CN107536622A - 声波装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了声波装置及其控制方法。使用了该声波装置，所述装置包括：支撑构件，其支撑受检者并具有插入口；被检体保持构件，其保持被检体；换能器阵列，其包括换能器并且远离被检体保持构件；载荷获取单元，其基于被检体保持构件的变形量，获取施加在支撑构件和被检体保持构件之间的载荷值；存储器单元，其存储基于在被检体保持构件和换能器阵列彼此接触时的被检体保持构件的变形量和施加有载荷的面积确定的第一载荷基准值；比较和确定单元；以及互锁控制单元。

Description

声波装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及声波装置及其控制方法。

背景技术

对于使从光源照射到被检体上的脉冲光在被检体内部传播以获得被检体内部信息的声波成像装置(声波装置)的研究主要在医学领域中正被积极地推进。光声层析成像(PAT)被提出为这种声波成像技术中的一种。PAT是用于可视化与被检体内部的光学特性相关的信息的技术。为此，使用PAT的声波成像装置利用从光源生成的脉冲光来照射被检体。此外，声波成像装置接收声波(通常为超声波)，并使接收到的声波经受分析处理，其中该声波是在被检体内部传播和扩散的光被身体组织吸收时由换能器生成的。

使用几MHz至超过10MHz的频带中的声波来诊断身体组织。声波在活体内部传播的过程中衰减。频率越高，声波的衰减程度越大。发生显著衰减导致活体的深部(相对远离换能器的部分)的图像质量下降并影响诊断性能。考虑到此，已知如下的技术：在声波成像装置中，被检体由片状保持构件保持并且来自被检体的声波经由保持构件获取。

日本专利申请特开No.2015-167733公开了如下的声波成像装置，其用与超声换能器的接收表面和被检体接触的保持构件来保持被检体。日本专利申请特开No.2015-167733还公开了相对于由片状保持构件形成的界面造成的超声波的多重反射，通过使用网状保持构件来抑制所获取的超声信号的S/N比的下降。

日本专利申请特开No.2015-167733。

发明内容

当被检体如上所述被网状保持构件保持时，由于被检体的身体运动(例如，姿势的改变)的作用，等于或超过预期值的载荷值可能被施加到网状保持构件。在一些情况下，由于载荷值而变形的网状保持构件与布置在保持构件的周边的诸如换能器之类的周边构件接触，并损坏保持构件或换能器。这个问题需要改进，因为对保持构件的损坏和对换能器的损坏都会导致不稳定的接收特性。

本发明是考虑到上述问题做出的。本发明的目的是减少在声波成像装置中的被检体保持构件的挠曲的影响。

本发明提供了声波装置，该声波装置包括：

支撑构件，被配置成支撑受检者，并且设置有插入口，被检体被配置成插入该插入口；

被检体保持构件，被配置成保持通过插入口插入的被检体；

换能器阵列，被配置成包括用于接收声波的多个换能器，并被配置成远离被检体保持构件；

载荷获取单元，被配置成基于被检体保持构件的变形量来获取施加在支撑构件和被检体保持构件之间的载荷值；

存储器单元，被配置成存储基于在被检体保持构件和换能器阵列彼此接触时被检体保持构件的变形量和施加有载荷的面积确定的第一载荷基准值；

比较和确定单元，被配置成将所述载荷值与第一载荷基准值进行比较；和

互锁控制单元，被配置成当所述比较和确定单元确定所述载荷值超过所述第一载荷基准值时执行互锁控制。

本发明还提供了声波装置的控制方法，该声波装置包括：支撑构件，被配置成支撑受检者，并且设置有插入口，被检体被配置成插入该插入口；被检体保持构件，被配置成保持被检体；换能器阵列，包括多个换能器并且被配置成远离所述被检体保持构件；载荷获取单元；比较和确定单位；以及互锁控制单元，

所述方法包括：

由换能器接收从被检体生成的声波并输出电信号；

由所述载荷获取单元获取与所述被检体的载荷引起的所述被检体保持构件的变形量对应的载荷值；

通过所述比较和确定单元比较所述载荷值与基于当所述被检体保持构件和所述换能器阵列彼此接触时的所述载荷值确定的第一载荷基准值；以及

当所述比较和确定单元确定所述载荷值超过所述第一载荷基准值时，通过所述互锁控制单元执行互锁控制。

根据本发明，可以减少被检体保持构件在声波装置中的挠曲的影响。

从以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特性将变得清楚。

附图说明

图1是根据第一实施例的声波成像装置的框图；

图2A和图2B是示出了被检体保持构件的挠曲的图；

图3是声波成像装置的载荷检测单元的框图；

图4是示出了声波成像装置的处理的流程图；

图5是根据第二实施例的声波成像装置的框图；

图6示出了用于测量载荷与位移的关系的工具；以及

图7是示出了载荷与位移的关系的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的优选实施例。然而，应当理解，下面描述的部件的尺寸、材料、形状、相对布置等意在根据要应用本发明的装置的配置和各种条件而被适当地改变。因此，本发明的范围并不意在被限制到下面描述的实施例。

本发明涉及用于检测传播自被检体的声波并生成和获取关于被检体内部的特定信息的技术。因此，本发明可以被认为是被检体信息获取装置或其控制方法，或者被检体信息获取方法和信号处理方法。本发明还可以被认为是使包括诸如CPU和存储器之类的硬件资源在内的信息处理装置执行这些方法的程序或者存储该程序的计算机可读的非暂时性存储介质。

