JP2017070488A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音響波を用いて被検体の情報を取得する装置において、音響整合材の温度情報に基づいて情報取得の精度を向上させた装置を提供する。【解決手段】被検体００１から発生して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する変換素子００３を備える探触子００２と、被検体と探触子を音響的にマッチングさせる音響整合材００４を保持する保持容器０１０と、探触子と被検体の相対的な位置関係を変化させる駆動機構０１１と、音響整合材の複数の箇所の温度を計測する温度計測部００５と、複数の箇所の温度に基づいて音響整合材の音速を取得し、音速と電気信号に基づいて被検体の特性情報を取得する再構成処理部と、再構成処理部、駆動機構および探触子を制御する情報処理制御部００７を有し、情報処理制御部は、複数の箇所において計測された温度の差分情報に基づいて再構成処理部による特性情報の取得を制御する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

乳癌の診断を行う装置として、Ｘ線を照射した際に、検出器により検出された被検体情報を画像化するＸ線マンモグラフィが広く使用されている。しかし、Ｘ線マンモグラフィは放射線の被ばくの問題があるため、被ばくの恐れのない音響波（典型的には超音波）を用いた画像化装置が注目されている。

この音響波画像装置では、被検体と探触子の間の音響インピーダンスを整合させるための音響整合材が必要である。ここで、被検体内の音源位置を精度よく画像化するためには、超音波が伝搬する時間または距離をより正確に求める必要がある。したがって、被検体と探触子間の距離が離れた装置においては、音響整合材の音速を正しく把握する必要がある。特許文献１には、被検体と探触子間に音響整合材である水と油を配置し、それらの温度を計測する事で音速を把握し、画質劣化を抑制するシステムが記載されている。

特開平１１−５６８３４号公報

特許文献１の撮像装置を図１３に示す。装置は、被検体１３０１と探触子１３０２の間の音響整合材として、保持容器１３１０と保持部材１３０９により、水１３０４と油１３０４の層を保持している。そして、音響整合材内に設置した温度センサ１３０５の測定結果を用いて音響整合材の音速を算出することで、良好な画質を再構成する。

しかし、この音響整合材内の温度は均一とは限らない。特に被検体付近では被検体温度の影響が大きく、保持容器の付近では室温の影響が大きい。その結果、音響整合材に温度分布が生じ、それに伴い音速のムラも生じる。温度計を１つ設置しただけでは音速のムラを正しく取得できないので、再構成の精度を向上させる上で支障となる。また、音響整合材の容積が大きくなるほどこの影響は大きくなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、音響波を用いて被検体の情報を取得する装置において、音響整合材の温度情報に基づいて情報取得の精度を向上させることにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、被検体から発生して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する変換素子を備える探触子と、前記被検体と前記探触子を音響的にマッチングさせる音響整合材を保持する保持容器と、前記探触子と前記被検体の相対的な位置関係を変化させる駆動機構と、前記音響整合材の複数の箇所の温度を計測する温度計測部と、前記複数の箇所の温度に基づいて前記音響整合材の音速を取得し、前記音速と前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する再構成処理部と、前記再構成処理部、前記駆動機構および前記探触子を制御する情報処理制御部と、を有し、前記情報処理制御部は、前記複数の箇所において計測された温度の差分情報に基づいて前記再構成処理部による前記特性情報の取得を制御することを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、被検体から発生して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する変換素子を備える探触子と、前記被検体と前記探触子を音響的にマッチングさせる音響整合材を保持する保持容器と、前記探触子と前記被検体の相対的な位置関係を変化させる駆動機構と、前記音響整合材の複数の箇所の温度を計測する温度計測部と、前記複数の箇所の温度に基づいて前記音響整合材の音速を取得し、前記音速と前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する再構成処理部と、前記再構成処理部、前記駆動機構および前記探触子を制御する情報処理制御部と、を有し、前記情報処理制御部は、前記複数の箇所において計測された温度の情報に基づいて前記探触子による前記音響波の受信を制御することを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、被検体から発生して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する変換素子を備える探触子と、前記被検体と前記探触子を音響的にマッチングさせる音響整合材を保持する保持容器と、前記探触子と前記被検体の相対的な位置関係を変化させる駆動機構と、前記音響整合材の複数の箇所の温度を計測する温度計測部と、前記複数の箇所の温度に基づいて前記音響整合材の音速を取得し、前記音速と前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する再構成処理部と、前記再構成処理部、前記駆動機構および前記探触子を制御する情報処理制御部と、を有し、前記情報処理制御部は、前記複数の箇所において計測された温度の情報に基づいて前記再構成処理部による前記音速の取得を制御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、音響波を用いて被検体の情報を取得する装置において、音響整合材の温度情報に基づいて情報取得の精度を向上させることができる。

実施例１の被検体情報取得装置の構成を示す図 撮像システムの構成を示す図 お椀型探触子面内に配置された温度計の位置の一例を示す図 温度計走査システムが付加された実施例の構成を示す図 実施例１の情報処理制御部の動作フローを示す図 実施例２の被検体情報取得装置の構成を示す図 実施例２の情報処理制御部の動作フローを示す図 実施例３の被検体情報取得装置の構成を示す図 実施例３の情報処理制御部の動作フローを示す図 実施例４の被検体情報取得装置の構成を示す図 実施例４の情報処理制御部の動作フローを示す図 実施例５の情報処理制御部の動作フローを示す図 背景技術に記載の装置の構成を示す図

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る。よって、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、被検体から伝搬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やメモリ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。

