JP5855994B2 - Probe for acoustic wave detection and photoacoustic measurement apparatus having the probe - Google Patents
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Description
本発明は、生体や無機構造物等の被検体に当てて音響波を検出するプローブおよびそれを備えた光音響計測装置に関するものである。 The present invention relates to a probe for detecting an acoustic wave applied to a subject such as a living body or an inorganic structure, and a photoacoustic measurement apparatus including the probe.
従来、音響波検出用のプローブ(または探触子)は、例えば、診断に使用される超音波画像生成装置および光音響画像生成装置、並びに漁業に使用される魚群探知機等に使用されている。このようなプローブには、音響波ビームを集束させて分解能を向上させるために音響レンズが組み込まれている。 Conventionally, a probe (or probe) for acoustic wave detection is used in, for example, an ultrasonic image generation device and a photoacoustic image generation device used for diagnosis, a fish detector used in fisheries, and the like. . Such a probe incorporates an acoustic lens in order to focus the acoustic wave beam and improve resolution.
例えば特許文献1では、生体との密着性をよくするために、音響レンズは主に6つの特性を満たすことが望まれることが開示されている。具体的な6つの要件は、(1)被検体との接触部分で超音波の反射を最小にすること、(2)超音波を高感度で送受信すること、(3)凸面形状にするために音響レンズ内の音速が被検体内の音速(約1500m/s)以下の材料から作られること、(4)成型性に優れ、特に引き裂き強度が大きい材料から作られること、(5)添加物を含む音響レンズの構成材料が生体に対して安全であること、(6)使用の際に容易に変形しない程度の硬さを有する材料から作られることである。
For example,
そこで特許文献1では、上記6つの要件をすべて満たす音響レンズを提供するため、シリコーンゴムに酸化亜鉛粉末または白金粉末を所定の重量濃度で混合させた組成物を開示している。
Therefore,
また、これに関連して特許文献2には、粒径0.08〜0.20μmの酸化チタン粒子がシリコーンゴムに混合された音響レンズが開示されている。
In relation to this,
ところで、本発明者は、光音響計測を行う場合には、測定光の照射に起因する音響レンズについての課題があることを見出した。具体的には、被検体で反射した光が音響レンズを通過し音響波振動子で吸収された場合に、音響波振動子の振動によるアーティファクト(虚像または偽像)が写し出されたり、被検体で反射した光が音響レンズで吸収された場合に、そこで発生した光音響波によるアーティファクトが写し出されたりしてしまう。光音響計測において上記6つの要件を満たすだけでは当該課題を解決することは難しい。 By the way, when this inventor performs photoacoustic measurement, it discovered that there existed the subject about the acoustic lens resulting from irradiation of measurement light. Specifically, when the light reflected by the subject passes through the acoustic lens and is absorbed by the acoustic wave vibrator, artifacts (virtual images or false images) due to the vibration of the acoustic wave vibrator are projected, When the reflected light is absorbed by the acoustic lens, artifacts due to the photoacoustic wave generated there are projected. It is difficult to solve the problem only by satisfying the above six requirements in photoacoustic measurement.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、プローブを用いた光音響計測において、測定光の照射に起因したアーティファクトの発生を低減することを可能とする音響波検出用のプローブおよびそれを備えた光音響計測装置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 an acoustic measurement using a probe, an acoustic wave detection probe capable of reducing the occurrence of artifacts due to irradiation of measurement light and the probe are provided. It is an object of the present invention to provide a photoacoustic measuring device provided.
上記課題を解決するために、本発明に係る音響波検出用プローブは、
被検体に照射するための測定光を導光する導光部と、音響波を検出可能な音響波振動子およびこの音響波振動子の被検体側に設けられた音響波集束機能を有する音響レンズを含む電気音響変換部とを備える音響波検出用プローブにおいて、
電気音響変換部の被検体側に設けられた音響波透過性を有する光拡散音響部であって、少なくとも一部の層が光拡散性を有する光拡散音響部材から構成される光拡散音響部を備え、
導光部の測定光の出射端面が、この出射端面から被検体に入射するまでの測定光の光路が光拡散音響部に妨害されないように光拡散音響部の近傍に配置されたものであることを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problem, an acoustic wave detection probe according to the present invention includes:
A light guide for guiding measurement light for irradiating a subject, an acoustic wave transducer capable of detecting an acoustic wave, and an acoustic lens having an acoustic wave focusing function provided on the subject side of the acoustic wave transducer In an acoustic wave detection probe comprising an electroacoustic transducer including
A light diffusing acoustic part having acoustic wave transparency provided on the subject side of the electroacoustic conversion part, wherein at least a part of the layer is composed of a light diffusing acoustic member having light diffusibility. Prepared,
The measurement light emission end face of the light guide section is arranged in the vicinity of the light diffusion acoustic section so that the optical path of the measurement light from the emission end face to the subject is not obstructed by the light diffusion acoustic section. It is characterized by.
そして、本発明に係る音響波検出用プローブにおいて、光拡散音響部材は第1の無機顔料を含有する弾性材料によって構成されるものであることが好ましい。この場合において、第1の無機顔料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄および酸化セリウムのうち少なくとも1種の酸化物粒子であることが好ましい。さらに、第1の無機顔料の粒子の大きさは0.05〜0.35μmであることが好ましく、第1の無機顔料の添加量は2〜65wt%であることが好ましい。 In the acoustic wave detection probe according to the present invention, the light diffusing acoustic member is preferably composed of an elastic material containing the first inorganic pigment. In this case, the first inorganic pigment is preferably at least one oxide particle of titanium oxide, zirconium oxide, iron oxide and cerium oxide. Furthermore, the particle size of the first inorganic pigment is preferably 0.05 to 0.35 μm, and the addition amount of the first inorganic pigment is preferably 2 to 65 wt%.
また、本発明に係る音響波検出用プローブにおいて、光拡散音響部は被検体に当接する部分を構成するものであり、光拡散音響部の被検体側の表面部分は、光拡散音響部が被検体に当接したときに当接部位の表面形状に適合可能な程度に柔らかい弾性材料から構成されるものであることが好ましい。この場合において、光拡散音響部の被検体側の表面形状は平坦形状を有することが好ましい。 In the acoustic wave detection probe according to the present invention, the light diffusing acoustic part constitutes a part that contacts the subject, and the surface part of the light diffusing acoustic part on the subject side is covered by the light diffusing acoustic part. It is preferably made of an elastic material that is soft enough to adapt to the surface shape of the contact portion when it comes into contact with the specimen. In this case, the surface shape on the subject side of the light diffusing acoustic part preferably has a flat shape.
