JP6723727B2 - プローブ、及び被検体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、光音響効果による光音響波を受信することが可能なプローブ及び被検体情報取得装置に関する。

被検体に光を照射して、光音響効果により被検体中の測定対象から音響波（典型的には超音波であるが、本明細書中では光音響波と記載する）を発生させ、発生した光音響波を半球状のプローブを用いて受信する測定システムが特許文献１に開示されている。半球状のプローブは、半球表面上に配置した複数のトランスデューサ素子で構成されている。

これを図２１を参照して説明する。図２１において、１０は被検体、１１は光源、１２はプローブ、１３は超音波トランスデューサ、２１は光、２２は光音響波、３０は媒質である。半球状のプローブ１２は、半球状の形状をしており、複数の超音波トランスデューサ１３と、光源１１を備えている。被検体１０は、プローブ１２の半球に一部囲まれるように配置され、被検体１０とプローブ１２間には、媒質３０が充填される。光源１１から被検体１０に光２１を照射して、被検体で発生した光音響波２２を、プローブ１２が有する複数の超音波トランスデューサ１３で受信して、被検体の画像化を行う。

米国特許出願公開第２０１１／０３０６８６５号明細書

半球状に配置する複数の超音波トランスデューサは、それぞれの配置間隔が広いと、被検体の取得画像に実際には存在しない虚像であるアーチファクト（ノイズ成分）が発生する恐れがある。アーチファクトの発生を低減するための一手法としては、超音波トランスデューサの素子間隔を狭くすることが考えられる。
しかし、素子間隔を狭くするためには、超音波トランスデューサの数を大幅に増やす必要があると共に、プローブ外部の装置と接続する配線が太くなり、プローブの操作性が悪化するという不都合が生ずる。
本発明では、外部と接続する配線の数を増やすことなく、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できるプローブを提供することを目的とする。

本発明は、複数の超音波トランスデューサを備えたプローブであって、前記超音波トランスデューサが複数のグループに分けられており、前記隣り合う２つの超音波トランスデューサは、異なるグループに属しており、前記グループ毎に前記超音波トランスデューサの信号を出力可能に切り替えるグループ選択手段を有していることを特徴とする。

外部と接続する配線の数を増やすことなく、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できるプローブを提供することができる。

第１の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１の実施形態に係る光音響用プローブの動作を説明する模式図 第２の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第２の実施形態に係る光音響用プローブの他の一例を説明する模式図 第２の実施形態に係る光音響用プローブの他の一例を説明する模式図 第３の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第３の実施形態に係る光音響用プローブの他の一例を説明する模式図 第４、５の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第６の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第７、８の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第９の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１０の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１０の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１１の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１１の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１１の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１２の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１２の実施形態に係る光音響用プローブの一例を説明する模式図 第１３の実施形態に係る被検体情報取得装置の一例を説明する模式図 第１４、第１５の実施形態に係る被検体情報取得装置の一例を説明する模式図 従来の光音響波用プローブを説明する図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。本実施形態において重要な点は、複数の超音波トランスデューサが複数のグループに分けられており、光源の発光タイミングに対応して、グループ毎に超音波トランスデューサの信号を出力可能に切り替えるグループ選択手段を有していることである。

以下、種々の実施形態を用いて本発明を説明するが、本発明の光音響プローブ等を構成する各部材については、同一の部位を表わす部材については、図番が異なっていても同じ符号を付してあえて図面毎に説明しない場合もあり得る。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の光音響用プローブを説明するための模式図である。図１において、１００は光音響用プローブ、１０１は複数の超音波トランスデューサ配置部、１０２は筺体、１０３は超音波トランスデューサ、１０４はケーブルである。また、１０６は光源、１３０はグループ選択手段、１４０はエレメント選択信号生成手段、１５０は光源の同期信号、１５１はエレメント選択信号である。超音波トランスデューサ配置部１０１は、筺体１０２の内側部分を表しており、お椀状に窪んでいる曲面形状を有している。

図１（ａ）は、本実施形態の光音響用プローブの模式図である。本実施形態の光音響用プローブは、被検体と対向する位置に複数の超音波トランスデューサ１０３が半球状に配置されている。それぞれの超音波トランスデューサ１０３で受信した光音響波は、信号線を複数有するケーブル１０４を介して、コネクタで接続した外部の装置（不図示）に出力される。半球状に配置した複数の超音波トランスデューサ１０３の被検体に対向しない部分や、ケーブル１０４との接続配線部、グループ選択手段１３０は、筺体１０２により覆われている。なお、エレメント選択信号生成手段１４０は、筺体に１０２に配置されていてもよいし、不図示の外部装置が備える構成であってもよい。

超音波トランスデューサ１０３は、光音響波（超音波）を受信できればよく、圧電素子などを用いることで容易に構成することができる。

図１（ｂ）は、被検体側から光音響用プローブを見た上面図である。光音響用プローブ１００の被検体と対向する半球状の表面（以下、半球表面と呼ぶ）には、複数の超音波トランスデューサ１０３が配置されている。本発明では、この複数の超音波トランスデューサ１０３は、複数のグループに分けられている。第１のグループに属する超音波トランスデューサ１０３にはＧ１、第２のグループに属する超音波トランスデューサ１０３にはＧ２とそれぞれ記載している。また、第３のグループに属する超音波トランスデューサ１０３にはＧ３、第４のグループに属する超音波トランスデューサ１０３にはＧ４とそれぞれ記載している。

半球の中央には、光源１０６が被検体に向かって光を照射するように配置されている。光源１０６は、固体レーザ、半導体レーザ、ＬＥＤやこれらの光源からの光を伝送する光ファ イバーなどを用いて構成することができる。

図１（ｃ）に、半球表面に配置した複数の超音波トランスデューサ１０３を一部の領域のみ抜き出した模式図を示す。本実施形態では、４つのグループに属する超音波トランスデューサ１０３は、光音響用プローブの半球表面上では、局所的にほぼ同じ密度になるように配置されている。具体的には、第１のグループの１つの超音波トランスデューサ１０３から、他の３つのグループに属する最も近い超音波トランスデューサ１０３との距離はほとんど等距離になるように配置されていることが特徴的である。即ち、複数のグループに属するそれぞれの超音波トランスデューサが互いに最も近接する間隔がグループ間毎にほぼ等しい間隔となっている。

これにより、４つのグループに属する超音波トランスデューサ１０３に繋がる配線を隣接して配置することができるので、複数のグループの内の１つのグループの超音波トランスデューサ１０３を選択することが容易になる。

また、どのグループを選択した時でも、超音波トランスデューサ１０３の密度は変わらない。そのため、複数のグループを選択してすべての超音波トランスデューサからの信号を取り出している間に、被検体が若干動いた場合でも、被検体の画像が局的に劣化することがない。

また、同じグループに属する超音波トランスデューサ１０３は、離間して隣り合っておらず、隣り合う２つのトランスデューサ１０３は異なるグループに属している。つまり、同じグループに属する超音波トランスデューサ１０３の間には、別のグループに属する超音波トランスデューサが配置されている。また、他のグループに属する２つの超音波トランスデューサ１０３の間隔は、同じグループに属する２つの超音波トランスデューサ１０３の間隔よりも小さい。

