(57)【要約】【課題】  探触子を高密度に設けた探触子アレイを提供すること。【解決手段】  複数の孔を有するお椀状の支持部と、  音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサを有し、前記孔の中に設けられた筒状の探触子と、を有する探触子アレイであって、前記お椀状の支持部の回転対称軸と、前記お椀状の支持部の内側面を含む曲面と前記筒状の探触子の中心軸とが交差する点から前記回転対称軸への垂線と、は複数の交点を有し、前記複数の交点のうちの第一の交点と、前記第一の交点に対して前記お椀状の支持部の頂部側に隣接する第二の交点と、の間隔は、前記第一の交点と、前記第一の交点に対して前記頂部側とは逆側に隣接する第三の交点と、の間隔よりも大きいことを特徴とする探触子アレイ。【選択図】  図１６
2018102748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の孔を有するお椀状の支持部と、
音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサを有し、前記孔の中に設けられた筒状の探触子と、
を有する探触子アレイであって、
前記お椀状の支持部の回転対称軸と、前記お椀状の支持部の内側面を含む曲面と前記筒状の探触子の中心軸とが交差する点から前記回転対称軸への垂線と、は複数の交点を有し、
前記複数の交点のうちの第一の交点と、前記第一の交点に対して前記お椀状の支持部の頂部側に隣接する第二の交点と、の間隔は、
前記第一の交点と、前記第一の交点に対して前記頂部側とは逆側に隣接する第三の交点と、の間隔よりも大きいことを特徴とする探触子アレイ。
【請求項２】
前記複数の交点のうち、隣接する交点同士の間隔は、前記回転対称軸上を、前記頂部から離れる方向に向かって、小さくなることを特徴とする請求項１に記載の探触子アレイ。
【請求項３】
前記複数の交点のうち、隣接する交点同士の間隔の一部が同じであることを特徴とする請求項１に記載の探触子アレイ。
【請求項４】
前記複数の交点に対し、前記回転対称軸上を、前記頂部から離れる方向に向かって順に、１からｓ（ｓは前記探触子の総数）の番号を付したとき、ｉ番目の交点（１＜ｉ＜ｓ、ｉは正整数）と、ｉ＋１番目の交点との間隔ｎｉは、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の探触子アレイ。
【数１】
2018102748.tif 000005
上記式（３）において、Ａは１以上の定数、Ｚｍｉｎは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部に近い位置の交点までの距離、Ｚｍａｘは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部から離れた位置の交点までの距離を表わす。
【請求項５】
前記探触子は、前記お椀状の支持部の外側面に突き出るように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
【請求項６】
前記探触子と、前記支持部との間に、シール部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
【請求項７】
前記探触子は、静電容量型のトランスデューサを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
【請求項８】
前記探触子は、圧電型のトランスデューサを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の探触子アレイと、前記電気信号に少なくとも基づいて前記被検体に関する情報を取得する情報取得部とを有することを特徴とする情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探触子アレイと、それを有する情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織に透過特性が良い波長６００−１５００ｎｍ程度の光を用いて、血液中に含まれるヘモグロビンの光吸収特性から、腫瘍の成長に伴う新生血管の形成やヘモグロビンの酸素代謝を判定して腫瘍の診断に利用する技術がある。このような技術の一つとして、光音響効果を用いるものがある。
【０００３】
光音響効果とは、ナノ秒程度のパルス光を物質に照射すると、物質は光吸収特性に対応して光エネルギーを吸収し、物質が瞬間的に膨張することにより弾性波が発生する現象である。この弾性波を超音波探触子で検出し、受信信号を得る。この受信信号を数学的に解析処理することにより、光音響効果により発生した弾性波の音圧分布をもとに生体内の吸収特性を画像化することができる。ヘモグロビンは生体組織を構成する水や脂肪やタンパク質に比較して近赤外光の吸収率が高いため、前述した新生血管や酸素代謝を測定する方法として好適なものである。このような光音響効果を用いて、乳がんなどの診断に応用する臨床研究が積極的に進められている。
【０００４】
光音響装置として、複数の音響素子を螺旋状に配列した半球状の音響波検出器と、被検体の被検部位を入れる半球状の容器を有する装置が特許文献１に開示されている。この装置は、容器の下に半球状の音響波検出器が備えられ、半球状の音響波検出器の下部には、被検部位に対して光を照射する光照射部を有する。この装置構成では、被検部位からの音響波を多数の方向で受信することで取得した情報画像の解像度向上を実現している。
【０００５】
同様に特許文献２も特許文献１と同様な光音響装置の例であり、複数の音響素子を半球状の音響波検出器に螺旋状に配列している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０３０８１７号