本発明の被検体情報取得装置には、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音響波を受信して、被検体の特性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。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。

光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。また、物質濃度として酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。また、被検体内の各位置の特性情報に基づいて、２次元または３次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。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。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。探触子等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ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。超音波エコーに由来する電気信号を超音波信号とも呼ぶ。

以下の実施形態における被検体情報取得装置は、例えば、人や動物の血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などへの利用が想定されている。

［実施例１］
本発明の被検体情報取得装置の一例として、被検体へ光を照射し、被検体から発生した光音響波を受信し再構成する事で被検体の画像を作成する光音響システムについて説明する。

（装置の構成）
図１において、被検体001は特性情報を取得されて画像を生成される測定対象である。
お椀型の探触子002は、被検体001内からの音響波を検出する。この探触子002は多数の変
換素子003を備えて構成される。探触子002と被検体001の間には、音響波を伝搬させる音
響整合材004が存在する。温度計測システム005は、音響整合材004内の複数個所の温度を
計測する。

撮像システム006は、変換素子003群が受信した音響波に由来する電気信号を処理し、画像再構成をする。情報処理制御部007は、温度計測システム005が取得した温度情報に基づき、撮像システム006を制御する。光照射部008は、被検体001に光を照射する装置であり
、撮像システム006により駆動されている。保持部材009は被検体001を保持する。保持容
器010は、音響整合材004を保持する。駆動機構011は、探触子002と被検体001の相対的な
位置関係を変化させる。

撮像システム006は複数のユニットで構成される。図２を用いてこれらの構成を説明す
る。撮像システム006に相当する範囲は破線の枠で示す。光源ユニット012は、光源と光源の照射量、波長、照射タイミング等を制御する機構が組み合わさった装置である。データ取得システム013は、変換素子003群が取得した信号に増幅処理やデジタル変換を施し、データ群として纏める。再構成処理部014は、データ取得システム013から出力されるデータ群から画像を再構成する。駆動機構制御部015は、駆動機構の動作を制御する。再構成制
御部016は、光源ユニット012と再構成処部014と駆動機構制御部015の制御をつかさどる。

なお、本実施例では便宜上これらのユニットを撮像システム006として説明した。しか
し実際に装置を構成するにあたっては、この区分に限定されない。以下の実施例で説明する処理を行うユニットが装置に存在すれば良い。

（撮像システムによる光音響波受信と画像再構成）
撮像システム006は被検体001に光を照射し、被検体001で発生した光音響波に由来する
電気信号に基づいて画像再構成を行う。まず、探触子002と光照射部008は、駆動機構制御部により制御された駆動機構011によって、被検体001に対向する２次元平面を移動する。駆動機構011としては、例えばパルスモータとボールねじの組み合わせや、リニアモータ
などが利用できる。また、駆動機構011は探触子002を３次元方向に駆動させるような機構でもよい。その他、位置制御が可能であればどんな装置を用いても良い。また、被検体001と探触子002のどちらを移動させても良いし、両方を移動させても良い。

探触子002と光照射部008が規定の位置に到達した後、被検体001に向け光が照射される
。本実施例の光源は固体レーザーの一種であるチタンサファイアレーザーであり、被検体001にパルス光を照射する。パルス間隔は１０Ｈｚとした。レーザー光源としては固体レ
ーザー以外にも、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなどを利用できる。またフラッシュランプや発光ダイオードなども利用できる。照射光としては近赤外線が好ましい。波長に関しては、６５０〜１１００ｎｍ程度が好適であり、本実施例では７５０ｎｍとした。なお、被検体001の構成成分濃度や酸素飽和度を求めるためには、複数波長の光
を照射可能な波長可変レーザーを用いることが好ましい。光源ユニット012から光照射部008へは、バンドルファイバ、レンズ、ミラー、プリズム等の光学部材により光を導いた。

被検体001の内部や表面にある光吸収体が照射光のエネルギーを吸収すると、熱膨張に
より音響波が発生する。近赤外光に吸収特性を持つ光吸収体としては、ヘモグロビンを多く含む生体内の血液や、メラニンなどがある。したがって血液を多く含む血管や、新生血管を多く含む腫瘍組織なども音源となりやすく、画像化対象として好適である。

本実施例では光照射部008をお椀型の探触子002の中央部に設置し、探触子002とともに
移動するようにした。これにより、撮像部分に効率よく光が照射される。しかし設置場所はこの位置に限定されない。また、光音響波の強度は光の到達量によって変化するため、同じ形態の血管であっても被検体001内での深さによって光音響波の強度が異なる。そこ
で本実施例の撮像システム006は、被検体001内での光分布量を測定や演算によって取得し、信号強度の補正に用いる。また、被検体001への照射光量を、光強度や光照射部008の位置の調整によって制御することが好ましい。

光照射によって被検体001から発生した音響波は音響整合材004を透過して探触子002の
各変換素子003群に受信される。音響整合材004は、被検体001（または保持部材009）と探触子002を音響的にマッチングさせる。したがって音響整合材004としては、音響波を伝搬し、かつ探触子002の走査を妨げないものが好ましい。例えば、水、ＤＩＤＳ（セバシン
酸ジイソデシルエステル）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）、シリコーンオイル、ひ
まし油などの液体が挙げられる。本実施例では界面活性剤入りの水を使用している。

変換素子003で受信された音響信号は変換素子003にて電気信号に変換され、データ取得システム013に入力される。データ取得システム013内では必要に応じて増幅、補正、デジタル変換などが施される。データ取得システム013は、これらの機能を持つ電気回路や情
報処理装置、またはそれらの組み合わせにより構成できる。

