(shù)據(jù)。特性信息可以作為被檢體內(nèi)部的各個(gè)位置的分布信息而不是作為數(shù)值數(shù)據(jù)來(lái)獲得。換句話說(shuō)，可以獲得如下分布信息：例如，初始聲壓的分布、能量吸收密度的分布、吸收系數(shù)的分布和氧飽和度的分布。

根據(jù)本發(fā)明的聲波通常是超聲波，并且包括也被稱為聲音波或聲波的彈性波。通過(guò)探測(cè)器等從聲波轉(zhuǎn)換的電信號(hào)也被稱為聲信號(hào)。然而，本說(shuō)明書(shū)中的超聲波或聲波的描述并不旨在限制這些彈性波的波長(zhǎng)。由光聲效應(yīng)產(chǎn)生的聲波被稱為光聲波或光學(xué)超聲波。源自光聲波的電信號(hào)也被稱為光聲信號(hào)。

原則上，在以下描述和附圖中，相同的部件將由相同的附圖標(biāo)記表示，并且將省略詳細(xì)描述。在以下描述中，作為被檢體信息獲取裝置的示例，將解釋能夠獲取被檢體內(nèi)部的特性信息并生成圖像數(shù)據(jù)的光聲裝置。

(裝置構(gòu)造)

圖1是根據(jù)本實(shí)施例的被檢體信息獲取裝置的裝置構(gòu)造的示意圖。根據(jù)本實(shí)施例的被檢體信息獲取裝置包括探測(cè)器102、接收聲波的多個(gè)換能器103、信號(hào)接收單元104、信號(hào)處理單元105、位置控制單元106、光源107、系統(tǒng)控制單元109、特性信息獲取器110和顯示單元111。

被檢體101是測(cè)量對(duì)象。根據(jù)本發(fā)明的被檢體信息獲取裝置目的在于診斷活體中的惡性腫瘤或血管疾病。因此，假設(shè)諸如人乳房的活體作為測(cè)量對(duì)象。另外，在驗(yàn)證裝置性能等時(shí)，還假設(shè)模擬活體的特性的模型(phantom)作為測(cè)量對(duì)象?；铙w的特性表示聲波特性和光學(xué)特性。此外，在校準(zhǔn)稍后描述的換能器的位置時(shí)使用的點(diǎn)聲源也被包括在測(cè)量對(duì)象中。

被檢體101由保持單元112保持。保持單元112被安裝到安裝單元113。保持單元112的尺寸或形狀可以根據(jù)測(cè)量對(duì)象而改變。另外，可以在不安裝保持單元112的情況下進(jìn)行測(cè)量。保持單元112期望具有使光和聲波透過(guò)的特性。當(dāng)被檢體101是乳房時(shí)，以面朝下姿勢(shì)支撐受檢者的床可以配設(shè)有用于插入乳房的開(kāi)口，并且可以測(cè)量從開(kāi)口垂下的乳房。

探測(cè)器102被構(gòu)造為使得多個(gè)換能器103被布置在半球形支撐件的內(nèi)表面上。換能器103的示例包括諸如使用壓電現(xiàn)象的壓電元件的轉(zhuǎn)換元件和諸如CMUT的電容型轉(zhuǎn)換元件。然而，轉(zhuǎn)換元件的形式不受限制。用于匹配聲阻抗的聲匹配材料有利地布置在保持單元112與被檢體之間以及保持單元112與探測(cè)器102之間。聲匹配材料的示例包括水、超聲波凝膠和蓖麻油。

可以在多個(gè)換能器103的接收靈敏度高的方向聚集的區(qū)域中增加分辨率。在本說(shuō)明書(shū)中，這樣的區(qū)域被稱為高靈敏度區(qū)域。一般地，換能器103的靈敏度在接收面的法線方向上最高。該方向被稱為指向軸(directivity axis)。高靈敏度區(qū)域是這種指向軸會(huì)聚的區(qū)域，并且在諸如圖1所示的半球形探測(cè)器的情況下，半球體的曲率中心的周邊是高靈敏度區(qū)域。

