JP2018102749A - 探触子アレイ、及びそれを用いた情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 椀状の音響波検出器に探触子を高密度に配列しつつ、探触子が固定される被固定部を平面にする必要がない探触子アレイを提供することを目的とする。【解決手段】 複数の貫通孔を有するお椀状の支持部と、音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサを有し、前記貫通孔の中に設けられた探触子と、を有する探触子アレイであって、前記探触子は、前記探触子を前記支持部の外表面に固定するための固定部を有し、前記固定部が曲率を有する探触子アレイ。【選択図】 図１

Description

本発明は、音響波を検出する探触子アレイ、及びそれを用いた情報取得装置に関する。

生体組織に透過特性が良い波長６００ｎｍ−１５００ｎｍ程度の光を用いて、血液中に含まれるヘモグロビンの光吸収特性から、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判定して腫瘍の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、物質は光吸収特性に対応して光エネルギーを吸収し、物質が瞬間的に膨張することにより弾性波が発生する現象である。この弾性波を超音波探触子で検出し、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もとに生体内の吸収特性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に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進められている。

光音響効果を利用した光音響装置として、複数の音響素子（トランスデューサ）を螺旋状に配列したお椀状の音響波検出器を有する構成が特許文献１に開示されている。この装置は、お椀状の音響波検出器の下部に、被検体に対して光を照射する光照射部を有する。この装置構成では、被検体からの音響波を多数の方向で受信することで取得した画像の解像度向上を実現している。

国際公開第２０１０／０３０８１７号

精度の高い被検体画像を取得する装置として、音響素子を有する探触子同士を高密度に実装する構成が考えられる。特許文献１のように、音響素子を螺旋状に配列する方法は、高密度に配列出来る方法の一つである。しかし、この方法は音響素子が不均等に配列されるため、探触子を音響波検出器に固定する際に、互いに干渉が無いように配置する必要がある。

また、安定した固定のために、固定部が平面の場合、被固定部も平面形状とすることが一般的である。それゆえ、探触子の固定部が平面の場合、音響波検出器の被固定部は、探触子の固定部に合わせて平面形状に切削することが好ましい。

ここで、探触子の固定部の総面積に対して、音響波検出器の外表面の表面積が十分に大きい場合は、被切削面同士は交わらない。一方、探触子の固定部の総面積に対して、音響波検出器の外表面の表面積が近くなると、被切削面は交わるか、被切削面を形成する稜線同士が近接する状態となる。前者の場合、被切削面内に固定箇所を有している場合、固定箇所が一部欠けてしまうことがある、という課題を有する。また、後者の場合、微小なリブやエッジを生じ、組立作業上支障をきたすことがある、という課題を有する。すなわち、固定部が平面であることに対応して、被固定部を平面にすることに課題があることを見いだした。

前記した通り、精度の高い被検体画像を取得する際には、音響素子を有する探触子同士を高密度に配列する必要があり、探触子の固定部の総面積に対して、音響波検出器の外表面の表面積が近くなる。その際、本発明者が見出した上記課題を解決する必要があるが、これまで解決する手段が知られていなかった。

そこで本発明では、お椀状の音響波検出器に探触子を高密度に配列しつつ、探触子が固定される被固定部を平面にする必要がない探触子アレイを提供することを目的とする。

本発明に係る探触子アレイは、複数の貫通孔を有するお椀状の支持部と、音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサを有し、前記貫通孔の中に設けられた探触子と、を有する探触子アレイであって、前記探触子は、前記探触子を前記支持部の外表面に固定するための固定部を有し、前記固定部が曲率を有する。

本発明に係る探触子アレイによれば、複数の貫通孔を有するお椀状の支持部に、高密度に探触子を設ける場合に、探触子を固定する固定部に曲率を持たせておくことで、支持部を平面上に加工する必要がなくなる。また、このような高密度に探触子が設けられた探触子アレイを備えた情報取得装置によって、精度の高い被検体画像を取得することが出来る。