処理後の電気信号は再構成処理部014に入力される。再構成処理部014では探触子002内
の各変換素子003の位置の座標情報を元に受信信号の遅延時間を決定し、各受信信号に対
して遅延処理を施した後、画像を再構成する。この画像再構成処理や遅延時間決定においては、各変換素子003とターゲット位置（ピクセルやボクセルなど）との距離と、音響波
の伝搬物質の音速とに基づいて、メモリに保存されたデジタル信号を取得する処理が行われる。そのため音響波経路上の音速を求めることは正確な画像再構成に必要である。また音速は温度に応じて変化し、通常は高温ほど音が早く伝わるので、音響波経路上の温度を求めることも重要である。

再構成処理部014では、帯域フィルタ等を利用した、既知の任意の手法を採用できる。
例えばバックプロジェクション法、整相加算法、フーリエ変換法などが利用できる。なお、再構成の際には、探触子002の各走査位置で取得した信号毎にそれぞれ画像を再構成し
ても良いが、各走査位置で取得した信号を一旦メモリに確保した後、これらの信号群を纏めて再構成に用いるのが好ましい。これにより、ＳＮ比の向上や、視野角の広がりに伴う高画質化が期待できる。

本実施例では音響波の経路上において音響整合材004が占める割合が大きい。そのため
、画像再構成の精度向上のために、音響整合材004の音速を、温度計測システム005が取得した音響整合材004の温度に基づいて取得する。温度から音速を取得する方法として例え
ば、情報処理装置のメモリに、音響整合材の種類ごとに温度と音速の対照関係を示すテーブルを予め保存しておき、それを参照する方法がある。また、温度から音速を換算する式に計測した温度を反映させて音速を算出する事も可能である。

また、再構成処理部014を撮像システム006内ではなく、外部のＰＣにより構成してもよい。例えば、データ取得システム013が出力した信号を再構成専用ＰＣに移動させ、後日
オフライン上で再構成を実施する事も可能である。本実施例ではオンライン、オフラインどちらでも再構成が実施できるように、データ取得システム013出力信号を別途外部に出
力できるようになっている。

上記で説明した光源ユニット012、再構成処理部014、駆動機構制御部015は再構成制御
部016によって統括される。再構成制御部016は再構成の開始や停止、また、撮像のパターンや画像の再構成条件等を決定している。再構成処理部014、駆動機構制御部015、再構成制御部016などは、例えば、ＣＰＵを備えプログラムによって動作する情報処理装置によ
って構成できる。

(保持部材）
保持部材009を用いることで、被検体001が保持され形状が安定する。これにより画像再構成時における減衰量の演算や遅延時間の算出などの演算精度が向上する。保持部材009
には、音響波透過性があるものを用いる。また、被検体001および音響整合材004との音響インピーダンスの差が小さい材料が望ましい。また、被検体001を保持できるように、剛
性が高い部材や、伸縮性が有る部材が好ましい。剛性が高い部材としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリメチルペンテン、アクリルなどの樹脂材料が挙げられる。伸縮性のある部材としては、ラテックスやシリコーンなどのゴムシートやウレタンのよ
うな材料が挙げられる。また、複数の材料を組み合わせた保持機構を用いてもよい。本実施例では厚みが1mm以下のPET材で作成されたカップ形状の保持部材009を採用している。

保持部材009は、交換可能に設置されることが好ましい。筺体の開口部から乳房を装置
内に挿入する場合、開口部周辺に、金具や引掛けにより、保持部材009を簡易に固定でき
る装着部を設けると良い。これにより被検者や測定内容に応じた付け替えが容易になる。本実施例のように探触子側から光を照射する場合、保持部材009としては光の透過性が高
い材質を用いる。

（探触子）
探触子002の変換素子003は音響波と電気信号を変換する。変換素子003として、ＰＺＴ
（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）やｃＭＵＴ（Capacitive
Micro-machined Ultrasonic Transducers）等が利用できる。また、ファブリ・ペロー型探触子なども利用できる。複数の変換素子003を１次元、２次元、曲面、または球面上に
配列した探触子002を用いることで、ＳＮ比の向上や測定時間の短縮が期待できる。本実
施例では、探触子002に、中心周波数2MHzで直径2mmの円形PZTを500個程度配列している。また探触子002には、直径300mm程度の半球のお椀形状である。その半球の内側面に沿って変換素子003が配置される。

本実施例ではお椀型の探触子002内に光照射部008が設置されており、駆動機構011によ
って同時に走査される。しかし、光照射部008と探触子002を個別に走査しても構わない。探触子002としてお椀型、カップ型、半球型などを採用すれば、各変換素子003の受信感度の高い方向（指向軸）があつまる高感度領域が形成されて、画像を高精細にできる。ただし探触子の構造はこれに限られない。例えば単素子、１次元リニア配列、２次元平面配列などでも良い。

また、保持容器010には、水圧に耐えられるだけの剛性と、液体を外部に漏出させない
程度の密封性とを持つ部材を用いる。また、保持容器010と探触子002とは、様々な位置関係を取り得る。例えば保持容器010内の低い位置に探触子002を沈めておいても良い。この場合駆動機構011は、探触子002を、保持部材009に衝突させないように、保持容器010内の底面付近で移動させる。かかる構成は、後述するように探触子002と保持容器010を含めた循環系を設ける場合に特に好適である。また、保持容器の底面に音響波および光を透過する部材を配置し、探触子002を当該底面と密着させつつ移動させる方法もある。この場合
、探触子002内の液体が維持されるように、シール機構や液体供給機構を設けることが好
ましい。

