JP2018000291A - 音響波イメージング装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音響波イメージング装置において、被検体保持部の撓みの影響を低減する。
【解決手段】被検者を支持し、その一部である被検体を挿入する開口部が設けられた支持部と、挿入された被検体を保持する被検体保持部と、被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力する探触子を含み、被検体保持部と距離をおいて配置された探触子アレイと、被検体の荷重による被検体保持部の変形量に対応し、支持部と被検体保持部との間に生ずる荷重を取得する荷重取得部と、被検体保持部と探触子アレイが接触するときの被検体保持部の変形量と荷重面積とに基づいて決定される第１の荷重基準値を記憶する記憶部と、荷重と第１の荷重基準値を比較する比較判断部と、比較判断部により荷重が第１の荷重基準値を超えたと判断された場合、インターロック制御を行うインターロック制御部を有する音響波イメージング装置を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響波イメージング装置およびその制御方法に関する。

光源から被検体に照射したパルス光を被検体内に伝播させ、被検体内の情報を得る音響波イメージング装置の研究が医療分野を中心に積極的に進められている。このような音響波イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。ＰＡＴは、被検体内部の光学特性に関連した情報を可視化する技術である。そのためにＰＡＴを用いた音響波イメージング装置は、光源から発生したパルス光を被検体に照射する。そして、被検体内を伝播・拡散した光が生体組織で吸収されて発生する音響波（典型的には超音波）を探触子で受信し、受信した音響波を解析処理する。

生体組織の診断には、数ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚの周波数帯の音響波が用いられる。音響波は、生体内部を伝播する過程において減衰する。音響波の減衰の程度は、高周波ほど大きい。そして、大きな減衰が起きると生体の深い部位（探触子から相対的に遠い部位）での画質が低下し、診断性能に影響を与える。そこで音響波イメージング装置において、シート状の保持部材により被検体を保持し、その保持部材を介して被検体からの音響波を取得する技術が知られている。

特許文献１には、超音波探触子の受信面と被検体とに接する保持部材、被検体を保持する音響波イメージング装置が開示されている。特許文献１には、さらに、シート状の保持部材が形成する界面に起因して発生する超音波の多重反射に対して、メッシュ状の保持部材を用いることにより、取得する超音波信号のＳ／Ｎ比の低下を抑制することが開示されている。

特開２０１５−１６７７３３号公報

上述のようにメッシュ状の保持部材により被検体を保持した場合、被検体の体動（例えば、***の変更）の影響により、想定以上の荷重がメッシュ状の保持部材に加わる可能性がある。荷重により変形したメッシュ状の保持部材は、保持部材の周辺に配置された探触子などの周辺部材に接触し、保持部材または探触子の損傷に至る場合があった。保持部材または探触子の損傷のいずれの場合も受信特性の不安定化に繋がるため、改善が求められる課題である。

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、音響波イメージング装置において、被検体保持部の撓み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、
被検者を支持し、前記被検者の一部である被検体を挿入する開口部が設けられた支持部と、
前記開口部から挿入された前記被検体を保持する被検体保持部と、
前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力する探触子を含み、前記被検体保持部と距離をおいて配置された探触子アレイと、
前記被検体の荷重による前記被検体保持部の変形量に対応し、前記支持部と前記被検体保持部との間に生ずる荷重を取得する荷重取得部と、
前記被検体保持部と前記探触子アレイが接触するときの前記被検体保持部の変形量と荷重面積とに基づいて決定される第１の荷重基準値を記憶する記憶部と、
前記荷重を、前記第１の荷重基準値と比較する比較判断部と、
前記比較判断部により前記荷重が前記第１の荷重基準値を超えたと判断された場合、インターロック制御を行うインターロック制御部と、
を有することを特徴する音響波イメージング装置である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検者を支持し、前記被検者の一部である被検体を挿入する開口部が設けられた支持部と、前記開口部から挿入された前記被検体を保持する被検体保持部と、探触子を含み、前記被検体保持部と距離をおいて配置された探触子アレイと、荷重取得部と、比較判断部と、インターロック制御部と、を有する音響波イメージング装置の制御方法であって、
前記探触子が、前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力するステップと、
前記荷重取得部が、前記被検体の荷重による前記被検体保持部の変形に対応する荷重を取得するステップと、
前記比較判断部が、前記荷重を、前記被検体保持部と前記探触子アレイが接触するときの前記荷重に基づいて決定される第１の荷重基準値と比較するステップと、
前記インターロック制御部が、前記比較判断部により前記荷重が前記第１の荷重基準値を超えたと判断された場合、インターロック制御を行うステップと、
を有することを特徴する音響波イメージング装置の制御方法である。

本発明によれば、音響波イメージング装置において、被検体保持部の撓みの影響を低減できる。

第１実施形態の音響波イメージング装置のブロック図 被検体保持部の撓みを説明する図 音響波イメージング装置の荷重検出部のブロック図 音響波イメージング装置の処理を示すフローチャート 第２実施形態の音響波イメージング装置のブロック図 荷重対変位の関係を測定するための工具 荷重対変位の関係を示す図

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、被検体から伝播する音響波を検出し、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。分布情報の例として、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、音響インピーダンス分布、血流を表す分布情報などがある。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音響波イメージング装置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。

