JP4444228B2 - Component concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、非侵襲的な生体の成分濃度測定装置、特に、生体内の血液成分としてヘモグロビンの分布又は濃度情報を測定する成分濃度測定装置に関する。 The present invention relates to a noninvasive living body component concentration measuring apparatus, and more particularly, to a component concentration measuring apparatus that measures hemoglobin distribution or concentration information as a blood component in a living body.
高齢化の進展にともなって、成人の循環器などの疾病への対応が社会的に大きな課題となっている。特に血液の循環に関する情報は健康維持、疾病の診断上重要な情報になるものとして注目されている。 With the progress of aging, the response to adult diseases such as cardiovascular diseases has become a major social issue. In particular, information related to blood circulation is attracting attention as it is important information for maintaining health and diagnosing diseases.
図12及び図13を用いて、従来の生体画像化装置について説明する(例えば、非特許文献1を参照。)。図12は、生体画像化装置100の断面図である。図12には、被検体101、水槽111、水112、パルス光源121、凹面ミラー122、レンズ123、超音波検出部124、信号処理部125及びステップモータ128を図示している。
A conventional biological imaging apparatus will be described with reference to FIGS. 12 and 13 (see, for example, Non-Patent Document 1). FIG. 12 is a cross-sectional view of the
図13は、生体画像化装置100の上面図である。図13には、被検体101、水槽111、水112、超音波検出部124及び回転軌道130を図示している。
FIG. 13 is a top view of the
水槽111は、水112が充填される。被測定物101は、水112の中に沈められる。被測定物101は、パルス光源121で出力されたパルス状の光が凹面ミラー122及びレンズ123を介して照射される。例えば、被測定物101としては、呼吸器が装着されたラットをあげることができる。
The
被測定物101は、照射されたパルス状の光を被測定物101の内部で吸収し、パルス状の光音響信号と呼ばれる超音波が発生する。超音波検出部124は、ステップモータ128で被測定物101を中心とした回転軌道130を移動しながら光音響信号を検出し、光音響信号を音圧に比例した電気信号に変換する。信号処理部125は、超音波検出部124から入力された電気信号を元に、被測定物101の測定対象の成分濃度を算出する。
The device under
しかし、一定の距離を有する回転軌道130で光音響信号を検出するので、超音波検出部124に到達する光音響信号の音圧が小さく、生体画像化装置100は、光音響信号の検出精度が低下する課題がある。
However, since the photoacoustic signal is detected by the
本願発明は、前記課題を解決する為になされたもので、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a component concentration measuring apparatus with high photoacoustic signal detection accuracy.
上記目的を達成するために、本願第1の発明は、被検体から放射される光音響信号で共振する共振器と被検体から放射される光音響信号を反射する楕円体面状の反射部とを備える成分濃度測定装置である。 In order to achieve the above object, the first invention of the present application includes a resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from a subject, and an ellipsoidal reflecting portion that reflects the photoacoustic signal radiated from the subject. It is a component concentration measuring device provided.
具体的に、本願第1の発明は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が楕円体面状である反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、前記反射部の第1の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して前記反射部の第2の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記反射部の前記第2の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記反射部の内部に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。 Specifically, the first invention of the present application includes a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit and outputs pulsed light, and the light pulse modulation unit. Is irradiated from the subject, a light irradiating unit that irradiates the subject with the pulsed light output by the laser, a spherical or cylindrical resonator that resonates with the photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light, and the subject. A reflection part that reflects the photoacoustic signal and has at least a part of an ellipsoidal surface; and detects the photoacoustic signal that the reflection part reflects or radiates from the subject; An ultrasonic wave detection unit disposed at a focal point, and an insertion for mounting at least the resonator, the reflection unit, and the ultrasonic wave detection unit and inserting the subject to be disposed at a second focal point of the reflection unit A container having a mouth, An apparatus, said resonator is a constituent concentration measuring apparatus, wherein the disposed inside the reflecting portion so as to surround the subject be located in the second focal point of the reflector portion.
楕円体面とは、長軸を中心として楕円を回転させた中空構造の形状である。 The ellipsoidal surface is a shape of a hollow structure in which the ellipse is rotated about the major axis.
前記共振器が前記被検体から放射される前記光音響信号で共振し、前記共振器が前記被検体を囲むように配置されることで、前記被検体から放射される前記光音響信号は、振幅が増幅する。また、前記反射部の少なくとも一部が楕円体面状であることで、前記第2の焦点に配置する前記被検体から放射される前記光音響信号は、前記反射部の第1の焦点に効率よく反射される。よって、前記反射部の第1の焦点に配置された前記超音波検出部は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。 The resonator is resonated with the photoacoustic signal radiated from the subject, and the photoacoustic signal radiated from the subject has an amplitude by being arranged so that the resonator surrounds the subject. Is amplified. In addition, since at least a part of the reflecting portion has an ellipsoidal surface, the photoacoustic signal radiated from the subject arranged at the second focus is efficiently transmitted to the first focus of the reflecting portion. Reflected. Therefore, the ultrasonic detection unit arranged at the first focal point of the reflection unit has high detection accuracy. Therefore, it is possible to provide a component concentration measuring apparatus with high photoacoustic signal detection accuracy.
上記目的を達成するために、本願第2の発明は、被検体から放射される光音響信号で共振する共振器と被検体から放射される光音響信号を反射する楕円筒状の反射部とを備える成分濃度測定装置である。 In order to achieve the above object, the second invention of the present application includes a resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from a subject and an elliptical cylindrical reflecting portion that reflects the photoacoustic signal radiated from the subject. It is a component concentration measuring device provided.
具体的に、本願第2の発明は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が楕円筒状である反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、前記反射部の第1の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して前記反射部の第2の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記反射部の前記第2の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記反射部の内部に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。 Specifically, the second invention of the present application includes a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit and outputs pulse light, and the light pulse modulation unit. Is irradiated from the subject, a light irradiating unit that irradiates the subject with the pulsed light output by the laser, a spherical or cylindrical resonator that resonates with the photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light, and the subject. Reflecting the photoacoustic signal, at least a part of which is an elliptical cylinder, and detecting the photoacoustic signal reflected by the reflecting unit or radiated from the subject. An ultrasonic wave detection unit disposed at a focal point, and an insertion for mounting at least the resonator, the reflection unit, and the ultrasonic wave detection unit and inserting the subject to be disposed at a second focal point of the reflection unit Component concentration measurement comprising a container having a mouth A location, the resonator is a constituent concentration measuring apparatus, wherein the disposed inside the reflecting portion so as to surround the subject be located in the second focal point of the reflector portion.
楕円筒とは、最小面積となる断面が楕円形となる筒である。 An elliptic cylinder is a cylinder whose section of the minimum area is an ellipse.
