(57)【要約】【課題】  複数の探触子を筺体に効率良く配列することができ、解像度の高い画像情報の取得が可能となる音響波ユニットを提供する。【解決手段】  被検体の音響波情報を電気信号に変換する音響波変換素子を設けた探触子を複数保持する筺体を有し、探触子の一部が筐体の被検体側と反対の面に突出している音響波ユニットであって、その突出長が複数の探触子で相異している音響波ユニット。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体からの音響波を受信して前記音響波の情報を電気信号に変換する音響波変換素子を備えた探触子と、前記探触子の複数を配置して保持する筺体と、を有し、前記探触子の一部分が前記筺体の前記被検体と対向する面の反対側に位置する面から突出して設けられた音響波ユニットであって、前記反対側に位置する面から突出する前記探触子の長さが、前記複数の探触子で相異していることを特徴とする音響波ユニット。
【請求項２】
前記複数の探触子は、複数のグループに分けられ、該グループに応じて前記突出する長さが相異していることを特徴とする請求項１に記載の音響波ユニット。
【請求項３】
前記筺体の前記反対側に位置する面から前記探触子の着脱が可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の音響波ユニット。
【請求項４】
前記筺体の前記被検体と対向する面が前記被検体に向かって凹状をなすことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の音響波ユニット。
【請求項５】
前記筺体は、凹部を備えた半球状をなすことを特徴とする請求項４に記載の音響波ユニット。
【請求項６】
前記筺体によって保持される前記複数の探触子の前記被検体に対向する面が実質的に同一の面を構成することを特徴とする請求項５に記載の音響波ユニット。
【請求項７】
前記探触子の前記音響波変換素子が位置する側の面が前記被検体と対向して配置されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の音響波ユニット。
【請求項８】
前記半球の半径は、１００ｍｍから１５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載の音響波ユニット。
【請求項９】
前記半球の半径は、１１０ｍｍから１３０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項８に記載の音響波ユニット。
【請求項１０】
前記探触子は、柱状のカバー内に前記音響波変換素子を配置してなることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の音響波ユニット。
【請求項１１】
前記柱状のカバーは、円筒状であることを特徴とする請求項１０に記載の音響波ユニット。
【請求項１２】
前記円筒状カバーの直径は、５ｍｍから１５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１１に記載の音響波ユニット。
【請求項１３】
前記円筒状カバーの直径は、６ｍｍから１２ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１２に記載の音響波ユニット。
【請求項１４】
前記円筒状カバーの直径は、７ｍｍから１０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１３に記載の音響波ユニット。
【請求項１５】
前記相異する前記探触子の長さの差は、３ｍｍから５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の音響波ユニット。
【請求項１６】
前記探触子の長さの差は、５ｍｍから４０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１５に記載の音響波ユニット。
【請求項１７】
前記探触子の長さの差は、７ｍｍから３５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１６に記載の音響波ユニット。
【請求項１８】
前記円筒状カバーの直径が７ｍｍから１０ｍｍの範囲内にある前記探触子を、前記被検体と対向する面が前記被検体に向かって凹状をなす半球の半径が１１０ｍｍから１３０ｍｍの範囲内にある前記筺体に９００本から１１００本の範囲内で配してなることを特徴とする請求項１４に記載の音響波ユニット。
【請求項１９】
前記突出する長さが相異する２種類の探触子が、前記筺体に螺旋に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の音響波ユニット。
【請求項２０】