本発明の実施形態１に係る探触子アレイの構成を示す断面図 本発明の実施形態１に係る探触子アレイの一部を拡大した断面図 本発明の実施形態１におけるトランスデューサを詳細に説明した（ａ）断面図、（ｂ）トランスデューサの斜視図 本発明の実施形態１における（ａ）支持部の外側面の曲率が固定部に設けた曲率より小さい場合の断面図、（ｂ）支持部の外側面の曲率が固定部１１０に設けた曲率より大きい場合の断面図 本発明の実施形態１に係る固定部一部に切り欠気を有するトランスデューサの断面図 本発明の実施形態１に係る探触子１０３を支持部に配設させたとき、外側面側から見た拡大図 （ａ）本発明の実施形態１に係る探触子の比較例を説明した図。（ｂ）本発明の実施形態１に係る探触子を支持部に配列させるために、固定部の支持部に取りつける面に併せて平面部を形成したことを示す図 （ａ）本発明の実施形態に係る探触子の参考例１（ｂ）本発明の実施形態に係る探触子のアレイの参考例２ （ａ）（ｂ）本発明の実施形態２に係る探触子の固定部に位置決め機構を設けた図（ｃ）（ｄ）本発明の実施形態２に係る筺体１０４側の穴構造を説明した図 本発明の実施形態３に係る情報取得装置 本発明の実施形態４に係る情報取得装置

本発明の実施形態に係る探触子アレイについて説明するが、本発明はこれらに限られない。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る探触子アレイについて、図１、２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る探触子アレイの構成を説明するための断面図である。図２は、探触子の固定部の有する曲率（曲率半径、以下単に曲率と略す）について説明するために、探触子アレイの一部を拡大した断面図である。なお図２では、説明のため、支持部から探触子を取り外した状態を示している。

本実施形態に係る探触子アレイ１００は、複数の貫通孔１３０を有するお椀状の支持部１０４と、音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサ１０５を有し、貫通孔１３０の中に設けられた探触子１０３とを有する。そして、探触子１０３は、探触子１０３を支持部１０４の外表面１７０に固定するための、曲率を有する固定部１１０を有する。

本実施形態における探触子１０３の固定部１１０が曲率を有するので、お椀状の支持部１０４の外表面１７０に沿って探触子を固定することができる。その結果、探触子１０３を支持部１０４に高密度に配置する場合、固定部１１０に合わせて支持部の外表面を平面状に加工する必要がないため、平面状に加工することによる、支持部の一部の欠けや、微小なリブやエッジの発生を抑制できる。

探触子を高密度、かつ、安定的に支持部に固定するため、固定部１１０において、支持部１０４の外表面１７０と接する面１５０の曲率（Ｒ_１）と、外表面１７０において、固定部１１０と接する面１４０の曲率（Ｒ_２）とが略同一であることが好ましい。ここで、略同一とは、０．９５×Ｒ_２≦Ｒ_１≦１．０５×Ｒ_２の関係を満たすことを意味する。なお、０．９９×Ｒ_２≦Ｒ_１≦１．０１×Ｒ_２、さらに好ましくは０．９９９×Ｒ_２≦Ｒ_１≦１．００１×Ｒ_２の関係にあることが好ましい。

以下、本発明の実施形態に係る探触子アレイの詳細について説明する。

（探触子アレイ）
本実施形態に係る探触子アレイ１００は、複数の貫通孔１３０を有するお椀状の支持部１０４と、音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサ１０５を有し、貫通孔１３０の中に設けられた探触子１０３を少なくとも有する。

