JP2012090862A - 光音響検査用探触子および光音響検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響効果を利用した光音響検査において、よりＳ／Ｎの高い光音響波を検出することを可能とする。
【解決手段】光音響検査に用いられる探触子７０において、光Ｌを被検体７に照射する光照射部１５と、光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部３と、被検体７の音響インピーダンスおよび電気音響変換部３の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、被検体７上で略均一な強度分布を有する光Ｌを被検体７に照射するように光Ｌを拡散する拡散機能を有する光拡散液部８とを備え、光拡散液部８が、音響整合機能を担う音響整合液８３と、この音響整合液８３に分散された、拡散機能を担う拡散粒子８４とを備え、電気音響変換部３が、電気音響変換部３の少なくとも一部が音響整合液８３に接するように設けられたものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響検査に用いられる探触子およびそれを備えた光音響検査装置に関するものである。

従来、被検体の内部の断層画像を取得する方法としては、超音波が被検体内に照射されることにより被検体内で反射した超音波を検出して超音波画像を生成し、被検体内の形態的な断層画像を得る超音波イメージングが知られている。一方、被検体の検査においては形態的な断層画像だけでなく機能的な断層画像を表示する装置の開発も近年進められている。そして、このような装置の一つに光音響分析法を利用した装置がある。この光音響分析法は、所定の波長を有する光（例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光）を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の特定物質とは、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。このように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と呼ばれる。

従来、上記のような光音響効果を利用した光音響イメージングにおいて、次のような課題がある。被検体に照射された光の強度は、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって著しく減衰する。また、照射された光に基づいて被検体内で発生した光音響波の強度も、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって減衰する。したがって、光音響イメージングでは、被検体の深部の情報を得ることが難しい。この課題を解決するため、例えば被検体内に照射される光の量を増やすことにより、発生する光音響波を大きくすることが考えられる。

しかし、被検体が生体である場合、照射される光のエネルギーにより生体組織に損傷を与えないために、生体に照射することができる単位面積当たりの最大許容露光量（ＭＰＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）が定められている。そのため、光量を増すとしてもＭＰＥが上限となる。

そこで、特許文献１では、光量がＭＰＥ以下であってもＳ／Ｎの高い光音響波を検出できるように、エポキシ樹脂等の音響整合層中に拡散粒子を分散させて光の強度分布が均一となるように光を照射する装置が開示されている。

特開２０１０−１２５２６０号公報

しかしながら、特許文献１のような方法では、音響整合機能および拡散機能がトレードオフの関係にあるため、充分にＳ／Ｎの高い光音響波を検出できない場合が生じうるという問題がある。これは、均一な強度分布を実現するため拡散機能を担う拡散粒子の濃度を上げると、エポキシ樹脂等の音響整合層の音響インピーダンスが変化して、音響整合において適切な音響インピーダンスを維持できないためである。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光音響効果を利用した光音響検査において、よりＳ／Ｎの高い光音響波を検出することを可能とする光音響検査用探触子および光音響検査装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る光音響検査用探触子は、
被検体に光を照射し、光を被検体に導光し、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響波を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて検査を行う光音響検査に用いられる探触子において、
光を被検体に照射する光照射部と、
光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、
被検体の音響インピーダンスおよび電気音響変換部の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、被検体上で略均一な強度分布を有する光を被検体に照射するように光を拡散する拡散機能を有する光拡散液部とを備え、
光拡散液部が、音響整合機能を担う音響整合液と、この音響整合液に分散された、拡散機能を担う拡散粒子とを備え、
電気音響変換部が、電気音響変換部の少なくとも一部が音響整合液に接するように設けられたものであることを特徴とするものである。

そして、本発明に係る光音響検査用探触子において、拡散粒子の音響インピーダンスは１．２〜１．９×１０^６ｋｇ／ｍ^２／ｓであることが好ましく、特に拡散粒子は脂質粒子であることが好ましい。

