KR101937065B1

KR101937065B1 - 피검체 정보 취득 장치

Info

Publication number: KR101937065B1
Application number: KR1020177008452A
Authority: KR
Inventors: 히로시 니시하라; 로버트 에이 크루거
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: EP3188646B1; US20170224223A1; EP3188646A1; CN106659396B; KR20170048477A; CN106659396A; JP6289737B2; US10499815B2; JP2017522994A; WO2016035343A1

Abstract

액체 음향 매칭 부재를 유지할 수 있도록 구성된 지지 유닛, 각각이 지지 유닛 상에 지지되고 음향 매칭 부재를 통해 피검체로부터 전파된 음향파를 수신하고 전기 신호를 출력하는 복수의 수신 소자, 지지 유닛을 이동시킴으로써 피검체와 수신 소자들 각각의 상대적 위치를 변화시키는 스캐닝 유닛, 스캐닝 유닛에 의해 수행된 지지 유닛의 이동의 속도를 제어하는 제어 유닛, 및 전기 신호에 기초하여 피검체의 내부의 특성 정보를 취득하는 처리 유닛을 포함하는 피검체 정보 취득 장치가 제공된다. 스캐닝 유닛은 상이한 곡률들의 부분들을 갖는 경로 상에서 지지 유닛을 이동시킨다.

Description

피검체 정보 취득 장치{OBJECT INFORMATION ACQUIRING APPARATUS}

본 발명은 피검체 정보 취득 장치에 관한 것이다.

생체와 같은 피검체를 레이저와 같은 광원으로부터의 광으로 조사하고, 입사 광에 기초하여 획득된 피검체 내의 정보를 이미징하는 광학 이미징 장치에 관한 연구들이 의료 분야에서 활발히 진행되고 있다. 광음향 이미징(PAI)은 이러한 광학 이미징 기술들 중 하나이다. 광음향 이미징에서, 피검체는 광원으로부터 발생된 펄스 광으로 조사되고, 피검체 내에 전파된/확산된 펄스 광의 에너지를 흡수한 피검체 조직으로부터 발생된 음향파들(전형적으로 초음파들)이 수신되고, 피검체 정보는 수신된 신호에 기초하여 이미징된다.

피검체가 광으로 조사될 때, 광 에너지를 흡수한 피검체 세그먼트는 순간적으로 확대되어 종양과 같은 대상 세그먼트와 다른 조직들 사이의 광 에너지의 흡수율의 차이로 인해, 음향파들(소위 광음향파들)을 발생한다. 광음향 이미징에서, 이 광음향 효과에 의해 발생된 광음향파들은 프로브(수신 소자)를 이용하여 수신된다.

수신된 신호의 분석 처리를 수학적으로 수행함으로써, 피검체 내의 정보, 특히 초기 음압 분포, 광 에너지 흡수 밀도 분포, 흡수 계수 분포 등이 취득될 수 있다. 이러한 정보는 예를 들어, 혈액 산소 포화도와 같은 피검체 내의 특정한 물질의 정량적 측정에서 또한 이용될 수 있다. 최근에, 광음향 이미징을 사용하여 작은 동물의 혈관 이미지의 이미징에 관한 임상전 연구들 또는 유방암 등의 진단에 이 원리를 적용하는 것에 관한 임상 연구들이 활발히 진행되고 있다(비특허 문헌 1).

비특허 문헌 2는 복수의 수신 소자의 수신 표면들이 반구형 지지 유닛의 내부 표면 상에 배열되는 센서를 사용하여, 피검체의 정보를 취득하는 검사 장치를 기술하고 있다. 특정 영역에서 발생된 광음향파들은 센서로 고 감도로 수신될 수 있기 때문에, 특정 영역 내의 피검체 정보의 해상도는 높다.

비특허 문헌 2의 검사 장치에서, 반구형 지지 유닛의 내부는 광음향파들을 초음파 프로브들에 전파하기 위한 액체 또는 젤로 형성된 음향 매칭 부재로 채워진다. 고 해상도를 갖는 피검체의 정보는 음향 매칭 부재 내에 담그어진 피검체에 대해 센서의 위치를 수평 방향으로 이동시킴으로써 넓은 범위에서 취득되는 것이 시사된다.

액체 음향 매칭 부재가 그 내부에 유지되는 용기형 센서가 광음향 이미징을 위해 뿐만 아니라 초음파 에코 진단을 위해 이용될 수 있다. 이러한 센서를 사용하는 경우에, 음향 매칭 부재가 피검체와 센서 사이의 갭을 채우고 센서와 피검체가 음향적으로 결합되는 것이 바람직하다.

[선행기술문헌]

[비특허문헌]

비특허문헌 1: "Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging From Organelles to Organs", Lihong V. Wang, Song Hu, Science 335, 1458 (2012)

비특허문헌 2: "Dedicated 3D Photoacoustic Breast Imaging", Robert A. Kruger, Cherie M. Kuzmiak, Richard B. Lam, Daniel R. Reinecke, Stephen P. Del Rio, and Doreen Steed, Medical Physics 40, 113301 (2013)

그러나, 비특허문헌 2에 기술된 검사 장치에서, 음향파들의 확실한 수신에 대해 개선할 여지가 있었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 음향 매칭 부재를 유지하는 센서가 피검체로부터 음향파들을 수신하기 위해 이동되는 장치에서 음향파들의 확실한 수신을 가능하게 하는 것이다.

본 발명은

액체 음향 매칭 부재를 유지할 수 있도록 구성된 지지 유닛;

각각이 상기 지지 유닛 상에 지지되고 상기 음향 매칭 부재를 통해 피검체로부터 전파된 음향파를 수신하고 전기 신호를 출력하는 복수의 수신 소자;

상기 지지 유닛을 이동시킴으로써 상기 피검체와 상기 복수의 수신 소자의 상대적 위치를 변화시키는 스캐닝 유닛;

상기 스캐닝 유닛에 의해 수행된 상기 지지 유닛의 이동의 속도를 제어하는 제어 유닛; 및

상기 전기 신호에 기초하여 상기 피검체의 내부의 특성 정보를 취득하는 처리 유닛을 포함하고,

상기 스캐닝 유닛은 상이한 곡률들의 부분들을 갖는 경로 상에서 상기 지지 유닛을 이동시키고,

상기 제어 유닛은 상기 곡률의 크기에 따라 상기 이동 속도를 제어하는 피검체 정보 취득 장치를 제공한다.

본 발명은 또한

액체 음향 매칭 부재를 유지할 수 있도록 구성된 지지 유닛;

각각이 상기 지지 유닛 상에 지지되고 상기 음향 매칭 부재를 통해 피검체로부터 전파된 음향파를 수신하는 복수의 초음파 수신 소자;

상기 지지 유닛을 이동시킴으로써 상기 피검체와 상기 지지 유닛의 상대적 위치를 변화시키는 스캐닝 유닛; 및

상기 스캐닝 유닛에 의해 수행된 상기 지지 유닛의 이동의 속도를 제어하는 제어 유닛을 포함하고,

상기 스캐닝 유닛은 제1 곡률 반경을 갖는 제1 부분 및 상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경을 갖는 제2 부분을 포함하는 경로 상에서 상기 지지 유닛을 이동시키고,

상기 제어 유닛은, 상기 지지 유닛이 상기 제2 부분에서 이동할 때의 속도가 상기 상기 지지 유닛이 상기 제1 부분에서 이동할 때의 속도보다 느려지도록 상기 지지 유닛의 상기 이동 속도를 제어하는 피검체 정보 취득 장치를 제공한다.

본 발명으로, 음향 매칭 부재를 유지하는 센서가 피검체로부터 음향파들을 수신하기 위해 이동되는 장치에서 음향파들의 확실한 수신이 가능하다.

본 발명의 추가 특징들이 첨부된 도면을 참조하여 이루어진 예시적인 실시예들의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1a 내지 1c는 장치의 구성 및 동작을 나타내는 도면들.
도 2a 내지 2c는 장치의 구성 및 동작의 변형예를 나타내는 도면들.
도 3은 음향파 수신 소자의 감도 특성들을 나타내는 도면들.
도 4는 컴퓨터와 그 주변 장비의 접속을 도시한 도면.
도 5는 지지 유닛의 이동 영역을 설명하기 위한 도면.
도 6은 음향 매칭 부재의 액체 표면의 경사각을 나타내는 도면.
도 7은 지지 유닛의 이동 영역의 변형예를 나타내는 도면.
도 8은 속도 제어 방법을 도시한 플로우차트.

본 발명의 양호한 실시예가 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 아래에 설명된 소자들의 치수, 재료, 및 형상, 그것의 상대적 배열 등은 본 발명이 적용되는 장치의 구성 또는 다양한 조건들에 따라 적절히 변경되어야 하고, 본 발명의 범위를 아래의 설명으로 제한하려는 의도는 아니라는 점에 주목한다.

