JP2016048207A - 光音響画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光放出半導体素子を有する光源部を検出部の近傍に配置する構成においても、光源部と被検体表面との間の領域に空気が侵入することを抑制することが可能な光音響画像化装置を提供する。【解決手段】この光音響画像化装置１００は、音響波ＡＷを検出するための検出部１と、検出部１の近傍に配置されるとともに、ＬＥＤ素子２２を含み、被検体Ｐに光を照射して被検体Ｐ内の検出対象物Ｑに光を吸収させることにより、検出対象物Ｑから音響波ＡＷを発生させる光源部２と、光源部２を覆うとともに被検体Ｐと接触する光源カバー部３とを備える。光源カバー部３は、被検体Ｐとの接触面３ａにおいて、少なくとも光源部２におけるＬＥＤ素子２２の配置領域ＤＡを覆う範囲で光源部２側に窪むように設けられた伝搬材収容凹部４０を含む。【選択図】図３

Description

この発明は、光音響画像化装置に関し、特に、音響波を検出する超音波検出器と、被検体に光を照射して被検体内の対象物から音響波を発生させる光源部とを備えた光音響画像化装置に関する。

従来、音響波を検出する超音波検出器と、被検体に光を照射して被検体内の対象物から音響波を発生させる光源部とを備えた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、超音波検出器と、レーザ光源（固体レーザ）と、光ファイバや光導波路などの導光部材とを備えた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では、レーザ光源から発生させた光が導光部材によって被検体の検出部位（被検者の体の検出対象部位）まで導光され、照射される。検出部位には超音波検出器が配置され、被検体内で光を吸収した対象物の熱膨張に伴って生じる音響波（超音波）が超音波検出器によって検出される。

上記特許文献１に記載の光音響画像化装置のように光源としてレーザ光源（固体レーザ）を利用する場合、レーザ光源ユニットから光ファイバなどによって被検体まで光を導く必要があり、装置全体が大型化するという不都合がある。光音響画像化装置の取り扱いを容易にするためには、光源を小型化する必要があり、たとえばレーザ光源に変えてＬＥＤ素子などの小型の光放出半導体素子を採用することが好ましい。

この場合、ＬＥＤ素子などの光放出半導体素子はレーザ光源と比較して光出力が小さいことから、十分な光エネルギーを確保するためには、光放出半導体素子を有する光源部を超音波検出器の近傍に配置することが要求される。その結果、被検体の検出部位表面に、超音波検出器と、光放出半導体素子を設けた光源部とを近接させる構成となる。また、被検体と超音波検出器および光源部との接触面には、音響波および光の伝播損失の低減のために、超音波診断用ゲルなどの超音波および光の伝搬材が塗布される。

特開２０１０−４２１５８号公報

しかしながら、光源部と超音波検出器とを検出部位表面に近接させる場合、被検体と超音波検出器および光源部との接触面積が大きくなるため、被検体表面の湾曲に合わせて超音波検出器を傾斜させると、光源部と被検体表面との間が離間し、光源部と被検体表面との間で伝搬材が介在する領域に空気が侵入する可能性がある。光源部と被検体表面との間の領域に空気が侵入すると、光の反射（散乱）や屈折によって光の伝搬損失が増大するという問題点がある。

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、光放出半導体素子を有する光源部を検出部の近傍に配置する構成においても、光源部と被検体表面との間の領域に空気が侵入することを抑制することが可能な光音響画像化装置を提供することである。

この発明の一の局面による光音響画像化装置は、音響波を検出するための検出部と、検出部の近傍に配置されるとともに、光放出半導体素子を含み、被検体に光を照射して被検体内の検出対象物に光を吸収させることにより、検出対象物から音響波を発生させる光源部と、光源部を覆うとともに被検体と接触する光源カバー部と、を備え、光源カバー部は、被検体との接触面において、少なくとも光源部における光放出半導体素子の配置領域を覆う範囲で光源部側に窪むように設けられた伝搬材収容凹部を含む。

この発明の一の局面による光音響画像化装置では、上記のように、被検体との接触面において、少なくとも光源部における光放出半導体素子の配置領域を覆う範囲で光源部側に窪むように設けられた伝搬材収容凹部を光源カバー部に設ける。これにより、光源部を覆う光源カバー部を被検体に当接させた状態で、超音波診断用ゲルなどの伝搬材を伝搬材収容凹部内に保持することができる。このため、光源カバー部と被検体表面との間が離間した場合には、伝搬材収容凹部内の伝搬材によって光源カバー部と被検体表面との間の隙間を埋めることができる。これにより、光放出半導体素子を有する光源部を検出部の近傍に配置する構成において、光源部（光源カバー部）と被検体表面との間の領域に空気が侵入することを抑制することができる。この結果、光源部（光源カバー部）と被検体表面との間の領域に空気が侵入することによる光の反射（散乱）や屈折に起因する光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

