(57)【要約】【課題】生体内を観察するための情報を容易に取得することができる超音波観察装置を提供する。【解決手段】内部に超音波伝達媒質を有し、目的領域に対して当接される接触面を有する容器１０１と、容器内に設けられ、接触面を介して目的領域に超音波を照射する照射部１０２と、容器内に設けられ、接触面を介して目的領域側から入射された超音波を集束させる音響レンズ１０３と、容器内に設けられ、音響レンズ１０３で集束された超音波が入射される二次元受波器アレイ１０５と、二次元受波器アレイ１０５を構成する各受波器が取得した受波信号について、それぞれドプラ成分を取得するドプラ受信器アレイ１０７と、ドプラ受信器アレイ１０７が取得したドプラ成分に応じた情報を出力する出力部１０８と、を備え、音響レンズ１０３または二次元受波器アレイ１０５の少なくとも一方が、音響レンズ１０３の光軸方向に移動可能となるよう設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に超音波伝達媒質を有し、目的領域に対して当接される接触面を有する容器と、
前記容器内に設けられ、前記接触面を介して前記目的領域に超音波を照射する照射部と、
前記容器内に設けられ、前記接触面を介して前記目的領域側から入射された超音波を集束させる音響レンズと、
前記容器内に設けられ、前記音響レンズで集束された超音波が入射される二次元受波器アレイと、
前記二次元受波器アレイを構成する各受波器が取得した受波信号について、それぞれドプラ成分を取得するドプラ受信器アレイと、
前記ドプラ受信器アレイが取得したドプラ成分に応じた情報を出力する出力部と、を備え、
前記音響レンズまたは二次元受波器アレイの少なくとも一方が、前記音響レンズの光軸方向に移動可能となるよう設けられている超音波観察装置。
【請求項２】
前記容器の接触面が、目的領域に向けて凸となる曲面形状を有している請求項１記載の超音波観察装置。
【請求項３】
前記音響レンズは、略等倍結像を行なうレンズである請求項１または請求項２記載の超音波観察装置。
【請求項４】
前記音響レンズは、位相連続フレネルレンズである請求項１から請求項３いずれか一項記載の超音波観察装置。
【請求項５】
前記音響レンズは、非球面位相連続フレネルレンズである請求項４記載の超音波観察装置。
【請求項６】
前記非球面位相連続フレネルレンズは、ゾーン毎に曲率の異なる球面形状を有している請求項５記載の超音波観察装置。
【請求項７】
前記超音波伝達媒質における超音波の伝達速度と、前記音響レンズ内の超音波の伝達速度との比が整数比に近似される請求項４から請求項６いずれか一項記載の超音波観察装置。
【請求項８】
前記位相連続フレネルレンズの素材が、シリコーンであり、前記超音波点伝達物質が、重水、または重水に軽水を添加したものである請求項４から請求項７いずれか一項記載の超音波観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた生体の観察に用いられる装置等に関するものである。例えば、本発明は、レンズ結像系とフォーカルプレンアレイによる３次元体積撮像を行うドプライメージング装置、別言するとそのようなドプラオルソグラフィー装置に関連したものであり、特に体表面からやや深い部位おける血行分布像をドプライメージとして取得するために利用される装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、例えば、被検体に対して超音波信号を送受信する探触子と、超音波信号からドプラ情報を生成するドプラ情報生成部と、複数のドプラ情報の近似度を算出する近似度算出部と、所定の近似度を有するドプラ情報を近似ドプラ情報として取得する近似ドプラ情報取得部とを備えるものが知られていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２６４７０号公報（第１頁、第１図等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生体内の、特に中小血行系が主役となる領域（例えば骨盤腔、骨格筋組織、大寸法実質臓器など）においては、その血行分布を一括して一望のもとに観察することが望まれる。しかしながら、例えば、探触子等を移動させることで観測面をずらしながら、血行分布等を探すことは、施術者等の時間と手数を考えると、実際的ないし実用的でない場合が多いという問題があった。また、生体内の観察する深さ等を変更することが容易ではない、という問題があった。このように、従来の超音波観察装置においては、生体内を観察するための情報を容易に取得することができない、という課題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、生体内を観察するための情報を容易に取得することができる超音波観察装置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】
【０００６】
本発明の超音波観察装置は、内部に超音波伝達媒質を有し、目的領域に対して当接される接触面を有する容器と、容器内に設けられ、接触面を介して目的領域に超音波を照射する照射部と、容器内に設けられ、接触面を介して目的領域側から入射された超音波を集束させる音響レンズと、容器内に設けられ、音響レンズで集束された超音波が入射される二次元受波器アレイと、二次元受波器アレイを構成する各受波器が取得した受波信号について、それぞれドプラ成分を取得するドプラ受信器アレイと、ドプラ受信器アレイが取得したドプラ成分に応じた情報を出力する出力部と、を備え、音響レンズまたは二次元受波器アレイの少なくとも一方が、音響レンズの光軸方向に移動可能となるよう設けられている超音波観察装置である。
【０００７】
かかる構成により、生体内を観察するための情報を容易に取得することができる。
【０００８】
また、本発明の超音波観察装置は、前記超音波観察装置において、容器の接触面が、目的領域に向けて凸となる曲面形状を有している超音波観察装置である。
【０００９】
かかる構成により、接触面を目的領域に当接させた状態で当接させる位置を変更することなく、容器の向きを変更することで、観測する向きを変更することができる。
【００１０】
