图像形成设备和图像形成方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102596046 A (43)申请公布日 2012.07.18 CN 102596046 A *CN102596046A* (21)申请号 201080051347.9 (22)申请日 2010.11.09 2009-261898 2009.11.17 JP 2010-196429 2010.09.02 JP 2010-245390 2010.11.01 JP A61B 8/00(2006.01) A61B 5/00(2006.01) G01S 15/89(2006.01) (71)申请人 佳能株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 中川克己 (74)专利代理机构

2、 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 欧阳帆 (54) 发明名称 图像形成设备和图像形成方法 (57) 摘要 一种图像形成设备具有 ： 声换能器 ； 以及图 像处理单元， 其通过利用傅里叶域方法处理从声 换能器输出的所接收的信号来计算从对象内的区 域分别发射的声波的强度。 该图像处理单元包括 ： 系数存储器， 所述系数存储器存储预先计算的系 数， 所述系数为仅仅由声换能器的位置、 区域的位 置和接收声波的时间确定的值 ； 乘法器单元， 所 述乘法器单元将声换能器的所接收的信号乘以对 应的系数 ； 以及体元存储器， 所述体元存储器累 积对于每个区域的乘法器单元的乘法结果。

3、 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.05.14 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2010/070251 2010.11.09 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/062125 EN 2011.05.26 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 8 页 1/2 页 2 1. 一种图像形成设备， 用于基于从对象的内部发射的声波根据关于对象的内部的信息 来创建图像数据， 所述图像形成设备包括 ： 多个声换能器， 所

4、述多个声换能器接收声波并且将所述声波转换成信号 ； 以及 图像处理单元， 所述图像处理单元通过利用傅里叶域方法处理从所述多个声换能器输 出的所接收的信号， 来计算从对象内的多个区域分别发射的声波的强度， 其中所述图像处理单元包括 ： 系数存储器， 所述系数存储器存储预先计算的系数， 所述系数为在用于基于所述多个 声换能器的所接收的信号确定从区域发射的声波的强度的公式中仅仅由声换能器的位置、 区域的位置和接收声波的时间确定的项的值 ； 乘法器单元， 所述乘法器单元从所述系数存储器中获得与声换能器的所接收的信号对 应的系数， 并且将所接收的信号乘以系数 ； 以及 体元存储器， 所述体元存储器对于每

5、个区域累积所述乘法器单元的乘法结果。 2. 根据权利要求 1 所述的图像形成设备， 其中所述乘法器单元包括与所述多个区域分别对应的多个乘法器单元， 以及 所述多个乘法器单元并行地执行用于将从一个声换能器获得的所接收的信号乘以分 别与所述多个区域中的每一个区域对应的系数的处理。 3. 根据权利要求 1 所述的图像形成设备， 其中所述乘法器单元包括与所述多个声换能器分别对应的多个乘法器单元， 以及 所述多个乘法器单元并行地执行用于将从多个声换能器获得的所接收的信号分别乘 以与一个区域对应的系数的处理。 4. 根据权利要求 1 到 3 中的任何一个所述的图像形成设备， 还包括 ： 缓冲存储器， 所述

6、缓冲存储器被设置在所述声换能器与所述图像处理单元之间， 并且 顺序地存储所述声换能器的所接收的信号， 且按照接收的顺序来将存储的所接收的信号输 出到所述图像处理单元。 5. 根据权利要求 4 所述的图像形成设备， 其中所述缓冲存储器以第一时间间隔存储来 自所述声换能器的所接收的信号， 并且以比第一时间间隔长的第二时间间隔将存储的所接 收的信号输出到所述图像处理单元。 6. 根据权利要求 1 到 5 中的任何一个所述的图像形成设备， 还包括 ： 电磁波脉冲照射单元， 用于将电磁波脉冲照射到对象上， 其中所述声换能器接收由于光声效应而从已经吸收了所照射的电磁波脉冲的能量的 区域发射的光声波。 7.