そして、光拡散液部は音響整合液を保持する拡散槽を備え、
拡散槽は被検体と接する部分に音響透過膜を有することが好ましい。

そして、拡散槽はその内壁に光反射部材を備えることが好ましい。

そして、拡散槽は着脱可能となるように構成されたものであることが好ましい。

そして、光照射部は、一定の間隔で配列された光を分岐させる複数の導光部を備えたものであることが好ましい。または、光照射部は、光を分岐させる複数の導光部と複数の円形レンズとの組み合わせを備えたものであることが好ましい。または、光照射部は、一定の間隔で配列された光を分岐させる複数の導光部と方形レンズとの組み合わせを備えたものであることが好ましい。

さらに、本発明に係る光音響検査装置は、
被検体に照射する光を発生する光源と、光を被検体に照射する光照射部と、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、この電気信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成部とを備えた光音響検査装置において、
被検体の音響インピーダンスおよび電気音響変換部の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、被検体上で略均一な強度分布を有する光を被検体に照射するように光を拡散する拡散機能を有する光拡散液部を備え、
光拡散液部が、音響整合機能を担う音響整合液と、この音響整合液に分散された、拡散機能を担う拡散粒子とを備え、
電気音響変換部が、電気音響変換部の少なくとも一部が音響整合液に接するように設けられたものであることを特徴とするものである。

そして、本発明に係る光音響検査装置において、拡散粒子の音響インピーダンスは１．２〜１．９×１０^６ｋｇ／ｍ^２／ｓであることが好ましく、特に拡散粒子は脂質粒子であることが好ましい。

そして、光拡散液部は音響整合液を保持する拡散槽を備え、
拡散槽は被検体と接する部分に音響透過膜を有することが好ましい。

本発明に係る光音響検査用探触子および光音響検査装置によれば、光音響効果を利用した光音響検査において、光を被検体に照射する光照射部と、光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、被検体の音響インピーダンスおよび電気音響変換部の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、被検体上で略均一な強度分布を有する光を被検体に照射するように光を拡散する拡散機能を有する光拡散液部とを備え、光拡散液部が、音響整合機能を担う音響整合液と、この音響整合液に分散された、拡散機能を担う拡散粒子とを備え、電気音響変換部が、電気音響変換部の少なくとも一部が音響整合液に接するように設けられたものであるから、音響整合機能および拡散機能の機能分離を図る上で、これらの機能のトレードオフの関係性を低威することができる。これは、超音波減衰がほとんど生じない液体に拡散粒子を分散させたことにより、光の拡散のための距離を大きくすることができるとともに、水と密度差が少なく超音波の散乱が少ない脂質のような材質の拡散粒子を用いているためである。したがって、音響整合機能を害することなく、拡散粒子を分散させて光の強度分布が均一となるように光を照射することができる。この結果、光音響効果を利用した光音響検査において、よりＳ／Ｎの高い光音響波を検出することが可能となる。

本発明の光音響撮像装置の一実施形態の構成を示す概略図である。 図１における画像生成部の構成を示す概略図である。 実施形態において、電気音響変換部の上方から照射できるように構成した光照射部の例を示す概略図である。

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。

本発明による光音響検査用探触子を備えた光音響検査装置１０の実施形態について説明する。図１は、本実施形態における光音響検査装置１０全体の構成を示す概略図である。図２は、図１の画像生成部２の構成を示すブロック図である。

本実施形態による光音響検査装置１０は、特定波長成分を含む光Ｌを発生させこの光を被検体７に照射する光送信部１と、この光Ｌが被検体７に照射されることにより被検体内で発生する光音響波Ｕを検出して任意断面の光音響画像データを生成する画像生成部２と、音響信号と電気信号の変換を行う電気音響変換部３と、被検体７および電気音響変換部３の間に介在してこれらの間の音響整合を図り、かつ被検体７へ照射される光Ｌを拡散させるための光拡散液部８と、この光音響画像データ表示する表示部６と、操作者が患者情報や装置の撮影条件を入力するための操作部５と、これら各ユニットを統括的に制御するシステム制御部４とを備えている。

光送信部１は、波長の異なる複数の光源を備える光源部１１と、複数の波長の光を同一光軸上に合成する光合波部１２と、この光を被検体７の体表面まで導く多チャンネルの導波部１４と、この導波部１４において使用するチャンネルを切り換えて走査を行う光走査部１３と、導波部１４によって供給される光が出射する光照射部１５と、光拡散液部８を通して光照射部１５から出射した光Ｌを被検体７へ導光する光学系であるシリンドリカルレンズ１６およびミラー１７とを備えている。

