JP2013128701A - 生体検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】音響マッチング液の漏れを抑えた生体検査装置を提供する。
【解決手段】被検者の体の一部である被検体を保持する被検体保持部材と、被検者を支持する支持部材と、被検体保持部材における被検体を保持する面とは異なる面に沿って移動する探触子と、被検体保持部材における探触子が移動する面に液体を供給する液体供給手段とを有し、被検体保持部材と支持部材には互いに接触する接触部位があり、接触部位には、被検体保持部材における被検体を保持する面と探触子が移動する面との間で液体をシールする、シール部材が配置されている生体検査装置を用いる。
【選択図】図3

Description

本発明は、生体検査装置に関する。
従来、圧迫保持された乳房などの被検体の画像を得る乳房検査装置(生体検査装置)が開発されている。例えば、特許文献1には、X線及び超音波を透過する樹脂材料から成る乳房圧迫板と、センサーを備えた撮影板の間に乳房を圧迫保持し、その乳房のX線画像と超音波エコー画像を得る乳房検査装置が開示されている。
図6に示した特許文献1の乳房検査装置では、乳房圧迫板13の被検者との接触部に、圧迫荷重による反りを抑制するためのリブが設けられている。また、このような乳房圧迫板に接するように超音波トランスデューサー16が設けられている。
また、特許文献2には、X線及び超音波を透過する樹脂材料と金属の補強枠から成る乳房圧迫板と、センサーを備えた撮影板の間に乳房を圧迫保持し、その乳房のX線画像と超音波エコー画像を得る乳房検査装置(生体検査装置)が開示されている。
図7(a)は特許文献2で開示された乳房検査装置、図7(b)は乳房圧迫板である。X線及び超音波を透過する樹脂材料から成る乳房圧迫板95に、圧迫荷重による反りを抑制するための金属の補強枠96が設けられている。また、このような乳房圧迫板に接するように超音波トランスデューサー16が設けられている。
上述したような乳房検査装置に乳房圧迫板を設ける目的は、測定中に乳房が動いて測定位置が変化することを防ぐこと、及び、圧迫によって乳房を薄くすることで照射するX線量を減らすことである。また、乳房圧迫板に圧迫荷重による反りを抑制するためのリブや補強枠を設ける目的は、剛性を高くして乳房を安全に保持すること、及び、板厚をできるだけ薄くして板の中を伝播する弾性波の減衰を小さくして受信信号のSN比を高くすることである。
一方、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これらの光に対する吸収特性に基づき、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測定して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。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、光吸収特性に対応して光エネルギーを吸収した物質が瞬間的に膨張することにより弾性波を発生させる現象である。この弾性波を超音波トランスデューサーで検出して信号処理を行い、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と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。
光音響効果を利用した乳房検査装置においても上述したような乳房圧迫板を設ける場合がある。その目的は、測定中に乳房が動いて測定位置が変化することを防ぐこと、及び、圧迫によって乳房を薄くすることで深部の画像を得ることである。
特開2009−178185号公報 特表平09−504211号公報
特許文献1に開示されている乳房検査装置では、被検者の胸壁に接する乳房圧迫板のリブの厚さ分が測定できないデッドスペースになる。このためリブをできるだけ薄くしてデッドスペースを減らしたい。しかし、樹脂材料の機械的強度は金属材料に比べて弱いので、特許文献2のように金属の補強枠を設けた乳房圧迫板に比べてデッドスペースが大きくなる。
また特許文献2に開示されている乳房検査装置では、金属の補強枠と樹脂板を結合するために、ねじで留める、または接着する等の方法を用いている。このうち被検者の胸壁に接する補強枠が接着され、他の3辺はねじで締結されている。このような乳房圧迫板では、被検者の胸壁に接する補強枠の厚さ分が測定できないデッドスペースになるので、この部分の補強枠をできるだけ薄くしてデッドスペースを減らしたい。しかし、胸壁に接する補強枠を薄くすると樹脂板と接着するための接着剤が少なくなるので接着強度が弱くなる。
また、超音波トランスデューサーを使用するときに、乳房圧迫板に音響マッチング液を塗布することが考えられる。この場合、被検者の胸壁を支える部材と乳房を圧迫する部材の2つの部材の接着部から音響マッチング液が漏れ出して被検者の胸壁に付着することが危惧される。しかし、接着部が液体をシールする機能を有しているか否かに関しては、上記の文献中では言及されていない。また、もし接着部が液体をシールする機能を有しているとしても、乳房圧迫板は乳房を圧迫保持する度に圧迫荷重によって変形するため、接着部に繰り返して生じる応力により接着が剥離して音響マッチング液が漏れ出す可能性がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、音響マッチング液の漏れを抑えた生体検査装置を提供することにある。