また、１つの超音波トランスデューサ１０３は、その超音波トランスデューサ１０３とは異なるグループに属する超音波トランスデューサ１０３によって囲まれている。例えば、図１（ｃ）で示すように、第１のグループ（Ｇ１）の超音波トランスデューサ１０３は、第２のグループ（Ｇ２）、第３のグループ（Ｇ３）、第４のグループ（Ｇ４）それぞれに属する超音波トランスデューサ１０３によって囲まれている。さらに、第１のグループ（Ｇ１）に属する超音波トランスデューサ１０３を囲む超音波トランスデューサ１０３は、他のグループそれぞれからほぼ同数ずつ選択されている。

図１（ｄ）に、４つのグループに属する超音波トランスデューサ１０３と、光音響用プローブ１００のケーブル１０４から出力される信号を説明するための模式図を示す。光源１０６の発光タイミングと同期した光源同期信号１５０が、エレメント選択信号生成手段１４０に入力される。エレメント選択信号生成手段１４０は、入力された光源同期信号１５０が入力される度に、エレメント選択信号１５１を生成する。

エレメント選択信号１５１は、選択するグループが順に変わるように生成される。グループ選択手段１３０は、エレメント選択信号１５１を受けて、選択したグループに属している超音波トランスデューサ１０３で受信した信号を、ケーブル１０４から出力されるように切り替えられる。図１（ｄ）において、１５２は、光源１０６からの射出光である。

次に、図２を用いて、グループ選択手段１３０の動作を説明する。まず、エレメント選択信号１５１が第１のグループＧ１を選択している状態であるとする。この際、図２（ａ）で示すように、ケーブル１０４から出力される信号は、第１のグループＧ１に属する超音波トランスデューサ１０３により受信した信号９０１となる。

次に、光源１０６が発光するタイミングに合わせて、エレメント選択信号１５１が第２のグループＧ２を選択している状態に切り替わる。この際、図２（ｂ）で示すように、ケーブル１０４から出力される信号は、第２のグループＧ２に属する超音波トランスデューサ１０３により受信した信号９０２となる。

この後、光源１０６が発光するタイミング毎に、エレメント選択信号１５１は順に、第３のグループＧ３、第４のグループＧ４を選択している状態に切り替わる。それに対応して、ケーブル１０４から出力される信号は、図２（ｃ）で示すように、第３のグループＧ３に属する超音波トランスデューサ１０３により受信した信号９０３に変わる。次に、図２（ｄ）で示すように、第４のグループＧ４に属する超音波トランスデューサ１０３により受信した信号９０４に変わる。

光源１０６が４回目に発光するタイミングには、エレメント選択信号１５１は第１のグループＧ１を選択した状態に戻る。そして、ケーブル１０４から出力される信号も、最初の第１のグループＧ１に属する超音波トランスデューサ１０３により受信した信号９０１となる。

以上説明したように、光源１０６が発光するタイミングに対応して、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図２（ａ）の順に、受信した信号を出力する超音波トランスデューサ１０３が属するグループが切り替わる。そのため、本実施形態では、光源が４回発光する間に、光音響用プローブ１００が有するすべての超音波トランスデューサ１０３から被検体からの光音響波を受信して、プローブ外に取り出すことができる。

画像再構成する際に４つのグループからの信号をすべて使用することにより、超音波トランスデューサ１０３間隔は、実効的に狭くすることができる。

よって、アーチファクトの発生を極力抑制するための被検体からの光音響信号を取得することができる。

また、本実施形態では、複数回に分けて、超音波トランスデューサ１０３からの受信信号を取り出すため、超音波トランスデューサ１０３数を増やしても、外部と接続するためのケーブル１０４が有する配線数が少なくて済む。そのため、ケーブルを太くすることが可能となり、作業性の低下が抑制される。本実施形態によると、外部に信号出力するために接続する配線の数を増やすことなく、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できる光音響用プローブを提供することができる。

尚、本明細書中では、４つのグループがある構成で説明しているが、グループの数は、これに限定されるものではなく、得ようとするプローブの特性等を考慮して数は適宜決定される。

また、超音波トランスデューサ１０３のエレメント（素子）サイズと、エレメント間の距離、アーチファクトの発生度合いにより、任意のグループ数に設定することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、複数の超音波トランスデューサ１０３を配置する面の形状に関する説明を行う。それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。図３（ａ）は、本実施形態に係る光音響用プローブを説明するための模式図である。

本実施形態では、図３（ｂ）のように、複数の超音波トランスデューサ１０３が、多角形の平面上に配置されており、複数の多角形の平面により、疑似半球状の凹部が形成されていることが特徴である。

本形態の構成を取ることで、光音響用プローブ１００内の複数の超音波トランスデューサ１０３が、超音波トランスデューサ配置部１０１内の任意の点付近に向いて配置をすることができる。それにより、背景技術に記載した半球の表面上に、複数の超音波トランスデューサ１０３を配置した構成とほぼ同等の機能を有することができる。

また、半球表面上に複数の超音波トランスデューサ１０３を配置した構成と比べて、非常に簡易な構成で同等の機能を実現できるので、光音響用プローブの作製工数を削減することができ、また光音響用プローブの大きさを小型化することができる。

本形態の超音波トランスデューサ配置部１０１は、複数の平面の組み合わせた多面体で凹部が形成されており、複数の平面毎に素子に接続した配線を引き出していることが大きな特徴である。

図３（ｂ）の本発明の光音響用プローブの筺体１０２を取り外した状態の模式図を用いて説明する。図３（ｂ）において、１１０は超音波トランスデューサユニット、１２０はフレーム、１０６は光源である。本形態では、光音響用プローブ１００内の超音波トランスデューサ配置部１０１が有する多面体は、複数の超音波トランスデューサユニット１１０により構成されている。

超音波トランスデューサ１０３を配置した平面が多面体を形成するように、複数の超音波トランスデューサユニット１１０は、フレーム１２０により保持されている。光源１０６を配置する部分の超音波トランスデューサユニット１１０は、光源１０６を配置するための穴や、一部形状が変形した構成となっている。

図３（ｃ）に、超音波トランスデューサユニット１１０の断面の模式図を示す。超音波トランスデューサユニット１１０は、多角形の板状であり、一方の平面（凹部を構成する表面側）に複数の超音波トランスデューサ１０３を備えている。ここで、凹部は光音響波の受音部を構成する。

もう一方の平面（裏面）側は、中央部分からサブケーブル１１３が外部に引き出されている。また、裏面の周辺部には、部品が配置されていない。裏面の周辺部は、対応するフレーム１２０の表面と対応した形状となっており、組み合わせるとお互いの面同士が接触して隙間ができない構造となっている。

また、フレーム１２０は、超音波トランスデューサユニット１１０を配置する領域の中央部には、開口部１２１を有している。超音波トランスデューサユニット１１０のサブケーブル１１３は、この開口部１２１を通り、フレーム１２０の外側に引き出されている。フレーム１２０が開口部１２１を備えていることにより、超音波トランスデューサユニット１１０を保持しつつ、超音波トランスデューサユニット１１０からサブケーブル１１３を引き出す機能を両立することができる。

図３（ｂ）で示すように、複数の超音波トランスデューサユニット１１０に接続された複数のサブケーブル１１３は、１本にまとめられており、光音響用プローブ１００のケーブル１０４として、プローブの外部と接続されている。