光源部１１は、例えば所定の波長の光を発生する１以上の光源を有する。光源として、特定の波長成分又はその成分を含む単色光を発生する半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、固体レーザ、ガスレーザ等の発光素子を用いることができる。光源部１１は、光として１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出射するものであることが好ましい。光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質 の光吸収特性によって適宜決定される。生体内のヘモグロビンは、その状態（酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、メトヘモグロビン、炭酸ガスヘモグロビン、等）により光学的な吸収特性が異なるが、一般的には６００ｎｍから１０００ｎｍの光を吸収する。したがって、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６００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。さらに、被検体７の深部まで届くという観点から、上記光の波長は７００〜１０００ｎｍであることが好ましい。そして、上記光の出力は、光と光音響波の伝搬ロス、光音響変換の効率および現状の検出器の検出感度等の観点から、１０μＪ／ｃｍ^２〜数１０ｍＪ／ｃｍ^２であることが好ましい。さらに、パルス光照射の繰り返しは、画像構築速度の観点から、１０Ｈｚ以上であることが好ましい。また、測定光は上記パルス光が複数並んだパルス列とすることもできる。

より具体的には例えば、被検体７のヘモグロビン濃度を測定する場合には、固体レーザの一種であるＮｄ：ＹＡＧレーザ（発光波長：約１０００ｎｍ）や、ガスレーザの一種であるＨｅ-Ｎｅガスレーザ（発光波長：６３３ｎｍ）を用い、１０ｎｓｅｃ程度のパルス幅を有したレーザ光を形成する。また、ＬＤやＬＥＤ等の小型発光素子を用いる場合には、ＩｎＧａＡｌＰ（発光波長：５５０〜６５０ｎｍ）、ＧａＡｌＡｓ（発光波長：６５０〜９００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰ（発光波長：９００〜２３００ｎｍ）などの材料を用いた素子を使用することができる。また最近では、波長が５５０ｎｍ以下で発光するＩｎＧａＮを用いた発光素子も使用可能になりつつある。更には、波長可変可能な非線形光学結晶を用いたＯＰＯ（Optical Parametrical Oscillators）レーザを用いることもできる。

光合波部１２は、光源部１１から発生する波長の異なる光を同一光軸に重ね合わせるためのものである。それぞれの光は、まずコリメートレンズによって平行光線に変換され、次に直角プリズムやダイクロイックプリズムにより、光軸が合わせられる。このような構成により比較的小型の合波光学系とすることができるが、光通信用に開発されている多重波長合波・分波器を用いてもよい。また光源部１１に前述の波長が連続的に変更可能なＯＰＯレーザ等の発生源を使用する場合は、この光合波部１２は必ずしも必要ではない。

導波部１４は、光合波部１２から出力される光を光照射部１５まで導くためのものである。効率のよい光伝搬を行うために光ファイバや薄膜光導波路を用いるが、直接空間伝搬することも可能である。ここでは、導波部１４は、複数の光ファイバ７１から構成される。これらの複数の光ファイバ７１の中から所定の光ファイバ７１を選択して、当該選択された光ファイバ７１によって被検体７に対する光照射を行う。なお、図１では、明確に示してはいないが、光学フィルタやレンズ等の光学系と合わせて使用することもできる。

光走査部１３は、導波部１４において配列される複数の光ファイバ７１を順次選択しながら光の供給を行うことによって被検体７に対して光による走査を行う。

光照射部１５は、本実施形態では複数の光ファイバ７１の複数の出射端部から構成される。そして、光照射部１５は、電気音響変換部３とともに、本発明の光音響検査用探触子である超音波探触子７０を構成する。光照射部１５を構成する複数の光ファイバ７１の複数の出射端部は、電気音響変換部３の周囲に沿って配列される。また、電気音響変換部３を構成する複数の変換素子５４が透明材料である場合には、光照射部１５は変換素子５４の上方から変換素子全体を照射できるように配置してもよい。なお、複数の光ファイバ７１の複数の出射端部は、電気音響変換部３を構成する複数の変換素子５４とともに、平面、凸面あるいは凹面を形成する。ここでは平面とする。また、図１では、光照射部１５は、音響整合液８３に接触するように配置されているが、配置場所はこのような位置に限定されない。

