JP2018175252A - 探触子アレイ、及び、音響波受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音響整合液中に発生した気泡の付着を低減した探触子アレイ、及び、係る探触子アレイを備えた音響波受信装置を提供する。
【解決手段】それぞれが液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）と接する受信面４４０（４４０ａ、４４０ｂ）を有する複数の探触子４４と、音響整合液２（２ｂ）に接し受信面４４０に隣接する隣接面４５０を有し、複数の探触子４４を支持する支持部４５と、を有する探触子アレイであって、音響整合液２（２ｂ）に対する接触角において、受信面４４０は、隣接面４５０と等しいかより小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体と音響整合液を介して音響的に結合する探触子アレイを備える音響波受信装置に関する。

被検体からの音響波を受信する複数の探触子を備えた探触子アレイと、液槽に貯留した音響整合液を介して被検体からの音響波を受信し、被検体の音響波画像を取得する音響波受信装置が知られている。

特許文献１には、被検体に近赤外光を照射することにより被検体内で発生する音響波を受信することで、被検体である***の光音響画像を得る音響波受信装置が記載されている。なお、特許文献１に記載の音響波受信装置は、被験者を支持するとともに挿入口が設けられた支持台と、かかる挿入口から挿入された被検体と探触子アレイとを音響的に結合可能な液位まで音響整合液を貯留する液槽と、を備えることが開示されている。

特許文献１に記載の液槽は、さらに、音響整合液を供給可能な給液系に接続され、音響整合液中の気泡を低減するために、音響整合液に界面活性剤を添加すること、が開示されている。

特開２０１６−５５１５９号公報

特許文献１に記載されている音響波受信装置において、探触子アレイの受信面に気泡が付着し、探触子アレイを構成する探触子間の受信特性にバラツキが生じ、再構成後の音響波画像にアーチファクトが生じる問題が観測される場合があった。

また、１分〜数時間経過しても付着した泡が受信面に残留する場合があり、音響波受信装置のダウンタイムが発生し装置の稼働率が低下する場合があった。

本願発明は、音響整合液中に発生した気泡の付着を低減した探触子アレイ、及び、係る探触子アレイを備えた音響波受信装置を提供するものである。

本発明の音響波受信装置は、それぞれが液槽に貯留された音響整合液と接する受信面を有する複数の探触子と、前記音響整合液に接し前記受信面に隣接する隣接面を有し、前記複数の探触子を支持する支持部と、を有する探触子アレイであって、
前記音響整合液に対する接触角において、前記受信面は、前記隣接面と、等しいか、より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、音響整合液中に発生した気泡の付着が低減した探触子アレイを有し、稼働率が改善された音響波受信装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る液槽（ａ）、探触子アレイ（ｂ）の部分拡大図、探触子アレイの液滴接触角を示す部分拡大図（ｃ）受信面（ｄ）支持部である。 本発明の第１の実施形態に係る探触子アレイにおける音響整合液の接触角（ａ）受信面（ｂ）支持部と、音響整合液中の気泡の接触角（ｃ）受信面（ｄ）支持部を示す部分拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係る探触子アレイの気泡付着低減の作用機序を示す他の探触子アレイの部分拡大図（ａ）受信面（ｂ）支持部と、液槽の部分拡大図（ｃ）である 本発明の第２の実施形態に係る音響波受信装置の断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。 本発明の第３、第４の実施形態に係る探触子アレイを示す部分拡大図（ａ）（ｂ）である。 本発明の第５〜第９の実施形態に係る探触子アレイを示す部分拡大図（ａ）〜（ｅ）である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

［第１の実施形態］
＜探触子アレイ＞
次に、本願発明の特徴である探触子アレイについて、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）の各図を用いて説明する。

図１（ａ）は、探触子アレイ４４を底部に備えた液槽４２を示す断面図である。図１（ｂ）は、水平に配置した探触子アレイ４４の受信面４４ａ上に滴下した音響整合液２の固液接触角を示す断面模式図である。同様にして、図１（ｃ）は、水平に配置した探触子アレイ４４の支持部４５上に滴下した音響整合液の固液接触角を示す断面模式図である。

本実施形態の探触子アレイ４４は、図１（ａ）に示すように、配列された複数の探触子（４４ａ、４４ｂ、・・・）と、各探触子を支持する半球状のアレイ支持部４５とを備えるとともに、液槽４２の底部に配置されている。探触子アレイ４４は、液槽４２の一部をなしていると換言される。

