CN104244837A - 光声计测装置及光声计测装置用探针 - Google Patents

光声计测装置及光声计测装置用探针 Download PDF

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Abstract

本发明使具备倾斜配置的导光体的光声计测装置用探针小型化。在具备具有相互平行的两个侧面(71a)、光入射端面(71b)、和光出射端面(71c)并形成为平行平板状的导光体(71)的光声计测装置用探针中，将导光体(71)倾斜地配置使得在探针使用时两个侧面(71a)的一方相对于与被检体相向的探针轴(C)更近而另一方相对于与被检体相向的探针轴(C)更远，且光出射端面(71c)相对于探针轴(C)更近而光入射端面(71b)相对于探针轴(C)更远。并且在分别将导光体(71)对上述光的折射率、光声计测时的导光体周围介质对上述光的折射率设为n1、n2(n2＜n1＝时，光出射端面(71c)以与更接近探针轴(C)这一方的侧面(71a)呈角度α[°](其中，90°－arcsin(n2/n1)＜α＜90°＝的方式倾斜地形成。

Description

光声计测装置及光声计测装置用探针
技术领域
本发明涉及光声计测装置，即向活体组织等被检体照射光，对利用该光照射而产生的声波进行检测而进行与被检体相关的计测的装置。
另外，本发明涉及在上述那样的光声计测装置中所用的探针。
背景技术
以往，例如如专利文献1及2、非专利文献1所示的那样，公知有利用光声效应而对活体的内部进行图像化的光声图像化装置。在该光声图像化装置中，例如将脉冲激光等脉冲光照射到活体内。接受了该脉冲光的照射后的活体内部中，吸收了脉冲光的能量后的活体组织因热而体积膨胀，而产生声波。因此，利用超声波探针等对该声波进行检测，能够基于由此获得的电信号(光声信号)而使活体内部可视像化。
上述光声图像化装置等光声计测装置所用的探针在较多的情况下，构成为也具有发出向被检体照射的光的功能。在该情况下，希望在被检体的图像化对象部位照射将光强度均匀化后的光束，因此例如如专利文献2所记载的那样，可以考虑将光入射到导光体，将从该导光体出射的光束光照射到被检体。
该导光体使得光在内部重复进行全反射，从而使照射光的光强度分布均匀化，通常而言，形成为具有如下面的平行平板状：相互平行的两个侧面、使光入射的光入射端面及在与光入射端面之间设置上述侧面且与光入射端面相向而使光出射的光出射端面。
专利文献
专利文献1：日本特开2005－21380号公报
专利文献2：日本特开2009－31268号公报
非专利文献
非专利文献1：A High-Speed Photoacoustic Tomography Systembased on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array，Xueding Wang,Jonathan Cannata,Derek DeBusschere,ChanghongHu,J.Brian Fowlkes,and Paul Carson,Proc.SPIE Vol.7564,756424(Feb.23,2010)
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述的探针中，通常配置为，对从活体内部等发出的声波进行检测的超声波振子等声波检测部存在于探针轴上。因此，可以考虑，将上述平行平板状的导光体以不与该声波检测部发生干扰的方式相对于探针轴倾斜地配置。另外，如此，通过将导光体倾斜配置，与将导光体垂直配置(即与探针轴平行且与被检体表面垂直地相向的配置状态)的情况相比，能够减少由被检体的表面附近所吸收的光，也能够使光到达至更深的位置。
可是如果将导光体倾斜配置，则与将此垂直配置的情况相比，会产生探针的横向宽度变得更长的问题。
本发明鉴于上述的事情而提出，其目的在于提供一种即使将导光体倾斜配置也能够将横向宽度保持得较短而形成为小型的光声计测装置用探针。
另外，本发明的目的还在于提供一种具备上述那样的探针并能够形成为小型的光声计测装置。
用于解决课题的手段
本发明的光声计测装置用探针具有出射照射到被检体的光的光照射部和检测通过接受所述光的照射而从被检体发出的声波的声波检测部，该光声计测装置用探针的特征在于，所述光照射部具备导光体，所述导光体具有相互平行的两个侧面、入射所述光的光入射端面及在与所述光入射端面之间设置所述侧面并出射所述光的光出射端面，并且所述导光体形成为平行平板状，所述导光体倾斜地配置使得在探针使用时所述两个侧面的一方相对于与被检体相向的探针轴更近而另一方相对于与被检体相向的探针轴更远，且所述光出射端面相对于该探针轴更近而所述光入射端面相对于该探针轴更远，在将所述导光体对所述光的折射率及光声计测时的导光体周围的介质对所述光的折射率分别设为n1、n2(n2＜n1)时，所述光出射端面形成为与更接近所述探针轴这一方的所述侧面呈角度α[°](其中，90°－arcsin(n2/n1)＜α＜90°)。
在具有上述结构的本发明的光声计测装置用探针中，优选为，在将在所述导光体内与所述两个侧面平行地行进后从所述光出射端面出射的光入射到与所述探针轴正交的面时的入射角设为β1且将导光体相对于所述探针轴的倾斜角设为β2时，满足下述式子
[数学式1]
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，优选为，所述导光体的配置角度能够变更。
并且，在那样的情况下，优选为，所述导光体的配置角度能够在相对于所述探针轴倾斜的预定角度和与该探针轴平行的角度之间变更。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，优选为，特别是在声波检测部在与所述探针轴正交的方向上并列地配置多个的情况下，导光体配置成其光出射端面沿多个声波检测部的排列方向而延伸的状态。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，优选为，导光体以相互之间存在所述探针轴的状态设置两个。
