【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織などの測定対象に光を照射し、照射した光を吸収することによって膨張したときに生ずる音波を検出することで、測定対象の内部の光吸収係数（光吸収体）の分布状況等を検出する光音響プローブに関する。
【０００２】
従来、この種の光音響プローブとしては、例えば、次の非特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｒｏｙ Ｇ．Ｍ．Ｋｏｌｋｍａｎ， Ｍａｇｄａｌｅｎａ Ｃ．Ｐｉｌａｔｏｕ， Ｅｒｗｉｎ Ｈｏｎｄｅｂｒｉｎｋ， Ｆｒｉｔｓ Ｆ．Ｍ．Ｄｅ Ｍｕｌ， Ｐｈｏｔｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃ Ａ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｂｌｏｏｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｉｓｓｕｅ，”Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ ， Ｖｏｌ．３９１６（２０００）， ｐ７６−８３
【０００４】
非特許文献１に記載の光音響プローブは、例えば、図１６に示すように、光ファイバ５１の周囲にリング状の圧電素子５２を検出器として備えている。また、光ファイバ５１の先端面５１ａ及び圧電素子５２を、生体組織などの測定対象５３の表面５３ａに密着して用いるように構成されている。
このように構成された光音響プローブを用いて、例えば、生体での主な光吸収体であるヘモグロビンの分布を観測する場合には、光音響プローブを組織表面５３ａに密着して光ファイバ５１の先端面５１ａからパルスレーザ光を組織内部に照射する。そして、図１７（光音響プローブとしては便宜上、検出器５２のみを示してある。）に示すように、組織内部のヘモグロビンに照射エネルギーを吸収させることで生じる音波を圧電素子５２で検出する。そして、電極等を介して図示省略した信号処理手段や表示手段等に送信し、該表示手段等で検出結果を表示する。
【０００５】
ところで、このような従来の光音響プローブに用いられるリング型検出器は、次のような特性を有している。
（１）リングの中心軸上に位置する信号発生源で発生した信号に対する感度が高い。
（２）リングの中心軸上に位置する信号発生源が同じ深さにある場合、中心軸からの距離が短い位置にある（リングの径の小さい）検出器ほど、信号発生源で発生した信号に対する感度は高いが、横分解能は低下する。
（３）検出器の幅（リングの外径とリングの内径との差）が大きくなると、発生した信号に対する感度は高くなるが、分解能は低下する。
（４）信号発生源と検出器との距離が深さ方向に離れると、発生した信号に対する感度や、横分解能が低下する。
（５）信号発生源で発生する音波の検出器に対する入射角度が大きくなると感度が低下する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の光音響プローブは、測定対象から一定の距離に配置されているため、リング型の音波検出器をなす圧電素子を測定対象に密着して使用した場合、リング状の圧電素子の中心軸上に位置する測定対象のうち、その表面近傍領域で発生した信号は、音波検出器である圧電素子に対し、大きな入射角度で入射し感度が低くなってしまう。このため、従来の光音響プローブでは、測定対象の表面を検出することが困難であった。
【０００７】
また、この種の光音響プローブにおいては、信号発生源から検出器である圧電素子までの距離の違いが、時間の違いとなって検出され、分解能に大きく影響を与える。例えば、検出器までの距離の差が大きい２つの点は、それぞれ別個の２つの点として計測することができるが、検出器までの距離の差が小さい２つの点はそれぞれ別個の２つの点として計測することができない。
このため、検出器である圧電素子が測定対象に密着して使用する従来の光音響プローブでは、測定対象の表面付近の軸方向分解能が低くなってしまうという欠点がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、測定対象の表面から深部に至るまでの広範囲な信号発生源からの信号を同時に高精度に検出できる光音響プローブを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による光音響プローブは、光ファイバを用いた光照射部と、圧電素子からなる検出器とを有する光音響プローブであって、前記検出器が、異なる高さ位置ごとに径が異なり、かつ、測定対象に近い高さ位置になるにしたがって径が大きい複数の同心円状領域に、前記光照射部の光軸をはずれて少なくとも１つの同心円状に配置されているとともに、前記光照射部が、前記同心円状領域の中心に配置され、かつ、該光照射部の先端面が、測定対象から離間していることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明による光音響プローブにおいては、前記検出器が、リング状に形成され、各高さ位置の前記同心円状領域に少なくとも１つ配置されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明による光音響プローブにおいては、前記検出器が、各高さ位置の前記同心円状領域に、前記光照射部の光軸に対して対称に複数個配置されていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明による光音響プローブにおいては、前記光照射部から射出される光の照射範囲を調節する照射範囲調節手段を前記光照射部の先端面前方に設けたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明のように検出器を複数の高さ位置ごとに配置すれば、例えば、組織深部の信号発生源からの信号を下部の検出器で検出し、組織表面近傍の信号発生源からの信号を上部の検出器で検出することによって、組織表面から深部に至るまでの信号発生源からの信号を同時に高精度に検出することができる。
【００１４】
すなわち、上部の検出器を組織表面から離して配置することができるため、組織表面近傍の信号発生源で生じる信号の該検出器への入射角度を小さくすることができ、従来の装置では検出できなかった組織表面の信号発生源で生じる信号を検出することができる。
しかし、検出器を測定対象から離して配置すると、組織深部での検出感度や、横分解能が低下することになる。しかるに、本発明では、検出器を複数段の高さ位置ごとに配置するようにしたので、例えば、組織深部の信号発生源で生じる信号を測定対象に密着させた検出器で検出し、組織表面近傍の信号発生源で生じる信号を測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器で検出するようにすることで、測定対象の深さに応じて、検出感度や横分解能の良い検出器で検出することができ、組織表面から組織深部に至るまで信号発生源を感度よく検出することができる。
また、測定対象に近い高さ位置（すなわち下部）に配置される検出器を、上部に配置される検出器よりも大きな径で形成すれば、下部の検出器が上部の検出器による組織表面近傍の信号発生源で生じる信号の検出の邪魔とならないようにすることができる。
また、光照射部を、前記同心円状領域の中心に配置し、かつ、該光照射部の先端面が測定対象から離間するように構成すれば、上部の高さ位置に配置される検出器での検出の邪魔とならないようにすることができる。
なお、検出器は、リング状に形成されたものを、各高さ位置の前記同心円状領域に配置してもよい。或いは、各高さ位置の前記同心円状領域に、前記光照射部の光軸に対して対称に複数個配置してもよい。
【００１５】
また、本発明の光音響プローブにおいては、前記光量調節手段が、前記光照射部の射出光路上に挿脱可能に設けられたレンズで構成されているのが好ましい。
【００１６】
または、本発明の光音響プローブにおいては、前記光量調節手段が、前記光照射部の射出光路上を移動可能に設けられたレンズで構成されているのが好ましい。
【００１７】
本発明の光音響プローブにおいて、光量調節手段として、光射出部の射出光路を挿脱可能、又は光照射部の射出光路上を移動可能なレンズ、例えば、スライド式やレボルバ等に装着された回転式のレンズユニットを備えると、レーザの照射面積を変化させることができる。例えば、組織表面近傍を観測する場合は、照射面積を小さくして入射する。この場合は、組織表面から離間した上部の検出器で検出する。一方、組織深部を観測する場合は、広い照射面積で高エネルギーの照射光を入射する。この場合は、組織表面に密着した下部の検出器で検出する。
【００１８】
また、本発明の光音響プローブにおいては、前記検出器が、異なる高さ位置に応じて、周波数感度が異なる圧電素子を用いて構成されているのが好ましい。
本発明の光音響プローブの測定対象となる、例えば、生体組織は、水に比べて音波の減衰が大きい。
この場合、高周波成分ほど、指数関数的に減衰するために、生体深部からの信号は高調波成分が失われてしまう。そのため、生体深部の信号発生源の分布等を観測する場合には下部に位置する検出器には、低周波に中心感度を持つ検出器を用いるのが適している。
一方、生体表面近傍からの信号は、生体での伝搬距離が短いため、高周波成分の減衰が少ない。また、高周波成分は、生体の微細な構造情報をもっているため、高周波を検出することは、微細構造を観測することに等しい。そのため、上部に位置する検出器には、高周波に中心感度をもつ検出器を用いるのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光音響プローブにおいては、前記検出器の幅が、異なる高さ位置に応じて異なるようにするのが好ましい。
上述のように、下部に位置する検出器には、生体深部を測定するために低周波に中心感度を持つ検出器を用いるのが好ましい。
更に、下部に位置する検出器を上部に位置する検出器に比べて幅を大きくすれば、低周波成分をより高感度で検出することができる。
【００２０】
また、本発明による光音響プローブは、光ファイバを用いた光照射部と、圧電素子からなる検出器とを有する光音響プローブであって、前記検出器が、同じ大きさのリング状に形成され、複数の高さ位置に間隔をおいて前記光照射部の光軸をはずれて配置され、前記光照射部が、前記リングの中心に配置され、かつ、該光照射部の先端面が、測定対象から離間していることを特徴としている。
前記検出器を同じ大きさのリング状に形成しても、複数の高さ位置に間隔をおいて配置すれば、下部に配置された検出器が上部に配置された検出器での検出の邪魔とならないようにすることができ、組織表面から深部に至るまでの信号発生源からの信号を同時に高精度に検出することができる。
【００２１】
また、本発明の光音響プローブにおいては、前記検出器が、径の異なる複数のリング状に形成され、各高さ位置の前記同心円状領域に、複数配置されているのが好ましい。
径の異なる検出器は、同じ高さ位置にあっても分解能や検出感度が異なる。このため、各同心円状領域に、径の異なる検出器を複数配置すれば、同じ高さ位置に配置された検出器でもって異なる深度の信号発生源からの信号に対し、分解能や分解能のよい検出器を選択して検出することができる。このため、組織表面から深部に至るまでの信号発生源からの信号を同時により高精度に検出することができる。
【００２２】
また、本発明の光音響プローブにおいては、前記検出器が、各高さ位置の前記同心円状領域に、前記光照射部の光軸をはずれて複数の同心円状に配置されているのが好ましい。
このように構成しても、同じ高さ位置に配置された検出器でもって異なる深度の信号発生源からの信号をより感度良く検出することができる。このため、組織表面から深部に至るまでの信号発生源からの信号を同時により高精度に検出することができる。
【００２３】
また、本発明の光音響プローブにおいては、測定対象に近い高さ位置に配置された検出器と該高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器との間には、該測定対象に近い高さ位置から測定対象から離れるにしたがって径が大きくなるように傾斜をつけた内壁が設けられているのが好ましい。