或いは、本発明に係る音響波検出用プローブにおいて、被検体に当接する部分を構成し測定光および音響波を透過せしめる音響カプラであって、光拡散音響部の被検体側の表面および出射端面と接続された音響カプラを備えることが好ましい。この場合において、光拡散音響部は、音響波集束機能を相殺する機能を有するものであり、光拡散音響部および音響カプラは、電気音響変換部または導光部から着脱可能な構成を有するものであることが好ましい。 Alternatively, in the acoustic wave detection probe according to the present invention, an acoustic coupler that constitutes a portion in contact with the subject and transmits the measurement light and the acoustic wave, the subject-side surface and the emission end surface of the light diffusion acoustic part, It is preferable to provide a connected acoustic coupler. In this case, the light diffusing acoustic unit has a function of canceling the acoustic wave focusing function, and the light diffusing acoustic unit and the acoustic coupler have a configuration that can be detached from the electroacoustic conversion unit or the light guide unit. Preferably there is.
また、本発明に係る音響波検出用プローブにおいて、導光部は、測定光を導光する少なくとも1つの光ファイバと、少なくとも1つの光ファイバの一端が接続される入射面およびこの入射面から入射した測定光が出射する上記出射端面としての出射面を有する少なくとも1つの導光板とを有することが好ましい。この場合において、導光板は、導光板が電気音響変換部を挟んで対向するように複数配置されていることが好ましい。 In the acoustic wave detection probe according to the present invention, the light guide section includes at least one optical fiber that guides measurement light, an incident surface to which one end of the at least one optical fiber is connected, and an incident surface from the incident surface. It is preferable to have at least one light guide plate having an exit surface as the exit end surface from which the measured light exits. In this case, it is preferable that a plurality of light guide plates are arranged so that the light guide plates face each other with the electroacoustic conversion unit interposed therebetween.
さらに、導光板が電気音響変換部を挟んで対向するように複数配置されている場合において、導光板と電気音響変換部との間に、導光板の側面から漏れた測定光を拡散させる光拡散部材を備えることが好ましい。この場合において、光拡散部材は、第2の無機顔料を含有する塗料が塗布された金属板であることが好ましく、第2の無機顔料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄および酸化セリウムのうち少なくとも1種の酸化物粒子であることが好ましい。或いは、光拡散部材は、ポリテトラフルオロエチレンの粉末が押し固められて焼成されたものであることが好ましい。 Furthermore, in the case where a plurality of light guide plates are arranged so as to face each other with the electroacoustic conversion unit interposed therebetween, light diffusion that diffuses measurement light leaked from the side surface of the light guide plate between the light guide plate and the electroacoustic conversion unit It is preferable to provide a member. In this case, the light diffusing member is preferably a metal plate coated with a paint containing a second inorganic pigment, and the second inorganic pigment is selected from titanium oxide, zirconium oxide, iron oxide and cerium oxide. It is preferable that it is at least one oxide particle. Alternatively, it is preferable that the light diffusing member is formed by pressing and baking a polytetrafluoroethylene powder.
本発明に係る光音響計測装置は、上記に記載のプローブを備えることを特徴とするものである。 The photoacoustic measuring device which concerns on this invention is equipped with the probe as described above, It is characterized by the above-mentioned.
そして、本発明に係る光音響計測装置において、近赤外波長域の測定光を出力する光源を備えることが好ましい。 And the photoacoustic measuring device which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable to provide the light source which outputs the measurement light of a near-infrared wavelength range.
また、本発明に係る光音響計測装置において、プローブによって検出された光音響波の光音響信号に基づいて、光音響信号についての光音響画像を生成する音響画像生成手段を備えることが好ましい。この場合において、プローブは、被検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出するものであり、音響画像生成手段は、反射超音波の超音波信号に基づいて超音波画像を生成するものであることが好ましい。 Moreover, the photoacoustic measurement apparatus according to the present invention preferably includes an acoustic image generation unit that generates a photoacoustic image of the photoacoustic signal based on the photoacoustic signal of the photoacoustic wave detected by the probe. In this case, the probe detects a reflected ultrasonic wave with respect to the ultrasonic wave transmitted to the subject, and the acoustic image generation unit generates an ultrasonic image based on the ultrasonic signal of the reflected ultrasonic wave. It is preferable.
本発明に係る音響波検出用プローブおよび光音響計測装置は特に、電気音響変換部の被検体側に設けられた音響波透過性を有する光拡散音響部であって、少なくとも一部の層が光拡散性を有する光拡散音響部材から構成される光拡散音響部を備えることを特徴とする。これにより、被検体で反射した光が、音響レンズを通過し音響波振動子で吸収されたり音響レンズで吸収されたりすることを抑制することができる。この結果、プローブを用いた光音響計測において、測定光の照射に起因したアーティファクトの発生を低減することが可能となる。 The acoustic wave detection probe and the photoacoustic measurement device according to the present invention are in particular a light diffusing acoustic part having acoustic wave permeability provided on the subject side of the electroacoustic conversion part, and at least a part of the layers is light. It comprises a light diffusing acoustic part composed of a light diffusing acoustic member having diffusibility. Thereby, it can suppress that the light reflected by the subject passes through the acoustic lens and is absorbed by the acoustic wave vibrator or absorbed by the acoustic lens. As a result, in photoacoustic measurement using a probe, it is possible to reduce the occurrence of artifacts due to irradiation of measurement light.
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.
「音響波検出用プローブの第1の実施形態」
まず、音響波検出用のプローブの第1の実施形態について説明する。図1は本実施形態のプローブの構成を示す概略図であり、図2は電気音響変換部、光拡散音響部および導光板の構成を示す概略図である。
“First Embodiment of Probe for Acoustic Wave Detection”
First, a first embodiment of an acoustic wave detection probe will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the probe of this embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of an electroacoustic conversion unit, a light diffusion acoustic unit, and a light guide plate.
