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トランスデューサアレイ、光音響プローブ、及び光音響計測装置 NEW

国内特許コード P200016689
整理番号 (S2017-0545-N0)
掲載日 2020年3月24日
出願番号 特願2019-505900
出願日 平成30年3月6日(2018.3.6)
国際出願番号 JP2018008480
国際公開番号 WO2018168562
国際出願日 平成30年3月6日(2018.3.6)
国際公開日 平成30年9月20日(2018.9.20)
優先権データ
  • 特願2017-053502 (2017.3.17) JP
発明者
  • 梅村 晋一郎
  • 西條 芳文
  • 吉澤 晋
  • 高木 亮
  • 長岡 亮
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 トランスデューサアレイ、光音響プローブ、及び光音響計測装置 NEW
発明の概要 感度の向上と不要応答の抑圧とを両立するトランスデューサアレイを提供する。超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子(21)を備えるトランスデューサアレイ(20)であって、複数のトランスデューサ素子(21)は、それぞれの重心位置が2次元状にランダムに配置されており、且つ複数のトランスデューサ素子(21)は、隙間なく隣接して配置されている。
従来技術、競合技術の概要

光音響効果を利用して生体等の検査対象物の内部の撮像(光音響イメージング)を行う光音響計測装置が知られている。この撮像を行う際には、まず光音響計測装置が生体に対して所定の波長の光を照射する。すると、生体内部に含まれる物質が光エネルギーを吸収して、生体組織の熱膨張に伴い、弾性波である光音響波が発生する。そして、光音響計測装置が、この光音響波を超音波として検出する。さらに、検出した光音響信号に基づいて光音響計測装置が光音響画像を作成することで、光音響イメージングが行われる。

超音波を検出可能なトランスデューサ素子(以降、「素子」と称する場合がある。)を複数配置することで構成されたトランスデューサアレイ(以降、「アレイ」と称する場合がある。)が、光音響イメージングに用いられている。トランスデューサアレイを用いることで、受信ビームを電子的に偏向(ステアリング)することができる。中でも、素子が二次元に配置されている場合には、三次元にわたって受信ビームをステアリングすることで、検査対象物の内部を三次元撮像することができる。

アレイの感度を向上させるために、トランスデューサアレイの開口立体角を大きくし、素子を密に配置することが行われている。これにより、S/N比を向上させることができ、結果として、より深部の検査が行えるようになる。アレイの感度をさらに向上させるためには、素子の電気的インピーダンスを、その素子に接続されるケーブルの電気的インピーダンスやプリアンプの入力インピーダンスと同程度かそれら以下とすることが望ましい。この場合には、素子のサイズをある程度大きくする必要がある。しかしながら、受信する超音波の波長λに対して素子のサイズがλ/2より大きくなると、素子の間隔をλ/2より小さくすることが困難となる。さらにこのとき、素子が等間隔に配列される場合には、グレーティングローブが発生することで不要応答が増加することになる。中でも、受信ビームをステアリングした際には、グレーティングローブの影響を大きく受けることになる。

グレーティングローブの発生を抑えるために、素子を不等間隔に配置する試みがなされている。例えば、特許文献1では、対数渦巻線に沿って複数の素子をさまざまな半径において間隔をあけて配置したアレイが開示されている。

産業上の利用分野

本発明は、複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイ、並びにこれを備えた光音響プローブ及び光音響計測装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、
前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれの重心位置が2次元状にランダムに配置されており、且つ前記複数のトランスデューサ素子は、隙間なく隣接して配置されていることを特徴とするトランスデューサアレイ。

【請求項2】
超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を備えるトランスデューサアレイであって、
前記複数のトランスデューサ素子は、それぞれの重心位置が2次元状にランダムに配置されており、
受信ビームの非偏向時において、主応答に対する不要応答レベルが-30dB以下である
ことを特徴とするトランスデューサアレイ。

【請求項3】
前記トランスデューサ素子は、部分球面状に配置されている、
請求項1又は2に記載のトランスデューサアレイ。

【請求項4】
前記トランスデューサ素子は、部分球面状に隣接して配置された複数の円の中心を母点としたボロノイ分割によって規定される形状を有する、
請求項1~3のいずれか1項に記載のトランスデューサアレイ。

【請求項5】
前記トランスデューサアレイの開口面積に対する、前記トランスデューサ素子の占める面積を示す充填率が、90%以上である、
請求項1~4のいずれか1項に記載のトランスデューサアレイ。

【請求項6】
前記複数のトランスデューサ素子の面積の変動係数が、50%以下である、
請求項1~5のいずれか1項に記載のトランスデューサアレイ。

【請求項7】
隣接する前記トランスデューサ素子の重心位置間の距離の変動係数が、25%以下である、
請求項1~6のいずれか1項に記載のトランスデューサアレイ。

【請求項8】
請求項1~7のいずれか1項に記載のトランスデューサアレイと、
光源から発せられる光を被検体に照射する光照射部とを備え、
前記トランスデューサアレイは、前記光の照射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出して光音響信号を出力する
ことを特徴とする光音響プローブ。

【請求項9】
請求項8に記載の光音響プローブと、
前記光音響信号を処理して、光音響画像データを生成する信号処理部とを備える
ことを特徴とする光音響計測装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019505900thum.jpg
出願権利状態 公開
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