JP2014184025A - Photoacoustic measuring device, probe, acoustic matching member, photoacoustic measuring method and contact determination method of probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体内で発生した光音響信号に基づいて被検体内の計測を行うための光音響計測装置、プローブおよび音響整合部材に関するものである。また本発明は、それらを用いて実施される光音響計測方法およびプローブの接触判断方法に関するものである。 The present invention relates to a photoacoustic measurement device, a probe, and an acoustic matching member for performing measurement in a subject based on a photoacoustic signal generated in the subject. The present invention also relates to a photoacoustic measurement method and a probe contact determination method which are carried out using them.
近年、光音響効果を利用した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、被検体内の特定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。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。 In recent years, a measurement method using a photoacoustic effect has attracted attention. This measurement method irradiates a subject with pulsed light having a predetermined wavelength (for example, a wavelength band of visible light, near-infrared light, or mid-infrared light), and a specific substance in the subject is subjected to energy of the pulsed light. The photoacoustic wave, which is an elastic wave generated as a result of absorption of water, is detected, and the concentration of the specific substance is quantitatively measured. The specific substance in the subject is, for example, glucose or hemoglobin contained in blood. A technique for detecting such a photoacoustic wave and generating a photoacoustic image based on the detection signal is called photoacoustic imaging (PAI) or photoacoustic tomography (PAT).
上記のような光音響計測においては、光ファイバ等の光出射部と圧電素子等の音響波検出素子とを内包するプローブによって光音響波が検出される。しかしながら、上記のようなプローブを使用した場合、ハンドリング性能が向上する反面、意図しない方向に測定光が放出されるという問題が生じうる。 In the photoacoustic measurement as described above, a photoacoustic wave is detected by a probe including a light emitting part such as an optical fiber and an acoustic wave detecting element such as a piezoelectric element. However, when the probe as described above is used, the handling performance is improved, but there is a problem that the measurement light is emitted in an unintended direction.
そこで、このような問題を解決するべく、例えば特許文献1から4は、プローブと被検体とが接触状態にあるか否かの接触判断を行い、その判断結果に応じて測定光の強度を増減させる方法を開示している。
Therefore, in order to solve such a problem, for example,
具体的には、特許文献1には、圧電センサによる検出信号から所定の2つのピークを抽出し、これらのピーク位置の情報に基づいて接触判断を行い、その判断結果に応じて測定光の強度を増加させることが開示されている。また特許文献2または3には、直前に取得した超音波画像に基づいて接触判断を行い、その判断結果に応じて測定光を出射させることが開示されている。また特許文献4には、距離計測用レーザ光によって計測した距離に基づいて接触判断を行い、その判断結果に応じて測定光を出射させることが開示されている。
Specifically, in
ところで、光音響計測では、音響波検出素子および被検体を音響的に整合する音響整合部材(例えば音響レンズ)がプローブの当接部に設けられることがある。そして、音響整合部材は一般的に、測定光が計測のノイズとなることを防止するため、その全体が測定光を遮光できるように構成されている。したがって、このような音響整合部材を備えたプローブを使用する場合には、特許文献1の方法では接触判断をすることができない。
By the way, in the photoacoustic measurement, an acoustic matching member (for example, an acoustic lens) that acoustically matches the acoustic wave detection element and the subject may be provided at the contact portion of the probe. In general, the acoustic matching member is configured to shield the measurement light as a whole in order to prevent the measurement light from becoming measurement noise. Therefore, when using a probe provided with such an acoustic matching member, contact determination cannot be performed by the method of
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、音響整合部材を備えたプローブを使用した光音響計測において、より簡便な方法で接触判断を行うことを可能とする光音響計測装置、プローブおよび音響整合部材並びに光音響計測方法およびプローブの接触判断方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and in photoacoustic measurement using a probe provided with an acoustic matching member, a photoacoustic measurement apparatus, a probe, and a photoacoustic measurement apparatus that can perform contact determination by a simpler method. An object of the present invention is to provide an acoustic matching member, a photoacoustic measurement method, and a probe contact determination method.
上記課題を解決するために、本発明の光音響計測装置は、
測定光を出射する光出射部および音響波検出素子を有するプローブを備え、測定光の出射に起因する被検体からの光音響信号を音響波検出素子によって計測する光音響計測装置において、
プローブおよび被検体が接触状態にあるかまたは非接触状態にあるかの判断を行う判断部と、
判断部においてプローブおよび被検体が非接触状態にあると判断されたときに測定光の強度を第1強度に制御し、プローブおよび被検体が接触状態にあると判断されたときに測定光の強度を第1強度よりも大きい第2強度に制御する光強度制御部とを備え、
プローブが、音響波検出素子および被検体を音響的に整合する音響整合部材をプローブの当接部に有するものであり、
音響整合部材のうち音響波検出素子に対向する一部が測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が測定光を遮光する遮光部であり、
判断部が、光透過部を透過した測定光の音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて上記判断を行うものであることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the photoacoustic measurement device of the present invention is:
In a photoacoustic measurement apparatus that includes a probe having a light emitting portion that emits measurement light and an acoustic wave detection element, and that measures a photoacoustic signal from a subject caused by emission of the measurement light by the acoustic wave detection element,
A determination unit for determining whether the probe and the subject are in contact state or non-contact state;
The intensity of the measurement light is controlled to the first intensity when the determination unit determines that the probe and the subject are in a non-contact state, and the intensity of the measurement light is determined when the probe and the subject are in a contact state. A light intensity control unit that controls the second intensity greater than the first intensity,
The probe has an acoustic matching member that acoustically matches the acoustic wave detection element and the subject at the contact portion of the probe,
Of the acoustic matching member, a part facing the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and the other region is a light shielding part that shields the measurement light,
The determination unit is characterized in that the determination is performed based on a change mode of the light detection signal caused by the irradiation of the measurement light transmitted through the light transmission unit to the acoustic wave detection element.
そして、本発明の光音響計測装置において、音響波検出素子は複数あり、光透過部は、複数の音響波検出素子の配列方向に伸びたスリット形状を有することが好ましい。この場合において、複数の音響波検出素子は、光透過部に対向する音響波検出素子としての接触検知用の音響波検出素子と、被検体からの光音響信号を検出する光音響計測用の音響波検出素子とを有することが好ましい。さらに、接触検知用の音響波検出素子および光音響計測用の音響波検出素子は、それぞれ複数あって配列されており、各配列方向が互いに平行である構成を採用できる。 In the photoacoustic measurement apparatus of the present invention, it is preferable that there are a plurality of acoustic wave detection elements, and the light transmission portion has a slit shape extending in the arrangement direction of the plurality of acoustic wave detection elements. In this case, the plurality of acoustic wave detection elements include an acoustic wave detection element for contact detection as an acoustic wave detection element facing the light transmitting portion, and an acoustic for photoacoustic measurement that detects a photoacoustic signal from the subject. It is preferable to have a wave detection element. Furthermore, a plurality of acoustic wave detecting elements for contact detection and acoustic wave detecting elements for photoacoustic measurement are arranged in plural, and a configuration in which the arrangement directions are parallel to each other can be adopted.
