專利名稱：光聲測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量生物組織內(nèi)的光譜特性(spectral characteristics)的測量裝置。特別地，本發(fā)明適用于利用光聲效應(yīng)的測量裝置。
背景技術(shù)：
用于測量生物組織內(nèi)部的光譜特性的測量裝置被用于基于諸如包含于血液中的血紅蛋白(hemoglobin)的特定物質(zhì)的光吸收特性確定伴隨腫瘤的生長的新的血管的形成或血紅蛋白的氧代謝(metabolism),以由此對于診斷利用這些結(jié)果?！み@種裝置使用對于生物組織具有優(yōu)異的透射性的具有約600nm 1500nm的波長的近紅外光束。作為測量生物組織內(nèi)部的光譜特性的方法，利用光聲效應(yīng)的方法是已知的。使用該方法的裝置用脈沖光束照射生物組織內(nèi)部，使得可從基于光能產(chǎn)生的光聲信號測量局部區(qū)域的光譜特性。向生物組織內(nèi)部施加的光的強(qiáng)度由于在生物組織中傳播的過程中的吸收和分散(dispersion)而衰減(attenuate),因此,很少的光到達(dá)組織的深部。常規(guī)上，為了解決這些問題，提出了一種裝置，其中，兩個照明光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置在關(guān)于檢測對象彼此相對的位置處，并且，檢測對象從其兩側(cè)被照射，使得更多的光可到達(dá)深部(參見美國專利申請No. 2004/0127783)。另外，提出了一種裝置，其中，用于用光照射生物組織的光纖和用于檢測光聲信號的壓電元件被交替地布置，或者，使用用于照射的光可通過的透明壓電元件，由此，光聲信號的檢測器被設(shè)置在與照明光學(xué)系統(tǒng)側(cè)相同的一側(cè)(參見日本專利申請公開No.2005-021380)。并且，提出了一種裝置，其中，用于檢測光聲信號的變換器(transducer)被設(shè)置在與用于用光照射生物組織的光纖側(cè)相同的一側(cè)，并且它們沿檢查對象的表面被掃描驅(qū)動(參見美國專利No. 5840023)。并且，提出了一種裝置，其中，將諸如乳房的檢查對象壓平，并且切換(switch)用于用光照射平的檢查對象的面(參見“The Twente Photoacoustic Mammoscope: systemoverview and performance”Phys. Med. Biol. 50 (2005)，pp. 2543-2557)。但是，用于測量生物組織內(nèi)部的光譜特性的常規(guī)測量裝置具有以下的問題。在生物組織內(nèi)傳播的光受各向異性參數(shù)g影響。各向異性參數(shù)g在生物組織中具有約0. 9的值，并主要導(dǎo)致向前的散射(forward scattering)。在這種情況下，由于向前的散射的影響，因此，在更接近光入射側(cè)的位置中，被生物組織中的吸收體吸收的光的能量變得更大。
關(guān)于作為從具有上述的吸收光的能量的偏置分布的吸收體產(chǎn)生的光聲信號的光聲波，從吸收光的能量大的光入射方向的邊界產(chǎn)生的信號具有最大的強(qiáng)度。在美國專利申請No. 2004-0127783中所描述的結(jié)構(gòu)中，用于檢測光聲信號的變換器被設(shè)置在與兩個照明光學(xué)系統(tǒng)不同的面上。換句話說，不沿光入射方向設(shè)置變換器。在用上述的結(jié)構(gòu)檢測從球狀的吸收體產(chǎn)生的光聲信號的情況下，從最接近變換器的位置處的邊界產(chǎn)生的信號首先被接收，并且，從最遠(yuǎn)離變換器的位置處的吸收體的邊界產(chǎn)生的信號最后被接收。從這種信號輪廓(profile)，用于在球狀吸收體中傳播的時間和生物組織中的音速被讀取，由此，可以計算吸收體的位置和尺寸。但是，最接近變換器的位置和最遠(yuǎn)離變換器的位置處于與光入射方向不同的方向，由此，不能用上述的最大強(qiáng)度的信號檢測傳播時間。
另外，根據(jù)日本專利申請公開No. 2005-021380和美國專利No. 5840023，照明光學(xué)系統(tǒng)和用于檢測光聲信號的變換器被設(shè)置在同一面上，但是，照明光學(xué)系統(tǒng)僅被設(shè)置在一個面上。通過該結(jié)構(gòu)，通過吸收體吸收的光的能量在光入射側(cè)變大，并在其相對側(cè)變小。因此，能夠以最大的強(qiáng)度檢測從最接近變換器的位置處的邊界產(chǎn)生的信號，但是，不能以最大強(qiáng)度檢測從最遠(yuǎn)離變換器的位置處的邊界產(chǎn)生的信號。并且，根據(jù)“The TwentePhotoacoustic Mammoscope: system overview and performance” Phys. Med.Biol. 50(2005)，pp. 2543-2557,被壓迫的檢查對象逐側(cè)地(one side by one side)在其兩側(cè)被照射，但是，由于照明方向被切換，因此出現(xiàn)時間延遲。通過該結(jié)構(gòu)，從兩側(cè)進(jìn)入的光的能量不相互疊加(superimpose),因此，到達(dá)組織的深部的光的量不能增加。因此，從組織的深部中的吸收體產(chǎn)生的光聲信號的強(qiáng)度變小。如上所述，即使使用作為常規(guī)的例子描述的技術(shù)中的任一個，也在用高的精度和高的對比度檢測位于生物組織的深部中的吸收體的位置和尺寸時存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的問題，提出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是，提供能夠通過用高對比度信號檢測從位于生物組織的深部中的吸收體的邊界產(chǎn)生的光聲信號而精確地測量吸收體的位置和尺寸的測量裝置。本發(fā)明旨在提供具有以下的結(jié)構(gòu)的測量裝置。本發(fā)明的測量裝置包括光源單元，所述光源單元用于發(fā)射脈沖光束；照明光學(xué)單元，所述照明光學(xué)單元用于將由所述光源單元發(fā)射的脈沖光束引導(dǎo)到檢查對象的內(nèi)部；以及，聲學(xué)信號檢測單元，所述聲學(xué)信號檢測單元用于檢測由被引導(dǎo)到檢查對象的內(nèi)部的所述脈沖光束產(chǎn)生的光聲信號，其中，所述照明光學(xué)單元包含第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元，所述第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元被配置為使得檢查對象被來自其兩側(cè)的脈沖光束對向地照射，并且，所述聲學(xué)信號檢測單元被設(shè)置為使得所述聲學(xué)信號檢測單元的檢測表面位于與第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元用脈沖光束照射的檢查對象的照射表面中的一個表面那側(cè)相同的側(cè)。
可以實(shí)現(xiàn)能夠通過用高對比度信號檢測從位于生物組織的深部中的吸收體的邊界產(chǎn)生的光聲信號來以高精度測量吸收體的位置和尺寸的測量裝置。
從參照附圖對示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的測量裝置的示意性結(jié)構(gòu)的示圖。圖2是示出從根據(jù)本發(fā)明的例子I的檢查對象E產(chǎn)生的光聲信號S的輪廓的曲線圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的600nm IOOOnm的波長范圍中的HbO2和Hb的吸收光譜的曲線圖。圖4是示出由根據(jù)本發(fā)明的例子I的超聲波檢測器接收的球狀吸收體中的光聲信號S的示圖。圖5是示出作為在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)不同的表面上設(shè)置超聲波檢測器的例子的、在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)垂直的表面上設(shè)置超聲波檢測器的常規(guī)的例子(與US2004/0127783類似)的結(jié)構(gòu)的示圖。圖6是示出從圖4的結(jié)構(gòu)去除第二照明光學(xué)系統(tǒng)的常規(guī)的例子(與日本專利申請公開No. 2005-021380的結(jié)構(gòu)類似)的結(jié)構(gòu)的示圖。圖7是比較根據(jù)本發(fā)明的例子I的圖4所示的超聲波檢測器的檢測信號輪廓與根據(jù)常規(guī)的例子的圖5和圖6所示的超聲波檢測器的檢測信號輪廓的曲線圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和超聲波檢測器的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和超聲波檢測器的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和超聲波檢測器的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和超聲波檢測器的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和超聲波檢測器的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的例子I的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和超聲波檢測器的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的例子2的測量裝置的示意性結(jié)構(gòu)的示圖。圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的例子2的測量裝置的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的例子2的測量裝置的另一結(jié)構(gòu)例子的示圖。圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的例子3的測量裝置的示意性結(jié)構(gòu)的示圖。