また、装置の使用時に光源部が被検体に近接すると、光放出半導体素子の発熱によって被検体（被検者）に不快感（違和感）を与える可能性が考えられる。これに対して、本発明によれば、光源部と被検体の表面との間の伝搬材収容凹部において伝搬材を介在させておくことができるので、光放出半導体素子の発熱に起因して被検体（被検者）に不快感を与えることを抑制することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、伝搬材収容凹部の内周面は、接触面側の開口端部が光源部側の端部よりも伝搬材収容凹部の内側に向けて突出するように形成されている。このように構成すれば、伝搬材収容凹部の開口幅を伝搬材収容凹部の光源部側（底部）の幅よりも狭くすることができるので、伝搬材収容凹部内に保持された伝搬材が伝搬材収容凹部から流出することを抑制することができる。この結果、装置の使用中、光源カバー部と被検体表面との間の隙間を埋めるのに十分な伝搬材を、より確実に伝搬材収容凹部内に確保しておくことができる。さらに、装置の使用中に検出部を被検体表面に沿って移動させると、伝搬材収容凹部の内側に向けて突出する内周面によって、被検体表面に塗布された伝搬材を掻き込んで伝搬材収容凹部内に充填させる効果を期待することができる。これによっても、伝搬材収容凹部内に十分な量の伝搬材を確保することができる。

この場合において、好ましくは、伝搬材収容凹部の内周面は、接触面と滑らかに連続する丸みを帯びた曲面部を含む。このように構成すれば、接触面に伝搬材収容凹部を設ける構成においても、伝搬材収容凹部の開口端部が被検体表面との接触する際の引っかかりを防ぎ、被検体表面との良好な接触状態を確保することができる。すなわち、装置の使用時には、検出部を被検体表面と密着させるため、検出部および光源カバー部が被検体に押し付けられることがある。このような場合にも、伝搬材収容凹部の曲面部によって、接触に起因する圧迫感や不快感を被検者（被検体）に生じさせることを抑制することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、伝搬材収容凹部は、接触面側の開口端部が光放出半導体素子の配光角の最外角度線よりも外側に位置するように形成されている。このように構成すれば、光放出半導体素子から出射される光の大部分を、伝搬材収容凹部を通して被検体に照射させることができる。これにより、伝搬材収容凹部の内周面で吸収、散乱または屈折される光を減少させて、より多くの光を被検体に照射させることができるので、光の伝搬損失をさらに低減することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、伝搬材収容凹部には、光放出半導体素子と光出射方向に重なる位置に、伝搬材収容凹部の光源部側の底部から接触面まで延びる透光性の突起部が設けられている。このように構成すれば、光放出半導体素子の光出射面から伝搬材収容凹部の突起部を介して接触面まで光を届けることができるとともに、突起部の形成領域では空気の進入を防止することができる。この結果、伝搬材収容凹部内の伝搬材によって空気の進入を抑制しつつ、光放出半導体素子の光をより効率よく被検体に届けることができる。

この場合において、好ましくは、突起部は、伝搬材収容凹部の全幅に渡って延びることにより、伝搬材収容凹部を第１凹部領域と第２凹部領域とに分割するように形成されている。このように構成すれば、分割された第１凹部領域と第２凹部領域とにそれぞれ伝搬材を保持させておくことができる。これにより、伝搬材収容凹部を分割しない場合と比べて、装置の使用中における伝搬材の流出をより効果的に抑制することができる。その結果、光源カバー部と被検体表面との間が離間した場合に、光源カバー部と被検体表面との間の領域に空気が侵入することをさらに効果的に抑制することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子は、発光ダイオードにより構成されている。このように構成すれば、光源部を小型化することができるとともに、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消費電力を低減することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子は、半導体レーザ素子により構成されている。このように構成すれば、たとえ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。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光放出半導体素子は、有機発光ダイオードにより構成されている。このように構成すれば、薄型化が容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、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、光放出半導体素子を有する光源部を検出部の近傍に配置する構成においても、光源部と被検体表面との間の領域に空気が侵入することを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示した図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置を底面側から見た図である。 本発明の第１実施形態による光源部および光源カバー部の構成を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の使用状態における光源部および光源カバー部を示した断面図である。 本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の光源部および光源カバー部の構成を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態による光音響画像化装置を底面側から見た図である。 本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の突起部を通る光の軌跡を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の光源カバー部の変形例を示した断面図である。 本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の光源部の変形例を示した模式図である。

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）
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、音響波を検出するための検出部１と、検出部１の近傍に配置される光源部２と、光源部２を覆う光源カバー部３とを備えている。また、光音響画像化装置１００は、検出部１により検出された信号を処理して画像化を行う制御部４と、制御部４により処理された画像を表示するための表示部５とを備えている。

光音響画像化装置１００は、光源部２から被検体（被検者）Ｐ内に所定波長の光を照射することにより、被検体Ｐ内で光を吸収した検出対象物Ｑを膨張収縮させ、検出対象物Ｑから音響波ＡＷを発生させる。光音響画像化装置１００は、検出対象物Ｑから発生した音響波ＡＷを検出部１によって検出し、得られた検出信号に基づいて被検体Ｐ内における検出対象物Ｑを画像化する機能を有する。また、光音響画像化装置１００は、検出部１から被検体Ｐに対して超音波を照射し、被検体Ｐ内で反射した反射波（超音波）を検出部１によって検出し、得られた検出信号に基づいて被検体Ｐ内を画像化する機能を有する。光音響画像化装置１００は、これらの音響波画像と超音波画像とを統合することにより、被検体Ｐ内に関する多様な情報を画像化して表示することが可能である。

なお、本明細書では、被検体Ｐ内の検出対象物Ｑ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、検出部１により発生されるとともに、被検体Ｐに反射される超音波を「超音波」として、説明の都合上、区別して記載している。

