JP2016034435A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のトランスデューサを備えるトランスデューサアレイによって受信した音響波に由来する電気信号を良好に処理する。【解決手段】被検体から伝播する音響波を受信して電気信号を出力する複数のトランスデューサと、複数のトランスデューサの少なくとも一部の指向軸が集まるように支持する支持体と、電気信号を処理する処理し、処理された電気信号を用いて被検体内の特性情報を取得する処理手段を有し、複数のトランスデューサはそれぞれ、複数のサブトランスデューサを含んでおり、処理手段は、１つのトランスデューサに含まれる複数のサブトランスデューサのそれぞれから出力された電気信号の波形を比較し、比較の結果に基づいて電気信号の処理を補正する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図５

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

超音波を受信して電気信号を出力する複数の音響波変換素子（トランスデューサ）を、１次元方向に配列した１Ｄトランスデューサアレイや、２次元方向に配列した２Ｄトランスデューサアレイを用いて測定対象の３次元形状を取得する超音波診断装置がある。
このようなトランスデューサアレイにより取得される信号を合成した場合、トランスデューサの配列方向、トランスデューサ間の距離（ピッチ）、および、各トランスデューサを設置する向きに応じて、合成した３次元形状の解像度や感度に特徴が生じる。

特許文献１には、半球状の容器にアレイ状に配列された複数のトランスデューサを配置した光音響画像診断装置が開示されている。このような半球状の容器にトランスデューサを多数配置し、整合層を介して、トランスデューサから少し離れた半球中心付近の被検体を測定することは、さまざまな方向からの被検体の情報を得る点で好適である。さまざまな方向からの測定のためには、トランスデューサを半球状の容器に分散配置することが好ましい。しかしながら、トランスデューサを分散して配置する場合、個々のトランスデューサの機械加工精度により設置角度がばらばらになる可能性が高い。ところが特許文献１には、個々のトランスデューサの角度調整や指向性のばらつきが画質に及ぼす影響について開示されていない。

特許文献２には、２Ｄアレイ振動子を備えた超音波診断装置が開示されている。特許文献２では、サブアレイでサブ整相加算を行い、サブアレイを完全にそろえるのではなく、一部に不揃いの部分を恣意的に生じさせることにより、サイドローブを低減と感度向上を図っている。しかしながら、遅延量は制御されておらず、また、微小設置角度の検出や角度方向の感度向上も行われていない。

米国特許第６２１６０２５号明細書 特開２０１１−５０４８８号公報

複数のトランスデューサを備えたトランスデューサアレイ装置において、各トランスデューサが分散して設置される場合、トランスデューサの設置精度が低下する可能性がある。これを避けて設置精度を向上させるためには、角度微調整のための機構や冶具が必要であり、費用と手間が増大する。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のトランスデューサを備えるトランスデューサアレイによって受信した音響波に由来する電気信号を良好に処理することにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体から伝播する音響波を受信して電気信号を出力する複数のトランスデューサと、
前記複数のトランスデューサの少なくとも一部のトランスデューサの指向軸が集まるよ
うに前記複数のトランスデューサを支持する支持体と、
前記電気信号を処理し、前記処理された電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する処理手段と、
を有し、
前記複数のトランスデューサはそれぞれ複数のサブトランスデューサを含んでおり、
前記処理手段は、１つの前記トランスデューサに含まれる前記複数のサブトランスデューサのそれぞれから出力された前記電気信号の波形を比較し、当該比較の結果に基づいて前記電気信号の処理を補正する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、複数のトランスデューサを備えるトランスデューサアレイによって受信した音響波に由来する電気信号を良好に処理できる。

実施例１の光音響撮像装置の全体構成を示す図 実施例１のトランスデューサアレイ装置の構成を示す図 実施例１のトランスデューサの設置角度を示す図 実施例１のトランスデューサの設置角度の詳細を示す図 実施例１のトランスデューサと出力回路の構成を示す図 実施例１のトランスデューサの設置角度を検出するための構成を示す図 実施例１の設置角度ずれを検出する方法のフローチャート 実施例１の遅延回路出力信号波形と比較回路出力信号波形を示す図 実施例１の遅延回路に遅延を設定した場合を示す図 実施例２のトランスデューサと出力回路の構成を示す図 実施例２の遅延回路出力信号波形と信号合成回路出力信号波形を示す図 実施例２の遅延回路に遅延を設定した場合を示す図

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、形状およ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。

本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。本発明はまた、音響波測定装置やその制御方法としても捉えられる。

本発明の被検体情報取得装置は、被検体に光（電磁波）を照射し、光音響効果に従って被検体内または被検体表面の特定位置で発生して伝播した音響波を受信（検出）する、光音響トモグラフィ技術を利用した装置を含む。このような被検体情報取得装置は、光音響測定に基づき被検体内部の特性情報を画像データ等の形式で得ることから、光音響撮像装置や、光音響画像形成装置と呼べる。