具體實(shí)施例方式下面，描述本發(fā)明的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的測量裝置包括用于發(fā)射脈沖光束的光源單元；用于將由光源單元發(fā)射的脈沖光束引導(dǎo)到檢查對象內(nèi)部的照明光學(xué)單元；和用于檢測由被引導(dǎo)到檢查對象內(nèi)部的脈沖光束產(chǎn)生的光聲信號的聲學(xué)信號檢測單元。照明光學(xué)單元包含第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元，所述第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元被對向配置為使得檢查對象被來自其兩側(cè)的脈沖光束照射。并且，聲學(xué)信號檢測單元被設(shè)置為使得聲學(xué)信號檢測單元的檢測表面位于與第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元用脈沖光束照射的檢查對象的照射表面中的一個表面那側(cè)相同的側(cè)。并且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置中，第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元中的在設(shè)置聲學(xué)信號檢測單元的一側(cè)的那個照明光學(xué)單元和所述聲學(xué)信號檢測單元被設(shè)置為使得第一照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸和聲學(xué)信號檢測單元檢測聲學(xué)信號的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致(Co inc i de )。并且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置中，第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元被設(shè)置為使得第一照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸和第二照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。并且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置還可以包括掃描驅(qū)動單元，所述掃描驅(qū)動單元用于在保持第一照明光學(xué)單元、第二照明光學(xué)單元和聲學(xué)信號檢測單元之間的位置關(guān)系的同時相對于檢查對象掃描驅(qū)動第一照明光學(xué)單兀、第二照明光學(xué)單兀和聲學(xué)信號檢測單元。并且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置還可以包括用于改變第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元之間的距離的距離變更單元。并且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置還可在檢查對象和聲學(xué)信號檢測單元之間包含由對于來自光源單元的光和聲波具有高的透射性和低的衰減性的部件形成的間隔件(spacer)。并且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置中，照明光學(xué)單元可由光纖形成。并且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置中，照明光學(xué)單元可由光纖和透鏡形成。并且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置中，照明光學(xué)單元可由光纖、透鏡和聲一光束分離器形成。并且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置中，照明光學(xué)單元可由反射鏡(miiror)、束分離器和透鏡形成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量裝置還可以包括用于在其間保持檢查對象的第一板和第二板；和用于控制通過第一板和第二板施加到檢查對象上的壓力的板驅(qū)動機(jī)構(gòu)。例子現(xiàn)在，描述本發(fā)明的例子。例子I在例子I中，描述應(yīng)用本發(fā)明的測量裝置的結(jié)構(gòu)例子。圖I是示出根據(jù)本例子的測量裝置的示意性結(jié)構(gòu)的示圖。本例子的測量裝置包括脈沖光束產(chǎn)生器100 (即，光源單元)、第一照明光學(xué)系統(tǒng)200 (即，第一照明光學(xué)單元)和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300 (即，第二照明光學(xué)單元)。另外，測量裝置包括超聲波檢測器400 (即，聲學(xué)信號檢測單元)、信號分析器500、控制器600、存儲器700和顯示器800。例如，檢查對象E是諸如乳房的生物組織。例如，吸收體α具有比周邊組織大的吸收(absorption)并具有球形形狀。描述用于通過具有上述的結(jié)構(gòu)的測量裝置來測量檢查對象E的示意性處理。脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射納秒量級的脈沖光束的光，并且，脈沖光束通過第一照明光學(xué)系統(tǒng)200和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300被引導(dǎo)到檢查對象E的表面。從其表面進(jìn)入檢查對象E的脈沖光束在組織內(nèi)傳播并到達(dá)吸收體α。到達(dá)吸收體α的光的能量被吸收并被轉(zhuǎn)換成熱能。然后，在吸收體α中出現(xiàn)溫度的瞬時上升，并且然后，上升的溫度緩和。在這種情況下，溫度上升及其緩和導(dǎo)致包含吸收體α的組織的膨脹和收縮，這產(chǎn)生要作為光聲信號S的彈性波。從吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S在檢查對象E的組織內(nèi)傳·播并被超聲波檢測器400檢測。在本發(fā)明中，光聲信號指的是通過用光照射檢查對象產(chǎn)生的彈性波(光聲波)本身，并且，作為聲學(xué)信號檢測單元的超聲波檢測器檢測作為光聲波的光聲信號。圖2示出從檢查對象E產(chǎn)生的光聲信號S的輪廓?？筛鶕?jù)從與超聲波檢測器400接觸的檢查對象E的表面以及從吸收體α的邊界產(chǎn)生的波形的峰值間隔確定作為彈性波的光聲信號S的傳播時間tx。另外，可根據(jù)從吸收體α的邊界產(chǎn)生的峰值間隔確定在吸收體α中傳播的光聲信號S的傳播時間ta。當(dāng)生物組織中的聲速由vs表示時，可以計算檢查對象E的表面和吸收體α之間的距離以及吸收體α的尺寸。換句話說，可以獲得檢查對象E中的吸收體α的空間位置信息。另外，從吸收體α產(chǎn)生的尖峰(spike)波形的振幅Λ P表示在吸收體α中產(chǎn)生的彈性波的強(qiáng)度P α。當(dāng)吸收體α的吸收系數(shù)由μ a表示、進(jìn)入吸收體α的光的能量流量(energyfluence)由Ia表示、并且根據(jù)生物組織確定的Gruneisen參數(shù)由Γ表示時,可由下式計算由于在吸收體α中產(chǎn)生的光聲效應(yīng)導(dǎo)致的彈性波的強(qiáng)度Pa。Pa = 1/2 μ a · Γ · I α可通過使用光擴(kuò)散方程和傳輸方程計算在諸如生物組織的吸收分散介質(zhì)中傳播的光的能量流量，并可由此計算I α。由超聲波檢測器400測量的振幅Λ P包含當(dāng)彈性波在生物組織中傳播時在吸收體α中產(chǎn)生的彈性波的衰減的影響。因此，可通過減去衰減的影響計算強(qiáng)度Pa。如上所述，可以計算檢查對象E中的吸收體α的吸收系數(shù)Pa。信號分析器500基于檢測的光聲信號的時間特性計算吸收體α的位置，并基于強(qiáng)度特性計算吸收系數(shù)μ a。并且，信號分析器500重構(gòu)吸收體α及其周圍的吸收系數(shù)μ a的空間分布，由此，產(chǎn)生檢查對象E中的吸收特性的圖像?？刂破?00在存儲器700中存儲吸收體α的計算的位置和計算的吸收系數(shù)μ a,并且在顯示器800上顯示吸收系數(shù)μ a的空間分布圖像。以下，描述各個部件的細(xì)節(jié)。