上部の検出器とそれよりも下部にある検出器との間の内壁で反射した音波を上部の検出器が拾うと、直接到達する信号（音波）に対して時間的に遅れて検出されるため偽信号となり、ノイズとなってしまう。しかるに、本発明のように、測定対象に近い高さ位置から測定対象から離れるにしたがって径が大きくなるような傾斜をつけて内壁を構成すれば、上部の検出器とそれよりも下部にある検出器との間の内壁での音波の反射を無くす、或いは内壁で反射した音波が上部の検出器に到達しないようにして、上部の検出器で検出される信号のノイズを抑えることができる。
【００２４】
また、本発明の光音響プローブにおいては、測定対象に近い高さ位置に配置された検出器と該高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器との間には、凹溝が形成された内壁が設けられているのが好ましい。
内壁をこのように構成すれば、上記と同様に、上部の検出器とそれよりも下部にある検出器との間の内壁での音波の反射を無くす、或いは内壁で反射した音波が検出器に到達しないようにして、上部の検出器で検出される信号のノイズを抑えることができる。
【００２５】
また、本発明の光音響プローブにおいては、測定対象に近い高さ位置に配置された検出器と該高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器との間には、透過性の材質からなる内壁が設けられているのが好ましい。
このように構成すれば、上部の検出器とそれよりも下部にある検出器との間の内壁での音波の反射を無くす、或いは内壁での音波の反射を抑えて、上部の検出器で検出される信号のノイズを抑えることができる。
【００２６】
また、本発明の光音響プローブにおいては、前記光照射部が、複数の光ファイバを用いて構成されているのが好ましい。
このように構成すれば、例えば、組織の深度に応じて異なる周波数で測定対象を照射することができる。また、より明るい光量で測定対象を照射することができるため、より高精度な検出を行なうことができる。
【００２７】
また、本発明の光音響プローブにおいては、前記光照射部の先端面が、最も測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器よりも測定対象に近い位置にあるのが好ましい。
このように構成すれば、測定対象に近づけてより明るい光量で照射することができるため、より高精度な検出を行うことができる。
【００２８】
また、本発明による光音響プローブは、光ファイバを用いた光照射部と、圧電素子からなる検出器とを有する光音響プローブであって、前記検出器が、異なる高さ位置ごとに径が異なり、かつ、測定対象に近い高さ位置になるにしたがって径が大きい複数の同心円状領域に、前記光照射部の光軸をはずれて配置され、前記光照射部が、前記同心円状領域の中心に配置されるとともに、異なる高さ位置に配置された前記光検出部の間に同心円状に複数配置され、かつ、該光照射部の先端面が、測定対象から同じ高さ位置に離間していることを特徴としている。
このように構成すれば、より多くの光量でもってより広範囲を照射することができるため、測定対象に対しより広範囲かつ高精度な検出を行なうことができる。
【００２９】
また、本発明による光音響プローブは、光ファイバを用いた光照射部と、圧電素子からなる検出器とを有する光音響プローブであって、前記検出器が、異なる高さ位置ごとに径が異なり、かつ、測定対象に近い高さ位置になるにしたがって径が大きい複数の同心円状領域に、前記光照射部の光軸をはずれて配置され、前記光照射部が、前記同心円状領域の中心に配置されるとともに、異なる高さ位置に配置された前記光検出部の間に同心円状に複数配置され、かつ、該光照射部の先端面が、その周囲に配置されている検出器の高さ位置と同じで、最も外側の前記光照射部の先端面が、測定対象に密着するようにするのが好ましい。
このように構成すれば、より多くの光量でもってより広範囲を照射することができるため、測定対象に対しより広範囲かつ高精度な検出を行なうことができる上、測定対象に対し、外側の照射部からの光を内壁に邪魔されず光量ロスなく測定対象に照射することができる。
【００３０】
また、本発明の光音響プローブにおいては、最も外側の前記光照射部が、測定対象に近い高さ位置の同心円状領域に配置された前記検出器の外側に配置してもよい。
このように構成すれば、より多くの光量でもってより広範囲を照射することができるため、測定対象に対しより高精度な検出を行なうことができる。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は本発明の以下に示す各実施例の光音響プローブを用いて構成される測定装置の概略構成図である。
図１の測定装置は、例えば、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどのナノ秒パルスレーザを発するレーザ装置２１と、レーザ光を測定対象である組織２７に伝送するための光ファイバ２２と、本発明の光音響プローブ２３と、前記圧電素子で検出した信号を伝送するためのケーブル２４と、レーザ光の照射操作等をする操作部及び光音響プローブ２３から伝送された信号を変換処理するための信号処理部等を備えたコンピュータ２５と、処理された信号を表示するための表示装置２６とを備えている。
【００３２】
第１実施例
図２は本発明の光音響プローブの第１実施例を示す要部概略構成図であり、（ａ）は観察対象側から見た平面図、（ｂ）は光軸に沿う断面図である。図３は第１実施例の光音響プローブを用いた測定装置の一構成例を示す概略図である。
本実施例の光音響プローブ２３は、検出器１，２と、光ファイバ２２を用いた光照射部３とをハウジング４の内部に有して構成されている。
ハウジング４には、異なる高さ位置ごとに径が異なり測定対象２７に近い高さ位置になるにしたがって径が大きい複数の同心円状領域４ａ，４ｂが設けられている。
検出器１，２は、ＰＶＤＦ（ポリフッカビニリデン）よりなるリング状に形成された圧電素子で構成されている。検出器１は、検出器２に比べて径が小さく形成されている。また、検出器１は、測定対象２７から離れた高さ位置にある同心円状領域４ａに設けられている。検出器２は、測定対象２７に近い高さ位置にある同心円状領域４ｂに設けられており、測定時に測定対象２７の表面に密着するようになっている。なお、検出器１，２には、夫々、電極及びケーブル２４の配線（図２において図示省略）が接続されている。
光照射部３は、同心円状領域４ａ，４ｂの中心に配置されている。また、光照射部３の先端面３ａは、測定対象２７から離間している。
ハウジング４の内部は、測定対象２７の表面との間で空間部５が形成されるようになっている。また、ハウジング４には、超音波伝達媒体注入口（図示省略）が設けられている。そして、空間部５には、ハウジング４に設けた超音波伝達媒体注入口から超音波伝達媒体が充填され、組織内部の信号発生源が膨張する際に生じる信号が超音波伝達媒体を介して組織に密着していない検出器に伝搬されるようになっている。超音波伝達媒体としては、超音波ゼリー、光学的に透明な固体ガラス、透明容器に入れられた水などが用いられる。
【００３３】
そして、図３に示す第１実施例の光音響プローブを用いた測定装置では、血管の分布を観測することができるように、操作部２５ａを介してレーザ装置２１から波長５３２ｎｍのレーザ光が発せられるようになっている。また、組織の表面近傍の信号発生源からの信号は検出器１で、それ例外の組織深部の信号発生源からの信号であって全反射しない角度（例えば４５度）で入射する信号は検出器２で検出する。コンピュータ２５の信号処理部２５ｂでは、検出器１，２でそれぞれ検出された時間に基づき、組織内部における信号発生源の位置を計算する。そして、計算結果から得られた信号発生源（血液）の位置を表示装置２６に表示するようになっている。
【００３４】
図４は第１実施例の光音響プローブにおけるそれぞれ異なる高さに設けられた検出器１，２による測定対象中の光軸上にあって異なる深さに位置する信号発生源からの信号に対する分解能の関係を示す説明図である。図中、Ｚ１，Ｚ２は組織表面近傍の信号発生源、Ｚ３は組織深部の信号発生源である。
例えば、組織表面近傍の信号発生源Ｚ１，Ｚ２が照射されたレーザ光を吸収することによって膨張する際には、それぞれの信号発生源Ｚ１，Ｚ２から発生した信号（音波）は、時間的な幅をもって伝搬する。
このとき、信号発生源Ｚ１から検出器２までの距離ｒ１２と信号発生源Ｚ２から検出器２までの距離ｒ２２との差｜ｒ２２−ｒ１２｜と、信号発生源Ｚ１から検出器１までの距離ｒ１１と信号源Ｚ２から検出器１までの距離ｒ２１との差｜ｒ２１−ｒ１１｜との大小が検出器としての圧電素子の分解能に影響する。
【００３５】
図４においては、｜ｒ２２−ｒ１２｜＜｜ｒ２１−ｒ１１｜であり、組織表面近傍の信号発生源Ｚ１，Ｚ２に対しては、より離れた位置に配置された検出器１のほうが検出器２に比べてＺ方向（光軸方向）の分解能が高くなる。
但し、検出器は、信号発生源からの距離が離れるにしたがって感度、横分解能が低下するという性質を有している。
また、測定対象に密着させていないと、レーザ光の組織表面で反射することによるノイズや、音波の反射、屈折等による感度精度の低下が考えられる。
このため、図４に示すような組織深部に位置する信号発生源Ｚ３からの信号を検出する場合は、検出器２のほうが、検出器１に比べて信号の検出感度が高くなる。
【００３６】
しかるに、第１実施例の光音響プローブによれば、例えば、毛細血管の分布を観測する場合など、ある程度の深さの幅を持っている測定対象を観測する場合であっても、組織深部からの信号に対して検出器２で検出し、それ以外の組織表面近傍からの信号に対して検出器１で検出することができるので、組織の表面近傍から深部に至るまで同時に高精度に検出できる。
【００３７】
なお、例えば、図５に示す参考例のように、検出器２よりも上部に配置される検出器１の径を検出器２の径よりも大きく形成した場合には、組織の表面近傍に位置する信号源Ｚ０からの信号が検出器２で干渉されてしまい、検出器１で検出するのが困難となり、高精度な検出を行なうことができない。
しかるに、第１実施例の光音響プローブでは、検出器２よりも上部に配置される検出器１の径を検出器２よりも小さく形成したので、組織の表面近傍に位置する信号源Ｚ０からの信号が検出器２で干渉されることなく、検出器１で検出することができ、高精度な検出を行なうことができる。
【００３８】
また、第１実施例の光音響プローブでは、光照射部３の先端面３ａを測定対象２７から離間したので、信号源から発生した信号が光照射部３の先端で干渉されることなく、検出器１で検出することができる。
【００３９】
なお、第１実施例の光音響プローブでは、検出器１及び検出器２を、それぞれ１つのリング状に形成した圧電素子で構成したが、径の異なる同心円状領域４ａ，４ｂのそれぞれにおいて、複数個の圧電素子を光軸に対し対称に配置して構成してもよい。このように構成しても、光軸上の任意深度に位置する信号源からの信号を複数方向から検出できるため、検出精度が向上する。
【００４０】
第２実施例
図６は本発明の光音響プローブの第２実施例を示す概略構成図であり、（ａ）は測定対象の表面近傍観測時、（ｂ）は測定対象の深部観測時の状態を示している。
第２実施例の光音響プローブ２３では、光照射部から照射される光の照射範囲を調節する照射範囲調節手段としての凸レンズ６が、ハウジング４内に設けられた通路４ｃ内をスライド可能に設けられており、凸レンズ６は、光照射部３の先端面３ａ前方の射出光路に挿脱可能になっている。
このように構成された第２実施例の光音響プローブを用いて測定対象２７の表面近傍を観測する場合には、図６（ａ）に示すように、凸レンズ６を光照射部３の光軸上に位置するようにスライドさせる。すると、光照射部３からの射出光が凸レンズ６を介して収束され、照射範囲が狭められた状態で測定対象２７の表面近傍を照射する。そして、照射により測定対象２７の表面近傍の信号発生源から発せられる音波を、検出器１を介して検出する。
このようにすれば、信号発生源が限定されるため、測定対象２７の表面近傍での横分解能が高くなる。
【００４１】
なお、この場合には、照射光が収束されて測定対象の一部分を照射するため、照射された測定対象２７（組織）における単位面積あたりの照射エネルギー（フルエンス）が高くなる。しかし、単位面積あたりの照射エネルギーが高すぎると、照射した測定対象２７である組織にダメージを与えてしまう。そこで、このような照射の場合には、図１や、図３に示すコンピュータ２５等を介して、光ファイバ２２を介して照射するレーザ光のフルエンス（単位当たりの照射エネルギー）が測定対象２７である組織の表面近傍において組織にダメージを与えない程度の所定量となるようにレーザ光の射出エネルギーを小さくする。
