專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被配置為測(cè)量樣本(散射介質(zhì))的特性的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
用于乳房X線照相術(shù)的傳統(tǒng)測(cè)量裝置測(cè)量?jī)?nèi)部生物組織的分光
特性。傳統(tǒng)超聲波回波裝置獲得生物體的結(jié)構(gòu)特性。當(dāng)同時(shí)測(cè)量并且 疊加生物體中的分光特性和結(jié)構(gòu)特性時(shí)，在質(zhì)量和精度方面改進(jìn)了醫(yī) 療診斷。
傳統(tǒng)分光測(cè)量裝置應(yīng)用聲光層析技術(shù)(Acousto-Optical Tomography, "AOT，，)或光聲層析技術(shù)(Photo-Acoustic Tomography, "PAT，，)。 AOT將相干光和聚焦的超聲波照射到生物組織中，并且作 為在超聲波聚焦區(qū)域中的光調(diào)制的效應(yīng)(聲光效應(yīng))的結(jié)果，通過(guò)光 檢測(cè)單元(光檢測(cè)器)來(lái)檢測(cè)調(diào)制光，如美國(guó)專(zhuān)利6,738,653中所公開(kāi) 的那樣。另一方面，PAT利用測(cè)量位置(例如腫瘤)與另一組織之間 的光能量吸收率的差，并且通過(guò)超聲波檢測(cè)單元(超聲波檢測(cè)器)來(lái) 接收當(dāng)測(cè)量位置吸收所照射的光能量并且瞬時(shí)擴(kuò)張時(shí)所出現(xiàn)的超聲波 (聲光信號(hào))。
日本專(zhuān)利公開(kāi)2005-21380是現(xiàn)有技術(shù)，其使用PAT測(cè)量裝置和 超聲波回波設(shè)備測(cè)量生物體的分光特性和結(jié)構(gòu)特性，并且通過(guò)公共檢 測(cè)設(shè)備來(lái)接收光聲信號(hào)和超聲波回波信號(hào)。美國(guó)專(zhuān)利6,264,610把近紅 外線光源布置在被配置為測(cè)量超聲波回波信號(hào)的換能器附近，并且測(cè) 量超聲波回波信號(hào)和由近紅外線光源所生成的漫射的光圖像。
然而，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有對(duì)分光特性與結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行精確地相關(guān)，或 者診斷的質(zhì)量或精度并不一定改進(jìn)。首先，樣本典型地是胸部，并且
有可能變形。因此，當(dāng)將單獨(dú)的超聲波回波設(shè)備應(yīng)用于美國(guó)專(zhuān)利
6，738，653中所描述的AOT測(cè)量裝置，并且分離地測(cè)量功能信息和結(jié) 構(gòu)信息時(shí)，由于例如由超聲波探測(cè)器對(duì)于生物體的壓力形變而導(dǎo)致樣 本在這些測(cè)量中具有不同的形狀。因此，變得難以精確地疊加兩種特 性。日本專(zhuān)利公開(kāi)2005-21380使用/>共設(shè)備用于PAT檢測(cè)設(shè)備和超 聲波回波檢測(cè)設(shè)備，并且不能同時(shí)測(cè)量這兩種特性。因?yàn)闃颖究赡茉?這兩種特性的測(cè)量的時(shí)滯期間運(yùn)動(dòng)，所以時(shí)滯使得難以精確地疊加這 兩種特性。由美國(guó)專(zhuān)利6，264，610的裝置所測(cè)量的分光特性具有比由美 國(guó)專(zhuān)利6，738，653或日本專(zhuān)利/>開(kāi)2005-21380所描述的裝置所測(cè)量的 分光特性更低的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)一種測(cè)量裝置，其可以用精細(xì)分辨率對(duì)分光特性與結(jié) 構(gòu)特性進(jìn)行精確地相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面的測(cè)量裝置包括分光特性測(cè)量裝置，其包 括光源部件和光檢測(cè)單元，并且通過(guò)應(yīng)用聲光層析技術(shù)來(lái)測(cè)量樣本的 分光特性；以及一種超聲波回波測(cè)量裝置，其包括超聲波檢測(cè)單元， 并且通過(guò)應(yīng)用超聲波回波信號(hào)來(lái)測(cè)量樣本的結(jié)構(gòu)特性。