特許 6049209 光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6049209

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20161212BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/00

【請求項の数】18

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-13063(P2014-13063)

(22)【出願日】2014年1月28日

(65)【公開番号】特開2015-139507(P2015-139507A)

(43)【公開日】2015年8月3日

【審査請求日】2016年3月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】入澤 覚

(72)【発明者】

【氏名】橋本 温之

【審査官】 伊藤 幸仙

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／６７４１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１６８５３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−８３１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１１４９１９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００ − ８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、
前記測定光の出射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出する音響波検出部とを備え、
前記光出射部の出射端面が、前記プローブの当接平面よりも前記音響波検出部側に位置し、
前記出射端面における光軸が、前記音響波検出部の検出面の法線方向に対して前記音響波検出部が位置する側の反対側に傾いている光音響計測用プローブ。

【請求項2】

前記出射端面における光軸が、前記測定光の反射および／または屈折により傾いている請求項１に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項3】

前記音響波検出部が、複数の音響波検出素子からなる振動子アレイであり、
前記光出射部が、前記振動子アレイのアレイ方向に沿って前記測定光の伝搬範囲を広げる第１の導光部材を含む請求項１または２に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項4】

前記第１の導光部材中の光軸が前記法線方向と平行である請求項３に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項5】

前記出射端面における光軸が、前記第１の導光部材を出射する際の前記測定光の屈折により傾いている請求項３または４に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項6】

前記光出射部が、前記第１の導光部材から出射した測定光の反射または屈折により前記出射端面における光軸を傾けている光学部材を有する請求項３または４に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項7】

前記光出射部が、該光出射部の前記出射端面を有する第２の導光部材を含み、
前記第２の導光部材が、前記測定光を拡散させる拡散部を有する請求項５または６に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項8】

前記光出射部が、該光出射部の前記出射端面を有する第２の導光部材を含み、
前記第２の導光部材の前記端面が、当該第２の導光部材を出射する際の前記測定光の屈折により前記出射端面における光軸を傾けている請求項３から５いずれか１項に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項9】

前記第２の導光部材が、前記測定光を拡散させる拡散部を有する請求項８に記載の光音響計測用プローブ。

【請求項10】

測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、前記測定光の出射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出する音響波検出部とを有するプローブ、および
前記音響波検出部により検出された前記光音響波に基づいて光音響信号を処理する信号処理部を備え、
前記光出射部の出射端面が、前記プローブの当接平面よりも前記音響波検出部側に位置し、
前記出射端面における光軸が、前記音響波検出部の検出面の法線方向に対して前記音響波検出部が位置する側の反対側に傾いている光音響計測装置。

【請求項11】

前記出射端面における光軸が、前記測定光の反射および／または屈折により傾いている請求項１０に記載の光音響計測装置。

【請求項12】

前記音響波検出部が、複数の音響波検出素子からなる振動子アレイであり、
前記光出射部が、前記振動子アレイのアレイ方向に沿って前記測定光の伝搬範囲を広げる第１の導光部材を含む請求項１０または１１に記載の光音響計測装置。

【請求項13】

前記第１の導光部材中の光軸が前記法線方向と平行である請求項１２に記載の光音響計測装置。

【請求項14】

前記出射端面における光軸が、前記第１の導光部材を出射する際の前記測定光の屈折により傾いている請求項１２または１３に記載の光音響計測装置。

【請求項15】

前記光出射部が、前記第１の導光部材から出射した測定光の反射または屈折により前記出射端面における光軸を傾けている光学部材を有する請求項１２または１３に記載の光音響計測装置。

【請求項16】

前記光出射部が、該光出射部の前記出射端面を有する第２の導光部材を含み、
前記第２の導光部材が、前記測定光を拡散させる拡散部を有する請求項１４または１５に記載の光音響計測装置。

【請求項17】

前記光出射部が、該光出射部の前記出射端面を有する第２の導光部材を含み、
前記第２の導光部材の前記端面が、当該第２の導光部材を出射する際の前記測定光の屈折により前記出射端面における光軸を傾けている請求項１２から１４いずれか１項に記載の光音響計測装置。

【請求項18】

前記第２の導光部材が、前記測定光を拡散させる拡散部を有する請求項１７に記載の光音響計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検体内で発生した光音響信号に基づいて計測を行う光音響計測に使用されるプローブおよびそれを備えた光音響計測装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、光音響効果を利用した非侵襲の計測法が注目されている。この計測法は、所定の波長（例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光の波長帯域）を有するパルス光を被検体に照射し、被検体内の吸収物質がこのパルス光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である超音波(光音響波)を検出して、その吸収物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の吸収物質とは、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。また、このような光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）或いは光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれる。