【特許文献２】米国特許第５７１３３５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
信頼性の高い画質を取得する際には、トランスデューサを有する探触子同士を近接した配列とし、高密度に実装する必要がある。しかしながら、特許文献１、２のいずれにおいても、お椀状（半球状）の容器に、トランスデューサを有する探触子を高密度に固定する方法が記載されていない。
【０００８】
本発明では、お椀状の筺体に対して超音波を送受信するトランスデューサを含む探触子を高密度に配列することが可能である探触子アレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る探触子アレイは、複数の孔を有するお椀状の支持部と、音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサを有し、前記孔の中に設けられた筒状の探触子と、を有する探触子アレイであって、前記お椀状の支持部の回転対称軸と、前記お椀状の支持部の内側面を含む曲面と前記筒状の探触子の中心軸とが交差する点から前記回転対称軸への垂線と、は複数の交点を有し、前記複数の交点のうちの第一の交点と、前記第一の交点に対して前記お椀状の支持部の頂部側に隣接する第二の交点と、の間隔は、
前記第一の交点と、前記第一の交点に対して前記頂部側とは逆側に隣接する第三の交点と、の間隔よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る探触子アレイによれば、お椀状の支持部に、トランスデューサを含む探触子を高密度に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る音響波ユニット１００の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施形態１に係る超音波探触子１０３を詳細に説明した断面図
【図３】本発明の実施形態１に係る超音波探触子１０３の形状を俯瞰した図
【図４】本発明の実施形態１に係る筺体１０４の底面側に超音波探触子１０３の一部を表示した図
【図５】本発明の実施形態１に係る筺体１０４の外表面上に取り付けられた超音波探触子１０３の配列状態を詳細に見た図
【図６】本発明の実施形態１に係る筺体１０４の最底部における超音波探触子１０３の配列を拡大した図
【図７】本発明の実施形態１に係る筺体１０４の最底部から最も離れた位置における超音波探触子１０３の配列を拡大した図
【図８】本発明の実施形態１に係る１番目と２番目の超音波探触子１０３の基準点を筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影したことを示す図
【図９】本発明の実施形態１に係る１番目、１４番目、２２番目、３５番目の超音波探触子１０３を筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転対称軸に対して垂直な任意の面に投影したことを示す図
【図１０】本発明の実施形態１に係る超音波探触子１０３の別構造を示した図
【図１１】本発明の実施形態１に係る図９において図１０で示した構造を採用した場合を示した図
【図１２】本発明の実施形態１に係る超音波探触子１０３の第２の別構造を説明する図
【図１３】本発明の実施形態２に係る定数Ａと「ｉ」を「ｓ−１」で割った値の関係を説明した図
【図１４】本発明の実施形態２に係る図１３の理解をより深めるために具体的な値（定数Ａ＝２、ｓ＝２０）を用いて表現した図
【図１５】本発明の実施形態２に係る図１３の理解をより深めるために具体的な値（定数Ａ＝５、ｓ＝２０）を用いて表現した図
【図１６】本発明の実施形態に係る探触子アレイの断面図、およびその拡大図
【図１７】本発明の実施形態２に係る定数Ａを２とした時の超音波探触子１０３のｉ番目とｉ＋１番目間の筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の差を具体的に計算した図
【図１８】本発明の実施形態２に係る定数Ａを２０とした時の超音波探触子１０３のｉ番目とｉ＋１番目間の筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の差を具体的に計算した図
【図１９】本発明の実施形態３に係る実施形態１の図１において、光照射部１０１を有しない音響波ユニット３００を説明した図
【図２０】本発明の実施形態４に係る実施形態１の図１を用い、被検体情報取得装置に適応したことを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る探触子アレイについて図１６を用いて説明する。図１６の上部は、探触子アレイの断面図であり、その断面図の一部の拡大図を下部に示す。
【００１３】
本実施形態に係る探触子アレイ１００は、複数の孔１６００を有するお椀状の支持部１０４と、音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサ（不図示）を有し、孔１６００の中に設けられた筒状の探触子１０３と、を有する。又、お椀状の支持部１０４の回転中心軸１６０２と、お椀状の支持部１０４の内側面を含む曲面１６０３と筒状の探触子の中心軸（後述の回転中心軸（図３））とが交差する点１６０１から回転対称軸１６０２への垂線１６０４と、は複数の交点１６０５を有する。本実施形態に係る探触子アレイ１００は、複数の交点１６０５の位置関係に特徴がある。すなわち、複数の交点１６０５のうちの第一の交点と、第一の交点に対して前記お椀状の支持部の頂部側に隣接する第二の交点と、の間隔は、第一の交点と、第一の交点に対して頂部側とは逆側に隣接する第三の交点と、の間隔よりも大きい。図１６において、第一の交点を１６０５−１、第二の交点を１６０５−２、第三の交点を１６０５−３、第一の交点１６０５−１と第二の交点１６０５−２の間隔をｎ１、第二の交点１６０５−２と第三の交点１６０５−３の間隔をｎ２とする。このとき、ｎ１はｎ２より大きい。このような構成により、支持部に複数の探触子を高密度に設けることができる。