7、 根据权利要求 1 到 5 中的任何一个所述的图像形成设备， 其中所述声换能器向对象发送超声波， 并且接收所发送的超声波的反射波。 8. 根据权利要求 1 到 7 中的任何一个所述的图像形成设备， 其中当 (xi,yi) 表示声换能器 i 的位置， (xj,yj,zj) 表示对象中的区域 j 的位置， 并且 t*表示接收声波的时间时， 系数 A 通过下面的公式获得 ： 表达式 1 权 利 要 求 书 CN 102596046 A 2 2/2 页 3 其中 u、 v 和 w 是傅里叶变换的变量， 并且 sgn(w) 是在 w0 时为 1、 在 w=0 时为 0 而在 w0 中的 N 个区域。10

8、2 代表第 i 个声换能器 （i=1,2， .,M） 。103 代表对象内的第 j 个区域 （j=1,2， .,N） 。当从各种类型 的脉冲激光器和磁控管照射电磁脉冲并且该电磁脉冲被区域 j 吸收时， 区域 j 变热且突然 膨胀， 并且发射声波 104。假设声波的初始压力为 p0(xj,yj,zj)。(xj,yj,zj) 是第 j 个区域 的坐标。虽然这取决于区域的尺寸， 但是通过照射电磁脉冲而产生的声波 （称为 “光声波” ） 通常是其频率为约几百 kHz 到几 MHz 的超声波。光声波 104 在对象内传播， 由第 i 个声换 能器 102 接收， 并且作为所接收的信号 pd(xi,yi,

9、t*) 被输出。(xi， yi) 是该声换能器 102 的 坐标， 并且 t*(=ct) 是由对象内的声速 c 标准化的在照射电磁脉冲之后的逝去时间。在其 中电磁脉冲不能被局部地照射到对象内的特定区域的PAT中， pd(xi,yi,t*)是通过将来自多 个区域的光声波相加而产生的值。 0023 将参考图 8 针对每个步骤来描述传统傅里叶域方法的算法。等式编号与非专利文 献 1 一致。假设在步骤 201 之前已经将变量 t、 u、 v、 w 和 j 等初始化。 0024 步骤 201 ： 由 M 个声换能器在时间 t 处接收光声波， 并且输出所接收的信号 pd(xi,yi,t*)。 0025 步

10、骤 202 ： 将所接收的信号存储在与各个声换能器对应的线存储器中。线存储器 这里指的是通常被称为 FIFO（先进先出） 的存储器， 在该存储器中时间序列的信息按序列 的顺序被输入， 并且按输入的顺序被输出。 0026 步骤 203 ： 在预定的时段期间重复该接收和向存储器的存储。 0027 步骤 204 ： 确定具有波数维度的傅里叶变换的三个变量 (u,v,w)。 0028 步骤 205 ： 使用变量 k 对于时间执行傅里叶变换， 该变量 k 由预定的 (u,v,w) 通过 k=(u2+v2+w2)1/2来确定。 0029 0030 等式 (14) 被表示为无限区域的积分， 但是实际上在有限

11、的范围内执行离散数值 的积分。在下文中， 应该以相同的方式来解释下面在本文中出现的关于积分的描述。然后， 0031 步骤 206 ： 对于长度执行傅里叶变换。 0032 0033 等式 (22 ) 在 NPL 1 中被示出为逆傅里叶变换 (22)， 但是这里， 为了方便说明使 用傅里叶变换。(xi,yi) 是声换能器 i 的坐标。等式 (22 ) 被表示为无限区域的积分， 但是 实际上被计算作为 M 个声换能器 i 的和。 0034 步骤 207、 208 ： 针对预先设定的所有的 (u,v,w) 组执行步骤 205 和 206， 然后获得 一组 0035 0036 这里 sgn(w) 是在

12、w0 时为 1、 在 w=0 时为 0 而在 w0 时为 -1 的函数。 0037 步骤 209: 使用所获得的那组 P0(u,v,w) 对于 (u,v,w) 执行逆傅里叶变换， 为 0038 说 明 书 CN 102596046 A 6 4/10 页 7 0039 然后， 确定区域 j 的初始压力 p0(xj,yj,zj)。 0040 步骤210 ： 对于对象中的N个区域重复逆傅里叶变换(21)， 由此产生整个对象的图 像数据。 0041 粗略地估计所有上述步骤所要求的乘法的次数。假设声变换器的数量为 M， 在对 象中要被观察的区域的数量在一维上为 L 个， 其总共为 L3(=N) 个， 接