また、本発明の光音響計測装置において、測定光が、被検体中の吸収体の光音響計測に使用される第1成分光が有する波長と異なる波長を有する第2成分光を有する場合に、
光透過部は、第2成分光を透過させ第1成分光を遮光するものであり、
光強度制御部は、第1成分光の強度を増減させて測定光の強度を制御するものであることが好ましい。
Further, in the photoacoustic measurement device of the present invention, when the measurement light has second component light having a wavelength different from that of the first component light used for photoacoustic measurement of the absorber in the subject,
The light transmission part transmits the second component light and blocks the first component light,
The light intensity control unit preferably controls the intensity of the measurement light by increasing or decreasing the intensity of the first component light.
また、本発明の光音響計測装置において、判断部は、上記光検出信号に基づいてこの光検出信号を検出している音響波検出素子の個数を求め、当該個数の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記個数と閾値個数とを比較したときの大小に基づいて上記判断を行うものとすることができる。 In the photoacoustic measurement apparatus of the present invention, the determination unit obtains the number of acoustic wave detection elements that detect the light detection signal based on the light detection signal, and determines the change in the number of the light detection signal. It can be handled as a change, and the above determination can be made based on the magnitude when the number is compared with the threshold number.
本発明の光音響計測装置において、上記個数の変化を上記光検出信号の変化として取り扱う場合、接触状態から非接触状態への変化を判断するときの閾値個数は、非接触状態から接触状態への変化を判断するときの閾値個数よりも大きいことが好ましい。また、音響波検出素子が複数あるときには、判断部は、複数の音響波検出素子のうち特定の音響波検出素子のみを対象にして上記個数を計数するものであることが好ましい。 In the photoacoustic measurement device of the present invention, when the change in the number is handled as the change in the light detection signal, the threshold number when determining the change from the contact state to the non-contact state is from the non-contact state to the contact state. It is preferable that it is larger than the threshold number when the change is judged. In addition, when there are a plurality of acoustic wave detection elements, it is preferable that the determination unit counts the number of only the specific acoustic wave detection elements among the plurality of acoustic wave detection elements.
或いは、本発明の光音響計測装置において、判断部は、上記光検出信号に基づいてこの光検出信号の強度を求め、当該強度の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記強度と閾値強度とを比較したときの大小に基づいて上記判断を行うものとすることができる。 Alternatively, in the photoacoustic measurement device of the present invention, the determination unit obtains the intensity of the light detection signal based on the light detection signal, handles the change in the intensity as the change in the light detection signal, and determines the intensity and the threshold value. The above determination can be made based on the magnitude when compared with the strength.
本発明のプローブは、
測定光を出射する光出射部および音響波検出素子を有するプローブにおいて、
音響波検出素子および被検体を音響的に整合する音響整合部材をプローブの当接部に備え、
音響整合部材のうち、音響波検出素子に対向する一部が測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が測定光を遮光する遮光部であることを特徴とするものである。
The probe of the present invention comprises
In a probe having a light emitting portion for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element,
An acoustic matching member that acoustically matches the acoustic wave detection element and the subject is provided in the contact portion of the probe,
Among the acoustic matching members, a part facing the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and the other region is a light shielding part that shields the measurement light.
そして、本発明のプローブにおいて、音響波検出素子は複数あり、光透過部は、複数の音響波検出素子の配列方向に伸びたスリット形状を有することが好ましい。 In the probe of the present invention, it is preferable that there are a plurality of acoustic wave detection elements, and the light transmission portion has a slit shape extending in the arrangement direction of the plurality of acoustic wave detection elements.
また、本発明のプローブにおいて、測定光が、被検体中の吸収体の光音響計測に使用される第1成分光が有する波長と異なる波長を有する第2成分光を有する場合に、光透過部は、第2成分光を透過させ第1成分光を遮光するものであることが好ましい。 In the probe of the present invention, when the measurement light has second component light having a wavelength different from that of the first component light used for photoacoustic measurement of the absorber in the subject, the light transmitting portion It is preferable that the second component light is transmitted and the first component light is shielded.
本発明の音響整合部材は、
測定光を出射する光出射部および音響波検出素子を有するプローブの当接部に装着される音響整合部材であって、
音響波検出素子に対向する一部が測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が測定光を遮光する遮光部であることを特徴とするものである。
The acoustic matching member of the present invention is
An acoustic matching member attached to a contact portion of a probe having a light emitting portion for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element,
A part facing the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and the other area is a light shielding part that shields the measurement light.
そして、本発明の音響整合部材において、測定光が、被検体中の吸収体の光音響計測に使用される第1成分光が有する波長と異なる波長を有する第2成分光を有する場合に、光透過部は、第2成分光を透過させ第1成分光を遮光するものであることが好ましい。 In the acoustic matching member of the present invention, when the measurement light has second component light having a wavelength different from that of the first component light used for photoacoustic measurement of the absorber in the subject, light The transmission part preferably transmits the second component light and shields the first component light.
本発明の光音響計測方法は、
測定光を出射する光出射部および音響波検出素子を有し、さらに、音響波検出素子および被検体を音響的に整合する音響整合部材をプローブの当接部に有するプローブであって、音響整合部材のうち音響波検出素子に対向する一部が測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が測定光を遮光する遮光部であるプローブを使用し、
光透過部を透過した測定光の音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて、プローブおよび被検体が接触状態にあるかまたは非接触状態にあるかの判断を行い、
測定光の強度を、プローブおよび被検体が非接触状態にあると判断されたときに第1強度に制御し、プローブおよび被検体が接触状態にあると判断されたときに第1強度よりも大きい第2強度に制御して、被検体からの光音響信号を計測することを特徴とするものである。
The photoacoustic measurement method of the present invention is
A probe having a light emitting portion for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element, and further having an acoustic matching member for acoustically matching the acoustic wave detecting element and the subject at an abutting portion of the probe. Using a probe that is part of the member facing the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light and the other region is a light shielding part that shields the measurement light,
Judgment whether the probe and the subject are in a contact state or a non-contact state based on the change of the light detection signal due to the irradiation of the measurement light transmitted through the light transmission part to the acoustic wave detection element Done
The intensity of the measurement light is controlled to the first intensity when it is determined that the probe and the subject are in a non-contact state, and greater than the first intensity when it is determined that the probe and the subject are in a contact state. The photoacoustic signal from the subject is measured by controlling to the second intensity.