［第１実施形態］
以下に図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態を詳しく説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。本実施形態の記載では、本発明の音響波イメージング装置として光音響イメージング装置を例にとって説明する。しかし上述の通り、本発明は超音波エコーイメージングにも適用できる。さらに本発明は、他の検査装置にも適用できる。特に、保持された状態の***をプローブやセンサで測定する方式の検査装置に好適である。

（装置構成）
図１は、本実施形態に係る音響波イメージング装置１００（以下、単に「装置１００」とも称する）を示すブロック図である。装置１００は以下を備える。被検体４は、開口（すき間）が設けられたメッシュ部材３０と防水シート部材３で構成された被検体保持部２により保持される。装置１００は、被検体４から伝播する光音響波の受信を行うための複
数の探触子７と、被検体４と探触子７の相対位置を制御するための位置制御機構１８を備える。

装置１００はさらに、光を生成する光源１１、被検体４に対して光を照射する照射光学系１９を備える。探触子７から出力される電気信号（光音響信号）は微弱な高周波アナログ信号であり、同軸ケーブル８を介して信号受信部１０に伝送される。信号受信部１０は、光音響信号を増幅するとともにＡ／Ｄ変換して光音響デジタル信号を信号処理部９に送出する。信号処理部９では光音響デジタル信号の積算処理を行い、被検体情報を生成するものとする。

装置１００はさらに、ユーザ（操作技師、撮影技師等を含む医療従事者）が装置１００に対して撮像開始を含む指示や撮像に必要なパラメータを入力するための操作部１６、生成部で取得された被検体情報を画像化する画像構成部１５を備える。また、生成された画像や、装置を操作するためのユーザインターフェース（ＵＩ）を表示する表示部１４を備える。

装置１００はさらに、操作部１６を介したユーザの各種操作を受け付け、目的とする被検体情報を生成するのに必要な制御情報を生成し、システムバス１３を介して各機能を制御する制御プロセッサ１２を備える。また、取得した光音響デジタル信号や生成した画像、その他動作に関する情報を記憶する記憶部１７を備える。なお、撮像対象である被検体４は、たとえば乳腺科における乳がん診断では***であり、皮膚科や整形外科における血管診断では手・足である。他にも、マウス、カエル等の生物や、生体試料を模したファントムなども測定対象となる。以下、装置１００の各構成について詳しく説明する。

≪被検体保持部２≫
被検体４の重量の支持と、音響波の透過性を高めて多重反射を抑えることを両立させるために、被検体保持部２の下面にはメッシュ部材３０を配置する。メッシュ部材３０としては、繊維を編みこんだものを利用できる。音響波の減衰を低減するために、繊維の径を音響波の波長より短くすることが好ましい。繊維の径は例えば、Φ０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍである。網状部材１２の開口部に対する繊維が占める割合はできるだけ少ないことが好ましい。開口部に対する繊維の割合は例えば６０％以下である。なお、快適性向上の観点からメッシュ部材３０を被検体に接触させない構造が好ましい。ただし、メッシュ部材３０の材質によっては、被検体に接触させてもよい。また、音響波の透過性が確保できるのであれば、メッシュ部材３０を防水シート部材３で挟んでも良い。

被検体と音響マッチング液の重さを支持するために、メッシュ部材３０は、引張強度が強い材料であることが好ましく、また、弾性変形率が小さい材料が好ましい。材料として、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリエステルなどが好適である。メッシュ部材３０として引張強さが強い材料を用いれば、被検体を扁平に近い形状で保持できる。その結果、被検体の深部からの音響波が受信できるので、良好な診断が可能になる。メッシュ部材３０を、繊維間に離散的に開口（すき間）を有するように格子状に編むことで、開口（すき間）のない平面の部材と比べて音響波の垂直な反射成分が減少する。その結果、音響波の多重反射が低減される。格子状の繊維の編み方は、開口（すき間）の形状が矩形になる方法の他、開口（すき間）が６角形または８角形になる方法でもよい。ただし、本発明の被検体支持部２は撓みなどが想定されるので、ある程度の変形を許容する材質が好ましい。

さらに、被検体４を音響マッチング液６に浸して探触子との間で音響インピーダンスを整合させるために、被検体保持部２には薄いゴム形状の防水シート部材３を配置する。防水シート部材３は天然ゴムと構造が似ているＩＲ（イソプレン）ゴムで構成される。防水
シート部材３の折れ曲がりや浮きを予防するためには、防水シート部材３とメッシュ部材３０を固定することが好ましい。固定方法として例えば、接着剤による固定、溶着、あるいは部材によりクランプする方法などがある。ただし、固定界面や固定部材が原因となる音響波の減衰や反射を防ぐために、各部材の周縁部や、撮像領域の外部で固定することが好ましい。

防水シート部材３は、音響マッチング液６を水密に保持する。音響波が防水シート部材３を透過する際の減衰を低減するために、防水シート部材３の厚さは薄いことが好ましい。使用する音響波の波長より短い厚さであることがより好ましい。例えば、防水シート部材の厚さを０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲とする。また、防水シート部材３は、被検体との密着度を高めるために、伸縮性のある弾性材料であることが好ましい。天然ゴムやＩＲゴム以外では、ポリメチルペンテン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、シリコーンゴムなどが挙げられる。