所述分光特性 測(cè)量裝置和所述超聲波回波測(cè)量裝置中的每一個(gè)進(jìn)一步包括超聲波 生成單元，其械/〉共地布置在所述分光特性測(cè)量裝置和所述超聲波回 波測(cè)量裝置中，并且將超聲波脈沖發(fā)送到所述樣本；以及超聲波聚焦 單元，其被公共地布置在所述分光特性測(cè)量裝置和所述超聲波回波測(cè) 量裝置中，并且將由所述超聲波生成單元所發(fā)送的超聲波脈沖聚焦在 所述樣本的測(cè)量位置上。在所述樣本的測(cè)量位置處，同時(shí)進(jìn)行所述超
制，所述光檢測(cè)單元檢測(cè)同時(shí)生成的調(diào)制光，并且所述超聲波檢測(cè)單 元檢測(cè)同時(shí)生成的超聲波回波信號(hào)。
結(jié)合附圖從以下示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將 變得清楚。


圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的測(cè)量裝置的框圖。
圖2是圖1所示的測(cè)量裝置中的光源部件的框圖。 圖3是圖1所示的測(cè)量裝置中的超聲波生成單元的框圖。 圖4是圖1所示的測(cè)量裝置中的超聲波聚焦單元的框圖。 圖5是圖l所示的測(cè)量裝置中的光檢測(cè)單元以及第一信號(hào)處理單 元和第二信號(hào)處理單元的框圖。
圖6是用于解釋圖1所示的測(cè)量裝置的操作的時(shí)序圖。 圖7是示出在600nm與1000nm之間的波長(zhǎng)中的Hb02和Hb的 吸收譜的圖線。
具體實(shí)施例方式
圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的測(cè)量裝置的框圖。該測(cè)量裝置測(cè) 量樣本(散射介質(zhì))E的分光特性和結(jié)構(gòu)特性，并且包括分光特性測(cè) 量裝置101、超聲波回波測(cè)量裝置102、信號(hào)處理設(shè)備103以及顯示設(shè) 備104。
樣本E是生物組織(例如胸部)。已知的是，在腫瘤(例如癌瘤) 生長(zhǎng)時(shí)，因此新的血管開(kāi)始形成，或者耗氧增加。氧絡(luò)血紅蛋白 (oxygenated hemoglobin, Hb02)和脫氧血紅蛋白(deoxygenated hemoglobin, Hb )的吸收分光特性可以用于估計(jì)新的血管的形成或者 耗氧量的增加。圖7示出在600nm與lOOOnm之間的波長(zhǎng)中Hb02和 Hb的吸收鐠。
測(cè)量裝置基于多個(gè)波長(zhǎng)的HM)2和Hb的吸收譜來(lái)測(cè)量生物組織 中的血液中的Hb濃度和Hb02濃度，并且在多個(gè)位置測(cè)量Hb濃度和 Hb02濃度，由此生成生物組織中的濃度分布的圖像，并且標(biāo)識(shí)新的 血管的區(qū)域。此外，測(cè)量裝置基于Hb濃度和Hb02濃度來(lái)計(jì)算氧氣 飽和程度，并且基于氧氣飽和程度來(lái)識(shí)別增加耗氧量的區(qū)域。由測(cè)量 裝置由此所測(cè)量的Hb和Hb02的分光信息可以用于診斷。
分光特性測(cè)量裝置101通過(guò)應(yīng)用AOT來(lái)測(cè)量樣本E的組織中的 分光特性。分光特性測(cè)量裝置101包括光源部件1、光學(xué)系統(tǒng)2、超聲 波生成單元3、超聲波聚焦單元4以及光檢測(cè)單元5。
光源部件1是光源，其發(fā)射被照射在樣本E上的具有多個(gè)波長(zhǎng)的 光流(luminous flux)。根據(jù)吸收鐠(例如水、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、氧絡(luò) 血紅蛋白以及脫氧血紅蛋白)而在多個(gè)波長(zhǎng)之中選擇所述光源的波長(zhǎng)。 在示例中，因?yàn)橛捎谧鳛閮?nèi)部生物組織的主要成分的水的小吸收率而 導(dǎo)致光可以高度透射，而脂質(zhì)、氧絡(luò)血紅蛋白以及脫氧血紅蛋白的譜 是有特性的，所以適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)落在600nm至1500nm之間的范圍上。 光源發(fā)射具有恒定強(qiáng)度和長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度(例如等于或長(zhǎng)于lm)的連 續(xù)波("CW，，)的光流。在具體示例中，光源可以包括半導(dǎo)體激光器 或波長(zhǎng)可變激光器，其生成各種不同波長(zhǎng)。