根据本发明的被检体信息获取装置包括利用光声效应的装置，其中，通过用光(电磁波)照射被检体而在被检体内部生成的声波被接收，并且关于被检体的特性信息被获取为图像数据。在这种情况下，特性信息是指关于使用通过接收光声波而获得的接收信号生成的、与被检体内部的多个位置中的每个位置对应的特性值的信息。

从通过光声测量获取的电信号(光声信号)导出的特性信息(光声特性信息)是反映光学能量的吸收率的值。例如，特性信息包括通过光照射生成的声波的生成源、被检体内部的初始声压、从初始声压导出的光能吸收密度或吸收系数、以及构成组织的物质的浓度。此外，可以通过获得作为物质浓度的氧合血红蛋白的浓度和脱氧血红蛋白的浓度来计算氧饱和度的分布。此外，还可以获得葡萄糖浓度、胶原浓度、黑色素浓度、脂肪或水的体积分数等。

根据本发明的被检体信息获取装置包括使用超声回波技术的装置，其将超声波发送到被检体，接收在被检体内部反射的反射波(回波)，并且获取被检体信息作为图像数据。从由超声回波装置获取的电信号(超声回波信号)导出的特性信息(超声特性信息)是反映被检体内部的组织中的声阻抗的差异的信息。

二维或三维特性信息分布是基于被检体中每个位置处的特性信息获得的。分布数据可以被生成为图像数据。特性信息可以被获得为被检体内部的各个位置处的分布信息，而不是数值数据。分布信息的示例包括初始声压的分布、能量吸收密度的分布、吸收系数的分布、氧饱和度的分布、声阻抗的分布和表示血流的分布信息。由于基于声波的信息被如上所述地可视化，因此本发明还可以被认为是声波成像装置、声波成像装置的控制方法或声波成像装置的程序。此外，本发明也可以仅被认为是声波装置及其控制方法。

本发明中所指的声波通常是超声波，并且包括也被称为音波或声波的弹性波。由换能器从声波变换的电信号也被称为声信号。然而，在本说明书中对超声波和声波的描述不旨在限制这种弹性波的波长。由光声效应生成的声波被称为光声波或光学超声波。从光声波导出的电信号也被称为光声信号。此外，从回波导出的电信号也被称为超声回波信号，其中该回波是当发送超声波由被检体反射时施加的。

[第一实施例]

以下，将参考附图对本发明的第一实施例进行描述。应当注意，相同的部件通常被赋予相同的附图标记，并且将省略其描述。将使用光声成像装置的示例作为根据本实施例的声波成像装置来描述本实施例。然而，如上所述，本发明也适用于超声回波成像。此外，本发明也适用于其它检查装置。特别地，本发明优选应用于采用通过探头或传感器来测量处于保持状态的乳房的系统的检查装置。

(装置配置)

图1是示出了根据本实施例的声波成像装置100(以下也简称为“装置100”)的框图。装置100包括以下。被检体4由被检体保持构件2保持，该被检体保持构件2由设置有开口(间隙)的网状构件30和防水片构件3构成。装置100包括用于接收传播自被检体4的光声波的多个换能器7以及用于控制被检体4和换能器7的相对位置的位置控制机构18。

装置100还包括生成光的光源11和用光照射被检体4的照射光学系统19。从换能器7输出的电信号(光声信号)是经由同轴电缆8发送到信号接收单元10的弱高频模拟信号。信号接收单元10对光声信号进行放大并执行A/D转换，并将光声数字信号输出到信号处理单元9。假设信号处理单元9执行光声数字信号的积分处理以生成被检体信息。

装置100还包括由使用者(包括操作工程师和放射技师在内的医务工作者)使用的操作单元16以及图像构成单元15，该操作单元16用于将包括开始成像的指令和用于成像所需的参数在内的指令输入到装置100，图像构成单元15用于将由生成单元获取的被检体信息转换为图像。此外，还设置了用于显示生成的图像或操作该装置的显示用户界面(UI)的显示单元14。

装置100还包括控制处理器12，其经由操作单元16接受用户的各种操作，生成用于生成所期望的被检体信息所需的控制信息，并且经由系统总线13控制各个功能。此外，设置有存储所获取的光声数字信号、所生成的图像以及与操作相关的其它信息的存储器单元17。此外，作为成像对象的被检体4例如是乳腺肿瘤科的乳腺癌诊断中的乳房，以及皮肤科或矫形科的血管诊断中的手或脚。此外，还可以使用诸如小鼠或青蛙之类的生物、模拟活体样本的体模(phantom)等作为测量对象。以下，将对装置100的各个部件进行详细描述。

《被检体保持构件2》

网状构件30被布置在被检体保持构件2的下表面上，以便支撑被检体4的重量，并增加声波的透射率且抑制多重反射。由编织纤维制成的制品可以被用作网状构件30。为了减少声波的衰减，纤维的直径优选地比声波的波长短。纤维的直径例如为纤维与网络状构件的插入口的比率优选地是最小的。纤维与插入口的比率例如为60％以下。此外，从提高舒适性的观点出发，防止网状构件30与被检体接触的结构是优选的。然而，依赖于网状构件30的材料，网状构件30可以与被检体接触。此外，只要可以确保声波的透射率，网状构件30可以被防水片构件3夹持。