并且，在该情况下，特别优选为，与两个导光体分别对应而设有快门，所述快门以经过这些导光体后的光在相互不同的期间照射到被检体的方式对光通过进行控制。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，优选为，设置使从光源发出的光传播的光纤，该光纤与所述导光体的光入射端面光学性地耦合。
在该情况下，特别是如果光纤设置三根以上，则这些光纤相对于导光体的光入射端面以交错状配置而耦合。
另外，在设置上述光纤的情况下，优选为，在导光体的光入射端面，在未配置光纤的部分覆盖有光吸收体。
此外，在本发明的光声计测装置用探针中，优选为，设有光传感器，该光传感器检测从导光体的光入射端面出射到导光体外的光。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，优选为，设有对探针向被检体的接触进行检测的接触传感器。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，优选为，所述角度α处于90°－arcsin(1.33/n1)＜α＜90°的范围。
另一方面，本发明的光声计测装置的特征在于具备以上所述的本发明的光声计测装置用探针。
发明效果
根据本发明的光声计测装置用探针，在分别将导光体对照射到被检体的光的折射率、光声计测时的导光体周围的介质对上述光的折射率设为n1、n2(n2＜n1)时，所述光出射端面以与更接近所述探针轴这一方的所述侧面呈角度α[°](其中，90°－arcsin(n2/n1)＜α＜90°)的方式倾斜地形成，因此如果对被检体以共同的角度照射光，则与光出射端面未倾斜地形成的情况相比，能够进一步减小导光体的倾斜角，即能够处于更接近垂直配置的状态。由此，本发明的光声计测装置用探针能够使横向宽度较小而形成为小型。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，特别是在满足前述的(数学式2)式子的情况下，能够对从导光体出射的光束的朝向进行控制，使得大致其光束中心相对于与探针轴正交的面以期望的入射角β1入射。关于其详细的理由，以后根据实施方式进行说明。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，特别是在导光体的配置角度能够变更的情况下，能够根据被检体的要计测(例如图像化装置中进行图像化)的部分的深度而将从导光体出射的光束的朝向设定为更适当的朝向。例如，更详细地说，如果是导光体的配置角度能够在相对于探针轴倾斜的预定角度和与该探针轴平行的角度之间进行变更的情况，则能够设定为前者的角度而对被检体的更深的部位进行计测，并能够设定为后者的角度而对被检体的更浅的部位进行计测。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，特别是在导光体以在相互之间存在所述探针轴的状态设置两个的情况下，能够利用两导光体向被检体照射更大光量的光。
并且，在该情况下，特别是，在与两个导光体分别对应而设有以经过这些导光体的光在相互不同的期间照射到被检体的方式对光通过进行控制的快门的情况下，也能够获得更高S/N的计测信号。其详细的理由根据适用于光声图像化装置的实施方式在以后详细进行说明。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，特别是，在使从光源发出的光传播的光纤设置三根以上且这些光纤相对于导光体的光入射端面以交错状配置并耦合的情况下，能够使基于导光体的光强度均匀化的效果更加显著。
另外，在设置上述光纤的情况下，特别是，在导光体的光入射端面，如果在未配置光纤的部分覆盖有光吸收体，则能够防止光从该光入射端面露出。
此外，在本发明的光声计测装置用探针中，特别是，在设有对从导光体的光入射端面出射到导光体外的光进行检测的光传感器的情况下，通过在利用该传感器检测出露出光时使光源的输出降低等，能够将由该露出光引起的不良影响防患于未然。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，特别是，在设有对探针向被检体的接触进行检测的接触传感器的情况下，通过在检测出该接触时从光源产生预定强度的光，能够防止从探针意外地照射高强度的光。
另外，在本发明的光声计测装置用探针中，特别是在角度α处于90°－arcsin(1.33/n1)＜α＜90°的范围的情况下，在被检体是活体时能够获得上述各种效果。即，在被检体是活体的情况下，成为导光体周围的介质的活体的折射率n2基本上与水的折射率相等。并且，在该情况下，较多的情况是向活体照射波长为750nm～800nm左右的光，但是水对这些波长的折射率大致是1.33(例如对于波长780nm，20℃时为1.328)。因此，如果在设为n2＝1.33的上述范围内存在角度α，则被检体是活体时能够获得上述各种效果。
另一方面，本发明的光声计测装置具备以上所述的本发明的光声计测装置用探针，因此也能够将探针周围的部分形成为更小型。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的光声计测装置用探针的主要部分的概略侧视图。
图2是表示具备图1的探针的光声图像化装置的概略结构的框图。
图3是用于对图1的探针的效果进行说明的概略图。
图4是表示以往的探针的一部分的概略侧视图。
图5是表示本发明的其它实施方式的探针的导光体的局部剖切立体图。
图6是表示本发明的又一其它实施方式的探针的一部分的概略侧视图。
图7是表示以往的探针的一部分的俯视图。
图8是表示本发明的又一其它实施方式的探针的一部分的俯视图。
图9是表示图8的探针的其它部分的侧视图。
图10是表示沿图9的A－A线的部分的截面形状的剖视图。
图11是表示本发明的又一其它实施方式的探针的一部分的侧视图。
图12是表示本发明的又一其它实施方式的探针的一部分的俯视图。
图13是表示图12的装置的结构的框图。
图14是表示图12的装置的变形例的框图。
图15是表示图12的装置的其它变形例的框图。
图16是表示本发明的探针的光照射状态的概略图。
图17是表示本发明的又一其它实施方式的探针的一部分的侧视图。
图18是表示图17的探针的平面形状的俯视图。
图19是表示图17的探针的其它状态的侧视图。
图20是表示图17的探针的其它状态的俯视图。
图21是表示对导光体的配置角度进行了变更的机构的例子的俯视图。
