JP6827804B2 - Detector array and information acquisition device with it - Google Patents
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Description
本発明は、探触子アレイと、それを有する情報取得装置に関する。 The present invention relates to a probe array and an information acquisition device having the probe array.
生体組織に透過特性が良い波長600−1500nm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。 Using light with a wavelength of about 600-1500 nm, which has good transmission characteristics to living tissues, the formation of new blood vessels and oxygen metabolism of hemoglobin associated with tumor growth are determined from the light absorption characteristics of hemoglobin contained in the blood of the tumor. There is a technique used for diagnosis. One such technique is to use the photoacoustic effect.
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積極的に進められている。 The photoacoustic effect is a phenomenon in which when a substance is irradiated with pulsed light of about nanoseconds, the substance absorbs light energy corresponding to its light absorption characteristics, and the substance momentarily expands to generate an elastic wave. .. This elastic wave is detected by an ultrasonic probe to obtain a received signal. By mathematically analyzing this received signal, it is possible to image the absorption characteristics in the living body based on the sound pressure distribution of elastic waves generated by the photoacoustic effect. Hemoglobin has a higher absorption rate of near-infrared light than water, fat, and protein constituting living tissues, and is therefore suitable as a method for measuring new blood vessels and oxygen metabolism as described above. Clinical research is being actively pursued to apply such photoacoustic effects to the diagnosis of breast cancer and the like.
光音響装置として、複数の音響素子を螺旋状に配列した半球状の音響波検出器と、被検体の被検部位を入れる半球状の容器を有する装置が特許文献1に開示されている。この装置は、容器の下に半球状の音響波検出器が備えられ、半球状の音響波検出器の下部には、被検部位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、被検部位からの音響波を多数の方向で受信することで取得した情報画像の解像度向上を実現している。
As a photoacoustic device,
同様に特許文献2も特許文献1と同様な光音響装置の例であり、複数の音響素子を半球状の音響波検出器に螺旋状に配列している。
Similarly,
信頼性の高い画質を取得する際には、トランスデューサを有する探触子同士を近接した配列とし、高密度に実装する必要がある。しかしながら、特許文献1、2のいずれにおいても、お椀状(半球状)の容器に、トランスデューサを有する探触子を高密度に固定する方法が記載されていない。
In order to obtain highly reliable image quality, it is necessary to arrange the probes having transducers in close proximity to each other and mount them at high density. However, neither of
本発明では、お椀状の筺体に対して超音波を送受信するトランスデューサを含む探触子を高密度に配列することが可能である探触子アレイを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a probe array capable of arranging probes including a transducer that transmits and receives ultrasonic waves to a bowl-shaped housing at a high density.
本発明に係る探触子アレイは、複数の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、前記孔の中に設けられた筒状の探触子と、を有する探触子アレイであって、前記お椀状の支持部の回転対称軸と、前記お椀状の支持部の内側面を含む曲面と前記筒状の探触子の中心軸とが交差する点から前記回転対称軸への垂線と、は複数の交点を有し、前記複数の交点のうちの第一の交点と、前記第一の交点に対して前記お椀状の支持部の頂部側に隣接する第二の交点と、の間隔は、
前記第一の交点と、前記第一の交点に対して前記頂部側とは逆側に隣接する第三の交点と、の間隔よりも大きいことを特徴とする。
The probe array according to the present invention has a bowl-shaped support portion having a plurality of holes and a transducer configured to be able to convert an acoustic wave and an electric signal, and a cylinder provided in the holes. A probe array having a shaped probe, wherein the bowl-shaped support has an axis of rotational symmetry, a curved surface including an inner surface of the bowl-shaped support, and a tubular probe. The perpendicular line from the point where the central axis intersects to the axis of rotational symmetry has a plurality of intersections, and the first intersection of the plurality of intersections and the bowl-shaped intersection with respect to the first intersection. The distance from the second intersection adjacent to the top side of the support is
It is characterized in that it is larger than the distance between the first intersection and the third intersection adjacent to the first intersection on the side opposite to the top side.
本発明に係る探触子アレイによれば、お椀状の支持部に、トランスデューサを含む探触子を高密度に設けることができる。 According to the probe array according to the present invention, a probe including a transducer can be provided at a high density on a bowl-shaped support portion.
本発明の実施形態に係る探触子アレイについて図16を用いて説明する。図16の上部は、探触子アレイの断面図であり、その断面図の一部の拡大図を下部に示す。 The probe array according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The upper part of FIG. 16 is a cross-sectional view of the probe array, and an enlarged view of a part of the cross-sectional view is shown at the lower part.