本実施形態のプローブ11は、図1に示されるように主として、電気音響変換部20、光拡散音響部43、光ファイバ40、導光板42、筺体44およびケーブル45から構成される。例えばプローブ11は、光源からのレーザ光Lを被検体Mに照射して、光音響効果によって被検体M内に発生する光音響波を検出するものである。レーザ光Lの波長は、計測の対象となる被検体M内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。例えば測定対象が生体である場合には、一般的にヘモグロビンの吸収特性を考慮して、レーザ光Lとして近赤外波長域の光が使用される。近赤外波長域とはおよそ700〜850nmの波長域を意味する。しかしながら、レーザ光Lの波長は当然これに限られるものではない。
As shown in FIG. 1, the
<電気音響変換部>
電気音響変換部20は、図2に示されるように、例えばバッキング材50、音響波振動子アレイ51および音響レンズ52を含む。
<Electroacoustic transducer>
As shown in FIG. 2, the
バッキング材50は、音響波振動子アレイ51を透過した音響波を吸収して、音響波の反射波が被検体M側へ戻ることを抑制する機能を果たす。バッキング材50は、例えばベース樹脂であるエポキシ樹脂にタングステン(W)、鉛(Pb)、酸化亜鉛(ZnO)などの密度の高い粉末材料が混合された構成を有する。
The
音響波振動子アレイ51は、複数の音響波振動子の1次元的または2次元的に配列したものであり、実際に音響波信号を電気信号に変換する。音響波振動子は、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。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」とは音響波振動子アレイの振動により被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「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内に発生した弾性波を意味する。
The acoustic
音響レンズ52は、音響波振動子アレイ51から照射された超音波を音響波ビームとして集束させるものである。音響レンズ52は例えば本実施形態では平板形状を有する。音響レンズ52の材料としては、例えばシリコーンゴムおよびポリウレタン等のゴム材料を使用することができる。
The
<光拡散音響部>
光拡散音響部43は、電気音響変換部20の被検体側に設けられた、音響波透過性および光拡散性を有する要素である。すなわち本発明は、この光拡散音響部43を設けることにより、被検体Mを伝搬する光音響波U等の音響波は通常通り電気音響変換部20で検出可能としながら、被検体Mの表面で反射しまたはその内部で拡散した測定光の一部(ノイズ光Ld)が電気音響変換部20に到達することを抑制するものである。また、光拡散音響部43が光拡散性を有することにより、ノイズ光Ldを再度被検体Mへ戻すことができ、光エネルギーを効率的に利用することも可能となる。光拡散音響部43において、音響透過性はその全体に亘って有することが必要であるが、光拡散性は少なくとも一部に有していればよい。つまり、光拡散音響部43は、少なくとも一部の層が光拡散性を有する光拡散音響部材から構成されるものである。これは、光拡散音響部43のいずれかの場所でノイズ光Ldを遮断することができれば充分だからである。ただし、その場合音響整合層53は光吸収のない透明部材である必要がある。なぜなら、音響整合層53で光を吸収した際にノイズ音響波を発生するからである。例えば本実施形態では、光拡散音響部43は、音響整合層53およびこの音響整合層53よりも被検体M側に設けられた光拡散音響部材54から構成されている。音響整合層53は、音響インピーダンスを整合する機能を果たす。音響整合層53を構成する材料の例としては、エポキシ樹脂や石英ガラスなどが挙げられる。なお、音響整合層53は必ずしも必須ではなく、当然光拡散音響部43は光拡散音響部材54のみから構成されてもよい。
<Light diffusion acoustic part>
The light diffusing
本明細書において「音響透過性を有する」とは、音響波を減衰させにくいことを意味し、具体的には生体の減衰率(0.5〜1.0dB/cm・MHz)以下であることを意味する。これにより、光拡散音響部43を通過する音響波の減衰を低減することができる。
In this specification, “having acoustic transparency” means that it is difficult to attenuate acoustic waves, and specifically, it is not more than a biological attenuation rate (0.5 to 1.0 dB / cm · MHz). Means. Thereby, attenuation of the acoustic wave which passes the light-diffusion
一方「光拡散性を有する」とは、光に対する拡散反射率が高いことを意味し、具体的には測定光の波長域における平均拡散反射率が85%以上であることを意味する。「測定光の波長域」とは、測定光の波長分布における半値全幅に対応する波長域を意味する。例えば本実施形態では測定光の波長域は、近赤外波長域に含まれる。さらに「平均拡散反射率」は、光拡散音響部材54の平均厚さにおける拡散反射率であって、所定の波長域に属する光の拡散反射率の平均値を意味する。所定の波長域に属する光の拡散反射率の平均値は、例えば、その波長域に属するいくつかの光について拡散反射率を求めて、それぞれその平均を取ることにより得られる。拡散反射率は分光光度計等によって測定される。
On the other hand, “having light diffusibility” means that the diffuse reflectance with respect to light is high, and specifically means that the average diffuse reflectance in the wavelength region of the measurement light is 85% or more. The “wavelength range of the measurement light” means a wavelength range corresponding to the full width at half maximum in the wavelength distribution of the measurement light. For example, in this embodiment, the wavelength range of the measurement light is included in the near infrared wavelength range. Furthermore, the “average diffuse reflectance” is the diffuse reflectance at the average thickness of the light diffusing
このような光拡散音響部材54は、例えば音響透過性のある音響材料に無機顔料を混合して成形することにより形成することができる。この場合において、無機顔料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄および酸化セリウムのうち少なくとも1種の酸化物粒子であることが好ましい。一方、上記音響材料としてはシリコーンゴムおよびポリウレタン等のゴム材料を使用することができる。また、無機顔料の粒子の大きさは、後述するアーティファクトの発生が電気ノイズレベルになり画像上問題とならない範囲で適宜調整される。さらに無機顔料の粒子の大きさは、0.05〜0.35μmであることが好ましい。これは、図3に示された、酸化物粒子に関する粒子サイズと散乱効率(これは粒子濃度一定での還元散乱定数に比例する。)の関係を考慮したものである。
Such a light diffusing
図3のグラフは、756nmの光においてMie散乱を仮定して計算した散乱効率の値をプロットしたものである。Aのプロットは、シリコーンゴム(屈折率:1.41)に酸化チタン(屈折率:2.6)を混合した試料についてのデータであり、Bのプロットは、シリコーンゴムに酸化ジルコニウム(屈折率:2.4)を混合した試料についてのデータであり、Cのプロットは、シリコーンゴムにポリスチレン(屈折率:1.6)を混合した試料についてのデータである。図3から分かるように、粒子の大きさが0.05〜0.35μmである範囲において、音響材料に対する酸化物粒子の濃度(粒子濃度)が低くても高い拡散反射率を得ることができる。さらに、無機顔料の粒子の大きさは、音響減衰率を増加させないことまで考慮すると0.08〜0.2μmであることが好ましい。本明細書において、「粒子の大きさ」とは、その材料種の粒子の直径の平均値を意味し、例えば動的光散乱法、レーザ回折法および走査型電子顕微鏡(SEM)による画像イメージング法等によって測定される。 The graph of FIG. 3 is a plot of scattering efficiency values calculated assuming Mie scattering in 756 nm light. The plot of A is data for a sample in which titanium rubber (refractive index: 2.6) is mixed with silicone rubber (refractive index: 1.41), and the plot of B is zirconium oxide (refractive index: 2.4) is the data for the sample mixed, and the plot of C is the data for the sample in which silicone rubber is mixed with polystyrene (refractive index: 1.6). As can be seen from FIG. 3, in the range where the size of the particles is 0.05 to 0.35 μm, a high diffuse reflectance can be obtained even if the oxide particle concentration (particle concentration) relative to the acoustic material is low. Furthermore, the size of the inorganic pigment particles is preferably 0.08 to 0.2 μm in consideration of not increasing the acoustic attenuation rate. In the present specification, “particle size” means an average value of the diameters of particles of the material type. For example, dynamic light scattering method, laser diffraction method, and image imaging method using a scanning electron microscope (SEM). Measured by etc.