图22是表示图21的机构的其它状态的俯视图。
图23是表示对导光体及光纤进行保持的机构的一例的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。图1是表示作为本发明的一实施方式的超声波探测器(以下，称作探针)70的主要部分的概略侧面形状的图，另外图2是表示作为适用了该探针70的光声计测装置的一例的光声图像化装置10的图。
首先参照图2对光声图像化装置10进行说明。该光声图像化装置10作为一例能够获取光声图像和超声波图像双方，除了探针70还具备超声波单元12、激光光源单元13及图像显示单元14。
上述激光光源单元13发出预定波长的脉冲激光，且能够将从此出射的脉冲激光照射到被检体。关于该脉冲激光，在图1中针对出射路径概略地表示，如以后详述的那样，例如使用多个光纤等导光单元而导光至探针70，进而在设置于该探针70的导光体(导光板)传播后从该导光体向被检体照射。
探针70进行对被检体的超声波的输出(发送)及从被检体反射回来的反射超声波的检测(接收)。因此，探针70具有例如一维排列的多个超声波振子(超声波换能器)。另外探针70利用多个超声波振子对被检体内的观察对象物吸收来自激光光源单元13的激光而产生的超声波(声波)进行检测。探针70对上述声波进行检测而输出声波检测信号，并且对上述反射超声波进行检测而输出超声波检测信号。
另外，对设置于探针70的上述导光体后述，但是该导光体形成为平行平板状，其光出射端面沿着多个超声波振子的排列方向(图9中的左右方向)配置，由此向被检体照射激光。以下，以适用了该结构的情况为例进行说明。
在获取被检体的光声图像或超声波图像时，探针70沿与多个超声波振子所排列的一维方向大致垂直的方向移动，由此被检体利用激光及超声波进行二维扫描。该扫描可以由检查者以手操作使探针70移动而进行，或者也可以使用扫描机构而实现更精密的二维扫描。
超声波单元12具有接收电路21、AD转换单元22、接收存储器23、数据分离单元24、光声图像重构单元25、检波/对数变换单元26及光声图像构建单元27。
上述接收电路21对探针70所输出的所述声波检测信号及超声波检测信号进行接收。AD转换单元22是采样单元，对接收电路21接收到的声波检测信号及超声波检测信号进行采样，分别转换为作为数字信号的光声数据及超声波数据。例如与从外部输入的AD时钟信号同步而以预定的采样周期进行该采样。
另外，超声波单元12除了对上述数据分离单元24的输出进行接受的超声波图像重构单元40，还具有检波/对数变换单元41、超声波图像构建单元42及对该超声波图像构建单元42和所述光声图像构建单元27的输出进行接受的图像合成单元43。将该图像合成单元43的输出输入到由例如CRT、液晶显示装置等构成的图像显示单元14。此外，超声波单元12具有发送控制电路30及对超声波单元12内的各部等的动作进行控制的控制单元31。
上述AD转换单元22所输出的光声数据或超声波数据暂且被存储在接收存储器后，被输入到数据分离单元24。数据分离单元24将所输入的光声数据和超声波数据相互分离，光声数据被输入到光声图像重构单元25，超声波数据被输入到超声波图像重构单元40。
激光光源单元13是例如具备由Nd：YAG激光器、Ti：蓝宝石激光器、变石激光器等构成的Q开关脉冲激光器32和作为其激励光源的闪光灯33的固体激光单元。另外，例如在获取表示血管的光声图像的情况下，作为激光光源单元13，选择利用发出在血管中被良好吸收的波长的脉冲激光的器件。
该激光光源单元13当从上述控制单元31接受到指示光出射的光触发信号时，将闪光灯33点亮而激励Q开关脉冲激光器32。控制单元31当例如使闪光灯33充分地激励Q开关脉冲激光器32时，输出Q开关触发信号。Q开关脉冲激光器32当接受到Q开关触发信号时，将其Q开关接通而出射脉冲激光。
在此，从闪光灯33的点亮到Q开关脉冲激光器33成为充分的激励状态所需的时间也能够根据Q开关脉冲激光器33的特性等而估算。另外，也可以替代如上述那样由控制单元31控制Q开关，而在激光光源单元13内使Q开关脉冲激光器32充分地激励后将Q开关接通。也可以在该情况下，将对已经将Q开关接通这一情况进行表示的信号向超声波单元12侧通知。
另外，控制单元31向发送控制电路30输入指示超声波发送的超声波触发信号。发送控制电路30当接受到该超声波触发信号时，从探针70发送超声波。控制单元31先输出所述光触发信号，其后输出超声波触发信号。通过输出光触发信号而进行对被检体的激光的照射及声波的检测，其后，通过输出超声波触发信号而进行对被检体的超声波的发送及反射超声波的检测。
控制单元31还对AD转换单元22输出指示采样开始的采样触发信号。以在输出了所述光触发信号后且输出超声波触发信号前更优选为在向被检体实际照射激光的时机输出该采样触发信号。因此，与例如控制单元31输出Q开关触发信号的时机同步而输出采样触发信号。AD转换单元22当接受到上述采样触发信号时，开始由探针70输出并由接收电路21接收到的声波检测信号的采样。
控制单元31在输出了光触发信号后，在结束声波的检测的时机输出超声波触发信号。此时，AD转换单元22不将声波检测信号的采样中断，而继续实施采样。换言之，控制单元31在AD转换单元22继续进行声波检测信号的采样的状态下输出超声波触发信号。通过响应超声波触发信号而由探针70进行超声波发送，探针70的检测对象由声波变化为反射超声波。AD转换单元22继续进行检测出的超声波检测信号的采样，从而对声波检测信号和超声波检测信号连续地进行采样。
AD转换单元22将采样所得的光声数据及超声波数据存储于通用的接收存储器23。存储于接收存储器23的采样数据在某时刻前是光声数据，从某时刻起成为超声波数据。数据分离单元24对存储于接收存储器23的光声数据和超声波数据进行分离，将光声数据输入到光声图像重构单元25，将超声波数据输入到超声波图像重构单元40。
以下，对超声波图像及光声图像的生成、显示进行说明。超声波图像重构单元40对成为探针70所具有的多个超声波振子中的每个超声波振子的数据的上述超声波数据进行加算，而生成一行超声波断层图像数据。检波/对数变换单元41生成该超声波断层图像数据的包络线，接下来对该包络线进行对数变换而将动态范围扩展后，将该数据输入到超声波图像构建单元42。超声波图像构建单元42基于由检波/对数变换单元41所输出的各行的数据而生成超声波断层图像(超声波回波图像)。即该超声波图像构建单元42通过将例如前述的超声波检测信号的峰值部分的时间轴方向的位置转换为断层图像中的深度方向的位置，从而生成超声波断层图像。