図４、５は、本実施形態に係る光音響用プローブが有する多面体の構成を説明する模式図である。まず、図４（ａ）、（ｂ）は、８個の同じ大きさの正三角形１１４の外形を有した超音波トランスデューサユニット１１０を用いて、凹部を形成している。凹部の最も深い箇所は、凹部の深さに対して垂直になるように、正三角形の一辺が配置されている。図４（ａ）は、トランスデューサ配置部１０１が有する面の模式図である。図４（ｂ）は、トランスデューサ配置部１０１の配置面を被検体側から見た平面の模式図である。なお、図４（ｂ）中での点線は、プローブ１００の外形を示している。

この形状は、正二十面体を半分に分けた際の立体の表面と同じものとなる。本実施形態によると、被検体で発生した光音響波を、八面体上に配置した超音波トランスデューサ１０３で受信するので、半球状（曲面）に超音波トランスデューサ１０３を配置した構成により近い情報を取得することができる。

また、３種類の超音波トランスデューサユニット１１０により八面体を構成することができるので、少ない種類の超音波トランスデューサユニット１１０で、多くの平面を有した多面体を効率よく形成できる組み合わせである。本実施形態の別の形態を、図４（ｃ）を用いて説明する。この形態は、６０度と３０度の角度を有した線対称の直角三角形１１６Ａ、１１６Ｂにより構成されていることが特徴である。

図４（ｃ）で示すように、線対称の直角三角形１１６Ａと１１６Ｂを横に並べることで、正三角形を実現できる。そのため、図４（ａ）、（ｂ）で説明した多面体は、図４（ｃ）で示した２種類の直角三角形１１６Ａと１１６Ｂを、それぞれ８個用いることで実現することができる。

このように、左右対称の直角三角形１１６Ａと１１６Ｂの超音波トランスデューサユニット１１０のみで、図４（ａ）、（ｂ）の八面体を構成できる。そのため、超音波トランスデューサユニット１１０の作製を共通化することができ、作製効率のよい光音響用プローブを提供することができる。

また、同じ形状の超音波トランスデューサユニット１１０を用いるので、素子に不良が発生した場合でも、超音波トランスデューサユニット１１０の交換の負荷が少なくて済む。

また、本実施形態では、取得する光音響波の情報がより必要であれば、図４（ｄ）で示すように、８個の同じ大きさの正三角形と、その正三角形を半分にした直角三角形４つの計１２個ので多面体を構成する形態を用いることができる。

これにより、十二面体を構成することができるので、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得することができる。

図５を用いて、本実施形態の別の形態を説明する。この形態は、図５（ａ）、（ｂ）で示すように、２８個の二等辺三角形１１５を用いて、凹部を形成することを特徴である。

この形態の超音波トランスデューサユニット１１０の外形は二等辺三角形１１５であり、６：６：（９−√５）の辺の比率になっており、頂角は６８．６２°、２つの底角は５５．６９°である。

凹部の最も深いは、凹部の深さに対して垂直になるように、二等辺三角形の底辺が配置されている。この形状は、五方二十面体を半分に分けた際の立体の表面と同じものとなる。

本実施形態によると、被検体で発生した光音響波を、二十八面体上に配置した超音波トランスデューサ１０３で受信するので、半球状に超音波トランスデューサ１０３を配置した構成に極めて近い情報を取得することができる。

また、１種類の超音波トランスデューサユニット１１０により二十八面体を構成することができるので、少ない種類の超音波トランスデューサユニット１１０で、多くの平面を有した多面体を非常に効率よく形成できる組み合わせである。

本実施形態では、単一の超音波トランスデューサユニット１１０を用いて、複数の超音波トランスデューサ１０３を半球表面上に極めて近い状態で配置することができる。そのため、被検体からの光音響波の情報を詳細に取得することができる簡易な構成の光音響用プローブを提供することができる。

また、取得する光音響波の情報がより必要であれば、図５（ｃ）で示すように、２８個の同じ大きさの二等辺三角形と、その二等辺三角形を半分にした直角三角形１１７Ａ及び１１７Ｂの４つの計３２個で多面体を構成する形態を用いることができる。これにより、三十二面体を構成することができるので、被検体で発生した光音響波を更に様々な方向から取得することができる。

尚、本発明は、図４、５で示す多面体に限らず、多面体で凹部を形成したものであれば、得ようとする特性を考慮して種々のものを採用することができる。

本実施形態では、平面上に超音波トランスデューサ１０３を配置しており、平面を有する超音波トランスデューサユニット１１０毎にグループ選択手段を有している。そのため、超音波トランスデューサユニット１１０からの配線の引き出し本数を最小限にすることができ、ケーブルの屈曲性が良く、作業性の良い光音響波用プローブを提供することができる。

また、複数の超音波トランスデューサユニット１１０を組み合わせて、半球状に超音波トランスデューサ１０３を配置したプローブとほぼ同等の情報を取得することができる。そのため、半球状に配置したトランスデューサについてエレメントの選択を行う構成に比べて、グループ選択手段までの配線や、回路手段の配置が容易となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、超音波トランスデューサ１０３に関する説明を行う。それ以外の構成は、第２の実施形態等と同様である。本実施形態の超音波トランスデューサには、静電容量型超音波トランスデューサ（以下、ＣＭＵＴという）１０７を用いていることが特徴である。ＣＭＵＴ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、例えばシリコンのチップ上に作製される。

まず、ＣＭＵＴ１０７について、説明する。ＣＭＵＴ１０７は、複数のセルで構成されている。図６（ａ）は、ＣＭＵＴ１０７に含まれる１つのセルの模式図である。図６において、１９０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は空隙、３０１は第１の配線、３０２は第２の配線、４０１は直流電圧発生手段（直流電圧印加手段）、４０２は受信回路である。

振動膜２０１は、支持部２０４によりチップ１９０上に支持されており、超音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、チップ１９０上の第１の電極２０２に対向する位置には第２の電極２０３が配置されている。振動膜２０１と空隙２０５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２００と呼ぶ。即ち、間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持されたセルを構成している。

第１の電極２０２は、第１の配線３０１を介してチップ１９０外部に引き出され、直流電圧発生手段４０１に接続され、第２の電極２０３には、第２の配線３０２を介してチップ１９０外部に引き出され、受信回路４０２に接続されている。即ち、一対の電極の内、一方の電極を直流電圧発生手段４０１に、他方の電極を受信回路４０２にそれぞれ接続してある。

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している。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２０２と第２の電極２０３間の距離が変化して、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出力される。ここでの説明では、第１の電極２０２は振動膜２０１上に、第２の電極２０３はチップ１９０上に配置される構成としていたが、振動膜２０１上に第２の電極２０３を配置し、チップ１９０上に第１の電極２０２を配置する構成とすることも可能である。

図６（ｂ）は、チップ１９０をＣＭＵＴ１０７を形成した面から見た模式図である。図６（ｂ）には、第２の電極２０３と、セル２００の外形のみを記載している。チップ１９０上には、複数のＣＭＵＴ１０７が配置されている。第２の電極２０３が同じ受信回路４０２に接続されている複数のセル２００のグループが、独立した受音素子として機能する（この受音素子の単位をエレメントと呼ぶ）。

尚、２０８は複数のセル２００で構成されるエレメント内の複数の第２の電極２０３を共通に接続して信号を取り出すための配線である。

受音素子の大きさは、数百マイクロメータから数ミリメータで、受音素子内のセル２００の数は、百から数千素子である。

図６（ｃ）は、図６（ａ）の受信回路４０２の回路図である。図６（ｃ）において、４１１はオペアンプ、４１２は帰還抵抗、４１３は帰還容量、４１４はオフセット除去用抵抗、４１５はオフセット除去用容量である。