本実施形態に係る探触子アレイ100は、複数の孔1600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(不図示)を有し、孔1600の中に設けられた筒状の探触子103と、を有する。又、お椀状の支持部104の回転中心軸1602と、お椀状の支持部104の内側面を含む曲面1603と筒状の探触子の中心軸(後述の回転中心軸(図3))とが交差する点1601から回転対称軸1602への垂線1604と、は複数の交点1605を有する。本実施形態に係る探触子アレイ100は、複数の交点1605の位置関係に特徴がある。すなわち、複数の交点1605のうちの第一の交点と、第一の交点に対して前記お椀状の支持部の頂部側に隣接する第二の交点と、の間隔は、第一の交点と、第一の交点に対して頂部側とは逆側に隣接する第三の交点と、の間隔よりも大きい。図16において、第一の交点を1605−1、第二の交点を1605−2、第三の交点を1605−3、第一の交点1605−1と第二の交点1605−2の間隔をn1、第二の交点1605−2と第三の交点1605−3の間隔をn2とする。このとき、n1はn2より大きい。このような構成により、支持部に複数の探触子を高密度に設けることができる。
The
また、複数の交点のうち、隣接する交点同士の間隔は、回転対称軸上を、頂部から離れる方向に向かって、小さくしてもよいが、複数の交点のうち、隣接する交点同士の間隔の一部が同じであってもよい。ここで頂部側とは支持部104の底部側のことであり、回転対称軸上を、頂部から離れる方向とは、図16の1602の矢印側の方向である。本実施形態においては、複数の交点1605のうち隣接する交点同士の間隔は、n1>n2>n3の関係にあるが、一部が同じ間隔であってもよい。
Further, the distance between the adjacent intersections among the plurality of intersections may be reduced on the axis of rotational symmetry toward the direction away from the top, but the distance between the adjacent intersections among the plurality of intersections may be reduced. Some may be the same. Here, the top side is the bottom side of the
また、ここで、複数の交点のうち、回転対称軸上を、頂部から離れる方向に向かって順に1からs(sは前記探触子の総数)の番号を付すとする。このとき、i番目の交点(1<i<s、iは正整数)と、i+1番目の交点との間隔niは、以下の関係式を満たすように、複数の探触子を設けることができる。 Further, here, it is assumed that among the plurality of intersections, numbers from 1 to s (s is the total number of the probes) are assigned in order from the top in the direction away from the top on the axis of rotational symmetry. At this time, a plurality of probes can be provided so that the distance ni between the i-th intersection (1 <i <s, i is a positive integer) and the i + 1-th intersection satisfies the following relational expression. ..
上記式(3)において、Aは1以上の定数、Zminは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部に近い位置の交点までの距離、Zmaxは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部から離れた位置の交点までの距離を表わす。 In the above formula (3), A is a constant of 1 or more, Zmin is the distance from the top to the intersection at the position closest to the top among the plurality of intersections, and Zmax is the distance from the top to the plurality of intersections. It represents the distance to the intersection at the position farthest from the top.
また、探触子は、お椀状の支持部の外側面に突き出るように配置してもよい。突き出た構造を支持部に対する固定部として用いることができる。 Further, the probe may be arranged so as to protrude from the outer surface of the bowl-shaped support portion. The protruding structure can be used as a fixing portion to the supporting portion.
さらに、探触子と、支持部との間に、シール部材が設けられていることで、液体の侵入を抑制することができる。 Further, since the seal member is provided between the probe and the support portion, the intrusion of liquid can be suppressed.
また、探触子は特に限定されないが、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用いることが出来る。静電容量型のトランスデューサはCMUT(Capacitive Micro−machined Ultrasonic Transducers)とも呼ばれ、高帯域に渡る超音波(音響波)の送受信が可能である。 The probe is not particularly limited, but a capacitance type transducer or a piezoelectric type transducer can be used. Capacitive transducers are also called CMUTs (Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers) and are capable of transmitting and receiving ultrasonic waves (acoustic waves) over a high band.
また、本実施形態に係る探触子アレイと、探触子で得た電気信号に少なくとも基づいて被検体に関する情報を取得する情報取得部とをさらに有することで、情報取得装置を構成できる。 Further, the information acquisition device can be configured by further including the probe array according to the present embodiment and an information acquisition unit that acquires information about the subject based on at least an electric signal obtained by the probe.
(実施形態1)
お椀状の支持部に、トランスデューサを含む探触子を設ける場合、フィボナッチ数列を始めとして、螺旋状配列は高密度に配列出来る方法の一つだが、これらは不均等に配列されるため、固定の際に機構部分の干渉が無いように配列する必要がある。
(Embodiment 1)
When a probe including a transducer is provided on the bowl-shaped support, the spiral arrangement including the Fibonacci sequence is one of the methods that can be arranged at high density, but since these are arranged unevenly, they are fixed. It is necessary to arrange them so that there is no interference of the mechanical parts.
