專利名稱：生物信息獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將從測試體發(fā)射的彈性波成像的生物信息獲取裝置。
背景技術(shù)：
作為生物信息獲取方法的光聲成像方法是如下方法，其檢測通過將脈沖激光照射到活體而在活體的內(nèi)部引起的聲波，由此將活體的內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)成像。通過向活體內(nèi)的測試對象照射脈沖激光以引起活體內(nèi)部的測試對象的熱膨脹，來產(chǎn)生聲波。并且，通過改變脈沖激光的波長的波長，能夠使具有波長的吸收帶的諸如血液中的血紅素和葡萄糖的特定物質(zhì)的分布可視化。因此，由于可以非侵入地確定諸如新血管的異常生長的潛在腫瘤，因此，近年來，光聲成像方法已被視為用于篩查(screening)乳癌或者其早期檢測的潛在設(shè)備。光聲成像方法的常規(guī)具體過程在例如PCT申請No. 2001-507952的公布日文翻譯中被公開如下。( I) 二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件(換能器)位于測試體的表面上，并且，對于測試體照射單一脈沖電磁能量。(2)在緊接著照射電磁能量之后，由各機電轉(zhuǎn)換元件接收的信號被采樣以被存儲。(3)關(guān)于要被可視化的測試體中的點r'，計算使聲波從點r'到達各機電轉(zhuǎn)換元件i的位置r所需要的延遲時間，并且，與計算的延遲時間對應(yīng)的各機電轉(zhuǎn)換元件i的信號彼此相加，以被設(shè)為點r'處的圖像值。(4)對于要成像的各點r'重復(fù)步驟(3)。并且，日本專利申請公開No. 2005-021380公開了通過使用常用的一維布置的機電轉(zhuǎn)換元件重構(gòu)光聲圖像和普通的超聲波回波圖像的方法，以及通過在一維布置的機電轉(zhuǎn)換元件之間使用玻璃纖維來布置照明系統(tǒng)的配置。由于在該日本專利申請公開No. 2005-021380中公開的方法使用一維布置的機電轉(zhuǎn)換元件，因此，為了重構(gòu)三維圖像，該方法需要通過將一維布置的機電轉(zhuǎn)換元件機械移動到與換能器的布置方向垂直的方向來重復(fù)重構(gòu)。為了通過使用光聲成像方法重構(gòu)三維圖像，希望使用二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件，以便減少圖像分辨率的方向依賴性。作為用于在使用二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件的前提下在寬廣的區(qū)域中獲得光聲圖像的方法，可以考慮以下的方法(I)在整個寬廣的區(qū)域上布置機電轉(zhuǎn)換元件的方法；和(2)使比較小規(guī)模的機電轉(zhuǎn)換元件組(由布置的機電轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的組)位于分步重復(fù)系統(tǒng)中以執(zhí)行機械掃描的方法。但是，由于方法(I)的接收系統(tǒng)的規(guī)模擴大，因此方法(I)具有在成本上難以實現(xiàn)商業(yè)可行性的問題。并且，方法(2)具有在二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件的中心部分和端部之間出現(xiàn)敏感度的不均勻性的問題。并且，方法(2)具有在分步重復(fù)系統(tǒng)中浪費時間以將機電轉(zhuǎn)換元件組定位于依次地下一位置的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供能夠通過使用機電轉(zhuǎn)換元件組執(zhí)行機械掃描以接收在寬廣檢查區(qū)域中的彈性波，并能夠高速輸入具有均勻的敏感度和高的SN比的信號的生物信息獲取裝置。 本發(fā)明的一個方面是一種生物信息獲取裝置，該生物信息獲取裝置包括包含多個布置的機電轉(zhuǎn)換元件的機電轉(zhuǎn)換元件組，每個機電轉(zhuǎn)換元件接收從測試體中的測試對象發(fā)射的彈性波，以將接收的彈性波轉(zhuǎn)換成電信號；移動器件，所述移動器件將機電轉(zhuǎn)換元件組移動到機電轉(zhuǎn)換元件的布置方向；加法器件，所述加法器件將從所述多個機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號相加；和處理器件，所述處理器件基于由加法器件相加的相加信號重構(gòu)測試體的內(nèi)部的圖像；其中，移動器件移動機電轉(zhuǎn)換元件組，使得在第一時間點位于第一位置處的機電轉(zhuǎn)換元件組可在第二時間點位于第二位置處，機電轉(zhuǎn)換元件組在第一位置處在第一時間點接收從測試對象發(fā)射的彈性波，并且在第二位置處在第二時間點接收從測試對象發(fā)射的彈性波，并且，加法器件將在第一時間點處接收的彈性波的電信號之中的從與測試體的規(guī)定位置對應(yīng)的第一機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號和在第二時間點處接收的彈性波的電信號之中的從與規(guī)定位置對應(yīng)的第二機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號相加。