JP2019076250A - 音響波装置に対する音響整合液の供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液槽４２に貯留された音響整合液２ｂ中に排出口４０から混入する気泡が低減された音響波装置１００、および、該音響波装置への音響整合液２ｂの供給方法を提供することすること。【解決手段】 排出口４０からゲートバルブ１０までの区間を音響整合液２（２ｂ）で液密にするパージ工程Ｓ１０と、排出口４０より高い液位Ｌｃまで液槽４２に音響整合液２（２ｂ）を供給する供給工程Ｓ３０と、を有し、供給工程Ｓ３０はパージ工程Ｓ１０の後で行われることを特徴とする音響整合液の供給方法。【選択図】 図２

Description

本発明は、被検体と受信部との間を音響的に結合する音響整合液を収容する液槽を備える音響波装置への音響整合液の供給方法に関する。

被検体からの音響波を受信する受信部と、液槽に貯留した音響整合液を介して被検体からの音響波を受信し、被検体の音響波画像を取得する音響波装置が知られている。

特許文献１には、半球状の支持体に複数の探触子が配列された受信部と、被検体を保持する樹脂製の保持部と、受信部が被検体と音響的に結合する液位まで音響整合液を収容する液槽と、を備え被検体の光音響波を受信する音響波装置が開示されている。

特許文献１によれば、かかる液槽は、受信部を支持する半球状の支持体に、液槽の一部を構成するとともに、保持部と音響整合液を介して被検体に近赤外光を照射する光照射部と、音響整合液が供給、排出される供給口、排出口と、が設けられていることが開示されている。

特許文献１には、さらに、音響波受信中に気泡を発生させないために、音響波の受信中に音響整合液を交換せずに、音響波受信工程の前に音響整合液を交換することが開示されている。

米国特許出願公開第２０１１／０３０６８６５号明細書

特許文献１に記載されている音響波装置において、保持部が音響整合液と音響的に結合する液位まで液槽に音響整合液を注入したあとで、図５（ａ）に示すように、排出口から液槽の槽内に気泡が混入してくる場合があった。かかる気泡は、音響波の受信信号の強度を減衰するため、音響波像を取得するイメージング装置としては写損の原因となった。

また、気泡の排出口から槽内への混入は、液槽の振動、走査、温度変化等の外乱により促されるため、図５（ｂ）に示すように、気泡の発生タイミングは管理しきれなかった。したがって、撮影中、較正期間中を問わず槽内へ混入する可能性がある排出口からの気泡を低減することが求められていた。

以降、本願明細書では、排出口から液槽の槽内への気泡の混入を、気泡の発生と称する。

本願発明は、液槽に貯留された音響整合液中に排出口から混入する気泡を低減した音響波装置への音響整合液の供給方法を提供するものである。

本発明は、音響整合液を介して被検体からの音響波を受信する受信部と、前記音響整合液を排出する排出口と、を備え、前記音響整合液を貯留する液槽と、開閉により前記排出口からの排出状態を切り替えるゲートバルブ、とを備えた音響波装置に対する前記音響整合液の供給方法であって、前記排出口から前記ゲートバルブまでの区間を前記音響整合液で液密にするパージ工程と、前記排出口より高い液位まで前記液槽に前記音響整合液を供給する供給工程と、を有し、前記供給工程は前記パージ工程の後で行われることを特徴とする音響整合液の供給方法である。

本発明によれば、液槽に貯留された音響整合液中に排出口から混入する気泡を低減した音響波装置への音響整合液の供給方法を提供することができる。

第一の実施形態に係る音響波装置の給液方向の各工程を示す模式図（ａ）〜（ｄ）である。 第一の実施形態に係る音響整合液２（２ｂ）の供給シーケンスを示す時系列図である。 第二の実施形態に係る音響波装置の給液方向の各工程を示す模式図（ａ）〜（ｄ）である。 第二の実施形態に係る音響整合液２（２ｂ）の供給シーケンスを示す時系列図である。 参考形態に係る気泡発生メカニズムを示す模式図（ａ）、（ｂ）である。 排出口の位置を説明する模式図（ａ）〜（ｃ）である。 第一の実施形態に係る音響波装置を示す模式図である。

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、被検体から伝搬された音響波を検出し、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、音響波装置またはその制御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コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。

本発明の音響波装置には、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電気信号（光音響信号）に由来する特性情報は、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脱酸素化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。

本発明の音響波装置には、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。超音波エコー装置が取得する電気信号（超音波エコー信号）に由来する特性情報は、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。

被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三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、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。また、音響インピーダンス分布や、血流を表す分布情報なども生成し得る。このように音響波に基づく情報を可視化することから、本発明は、音響波イメージング装置やその制御方法やプログラムとしても捉えられる。