【００４２】
一方、第２実施例の光音響プローブを用いて測定対象２７の組織深部を観測する場合には、図６（ａ）に示すように、凸レンズ６を光照射部３の光軸から外れるようにスライドさせる。すると、光照射部３からの射出光が発散され、照射範囲を広げられた状態で測定対象２７を照射する。そして、照射により測定対象２７の深部の信号発生源から発せられる音波を、検出器２を介して検出する。
この場合には、照射光が発散されて測定対象の広範囲を照射するため、照射された範囲における単位面積あたりの照射エネルギー（フルエンス）が低くなる。そこで、このような照射の場合には、図１や、図３に示すコンピュータ２５等を介して、光ファイバ２２を介して照射するレーザ光のフルエンス（単位当たりの照射エネルギー）が測定対象２７である組織深部において検出器２で検出しやすい程度の所定量となるようにレーザ光の射出エネルギーを大きくする。
このようにすれば、大きい出射エネルギーのレーザ光でもって組織の深部を広範囲に照射できるため、組織深部からの信号が得やすくなる。
【００４３】
なお、第２実施例の光音響プローブでは、照射範囲調節手段として、光照射部３の射出光路に挿脱可能に設けられたレンズに凸レンズ６を用いて構成したが、凹レンズを用いて構成し、凹レンズを光軸上に移動したときに、照射範囲が広がるようにしてもよい。
【００４４】
また、上記レンズの光照射部３の射出光路への挿脱可能な構成は限定されるものではなく、例えば、スライダー等で直線的にスライドさせるものでも、あるいはレボルバ等の円盤状部材により回転させてスライドさせるものでもよい。
【００４５】
また、第２実施例の光音響プローブでは、照射範囲調節手段として、レンズを光照射部の射出光路上に挿脱可能に設けて構成したが、レンズを光照射部の射出光路上を光軸に沿って移動可能に設けて構成してもよい。このように構成した場合には、レンズを上下に移動させることにより測定対象への照射範囲や集光位置を調整することができる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００４６】
第３実施例
図７は本発明の光音響プローブの第３実施例を示す断面図である。
第３実施例の光音響プローブ２３では、検出器１として、例えば２０ＭＨｚの高周波に中心感度をもつリング状の圧電素子が、測定対象２７である生体組織から離れた高さ位置に配置され、検出器２として、例えば３ＭＨｚの低周波に中心感度をもつリング状の圧電素子が測定対象２７である生体組織に密着する高さ位置に配置されて構成されている。
【００４７】
生体組織は、水に比べて音波の減衰が大きく、高周波成分になればなるほど、指数関数的に減衰する。このため、生体深部の信号発生源からの信号は高周波成分が失われてしまう。
しかるに、第３実施例の光音響プローブでは、低周波に中心感度をもつ検出器１で生体深部の信号発生源からの信号を検出するようにしたので、生体深部の信号発生源の分布等を精度良く測定することができる。
一方、生体表面近傍からの信号は生体での伝搬距離が短いために高周波成分の減衰が少ない。また、高周波成分は、生体の微細な構造情報をもっているため、高周波成分を検出することは、生体の微細な構造情報を検出することに等しい。
しかるに、第３実施例の光音響プローブでは、高周波に中心感度を持つ検出器２で生体表面近傍の信号発生源からの信号を検出するようにしたので、生体表面近傍の信号発生源の分布等を微細情報に至るまで精度良く測定することができる。
【００４８】
なお、第３実施例の光音響プローブでは、上記のように、異なる高さ位置に応じて、周波数感度が異なる圧電素子で検出器を構成したが、測定対象に近い高さ位置に配置された検出器の幅が、測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器に比べて大きくなるように構成してもよい。このように構成しても、測定対象に近い高さ位置に配置された検出器で低周波成分を感度良く検出することができる。
さらに、第３実施例の光音響プローブにおいて、生体組織に密着する位置に配置される検出器２の幅（外径と内径との差）を上部に位置する検出器１に比べて大きく形成してもよい。このようにすると、検出器２で低周波成分をより高感度で検出することができる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００４９】
第４実施例
図８は本発明の光音響プローブの第４実施例を示す断面図である。
第４実施例の光音響プローブ２３では、検出器１，２が、同じ大きさのリング状に形成され、複数の高さ位置に間隔をおいて光照射部３の光軸をはずれて配置されている。また、光照射部３は、検出器１，２のリングの中心に配置され、かつ、先端面３ａが測定対象２７から離間している。
第４実施例の光音響プローブによれば、検出器１，２を同じ大きさのリング状に形成しても、複数の高さ位置に間隔をおいて配置すれば、下部に配置された検出器２が上部に配置された検出器１での測定対象２７の表面近傍の信号発生源からの信号の検出の邪魔とならないようにすることができ、組織表面から深部に至るまでの信号発生源からの信号を同時に高精度に検出することができる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００５０】
第５実施例
図９は本発明の光音響プローブの第５実施例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は下から見た図である。
第５実施例の光音響プローブ２３では、同心円状領域４ａに、径の異なる複数のリング状に形成された検出器１１，１２が配置され、同心円状領域４ｂに、径の異なる複数のリング状に形成された検出器２１，２２が配置されている。
【００５１】
同じ高さ位置の検出器であっても、検出器のリングの径の大きさによって、分解能や検出感度は異なる。即ち、同じ高さ位置の検出器の場合、検出感度は内側の（径の小さい）検出器の方が高く、横分解能は外側の（径の大きい）検出器の方が高い。
しかるに、第５実施例の光音響プローブによれば、大きさの異なる複数のリング状検出器を上下それぞれに複数配置したので、上部、下部夫々の位置において、同じ高さ位置に配置された検出器でもって異なる深度の信号発生源からの信号に対し、分解能や分解能のよい検出器を選択して検出することができ、検出感度、横分解能を同時に高くして精度よく測定することができる。このため、組織表面から深部に至るまでの信号発生源からの信号を同時により高精度に検出することができる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００５２】
第６実施例
図１０は本発明の光音響プローブの第６実施例を示す図であり、（ｂ）は断面図、（ａ）は下から見た図、（ｃ）は本実施例の光音響プローブにおける検出器の変形例を示す説明図である。
第６実施例の光音響プローブ２３では、検出器１ａ〜１ｆが、同心円状領域４ａに光照射部３の光軸に対して対称にリング状に配置されるとともに、検出器２ａ〜２ｆが、同心円状領域４ａに光照射部３の光軸に対して対称にリング状に配置されている。
第６実施例の光音響プローブによれば、第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
なお、各同心円状領域４ａ，４ｂに配置された検出器１ａ〜１ｆ、検出器２ａ〜２ｆの形状及び大きさは全てが同じであっても、或いは異なっていてもよい。
また、同心円状領域４ａに配置される検出器の個数と、同心円状領域４ｂに配置される検出器の個数は、同じであっても、或いは異なっていてもよい。
また、図１０（ａ），（ｂ）の例では、各同心円状領域に配置するための各検出器を、夫々独立して形成されたＰＶＤＦ等の圧電素子に夫々電極を設けて構成したが、図１０（ｃ）に示すように、同心円状に形成されたＰＶＤＦに複数の電極を別個に同心円状に配置しても複数の検出器を構成することができる。この場合、各電極の下の領域のＰＶＤＦで発生した電荷がそれぞれに接続された配線を通じて流れることになる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００５４】
第７実施例
図１１は本発明の光音響プローブの第７実施例を示す断面図である。
第７実施例の光音響プローブ２３では、測定対象２７に近い高さ位置に配置された検出器２とその高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器１との間に、測定対象２７に近い高さ位置から測定対象２７から離れるにしたがって径が大きくなるように傾斜をつけた内壁４ｄが設けられている。
【００５５】
上部の検出器１と下部の検出器２との間の空間部５を区画する内壁４で反射した音波を検出器１が拾うと、検出器１に直接到達する信号（音波）に対して時間的に遅れて検出されることになるため偽信号となり、ノイズとなってしまう。
しかるに、第７実施例の光音響プローブによれば、測定対象に近い高さ位置から測定対象から離れるにしたがって径が大きくなるような傾斜をつけて内壁４ｄを構成したので、信号源からの音波の内壁４ｄでの反射を無くすことができる、或いは内壁４ｄでの音波の反射波の反射方向をずらして検出器１に到達しないようにすることができ、その結果、検出器１で検出される信号のノイズを抑えることができる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００５６】
第８実施例
図１２は本発明の光音響プローブの第８実施例を示す断面図である。
第８実施例の光音響プローブ２３では、測定対象２７に近い高さ位置に配置された検出器２とその高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器１との間には、凹溝が形成された内壁４ｄ’が設けられている。
第８実施例の光音響プローブによれば、凹溝を形成して内壁４ｄ’を構成したので、信号源からの音波の内壁４ｄ’での反射を無くすことができる、或いは内壁４ｄ’での音波の反射波の反射方向をずらして検出器１に到達しないようにすることができ、その結果、第７実施例の光音響プローブと同様に、検出器１で検出される信号のノイズを抑えることができる。
【００５７】
また、上記各実施例の光音響プローブにおける内壁を透過性の材質で構成すると好ましい。このように構成すれば、上部の高さ位置にある検出器１とそれよりも下部の高さ位置にある検出器２との間の内壁での音波の反射を無くす、或いは内壁での音波の反射を抑えて、検出器での検出される信号のノイズを抑える効果が得られる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００５８】
第９実施例
図１３は本発明の光音響プローブの第９実施例を示す図で、（ａ）は下方から見た図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
第９実施例の光音響プローブ２３では、第１実施例の光音響プローブにおける光照射部３が、同心円状領域の中央に配置された複数の光ファイバ２２ａ，２２ｂ，・・・で構成されている。
第９実施例の光音響プローブによれば、各光ファイバ２２ａ，２２ｂ，・・・にそれぞれ異なる波長のレーザ光を伝搬させることにより組織の深度に応じて異なる周波数で測定対象を照射することができる。また、各光ファイバに同じ波長のレーザ光を伝搬させる場合は、より均一で明るい光量で計測対象を照射することができるため、より高精度な検出を行なうことができる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００５９】
第１０実施例
図１４は本発明の光音響プローブの第１０実施例を示す図であって、（ａ）は下から見た図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）に示した構成の一変形例を示す断面図、（ｄ）は（ａ），（ｂ）に示した構成の他の変形例を示す断面図である。