【００１４】
また、複数の交点のうち、隣接する交点同士の間隔は、回転対称軸上を、頂部から離れる方向に向かって、小さくしてもよいが、複数の交点のうち、隣接する交点同士の間隔の一部が同じであってもよい。ここで頂部側とは支持部１０４の底部側のことであり、回転対称軸上を、頂部から離れる方向とは、図１６の１６０２の矢印側の方向である。本実施形態においては、複数の交点１６０５のうち隣接する交点同士の間隔は、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３の関係にあるが、一部が同じ間隔であってもよい。
【００１５】
また、ここで、複数の交点のうち、回転対称軸上を、頂部から離れる方向に向かって順に１からｓ（ｓは前記探触子の総数）の番号を付すとする。このとき、ｉ番目の交点（１＜ｉ＜ｓ、ｉは正整数）と、ｉ＋１番目の交点との間隔ｎｉは、以下の関係式を満たすように、複数の探触子を設けることができる。
【００１６】
【数１】
2018102748.tif 000003
【００１７】
上記式（３）において、Ａは１以上の定数、Ｚｍｉｎは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部に近い位置の交点までの距離、Ｚｍａｘは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部から離れた位置の交点までの距離を表わす。
【００１８】
また、探触子は、お椀状の支持部の外側面に突き出るように配置してもよい。突き出た構造を支持部に対する固定部として用いることができる。
【００１９】
さらに、探触子と、支持部との間に、シール部材が設けられていることで、液体の侵入を抑制することができる。
【００２０】
また、探触子は特に限定されないが、静電容量型のトランスデューサや圧電型のトランスデューサを用いることが出来る。静電容量型のトランスデューサはＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）とも呼ばれ、高帯域に渡る超音波（音響波）の送受信が可能である。
【００２１】
また、本実施形態に係る探触子アレイと、探触子で得た電気信号に少なくとも基づいて被検体に関する情報を取得する情報取得部とをさらに有することで、情報取得装置を構成できる。
【００２２】
（実施形態１）
お椀状の支持部に、トランスデューサを含む探触子を設ける場合、フィボナッチ数列を始めとして、螺旋状配列は高密度に配列出来る方法の一つだが、これらは不均等に配列されるため、固定の際に機構部分の干渉が無いように配列する必要がある。
【００２３】
半球状の容器に音響素子を有する探触子を配列する際、半球状の容器の底面側は半球状の容器の重心を通る対称軸からの距離が短いため、実装面積が小さく、探触子同士が干渉してしまうという課題があった。そのため、探触子を高密度に実装することが困難となっていた。
【００２４】
本実施形態に係る探触子アレイはこのような課題を解決するものである。詳細を以下に説明する。
【００２５】
図１は、実施形態１に係る音響波ユニット（探触子アレイ）１００の構成を示す断面図である。
【００２６】
１０１は光照射部である。光照射部１０１は後述する被検体１０２に対してナノ秒程度のパルス光を照射する光学系である。１０２は被検体であって、人体、動物などの一部、例えば手、脚、乳房などである。１０３は超音波探触子（探触子）であり、被検体１０２から発生された音響波の受信を行う。この内部構成については、後述するため、ここでは割愛する。超音波探触子１０３の材質は金属、樹脂等の構造材である。なお、音響波ユニット１００に複数の超音波探触子１０３を設ける場合は、製造コスト面を考慮すると樹脂成型が好ましいが、後述する支持部（以下、筺体と呼ぶ）１０４の材質に併せ、材質を選定しても良い。これらの超音波探触子１０３は後述する筺体１０４に螺旋状に配列されている。螺旋の種類は対数螺旋、代数螺旋など様々なものがあるが、ここではフィボナッチ数を有する螺旋を用いている。また、図１に記した矢印に示すように、これらの超音波探触子は被検体１０２が測定位置に置かれるときに被検体１０２に向かって、その延長線が略１点に集まるように向いている。さらに、これらの超音波探触子１０３は被検体１０２に対してほぼ等距離となるように筺体１０４に配設している。これにより、同一の超音波探触子を配設することが出来、コスト面、交換性に対して有効に働く。
【００２７】
１０４は半球状の筺体（以降筺体と呼ぶ）であり、光照射部１０１、超音波探触子１０３を支持する。筺体１０４はその内側面、外側面共に球形状をしている。その形状は、曲率半径の小さい内側面とそれより大きい曲率半径を有する外側面は同一の曲率中心を有することが好ましいが、必ずしも同一でなくても良い。本例では、筺体１０４は半球状としたが、筺体１０４の形状は必ずしも球形状で無くても良く、内側面が凹状になっていれば良い。内側面に関しては音響波の受信を妨げることが無ければ、放物面、双曲面、楕円面、多面体形状、その他の形状でも良い。同様に、外側面も放物面、双曲面、楕円面、多面体形状、その他の形状でも良い。なお、外側面には複数の超音波探触子１０３を固定するため、筺体１０４の形状の被固定面は同一形状が好ましい。そのため、本例では、球形状としている。筺体１０４には２種類の穴が設けられている。１つ目は、光照射部１０１のパルス光を通すためである。２つ目は超音波探触子１０３の音響波を受信するためであり、超音波探触子１０３に相当する複数の穴が設けてある。後者の穴の中心軸は超音波探触子１０３の中心軸と同じである。