光拡散音響部材54の厚さ(最も厚い部分の厚さを言う。)は0.5〜2mmであることが好ましい。これは、薄すぎる場合には所定の濃度で測定光の波長域における拡散反射率を得ることが難しく、厚い場合には当該部材の材料による測定光Lの波長域における吸収が増加するためである。 The thickness of the light diffusing acoustic member 54 (referring to the thickness of the thickest portion) is preferably 0.5 to 2 mm. This is because if the thickness is too thin, it is difficult to obtain a diffuse reflectance in the wavelength region of the measurement light at a predetermined concentration, and if it is thick, absorption in the wavelength region of the measurement light L by the material of the member increases. .
無機顔料の添加量は、後述するアーティファクトの発生が電気ノイズレベルになり画像上問題とならない範囲で適宜調整される。さらに無機顔料の添加量は、2〜65wt%であることが好ましい。これは、添加量がこの範囲よりも低い場合には測定光の波長域における平均拡散反射率が85%に達せず、大きい場合には測定光の波長域における平均拡散反射率を増加させる効果が飽和するためである。 The amount of the inorganic pigment added is appropriately adjusted in such a range that generation of artifacts described later becomes an electric noise level and does not cause a problem on an image. Furthermore, it is preferable that the addition amount of an inorganic pigment is 2-65 wt%. This is because when the addition amount is lower than this range, the average diffuse reflectance in the wavelength region of the measurement light does not reach 85%, and when it is large, the average diffuse reflectance in the wavelength region of the measurement light is increased. This is because it is saturated.
一般に、粒子同士が粒子径の半分以下の距離まで近接するような程度にまで粒子濃度が高くなると、散乱能は飽和する。例えば0.2μmの粒子が一辺0.3μmの立方体空間に入ることを想定すると、散乱能(拡散反射率)は、例えばシリコーンゴムおよび無機顔料の混合物中における無機顔料の体積分率が0.155のときに飽和する。そこで、本発明では、無機顔料の添加量は、光拡散音響部材54を構成する材料中における無機顔料の体積分率が0.155の範囲で適宜設定される。これは、図3のグラフに示されていない酸化鉄および酸化セリウムについても同様である。
In general, when the particle concentration increases to such an extent that the particles are close to a distance of half or less of the particle diameter, the scattering ability is saturated. For example, assuming that 0.2 μm particles enter a cubic space with a side of 0.3 μm, the scattering ability (diffuse reflectance) is, for example, that the volume fraction of an inorganic pigment in a mixture of silicone rubber and inorganic pigment is 0.155. When it is saturated. Therefore, in the present invention, the addition amount of the inorganic pigment is appropriately set in the range where the volume fraction of the inorganic pigment in the material constituting the light diffusing
また、本実施形態のように、光拡散音響部43が被検体Mに当接する部分を構成する場合には、光拡散音響部43の被検体M側の表面部分は、光拡散音響部43が被検体Mに当接したときに当接部位の表面形状に適合可能な程度に柔らかい弾性材料から構成されるものであることが好ましい。このような場合、光拡散音響部43と被検体Mとの間に隙間が生じないようにプローブ11を被検体Mに当接することが可能となるため、効率的に光を被検体M側に戻すことが可能となる。この場合において、光拡散音響部43の被検体側の表面形状は平坦形状を有することが好ましい。これは、様々な形状に対して適合し得る汎用性が高いためである。上記弾性材料としてもシリコーンゴムおよびポリウレタン等のゴム材料を使用することができる。
Further, as in the present embodiment, when the light diffusing
一方、光拡散音響部43中の光拡散音響部材54以外の部分は、音響材料として公知のものを使用して形成することができる。
On the other hand, portions other than the light diffusing
なお、光拡散音響部43の材料について、その音響インピーダンスを被検体Mのものと同じ或いは近づけることが好ましい。光拡散音響部43の内部で音響波が多重反射することによるアーティファクトを低減することができる。
In addition, about the material of the light-diffusion
<光ファイバ>
光ファイバ40は、レーザ光Lを出力する光源に光学的に接続されており、本実施形態ではレーザ光Lを導光板42まで導光する。光ファイバ40は導光板42の入射面S1に接続されている。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。光ファイバは1本でもよいが、光エネルギーの伝送量を増やすために、複数の光ファイバを使用することが好ましい。例えば、光ファイバとしてバンドルファイバを使用することもできる。
<Optical fiber>
The
<導光板>
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(入射面S1)から入れた光を他方の端面(出射面S2)から均一に面発光させる板である。光ファイバ40および導光板42が全体として本発明における導光部に相当する。図1b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20を挟んで対向するように配置されており、それぞれの導光板42に光ファイバ40が例えば2本ずつ接続されている。例えば導光板42は、図1aに示されるように、光ファイバ40と接続された入射面S1から出射面S2へ向かうに連れて幅が広くなるテーパー形状に形成されている。さらに、光ファイバ40と接続される導光板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。
<Light guide plate>
The
光ファイバ40によって導光されたレーザ光Lは、入射面S1から導光板42に入射した後、反対側の出射面S2から被検体Mに照射される。つまり、本実施形態では、導光板42の出射面S2が本発明における導光部の出射端面に相当する。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電気音響変換部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。導光板42の出射面S2は、図2に示されるように、この出射面S2から被検体Mに入射するまでのレーザ光Lの光路が光拡散音響部43に妨害されないように光拡散音響部43の近傍に配置されている。また、上記光路上に光拡散音響部43が存在するとノイズ光Ldの増加の要因となる。つまりレーザ光Lは、効率よく光エネルギーを被検体Mへ伝送するために、光拡散音響部43を避けて照射される。
The laser light L guided by the
<筺体およびケーブル>
筺体44は、例えば、アクリロニトリル(Acrylonitrile)、ブタジエン(Butadiene)およびスチレン(Styrene)共重合合成樹脂(ABS樹脂)等により構成される。本実施形態ではハンドヘルド型の形状を有しているが、本発明の筺体44はこれに限られない。またケーブル45は、電気配線41および光ファイバ40を内包し、電気配線41の他端は計測機器に接続され、光ファイバ40の他端はレーザ光Lを出力する光源に接続されている。
<Housing and cable>
The
以下のように、本実施形態に係る音響波検出用プローブは特に、電気音響変換部20よりも被検体側の位置、かつ、出射面S2から被検体Mに入射するまでの測定光(レーザ光L)の光路を妨害しない位置に、光拡散性および音響透過性を有する光拡散音響部43を備えるから、ノイズ光Ldが音響レンズ52を通過し音響波振動子で吸収されたり音響レンズ52で吸収されたりすることを抑制することができる。この結果、プローブを用いた光音響計測において、測定光の照射に起因したアーティファクトの発生を低減することが可能となる。
As will be described below, the acoustic wave detection probe according to the present embodiment, in particular, the measurement light (laser light) until it enters the subject M from the exit surface S2 at a position closer to the subject than the
また、音響レンズとは別の部材である光拡散音響部に光拡散性を持たせたことにより、既存の光音響用プローブを使用して、例えば光拡散音響部としてシート状の光拡散音響部材を音響レンズに貼り合わせる等の簡易な方法で、本発明を実施することが可能である。さらに、音響レンズとは別の部材である光拡散音響部に光拡散性を持たせたことにより、音響レンズの設計の自由度も確保することができる。 Further, by providing a light diffusing property to the light diffusing acoustic part which is a member different from the acoustic lens, for example, a sheet-like light diffusing acoustic member is used as the light diffusing acoustic part by using an existing photoacoustic probe. It is possible to carry out the present invention by a simple method such as attaching the film to an acoustic lens. Furthermore, since the light diffusing acoustic part, which is a member different from the acoustic lens, has light diffusibility, the degree of freedom in designing the acoustic lens can be ensured.
