專利名稱：測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用聲波獲得對(duì)象內(nèi)的信息的測(cè)量裝置，更特別地，涉及具有被機(jī)械掃描的探測(cè)器的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)上，作為用于乳癌的早期檢測(cè)的有效圖像診斷裝置，已知存在X射線乳房攝影裝置。并且，近年來，開發(fā)了如下光聲成像方法，在該光聲成像方法中，將脈沖激光束而不是X射線照射到活體上，以基于由活體內(nèi)的光學(xué)吸收體的熱膨脹引起的光聲波將活體內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)成像。作為可以容易地診斷諸如新血管的異常生長(zhǎng)的潛在腫瘤的新型乳房攝影裝置，該裝置已受到關(guān)注。這種乳房攝影裝置具有可以將其它裝置難以檢測(cè)的異常區(qū)域檢測(cè)為清晰圖像的特征。但是，對(duì)于早期癌癥的準(zhǔn)確診斷，通常必需組合使用乳房攝影圖像和超聲回波圖像。 鑒于此，例如，日本專利申請(qǐng)公開No. 2006-102494和日本專利申請(qǐng)公開No. 2008-161283公開了并入了超聲波診斷裝置的X射線乳房攝影裝置的例子。在這些裝置中，作為對(duì)象的乳房被固定于壓迫板，并且，沿壓迫板機(jī)械移動(dòng)乳房攝影傳感器和超聲波探測(cè)器以進(jìn)行掃描， 使得可以同時(shí)獲得整個(gè)乳房的乳房攝影圖像和三維超聲回波圖像。在通過機(jī)械掃描超聲波探測(cè)器獲得寬區(qū)域的三維回波圖像數(shù)據(jù)時(shí)，在速度和成本方面最有利的是，連續(xù)地在與元件的布置方向垂直的方向上或者在與元件的布置方向相交的方向(以下，稱為高度方向)上移動(dòng)一維布置的探測(cè)器，同時(shí)獲得回波圖像數(shù)據(jù)。通過使用一維布置的探測(cè)器，能夠通過在布置方向上以及在超聲波束發(fā)射方向上的電子掃描重構(gòu)截面切片圖像。因此，可以通過在高度方向上重疊在各單個(gè)位置處產(chǎn)生的截面切片圖像來獲得整個(gè)機(jī)械掃描區(qū)域的三維圖像數(shù)據(jù)。但是，該方法具有與切片面中的圖像分辨率相比，高度方向上的圖像分辨率明顯減小的問題。第一原因是，如果探測(cè)器的機(jī)械掃描速度減小以減小獲得截面切片圖像的間距，則會(huì)增加人體對(duì)象的物理負(fù)荷。因此，必須在一定程度上減小高度方向上的像素密度。 另外，第二原因是，高度方向上的一維布置的探測(cè)器的有效角度孔徑(aperture)比沿布置方向上的一維布置的探測(cè)器的有效角度孔徑小，使得高度方向上的重構(gòu)分辨率劣化。如果使用二維布置的探測(cè)器，那么該問題會(huì)在一定程度上減輕。但是，發(fā)送和接收元件的數(shù)量增加，這導(dǎo)致必要的電路規(guī)模增加的另一問題，從而使得難以在成本方面實(shí)現(xiàn)裝置的實(shí)際使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在用于在高度方向上連續(xù)移動(dòng)探測(cè)器的同時(shí)獲得圖像數(shù)據(jù)的測(cè)量裝置中，在不使獲得圖像數(shù)據(jù)的速度劣化的同時(shí)以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)提高在高度方向上的圖像分辨率。根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置包括探測(cè)器，其具有用于將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的多個(gè)元
3件，所述多個(gè)元件至少被布置在第一方向(元件的布置方向)上；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于沿對(duì)象表面在與第一方向相交的第二方向(高度方向)上移動(dòng)探測(cè)器；第一延遲和求和電路，用于在沿第二方向的各單個(gè)位置處執(zhí)行由所述多個(gè)元件獲得的電信號(hào)的延遲和求和，以輸出第一相加信號(hào)；信號(hào)提取電路，用于使第一延遲和求和電路的輸出經(jīng)過至少一個(gè)延遲電路，以并行輸出在不同位置處獲得的多個(gè)第一相加信號(hào)；第二延遲和求和電路，用于執(zhí)行從信號(hào)提取電路輸出的所述多個(gè)第一相加信號(hào)的延遲和求和，以輸出第二相加信號(hào)；和圖像處理電路，用于通過使用第二相加信號(hào)來產(chǎn)生對(duì)象內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，在用于在高度方向上連續(xù)移動(dòng)探測(cè)器的同時(shí)獲得圖像數(shù)據(jù)的測(cè)量裝置中，可以在不使獲得圖像數(shù)據(jù)的速度劣化的同時(shí)以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)提高在高度方向上的圖像分辨率。