前記共振器が前記被検体から放射される前記光音響信号で共振し、前記共振器が前記被検体を囲むように配置されることで、前記被検体から放射される前記光音響信号は、振幅が増幅する。また、前記反射部の少なくとも一部が楕円筒状であることで、前記第2の焦点に配置する前記被検体から放射される前記光音響信号は、前記反射部の第1の焦点に効率よく反射される。よって、前記反射部の第1の焦点に配置された前記超音波検出部は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。 The resonator is resonated with the photoacoustic signal radiated from the subject, and the photoacoustic signal radiated from the subject has an amplitude by being arranged so that the resonator surrounds the subject. Is amplified. In addition, since at least a part of the reflecting portion has an elliptical cylindrical shape, the photoacoustic signal radiated from the subject arranged at the second focus is efficiently transmitted to the first focus of the reflecting portion. Reflected. Therefore, the ultrasonic detection unit arranged at the first focal point of the reflection unit has high detection accuracy. Therefore, it is possible to provide a component concentration measuring apparatus with high photoacoustic signal detection accuracy.
上記目的を達成するために、本願第3の発明は、被検体から放射される光音響信号で共振する共振器と被検体から放射される光音響信号を反射し、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の回転放物面状の反射部を備える成分濃度測定装置である。 In order to achieve the above object, the third invention of the present application reflects a resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from a subject and a photoacoustic signal radiated from the subject, and an axis passing through each focal point. It is a component concentration measuring apparatus provided with two rotating paraboloid-shaped reflecting parts whose inner surfaces are opposed to each other.
具体的に、本願第3の発明は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が回転放物面状であり、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、一方の前記反射部の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記2個の反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して他方の前記反射部の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記他方の反射部の前記内面の側に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。 Specifically, the third invention of the present application includes a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit and outputs pulse light, and the light pulse modulation unit. Is irradiated from the subject, a light irradiating unit that irradiates the subject with the pulsed light output by the laser, a spherical or cylindrical resonator that resonates with the photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light, and the subject. Two reflecting parts that reflect the photoacoustic signal, at least part of which is a paraboloid, and whose inner surfaces face each other so that axes passing through the respective focal points coincide with each other; An ultrasonic detection unit that detects the photoacoustic signal emitted from the subject and is disposed at the focal point of one of the reflection units, and includes at least the resonator, the two reflection units, and the ultrasonic detection unit And inserting the subject into the other And a container having an insertion port for placing at the focal point of the projecting part, wherein the resonator surrounds the subject to be placed at the focal point of the other reflecting part. It is a component concentration measuring device, which is arranged on the inner surface side of the reflecting portion.
前記共振器が前記被検体から放射される前記光音響信号で共振し、前記共振器が前記被検体を囲むように配置されることで、前記被検体から放射される前記光音響信号は、振幅が増幅する。また、前記反射部の少なくとも一部が回転放物面状であり、前記2個の反射部の前記内面がそれぞれの焦点を通る軸を一致させるように対向することで、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体から放射される前記光音響信号は、前記一方の反射部に効率よく反射される。さらに、前記2個の反射部を離すことで、前記超音波検出部は、ノイズを低減することができる。よって、前記一方の反射部の焦点に配置された前記超音波検出部は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。 The resonator is resonated with the photoacoustic signal radiated from the subject, and the photoacoustic signal radiated from the subject has an amplitude by being arranged so that the resonator surrounds the subject. Is amplified. Further, at least a part of the reflecting part is a paraboloid, and the inner surfaces of the two reflecting parts are opposed to each other so that the axes passing through the respective focal points coincide with each other. The photoacoustic signal radiated from the subject arranged at the focal point is efficiently reflected by the one reflecting portion. Furthermore, by separating the two reflecting parts, the ultrasonic detecting part can reduce noise. Therefore, the ultrasonic detection unit arranged at the focal point of the one reflection unit has high detection accuracy. Therefore, it is possible to provide a component concentration measuring apparatus with high photoacoustic signal detection accuracy.
上記目的を達成するために、本願第4の発明は、被検体から放射される光音響信号で共振する共振器と被検体から放射される光音響信号を反射し、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の放物湾曲板状の反射部を備える成分濃度測定装置である。 In order to achieve the above object, the fourth invention of the present application reflects a resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from a subject and a photoacoustic signal radiated from the subject. It is a component concentration measuring apparatus provided with two parabolic curved plate-like reflecting portions whose inner surfaces are opposed to each other.
具体的に、本願第4の発明は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が放物湾曲板状であり、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、一方の前記反射部の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記2個の反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して他方の前記反射部の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記他方の反射部の前記内面の側に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。 Specifically, the fourth invention of the present application includes a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit and outputs pulse light, and the light pulse modulation unit. Is irradiated from the subject, a light irradiating unit that irradiates the subject with the pulsed light output by the laser, a spherical or cylindrical resonator that resonates with the photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light, and the subject. Two reflecting portions that reflect the photoacoustic signal, at least part of which is a parabolic curved plate, and whose inner surfaces face each other so that axes passing through the respective focal points coincide, and the reflecting portion reflects or An ultrasonic detection unit that detects the photoacoustic signal emitted from the subject and is disposed at the focal point of one of the reflection units, and includes at least the resonator, the two reflection units, and the ultrasonic detection unit And inserting the subject into the other And a container having an insertion port for placing at the focal point of the projecting part, wherein the resonator surrounds the subject to be placed at the focal point of the other reflecting part. It is a component concentration measuring device, which is arranged on the inner surface side of the reflecting portion.
放物湾曲板とは、横切る断面が放物線となる板である。 A parabolic curved plate is a plate whose cross section is a parabola.
前記共振器が前記被検体から放射される前記光音響信号で共振し、前記共振器が前記被検体を囲むように配置されることで、前記被検体から放射される前記光音響信号は、振幅が増幅する。また、前記反射部の少なくとも一部が放物湾曲板状であり、前記2個の反射部の前記内面がそれぞれの焦点を通る軸を一致させるように対向することで、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体から放射される前記光音響信号は、前記一方の反射部に効率よく反射される。さらに、前記2個の反射部を離すことで、前記超音波検出部は、ノイズを低減することができる。よって、前記一方の反射部に配置された前記超音波検出部は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。 The resonator is resonated with the photoacoustic signal radiated from the subject, and the photoacoustic signal radiated from the subject has an amplitude by being arranged so that the resonator surrounds the subject. Is amplified. In addition, at least a part of the reflection part is a parabolic curved plate, and the inner surfaces of the two reflection parts are opposed to each other so that axes passing through the respective focal points coincide with each other. The photoacoustic signal radiated from the subject arranged at the focal point is efficiently reflected by the one reflecting portion. Furthermore, by separating the two reflecting parts, the ultrasonic detecting part can reduce noise. Therefore, the ultrasonic detection unit arranged in the one reflection unit has high detection accuracy. Therefore, it is possible to provide a component concentration measuring apparatus with high photoacoustic signal detection accuracy.