被検体保持部２は、ロードセルを含む荷重検出器２０を介して、支持部１に保持される。このように、被検体保持部２は撮像対象である被検体４を保持する機能とともに、音響マッチング液６をある程度保持する容器としての機能があるので、撮像タブとも呼ばれる。被検体４を挿入するために、被検体保持部は開口部のある容器形状、すなわち半容器形状となる。支持部１もまた、被検者の一部である被検体を挿入する開口部１ａを有している。支持部１は被検者の重量を支持する強度があり、平面部を含む支持面を有する。支持部１としては、内部に様々な構成要素を格納できる筺体が好適である。

≪探触子アレイ５≫
探触子アレイ５は、半球形状（お椀形状またはカップ形状でもよい）の支持体を備える。被検体４からの光音響波を効率的に受信するために、支持体には同心円状またはスパイラル状に複数個の探触子７が配置される。なお、探触子は、一次元状（リニア状）もしくは二次元状（平面状）に探触子７が配置されたものでもよい。探触子アレイは、支持部（筺体）内において、被検体および被検体保持部の下方に、距離をおいて配置されている。探触子アレイと保持部の距離は、好ましくは、許容ギャップｇ以上とする。

被検体４からの音響波の減衰を抑えるために、探触子アレイ５は被検体保持部２と同様に音響マッチング液６で満たされる。音響マッチング液６を保持するために、半球状の支持体の周囲には、上部が空いた半容器状のフランジおよびウォールが接続されている。探触子アレイ５は位置制御機構１８により１次元もしくは２次元に走査され、被検体保持部２との相対位置が制御される。

≪位置制御機構１８≫
位置制御機構１８は、モータを含む駆動部とその駆動力を伝達する機械部品から構成され、制御プロセッサ１２からの走査制御情報に従って、探触子アレイ５の位置を制御する。探触子アレイ５に取り付けられた探触子７の被検体４に対する相対位置を変化させながら、パルス光２９の照射と光音響波取得を繰返すことで、目的とする広範囲な被検体情報を取得できる。また位置制御機構１８は、照射光学系１９による１回のパルス光２９の出射制御に同期して、現在の位置制御情報を制御プロセッサ１２へ出力する。位置制御機構は、本発明の位置制御部に相当する。

≪光源１１≫
光源１１は、近赤外領域に中心波長を有するパルス光（幅１００ｎｍ以下）を発する。光源１１としては、一般的に、近赤外領域に中心波長を有するパルス発光が可能な固体レーザ（例えば、Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ＧａｒｎｅｔレーザやＴｉｔａｎ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ）が使用される。ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど
のレーザも使用できる。またレーザのかわりに、フラッシュランプや発光ダイオードなども利用できる。

なお、光の波長は、測定対象とする生体内の光吸収物質（例えば酸素化ヘモグロビンあるいは脱酸素化ヘモグロビンや、それらを含む多く含む血管、あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍、グルコース、コレステロールなど）に応じて選択される。以下、例として、乳がんに重なって位置する新生血管を流れるヘモグロビンを計測対象として選択される場合を考える。ヘモグロビンは、一般的に６００〜１０００ｎｍの光を吸収する。一方、生体を構成する水の光吸収が８３０ｎｍ付近でほぼ極小となる。そのため、７５０〜８５０ｎｍでヘモグロビンによる光吸収が相対的に大きくなる。また、ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて光の波長毎に光の吸収率が変化する。そこで、かかるヘモグロビンの吸光度分布、および、吸光度スペクトルの酸素飽和度依存を利用することで生体の機能的な変化も測定できる。

≪照射光学系１９≫
照射光学系１９は、光源１１が発したパルス光を被検体に向けて導光し、信号取得に好適な光２９を形成して出射する。照射光学系１９は、典型的には光を集光または拡大するレンズやプリズム、光を反射するミラー、光を拡散する拡散板などの光学部品により構成される。また、光源１１から照射光学系１９までの導光には光ファイバ、光導波路などを適用できる。なお、皮膚や目に対する照射光に関する生体保護基準として、一般に光の波長や露光持続時間、パルスの繰り返しなどの条件により最大許容露光量（Ｍａｘｉｍｕｍ
Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）がＩＥＣ６０８２５−１で定められている。照射光学系１９は、被検体４に対して同基準を満たす光２９を生成する。

また、照射光学系１９は、光２９の被検体４への出射を検知し、それと同期して光音響信号の受信および記録を制御するための同期信号を生成する、図示しない光学構成を備える。光源１１が生成したパルス光の一部をハーフミラーなどの光学系により分割して光センサに導光し、光センサがその導光に基づき生成する検出信号を使用することにより、光２９の被検体４への出射を検知できる。パルス光の導光にバンドルファイバを使用する場合には、ファイバの一部を分岐させて光センサに導光することで検知できる。光２９の出射の検知により生成された同期信号は信号受信部１０と位置制御機構１８へ入力される。

≪信号受信部１０≫
信号受信部１０は、照射光学系１９から入力される同期信号に従って、探触子７が生成した光音響信号を増幅してデジタル信号である光音響デジタル信号に変換する。信号受信部１０は、探触子７が生成したアナログ信号を増幅する信号増幅部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部から構成される。

≪信号処理部９≫
信号処理部９は、信号受信部１０により生成された光音響デジタル信号に対して、探触子７の感度ばらつき補正や、物理的または電気的に欠損した振動子の補間処理などを行う。さらに信号処理部９は、ノイズ低減のための積算処理なども実施できる。被検体４の内部の光吸収物質が発する光音響波を検出して得られる光音響信号は一般的に微弱な信号である。そこで、被検体４に対して同じ位置で繰り返し取得した光音響信号に積算平均処理を適用することで、システムノイズを低減して光音響信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