第１０実施例の光音響プローブ２３では、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、リング状の圧電素子で構成された検出器１，２が、異なる高さ位置ごとに径が異なり、かつ、測定対象２７に近い高さ位置になるにしたがって径が大きい複数の同心円状領域４ａ，４ｂに、光照射部３１〜３７の光軸をはずれて配置されている。検出器２は、検出器１に比べて幅が大きく形成されている。光照射部３１は、同心円状領域４ａ，４ｂの中心に配置されるとともに、光照射部３２〜３７が、異なる高さ位置に配置された光検出部の間に同心円状に複数配置されている。また、光照射部３１，３２・・・の先端面３１ａ，３２ａ，・・・は、測定対象２７から同じ高さ位置に離間している。
【００６０】
第１０実施例の光音響プローブによれば、異なる位置に配置された光照射部を介して、より多くの光量でもってより広範囲を照射することができるため、計測対象に対しより高精度な検出を行なうことができる。また、各光照射部は、先端面が測定対象から同じ高さ位置に離間しているため、検出器１による信号発生源からの音波の検出の邪魔にならずに済む。
【００６１】
また、図１４（ｃ）に示す変形例の光音響プローブでは、図１４（ａ），（ｂ）に示した光音響プローブにおける光照射部３１の先端面３１ａが、その周囲に配置されている検出器１の高さ位置と同じで、最も外側の光照射部３２〜３７の先端面３２ａ〜３７ａが、それらの周囲に配置されている検出器２の高さ位置と同じで測定対象２７に密着するようになっている。
本変形例の光音響プローブによれば、より多くの光量でもってより広範囲を照射することができる。
【００６２】
また、図１４（ｄ）の変形例に示す光音響プローブでは、図１４（ｃ）に示した変形例における最も外側の光照射部３２〜３７が、測定対象に近い高さ位置の同心円状領域４ｂに配置された検出器２の外側に配置されている。
本変形例の光音響プローブによれば、より多くの光量でもってより広範囲を照射することができる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施例の光音響プローブとほぼ同じである。
【００６３】
その他、各実施例の構成を含めて、本発明の光音響プローブは、図１５に示すように、光照射部３の先端面３ａが、最も測定対象２７から離れた高さ位置に配置された検出器１よりも測定対象２７に近い位置にあってもかまわない。
【００６４】
このように、本発明の光音響プローブは、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次のような特徴を備えている。
【００６５】
（１）前記照射範囲調節手段が、前記光照射部の射出光路に挿脱可能に設けられたレンズで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光音響プローブ。
【００６６】
（２）前記照射範囲調節手段が、前記光照射部の射出光路上を移動可能に設けられたレンズで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光音響プローブ。
【００６７】
（３）前記検出器が、異なる高さ位置に応じて、周波数感度が異なる圧電素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）、（２）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００６８】
（４）前記検出器が、測定対象に近い高さ位置に配置された検出器ほど低周波に中心感度を持ち、測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器ほど高周波に中心感度をもつことを特徴とする上記（３）に記載の光音響プローブ。
【００６９】
（５）前記検出器の幅が、異なる高さ位置に応じて異なることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７０】
（６）光ファイバを用いた光照射部と、圧電素子からなる検出器とを有する光音響プローブであって、前記検出器が、同じ大きさのリング状に形成され、複数の高さ位置に間隔をおいて前記光照射部の光軸をはずれて配置され、前記光照射部が、前記リングの中心に配置され、かつ、該光照射部の先端面が、測定対象から離間していることを特徴とする光音響プローブ。
【００７１】
（７）前記検出器が、径の異なる複数のリング状に形成され、各高さ位置の前記同心円状領域に、複数配置されていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７２】
（８）前記検出器が、各高さ位置の前記同心円状領域に、前記光照射部の光軸をはずれて複数の同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７３】
（９）測定対象に近い高さ位置に配置された検出器と該高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器との間には、該測定対象に近い高さ位置から測定対象から離れるにしたがって径が大きくなるように傾斜をつけた内壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７４】
（１０）測定対象に近い高さ位置に配置された検出器と該高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器との間には、凹溝が形成された内壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７５】
（１１）測定対象に近い高さ位置に配置された検出器と該高さ位置よりも測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器との間には、透過性の材質からなる内壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７６】
（１２）前記光照射部が、複数の光ファイバを用いて構成されていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７７】
（１３）前記光照射部の先端面が、最も測定対象から離れた高さ位置に配置された検出器よりも測定対象に近い位置にあることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の光音響プローブ。
【００７８】
（１４）光ファイバを用いた光照射部と、圧電素子からなる検出器とを有する光音響プローブであって、前記検出器が、異なる高さ位置ごとに径が異なり、かつ、測定対象に近い高さ位置になるにしたがって径が大きい複数の同心円状領域に、前記光照射部の光軸をはずれて配置され、前記光照射部が、前記同心円状領域の中心に配置されるとともに、異なる高さ位置に配置された前記光検出部の間に同心円状に複数配置され、かつ、該光照射部の先端面が、測定対象から同じ高さ位置に離間していることを特徴とする光音響プローブ。
【００７９】
（１５）光ファイバを用いた光照射部と、圧電素子からなる検出器とを有する光音響プローブであって、前記検出器が、異なる高さ位置ごとに径が異なり、かつ、測定対象に近い高さ位置になるにしたがって径が大きい複数の同心円状領域に、前記光照射部の光軸をはずれて配置され、前記光照射部が、前記同心円状領域の中心に配置されるとともに、異なる高さ位置に配置された前記光検出部の間に同心円状に複数配置され、かつ、該光照射部の先端面が、その周囲に配置されている検出器の高さ位置と同じで、最も外側の前記光照射部の先端面が、測定対象に密着していることを特徴とする光音響プローブ。
【００８０】
（１６）最も外側の前記光照射部が、測定対象に近い高さ位置の同心円状領域に配置された前記検出器の外側に配置されていることを特徴とする上記（１５）に記載の光音響プローブ。
【００８１】
【発明の効果】
本発明の光音響プローブによれば、組織表面から深部に至るまでの信号を同時に高精度に検出できる光音響プローブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施例の光音響プローブを用いて構成される測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の光音響プローブの第１実施例を示す要部概略構成図であり、（ａ）は観察対象側から見た平面図、（ｂ）は光軸に沿う断面図である。
【図３】第１実施例の光音響プローブを用いた測定装置の一構成例を示す概略図である。
【図４】第１実施例の光音響プローブにおけるそれぞれ異なる高さに設けられた検出器１，２による測定対象内部の異なる信号発生源からの信号に対する分解能の関係を示す説明図である。
【図５】第１実施例の光音響プローブに対する比較例を示す説明図である。
【図６】本発明の光音響プローブの第２実施例を示す概略構成図であり、（ａ）は測定対象の深部観測時、（ｂ）は測定対象の表面近傍観測時の状態を示している。
【図７】本発明の光音響プローブの第３実施例を示す断面図である。
【図８】本発明の光音響プローブの第４実施例を示す断面図である。
【図９】本発明の光音響プローブの第５実施例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は下から見た図である。
【図１０】本発明の光音響プローブの第６実施例を示す図であり、（ｂ）は断面図、（ａ）は下から見た図、（ｃ）は本実施例の光音響プローブにおける検出器の変形例を示す説明図である。
【図１１】本発明の光音響プローブの第７実施例を示す断面図である。
【図１２】本発明の光音響プローブの第８実施例を示す断面図である。
【図１３】本発明の光音響プローブの第９実施例を示す図で、（ａ）は下方から見た図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図１４】本発明の光音響プローブの第１０実施例を示す図であって、（ａ）は下から見た図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）に示した構成の一変形例を示す断面図、（ｄ）は（ａ），（ｂ）に示した構成の他の変形例を示す断面図である。
【図１５】本発明の光音響プローブのその他の変形例を示す断面図である。
【図１６】光音響プローブの一従来例を示す断面図である。
【図１７】図１６の光音響プローブを用いて、組織内部の赤血球等を観測するときの状態説明図である。
【符号の説明】
１，１１，１２，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，２，２１，２２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 検出器
３，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ 光照射部
３ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ 先端面
４ ハウジング
４ａ，４ｂ 同心円状領域
４ｃ 通路
４ｄ，４ｄ’ 内壁
５ 空間部（超音波伝達媒体充填部）
６ 凸レンズ
２１ レーザ
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ 光ファイバ
２３ 光音響プローブ
２４ ケーブル
２５ コンピュータ２５
２５ａ 操作部
２５ｂ 信号処理部
２６ 表示装置
２７ 測定対象
Ｚ１，Ｚ２ 組織表面近傍の信号源
Ｚ３ 組織深部の信号源TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
[0001]
The present invention irradiates a measurement target such as a living tissue with light, and detects a sound wave generated when the measurement target expands by absorbing the irradiated light, thereby obtaining a light absorption coefficient (light absorber) inside the measurement target. The present invention relates to a photoacoustic probe for detecting a distribution state and the like.