본 발명은 피검체로부터 전파하는 음향파들이 검출되고 피검체의 내부의 특성 정보가 발생 및 취득되는 기술에 관한 것이다. 그러므로, 본 발명은 피검체 정보 취득 장치, 이를 제어하는 방법, 피검체 정보 취득 방법, 또는 신호 처리 방법으로서 이해될 수 있다. 본 발명은 또한 CPU와 같은 하드웨어 리소스를 포함하는 정보 처리 장치로 하여금 이들 방법을 실행하게 하는 프로그램 또는 프로그램을 저장하는 저장 매체로서 이해될 수 있다. 본 발명은 또한 음향파 측정 장치 또는 이를 제어하는 방법으로서 이해될 수 있다.

본 발명은 피검체를 광(전자기파들)으로 조사하고 피검체 내의 또는 피검체 표면 상의 특정 위치에서 발생되고 또는 그로부터 발생된 음향파들을 광음향 효과에 따라 수신(검출)하는 광음향 단층 촬영 기술을 이용하는 피검체 정보 취득 장치에 적용될 수 있다. 이러한 장치는, 피검체의 내부의 특성 정보가 광음향 측정에 기초하여 이미지 데이터, 특성 분포 정보 등의 형태로 획득될 수 있기 때문에, 광음향 이지징 장치, 광음향 이미지 형성 장치, 또는 간단히 광음향 장치라고도 할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 장치는 피검체의 내부를 검사하므로, 검사 장치라고 할 수 있다.

광음향 장치 내의 특성 정보는 광 조사에 의해 발생된 음향파들의 발생 소스 분포, 피검체 내의 초기 음압 분포, 초기 음압 분포로부터 유도된 광 에너지 흡수 밀도 분포 또는 흡수 계수 분포, 조직을 형성하는 물질의 농도 분포 등이다. 물질의 농도는 산소 포화도, 옥시헤모글로빈 농도, 데옥시헤모글로빈 농도, 총 헤모글로빈 농도 등이다. 총 헤모글로빈 농도는 옥시헤모글로빈 농도와 데옥시헤모글로빈 농도의 합이다. 지방, 콜라겐, 또는 수분의 분포 등이 또한 포함된다. 특성 정보는 수치 데이터로서가 아니라 피검체 내의 각각의 위치의 분포 정보로서 획득될 수 있다. 즉, 흡수 계수 분포, 산소 포화도 분포 등의 분포 정보는 피검체 정보일 수 있다.

본 발명은 초음파들이 피검체로 송신되고, 피검체 내부에서 반사된 반사파들(에코파들)이 수신되고, 피검체 정보가 이미지 데이터로서 취득되는 초음파 에코 기술을 이용하는 장치에 적용될 수 있다. 초음파 에코 기술을 이용하는 장치의 경우에, 취득된 피검체 정보는 피검체 내부의 조직들의 음향 임피던스의 차이를 반영하는 정보이다.

본 발명에서 참조된 음향파들은 전형적으로 초음파들이고 음파들 또는 음향파들이라고 하는 탄성파들을 포함한다. 광음향 효과에 의해 발생된 음향파들은 광음향파들 또는 광 유도 초음파들이라고 한다. 프로브에 의해 음향파들로부터 변환된 전기 신호는 또한 음향 신호라고 하고, 광음향파들로부터 비롯된 음향 신호는 특히 광음향 신호라고 한다.

본 발명에서의 피검체로서는, 생체의 유방이 예상될 수 있다. 피검체는 이러한 것으로 제한되지 않고, 생체 또는 비생체 재료의 다른 세그먼트들을 검사하는 것이 가능하다는 점에 주목한다. 그러므로, 본 발명은 또한 피검체 정보 취득 장치 또는 이를 제어하는 방법으로서 이해될 수 있다.

발명자들에 의한 연구에 따르면, 음향 매칭 부재로 채워진 센서의 위치가 비특허문헌 2에 따른 피검체 정보 취득 장치에서 수평 방향으로 이동될 때, 관성력이 음향 매칭 부재에 작용하고 액체 표면이 진동한다. 액체 표면의 진동이 증가할 때, 음향 매칭 부재로 채워지지 않은 공기 층이 피검체와 센서 사이에 형성되어, 수신 소자가 음향파들을 수신할 수 없는 경우들이 있다. 그러므로, 아래의 실시예에서, 액체 표면의 이러한 진동의 영향을 감소시키기 위한 장치 구성 및 동작이 설명된다.

(발명의 개요)

본 발명의 피검체 정보 취득 장치는 복수의 음향파 수신 소자 및 피검체로부터 발생된 음향파들을 음향파 수신 소자에 전파하여, 특정 영역에서 발생된 음향파들이 고 감도로 수신될 수 있도록 하는 음향 매칭 부재를 지지하는 지지 유닛을 포함한다. 본 실시예에서, 특정 영역은 고 감도 영역이라고 한다.

본 발명의 피검체 정보 취득 장치는 피검체가 넓은 범위에서 고 감도로 검사될 수 있도록, 지지 유닛의 위치가 상이한 곡률들의 부분들을 갖는 굽은 경로 상에서 수평 방향으로 피검체에 대해 이동되는 스캐닝 유닛을 포함한다. 또한, 본 발명의 피검체 정보 취득 장치는 굽은 경로의 곡률에 따라 지지 유닛을 이동시키는 속도를 설정하도록 스캐닝 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

위에 설명된 구성을 갖는 피검체 정보 취득 장치는 음향 매칭 부재로 채워진 지지 유닛의 위치가 수평 방향으로 이동할 때, 경로의 곡률이 증가하는 경우에 감속하도록 이동의 속도를 제어한다. 따라서, 음향 매칭 부재에 작용하는 관성력이 감소하고, 액체 표면의 진동이 또한 감소한다. 이러한 제어로, 관성력으로 인한 음향 매칭 부재의 액체 표면의 진동이 허용가능한 범위 내에서 감소될 수 있다. 결과적으로, 음향 매칭 부재는 피검체와 음향파 수신 소자 사이의 갭을 채운다. 그러므로, 음향파 수신 소자가 음향적으로 결합된 피검체로부터 방출된 음향파들이 확실히 수신될 수 있다.

위에 설명된 구성을 갖는 피검체 정보 취득 장치는 음향 매칭 부재로 채워진 지지 유닛의 위치가 수평 방향으로 이동되는 경로의 곡률이 감소하는 경우에 가속하도록 이동의 속도를 제어한다. 관성력으로 인한 음향 매칭 부재의 액체 표면의 진동이 이러한 제어에 의해 허용가능한 범위 내로 감소될 때, 음향 매칭 부재는 피검체와 음향파 수신 소자 사이의 갭을 채운다. 결과적으로, 음향파 수신 소자가 음향적으로 결합된 피검체로부터 방출된 음향파들을 확실히 수신하는 것이 가능하다. 또한, 음향파 수신 소자가 음향적으로 결합된 피검체로부터 방출된 음향파들이 확실히 수신될 수 있는 상태가 유지되고, 측정 시간이 단축될 수 있다.

본원에서의 이동 속도(피검체와 수신 소자의 상대적 위치를 변화시키는 속도)는 곡률을 갖는 경로에 대한 접선 방향에서의 속도이다. 접선 방향에서의 속도는 예를 들어, ㎜/sec의 단위들로 나타낸 단위 시간 당 이동의 거리를 의미하고, 소위 각속도(rad/sec)를 의미하지 않는다.

(실시예 1)

도 1(도 1a 내지 1c) 및 도 2(도 2a 내지 2c)는 본 실시예에 따른 피검체 정보 취득 장치의 구성 및 동작을 도시한 개략도들이다. 피검체 정보 취득 장치는 광음향 효과에 의해 발생된 음향파들의 수신된 신호에 기초하여 피검체 E의 특성 정보(피검체 정보)를 취득한다.

<기본 구성>

본 실시예의 피검체 정보 취득 장치는 광원(100), 광학계(200), 복수의 음향파 수신 소자(300), 지지 유닛(400), 스캐너(500), 형상 정보 취득 유닛(600), 컴퓨터(700), 디스플레이(900), 입력 유닛(1000), 및 형상 유지 유닛(1100)을 포함한다.

