JP6873610B2

JP6873610B2 - 音響波受信装置の制御方法

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Publication number: JP6873610B2
Application number: JP2016112397A
Authority: JP
Inventors: 山本　毅; 毅山本; 西村　光夫; 光夫西村
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Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2036-06-06
Also published as: US20170347889A1; US10517485B2; JP2017217124A

Description

本発明は、音響波受信装置およびその制御方法に関する。

近年、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージング装置が研究・開発されている。光音響イメージング装置は、短時間発光するパルスレーザ光（レーザパルス）を生体内に照射する。そして光音響イメージング装置は、パルスレーザ光のエネルギーを吸収した生体組織が発熱により膨張するときに発生する音響波（光音響波）を探触子で受信して得られた電気信号を用いて、被検体内部の特性情報分布を示す画像を生成する。

光音響イメージング装置は、例えば、乳癌の早期発見のために人の乳房を観察する装置として研究開発されている。具体的な構成の一例は、特許文献１（特開２０１５−２０５０４１号公報）に開示されている。

特開２０１５−２０５０４１号公報

一般的に光音響イメージング装置は、被検部と探触子の間に音響整合液を配置する。音響整合液は、被検部および探触子と音響インピーダンスの近い材料である。音響整合材は、音響波が被検部から探触子まで伝搬する際の、両者の間に存在する界面での反射を低減する。

さらに、探触子と被検部の相対的な位置が変化する場合、音響整合材として液体（音響整合液）を使用することが好ましい。それにより、探触子や被検部の形状や、探触子の走査軌跡にかかわらず、探触子と被検部の間を埋めることができる。

一方、音響整合液を貯留するために、被検体と探触子の間の音響波伝搬経路となる液槽に供給する際に、給液に係る流路で発生した気泡が、液槽に貯留された音響整合液に混入することがある。この気泡が探触子や被検体保持部材に付着すると、被検部からの音響波の伝搬を妨げる。その結果、得られる画像中にノイズやアーティファクトが発生するなど、画質低下を招くおそれがある。なお、上述のような音響整合液および気泡に関する課題は、光音響イメージング装置にかぎらず、超音波エコー装置にも共通する。

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をイメージングする際の気泡の影響を低減することにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
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、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、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ステップと、
を有し、
前記制御するステップは、前記受信探触子アレイが前記音響波を受信する第１期間での前記音響整合液の供給量が、前記受信探触子アレイが前記音響波を受信しない第２期間での前記音響整合液の供給量よりも少なく、かつ、前記第１期間において、前記被検体からの光音響波を前記音響波として受信する光音響測定モードと前記被検体からの超音波エコーを前記音響波として受信する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ように制御される
ことを特徴とする音響波受信装置の制御方法である。

本発明によれば、音響波を用いて被検体をイメージングする際の気泡の影響を低減することができる。

本発明の光音響イメージング装置のブロック図光音響イメージング装置の測定ユニットを中心とした概念図光音響イメージング装置の液供給系の概念図音響整合液供給シーケンスを示すフローチャート音響整合液供給シーケンスを示す図（開始から初回測定まで）音響整合液供給シーケンスを示す図（液補充から終了まで）光音響および超音波エコー兼用装置のブロック図音響整合液供給シーケンスを示す別のフローチャート

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、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電気信号（光音響信号）に由来する特性情報（光音響特性情報）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（超音波特性情報）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。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、音響波受信装置と呼べる。本発明は、このような音響波受信装置の制御方法としても捉えられる。

［実施例１］
（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。

測定ユニット３は、被検体保持部材１１によって保持された乳房に対して光源５からの光エネルギーを照射し、乳房から発生した光音響波を受信する。なお光音響測定時には、測定ユニット３と被検体保持部材１１の間の経路には音響整合液３５が配置されている。

制御部２０１は、照射する光の強度や、光の照射と音響波の受信のタイミング、後述する受信部の走査等を制御する。そして制御部２には、少なくとも給液制御部２０１が含まれる。給液制御部２０１は、装置制御の中でも、音響整合液３５の給水・排水・循環や、給水と関連した走査に関する制御を行う。ただし、制御部２と給液制御部２０１は厳密に分ける必要はなく、例えば同じコンピュータ上で動作するプログラムモジュールとして構成されていても良いし、分散・協働して所望の機能を実現してもよい。