[0002]
Conventionally, as this type of photoacoustic probe, for example, the one described in the following Non-Patent Document 1 has been proposed.
[0003]
[Non-patent document 1]
Roy G. M. See Kolkman, Magdalena C .; Pilatou, Erwin Handeblink, Frits F. M. De Mul, Photo-acoustic A-scanning and monitoring of blood content in tissue, "Biomedical Optoacoustics", Proceedings of SPIE, Vol. 3916 (2000), pp. 76-83
[0004]
The photoacoustic probe described in Non-Patent Document 1 includes, for example, a ring-shaped piezoelectric element 52 around an optical fiber 51 as a detector, as shown in FIG. Further, the distal end surface 51a of the optical fiber 51 and the piezoelectric element 52 are configured to be used in close contact with the surface 53a of the measurement target 53 such as a living tissue.
Using the photoacoustic probe configured as described above, for example, when observing the distribution of hemoglobin which is a main light absorber in a living body, the photoacoustic probe is closely attached to the tissue surface 53a and the optical fiber 51 The inside of the tissue is irradiated with pulsed laser light from the distal end surface 51a. Then, as shown in FIG. 17 (for convenience, only the detector 52 is shown as a photoacoustic probe), the piezoelectric element 52 detects a sound wave generated by absorbing irradiation energy into hemoglobin in the tissue. Then, the detection result is transmitted to a signal processing unit, a display unit, or the like (not shown) via an electrode or the like, and the detection result is displayed on the display unit or the like.
[0005]
By the way, the ring type detector used in such a conventional photoacoustic probe has the following characteristics.
(1) High sensitivity to signals generated by a signal source located on the center axis of the ring.
(2) If the signal sources located on the central axis of the ring are at the same depth, the detector (the smaller the diameter of the ring) located at a shorter distance from the central axis is the signal generated by the signal source. Is high, but the lateral resolution decreases.
(3) As the width of the detector (the difference between the outer diameter of the ring and the inner diameter of the ring) increases, the sensitivity to the generated signal increases, but the resolution decreases.
(4) If the distance between the signal generation source and the detector increases in the depth direction, the sensitivity to the generated signal and the lateral resolution decrease.
(5) As the incident angle of the sound wave generated by the signal generation source with respect to the detector increases, the sensitivity decreases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional photoacoustic probe is arranged at a fixed distance from the object to be measured, when a piezoelectric element forming a ring-type acoustic wave detector is used in close contact with the object to be measured, the center of the ring-shaped piezoelectric element is A signal generated in a region near the surface of the measurement object positioned on the axis is incident on a piezoelectric element, which is a sound wave detector, at a large incident angle, resulting in low sensitivity. For this reason, it was difficult for the conventional photoacoustic probe to detect the surface of the measurement target.
[0007]
In this type of photoacoustic probe, a difference in distance from a signal generation source to a piezoelectric element serving as a detector is detected as a difference in time, and greatly affects resolution. For example, two points with a large difference in distance to the detector can be measured as two separate points, respectively, while two points with a small difference in distance to the detector can be measured as two separate points. Cannot measure.
For this reason, the conventional photoacoustic probe in which the piezoelectric element as the detector is used in close contact with the measurement target has a disadvantage that the axial resolution near the surface of the measurement target is reduced.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a photoacoustic probe that can simultaneously and accurately detect signals from a wide range of signal sources from a surface of a measurement target to a deep portion. I have.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a photoacoustic probe according to the present invention is a photoacoustic probe including a light irradiation unit using an optical fiber and a detector including a piezoelectric element, wherein the detector has different height positions. Each of the diameters is different, and in a plurality of concentric regions having a larger diameter as the height position becomes closer to the measurement object, at least one concentric circle is arranged off the optical axis of the light irradiation unit. The light irradiating section is arranged at the center of the concentric region, and the tip end surface of the light irradiating section is separated from the object to be measured.
[0010]
In the photoacoustic probe according to the present invention, the detector is formed in a ring shape, and at least one of the detectors is arranged in the concentric region at each height position.
[0011]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, a plurality of the detectors are arranged symmetrically with respect to an optical axis of the light irradiation unit in the concentric area at each height position. .
[0012]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, an irradiation range adjusting means for adjusting an irradiation range of the light emitted from the light irradiation unit is provided in front of a front end surface of the light irradiation unit.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Prior to the description of the embodiments, the operation and effect of the present invention will be described.
If the detector is arranged at a plurality of height positions as in the present invention, for example, a signal from a signal source deep in the tissue is detected by a lower detector, and a signal from a signal source near the tissue surface is detected. By detecting with the upper detector, signals from the signal source from the tissue surface to the deep part can be simultaneously detected with high accuracy.
[0014]
That is, since the upper detector can be arranged at a distance from the tissue surface, the angle of incidence of the signal generated by the signal source near the tissue surface on the detector can be reduced, and can be detected by the conventional device. Signals originating from signal sources on the missing tissue surface can be detected.
However, if the detector is arranged at a distance from the object to be measured, the detection sensitivity in the deep part of the tissue and the lateral resolution will be reduced. However, in the present invention, since the detector is arranged at each of a plurality of height positions, for example, a signal generated at a signal source deep in the tissue is detected by a detector closely attached to the measurement target, and the tissue surface is detected. By detecting signals generated by nearby signal sources with a detector placed at a height away from the measurement target, a detector with good detection sensitivity and lateral resolution can be selected according to the depth of the measurement target. And a signal source can be detected with high sensitivity from the tissue surface to the deep part of the tissue.
In addition, if the detector arranged at a height position close to the object to be measured (that is, the lower part) is formed with a larger diameter than the detector arranged at the upper part, the lower detector will be close to the tissue surface by the upper detector. Of the signal generated by the signal generation source of the first embodiment.
Further, if the light irradiating unit is arranged at the center of the concentric region, and is configured such that the tip end surface of the light irradiating unit is separated from the measurement target, a detector arranged at an upper height position is used. Can be prevented from interfering with the detection.
The detectors formed in a ring shape may be arranged in the concentric regions at each height position. Alternatively, in the concentric region at each height position, a plurality of the light irradiation units may be arranged symmetrically with respect to the optical axis.
[0015]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the light amount adjusting means is constituted by a lens provided so as to be insertable into and removable from an emission optical path of the light irradiation section.
[0016]
Alternatively, in the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the light amount adjusting means is constituted by a lens movably provided on an emission optical path of the light irradiation unit.
[0017]
In the photoacoustic probe of the present invention, as the light amount adjusting means, a lens that can be inserted into and removed from the emission optical path of the light emitting unit or that can move on the emission optical path of the light irradiation unit, for example, a rotation type mounted on a slide type or a revolver, etc. When the lens unit of the formula is provided, the irradiation area of the laser can be changed. For example, when observing the vicinity of the tissue surface, the light is incident with a reduced irradiation area. In this case, detection is performed by an upper detector separated from the tissue surface. On the other hand, when observing a deep tissue, high-energy irradiation light is incident on a wide irradiation area. In this case, detection is performed by a lower detector that is in close contact with the tissue surface.
[0018]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the detector is configured using a piezoelectric element having a different frequency sensitivity according to a different height position.
For example, a living tissue, which is a measurement target of the photoacoustic probe of the present invention, has a greater attenuation of sound waves than water.
In this case, a higher frequency component attenuates exponentially, so that a signal from a deep part of a living body loses a higher harmonic component. Therefore, when observing the distribution or the like of a signal generation source in a deep part of a living body, it is appropriate to use a detector having a center sensitivity at a low frequency as a detector located below.
On the other hand, a signal from the vicinity of the surface of a living body has a small attenuation of a high-frequency component because the propagation distance in the living body is short. Further, since the high-frequency component has minute structure information of the living body, detecting a high frequency is equivalent to observing a minute structure. Therefore, it is preferable to use a detector having a center sensitivity at a high frequency as the detector located at the upper part.
[0019]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the width of the detector be different depending on different height positions.
As described above, it is preferable to use a detector having a center sensitivity at a low frequency for measuring a deep part of a living body, as the detector located at the lower portion.
Furthermore, if the width of the lower detector is made larger than that of the upper detector, the low-frequency component can be detected with higher sensitivity.
[0020]
Further, a photoacoustic probe according to the present invention is a photoacoustic probe having a light irradiation unit using an optical fiber and a detector made of a piezoelectric element, wherein the detector is formed in a ring shape having the same size. The light irradiating part is arranged off the optical axis at intervals at a plurality of height positions, the light irradiating part is arranged at the center of the ring, and the tip end surface of the light irradiating part is measured. It is characterized by being distant from the subject.
Even if the detectors are formed in a ring shape of the same size, if the detectors are arranged at a plurality of height positions with an interval, the detector arranged at the lower part obstructs the detection at the detector arranged at the upper part. The signal from the signal source from the tissue surface to the deep part can be simultaneously detected with high accuracy.
[0021]
In the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the detectors are formed in a plurality of rings having different diameters, and a plurality of the detectors are arranged in the concentric regions at respective height positions.
Detectors having different diameters have different resolutions and detection sensitivities even at the same height position. For this reason, if a plurality of detectors having different diameters are arranged in each concentric region, the detectors arranged at the same height position can detect signals from signal sources at different depths with good resolution and resolution. The device can be selected and detected. For this reason, the signal from the signal source from the tissue surface to the deep part can be simultaneously detected with higher accuracy.
[0022]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the detectors are arranged in a plurality of concentric circles off the optical axis of the light irradiation unit in the concentric regions at respective height positions.
Even with such a configuration, signals from signal sources at different depths can be detected with higher sensitivity by the detectors arranged at the same height. For this reason, the signal from the signal source from the tissue surface to the deep part can be simultaneously detected with higher accuracy.
[0023]
Further, in the photoacoustic probe of the present invention, between the detector arranged at a height position close to the measurement object and the detector arranged at a height position further away from the measurement object than the height position. It is preferable that an inner wall is provided that is inclined so that the diameter increases as the distance from the measurement object increases from a position close to the measurement object.