そして、本発明の光音響計測方法において、上記光検出信号に基づいてこの光検出信号を検出している音響波検出素子の個数を求め、当該個数の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記個数と閾値個数とを比較したときの大小に基づいて上記判断を行うことができる。 In the photoacoustic measurement method of the present invention, the number of acoustic wave detection elements that detect the photodetection signal is obtained based on the photodetection signal, and the change in the number is handled as the change in the photodetection signal. The above determination can be made based on the magnitude when the number and the threshold number are compared.
或いは、本発明の光音響計測方法において、上記光検出信号に基づいてこの光検出信号の強度を求め、当該強度の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記強度と閾値強度とを比較したときの大小に基づいて上記判断を行うことができる。 Alternatively, in the photoacoustic measurement method of the present invention, the intensity of the light detection signal is obtained based on the light detection signal, the change in the intensity is treated as the change in the light detection signal, and the intensity and the threshold intensity are compared. The above determination can be made on the basis of the magnitude at the time.
本発明のプローブの接触判断方法は、
測定光を出射する光出射部および音響波検出素子を有し、さらに、音響波検出素子および被検体を音響的に整合する音響整合部材をプローブの当接部に有するプローブであって、音響整合部材のうち音響波検出素子に対向する一部が測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が測定光を遮光する遮光部であるプローブを使用し、
光透過部を透過した測定光の音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて、プローブおよび被検体が接触状態にあるかまたは非接触状態にあるかの判断を行うことを特徴とするものである。
The probe contact determination method of the present invention includes:
A probe having a light emitting portion for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element, and further having an acoustic matching member for acoustically matching the acoustic wave detecting element and the subject at an abutting portion of the probe. Using a probe that is part of the member facing the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and the other region is a light shielding part that shields the measurement light,
Judgment whether the probe and the subject are in a contact state or a non-contact state based on the change of the light detection signal due to the irradiation of the measurement light transmitted through the light transmission part to the acoustic wave detection element It is characterized by doing.
そして、本発明のプローブの接触判断方法において、上記光検出信号に基づいてこの光検出信号を検出している音響波検出素子の個数を求め、当該個数の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記個数と閾値個数とを比較したときの大小に基づいて上記判断を行うことができる。 In the probe contact determination method of the present invention, the number of acoustic wave detecting elements that detect the light detection signal is obtained based on the light detection signal, and the change in the number is handled as the change in the light detection signal. Thus, the determination can be made based on the size when the number is compared with the threshold number.
或いは、本発明のプローブの接触判断方法において、上記光検出信号に基づいてこの光検出信号の強度を求め、当該強度の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記強度と閾値強度とを比較したときの大小に基づいて上記判断を行うことができる。 Alternatively, in the probe contact determination method of the present invention, the intensity of the light detection signal is obtained based on the light detection signal, the change in the intensity is handled as the change in the light detection signal, and the intensity and the threshold intensity are calculated. The above determination can be made based on the magnitude of the comparison.
本発明の光音響計測装置およびプローブは、一部に光透過部を有する音響整合部材を使用し、また本発明の音響整合部材はその一部に光透過部を有するから、光透過部を透過した測定光の音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて接触判断を行うことが可能となる。つまり、本発明によれば、接触検知用の他の構成要素(例えば接触検知用センサや測長手段)を設ける必要がない。この結果、音響整合部材を備えたプローブを使用した光音響計測において、より簡便な方法で接触判断を行うことが可能となる。 The photoacoustic measuring device and probe of the present invention use an acoustic matching member having a light transmission part in part, and the acoustic matching member of the present invention has a light transmission part in a part thereof, so that the light transmission part is transmitted. The contact determination can be performed based on the change of the light detection signal caused by the irradiation of the measured light to the acoustic wave detection element. That is, according to the present invention, it is not necessary to provide other components for contact detection (for example, a contact detection sensor or a length measuring unit). As a result, in photoacoustic measurement using a probe provided with an acoustic matching member, contact determination can be performed by a simpler method.
そして、本発明の光音響計測方法およびプローブの接触判断方法は、一部に光透過部を有する音響整合部材を備えたプローブを使用するから、光透過部を透過した測定光の音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて接触判断を行うことが可能となる。この結果、上記同様に、音響整合部材を備えたプローブを使用した光音響計測において、より簡便な方法で接触判断を行うことが可能となる。 Since the photoacoustic measurement method and the probe contact determination method of the present invention use a probe including an acoustic matching member having a light transmission part in part, the acoustic wave detection element of the measurement light transmitted through the light transmission part It is possible to make a contact determination based on the manner of change in the light detection signal caused by irradiation of the light. As a result, in the same manner as described above, in photoacoustic measurement using a probe equipped with an acoustic matching member, it is possible to perform contact determination by a simpler method.
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。 Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this. In addition, for easy visual recognition, the scale of each component in the drawings is appropriately changed from the actual one.
「第1の実施形態」
まず、本発明の光音響計測装置、プローブおよび音響整合部材並びに光音響計測方法およびプローブの接触判断方法の第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態の光音響計測装置の構成を示す概念図であり、図2は、プローブの構成を示す(a)概略正面図および(b)概略側面図である。
“First Embodiment”
First, a photoacoustic measurement device, a probe, an acoustic matching member, a photoacoustic measurement method, and a probe contact determination method according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the photoacoustic measurement apparatus of the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic front view and (b) a schematic side view showing the configuration of the probe.
