專利名稱：超聲探測器以及包含超聲探測器的光聲-超聲系統和檢查對象成像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于發送和接收超聲波并用于接收光聲波(photoacoustic wave)的超聲探測器(probe)，并且涉及包含超聲探測器的光聲-超聲系統和檢查對象成像裝置。
背景技術：
使用超聲波獲得層析(tomographic)圖像的常規層析成像裝置包括:用于向試樣發送超聲波并且接收反射的超聲波的探測器；用于給探測器供給超聲信號的發送部分；用于接收反射波的接收部分；和用于將接收的反射波信號轉換成亮度信號以用于可視化的單元。當使用由該裝置獲取的時序層析圖像時，可以觀察試樣的內部。在根據一種模式的該裝置中，用于執行探測器的掃描的單元用超聲波二維地掃描試樣，以獲得三維圖像。同時，在對檢查對象進行檢查方面，近年來已進展性地開發了不僅顯示形態(morphologic)圖像而且顯示功能圖像的裝置。作為如上所述的這樣的裝置之一，存在利用光聲光譜法的裝置。在光聲光譜法中，各具有預定波長的可見光、近紅外光或中紅外光被施加到檢查對象。然后，檢查對象內的特定物質吸收所施加的光的能量，并且，作為吸收的結果，產生并檢測到彈性波(光聲波)。以這種方式，特定物質的濃度被定量測量。檢查對象內的特定物質例如為包含于血液中的葡萄糖或血紅蛋白。在例如日本專利申請公開N0.2001-507952中公開了通過光聲光譜法獲取光聲圖像的技術。該技術被稱為光聲層析攝影術(PAT)。另外，日本專利申請公開N0.2005-021380公開了:使用對于光聲圖像和通常的超聲回聲圖像兩者而言共同的一維布置的機電變換器來重建這兩種圖像的方法；以及，在一維布置的機電變換器之間設置使用玻璃纖維的照明系統的結構。根據日本專利申請公開N0.2005-021380,同時獲取超聲回聲圖像和光聲圖像，由此顯示形態圖像和功能圖像。在這種情況下，使用共用的探測器，以發送和接收用于形成超聲回聲圖像的超聲波、并接收用于形成光聲圖像的光聲波。這里應當注意，由光聲光譜法(光聲成像方法)產生的彈性波被稱為光聲波，并且，在通常的脈沖回聲方法中發送和接收的聲波被稱為超聲波。光聲光譜法中使用的光聲波的頻帶一般比超聲波檢查法(ultrasonography)中使用的超聲波的頻帶低。例如，光聲波的頻帶被分布于200KHz至2MHz的范圍內，以IMHz為中心頻率。光聲波的頻帶的分布比超聲波檢查法中使用的超聲波的3.5MHz的中心頻率低。根據日本專利申請公開N0.2005-021 380，使用共用的探測器來接收光聲波和超聲波檢查法中使用的超聲波。
但是，如在日本專利申請公開N0.2005-021380中描述的那樣，當使用共用的探測器來接收具有相互不同的頻帶的光聲波和超聲波時，出現空間分辨率在超聲圖像中劣化的問題。為了解決上述的問題，在日本專利申請公開N0.2005-021380中使用諧波(harmonic)成像方法。但是，包含于諧波分量中的信號比包含于基波分量中的信號衰減得多，由此存在靈敏度可被降低的擔心。在光聲波的頻帶和超聲波的頻帶相互明顯分開(例如，光聲波的中心頻帶約為IMHz并且超聲波的中心頻帶約為IOMHz )的情況下，當如在日本專利申請公開N0.2005-021380中描述的那樣使用共用的探測器來接收波時，上述的問題變得更加明顯。并且，關于包含超聲探測器和光學系統的光聲-超聲系統，出現以下的問題。具體而言，根據日本專利申請公開N0.2005-021380，為了產生光聲波，使用光纖引入激光。但是，為了產生光聲波，需要極強的激光，這可對纖維造成不利的影響。特別地，當試樣是厚的以使得光大程度地衰減時，上述的問題變得更加嚴重。根據由本發明的發明人使用假(drnnrny)檢查對象進行的實驗，發現了:為了產生強到足以檢測具有超過“cm”的量級的厚度的試樣的光聲波，引入光纖中的激光的強度超過幾十kj/cm2，這增大了對于光纖的負擔。因此，不可選擇光纖作為用于檢測具有一定體積的試樣的光學系統。