根據(jù)本發(fā)明的該方面，通過使用機電轉(zhuǎn)換元件組的機械掃描，接收寬廣檢查區(qū)域中的彈性波，因此，可以高速地輸入具有均勻的敏感度和高的SN比的信號。本發(fā)明的另一方面是一種生物信息獲取裝置，包括包含多個布置的機電轉(zhuǎn)換元件的機電轉(zhuǎn)換元件組，每個機電轉(zhuǎn)換元件接收通過將電磁波照射到測試體中的測試對象而發(fā)射的彈性波，以將接收的彈性波轉(zhuǎn)換成電信號；移動器件，所述移動器件將機電轉(zhuǎn)換元件組移動到機電轉(zhuǎn)換元件的布置方向；加法器件，所述加法器件將從所述多個機電轉(zhuǎn)換元件的至少兩個或更多個電磁換能器發(fā)送的電信號相加。其中，移動器件移動機電轉(zhuǎn)換元件組，使得在第一時間點處位于第一位置處的機電轉(zhuǎn)換元件組可在第二時間點處位于第二位置處；機電轉(zhuǎn)換元件組在第一位置處接收彈性波，該彈性波是通過在第一時間點處向測試對象照射電磁波而發(fā)射的，并且在第二位置處接收彈性波，該彈性波是通過在第二時間點處向測試對象照射電磁波而發(fā)射的；并且，加法器件將在第一時間點處接收的彈性波的電信號之中的從與測試體的規(guī)定位置對應(yīng)的第一機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號和在第二時間點處接收的彈性波的電信號之中的從與規(guī)定位置對應(yīng)的第二機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號相加?？蛇x地，由第一機電轉(zhuǎn)換元件和第二機電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的電信號是一維數(shù)字波形信號，并且，加法器件將在第一時間點處接收的彈性波之中的由與測試體中的規(guī)定位置對應(yīng)的第一機電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的一維數(shù)字波形信號和在第二時間點處接收的彈性波之中的由與規(guī)定位置對應(yīng)的第二機電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的一維數(shù)字波形信號相加?？蛇x地，機電轉(zhuǎn)換元件組的機電轉(zhuǎn)換元件被以二維柵格布置?？蛇x地，機電轉(zhuǎn)換元件組在布置的內(nèi)部包含機電轉(zhuǎn)換元件的布置間距的整數(shù)倍的尺寸的間隙。可選地，所述機電轉(zhuǎn)換元件組是通過接合多個機電轉(zhuǎn)換元件組形成的。
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可選地，機電轉(zhuǎn)換元件組的機電轉(zhuǎn)換元件中的每一個被以二維柵格布置，并且，沿與機電轉(zhuǎn)換元件組的移動方向垂直的方向定位的不同的機電轉(zhuǎn)換元件接收彈性波并且在測試體的規(guī)定位置處傳送電信號，并且，加法器件將電信號彼此相加?？蛇x地，生物信息獲取裝置還包括產(chǎn)生電磁波的電磁波源，其中，電磁波源在保持關(guān)于機電轉(zhuǎn)換元件組的一定相對位置的情況下移動?？蛇x地，電磁波源被布置在所述間隙中?？蛇x地，生物信息獲取裝置包括如上所述的機電轉(zhuǎn)換元件組；和接收照射到測試體中的測試對象的反射超聲波的不同的機電轉(zhuǎn)換元件組。其中，兩個所述機電轉(zhuǎn)換元件組一體化地經(jīng)受連續(xù)的移動。參照附圖閱讀示例性實施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變得顯而易見。


圖I是示出根據(jù)第一實施例的生物信息獲取裝置的原理的視圖。圖2是示出根據(jù)第一實施例的寬廣區(qū)域的聲波的輸入方法的視圖。圖3是示出根據(jù)第一實施例的用于機械掃描的X-Y移動機構(gòu)的視圖。圖4是示出根據(jù)第一實施例的生物信息獲取裝置的操作原理的視圖(在一體化地移動光源和機電轉(zhuǎn)換元件組的情況下)。圖5是用于描述作為第一實施例實現(xiàn)的本發(fā)明的優(yōu)點的視圖。圖6是示出根據(jù)第一實施例的生物信息獲取裝置的操作原理的視圖(在固定光源并移動機電轉(zhuǎn)換元件組的情況下)。圖7是示出根據(jù)第一實施例的生物信息獲取裝置的接收信號處理單元的具體配置的視圖。圖8是示出根據(jù)第一實施例的生物信息獲取裝置的累積加法處理的流程圖的示圖。