(피검체)

피검체 E는 측정의 대상이다. 특정한 예들은 유방과 같은 생체, 및 장치의 조정 또는 정정을 위해 사용되는 생체의 음향 특성들 및 광학 특성들을 모의하는 인체 모형을 포함한다. 음향 특성들은 구체적으로 음향파들의 전파 속도 및 감쇠율이다. 광학 특성들은 구체적으로 광의 흡수 계수 및 산란 계수이다. 피검체의 내부 또는 표면에는, 큰 광 흡수 계수를 갖는 광 흡수체가 존재한다. 생체에서, 헤모글로빈, 물, 멜라닌, 콜라겐, 지방 등은 광 흡수체이다. 인체 모형에서, 광학 특성들을 모의하는 물질이 광 흡수체로서 내부에 봉합된다. 편의상, 피검체 E는 도 1 및 도 2에 파선으로 도시된다.

(광원)

광원(100)은 펄스 광을 발생한다. 광원으로서, 레이저가 큰 입력을 획득하기 위해 바람직하지만, 발광 다이오드 등이 허용된다. 광음향파들을 효과적으로 발생하기 위해, 광 조사가 피검체의 열적 특성들에 따라 충분히 짧은 시간 기간 내에 수행될 필요가 있다. 피검체가 생체인 경우에, 광원(100)으로부터 발생된 펄스 광의 펄스 폭은 바람직하게는 수십 나노초 이하이다. 펄스 광의 파장은 생체 윈도우라고 하는 근적외선 영역 내에 있고 대략 700㎚ 내지 1200㎚가 바람직하다. 이 영역 내의 광은 생체의 비교적 깊은 부분 내에 도달할 수 있고, 깊은 부분의 정보가 획득될 수 있다. 측정이 생체의 표면 부분으로 제한될 때, 근적외선 영역까지의 대략 500㎚ 내지 700㎚의 가시 광이 사용될 수 있다. 또한, 펄스 광의 파장은 바람직하게는 관찰 대상에 대해 흡수 계수가 높다. 레이저와 같은 광원(100)은 반드시 나중에 설명되는 지지 유닛(400)과 동기하여 이동할 필요는 없다. 광원(100)은 지지 유닛(400)의 이동과 조화하지 않는 위치 내에 배열될 수 있으므로, 광원으로부터의 광은 광 섬유와 같은 광학 도파로에 의해 지지 유닛 내로 안내된다.

(광학계)

광학계(200)는 광원(100)에서 발생된 펄스 광을 피검체 E로 안내한다. 구체적으로, 그것은 렌즈, 미러, 프리즘, 광 섬유, 또는 산광기 또는 이들의 조합과 같은 광학 장비이다. 광을 안내할 때, 이러한 광학 장비를 사용하여 조사 광의 원하는 광 분포를 위해 광의 형상 또는 밀도를 변화시키는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 광학계(200)는 반구의 곡률의 중심에 있는 영역을 조명하도록 구성된다.

생물학적 조직이 조사되도록 허용되는 광의 세기에 대해서는, 최대 허용 노광량(MPE)이 안전 기준들에 의해 명시되어 있다. 안전 기준들의 예들은 "IEC 60825-1: 레이저 제품들의 안전도"를 포함한다. "JIS C 6802: 레이저 제품들에 대한 안전 기준들", "FDA: 21CFR Part 1040.10", 및 "ANSI Z136.1: 레이저 안전 기준들"과 같은 안전 기준들이 있다. 최대 허용 노광량은 조사가 단위 면적 당 수행될 수 있는 광의 세기를 명시한다. 그러므로, 피검체 E의 큰 면적의 표면을 광으로 총체적으로 조사함으로써, 많은 양의 광이 피검체 E로 안내될 수 있다. 결과적으로, 광음향파들은 높은 SN 비로 수신될 수 있다. 그러므로, 렌즈로 광을 집속하는 것보다, 도 1 및 도 2에 이점쇄선으로 도시한 바와 같이, 영역을 어느 정도 증가시키는 것이 바람직하다.

(음향파 수신 소자)

음향파 수신 소자(300)는 광음향파들이 수신되어 전기 신호로 변환되는 소자이고 간단히 수신 소자라고도 한다. 수신 감도는 높고 주파수 대역은 피검체 E로부터의 광음향파들에 대해 넓은 것이 바람직하다.

음향파 수신 소자(300)의 재료에 대해, 티탄산 지르콘산 납(PZT)으로 대표되는 것과 같은 압전 세라믹 재료, 폴리비닐리덴 불화물(PVDF)로 대표되는 것과 같은 압전 폴리머 멤브레인 재료 등이 사용될 수 있다. 용량성 소자와 같고, 용량성 미세 가공된 초음파 트랜스듀서(cMUT), 또는 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계를 사용하는 음향파 수신 소자와 같은 압전 재료가 아닌 부재가 사용될 수 있다.

도 3은 음향파 수신 소자(300)의 수신 감도 특성의 한 예를 도시한다. 도 3에서 가로 좌표로 도시한 "각도"는 음향파 수신 소자(300)의 수신 표면의 법선 방향과 광음향파들의 입사 방향에 의해 형성된 입사각이다. 세로 좌표는 각각의 입사각에서의 수신 감도의 상대적 값을 도시한다. 도 3에서, 음향파들이 수신 표면의 법선 방향으로부터 입사된 경우에 수신 감도가 가장 높다. 즉, 입사각이 0일 때, 감도는 S(최대 값)이다. 입사각이 증가함에 따라, 수신 감도는 감소한다. 본 실시예에 따른 음향파 수신 소자(300)는 원형 및 평탄형 수신 표면을 갖는다.

수신 감도가 최대 값의 1/2(S/2)로 될 때 입사각은 α이다. 본 실시예에서, 광음향파들이 음향파 수신 소자(300)의 수신 표면에 입사각 α 이하로 입사되는 영역은 소자가 고 감도로 수신할 수 있는 수신 영역이다. 수신 영역은 이러한 1/2 폭으로 제한되지 않고 소자 특성들, 측정을 위해 바람직한 정확도 등에 따라 지정될 정도이면 충분하다는 점에 주목한다. 도 1 및 도 2에서, 음향파 수신 소자(300)의 수신 감도가 가장 높은 방향은 쇄점선으로 도시된다.

음향파 수신 소자(300)로서, 초음파들을 송신 및 수신할 수 있는 소자가 제공될 수 있다. 초음파들을 송신하고 반사파들을 수신할 수 있는 소자가 사용되는 경우에, 광음향 측정뿐만 아니라 초음파 에코 측정이 가능하다. 이 경우에, 수신 소자는 또한 음향파 송신 유닛으로서 기능한다. 초음파 에코 측정을 수행하기 위해, 초음파 송신 전용 소자가 제공될 수 있다. 이 경우에, 송신 전용 소자는 음향파 송신 유닛이다.

(지지 유닛)

지지 유닛(400)은 대략 반구형 용기이다. 복수의 음향파 수신 소자(300)는 반구의 내부 상의 표면에 설치되고, 광학계(200)는 반구의 하부 부분(폴)에 설치된다. 반구의 내부는 나중에 설명되는 음향 매칭 부재(800)로 채워진다. 지지 유닛(400)은 바람직하게는 이들 부재를 지지하기 위해 높은 기계적 강도를 갖는 금속 재료를 사용하여 구성된다.

지지 유닛(400)에 제공된 복수의 음향파 수신 소자(300)의 수신 방향들은 각각 반구의 곡률의 중심을 향한다. 수신 방향들은 피검체 E의 부분 내의 영역에서 수렴하는 쇄점선들로 도시된다. 도 1 및 도 2는 반구형 지지 유닛(400)의 중심 축을 따라 절취된 때의 단면도들이다.

이 방식으로, 복수의 음향파 수신 소자(300)의 각각의 소자들은 특정 영역에서 발생된 음향파들이 고 감도로 수신될 수 있도록 지지 유닛(400) 상에 배열된다. 본 실시예에서, 특정 영역은 고 감도 영역이라고 한다.

복수의 음향파 수신 소자(300)의 이러한 배열의 경우에, 나중에 설명되는 방법으로 수신된 신호를 사용하여 획득된 피검체 정보는 반구의 곡률의 중심에서 해상도가 높고 중심으로부터 멀어질수록 해상도는 감소한다. 고 감도 영역은 본 실시예에서 해상도가 가장 높은 점으로부터 해상도가 가장 높은 해상도의 반인 곳까지의 영역을 말한다. 도 1 및 도 2에서 점선으로 둘러싸인 영역 G가 이것에 대응한다.

도 1 내의 지지 유닛(400)은 복와위에서 늘어지는 유방의 넓은 시야 측정에 적합하다. 도 2 내의 지지 유닛(400)은 유방의 깊은 부분의 측정에 적합한데, 왜냐하면 측정의 시야 각도가 도 1의 피검체 정보 취득 장치에서보다 좁게 되더라도, 유방이 한 측으로부터 눌려져서 얇아질 수 있기 때문이다.

