JP2017217124A - 音響波受信装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音響波受信装置は、被検体を保持するシート状の保持部材と、被検体からの音響波を受信して電気信号に変換する受信探触子アレイと、受信探触子アレイが固定され、被検体と受信探触子アレイを音響的に結合する音響整合液が貯留される液槽と、液槽内に音響整合液を供給する液供給部と、音響整合液の供給量を制御する制御部と、被検体ならびに受信素子および液槽の相対的な位置関係を変化させる走査機構と、電気信号を用いて特性情報を生成する情報生成部を有し、制御部は、受信探触子アレイが前記音響波を検出するときは槽内への音響整合液の供給を少なくする。
【選択図】図1
Description
一方の面で被検体を保持するとともに、前記被検体から伝搬された音響波を他方の面の側に伝搬させるシート状の保持部材と、
前記被検体から前記保持部材を介して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する複数の受信素子を備える受信探触子アレイと、
前記受信探触子アレイが固定され、前記被検体と前記受信探触子アレイとが音響的に結
合されるように音響整合液が貯留される液槽と、
前記液槽の槽内に前記音響整合液を供給する液供給部と、
前記槽内に供給する前記音響整合液の供給量を制御する制御部と、
前記被検体、ならびに、前記受信素子および前記液槽の相対的な位置関係を変化させる走査機構と、
前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を生成する情報生成部と、
を有し、
前記制御部は、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出するときは、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出しないときに比べて、前記槽内への前記音響整合液の供給が少なくなるように、前記液供給部を制御する
ことを特徴とする音響波受信装置である。
一方の面で被検体を保持するとともに、前記被検体から伝搬された音響波を他方の面の側に伝搬させるシート状の保持部材と、複数の受信素子を備える受信探触子アレイと、前記受信探触子アレイが固定され、前記被検体と前記受信探触子アレイとが音響的に結合されるように音響整合液が貯留される液槽と、液供給部と、制御部と、走査機構と、情報生成部と、を有する音響波受信装置の制御方法であって、
前記受信探触子アレイが、前記被検体から前記保持部材を介して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換するステップと、
前記液供給部が、前記液槽の槽内に前記音響整合液を供給するステップと、
前記制御部が、前記槽内に供給する前記音響整合液の供給量を制御するステップと、
前記走査機構が、前記被検体、ならびに、前記受信素子および前記液槽の相対的な位置関係を変化させるステップと、
前記情報生成部が、前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を生成する
前記制御部が、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出するときは、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出しないときに比べて、前記槽内への前記音響整合液の供給が少なくなるように、前記液供給部を制御するステップと、
を有することを特徴とする音響波受信装置の制御方法である。
(装置全体構成)
本実施例では、音響波受信装置100の例として光音響イメージング装置を取り上げて
説明する。図1は本発明の光音響イメージング装置のブロック図である。
被検者は被検体接触部材1の上に伏臥位の姿勢をとり、乳房を下垂させて被検体接触部材1の開口部である乳房挿入口13から挿入し、被検体保持部材11に接触させる。
被検体保持部材11は、乳房を保持しやすいような形状・材質である。例えばお椀型のシート状の部材を利用できる。完全な球面を有する必要はなく、乳房および腋窩部の形状にマッチした形状であればよい。被検体保持部材11は、乳房の大きさに応じて複数の形状またはサイズがあり、交換可能であることが好ましい。それにより、乳房と被検体保持部材11の間の隙間の発生を抑制できる。なお、被検体保持部材11があると被検体の形状が安定するため、測定や画像生成における精度向上や時間短縮に効果がある。ただし被検体保持部材11を設けない場合でも気泡発生・付着は起きるため、本発明の効果は発揮される。
光源5は、被検体に光エネルギーを供給して光音響波を発生させる。被検体が生体の場合、光源5からは乳房を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長の光を照射する。光源は、本実施形態の光音響装置と一体として設けられていても良いし、光源を分離して別体として設けられていても良い。光源としては数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を照射光として発生可能なパルス光源が好ましい。具体的には効率的に光音響波を発生させるため、10〜100ナノ秒程度のパルス幅が使われる。