本願明細書に記載の音響波は、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、本願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。また、送信超音波が被検体で反射したエコー波に由来する電気信号を、超音波エコー信号とも呼ぶ。

本発明の装置が、光音響波を受信する場合、超音波エコーを受信する場合、および、その両方を受信する場合のいずれにおいても、装置が音響波を受信することに変わりはない。よって本発明の装置は、音響波装置と呼べる。本発明は、このような音響波装置の制御方法としても捉えられる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

［第一の実施形態］
第一の実施形態に係る音響波装置と、かかる音響波装置への音響整合液の供給方法について、図１〜図３、図６〜図７の各図を用いて説明する。

＜音響波装置の全体構成＞
本実施形態では、音響波装置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７は、第一の実施形態に係る音響波装置１００を示す概略構成図である。なお、図７において、鉛直方向はｚ軸方向に、重力方向はｚ軸において負の方向に、水平方向はｘｙ平面に、それぞれ一致する。

音響波装置１００は、支持台５０、受信部３０を備え音響整合液２（２ｂ）が貯留される液槽４２、液槽４２を走査する二次元走査部４６、音響整合液２（２ｂ）の温度調整を行う温度調整機構５７、および、液供給系７０を有している。液供給系７０は、少なくとも、液槽４２に貯留される音響整合液２（２ｂ）の供給量を制御する。液供給系７０は、音響整合液の２（２ｂ）のグロスの供給量、とグロスの排出量を制御する給液制御ユニット２２０、排出制御ユニット２４０とを備えることにより、液槽４２内の音響整合液２（２ｂ）の実質的に貯留される液量を制御するものである。

ゲートバルブ１０は、図７のように、開閉により排出口４０からの排出状態を切り替えるものであって、排出口４０より下流側に位置する。本実施形態の音響波装置１００は、図１（ｄ）のように、音響波を透過し、被検体２０１を支持する保持部２５が設けられている。排出口４０は、鉛直方向に見て保持部２５と重なるとともに、保持部２５の下方に位置している。

音響波装置１００は、さらに、被検体２０１を保持する保持部２５と、保持部を介して被検体に近赤外光を照射する光照射部４７を備えている。音響波装置１００が備える各構成要素の詳細については後述する。

＜音響波装置の音響整合液の供給シーケンス＞
被検体２０１からの音響波を受信する受信工程の前に、液槽４２に音響整合液を供給する方法について、図１（ａ）〜（ｄ）、および、図２を用いて説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）の各図は、音響波装置１００に対する音響整合液の供給シーケンスにおいて要部となる、保持部２５、液槽４２、排出口４０、供給口２０、ゲートバルブ１０、流量計１０、および、ポンプＰ１を部分的に拡大した模式図である。図１（ａ）〜（ｄ）の各図は、この順に時間が経過していることを示し、図１（ｂ）は、本発明の特徴となるパージ工程を示している。

図２は、音響波装置１００が備える流量計２１０が計測した単位時間あたりの流量、ゲートバルブ１０、ポンプＰ１の動作、供給口２０、排出口４０を流れる流量、および、保持部２５と音響整合液２（２ｂ）との距離の変化を示すタイミングチャートである。図２に示す、一連の音響整合液２（２ｂ）の供給シーケンスは、パージ工程Ｓ１０、貯留工程Ｓ２０を含んでいる。

本実施形態の音響整合液の供給方法は、排出口４０より高い液位Ｌｃまで液槽４２に音響整合液２（２ｂ）を供給する供給工程Ｓ３０の前に、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間を音響整合液２（２ｂ）で液密にするパージ工程Ｓ１０を行うものである。

パージ工程Ｓ１０は、少なくとも、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に残留する気泡１５をゲートバルブ１０より外側に排出する工程である。パージ工程Ｓ１０は、少なくとも、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に残留する気泡１５をゲートバルブ１０より下流側に排出する工程であると換言される。

パージ工程Ｓ１０を、音響整合液２（２ｂ）を所定の液位Ｌｃ対応する貯留液量まで液槽４２に供給する供給工程Ｓ３０の前に行うことにより、受信部３０と被検体２０１との間の音響波の伝搬経路に気泡１５が混入する可能性を低減させることが可能となる。この結果、気泡１５が液槽４２の槽内に混入しない供給工程Ｓ３０をやり直すことなく、供給工程Ｓ３０の後に行う予定の撮影工程にスムーズに移行することが可能となる。

第一の実施形態に係る、音響波装置１００に対する音響整合液２（２ｂ）の供給方法について、図１（ａ）〜（ｄ）、図２、図３（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｃ）および、図７を用いて説明する。