【００２８】
図２は超音波探触子１０３を詳細に説明した断面図である。１０５は音響波変換素子であり、音響波と電気信号を相互に変換を行うものであり、本図の場合、音響波を電気信号に変換している。音響波変換素子を構成している部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される高分子圧電膜材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることが出来る。また、静電容量型の素子でもよく、ＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）などを用いることが出来る。１０６はシール部材であり、パルス光の減衰低下を低減するために筺体１０４に入れられた水やジェルなどのマッチング剤が筺体１０４から漏出しないように筺体１０４と超音波探触子１０３の間に設けられている。図において、シール部材１０６はＯリングであり、部材としては、水やマッチング剤に劣化しないようなものであれば何でも良く、例えばフッ素系のゴムなどである。また、その他の例としては、接着剤も可能であるが、交換性を考慮に入れると、Ｏリングが好ましい。また、本例では、Ｏリングは１本使用しているが、シール性を考慮して２本としても良い。１０７は音響波変換素子１０５と不図示のシステム間の信号を処理する回路である。本図において、この回路１０７は信号を受信した際の信号処理に用いるが、反対に信号を送信する場合の信号処理を行う回路を含んでいる。１０８は配線１であり、配線１は音響波変換素子１０５と回路１０７を接続するものである。１０９は配線２であり、回路１０７と不図示のシステム間との信号を接続している。１１０は超音波探触子１０３の固定部（以下固定部と呼ぶ）１１０であり、筺体１０４に固定される部分である。この固定部１１０には、不図示の締結部材を通す穴が２箇所設けられている。図３は超音波探触子１０３の形状を俯瞰した図を示している。本図の通り、固定部１１０は超音波探触子１０３の外表面に２箇所設けられている。なお、固定部１１０は曲率を有することが好ましい。また、固定部１１０の曲率を、筐体１０４の外側面に沿った略同一の曲率とすることで、固定部１１０を筐体に固定しやすいため好ましい。
【００２９】
筺体１０４上に超音波探触子１０３を配列する方法を詳しく説明する。図４は筺体１０４の底面側に超音波探触子１０３の一部を表示した図である。上記した通り、本実施形態１においては、超音波探触子１０３の配列にフィボナッチ数を有する螺旋を用いている。この配列の特徴は、隣り合う超音波探触子１０３が筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転対称軸周りに円周を１：（１＋√５）／２の黄金比で２分した際の狭い方の角度、黄金角（近似値１３７．５０８度）ずつずれている点である。図４に示した番号は超音波探触子１０３の配列の順序を示しており、筺体１０４の最底部にあるものを１、それから離れるに従って最底部から２番目を２、以降同様に３、４と番号を付けている。前記したように２番目の超音波探触子１０３は１番目に対して筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転対称軸周りに反時計回りに１３７．５０８度ずれた位置にある。同様に３番目の超音波探触子１０３は２番目のそれに対して筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転対称軸周りに反時計回りに１３７．５０８度ずれた位置にある。以降の超音波探触子１０３はその繰り返しになる。ここで、各超音波探触子１０３は前記した通り被検体１０２に向かって、その延長線が略１点に集まるように向き、被検体１０２に対してほぼ等距離となるようにしており、お互いが干渉しないよう配列している。この配列を詳しくみると、図中に示した矢印Ａ−Ａ、矢印Ｂ−Ｂ、矢印Ｃ−Ｃのような特徴を持っている。矢印Ａ−Ａは３３番目の超音波探触子１０３から１３５番目のそれを示している。３３番目の矢印Ａから１３５番目の矢印Ａに沿って番号は３４ずつ増加していることがわかる。この矢印Ａ−Ａの関係は筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転対称軸周りに同様な関係を有している。例えば、３３番目の超音波探触子１０３に対して時計回りに回転させ隣接している１２番目の超音波探触子１０３も矢印Ａ−Ａと同様に３４ずつ増加し、４６、８０、１１４、１４８となっている。矢印Ｂ−Ｂも矢印Ａ−Ａと同様な概念となっている。図中矢印Ｂ−Ｂは７番目の超音波探触子１０３から１３７番目のそれまでを示し、ここでは、番号は１３ずつ増加していることがわかる。この矢印Ｂ−Ｂも矢印Ａ−Ａと同様に筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転対称軸周りに同様な関係を有している。矢印Ｃ−Ｃについても同様である。矢印Ｃ−Ｃは７番目の超音波探触子１０３から１５４番目の超音波探触子１０３番目のそれまでを示し、ここでは、２１ずつ増加している。矢印Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃの増加量、３４、１３、２１はいずれもフィボナッチ数となっている。