为了支撑被检体和声匹配液体的重量，网状构件30优选地是具有高拉伸强度和低弹性变形率的材料。优选的材料的示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚芳酯和聚酯。使用具有高拉伸强度的材料作为网状构件30使得被检体能够被保持在大致平坦的形状。结果，由于可以接收来自被检体的深部的声波，因此可以执行良好的诊断。通过将网状构件30编织成在纤维之间离散地具有开口(间隙)的格子形状，与没有开口(间隙)的平面构件相比，减小了声波的垂直反射分量。结果，减少了声波的多重反射。格子形状纤维可以通过开口(间隙)的形状为矩形的方法以及开口(间隙)为六边形或八边形的方法来编织。然而，由于根据本发明的被检体保持构件2预期会变得挠曲等，因此允许一定量的变形的材料是优选的。

此外，为了将被检体4浸入声匹配液体6中以匹配被检体4和换能器之间的声阻抗，薄的橡胶状防水片构件3被布置在被检体保持构件2中。防水片构件3由与天然橡胶结构相似的异戊二烯(IR)橡胶构成。为了防止防水片构件3弯曲和浮动，防水片构件3和网状构件30优选地被彼此固定。固定方法的示例包括通过粘合剂固定、焊接和通过构件夹持。然而，为了防止由于固定界面或固定构件引起的声波的衰减或反射，优选地在每个构件的周边部分或成像区域的外部执行固定。

防水片构件3以防水的方式保持声匹配液体6。为了在声波正通过防水片构件3传播时减少声波的衰减，优选地，防水片构件3薄。更优选地，防水片构件3的厚度比使用的声波的波长短。例如，防水片构件的厚度被设置在的范围内。此外，为了增加对被检体的粘附性，防水片构件3优选地由可拉伸的弹性材料制成。除了天然橡胶和IR橡胶之外，这种材料的示例包括聚甲基戊烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯和硅橡胶。

被检体保持构件2由支撑构件1经由包括测力计(load cell)的载荷检测器20保持。如上所述，由于被检体保持构件2具有保持作为成像对象的被检体4的功能以及用于保持一定量的声匹配液体6的容器的功能，因此被检体保持构件2也被称为成像桶。为了插入被检体4，被检体保持构件为具有开口的容器形状，或者换句话说，为半容器形状。支撑构件1具有用于插入构成受检者的一部分的被检体的插入口1a。支撑构件1足够牢固以支撑受检者的重量，并且具有包括平面部分的支撑表面。作为支撑构件1，能够内部存储各种部件的壳体是优选的。

《换能器阵列5》

换能器阵列5包括半球形(或碗形或杯形)支撑部。为了有效地接收来自被检体4的光声波，多个换能器7以同心图案或螺旋图案被布置在支撑部上。此外，换能器7可以一维(线性)或二维(平面)地布置。换能器阵列以距离其一定距离被布置在被检体和被检体保持构件下方的支撑构件(壳体)的内部。换能器阵列和保持构件之间的距离优选地等于或大于允许间隙g。

为了减少来自被检体4的声波的衰减，换能器阵列5以与被检体保持构件2相似的方式填充有声匹配液体6。为了保持声匹配液体6，具有开口上部和半容器形状的凸缘以及壁被连接在半球形支撑部的周边。位置控制机构18一维或二维地扫描换能器阵列5，并控制换能器阵列5与被检体保持构件2的相对位置。

《位置控制机构18》

位置控制机构18由包括马达的驱动构件和用于传递其驱动力的机械部件构成，并且根据来自控制处理器12的扫描控制信息来控制换能器阵列5的位置。通过在改变附接到换能器阵列5的换能器7相对于被检体4的相对位置的同时重复地执行照射脉冲光29和获取光声波，可以获取宽范围的期望的被检体信息。此外，与照射光学系统19对脉冲光29的一次发射的控制同步，位置控制机构18将当前位置控制信息输出到控制处理器12。位置控制机构对应于根据本发明的位置控制单元。

《光源11》

光源11发射具有近红外范围的中心波长的脉冲光(宽度为100nm以下)。作为光源11，通常使用能够发射具有近红外范围中的中心波长的脉冲光的固态激光器(例如，钇-铝-石榴石激光器或钛蓝宝石激光器)。还可以使用诸如气体激光器、染料激光器和半导体激光器之类的激光器。可替代地，可以使用闪光灯或发光二极管。

此外，根据作为测量对象的活体内的光吸收物质(例如，氧合血红蛋白或脱氧血红蛋白、含有大量氧合血红蛋白或脱氧血红蛋白的血管、含有大量新血管的恶性肿瘤、葡萄糖和胆固醇)来选择光的波长。以下，作为示例，将考虑流过位置与乳腺癌重叠的新血管的血红蛋白被选择作为测量对象的情况。血红蛋白通常吸收范围内的光。另一方面，构成活体的水的光吸收大约在830nm附近最小化。因此，血红蛋白的光吸收相对地从750nm增加到850nm。此外，根据血红蛋白的氧饱和度，光的吸收率对于光的每个波长发生变化。考虑到这一点，也可以利用血红蛋白的吸收率分布和吸收光谱的氧饱和度的依赖性来测量活体的功能变化。

《照射光学系统19》

照射光学系统19将由光源11发射的脉冲光引导向被检体，并且形成和发射适于信号获取的光29。照射光学系统19通常由诸如收集或放大光的透镜或棱镜之类的光学部件、反射光的反射镜和散射光的扩散板构成。此外，可以使用光纤、光波导等来将来自光源11的光引导到照射光学系统19。此外，通常，作为关于相对于皮肤和眼睛的照射光的活体保护标准，最大允许曝光是根据诸如光的波长、曝光持续时间和脉冲重复之类的条件由IEC60825-1规定的。照射光学系统19生成相对于被检体4满足相同标准的光29。