＜パージ工程＞
パージ工程Ｓ１０は、図２において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間に行われる。パージ工程Ｓ１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示す通り、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間を音響整合液２（２ｂ）でパージし、同区間を音響整合液２（２ｂ）で液密にすることで行われる。本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、少なくとも受信工程Ｓ４０の前に行われる。また、本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、供給工程Ｓ３０の前に行われる。

本実施形態における音響波装置１００は、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に残留する気泡１５をゲートバルブ１０の外に排出するため、図７に示す排出制御ユニット２４０により制御されるゲートバルブ１０と、排出ポンプＰ１を備えている。ゲートバルブ１０は、排出制御ユニット２４０により制御されるだけでなく、不図示の操作者の指令に基づいて手動で開閉可能に構成されている。

図１（ａ）において、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に残留する音響整合液２（２ｂ）には、気泡１５が含まれている。気泡１５は、開放系の循環機構により大気中から持ち込まれるガス成分、音響整合液２（２ｂ）に不可避に混入し繁殖する微生物による、酸素、炭酸ガス、メタン等の有機ガス成分に由来すると考えられる。

また、音響整合液２（２ｂ）が水を主成分とする水系の音響整合液２（２ｂ）の場合は、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に、疎水性の官能基を含む有機物が局所的に残留している領域があった場合、気泡１５はかかる領域に付着すると考えられる。音響整合液２（２ｂ）が接する部材の表面が疎水性（親油性）となる主要因は、ハイドロカーボンの付着と考えられる。ハイドロカーボン付着の原因としては、雰囲気からの混入、人由来の混入、不可避に微量に混入した微生物の繁殖等が考えられる。

一方、測定（受信工程Ｓ４０）毎に、音響整合液２（２ｂ）の循環系を分解して洗浄することは、受信部３０、光放出部４７等のデバイスへの寿命を制限したり、音響波装置１００の稼働率を制限したりするため非現実的であって採用されていない。パージ工程Ｓ１０は、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に気泡１５の残留すること自体を低減するものではなく、残留した気泡１５が液槽４２に混入するおそれの無い領域に排出するものである。

図１（ｂ）において、本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、供給口２０から音響整合液２（２ｂ）を供給しながら、排出口４０から音響整合液２（２ｂ）を排出することにより、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間を音響整合液２（２ｂ）で液密にしている。

このとき、図２の、ｔ２−ｔ３期間に示すように、供給口２０からの供給レートＲｓは、排出口４０からの排出レートＲｅより高いレートとすることにより、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間を音響整合液２（２ｂ）で液密にしている。すなわち、本実施形態のパージ工程Ｓ１０において、供給レートＲｓと排出レートＲｅは、Ｒｓ（ｓｃｃｍ）＞Ｒｅ（ｓｃｃｍ）の関係にある。

なお、本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、ポンプＰ１に吸引により排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に残留している音響整合液２（２ｂ）を排出しているが、上記レート条件を満たす範囲において重力による音響整合液２（２ｂ）の排出も可能である。

供給レートＲｓおよび、排出レートＲｅは、循環系に備えられた不図示の、バルブ開閉期間の制御、開度、ポンプの排気速度、等により制御される。

本実施形態の音響波措置１００は、ゲートバルブ１０の直下に流量計２１０を備えており、ゲートバルブ１０が開状態にあるとき、ゲートバルブ１０を通過する音響整合液２（２ｂ）の排出レートを逐次監視している。流量計２１０は、図２のｔ１−ｔ３期間に認められるように短期間流量が低下し、気泡１５の通過を検知することが可能である。流量計２１０は、気泡１５を検知し出力するセンサと換言される。また、流量計２１０から出力された流量に係る信号と、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間の容量と、排出レートと、に基づいて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間の液密状態を同定可能である。すなわち、流量計２１０は、気泡が流量計２１０（ゲートバルブ１０）を通過したタイミングから所定時間Δｔｐ以上経過した場合に、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたことを検知し出力するセンサと換言される。

＜バルブ閉鎖工程＞
バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、図２において、ｔ３−ｔ５期間に行われる。バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、図１（ｃ）に示す通り、ゲートバルブ１０を閉鎖することにより、ゲートバルブ１０より排出した気泡が液槽４２の槽内に戻ることを防止するとともに、液槽４２の槽内に音響整合液２（２ｂ）を効率よく注入することを可能とする。

バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、図２のタイミングチャートに示す通り、流量計２１０が監視している流量信号に基づき、気泡がゲートバルブ１０を通過したタイミングから所定時間Δｔｐ（ｓｅｃ）以上経過したタイミングをトリガーとして行われる。すなわち、バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、流量計２１０が監視している流量信号に基づき、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたと判断し行われる。