（温度計測システム）
温度計測システム005は、複数の温度計を有している、音響整合材004の温度の位置的なムラや相違（温度分布）を求めるための装置である。この温度情報は、温度分布の均一化や、温度分布の実情を反映した画像再構成に利用される。特に被検体001が乳房のような
生体の場合、熱源になる事が多い。そのため被検体001の付近と探触子002の付近との間で、音響整合材004に温度差が生じる可能性が高い。そこで本発明では、音響整合材004内部の複数個所の温度を計測して温度分布を得る。そして温度分布から音速分布状況を算出して再構成の条件に反映させたり、温度均一化に用いたりすることが可能になる。温度計測システムは、本発明の温度計測部に相当する。

温度計測には、熱電対やサーミスタのような抵抗温度計などが好適である。また、サーモグラフィの様に非接触かつ高範囲の温度分布を一括で計測できる温度計の使用も効果的である。ただしサーモグラフィは、水表面、または水を通した保持部材009、保持容器010壁面の温度を計測するシステムである為、設置個所および計測個所の設定には工夫が必要
となる。すなわち、後述する音波の伝搬経路をカバーできるように計測箇所を設定する。

計測個所としては、探触子002を構成する変換素子003付近や、撮像対象であり熱源ともなる被検体001付近のように、受信信号の伝搬経路上の温度を把握できる個所が望ましい
。なお、本実施例は光音響システムについて記載しているが、超音波エコーを用いた画像システムにおいても、超音波を照射する変換素子003と、撮像対象である被検体001の間にある音響整合材004の温度を把握できるのが好ましい。

また、音響整合材004の周辺部の温度を把握する為に、音響整合材004自体ではなく、音響整合材004に接した部材の温度を計測してもよい。この接した部材とは、保持部材009、探触子002、変換素子003、保持容器010である。また、保持部材009が熱を良く伝達する構成の場合、熱源となる被検体001の表面温度を計測してもよい。ただし、これら音響整合
材004自体の温度を計測しない場合は、その計測温度と音響整合材004の温度との関係を事前に把握しておく必要がある。この把握する手法としては、実験やシミュレーションの結果が使用できる。

また、温度計の設置個所を増やすことで音速分布の算出精度は向上するが、温度計が音路を遮る事で再構成画像の劣化につながる。したがって温度計の設置数や設置位置は、温度分布取得精度と伝搬経路確保とのバランスを取って決めることが好ましい。本実施例では、保持部材009の音響整合材004側の表面と、お椀型の探触子002の表面に、小型のサー
ミスタをそれぞれ数か所（例えば３〜４箇所）設置する。

また、温度変化や分布を予め実験やシミュレーションで把握しておく事で、温度計測個所の削減や、音路を妨げない個所での計測が可能になる。また、被検体情報取得装置の構成に応じて計測箇所を適宜調整することも好ましい。例えば音響整合材を循環させる場合や、被検者の快適性を向上させるために液温調節装置を設ける場合など、温度ムラを起こしやすい要因があれば、それに応じた計測箇所を設定すると良い。

また図３のように、探触子002において、変換素子003の間に温度計測システム005の温
度計を配置する手法がある。また、変換素子003内に温度計を配置する手法もある。これ
らの手法によれば、各変換素子003位置の温度が把握できる。また、保持部材009に複数の温度センサを配置する事でも、受信信号の音路上の温度分布が精度よく把握できる。

また、図４のように温度計の設置個所を音響整合材004内の任意の位置に移動させる事
が可能な、温度計走査システム017を設置することも好ましい。これにより、音響整合材004内の温度を自由に計測できる。この温度計走査システム017は予めプログラムされた動
作をしても良いし、操作者が手動で移動させても良い。また図４では温度計を一つ示した。しかし複数の温度計を設けても良い。

（情報処理制御部の動作例）
本実施例における情報処理制御部007の動作について図５を用いて説明する。図５（Ａ
）において、システムが開始されると、駆動機構011によって探触子002と保持容器010が
走査を開始する（ステップS500）。そして温度計測システム005にて計測された各温度情
報は情報処理制御部007に伝えられる（ステップS510）。続いて、再構成において用いる
ための、被検体001が保持部材009に設置された状況での温度分布を表す情報が取得される。本実施例では温度分布を表す情報として、各温度計で計測された音響整合材004の温度
の差分情報を求める。温度計が３つ以上ある場合は、最大値と最小値を比較して差分情報を求める。

そして、情報処理制御部007は、温度の差分情報が所定の規定値以下かどうかを判定す
る。そして規定値以下の時に、再構成制御部016に対して撮像の指令を出す（ステップS520）。これは、温度差が少ない場合は音響整合材004における音響波伝搬経路上の温度ムラが少ないと想定できるためである。本実施例では、所定の規定値を0.5℃に設定している
。ただし規定値は装置の構成や求められる画質によって適宜変更できる。例えば探触子002と被検体001との間の音響整合材004の距離が小さい場合や、求められる解像度が低い場
合は、規定値を高く設定できる。

そして信号受信が行われる（ステップS530）。すなわち、光音響測定の場合は光照射と光音響波受信が行われ、超音波エコー測定の場合は超音波送信とエコー波の受信が行われる。この状態で受信された信号を基に再構成を実施する時は、音響整合材004部の音速が
一定だと仮定できる。ユーザーが規定値を直接入力したり、求める画質を入力したりするための、キーボード、マウス、タッチパネルなどのユーザインタフェースで構成された入力部を設けても良い。