また、本発明の超音波観察装置は、前記超音波観察装置において、音響レンズは、略等倍結像を行なうレンズである超音波観察装置である。
【００１１】
かかる構成により、生体内を観察するための情報を容易に取得することができる。
【００１２】
また、本発明の超音波観察装置は、前記超音波観察装置において、音響レンズは、位相連続フレネルレンズである超音波観察装置である。
【００１３】
かかる構成により、精度のよい生体内を観察するための情報を容易に取得することができる。
【００１４】
また、本発明の超音波観察装置は、前記超音波観察装置において、音響レンズは、非球面位相連続フレネルレンズである超音波観察装置である。
【００１５】
かかる構成により、球面収差やコマ収差を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の超音波観察装置は、前記超音波観察装置において、非球面位相連続フレネルレンズは、ゾーン毎に曲率の異なる球面形状を有している超音波観察装置である。
【００１７】
かかる構成により、精度のよい生体内を観察するための情報を容易に取得することができる。
【００１８】
また、本発明の超音波観察装置は、前記超音波観察装置において、超音波伝達媒質における超音波の伝達速度と、音響レンズ内の超音波の伝達速度との比が整数比に近似される超音波観察装置である。
【００１９】
かかる構成により、精度のよい生体内を観察するための情報を容易に取得することができる。
【００２０】
また、本発明の超音波観察装置は、前記超音波観察装置において、位相連続フレネルレンズの素材が、シリコーンであり、超音波点伝達物質が、重水、または重水に軽水を添加したものである超音波観察装置である。
【００２１】
かかる構成により、精度のよい生体内を観察するための情報を容易に取得することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による超音波観察装置によれば、生体内を観察するための情報を容易に取得することができる超音波観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態における超音波観察装置の構成を示す概略断面図
【図２】同超音波観察装置の音響レンズの一例を示す斜視図
【図３】同超音波観察装置の使用例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、超音波観察装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
【００２５】
（実施の形態）
図１は、本実施の形態における超音波観察装置１の構成を示す概略断面図である。
【００２６】
超音波観察装置１は、容器１０１、照射部１０２、音響レンズ１０３、レンズ移動部１０４、二次元受波器アレイ１０５、受波器移動部１０６、ドプラ受信器アレイ１０７、出力部１０８を備える。また、ここでは一例として、更に、表示部１０９を備えている。なお、図１は、説明のための図であって、各部の縮尺等は実際のものとは、異なる場合がある。かかることは、後述する図においても同様である。
【００２７】
本実施の形態の超音波観察装置１は、例えば、生体内の観測対象となる体積、つまり立体的な部位に対応した生体の目的領域に対して超音波を一括照射し、この体積から一括してエコーを募り、そのエコーが入射されるレンズ結像系を用いて観測する深度を変更して（言い換えると観測系の成す焦点面の深度を選択して）、音響レンズ１０３の焦点面（ｆｏｃａｌ  ｐｌａｎｅ）におかれた二次元受波器アレイ（ｆｏｃａｌ  ｐｌａｎｅ  ａｒｒａｙ）１０５に、例えば、目的空間の正視像（ｏｒｔｈｏｇｒａｍ）を得られるようにして、この二次元受波器アレイ１０５を構成する各エレメントの受信信号からドプラ成分を抽出することでドプラ成分の所在の確認、同定を行い、また必要に応じてそれらに関連する数値的計測ないし観測を行うものである。
【００２８】
本実施の形態の特徴とする所は、例えば、このような体積に対する一括的な観測を事前の準備なしにいきなり直視的に行う点であり、また、この二次元受波器アレイ（ｆｏｃａｌ  ｐｌａｎｅ  ａｒｒａｙ）にはレンズ結像により、超音波の反射波に応じた目的空間の正視像（ｏｒｔｈｏｇｒａｍ）が直接得られるので、殊更に電子ビームフォーミング等する必要もない点である。
【００２９】
容器１０１は、当該容器１０１の内部に超音波伝達媒質１１０を有し、目的領域１０に対して当接される接触面１０１１を有する。接触面１０１１は、例えば、容器１０１の、超音波観察装置１の底面側の部分である。ただし、接触面１０１１が、容器の１０１のどの部分に位置するかは問わない。目的領域１０は、例えば、生体（例えば、人体や動物）の一部の領域であり、例えば、生体表面の一部の領域である。目的領域１０は、例えば、観察を行なう際等に、超音波観察装置１の接触面１０１１が当接される部分である。生体の目的領域１０の内側に、例えば、超音波を用いた観察の対象となる部位が位置する。生体の目的領域１０の内側は、目的領域１０に接している部分であってもよく、接していない部分であってもよい。例えば、目的領域１０の生体内側の、表面よりやや奥まったところに、発見、あるいは観測したい対象物が存在する。発見、あるいは観測したい対象物は、例えば、中径ないし細径の血行群９である。
【００３０】
超音波観察装置１が有する容器１０１の、少なくとも目的領域１０に当接される接触面１０１１は、例えば、透音性を有している。超音波観察装置１が有する容器１０１の、少なくとも目的領域１０に当接される接触面１０１１は、例えば、超音波の透過性が高い材質により構成されている。容器１０１は、内部に、超音波伝達媒質１１０を有している。例えば、容器１０１内には、超音波伝達媒質１１０が充填されている。容器１０１は、例えば、超音波伝達媒質１１０を密封可能な容器である。超音波伝達媒質１１０については後述する。容器１０１は、接触面１０１１が少なくとも透音性を有していればその材質や形状等は問わない。接触面１０１１は、例えば、ゲルや液体等を介して、目的領域１０に当接されてもよい。
【００３１】
