CN106175666B - 被检体信息获取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及被检体信息获取装置。该被检体信息获取装置包括：接收元件，被配置为接收由来自光源的光在被检体上的照射产生的声波并输出电信号；放大单元，被配置为放大该电信号；扫描单元，被配置为移动该接收元件和该被检体的相对位置；控制单元，被配置为根据该接收元件接收声波时的时间来确定所述放大单元的增益；以及处理单元，被配置为使用该电信号来获取关于被检体的特性信息。该控制单元根据接收元件和被检体之间的位置关系来确定放大单元的增益。

Description

被检体信息获取装置

技术领域

本发明涉及被检体信息获取装置。

背景技术

已经主要在医学领域研究了一种被检体信息获取装置，该被检体信息获取装置在被检体上照射脉冲光、使用探针接收从被检体内部产生的声波并且视觉化关于被检体内部的形式和功能。当该装置的用户开始被检体的成像时，首先，被检体信息获取装置中的控制器向光源的驱动电路发送信号并且使该驱动电路照射脉冲光。当该脉冲光由被检体内部或表面上的光吸收体吸收时，由光声效应产生声波。该声波被探针转换为被称为光声信号的电信号。该控制器放大该光声信号、执行信号处理和图像重构处理并且向用户呈现诊断图像。

已经提出了一种用于接收声波同时扫描探针的被检体信息获取装置作为被检体信息获取装置。例如，在日本专利申请公开No.2012-179348中，包括布置在球面上的接收元件组的探针三维地扫描被检体的周围以减少分辨率的变化。在该装置中，探针和被检体之间的空间被阻抗匹配材料填充以允许被检体中产生的声波有效地到达该探针。

另一方面，在超声波诊断装置的领域中，一般执行用于根据声波的接收时间来改变放大单元的增益以及校正该声波的衰减的处理。该处理被称为时间-增益-控制(TGC)并且指示时间和增益之间的关系的曲线被称为增益曲线。

专利文件1：日本专利申请公开No.2012-179348

发明内容

在日本专利申请公开No.2012-179348中描述的被检体信息获取装置中，当扫描被检体或探针时，从探针上的接收元件到被检体的位置关系改变。结果，被检体内部产生的声波在到达接收元件之前的衰减的幅值也在扫描期间改变。当使用该声波产生被检体内部的诊断图像时，可能发生对比度的变化。

鉴于这种问题设计了本发明，并且本发明的目的是抑制接收声波同时扫描探针的被检体信息获取装置中产生的图像数据的对比度的变化。

本发明提供了一种被检体信息获取装置，包括：

光源；

接收元件，被配置为接收由来自所述光源的光在被检体上的照射产生的声波并输出电信号；

放大单元，被配置为放大所述电信号；

扫描单元，被配置为移动所述接收元件和所述被检体的相对位置；

控制单元，被配置为根据所述接收元件接收所述声波时的时间来确定所述放大单元的增益；以及

处理单元，被配置为使用所述电信号来获取关于所述被检体的特性信息，其中

所述控制单元根据所述接收元件和所述被检体之间的位置关系来确定所述放大单元的增益。

本发明还提供了一种被检体信息获取装置，包括：

光源，被配置为发光；

接收元件，被配置为响应于接收由所述光引起的来自被检体的声波而输出电信号；

扫描单元，被配置为移动所述接收元件；以及

放大单元，被配置为基于由所述接收元件接收所述声波时所述接收元件相对于所述被检体的相对位置而对所述电信号执行时间增益控制。

使用本发明的被检体信息获取装置，可以抑制接收声波同时扫描探针的被检体信息获取装置中产生的图像的对比度的变化。

根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是第一实施例中的框图。

图2是第一实施例中的操作流程图。

图3A到3D是示出第一实施例中增益设置的示例的图。

图4A和4B是示出第一实施例中探针和被检体之间的位置关系的图。

图5A和5B是示出第一实施例中测量坐标和测量区域的示例的图。

具体实施方式

以下参考附图解释本发明的优选实施例。然而，下述组件的尺寸、材料、形状和相对布置等应当根据应用本发明的装置的配置和各种条件而适当地被改变，并且它们不意在将本发明的范围限制到以下解释的说明。

本发明涉及用于一种技术，该技术用于检测从被检体传播的声波、生成关于被检体内部的特性信息并且获取该特性信息。因此，本发明被理解为被检体信息获取装置或其控制方法、被检体信息获取方法或信号处理方法，本发明还可以被理解为用于使包括硬件资源(诸如CPU)的信息处理装置执行这些方法的计算机程序或其中存储有该计算机程序的存储介质。本发明还可以被理解为声波测量装置或其控制方法。

本发明可以被应用于使用光声层析成像技术的被检体信息获取装置，该被检体信息获取装置用于在被检体上照射光(电磁波)并接收(检测)被检体中特定位置中或被检体表面上产生的并且根据光声效应传播的声波。该装置基于光声测量获得图像数据形式的关于被检体内部的特性信息、特性分布信息等。因此，该被检体信息获取装置可以被称为光声成像装置或光声图像形成装置或简称为光声装置。