13、收声波的次数为 T 次， 并且用于傅里叶变换的三个变量 (u,v,w) 的组的数量为 F3个 （在一维上为 F 个） 。对于 (u,v,w)， 所要求的乘法的次数在步骤 205 中为 T 次， 在步骤 206 中为 M 次， 如果结合这些步 骤则为TM次， 而如果针对所有的(u,v,w)的组执行该处理则为TMF3次。 对于(u,v,w) 所要求的乘法的次数在步骤 209 中为 F3， 因此如果针对所有区域执行该步骤， 则要求 L3F3 次乘法， 总计 (TMF3+L3F3)=(TM+L3)F3次。由于设定为 F L、 T L 以及 M L2对 于维持精度是有效的， 因此乘法的次数大约为 2L6

14、次， 而如果在一个步骤中执行一次乘法， 则计算步骤的数量为 2L6。快速傅里叶变换 (FFT) 可以被应用于 (x,y)， 因此该步骤数可以 被减少到大约 L2Llog(L)2=L4log2(L)， 但是如果 L 被增大以便实现高分辨率， 则步骤数 仍然变得巨大， 这使得难以实时地重构图像。 0042 在专心研究之后， 本发明人发现了通过改造上述算法， 可以并行地执行处理的一 部分， 并且可以显著地减少总成像时间。 在下文中， 将详细描述用于本发明的图像形成设备 和图像形成方法的算法。 0043 如果将等式 (23) 代入等式 (21) 的 P0(u,v,w)， 则建立了 0044 0045

15、0046 （上百位的编号是本说明书原始使用的编号） 。 0047 如果将等式 (22 ) 代入等式 (101) 的 Q， 则建立了 0048 0049 0050 如果将等式 (14) 代入等式 (102) 的 Pd， 则建立了 0051 其中 0052 0053 0054 等式 (103) 是用于基于多个声换能器的所接收的信号来确定由区域 j 发射的声 波的强度 p0的公式。等式 (103) 中的项 A(xj,yj,zj:xi,yi,t*) 不包括 pd(xi,yi,t*)， 如等式 (104) 所示， 并且对于 (u,v,w) 的积分在该表达式内被全部完成。因此如果已知声换能器 的位置 (x

16、i,yi)、 对象中的其图像数据被产生的区域的位置 (xj,yj,zj)（或者声换能器与该 区域的相对位置） 以及来自所有区域的声波的到达时间 （接收时间） ， 则可以使用等式 (104) 说 明 书 CN 102596046 A 7 5/10 页 8 预先计算系数 A。 0055 （算法 1） 0056 将参考图 1 描述用于使用所获得的系数 A 确定对于所有区域 (xj,yj,zj) (j=0,1， .,N) 的初始压力 p0(xj,yj,zj) 的算法的示例。在后面的描述中，“()” 中的编号是 被分配给将在稍后描述的图 4 中示出的设备的组成元件的编号。在系数存储器 (408) 中 ,

17、 存储与所有预先计算的 i、 j 和 t*的组合对应的系数 A。假设在步骤 701 之前已经将体元存 储器 (410)、 变量 t、 i 等初始化。 0057 步骤 701 ： 使用选择单元 (407) 选择一个声换能器 (405)i， 接收声波， 并且输出所 接收的信号 pd(xi,yi,t*)。 0058 步骤 702 ： 从系数存储器 (408) 中读取在 “声换能器 i， 时间 t ”中与各个区域 j(j=0,1， .,N) 对应的 N 个系数 A(xj,yj,zj:xi,yi,t*)， 并且使用 N 个乘法器单元 (409) 将 pd(xi,yi,t*) 分别乘以各个系数 A。这些