シリンドリカルレンズ１６およびミラー１７は、光照射部１５から出射した光Ｌを被検体７へ導光する光学系として機能する。ミラー１７に反射された光Ｌは、後述する音響透過膜８２を透過して被検体７に照射される。なお、このような光学系は上記の２つに限定されず、その他のコリメートレンズ等を組み合わせた光学系を使用してもよい。また、図１では、これらの光学系は、音響整合液８３中に配置されているが、配置場所はこのような位置に限定されない。

電気音響変換部３は、例えば１次元状或いは２次元状に配列された微小な複数の変換素子５４から構成される。変換素子５４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。圧電素子の表面は圧電素子と音響整合液８３と音響整合をさせるエポキシ樹脂とシリコームゴムの層で覆われている。本発明において電気音響変換部３は、その少なくとも一部が後述する音響整合液８３と接触するように配置される。そして、電気音響変換部３は、光照射部１５からの光の照射により被検体内に発生する光音響波Ｕを音響整合液８３を介して受信する。この変換素子５４は、受信時において光音響波Ｕを電気信号に変換する機能を有している。電気音響変換部３は、小型、軽量に構成されており、多チャンネルケーブルによって後述する受信部２２に接続される。この電気音響変換部３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診断部位に応じて選択される。電気音響変換部３は、光音響波Ｕを効率よく伝達するために音響整合層を備えてもよい。なお、この音響整合層は後述する光拡散液部８とは別個のものである。このような音響整合層を設けた場合には、その音響整合層は、電気音響変換部３および後述する音響整合液８３の間の音響整合を図る機能を果たす。

光拡散液部８は、拡散槽８１と、拡散槽８１に収容された音響整合液８３と、音響整合液８３中に分散された拡散粒子８４とを備える。本発明において、光拡散液部８は、被検体７の音響インピーダンスおよび電気音響変換部３の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、被検体７上で略均一な強度分布を有する光Ｌを被検体７に照射するように光Ｌを拡散する拡散機能を有する。上記音響整合機能は、被検体７および電気音響変換部３の間の音響整合を図る機能である。これにより、光音響波を効率よく検出することができる。一般に圧電素子材料と生体では音響インピーダンスが大きく異なるため、圧電素子材料と生体が直接接した場合は、界面での反射が大きくなり光音響波を効率よく伝達することができない。このため、圧電素子材料と生体の間に中間的な音響インピーダンスを有する液体物質で構成した音響整合液８３を配置することにより、光音響波Ｕを効率よく伝達することができる。また、上記拡散機能は、音響整合液８３中を伝搬する光Ｌを拡散し、被検体７上での光Ｌの強度分布を略均一にする機能である。これにより、光Ｌの強度に関して、ある領域ではＭＰＥ未満であるにもかかわらず、他の領域ではＭＰＥを超えてしまうという状況を回避して、広い領域から強い強度の光音響波Ｕを発生させることができる。

拡散槽８１は、音響整合液８３を保持するものである。拡散槽８１の材料としては、例えばＡＢＳ樹脂を用いることができる。また、本実施形態では、拡散槽８１の底部は、直接被検体７と接触することになる。拡散槽８１のうち被検体７と接触する部分は、光音響波が効率よく透過可能となるように、光音響波の透過率が７０％以上である音響透過膜８２を備えることが好ましい。光音響波の透過率が７０％未満であると、電気音響変換部３に到達する光音響波Ｕの絶対量が減少しすぎて、充分な強度の光音響波Ｕを得ることが難しくなる。音響透過膜８２の材料としては、例えば低密度ポリエチレンを用いることができる。また、拡散槽８１は、その内壁に光反射部材を備えることが好ましい。これにより、拡散槽８１による光Ｌの吸収または透過による光エネルギーの損失を低減することができる。

光反射部材としては、例えば金属板や金属膜を用いることができる。拡散槽８１は、光音響波Ｕが発生した被検体７中の組織と電気音響変換部３との位置関係を維持するために、例えば検査時に超音波探触子７０に対して固定されることが好ましい。一方、拡散槽８１は、検査ごと或いは被検体ごと或いは検査部位ごとに交換できることが好ましい。そこで、拡散槽８１は、光音響検査装置１０に対して着脱可能に構成されたものであることが好ましい。