矢印は付していないが、５５、８９もフィボナッチ数であり、例えば７番目の超音波探触子１０３を例にあげると、６２、１１７の超音波探触子１０３は５５ずつ増加しており、９６番目の超音波探触子１０３は８９増加していることがわかる。この配列は、筺体１０４の最底部の超音波探触子１０３から最も離れた超音波探触子１０３まで維持される。そのため、各超音波探触子１０３同士の間隔は、関係を維持する距離にする必要がある。例えば、図４において、１番目の超音波探触子１０３と２２番目の超音波探触子１０３、１４番目の超音波探触子１０３、３５番目の超音波探触子１０３との距離である。ここで言う距離というのは、超音波探触子１０３の基準点同士の距離を示し、図４においては、円の中心同士、すなわち、超音波探触子１０３の中心軸と音響波変換素子１０５の交点同士のことを言う。前記した通り、関係は維持されているため、他の超音波探触子１０３においても同じになる。１番目の超音波探触子１０３の代わりに、５６番目の超音波探触子１０３を取り上げるとする。この場合、２２番目の超音波探触子１０３の代わりは７７番目のそれに置きかえられ、１４番目は６９番目、３５番目は９０番目に置きかえられる。繰り返すが、この関係は筺体１０４の最底部から最も離れた超音波探触子１０３においても同様である。なお、１番目、２２番目、１４番目、３５番目の超音波探触子１０３のお互いの距離の関係は、不等で、前記４つの基準点を結ぶと四辺形となっている。より具体的には、１番目と２２番目の距離が最も短く、続いて１４番目と３５番目の距離、１番目と１４番目の距離と長くなり、２２番目と３５番目の距離が最も長くなる。
【００３０】
図５は筺体１０４の外表面上に取り付けられた超音波探触子１０３の配列状態を詳細に見た図である。本図において、配線１０９は不図示である。図中Ｄは最底部側における隣り合う超音波探触子１０３の基準点を筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転軸に対して垂直な任意の面に投影した２点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。同様に図中Ｅは最底部から離れた位置にある同じ関係を有する隣り合う超音波探触子１０３の基準点を筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転軸に対して垂直な任意の面に投影した２点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。本図で示した通り、超音波探触子１０３は保持部１１０がその外表面に設けられているため、超音波探触子１０３が干渉し易い。前記した通り、超音波探触子１０３の占める密度は筺体１０４の最底部から最も離れたところでもほぼ等しい。すなわち筺体１０４の最底部でも最も離れたところでも超音波探触子１０３の密度は等しくなるので、筺体１０４の底面側では、超音波探触子１０３の本数は少なくなることを示している。このとき、筺体１０４の最底部側において角度Ｄは最も大きく、最底部から離れるにしたがって徐々に小さくなり、最も離れたところで緩くなる。もう少し詳しく説明する。図６は筺体１０４の最底部における超音波探触子１０３の配列を拡大した図である。図中Ｆ最底部側における隣り合う超音波探触子１０３の基準点を筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転軸に対して任意の垂直な面に投影した２点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。一方、図７は筺体１０４の最底部から最も離れた位置における超音波探触子１０３の配列を拡大した図である。図中Ｇは図６と同様に最底部側から最も離れた位置における隣り合う超音波探触子１０３の基準点を筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転軸に対して垂直な任意の面に投影した２点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。図６における角度Ｆは、図７における角度Ｇに対して大きくなることがわかる。以上から、筺体１０４の最底部側から離れていくに従って、超音波探触子１０３同士の固定部１１０が成す角度は緩くなることがわかる。言い換えれば、筺体１０４の最底部側においては、超音波探触子１０３の固定部１１０が隣り合う超音波探触子１０３により接近しやすい状態になる。
【００３１】
以上を考慮すると、超音波探触子１０３は筺体１０４の最底部底面側における前記角度Ｆを前記角度Ｇに対して緩くすれば良い。それには、超音波探触子１０３を図４で示した配列を行う際に筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した１番目と２番目の超音波探触子１０３の基準点の間隔を最も広くとる。そして、最底部側から離れるに従ってその間隔を狭くする。図８は１番目と２番目の超音波探触子１０３の基準点を筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影したことを示す図である。図中ｎは１番目と２番目の超音波探触子１０３の基準点を筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した基準点の間隔を示している。本図において、ｎを広くすると２番目の超音波探触子１０３は筺体１０４の最底部から被検体１０２に向かう方向に移動する。これを繰り返すと本図に記載の１４番目、２２番目、３５番目の超音波探触子１０３も移動することになる。図９は１番目、１４番目、２２番目、３５番目の超音波探触子１０３を筺体１０４の最底部と被検体１０２を結ぶ回転対称軸に対して垂直な任意の面に投影したことを示す図である。