另外，探測(cè)器102的形狀不限于半球形狀。當(dāng)所有換能器103的指向軸不平行時(shí)(換言之，當(dāng)多個(gè)換能器103的指向軸的至少一部分會(huì)聚時(shí))，形成高靈敏度區(qū)域。因此，探測(cè)器102可以具有諸如球冠形、球帶形、橢圓體的一部分以及平面或曲線的組合的形狀。

光源107產(chǎn)生脈沖光。光源107接收來(lái)自系統(tǒng)控制單元109的控制信號(hào)并產(chǎn)生脈沖光。脈沖寬度為約100納秒的脈沖用于通過(guò)光聲效應(yīng)產(chǎn)生聲波。光的波長(zhǎng)期望為約600nm至1000nm。作為激光類型，使用Nd：YAG激光、紫翠玉激光、Ti：sa激光等。另外，可以使用半導(dǎo)體激光。此外，閃光燈或發(fā)光二極管可以用作光源107。使用可變波長(zhǎng)激光或具有相互不同波長(zhǎng)的多個(gè)激光，可以進(jìn)行利用每種物質(zhì)的波長(zhǎng)吸收光譜的差異的測(cè)量(例如，氧飽和度的測(cè)量)。

由光源107產(chǎn)生的激光經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)108照射在被檢體101上。使用透鏡、棱鏡、反射鏡、光纖等作為光學(xué)系統(tǒng)108。

信號(hào)接收單元104包括放大多個(gè)換能器103的接收信號(hào)的信號(hào)放大器、以及將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換器。所生成的數(shù)字電信號(hào)被輸入到特性信息獲取器110。信號(hào)接收單元104以來(lái)自光學(xué)系統(tǒng)108的同步信號(hào)作為觸發(fā)，來(lái)開(kāi)始操作。當(dāng)測(cè)量對(duì)象產(chǎn)生光聲波時(shí)，將關(guān)于光源控制的同步信號(hào)或者在檢測(cè)照射光時(shí)從光學(xué)傳感器輸出的信號(hào)用作觸發(fā)。

信號(hào)處理單元105基于接收到的信號(hào)進(jìn)行換能器位置的校準(zhǔn)處理，并將所得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸出到特性信息獲取器110。作為另選方案，信號(hào)處理單元105將所存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸出到特性信息獲取器110。稍后將(在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取的流程中)詳細(xì)描述信號(hào)處理單元105的處理流程。信號(hào)處理單元105以及位置控制單元106、特性信息獲取器110等(稍后將描述)可以由處理電路或信息處理裝置構(gòu)成。作為圖像處理裝置，優(yōu)選的是包括諸如CPU和存儲(chǔ)器的計(jì)算資源、并且根據(jù)由程序發(fā)出的指令進(jìn)行操作的PC或工作站。各個(gè)塊可以被構(gòu)造為在同一信息處理裝置中進(jìn)行操作的模塊或者可以被物理上分離地構(gòu)造。信號(hào)處理單元用作根據(jù)本發(fā)明的位置信息獲取器。

位置控制單元106通過(guò)移動(dòng)探測(cè)器102來(lái)改變多個(gè)換能器103與被檢體101的相對(duì)位置。因此，由多個(gè)換能器103形成的高靈敏度區(qū)域在被檢體內(nèi)移動(dòng)。結(jié)果，減少了所獲取的被檢體信息圖像內(nèi)的靈敏度的變化。探測(cè)器102的運(yùn)動(dòng)可以在二維方向或三維方向上。作為用于移動(dòng)探測(cè)器102的構(gòu)造，例如，可以使用包括滾珠絲杠和致動(dòng)器并且沿著程控軌跡移動(dòng)的XY臺(tái)(stage)。

系統(tǒng)控制單元109與包括在被檢體信息獲取裝置中的各塊交換信息，并且整體地控制各塊的操作定時(shí)和操作內(nèi)容。

特性信息獲取器110使用從信號(hào)接收單元104輸出的接收信號(hào)來(lái)進(jìn)行圖像重構(gòu)并計(jì)算特性信息。作為圖像重構(gòu)的方法，使用諸如通用反投影(UBP)、濾波反投影(FBP)和定相加法(phasing addition)的已知重構(gòu)方法。