音響整合液８３は、光拡散液部８の音響整合機能を担う部分である。このような音響整合液８３の材料の例としては、水などが挙げられる。被検体７内で発生した光音響波Ｕは、音響整合液８３を通って電気音響変換部３に検出される。

拡散粒子８４は、光拡散液部８の拡散機能を担う部分である。このような拡散粒子８４は、脂質粒子であることが好ましい。脂質粒子は、金属粒子等の無機材料の粒子に比して、柔軟であり、音響整合液８３中に多く分散させても音響整合機能に与える影響が小さいためである。なお、本発明において拡散粒子は、脂質のような材質から構成される粒子であれば、脂質粒子に限定されない。より具体的に本発明において拡散粒子は、親水性膜で覆われた疎水部を持つ液相もしくは液滴であればよい。これにより、拡散粒子は音響整合液８３中において安定する。上記疎水部は、球構造（つまり、有機溶媒が両親媒性分子で囲まれた構造）でも球殻構造（つまり、両親媒性分子が２重膜構造をとるベシクル構造）でも良い。球構造の例としては、例えば、中性脂肪（例えばトリアシルグリセロール等）の表層に、乳化剤であるリン脂質が親水基を外側に疎水基を内側に向けて規則正しく並んでいる構造等が挙げられる。また、球殻構造の例としては、例えば、リン脂質２重膜によるリポソーム等が挙げられる。

拡散粒子８４は、光照射部１５から出射した光Ｌの量に対する、音響整合液８３および拡散槽８１（音響透過膜８２）を通過した光Ｌの量の割合である光の透過率が所定の範囲となるように、音響整合液８３中に分散される。このような拡散粒子８４を音響整合液８３中に分散させることにより、音響整合機能を害することなく拡散機能を付与することができる。上記光の透過率の範囲は１０〜９０％であることが好ましい。光の透過率が１０％未満であると、被検体７に到達する光Ｌの絶対量が減少しすぎて、充分な強度の光音響波Ｕを得ることが難しくなる。一方、光の透過率が９０％を超えると、被検体７上で光Ｌの強度分布を均一にすることが難しくなる。上記光の透過率を実現する観点から、拡散粒子を構成する材質の屈折率は１．４０〜１．６０であることが好ましい。また、拡散粒子の粒径は０．１〜５．０μｍであり、音響整合液８３中における拡散粒子の濃度は０．０１〜０．３０ｗｔ％であることが好ましい。なお、上記のように拡散粒子の濃度が低く設定されていることにより拡散粒子による光の吸収の影響は無視できるため、拡散粒子を構成する材質の光吸収係数は特に限定されない。一方、前述した光音響波の透過率を実現する観点から、拡散粒子を構成する材質の音響インピーダンスは、音響整合液８３（特に水）の音響インピーダンスに近いことが好ましく、その値は１．２〜１．９×１０^６ｋｇ／ｍ^２／ｓであることが好ましい。或いは、拡散粒子の密度は０．９０〜１．１０ｇ／ｃｃであり、拡散粒子を構成する材質中の音速は１３００〜１７００ｍ／ｓであることが好ましい。なお、上記のように拡散粒子の濃度が低く設定されていることにより拡散粒子による光音響波の吸収の影響は無視できるため、拡散粒子を構成する材質の粘度は特に限定されない。

光音響検査装置１０の画像生成部２は、電気音響変換部３を構成する複数の変換素子５４を選択駆動するとともに、また電気音響変換部３からの電気信号に所定の遅延時間を与え、整相加算を行うことにより受信信号を生成する受信部２２と、変換素子５４の選択駆動や受信部２２の遅延時間を制御する走査制御部２４と、受信部２２から得られる受信信号に対して各種の処理を行う信号処理部２５とを備えている。

