JP2016036683A - 光音響画像化装置用の穿刺針および光音響画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）などの光放出半導体素子を光源として用いる場合にも、音響波をより効率的に発生させて、光音響画像上で穿刺針の位置を確認することが可能な光音響画像化装置用の穿刺針を提供する。【解決手段】この光音響画像化装置用の穿刺針５０は、ＬＥＤ光源部１０を備える光音響画像化装置用の穿刺針５０であって、穿刺針本体５１と、穿刺針本体５１の外表面５１ｄに形成され、穿刺針本体５１よりも光吸収性が大きい材料と、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層５２とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、光音響画像化装置用の穿刺針および光音響画像化装置に関し、特に、穿刺針本体を備える光音響画像化装置用の穿刺針および光音響画像化装置に関する。

従来、穿刺針本体を備える光音響画像化装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、レーザ光源と、穿刺針本体とを備える光音響画像化装置が開示されている。この光音響画像化装置は、レーザ光源からのレーザ光を照射することにより穿刺針本体から発生する音響波信号（音響波）を検出して、被検体内の穿刺針本体の位置を音響波信号に基づく光音響画像上で確認可能なように構成されている。また、この光音響画像化装置では、穿刺針本体の表面には、光散乱材料コーティング部分と、光吸収材料コーティング部分とが設けられている。そして、この光音響画像化装置は、光散乱材料コーティング部分の面積を調整することにより、穿刺針本体から発生する音響波信号の信号強度を低下させるように構成されている。これにより、この光音響画像化装置では、穿刺針本体からの信号強度の高い音響波信号に起因して、画像アーティファクト（画像の乱れ）が起こるのを抑制している。その結果、光音響画像上で穿刺針本体の位置が確認可能になる。また、この光音響画像化装置では、光音響画像化装置の光源として一般的な固体レーザ光源が用いられていると考えられる。

特開２０１３−２７５１３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の光音響画像化装置に、光源としてＬＥＤ素子などの光放出半導体素子を用いる光源を適用した場合には、固体レーザ光源を用いる場合に比べて、光の出力が小さくなる。この場合、ＬＥＤ光源から照射される光に起因して穿刺針本体から発生する音響波信号の信号強度が低下する。そして、上記特許文献１に記載の穿刺針本体では、光吸収材料コーティング部分が設けられる一方、光散乱材料コーティング部分により、発生する音響波信号の信号強度を積極的に低下させているため、ＬＥＤ素子などの光放出半導体素子を用いる光源を用いる場合には、光音響画像上で位置を確認するのに十分な信号強度の音響波信号を得ることができないという問題点が発生する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）などの光放出半導体素子を光源として用いる場合にも、音響波をより効率的に発生させて、光音響画像上で穿刺針の位置を確認することが可能な光音響画像化装置用の穿刺針および光音響画像化装置を提供することである。

この発明の第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針は、光放出半導体素子光源部を備える光音響画像化装置用の穿刺針であって、穿刺針本体と、穿刺針本体の表面に形成され、穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料と、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層とを備える。

この発明の第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針では、上記のように、穿刺針本体の表面に、穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料と、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層を設ける。これにより、光放出半導体素子光源部からの光を被覆層に照射することができるので、光吸収性が大きい材料に光放出半導体素子光源部からの光を効率的に吸収させることができることに加えて、吸収した光により発生した熱に対して線膨張係数が大きい樹脂材料を効率的に熱膨張させることができる。その結果、被覆層を設けることにより光の吸収に加えて吸収した光により発生した熱に対する熱膨張を効率的に行うことができるので、より効率的に音響波を発生させることができる。したがって、光放出半導体素子光源部を用いる場合にも、音響波をより効率的に発生させて、光音響画像上で穿刺針の位置を確認することができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針において、好ましくは、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料は、線膨張係数が穿刺針本体の線膨張係数の２倍以上である。このように構成すれば、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料を確実に大きく熱膨張させることができるので、より一層効率的に音響波を発生させることができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針において、好ましくは、穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料は、測定波長において光透過率が３０％以下である。このように構成すれば、光透過率が３０％以下の光吸収性が大きい材料に光放出半導体素子光源部からの光を確実に大きく吸収させることができるので、吸収した光により発生した熱に対して線膨張係数が大きい樹脂材料を確実に大きく熱膨張させることができる。その結果、吸収した光に対してより一層効率的に音響波を発生させることができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針において、好ましくは、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料は、アクリル樹脂材料、フッ素樹脂材料およびシリコン樹脂材料のうち少なくともいずれか１つを含む。このように構成すれば、穿刺針本体に一般的に用いられる金属材料（たとえば、ＳＵＳ３０４）に比べて、線膨張係数が大きい樹脂材料を用いるので、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料を容易に大きく熱膨張させることができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針において、好ましくは、穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料は、黒色系材料である。このように構成すれば、黒色系材料を用いることによって、光放出半導体素子光源部からの光の波長特性に依存せず、広い波長範囲にわたって高い光吸収性を維持することができる。また、検出対象物に応じて測定波長を異ならせるのが一般的な光音響画像化装置において、上記のように広い波長範囲にわたって高い光吸収性を維持することができることは、実用上特に有効である。