원하는 고 감도 영역이 형성될 수 있는 한, 각각의 음향파 수신 소자들의 가장 높은 감도의 방향들은 반드시 서로 교차할 필요는 없다. 지지 유닛(400)에 의해 지지된 복수의 음향파 수신 소자(300)의 적어도 일부의 가장 높은 수신 감도의 방향은 특정 영역을 향하여, 특정 영역에서 발생된 광음향파들이 고 감도로 수신될 수 있다면 충분하다. 즉, 복수의 음향파 수신 소자(300)의 적어도 일부가 지지 유닛(400) 상에 배열되어, 고 감도 영역에서 발생된 광음향파들이 고 감도로 수신될 수 있다면 충분하다.

지지 유닛(400)의 형상은 반구로 제한되지 않는다. 구형 크라운 형상, 타원형으로부터 절단된 부분의 형상, 복수의 평탄한 표면 또는 굽은 표면이 조합된 형상 등이 또한 사용될 수 있다. 음향 매칭 부재를 하우징할 수 있는 움푹 들어간 부분을 갖는 형상이 또한 사용될 수 있다. 복수의 음향 검출 소자의 적어도 일부의 수신 방향들이 수렴하도록, 복수의 음향 검출 소자를 지지할 수 있는 형상이 바람직하다.

나중에 설명되는 스캐너(스캐닝 유닛)를 갖는 원형 또는 나선형 경로를 따르기 위해 지지 유닛(400)이 수평 방향으로 이동하는 장치에서, 지지 유닛(400)은 반구의 중심 축에 대해 회전 대칭 형상으로 되는 것이 권장된다. 관성력은 액체 표면을 기울이기 위해 원형 또는 나선형 경로의 법선 방향으로 음향 매칭 부재에 작용하기 때문에, 액체 표면의 변화는 지지 유닛(400)을 원형 또는 나선형 경로에 관한 회전 대칭 형상으로 함으로써 완화될 수 있다.

(스캐너)

스캐너(500)는 지지 유닛(400)의 위치를 도 1 및 도 2에서 X 및 Y 방향들에서 이동시킴으로써 피검체 E에 대한 지지 유닛(400)의 상대적 위치를 변화시키는 장치이다. 그러므로, 스캐너(500)는 X 및 Y 방향들을 위한 안내 기구, X 및 Y 방향들을 위한 구동 기구, 및 도시하지 않은 X 및 Y 방향들에서 지지 유닛(400)의 위치를 검출하는 위치 센서를 포함한다. 지지 유닛(400)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 스캐너(500) 상에 얹혀지기 때문에, 안내 기구로서 큰 로드에 견딜 수 있는 선형 가이드를 사용하는 것이 바람직하다. 구동 기구로서, 엄지 나사 기구, 링크 기구, 기어 기구, 유압 기구 등이 사용될 수 있다. 구동력을 위해, 모터 등이 사용될 수 있다. 위치 센서로서, 인코더, 가변 저항기 등을 사용하는 전위차계 등이 사용될 수 있다.

그것은 여기에 열거된 것들로 제한되지 않고, 구성이 피검체 E에 대해 지지 유닛(400)의 이동을 가능하게 하는 한 어떤 것이든 가능하다. 지지 유닛(400)은 그것의 축 방향들에 직교하는 Z 방향에서, X 및 Y 방향들에서의 구동 기구에 부가하여, 이동가능한 기구에 의해 이동될 수 있다.

예를 들어, 제1 곡률 반경을 갖는 제1 부분 및 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경을 갖는 제2 부분을 포함하는 경로를 따르기 위해 지지 유닛(400)를 이동시키는 것이 또한 가능하다. 그 때, 제어 유닛은 제2 부분에서 이동할 때의 지지 유닛의 속도가 제1 부분에서 이동할 때의 지지 유닛의 속도보다 낮아지도록 지지 유닛의 이동 속도를 제어한다.

(형상 정보 취득 유닛)

형상 정보 취득 유닛(600)은 피검체 E의 외부 형상을 나타내는 형상 정보를 취득하는 장치이다. 형상 정보 취득 유닛(600)은 예를 들어, 음향파들을 송신 및 수신하는 카메라 또는 트랜스듀서 어레이와 같은, 피검체 E를 이미징할 수 있는 이지징 장치를 포함할 수 있다. 트랜스듀서로서, 복수의 음향파 수신 소자(300) 또는 복수의 음향파 수신 소자(300) 중 적어도 하나의 소자와 별도로 제공된 트랜스듀서 등이 이용될 수 있다. 이러한 트랜스듀서는 음향파들을 송신할 수 있고 음향파들의 반사파들을 수신할 수 있다.

찍혀진 이미지 처리 유닛으로서의 연산 유닛(710)은 이러한 이미징 장치로부터 출력된 수신 신호에 기초하여 찍혀진 이미지를 취득하고 피검체 E의 형상 정보가 찍혀진 이미지에 기초하여 이미지 처리에 의해 취득되도록 될 수 있다. 연산 유닛(710)은 복수의 방향으로부터 취해진 찍혀진 이미지들에 기초하여, 스테레오 방법과 같은, 3차원 측정 기술을 사용하여 피검체 E의 형상 정보를 취득할 수 있다. 사용자는 디스플레이(900)에 디스플레이된 찍혀진 이미지를 볼 수 있고 입력 유닛(1000)으로 피검체 E의 형상 정보를 입력할 수 있다. 이 경우에, 이미징 장치 및 찍혀진 이미지 처리 유닛은 총체적으로 형상 정보 취득 유닛(600)이라고 할 수 있다.

형상 정보 취득 유닛(600)으로서, 접촉 프로브가 사용될 수 있다. 이 경우에, 연산 유닛은 접촉 프로브로부터 출력된 데이터에 기초하여 피검체 E의 표면의 형상 정보를 취득할 수 있다.

형상 유지 유닛(1100)의 형상은 피검체 E의 형상 정보로서 취득될 수 있다. 이 경우에, 형상 정보 취득 유닛(600)은 위에 설명된 방법으로 형상 유지 유닛(1100)의 형상 정보를 취득하고, 형상 유지 유닛(1100)의 형상 정보는 피검체 E의 정보로서 취득되도록 될 수 있다. 형상 유지 유닛(1100)의 형상 정보는 미리 저장 유닛(720)에 저장되고, 형상 정보 취득 유닛(600)은 저장 유닛(720)으로부터 정보를 판독함으로써 형상 유지 유닛(1100)의 형상 정보를 취득하도록 될 수 있다. 연산 유닛(710)은 또한 형상 정보 취득 유닛(600)으로서 기능할 수 있다.

또한, 복수의 형상 유지 유닛을 사용하는 경우에, 각각의 형상 유지 유닛의 형상 정보는 저장 유닛(720)에 저장되는 것이 바람직하다. 형상 정보 취득 유닛(600)에 의해 사용된 형상 유지 유닛의 형상 정보는 피검체 정보 취득 장치에 의해 식별되거나 입력 유닛(1000)으로 사용자에 의해 지정되는 것으로 사용되도록 형상 유지 유닛에 의해, 저장 유닛(720)으로부터 판독될 수 있다. 즉, 형상 정보 취득 유닛(600)은 복수의 형상 유지 유닛의 형상 정보로부터 하나의 형상 유지 유닛의 형상 정보를 선택할 수 있고 피검체의 형상 정보로서 선택된 형상 정보를 취득할 수 있다.

형상 정보 취득 유닛(600)은 피검체 정보 취득 장치와 별도로 제공될 수 있다.

(컴퓨터)

컴퓨터(700)는 연산 유닛(710) 및 저장 유닛(720)을 갖는다.

연산 유닛(710)은 CPU, GPU, A/D 컨버터, 또는 증폭기와 같은 소자, 또는 FPGA 또는 ASIC와 같은 회로로 전형적으로 구성된다. 연산 유닛은 하나의 소자 또는 회로로 구성되지 않을 수 있고 복수의 소자 또는 회로로 구성될 수 있다. 컴퓨터(700)에 의해 수행된 각각의 처리는 소자들 및 회로들 중 어느 하나에 의해 실행될 수 있다.

저장 유닛(720)은 전형적으로 ROM, RAM, 또는 하드 디스크와 같은 저장 매체로 구성된다. 저장 유닛은 하나의 저장 매체로 구성되지 않을 수 있고 복수의 저장 매체로 구성될 수 있다.

연산 유닛(710)은 복수의 음향파 수신 소자(300)로부터 출력된 전기 신호에 대해 신호 처리를 수행한다. 제어 유닛으로서의 연산 유닛(710)은 도 4에 도시한 바와 같이, 버스(2000)를 통해 피검체 정보 취득 장치를 형성하는 각각의 구성의 동작을 제어한다.

컴퓨터(700)는 양호하게는 복수의 신호의 파이프라인 처리를 동시에 가능하게 하도록 구성된다. 따라서, 피검체 정보의 취득까지의 시간이 단축될 수 있다.