光声装置中的特性信息可以是由光照射产生的声波的产生源分布、被检体中的初始声压分布、光学能量吸收密度分布或从初始声压分布得到的吸收系数分布或形成组织的物质的浓度分布。具体地，该特性信息是氧化/还原血红蛋白浓度分布、诸如根据氧化/还原血红蛋白浓度分布计算的氧饱和度分布的血液成分分布、脂肪分布、胶原蛋白分布、水分分布等。特性信息可以被计算为关于被检体中的位置的分布信息而不是数值数据。即，关于吸收系数分布的分布信息、氧饱和度分布等可以被设置为被检体信息。

本发明还可以被应用于使用超声回声技术的装置，该装置用于向被检体发射超声波、接收被检体内部反射的反射波(回声波)并且获取被检体信息作为图像数据。在使用超声回声技术的该装置的情况下，待被获取的被检体信息是反映被检体内部组织的声阻抗差异的信息。

本发明中的声波典型地是超声波并且包括被称为声音波或声波的弹性波。由光声效应产生的声波被称为光声波或光超声波。由探针从声波转换的电信号被称为声信号。从光声波得到的声信号被特定地称为光声信号。

生物体的***可以被假设为本公开中的被检体。然而，被检体并不限于此。生物体的其他部分和非生物体材料的测量也是可以的。

第一实施例

根据本发明的第一实施例的装置根据在接收光声信号时的时间探针的位置来改变光声信号的增益。

(装置的配置和功能)

图1示出了第一实施例中的装置配置。在图1中，附图标记101表示被设置作为测量目标的被检体并且表示被检者的身体的一部分。本实施例中的被检体101是***。附图标记102表示保持被检体101并且规定被检体101的形状的被检体保持部件。期望透过光和声波的材料作为被检体保持部件102。成型为碗状的聚甲基戊烯的薄膜等适于使用。期望被检体信息获取装置包括碗状被检体保持部件102附着到其的耦合单元。如果使用该被检体保持部件102，那么提前针对探针的每个扫描位置确定接收元件与被检体保持部件102上的点之间的位置关系。因为用于放大的增益可以被提前计算并被存储在存储器中，所以这是被期望的。

期望准备各自不同的多个尺寸的碗状被检体保持部件并且使得能够根据被检体的尺寸和期望的压迫厚度由耦合单元替代被检体保持部件。作为替代地，可以准备具有各自不同的形状的多个碗状保持部件。

在这些情况下，期望根据保持部件的类型将上述根据探针的扫描位置、接收元件的位置和保持部件上的点的位置确定的增益曲线存储在存储器中。可任选控制单元读取耦合单元中设置的保持部件的类型的方法。例如，在保持部件上布置IC标签或条形码等以及使用对应于该IC标签或条形码等的读取装置是合适的。当用户设置保持部件时，用户可以手动输入保持部件的类型(或其自己需要的信息)。控制单元从存储器读出对应于保持部件的类型的读取增益并且确定该增益作为用于放大处理的增益。

附图标记103表示接收来自被检体101的声波并且将该声波转换为光声信号的探针。探针103具有其中在球面上布置有大量接收元件的配置。探针103可以从各种角度接收从被检体101接收的声波。附图标记104表示支持探针103的支持体。附图标记105表示在XY平面上扫描探针103的XY台。XY台105由支持体104固定到探针103。注意，在本实施例中，垂直方向被表示为Z轴并且水平面被表示为XY平面。附图标记106表示驱动XY台105的二轴马达。使用AC伺服马达或步进马达等作为二轴马达106。附图标记107表示用于测量XY台105的位置的传感器。使用电位计或光学编码器等作为传感器107。可以以几十微米的精度测量探针103的XY坐标。XY台105和二轴马达106配置本实施例中的扫描单元。扫描单元的具体组件不限于上述组件。可以通过扫描单元的操作来移动包括多个接收元件的探针103相对于被检体101的相对位置。

附图标记108表示用于产生脉冲光的光源。光源108被YAG激光器或钛宝石激光器等配置，脉冲光源108包括作为用于激励内部的激光介质的装置的闪光灯和Q开关。可以从外部电控制脉冲光源108的发光定时。附图标记109表示用于将脉冲光引导至靠近被检体101的光路。使用诸如光纤、镜子和弯曲臂的光学***等来配置光路109。附图标记110表示在被检体101上照射由光路109传输的脉冲光的光投影单元。在光投影单元110中设置扩散板以扩大照射范围并降低脉冲光的空间强度变化。光投影单元110被固定至XY台105并且与探针103一起在XY平面上移动。

附图标记111表示从光投影单元110发射的脉冲光。附图标记112表示被检体101内部存在的具有大的光吸收的部分。例如，由乳腺癌导致的新生血管对应于光吸收部分112。当脉冲光111照射在光吸收部分112上时，脉冲光111的能量由光吸收部分112吸收。由光声效应产生声波。

附图标记113和114表示设置在探针103中的接收元件。接收元件113和114将声波转换为被称为光声信号的电信号。在具有球面状(球冠状)的探针103上设置多个接收元件。接收元件的方向轴(高灵敏度接收方向)指向球面的中心方向。在包括球冠的球的中心附近形成高灵敏度区域。在本实施例中假设设置128个接收元件。在图1中，仅在探针103的右半边绘出接收元件。然而实际上，接收元件被布置在探针103的整个球面上。结果，接收元件从各个方向接收由被检体101中的光吸收部分112产生的光声波并且降低分辨率的变化。