１０２は被検体であって、人体、動物などの一部、例えば手、脚、乳房などである。探触子（超音波探触子）１０３は、被検体１０２から発生された音響波の受信を行う。探触子１０３の材質は例えば、金属、樹脂等の構造材である。なお、探触子アレイ１００に複数の探触子１０３を設ける場合は、製造コスト面を考慮すると樹脂成型が好ましいが、後述する支持部（筺体）１０４の材質に併せ、材質を選定しても良い。複数の探触子１０３は、支持部１０４が有する複数の貫通孔１３０の各々に螺旋状に配列されている。螺旋の種類は対数螺旋、代数螺旋など様々なものがあるが、ここでは隣り合う探触子の間隔がフィボナッチ数となっている螺旋を用いている。

また、複数の探触子に設けられたトランスデューサ１０５の受信面は、支持部１０４の内表面１６０の内側に向けられている。なお、複数の探触子１０３の各々のトランスデューサ１０５の受信面の垂線が１点で交わるように設けられていることが好ましい。垂線の交わる点は感度が高いため、被検体１０２が配置されること、被検体に関して、精度の高い情報が得られる。

なお、全ての貫通孔１３０に探触子１０３が設けられていなくても良く、被検体や被検体から取得した情報に応じた数の探触子が設けられていればよい。

光照射部１０１は被検体１０２に対してナノ秒程度のパルス光を照射する光学系である。光照射部１０１には、不図示の光源（後述）から光が供給される。

本実施形態において支持部１０４は半球状であり、光照射部１０１、探触子１０３を支持する。支持部１０４はその内表面１６０、外表面１７０共に半球状をしている。その形状は、内表面１６０と外表面１７０は同一の曲率中心を有することが好ましいが、必ずしも同一でなくても良い。また、内表面１６０の曲率と外表面１７０の曲率は略同一であることが好ましい。

また、内側面１６０は音響波の受信を妨げることが無ければ、必ずしも半球状で無くても良く、放物面、双曲面、楕円面、多面体形状、その他の形状でも良い。つまり、支持部は、半球状以外にも、略半球状、円錐台形状、かまぼこ形状等であってもよい。また、略半球状とは、球の中心と球の頂点とを結ぶ線と、球の中心と球の淵とを結ぶ線とのなす角度ｘが９０°より小さくてもよいし、９０°より大きくてもよい。ｘが９０°の場合が、半球状である。この外側面１７０の曲率中心は、前記した探触子１０３が被検体１０２に向かって集まる点であることが好ましい。支持部１０４には２種類の穴が設けられている。１つ目は、光照射部１０１のパルス光を通すためである。２つ目は超音波探触子１０３の音響波を受信するための貫通孔１３０であり、探触子１０３を設けるためのものである。本実施形態において、貫通孔１３０の中心軸は支持部１０４の外側面１６０が有する曲率中心を向いているが、必ずしもその構成に限られない。

次に、図３を用いて、探触子１０３の構成の詳細について説明する。１０５はトランスデューサ（音響波変換素子）であり、音響波と電気信号を相互に変換を行うものである。本実施形態では、音響波を電気信号に変換する。トランスデューサとしては、静電容量型のトランスデューサや圧電型のトランスデューサをもちいることができる。圧電型のトランスデューサとしては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される高分子圧電膜材料や、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用いることが出来る。また、静電容量型のトランスデューサとして、ＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）などを用いることが出来る。

１０６はシール部材であり、パルス光の減衰低下を低減するために支持部１０４に入れられた水やジェルなどの音響マッチング剤が支持部１０４から漏出しないように支持部１０４と探触子１０３との間に設けられている。図３において、シール部材１０６はＯリングであり、部材としては、水やマッチング剤に劣化しないようなものであれば何でも良く、例えばフッ素系のゴムなどである。また、その他の例としては、接着剤も可能であるが、交換性を考慮に入れると、シール部材としてＯリングを用いることが好ましい。また、本例では、Ｏリングは１本使用しているが、シール性を考慮して２本以上設けても良い。１０７はトランスデューサ１０５と不図示のシステム間の信号を処理する回路である。本図において、この回路１０７は信号を受信した際の信号処理に用いるが、反対に信号を送信する場合の信号処理を行う回路を含んでいてもよい。１０８は第一の配線であり、第一の配線はトランスデューサ１０５と回路１０７を接続するものである。１０９は第二の配線であり、回路１０７と不図示のシステム間との信号を接続している。１１０は探触子１０３の固定部（以下、固定部と呼ぶ）であり、支持部１０４に固定される部分である。