컴퓨터(700)에 의해 수행된 각각의 처리는 연산 유닛(710)에 의해 실행될 프로그램으로서 저장 유닛(720)에 세이브될 수 있다. 프로그램이 세이브되는 저장 유닛(720)은 비일시적 기록 매체라는 점에 주목한다.

(음향 매칭 부재)

음향 매칭 부재(800)는 피검체 E와 음향파 수신 소자(300) 사이의 공간을 채우고 피검체 E와 음향파 수신 소자(300)를 음향적으로 결합시킨다. 그러므로, 음향 매칭 부재(800)를 음향파 수신 소자(300)와 형상 유지 유닛(1100) 사이와 형상 유지 유닛(1100)과 피검체 E 사이에 배열하는 것이 바람직하다. 상이한 음향 매칭 부재들(800)이 음향파 수신 소자(300)와 형상 유지 유닛(1100) 사이와 형상 유지 유닛(1100)과 피검체 E 사이에 각각 배열될 수 있다.

음향 매칭 부재(800)는 바람직하게는 피검체 E 및 음향파 수신 소자(300)에 음향 임피던스에 있어서 가까운 재료이다. 또한, 음향 매칭 부재(800)는 바람직하게는 피검체 E와 음향파 수신 소자(300) 사이의 중간 음향 임피던스를 갖는 재료이다. 음향 매칭 부재(800)는 바람직하게는 광원(100)에서 발생된 펄스 광을 통과시키는 재료이다. 음향 매칭 부재(800)는 바람직하게는 액체이다. 구체적으로, 음향 매칭 부재(800)로서, 물 또는 피마자유와 같은 액체 외에, 젤 등이 사용될 수 있다.

(디스플레이)

디스플레이(900)(디스플레이 유닛)는 관심있는 특정 영역의 분포 이미지 또는 수치 데이터로 컴퓨터(700)로부터 출력된 피검체 정보를 디스플레이한다. 디스플레이는 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 또는 FED와 같은 임의 유형의 디스플레이일 수 있다. 디스플레이(900)는 본 발명의 피검체 정보 취득 장치와 별도로 제공될 수 있다.

(입력 유닛)

입력 유닛(1000)은 사용자가 컴퓨터(700)에 원하는 정보를 입력 및 지정하는 사용자 인터페이스이다. 입력 유닛(1000)으로서, 키보드, 마우스, 터치 패널, 다이얼, 버튼 등이 이용될 수 있다. 입력 유닛(1000)으로서 터치 패널을 이용하는 경우에, 디스플레이(900)는 입력 유닛(1000)으로서 또한 기능하는 터치 패널일 수 있다.

(형상 유지 유닛)

형상 유지 유닛(1100)은 피검체 E의 형상을 일정하게 유지하는 부재이다. 형상 유지 유닛(1100)은 부착 유닛(1200)에 부착된다. 피검체 E의 유지된 형상을 변경하거나 피검체 E의 크기의 개별적인 차이를 다루기 위해, 상이한 형상들 또는 크기들을 갖는 복수의 형상 유지 유닛이 대체가능한 구성이 바람직하다.

피검체 E가 유방인 경우에, 형상 유지 유닛(1100)은 바람직하게는 유방 형상의 변형을 감소시키기 위해 구형 크라운 형상 또는 컵 형상으로 된다. 형상 유지 유닛(1100)의 형상은 유지된 후에 피검체의 체적 또는 원하는 형상에 따라 적절히 설계될 수 있다.

피검체 E를 형상 유지 유닛(1100)을 통하는 광으로 조사하는 경우에, 형상 유지 유닛(1100)은 바람직하게는 조사 광을 통과시킨다. 그러므로, 형상 유지 유닛(1100)의 재료로서, 폴리메틸펜텐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등이 적합하다.

형상 유지 유닛(1100)의 다른 재료로서, 피검체 E의 형상에 맞게 변형할 수 있는 고무와 같은 신축성을 갖는 재료가 사용될 수 있다. 신축성을 갖는 재료는 피검체 E를 유지할 때 주름이 잘 생기지 않는다는 점에서 유리하다. 광원(100)의 광에 대해 고 투과율(바람직하게는 90% 이상)을 갖는 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 스티렌계 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머, 아크릴계 엘라스토머 등이 적합하다.

<피검체 정보 취득 장치의 동작>

다음에, 피검체 정보 취득 장치의 동작이 설명된다. 본 실시예의 동작은 음향 매칭 부재(800)가 피검체 E와 음향파 수신 소자(300) 사이의 갭을 채운 상태에서, 지지 유닛(400)의 위치가 수평 방향으로 이동되더라도 음향파 수신 소자(300)가 피검체 E로부터 방출된 음향파들을 확실히 수신할 수 있도록 하는 동작이다.

도 5는 형상 유지 유닛(1100)에 적응된 지지 유닛(400)의 X 및 Y 방향들에서의 이동 영역의 한 예를 도시한다. 이 예에서, 나선형 경로가 반경 r₀인 점 A로부터 시작하고 매 회전마다 반경을 Δ만큼 감소시키면서 3번의 회전 후에 점 B에 도달한다. 굵은 선으로 도시된 나선형 경로는 예를 들어, 지지 유닛(400)의 중심 점의 경로를 도시한다. 나선형 경로는 다음의 수학식 1로 나타내진다.

도 5 및 수학식 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 곡률은 위치에 따라 다른데, 왜냐하면 지지 유닛(400)의 경로의 곡률 반경 r은 조금씩 변화하기 때문이다. 즉, 지지 유닛(400)은 상이한 곡률들의 부분들을 포함하는 굽은 경로 상에서 이동하면서, 피검체로부터 전파하는 음향파들을 수신한다. 굽은 경로는 미세 선형 경로들이 연결된 앞서 설명된 대략 원호 경로일 수 있다. 지지 유닛은 연속적으로 이동하면서 음향파들을 수신할 수 있거나 중지와 이동을 반복하면서 중지 부분에서 음향파들을 수신할 수 있다. 이 때, 지지 유닛은 속도 v(㎜/sec)를 선형적으로 변화시키면서 이동한다. 수신 소자로부터 출력된 전기 신호는 컴퓨터에 의한 이미지 재구성 알고리즘에 기초하여 처리되고 피검체의 내부의 특성 정보로 된다.

도 1a 및 도 2a는 음향 매칭 부재(800)로 채워진 지지 유닛(400)이 중지되고, 음향 매칭 부재(800)의 액체 표면이 수평인 상태들을 도시한다.

도 1b 및 도 2b는 음향 매칭 부재(800)로 채워진 지지 유닛(400)이 도 5의 시작 위치 A로 이동한 후 굽은 경로 상에서 이동하기 시작한 후의 상태들을 도시한다. 도 1b 및 도 2b에서, 관성력이 지지 유닛(400)의 이동으로 인해, 액체 표면이 수평으로부터 기울어지도록 음향 매칭 부재(800)에 작용한다. 그러나, 이 단계에서, 음향파 수신 소자들(300)의 모두와 피검체 E를 유지하는 형상 유지 유닛(1100) 사이의 갭은 음향 매칭 부재(800)에 의해 채워진다. 그러므로, 이 둘의 음향적 결합이 유지된다.

도 1c 및 도 2c는 도 1 및 도 2b에서보다 큰 관성력이 음향 매칭 부재(800)에 작용한 상태들을 도시한다. 그러므로, 도 1c 및 도 2c에서, 음향 매칭 부재(800)의 액체 표면은 도 1b 및 도 2b의 상태들보다 더 기울어진다. 결과적으로, 음향 매칭 부재(800)로 채워지지 않은 공간(공기 층)은 음향파 수신 소자들(300)의 부분과 피검체 E를 유지하는 형상 유지 유닛(1100) 사이의 갭(화살표 S로 표시됨) 내에 형성된다. 그러므로, 음향파 수신 소자들(300)의 부분은 피검체 E와 음향적으로 결합되지 않으므로 광음향파들을 수신할 수 없다.

본 실시예예서, 음향파 수신 소자(300)의 수신 표면의 법선이 음향 매칭 부재(800)로 채워지지 않은 공간(공기 층)과 교차하는 상태는 피검체 E와 음향파 수신 소자(300)가 음향적으로 결합되지 않는 상태로서 가정된다. 도 1c의 예에서, 음향파 수신 소자들(300)의 부분의 수신 표면들은 음향 매칭 부재(800)로 채워지지 않은 공간(공기 층)에 노출된다. 도 2c의 예에서, 음향파 수신 소자들(300) 모두의 수신 표면들은 음향 매칭 부재(800)와 접촉하지만, 음향 매칭 부재(800)로 채워지지 않은 공간(공기 층)은 음향파 수신 소자(300)가 고 감도로 수신할 수 있는 방향과 피검체 E 사이에 형성된다.