もし差分情報が規定値より大きい場合、撮像を実施せず探触子002の走査は継続される
。探触子002の走査によって音響整合材004は撹拌されるので、温度ムラは軽減されていく。そして、温度計測システム005にて算出された差分情報が規定値以下になると、撮像が
開始される。

計測領域全てが撮像されるまで、各座標における受信データと温度データの計測が継続される（ステップS540）。一方、全撮像が終わっていなければ再度温度計測と別の箇所での信号受信が行われる（ステップS550）。このとき、S550での温度計測結果に応じて温度ムラの軽減処理を行っても良い。そして全体の撮像完了後、探触子002の走査を停止する
（ステップS560）。最後に、取得した撮像データより再構成が実施される（ステップS570）。本実施例では、信号受信位置ごとに温度が計測される（S550）、そして再構成処理部014は、差分情報が規定値より大きい位置での受信データを再構成に採用しない。これに
より精度の高い特性情報が取得される。なお、各信号受信位置において、ステップS550での温度計測結果に基づく差分情報が規定値以下に収まるまで温度ムラ軽減処理を行う場合は、再構成に好適なデータが全領域にわたって得られるので、さらに特性情報の精度が向上する。

（情報処理制御部の別の動作例）
続いて、図５（Ｂ）を参照して説明する。これは、撮像開始時のみ、または、撮像開始時および終了時のみ温度を計測し、それ以外の計測時間中は温度差分情報を予測して、再構成時に参照する場合である。この方式は特に、音響整合材004の熱容量や、探触子002表面および保持部材009および保持容器010等の材料特性等により、計測時の温度変化が少なくなる場合に有効である。この方式はまた、変換素子003と被検体001間の音響整合材004
距離が短い場合も有効である。

図５（Ｂ）では、開始時（ステップS510）および終了時（ステップS555）に温度を計測する。タイミングは例えば、音響波の受信の開始時および終了時が好適である。開始時は、差分情報が規定値以下になるまで探触子002の走査を継続する（S510,S520）。差分が規定値以下となり撮像が開始されたのちは、撮像終了まで温度の計測を実施しない。そして撮像終了後、ステップS555にて温度計測する。画像再構成の際には、最初と最後の差分情報（または温度分布情報そのもの）に基づいて、各位置での撮像時点での温度分布および音速分布の推定処理を行う。本フローでの再構成にあたっては、事前の実験やシミュレーションの結果を用いることが望ましい。

この手法では途中での温度計測が不要になることから、音路上などの再構成の邪魔をするような個所での温度計測も可能となる。したがって、図４の温度計走査システム017を
用いて、撮像開始前と終了後は音路上に温度計を設定し、撮像時は温度計を音路上から退避させる事もできる。

（情報処理制御部の別の動作例）
また、温度差が規定値以上の場合の受信信号と、規定値以下の場合の受信信号の再構成手法を変化させるように、再構成制御部016を動作させる事もできる。例えば、図５（Ａ
）のフローで実施した時、規定値以下で受信した信号では音響整合材004の音速を一定と
みなした均一化音速を用いて画像再構成する。一方、規定値以上で受信した信号では、音響整合材004内の音速を複数設定して、音速ごとに画像を再構成する。この再構成画像を
比較、評価する事で最適音速を算出できる。これにより、再構成に使用する全信号において音速の条件を設定する場合に比べて処理量を少なくできる。

なお、均一化音速や最適音速算出時の基準音速としては、複数の温度計で取得した値の平均値に基づく音速や、いずれかの温度計での取得値に基づく音速などを参照できる。本実施例では探触子002側の温度を参照している。これは本実施例での運用では、探触子002と保持部材009間の温度変化が保持部材009近傍へ急激に変化しやすく、多くの音路上の音速が探触子002側の温度に近い傾向になっている為である。ただし実際にはこれに限定さ
れない。

また図３の構成では、探触子002の変換素子003間や変換素子003内に温度計を設置する
事で再構成時の変換素子003毎の温度を計測する。この場合、再構成位置毎に、受信信号
の音路上の温度差を、変換素子003毎に把握できる。そこで、受信信号の内、音速が一定
と仮定できる受信信号のみを再構成に用いることもできる。

（情報処理制御部の別の動作例）
また、１ショットのみデータを取得する場合、図５（Ｃ）のフローも採用できる。この場合、スタート後、探触子002を計測個所に移動させた後に温度差を算出し、規定値と比
較する。温度差が規定値より大きい時、探触子002を走査させて音響整合材004を撹拌する（ステップS515）。そして、再び計測個所に探触子002を移動させ温度差分を算出する。
温度差が規定値以下になるまでこの動作を継続させ撮像を実施する。

以上述べたように本発明では、被検体001と探触子002間に存在する音響整合材004の複
数個所の温度を計測しその差分を求めて再構成に反映させる。この結果、再構成時の受信信号の処理における遅延時間算出において、音響整合材004内の音速が一定と仮定できる
か否かの判定でき、再構成の簡素化と再構成画像の高画質化を実現できる。したがって、光音響波や超音波エコーを用いた被検体情報取得装置において、音響整合材の温度情報に基づいて情報取得の精度を向上させることができる。

［実施例２］
本実施例の被検体情報取得装置のシステム概略図を図６に示す。上記実施例と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。本実施例では音響整合材004の温度を
調整する温調器018を付加している。