參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1是示出根據(jù)例子1的測(cè)量裝置的發(fā)送過程的結(jié)構(gòu)的示圖；圖2是示出根據(jù)例子1的測(cè)量裝置的接收過程的結(jié)構(gòu)的示圖；圖3是示出通過電子掃描獲得的截面切片面中的信號(hào)的示圖；圖4A和圖4B是分別示出機(jī)械掃描路徑和通過機(jī)械掃描獲得的信號(hào)的示圖；圖5A、圖5B、圖5C和圖5D是合成孔徑方法的解釋圖；圖6是本發(fā)明的原理的解釋圖；圖7是示出根據(jù)例子2的測(cè)量裝置的接收過程的結(jié)構(gòu)的示圖；圖8是示出根據(jù)例子3的測(cè)量裝置的接收過程的結(jié)構(gòu)的示圖；圖9是示出在例子3中插入的截面切片面的示圖；和圖10是示出根據(jù)例子4的測(cè)量裝置的探測(cè)器的示圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置是用于通過使用聲波(一般為超聲波)獲得對(duì)象內(nèi)的信息的裝置，其例如被用作醫(yī)療超聲波診斷裝置等。本發(fā)明的測(cè)量裝置具有包括探測(cè)器和移動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)，在所述探測(cè)器中布置用于將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的多個(gè)元件，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于在高度方向上沿對(duì)象的表面移動(dòng)探測(cè)器(以進(jìn)行機(jī)械掃描)。注意，探測(cè)器可以是具有以一維方式布置的多個(gè)元件的一維布置探測(cè)器或具有以二維方式(以矩陣方式)布置的多個(gè)元件的二維布置探測(cè)器。但是，為了裝置的小型化和低成本化，優(yōu)選使用一維布置探測(cè)器。通常，高度方向(第二方向)被設(shè)定為與元件的布置方向(第一方向)相交(與其垂直或基本上與其垂直)。為了提高高度方向的圖像分辨率，必須通過使用相繼截面切片面的輸入信號(hào)來執(zhí)行二維延遲和求和。二維延遲和求和包含探測(cè)器元件的布置方向(第一方向)上的延遲和求和以及高度方向(第二方向)上的延遲和求和。但是，一維布置的探測(cè)器連續(xù)移動(dòng)，使得各單個(gè)切片面具有不同的聲波發(fā)送和接收定時(shí)。因此，必須將布置方向上的延遲和求和視為常規(guī)延遲和求和并且將高度方向上的延遲和求和視為基于合成孔徑方法的延遲和求和。 注意，延遲和求和指的是根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)(焦點(diǎn))和接收點(diǎn)之間的聲波的傳播距離調(diào)整多個(gè)信號(hào)的相位并然后對(duì)所述多個(gè)信號(hào)求和(組合)以獲得表示目標(biāo)點(diǎn)的信息的信號(hào)的過程。本發(fā)明通過另外包含相對(duì)小的電路實(shí)現(xiàn)二維延遲和求和。根據(jù)本發(fā)明，首先，一維布置的探測(cè)器沿對(duì)象的表面連續(xù)地機(jī)械移動(dòng)，同時(shí)第一延遲和求和電路在布置方向上重復(fù)接收信號(hào)的延遲和求和，使得對(duì)于各截面切片面執(zhí)行延遲和求和。截面切片面是與元件的布置方向平行并與高度方向相交(垂直)的面。因此，在沿高度方向的各單個(gè)位置處，周期性地計(jì)算和傳輸多個(gè)截面切片面的延遲和求和信號(hào)(第一相加信號(hào))。然后，從第一延遲和求和電路傳輸?shù)难舆t和求和信號(hào)被引導(dǎo)以經(jīng)過一個(gè)或更多個(gè)延遲電路，使得并行提取多個(gè)相繼的截面切片面的相應(yīng)位置處的延遲和求和信號(hào)。延遲電路的延遲時(shí)間可被設(shè)為與一個(gè)切片面的掃描時(shí)間段對(duì)應(yīng)的時(shí)間。如果組合兩個(gè)或更多個(gè)延遲電路，那么延遲電路被串聯(lián)， 使得第一延遲電路的輸出被供給到第二延遲電路的輸入。通過第二延遲和求和電路在高度方向上延遲和求和以上述方式提取的多個(gè)延遲和求和信號(hào)，以由此獲得第二相加信號(hào)。