受信された音響波は信号処理部４にて増幅やＡＤ変換を施されて光音響信号になる。情報生成部６は、光音響信号を用いて被検体内部の特性情報を生成・取得する。典型的には、２次元もしくは３次元の光音響画像を生成する。表示部７は、生成された光音響画像およびカメラ３３で撮像した画像を表示する。

（被検体保持部材）
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。

被検体保持部材１１は、被検体接触部材１に対して水密に取り付けるため、お椀型の周囲にフランジ形状を有し、お椀形状とフランジ形状が合わさる部分は被検者が触れても痛くないようになめらかに作られている。フランジ形状部分の被検体接触部材１への取り付け時には、例えば被検体接触部材１とフランジ形状部分の間にリング状のシール材を挟んでネジ固定する方法がある。フランジ形状部が樹脂で作られている場合など強度が足りない場合は、シール材とフランジ形状の上からさらに金属のリング状部材で補強して挟み込むように取り付けても良い。

被検体保持部材１１の好ましい特性として、音響波を透過しやすいように薄いシート状であること（典型的には厚さが０．０１〜０．５ｍｍ）、光が透過するように透明であること、被検者の体重に耐えうる強度を有すること、が挙げられる。このような特性を有する材料としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）がある。被検体保持部材１１が音響波を透過するときは、一方の面で被検体を保持し、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。また、被検者の体重により、被検部位の形状に応じて変形するようなシート状の部材も利用できる。

被検体保持部材１１と乳房の間は、両者を音響的に結合させて、当該音響波を透過しやすくするための被検体側音響整合液１２で充填される。被検体側音響整合液１２の例としては水やひまし油が挙げられる。また、ジェルやゲルを用いても良い。

なお、被検体保持部材１１の凸側の表面に、気泡の付着を抑制し低減させるような処理を施すことも好ましい。例えば音響整合液が水である場合、被検体保持部材凸側表面に、光の透過を抑制しない程度の薄さのシランカップリング処理や酸化チタン処理を施すと良い。

測定ユニット３は、被検体保持部材１１の大きさに応じてＺ方向の位置を調整し、もっとも受信感度の良いＺ方向位置で２次元あるいは３次元走査する。被検体保持部材１１のサイズ（または種類）の判別方法として、被検体保持部材１１にサイズを示す切り欠き形状を作り、測定ユニット３に設けられた不図示のスイッチやセンサ等の検出手段により自動検知する方法がある。あるいは、被検体保持部材１１にバーコード等を付けておき、カメラ３３の画像を用いて被検体保持部材１１の種類を検出しても良い。被検体保持部材１１の種類を自動的に検知することで人が入力する手間を省けるとともに、入力間違いによる失敗を無くすことが出来る。

（光源）
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。

光源としては高出力が得られるためレーザが好ましい。ただし、フラッシュランプや発光ダイオードなども利用できる。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザー、ファイバーレーザー、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用できる。照射のタイミング、波形、強度などは不図示の光源制御部によって制御される。本発明に置いて、使用する光源の波長は、乳房内部まで光が伝搬する波長を使うことが望ましい。具体的には５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。また、複数波長を切り替えられる波長可変レーザを用いることで、酸素飽和度やグルコース濃度などの物質濃度情報を取得できる。

（測定ユニット構成）
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。

受信部３２は、複数の受信素子３２１を支持する受信探触子アレイを備える。そして受信部３２は、光音響効果により乳房から発生した光音響波を受信探触子アレイで受信する。受信探触子アレイは例えば、走査により変形しない程度の強度を持つ、金属や樹脂製の支持体である。受信探触子アレイにおける受信素子の個数や配置パターンに制限は無い。ただし、半球状やお椀状の支持体に、各受信素子の受信感度の高い方向が集中するように受信素子を配置することで、解像度の高い高感度領域を形成できる。

カメラ３３により得られた画像は、例えば乳房が被検体保持部材に密着しているかどうかを、画像解析やユーザの目視で確認するために利用できる。

受信部３２は、液槽３６を有している。液槽３６の槽内には、音響整合液３５が貯留され、受信探触子アレイと互いに固定される。これにより、受信部３２と被検体保持部材１１の間の経路上が音響整合液３５で充填される。受信探触子アレイと被検体保持部材を音
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。