圖9是示出在根據(jù)第一實施例的生物信息獲取裝置中的累積加法的時間變遷的示圖(在移動一個元件寬度時)。圖10是示出在根據(jù)第一實施例的生物信息獲取裝置中的累積加法的時間變遷的示圖(在移動二個元件寬度時)。圖11是示出根據(jù)第二實施例的具有間隙的機電轉(zhuǎn)換元件組的掃描的示圖。圖12是示出根據(jù)第二實施例的生物信息獲取裝置(具有間隙)中的累積加法的時間變遷的示圖(在移動六個元件寬度時)。圖13是示出根據(jù)第二實施例的生物信息獲取裝置(具有間隙)中的累積加法的時間變遷的示圖(在移動二個元件寬度時)。圖14是示出根據(jù)第二實施例的具有在間隙部分中布置的光源的機電轉(zhuǎn)換元件組的視圖。圖15是示出根據(jù)第二實施例的使用間隙部分作為接合部分的機電轉(zhuǎn)換元件組的視圖。圖16是示出根據(jù)第三實施例的用于將在條帶中的以二維方式布置的接收信號表現(xiàn)為一維布置的方法的視圖。
圖17是示出根據(jù)第三實施例的在移動條帶的同時執(zhí)行累積加法時的時間變遷的示圖。圖18A和圖18B是示出根據(jù)第三實施例的通過使用具有間隙的機電轉(zhuǎn)換元件組執(zhí)行累積加法時的時間變遷的示圖。圖19是示出根據(jù)第三實施例的具有間隙的機電轉(zhuǎn)換元件組的另一例子的示圖。圖20是示出根據(jù)第四實施例的通過組合用于超聲波回波圖像的一維布置的發(fā)送和接收元件和用于光聲成像方法的二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件而配置的布置元件的例子的視圖。
具體實施例方式本發(fā)明中的彈性波包含稱為聲波、超聲波、音波和光聲波的波，并且包含例如當向測試體的內(nèi)部照射諸如近紅外線的作為電磁波的光時在測試體的內(nèi)部產(chǎn)生的聲波。并且,從測試體發(fā)射的彈性波包含在測試體的一些部分或某個部分處產(chǎn)生的彈性波。即，本發(fā)明的生物信息獲取裝置包括光聲成像裝置，該光聲成像裝置向測試體的內(nèi)部照射作為電磁波的光并用探針接收在測試體的內(nèi)部中產(chǎn)生的聲波，以顯示測試體的內(nèi)部的組織圖像?？梢允褂眉す庾鳛楸景l(fā)明中的電磁波源，并且，除了激光以外，甚至從發(fā)光二極管和氙氣燈等發(fā)射的電磁波也一般可被用于本發(fā)明中。(第一實施例)以下，將描述本發(fā)明的第一實施例。根據(jù)本實施例的生物信息獲取裝置包括光源，作為用于產(chǎn)生脈沖激光的電磁波源；和機電轉(zhuǎn)換元件組，其包含多個布置的機電轉(zhuǎn)換元件，每個機電轉(zhuǎn)換元件接收作為通過將來自光源的脈沖激光照射到測試體中的測試對象而產(chǎn)生的彈性波的聲波，并將接收的聲波轉(zhuǎn)換成電信號。并且，生物信息獲取裝置包括用于將機電轉(zhuǎn)換元件組移動到機電轉(zhuǎn)換元件的布置方向的移動器件，用于使從所述多個機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號彼此相加的加法器件和用于基于通過加法器件相加的相加信號獲得圖像信息的處理器件。以下，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。圖I是示出接收聲波信號的原理的視圖。在圖I中，測試體6被固定以從其上下兩側(cè)被加壓板7a和7b夾持。從位于加壓板7a上的用于向測試體6產(chǎn)生脈沖激光的作為電磁波源的光源8照射脈沖激光。作為結(jié)果，測試體6的內(nèi)部中的測試對象中的血紅素等吸收激光的能量,并且,測試對象的溫度根據(jù)吸收的能量的量上升。測試對象由于溫度的上升而立即膨脹，以產(chǎn)生聲波。通過被布置為與下側(cè)加壓板7b接觸的機電轉(zhuǎn)換元件組2，產(chǎn)生的聲波被轉(zhuǎn)換成電信號9，并且，轉(zhuǎn)換的電信號9被輸出到隨后的級。順便說一句，光源8可發(fā)射通過反射鏡或玻璃纖維引自遠處的光源的光。并且，光源8可以與本發(fā)明的生物信息獲取裝置一體化地被設(shè)置，或者可被設(shè)置為與生物信息獲取裝置分開。為了有效地從測試對象產(chǎn)生聲波，希望光源8為能夠產(chǎn)生幾納秒到幾百納秒的量級的脈沖激光的脈沖激光源。在這種情況下,脈沖激光的波長可處于從400nm到1600nm的范圍內(nèi)，包括400nm和1600nm。并且,波長可更優(yōu)選處于從700nm到IlOOnm的區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域中，活體中的激光的吸收很少。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)體激光器的各種激光器。