此外，照射光学系统19包括如下的光学部件(未示出)，该光学部件检测光29到被检体4的发射，并且与其同步地生成用于控制光声信号的接受和记录的同步信号。通过用诸如半反射镜之类的光学系统划分由光源11生成的脉冲光的一部分以将划分的光引导到光学传感器，可以使用由光学传感器基于引导的光生成的检测信号来检测光29朝向被检体4的发射。当使用光纤束来引导脉冲光时，可以通过将一部分光纤分叉并用分叉的部分将光引导到光学传感器来检测光的发射。由于检测到光29的发射而生成的同步信号被输入到信号接收单元10和位置控制机构18。

<<信号接收单元10>>

根据从照射光学系统19输入的同步信号，信号接收单元10放大由换能器7生成的光声信号，并将光声信号转换为作为数字信号的光声数字信号。信号接收单元10由放大通过换能器7生成的模拟信号的信号放大单元和将模拟信号转换为数字信号的A/D转换单元构成。

《信号处理单元9》

信号处理单元9使信号接收单元10生成的光声数字信号经受换能器7的灵敏度变化的校正、具有物理或电气缺陷的换能器的插值处理等。此外，信号处理单元9还能够执行用于降噪的积分处理。通过检测由被检体4内部的光吸收物质生成的光声波而获得的光声信号通常是弱信号。考虑到这一点，通过对在相对于被检体4的相同位置重复地获取的光声信号应用积分和平均处理，可以降低系统噪声，并且可以提高光声信号的S/N。

《控制处理器12》

控制处理器12通过运行例如在程序操作中控制和管理基本资源并读取存储在存储器单元17中的程序代码的操作系统(OS)来执行下述功能。此外，控制处理器12在接收到由用户经由操作单元16执行的各种操作(包括开始成像)生成的事件通知后，管理被检体信息的获取操作，并且经由系统总线13控制各种硬件。控制处理器12进一步执行生成所期望的被检体信息所需的光29的照射控制和换能器7的位置控制。当控制处理器执行与互锁控制相关的操作时，控制处理器对应于根据本发明的互锁控制单元。

《操作单元16》

操作单元16是用户用于设置与成像相关的参数的输入设备，与成像相关的参数包括被检体信息的可视化范围、指示成像开始、执行与图像相关的图像处理操作等。通常，操作单元16由鼠标、键盘、触摸面板等构成，并且根据用户的操作相对于在控制处理器12上运行的软件来执行事件通知。在这种情况下，软件包括操作系统(OS)。

《图像构成单元15》

基于所获取的光声数字信号，图像构成单元15对被检体内部的组织信息进行成像，并且构成包括光声图像的任意层析图像的显示图像。另外，图像构成单元15对构成的图像应用各种校正处理(诸如亮度校正、失真校正以及感兴趣区域的剪辑)以构成对诊断更优选的信息。此外，根据经由操作单元16的用户操作，图像构成单元15调整与光声图像的构成相关的参数、调整显示图像等。

通过使由换能器7生成的三维光声波的数字信号经受图像重构处理来获得光声图像。由于图像重构处理，诸如包括声阻抗在内的特性分布和光学特性值的分布之类的被检体信息可以被可视化。作为图像重构处理，可以使用在层析技术中通常使用的时域或傅立叶域中的背投影、相位加法处理等。此外，当时间限制不严格时，可以使用包括通过重复处理的逆问题分析方法在内的图像重构方法。

使用配备有使用声透镜等的接受聚焦功能的换能器使得能够使被检体信息可视化，而不必执行图像重构。图像构成单元15通常由具有高性能算术处理功能和图形显示功能的图形处理单元(GPU)等构成。因此，可以减少图像重构处理或构成显示图像所需的时间。

<<显示单元14>>

显示单元14显示由图像构成单元15构成的光声图像和用于操作图像和装置的UI。显示单元14可以是基于任何系统的显示器，诸如液晶显示器和有机电致发光(EL)显示器。此外，显示单元14可以被设置为根据本发明的装置的一部分，或者可以与装置分开提供。在后一种情况下，根据本发明的装置输出或存储图像数据。

《存储器单元17》

存储器单元17由包括控制处理器12操作所需的存储器在内的存储介质、在被检体信息获取操作期间临时保持数据的存储器和例如存储并保持所生成的光声图像、相关被检体信息和诊断信息的硬盘构成。此外，存储器单元17存储实现下文描述的功能的软件的程序代码。

通常，之后将描述的信号处理单元9、控制处理器12、图像构成单元15、存储器单元17以及载荷与位移存储器单元21、基准值设置单元22、载荷信号接收单元23、比较和确定单元24等由信息处理装置实现。优选地，包括CPU、存储装置、通信装置等，且根据存储在可由信息处理装置读取的非暂时性存储介质中的程序运行的装置(例如，PC或工作站)作为这样的信息处理装置。例如，操作单元16由这种信息处理装置的输入用户界面来实现。例如，显示单元14由连接到这种信息处理装置的显示器来实现。

(施加载荷时的注意事项)

现在将参考图2考虑可能在根据本发明的声波成像装置中发生的现象。将网状构件30布置在被检体保持构件2的下表面上对于抑制来自被检体4的声波的多重反射是有效的。然而，网状形状可能导致刚性不足，并且在一些情况下，当网状构件保持被检体4时，网状构件可能变得挠曲。特别地，如图2A中所示，当由于被检体4等的身体运动而施加了大于预期的测量载荷F时，网状构件30从由点链线指示的初始位置位移(位移量为x)。此外，在这种情况下，网状构件的最底点处部分在z轴方向(纸面的上下方向)的位置被用作网状构件的位置的基准。在图2A中，网状构件的最底点低于点链线。