図４は超音波探触子１０３の形状を俯瞰し固定部１１０の形状を詳細に示した斜視図である。なお、本図において、シール部材１０６は不図示である。固定部１１０は２つの穴を有しており、この穴に不図示のねじ、ボルト等の締結部材を通し、支持部１０４に固定されている。この２つの穴は、円筒状の探触子１０３の中心軸を挟み略対称の位置に形成されている。

また、固定部１１０の支持部１０４に接する面は図示する通り、曲率ＳＲが設けられており、この曲率Ｒ_１は支持部１０４の外側面の曲率Ｒ_２と略同一である。

一方、この対向する面は、平面であり、この平面の法線は探触子１０３の中心軸と一致している。曲率Ｒ_１は、支持部１０４の曲率と同じことが好ましいが、製造上の公差を有することが一般的であるため、完全同一ではない場合もありうる。探触子１０３の安定性の観点から言えば、支持部１０４の外側面１７０の曲率Ｒ_２が固定部１１０に設けた曲率Ｒ_１よりも、前述の略同一の範囲内で、小さい方が好ましい。図４及び図５を用いてこの理由を説明する。

図４（ａ）は支持部１０４の外側面１７０の曲率Ｒ_１が固定部１１０に設けた曲率より小さい場合の詳細図である。図４（ａ）において、１１１はねじ、ボルト等の締結部材である。図４（ａ）に示す通り、探触子１０３は支持部１０４に対して固定部１１０の内側で接する。一方、図４（ｂ）は支持部１０４の外側面１７０の曲率Ｒ_２が固定部１１０に設けた曲率Ｒ_１より大きい場合の詳細図である。図４（ｂ）に示す通り、探触子１０３は支持部１０４に対して、固定部１１０の先端で接する。図４（ａ）の場合、探触子１０３の固定部１１０は固定部外周の稜線（図４（ａ）の○で囲まれた領域で１０３と１０４が接する線）で接する。それに対し、図４（ｂ）の場合、固定部の先端の２点（図４（ｂ）で○で囲まれた領域のうち、１０３の角の部分）でしか当たらない。従って、支持部１０４の外側面１７０の曲率Ｒ_２は固定部１１０に設けた曲率Ｒ_１より小さい方が好ましい。なお、この場合、固定部１１０は適度に変形する方が好ましい。固定部１１０の締結部材１１１の軸力を考慮に入れ、固定部１１０の肉厚を決定することにより、より支持部１０４に密着させることが可能となる。その点で、探触子１０３の材質は強度の低い樹脂の方が変形しやすいため好適である。更に、固定部１１０の一部を切り欠き変形しやすくしても良い。図５は固定部１１０の一部を切り欠いた探触子１０３を説明した図である。１１２は固定部１１０の一部を切り欠いた切り欠きである。切り欠き１１２を有することにより、探触子１０３が更に変形しやすくなり、探触子１０３の支持部１０４に対する密着性が向上する。探触子１０３に用いる材質と固定部１１０の形状に応じて、固定部の厚さや切り欠きの大きさを決めることが好ましい。

図６は探触子１０３を支持部１０４に配設させたとき、外側面１７０側から見た拡大図である。本図において、１１３、１１４、１１５、１１６は隣り合う探触子１０３の基準点を結ぶ仮想線である。また、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは各々本図の説明上代表とする探触子である。図６の通り、探触子１０３は不均等な配列になっており、隣り合う探触子１０３の基準点４つを結ぶと崩れた四辺形となっている。１０３ａと１０３ｂの間隔は離れているが、１０３ｃと１０３ｄの間隔は狭くなっている。