液槽４２は、図１（ａ）に示すように、被検体２０１と探触子アレイ４４が音響的に結合する液位以上（Ｌｃ以上）に音響整合液２（２ｂ）を貯留可能とする槽部４２ｖを備え、被検体２０１から探触子アレイ４４までの音響波の伝搬を担保している。

なお、被検体２０１は、本実施形態においては、音響整合液を貯留可能な半容器形状を有し音響波が伝搬可能な材料で構成された保持部２５により保持されているが、保持部を介さずに音響整合液２（２ｂ）に直接被検体を浸漬させても良い。

探触子アレイ４４は、音響整合液２（２ｂ）に接する側において、相互に特定の表面張力の関係を有する受信面４４０（４４０ａ、４４０ｂ、・・・）と、受信面４４０に隣接する隣接面４５０を有している。

本実施形態の探触子４４は、不図示の静電容量型の探触子ＣＭＵＴと、タングステン微粉末を分散した弾性体で構成された音響整合層７４と、音響整合層７４に支持されたアルミニウム／アルミナ層を備えている。なお、静電容量型の探触子ＣＭＵＴは、Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒの略であり、他の圧電素子を備えたピエゾ型探触子に置換可能である。

探触子４４は、電極面積に依存した信号強度の音響波信号を出力するように、互いに空隙を介して対向、または、圧電体を狭持した電極対を有していると換言される。また、受信面４４０は、かかる電極対のうち音響整合液２（２ｂ）に接する側に近接した電極の面積に相当する領域である。

本実施形態において、アルミニウム／アルミナ層７２は、１００ｎｍのアルミニウム層のうち音響整合液２（２ｂ）に接する側の表面から３０ｎｍの深さまでアルマイト加工し酸化アルミナとなって受信面４４０を構成している。受信面４４０は、金属と金属の酸化膜とを有し、酸化膜は音響整合液２（２ｂ）と接する側に位置していると換言される。

一方、支持部４５は、探触子（受信面４４）を取り付ける為の貫通孔が設けられた１６分の一半球のアルミニウム１６分の一半球部を方位角方向に８個連結させたものである。支持部４５は、音響整合液２（２ｂ）と接する側の隣接面４５０は、表面から１５ｎｍの深さまでアルマイト加工してある。

本実施形態の探触子アレイ４４は、受信面４４０と隣接面４５０とのそれぞれにおいて、表面に酸化アルミニウム層を配置している為、いずれも、親水性の表面である。しかしながら、酸化アルミニウムの層厚の差に基づいて、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、受信面４４０は、隣接面４５０より高い層厚を有しており、より親水性が高い表面となっている。

かかる酸化アルミ層は、アルミニウムの表面をち密に覆うこと、酸化アルミニウムの下に位置するアルミニウムの酸化進行、酸化層の層厚増大を抑制し、化学的に層構成を安定化するため、不動態膜と呼ばれる。かかる不動態膜を形成する金属は、アルミニウム、クロム、亜鉛、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム等が含まれる。

図１（ｃ）（ｄ）に記載の接触角の測定は、着目している固体表面に、所定の体積の液滴を滴下し、滴下後１０秒経過した時点の液滴と固体表面がなす固液界面の接触角を測定している。固液界面の接触角は所謂１／２θ法を採用すること可能である。１／２θ法による固液界面の接触角測定は、液滴と固体がなす界面の周辺に環状形成されたエッジ２ｐにおいて固液界面の接触角を規定する接線の測定精度が低い問題を解消する測定手法であり、濡れ性が高い固体試料において特に有効である。１／２θ法による固液界面の接触角測定は、滴下した液滴の頂点２ｖとエッジ２ｖを結ぶ線分と固体表面との成す角は固液界面の接触角のニ等分角であることを利用するものである。下記、図１（ｃ）（ｄ）では「・」の２個分の角度が、それぞれ、固液界面の接触角θＤＭＲ、θＤＭＳに一致する。

ここで、本願明細書において、添え字Ｄ、Ｍ、Ｒ、Ｐは、液滴（Ｄｒｏｐｌｅｔ）、音響整合液（Ｍａｔｃｈｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ）、受信面Ｒ（Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ）、隣接面Ｐ（Ｐｒｏｘｉｍａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）を意味している。