【0003】

従来このような光音響イメージングにおいて、導光板等の導光部材を用いて振動子アレイの両脇近傍に光を導光するプローブが提案されている（例えば特許文献１または２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１６６００９号公報

【特許文献2】特開２０１２−１７９３５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、本願発明者らは、上記のような導光部材と振動子アレイが並設されたプローブを使用した場合、測定光が入射する被検体の表面部分で生じた光音響波が、被検体表面を伝って他の信号と一緒に振動子アレイにより検出され、アーチファクト（虚像）の発生原因となることを見出した。このようなアーチファクトの存在は、計測対象からの光音響信号を観察する際の妨げになる場合もある。

【0006】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光音響計測において、信号観察の妨げになるようなアーチファクトの発生を抑制することを可能とする光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の光音響計測用プローブは、
測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、
測定光の出射によって被検体内に生じた光音響波を検出する音響波検出部とを備え、
光出射部の出射端面が、プローブの当接平面よりも音響波検出部側に位置し、
上記出射端面における光軸が、音響波検出部の検出面の法線方向に対して音響波検出部が位置する側の反対側に傾いていることを特徴とするものである。

【0008】

本発明において、「当接平面」とは、プローブの先端（つまり、被検体と接触するプローブ表面と音響波検出部の中心軸との交点）を通り音響波検出部の検出面に平行な平面を意味する。

【0009】

そして、本発明の光音響計測用プローブにおいて、上記出射端面における光軸は、測定光の反射および／または屈折により傾いていることが好ましい。

【0010】

また、本発明の光音響計測用プローブにおいて、音響波検出部は、複数の音響波検出素子からなる振動子アレイであり、光出射部は、振動子アレイのアレイ方向に沿って測定光の伝搬範囲を広げる第１の導光部材を含むことが好ましい。

【0011】

光出射部が第１の導光部材を含む場合において、第１の導光部材中の光軸は上記法線方向と平行であることが好ましい。

【0012】

また、上記出射端面における光軸は、第１の導光部材を出射する際の測定光の屈折により傾いている構成を採用することができる。

【0013】

或いは、本発明の光音響計測用プローブにおいて、光出射部は、第１の導光部材から出射した測定光の反射または屈折により上記出射端面における光軸を傾けている光学部材を有してもよい。

【0014】

また、第１の導光部材または上記光学部材によって上記光軸が傾いている場合において、光出射部は、光出射部の上記出射端面を有する第２の導光部材を含み、当該第２の導光部材は、測定光を拡散させる拡散部を有することが好ましい。

【0015】

或いは、本発明の光音響計測用プローブにおいて、光出射部が、光出射部の上記出射端面を有する第２の導光部材を含み、第２の導光部材の上記端面が、当該第２の導光部材を出射する際の測定光の屈折により上記出射端面における光軸を傾けている構成を採用することもできる。この場合、第２の導光部材は、測定光を拡散させる拡散部を有することが好ましい。

【0016】

本発明の光音響計測装置は、
測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、測定光の出射によって被検体内に生じた光音響波を検出する音響波検出部とを有するプローブ、および
音響波検出部により検出された光音響波に基づいて光音響信号を処理する信号処理部を備え、
光出射部の出射端面が、プローブの当接平面よりも音響波検出部側に位置し、
上記出射端面における光軸が、音響波検出部の検出面の法線方向に対して音響波検出部が位置する側の反対側に傾いていることを特徴とするものである。

【0017】

そして、本発明の光音響計測装置において、上記出射端面における光軸は、測定光の反射および／または屈折により傾いていることが好ましい。

【0018】

また、本発明の光音響計測装置において、音響波検出部は、複数の音響波検出素子からなる振動子アレイであり、光出射部は、振動子アレイのアレイ方向に沿って測定光の伝搬範囲を広げる第１の導光部材を含むことが好ましい。

【0019】

光出射部が第１の導光部材を含む場合において、第１の導光部材中の光軸は上記法線方向と平行であることが好ましい。

【0020】

また、上記出射端面における光軸は、第１の導光部材を出射する際の測定光の屈折により傾いている構成を採用することができる。

【0021】

或いは、本発明の光音響計測装置において、光出射部は、第１の導光部材から出射した測定光の反射または屈折により上記出射端面における光軸を傾けている光学部材を有してもよい。

