JP2017124053A - Acoustic wave probe and analyte information acquisition device - Google Patents
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Abstract
【課題】光を被検体に向けて、より均一に照射することができる音響波プローブ等を提供する。
【解決手段】音響波プローブ100は、複数の音響波トランスデューサ102と、複数の音響波トランスデューサの間隙に配置され被検体99に対して光を照射する複数の光出射部103と、を有する。各光出射部103は、複数の音響波トランスデューサ102により囲まれて共通の支持部材101上に配置されている。複数の前記音響波トランスデューサと複数の光出射部は、共通の支持部材にすることができる。
【選択図】 図1−1An acoustic probe and the like that can irradiate light more uniformly toward a subject.
An acoustic wave probe includes a plurality of acoustic wave transducers and a plurality of light emitting units arranged in gaps between the plurality of acoustic wave transducers to irradiate light to a subject. Each light emitting unit 103 is surrounded by a plurality of acoustic wave transducers 102 and disposed on a common support member 101. The plurality of acoustic wave transducers and the plurality of light emitting portions can be a common support member.
[Selection] Figure 1-1
Description
本発明は、光音響効果による光音響波などの音響波(以下では超音波で代表することもある)を受信することが可能な音響波プローブ、それを用いた被検体情報取得装置等に関する。 The present invention relates to an acoustic wave probe capable of receiving an acoustic wave such as a photoacoustic wave due to a photoacoustic effect (hereinafter sometimes represented by an ultrasonic wave), an object information acquisition apparatus using the acoustic wave probe, and the like.
光イメージング技術の一つとして、Photoacoustic Imaging(PAI:光音響イメージング)と呼ばれる技術がある。光音響イメージングは、光の照射により発生する音響波(「光音響波」とも言う)を受信し、得られる受信信号から画像データを生成する技術である(特許文献1参照)。この光音響波は、光源からのパルス光が生体などの被検体に照射され、被検体内を伝播した光のエネルギーを吸収した組織が膨張することにより発生する。 As one of optical imaging technologies, there is a technology called Photoacoustic Imaging (PAI: photoacoustic imaging). Photoacoustic imaging is a technique for receiving acoustic waves (also referred to as “photoacoustic waves”) generated by light irradiation and generating image data from the obtained received signals (see Patent Document 1). This photoacoustic wave is generated when pulsed light from a light source is irradiated on a subject such as a living body and a tissue that absorbs energy of light propagating through the subject expands.
被検体内部を良好に画像化するためには、被検体表面に対してなるべく均一に光を照射する必要がある。更に、被検体内で発生した光音響波をなるべく劣化させずに音響波トランスデューサで検出する必要がある。本発明は、光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射することができる音響波プローブ等の提供を目的とする。 In order to image the inside of the subject satisfactorily, it is necessary to irradiate the subject surface with light as uniformly as possible. Furthermore, it is necessary to detect the photoacoustic wave generated in the subject with an acoustic wave transducer without degrading it as much as possible. An object of this invention is to provide the acoustic wave probe etc. which can irradiate light to a subject more efficiently and uniformly.
本発明の音響波プローブは、次の特徴を有する。被検体に光を照射する複数の光出射部と、被検体内で発生した光音響波を検出する複数の音響波トランスデューサと、を有しており、光出射部が複数の音響波トランスデューサにより囲まれて配置されている。 The acoustic wave probe of the present invention has the following characteristics. A plurality of light emitting units for irradiating the subject with light; and a plurality of acoustic wave transducers for detecting photoacoustic waves generated in the subject. The light emitting unit is surrounded by the plurality of acoustic wave transducers. Is arranged.
本発明によれば、複数配置された光源などの光出射部からの光を被検体に向けて、より均一に照射することができる音響波プローブなどを実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the acoustic wave probe etc. which can irradiate more uniformly the light from light-emitting parts, such as the light source arrange | positioned, to a test object, etc. are realizable.
本発明の音響波プローブの一側面の特徴は、音響波プローブが複数の光出射部を有しており、各光出射部が、光音響波を受信する音響波トランスデューサにより囲まれて配置されている点である。複数の光出射部の配置態様は、光を被検体に向けてより均一に照射することができるものであれば如何なる態様でもよい。例えば、図13(a)の様に複数の光出射部が複数の音響波トランスデューサにより囲まれたパターンが2次元状に繰り返される態様、図13(b)の様に碁盤目状に光出射部と音響波トランスデューサが交互に繰り返して配置される態様などがある。ただし、図13(c)に示す様に複数の音響波トランスデューサと複数の光出射部が極端に偏在した態様などは、より均一に照射することができるものを構成できなければ、除かれる場合もある。本発明の音響波プローブは、該音響波プローブで検出された信号を被検体の情報を表す信号に変換するための信号処理部などと共に、被検体情報取得装置を構成することができる。ここにおいて、音響波プローブは、光音響効果により発生した被検体からの光音響波を検出する。更に、被検体からの超音波を検出したり、被検体との間で超音波の送受信を行ったりすることもできる。 A feature of one aspect of the acoustic wave probe according to the present invention is that the acoustic wave probe has a plurality of light emitting portions, and each light emitting portion is surrounded by an acoustic wave transducer that receives the photoacoustic waves. It is a point. The arrangement mode of the plurality of light emitting units may be any mode as long as light can be irradiated more uniformly toward the subject. For example, an embodiment in which a pattern in which a plurality of light emitting sections are surrounded by a plurality of acoustic wave transducers is repeated two-dimensionally as shown in FIG. 13 (a), or a light emitting section in a grid pattern as shown in FIG. 13 (b). And an acoustic wave transducer are alternately and repeatedly arranged. However, as shown in FIG. 13C, an aspect in which a plurality of acoustic wave transducers and a plurality of light emitting portions are extremely unevenly distributed may be excluded unless a configuration that can irradiate more uniformly is not possible. is there. The acoustic wave probe of the present invention can constitute an object information acquisition apparatus together with a signal processing unit for converting a signal detected by the acoustic wave probe into a signal representing information on the object. Here, the acoustic wave probe detects a photoacoustic wave from the subject generated by the photoacoustic effect. Furthermore, it is also possible to detect ultrasonic waves from the subject and transmit / receive ultrasonic waves to / from the subject.
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist.
(第1の実施形態)
本実施形態では、被検体に光を照射する複数の光出射部と、発生した光音響波を検出する複数の音響波(超音波)トランスデューサとが、分散して配置されており、被検体の表面形状に合わせて配置が可変であることが特徴である。
(First embodiment)
In the present embodiment, a plurality of light emitting units that irradiate the subject with light and a plurality of acoustic wave (ultrasound) transducers that detect the generated photoacoustic waves are arranged in a distributed manner. The arrangement is variable according to the surface shape.
