超聲波測定裝置、超聲波圖像裝置以及超聲波測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及超聲波測定裝置、超聲波圖像裝置以及超聲波測定方法。其中，上述超聲波測定裝置的特征在于，包括：超聲波換能器器件；力傳感器，測定按壓力；發(fā)送部，進(jìn)行超聲波束的發(fā)送處理；接收部，進(jìn)行所述超聲波束通過被檢測體反射而得到的超聲波回波的接收處理；以及處理部，根據(jù)來自所述接收部的接收信號與來自所述力傳感器的檢測信息進(jìn)行分析處理，所述處理部基于根據(jù)來自所述接收部的接收信號取得的所述被檢測體的生物體組織層的厚度信息、以及來自所述力傳感器的對所述被檢測體施加的按壓力相關(guān)的按壓力信息，求得所述生物體組織層的彈性信息。
【專利說明】超聲波測定裝置、超聲波圖像裝置以及超聲波測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波測定裝置、超聲波圖像裝置以及超聲波測定方法等。

【背景技術(shù)】
[0002]雖然作為乳腺癌等治療而進(jìn)行淋巴結(jié)的摘除，但是作為該后遺癥會出現(xiàn)淋巴浮腫的問題。作為檢查像同淋巴浮腫這樣具有與正常的生物體組織不同的彈性常數(shù)的病變部分的方法，公知有檢測生物體組織的硬度(彈性常數(shù))的方法。例如在專利文獻(xiàn)I中公開有如下的方法:具有超聲波振蕩器與檢測該共振頻率的頻率測定單元，并根據(jù)測定到的共振頻率檢測物體硬度。
[0003]【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0004]【專利文獻(xiàn)】
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開平10-118062號公報。
[0006]但是在上述方法中，存在雖然能夠看到生物體組織硬度的相對差異但難以取得絕對值、以及因為將超聲波振蕩器的信號(signal)電極劃分為兩個，所以不得不犧牲超聲波圖像本身的接收敏感度等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的幾個方式，能夠提供不會對超聲波的接收敏感度賦予影響且可以測定生物體組織的彈性信息的超聲波測定裝置、超聲波圖像裝置以及超聲波測定方法等。
[0008]本發(fā)明的一個方面涉及的超聲波測定裝置包括:超聲波換能器器件；力傳感器，測定按壓力；發(fā)送部，進(jìn)行超聲波束的發(fā)送處理；接收部，進(jìn)行所述超聲波束通過被檢測體反射而得到的超聲波回波的接收處理；以及處理部，根據(jù)來自所述接收部的接收信號與來自所述力傳感器的檢測信息進(jìn)行分析處理，所述處理部基于根據(jù)來自所述接收部的接收信號取得的所述被檢測體的生物體組織層的厚度信息、以及來自所述力傳感器的對所述被檢測體施加的按壓力相關(guān)的按壓力信息，求得所述生物體組織層的彈性信息。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，處理部可以通過超聲波測定求得被檢測體的生物體組織層的彈性信息，所以可以高精度地檢測例如如同淋巴浮腫等那樣的具有與正常生物體組織層不同的彈性常數(shù)的病變部分。并且，測定按壓力的力傳感器因為不會對超聲波的發(fā)送接收賦予影響，所以用戶能夠在測定時一邊觀看B模式圖像等的超聲波圖像一邊同時測定彈性常數(shù)。該結(jié)果能夠有效地檢測病變部分。
[0010]另外，在本發(fā)明的一個方面中，也可以在所述生物體組織層為具有不同彈性常數(shù)的第一生物體組織層以及第二生物體組織層的情況下，所述處理部當(dāng)測定時對所述被檢測體施加的按壓力為第一按壓力時，獲取第一按壓力信息作為所述按壓力信息，獲取所述第一生物體組織層的第一厚度信息以及所述第二生物體組織層的第一厚度信息作為所述厚度信息，所述處理部當(dāng)測定時對所述被檢測體施加的按壓力為與所述第一按壓力不同的第二按壓力時，獲取第二按壓力信息作為所述按壓力信息，獲取所述第一生物體組織層的第二厚度信息以及所述第二生物體組織層的第二厚度信息作為所述厚度信息，所述處理部根據(jù)獲取到的所述第一按壓力信息、所述第二按壓力信息、所述第一生物體組織層的所述第一厚度信息、所述第二生物體組織層的所述第一厚度信息、所述第一生物體組織層的所述第二厚度信息、以及所述第二生物體組織層的所述第二厚度信息，求得所述第一生物體組織層的彈性信息以及所述第二生物體組織層的彈性信息。
[0011]這樣，關(guān)于彈性常數(shù)不同的兩個生物體組織層，處理部能夠分別求得各自的彈性信息。該結(jié)果，能夠?qū)⒗缭谡Ｉ矬w組織層中長的淋巴浮腫等的病變部分與其他部分分離并高精度地檢測。并且，因為能夠?qū)⒉∽儾糠值膹椥孕畔⑴c其他部分分離并高精度地求得，所以可以準(zhǔn)確地掌握病變的進(jìn)展情況等。