顯示單元111顯示由特性信息獲取器110生成的被檢體信息。另外，還顯示操作者對(duì)裝置進(jìn)行操作所需的UI。可以使用包括液晶顯示器和等離子體顯示器的任何顯示裝置作為顯示單元111。顯示單元111可以與被檢體信息獲取裝置一體地配設(shè)，或者可以被配設(shè)為單獨(dú)的主體。

(點(diǎn)聲源)

根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)聲源位于預(yù)定位置，并在任意定時(shí)產(chǎn)生聲波。為了進(jìn)行優(yōu)選的校準(zhǔn)，能夠各向同性地發(fā)送聲波的器件是有利的。例如，可以使用接收光照射并產(chǎn)生光聲波的球形器件。作為點(diǎn)聲源的材料，容易提高球體的加工精度(球形度)并且具有高聲波產(chǎn)生效率的材料是有利的。例如，優(yōu)選的是通過(guò)用黑色涂覆材料對(duì)金屬球的表面進(jìn)行涂覆而創(chuàng)建的器件。另外，也可以使用樹(shù)脂、橡膠、碳等。此外，聲換能器可以用作點(diǎn)聲源，只要可以各向同性地發(fā)送聲波即可。

當(dāng)將點(diǎn)聲源定位在預(yù)定位置時(shí)，可以使用利用弦或線懸掛和支撐點(diǎn)聲源的夾具。點(diǎn)聲源與探測(cè)器的相對(duì)位置可以通過(guò)移動(dòng)夾具和探測(cè)器中的至少一個(gè)來(lái)改變。在使用光聲效應(yīng)的點(diǎn)聲源的情況下，通過(guò)照射光來(lái)產(chǎn)生聲波。

(被檢體信息獲取的流程)

接下來(lái)，將參照?qǐng)D2描述被檢體信息獲取的流程。

在步驟S201中，操作者設(shè)置對(duì)于獲取被檢體信息所需的、關(guān)于激光和探測(cè)器位置控制等的參數(shù)。

在步驟S202中，基于在步驟S201中設(shè)置的與探測(cè)器位置控制相關(guān)的參數(shù)，位置控制單元106將探測(cè)器移動(dòng)到指定位置。當(dāng)構(gòu)造在多個(gè)位置處的成像時(shí)，將探測(cè)器移動(dòng)到第一指定位置。

在步驟S203中，基于在步驟S201中設(shè)置的與激光相關(guān)的參數(shù)，照射脈沖光。脈沖光透過(guò)光學(xué)系統(tǒng)108并照射被檢體101，并且由被檢體101產(chǎn)生聲波。光學(xué)系統(tǒng)108與脈沖光的發(fā)送同時(shí)地向信號(hào)接收單元104發(fā)送同步信號(hào)。因此，信號(hào)接收單元104開(kāi)始接收操作，并且基于來(lái)自被檢體101的聲波接收電信號(hào)。通過(guò)信號(hào)放大器和AD轉(zhuǎn)換器將源自聲波的、接收到的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為放大的數(shù)字電信號(hào)，并且該數(shù)字電信號(hào)被輸出到特性信息獲取器110。

在步驟S204中，確定生成預(yù)定范圍的圖像數(shù)據(jù)所需的所有成像是否已經(jīng)完成。根據(jù)用戶的指定或預(yù)先設(shè)置的值來(lái)確定預(yù)定范圍。當(dāng)成像尚未完成時(shí)，將探測(cè)器移動(dòng)到下一個(gè)指定位置，并且重復(fù)聲波的獲取。