本実施形態において、バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、流量計２１０が出力する流量信号に基づいて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたと判断して、実行されているが、この態様に限らない。バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、パージ工程Ｓ１０の経過時間を計時するタイマーに基づいて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたと判断し、実行されてもよい。

＜供給工程＞
供給工程Ｓ３０は、図２において、ｔ５−ｔ６期間に行われる。供給工程Ｓ３０は、図１（ｄ）に示すように、受信部３０と保持部２５とが音響的に結合する液位Ｌｃまで、液槽４２に音響整合液２（２ｂ）を注入する工程である。

パージ工程Ｓ１０の後に供給工程Ｓ３０が行われることにより、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）は、排出口４０を介して混入する気泡が認められない。このため、後述する受信工程Ｓ４０において、被検体２１０から受信部３０まで伝搬する音響波は、排出口４０から混入する気泡により減衰を受けない。

音響整合液２（２ｂ）は流動性を有し不定形であるため、保持部２５は音響整合液２（２ｂ）の液面に触れる程度にすれすれに接している状態はあまり好ましくない。従って、音響整合液２（２ｂ）は、液槽４２または受信部３０が走査された場合にも、保持部２５が音響整合液２（２ｂ）に安定的に浸漬されている部分を有するような液位Ｌｃまで液槽４２に貯留される。

本実施形態では、供給工程Ｓ３０の供給レートを、パージ工程Ｓ２０の供給レートと一致させているが、パージ工程Ｓ２０の供給レートと異ならせても良い。

また、本実施形態の供給工程Ｓ３０は、ゲートバルブ１０を閉じた状態で行われるが、ゲートバルブ１０を開けた状態で供給工程Ｓ３０を行っても良い。但し、ゲートバルブ１０が開状態で供給工程Ｓ３０を行う場合、供給レートＲｓをより大きく設定する必要があり、供給口から供給される音響整合液２（２ｂ）にはキャビテーション由来の気泡が発生する可能性があることに留意することが望ましい。

なお、本実施形態の供給工程Ｓ３０において、流量計２１０または不図示のタイマーの出力をトリガーとして、供給口２０から液槽４２に音響整合液２（２ｂ）の注入を開始するようにしても良い。上記形態は、供給工程Ｓ３０において、流量計２１０または不図示のタイマーの出力に基づいて、供給口２０から液槽４２に音響整合液２（２ｂ）の注入を開始すると換言される。

＜受信工程＞
受信工程Ｓ４０は、図２において、時刻ｔ６以降に行われ、保持部２５と音響整合液２（２ｂ）とを介して被検体２０１から伝搬する音響波を受信部３０で受信する工程である。

図１（ｄ）は、保持部２５と受信部３０とが音響整合液２（２ｂ）を介して音響的に結合されている状態が図示されている。被検体２０１の関心領域、および、受信部３０は、５ｍｍ角〜５００ｍｍ角程度の有限の面積を有すること、音線は最短経路以外からも伝搬することから、音響波の伝搬経路は、所定の伝搬面積に亘って音響的に結合されていることが望ましい。

＜音響波装置の各部の構成＞
以下に、音響波装置１００が備える各構成要素の詳細について説明する。

＜＜支持台＞＞
支持台５０は、図７に示すように、被験者２００の一部である被検体２０１を挿入する挿入口２２が設けられるとともに、被験者２００を支持する天板部２４、を有している。被検者２００は支持台５０が備える天板部２４の上に伏臥位の姿勢をとり、乳房を下垂させて、天板部に設けられた挿入口２２から乳房を挿入し、保持部２５に接触させる。

また、支持台５０は、四方から光照射部４７、液槽４２、ＸＹステージ４６２を囲む保護カバーが設けられている。音響波装置１００が動作中に不要な光の照射を受けたり、可動部との不要な接触したりすることから、被験者２００及び操作者を保護している。

本実施形態の支持台５０は、さらに、図７に示すように、挿入口２２に重なる位置においての被検体２０１を保持する保持部２５、被験者２００が腰掛けられる椅子２８、を備えている。

挿入口２２は、被験者２００の一部である被検体２０１を挿入可能なように天板部２４に開口された部分である。天板部２４は、挿入口２２に挿入されなかった被験者２００の部位を載置可能となっており、被験者２００の撮影姿勢を安定化させることが可能である。

被検体２０１は、被験者２００のうち測定部位に対応する部分であり、四肢、腹部、胸部等が含まれる。図７においては、被検体２０１は、被験者２００の左足である。

＜＜保持部＞＞
保持部２５は、被検体２０１を保持する部材であり天板部２４に固定されている。保持部２５は、天板部２４から下方に突出する半容器状の形をしており、天板部２４より低い位置で被検体２０１を保持することを可能とするとともに、音響整合液２（２ａ）を収容可能に構成されている。すなわち、保持部２５は、音響整合液２（２ａ）と接する面を、鉛直方向の上側に有している。