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、被検者の体の一部である被検体を保持する被検体保持部材と、前記被検者を支持する支持部材と、前記被検体保持部材における前記被検体を保持する面とは異なる面に沿って移動する探触子と、前記被検体保持部材における前記探触子が移動する面に液体を供給する液体供給手段と、を有し、前記被検体保持部材と前記支持部材には互いに接触する接触部位があり、当該接触部位には、前記被検体保持部材における前記被検体を保持する面と前記探触子が移動する面との間で液体をシールする、シール部材が配置されていることを特徴とする生体検査装置である。
本発明によれば、音響マッチング液の漏れを抑えた生体検査装置を提供することができる。
乳房検査装置の概略を表す斜視図。 乳房検査装置の概略を表す部分断面図。 測定ユニットの構成を表す斜視図。 測定ユニットの構成を表す部分断面図。 接合部とパッキング部材の例を示す図。 接合部とパッキング部材の他の例を示す図。 トランスデューサーユニットの構成図。 特許文献1における乳房圧迫板の構成図。 特許文献2における乳房圧迫板の構成図。
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
本発明の生体検査装置には、被検体に弾性波を送信し、被検体内部で反射した反射波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する装置を含む。また、被検体に光(電磁波)を照射することにより被検体内で発生した弾性波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。
前者の場合に取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。後者の場合に取得される被検体情報とは、光照射によって生じた弾性波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布である。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
本発明でいう弾性波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、音響波と呼ばれることもある。光音響効果により発生した弾性波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。トランスデューサー(探触子)は、被検体内で発生又は反射した弾性波を受信する。
<実施例>
以下に説明する実施例では、本発明を、生体検査装置の中でも、光音響効果を利用した乳房検査装置に適用する場合の構成例について説明する。このとき被検体は、被検者の体の一部の乳房である。
乳房検査装置の概略図を図1A及び図1Bに示す。図1Aは斜視図、図1Bは図1AのX方向から見た部分断面図である。
図1A及び図1Bにおいて、100は測定ユニット、200は寝台ユニット、300は光源ユニット、400は電装ユニット、Eは被検者である。
測定ユニット100は、光音響効果を利用して被検者の乳房を測定するための装置である。
寝台ユニット200は、被検者Eをうつ伏せに載せるための装置であり、被検者の乳房を挿入する乳房挿入口201を設けた寝台202と、寝台202を支える寝台支柱203から構成されている。
光源ユニット300は、被検者Eの乳房に照射する特定波長のナノ秒オーダーのパルス光を発するレーザー光源を備えている。また、レーザー光源から発した光は不図示の光ファイバーなどの導光光学系によって、測定ユニット100に導かれる。レーザー光源が発する光の波長は、生体組織を構成する水、脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、などの吸収スペクトルに応じた波長を選定する。一例としては、生体内部組織の主成分である水の吸収が小さいため光が良く透過し、脂肪、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンのスペクトルに特徴がある600−1500nm範囲が適当である。具体的なレーザー光源の例としては、異なる波長を持つ複数のレーザー光を発生可能な半導体レーザー、波長可変レーザーなどで構成すると良い。
電装ユニット400は、測定ユニット100及び光源ユニット300に電源を供給する電源部と、これらのユニットをコントロールする制御装置と、測定ユニット100で測定
した信号を処理する信号処理装置を備えている。信号処理装置は、光音響効果により発生した弾性波の音圧分布を画像化するものである。
測定ユニット100の構成図を図2A、図2Bに示す。図2Aは斜視図、図2Bは図2AのX方向から見た部分断面図である。
