JP2016055159A - 被検体情報取得装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また送受信が可能な音響波検出素子を利用して、被検体に音響波を送信し、反射した音響波を受信することで被検体の情報を取得する音響装置が知られている。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、水に親水性を有する溶質を添加してなるとともに被検体から発生する音響波を伝播するマッチング液と、前記マッチング液を介して前記音響波を受信する複数の音響波検出素子と、前記複数の音響波検出素子の少な
くとも一部の音響波検出素子の指向軸が集まるように、前記複数の音響波検出素子を支持するとともに、前記マッチング液を保持する支持体と、前記被検体と前記支持体との位置関係を変化させる位置制御部と、前記複数の音響波検出素子の前記位置関係毎の受信結果に基づいて前記被検体についての特性情報を取得する取得部とを備える被検体情報取得装置である。
本発明のさらなる特徴は、以降の実施例の記載と添付された図面により明らかになるであろう。
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、被検体についての特性情報である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。また、被検体に光或いは電磁波を照射することにより被検体内で発生し、伝播する音響波を受信して、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。後者の光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、光照射によって伝播する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。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等である。
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と一般に呼ばれるものを含む。光音響効果により発生し、伝播する音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。音響波検出素子は、被検体内で発生または反射した音響波を受信する。
また、ここでは音響波検出素子の最も受信感度の高い方向に沿ってその音響波検出素子を始点として伸びる軸を指向軸と呼ぶ。また、ここでは音響波検出素子の受信感度がその音響波検出素子の向きに依存する性質を指向性と呼ぶ。
図1は、本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の実施例1を示す模式図である。図1(a)は、本実施例の被検体情報取得装置(以下「装置」と略称する)1000を示す斜視図であり、図1(b)は、本実施例の装置1000を示す断面図である。本実施例の装置1000はベッドユニット100、測定ユニット200、マッチング液循環ユニット400、コンピュータ500、およびモニタ600をベースに構成される。
ベッドユニット100は被検者をうつ伏せ(伏臥位)に載せるためのユニットである。ベッドユニット100は、被検者の体勢を維持する支持部材である寝台110と、寝台を支える寝台支柱120、ベース130から構成されている。寝台110には、乳房等の被検体1を挿入するための開口111が設けられている。開口111には、挿入された被検体1を保持するカップ112が備えられている。カップ112は被検体1との音響インピーダンス(1.5〜1.6×106kg/m2sec)が略等しく、更に光音響効果を利用した装置においては光の透過率が高い(好ましくは90%以上)部材を用いることが好ましい。これに該当する具体的な材料としては、ポリメチルペンテン、PET、ポリカーボネート、エラストマー等がある。カップ112の厚みは、超音波の減衰が低減できるように薄いものが良い。また、測定の際には、被検体1とカップ112の音響整合を取るために、すなわち、被検体1とカップ112とを音響結合するために、カップ112にジェルや水等のマッチング液を入れることが好ましい。被検体1を保持する保持部材は、カップ形状の他、シート状のフィルムやゴムシート等も適用できる。なお、これに限られずこのカップ112等の保持部材なしで直接的に開口111から被検体1を挿入して光音響測定を行なうようにしてもよい。
測定ユニット200は被検体1を伝播する音響波を検出する音響波検出手段であり、被検体1に対して光を照射し、被検体1から発生する超音波を音響波検出部220で受信するユニットである。なお、音響波検出部220は、複数の音響波検出素子223が支持体222に略半球面形状に沿って保持されて形成されている。測定ユニット200は、被検体1へ光を照射する光照射部210、被検体1からの超音波を受信する略半球面形状の音響波検出部220、光照射部210及び音響波検出部220を2次元走査するための走査ステージ230で構成されている。