前記筺体に前記被検体に光を照射するための光照射部を更に有することを特徴とする請求項１から１９の何れか１項に記載の音響波ユニット。
【請求項２１】
前記音響波変換素子が静電容量型の音響波変換素子であることを特徴とする請求項１から２０の何れか１項に記載の音響波ユニット。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか１項に記載の音響波ユニットと、光源ユニットと、信号処理ユニットと、を有し、前記被検体からの音響波を受信して前記被検体の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響波ユニット、及びそれを用いた被検体情報取得装置に関する。より具体的には、超音波診断装置等に使用される電気機械変換素子を備える音響波ユニットとそれを用いた被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織に対して透過特性が良い波長６００ｎｍ−１５００ｎｍ程度の光を用い、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（光音響波ないし音響波）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カップ状の保持部材とを有する装置が特許文献１に開示されている。この装置の模式図を図８に示す。図８は装置の断面を示すもので、図８において８０１は被検体、８０２はカップ状の被検体保持部材、８０３は半球状の音響波検出器、８１０は光を被検体８０１に照射する光照射部である。８１３は受信素子（探触子）とされ、複数の受信素子８１３が被検体８０１と対向するように半球状の筺体に組み込まれている。尚、図８は音響波検出器８０３がＸ軸上でマイナス方向に移動し、被検体８０１の端部付近９０５に光照射している状態を示している。特許文献１に開示された発明は、被検体と受信素子との相対位置に応じて制御ユニット内の増幅器のゲインを変化させることで、得られる画像データのコントラストばらつきを抑制する優れたものであり、診断画像分野への貢献は高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−４７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された光音響装置においては図８に示した通り、複数の受信素子（探触子）８１３が被検体８０１と対向するように半球状の筺体に組み込まれ、受信素子８１３の反対側は、一部分が筺体の反対側の面から突出して設けられている。特許文献１では被検体として乳房を想定し、１２８個の受信素子を配置した例が記載されているものの半球状の筐体に複数の探触子を組付ける具体的な方法は記載されていない。特許文献１に記載の装置は優れた性能を有するもので比較的高価であると共に、大量に生産される類の製品ではないことから、製造に際してはロボット等を用いたオートメーション化は現在のところ図られていない。そして、こうしたある程度、一品物と捉えられる装置に採用される筐体への複数の探触子の組付けについては、例えば、音響波受信素子を有する複数の探触子と半球状の筐体とを準備し、半球状の筐体の所定の位置に各々の探触子を順次、手作業で組付けていくのが一般的である。
【０００７】
特許文献１では上述の通り被検体として乳房を想定し、１２８個の受信素子を配置した例が記載されているものの、解像度の向上等のために受信素子（探触子）の数を増して高密度化を図ることを考えると、このような従来の組付け方法では、先に組付けた探触子が邪魔になり高密度配置が困難であるという課題が生ずる。本発明は、複数の探触子を筺体に効率良く配列することが可能な音響波ユニット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】
【０００８】
上記の課題を解決するため本発明の音響波ユニットは、被検体からの音響波を受信して前記音響波の情報を電気信号に変換する音響波変換素子を備えた探触子と、前記探触子の複数を配置して保持する筺体と、を有し、前記探触子の一部分が前記筺体の前記被検体と対向する面の反対側に位置する面から突出して設けられた音響波ユニットであって、前記反対側に位置する面から突出する前記探触子の長さが、前記複数の探触子で相異していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の探触子を筐体に効率良く配列し、探触子の音響波変換素子を高密度に配置できることで被検体情報の検出感度が向上し、解像度の高い画像情報の取得が可能となる。
【００１０】
また、一度、組付けた後の各々の探触子の調整や不具合による交換などのメンテナンス時の作業性も向上する。
【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を模式的に示す断面および平面図