[0012]另外，在本發(fā)明一個方面中，也可以在將所述第一按壓力信息設(shè)為F1、將所述第二按壓力信息設(shè)為F2、將所述第一生物體組織層的所述第一厚度信息設(shè)為Yal、將所述第二生物體組織層的所述第一厚度信息設(shè)為Ybl、將所述第一生物體組織層的所述第二厚度信息設(shè)為Ya2、將所述第二生物體組織層的所述第二厚度信息設(shè)為Yb2、將所述第一生物體組織層的初始厚度信息設(shè)為YaO、將所述第二生物體組織層的初始厚度信息設(shè)為YbO、將所述第一生物體組織層的所述彈性信息設(shè)為Ka、將所述第二生物體組織層的所述彈性信息設(shè)為Kb的情況下，所述處理部通過以下的關(guān)系式求得所述第一生物體組織層的所述彈性信息Ka以及所述第二生物體組織層的所述彈性信息Kb，F(xiàn)l = KaX (Yal-YaO)+KbX (Ybl-YbO)、F2 = KaX (Ya2-Ya0) +KbX (Yb2_YbO)。
[0013]這樣，處理部能夠通過解開聯(lián)立方程式來求得兩個生物體組織層各自的彈性信肩、O
[0014]另外，在本發(fā)明的一個方面中，所述處理部也可以根據(jù)來自所述接收部的接收信號生成超聲波圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行所述超聲波圖像數(shù)據(jù)的分析處理，獲取所述生物體組織層的厚度信息，根據(jù)獲取到的所述生物體組織層的厚度信息和所述按壓力信息，求得所述生物體組織層的彈性信息。
[0015]這樣，處理部因為能夠根據(jù)超聲波圖像數(shù)據(jù)的分析處理而獲得生物體組織層的正確的厚度信息，所以能夠更高精度地求得彈性信息。
[0016]另外，在本發(fā)明的一個方面中，所述處理部也可以通過檢測所述超聲波圖像數(shù)據(jù)中的亮度值的峰值來檢測所述生物體組織層的邊界，根據(jù)檢測到的所述生物體組織層的所述邊界的深度方向的坐標(biāo)值，求得所述生物體組織層的厚度信息。
[0017]這樣，處理部能夠根據(jù)超聲波圖像數(shù)據(jù)獲取生物體組織層的厚度信息。
[0018]另外，本發(fā)明的一個方面中，所述處理部也可以提取所述超聲波圖像數(shù)據(jù)中的所述生物體組織層的特征點，并根據(jù)因?qū)λ霰粰z測體施加按壓力而引起的所述特征點的位移量信息，檢測所述生物體組織層的邊界。
[0019]這樣，處理部能夠通過提取在超聲波圖像數(shù)據(jù)中的生物體組織層的特征點而更加正確的檢測生物體組織層的邊界。
[0020]本發(fā)明另一方面涉及的超聲波圖像裝置包括:上述任一方面的超聲波測定裝置；以及顯示部，顯示由所述處理部生成的顯示用圖像數(shù)據(jù)。
[0021]本發(fā)明其他方面涉及的超聲波測定方法，包括:進(jìn)行對被檢測體發(fā)送超聲波束的處理；進(jìn)行接收所述超聲波束被所述被檢測體反射而得到的超聲波回波的處理；獲取測定時對所述被檢測體施加的按壓力相關(guān)的按壓力信息；以及根據(jù)基于所述超聲波回波的接收信號的所述被檢測體的生物體組織層的厚度信息、以及所述按壓力信息，求得所述生物體組織層的彈性信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是超聲波測定裝置以及超聲波圖像裝置的基本結(jié)構(gòu)例。
[0023]圖2的(A)、圖2的⑶是用于說明超聲波測定裝置的彈性信息的測定圖。
[0024]圖3是彈性信息的測定的流程圖的一個例子。
[0025]圖4是根據(jù)超聲波圖像的特征點的提取而獲取生物體組織層的厚度的處理的流程圖的一個例子。
[0026]圖5的(A)、圖5的⑶是特征點提取的一個例子。
[0027]圖6的(A)、圖6的⑶是特征點的建立對應(yīng)的一個例子。
[0028]圖7的(A)、圖7的⑶是特征點的坐標(biāo)值的一個例子。
[0029]圖8的(A)、圖8的(B)、圖8的(C)是超聲波換能器元件的結(jié)構(gòu)例。
[0030]圖9是超聲波換能器器件的結(jié)構(gòu)例。
[0031]圖10的(A)、圖10的⑶是超聲波換能器元件組的例子。
[0032]圖11的(A)、圖11的⑶是超聲波圖像裝置的具體結(jié)構(gòu)例。
[0033]符號說明
[0034]10超聲波換能器元件21第一電極層(下部電極)
[0035]22第二電極層(上部電極) 30壓電體膜(壓電體層)
[0036]40空洞區(qū)域45開口部
[0037]50振動膜60基板
[0038]100超聲波測定裝置110發(fā)送部
[0039]120接收部130處理部
[0040]140存儲部150輸入接受部
[0041]200超聲波探測器210超聲波換能器器件
[0042]220力傳感器350電纜
[0043]400超聲波圖像裝置410顯示部

【具體實施方式】
[0044]以下，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。此外，以下說明的本實施方式并非不合理地限定權(quán)利要求書的范圍所記載的本發(fā)明的內(nèi)容，本實施方式中說明的所有結(jié)構(gòu)作為本發(fā)明的解決方案并不一定是必須的。
[0045]1.基本的結(jié)構(gòu)圖
[0046]在圖1示出本實施方式的超聲波測定裝置100以及超聲波圖像裝置400的基本構(gòu)成圖。本實施方式的超聲波測定裝置100包括超聲波探測器200、發(fā)送部110、接收部120、處理部130、存儲部140以及輸入接受部150。超聲波探測器200包括超聲波換能器器件210以及力傳感器220。另外，超聲波圖像裝置400包括超聲波測定裝置100以及顯示部410。此外，本實施方式的超聲波測定裝置100以及超聲波圖像裝置400并不局限于圖1的構(gòu)成，可以進(jìn)行將該結(jié)構(gòu)要素的一部分省略、置換為其他結(jié)構(gòu)要素、或追加其他結(jié)構(gòu)要素等各種變形。