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、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および表示部14を備えている。
The
<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65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65としては、例えば血管、金属部材等が挙げられる。
<Probe>
The
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、電気音響変換部43、光ファイバ40、導光板42およびこれらを包含する筺体45を備える。そして、電気音響変換部43は、音響整合部材19および振動子アレイ20を有する。
The
音響整合部材19は、振動子アレイ20の音響インピーダンスと被検体Mの音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有し、それら2つの音響インピーダンスを整合する機能を有する部材である。したがって、例えば音響レンズのように他の機能を有する部材であっても、中間の音響インピーダンスを有し振動子アレイ20の被検体M側に設けられる部材であれば、本発明における音響整合部材に含まれる。音響整合部材19には、測定光を透過させる領域(光透過部19a)および測定光を遮光する領域(遮光部19b)が設けられている。光透過部19aは、光透過部19aを透過した測定光が振動子アレイ20に到達するように、振動子アレイ20の一部に対向するように形成されている。
The
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20a(音響波検出素子)から構成される。超音波振動子20a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20a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ている。また、超音波振動子20aは、測定光の照射によっても電気信号を発生する。この電気信号は、超音波振動子20aの焦電効果または光音響効果に起因する。本発明では、このように測定光の超音波振動子への照射に起因して発生する電気信号(光検出信号)に基づいて、プローブ11と被検体Mとの接触状態が判断される。振動子アレイ20で発生したこれらの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。また、振動子アレイ20は、被検体からの光音響波を検出して光音響計測を行うための超音波振動子とは別に、光透過部を透過した測定光を検出して接触を検知するための超音波振動子を有していてもよい。
For example, the
図3は、電気音響変換部43の構成例を示す概念図である。図3のa〜eの左側の各図は、プローブ11の検出面側から見た電気音響変換部43であり、右側の各図は、それぞれ左側の図における電気音響変換部43のX−X断面図である。例えば図3のaでは、振動子アレイ20中の1つの超音波振動子20aに対向するように光透過部19aが設けられており、振動子アレイ20のその他の部分は遮光部19bに覆われている。図3のaにおいて、光透過部19aを透過した測定光は、その光透過部19aに対向する1つの超音波振動子20aに入射し、この超音波振動子20aから光検出信号が発生する。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of the
図3のbでは、振動子アレイ20中の4つの超音波振動子20aに対向するように光透過部19aが設けられており、振動子アレイ20のその他の部分は遮光部19bに覆われている。したがって、光検出信号は、当該4つの超音波振動子によって生成される。また光透過部19aは、1つの超音波振動子に関しても、一部にのみ対向するように設けられている。光検出信号の強度は、通常充分に大きいため、このように設けても充分に検出可能である。むしろ、光透過部19aの存在は、被検体からの光音響波を検出する際にはノイズを増大させる原因にもなり得るため、光透過部19aは、1つの超音波振動子に関して一部にのみ対向するように設けられることが好ましい。素子数は4つに限らず適宜選択できる。
In FIG. 3b, a
図3のcおよびdでは、振動子アレイ20中の各超音波振動子20aの一部に対向するように、超音波振動子の配列方向に伸びたスリット形状の光透過部19aが設けられており、振動子アレイ20のその他の部分は遮光部19bに覆われている。したがって、光検出信号は、振動子アレイ20中のすべての超音波振動子によって生成される。
In c and d of FIG. 3, a slit-shaped
図3のeでは、振動子アレイ20が、接触検知用の超音波振動子20bおよび光音響計測用の超音波振動子20cを有しており、光透過部19aは接触検知用の超音波振動子20bに対向するように、遮光部19bは振動子アレイ20の他の部分を覆うように形成されている。このように、接触検知用の超音波振動子および光音響計測用の超音波振動子が、それぞれ複数あって配列されており、各配列方向が互いに平行である場合には、接触検知用の超音波振動子と被検体との接触の程度および光音響計測用の超音波振動子と被検体との接触の程度が同じ傾向を有するようになるため、より正確な接触状態の把握が可能となる。
In FIG. 3e, the
また測定光が、被検体M中の吸収体の光音響計測に使用される第1成分光と、この第1成分光が有する波長と異なる(つまりこの波長帯域に属さない)波長を有する第2成分光とを有する場合には、光透過部19aが、第2成分光を透過させ第1成分光を遮光するものであり、光強度制御部が、第1成分光の強度を増減させて測定光の強度を制御することが好ましい。このように構成することにより、光音響計測を実施する際に第1成分光は音響整合部材によって全て遮光されるため、光透過部19aの存在が光音響計測に与える影響を低減することができる。
In addition, the measurement light has a first component light used for photoacoustic measurement of the absorber in the subject M, and a second having a wavelength different from the wavelength of the first component light (that is, it does not belong to this wavelength band). In the case of having the component light, the
光ファイバ40は、レーザユニット13からのレーザ光Lを導光板42にまで導く。光ファイバ40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。例えば本実施形態では、レーザ光Lは、レーザユニット13からプローブ11の内部まで1本の光ファイバで導光され、プローブ11の内部で分岐カプラ41によって複数に分岐されて後述する2つの導光板42へ導光されている。また、バンドルファイバを使用することもできる。
The
導光板42は、例えばアクリル板や石英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。本実施形態において本発明の光出射部に相当する。図2に示されるように、本実施形態では2つの導光板42が、電気音響変換部43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。光ファイバ40と導光板42とは互いに光学的に結合されている。
The
光ファイバ40と結合された側の導光板42の部分は、図2に示されるように、例えばテーパー形状に形成される。これにより、測定光の照射範囲を効率よく広げることができる。さらに、光ファイバ40と結合される導光板42の部分は、光エネルギーによる破損を回避するために、ガラス材料で形成されることが好ましい。一方、その他の部分は、例えばアクリル等の樹脂材料で形成される。
The portion of the
光ファイバ40によって導光されたレーザ光Lは、導光板42に入射した後、反対側の端部から被検体Mに照射される。導光板42は、より広範囲の被検体Mをレーザ光Lによって照射できるように、その先端部に光を拡散させる機構(散乱粒子を包含する樹脂等)または光の進行方向を振動子アレイ20側へ向ける機構(光を屈折させるための切り欠き等)を有していてもよい。
The laser light L guided by the
プローブ11を上記のように構成することにより、同じ撮像範囲についての反射音響画像としての超音波画像および光音響画像を精度よく生成することができる。これにより、超音波画像と光音響画像の複雑な位置合わせ処理が不要となる場合もある。
By configuring the
<レーザユニット>
レーザユニット13は、被検体Mに照射すべきレーザ光Lを測定光として出射する光源部である。このレーザ光を被検体Mが吸収することにより被検体M内で光音響波が発生する。レーザユニット13が出射するレーザ光は、例えば光ファイバ40などの導光手段を用いてプローブ11の先端まで導光され、プローブ11から被検体Mに照射される。
<Laser unit>
The
