JP2012210337A - Photoacoustic imaging apparatus and method for detecting failure in the same - Google Patents

Photoacoustic imaging apparatus and method for detecting failure in the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a failure in an optical fiber that propagates light such as a laser beam toward an object to be inspected in a photoacoustic imaging apparatus.SOLUTION: In the photoacoustic imaging apparatus including a probe having a light source 2 for emitting light L to be irradiated to the object to be inspected, and the optical fiber 30B for propagating the light L to the object to be inspected, a return light RL returning to the light source 2 after entering the optical fiber 30B is branched off from a light path of a light heading for the optical fiber 30B from the light source, the branched return light RL is detected by a light detector 20, and the failure in the optical fiber 30B is detected based on a light quantity of the detected return light RL.

Description

本発明は光音響画像化装置すなわち、生体組織等の被検体に光を照射し、光照射に伴って発生する音響波に基づいて被検体を画像化する装置に関するものである。   The present invention relates to a photoacoustic imaging apparatus, that is, an apparatus for irradiating a subject such as a living tissue with light and imaging the subject based on an acoustic wave generated by the light irradiation.

また本発明は、その種の光音響画像化装置の故障、より詳しくは該装置のプローブを構成する光ファイバの故障を検知する方法に関するものである。   The present invention also relates to a method for detecting a failure of such a photoacoustic imaging apparatus, and more specifically, a failure of an optical fiber constituting a probe of the apparatus.

従来、例えば特許文献1や非特許文献1に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体内に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波(音響信号)を発生する。そこで、この音響波を圧電素子等で検出し、その検出信号に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。   Conventionally, as shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example, a photoacoustic imaging apparatus that images the inside of a living body using a photoacoustic effect is known. In this photoacoustic imaging apparatus, pulsed light such as pulsed laser light is irradiated into the living body. Inside the living body that has been irradiated with the pulsed light, the living tissue that has absorbed the energy of the pulsed light undergoes volume expansion due to heat and generates an acoustic wave (acoustic signal). Therefore, this acoustic wave is detected by a piezoelectric element or the like, and the inside of the living body can be visualized based on the detection signal.

そのような光音響画像化装置においては、特許文献1にも記載されているように、光を伝搬させる複数の光ファイバの先端部および、音響波を検出する圧電素子が1次元あるいは2次元に配列されてなるプローブ(探触子)が多く用いられている。その種のプローブにおいては、複数の光ファイバの先端部から被検体に向けてレーザ光等の光が射出され、この光を受けた被検体から発生した音響波が複数の圧電素子によって検出されるようになっている。   In such a photoacoustic imaging apparatus, as described in Patent Document 1, the tip portions of a plurality of optical fibers that propagate light and the piezoelectric elements that detect acoustic waves are one-dimensional or two-dimensional. Many arranged probes (probes) are used. In this type of probe, light such as laser light is emitted from the tips of a plurality of optical fibers toward the subject, and acoustic waves generated from the subject receiving the light are detected by a plurality of piezoelectric elements. It is like that.

特開2005−21380号公報JP 2005-21380 A

A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc.SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb. 23, 2010)

上述の光ファイバは、レーザ光源等の光源からプローブまで光を伝搬させるものであるが、プローブの使用を重ねるうちに断線したり、あるいは折損したりする可能性がある。光ファイバがそのような状態になったまま光音響画像を取得すると、断線あるいは折損した光ファイバの近くではその他の部分と比べて、被検体に対する照射光量が低下するので、得られる光音響画像は生体組織の状態を不正に示すものとなってしまう。しかし従来の光音響画像化装置では、このような光ファイバの故障(断線あるいは折損)を正確に検知する対策は施されていなかった。   The above-described optical fiber propagates light from a light source such as a laser light source to the probe. However, the optical fiber may be broken or broken while the probe is used. When a photoacoustic image is acquired while the optical fiber is in such a state, the amount of light applied to the subject is reduced in the vicinity of the broken or broken optical fiber as compared with other parts. The state of the living tissue is illegally indicated. However, the conventional photoacoustic imaging apparatus has not taken measures to accurately detect such a failure (disconnection or breakage) of the optical fiber.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光等の光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバの故障を正確に検知することができる光音響画像化装置の故障検知方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a failure detection method for a photoacoustic imaging apparatus capable of accurately detecting a failure in an optical fiber that propagates light such as laser light toward a subject. The purpose is to provide.

また本発明は、上記故障検知方法を実施することができる光音響画像化装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a photoacoustic imaging apparatus that can carry out the failure detection method.