本願各発明において、前記容器は、内部に前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体が充填され、前記共振器は、半径が前記液体中を伝搬する前記光音響信号の波長のk/2倍であることが好ましい(kは、1以上の整数。)。 In each invention of the present application, the container is filled with a liquid having an acoustic impedance substantially equal to that of the subject, and the resonator has a radius of k / 2 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating in the liquid. (K is an integer of 1 or more).
前記液体の音響インピーダンスと前記被検体の音響インピーダンスとが略等しいことで、前記光音響信号は、低減しにくくなる。また、前記共振器の前記半径が前記液体中を伝搬する前記光音響信号の波長のk/2倍であることで、前記光音響信号は、振幅がより増幅する。よって、前記超音波検出部は、前記光音響信号の検出精度がより高くなる。従って、光音響信号の検出精度がより高い成分濃度測定装置を提供することができる。 Since the acoustic impedance of the liquid and the acoustic impedance of the subject are substantially equal, the photoacoustic signal is difficult to reduce. In addition, since the radius of the resonator is k / 2 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating in the liquid, the amplitude of the photoacoustic signal is further amplified. Therefore, the ultrasonic detection unit has higher detection accuracy of the photoacoustic signal. Therefore, it is possible to provide a component concentration measuring device with higher photoacoustic signal detection accuracy.
本願各発明において、高音響インピーダンス層は、前記高音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のm/4倍の厚さであり、低音響インピーダンス層は、前記低音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のn/4倍の厚さであり、前記反射部は、少なくとも一部が前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層とが交互に積層されることが好ましい(m及びnは、1以上の奇数。)。 In each invention of the present application, the high acoustic impedance layer is m / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating through the high acoustic impedance layer, and the low acoustic impedance layer is the thickness of the low acoustic impedance layer. The thickness is n / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating in the interior, and at least a part of the reflection portion is alternately laminated with the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer. Preferred (m and n are odd numbers of 1 or more).
2つの層の音響インピーダンスを比較し、音響インピーダンスが高い方を前記高音響インピーダンス層とし、音響インピーダンスが低い方を前記低音響インピーダンス層とする。 The acoustic impedances of the two layers are compared, and the higher acoustic impedance is defined as the high acoustic impedance layer, and the lower acoustic impedance is defined as the low acoustic impedance layer.
少なくとも一部が所定の厚さの前記高音響インピーダンス層及び前記低音響インピーダンス層であることで、前記反射部は、反射率をより高くすることができる。よって、前記超音波検出部は、前記光音響信号の検出精度がより高くなる。従って、光音響信号の検出精度がより高い成分濃度測定装置を提供することができる。 Since at least a part is the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer having a predetermined thickness, the reflective portion can have a higher reflectance. Therefore, the ultrasonic detection unit has higher detection accuracy of the photoacoustic signal. Therefore, it is possible to provide a component concentration measuring device with higher photoacoustic signal detection accuracy.
本願各発明において、高音響インピーダンス層は、前記高音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のp/4倍の厚さであり、低音響インピーダンス層は、前記低音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のq/4倍の厚さであり、前記共振器は、少なくとも一部が前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層とが交互に積層されることが好ましい(p及びqは、1以上の奇数。)。 In each invention of the present application, the high acoustic impedance layer is p / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating through the high acoustic impedance layer, and the low acoustic impedance layer is the thickness of the low acoustic impedance layer. The thickness of the resonator is q / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating inside, and at least a part of the resonator is formed by alternately stacking the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer. Preferred (p and q are odd numbers of 1 or more).
少なくとも一部が所定の厚さの前記高音響インピーダンス層及び前記低音響インピーダンス層であることで、前記共振器は、反射率をより高くすることができる。よって、前記超音波検出部は、前記光音響信号の検出精度がより高くなる。従って、光音響信号の検出精度がより高い成分濃度測定装置を提供することができる。 Since the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer having a predetermined thickness are at least partially, the resonator can have higher reflectance. Therefore, the ultrasonic detection unit has higher detection accuracy of the photoacoustic signal. Therefore, it is possible to provide a component concentration measuring device with higher photoacoustic signal detection accuracy.
本願発明は、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。 The present invention can provide a component concentration measuring apparatus with high photoacoustic signal detection accuracy.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示していない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that portions that can be realized by a normal technique such as a control unit that controls the overall operation are not shown.
(実施の形態1)
本願第1の実施形態は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が楕円体面状である反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、前記反射部の第1の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して前記反射部の第2の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記反射部の前記第2の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記反射部の内部に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。
(Embodiment 1)
In the first embodiment of the present application, a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit to output pulse light, and a light pulse modulation unit that outputs the light A light irradiation unit that irradiates the subject with the pulsed light, a spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from the subject by the pulsed light, and the photoacoustic radiated from the subject A reflection part that reflects a signal and has at least a part of an ellipsoidal surface, and the photoacoustic signal that the reflection part reflects or radiates from the subject is detected and arranged at the first focal point of the reflection part An ultrasonic detection unit, and at least the resonator, the reflection unit, and the ultrasonic detection unit, and an insertion port for inserting the subject and placing the subject at the second focal point of the reflection unit A component concentration measuring device comprising: There are, the resonator is a constituent concentration measuring apparatus, wherein the disposed inside the reflecting portion so as to surround the subject be located in the second focal point of the reflector portion.