容器１０１内には、接触面１０１１を介して目的領域１０に超音波を照射する照射部１０２が設けられている。照射部１０２は、例えば、送波振動子で構成される。送波振動子は、照射振動子とも呼ばれる。照射部１０２が照射する超音波１０２１は、例えば、平面波、円筒面波または球面波である。超音波１０２１は、例えば、連続波である。照射部１０２が照射する超音波は、例えば、予め決められたレベルの超音波や、ユーザにより指定されたレベルの超音波である。レベルは、例えば、強度である。本実施の形態の超音波観察装置１の典型例について説明すると、観測超音波周波数は３ＭＨｚである。照射部１０２は、例えば、超音波を照射する送波振動子や送波器で実現可能である。なお、図１において、超音波１０２１の矢印は、超音波の進行方向を示す。また、照射部１０２と、照射部１０２に信号を供給する配線１０２２とが接続される部分は、例えば、カバー１０２３等によりシールされている。照射部１０１は、例えば、図示しない取り付け部材等により、容器１０１に取り付けられている。
【００３２】
また、容器１０１内には、更に、接触面１０１１を介して目的領域１０側から入射された超音波を集束させる音響レンズ１０３と、音響レンズ１０３で集束された超音波が入射される二次元受波器アレイ１０５と、が設けられている。目的領域１０側から音響レンズ１０３に入射される超音波１０３１は、例えば、上述した照射部１０２から照射され、目的領域１０や、生体の目的領域１０の内側に位置する部位等で反射された超音波である。目的領域１０側から入射された超音波は、目的領域１０を介して入射された超音波と考えてもよい。
【００３３】
音響レンズ１０３は、目的領域１０側からの反射波を受け入れ、その反対側の空間に集束させる。反対側の空間は、例えば、音響空間と考えてもよい。目的領域１０側は、接触面１０１１側と考えてもよい。音響レンズ１０３は、例えば、接触面１０１に対向して配置される。二次元受波器アレイ１０５は、音響レンズ１０３で集束された光が照射される側に配置される。なお、図１において、反射された超音波１０３１の矢印は、超音波の進行方向を示す。
【００３４】
音響レンズ１０３は、例えば、略等倍結像を行なうレンズである。ここでの結像は、超音波の結像である。例えば、音響レンズ１０３の口径は５０ｍｍ、平面波に対する焦点距離は５０ｍｍである。ここでは、例えば、音響レンズ１０３の像面と焦点面が各々、大略１００ｍｍの距離に設定され、大略１：１の結像が行なわれるよう最適化されている。音響レンズ１０３は、略等倍結像を行なうレンズであることが好ましい。なお、ここでは、一例として、後述する位相連続フレネルレンズを、音響レンズ１０３として用いている場合について説明する。
【００３５】
二次元受波器アレイ１０５は、接触面１０１１側（目的領域１０側）から音響レンズ１０３に入射された超音波が出射される側に配置される。例えば、二次元受波器アレイ１０５は、超音波が出射される側の焦点に配置される。例えば、二次元受波器アレイ１０５は、音響レンズ１０３の接触面１０１１側に対して反対側となる観測側の焦点面に配置される。音響レンズ１０３の観測側とは、音響レンズ１０３の接触面１０１１側に対して反対側である。二次元受波器アレイ１０５は、例えば、受波振動子アレイ、焦点面アレイ、フォーカルプレンアレイ等であってもよい。二次元受波器アレイ１０５は、複数の受波器１０５１を有している。二次元受波器アレイ１０５は、例えば、受波面が口径約３２ｍｍの円形、または約３２×３２ｍｍの正方形を成し、その各々を構成するエレメントである受波器１０５１は、例えば、受波面が約２×２ｍｍの寸法である。二次元受波器アレイ１０５は、例えば、全体として総数１６×１６＝２５６エレメントの受波器１０５１で構成される。もしくは、端部を切り捨てて円形に近似するならば、二次元受波器アレイ１０５は、そのπ／４倍の２００エレメントで構成される。ただし、二次元受波器アレイ１０５の形状や、サイズ、受波器１０５１数等は問わない。
【００３６】
上述した照射部１０２も、例えば、二次元受波器アレイ１０５と同程度の口径の照射面を有している。照射部１０２は、例えば、目的領域１０あるいはその近傍に、図１に示すように、観測される超音波（つまり反射波）の進行方向に対して、照射される超音波の進行方向が傾斜するよう配置されている。これは、観測される超音波（つまり反射波）の進行方向と交差するよう超音波のビームを照射できるようにするためである。図１には図示していないが、例えば、高周波発信器および電力増幅器が超音波観察装置１の外部に配置され、照射部１０２に配線１０２２等により結合される。高周波発信器、および電力増幅器については、公知技術であるため、ここでは説明を省略する。
【００３７】
ドプラ受信器アレイ１０７は、二次元受波器アレイ１０５が有する複数の各エレメント、即ち各受波器１０５１が取得した受波信号について、それぞれドプラ成分を取得する。このことは、ドプラ受信器アレイ１０７が、二次元受波器アレイ１０５が有する複数の各受波器１０５１からドプラ成分を取得することと考えてもよい。ドプラ受信器アレイ１０７は、複数のドプラ受信器１０７１を有している。ドプラ受信器アレイ１０７が有する複数の各エレメント、即ち各ドプラ受信器１０７１は、例えば、二次元受波器アレイ１０５を構成する各受波器１０５１とそれぞれ、配線１０５２により接続され、各ドプラ受信器１０７１は、各受波器１０５１から出力される受波信号からドプラ成分を取得する。なお、図１において、二次元受波器アレイ１０５の、配線１０５２２と接続される部分は、例えば、カバー１０５３等によりシールされている。
【００３８】
出力部１０８は、ドプラ受信器アレイ１０７が取得した複数のドプラ成分に応じた情報を出力する。ここでの出力とは、例えば、表示部１０９への表示、プロジェクターを用いた投影、プリンタによる印刷、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積、他の処理装置や他のプログラム等への処理結果の引渡し等を含む概念である。出力部１０８は、モニタ等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部１０８は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。なお、出力部１０８が例えば、モニタ等の表示デバイスを有している場合、後述する表示部１０９を省略して、表示部１０９が行なう表示を出力部１０８が行なうようにしてもよい。
【００３９】