図７は、本実施形態に係る超音波トランスデューサユニット１１０の模式図である。図７において、１０７はＣＭＵＴ、２２０はインターポーザ、２３０はコネクタ、２５０は枠である。

図７（ａ）に示すように、複数のＣＭＵＴ１０７が配置されたチップ１９０は、インターポーザ２２０により保持されている。チップ１９０は複数のＣＭＵＴ１０７で共通である。チップ１９０上の配線と、インターポーザ２２０上の配線間は、ボンディングワイヤー２１１により電気的に接続されている。チップ１９０を保持しているインターポーザ２２０の表面と裏面には、パターニングを有した薄膜の電極層を備えており、また表面と裏面間を電気的に接続することができるビア（不図示）を有している。そのため、チップ１９０上の電極２０２、２０３に接続した配線を、インターポーザ２２０の裏面の配線と電気的に接続することができる。

インターポーザ２２０の裏面には、ＣＭＵＴ１０７での信号を受信するための受信回路４０２と、サブケーブル１１３と接続するためのコネクタ２３０を備えている。チップ１９０上の第２電極２０３は、インターポーザ２２０を介して受信回路４０２と接続され、受信回路４０２の出力はコネクタ２３０とサブケーブル１１３を介して外部と接続される。一方、チップ１９０上の第１電極２０２は、インターポーザ２２０を介して直流電圧発生手段４０１と接続される。

インターポーザ２２０は、ガラスエポキシを積層した部材により構成することがより望ましい。この構成では、回路基板の作製方法を用いることで、インターポーザ２２０表面や内部に配線や、インターポーザ２２０内にビアを容易に形成することができる。そのため、より複雑な配線をインターポーザ２２０内で構成することができるので、配線部の寄生容量をより小さくする配線のレイアウトを行うことができる。よって、受信特性が優れた超音波トランスデューサを提供することができる。

また、ガラスエポキシを用いたインターポーザ２２０は、インターポーザ上に受信回路４０２をハンダにより直接接続することができる。そのため、受信回路４０２との電気的信頼性が高く、受信回路４０２を簡便な方法で配置することができる。

また、ガラスエポキシを積層した部材は、特定の周波数の超音波を減衰できる。そのため、超音波トランスデューサユニット１１０に到達した光音響波（超音波）が、インターポーザ内に入り込み、インターポーザ２２０裏面で反射して、受信信号にノイズとして重畳するのを抑制することができる。

また、インターポーザ２２０は、枠２５０により保持されている。枠２５０はインターポーザ２２０の形状に合った凹部を有しており、枠２５０が有する凹部にインターポーザ２２０を落とし込んで保持している。枠２５０は、インターポーザ２２０の裏面に受信回路４０２とコネクタ２３０、サブケーブル１１３を配置する部分には、開口部を有している。枠２５０の周辺部は、フレーム１２０と隙間なく組み合わせることができる形状となっている。枠２５０は、必要な形状に加工でき、必要な強度を得られる材料であれば、金属や樹脂などを用いて構成することができる。

本実施形態で用いるＣＭＵＴ１０７は、現在広く用いられているピエゾ型の超音波トランスデューサに比べて、超音波受信時の応答性が良く、周波数の帯域が広いという特徴がある。しかし、ＣＭＵＴ１０７は電流出力型の素子であるため、配線に寄生する容量により受信特性が劣化しやすい側面も有している。

本実施形態では、ＣＭＵＴ１０７を備えたチップ１９０を保持したインターポーザ２２０の裏面に、受信回路４０２を備えている。そのため、第２の電極２０３から受信回路４０２までの配線長を短くすることができ、配線に寄生する容量を小さくすることができる。よって、本実施形態を用いると、受信周波数の帯域が広く、且つ受信特性が優れた超音波トランスデューサを提供することができる。また、本実施形態では、枠２５０とインターポーザ２２０に分けており、それぞれ機械特性と電気特性に最適な仕様としていることが特徴でもある。

超音波トランスデューサユニット１１０は枠２５０により必要な強度を実現しているため、インターポーザ２２０は電気的に最適な厚さにすることができる。枠２５０とインターポーザ２２０による２つの部品から構成されることにより、超音波トランスデューサユニット１１０に必要な機械強度を保った上で、配線の寄生容量が少なく、更に受信特性が優れたＣＭＵＴ１０７を提供することができる。

また、本実施形態では、チップ１９０の平面上に形成するＣＭＵＴを用いているため、インターポーザ２２０と枠２５０とを組み合わすだけで、平板状の超音波トランスデューサユニット１１０を簡単な構成で実現することができる。

本実施形態では、広帯域で、優れた受信特性を有しており、配線とプローブの構成が簡易な光音響用プローブを提供することができる。本実施形態の別の形態を、図７を用いて説明する。

図７（ａ）では、インターポーザ２２０を保持した枠２５０をフレーム１２０に固定しているが、図７（ｂ）の別の形態では枠２５０を用いず、インターポーザ２２０を直接フレーム１２０に固定している。インターポーザ２２０の反りなどが問題にならないように、インターポーザ２２０は枠２５０がある構成に比べて、より厚いものを用いることが望ましい。この別の形態では、枠２５０を用いないため、構成部品の点数を減らすことができ、プローブを小型化、軽量化を行うことができる。

ここで、図６（ｃ）を用いて、本実施形態の受信回路４０２の回路を説明する。本実施形態では、受信回路４０２に、オペアンプ４１１を用いたトランスインピーダンス回路構成を用いている。

オペアンプ４１１の負帰還部に帰還抵抗４１２と帰還容量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される。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、入力の配線にある寄生容量の影響を小さくすることができる。そのため、セル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。

本実施形態によると、受信回路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、受信回路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、グループ選択手段が有する寄生容量の影響を受けにくく、受信特性の劣化が少ない光音響用プローブを提供することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、グループ選択手段に関する説明を行う。それ以外の構成は、第３の実施形態等と同様である。図８（ａ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ選択手段１３０を説明するための模式図である。本実施形態では、グループ選択手段１３０が、スイッチ１３１であり、ＣＭＵＴ１０７の第２の電極２０３と受信回路４０２の間に配置されていることが特徴である。

１つの受信回路４０２には、第１から第４のグループに属するＣＭＵＴ１０７が１つずつ、グループ選択手段１３０を介して接続されている。同じ受信回路に接続されている４つのＣＭＵＴ１０７を、１つのエレメントグループと呼ぶ。グループ選択手段１３０は、具体的には２つの端子間の接続をオン、オフするスイッチであり、受信回路４０２に接続するＣＭＵＴ１０７を、４グループのＣＭＵＴ１０７から１つを選択する機能を有している。

グループ選択手段１３０には、光源１０６の発光タイミングに合わせて、エレメント選択信号生成手段１４０により生成されたエレメント選択信号１５１が入力されている。エレメント選択信号１５１により、順に第１のグループＧ１、第２のグループＧ２、第３のグループＧ３、第４のグループＧ４、第１のグループＧ１が繰り返し選択される。

本発明の受信回路４０２は、オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路である。オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路は、入力端子についた寄生容量により電流電圧変換効率の低下が起こりにくい特徴を有している。そのため、ＣＭＵＴ１０７の第２の電極２０３と受信回路４０２の間に配置したスイッチ１３１が有する寄生容量により、光音響波の受信特性が劣化しにくい。