半球状の容器に音響素子を有する探触子を配列する際、半球状の容器の底面側は半球状の容器の重心を通る対称軸からの距離が短いため、実装面積が小さく、探触子同士が干渉してしまうという課題があった。そのため、探触子を高密度に実装することが困難となっていた。 When arranging a probe having an acoustic element in a hemispherical container, the mounting area is small because the distance from the axis of symmetry passing through the center of gravity of the hemispherical container is short on the bottom surface side of the hemispherical container. There was a problem that they interfered with each other. Therefore, it has been difficult to mount the probe at high density.
本実施形態に係る探触子アレイはこのような課題を解決するものである。詳細を以下に説明する。 The probe array according to the present embodiment solves such a problem. Details will be described below.
図1は、実施形態1に係る音響波ユニット(探触子アレイ)100の構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an acoustic wave unit (probe array) 100 according to the first embodiment.
101は光照射部である。光照射部101は後述する被検体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。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。103は超音波探触子(探触子)であり、被検体102から発生された音響波の受信を行う。この内部構成については、後述するため、ここでは割愛する。超音波探触子103の材質は金属、樹脂等の構造材である。なお、音響波ユニット100に複数の超音波探触子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(以下、筺体と呼ぶ)104の材質に併せ、材質を選定しても良い。これらの超音波探触子103は後述する筺体104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、ここではフィボナッチ数を有する螺旋を用いている。また、図1に記した矢印に示すように、これらの超音波探触子は被検体102が測定位置に置かれるときに被検体102に向かって、その延長線が略1点に集まるように向いている。さらに、これらの超音波探触子103は被検体102に対してほぼ等距離となるように筺体104に配設している。これにより、同一の超音波探触子を配設することが出来、コスト面、交換性に対して有効に働く。
104は半球状の筺体(以降筺体と呼ぶ)であり、光照射部101、超音波探触子103を支持する。筺体104はその内側面、外側面共に球形状をしている。その形状は、曲率半径の小さい内側面とそれより大きい曲率半径を有する外側面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。本例では、筺体104は半球状としたが、筺体104の形状は必ずしも球形状で無くても良く、内側面が凹状になっていれば良い。内側面に関しては音響波の受信を妨げることが無ければ、放物面、双曲面、楕円面、多面体形状、その他の形状でも良い。同様に、外側面も放物面、双曲面、楕円面、多面体形状、その他の形状でも良い。なお、外側面には複数の超音波探触子103を固定するため、筺体104の形状の被固定面は同一形状が好ましい。そのため、本例では、球形状としている。筺体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であり、超音波探触子103に相当する複数の穴が設けてある。後者の穴の中心軸は超音波探触子103の中心軸と同じである。
図2は超音波探触子103を詳細に説明した断面図である。105は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り、本図の場合、音響波を電気信号に変換している。音響波変換素子を構成している部材としては、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、静電容量型の素子でもよく、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筺体104に入れられた水やジェルなどのマッチング剤が筺体104から漏出しないように筺体104と超音波探触子103の間に設けられている。図において、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、Oリングが好ましい。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本としても良い。107は音響波変換素子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る。108は配線1であり、配線1は音響波変換素子105と回路107を接続するものである。109は配線2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は超音波探触子103の固定部(以下固定部と呼ぶ)110であり、筺体104に固定される部分である。この固定部110には、不図示の締結部材を通す穴が2箇所設けられている。図3は超音波探触子103の形状を俯瞰した図を示している。本図の通り、固定部110は超音波探触子103の外表面に2箇所設けられている。なお、固定部110は曲率を有することが好ましい。また、固定部110の曲率を、筐体104の外側面に沿った略同一の曲率とすることで、固定部110を筐体に固定しやすいため好ましい。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the