下面，將參照圖2描述根據(jù)接收原理在寬廣區(qū)域3中輸入聲學(xué)信號的方法。在圖2中，機電轉(zhuǎn)換元件組2為二維柵格(grating)形式的多個機電轉(zhuǎn)換元件I的布置。在寬廣檢查區(qū)域3中接收聲波時，如圖2所示，機電轉(zhuǎn)換元件組2沿一方向(X方向)移動，以完成條帶區(qū)域4中的聲波的接收，然后，機電轉(zhuǎn)換元件組2沿與第一移動方向垂直的方向(Y方向)移動以被定位。然后，機電轉(zhuǎn)換元件組2重新移動以在鄰接的條帶區(qū)域5中執(zhí)行接收，并由此可通過重復(fù)上述的過程執(zhí)行聲波的接收。如上所述，本發(fā)明中的機電轉(zhuǎn)換元件組2移動到機電轉(zhuǎn)換元件I的布置方向意味著在以二維柵格布置機電轉(zhuǎn)換元件I的情況下將機電轉(zhuǎn)換元件I移動到X方向或Y方向。并且，本實施例的機電轉(zhuǎn)換元件I需要檢測從吸收了從光源8照射到測試體6的光的能量的一部分的測試體6中的測試對象13產(chǎn)生的聲波，以將檢測的聲波轉(zhuǎn)換成電信號
9。因此，希望根據(jù)測試體6中的測試對象13的尺寸優(yōu)化機電轉(zhuǎn)換元件I可接收的頻帶。任何檢測器，諸如利用壓電效應(yīng)的換能器、利用光的共振的換能器和利用容量的變化的換能器，只要檢測器可檢測聲波，就可被用作機電轉(zhuǎn)換元件I。例如，如果接收從各種尺寸的測試體產(chǎn)生的聲波，那么可以使用利用寬的檢測頻帶的容量的變化的換能器或具有不同的檢測頻帶的多個換能器。圖3示出用于沿著測試體6機械掃描機電轉(zhuǎn)換元件組2和光源8的X-Y移動機構(gòu)。如圖3所示，通過X方向移動機構(gòu)IIa和Ilb以及Y方向移動機構(gòu)12a和12b的組合，可以容易地實現(xiàn)本發(fā)明的移動，所述Y方向移動機構(gòu)12a和12b執(zhí)行X方向移動機構(gòu)I Ia和Ilb向Y方向的分步重復(fù)移動。光源8可以與機電轉(zhuǎn)換元件組2無關(guān)地移動，但是，由于光源8可照明的范圍一般受到限制，因此光源8優(yōu)選與機電轉(zhuǎn)換元件組2 —體化地移動。圖4是示出在光源8和機電轉(zhuǎn)換元件組2 —體化移動到箭頭方向的情況下的操作原理的視圖。在圖4中，在測試對象13中存在要被檢測的血液中的血紅素等，并且，光源8和機電轉(zhuǎn)換元件組2在各時間點(t = l、t = 3和t = 5)(為了簡化,t = 2和t = 4的情況被省略)如光源8a、8b和8c和機電轉(zhuǎn)換元件組2a、2b和2c那樣被定位。在時間t = I處，由光源8a照射的測試對象13產(chǎn)生聲波，并且，到達作為測試體6中的規(guī)定位置的點P的位置的聲波通過第一機電轉(zhuǎn)換元件被轉(zhuǎn)換成電信號9a，以被存儲于暫時存儲存儲器14a中。在時間t = 3處，被光源8b照射的測試對象13的聲波通過第三機電轉(zhuǎn)換元件被轉(zhuǎn)換成作為測試體6中的與時間t = I處的點P相同的規(guī)定位置的點P處的電信號％，以被存儲于暫時存儲存儲器14b中。類似地，在時間點t = 5處，聲波通過第五機電轉(zhuǎn)換元件被轉(zhuǎn)換成規(guī)定位置的點P處的電信號9c，以被存儲于暫時存儲存儲器14c中。此時，幾個存儲的電信號9是激光照射之后一定時間段的信號，并且通過被AD轉(zhuǎn)換器(未不出)轉(zhuǎn)換成一維數(shù)字波形信號而被存儲。在本實施例中，移動設(shè)備移動機電轉(zhuǎn)換元件組2，使得機電轉(zhuǎn)換元件組2可分別在時間點t = I、t = 3和t = 5的時間處如機電轉(zhuǎn)換元件組2a、2b和2c那樣被定位。S卩，移動設(shè)備移動機電轉(zhuǎn)換元件組2，使得測試體6中的規(guī)定位置的點P處的聲波可分別在時間點t = I、t = 3和t = 5的時間處被第一、第三和第五機電轉(zhuǎn)換元件接收。在本實施例中，移動設(shè)備一般移動機電轉(zhuǎn)換元件組2，使得在預(yù)定的時間點處到達測試體6中的規(guī)定位置的聲波可被不同的機電轉(zhuǎn)換元件接收。通過以這種方式移動機電轉(zhuǎn)換元件組2，移動設(shè)備可將由聲波導(dǎo)致的并在預(yù)定的時間點處到達測試體6中的規(guī)定位置的電信號9彼此相加。機電轉(zhuǎn)換元件組2通過本實施例的移動設(shè)備的移動基于以下的考慮。S卩，由于機電轉(zhuǎn)換元件組2在接收聲波的同時連續(xù)移動，因此，存在聲波的接收位置在聲波的接收過程中移動的問題。但是，在照射脈沖激光之后，聲波的接收時間在這里是最多50μ s 100 μ s的程度那樣的極短的時間。另一方面，為了避免損傷活體，脈沖激光的照射時間段一般限于IOOms的程度的慢時間段。因此，機電轉(zhuǎn)換元件應(yīng)根據(jù)慢照射時間段以低速移動，因此，在連續(xù)移動的同時接收聲波的情況和在停止的狀態(tài)下接收聲波的情況之間幾乎不產(chǎn)生效果的差異。即，光照射、聲波產(chǎn)生和聲波接收的時間點可被視為處于同一時間。通過以這種方式在連續(xù)移動的同時接收聲波，機電轉(zhuǎn)換元件組2的移動時間和用于定位機電轉(zhuǎn)換元件組2的時間可被省略，并且，可以執(zhí)行高速信號輸入。