本実施形態によると、エレメントグループ毎に受信回路４０２を備えるだけでいいため、少ない受信回路４０２の数で、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できる光音響用プローブを提供することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、同じくグループ選択手段に関する説明を行う。それ以外の構成は、第３の実施形態等と同様である。図８（ｂ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ選択手段１３０を説明するための模式図である。本実施形態は、グループ選択手段１３０が、ＣＭＵＴ１０７の第１の電極２０２と直流電圧発生手段４０１の間に配置されていることが特徴的である。

本実施形態のグループ選択手段１３０は、具体的には高耐圧スイッチ１３２であり、この高耐圧スイッチ１３２をオン、オフすることで、ＣＭＵＴ１０７の第１の電極２０２に印加する直流高電圧をオン、オフすることができる。

ＣＭＵＴ１０７は、第１の電極２０２と第２の電極２０３間の電位差がある場合に、光音響波（超音波）の受信動作を行う。一方、第１の電極２０２と第２の電極２０３間の電位差がない場合には、光音響波（超音波）の受信信号が出力されない。

本実施形態では、エレメント選択信号１５１により、選択されたグループに属するＣＭＵＴ１０７に接続されている高耐圧スイッチ１３２は、オンの状態になっている。そのため、選択されたグループに属するＣＭＵＴ１０７の電極間には電位差が発生しており、選択されたグループに属するＣＭＵＴ１０７は光音響波（超音波）を受けて、検出信号を出力する。

一方、選択されていないグループに属するＣＭＵＴ１０７に接続されている高耐圧スイッチ１３２は、オフの状態になっている。そのため、選択されていないグループに属するＣＭＵＴ１０７の電極間には電位差が発生しておらず、選択されていないグループに属するＣＭＵＴ１０７は光音響波（超音波）を受けて、検出信号を出力しない状態になっている。

本実施形態によると、第４の実施形態のように第２の電極と受信回路４０２間にスイッチを配置する必要がないため、スイッチが有する寄生容量により受信回路４０２の出力ノイズが増加することがない。そのため、光音響波の受信特性が劣化することなく、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できる光音響用プローブを提供することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、同じくグループ選択手段に関する説明を行う。それ以外の構成は、第３の実施形態等と同様である。図９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ選択手段１３０を説明するための模式図である。

本実施形態は、図９（ａ）で示すように、グループ選択手段１３０が、ＣＭＵＴ１０７の第２の電極２０３と受信回路４０２の間に配置されており、第２の電極２０３に第２の直流電圧印加手段４０３によって、直流電位を印加できることが特徴的である。

図９（ｂ）に、本実施形態のグループ選択手段１３０の回路を説明するための模式図を示す。図９（ｂ）において、１３３は高耐圧スイッチ、Ｒは高耐圧抵抗、Ｃは高耐圧コンデンサ、Ｄはダイオードである。ＣＭＵＴ１０７の第２の電極２０３と、受信回路４０２の入力端子間には、高耐圧コンデンサＣが配置されている。第２の電極２０３と、直流電圧発生手段４０１間には、高耐圧抵抗Ｒと高耐圧スイッチ１３３が直列に配置されている。一方、第２の電極２０３と受信回路４０２の入力端子との間には、高耐圧コンデンサＣが配置されている。この高耐圧コンデンサＣの容量値は、ＣＭＵＴ１０７の容量値より十分大きな値となっている。

エレメント選択信号１５１により、選択されたグループに属するＣＭＵＴ１０７に接続されている高耐圧スイッチ１３３は、オフの状態になっている。そのため、第２の電極２０３には、受信回路４０２が有する基準電位Ｖｒｅｆが印加されており、第１の電極２０２と第２の電極２０３間には、電位差が発生している。

振動膜２０１が光音響波（超音波）を受けることで、ＣＭＵＴ１０７で発生した交流の微小電流は、高耐圧コンデンサＣの容量値は十分大きいため、受信回路４０２の入力端子に入力される。その電流は、受信回路４０２で電流電圧変換され、出力される。

一方、選択されていないグループに属するＣＭＵＴ１０７に接続されている高耐圧スイッチ１３３は、オンの状態になっている。そのため、直流電圧発生手段４０１で発生した電位は、第２の電極２０３に印加される。

この時、第１の電極２０２と第２の電極２０３間には、電位差が無い状態となっており、ＣＭＵＴ１０７が受信しない状態になっている。

第２の電極２０３と受信回路４０２の入力端子間には、高耐圧コンデンサＣが配置されているので、受信回路４０２の入力端子には高電圧が印加されていない。

高耐圧抵抗ＲとダイオードＤがあることにより、高耐圧スイッチ１３３がオフからオン状態に変化した時のサージ電圧が、受信回路４０２の入力端子に印加されて受信回路４０２が破損することを防ぐことができる。

本実施形態によると、ＣＭＵＴ１０７からの第２の電極２０３のみを用いるだけで、エレメントを選択することができるため、ＣＭＵＴ１０７から独立して引き出す配線の数を増やす必要がない。

また、受信動作時に受信回路４０２の入力端子に付加される寄生容量は、高耐圧スイッチ１３３の片側のみで済むため、スイッチの寄生容量による受信回路４０２の出力ノイズの増加を最小限に抑えることができる。そのため、トランスデューサからの配線数を増やすことなく、且つ光音響波の受信特性の劣化が少なく、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できる光音響用プローブを提供することができる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、同じくグループ選択手段に関する説明を行う。それ以外の構成は、第３の実施形態等と同様である。図１０（ａ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ選択手段１３０を説明するための模式図である。本実施形態は、ＣＭＵＴ１０７毎に受信回路４０２を備えており、グループ選択手段１３０は、外部取り出し配線に接続する受信回路４０２からの出力を選択する機能を有することが特徴である。

第１のグループＧ１、第２のグループＧ２、第３のグループＧ３、第４のグループＧ４のＣＭＵＴ１０７には、それぞれ受信回路４０２を備えている。受信回路４０２とケーブル１０４の間に、グループ選択手段１３０が配置されている。本実施形態のグループ選択手段１３０は、具体的には、それぞれのグループに接続された受信回路４０２の出力端子と、ケーブル１０４に接続するスイッチ１３４である。

本実施形態によると、トランスデューサからの配線数を増やす必要がない。また第２の電極２０３と受信回路４０２の入力端子間に構成を追加しないため光音響波の受信特性への影響がなく、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できる光音響用プローブを提供することができる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態では、同じくグループ選択手段に関する説明を行う。それ以外の構成は、第７の実施形態等と同様である。図１０（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ選択手段１３０を説明するための模式図である。本実施形態では、光音響波の信号を検出に用いているＣＭＵＴ１０７に接続されていない受信回路４０２は、受信回路４０２が有するオペアンプの動作を停止していることが特徴である。

そのため、本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、受信回路動作制御手段１３５を備えている。受信回路動作制御手段１３５には、エレメント選択信号生成手段１４０で生成したエレメント選択信号１５１が入力される。

受信回路動作制御手段１３５では、エレメント選択信号１５１に含まれる選択しているグループの情報を元に、検出信号の生成に使用されていない受信回路４０２を判定して、対象となる受信回路４０２の動作を停止する。

具体的には、受信回路４０２への電源供給を停止することや、受信回路４０２内のバイアス電流の生成を停止する。

これにより、検出信号の生成に使用されていない受信回路４０２での消費電力を低減させることができる。そのため、ＣＭＵＴ１０７の数が増えても、受信回路４０２での発熱の増加量を少なくすることができる。