【0022】

また、第１の導光部材または上記光学部材によって上記光軸が傾いている場合において、光出射部は、光出射部の上記出射端面を有する第２の導光部材を含み、当該第２の導光部材は、測定光を拡散させる拡散部を有することが好ましい。

【0023】

或いは、本発明の光音響計測装置において、光出射部が、光出射部の上記出射端面を有する第２の導光部材を含み、第２の導光部材の上記端面が、当該第２の導光部材を出射する際の測定光の屈折により上記出射端面における光軸を傾けている構成を採用することもできる。この場合、第２の導光部材は、測定光を拡散させる拡散部を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0024】

本発明の光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置は、光出射部の出射端面が、プローブの当接平面よりも音響波検出部側に位置し、上記出射端面における光軸が、音響波検出部の検出面の法線方向に対して音響波検出部が位置する側の反対側に傾いているから、音響波検出部の直近の被検体の領域に出射される測定光の光量を抑制することができる。これにより、音響波検出部の直近の被検体の表面部分での光音響波の発生を抑制することができる。この結果、光音響計測において、信号観察の妨げになるようなアーチファクトの発生を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１の実施形態の光音響計測装置の構成を示す概略図である。

【図2】第１の実施形態のプローブの構成を示す概略図である。

【図3】光出射部の出射端面における光軸およびプローブの当接平面の関係を示す概略図である。

【図4】血管から生じた光音響波と、測定光が入射する被検体表面で生じた光音響波とが検出される様子を示す概略図である。

【図5】ａ〜ｄは、被検体表面で生じた光音響波に起因してアーチファクト領域が発生した光音響画像を示す図である。また、ｅおよびｆはそれぞれ、図５のａおよびｄの光音響画像を生成した時の光出射部と振動子アレイの位置関係を示す概略図である。

【図6】光出射部の他の構成例を示す概略図である。

【図7】光出射部の他の構成例を示す概略図である。

【図8】光出射部の他の構成例を示す概略図である。

【図9】光出射部の他の構成例を示す概略図である。

【図10】光軸を傾ける他の方法を示す概略図である。

【図11】第２の実施形態の光音響計測装置の構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。

【0027】

「第１の実施形態」
まず、第１の実施形態の光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置について説明する。図１は本実施形態の光音響計測装置の構成を示す概略図であり、図２はプローブの構成を示す概略図であり、図２のａは正面から見たときの断面図およびｂは側面から見たときの断面図である。

【0028】

本実施形態の光音響計測装置１０は、例えば光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成機能を有する。具体的には図１に示されるように、本実施形態の光音響計測装置１０は、プローブ（探触子）１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示部１４および入力部１５を備えている。

【0029】

＜プローブ＞
プローブ１１は、被検体に向けて超音波を照射したり、被検体Ｍ内を伝搬する音響波Ｕを検出したりするものである。すなわち、プローブ１１は、被検体Ｍに対する超音波の照射（送信）、および被検体Ｍから反射して戻って来た反射超音波（反射音響波）の検出（受信）を行うことができる。さらにプローブ１１は、被検体Ｍ内の吸収体がレーザ光を吸収することにより被検体Ｍ内に発生した光音響波の検出も行うことができる。なお本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。ここで、「超音波」とはプローブにより送信された弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは測定光の照射による光音響効果により被検体Ｍ内に発生した弾性波を意味する。また吸収体としては、例えば血管、金属部材等が挙げられる。

【0030】

本実施形態のプローブ１１は、例えば図１および図２に示されるように、振動子アレイ２０、複数の光ファイバ素線４１ａが束ねられたバンドルファイバ４１、振動子アレイ２０を挟むように配置された２つの光出射部４２およびこれらを包含する筺体１１ａを備える。

【0031】

振動子アレイ２０は、例えば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子（或いは音響波検出素子）から構成される。本実施形態において、振動子アレイ２０または超音波振動子のそれぞれが、本発明の音響波検出部に相当する。超音波振動子は、例えば、圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。超音波振動子は、音響波Ｕを受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有し、超音波振動子で発生した電気信号は後述する受信回路２１に出力される。プローブ１１は、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等の中から撮像部位に応じて選択される。