この場合、好ましくは、穿刺針本体には、針先にカット面が設けられており、黒色系材料は、黒色系酸窒化チタンを含み、被覆層は、黒色系酸窒化チタンを含む被覆材料を熱により白色に変化させることにより形成され、穿刺針本体における針先のカット面側を視覚的に識別可能なマーキング部を含む。このように構成すれば、黒色系材料が黒色系酸窒化チタンを含む構成において、黒色系酸窒化チタンの熱による酸化により白色に変化する特性を利用して、カット面を視覚的に識別するためのマーキング部を容易に形成することができる。その結果、ユーザは、カット面を識別することができるので、穿刺針を被検体に穿刺する際に、穿刺針の進行方向に応じてカット面を定めた状態での被検体への穿刺を容易に行うことができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、比較的消費電力の小さい発光ダイオード素子を用いることにより光音響画像化装置の消費電力を低減することができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として半導体レーザ素子を含む。このように構成すれば、発光ダイオード素子と比べて、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子からの光の大部分を確実に被検体に照射することができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置用の穿刺針において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、薄型化容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、光放出半導体素子光源部を容易に小型化することができる。

この発明の第２の局面による光音響画像化装置は、光放出半導体素子光源部と、光放出半導体素子光源部から照射された光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出するための検出部と、被検体内に穿刺される穿刺針と、を備え、穿刺針は、穿刺針本体と、穿刺針本体の表面に形成され、穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料と、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層とを含む。

この発明の第２の局面による光音響画像化装置では、上記のように、穿刺針は、穿刺針本体と、穿刺針本体の表面に形成され、穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料と、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層とを含む。これにより、第２の局面による光音響画像化装置においても、光放出半導体素子光源部を用いる場合にも、音響波をより効率的に発生させて、光音響画像上で穿刺針の位置を確認することができる。

上記第２の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、比較的消費電力の小さい発光ダイオード素子を用いることにより光音響画像化装置の消費電力を低減することができる。

上記第２の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として半導体レーザ素子を含む。このように構成すれば、発光ダイオード素子と比べて、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子からの光の大部分を確実に被検体に照射することができる。

上記第２の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、薄型化容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、光放出半導体素子光源部を容易に小型化することができる。

本発明によれば、上記のように、ＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）などの光放出半導体素子を光源として用いる場合にも、音響波をより効率的に発生させて、光音響画像上で穿刺針の位置を確認することが可能な光音響画像化装置用の穿刺針および光音響画像化装置を提供することができる。

本発明の第１および第２実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の穿刺針の測定状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の穿刺針を示す模式的な断面図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の穿刺針を示す平面図である。 本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の穿刺針を示す平面図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の第１および第２変形例における光源部を説明するための図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００は、図１に示すように、ＬＥＤ光源部１０と、検出部２０と、制御部３０と、表示部４０と、穿刺針５０とを備えている。なお、穿刺針５０は、本発明の「光音響画像化装置用の穿刺針」の一例である。また、ＬＥＤ光源部１０は、本発明の「光放出半導体素子光源部」の一例である。