尚、受信回路４０２の動作停止は、選択されていないグループに接続されている受信回路４０２の停止だけでなく、被検体からの光音響波（超音波）がＣＭＵＴ１０７に入力されない期間には、すべての受信回路４０２の動作を停止することがより望ましい。

具体的には、光源１０６が発光してから、被検体の最もプローブから遠い部位からの光音響波（超音波）がトランスデューサに到着するまでの期間以外は、受信回路４０２の動作を停止することが望ましい。これにより、受信回路４０２での消費電力（発熱）をより低減させることができる。

本実施形態によると、トランスデューサからの配線数を増やす必要がなく、光音響波の受信特性への影響がなく、また消費電力の増加が最小限にでき、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できる光音響用プローブを提供することができる。

本実施形態の別の形態を、図１０（ｃ）を用いて説明する。図１０（ｃ）では、それぞれのグループに接続された受信回路４０２とケーブル１０４の間に、交流信号の加算回路１３６が配置されており、受信回路動作制御手段１３５が、グループ選択手段１３０の機能を有していることが特徴である。

動作を停止した受信回路４０２は、ＣＭＵＴ１０７からの信号を検出しないので、そのグループは選択されていないことと同じ状態になる。それぞれのグループからの検出信号は、交流信号の加算回路１３６において、光音響波が有する周波数の交流成分のみ合算されて、出力信号としてケーブル１０４に出力される。そのため、加算回路１３６があることで、受信回路４０２の動作を選択して停止することで、グループを選択する機能を持たすことができる。この別の形態によると、スイッチ１３４を備える必要がないため、より簡単な構成で、トランスデューサからの配線数を増やす必要がない。

（第９の実施形態）
第９の実施形態では、選択するグループに関する説明を行う。それ以外の構成は、第１から第８の実施形態と同様である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ分けを説明するための模式図である。本実施形態では、ＣＭＵＴ１０７のエレメント単位でなく、エレメントを半分ずらして選択を行い、検出信号を出力することができる機能を有することが特徴である。

本実施形態では、１つのグループを選択した際に、更に４つのエレメント位置を選択することができる。具体的には、図１１（ａ）に示す第１のエレメント位置ａ、図１１（ｂ）に示す第２のエレメント位置ｂ、図１１（ｃ）に示す第３のエレメント位置ｃ、図１１（ｄ）に示す第４のエレメント位置ｄを順に選択できる。ここでは、グループ選択手段で選択するグループが、一部の領域で別のグループの領域と重複していると捉えることもできる。
本実施形態によると、エレメントの数を増やすことなく、複数のエレメント中間の位置での光音響波を検出することができ、被検体からの情報をより詳細に取得することができる光音響用プローブを提供することができる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、グループ選択手段に関する説明を行う。それ以外の構成は、第９の実施形態等と同様である。図１２（ａ）、（ｂ）、図１３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ分けを説明するための模式図である。本実施形態では、エレメントを更に４分割したサブエレメント（以下、サブと省略して用いる）を用いて構成している。そして、隣り合うサブ同士を接続するためのスイッチ２３５と、各グループ毎に１つずつ受信回路４０２を備えていると共に、４つの受信回路４０２からの出力を加算する加算回路１３７を有している。ここで、グループ選択手段で選択するグループを、グループ内を等分に分割したサブの集合体で構成することも可能である。

また、四角形の第１のサブの領域と、第１のサブの辺と上下に隣接する第２のサブの領域と、第１のサブの辺と左右に隣接する第３のサブの領域と、第１のサの角と隣接する第４のサブの領域と、を用いてＣＭＵＴを構成することも可能である。

図１２（ａ）は、図１１（ａ）における、第１のグループＧ１の第１のエレメント位置ａが選択されている状態を表している。本実施形態では、エレメントを更に４つのサブに分割しており、隣り合うサブ同士を接続するためのスイッチ２３５を備えているため、選択したい領域にあるサブ同士を接続することができる。

１つのエレメントを４分割したサブの４つのうち１つには、それぞれ受信回路４０２が接続されている。

図１２（ａ）では、４分割した左上のサブエレメントを受信回路４０２に接続されている構成を表している。本実施形態では、受信回路４０２を接続したサブ間の距離がほぼ等間隔になっていることが特徴である。４つのグループの受信回路４０２からの検出信号は、加算回路１３７で信号が加算され、ケーブル１０４に出力される。

同様に、図１２（ｂ）は、図１１（ｂ）における第２のエレメント位置ｂが選択されている状態を表している。図１３（ａ）は、図１１（ｃ）における第３のエレメント位置ｃが選択されている状態を表している。図１３（ｂ）は、図１１（ｄ）における第４のエレメント位置ｄが選択されている状態を表している。

第１のグループＧ１だけでなく、第２のグループＧ２や、第３のグループＧ３、第４のグループＧ４と、それぞれについての４種類のエレメント位置も同様に選択することができる。

本実施形態によると、エレメントの数を増やすことなく、複数のエレメント中間の位置での光音響波を検出する機能を簡易な回路構成で提供することができる光音響用プローブを提供することができる。

（第１１の実施形態）
第１１の実施形態では、同じくグループ選択手段に関する説明を行う。それ以外は、第３から第９の実施形態等と同様である。図１４（ａ）〜（ｄ）、図１５（ａ）、（ｂ）、図１６（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ分けを説明するための模式図である。

本実施形態では、複数のサブにより構成された第１のサブの領域Ｒ１と、第２のサブの領域Ｒ２、第３のサブの領域Ｒ３、第４のサブの領域Ｒ４に分かれている。そして、第１のサブの領域からの検出信号に、第１のサブの領域Ｒ１と隣接するそれぞれの領域からの検出信号を選択して加算する加算回路１３７、加算回路１３９と、配線選択手段１３８を有していることが特徴である。

第１の領域Ｒ１は、３×３のサブから構成されており、どのサブから検出信号を出力させるかを選択することができる。この選択は、第４から第８の実施形態で記載のグループ選択手段１３０を用いて適宜行うことができる。第１の領域Ｒ１は、２次元上に周期的に間隔を空けて配置されており、第１のサブの領域Ｒ１の配置されていない領域は、格子状になっている。

この格子状の領域の格子が交わる領域を、第４のサブの領域Ｒ４と呼び、複数の第４の領域Ｒ４間の横長になっている領域を第２の領域Ｒ２、縦長になっている領域を第３の領域Ｒ３と呼ぶ。具体的には、第４の領域Ｒ４は１つのサブ、第２の領域Ｒ２は３×１のサブ、第３の領域Ｒ３は１×３のサブから構成されている。第２の領域Ｒ２と、第３の領域Ｒ３は、どのサブから検出信号を出力させるかを選択することができる。

加算回路１３７により、第１のサブの領域Ｒ１に隣接する２つの第２のサブ領域Ｒ２からの出力信号と、隣接する２つの第３のサブ領域Ｒ３からの出力信号を選択して加算することができる。また、配線選択手段１３８により、第１のサブの領域Ｒ１に隣接する４つの第４のサブ領域Ｒ４からの出力信号を選択して出力することができる。これらの加算された２つの信号は、加算回路１３９により、第１のサブの領域Ｒ１の検出信号に加算され、ケーブル１０４（１１３）に出力信号として出力される。