【0032】

バンドルファイバ４１は、レーザユニット１３からのレーザ光を光出射部４２にまで導く。バンドルファイバ４１は、特に限定されず、石英ファイバ等の公知のものを使用することができる。バンドルファイバ４１は、出射側において光ファイバ素線４１ａごとに分岐し、光出射部４２に接続される。例えばプローブ１１内に光源があり、測定光を光出射部に直接入射できる等の場合には、バンドルファイバ４１は不要である。

【0033】

光出射部４２は、バンドルファイバ４１によって導光されたレーザ光を被検体Ｍに照射する部分である。図１および図２のｂに示されるように、本実施形態では２つの光出射部４２が、振動子アレイ２０を挟んで対向するように、振動子アレイ２０のエレベーション方向（振動子アレイのアレイ方向に垂直で検出面に平行な方向）の両側に配置されている。また、光出射部４２は、図２のｂにおいて、振動子アレイ２０の検出面を含む当接平面から上側（当接平面から見て振動子アレイ側）に離れて配置されている。これにより、光出射部から出射した測定光の伝搬距離を確保することができる。なお、出射端面の一部（例えば出射端面の角）が当接平面に接していても構わない。

【0034】

さらに、光出射部４２の出射端には、光出射部４２の内部の光軸と斜めに交わる出射端面４２ｅが形成されており、測定光は当該出射端面４２ｅを出射する際に屈折する。これにより、上記出射端面における光軸が、振動子アレイ２０（音響波検出部）の検出面の法線方向に対して振動子アレイ２０がある側の反対側に傾いた状態で、光出射部４２から測定光Ｌが出射される。言い換えれば、図３に示されるように、上記出射端面４２ｅにおける光軸Ｌａは、振動子アレイ２０の検出面の法線方向Ａを基準に、当該出射端面４２ｅと光出射部４２の内部の光軸との交点Ｐ０を中心にして振動子アレイ２０がある側（以下、プローブの内側ともいう）の反対側（以下、プローブの外側ともいう）に所定の角度θだけ回転した位置にある。すなわち、出射端面における光軸が「傾いている」とは、プローブ１１の側面視において、光軸が法線方向Ａから点Ｐ０を中心に所定の角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ回転した位置にあることを指す。図３では、振動子アレイ２０の右側に配置された光出射部４２の図示を省略しているが、右側の光出射部４２についてはθを取る方向が逆になる、つまり右側の光出射部４２については図３の右方向に光軸が傾いている点に注意する。

【0035】

なお、本発明において「光軸」は、測定光のエネルギー伝送の観点から光路の代表となり得る線を考慮して規定する。例えば図３に示されるように、光出射部４２内の光軸としては、光出射部４２の中心を通る線を採用することができる。また、例えば図３に示されるように、上記出射端面４２ｅにおける光軸Ｌａとしては、当接平面Ｓ１上の測定光のエネルギープロファイルＥＰをガウス分布等で近似したときの分布の中心点Ｐ２と点Ｐ０とを結ぶ直線を採用することができる。図３のａのように検出面になにも装着されていない場合には、振動子アレイ２０の中心点Ｐ１をプローブの先端とし、当該点Ｐ１を通り検出面に平行な平面Ｓ１を当接平面とした。一方、例えば図３のｂのように音響レンズ等の音響部材１９が検出面に装着されている場合には、音響部材１９の先端部分Ｐ３をプローブの先端とし、当該部分Ｐ３に接し検出面に平行な平面Ｓ２を当接平面とする。また、本実施形態のように音響波検出部が複数の音響波検出素子から構成される場合には、少なくとも１つの音響波検出素子に関して側面視で断面を取ったときに、出射端面４２ｅにおける光軸Ｌａが、当該素子の検出面の法線方向に対して外側に傾いていればよい。なお、コンベックス型プローブのように振動子アレイが円弧状である場合には、各素子の検出面に垂直な断面をとる。

【0036】

光出射部４２としては例えば導光板を使用することができる。導光板は、例えば樹脂やや石英からなる板の表面に特殊な加工を施して、一方の端面から入れた光を他方の端面から均一に面発光させる板である。樹脂としては、例えばアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を使用することができる。振動子アレイ２０の両側の被検体表面を均一に照明するため、導光板は例えば先太りのテーパ形状を有し、振動子アレイ２０のアレイ方向の幅と導光板の最大幅は同程度の長さであることが好ましい。これにより測定光の伝搬範囲を振動子アレイ２０のアレイ方向にわたって広げることができる。また導光板の光軸方向の最大長さは１０〜４０ｍｍであることが好ましい。