脈沖光束產(chǎn)生器100是發(fā)射用于照射檢查對象E的特定波長的納秒量級的脈沖光束的光源單元，并且，脈沖光束產(chǎn)生器100包含激光光源I和激光驅(qū)動器2。從激光光源I發(fā)射的光的波長被選擇為與構(gòu)成生物組織的水、脂肪(fat)、蛋白質(zhì)(protein)、氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin)、還原血紅蛋白(reduced hemoglobin)等的吸收光譜對應(yīng)的波長。作為例子，600nm 1500nm的范圍內(nèi)的波長是合適的，由于該波長的光幾乎不被作為生物組織內(nèi)的組織的主要成分的水吸收而使得光可良好地透過，并且，它具有脂肪、氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的特性光譜。另外，已知，當(dāng)諸如惡性腫瘤的腫瘤在生物組織中生長時，形成新的血管并且氧的消耗增加。作為用于評價新的血管的形成和氧消耗的增加的方法，能夠利用氧合血紅蛋白(HbO2)和還原血紅蛋白(Hb)的吸收光譜的特性。圖3示出600nm IOOOnm的波長范圍內(nèi) 的HbO2和Hb的吸收光譜。測量裝置基于關(guān)于多個波長的HbO2和Hb的吸收光譜測量包含于生物組織內(nèi)的血液中的Hb和HbO2的濃度值。然后，在多個位置處測量Hb和HbO2的濃度，并且，創(chuàng)建濃度分布的圖像，使得可區(qū)分在生物組織中形成新的血管的區(qū)域。另外,基于Hb和HbO2的濃度計算氧飽和度,使得可基于氧飽和度區(qū)分氧消耗增加的區(qū)域。以此方式，可對于診斷利用由測量裝置測量的Hb和HbO2的光譜信息。在本例子中，作為Hb和HbO2的吸收特性如圖3所示的那樣彼此相交的800nm附近的波長，使用兩個波長λ I = 700nm和λ 2 = 850nm。作為具體光源的例子，它可由產(chǎn)生不同的波長的半導(dǎo)體激光器、可變波長激光器等形成。第一照明光學(xué)系統(tǒng)200和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300是用于將從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的脈沖光束引導(dǎo)到檢查對象E的照明光學(xué)單元。從激光光源I發(fā)射的脈沖光束被光纖3引導(dǎo)到第一束分離器4。進(jìn)入第一束分離器4的脈沖光束被分成兩個光束,這兩個光束分別被引導(dǎo)到第一照明光學(xué)系統(tǒng)200和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300。第一照明光學(xué)系統(tǒng)200包含光纖5、第二束分離器6、光纖7和8、以及透鏡9和10。進(jìn)入光纖5的脈沖光束被第二束分離器6分成兩個光束，并且，這些光束分別被引導(dǎo)到光纖7和8。進(jìn)入光纖7的脈沖光束被透鏡9放大(透鏡9關(guān)于超聲波檢測器400以角度Θ傾斜設(shè)置)，由此，從超聲波檢測器400的一側(cè)照射檢查對象E的表面。類似地，進(jìn)入光纖8的脈沖光束被透鏡10(透鏡10沿與透鏡9相反的方向關(guān)于超聲波檢測器400以角度Θ傾斜設(shè)置)放大，由此從超聲波檢測器400的另一側(cè)照射檢查對象E的表面。第二照明光學(xué)系統(tǒng)300被設(shè)置為與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200通過設(shè)置在其間的檢查對象相對，并且，被第一照明光學(xué)系統(tǒng)200和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300照射的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。換句話說，由于第一照明光學(xué)系統(tǒng)和第二照明光學(xué)系統(tǒng)通過設(shè)置在其間的檢查對象彼此相對，因此檢查對象在其兩側(cè)被脈沖光束照射。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，同時從照明光學(xué)系統(tǒng)投射的光的能量在檢查對象E中被組合，由此，到達(dá)檢查對象的深部的光的能量流量可增加。第二照明光學(xué)系統(tǒng)300包含光纖11和透鏡12。進(jìn)入光纖11的脈沖光束被透鏡12放大并被引導(dǎo)到檢查對象E的表面。在本例子中，一個光源和束分離器被用于將脈沖光束引導(dǎo)到第一和第二照明光學(xué)系統(tǒng)。但是，能夠分別對于各個照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置光源。在這種情況下，優(yōu)選以同步的方式同時驅(qū)動這兩個光源，使得光的能量流量可被組合。在這種情況下，優(yōu)選以完全同步的方式驅(qū)動兩個光源，但是，如果在脈沖光束的脈·沖寬度或檢查對象E的熱緩和時間內(nèi)驅(qū)動兩個光源，那么可獲得組合光的能量流量的效果O因此，本發(fā)明中的表述“同時驅(qū)動兩個光源”用于表示“在檢查對象E的熱緩和時間內(nèi)或在脈沖光束的脈沖寬度內(nèi)驅(qū)動兩個光源”。另外，優(yōu)選由各照明光學(xué)系統(tǒng)照射的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致，但是，如果各個照明光強(qiáng)度分布的半最大處的全寬度部分地相互重疊，那么可以獲得組合光的能量流量的效果。因此,本發(fā)明中的關(guān)于軸對稱的中心軸的表述“相互一致”用于表不關(guān)于軸對稱的兩個照明區(qū)域的“各個照明光強(qiáng)度分布的半最大處的全寬度部分地相互重疊”。超聲波檢測器400是用于檢測在檢查對象E中產(chǎn)生的光聲信號S (光聲波)的聲學(xué)信號檢測單元，并被設(shè)置在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200的照射表面那側(cè)相同的側(cè)。換句話說，超聲波檢測器被設(shè)置為使得超聲波檢測器400的檢測表面關(guān)于檢查對象位于與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200用脈沖光束照射檢查對象的照射表面的那側(cè)相同的側(cè)。這里，超聲波檢測器的檢測表面是用于用超聲波檢測器400的超聲波振蕩器13接收光聲波的表面。另外，在本例子中，所述照射表面是用來自第一照明光學(xué)系統(tǒng)200的脈沖光束照射的檢查對象的表面。設(shè)置第二照明光學(xué)系統(tǒng)300的一側(cè)與設(shè)置超聲波檢測器和第一照明光學(xué)系統(tǒng)的一側(cè)通過設(shè)置在其間的檢查對象相對。并且，換句話說，關(guān)于超聲波檢測器的位置，超聲波檢測器400被設(shè)置為與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200中的面向檢查對象的表面(該表面也可是與檢查對象接觸的表面)相對。這里，表述“相對”還包含最接近檢查對象的超聲波檢測器400的表面(即，檢測表面)與面向檢查對象的第一照明光學(xué)系統(tǒng)200的表面相同的情況。超聲波檢測器400具有圓形形狀，并且，圖I示出它的包含圓的中心軸的截面圖。具有凹形形狀的超聲波振蕩器13被設(shè)置在背襯部件(backing member) 14上,并且，在接近檢查對象E的一側(cè)對于超聲波振蕩器13設(shè)置聲學(xué)匹配層15。導(dǎo)線16與超聲波振蕩器13連接。超聲波振蕩器13包含具有用于將由接收的光聲信號S導(dǎo)致的壓力的變化轉(zhuǎn)換成電壓(電信號)的壓電效應(yīng)的壓電兀件。作為壓電元件，可以使用諸如鋯酸鈦酸鉛(PZT)的壓電陶瓷材料或諸如聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride) (PVDF)的聚合物壓電膜材料。