随着探针70的扫描移动而依次进行以上的处理，由此，生成与遍及被检体的扫描方向的多个部位相关的超声波断层图像。并且将载持有这些超声波断层图像的图像数据输入到图像合成单元43。另外，在要仅对超声波断层图像单独地进行显示的情况下，使载持有超声波断层图像的上述图像数据直接通过图像合成单元43而发送到图像显示单元14，在该图像显示单元14显示超声波断层图像。
接下来，对光声图像的生成及显示进行说明。在光声图像重构单元25，输入在数据分离单元24中与超声波数据分离的光声数据，例如将由血管吸收的波长的脉冲激光照射到被检体而获得的光声数据。光声图像重构单元25对成为探针70所具有的多个超声波振子中的每个的数据超声波振子的上述光声数据进行加算，生成一行光声图像数据。检波/对数变换单元26生成该光声图像数据的包络线，接下来对该包络线进行对数变换而将动态范围扩展后，将该数据输入到光声图像构建单元27。光声图像构建单元27基于各行的光声图像数据而生成光声图像。即该光声图像构建单元27例如将光声图像数据的峰值部分的时间轴方向的位置转换为断层图像中的深度方向的位置而生成光声图像。
随着探针70的扫描移动而依次进行以上的处理，由此，生成与遍及被检体的扫描方向的多个部位相关的光声图像。并且将载持有这些光声图像的图像数据输入到图像合成单元43，因此与载持有前述的超声波断层图像的图像数据合成，在图像显示单元14显示载持有合成后的数据的图像。基于该合成后的数据而显示的图像在超声波断层图像内示出了作为光声图像的血管图像。另外，该血管图像也可以按照预定的颜色被着色，从而与其他部分明确地区别。
接下来，针对探针70，参照图1详细地进行说明。如在此所示的那样，探针70具有：两个导光体71、71，构成出射照射到被检体的激光的光照射部；及多个超声波振子72，作为通过对上述激光的照射进行接受而对从被检体发出的声波进行检测的声波检测部而发挥功能。另外，这些超声波振子72为了获取超声波图像回声而产生超声波，另外，如前述那样，也为了对由被检体反射的该超声波进行检测而发挥功能。
多个超声波振子72排列配设在图1中与纸面垂直的方向(是图9中的左右方向，将此称作检测部排列设置方向)，并安装在大致长方体状的底座部73的下端。上述检测部排列设置方向是探针使用时与沿和被检体相向的探针轴C即沿底座部73的中心延伸的轴正交的方向。
另一方面，导光体71具有：相互平行的两个侧面71a、71a；使激光入射的光入射端面71b；及在与光入射端面71b之间配置上述侧面71a、71a并与光入射端面71b相向而出射上述激光的光出射端面71c，并且该导光体71形成为大致平行平板状。并且两个导光体71的每个导光体中，两个侧面71a的一方相对于探针轴C更近而另一方相对于探针轴C更远，光出射端面71c相对于探针轴C更近而光入射端面71b相对于探针轴C更远，另外，光出射端面71c以沿上述检测部排列设置方向延伸的状态倾斜而配置。
在此，导光体71的光出射端面71c以与接近探针轴C的一方的侧面71a呈角度α[°]的方式倾斜地形成。在将导光体71的折射率设为n1且将导光体周围的介质的折射率设为n2时，该情况下的角度设定为满足90°－arcsin(n2/n1)＜α＜90°的关系。另外，导光体71通常由后述的光学玻璃等形成，另外导光体周围的介质通常为空气、关于折射率能够被认为是与水相等的活体组织，因此通常是n2＜n1。
以下，针对通过满足上述关系而获得的作用，参照图3进行说明。在导光体71的光入射端面71b例如多个光纤光学性地耦合，在这些光纤中传播后的激光被导入到导光体71。该激光在导光体71内一边重复全反射一边传播，从光入射端面71向被检体出射。
在如上述那样经由光纤而将光导入到导光体71的情况下，全部光相对于导光体71的光入射端面71b基本上倾斜入射，因此在导光体71内与其侧面71a平行地行进的光几乎不存在。可是，在此如图1及图3所示，假设存在如此行进的激光LB，以该激光LB从光出射端面71c向探针内侧折射的方式规定条件。
即，若如此，则在从光出射端面71c发散的同时而出射的光束(是图1的影线部，这是从光出射端面71c以各种各样的角度出射的光的集合)，整体地朝着探针内侧折射。若如此，则在要利用光束对超声波振子72的正下方的预定区域进行照射的情况下，与如图4所示利用光出射端面71c未倾斜地形成的通常的导光体71′进行照射的情况相比，能够更小地设定导光体71的倾斜角β2，进而能够进一步减小由导光体71的外端位置所决定的探针70的横向宽度。
在此，为了使如上述那样行进的激光LB从光出射端面71c向探针内侧折射，只要将角度α设为锐角即α＜90°即可。另一方面，为了使如上述那样行进的激光LB不在光出射端面71c和周围介质的界面发生全反射，需要满足激光LB向光出射端面71c的入射角θA比临界角小的条件。由于是入射角θA＝90°－α，并且是临界角＝arcsin(n2/n1)，因此该条件为90°－α＜arcsin(n2/n1)即90°－arcsin(n2/n1)＜α。
由此，如果满足成为90°－arcsin(n2/n1)＜α＜90°的条件，则充分地确保了从光出射端面71c出射的光量，在此基础上与使用未倾斜地形成光出射端面的导光体的情况相比能够进一步减小探针70的横向宽度。
接下来，针对将在导光体71内与其侧面71a平行地行进的激光LB相对于与探针轴C正交的面P以期望的入射角入射的情况下的条件，参照图3进行说明。另外，在此对图1及图3中的右侧的导光体71进行了说明，但是可以说关于左侧的导光体71也完全相同。
首先，在该情况下，关于导光体71的折射率n1和其周围的介质的折射率n2，也设为n2＜n1。另外，将上述期望的入射角设为β1，并且将导光体71相对于探针轴C的倾斜角设为β2。
在导光体71内与其侧面71a平行地行进的激光LB如前述那样在光出射端面71c和周围介质的界面发生折射而从该光出射端面71c出射。当将此时的激光LB相对于上述界面的入射角、折射角分别设为θA、θB时，根据斯内尔定律，为
[数学式2]
sin θ A sin θ B = n 2 n 1 .