本実施例では音響整合材004として界面活性剤入りの水を使用しており、その水温は被
検体情報取得装置が置かれている室温付近で安定し易い。そこで本実施例では、水温を２０℃〜３０℃付近に設定する。また、装置に被検体001が設置されると被検体001付近の水の温度は被検体001の温度の影響を受ける。本実施例では被検体001として乳房が想定され、周囲の水温も体温の影響を受けて上昇しやすい。また、被検者の快適性の為、乳房周辺にお湯を入れることもある。その場合、被検体001付近の水温は35℃〜40℃になる。温調
器018は、音響整合材004である水を温めて体温相当に調整するために設置される。

まず、図７（Ａ）のフローのように、撮影前に温調器018を予め起動させておく（ステ
ップS700）。続く撮影開始時に温度計測システム005にて計測した各温度情報を比較し、
差分情報を取得して規定値と比較する（ステップS710、S720）。規定値以下の場合に撮像を開始する。その後、図５（Ａ）のステップS530〜S570と同様の処理により画像データが得られる（ステップS730〜S770）。

また、図７（Ｂ）のフローのように、処理開始後すぐには温調器018を起動させない場
合もある。すなわち、先に撮影開始時の差分情報を規定値と比較する（ステップS720）。差分が規定値以下の時に自動的に温調器018を作動させる（ステップS725）。そして差分
が規定値以下になり次第、撮像を開始する。

また、図７（Ｃ）に記載のフローのように差分を常に計測し、規定値を境に温調器018
の駆動をＯＮ／ＯＦＦすることで消費電力を下げることも効果的である。本フローでは、ある位置で温度差が規定値以下であれば温調機018をＯＦＦにする（ステップS727）。そ
して走査により移動した別の位置で再度温度計測を行う（ステップS705）。

温調器018の目標温度は、操作者が予め被検体001の温度を想定して入力しても良いし、温度計測システム005で取得した温度を基に決定しても良い。熱源となりうる被検体001付近の温度（典型的には35℃以上40℃以下）に設定することは、被検者の快適性という点や、調整温度量が少ないため短い時間で目標温度に調整できる点で好ましい。

以上のシステムを用いて、乳房の撮影を実施した。本システムによれば、温調器018を
使用する事により音響整合材004の温度分布を少なくする方向に制御できるようになった
。その結果、スムーズに撮像が開始できるようになった。また、乳房付近の温度を体温付近に保持できるようになり、被検者の負担を軽減できた。

［実施例３］
本実施例の被検体情報取得装置のシステム概略図を図８に示す。上記実施例と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。本実施例の装置は、音響整合材004を
保持容器010内とお椀型の探触子002内で循環させる、循環器019を付加している。循環器019が音響整合材004を循環させることで、音響整合材004の温度ムラを低減できる。

図９（Ａ）のフローにおいて、まず、撮影前に循環器019を予め起動させる（ステップS900）。そして、撮影開始時に温度計測システム005にて測定した温度と規定温度との差分を検証する。規定値以下の場合に撮像を開始する（ステップS910〜S930）。その後、走査を行って被検体の広範囲の特性情報を得る（ステップS940〜S970）。フローの途中の温度計測（ステップS950）で所望の温度分布が得られていないことが分かった場合、循環器による液体流動や、探触子による撹拌によって温度が適正化するのを待っても良い。一方、温度差分が規定値より大きい場合は、音響波の受信や、光音響測定における光照射などの処理が開始されない。

また、図９（Ｂ）のフローでは、予め循環器019を起動させていない。この場合、撮影
開始時の温度を計測し、差分比較を行う（ステップS905,S920）。そして差分が規定値以
下の時に自動的に循環器019を作動させる（ステップS925）。そして、温度差分が規定値
以下になり次第撮像を開始する（ステップS930〜S970）。

また、図９（Ｃ）のフローでは、走査中、温度差分を常に計測している。そして、規定値を境に循環器019の駆動をＯＮ／ＯＦＦする（ステップS925,S927）。これは、消費電力を下げるために効果的である。

循環器019の排出口と吸込口は、被検体001撮像装置の構成に応じて配置することが好ましい。本実施例では図８の矢印で示す通り、排出口を探触子002に、吸込口を保持容器010部に設置している。この場合、液体が探触子002の方から保持部材009に向けて移動する。この結果、変換素子003と被検体001までの音路上の温度が、循環された液体の温度に影響を受ける。また、被検体001の温度に影響された保持部材009付近の液体が循環してきた液体により置き換えられる。その結果、温度分布を効率よく均一化できる。

図８の構成において、温度計測システム005を構成する温度計を、循環器019の排出口部分と保持部材009にそれぞれ設置することは好ましい。その測定結果に応じて、探触子002付近から被検体001の方へ押し流す液体の流量や方向を制御することにより、温度調整を
精密かつ容易に実施できる。図８における排出口と吸込口は逆にしても良い。また、排出口と吸込口を切り替え可能とすることも好ましい。また、保持容器010と探触子002が分離している構成においては、保持容器010内の循環器、探触子002内の循環器、またはその両方を設けても良い。

循環器019の種類によっては水の循環中に気泡を放出する場合がある。保持部材009に気泡が付く事は画像の劣化の原因になる為、循環器019の排出口が保持部材009の真下付近にある時に循環器019を駆動する事は好ましくない。この場合、駆動機構011を用いて排出口が保持部材009真下付近から外れた状況で循環器019を駆動するのが好ましい。

以上のシステムを用いて、乳房の撮影を実施した。循環器019を使用する事で音響整合
材004の温度分布を少なくする方向に制御できるようになり、スムーズに撮像が開始でき
るようになり、解像度の良い画像が得られた。