从被检体保持构件2与诸如换能器之类的构件接触的角度来考虑被检体保持构件2的要被允许的变形程度。通常，即使在由身体运动等引起的载荷值的情况下，被检体保持构件沿着Z轴的最低位置(最底点)也优选地比某一规定位置高。这也被称为最底点保证。可以基于载荷值是否低于如上所述的基准值来确定是否进行了最底点保证。此外，还可以基于匹配液体的泄漏量或液位高度是否超过规定值来进行确定。此外，可以通过光学照相机或超声回波对被检体进行成像，并且可以分析成像的被检体。可替代地，可以通过任何方法来确定最底点保证。

如图2B中所示，当来自被检体4的测量载荷F增加时，网状构件30可能变得挠曲并与换能器阵列5的底表面接触。此外，将考虑在接触状态下通过位置控制机构18开始用于成像的扫描驱动的情况。例如，当被检体4是人体部位(手、脚、乳房等)时，存在被检体4可能经由网状部件30与换能器阵列5接触的可能性。这样的接触可能导致网状构件30和换能器阵列5的损坏，并且可能导致图像数据的精度由于按压时被检体4的特性的变化而下降。

可以通过增加布置在被检体保持构件2的下表面上的网状构件30与换能器阵列5的底表面之间的距离(允许的间隙g)来防止这种接触。然而，增加被检体4与换能器7的距离可能导致较低的信号强度并且导致图像的S/N比的下降。此外，三维地安装有多个换能器的换能器阵列5可能与允许间隙g成比例地被需要，在这种情况下，装置的尺寸增大。

考虑到这一点，如图1中所示，在本实施例中，载荷检测器20测量施加到被检体保持构件2的载荷F，并将测量到的载荷F发送到载荷信号接收单元23。该载荷值也被称为载荷强度信号。作为载荷检测器20，例如可以使用测力计。在这种情况下，在成像之前，可以预先获得图2A中所示的载荷F和位移x之间的关系，并且其结果可以存储在载荷与位移存储器单元21中。基于载荷值和位移之间的关系，获得载荷F的基准值(允许值)，并且基准值设置单元22为比较和确定单元24设置值。

比较和确定单元24将基准值和载荷值彼此进行比较。当载荷值超过基准值时，比较和确定单元24向控制处理器12通知允许载荷误差信号等。此外，在网状构件30与换能器阵列5的一部分接触之前，通过位置控制机构18执行包括驱动停止措施在内的安全处理。这种安全处理也被称为互锁控制。可以想到执行互锁控制的各种方法。例如，作为优选的互锁控制方法，可以想到停止扫描的方法或者使得可能与被检体保持构件接触的部件退回的方法。此外，优选地通过诸如显示器或扬声器之类的呈现单元向用户呈现比较和确定的结果。此外，优选地停止光照射。此外，信号接受等也与物理控制并行停止。

(载荷检测单元的细节)

图3示出了载荷检测单元的详细框图。图的下部的左侧示出了从上方观察的被检体保持构件2。包括测力计的载荷检测器20被配置在被检体保持构件2的四个角至少一个载荷检测器20或更多个可以足以检测载荷。然而，为了测量在被检体保持构件2的中心附近施加的载荷值，优选地在被检体4的相对侧布置多个载荷传感器。

图的下部的中心对应于载荷信号接收单元23。来自载荷检测器20的信号由换能器放大器25(a1、a2、a3和a4)放大。通过加法器26(aT)将相应的放大的载荷值相加，可以获取施加于被检体保持构件2的载荷值的和值。可替代地，可以执行平均处理而不是相加处理。为了提高载荷检测器20对被检体保持构件2上的载荷值的测量精度，优选地，在避免与支撑构件1等接触的同时，被检体保持构件2被保持为在水平方向上受到限制，但是在垂直方向上具有自由度。

从由执行光声测量的装置100执行的测量结果获得载荷F与位移x之间的关系的方面也包括在本发明的实施例中。可替代地，专用测量工具可以与装置100分开使用。图6示出了用于测量载荷与位移关系的工具的示例。网状构件30的位移x可以通过借助位移传感器支架35而被固定于位移传感器支撑构件36的接触型位移传感器34来测量。作为位移传感器，除了接触型位移传感器之外，可以使用包括激光位移计在内的各种传感器。可替代地，可以分析由光学照相机捕获的图像。载荷F被施加到模拟被检体与网状构件30接触的区域的板37，并且由载荷检测器20测量的值与接触型位移传感器34的值之间的关系被存储在载荷位移存储器单元21中。在本实施例中，载荷检测单元和载荷信号接收单元对应于载荷获取单元。此外，载荷F(或其和值、平均值等)对应于载荷值。

当被检体4是人体部位(手、脚、乳房等)时，必须对关系表达式进行校正，因为相对于网状部件30施加有载荷的面积可能不同。现在将参考图7中所示的曲线图来考虑施加到网状构件30上的每单位面积的载荷值。横轴表示载荷F，并且纵轴表示位移x。作为其单位，可以使用例如(N)和(cm)，或者可以使用标准化值或依设备而定的值。与测量施加有载荷的小面积的手的情况相比，由于在测量施加有载荷的大面积的脚的情况下的载荷值的分散，图形的梯度变得逐渐变化。以这种方式，通过为多个测量部分中的每一个设置关系表达式并且通过在多个关系表达式中切换来使用关系表达式，可以预先防止由于接触引起的事故，并且该装置可以以更安全的方式操作。此外，当使用涉及直接测量位移x的方法时(诸如图像分析和超声波接收时间测量)，不一定需要进行校正。