以上のような構成によって、例えば６００個以上、好ましくは９００個以上の探触子１０３を支持部１０４に設けることができ、高密度に探触子が設けられた探触子アレイが得られる。また、例えば、半球状の支持部１０４に２９００個／ｍ^２以上の密度で、探触子を設けるような場合に、本実施形態に係る探触子アレイを適用できる。

（比較例）
以下、固定部１１０の形状を、曲率を有する形状とした理由を説明するために、比較例を示す。図７（ａ）は探触子１０３の比較例として、固定部１１０の筺体１０４に取りつける形状を、曲率をもたない平面形状とした時の構造を説明した図である。固定部１１０は支持部１０４に取り付ける面側が平面となっており、不図示の締結部材１１１を取りつける面に対して平行になっている。

図７（ａ）は図７（ｂ）で説明した探触子１０３を支持部１０４に配列させるために固定部１１０の支持部１０４に取りつける面に併せて平面部を形成したことを示す図である。ここで、１１７の枠内は切削に伴って生じた微小なリブ（以降リブと呼ぶ）である。図７（ｂ）で示すように、固定部１１０の形状に併せて支持部１０４も平面に切削している。これによって、リブ１１７が生じる。本図においては、わずか１０個前後の領域で５つのリブが発生している。図７（ａ）に示した通り、維持部１０４には数１００個の探触子１０３が実装されており、無数のリブ１１７が生じていると考えられる。

探触子１０３を更に高密度に配設する場合、探触子１０３が通過する穴と支持部１０４に形成した平面部が交差し、エッジが発生する。このエッジは組立作業上手の切創等生じないように除去するのが一般的である。更に多くの探触子１０３を配列すると、無数のリブは無数のエッジとなるため、これらのエッジを適切に処理するためには非常に時間を要する。それゆえ、探触子１０３の固定部１１０は平面部にせず、支持部１０４に併せた曲率を有する形状にすることが好ましい。

（参考例１）
図８（ａ）は探触子１０３の例として、別構造を示すものである。本例では、図３（ａ）の探触子１０３の構造が、本比較例に係る別構造より好適であることを説明する。図８（ａ）において、１１８は探触子１０３に構成したおねじである。また、支持部１０４は、ハッチングを施して示しており、おねじ１１８に噛み合うように、支持部１０４にも同様にめねじを形成してある。図８（ａ）を見てわかる通り、おねじが形成する直径はシール部材１０６のそれより必ず大きくなる。また、探触子１０３を支持部１０４に実装する際、回転させる必要があるため、位置を決めることが困難である。

（参考例２）
図８（ｂ）は探触子１０３の例として、第２の別構造を示すものである。本例では、図３（ｂ）の探触子１０３の構造が、第２の別構造より好適であることを説明する。図８（ｂ）において、１１９は探触子１０３の外周に設けられた突き当て部である。この突き当て部１１９は支持部１０４の内部に設けられた突き当て面に突き当たる。１２０は探触子１０３の突き当て部１１９を押すための押え環である。押え環１２０の外周にはおねじを形成してある。一方、支持部１０４には、このおねじと噛み合うようにめねじを形成してある。図８（ａ）で説明した別構造では、探触子１０３を回転しながら、支持部１０４に実装していた。一方、図８（ｂ）の第２の別構造では、探触子１０３を突き当て部１１９が支持部１０４に突き当たるまで挿入し、押え環１２０をねじ込むことで固定を行う。図８（ｂ）には記載していないが、突き当て部１１９に方位を決める機構、例えば探触子１０３の一部をＤカットし、併せて支持部１０４もそれに合うような加工を行えば方位を決定することも可能となる。しかし、第２の別構造も探触子１０３を押え環１２０で押圧させて固定させる構造であるため、押え環の直径がシール部材１０６のそれより必ず大きくなってしまう。