図１４（ａ）は、第１のサブの領域Ｒ１の左上の２×２の領域が選択されている状態を表している。

この時、図１５（ａ）で示すように、加算回路１３７では、加算する信号が入力されず、信号の加算は行われない。また、配線選択手段１３８では、信号は選択されず、加算回路１３９へ信号出力は行われない。そのため、加算回路１３９を通過した信号は、第１のサブの領域Ｒ１で選択した左上の２×２の領域で検出された信号のみであり、そのままケーブル１０４（サブケーブル１１３）を介して出力される。

図１４（ｂ）は、第１のサブの領域Ｒ１の左下の１×２と、隣接する左隣の第３のサブ領域Ｒ３の下側１×２が選択されている状態を表している。この時、図１５（ｂ）で示すように、加算回路１３７では、第１のサブの領域Ｒ１の左隣の第３のサブ領域Ｒ３からの信号が選択され、そのまま出力される。

一方、配線選択手段１３８では、信号は選択されず、加算回路１３９へ信号出力は行われない。そのため、加算回路１３９において、第１のサブの領域Ｒ１で選択した左下の１×２の領域で検出された信号に、隣接する左隣の第３のサブ領域Ｒ３の下側１×２で検出された信号が加算され、ケーブル１０４（１１３）を介して出力される。

図１４（ｃ）は、第１のサブの領域Ｒ１の左上の１×１と、隣接する上隣りの第２のサブ領域Ｒ２の左端の１つの領域と、隣接する左隣の第３のサブ領域Ｒ３の上端の１の領域と、隣接する左上の第４のサブ領域Ｒ４が選択されている状態を表している。

この時、図１５（ｃ）で示すように、加算回路１３７では、第１のサブの領域Ｒ１の上隣の第２のサブ領域Ｒ２からの信号と、左隣の第３のサブ領域Ｒ３からの信号が選択され、加算されて出力される。

一方、配線選択手段１３８では、第１のサブの領域Ｒ１の左上の第４のサブ領域Ｒ４からの出力信号が選択される。

そのため、加算回路１３９において、下記の４つの信号が加算され、ケーブル１０４（サブケーブル１１３）を介して出力される。すなわち、第１のサブの領域Ｒ１で選択した左上の１×１の領域で検出された信号、隣接する上隣の第２のサブ領域Ｒ２の左端で検出された信号、隣接する左隣の第３のサブ領域Ｒ３の上端で検出された信号、左上の第４のサブ領域Ｒ４からの出力信号である。

図１４（ｄ）は、第１のサブの領域Ｒ１の右下の１×１と、隣接する下隣りの第２のサブ領域Ｒ２の右端の１つの領域と、隣接する右隣の第３のサブ領域Ｒ３の下端の１の領域と、隣接する右下の第４のサブ領域Ｒ４が選択されている状態を表している。

この時、図１５（ｄ）で示すように、加算回路１３７では、第１のサブの領域Ｒ１の下隣の第２のサブ領域Ｒ２からの信号と、右隣の第３のサブ領域Ｒ３からの信号が選択され、加算されて出力される。一方、配線選択手段１３８では、第１のサブの領域Ｒ１の右下の第４のサブ領域Ｒ４からの出力信号が選択される。

そのため、加算回路１３９において、下記の４つの信号が加算され、ケーブル１０４（サブケーブル１１３）を介して出力される。すなわち、第１のサブの領域Ｒ１で選択した右下の１×１の領域で検出された信号、隣接する下隣の第２のサブ領域Ｒ２の右端で検出された信号、隣接する右隣の第３のサブ領域Ｒ３の下端で検出された信号、右下の第４のサブ領域Ｒ４からの出力信号である。

以上のように、本実施形態の第１のサブの領域Ｒ１を中心として、周辺の第２から第４のサブの信号を選択して加算する簡易な構成により、任意の領域を選択して、光音響波を検出することができる。

（第１２の実施形態）
第１２の実施形態では、同じくグループ選択手段に関する説明を行う。それ以外の構成は、第１から第１１の実施形態と同様である。図１７、図１８（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る光音響用プローブのグループ分けを説明するための模式図である。本実施形態では、図１７で示すように、超音波トランスデューサ１０３（ＣＭＵＴ１０７）の受音面と被検体の間に、グループ選択手段１３０が配置されていることが特徴である。

本実施形態のグループ選択手段１３０は、音響波を透過させるか、透過させないかを選択できる音響波透過選択手段１６０を、超音波トランスデューサの受音素子単位（エレメント）毎に配置している。一方、超音波トランスデューサ１０３（ＣＭＵＴ１０７）の出力は、検出信号を合算して、ケーブル１０４（サブケーブル１１３）に出力する構成になっている。

図１８（ａ）、（ｂ）で示すように、音響波透過選択手段１６０は、エレメント選択信号１５１を元に、音響波１５３を透過させるか、透過させないかを選択する。選択したグループのエレメント表面には、音響波透過選択手段１６０を透過１５５し、音響波（超音波）が到達する。一方、選択していないエレメントでは、音響波透過選択手段１６０で反射１５４するため、エレメント表面には音響波（超音波）が到達しない。これにより、選択したグループのエレメント位置に到達した音響波（超音波）のみを検出、出力することができる。

図１８（ａ）、（ｂ）を用いて、音響波透過選択手段１６０の具体的な構成を説明する。音響波透過選択手段１６０は、超音波を透過する支持部材１６３上に、柱１６２により、可動膜１６１が配置されており、支持部材１６３と可動膜１６１の間には、空隙１６４を有している。可動膜１６１は、超音波の透過特性が高く、且つ超音波により振動しない構成となっている。

エレメントの選択信号１５１が入力されると、支持部材１６３と可動膜１６１を密着させる力が発生して、空隙１６４の領域がほとんど無くなる。この支持部材１６３と可動膜１６１を密着させる手段としては、静電気力や電磁力を使ったもの、圧電素子などを用いる手法が挙げられる。

エレメントが選択されていない時は、図１９（ａ）で示すように、支持部材１６３と可動膜１６１には空隙１６４が有る状態になっている。

超音波は、空隙１６４との界面での音響インピーダンスの差により、反射されてしまい、トランスデューサ側に透過させない状態になっている。一方、エレメントが選択されている時は、図１９（ｂ）で示すように、支持部材１６３と可動膜１６１は大部分の面積が密着しており、空隙１６４がない状態になっている。そのため、超音波１５３は、可動膜１６１と支持部材１６３の内部を進み、トランスデューサ側に透過する状態になっている。
本実施形態によると、簡易な構成で、エレメントに到達する光音響波（超音波）を選択することができる。そのため、電気回路の構成を複雑にすることなく、且つ外部との信号出力のために接続する配線の数を増やすことなく、アーチファクトの発生を低減するための被検体情報を取得できる光音響用プローブを提供することができる。

（第１３の実施形態）
第１３の実施形態では、受信回路に関する説明を行う。それ以外の構成は、第３から第１３の何れの実施形態に示したものと同様である。図１９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る光音響用プローブの受信回路を説明するための模式図である。

本実施形態では、受信回路４０２の代わりに、ＣＭＵＴ１０７が受けた光音響波（超音波）を信号として検出するだけではなく、ＣＭＵＴ１０７から被検体に向けて超音波を照射（送信）する機能を有した駆動受信回路４２１を備えていることが特徴である。