保持部２５は、さらに、被検体２０１から伝搬する音響波を受信部３０が受信するための音響波の伝搬性（低減衰性）を有した音響整合材で構成されている。これにより、保持部２５は、後述する液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）と、保持部２５が貯留する音響整合液２（２ａ）と、の双方と音響的に結合することが可能となっている。

保持部２５は、さらに、少なくとも近赤外線を透過することが好ましく、ＩＲゴム、シリコーンゴム、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料が適用される。保持部２５が樹脂材料であって可橈性を有する場合は、荷重を支持し保持部材と後述する受信部と接触を避ける意図から、かかる可橈性部より剛性の高いメッシュ状の樹脂材料を併用する形態も本願発明の実施形態に含まれる。

保持部２５は、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）と被検体２０１が直接触れない様にするために、音響整合液２（２ａ）と音響整合液２（２ｂ）とを分離するシール性を有していることが望ましい。これにより、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）に対する衛生性を担保することが可能となる。本実施形態の保持部２５は、厚さが一定となるように樹脂材料を成形したものであるが、音響波の透過性、被検体を支える強度等の観点から、厚さ分布を有する形態として良い。

＜＜受信部＞＞
受信部３０は、図１（ｄ）に示すように、音響波を検出し電気信号に変換して出力する複数の探触子３０ｉ（３０ａ、３０ｂ・・・）と、所定の配列に探触子３０を支持するボウル状の支持体３５と、を備えている。探触子３０ｉ（３０ａ、３０ｂ・・）は、圧電現象を利用する素子、光の共振を利用する素子、静電容量の変化を利用する素子など、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、複数の探触子３０ｉ（３０ａ、３０ｂ・・・）は、それぞれの指向軸が所定領域において互いに重なるように放射状に配置されている。なお、指向軸は、最も高い受信感度を持つ方向であり、複数の探触子３０のそれぞれが備えている。

このように放射状に配列した複数の探触子を備えることにより、音響波装置１００は、三次元的に複数方向へ伝搬する音響波を並列に受信できる。この結果、音響波装置１００は、測定時間を短縮できたり、微弱な音響波を高感度に受信したりすることが可能となっている。

なお、支持体３５は、液槽４２の槽内の最下点を有すると言える。一方、排出口４０は、液槽４２の最下点に設けられることが音響整合液２（２ｂ）の残渣を低減するため好ましい。本実施形態の排出口４０は、ボウル状の支持体３５の最下点と重なる位置に設けられている。また、排出口４０は、複数の探触子３０ｉ（３０ａ、３０ｂ・・）と等しい高さか、複数の探触子３０ｉ（３０ａ、３０ｂ・・）より低い位置に配置される。排出口４０は、支持体３５の底部に設けられているとも換言される。

また、本実施形態の受信部３０は、図７に示すように、近赤外光域のパルス光を出力する光源４９から出力される近赤外光を伝送する光ファイバー４８に光学的に結合された光照射部４７を備えている。光照射部４７から被検体２０１に向けて照射された近赤外光により被検体２０１の内部で発生した光音響波を受信部３０が受信するように構成されている。

なお、光音響波は、一般的な超音波装置が受信する超音波エコー信号より強度が微弱である。光音響波は、受信部３０のみならず、光音響波の伝搬経路に位置する音響整合液２（２ａ）、２（２ｂ）、保持部２５に気泡が存在すると、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の低下の影響を、光音響波信号は超音波エコー信号より強く受ける。一般に、光音響信号は超音波エコー信号より１桁以上強度が低く、場合によっては、２桁以上低い。

＜＜液槽＞＞
液槽４２は、受信部３０が被検体２０１と音響的に結合する液位まで音響整合液２（２ｂ）が貯留される液槽４２を備えている。受信部３０と保持部２５は、被検体２０１と音響的に結合するために、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）に接していると換言される。

液槽４２は、受信部３０と槽部４２ｖとを備えている。本実施形態の受信部３０は槽部４２ｖと液密に接続されており、液槽４２を構成する部分をなしている。本実施形態では、受信部３０は、液槽４２に固定されているが、液槽４２の槽内を移動するように設けられる形態も本発明の形態となる。

＜＜液供給系＞＞
音響波装置１００は、音響整合液２（２ｂ）を循環して液槽４２に供給するように、供給部２２８と排出部２４８とを有する液供給系７０を備えている。本実施形態の液供給系７０は、連絡路７５を介して供給部２２８と排出部２４８とが接続され、音響整合液２（２ｂ）が循環可能なように構成されている。液供給系７０は、不図示のゲートバルブ、リザーバタンク、流量計、液面センサを、供給部２２８と排出部２４８の少なくともいずれかに備えている。