發明內容
本發明的目的是提供一種超聲探測器和包含超聲探測器的檢查對象成像裝置，所述超聲探測器即使在超聲波檢查法中使用的超聲波的頻帶和光聲波的頻帶相互分開時，也能夠形成圖像而沒有劣化。本發明的另一目的是提供一種包含超聲探測器和光學系統的光聲-超聲系統，其能夠施加具有用于檢測足夠的光聲波的強的光強度的脈沖光。鑒于上述的目的，本發明提供一種超聲探測器，該超聲探測器包含:能夠發送和接收超聲波的第一陣列器件；以及能夠接收光聲波的第二陣列器件，其中，第一陣列器件包含沿第一方向布置的多個機電變換器；第二陣列器件包含二維地布置的多個機電變換器；并且，第一陣列器件和第二陣列器件在同一平面上且沿與第一方向垂直的第二方向被設置。本發明還提供一種光聲-超聲系統，該光聲-超聲系統包含:用于將從光源發射的光引入檢查對象中的光學系統；以及超聲探測器，其中，光學系統被設置在第一陣列器件和第二陣列器件之間的空隙中。本發明還提供一種檢查對象成像裝置，該檢查對象成像裝置包括:用于產生脈沖光的光源；超聲探測器；以及用于控制光源和超聲探測器以形成圖像的系統控制單元。系統控制單元通過使用第一陣列器件形成基于檢查對象內部的形態信息的圖像，并且通過使用光源和第二陣列器件形成基于檢查對象內部的功能信息的圖像。根據本發明，可以提供一種超聲探測器和包含超聲探測器的檢查對象成像裝置，所述超聲探測器即使在超聲波 檢查法中使用的超聲波的頻帶和光聲波的頻帶相互分開時，也能夠形成圖像而沒有劣化。從結合附圖進行的以下描述，本發明的其它特征和優點將是明顯的，在附圖中，相似的附圖標記在其各圖中始終表示相同或類似的部分。
圖1A是示出根據本發明實施例的超聲探測器的視圖；圖1B是示出形成用于根據本發明實施例的超聲探測器中的變換器的超聲變換器和光聲變換器的布置的視圖；圖2是示出根據本發明實施例的包含超聲探測器的檢查對象成像裝置的配置的示圖；圖3是用于描述根據本發明實施例的使用超聲探測器的信號收集方法的示圖；圖4是示出根據本發明的超聲變換器的束形狀的示圖；圖5是示出根據本發明的超聲變換器沿其高度方向的束形狀的示圖；圖6是示出根據 本發明的超聲探測器與超聲變換器沿高度方向的束厚度之間的關系的曲線圖；圖7A是示出根據本發明另一實施例的包含超聲探測器和光學系統的光聲-超聲系統的透視圖；以及圖7B是不出光的入射的光聲-超聲系統的截面圖。
具體實施例方式現在根據附圖詳細描述本發明的優選實施例。以下，參照附圖更詳細地描述本發明。應當注意，相同的部件一般由相同的附圖標記表不，并且，其描述被省略。第一實施例:超聲探測器和檢查對象成像裝置根據本實施例的超聲探測器包含:能夠發送和接收超聲波的第一陣列器件；和能夠接收光聲波的第二陣列器件。第一陣列器件包含沿第一方向布置的多個機電變換器。第二陣列器件包含二維地布置的多個機電變換器。第一陣列器件和第二陣列器件在同一平面上且沿第二方向被設置。在本發明中，“同一平面”不必要求是嚴格的同一平面，只要平面可被視為基本上為同一平面即可。在“基本上為同一平面”的定義中，其上設置陣列器件的平面包含處理精度的范圍內的凸凹(irregularities)并且包含傾斜或水平差異是可接受的，只要檢查對象和陣列器件之間的接觸狀況不被不利地影響即可。