図2は本発明の測定ユニットの概念図である。測定ユニットは、光源5より導光手段51を用いて導かれたレーザ光を乳房に照射する光照射部31、乳房から発生した超音波を受信する2つ以上の受信素子321、乳房の保持状態を観察するためのカメラ33、光照射部31をXY平面内で2次元移動させるステージ機構34を有する。光照射部31は、被検部(乳房)に正対する位置に配置される。
響的に結合させるために、音響整合液35には空気と比較して音響インピーダンスが人体に近い水などが用いられる。なお、音響整合液35が水の場合、ぬれ性を高めて気泡の付着を抑制・低減させるために、石けん等の界面活性剤を配合することも好ましい。
受信素子321は、音響波を検出し電気信号に変換して出力する。圧電現象を用いた素子、光の共振を用いた素子、容量の変化を用いた素子など音響波を検知できるものであれば、どのような素子を用いてもよい。本実施形態において、受信素子321は複数配置され、それぞれの受信素子は最も高い受信感度を持つ方向が互いに異なるように配置される。このような多次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を受信できるので、測定時間を短縮できる。
受信部32は、乳房を取り囲む閉曲面上に複数の受信素子321を配置するように構成することが好ましい。しかし、被検部(乳房)を取り囲むすべての閉曲面上に複数の受信素子321を配置することは困難である。そこで、本実施形態のように、半球状の表面に複数の受信素子321を配置することが好ましい。液槽36は、被検体保持部材11と受信部32の間に音響整合液35を貯留できるような形状である。また、液槽36は、被検部位との相対的な位置関係を変化させることが可能である。例えば、液槽36をXY走査するためのステージなどの走査機構を設けると良い。このように、液槽36と受信探触子アレイとが固定された受信部32を用いる場合、走査機構は受信部32の全体を一体的に移動させる。
できる。乳房へ照射できる照射面積は、American National Standards Institute(ANSI)の規格で制限される。そのため、乳房内への伝搬する光量を増加させるためには、照射強度と照射面積を大きくすることが好ましいが、光源のコストなどの観点から照射面積は制限される。また、受信感度が小さい領域へ光を照射しても光量の利用効率が低い。そのため、乳房全体へ光照射することは効率的ではない。つまり、複数の受信素子321から構成される受信部32の感度の高い領域にのみ光照射すれば効率が良いため、受信部32とともに光照射部31も移動することが望ましい。
図1における光源5から照射された光は、導光手段51により、所望の光分布形状に加工されながら被検体に導かれる。導光手段51としては、典型的にはレンズ、ミラー、拡散板などの光学部品が利用できる。また、光ファイバやそれを束ねたバンドル光ファイバ、鏡筒にミラーなどを組み込んだArticulating armなどの光導波路なども、光の伝搬に利用できる。それらも導光手段51とみなされる。光源から発せられた光が乳房に所望の形状で照射されれば、どのような光学部材を用いてもかまわない。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が被検体への診断領域を広げられるという観点で好ましい。なお、光源5から所望のパルス光が乳房へ直接出射可能で、液槽36と一緒に走査可能な場合、光音響装置は導光手段51を備えていなくてもよい。
信号処理部4は、アナログの電気信号をデジタル化するAD変換回路や、電気信号を増幅する増幅器などで構成される。受信素子ごとに時系列的に得られたデジタル電気信号は、メモリ(不図示)に出力され格納される。
制御部2および情報生成部6としては、プロセッサ、メモリや通信装置などの演算資源を有し、プログラムに従って動作する情報処理装置(例えばPCやワークステーション)が好適である。制御部2はプログラム、ユーザからの入力情報、各種センサによる測定値に基づいて装置の各ブロックに制御信号を出力する。制御部2の中でも、音響整合液35の循環や給排水、または温度調節、それに応じた受信部の走査などを実現する部分を特に、給液制御部201と呼んでも良い。
Interest)の範囲、測定パラメータ、所望の画質などがある。
表示部7は、生成された画像データを表示する。表示部7としては液晶ディスプレイや有機ELティスプレイなど任意の表示装置を利用できる。表示部7は、光音響イメージング装置と一緒に提供されてもよいし、別々に提供されても良い。
図3は本発明の液供給系8の構成の一例を示す図である。液供給系8はポンプ81と、タンク82、流路切り替え装置83、浄化・殺菌装置84、脱泡装置85、温度調節装置86、流量計87a、87b、配管80a、80b、液面センサ88、温度センサ89a
、89b、89cを備えている。液供給系8は、本発明の液供給部に相当する。
整合液35を撹拌することが有効である。
また、音響整合液に対する撹拌も、気液界面を微視的に液体内に移動させる行為となるため、音響整合液内への気泡の混入を促進する可能性が高まる。本願発明は、給液系に起因する気泡混入をより促進する温度調節装置、撹拌装置を備えた音響波受信装置に対しても適用可能である。