圖像處理電路使用第二相加信號(hào)以產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。注意，在日本專利申請(qǐng)公開No. H05-344975中公開了機(jī)械移動(dòng)一維探測(cè)器以進(jìn)行掃描來產(chǎn)生三維圖像數(shù)據(jù)的裝置，該裝置具有在波形存儲(chǔ)器中隨時(shí)間記錄整個(gè)接收數(shù)據(jù)并且在后來基于合成孔徑方法執(zhí)行延遲和求和過程的裝置結(jié)構(gòu)。但是，該裝置結(jié)構(gòu)具有需要大容量波形存儲(chǔ)器并且難以執(zhí)行圖像重構(gòu)的實(shí)時(shí)處理的問題。日本專利申請(qǐng)公開No. H05-146444公開了通過一維延遲和求和的串聯(lián)耦接來執(zhí)行二維延遲和求和的方法。該已知例子的目的是，減小如下延遲和求和電路的電路規(guī)模，該延遲和求和電路用于執(zhí)行來自二維布置的探測(cè)器中的以矩陣布置的發(fā)送和接收元件的輸出信號(hào)的并行延遲和求和。出于這種目的，首先，在執(zhí)行延遲和求和時(shí)以一個(gè)列的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)送和接收元件，并且其結(jié)果被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。然后，讀出存儲(chǔ)器以執(zhí)行行方向上的延遲和求和。但是，該已知例子指的根本不是用于通過機(jī)械移動(dòng)探測(cè)器獲得大區(qū)域的三維圖像數(shù)據(jù)的概念。另外，該裝置結(jié)構(gòu)還需要用于存儲(chǔ)各單個(gè)列的數(shù)據(jù)的相對(duì)大容量的存儲(chǔ)器，并導(dǎo)致難以執(zhí)行圖像重構(gòu)的實(shí)時(shí)處理的問題。本發(fā)明的測(cè)量裝置包括⑴用于執(zhí)行接收信號(hào)的延遲和求和的電路；⑵用于通過使用延遲電路并行提取相應(yīng)位置處的多個(gè)截面切片面的延遲和求和信號(hào)的電路；和(3) 用于執(zhí)行在高度方向上提取的多個(gè)延遲和求和信號(hào)的延遲和求和的電路。通過該結(jié)構(gòu)，可以在不損害實(shí)時(shí)性能的情況下以相對(duì)小的電路提高高度方向上的圖像分辨率。注意，根據(jù)本發(fā)明的第一延遲和求和是用于計(jì)算各單個(gè)截面切片面中的延遲和求和信號(hào)的過程。因此，如果使用具有以二維方式布置的元件的二維布置的探測(cè)器，那么第一延遲和求和電路可被構(gòu)建以通過二維延遲和求和計(jì)算一個(gè)或更多個(gè)截面切片面中的延遲和求和信號(hào)。作為替代方案，可以通過僅驅(qū)動(dòng)二維布置的探測(cè)器中的一個(gè)列的元件，將二維布置的探測(cè)器用作一維布置的探測(cè)器，以獲得一維接收信號(hào)。并且，本發(fā)明不僅可被類似地應(yīng)用于通過發(fā)送超聲波的反射而產(chǎn)生的反射波，而且可被應(yīng)用于通過從脈沖激光器輻射的脈沖狀電磁波在對(duì)象內(nèi)引起的光聲波。在這種情況下，首先，電磁波源和探測(cè)器作為一個(gè)單元連續(xù)移動(dòng)，使得通過探測(cè)器接收由電磁波引起的聲波。以這種方式，可通過與超聲波的情況相同的過程產(chǎn)生三維光聲圖像數(shù)據(jù)。換句話說， 本發(fā)明中的“聲波”是不僅包含發(fā)送到對(duì)象的超聲波的反射波(回波超聲波)而且包含通過由照射到對(duì)象上的脈沖光導(dǎo)致的活體內(nèi)的光學(xué)吸收體的膨脹而產(chǎn)生的光聲波的概念。
根據(jù)上述的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可通過移動(dòng)探測(cè)器以機(jī)械掃描，獲得寬區(qū)域的三維超聲波圖像數(shù)據(jù)。并且，通過僅添加由一個(gè)或更多個(gè)延遲電路構(gòu)成的小的且便宜的電路，可以在不損害延遲和求和過程以及圖像重構(gòu)過程的實(shí)時(shí)性能的情況下提高高度方向上的圖像分辨率。因此，通過利用一維布置的探測(cè)器的機(jī)械掃描的相對(duì)便宜的裝置，可以實(shí)現(xiàn)能夠以高速度獲得高分辨率和均勻的三維超聲波圖像數(shù)據(jù)的測(cè)量裝置。并且，該裝置采用連續(xù)移動(dòng)小探測(cè)器的方法，這使得能夠容易與以恒定速度移動(dòng)傳感器的乳房攝影裝置一起地使用該裝置?！蠢?>(超聲波的發(fā)送)參照?qǐng)D1和圖2，描述本發(fā)明的例子1。