検出部１は、超音波振動素子１１を含む超音波検出プローブである。超音波振動素子１１は、被検体Ｐに近接するように、検出部１の先端部（検出面近傍）に配置されている。超音波振動素子１１は、音響波（超音波）ＡＷを検出することが可能であるとともに、被検体Ｐに対して超音波を照射することが可能に構成されている。超音波振動素子１１は、被検体Ｐ内の検出対象物Ｑから発生した音響波、および、被検体Ｐ内で反射された超音波を検出し、検出信号を制御部４に出力するように構成されている。また、超音波振動素子１１は、制御部４の制御信号に基づき、被検体に超音波を照射するように構成されている。

超音波振動素子１１は、多数の超音波振動素子１１がアレイ状に配列されているものであり、図２に示すように、検出面（底面）において、全体としてＹ方向に延びる矩形形状をなすように構成されている。なお、各図では、超音波振動素子１１のアレイ全体の外形形状のみを概略的に示している。超音波振動素子１１のアレイは、全体として、長手方向（Ｙ方向）の長さＬ１、短手方向（Ｘ方向）の幅Ｗ１を有する。

図１に示すように、光源部２は、光源カバー部３に覆われた状態で、検出部１のＸ方向の両側に一対設けられている。光源部２および光源カバー部３は、検出部１のＹ方向の両側に検出部１を挟むように一対設けられている。これらの光源部２および光源カバー部３は、互いに検出部１を挟んで略対称に構成されている点以外は実質的に同一であるので、ここではＸ１側の光源部２および光源カバー部３のみについて説明する。なお、図１では、Ｘ１側の光源部２および光源カバー部３についてＸＺ断面を図示している。

光源部２は、被検体Ｐに光を照射して被検体Ｐ内の検出対象物Ｑに光を吸収させることにより、検出対象物Ｑから音響波ＡＷを発生させるように構成されている。図３に示すように、光源部２は、光源基板２１と、光源基板２１に実装された複数（多数）のＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）２２とを含んでいる。光源基板２１は、信号線２３を介して制御部４と接続されており、信号線２３を介して制御部４から電力供給を受けるとともに制御信号を受信する。光源基板２１には、光源駆動回路が形成されており、制御部４の制御信号に基づいてＬＥＤ素子２２を点灯および消灯させるように構成されている。光源基板２１は、図２に示すように、Ｙ方向に延びるように形成されており、長手方向の長さＬ２および短手方向の幅Ｗ２の矩形形状を有する。なお、ＬＥＤ素子２２は、本発明の「光放出半導体素子」の一例である。

図３に示すように、光源基板２１の下面側には、複数のＬＥＤ素子２２がアレイ状に配列されており、これらのＬＥＤ素子２２が全体として面光源を構成している。複数のＬＥＤ素子２２は、図２に示すように、長手方向の長さＬ３および短手方向の幅Ｗ３の矩形形状の配置領域ＤＡに配置されている。また、複数のＬＥＤ素子２２は、配置領域ＤＡ内で、Ｙ方向に延びるとともにＸ方向に並ぶ３列の素子列を構成している。なお、ＬＥＤ素子２２のアレイ（配置領域ＤＡ）は、超音波振動素子１１のアレイと略平行で、同一方向（Ｙ方向）に延びるように設けられている。

個々のＬＥＤ素子２２は、光放出半導体素子であり、主として赤外光（近赤外光）の波長領域の光を発生させるように構成されている。図３に示すように、ＬＥＤ素子２２は、配光角θで光を出射する。すなわち、ＬＥＤ素子２２の発光強度は、中心線Ｂ１により示す光出射面の前方（光出射面に対する垂線方向）が最も強く、中心線Ｂ１に対する角度が大きくなるほど発光強度が小さくなる。配光角θは、発光強度が最大強度（中心線Ｂ１における発光強度）の１／２になる光軸方向と中心線Ｂ１とのなす角度である。図３では、ＬＥＤ素子２２の配光角θが片側約６０度である例を示しており、３列のアレイ状の素子列のうち、Ｘ１側のＬＥＤ素子２２の配光角θの最外角度線Ｂ２と、Ｘ２側のＬＥＤ素子２２の配光角θの最外角度線Ｂ３とを図示している。したがって、複数のＬＥＤ素子２２全体としては、Ｘ１側の最外角度線Ｂ２と、Ｘ２側の最外角度線Ｂ３との間の範囲に、光の大部分が照射される。光源部２は、このように多数のＬＥＤ素子２２を密集配置するとともに、検出部１（超音波振動素子１１）の近傍に配置することによって、被検体Ｐへの照射光量（光エネルギー量）を確保している。

光源カバー部３は、内部に光源部２を収容しており、Ｙ方向に延びる（図２参照）ように形成されている。また、光源カバー部３は、Ｙ方向から見て概略Ｌ字状形状を有するとともに、底部に被検体Ｐと接触する接触面３ａを有している。図１に示すように、検出部１を挟んでＸ１側の光源カバー部３とＸ２側の光源カバー部３とは、略線対称となるように形成されている他は同一構造を有し、互いに連結部材６によって連結されている。光源カバー部３は、樹脂製である。