受信部２２は、図２に示すように、電子スイッチ５３と、プリアンプ５５と、受信遅延回路５６と、加算器５７とを備えている。

電子スイッチ５３は、光音響走査における光音響波Ｕの受信に際して、連続して隣接する所定数の変換素子５４を選択する。例えば、電気音響変換部３がアレイ型の１９２個の変換素子ＣＨ１〜ＣＨ１９２から構成される場合、このようなアレイ型変換素子は、電子スイッチ５３によってエリア０（ＣＨ１〜ＣＨ６４までの変換素子の領域）、エリア１（ＣＨ６５〜ＣＨ１２８までの変換素子の領域）およびエリア２（ＣＨ１２９〜ＣＨ１９２までの変換素子の領域）の３つの領域に分割されて取り扱われる。このようにＮ個の変換素子から構成されるアレイ型変換素子をｎ（ｎ＜Ｎ）個の隣接する振動子のまとまり（エリア）として取り扱い、このエリアごとにイメージング作業を実施した場合には、すべてのチャンネルの変換素子にプリアンプやＡ／Ｄ変換ボードを接続する必要がなくなり、超音波探触子７０の構造を簡素化できコストの増大を防ぐことができる。また、それぞれのエリアを個別に光照射することができるように、複数の光ファイバを配置した場合には、１回あたりの光出力が大きくならずに済むので、大出力の高価な光源を用いる必要がないといった利点もある。そして、変換素子５４によって得られるそれぞれの電気信号はプリアンプ５５に供給される。

プリアンプ５５は、上記のように選択された変換素子５４によって受信された微小な電気信号を増幅し、十分なＳ／Ｎを確保する。

受信遅延回路５６は、電子スイッチ５３によって選択された変換素子５４から得られる光音響波Ｕの電気信号に対して、所定の方向からの光音響波Ｕの位相を一致させて収束受信ビームを形成するための遅延時間を与える。

加算器５７は、受信遅延回路５６により遅延された複数チャンネルの電気信号を加算することによって１つの受信信号にまとめる。この加算によって所定の深さからの音響信号は整相加算され、受信収束点が設定される。

走査制御部２４は、ビーム集束制御回路６７と変換素子選択制御回路６８とを備える。変換素子選択制御回路６８は、電子スイッチ５３によって選択される受信時の所定数の変換素子５４の位置情報を電子スイッチ５３に供給する。一方、ビーム集束制御回路６７は、所定数個の変換素子５４が形成する受信収束点を形成するための遅延時間情報を受信遅延回路５６に供給する。

信号処理部２５は、フィルタ６６と、信号処理器５９と、Ａ／Ｄ変換器６０と、画像データメモリ６２とを備えている。受信部２２の加算器５７から出力された電気信号は、信号処理部２５のフィルタ６６において不要なノイズを除去した後、信号処理器５９にて受信信号の振幅を対数変換し、弱い信号を相対的に強調する。一般に、被検体７からの受信信号は、８０ｄＢ以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しており、これを２３ｄＢ程度のダイナミックレンジをもつ通常のＣＲＴモニタに表示するためには弱い信号を強調する振幅圧縮が必要となる。なお、フィルタ６６は、帯域通過特性を有し、受信信号における基本波を抽出するモードと高調波成分を抽出するモードを有している。また、信号処理器５９は、対数変換された受信信号に対して包絡線検波を行う。そして、Ａ／Ｄ変換器６０は、この信号処理器５９の出力信号をＡ／Ｄ変換し、１ライン分の光音響画像データを形成する。この１ライン分の光音響画像データは、画像データメモリ６２にそれぞれ保存される。

画像データメモリ６２は、前述のように生成された光音響画像データを保存する記憶回路である。システム制御部４の制御のもとで、画像データメモリ６２から断面のデータが読み出され、その読出しに際して空間的に補間されることにより、当該断面の光音響画像データが生成される。

表示部６は、表示用画像メモリ６３と、光音響画像データ変換器６４と、ＣＲＴモニタ６５を備えている。表示用画像メモリ６３は、ＣＲＴモニタ６５に表示する光音響画像データを一時的に保存するバッファメモリであり、画像データメモリ６２からの１ライン分の光音響画像データは、この表示用画像メモリ６３において１フレームに合成される。光音響画像データ変換器６４は、表示用画像メモリ６３から読み出された合成画像データに対してＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行い、その出力はＣＲＴモニタ６５において表示される。