図1及び図2を用いて本願第1の実施形態に係る成分濃度測定装置10について説明する。図1は、成分濃度測定装置10の概略図である。図1には、光発生部21、光パルス変調部22、光照射部23、共振器24、支柱24a、反射部25、超音波検出部26、容器27、挿入口27a、窓部27b、光ファイバ28、支持体29、前置増幅器30、信号処理部31及び被検体90を図示している。
A component
図2は、成分濃度測定装置10を上面から見た透視図である。図2には、共振器24、反射部25、超音波検出部26、容器27、窓部27b、パルス光41、光音響信号42及び被検体90を図示している。なお、パルス光41は、光照射部23から被検体90に照射される光であり、光音響信号42は、パルス光41により被検体90の内部で発生するものである。また、被検体90は、人体の指である。
FIG. 2 is a perspective view of the component
成分濃度測定装置10の構成について説明する。光発生部21は、光を発生させる。光発生部21は、光信号伝達手段を介して光パルス変調部22に接続してもよい。例えば、光発生部21としては、例えば、ランプ、半導体レーザ、固体レーザ、発光ダイオードなどの発光素子をあげることができる。また、光信号伝達手段としては、光ファイバ又は光導波路をあげることができ、以下の説明においても同様である。
The configuration of the component
後述する理由により、成分濃度測定装置10は、容器27の内部に被検体90と略同じ音響インピーダンスを有する液体を充填することが好ましい。例えば、被検体90の音響インピーダンスは、水の音響インピーダンスと略等しい。よって、容器27の内部に水を充填する場合、光発生部21は、水が特徴的な吸収を示さずに血液が吸収を呈する波長であり、かつ、レーザや発光素子等で発光できる波長の光を発生することが好ましい。例えば、波長800nmでは水の吸収係数はおよそ0.023cm−1であり、血液の吸収係数はおよそ1.0cm−1であり、上記の条件に合致する。
For the reason described later, the component
光パルス変調部22は、光発生部21が発生させる光をパルス変調してパルス光41を出力する。光パルス変調部22は、光信号伝達手段を介して光照射部23に接続してもよい。例えば、光パルス変調部22としては、光発生部21から供給される光を電気的あるいは電気光学的に変調する方式がある。
The
パルス光41を被検体90に照射して、被検体90による吸収を適切に光音響信号42に反映させるためには、パルス光41のパルス幅は、10ナノ秒以下が好ましく、パルス光41の繰り返し周波数は、測定時間を短縮するために1キロヘルツ以上であることが好ましい。
In order to irradiate the subject 90 with the
また、半導体レーザを直接変調すると、光発生部21と光パルス変調部22とを一体化することができる。例えば、直接変調すると、半導体レーザは、10ナノ秒以下のパルス幅のパルス光41を発生することができる。さらに、QスイッチYAGレーザは、上記と同様のパルス光41を発生することができる。
Further, when the semiconductor laser is directly modulated, the
光照射部23は、光パルス変調部22が出力するパルス光41を被検体90に照射する。光照射部23は、光ファイバ28の一方の端部に接続してもよい。例えば、光照射部23は、ガラス、プラスチックのその他のパルス光41に対して透明な素材であってもよい。また、容器27の内部に被検体90と略同じ音響インピーダンスを有する液体を充填し、光照射部23が上記の液体に接する場合、光照射部23は、上記の液体と化学的に反応しない素材であってもよい。例えば、容器27の内部に水を充填する場合、光照射部23は、石英ガラス、光学ガラス、サファイアガラスであってもよい。
The
光ファイバ28の他方の端部は、後述する容器27の窓部27bの外側の面に接続してもよい。すると、光発生部21及び光パルス変調部22の配置場所の自由度を大きくすることができる。また、光ファイバ28を省いて、光照射部23は、窓部27bの外側の面に接続してもよい。あるいは、窓部27bを取り除いて、光照射部23は、容器27及び反射部25の内部に設けてもよい。
The other end of the
共振器24は、パルス光41により被検体90から放射される光音響信号42で共振する。共振器24は、半球面状であってもよい。また、共振器24は、支柱24aを介して反射部25に固定されてもよい。なお、共振器24は、後述するように、楕円筒状や球状であってもよい。
The
反射部25は、パルス光41により被検体90から放射される光音響信号42を反射する。反射部25は、容器27の内部に配置してもよく、容器27の内面からなるものであってもよい。また、容器27の内部に被検体90と略同じ音響インピーダンスを有する液体を充填する場合、反射部25は、光音響信号42に対して反射率が高く、上記の液体と化学的に反応しない安定した素材であってもよい。例えば、容器27の内部に水を充填する場合、反射部25の素材としては、ステンレスやアルミをあげることができる。
The
反射部25は、楕円体面状であることで、2個の焦点を有する。以後、上記2個の焦点の一方を第1の焦点、他方を第2の焦点とする。なお、いずれの焦点を、第1の焦点としてもよい。
The reflecting
容器27は、少なくとも共振器24、反射部25及び超音波検出部26を搭載する。また、容器27は、被検体90を第2の焦点に配置する為の挿入口27aを上面の一部に設け、側面に窓部27bを設けてもよい。例えば、容器27の素材としては、エポキシ樹脂に酸化チタンや酸化タングステンなどの金属酸化物の粉末を含むものをあげることができる。窓部27bを設けることで、容器27は、内面の凹凸が減少し、光音響信号42の不要な反射を低減することができる。
The
支持体29は、内部に信号伝達手段を配置する空間を有し、容器27の上面から反射部25及び容器27を貫通して設けてもよい。また、後述する超音波検出部26が反射部25の第1の焦点に配置されるように、支持体29を、設けてもよい。例えば、支持体29の素材としては、光音響信号42を反射しない容器27と同様の素材をあげることができる。
The
超音波検出部26は、反射部25で反射される光音響信号42を検出する。超音波検出部26は、支持体29の端部に設けられ、反射部25の第1の焦点に配置され、支持体29の中を貫通する信号伝達手段を介して前置増幅器30に接続してもよい。例えば、超音波検出部26としては、圧電効果又は電歪効果を利用したセラミックマイクロフォン、セラミック超音波センサ等、電磁誘導を利用したダイナミックマイクロフォン、リボンマイクロフォン等、静電効果を利用したコンデンサーマイクロフォン等、磁歪効果を利用した磁歪振動子等又は光反射・回折効果を利用した光マイクロフォン等をあげることができる。さらに、圧電効果を利用する場合としてはPZTの結晶又はPVDFの結晶等により構成してもよい。また、信号伝達手段としては、銅ケーブルをあげることができ、以下の説明においても同様である。
The
例えば、容器27の内部に水を充填する場合、超音波検出部26が水中を伝わる光音響信号42を検出するので、超音波検出部26としては、ニードロハイドロフォン等の水中マイクロフォンをあげることができる。また、超音波検出部26の表面には、水との音響インピーダンス整合のために、シリコンゴムの整合層を設けてもよい。
For example, when the inside of the
前置増幅器30は、超音波検出部26から送信される光音響信号42を検出した信号を受信し、光音響信号42を増幅してから信号処理部31に送信してもよい。前置増幅器30は、信号伝達手段を介して信号処理部31に接続してもよい。
The
信号処理部31は、前置増幅器30から送信された光音響信号42を検出した信号をもとに、被検体90の測定対象とする成分の濃度を演算してもよい。また、信号処理部31は、上記の演算結果を表示する手段、被検体90の内部における測定対象の成分の濃度分布を画像化する手段や上記の演算結果等を記録する手段を有してもよい。
The
例えば、成分濃度測定装置10は、容器27の上面に挿入口27aから侵入するノイズを低減するための吸音材を配置してもよい。
For example, the component
例えば、容器27の内部に水を充填する場合、成分濃度測定装置10は、容器27の内部に水の温度を検出する温度検出手段及び水の温度を調整することができる温度調整手段を有してもよい(図1及び図2には図示していない。)。
For example, when filling the inside of the
成分濃度測定装置10の光音響信号の検出精度が高い点について説明する。まず、パルス光41は、被検体90に照射される。被検体90に照射されたパルス光41は、被検体90の内部に吸収される。パルス光41を吸収した被検体90は、光音響信号42を全方向へ放射する。光音響信号42で共振器24が共振することで、被検体90から放射された光音響信号42は、振幅が増幅する。また、反射部25の少なくとも一部が楕円体面状であることで、反射部25は、振幅が増幅した光音響信号42を第1の焦点に配置された超音波検出部26に効率よく反射する。超音波検出部26は、振幅が増幅した光音響信号42を検出した信号を前置増幅器30に送信する。上記のように、前置増幅器30が増大した光音響信号42をもとに、信号処理部31は、被検体90の測定対象とする成分の濃度を演算する。上記のように、光音響信号42の振幅が増幅し、反射部25が光音響信号42を超音波検出部26に効率よく反射することで、超音波検出部26は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。
The point that the photoacoustic signal detection accuracy of the component
本願第1の実施形態において、前記容器は、内部に前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体が充填され、前記共振器は、半径が前記液体中を伝搬する前記光音響信号の波長のk/2倍であることが好ましい(kは、1以上の整数。)。 In the first embodiment of the present application, the container is filled with a liquid having an acoustic impedance substantially equal to that of the subject, and the resonator has a radius k of the wavelength of the photoacoustic signal propagating in the liquid. / 2 times is preferable (k is an integer of 1 or more).