ドプラ成分に応じた情報の出力は、例えば、複数のドプラ成分に応じた画像の表示や、画像の蓄積等である。複数のドプラ成分に応じた画像は、例えば、いわゆる超音波エコー画像である。この画像は、図示しない処理部等が複数のドプラ成分を用いて作成してもよく、出力部１０８が作成してもよい。画像は、例えば、表示部１０９に表示される。ドプラ成分に応じた情報の出力は、例えば、ドプラ受信器アレイ１０７が取得した複数のドプラ成分の情報（例えば、複数のドプラ成分の値等）の送信や図示しない格納部等への蓄積等であってもよい。ドプラ成分に応じた情報の出力は、例えば、ドプラ受信器アレイ１０７が取得したドプラ成分に対して出力部１０８がＡ／Ｄ変換を行なって得られた情報の出力であってもよい。ただし、Ａ／Ｄ変換は、ドプラ受信器アレイ１０７において行なうようにしても良い。ドプラ成分に応じた情報の出力は、例えば、ドプラ受信器アレイ１０７が取得したドプラ成分をそのまま出力することであっても良く、この場合、出力部１０８は、出力インターフェース等と考えてもよい。ドプラ成分に応じた情報の出力は、ドプラ受信器アレイ１０７が取得した複数のドプラ成分の情報を用いて予め決められた処理等を行なって得られた情報の表示や、送信、蓄積等であってもよい。この場合の予め決められた処理は、図示しない処理部等が行なっても良く、出力部１０８が行なっても良い。
【００４０】
表示部１０９は、例えば、モニタ等の表示デバイスである。表示部１０９は、例えば、出力部１０８が出力する画像を表示する。なお、超音波観察装置１が表示を行なわない場合、例えば、出力部１０８が画像を出力しない場合等においては、表示部１０９は省略してもよい。
【００４１】
本実施の形態においては、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５と、がともに、各々独立して、音響レンズ１０３の光軸方向において、前後方向に移動可能なように構成されている。音響レンズ１０３の光軸は、例えば、音の波の伝搬路の中心軸である。例えば、音響レンズの光軸は、音響レンズ１０３の中心を通る音響レンズ１０３の表面に垂直な軸である。音響レンズ１０３の形状が、回転対称形である場合、音響レンズ１０３の光軸は、例えば、音響レンズ１０３の回転対称軸と考えてもよい。光軸方向に移動するということは、例えば、光軸の伸びる方向に移動することである。超音波観察装置１は、例えば、音響レンズ１０３を音響レンズ１０３の光軸方向において前後方向に移動させるレンズ移動部１０４と、二次元受波器アレイ１０５を音響レンズ１０３の光軸方向において、前後方向に移動させる受波器移動部１０６とを備えている。このレンズ移動部１０４と、受波器移動部１０６とを用いることにより、音響レンズ１０３と、二次元受波器アレイ１０５とをそれぞれ個別に音響レンズ１０３の光軸方向に移動させることができる。本実施の形態においては、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５とが上記のように移動可能になっていることにより、容器１０１の接触面１０１１を目的領域１０の表面に当接したまま移動させることなく、生体の目的領域１０の内側における所望の深さの位置にピントを合わせることができる。これにより、生体内の所望の深さの位置を観察することが可能となる。また、例えば、生体内の目的領域１０の内側に位置する関心がある対象物、例えば、観察対象となる部位のいずれにピントを合わせるかを、超音波観察装置１を利用する観察者が任意に選択することが可能となる。
【００４２】
例えば、レンズ移動部１０４には、音響レンズ１０３が取り付けられており、レンズ移動部１０４を動作させることで、音響レンズ１０３の位置を移動させることができる。また、例えば、受波器移動部１０６には、二次元受波器アレイ１０５が、取り付けられており、受波器移動部１０６を動作させることで、二次元受波器アレイ１０５の位置を移動させることができる。音響レンズ１０３は、レンズ移動部１０３に直接取り付けられていてもよく、図示しない台座等の取り付け部材等を介して間接的にレンズ移動部１０３に取り付けられていてもよい。かかることは、二次元受波器アレイ１０５においても同様である。
【００４３】
レンズ移動部１０４および受波器移動部１０６は、例えば、容器１０１内から容器１０１の外部に伸びるラックを備えたラックピニオン機構を有する部材である。例えば、レンズ移動部１０４のラック１０４１に、音響レンズ１０３が、例えば、図示しない台座等を介して取り付けられており、受波器移動部１０６のラック１０６１に、二次元受波器アレイ１０５が、例えば、図示しない台座等を介して取り付けられている。レンズ移動部１０４のピニオンギア１０４２を回転させることで、ラック１０４１が、音響レンズ１０３の光軸方向の前後方向において移動し、これに伴い、音響レンズ１０３が光軸方向に前後に移動する。また、受波器移動部１０６のピニオンギア１０６２を回転させることで、ラック１０６１が、音響レンズ１０３の光軸方向の前後方向において移動し、これに伴い二次元受波器アレイ１０５が音響レンズ１０３の光軸方向に前後に移動する。ピニオンギア１０４２には、例えば、ハンドル等の操作部１５１が設けられており、この操作部１５１をユーザが回転させることで、手動でピニオンギア１０４２を回転させてラック１０４１を移動させ、音響レンズ１０３を移動させることができる。また、ピニオンギア１０６２には、例えば、ハンドルやノブ等の操作部１５２が設けられており、この操作部１５２をユーザが回転させることで、手動でピニオンギア１０６２を回転させてラック１０６１を移動させ、二次元受波器アレイ１０５を移動させることができる。
【００４４】
なお、ピニオンギア１０４２やピニオンギア１０６２に、図示しないモータやギア等を取り付けて、ユーザの操作に応じて、モータを電動で回転させることで、ピニオンギア１０４２やピニオンギア１０６２を回転させて、音響レンズ１０３や二次元受波器アレイ１０５を移動させるようにしてもよい。このような場合、モータのオン、オフや、モータの回転方向を指定する操作を受け付けるための操作ボタンやスイッチや、これらの制御に応じてモータを制御する制御部（図示せず）を、上述した操作部１５１や、操作部１５２と考えてもよい。この制御部は制御回路等であってもよい。また、この制御部は、コンピュータにより実現してもよく、この場合、操作入力は、コンピュータの入力画面等を用いて入力できるようにしてもよい。