本発明による光音響画像化装置の故障検知方法は、
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、前記光ファイバの断線あるいは折損等の故障を検知する方法であって、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、
分岐された戻り光を光検出器により検出し、
この検出された戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知することを特徴とするものである。
The failure detection method of the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention includes:
Method for detecting failure such as disconnection or breakage of optical fiber in photoacoustic imaging apparatus provided with light source for emitting light to irradiate subject and probe having optical fiber for propagating light toward subject Because
Return light returning to the light source side after entering the optical fiber is branched from the optical path of light from the light source toward the optical fiber,
The branched return light is detected by a photodetector,
A failure of the optical fiber is detected based on the detected amount of return light.

この方法においてより具体的には、戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断する。なお、そのような基準値としては、個々の光音響画像化装置毎に定められたものを用いるのが好ましい。   More specifically, in this method, when the amount of return light exceeds a predetermined reference value, it is determined that the optical fiber is broken. In addition, it is preferable to use what was defined for each photoacoustic imaging apparatus as such a reference value.

一方、本発明による光音響画像化装置は、
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、
光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、
この分岐光学系により前記光路から分岐された戻り光を検出する光検出器と、
この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知する故障検知手段とが設けられたことを特徴とするものである。
On the other hand, the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention is:
In a photoacoustic imaging apparatus comprising a light source that emits light to irradiate a subject, and a probe having an optical fiber that propagates the light toward the subject.
A branching optical system for branching the return light that enters the optical fiber and returns to the light source side from the optical path of the light from the light source toward the optical fiber;
A photodetector for detecting return light branched from the optical path by the branching optical system;
Failure detection means for detecting failure of the optical fiber based on the amount of return light detected by the photodetector is provided.

なお、上記故障検知手段は、戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断するように構成されるのが望ましい。その場合、上記基準値としては、個々の光音響画像化装置毎に定められて記憶手段に記憶された基準値が好適に用いられる。   The failure detection means is preferably configured to determine that the optical fiber is broken when the amount of return light exceeds a predetermined reference value. In that case, as the reference value, a reference value determined for each photoacoustic imaging apparatus and stored in the storage means is preferably used.

また本発明の光音響画像化装置においては、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段がさらに設けられることが好ましい。   In the photoacoustic imaging apparatus of the present invention, it is preferable that a display means for displaying a failure when the failure detection means detects a failure of the optical fiber is further provided.

あるいは、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す例えば音や光による警報を発する警報手段が設けられてもよい。そのような警報手段は、上記表示手段とともに、あるいは上記表示手段に代えて設けることができる。   Alternatively, when the failure detection means detects a failure of the optical fiber, an alarm means for issuing an alarm by sound or light indicating the failure may be provided. Such alarm means can be provided together with the display means or in place of the display means.

また本発明の光音響画像化装置は、光ファイバが複数設けられてバンドルファイバを構成していることを前提として構成されるのが望ましい。   The photoacoustic imaging apparatus of the present invention is preferably configured on the assumption that a plurality of optical fibers are provided to form a bundle fiber.

他方、分岐光学系としては、光源から光ファイバに向かう光の光路に挿入されたビームスプリッタを含むものが好適に用いられる。   On the other hand, as the branching optical system, an optical system including a beam splitter inserted in the optical path of light from the light source toward the optical fiber is preferably used.

あるいは、特に光源が直線偏光した光を発するものである場合、分岐光学系としては、光ファイバに向かって進行する光の直線偏光方向に対して透過軸が平行となる向きにして前記光路に挿入された偏光ビームスプリッタおよび、この偏光ビームスプリッタと光ファイバとの間の光路に挿入されたλ/4板を含むものが好適に用いられる。   Alternatively, particularly when the light source emits linearly polarized light, the branching optical system is inserted into the optical path with the transmission axis parallel to the linear polarization direction of the light traveling toward the optical fiber. A polarizing beam splitter and a λ / 4 plate inserted in the optical path between the polarizing beam splitter and the optical fiber are preferably used.

さらに分岐光学系としては、光源から光ファイバに向かう光の光路に挿入されて戻り光の一部を反射させるプリズムを含むものも好適に用いられる。   Further, as the branching optical system, an optical system including a prism that is inserted in an optical path of light from the light source toward the optical fiber and reflects a part of the return light is also preferably used.