図中点線は各超音波探触子１０３を従来の位置から筺体１０４の最底部から被検体１０２に向かう方向に移動した後を示している。また、図中Ｈは、任意の面に投影された移動前の１４番目の超音波探触子１０３の基準点、１番目の超音波探触子１０３の基準点を任意の面と回転対称軸との交点を結ぶ線によって形成される角度である。図中Ｊは、任意の面に投影された移動後の１４番目の超音波探触子１０３の基準点、１番目の超音波探触子１０３の基準点を任意の面と回転対称軸との交点を結ぶ線によって形成される角度である。なお、各超音波探触子１０３の基準点は円の中心の黒丸である。本図において、１４番目の超音波探触子１０３の移動前後で角度ＨからＪへと狭くなることがわかる。これにならって２２番目、３５番目の超音波探触子も同じように変化することは容易に想像できる。すなわち、図６で述べた角度Ｆに相当する角は狭くなり、超音波探触子１０３同士の干渉を抑止することが出来る。
【００３２】
この関係を数式で表すと、次のようになる。筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した１番目と２番目の超音波探触子１０３の任意の基準点の間隔（以降、隣り合う間隔と呼ぶ）をｎ１とする。そして、順次ｎ２、ｎ３、〜、ｎｓ−１（ｓは超音波探触子１０３の総数）とすると、以下式（１）となる。
【００３３】
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞・・・・＞ｎｓ−１      式（１）
（ｓは超音波探触子１０３の総数）
この関係は、図５おいて角度Ｄが筺体１０４の最底部から離れるにしたがって、段階的に角度が狭くなり角度Ｅに変化することに起因している。
【００３４】
ここで、各々のｎは任意に決めて良く、筺体１０４に実装した上で適宜決定することにより、複数の超音波探触子１０３を高密度に配列することが可能となる。
【００３５】
なお、図６で述べた角度Ｆは最底部から離れるにしたがって角度は緩くなる。そのため、その途中から隣り合う間隔を等しくしても成立するところが生じる。その場合は、以下の式に示すようにしても構わない。
【００３６】
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎ４＞ｎ５＝ｎ６・・・・＝ｎｓ−１      式（２）
（ｓは超音波探触子１０３の総数）
式（２）において、隣り合う間隔はｎ＝５から同じとしたが、どの位置から隣り合う間隔を等しくするかは、超音波探触子１０３の形状、大きさや筺体１０４のサイズによるため、実装上適宜決定することが好ましい。また、式（２）の各ｎの総和は式（１）における各ｎの総和と等価かそれより小さくなることが好ましい。その理由は、大きくなると式（１）で決定された配列より高密度に配列されないためである。
【００３７】
さらに、超音波探触子１０３の形状は図２で示したが、これに限る必要はない。図１０は超音波探触子１０３の別構造を示している、本図において、１１１は超音波探触子１０３に構成したおねじである。また、筺体１０４は、ハッチングを施して示しており、おねじ１１１に噛み合うように、筺体１０４にも同様にめねじを形成してある。本図を見てわかる通り、おねじが形成する直径はシール部材１０６の直径より大きくなるため、筺体１０４に形成する穴は大きくなる。一方、図２で示した超音波探触子１０３は固定部１１０が外側に形成されている。従って、双方の形状を比較し、図１０で示す構造の方が実装密度を向上させることが可能であれば、筐体の外側面に設けた固定部を用いて固定する方が高密度に実装することが可能である。図１１は図９において図１０で示した構造を採用した場合を示した図である。図中１番目の超音波探触子１０３の点線は図２の超音波探触子１０３の大きさを示し、実線は図１０の超音波探触子１０３を示している。上記で説明した通り、実線はおねじが形成している分直径が大きくなっている。図で見て理解できるように実線で書かれた４つの超音波探触子１０３はほぼ近接しているが、式（１）または（２）の関係を満たすように、超音波探触子を設けることで、点線で示すように離間して配置することが出来る。なお、本構成は超音波探触子１０３を筺体１０４に実装する際、回転させて挿入する必要がある。そのため、高精度な位置決めが必要な場合は、本構造の他に位置決め機構を設けることが必要となる。
【００３８】
図１２は超音波探触子１０３の第２の別構造を説明する図である。本図において、１１２は超音波探触子１０３の外周に設けられた突き当て部である。この突き当て部１１２は筺体１０４の内部に設けられた突き当て面に突き当たる。１１３は超音波探触子１０３の突き当て部１１２を押すための押え環である。押え環１１３の外周にはおねじを形成してある。一方、筺体１０４には、このおねじと噛み合うようにめねじを形成してある。図１０で説明した別構造では、超音波探触子１０３を回転しながら、筺体１０４に実装していた。一方、本図の第２の別構造では、超音波探触子１０３を突き当て部１１２が筺体１０４に突き当たるまで挿入し、押え環１１３をねじ込むことで固定を行う。本図には記載していないが、突き当て部１１２に方位を決める機構、例えば超音波探触子１０３の一部をＤカットし、併せて筺体１０４もそれに合うような加工を行えば方位を決定することも可能となる。本構造も超音波探触子１０３を押え環１１３で押圧させて固定させる構造であるため、押え環１１３の直径がシール部材１０６のそれより必ず大きくなってしまう。しかしながら、図１０と同様に図１２で説明した構造の方が実装密度を向上させることが可能であれば、本構造を利用しても良い。この関係は、図１１で示した関係と同様の関係になる。