受信部３２には、光音響波を受信する複数の受信素子３２１が配置される。このとき、少なくとも一部の受信素子３２１の受信面（指向軸）が異なる角度となるように配置されると、被検部位を異なる方向から測定でき、画質が向上する。より良好な形態として、複数の受信素子の受信面が半球状の液槽３６の中心に向くように配置すると良い。

ステージ機構３４は、ＸＹＺ方向に３次元走査可能な３軸ステージ機構である。３軸ステージは、リニアガイド（不図示）および送りネジ機構（不図示）およびモーター（不図示）を組み合わせて構成されている。受信素子を備える受信部と、被検体保持部材との相対的な位置関係を変化させられるならば、どのような走査機構を用いてもよい。走査の軌跡は特に限定されない。例えば乳房のような突出した面を持つ被検体の場合、外周部から内周部へ、または、中心部から外側へと軌跡を描くようならせん状走査が好適である。他に、複数の互いに異なる直径を持つ円形走査の組合せ、牛耕式の走査、ラスタスキャン、往復運動走査、雷文状の走査などが、本実施形態の変形例の走査として含まれる。

なお、本実施例では液槽３６ごと受信素子３２１が走査されていた。ただし、液槽３６は移動させずに、受信素子や、受信素子が配置された素子アレイのみを移動させても良い。このような構成は、水槽状の液槽の槽内に音響整合液を貯留し、水槽の中で比較的下方に位置する受信素子を移動させることにより実現できる。この場合は液槽が移動しないため音響整合液がこぼれる量は少ないものの、受信素子の走査、被検者の体動、蒸発などによって液量が減少する可能性があるので、本発明の手法は有効である。

（受信素子）
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・液槽）
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。

図２は、上記の条件を満たす液槽３６を有する受信部３２を示す。液槽３６は、半球状の部分とそこから外周方向に延長した部分から構成された形状である。液槽３６は一体として成形されても良いし、複数の部品を組み合わせて作っても良い。

液槽３６には、さらに光照射部３１を配置することが好ましい。これにより、音響波の受信位置と光の照射位置との関係が一定に保たれるため、より均質な光音響波情報を取得
できる。乳房へ照射できる照射面積は、ＡｍｅｒｉｃａｎＮａｔｉｏｎａｌＳｔａｎｄａｒｄｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅ（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。

（導光手段）
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Ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇａｒｍ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）
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・情報生成部）
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。

制御部２と情報生成部６は、同じ情報処理装置でそれぞれの機能を実現するプログラムモジュールとして構成されても良いし、それぞれ別の情報処理装置で動作し、協調して光音響イメージング装置に関する情報処理を実行してもよい。このことは、制御部２と給液制御部２０１の関係についても当てはまる。情報処理装置の入力装置（マウス、キーボード、タッチパネルなど）を、光音響イメージング装置の入力手段として用いてもよい。入力手段からの入力項目としては、被検体における関心領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎｏｆ
Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の範囲、測定パラメータ、所望の画質などがある。

（表示部）
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。

（液供給系）
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。

音響整合液３５はタンク８２に貯留されており、流路切り替え装置８３を介して、ポンプ８１により、音響整合液３５の浄化、殺菌をする浄化・殺菌装置８４に送られる。続けて、音響整合液３５は、液中に溶け込んだ空気や気泡を取り除く（すなわち脱泡と脱気を行う）脱泡装置８５と、音響整合液３５を加温する温度調節装置８６とを経て、配管８０ａを通って、液槽３６に供給される。

液槽３６に供給された音響整合液３５の量と流速は、流量計８７ａで計測され制御されている。液槽３６の槽内に供給された音響整合液３５が十分な水位まで貯留されているどうかは、液面センサ８８にて確認される。もし水位が低下した場合は表示部７に計測エラーや警告が出力される。

さらに音響整合液３５を供給しつづけると、音響整合液３５は、液槽３６上部と被検体接触部材の間から流出する。そして、液槽３６の外周に構成された音響整合液回収構造９を介して、配管８０ｂから流出する。配管８０ｂから流出する音響整合液３５の量は流量計８７ｂで計測され、液槽３６への音響整合液３５の流入量と流出量の管理制御に利用される。