在步驟S205中，特性信息獲取器110基于所獲取的接收信號(hào)和與激光和探測(cè)器位置控制相關(guān)的信息來(lái)進(jìn)行圖像重構(gòu)，并且生成表示被檢體信息的圖像數(shù)據(jù)。在典型的圖像重構(gòu)中，對(duì)于被檢體內(nèi)部的各單位區(qū)域?qū)⒏鱾€(gè)換能器的接收信號(hào)相加起來(lái)，以獲得初始聲壓。此時(shí)，基于介質(zhì)的聲速和單位區(qū)域與換能器之間的距離，從接收信號(hào)中選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)時(shí)間的數(shù)字信號(hào)。因此，從單位區(qū)域到換能器的距離越精確，圖像重構(gòu)的精度就越高。相反，當(dāng)由于制造期間的精度、由各個(gè)換能器的電特性產(chǎn)生的信號(hào)延遲、老化等而使換能器的位置偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，必須使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。隨后，基于各單位區(qū)域的初始聲壓獲得初始聲壓的分布。在顯示單元111上顯示以初始聲壓的分布、吸收系數(shù)的分布、氧飽和度的分布等形式生成的被檢體信息。

(使用點(diǎn)聲源獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù))

期望在裝置的組裝或定期維護(hù)期間進(jìn)行換能器位置的校準(zhǔn)。在本發(fā)明中，校準(zhǔn)是指測(cè)量各個(gè)換能器103與設(shè)計(jì)值的偏差，將測(cè)量的偏差存儲(chǔ)為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且在圖像重構(gòu)期間使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。例如，在制造期間、在出廠期間以及在裝置的例行檢查期間進(jìn)行校準(zhǔn)。

當(dāng)獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先，將點(diǎn)聲源定位在半球形探測(cè)器102的特定相對(duì)位置處。特定相對(duì)位置是指多個(gè)換能器103的極坐標(biāo)的偏轉(zhuǎn)角預(yù)先已知的位置或多個(gè)換能器103的指向軸會(huì)聚的位置。在半球形探測(cè)器102的情況下，特定相對(duì)位置是曲率中心點(diǎn)。

當(dāng)由點(diǎn)聲源產(chǎn)生聲波時(shí)，多個(gè)換能器103接收在介質(zhì)中傳播的聲波并輸出接收到的信號(hào)。另外，通過(guò)基于接收到的信號(hào)檢測(cè)源自點(diǎn)聲源的分量，信號(hào)處理單元105計(jì)算從點(diǎn)聲源到多個(gè)換能器103中的各個(gè)換能器的距離。距離計(jì)算方法的示例包括檢測(cè)時(shí)間順序的接收到的信號(hào)的強(qiáng)度的上升沿的方法和檢測(cè)超過(guò)預(yù)定閾值的強(qiáng)度的方法?？梢允褂迷诼暡ǖ漠a(chǎn)生與源自點(diǎn)聲源的分量的檢測(cè)之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間和聲波的介質(zhì)(例如，聲匹配材料)的聲速來(lái)計(jì)算距離。

可以基于各個(gè)換能器的距離信息來(lái)獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。當(dāng)基于接收到的信號(hào)進(jìn)行圖像重構(gòu)時(shí)，針對(duì)各換能器使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。通過(guò)使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，由于可以精確地獲取作為重構(gòu)對(duì)象的單位區(qū)域(像素或體素)與換能器之間的距離，因此可以按時(shí)間序列從數(shù)字信號(hào)中選擇最佳數(shù)據(jù)。

校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以任意格式被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器等中。例如，假設(shè)關(guān)于當(dāng)換能器在原位置(home position)時(shí)的各換能器的設(shè)計(jì)位置的信息，被作為設(shè)置給裝置的XYZ坐標(biāo)系或極坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值而存儲(chǔ)。在這種情況下，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)為與設(shè)計(jì)值的偏差量。作為另選方案，可以覆寫(xiě)存儲(chǔ)器上的坐標(biāo)值。作為另選方案，偏差量或坐標(biāo)值可以與校準(zhǔn)的時(shí)間和日期一起經(jīng)過(guò)版本控制。作為另選方案，可以存儲(chǔ)各換能器的坐標(biāo)系中的實(shí)際測(cè)量的坐標(biāo)值。