[0047]超聲波換能器器件210具有超聲波換能器元件。超聲波換能器元件將作為電信號的發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為超聲波，且將來自對象物(被檢測體)的超聲波回波轉(zhuǎn)換為電信號。超聲波換能器元件也可以是例如薄膜壓電型超聲波換能器元件、大型壓電型超聲波換能器元件、或者也可以是電容性精細(xì)加工超聲波換能器元件(CMUT:Capacitive MicromachinedUltrasonic Transducer,電容式微機(jī)械超聲波傳感器)。
[0048]力傳感器220測定對被檢測體施加的按壓力并向處理部130輸出。所謂按壓力是指通過用戶對檢測體按壓超聲波探測器200而施加給被檢測體的力。例如，如后述的圖2的(A)、圖2的(B)所示，力傳感器220設(shè)置在相對于超聲波換能器210的超聲波發(fā)送信號方向的相反側(cè)。這樣，力傳感器220不會對基于超聲波換能器210的超聲波的發(fā)送接收賦予影響。
[0049]發(fā)送部110進(jìn)行超聲波束的發(fā)送處理。具體而言，發(fā)送部110基于處理部130的控制，生成/放大脈沖信號，并對超聲波換能器器件210輸出作為電信號的發(fā)送信號(驅(qū)動信號)。超聲波換能器器件210將作為電信號的發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為超聲波并向被檢體發(fā)送超聲波束。發(fā)送部110能夠由例如脈沖發(fā)生器、放大器等構(gòu)成。另外，也可以將發(fā)送部110的至少一部分設(shè)置于超聲波探測器200。
[0050]接收部120進(jìn)行超聲波束通過被檢測體被反射而得到的超聲波回波的接收處理。具體而言，超聲波換能器器件210將來自被檢測體(對象物)的超聲波回波轉(zhuǎn)換為電信號，并向接收部120輸出。接收部120對來自超聲波換能器器件210的作為電信號的接收信號(模擬信號)進(jìn)行增大、檢波、A/D轉(zhuǎn)換、相位匹配等接收處理，并將作為接收處理后的信號的接收信號(數(shù)字信號)向處理部130輸出。接收部120能夠由例如低雜音放大器、電壓控制衰減器(attenuator)、可編程增益放大器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器(converter)等構(gòu)成。另外，也可以將接收部120至少一部分設(shè)置于超聲波探測器200。
[0051]處理部130進(jìn)行發(fā)送部110以及接收部120的控制處理、根據(jù)來自接收部120的接收信號生成超聲波圖像的處理。另外，處理部130基于通過來自接收部120的接收信號獲取的被檢測體的生物體組織層的厚度信息、以及來自力傳感器220的對被檢測體施加的按壓力相關(guān)的按壓力信息，求得生物體組織層的彈性信息。將在后面對求得彈性信息的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0052]所謂生物體組織層的厚度信息是指關(guān)于生物體組織層的厚度(深度方向的長度)的信息、即不僅是厚度的值本身，也可以是與厚度所對應(yīng)的指標(biāo)。所謂按壓力信息是指關(guān)于按壓力的信息、即不僅是按壓力的值本身，也可以是與按壓力對應(yīng)的指標(biāo)。所謂生物體組織層的彈性信息可以是表示生物體組織層的硬度或者軟度的指標(biāo)，也可以不是彈性常數(shù)(彈性系數(shù))的值。
[0053]處理部130可以由例如專用的數(shù)字信號處理器(DSP)構(gòu)成，也可以由通用的微型處理器(MPU)構(gòu)成?；蛘?，也可以通過個人計算機(jī)(PC)執(zhí)行處理器130執(zhí)行的一部分處理。
[0054]存儲部140由例如DRAM等存儲裝置構(gòu)成，存儲部140從處理部130接收并存儲接收信號、超聲波圖像數(shù)據(jù)等，讀出存儲的這些信號、數(shù)據(jù)并向處理部130進(jìn)行輸出。另外，存儲部140還包括閃存等非易失性存儲裝置，也可以存儲過去測定到的生物體組織層的彈性信息等。處理部130通過比較存儲在存儲部140的過去的彈性信息與現(xiàn)在測定到的彈性信息，從而能夠檢測生物體組織層的彈性信息的經(jīng)時變化。
[0055]輸入接受部150是例如鍵盤、觸摸面板等輸入器件，輸入接受部150接受用戶的指令、數(shù)值等的輸入，將接受的指令、數(shù)值等向處理部130輸出。
[0056]表示部410是例如液晶顯示器等的顯示器件，表示部410接收并顯示通過處理部130生成的顯示用圖像數(shù)據(jù)。該顯示用圖像數(shù)據(jù)包括例如超聲波圖像(B模式圖像)、或是生物體組織層的厚度信息、彈性信息或者對用戶的通知信息等。
[0057]根據(jù)本實施方式的超聲波測定裝置100，通過超聲波測定能夠求得被檢測體的生物體組織層的彈性信息，例如能夠高精確地檢測出如同淋巴浮腫等這樣的具有與正常的生物體組織層不同的彈性常數(shù)的病變部分。并且，測定按壓力的力傳感器因為不會對超聲波的發(fā)送接收賦予影響，所以用戶能夠在測定時一邊觀看B模式圖像等超聲波圖像一邊同時測定彈性常數(shù)。其結(jié)果，能夠有效地檢查出病變部分。