操作部５は、操作パネル上にキーボード、トラックボール、マウス等を備え、装置操作者が患者情報、装置の撮影条件、表示断面など必要な情報を入力するために用いられる。

システム制御部４は、図示しないＣＰＵと図示しない記憶回路を備え、操作部５からのコマンド信号に従って光送信部１、画像生成部２、表示部６などの各ユニットの制御やシステム全体の制御を統括して行う。特に、内部のＣＰＵには、操作部５を介して送られる操作者の入力コマンド信号が保存される。

次に、光照射部１５と電気音響変換部３を一体化した超音波探触子７０について説明する。

超音波探触子７０は、複数の変換素子５４を有している。変換素子５４は、例えば所定の方向に沿って１次元的に配列されている。光ファイバ７１は、光源部１１からの光を超音波探触子７０内に設けられた光照射部１５にまで導く。光照射部１５は、図１に示すように、例えば１次元的に配列された変換素子５４の周囲に沿って配置される。なお、図１では、光照射部１５は１次元的に配列された変換素子５４（電気音響変換部３）の一方にしか配置されていないが、光照射部１５は両方に配置されてもよい。

例えば超音波探触子７０は、１９２ｃｈ分の変換素子５４を有している。変換素子５４に対応する幅は、光音響画像生成に関連して例えば３つの部分領域（領域Ａ〜Ｃ）に分割されており、各部分領域の幅は６４ｃｈ分の変換素子５４に相当する幅であるとする。このような場合、１９２ｃｈの変換素子５４に対応する生体組織の幅が５７．６ｍｍであったとすると、各部分領域の幅は１９．２ｍｍとなる。つまり、光音響検査装置１０は、光音響画像生成の際に、例えば１９．２ｍｍ幅の部分領域への光照射・データ収集を３回繰り返し行い、全１９２ｃｈ分のデータを取得する。

また、本発明は、変換素子５４が１次元的に配列した電気音響変換部３に限定されない。つまり、変換素子５４が２次元的に配列した電気音響変換部３にも適用することができる。

そして、超音波探触子７０において、変換素子５４の上方から変換素子全体を照射できるように光照射部１５を構成する場合には、均一な光強度分布を得る観点から、例えば図３に示すような構成が好ましい。

ここで、図３ａは、導波部１４としての光ファイバ７１から光ファイバカプラ７２を介して光を分岐させる複数の光ファイバ７３と、複数の円形レンズ７４との組み合わせを備えた光送信部１の構成を示す概略図である。この構成では、複数の円形レンズ７４が電気音響変換部３の長さ方向に沿ってアレイ状に配列されている。そして、それぞれの円形レンズ７４から出射された光Ｌ全体によって、電気音響変換部３の対応領域を包含するような照射範囲が実現されている。図３ａにおいては、複数の円形レンズ７４が光照射部１５となる。

図３ｂは、導波部１４としての光ファイバ７１から光ファイバカプラ７２を介して光を分岐させる複数の光ファイバ７３と、１つの方形レンズ７５との組み合わせを備えた光送信部１の構成を示す概略図である。この構成では、電気音響変換部３の長さ以上の長さを有する方形レンズ７５が、電気音響変換部３の長さ方向に沿って配列されている。そして、上記方形レンズ７５から出射された光Ｌによって、電気音響変換部３の対応領域を包含するような照射範囲が実現されている。方形レンズとしては、例えばシリンドリカルレンズが挙げられる。図３ｂにおいては、方形レンズ７５が光照射部１５となる。

以上のように、本発明に係る光音響検査用探触子および光音響検査装置によれば、光音響効果を利用した光音響検査において、光を被検体に照射する光照射部と、光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、被検体の音響インピーダンスおよび電気音響変換部の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、被検体上で略均一な強度分布を有する光を被検体に照射するように光を拡散する拡散機能を有する光拡散液部とを備え、光拡散液部が、音響整合機能を担う音響整合液と、この音響整合液に分散された、拡散機能を担う拡散粒子とを備え、電気音響変換部が、電気音響変換部の少なくとも一部が音響整合液に接するように設けられたものであるから、音響整合機能および拡散機能の機能分離を図る上で、これらの機能のトレードオフの関係性を低威することができる。これは、超音波減衰がほとんど生じない液体に拡散粒子を分散させたことにより、光の拡散のための距離を大きくすることができるとともに、水と密度差が少なく超音波の散乱が少ない脂質のような材質の拡散粒子を用いているためである。したがって、音響整合機能を害することなく、拡散粒子を分散させて光の強度分布が均一となるように光を照射することができる。この結果、光音響効果を利用した光音響検査において、よりＳ／Ｎの高い光音響波を検出することが可能となる。