然而，無(wú)法容易地將點(diǎn)聲源布置在探測(cè)器102的曲率中心點(diǎn)。雖然定位點(diǎn)聲源的方法涉及使用夾具，但是難以確定位置精度。結(jié)果，重構(gòu)圖像的分辨率下降。考慮到這一點(diǎn)，在本發(fā)明中，使用如上所述的多個(gè)換能器103的接收信號(hào)來(lái)獲取點(diǎn)聲源的位置。位置控制單元106基于位置信息來(lái)改變點(diǎn)聲源與探測(cè)器102的相對(duì)位置，并且將點(diǎn)聲源移動(dòng)到曲率中心點(diǎn)。因此，點(diǎn)聲源可以位于期望的位置。

(獲取換能器位置的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的流程)

接下來(lái)，將參照?qǐng)D3描述獲取換能器位置的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的流程。在這種情況下，圖4示出了假設(shè)虛擬點(diǎn)聲源401布置在半球形探測(cè)器102的曲率中心的位置附近的給定位置(x、y、z)處的模擬的情況。

在步驟S301中，計(jì)算在假設(shè)圖4所示的狀態(tài)時(shí)虛擬點(diǎn)聲源401與多個(gè)換能器103之間的距離R_n(x、y、z)。n的范圍從1到N，其中N表示多個(gè)換能器103的數(shù)量。當(dāng)計(jì)算這些距離時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)值(換言之，校準(zhǔn)之前的換能器位置信息)用于多個(gè)換能器103的位置。(x、y、z)在曲率中心的位置附近改變，以計(jì)算各個(gè)距離R_n(x、y、z)。通過(guò)使多個(gè)位置(x、y、z)的間距變窄并擴(kuò)大范圍，來(lái)提高點(diǎn)聲源的位置的估計(jì)精度。

可以計(jì)算并存儲(chǔ)距離R_n(x、y、z)，或者可以在進(jìn)行稍后描述的步驟S304的計(jì)算時(shí)根據(jù)需要計(jì)算距離R_n(x、y、z)。各換能器與虛擬點(diǎn)聲源之間的距離對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的第一數(shù)據(jù)組。第一數(shù)據(jù)組可以在校準(zhǔn)之前被預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。另外，在用于降低由于探測(cè)器的老化引起的變形的影響的校準(zhǔn)的情況下，可以基于由先前的校準(zhǔn)處理獲取的各個(gè)換能器的位置來(lái)獲取新的第一數(shù)據(jù)組。

在步驟S302中，如圖5所示，在實(shí)際被檢體信息獲取裝置中，點(diǎn)聲源501位于半球形探測(cè)器102的曲率中心點(diǎn)附近。

在步驟S303中，從實(shí)際點(diǎn)聲源501傳播聲波。如圖5所示，多個(gè)換能器103中的各個(gè)換能器接收聲波并輸出接收到的信號(hào)。使用接收到的信號(hào)，特性信息獲取器110計(jì)算從點(diǎn)聲源501到多個(gè)換能器103的距離r_n。n的范圍從1到N，其中N表示多個(gè)換能器103的數(shù)量。在這種情況下，通過(guò)檢測(cè)接收到的信號(hào)的上升沿來(lái)計(jì)算距離r_n。在這樣做時(shí)，有利地考慮點(diǎn)聲源501的球面直徑。另外，還考慮了關(guān)于由多個(gè)換能器103和信號(hào)接收單元104進(jìn)行的接收的延遲量。此外，可以對(duì)接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)插值處理以提高計(jì)算出的距離的精度。表示實(shí)際點(diǎn)聲源與各個(gè)換能器之間的距離的信息對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的第二數(shù)據(jù)組。

在步驟S304中，特性信息獲取器110計(jì)算使虛擬點(diǎn)聲源401與各個(gè)換能器103之間的距離R_n(x、y、z)、和同點(diǎn)聲源501與各個(gè)換能器103之間的距離r_n之間的差的平方最小的(x、y、z)。另外，采用該位置作為點(diǎn)聲源501的位置的估計(jì)結(jié)果。換句話說(shuō)，計(jì)算使下面的表達(dá)式(1)中的d(x、y、z)最小的(x、y、z)。

[數(shù)學(xué)式1]

在步驟S305中，基于點(diǎn)聲源501的估計(jì)位置，確定點(diǎn)聲源501是否被布置在距曲率中心點(diǎn)的預(yù)定誤差內(nèi)。當(dāng)點(diǎn)聲源501與該中心相隔預(yù)定誤差以上時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟S306。當(dāng)誤差小于預(yù)定誤差時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟S307。