図1−1から図1−4を用いて、第1の実施形態の音響波プローブ100を説明する。図において、99は被検体、100は音響波プローブ、103は光出射部(光源)、102は音響波トランスデューサ、101は支持フィルム、110は超音波ゲル、121は出射光、122は光音響波である。図1−1(a)に、本実施形態の音響波プローブの模式図を示す。本実施形態の音響波プローブ100は、複数の光源103と複数の音響波トランスデューサを有しており、それぞれが2次元アレイ状に配置されている。複数の音響波トランスデューサ102間の領域には、複数のトランスデューサ102に対して複数の光源103が入れ子状になって配置されている。本実施形態では、光源103が分散して配置されているので、光源が1箇所や一部の領域にのみ配置されている構成に比べて、被検体表面の広い範囲に亘ってより一様に光を照射することができる。ここでは、例えば、各光源103の周りの複数の音響波トランスデューサ102は、該光源を中心に、略等距離及び/又は略等角度間隔で配置されている。また、複数の音響波トランスデューサと複数の光出射部は、共通の支持部材に配置されていて、支持部材は、被検体の形状に合わせて複数の音響波トランスデューサと複数の光出射部を可動とするように変形可能な支持膜である。
The
次に、図1−1(b)に、図1−1(a)の直線Z−Z’の断面の模式図を示す。本実施形態の音響波プローブ100では、複数の光源103と複数のトランスデューサ102の位置は、被検体99の表面形状に沿って可動する構造となっている。具体的には、湾曲及び伸縮が可能な可撓性の支持フィルム101上に、複数の光源103とそれを取り囲む複数のトランスデューサ102を配置することで容易に実現できる。
Next, FIG. 1-1 (b) shows a schematic diagram of a cross section of the straight line Z-Z 'of FIG. 1-1 (a). In the
本実施形態の音響波プローブは、図1−2で示すように、被検体99に直接音響波プローブ100を押しつけて、用いることができる。その際、被検体99で発生した光音響波122を効率良く音響波トランスデューサ102に伝えるために、被検体99と音響波プローブ100間には、超音波ゲル110を配置する。被検体99と音響波トランスデューサ102間に気泡が入ると、その部分において被検体99内で発生した光音響波(超音波)122の反射や減衰が発生する。超音波ゲル110は超音波伝播物質であり、被検体99と音響波トランスデューサ102間にこの気泡が入らないようにする効果があり、被検体99で発生した光音響波122を、効率良く音響波トランスデューサ102に伝えることができる。
The acoustic wave probe of the present embodiment can be used by pressing the
しかし、光源103からの出射光121を被検体99に照射する際には、超音波ゲル110を通過することにより、被検体99に照射される光が減少してしまうことがある。被検体99に照射される光の光量の低下によって、被検体99内部で発生する光音響波122の大きさが低下してしまう。そのため、被検体の情報を正確に把握するためや、被検体のより深い部分の情報を得たりするためには、被検体99に照射される光をできるだけ大きくする必要がある。超音波ゲル110は半透明の物質であり、透過率が高くないため、光源103と被検体99間の距離をできるだけ小さくすること、すなわち光源103と被検体99間にある超音波ゲル110の量をできるだけ小さくすることが重要になる。
However, when the
被検体99に対して、音響波トランスデューサ102や光源103の位置が固定されている構成であると、固定された形状から被検体99の表面形状が大きくずれている領域では、被検体99と光源103間の距離が大きくなってしまう。そのため、光源103からの出射光が超音波ゲル110で減衰して、被検体99に照射する光量が低下してしまう。また、光源と被検体の間隔が一定でないため、測定のセッティングや条件により被検体99を照射する光量が変化してしまい、得られる被検体情報の精度がばらついてしまう。また、複数の光源103を有した構成であっても、光源103毎に被検体99との距離がばらついているため、被検体99に照射する光の量が場所によって異なってしまう。
When the positions of the
本実施形態の音響波プローブ100を用いると、被検体99の表面形状に合わせて光源103の位置が移動できるため、図1−2で示すように、被検体99表面と光源103の光出射表面を近接して配置することができる。そのため、光源103と被検体99間の超音波ゲル110の厚さを、薄く略均一にできるので、被検体99に照射される光量を大きくでき且つ照射光を略均一にすることができる。更に、本実施形態の音響波プローブ100は、アレイ状に配置した音響波トランスデューサの間に、複数の光源を分散して配置しているので、被検体99の広い範囲を照射でき、その照射光をどの場所でも略均一に照射することができる。
When the
以上のように、本実施形態によると、光出射部(光源)からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射することができる音響波プローブを実現できる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to realize an acoustic wave probe that can irradiate light from a light emitting unit (light source) toward a subject more efficiently and uniformly.
また、本実施形態の他の効果として、光音響波122を効率良く受信することができる。以下、その理由を説明する。光音響波122は伝搬するに従い音が広がってしまう特性があり、光音響波の発生場所から音響波トランスデューサ102までの距離が遠いと、音響波トランスデューサ102で受信する光音響波が小さくなってしまう。前述したように、本実施形態の音響波プローブ100を用いることで、音響波トランスデューサ102は被検体99の表面形状に沿って位置が可動であるので、音響波トランスデューサ102と被検体99間の距離も近接させられる。そのため、光音響波122の大きさを低下させることなく、音響波トランスデューサ102で受信できるので、被検体99で発生した光音響波122を効率良く受信できる。一方、被検体99に対して、音響波トランスデューサ102や光源103の位置が固定されている構成であると、固定された形状から被検体99の表面形状が大きくずれている領域では、被検体99とトランスデューサ102間の距離が大きくなってしまう。そのため、音響波トランスデューサ102に到達する光音響波122が小さくなり、被検体99で発生した光音響波122を受信する効率が低下する。
As another effect of the present embodiment, the
上記のように、本実施形態を用いると、被検体99内に光源103からの光をより均一に照射し、被検体99内部で発生した光音響波122を効率良く検出することができる音響波プローブ100を実現できる。
As described above, when this embodiment is used, an acoustic wave that can irradiate the light from the
更に他の効果として、被検体99と音響波トランスデューサ102間での反射の影響が少ない状態で、光音響波122を受信することができる。以下、説明する。被検体99で発生した光音響波122の一部は、音響波トランスデューサ102表面で反射することがある。その反射波の一部は、被検体99と超音波ゲル110との音響インピーダンスの差により、被検体99表面で再度反射して、音響波トランスデューサ102表面に戻ってくる。被検体99と音響波トランスデューサ102間が広いと、この反射波が音響波トランスデューサ102に戻ってくるまでの時間が長くなり、本来の受信信号とは分離された別の信号として、検出される。一方、本実施形態によると、被検体99と音響波トランスデューサ102の間隔を近接することができるので、反射波が本来の受信信号と一体となった信号として得られる。反射波が別の受信信号として検出されると、被検体情報に変換した際、アーチファクト(虚像)となるが、本実施形態を用いると、反射波が別の受信信号として検出され難くすることができる。
As another effect, the
上記のように、本実施形態を用いると、被検体99内に光源103からの光をより均一に照射し、被検体99内部で発生した光音響波122を正確且つ効率良く検出することができる音響波プローブ100を提供できる。
As described above, when the present embodiment is used, the light from the
本実施形態の支持膜であるフィルム101には、被検体99の表面形状に沿って変形できるフィルムであれば用いられる。特に、被検体99の表面形状に合わせて、湾曲して伸縮する可撓性を有するフィルムであることが望ましいが、可撓性(微弾性)に限定して、弾性体を排除するものではない。湾曲、伸縮に必要な特性を得ることができるものであれば、弾性体をはじめとして様々な材料を用いることができる。フィルム101は、樹脂フィルム、ゴムなどを用いることで容易に構成できる。具体的には、エポキシ樹脂、塩化ビニール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーンゴムなどを用いることができる。ヤング率では、0.01GPaから5GPa程度のものを用いられ、より望ましくは0.01GPaから0.1GPa程度のものを用いることができる。これ以外でも、被検体から与えられる圧力で、被検体と同等の大きさに伸縮、湾曲できるものであれば、用いることができる。図1では、均一な厚さのフィルムを用いたが、これに限らず、一部が周囲と厚さが異なるパターンを有した支持膜も用いることができる。それにより、音響波トランスデューサ102の可動し易さや、被検体99によるフィルム101の撓み易さなどを最適に調整することができる。
Any film that can be deformed along the surface shape of the subject 99 is used for the
音響波トランスデューサ102は、被検体に光を照射して発生した音響波を受信できるものであれば、用いることができる。具体的には、一般的に超音波診断装置に用いられる音響波トランスデューサ102がある、PZT、PVDF、CMUTなどを用いることもできる。尚、図では、音響波トランスデューサ102は、フィルム101の被検体99側表面に配置したが、これに限らない。音響波トランスデューサ102が、一部フィルム101内に埋まっていても、また逆側まで突き抜けていても、同様に用いることができる。更に、フィルム101の音響波透過特性が使用上問題なければ、フィルム101の被検体99の逆側の表面(裏面)に配置する構成を用いることもできる。
The
光源103は、被検体に光を照射して音響波が発生するものであれば、用いることができる。図では、光源103は、フィルム101の被検体99側の表面上に配置しているが、これに限らず、フィルム101を貫通した構成や、一部フィルム101内に埋まっている構成も、同様に用いることができる。光源103は、音響波プローブ100の外部に配置した光発生源からの光を光出射部103まで、光ファイバーなどにより導波させてくる構成を用いることもできる。更に、光源103に、LED、半導体レーザなどを用いることで、フィルム101上に直接配置することができる。これにより、光源102部を軽量にすることができ、フィルム101が被検体99の形状により沿い易くなる。加えて、被検体へ光を照射する機構を簡略化、小型化でき、音響波プローブ自体も小型化することができる。
The
フィルム101の被検体99への押し当ては、図1−3で示すように、フィルム101を被検体99に巻きつけ、固定手段104によりフィルムの両端を固定する方法により、容易に実現することができる。これにより、被検体99の外周の全方向から光を照射して、光音響波を取得することができる。そのため、被検体99の特定の面からだけでなく、より多くの方向から被検体情報を取得でき、本プローブを用いることで、より詳細な被検体画像を再生することができる。
The pressing of the
また、別の形態として、図1−4で示すように、支持枠部材105でフィルム101を支持し、支持枠部材ごと被検体99に押し当てる方法を用いることができる。支持枠部材105は、被検体に対して半月状の凹部(溝)を有しており、フィルム101は、支持枠部材105の凹部を覆うように配置され、支持枠部材105に保持されている。フィルム101は、支持枠部材105により左右から保持されており、フィルム101自体にテンションが掛った状態(張った状態)になっている。この状態で、支持枠部材105を被検体99側に押し当てることで、フィルム101が被検体99の表面形状に沿って変形し、フィルム101上の音響波トランスデューサ102や光源103も、被検体99の表面形状に沿った位置に配置される。図1−4の構成では、支持枠部材105を用いているので、フィルム101に略均一な張力がかかっている。従って、後は支持枠部材105を被検体99に押し当てる力を制御するだけで、広い面積のフィルムでも、フィルム101全体を安定な状態で、被検体99側に押し当てることができる。
Moreover, as another form, as shown in FIGS. 1-4, the method of supporting the