図4(a)は、本発明における光音響測定に関するフローチャートである。図4(b)は、音響整合液供給シーケンスにおける、音響整合液制御および光音響測定に関するプロセスA〜プロセスGを示すフローチャートである。図5(a)〜図5(d)、および、図6(a)〜図6(c)はそれぞれ、上記プロセスA〜プロセスGに対応しており、各プロ
セスにおける液槽36と被検体保持部材11の位置関係や、液槽36内の音響整合液35の水位を説明する図である。
ステップS1201において、図5(a)に示すように、装置の撮影準備として音響整合液35の供給が開始される。液供給系8で加温された音響整合液35が液槽36の底部から供給される。この際、音響整合液35の供給口が被検体保持部材11の真下にあると、供給口から流入した気泡が上昇して被検体保持部材11に付着する可能性がある。被検体保持部材11に付着した気泡は、被検体保持部材11の表面に沿ってゆっくり上昇する。そのため、被検体保持部材11の表面に気泡が付着してしまうと、被検体保持部材11の表面上から無くなるまでに時間がかかる。そこで音響整合液35を供給する際には、音響整合液35の供給口が出来るだけ被検体保持部材11の真下から離れる位置に来るように、液槽36を移動させると良い。
供給された音響整合液35が液槽36に貯留されたのち、ステップS1202において、図5(b)に示すように、液槽36上部から溢れだして音響整合液回収構造9を介して液供給系に戻る。そして、加温した音響整合液35が再び液槽36の底部から供給される。この循環を液槽36の温度が定常化するまで続ける。温度は温度センサ89aおよび温度センサ89bにより確認できる。例えば3分間の温度変化が0.5°C以下になることで、温度が定常化したと判断される。
音響整合液35の温度が定常化したことを確認できたら、ステップS1203において、図5(c)に示すように、被検者が乳房を挿入し、音響整合液35の供給を停止する。
ステップS1204において、図5(d)に示すように、制御部2は、被検者の乳房が挿入され、音響整合液35の供給が停止したことを検知したら、1回目の測定を開始する。測定時に探触子を走査する際に、音響整合液35が入った液槽36も走査するため、液槽36上部から音響整合液35が溢れて液槽36中の音響整合液35の量が徐々に減る。
このように、外側から内側へ向かうらせん状の軌跡上で移動するような走査を行うことで、被検体保持部材11の外周部を通る音響波も取得できる。
続いてステップS1205に進む。1回目の測定が完了すると、走査により液槽36上部から音響整合液35が溢れて液槽36中の音響整合液35の量が減った状態となる。そこで本プロセスでは、図6(a)に示すように、被検者は乳房を装置から離し、再び加温した音響整合液を補充する。この際、音響整合液35の供給口は被検体保持部材11の真下を避けた位置に再び退避する。
再び補充した音響整合液35の温度が定常化したことを確認できたら、ステップS1206において、図6(b)に示すように、被検者は1回目の測定と反対側の乳房を挿入し、2回目の測定を開始する。この際、1回目の測定と同様に音響整合液35の供給を停止する。さらに、被検体外周部から始まり、中央部へ向かってらせん状に走査し、測定を行うことが好ましい。
2回目の測定が完了したら、ステップS1207において、図6(c)に示すように、液槽36内に溜められた音響整合液35は液槽36の底部から排出し、一連の測定が完了する。
上記実施例1では、気泡の発生または付着を抑制するために、光音響測定中は一律に音響整合液35の供給を停止していた。本実施例では、音響波取得装置100である光音響イメージング装置が、被検体保持部材11への気泡の付着状況を確認するための泡検知手段を備える。それ以外の構成は実施例1と同様である。
基づいて決めても良いし、入力手段を用いてユーザが入力した所望の画質に基づいて決めても良い。
上記実施例1では、プロセスCにおいて音響整合液35の供給を停止していた。しかし、気泡の発生や付着が起こらないか、画質の点で無視できるほど少量であれば、光音響測定中の音響整合液35の供給を停止せず、量を抑制するだけでも良い。この場合のプロセスCにおける液供給量は、液体の流速、配管の構造や音響整合液の配合、被検体保持部材11の材質などによっても異なる。例えば、プロセスCにおける液供給量を、プロセスAやBにおける液供給量と比べて、10%以下とすることが考えられる。
以上の説明では、本発明にかかる音響波取得装置100として、光音響イメージング装置を例にあげて説明した。しかし本発明の音響波取得装置100は、超音波エコー装置でもあり得る。その場合、受信素子により受信される音響波が光音響波ではなく、被検体に送信されたのち反射したエコー波である点が、上記実施例との相違である。被検体に送信される音響波は、受信素子自身により送信されたものでも良いし、受信素子とは別の素子から送信されたものでも良い。それ以外の音響整合液制御シーケンスは、上の記載と同様に実施できる。
本実施例は、実施例4と同様に超音波エコー測定機能を有する。本実施例においては、光音響測定モードと超音波エコー測定モードの両方を実行できる。図7は、本実施例の音響波取得装置100を示す。図7(a)は、光音響測定装置の主たる構成要素の配置関係と接続関係とを示す概略断面図である。図7(b)は、図7(a)の液槽36部を上面から見た概要図である。なお、基本的な構成要素は上記各実施例と同様であるため、以下の記載では相違点を中心に説明する。