【００４５】
なお、ラック１０４１およびラック１０６１が容器１０１を貫通する部分は、ラック１０４１およびラック１０６１が移動可能となるようパッキン等でシールされていることが好ましい。
【００４６】
ここでは、ラックピニオン機構を有するレンズ移動部１０４および受波器移動部１０６を備えた場合について説明したが、レンズ移動部１０４および受波器移動部１０６は、音響レンズ１０３および二次元受波器アレイ１０５をそれぞれ、音響レンズ１０３の光軸方向において前後方向に移動可能なものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、レンズ移動部１０４および受波器移動部１０６は、それぞれ、いわゆるカメラのオートズーム機構と同様の機構を有していても良い。
【００４７】
上述した音響レンズ１０３の光軸とは、例えば、音響レンズ１０３の中心を通り、レンズ面に垂直な直線である。音響レンズ１０３の光軸は、例えば、光学レンズの光軸に相当する。二次元受波器アレイ１０５を、音響レンズ１０３の光軸方向に移動させることは、例えば、二次元受波器アレイ１０５を、二次元受波器アレイ１０５の受波面に垂直な方向に移動させることと考えてもよい。
【００４８】
なお、音響レンズ１０３および二次元受波器アレイ１０５を、音響レンズ１０３の光軸方向に移動させることは、接触面１０１１から入射される超音波、（つまり、接触面から入射される反射波）の進行する経路上を、音響レンズ１０３および二次元受波器アレイ１０５を移動させることと考えてもよい。また、反射波の進行経路の途中に、超音波を反射させる反射板（図示せず）等が設けられており、反射波の進行経路が、この反射波等で屈折される場合等においては、この屈折された反射波の進行経路に沿って、音響レンズ１０３および二次元受波器アレイ１０５を移動させることが、音響レンズ１０３および二次元受波器アレイ１０５を、音響レンズ１０３の光軸方向において移動させることに相当すると考えてもよい。
【００４９】
また、ここでは、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５とがともに、各々独立して移動する場合について説明したが、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５とのうちのいずれか一方のみが移動可能となるようにしてもよい。また、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５とが、連動して移動するようにしてもよい。例えば、ユーザの一の操作等に応じて、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５との両者が同時に近づく、あるいは、同時に遠のくように移動するようにしてもよい。
【００５０】
容器１０１全体の形状は、どのような形状であってもよく、例えば、略円筒状の回転体である。例えば、容器１０１の底面が、接触面１０１１である。例えば、容器１０１の容器１０１の接触面１０１１の厚さは、接触面１０１１以外の側面等の厚さよりも薄いことが好ましい。容器１０１の接触面１０１１が目的領域１０に接して超音波通過の窓となり、容器１０１の側面は強度維持を担う。容器１０１の素材は、特に底面においては、透音性に優れたプラスチックであることが好ましく、例えば、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート等であることが特に好ましい。かかるプラスチック材料はフィラーなしの場合には透音性は優れている場合が多いので、底面すなわち接触面１０１１は強度を維持できる限界程度の厚さであることが好ましい。例えば、接触面１０１１の厚さは、１ｍｍ以下の厚さであることが好ましく、０．２５ｍｍ程度であることが好ましい。このような厚さとすることで、例えば、素材依存性の設計留意事項は捨象できる。なお、ここでは、一例として、容器１０１の素材が透明なプラスチックである場合を例に挙げて示している。
【００５１】
容器１０１の接触面１０１１は、例えば、容器１０１の目的領域１０に向かって凸である凸面であることが好ましい。目的領域１０に向かって凸であるということは、容器１０１の外部に向かって凸であることと考えてもよい。接触面１０１１は、目的領域１０に向かって凸である曲面であることが好ましく、目的領域１０に向かって凸である球面であることが好ましい。接触面１０１１が球面であるということは、例えば、接触面１０１１が、球面の表面の一部を切り取った曲面であることである。この球面の曲率半径は、例えば、５０〜１００ｍｍであることが好ましい。接触面１０１１は、通常の超音波診断装置（図示せず）の探触子と同様に、目的領域１０（例えば、体表面）との間に結合用のゲルを介在させて接触させられるが、接触面１０１１が球面であれば、接触面１０１１を目的領域１０に接触さた状態で、容器１０１の向きを、例えば、ゲルを潤滑剤としつつ、その球面に沿って回転させて変更することができる。これにより、接触面１０１１と目的領域１０との接触位置を変更することなく、超音波観察装置１から照射される超音波の進行方向と、超音波観察装置１に入射される超音波の反射波の進行方向とを変更することができる。つまり、接触面１０１１と目的領域１０との接触位置を変更することなく、音響レンズ１０３の光軸方向の向きを変更することができる。この場合の、接触面１０１１と目的領域１０との接触位置は、向きを変更する際の支点と考えてもよい。なお、上記の結合に用いられるゲルの代わりに、水やオリーブ油などの液体を代用してもよい。
【００５２】
容器１０１の側壁の内面には、有害な反射の抑圧のために、吸音材１０１２が設けられている。吸音材１０１２は、側壁の内面全面に設けられていることが好ましいが、内面の一部の領域にだけ設けられていてもよい。吸音材１０１２は、例えば、超音波を吸収する素材により構成される。吸音材１０１２の素材は、例えば、発泡ウレタンや、樹脂系ゴム、ポリ塩化ビニル等である。吸音材１０１２の代わりに、吸音のための多数の溝や突起物等の吸音構造が設けられていてもよい。また、照射部１０２と二次元受波器アレイ１０５との間には漏曳波による直接的な結合を避けるため隔壁１０１３が設けられている。ただし、吸音材１０１２や隔壁１０１３は、適宜省略してもよい。ここでは、一例として、吸音材１０１２として、透明な素材を用いた場合を例に挙げて示している。