音響整合液３５を流すためのポンプ８１は必要に応じて複数台あっても良い。ポンプの種類は特に限定されない。例えば、ギアポンプやチューブポンプなどは、モーターを逆転することにより供給と排水の双方向に音響整合液３５を流せるため、流路切り替え装置８３の切り替え数を少なくできる。流路切り替え装置８３は、ポンプに送り込む配管とポンプから送りだす配管を選択する。流路切り替え装置８３は、電磁バルブ等を組み合わせて構成できる。

浄化・殺菌装置８４は、音響整合液３５の腐敗や、液中での藻や苔などの有機物質の繁殖を抑制する。例えば、ＵＶ殺菌装置を利用できる。

音響整合液３５に気泡が発生すると音響波の受信に影響し、画像中のノイズやアーティファクトの原因になる。そこで脱泡装置８５が、気泡および溶け込んだ気体成分を取り除く。しかし、例えば液槽３６内の音響整合液３５をすべて空にした際に配管８０ａ内に入り込んだ空気が、測定時の走査で配管８０ａが動くことにより、液槽３６内に戻る場合もある。このように、液槽３６内に気泡が入る可能性をゼロにすることはできない。そこで本発明では、測定中に配管８０ａから液槽３６内へ流入する気泡をより低減するために、後述するように音響整合液３５の供給を抑制または低減する。より具体的には、給液制御部２０１は、受信探触子アレイが音響波を受信するときは、音響波を受信しない時と比べて、液槽３６の槽内への音響整合液３５の供給を少なくなるように、制御を行うことが好ましい。

脱泡装置８５によって脱泡および脱気された音響整合液３５は、温度調節装置８６へ送られる。音響整合液３５が過度に冷たいと被検者に不快感を与えるので、音響整合液３５は温度調節装置８６において体温程度まで加温される。音響整合液３５の温度を変化させる温度調節装置８６としては、液体の温度を上昇させるヒーターなどを利用できる。また、温度を低下させるクーラーを設けても良い。

また、得られた音響信号から画像を形成する際に必要となる情報として、音響整合液３５の音速がある。音響整合液３５の音速は温度によって変わるため、音響整合液３５の温度を把握する必要がある。音響整合液３５の温度が一定で、温度斑が無いことがより望ましい。温度斑を無くすためには、受信部の走査や撹拌器などで液槽３６に貯留された音響
整合液３５を撹拌することが有効である。

しかしながら、温度調節による貯留された音響整合液に対する恒温化ならびに均温化は、昇温過程と降温過程の履歴により、空気に対する音響整合液の溶解度が低下することにより溶存ガスが気泡化することが考えられる。
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。

本発明の構成において、加温された音響整合液３５は、液槽３６内に送られると被検体接触部材１や液槽３６を介して放熱する。そのため、被検体接触部材１や液槽３６の内周壁面の近くに存在する音響整合液３５の温度は低下しやすい。一方、被検体保持部材１１を介して存在する被検体は体温なので熱源となる。そのため、被検体保持部材１１の近くに存在する音響整合液３５は冷めにくい。このように音響整合液３５内に熱源と放熱部が存在するため温度斑が生じる要因となる。

従って、液槽３６の中の音響整合液３５を温度斑無く体温程度に維持するには液槽３６に対して体温程度まで加温した音響整合液３５を供給し続けることが好ましい。液槽３６内の音響整合液３５の温度は、液槽３６下方の音響整合液３５流入部近くの温度センサ８９ａと、液槽３６上方の音響整合液３５流出部近くの温度センサ８９ｂで測定される。

測定された温度は給液制御部２０１による温度制御に利用できる。簡便な方法としては、温度センサ８９ａと温度センサ８９ｂの温度が予め設定した温度で定常状態となっているかどうかを確認する方法がある。そして、温度が定常状態になっていることを測定開始時の条件とすることで、画像を形成する際に必要になる音響インピーダンスの値が正確になるため、得られる画質が向上する。

さらに例えば、液槽３６の外側に取り付けた温度センサ８９ｃの値が定常になることを確認することで、音響整合液３５が接する装置部も含めて温度が定常状態になっていることが確認出来る。音響整合液３５が接する装置部も含めて温度が定常状態になっていると、測定時に配管８０ａから気泡が発生しないように音響整合液３５の供給を止めていても、その間の温度変動を少なくすることができる。