在此，是θA＝90°－α。另外，当将入射角θA与折射角θB之差设为θOUT时，是θOUT＝β1－β2，因此为θB＝θA+θOUT＝(90°－α)+β1－β2。当将以上的θA及θB代入到上述(数学式3)式子时，成为前述的(数学式2)式子。即，如果满足(数学式2)式子，则在导光体71内与其侧面71a平行地行进后从光出射端面71c出射的激光LB相对于与探针轴C正交的面P以期望的入射角β1入射。
如先前所述的那样，在将光从光纤导入到导光体71的情况下，在导光体71内与其侧面71a平行地行进的光几乎不存在。可是，如果假定这种光并满足上述(数学式2)式子，则如图1所示从导光体71的光出射端面71c扩展而出射的光束(影线部分)的大致中心相对于面P以期望的入射角β1入射。
另外，在光出射端面71c未倾斜地形成且导光体71被设为完全的长方体状的情况下，如果要获得上述的状态，则如图4所示，将导光体71相对于探针轴C的倾斜角β2设定为与入射角β1相等。与那样的情况相比，在满足(数学式2)式子的情况下，能够以存在光出射端面71c的折射的量更小地设定倾斜角β2。
光出射端面71c倾斜地形成的情况下和没有倾斜地形成的情况下的探针70的整个横向宽度的差大致为图3中的尺寸W1与W2之差的2倍。当将该差设为2ΔW且将导光体71的全长(设为厚度方向中央部的全长)设为L时，成为
2ΔW＝2(W1－W2)＝2L(sinβ1－sinβ2)。
另外，在本发明中未必一定需要满足上述(数学式2)式子。要获取光声图像的被检体的部位基本上位于超声波振子72的正下方，并且希望在该部位最为良好地照射光，但是即使实现了期望的入射角β1，最为良好地照射光的区域也根据被检体的部位和超声波振子72之间的距离而存在于超声波振子72的正下方，或存在于除此以外的位置。由此如果相反地考虑，则即使不满足(数学式2)式子，通过对被检体的部位和超声波振子72之间的距离进行调节，也能够在位于超声波振子72的正下方的所望部位最为良好地照射光。
接下来，对本实施方式的探针70中的角度α的优选值进行说明。关于针对在导光体71的材料使用合成石英(折射率n1＝1.45)的例子、使用BK7玻璃(折射率n1＝1.51)的例子分别将周围介质设为水(活体)的情况和将周围介质设为空气的情况的合计四个例子，分别设定角度α、倾斜角β2而利用基于计算机的模拟对各例中的探针小型化的效果进行了研究。
另外，在此，将以上所说明的2ΔW的值作为与未倾斜地形成光出射端面71c的情况比较后的小型化量即横向宽度的减少量而定义。另外，此时的导光体长度L是25mm，其厚度是3mm，期望的入射角β1是30°，从光源出射的光的发散角由1/e2径规定而设为9.2°(在光束中，由相对于峰值强度即光束中心的光强度具有1/e2的强度的部分的发散角所规定)。另外，在本例中，将使用光作为钠D线(波长＝589.3nm)而考察，但是在使用除此以外的光的情况下，应该以对该使用光的折射率n1及n2进行考察，这是不言而喻的。
表1示出了其结果。这些情况下的角度α被设定为入射角θA＝(90°－α)比临界角θC小0.1°的值，在这种条件下，能够获得较大的小型化量2ΔW。可是，入射角θA越接近临界角θC，则在导光体71的光出射端面71c和周围介质的界面发生全反射的光量变得越多，因此照射效率越降低。
[表1]
导光体长度L：25mm
入射角β1:30[°]
为了进一步减少上述全反射的光量，只要进一步增大角度α使得入射角θA进一步变小即可。因此，针对上述的四个例子，进一步利用模拟求出上述全反射的光量成为全入射光量的10％的情况下的角度α。表2中示出了其结果。如在此所示的那样，小型化量2ΔW与表1的情况相比明显变小，即小型化的效果较弱，但是在对照射被检体的光量充分地进行确保方面，优选设为该表2所示的程度的角度α。
[表2]
导光体长度L：25mm
入射角β1:30[°]
另外，本实施方式中的导光体71是光出射端面71c沿多个超声波振子72的排列设置方向而较长地延伸的形状，但是也能够使用不具有那样长的光出射端面而作为整体形成为较细的棒状的导光体。本发明也同样能够适用于具备那样的棒状的导光体的光声计测装置用探针，在该情况下通过倾斜地形成光出射端面，也能够起到与先前所述相同的效果。
另外，在上述的导光体71，如图5所示，优选设置在其光入射端面71b覆盖的光吸收体75。该光吸收体75由黑橡胶、碳等光吸收性材料形成，在作为将光导入的单元而设置前述的光纤76的情况下，设置使该光纤76通过的孔75a。通过设置这种光吸收体75，能够防止在光出射端面71c和其周围介质的界面发生全反射的光返回到导光体71内后从光入射端面71b向外露出从而将该露出光意外地照射到被检体、或入射到探针操作者的眼中。另外，在该图5中，对于与图1～4中的要素等同的要素附加相同附图标记，针对此的说明只要没有特别需要就予以省略(以下，同样)。
关于上述那样的用于防止由露出光引起的不良情况的结构，参照图6进一步进行说明。在该结构中，设有将导光体71、底座部73及光纤76的部分收容于内部的探针框体74。并且，在该探针框体74中，在一方的导光体71的与光入射端面71b接近相向的位置处设置有光传感器77。
根据该光传感器77，能够如上述那样对从光入射端面71b露出到导光体外的光进行检测。并且，该传感器77在检测出露出光时，如果将前述的激光光源单元13等光源的输出降低，则能够防止因较强的露出光引起的上述那样的不良情况。