光音響装置における特性情報は、光照射によって生じた音響波の発生源分布、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を示す。具体的には、酸化・還元ヘモグロビン濃
度分布や、それらから求められる酸素飽和度分布などの血液成分分布、あるいは脂肪、コラーゲン、水分の分布などである。また、特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。

本発明の被検体情報取得装置には、被検体に超音波を送信し、被検体内部で反射した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置を含む。このような超音波エコー技術を利用した装置の場合、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。

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。探触子により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼び、光音響波に由来する音響信号を特に光音響信号と呼ぶ。
本発明における被検体としては、生体の乳房が想定できる。ただし被検体はこれに限られず、生体の他の部位や、非生体材料の測定も可能である。

［実施例１］
図１は本発明のトランスデューサアレイ装置７を用いた光音響撮像装置１の全体構成を示した図である。
図１の光音響撮像装置１は、主な構成要素として、光源３、光音響計測センサ８、光音響信号計測手段９、光音響信号処理手段１０、表示手段１１を含む。また、符号２は保護筺体、符号４は光照射手段、符号１２は乳房挿入孔、符号１３はコントローラである。
光音響断層画像を撮像する対象となる被検体５は、保護筐体２に開いた乳房挿入孔１２から挿入される。

光音響計測センサ８は、半球の容器状の部材である。
また、光照射手段４は、光源３から伝送された８００ｎｍ付近の近赤外波長のレーザ光を半球の中心方向へ向けて照射するように、半球容器内部に設置された光学部材である。
また、トランスデューサアレイ装置７は、複数のトランスデューサが半球容器内部から伝播する音響波を受信できるように配置された部材である。各トランスデューサは、半球の中心と当該トランスデューサを結ぶライン上に指向軸（受信感度の高い方向）を持つように配置される。これにより、音響波検出の焦点が半球容器の中心部になり、半球中心付近が高解像度で撮像できる領域となる。したがって多くの場合、各トランスデューサの指向軸の方向は、設置位置における接平面の法線方向となる。

光音響計測センサ８の半球内において、被検体５とトランスデューサアレイ装置７との間は音響インピーダンスを整合する整合層６（不図示）で満たされている。ここでは、被検体５は乳房、整合層６は水とする。

トランスデューサアレイ装置７の各トランスデューサによって検出されてアナログ信号に変換された光音響波は、光音響信号計測手段９に送られる。光音響信号計測手段９はオペアンプとＡＤコンバータ等を備えており、アナログ信号に対して増幅処理やデジタル変換処理を施す。

デジタル信号は光音響信号処理手段１０に送られ、様々なデータ処理を施される。すなわち、積算処理や記録処理、断層画像への変換処理や、フィルタ補正逆投影法（フィルタードバックプロジェクション法）などの再構成処理などである。画像化された光音響波信号は、表示手段１１に断層画像として表示される。表示手段１１には液晶ディスプレイなど任意の表示装置を利用できる。また表示手段は本発明の装置において必須ではなく、生
成した特性情報を画像データ等の形式で記憶装置に格納するだけでも良い。
光音響信号処理手段１０は処理手段であり、ＣＰＵ、メモリ、ユーザインタフェースなどを備えてプログラムに従って動作する、ＰＣやワークステーションなどの情報処理装置によって構成される。

図２は、本発明のトランスデューサアレイ装置７の構造について説明する図である。トランスデューサアレイ装置７は、光音響計測センサ８内に設置されており、半球の容器形状の支持体８０の内部に、半球中心８３に向けてトランスデューサアレイ装置７を構成する各々のトランスデューサが設置される。

なお、支持体８０の形状は半球に限られず、球冠形状、楕円体の一部分を切り取った形状、複数の平面または曲面を組み合わせた形状などでも良い。複数の音響検出素子の少なくとも一部の音響検出素子の指向軸が集まるように、複数の音響検出素子を支持できる形状であれば良い。
各トランスデューサを配置する際には、特定の領域に所望の高分解能領域を形成できるのであれば、必ずしも各トランスデューサの最も感度の高い方向が交わらなくてもよい。また、支持体により支持された複数のトランスデューサの少なくとも一部が特定の領域に向いていればよい。

さらに本発明は、平板状ではなく湾曲した形状の支持体にトランスデューサを設置するような音響波測定装置全般に適用できる。すなわち、湾曲部を持つ支持体にトランスデューサを設置するときは、平板状支持体に比べて指向軸の方向がずれやすいが、本発明の方法でずれ角を検出して信号を適切に補正可能となる。