음향 매칭 부재(800)에 작용하는 관성력 F는 다음의 수학식 2로 나타내지고, 여기서 관성력이 작용하는 음향 매칭 부재(800)의 질량은 m이고 이동 속도는 v이다.

피검체 E와 음향파 수신 소자(300)가 음향적으로 결합되는 경우의 최대 관성력을 F_max라고 가정하면, 피검체 E와 음향파 수신 소자(300) 사이의 갭은 수학식 3의 조건을 만족시키도록 이동 속도 v(㎜/sec)를 제어함으로써 음향 매칭 부재(800)로 채워질 수 있다. 따라서, 피검체 E와 음향파 수신 소자(300)는 음향적으로 결합될 수 있다.

<속도 제어 방법>

다음에, 이동 속도 v(㎜/sec)를 제어하는 특정한 방법이 설명된다. 도 8에 도시한 플로우차트가 필요에 따라 참조된다. 본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 피검체 E는 유방인 것으로 예상되고, 부분적 구의 형상으로 된 홀더가 형상 유지 유닛(1100)을 위해 사용된다.

먼저, 피검체 E가 형상 유지 유닛(1100)에 삽입되고, 음향 매칭 부재(800)가 지지 유닛(400)과 형상 유지 유닛(1100) 사이의 갭 및 형상 유지 유닛(1100)과 피검체 E 사이의 갭을 채운다. 피검체 정보 취득 장치의 (기사 또는 의사와 같은) 조작자는 지지 유닛(400)을 원형 경로에서 이동시키기 위해, 입력 유닛(1000)으로 회전 반경 r₀을 입력한다. 흐름은 이 상태에서 시작한다. 회전 반경은 수학식 3의 조건을 만족시키도록 이동 속도 v(㎜/sec)의 값을 구하기 위해, 도 5에 도시한 최대 값인 r₀에 있다.

스캐너(500)로, 지지 유닛(400)은 측정이 회전 반경 r₀으로 시작되는 위치 A에서 이동 및 중지된다(단계 S801). 이 때, 음향 매칭 부재(800)로 채워진 지지 유닛(400)은 중지되고, 음향 매칭 부재(800)의 액체 표면은 수평이다.

지지 유닛(400)의 위치 정보는 컴퓨터(700)에 보내진다. 지지 유닛(400)이 위치 정보에 기초하여 회전 반경 r₀으로 측정을 시작하는 위치에 있다고 결정될 때, 연산 유닛(710)은 광원(100)이 광을 발생하도록 제어 신호를 출력한다. 광은 광학계(200)에 의해 안내되고, 피검체 E는 음향 매칭 부재(800)를 통해 조사된다(단계 S802). 다음에, 피검체 E에 조사되는 광은 피검체 E 내에 흡수되고 광음향파들을 발생한다. 복수의 음향파 수신 소자(300)로, 피검체 E 내에 발생되고 음향 매칭 부재(800) 내에 전파된 광음향파들이 수신되어 전기 신호들로 변환된다. 음향파 수신 소자들(300)로부터 출력된 전기 신호들은 컴퓨터(700)에 보내지고, 연산 유닛(710)은 전기 신호가 음향파 수신 소자들(300) 모두로부터 출력되고 있다고 결정한다.

후속하여, 피검체 정보 취득 장치의 조작자는 중지된 상태로부터 회전 반경 r₀을 갖는 원형 경로에서 지지 유닛(400)을 이동시키기 위해, 스텝-와이즈 방식으로 이동 속도를 가속하기 위해 입력 유닛(1000)으로 입력을 한다(단계 S803). 스캐너(500)는 회전 반경 r₀을 갖는 원형 경로에서 지지 유닛(400)을 이동시키기 위해, 이동 속도가 중지된 상태로부터 스텝-와이즈 방식으로 가속하게 한다. 이동 속도가 증가할 때, 음향 매칭 부재(800)에 작용하는 관성력은 증가하므로, 액체 표면의 기울기가 증가한다. 도 1b 및 도 2b의 상태를 통해, 전이가 피검체 E와 음향파 수신 소자(300)가 음향적으로 결합되지 않는 도 1c 및 도 2c에 도시한 상태로 스텝-와이즈 방식으로 이루어진다.

컴퓨터(700)에 보내진 음향파 수신 소자들(300)로부터 출력된 전기 신호가 하나라도 존재하지 않게 될 때, 연산 유닛(710)은 전기 신호들이 음향파 수신 소자들(300)의 부분으로부터 출력되지 않는다고 결정한다(단계 S804에서 예). 다음에, 전기 신호들이 음향파 수신 소자들(300)의 부분으로부터 출력되기를 그치기 바로 전의 이동 속도가 위에 설명된 F_max를 초래하는 이동 속도 v_max(㎜/sec)로서 저장 유닛(720)에 저장된다. 연산 유닛(710)은 음향적 결합이 달성되지 않고, 또한 전기 신호의 값이 미리 결정된 범위 밖으로 벗어난 값인 경우라고 결정할 수 있다. 연산 유닛(710)이 전기 신호를 일정하게 또는 충분히 짧은 미리 결정된 간격들로 모니터하는 것이 권장된다. v_max(㎜/sec)를 설정할 때, 어느 정도의 여유 마진을 갖는 속도가 전기 신호의 중단 바로 전의 속도 대신에 사용될 수 있다.

후속하여, 연산 유닛(710)으로, 수학식 1로 나타낸 나선형 경로에서 수학식 3의 조건을 만족시키기 위한 이동 속도 v(㎜/sec)가 계산되고, 지지 유닛(400)이 이동하는 패턴이 생성되어 저장 유닛(720)에 저장된다(단계 S805). 도 5에 도시한 이동 영역의 한 예에서, 나선형 경로의 반경(곡률 반경)은 점 A로부터 점 B의 이동에 따라 감소한다. 즉, 곡률은 조금씩 증가하기 때문에, 이동 속도 v(㎜/sec)는 수학식 3의 조건을 만족시키기 위해, 스캐닝 위치가 중심에 접근함에 따라 v_max(㎜/sec)로부터 감속하도록 제어된다. 즉, 컴퓨터(700)는 굽은 경로의 곡률이 증가하는 경우에, 지지 유닛(400)이 이동하는 속도를 감속하도록 스캐너(500)를 제어한다. 스캐닝 유닛이 굽은 경로 상에서 이동할 때 출력 신호를 일정하게 모니터하고 신호의 중단이 검출된 경우에, 그 때의 속도 v(㎜/sec)에 기초하여 이동 속도를 제어하는 것이 또한 바람직하다.

스캐너(500)는 지지 유닛(400)이 저장 유닛(720)에 저장된 이동 패턴에 따라 도 5에 도시한 점 A로부터 이동 속도 v_max(㎜/sec)로 이동된 다음에 점 B로 이동되도록 연산 유닛(710)에 의해 제어된다(단계 S806).

도 5에 도시한 점 A로부터 점 B로 이동하는 동안, 지지 유닛(400)의 위치 정보는 컴퓨터(700)에 보내지고, 연산 유닛(710)은 광원(100)이 광을 발생하도록 제어 신호를 출력한다. 광은 광학계(200)에 의해 안내되고, 피검체 E는 음향 매칭 부재(800)를 통해 조사된다. 다음에, 피검체 E를 조사하는 광은 피검체 E 내에 흡수되고 광음향파들을 발생한다. 복수의 음향파 수신 소자(300)로, 피검체 E 내에 발생되고 음향 매칭 부재(800) 내에 전파된 광음향파들이 수신되어 수신 신호로서 전기 신호로 변환된다. 음향파 수신 소자(300)로부터 출력된 전기 신호는 지지 유닛(400)의 위치 정보와 관련되도록 컴퓨터(700)에 보내지고 연산 유닛(710)에 의해 저장 유닛(720)에 전기 신호로서 세이브된다. 광원(100)에 의한 광 조사는 지지 유닛의 이동 속도에 관계없이 일정한 간격들로(예를 들어, 10㎐) 수행된다.

연산 유닛(710)은 취득된 수신 신호에 대해 이미지 재구성 알고리즘에 기초하여 처리를 수행함으로써 피검체 정보를 취득한다(단계 S807). 알고리즘으로서, 예를 들어, 단층 촬영 기술에서 통상적으로 사용되는 시간-영역 또는 푸리에-영역 후방 투사 등이 사용될 수 있다. 재구성을 위해 많은 시간이 제공될 수 있는 경우에 또는 컴퓨터의 컴퓨팅 능력이 높은 경우에, 반복 처리를 갖는 역 문제 분석 방법이 사용될 수 있다.