此外，可以考虑被检体保持构件2中的声匹配液体6的液位与换能器阵列5中的声匹配液体6的液位之间的液位差来校正关系表达式。换句话说，由于浮力作用在网状构件30上，因此可以通过考虑液位差来校正关系式而以更安全的方式来操作装置。尽管载荷值和位移的关系表达式由图7中的曲线表示。但是载荷值和位移之间的关系可以由例如查找表或代数表达式表示。

现在让我们回到图3。该图的上部示出了用于存储基于载荷F和位移x之间的关系定义并且在装置序列中使用的基准值的载荷与位移存储器单元21。作为与“位移x＝g(cm)”对应的载荷F，考虑允许间隙g的值来确定“载荷误差基准值Th1(第一载荷基准值)”。另外，在本实施例中，定义作为被检体被设置于被检体保持构件2时能被最低限度检测到的载荷的“被检体有无基准值Th3(第三载荷基准值)”和作为表示身体运动等的可能出现的载荷的“载荷警告基准值Th2(第二载荷基准值)”。这些值可以根据用户的输入值来确定，或者可以基于装置的实际测量来确定。Th2和Th3的值小于Th1的值。

此外，图的下部的右侧涉及用于设置和确定基准值的结构。基准值设置单元22将基准值设置到比较器27(cT、c1、c2、c3和c4)。可以使用载荷值的和值(cT)来执行比较，或者可以分别比较载荷检测器20的值(c1，c2，c3，c4)。通过比较各载荷检测器的值，即使被检体4的载荷值被不均匀地施加到被检体保持构件2并存在载荷分布的情况也是可以的。

比较器27的结果由确定单元28处理，并且经由系统总线13通知给上级控制处理器12作为包括允许载荷误差的结果。图3中所示的处理载荷信号和确定基准值的部件可以分别由专用处理电路等构成，或者可以被实现为在信息处理装置上运行的程序的功能模块。

(处理流程)

图4示出了根据本实施例的声波成像装置的流程的示例。

(步骤S1)基准值设置单元22从载荷与位移存储器单元21读取“被检体有无基准值Th3”，并将该值设置到比较器。可以在实际光声测量开始之前提前执行本步骤。

(步骤S2)本步骤和之后的处理在被检体已经被设置到规定位置并且测量已经开始的状态下执行。在本步骤中，载荷信号接收单元23基于载荷检测器20的检测值输出载荷F。

(步骤S3)比较和确定单元24比较由载荷检测器获取的载荷F与“被检体有无基准值Th3”。当被检体存在时(F>Th3)，流程进行到后续处理。当被检体不存在时(F≤Th3)，流程返回到S2。在这一点上，可以通过使用由扬声器、显示器等构成的呈现单元通过声音或消息向用户呈现未设置被检体的事实。

(步骤S4)开始成像。当通过光声测量执行成像时，与来自光源的光照射同步地接收声波并且被按时间顺序存储。可以在使位置控制机构18扫描换能器7的同时执行光声测量。

(步骤S5)基准值设置单元22将“载荷警告基准值Th2”和“载荷误差基准值Th1”设置到比较器。

(步骤S6)载荷信号接收单元23以与步骤S2类似的方式输出载荷F。

(步骤S7)比较和确定单元24比较由载荷检测器获取的载荷F与“载荷警告基准值Th2”。当超过警告基准值(F>Th2)时，流程进行到S8。另一方面，当不超过警告基准(F≤Th2)时，流程进行到S9。

(步骤S8)当达到基准值“载荷警告”时，向上级控制处理器通知警告并继续成像。控制处理器通过使用由扬声器、显示器等构成的呈现单元通过声音或消息向用户呈现警告。

(步骤S9)比较和确定单元24比较载荷F和“载荷误差基准值Th1”。当超过误差基准值(F>Th1)时，流程进行到S11。另一方面，当不超过误差基准(F≤Th1)时，流程进行到S10。

(步骤S10)继续成像。

(步骤S11)在本步骤中，控制处理器确定成像是否已经完成。例如，当感兴趣区域被设置在被检体中并且通过扫描换能器7执行成像时，可以基于是否已经完成了感兴趣区域的扫描来确定是否已经完成成像。当成像尚未完成时，流程返回到S6以获取来自未测量区域的光声信号。另一方面，当成像完成时，处理结束。

(步骤S12)图像构成单元15使用获取的光声信号执行图像重构处理，并且生成指示被检体内部的特性信息的图像数据。生成的图像数据可以立即显示或存储在存储器等中。

(步骤S13)在本步骤中，完成成像。

(步骤S14)向上级控制处理器通知“载荷误差”。控制处理器执行包括停止驱动在内的互锁控制，以确保安全。可替代地，可以通过使用由扬声器、显示器等构成的呈现单元通过声音或消息来向用户呈现已经发生载荷误差的事实。

在上述流程中，第一载荷基准值、第二载荷基准值和第三载荷基准值分别是可以与载荷F(或通过从多个载荷检测器的输出计算得到的值)进行比较的数值。然而，只要该值能够反映被检体保持构件的挠曲或被检体保持构件的最底点的位移，则各基准值不限于载荷值。例如，当通过超声波回波测量或光学图像的分析来获取位移x时，所获取的位移x可以与基于允许间隙g确定的基准值进行比较。可替代地，在使用表或数学表达式将载荷值转换为位移x之后，可以将位移x与由长度定义的基准值进行比较。在这些情况下，发送和接收声波的传感器、照相机和信息处理装置对应于载荷获取单元。此外，由于位移x是基于挠曲量来确定的，因此位移x对应于载荷值。