音響整合液が水を主成分とする場合は、音響整合液２を液滴とした固液界面の接触角測定の大小関係は、純水（脱イオン水）を液滴として固液界面の接触角測定の大小関係に代替可能である。純水を液滴とした接触角測定の場合の接触角θの添え字は、Ｗ（Ｗａｔｅｒ）とする。また、後述する液中の気泡と固体表面との接触角θは、添え字Ｄの代わりに、添え字Ｂ、気泡（Ｂｕｂｂｌｅ）を用いた。

なお、一般に、固液界面の接触角は、物性値ではなく測定値である。固液界面の接触角θ、滴下する液滴の直径Φの２乗に逆比例し過小となる測定誤差を生じ、滴下する液滴の直径Φの３乗に比例し過小となる測定誤差を生じる。前者は、液滴表面からの蒸発による体積減少であり、表面積／体積比が大となる小径液滴において影響を及ぼす誤差である。また、後者は、液滴自体の重量により液滴のエッジの変形であり、表面積／体積比が小となる大径液滴において影響を及ぼす誤差である。

従って、これらの誤差を最小化するためには、両者の影響が最小となり、見掛け上測定する接触角が最大となる液滴サイズを見つけることが好ましい。本願明細書においては、主に、蒸気圧の低い水系の音響整合液を用いるため、前者の影響は少ない為、比較的Φが小さい直径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの間で設定した。一般的には、滴下する液滴の直径Φは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲で選択される。

ただし、本願発明の実施可否の判断は、共通の測定環境下で、受信面（受信面４４０）と支持部（隣接面４５０）を測定することにあり、厳密な物性値の同定を要求するものではない。

なお、図１（ａ）（ｂ）に示された液槽４２は、被検体２０１に、近赤外光を照射する照射部４７を備えている。支持部４５及び受信面４４（探触子）が音響整合液２（２ｂ）と接する側に配置されたアルミニウム／アルミナ層は、被検体２０１から反射または散乱した近赤外光を反射させ、探触子アレイ４４が光音響波の発生するノイズ源となることを低減している。照射部４７は、６００〜１５００ｎｍの波長域を含む近赤外光を発生する不図示の光源に光学的に結合され、被検体に対して近赤外光を照射する。不図示の光源は、連続発光またはＱスイッチ等により制御されパルス発光される。

次に、かかる固液界面の接触角を制御することが、気泡の付着を制御することに繋がる作用効果について、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｃ）の各図を用いて説明する。

図２（ａ）（ｂ）は、第１の実施形態に係る探触子アレイ４４が有する受信面４４０と隣接面４５０に音響整合液２（２ｂ）を滴下した固液界面の接触角θＤＭＲ、θＤＭＰを示すものである。図２（ａ）（ｂ）は、は、２θ法を説明する図１（ｃ）（ｄ）に其々対応する。また、図２（ｃ）（ｄ）は、第１の実施形態に係る探触子アレイ４４が有する受信面４４０と隣接面４５０を下向きの水平状態にし、音響整合液２（２ｂ）中に浸漬させ、直径約１ｍｍの気泡との接触状態を観察したものである。図２（ｃ）（ｄ）は、固気界面の接触角θＤＢＲ、θＤＢＰを示すものである。

図１（ａ）、（ｃ）に示された固体表面である受信面４４０は、音響整合液２（２ｂ）との親和性が、隣接面４５０より高く、親水性表面を呈している。この結果、接触角θＤＢＰ及び接触角θＤＢＲは、以下の一般式１のようになる。
０≦接触角θＤＭＲ≦接触角θＤＭＰ 一般式１

このとき、隣接面４５０は、音響整合液２（２ｂ）より液中の気泡１５との親和性が高く、気泡１５と隣接面４５０が示す固気界面の接触角θＤＢＰは、接触角θＤＢＲより小さい。

この結果、接触角θＳＭＲ及び接触角θＳＭＰは、以下の一般式２を満たし、接触角θＳＭＲ及び接触角θＳＭＰと補角の関係にある接触角θＤＢＲ及び接触角θＤＢＰは、以下の一般式３のようになる。
０≦接触角θＳＭＲ≦接触角θＳＭＰ 一般式２
接触角θＤＢＲ≧接触角θＤＢＰ≧０ 一般式３

これは、固液界面の接触角の大小関係が、固気界面の接触角の大小関係と負の相関を有することと読み取れる。

従って、音響整合液２（２ｂ）中に発生し隣接面４５０に吸着した気泡１５は、図３（ｂ）に示すように、受信面４４０より固体表面との接触面積が大きく安定化して吸着した状態となっていることが読み取れる。隣接面４５０に吸着した気泡１５は、浮力、音響整合液２（２ｂ）の流動圧力により界面から引きはがされ離脱し気泡１７となるが、受信面４４０に比較して、相対的に離脱に時間を要する。