図3(a)は、球状の共振器24の上面から見た拡大図である。図3(b)は、球状の共振器24の側面から見た拡大図である。図3(a)及び図3(b)には、共振器24を図示している。また、共振器24の半径をrと図示している。
FIG. 3A is an enlarged view seen from the upper surface of the
容器27は、内部に被検体90と略等しい音響インピーダンスを有する液体を充填することが好ましい。上記のように、人体の指である被検体90と略等しい音響インピーダンスを有する液体として、水をあげることができる。水の音響インピーダンスと被検体90の音響インピーダンスとが略等しいことで、光音響信号42は、被検体90から水へ効率よく伝達し、低減しにくくなる。
The
共振器24は、半径が液体中を伝搬する光音響信号42の波長のk/2倍であることが好ましい。例えば、大気中において、パルス光41を照射すると被検体90が1605キロヘルツの周波数の光音響信号42を放射する場合、水中における上記の光音響信号42は、波長が2.47ミリメートルとなる。例えば、kを10として、共振器24の半径rを12.35ミリメートルとしてもよい。すると、共振器24がより強く共振し、光音響信号42は、振幅がより増幅する。よって、超音波検出部26は、前記光音響信号の検出精度がより高くなる。従って、光音響信号の検出精度がより高い成分濃度測定装置を提供することができる。
The
本願第1の実施形態において、高音響インピーダンス層は、前記高音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のm/4倍の厚さであり、低音響インピーダンス層は、前記低音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のn/4倍の厚さであり、前記反射部は、少なくとも一部が前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層とが交互に積層されることが好ましい(m及びnは、1以上の奇数。)。 In the first embodiment of the present application, the high acoustic impedance layer has a thickness of m / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating through the high acoustic impedance layer, and the low acoustic impedance layer includes the low acoustic impedance layer. The thickness is n / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating in the impedance layer, and at least a part of the reflection portion is alternately laminated with the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer. (M and n are odd numbers of 1 or more).
図4は、反射部25の断面の拡大図である。図4には、高音響インピーダンス層33、低音響インピーダンス層34を図示している。
FIG. 4 is an enlarged view of a cross section of the reflecting
高音響インピーダンス層33の素材が金属であれば、低音響インピーダンス層34の素材は、ガラス又はプラスチックであってもよい。また、高音響インピーダンス層33の素材が金属又はガラスであれば、低音響インピーダンス層34の素材は、プラスチックであってもよい。高音響インピーダンス層33と低音響インピーダンス層34との音響インピーダンスの差や加工性を考慮すると、高音響インピーダンス層33の素材を金属とし、低音響インピーダンス層34の素材をプラスチックとすることが好ましい。例えば、高音響インピーダンス層33として17.3×106Ns/m3の音響インピーダンスを有するアルミニウム(Al)、低音響インピーダンス層34として6.7×106Ns/m3の音響インピーダンスを有するエポキシをあげることができる。 If the material of the high acoustic impedance layer 33 is a metal, the material of the low acoustic impedance layer 34 may be glass or plastic. If the material of the high acoustic impedance layer 33 is metal or glass, the material of the low acoustic impedance layer 34 may be plastic. Considering the difference in acoustic impedance between the high acoustic impedance layer 33 and the low acoustic impedance layer 34 and workability, it is preferable that the material of the high acoustic impedance layer 33 is a metal and the material of the low acoustic impedance layer 34 is a plastic. For example, aluminum (Al) having an acoustic impedance of 17.3 × 10 6 Ns / m 3 as the high acoustic impedance layer 33 and an epoxy having an acoustic impedance of 6.7 × 10 6 Ns / m 3 as the low acoustic impedance layer 34 Can give.
高音響インピーダンス層33の厚さaは、高音響インピーダンス層33の内部を伝搬する光音響信号42の波長のm/4倍とすることが好ましい。また、低音響インピーダンス層34の厚さbは、低音響インピーダンス層34の内部を伝搬する光音響信号42の波長のn/4倍とすることが好ましい(m及びnは、1以上の奇数。)。例えば、高音響インピーダンス層33がアルミニウムであり、低音響インピーダンス層34がエポキシであるとする。大気中において、被検体90がパルス光41を照射すると1605キロヘルツの周波数の光音響信号42を放射する場合、アルミニウム中における光音響信号42の波長が4.00ミリメートルとなり、エポキシ中における光音響信号42の波長が1.55ミリメートルとなる。そこで、mを1として、高音響インピーダンス層33の厚さaを1.00ミリメートルとし、nを1として、低音響インピーダンス層34の厚さbを0.39ミリメートルとしてもよい。なお、mとnとは、同じ値にする必要はない。
The thickness a of the high acoustic impedance layer 33 is preferably m / 4 times the wavelength of the
少なくとも一部が所定の厚さの高音響インピーダンス層33及び低音響インピーダンス層34であることで、反射部25は、反射率をより高くすることができる。よって、超音波検出部26は、光音響信号42の検出精度がより高くなる。従って、光音響信号の検出精度がより高い成分濃度測定装置を提供することができる。なお、以後の本願各実施形態において、反射部25の少なくとも一部を所定の厚さの高音響インピーダンス層33及び低音響インピーダンス層34とする効果は同様であり、上記の説明は省略する。
Since at least a part is the high acoustic impedance layer 33 and the low acoustic impedance layer 34 having a predetermined thickness, the
なお、所定の厚さの高音響インピーダンス層33及び低音響インピーダンス層34の反射率は、下記数(1)から数(3)より求めることができる。
本願第1の実施形態において、高音響インピーダンス層は、前記高音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のp/4倍の厚さであり、低音響インピーダンス層は、前記低音響インピーダンス層の内部を伝搬する前記光音響信号の波長のq/4倍の厚さであり、前記共振器は、少なくとも一部が前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層とが交互に積層されることが好ましい(p及びqは、1以上の奇数。)。 In the first embodiment of the present application, the high acoustic impedance layer has a thickness of p / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating through the high acoustic impedance layer, and the low acoustic impedance layer includes the low acoustic impedance layer. The thickness of the resonator is q / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating in the impedance layer, and at least a part of the resonator is alternately laminated with the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer. (P and q are odd numbers of 1 or more).