存儲的一維數(shù)字波形信號在適當?shù)臅r間點被并行地讀出，并且，通過加法電路15被彼此相加為一維波形信號。通過這種處理，多次的到達來自同一測試對象13的同一點P的聲學(xué)信號被相加，并且，可以提高點P處的接收信號的SN比。并且，關(guān)于此時的測試體6上的同一點P，相加的聲學(xué)信號是在圖5所不的相對不同的位置處不出的相加的聲波信號，并且等同于在同一時間從不同的位置處的三個光源8a、8b、8c發(fā)射的聲學(xué)信號。因此,光源8a、8b、8c的空間照射不均勻性被平滑化，并且，可以實現(xiàn)接收信號的質(zhì)量的進一步提高。特別地，在本實施例的系統(tǒng)的情況下，在條帶中的任何位置處執(zhí)行這樣的照射的平滑化，并因此可以減少特別變?yōu)閱栴}的機電轉(zhuǎn)換元件組2的邊界部分處的照射不均勻性。順便說一句，可通過在一維布置的機電轉(zhuǎn)換元件和二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件兩者中移動到布置方向?qū)崿F(xiàn)該特征。在二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件的情況下，可通過假想的多個一維布置的機電轉(zhuǎn)換元件的并行處理，獲得加速效果。并且，在圖4中示出隨著時間點從t = I變?yōu)閠 = 5，作為光源8a 8c的光源8移動的例子，但是，如圖6所示，光源8可保持固定于規(guī)定的位置處。但是，由于照射來自光源8的脈沖激光的范圍受到限制，因此，光源8必須移動，使得脈沖激光可至少到達測試對象13。即，為了使得脈沖激光可到達測試對象13，光源8優(yōu)選地移動以保持對于機電轉(zhuǎn)換元件組2的一定相對位置。順便說一句，為了簡化描述，參照圖4描述了從測試對象13產(chǎn)生的聲波之中的到達點P的聲波。但是，由于從測試對象13產(chǎn)生的聲波實際沿各方向傳播，因此，在規(guī)定位置的點P以外的位置處檢測到聲波。上述的內(nèi)容被概述如下。移動設(shè)備移動機電轉(zhuǎn)換元件組2，使得在第一時間點(例如，t = I)處于第一位置的機電轉(zhuǎn)換元件組2a可移動作為在第二時間點(例如，t = 3)處于第二位置的機電轉(zhuǎn)換元件組2b。光源8a在第一時間點(t = I)將脈沖激光照射到測試對象13，并且，機電轉(zhuǎn)換元件組2在相同的第一時間點作為第一位置處的機電轉(zhuǎn)換元件組2a接收來自測試對象13的聲波。并且，光源8b在第二時間點(t = 3)將脈沖激光照射到測試對象13，并且，機電轉(zhuǎn)換元件組2在相同的第二時間點作為第二位置處的機電轉(zhuǎn)換元件組2b接收從測試對象13產(chǎn)
8生的聲波。作為加法器件的加法電路15將以下的電信號9a和9b彼此相加。即，電信號9a是在第一時間點(t = I)接收的聲波之中的由與測試體6中的規(guī)定位置(點P)對應(yīng)的第一機電轉(zhuǎn)換元件(第一換能器)產(chǎn)生的電信號。電信號％是在第二時間點(t = 3)接收的聲波之中的由與規(guī)定位置(點P)對應(yīng)的第二機電轉(zhuǎn)換元件(第三換能器)產(chǎn)生的電信號。下面，將參照圖7描述接收信號處理單元的具體配置。作為用于控制整體并從接收的信號執(zhí)行圖像重構(gòu)的處理器件的處理器21位于圖7中的右端，并且，包含測試體6的用于信號輸入的機械部分位于圖7中的左端。光源8和機電轉(zhuǎn)換元件組2分別被安裝在臺23和24上，并且通過臺控制單元22移動。在該圖中，作為具體例子，機電轉(zhuǎn)換元件組2使用四乘四元件布置。光源8被控制以與機電轉(zhuǎn)換元件組2的位置同步地通過激光控制電路25發(fā)光，并且，從四乘四接收元件并行輸入激光發(fā)射之后的一定時間內(nèi)的聲波信號。在電路塊40中，來自沿由圖7中的箭頭表示的移動方向布置的四個元件(位于沿紙面的法線方向的最內(nèi)部的四個元件)的信號S00、SOI、S02和S03分別被AD轉(zhuǎn)換器27a、27b、27c和27d轉(zhuǎn)換成一維數(shù)字波形信號。然后，轉(zhuǎn)換的信號作為波形信號通過分別使用加法器29a、29b、29c和29d在由旋轉(zhuǎn)偏移電路28選擇的暫時存儲存儲器Ma、Mb、Mc和Md中經(jīng)受累積加法。在暫時存儲存儲器Ma、Mb、Mc和Md中經(jīng)受了預(yù)定次數(shù)的累積加法的一維數(shù)字波形信號通過選擇電路31和32被傳送到處理器21。沿移動方向布置的四個元件以外的機電轉(zhuǎn)換元件的信號也通過類似的電路塊41、42和43被并行處理，并且通過分時被傳送到處理器21。這些系列的過程被從處理器21接收指令的時間點控制電路26控制。處理器21基于傳送的數(shù)字波形信號在與接收的條帶對應(yīng)的位置處重構(gòu)三維圖像。