圖1是示出通過使用一維布置的探測(cè)器 1(以下，簡(jiǎn)稱為“探測(cè)器”)來發(fā)送超聲波束5的線性掃描方法的原理的示圖。也可從探測(cè)器1的一個(gè)發(fā)送和接收元件發(fā)射超聲波束。但是，通常，如圖1所示，多個(gè)發(fā)送和接收元件被驅(qū)動(dòng)(以下，要被驅(qū)動(dòng)的一組元件被稱為“發(fā)送和接收元件組2”)，以發(fā)射高強(qiáng)度和高方向性的超聲波束5。在這種情況下，發(fā)送控制電路3在各單個(gè)定時(shí)向發(fā)送和接收元件組2的各單個(gè)發(fā)送和接收元件施加脈沖狀驅(qū)動(dòng)信號(hào)4，使得隨著從發(fā)送中心位置向外的距離的增加， 各發(fā)送和接收元件被稍微更早地施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)4。結(jié)果，如圖1所示，從各單個(gè)發(fā)送和接收元件發(fā)射的超聲波在向中心部分會(huì)聚的方向上傳播，使得高強(qiáng)度發(fā)送束5整體被形成為從發(fā)送和接收元件組2的中心部分發(fā)射。在緊接著發(fā)射脈沖狀超聲波之后，發(fā)送和接收元件組2從發(fā)送操作切換到接收操作，以接收如后面描述的那樣在對(duì)象內(nèi)反射的超聲回波(反射波)。在完成接收之后，通過切換電路(未示出)選擇相鄰的發(fā)送和接收元件組，它執(zhí)行與新的發(fā)送和接收元件組2相同的發(fā)送和接收操作。以這種方式，發(fā)送和接收元件組2依次從探測(cè)器1的左端移動(dòng)到右端，同時(shí)重復(fù)發(fā)送和接收操作。因此，發(fā)送束5可執(zhí)行與探測(cè)器的表面垂直的截面切片面內(nèi)的依次電子掃描。(超聲波的接收)圖2是示出涉及由根據(jù)例子1的測(cè)量裝置執(zhí)行的接收處理的結(jié)構(gòu)的示圖。測(cè)量裝置包括第一延遲和求和電路9、信號(hào)提取電路M、第二延遲和求和電路27、檢測(cè)電路11、圖像存儲(chǔ)器12和CPU。第一延遲和求和電路9包含延遲調(diào)整電路7和加法電路8。信號(hào)提取電路M包含延遲電路23a和23b。第二延遲和求和電路包含延遲調(diào)整電路25和加法電路 26。首先，參照?qǐng)D2，描述用于接收反射波的測(cè)量裝置的操作。假定發(fā)送束5在距離r 的位置的點(diǎn)P處被反射，并且被發(fā)送和接收元件組2接收。然后，從各單個(gè)發(fā)送和接收元件輸出的接收信號(hào)6根據(jù)反射波的傳播距離在時(shí)間上偏移。換句話說，隨著從發(fā)送和接收元件組2的中心位置向外分開，發(fā)送和接收元件組2的各元件以更大的延遲輸出從點(diǎn)P反射的反射波的接收信號(hào)6。因此，以從發(fā)送和接收元件組2的中心位置處的發(fā)送和接收元件輸出的信號(hào)為基準(zhǔn)，通過延遲調(diào)整電路7調(diào)整從各單個(gè)發(fā)送和接收元件輸出的接收信號(hào)6的延遲時(shí)間，使得通過加法電路8相加包含于各單個(gè)發(fā)送和接收元件的接收信號(hào)中的來自點(diǎn) P的反射信號(hào)成分。因此，可獲得以點(diǎn)P為焦點(diǎn)的高強(qiáng)度信號(hào)。接收元件接收從各方向重疊的超聲回波(反射波)，但是來自其它點(diǎn)的超聲回波的信號(hào)的和不變?yōu)榇蟮男盘?hào)成分，原因是它們具有接收波的非均勻相位。在發(fā)送和接收元件組2的中心位置處接收來自距離r的點(diǎn)P的反射波的時(shí)間t可表示為t = 2r/c，這里，c表示已知的聲速。因此，可基于時(shí)間t計(jì)算到相應(yīng)反射位置的距離r，并且，可基于計(jì)算的r計(jì)算各元件的信號(hào)延遲時(shí)間。如果與接收時(shí)間t 一起實(shí)時(shí)地根據(jù)相應(yīng)的距離r由延遲調(diào)整電路7適當(dāng)?shù)貓?zhí)行延遲時(shí)間的調(diào)整，那么能夠以在每個(gè)點(diǎn)處具有調(diào)整的焦點(diǎn)的方式形成高強(qiáng)度一維反射信號(hào)波形。結(jié)果，可以形成沿發(fā)送束路徑的一維區(qū)域的反射信號(hào)波形，即超聲回波信號(hào)10。因此，如果通過上述的電子掃描方法重復(fù)超聲波束的發(fā)送和接收，那么如圖3所示的那樣輸出光柵掃描格式的一維回波信號(hào)13，使得可以獲得截面切片面14的超聲回波信號(hào)。輸出回波信號(hào)是具有發(fā)送波的頻率成分的信號(hào)。因此，回波信號(hào)通過檢測(cè)電路11 被轉(zhuǎn)換成包絡(luò)強(qiáng)度，并且被暫時(shí)存儲(chǔ)于圖像存儲(chǔ)器12中。