【0037】

＜レーザユニット＞
レーザユニット１３は、例えばレーザ光を発するＱスイッチ固体レーザ型の光源を有し、被検体Ｍに照射する測定光Ｌとしてレーザ光を出力する。レーザユニット１３は、例えば、超音波ユニット１２の制御部３４からのトリガ信号を受けてレーザ光を出力するように構成されている。レーザユニット１３は、レーザ光として１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出力するものであることが好ましい。例えば本実施形態では、レーザユニット１３の光源はＱスイッチアレキサンドライトレーザである。

【0038】

レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の吸収体の光吸収特性によって適宜決定される。例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、血管を撮像する場合）には、一般的にはその波長は近赤外波長域に属する波長であることが好ましい。近赤外波長域とはおよそ７００〜８５０ｎｍの波長域を意味する。しかしながら、レーザ光の波長は当然これに限られるものではない。また、レーザ光は、単波長でもよいし、複数の波長（例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ）を含んでもよい。さらに、レーザ光が複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に被検体Ｍに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。レーザユニット１３は、アレキサンドライトレーザの他、同様に近赤外波長域のレーザ光を出力可能なＹＡＧ−ＳＨＧ−ＯＰＯレーザやＴｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザとすることもできる。

【0039】

＜超音波ユニット＞
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換部２２、受信メモリ２３、光音響画像生成部２４、表示制御部３０および制御部３４を有する。超音波ユニット１２が本発明における信号処理部に相当する。

【0040】

制御部３４は、光音響計測装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路（図示省略）を備える。トリガ制御回路は、例えば光音響計測装置の起動の際に、レーザユニット１３に光トリガ信号を送る。これによりレーザユニット１３で、フラッシュランプが点灯し、レーザロッドの励起が開始される。そして、レーザロッドの励起状態は維持され、レーザユニット１３はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。

【0041】

そして、制御部３４は、その後トリガ制御回路からレーザユニット１３へＱｓｗトリガ信号を送信する。つまり、制御部３４は、このＱｓｗトリガ信号によってレーザユニット１３からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御している。また本実施形態では、制御部３４は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をＡＤ変換部２２に送信する。サンプリングトリガ信号は、ＡＤ変換部２２における光音響信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響信号をサンプリングすることが可能となる。

【0042】

受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。受信回路２１で受信された光音響信号はＡＤ変換部２２に送信される。

【0043】

ＡＤ変換部２２は、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２２は、例えば外部から入力する所定周波数のＡＤクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で受信した光音響信号をサンプリングする。

【0044】

受信メモリ２３は、ＡＤ変換部２２でサンプリングされた光音響信号を記憶する。そして、受信メモリ２３は、プローブ１１によって検出された光音響信号のデータを光音響画像生成部２４に出力する。

【0045】

光音響画像生成部２４は、例えば受信メモリ２３に格納された上記光音響データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で互いに加算して１ライン分のデータを再構成し、各ラインの光音響データに基づいて断層画像（光音響画像）のデータを生成する。なお、この光音響画像生成部２４は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。光音響画像生成部２４は、上記のようにして生成された光音響画像のデータを表示制御部３０に出力する。

【0046】

表示制御部３０は、表示処理部２５によって所定の表示処理が施された光音響画像データに基づいて、光音響画像をディスプレイ装置等の表示部１４に表示させる。表示制御部３０は、プローブ１１が二次元配列した振動子アレイを有することまたはプローブ走査により、複数の光音響画像が取得された場合には、例えば、それらの光音響画像に基づいてボリュームデータを作成し、三次元画像として合成画像を表示部１４に表示させることもできる。

【0047】

入力部１５は、ユーザーが光音響計測の条件等を入力するためのものである。

【0048】

以下、本実施形態のプローブ１１および光音響計測装置１０の効果を説明する。本願発明者らは、光出射部と音響波検出部が並設されたプローブを使用した場合、測定光が入射する被検体の表面部分で生じた光音響波が、被検体表面を伝って他の信号と一緒に音響波検出部により検出され、アーチファクト（虚像）の発生原因となることを見出した。例えば図４は、血管Ｖから生じた光音響波と、測定光が入射する被検体表面で生じた光音響波とが検出される様子を示す概略図である。測定光Ｌを被検体Ｍに照射した際、理想的には血管Ｖからの光音響波Ｕ１のみを検出したいのであるが、実際には測定光Ｌが入射する被検体表面部分３５で発生した光音響波Ｕ２が入り込む。この光音響波Ｕ２がアーチファクトの原因となる。光音響波Ｕ２が発生してから検出されるまでの時間は、測定光Ｌの当接平面上の照明領域と音響波検出部との間隔に依存する。つまり、この間隔が大きい程、光音響波Ｕ２が被検体中を伝わる距離が長いため、光音響波Ｕ２が発生してから検出されるまでの時間は長くなる。