一方、音響整合液２（２ｂ）中に発生し受信面４４０（４４０ａ）に吸着した気泡１４は、図３（ａ）に示すように、隣接面４５０より固体表面との接触面積が小さく不安定な吸着状態となっていることが読み取れる。受信面４４０（４４０ａ）に吸着した気泡１５は、浮力、音響整合液２（２ｂ）の流動圧力により、容易に界面から引きはがされ離脱し気泡１６となる。

不安定化した高い固気界面の接触角と呈する気泡１４は、音響整合液２（２ｂ）の流動、探触子アレイ４４の傾き等により、受信面４４０（４４０ａ）に留まることが難しく、探触子４４ａが受信する音響波の伝搬経路を妨害しない領域に移動する。

離脱した気泡１６の移動先は、図３（ｃ）に示すように、隣接面４５０、または、探触子アレイ４４から離脱し浮力または音響整合液２（２ｂ）の流動により、音響整合液２（２ｂ）の液位Ｌｃまで上昇することが考えられる。

第１の実施形態に係る探触子アレイ４４を、液槽を備えた音響波受信装置に適用することで、受信面への気泡の吸着による撮影品質の低下、気泡の離脱に要するダウンタイムを低減することが可能となる。

なお、支持部４５は、半球としているが、回転楕円面、回転放物面、回転双曲面等の回転二次曲面に置換可能である。

＜接触角、表面張力の制御＞
本実施形態の探触子アレイ４４は、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、音響整合液２（２ｂ）に対する接触角において、受信面４４０（受信面）は、隣接面４５０（支持部）と、等しいか、より小さくなるように表面が制御されている。受信面４４０は、隣接面４５０より、表面張力が等しいか、大きいように制御されていると換言される。

また、音響整合液２（２ｂ）が、水を主成分とする場合は、受信面４４０は、隣接面４５０と等価な親水性を有するかもしくは、より親水性であると換言される。

表面張力が大きな固体材料は、結晶学的には、構成する原子間の結合エネルギーが大きい材料であると言い換える事が可能である。一般に、大まかな傾向としては、共有結合、イオン結合、金属結合、はこの順で結合エネルギーが大から小に向かう。従って、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等を含む純金属や合金よりも、それらの金属の炭化物、酸化物、窒化物等が高い表面張力合金等が高い表面張力を呈する。

また、表面張力が大きな固体材料は、材料工学的には、高い弾性定数、高い剛性率を有する材料と言える。これは、セラミック材料やガラス材料が、延性、展性を有する金属より、高い弾性定数を有することと対応する。また、表面が１Ｅ−６ｍ厚以下の薄膜で構成されている場合は、かかる薄膜を支持し薄膜より高い厚みを有する支持層の弾性率で代表させて、表面張力の分布を形成してもよい。

また、親水性が高い固体材料は、表面組成上は、Ｈ、ＯＨ、等の親水基を多く含むか、疎水性を発現するハイドロカーボン等の疎水基が少ないこととして理解される。

また、親水性が高い固体材料は、表面の材料が、水和物を形成する材料を多く含むこととして理解される。

従って、受信面４４０は、隣接面４５０よりも、高い結合エネルギーを含ことが好ましい。同様にして、受信面４４０と隣接面４５０とが同種の金属元素を含有するとき、受信面４４０を隣接面４５０より酸化物の表面濃度が高いか同じとすることで、受信面４４０が隣接面４５０より高いか等しい表面張力を呈するようになる。

また、受信面４４０と隣接面４５０とが１Ｅ−６ｍ厚以下の薄膜を表面に有している場合は、かかる薄膜を支持する支持材料の弾性が高いことが好ましい。受信面４４０と隣接面４５０とが１Ｅ−６ｍ厚以下の薄膜を表面に有し、かつ、かかる薄膜より低い弾性材料で支持されている場合は、受信面４４０を支持する材料の厚さを薄くすることで、受信面４４０が隣接面４５０より高い表面張力を呈するようになる。

また、音響整合液２（２ｂ）の液組成が水を主成分とする場合は、受信面４４０は、隣接面４５０よりも、親水基の表面濃度が高くすることで、受信面４４０が隣接面４５０より高いか等しい親水性を呈するようになる。同様にして、音響整合液２（２ｂ）の液組成が水を主成分とする場合は、受信面４４０を隣接面４５０よりも水和物形成材料の表面濃度が高くすることで、受信面４４０が隣接面４５０より高いか等しい親水性を呈するようになる。水和物形成材料としては、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化クロム、酸化チタン等が含まれる。