光學(xué)系統(tǒng)2將光從光源部件1引導(dǎo)至樣本E。圖2表示光學(xué)系統(tǒng) 2的示例。在圖2中，光源部件1包括半導(dǎo)體激光器12a、 12b和12c， 它們具有各種不同波長(zhǎng)。激光器12a、 12b和12c分別發(fā)射波長(zhǎng)為Xa、 人b和kc的光流。光學(xué)系統(tǒng)2包括透鏡13a、 13b、 13c、 二色鏡14a、 14b、 14c、聚焦透鏡15、以及光纖16。
透鏡13a、 13b和13c中的每一個(gè)使得從半導(dǎo)體激光器12a、 12b 和12c中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)所發(fā)射的光流準(zhǔn)直，并且將準(zhǔn)直后的光束引導(dǎo) 至二色鏡14a、 14b和14c中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)。二色鏡14a反射波長(zhǎng)Xa 的光，二色鏡14b反射波長(zhǎng)Xb的光并且透射波長(zhǎng)U的光。二色鏡14c 反射波長(zhǎng)kc的光，并且透射波長(zhǎng)Xa的光和波長(zhǎng)kb的光。二色鏡14a、 14b和14c反射和透射的光聚焦到光纖16的一端。光纖16將所述光 引導(dǎo)至樣本E。穿過(guò)光纖16的光從光纖16的另 一端照射在樣本E上。
超聲波生成單元3是超聲波發(fā)送設(shè)備，其將超聲波(超聲波脈沖) 發(fā)送到樣本E。雖然適當(dāng)?shù)念l率可以隨著在超聲波回波設(shè)備中樣本E 的測(cè)量深度或分辨率而改變，但本實(shí)施例將超聲波頻率設(shè)置為lMHz 與幾十MHz之間的范圍。
圖3是作為超聲波生成單元3的示例的線性陣列搜索單元的結(jié)構(gòu) 的示意性透視圖。多個(gè)小的簧片形的超聲波換能器17被布置在背襯構(gòu) 件18上。聲學(xué)匹配層19被布置在超聲波換能器17的超聲波照射表面 上，聲學(xué)透鏡20被布置在聲學(xué)匹配層19上。引線21連接到每一超聲 波換能器17。
超聲波換能器17包括壓電元件，其提供將所施加的電壓轉(zhuǎn)換為 超聲波或者將所接收到的壓力改變轉(zhuǎn)換為電壓的壓電效應(yīng)。將超聲波 的機(jī)械振蕩轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或者將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波的機(jī)械振蕩的設(shè) 備被稱(chēng)為超聲波換能器。壓電元件可以使用由鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate， "PZT，，)所代表的壓電陶乾材料，或由聚偏 二氟乙烯(polyvinylidene曙fluoride， "PVDF")所代表的高分子壓電 膜材料。
背襯構(gòu)件18吸收在與超聲波的行進(jìn)方向相反的方向上傳播的聲 波，并且抑制超聲波換能器17的不必要的振蕩。由于壓電元件在聲阻 抗方面明顯地不同于生物體，因此在壓電元件與生物組織之間的直接 接觸導(dǎo)致在界面上的反射太大，而不能高效地發(fā)送(或者接收)超聲 波。因此，將以具有中間聲阻抗的材料制成的聲學(xué)匹配層19插入包括 壓電元件的超聲波換能器17與生物體之間的空間，從而高效地發(fā)送超 聲波。
聲學(xué)透鏡20抑制超聲波在與超聲波換能器17的布置方向正交的 方向上的擴(kuò)展。引線21用于發(fā)送并且接收超聲波換能器17的信號(hào)。
超聲波聚焦單元4將來(lái)自超聲波生成單元3的超聲波聚焦在樣本 E中的測(cè)量位置X上。超聲波聚焦方法可以使用球面超聲波換能器、 圓柱超聲波換能器、或非球面凹形超聲波換能器、或聲學(xué)透鏡、利用 陣列搜索單元的電子聚焦。在凹形超聲波換能器中，凹形表面的曲率 確定聚焦位置。當(dāng)以具有比生物組織中更低的聲速的材料制成聲學(xué)透 鏡時(shí)，它是凸透鏡，并且與凹形超聲波換能器類(lèi)似，凸形表面的曲率 確定聚焦位置。