注意，支持接收元件的探针103的形状不限于球冠状。探针103仅需要能够支持多个接收元件从而使得至少一部分的接收元件的接收方向不同。例如，也可以使用通过分割椭圆球获得的形状、通过组合多个平面或曲面获得的形状等。不管形状如何，期望探针103可以在内部保持下述的阻抗匹配材料。

附图标记115表示声学地组合探针103和被检体保持部件102的阻抗匹配材料。期望具有接近被检体101和接收元件的声学阻抗的声学阻抗且透过脉冲光的液体作为阻抗匹配材料115。具体地，使用水、蓖麻油或凝胶等。附图标记116表示用于声学地组合被检体101和被检体保持部件102的阻抗匹配材料。与阻抗匹配材料115类似，匹配生物体的材料被用作阻抗匹配材料116。

附图标记117表示用于从包括接收元件113和114的接收元件组向控制单元传播光声信号的电缆。附图标记118表示控制单元。控制单元118接收光声信号并且执行诸如放大、A/D转换、信号处理和图像重构的处理。控制单元118基于从位置传感器107接收的信号为马达106产生驱动信号。控制单元118与马达106的驱动同步地发送用于光源108的驱动信号并且执行脉冲光的发光。

附图标记119表示用于用户执行光声装置的操作条件的设置和操作开始指令的用户接口。用户接口119由键盘、鼠标、按钮开关等配置。操作条件包括被检体101的测量范围和光声信号的接收时间。操作指令包括被检体101的拍摄的开始和暂停。附图标记120表示用于将诊断图像显示给用户并通知用户被检体信息获取装置的状态的显示器。

解释了控制单元118的组件。放大器121是放大光声信号的电路。放大器121由128个信道的可编程增益放大器阵列配置。本发明中的放大器121可以根据来自控制单元125的设置针对每个信道改变增益。设置在可编程增益放大器中从而改变增益的值被称为增益设置值。控制单元125针对每个信道确定对应于探针103的位置的增益并在可编程增益放大器中的寄存器中设置用于获得增益的增益设置值。各个信道在模拟域以设置增益放大来自各个接收元件的信号。放大器121对应于本实施例中的放大单元。注意，在本说明书中，执行用于确定增益的处理、用于使用增益来放大信号的处理和伴随这些种处理的处理中的至少任一个被称为对增益的控制。

附图标记122表示数字化由放大器121放大的模拟信号的电路。电路122由128个信道的A/D转换器配置。A/D转换器的带比接收元件的带宽宽并且期望地为30MHz或更大。附图标记123表示向由A/D转换器数字化的信号应用诸如噪声移除和平均化的信号处理的电路。电路123由FPGA等配置。FPGA从128个信道的A/D转换器123顺序读出输出数据，并且在执行信号处理之后将输出数据记录在存储器126中作为光声信号数据。

附图标记124表示向存储在存储器126中的光声信号数据应用图像重构处理和描绘(rendering)处理的电路。电路124由GPU等配置。成像电路124可以被称为获取关于被检体101内部的特性信息的处理单元。针对图像重构，使用诸如通用反向传播(universalback propagation)(UBP)方法的公知算法。附图标记125表示执行对整个装置的控制的控制电路(控制单元)。控制单元125由微处理器和软件配置。

附图标记127表示基于来自控制单元125的命令和从位置传感器127接收的关于XY台105的位置信息针对马达106产生驱动信号的驱动器电路。控制单元125计算覆盖由用户指定的测量范围的目标坐标组并且在马达驱动器127中设置该目标坐标组。在图5A中示出了测量范围和目标坐标组的示例。图5A是从被检体101的上侧穿过探针所见的视图。圆501的内部是测量范围。测量范围501中的点502、503等是目标坐标。如图5A所示，目标坐标在测量范围中均匀分布。马达驱动器127将探针103和光投影单元110移动至目标坐标。可以认为扫描单元包括马达驱动器127。根据该移动，包括接收元件的探针103相对于被检体101的相对位置改变。可以在各种位置和方向接收声波。

光源驱动器128是基于来自控制单元125的指令针对光源108产生驱动信号的驱动器电路。在使得光源108发光时，首先，光源驱动器128发送闪光灯驱动信号并激励光源108内部的激光介质。随后，当光源驱动器128在大约150微秒之后发送Q开关驱动信号时，在光源108内部出现突然的振荡。输出具有大约10纳秒的宽度的脉冲光。当以固定周期重复此的时候，光源108在被检体101上照射具有稳定光量的脉冲光。在本实施例中，周期为50毫秒。光源108在内部包括光量计(actinometer)和快门并且还包括监视光量和照射停止的功能。

附图标记129表示接收从光源108输出的脉冲光的一部分并且产生用于与光声接收和马达驱动同步的触发信号的电路。触发输入单元129由光电二极管、放大电路、比较电路等配置。当输入脉冲光时，触发输入单元129输出在数微秒时间段中变为高电平的触发信号。触发输入单元129的配置不限于此。可以使用包括检测光的光电传感器的功能的部件。从触发输入单元129检测脉冲光的发光定时的时刻开始执行控制单元125的控制操作。随后，从Q开关驱动信号的发送直到脉冲光实际输出为止，可以抑制光源108内部每个脉冲的延迟时间的变化的影响。