≪制御プロセッサ１２≫
制御プロセッサ１２は、プログラム動作における基本的なリソースの制御と管理などを行うオペレーティングシステム（ＯＳ）を稼働させるとともに、記憶部１７に格納された
プログラムコードを読み出し、以後記述する機能を実行する。また操作部１６を介したユーザからの撮像開始を含む各種操作により発生するイベント通知を受けて被検体情報の取得動作を管理するとともに、システムバス１３を介して各ハードウェアを制御する。制御プロセッサ１２はさらに、目的とする被検体情報を生成するのに必要な光２９の照射制御および探触子７の位置制御を行う。制御プロセッサがインターロック制御に関する動作を行う場合に、本発明のインターロック制御部に相当する。

≪操作部１６≫
操作部１６は、ユーザが、被検体情報の可視化範囲を含む撮像に関するパラメータ設定や、撮像開始の指示など、その他、画像に関する画像処理操作を行うための入力装置である。一般的に、マウスやキーボード、タッチパネルなどで構成され、ユーザの操作に従って制御プロセッサ１２上で動作しているソフトウェアに対するイベント通知を行う。なお、ソフトウェアには、オペレーティングソフトウェア（ＯＳ）が含まれる。

≪画像構成部１５≫
画像構成部１５は、取得した光音響デジタル信号に基づいて、被検体内の組織情報を画像化して、光音響画像の任意の断層画像を含む表示画像を構成する。また構成した画像に対して、輝度の補正や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種補正処理を適用して、より診断に好ましい情報を構成する。また操作部１６を介したユーザの操作に従って、光音響画像の構成に関するパラメータや表示画像の調整などを行う。

光音響画像は、探触子７より生成された３次元の光音響波のデジタル信号に対して画像再構成処理を行うことで得られる。画像再構成処理により、音響インピーダンスを含む特性分布や、光学特性値分布などの被検体情報を可視化できる。画像再構成処理としては、例えば、トモグラフィー技術で一般に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、または整相加算処理などが用いられる。なお、時間制約が厳しくない場合には繰り返し処理による逆問題解析法を含む画像再構成手法を利用できる。

音響レンズなどで受信フォーカス機能を備えた探触子を用いることで、画像再構成を行わずに被検体情報を可視化することもできる。画像構成部１５は、一般的に高性能な演算処理機能、グラフィック表示機能を有するＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを使用して構成される。これにより画像再構成処理や表示画像の構成に掛かる時間を短縮できる。

≪表示部１４≫
表示部１４は、画像構成部１５により構成された光音響画像、そして画像や装置を操作するためのＵＩを表示する。表示部１４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）など、どの方式のディスプレイでもよい。なお、表示部１４は、本発明の装置の一部として提供されてもよいし、装置とは別に提供されてもよい。後者の場合、本発明の装置は画像データを出力または保存する。

≪記憶部１７≫
記憶部１７は、制御プロセッサ１２が動作するのに必要なメモリ、被検体情報取得動作の中で一時的にデータを保持するメモリ、生成した光音響画像、関連する被検体情報や診断情報などを記憶保持するハードディスクを含む記憶媒体から構成される。そして、以後記述する機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納している。

典型的には、信号処理部９、制御プロセッサ１２、画像構成部１５、記憶部１７や、後述する荷重対変位記憶部２１、基準値設定部２２、荷重信号受信部２３、比較判断部２４などは、情報処理装置によって実装される。このような情報処理装置としては、ＣＰＵ、
記憶装置、通信装置などを備え、当該情報処理装置により読み取り可能な非一時的な記憶媒体に格納されたプログラムに従って動作する装置（例えばＰＣやワークステーション）が好適である。操作部１６は例えば、このような情報処理装置の入力用ユーザインタフェースにより実装される。表示部１４は例えば、このような情報処理装置に接続されるディスプレイにより実装される。

（荷重時の検討）
図２を参照して、本発明の音響波イメージング装置で起こり得る事象を検討する。被検体保持部２の下面に、開口部が設けられたメッシュ部材３０を配置することは、被検体４からの音響波の多重反射を抑えることには効果的である。しかし一方で、メッシュ形状であるがゆえに剛性が不足し、被検体４を保持する際にメッシュ部材が撓む場合がある。特に、図２（ａ）に示すように、被検体４の体動などにより想定以上の測定荷重Ｆが掛かる場合、メッシュ部材３０は一点鎖線で示した初期位置から変位（変位の量はｘ）する。なお、ここではメッシュ部材のうちｚ軸方向（紙面の上下方向）で最下点にある部位の位置をもって、メッシュ部材の位置の基準としている。図２（ａ）では、メッシュ部材の最下点が一点鎖線よりも下にある。

被検体保持部２と探触子等の部材との接触という観点から、被検体保持部２の変形を、どの程度まで許容し得るかを検討する。典型的には、体動などにより荷重が掛かったときでも、被検体保持部のＺ軸における最も低い位置（最下点）が、ある所定の位置よりも上方にあれば良い。このことを、最下点保証とも呼ぶ。最下点保証がなされているかどうかは、上に示すように、荷重が基準値を下回っているかどうかで判断できる。また、マッチング用の液体の漏れ量や、液面の高さが所定の値より大きいかどうかでも判断できる。また、光学カメラや超音波エコーにより被検体を画像化して解析してもよい。その他、どのような方法で最下点保証を判定してもよい。