図１および図２に示すように、ＬＥＤ光源部１０は、２つのＬＥＤ光源１１を含み、２つのＬＥＤ光源１１のそれぞれから被検体Ｐに向けて測定のためのパルス光を照射するように構成されている。また、２つのＬＥＤ光源１１は、検出部２０近傍において、検出部２０に対して一方側および他方側に配置されるとともに、検出部２０を挟むように配置されている。したがって、２つのＬＥＤ光源１１は、互いに異なる位置で被検体Ｐに向けてパルス光を照射するように構成されている。

また、２つのＬＥＤ光源１１は、共に、光源基板１１ａと、ＬＥＤ素子１１ｂとを有している。光源基板１１ａには、下面側に複数のＬＥＤ素子１１ｂがアレイ状に実装されている。また、光源基板１１ａには、光源駆動回路が形成されており、制御部３０から出力される制御信号に基づいて、ＬＥＤ素子１１ｂをパルス発光させるように構成されている。なお、ＬＥＤ素子１１ｂは、本発明の「光放出半導体素子」の一例である。

２つのＬＥＤ素子１１ｂは、共に、人体などの被検体Ｐの測定に適した赤外領域の測定波長の光（たとえば、約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍにピーク波長を有する光）を発生するように構成されている。なお、２つのＬＥＤ素子１１ｂは、互いに異なる測定波長の光を発生するように構成されてもよいし、略同一の測定波長の光を発生するように構成されてもよい。また、測定波長は、検出を所望する検出対象物に応じて適宜決定されればよい。

図１および図２に示すように、検出部２０は、超音波振動子２０ａを有している。検出部２０では、超音波振動子２０ａは、複数設けられるとともに、複数の超音波振動子２０ａは、アレイ状に配列されている。また、検出部２０は、ＬＥＤ光源部１０から照射された光を吸収した穿刺針５０などの被検体Ｐ内の検出対象物から発生する音響波によって超音波振動子２０ａが振動されることにより、音響波（超音波）を検出するように構成されている。また、検出部２０は、制御部３０から出力される制御信号に基づいて、超音波振動子２０ａを振動させて、超音波を発生することが可能なように構成されている。その際、検出部２０は、被検体Ｐ内で反射された超音波によって超音波振動子２０ａが振動されることにより、超音波も検出するように構成されている。また、検出部２０は、検出された音響波または超音波に対応する検出信号を制御部３０に出力するように構成されている。

なお、本明細書では、説明の都合上、被検体Ｐ内の穿刺針５０などの検出対象物が光を吸収することにより発生する超音波を「音響波」として、超音波振動子２０ａにより発生されるとともに、被検体Ｐ内で反射される超音波を「超音波」として区別して記載する。

制御部３０は、ＣＰＵと、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶部とを含み、図１に示すように、検出部２０から出力された検出信号に基づいて、被検体Ｐ内の画像化を行うように構成されている。具体的には、制御部３０は、音響波に起因する検出信号に基づいて、光音響画像を生成するとともに、超音波に起因する検出信号に基づいて超音波画像を生成するように構成されている。また、制御部３０は、光音響画像と超音波画像とを統合することにより、被検体Ｐ内の多様な情報を画像化することが可能なように構成されている。

図１に示すように、表示部４０は、一般的な液晶パネルなどにより構成されており、制御部３０により画像化された被検体Ｐ内の情報などを表示するように構成されている。

図１および図２に示すように、穿刺針５０は、被検体Ｐの患部に薬液を注入する際や、被検体Ｐから検体（血液など）を採取する際などに用いられる注射針などの穿刺針である。なお、図２では、理解の容易のため、ＬＥＤ光源部１０および検出部２０に対する穿刺針５０の大きさを誇張して示している。

ここで、第１実施形態では、穿刺針５０は、穿刺針本体５１と、被覆層５２とを含んでいる。穿刺針本体５１は、生体適合性の良好な金属材料（チタンまたはＳＵＳ３０４など）により構成されている。また、被覆層５２は、穿刺針本体５１の表面に形成されるとともに、光吸収性に優れる黒色に着色するための黒色系材料と、一般的に金属材料に比べて線膨張係数の大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成されている。