马达驱动器127控制马达106从而使得光投影单元110和探针103在激光的发光定时处通过被检体101的目标坐标。此时，马达驱动器127使XY台105的移动与以50毫秒的周期改变为高电平的触发信号同步。马达驱动器127在输入触发信号时的定时处从位置传感器107读出测量坐标。测量坐标被用于当成像电路124执行图像重构时探针103的位置校正。结果，即使当由于XY台105的驱动精度的限制而在目标坐标和测量坐标之间存在移位时也可以降低诊断图像的影响。

控制单元125根据触发信号变为高电平之后的时间以及探针103和被检体101之间的位置关系针对每个信道控制放大器121的增益并且校正声波的衰减。这相当于在接收光声波期间逐步地改变增益。具体地，控制单元125针对来自被检体101的浅的位置的光声信号将增益设置为低以阻止放大器121的输出电压饱和。控制单元125针对来自被检体101的深度的微弱的光声信号将增益设置为高以阻止光声信号被掩埋在噪声中。

来自被检体101的光声波的衰减量根据接收元件的位置差异而改变。因此，在本发明中，控制单元125针对每个接收元件(即，针对每个信道)改变增益。例如，控制单元125在接收元件113的放大中和接收元件114的放大中使用不同的增益。根据由XY台105驱动的探针103的位置，接收元件和被检体101之间的位置关系改变并且光声波的衰减特性改变。因此，控制单元125针对每个测量坐标改变增益。由位置传感器107测量测量坐标。

控制单元125控制A/D转换器122、信号处理电路123和成像电路124。结果，在触发信号变为高电平之后的预定时间内，向输入到放大器121的信号应用A/D转换、信号处理和成像。A/D转换、信号处理和成像的结果被存储在存储器126中。

控制单元125提前估计被检体101的尺寸并且确定所述预定时间从而使得来自最远位置的信号被包括在信号中。该预定时间被称为信号接收时间Ts。

操作流

图2示出了由控制单元118执行的被检体信息获取装置的操作流。

在步骤S201中，控制单元125读取由用户经由用户接口119设置的设置信息并且将该设置信息记录在内部的存储器126中。作为设置信息有同一测量点中的重复照射的次数、测量范围、脉冲光的波长等。

随后，在步骤S202中，控制单元125经由马达驱动器127驱动马达106并且将XY台105上的探针103和光投影单元110移动到目标坐标。

随后，在步骤S203，控制单元125基于由位置传感器107测量的坐标计算探针103上的接收元件的增益设置值并且将该增益设置值存储在存储器126中。增益设置值的数据格式是包括放大器121的可编程增益放大器的信道数量、时间和增益设置值的三维表信息。

通过针对增益的每个更新时间在连续的存储器地址中布置信道的增益设置值，可以连续且高速地针对每个更新时间读出信道的增益设置值。提前确定增益被更新的时间。存储仅该时间处的增益设置值。该时间被称为增益更新时间。结果，在存储器126中存储增益更新所需的仅仅那些信息。因此可以减小存储器126的容量。可以以固定周期重复增益更新。在增益曲线的变化率大的时间处可以将更新频率设置为高，并且在变化率小的时间处可以将更新频率设置为低。以下解释增益曲线的计算方法。

随后，在步骤S204中，控制单元125访问放大器121并且改变信道的可编程增益放大器的设置以获得步骤S203中计算的增益。

随后，在步骤S205中，控制单元125经由光源驱动器128来驱动光源108以发射具有步骤S201中设置的波长的脉冲光。结果，由光投影单元110在被检体101上照射该脉冲光。从被检体101内部的光吸收部分112产生光声波。光声波由布置在探针103上的接收元件转换为光声信号并且被输入到放大器121。由于该光声信号微弱，所以使用步骤S204中设置的增益来放大该光声信号。

另一方面，脉冲光的一部分被在光路109处分离并且被输入到触发输入单元129。处理纤维的一部分可以被***或者可以***光束分离器作为分支方法。脉冲光的已发射的光被触发输入单元129的光电传感器转换为触发信号并且被输入到控制单元125。通过这样检测脉冲光的发光定时，即使从由光源驱动器128向光源108发送驱动信号直到脉冲光实际输出的时间由于光源108的变化而改变，控制单元118也可以把握光声波的产生定时。

随后，在步骤S206中，控制单元125向A/D转换器122和信号处理电路123发送控制信号并且执行光声信号的数字化和信号处理。控制单元125执行滤波、小波变换、诸如平均化的噪声移除处理和针对接收元件的灵敏度变化校正的加权处理作为信号处理。

随后，在步骤S207中，控制单元125使用内部的定时器电路确定是否已经到了更新增益的时间。在已经到了更新增益的时间的情况下，控制单元125进入步骤S208。在更新增益的时间尚未到来的情况下，控制单元125进入步骤S206、使用同一增益放大光声信号并且继续数字化和信号处理。

在步骤S208中，控制单元125访问存储器126并且读出对应于控制单元125访问存储器126时的时间的信道的增益设置值。控制单元125访问放大器121并且基于读出的增益设置值改变所有信道的可编程增益放大器的设置。