【００５３】
容器１０１内に充填される超音波伝達媒質１１０は、例えば、液体や、ゾルや、ゲルである。例えば、超音波伝達媒質１１０として用いられる液体は、例えば、水である。また、液体は、水溶性有機物の水溶液、鉱油、シリコーンオイル等であってもよい。この液体は、伝達される超音波の音速に合わせて調整された液体であることが好ましい。
【００５４】
音響レンズ１０３として、例えば、照射部１０２が照射する超音波の周波数に合わせて最適となるよう設計された、超音波伝達媒質１１０と音響インピーダンスが整合する遅波物質を用いた位相連続フレネルレンズを用いることが好ましい。
【００５５】
図２は、図１において音響レンズ１０３として用いられている位相連続フレネルレンズの一例を示す図である。ただし、図２は説明のためのものであり、図における位相連続フレネルレンズの凹凸数や、ゾーン等の幅や、凹凸の高さ等は、必ずしも音響レンズ１０３として実際に用いられる位相連続フレネルレンズを正確に示すものではない。
【００５６】
例えば、音響レンズ１０３は、超音波伝達媒質である水と音響インピーダンスが整合するシリコーンを素材とする位相連続フレネルレンズである。位相連続フレネルレンズについては、例えば、「特許文献２：特開平２００２−３６５０４７号公報（第１頁、第１図等）」、「非特許文献１：森  和義、他４名、"位相連続フレネルレンズのＦＤＴＤ解析に関する基礎的研究"、信学技報、ＵＳ２００６−３４」、「非特許文献２：Ｋａｚｕｙｏｓｈｉ  Ｍｏｒｉ、他４名、"Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｏｕｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｆｉｅｌｄｓ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  ｂｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｆｒｅｓｎｅｌ  Ｌｅｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｍｅｔｈｏｄ"、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．７Ｂ，２００７，ｐｐ．４９９０−４９９７」、「非特許文献３：竹内  康人、"ドプラフォーカスプレンアレイのためのチャンネル受信器について"、信学技報、ＵＳ２００６−１９」、「非特許文献４：Ｋａｚｕｙｏｓｈｉ  Ｍｏｒｉ、他４名、"Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ａｎ  Ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ−Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｆｒｅｓｎｅｌ  Ｌｅｎｓ"、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２８，（２００７），ｐｐ．４７７−４７８」、「非特許文献５：竹内  康人、"焦点面撮像用位相連続フレネルレンズの開発とそれにより得られた超音波像"、Ｊｐｎ  Ｊ  Ｍｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．６，（２００５）」等に開示されている。
【００５７】
なお、上記においては、音響レンズ１０３が位相連続フレネルレンズである場合を例に挙げて説明したが、音響レンズ１０３としては、超音波を収束可能なものであれば、位相連続フレネルレンズ以外のレンズを用いてもよい。例えば、以下の非特許文献６に示されているような、音響レンズ１０３として、水等の超音波伝達媒質１１０とは音響インピーダンスが整合しないものの、精密加工が容易な速波物質（例えばアクリル）を用いた凹レンズも採用可能であるし、また、音響レンズ１０３として、特に、以下の非特許文献７に示されているような、諸般の収差を補正したアプラナート構造を採用することもまた好ましい実施例である。「非特許文献６：松本  さゆり、他２名"水中音響レンズを用いた超音波式三次元映像取得装置の開発"、港湾空港技術研究所報告、独立行政法人港湾空港技術研究所、Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．４，（２００９）」"、「非特許文献７：佐藤  祐治、他４名"アプラナート音響レンズの集束特性"、日本海洋音響学会誌  Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．３，（２００８）」。
【００５８】
二次元受波器アレイ１０５に集束された観測対象物の反射波が照射されるので、目的とするドプラ成分のドプラ画像を得るには、二次元受波器アレイ１０５の各エレメントである複数の受波器１０５１の受波信号を各々を相互に関連づけることなくドプラ受信器アレイ１０７の各エレメントである複数のドプラ受信器１０７１に入力し、例えば、出力部１０８が、この複数のドプラ受信器１０７１によりそれぞれ得られたドプラ信号成分のレベルに呼応するピクセル値を得て、このピクセル値を有する画素で構成される画像を、例えば、モニタ等の表示部１０９により表示する。受波器１０５１や、ドプラ受信器１０７１の構成については、公知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５９】