黒色系材料としては、着色容易な粒子状の黒色系材料を用いることが可能である。粒子状の黒色系材料としては、カーボンブラック、黒色系酸化鉄および黒色系酸窒化チタンのうち少なくとも１つを用いることが可能である。また、黒色系材料としては、生体適合性および分散性の良好な黒色系酸窒化チタンを用いることが好ましい。

また、黒色系材料は、一般的に光散乱性を有する金属材料により構成される穿刺針本体５１よりも光吸収性が大きい（光透過率が小さい）。なお、黒色系材料の光透過率は、効率的に光を吸収する観点から、赤外領域の測定波長において約３０％以下であるのが好ましく、約２５％以下であるのがより好ましい。また、黒色系材料の光透過率は、約１５％以下であるのがさらに好ましく、約１０％以下であるのがより一層好ましい。

樹脂材料としては、アクリル樹脂材料、フッ素樹脂材料およびシリコン樹脂材料のうち少なくともいずれか１つを用いることが可能である。

また、樹脂材料は、穿刺針本体５１の金属材料として一般的に広く使用されているＳＵＳ３０４の線膨張係数（約１．７３×１０^−５Ｋ^−１）よりも線膨張係数が大きい。なお、樹脂材料の線膨張係数の一例として、アクリル樹脂材料の線膨張係数は、約５×１０^−５Ｋ^−１以上約９×１０^−５Ｋ^−１以下であり、フッ素樹脂材料の線膨張係数は、約６×１０^−５Ｋ^−１以上約１６×１０^−５Ｋ^−１以下であり、シリコン樹脂材料の線膨張係数は、約２５×１０^−５Ｋ^−１以上約３０×１０^−５Ｋ^−１以下である。したがって、効率的に熱膨張させる観点からは、樹脂材料としては、線膨張係数の大きいシリコン樹脂材料を用いることが好ましい。

なお、樹脂材料の線膨張係数は、効率的に熱膨張させる観点から、穿刺針本体５１の線膨張係数の約２倍以上が好ましく、約３倍以上がより好ましい。また、樹脂材料の線膨張係数は、約５倍以上がさらに好ましく、約１０倍以上がより一層好ましい。

また、樹脂材料は、被覆層５２と人体などの被検体Ｐの生体組織との境界面における光の反射を抑制する観点から、人体などの被検体Ｐの生体組織の屈折率（約１．３）と屈折率が近い方が好ましい。なお、樹脂材料の屈折率の一例として、アクリル樹脂材料の屈折率は、約１．５であり、フッ素樹脂材料の屈折率は、約１．３５であり、シリコン樹脂材料の屈折率は、約１．４３である。したがって、境界面における光の反射を抑制する観点からは、樹脂材料としては、被検体Ｐの生体組織の屈折率と屈折率が近いフッ素樹脂材料を用いることが好ましい。また、フッ素樹脂材料は、耐薬品性、非粘着性、すべり性および非濡れ性などの優れた特性を有する点からも、用いることが好ましい。なお、フッ素樹脂材料としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＣＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＥＣＴＦＥおよびＰＶＤＦなどを用いることが可能である。

また、平滑な被覆層５２を形成する観点からは、樹脂材料としては、電着により平滑かつ均一な膜形成が可能なアクリル樹脂材料を用いることが好ましい。

また、被覆材料全体の重量に対する黒色系材料の重量比は、約１％以上約５％以下であるのが好ましい。また、被覆材料全体の重量に対する樹脂材料の重量比は、フッ素樹脂の場合には、約１６％以上約３０％以下であるのが好ましい。

図２および図３に示すように、穿刺針本体５１は、パイプ状の針管５１ａと、針管５１ａの先端に形成される針先５１ｂとを有している。また、針先５１ｂには、針管５１ａの中心軸線ＡＸと鋭角αをなすカット面（切断面）５１ｃが形成されている。