図８（ａ）、図８（ｂ）に探触子１０３の別構造案を示したが、いずれもねじ部や押え環の直径がシール部材１０６のそれより大きくなってしまう。そのため、より高密度に配列させるには図３（ｂ）に示す探触子１０３の構造が適している。なお、前記した通り接着剤を用いて固定することも考えられるが、交換性を考慮すると接着剤を用いてない方が良い。

なお、探触子１０３の固定部１１０の締結部材１１１を１本とすることにより占有面積を更に増やすことが可能となる。しかし、探触子１０３の固定部１１０を押圧する締結部材１１１の位置が超音波探触子の中心軸から外れているため片当りとなり、支持部１０４の穴に対して傾いて固定される可能性がある。そのため、本構造のように２箇所で固定する方がより好ましい。

また、探触子１０３の固定部１１０の固定用の穴は探触子１０３の中心軸を挟み対称な位置（対向した位置）に設けているが、一方の固定部を多少回転した位置に設けることにより、不規則な配列に対して有効なことも考えられる。しかし、２本の締結部材１１１が中心軸を挟み対向していることにより調心が可能であるため、可能な限り対向している方が好ましい。なお、十分な面積が確保できる場合は３か所で支持する方が好ましいが、高密度な実装と相反することがある。

更に、探触子１０３の向きは図７（ｂ）において固定部１１０が紙面に対して上下に向いているが、干渉しないように任意の角度に回転させても良い。例えば、本図において、探触子１０３の回転軸中心に９０度回転させても良い。また、探触子１０３を１つ飛ばしに角度を変えるなどしても良い。最適な角度に向けることにより、探触子１０３を高密度に配列させることが可能となる。

以上、説明したように探触子１０３の固定部１１０を、支持部１０４に併せた曲率を有する形状にし、２本の締結部材１１１で固定する構造を有することにより、支持部１０４に対して、探触子１０３を高密度に配列させられる。その結果、精度の高い画像取得が可能となる。また、支持部１０４は微小なリブやエッジなどを発生させることがなくなり、組立作業上安全に探触子１０３を支持部１０４に実装することが可能となる。更に、支持部１０４に微小なリブやエッジなどが生じないため、これらを除去する無駄な加工が必要となくなり、支持部１０４の製造コストを下げることが可能となる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る探触子アレイはより、精度の高い画像を得るための構成について、説明をする。ここでは、実施形態１と共通する点は説明を省略し、異なる点について説明する。

実施形態１で示した探触子１０３は固定部１１０に２つの穴が開いており、その穴に締結部材１１１を挿入し固定している。しかしながら、２つの穴には締結部材１１１を挿入するための隙間が設けてある。そのため、その隙間の分で探触子１０３は軸方向に回動してしまう可能性がある。従って、より精度の高い画像取得を行うためには、高精度な位置決めが必要となる。

図９（ａ）は探触子１０３を支持部１０４の所定の位置に固定するための固定部１１０に位置決め機構を設けた図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の側面図である。図９（ａ）において、２０１は位置決め機構であり、固定部１１０の支持部１０４側の取付面にドーナッツ状の円筒を２箇所構成したものである。一方、図９（ｃ）は、支持部１０４側の穴構造を説明した図である。図９（ｄ）は、図９（ｃ）の側面図である。

図９（ｃ）の２０２は探触子１０３が通過する穴である。２０３は固定部１１０の位置決め機構２０１に併せて設けられた長穴である。この長穴２０３と位置決め機構２０１は嵌合可能に構成されており、この嵌合部で探触子１０３が回動することを抑制する。２０４は不図示の締結機構１１１を固定するためのタップ穴である。探触子１０３は位置決め機構２０１を長穴２０３に挿入し、締結機構１１１で固定することによって、軸方向に回動することを抑止することができ、より信頼性の高い画像取得を得ることが出来る。また、支持部１０４側の加工も比較的簡便な加工であるため、低コストで製作することが出来る。なお、図９（ａ）は固定部１１０に位置決め機構２０１を設けた構成だが、固定部１１０の穴を精度良い穴とし、締結機構１１１にこの穴と嵌合する機構を設けても同様の効果を得ることが出来る。