即使當為了減小與檢查對象的接觸阻力在平面的表面上有意設置凸凹等時，與上述的情況類似，所述凸凹等是可接受的，只要檢查對象和陣列器件之間的接觸狀況不被不利地影響即可。在根據本實施例的超聲探測器和包含超聲探測器的檢查對象成像裝置中，第二方向典型地是掃描方向，并且，第一方向典型地是與掃描方向垂直的方向。即使在不掃描第一陣列器件和第二陣列器件的靜止狀態(rest state)中，根據本實施例的超聲探測器和包含超聲探測器的檢查對象成像裝置也可獲取檢查對象的圖像。以下，參照附圖具體地進行描述。圖1A和圖1B是根據本發明的超聲探測器的結構圖。圖1A是示意圖，圖1B是示出變換器部分的放大圖。超聲探測器包含探測器外殼30、線纜(cable) 31和變換器4。變換器4包含:能夠發送和接收超聲波的作為第一陣列器件的超聲變換器4a ;以及能夠接收光聲波的作為第二陣列器件的光聲變換器4b。對于超聲變換器4a采用一維(線狀(Iinear))陣列，而對于光聲變換器4b采用二維陣列。
超聲變換器4a被用于揭示檢查對象的內部的形態信息，并因此是能夠發送和接收頻率比由獲取功能信息的光聲變換器4b接收的光聲波高的超聲波的變換器。這里，作為典型的值，超聲變換器4a的頻帶為7至12MHz。“形態信息”是基于檢查對象的內部的形態、并通過通常的脈沖回聲方法獲得的信息。另一方面，光聲變換器4b被用于揭示檢查對象的內部的功能信息，并因此是能夠接收頻率比由獲取形態信息的超聲變換器4a發送和接收的超聲波低的超聲波(光聲波)的變換器。這里，作為典型的值，光聲變換器4b的頻帶為I至4MHz。“功能信息”是通過光聲光譜法(光聲成像方法)獲得、并且涉及檢查對象內部的特定物質(諸如包含于血液中的葡萄糖或血紅蛋白)的濃度的信息。對于超聲變換器4a采用一維陣列的原因如下。超聲變換器4a發送和接收具有相對高的頻率的超聲波，由此，需要使得其器件密度高。例如，即使在一維陣列中，變換器陣列的數量也如128至256那樣大。因此，當對于超聲變換器4a采用二維陣列時，就成本而言是不合適的。對于光聲變換器4b采用二維陣列的主要原因是，光利用效率被視為是重要的。具體而言，當通過二維布置的器件接收由激光的一次照射產生的光聲波時，與一維布置器件的情況相比，可以接收較多數量的光聲波。光聲波的頻率一般比超聲回聲低，由此，器件密度可被抑制為小的。因此，二維陣列對于成本具有小的影響。一條線中的變換器陣列的數量約為10至50。超聲變換器4a包含多個機電變換器。機電變換器是在電信號和機械振動(超聲波)之間進行相互轉換的器件，并且，例如，對于其使用壓電器件。沿與掃描方向垂直的方向(第一方向)布置所述多個機電變換器。光聲變換器4b是二維地布置機電變換器的器件。機電變換器的例子包含利用壓電現象的變換器、利用光學共振的變換器和利用電容變化的變換器。可以采用任何的檢測器作為機電變換器，只要該檢測器可檢測聲波即可。在檢測目標的尺寸大大改變的情況下，產生的光聲波的波帶也變寬，由此所需要的變換器有利地具有寬的檢測波帶。考慮到上述的方面，近年來已得到積極研究的靜電電容型超聲變換器是對于本發明的目的最合適的變換器之一。作為替代方案，當采用具有不同檢測波帶的多個變換器被組合的器件時，可預計得到相同的效果。以下面的方式制造根據本實施例的超聲探測器。首先，通過與常規方法類似的方法制造超聲變換器4a (—維陣列變換器)和光聲變換器4b (二維陣列變換器)。該方法包括:切出壓電變換器；將變換器固定于背襯(backing)材料；對變換器進行劃片(dicing)；接合聲匹配層；以及引出布線部分。另外，聲透鏡被附接于超聲變換器。