在步驟S306中，如圖5所示，點(diǎn)聲源501與探測(cè)器102的相對(duì)位置被改變與從在步驟S304中估計(jì)的點(diǎn)聲源501的位置到曲率中心點(diǎn)的誤差相對(duì)應(yīng)的量?？梢酝ㄟ^(guò)移動(dòng)點(diǎn)聲源501或者通過(guò)移動(dòng)探測(cè)器102的位置來(lái)改變相對(duì)位置。

在步驟S307中，通過(guò)采用從點(diǎn)聲源501到多個(gè)換能器103的距離r_n，作為從探測(cè)器102的曲率中心點(diǎn)到多個(gè)換能器103的距離，來(lái)創(chuàng)建換能器位置的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

基于使用根據(jù)本發(fā)明的第一數(shù)據(jù)組和第二數(shù)據(jù)組計(jì)算的位置信息，來(lái)適當(dāng)?shù)夭贾糜糜讷@取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)聲源。因此，通過(guò)使用通過(guò)上述方法獲得的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)校正換能器位置的誤差并進(jìn)行圖像重構(gòu)，可以生成具有高分辨率的被檢體信息。另外，通過(guò)以這種方式使用多個(gè)換能器103的接收信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)換能器位置，除了校正換能器的物理位置之外，還可以校正接收電路等的特性的變化。

(示例)

在下文中，將描述更詳細(xì)的示例。探測(cè)器102是在半球形支撐件的內(nèi)表面上布置有512個(gè)換能器103的器件。假設(shè)多個(gè)換能器103是直徑為1.5mm的換能器。圖6是探測(cè)器的示意性平面圖。多個(gè)換能器103在半球體上形成三維螺旋。換能器的布置的坐標(biāo)系由以曲率中心點(diǎn)為中心的極坐標(biāo)系的半徑r、極角θ和方位角φ以及正交坐標(biāo)系x、y、z定義。

在這種情況下，假設(shè)各換能器與曲率中心點(diǎn)之間的距離與機(jī)械設(shè)計(jì)值隨機(jī)地具有在±0.1mm范圍內(nèi)的誤差。因此，在極坐標(biāo)系的半徑r的方向上也包括±0.1mm的范圍內(nèi)的誤差。這相當(dāng)于各個(gè)換能器與曲率中心點(diǎn)之間的距離與設(shè)計(jì)值具有±0.1mm的誤差。此外，當(dāng)探測(cè)器102為可掃描時(shí)，探測(cè)器102位于床的開(kāi)口正下方的情況被假設(shè)為原位置，并且在該位置處進(jìn)行使用點(diǎn)聲源的校準(zhǔn)。

(比較例)

在本示例中，在直徑為0.1mm的球形測(cè)量對(duì)象被設(shè)置在曲率中心點(diǎn)附近的狀態(tài)下，從光照射單元601照射脈沖。信號(hào)接收單元的采樣頻率被假設(shè)為40MHz?；跍y(cè)量對(duì)象與各個(gè)換能器之間的介質(zhì)的聲速，將各換能器接收到的光聲波的時(shí)間軸轉(zhuǎn)換為距離。另外，基于換能器的布置的機(jī)械設(shè)計(jì)值(換言之，校準(zhǔn)之前的各個(gè)換能器的位置坐標(biāo))，特性信息獲取器通過(guò)接收到的聲波被反投影的UBP方法，來(lái)重構(gòu)初始聲壓的分布。

圖7A表示重構(gòu)點(diǎn)聲源圖像。點(diǎn)聲源圖像的半值寬度為0.25mm。該結(jié)果包括分辨率的下降，這歸因于各個(gè)換能器與曲率中心點(diǎn)之間的距離與機(jī)械設(shè)計(jì)值具有±0.1mm的誤差的事實(shí)。

(本發(fā)明的方法和效果)