図２に示すように、第１実施形態では、光源カバー部３は、被検体Ｐとの接触面３ａ（図３参照）において、少なくとも光源部２におけるＬＥＤ素子２２の配置領域ＤＡを覆う範囲で光源部２側に窪むように設けられた伝搬材収容凹部４０を含んでいる。光音響画像化装置１００の使用時には、被検体Ｐと検出部１および光源カバー部３との間に、音響波および光の伝播損失の低減のために、超音波診断用ゲルなどの超音波および光の伝搬材Ｍ（図１および図４参照）が塗布される。伝搬材収容凹部４０は、この伝搬材Ｍを収容して保持する機能を有する。

光源カバー部３は、図３に示すように、ボトム部３１と、窓板部３２と、トップ部３３とを有する。ボトム部３１は、光源カバー部３の底面部分と、検出部１に対して外側の側面部分とを構成する部材である。ボトム部３１の底面が、光源カバー部３の接触面３ａに相当し、被検体Ｐと接触する。トップ部３３は、ボトム部３１の上部に配置され、光源部２を収容する蓋部として機能する。窓板部３２は、ボトム部３１と光源部２との間に配置され、光源部２の出射面側を支持するとともに、光源部２の光を透過させて被検体Ｐ側に出射させるように構成されている。窓板部３２は、平板形状を有し、透光性（赤外光の透過性）を有する。第１実施形態では、窓板部３２は、光透過率が９０％以上の樹脂からなり、たとえばアクリル樹脂またはポリカーボネートなどにより形成されている。

第１実施形態では、構造上は、ボトム部３１の開口部分に窓板部３２が嵌め込まれることによって、伝搬材収容凹部４０が構成されている。具体的には、伝搬材収容凹部４０は、ボトム部３１の底部（接触面３ａ）において、ＬＥＤ素子２２の配置領域ＤＡを取り囲むように周状に設けられた周壁部３１ａ（図２参照）と、窓板部３２とによって区画された領域である。これにより、伝搬材収容凹部４０は、接触面３ａ側が開口し、光源部２側が底面４１となるように光源部２側に窪んだ凹状形状を有する。伝搬材収容凹部４０の内周面４２は、周壁部３１ａの内側表面である。伝搬材収容凹部４０の底面４１は、窓板部３２の下面である。底面４１は、接触面３ａと略平行となるように形成されている。ただし、ボトム部３１と窓板部３２とは一体形成されていてもよい。

伝搬材収容凹部４０は、図２に示すように、光源カバー部３の接触面３ａにおいて、光源部２の配置領域ＤＡの全体を覆うように形成されている。伝搬材収容凹部４０は、Ｙ方向に延びるように形成されている。伝搬材収容凹部４０のうち、光源カバー部３の底面側（接触面３ａ側）から見える開口領域は、長手方向の長さＬ４および短手方向の幅Ｗ４の矩形形状に形成されている。Ｙ方向において、伝搬材収容凹部４０の長さＬ４は、超音波振動素子１１のアレイの長さＬ１、光源基板２１の長さＬ２およびＬＥＤ素子２２の配置領域ＤＡの長さＬ３よりも大きい。また、Ｘ方向において、伝搬材収容凹部４０の幅Ｗ４は、超音波振動素子１１のアレイの幅Ｗ１、光源基板２１の幅Ｗ２およびＬＥＤ素子２２の配置領域ＤＡの幅Ｗ３よりも大きい。各寸法を比較すると、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ４、Ｗ３＜Ｗ２＜Ｗ４となる。なお、後述するように、伝搬材収容凹部４０の底面４１は、伝搬材収容凹部４０の開口領域よりも一回り大きく（図３参照）なる。

第１実施形態では、図３に示すように、伝搬材収容凹部４０の内周面４２は、接触面３ａ側（Ｚ２側）の開口端部が光源部２側（Ｚ１側）の端部よりも伝搬材収容凹部４０の内側（中央側）に向けて突出するように形成されている。内周面４２は、底面４１側端部から接触面３ａ側に向かうにしたがって伝搬材収容凹部４０の中央側に突出する直線状の傾斜面となっている。第１実施形態では、内周面４２の傾斜部分は平坦面であり、接触面３ａに対する内周面４２（傾斜部分）の傾斜角度αは、約４５度である。この結果、伝搬材収容凹部４０の内周面４２は、接触面３ａ側の開口端部が光源部２側の端部よりも距離Ｄだけ内側に突出している。このように、内周面４２は、底面４１から接触面３ａ側の開口端部にかけて中央側に突出するオーバーハング形状に形成されている。構造上は、ボトム部３１の周壁部３１ａが伝搬材収容凹部４０の中央側に突出することによって、内周面４２が内側に向けて突出している。

この内周面４２のオーバーハング形状については、接触面３ａ側の開口幅Ｗ４が光源部２側の底面４１の幅（Ｗ４＋（２×Ｄ））よりも小さくなるように伝搬材収容凹部４０が形成されている、と言い換えることができる。なお、図３では伝搬材収容凹部４０のＸＺ断面を示しているが、伝搬材収容凹部４０のＹＺ断面でも同様である。つまり、内周面４２は、配置領域ＤＡ（図２参照）を覆う伝搬材収容凹部４０の全周に渡って、接触面３ａ側の開口端部が光源部２側の端部よりも中央側に突出している。