被覆層５２は、針管５１ａの外表面５１ｄを被覆するとともに、穿刺容易な平滑な膜状に形成されている。また、被覆層５２は、パイプ状の針管５１ａの外表面５１ｄの全周を被覆しながら、針先５１ｂから針先５１ｂが形成されるのとは反対側の針管５１ａの端部に向けて、少なくとも穿刺の際に被検体Ｐの内部に差し込まれる所定の位置（針先５１ｂから数ｃｍの位置）まで形成されている。なお、被覆層５２は、塗布などの方法により針管５１ａの外表面５１ｄに膜状に形成することが可能である。また、図２〜図４では、理解の容易のため、穿刺針５０の穴径に対する針管５１ａの厚みと、被覆層５２の厚みとをやや誇張して示している。

また、被覆層５２の膜厚ｔは、被覆層５２に確実に光を吸収させる観点から、約１０μｍ以上が好ましい。また、被覆層５２の膜厚ｔは、製造容易の観点および穿刺の際の痛みを緩和する観点から、約５０μｍ以下が好ましく、約３０μｍ以下がより好ましい。

また、第１実施形態では、図４に示すように、被覆層５２には、外部に露出する外表面５２ａにおける穿刺針本体５１のカット面５１ｃ側（Ｚ１側）に、カット面５１ｃを視覚的に識別可能なマーキング部５３（ハッチングで示す）が設けられている。また、マーキング部５３は、針管５１ａの幅方向（Ｙ方向）の略中央の位置で、針先５１ｂから離間した位置から針管５１ａの延びる方向に向けて１本のライン状に形成されている。

また、マーキング部５３は、黒色系材料として黒色系酸窒化チタンを含む被覆材料を用いる場合には、この黒色系酸窒化チタンをレーザ光の熱により酸化させて、白色の酸化チタンに変化させることにより形成される。ここで、黒色系酸窒化チタンは、３００℃以上の熱により酸化されて、白色の酸化チタンに変化することが知られている。

すなわち、この方法によれば、被覆層５２は、黒色系材料を用いることにより全体として黒色である一方、マーキング部５３は、白色であるので、被覆層５２に対してマーキング部５３を明瞭なコントラストで形成することが可能である。したがって、ユーザは、マーキング部５３を容易に視認することができるので、カット面５１ｃを容易に識別することが可能である。

次に、図１および図２を参照して、穿刺針５０の被検体Ｐへの穿刺と、被検体Ｐ内における穿刺針５０からの音響波の発生について説明する。

まず、ユーザ（穿刺を行う者）は、穿刺針５０のマーキング部５３を視認することにより、カット面５１ｃを識別する。穿刺の際、カット面５１ｃが下向きの場合には、被検体Ｐ内で穿刺針５０は上向きに進み易く、カット面５１ｃが上向きの場合（図２の場合）には、被検体Ｐ内で穿刺針５０は下向きに進み易い。したがって、穿刺針５０の針先５１ｂの到達を所望する位置に応じて、穿刺の際のカット面５１ｃの上下が決定される。

そして、マーキング部５３（図４参照）によりカット面５１ｃを識別して、カット面５１ｃの上下を決定した後、ユーザは、被検体Ｐに穿刺針５０を穿刺する。そして、穿刺針５０が被検体Ｐに穿刺された状態で、ＬＥＤ光源部１０から測定のためのパルス光が照射される。

また、照射されたパルス光は、穿刺針本体５１の外表面５１ｄ上に十分な厚みで形成された被覆層５２により吸収される。この際、被覆層５２において、光吸収性が大きい（光透過率が小さい）黒色系材料により光が効率的に吸収される。そして、光を吸収した黒色系材料により熱が発生する。そして、線膨張係数の大きい樹脂材料に黒色系材料により発生した熱が伝達されて、樹脂材料が熱膨張される。この結果、穿刺針本体５１のみに光を吸収させる場合と比べて、被覆層５２から効率的に音響波ＡＷを発生させることが可能である。なお、被覆層５２では、黒色系材料から伝達された熱に起因する樹脂材料の熱膨張だけではなく、光を吸収したことに起因する黒色系材料の熱膨張によっても音響波ＡＷが発生する。また、被覆層５２では、光を吸収したことに起因する樹脂材料の熱膨張によっても音響波ＡＷが発生する。