另外，超聲波振蕩器13的凹面的中心被設(shè)于吸收體α的位置，由此，可選擇性地接收從吸收體α的附近產(chǎn)生的光聲信號S。背襯部件14用于抑制超聲波振蕩器13的不必要的振蕩。構(gòu)成背襯部件14的材料的例子包含聚氨基甲酸乙酯(polyurethane)樹脂或娃酮橡膠(silicone rubber)。為了有效地傳送光聲信號S,設(shè)置聲學(xué)匹配層15。一般地，壓電元件材料和生物組織具有相互大大不同的聲學(xué)阻抗值。因此，如果壓電元件材料直接與生物組織接觸，那么，由于其間的界面上的大的反射，因此不能有效地傳
送光聲信號。因此，由具有中間(intermediate)聲學(xué)阻抗的材料制成的聲學(xué)匹配層15被設(shè)置在壓電元件材料和生物組織之間，由此，界面上的反射減少以有效地傳送光聲信號S。作為構(gòu)成聲學(xué)匹配層15的材料的例子，存在環(huán)氧樹脂、石英玻璃(silica glass)·
坐寸ο導(dǎo)線16將由超聲波振蕩器13中的光聲信號S的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電信號傳送到信號分析器500。并且，超聲波振蕩器13不僅可由壓電元件形成，而且可由用于檢測電容的變化的元件形成。在本例子中使用凹形超聲波振蕩器，但是，能夠使用平坦的超聲波振蕩器和聲學(xué)透鏡。另外，能夠使用用于超聲波回聲裝置或用于非破壞性檢查中的、具有按陣列配置的多個超聲波振蕩器的超聲波探針。如上所述，第一照明光學(xué)系統(tǒng)200和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300被設(shè)置為彼此相對，由這些照明光學(xué)系統(tǒng)照射的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致，并且，超聲波檢測器400被設(shè)置在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200那側(cè)相同的側(cè)。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，與上述的常規(guī)的例子相比，能夠以更高的對比度檢測光聲信號S。另外，在圖I的結(jié)構(gòu)中，使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)200的軸對稱的中心軸與超聲波檢測器400的中心軸一致。圖4是示出由超聲波檢測器400接收的球狀吸收體α中的光聲信號S的示圖。照射檢查對象E的脈沖光束傳播到其深部中，同時受生物組織中的吸收和分散的影響衰減。在圖4中,LI表不從第一照明光學(xué)系統(tǒng)200投射并在檢查對象E中傳播的光的能量流量，以及L2表示從第二照明光學(xué)系統(tǒng)300投射的光的能量流量。在生物組織中的分散之中，向前的分散一般是強(qiáng)的，由此，投射的光的能量分散，并主要沿光入射軸方向傳播。因此，關(guān)于檢查對象E中的吸收體α中的光能的吸收，吸收在光入射側(cè)增加。光能的吸收在示出的吸收體α中的位置‘a(chǎn)’和‘e’處變?yōu)樽畲?，而在位置‘c’和‘g’處變得較小。另外，光能的吸收在吸收體α的表面附近變大，由此，到達(dá)吸收體的深部以被吸收的光的能量變小。從具有這種光能吸收分布的吸收體α產(chǎn)生的光聲信號的壓力強(qiáng)度在光能的吸收大時變高，并且在光能的吸收小時變低。
當(dāng)從吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S被超聲波檢測器400接收時，首先檢測從接近超聲波檢測器400的位置‘a(chǎn)’、‘b’和‘h’的附近產(chǎn)生的高壓力的信號。然后，檢測從離超聲波檢測器400具有相同的距離的位置‘c’和‘g’的附近產(chǎn)生的低壓力的信號。最后，檢測從位置‘d’、‘e’和‘f’的附近產(chǎn)生的高壓力的信號。這里，400S表示由超聲波檢測器400接收的從吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S的輪廓。在光聲壓縮相位(compression phase)中產(chǎn)生光聲信號S的第一峰值。相反，在與反射波對應(yīng)的膨脹相位(expansion phase)中產(chǎn)生第二峰值,在所述反射波中，在壓縮相位中產(chǎn)生的波的相位通過吸收體α及其附近的組織之間的聲學(xué)阻抗的差異被反轉(zhuǎn)(invert)。圖5作為在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200不同的表面上設(shè)置超聲波檢測器401的例子不出在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200垂直的表面上設(shè)置超聲波檢測器401的常規(guī)的例子(與US2004/0127783類似)的結(jié)構(gòu)。
在吸收體α中產(chǎn)生與以上參照圖4描述的光能吸收分布類似的光能吸收分布。當(dāng)通過超聲波檢測器401接收從吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S時，首先檢測從接近超聲波檢測器401的位置‘b’、‘c’和‘d’的附近產(chǎn)生的低壓力的信號。然后，檢測從到超聲波檢測器401具有相同的距離的位置‘a(chǎn)’和‘e’的附近產(chǎn)生的高壓力的信號。最后，檢測從位置‘f’、‘g’和‘h’的附近產(chǎn)生的低壓力的信號。這里，401S表示由超聲波檢測器401接收的從吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S的輪廓。圖6示出從圖4的結(jié)構(gòu)去除第二照明光學(xué)系統(tǒng)300的常規(guī)的例子(與日本專利申請公開No. 2005-021380類似)的結(jié)構(gòu)。光能的吸收在被照射的吸收體α中的光入射側(cè)的位置‘a(chǎn)’處最大，并且在位置‘b’和‘h’處第二大。并且，隨著到達(dá)吸收體的更深的部分，光的吸收能量以位置‘c’和‘g’、位置‘d’和‘f’、以及位置‘e’的次序變小。當(dāng)通過超聲波檢測器402接收從吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S時，首先檢測從接近超聲波檢測器402的位置‘a(chǎn)’、‘b’和‘h’的附近產(chǎn)生的高壓力的信號。然后，檢測從到超聲波檢測器402具有相同的距離的位置‘c’和‘g’的附近產(chǎn)生的低壓力的信號。最后，檢測從位置‘d’、‘e’和‘f’的附近產(chǎn)生的低壓力的信號。這里，402S表示由超聲波檢測器402接收的從吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S的輪廓。圖7示出比較圖4所示的本例子的超聲波檢測器400的檢測信號輪廓400S與圖5所示的常規(guī)的例子的超聲波檢測器401的檢測信號輪廓401S以及圖6所示的常規(guī)的例子的超聲波檢測器402的檢測信號輪廓402S的曲線圖。如圖7所示，從吸收體α的邊界的附近產(chǎn)生的光聲信號S的壓力在檢測信號輪廓400S中最大。通過使用根據(jù)從吸收體α的邊界產(chǎn)生的光聲信號中的峰值讀取的時間，計算吸收體α的位置和尺寸。在本發(fā)明中，可通過使用更高對比度的信號讀取時間，由此，可比常規(guī)的例子更精確地計算吸收體α的位置和尺寸。
信號分析器500包含計算處理部分17和圖像產(chǎn)生部分18。計算處理部分17基于檢測的光聲信號S的時間特性計算吸收體α的位置，并且基于強(qiáng)度特性計算吸收系數(shù)μ a。圖像產(chǎn)生部分18基于計算的檢查對象E中的吸收體α的空間位置和吸收系數(shù)μ a產(chǎn)生檢查對象E中的吸收系數(shù)μ a的分布圖像?？刂破?00與脈沖光束產(chǎn)生器100的激光驅(qū)動器2連接，并且控制脈沖光束的發(fā)射的定時、光強(qiáng)度等。另外，控制器600還與信號分析器500、存儲器700和顯示器800連接。控制器600在存儲器700中存儲由信號分析器500計算的檢查對象E中的吸收體α的空間位置和吸收系數(shù)μ a以及吸收系數(shù)μ a的分布圖像，并且，控制顯示器800以顯示檢查對象E中的吸收系數(shù)μ a的分布圖像。作為存儲器700，能夠使用諸如光盤、磁盤、半導(dǎo)體存儲器或硬盤的數(shù)據(jù)記錄裝置。作為顯示器800，能夠使用諸如液晶顯示器、CRT或有機(jī)EL顯示器的顯示裝置。下面，描述用根據(jù)本例子的測量裝置獲得檢查對象E的組織內(nèi)部的光譜特性圖像的步驟。在第一步驟中，使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)200、第二照明光學(xué)系統(tǒng)300和超聲波檢測器400與檢查對象E的表面接觸。