該實(shí)施例使用采用了上迷陣列搜索單元的電子聚焦?，F(xiàn)參照?qǐng)D4， 將給出該圖示的描述。圖4是作為超聲波聚焦單元4的示例的框圖。
可變延遲元件22a、 22b、 22c、 22d、 22e、 22f和22g以及脈沖 發(fā)生器23經(jīng)由引線21分別連接到多個(gè)已布置好的超聲波換能器17a、 17b、 17c、 17d、 17e、 17f和17g?？勺冄舆t元件22 4吏用4吏得線團(tuán)形 狀的薄電線彎曲的構(gòu)件，以延遲通過(guò)電線所發(fā)送的電信號(hào)的傳輸。電
整的。脈沖發(fā)生器23是生成施加到超聲波換能器17的脈沖電壓的設(shè) 備。
當(dāng)越靠近中心的可變延遲元件22具有越長(zhǎng)的延遲時(shí)間段 (Ta=Tg<Tb=Tf<TC=Te<Td )時(shí)，由每一超聲波換能器17所形成的合成 波前變?yōu)榫劢共ㄇ?。因此，?duì)于由可變延遲元件22所給出的延遲時(shí)間 段的控制可以提供對(duì)于超聲波聚焦位置的控制。相似的控制還可以提 供對(duì)于超聲波的行進(jìn)方向的控制。
圖4示出超聲波發(fā)送，但相似的關(guān)系對(duì)于接收是成立的，并且可 變延遲元件22可以糾正超聲波回波生成源與每一超聲波換能器17之 間的距離的差，從而使得相同的相位相等。除了線性陣列搜索單元之 外的電可聚焦搜索單元包括2D陣列搜索單元，其將超聲波換能器布 置在二維表面上；以及環(huán)狀陣列搜索單元，其同心地布置環(huán)形換能器。 在使用凹形超聲波換能器或聲學(xué)透鏡的超聲波聚焦單元4中，可以通 過(guò)借助于機(jī)械驅(qū)動(dòng)來(lái)改變超聲波聚焦單元4的位置而控制超聲波的聚 焦位置。
光檢測(cè)單元5檢測(cè)已經(jīng)在樣本E的組織中傳播并且出射到外部的 光。光檢測(cè)單元5包括光傳感器24、透鏡25、光纖26、以及透鏡27, 如圖5所示。在此，圖5是光檢測(cè)單元5的示例的示意性框圖。
如圖5所示，從光源部件1所發(fā)射的光經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)2進(jìn)入樣本 E。在樣本E上入射的光在樣本E內(nèi)部重復(fù)吸收過(guò)程并且散射多次， 并且然后在各個(gè)方向上傳播?？梢酝ㄟ^(guò)光漫射公式來(lái)描述光在吸收-散射介質(zhì)中的傳播。假設(shè)(p(rs)是從光源部件1到圖5所示的超聲波聚 焦位置(測(cè)量位置)X的光的傳播的光子的積分通量率(fluence rate ), (p(rd)是從超聲波聚焦位置X到光檢測(cè)單元5的光的傳播的光子的積分
通量率。
聲壓在超聲波聚焦位置X附近增加，改變吸收-散射介質(zhì)中的密
度和折射率，并且移置吸收-散射介質(zhì)。當(dāng)光穿過(guò)超聲波聚焦區(qū)域時(shí)，
聲壓^E聚焦位置X處局部地增加，并且聚焦位置X比外圍部分更強(qiáng)烈 地經(jīng)受超聲波的影響(例如吸收-散射介質(zhì)的移置和折射率的改變)。 因此，由超聲波以頻率Q (MHz)所調(diào)制的較大量的調(diào)制光很可能出 現(xiàn)在該位置而不是其外圍區(qū)域?？梢酝ㄟ^(guò)有選擇地檢測(cè)由聲光效應(yīng)所 產(chǎn)生的調(diào)制光來(lái)有選擇地測(cè)量從超聲波聚焦區(qū)域生成的光學(xué)信號(hào)。
假設(shè)m是調(diào)制深度，由超聲波通過(guò)該調(diào)制深度來(lái)對(duì)光進(jìn)行調(diào)制， IO是入射光的強(qiáng)度。于是，如下給出檢測(cè)到的光信號(hào)Iac:
式l
光傳感器24既檢測(cè)由超聲波所調(diào)制的調(diào)制光Iac,又檢測(cè)免受超 聲波調(diào)制的多散射非調(diào)制光。光傳感器24可以通過(guò)經(jīng)過(guò)超聲波生成單 元3和超聲波聚焦單元4來(lái)控制(或者掃描)超聲波聚焦位置X而在 期望的位置測(cè)量光信號(hào)。光傳感器24可以應(yīng)用壓電轉(zhuǎn)換元件(例如光 電倍增管("PMT")、電荷耦合器件("CCD")、以及互補(bǔ)金屬氧化 膜半導(dǎo)體("CMOS"))。然而，所選光傳感器需要對(duì)于由光源部件 1所生成的具有在600nm與1500nm之間的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光具有的 足夠的靈敏度。