タンク８２は、液槽３６を含め、液供給系８を流れる音響整合液３５を全て貯められる容積を持っており、不図示の給水口、排水口を備える。また、浄化・殺菌装置８４、脱泡装置８５、および温度調節装置８６はタンク８２内に設置しても良い。なお、ポンプ８１、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、および温度調節装置８６は、必要に応じて接続の順番を変更し、最適化できる。

また音響整合液は必ずしも循環する必要は無く、例えば水道水などを加温して供給し排水を再利用しない構成としても良い。流量計８７ａ・８７ｂ、液面センサ８８、温度センサ８９ａ・８９ｂによる計測値は、制御部２に送信されて各ブロックの制御に利用される。

（音響整合液供給シーケンス）
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。

図４（ａ）のステップＳ１１０において、医師や技師が、光音響イメージング装置を立ち上げて測定可能な状態にする。このとき例えば、レーザ装置の暖気や情報処理装置の起動が行われる。準備が完了したら、ステップＳ１２０において音響整合液制御および光音響測定を行い、音響信号を取得する。この処理については後に述べる。測定完了後、ステップＳ１３０において、情報生成部６が光音響画像を生成して表示部７に表示させる。

以下、図４（ｂ）のステップＳ１２０１（プロセスＡ）〜Ｓ１２０７（プロセスＧ）について、それぞれ図５（ａ）〜（ｄ）および図６（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。

（プロセスＡ）
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。

（プロセスＢ）
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。

（プロセスＣ）
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。

（プロセスＤ）
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。

乳房用の被検体保持部材１１は、中央部分が下に突出した形状である。そして、突出部分を中心として、音響波を伝搬可能な水位まで音響整合液が貯留された液槽に浸されている。そのため、音響整合液が減ると、被検体保持部材１１の外周部が音響整合液と接触しなくなる。その結果、被検体保持部材１１の外周部を通る音響波を取得できなくなる。

そこで被検体保持部材１１の外周部の測定を、内周部の測定より先に済ませることが好ましい。これにより、音響整合液３５の量が減る前、すなわち外周部がまだ液中に浸っているうちに、音響波を受信できる。例えば受信部の走査開始位置を被検体の検査領域の外周部として、そこから回転半径を縮めながら円を描くようにらせん状に走査するとよい。
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。

また、本プロセスで音響整合液３５の供給を停止したのち所定の時間が経過してから光音響測定を開始することも好ましい。この所定の時間中に、被検体保持部材１１に付着した気泡が離れたり、上方に移動したりする場合があり、より好適な信号を取得できる。

（プロセスＥ）
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。

（プロセスＦ）
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。

（プロセスＧ）
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。

以上説明したように本発明では、体温程度まで加温した音響整合液３５を供給することで、被検部に冷感を感じることが無く被検者の負担を低減できる。また加温した音響整合液を供給し続けることで音響整合液内の温度斑を低減できる。その結果、画像を形成する際に必要になる、音響波の伝搬経路上の音速の値を正確に把握出来るため、得られる画質が向上する。さらに光音響測定時に音響整合液の供給を停止することで、被検体と探触子の間に存在する気泡を減らすことが出来る。その結果、計測される受信信号のノイズが低減される。

［実施例２］
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。

泡検知手段は例えば、光源５、カメラ３３、および制御部２の組み合わせにより構成できる。すなわち、気泡は周囲の液体と比べて反射率が異なるため、光源５から照射された光に対して周囲とは異なる特徴を示す。そこで、光源５から被検体保持部材１１に光を照射した状態でカメラ３３による撮像を行い、その画像データを制御部２で解析することにより、気泡の存在状況を確認できる。例えば、画像データにおいて、気泡の形状（例えば直径１ｍｍ以下の円形や楕円形）を有し、明度が所定の閾値以上である部分などを気泡と判断する。このような構成であれば、既設の部材を用いて泡検知手段を構成できる。

制御部２は、走査に伴って次に光音響測定される予定の領域に、所定量以上の気泡が付着しているかどうかを判断する。この時の基準となる気泡の量は、予め定められた閾値に
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。