本発明のように被検体表面で反射した光の問題を提起した先行技術文献としては、例えば特開2012−40361号公報がある。具体的には当該文献では、後方検出型の光音響プローブにおいて、被検体表面での後方散乱光が音響波振動子に入射した場合、その光によって音響波振動子表面で発生した音響波がノイズの原因となることを挙げ、これらを抑えるため、被検体表面での散乱光を反射するための光反射部材を音響波振動子と被検体表面との間に設けることが開示されている。 As a prior art document that raises the problem of light reflected from the surface of the subject as in the present invention, there is, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-40361. Specifically, in this document, in the back detection type photoacoustic probe, when backscattered light on the surface of the subject is incident on the acoustic wave transducer, the acoustic wave generated on the acoustic wave transducer surface by the light is noise. In order to suppress these problems, it is disclosed that a light reflecting member for reflecting scattered light on the subject surface is provided between the acoustic wave vibrator and the subject surface.
しかしながら、本発明は、上記文献の発明と比べ、被検体表面で反射した光を単に正反射させるのみではなく、拡散反射させる点で差異を有する。本発明では、被検体表面で反射した光を拡散反射させることにより、再度被検体表面へ光が照射される際により均一に照射できるという利点を有する。つまり本発明では、被検体表面における局所的な反射成分があった場合でも、そのような成分を均一に照射して再利用することができるため、画像のムラが生じることを防止することができる。 However, the present invention is different from the above-described literature in that the light reflected from the surface of the subject is not only specularly reflected but also diffusely reflected. In the present invention, by diffusely reflecting the light reflected on the surface of the subject, there is an advantage that the light can be irradiated more uniformly when the surface of the subject is irradiated again. In other words, in the present invention, even when there is a local reflection component on the surface of the subject, it is possible to uniformly irradiate and reuse such a component, thereby preventing image unevenness. .
「音響波検出用プローブの第2の実施形態」
次に、音響波検出用のプローブの第2の実施形態について説明する。図4は本実施形態のプローブの構成を示す概略図である。本実施形態は特に、光拡散音響部43の構造、導光板42の構造および音響レンズ52の形状が異なり、並びに音響カプラ46を備えるという点で、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についての詳細な説明は特に必要のない限り省略する。
“Second Embodiment of Probe for Acoustic Wave Detection”
Next, a second embodiment of the acoustic wave detection probe will be described. FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of the probe of this embodiment. In particular, the present embodiment differs from the first embodiment in that the structure of the light diffusing
本実施形態のプローブ11は、図4に示されるように主として、電気音響変換部20、光拡散音響部43、光ファイバ40、導光板42、筺体44、ケーブル45および音響カプラ46から構成される。
As shown in FIG. 4, the
<電気音響変換部>
本実施形態における電気音響変換部20は、音響レンズ52の形状が平凸形状(中央が厚く端が薄い形状)を有する点で第1の実施形態と異なるが、その他の事項については第1の実施形態と同様である。
<Electroacoustic transducer>
The
<光拡散音響部>
本実施形態の光拡散音響部43は、光拡散音響部材のみから構成され、かつ音響レンズ52の音響波集束機能を相殺するように音響レンズ52の凸形状と相補的な凹形状(中央が薄く端が厚い形状)を有する。したがって、本実施形態では、音響レンズ52の凸形状と光拡散音響部43の凹形状とが組み合わされた場合、音響レンズ52の音響波集束機能が相殺され、音響波振動子アレイ51から照射された超音波は集束されなくなる。また、音響レンズ52と光拡散音響部43は着脱可能に構成されている。
<Light diffusion acoustic part>
The light diffusing
<導光板>
本実施形態の導光板42は、入射面S1側の第1導光領域42aと出射面S2側の第2導光領域42bで大きく分けられる。第1導光領域42aは光エネルギーに対して耐性力の高い材料(例えば石英ガラス)を基に形成されており、第2導光領域42bは外力に応じて変形可能な程度に柔軟な材料(例えばゴム材料)を基に形成されている。このように構成することにより、エネルギー密度の高い入射面S1側の損傷を抑制するとともに、後述する音響カプラ46との接続を容易にすることができる。
<Light guide plate>
The
<音響カプラ>
音響カプラ46は、被検体Mに当接する部分を構成しレーザ光Lおよび音響波を透過せしめるものであり、例えば被検体Mと電気音響変換部20との距離を稼ぐために使用される。音響カプラ46は少なくともレーザ光Lの波長域においては透明であることが好ましい。本発明においては、音響カプラ46は、光拡散音響部43の被検体M側の表面および導光板42の出射面S2と接続される。ここで、音響カプラ46と導光板42の出射面S2とは着脱可能に構成されている。なお、光拡散音響部43と音響カプラ46とは、着脱可能に構成されていてもよいし、そのように構成されていなくてもよい。音響カプラ46の材料としては、音響レンズと同様に、例えばシリコーンゴムおよびポリウレタン等のゴム材料を使用することができる。
<Acoustic coupler>
The
音響カプラ46の側面は、例えば図4に示されるように、音響波振動子アレイ51の検出面に対して所定の角度で傾斜している。このような音響カプラ46をプローブ11に取り付けると、導光板42の第2導光領域42bが取り付ける際の外力に応じて変形する。具体的には図4aに示されるように、第2導光領域42bは、出射面S2が音響カプラ46の側面と平行になるように変形する。これにより、被検体Mに対して、音響カプラ46の側面の傾斜角度に応じた所望の角度でレーザ光Lを照射することができる。すなわち、音響カプラ46の側面の傾斜角度を調整すること、或いは傾斜角度の異なる複数の音響カプラ46を用意しておくことにより、レーザ光Lの照射角度を調整することができる。
For example, as shown in FIG. 4, the side surface of the
以下のように、本実施形態に係る音響波検出用プローブも特に、電気音響変換部20よりも被検体側の位置、かつ、出射面S2から被検体Mに入射するまでの測定光(レーザ光L)の光路を妨害しない位置に、光拡散性および音響透過性を有する光拡散音響部43を備えるから、第1の実施形態と同様の効果を奏する。
As will be described below, the acoustic wave detection probe according to the present embodiment, in particular, the measurement light (laser light) from the