光音響装置は、支持体の被検体に対する相対的な位置を移動させるための走査手段を備えてもよい。支持体をトランスデューサごと走査すると、被検体の様々な位置からの音響波を取得できるので、音響信号のＳＮ比や再構成画像の画質を向上させられる。走査の方向は、例えば縦横方向や渦巻状が好適である。トランスデューサを支持体に疎らに、かつらせん状に配置する場合、渦巻状の走査は特に有効である。

支持体８０は、例えばアルミのように機械的強度が高い部材で構成することが好ましい。また、整合層６が支持体８０の外側に漏れ出ないようにするためのシール部材を設けることが好ましい。また、支持体８０の上部に、被検体５を保持する部材を設けても良い。保持部材はカップ状やお椀状が好適であり、照射手段からの光や被検体内部からの光音響波に対して透過性を持つことが望ましい。

支持体８０の半球容器には円形のトランスデューサ設置用穴８２が開けられており、その穴の中には円柱状のトランスデューサ支持構造体８１が配置されている。トランスデューサ７１は、円柱の一方の底面に固定される。
トランスデューサ７１は、音響波を電気信号に変換する素子である。素子を構成する部材として、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利用できる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、ｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）などの静電容量型の素子を使用できる。

図２において、トランスデューサ７１の設置角度は、設計値に対して、トランスデューサ設置用穴８２の機械加工精度、およびトランスデューサ支持構造体８１内でトランスデューサ７１を固定する機械加工精度等に起因する微小なずれを持つ。その結果、各トランスデューサの指向軸が半球中心８３から微小にずれる。また、支持体８０やトランスデュ
ーサ支持構造体８１の熱膨張等によっても設置角度が微小に変化する。

図２は、半球の支持体８０をある方向に切断した断面図であって、その断面に沿って各トランスデューサを配置した箇所のみ図示しているが、半球容器内の他の方向にもトランスデューサは配置されている。支持体８０内におけるトランスデューサの配置の仕方は様々である。例えば特許文献１ではらせん状配置として、さまざまな方向から被検体の情報を得ている。
特許文献１ではまた、やや疎らにトランスデューサを配置して、素子数を必要十分な数として、システムを安価に構築している。このようにトランスデューサを分散配置した場合、個々のトランスデューサの設置角度ずれが画質に与える影響が相対的に大きくなる。そのため、均一で高品質な画像を得るためには、これらの角度ばらつきによる影響を抑えることが重要である。

図３は、ある１つのトランスデューサの設置角度ずれについて説明する図である。図４は、図３の設置角度ずれに関連する各寸法を説明する詳細図である。
図３において、半球中心８３とトランスデューサ７１との間の距離をｄ、センサ面が円形のトランスデューサ７１の半径をｒとする。また、トランスデューサ７１を設置した際の、半球中心８３に対するトランスデューサ７１の設置角度ずれをθとする。ずれ角θは、言い換えると、トランスデューサ７１の指向軸と、トランスデューサ７１と半球中心８３を結ぶラインのずれ角でもある。

図４において、半球中心８３に点音源がある場合を想定する。点音源からトランスデューサの上端と下端では距離が異なる。図３の場合、点音源から上端までの距離ｄ_１、および点音源から下端までの距離ｄ_２は、それぞれ以下の式（１）、式（２）で表される。

図５は、本発明のトランスデューサの構成の一例を示す図である。図５中、符号７１は図３のトランスデューサアレイ装置７が備えるトランスデューサのうちの１つであり、７１０、７２０，７３０，７４０の４つのサブトランスデューサから構成されている。ここでは便宜上７１０を上端側サブトランスデューサ、７２０を左端側サブトランスデューサ、７３０を右端側サブトランスデューサ、７４０を下端側サブトランスデューサと呼ぶ。

本実施例のトランスデューサは、静電容量型のｃＭＵＴを用いた素子である。ｃＭＵＴ型の素子は通常、１つの素子の中に、共通の電極に接続された複数のセルと呼ばれる太鼓状の空間を含んでいる。そして本実施例では、１つの円形のトランスデューサを円の中心を通る２本の９０度に交差した直線で上・下・左・右の４つのサブトランスデューサに分割している。そして、各サブトランスデューサは電気的に独立して動作することも可能であり、４つ合わせて１つの素子として振る舞うことも可能である。なお、分割数や、分割方法については本実施例に制限されるものではない。
また、静電容量型ではない素子、例えば圧電素子を用いた場合でも、同様に受信領域をサブトランスデューサに分割してそれぞれ配線を設けることができる。これにより各サブトランスデューサから独立に信号を受信することも、トランスデューサ単位で一まとめに信号を取り扱うこともできる。

図５中、符号７１１は、サブトランスデューサ７１０の出力信号を所望の信号に変換する変換回路である。符号７２１，７３１，７４１は同様に、サブトランスデューサ７２０，７３０，７４０の出力信号を所望の信号に変換する変換回路である。サブトランスデューサがｃＭＵＴ型の素子であれば、その出力信号は電流信号であるので、各変換回路は、この電流信号を電圧信号に変換する公知のオペアンプを用いた電流・電圧変換回路により構成できる。