例えば本実施形態のレーザユニット13は、Qスイッチアレキサンドライトレーザのようなレーザ光源35と、強度切替部37を用いてレーザ光源35から出射したレーザ光Lの強度(或いは光量)を増減させる切替制御部36と、強度が調整されたレーザ光Lを光ファイバ40に接続する接続部38とを有する。切替制御部36および強度切替部37が本発明における光強度制御部に相当する。
For example, the
例えば、強度切替部37はND(neutral density)フィルタである。この場合、レーザ光Lの強度は、このNDフィルタの挿入の有無によって調整される。そして、切替制御部36は、後述する判断部28の接触判断の判断結果に応じて強度切替部37を制御(例えばNDフィルタを入れたり出したり)して、光強度の大小を切り換える。具体的には、接触判断の結果、プローブ11および被検体Mが非接触状態にあると判断されたとき、切替制御部36は、例えばNDフィルタを挿入して、レーザ光Lの強度を比較的小さい第1強度に制御する。一方、接触判断の結果、プローブ11および被検体Mが接触状態にあると判断されたとき、切替制御部36は、例えばNDフィルタを外して、レーザ光Lの強度を第1強度よりも大きい第2強度に制御する。例えば、第2強度は、所望の光音響計測を実施する上で必要とされる光強度である。また、第1強度は、レーザ光の安全基準に則した適切な強度とする。一例としては、波長756nmのレーザ光を使用する場合、10cm離れた位置で直径7mmの領域に入射するエネルギー量としての第1強度の目安は、クラス3Rレベルに光強度を下げるためには84μJであり、クラス1レベルに光強度を下げるためには16μJである。
For example, the
レーザユニット13は、制御部34内のトリガ制御回路(図示省略)が光トリガ信号を出力すると、フラッシュランプを点灯し、レーザ光源35を励起する。例えば本実施形態ではレーザユニット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。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。生体内のヘモグロビンは、その状態(酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、メトヘモグロビン等)により光学的な吸収特性が異なるが、一般的には360〜1000nmの光を吸収する。したがって、生体内でのヘモグロビンを計測する場合には、他の生体物質の吸収が比較的少ない600〜1000nmの程度とすることが好ましい。また、より生体内での被検体の深部まで届くという観点から、レーザ光の波長は700〜1000nmであることが好ましく、特に近赤外波長域(700〜850nm)であることが好ましい。また、レーザユニット13は、光音響計測用の波長を有する第1成分光の他に、この第1成分光の波長帯域に属さない波長を有する接触検知用の第2成分光を出力する構成にしてもよい。
When a trigger control circuit (not shown) in the
なお、レーザ光源35としては、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)、他の固体レーザ、ガスレーザ等の光源を用いることもできる。
As the
<超音波ユニット>
本実施形態の超音波ユニット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、判断部28、表示制御部30および制御部34を有する。
<Ultrasonic unit>
The
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、本実施形態では例えばトリガ制御回路を備える。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はレーザ光を出力可能な状態となる。
The
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からのレーザ光の出力タイミングを制御している。例えば、制御部34は、プローブ11に設けられた所定のスイッチが押された時に、Qswトリガ信号の送信を開始するように構成することができる。このように構成すれば、スイッチが押された時のプローブ11の位置をプローブ走査の開始地点として取り扱うことができる。さらに次に当該スイッチが押された時にQswトリガ信号の送信を終了するように構成すれば、その時のプローブ11の位置をプローブ走査の終了地点として取り扱うことができる。
The
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。
In the present embodiment, the
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。
The receiving
AD変換部22は、サンプリング手段であり、制御部34からのサンプリングトリガ信号の受信を合図にして、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信号をサンプリングする。
The
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を光音響画像生成部24に出力する。
The
光音響画像生成部24は、受信メモリ23から受信した光音響信号データを再構成して、光音響画像を生成する。具体的には、光音響画像生成部24は、各超音波振動子20aの位置に応じた遅延時間で各超音波振動子20aからの信号データを加算し、1ライン分の信号データを生成する(遅延加算法)。光音響画像生成部24は、遅延加算法に代えて、CBP法(Circular Back Projection)により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像生成部24は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。再構成されたデータは、検波処理および対数変換処理等の信号処理を経て、断層画像として構築される。なお、光検出信号は光音響画像の生成においては不要であるため、光照射から受信までの時間差を利用して、受信信号の中から光検出信号の部分を除去した後、除去後の信号に基づいて光音響画像を生成することが好ましい。
The photoacoustic
表示制御部30は、光音響画像生成部24から取得し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。
The
判断部28は、上記光検出信号の変化の態様に基づいて、プローブ11および被検体Mが接触状態にあるかまたは非接触状態にあるかの判断を行う。プローブ11および被検体Mの距離や接触の仕方に応じて、振動子アレイ20によって検出される光検出信号の内容(その強度およびピーク幅等の形状並びに信号が現に検出されている位置)は変化する。そこで、判断部28は光検出信号の変化の態様に基づいて接触判断を行う。
The
具体的には、例えば判断部28は、光検出信号に基づいてこの光検出信号をそれぞれ検出している超音波振動子20aの個数を求め、当該個数の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記個数と閾値個数とを比較したときの大小に基づいて上記判断を行うことができる。閾値個数とは、接触状態であると判断されるための最大個数を意味する。例えば、上記個数がN個以下であるとき、プローブ11および被検体Mは接触状態にある(閾値個数=N)という基準を設けておけば、判断部28は、上記個数がN+1個からN個に変化した時にプローブ11および被検体Mの状態が非接触状態から接触状態に至ったと判断し、上記個数がN個からN+1個に変化した時にその状態が接触状態から非接触状態に至ったと判断する。例えば、上記閾値個数を、超音波振動子の総数未満に設定したりまたは複数の超音波振動子の総数の1/2個以下に設定したりすれば、1つの素子のみから信号が検出されているような接触状態よりも、より測定光が漏れない接触状態を段階的に把握することができる。
Specifically, for example, the
また上記では、非接触状態から接触状態への変化を判断するときの閾値個数と、接触状態から非接触状態への変化を判断するときの閾値個数とが同一であ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、接触状態から非接触状態への変化を判断するときの閾値個数を、非接触状態から接触状態への変化を判断するときの閾値個数よりも小さく設定することができる。 In the above description, the case where the threshold number when judging the change from the non-contact state to the contact state is the same as the threshold number when judging the change from the contact state to the non-contact state has been described. The invention is not limited to this. For example, the threshold number when determining a change from the contact state to the non-contact state can be set smaller than the threshold number when determining a change from the non-contact state to the contact state.