本実施形態の排出部２４８は、排出口４０、ゲートバルブ１０、排出ポンプＰ１、排出制御ユニット２４０、排出管２４４を少なくとも備えている。本実施形態の供給部２２８は、供給口２０、供給制御ユニット２２０、供給管２２４を少なくとも備えている。

なお、排出口４０の位置は、本願明細書において、以下のように定義され液槽４２に対して一意に定められる。排出口４０の位置について、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。排出口４０は、音響整合液２（２ｂ）が貯留される液槽４２の槽内における水平面に平行な面に断面積Ｓ（ｚ）が減少する位置であって、鉛直方向ｚの下方にむかって、断面積Ｓ（ｚ）のｚに対する二階微分が負から正に極性反転する変曲点に相当する。

また、かかる、断面積Ｓ（ｚ）のｚに対する二階微分が負から正に極性反転する変曲点が複数のｚの位置に対応して存在する場合は、受信部３０に含まれる探触子３０ｉの高さと等しいかより低い位置にある部分であると定められる。

液供給系７０は、液槽４２と同様に、大気と接する液面が存在する開放系の構成となっているため、音響整合液２（２ｂ）に大気成分を溶解するため、キャビテーション、液温の履歴、振動等により気泡を発生する可能性がある。このような開放系の液供給系７０を備える音響波装置１００に対して、供給工程Ｓ３０の前にパージ工程Ｓ１０を行うことは、通常，監視できない排出管の管内の気泡を低減する観点において好ましい。本願明細書において、開放系の液供給系７０は、音響整合液２（２ｂ）が大気と接する液面を有することを意味する。音響整合液２（２ｂ）が大気と接する液面は、液槽４２、リザーバタンク、ポンプ、配管が含まれる。

＜＜温度制御機構＞＞
本実施形態の音響波装置１００は、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）の温度を制御する温度制御機構５７を有している。温度制御機構５７は、液槽４２に配置され、ヒーター、ペルチェ素子、ヒートパイプ等を含む放熱吸熱デバイス５７６、温調ケーブル５７４、温度制御回路５７２を備えている。

温度制御機構５７は、音響整合液２（２ｂ）の音速を所定の範囲に管理する目的、または、被検体２０１との温度差を低減する目的等により設けられる。温度制御された音響整合液２（２ｂ）は、降温工程においてガスの溶解が促進され、昇温工程において溶解ガス由来の気泡が発生する。

温度制御機構５７を備える音響波装置１００に対して、供給工程Ｓ３０の前にパージ工程Ｓ１０を行うことは、多様な温度履歴を経て排出口４０からゲートバルブ１０の間に残留する音響整合液２（２ｂ）に存在する気泡を低減する観点において好ましい。

＜＜走査部＞＞
本実施形態の音響波装置１００は、受信部３０を被検体２０１に対して相対的に移動させて走査するＸＹステージ４６２を備えた走査部４６を備えている。走査部４６は、ＸＹステージ４６２に走査指令信号を送信する走査制御ユニット４６６を備えている。

走査部４６は、受信部３０を挿入口２２に対して相対的に移動させるように走査するＸＹステージ４６２を備えていると換言される。本実施形態のＸＹステージ４６２は、受信部３０を備える液槽４２に接続された構成となっており、液槽４２、受信部３０、ならびに、音響整合液が、被検体２０１に対して相対的に移動されるように構成されている。

液槽４２ごと走査される音響整合液２（２ｂ）は、走査過程において液槽４２の槽壁において波が発生し、ガスの溶解と、気泡の抱き込みが促進される。

本実施形態のような走査部４６を備える音響波装置１００に対して、供給工程Ｓ３０の前にパージ工程Ｓ１０を行うことは、気泡を抱き込んだ状態で排出口４０からゲートバルブ１０の間に残留する音響整合液２（２ｂ）の気泡を低減する観点において好ましい。

＜＜その他の要素＞＞
本実施形態の音響波装置１００は、さらに、受信部３０が備える複数の探触子のそれぞれが出力する音響波信号を伝送する複数の信号線６０と、複数の信号線を介して受信部３０と電気的に接続される信号中継器８０とを備えている。信号中継器８０は、複数の信号線を介して受信部３０から並列に伝送されたアナログの音響波信号を、デジタル音響波信号に変換する不図示のＡＤコンバータを備えている。

信号中継器８０は、統合制御ユニット９０が備える信号処理回路は、信号中継器８０から出力されたデジタルの音響波信号を再構成処理し撮影画像を不図示の記憶媒体、または、表示手段９２に出力する。また、不図示の記憶媒体を統合制御ユニット９０が備える形態は、本発明の実施形態として含まれる。なお、統合制御ユニット９０は、走査制御ユニット４６６、液供給系７０、温度制御機構５７に対して制御指令を出力することが可能となっている。