當(dāng)激活測量開始開關(guān)(未示出)時，脈沖光束產(chǎn)生器100被驅(qū)動以發(fā)射具有波長λ I = 700nm的納米量級的脈沖光束的光。然后，在第二步驟中，第一照明光學(xué)系統(tǒng)200和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300用脈沖光束照射檢查對象E。然后，在第三步驟中，通過超聲波檢測器400檢測在檢查對象E中產(chǎn)生的光聲信號S0然后，在第四步驟中，信號分析器500基于檢測的光聲信號S的時間特性計算吸收體α的位置和尺寸，基于強(qiáng)度特性計算吸收系數(shù)μ a，并且產(chǎn)生重構(gòu)吸收體α及其周邊的吸收系數(shù)μ a的空間分布的圖像。然后，在第五步驟中，控制器600在存儲器700中存儲計算的波長λ I的吸收系數(shù)μa的位置信息和圖像。然后，在第六步驟中，控制器600將脈沖光束產(chǎn)生器100的發(fā)射光的波長λ 2設(shè)為850nm。脈沖光束產(chǎn)生器100被驅(qū)動，使得發(fā)射具有波長λ 2 = 850nm的納秒量級的光的脈沖光束。在進(jìn)行與第二步驟、第三步驟和第四步驟類似的步驟之后的第七步驟中，控制器600在存儲器700中存儲計算的波長λ 2處的吸收系數(shù)μ a的位置信息和圖像。然后，在第八步驟中，控制器600將在顯示器800上顯示的波長λ 和λ 2處的吸收系數(shù)μ a的分布圖像疊加。最后，在弟九步驟中，完成測量。圖8 13是示出關(guān)于第一照明光學(xué)系統(tǒng)和超聲波檢測器的其它結(jié)構(gòu)例子的示圖。由與圖I相同的標(biāo)號表示的部件具有與以上參照圖I描述的功能相同的功能。除了角度Θ被φ替代并且間隔件19被設(shè)置在檢查對象和超聲波檢測器(聲學(xué)信號檢測單元)之間以外，圖8所示的第一照明光學(xué)系統(tǒng)201與圖I所示的第一照明光學(xué)系統(tǒng)200對應(yīng)。間隔件19由對于從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的光和聲波具有高的透射性和低的衰減性的部件形成。構(gòu)成間隔件19的材料的例子包含聚甲基戍烯聚合物(polymethyl pentenepolymer)、聚碳酸酯(polycarbonate)、丙烯酸樹脂(acrylic resin)等。可通過間隔件19在檢查對象E的表面上疊加以角度f從透鏡9和10出來的光束。另外，根據(jù)圖8所示的結(jié)構(gòu)，與圖I所示的情況類似，可使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)201的軸對稱的中心軸與超聲波檢測器400的中心軸一致。圖9所不的第一照明光學(xué)系統(tǒng)202包含光纖5、透鏡20和聲一光束分離器21。聲一光束分離器21反射從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的光，并且，允許諸如光聲信號S的聲波穿過其中?！ぢ曇还馐蛛x器21包含上述的對于用于照射的光和聲波具有高的透射性和低的衰減性的材料、以及在該材料上形成的對于用于照射的光具有高的反射特性的諸如鋁或銀的薄膜層22。在上述的樹脂材料和用于所述薄膜層的金屬材料之間存在大的聲阻抗的差異，但是，由金屬材料制成的薄膜層具有小的影響，因為，與聲波的波長相比，其約幾微米的厚度足夠地小。超聲波檢測器403為具有圓形形狀的2D陣列探針，并且被設(shè)置為使得其檢測表面與聲一光束分尚器21接觸。圖9是由包含圓的中心軸的面切割的截面圖。在背襯部件14上配置具有小的棱柱(prism)形狀的多個超聲波振蕩器13。聲學(xué)匹配層15被設(shè)置在超聲波振蕩器13的更接近檢查對象E的一側(cè)。圖I所示的超聲波檢測器400使用圓形凹形超聲波振蕩器，但是，超聲波檢測器403通過基于由多個超聲波振蕩器13接收的光聲信號使用求和及延遲光束(Sum And DelayBeam)形成方法，獲得希望的位置信號。從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的脈沖光束穿過光纖5，并被透鏡20放大，然后，脈沖光束被引導(dǎo)到聲一光束分離器21并被薄膜層22反射以被引導(dǎo)到檢查對象E的表面。由檢查對象E的吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S在檢查對象E和聲一光束分離器21內(nèi)傳播，并被超聲波檢測器403檢測。以此方式，根據(jù)圖9所示的結(jié)構(gòu)，可通過使用聲一光束分離器21使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)202的中心軸和超聲波檢測器403的中心軸相互一致。圖10所示的第一照明光學(xué)系統(tǒng)203包含光纖23。在光纖23的更接近檢查對象E的一端上，光纖被分割成多個纖維。超聲波檢測器404是與以上參照圖9描述的2D陣列探針類似的2D陣列探針。在多個配置的超聲波振蕩器13之間存在間隙，并且，在所述間隙中設(shè)置光纖23的分割部分。從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的脈沖光束穿過光纖23并被引導(dǎo)到檢查對象E的表面。由檢查對象E的吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S在檢查對象E內(nèi)傳播并被超聲波檢測器404檢測。以此方式，根據(jù)圖10所示的結(jié)構(gòu)，可通過將來自陣列探針之間的間隙的光引導(dǎo)到檢查對象E，使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)203的中心軸和超聲波檢測器404的中心軸相互一致。圖11所示的第一照明光學(xué)系統(tǒng)204包含光纖5和透鏡24。超聲波檢測器405具有在其中心部分處具有圓形開口部分的環(huán)形形狀，并且圖11是由包含圓的中心軸的面切割的截面圖。超聲波振蕩器13具有凹形表面，并且，凹形表面的中心被設(shè)到吸收體α的位置。因此，可選擇性地接收從吸收體α的附近產(chǎn)生的光聲信號S。從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的脈沖光束穿過光纖5并被透鏡24放大，然后，脈沖光束通過超聲波檢測器405的圓形開口部分被引導(dǎo)到檢查對象E的表面。由檢查對象E的吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S在檢查對象E內(nèi)傳播并被超聲波檢測器405檢測。以此方式，根據(jù)圖11所示的結(jié)構(gòu)，可通過將光通過超聲波檢測器405的圓形開口·部分引導(dǎo)到檢查對象Ε，使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)204的中心軸和超聲波檢測器405的中心軸
相互一致。圖12所不的第一照明光學(xué)系統(tǒng)204與以上參照圖11描述的第一照明光學(xué)系統(tǒng)相同。超聲波檢測器406包含超聲波振蕩器25、背襯部件26和聲學(xué)匹配層27。這些結(jié)構(gòu)部件對于從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的光具有高的透射性和低的衰減性。作為構(gòu)成超聲波振蕩器25的材料的例子，可以使用鈮酸鈦酸鉛鋅(lead zincniobate titanate, PZNT)等。作為構(gòu)成背襯部件26和聲學(xué)匹配層27的材料的例子，可以使用與以上參照圖I描述的材料類似的材料。另外，超聲波振蕩器25具有凹形表面，并且，凹形表面的中心被設(shè)到吸收體α的位置。因此，可選擇性地接收從吸收體α的附近產(chǎn)生的光聲信號S。從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的脈沖光束穿過光纖5并被透鏡24放大，然后，脈沖光束穿過超聲波檢測器406并被引導(dǎo)到檢查對象E的表面。由檢查對象E的吸收體α產(chǎn)生的光聲信號S在檢查對象E內(nèi)傳播并被超聲波檢測器406檢測。以此方式，根據(jù)圖12所示的結(jié)構(gòu)，可通過將穿過超聲波檢測器406之后的光引導(dǎo)到檢查對象Ε，使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)204的中心軸與超聲波檢測器406的中心軸相互一致。以此方式，根據(jù)圖I和圖8 12所示的結(jié)構(gòu)，超聲波檢測器400被設(shè)置在更接近第一照明光學(xué)系統(tǒng)200的一側(cè)。以此方式，檢查對象在其兩側(cè)被來自多個照明光學(xué)系統(tǒng)的光照射，并且超聲波檢測器被設(shè)置為使得照明光學(xué)系統(tǒng)中的一個的照射表面和超聲波檢測器的檢測表面關(guān)于檢查對象位于同一側(cè)。