【0049】

そして、光音響波Ｕ２が発生してから検出されるまでの時間は、光音響画像中のアーチファクトの現れる範囲に影響する。図５は、光出射部４２（導光板）と振動子アレイ２０との間隔Ｗ１に依存して、観察領域Ｒ１（血管等の計測対象からの信号が識別可能で、主に観察の対象となる領域）およびアーチファクト領域Ｒ２の大きさの変化を示す図である。具体的には、図５のａ〜ｄは、被検体表面で生じた光音響波Ｕ２に起因してアーチファクト領域Ｒ２が発生した光音響画像Ｐを示す図である。また、図５のｅおよびｆはそれぞれ、図５のａおよびｄの光音響画像Ｐを生成した時の光出射部４２と振動子アレイ２０の位置関係を示す概略図である。図５から、光出射部４２と振動子アレイ２０との間隔Ｗ１（すなわち、測定光Ｌの当接平面上の照明領域と音響波検出部との間隔）が大きい程、観察領域Ｒ１およびアーチファクト領域Ｒ２の境界Ｂが下がることが分かる。これは、光音響画像Ｐの上下方向は、時間軸に相当し、光出射部４２と振動子アレイ２０との間隔Ｗ１が大きい程、光音響波Ｕ２の信号が入り込む時間が遅くなるためである。

【0050】

そこで、本発明では、出射端面４２ｅにおける光軸Ｌａを、プローブの外側に傾けることにより、音響波検出部直近の被検体の領域Ｗ２（図３）に出射される測定光の光量を抑制している。これにより、領域Ｗ２で発生する光音響波が減少し、光音響画像中に観察領域Ｒ１を確保することができる。測定光Ｌの当接平面上の照明領域と音響波検出部との間隔は、確保したい観察領域Ｒ１の深さに応じて適宜設定される。ただし、当該間隔を広くし過ぎると、深い領域までアーチファクトの発生を抑制することはできるが、音響波検出部直下の領域に充分な光量が届かず、本来検出したい光音響波の信号強度も低下してしまう。したがって、上記間隔は、およそ３〜２０ｍｍであることが好ましく、１０〜１５ｍｍであることが特に好ましい。そして、光出射部４２の出射端面４２ｅにおける光軸の傾きは、上記間隔が上記範囲を満たす範囲で設定されることが好ましい。

【0051】

以上のように、本実施形態の光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置は、光出射部の出射端面が、プローブの当接平面よりも音響波検出部側にあり、上記出射端面における光軸が、音響波検出部の検出面の法線方向に対して音響波検出部がある側の反対側に傾いているから、音響波検出部の直近の被検体の領域に出射される測定光の光量を抑制することができる。この結果、光音響計測において、信号観察の妨げになるようなアーチファクトの発生を抑制することが可能となる。

【0052】

＜設計変更＞
上記第１の実施形態では、光出射部４２が１つの導光部材から構成される場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、図６から図９は、光出射部４２の他の構成例を示す概略図である。