なお、受信部３０が備える支持体３５は、ボウル状としているが、球面、回転楕円面、回転放物面、回転双曲面等の回転二次曲面、それぞれの一部に置換可能である。

なお、支持台５０が備える天板部２４または椅子２８は、被験者２００の撮影時の負担を軽減するために、不図示のクッションが配置される形態をとることができる。また、椅子２８は、枕、クッション等の被験者の姿勢を安定化させる手段に置き換え可能である。なお、被験者２００の不安感を軽減する意図から、支持台５０に不図示の手すり、保護柵等を適宜設けてもよい。

［第二の実施形態］
第二の実施形態に係る音響波装置と、かかる音響波装置への音響整合液の供給方法について、図３、図４、および、図７を用いて説明する。

第二の実施形態に係る音響波装置に対する音響整合液２（２ｂ）の供給方法は、液槽４２に貯留されている音響整合液２（２ｂ）を用いて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間をパージするようにパージ工程を行う点において第一の実施形態と相違する。

＜パージ工程＞
パージ工程Ｓ１０は、図４において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間に行われる。パージ工程Ｓ１０は、図３（ａ）、（ｂ）に示す通り、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間を音響整合液２（２ｂ）でパージし、同区間を音響整合液２（２ｂ）で液密にすることで行われる。本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、第一の実施形態と同様に、少なくとも受信工程Ｓ４０の前に行われる。また、本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、第一の実施形態と同様に、供給工程Ｓ３０の前に行われる。

図３（ａ）において、ゲートバルブ１０が閉じられ、液槽４２の槽内には音響整合液２（２ｂ）が貯留されているとともに、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に存在する音響整合液２（２ｂ）には、気泡１５が含まれている。

本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、図３（ｂ）のように、ゲートバルブ１０を開けることで、液槽４２に貯留されていた音響整合液２（２ｂ）を用いて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に存在する気泡１５を含む音響整合液２（２ｂ）を排出する。本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、ゲートバルブ１０を開状態とすることで、液槽４２に貯留されていた音響整合液２（２ｂ）を用いて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間を音響整合液２（２ｂ）で液密にすると換言される。

本実施形態では、パージ工程において、供給口２０からの音響整合液２（２ｂ）の供給は０であるが、供給口２０から音響整合液２（２ｂ）を供給しても良い。すなわち、第一の実施形態のパージ工程Ｓ１０と第二の実施形態のパージ工程Ｓ１０とを組み合わせて行っても良い。供給レートＲｓおよび、排出レートＲｅは、第一の実施形態と同様に、循環系に備えられた不図示の、バルブ開閉期間の制御、開度、ポンプの排気速度、等により制御される。

なお、本実施形態のパージ工程Ｓ１０は、ポンプＰ１に吸引により排出口４０からゲートバルブ１０までの区間に残留している音響整合液２（２ｂ）を排出しているが、第一の実施形態と同様に、重力による音響整合液２（２ｂ）の排出に置き換えてもよい。

本実施形態の音響波措置１００は、第一の実施形態と同様に、ゲートバルブ１０の直下に流量計２１０を備えており、ゲートバルブ１０が開状態にあるとき、ゲートバルブ１０を通過する音響整合液２（２ｂ）の排出レートを逐次監視している。流量計２１０は、第一の実施形態と同様に、気泡がゲートバルブ１０を通過したタイミングから所定時間Δｔｐ以上経過した場合に、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたことを検知し出力するセンサと換言される。

＜バルブ閉鎖工程＞
バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、図４において、ｔ３−ｔ５期間に行われる。バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、図３（ｃ）に示す通り、ゲートバルブ１０を閉鎖することにより、ゲートバルブ１０より排出した気泡が液槽４２の槽内に戻ることを防止するとともに、液槽４２の槽内に音響整合液２（２ｂ）を効率よく注入することを可能とする。

バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、図４に示す通り、第一の実施形態と同様に、流量計２１０が監視している流量信号に基づき、気泡がゲートバルブ１０を通過したタイミングから所定時間Δｔｐ（ｓｅｃ）以上経過したタイミングをトリガーとして行われる。すなわち、バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、流量計２１０が監視している流量信号に基づき、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたと判断し行われる。

本実施形態において、バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、流量計２１０が出力する流量信号に基づいて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたと判断して、実行されているが、この態様に限らない。バルブ閉鎖工程Ｓ２０は、パージ工程Ｓ１０の経過時間を計時するタイマーに基づいて、排出口４０からゲートバルブ１０までの区間が音響整合液２（２ｂ）で液密にされたと判断し、実行されてもよい。