圖8以流程圖的格式示出旋轉(zhuǎn)偏移電路28和累積加法電路(各對的加法器29a和存儲器Ma、加法器29b和存儲器Mb、加法器29c和存儲器Mc以及加法器29d和存儲器Md)的具體操作。在該流程圖中，與暫時存儲存儲器Ma、Mb、Mc和Md中的每一個對應(yīng)的處理均被并行執(zhí)行，被并行執(zhí)行的處理在并排的各塊中表示。首先，將依次描述與暫時存儲存儲器Ma對應(yīng)的處理。在用于接收聲波的各時間段T中逐個地處理流程圖中的各塊。在時間點t = 4m*T處，暫時存儲存儲器Ma將其內(nèi)容傳送到處理器21，并且原樣輸入和存儲信號SOO而不執(zhí)行其的加法處理。在時間點t = (4m+l)*T處，暫時存儲存儲器Ma將信號SOl加到暫時存儲存儲器Ma的內(nèi)容上作為一維波形，并且再存入(restore)相加的內(nèi)容。在時間點t = (4m+2) *T處，暫時存儲存儲器Ma將信號S02加到暫時存儲存儲器Ma的內(nèi)容上作為一維波形，并且再存入相加的內(nèi)容。在時間點t=(4m+3)*T處，暫時存儲存儲器Ma將信號S03加到暫時存儲存儲器Ma的內(nèi)容上作為一維波形，并且再存入相加的內(nèi)容。在完成時間點t =(4m+3)*T處的處理之后，暫時存儲存儲器Ma將字母m加1，以將其處理重新返回到時間點t = 4m*T的處理。通過執(zhí)行上述的處理，對于每四個時間段，四個換能器信號的加法結(jié)果被存儲在暫時存儲存儲器Ma中，并且，存儲的內(nèi)容被傳送到處理器21。如圖8的流程圖所示，在從對于暫時存儲存儲器Ma的處理的時間點偏移時間段T的時間點處，對于暫時存儲存儲器Mb執(zhí)行與暫時存儲存儲器Ma類似的處理。對于暫時存儲存儲器Mc和Md的處理相同。S卩，以暫時存儲存儲器Ma、Mb、Me、Md、Ma…的次序，對于作為單位時間的每個時間段T，從特定的接收元件輸入的信號與暫時存儲存儲器Ma、Mb、Mc和Md相關(guān)。由于各信號的暫時存儲存儲器Ma、Mb、Mc和Ma在該時間的相同時間點處不相互重疊，因此，可通過上述的旋轉(zhuǎn)偏移電路28實現(xiàn)接收信號的分配。并且，由于對于處理器21的傳送時間點也通過暫時存儲存儲器Ma、Mb、Me、Md中的每一個被依次處理，因此，可容易地執(zhí)行通過分時的傳送。圖9通過以移動方向的位置為橫軸并以輸入時間為縱軸示出累積加法的時間變遷。在圖9中，四個換能器沿它們的布置方向移動，并且，對于元件的寬度的每次移動，激光源8發(fā)光以輸入聲學(xué)信號。如果以這種方式輸入聲學(xué)信號并且對于測試體6的各位置執(zhí)行累積加法，那么，如最下面的步驟的數(shù)字所示，除了第一部分以外，對于各區(qū)域，信號可被彼此相加四次。由于可望通過四次的信號加法實現(xiàn)SN比的約二倍的改善，因此，可通過將執(zhí)行四次的加法的部分輸入到處理器21中作為可用的輸入?yún)^(qū)域以使用用于圖像重構(gòu)的區(qū)域，產(chǎn)生具有改善的SN比的三維圖像。圖10是示出累積加法的時間變遷的另一例子的示圖。圖10示出對于二個元件寬度的每次移動輸入聲學(xué)信號時的情況。由于信號在這種情況下在每個區(qū)域中被相加兩次，因此，SN比的改善速率比前面的例子稍小，但是，掃描條帶的臺速度被提高到兩倍。一般地，如果聲學(xué)信號被設(shè)為對于d兀件寬度的每次移動被輸入,其中，d是在移動包含M個兀件的布置元件的情況下的M的測量中的一個，那么可以獲得M/d倍的相加信號，并且，條帶掃描速度與d成比例地變快。在d= I時，最大相加次數(shù)為M次，并且，在d = M時，最小相加次數(shù)為I次。并且，雖然通過使用沿其移動方向一維布置的機電轉(zhuǎn)換元件描述了圖9和圖10的例子，但是，在沿與元件組的移動方向垂直的方向包含N個布置元件的二維布置元件組的情況下，如上面描述的那樣并行執(zhí)行N組的處理。根據(jù)本發(fā)明的本實施例，可以在機械掃描機電轉(zhuǎn)換元件組以輸入寬廣檢查區(qū)域的聲學(xué)信號的生物信息獲取裝置中以高速輸入具有均勻的敏感度和高的SN比的信號。(第二實施例)下面，將描述本發(fā)明的第二實施例。第二實施例使用與第一實施例不同的機電轉(zhuǎn)換元件組。第二實施例的其它方面與第一實施例相同。如圖11所示，根據(jù)本實施例的機電轉(zhuǎn)換元件組51沿它們的移動方向布置六個機電轉(zhuǎn)換元件52，使得在機電轉(zhuǎn)換元件52之間具有分別為二個元件寬度的兩個間隙53。圖12示出通過使用機電轉(zhuǎn)換元件組51對于六個元件寬度的每次移動輸入聲學(xué)信號時的時間變遷。如圖12所示，盡管在這種情況下使用具有間隙53的機電轉(zhuǎn)換元件組51，但可以在連續(xù)的位置中執(zhí)行經(jīng)受一次加法的聲學(xué)信號的輸入。本實施例的機電轉(zhuǎn)換元件組51 —般具有機電轉(zhuǎn)換元件52的布置間距的整數(shù)倍的尺寸的間隙53。