随后，在步骤S209中，控制单元125确定在触发信号输入之后是否已经经过了信号接收时间Ts。在已经经过了信号接收时间Ts的情况下，控制单元125进入步骤S210。在尚未经过信号接收时间Ts的情况下，控制单元125进入步骤S206并且继续执行光声信号的接收。

在步骤S210中，控制单元125确定覆盖步骤S201中读取的被检体101的测量范围的所有测量位置中的光声信号的接收是否完成。在光声信号的接收完成的情况下，控制单元125进入步骤S211。在光声信号的接收没有完成的情况下，控制单元125进入步骤S202、将探针103移动到下一目标坐标并且重复执行步骤S203和随后的步骤。

随后，在步骤S211中，控制单元125读出来自存储器126的光声信号数据、将该光声信号数据传送到成像电路124并且执行图像重构处理。随后，诊断图像被创建并被存储在存储器126中。

随后，在步骤S212中，控制单元125从存储器126读出诊断图像并且使显示器120显示该诊断图像。

增益

参照图3A到5B来解释增益的计算和设置。

图3A到3D是示出对应于探针103上的接收元件113和接收元件114的增益设置值的时间变化和增益曲线的示例的图。

图4A和4B是示出特定两个测量坐标处在时间点处的探针103和被检体101之间的位置关系的图。在图4A中，探针103向X轴上的负侧移动并且照射被检体101的左端附近。这是图5A中目标坐标503附近被照射的状态。在图4B中，探针103向X轴上的正侧移动并且照射被检体101的右端附近。这是图5A中的目标坐标502附近被照射的状态。

在图4A中，附图标记401表示接收元件113的中心点。附图标记402表示被检体保持部件102上距离点401最近的点。附图标记403表示接收元件114的中心点。附图标记404表示被检体保持部件102上距离点403最近的点。附图标记405表示其上脉冲光被从光投影单元110照射的照射点。

在图4B中，附图标记406表示被检体保持部件102上距离点401最近的点。附图标记407表示被检体保持部件102上距离点403最近的点。附图标记408表示照射位置。脉冲光被从光投影单元110照射在照射位置408附近上。这样，从接收元件到保持部件上的点的最短距离被计算。

图3A示出了在探针103和被检体101之间的位置关系如图4A所示的情况下接收元件113的增益曲线G0(t)和与放大器121的接收元件113对应的可编程增益放大器中设置的增益设置值的时间变化C0(t)。

图3B示出了在探针103和被检体101之间的位置关系如图4A所示的情况下接收元件114的增益曲线G63(t)和与放大器121的接收元件114对应的可编程增益放大器中设置的增益设置值的时间变化C63(t)。

图3C示出了在探针103和被检体101之间的位置关系如图4B所示的情况下接收元件113的增益曲线G0(t)和与放大器121的接收元件113对应的可编程增益放大器中设置的增益设置值的时间变化C0(t)。

图3D示出了在探针103和被检体101之间的位置关系如图4B所示的情况下接收元件114的增益曲线G63(t)和与放大器121的接收元件114对应的可编程增益放大器中设置的增益设置值的时间变化C63(t)。

更详细地解释步骤S203中的增益计算步骤。

在步骤S203中，控制单元125根据测量坐标推导探针103和被检体保持部件102之间的位置关系并且计算从接收元件(诸如接收元件113和114)到被检体保持部件102的距离。接收元件的编号由N(N＝0，1，2，...，127)表示。

为了解释，接收元件113的元件编号被表示为0并且接收元件114的元件编号被表示为63。当测量坐标被表示为(X，Y)且从元件编号为N的接收元件到被检体保持部件102的表面的距离被表示为Ln时，Ln是由探针103和被检体保持部件102的形状和附接位置、测量坐标(X，Y)和元件编号N决定的函数。该函数由以下表达式(1)表示：

Ln＝Function(X，Y，N) (1)

当探针103和被检体101之间的位置关系是图4A中示出的状态时，L0表示点401和点402之间的距离并且L63表示点403和点404之间的距离。当探针103和被检体101之间的位置关系是图4B中示出的状态时，L0表示点401和点406之间的距离并且L63表示点403和点407之间的距离。

在阻抗匹配材料115中传播的声波的声速被表示为Vm并且该声波的衰减率被表示为Dm。在被检体101中传播的声波的声速被表示为Vs并且该声波的衰减率被表示为Ds。触发信号改变为高电平时的时间被表示为0。注意，声波衰减的程度是指数的。

当假设介质中的声速是固定时，从时间0到时间Ln/Vm，元件编号为N的接收元件的增益曲线Gn(t)由以下表达式(2)表示。注意，增益曲线是指示光声信号的获取时间t和每个接收元件的增益之间的关系的曲线。增益曲线是光声波的衰减的逆特性的曲线。增益曲线降低了由光声波向探针103传播期间的衰减引起的光声信号数据的变化。

Gn(t)＝A＊Exp(Dm＊t) (2)

(0＜＝t＜＝Ln/Vm)

另一方面，在时间Ln/Vm之后，接收元件的增益曲线Gn(t)由以下表达式(3)表示：

Gn(t)＝A＊(Exp(Ds＊(t-Ln/Vm))-1)+A＊Exp(Dm＊Ln/Vm) (3)

(Ln/Vm＜＝t)