筺体104上に超音波探触子103を配列する方法を詳しく説明する。図4は筺体104の底面側に超音波探触子103の一部を表示した図である。上記した通り、本実施形態1においては、超音波探触子103の配列にフィボナッチ数を有する螺旋を用いている。この配列の特徴は、隣り合う超音波探触子103が筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転対称軸周りに円周を1:(1+√5)/2の黄金比で2分した際の狭い方の角度、黄金角(近似値137.508度)ずつずれている点である。図4に示した番号は超音波探触子103の配列の順序を示しており、筺体104の最底部にあるものを1、それから離れるに従って最底部から2番目を2、以降同様に3、4と番号を付けている。前記したように2番目の超音波探触子103は1番目に対して筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転対称軸周りに反時計回りに137.508度ずれた位置にある。同様に3番目の超音波探触子103は2番目のそれに対して筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転対称軸周りに反時計回りに137.508度ずれた位置にある。以降の超音波探触子103はその繰り返しになる。ここで、各超音波探触子103は前記した通り被検体102に向かって、その延長線が略1点に集まるように向き、被検体102に対してほぼ等距離となるようにしており、お互いが干渉しないよう配列している。この配列を詳しくみると、図中に示した矢印A−A、矢印B−B、矢印C−Cのような特徴を持っている。矢印A−Aは33番目の超音波探触子103から135番目のそれを示している。33番目の矢印Aから135番目の矢印Aに沿って番号は34ずつ増加していることがわかる。この矢印A−Aの関係は筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転対称軸周りに同様な関係を有している。例えば、33番目の超音波探触子103に対して時計回りに回転させ隣接している12番目の超音波探触子103も矢印A−Aと同様に34ずつ増加し、46、80、114、148となっている。矢印B−Bも矢印A−Aと同様な概念となっている。図中矢印B−Bは7番目の超音波探触子103から137番目のそれまでを示し、ここでは、番号は13ずつ増加していることがわかる。この矢印B−Bも矢印A−Aと同様に筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転対称軸周りに同様な関係を有している。矢印C−Cについても同様である。矢印C−Cは7番目の超音波探触子103から154番目の超音波探触子103番目のそれまでを示し、ここでは、21ずつ増加している。矢印A−A、B−B、C−Cの増加量、34、13、21はいずれもフィボナッチ数となっている。矢印は付していないが、55、89もフィボナッチ数であり、例えば7番目の超音波探触子103を例にあげると、62、117の超音波探触子103は55ずつ増加しており、96番目の超音波探触子103は89増加していることがわかる。この配列は、筺体104の最底部の超音波探触子103から最も離れた超音波探触子103まで維持される。そのため、各超音波探触子103同士の間隔は、関係を維持する距離にする必要がある。例えば、図4において、1番目の超音波探触子103と22番目の超音波探触子103、14番目の超音波探触子103、35番目の超音波探触子103との距離である。ここで言う距離というのは、超音波探触子103の基準点同士の距離を示し、図4においては、円の中心同士、すなわち、超音波探触子103の中心軸と音響波変換素子105の交点同士のことを言う。前記した通り、関係は維持されているため、他の超音波探触子103においても同じになる。1番目の超音波探触子103の代わりに、56番目の超音波探触子103を取り上げるとする。この場合、22番目の超音波探触子103の代わりは77番目のそれに置きかえられ、14番目は69番目、35番目は90番目に置きかえられる。繰り返すが、この関係は筺体104の最底部から最も離れた超音波探触子103においても同様である。なお、1番目、22番目、14番目、35番目の超音波探触子103のお互いの距離の関係は、不等で、前記4つの基準点を結ぶと四辺形となっている。より具体的には、1番目と22番目の距離が最も短く、続いて14番目と35番目の距離、1番目と14番目の距離と長くなり、22番目と35番目の距離が最も長くなる。
A method of arranging the
図5は筺体104の外表面上に取り付けられた超音波探触子103の配列状態を詳細に見た図である。本図において、配線109は不図示である。図中Dは最底部側における隣り合う超音波探触子103の基準点を筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転軸に対して垂直な任意の面に投影した2点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。同様に図中Eは最底部から離れた位置にある同じ関係を有する隣り合う超音波探触子103の基準点を筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転軸に対して垂直な任意の面に投影した2点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。本図で示した通り、超音波探触子103は保持部110がその外表面に設けられているため、超音波探触子103が干渉し易い。前記した通り、超音波探触子103の占める密度は筺体104の最底部から最も離れたところでもほぼ等しい。すなわち筺体104の最底部でも最も離れたところでも超音波探触子103の密度は等しくなるので、筺体104の底面側では、超音波探触子103の本数は少なくなることを示している。このとき、筺体104の最底部側において角度Dは最も大きく、最底部から離れるにしたがって徐々に小さくなり、最も離れたところで緩くなる。もう少し詳しく説明する。図6は筺体104の最底部における超音波探触子103の配列を拡大した図である。図中F最底部側における隣り合う超音波探触子103の基準点を筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転軸に対して任意の垂直な面に投影した2点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。一方、図7は筺体104の最底部から最も離れた位置における超音波探触子103の配列を拡大した図である。図中Gは図6と同様に最底部側から最も離れた位置における隣り合う超音波探触子103の基準点を筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転軸に対して垂直な任意の面に投影した2点と前記回転軸と前記垂直な任意の面の交点が成す角である。図6における角度Fは、図7における角度Gに対して大きくなることがわかる。以上から、筺体104の最底部側から離れていくに従って、超音波探触子103同士の固定部110が成す角度は緩くなることがわかる。言い換えれば、筺体104の最底部側においては、超音波探触子103の固定部110が隣り合う超音波探触子103により接近しやすい状態になる。
FIG. 5 is a detailed view of the arrangement state of the