被検者Eの乳房の尾側(足側)を圧迫保持する第一圧迫板1と、アンダーバスト付近の胸壁を支持する第一胸壁支持板2が、第一圧迫板支持基台3に取り付けられている。また、第一圧迫板1と第一胸壁支持板2が接触して形成される接合部には、パッキング部材18が設けられている。パッキング部材は接合部の内側に設けられており、具体的な位置については図3、図4を用いて説明する。第一圧迫板1は、本発明の被検体保持部材に相当する。第一胸壁支持板2は、本発明の支持部材に相当する。接合部は、本発明の接触部位に相当する。パッキング部材は、本発明のシール部材に相当する。
また、光源ユニット300から発したレーザー光を乳房に導くとともに、光音響効果によって発生した弾性波を検出するための超音波トランスデューサーユニット500が、音響マッチング液を介して第一圧迫板1に密着するように取り付けられている。また、超音波トランスデューサーユニット500は、不図示の走査機構により図2AのXとZ方向(XZ平面内)に走査駆動される。
被検者Eの乳房の頭側を圧迫保持する第二圧迫板4と、頭側の胸壁を支持する第二胸壁支持板5が、図2AのY方向に移動するスライド機構に取り付けられている。スライド機構は、第一圧迫板支持基台3及び第二圧迫板支持基台6に固定された2本の主軸7と、主軸7にガイドされてスライドする軸受8と、軸受8を保持する第一軸受ハウジング9及び第二軸受ハウジング10から構成されている。また、第二軸受ハウジング10にはナット17が設けられており、スクリュー11をモーター12で回転することにより、第二圧迫板4が図2AのY方向に移動可能となる。一方、第一圧迫板1は固定されており移動しない。
第一圧迫板1、第二圧迫板4及びスライド機構により、乳房を圧迫保持する機構が構成される。このように2枚の圧迫板により乳房を圧迫保持する目的は、測定中に乳房が動き、測定位置が変化することを防ぐこと、及び、乳房を圧迫により薄くすることで深部の画像化を可能とすることである。
また、光源ユニット300から発したレーザー光を乳房に導く照明ユニット600が設けられている。照明ユニット600は、不図示の走査機構により、図2AのX方向とZ方向(XZ平面内)に、超音波トランスデューサーユニット500の駆動に同期して走査駆動される。
図5は、超音波トランスデューサーユニット500の構成図である。超音波トランスデューサー13と照明光学系14がハウジング15に取り付けられている。また、ハウジング15には、第一圧迫板1と超音波トランスデューサー13の間の音響マッチング液を保持するためのマッチング液保持部材16が設けられている。
以下、各構成要素の詳細を説明する。
第一圧迫板1の材料としては、被検者Eと同程度の音響インピーダンスを有すること、光音響効果により発生した弾性波に対して低減衰特性を有すること、及び、レーザー光源が発する光に対して高い透過特性を有することが好ましい。このような材料の例としては、石英ガラス、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリルなどがある。
第二圧迫板4は、レーザー光源が発する光に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。第二圧迫板4を構成する材料の例としては、ガラス、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリル、などがある。なお、第一及び第二の圧迫板のどちらにトランスデューサーが配置されるか、及び、どちらに(または両方に)レーザー光源が配置されるかによって、それぞれの圧迫板に望まれる特性は変化する。
第一圧迫板1の胸壁側の辺は第一胸壁支持板2と接合されている。胸壁側の辺とは、被検者が伏臥して乳房を垂らす場合は、上辺である。接合部の詳細は後述する。また、第一圧迫板1の他の3辺は第一圧迫板支持基台3にねじや接着剤等によって固定されている。第一胸壁支持板2を設ける目的は、第一圧迫板1と組み合わせた状態の剛性を高くして乳房を安全に保持すること、及び第一圧迫板1の厚さをできるだけ薄くして板の中を伝播する弾性波の減衰を小さくし、受信信号のSN比を高くすることである。
また、被検者の胸壁に接する第一胸壁支持板2の厚さ分は、測定できないデッドスペースになる。すなわち、探触子を正面に移動できないため弾性波を取得できない領域が、乳房の根元付近に生じる。これを抑止してデッドスペースを減らすためには、第一胸壁支持板2の厚さを可及的に薄くし、探触子を正面に移動できる範囲を広げる必要がある。このため第一胸壁支持板2を構成する材料としては、ヤング率が大きく、剛性の高いものが好ましい。このような材料の例としては、鉄の2倍程度のヤング率を有するタングステンカーバイトがある。
また、第一胸壁支持板2は被検者Eの胸壁と超音波トランスデューサーユニット500との間に設けられ、第二胸壁支持板5は被検者Eの胸壁と照明ユニット600との間に設けられる。第一胸壁支持板2及び第二胸壁支持板5を設ける別の目的は、被検者Eをうつ伏せに載せる乳房検査装置において、2枚の圧迫板の間に保持されない肋骨や鎖骨付近の皮膚や皮下脂肪や筋肉が2枚の圧迫板の外側に垂れ下がるのを防止することである。すなわち、第一及び第二胸壁支持板を設けることにより、皮膚等が垂れ下がって超音波トランスデューサーユニット500や照明ユニット600に干渉をすることを回避することができる。第二胸壁支持板5を構成する材料としては、ヤング率が大きい材料が好ましい。