また、本実施形態では特に、電気音響変換部20に対して、音響波集束機能を相殺する光拡散音響部43が着脱可能に構成されているから、光音響計測の目的に応じて柔軟な計測が可能となる。例えば、1断面の光音響画像を生成する場合には光拡散音響部43および音響カプラ46を取り外して光音響計測を行い、2次元走査により光音響画像のボリュームデータを生成する場合には光拡散音響部43および音響カプラ46を取り付けて光音響計測を行う等の計測が考えられる。
In the present embodiment, in particular, since the light diffusing
また、本実施形態では、音響波振動子アレイ51の検出面に対して所定の角度で傾斜している音響カプラ46の側面に、出射端面である出射面S2が接続されているから、音響波振動子アレイ51の検出面や被検体Mの計測部位の表面に対してレーザ光Lの照射角度を調整することができる。
In the present embodiment, the emission surface S2 that is the emission end surface is connected to the side surface of the
「音響波検出用プローブの第3の実施形態」
次に、音響波検出用のプローブの第3の実施形態について説明する。図5は本実施形態のプローブの構成を示す概略図である。本実施形態は特に、光拡散音響部43および音響レンズ52の形状が異なり、並びに光拡散部材47を備えるという点で、第2の実施形態と異なる。したがって、第2の実施形態と同様の構成についての詳細な説明は特に必要のない限り省略する。
“Third embodiment of probe for acoustic wave detection”
Next, a third embodiment of the acoustic wave detection probe will be described. FIG. 5 is a schematic view showing the configuration of the probe of this embodiment. In particular, the present embodiment differs from the second embodiment in that the shapes of the light diffusing
本実施形態のプローブ11は、図5に示されるように主として、電気音響変換部20、光拡散音響部43、光ファイバ40、導光板42、筺体44、ケーブル45、音響カプラ46および光拡散部材47から構成される。
As shown in FIG. 5, the
<音響レンズおよび光拡散音響部>
本実施形態では、音響レンズ52および光拡散音響部43は、それぞれ平板形状を有する。
<Acoustic lens and light diffusion acoustic part>
In the present embodiment, the
<光拡散部材>
光拡散部材47は、導光板42の側面から漏れたレーザ光Lを拡散させることにより、このような漏れ光を被検体M側へ戻す機能を果たす。光拡散部材47は、図5に示されるように、導光板42と電気音響変換部20との間の空間に配置される。光拡散部材47は、効率よくレーザ光Lを拡散させるために、白色であることが好ましい。したがって、光拡散部材47は、例えば無機顔料を含有する塗料が塗布された金属板(例えば鋼板およびアルミ板等)であることが好ましい。これにより、金属板に起因する反射効果のみではなく、無機顔料に起因する拡散効果も得られる。無機顔料は、前述した光拡散音響部材54に添加するものと同様に、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄および酸化セリウムのうち少なくとも1種の酸化物粒子であることが好ましい。なお、塗料の主成分としては、特に制限されず、塗料として一般的に使用されている材料を使用することができる。塗布膜の厚みは例えば0.03mm以上とする。また、無機顔料の粒子の大きさおよび添加量は、後述するアーティファクトの発生が電気ノイズレベルになり画像上問題とならない範囲で適宜調整される。さらに無機顔料の粒子の大きさは0.05〜0.35μmであることが好ましく、無機顔料の添加量は2〜65wt%であることが好ましい。これは、光拡散音響部材54の場合と同様の理由による。或いは、光拡散部材47は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の粉末が押し固められて焼成されたものとすることもできる。
<Light diffusion member>
The
以下のように、本実施形態に係る音響波検出用プローブも特に、電気音響変換部20よりも被検体側の位置、かつ、出射面S2から被検体Mに入射するまでの測定光(レーザ光L)の光路を妨害しない位置に、光拡散性および音響透過性を有する光拡散音響部43を備えるから、第1の実施形態と同様の効果を奏する。
As will be described below, the acoustic wave detection probe according to the present embodiment, in particular, the measurement light (laser light) from the
また、本実施形態では特に、導光板42と電気音響変換部20との間に光拡散部材47を有するから、導光板42の側面から漏れたレーザ光Lを拡散させることにより、このような漏れ光を被検体M側へ戻すことができ、測定光を効率よく利用することが可能となる。
In the present embodiment, in particular, since the
「光音響計測装置の第1の実施形態」
次に、光音響計測装置の第1の実施形態について説明する。本実施形態では、光音響計測装置が、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装置である場合について具体的に説明する。図6は、本実施形態の光音響画像生成装置10の構成を示すブロック図である。
“First Embodiment of Photoacoustic Measuring Device”
Next, a first embodiment of the photoacoustic measurement device will be described. In the present embodiment, the case where the photoacoustic measurement device is a photoacoustic image generation device that generates a photoacoustic image based on a photoacoustic signal will be specifically described. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the photoacoustic
本実施形態の光音響画像生成装置10は、本発明に係るプローブ11、超音波ユニット12、レーザユニット13、画像表示手段14および入力手段16を備える。
The photoacoustic
<レーザユニット>
レーザユニット13は、例えばレーザ光Lを、被検体Mに照射する測定光として出力する。レーザユニット13は、例えば、制御手段29からのトリガ信号を受けてレーザ光Lを出力するように構成されている。レーザユニット13が出力するレーザ光Lは、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ11まで導光され、プローブ11から被検体Mに照射される。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。
<Laser unit>
The
例えば本実施形態では、レーザユニット13は、Qスイッチ(Qsw)アレキサンドライトレーザである。この場合、レーザ光Lのパルス幅は、例えばQswによって制御される。レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合(つまり、血管を撮像する場合)には、一般的にはその波長は近赤外波長域に属する波長であることが好ましい。また、レーザ光Lは、単波長でもよいし、複数の波長(例えば750nmおよび800nm)を含んでもよい。さらに、レーザ光Lが複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に被検体Mに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。
For example, in this embodiment, the
<プローブ>
プローブ11は、被検体M内で発生した光音響波Uを検出する本発明に係るプローブであり、例えば図1および図2に示されたものを使用する。
<Probe>
The
<超音波ユニット>
超音波ユニット12は、受信回路21、AD変換手段22、受信メモリ23、光音響画像再構成手段24、検波・対数変換手段27、光音響画像構築手段28、制御手段29、画像合成手段38および観察方式選択手段39を有する。受信回路21、AD変換手段22、受信メモリ23、光音響画像再構成手段24、検波・対数変換手段27および光音響画像構築手段28が一体として、本発明における音響画像生成手段に相当する。
<Ultrasonic unit>
The