透鏡25聚焦已經(jīng)在樣本E的組織中傳播并且出射到外部的光， 并且將該光引導(dǎo)至光纖26。透鏡27將已經(jīng)從光纖26出射的光引導(dǎo)至 光傳感器24。由光傳感器24所檢測(cè)到的信號(hào)被發(fā)送到第一信號(hào)處理 單元7。
超聲波回波測(cè)量裝置102通過(guò)使用超聲波回波來(lái)測(cè)量樣本E的組 織中的結(jié)構(gòu)特性。超聲波回波測(cè)量裝置102包括上述超聲波生成單 元3，作為用于發(fā)送超聲波的裝置；上述超聲波聚焦單元4;以及超聲 波檢測(cè)單元6。以此方式，超聲波生成單元3公共地用于分光特性測(cè)
量裝置101和超聲波回波測(cè)量裝置102。超聲波聚焦單元4公共地用 于分光特性測(cè)量裝置101和超聲波回波測(cè)量裝置102。
超聲波檢測(cè)單元6充當(dāng)超聲波接收設(shè)備，其接收從樣本E的內(nèi)部 組織所生成的超聲波回波信號(hào)。它包括壓電元件以及超聲波生成單元 3，并且在上述搜索單元的示例中， 一個(gè)設(shè)備可以既提供發(fā)送功能又提 供接收功能(超聲波換能器)。
信號(hào)處理設(shè)備103通過(guò)處理包括分光特性并且由分光特性測(cè)量裝 置101所測(cè)量的信號(hào)以及包括結(jié)構(gòu)特性并且由超聲波回波測(cè)量裝置 102所測(cè)量的信號(hào)而生成圖像。信號(hào)處理設(shè)備103包括第一信號(hào)處理 單元7、第二信號(hào)處理單元8、合成單元9以及圖像記錄單元10。
第 一信號(hào)處理單元7生成在樣本E中的測(cè)量位置的分光特性的圖 像。圖5所示的第一信號(hào)處理單元7包括濾波器28、信號(hào)分析設(shè)備29、 圖像生成設(shè)備30。濾波器28從非調(diào)制光分離調(diào)制光Iac，并且測(cè)量調(diào) 制光Iac。濾波器28可以應(yīng)用帶通濾波器或鎖定放大器，所述帶通濾 波器有選擇地檢測(cè)具有特定頻率的信號(hào)，所述鎖定放大器通過(guò)放大特 定頻率的光來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。信號(hào)分析設(shè)備29基于聚焦的超聲波的坐標(biāo)數(shù) 據(jù)以及與坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的光信號(hào)Iac來(lái)產(chǎn)生樣本E中的分光特性的分 布數(shù)據(jù)。
第二信號(hào)處理單元8生成在樣本E中的測(cè)量位置的結(jié)構(gòu)特性的圖 像。圖5所示的第二信號(hào)處理單元8包括信號(hào)分析設(shè)備31和圖像生成 設(shè)備32。信號(hào)分析設(shè)備31基于從已由超聲波生成單元3和超聲波聚 焦單元4照射在樣本E的內(nèi)部組織的位置X上的頻率12 ( MHz )的超 聲波脈沖所生成的超聲波回波信號(hào)來(lái)計(jì)算內(nèi)部組織的結(jié)構(gòu)特性。圖像 生成設(shè)備32基于由信號(hào)分析設(shè)備31所計(jì)算出的結(jié)構(gòu)特性的分布來(lái)生 成圖像。
信號(hào)處理單元9產(chǎn)生對(duì)由第一信號(hào)處理單元7生成的分光特性的 圖像和由第二信號(hào)處理單元8生成的結(jié)構(gòu)特性的圖像進(jìn)行合成的圖 像。合成單元9在對(duì)分光特性的測(cè)量位置X與結(jié)構(gòu)特性的測(cè)量位置X 進(jìn)行相關(guān)的同時(shí)合成這兩個(gè)特性。進(jìn)一步地，合成單元9使得能夠以
不同的顏色來(lái)區(qū)分分光特性的圖像和結(jié)構(gòu)特性的圖像。
圖像記錄單元10記錄由第一信號(hào)處理單元7所生成的分光特性 的圖像、由第二信號(hào)處理單元8所生成的結(jié)構(gòu)特性的圖像、以及由合 成單元9所生成的合成圖像。圖像記錄單元10可以使用數(shù)據(jù)記錄設(shè)備 (例如光盤(pán)、磁盤(pán)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、以及硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)。