図1−3や図1−4の構成を用いることで、被検体99表面に沿って、音響波プローブ100の音響波トランスデューサ102と光源103の位置を自動的に変えることができる。そのため、様々な表面形状の被検体99から光音響信号を取得することができる。尚、被検体99にフィルム101を押し付ける方法としては、図1−3や図1−4のものに限られない。フィルム101を被検体99に押し当て、フィルム101を被検体99表面の形状に沿わせられるものであれば、他の構成でも同様に用いることができる。
By using the configurations of FIGS. 1-3 and 1-4, the positions of the
本実施形態では、光源103と被検体99の間の距離を、音響波トランスデューサ102と被検体99間の距離より狭くする手段を備えることで、光源103と被検体99間にある超音波ゲル110を薄くできる。そのため、光源103からの出射光が超音波ゲル110で減衰する量を小さくできるので、被検体に照射する光の量をより大きくできる。具体的な構成については、第2の実施形態から第5の実施形態を用いて説明する。
In the present embodiment, the
第2の実施形態以降では、音響波トランスデューサと被検体間の超音波透過特性が、光源と被検体間の超音波透過特性より高く、光源と被検体間の光透過特性が、音響波トランスデューサと被検体間の光透過特性より高くなる特性制御手段を有している。以下、特性制御手段について、具体的に説明する。 In the second and subsequent embodiments, the ultrasonic transmission characteristic between the acoustic wave transducer and the subject is higher than the ultrasonic transmission characteristic between the light source and the subject, and the light transmission characteristic between the light source and the subject is It has a characteristic control means that is higher than the light transmission characteristic between the objects. The characteristic control means will be specifically described below.
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、音響波トランスデューサ102と光源103の位置関係に関する。それ以外は、第1の実施形態と同様である。第2の実施形態を、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る音響波プローブの模式図である。図2(a)に、フィルム101を平坦にした状態での音響波プローブの断面の模式図を、図2(b)に被検体99に超音波ゲルを介して接触させて被検体情報を取得する際のプローブの断面の模式図を示す。
(Second Embodiment)
The second embodiment relates to the positional relationship between the
本実施形態では、フィルム101を平坦にした際、光源103の被検体側の表面が、音響波トランスデューサ102の被検体側の表面より、被検体99側に配置されていることが特徴である。或る力でフィルム101が被検体99側に押し当てられた場合、超音波ゲル110は粘度を有しているので、フィルム101と被検体99間の厚さは、或る一定の厚さで安定する。図2(b)で示すように、本実施形態の構成になっていることで、光源103と被検体99の表面間の距離は、音響波トランスデューサ102と被検体99の表面間の距離より、狭くなる。具体的には、本実施形態のプローブ100は、光源103の高さ(フィルム面からの被検体側へ飛び出した距離)は、音響波トランスデューサ102の高さより、高くなっている。これにより、光源103で超音波ゲル110が押しのけられ、光源103がない領域に超音波ゲル110が逃げるので、フィルム101と被検体99間に充填されている超音波ゲル110は、光源103前の方が、音響波トランスデューサ102前より薄くなる。実際には、図2(b)のように、フィルム101が若干図面下側に撓むが、撓み量より高さの差を大きく付けていれば、光源103前の超音波ゲル110の方を常に薄い状態に保つことができる。
The present embodiment is characterized in that when the
本実施形態に係る音響波プローブによると、光源103の表面をより被検体99側に配置できるので、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射できる音響波プローブを提供することができる。尚、図2(b)では、説明のため、被検体99が平面の状態である断面図を用いたが、これに限らない。図1−2で示した被検体99表面が曲面を有している例や、凹凸を有している例にも同様に当てはまる。
According to the acoustic wave probe according to the present embodiment, since the surface of the
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、光源103の構造に関する。それ以外は、第2の実施形態と同様である。第3の実施形態を、図3を用いて説明する。図3(a)に、フィルム101を平坦にした状態での音響波プローブの断面の模式図を、図3(b)に、被検体99に超音波ゲルを介して接触させて被検体情報を取得する際のプローブの断面の模式図を示す。図3は、本実施形態に係る音響波プローブの模式図である。図3において、106は透明部材である。
(Third embodiment)
The third embodiment relates to the structure of the
本実施形態では、光源103の被検体99側に、透明部材106を備えていることが特徴である。透明部材106は、光源103の波長での光の透過性が高い材料であれば、用いることができる。光源103の高さが同じでも、透明部材106があることにより、実質的な高さを高くでき、出射光が通る部分での超音波ゲル110の厚さを薄くできる。本実施形態では、透明部材106を有しているので、光源103の高さを高くすることなく、第2の実施形態と同様の効果が得られる。そのため、光源103の形状や配置に対する制約を少なくできる。また、透明部材106の断面形状は、必ずしも四角である必要は無く、台形などの形状にすることで、より超音波ゲル110が逃げやすくできる。
The present embodiment is characterized in that a
本実施形態によると、光源103への制約を増やすことなく、光源103の表面をより被検体99側に配置し、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射することができる音響波プローブを提供できる。
According to the present embodiment, the surface of the
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、光源103の構造に関する。それ以外は、第2の実施形態と同様である。第4の実施形態を、図4を用いて説明する。図4(a)に、フィルム101を平坦にした状態での音響波プローブの断面の模式図を、図4(b)に、被検体99に超音波ゲルを介して接触させて被検体情報を取得する際のプローブの断面の模式図を示す。図4は、本実施形態に係る音響波プローブの模式図である。図4において、107は変形可能な袋である。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment relates to the structure of the
本実施形態では、光源103の被検体99側に、気体の入った変形可能な袋107を備えていることが特徴である。変形可能な袋107は、光の透過性が高く、外力を受けて変形する袋であれば用いることができる。変形可能な袋107内に気体を充填して、密閉することで、外力を受けて変形する機能を持たせられる。図4(b)で示すように、プローブ100を被検体99に超音波ゲルを介して接触させた際には、袋107が少し潰れて、図面横方向に広がる。光源103の高さが同じでも、変形可能な袋107があることにより、実質的な高さを高くすることができ、出射光が通る部分での超音波ゲル110の厚さを薄くできる。本実施形態では、変形可能な袋107を有しているので、光源103の高さを高くすることなく、第2の実施形態と同様の効果が得られる。更に、本実施形態では、光源103を支える部分のフィルム101の変形量は、袋107の変形のしやすさにより、調整することができる。そのため、第2の実施形態や第3の実施形態の高さを設定する構成に比べて、光源103を支える部分のフィルム101の変形量をより最適に調整することが容易になる。
The present embodiment is characterized in that a
本実施形態によると、光源103の表面をより被検体99側に配置する構成の設計を行い易く、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射できる音響波プローブを提供することができる。
According to the present embodiment, it is easy to design a configuration in which the surface of the
(第5の実施形態)
第5の実施形態は、光源103をフィルムから支持する構造に関する。それ以外は、第2の実施形態と同様である。第5の実施形態を、図5を用いて説明する。図5は、本実施形態に係る音響波プローブの模式図である。図5(a)に、フィルム101を平坦にした状態での音響波プローブの断面の模式図を、図5(b)に、被検体99に超音波ゲルを介して接触させて被検体情報を取得する際のプローブの断面の模式図を示す。図5において、108はバネである。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment relates to a structure for supporting the
本実施形態では、光源103がバネ108を介して、フィルム101上に保持されていることが特徴である。バネ108で保持された光源103は、外力を印加されるとフィルム101面に対して垂直方向(図面上下方向)に変位する構造となっている。図4(b)で示すように、プローブ100を被検体99に超音波ゲルを介して接触させた際には、バネ108が少し潰れて、光源103が被検体99と逆方向に少し移動する。バネ108が縮む量と、光源103を支える領域のフィルム101が撓む量を差し引いても、光源103の被検体99側の表面は、音響波トランスデューサ102の被検体99側の表面より被検体99側に出ている設計となっている。そのため、光源103により超音波ゲル110が押しのけられ、光源103がない領域に超音波ゲル110が逃げるので、フィルム101と被検体99間に充填されている超音波ゲル110は、光源103前の方が、音響波トランスデューサ102前より薄くなる。
The present embodiment is characterized in that the
また、第3の実施形態や第4の実施形態に比べて、光源103の被検体側に部材を配置していないため、その部分での光の減衰がなく、より大きな光量を被検体99に照射できる。加えて、光源103をバネ108で保持しているので、光源103の高さに対する制約が無く、光源103の設計の自由度を高くできる。また、バネ108の硬さを調整することで、光源103と被検体99との間の距離を容易に設定できる。
Further, since no member is arranged on the subject side of the
バネの材料やフィルムへのバネの固定方法について説明すると、バネは、外力に応じて変形し、外力を無くすると復元する力が掛るものであれば、用いることができる。材質としては、各種金属により容易に構成でき、同様の機能を持つものであれば、樹脂、ゴムなどを用いることもできる。また、フィルムへのバネの固定は、フィルムにバネが確実に固定される方法であれば用いることができ、例えば接着剤を用いることで容易に実現できる。 The spring material and the method for fixing the spring to the film will be described. The spring can be used as long as it is deformed according to the external force and is restored when the external force is removed. As a material, a resin, rubber, or the like can be used as long as it can be easily configured with various metals and has a similar function. The spring can be fixed to the film as long as the spring is securely fixed to the film. For example, the spring can be easily realized by using an adhesive.