另外，特别是在上述光传感器77较大的情况下，也可以设置在图6中虚线所示的边缘的位置。在该情况下，通过使导光体71倾斜而配设，在其上部产生的空间被有效利用于光传感器设置。
另外，此外，如该图所示，也可以在探针框体74设置对与被检体的接触进行检测的接触传感器78，根据该接触传感器78的输出而对激光光源单元13等光源的输出进行控制。即在该情况下，从光声图像化装置10起动后起，或者在探针使用的前阶段的操作结束的时刻，从光源输出微弱的光，在探针使用时接触传感器78检测出向被检体的探针接触时，使光源的输出上升至图像化所需的预定值。通过如此进行，能够防止在探针使用状态未作好的状态下较强的光意外地照射到被检体、或入射到探针操作者的眼中。
另外，希望以更均匀的光强度照射被检体。以下，对用于满足那样的要求的结构进行说明。图7和图8分别示出了多个光纤76相对于导光体71的光入射端面71b的配置例。如这些图所示，如果将同数的光纤76与光入射端面71b耦合，则与将光纤76如图7所示单纯地配置为一列相比，如图8所示以纵、横栅格状配置而作为整体将光纤76以交错状(即在相邻的光纤列彼此之间，在一方的光纤列的光纤间存在另一方的光纤列的光纤的方式)进行配置的方案中，从光纤76出射的光在导光体71内更均匀化之后出射。
在该图8的例中光纤列在导光体71的厚度方向(图中的上下方向)上排列配置两列，但是该数不限于两列，也可以配置三列以上的光纤列。
图9及图10示出了在如图8所示配置多个光纤76的情况下的适当的光纤固定构造。图9表示该构造的侧面形状，图10表示沿图9的A－A线的部分的平截面形状。该构造由如下结构构成：在左右侧面形成有对光纤进行收纳的多个纵槽80a的光纤保持部件80；对分别收纳于这些纵槽80a的光纤76的下端部进行按压的一对光纤按压部件81；将这些光纤按压部件81安装于光纤保持部件80的四个螺钉82；及与光纤按压部件81连结而将比光纤76的下端部稍靠上的部分对齐而保持的光纤导向部件83。并且，导光体71由导光体保持部件84保持为其上端面即光入射端面71b从各光纤76的下端面(光出射端面)稍微偏离的状态。
另外，为了以均匀的光强度对被检体进行光照射，以如图11所示截面为凹面形状的方式形成导光体71的光入射端面71b也是有效的。即，通过形成这种形状，从光纤76入射到导光体71的光Lf如图示那样在光入射端面71b折射到更外侧(侧面71a侧)。因此，光在导光体71的侧面71a和周围介质的界面发生全反射的次数增加，由此，能够使从光出射端面71c出射的光的强度分布进一步均匀化。
接下来，参照图12对实现所获取的光声图像的高画质化的实施方式进行说明。该图12所示的探针具备一对导光体71，这些导光体71也基本上与已经叙述的导光体71同样地形成。在这些导光体71，经由多个光纤76而导入激光。并且，与一方的导光体71耦合的多个光纤76及与另一方的导光体71耦合的多个光纤76的光入射端部分别汇总为一组，在其上游侧即激光光源侧分别设有快门86。另外，作为快门86，能够适用例如由液晶单元构成的器件、机械快门等。
从前述的激光光源单元13等激光光源发出的激光通过由例如分支光导波路等构成的光分支部85而被分支为两个系统，被分支后的各激光经由上述快门86而入射到一组光纤76、另一组光纤76。另外，若将以上的结构表示为框图，则如图13所示那样。
通过该结构，在对被检体的某部位进行图像化的情况下，从一对导光体71出射的激光被照射到该部位，但是此时对两个快门86的开闭时机进行控制，首先位于一方的导光体71的上游侧的快门86关闭，此时位于另一方的导光体71的上游侧的快门86打开预定时间。当经过该预定时间时，接下来位于一方的导光体71的上游侧的快门86打开预定时间，此时位于另一方的导光体71的上游侧的快门86关闭。以后，通过重复相同操作，上述部位从两个导光体71的一侧、另一侧，从相互不同的两方向依次选择性地接受光照射。
如此，在从相互不同的两方向向进行图像化的部位进行光照射时，前述的光声数据与两个快门86的开闭时机同步，汇聚在光照射的各个方向而取入。并且在构建光声图像时，将与同一像素相关的每个光照射方向的两数据加算平均，而作为该像素的数据。通过进行该处理，所构建的图像的S/N理论上与通常的情况相比提高2倍。另外，也能够对在超声波振子72(参照图1)的正下方部分以外即从不同的两方向共同地接受到光照射的部分以外所产生的伪影信号进行抑制。
另外，快门86的配置位置除了如本例那样设为光纤76的上游侧外，也可以如图14的框图所示设为光纤76和导光体71之间、此外也可以如图15所示设为导光体71的下游侧。
接下来，针对被检体的较浅的部位和较深的部位均能够以高画质进行图像化的实施方式，参照图16～图22进行说明。在如图16所示将导光体71倾斜配置的情况下，如由斜线部对从导光体71出射的激光Lf的照射状态进行表示的那样，在超声波振子72的正下方的较浅的部分(图中T所示的部分)产生没有被光照射的区域，因此关于被检体的表面附近部分有时无法获取光声图像信号。相对于此，关于被检体的深部能够良好地获取光声图像信号。
另一方面，在将导光体71垂直配置即以与探针轴C平行且与被检体的表面垂直相向的方式配置的情况下，表面附近部分的光吸收较多，因此较多的情况下关于被检体的深部仅能够获得微弱的光声图像信号。相对于此，关于被检体的表面附近部分能够良好地获取光声图像信号。