［実施例４］
本実施例の被検体情報取得装置のシステム概略図を図１０に示す。上記実施例と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。本実施例の装置は、音響整合材004
を保持容器010内と探触子002内で撹拌させる、撹拌器020を有する。上記各実施例で述べ
たように、音響整合材004内では体温や装置の動作熱等の影響で温度のムラが生じやすい
。そこで本実施では、撹拌器020を用いて水などの音響整合材004かき回すことで、温度分布のムラ（不均一）を低減する。

図１１（Ａ）のフローでは、まず撮影前に、撹拌器020を予め起動させておく（ステッ
プS1100）。そして、撮影開始時に温度計測システム005にて温度を測定して比較処理を行い、差分情報を検証する（ステップS1110〜S1120）。比較結果が規定値以下の場合に、撮像を開始して特性情報を取得する（ステップS1130〜S1170）。フローの途中の温度計測（ステップS1150）において温度ムラなどがあった場合、撹拌処理などを行っても良い。

また、図１１（Ｂ）のフローでは、予め撹拌器020を起動させていない。そして、撮影
開始時の温度差分が規定値以下の時に自動的に撹拌器020を作動させる（ステップS1105,S1120,S1125）。これにより、温度差分が規定値以下になった状態で撮像を開始できる。

また、図１１（Ｃ）のフローでは、温度差分を常に計測し、規定値を境に撹拌器020の
駆動をＯＮ／ＯＦＦする（ステップS1127,S1125）。これにより、消費電力を下げる効果
がある。

図１０の例では、撹拌器020としてスクリューを回転させる機構を採用している。この
とき、水流を保持部材009の方に流すことが好ましい。その結果、検体の温度に影響され
た保持部材009付近の水が入れ替えられるので、温度ムラが効率よく低減する。

以上のシステムを用いて、乳房の撮影を実施した。撹拌器020を使用する事で音響整合
材004の温度分布を少なくする方向に制御できるようになり、スムーズに撮像が開始でき
るようになり、解像度の良い画像が得られた。

［実施例５］
本実施例の被検体情報取得装置のシステム概略図は図１、図６、図８、図１０に示された内容をすべて含むものとする。上記実施例と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。本実施例の装置は、温度差情報によって音速分布の推定処理をして再構成に反映させる。具体的には、温度計測時に差分が規定値以下の時は均一音速を採用し、規定値以上の場合は音響整合材内の音速分布を推定し、再構成に反映させる構成を取る。

図１２のフローに示すように、まず撮影前に温度均一化作業を予め起動させておく（ステップS1200）。温度均一化作業とは、探触子002の走査、循環器019による液体の循環、
撹拌器020を用いた撹拌、温調器018を用いた温度調整などの手法を意味する。複数の手法を組み合わせても良い。その後は他の実施例と同様に、撮影開始時に温度計測システム005にて温度差分情報を検証し、規定値以下の場合に撮像を開始する（ステップS1210〜S1230）。全体領域の撮像が終了すると、温度均一化作業も終了する（ステップS1240,S1260）。ここで、フローの途中の温度計測（ステップS1250）で所望の温度分布が得られていな
いことが分かった場合、温度均一化作業の効果が出てくるのを待っても良い。ここでステップS1210,S1250では計測された温度を情報処理装置が備えるメモリ等の記録装置に記録
しておく。そして、画像再構成において温度情報が利用される（ステップS1270）。

また本実施例において、図７（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１１（Ｂ）のように、予め温度均一化作業を実施するのではなく、撮影開始時の温度差分が規定値以下の時に自動的に温度均一化作業を開始させる事も可能である。さらに本実施例において、図７（Ｃ）、図９（Ｃ）、図１１（Ｃ）のように、温度差分を計測し、規定値を境に温度均一化作業の実施をＯＮ／ＯＦＦすることで消費電力を下げることも効果的である。また１ショットのみデータを取得する場合、図５（Ｃ）と同様のフローを用いても良い。

本実施例では、各走査位置における各受信信号に関して、撮像時の温度の差分情報が計測または予測される。そして、これらの差分情報が規定値以下の時は、その他実施例同様に均一化音速を採用する。一方、温度差が規定値以上の場合、音速の分布を推定し、再構成に反映させる。なお、本実施例における規定値は０．５℃としている。

音速の分布の予測は有限要素法等を用いたシミュレーションや、実験による計測値を基に推定できる。本実施例では、予め本システムにおける各温度均一化作業ごとの温度分布を計測してデータベース化し、温度計測システム005で計測できる温度差から温度分布が
予測できるようにしている。

ただし、音速分布推定の計算量は比較的多いため、時間がかかる事がある。そこで、撮像後すぐの再構成画像のプレビューでは、温度差が規定値以下での受信データのみで再構成した画像を使用すると良い。これによりリアルタイムまたはそれに近い表示が可能になる。一方、後日オフラインで再構成する場合、音速分布推定を実施したデータも用いて再構成すれば精度良い画像化が可能である。