圖13示出通過使用與圖11相同的機電轉(zhuǎn)換元件組51對于二個元件寬度的每次移動輸入聲學(xué)信號的情況下的時間變遷。在這種情況下，可以執(zhí)行三次的聲學(xué)信號相加。以這種方式，即使在機電轉(zhuǎn)換元件組51中存在間隙53，也可執(zhí)行與沒有間隙的機電轉(zhuǎn)換元件組的信號輸入相同的信號輸入。因此，例如，通過如圖14所示那樣在機電轉(zhuǎn)換元件54之間的間隙部分55中布置光源單元56，從布置的機電轉(zhuǎn)換元件54側(cè)的脈沖激光的照射變得容易。由于通過光聲成像方法，測試體中的光強度的衰減大，因此從布置的機電轉(zhuǎn)換元件54側(cè)的脈沖激光的照射對于提高重構(gòu)圖像的質(zhì)量極其有效。并且，在制造具有大量元件的機電轉(zhuǎn)換元件組的情況下，可以采用通過將可容易地制造的多個小的機電轉(zhuǎn)換元件組接合在一起形成大的機電轉(zhuǎn)換元件組的方法。并且，在這種情況下，如果小的機電轉(zhuǎn)換元件組的邊界部分57如圖15中所示的那樣被配置為與上述的間隙部分類似的間隙部分，那么獲得可以擴大邊界部分57的尺寸以使得它們的制造變得容易的優(yōu)點。根據(jù)本實施例，如上所述，可通過設(shè)計機電轉(zhuǎn)換元件的布置和輸入聲學(xué)信號的時間點，執(zhí)行各種的輸入方法。一般地，為了避免損傷測試體，聲學(xué)信號輸入的重復(fù)周期常被限制到一定周期或更短。因此，在需要高速輸入的情況下，要選擇加大移動速度以減少相加時間的方法，并且，在需要高質(zhì)量信號輸入的情況下，要選擇降低移動速度以增加相加次數(shù)的方法。(第三實施例)下面，將描述本發(fā)明的第三實施例。除了沿機電轉(zhuǎn)換元件組的移動方向的加法處理以外，第三實施例還沿與機電轉(zhuǎn)換元件組的移動方向垂直的方向?qū)崿F(xiàn)加法處理。其它的方面與第一和第二實施例相同。如果通過使用沿移動方向布置M個機電轉(zhuǎn)換元件并沿與移動方向垂直的方向布置N個機電轉(zhuǎn)換元件的機電轉(zhuǎn)換元件組，執(zhí)行聲學(xué)信號輸入，那么與N個機電轉(zhuǎn)換元件的寬度的條帶長度對應(yīng)的信號波形的數(shù)量在完成移動時的時間點處已被輸入到處理器21中。然后，如果相鄰條帶被設(shè)定使得該相鄰條帶的一部分可與前一條帶重疊并且聲波信號通過類似的連續(xù)的移動被取入處理器21中，那么可以在處理器21上執(zhí)行重疊區(qū)域中的數(shù)據(jù)的相加。將參照圖16描述這種情況。如果通過如圖16所示的那樣將輸入信號波形布置成移動方向，由小的矩形區(qū)域表現(xiàn)輸入信號波形中的每一個，那么條帶區(qū)域4中的聲波數(shù)據(jù)58可由沿縱向連續(xù)的N個(對于圖16的情況)小的矩形59表現(xiàn)。圖17示出使用這種表現(xiàn)的加法處理的時間變遷。圖17示出通過在將條帶位置偏移元件的縱向?qū)挾鹊耐瑫r使用N=4的二維布置元件執(zhí)行信號輸入的情況的例子。并且，在這種情況下，與上述的連續(xù)移動類似，可通過使用處理器21執(zhí)行四次移動的加法。圖18A示出使用沿與移動方向垂直的方向(條帶移動方向)在機電轉(zhuǎn)換元件區(qū)域61中具有間隙區(qū)域62的機電轉(zhuǎn)換元件組60的情況的例子。并且，在這種情況下，如圖18B所示，與移動方向的情況類似，可通過將條帶位置偏移二個元件的縱向?qū)挾?，?zhí)行三次的累積加法。圖19示出沿機電轉(zhuǎn)換元件63的移動方向和與移動方向垂直的方向(條帶移動方向)均具有間隙64的機電轉(zhuǎn)換元件組65的例子。由于上述的原因，即使這樣的機電轉(zhuǎn)換元件組65也可執(zhí)行位置致密的信號輸入和加法輸入。通過使用上述的二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件，通過不僅沿移動方向而且沿與移動方向垂直的方向(條帶移動方向)執(zhí)行累積加法，相加信號的數(shù)量變大，因此，相加信號的SN比得到提高。由于還可沿兩個維度使照明不均勻性平滑化，因此，可以執(zhí)行具有更好的質(zhì)量的圖像重構(gòu)。由于輸入信號的圖像重構(gòu)處理常是線性處理或近線性處理，因此，可通過在重構(gòu)后將三維體元(voxel)圖像相加而不是直接將輸入信號相加，獲得等同的優(yōu)點。在這種情況下，可以在輸入條帶區(qū)域4中的聲學(xué)信號的同時執(zhí)行條帶區(qū)域4中的圖像重構(gòu)，并且，可以減少用于等待輸入相鄰的條帶的浪費時間。(第四實施例)下面，將描述本發(fā)明的第四實施例。第四實施例集成用于超聲波回波信號的一維布置的發(fā)送和接收元件(第二機電轉(zhuǎn)換元件組)和接收通過照射電磁波產(chǎn)生的聲波的機電轉(zhuǎn)換元件組(第一機電轉(zhuǎn)換元件組)。本實施例對于同時產(chǎn)生超聲波回波圖像和光電圖像的診斷設(shè)備也是有效的。