【図２】本発明の実施形態に係る探触子を模式的に示す断面図
【図３】本発明の実施形態２に係る音響波ユニットを模式的に示す平面図
【図４】本発明の実施形態３に係る音響波ユニットを模式的に示す平面図
【図５】本発明の実施形態４に係る音響波ユニットを模式的に示す平面図
【図６】本発明の実施形態５に係る音響波ユニットを模式的に示す断面および平面図
【図７】本発明の音響波ユニットを用いた被検体情報取得装置を示す模式図
【図８】従来の光音響装置の一例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施形態１）
図１は本発明に係る音響波ユニット１００の一例を模式的に示す概略図であり、図１（ａ）は断面図で、図１（ｂ）のＸ−Ｘ’部の断面を示している。図１（ｂ）は図１（ａ）において矢印Ｙの方向から見た平面図であり、解りやすく説明するために被検体１０２を省略している。図１（ａ）および（ｂ）において、１０２は被検体である。１０８は被検体１０２に向かって凹面を有する筐体である。つまり、筺体１０８の被検体と対向する面は被検体に向かって凹状をなし、筺体１０８は、凹部を備えた半球状をなしている。１０１は被検体１０２に対してナノ秒程度のパルス光を照射する光照射部であり、筐体１０８に設けられた開口１３６に組付けられている。複数の１０３ａおよび１０３ｂは被検体１０２において発生された音響波の受信を行う探触子であり、筐体１０８に設けられた複数の開口１３５に組付けられている。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、探触子１０３ａおよび１０３ｂは、筐体１０８の凹面に沿うように複数配置されており、被検体１０２からの音響波を複数の方向で受信することで、取得した情報画像の解像度を向上させることが出来る。即ち、本発明の音響波ユニットは、被検体からの音響波を受信する探触子と、探触子の複数を配置して保持する筺体と、を有して構成されている。なお、図１では本発明の特徴を解りやすく説明するために、比較的少数の探触子１０３ａおよび１０３ｂを配置した例を示している。
【００１４】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように本実施形態においては、複数の探触子１０３ａと１０３ｂは隣接する探触子同士がお互いに異なるように交互に配置されている。そして、図１（ａ）より理解されるように筺体１０８によって保持される複数の探触子の被検体１０２に対向する面は実質的に同一の面を構成している。
【００１５】
図２は探触子１０３ａおよび１０３ｂを模式的に示す断面図であり、図２（ａ）は探触子１０３ａを、図２（ｂ）は探触子１０３ｂを各々示す。
【００１６】
図２（ａ）および（ｂ）において、１０４は音響波変換素子（電気機械変換素子、トランスデューサともいう。）であり、柱状のカバー内に配置されている。音響波変換素子１０４は、音響波と電気信号との間で相互に変換を行うものであり、本形態では音響波を電気信号に変換している。即ち、探触子は、被検体からの音響波を受信して音響波の情報を電気信号に変換する音響波変換素子を備えている。そして、探触子の音響波変換素子が位置する側の面が被検体と対向して配置されている。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。音響波変換素子１０４が配置される柱状のカバー１２０は、角柱状や円筒状等、音響波変換素子１０４を構成する振動部の形状等を考慮して適切なものを採用し得る。実施形態の説明では、音響波変換素子１０４を内部に配置する柱状カバー１２０として円筒状のカバーを用いた探触子を例として説明する。１０６は、音響波変換素子１０４と不図示のシステム間で送受される信号を処理する回路である。本実施形態において、回路１０６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もよい。１０７は配線であり、これを介して信号処理回路１０６と不図示のシステム間で信号が送受される。１１０は、探触子１０３ａおよび１０３ｂを図１に示す筐体１０８に組付ける際の取り付け部であり、これによって各々の探触子１０３ａおよび１０３ｂと探触子筐体１０８との相対的な位置を決定する。
【００１７】
本実施形態においては探触子１０３ａの取り付け部１１０から後方（音響波変換素子１０４と反対側）の長さＬａに対して探触子１０３ｂの同部の長さＬｂを長く形成している。
【００１８】
図１および図２において、筐体１０８の複数の開口１３５の各々に筐体１０８の外側面（被検体と対向する面の反対面）から探触子１０３ａおよび１０３ｂを各々挿入し、取り付け部１１０によって相対位置の決定と固定を行う。これにより、筐体１０８の外側面（被検体と対向する面の反対面）から探触子１０３ａおよび１０３ｂが突出している長さが、探触子１０３ａ（Ｌａ）よりも１０３ｂ（Ｌｂ）の方が長くなる。即ち、探触子の一部分が筺体の被検体と対向する面の反対側に位置する面から突出して設けられていて、反対側に位置する面から突出する探触子の長さが、複数の探触子で相異している。探触子の固定方法は、探触子の交換やメンテナンス等を考慮して接着ではなくネジやコネクターなどの締結部材を用いた手作業によることが望ましい。