[0058]2.彈性信息的測定
[0059]圖2的(A)、圖2的(B)是用于說明本實施方式的超聲波測定裝置100的彈性信息的測定的圖。圖2的㈧示出不施加按壓力時的測定的例子，圖2的⑶示出施加按壓力Fl時的測定的例子。被檢測體由具有不同彈性常數(shù)的第一生物體組織層以及第二生物體組織層構(gòu)成。
[0060]如圖2的(A)所示，在不施加按壓力(初始狀態(tài))時，第一生物體組織層的厚度(初始厚度信息)是YaO，第二生物體組織層的厚度(初始厚度信息)是YbO。能夠根據(jù)初始狀態(tài)下的超聲波圖像(初始超聲波圖像)獲取這些厚度。
[0061]如圖2的(B)所示，在施加第一按壓力Fl時，第一生物體組織層的厚度變?yōu)閅al，第二生物體組織層的厚度變?yōu)閅bl。能夠根據(jù)施加第一按壓力Fl狀態(tài)下的超聲波圖像(第一超聲波圖像)獲取這些厚度。
[0062]如果將第一生物體組織層的彈性常數(shù)設(shè)為Ka、將第二生物體組織層的彈性常數(shù)設(shè)為Kb，則下式成立。
[0063]Fl = KaX Δ YaI+Kb X Δ Ybl (I)
[0064]這里，ΔYal = Yal-YaO、Λ Ybl = Ybl-YbO0
[0065]另外，雖然沒有用圖示出，但是施加與第一按壓力Fl不同的第二按壓力F2時的第一生物體組織層的厚度Ya2、第二生物體組織層的厚度Yb2，能夠根據(jù)施加第二按壓力F2的狀態(tài)下的超聲波圖像(第二超聲波圖像)獲取。即使在這種情況下，與式(I)相同的下式也成立。
[0066]F2 = KaX Δ Ya2+KbX Δ Yb2 (2)
[0067]這里，ΔYa2 = Ya2_YaO、A Yb2 = Yb2_YbO。
[0068]因為能夠通過力傳感器220檢測第一按壓力F1、第二按壓力F2，所以根據(jù)式(I)、
(2)，可以求得第一生物體組織層的彈性常數(shù)Ka、第二生物體組織層的彈性常數(shù)Kb。
[0069]另外，也可以施加相互不同的第一?第n(n是3以上的整數(shù))按壓力Fl?Fn，通過從各個超聲波圖像獲取厚度的位移量Λ Yal?Λ Yan, AYbl?Λ Ybn，求得第一生物體組織層的彈性常數(shù)Ka、第二生物體組織層的彈性常數(shù)Kb。這樣，能夠以高精度求得彈性常數(shù) Ka、Kb。
[0070]如上所述，根據(jù)該本實施方式的超聲波測定裝置100，通過施加力不同的第一按壓力、第二按壓力進(jìn)行超聲波測定，從而能夠求得彈性常數(shù)不同的第一生物體組織層、第二生物體組織層的彈性信息。這樣，能夠高精確地檢測例如在正常的生物體組織層中生長的淋巴浮腫等病變部分。并且，可以根據(jù)病變部分的彈性信息的經(jīng)時變化準(zhǔn)確地掌握病變的發(fā)展情況等。
[0071]圖3是根據(jù)本實施方式的超聲波測定裝置100的彈性信息的測定的流程圖的一個例子。通過處理部130執(zhí)行圖3示出的處理。
[0072]最初，處理部130在不施加按壓力的狀態(tài)下進(jìn)行超聲波的發(fā)送接收處理，根據(jù)來自接收部120的接收信號，生成初始超聲波畫像數(shù)據(jù)(B模式圖像數(shù)據(jù))(步驟SI)。另外，處理部130也可以在進(jìn)行該發(fā)送接收處理之前，進(jìn)行在顯示部410上顯示催促不施加按壓力而測定的指示的處理。
[0073]接著，處理部130進(jìn)行初始超聲波圖像數(shù)據(jù)的分析處理，獲取初始狀態(tài)下的第一、第二生物體組織層的厚度信息Ya0、Yb0 (步驟S2)。具體而言，處理部130通過檢測初始超聲波圖像數(shù)據(jù)中的亮度值的峰值而檢測各個生物體組織層的邊界，并根據(jù)被檢測出邊界的深度方向的坐標(biāo)值求得各個生物體組織層的厚度信息YaO、YbO。這里，所謂該深度方向的坐標(biāo)值是指例如B模式圖像的I幀圖像中的深度方向(深度方向、或者超聲波束的出射方向)的坐標(biāo)值。
[0074]接著，處理部130進(jìn)行在顯示部410顯示催促施加按壓力的指示(信息)的處理(步驟S3)?；蛘撸幚聿?30也可以進(jìn)行報告催促施加按壓力的聲音信息的處理。接著，處理部130根據(jù)來自力傳感器220的檢測信息，獲取第一按壓力信息Fl (步驟S4)。
[0075]接著，處理部130在第一按壓力Fl被施加的狀態(tài)下進(jìn)行超聲波的發(fā)送接收信號處理，生成第一超聲波圖像數(shù)據(jù)(步驟S5)。然后，處理部130進(jìn)行第一超聲波圖像數(shù)據(jù)的分析處理，獲取第一按壓力Fl被施加的狀態(tài)下的第一、第二生物體組織層的厚度信息(第一厚度信息)Yal、Ybl (步驟S6)。
[0076]接著，處理部130進(jìn)行在顯示部410顯示催促使按壓力變化的指示(信息)的處理(步驟S7)?；蛘?，處理部130也可以進(jìn)行報告催促使按壓力變化的聲音信息的處理。接著，處理部130根據(jù)來自力傳感器220的檢測信息，獲取第二按壓力信息F2(步驟S8)。
[0077]接著，處理部130在第二按壓力F2被施加的狀態(tài)下進(jìn)行超聲波的發(fā)送接收處理，生成第二超聲波圖像數(shù)據(jù)(步驟S9)。然后，處理部130進(jìn)行第二超聲波圖像數(shù)據(jù)的分析處理，獲取第二按壓力F2被施加的狀態(tài)下的第一、第二生物體組織層的厚度信息(第二厚度信息)Yal、Ybl (步驟 S10)。