顯示設(shè)備104顯示由信號(hào)處理設(shè)備103所生成的圖像，并且具有 圖像顯示監(jiān)視器11。顯示設(shè)備104顯示由第一信號(hào)處理單元7所生成 的分光特性的圖像、由第二信號(hào)處理單元8所生成的結(jié)構(gòu)特性的圖像、 以及由合成單元9所生成的合成圖像。圖像顯示監(jiān)視器11可以使用例 如液晶顯示器、CRT以及有機(jī)EL的顯示設(shè)備。
測(cè)量裝置測(cè)量樣本E的內(nèi)部組織的分光特性和結(jié)構(gòu)特性，并且顯 示所生成的合成圖像，該圖像對(duì)這兩個(gè)特性進(jìn)行精確地疊加。
在測(cè)量裝置的分光特性測(cè)量裝置101的操作中，光源部件1發(fā)射 具有特定波長(zhǎng)的光，光學(xué)系統(tǒng)2將該光照射在樣本E上。更具體地說(shuō)， 光源部件1中的半導(dǎo)體激光器12a至12c生成具有波長(zhǎng)U至Xc的CW 光流。光學(xué)系統(tǒng)2中的透鏡13a至13c、 二色鏡14a至14c、透鏡15 以及光纖16將光照射在樣本E上。接下來(lái)，超聲波聚焦單元4通過(guò) 電子聚焦把從超聲波生成單元3所發(fā)送的具有頻率Q ( MHz )的超聲 波脈沖聚焦在樣本E的內(nèi)部組織中的特定位置(測(cè)量位置)X上。結(jié) 果，在聚焦位置X處的聲壓變得比在外圍區(qū)域的聲壓更高，照射在聚 焦位置X上的光通過(guò)聲光效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制光Iac。然后，光檢測(cè)單 元5中的光傳感器24檢測(cè)經(jīng)由透鏡25、光纖26和透鏡27從樣本E 發(fā)射的調(diào)制光Iac和非調(diào)制光。
在測(cè)量裝置中的超聲波回波測(cè)量裝置102的操作中，超聲波聚焦 單元4將從超聲波生成單元3所發(fā)送的超聲波脈沖聚焦在樣本E中的 內(nèi)部組織中的特定位置(測(cè)量位置)X上。接下來(lái)，超聲波檢測(cè)單元 6檢測(cè)由所述超聲波脈沖所生成的樣本E中的超聲波回波信號(hào)。
以此方式，超聲波生成單元3和超聲波聚焦單元4被公共地使用 在測(cè)量裝置中。這種配置不僅作為分光特性測(cè)量裝置101和超聲波回
波測(cè)量裝置102共享某些組件的結(jié)果而可以提供較小并且較不昂貴的 測(cè)量裝置，而且還可以同時(shí)測(cè)量分光特性和結(jié)構(gòu)特性。因此，使用由 超聲波生成單元3所生成的超聲波脈沖來(lái)同時(shí)測(cè)量分光特性和結(jié)構(gòu)特 性。當(dāng)超聲波聚焦單元4將由超聲波生成單元3所生成的超聲波脈沖 聚焦在測(cè)量位置X上時(shí)，由于聲光效應(yīng)而導(dǎo)致的來(lái)自光源部件1的光 的調(diào)制(調(diào)制光Iac的生成)以及超聲波回波信號(hào)的生成同時(shí)出現(xiàn)在 測(cè)量位置X上。于是，光檢測(cè)單元5生成同時(shí)生成的調(diào)制光Iac，并 且超聲波檢測(cè)單元6檢測(cè)同時(shí)生成的超聲波回波信號(hào)。調(diào)制光以光速 到達(dá)超聲波檢測(cè)單元5，而超聲波回波信號(hào)以聲速到達(dá)超聲波檢測(cè)單 元6。因此，達(dá)到時(shí)間在它們之間是不同的。然而，由于在相同測(cè)量 位置上光的調(diào)制和超聲波回波信號(hào)的生成同時(shí)出現(xiàn)，因此可以對(duì)分光 特性與結(jié)構(gòu)特性彼此進(jìn)行精確地相關(guān)。