超聲變換器和光聲變換器被布置為在其間具有間隔，并然后通過模制(molding)將它們固定。之后，超聲變換器和光聲變換器被裝配到殼體中，由此完成超聲探測器。聲匹配層、背襯和布線被設置在變換器中的每一個的上表面和下表面上,并且，聲透鏡被設置在超聲變換器的上表面上。這些部件在圖1A和圖1B中被省略。超聲變換器4a和光聲變換器4b 具有如下的位置關系:其中，與二維排列的光聲變換器4b的四條邊中的任一條平行地設置超聲變換器4a。在本實施例中，兩個陣列器件被容納于一個探測器外殼30中。作為替代方案，容納超聲變換器4a的探測器外殼和容納光聲變換器4b的探測器外殼可被設置為整體形成一個探測器。在這種情況下，兩個陣列器件僅被要求處于同一平面上，并可被定位為在其間具有一定的間隔。圖2是示出根據本實施例的使用超聲探測器的檢查對象成像裝置的框圖。為了從超聲變換器4a發送超聲波，通過系統控制單元1、發送束形成器2和發送放大器3產生超聲信號，并然后給超聲變換器4a施加電壓。發送的超聲波在檢查對象14上被反射并被超聲變換器4a接收。接收的超聲信號(超聲探測器中的各自器件的信號中的每一個)通過接收放大器5和接收束形成器6經受定相相加(phasing addition)。接收束形成器6執行模擬-數字轉換、延遲和加權控制。然后，超聲信號被超聲信號處理單元10檢測并轉換成亮度信號，并且在圖像處理單元11內的圖像存儲器中被積累。另一方面，以下面的方式檢測光聲波。光源13用脈沖激光照射檢查對象14。通過從系統控制單元I向光源13發送驅動信號來發射脈沖激光。當用脈沖激光照射檢查對象14時，檢查對象14內部的檢測目標(諸如血紅蛋白)吸收激光的能量。檢測目標的溫度根據所吸收的能量的量而上升。作為溫度上升的結果，檢測目標瞬時(momentarily)膨脹以產生彈性波(光聲波)。所產生的光聲波被光聲變換器4b接收，通過接收放大器7和模擬-數字轉換器8，并然后通過光聲信號處理單元9經受圖像重建處理。所重建的光聲信號在圖像處理單元11內的圖像存儲器中作為亮度信號被積累。然后，圖像處理單元11在積累的光聲信號上疊加積累的超聲信號，然后通過圖像顯示單元12進行圖像顯示。接下來，描述通過使用根據本實施例的超聲探測器來獲取超聲信號和光聲信號的三維信號的方法。如上所述，對于超聲變換器采用一維陣列，并且，對于光聲變換器采用二維陣列，由此，為了通過使用根據本實施例的超聲探測器來獲取體數據(volume data)，用超聲探測器執行掃描。圖3是用根據本實施例的超聲探測器執行的掃描的概念圖，并且示出掃描區域20a、20b和20c。在掃描中，沿布置超聲變換器4a和光聲變換器4b的第二方向(圖3的X方向)移動超聲探測器。當完成掃描區域20a的掃描時，超聲探測器沿縱向(圖3的Y方向)移動掃描區域的條帶寬度，并然后沿相反的方向在掃描區域20b之上移動。上述的掃描被重復執行，由此，獲取整個檢查區域的信號。對于掃描，可以設想以下的三種模式的方法:(a)在臺架(stage)暫停期間中獲取光聲信號并在臺架移動期間中獲取超聲信號的方法；(b)在臺架暫停期間中獲取光聲信號和超聲信號兩者的方法；以及(C)在臺架移動期間中獲取光聲信號和超聲信號兩者的方法。可通過上述方法中的任一種來獲取相同的信號。首先，在方法(a)(其中在臺架暫停期間中獲取光聲信號并在臺架移動期間中獲取超聲信號)中，在臺架暫停期間中照射脈沖激光以獲取光聲信號。之后，在臺架移動期間中連續發送和接收超聲信號，并且，重復獲取各位置處的切片圖像(slice image)的過程。在這種情況下，例如，光聲變換器4b沿掃描方向(X方向)的長度被取作一個步進寬度(stepwidth)，并且，一組的脈沖激光照射、光聲信號檢測和移動一個步進寬度被重復。當變換器4移動一個步進寬度時，使用超聲變換器4a獲取超聲波。可基于光聲變換器4b可檢測光聲波的范圍來確定變換器4的步 進寬度。換句話說，在光聲變換器4b可檢測光聲波的X方向上的范圍窄的情況下，使得變換器4的步進寬度窄。