図５中、符号７１２は、変換回路７１１の出力信号に、設定手段７５によってあらかじめ設定された量の遅延を加える遅延回路である。設定手段７５はコントローラ１３によって設定することが可能である。符号７２２，７３２，７４２は同様に、変換回路７２１，７３１，７４１の各出力信号に設定手段７５によってあらかじめ設定された量の遅延を加える遅延回路である。遅延回路は、１ｎｓ，２ｎｓ，４ｎｓ，８ｎｓ，１６ｎｓ，３２ｎｓ，…と２の階乗の単位時間の遅延量をもつ遅延回路と、どの経路を選択するかを切り替えるアナログスイッチ回路によって構成された遅延回路である。各遅延回路の配線長をそれぞれ変えることで、配線遅延による遅延回路を実現できる。ここでは、配線遅延による遅延回路を例に挙げたが、バッファＩＣ等の回路遅延による遅延回路であってもよい。

図５中、符号７６０は、遅延回路７１１および７４１の出力値を比較する上下比較回路である。符号７６１は、遅延回路７２１および７３１の出力値を比較する左右比較回路である。例えば、上下比較回路および左右比較回路はオペアンプを用いた比較回路（コンパレータ）と、比較結果をピークホールド検出するピークホールド回路、ピークホールド検出した電圧を測定するＡ／Ｄコンバータ回路から構成できる。
ここでは、上下比較回路のコンパレータは、＋側入力を上端側サブトランスデューサ７１０側の遅延回路７１２に接続し、−側入力を下端側サブトランスデューサ７４０側の遅延回路７４２に接続するものとする。同様に左右比較回路のコンパレータは、＋側入力を左端側サブトランスデューサ７２０側の遅延回路７２２に接続し、−側入力を右端側サブトランスデューサ７３０側の遅延回路７３２に接続するものとする。

図５中、符号７７０は、上下比較回路７６０の結果から、上下角度差を判定する上下角度差判定手段である。同様に符号７７１は、左右比較回路７６１の結果から、左右角度差を判定する左右角度差判定手段である。
ここでは、上下比較回路７６０の出力の絶対値が、しきい値を超えると、上下の波形に差異があることを示す。より詳細には、＋側のしきい値を超える場合、上端側サブトランスデューサの波形が早く、下端側サブトランスデューサの波形が遅いことを意味する。また、−側のしきい値を超える場合、上端側サブトランスデューサの波形が遅く、下端側サブトランスデューサの波形が早いことを意味する。上下比較回路７６０の出力の絶対値がしきい値以下の場合、上端側トランスデューサの波形と、下端側トランスデューサの波形の時間差が少ないことを示す。

図５中、符号７８は信号合成回路である。信号合成回路７８としては、例えばアナログ加算回路を利用できる。

以下、図６〜図９を用いて、角度ずれの検出方法を説明する。
図６は、トランスデューサの設置角度ずれを検出するために、半球中心８３に点音源となる球形の吸収体８４を設置した場合の構成について説明する図である。ここで、トランスデューサ支持構造体８１にはトランスデューサ７１が含まれている。
図７は、トランスデューサの設置角度ずれを検出する方法のフローチャートである。
図８は、上端側サブトランスデューサ７１０の遅延回路７１２の出力信号波形と、下端側サブトランスデューサ７４０の遅延回路７４２の出力信号波形と、上下比較回路７６０
の出力信号波形の例である。
図９は、図８の場合に加えて遅延時間を与えた場合の波形を示す図である。すなわち、上端側サブトランスデューサ７１０の遅延回路７１２に３４ｎｓの遅延を追加した場合の遅延回路７１２の出力信号波形と、下端側サブトランスデューサ７４０の遅延回路７４２の出力信号波形と、上下比較回路７６０の出力信号波形の例である。また、比較対象となる図８の波形を破線で示す。

図７のフローに沿って各ステップを説明する。
（ステップＳ１）
トランスデューサが音響波の検出を開始する。音響波に由来するデジタルの電気信号が得られたら、ステップＳ２へ進む。
（ステップＳ２）
遅延回路に遅延量の初期値を設定する。ステップＳ３へ進む。

（ステップＳ３）
光照射手段４から被検体５にパルスレーザを照射する。ステップＳ４へ進む。
（ステップＳ４）
点音源である吸収体８４で光が吸収され、光音響波が発生する。ステップＳ５へ進む。（ステップＳ５）
光音響波がトランスデューサ７１に届く。サブトランスデューサはそれぞれ検出した光音響波に対する信号を出力し、遅延回路を経由して上下比較回路および左右比較回路で信号が比較される。