然后，CPU讀取圖像存儲(chǔ)器12的內(nèi)容，使得在圖像顯示裝置(未示出)上顯示截面切片的超聲回波圖像。換句話說，在本例子中，檢測(cè)電路11、圖像存儲(chǔ)器12和CPU構(gòu)成圖像處理電路。注意，當(dāng)對(duì)輸入信號(hào)相加時(shí)，加法電路8還可根據(jù)獲得信號(hào)的位置將各輸入信號(hào)加權(quán)。加權(quán)的加法處理被稱為切趾(apodizing)處理。切趾處理具有控制接收孔徑并且減少干涉波對(duì)于周邊的影響的效果。根據(jù)目的，權(quán)重可被固定或者根據(jù)接收時(shí)間改變。(機(jī)械掃描)圖4A是示出以機(jī)械的方式在高度方向上沿路徑21移動(dòng)探測(cè)器1以獲得寬的檢查區(qū)域20的三維回波圖像數(shù)據(jù)的操作的示圖。注意，可以使用已知的機(jī)構(gòu)作為探測(cè)器1的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，省略其示圖和詳細(xì)的描述。探測(cè)器1以恒定的速度如圖4A所示的那樣移動(dòng)， 使得在路徑21上在各單個(gè)位置處重復(fù)獲得截面切片圖像。然后，獲得的截面切片圖像被緊密布置，使得可以獲得整個(gè)檢查區(qū)域的三維回波圖像。圖4B示出在高度方向上連續(xù)移動(dòng)探測(cè)器1的同時(shí)當(dāng)以…、SL#(n_l)、SL#(n)、 SL#(n+l)、…的次序輸出截面切片面時(shí)的輸出超聲回波信號(hào)22的掃描次序。如圖4B所示，通過截面切片面中的每一個(gè)內(nèi)的電子掃描以光柵掃描次序計(jì)算和輸出各超聲波發(fā)送的由實(shí)線所示的回波信號(hào)22，并且，在高度方向上以恒定的時(shí)間段計(jì)算和輸出截面切片面。結(jié)果，以恒定的時(shí)間段輸出截面切片面中的特定位置a、b和c處的回波信號(hào)。在這種情況下， 探測(cè)器可通過分步重復(fù)方法間歇地移動(dòng)或者可以連續(xù)移動(dòng)。如果它連續(xù)移動(dòng)，那么截面切片面并不是精確地與移動(dòng)方向垂直。但是，為了便于理解，截面切片面在這里被假定為與移動(dòng)方向垂直。( 二維延遲和求和)再次參照?qǐng)D2，描述二維延遲和求和。在例子1中，在第一延遲和求和電路9的后段中添加包含延遲電路23a和23b的信號(hào)提取電路M以及第二延遲和求和電路27，使得可以實(shí)現(xiàn)二維延遲和求和。延遲電路23a和2 被串聯(lián)，使得第一延遲和求和電路9的輸出(第一相加信號(hào))被供給到延遲電路23b，并且，延遲電路23b的輸出被供給到延遲電路 23a。延遲電路23a和23b的延遲時(shí)間均被設(shè)為與一個(gè)切片面的掃描時(shí)間段對(duì)應(yīng)的值。第一延遲和求和電路9以圖4B所示的次序輸出超聲回波信號(hào)。因此，如圖4B的a、b和c所示，信號(hào)提取電路M并行輸出同一位置處的相繼的切片面的回波信號(hào)。因此，如果在信號(hào)提取電路M的后段中設(shè)定延遲調(diào)整電路25和加法電路沈，那么可以執(zhí)行高度方向的延遲和求和。在例子1中，假定用于切片面的掃描周期(掃描重復(fù)間距)恒定，延遲電路23a和 2 的延遲時(shí)間被設(shè)為恒定值。但是，如果重復(fù)間距是混亂的或者如果出于一定原因浪費(fèi)時(shí)間，那么可添加用于適當(dāng)?shù)乜刂蒲舆t電路23a和2 的開始和停止的單元，使得可以總是并行地輸出在相繼的截面切片面的同一位置處的回波信號(hào)。另外，延遲電路23a和23b以及延遲調(diào)整電路25均是用于調(diào)整延遲時(shí)間的電路。因此，這些電路可被集成到一個(gè)延遲調(diào)整電路中，或者，可以以各種方式改變分割延遲時(shí)間的方法。這種變型不改變本發(fā)明的范圍。圖5A、圖5B、圖5C和圖5D是示出合成孔徑方法的原理的示圖。在圖中布置的小橢圓圖形30表示掃描各單個(gè)截面切片面時(shí)的發(fā)送和接收元件的位置，并且，點(diǎn)P表示三維空間中的任意目標(biāo)點(diǎn)。圖5A示出當(dāng)由矩形圖形31a表示的發(fā)送和接收元件組掃描第(n-1) 個(gè)截面切片面時(shí)的時(shí)間點(diǎn)。從中心部分Μ發(fā)射的超聲波束的一部分沿向著點(diǎn)P的方向傳播，并且，其反射波被落入矩形圖形31a內(nèi)的位置處的發(fā)送和接收元件接收。圖5B示出探測(cè)器移動(dòng)到第η個(gè)截面切片位置的狀態(tài)。落入矩形圖形31b內(nèi)的發(fā)送和接收元件組從中心部分Sb發(fā)射超聲波束，使得其一部分也沿向著點(diǎn)P的方向傳播，并且，其反射波被矩形圖形 31b的位置中的發(fā)送和接收元件組接收。