【００１９】
探触子１０３ａおよび１０３ｂの組み付け手順として、先に、筐体１０８の外側面からの突出長の短い探触子１０３ａ（Ｌａ）を複数、組み付けた後に同部の長い探触子１０３ｂ（Ｌｂ）を組み付ける。つまり、筺体の外側面から探触子の着脱が可能である。そして、複数の探触子は、複数のグループに分けられ、グループに応じて突出する長さを相異させている。こうすることで、先に組み付けた１０３ａの突出部が邪魔にならずに１０３ｂを組み付けられるため個々の探触子間の距離を近づけた高密度実装が可能となり、解像度の高い画像情報の取得が可能となる。また、組み付け後の各々の探触子の調整や交換などのメンテナンスの際に、突出長の長い探触子１０３ｂ（Ｌｂ）においては、周囲の探触子１０３ａ（Ｌａ）の突出部が短いため邪魔にならずに作業が簡単に出来るという効果がある。
【００２０】
突出長の短い探触子１０３ａ（Ｌａ）においても、近傍の探触子１０３ｂの一部を一時的に取り外すことで、同じ長さの探触子が並んでいる場合に比べて簡単に作業出来るという効果がある。
【００２１】
ここで、相異する探触子の長さの差（ＬａとＬｂとの差）は、手作業による探触子の組み付け、交換の際の効率や音響波ユニットの大きさ等を考慮して一般的には、３ｍｍから５０ｍｍの範囲内とすることが好適である。より好ましくは、５ｍｍから４０ｍｍの範囲内、更に好ましくは、７ｍｍから３５ｍｍの範囲内とすることが望ましい。
【００２２】
また、探触子の直径に相当する円筒状カバーの直径は、音響波変換素子１０４が持つ特性（周波数帯域）に影響を与える振動部の大きさ、形状、配置する探触子の数等を考慮して適宜決定されるが一般的には、５ｍｍから１５ｍｍの範囲内とするのが好適である。そして、より好ましくは、６ｍｍから１２ｍｍの範囲内、最適には、７ｍｍから１０ｍｍの範囲内するのが望ましい。
【００２３】
（実施形態２）
図３は本発明に係る音響波ユニット１００の別の実施形態を模式的に示す平面図であり、実施形態１の図１における（ｂ）に相当する平面図である。
【００２４】
実施形態２は筐体１０８への探触子１０３ａおよび１０３ｂの配置以外は実施形態１と同じである。即ち、本形態の音響波ユニットについても筺体１０８は、凹部を備えた半球状をなしている。図３において実施形態１と同様に筐体１０８に光照射部１０１と、筐体１０８の外側面からの突出長の短い複数の探触子１０３ａと突出長の長い探触子１０３ｂが各々組み付けけられている。実施形態２では探触子１０３ａおよび１０３ｂを複数の螺旋状に配置することで実装密度を高めており、螺旋に沿って突出長の短い探触子１０３ａと突出長の長い１０３ｂが交互になるように配置している。また、筐体１０８の中央付近（光照射部１０１の近傍）には突出長の短い探触子１０３ａを多めに配置している。このような配置にすることで、組み立てやメンテナンス時の作業性を損なわずにさらに高密度な実装が実現できる。また、本実施形態では探触子を２つのグループに分け、突出長の長さをグループに対応して２種類にしているが、組み付けやメンテナンス時の作業性を考慮して３種類あるいはそれ以上に分けることも出来る。図３においてＡは、探触子が配置される螺旋の方向を示しており、Ｄは、２つの突出長の長い探触子１０３ｂ間の距離を示している。ここでＤは、螺旋の方向Ａと略垂直になる方向についての突出長の長い探触子１０３ｂ間の距離と捉えることができる。距離Ｄは、探触子の直径や配置する探触子の数等を考慮して適宜決定されるが、手作業による探触子の組み付け、交換の際の効率等を考慮して一般的には、３ｍｍから３０ｍｍの範囲とするのが好適である。そして、より好ましくは、５ｍｍから２０ｍｍの範囲、更に好ましくは、７ｍｍから１５ｍｍの範囲とするのが望ましい。
【００２５】
本発明で対象とする被検体としては、生体の乳房、手足、や生体の他の部位や非生体材料等を想定できる。例えば、被検体として乳房を測定できる装置を想定すると、凹部を備えた半球状筺体１０８の半球の半径（内径）は、１００ｍｍから１５０ｍｍの範囲内とすることができる。そして、より好ましくは半球の半径（内径）は、１１０ｍｍから１３０ｍｍの範囲内とするのが望ましい。本形態の具体的な一例としては、円筒状カバーの直径が７ｍｍから１０ｍｍの範囲内にある探触子を、半球の半径（内径）が１１０ｍｍから１３０ｍｍの範囲内にある筺体に９００本から１１００本の範囲内で配して構成した音響波ユニットが挙げられる。
【００２６】
（実施形態３）
図４は本発明に係る音響波ユニット１００の別の実施形態を模式的に示す平面図である。
【００２７】