マッチング液循環ユニット400は、音響波検出部220とトレイ221にマッチング液を供給、排出するためのユニットである。なお、このマッチング液には、光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する油等(溶媒に対応する)や水にこれらより親水性の高い(水の場合は親水性を有する)界面活性剤(溶質に対応する)を添加し、撹拌してなる溶液を用いるのが好適である。マッチング液循環ユニット400は、タンク401、ポンプ403、チューブ404、流量計405により構成される。タンク401はマッチング液を蓄えておくためのタンクである。ポンプ403は、音響波検出部220とトレイ221にマッチング液を供給するためのものであり、マッチング液の流量は流量計405で検知することが可能である。なお、この流量計405は、後述の供給経路内に設けられている。マッチング液の流量は、流量計405の不図示の表示部をユーザが直接見えるように配置しても良いし、流量を後述のモニタ600に表示させても良い。チューブ404は、タンク401、ポンプ403、供給継手270、排出継手271と結合されている。そして、ポンプ403により、音響波検出部220とタンク401のマッチング液の循環が可能になる。すなわち、このマッチング液の循環経路は、タンク401から供給継手270に至る供給経路と、排出継手271からタンク401に至る排出経路とからなる。流量の調節はユーザが流量を見ながら後述の入力部610での入力により、ポンプの駆動量を操作しても良い。また、操作者が流量値を入力し、流量計405からの流量の測定値をフィードバックし、その測定値と入力した流量値とを比較することにより、マッチング液の流量が入力した所定の流量値になるように負帰還制御を行うことで流量の自動調節を行っても良い。この負帰還制御は負帰還制御部が行う。この負帰還制御部は、演算部510に設けられても良いし、演算部510とは別に設けられても良いし、ロジックにより構成しても良いし、ソフトウェアにより構成しても良い。このようにしてマッチング液の流量を所定の流量になるように制御することで、マッチング液が音響波検出部220に供給される際にその供給の勢いによる音響波検出部220内での気泡の発生を低減することがで
きる。
コンピュータ500(取得部に対応する)は、演算部510および記憶部520を有している。演算部510は、典型的にはCPU、GPU、A/D変換器等の素子や、FPGA、ASIC等の回路から構成される。なお、演算部510は、1つの素子や回路から構成されるだけではなく、複数の素子や回路から構成されていてもよい。また、コンピュータ500が行う各処理をいずれの素子や回路が実行してもよい。記憶部520は、典型的にはROM、RAM、およびハードディスク等の記憶媒体から構成される。なお、記憶部520は1つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。演算部510は、後述する複数の音響波検出素子223から出力された電気信号(受信結果に対応する)に対して信号処理を施す。すなわち、この電気信号に対してA/D変換および増幅を行い、後段にその結果を送出する。また、制御部としての役割も有しており、装置1000の各構成の動作を制御する。また、コンピュータ500は、同時に複数の信号をパイプライン処理できるように構成されていることが好ましい。これにより、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することができる。なお、コンピュータ500が行うそれぞれの処理を、演算部510に実行させるプログラムとして記憶部520に保存しておくことができる。ただし、プログラムが保存される記憶部520は、非一時的な記録媒体である。
モニタ600は、コンピュータ500から出力される被検体情報を分布画像や特定の関心領域の数値データ等で表示する装置である。また、ユーザがコンピュータ500に所望の情報を入力するための入力部610を備えている。入力部610は、例えばキーボード、マウス、ダイヤル、およびボタン等で構成される。
products、JIS C 6802:レーザー製品の安全基準、FDA:21CFR Part 1040.10、ANSI Z136.1:Laser Safety
Standards」等が挙げられる。最大許容露光量は、単位面積あたりに照射することができる光の強度を規定している。このため被検体1の表面を広い面積で一括して光を照射することにより、多くの光を被検体1に導くことができる。そのため、光音響波を
高いSN比で受信することができる。その結果、光をレンズで集光させるよりもある程度の面積に広げる方が好ましい。
図2は、実施例1における音響波検出部の模式図である。図2(a)は、音響波検出部220の平面図であり、図2(b)は、図2(a)の切断線A−Aに沿った断面図である。音響波検出部220は、略半球面形状の支持体222と、この支持体222の内面に略半球面形状に沿って設けられている複数の音響波検出素子223とをベースに構成されている。そのように複数の音響波検出素子223を設けることで、それらの指向軸が略球面形状の曲率中心付近に集まる。その指向軸が集まっている領域からの音響波は高感度で受信することができる。そして、その高感度で受信できる領域に対応した被検体1と音響波検出素子223との位置関係毎に、複数の音響波検出素子223が光を照射して被検体1から発生し、伝播する音響波を受信する。被検体1と音響波検出素子223との位置関係は、被検体1と音響波検出部220との位置関係が決まれば必然的に決定する位置関係である。そして、その位置関係毎に取得した受信信号に基づいて画像再構成を行うことにより、高精度な画像を得ることができる。なお、本実施例では全ての音響波検出素子223の指向軸が曲率中心付近に集まっている。しかし、これに限られず、複数の音響波検出素子223のうち少なくとも一部の音響波検出素子223の指向軸が集まるようにしても良い。