第一圧迫板1と超音波トランスデューサー13の間には、不図示のポンプによって、ジェルや液体の音響マッチング液が連続して供給されている。音響マッチング液は光音響効果により発生した弾性波に対して高透過特性と低減衰特性を有するとともに、レーザー光源が発する光に対しても高い透過特性と低い減衰特性を有することが必要である。音響マッチング液の一例としては、水、ひまし油、超音波エコー検査用ジェル、ポリエチレングリコールなどがある。ポンプや、音響マッチング液を輸送する機構は、本発明の液体供給手段に相当する。
音響マッチング液を適正に保持するためにゴムや樹脂などの弾性材料で構成されるマッチング液保持部材16が設けられている。マッチング液保持部材16は図5に示すようにハウジング15の上部を除いた3辺を囲むように設けられている。ポンプから供給される音響マッチング液はマッチング液保持部材16の中に保持され、ハウジング15の上部からオーバーフローする。オーバーフローした音響マッチング液は不図示の音響マッチング液回収機構によって回収されて再びポンプに導かれる。これにより音響マッチング液が循環されている。
なお、このように音響マッチング液をマッチング液保持部材にオーバーフローさせる場合、超音波トランスデューサーを第一圧迫板1の最上部まで走査すると、オーバーフローした液体が第一胸壁支持板2と第一圧迫板1との接合部に到達することになる。
すなわち、図2Bに示すように、超音波トランスデューサーユニット500が第一胸壁
支持板2に近づいた場合、第一圧迫板1と第一胸壁支持板2の接合部には音響マッチング液が満たされる。
このとき、接合部の具合によっては、音響マッチング液が乳房側に漏れる可能性があり、被検者に不快感を与えかねない。超音波トランスデューサーのZ方向での走査位置を一定の高さよりも下に制限することで音響マッチング液が接合部まで到達しないようにできるが、この場合、弾性波を測定する範囲を狭めることになる。そのため、超音波トランスデューサーの走査位置に制約を設けず、かつ液体を乳房側に漏らさないことが、被検者にとっての快適さの向上、及び測定範囲の拡大のために必要である。
図3(a)は、図2Bの領域Aの部分拡大図であり、第一圧迫板1と第一胸壁支持板2の接合部を図示している。本発明では、この接合部から音響マッチング液が漏れ出て被検者に付着することを防止するために、図3(a)に示すようにパッキング部材18を設けている。パッキング部材18は、ゴムや樹脂などの弾性材料で構成されている。第一圧迫板1と第一胸壁支持板2の接合部は、第一圧迫板1に設けた凸部と第一胸壁支持板2に設けた凹部が嵌め合う構造となっている。また、第一圧迫板1の凸形状の接合部の嵌合部には、パッキング部材18を保持する溝が設けられている。この溝にパッキング部材18を挿入し、弾性材料であるパッキング部材18をつぶしながら、第一圧迫板1に設けた凸部と第一胸壁支持板2に設けた凹部を嵌合させることにより、接合部が液体に対してシールされる。接合した第一圧迫板1、第一胸壁支持板2、パッキング部材18は、第一圧迫板支持基台3にねじや接着剤等によって固定される。
このような構成では、第一圧迫板1と第一胸壁支持板2の接合部に接着剤を用いることなく接合部から音響マッチング液が漏れ出ることを防止することが可能となる。また、パッキング部材18は弾性材料から構成されているので、乳房を保持する圧迫荷重や体重によって第一圧迫板1や第一胸壁支持板2が繰り返して変形した場合でも、パッキング部材18がこれらの変形に合わせて変形することができる。このため2つの部材の接合部から音響マッチング液が漏れ出ることを防止することができる。
図3(b)から(d)は、パッキング部材18を保持する溝を設ける位置の他の例である。図に示すようにパッキング部材18を保持する溝は、第一圧迫板1及び第一胸壁支持板2の嵌合部の様々な位置に設けることができる。
具体例として、第一圧迫板1を厚さ7mmのポリメチルペンテンポリマー、第一胸壁支持板2を厚さ3mmのタングステンカーバイトで構成する場合を考える。パッキング部材18のつぶし率は概25%程度、パッキング部材18を保持する溝への充填率は概80%程度に設定することが好ましい。第一圧迫板1の凸部の高さを2mm、幅を3.5mm、パッキング部材18を直径1mmのシリコーンゴムで構成すると、上述の条件を満たすパッキング部材を保持する溝を設けることができる。
図4(a)から(d)は、第一圧迫板1と第一胸壁支持板2の接合部の変形例である。図3(a)から(d)では第一圧迫板1に凸部を設けているが、第一圧迫板1に凹部を設け第一胸壁支持板2に凸部を設けることもできる。
第一圧迫板支持基台3、第二圧迫板支持基台6、第一軸受ハウジング9、第二軸受ハウジング10を構成する材料は、アルミニウム、鉄、ステンレスなどを用いると良い。