また、伝搬材収容凹部４０の内周面４２は、接触面３ａと滑らかに連続する丸みを帯びた曲面部４３を含む。曲面部４３は、伝搬材収容凹部４０の接触面３ａ側の開口端部に設けられており、内周面４２の傾斜部分と接触面３ａとを接続するように形成されている。第１実施形態では、曲面部４３は、所定曲率の円弧面（Ｒ面）からなる。構造上は、ボトム部３１の周壁部３１ａの伝搬材収容凹部４０側端部を曲面状に形成することによって、曲面部４３が形成されている。図示しないが、曲面部４３は、伝搬材収容凹部４０の全周にわたって形成されている。なお、光源カバー部３において、ボトム部３１の接触面３ａの外周部にも、側面部と滑らかに連続するように丸みを帯びた曲面部３４が形成されている。このため光源カバー部３において、接触面３ａと他の面（内周面４２や側面部）とを接続する部分には、全て曲面部４３および３４が設けられている。

また、第１実施形態では、伝搬材収容凹部４０は、接触面３ａ側の開口端部（曲面部４３）がＬＥＤ素子２２の配光角θの最外角度線Ｂ２およびＢ３よりも外側に位置するように形成されている。すなわち、上述したＸ１側の最外角度線Ｂ２と、Ｘ２側の最外角度線Ｂ３との間の照射範囲よりも、接触面３ａ側の開口端部が外側に配置されている。より具体的には、図３では、伝搬材収容凹部４０のうちＸ１側の曲面部４３が、Ｘ１側の最外角度線Ｂ２よりもＸ１側に配置され、伝搬材収容凹部４０のうちＸ２側の曲面部４３が、Ｘ２側の最外角度線Ｂ３よりもＸ２側に配置されている。なお、伝搬材収容凹部４０のＹＺ断面でも同様である。つまり、内周面４２は、伝搬材収容凹部４０の全周に渡って、接触面３ａ側の開口端部がＬＥＤ素子２２の配光角の最外角度線よりも外側に位置するように形成されている。

この結果、第１実施形態では、ＬＥＤ素子２２の配光角の最外角度線Ｂ２およびＢ３が周壁部３１ａを通らずに伝搬材収容凹部４０内を通過する。そのため、第１実施形態では、窓板部３２は透光性を有する必要があるが、ボトム部３１およびトップ部３３は透光性を有しなくともよい。

次に、図４を参照して、第１実施形態による光音響画像化装置１００の作用を説明する。

光音響画像化装置１００の使用時には、音響波ＡＷおよび光の伝播損失の低減のために、ユーザによって、被検体Ｐの検出部位表面に伝搬材Ｍが塗布される。さらに、光源カバー部３の伝搬材収容凹部４０内にも伝搬材Ｍが塗布（充填）されることが好ましい。この結果、伝搬材収容凹部４０内は、伝搬材Ｍにより満たされる。なお、使用する伝搬材Ｍとしては、超音波診断用ゲルなどの比較的粘性の高い伝搬材Ｍであって、光透過率が９０％以上であることが好ましい。

伝搬材Ｍが塗布（充填）された後、検出部１の先端の検出面および光源カバー部３の接触面３ａが、被検体Ｐの表面に当接（図１参照）される。検出部１および光源カバー部３が被検体Ｐのうち比較的平坦部位に接している場合には、良好な接触状態が維持されるが、被検体Ｐの屈曲部位に合わせて検出部１を傾斜させた場合には、図４に示すように光源カバー部３が被検体Ｐの表面に対して傾斜し、接触面３ａの一部と被検体Ｐの表面とが離間することになる。この際、第１実施形態では、伝搬材収容凹部４０内に充填された伝搬材Ｍの一部が接触面３ａと被検体Ｐの表面との隙間を埋めるように流出する。この結果、伝搬材収容凹部４０内で光源部２からの光が通過する領域への空気の進入が伝搬材Ｍによって阻止される。

また、上記のように伝搬材収容凹部４０の内周面４２がオーバーハング形状を有しているので、伝搬材収容凹部４０の内部により多くの伝搬材Ｍが収容されるとともに、伝搬材収容凹部４０の開口部から外部への伝搬材Ｍの必要以上の流出が抑制される。また、検出部１および光源カバー部３が被検体Ｐの表面に沿って動かされる場合には、オーバーハング形状の内周面４２が被検体Ｐの表面の伝搬材Ｍを掻き込むようにして伝搬材収容凹部４０の内部に伝搬材Ｍを充填する。

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、被検体Ｐとの接触面３ａにおいて、少なくとも光源部２におけるＬＥＤ素子２２の配置領域ＤＡを覆う範囲で光源部２側に窪むように設けられた伝搬材収容凹部４０を光源カバー部３に設ける。これにより、光源部２を覆う光源カバー部３を被検体Ｐの検出部位表面に当接させた状態で、超音波診断用ゲルなどの伝搬材Ｍを伝搬材収容凹部４０内に保持することができる。このため、被検体Ｐの表面の湾曲に合わせて光源カバー部３と被検体Ｐの表面との間が離間した場合には、伝搬材収容凹部４０内の伝搬材Ｍによって光源カバー部３と被検体Ｐの表面との間の隙間を埋めることができる。これにより、ＬＥＤ素子２２を有する光源部２を検出部１の近傍に配置する構成において、光源部２（光源カバー部３）と被検体Ｐの表面との間の領域に空気が侵入することを抑制することができる。この結果、光源部２（光源カバー部３）と被検体Ｐの表面との間の領域に空気が侵入することによる光の反射（散乱）や屈折に起因する光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