なお、液体の表面張力と異なり、固体表面の表面張力は直接定量することはできないが、Ｚｉｓｍａｎプロット法によりこれは解決する。Ｚｉｓｍａｎプロット法は、着目する一種の固体表面に対して異なる種類の液体を用いて接触角測定を行ったプロットを用いて、ｃｏｓθ＝１（完全濡れ状態）の切片が与える臨界表面張力を、固体表面の表面張力とするものである。

［第２の実施形態］
＜音響波受信装置＞
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る探触子アレイ４４を備えた第２の実施形態に係る音響波受信装置１００を示す断面図、平面図である。図４（ａ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ‘面に沿った構造を仮想的に見た垂直断面図である。なお、Ａ−Ａ’面は、理解の為に、変則的な屈曲面としている。図４（ｂ）は、図４（ａ）に記載の音響波受信装置１００のｚ軸の上方から見た平面図である。

第２の実施形態に係る音響波受信装置１００は、支持台２０、探触子アレイ４４を備えた液槽４２、液槽４２を走査する二次元走査部４６、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）の温度調整を行う温度調整機構４７、を有している。以下に各要素について説明する。

支持台２０は、図４（ａ）に示すように、被験者２００の一部である被検体２０１を挿入する挿入部２２が設けられるとともに、被験者２００を支持する支持部２４、を有している。

本実施形態の支持台２０は、さらに、図４（ａ）に示すように、挿入部２２に重なる位置において被検体２０１を保持する保持部２５、被験者２００が腰掛けられる椅子２７、天板上の支持部２４の周囲の４辺に連なる側面パネル２９を備えている。支持台２０は、さらに、図４（ｂ）に示すように、支持部２４を支持する４つの支柱２９を備えている。

なお、椅子２７は、被験者２００の撮影姿勢を安定化させる為に支持部２４上に設けられている。また、側面パネル２９は、撮影時に移動する液槽４２、Ｘステージ４６０、Ｙステージ４６２、及び、照射部４７を囲み、被験者２００及び不図示の操作者の移動空間と装置内部とを分離するために設けられている。支持部２４または椅子２７は、被験者２００の撮影時の負担を軽減するために、不図示のクッションが配置される形態をとることができる。

挿入部２２は、被験者２００の一部である被検体２０１を挿入可能なように支持部２４に開口された挿入口となっている。支持部２４は、挿入部２２に挿入されなかった被験者２００の部位を載置可能となっており、被験者２００の撮影姿勢を安定化させることが可能である。撮影対象の部位は、被験者２００の、上肢、下肢、頭部、***等が含まれるが、図４（ａ）においては、被検体２０１である左足を挿入部２２に挿入し、不図示の右足を支持部２４の載置部に載置させた座位の撮影姿勢を示している。

保持部２５は、被検体２０１を撮影時に安定化させる意図により、挿入口２２に重なる位置において支持部２４に固定されている。保持部２５は、支持部２４から下方に突出する半容器状の形をしており、支持部２４より下側で被検体２０１を保持することを可能とする。

保持部２５は、さらに、被検体２０１から伝搬する音響波を探触子アレイ４４が受信するための音響波の伝搬性（低減衰性）を有した音響整合材で構成され、赤外域を透過するＩＲゴム、シリコーンゴム、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料が適用される。かかる樹脂材料が可橈性であって、保持位置の下端を補償する意図から、かかる可橈性部材より剛性の高いメッシュ状の樹脂材料を併用する形態も本願発明の実施形態に含まれる。

保持部２５は、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）と被検体２０１が直接触れない様にする空間を分離するシール性を有していることが望ましい。これにより、液槽４２に貯留された音響整合液２（２ｂ）に対する衛生性を担保することが可能となる。かかるシール性と半容器形状の突出部とを有した保持部２５は、音響整合液２（２ａ）を貯留され、保持部２５と被検体２０１との音響的な結合を担保することが可能である。

なお、被験者２００の不安感を軽減する意図から、支持台２０に不図示の手すり、保護柵等を適宜設けてもよい。

受信走査ユニット４０は、挿入部２２を介して挿入された被検体２０１から伝搬された音響波を受信する探触子アレイ４４と、探触子アレイ４４を水平面に平行に二次元に移動させる二次元走査部４６と、を備え、支持部２４の下に位置している。