并且，被設(shè)置在檢查對象的兩側(cè)以彼此相對的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和第二照明光學(xué)系統(tǒng)照射的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致，并且，使得被設(shè)置在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)的表面相同的表面上的超聲波檢測器的中心軸與這些中心軸相互一致。因此，可以以高對比度檢測信號。另外，優(yōu)選照射區(qū)域的軸對稱的中心軸和超聲波檢測器的中心軸相互一致，但是，如果照明光強(qiáng)度分布的半最大處的全寬度與超聲波檢測區(qū)域的半最大處的全寬度部分重疊，那么可獲得檢測高對比度信號的效果。因此，本發(fā)明中的關(guān)于中心軸的表述“相互一致”用于表示“照明區(qū)域的軸對稱的照明光強(qiáng)度分布的半最大處的全寬度與超聲波檢測區(qū)域的半最大處的全寬度部分重疊”。如圖13所示，超聲波檢測器407可被設(shè)置在不干涉與第一照明光學(xué)系統(tǒng)204的那側(cè)相同的側(cè)的光路的位置處，并且處于所述光路的附近，使得可以以比常規(guī)的例子高的對比度檢測信號。在這種情況下，也可以說，超聲波檢測器的檢測表面位于與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200的照射表面那側(cè)相同的側(cè)。并且，作為使用600nm 1500nm的范圍中的波長的例子，本例子例示利用氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的吸收光譜的特性的光譜分析方法，但是，本例子不應(yīng)被解釋為限制。
例如，也能夠?qū)τ谧鳛樯锝M織的主要結(jié)構(gòu)材料的水、脂肪、蛋白質(zhì)(膠原質(zhì))等執(zhí)行光譜分析。如上所述，根據(jù)例子I的測量裝置，第一照明光學(xué)系統(tǒng)200和第二照明光學(xué)系統(tǒng)300被設(shè)置為通過設(shè)置在其間的檢查對象彼此相對。并且，被照明光學(xué)系統(tǒng)照射的各區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致，并且，超聲波檢測器400被設(shè)置在與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200的照射表面相同的表面上。換句話說，超聲波檢測器400的檢測表面關(guān)于檢查對象位于與第一照明光學(xué)系統(tǒng)200用脈沖光束照射檢查對象的照射表面的那側(cè)相同的側(cè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從存在于生物組織的深部中的吸收體α的邊界產(chǎn)生的光聲信號可被檢測為高對比度信號。因此，能夠提供能夠以高精度測量吸收體α的位置和尺寸的測量裝置。當(dāng)然，在上述的例子中，超聲波檢測器400可以不被設(shè)置在第一照明光學(xué)系統(tǒng)200側(cè)，而是被設(shè)置在第二照明光學(xué)系統(tǒng)30(Η則。例子2在例子2中，描述具有與例子I的形式不同的形式的測量裝置的結(jié)構(gòu)例子。圖14是示出根據(jù)本例子的測量裝置的示意性結(jié)構(gòu)的示圖。本例子的測量裝置的基本結(jié)構(gòu)與以上在例子I中描述的結(jié)構(gòu)類似，并且，由相同的標(biāo)號表示的結(jié)構(gòu)部件具有與以上在例子I中描述的功能相同的功能。在本例子中，新設(shè)置第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)901和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)902。第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)901改變第一照明光學(xué)系統(tǒng)205和超聲波檢測器403關(guān)于檢查對象E的位置。第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)902改變第二照明光學(xué)系統(tǒng)301關(guān)于檢查對象E的位置。這些驅(qū)動機(jī)構(gòu)被控制，使得各結(jié)構(gòu)部件關(guān)于檢查對象E被掃描驅(qū)動。因此，可以測量整個檢查對象E。檢查對象E被保持在第一板25和第二板26之間。第一板25是對于由脈沖光束產(chǎn)生器101產(chǎn)生的光和聲波具有高的透射性和低的衰減性的平板。構(gòu)成第一板25的材料可與例子I中的間隔件19的材料類似。第二板26是對于從脈沖光束產(chǎn)生器102發(fā)射的光具有高的透射性和低的衰減性的平板。構(gòu)成第二板26的材料可與間隔件19的材料類似，或者，可以使用玻璃等。第一照明光學(xué)系統(tǒng)205包含反射鏡27、29、31和32、束分離器28、以及透鏡30和33。從脈沖光束產(chǎn)生器101發(fā)射的脈沖光束由反射鏡27反射并然后被束分離器28分成兩個光束。分割光束中的一個被反射鏡29反射并然后被關(guān)于超聲波檢測器403以角度φ傾斜設(shè)置的透鏡30放大，以從超聲波檢測器403那一側(cè)照射檢查對象E的表面。另一分割光束被反射鏡31和32反射，并然后被關(guān)于超聲波檢測器403沿與透鏡30相反的方向以角度φ傾斜設(shè)置的透鏡33放大，以從超聲波檢測器403的另一側(cè)照射檢查對象E的表面。第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)901包含第一滑動件34、第一滑動導(dǎo)引件35和第一馬達(dá)36。作為構(gòu)成第一滑動件34和第一滑動導(dǎo)引件35的部件的例子，可以使用滾珠絲桿 (ball screw)、線性導(dǎo)引件(linear guide)等。第一滑動件34容納第一照明光學(xué)系統(tǒng)205的反射鏡29、31和32，束分離器28，透鏡30和33，以及超聲波檢測器403的組。容納于第一滑動件34內(nèi)的該組部件和第一滑動件34可沿由圖14中的箭頭表示的方向通過第一滑動導(dǎo)引件35和第一馬達(dá)36移動。與例子I類似，第二照明光學(xué)系統(tǒng)301被設(shè)置為與第一照明光學(xué)系統(tǒng)205通過設(shè)置在其間的檢查對象相對。第二照明光學(xué)系統(tǒng)301包含反射鏡37和38、以及透鏡39。從脈沖光束產(chǎn)生器102發(fā)射的脈沖光束被反射鏡37和38反射。然后，脈沖光束被透鏡39放大，并被引導(dǎo)到檢查對象E的表面。第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)902包含第二滑動件40、第二滑動導(dǎo)引件41和第二馬達(dá)42，對于它們，可以使用與第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)901類似的部件。第二滑動件40容納第二照明光學(xué)系統(tǒng)301的反射鏡38和透鏡39的組。第二滑動件40和容納于第二滑動件40內(nèi)的該組部件可沿由圖14中的箭頭表示的方向被第二滑動導(dǎo)引件41和第二馬達(dá)42驅(qū)動?？刂破?01與脈沖光束產(chǎn)生器101和102、第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)901和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)902連接。除了以上在例子I中描述的控制器600的功能，控制器601控制用于驅(qū)動第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)901和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)902的位置、定時等?？刂破?01驅(qū)動和控制位置，使得被第一照明光學(xué)系統(tǒng)205和第二照明光學(xué)系統(tǒng)301照射的各區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致，并且進(jìn)一步控制，使得從脈沖光束產(chǎn)生器101和102同時發(fā)射脈沖光束。在該結(jié)構(gòu)中投射的光的能量在檢查對象E中被組合，由此，可以增加到達(dá)檢查對象E的深部的光的能量流量。下面，描述通過根據(jù)本例子的測量裝置獲得檢查對象E的組織內(nèi)部的光譜特性圖像的步驟。在第一步驟中，檢查對象E保持在第一板25和第二板26之間。然后，測量開始開關(guān)(未示出)被激活。