被検体４からの測定荷重Ｆが大きくなると、図２（ｂ）に示すようにメッシュ部材３０が撓み、探触子アレイ５の底面に接触する場合がある。さらに、接触した状態で、位置制御機構１８により撮像のためのスキャン駆動が開始された場合について検討する。例えば被検体４が人体の部位（手・足・***など）である場合、被検体４がメッシュ部材３０を介して探触子アレイ５に接触する可能性がある。その接触の結果、メッシュ部材３０および探触子アレイ５の破損や、被検体４が圧迫されて特性が変化することに伴う画像データの精度低下につながる可能性がある。

被検体保持部２の下面に配置したメッシュ部材３０と探触子アレイ５の底面との距離（許容ギャップｇ）を大きくすれば、接触を防止できる。しかし、被検体４から探触子７までの距離が離れることにより信号強度が低下し、画像のＳ／Ｎ比の低下につながる。また、許容ギャップｇに比例して三次元的に複数の探触子が実装された探触子アレイ５を大きくすることが求められる場合があり、装置が大型化してしまう。

そこで図１に示すように本実施形態では、荷重検出器２０が被検体保持部２に掛かる荷重Ｆを荷重検出器が計測し荷重信号受信部２３に送信する。この荷重を荷重強度信号ともいう。荷重検出器２０として例えば、ロードセルを利用できる。ここで、撮像前に予め、図２（ａ）で示した荷重Ｆと変位ｘの関係を求めておき、結果を荷重対変位記憶部２１に記憶させておくとよい。荷重と変位の関係より、荷重Ｆの基準値（許容値）を求め、基準値設定部２２により比較判断部２４に値を設定する。

比較判断部２４は、基準値と荷重値を比較する。荷重値が基準値を超えている場合、許容荷重エラー信号などを制御プロセッサ１２に通知する。そして、メッシュ部材３０と探触子アレイ５の一部分が接触する前に位置制御機構１８により駆動を停止措置を含む安全
処理が実行される。このような安全処理を、インターロック制御とも呼ぶ。インターロック制御には様々な手法が考えられる。例えば、走査を停止する手法、被検体保持部に接触するおそれのある部材を退避させる手法が、好ましいインターロック制御の手法として考えられる。さらに、比較判断の結果をディスプレイやスピーカなどの提示部によりユーザに提示することも好ましい。また、光照射の停止も好ましい。また、物理的な制御と並行して、信号受信の停止なども行われる。

（荷重検出部の詳細）
図３に荷重検出部の詳細なブロック図を示す。図中、下部の左側は、被検体保持部２を上方から見た様子を示す。ロードセルを含む荷重検出器２０は、被検体保持部２の四隅に配置されている（Ｄ１〜Ｄ４）。荷重検出のためには、少なくとも１個以上の荷重検出器２０があればよい。ただし、被検体保持部２の中心付近に掛かる荷重を計測するためには、被検体４を挟んで複数個の荷重探触子を配置することが好ましい。

図中、下部の中央は、荷重信号受信部２３に相当する。荷重検出器２０からの信号は探触子アンプ２５（ａ１、ａ２、ａ３，ａ４）により増幅される。増幅されたそれぞれの荷重が、加算器２６（ａＴ）により足し算されることで、被検体保持部２に掛かる荷重の合計値を取得できる。なお加算処理でなく、平均処理を行ってもよい。被検体保持部２の荷重の荷重検出器２０による計測の精度を上げるためには、被検体保持部２が支持部１などに接触しないように、水平方向には拘束され上下方向には自由度をもって保持されていることが好ましい。

荷重Ｆと変位ｘの関係を、光音響測定を行う装置１００で測定した結果から求める形態も本発明の実施形態に含まれる。また、装置１００とは別に、専用の測定工具を用いてもよい。図６に荷重対変位の関係を測定するための工具の一例を示す。メッシュ部材３０の変位ｘは、変位センサ支持部材３６に変位センサスタンド３５にて固定された、接触式の変位センサ３４により計測できる。変位センサとしては、接触式以外にもレーザ変位計など各種センサを利用できる。また、光学カメラにより撮像された画像を解析してもよい。被検体がメッシュ部材３０に接触する面積を模擬したプレート３７に荷重Ｆをかけて、荷重検出器２０で計測される値と接触式変位探触子３４の値の関係を荷重対変位記憶部２１に記憶させる。本実施形態においては、荷重検出部および荷重信号受信部が、荷重取得部に相当する。また、荷重Ｆ（またはその合計値や平均値など）が、荷重に相当する。

ここで被検体４が人体の部位（手・足・***など）である場合、メッシュ部材３０に対する荷重面積が異なることによる関係式の補正が必要となってくる。図７のグラフを参照して、メッシュ部材３０にかかる単位面積あたりの荷重について検討する。横軸は荷重Ｆ、縦軸は変位ｘを示す。単位は例えば（Ｎ）と（ｃｍ）でもよいし、規格化値や装置固有値でもよい。荷重面積が小さい手を測定した場合に対して、荷重面積が大きい足を測定した場合、荷重が分散するためグラフの傾きは緩くなる。このように、測定部位毎に関係式を複数設定しておき切り換えて使用することで接触事故を未然に防ぐことが可能となり、より安全に装置を運用できる。なお、画像解析や超音波送受信時間測定など、変位ｘを直接測定する方法であれば、必ずしも補正は必要ない。