A是预定的常数从而使得放大器121的可编程放大器不饱和。注意，当光的照射强度根据位置而改变时，可以根据元件编号和探针103的位置使用不同的值作为A。例如，可以针对靠近光的照射点405到408的接收元件将A的值设置为大，并且可以针对远离光的照射点的接收元件将A的值设置为小。可以提前通过模拟等计算针对每个测量坐标的光照射强度并且可以针对每个XY坐标改变A的值。

当声波的产生时间被表示为时间0时，时间Ln/Vm等于当来自被检体101的声波到达接收元件的定时。即，基于该定时之前接收的声波的电信号是从阻抗匹配材料115得到的。基于该定时之后接收的声波的电信号是从被检体101的内部得到的。产生声波的时间可以被识别为本实施例中光声测量的情况下的光照射时间。在超声波回声测量的情况下，执行计算时需要考虑从接收元件发送的超声波到达被检体101的时间和来自被检体101的超声波的反射所需的时间。

如上所述，增益曲线Gn(t)是Ln的函数并且根据接收元件编号以及探针103和被检体101之间的位置关系而变化。增益曲线Gn(t)根据阻抗匹配材料115和被检体101的声波的衰减率之间的差异在时间Ln/Vm之前和之后变化。

如上所述，探针103和被检体101之间的位置关系如图4A所示时的G0(t)和G63(t)分别如图3A和图3B所示。探针103和被检体101之间的位置关系如图4B所示时的G0(t)和G63(t)分别如图3C和图3D所示。

时间Ln/Vm的值也根据接收元件编号以及探针103和被检体101之间的位置关系而变化。当探针103和被检体101之间的位置关系如图4A所示时，接收元件113和被检体101之间的距离长并且接收元件114和被检体101之间的距离短。因此，图3A中的L0/Vm是比图3B中的L63/Vm大的值。

另一方面，当探针103和被检体101之间的位置关系如图4B所示时，接收元件113和被检体101之间的距离以及接收元件114和被检体101之间的距离基本相同。因此，图3C中的L0/Vm是接近图3D中的L63/Vm的值。如上所述，放大单元执行用于基于接收元件和被检体101之间的位置关系获取接收元件开始接收声波时的时间以及至少在接收开始之后施加增益的处理。

更详细地解释步骤S207和S208中的增益更新步骤。

控制单元125周期性地访问放大器121并基于可以设置可编程增益放大器的范围内的增益曲线Gn(t)来更新增益。与放大器121中接收元件编号为N的接收元件对应的信道的可编程增益放大器的增益被表示为Cn(t)。在每个增益更新时间用此时的Gn(t)的值更新Cn(t)。

探针103和被检体101之间的位置关系如图4A所示时的C0(t)和C63(t)分别如图3A和图3B所示。探针103和被检体101之间的位置关系如图4B所示时的C0(t)和C63(t)分别如图3C和图3D所示。如图3A到3D所示，Cn(t)是阶梯状函数，其值在每个增益更新时间变化。当更新的频率高时，Cn(t)和Gn(t)之间的移位减小并且更新前后对比度的改变变得平滑。另一方面，当更新的频率低时，Cn(t)和Gn(t)之间的移位增大并且更新前后对比度的改变变得明显。因此，期望通过设置专用电路来并行化接收元件的计算从而高速执行更新并降低对比度的变化。还期望设置大容量的存储器并提前在存储器中存储所有目标坐标处接收元件的Ln的计算结果。

附近布置的多个接收元件可以被聚集为一个接收元件组并且在该接收元件组中可以使用同一增益，而不是在所有的128个接收元件中使用不同的增益。结果，由于更新频率减小，所以可以降低控制单元125和诸如存储器126的硬件上的增益更新负载。在这种情况下，基于接收元件组的中心的坐标来计算Ln并且针对每个接收元件组确定增益。例如，如果附近布置的4个接收元件被视为一组，那么与针对所有接收元件更新增益时相比，可以将诸如存储器126的硬件降为1/4。另一方面，当控制单元125和诸如存储器126的硬件上的增益更新负载相同时，可以将更新时间间隔降为1/4并且提高更新频率。

如上所述，根据第一实施例，通过根据探针103和被检体101之间的位置关系改变增益，可以校正由位置关系导致的来自接收元件的光声信号的强度变化。结果，可以降低诊断图像的对比度变化。通过如本实施例中那样改变放大器121的增益，即使当信号衰减的程度大且被检体101中的浅部分和深部分之间光声信号强度大大变化时，仍然获得降低诊断图像的对比度变化的效果。

特别地，当如第一实施例中那样使用具有球冠状(或具有至少部分接收元件的接收方向不同的形状)的探针103时，被检体保持部件102的表面和接收元件之间的距离根据扫描而改变。因此，与当被检体101被板压迫并且被其中元件以二维阵列状显示的探针扫描时不同，来自被检体101的声波到接收元件的到达时间针对每个接收元件而不同。当在这种配置中使用接收元件共有的增益来执行TGC处理时，获取诸如图像数据的特性信息的精度可能劣化。因此，通过使用第一实施例的配置，可以给予接收元件合适的增益并且执行TGC处理。