以上を考慮すると、超音波探触子103は筺体104の最底部底面側における前記角度Fを前記角度Gに対して緩くすれば良い。それには、超音波探触子103を図4で示した配列を行う際に筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した1番目と2番目の超音波探触子103の基準点の間隔を最も広くとる。そして、最底部側から離れるに従ってその間隔を狭くする。図8は1番目と2番目の超音波探触子103の基準点を筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影したことを示す図である。図中nは1番目と2番目の超音波探触子103の基準点を筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した基準点の間隔を示している。本図において、nを広くすると2番目の超音波探触子103は筺体104の最底部から被検体102に向かう方向に移動する。これを繰り返すと本図に記載の14番目、22番目、35番目の超音波探触子103も移動することになる。図9は1番目、14番目、22番目、35番目の超音波探触子103を筺体104の最底部と被検体102を結ぶ回転対称軸に対して垂直な任意の面に投影したことを示す図である。図中点線は各超音波探触子103を従来の位置から筺体104の最底部から被検体102に向かう方向に移動した後を示している。また、図中Hは、任意の面に投影された移動前の14番目の超音波探触子103の基準点、1番目の超音波探触子103の基準点を任意の面と回転対称軸との交点を結ぶ線によって形成される角度である。図中Jは、任意の面に投影された移動後の14番目の超音波探触子103の基準点、1番目の超音波探触子103の基準点を任意の面と回転対称軸との交点を結ぶ線によって形成される角度である。なお、各超音波探触子103の基準点は円の中心の黒丸である。本図において、14番目の超音波探触子103の移動前後で角度HからJへと狭くなることがわかる。これにならって22番目、35番目の超音波探触子も同じように変化することは容易に想像できる。すなわち、図6で述べた角度Fに相当する角は狭くなり、超音波探触子103同士の干渉を抑止することが出来る。
In consideration of the above, the
この関係を数式で表すと、次のようになる。筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した1番目と2番目の超音波探触子103の任意の基準点の間隔(以降、隣り合う間隔と呼ぶ)をn1とする。そして、順次n2、n3、〜、ns−1(sは超音波探触子103の総数)とすると、以下式(1)となる。
This relationship can be expressed mathematically as follows. The distance between arbitrary reference points (hereinafter referred to as adjacent distances) of the first and second
n1>n2>n3>・・・・>ns−1 式(1)
(sは超音波探触子103の総数)
この関係は、図5おいて角度Dが筺体104の最底部から離れるにしたがって、段階的に角度が狭くなり角度Eに変化することに起因している。
n1>n2>n3>...> ns-1 equation (1)
(S is the total number of ultrasonic probes 103)
This relationship is caused by the fact that the angle D gradually narrows and changes to the angle E as the angle D moves away from the bottommost portion of the
ここで、各々のnは任意に決めて良く、筺体104に実装した上で適宜決定することにより、複数の超音波探触子103を高密度に配列することが可能となる。
Here, each n may be arbitrarily determined, and by mounting the n on the
なお、図6で述べた角度Fは最底部から離れるにしたがって角度は緩くなる。そのため、その途中から隣り合う間隔を等しくしても成立するところが生じる。その場合は、以下の式に示すようにしても構わない。 The angle F described in FIG. 6 becomes looser as the distance from the bottom is increased. Therefore, even if the adjacent intervals are equalized from the middle of the process, it may be established. In that case, the following equation may be used.
n1>n2>n3>n4>n5=n6・・・・=ns−1 式(2)
(sは超音波探触子103の総数)
式(2)において、隣り合う間隔はn=5から同じとしたが、どの位置から隣り合う間隔を等しくするかは、超音波探触子103の形状、大きさや筺体104のサイズによるため、実装上適宜決定することが好ましい。また、式(2)の各nの総和は式(1)における各nの総和と等価かそれより小さくなることが好ましい。その理由は、大きくなると式(1)で決定された配列より高密度に配列されないためである。
n1>n2>n3>n4> n5 = n6 ... = ns-1 equation (2)
(S is the total number of ultrasonic probes 103)
In the equation (2), the adjacent spacing is the same from n = 5, but the position from which the adjacent spacing is equal depends on the shape and size of the
さらに、超音波探触子103の形状は図2で示したが、これに限る必要はない。図10は超音波探触子103の別構造を示している、本図において、111は超音波探触子103に構成したおねじである。また、筺体104は、ハッチングを施して示しており、おねじ111に噛み合うように、筺体104にも同様にめねじを形成してある。本図を見てわかる通り、おねじが形成する直径はシール部材106の直径より大きくなるため、筺体104に形成する穴は大きくなる。一方、図2で示した超音波探触子103は固定部110が外側に形成されている。従って、双方の形状を比較し、図10で示す構造の方が実装密度を向上させることが可能であれば、筐体の外側面に設けた固定部を用いて固定する方が高密度に実装することが可能である。図11は図9において図10で示した構造を採用した場合を示した図である。図中1番目の超音波探触子103の点線は図2の超音波探触子103の大きさを示し、実線は図10の超音波探触子103を示している。上記で説明した通り、実線はおねじが形成している分直径が大きくなっている。図で見て理解できるように実線で書かれた4つの超音波探触子103はほぼ近接しているが、式(1)または(2)の関係を満たすように、超音波探触子を設けることで、点線で示すように離間して配置することが出来る。なお、本構成は超音波探触子103を筺体104に実装する際、回転させて挿入する必要がある。そのため、高精度な位置決めが必要な場合は、本構造の他に位置決め機構を設けることが必要となる。
Further, although the shape of the