本発明の種々の特徴の実施は上記に説明した実施例に限るものではない。例えば構成部品の寸法、材質、形状等は、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る。
記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ(又はCPU、MPU等のデバイス)によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体(つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体)から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ(CPU、MPU等のデバイスを含む)、上記方法、上記プログラム(プログラムコード、プログラムプロダクトを含む)、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。
Claims (17)
- 溶媒に前記溶媒より親水性の高い溶質を添加してなるとともに被検体から発生する音響波を伝播するマッチング液と、
前記マッチング液を介して前記音響波を受信する複数の音響波検出素子と、
前記複数の音響波検出素子の少なくとも一部の音響波検出素子の指向軸が集まるように、前記複数の音響波検出素子を支持するとともに、前記マッチング液を保持する支持体と、
前記被検体と前記支持体との位置関係を変化させる位置制御部と、
前記複数の音響波検出素子の前記位置関係毎の受信結果に基づいて前記被検体についての特性情報を取得する取得部とを備える被検体情報取得装置。 - 前記溶質の濃度を検知する濃度検知部をさらに備える請求項1に記載の被検体情報取得装置。
- 前記濃度検知部の検知結果を表示する表示部をさらに備える請求項2に記載の被検体情報取得装置。
- 前記溶質を前記溶媒に添加する添加部をさらに備える請求項3に記載の被検体情報取得装置。
- 前記溶質を撹拌するための撹拌部をさらに備える請求項4に記載の被検体情報取得装置。
- 前記マッチング液を貯蔵するタンクをさらに備え、
前記タンク、前記濃度検知部、前記添加部、および前記撹拌部は一体化して設けられる請求項5に記載の被検体情報取得装置。 - 前記溶質は界面活性剤である請求項1乃至6のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記タンク内に貯蔵されている前記マッチング液を前記支持体に供給する供給経路と、
前記支持体が支持する前記マッチング液を前記タンクへ排出する排出経路とをさらに備える請求項6又は7に記載の被検体情報取得装置。 - 前記供給経路内に設けられるとともに前記マッチング液の流量を検知する流量計をさらに備える請求項8に記載の被検体情報取得装置。
- 前記供給経路内において前記流量計と前記タンクとの間に設けられるとともに前記タンクからの前記マッチング液を前記支持体に所定の流量で供給するポンプをさらに備える請求項9に記載の被検体情報取得装置。
- 前記流量計の検知結果に基づいて前記タンクからの前記マッチング液を前記支持体に所定の流量で供給するように前記ポンプを駆動する負帰還制御部をさらに備える請求項10に記載の被検体情報取得装置。
- 前記支持体に設けられるとともに前記供給経路と前記支持体とを結合する供給継手と、
前記支持体に設けられるとともに前記排出経路と前記支持体とを結合する排出継手とをさらに備える請求項8乃至11のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 水に親水性を有する溶質を添加してなるとともに被検体から発生する音響波を伝播するマッチング液と、
前記マッチング液を介して前記音響波を受信する複数の音響波検出素子と、
前記複数の音響波検出素子の少なくとも一部の音響波検出素子の指向軸が集まるように、前記複数の音響波検出素子を支持するとともに、前記マッチング液を保持する支持体と、
前記被検体と前記支持体との位置関係を変化させる位置制御部と、
前記複数の音響波検出素子の前記位置関係毎の受信結果に基づいて前記被検体についての特性情報を取得する取得部とを備える被検体情報取得装置。 - 前記溶質は界面活性剤である請求項13に記載の被検体情報取得装置。
- 前記被検体に光を照射することにより前記音響波を伝播させる光照射部をさらに備える請求項1乃至14のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光照射部は前記支持体と一体化して設けられる請求項15に記載の被検体情報取得装置。
- 前記支持体は前記複数の音響波検出素子を略半球面形状に沿って支持する請求項1乃至16のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
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