子を含む超音波送受信探触子アレイ101は、探触子アレイ32が配置される液槽36の槽内に併設されることが好ましい。これにより、貯留される音響整合液を共有できるので、液槽や液供給系の大きさを小型化できる。なお、超音波送受信探触子アレイ101を、液槽36内部における、光音響波用の受信探触子アレイよりも被検体保持部材11に近接した箇所に配置しても良い。これにより、超音波信号の強度が大きくなり画像精度が向上し、気泡の影響を低減できる。
ことを温度センサ89a、89bで確認する。
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。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。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 (26)
- 一方の面で被検体を保持するとともに、前記被検体から伝搬された音響波を他方の面の側に伝搬させるシート状の保持部材と、
前記被検体から前記保持部材を介して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換する複数の受信素子を備える受信探触子アレイと、
前記受信探触子アレイが固定され、前記被検体と前記受信探触子アレイとが音響的に結合されるように音響整合液が貯留される液槽と、
前記液槽の槽内に前記音響整合液を供給する液供給部と、
前記槽内に供給する前記音響整合液の供給量を制御する制御部と、
前記被検体、ならびに、前記受信素子および前記液槽の相対的な位置関係を変化させる走査機構と、
前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を生成する情報生成部と、
を有し、
前記制御部は、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出するときは、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出しないときに比べて、前記槽内への前記音響整合液の供給が少なくなるように、前記液供給部を制御する
ことを特徴とする音響波受信装置。 - 前記制御部は、前記受信素子が前記音響波を検出するときは、前記液供給部から前記液槽に前記音響整合液が供給されないように制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の音響波受信装置。 - 前記複数の受信素子は、前記液槽に前記音響整合液が満たされて前記複数の受信素子のそれぞれが前記被検体と音響的に結合したのち前記音響波を受信するものであり、
前記制御部は、前記受信素子が前記音響波を受信するときは、前記液槽に前記音響整合液を満たすときと比べて、前記液供給部からの前記音響整合液の供給量を10%以下にする
ことを特徴とする請求項1に記載の音響波受信装置。 - 前記制御部は、前記液供給部からの前記音響整合液の供給が少なくなったのち所定の時間が経過してから、前記受信素子に前記音響波を検出させる
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記受信素子は前記液槽に配置されて受信部を構成し、
前記走査機構は、前記受信部と前記被検体の相対的な位置関係を変化させる
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記被検体は、前記音響整合液が満たされた前記液槽に対して上方から突出する形状であり、
前記走査機構は、前記被検体の前記音響整合液に浸っている領域の外周部から先に前記音響波が検出されるように、前記受信部を移動させる
ことを特徴とする請求項5に記載の音響波受信装置。 - 前記走査機構は、前記受信部が前記音響波を受信する有効受信領域が前記保持部材と重なる領域が、前記保持部材の外側から内側へ向かうように、前記受信部を移動させる
ことを特徴とする請求項5または6に記載の音響波受信装置。 - 前記走査機構は、前記重なる領域が、らせん状の軌跡を描くように前記受信部を移動させる
ことを特徴とする請求項7に記載の音響波受信装置。 - 前記被検体に、前記保持部材を介して、光源から導かれたパルス光を照射する光照射部をさらに有し、
前記受信素子は、前記パルス光の照射により前記被検体から発生する光音響波を受信する
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記保持部材を介して前記被検体に超音波を送受信することが可能な複数の送受信素子を有する送受信探触子アレイをさらに有する
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記送受信探触子アレイは、前記液槽に固定されていることを特徴とする請求項10に記載の音響波受信装置。
- 前記送受信探触子アレイは、前記受信探触子アレイとは異なる位置において、前記液槽に固定されている
ことを特徴とする請求項11に記載の音響波受信装置。 - 前記送受信探触子アレイは、前記受信探触子アレイより前記保持部材に近接している