上記と同様に、共振器24の少なくとも一部は、所定の厚さの高音響インピーダンス層33及び低音響インピーダンス層34とすることが好ましい。すると、共振器24は、反射率をより高くすることができる。よって、超音波検出部26は、光音響信号42の検出精度がより高くなる。従って、光音響信号の検出精度がより高い成分濃度測定装置を提供することができる。なお、以後の本願各実施形態において、共振器24の少なくとも一部を所定の厚さの高音響インピーダンス層33及び低音響インピーダンス層34とする効果は同様であり、上記の説明は省略する。また、pとqとは、同じ値にする必要はない。
Similarly to the above, at least a part of the
(実施の形態2)
本願第2の実施形態は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が楕円筒状である反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、前記反射部の第1の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して前記反射部の第2の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記反射部の前記第2の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記反射部の内部に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。
(Embodiment 2)
In the second embodiment of the present application, a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit and outputs pulse light, and a light pulse modulation unit that outputs the light A light irradiation unit that irradiates the subject with the pulsed light, a spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from the subject by the pulsed light, and the photoacoustic radiated from the subject A reflection part that reflects a signal and is at least partially elliptical cylindrical, and detects the photoacoustic signal that the reflection part reflects or radiates from the subject, and is arranged at the first focal point of the reflection part An ultrasonic detection unit, and at least the resonator, the reflection unit, and the ultrasonic detection unit, and an insertion port for inserting the subject and placing the subject at the second focal point of the reflection unit A component concentration measuring device comprising a container I, wherein the resonator is a constituent concentration measuring apparatus, wherein the disposed inside the reflecting portion so as to surround the subject be located in the second focal point of the reflector portion.
図5及び図6を用いて本願第2の実施形態に係る成分濃度測定装置11について説明する。図5は、成分濃度測定装置11の概略図である。図5には、光発生部21、光パルス変調部22、光照射部23、共振器24、反射部25、超音波検出部26、容器27、挿入口27a、窓部27b、光ファイバ28、支持体29、信号処理部31、前置増幅器30、パルス光41、光音響信号42及び被検体90を図示している。
A component
図6は、成分濃度測定装置11を上面から見た透視図である。図6には、共振器24、反射部25、超音波検出部26、容器27、窓部27b、パルス光41、光音響信号42及び被検体90を図示している。なお、成分濃度測定装置11について、図1及び図2を用いて説明した成分濃度測定装置10と異なる部分について説明する。また、被検体90は、人体の指である。
FIG. 6 is a perspective view of the component
共振器24は、円筒状であってもよい。また、共振器24は、一方の端部が反射部25に固定されてもよい。
The
反射部25は、楕円筒状であることで、焦点の集合である2本の仮想線を有する。以後、いずれかの仮想線上の任意の点を第1の焦点、他方の仮想線上の任意の点を第2の焦点とする。
The
成分濃度測定装置11の光音響信号の検出精度が高い点について説明する。図1及び図2の成分濃度測定装置10と同様に、成分濃度測定装置11では、パルス光41を被検体90に照射し、被検体90が光音響信号42を全方向へ放射し、光音響信号42で共振器24が共振する。すると、光音響信号42は、振幅が増幅する。また、反射部25の少なくとも一部が楕円筒状であることで、反射部25は、振幅が増幅した光音響信号42を第1の焦点に配置された超音波検出部26に効率よく反射する。図1及び図2の成分濃度測定装置10と同様に、光音響信号42の振幅が増幅し、反射部25が光音響信号42を超音波検出部26に効率よく反射することで、超音波検出部26は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。
The point with high detection accuracy of the photoacoustic signal of the component density |
本願第2の実施形態において、前記容器は、内部に前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体が充填され、前記共振器は、半径が前記液体中を伝搬する前記光音響信号の波長のk/2倍であることが好ましい(kは、1以上の整数。)。 In the second embodiment of the present application, the container is filled with a liquid having an acoustic impedance substantially equal to that of the subject, and the resonator has a radius k of the wavelength of the photoacoustic signal propagating in the liquid. / 2 times is preferable (k is an integer of 1 or more).
図7(a)は、円筒状の共振器24の上面から見た拡大図である。図7(b)は、円筒状の共振器24の側面の側から見た拡大図である。図7(a)及び図7(b)には、共振器24を図示している。また、共振器24の半径をrと図示している。
FIG. 7A is an enlarged view seen from the upper surface of the
上記と同様に、容器27は、内部に被検体90と略等しい音響インピーダンスを有する液体を充填することが好ましい。また、共振器24は、半径が液体中を伝搬する光音響信号42の波長のk/2倍であることが好ましい(kは、1以上の整数。)。すると、共振器24がより強く共振し、光音響信号42は、振幅がより増幅する。よって、超音波検出部26は、前記光音響信号の検出精度がより高くなる。従って、光音響信号の検出精度がより高い成分濃度測定装置を提供することができる。なお、以後の本願各実施形態において、容器27の内部に上記の液体を充填し、共振器24の半径rが液体中を伝搬する光音響信号42の波長のk/2倍とする効果は同様であり、上記の説明は省略する。
Similarly to the above, the
(実施の形態3)
本願第3の実施形態は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が回転放物面状であり、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、一方の前記反射部の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記2個の反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して他方の前記反射部の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記他方の反射部の前記内面の側に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。
(Embodiment 3)
In the third embodiment of the present application, a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit and outputs pulse light, and a light pulse modulation unit that outputs the light A light irradiation unit that irradiates the subject with the pulsed light, a spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from the subject by the pulsed light, and the photoacoustic radiated from the subject Reflecting signal, at least part of which is a paraboloid, and two reflecting parts facing each other so that the axes passing through the respective focal points coincide with each other, and the reflecting part reflects or from the subject The photoacoustic signal to be radiated is detected, and an ultrasonic detection unit disposed at the focal point of one of the reflection units, and at least the resonator, the two reflection units, and the ultrasonic detection unit are mounted, Insert the subject and the other reflection part And a container having an insertion port for placement at a focal point, wherein the resonator has the other reflecting portion so as to surround the subject to be placed at the focal point of the other reflecting portion. It is arrange | positioned at the said inner surface side of a component concentration measuring apparatus characterized by the above-mentioned.