検知された気泡の位置や量に関する情報には、様々な利用方法が考えられる。例えば、気泡の位置や量が、所望の特性情報精度（例えば画質）を得る上で妨げになると判断される場合、光音響測定を停止したり、ユーザに注意喚起する情報を提示したりできる。また例えば、プロセスＣにおいて一律に液供給を停止するのではなく、気泡の状態に問題がなければ光音響測定中も音響整合液３５の供給を続けるという制御も可能である。また例えば、気泡が検知された場合に振動・撹拌・液体循環などの方法で気泡の除去を試みても良い。また例えば、気泡が検知された場合は、プロセスＣにおける１回目の測定開始前に時間を置くようにしてもよい。また例えば、入力手段を用いてユーザが入力した情報に応じて関心領域を設定する場合、その関心領域に気泡が有るかどうかに応じた制御を行ってもよい。

本実施例の方法によれば、実際の気泡の発生・付着状況を勘案して適切な制御が可能になるため、さらなる画質の向上が図られる。また、既設のカメラ等が泡検知手段を兼ねることで、コストを抑制できる。

［実施例３］
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。

この手法によれば、光音響測定中の受信部走査による液体の流出をある程度補償できるので、液量不足により音響波伝搬が妨げられる確率が低下し、取得される画像中のノイズなどを低減できる。

［実施例４］
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。

［実施例５］
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。

本例での液槽３６の下面には、超音波診断用の超音波送受信探触子アレイ１０１が、光音響測定用の探触子アレイ３２の近傍に設置され、固定されている。この構成の場合、走査機構は超音波送受信探触子アレイと液槽を一体的に移動させる。複数の超音波送受信素
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。

本実施例の音響波取得装置１００は、超音波信号処理部１０２、超音波制御部１０３、超音波表示部１０４を備える。超音波信号処理部１０２は、信号処理部４と同様に、プロセッサやメモリを備えたＰＣやワークステーションなどの情報処理装置で構成できる。なお、信号処理部４が超音波信号処理部１０２を兼ねても良い。

超音波制御部１０３は、送信ビームや受信ビームを制御するために、複数の超音波送受信素子に制御信号を出力する回路である。なお、制御部２が超音波制御部１０３に指示を出しても良いし、制御部２が超音波制御部１０３を兼ねても良い。超音波表示部１０４は超音波に関する情報、たとえば特性情報分布を示す画像データや制御情報を表示できる表示装置である。

超音波送信時は、超音波送受信探触子アレイ１０１から被検体に、音響整合液３５、被検体保持部材１１、音響整合材１２を介して超音波が送信される。その際、音響整合液３５の液面高さ（液位）が不十分な場合は、被検体保持部材１１からの超音波の伝播面積を制限し、有効音響波の有効送受信領域を制限する。従って、音響整合液３５は、被検体保持部材１１が支持する被検体の有効送受信領域が十分担保される程度に十分な液位が必要となる。有効送受信領域は、光音響測定モードにおいては有効受信領域として捉えられる。

次に、本実施形態の音響波測定装置に用いて、超音波送受信測定と光音響波受信測定を続けて行う測定シーケンスに係る実施形態を２つ説明する。第１のシーケンスでは、光音響波受信測定を超音波送受信測定より先に行う。第２のシーケンスでは、超音波送受信測定を光音響波受信測定より先に行う。なお、第１および第２のシーケンスの共通点として、超音波送受信測定時と光音響波受信測定時で音響整合液の給液シーケンスが異ならせる点がある。

超音波の送受信で得られる超音波信号と光音響波の受信で得られる光音響信号について、超音波の反射率と光音響変換効率を比較すると、超音波信号のほうが１桁以上大きい。従って、超音波信号は、光音響信号よりも、音響整合液３５内の気泡による伝搬損失の影響を受けにくい。そこで本実施例の超音波エコー測定モードでは、光音響測定モードとは異なり、音響整合液の供給を停止することなく超音波送受信を行う。これにより、走査や体動により音響整合液３５がこぼれた場合でも新たな液体が供給されるので、測定中に被検体と音響整合液３５との音響的な結合面積を維持できる。このように結合面積を維持することで、精度の高い測定が可能となる。

図８は、本実施例における光音響測定と超音波測定を行う際の、音響整合液供給およびステージ走査のシーケンスの一例を示すフロー図である。図８（ａ）は第１のシーケンスであり、音響整合液３５を供給開始してから超音波測定、光音響測定の順に測定を行う。図８（ｂ）は第２のシーケンスであり、音響整合液３５を供給開始してから光音響測定、超音波測定の順に測定を行う。