＜供給工程＞
供給工程Ｓ３０は、図４において、ｔ５−ｔ６期間に行われる。供給工程Ｓ３０は、図３（ｄ）に示すように、受信部３０と保持部２５とが音響的に結合する液位Ｌｃまで、第一の実施形態と同様に、液槽４２に音響整合液２（２ｂ）を注入する工程である。

本実施形態では、供給工程Ｓ３０の供給レートを、パージ工程Ｓ２０の供給レートと一致させているが、パージ工程Ｓ２０の供給レートと異ならせても良い。

また、本実施形態の供給工程Ｓ３０においても、第一の実施形態と同様に、ゲートバルブ１０を開けた状態で供給工程Ｓ３０を行っても良い。

なお、本実施形態の供給工程Ｓ３０において、第一の実施形態と同様にして、流量計２１０または不図示のタイマーの出力をトリガーとして、供給口２０から液槽４２に音響整合液２（２ｂ）の注入を開始するようにしても良い。

＜受信工程＞
受信工程Ｓ４０は、図４において、時刻ｔ６以降に行われ、第一の実施形態と同様に、保持部２５と音響整合液２（２ｂ）とを介して被検体２０１から伝搬する音響波を受信部３０で受信する工程である。

１００ 音響波装置
１０ ゲートバルブ
３０ 受信部
４２ 液槽
４０ 排出口
Ｓ１０ パージ工程
Ｓ３０ 供給工程

Claims (15)

1. 音響整合液を介して被検体からの音響波を受信する受信部と、前記音響整合液を排出する排出口と、を備え、前記音響整合液を貯留する液槽と、開閉により前記排出口からの排出状態を切り替えるゲートバルブ、とを備えた音響波装置に対する前記音響整合液の供給方法であって、
   前記排出口から前記ゲートバルブまでの区間を前記音響整合液で液密にするパージ工程と、前記排出口より高い液位まで前記液槽に前記音響整合液を供給する供給工程と、を有し、前記供給工程は前記パージ工程の後で行われることを特徴とする音響整合液の供給方法。
2. 前記パージ工程は、前記液槽に貯留されている前記音響整合液を前記排出口を介して排出することにより前記区間を液密にすることを特徴とする請求項１に記載の音響整合液の供給方法。
3. 前記液槽は、供給口をさらに備え、
   前記パージ工程は、前記供給口から前記音響整合液を供給しながら前記区間を前記音響整合液でパージし、前記区間を液密にすることを特徴とする請求項１または２に記載の前記音響整合液の供給方法。
4. 前記供給工程における前記液位は、前記被検体と前記受信部とが音響的に結合する液位であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。
5. 該区間を前記音響整合液で液密にしたのちにゲートバルブを閉じるバルブ閉鎖工程をさらに備え、前記バルブ閉鎖工程は前記パージ工程と前記供給工程の間に行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。
6. 前記区間が前記音響整合液で液密されたことを検知し出力するセンサを備え、前記センサの出力に基づいて、前記バルブ閉鎖工程が行われることを特徴とする請求項５に記載の音響整合液の供給方法。
7. 前記区間が前記音響整合液で液密されたことを検知し出力するセンサを備え、前記センサの出力に基づいて、前記供給口から前記液槽に前記音響整合液の注入を開始するように前記供給工程が行われることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。
8. 前記区間が前記音響整合液で液密されたことと見なすタイミングを出力するタイマーを備え、前記タイマーの出力に基づいて、前記バルブ閉鎖工程が行われることを特徴とする請求項５または６に記載の音響整合液の供給方法。
9. 前記区間が前記音響整合液で液密されたことと見なすタイミングを出力するタイマーを備え、前記タイマーの出力に基づいて、前記供給口から前記音響整合液の注入を開始するように前記供給工程が行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。
10. 前記受信部は、複数の探触子と、前記複数の探触子を所定の配列に支持する支持体と、を有し、前記支持体は前記液槽の槽内の最下点を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。
11. 前記排出口は、前記複数の探触子と等しい高さか、前記複数の探触子より低い位置に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の音響整合液の供給方法。
12. 前記排出口は、前記音響整合液が貯留される前記液槽の槽内における水平面に平行な面に断面積が減少する位置であって、鉛直方向ｚの下方にむかって、前記断面積のｚに対する二階微分が負から正に極性反転する変曲点であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。
13. 前記排出口は、前記支持体の底部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。
14. 前記排出口は、前記最下点と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の音響整合液の供給方法。
15. 前記音響波装置は、音響波を透過し、前記被検体を支持する保持部が設けられており、
    前記排出口は、鉛直方向に見て前記保持部と重なるとともに、前記保持部の下方に位置していることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の音響整合液の供給方法。

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