図4は、このような接触判断の例を示す概念図である。例えば図4では、18個の超音波振動子20aから構成される振動子アレイ20が2つの導光板42によって挟まれた状態を示している。図4では、音響整合部材は例えば図3のcまたはdのように、すべての超音波振動子に対してそれぞれ部分的に光透過部が対向しているとする。なお図4では、説明を分かりやすくするため、音響整合部材の図示は省略している。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of such contact determination. For example, FIG. 4 shows a state in which the
まず、プローブと被検体とが離れているときは、すべての超音波振動子20aによって光検出信号が検出されている(図4のa)。そして、プローブと被検体とが接触し始めると、光検出信号を検出できない超音波振動子20a(図4のbの網かけ部分)の個数が増加するため、光検出信号を実際に検出している超音波振動子の個数は減少していく(図4のb)。これは、検出面が被検体で覆われた領域では、超音波振動子に反射光が到達しなくなるためである。さらに、光検出信号を実際に検出している超音波振動子の個数が、非接触状態から接触状態への変化を判断するときの閾値個数(図4では3個)に達した時、つまり端から15番目の超音波振動子46aが光検出信号を検出しなくなった時、判断部28は接触状態に至ったと判断し、その判断結果は制御部34を介して切替制御部36に送信される。この結果、導光板42から第2強度のレーザ光が出射することになる(図4のc)。なお、導光板42の網かけは、第2強度のレーザ光が出射している状態を表している。その後、振動子アレイ20の全体が接触した状態で光音響計測が実施される(図4のd)。次に、その実施修了後、プローブが被検体から離され始めると、光検出信号を実際に検出している超音波振動子20aの個数は増加していく(図4のe)。さらに、上記素子の個数が、接触状態から非接触状態への変化を判断するときの閾値個数(図4では9個)を超えた時、つまり左端から9番目の超音波振動子46bが光検出信号を検出しなくなった時、判断部28は非接触状態に至ったと判断し、その判断結果は制御部34を介して切替制御部36に送信される。この結果、導光板42から第1強度のレーザ光が出射することになる(図4のf)。したがって、接触状態から非接触状態へ変化する際、プローブが完全に被検体から離れた状態(図4のg)になる前に、レーザ光の強度を下げることが可能となる。
First, when the probe is away from the subject, the light detection signal is detected by all the
なお、上記では、振動子アレイ20の端から接触が進行する場合について説明したが、接触の進行はランダムに進行する場合もある。また、光検出信号を実際に検出している超音波振動子の個数を求めるということは、超音波振動子の総数がわかっている場合には、光検出信号を検出できない超音波振動子の個数を求めることと等価である。
In the above description, the case where the contact proceeds from the end of the
プローブを当接しながら手動により被検体上を走査させる場合、腕のブレや被検体の体動等の影響により、短い時間ではあるが、振動子アレイと被検体とが接触しない領域が部分的に生じ得る。このような場合、そのような非接触の部分領域が生じるごとにレーザ光の強度が変更される方が、かえって光音響計測を実施する上で煩わしいこともある。そこで、上記のように、接触状態から非接触状態への変化を判断するときの閾値個数を、非接触状態から接触状態への変化を判断するときの閾値個数よりも大きくすることにより、一旦接触状態になった後、上記非接触の部分領域が若干生じたとしても、光音響計測を滞りなく継続することが可能となる。 When scanning the subject manually while abutting the probe, a region where the transducer array and the subject are not in contact with each other is partially due to the effects of arm shake or subject movement. Can occur. In such a case, changing the intensity of the laser light every time such a non-contact partial region occurs may be troublesome in carrying out photoacoustic measurement. Therefore, as described above, the threshold number when judging the change from the contact state to the non-contact state is made larger than the threshold number when judging the change from the non-contact state to the contact state. Even if the non-contact partial area is slightly generated after the state is reached, the photoacoustic measurement can be continued without delay.
また、上記では、すべての超音波振動子を使用して接触判断す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、上記個数の変化を上記光検出信号の変化として取り扱う場合において、判断部は、複数の超音波振動子(音響波検出素子)のうち特定の超音波振動子(音響波検出素子)のみを対象にして上記個数を計数してもよい。 In the above description, the contact determination is performed using all ultrasonic transducers, but the present invention is not limited to this. For example, in the case where the change in the number is handled as the change in the light detection signal, the determination unit only selects a specific ultrasonic transducer (acoustic wave detection element) among a plurality of ultrasonic transducers (acoustic wave detection elements). The number may be counted as a target.
図5は、このような接触判断の例を示す概念図である。例えば図5では、特定の超音波振動子として、振動子アレイ20の両端にある2つの超音波振動子47aおよび47bを採用している。まず、プローブと被検体とが離れているときは、両方の超音波振動子によって光検出信号が検出される(図5のa)。そして、超音波振動子47aが光検出信号を検出しなくなった時、判断部28は接触状態に至ったと判断し、その判断結果は制御部34を介して切替制御部36に送信される。この結果、導光板42から第2強度のレーザ光が出射することになる(図5のb)。その後、振動子アレイ20の全体が接触した状態で光音響計測が実施される(図5のc)。次に、その実施修了後、超音波振動子47bが光検出信号を検出した時、判断部28は非接触状態に至ったと判断し、その判断結果は制御部34を介して切替制御部36に送信される。この結果、導光板42から第1強度のレーザ光が出射することになる(図5のd)。したがって、接触状態から非接触状態へ変化する際、プローブが完全に被検体から離れた状態(図5のe)になる前に、レーザ光の強度を下げることが可能となる。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of such contact determination. For example, in FIG. 5, two
また、特定の超音波振動子は、例えばプローブの型や計測部位に応じて適宜選択される。例えば、振動子アレイ20の中央付近にある連続した超音波振動子の集団を採用したり、1つ置き或いは2つ置きの超音波振動子の集団を採用したりすることもできる。
The specific ultrasonic transducer is appropriately selected according to, for example, the type of probe and the measurement site. For example, a group of continuous ultrasonic transducers in the vicinity of the center of the
次に、図6を用いて光音響計測方法および接触判断方法の流れについて説明する。図6は、本実施形態の光音響計測方法の工程を示すフロー図である。まずSTEP1において、プローブ11および被検体Mは非接触状態にあるため、第1強度に下げられたレーザ光Lが出射する。例えばレーザ光の出射は、装置10の電源が入れられた直後に、または適当なボタン操作に応じて実行される。そしてSTEP2において、そのレーザ光の出射に起因する光検出信号が検出される。次にSTEP3において、検出された光検出信号の変化の態様に基づいて、判断部28によって接触判断が実施され、その結果接触状態と判断された場合には光強度が第2強度に上げられて、STEP4において第2強度のレーザ光Lが出射する。一方、非接触状態と判断された場合には光強度はそのままとなり、所定の時間後再度第1強度のレーザ光Lが出射する。STEP4で第2強度のレーザ光Lが出射した場合には、STEP5において、そのレーザ光の出射に起因する光音響信号が検出される。この光音響信号は、光音響画像生成部24での光音響画像の生成に利用される。その後、STEP6において、光音響計測が終了したか否かが判断され、すべての光音響計測が終了していない場合には、直近に検出した光検出信号の変化の態様に基づいて再度接触判断が行われる。接触判断は、1つのパルス発生ごとに行ってもよいし、複数のパルス発生ごとに行ってもよいし、所定の時間ごとに行ってもよい。
Next, the flow of the photoacoustic measurement method and the contact determination method will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing the steps of the photoacoustic measurement method of the present embodiment. First, in
以上のように、本実施形態の光音響計測装置およびプローブは、一部に光透過部を有する音響整合部材を使用し、また本実施形態の音響整合部材はその一部に光透過部を有するから、光透過部を透過した測定光の音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて接触判断を行うことが可能となる。つまり、本発明によれば、接触検知用の他の構成要素(例えば接触検知用センサや測長手段)を設ける必要がない。この結果、音響整合部材を備えたプローブを使用した光音響計測において、より簡便な方法で接触判断を行うことが可能となる。 As described above, the photoacoustic measurement device and the probe of this embodiment use an acoustic matching member having a light transmission part in part, and the acoustic matching member of this embodiment has a light transmission part in part thereof. Therefore, it is possible to make a contact determination based on the manner in which the light detection signal changes due to the irradiation of the measurement light transmitted through the light transmission portion to the acoustic wave detection element. That is, according to the present invention, it is not necessary to provide other components for contact detection (for example, a contact detection sensor or a length measuring unit). As a result, in photoacoustic measurement using a probe provided with an acoustic matching member, contact determination can be performed by a simpler method.