次に第１のシーケンスについて具体的に説明する。図８（ａ）のステップＳ８０１〜Ｓ８０２では、音響整合液３５を液槽３６に供給開始し、音響整合液温度が定常化している
ことを温度センサ８９ａ、８９ｂで確認する。

ステップＳ８０３で、音響整合液３５の供給を継続した状態で、ステージを超音波測定開始位置まで移動する。ステップＳ８０４で、超音波送受信探触子アレイを一次元に走査し超音波測定を行う。このときステージ走査によって音響整合液３５が液槽の外周に設けた音響整合液回収系（溝）にあふれるが、音響マッチング３５の供給を継続しているため、超音波測定に十分な液位が担保される。なお、超音波測定は、一次元に送受信探触子が配列された超音波送受信探触子アレイ１０１を、アレイ方向と交差する方向に走査することにより行われる。超音波送受信探触子アレイ１０１を牛耕式スキャン、ラスタースキャン等で走査しても良い。

超音波測定終了後、ステップＳ８０５にて、受信部が光音響測定開始位置へ移動する。ステップＳ８０６で、音響整合液３５の供給を停止した後、ステップＳ８０７で光音響測定を行う。

次に第２のシーケンスについて説明する。図８（ｂ）のステップＳ８０１，Ｓ８０２は図８（ａ）と同様である。その後、ステップＳ８０５’にて、光音響測定開始位置へステージを駆動させて移動し、液面センサ８８で液位が所定位置にあることを確認する。ステップＳ８０６’で音響整合液３５の供給を停止し、ステップＳ８０７’で光音響測定を行う。

光音響測定後、ステップＳ８０８では音響整合液３５の供給を再開する。ステップＳ８０３’で超音波測定開始位置へ移動する。光音響測定の駆動動作により低下した液位から超音波測定に十分な液位になった時点で、Ｓ８０４’にて超音波測定を開始する。

以上のように、光音響測定用の受信探触子アレイに超音波送受信探触子アレイを併設することで、光音響測定情報と超音波診断測定情報を同時に測定でき、多面的な診断を可能にする。このとき光音響測定と超音波測定の両測定の音響整合液の供給方法を変えることで、それぞれに最良となる画像形成に必要な信号情報を得ることができる。

なお、本例では液面センサは１つのセンサを用いたが、走査時に生じる液面の変動等を考慮し、複数の液面センサを用いて液位情報を取得しても構わない。また、光音響測定と超音波測定での液位は、探触子アレイ３２、超音波送受信探触子アレイ１０１のそれぞれの位置、指向性から異なる液位に設定しても構わない。また、乳がん検診などの場合は、第１または第２のシーケンスに従って一方の乳房を測定したのち、他方の乳房を健診すれば良い。その際、一方の乳房と他方の乳房でシーケンスを変えても良い。

＜その他の実施形態＞
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。

１：被検体接触部材、２：給液制御部、２０１：給液制御部、３：測定ユニット、４：信号処理部、６：情報生成部、８：液供給系、１１：被検体保持部材、３２：受信部、３５：音響整合液、３６：液槽、１００：音響波受信装置

Claims

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、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、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ステップと、
を有し、
前記制御するステップは、前記受信探触子アレイが前記音響波を受信する第１期間での前記音響整合液の供給量が、前記受信探触子アレイが前記音響波を受信しない第２期間での前記音響整合液の供給量よりも少なく、かつ、前記第１期間において、前記被検体からの光音響波を前記音響波として受信する光音響測定モードと前記被検体からの超音波エコーを前記音響波として受信する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ように制御される
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、前記液槽に流入する気泡を低減するために、前記第１期間の前記音響整合液の供給量を、前記第２期間の前記音響整合液の供給量よりも少なくする
ことを特徴とする請求項１に記載の音響波受信装置の制御方法。
前記制御するステップでは、前記第１期間の前記音響整合液の供給量が０になるように制御される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の音響波受信装置の制御方法。
前記音響波受信装置が有する走査機構が、前記被検体に対する前記液槽の相対位置を変化させるステップをさらに有する
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の制御方法。
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量が、前記超音波エコー測定モードの場合よりも少ない
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１ないし５のいずれか１項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１ないし５のいずれか１項に記載の音響波受信装置の制御方法。