また、光音響画像化装置１００の使用時に光源部２が被検体Ｐに近接すると、ＬＥＤ素子２２の発熱によって被検体（被検者）に不快感を与える可能性が考えられる。これに対して、第１実施形態では、光源部２と被検体Ｐの表面との間の伝搬材収容凹部４０において伝搬材Ｍを介在させておくことができるので、ＬＥＤ素子２２の発熱に起因して被検体（被検者）に不快感を与えることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、伝搬材収容凹部４０の内周面４２を、接触面３ａ側（Ｚ２側）の開口端部が光源部２側（Ｚ１側）の端部よりも伝搬材収容凹部４０の内側に向けて突出するオーバーハング形状に形成する。これにより、伝搬材収容凹部４０の開口幅Ｗ４を伝搬材収容凹部４０の光源部２側（底部）の幅よりも狭くすることができるので、伝搬材収容凹部４０内に保持された伝搬材が伝搬材収容凹部４０から流出することを抑制することができる。この結果、光音響画像化装置１００の使用中、伝搬材Ｍをより確実に伝搬材収容凹部４０内に確保しておくことができる。さらに、光音響画像化装置１００の使用中に検出部１を被検体Ｐの表面に沿って移動させると、オーバーハング形状の内周面４２によって、被検体Ｐの表面に塗布された伝搬材Ｍを掻き込んで伝搬材収容凹部４０内に充填させる効果を期待することができる。これによっても、伝搬材収容凹部４０内に十分な量の伝搬材Ｍを確保することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、伝搬材収容凹部４０の内周面４２に、接触面３ａと滑らかに連続する丸みを帯びた曲面部４３を設ける。これにより、接触面３ａに伝搬材収容凹部４０を設ける構成においても、伝搬材収容凹部４０の開口端部が被検体Ｐの表面との接触する際の引っかかりを防ぎ、被検体Ｐの表面との良好な接触状態を確保することができる。この結果、伝搬材収容凹部４０の曲面部４３によって、接触に起因する圧迫感や不快感を被検者（被検体Ｐ）に生じさせることを抑制することができる。なお、第１実施形態では、接触面３ａの外周側にも曲面部３４を形成することよって、接触面３ａの全面と被検体Ｐの表面との接触状態を良好に保つことが可能である。

また、第１実施形態では、上記のように、伝搬材収容凹部４０を、接触面３ａ側の開口端部がＬＥＤ素子２２の配光角の最外角度線Ｂ２およびＢ３よりも外側に位置するように形成する。これにより、ＬＥＤ素子２２から出射される光の大部分を、伝搬材収容凹部４０を通して被検体Ｐに照射させることができる。この結果、伝搬材収容凹部４０の内周面４２で吸収、散乱または屈折される光を減少させて、より多くの光を被検体Ｐに照射させることができるので、光の伝搬損失をさらに低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光源部２に光放出半導体素子であるＬＥＤ素子２２を設ける。これにより、光源部２を小型化することができるとともに、比較的消費電力の小さいＬＥＤ素子２２を用いることにより消費電力を低減することができる。

（第２実施形態）
次に、図５〜図７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、光源カバー部３の接触面３ａに伝搬材収容凹部４０を形成した上記第１実施形態に加えて、伝搬材収容凹部１４０内に突起部１４１を形成した例について説明する。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

第２実施形態による光音響画像化装置２００（図６参照）では、図５に示すように、光源カバー部１０３の伝搬材収容凹部１４０に突起部１４１が設けられている。突起部１４１は、ＬＥＤ素子２２と光出射方向（Ｚ２方向）に重なる位置に、伝搬材収容凹部１４０の光源部２側の底面４１から接触面３ａまで延びるように形成されている。なお、底面４１は、本発明の「底部」の一例である。

さらに、第２実施形態では、突起部１４１は、図６に示すように、伝搬材収容凹部１４０の長手方向（Ｙ方向）の全幅に渡って延びることにより、伝搬材収容凹部１４０を第１凹部領域１４０ａと第２凹部領域１４０ｂとに分割するように形成されている。したがって、第１凹部領域１４０ａと第２凹部領域１４０ｂとは、それぞれ、周壁部３１ａと、突起部１４１とによって区画された凹部領域となっている。この結果、第２実施形態では、分割された第１凹部領域１４０ａと第２凹部領域１４０ｂとの２カ所に伝搬材Ｍ（図４参照）を収容することが可能である。なお、図６では、便宜的に突起部１４１にハッチングを付して図示している。

なお、第２実施形態では、図５に示すように、突起部１４１は、窓板部１３２の下面に一体形成されている。したがって、突起部１４１は、窓板部１３２と同一の透光性（赤外光の透過性）を有する材料からなり、断面において窓板部１３２との境界がなく連続している。なお、上記第１実施形態と同様、窓板部１３２をボトム部３１と一体形成してもよく、その場合、窓板部１３２、伝搬材収容凹部１４０および突起部１４１がボトム部３１に一体的に形成される。