变形例

注意，在第一实施例中，探针移动之后由位置传感器107测量的值被用作用于计算增益的探针103的坐标。然而，其上照射光的目标坐标可以被提前确定并被存储在存储器126中，并且存储在存储器126中的目标坐标可以被用于增益的计算。目标坐标和增益设置值之间的对应可以被提前计算并被存储在存储器126中，而不是在执行增益的计算的同时移动探针103，并且在步骤S203中，仅需要从存储器126中读出增益设置值。通过这样事先执行部分处理，可以降低拍摄期间控制单元125上的处理负载。

在第一实施例中，解释了使用用于XY台105的驱动的伺服马达和位置传感器107来执行反馈控制的示例。然而，驱动方法并不限于此。例如，还可以使用步进马达等来执行开环控制并且省略位置传感器107。

在第一实施例中，使用两个衰减率(即，阻抗匹配材料115中声波的衰减率和被检体101的声波的衰减率)来计算增益曲线。然而，增益曲线的种类并不限于此。例如，当存在多个阻抗匹配材料时，可以使用三个或更多个衰减率来计算增益曲线。可以计算对应于被检体101的内部结构特性的复杂增益曲线或者可以使用用户基于被检体101的结构特性输入的增益曲线。当阻抗匹配材料115中声波的衰减率相对于被检体中声波的衰减率小时，Dm可以被设置为0以简化增益曲线。

在第一实施例中，解释了还从时间0到时间Ln/Vm执行增益的更新的示例。然而，在该部分被接收的信号可以被视为来自被检体101外部的信号并且可以不更新增益以降低增益更新处理的负载。

还可以设想从时间0到时间Ln/Vm将增益设置为0，并且在时间Ln/Vm之后将增益设置为固定值。结果，仅在时间Ln/Vm处执行一次接收元件的增益的更新。因此，可以进一步降低增益计算和更新处理负载。

当探针103的位置在步骤S202中改变时可以执行增益的更新，并且时间0和Ts之间的增益可以针对每个接收元件被设置为固定值以进一步降低增益更新处理的负载。

在第一实施例中，针对所有接收元件设置不同的增益。然而，例如，接收元件可以被划分为由图5B中实线划分的增益区域并且可以在同一增益区域中的测量坐标中使用同一增益。例如，在图5B中，与测量坐标502中的增益相同的增益可以被用于增益区域504中的测量坐标中，并且与测量坐标503的增益相同的增益可以被用于增益区域505中的测量坐标中。结果，与在所有测量坐标中更新增益时相比，可以降低控制单元125上的增益更新负载和存储器126的容量。

在第一实施例中，解释了在经过了由增益更新时间决定的时间的阶段处更新增益的示例。然而，可以与探针103的位置同步地更新增益。例如，当由位置传感器107测量的坐标穿过图5B所示的增益区域的边界时更新增益。结果，与以固定周期更新增益时相比，可以降低控制单元125上的增益更新负载和存储器126的容量。

这些增益区域不固定并且还可以根据用户的设置和测量区域的尺寸而改变。

在第一实施例中，由放大器121中的可编程增益放大器的增益控制实现对应于探针103和被检体101之间的位置关系的光声信号衰减的校正。然而，增益被控制的位置并不限于放大器121。例如，来自信号处理电路中的A/D转换之后的接收元件的数字值可以乘以根据增益曲线计算的增益。在这种情况下，信号处理电路对应于放大单元。当存储在存储器126中的光声信号的图像重构被执行时，光声信号可以乘以图像处理电路中的增益。在这种情况下，图像处理电路对应于放大单元。在这些方法中，由于可编程增益放大器的增益的更新时间导致的增益设置值被逐步地设置的限制被降低。可以更精细地改变增益。

在第一实施例中，被检体101被固定并且探针103和光投影单元110二维地移动。然而，在扫描中，探针103和光投影单元110可以被固定并且被检体101可以移动。在第一实施例中，探针103和光投影单元110一起移动。然而，探针103和光投影单元110可以分离地移动或者探针103和光投影单元110之一可以被固定。解释了探针103二维地在XY平面移动的示例。然而，探针103可以在Z轴方向上移动。

在第一实施例中，由触发输入单元129的光电传感器检测来自光源108的脉冲光。计算增益曲线并且从脉冲光被检测的时间开始执行马达106的驱动和光声接收。然而，增益曲线可以被计算并且可以从控制单元125向光源驱动器128发送驱动信号的时间开始执行马达106的驱动和光声接收。结果，当光源108和光源驱动器128的延迟时间已知时可以省略触发输入单元129并且减小电路尺寸。

在第一实施例中，根据从接收元件到被检体保持部件102上的点的最短距离来控制增益。然而，本发明并不限于此，只要可以计算从接收元件到被检体101的距离即可。例如，可以设置获取被检体101的三维形状的形状获取单元作为其中未设置被检体保持部件102的配置。在这种情况下，从接收元件到被检体表面上的点的最短距离通过三维运算处理计算并且基于该三维运算处理的结果来控制增益。光学获取三维形状的照相机适于作为形状获取单元。可以在探针103上的接收元件和被检体101之间发送和接收声波以获取被检体101的形状。

如上所述，根据本发明的实施例，通过根据在扫描期间改变的被检体101和接收元件之间的相对位置来改变增益，补偿了直到声波到达接收元件为止的衰减。结果，可以降低被检体信息获取装置的对比度的变化。