然后，第二步驟中，脈沖光束產(chǎn)生器101和102被驅(qū)動，以發(fā)射具有波長λ I =700nm的納秒量級的脈沖光束。然后，第三步驟中，通過第一照明光學(xué)系統(tǒng)205和第二照明光學(xué)系統(tǒng)301用脈沖光束照射檢查對象E。然后，第四步驟中，通過超聲波檢測器403檢測在檢查對象E中產(chǎn)生的光聲信號S。然后，第五步驟中，信號分析器500基于檢測的光聲信號S的時間特性計算吸收體α的位置和尺寸以及吸收系數(shù)Pa。產(chǎn)生重構(gòu)吸收體α及其周圍的吸收系數(shù)μ a的空間分布的圖像。 然后，第六步驟中，控制器601在存儲器700中存儲計算的波長λ I的吸收系數(shù)μa的位置信息和圖像。然后，第七步驟中，控制器601將由脈沖光束產(chǎn)生器101和102發(fā)射的光的波長設(shè)為λ 2 = 850nm，并且，發(fā)射具有波長λ 2 = 850nm的納秒量級的脈沖光束。然后，第八步驟中，執(zhí)行與上述的第三步驟、第四步驟和第五步驟類似的步驟?？刂破?01在存儲器700中存儲計算的波長λ 2的吸收系數(shù)μ a的位置信息和圖像。然后，在第九步驟中，控制器601驅(qū)動第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)901和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)902，使得第一滑動件34和第二滑動件40關(guān)于檢查對象E的位置變?yōu)橄乱粶y量位置。然后，在第十步驟中，執(zhí)行與上述的第一步驟、第二步驟、第三步驟、第四步驟、第五步驟、第六步驟、第七步驟、第八步驟和第九步驟類似的步驟，直到完成每個測量位置的測量。然后，在測量了所有的測量位置之后的第十一步驟中，控制器601將具有波長入I和λ 2的吸收系數(shù)μ a的分布圖像疊加，并且在顯示器800上顯示結(jié)果。最后，在第十二步驟中，完成測量。圖15和圖16是根據(jù)例子2的另一例子的測量裝置的示意性框圖。圖15是側(cè)視圖，并且，圖16是上視圖。由與圖I 14中所示的參考標(biāo)記相同的參考標(biāo)記表示的部件是具有與上述的功能相同的功能的部件。在本例子中，對于圓筒狀的檢查對象E設(shè)置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)903。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)903改變第一照明光學(xué)系統(tǒng)206、超聲波檢測器405和第二照明光學(xué)系統(tǒng)302相對于檢查對象E的位置。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)903被控制為進(jìn)行各結(jié)構(gòu)部件相對于檢查對象E的旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動，由此，可以測量圓筒狀的檢查對象E。檢查對象E被保持在圓筒狀的外殼43中。在檢查對象E和外殼43之間的間隙中填充匹配劑44。外殼43和匹配劑44對于由脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的光和聲波具有高的透射性和低的衰減性。作為構(gòu)成外殼43的材料，可以使用與例子I的間隔件19類似的材料。作為構(gòu)成匹配劑44的材料,能夠使用水、蓖麻油或超聲波檢查凝膠等。第一照明光學(xué)系統(tǒng)206包含反射鏡46和47以及透鏡48。從脈沖光束產(chǎn)生器100發(fā)射的脈沖光束被束分離器45分成兩個光束。所述光束中的一個被引導(dǎo)到第一照明光學(xué)系統(tǒng)206，并且該光束被反射鏡46和47反射并然后被透鏡48放大。然后，光束穿過超聲波檢測器405的圓形開口部分，以通過外殼43和匹配劑44照射檢查對象E的表面。超聲波檢測器405與以上參照圖11描述的超聲波檢測器類似。與例子I類似，第二照明光學(xué)系統(tǒng)302被設(shè)置為與第一照明光學(xué)系統(tǒng)206通過設(shè)置在其間的檢查對象相對，并且，被照明光學(xué)系統(tǒng)照射的各區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。在本例子中，超聲波檢測器405的檢測表面被設(shè)置在與外殼43的第一照明光學(xué)系統(tǒng)206的照射表面相同的表面上。第二照明光學(xué)系統(tǒng)302包含反射鏡49和50以及透鏡51。被束分離器45分割的兩個脈沖光束中的另一個被引導(dǎo)到第二照明光學(xué)系統(tǒng)302。光束被反射鏡49和50反射并然后被透鏡51放大，以通過外殼43和匹配劑44照射檢查對象E的表面。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)903包含旋轉(zhuǎn)臺架52和用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺架52的馬達(dá)53。旋轉(zhuǎn)臺架52容納束分離器45、第一照明光學(xué)系統(tǒng)206、超聲波檢測器405和第二照明光學(xué)系統(tǒng)302的·組。旋轉(zhuǎn)臺架52和容納于旋轉(zhuǎn)臺架52中的該組部件可被馬達(dá)53驅(qū)動以沿圖15或圖16中所示的箭頭的方向旋轉(zhuǎn)。除了上述的控制器601的功能以外，控制器602控制用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)903的位置、定時等，并與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)903連接。如上所述，根據(jù)例子2的測量裝置，第一照明光學(xué)系統(tǒng)和第二照明光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置為通過設(shè)置在其間的檢查對象彼此相對。另外，被照明光學(xué)系統(tǒng)照射的各區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致，并且，超聲波檢測器的檢測表面被設(shè)置在與通過第一照明光學(xué)系統(tǒng)的外殼上的照射表面相同的表面上。換句話說，超聲波檢測器的檢測表面關(guān)于檢查對象位于與第一照明光學(xué)系統(tǒng)的用脈沖光束照射檢查對象的照射表面那側(cè)相同的側(cè)。在保持上述的位置關(guān)系的同時，關(guān)于檢查對象E執(zhí)行各結(jié)構(gòu)部件的掃描驅(qū)動，由此,在整個檢查對象E中，從存在于檢查對象E的深部中的吸收體α的邊界產(chǎn)生的光聲信號可被檢測為高對比度信號。因此，能夠提供能夠以高精度測量吸收體α的位置和尺寸的測量裝置。例子3圖17是可應(yīng)用本發(fā)明的根據(jù)例子3的測量裝置的示意性框圖。測量裝置的基本結(jié)構(gòu)與圖14所示的例子2的結(jié)構(gòu)類似，并且，由參考標(biāo)記表示的結(jié)構(gòu)部件具有與以上在例子2中描述的功能相同的功能。在本例子中，另外設(shè)置板驅(qū)動機(jī)構(gòu)904。板驅(qū)動機(jī)構(gòu)904包含滑動導(dǎo)引件54和馬達(dá)55?；瑒訉?dǎo)引件54的一端與接觸檢查對象E的第二板26耦合，并且，第二板26的位置可沿圖17所示的箭頭移動。作為形成滑動導(dǎo)引件55的部件的例子，能夠使用滾珠絲桿、線性導(dǎo)引件等。向檢查對象E施加的光的能量強(qiáng)度大大地受生物組織中的吸收和分散的影響而衰減，由此，深部中的測量是困難的。因此，關(guān)于諸如乳房的檢查對象，考慮壓迫檢查對象以增加到達(dá)檢查對象的內(nèi)部的光的能量。
在本例子中，提供控制板驅(qū)動機(jī)構(gòu)904以壓迫被保持在第一板25和第二板26之間的檢查對象E的功能。第二照明光學(xué)系統(tǒng)301被設(shè)置為使得第二照明光學(xué)系統(tǒng)301與第一照明光學(xué)系統(tǒng)205相對，并且，被第二照明光學(xué)系統(tǒng)301和第一照明光學(xué)系統(tǒng)205照射的各區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。超聲波檢測器403的檢測表面被設(shè)置在第一板25上的第一照明光學(xué)系統(tǒng)205的照射表面的相同表面上。除了上述的例子2的控制器601的功能以外，控制器603控制例如用于驅(qū)動板驅(qū)動機(jī)構(gòu)904的位置。當(dāng)該器件壓迫檢查對象E時，位于檢查對象E中的球狀吸收體α沿壓迫方向變