圖5C示出矩形圖形31c的位置中的發(fā)送和接收元件組關(guān)于點(diǎn)P發(fā)送和接收超聲波的狀態(tài)。在截面切片面之間，發(fā)送和接收時(shí)間點(diǎn)是不同的。這里，基于傳播距離和聲速計(jì)算從發(fā)送到接收的時(shí)間段，以調(diào)整要加到各接收元件的信號(hào)接收時(shí)間，以由此將來自同一點(diǎn)P 的信號(hào)相加。結(jié)果，如圖5D所示，可以獲得與如下情況相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，在該情況下，通過二維延遲和求和計(jì)算通過由落入矩形圖形32內(nèi)的發(fā)送和接收元件組構(gòu)成的虛擬二維探測(cè)器接收的信號(hào)。以這種方式，盡管使用一維探測(cè)器，也可以獲得具有與使用二維探測(cè)器的情況的分辨率接近的分辨率的回波圖像數(shù)據(jù)，這使得能夠特別地提高高度方向上的分辨率。作為合成孔徑方法，獲得與組合不同的超聲波發(fā)送時(shí)間的接收信號(hào)以明顯增加接收孔徑的情況的性能相當(dāng)?shù)男阅艿脑摲椒ㄊ且阎募夹g(shù)。因此，如果過去的掃描中的發(fā)送和接收元件的所有接收信號(hào)被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置中，并且，如果同時(shí)從存儲(chǔ)裝置讀出二維布置的接收信號(hào)以執(zhí)行二維延遲和求和，那么可以提高高度方向上的分辨率。但是，該方法由于需要大容量存儲(chǔ)裝置和用于實(shí)時(shí)執(zhí)行許多接收信號(hào)的延遲和求和的電路，而具有裝置成本的問題。圖6是示出用于解決成本問題的本發(fā)明的原理的示圖。為了簡(jiǎn)化描述，假定目標(biāo)點(diǎn)P處于截面切片的面SL#(η)中。從發(fā)送和接收元件組的中心SO以直角發(fā)射的超聲波束在點(diǎn)P處被反射并且被位置RO處的發(fā)送和接收元件接收。然后，探測(cè)器移動(dòng)到截面切片 SL#(n+l)的位置，并且，再次從與位置SO對(duì)應(yīng)的位置Sl發(fā)射超聲波束。以直角發(fā)射超聲波束，并且，其一部分也在向著截面切片SL#(n)中的點(diǎn)P的方向上傳播，并且，在點(diǎn)P處反射的超聲波在與點(diǎn)RO對(duì)應(yīng)的點(diǎn)Rl處被接收?？赏ㄟ^在與從經(jīng)由點(diǎn)P處的反射的發(fā)送到接收的傳播時(shí)間對(duì)應(yīng)的接收時(shí)間的偏移方面調(diào)整點(diǎn)RO處的接收信號(hào)和點(diǎn)Rl處的接收信號(hào)之后將點(diǎn)RO處的接收信號(hào)和點(diǎn)Rl處的接收信號(hào)相加，實(shí)現(xiàn)上述的合成孔徑方法的延遲和求和。下面，考慮點(diǎn)Q，其中，在截面切片面SL#(n+l)中的垂直方向上從點(diǎn)Sl到點(diǎn)Q的距離等于從點(diǎn)Sl到點(diǎn)P的距離。在這種情況下，具有各角處的點(diǎn)Si、P和Rl的三角形顯然與具有各角處的點(diǎn)Si、Q和Rl的三角形全等。因此，從點(diǎn)Sl經(jīng)由點(diǎn)P到點(diǎn)Rl的傳播時(shí)間與從點(diǎn)Sl經(jīng)由點(diǎn)Q到點(diǎn)Rl的傳播時(shí)間相同。該關(guān)系不僅適用于在Rl的位置處的發(fā)送和接收元件，而且適用于在同一發(fā)送和接收元件組中的其它接收元件。因此，在截面切片面 SL#(n+l)的位置處，作為以點(diǎn)P作為焦點(diǎn)的一維延遲和求和的結(jié)果獲得的相加信號(hào)可完全與作為以點(diǎn)Q作為焦點(diǎn)的延遲和求和的結(jié)果獲得的相加信號(hào)相同。因此，可以理解，可通過隨時(shí)間對(duì)于截面切片面中的每一個(gè)執(zhí)行一維延遲和求和以確定點(diǎn)P和點(diǎn)Q的延遲和求和信號(hào)并然后在高度方向上執(zhí)行適當(dāng)?shù)囊痪S延遲和求和以使點(diǎn)P和點(diǎn)Q的延遲和求和信號(hào)相加，實(shí)現(xiàn)關(guān)于點(diǎn)P的二維延遲和求和。圖2所示的例子1的測(cè)量裝置是通過實(shí)時(shí)處理電路實(shí)現(xiàn)上述原理的裝置。當(dāng)從第一延遲和求和電路9輸出的第一相加信號(hào)10被供給到信號(hào)提取電路M時(shí)，并行提取關(guān)于三個(gè)切片面中的相應(yīng)點(diǎn)的第一相加信號(hào)。