図12は超音波探触子103の第2の別構造を説明する図である。本図において、112は超音波探触子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112は筺体104の内部に設けられた突き当て面に突き当たる。113は超音波探触子103の突き当て部112を押すための押え環である。押え環113の外周にはおねじを形成してある。一方、筺体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10で説明した別構造では、超音波探触子103を回転しながら、筺体104に実装していた。一方、本図の第2の別構造では、超音波探触子103を突き当て部112が筺体104に突き当たるまで挿入し、押え環113をねじ込むことで固定を行う。本図には記載していないが、突き当て部112に方位を決める機構、例えば超音波探触子103の一部をDカットし、併せて筺体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。本構造も超音波探触子103を押え環113で押圧させて固定させる構造であるため、押え環113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。しかしながら、図10と同様に図12で説明した構造の方が実装密度を向上させることが可能であれば、本構造を利用しても良い。この関係は、図11で示した関係と同様の関係になる。
FIG. 12 is a diagram illustrating a second alternative structure of the
図2、図10、図12に超音波探触子103の構造案を示したが、固定方法は、ねじや押え環といった機械的な締結方法を用いた構造である。一方、固定方法には、接着剤を用いた固定方法もある。しかし、前記した通り、筺体104に水を入れる必要があり、超音波探触子103が故障した際、接着剤を確実に除去する必要がある。そのため、交換性を考慮すると機械的な締結方法を用いた方が好ましい。
Although the structural proposal of the
超音波探触子103の向きは図5において固定部110が紙面に対して上下に向いているが、任意の角度に回転させても良い。例えば、本図において、超音波探触子103の回転軸中心に90度回転させても良い。このように最適な角度に向け、隣り合う間隔を適宜選定することにより、超音波探触子103を高密度に配列させることが可能となる。
The direction of the
以上、説明したように超音波探触子103の隣り合う間隔を式(1)、式(2)に示すように設定することにより、超音波探触子103を高密度に配列させることが可能となり、信頼性の高い画像取得が可能となる。
As described above, by setting the adjacent intervals of the
(実施形態2)
実施形態1では、式(1)、式(2)で挙げたような筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した超音波探触子103の基準点の間隔に関係を持たせる。それにより超音波探触子103を高密度に配列することが出来、信頼性の高い画像取得が可能であることを示している。この方法は、隣り合う間隔を構造に併せて任意に選択するため、自由度が大きい。しかし、筺体104に超音波探触子103を数100本以上配列させる場合、設計上効率的とは言えない。より好ましくは、ある関係を用いて対称軸方向における隣り合う間隔を設定できることが望ましい。その点を鑑み、式(3)は隣り合う間隔を数式で表現している。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the distance between the reference points of the
式(3)において、niは、超音波探触子103のi番目とi+1番目間の筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した超音波探触子103の基準点の間隔差を示している。iは最底部から数えてi番目の超音波探触子103(最底部の超音波探触子103を1番目とする)を示している。Aは1以上の定数(以降定数Aと呼ぶ)であり、sは超音波探触子103の総数に相当する。Zmaxはs番目の超音波探触子103の筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した超音波探触子103の基準点の位置である。Zminは1番目の超音波探触子103の筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した超音波探触子103の基準点の位置を示している。なお、本式は超音波探触子103の配列の関係を示したものであるため、sは2以上の整数であることは言うまでもない。
In the formula (3), ni is the
式(3)をもう少し詳しく説明する。本式において、「s−1」は超音波探触子103の筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した超音波探触子103の基準点の間隔の数を表している。「i」を「s−1」で割り、定数Aから引くことにより、i番目とi+1番目の比が算出される。このとき、iの数が大きくなれば、「i」を「s−1」で割った値は大きくなるため、これを定数Aから差し引くと、その結果は小さくなる。すなわち超音波探触子103が最底部から離れるにしたがって小さい値を取ることを示している。i番目の数字を1からs−1まで変え、得られた結果を比較すると、式(1)の関係になっていることがわかる。続いて、得られた結果を分母で割っている。分母は前記の得られた結果の総和である。分母で割ることにより、i番目とi+1番目の比を規格化している。確認のため、1番目からs−1番目までの比の総和を計算すると1となることがわかる。最後に「Zmax−Zmin」を掛けている。これは比に最も筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した最底部の超音波探触子103の基準点と最底部から最も離れた位置の基準点の差を掛けることにより、i番目の高さを計算している。
Equation (3) will be described in a little more detail. In this equation, "s-1" is the number of intervals between the reference points of the
さらに式(3)の中の定数Aについて、詳しく説明する。図13は定数Aと「i」を「s−1」で割った値の関係を説明した図である。また、図14、図15は図13の理解をより深めるために具体的な値を用いて表現した図である。図14、図15において、sはいずれも20とし、図14では定数Aは2、図15では定数Aは5としており、説明の都合上、iは1から3までの一部を示している。既に説明した通り、「i」を「s−1」で割った値は必ず1以下の値になる。図13において、これを計算すると、「i=1」の時、「i」を「s−1」で割った値は0.053になる。これは、図14、図15においても変わらない。それに対して、定数Aから「i」を「s−1」で割った値の差分α、β、γは(図中白枠の領域)は定数Aに依存する。すなわち、定数Aが小さい時、は「i」を「s−1」で割った値に対して、差分α、β、γへの利き率は大きくなるが、定数Aが大きくなると、これらは相対的に小さくなる。このことは図14、図15を見ても理解できる。より具体的には、図14におけるα、β、γは1.947、1.895、1.842と計算され、γとαの比を取ると、0.946となる。一方、図15におけるα、β、γは4.947、4.895、4.842と計算され、γとαの比を取ると、0.979となり、定数Aが大きくなれば利き率は小さくなる。