通過(guò)基于換能器(探測(cè)器)的位置信息創(chuàng)建校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并將該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)用于圖像重構(gòu)，來(lái)改善分辨率的下降。使用直徑為1.5mm的點(diǎn)聲源來(lái)校準(zhǔn)換能器位置。隨后，根據(jù)上述獲取換能器位置的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的流程，將點(diǎn)聲源移動(dòng)到半球形探測(cè)器的曲率中心點(diǎn)。在這種情況下的信號(hào)接收單元的采樣頻率以與上述比較例類似的方式被假設(shè)為40MHz。另外，當(dāng)計(jì)算R_n(x、y、z)時(shí)的(x、y、z)的間距被設(shè)置為0.01mm。

在上述條件下，基于各個(gè)換能器的接收信號(hào)來(lái)計(jì)算曲率中心點(diǎn)與各個(gè)換能器之間的距離。具體地，基于可以從接收信號(hào)的上升沿位置獲取的傳播時(shí)間、以及在點(diǎn)聲源與各個(gè)換能器之間的介質(zhì)的聲速，來(lái)計(jì)算從被假設(shè)為曲率中心點(diǎn)的位置到各換能器的距離。當(dāng)計(jì)算距離時(shí)，有利地，考慮點(diǎn)聲源的球面直徑、各換能器的響應(yīng)延遲特性、以及與信號(hào)接收單元的采樣相關(guān)的偏移量或延遲量。因此，距離的計(jì)算精度提高。

采用根據(jù)接收到的信號(hào)計(jì)算出的距離，作為各換能器的極坐標(biāo)系的半徑r，并且還基于半徑r、極角θ和方位角φ來(lái)對(duì)正交坐標(biāo)系x、y、z進(jìn)行校正。因此，可以獲取換能器位置的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)為與設(shè)計(jì)值的差。

使用換能器位置的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過(guò)UBP方法來(lái)對(duì)與比較例中相同的直徑為0.1mm的球形測(cè)量對(duì)象的初始聲壓的分布進(jìn)行重構(gòu)。圖7B表示計(jì)算出的點(diǎn)聲源圖像。點(diǎn)聲源圖像的半值寬度為0.19mm。此結(jié)果確認(rèn)分辨率已經(jīng)得到提高，并且校準(zhǔn)有效。

(其他實(shí)施例)

本發(fā)明還可以通過(guò)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)介質(zhì)向系統(tǒng)或裝置供給實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的一個(gè)或更多個(gè)功能的程序、并使系統(tǒng)或裝置中的計(jì)算機(jī)中的一個(gè)或更多個(gè)處理器讀取并執(zhí)行該程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為另選方案，本發(fā)明也可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更多個(gè)功能的電路(例如，ASIC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

也可以通過(guò)讀出并執(zhí)行記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì))上的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行本發(fā)明的上述實(shí)施例中的一個(gè)或更多個(gè)的功能的系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例，并且，可以利用通過(guò)由所述系統(tǒng)或裝置的所述計(jì)算機(jī)例如讀出并執(zhí)行來(lái)自所述存儲(chǔ)介質(zhì)的所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行上述實(shí)施例中的一個(gè)或更多個(gè)的功能而執(zhí)行的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。計(jì)算機(jī)可以包括中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)或其他電路中的一個(gè)或更多個(gè)，并且可以包括分離的計(jì)算機(jī)或分離的計(jì)算機(jī)處理器的網(wǎng)絡(luò)。所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可以例如從網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)介質(zhì)被提供給計(jì)算機(jī)。所述存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括例如硬盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、分布式計(jì)算系統(tǒng)的存儲(chǔ)器、光盤(pán)(諸如壓縮光盤(pán)(CD)、數(shù)字通用光盤(pán)(DVD)或藍(lán)光光盤(pán)(BD)^TM)、閃存設(shè)備以及存儲(chǔ)卡等中的一個(gè)或更多個(gè)。

本發(fā)明的實(shí)施例還可以通過(guò)如下的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者各種存儲(chǔ)介質(zhì)將執(zhí)行上述實(shí)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(jì)算機(jī)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。

雖然針對(duì)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于公開(kāi)的示例性實(shí)施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)當(dāng)被賦予最寬的解釋，以便涵蓋所有這些變型例以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。