１ 光送信部
２ 画像生成部
３ 電気音響変換部
４ システム制御部
５ 操作部
６ 表示部
７ 被検体
８ 光拡散液部
１０ 光音響検査装置
１１ 光源部
１２ 光合波部
１３ 光走査部
１４ 導波部
１５ 光照射部
１６ シリンドリカルレンズ
１７ ミラー
２２ 受信部
２４ 走査制御部
２５ 信号処理部
７０ 超音波探触子
７１ 光ファイバ
７４ 円形レンズ
７５ 方形レンズ
８１ 拡散槽
８２ 音響透過膜
８３ 音響整合液
８４ 拡散粒子
Ｌ 光
Ｕ 光音響波

Claims (13)

1. 被検体に光を照射し、前記光を前記被検体に導光し、前記光が前記被検体に照射されることにより該被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて検査を行う光音響検査に用いられる探触子において、
   前記光を前記被検体に照射する光照射部と、
   前記光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、
   前記被検体の音響インピーダンスおよび前記電気音響変換部の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、前記被検体上で略均一な強度分布を有する前記光を前記被検体に照射するように前記光を拡散する拡散機能を有する光拡散液部とを備え、
   該光拡散液部が、前記音響整合機能を担う音響整合液と、該音響整合液に分散された、前記拡散機能を担う拡散粒子とを備え、
   前記電気音響変換部が、該電気音響変換部の少なくとも一部が前記音響整合液に接するように設けられたものであることを特徴とする光音響検査用探触子。
2. 前記拡散粒子の音響インピーダンスが１．２〜１．９×１０^６ｋｇ／ｍ^２／ｓであることを特徴とする請求項１に記載の光音響検査用探触子。
3. 前記拡散粒子が脂質粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響検査用探触子。
4. 前記光拡散液部が前記音響整合液を保持する拡散槽を備え、
   該拡散槽が前記被検体と接する部分に音響透過膜を有することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の光音響検査用探触子。
5. 前記拡散槽が該拡散槽の内壁に光反射部材を備えることを特徴とする請求項４に記載の光音響検査用探触子。
6. 前記拡散槽が着脱可能となるように構成されたものであることを特徴とする請求項４または５に記載の光音響検査用探触子。
7. 前記光照射部が、一定の間隔で配列された前記光を分岐させる複数の導光部を備えたものであることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の光音響検査用探触子。
8. 前記光照射部が、前記光を分岐させる複数の導光部と複数の円形レンズとの組み合わせを備えたものであることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の光音響検査用探触子。
9. 前記光照射部が、一定の間隔で配列された前記光を分岐させる複数の導光部と方形レンズとの組み合わせを備えたものであることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の光音響検査用探触子。
10. 被検体に照射する光を発生する光源と、前記光を前記被検体に照射する光照射部と、前記光が前記被検体に照射されることにより該被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、前記電気信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成部とを備えた光音響検査装置において、
    前記被検体の音響インピーダンスおよび前記電気音響変換部の音響インピーダンスを整合する音響整合機能、並びに、前記被検体上で略均一な強度分布を有する前記光を前記被検体に照射するように前記光を拡散する拡散機能を有する光拡散液部を備え、
    該光拡散液部が、前記音響整合機能を担う音響整合液と、該音響整合液に分散された、前記拡散機能を担う拡散粒子とを備え、
    前記電気音響変換部が、該電気音響変換部の少なくとも一部が前記音響整合液に接するように設けられたものであることを特徴とする光音響検査装置。
11. 前記拡散粒子の音響インピーダンスが１．２〜１．９×１０^６ｋｇ／ｍ^２／ｓであることを特徴とする請求項１０に記載の光音響検査用探触子。
12. 前記拡散粒子が脂質粒子であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の光音響検査装置。
13. 前記光拡散液部が前記音響整合液を保持する拡散槽を備え、
    該拡散槽が前記被検体と接する部分に音響透過膜を有することを特徴とする請求項１０から１２いずれかに記載の光音響検査装置。

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