図8及び図9を用いて本願第3の実施形態に係る成分濃度測定装置12について説明する。図8は、成分濃度測定装置12の概略図である。図8には、光発生部21、光パルス変調部22、光照射部23、共振器24、支柱24a、反射部25、超音波検出部26、容器27、挿入口27a、窓部27b、光ファイバ28、支持体29、前置増幅器30、信号処理部31、パルス光41、光音響信号42及び被検体90を図示している。
The component
図9は、成分濃度測定装置12を上側の面から見た透視図である。図9には、共振器24、反射部25、超音波検出部26、容器27、窓部27b、パルス光41、光音響信号42及び被検体90を図示している。また、被検体90は、ラット等の小動物である。なお、成分濃度測定装置12について、図1及び図2を用いて説明した成分濃度測定装置10と異なる部分について説明する。
FIG. 9 is a perspective view of the component
反射部25は、少なくとも一部が回転放物面状である。また、反射部25は、それぞれの焦点を通る軸が一致し、かつ、内面が対向するように容器27の両側面に固定する。少なくとも一部が回転放物面状であることで、反射部25は、1個の焦点を有する。なお、2個の反射部25のうち、いずれの反射部25の焦点に超音波検出器26を配置してもよく、残りの反射部25の焦点に被検体90を配置してもよい。
At least a part of the reflecting
共振器24は、球体であってもよい。例えば、共振器24は、気密を保つことができ、開閉できる扉を介して被検体90を内部に収容してもよい。すると、容器27の内部にラット等である被検体90と略等しい音響インピーダンスを有する液体を充填しても、被検体90は、一定時間、共振器24の内部で呼吸することができる。
The
容器27は、超音波検出器26が配置された反射分25と他方の反射部25の焦点に被検体90を配置する挿入口27aを設けてもよい。容器27は、挿入口27aを開閉する扉部27cを有してもよい。被検体90を共振器24に収容するときに、扉部27cを開き、被検体90を共振器24に収容したら、扉部27cを閉じてもよい。扉部27cを閉じることで、成分濃度測定装置12は、容器27の上面に挿入口27aから侵入するノイズを低減することができる。
The
成分濃度測定装置12の光音響信号の検出精度が高い点について説明する。図1及び図2の成分濃度測定装置10と同様に、パルス光41を被検体90に照射し、被検体90が光音響信号42を全方向へ放射し、共振器24が共振する。すると、光音響信号42は、振幅が増幅する。反射部25の少なくとも一部が回転放物面状であり、それぞれの焦点を通る軸を一致させるように内面が対向することで、一方の反射部25は、振幅が増幅した光音響信号42を他方の反射部25の焦点に配置された超音波検出部26に効率よく反射する。図1及び図2の成分濃度測定装置10と同様に、光音響信号42の振幅が増幅し、反射部25が光音響信号42を超音波検出部26に効率よく反射することで、超音波検出部26は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。
The point that the photoacoustic signal detection accuracy of the component
(実施の形態4)
本願第4の実施形態は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が放物湾曲板状であり、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の反射部と、前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、一方の前記反射部の焦点に配置される超音波検出部と、少なくとも前記共振器、前記2個の反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して他方の前記反射部の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、前記共振器は、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記他方の反射部の前記内面の側に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置である。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment of the present application, a light generation unit that generates light, a light pulse modulation unit that performs pulse modulation on the light generated by the light generation unit and outputs pulsed light, and a light pulse modulation unit that outputs the light A light irradiation unit that irradiates the subject with the pulsed light, a spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal radiated from the subject by the pulsed light, and the photoacoustic radiated from the subject Reflecting signal, at least part of which is a parabolic curved plate, and two reflecting parts whose inner surfaces face each other so that axes passing through the respective focal points coincide with each other, and the reflecting part reflects or from the subject The photoacoustic signal to be radiated is detected, and an ultrasonic detection unit disposed at the focal point of one of the reflection units, and at least the resonator, the two reflection units, and the ultrasonic detection unit are mounted, Insert the subject and the other reflection part And a container having an insertion port for placement at a focal point, wherein the resonator has the other reflecting portion so as to surround the subject to be placed at the focal point of the other reflecting portion. It is arrange | positioned at the said inner surface side of a component concentration measuring apparatus characterized by the above-mentioned.
図10及び図11を用いて本願第4の実施形態に係る成分濃度測定装置13について説明する。図10は、成分濃度測定装置13の概略図である。図10には、光発生部21、光パルス変調部22、光照射部23、共振器24、反射部25、超音波検出部26、容器27、挿入口27a、窓部27b、光ファイバ28、支持体29、前置増幅器30、信号処理部31、パルス光41、光音響信号42及び被検体90を図示している。
A component
図11は、成分濃度測定装置13を上側の面から見た透視図である。図11には、共振器24、反射部25、超音波検出部26、容器27、窓部27b、パルス光41、光音響信号42及び被検体90を図示している。また、被検体90は、人体の指である。なお、成分濃度測定装置13について、図8及び図9を用いて説明した成分濃度測定装置12と異なる部分について説明する。
FIG. 11 is a perspective view of the component
反射部25は、少なくとも一部が放物湾曲板状である。また、反射部25は、それぞれの焦点を通る軸が一致し、かつ、内面が対向するように容器27の両側面に固定する。少なくとも一部が放物湾曲板状であることで、反射部25は、1個の焦点を有する。なお、2個の反射部25のうち、いずれの反射部25の焦点に超音波検出器26を配置してもよく、残りの反射部25の焦点に被検体90を配置してもよい。
At least a part of the reflecting
共振器24は、図5及び図6と同様な円筒状であってもよい。
The
成分濃度測定装置13の光音響信号の検出精度が高い点について説明する。図8及び図9の成分濃度測定装置12と同様に、パルス光41を被検体90に照射し、被検体90が光音響信号42を全方向へ放射し、共振器24が共振する。すると、光音響信号42は、振幅が増幅する。また、反射部25の少なくとも一部が放物湾曲板状であり、それぞれの焦点を通る軸を一致させるように内面が対向することで、一方の反射部25は、振幅が増幅した光音響信号42を他方の反射部25の焦点に配置された超音波検出部26に効率よく反射する。図8及び図9の成分濃度測定装置12と同様に、光音響信号42の振幅が増幅し、反射部25が光音響信号42を超音波検出部26に効率よく反射することで、超音波検出部26は、検出精度が高くなる。従って、光音響信号の検出精度が高い成分濃度測定装置を提供することができる。
The point that the photoacoustic signal detection accuracy of the component
本発明の成分濃度測定装置は、医療診断に用いられるだけでなく、日常の健康管理や美容上の診断に利用することができる。 The component concentration measuring apparatus of the present invention can be used not only for medical diagnosis but also for daily health management and cosmetic diagnosis.