平?！囊源朔绞阶冃蔚奈阵wα產(chǎn)生的光聲信號S的強(qiáng)度具有各向異性，由此從平坦的區(qū)域產(chǎn)生較強(qiáng)的信號。因此，超聲波檢測器403被設(shè)置在與壓迫檢查對象E的第一板25的第一照明光學(xué)系統(tǒng)205的表面相同的表面上，使得檢測到更強(qiáng)的光聲信號S。如上所述，在根據(jù)例子3的測量裝置中，壓迫和照射檢查對象的第一照明光學(xué)系統(tǒng)和第二照明光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置為使得第一照明光學(xué)系統(tǒng)和第二照明光學(xué)系統(tǒng)通過設(shè)置在其間的檢查對象彼此相對，并且被第一照明光學(xué)系統(tǒng)和第二照明光學(xué)系統(tǒng)照射的各區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。另外，超聲波檢測器的檢測表面被設(shè)置在第一照明光學(xué)系統(tǒng)的照射表面的相同表面上(板上)。換句話說，超聲波檢測器的檢測表面關(guān)于檢查對象位于與第一照明光學(xué)系統(tǒng)用脈沖光束照射檢查對象的照射表面那側(cè)相同的側(cè)。通過上述的結(jié)構(gòu)，可用高對比度信號檢測從位于生物組織的深部中的吸收體α的邊界產(chǎn)生的光聲信號。因此，可以提供能夠以高的精度測量吸收體α的位置和尺寸的測量裝置。雖然已參照示例性實(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修改與等同的結(jié)構(gòu)和功倉泛。本申請要求在2008年7月11日提交的日本專利申請No. 2008-182060的權(quán)益，在此通過弓I入將其全部內(nèi)容并入。
權(quán)利要求
1.一種測量裝置，包括 照明光學(xué)單元，所述照明光學(xué)單元用于將由光源單元發(fā)射的脈沖光引導(dǎo)到檢查對象；檢測單元，所述檢測單元用于檢測在檢查對象的內(nèi)部由所述脈沖光產(chǎn)生的彈性波并且將所述彈性波轉(zhuǎn)換成電信號， 其中，所述照明光學(xué)單元包含第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元，所述第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元被配置為經(jīng)由被置于它們之間的檢查對象彼此相對，用于利用來自其兩側(cè)的脈沖光照射檢查對象，以及 其中，所述檢測單元被設(shè)置于與配置第一照明光學(xué)單元的側(cè)和配置第二照明光學(xué)單元的側(cè)中的一個相同的側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的測量裝置，其中，所述檢測單元被配置于與第一照明光學(xué)單元相同的側(cè)，并且其中第一照明光學(xué)單元與所述檢測單元被設(shè)置為使得第一照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸和所述檢測單元檢測彈性波的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的測量裝置，其中，第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元被設(shè)置為使得第一照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸和第二照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的測量裝置，還包括掃描驅(qū)動單元，所述掃描驅(qū)動單元用于在保持第一照明光學(xué)單元、第二照明光學(xué)單元和所述檢測單元之間的位置關(guān)系的同時相對于檢查對象掃描第一照明光學(xué)單元、第二照明光學(xué)單元和所述檢測單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的測量裝置，還包括第一板和第二板，所述第一板和第二板用于將檢查對象保持在它們之間，其中，所述檢測單元和與所述檢測單元被配置在相同側(cè)的第一照明光學(xué)單元被配置在第一板的與檢查對象側(cè)相反的側(cè)，并且其中第二照明光學(xué)單元被配置在第二板的與檢查對象側(cè)相反的側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的測量裝置，其中，第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元同時用脈沖光照射檢查對象。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的測量裝置，其中，所述照明光學(xué)單元至少包括光纖。
8.一種測量裝置，包括 第一板和第二板，所述第一板和第二板用于將檢查對象保持在它們之間； 第一照明光學(xué)單元，所述第一照明光學(xué)單元被配置在第一板的與檢查對象側(cè)相反的偵牝用于將由光源發(fā)射的脈沖光引導(dǎo)到檢查對象； 第二照明光學(xué)單元，所述第二照明光學(xué)單元被配置在第二板的與檢查對象側(cè)相反的偵牝用于從與第一照明光學(xué)單元相對的位置將由光源發(fā)射的脈沖光引導(dǎo)到檢查對象； 檢測單元，所述檢測單元被配置在第一板的與檢查對象側(cè)相反的側(cè)，用于檢測由被施加于檢查對象的脈沖光生成的彈性波并且將所述彈性波轉(zhuǎn)換成電信號；以及信號分析器，所述信號分析器用于通過使用所述電信號來生成圖像數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的測量裝置，其中，第一照明光學(xué)單元用脈沖光從檢查對象的兩側(cè)照射檢查對象，使得光的能量在檢查對象內(nèi)部被組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的測量裝置，其中，第一照明光學(xué)單元與所述檢測單元被設(shè)置為使得第一照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸和所述檢測單元檢測彈性波的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的測量裝置，其中，第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元被設(shè)置為使得第一照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸和第二照明光學(xué)單元照射檢查對象的區(qū)域的軸對稱的中心軸相互一致。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的測量裝置，還包括掃描驅(qū)動單元，所述掃描驅(qū)動單元用于在保持第一照明光學(xué)單元、第二照明光學(xué)單元和所述檢測單元之間的位置關(guān)系的同時相對于檢查對象掃描第一照明光學(xué)單元、第二照明光學(xué)單元和所述檢測單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的測量裝置，還包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于朝第一板驅(qū)動第二板，其中通過第一板和第二板對檢查對象施加壓力。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的測量裝置，其中，第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元同時用脈沖光照射檢查對象。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的測量裝置，其中，所述照明光學(xué)單元至少包括光纖。
全文摘要
一種能夠以高精度測量吸收體的位置和尺寸的測量裝置，該測量裝置包括用于發(fā)射脈沖光束的光源單元；用于將由光源單元發(fā)射的脈沖光束引導(dǎo)到檢查對象的內(nèi)部的照明光學(xué)單元；和用于檢測由脈沖光束產(chǎn)生的光聲信號的聲學(xué)信號檢測單元，其中，照明光學(xué)單元包含被相對地配置為使得檢查對象被來自其兩側(cè)的脈沖光束照射的第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元，并且，聲學(xué)信號檢測單元被設(shè)置為使得聲學(xué)信號檢測單元的檢測表面位于與第一照明光學(xué)單元和第二照明光學(xué)單元用脈沖光束照射的檢查對象的照射表面中的一個表面那側(cè)相同的側(cè)。
文檔編號A61B5/1455GK102940480SQ20121039907
公開日2013年2月27日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者西原裕, 福谷和彥, 中嶌隆夫 申請人:佳能株式會社