制御手段29は、光音響画像生成装置10の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路30を備える。トリガ制御回路30は、例えば光音響画像生成装置の起動の際に、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はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。
The
そして、制御手段29は、その後トリガ制御回路30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、制御手段29は、このQswトリガ信号によってレーザユニット13からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御している。また本実施形態では、制御手段29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変換手段22に送信する。サンプリングトリガ信号は、AD変換手段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。
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変換手段22に送信される。
The receiving
AD変換手段22は、サンプリング手段であり、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。例えば、AD変換手段22は、サンプリング制御部およびAD変換器を有する。受信回路21によって受信された受信信号は、AD変換器によってデジタル化されたサンプリング信号に変換される。AD変換器は、サンプリング制御部によって制御されており、サンプリング制御部がサンプリングトリガ信号を受信したときに、サンプリングを開始するように構成されている。AD変換手段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 AD conversion means 22 is a sampling means, which samples the photoacoustic signal received by the receiving
受信メモリ23は、AD変換手段22でサンプリングされた光音響信号(つまり上記サンプリング信号)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再構成手段24に出力する。
The
光音響画像再構成手段24は、受信メモリ23から光音響信号を読み出し、プローブ11の電気音響変換部20で検出された光音響信号に基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段24は、例えばプローブ11の64個の音響波振動子からのデータを、音響波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、1ライン分のデータを生成する(遅延加算法)。光音響画像再構成手段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再構成手段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。
The photoacoustic
検波・対数変換手段27は、各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。 The detection / logarithm conversion means 27 obtains an envelope of the data of each line, and logarithmically converts the obtained envelope.
光音響画像構築手段28は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、1フレーム分の光音響画像を構築する。光音響画像構築手段28は、例えば光音響信号(ピーク部分)の時間軸方向の位置を光音響画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を構築する。 The photoacoustic image construction means 28 constructs a photoacoustic image for one frame based on the data of each line subjected to logarithmic transformation. The photoacoustic image construction means 28 constructs a photoacoustic image by converting, for example, a position in the time axis direction of the photoacoustic signal (peak portion) into a position in the depth direction in the photoacoustic image.
観察方式選択手段39は、光音響画像の表示態様を選択するものである。光音響信号についてのボリュームデータの表示態様としては、例えば三次元画像としての態様、断面画像としての態様および所定の軸上のグラフとしての態様が挙げられる。いずれの態様によって表示するかは、初期設定或いは使用者による入力手段16からの入力に従って選択される。
The observation method selection means 39 is for selecting a display mode of the photoacoustic image. Examples of the volume data display mode for the photoacoustic signal include a mode as a three-dimensional image, a mode as a cross-sectional image, and a mode as a graph on a predetermined axis. The display mode is selected according to the initial setting or the input from the
画像合成手段38は、順次取得された光音響信号を使用して、ボリュームデータを生成する。ボリュームデータの生成は、それぞれの光音響信号の信号値を、光音響画像のフレームごとに関連付けられた座標および光音響画像中の画素座標に従って、仮想空間に割り当てることにより行う。例えば、Qswトリガ信号が送信された時の座標、実際に光が出力された時の座標、および光音響信号のサンプリングが開始された時の座標等が光音響画像の1フレームごとに関連付けられる。信号値を割り当てる際に、割り当てる場所が重複する場合には、その重複する場所の信号値として例えばそれらの信号値の平均値またはそれらのうちの最大値が採用される。また、必要に応じて、割り当てられる信号値がない場合には、その周辺の信号値を用いて補間することが好ましい。補間は、例えば、最近接点から順に4つの近接点の重み付き平均値を補間場所に割り当てることにより行う。これにより、より自然な形のボリュームデータを生成することができる。さらに、画像合成手段38は、生成されたボリュームデータに必要な処理(例えばスケールの補正およびボクセル値に応じた色付け等)を施す。
The
また、画像合成手段38は、観察方式選択手段39によって選択された観察方式に従って光音響画像を生成する。選択された観察方法に従って生成された光音響画像が、画像表示手段14に表示するための最終的な画像(表示画像)となる。なお、上記の光音響画像の生成方法において、一旦光音響画像が生成された後、使用者が必要に応じて当該画像を回転させたり移動させたりすることも当然可能である。つまり、三次元画像が表示されている場合に、使用者が入力手段16を使用して視点とする方向を順次指定する或いは移動させることにより、光音響画像が再計算されて三次元画像が回転することになる。また、使用者が入力手段16を使用して適宜観察方法を変更することも可能である。
In addition, the
画像表示手段14は、画像合成手段38によって生成された表示画像を表示するものである。 The image display means 14 displays the display image generated by the image composition means 38.
以上のように、本実施形態に係る光音響計測装置は、本発明のプローブを使用するものであるから、プローブを用いた光音響計測において、測定光の照射に起因したアーティファクトの発生を低減することが可能となる。 As described above, since the photoacoustic measurement apparatus according to the present embodiment uses the probe of the present invention, in the photoacoustic measurement using the probe, the occurrence of artifacts due to irradiation of measurement light is reduced. It becomes possible.