When the upper detector picks up the sound wave reflected by the inner wall between the upper detector and the lower detector, it is detected with a time delay with respect to the signal (sound wave) that arrives directly. It becomes a false signal and becomes noise. However, as in the present invention, if the inner wall is formed with an inclination such that the diameter increases as the distance from the measurement object increases from the height position close to the measurement object, the upper detector and the lower detection The noise of the signal detected by the upper detector can be suppressed by eliminating the reflection of the sound wave on the inner wall between the detector and the inner wall or preventing the sound wave reflected by the inner wall from reaching the upper detector.
[0024]
Further, in the photoacoustic probe of the present invention, between the detector arranged at a height position close to the measurement object and the detector arranged at a height position further away from the measurement object than the height position. Preferably, an inner wall having a concave groove is provided.
If the inner wall is configured in this manner, similarly to the above, the reflection of the sound wave on the inner wall between the upper detector and the detector below it is eliminated, or the sound wave reflected on the inner wall is applied to the detector. In this case, the noise of the signal detected by the upper detector can be suppressed.
[0025]
Further, in the photoacoustic probe of the present invention, between the detector arranged at a height position close to the measurement object and the detector arranged at a height position further away from the measurement object than the height position. Preferably, an inner wall made of a transparent material is provided.
With this configuration, it is possible to eliminate the reflection of the sound wave on the inner wall between the upper detector and the detector below it, or suppress the reflection of the sound wave on the inner wall, and detect the sound with the upper detector. It is possible to suppress the noise of the signal to be transmitted.
[0026]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the light irradiation unit is configured using a plurality of optical fibers.
With this configuration, for example, the measurement target can be irradiated at different frequencies according to the depth of the tissue. Further, since the measurement target can be irradiated with a brighter light amount, more accurate detection can be performed.
[0027]
Further, in the photoacoustic probe according to the present invention, it is preferable that the distal end face of the light irradiating section is located closer to the measurement target than the detector arranged at the most distant position from the measurement target.
With such a configuration, it is possible to irradiate with a brighter amount of light closer to the measurement target, so that more accurate detection can be performed.
[0028]
Further, the photoacoustic probe according to the present invention is a photoacoustic probe having a light irradiation unit using an optical fiber and a detector made of a piezoelectric element, wherein the detector has a different diameter at different height positions. And, in a plurality of concentric areas having a larger diameter as the height position becomes closer to the measurement target, the optical axis of the light irradiating unit is disposed off the optical axis, and the light irradiating unit is located at the center of the concentric area. While being arranged, a plurality of concentric circles are arranged between the light detection units arranged at different height positions, and the tip surface of the light irradiation unit is separated from the measurement target at the same height position. It is characterized by:
With this configuration, a wider area can be irradiated with a larger amount of light, and thus a wider range and higher accuracy can be detected for the measurement target.
[0029]
Further, the photoacoustic probe according to the present invention is a photoacoustic probe having a light irradiation unit using an optical fiber and a detector made of a piezoelectric element, wherein the detector has a different diameter at different height positions. And, in a plurality of concentric areas having a larger diameter as the height position becomes closer to the measurement target, the optical axis of the light irradiating unit is disposed off the optical axis, and the light irradiating unit is located at the center of the concentric area. A plurality of concentrically arranged light detectors disposed at different heights, and a tip end surface of the light irradiator has a height of a detector disposed therearound. It is preferable that the distal end face of the outermost light irradiating section be in close contact with the measurement target at the same position as the position.
With such a configuration, a wider area can be irradiated with a larger amount of light, so that a wider range and higher accuracy can be detected for the measurement target. Can be radiated onto the measurement object without loss of light quantity without being disturbed by the inner wall.
[0030]
In the photoacoustic probe according to the present invention, the outermost light irradiating unit may be arranged outside the detector arranged in a concentric region at a height close to the measurement target.
With such a configuration, it is possible to irradiate a wider area with a larger amount of light, so that more accurate detection can be performed on the measurement target.
[0031]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measuring device configured using the photoacoustic probe of each embodiment described below of the present invention.
1 includes a laser device 21 that emits a nanosecond pulse laser such as a Q-switched Nd: YAG laser, an optical fiber 22 for transmitting laser light to a tissue 27 to be measured, and the present invention. A photoacoustic probe 23, a cable 24 for transmitting a signal detected by the piezoelectric element, an operation unit for performing a laser beam irradiation operation, etc., and a signal for converting a signal transmitted from the photoacoustic probe 23 A computer 25 having a processing unit and the like, and a display device 26 for displaying processed signals are provided.
[0032]
First embodiment
FIGS. 2A and 2B are schematic views showing a main part of a photoacoustic probe according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a plan view as viewed from an observation target side, and FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing one configuration example of a measuring device using the photoacoustic probe of the first embodiment.
The photoacoustic probe 23 according to the present embodiment includes detectors 1 and 2 and a light irradiation unit 3 using an optical fiber 22 inside a housing 4.
The housing 4 is provided with a plurality of concentric regions 4a and 4b having different diameters at different height positions and having a larger diameter as the height position approaches the measurement target 27.
Each of the detectors 1 and 2 is formed of a ring-shaped piezoelectric element made of PVDF (polyvinyl alcohol). The diameter of the detector 1 is smaller than that of the detector 2. In addition, the detector 1 is provided in a concentric region 4 a located at a height away from the measurement target 27. The detector 2 is provided in the concentric region 4b at a height position close to the measurement target 27, and is brought into close contact with the surface of the measurement target 27 during measurement. The detectors 1 and 2 are connected with electrodes (not shown in FIG. 2) of electrodes and cables 24, respectively.
The light irradiation section 3 is arranged at the center of the concentric regions 4a and 4b. Further, the distal end surface 3 a of the light irradiation section 3 is separated from the measurement target 27.
Inside the housing 4, a space 5 is formed between the housing 4 and the surface of the measurement target 27. The housing 4 is provided with an ultrasonic transmission medium injection port (not shown). The space 5 is filled with an ultrasonic transmission medium from an ultrasonic transmission medium inlet provided in the housing 4, and a signal generated when a signal generation source inside the tissue expands passes through the tissue via the ultrasonic transmission medium. The light is propagated to a detector that is not in close contact with the detector. As the ultrasonic transmission medium, ultrasonic jelly, optically transparent solid glass, water contained in a transparent container, and the like are used.
[0033]
In the measuring device using the photoacoustic probe of the first embodiment shown in FIG. 3, a laser beam having a wavelength of 532 nm is emitted from the laser device 21 via the operation section 25a so that the distribution of blood vessels can be observed. It is supposed to be. A signal from a signal generation source near the surface of the tissue is a detector 1, and a signal from a signal generation source in an exceptional part of the tissue, which is incident at an angle that does not cause total reflection (for example, 45 degrees) is a detector 1. 2 to detect. The signal processing unit 25b of the computer 25 calculates the position of the signal source inside the tissue based on the times detected by the detectors 1 and 2, respectively. Then, the position of the signal source (blood) obtained from the calculation result is displayed on the display device 26.
[0034]
FIG. 4 shows the resolution for signals from signal sources located at different depths on the optical axis of the object to be measured by the detectors 1 and 2 provided at different heights in the photoacoustic probe of the first embodiment. It is explanatory drawing which shows the relationship. In the figure, Z1 and Z2 are signal sources near the tissue surface, and Z3 is a signal source deep in the tissue.
For example, when the signal sources Z1 and Z2 near the tissue surface expand by absorbing the irradiated laser light, the signals (sound waves) generated from the respective signal sources Z1 and Z2 have a temporal width. To propagate.
At this time, the distance r1 from the signal source Z1 to the detector 22And the distance r2 from the signal source Z2 to the detector 22| R22-R12And the distance r1 from the signal source Z1 to the detector 11And the distance r2 from the signal source Z2 to the detector 11| R21-R11| Affects the resolution of the piezoelectric element as a detector.
[0035]
In FIG. 4, | r22-R12| <| R21-R11|, The signal sources Z1 and Z2 near the tissue surface have a higher resolution in the Z direction (optical axis direction) in the detector 1 disposed farther away than the detector 2. .
However, the detector has the property that the sensitivity and the lateral resolution decrease as the distance from the signal source increases.
If the laser light is not in close contact with the object to be measured, noise due to the reflection of the laser light on the tissue surface, and a decrease in sensitivity accuracy due to reflection and refraction of sound waves may be considered.
For this reason, when detecting a signal from the signal source Z3 located in the deep part of the tissue as shown in FIG. 4, the detector 2 has higher signal detection sensitivity than the detector 1.
[0036]
However, according to the photoacoustic probe of the first embodiment, for example, when observing a measurement target having a certain depth width, for example, when observing the distribution of capillaries, from the tissue deep part. Can be detected by the detector 2 and signals from other portions near the tissue surface can be detected by the detector 1, so that it can be simultaneously detected with high precision from near the tissue surface to deep portions. .
[0037]
Note that, for example, when the diameter of the detector 1 disposed above the detector 2 is formed larger than the diameter of the detector 2 as in the reference example shown in FIG. The signal from the signal source Z0 is interfered by the detector 2, making it difficult to detect the signal by the detector 1, and making it impossible to perform highly accurate detection.
However, in the photoacoustic probe of the first embodiment, since the diameter of the detector 1 disposed above the detector 2 is formed smaller than that of the detector 2, the signal from the signal source Z0 located in the vicinity of the tissue surface is generated. The signal can be detected by the detector 1 without being interfered by the detector 2, and highly accurate detection can be performed.
[0038]
In the photoacoustic probe of the first embodiment, since the distal end surface 3a of the light irradiating unit 3 is separated from the measurement target 27, the signal generated from the signal source is detected without interference at the distal end of the light irradiating unit 3. Can be detected by the detector 1.
[0039]
In the photoacoustic probe of the first embodiment, the detector 1 and the detector 2 are each configured by one piezoelectric element formed in a ring shape. However, in each of the concentric regions 4a and 4b having different diameters, a plurality of The piezoelectric elements may be arranged symmetrically with respect to the optical axis. Even with such a configuration, since a signal from a signal source located at an arbitrary depth on the optical axis can be detected from a plurality of directions, detection accuracy is improved.
[0040]
Second embodiment
FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams showing a second embodiment of the photoacoustic probe according to the present invention, wherein FIG. 6A shows a state at the time of observation near the surface of a measurement target, and FIG. 6B shows a state at the time of deep observation of the measurement target. .
In the photoacoustic probe 23 of the second embodiment, the convex lens 6 as an irradiation range adjusting means for adjusting the irradiation range of the light irradiated from the light irradiation unit is slidably provided in the passage 4c provided in the housing 4. The convex lens 6 can be inserted into and removed from the exit optical path in front of the distal end surface 3a of the light irradiation section 3.