接下來，在方法(b)(其中在臺架暫停期間中獲取光聲信號和超聲信號兩者)中，首先在臺架暫停期間中照射脈沖激光以獲取光聲信號。之后，超聲信號被發送和接收，并且，獲取切片圖像。可以以相反的次序執行這些過程。在臺架移動之后，重復相同的過程。在該方法中，一次臺架移動的量與可從通過超聲信號產生的切片圖像生成體數據的這種程度的量(即，與切片圖像的分辨率相同的量級的量)對應。在該方法中，當只能通過獲取一個位置處的圖像信息來獲得關于檢查對象的信息時，可以在臺架暫停而不被移動的同時獲得圖像。在方法(C)(其中在臺架移動期間中獲取光聲信號和超聲信號兩者)中，在臺架移動期間中執行脈沖激光照射、光聲信號獲取、以及超聲信號的發送和接收。在這種情況下，以十到幾十赫茲的操作頻率來發射脈沖激光，并且，以千赫的量級的操作頻率來執行超聲信號的發送和接收。因此，以約100的其間的占空比(duty ratio)獲取各數據。如上所述，變換器4的掃描的條帶寬度(沿Y方向的長度)等于作為光聲探測器的光聲變換器4b (二維陣列)的寬度。這是由于，當從光聲信號重建圖像時，基于所有位置處的光聲信號來計算體區域內的亮度信號。具體而言，在條帶寬度比光聲變換器4b的寬度厚的情況下，存在不被檢查的部分。相反，在光聲變換器4b的寬度比條帶寬度厚的情況下，存在不被使用的器件。因此，對于各寬度的最佳條件是，使得條帶寬度和光聲變換器4b的寬度彼此相等。另一方面，當作為超聲探測器的超聲變換器4a獲取條帶中的超聲信號時，需要使得超聲變換器4a的一維陣列的長度比條帶寬度長。參照圖4，描述超聲變換器4a的超聲束線狀掃描。圖4是示出從變換器4的掃描方向(X方向)觀看的超聲變換器4a的不圖。一般地,通過多個器件執行超聲束21的一次發送和一次接收。因此，沿圖4的Z方向的束中心22不可避免地相對于探測器的端面位于內部。因此，沿束掃描方向23 (Y方向)通過超聲變換器4a獲得的超聲圖像比超聲變換器4a的陣列寬度窄用于束發送和接收的孔闌(aperture)寬度。因此，當使用具有與條帶寬度相同的寬度的線狀探測器執行掃描時，在條帶之間存在沒有獲取信號的部分。當使得用于束發送和接收的孔闌較小或者當使用諸如轉向(steering)的特定方法時，在探測器的端面上成像也是可能的。但是，在使用這些方法的情況下，在探測器的中心及其端面之間形成束的方法是不同的，這導致分辨率和圖像質量的不均一。因此，在本實施例中，使得超聲變換器4a的陣列長度比條帶寬度長，由此，可以避免條帶之間的超聲信號的損失。鑒于以上情況，在根據本實施例的變換器4中，超聲變換器4a的沿與掃描方向垂直的方向的長度可被設為比光聲變換器4b的沿與掃描方向垂直的方向的長度長。可使得超聲變換器4a的沿與掃描方向垂直的方向的長度在其各自縱向端部處增長用于發送和接收超聲波的器件的長度(孔闌寬度)的一半。結果，當增加了各自縱向端部的被增加的長度時，超聲變換器4a的總長度變長了等于孔闌寬度的長度。一般地，超聲束的孔闌由幾十個器件形成，由此，超聲變換器4a的陣列長度可被設為比條帶寬度長與幾十個器件對應的長度。圖5示出沿檢查對象的深度方向聚焦由超聲變換器4a產生的束的狀態。用于發送和接收超聲信號的超聲變換器4a在其整 個表面上包含聲透鏡25，以便還沿其高度方向(Z方向)對束進行聚焦。