[0078]接著，處理部130根據(jù)第一按壓力F1、第二按壓力F2以及第一、第二生物體組織層的厚度的位移量Λ Yal、A Ya2、A Ybl、A Yb2，求得第一生物體組織層的彈性信息Ka、第二生物體組織層的彈性信息Kb (步驟Sll)。然后，處理部130進(jìn)行生成包括求得的彈性信息Ka、Kb、超聲波圖像等的顯示用圖像數(shù)據(jù)并顯示在顯示部410上的處理(步驟S12)。
[0079]另外，生物體組織層的厚度信息的獲取可以不通過超聲波圖像數(shù)據(jù)的分析處理。例如，用戶通過觀看在顯示部410顯示的超聲波圖像判斷出各個生物體組織層的邊界，移動光標(biāo)等并在畫面上輸入邊界的位置，處理部130可以根據(jù)輸入邊界位置的坐標(biāo)值獲取厚度信息。
[0080]當(dāng)超聲波圖像中各個生物體組織層的邊界清楚呈現(xiàn)時，通過檢測亮度值的峰值從而能夠檢測各個生物體組織層的邊界。但是，當(dāng)生物體組織層的邊界不清楚時、或者邊界線的形狀不平坦且復(fù)雜時等，通過亮度值的峰值難以獲得正確的厚度信息。
[0081]在本實施方式的超聲波測定裝置100中，提取超聲波圖像的特征點，并根據(jù)特征點的位移量能夠獲得生物體組織層的厚度的位移量。下面，對此方法進(jìn)行說明。
[0082]圖4是本實施方式的超聲波測定裝置100中的超聲波圖像的特征點提取而獲取生物體組織層的厚度的處理的流程圖的一個例子。通過處理部130執(zhí)行圖4示出的處理是。另外，圖5的(A)、圖5的(B)中示出提取特征點的一個例子，在圖6的(A)、圖6的(B)示出特征點建立對應(yīng)的一個例子，在圖7的(A)、圖7的(B)示出特征點的坐標(biāo)值的一個例子。
[0083]如圖4所示，最初，處理部130從存儲部140讀出初始超聲波圖像數(shù)據(jù)與第一超聲波圖像數(shù)據(jù)(步驟S21)。初始超聲波圖像數(shù)據(jù)是不施加按壓力的狀態(tài)下測定的B模式圖像數(shù)據(jù)，第一超聲波圖像數(shù)據(jù)是在施加第一按壓力Fl狀態(tài)下測定的B模式圖像數(shù)據(jù)。另外，在下面的說明中，將初始超聲波圖像數(shù)據(jù)稱為“超聲波圖像A”，將第一超聲波圖像數(shù)據(jù)稱為“超聲波圖像B”。
[0084]接著，處理部130提取超聲波圖像A以及超聲波圖像B的特征點(步驟S22)。所謂特征點是指從圖像中能清晰地觀測這點。圖5的(A)中，在不施加按壓力的狀態(tài)下的B模式圖像中特征點用圓形包圍表示，且在圖5的(B)中，第一按壓力Fl被施加的狀態(tài)下的B模式圖像中特征點用圓形包圍表示。
[0085]在本例中，作為特征點的提取方法，使用角點(corner)檢測法，也可以使用其他的角點檢測(特征值、FAST特征檢測)，也可以使用以SIFT (Scale invariant featuretransform,尺度不變特征轉(zhuǎn)換)為代表的局部特征描述符、SURF(Speeded Up RobustFeature,快速魯棒特征)等。
[0086]然后，處理部130根據(jù)在兩個超聲波圖像中提取到的特征點組中，選擇相互對應(yīng)的特征點的對(步驟S23)、換句話說，從超聲波圖像B中的特征點組中，指定(推斷)表示與超聲波圖像A中的特征點相同部位的特征點，兩個特征點作為對建立對應(yīng)。在本例中，使用RANSAC (RANdom SAmple Consensus,隨機(jī)抽樣一致)指定對應(yīng)點的關(guān)系,此外也可以用最小二乘法、最小中值法、M推斷法等方法。
[0087]作為具體例，圖6的(A)以及圖6的(B)示出在超聲波圖像A以及超聲波圖像B中建立對應(yīng)的結(jié)果。在此，圖6的(A)示出超聲波圖像A以及圖6的(B)示出的超聲波圖像B中，能夠建立對應(yīng)的用白色圓形示出的特征點用箭頭連結(jié)。如圖6的㈧以及圖6的(B)所示，不一定全部的特征點都可以建立對應(yīng)，并且，無需將所有的特征點建立對應(yīng)。但是，能建立對應(yīng)的特征點的數(shù)量越多，求得的厚度的位移量的準(zhǔn)確度就會提高。
[0088]接著，處理部130針對每個建立對應(yīng)的特征點計算位移量(位移量信息)(步驟S24)。所謂特征點的位移量是指表示在兩個超聲波圖像間特征點以何種程度移動的移動量。在本例中，在B模式圖像的二維平面上，各特征點與臨近各特征點的其他特征點之間的距離變化量的平均值被求得作為各特征點的位移量Λ d。
[0089]例如，如圖7的(A)、圖7的⑶示出，特征點A的臨近特征點是B、C、以及D三點。另外，特征點A’是與特征點A對應(yīng)的特征點，特征點A的坐標(biāo)值是(xa，ya)。關(guān)于其他的特征點也是同樣的。該情況下，從下式賦予特征點A的位移量Λ d。
[0090]Ad= (Dl+D2+D3)/3 (3)
[0091]這里，Dl是特征點A與特征點B之間的距離的變化量，Dl =(特征點A’、B’間的距離)_(特征點A、B間的距離)。同樣，D2是特征點A與特征點C之間的距離的變化量，D3是特征點A與特征點D之間的距離的變化量。