【００３９】
図２、図１０、図１２に超音波探触子１０３の構造案を示したが、固定方法は、ねじや押え環といった機械的な締結方法を用いた構造である。一方、固定方法には、接着剤を用いた固定方法もある。しかし、前記した通り、筺体１０４に水を入れる必要があり、超音波探触子１０３が故障した際、接着剤を確実に除去する必要がある。そのため、交換性を考慮すると機械的な締結方法を用いた方が好ましい。
【００４０】
超音波探触子１０３の向きは図５において固定部１１０が紙面に対して上下に向いているが、任意の角度に回転させても良い。例えば、本図において、超音波探触子１０３の回転軸中心に９０度回転させても良い。このように最適な角度に向け、隣り合う間隔を適宜選定することにより、超音波探触子１０３を高密度に配列させることが可能となる。
【００４１】
以上、説明したように超音波探触子１０３の隣り合う間隔を式（１）、式（２）に示すように設定することにより、超音波探触子１０３を高密度に配列させることが可能となり、信頼性の高い画像取得が可能となる。
【００４２】
（実施形態２）
実施形態１では、式（１）、式（２）で挙げたような筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の間隔に関係を持たせる。それにより超音波探触子１０３を高密度に配列することが出来、信頼性の高い画像取得が可能であることを示している。この方法は、隣り合う間隔を構造に併せて任意に選択するため、自由度が大きい。しかし、筺体１０４に超音波探触子１０３を数１００本以上配列させる場合、設計上効率的とは言えない。より好ましくは、ある関係を用いて対称軸方向における隣り合う間隔を設定できることが望ましい。その点を鑑み、式（３）は隣り合う間隔を数式で表現している。
【００４３】
【数２】
2018102748.tif 000004
【００４４】
式（３）において、ｎｉは、超音波探触子１０３のｉ番目とｉ＋１番目間の筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の間隔差を示している。ｉは最底部から数えてｉ番目の超音波探触子１０３（最底部の超音波探触子１０３を１番目とする）を示している。Ａは１以上の定数（以降定数Ａと呼ぶ）であり、ｓは超音波探触子１０３の総数に相当する。Ｚｍａｘはｓ番目の超音波探触子１０３の筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の位置である。Ｚｍｉｎは１番目の超音波探触子１０３の筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の位置を示している。なお、本式は超音波探触子１０３の配列の関係を示したものであるため、ｓは２以上の整数であることは言うまでもない。
【００４５】
式（３）をもう少し詳しく説明する。本式において、「ｓ−１」は超音波探触子１０３の筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の間隔の数を表している。「ｉ」を「ｓ−１」で割り、定数Ａから引くことにより、ｉ番目とｉ＋１番目の比が算出される。このとき、ｉの数が大きくなれば、「ｉ」を「ｓ−１」で割った値は大きくなるため、これを定数Ａから差し引くと、その結果は小さくなる。すなわち超音波探触子１０３が最底部から離れるにしたがって小さい値を取ることを示している。ｉ番目の数字を１からｓ−１まで変え、得られた結果を比較すると、式（１）の関係になっていることがわかる。続いて、得られた結果を分母で割っている。分母は前記の得られた結果の総和である。分母で割ることにより、ｉ番目とｉ＋１番目の比を規格化している。確認のため、１番目からｓ−１番目までの比の総和を計算すると１となることがわかる。最後に「Ｚｍａｘ−Ｚｍｉｎ」を掛けている。これは比に最も筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した最底部の超音波探触子１０３の基準点と最底部から最も離れた位置の基準点の差を掛けることにより、ｉ番目の高さを計算している。
【００４６】
さらに式（３）の中の定数Ａについて、詳しく説明する。図１３は定数Ａと「ｉ」を「ｓ−１」で割った値の関係を説明した図である。また、図１４、図１５は図１３の理解をより深めるために具体的な値を用いて表現した図である。図１４、図１５において、ｓはいずれも２０とし、図１４では定数Ａは２、図１５では定数Ａは５としており、説明の都合上、ｉは１から３までの一部を示している。既に説明した通り、「ｉ」を「ｓ−１」で割った値は必ず１以下の値になる。図１３において、これを計算すると、「ｉ＝１」の時、「ｉ」を「ｓ−１」で割った値は０．０５３になる。これは、図１４、図１５においても変わらない。それに対して、定数Ａから「ｉ」を「ｓ−１」で割った値の差分α、β、γは（図中白枠の領域）は定数Ａに依存する。すなわち、定数Ａが小さい時、は「ｉ」を「ｓ−１」で割った値に対して、差分α、β、γへの利き率は大きくなるが、定数Ａが大きくなると、これらは相対的に小さくなる。このことは図１４、図１５を見ても理解できる。より具体的には、図１４におけるα、β、γは１．９４７、１．８９５、１．８４２と計算され、γとαの比を取ると、０．９４６となる。一方、図１５におけるα、β、γは４．９４７、４．８９５、４．８４２と計算され、γとαの比を取ると、０．９７９となり、定数Ａが大きくなれば利き率は小さくなる。図１６は式（３）で計算されるｎ１、ｎ２、ｎ３を拡大して示した図である。式（３）からわかるように、ｎ１、ｎ２、ｎ３はα、β、γと比例関係になっており、図１４、図１５を用いて説明した比がこのｎ１、ｎ２、ｎ３の高さを決める。
【００４７】