また、被検体保持部２の音響マッチング液６の水位と、探触子アレイ５の音響マッチング液６の水位との水位差を考慮して関係式を補正してもよい。すなわち、メッシュ部材３０には浮力が働くため、水位差を考慮して関係式を補正することで、より安全に装置を運用できる。図７には荷重と変位の関係式をグラフで示したが、両者の関係はルックアップテーブルや代数式などで表現されていてもよい。

図３に戻る。図中、上部は、荷重Ｆと変位ｘの関係に基づいて定義された、装置シーケ
ンスで使用する基準値を保存する、荷重対変位記憶部２１を示す。許容ギャップｇの値を考慮して、「変位ｘ＝ｇ（ｃｍ）」のときに相当する荷重Ｆとして、「荷重エラー基準値Ｔｈ１（第１の荷重基準値）」が決定される。さらに本実施形態では、被検体保持部２に被検体がセットされているときに最低限検出される荷重である「被検体有無基準値Ｔｈ３（第３の荷重基準値）」と、体動などが起きた可能性のある荷重である「荷重ワーニング基準値Ｔｈ２（第２の荷重基準値）」を定義する。これらの値は、ユーザの入力値に従って決定しても良いし、装置での実測に基づいて決定してもよい。Ｔｈ２およびＴｈ３は、Ｔｈ１よりも小さい値である。

また、図中、下部の右側は、基準値の設定と判断を行う構造に関する。基準値設定部２２は、比較器２７（ｃＴ、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４）に基準値を設定する。比較の際は、荷重の合計値（ｃＴ）で比較してもよいし、各荷重検出器２０の値（ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４）をそれぞれ比較してもよい。各荷重検出器の値を比較することで、被検体４の荷重が被検体保持部２に均等にかからず荷重分布をもつ場合などにも対応できる。

比較器２７の結果は判断部２８にて処理され、許容荷重エラーを含む結果としてシステムバス１３を経由して上位の制御プロセッサ１２に通知される。図３における荷重信号の処理や基準値の判断を行う構成要素はそれぞれ、具体的な処理回路などで構成されても良いし、情報処理装置で動作するプログラムの機能モジュールとして実現されても良い。

（処理フロー）
図４に、本実施形態の音響波イメージング装置のフローの一例を示す。
（ステップＳ１）基準値設定部２２が、「被検体有無基準値Ｔｈ３」を荷重対変位記憶部２１から読み出して、比較器に設定する。本ステップは、実際の光音響測定の開始前に予め行われていても良い。

（ステップＳ２）本ステップ以降の処理は、被検体が所定の位置にセットされて測定が開始された状態で行われる。本ステップでは、荷重信号受信部２３が、荷重検出器２０による検出値に基づいて荷重Ｆを出力する。
（ステップＳ３）比較判断部２４が、荷重検出器にて取得した荷重Ｆと、「被検体有無基準値Ｔｈ３」とを比較する。被検体有り（Ｆ＞Ｔｈ３）なら後続処理に進む。被検体無し（Ｆ≦Ｔｈ３）ならＳ２に戻る。このとき、被検体がセットされていない旨を、音声やメッセージにより、スピーカやディスプレイ等の提示部を用いてユーザに提示してもよい。

（ステップＳ４）撮像を開始する。光音響測定により撮像する場合、光源からの光照射に同期して音響波が受信され、時系列に保存される。位置制御機構１８が探触子７を走査しながら光音響測定を行ってもよい。
（ステップＳ５）基準値設定部２２が、「荷重ワーニング基準値Ｔｈ２」と「荷重エラー基準値Ｔｈ１」を比較器に設定する。

（ステップＳ６）ステップＳ２と同様に、荷重信号受信部２３が荷重Ｆを出力する。
（ステップＳ７）比較判断部２４が、荷重検出器にて取得した荷重Ｆと、「荷重ワーニング基準値Ｔｈ２」を比較する。ワーニング基準を超えた（Ｆ＞Ｔｈ２）ならＳ８に進む。一方、ワーニング基準を超えない（Ｆ≦Ｔｈ３）ならＳ９に進む。
（ステップＳ８）基準値「荷重ワーニング」に達していたら、ワーニングを上位の制御プロセッサに通知し撮像を継続する。制御プロセッサは、音声やメッセージにより、スピーカやディスプレイ等の提示部を用いて、ユーザにワーニングを提示する。

（ステップＳ９）比較判断部２４は、荷重Ｆと「荷重エラー基準値Ｔｈ１」を比較する
。エラー基準を超えた（Ｆ＞Ｔｈ１）ならＳ１１に進む。一方、エラー基準を超えない（Ｆ≦Ｔｈ３）ならＳ１０に進む。
（ステップＳ１０）撮像を継続する。

（ステップＳ１１）本ステップでは、制御プロセッサが、撮像が終了したかどうかを判断する。例えば被検体に関心領域が設定され、探触子７を走査しながら撮像する場合、関心領域に対応する走査が完了しているかどうかに基づいて判断できる。撮像が終了していない場合はＳ６に戻り、未測定の領域から光音響信号を取得する。一方、撮像が終了した場合は処理を終える。
（ステップＳ１２）画像構成部１５が、取得された光音響信号を用いた画像再構成処理を行い、被検体内部の特性情報を示す画像データを生成する。生成した画像データは、すぐに表示しても良いし、メモリ等に保存しても良い。