위에 설명된 실시예에서, 피검체 정보 취득 장치의 조작자는 이동 속도 v_max(㎜/sec)가 취득될 때, 입력 유닛(1000)으로 스텝-와이즈 방식으로 이동 속도를 가속하기 위해 회전 반경 r₀ 및 이동 속도를 입력한다. 그러나, 이러한 절차는 프로그램으로서 저장 유닛(720)에 저장될 수 있고 피검체 정보 취득 장치에 의해 수행가능한 것으로 된다.

속도 v_max(㎜/sec)를 획득하는 처리는 실제 피검체 정보의 취득 전에 수행될 수 있다. 예를 들어, 장치의 선적 또는 설치 시에, 주기적 검사 또는 정정 시에, 매일, 대상에 기초하여 등이 적합하다.

굽은 경로가 나선형이 아닌 경우에도, v_max(㎜/sec)가 굽은 경로의 가장 바깥쪽 측 상의 반경을 갖는 원형 경로에서 스텝-와이즈 방식으로 지지 유닛이 가속하게 함으로써 위의 것과 동일한 방법으로 취득될 수 있다.

이 방식으로, 본 실시예에서, 지지 유닛은 굽은 경로의 곡률이 증가하는 경우에 감속하도록 제어된다. 그러므로, 수학식 3의 조건을 만족시키는 관성력이 지지 유닛에 채워진 음향 매칭 부재에 작용하기 때문에, 피검체 E와 음향파 수신 소자 사이의 음향적 결합이 유지될 수 있다. 결과적으로, 음향 매칭 부재를 유지하는 센서가 피검체로부터 음향파들을 수신하도록 이동되는 장치에서 음향파들의 확실한 수신이 가능하게 된다.

(실시예 2)

실시예 1에서, 수학식 3의 조건을 만족시키도록 지지 유닛(400)이 이동하는 속도를 제어하는 특정한 방법이 설명되었다. 실시예 2에서, 상이한 방법으로 지지 유닛(400)이 이동하는 속도를 제어하는 방법이 설명된다.

본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 피검체 E는 유방인 것으로 예상되고, 형상 유지 유닛(1100)은 부분적 구의 형상으로 된 홀더이고, 지지 유닛(400)은 반구의 중심 축에 대해 회전 대칭 형상으로 된다. X 및 Y 방향들에서의 지지 유닛(400)의 이동은 실시예 1과 유사한 방식으로, 도 5에 도시한 나선형 경로를 따라 수행된다.

도 6은 소정 양의 관성력이 지지 유닛(400)에 채워진 음향 매칭 부재(800)에 작용하고 액체 표면이 기울어진 상태를 나타낸다. 나선형 경로 내의 회전 반경은 r이고, 회전 반경 r에서의 이동 속도는 v이고, 중력 가속도는 g이다. 음향 매칭 부재(800)의 한 부분의 미세 질량 m'를 고려하기 위해, 중력 및 관성력이 미세 질량 m'에 작용하고, 액체 표면은 결과적인 힘에 의해 기울어진다. 이 때, 음향 매칭 부재(800)의 액체 표면이 수평 평면에 대해 기울어진 각도 φ는 도 6으로부터 다음의 수학식 4로 나타내진다.

지지 유닛(400)이 나선형 경로에서 이동될 때, 음향 매칭 부재(800)에 작용하는 관성력은 나선형 경로의 법선 방향으로 작용한다. 그러므로, 관성력이 작용하는 방향은 지지 유닛의 이동에 따라 변화한다. 지지 유닛(400)은 본 실시예에서 반구의 중심 축에 대해 회전 대칭 형상으로 되기 때문에, 관성력이 작용하는 방향이 변화하더라도, 음향 매칭 부재(800)의 액체 표면이 수평 평면에 대해 기울어진 각도 φ는 일정하게 유지될 수 있다. 그러므로, 이 구성은 유방과 같은, 대략 회전 대칭 형상의 피검체를 검사하는 장치에 특히 적합하다.

도 1c 및 도 2c로 설명된 바와 같이, 음향 매칭 부재(800)에 작용하는 관성력이 증가할 때, 액체 표면이 수평 평면에 대해 기울어진 각도는 증가한다. 결과적으로, 음향 매칭 부재(800)로 채워지지 않은 공간(공기 층)은 음향파 수신 소자(300)와 피검체 E 사이에 형성된다. 이러한 상태에서의 음향파 수신 소자(300)는 피검체 E와 음향적으로 결합되지 않으므로 광음향파들을 수신할 수 없다.

피검체 E와 음향파 수신 소자(300)가 음향적으로 결합되는 경우에, 수평 평면에 대한 음향 매칭 부재(800)의 액체 표면의 최대 경사각을 φ_max라고 가정한다. 이 때, 피검체 E와 음향파 수신 소자(300) 사이의 갭은 수학식 5의 조건을 만족시키도록 이동 속도 v(㎜/sec)를 제어함으로써 음향 매칭 부재(800)로 채워질 수 있다. 따라서, 피검체 E와 음향파 수신 소자(300)는 음향적으로 결합될 수 있다.

다음에, 이동 속도 v(㎜/sec)를 제어하는 특정한 방법이 설명된다.

먼저, 피검체 E가 형상 유지 유닛(1100)에 삽입되고, 음향 매칭 부재(800)가 지지 유닛(400)과 형상 유지 유닛(1100) 사이의 갭 및 형상 유지 유닛(1100)과 피검체 E 사이의 갭을 채운다. 후속하여, 형상 정보 취득 유닛(600)은 앞서 설명된 방법으로 피검체 E의 형상 정보를 취득하고, 피검체 E의 취득된 형상 정보는 컴퓨터(700)에 보내지고 저장 유닛(720)에 저장된다.

연산 유닛(710)으로, φ_max가 피검체 E의 형상 정보 및 수학식 1의 나선형 경로를 따라 이동되는 지지 유닛(400)과의 위치 관계로부터 계산되고, 저장 유닛(720)에 저장된다.

후속하여, 연산 유닛(710)으로, 수학식 1로 나타낸 나선형 경로에서 수학식 5의 조건을 만족시키기 위한 속도 v(㎜/sec)가 계산되고, 지지 유닛(400)이 이동하는 패턴이 생성되어 저장 유닛(720)에 저장된다. 도 5에 도시한 이동 영역의 한 예에서, 나선형 경로의 반경은 점 A로부터 점 B의 이동에 따라 감소한다. 그러므로, 수학식 5를 만족시키기 위한 이동 속도 v는 감속하도록 제어된다. 즉, 컴퓨터(700)는 굽은 경로의 곡률이 증가하는 경우에, 지지 유닛(400)이 이동하는 속도를 감속하도록 스캐너(500)를 제어한다.

스캐너(500)는 지지 유닛(400)이 저장 유닛(720)에 저장된 이동 패턴에 따라도 5에 도시한 점 A로부터 점 B로 이동되도록 연산 유닛(710)에 의해 제어된다.

다음에, 실시예 1과 유사한 절차 및 방법으로, 피검체 정보가 취득될 수 있다.

위에 설명된 바와 같이, 본 실시예에서, 지지 유닛을 이동시키는 속도는 굽은 경로의 곡률이 증가하는 경우에 감속하도록 제어된다. 그러므로, 수학식 5의 조건을 만족시키는 관성력이 지지 유닛에 채워진 음향 매칭 부재에 작용하기 때문에, 피검체 E와 음향파 수신 소자는 음향적으로 결합될 수 있다.

(변형예)

위에 설명된 실시예들 1 및 2에서, 지지 유닛은 도 5에 도시한 점 A로부터 시작하고 나선형 경로 내의 점 B에 도달한다. 즉, 굽은 경로의 곡률은 점차적으로 증가하고, 지지 유닛은 그에 따라 감속하도록 제어된다. 그러나, 지지 유닛이 점 B로부터 시작하고 점 A에 도달하는 경우에도(안쪽에서 바깥쪽으로 이동하는 경우에), 지지 유닛의 이동 속도는 수학식 3 및 수학식 5의 조건들을 만족시키도록 제어될 수 있다. 이 경우에 나선형 경로의 반경이 점 B로부터 점 A로의 이동에 따라 증가하기 때문에, 이동 속도 v(㎜/sec)는 수학식 3 및 수학식 5를 만족시키는 범위 내에서 점차적으로 더 높아진다. 바꾸어 말하면, 지지 유닛을 이동시키는 속도는 굽은 경로의 곡률이 감소하는 경우에 가속하도록 제어된다. 이러한 제어로, 지지 유닛을 이동시키는 속도는 굽은 경로의 곡률이 작은 부분에서 증가될 수 있다. 결과적으로, 음향 매칭 부재를 안정화시키고 측정의 정밀도를 유지하면서, 측정 시간이 최대로 단축될 수 있다.