18、N 个处理被同时 （并行地） 执行。 0059 步骤 703 ： 将 N 个乘法结果 A(xj,yj,zj:xi， yi， t )p d(xi,yi,t *) 分别累积 （加） 到 N 个体元存储器 (410) 中。这些 N 个处理也被同时 （并行地） 执行。 0060 步骤 704: 顺序地选择 M 个声换能器 i 并且重复步骤 701 703 中的处理。结果， 初始压力 p0在时间 t*处的瞬时值 （即， A(xj,yj,zj:xi,yi,t )p d(xi,yi,t *)dx idyi） 被 存储在各个体元存储器 (410) 中。 0061 步骤 705 ： 在从各个区域接收声波的整个时

19、段期间重复步骤 701 704 中的处理， 由此由等式 (103) 表达的各个区域 j 的初始压力 p0(xj,yj,zj) 的值被累积在各个体元存储 器 (410) 中。因此产生关于对象的内部的三维图像数据。 0062 ( 算法 2) 0063 图 2 示出了用于产生图像数据的算法的另一个示例。虽然图 1 中的算法 1 并行地 执行用于根据来自一个声换能器的所接收的信号来确定 N 个区域的相应值的处理， 但是图 2 中的算法 2 并行地执行用于根据来自 M 个声换能器的相应的所接收的信号来确定一个区 域的值的处理。在后面的描述中，“()” 中的编号是被分配给将在稍后描述的图 6 中示出的 装

20、置的组成元件的编号。在系数存储器 (609) 中， 存储与所有预先计算的 i、 j 和 t*的组合 对应的系数 A。假设在步骤 801 之前已经将体元存储器 (612)、 变量 t、 j 等初始化。 0064 步骤 801 ： 由 M 个声换能器 (603) 接收相应的声波， 并且输出所接收的信号 pd(xi,yi,t*)。 0065 步骤 802 ： 选择区域 j， 并且从系数存储器 (609) 中读取在 “区域 j， 时间 t ” 中与 各个声换能器 i(i=0,1,.,M) 对应的 M 个系数 A(xj,yj,zj:xi,yi,t )。使用 M 个乘法器单 元 (608) 将对应的所接收

21、的信号 pd(xi,yi,t*) 分别乘以系数 A。这些 M 个处理被同时 （并行 地） 执行。 0066 步骤 803 ： 使用累积单元 (610) 将 M 个乘法结果 A(xj,yj,zj:xi,yi,t*) pd(xi,yi,t* ) 相加， 并且使用选择单元 (611) 将结果累积 （加） 到与区域 j 对应的体元存储器 (612) 中。 0067 步骤 804 ： 顺序地选择 N 个区域 j 并且重复步骤 802 和 803 中的处理。结果， 初始 压力 p0在时间 t*处的瞬时值 （即， A(xj,yj,zj:xi,yi,t )p d(xi,yi,t *)dx idyi） 被存储

22、在各个体元存储器 (612) 中。 0068 步骤 805 ： 在从各个区域接收声波的整个时段期间重复步骤 801 804 中的处理， 说 明 书 CN 102596046 A 8 6/10 页 9 由此由等式 (103) 表达的各个区域 j 的初始压力 p0(xj,yj,zj) 的值被累积在各个体元存储 器 (612) 中。以这种方式， 产生关于对象的内部的三维图像数据。 0069 （算法 3） 0070 图 3 示出了用于产生图像数据的算法的另一个示例。在上述的算法 1 和 2 中， 针 对各个时间步长t计算所有区域的压力p0的瞬时值， 但是在图3中的算法3中， 对于各个 区域顺序地执行用

23、于根据整个时段中所接收的信号确定初始压力 p0的值的处理。该算法 优选地可以被应用于执行发送束聚焦的超声回声设备。在下面的描述中，“()” 中的编号是 被分配给将在稍后描述的图 6 中示出的设备的组成元件的编号。在系数存储器 (609) 中， 存储与所有预先计算的 i、 j 和 t*的组合对应的系数 A。假设在步骤 901 之前已经将体元存 储器 (612)、 变量 t、 j 等初始化。 0071 步骤 901 ： 由 M 个声换能器 (603) 接收相应的声波， 并且输出所接收的信号 pd(xi,yi,t*)。 0072 步骤 902 ： 选择区域 j， 并且从系数存储器 (609) 中读取