【0053】

図６の光出射部４２は、第１の導光部材４３および第２の導光部材４４から構成されており、光ファイバによって導光された測定光は第１の導光部材４３および第２の導光部材４４の順に透過するように導光される。第１の導光部材４３は、第１の導光部材４３の内部の光軸Ｌａが検出面の法線方向Ａと平行となる状態で設けられ、第２の導光部材４４は、その出射端面４３ｅが当接平面Ｓ１から離れる状態で設けられている。ここで、「平行」とは、完全な平行のみならず±１０°の範囲で傾いた配置も含む意味である。第１の導光部材４３の出射端には、第１の導光部材４３の内部の光軸Ｌａと斜めに交わる出射端面４３ｅが形成されており、測定光は当該出射端面４３ｅを出射する際に屈折する。これにより、出射端面４３ｅにおける光軸Ｌａがプローブ１１の外側に傾くように構成されている。第２の導光部材４４は、第１の導光部材４３から出射した測定光を受け、その測定光の入射時の光軸の向きを維持しながら測定光を被検体へ向けて出射端面４４ｅから出射させる。つまり、本構成例の場合には、第２の導光部材４４の出射端面４４ｅが、本発明における光出射部４２の出射端面に相当し、この出射端面４４ｅにおける光軸Ｌａの所定の傾きは、第１の導光部材４３の出射端面４３ｅにおける屈折により実現されている。第１の導光部材の最大長さは１０〜４０ｍｍであることが好ましく、第２の導光部材の最大長さは２〜５ｍｍであることが好ましい。第１の導光部材４３を長くすることにより、例えば測定光を拡散させる前に、測定光のアレイ方向の広がりをより促進できる。また、第２の導光部材４４の入射端には、測定光を拡散させる拡散部４４ａが設けられており、これにより測定光による照明の均一性がさらに向上する。拡散部４４ａは、例えば表面に多数の微小レンズが設けられた拡散板を設置したり、多数の散乱性微粒子を内包する層を形成したりすることで形成可能である。なお、拡散部４４ａを設ける位置は、特に限定されず、第２の導光部材の中間部分や出射端に形成してもよいが、拡散した測定光の伝搬距離を確保して照明の均一性を向上させる観点から、入射端であることが好ましい。

【0054】

また、図７のａの光出射部４２は、第１の導光部材４３およびプリズム部材４５から構成されており、光ファイバによって導光された測定光は第１の導光部材４３およびプリズム部材４５の順に透過するように導光される。プリズム部材４５は、その出射端面４５ｅが当接平面Ｓ１から離れる状態で配置されており、第１の導光部材４３の配置や長さについては図６の場合と同様である。第１の導光部材４３から出射した測定光はプリズム部材４５を通過する際に屈折して、プリズム部材４５の出射端面４５ｅにおける光軸Ｌａがプローブ１１の外側に傾くように構成されている。つまり、本構成例の場合には、プリズム部材４５の出射端面４５ｅが、本発明における光出射部４２の出射端面に相当し、この出射端面４５ｅにおける光軸Ｌａの所定の傾きは、当該プリズム部材４５における屈折により実現されている。図７のｂの光出射部４２は、図７のａの構成に加えて、プリズム部材の後に第２の導光部材４４が追加されたものである。第２の導光部材４４については図６の場合と同様である。また、図７のｃの光出射部４２は、図７のａの構成中のプリズム部材４５に代えて反射部材４６（例えば反射膜やミラー）が設けられたものであり、光ファイバによって導光された測定光は第１の導光部材４３を透過した後、反射部材４６によって反射される。第１の導光部材４３から出射した測定光は反射部材４６で反射して、反射部材４６の反射面４６ｓにおける光軸Ｌａがプローブ１１の外側に傾くように構成されている。つまり、本構成例の場合には、反射部材４６の出射端面４６ｓが、本発明における光出射部４２の出射端面に相当し、この出射端面４６ｓにおける光軸Ｌａの所定の傾きは、当該反射部材４６における反射により実現されている。なお、図７のｃの構成に第２の導光部材４４を設けることも可能である。

【0055】

また、図８のａの光出射部４２も、第１の導光部材４３および第２の導光部材４４から構成されており、光ファイバによって導光された測定光は、同一直線上に配置された第１の導光部材４３および第２の導光部材４４の順に透過するように導光される。図８の光出射部４２の構成は、第１の導光部材４３ではなく、第２の導光部材４４の出射端面４４ｅが斜め加工されている点で、図６の場合の構成と異なる。したがって、測定光は第２の導光部材から出射する際に出射端面４４ｅで屈折して、出射端面４４ｅにおける光軸Ｌａがプローブ１１の外側に傾くように構成されている。つまり、本構成例の場合には、第２の導光部材４４の出射端面４４ｅが、本発明における光出射部４２の出射端面に相当し、この出射端面４４ｅにおける光軸Ｌａの所定の傾きは、当該出射端面４４ｅにおける屈折により実現されている。図８のｂの光出射部４２は、図８のａの構成において、第２の導光部材４４中の拡散部４４ａが追加されたものである。拡散部４４ａについては図６の場合と同様である。