如上所述，利用根据本实施例的声波成像装置，确定由测力计等检测到的载荷值是否在基于位移量定义的规定允许范围内。此外，当满足预先设置的误差条件时，测量结束。结果，即使当发生由于被检体的身体运动等而引起的载荷值增加以及被检体保持构件的挠曲时，也可以降低诸如被检体信息的精度下降之类的影响。

[第二实施例]

图5是示出了根据第二实施例的声波成像装置101(以下简称为“装置101”)的框图。由于根据第二实施例的装置101的基本配置与第一实施例的基本配置相同，因此下面的描述将集中在其差异上。根据本实施例的装置101基于由于网状构件30的挠曲而引起的换能器阵列内部的声匹配液体6的排出体积(displaced volume)来执行控制。排出体积对应于被检体保持构件的变形量。具体地说，设置了用于测量声匹配液体的液位变化的液位传感器31。此外，液位信号接收单元33接收液位传感器的检测值的输入。

网状构件30的位移与声匹配液体6的液位之间的关系被预先获得，并被存储在液位与位移存储器单元32中。因此，可以基于表示液位传感器的输出的液位信号来估计载荷值。在图4所示的流程图中，载荷检测器可以用液位传感器替换，并且基于载荷F的基准值可以用基于液位的基准值替换。在这种情况下，液位传感器对应于载荷获取单元，并且液位对应于载荷值。

例如，基于当网格的挠曲等于允许间隙g时的液面L1来确定载荷误差基准值Th1(第一载荷基准值)。以类似的方式，分别基于液位来确定载荷警告基准值Th2(第二载荷基准值)和被检体有无基准值Th3(第三载荷基准值)。可替代地，依赖于保持声匹配液体的容器的形式，可以基于泄漏量替换液位来进行确定。

根据第二实施例，不再需要使用载荷检测器等来测量施加到被检体保持构件2的载荷值。结果，被检体保持构件2可以以简单的方式附接到支撑构件1。

(变形例)

在第二实施例中，当检测到载荷误差基准值时，通过互锁控制来中止成像。然而，在检测到误差之后与互锁控制相关的操作不限于此。本实施例与第二实施例的不同之处在于，当检测到载荷误差基准值时，成像被暂时中断，并且当载荷值随后被确定为低于载荷误差基准值时，互锁控制被取消以重新开始成像。在本实施例中，可以向用户呈现出现载荷误差的事实。

当声波成像装置包括多个载荷检测器20时，以什么方式使受检者改变他或她的姿势可以基于各个载荷检测器20的检测值由声音或图像来呈现。例如，当多个载荷检测器20被布置为围绕被检体，并且与受检者的右侧相对应的载荷值特别大，受检者本人指示帮助者使受检者的身体向左侧倾斜。随后，一旦载荷检测器20的输出值被确认为低于基准值，则重新开始成像。可以设置由受检者或帮助者用于通知装置姿势已经改变的输入单元。

即使当由于载荷误差而停止成像时，在到达载荷误差之前获取的光声信号也可以用于仅对感兴趣区域的部分执行图像重构，或者可以被存储在存储器中并随后与其它获取信号组合地用于图像重构。可替代地，即使当发生载荷误差时，也可以继续成像，并且在发生载荷误差的状态下获取光声信号的事实可以以包括标题信息的格式写入光声信号。在这种情况下，优选地，描述载荷误差的发生状态的说明也被附加到从光声信号生成的重构图像。

如上所述，利用根据各个实施例的声波成像装置及其控制方法，当发生被检体保持构件的挠曲并且存在被检体保持构件可能与包括布置在被检体保持构件的周边的换能器在内的构件接触的风险时，可以中止成像，并且可以停止该装置。结果，可以预先防止由于被检体保持构件的挠曲导致的各构件的损坏。

本发明还可以通过读取和执行记录在存储装置上的程序来实现上述实施例的功能的系统或装置的计算机(或诸如CPU或MPU之类的设备)来实现。此外，本发明还可以通过构成通过读取和执行记录在存储装置上的程序来实现上述实施例的功能的系统或装置的计算机执行的方法来实现。可替代地，本发明也可以通过实现一个或多个功能的电路(例如，ASIC)来实现。为此，例如，计算机经由网络或从能够用作上述存储装置的各种类型的记录介质(换句话说，以非暂时性方式存储数据的计算机可读记录介质)设置有程序。因此，应当理解，所有计算机(包括诸如CPU或MPU之类的设备)、方法、程序(包括程序代码或程序产品)以及以上述非暂时性方式存储程序的计算机可读记录介质落在本发明的范围内。

其它实施例

本发明的一个或多个实施例也可以由读出并执行在存储介质(其也可被更完整地称作‘非瞬时计算机可读存储介质’)上记录的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能和/或包括用于执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机来实现，以及通过由系统或装置的计算机例如通过读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能并且/或者控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能来执行的方法来实现。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))并且可以包括用来读出并执行计算机可执行指令的单独计算机或单独处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或者存储介质被提供给计算机。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)、分布式计算系统的存储装置、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多用途盘(DVD)或者蓝光盘(BD)^TM)、闪存装置、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)提供给系统或装置，该系统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，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便包含所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (22)