図16は式(3)で計算されるn1、n2、n3を拡大して示した図である。式(3)からわかるように、n1、n2、n3はα、β、γと比例関係になっており、図14、図15を用いて説明した比がこのn1、n2、n3の高さを決める。 Further, the constant A in the equation (3) will be described in detail. FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the constant A and the value obtained by dividing “i” by “s-1”. Further, FIGS. 14 and 15 are diagrams expressed using specific values in order to deepen the understanding of FIG. 13. In FIGS. 14 and 15, s is 20 in each case, constant A is 2 in FIG. 14, and constant A is 5 in FIG. 15, and i indicates a part of 1 to 3 for convenience of explanation. .. As already explained, the value obtained by dividing "i" by "s-1" is always 1 or less. In FIG. 13, when this is calculated, when “i = 1”, the value obtained by dividing “i” by “s-1” is 0.053. This does not change in FIGS. 14 and 15. On the other hand, the differences α, β, and γ of the values obtained by dividing “i” by “s-1” from the constant A (the area in the white frame in the figure) depend on the constant A. That is, when the constant A is small, the dominant rate for the differences α, β, and γ is large with respect to the value obtained by dividing “i” by “s-1”, but when the constant A is large, these are relative. Becomes smaller. This can be understood by looking at FIGS. 14 and 15. More specifically, α, β, and γ in FIG. 14 are calculated to be 1.947, 1.895, and 1.842, and the ratio of γ and α is 0.946. On the other hand, α, β, and γ in FIG. 15 are calculated as 4.947, 4.895, and 4.842, and the ratio of γ and α is 0.979. The larger the constant A, the smaller the dominant ratio. Become. FIG. 16 is an enlarged view of n1, n2, and n3 calculated by the equation (3). As can be seen from the equation (3), n1, n2, and n3 have a proportional relationship with α, β, and γ, and the ratio described with reference to FIGS. 14 and 15 determines the height of the n1, n2, and n3. Decide.
もう一つ例を挙げ説明を続ける。図17は定数Aを2、図18は定数Aを20とした時の超音波探触子103のi番目とi+1番目間の筺体104の最底部から被検体102を結ぶ筺体104の回転対称軸に投影した超音波探触子103の基準点の差「ni」を具体的に計算したものである。ここで、本図の総数sは20とし、簡単のため「Zmax−Zmin」を1としている。図14において、n19とn1の比を取ると、0.514となるが、図15において、同様の比をとると、0.953となり、定数Aの取り方によって、「ni」を決めることが出来る。実際には、定数Aを仮に設定し、筺体104に超音波探触子103を配列させた上、最も密になるように設定することが好ましい。Aが小さければ、各比の差が大きくなるため、筺体104の最底部から最も離れた位置で狭くなりすぎることがある。その反対に、Aを極端に大きくすると、各比の差が小さくなるため、ほぼ等ピッチに近づき最底部近傍で狭くなる。
I will continue the explanation with another example. FIG. 17 shows the axis of rotational symmetry of the
なお、本実施形態2は実施形態1で述べた式(2)のような関係は成立しない。その理由は、実施形態1は各比を任意に決めたことに対し、実施形態2は式(3)計算されるためである。式(3)で式(2)のような関係を導入すると、実装密度は低下することがわかる。例えば、図15で示した中で、仮にn5からn19までn5と同じ値を取ったとすると、図15におけるn1からn19の総和は1となるが、この場合は1を超えることからも理解することが出来る。 In the second embodiment, the relationship as in the equation (2) described in the first embodiment does not hold. The reason is that in the first embodiment, each ratio is arbitrarily determined, whereas in the second embodiment, the equation (3) is calculated. It can be seen that the mounting density decreases when the relationship as shown in the equation (2) is introduced in the equation (3). For example, in the case shown in FIG. 15, if the same values as n5 are taken from n5 to n19, the total sum of n1 to n19 in FIG. 15 is 1, but in this case, it is understood from the fact that it exceeds 1. Can be done.