「光音響計測装置の第2の実施形態」
次に、光音響計測装置の第2の実施形態について説明する。本実施形態でも、光音響計測装置が光音響画像生成装置である場合について具体的に説明する。図7は、本実施形態の光音響画像生成装置10の構成を示すブロック図である。本実施形態は、光音響画像に加えて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 of Photoacoustic Measuring Device”
Next, a second embodiment of the photoacoustic measurement apparatus will be described. Also in this embodiment, the case where a photoacoustic measuring device is a photoacoustic image generation apparatus is demonstrated concretely. FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the photoacoustic
本実施形態の光音響画像生成装置10は、第1の実施形態と同様に、本発明に係るプローブ11、超音波ユニット12、レーザユニット13、画像表示手段14および入力手段16を備える。
Similar to the first embodiment, the photoacoustic
<超音波ユニット>
本実施形態の超音波ユニット12は、図6に示す光音響画像生成装置の構成に加えて、送信制御回路33、データ分離手段34、超音波画像再構成手段35、検波・対数変換手段36、および超音波画像構築手段37を備える。本実施形態では、受信回路21、AD変換手段22、受信メモリ23、データ分離手段34、光音響画像再構成手段24、検波・対数変換手段27、光音響画像構築手段28、超音波画像再構成手段35、検波・対数変換手段36、及び超音波画像構築手段37が一体として、本発明における音響画像生成手段に相当する。
<Ultrasonic unit>
In addition to the configuration of the photoacoustic image generation apparatus shown in FIG. 6, 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の検出(受信)を行う。超音波の送受信を行う音響波振動子としては、前述した音響波振動子アレイ51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音響波振動子アレイを使用してもよい。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 detecting a photoacoustic signal, the
トリガ制御回路30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 generating an ultrasonic image, 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変換手段22に入力される。トリガ制御回路30は、超音波送信のタイミングに合わせてAD変換手段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。ここで、反射超音波はプローブ11と超音波反射位置との間を往復するのに対し、光音響信号はその発生位置からプローブ11までの片道である。反射超音波の検出には、同じ深さ位置で生じた光音響信号の検出に比して2倍の時間がかかるため、AD変換手段22のサンプリングクロックは、光音響信号サンプリング時の半分、例えば20MHzとしてもよい。AD変換手段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
データ分離手段34は、受信メモリ23に格納された光音響信号のサンプリング信号と反射超音波のサンプリング信号とを分離する。データ分離手段34は、分離した光音響信号のサンプリング信号を光音響画像再構成手段24に入力する。光音響画像の生成は、第1の実施形態と同様である。一方、データ分離手段34は、分離した反射超音波のサンプリング信号を、超音波画像再構成手段35に入力する。
The
超音波画像再構成手段35は、プローブ11の複数の音響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、超音波画像の各ラインのデータを生成する。各ラインのデータの生成には、光音響画像再構成手段24における各ラインの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。検波・対数変換手段36は、超音波画像再構成手段35が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。
The ultrasonic
超音波画像構築手段37は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。
The ultrasonic
画像合成手段38は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段38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。合成された画像は、画像表示手段14に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段14に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示することも可能である。
The
以上のように、本実施形態に係る光音響計測装置も、本発明のプローブを使用するものであるから、プローブを用いた光音響計測において、測定光の照射に起因したアーティファクトの発生を低減することが可能となる。 As described above, since the photoacoustic measurement apparatus according to the present embodiment also uses the probe of the present invention, in the photoacoustic measurement using the probe, the generation of artifacts due to irradiation of measurement light is reduced. It becomes possible.
さらに本実施形態の光音響計測装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。したがって、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。 Furthermore, the photoacoustic measuring device of this embodiment generates an ultrasonic image in addition to the photoacoustic image. Therefore, by referring to the ultrasonic image, a portion that cannot be imaged in the photoacoustic image can be observed.
なお、以上では光音響計測装置が光音響画像や超音波画像を生成する場合について説明したが、このような画像生成は必ずしも必要ではない。例えば光音響計測装置を、光音響信号の大きさに基づいて測定対象の存在の有無や物理量を計測するような構成にすることもできる。 In addition, although the case where a photoacoustic measuring device produced | generated a photoacoustic image and an ultrasonographic image was demonstrated above, such image generation is not necessarily required. For example, the photoacoustic measurement device can be configured to measure the presence / absence of a measurement target and a physical quantity based on the magnitude of the photoacoustic signal.
10 光音響画像生成装置
11 プローブ
12 超音波ユニット
13 レーザユニット
14 画像表示手段
16 入力手段
20 電気音響変換部
40 光ファイバ
42 導光板
43 光拡散音響部
46 音響カプラ
47 光拡散部材
50 バッキング材
51 音響波振動子アレイ(音響波振動子)
52 音響レンズ
54 光拡散音響部材
L レーザ光(測定光)
Ld ノイズ光
M 被検体
S1 入射面
S2 出射面(出射端面)
U 光音響波
DESCRIPTION OF
52
Ld noise light M subject S1 entrance surface S2 exit surface (exit end surface)
U photoacoustic wave
Claims (19)
前記電気音響変換部の前記被検体側に設けられた音響波透過性を有する光拡散音響部であって、少なくとも一部の層が、被検体で反射した前記測定光に対して光拡散性を有する光拡散音響部材から構成される光拡散音響部を備え、
前記導光部の前記測定光の出射端面が、該出射端面から前記被検体に入射するまでの前記測定光の光路が前記光拡散音響部に妨害されないように前記光拡散音響部の近傍に配置されたものであることを特徴とするプローブ。 A light guide that guides measurement light for irradiating the subject, an acoustic wave transducer capable of detecting acoustic waves, and an acoustic wave having an acoustic wave focusing function provided on the subject side of the acoustic wave transducer In an acoustic wave detection probe comprising an electroacoustic transducer including a lens,
A light diffusing acoustic part having acoustic wave transparency provided on the subject side of the electroacoustic conversion unit, wherein at least a part of the layer has a light diffusibility with respect to the measurement light reflected by the subject. Comprising a light diffusing acoustic part comprising a light diffusing acoustic member having
The measurement light emission end face of the light guide part is arranged in the vicinity of the light diffusion acoustic part so that the optical path of the measurement light from the emission end face to the subject is not obstructed by the light diffusion acoustic part. The probe characterized by being made.
前記光拡散音響部の前記被検体側の表面部分が、前記光拡散音響部が前記被検体に当接したときに当接部位の表面形状に適合可能な程度に柔らかい弾性材料から構成されるものであることを特徴とする請求項1から5いずれかに記載のプローブ。 The light diffusing acoustic part constitutes a part that contacts the subject,
The surface portion on the subject side of the light diffusing acoustic portion is made of an elastic material that is soft enough to adapt to the surface shape of the contact portion when the light diffusing acoustic portion contacts the subject. The probe according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記光拡散音響部および前記音響カプラが、前記電気音響変換部または前記導光部から着脱可能な構成を有するものであることを特徴とする請求項8に記載のプローブ。 The light diffusion acoustic unit has a function of canceling the acoustic wave focusing function,
9. The probe according to claim 8, wherein the light diffusing acoustic part and the acoustic coupler have a configuration that is detachable from the electroacoustic conversion part or the light guide part.
前記音響画像生成手段が、前記反射超音波の超音波信号に基づいて超音波画像を生成するものであることを特徴とする請求項18に記載の光音響計測装置。 The probe detects reflected ultrasonic waves with respect to ultrasonic waves transmitted to the subject;
The photoacoustic measurement apparatus according to claim 18, wherein the acoustic image generation unit generates an ultrasonic image based on an ultrasonic signal of the reflected ultrasonic wave.
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