24、在 “区域 j， 时间 t ” 中与 各个声换能器 i(i=0,1,.,M) 对应的 M 个系数 A(xj,yj,zj:xi,yi,t )。使用 M 个乘法器单 元 (608) 将对应的信号 pd(xi,yi,t*) 分别乘以系数 A。如果执行发送束聚焦， 则选择位于发 送的声波的焦点处的区域 j。这些 M 个处理被同时 （并行地） 执行。 0073 步骤 903 ： 使用累积单元 (610) 将 M 个乘法结果 A(xj,yj,zj:xi,yi,t*)pd(xi,yi,t*) 相加， 并且使用选择单元 (611) 将结果累积 （加） 到与区域 j 对应的体元存储器 j(612) 中。 007

25、4 步骤904 ： 在从区域j接收信号的整个时段期间重复步骤901903中的处理。 结 果， 由等式(103)表达的区域j的初始压力p0(xj,yj,zj)的值被累积在与区域j对应的体元 存储器 j 中。 0075 步骤 905 ： 对于所有区域 j（也就是说， 在发送声波使得聚焦在各个区域 j 上的同 时） 重复步骤 901 904 中的处理， 由此在体元存储器 (612) 中产生关于对象的内部的三维 图像数据。 0076 一般， 在超声回声设备的情况下， 超声波被发送为顺序地聚焦在各个区域 j 上， 并 且顺序地处理从区域 j 反射的反射波， 以便增强信号强度。根据图 3 中示出的算法 3

26、， 该顺 序可以由图 6 中的设备执行。因此图 6 中示出的一个设备配置可以被用于超声回声图像的 产生 （图 3 中的算法 3） 和 PAT 图像的产生 （图 2 中的算法 2） 两者。 0077 ( 这些算法的优点 ) 0078 粗略地估计上述算法 1-3 中的每一个所要求的乘法的次数。假设系数 A 已经被预 先计算和存储在系数存储器中。 在算法1的情况下， 步骤702中的N次乘法在步骤704的循 环中被重复 M 次， 并且然后在步骤 705 的循环中被重复 T 次。结果， 乘法的次数是 NMT 次， 并且如果如上所述地设定 N=L3， TM L3， 则要求大约 L6次乘法。以相同的方式，

27、在算 法2的情况下， 步骤802中的M次乘法在步骤804的循环中被重复N次， 并且然后在步骤805 的循环中被重复 T 次， 因此乘法的次数是 MNT L6次。在算法 3 的情况下， 步骤 902 中 的 M 次乘法在步骤 904 的循环中被重复 T 次， 并且然后在步骤 905 的循环中被重复 N 次， 因 此乘法的次数是 MTN L6次。 0079 乘法次数 (L6) 大约是传统傅里叶域方法的次数 (2L6) 的一半。此外， 该算法的显 著之处在于， 步骤 702、 802 和 902 中的处理具有使得能够被容易地并行处理的形式。例如， 说 明 书 CN 102596046 A 9 7/1

28、0 页 10 如果在算法 1 中并行地处理步骤 702 中的 N 次乘法， 则计算步骤的数量为 L3。此外， 如果 在算法 2 或 3 中并行地处理步骤 802 或 902 中的 M 次乘法， 则计算步骤的数量为 L4。这些 步骤数比在传统的傅里叶域方法中使用快速傅里叶变换的情况中的步骤数 L4log2(L) 少得 多。因此， 根据本算法， 通过傅里叶域方法的图像形成处理可以显著地更快， 并且可以实时 地处理高分辨率三维图像数据。 0080 声换能器的位置 (xi,yi) 由探头的结构确定， 并且也可以通过根据预期的用途和 所需的分辨率从多个图案中选择出一个图案来预先确定测量区域的坐标(xj，

29、 yj， zj)和测量 时间步长 t*。结果， 可以预先计算系数 A。 0081 在上面的描述中， 假设到达声换能器的声波的所接收的信号 pd(xi,yi,t*) 完全实 时地被处理。然而， 直到来自所有区域的声波完全到达的时间 （诸如 100 微秒） 对于人类感 觉而言非常地短， 因此来自各个声换能器 i 的输出可以被一度存储在缓冲存储器中， 使得 所存储的数据以比接收的时间长的间隔按接收的顺序被输出和处理。在该情况下， 即使间 隔被延长到 1000 倍， 处理也在 100ms 中完成， 其被人类感觉感知为几乎实时处理。另一方 面， 信号处理 （例如， 步骤 701 705） 可以具有 10