主軸7は、円柱形状の鋼材の表面を硬化処理した部材で構成される。軸受8は、被検者Eの体重がかかっても滑らかに摺動できるリニアブッシュや固体軸受などで構成すると良い。また、スクリュー11及び第二軸受ハウジング10に設けられたナットは低摩擦で駆動可能なボールねじで構成すると良い。また、モーター12は、DCモーター、ACモーター、ステッピングモーター、などを用いることができる。
超音波トランスデューサー13は、受信した弾性波による圧力変化を電気信号に変換する圧電効果を有する圧電素子をから構成され、複数個の圧電素子を図3に示すように略長方形に配置したものである。癌などの腫瘍の成長に伴う新生血管の形成は、腫瘍のサイズが2−3mm以上になる場合に増大することが知られている。このため圧電素子としては、光音響効果により数mm以下の光吸収体から発生した0.5MHz−数10MHzの弾性波の検出に適した、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)に代表される圧電セラミック材料を用いることが出来る。また、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できる。超音波トランスデューサー13はケーブルにより、電装ユニット400の信号処理装置に接続されている。
照明光学系14は、複数本の光ファイバーを束ねたもので構成される。光ファイバーの光射出端は、光ファイバーの配置を調整することにより、図3に示すような略長方形にしている。また、照明ユニット600の照明光学系も上述の照明光学系14と同等のものを用いている。
以上に説明したように、本実施例における乳房検査装置では、第一圧迫板1と第一胸壁支持板2が嵌合する接合部を設け、さらに接合部に弾性材料から成るマッチング液保持部材18を設けている。
このような構成により、音響マッチング液が、第一圧迫板の探触子側から被検体(乳房)側に移動することを防止できるので、被検者に音響マッチング液の付着による不快感を与えることがなくなる。また、超音波トランスデューサーを第一圧迫板の最上部まで走査しても液漏れのおそれがないため、走査対象の領域を広げられる。
さらに、接合部で嵌合構造をとることにより強度が増し、第一圧迫板1を薄くできるので、音響波の減衰を減らすことができる。これにより、高いSN比で信号を受信することができる。
また、強度が増すことにより第一胸壁支持板2を薄くできるので、デッドスペースを減らして測定範囲が広がり、胸壁付近の画像を取得するという効果も得られる。
100:測定ユニット,200:寝台ユニット,1:第一圧迫板,2:第一胸壁支持板,15,超音波トランスデューサー,18:パッキング部材

Claims (7)

  1. 被検者の体の一部である被検体を保持する被検体保持部材と、
    前記被検者を支持する支持部材と、
    前記被検体保持部材における前記被検体を保持する面とは異なる面に沿って移動する探触子と、
    前記被検体保持部材における前記探触子が移動する面に液体を供給する液体供給手段と、
    を有し、
    前記被検体保持部材と前記支持部材には互いに接触する接触部位があり、
    当該接触部位には、前記被検体保持部材における前記被検体を保持する面と前記探触子が移動する面との間で液体をシールする、シール部材が配置されている
    ことを特徴とする生体検査装置。
  2. 前記シール部材は、前記接触部位に設けられた溝に配置される弾性材料からなる部材である
    ことを特徴とする請求項1に記載の生体検査装置。
  3. 前記接触部位は、前記支持部材に設けられた凹部に前記被検体保持部材の凸部が嵌合することにより形成されており、前記溝は、前記凹部における前記凸部と接触する面、または前記凸部における前記凹部と接触する面に設けられる
    ことを特徴とする請求項2に記載の生体検査装置。
  4. 前記接触部位は、前記被検体保持部材に設けられた凹部に前記支持部材の凸部が嵌合することにより形成されており、前記溝は、前記凹部における前記凸部と接触する面、または前記凸部における前記凹部と接触する面に設けられる
    ことを特徴とする請求項2に記載の生体検査装置。
  5. 前記液体供給手段は、前記探触子と前記被検体保持部材の間に音響マッチング液を供給する
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の生体検査装置。
  6. 前記探触子は、光を照射された前記被検体から発生する弾性波を受信する
    ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の生体検査装置。
  7. 前記探触子は、当該探触子から送信され前記被検体で反射した弾性波を受信する
    ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の生体検査装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105686799A (zh) * 2014-12-09 2016-06-22 佳能株式会社 声学成像装置

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