（ステップＳ６）
上下角度差判定手段７７０は、上下比較回路７６０の出力信号にしきい値より大きい出力があるかどうかを確認する。同様に、左右角度差判定手段７７１は、左右比較回路７６１の出力信号にしきい値より大きい出力があるかどうかを確認する。しきい値より大きい出力がある場合はステップＳ８へ進む。出力がしきい値以下である場合はステップＳ７へ進む。
（ステップＳ７）
コントローラ１３は、各遅延回路に設定されている遅延量を確認する。この遅延量が、上下方向および左右方向の角度ずれによって生じる遅延に近似できる。ステップＳ９に進む。

（ステップＳ８）
上下比較回路または左右比較回路の出力にしきい値以上の差があるため、コントローラ１３は、遅延回路に設定する遅延量を調整する。
上下比較回路出力が正で、しきい値以上の差がある場合、上端側サブトランスデューサの波形が早く、下端側サブトランスデューサの波形が遅い場合であるので、上端側サブトランスデューサ７１０に接続される遅延回路７１２の遅延量を増やす。
上下比較回路出力が負で、しきい値以上の差がある場合、上端側サブトランスデューサの波形が遅く、下端側サブトランスデューサの波形が早い場合であるので、下端側サブトランスデューサ７４０に接続される遅延回路７４２の遅延量を増やす。

左右比較回路出力が正で、しきい値以上の差がある場合、左端側サブトランスデューサの波形が早く、右端側サブトランスデューサの波形が遅い場合であるので、左端側サブトランスデューサ７２０に接続される遅延回路７２２の遅延量を増やす。
左右比較回路出力が負で、しきい値以上の差がある場合、左端側サブトランスデューサの波形が遅く、右端側サブトランスデューサの波形が早い場合であるので、右端側サブトランスデューサ７３０に接続される遅延回路７３２の遅延量を増やす。
以上のように遅延量が決定したら、ステップＳ３に進む。

（ステップＳ９）
ステップＳ７で検出した遅延量で設置角度ずれ検出を終了する。ステップＳ８において調整済みの場合、この調整値が遅延量となる。

以下、図４〜図９を参照して、トランスデューサの設置角度ずれを検出する方法について具体的に説明する。

例えば、図４において、半球中心８３とトランスデューサ７１との間の距離ｄ＝１２０ｍｍ、半径３０ｍｍのトランスデューサ７１の上下方向の設置角ずれがθ＝１度とする。なお説明を簡便にするため、左右方向には設置角度ずれがないものとする。この場合、半球中心からトランスデューサ７１の上端と下端それぞれまでの距離は、ｄ_１＝１２０．０３５５４８ｍｍ、ｄ_２＝１１９．９８３１９５ｍｍとなる。したがって、トランスデューサ７１の上端と下端では、点音源からの距離はｄ_１−ｄ_２＝５２．４μｍだけ異なる。トランスデューサ付近の音速（整合層である水の音速）を１５００ｍ／ｓとすると、５２．４μｍの距離差は、３４．９ｎｓの時間差（Δｔ＝３４．９ｎｓ）に相当する。

以下、図７のフローチャートにしたがって、上下方向の設置角度ずれを検出する方法を説明する。
（ステップＳ１）
検出開始し、ステップＳ２へ進む。
（ステップＳ２）
遅延回路に遅延量の初期値（上端側遅延回路７１２に遅延量の初期値（ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝０）、下端側遅延回路７４２に遅延量の初期値（ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝０））を設定する。ステップＳ３へ進む。

（ステップＳ３（１回目））
光照射手段４からパルスレーザを照射する。ステップＳ４へ進む。
（ステップＳ４（１回目））
点音源である吸収体８４で光が吸収され、光音響波が発生する。ステップＳ５へ進む。（ステップＳ５（１回目））
光音響波がトランスデューサ７１に届く。サブトランスデューサはそれぞれ検出した光音響波に対する信号を出力し、遅延回路を経由して上下比較回路および左右比較回路で信号が比較される。

（ステップＳ６（１回目））
上下角度差判定手段７７０は、上下比較回路７６０の出力信号にしきい値（５００ｍＶ以上または−５００ｍＶ以下）より絶対値で大きい出力があるかどうかを確認する。ここで３４．９ｎｓの遅延差の場合、上下比較回路７６０の出力信号は、−１．６Ｖある。よって上下角度差判定手段７７０は、しきい値以上の差だと判定して、ステップＳ８へ進む。

（ステップＳ８（１回目））
上下比較回路の出力にしきい値以上の差（−１．６Ｖ）があるため、遅延回路に設定する遅延量を調整する。この例では、上下比較回路出力が負で、しきい値以上の差があり、上端側サブトランスデューサの波形が遅く、下端側サブトランスデューサの波形が早い場合である。そこで設定手段は、下端側サブトランスデューサ７４０に接続される遅延回路７４２の遅延量ｔ_{ｄｅｌａｙ}を１ｎｓだけ増やす。ステップＳ３に進む。
なお、処理の効率化の観点から、上下比較回路の出力差の絶対値から増やすべき遅延量
をあらかじめ見積もっておくことや、バイナリツリー探索アルゴリズム等を用いて遅延量加算と比較の繰り返しを早く収束させることも可能である。