【0056】

図６から図８の構成例では、第１の導光部材４３の内部の光軸Ｌａが検出面の法線方向Ａと平行となる状態で第１の導光部材４３が設けられているためプローブの小型化に向いている点、および、第１の導光部材４３を用いているため照明の均一性がよい点等の利点がある。特に、図６または図８で示したように、第１の導光部材４３および第２の導光部材４４の少なくとも一方に光軸に対する傾斜面（例えば出射端面４３ｅまたは４４ｅ）が形成された場合には、光軸を傾けるための光学部材（例えば図７のｂのプリズム部材）が不要なため、部材の配置調整が容易となる利点もある。また、光軸に対する傾斜面は、第１の導光部材４３および第２の導光部材４４の両方の出射端に形成してもよい。この場合には、各出射端面での測定光の段階的な屈折により、光出射部の出射端面における光軸の目標とする傾きが実現される。

【0057】

さらに、図６から図８の構成例では、第１の導光部材４３の内部の光軸Ｌａが法線方向Ａと平行となる場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、図９のａの光出射部４２は、内部の光軸Ｌａがプローブの内側に傾いている状態の第１の導光部材４３、反射部材４６および第２の導光部材４４から構成される。測定光が反射部材４６で反射することで、反射面における光軸Ｌａがプローブ１１の外側に傾くように構成されている。本構成例では、低コストの部材を使用することができる点、および、第１の導光部材４３を斜めに配置することから比較的長い第１の導光部材を使用できるため照明の均一性がよい点等の利点がある。また、図９のｂの光出射部４２は、第１の導光部材４３および第２の導光部材４４から構成され、第１の導光部材４３を斜めに加工して面を形成し、この面で内部を伝搬する測定光を反射させるように構成したものである。本構成例では、図９のａの光出射部４２に比べて部品点数が少なくなり部材の配置調整が容易になる点、および、第１の導光部材４３を斜めに配置することから図６から図８の光出射部４２に比べて比較的長い第１の導光部材を使用できるため照明の均一性がよい点等の利点がある。

【0058】

また、本発明は、光出射部４２によって所定の傾きの光軸を実現する場合に限られない。例えば図１０に示すように、光ファイバ４１ａの配置を調整して光出射部４２に入射する前に、測定光の光軸を所定の傾きに調整していてもよい。

【0059】

「第２の実施形態」
次に、第２の実施形態の光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置について説明する。図１１は本実施形態の光音響計測装置の構成を示す概略図である。本実施形態は、光音響画像に加えて超音波画像も生成する点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。

【0060】

本実施形態の光音響計測装置１０は、図１１に示されるように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示部１４および入力部１５を備えている。

【0061】

＜超音波ユニット＞
本実施形態の超音波ユニット１２は、図１に示す光音響計測装置の構成に加えて、超音波画像生成部２９および送信制御回路３３を備える。

【0062】

本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波（反射音響波）の検出（受信）を行う。超音波の送受信を行う超音波振動子としては、本発明における振動子アレイ２０を使用してもよいし、超音波の送受信用に別途プローブ１１中に設けられた新たな超音波振動子を使用してもよい。また、超音波の送受信は分離してもよい。例えばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。

【0063】

制御部３４は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３３は、このトリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。

【0064】

プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換部２２に入力される。制御部３４は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換部２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換部２２は、反射超音波のサンプリング信号を受信メモリ２３に格納する。光音響信号のサンプリングと、反射超音波のサンプリングとは、どちらを先に行ってもよい。

【0065】

超音波画像生成部２９は、プローブ１１の振動子アレイ２０で検出された反射超音波（そのサンプリング信号）に基づいて、再構成処理、検波処理および対数変換処理等の信号処理を施して、超音波画像のデータを生成する。画像データの生成には、光音響画像生成部２４における画像データの生成と同様に、遅延加算法などを用いることができる。

【0066】

表示制御部３０は、例えば、光音響画像と超音波画像とを別々に、またはこれらの合成画像を表示部１４に表示させる。表示制御部３０は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。

【0067】

本実施形態では、光音響計測装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。したがって、第２の実施形態の効果に加えて、超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。

【符号の説明】

【0068】

１０ 光音響計測装置
１１ プローブ
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 表示部
１５ 入力部
１９ 音響部材
２０ 振動子アレイ
２１ 受信回路
２２ 変換部
２３ 受信メモリ
２４ 光音響画像生成部
２９ 超音波画像生成部
３０ 表示制御部
３３ 送信制御回路
３４ 制御部
４１ バンドルファイバ
４２ 光出射部
４３ 第１の導光部材
４４ 第２の導光部材
４５ プリズム部材
４６ 反射部材
Ｌ 測定光
Ｍ 被検体
Ｕ 音響波

【図1】

【図3】

【図4】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図2】

【図5】