30、00 倍的基于时间的余量 （margin） 。在该 情况下， 缓冲存储器的内容可以仅仅被读取一次， 并且基本上不需要重复。 0082 为了执行上述算法， 用于存储系数A的存储器 （系数存储器） 的容量可能变得巨大。 系数 A 的数量为 TMN( L6)， 因此如果在一维上获得 1000 个数据 （L=1000） ， 并且如果 一个系数 A 为 4 个字节， 则要求 41018个字节的存储器容量。然而， 系数存储器的容量可 以通过下面的手段来减少。 0083 手段 1) 系数 A 的等式 (104) 关于 (u,v) 是对称的。因此， 如果对由 (u,v) 产生的 平面的一半进行积分， 则可以通

31、过使结果加倍来确定等式 (104)。 0084 手段 2) 如果对象内部的其图像数据被产生的区域的 x、 y 阵列与声换能器的 x、 y 阵列匹配， 则这些变量在等式(104)中简单地表现为相对值(xi-xj)和(yi-yj)， 因此L2个系 数 A 具有相同的值。换句话说， 通过对于 L2个具有相同的 (xi-xj) 和 (yi-yj) 的计算使用一 个系数 A， 存储器容量可以被减少到 1/L2。 0085 为了简化， 上面描述了声换能器被排列在平面上的情况。但是本发明不仅可以被 应用于声换能器被排列在平面上的情况而且可以被应用于声换能器沿着曲面排列的情况。 0086 现在， 为了展示本发

32、明的效果， 将描述图像形成设备的系统配置及其操作， 其是用 于实现本发明的优选的模式。 下面的图像形成设备是基于从对象的内部发射的声波来产生 关于对象的内部的信息的图像数据的设备， 并且被用于光声层析成像 (PAT) 和超声回声诊 断设备。由图像形成设备产生的图像数据作为三维图像被显示在未示出的显示单元 （监视 器） 上。 0087 0088 图 4 是描述根据实施例 1 的图像形成设备的系统配置的示图。本实施例是在上述 的算法 1 被应用于产生光声层析成像 (PAT) 中的图像数据时的示例。本系统具有电磁波脉 冲源 403、 具有 M 个声换能器 405 的声探头以及图像处理单元， 该图像处

33、理单元基于由声换 能器 405 持续预定时段地接收的光声波的所接收的信号来确定从对象内部的各个区域发 射的光声波的强度。本实施例的图像处理单元具有选择单元 407、 系数存储器 408、 N 个乘 法器单元 409 以及 N 个体元存储器 410。使用该系统， 确定对象 401 内部的 N 个区域 j 402 说 明 书 CN 102596046 A 10 8/10 页 11 的初始压力， 并且产生三维图像数据。 0089 电磁波脉冲源 403 是电磁波脉冲照射单元， 其以几纳秒到几十纳秒的脉冲宽度照 射可见光、 其波长为约 700 到 1160nm 的近红外光和其频率为 2.45GHz 的微

34、波的脉冲。当该 脉冲被照射到对象 401 上并且部分能量由区域 j 吸收时， 由于光声效应而从区域 j 发射光 声波 404。由 M 个光声换能器 405 将光声波 404 转换成电信号 （所接收的信号） 。在图 4 中， 声换能器 405 被示出为好像一维地排列一样， 但是实际上声换能器 405 被二维地排列。虽 然没有示出， 但是预放大器可以被连接到各个声换能器。 A/D转换单元可以被连接到各个声 换能器。采样保持单元也可以被连接到各个声换能器。在下文中， 包括这些单元的声换能 器也被简称为 “声换能器” 。 0090 各个声换能器 405 的输出被连接到选择单元 407。在一定的时间 t