本実施形態に係る音響波プローブによると、構成部品への大きな制約をかけることなく、光源103の表面をより被検体99側に配置し、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射できる音響波プローブを提供することができる。
According to the acoustic wave probe according to the present embodiment, the surface of the
尚、図5では、バネ108を用いて説明したが、この構成に限らない。光源103を支持する領域のフィルム101の厚さを厚くすることで、光源103を支持する領域のフィルム101に、バネ108と同様の機能を持たせた構成にすることもできる。これにより、構成要素を増やすことなく、図5の構成と同様の効果が得られる。
In addition, in FIG. 5, although demonstrated using the
(第6の実施形態)
第6の実施形態は、音響波トランスデューサの表面に配置された部材に関する。それ以外は、第1から第6の実施形態の何れかと同じである。図6−1は、本実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図である。図6−1において、111は粘着材である粘着シートである。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment relates to a member disposed on the surface of an acoustic wave transducer. The rest is the same as any one of the first to sixth embodiments. FIG. 6A is a schematic diagram for explaining the acoustic wave probe according to the present embodiment. In FIG. 6A,
本実施形態では、音響波トランスデューサ102の表面に粘着シート111を備えており、光源103の表面には粘着シート111を有していないことが特徴である。粘着シート111は、音響波トランスデューサ102と接着固定されている。粘着シート111は、被検体99側の表面に粘着性を有しており、被検体99に押し当てることで、被検体99表面に密着して貼りつき一時的に固定される。被検体99表面と粘着シート111間は、空隙がないように密着しているので、被検体99内部で発生した光音響波122を、被検体99表面と粘着シート111間の界面で劣化させること無く、粘着シート111側に伝えることができる。
The present embodiment is characterized in that an
粘着シート111は、被検体99の有する音響インピーダンスと近い素材でできており、光音響波を透過する特性を有している。よって、粘着シート111の表面に到達した超音波122を殆ど減衰させることなく、音響波トランスデューサ102に伝達できる。そのため、第1から第5の実施形態で用いた超音波ゲル110を用いることなく、被検体99内で発生した光音響波122を殆ど減衰させずに音響波トランスデューサ102まで到達させられる。
The
一方、光源103の被検体側には、粘着シート111は配置されていないことが、本実施形態での大きな特徴である。前述したように、本実施形態では、音響波トランスデューサ102と被検体99間には、超音波ゲル110を配置する必要がない。音響波トランスデューサ102は粘着シート111を介して、被検体99に対して保持されているため、光源103と被検体99間には、若干の空隙ができる。この空隙を介して、音響波プローブ100から被検体99内に光を照射する。超音波ゲルを用いた構成では光が透過する際に若干の減衰が起こる。従って、超音波ゲル110を用いた構成である第1から第5の実施形態に比べて、本実施形態の空隙での減衰は殆どないため、より光を減衰させることなく略均一に照射できる。
On the other hand, the main feature of this embodiment is that the
本実施形態では、光源からの光を被検体に向けて、更に効率良く且つ均一に照射することができる音響波プローブを実現できる。 In the present embodiment, it is possible to realize an acoustic wave probe that can irradiate light from a light source toward a subject more efficiently and uniformly.
本実施形態の粘着シート111は、表面が粘着性を有したシート状のもので、被検体99に貼りつけたり、剥がしたりできるものであれば用いられる。具体的には、表面に粘着剤を有した薄い樹脂シートや、ゴムを用いることができる。また、弾力ゴムであるエラストマーを用いることもでき、この場合、弾力性を有しているので、被検体99の表面形状に沿って変形し、被検体99との間で密着しやすくなる。また、被検体99から剥がす際にも、粘着シート111が変形しながら剥がせるので、被検体99に大きな負荷をかけることなく剥がすことができる。また、粘着剤としては、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ウレタン系粘着剤などを用いることができ、必要な粘着力と剥離性によって、最適な材料を選択すればよい。また、粘着シート111の物性としては、超音波の透過性が高く、音響インピーダンスが被検体99に近いものを用いることが望ましいが、個別の使用条件によって必要な特性のものを選ぶことができる。
The pressure-
本実施形態では粘着シート111を用いているため、被検体99と音響波トランスデューサ102の位置関係が保持されて、光音響波を受信する際に位置がずれにくい。そのため、被検体に対して位置が正確な被検体情報を得ることができる。また、複数の音響波トランスデューサ102に挟まれている光源103の位置も、同様にずれにくくなる。よって、被検体99に対して、同じ位置に略均一に光121を照射できるので、安定して光音響波122を発生させることができる。
Since the
粘着シート111を被検体99から容易に剥がすための剥離補助手段を有する構成とすることもできる。剥離補助手段としては、被検体99の逆方向に音響波トランスデューサ102を引っ張る力を印加するものであればよい。具体的には、音響波トランスデューサ102の被検体99側と逆側に、図6−2、図6−3に示す様な紐901や棒状の部材902を設けることができる。被検体から音響波トランスデューサ102を剥離する際に、紐901や棒状の部材902を被検体99と逆向き(図面中の矢印の向き)に引っ張ることで容易に剥離できる。
It can also be set as the structure which has a peeling assistance means for peeling off the
音響波トランスデューサ102を保持しているフィルム101は、被検体99に沿わすために、比較的変形しやすい特性を有している。この場合、音響波トランスデューサ102を被検体99から剥離する際、フィルム101を引っ張り剥離しようとすると、フィルム101自体が変形してしまう。そのため、フィルム101に過度な力を印加してフィルム101を劣化させたり、被検体99に過度な力を印加して被検体99に痛みを発生させたりしまう可能性がある。しかし、剥離補助手段を有することにより、各音響波トランスデューサ102を被検体99から容易に剥離でき、フィルム101や被検体99への負荷を低減することができる。
Since the
また、光源103と被検体99間には、粘着シート111が配置されておらず、空隙で隔てられているため、光音響波122は殆ど透過せず、被検体99の表面で反射して被検体99内で減衰してしまう。光音響波122は音響波トランスデューサ102で受信するため、このことは光音響波の検出特性には影響を与えない。一方、光源103に光音響波122が到達する構成では、光源103の表面の部材で反射した光音響波122が更に他の部分で反射して、音響波トランスデューサ102で受信され、誤った被検体情報として認識されることがあり得る。本実施形態では、光源103には光音響波が殆ど到達しないので、上記の誤った被検体情報を取得することを避けることができる。
In addition, since the
尚、本実施形態では、被検体99と光源103間には、若干の空隙がある構成で説明したが、この構成に限らない。光源103と被検体99間に粘着シート111がない構成であれば用いることができ、被検体99と光源103が密着する構成などでも同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the configuration in which there is a slight gap between the subject 99 and the