その後、被検体Ｐ内を伝播した音響波ＡＷが検出部２０に到達して、検出部２０により検出されるとともに、図１に示すように、この音響波ＡＷに起因する検出信号が検出部２０から制御部３０に出力される。そして、この音響波ＡＷに起因する検出信号に基づいて、制御部３０により光音響画像の生成が行われて、生成された光音響画像が表示部４０に表示される。この結果、ユーザは、光音響画像上で穿刺針５０の被検体Ｐ内の位置を確認することが可能である。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、穿刺針本体５１の表面（外表面５１ｄ）に、穿刺針本体５１よりも光吸収性が大きい黒色系材料と、穿刺針本体５１よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層５２を設ける。これにより、ＬＥＤ光源部１０からの光を被覆層５２に照射することができるので、光吸収性が大きい黒色系材料にＬＥＤ光源部１０からの光を効率的に吸収させることができることに加えて、吸収した光により発生した熱に対して線膨張係数が大きい樹脂材料を効率的に熱膨張させることができる。その結果、被覆層５２を設けることにより光の吸収に加えて吸収した光により発生した熱に対する熱膨張を効率的に行うことができるので、より効率的に音響波ＡＷを発生させることができる。したがって、ＬＥＤ光源部１０を用いる場合にも、音響波ＡＷをより効率的に発生させて、光音響画像上で穿刺針５０の位置を確認することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、穿刺針本体５１よりも線膨張係数が大きい樹脂材料の線膨張係数が、穿刺針本体５１の線膨張係数の約２倍以上である。これにより、穿刺針本体５１よりも線膨張係数が大きい樹脂材料を確実に大きく熱膨張させることができるので、より一層効率的に音響波ＡＷを発生させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、穿刺針本体５１よりも光吸収性が大きい黒色系材料の光透過率が測定波長において約３０％以下である。これにより、光透過率が約３０％以下の光吸収性が大きい黒色系材料にＬＥＤ光源部１０からの光を確実に大きく吸収させることができるので、吸収した光により発生した熱に対して線膨張係数が大きい樹脂材料を確実に大きく熱膨張させることができる。その結果、吸収した光に対してより一層効率的に音響波ＡＷを発生させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、穿刺針本体５１よりも線膨張係数が大きい樹脂材料は、アクリル樹脂材料、フッ素樹脂材料およびシリコン樹脂材料のうち少なくともいずれか１つを含む。これにより、穿刺針本体５１に一般的に用いられる金属材料（たとえば、ＳＵＳ３０４）に比べて、線膨張係数が大きい樹脂材料を用いるので、穿刺針本体５１よりも線膨張係数が大きい樹脂材料を容易に大きく熱膨張させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、穿刺針本体５１よりも光吸収性が大きい材料が黒色系材料である。これにより、黒色系材料を用いることによって、ＬＥＤ光源部１０からの光の波長特性に依存せず、広い波長範囲にわたって高い光吸収性を維持することができる。また、検出対象物に応じて測定波長を異ならせるのが一般的な光音響画像化装置１００において、上記のように広い波長範囲にわたって高い光吸収性を維持することができることは、実用上特に有効である。

また、第１実施形態では、上記のように、黒色系酸窒化チタンを含む被覆材料を熱により白色に変化させることにより形成され、穿刺針本体５１における針先５１ｂのカット面５１ｃ側を視覚的に識別可能なマーキング部５３を被覆層５２に設ける。これにより、黒色系材料が黒色系酸窒化チタンを含む構成において、黒色系酸窒化チタンの熱による酸化により白色に変化する特性を利用して、カット面５１ｃを視覚的に識別するためのマーキング部５３を容易に形成することができる。その結果、ユーザは、カット面５１ｃを識別することができるので、穿刺針５０を被検体Ｐに穿刺する際に、穿刺針５０の進行方向に応じてカット面５１ｃを定めた状態での被検体Ｐへの穿刺を容易に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ＬＥＤ光源部１０に、光放出半導体素子として発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）１１ｂを設ける。これにより、比較的消費電力の小さいＬＥＤ素子１１ｂを用いることにより光音響画像化装置１００の消費電力を低減することができる。

（第２実施形態）
次に、図１および図５を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、マーキング部５３を針管５１ａの延びる方向に向けて１本のライン状に形成した上記第１実施形態の構成とは異なり、複数（５つ）のマーキング部１５３を目盛状に形成する例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