（ステップＳ３（２回目））
光照射手段４からパルスレーザを照射する。ステップＳ４へ進む。
（ステップＳ４（２回目））
点音源である吸収体８４で光が吸収され、光音響波が発生する。ステップＳ５へ進む。（ステップＳ５（２回目））
光音響波がトランスデューサ７１に届く。サブトランスデューサはそれぞれ検出した光音響波に対する信号を出力し、遅延回路を経由して上下比較回路および左右比較回路で信号が比較される。

（ステップＳ６（２回目））
上下比較回路７６０の出力信号にしきい値（５００ｍＶ以上または−５００ｍＶ以下）より絶対値で大きい出力があるかどうかを確認する。遅延差（Δｔ−ｔ_{ｄｅｌａｙ}）は３４．９ｎｓから３３．９ｎｓに減少しているが、上下比較回路７６０の出力信号は、−１．５Ｖあるため、しきい値以上の差があるので、ステップＳ８へ進む。

（ステップＳ８（２回目））
上下比較回路の出力にしきい値以上の差（＝−１．５Ｖ）があるため、遅延回路に設定する遅延量を調整する。
この場合、上下比較回路出力が負で、しきい値以上の差があり、上端側サブトランスデューサの波形が遅く、下端側サブトランスデューサの波形が早い。そこで、下端側サブトランスデューサ７４０に接続される遅延回路７４２の遅延量ｔ_{ｄｅｌａｙ}を１ｎｓだけ増やす（合計ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝２ｎｓの遅延となる）。ステップＳ３に進む。

（ステップＳ３（３回目））
光照射手段４からパルスレーザを照射する。ステップＳ４へ進む。
（ステップＳ４（３回目））
点音源である吸収体８４で光が吸収され、光音響波が発生する。ステップＳ５へ進む。（ステップＳ５（３回目））
光音響波がトランスデューサ７１に届く。サブトランスデューサはそれぞれ検出した光音響波に対する信号を出力し、遅延回路を経由して上下比較回路および左右比較回路で信号が比較される。

（ステップＳ６（３回目））
上下比較回路７６０の出力信号にしきい値（５００ｍＶ以上または−５００ｍＶ以下）より絶対値で大きい出力があるかどうかを確認する。遅延差（Δｔ−ｔ_{ｄｅｌａｙ}）が３４．９ｎｓから３２．９ｎｓに減少しているが、上下比較回路７６０の出力信号は、−１．４Ｖあるため、しきい値以上の差があるので、ステップＳ８へ進む。

（ステップＳ８（３回目））
上下比較回路の出力にしきい値以上の差（＝−１．４Ｖ）があるため、遅延回路に設定する遅延量を調整する。
この場合、上下比較回路出力が負で、しきい値以上の差があり、上端側サブトランスデューサの波形が遅く、下端側サブトランスデューサの波形が早い。そこで、下端側サブトランスデューサ７４０に接続される遅延回路７４２の遅延量ｔ_{ｄｅｌａｙ}を１ｎｓだけ増やす（合計ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝３ｎｓの遅延となる）。ステップＳ３に進む。
以下、ステップＳ３〜ステップＳ８を３１回繰り返す。この繰り返しの間に遅延量ｔ_{ｄｅｌａｙ}は処理開始から３３ｎｓだけ増やされている。

（ステップＳ３（３３回目））
光照射手段４からパルスレーザを照射する。ステップＳ４へ進む。
（ステップＳ４（３３回目））
点音源である吸収体８４で光が吸収され、光音響波が発生する。ステップＳ５へ進む。（ステップＳ５（３３回目））
光音響波がトランスデューサ７１に届く。サブトランスデューサはそれぞれ検出した光音響波に対する信号を出力し、遅延回路を経由して上下比較回路および左右比較回路で信号が比較される。

（ステップＳ６（３３回目））
上下比較回路７６０の出力信号にしきい値（５００ｍＶ以上または−５００ｍＶ以下）より絶対値で大きい出力があるかどうかを確認する。遅延差Δｔ−ｔ_{ｄｅｌａｙ}は３４．９ｎｓから１．９ｎｓに減少しているが、上下比較回路７６０の出力信号は、−０．６Ｖあるため、しきい値以上の差があるので、ステップＳ８へ進む。