굽은 경로 상에서 지지 유닛이 이동할 때, 수학식 1에 의해 나타내진 나선형 경로가 실시예들 1 및 2에서 사용된다. 그러나, 경로로서, 대수 나선형과 같은 다른 나선형들이 가능하고, 타원형에 기초한 나선형이 또한 가능하다.

도 7에서와 같은 상이한 반경들의 복수의 원형 이동의 조합 또는 복수의 나선형 이동의 조합이 또한 가능하다. 구체적으로, 상이한 반경들의 동심 원들이 경로로서 이용될 수 있다. 이러한 경로들에서도, 지지 유닛이 바깥쪽 상의 경로에서 점차적으로 가속되고, 출력 신호의 검출이 없어지기 바로 전의 속도 v_max(㎜/sec)가 획득되고, 속도가 안쪽 상의 경로로 갈수록 감소되는 방법이 적용가능하다.

위에 설명된 바와 같이, 지지 유닛의 이동 속도는, 적어도 지지 유닛이 상이한 곡률들로 형성된(상이한 곡률들의 부분들을 갖는) 굽은 경로 상에서 수평 방향으로 이동되는 경우에, 굽은 경로의 곡률에 따라 제어된다. 따라서, 피검체와 음향파 수신 소자 사이의 갭은 음향 매칭 부재로 신뢰성있게 채워질 수 있다. 그러므로, 이 둘은 음향적으로 결합될 수 있다. 결과적으로, 피검체로부터 전파된 음향파들이 확실히 수신될 수 있다.

다른 실시예들

본 발명의 실시예들은 또한 본 발명의 위에 설명된 실시예(들) 중 하나 이상의 실시예의 기능들을 수행하도록 저장 매체(예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체) 상에 기록된 컴퓨터 실행가능 명령어들을 판독하고 실행하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해, 및 예를 들어, 위에 설명된 실시예(들) 중 하나 이상의 실시예의 기능들을 수행하도록 저장 매체로부터 컴퓨터 실행가능 명령어들을 판독하고 실행함으로써, 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 수행되는 방법에 의해 실현될 수 있다. 컴퓨터는 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로 처리 장치(MPU), 또는 다른 회로 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 별개의 컴퓨터들 또는 별개의 컴퓨터 프로세서들의 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행가능 명명어들은 예를 들어, 네트워크 또는 저장 매체로부터, 컴퓨터에 제공될 수 있다. 저장 매체는 예를 들어, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 분산 컴퓨팅 시스템들의 저장 장치, 광학 디스크(컴팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD), 또는 블루레이 디스크(BD)™ 등), 플래시 메모리 디바이스, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 다음의 청구범위의 범위는 모든 이러한 변형들 및 등가적 구조들 및 기능들을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따른다.

본원은 2014년 9월 5일자 출원된 미국 가 출원 번호 62/046,321을 우선권 주장하고, 이 출원은 본원에 전체적으로 참조로 포함된다.

Claims

피검체 정보 취득 장치로서,
액체 음향 매칭 부재를 유지할 수 있도록 구성된 지지 유닛;
각각이 상기 지지 유닛 상에 지지되고 상기 음향 매칭 부재를 통해 피검체로부터 전파된 음향파를 수신하고 전기 신호를 출력하는 복수의 수신 소자;
상기 지지 유닛을 이동시킴으로써 상기 피검체와 상기 복수의 수신 소자의 상대적 위치를 변화시키는 스캐닝 유닛;
상기 스캐닝 유닛에 의해 수행되는 상기 지지 유닛의 이동 속도를 제어하는 제어 유닛; 및
상기 전기 신호에 기초하여 상기 피검체의 내부의 특성 정보를 취득하는 처리 유닛을 포함하고,
상기 스캐닝 유닛은 상이한 곡률들의 부분들을 갖는 경로 상에서 상기 지지 유닛을 이동시키고,
상기 제어 유닛은 상기 곡률의 크기에 따라 상기 이동 속도를 제어하는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 경로의 상기 곡률이 증가하는 경우에 상기 지지 유닛을 이동시키는 속도를 감속하는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 경로의 상기 곡률이 감소하는 경우에 상기 지지 유닛을 이동시키는 속도를 가속하는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 경로는 나선형 경로이고,
상기 스캐닝 유닛은 상기 나선형 경로의 바깥쪽으로부터 안쪽을 향해 상기 지지 유닛을 이동시키고,
상기 제어 유닛은 상기 지지 유닛의 이동에 따라 상기 지지 유닛의 속도를 감속하는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 스캐닝 유닛은 상기 경로의 가장 바깥쪽 측 상의 반경을 갖는 원형 경로에서 상기 지지 유닛을 이동시키고,
상기 제어 유닛은 상기 지지 유닛의 상기 이동 속도를 스텝-와이즈(step-wise) 방식으로 가속하고,
상기 처리 유닛은, 상기 수신 소자들 중 적어도 일부에 의해 출력된 전기 신호들의 값들이 상기 지지 유닛의 상기 스텝-와이즈의 가속 동안 미리 결정된 범위 밖으로 떨어졌는지를 검출하고,
상기 제어 유닛은, 상기 전기 신호들의 값들이 상기 미리 결정된 범위 밖으로 떨어졌을 때의 상기 지지 유닛의 이동 속도에 기초하여 상기 지지 유닛의 속도 제어를 수행하는, 피검체 정보 취득 장치.
제5항에 있어서,
상기 지지 유닛의 이동이 관성력 F가 상기 음향 매칭 부재에 작용하게 하고 액체 표면을 기울이게 하는 경우에, 그리고 상기 피검체와 상기 수신 소자들이 음향적으로 결합되는 범위 내의 최대 관성력을 F_max, 상기 관성력이 작용하는 상기 음향 매칭 부재의 질량을 m, 상기 지지 유닛의 이동 속도를 v, 및 상기 경로의 반경을 r이라고 가정하면, 상기 제어 유닛은 다음 수학식
[수학식 1]

을 만족시키도록 상기 이동 속도 v를 제어하는, 피검체 정보 취득 장치.
제5항에 있어서, 조작자가 상기 반경을 입력하는 입력 유닛을 더 포함하는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 피검체와 상기 수신 소자들 사이에 공기 층을 형성하지 않는 범위 내에서 상기 지지 유닛을 이동시키는 속도를 제어하는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 지지 유닛은 상기 복수의 수신 소자의 수신 방향들이 수렴하는 고 감도 영역을 형성하도록 배열된 상기 복수의 수신 소자를 갖는 구형 크라운 형상으로 되어 있는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 음향 매칭 부재는 물인, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 피검체가 상기 피검체의 형상을 유지하도록 삽입된 형상 유지 유닛을 더 포함하는, 피검체 정보 취득 장치.
제1항에 있어서, 상기 피검체를 광으로 조사하는 광학계를 더 포함하고,
상기 음향파는 상기 광으로 조사된 상기 피검체로부터 전파된 광음향파인, 피검체 정보 취득 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
음향파를 상기 피검체에 송신하는 음향파 송신 유닛을 더 포함하고,
상기 수신 소자들의 각각은, 상기 음향파 송신 유닛으로부터 송신된 후에 상기 피검체에 의해 반사된 반사파를 수신하는, 피검체 정보 취득 장치.
피검체 정보 취득 장치로서,
액체 음향 매칭 부재를 유지할 수 있도록 구성된 지지 유닛;
각각이 상기 지지 유닛 상에 지지되고 상기 음향 매칭 부재를 통해 피검체로부터 전파된 음향파를 수신하는 복수의 초음파 수신 소자;
상기 지지 유닛을 이동시킴으로써 상기 피검체와 상기 지지 유닛의 상대적 위치를 변화시키는 스캐닝 유닛; 및
상기 스캐닝 유닛에 의해 수행되는 상기 지지 유닛의 이동 속도를 제어하는 제어 유닛을 포함하고,
상기 스캐닝 유닛은, 제1 곡률 반경을 갖는 제1 부분 및 상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경을 갖는 제2 부분을 포함하는 경로 상에서 상기 지지 유닛을 이동시키고,
상기 제어 유닛은, 상기 지지 유닛이 상기 제2 부분에서 이동할 때의 속도가 상기 지지 유닛이 상기 제1 부분에서 이동할 때의 속도보다 느려지도록 상기 지지 유닛의 상기 이동 속도를 제어하는, 피검체 정보 취득 장치.
제14항에 있어서, 상기 지지 유닛은 대략 반구형 형상으로 되어 있는, 피검체 정보 취득 장치.
제14항에 있어서, 상기 지지 유닛은 나선형 형상으로 형성된 상기 경로 상에서 이동하는, 피검체 정보 취득 장치.