[0092]接著，處理部130根據(jù)各特征點的位移量，指定邊界的位置(步驟S25)。第一、第二的生物體組織層的彈性常數(shù)Ka、Kb不同時，施加按壓力時的特征點的位移量也不同。例如，當(dāng)Ka>Kb時，屬于第二生物體組織層的特征點的位移量比屬于第一生物體組織層的特征點的位移量大。這是因為第二生物體組織層有大的變形。因此，通過調(diào)查各特征點的位移量的分布，從而能夠辨別各特征點是屬于第一、第二生物體組織層中哪個。其結(jié)果，能夠指定第一、第二生物體組織層的邊界位置。
[0093]接著，處理部130從指定的各生物體組織層的邊界位置的坐標(biāo)值求得各生物體組織層的厚度信息(步驟S26)。通過此方法，因為能夠指定初始超聲波圖像與第一超聲波圖像兩者有關(guān)的生物體組織層的邊界位置，所以能夠得到初始狀態(tài)下的厚度信息YaO、YbO以及第一按壓力Fl被施加狀態(tài)下的厚度信息Yal、Ybl。
[0094]同樣地，處理部130通過提取初始超聲波圖像以及第二超聲波圖像的特征點，從而能夠求得第二按壓力F2被施加狀態(tài)下的厚度信息Ya2、Yb2。
[0095]另外，本實施方式的超聲波測定裝置100以及超聲波圖像裝置400等也可以通過程序?qū)崿F(xiàn)此處理的一部分或者大部分。該情況下，CPU等處理器執(zhí)行程序，從而實現(xiàn)本實施方式的超聲波測定裝置100以及超聲波圖像裝置400等。具體而言，信息存儲介質(zhì)中存儲的程序被讀出，且由CPU等處理器執(zhí)行讀出的程序。這里，信息存儲介質(zhì)(通過計算機(jī)可以讀取的介質(zhì))是存儲程序、數(shù)據(jù)等的介質(zhì)，該功能通過光盤(DVD、CD等)、HDD (硬盤驅(qū)動器)、或者是存儲器(卡型存儲器、ROM等)等來實現(xiàn)。而且，CPU等處理器根據(jù)信息存儲介質(zhì)中存儲的程序(數(shù)據(jù))進(jìn)行本實施方式的各種的處理。即，在信息存儲介質(zhì)中，作為本實施方式的各部分而存儲使計算機(jī)(具備操作部、處理部、存儲部、輸出部的裝置)發(fā)揮作用的程序(用于使計算機(jī)執(zhí)行各部分處理的程序)。
[0096]3.超聲波換能器元件
[0097]在圖8的(A)、圖8的(B)、圖8的(C)中示出超聲波換能器器件210的超聲波換能器元件10的結(jié)構(gòu)例。該超聲波換能器元件10具有振動膜50 (薄膜、支撐部件)和壓電元件部。壓電元件部具有第一電極層(下部電極)21、壓電體層(壓電體膜)30、第二電極層(上部電極)22。另外，本實施方式的超聲波換能器元件10不局限于圖8的(A)、圖8的(B)、圖8的(C)的結(jié)構(gòu)，也可以實施省略該結(jié)構(gòu)要素的一部分、替換為其他的結(jié)構(gòu)要素、以及添加其他的結(jié)構(gòu)要素等各種變形方式。
[0098]圖8的(A)是在基板60 (硅基板)上形成的超聲波換能器元件10的、從與元件形成面?zhèn)鹊幕?0垂直的方向觀察到的俯視圖。圖8的⑶是示出沿著圖8的(A)的A-A’的截面的截面圖。圖8的(C)是示出沿著圖8的㈧的B-B’的截面的截面圖。
[0099]第一電極層21在振動膜50的上層例如由金屬薄膜形成。如圖8(A)所示，該第一電極層21可以是向元件形成區(qū)域的外側(cè)延伸且與鄰接的超聲波換能器元件10連接的導(dǎo)線。
[0100]壓電體層30例如由PZT (鋯鈦酸鉛)薄膜形成，壓電體層30設(shè)置成覆蓋第一電極層21的至少一部分。另外，壓電體層30的材料并不局限于PZT，例如也可以使用鈦酸鉛(PbT13)、鋯酸鉛(PbZrO3)、鑭鈦酸鉛((Pb，La)T13)等。
[0101]第二電極層22例如由金屬薄膜形成，第二電極層22被設(shè)置為覆蓋壓電體膜30的至少一部分。如圖8的(A)所示，該第二電極層22也可以是向元件形成區(qū)域的外側(cè)延伸且連接到鄰接的超聲波元件10的導(dǎo)線。
[0102]振動膜50 (薄膜)設(shè)置成利用例如S12薄膜和ZrO2薄膜這雙層構(gòu)造堵塞空洞區(qū)域40。該振動膜50能夠支撐壓電體層30及第一電極層21、第二電極層22并隨著壓電體層30的伸縮而振動，產(chǎn)生超聲波。
[0103]空洞區(qū)域40通過從基板60 (硅基板)的背面(未形成元件的面)側(cè)開始利用反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)等進(jìn)行蝕刻而形成。根據(jù)由于該空洞區(qū)域40的形成而能夠振動的振動膜50的尺寸，決定超聲波的共振頻率，向壓電體層30側(cè)(在圖8的(A)中從紙面里邊朝向外側(cè)方向)放射該超聲波。
[0104]超聲波換能器元件10的下部電極(第一電極)由第一電極層21形成，上部電極(第二電極)由第二電極層22形成。具體而言，第一電極層21中的覆蓋壓電體層30的部分形成下部電極，第二電極層22中的覆蓋壓電體層30的部分形成上部電極。即，壓電體層30設(shè)置成被上部電極和下部電極夾著。
[0105]壓電體層30通過在下部電極與上部電極之間、即第一電極層21和第二電極層22之間施加電壓，從而向面內(nèi)方向伸縮。超聲波換能器元件10使用貼合薄的壓電元件部和振動膜50的單晶物(單晶片(unimorph))構(gòu)造，由于當(dāng)壓電元件部在面內(nèi)伸縮時,貼合的振動膜50的尺寸保持不變，所以產(chǎn)生彎曲。因此，通過對壓電體層30施加交流電壓，從而振動膜50相對于膜厚方向振動,通過該振動膜50的振動而放射超聲波。向該壓電體層30施加的電壓例如為1V?30V，頻率為例如IMHz?10MHz。