本発明の第２実施形態による光音響画像化装置２００は、図１に示すように、穿刺針１５０を備えている。穿刺針１５０は、マーキング部１５３が第１実施形態のマーキング部５３と異なること以外は、上記第１実施形態と略同一の構成である。すなわち、穿刺針１５０では、穿刺針本体５１の外表面５１ｄに被覆層５２が設けられるとともに、被覆層５２にマーキング部１５３（ハッチングで示す）が設けられている。なお、穿刺針１５０は、本発明の「光音響画像化装置用の穿刺針」の一例である。

第２実施形態では、マーキング部１５３は、外部に露出する外表面５２ａにおける穿刺針本体５１のカット面５１ｃ側（Ｚ１側）において、複数（５つ）設けられている。また、複数のマーキング部１５３は、それぞれ、針管５１ａの幅方向（Ｙ方向）に延びるライン状に形成されるとともに、所定の離間間隔Ｄだけ互いに離れた位置に形成されている。すなわち、第２実施形態では、マーキング部１５３は、カット面５１ｃを視覚的に識別可能にするための機能に加えて、穿刺針１５０を被検体Ｐに穿刺した際に穿刺針１５０の挿入深度を図るための目盛としての機能を有している。なお、目盛としての機能を有するマーキング部１５３は、５つ以外の複数設けられてもよい。

また、第２実施形態では、複数のマーキング部１５３は、それぞれ、被覆層５２の外表面５２ａの半周よりも長く、かつ、全周よりも短い範囲でライン状に形成されている。すなわち、複数のマーキング部１５３は、カット面５１ｃ側（Ｚ１側）では、連続的に形成されているとともに、カット面５１ｃとは反対側（Ｚ２側）では、分断されている。これらの結果、カット面５１ｃを容易に識別可能であるとともに、マーキング部１５３の形成範囲が広範囲にわたるので、カット面５１ｃを上下いずれの向きで被検体Ｐに穿刺する場合にも、目盛状のマーキング部１５３を視認して、挿入深度を図ることが可能である。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、マーキング部１５３を目盛状に形成する。これにより、穿刺針１５０の穿刺の際に、穿刺針１５０の挿入深度を容易に知ることができる。その結果、穿刺針１５０を所望の挿入深度まで容易に穿刺することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、被覆層５２が穿刺針本体５１の外表面５１ｄの全周を被覆した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、被覆層が穿刺針本体の外表面の全周を被覆していなくともよい。本発明では、測定可能であれば、被覆層が穿刺針本体の一部のみを被覆していてもよい。また、被覆層が穿刺針本体の内表面を被覆していてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、穿刺針本体５１よりも線膨張係数が大きい樹脂材料の線膨張係数が、穿刺針本体５１の線膨張係数の約２倍以上である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きければ、樹脂材料の線膨張係数は、穿刺針本体の線膨張係数の約２倍よりも小さくてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、穿刺針本体５１よりも光吸収性が大きい黒色系材料の光透過率が、測定波長において約３０％以下である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、黒色系材料の光透過率が測定波長において約３０％よりも大きくてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、穿刺針本体５１よりも光吸収性が大きい材料として、カーボンブラックなどの黒色系材料を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、赤外領域の測定波長において光吸収性が大きい（光透過率が小さい）材料であれば、黒色系材料以外の材料を用いてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、マーキング部５３（１５３）を、カット面５１ｃ側に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カット面側を視覚的に識別可能であれば、マーキング部をカット面側に設けなくともよい。たとえば、カット面とは反対側にのみマーキング部を設けることにより、カット面を識別する構成や、カット面側とカット面とは反対側とにおいて異なる形状のマーキング部を設けることにより、カット面を識別する構成を採用してもよい。