（ステップＳ１３）本ステップでは、撮像を終了する。
（ステップＳ１４）「荷重エラー」を上位の制御プロセッサに通知する。制御プロセッサは、安全のため、駆動停止を含むインターロック制御を行う。また、荷重エラーが発生した旨を、音声やメッセージにより、スピーカやディスプレイ等の提示部を用いてユーザに提示してもよい。

上記のフローでは、第１の荷重基準値、第２の荷重基準値、第３の荷重基準値はそれぞれ、荷重Ｆ（または、複数の荷重検出器の出力から演算により求められた値）と比較可能な数値であった。しかし、各基準値は、被検体保持部の撓みや、被検体保持部の最下点の変位を反映できる値であれば、荷重値に限られない。例えば変位ｘを超音波エコー測定や光学画像の解析により取得する場合、取得された変位ｘを、許容ギャップｇに基づいて定められた基準値と比較してもよい。また、テーブルや数式を用いて荷重値をいったん変位ｘに変換してから、長さで規定された基準値と比較してもよい。これらの場合は、音響波を送受信する探触子や、カメラおよび情報処理装置が、荷重取得部に相当する。また、変位ｘは変形量に基づき定まることから、変位ｘが荷重に相当する。

以上述べたように、本実施形態の音響波イメージング装置によれば、ロードセル等で検出された荷重が、変位量に基づいて定められる所定の許容範囲内であるか否かが判断される。そして、予め設定されたエラー条件が満たされた場合、測定が終了する。その結果、被検者の体動などに伴い荷重が増加し、被検体保持部に撓みが生じた場合でも、被検体情報の精度の低下などの影響を低減できる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る音響波イメージング装置１０１（以下「装置１０１」と略称する）を示すブロック図である。第１実施形態と基本的な構成は同じであり、相違点を中心に説明する。本実施形態の装置１０１は、メッシュ部材３０が撓むことによる探触子アレイ内の音響マッチング液６の排除体積に基づいて制御を行う。排除体積は、被検体保持部の変形量に対応している。具体的には、音響マッチング液の水位の変化を計測するための水位センサ３１を備える。また、水位信号受信３３は、水位センサの検出値の入力を受け付ける。

メッシュ部材３０の変位と音響マッチング液６の水位との関係を事前に求め、水位対変位記憶部３２に予め記憶させておく。これにより、水位センサの出力である水位信号に基づいて、荷重を推定できる。図４のフローチャートにおいて、荷重検出器を水位センサに置き換え、荷重Ｆに基づく基準値を水位に基づく基準値に置き換えればよい。この場合、水位センサが荷重取得部に相当し、水位が荷重に相当する。

例えば、荷重エラー基準値Ｔｈ１（第１の荷重基準値）は、メッシュの撓みが許容ギャップｇに等しくなるときの水位Ｌ１に基づいて決定される。同様に、荷重ワーニング基準値Ｔｈ２（第２の荷重基準値）、被検体有無基準値Ｔｈ３（第３の荷重基準値）をそれぞれ水位に基づいて決定する。なお、音響マッチング液を保持する容器の形態によっては、水位ではなく水漏れの量に基づいて判断を行ってもよい。

第２実施形態によれば、荷重検出器などにより被検体保持部２にかかる荷重を測定する必要がなくなる。その結果、被検体保持部２を支持部１に簡便に取り付け可能になる。

（変形例）
第２の実施形態では、荷重エラー基準値が検出された場合はインターロック制御によって撮像が中止された。ただし、エラー検出後のインターロック制御に係る動作はこれに限られない。本実施形態は、荷重エラー基準値が検出された場合は撮像をいったん中断し、その後の判定で荷重値が荷重エラー基準値を下回った場合はインターロック制御を解除して、撮像を再開する点において第２の実施形態と相違する。本実施形態においては、荷重エラーである旨をユーザに提示するようにしても良い。

音響波イメージング装置が複数の荷重検出器２０を備える場合は、それぞれの検出値に基づき、被検者がどのように***を変更すべきかを、音声や画像で提示してもよい。例えば、被検体を囲むように複数の荷重検出器２０が配置され、被検者の右半身側の荷重値が特に大きい場合は、被検者の体を左側に傾けるように、被検者本人か介助者に指示する。その後、荷重検出器２０の出力値が基準値内に収まっていることが確認されたら、撮像を再開する。被検者や介助者が、***が変更されたことを装置に通知するための入力部を設けても良い。

荷重エラーにより撮像を停止した場合でも、荷重エラーに達するまでに取得済みの光音響信号は、関心領域の一部分だけの画像再構成に利用したり、メモリに保存しておき後で取得した信号と合わせて画像再構成に利用したりしても良い。あるいは荷重エラーが起こった場合でも撮像を継続し、光音響信号に荷重エラーが発生した状態で取得された旨をヘッダ情報を含む形式で書き込んでおいてもよい。その場合、かかる光音響信号から生成された再構成画像にも、荷重エラーが発生した状態ある旨の注釈を着けることが好ましい。

以上各実施形態の音響波イメージング装置およびその制御方法によれば、被検体保持部が撓んで周辺に配置された探触子を含む部材に接触する恐れのある場合に、撮像を中止して装置を停止させることが可能となる。その結果、被検体保持部の撓みによる各部材の破損などを未然に防止できる。