また、音速分布の推定において、音響整合材内の温度分布が元々少ない方が推定音速の精度が向上する。その為、音速分布を推定する手法においても、温度を均一化することが好ましい。そこで、撮像開始を判定する差分情報の規定値（第１の規定値）と、音速分布の実施を規定する差分情報の規定値（第２の規定値）を別にする事も有効である。例えば
本実施例では、ステップS1220における撮像開始を決める規定値は、1.0℃に設定する。これにより、温度ムラを所定以下に抑制しつつ、温度均一化のための待機時間が長期化することを防止できる。そして、ステップS1270における音速の推定を実施するか否かの規定
値は0.5℃に設定する。これにより、音速を精度よく反映した高精細な画像が得られる。
再構成処理部014は、差分情報が規定値（0.5℃）以下であれば均一化音速を利用し、規定値より大きければ推定音速を利用する。この処理によれば、情報処理資源の使用量を抑制しつつ、特性情報を精度よく取得できる。

以上のシステムを用いて、乳房の撮影を実施した。均一化音速と分布推定音速を使い分ける事によって、効率よく高画質が画像を取得できるようになる。

以上述べたように、本発明の各実施例によれば、超音波を用いて被検体の情報を取得する装置において、音響整合材の温度情報に基づいて情報取得の精度を向上させることができる。特に、被検体と探触子の間に音響整合材が存在する被検体情報取得装置において、音響整合材の複数個所の温度差分情報から音響整合材内の温度分布を把握できる。そして、音速が一定を仮定できる状況において再構成を実施する事によって、再構成の簡素化と再構成画像の高画質化を実現できる。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

002：探触子，003：変換素子，004：音響整合材，005：温度計測システム，006：撮像シ
ステム，007：情報処理制御部，010：保持容器，011：駆動機構，014：再構成処理部

Claims (14)

1. 被検体から発生して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する変換素子を備える探触子と、
   前記被検体と前記探触子を音響的にマッチングさせる音響整合材を保持する保持容器と、
   前記探触子と前記被検体の相対的な位置関係を変化させる駆動機構と、
   前記音響整合材の複数の箇所の温度を計測する温度計測部と、
   前記複数の箇所の温度に基づいて前記音響整合材の音速を取得し、前記音速と前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する再構成処理部と、
   前記再構成処理部、前記駆動機構および前記探触子を制御する情報処理制御部と、
   を有し、
   前記情報処理制御部は、前記複数の箇所において計測された温度の情報に基づいて前記再構成処理部による前記特性情報の取得を制御する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記情報処理制御部は、前記複数の箇所において計測された温度の差分情報に基づいて、前記制御を行う
   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. 前記情報処理制御部は、前記差分情報が所定の規定値より大きい場合、前記音響整合材の温度均一化を行う
   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. 前記情報処理制御部は、前記駆動機構により前記音響整合材を撹拌することで前記温度均一化を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記音響整合材の温度を変化させる温調器をさらに有し、
   前記情報処理制御部は、前記温調器を用いて前記温度均一化を行う
   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. 前記探触子は内部に前記音響整合材を保持できるお椀型の探触子であり、
   前記保持容器および前記探触子が保持する前記音響整合材を循環させる循環器をさらに有し、
   前記情報処理制御部は、前記循環器を用いて前記温度均一化を行う
   ことを特徴とする請求項３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. 前記音響整合材を撹拌する撹拌器をさらに有し、
   前記情報処理制御部は、前記撹拌器を用いて前記温度均一化を行う
   ことを特徴とする請求項３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. 前記温度計測部は、前記駆動機構により変化したそれぞれの前記位置関係において前記温度を計測し、
   前記情報処理制御部は、それぞれの前記位置関係における前記差分情報に基づいて前記再構成処理部を制御する
   ことを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記温度計測部は、前記音響波の受信の開始時および終了時に前記音響整合材の温度を計測し、
   前記情報処理制御部は、前記音響波の受信の開始時と終了時の間における前記音響整合材の温度および音速の推定処理を行う
   ことを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記情報処理制御部は、前記差分情報が所定の第２の規定値以下の場合、前記再構成処理部が前記音速を一定とみなして前記特性情報を取得するような制御を行う
    ことを特徴とする請求項３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. 前記情報処理制御部は、前記差分情報が前記第２の規定値より大きい場合、前記音響整合材の音速分布を推定して前記再構成処理部による前記特性情報の取得に利用する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記第２の規定値は、前記所定の規定値よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の被検体情報取得装置。
13. 被検体から発生して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する変換素子を備える探触子と、
    前記被検体と前記探触子を音響的にマッチングさせる音響整合材を保持する保持容器と、
    前記探触子と前記被検体の相対的な位置関係を変化させる駆動機構と、
    前記音響整合材の複数の箇所の温度を計測する温度計測部と、
    前記複数の箇所の温度に基づいて前記音響整合材の音速を取得し、前記音速と前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する再構成処理部と、
    前記再構成処理部、前記駆動機構および前記探触子を制御する情報処理制御部と、
    を有し、
    前記情報処理制御部は、前記複数の箇所において計測された温度の情報に基づいて前記探触子による前記音響波の受信を制御する
    ことを特徴とする被検体情報取得装置。
14. 被検体から発生して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する変換素子を備える探触子と、
    前記被検体と前記探触子を音響的にマッチングさせる音響整合材を保持する保持容器と、
    前記探触子と前記被検体の相対的な位置関係を変化させる駆動機構と、
    前記音響整合材の複数の箇所の温度を計測する温度計測部と、
    前記複数の箇所の温度に基づいて前記音響整合材の音速を取得し、前記音速と前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する再構成処理部と、
    前記再構成処理部、前記駆動機構および前記探触子を制御する情報処理制御部と、
    を有し、
    前記情報処理制御部は、前記複数の箇所において計測された温度の情報に基づいて前記再構成処理部による前記音速の取得を制御する
    ことを特徴とする被検体情報取得装置。

Images