もう一つ例を挙げ説明を続ける。図１７は定数Ａを２、図１８は定数Ａを２０とした時の超音波探触子１０３のｉ番目とｉ＋１番目間の筺体１０４の最底部から被検体１０２を結ぶ筺体１０４の回転対称軸に投影した超音波探触子１０３の基準点の差「ｎｉ」を具体的に計算したものである。ここで、本図の総数ｓは２０とし、簡単のため「Ｚｍａｘ−Ｚｍｉｎ」を１としている。図１４において、ｎ１９とｎ１の比を取ると、０．５１４となるが、図１５において、同様の比をとると、０．９５３となり、定数Ａの取り方によって、「ｎｉ」を決めることが出来る。実際には、定数Ａを仮に設定し、筺体１０４に超音波探触子１０３を配列させた上、最も密になるように設定することが好ましい。Ａが小さければ、各比の差が大きくなるため、筺体１０４の最底部から最も離れた位置で狭くなりすぎることがある。その反対に、Ａを極端に大きくすると、各比の差が小さくなるため、ほぼ等ピッチに近づき最底部近傍で狭くなる。
【００４８】
なお、本実施形態２は実施形態１で述べた式（２）のような関係は成立しない。その理由は、実施形態１は各比を任意に決めたことに対し、実施形態２は式（３）計算されるためである。式（３）で式（２）のような関係を導入すると、実装密度は低下することがわかる。例えば、図１５で示した中で、仮にｎ５からｎ１９までｎ５と同じ値を取ったとすると、図１５におけるｎ１からｎ１９の総和は１となるが、この場合は１を超えることからも理解することが出来る。
【００４９】
以上説明した通り、超音波探触子１０３の隣り合う間隔に関して式（３）を用いることにより、数１００本以上の超音波探触子１０３の各位置を効率的に決定することが出来る。
【００５０】
なお、本式（３）は一つの例であって、これに限ったことではなく、同じような考えを持つ例も適応出来ることは言うまでもない。
【００５１】
（実施形態３）
図３は実施形態１の図１において、光照射部１０１を有しない音響波ユニット３００を説明した図である。なお、実施形態１と同一符号を示すものは、同一のものであり、説明を割愛する。
【００５２】
本図において、超音波探触子１０３は図１で説明した通り、音響波変換素子１０５を有しており、これを用いて送受信を行う。具体的には、不図示のシステムから音響波変換素子１０５に発信信号を送り、音響波に変換する。変換された音響波は、被検体１０２に対して送出され、被検体１０２に到達する。到達した音響波は、被検体１０２において反射し、再度超音波探触子１０３内の音響波変換素子１０５で変換され、不図示のシステムに送出される。
【００５３】
ここで、超音波探触子１０３や筺体１０４の関係は図１と変わらない。以上説明したように、実施形態３においても実施形態１、実施形態２で説明したものと同じ効果を得ることが出来る。
【００５４】
（実施形態４）
図４は実施形態１の図１を用い、情報取得装置（被検体情報取得装置）に適応したことを説明する図である。また、本図においては、実施形態１、実施形態２のいずれにも適応出来る。なお、本図において、実施形態１、２と同一符号を示すものは、同一のものであり、説明を割愛する。さらに、図中に示す矢印は、パルス光、音響波、信号の流れを示す。
【００５５】
４０１は光源であり、ここでナノ秒程度のパルス光を発光する。この光源は被検体に併せて選択することが出来、例えば生体の場合、波長６００ｎｍから１５００ｎｍ程度のものを選択することが出来る。光源４０１から発光されたパルス光は光照射部１０１を通り、被検体１０２に照射される。被検体１０２では、照射されたパルス光によって、光エネルギーを吸収し、瞬間的に膨張し、音響波が発生される。発生された音響波は複数の超音波探触子２０１に捕捉され、信号の強度、位相情報が被検体情報取得装置４０２に送信される。被検体情報取得装置４０２では、各超音波探触子の位置情報と得られた信号を元に画像の再構成を行い、画像表示器４０３で表示を行う。
【００５６】
以上説明したように、光源から発生したパルス光は被検体に照射され、被検体から発生された弾性波を超音波探触子で捕捉し、各超音波探触子から得られた信号や各超音波探触子の位置情報を元に画像再構成を行うことで、被検体画像を得られる。
【００５７】
なお、実施形態３においては、光照射部１０１が無い点は異なるが、受信された信号を被検体情報取得装置４０２に送出した後、画像表示器４０３で表示を行う点は同じであり、同様の効果を有する。
【符号の説明】
【００５８】
１００  探触子アレイ
１０１  光照射部
１０２  被検体
１０３  探触子
１０４  支持部（筺体）
１０５  トランスデューサ（音響波変換素子）
１０６  シール部材
１０７  信号処理回路
１０８  配線１
１０９  配線２
【図１】
2018102748.tif 000006
【図２】
2018102748.tif 000007
【図３】
2018102748.tif 000008
【図４】
2018102748.tif 000009
【図５】
2018102748.tif 000010
【図６】
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【図７】
2018102748.tif 000012
【図８】
2018102748.tif 000013
【図９】
2018102748.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018102748.tif 000021
【図１７】
2018102748.tif 000022
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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