[0106]對于大體積式(bulk)的超聲波換能器元件的驅(qū)動電壓是峰值到峰值之間100V左右，圖8的(A)、圖8的(B)、圖8的(C)示出這樣的薄膜壓電型超聲波換能器元件中，能夠?qū)Ⅱ?qū)動電壓在峰值到峰值之間縮小到1V?30V左右。
[0107]4.超聲波換能器器件
[0108]圖9示出超聲波換能器器件210的結(jié)構(gòu)例。本結(jié)構(gòu)例的超聲波換能器器件210包括多個超聲波換能器元件組UGl?UG64、驅(qū)動電極線DLl?DL64(廣義而言是第一?第η驅(qū)動電極線。η是2以上的整數(shù))、公共電極線CLl?CL8 (廣義而言是第一?第m公共電極線。M是2以上的整數(shù))。另外，驅(qū)動電極線的條數(shù)(η)、公共電極線的條數(shù)(m)均不限制在圖9所示的條數(shù)。
[0109]多個超聲波換能器兀件群UGl?UG64沿第二方向D2(掃描方向)被配置為64列。UGl?UG64的各超聲波換能器元件組包括沿第一方向Dl (切片方向)配置的多個超聲波換能器元件。
[0110]圖10的(A)示出超聲波換能器元件組UG(UGl?UG64)的例子。圖在10的(A)中超聲波換能器元件組UG由第一?第四元件列構(gòu)成。第一元件列由沿第一方向Dl配置的超聲波換能器元件UEll?UE18構(gòu)成，第二元件列由沿第一方向Dl配置的超聲波換能器元件UE21?UE28構(gòu)成。第三元件列(UE31?UE38)、第四元件列(UE41?UE48)也是同樣的。在這些第一?第四元件列共同連接有驅(qū)動電極線DL(DL1?DL64)。另外，在第一?第四元件列的超聲波換能器元件連接有公共電極線CLl?CL8。
[0111]然后，圖10的(A)的超聲波換能器元件群UG構(gòu)成超聲波換能器器件的一信道(channel)。即，驅(qū)動電極線DL相當(dāng)于一信道的驅(qū)動電極線，來自發(fā)送電路的一信道的發(fā)送信號被輸入到驅(qū)動電極線DL。而且，來自驅(qū)動電極線DL的一信道的接收信號從驅(qū)動電極線DL被輸出。另外，構(gòu)成一信道的元件列數(shù)并不限定為如圖10的(A)這樣的四列，也可以比四列少，也可以比四列多。例如如圖10的(B)示出，元件列數(shù)可以是一列。
[0112]如圖9所示，驅(qū)動電極線DLl?DL64(第一?第η的驅(qū)動電極線)沿著第一方向Dl布線。驅(qū)動電極線DLl?DL64中的第j (j是1〈 = j〈 = η的整數(shù))驅(qū)動電極線DLj (第j信道)與第j超聲波換能器元件組UGj的超聲波換能器元件具有的第一電極(例如下部電極)連接。
[0113]在出射超聲波的發(fā)送期間，發(fā)送信號VTl?VT64通過驅(qū)動電極線DLl?DL64被提供給超聲波換能器元件。并且，在接收超聲波回波信號的接收期間，來自超聲波換能器元件的接收信號VRl?VR64通過驅(qū)動電極線被輸出。
[0114]公共電極線CLl?CL8(第一?第m公共電極線)沿第二方向D2布線。超聲波換能器元件具有的第二電極與公共電極線CLl?CL8中的任一個連接。具體而言，例如如圖9所示,公共電極線CLl?CL8中的第i (i是1〈 = i〈 = m整數(shù))公共電極線CLi與在第i行配置的超聲波換能器元件具有的第二電極(例如上部電極)連接。
[0115]在公共電極線CLl?CL8被供給公共電壓VC0M。該公共電壓VCOM可以是固定的直流電流，0V，即不是接地電位(地線)就可以。
[0116]并且，在發(fā)送期間，發(fā)送信號電壓與公共電壓的差值電壓施加給超聲波換能器元件，并放射規(guī)定頻率的超聲波。
[0117]另外，超聲波換能器元件的配置不限定圖9示出的矩陣配置，也可以是所謂的交錯狀配置。
[0118]并且，雖然在圖10的(A)、圖10的(B)中示出關(guān)于一個超聲波換能器元件兼用發(fā)送元件以及接收元件兩者的情況，但本實施方式并不僅限于此。例如也可以分別設(shè)置成發(fā)送用的超聲波換能器元件以及接收用超聲波換能器元件且配置為陣列狀。
[0119]5.超聲波圖像裝置
[0120]圖11的(A)、圖11的⑶中示出本實施方式的超聲波圖像裝置400的具體的結(jié)構(gòu)例。圖11的㈧示出便攜型的超聲波圖像裝置400，圖11的(B)示出固定型的超聲波圖像裝置400。
[0121]便攜性以及固定型的超聲波圖像裝置400均包括超聲波測定裝置100、超聲波探測器200、電纜350以及顯示部410。超聲波探測器200包括超聲波換能器器件210，超聲波探測器200通過電纜350與超聲波測定裝置100連接。顯示部410顯示顯示用圖像數(shù)據(jù)。
[0122]超聲波測定裝置100具有的發(fā)送部110、接收部120以及處理部130的至少一部分能夠設(shè)置在超聲波探測器200。