35、*处， 选择单 元 407 从 M 个声换能器 405 中选择出第 i 个声换能器， 并且将其输出 （即所接收的信号 pd(xi,yi,t*)） 同时输出给与 N 个区域 402 对应的所有的 N 个乘法器单元 409。与此同步， 系 数 A(xj,yj,zj:xi,yi,t*) 被从系数存储器 408 中读取到第 j 个乘法器单元 409。乘法器单元 409计算声换能器405的输出pd与系数A的乘积， 即A(xj,yj,zj:xi,yi,t ) p d(xi,yi,t )。 该结果被存储在与各个乘法器单元对应的体元存储器410中。 M个声换能器405的输出被顺 序地处理， 并且计算在时间 t

36、*处的 A(xj,yj,zj:xi,yi,t*) pd(xi,yi,t*)dxidyi。然后， 以 相同的方式处理声换能器在下一个时间t*+t*处的pd(xi,yi,t*+t*)信号。 通过在预定时 段期间重复上面的处理， 针对所有的体元获得由等式 (103) 表达的初始声压 p0(xj,yj,zj)。 0091 根据本实施例， 可以并行地处理 N 次乘法， 因此计算步骤的次数变为 MT(=L3) 次。与由传统傅里叶域方法执行相同的计算的情况 （其要求 L6个步骤） 相比， 通过本实施例 的配置显著地减少了计算时间。 0092 0093 图 5 是描述根据实施例 2 的系统配置的示图。本实施例

37、的系统在声换能器 405 与 选择单元 407 之间具有用于缓冲声换能器 405 的输出信号的线存储器 406。与实施例 1 中 相同的其它组成元件由与图 4 相同的附图标记表示。 0094 线存储器 406 是 FIFO 存储器， 用于顺序地存储从各个声换能器 405 输出的所接 收的信号， 并且按接收 （输入） 的顺序将存储的所接收的信号输出到选择单元 407。选择单 元 407 之后的功能与实施例 1 中的相同。线存储器 406 的输出信号的间隔可以被适当地设 定。通过将从线存储器 406 中输出信号的第二间隔设定为比将信号存储在线存储器 406 中 的第一间隔长， 图像处理单元 （例如

38、， 乘法器单元 409） 的操作时钟可以比实施例 1 的操作时 钟慢。 0095 通常， 声波花费大约100微秒从对象中的较深的区域到达。 如果对于100微秒以每 1 微秒获得所接收的信号， 则 100 个信号被存储在线存储器 406 中。即使以 1000 倍的间隔 读取这些信号， 也仅仅花费大约 100 毫秒来从线存储器 406 中输出所有信号。这种时间被 人类感觉感知为实时操作。如果输出信号的间隔像这样地增大， 则可以在额外的余量的情 况下执行处理， 诸如扫描、 系数的读取、 乘法以及由选择单元 407 向体元存储器的写入。这 是在设计电路时的优点。 0096 0097 图 6 是描述根据

39、实施例 3 的系统配置的示图。本实施例是应用上述算法 3 来产生 说 明 书 CN 102596046 A 11 9/10 页 12 超声回声的图像数据的示例。 该系统具有发送电路604、 具有M个声换能器603的声探头、 M 个乘法器单元 608、 系数存储器 609、 累积单元 610、 选择单元 611 以及 N 个体元存储器 612。 如虚线所示， 如有必要， 线存储器 607 可以被插入在声换能器 603 与乘法器单元 608 之间， 以便执行与实施例 2 相同的处理。 0098 从声换能器 603 将声波 （超声波） 发送到对象 601 中的区域 j 602。使用压电元件 和电容耦

40、合的声换能器 603 不仅可以被用于接收声波， 而且可以被用于发送。该配置不限 于图 6 中的配置， 而是超声发送单元可以与声换能器 603 分开地布置。由发送电路 604 向 各个声换能器 603（或超声发送单元） 发送被适当地延迟的发送信号， 并且结果， 发送会聚 在区域 j 上的超声波。如果区域 j 具有与周围组织不同的声学特性， 则具有与差对应的强 度的超声波被反射且由声换能器 603 接收。 0099 声换能器 603 或线存储器 607 在时间 t*处的输出 pd(xi,yi,t*) 被输入到与各个声 换能器 603 对应的乘法器单元 608。在每个乘法器单元 608 中， 从系数