実施形態３では、実施形態２で螺旋状に配置した探触子１０３ａおよび１０３ｂの一部を１０３ａおよび１０３ｂとは突出長が異なる１０３ｃに置き換えている。基準（１０本間隔等）に従って突出長が異なる１０３ｃを配置して目安とすることで、探触子の実装密度と本数が増加しても個々の探触子を簡単に特定することが可能になる。
【００２８】
（実施形態４）
図５は実施形態１の図１（ａ）、（ｂ）において、光照射部１０１を有さない音響波ユニット２００を模式的に示す概略図であり、図５（ａ）は断面図で、図５（ｂ）のＸ−Ｘ’部の断面を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）において矢印Ｙの方向から見た平面図であり、解りやすく説明するために被検体１０２を省略している。実施形態４では、光照射部１０１の所にも探触子１０３ａが取り付けられている。
【００２９】
探触子１０３ａおよび１０３ｂは、実施形態１と同様に音響波変換素子１０４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１０４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、探触子１０３内の音響波変換素子１０４で電気信号に変換され、不図示のシステムに送出される。探触子１０３ａおよび１０３ｂと筺体１０８の関係は実施形態１と変わらないので、実施形態１で説明したものと同様の効果を得ることが出来る。
【００３０】
（実施形態５）
図６は平面型の音響波ユニット３００を模式的に示す概略図であり、図６（ａ）は断面図で、図６（ｂ）のＸ−Ｘ’部の断面を示している。図６（ｂ）は図６（ａ）において矢印Ｙの方向から見た平面図であり、解りやすく説明するために被検体１０２を省略している。１０９は被検体１０２に対して平面を有する筐体である。複数の１０３ａおよび１０３ｂは、実施形態４と同様に被検体１０２に送受信を行う探触子であり、筐体１０９に設けられた複数の開口１３７に組付けられている。図６に示すように、筐体１０９の外側面（被検体と対向する面の反対面）からの突出長の短い探触子１０３ａと突出長の長い１０３ｂが千鳥になるように配置している。このような配置にすることで、組み立てやメンテナンス時の作業性を損なわずに高密度な実装が実現できる。
【００３１】
（実施形態６）
図７は、実施形態１の音響波ユニット１００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である。本図においては、実施形態１の一部を用いているが、他の実施形態を用いることも出来る。なお、本図において、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。
【００３２】
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１０２に合わせて選択することができ、例えば生体の場合、光の波長が６００ｎｍから１５００ｎｍ程度のものを選択することが出来る。光源（光源ユニット）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、音響波ないし超音波が発生される。発生された音響波は複数の探触子１０３ａおよび１０３ｂ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（信号処理ユニット）４０２では、各探触子１０３ａおよび１０３ｂの位置情報と、得られた信号とを元に画像の再構成を行い、画像表示器４０３で表示を行う。
【００３３】
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、被検体で発生した弾性波（音響波）を探触子で捕捉する。このことによって、各探触子から得られた信号や各探触子の位置情報を元に画像の再構成を行って、被検体の情報を画像に再構成出来る。なお、実施形態４および実施形態５の音響波ユニット２００および３００を用いる場合においては、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る。
【符号の説明】
【００３４】
１００  音響波ユニット
１０１  光照射部
１０２  被検体
１０３ａ、１０３ｂ  探触子（超音波探触子）
１０４  音響波変換素子（電気機械変換素子）
１０８、１０９  筺体
【図１】
2018079256.tif 000003
【図２】
2018079256.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018079256.tif 000007
【図６】
2018079256.tif 000008
【図７】
2018079256.tif 000009
【図８】
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