(第7の実施形態)
第7の実施形態は、音響波トランスデューサ102と光源103間を接続している部材に関する。それ以外は、第1から第6の実施形態の何れかと同じである。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment relates to a member connecting the
第7の実施形態を、図7−1と図7−2を用いて説明する。図7−1は、本実施形態に係る音響波プローブの模式図である。図7−1(a)に、フィルム101を平坦にした状態での音響波プローブの断面の模式図を示し、図7−1(b)に、被検体の逆側からフィルムを見た模式図を示す。また、図7−2に、被検体99に超音波ゲルを介して接触させて被検体情報を取得する際のプローブの断面の模式図を示す。図において、131は第1の梁部、132は第2の梁部である。また、図7−1(b)において、フィルム101の被検体側に配置された音響波トランスデューサ102と光源103は、被検体の逆側からフィルム101を見て、フィルムを透過した位置を表す意味で点線にて示している。
The seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 7-1 and 7-2. FIG. 7A is a schematic diagram of the acoustic wave probe according to the present embodiment. Fig. 7-1 (a) shows a schematic diagram of a cross section of the acoustic wave probe in a state where the
本実施形態では、光源103が、その光源103を挟んで配置された複数の音響波トランスデューサ102が形成する面の垂線方向に向く機構を有していることが特徴である。この機構を実現するための構成を説明する。図7−1(a)、(b)で示すように、それぞれの光源103は、垂直方向に伸びた第1の梁部131を有しており、それぞれの音響波トランスデューサ102は、垂直方向に伸びた第2の梁部132を有している。第1の梁部131は、図7−1(b)で示すように、光源102の周りのそれぞれの音響波トランスデューサ102が有する第2の梁部132付近までフィルム面に沿って伸びた複数の枝部を有し、十字の形状を有している。光源103を囲んだ音響波トランスデューサ102の有する第1の梁部132は、囲んだ光源103が有する第1の梁部131の枝部と接続されている。
The present embodiment is characterized in that the
第1の梁部131の枝部と第2の梁部132との接続部は、球関節(球体関節)の構造になっている。第1の梁部の131の枝部の先端は、球の形状になっており、第2の梁部132の先端は、その球を周りから包み込む構造になっている。これにより、第2の梁部132は、第1の梁部に131に対して、略360°の方向に自由に動くことができる構造となっている。従って、図7−2で示すように、フィルム101を被検体99に押し当てた際、光源103を囲む4つの音響波トランスデューサ102の中心を結んだ平面の垂線方向を向くように、光源103が自動的に配置される。以上の様に、本実施形態は、光出射部から伸びた第1の梁部と、該光出射部の周りの複数の音響波トランスデューサからそれぞれ伸びて第1の梁部に対して回動可能に接続された第2の梁部と、を含む拘束手段を有する。
The connection part between the branch part of the
この構造により、光源103を囲んだ複数の音響波トランスデューサのほぼ中央に、光源103から光を照射することができる。4つの音響波トランスデューサ102は広い領域に広がって配置されているので、被検体99の中心方向に向けて光を照射できる。この機構が無い場合は、被検体99の表面に小さな凹凸があった場合には、その凹凸に合わせて、光源103の向きが決まってしまうため、光源103が被検体の中心方向からずれて、最悪の場合、表面方向に近い角度で光を照射する可能性がある。本実施形態を用いることで、後述の図8−2で示したように(図8−2では第8の実施形態の構成を示す)、被検体99表面の小さな凹凸の影響を受けることなく、被検体99の中央に向けて、光を照射することができる。
With this structure, light can be emitted from the
本実施形態に係る音響波プローブは、被検体99の微細な表面形状の影響を受けにくく、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射できる音響波プローブを提供することができる。 The acoustic wave probe according to the present embodiment provides an acoustic wave probe that is less affected by the fine surface shape of the subject 99 and that can irradiate light from the light source toward the subject more efficiently and uniformly. Can do.
尚、本実施形態では、光源103を囲む4つの音響波トランスデューサ102間を、球関節で接続する構造としたが、これに限らない。光源103とそれに隣接して挟む位置にある2つ以上の音響波トランスデューサ102であれば、同様に用いることができる。
In the present embodiment, the four
(第8の実施形態)
第8の実施形態は、光源103に接続されている部材に関する。それ以外は、第1から第7の実施形態の何れかと同じである。図8−1は、本実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図である。図8−1において、140はフレキシブルプリント基板ないし金属層を含むフレキシブル基板である。
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment relates to a member connected to the
本実施形態では、光源103がフレキシブルプリント基板140に対して熱的に接続されていることが特徴である。フレキシブルプリント基板140は、母材となる薄いフィルム状の支持基板141の上に薄い金属層142を有しており、外力に合わせて変形することができる。光源103は、支持基板141上の金属層142と熱的に接続されており、光源103が発光する際に発生する熱は、金属層142に伝えられる。金属層142に伝えられた熱は、金属層142の面内に伝えられ、拡散する。光源103の大きさに比べて、金属層142の表面積は大きく、その大きな表面積を有した金属層143の表面から放熱される。また、プローブ100内に放熱手段(不図示)を備えており、金属層142と熱的に接続して、放熱手段(空冷用のフィンなど)において、金属層142に伝わった熱を放熱する構成とすることもできる。
The present embodiment is characterized in that the
音響波プローブ100は、生体などの被検体に接触させて使用するため、光源103が発熱して温度上昇していると、被検体に熱が伝わってしまい、被検体に負荷を与えてしまう。そのため、プローブ100の表面温度は、常温から被検体の体温程度にしておくことが望ましい。本実施形態によると、光源103で発生した熱を、他の部分に逃がし、光源103での発熱による温度上昇を低減できるため、音響波プローブ100表面の温度上昇を少なくすることができる。
Since the
本実施形態に係る音響波プローブは、生体と接触する部分の温度上昇を低減でき、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射できる音響波プローブを提供することができる。 The acoustic wave probe according to the present embodiment can provide an acoustic wave probe that can reduce the temperature rise in the portion in contact with the living body and can irradiate light from the light source more efficiently and uniformly toward the subject. .