二次元走査部４６は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、支持部２４の下に配置され、探触子アレイ４４を第一の方向ｄ１に移動可能とするＸステージ４６０を備えている。本実施形態のＸステージ４６０は、液槽４２を移動させることにより、探触子アレイ４４をｘ方向に移動可能としている。

二次元走査部４６は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘステージ４６０より下側に配置され、Ｘステージ４６０を第一の方向ｄ１と交差するｙ方向に移動可能とするＹステージ４６２、を備えている。

Ｘステージ４６０とＹステージ４６２は、探触子アレイ４４を水平面に平行に二次元に挿入部２２に対して相対移動させるＸＹステージであると換言される。Ｘステージ４６０とＹステージ４６２は、後述する走査制御回路４６６から出力される走査信号に基づいて、回転走査、螺旋走査、牛耕式走査、ラスター走査等を含む任意の二次元走査パターンで探触子アレイ４４の走査を可能とする。液槽４２は、探触子アレイ４４を被検体２０１に対する相対位置を変更するように走査する二次元走査部に接続されていると換言される。

二次元走査部４６は、Ｘステージ４６０とＹステージ４６２に対して走査信号を出力する走査制御回路４６６と、Ｘステージ４６０とＹステージ４６２と走査制御回路４６６とを接続する走査信号ケーブル４６８を備えている。

走査制御回路４６６は、支持台２０の外部に配置され、側面パネル２９に設けられたケーブル開口２９ａを介して配線された走査信号ケーブル４６８を介して、Ｘステージ４６０とＹステージ４６２のそれぞれに対して走査信号を出力する。尚、係る走査信号の伝送を無線化することで、走査信号ケーブル４６８は省略することが可能である。

なお、本願明細書における水平とは、水準器、レーザ変位系等によって可観測な物理量である。本発明に係る音響波受信装置１００における水平には実効的な傾きの許容が存在し、傾き角に該当するｔａｎθの上限下限は、鉛直方向と垂直な完全水平に対して±０．５ｍｍ／ｍ以内である。かかる傾き角に該当するｔａｎθの上限下限は、好ましくは±０．１ｍｍ／ｍ以内、より好ましくは±０．０４ｍｍ／ｍ以内に制限される。

探触子アレイ４４及び音響整合液２（２ｂ）ごと二次元に走査される液槽４２を備えた本実施形態に係る音響波受信装置１００は、走査に伴い貯留された音響整合液２（２ｂ）が慣性による流動、造波、泡の抱き込みが発生する。

このような二次元走査機構４６に連結された液槽４２を備える音響波受信装置１００に対して、本願発明の音響整合液２（２ｂ）に対する親和性が制御された探触子アレイを適用することは特に好ましい。

また、本実施形態の液槽４２は、不図示の給液機構に接続されている。かかる給水機構は、リザーバタンク、ポンプ、配管を備え、音響整合液を液槽４２の内部に供給する。給水機構は、空気を持ちこまない密閉系としても良いが、構造やメンテナンスが難しく、一般的には、開放系の給液機構となる。かかる開放系の給液機構により、液槽４２に供給される音響整合液は、ガス成分が溶解しており、液槽４２への供給と同時に気泡が発生する。

このような開放系の給液機構に連結された液槽４２を備える音響波受信装置１００に対して、本願発明の音響整合液２（２ｂ）に対する親和性が制御された探触子アレイを適用することは特に好ましい。かかる給液機構は、音響整合液が大気と接する面を有し音響整合液を液槽に供給するように液槽に接続される。

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

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

本実施形態のような温度制御機構５７を備える音響波受信装置１００に対して、本願発明の音響整合液２（２ｂ）に対する親和性が制御された探触子アレイを適用することは特に好ましい。

本実施形態の音響波受信装置は、さらに、複数の探触子（４４ａ、４４ｂ、４４ｉ・・）のそれぞれが出力する音響波信号を伝送する複数の信号線６０と、複数の信号線を介して探触子アレイ４４と電気的に接続される信号中継器８０とを備えている。

本実施形態の探触子アレイ４４は、受診した音響波をアナログの音響波信号として出力する。従って、複数の信号線６０は、探触子アレイ４４が有する複数の探触子（４４ａ、４４ｂ、４４ｉ）数分のチャネル数を有し、各チャネルの音響波信号（アナログ）を並列に伝送するパラレル伝送ケーブル６２となっている。パラレル伝送ケーブル６２は、複数の信号線６０を一部または全部を束ねたケーブル群となっている。