突起部１４１は、Ｘ方向に３列並ぶＬＥＤ素子２２のうち、中央のＬＥＤ素子２２の直下の位置に形成されている。すなわち、突起部１４１は、中央のＬＥＤ素子２２の中心線Ｂ１が、突起部１４１の略中央を通過するように配置されている。一方、突起部１４１は、Ｘ方向の両側のＬＥＤ素子２２の中心線Ｂ１同士の幅Ｗ５よりも、小さい幅Ｗ６を有する。したがって、Ｘ方向の両側のＬＥＤ素子２２の中心線Ｂ１は、いずれも突起部１４１を通過しないで、伝搬材収容凹部１４０の内部を通過する。

また、突起部１４１は、光源部２側（Ｚ１側）の端部が窓板部１３２と連続しているとともに、接触面３ａ側（Ｚ２側）の端部が接触面３ａと略面一の平坦面になるように形成されている。突起部１４１の両側面１４２は、それぞれ、第１凹部領域１４０ａおよび第２凹部領域１４０ｂの内周面の一部を構成している。また、突起部１４１は、接触面３ａ側（Ｚ２側）の端部が、光源部２側（Ｚ１側）の端部よりも伝搬材収容凹部４０の両外側に向けて突出するように形成されている。これにより、第１凹部領域１４０ａおよび第２凹部領域１４０ｂの突起部１４１側の内周面（すなわち、突起部１４１の側面１４２）は、内周面の他の部分と同様に、オーバーハング形状を有している。つまり、第１凹部領域１４０ａおよび第２凹部領域１４０ｂの開口幅が、第１凹部領域１４０ａおよび第２凹部領域１４０ｂの底面４１の幅よりも小さい。

また、突起部１４１の側面１４２は、それぞれのＬＥＤ素子２２から入射する光の入射方向を考慮して、入射光を被検体Ｐ側に向けて出射させるように湾曲した曲面形状に形成されている。

図７には、ＸＺ断面において、それぞれのＬＥＤ素子２２から出射される光の軌跡ＬＴ１〜ＬＴ６を示している。中央のＬＥＤ素子２２の中心線Ｂ１を通る最大強度の光は、窓板部１３２および突起部１４１内を直進して、接触面３ａ側（すなわち、被検体Ｐ側）に出射される。中央のＬＥＤ素子２２から突起部１４１内に入る所定角度範囲の拡散光は、軌跡ＬＴ１およびＬＴ２のように、屈折率の相違によって突起部１４１の側面１４２で全反射して、被検体Ｐに入射する。

また、両側のＬＥＤ素子２２の中心線Ｂ１を通る最大強度の光は、ぞれぞれ、窓板部１３２を通過した後、第１凹部領域１４０ａおよび第２凹部領域１４０ｂ内で突起部１４１の外側を直進し、被検体Ｐ内に入射する。両側のＬＥＤ素子２２から突起部１４１内に入る拡散光は、軌跡ＬＴ３〜ＬＴ６のように、突起部１４１の側面１４２で１または数回屈折して、被検体Ｐ側に出射される。このように、突起部１４１は、ＬＥＤ素子２２のうち最大強度の光を被検体Ｐ側に向けて直進させるとともに、突起部１４１内を通る拡散光については光の方向を被検体Ｐ側に向けるように導光（集光）する。これにより、突起部１４１は、それぞれのＬＥＤ素子２２の光を集約して、より高エネルギーの光を被検体Ｐ側に照射させるように機能する。

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、上記第１実施形態と同様に、ＬＥＤ素子２２を有する光源部２を検出部１の近傍に配置する構成において、伝搬材収容凹部１４０によって、光源部２（光源カバー部１０３）と被検体Ｐの表面との間の領域に空気が侵入することを抑制することができる。その結果、光源部２（光源カバー部１０３）と被検体Ｐの表面との間の領域における光の反射（散乱）や屈折による光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

また、第２実施形態では、上記のように、伝搬材収容凹部１４０に、ＬＥＤ素子２２と光出射方向（Ｚ２方向）に重なる位置に、伝搬材収容凹部１４０の光源部２側の底面４１から接触面３ａまで延びる透光性の突起部１４１を設ける。これにより、ＬＥＤ素子２２の光出射面から突起部１４１を介して接触面３ａまで光を届けることができるとともに、突起部１４１の形成領域では空気の進入を防止することができる。この結果、伝搬材収容凹部１４０内の伝搬材Ｍによって空気の進入を抑制しつつ、ＬＥＤ素子２２の光をより効率よく被検体に届けることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、突起部１４１を、伝搬材収容凹部１４０のＹ方向の全幅に渡って延びるように形成することより、伝搬材収容凹部１４０を第１凹部領域１４０ａと第２凹部領域１４０ｂとに分割するように構成する。これにより、分割された第１凹部領域１４０ａと第２凹部領域１４０ｂとにそれぞれ伝搬材Ｍを保持させておくことができる。そのため、伝搬材収容凹部１４０を分割しない場合と比べて、光音響画像化装置２００の使用中における伝搬材Ｍの流出をより効果的に抑制することができる。

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、伝搬材収容凹部４０（１４０）の内周面４２に直線状の傾斜面を形成することにより、内周面４２を底面４１から開口端部にかけて中央側に突出するオーバーハング形状に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、たとえば図８に示す変形例のように、内周面２４２の傾斜部分を曲面状に形成してもよい。この変形例では、接触面３ａに近付くにしたがって、接触面３ａに対する傾斜角度αが小さくなるように、内周面２４２が形成されている。このように構成すれば、伝搬材収容凹部２４０の内部に充填させた伝搬材Ｍが流出することをより効果的に抑制することができる。