本実施形態のフレキシブルプリント基板140は、柔軟性があり、外部の応力により、金属層142の破断が無く、変形できるものであれば、用いることができる。具体的には、厚さ10マイクロメーターから50マイクロメーターのポリイミドなどの樹脂フィルム(母材141)上に金属層142を形成した構成を用いることができる。金属層142の材質としては、一般的な銅をはじめとして、アルミニウム、鉄など熱を伝えることができるものであれば用いられる。金属層142の厚さは10マイクロメーターから100マイクロメーター程度のものを用いることができるが、熱を伝えるために必要な特性と、必要な柔軟性を満たすものであれば、用いることができる。尚、柔軟なフレキシブル基板に光源103を接続した構成により、図8−2で示す様に、被検体99表面の小さな凹凸の影響を受けることなく、光源10の姿勢を被検体99の略中央に向けられるという第7の実施形態と同様な効果を奏することもできる。
The flexible printed
また、図8−1では、光源103と熱的に接続された領域以外は、平面である構成で説明したが、これに限らず、金属層142の表面に凹凸を持たせて、表面積を増やした構成をとることができる。これにより、表面積が広がるため、金属層142の放熱特性を向上させられ、光源103での温度上昇をより低減することができる。また、図8−1では、フレキシブルプリント基板140は、母材141と金属層142から構成される形態で説明したが、これに限らず、必要な強度と柔軟性が確保できれば、金属層142のみで構成されたフレキシブル基板を用いることもできる。この場合、柔軟性が金属層142の厚さのみで決まるため、金属層142の厚さをより厚くすることができ、金属層142の伝熱特性を高められ、光源103での温度上昇をより低減することができる。
Further, in FIG. 8A, the configuration other than the region thermally connected to the
(第9の実施形態)
上記の実施形態のプローブは、被検体の表面形状に沿って音響波トランスデューサと光源の位置が変化するので、対象とする被検体99の表面形状に大きな曲率があったり凹凸が多かったりする場合、対象とする被検体の領域が広い場合には、特に有効である。しかし、第9の実施形態は、音響波トランスデューサと光源の位置が変化しない構成となっている。被検体の表面形状の凹凸が少ない場合や、対象とする被検体の領域が狭い場合には、変形する支持フィルム101を用いず、光源103と音響波トランスデューサ102間の位置が変化しない(位置を固定した)プローブを用いることができる。第9の実施形態では、光源103と音響波トランスデューサ102間の位置が変化しないプローブについて説明する。
(Ninth embodiment)
In the probe of the above-described embodiment, the positions of the acoustic wave transducer and the light source change along the surface shape of the subject.Therefore, when the surface shape of the target subject 99 has a large curvature or has many irregularities, This is particularly effective when the target area of the subject is wide. However, the ninth embodiment is configured such that the positions of the acoustic wave transducer and the light source do not change. When the surface shape of the subject is small or uneven, or when the region of the subject is narrow, the
図9は、本実施形態に係る音響波プローブを説明する模式図である。図9において、150は変形しない支持部材である。図9(a)を用いて、第2の実施形態のフィルム101が支持部材150に入れ替わった構成について説明する。支持部材150は、被検体99に押し当てた際に変形しないので、光源103と音響波トランスデューサ102の位置関係が変化しない。第2の実施形態と同様に、光源103の被検体側の表面が、音響波トランスデューサ102の被検体側の表面より、被検体99側に配置されていることが特徴である。本実施形態のプローブ100は、光源103の高さ(支持部材面から被検体側へ飛び出した距離)は、音響波トランスデューサ102の高さより、高くなっている。これにより、光源103により超音波ゲル110が押しのけられ、光源103がない領域に超音波ゲル110が逃げるので、支持部材150と被検体99間に充填されている超音波ゲル110は、光源103前の方が、音響波トランスデューサ102前より薄くなる。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the acoustic wave probe according to the present embodiment. In FIG. 9,
本実施形態では、変形しない支持部材150を用いているので、光源103を支持するフィルム101の撓みを考慮する必要が無くなり、構成要素の設計がより容易になる。更に、音響波トランスデューサ102や光源103が可動でない構成を用いることで、より簡単な構成の音響波プローブにすることができる。
In the present embodiment, since the supporting
図9(a)では、第2の実施形態を元に説明したが、本実施形態の趣旨は、それ以外の第3から第5の実施形態のフィルム101を支持部材150に入れ替えた構成にも、同様に適用でき、同様の効果を得ることができる。本実施形態に係る音響波プローブによると、光源103の表面をより被検体99側に配置できるので、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射でき簡易な構成を持つ音響波プローブを実現できる。
Although FIG. 9A has been described based on the second embodiment, the gist of the present embodiment is also the configuration in which the
図9(b)を用いて、第6の実施形態のフィルム101が支持部材150に入れ替わった構成について説明する。支持部材150は、被検体99に押し当てた際に変形しないので、光源103と音響波トランスデューサ102の位置関係が変化しない。ここでは、第6の実施形態と同様に、音響波トランスデューサ102の表面に粘着シート111を備え、光源103の表面には粘着シート111を有していない。
A configuration in which the
粘着シート111は、音響波トランスデューサ102と接着固定されている。粘着シート111は、被検体99側の表面に粘着性を有しており、被検体99に押し当てることで、被検体99表面に密着して貼りつき一時的に固定される。被検体99表面と粘着シート111間は、空隙がないように密着されるので、被検体99内部で発生した光音響波122を被検体99表面と粘着シート111間の界面で劣化させること無く、粘着シート111側に伝えることができる。粘着シート111は、被検体99の有する音響インピーダンスと近い素材でできており、光音響波を透過する特性を有している。よって、粘着シート111の表面に到達した超音波122を殆ど減衰させることなく、音響波トランスデューサ102に伝達できる。そのため、第1から第5の実施形態で用いた超音波ゲル110を用いることなく、被検体99内で発生した光音響波122を殆ど減衰させずに音響波トランスデューサ102まで到達させることができる。
The
一方、光源103の被検体側には、粘着シート111は配置されていない。前述したように、本実施形態では、音響波トランスデューサ102と被検体99間には、超音波ゲル110を配置する必要がない。音響波トランスデューサ102は粘着シート111を介して、被検体99に対して保持されるため、光源103と被検体99間には、若干の空隙ができる。この空隙を介して、音響波プローブ100から被検体99内に光を照射する。超音波ゲルを用いた構成では光音響波が透過する際に若干の減衰が起こるので、超音波ゲルを用いた第1から第5の実施形態に比べて、本実施形態では、空隙での減衰は殆どないため、より光を減衰させることなく光を略均一に照射できる。
On the other hand, the
図9(b)の実施形態でも、図9(a)の実施形態と同様に簡易な構成にできるという効果を奏することができる。 The embodiment of FIG. 9 (b) also has the effect of being able to have a simple configuration as in the embodiment of FIG. 9 (a).
(第10の実施形態)
第10の実施形態は、音響波トランスデューサ102の形態に特徴を持つ構成に関する。それ以外は、第1から第9の何れかの実施形態と同じである。図10−1と図10−2は、第10の実施形態に係る音響波トランスデューサを説明する模式図ないし回路図である。図10−1において、199はチップ(基板)、201は振動膜、202は第1の電極、203は第2の電極、204は支持部、205は間隙(キャビティ)である。また、301は第1の配線、302は第2の配線、303は第3の配線、401は直流電圧発生手段、402は受信回路である。
(Tenth embodiment)
The tenth embodiment relates to a configuration characterized by the form of the
本実施形態では、音響波トランスデューサ102が静電容量型トランスデューサ200であることが特徴である。静電容量トランスデューサは、半導体プロセスを応用したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)プロセスを用いて、シリコンのチップ199上に作製される。静電容量型音響波トランスデューサは、圧電型の音響波トランスデューサに比べて、受信の周波数特性が大幅に優れている。振動膜201は、支持部204によりチップ199上に支持されており、音響波を受けて振動する構成となっている。振動膜201上には第1の電極202が配置されており、第1の電極202に対向するチップ199上の位置には第2の電極203が配置されている。振動膜201と間隙205とを挟んで対向した第1の電極202と第2の電極203を1組として、セルと呼ぶ。
The present embodiment is characterized in that the
本実施形態では、第1の電極202は、第1の配線301を介してチップ199外部に引き出され、直流電圧発生手段401に接続されている。直流電圧発生手段401により、第1の電極202と第2の電極203間には、数十ボルトから数百ボルトの電位差が発生する。第2の電極203は、第2の配線302を介してチップ199外部に引き出され、受信回路402に接続されている。振動膜201と第1の電極202が振動することにより、第1の電極201と第2の電極203間の距離が変化し、電極間の静電容量が変化する。電極間には電位差があるため、容量変化に対応して微小な電流が発生する。微小電流は、第2の電極203に接続された受信回路402で、電流から電圧に変換されて第3の配線303(図10−1(b)参照)から出力される。
In the present embodiment, the first electrode 202 is drawn out of the chip 199 via the
チップ199上には、複数のセルが配置されており、チップ199上の第1の電極202は互いに電気的に接続され、チップ199上の第2の電極203も互いに電気的に接続されている。チップ199上の第2の電極は、チップ199毎に異なる受信回路402に接続されている。本実施形態の超音波プローブでは、受信回路402をチップ199と同じ数だけ備えており、 複数の静電容量型トランスデューサ200を配置しているチップ199毎に独立した受音素子(受音素子の単位をエレメントと呼ぶ)として、機能している。受音素子の大きさは、数百マイクロメーターから数ミリメータであり、受音素子の数は、百から数千である。本実施形態では、こうしたチップ199が、支持膜であるフィルム101或いは変形しない支持部材150上に複数設けられている。
A plurality of cells are arranged on the chip 199, the first electrodes 202 on the chip 199 are electrically connected to each other, and the second electrodes 203 on the chip 199 are also electrically connected to each other. . The second electrode on the chip 199 is connected to a receiving circuit 402 that is different for each chip 199. In the ultrasonic probe of this embodiment, the same number of receiving circuits 402 as the chips 199 are provided, and independent sound receiving elements (sound receiving elements) are provided for each chip 199 in which a plurality of