在本实施方式中，为了应对以上的情况，能够对导光体71倾斜配置的状态和垂直配置的状态进行切换。即在本实施方式中，能够任意地设定如在图17和图18中分别表示侧面形状、平面形状那样使探针框体90在一对导光体71的排列方向上较长而将导光体71倾斜配置的状态和如在图19和图20中分别表示侧面形状、平面形状那样使探针框体90在上述方向上较短而将导光体71垂直配置的状态。
探针框体90如图18和图20所详细示出的那样，由截面为“コ”字形的一对侧端部91、分别与该侧端部91的弯折部分的终端连接的可挠部92及将该可挠部92和可挠部92之间连络的中央部93构成。另外，可挠部92例如能够由橡胶原料等形成。
在该结构中，如图18所示上述侧端部91的弯折部分、可挠部92及中央部93设为沿着一条线延伸的状态，从而能够增大探针框体90的导光体排列方向尺寸。因此，在该状态下，能够将导光体71倾斜配置。在要对被检体的深部进行图像化的情况下，优选为在该状态下进行图像化。
另一方面，如图20所示，使一对侧端部91相互接近，使可挠部92挠曲而使中央部93位于比侧端部91的弯折部分靠外侧的位置，从而能够减小上述尺寸。在该状态下，能够将导光体71垂直配置而实现探针的小型化。在要对被检体的表面附近部分进行图像化的情况下，优选为在该状态下进行图像化。
优选为，将图17的状态下所获得的光声图像和图19的状态下所获得的光声图像相互合成而形成对从被检体的表面附近部分至深部均进行显示的图像。那样的合成图像的诊断性能较高。具体来说，若列举数值例，则优选为关于从被检体的表面至深度5mm左右的区域在图19及20的状态下进行图像化，关于比上述区域更深的区域在图17及18的状态下进行图像化。
在此，针对用于对导光体71的设置角度进行变更的机构的例子，参照图21及图22进行说明。另外，图21和图22分别针对将导光体71垂直配置的情况、将导光体71倾斜配置的情况表示该机构的平面形状。如图示那样，该机构具备：一对导轨94、94；导光体保持件95，各个端部组装在这些导轨94、94而沿图中左右方向移动自如；销固定部96，具备沿与图的纸面垂直的方向延伸的销96a并固定于上述导光体保持件95；臂部97，具有与上述销96a卡合的长孔97a；第一正齿轮98a，对该臂部97进行固定；第二正齿轮98b，与该第一正齿轮98a啮合；及电动机99，使该第二正齿轮98b旋转。
另外，导光体71能够在图17所示的倾斜配置位置和图19所示的垂直配置位置之间摆动，并由图示外的导光体保持部件所保持。另外导光体71通过未图示的连结单元，接近其上端的一部分与上述导光体保持件95连结。
在图21所示的状态下，将导光体保持件95设定于图中的左端位置，将与此连结的导光体71设为垂直配置状态。当从该状态驱动电动机99而使第二正齿轮98b沿顺时针方向旋转预定旋转角时，第一正齿轮98a沿逆时针方向旋转，通过臂部97，销固定部96即导光体保持件95被向图中右方按压。如此，当导光体保持件95向图中右方移动与第二正齿轮98b的预定旋转角对应的长度时，成为图22的状态。当导光体保持件95移动至该位置时，与此连结的导光体71的上端部移动而使该导光体71成为图17所示那样的倾斜配置状态。
在设定为以上的状态后，当电动机99沿与上述的情况相反的方向被驱动而使第二正齿轮98b沿逆时针方向旋转预定旋转角时，第一正齿轮98a沿顺时针方向旋转，通过臂部97，销固定部96即导光体保持件95向图中左方被引导，返回到图21的状态即导光体71被垂直配置的状态。
另外，在此，导光体71的倾斜配置角度设为一组，但是也可以构成为能够将倾斜配置的角度设定为二组以上。
接下来，参照图23，对将多个光纤76及导光体71以相互地光学性耦合后的状态进行保持的构造的例子进行说明。该图23所示的保持构造具备：一对导光体固定部件61，以在相互之间设置未图示的底座部73(参照图1)等的状态配置；截面大致为L字形的一对光纤保持部件61，通过各个螺纹紧固等而固定在这些导光体固定部件61；及光纤按压部件62、63，通过螺纹紧固等而固定于该光纤保持部件61的外侧面。
在导光体固定部件61，通过例如环氧树脂系粘接剂等而在图示的位置粘接固定导光体71。在导光体71中导波的光从此出射时的出射角度依赖于导光体71的安装角度，若该安装角度的精度较低，则照射光的强度分布也变化，因此，通常而言，要求精度良好地保持预定的安装角度而对导光体71进行固定。在使用上述导光体固定部件61而在此粘接固定导光体71的情况下，能够容易地满足上述的要求。
另外多个光纤76有可能产生断线等不良情况，另外也需要实施适当维护作业，因此希望能够进行更换。因此，这些光纤76通过光纤按压部件63将接近终端部的部分压靠固定在光纤保持部件61，并且通过光纤按压部件62将比接近终端部的部分稍靠上的部分压靠固定在光纤保持部件61。另外，各光纤76例如在成为其光出射端面的终端面与导光体71的光入射端面71b隔着微小间隔而相向的状态下被固定。
在此，也可以在各光纤按压部件62、63的内表面形成对各个光纤76进行收纳的槽(未图示)等。另外，优选为，光纤保持部件61的外侧面61a设为平缓的弯曲面，使得能够沿该面使光纤76例如以最小曲率半径弯曲而保持。
根据以上的光纤保持构造，通过将螺纹紧固于光纤保持部件61的光纤按压部件62、63拆下，能够为了进行上述维护作业等而将各光纤76拆下。