また、上記第１実施形態では、黒色系酸窒化チタンを含む被覆材料を用いる場合に、レーザ光の熱により黒色系酸窒化チタンを白色の酸化チタンに変化させることにより、マーキング部５３を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記の方法以外によって、マーキング部を形成してもよい。たとえば、被覆層の一部に塗料を塗布することにより、マーキング部を形成してもよいし、穿刺針本体の一部に被覆層を設けないことにより、その部分をマーキング部としてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、光放出半導体素子として、ＬＥＤ素子１１ｂを用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光放出半導体素子として、ＬＥＤ素子以外の光放出半導体素子を用いてもよい。たとえば、図６に示す第１変形例のように、光放出半導体素子として半導体レーザ素子２１１ｂを、光放出半導体素子光源部２１０に設けてもよい。これにより、発光ダイオード素子と比べて、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子２１１ｂからの光の大部分を確実に被検体に照射することができる。また、図６に示す第２変形例のように、光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子３１１ｂを、光放出半導体素子光源部３１０に設けてもよい。これにより、薄型化容易な有機発光ダイオード素子３１１ｂを用いることにより、有機発光ダイオード素子３１１ｂが設けられる光放出半導体素子光源部３１０を容易に小型化することができる。なお、半導体レーザ素子２１１ｂおよび有機発光ダイオード素子３１１ｂは、共に、本発明の「光放出半導体素子」の一例である。

１０ ＬＥＤ光源部（光放出半導体素子光源部）
１１ｂ ＬＥＤ素子（光放出半導体素子）
２０ 検出部
５０、１５０ 穿刺針（光音響画像化装置用の穿刺針）
５１ 穿刺針本体
５１ｂ 針先
５１ｃ カット面
５２ 被覆層
５３、１５３ マーキング部
１００、２００ 光音響画像化装置
２１０、３１０ 光放出半導体素子光源部
２１１ｂ 半導体レーザ素子（光放出半導体素子）
３１１ｂ 有機発光ダイオード素子（光放出半導体素子）

この発明は、光音響画像化装置用の穿刺針およびこの穿刺針を用いる光音響画像化装置に関する。

この発明の第２の局面による光音響画像化装置は、被検体内に穿刺される穿刺針を用いる光音響画像化装置であって、光放出半導体素子光源部と、少なくとも光放出半導体素子光源部から照射された光を吸収した被検体内の穿刺針から発生する音響波を検出するための検出部と、を備え、穿刺針は、穿刺針本体と、穿刺針本体の表面に形成され、穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料と、穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層とを含む。

Claims (13)

1. 光放出半導体素子光源部を備える光音響画像化装置用の穿刺針であって、
   穿刺針本体と、
   前記穿刺針本体の表面に形成され、前記穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料と、前記穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層とを備える、光音響画像化装置用の穿刺針。
2. 前記穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料は、線膨張係数が前記穿刺針本体の線膨張係数の２倍以上である、請求項１に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
3. 前記穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料は、測定波長において光透過率が３０％以下である、請求項１または２に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
4. 前記穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料は、アクリル樹脂材料、フッ素樹脂材料およびシリコン樹脂材料のうち少なくともいずれか１つを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
5. 前記穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料は、黒色系材料である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
6. 前記穿刺針本体には、針先にカット面が設けられており、
   前記黒色系材料は、黒色系酸窒化チタンを含み、
   前記被覆層は、前記黒色系酸窒化チタンを含む前記被覆材料を熱により白色に変化させることにより形成され、前記穿刺針本体における前記針先の前記カット面側を視覚的に識別可能なマーキング部を含む、請求項５に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
7. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として発光ダイオード素子を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
8. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として半導体レーザ素子を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
9. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置用の穿刺針。
10. 光放出半導体素子光源部と、
    前記光放出半導体素子光源部から照射された光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出するための検出部と、
    前記被検体内に穿刺される穿刺針と、を備え、
    前記穿刺針は、
    穿刺針本体と、
    前記穿刺針本体の表面に形成され、前記穿刺針本体よりも光吸収性が大きい材料と、前記穿刺針本体よりも線膨張係数が大きい樹脂材料とを含む被覆材料により構成される被覆層とを含む、光音響画像化装置。
11. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として発光ダイオード素子を含む、請求項１０に記載の光音響画像化装置。
12. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として半導体レーザ素子を含む、請求項１０に記載の光音響画像化装置。
13. 前記光放出半導体素子光源部は、光放出半導体素子として有機発光ダイオード素子を含む、請求項１０に記載の光音響画像化装置。

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