このドプラ受信器アレイ１０７を構成する複数のドプラ受信器１０７１は、最も簡便にはいわゆる胎児心拍発見器に用いられるドプラ受信器（図示せず）等と同程度の簡素なものが利用可能である。準備ないし調整しなければならない事項は、例えば、ドプラ受信器１０７１が復調後に適用するドプラ成分抽出用のドプラフィルタを観測したい現象のドプラシフトの程度に大略整合させておくことのみである。すなわち同じく観測超音波周波数が３ＭＨｚの胎児心拍検出器においては「どんどんどん」という心筋の信号まで力強く聴かせたい意図からドプラフィルタの下限カットオフ周波数を例えば５０Ｈｚ〜１００Ｈｚとかいう程度の低めの値に設定するが、血流観測の場合にはこれをやや高めにとって２００Ｈｚ〜４００Ｈｚとかいう程度にする方が組織の漂動や脈波成分等に由来するアーティファクトを除外してある程度の速度で走行する血球からのドプラ成分だけを選択的に抽出することができるので好ましい。しかしながらこのドプラフィルタの設計仕様は本発明の実施上の自由度のうちであり、本発明自身を拘束するものではない。
【００６０】
以下、本実施の形態の超音波観察装置１の使用例について図３を用いて説明する。
【００６１】
人体の骨盤腔内（例えば、ダグラス窩）の中部ないし深部の血流分布を観察する場合、観察対象となる対象血流は子宮、直腸、前立腺等に集まっている細目の血行系である。容器１０１は、等価的には巨大な超音波探触子を成すことになるが、手持ち操作には適さない大きさや重さである場合、超音波観察装置１を、例えば、５軸ないし６軸程度の自由度があり手を離せば空間に定位保持する機能のある保持用のアーム２２の先端等に搭載しておく。この保持用のアーム２２は、例えば、図示しない操作ノブを観察者であるユーザが握れば、ブレーキを解放して自由に動作可能となって、ユーザが加えた力に追従してアームが移動し、操作ノブを握れば、ブレーキが掛かり、アームがその状態で固定される保持機構を備えている。このような保持機構は、工作機械や科学技術計測器の世界では公知汎用のものであり、医療の世界では歯医者の常用する患者の顔面に向けて使用するＸ線発生装置等に例を見ることができる。なお、ブレーキの代わりに電磁クラッチ等を用いてもよい。
【００６２】
観察者が、この保持用アーム２２を移動させて、容器１０１の接触面１０１１を上述したような結合ゲルを介して被観察対象者である患者２０の体表面の関心部位、つまり目的領域１０に当接させる。例えば、接触面１０１１を当接させる場所は、例えば、会陰（ｐｅｒｉｎｅａｌ）部、肛門の外側、また場合によっては肛門と尾てい骨の間の柔らかい部位、等である。この際、患者２０には、図３に示すような載石位（砕石位）の体勢をとらせるか、もしくは助手に両足を抱き抱えて持ち上げさせるかする。このように当接させた状態で観察者は、例えば、出力部１０８が出力するドプラ成分に応じた画像が表示される表示部１０９を見ながら、レンズ移動部１０４の操作部１５１と、受波器移動部１０６の操作部１５２の一方または双方を操作してこの超音波観察装置１のピントを、患者２０の体内の目的領域１０に対応した位置に存在する目的血行系に合わせる。ピントが合えば表示部１０９には輝度変調された血行系の像が表示され、その存在を確認することができる。またここでは詳細な説明は省略するが諸々の関連する定量的測定に移ることができる。
【００６３】
一方、あまり肥満がない患者の場合には腹壁側の恥骨上部からの斜入射による観測が実用的に可能である。このアプローチは特に妊娠早期の妊婦において有益であり、胎児心周辺の血流を３次元的に視認把握し、もって心奇形や大血管の接続関係に異常がないか確認するため等に役立つ。
【００６４】
この例では、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５とを、音響レンズ１０３の光軸方向における位置を操作する手段として、ラックピニオン機構であるレンズ移動部１０４および受波器移動部１０６を用いて、このレンズ移動部１０４および受波器移動部１０６の、容器１０１の外部に設けられた操作部１５１および操作部１５２を操作することで、音響レンズ１０３と二次元受波器アレイ１０５との位置を移動させる例について説明したが、本発明においては、これ以外の手段により、音響レンズ１０３や二次元受波器アレイ１０５の位置を、音響レンズ１０３の光軸方向において移動させるようにしてもよい。位置を移動させるための手段や手法として、上記のほかに無数の手段や手法があることは当業者においては自明のことである。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、音響レンズ１０３として、非球面位相連続フレネルレンズを用いることがより好ましい。例えば、音響レンズ１０３として球面レンズを用いる場合、大口径になる、すなわちＦナンバーが小さくなるに従って、球面収差およびコマ収差を呈するようになる。上述した特許文献２や非特許文献５に示された位相連続フレネルレンズにおいても同様である。このような収差は、レンズの基本的な設計を球面ではなく非球面にすることで大きく改善できることが知られている。非球面平凸レンズの凸面の側の設計は大局的に言うと光軸から離れるに従って曲率を低くして行く設計となるが、光学レンズの場合はインコヒーレント収束で考えて良いのでレイトレース法で入射点および出射点での屈折方向を考えるだけで設計が成り立つ。しかしながら、超音波用の位相連続フレネルレンズの場合は、基本思想が電子ビームフォーミングと同様なコヒーレント収束の思想に基づいているので、レイトレース法では設計できずキルヒホフ積分に立ち返った厳密な手法に基づかなければならない。
【００６６】
しかしながら、その場合もフレネルリング状に分割された各々のゾーンの位置、具体的には、光軸からの距離と、波面を曲げるべき角度を計算設計で求めることができる。すなわち、焦点へ向かう行路の波数を、ゾーンを一つ超える都度、１波長分づつ落としていくように、各ゾーンの曲率半径等を設定することで、少なくとも焦点とその近傍に対する近軸設計の非球面位相連続フレネルレンズとすることができるわけである。このゾーン毎の曲面はゾーンの中では球面で近似することができる。すなわち、各々のゾーンが曲率半径の異なる球面の一部であるとする近似することが可能である。この近似はレンズを、シリコーンで作る時に用いる型の設計および製作に大きな利便性をもたらす。すなわち、上記実施の形態においては、球面収差およびコマ収差を抑圧するために、音響レンズ１０３として非球面位相連続フレネルレンズを用いるとともに、この非球面位相連続フレネルレンズにおいてはフレネルリング状に分割された各ゾーン毎に曲率半径が異なる球面形状を有しているようにすることが好ましい。ここでの球面形状を有しているということは、例えば、球面で近似される表面形状を有することである。ゾーンが球面形状を有していることは、例えば、ゾーンの表面が、予め決められた曲率半径で表される曲面を有していることと考えてもよい。なお、フレネルレンズの各ゾーンは、例えば、レンズの回転中心軸を中心とした同心円で区切られた領域と考えてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態の超音波観察装置１においては、超音波伝達媒質１１０における超音波の伝達速度と、音響レンズ１０３内の超音波の伝達速度との比が、整数比に近似されるようにすることが好ましい。具体的には、比が整数比に近似されるような素材を、超音波伝達媒質１１０および音響レンズ１０３の素材として用いることが好ましい。このようにすることで、例えば、音響レンズ１０３の設計が容易となるとともに、ピント合わせの際の精度を向上させることができ、高品質な観察が可能となる。