通過使用從信號(hào)提取電路M輸出的信號(hào)，第二延遲和求和電路27基于合成孔徑方法執(zhí)行延遲和求和，這等價(jià)于上述的執(zhí)行二維延遲和求和。結(jié)果，與僅簡(jiǎn)單地執(zhí)行一維延遲和求和的情況相比，可以提高高度方向上的分辨率。當(dāng)N個(gè)發(fā)送和接收元件貢獻(xiàn)于二維延遲和求和并且存在M個(gè)切片面時(shí)，為了直接執(zhí)行二維延遲和求和，需要MXN個(gè)輸入信號(hào)的延遲和求和。與此相反，在例子1中需要僅M+N 個(gè)輸入信號(hào)的延遲和求和。因此，與直接執(zhí)行二維延遲和求和的情況相比，可以明顯地減小電路規(guī)模。并且，由于信號(hào)提取電路M以及第二延遲和求和電路27作為管線并行操作，因此，可以以與僅一維延遲和求和的情況相同的方式執(zhí)行實(shí)時(shí)處理。< 例子 2>圖7示出涉及通過例子2的測(cè)量裝置執(zhí)行的接收處理的結(jié)構(gòu)。在例子2中，通過對(duì)于各信號(hào)添加權(quán)重的切趾處理執(zhí)行延遲和求和。對(duì)于根據(jù)延遲和求和的焦點(diǎn)位置執(zhí)行孔徑尺寸的最佳調(diào)整，或者，對(duì)于減少?gòu)钠渌较蜻M(jìn)入的干涉聲波的影響，切趾處理是有效的。在例子2中，分別在第一延遲和求和電路9的加法電路8以及第二延遲和求和電路27 的加法電路26的前段中另外設(shè)置權(quán)重乘法電路41和42，使得可以執(zhí)行切趾處理。這種情況下的權(quán)重可被固定或者可根據(jù)信號(hào)接收時(shí)間可變。注意，在例子2中，在第一延遲和求和電路9以及第二延遲和求和電路27中均執(zhí)行切趾處理，但是，可以僅在這些電路中的任一個(gè)中執(zhí)行切趾處理。< 例子 3>圖8示出涉及通過例子3的測(cè)量裝置執(zhí)行的接收處理的結(jié)構(gòu)。在例子3中，設(shè)置多個(gè)第二延遲和求和電路，并且，所述多個(gè)第二延遲和求和電路具有用作延遲和求和的基準(zhǔn)的不同的焦點(diǎn)位置(在高度方向上的位置)。在圖6中，為了簡(jiǎn)化描述，假定焦點(diǎn)P存在于通過機(jī)械掃描獲得的截面切片面中。 但是，點(diǎn)P在原理上可處于任意的位置。因此，在例子3中，多個(gè)第二延遲和求和電路在不同的截面切片面中設(shè)定焦點(diǎn)以執(zhí)行延遲和求和處理。特別地，例子3的測(cè)量裝置包含由延遲調(diào)整電路25a、25b、25c和25d以及加法電路^aJ6b、26c和26d構(gòu)成的四個(gè)第二延遲和求和電路。第二延遲和求和電路均從信號(hào)提取電路M被供給相同的信號(hào)。另外，第二延遲和求和電路的輸出被供給到相應(yīng)的檢測(cè)電路lla、llb、llc和lid。通過該結(jié)構(gòu)，四個(gè)截面切片面SL# (4n)、SL# (4n+l)、SL# (4n+2)和SL# (4n+3)被并行計(jì)算，并且被存儲(chǔ)于圖像存儲(chǔ)器 12中。根據(jù)例子3，如圖9所示，從第一延遲和求和電路9輸出的截面切片面的密度可提高
9四倍，使得可以提高高度方向上的輸出三維回波圖像數(shù)據(jù)的立體像素(voxel)密度。注意， 在例子3中也可執(zhí)行切趾處理。< 例子 4>圖10示出例子4。例子4的測(cè)量裝置是通過使用如下探測(cè)器沿路徑21機(jī)械掃描對(duì)象表面20的光聲乳房攝影裝置，在所述探測(cè)器中，集成用于接收光聲波的二維布置的傳感器51和一維超聲波探測(cè)器1。光聲乳房攝影裝置向?qū)ο笳丈渲T如脈沖激光的脈沖狀電磁波并且通過二維布置的傳感器51接收在對(duì)象內(nèi)引起的光聲波，以基于接收信號(hào)產(chǎn)生對(duì)象內(nèi)的三維圖像數(shù)據(jù)。光聲乳房攝影裝置的二維布置傳感器在照射電磁波之后的短時(shí)間內(nèi)并行接收聲波。因此，二維布置的傳感器能夠在以恒定的速度移動(dòng)的同時(shí)獲得高質(zhì)量信號(hào)。同時(shí)，與例子1 3類似，一維超聲波探測(cè)器1接收回波超聲波。然后，與例子1、例子2和例子3類似，對(duì)接收信號(hào)執(zhí)行二維延遲和求和處理，使得可以獲得高分辨率超聲波圖像數(shù)據(jù)。 根據(jù)例子4，可以容易地形成可以以高的速度獲得寬的檢查區(qū)域20中的光聲圖像數(shù)據(jù)和高分辨率超聲波圖像數(shù)據(jù)的光聲乳房攝影裝置。雖然已參照示例性實(shí)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(shí)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型以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。