ことを特徴とする請求項10ないし12のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記制御部は、
前記受信探触子アレイを前記液槽と一体的に移動させ、前記被検体に対して前記受信探触子アレイが前記音響波を受信する有効受信領域を走査しながら、前記被検体からの音響波を受信する光音響測定モードと、
前記送受信探触子アレイを前記液槽と一体的に移動させ、前記被検体に対して前記有効送受信領域を走査しながら、前記被検体からの超音波エコー信号を受信する超音波エコー測定モードと、による制御を行い、
前記光音響測定モードと前記超音波エコー測定モードでは、前記槽内への前記音響整合液の供給量が異なる
ことを特徴とする請求項10ないし13のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記光音響測定モードと前記超音波エコー測定モードは、異なるタイミングで行われることを特徴とする請求項14に記載の音響波受信装置。
- 前記制御部は、前記光音響測定モードでは前記槽内への前記音響整合液の供給を停止し、
前記超音波エコー測定モードでは前記槽内への前記音響整合液の供給を継続する
ことを特徴とする請求項14または15に記載の音響波受信装置。 - 前記超音波エコー測定モードを前記光音響測定モードより先に行う
ことを特徴とする請求項14ないし16のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記超音波エコー測定モードを前記光音響測定モードより後に行う
ことを特徴とする請求項14ないし16のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記制御部は、前記光音響測定モードの後、かつ、前記超音波エコー測定モードの前に、前記液槽に前記音響整合液を供給する
ことを特徴とする請求項18に記載の音響波受信装置。 - 前記保持部材に付着した気泡を検知する泡検知手段をさらに有し、
前記制御部は、前記気泡の検知に関する情報に応じて、前記液供給部を制御する
ことを特徴とする請求項1ないし19のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 前記被検体を撮像するカメラをさらに有し、
前記カメラは、前記泡検知手段を兼ねる
ことを特徴とする請求項20項に記載の音響波受信装置。 - 前記音響整合液の温度を変化させる温度調節装置と、
前記音響整合液の温度を検出する温度センサと、を有し、
前記制御部は、前記温度センサの出力に基づき前記槽内に貯留された前記音響整合液の温度が定常化したと判断された場合に、前記受信探触子アレイによる前記音響波の受信を可能にする
ことを特徴とする請求項1ないし21のいずれか1項に記載の音響波受信装置。 - 一方の面で被検体を保持するとともに、前記被検体から伝搬された音響波を他方の面の側に伝搬させるシート状の保持部材と、複数の受信素子を備える受信探触子アレイと、前記受信探触子アレイが固定され、前記被検体と前記受信探触子アレイとが音響的に結合されるように音響整合液が貯留される液槽と、液供給部と、制御部と、走査機構と、情報生成部と、を有する音響波受信装置の制御方法であって、
前記受信探触子アレイが、前記被検体から前記保持部材を介して伝搬する音響波を受信して電気信号に変換するステップと、
前記液供給部が、前記液槽の槽内に前記音響整合液を供給するステップと、
前記制御部が、前記槽内に供給する前記音響整合液の供給量を制御するステップと、
前記走査機構が、前記被検体、ならびに、前記受信素子および前記液槽の相対的な位置関係を変化させるステップと、
前記情報生成部が、前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を生成する
前記制御部が、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出するときは、前記受信探触子アレイが前記音響波を検出しないときに比べて、前記槽内への前記音響整合液の供給が少なくなるように、前記液供給部を制御するステップと、
を有することを特徴とする音響波受信装置の制御方法。 - 前記制御部は、
前記受信探触子アレイを前記液槽と一体的に移動させ、前記被検体に対して前記受信探触子アレイが前記音響波を受信する有効受信領域を走査しながら、前記被検体からの音響波を受信する光音響測定モードと、
前記送受信探触子アレイを前記液槽と一体的に移動させ、前記被検体に対して前記有効送受信領域を走査しながら、前記被検体からの超音波エコー信号を受信する超音波エコー測定モードと、による制御を行い、
前記光音響測定モードと前記超音波エコー測定モードでは、前記槽内への前記音響整合液の供給量が異なる
ことを特徴とする請求項23に記載の音響波受信装置の制御方法。 - 前記超音波エコー測定モードを前記光音響測定モードより先に行う
ことを特徴とする請求項24に記載の音響波受信装置の制御方法。 - 前記超音波エコー測定モードを前記光音響測定モードより後に行う
ことを特徴とする請求項24に記載の音響波受信装置の制御方法。
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