（ステップＳ８（３３回目））
上下比較回路の出力にしきい値以上の差（−０．５５Ｖ）があるため、遅延回路に設定する遅延量を調整する。
この場合、上下比較回路出力が負で、しきい値以上の差があり、上端側サブトランスデューサの波形が遅く、下端側サブトランスデューサの波形が早い。そこで、下端側サブトランスデューサ７４０に接続される遅延回路７４２の遅延量ｔ_{ｄｅｌａｙ}を１ｎｓだけ増やす（合計ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝３４ｎｓの遅延となる）。ステップＳ３に進む。

（ステップＳ３（３４回目））
光照射手段４からパルスレーザを照射する。ステップＳ４へ進む。
（ステップＳ４（３４回目））
点音源である吸収体８４で光が吸収され、光音響波が発生する。ステップＳ５へ進む。（ステップＳ５（３４回目））
光音響波がトランスデューサ７１に届く。サブトランスデューサはそれぞれ検出した光音響波に対する信号を出力し、遅延回路を経由して上下比較回路および左右比較回路で信号が比較される。

（ステップＳ６（３４回目））
上下角度差判定手段７７０は、上下比較回路７６０の出力信号にしきい値（５００ｍＶ以上または−５００ｍＶ以下）より絶対値で大きい出力があるかどうかを確認する。遅延差Δｔ−ｔ_delayは３４．９ｎｓから０．９ｎｓに減少しており、上下比較回路７６０の
出力信号は、−０．４９Ｖとなり、しきい値未満の差となったため、ステップＳ７へ進む。

（ステップＳ７（１回目））
各遅延回路に設定されている遅延量を確認する。ここでは、上下方向の遅延量が３４ｎｓに設定されたことが確認でき、この遅延量が、上下方向の角度ずれによって生じる遅延に近似できる。ステップＳ９に進む。
（ステップＳ９）
ステップＳ７で検出した遅延量（ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝３４ｎｓ）で設置角度ずれ検出を終了する。
以上のようにして、ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝３４ｎｓの遅延量が検出された。

上下比較回路７６０の出力信号がしきい値未満の差になった場合、以下の式（３）が成
り立つ。

上端側トランスデューサと下端側トランスデューサの間の距離を音波が到達する時間と考え、式３とあわせると、以下の式（４）が成り立つ。

トランスデューサ付近の音速（ｖ＝１５００ｍ／ｓ）と、前述の式（１）〜式（４）から、式（５）のように設置角度ずれθが求められる。

式（５）から、ｄ＝１２０ｍｍ，ｒ＝１．５ｍｍ，ｖ＝１５００ｍ／ｓ，ｔ_{ｄｅｌａｙ}＝３４ｎｓのとき、θ＝０．９７度と計算できる。

本実施例では、遅延回路の単位遅延の設定精度が１ｎｓ単位であり、この精度が設置角度ずれθの計算精度となっている。式（３）の近似により、Δｔとｔ_{ｄｅｌａｙ}の差が少なくなるように遅延量の精度を高めれば、設置角度ずれθの精度も高くなる。
本実施例では上下端の出力信号の時間差をもとにして設置角度の上下角のずれを計算する例について説明した。左右方向についても、同様に左右端の出力信号の時間差をもとにして設置角度の左右角のずれを計算できる。

以上のように、実施例１に従えば、サブトランスデューサ間の出力信号の時間差の有無を比較回路出力から検出して、追加遅延量を調整することを繰り返すことによって、サブトランスデューサ間の時間差（遅延量）を求め、設置角度のずれを算出できる。
その結果、各トランスデューサの指向軸の方向が正確に分かるため、特性情報を取得するために画像再構成を行うときに、関心領域に対応する正しい光音響信号を選択できる。したがって、トランスデューサの設置位置ずれに起因する画質の低下を抑制し、良好な画像を生成できる。

ここで、被検体を実際に測定する場合には、遅延量設定を初期値に戻した上で、被検体を測定する。そして、測定して得た全トランスデューサの信号を元に、フィルタ補正逆投影法（フィルタードバックプロジェクション法）などの公知の再構成計算時に、先ほど求めた各トランスデューサの微小な設置角度ずれの情報を、微小角度補正項として利用する。これにより、再構成計算の精度、ひいては３次元断層画像の画質を向上させることができる。

ここで、デジタル信号を保存し、画像再構成に利用する際には、トランスデューサ単位で信号を取り扱うことが望ましい。本発明の形態ではサブトランスデューサ単位に配線が設けられて信号を取得できる。しかし、音響波を検出して信号強度として保存する際には、１つのトランスデューサに含まれる複数のサブトランスデューサからの信号を加算するなどして一まとめに取り扱う。

上で説明したようなトランスデューサの位置・角度検出処理は、必ずしも被検体測定ご
とに行う必要はない。例えば機器の出荷時や設置時、初回使用時において、キャリブレーションの一つの項目として行ってもよい。また、装置を一定期間使用する度に行ったり、一定回数使用する度に行ったりしてもよい。