なお、本発明では、上記第１、第２実施形態および図８の変形例のように、内周面４２（２４２）をオーバーハング形状に形成しなくともよい。たとえば、伝搬材収容凹部の内周面を接触面に対して垂直になるように形成してもよい。ただし、この場合、内周面をオーバーハング形状に形成する場合と比較すると、伝搬材収容凹部の内部に充填させた伝搬材が流出し易くなる。

また、上記第１および第２実施形態では、光源カバー部３（１０３）のボトム部３１と窓板部３２（１３２）とを別個に設けて、ボトム部３１の周壁部３１ａと窓板部３２（１３２）とによって伝搬材収容凹部４０（１４０）を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図８に示した変形例のように、窓板部が一体形成されたボトム部２３１を設けて、ボトム部２３１の下面（接触面３ａ）に伝搬材収容凹部２４０を一体形成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、伝搬材収容凹部４０の開口端部を、ＬＥＤ素子２２の配光角θの最外角度線Ｂ２およびＢ３よりも外側に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、伝搬材収容凹部４０の開口端部を、ＬＥＤ素子２２の配光角θの最外角度線Ｂ２およびＢ３よりも内側に配置してもよい。その場合、周壁部３１ａがＬＥＤ素子２２の配光角θの内側に入ることになるので、周壁部またはボトム部全体を、窓板部と同様の透光性材料によって形成すればよい。

また、上記第２実施形態では、突起部１４１の側面１４２を曲面形状に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、突起部の側面を直線状の平坦面などにより形成してもよい。その場合、たとえば周壁部３１ａ側の内周面４２と同様の断面形状としてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、複数のＬＥＤ素子２２を、３列の素子列を構成するようにアレイ状に配列した例を示したが、本発明はこれに限られない。ＬＥＤ素子の個数や、配列の仕方は任意である。したがって、１、２または４列以上の素子列を構成するように、複数のＬＥＤ素子を配列してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、本発明の光放出半導体素子の一例として、ＬＥＤ素子２２を光源部２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、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９に示す変形例のように、光放出半導体素子を半導体レーザ素子１２２や、有機発光ダイオード素子２２２により構成してもよい。光放出半導体素子を半導体レーザ素子１２２により構成する場合には、ＬＥＤ素子２２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１２２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、光放出半導体素子を有機発光ダイオード素子２２２により構成する場合には、薄型化が容易な有機発光ダイオード素子２２２を用いることにより、光放出半導体素子が設けられる光源部２を容易に小型化することができる。

また、上記第１および第２実施形態において、伝搬材Ｍとして超音波診断用ゲルを使用する例を説明したが、伝搬材は、音響波および光の伝播損失の低減に寄与するものであれば、どのようなものを用いてもよい。伝搬材収容凹部内に収容して保持する観点からは、伝搬材は、ある程度の粘性を有するものを用いるのが好ましい。

１ 検出部
２ 光源部
３、１０３ 光源カバー部
３ａ 接触面
２２ ＬＥＤ素子（光放出半導体素子）
４０、１４０、２４０ 伝搬材収容凹部
４１ 底面（底部）
４２、２４２ 内周面
４３ 曲面部
１００、２００ 光音響画像化装置
１２２ 半導体レーザ素子（光放出半導体素子）
１４０ａ 第１凹部領域
１４０ｂ 第２凹部領域
１４１ 突起部
２２２ 有機発光ダイオード素子（光放出半導体素子）
ＡＷ 音響波
ＤＡ 配置領域
Ｐ 被検体
Ｑ 検出対象物
θ 配光角
Ｂ２、Ｂ３ 最外角度線

Claims (9)

1. 音響波を検出するための検出部と、
   前記検出部の近傍に配置されるとともに、光放出半導体素子を含み、被検体に光を照射して被検体内の検出対象物に光を吸収させることにより、前記検出対象物から音響波を発生させる光源部と、
   前記光源部を覆うとともに被検体と接触する光源カバー部と、を備え、
   前記光源カバー部は、被検体との接触面において、少なくとも前記光源部における前記光放出半導体素子の配置領域を覆う範囲で前記光源部側に窪むように設けられた伝搬材収容凹部を含む、光音響画像化装置。
2. 前記伝搬材収容凹部の内周面は、前記接触面側の開口端部が前記光源部側の端部よりも前記伝搬材収容凹部の内側に向けて突出するように形成されている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
3. 前記伝搬材収容凹部の内周面は、前記接触面と滑らかに連続する丸みを帯びた曲面部を含む、請求項２に記載の光音響画像化装置。
4. 前記伝搬材収容凹部は、前記接触面側の開口端部が前記光放出半導体素子の配光角の最外角度線よりも外側に位置するように形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
5. 前記伝搬材収容凹部には、前記光放出半導体素子と光出射方向に重なる位置に、前記伝搬材収容凹部の前記光源部側の底部から前記接触面まで延びる透光性の突起部が設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
6. 前記突起部は、前記伝搬材収容凹部の全幅に渡って延びることにより、前記伝搬材収容凹部を第１凹部領域と第２凹部領域とに分割するように形成されている、請求項５に記載の光音響画像化装置。
7. 前記光放出半導体素子は、発光ダイオードにより構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
8. 前記光放出半導体素子は、半導体レーザ素子により構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
9. 前記光放出半導体素子は、有機発光ダイオードにより構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。

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