本實施例的其它方面與其它的實施例相同。在光電成像方法中，希望使用用于實現(xiàn)光電圖像分辨率的各向同性的二維布置的機電轉(zhuǎn)換元件。還希望針對超聲波回波圖像使用二維布置的超聲波發(fā)送和接收元件，但是，由于超聲波的頻率相對地高，因此必須使用許多小的發(fā)送和接收元件，因此，二維布置導(dǎo)致信號處理電路的尺寸擴大并且成本擴大的問題。因此，許多實際的裝置在連續(xù)移動一維布置的發(fā)送和接收元件的同時輸入三維超聲波回波信號。因此，如圖20所示，通過形成用于超聲波回波信號的一維布置的發(fā)送和接收元件71和沿兩個維度布置機電轉(zhuǎn)換元件的機電轉(zhuǎn)換元件組72的一體化結(jié)構(gòu)73并通過連續(xù)移動一體化結(jié)構(gòu)73，可以同時重構(gòu)高質(zhì)量光聲圖像和超聲波回波圖像。雖然已參照示例性實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有的變更方式以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。本申請要求在2008年6月18日提交的日本專利申請No. 2008-159313和在2009年2月12日提交的日本專利申請No. 2009-029953的權(quán)益，在此通過引用并入其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種生物信息獲取方法，包括用包含多個布置的機電轉(zhuǎn)換元件的機電轉(zhuǎn)換元件組接收通過用電磁波照射測試體所產(chǎn)生的彈性波并將接收的彈性波轉(zhuǎn)換成電信號的步驟；將機電轉(zhuǎn)換元件組移動到機電轉(zhuǎn)換元件的布置方向的步驟；將當機電轉(zhuǎn)換元件組在第一位置處接收彈性波時從機電轉(zhuǎn)換元件組發(fā)送的電信號之中的從位于規(guī)定位置處的第一機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號和當機電轉(zhuǎn)換元件組在第二位置處接收彈性波時從機電轉(zhuǎn)換元件組發(fā)送的電信號之中的從位于所述規(guī)定位置處的第二機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號相加的步驟；以及基于相加的信號獲得圖像信息的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的生物信息獲取方法，其中，電信號是一維數(shù)字波形信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的生物信息獲取方法，其中，在接收的步驟中，位于與機電轉(zhuǎn)換元件組的移動方向垂直的方向上的不同的機電轉(zhuǎn)換元件在所述規(guī)定位置處接收彈性波，并將所接收的彈性波轉(zhuǎn)換成電信號，以及在相加的步驟中，所述電信號被彼此相加。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的生物信息獲取方法，其中，在移動的步驟中，機電轉(zhuǎn)換元件組被連續(xù)地移動到所述布置方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的生物信息獲取方法，還包括用不同的機電轉(zhuǎn)換元件組接收從測試體產(chǎn)生的反射超聲波的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的生物信息獲取方法，其中，在移動的步驟中，所述機電轉(zhuǎn)換元件組和所述不同的機電轉(zhuǎn)換元件組兩者被一體化地移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物信息獲取方法。所述方法包括用包含多個布置的機電轉(zhuǎn)換元件的機電轉(zhuǎn)換元件組接收通過用電磁波照射測試體所產(chǎn)生的彈性波并將接收的彈性波轉(zhuǎn)換成電信號的步驟；將機電轉(zhuǎn)換元件組移動到機電轉(zhuǎn)換元件的布置方向的步驟；將當機電轉(zhuǎn)換元件組在第一位置處接收彈性波時從機電轉(zhuǎn)換元件組發(fā)送的電信號之中的從位于規(guī)定位置處的第一機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號和當機電轉(zhuǎn)換元件組在第二位置處接收彈性波時從機電轉(zhuǎn)換元件組發(fā)送的電信號之中的從位于所述規(guī)定位置處的第二機電轉(zhuǎn)換元件發(fā)送的電信號相加的步驟；以及基于相加的信號獲得圖像信息的步驟。
文檔編號A61B8/08GK102934987SQ20121038798
公開日2013年2月20日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者依田晴夫 申請人:佳能株式會社