與上述的橫向束類似，在遵循圖5的軌跡24的同時超聲束被聚焦。但是，獲取超聲信號的范圍距緊接探測器之下具有一定的距離，由此，難以防止超聲束擴展。這種情況下的超聲束的擴展依賴于聚焦條件和透鏡條件，并且可基本上等于探測器的高度或者可比探測器的高度寬。圖6示出由超聲變換器4a產生的束的形式。如圖6所示，由超聲變換器4a產生的束的寬度在沿檢查對象的深度方向的較淺部分和較深部分中超過超聲變換器4a的寬度。同時，根據本發明，在接近超聲變換器4a的部分中設置光聲變換器4b。因此，存在可產生在來自超聲變換器4a的超聲波和由光聲變換器4b檢測的光聲波之間的干涉(串擾)的擔心。因此，在本發明的該實施例中，在超聲變換器4a和光聲變換器4b之間設置空隙，由此，可以防止串擾。空隙的尺寸依賴于超聲變換器4a的寬度、聚焦條件等。例如，計算揭/Jn:當超聲變換器4a和光聲變換器4b沿掃描方向相互分開與超聲變換器4a的沿掃描方向的長度的20%或更大對應的距離時，不存在問題。利用上述的超聲探測器，可以在掃描范圍內獲取所有的超聲信號和光聲信號。在上述的模式中，采用一維陣列探測器用于獲取超聲信號，但是，本發明不限于此。可以采用沿與陣列方向正交的方向進一步分割器件的一般稱為1.25維陣列探測器、1.5維陣列探測器和1.75維陣列探測器的探測器。1.25維陣列探測器(其中，沿與陣列方向正交的方向將器件分割成奇數的部分)通過對中心器件以外的其它器件進行開關而具有孔闌控制功能。1.5維陣列探測器(其中，如
1.25維陣列探測器的情況那樣，沿與陣列方向正交的方向分割器件)能夠獨立地控制中心器件和對稱的器件。1.75維陣列探測器(其中，如1.25維陣列探測器的情況那樣，沿與陣列方向正交的方向分割器件)能夠沿與陣列方向正交的方向獨立地控制所有的器件。為了沿與陣列方向正交的方向改善聚焦和轉向功能，安裝1.25維陣列探測器、1.5維陣列探測器和1.75維陣列探測器中的每一種，并且，可通過上述的陣列探測器獲得與采用一維陣列探測器的情況相同的效果。在上述的模式中，采用一維陣列探測器用于獲取超聲信號，并且，采用二維陣列探測器用于獲取光聲信號。但是，可采用一維陣列探測器用于獲取超聲信號和光聲信號兩者。在這種情況下，對于探測器的陣列長度的關系，與上述的模式類似，用于獲取超聲信號的陣列探測器的陣列長度被設為比用于獲取光聲信號的陣列探測器的陣列長度長，由此獲得相同的效果。第二實施例:光聲-超聲系統接下來，描述光學系統與超聲探測器相組合的光聲-超聲系統。圖7A是示出根據本實施例的包含超聲探測器和光學系統的光聲-超聲系統的透視圖。用于發送和接收超聲波的第一探測器包含探測器外殼30a、線纜31a和變換器4a。用于接收光聲波的第二探測器包含探測器外殼30b、線纜31b和變換器4b。變換器4a是能夠發送和接收超聲波的第一陣列器件。變換器4b是能夠接收光聲波的第二陣列器件。采用一維(線狀)陣列用于超聲變換器4a，而采用二維陣列用于光聲變換器4b。在超聲變換器4a 和光聲變換器4b之間的空隙中設置光學棱鏡32a。光學棱鏡32a用作用于將從光源發射的脈沖光引入檢查對象中的光學系統。可在第二探測器的與光學棱鏡32a相對的一側類似地設置光學棱鏡32b,以從光聲-超聲系統的兩側引導光。這是因為，由于產生的光聲波的強度大大依賴于激光的照射強度的事實，因此可能需要盡可能均勻地照射目標區域。圖7B是根據本實施例的光聲-超聲系統的截面圖，其示出光的入射。光如圖7B的虛線所示的那樣進入試樣。來自光源(未示出)的光首先沿與其上設置兩個陣列器件4a和4b的平面垂直的方向被引導。