其它实施例

本发明的实施例还可以由***或装置的计算机实现，该***或装置的计算机读取并且执行记录在存储介质(其还可以被更完整地称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以便执行一个或多个上述实施例的功能，和/或包括用于执行一个或多个上述实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，以及可由该***或装置的计算机，例如通过从存储介质读取并执行计算机可执行指令以执行一个或多个上述实施例的功能，和/或控制一个或多个电路以执行一个或多个上述实施例的功能而执行的方法，实现本发明的实施例。该计算机可以包括一个或多个处理器(例如中央处理单元(CPU)，微处理单元(MPU))，并且可以包括分离的计算机或者分离的处理器的网络，以便读取并且执行该计算机可执行指令。该计算机可执行指令可例如被从网络或者存储介质提供给计算机。存储介质可以包括，例如，硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算***的存储设备、光盘(诸如压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)或者蓝光盘(BD)TM)、闪速存储器设备和存储卡等中的一个或多个。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给***或装置，该***或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解本发明并不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被给予最宽泛的解释，以便包括所有这些修改和等同结构与功能。

Claims (13)

1.一种被检体信息获取装置，其特征在于，包括：

探针，支持多个接收元件从而使得所述多个接收元件的方向轴汇聚，所述多个接收元件中的每一个被配置为接收由光到被检体上的照射产生的声波，并输出电信号，所述探针被设置为在测量时与被检体间隔开；

放大单元，被配置为放大由所述多个接收元件输出的电信号；

扫描单元，被配置为改变所述探针相对于所述被检体的相对位置；

控制单元，被配置为确定在所述多个接收元件接收所述声波时由所述放大单元应用到电信号的时间相关的增益；以及

处理单元，被配置为使用已由所述放大单元放大的所述电信号来获取关于所述被检体的特性信息，其中

对于所述探针相对于所述被检体的多个相对位置，所述控制单元根据所述多个接收元件和所述被检体之间的距离来确定应用到电信号的时间相关的增益。

2.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，进一步包括保持所述被检体的保持部件。

3.根据权利要求2所述的被检体信息获取装置，进一步包括：

开口，所述保持部件能够替换地设置到所述开口，和

存储器，所述存储器中记录有分别对应于不同类型的保持部件的多个所述时间相关的增益，

其中所述控制单元：获取关于用于保持所述被检体的保持部件的类型的信息，基于关于所述保持部件的类型的信息从所述存储器读出对应于用于保持所述被检体的所述保持部件的增益，并且将从所述存储器读出的所述增益确定为所述放大单元的时间相关的增益以补偿声波的衰减。

4.根据权利要求2所述的被检体信息获取装置，其中所述保持部件是保持所述被检体的碗状保持部件。

5.根据权利要求2所述的被检体信息获取装置，其中所述控制单元根据从所述接收元件到所述保持部件上的最近点的距离来确定所述放大单元的时间相关的增益。

6.根据权利要求5所述的被检体信息获取装置，其中所述控制单元根据由所述接收元件接收的声波的衰减程度来确定由所述放大单元应用于所述电信号的时间相关的增益，其中基于从所述接收元件到所述保持部件上的最近点的距离来确定衰减程度。

7.根据权利要求5所述的被检体信息获取装置，其中所述控制单元确定所述时间相关的增益从而使得在接收元件开始接收从被检体得到的声波时的时间之前由放大单元应用于所述电信号的时间相关的增益与接收元件开始接收从被检体得到的声波时的时间之后的时间相关的增益不同，基于从所述接收元件到所述保持部件上的最近点的距离来确定所述时间。

8.根据权利要求5所述的被检体信息获取装置，其中所述控制单元控制从而使得从所述接收元件开始接收从被检体得到的声波时的时间起所述放大单元向所述电信号应用所述时间相关的增益，基于从所述接收元件到所述保持部件上的最近点的距离来确定所述时间。

9.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，进一步包括存储器，所述存储器中记录有对应于所述探针和所述被检体之间的位置关系的增益，其中

所述控制单元从所述存储器读出对应于所述探针和所述被检体之间的位置关系的增益并且将从所述存储器读出的所述增益确定为所述放大器的时间相关的增益。

10.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中所述控制单元根据所述探针和所述被检体之间的位置关系来计算所述时间相关的增益。

11.根据权利要求1所述的被检体信息获取装置，其中

所述控制单元针对多个接收元件组中的每一个接收元件组确定时间相关的增益，根据所述探针内元件的位置来确定接收元件组。

12.根据权利要求1到11中任一个所述的被检体信息获取装置，其中所述控制单元根据光在所述被检体上的照射点以及所述探针和所述被检体之间的位置关系来确定由所述放大单元应用于所述电信号的增益。

13.一种被检体信息获取装置，其特征在于，包括：

探针，支持多个接收元件从而使得所述多个接收元件的方向轴汇聚，所述多个接收元件中的每一个被配置为响应于接收由光引起的来自被检体的声波而输出电信号，所述探针被设置为与测量的被检体间隔开；

扫描单元，被配置为改变所述探针相对于所述被检体的相对位置；以及

放大单元，被配置为通过应用时间相关的增益来对由所述多个接收元件输出的电信号执行时间增益控制，所述时间相关的增益基于由所述接收元件接收所述声波时所述探针和所述被检体之间的距离而确定。