そして、本実施形態の光音響計測方法およびプローブの接触判断方法は、一部に光透過部を有する音響整合部材を備えたプローブを使用するから、光透過部を透過した測定光の音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて接触判断を行うことが可能となる。この結果、上記同様に、音響整合部材を備えたプローブを使用した光音響計測において、より簡便な方法で接触判断を行うことが可能となる。 Since the photoacoustic measurement method and the probe contact determination method of the present embodiment use a probe having an acoustic matching member having a light transmission part in part, acoustic wave detection of measurement light transmitted through the light transmission part It is possible to make a contact determination based on how the light detection signal changes due to irradiation of the element. As a result, in the same manner as described above, in photoacoustic measurement using a probe equipped with an acoustic matching member, it is possible to perform contact determination by a simpler method.
<設計変更>
上記では、レーザ光源35が主として固体レーザであ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、レーザ光源35として半導体レーザを使用することも可能であり、この場合には、半導体レーザの駆動電流値を制御する制御手段が本発明の光強度制御部として機能する。
<Design changes>
Although the case where the
また上記の説明では、光検出信号を実際に検出している超音波振動子の個数の変化を光検出信号の変化として取り扱う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、光検出信号の強度を求め、当該強度の変化を上記光検出信号の変化として取り扱って、上記強度と閾値強度とを比較したときの大小に基づいて接触判断を行うことができる。光検出信号の強度は、プローブおよび被検体の距離に依存し、その距離が近いほど信号強度が大きくなるためである。閾値強度とは、接触状態であると判断されるための最小強度を意味する。例えば、上記強度がα以上であるとき、プローブおよび被検体は接触状態にある(閾値強度=α)という基準を設けておけば、判断部28は、上記強度がαに達した時にプローブおよび被検体の状態が非接触状態から接触状態に至ったと判断し、上記強度がαを下回った時にその状態が接触状態から非接触状態に至ったと判断する。光検出信号の強度としては、各超音波振動子で検出された光検出信号の信号値の総和、最大値または平均値を採用することができる。
In the above description, a case has been described in which a change in the number of ultrasonic transducers that actually detect a light detection signal is handled as a change in the light detection signal, but the present invention is not limited to this. For example, the intensity of the light detection signal can be obtained, the change in the intensity can be handled as the change in the light detection signal, and the contact determination can be made based on the magnitude when the intensity and the threshold intensity are compared. This is because the intensity of the light detection signal depends on the distance between the probe and the subject, and the signal intensity increases as the distance decreases. The threshold strength means the minimum strength for determining that the contact state is present. For example, if the criterion is that the probe and the subject are in contact (threshold strength = α) when the intensity is greater than or equal to α, the
「第2の実施形態」
次に、本発明の光音響計測装置、プローブおよび音響整合部材並びに光音響計測方法およびプローブの接触判断方法の第2の実施形態について説明する。図7は、第2の実施形態の光音響計測装置の構成を示す概念図である。本実施形態は、光音響画像に加えて反射音響波画像としての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。
“Second Embodiment”
Next, a second embodiment of the photoacoustic measurement device, probe, acoustic matching member, photoacoustic measurement method, and probe contact determination method of the present invention will be described. FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a configuration of the photoacoustic measurement apparatus according to the second embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that an ultrasonic image as a reflected acoustic wave image is generated in addition to the photoacoustic image. Therefore, a detailed description of the same components as those in the first embodiment will be omitted unless particularly necessary.
本実施形態の光音響計測装置10は、第1の実施形態と同様に、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および表示部14を備える。
The
<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。
<Ultrasonic unit>
The
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、本発明における超音波振動子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。
In the present embodiment, in addition to the detection of the photoacoustic signal, the
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。
When the ultrasonic image is generated, the
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。
The reflected ultrasonic wave detected by the
超音波画像生成部29は、プローブ11の複数の超音波振動子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。
The ultrasonic
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。
For example, the
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1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。 In the present embodiment, the photoacoustic measurement device generates an ultrasonic image in addition to the photoacoustic image. Therefore, in addition to the effect of the first embodiment, by referring to the ultrasonic image, a portion that cannot be imaged by the photoacoustic image can be observed.