引導光的行進方向被光學棱鏡32a和32b改變，由此，向第二陣列器件4b之下發射光。光學棱鏡32a以這種方式被設置在兩個探測器之間。因此，即使在使用二維陣列器件4b的情況下，也可有效地給檢測光聲波的光聲變換器4b施加光。另外，兩個陣列器件4a和4b自然需要相互分開，并由此可以防止在第一實施例中描述的串擾。描述兩個陣列器件4a和4b之間的間隔。可被理解，為了實現如上所述的均勻照射，不管激光的照射角度如何，光路的厚度對于每一側需要為光聲變換器4b的寬度的一半或更大。因此，需要在超聲變換器4a和光聲變換器4b之間設置具有等于光聲變換器4b的寬度的至少一半的尺寸的空隙。換句 話說，兩個陣列器件4a和4b可沿第二方向相互分開與第二陣列器件的沿第二方向的長度的50%或更大對應的距離。根據本實施例的光聲-超聲系統的制造方法與第一實施例的相同，并由此省略其描述。在上述的模式中，在第二探測器的兩側設置光學棱鏡。但是，當光學棱鏡被設置為圍繞探測器時，可以獲得更有利的照射量分布。例子以下，在本例子中，具體描述根據本發明的探測器用于乳房檢查的情況。在乳房檢查中，獲取直至4cm的深度的超聲信號和光聲信號就足夠了。在這種情況下使用的探測器是在以上的描述中使用的圖1A和圖1B的探測器。可允許給人體施加的激光強度為lOOmJ/cm2，由此，可獲取足夠的光聲信號的范圍是深度為4cm并且寬度為4cm。因此，光聲探測器的一個邊被設為4cm。因此，光聲探測器的一個邊被設為4cm。考慮到探測器靈敏度和要使用的IMHz的頻率，器件節距(pitch)被設為2_，由此形成包含400個器件的二維陣列探測器。由于要求二維陣列探測器檢測具有各種尺寸的目標，因此使用具有130%的帶寬的靜電電容型超聲變換器作為二維陣列探測器。另一方面，關于超聲探測器，為了充分地使束會聚，用32器件孔闌執行束形成。因此，在左側和右側中的每一側，超聲探測器都比光聲探測器長16個器件。器件的總數被設為192，器件節距被設為0.25mm,中心頻率被設為10MHz，并且，陣列長度被設為48mm。并且，在超聲探測器的表面上形成的聲透鏡具有R8的半徑。在上述的條件下形成的束在超聲探測器的附近以及在4cm的深度的附近擴展到7_，由此，超聲探測器和光聲探測器之間的空隙被設為1mm。考慮使用上述的探測器來掃描乳房，由于掃描區域為20cmX20cm并且條帶寬度為4cm,因此形成各具有4cmX20cm的尺寸的五個條帶。以步進重復(step-and-repeat)的方式執行探測器的掃描。在暫停探測器的同時施加激光，并且，通過二維陣列探測器獲取光聲信號。然后，在探測器移動的同時，通過一維陣列探測器獲取超聲信號，并且，產生各切片表面的超聲圖像，并在其經受插值(interpolation)處理之后將其存儲為體數據。在完成整個目標表面的掃描之后，使用光聲信號來重建圖像。由重建產生的光聲圖像作為體數據被積累并且被疊加于超聲圖像上。在屏幕上顯示得到的圖像。可通過上述的方法相互疊加光聲信號和超聲信號，結果是可給用戶提供包含形態圖像和功能圖像的信肩、O在本例子中，采用用于超聲束的32器件孔闌。當根據所要求的束分辨率或所要求的束形成方法改變孔闌的尺寸時，也可獲得相同的效果。也可使用圖7A和圖7B所示的光聲-超聲系統用于乳房檢查。在這種情況下，超聲探測器和光聲探測器之間的空隙需要至少為1.4_。另一方面，考慮到45度的入射角度和作為4cm的光聲探測器的一個邊的長度的一半的2cm,需要的棱鏡的厚度為2.83cm,由此，探測器之間的間隔被設為2.83cm。本發明不限于以 上的實施例，并且，可以在本發明的精神和范圍之內進行各種的改變和修改。因此，為了向公眾告知本發明的范圍，提出所附的權利要求。本申請要求2008年6月18日提交的日本專利申請N0.2008-159314和2009年6月5日提交的日本專利申請N0.2009-136365的權益，在此通過引用而并入它們的全部內容。