＜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：支持部，２：被検体保持部，３：防水シート部材，５：探触子アレイ，６：音響マッチング液，７：探触子，９：信号処理部，１２：制御プロセッサ，１５：画像構成部，２０：荷重検出器，２１：荷重対変位記憶部，２４：比較判断部

Claims (19)

1. 被検者を支持し、前記被検者の一部である被検体を挿入する開口部が設けられた支持部と、
   前記開口部から挿入された前記被検体を保持する被検体保持部と、
   前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力する探触子を含み、前記被検体保持部と距離をおいて配置された探触子アレイと、
   前記被検体の荷重による前記被検体保持部の変形量に対応し、前記支持部と前記被検体保持部との間に生ずる荷重を取得する荷重取得部と、
   前記被検体保持部と前記探触子アレイが接触するときの前記被検体保持部の変形量と荷重面積とに基づいて決定される第１の荷重基準値を記憶する記憶部と、
   前記荷重を、前記第１の荷重基準値と比較する比較判断部と、
   前記比較判断部により前記荷重が前記第１の荷重基準値を超えたと判断された場合、インターロック制御を行うインターロック制御部と、
   を有することを特徴する音響波イメージング装置。
2. 前記探触子アレイと前記被検体の相対位置を変化させる位置制御部をさらに有し、
   前記インターロック制御部は、前記位置制御部による前記相対位置の変化を中止させることにより前記インターロック制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の音響波イメージング装置。
3. 前記荷重取得部は、前記被検者の重量による前記被検体保持部への荷重を検出する荷重検出器を有し、前記荷重検出器から出力された荷重強度信号に基づいて荷重を取得する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の音響波イメージング装置。
4. 複数の前記荷重検出器をさらに有し、
   前記荷重は、前記複数の荷重検出器から出力された荷重を加算した値である
   ことを特徴とする請求項３に記載の音響波イメージング装置。
5. 前記複数の荷重検出器それぞれから出力された荷重に基づいて、前記被検者に対してどのように***を変更するかを提示する提示部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の音響波イメージング装置。
6. 前記被検体保持部の変形量に対応して前記被検体保持部と前記支持部との間に生ずる荷重は、当該荷重を測定するための工具により取得される
   ことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
7. 前記探触子アレイは、前記被検体と前記探触子の音響インピーダンスを整合させる音響マッチング液を保持できるものであり、
   前記荷重取得部は、前記荷重として前記音響マッチング液の水位を検出する水位センサを有し、前記水位センサから出力された水位信号に基づいて荷重を推定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の音響波イメージング装置。
8. 提示部をさらに有し、
   前記比較判断部は、前記荷重を、前記第１の荷重基準値よりも小さい第２の荷重基準値と比較し、
   前記インターロック制御部は、前記比較判断部により前記荷重が前記第２の荷重基準値を超えたと判断された場合、前記提示部にワーニングを出力させる
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
9. 提示部をさらに有し、
   前記比較判断部は、前記荷重を、前記第１の荷重基準値よりも小さい第３の荷重基準値と比較し、
   前記インターロック制御部は、前記比較判断部により前記荷重が前記第３の荷重基準値を超えたと判断された場合、前記提示部に前記被検体がセットされていないことを出力させる
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
10. 前記記憶部は、前記荷重と前記被検体保持部の変形の関係を、テーブルまたは数式として記憶する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
11. 前記荷重と前記被検体保持部の変形の関係は、前記荷重面積に応じて複数設定される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の音響波イメージング装置。
12. 前記インターロック制御部は、前記インターロック制御を行ったのち、前記荷重が前記第１の荷重基準値を下回った場合は、前記インターロック制御を解除する
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
13. 前記被検体保持部は、メッシュ部材とシート部材からなり、前記被検体を保持することにより変形する
    ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
14. 光源をさらに有し、
    前記被検体から発生する前記音響波は、前記光源から前記被検体に光が照射されたときに発生する光音響波である
    ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
15. 前記インターロック制御部は、前記インターロック制御として、前記光の照射を中止させる
    ことを特徴とする請求項１４に記載の音響波イメージング装置。
16. 前記被検体から発生する前記音響波は、前記探触子から送信され、前記被検体で反射したエコー波である
    ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
17. 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画像構成部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の音響波イメージング装置。
18. 被検者を支持し、前記被検者の一部である被検体を挿入する開口部が設けられた支持部と、前記開口部から挿入された前記被検体を保持する被検体保持部と、探触子を含み、前記被検体保持部と距離をおいて配置された探触子アレイと、荷重取得部と、比較判断部と、インターロック制御部と、を有する音響波イメージング装置の制御方法であって、
    前記探触子が、前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力するステップと、
    前記荷重取得部が、前記被検体の荷重による前記被検体保持部の変形に対応する荷重を取得するステップと、
    前記比較判断部が、前記荷重を、前記被検体保持部と前記探触子アレイが接触するときの前記荷重に基づいて決定される第１の荷重基準値と比較するステップと、
    前記インターロック制御部が、前記比較判断部により前記荷重が前記第１の荷重基準値
    を超えたと判断された場合、インターロック制御を行うステップと、
    を有することを特徴する音響波イメージング装置の制御方法。
19. 前記音響波イメージング装置は、画像構成部をさらに有し、
    前記画像構成部が、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をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の音響波イメージング装置の制御方法。

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