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
20 振動子アレイ
20a 超音波振動子
21 受信回路
22 変換部
23 受信メモリ
24 光音響画像生成部
28 判断部
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
35 レーザ光源
36 切替制御部
37 強度切替部
40 光ファイバ
41 分岐カプラ
42 導光板
43 電気音響変換部
45 筺体
65 吸収体
M 被検体
U 音響波
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記プローブおよび前記被検体が接触状態にあるかまたは非接触状態にあるかの判断を行う判断部と、
前記判断部において前記プローブおよび前記被検体が非接触状態にあると判断されたときに前記測定光の強度を第1強度に制御し、前記プローブおよび前記被検体が接触状態にあると判断されたときに前記測定光の強度を前記第1強度よりも大きい第2強度に制御する光強度制御部とを備え、
前記プローブが、音響波検出素子および被検体を音響的に整合する音響整合部材を前記プローブの当接部に有するものであり、
前記音響整合部材のうち前記音響波検出素子に対向する一部が前記測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が前記測定光を遮光する遮光部であり、
前記判断部が、前記光透過部を透過した前記測定光の前記音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて前記判断を行うものであることを特徴とする光音響計測装置。 In a photoacoustic measurement apparatus that includes a probe having a light emitting portion that emits measurement light and an acoustic wave detection element, and that measures a photoacoustic signal from a subject caused by emission of the measurement light by the acoustic wave detection element,
A determination unit for determining whether the probe and the subject are in a contact state or a non-contact state;
When the determination unit determines that the probe and the subject are in a non-contact state, the intensity of the measurement light is controlled to a first intensity, and it is determined that the probe and the subject are in a contact state A light intensity controller that controls the intensity of the measurement light to a second intensity that is greater than the first intensity.
The probe has an acoustic matching member that acoustically matches the acoustic wave detection element and the subject at the contact portion of the probe,
A part of the acoustic matching member that faces the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and another region is a light shielding part that shields the measurement light,
The light characterized in that the determination unit performs the determination based on a change state of a light detection signal caused by irradiation of the measurement light transmitted through the light transmission unit to the acoustic wave detection element. Acoustic measuring device.
前記光透過部が、前記複数の音響波検出素子の配列方向に伸びたスリット形状を有する請求項1に記載の光音響計測装置。 There are a plurality of the acoustic wave detection elements,
The photoacoustic measuring device according to claim 1, wherein the light transmission part has a slit shape extending in an arrangement direction of the plurality of acoustic wave detection elements.
前記光透過部が、前記第2成分光を透過させ前記第1成分光を遮光するものであり、
前記光強度制御部が、前記第1成分光の強度を増減させて前記測定光の強度を制御するものである請求項1から4いずれか1項に記載の光音響計測装置。 When the measurement light has a second component light having a wavelength different from the wavelength of the first component light used for photoacoustic measurement of the absorber in the subject,
The light transmission part transmits the second component light and blocks the first component light;
5. The photoacoustic measurement device according to claim 1, wherein the light intensity control unit controls the intensity of the measurement light by increasing or decreasing the intensity of the first component light. 6.
音響波検出素子および被検体を音響的に整合する音響整合部材を前記プローブの当接部に備え、
前記音響整合部材のうち、前記音響波検出素子に対向する一部が前記測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が前記測定光を遮光する遮光部であることを特徴とするプローブ。 In a probe having a light emitting portion for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element,
An acoustic matching member that acoustically matches the acoustic wave detection element and the subject is provided in the contact portion of the probe,
Among the acoustic matching members, a part facing the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and another region is a light shielding part that shields the measurement light. .
前記光透過部が、前記複数の音響波検出素子の配列方向に伸びたスリット形状を有する請求項10に記載のプローブ。 There are a plurality of the acoustic wave detection elements,
The probe according to claim 10, wherein the light transmission part has a slit shape extending in an arrangement direction of the plurality of acoustic wave detection elements.
前記光透過部が、前記第2成分光を透過させ前記第1成分光を遮光するものである請求項10または11に記載のプローブ。 When the measurement light has a second component light having a wavelength different from the wavelength of the first component light used for photoacoustic measurement of the absorber in the subject,
The probe according to claim 10 or 11, wherein the light transmission unit transmits the second component light and blocks the first component light.
前記音響波検出素子に対向する一部が前記測定光を透過させる光透過部であり、他の領域が前記測定光を遮光する遮光部であることを特徴とする音響整合部材。 An acoustic matching member attached to a contact portion of a probe having a light emitting portion for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element,
An acoustic matching member, wherein a part facing the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and another region is a light shielding part that shields the measurement light.
前記光透過部が、前記第2成分光を透過させ前記第1成分光を遮光するものである請求項13に記載の音響整合部材。 When the measurement light has a second component light having a wavelength different from the wavelength of the first component light used for photoacoustic measurement of the absorber in the subject,
The acoustic matching member according to claim 13, wherein the light transmissive portion transmits the second component light and blocks the first component light.
前記光透過部を透過した前記測定光の前記音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて、前記プローブおよび前記被検体が接触状態にあるかまたは非接触状態にあるかの判断を行い、
前記測定光の強度を、前記プローブおよび前記被検体が非接触状態にあると判断されたときに第1強度に制御し、前記プローブおよび前記被検体が接触状態にあると判断されたときに前記第1強度よりも大きい第2強度に制御して、前記被検体からの光音響信号を計測することを特徴とする光音響計測方法。 A probe having a light emitting part for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element, and further having an acoustic matching member for acoustically matching the acoustic wave detecting element and the subject at an abutting part of the probe, A part of the matching member that faces the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and another region is a probe that is a light shielding part that blocks the measurement light,
The probe and the subject are in a contact state or in a non-contact state based on an aspect of a change in a light detection signal caused by irradiation of the measurement light transmitted through the light transmission unit to the acoustic wave detection element. Make a decision,
The intensity of the measurement light is controlled to a first intensity when it is determined that the probe and the subject are in a non-contact state, and when the probe and the subject are determined to be in a contact state, A photoacoustic measurement method, wherein the photoacoustic signal from the subject is measured by controlling to a second intensity greater than the first intensity.
前記光透過部を透過した前記測定光の前記音響波検出素子への照射に起因する光検出信号の変化の態様に基づいて、前記プローブおよび前記被検体が接触状態にあるかまたは非接触状態にあるかの判断を行うことを特徴とするプローブの接触判断方法。 A probe having a light emitting part for emitting measurement light and an acoustic wave detecting element, and further having an acoustic matching member for acoustically matching the acoustic wave detecting element and the subject at an abutting part of the probe, A part of the matching member that faces the acoustic wave detection element is a light transmission part that transmits the measurement light, and another region is a probe that is a light shielding part that blocks the measurement light,
The probe and the subject are in a contact state or in a non-contact state based on an aspect of a change in a light detection signal caused by irradiation of the measurement light transmitted through the light transmission unit to the acoustic wave detection element. A method for determining contact of a probe, comprising determining whether or not there is a probe.
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