When observing the vicinity of the surface of the measurement target 27 using the photoacoustic probe of the second embodiment configured as described above, the convex lens 6 is moved to the optical axis of the light irradiation unit 3 as shown in FIG. Slide to be on top. Then, the emitted light from the light irradiation unit 3 is converged via the convex lens 6 and irradiates the vicinity of the surface of the measurement target 27 in a state where the irradiation range is narrowed. Then, a sound wave emitted from a signal generation source near the surface of the measurement target 27 by irradiation is detected via the detector 1.
In this case, since the signal generation source is limited, the lateral resolution near the surface of the measurement target 27 is increased.
[0041]
In this case, since the irradiation light is converged and irradiates a part of the measurement target, the irradiation energy (fluence) per unit area of the irradiated measurement target 27 (tissue) increases. However, if the irradiation energy per unit area is too high, the irradiated tissue to be measured 27 will be damaged. Therefore, in the case of such irradiation, the fluence (irradiation energy per unit) of the laser light irradiated through the optical fiber 22 via the computer 25 shown in FIG. 1 or FIG. The emission energy of the laser light is reduced so as to be a predetermined amount near the surface of a certain tissue so as not to damage the tissue.
[0042]
On the other hand, when observing the tissue deep part of the measurement target 27 using the photoacoustic probe of the second embodiment, the convex lens 6 is deviated from the optical axis of the light irradiation unit 3 as shown in FIG. Slide. Then, the light emitted from the light irradiation unit 3 is diverged, and irradiates the measurement target 27 with the irradiation range expanded. Then, a sound wave emitted from a signal generation source at a deep portion of the measurement target 27 by irradiation is detected via the detector 2.
In this case, since the irradiation light is diverged to irradiate a wide range of the measurement object, the irradiation energy (fluence) per unit area in the irradiation range is reduced. Therefore, in the case of such irradiation, the fluence (irradiation energy per unit) of the laser light irradiated through the optical fiber 22 via the computer 25 shown in FIG. 1 or FIG. The emission energy of the laser beam is increased so as to be a predetermined amount that can be easily detected by the detector 2 in a certain tissue deep part.
This makes it possible to irradiate the deep part of the tissue over a wide area with the laser beam having a large emission energy, so that a signal from the deep part of the tissue is easily obtained.
[0043]
In the photoacoustic probe according to the second embodiment, as the irradiation range adjusting means, the convex lens 6 is used as the lens provided in the light emitting path of the light irradiation unit 3 so as to be able to be inserted and removed, but the concave lens is used. When the concave lens is moved on the optical axis, the irradiation range may be widened.
[0044]
Further, the configuration of the lens that can be inserted into and removed from the emission optical path of the light irradiating section 3 is not limited. It may be one that slides.
[0045]
Further, in the photoacoustic probe of the second embodiment, as the irradiation range adjusting means, the lens is provided so as to be insertable into and removable from the emission optical path of the light irradiation unit. May be provided so as to be movable along. In the case of such a configuration, the irradiation range and the condensing position on the measurement target can be adjusted by moving the lens up and down.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0046]
Third embodiment
FIG. 7 is a sectional view showing a third embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
In the photoacoustic probe 23 of the third embodiment, as the detector 1, a ring-shaped piezoelectric element having a center sensitivity at a high frequency of, for example, 20 MHz is arranged at a height position away from the living tissue as the measurement target 27, and detection is performed. For example, a ring-shaped piezoelectric element having a center sensitivity at a low frequency of 3 MHz is arranged at a height position in close contact with a living tissue to be measured 27 as the measuring device 2.
[0047]
Living tissue has greater attenuation of sound waves than water, and the higher the frequency component, the more exponentially the attenuation. For this reason, the signal from the signal source deep in the living body loses the high-frequency component.
However, in the photoacoustic probe of the third embodiment, since the signal from the signal source in the deep part of the living body is detected by the detector 1 having the center sensitivity at a low frequency, the distribution of the signal source in the deep part of the living body is determined. Measurement can be performed with high accuracy.
On the other hand, the signal from the vicinity of the living body surface has a small attenuation of the high frequency component because the propagation distance in the living body is short. Further, since the high frequency component has minute structural information of the living body, detecting the high frequency component is equivalent to detecting the minute structural information of the living body.
However, in the photoacoustic probe of the third embodiment, since the signal from the signal source near the surface of the living body is detected by the detector 2 having the center sensitivity at a high frequency, the distribution of the signal source near the surface of the living body, etc. Can be accurately measured up to minute information.
[0048]
In the photoacoustic probe of the third embodiment, as described above, the detector is configured by the piezoelectric elements having different frequency sensitivities according to the different height positions, but is arranged at the height position close to the measurement target. The width of the detector may be configured to be larger than that of a detector arranged at a height away from the measurement target. Even with such a configuration, a low-frequency component can be detected with high sensitivity by a detector arranged at a height position close to the measurement target.
Further, in the photoacoustic probe of the third embodiment, the width (difference between the outer diameter and the inner diameter) of the detector 2 disposed at a position close to the living tissue is formed to be larger than that of the detector 1 positioned at the upper part. You may. In this way, the detector 2 can detect low frequency components with higher sensitivity.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0049]
Fourth embodiment
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
In the photoacoustic probe 23 according to the fourth embodiment, the detectors 1 and 2 are formed in a ring shape having the same size, and are arranged at a plurality of height positions with a distance from the optical axis of the light irradiation unit 3. ing. The light irradiation unit 3 is arranged at the center of the rings of the detectors 1 and 2, and the distal end surface 3 a is separated from the measurement target 27.
According to the photoacoustic probe of the fourth embodiment, even if the detectors 1 and 2 are formed in a ring shape of the same size, if the detectors 1 and 2 are arranged at intervals at a plurality of height positions, the detection arranged at the lower part The detector 2 does not interfere with the detection of the signal from the signal source near the surface of the measurement target 27 by the detector 1 arranged at the top, and the signal source from the tissue surface to the deep part Signals can be simultaneously detected with high accuracy.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0050]
Fifth embodiment
9A and 9B are views showing a fifth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention, wherein FIG. 9A is a cross-sectional view and FIG. 9B is a view seen from below.
In the photoacoustic probe 23 of the fifth embodiment, a plurality of ring-shaped detectors 1 having different diameters are formed in the concentric region 4a.1, 12Are arranged, and a plurality of ring-shaped detectors 2 having different diameters are formed in the concentric region 4b.1, 22Is arranged.
[0051]
Even if the detectors are at the same height, the resolution and the detection sensitivity differ depending on the diameter of the ring of the detector. That is, in the case of detectors at the same height position, the detection sensitivity is higher for the inner (small diameter) detector, and the lateral resolution is higher for the outer (larger diameter) detector.
However, according to the photoacoustic probe of the fifth embodiment, since a plurality of ring-shaped detectors having different sizes are arranged on the upper and lower sides, respectively, the upper and lower detectors are arranged at the same height. It is possible to select and detect a detector having a high resolution and a high resolution for signals from signal generation sources having different depths by using the detector, and to perform high-accuracy measurement by simultaneously increasing the detection sensitivity and the lateral resolution. For this reason, the signal from the signal source from the tissue surface to the deep part can be simultaneously detected with higher accuracy.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0052]
Sixth embodiment
FIGS. 10A and 10B are views showing a sixth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention, wherein FIG. 10B is a sectional view, FIG. 10A is a view seen from below, and FIG. 10C is detection by the photoacoustic probe of this embodiment. It is explanatory drawing which shows the modification of a container.
In the photoacoustic probe 23 of the sixth embodiment, the detectors 1a to 1f are arranged in a ring shape symmetrically with respect to the optical axis of the light irradiation unit 3 in the concentric region 4a, and the detectors 2a to 2f are The ring is arranged symmetrically with respect to the optical axis of the light irradiation unit 3 in the concentric region 4a.
According to the photoacoustic probe of the sixth embodiment, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
[0053]
The detectors 1a to 1f and the detectors 2a to 2f arranged in the concentric regions 4a and 4b may all have the same shape or different size.
Further, the number of detectors arranged in the concentric region 4a and the number of detectors arranged in the concentric region 4b may be the same or different.
In addition, in the examples of FIGS. 10A and 10B, the respective detectors to be arranged in the respective concentric regions are configured by providing electrodes respectively on piezoelectric elements such as PVDF formed independently. As shown in FIG. 10C, a plurality of detectors can be configured even if a plurality of electrodes are separately and concentrically arranged on a concentric PVDF. In this case, the charges generated in the PVDF in the region below each electrode flow through the wiring connected to each.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0054]
Seventh embodiment
FIG. 11 is a sectional view showing a seventh embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
In the photoacoustic probe 23 of the seventh embodiment, the detector 2 disposed at a height position close to the measurement target 27 and the detector 1 disposed at a height position further away from the measurement target than the height position are compared. In between, an inner wall 4d is provided which is inclined so that the diameter increases as the distance from the measurement object 27 increases from a position close to the measurement object 27.
[0055]
When the detector 1 picks up a sound wave reflected by the inner wall 4 that divides the space 5 between the upper detector 1 and the lower detector 2, a signal (sound wave) directly reaching the detector 1 is timed. Since the signal is detected with a long delay, the signal becomes a false signal, resulting in noise.
However, according to the photoacoustic probe of the seventh embodiment, the inner wall 4d is formed so that the diameter increases as the distance from the measurement object increases from a position close to the measurement object. Can be eliminated from the inner wall 4d, or the direction of reflection of the sound wave reflected by the inner wall 4d can be shifted so as not to reach the detector 1, and as a result, the sound is detected by the detector 1. Signal noise can be suppressed.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0056]
Eighth embodiment
FIG. 12 is a sectional view showing an eighth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
In the photoacoustic probe 23 according to the eighth embodiment, the detector 2 disposed at a height position close to the measurement target 27 and the detector 1 disposed at a height position more distant from the measurement target than the height position are compared. An inner wall 4d 'in which a concave groove is formed is provided between them.
According to the photoacoustic probe of the eighth embodiment, since the inner wall 4d 'is formed by forming the concave groove, the reflection of the sound wave from the signal source on the inner wall 4d' can be eliminated, or the sound wave from the inner wall 4d 'can be eliminated. It is possible to shift the reflection direction of the reflected sound wave so as not to reach the detector 1, and as a result, similarly to the photoacoustic probe of the seventh embodiment, suppress the noise of the signal detected by the detector 1. be able to.