10、11、12、13 成分濃度測定装置
21 光発生部
22 光パルス変調部
23 光照射部
24 共振器
24a 支柱
25 反射部
26 超音波検出部
27 容器
27a 挿入口
27b 窓部
27c 扉部
28 光ファイバ
29 支持体
30 前置増幅器
31 信号処理部
33 高音響インピーダンス層
34 低音響インピーダンス層
41 パルス光
42 光音響信号
90 被検体
100 生体画像化装置
101 被検体
111 水槽
112 水
121 パルス光源
122 凹面ミラー
123 レンズ
124 超音波検出部
125 信号処理部
128 ステップモータ
130 回転軌道
10, 11, 12, 13 Component
26
Claims (7)
前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、
前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、
前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、
前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が楕円体面状である反射部と、
前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、前記反射部の第1の焦点に配置される超音波検出部と、
少なくとも前記共振器、前記反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して前記反射部の第2の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、
前記共振器は、前記反射部の前記第2の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記反射部の内部に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置。 A light generating section for generating light;
An optical pulse modulation unit that pulse-modulates the light generated by the light generation unit and outputs pulsed light; and
A light irradiation unit that irradiates a subject with the pulsed light output by the light pulse modulation unit;
A spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light;
Reflecting the photoacoustic signal radiated from the subject, at least a part of which is an ellipsoidal surface,
An ultrasonic detection unit that detects the photoacoustic signal reflected by the reflection unit or radiated from the subject, and disposed at a first focal point of the reflection unit;
Component concentration measurement comprising: a container having at least the resonator, the reflection unit, and the ultrasonic detection unit, and having an insertion port for inserting the subject and placing the subject at a second focal point of the reflection unit A device,
The component concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the resonator is arranged inside the reflecting unit so as to surround the subject arranged at the second focal point of the reflecting unit.
前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、
前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、
前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、
前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が楕円筒状である反射部と、
前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、前記反射部の第1の焦点に配置される超音波検出部と、
少なくとも前記共振器、前記反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して前記反射部の第2の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、
前記共振器は、前記反射部の前記第2の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記反射部の内部に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置。 A light generating section for generating light;
An optical pulse modulation unit that pulse-modulates the light generated by the light generation unit and outputs pulsed light; and
A light irradiation unit that irradiates a subject with the pulsed light output by the light pulse modulation unit;
A spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light;
Reflecting the photoacoustic signal radiated from the subject, at least a part of which is an elliptical cylinder,
An ultrasonic detection unit that detects the photoacoustic signal reflected by the reflection unit or radiated from the subject, and disposed at a first focal point of the reflection unit;
Component concentration measurement comprising: a container having at least the resonator, the reflection unit, and the ultrasonic detection unit, and having an insertion port for inserting the subject and placing the subject at a second focal point of the reflection unit A device,
The component concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the resonator is arranged inside the reflecting unit so as to surround the subject arranged at the second focal point of the reflecting unit.
前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、
前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、
前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、
前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が回転放物面状であり、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の反射部と、
前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、一方の前記反射部の焦点に配置される超音波検出部と、
少なくとも前記共振器、前記2個の反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して他方の前記反射部の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、
前記共振器は、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記他方の反射部の前記内面の側に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置。 A light generating section for generating light;
An optical pulse modulation unit that pulse-modulates the light generated by the light generation unit and outputs pulsed light; and
A light irradiation unit that irradiates a subject with the pulsed light output by the light pulse modulation unit;
A spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light;
Two reflecting portions that reflect the photoacoustic signal radiated from the subject, at least part of which is a paraboloid, and whose inner surfaces face each other so that axes passing through the respective focal points coincide with each other;
An ultrasonic detection unit that detects the photoacoustic signal reflected by the reflection unit or radiated from the subject, and disposed at a focal point of the reflection unit;
A component including at least the resonator, the two reflection units, and the ultrasonic detection unit, and a container having an insertion port for inserting the subject and placing the subject at a focal point of the other reflection unit. A concentration measuring device comprising:
The component concentration measuring apparatus, wherein the resonator is disposed on the inner surface side of the other reflecting portion so as to surround the subject to be disposed at a focal point of the other reflecting portion.
前記光発生部が発生させる前記光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、
前記光パルス変調部が出力する前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、
前記パルス光により前記被検体から放射される光音響信号で共振する球状又は円筒状の共振器と、
前記被検体から放射される前記光音響信号を反射し、少なくとも一部が放物湾曲板状であり、それぞれの焦点を通る軸が一致するように内面が対向する2個の反射部と、
前記反射部が反射する又は前記被検体から放射される前記光音響信号を検出し、一方の前記反射部の焦点に配置される超音波検出部と、
少なくとも前記共振器、前記2個の反射部及び前記超音波検出部を搭載し、前記被検体を挿入して他方の前記反射部の焦点に配置するための挿入口を有する容器と、を備える成分濃度測定装置であって、
前記共振器は、前記他方の反射部の焦点に配置する前記被検体を囲むように前記他方の反射部の前記内面の側に配置されることを特徴とする成分濃度測定装置。 A light generating section for generating light;
An optical pulse modulation unit that pulse-modulates the light generated by the light generation unit and outputs pulsed light; and
A light irradiation unit that irradiates a subject with the pulsed light output by the light pulse modulation unit;
A spherical or cylindrical resonator that resonates with a photoacoustic signal emitted from the subject by the pulsed light;
Two reflecting portions that reflect the photoacoustic signal radiated from the subject, at least a part of which is a parabolic curved plate, and whose inner surfaces face each other so that axes passing through respective focal points coincide with each other;
An ultrasonic detection unit that detects the photoacoustic signal reflected by the reflection unit or radiated from the subject, and disposed at a focal point of the reflection unit;
A component including at least the resonator, the two reflection units, and the ultrasonic detection unit, and a container having an insertion port for inserting the subject and placing the subject at a focal point of the other reflection unit. A concentration measuring device comprising:
The component concentration measuring apparatus, wherein the resonator is disposed on the inner surface side of the other reflecting portion so as to surround the subject to be disposed at a focal point of the other reflecting portion.
The high acoustic impedance layer has a thickness p / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal propagating through the high acoustic impedance layer, and the low acoustic impedance layer propagates through the low acoustic impedance layer. The thickness of the resonator is q / 4 times the wavelength of the photoacoustic signal, and at least a part of the resonator is formed by alternately stacking the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer. The component concentration measuring apparatus according to any one of 1 to 6 (p and q are odd numbers of 1 or more).
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