41、存储器 609 中读取 与区域 j 对应的系数 A。乘法器单元 608 计算声换能器 603 的输出 pd与系数 A 的乘积， 即， A(xj,yj,zj:xi,yi,t )p d(xi,yi,t )。由累积单元 610 将 M 个乘法器单元 608 的输出相 加， 并且确定 A(xj,yj,zj:xi,yi,t )p d(xi,yi,t *)dx idyi。这经由选择单元 611 被加到 与区域j对应的体元存储器612。 如果重复该处理持续预定时段， 则获得由等式(103)表达 的对于区域 j 的反射强度 p0(xj,yj,zj)。然后超声波被发送以便会聚在另一区域 j 上， 并 且执行上述

42、处理以便获得区域 j 的反射强度。通过对于所有区域执行该处理， 在对象内部 中的超声反射强度的分布可以被产生作为图像数据。 0100 根据本实施例， 可以并行地处理 M 个乘法， 因此计算步骤的个数变为 NT(=L4) 个。与由传统傅里叶域方法执行相同的计算的情况 （其要求 L6个步骤） 相比， 通过本实施例 的配置显著地减少了计算时间。 0101 本实施例的系统配置也可以被应用于PAT。 在该情况下， 优选的是使用上述的算法 2， 并且在每个时间 t*处扫描区域 j。同样在该情况下， 可以通过多个 （L4个） 计算步骤 （即， 比传统傅里叶域方法少得多的个数） 来产生图像数据。 0102 本

43、实施例的另一个优点在于， 可以使用相同的系统配置来产生 PAT 的图像数据和 超声回声的图像数据。例如， 如果 PAT 的图像和超声回声的图像可以被叠加在显示器上， 则 可以获得关于对象的内部的状态的更详细的信息。 0103 在上述实施例中， 乘法器单元、 累积单元、 选择单元、 系数存储器、 体元存储器等由 专用电路构成， 但是这些功能和处理也能够通过计算机的软件 （程序） 来实现。换句话说， 系 数存储器和体元存储器的功能通过计算机的存储设备 （存储器） 来运行， 并且诸如从声换能 器接收的数字信号的乘法、 加法和选择之类的处理由程序执行。 具体而言， 上述的功能和处 理通过经由网络或各种

44、存储介质向系统或设备供应用于实现上述实施例的功能的软件 （程 序） 并且让系统或设备的计算机 （或 CPU 或 MPU） 读取和执行该程序来实现。在该情况下， 通 过使用可以执行并行处理的CPU或者通过使用多个CPU执行并行处理可以显著地减少计算 时间。 0104 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。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、 等 同的结构与功能。 说 明 书 CN 102596046 A 12 10/10 页 13 0105 本发明的方面还可以通过读出并且执行记录在存储装置上的用于执行上述实施 例 （多

45、个实施例） 的功能的程序的设备或系统的计算机 （或诸如 CPU 或 MPU 之类的装置） 以 及通过其步骤由设备或系统的计算机通过例如读出并且执行记录在存储装置上的用于执 行上述实施例 （多个实施例） 的功能的程序而执行的方法来实现。出于此目的， 例如经由网 络或者从用作存储装置的各种类型的记录介质 （例如， 非暂时的计算机可读介质） 向计算机 提供程序。 0106 本申请要求 2009 年 11 月 17 日提交的日本专利申请 No.2009-261898、 2010 年 9 月 2 日提交的日本专利申请 No.2010-196429 和 2010 年 11 月 1 日提交的日本专利申请 N

46、o.2010-245390 的权益， 上述申请的全部内容通过参考被并入于此。 说 明 书 CN 102596046 A 13 1/8 页 14 图 1 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 14 2/8 页 15 图 2 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 15 3/8 页 16 图 3 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 16 4/8 页 17 图 4 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 17 5/8 页 18 图 5 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 18 6/8 页 19 图 6 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 19 7/8 页 20 图 7 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 20 8/8 页 21 图 8 说 明 书 附 图 CN 102596046 A 21