現(xiàn)參照?qǐng)D6，將給出該現(xiàn)象的描述。圖6是示出檢測(cè)光信號(hào)和來(lái) 自超聲波脈沖的生成的回波信號(hào)的時(shí)間的圖。在該圖中，當(dāng)將光從光 源部件1照射在樣本E上時(shí)，超聲波生成單元3和超聲波聚焦單元4 在時(shí)間tO生成超聲波脈沖。其中，tl是生成超聲波脈沖并且超聲波脈 沖到達(dá)位置X的時(shí)間段，在位置X處的調(diào)制光信號(hào)和回波信號(hào)在to 之后的tl幾乎同時(shí)生成。由于由光源1所發(fā)射的光充分高于超聲波速 度，因此光檢測(cè)單元5檢測(cè)到調(diào)制光信號(hào)達(dá)到從t0之后的大約tl到 施加超聲波脈沖的時(shí)間的時(shí)間段。另一方面，在t2是從生成超聲波脈 沖到在位置X處的回波信號(hào)到達(dá)超聲波檢測(cè)單元6的時(shí)間段的情況 下，超聲波檢測(cè)單元6檢測(cè)回波信號(hào)達(dá)到從大約t2至t0到施加超聲 波脈沖的時(shí)間的時(shí)間段。以此方式，通過(guò)相同超聲波脈沖在相同位置 X同時(shí)生成該實(shí)施例中所檢測(cè)到的調(diào)制光信號(hào)和回波信號(hào)，并且空間 差和時(shí)間差非常小。
接下來(lái)，第一信號(hào)處理單元7通過(guò)濾波器28從由光傳感器24所 檢測(cè)到的調(diào)制光Iac和非調(diào)制光兩者的光信號(hào)中分離具有頻率Q (MHz)的調(diào)制光。第一信號(hào)處理單元7基于光強(qiáng)度和相位而生成樣 本E中的內(nèi)部組織的分光特性的圖像。更具體地說(shuō)，信號(hào)分析單元29 基于聚焦后的超聲波的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及與坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的分離后的調(diào)制
信號(hào)來(lái)產(chǎn)生樣本E中的分光特性的分布數(shù)據(jù)。圖像生成設(shè)備30根據(jù) 由信號(hào)分析單元29所生成的樣本E中分光特性的分布數(shù)據(jù)來(lái)生成圖 像。
第二信號(hào)處理單元8基于超聲波回波信號(hào)而生成樣本E中內(nèi)部組 織的結(jié)構(gòu)特性的圖像。更具體地說(shuō)，第二信號(hào)處理單元8中的信號(hào)分 析設(shè)備31基于由超聲波檢測(cè)單元6所檢測(cè)到的超聲波回波信號(hào)來(lái)計(jì)算 測(cè)量位置的結(jié)構(gòu)特性。圖像生成設(shè)備32基于由信號(hào)分析設(shè)備31所計(jì) 算出的結(jié)構(gòu)特性的分布而生成圖像。
接下來(lái)，合成單元9合成樣本E中每一位置的分光特性與結(jié)構(gòu)特 性，并且將圖像顯示在圖像顯示監(jiān)視器11上。合成單元9在對(duì)分光特 性的測(cè)量位置X與結(jié)構(gòu)特性的測(cè)量位置X進(jìn)行相關(guān)的同時(shí)，對(duì)由第一 信號(hào)處理單元7所生成的分光特性的圖像與由第二信號(hào)處理單元8所 生成的結(jié)構(gòu)特性的圖像進(jìn)行合成。進(jìn)一步地，可以通過(guò)不同顏色來(lái)對(duì) 分光特性的圖像和結(jié)構(gòu)特性的圖像彼此進(jìn)行區(qū)分。由第一信號(hào)處理單 元7所生成的分光特性的圖像、由第二信號(hào)處理單元8所生成的結(jié)構(gòu) 特性的圖像、以及由合成單元9所生成的合成圖像顯示在顯示設(shè)備104 中的圖像顯示監(jiān)視器11上，并且被記錄在圖像記錄單元10中。
如上所述，用于測(cè)量分光特性和結(jié)構(gòu)特性的超聲波脈沖同時(shí)照射 在相同測(cè)量位置X上，并且空間差和時(shí)間差非常小。因此，該實(shí)施例 可以幾乎同時(shí)測(cè)量這兩種特性。由于受檢查者的運(yùn)動(dòng)和測(cè)量時(shí)間差的 影響很小，因此可以按高精度來(lái)疊加從這兩種特性所生成的圖像，并 且該圖像改進(jìn)了診斷的精度和質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用AOT而以精細(xì)分辨率 來(lái)測(cè)量超聲波所聚焦的測(cè)量位置上的分光特性。由于公共地使用了超 聲波生成單元3和超聲波聚焦單元4，因此可以提供較小的并且較不 昂貴的測(cè)量裝置。
雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不 限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍被賦予最寬泛的解 釋?zhuān)瑥亩ㄋ羞@樣的修改和等同物結(jié)構(gòu)以及功能。