なお、本実施例では、上下比較回路７６０や左右比較回路７６１、上下角度差判定手段７７０および左右角度差判定手段を含む装置として説明した。しかし、トランスデューサ製造時にのみ、調整用の冶具としてこれらの比較回路を付加して微小角度を測定することも可能である。
また、上下角度差判定手段７７０や左右角度差判定手段７７１はピークホールド回路とＡ／Ｄコンバータ回路からなる。しかし、信号合成回路７８と光音響信号計測手段９の間にアナログスイッチを設け、設置角度ずれ検出を行う場合には設置角度ずれ検出モードとして光音響信号計測手段９のＡ／Ｄコンバータを流用することも可能である（図１０）。

［実施例２］
実施例１では、１つのトランスデューサ内の上下のサブトランスデューサ間の信号出力時間差から、トランスデューサの設置角度ずれを算出する方法および、算出した設置角度ずれを再構成計算時に補正する方法について述べた。そして、測定時には遅延量設定を初期値に戻して測定する例であった。
実施例２では、測定時に、遅延量設定を初期値に戻さず、検出した遅延量だけの遅延を遅延回路に設定した上で、測定する例について述べる。

本実施例では、遅延量の検出方法は実施例１と同様であるが、遅延回路に検出した遅延量が設定されたままで実際の測定を行うため、サブトランスデューサ間の遅延が実際よりも少なくなり、信号合成回路７８の出力ピーク値は高くなる。これは、トランスデューサが本来想定した向きで感度が高くなるように補正される効果を得ることを意味する。

図１１は、実施例１の図７の場合の上端側遅延回路７１１と下端側遅延回路７４１の信号を、信号合成回路７６０で合成した出力信号波形の例である。
図１２は、実施例１の図８と同様に設置角度ずれθ＝１度の場合に、下端側遅延回路７４１に３４ｎｓの遅延を追加した際の、上端側遅延回路７１１と下端側遅延回路７４１の信号を信号合成回路７６０で合成した出力信号波形の例である。図１２の破線は、遅延を追加する前の信号波形で、図１１の信号波形である。
図１２を見てわかるとおり、信号合成回路７８の出力はピークが向上している。これは、本来想定した向きでの感度が向上することを意味する。

すなわち、実施例２の場合は、再構成時に設置角度ずれの情報を用いずとも、微小角度ずれによる感度低下はトランスデューサ側で補正される。その結果、再構成時の補正計算の手間が不要となる。
以上のように、実施例２に従えば、トランスデューサが微小角度ずれを持って設置された場合であっても、微小角度ずれによる感度低下を補正できる。

７１：トランスデューサ
７１０，７２０，７３０，７４０：サブトランスデューサ
７５：設定手段
７８：信号合成回路
８０：支持体
９：光音響信号計測手段
１０：光音響信号処理手段

Claims (12)

1. 被検体から伝播する音響波を受信して電気信号を出力する複数のトランスデューサと、
   前記複数のトランスデューサの少なくとも一部のトランスデューサの指向軸が集まるように前記複数のトランスデューサを支持する支持体と、
   前記電気信号を処理し、前記処理された電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する処理手段と、
   を有し、
   前記複数のトランスデューサはそれぞれ複数のサブトランスデューサを含んでおり、
   前記処理手段は、１つの前記トランスデューサに含まれる前記複数のサブトランスデューサのそれぞれから出力された前記電気信号の波形を比較し、当該比較の結果に基づいて前記電気信号の処理を補正する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記処理手段は、１つの前記トランスデューサに含まれる前記複数のサブトランスデューサのそれぞれから出力された前記電気信号の波形の時間差を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
3. 前記処理手段は、前記時間差に基づいて前記トランスデューサが前記支持体に設置されたときの角度ずれを検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記処理手段は、前記時間差に基づいて前記トランスデューサの指向軸の設計値からの角度ずれを検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記処理手段は、前記特性情報を取得するときに、前記角度ずれの値を用いた補正を行う
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記複数のサブトランスデューサごとに前記時間差を補正する遅延回路をさらに有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記トランスデューサは、複数のセルを含む静電容量型の素子であり、
   前記複数のサブトランスデューサはそれぞれ、複数の前記セルにより構成される
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記複数のトランスデューサはそれぞれ、圧電素子であり、
   前記複数のサブトランスデューサはそれぞれ、前記電気信号を出力する配線を有している
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記処理手段は、前記トランスデューサ単位で前記電気信号に対する処理を行って前記特性情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記複数のトランスデューサは、前記支持体に疎らに配置されている
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 光源と、
    前記支持体に設置され、前記光源からの光を照射する照射手段と、
    をさらに有し、
    前記音響波は、前記光を照射された前記被検体から伝播する光音響波である
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記特性情報を表示する表示手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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