[0123]如上所述，對于本實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，能夠容易理解可以有實際上不脫離本發(fā)明的新內(nèi)容以及效果的多種變形。因此，這樣的變形全部包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在說明書中或圖示中，至少一次與更廣義或相同意義的不同用語一起記載的用語在說明書或附圖的任一個地方都可以置換為其不同的用語。而且，超聲波測定裝置、超聲波圖像裝置的構(gòu)成、動作也并不限于在本實施例中的說明，能夠?qū)嵤└鞣N變形。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波測定裝置，其特征在于，包括: 超聲波換能器器件； 力傳感器，測定按壓力； 發(fā)送部，進(jìn)行超聲波束的發(fā)送處理； 接收部，進(jìn)行所述超聲波束通過被檢測體反射而得到的超聲波回波的接收處理；以及 處理部，根據(jù)來自所述接收部的接收信號與來自所述力傳感器的檢測信息進(jìn)行分析處理， 所述處理部基于根據(jù)來自所述接收部的接收信號取得的所述被檢測體的生物體組織層的厚度信息、以及來自所述力傳感器的對所述被檢測體施加的按壓力相關(guān)的按壓力信息，求得所述生物體組織層的彈性信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測定裝置，其特征在于， 在所述生物體組織層為具有不同彈性常數(shù)的第一生物體組織層以及第二生物體組織層的情況下， 所述處理部當(dāng)測定時對所述被檢測體施加的按壓力為第一按壓力時，獲取第一按壓力信息作為所述按壓力信息，獲取所述第一生物體組織層的第一厚度信息以及所述第二生物體組織層的第一厚度信息作為所述厚度信息， 所述處理部當(dāng)測定時對所述被檢測體施加的按壓力為與所述第一按壓力不同的第二按壓力時，獲取第二按壓力信息作為所述按壓力信息，獲取所述第一生物體組織層的第二厚度信息以及所述第二生物體組織層的第二厚度信息作為所述厚度信息， 所述處理部根據(jù)獲取到的所述第一按壓力信息、所述第二按壓力信息、所述第一生物體組織層的所述第一厚度信息、所述第二生物體組織層的所述第一厚度信息、所述第一生物體組織層的所述第二厚度信息、以及所述第二生物體組織層的所述第二厚度信息，求得所述第一生物體組織層的彈性信息以及所述第二生物體組織層的彈性信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波測定裝置，其特征在于， 在將所述第一按壓力信息設(shè)為F1、將所述第二按壓力信息設(shè)為F2、將所述第一生物體組織層的所述第一厚度信息設(shè)為Yal、將所述第二生物體組織層的所述第一厚度信息設(shè)為Ybl、將所述第一生物體組織層的所述第二厚度信息設(shè)為Ya2、將所述第二生物體組織層的所述第二厚度信息設(shè)為Yb2、將所述第一生物體組織層的初始厚度信息設(shè)為YaO、將所述第二生物體組織層的初始厚度信息設(shè)為YbO、將所述第一生物體組織層的所述彈性信息設(shè)為Ka、將所述第二生物體組織層的所述彈性信息設(shè)為Kb的情況下，所述處理部通過以下的關(guān)系式求得所述第一生物體組織層的所述彈性信息Ka以及所述第二生物體組織層的所述彈性信息Kb，
Fl = KaX (Yal-YaO)+KbX (Ybl-YbO)、
F2 = KaX (Ya2-Ya0) +KbX (Yb2_YbO)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的超聲波測定裝置，其特征在于， 所述處理部根據(jù)來自所述接收部的接收信號生成超聲波圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行所述超聲波圖像數(shù)據(jù)的分析處理，獲取所述生物體組織層的厚度信息，根據(jù)獲取到的所述生物體組織層的厚度信息和所述按壓力信息，求得所述生物體組織層的彈性信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波測定裝置，其特征在于， 所述處理部通過檢測所述超聲波圖像數(shù)據(jù)中的亮度值的峰值來檢測所述生物體組織層的邊界，根據(jù)檢測到的所述生物體組織層的所述邊界的深度方向的坐標(biāo)值，求得所述生物體組織層的厚度信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波測定裝置，其特征在于， 所述處理部提取所述超聲波圖像數(shù)據(jù)中的所述生物體組織層的特征點，并根據(jù)因?qū)λ霰粰z測體施加按壓力而引起的所述特征點的位移量信息，檢測所述生物體組織層的邊界。
7.一種超聲波圖像裝置，其特征在于，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的超聲波測定裝置；以及 顯示部，顯示由所述處理部生成的顯示用圖像數(shù)據(jù)。
8.一種超聲波測定方法，其特征在于，包括: 進(jìn)行對被檢測體發(fā)送超聲波束的處理； 進(jìn)行接收所述超聲波束被所述被檢測體反射而得到的超聲波回波的處理； 獲取測定時對所述被檢測體施加的按壓力相關(guān)的按壓力信息；以及根據(jù)基于所述超聲波回波的接收信號的所述被檢測體的生物體組織層的厚度信息、以及所述按壓力信息，求得所述生物體組織層的彈性信息。
【文檔編號】A61B8/00GK104274205SQ201410323389
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】遠(yuǎn)藤甲午 申請人:精工愛普生株式會社