1.一种声波装置，其特征在于，包括：

支撑构件，被配置成支撑受检者，并且设置有插入口，被检体被配置成插入该插入口；

被检体保持构件，被配置成保持通过插入口插入的被检体；

换能器阵列，被配置成包括用于接收声波的多个换能器，并被配置成远离被检体保持构件；

载荷获取单元，被配置成基于被检体保持构件的变形量来获取施加在支撑构件和被检体保持构件之间的载荷值；

存储器单元，被配置成存储基于在被检体保持构件和换能器阵列彼此接触时被检体保持构件的变形量和施加有载荷的面积确定的第一载荷基准值；

比较和确定单元，被配置成将所述载荷值与第一载荷基准值进行比较；和

互锁控制单元，被配置成当所述比较和确定单元确定所述载荷值超过所述第一载荷基准值时执行互锁控制。

2.根据权利要求1所述的声波装置，还包括：

位置控制单元，被配置成改变所述换能器阵列和所述被检体的相对位置，其中

互锁控制单元被配置成通过使位置控制单元中止相对位置的改变来执行互锁控制。

3.根据权利要求1所述的声波装置，其中

载荷获取单元包括载荷检测器，该载荷检测器被配置成检测由于受检者的重量而施加在被检体保持构件上的载荷值，并且载荷获取单元被配置成基于从载荷检测器输出的载荷强度信号获取载荷值。

4.根据权利要求3所述的声波装置，还包括：

多个载荷检测器，其中

载荷值是通过将从所述多个载荷检测器输出的载荷值相加而获得的值。

5.根据权利要求4所述的声波装置，还包括：

呈现单元，被配置成基于从所述多个载荷检测器中的每一个载荷检测器输出的载荷值向受检者呈现应当以何种方式改变姿势。

6.根据权利要求3所述的声波装置，其中

通过用于测量载荷值的工具来获取与被检体保持构件的变形量对应地在被检体保持构件与支撑构件之间施加的载荷值。

7.根据权利要求1所述的声波装置，其中

换能器阵列能够保持与被检体和换能器的声阻抗匹配的声匹配液体，以及

载荷获取单元被配置成包括用于检测声匹配液体的与载荷值相关的液位的液位传感器，并且基于从液位传感器输出的液位信号来估计载荷值。

8.根据权利要求1所述的声波装置，还包括：

呈现单元，其中

所述比较和确定单元被配置成将所述载荷值与小于第一载荷基准值的第二载荷基准值进行比较，以及

所述互锁控制单元被配置成当所述比较和确定单元确定所述载荷值超过所述第二载荷基准值时使所述呈现单元输出警告。

9.根据权利要求1所述的声波装置，还包括：

呈现单元，其中

所述比较和确定单元被配置成将载荷值与小于第一载荷基准值的第三载荷基准值进行比较，以及

所述互锁控制单元被配置成当所述比较和确定单元确定所述载荷值不超过所述第三载荷基准值时使所述呈现单元输出所述被检体未被设置。

10.根据权利要求1所述的声波装置，其中

存储部被配置成将载荷值和被检体保持构件的变形之间的关系存储为表或数学表达式。

11.根据权利要求10所述的声波装置，其中

载荷值与被检体保持构件的变形之间的关系根据施加有载荷的面积被设置为多个。

12.根据权利要求1所述的声波装置，其中

互锁控制单元被配置成当在执行互锁控制之后，载荷值低于第一载荷基准值时，取消互锁控制。

13.根据权利要求1所述的声波装置，其中

被检体保持构件由网状构件和片状构件构成，并且由于保持被检体而变形。

14.根据权利要求1所述的声波装置，其中，所述换能器阵列接收从被检体生成的多个声波并输出多个电信号。

15.根据权利要求14所述的声波装置，还包括：

图像构成单元，被配置成使用所述多个电信号来生成关于被检体的特性信息。

16.根据权利要求14所述的声波装置，还包括：

光源，其中

换能器阵列将用来自光源的光照射被检体时生成的多个光声波接收为多个声波。

17.根据权利要求16所述的声波装置，其中

互锁控制单元被配置成使光的照射中止作为互锁控制。

18.根据权利要求14所述的声波装置，其中

换能器阵列将从换能器阵列发送并被被检体反射的多个回波接收为多个声波。

19.根据权利要求1所述的声波装置，其中，所述被检体是受检者的一部分。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的声波装置，其中，所述被检体保持构件的变形量是由于被检体施加于所述被检体保持构件的载荷引起的。

21.一种声波装置的控制方法，其特征在于，所述声波装置包括：支撑构件，被配置成支撑受检者，并且设置有插入口，被检体被配置成插入该插入口；被检体保持构件，被配置成保持被检体；换能器阵列，包括多个换能器并且被配置成远离所述被检体保持构件；载荷获取单元；比较和确定单位；以及互锁控制单元，

所述方法包括：

由换能器接收从被检体生成的声波并输出电信号；

由所述载荷获取单元获取与所述被检体的载荷引起的所述被检体保持构件的变形量对应的载荷值；

通过所述比较和确定单元比较所述载荷值与基于当所述被检体保持构件和所述换能器阵列彼此接触时的所述载荷值确定的第一载荷基准值；以及

当所述比较和确定单元确定所述载荷值超过所述第一载荷基准值时，通过所述互锁控制单元执行互锁控制。

22.根据权利要求21所述的声波装置的控制方法，其中，

声波装置还包括图像构成单元，

所述控制方法还包括：

通过所述图像构成单元使用电信号生成关于被检体的特性信息。