以上，基于适当的实施方式对本发明进行了说明，但是本发明的光声计测装置用探针并非仅限于上述实施方式，根据上述实施方式的结构实施了各种校正及变更后的方案也包含在本发明的范围内。另外，本发明的光声计测装置用探针也同样能够适用于以上说明的光声图像化装置以外的光声计测装置。
附图标记说明
10   光声图像化装置
12   超声波单元
13   激光光源单元
14   图像显示单元
15   导光单元
21   接收电路
22   AD转换单元
23   接收存储器
24   数据分离单元
25   光声图像重构单元
26、41  检波/对数变换单元
27   光声图像构建单元
30   发送控制电路
31   控制单元
32   Q开关激光器
33   闪光灯
40   超声波图像重构单元
42   超声波图像构建单元
43   图像合成单元
44   运算单元
61、80  光纤保持部件
62、63、81  光纤按压部件
70   探针
71   导光体
71a  导光体的侧面
71b  导光体的光入射端面
71c  导光体的光出射端面
72   超声波振子
73   底座部
74、90  探针框体
75   光吸收体
76   光纤
77   光传感器
78   接触传感器
85   光分支部
86   快门86
91   探针框体的侧端部
92   探针框体的可挠部
93   探针框体的中央部
94   导轨
95   导光体保持件
96   销固定部
97   臂部
98a、98b  正齿轮
99   电动机
C    探针轴
LB、Lf  激光

Claims (14)

1.一种光声计测装置用探针，具有出射照射到被检体的光的光照射部和检测通过接受所述光的照射而从被检体发出的声波的声波检测部，所述光声计测装置用探针的特征在于，
所述光照射部具备导光体，所述导光体具有相互平行的两个侧面、入射所述光的光入射端面及与所述光入射端面相向且在与所述光入射端面之间设置所述侧面而出射所述光的光出射端面，并且所述导光体形成为平行平板状，
所述导光体倾斜地配置使得在探针使用时所述两个侧面的一方相对于与被检体相向的探针轴更近而另一方相对于与被检体相向的探针轴更远，且所述光出射端面相对于所述探针轴更近而所述光入射端面相对于所述探针轴更远，
在将所述导光体对所述光的折射率设为n1并将光声计测时的导光体周围的介质对所述光的折射率设为n2时，
所述光出射端面与更接近所述探针轴这一方的所述侧面呈角度α[°]，
n2＜n1，
90°－arcsin(n2/n1)＜α＜90°。
2.根据权利要求1所述的光声计测装置用探针，其中，
在将在所述导光体内与所述两个侧面平行地行进后从所述光出射端面出射的光入射到与所述探针轴正交的面时的入射角设为β1且将导光体相对于所述探针轴的倾斜角设为β2时，满足下述式子
[数学式1]
3.根据权利要求1或2所述的光声计测装置用探针，其中，
所述导光体的配置角度能够变更。
4.根据权利要求3所述的光声计测装置用探针，其中，
所述导光体的配置角度能够在相对于所述探针轴倾斜的预定角度和与该探针轴平行的角度之间变更。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光声计测装置用探针，其中，
所述声波检测部在与所述探针轴正交的方向上并列地配置多个，
所述导光体配置成所述光出射端面沿多个声波检测部的排列方向延伸的状态。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光声计测装置用探针，其中，
所述导光体以相互之间存在所述探针轴的状态设置两个。
7.根据权利要求6所述的光声计测装置用探针，其中，
与所述两个导光体分别对应而设有快门，所述快门以经过这些导光体后的光在相互不同的期间照射到被检体的方式对光通过进行控制。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光声计测装置用探针，其中，
设置使从光源发出的光传播的光纤，所述光纤与所述导光体的光入射端面光学性地耦合。
9.根据权利要求8所述的光声计测装置用探针，其中，
所述光纤设置三根以上，且相对于所述导光体的光入射端面以交错状配置而耦合。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的光声计测装置用探针，其中，
在所述导光体的光入射端面，在未配置所述光纤的部分覆盖有光吸收体。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的光声计测装置用探针，其中，
设有光传感器，该光传感器检测从所述导光体的光入射端面出射到导光体外的光。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的光声计测装置用探针，其中，
设有对探针向被检体的接触进行检测的接触传感器。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的光声计测装置用探针，其中，
所述角度α处于90°－arcsin(1.33/n1)＜α＜90°的范围。
14.一种光声计测装置，其特征在于，
具备权利要求1～13中任一项所述的光声计测装置用探针。
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