以上説明した通り、超音波探触子103の隣り合う間隔に関して式(3)を用いることにより、数100本以上の超音波探触子103の各位置を効率的に決定することが出来る。
As described above, by using the equation (3) with respect to the adjacent intervals of the
なお、本式(3)は一つの例であって、これに限ったことではなく、同じような考えを持つ例も適応出来ることは言うまでもない。 It is needless to say that this equation (3) is an example and is not limited to this, and an example having a similar idea can be applied.
(実施形態3)
図3は実施形態1の図1において、光照射部101を有しない音響波ユニット300を説明した図である。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。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a diagram illustrating an
本図において、超音波探触子103は図1で説明した通り、音響波変換素子105を有しており、これを用いて送受信を行う。具体的には、不図示のシステムから音響波変換素子105に発信信号を送り、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、再度超音波探触子103内の音響波変換素子105で変換され、不図示のシステムに送出される。
In this figure, the
ここで、超音波探触子103や筺体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、実施形態2で説明したものと同じ効果を得ることが出来る。
Here, the relationship between the
(実施形態4)
図4は実施形態1の図1を用い、情報取得装置(被検体情報取得装置)に適応したことを説明する図である。また、本図においては、実施形態1、実施形態2のいずれにも適応出来る。なお、本図において、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。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a diagram for explaining that the information acquisition device (subject information acquisition device) is adapted to FIG. 1 of the first embodiment. Further, in this figure, it can be applied to both the first embodiment and the second embodiment. In this figure, those having the same reference numerals as those of the first and second embodiments are the same, and the description thereof will be omitted. Further, the arrows shown in the figure indicate the flow of pulsed light, acoustic waves, and signals.
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超音波探触子201に捕捉され、信号の強度、位相情報が被検体情報取得装置402に送信される。被検体情報取得装置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、画像表示器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超音波探触子で捕捉し、各超音波探触子から得られた信号や各超音波探触子の位置情報を元に画像再構成を行うことで、被検体画像を得られる。 As described above, the pulsed light generated from the light source is applied to the subject, the elastic wave generated from the subject is captured by the ultrasonic probe, and the signal obtained from each ultrasonic probe and each An image of the subject can be obtained by reconstructing the image based on the position information of the ultrasonic probe.
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、受信された信号を被検体情報取得装置402に送出した後、画像表示器403で表示を行う点は同じであり、同様の効果を有する。
The third embodiment is different in that the
100 探触子アレイ
101 光照射部
102 被検体
103 探触子
104 支持部(筺体)
105 トランスデューサ(音響波変換素子)
106 シール部材
107 信号処理回路
108 配線1
109 配線2
100
105 Transducer (acoustic wave conversion element)
106
109
Claims (9)
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、前記孔の中に設けられた筒状の探触子と、
を有する探触子アレイであって、
前記お椀状の支持部の回転対称軸と、前記お椀状の支持部の内側面を含む曲面と前記筒状の探触子の中心軸とが交差する点から前記回転対称軸への垂線と、は複数の交点を有し、
前記複数の交点のうちの第一の交点と、前記第一の交点に対して前記お椀状の支持部の頂部側に隣接する第二の交点と、の間隔は、
前記第一の交点と、前記第一の交点に対して前記頂部側とは逆側に隣接する第三の交点と、の間隔よりも大きいことを特徴とする探触子アレイ。 A bowl-shaped support with multiple holes,
It has a transducer that is configured to be able to convert acoustic waves and electrical signals, and has a tubular probe provided in the hole and
A probe array with
A perpendicular line from the intersection of the rotational symmetry axis of the bowl-shaped support portion, the curved surface including the inner surface of the bowl-shaped support portion, and the central axis of the tubular probe to the rotational symmetry axis. Has multiple intersections,
The distance between the first intersection of the plurality of intersections and the second intersection adjacent to the top side of the bowl-shaped support portion with respect to the first intersection is
A probe array characterized in that it is larger than the distance between the first intersection and a third intersection adjacent to the first intersection on the side opposite to the top side.
上記式(3)において、Aは1以上の定数、Zminは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部に近い位置の交点までの距離、Zmaxは、前記頂部から、前記複数の交点のうち最も頂部から離れた位置の交点までの距離を表わす。 When the plurality of intersections are numbered from 1 to s (s is the total number of the probes) on the axis of rotational symmetry in the direction away from the top, the i-th intersection (1). The probe array according to claim 1 or 2, wherein the distance ni between <i <s and i are positive integers) and the i + 1th intersection satisfies the following relational expression.
In the above formula (3), A is a constant of 1 or more, Zmin is the distance from the top to the intersection at the position closest to the top among the plurality of intersections, and Zmax is the distance from the top to the plurality of intersections. It represents the distance to the intersection at the position farthest from the top.
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