信号中継器８０は、探触子アレイ４４から並列に伝送されたアナログの音響波信号を、デジタル音響波信号に変換するＡＤコンバータ８２を備えている。信号中継器８０は、変換したデジタルの音響波信号を、信号処理回路（不図示）を備えている統合制御ユニット９０に、シリアルケーブル６４を介してシリアル伝送する。シリアルケーブル６４は、デジタル信号が時系列に伝送されるケーブルとなっている。

従って、信号中継器８０は、アナログ信号が並列に伝送されるケーブル群（パラレルケーブル６２）と、デジタル信号が時系列に伝送されるケーブル（シリアルケーブル６４）と、を中継する中継器であると換言される。

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

また、本実施形態の探触子アレイ４４は、図１（ｃ）に示すように、近赤外光域のパルス光を出力する光源４９から出力される近赤外光を伝送する光ファイバー４８に光学的に結合された照射部４７を備えている。照射部４７から被検体２０１に向けて照射された近赤外光により被検体２０１の内部で発生した光音響波を探触子アレイ４４が受信するように構成されている。

［第３、第４の実施形態］
図５（ａ）、（ｂ）に示す第３、第４の実施形態に係る探触子アレイ４４は、受信面４４０（４４０ａ、４４０ｂ、・・）、隣接面４５０に共通して設けられた金属層７２を有する点において、第１の実施形態に係る探触子アレイ４４と相違する。

金属層７２は、音響整合液２（２ｂ）に対する親和性を均一に制御する作用を有する。
第３、第４の実施形態の探触子アレイ４４は、金属層７２を支持する音響整合層７４を有している。

第３の実施形態の探触子アレイ４４が備える探触子４４ａ（４４ｂ、・・）は、平板状のフランジ部材４５ａ（４５ｂ、・・）により、支持部４５に取りつけられている。支持部４５は、フランジ部材４５ａ（４５ｂ、・・）が敷き詰められていると換言される。

音響整合層７２は、半球状の金属層７２と敷き詰められたフランジ部材４５ａ（４５ｂ、・・）との隙間を埋めるように配置されている。音響整合層７２は、横波の発生を低減する意図から、弾性体で構成されることが好ましい。音響整合層７４としては、ゴムにタングステン等の金属微粒子を分散含有されたものが適用される。
本実施形態の探触子アレイ４４は、音響整合液２（２ｂ）に接する側に金属層７２として１００ｎｍ厚の金薄膜を配置したとき、金属層７２を支持する音響整合層７４の寄与の差異により、金薄膜の表面の濡れ性分布を形成している。

弾性体で構成される音響整合層７４の厚さが薄い受信面４４０（４４０ａ）に対応する金属層７２は、音響整合層７４の厚さが薄い隣接面４５０に対応する金属層７２より、表面張力が大きく、音響整合液２（２ｂ）に対する固液接触角が低い。

金属層７２は、被検体から反射した近赤外光をさらに被検体側に向けて反射する反射層であるとも言える。

図５（ｂ）に示す第４の実施形態に係る探触子アレイ４４は、フランジ部材を用いずに半球状の支持部４５の内側に突出して複数の探触子４４ａ（４４ｂ、・・）が配置されていることが第３の実施形態に係る探触子アレイ４４と相違する。本実施形態の探触子アレイ４４は、半球状の金属層７２と支持部４５または突出している複数の探触子４４ａ（４４ｂ、・・）との隙間を埋めるように音響整合層７４が配置され、音響整合層７４が厚さ分布を有している点は、第３の実施形態と同様である。

本実施形態の探触子アレイ４４においても、金属層７２を支持する音響整合層７４の寄与の差異により、金薄膜の表面の濡れ性分布が形成され、ている。

かかる金属層７２は、銀、銅、金等の抗菌作用を発現する金属とすることにより、探触子アレイ４４、及び、液槽４２内の微生物の発生による、探触子アレイの二次的な汚染の増進が低減される。弾性体で構成される音響整合層７４の厚さが薄い受信面４４０（４４０ａ）に対応する金属層７２は、音響整合層７４の厚さが薄い隣接面４５０に対応する金属層７２より、表面張力が大きく、音響整合液２（２ｂ）に対する固液接触角が低い。

［第５〜第９の実施形態］
第１〜第４の実施形態に係る探触子アレイ４４は、半球状の内面を有し、複数の探触子が３次元に配置されていた。本願発明に係る探触子アレイは、図６（ａ）〜（ｃ）に示す一次元アレイ、第６（ｄ）（ｅ）に示す二次元アレイが適用可能である。