本申請(qǐng)要求在2009年5月25日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2009-124888的權(quán)益，在此通過引用并入其全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量裝置，包括探測(cè)器，其具有用于將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的多個(gè)元件，所述多個(gè)元件至少被布置在第一方向上；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于沿對(duì)象表面在與第一方向相交的第二方向上移動(dòng)探測(cè)器；第一延遲和求和電路，用于在沿第二方向的各單個(gè)位置處執(zhí)行由所述多個(gè)元件獲得的電信號(hào)的延遲和求和，以輸出第一相加信號(hào)；信號(hào)提取電路，用于使第一延遲和求和電路的輸出經(jīng)過至少一個(gè)延遲電路，以并行輸出在不同位置處獲得的多個(gè)第一相加信號(hào)；第二延遲和求和電路，用于執(zhí)行從信號(hào)提取電路輸出的所述多個(gè)第一相加信號(hào)的延遲和求和，以輸出第二相加信號(hào)；和圖像處理電路，用于通過使用第二相加信號(hào)來產(chǎn)生對(duì)象內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量裝置，其中，所述多個(gè)第一相加信號(hào)是通過電子掃描獲得的， 所述多個(gè)第一相加信號(hào)與平行于第一方向并與第二方向相交的切片面中的多個(gè)位置對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的測(cè)量裝置，其中，延遲電路的延遲時(shí)間被設(shè)為與一個(gè)切片面的掃描時(shí)間段對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)的測(cè)量裝置，還包括多個(gè)所述第二延遲和求和電路， 并且，所述多個(gè)第二延遲和求和電路具有用作延遲和求和的基準(zhǔn)的不同的焦點(diǎn)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)的測(cè)量裝置，其中，第一延遲和求和電路以及第二延遲和求和電路中的至少一個(gè)或兩個(gè)以根據(jù)獲得每個(gè)信號(hào)的位置而賦予該信號(hào)的權(quán)重來執(zhí)行延遲和求和。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的測(cè)量裝置，其中，聲波是當(dāng)在對(duì)象內(nèi)反射從元件發(fā)送的聲波時(shí)產(chǎn)生的反射波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的測(cè)量裝置，其中，聲波是在被電磁波照射的對(duì)象內(nèi)引起的光聲波。
全文摘要
提供一種測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括用于在高度方向上移動(dòng)探測(cè)器(9)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)；用于在沿高度方向的各單個(gè)位置處執(zhí)行接收信號(hào)的延遲和求和以輸出第一相加信號(hào)的第一延遲和求和電路(9)；用于使第一延遲和求和電路(9)的輸出經(jīng)過延遲電路(23a，23b)以并行輸出在不同的位置處獲得的第一相加信號(hào)的信號(hào)提取電路(24)；用于執(zhí)行從信號(hào)提取電路(24)輸出的第一相加信號(hào)的延遲和求和以輸出第二相加信號(hào)的第二延遲和求和電路(27)；和用于通過使用第二相加信號(hào)產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像處理電路(11，12，CPU)。因此，在用于獲得超聲波圖像的測(cè)量裝置中，可以在不使圖像獲得速度劣化的情況下以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)提高在高度方向上的圖像分辨率。
文檔編號(hào)G01S7/52GK102449498SQ20108002264
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者依田晴夫, 及川克哉, 長(zhǎng)永兼一 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社