【００６８】
例えば、上述した特許文献２や非特許文献５に示されているような音響レンズ１０３として利用可能な、実用的な設計である位相連続フレネルレンズは、遅波物質、つまり素材として、ＲＴＶ６０（元ＧＥ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ（現Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）社製造）等のシリコーンを材料として用いた凸レンズであり、この遅波物質の中での超音波の伝達速度（音速）が大略１ｋｍ／ｓｅｃ．と、レンズの外界（水）の音速（大略１．５Ｋｍ／ｓｅｃ．）の２／３であることから、遅波物質の中での超音波の伝達方向への３波長分の距離が外界の水の中での２波長分の距離と整合する。このため、レンズの設計は、このような単位で波長を落とす設計となる。しかしながらこれを厳密に評価すると体温３７度ＣにおけるＲＴＶ６０の音速は９６０ｍ／ｓｅｃ．、水の音速は１５２４ｍ／ｓｅｃ．と、２：３の比率から僅かながらずれている。このずれはゾーン毎の位相バイアスとなり、先ずもって焦点距離の設計値からのずれとなって表れるが、収差除去のための非球面設計との間にも乖離をもたらす。
【００６９】
しかしながら、これは、音響レンズ１０３の外側を満たす液体等の超音波伝達媒質１１０の、超音波の伝達速度（音速）を９６０ｍ／ｓｅｃ．の３／２倍の１４４０ｍ／ｓｅｃ．に調整することで解決することができる。例えば、以下の非特許文献８に示すように、重水の伝達速度は、３７度において１４２８ｍ／ｓｅｃ．であり、発明者が実験により取得した伝達速度（実測値）では１４３４ｍ／ｓｅｃ．であることから、上述した希望値である１４４０ｍ／ｓｅｃ．に非常によく近似しているので、この目的に合う超音波伝達媒質１１０として採用することができる。
【００７０】
さらにこの重水に微量の軽水を混ぜればこの僅か数ｍ／ｓｅｃ．の相違を微調整することができる。つまり、重水に軽水を添加して、伝達速度を調整した超音波伝達媒質を用いることで、音響レンズ１０３と超音波伝達媒質との伝達速度比が適切な超音波観察装置１を容易に得ることが可能となる。重水の音響インピーダンスは軽水とはごく僅かに相違するが、本発明の実施において、観察に影響を与える程の相違ではない。「非特許文献８：Ｗａｙｎｅ  Ｄ．Ｗｉｌｓｏｎ、"Ｓｐｅｅｄ  ｏｆ  Ｓｏｕｎｄ  ｉｎ  Ｈｅａｖｙ  Ｗａｔｅｒ  ａｓ  ａ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ"、Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ、Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．７，１９６１，ｐｐ．３１４−３１６」。
【００７１】
また、本発明の別の好ましい実施例としては、例えば、音響レンズ１０３の素材をシリコーンとし、容器１０１内の超音波伝達媒質１１０を、重水または重水の微量軽水和物、つまり重水に微量の軽水を添加したものとし、かつ容器１０１内の超音波伝達媒質１１０の液温を図示せぬサーモスタット等により体温程度の温度（好ましくは、３６〜３７℃の範囲の温度）に維持することにより、位相連続の条件をより制度よく維持することができ、これにより性能低下の防止を図ることができる。ここで用いられるシリコーンは、上述したＲＴＶ６０を用いることが好ましい。
【００７２】
以上、本実施の形態によれば、音響レンズ１０３および二次元受波器アレイ１０５の少なくとも一方を、音響レンズ１０３の光軸方向に移動させることで観察を行なう深さを変更することができ、生体内を観察するための情報を容易に取得することができる。
【００７３】
また、上記各実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、あるいは、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。その実行時に、プログラム実行部は、格納部（例えば、ハードディスクやメモリ等の記録媒体）にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。
【００７４】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかる超音波観察装置は、超音波を用いて観察を行なう装置等として適しており、特に、観察する深さが可変である超音波観察装置等として有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１  超音波観察装置
１０  目的領域
２０  患者
２２  アーム
１０１  容器
１０２  照射部
１０３  音響レンズ
１０４  レンズ移動部
１０５  二次元受波器アレイ
１０６  受波器移動部
１０７  ドプラ受信器アレイ
１０８  出力部
１０９  表示部
１１０  超音波伝達媒質
１５１、１５２  操作部
１０１１  接触面
１０１２  吸音材
１０１３  隔壁
１０５１  受波器
１０７１  ドプラ受信器
【図１】
2017143870.tif 000003
【図２】
2017143870.tif 000004
【図３】
2017143870.tif 000005