図６（ａ）〜（ｅ）に図示する第５〜第９の実施形態に係る探触子アレイ４４は、複数の探触子４４ａ（４４ｂ、４４ｉ・・）に対応する不図示の受信面を複数有しており、複数の探触子４４ａに隣接する支持部４５に対応する不図示の隣接面を有している。

１００ 音響波受信装置
４２ 液槽
４４ａ、４４ｂ、４４ｉ 探触子
４４ 探触子アレイ
４５ 支持部
４４０ 受信面
４５０ 隣接面

Claims (20)

1. 液槽に貯留された音響整合液と接する受信面を有する複数の探触子と、前記音響整合液に接し前記受信面に隣接する隣接面を有し、前記複数の探触子を支持する支持部と、を有する探触子アレイであって、
   前記音響整合液に対する接触角において、前記受信面は、前記隣接面と、等しいか、より小さいことを特徴とする探触子アレイ。
2. 前記音響整合液に対する親和性において、前記受信面は、前記隣接面と等しいか高いことを特徴とする請求項１に記載の探触子アレイ。
3. 表面張力において、前記受信面は、前記隣接面より高いことを特徴とする請求項１または２に記載の探触子アレイ。
4. 空気に対する親和性において、
   前記受信面は、前記隣接面より低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
5. 前記音響整合液が水を主成分とするとき、純水に対する接触角において、前記隣接面の前記音響整合液に接する面が前記受信面と等しいか、より大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
6. 前記純水に対する親和性において、前記受信面は、前記隣接面と等しいか高いことを特徴とする請求項５に記載の探触子アレイ。
7. 前記受信面は、金属と前記金属の酸化膜とを有し、前記酸化膜は前記音響整合液と接する側に位置していることを特徴とする請求項５または６に記載の探触子アレイ。
8. 前記金属は、前記金属はアルミニウム、クロム、亜鉛、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウムから少なくとも選ばれた元素を含有し、前記酸化膜は前記金属の不動態膜であることを特徴とする請求項７に記載の探触子アレイ。
9. 前記酸化膜は、前記音響整合液中が含有する水と水和物を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の探触子アレイ。
10. 前記受信面及び前記隣接面は、前記音響整合液に接する側に金属層を有する事を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の音響波受信装置。
11. 前記受信面及び前記隣接面は、前記金属層より低い弾性率を有し前記金属層を支持する音響整合層を有している事を特徴とする請求項１０に記載の探触子アレイ。
12. 前記受信面における前記音響整合層の層厚は、前記隣接面における前記音響整合層より薄いことを特徴とする請求項１１に記載の探触子アレイ。
13. 前記探触子は、電極の面積に依存した信号強度の音響波信号を出力するように、互いに空隙を介して対向、または、圧電体を狭持した電極対を有し、
    前記受信面は、前記電極対のうち前記音響整合液に接する側に近接した電極面積に相当する領域であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の探触子アレイ。
14. 前記被験者を支持する支持台と、
    前記被検体と音響的に結合する液位まで前記音響整合液を貯留するとともに、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の探触子アレイが配置される液槽と、
    を有することを特徴とする音響波受信装置。
15. 前記液槽は、前記音響整合液が大気と接する面を有し前記音響整合液を供給する給液系に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の音響波受信装置。
16. 前記探触子アレイは前記液槽に固定され、
    前記液槽は、前記探触子アレイを前記被検体に対する相対位置を変更するように走査する走査部に接続されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の音響波受信装置。
17. 前記液槽は、前記液槽に貯留された前記音響整合液の温度を変更する温度調整機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の音響波受信装置。
18. 前記液槽は、近赤外光を発生する光源に光学的に結合され前記被検体に対して近赤外光を照射する照射部を有することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の音響波受信装置。
19. 前記被験者を支持する支持台と、
    前記被検体と音響的に結合する液位まで前記音響整合液を貯留するとともに、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の探触子アレイと、近赤外光を発生する光源に光学的に結合され前記被検体に対して前記近赤外光を照射する照射部と、を有する液槽と、
    を有し、
    前記金属層は、前記近赤外光を反射する反射層であることを特徴とする音響波受信装置。
20. 前記反射層は、前記電極または前記音響整合層が光音響波を発生しないように前記音響整合液の側に前記近赤外光を反射する反射層であることを特徴とする請求項１９に記載の音響波受信装置。
    

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