図１９（ａ）、（ｂ）において、４２１は駆動受信回路、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。

図１９（ａ）は、１つのチップ１９０上にＣＭＵＴ１０７を配置した模式図である。１つのチップ上には、ＣＭＵＴ１０７が１素子（エレメント）配置されており、このＣＭＵＴ１０７の第２の電極２０３は、駆動受信回路４２１と接続されている。

駆動受信回路４２１は、装置側から超音波の送信に用いる高電圧パルスをＣＭＵＴ１０７に印加し、このＣＭＵＴ１０７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。

図１９（ｂ）は、駆動受信回路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４３１の入力端子と出力端子には、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、端子間に所定の電圧（１ボルト弱）以下の場合は、端子間の配線接続が切断される。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が切断される。

送信のための高電圧パルスが印加されていない時、高耐圧ダイオード４３９は、端子間にはほとんど電位差がないため、高耐圧ダイオード４３９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。

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４３９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。よって、トランスデューサの第１の電極に、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。

本実施形態によると、光音響波の受信と、超音波の送受信を１つのプローブで行うことができる。そのため、検出したデータを元に光音響イメージング像、超音波イメージング像を形成することができる。

ＣＭＵＴ１０７を兼用しているので、光音響イメージング像、超音波イメージング像の位置ズレをより少ない画像を得ることができる。

（第１４の実施形態）
第１から第１３の実施形態で説明した光音響波用プローブは、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、それを備えた被検体情報取得装置に適用することができる。図２０（ａ）を用いて、本実施形態の被検体情報取得装置の動作を説明する。

まず、発光指示信号７０１に基づいて、光源８０５から光７０２（パルス光）を発生させることにより、測定対象物８００に光７０２を照射する。測定対象物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を光音響用プローブが有する複数のＣＭＵＴ８０２で受信する。受信信号の大きさや形状、時間の情報が光音響波受信信号７０４として画像情報生成装置８０３に送られる。
一方、光源８０５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８０３に記憶される。光音響信号の画像情報生成装置８０３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て、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８０４では、光音響信号による再現画像情報７０５に基づき測定対象物８００を画像として表示する。
本実施形態に係る光音響波用プローブは、高い密度で超音波トランスデューサを配置しても配線数を増やす必要がないため、作業性が良く、アーチファクトの少ない高画質な画像を生成することができる。

（第１５の実施形態）
本実施形態は、第１３の光音響用プローブを、第１４の実施形態の被検体情報取得装置に用いた形態である。図２０（ｂ）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２０（ｂ）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。

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１２の実施形態と同様であるため、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。

超音波の送受信信号７０６内の送信信号を元にして、複数のＣＭＵＴ８０２から、測定対象物８００に向かって超音波が出力（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ＣＭＵＴ８０２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の送受信信号７０６内の受信信号として画像情報生成装置８０３に送られる。

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８０３で記憶される。画像情報生成装置８０３では、超音波の送受信信号７０６内の受信信号と超音波送信情報を基に測定対象物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。画像表示器８０４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つの情報に基づき、測定対象物８００を画像として表示する。

本実施形態に係る光音響用プローブは、作業性が良く、アーチファクトの少ない高画質な光音響波画像を生成することができることに加えて、アーチファクトの少ない高画質な超音波画像を取得することができる。

１００ 光音響用プローブ
１０３ 超音波トランスデューサ
１３０ グループ選択手段

Claims (13)

1. 光源によって光を照射された被検体からの光音響波を受信するように構成された複数の超音波トランスデューサと、前記複数の超音波トランスデューサに接続され、受信した前記光音響波に基づいて検出信号を生成する複数の受信回路とを備えたプローブであって、
   前記複数の超音波トランスデューサは複数のグループに分けられており、前記受信回路は前記グループ毎に設けられ、前記複数のグループのうちの第１のグループに属する第１の超音波トランスデューサは、前記第１のグループとは異なるグループに属する他の超音波トランスデューサによって囲まれており、前記複数のグループのうち、前記光音響波に対応する前記検出信号が出力される前記グループを選択するグループ選択手段をさらに有し、
   前記グループ選択手段は、選択されない前記グループに対応する前記受信回路の動作を停止するための信号を出力することを特徴とするプローブ。
2. 前記グループ選択手段は、前記光源の発光タイミングと同期して前記グループを選択するものであることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 前記超音波トランスデューサの信号は、配線を介して出力されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブ。
4. 前記複数のグループに属するそれぞれの超音波トランスデューサが互いに最も近接する間隔がグループ間毎にほぼ等しい間隔であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプローブ。
5. 同じグループに属する２つの超音波トランスデューサは離間しており、
   同じグループに属する２つの超音波トランスデューサの間には、他のグループに属する超音波トランスデューサが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のプローブ。
6. 前記複数の超音波トランスデューサは、前記プローブの曲面の上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のプローブ。
7. 前記超音波トランスデューサは、間隙を隔てて形成された一対の電極を有する複数のセルを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のプローブ。
8. 前記セルの前記一対の電極の間に電圧を印加するための電圧発生手段を有し、
   前記グループ選択手段は、前記超音波トランスデューサと前記電圧発生手段との間に配置され、かつ選択されない前記グループに属する前記超音波トランスデューサの前記セルの電極間に電位差が発生しないようにすることを特徴とする請求項７に記載のプローブ。
9. 前記グループ選択手段で選択するグループが、一部の領域で別のグループの領域と重複していることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のプローブ。
10. 複数の超音波トランスデューサを備えたプローブであって、
    前記超音波トランスデューサは複数のグループに分けられており、
    前記複数のグループのうちの第１のグループに属する第１の超音波トランスデューサは、前記第１のグループとは異なるグループに属する他の超音波トランスデューサによって囲まれており、
    前記複数の超音波トランスデューサは、光源によって光を照射された被検体からの光音響波を受信するように構成され、前記複数のグループのうち、前記光音響波に対応する信号が出力される前記グループを選択するグループ選択手段を有し、
    前記複数の超音波トランスデューサは、四角形の第１のサブエレメントの領域と、第１のサブエレメントの辺と上下に隣接する第２のサブエレメントの領域と、第１のサブエレメントの辺と左右に隣接する第３のサブエレメントの領域と、第１のサブエレメントの角と隣接する第４のサブエレメントの領域からなり、
    前記グループ選択手段は、前記第１のサブエレメントと、前記第２のサブエレメントと、前記第３のサブエレメントのそれぞれについて、任意のエレメントを選択することができ、
    前記第２のサブエレメントと、前記第３のサブエレメント、前記第４のサブエレメントからの信号を選択して、前記第１のサブエレメントからの信号と加算して配線に出力することができることを特徴とするプローブ。
11. 複数の超音波トランスデューサを備えたプローブであって、
    前記超音波トランスデューサは複数のグループに分けられており、
    前記複数のグループのうちの第１のグループに属する第１の超音波トランスデューサは、前記第１のグループとは異なるグループに属する他の超音波トランスデューサによって囲まれており、
    前記複数の超音波トランスデューサは、光源によって光を照射された被検体からの光音響波を受信するように構成され、前記複数のグループのうち、前記光音響波に対応する信号が出力される前記グループを選択するグループ選択手段を有し、
    前記グループ選択手段は、前記超音波トランスデューサと被検体との間に配置され、光音響波または超音波の透過特性を変化させる手段を有していることを特徴とするプローブ。
12. 前記プローブは、超音波の送信を行い得るものである請求項１１に記載の被検体情報取得装置。
13. 前記グループ選択手段は、前記光源の発光タイミングと同期して前記グループを選択するものであることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載のプローブ。

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