以上、説明したように探触子１０３の固定部１１０に位置決め機構２０１を設けたことにより、探触子１０３を位置決めすることが出来、高密度に実装出来るとともにより精度の高い画像取得が可能となる。

（実施形態３）
（情報取得装置）
図１０Ａは、上記実施形態１の図１において、光照射部１０１を有しない探触子アレイ３００を備えた情報取得装置（被検体情報取得装置）について、説明した図である。なお、実施形態１と同一符号を示すものは、同一のものであり、説明を割愛する。図中に示す矢印は、パルス光、音響波、信号の流れを示す。なお、本実施形態に係る情報取得装置は、実施形態２に係る探触子アレイを用いてもよい。

本実施形態では、探触子アレイ３００が、超音波を送信可能に構成されている。図１０Ａにおいて、探触子１０３は実施形態１で説明した通り、トランスデューサ１０５を有しており、これを用いて音響波（超音波）の受信だけでなく、送信も行う。具体的には、のシステムからトランスデューサ１０５に送信のための電気信号を送り、音響波に変換する。変換された音響波は、被検体１０２に対して送出され、被検体１０２に到達する。到達した音響波は、被検体１０２において反射し、再度、探触子１０３内のトランスデューサ１０５で電気信号に変換され、情報取得部３０２に送出される。情報取得部３０２では、情報取得部３０２で得られた被検体に関する情報を、出力された電気信号を処理して、被検体に関する情報を取得する。そのような意味で、信号処理部と言い換えることもできる。表示部３０３では、情報取得部で得られた被検体に関する情報を表示する。本実施形態に係る探触子アレイを用いるので、表示部３０３では、精度の高い被検体に関する情報を表示することができる。

本実施形態における情報取得部は、受信した電気信号を用いて被検体内の吸収係数分布等の光学特性値分布情報に関連したデータを形成するものである。被検体内の吸収係数分布を算出する際には、一般的には、受信した電気信号に基づいて被検体内の初期音圧分布を算出し、さらに被検体内の光フルエンスを考慮することにより、吸収係数分布を算出する。初期音圧分布の形成に関しては、例えばタイムドメインでの逆投影を用いることができる。

ここで、探触子１０３や支持部１０４の関係は図１と変わらない。以上説明したように、実施形態３においても実施形態１で説明したものと同じ効果を得ることが出来る。

（実施形態４）
（情報取得装置）
本発明の実施形態に係る情報取得装置（被検体情報取得装置）の別の例を示す。ここでは、実施形態３と共通する点は説明を省略し、異なる点について説明する。

図１０Ｂは実施形態１で説明した探触子アレイを用い、情報取得装置に適応したことを説明する図である。また、図１０Ｂにおいては、実施形態１の一部を適応しているが、実施形態２にも適応出来る。なお、図１０Ｂにおいて、実施形態１、２と同一符号を示すものは、同一のものであり、説明を割愛する。さらに、図中に示す矢印は、パルス光、音響波、信号の流れを示す。

４０１は光源であり、ここでナノ秒程度のパルス光を発光する。この光源は被検体に併せて選択することが出来、例えば生体の場合、波長６００ｎｍから１５００ｎｍ程度のものを選択することが出来る。光源４０１から発光されたパルス光は光照射部１０１を通り、被検体１０２に照射される。被検体１０２では、照射されたパルス光によって、光エネルギーを吸収し、瞬間的に膨張し、音響波が発生される。発生された音響波は複数の探触子２０１に捕捉され、信号の強度、位相情報が情報取得部４０２に送信される。情報取得部４０２では、各超音波探触子の位置情報と得られた信号を元に画像の再構成を行い、表示部４０３で表示を行う。