權利要求
1.一種超聲探測器,包含: 能夠聚焦超聲波和接收聚焦的超聲波的超聲回聲波的第一陣列器件；以及 能夠接收光聲波的第二陣列器件， 其中，第一陣列器件包含沿第一方向布置的多個機電變換器；第二陣列器件包含以二維方式布置的多個機電變換器； 第一陣列器件和第二陣列器件在同一平面上且沿與第一方向垂直的第二方向被設置；以及 第一陣列器件沿第一方向的長度比第二陣列器件沿第一方向的長度長。
2.根據權利要求1的超聲探測器，其中，第一陣列器件和第二陣列器件沿第二方向相互分開與第一陣列器件沿第二方向的長度的20%或更大對應的距離。
3.根據權利要求1的超聲探測器，其中，第一陣列器件和第二陣列器件沿第二方向相互分開與第二陣列器件沿第二方向的長度的50%對應的距離。
4.根據權利要求1的超聲探測器，其中，第二方向與掃描第一陣列器件和第二陣列器件的掃描方向對應。
5.根據權利要求1的超聲探測器，其中，第二陣列器件包含靜電電容型的超聲變換器。
6.根據權 利要求1的超聲探測器，其中，第一陣列器件包含用于聚焦超聲波的聲透鏡。
7.根據權利要求1的超聲探測器，其中，第一陣列器件發送和接收具有比由第二陣列器件接收的光聲波的頻率高的頻率的超聲波。
8.根據權利要求1的超聲探測器， 其中，第一陣列器件發送和接收具有7至12MHz的頻率的超聲波；以及 其中，第二陣列器件接收具有I至4MHz的頻率的光聲波。
9.一種光聲-超聲系統，包含: 用于將從光源發射的光引入檢查對象中的光學系統；以及 根據權利要求1至8中任一項的超聲探測器， 其中，所述光學系統被設置在第一陣列器件和第二陣列器件之間的空隙中。
10.根據權利要求9的光聲-超聲系統，其中，所述光學系統被設置，使得沿與所述平面垂直的方向在包含第一陣列器件的第一探測器和包含第二陣列器件的第二探測器之間引導的光從第一陣列器件和第二陣列器件之間的空隙向著第二陣列器件之下被發射。
11.根據權利要求10的光聲-超聲系統，其中，所述光學系統被設置，使得光從第二探測器的兩側被引導。
12.—種檢查對象成像裝置，包括: 用于產生脈沖光的光源； 根據權利要求1至8中任一項的超聲探測器；以及 用于控制所述光源和所述超聲探測器以形成圖像的系統控制單元， 其中，所述系統控制單元通過使用第一陣列器件來形成基于檢查對象的內部的形態信息的圖像，并且通過使用所述光源和第二陣列器件來形成基于所述檢查對象的內部的功能信息的圖像。
13.根據權利要求12的檢查對象成像裝置，其中所述系統控制單元形成基于第一陣列器件聚焦超聲波的區域內的形態信息的圖像。
全文摘要
提供了一種超聲探測器和包含超聲探測器的檢查對象成像裝置，所述超聲探測器即使在超聲波檢查法中使用的超聲波的頻帶和光聲波的頻帶相互分開時，也能夠形成圖像而沒有劣化。超聲探測器包含能夠發送和接收超聲波的第一陣列器件；以及能夠接收光聲波的第二陣列器件。第一陣列器件包含沿與掃描方向垂直的方向布置的多個機電變換器，第二陣列器件包含以二維方式布置的多個機電變換器，并且，第一陣列器件和第二陣列器件在同一平面上且沿掃描方向被設置。
文檔編號A61B8/14GK103099644SQ20131002857
公開日2013年5月15日 申請日期2009年6月17日 優先權日2008年6月18日
發明者染田恭宏, 齊藤惠志, 淺尾恭史, 中川克己, 市原滋 申請人:佳能株式會社