本実施形態では、音響波トランスデューサ102に静電容量型トランスデューサ200を用いているので、光音響波の受信周波数の領域が広く、被検体から、より多くの情報を含んだ信号を得ることができる。そのため、光源からの光を被検体に向けて、効率良く且つ均一に照射することができることと相俟って、更に被検体情報の再現性が良い音響波プローブを提供することができる。
In the present embodiment, since the
本実施形態のより具体的な形態として、図10−1(b)を用いて、受信回路402の検出回路を説明する。本形態では、検出回路に、オペアンプ411を含むトランスインピーダンス回路構成を用いていることが特徴である。オペアンプ411の負帰還部に抵抗412とコンデンサ413がパラレルに配置されており、帰還部で入力された電流を電圧に変換する。オペアンプ411の帰還特性があるため、広帯域なオペアンプを用いることで、入力側の配線にある寄生容量の電流電圧変換効率への影響を小さくすることができる。そのため、静電容量型トランスデューサ200の直近に受信回路402を配置する場合(配線の寄生容量が極めて小さい場合)に比べて、電流電圧変換の劣化が少なく、優れた超音波の受信特性を得ることができる。
As a more specific form of the present embodiment, a detection circuit of the reception circuit 402 will be described with reference to FIG. This embodiment is characterized in that a transimpedance circuit configuration including an operational amplifier 411 is used for the detection circuit. A
本実施形態によると、検出回路402に、オペアンプ411を用いたトランスインピーダンスの回路構成を用いているので、検出回路402の入力端子に寄生する容量の影響を受けにくい。そのため、フィルム101が変形する際、検出回路402と接続している配線302の位置が変化するが、本実施形態では、それに伴う配線302の有する寄生容量の大きさ変化の影響を受信特性が受けにくい。こうして受信特性の劣化が少ない音響波プローブを提供することができる。
According to the present embodiment, since the detection circuit 402 uses a transimpedance circuit configuration using the operational amplifier 411, the detection circuit 402 is hardly affected by the parasitic capacitance at the input terminal of the detection circuit 402. For this reason, when the
図10−2に示す更に別の形態では、検出回路の代わりに、駆動検出回路421を備えていることが特徴である。駆動検出回路421は、静電容量型トランスデューサ(CMUT)200が受けた光音響波を信号として検出するだけではなく、静電容量型トランスデューサ200から被検体に向けて超音波を照射(送信)する機能を有する。
10-2 is characterized in that a drive detection circuit 421 is provided instead of the detection circuit. The drive detection circuit 421 not only detects the photoacoustic wave received by the capacitive transducer (CMUT) 200 as a signal, but also irradiates (transmits) ultrasonic waves from the
図10−2において、421は駆動検出回路、431はオペアンプ、432は帰還抵抗、433は帰還容量、434、435は高耐圧スイッチ、436、437はダイオード、438は高耐圧ダイオードである。1つのチップ上には、静電容量型トランスデューサ200が1素子(エレメント)以上配置されており、静電容量型トランスデューサ200の第2の電極203は、駆動検出回路421と接続されている。駆動検出回路421は、装置側から超音波の送信に用いる高電圧パルスをトランスデューサ200に印加し、トランスデューサ200からの微小電流を検出信号とし装置側に出力する機能を有している。
10-2, 421 is a drive detection circuit, 431 is an operational amplifier, 432 is a feedback resistor, 433 is a feedback capacitor, 434 and 435 are high breakdown voltage switches, 436 and 437 are diodes, and 438 is a high breakdown voltage diode. One or more
図10−2は、駆動検出回路421を説明するための回路図である。オペアンプ431の負帰還部に、帰還抵抗432と帰還容量433が並列に配置されており、電流電圧変換を行う機能を有している。オペアンプの入力と出力の端子には、高耐圧スイッチ434、435とダイオード436、437がそれぞれ接続されている。高耐圧ダイオード438は、端子間が所定の電圧(1ボルト弱)以下の場合は、端子間の配線接続を切断する。また、高耐圧スイッチ434、435は、所定の電圧(数ボルト程度)より高い電圧が印加されると、スイッチの入出力端子間の配線を切断する。送信のための高電圧パルスが印加されていないとき、端子間には殆ど電位差がないため、高耐圧ダイオード438では入出力端子での配線は切断されている状態になっている。一方、 高耐圧スイッチ434、435は、外部から高い電圧が印加されていないので、スイッチ間の配線が接続されている。そのため、トランスデューサからの微小電流をオペアンプ431で電流電圧変換して、外部に接続した装置(不図示)に検出信号を出力することができる。 FIG. 10B is a circuit diagram for explaining the drive detection circuit 421. A feedback resistor 432 and a feedback capacitor 433 are arranged in parallel in the negative feedback section of the operational amplifier 431 and have a function of performing current-voltage conversion. High voltage switches 434 and 435 and diodes 436 and 437 are connected to the input and output terminals of the operational amplifier, respectively. The high voltage diode 438 cuts the wiring connection between the terminals when the voltage between the terminals is equal to or lower than a predetermined voltage (less than 1 volt). Further, the high breakdown voltage switches 434 and 435 cut the wiring between the input and output terminals of the switch when a voltage higher than a predetermined voltage (several volts) is applied. When a high voltage pulse for transmission is not applied, there is almost no potential difference between the terminals, so that the wiring at the input / output terminals is disconnected in the high voltage diode 438. On the other hand, since the high voltage switches 434 and 435 are not applied with a high voltage from the outside, the wiring between the switches is connected. Therefore, a minute current from the transducer can be converted into a current voltage by the operational amplifier 431, and a detection signal can be output to an externally connected device (not shown).
一方、送信のための高電圧パルスが装置(不図示)側から印加されると、高耐圧ダイオード438内部の配線は接続され、高耐圧スイッチ434、435には、所定の電圧(数ボルト程度)より高い電圧が印加される。そのため、高耐圧スイッチ434、435は、スイッチ内部の配線を切断する。よって、オペアンプ431へ高電圧が印加されてオペアンプが破損することを防ぐことができる。オペアンプからの信号出力は、高耐圧スイッチ435でカットされるために、送信のために印加した高電圧パルスに影響を与えることがない。そのため、トランスデューサの第2の電極203に、超音波を送信するための高電圧パルスを印加することができる。 On the other hand, when a high voltage pulse for transmission is applied from the device (not shown) side, the wiring inside the high voltage diode 438 is connected, and the high voltage switches 434 and 435 have a predetermined voltage (about several volts). A higher voltage is applied. Therefore, the high voltage switches 434 and 435 cut the wiring inside the switch. Thus, it is possible to prevent the operational amplifier 431 from being damaged by applying a high voltage to the operational amplifier 431. Since the signal output from the operational amplifier is cut by the high voltage switch 435, the high voltage pulse applied for transmission is not affected. Therefore, a high voltage pulse for transmitting ultrasonic waves can be applied to the second electrode 203 of the transducer.
本別形態によると、周波数特性の広い静電容量型トランスデューサで、超音波の受信に加えて、送信も行うことができるため、光音響波の受信に加えて、被検体に対する超音波の送受信による被検体情報を得ることができる。従って、光源からの光を被検体に向けて、効率良く且つ均一に照射することができることと相俟って、更により詳細な被検体情報を得ることができる音響波プローブを提供できる。 According to this embodiment, a capacitive transducer with a wide frequency characteristic can perform transmission in addition to reception of ultrasonic waves. Therefore, in addition to reception of photoacoustic waves, transmission / reception of ultrasonic waves to / from the subject is performed. Object information can be obtained. Therefore, coupled with the ability to efficiently and uniformly irradiate light from the light source toward the subject, it is possible to provide an acoustic probe that can obtain even more detailed subject information.