以上説明したように、光源から発生したパルス光は被検体に照射され、被検体から発生された弾性波を探触子で捕捉することで、各探触子から得られた信号や、各探触子の位置情報を元に画像の再構成を行う。画像再構成により、被検体の情報を画像に再構成出来る。

なお、実施形態３においては、光照射部１０１が無い点は異なるが、受信された信号を情報取得部４０２に送出した後、表示部４０３で表示を行う点は同じである。

（光源）
本実施形態における光源について詳細を説明する。本実施形態における光源は、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される波長のパルス光が照射される。本実施形態において使用する波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、６００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。また効率的に光音響波を発生させるために、パルス幅は１０〜１００ナノ秒程度が好適である。光源としては大出力が得られるレーザーが好ましいが、レーザーの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）やフラッシュランプ等を用いることもできる。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用できる。照射のタイミング、波形、強度等は光源制御部によって制御される。なお、この光源制御部は光源と一体化されていても良い。また、光源は本実施形態の情報取得装置と別体として設けられていても良い。なお、本実施形態における光源は、複数の波長の光を出射可能な光源であってもよい。

１００ 探触子アレイ
１０１ 光照射部
１０２ 被検体
１０３ 探触子
１０４ お椀状の支持部
１０５ トランスデューサ
１１０ 固定部
１３０ 貫通孔
１４０ 外表面１７０の、固定部と接する面
１５０ 固定部１１０の、外表面と接する面
１６０ 支持部の内表面
１７０ 支持部の外表面

Claims (17)

1. 複数の貫通孔を有するお椀状の支持部と、
   音響波と電気信号とを変換可能に構成されているトランスデューサを有し、前記貫通孔の中に設けられた探触子と、
   を有する探触子アレイであって、
   前記探触子は、前記探触子を前記支持部の外表面に固定するための固定部を有し、前記固定部が曲率を有する探触子アレイ。
2. 前記固定部において前記外表面と接する面の曲率と、前記外表面において前記固定部と接する面の曲率とが略同一である、請求項１に記載の探触子アレイ。
3. 前記トランスデューサは、前記トランスデューサの受信面が、前記支持部の内表面の内側に向けられるように設けられている、請求項１または２に記載の探触子アレイ。
4. 前記トランスデューサは、前記探触子の各々の前記トランスデューサの受信面が１点で交わるように設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
5. 前記トランスデューサは、静電容量型のトランスデューサである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
6. 前記トランスデューサは、圧電型のトランスデューサである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
7. 前記支持部と前記探触子との間にシール部材が設けられている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
8. 前記固定部は、前記支持部に、締結部材で固定されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
9. 前記外表面において前記固定部と接する面の曲率が、前記固定部において前記外表面と接する面の曲率よりも小さい、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
10. 前記固定部は、前記探触子を前記支持部に固定するための穴を有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の探触子アレイ。
11. 前記固定部が切り欠きを有する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
12. 前記探触子が前記支持部に６００個以上、設けられている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
13. 前記固定部を構成する材料は樹脂である、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
14. 前記探触子は、前記支持部に螺旋状に配置されている、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
15. 前記固定部は、前記探触子を前記支持部の所定の位置に配置するための位置決め機構を有する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
16. 光を発生する光源と、
    被検体に光が照射されることによって生じた音響波を受信して電気信号を出力する探触子アレイと、
    前記電気信号から前記被検体の情報を取得する情報取得部と、を有し
    前記探触子アレイが、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の探触子アレイである、情報取得装置。
17. 被検体に超音波が照射されることによって生じた音響波を受信して電気信号を出力する探触子アレイと、
    前記電気信号から前記被検体の情報を取得する情報取得部と、を有し
    前記探触子アレイが、超音波を送信可能に構成されており、
    前記探触子アレイが、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の探触子アレイである、情報取得装置。

Images