[0057]
Further, it is preferable that the inner wall of the photoacoustic probe of each of the above embodiments is formed of a transparent material. According to this structure, the reflection of the sound wave on the inner wall between the detector 1 at the upper height position and the detector 2 at the lower height position is eliminated, or the sound wave is not reflected on the inner wall position. An effect of suppressing reflection and suppressing noise of a signal detected by the detector can be obtained.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0058]
Ninth embodiment
13A and 13B are views showing a ninth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention, wherein FIG. 13A is a view seen from below, and FIG. 13B is a sectional view of FIG.
In the photoacoustic probe 23 of the ninth embodiment, the light irradiating section 3 of the photoacoustic probe of the first embodiment is constituted by a plurality of optical fibers 22a, 22b,... Arranged at the center of the concentric region. I have.
According to the photoacoustic probe of the ninth embodiment, it is possible to irradiate the object to be measured at different frequencies according to the depth of the tissue by propagating laser beams of different wavelengths to the respective optical fibers 22a, 22b,. it can. Further, when the laser light having the same wavelength is propagated through each optical fiber, the measurement target can be irradiated with a more uniform and bright light amount, so that more accurate detection can be performed.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0059]
Tenth embodiment
14A and 14B are views showing a tenth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention, wherein FIG. 14A is a view seen from below, FIG. 14B is a sectional view, and FIG. FIG. 9D is a cross-sectional view showing a modification of the configuration shown, and FIG. 9D is a cross-sectional view showing another modification of the configuration shown in FIGS.
In the photoacoustic probe 23 of the tenth embodiment, as shown in FIGS. 14A and 14B, the detectors 1 and 2 constituted by ring-shaped piezoelectric elements have different diameters at different height positions. The light irradiation units 31 to 37 are arranged off the optical axis in a plurality of concentric regions 4a and 4b whose diameter increases as the height position approaches the measurement target 27. The width of the detector 2 is larger than that of the detector 1. The light irradiating unit 31 is arranged at the center of the concentric regions 4a and 4b, and a plurality of light irradiating units 32 to 37 are arranged concentrically between light detecting units arranged at different height positions. . Also, the tip surfaces 31a, 32a,... Of the light irradiation units 31, 32,.
[0060]
According to the photoacoustic probe of the tenth embodiment, it is possible to irradiate a wider area with a larger amount of light through the light irradiators arranged at different positions. Can be performed. In addition, since each light irradiating section has the distal end surface separated from the object to be measured at the same height position, the light irradiating section does not obstruct the detection of the sound wave from the signal generation source by the detector 1.
[0061]
In the photoacoustic probe of the modified example shown in FIG. 14C, the distal end surface 31a of the light irradiation unit 31 in the photoacoustic probe shown in FIGS. 14A and 14B is arranged around the probe. The tip surfaces 32a to 37a of the outermost light irradiation units 32 to 37 are the same as the height positions of the detectors 1 and are the same as the height positions of the detectors 2 arranged around them, and the measurement targets 27 are formed. It comes into close contact.
According to the photoacoustic probe of the present modified example, it is possible to irradiate a wider area with a larger amount of light.
[0062]
In the photoacoustic probe shown in the modified example of FIG. 14D, the outermost light irradiation units 32 to 37 in the modified example shown in FIG. It is arranged outside the detector 2 arranged at 4b.
According to the photoacoustic probe of the present modified example, it is possible to irradiate a wider area with a larger amount of light.
Other configurations and operational effects are almost the same as those of the photoacoustic probe of the first embodiment.
[0063]
In addition, in the photoacoustic probe of the present invention including the configuration of each embodiment, as shown in FIG. 15, the distal end surface 3 a of the light irradiating section 3 is arranged at a height position farthest from the measurement target 27. It may be located closer to the measurement target 27 than the detector 1.
[0064]
Thus, the photoacoustic probe of the present invention has the following features in addition to the invention described in the claims.
[0065]
(1) The photoacoustic probe according to claim 4, wherein the irradiation range adjusting means is constituted by a lens provided so as to be insertable into and removable from an emission optical path of the light irradiation unit.
[0066]
(2) The photoacoustic probe according to claim 4, wherein the irradiation range adjusting means is constituted by a lens movably provided on an emission optical path of the light irradiation unit.
[0067]
(3) The detector according to any one of (1) to (4), wherein the detector is configured using piezoelectric elements having different frequency sensitivities according to different height positions. A photoacoustic probe according to any one of the above.
[0068]
(4) The detector arranged at a height position closer to the object to be measured has a lower center sensitivity at a low frequency, and a detector arranged at a height position farther from the object to be measured has a higher center sensitivity at a higher frequency. The photoacoustic probe according to the above (3), which is provided.
[0069]
(5) The photoacoustic probe according to any one of (1) to (4), wherein the width of the detector is different depending on different height positions.
[0070]
(6) A photoacoustic probe having a light irradiation unit using an optical fiber and a detector made of a piezoelectric element, wherein the detector is formed in a ring shape having the same size, and is provided at a plurality of height positions. The optical axis of the light irradiating unit is disposed at an interval, the light irradiating unit is disposed at the center of the ring, and the tip end surface of the light irradiating unit is separated from the measurement target. A photoacoustic probe.
[0071]
(7) The plurality of detectors are formed in a plurality of rings having different diameters, and a plurality of the detectors are arranged in the concentric regions at respective height positions. The photoacoustic probe according to any one of (1) to (5).
[0072]
(8) The detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the detectors are arranged in a plurality of concentric circles off the optical axis of the light irradiation unit in the concentric regions at respective height positions. The photoacoustic probe according to any one of (1) to (5).
[0073]
(9) The height close to the measurement object is between the detector arranged at a height position close to the measurement object and the detector arranged at a height position further away from the measurement object than the height position. The light according to any one of claims 1 to 4, and (1) to (8), wherein an inner wall is provided so as to be inclined so that the diameter increases as the position becomes farther from the measurement target from the position. Acoustic probe.
[0074]
(10) An inner wall in which a concave groove is formed between a detector arranged at a height position close to the object to be measured and a detector arranged at a height position further away from the object to be measured than the height position. The photoacoustic probe according to any one of claims 1 to 4, and (1) to (8).
[0075]
(11) An inner wall made of a transparent material is provided between the detector arranged at a height position close to the object to be measured and the detector arranged at a height position further away from the object to be measured than the height position. The photoacoustic probe according to any one of claims 1 to 4, and (1) to (8).
[0076]
(12) The photoacoustic probe according to any one of (1) to (11), wherein the light irradiation unit is configured using a plurality of optical fibers.
[0077]
(13) The tip end surface of the light irradiation unit is located closer to the measurement target than the detector arranged at the most distant position from the measurement target. The photoacoustic probe according to any one of (1) to (12).
[0078]
(14) A photoacoustic probe including a light irradiation unit using an optical fiber and a detector made of a piezoelectric element, wherein the detector has a different diameter at different height positions and is close to a measurement target. In a plurality of concentric regions having a larger diameter as the height position increases, the light irradiation unit is disposed off the optical axis, and the light irradiation unit is disposed at the center of the concentric region and has different heights. A plurality of concentrically arranged light detectors between the light detectors arranged at different heights, and a tip end surface of the light irradiator is separated from the object to be measured at the same height. probe.
[0079]
(15) A photoacoustic probe including a light irradiation unit using an optical fiber and a detector made of a piezoelectric element, wherein the detector has a different diameter at different height positions and is close to a measurement target. In a plurality of concentric regions having a larger diameter as the height position increases, the light irradiation unit is disposed off the optical axis, and the light irradiation unit is disposed at the center of the concentric region and has different heights. A plurality of concentrically arranged between the light detection units disposed at the same position, and the tip end surface of the light irradiation unit is the same as the height position of the detector disposed therearound, and the outermost A tip surface of the light irradiating section is in close contact with a measurement target.
[0080]
(16) The light according to (15), wherein the outermost light irradiating unit is arranged outside the detector arranged in a concentric area at a height close to a measurement target. Acoustic probe.
[0081]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the photoacoustic probe of this invention, the photoacoustic probe which can detect the signal from a tissue surface to a deep part simultaneously and with high precision can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measurement device configured using a photoacoustic probe of each embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams illustrating a main part of a photoacoustic probe according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a plan view as viewed from an observation target side, and FIG. 2B is a cross-sectional view along an optical axis. .
FIG. 3 is a schematic diagram showing one configuration example of a measuring device using the photoacoustic probe of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between resolutions of signals from different signal sources inside a measurement target by detectors 1 and 2 provided at different heights in the photoacoustic probe of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a comparative example with respect to the photoacoustic probe of the first embodiment.
FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams showing a second embodiment of the photoacoustic probe according to the present invention, wherein FIG. 6A shows a state at the time of observing a deep part of a measuring object, and FIG. I have.
FIG. 7 is a sectional view showing a third embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
9A and 9B are diagrams showing a fifth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention, wherein FIG. 9A is a cross-sectional view and FIG. 9B is a view seen from below.
FIGS. 10A and 10B are views showing a sixth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention, wherein FIG. 10B is a sectional view, FIG. 10A is a view seen from below, and FIG. It is explanatory drawing which shows the modification of a detector.
FIG. 11 is a sectional view showing a seventh embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing an eighth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention.
FIGS. 13A and 13B are views showing a ninth embodiment of the photoacoustic probe of the present invention, wherein FIG. 13A is a view seen from below, and FIG.
14A and 14B are diagrams showing a photoacoustic probe according to a tenth embodiment of the present invention, wherein FIG. 14A is a view seen from below, FIG. 14B is a cross-sectional view, and FIG. And (d) is a cross-sectional view showing another modified example of the configuration shown in (a) and (b).
FIG. 15 is a sectional view showing another modified example of the photoacoustic probe of the present invention.
FIG. 16 is a sectional view showing a conventional example of a photoacoustic probe.
FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which red blood cells and the like inside a tissue are observed using the photoacoustic probe of FIG. 16;
[Explanation of symbols]
1,11, 12, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 2, 21, 22, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f detector
3,31,32,33,34,35,36,37 Light irradiation unit
3a, 31a, 32a, 33a Tip surface
4 Housing
4a, 4b concentric regions
4c passage
4d, 4d 'inner wall
5 space part (ultrasonic transmission medium filling part)
6 convex lens
21 Laser
22, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f Optical fiber
23 Photoacoustic probe
24 Cable
25 Computer 25
25a Operation unit
25b signal processing unit
26 Display device
27 Measurement target
Z1, Z2 Signal source near the tissue surface
Z3 deep tissue signal source