該申請(qǐng)要求基于2007年9月12日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng) 2007-236475的外國(guó)優(yōu)先權(quán)，其在此全部引入作為參考，如同在此充 分闡述一樣。
權(quán)利要求
1. 一種測(cè)量裝置，包括分光特性測(cè)量裝置，其包括光源部件和光檢測(cè)單元，并且通過(guò)應(yīng)用聲光層析技術(shù)來(lái)測(cè)量樣本的分光特性；以及超聲波回波測(cè)量裝置，其包括超聲波檢測(cè)單元，并且通過(guò)應(yīng)用超聲波回波信號(hào)來(lái)測(cè)量所述樣本的結(jié)構(gòu)特性，其中，所述分光特性測(cè)量裝置和所述超聲波回波測(cè)量裝置中的每一個(gè)進(jìn)一步包括超聲波生成單元，其被公共地布置在所述分光特性測(cè)量裝置和所述超聲波回波測(cè)量裝置中，并且將超聲波脈沖發(fā)送到所述樣本；以及超聲波聚焦單元，其被公共地布置在所述分光特性測(cè)量裝置和所述超聲波回波測(cè)量裝置中，并且將由所述超聲波生成單元所發(fā)送的超聲波脈沖聚焦到所述樣本的測(cè)量位置，以及其中，在所述樣本的測(cè)量位置處，同時(shí)進(jìn)行所述超聲波回波信號(hào)的生成以及通過(guò)聲光效應(yīng)對(duì)來(lái)自所述光源部件的光的調(diào)制，所述光檢測(cè)單元檢測(cè)同時(shí)生成的調(diào)制光，并且所述超聲波檢測(cè)單元檢測(cè)同時(shí)生成的超聲波回波信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的測(cè)量裝置，進(jìn)一步包括 第一信號(hào)處理單元，其被配置為生成所述樣本中測(cè)量位置的分光特性的圖像；第二信號(hào)處理單元，其被配置為生成所述樣本中測(cè)量位置的結(jié) 構(gòu)特性的圖像；以及合成單元，其被配置為生成對(duì)所述分光特性的圖像與所述結(jié)構(gòu) 特性的圖像進(jìn)行合成的合成圖像。
3. 如權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其中，所述合成單元使得能 夠通過(guò)以不同顏色來(lái)區(qū)分所述分光特性的圖像和所述結(jié)構(gòu)特性的圖 像。
4. 如權(quán)利要求2和3中的任意一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，進(jìn)一步包 括圖像記錄單元，其被配置為記錄由所述第一信號(hào)處理單元所生成 的分光特性的圖像、由所述第二信號(hào)處理單元所生成的結(jié)構(gòu)特性的圖 像以及由所述合成單元所生成的合成圖像。
5. 如權(quán)利要求2至4中的任意一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，進(jìn)一步包 括顯示設(shè)備，其被配置為顯示由所述第一信號(hào)處理單元所生成的分 光特性的圖像、由所述第二信號(hào)處理單元所生成的結(jié)構(gòu)特性的圖像以 及由所述合成單元所生成的合成圖像。
6. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其中，所述超聲波生成單元 和所述超聲波檢測(cè)單元集成在一個(gè)超聲波換能器中。
全文摘要
一種測(cè)量裝置，其測(cè)量樣本的分光特性和結(jié)構(gòu)特性。在所述樣本的測(cè)量位置處，同時(shí)進(jìn)行所述超聲波回波信號(hào)的生成以及通過(guò)聲光效應(yīng)對(duì)來(lái)自所述光源部件的光的調(diào)制，所述光檢測(cè)單元檢測(cè)同時(shí)生成的調(diào)制光，并且所述超聲波檢測(cè)單元檢測(cè)同時(shí)生成的超聲波回波信號(hào)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101385638SQ20081014912
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者吉田拓史, 増村考洋, 西原裕 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社