(第11の実施形態)
第1から第10の何れかの実施形態のプローブは、光音響効果を利用した光音響波(超音波)の受信に用いることができ、図11の被検体情報取得装置に適用することができる。尚、図11では、プローブを簡略化して描いている。フィルム802と音響波トランスデューサ803と光源804は記載しているが、他の部材は省略している。
(Eleventh embodiment)
The probe of any one of the first to tenth embodiments can be used for receiving a photoacoustic wave (ultrasonic wave) using the photoacoustic effect, and can be applied to the object information acquiring apparatus of FIG. . In FIG. 11, the probe is drawn in a simplified manner. Although the
図11を用いて、本実施形態の被検体情報取得装置の動作を具体的に説明する。まず、発光指示信号701に基づいて、光源804(103)から光702(パルス光)を発生させることにより、測定対象(被検体)800(99)に光702を照射する。測定対象800では光702の照射により光音響波(超音波)703が発生し、この超音波703を、音響波プローブが有する可撓性フィルム802(101)上に配置された複数の音響波トランスデューサ803で受信する。可撓性フィルム802と被検体800の間には、気泡による音響波(超音波)の減衰を避けるために、超音波ゲル801が充填されている。
The operation of the subject information acquiring apparatus of this embodiment will be specifically described with reference to FIG. First, the light 702 (pulse light) is generated from the light source 804 (103) based on the light
受信信号の大きさや形状、時間の情報が、光音響波の受信信号704として、信号処理部である画像情報生成装置805に送られる。一方、光源804で発生させた光702の大きさや形状、時間の情報(発光情報)が、光音響信号の画像情報生成装置805に記憶される。光音響信号の画像情報生成装置805では、光音響波受信信号704と発光情報を基に測定対象物800の画像信号を生成し、光音響信号による再現画像情報705として出力する。画像表示器806では、光音響信号による再現画像情報705を基に、測定対象物800を画像として表示する。以上の様に、本実施形態は、音響波プローブで検出された信号を被検体の情報を表す信号に変換するための信号処理部を有し、信号処理部は、音響波プローブで検出された信号を被検体の画像信号に変換する。
Information on the size, shape, and time of the received signal is sent as a photoacoustic wave received signal 704 to an image information generating device 805 that is a signal processing unit. On the other hand, the size, shape, and time information (light emission information) of the light 702 generated by the
本実施形態に係る音響波プローブは、光源からの光を被検体に向けて、より効率良く且つ均一に照射することができるため、正確な被検体からの情報を得ることができ、高画質な画像を生成することができる。 Since the acoustic wave probe according to the present embodiment can irradiate light from the light source toward the subject more efficiently and uniformly, accurate information from the subject can be obtained, and high-quality images can be obtained. An image can be generated.
(第12の実施形態)
第1から第10の何れかの実施形態に記載の音響波プローブは、光音響効果を利用した光音響波の受信に加えて、被検体へ超音波の送信を行い、反射した超音波を受信することもできる。こうしたプローブは、その取得した信号を基に被検体の情報を取得する被検体情報取得装置に適用できる。ここでは、被検体において光音響効果により発生した光音響波の受信と被検体に対する超音波の送受信とを、本発明の音響波プローブが行って被検体の情報を取得する。
(Twelfth embodiment)
The acoustic wave probe according to any one of the first to tenth embodiments transmits ultrasonic waves to a subject and receives reflected ultrasonic waves in addition to receiving photoacoustic waves using a photoacoustic effect. You can also Such a probe can be applied to a subject information acquisition apparatus that acquires subject information based on the acquired signal. Here, the acoustic wave probe of the present invention performs reception of photoacoustic waves generated by the photoacoustic effect in the subject and transmission / reception of ultrasonic waves to the subject to acquire information on the subject.
図12に、本実施形態に係わる被検体情報取得装置の模式図を示す。図12において、706は超音波の送受信信号、707は送信した超音波、708は反射した超音波、709は超音波の送受信による再現画像情報である。図12でも、支持部材などに対応する部分は省略して図示してあるが、第1の実施形態から第10の実施形態の何れかで記載したプローブを用いている。 FIG. 12 shows a schematic diagram of a subject information acquisition apparatus according to this embodiment. In FIG. 12, 706 is an ultrasonic transmission / reception signal, 707 is a transmitted ultrasonic wave, 708 is a reflected ultrasonic wave, and 709 is reproduced image information by ultrasonic transmission / reception. In FIG. 12, the part corresponding to the support member and the like is omitted, but the probe described in any one of the first to tenth embodiments is used.
本実施形態の被検体情報取得装置は、光音響波の受信に加えて、パルスエコー(超音波の送受信)を行い、画像を形成する。光音響波の受信については、第11の実施形態と同じであるため、ここではパルスエコー(超音波の送受信)について説明する。超音波の送信号706を基にして、音響波プローブが有するフィルム802上に配置された複数の音響波トランスデューサ803から、測定対象物800に向かって超音波706が出力(送信)される。測定対象物800の内部において、内在する物体の固有音響インピーダンスの差により、超音波が反射する。反射した超音波708は、複数の音響波トランスデューサ803で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号706として画像情報生成装置805に送られる。ここで、フィルム802と被検体800の間には、気泡による音響波(超音波)の減衰を避けるために、超音波ゲル801が充填されている。一方、送信超音波の大きさや形状、時間の情報は超音波送信情報として、画像情報生成装置805で記憶される。画像情報生成装置805では、超音波受信信号706と超音波送信情報を基に測定対象800の画像信号を生成して、超音波送受信の再現画像情報709として出力する。
The subject information acquisition apparatus according to the present embodiment performs pulse echo (transmission / reception of ultrasonic waves) in addition to reception of photoacoustic waves to form an image. Since reception of photoacoustic waves is the same as that in the eleventh embodiment, pulse echo (transmission / reception of ultrasonic waves) will be described here. Based on the ultrasonic transmission signal 706, ultrasonic waves 706 are output (transmitted) from the plurality of
画像表示器806では、光音響信号による再現画像情報705と、超音波送受信による再現画像情報709の2つの情報を基に、測定対象物800を画像として表示する。本実施形態に係る音響波プローブは、被検体に対して光をより均一に照射できて光音響波を正確に取得することができ、また、同じプローブで、超音波を正確に送受信できる。そのため、同じ座標系を有した高画質な光音響画像と超音波画像を生成することができる。
The image display 806 displays the
上記実施形態において、トランスデューサは、少なくとも被検体からの超音波の受信を行い、処理部は、トランスデューサからの超音波受信信号を用いて被検体の情報を取得するようにできる。ここでは、静電容量型トランスデューサは、被検体に向けて超音波の送信を行ってもよいが、超音波の送信は他のトランスデューサが行うようにしてもよい。また、光音響波の受信を行わないで超音波受信のみを行う形態にもできる。以上の様に、音響波プローブは、被検体からの光音響波及び/又は超音波を検出し、信号処理部は、音響波プローブで取得された光音響波及び/又は超音波の信号から被検体の生体組織像等を構成できる。 In the above embodiment, the transducer receives at least ultrasonic waves from the subject, and the processing unit can acquire information on the subject using the ultrasonic reception signals from the transducer. Here, the capacitive transducer may transmit ultrasonic waves toward the subject, but other transducers may transmit ultrasonic waves. Moreover, it is also possible to adopt a form in which only ultrasonic reception is performed without receiving photoacoustic waves. As described above, the acoustic wave probe detects the photoacoustic wave and / or ultrasonic wave from the subject, and the signal processing unit detects the object from the photoacoustic wave and / or ultrasonic signal acquired by the acoustic wave probe. A biological tissue image of a specimen can be constructed.
そのため、本実施形態の音響波プローブを用いると、異なる被検体情報を取得することができるため、より詳細に被検体の情報を得ることができ、情報量の多い被検体画像を生成することができる。更に、同じ音響波トランスデューサを用いて、光音響波の受信と超音波の送受信を行うこともできるため、それぞれで取得した被検体情報が、殆ど座標ずれのない情報として取得することができる。従って、それぞれの被検体画像を重ね合わせたときにズレの少ない画像を表示することができる。 For this reason, when the acoustic wave probe according to the present embodiment is used, different object information can be acquired, so that the object information can be obtained in more detail, and an object image with a large amount of information can be generated. it can. Furthermore, since it is possible to receive photoacoustic waves and transmit / receive ultrasonic waves using the same acoustic wave transducer, the object information acquired by each can be acquired as information with almost no coordinate deviation. Therefore, an image with little deviation can be displayed when the subject images are superimposed.
99・・被検体、100・・音響波プローブ、101・・支持部材(支持膜)、102・・音響波(超音波)トランスデューサ、103・・光出射部(光源) 99 .. Subject, 100 .. Acoustic wave probe, 101 .. Support member (support film), 102 .. Acoustic wave (ultrasonic) transducer, 103 .. Light emitting part (light source)
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