また光ファイバが複数、それらの戻り光が出射する端面が一列に並んだ状態にして配設されている場合は、光検出器として、上記複数の光ファイバから各々戻り光が出射したとき、それらの戻り光の並び方向に沿うように光検出部が延びるラインセンサが用いられることが望ましい。   Also, when there are a plurality of optical fibers and the end faces from which the return lights are emitted are arranged in a line, when the return lights are emitted from the plurality of optical fibers as the photodetectors, It is desirable to use a line sensor in which the light detection part extends along the direction in which the return lights are arranged.

プローブを構成する光ファイバに断線や折損が無い場合は、光源から発せられてそこに入射した光が光源側に戻ることはほとんど無い。それに対して、光ファイバに断線や折損した部分が有ると、入射した光がその部分で反射し、戻り光となって光源側に戻る。本発明による光音響画像化装置の故障検知方法はこの点に着目して、光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、分岐された戻り光を光検出器により検出し、この検出された戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知するようにしたので、光ファイバにおける断線や折損の故障を正確に検知可能となる。   When the optical fiber constituting the probe is not broken or broken, the light emitted from the light source and incident thereon hardly returns to the light source side. On the other hand, if the optical fiber has a broken or broken part, the incident light is reflected by that part and returns to the light source side as return light. The failure detection method of the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention pays attention to this point, and splits the return light that enters the optical fiber and then returns to the light source side from the optical path of the light from the light source toward the optical fiber. Since the return light is detected by the photodetector and the failure of the optical fiber is detected on the basis of the detected amount of the return light, it is possible to accurately detect the disconnection or breakage failure in the optical fiber.

なお、戻り光の光量が所定の基準値を上回るかどうかという点を故障の判断基準としておけば、より簡単な構成で故障検知が可能になる。   In addition, if the point of whether or not the amount of return light exceeds a predetermined reference value is used as a failure determination criterion, failure detection can be performed with a simpler configuration.

またそのようにする場合、上記基準値として、個々の光音響画像化装置毎に定められたものを用いれば、プローブの特性が装置毎に異なるような場合でも正確に故障の有無を検知可能となる。   In such a case, if the reference value determined for each photoacoustic imaging apparatus is used, the presence or absence of a failure can be accurately detected even when the characteristics of the probe differ from apparatus to apparatus. Become.

また本発明による光音響画像化装置は、光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、この分岐光学系により分岐された戻り光を検出する光検出器と、この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知する故障検知手段とを備えているので、上述した本発明による故障検知方法を実施できるものとなる。   A photoacoustic imaging apparatus according to the present invention is branched by a branching optical system for branching return light that enters the optical fiber and then returns to the light source side from the optical path of the light from the light source toward the optical fiber. And a failure detection means for detecting a failure of the optical fiber based on the amount of the return light detected by the photodetector. Therefore, the failure detection method according to the present invention described above is provided. Can be implemented.

そして本発明の光音響画像化装置において、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段や、警報を発する警報手段が設けられていれば、装置使用者が故障発生を直ちに知ることが可能になる。   In the photoacoustic imaging apparatus of the present invention, when the failure detection means detects a failure of the optical fiber, if the display means for displaying the failure and the alarm means for issuing an alarm are provided, the user of the apparatus It is possible to immediately know that a failure has occurred.

本発明の一実施形態による光音響画像化装置の基本構成を示すブロック図The block diagram which shows the basic composition of the photoacoustic imaging device by one Embodiment of this invention. 図1の装置に用いられたプローブの概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure of the probe used for the apparatus of FIG. 図2のプローブが有する光ファイバを示す概略正面図The schematic front view which shows the optical fiber which the probe of FIG. 2 has プローブと信号取込み部との接続例を示すブロック図Block diagram showing an example of connection between the probe and the signal acquisition unit 図1の装置に用いられたプローブの分岐光学系およびその周辺部分を示す概略側面図1 is a schematic side view showing a branching optical system of a probe used in the apparatus of FIG. 光ファイバから出射する戻り光の状態を説明する説明図Explanatory drawing explaining the state of the return light radiate | emitted from an optical fiber 本発明の光音響画像化装置に用いられる分岐光学系の別の例を示す概略側面図The schematic side view which shows another example of the branch optical system used for the photoacoustic imaging device of this invention 本発明の光音響画像化装置に用いられる分岐光学系のさらに別の例を示す概略側面図The schematic side view which shows another example of the branch optical system used for the photoacoustic imaging device of this invention 本発明の光音響画像化装置に用いられる光検出器の別の例を示す概略側面図The schematic side view which shows another example of the photodetector used for the photoacoustic imaging device of this invention. 図9の構成の一部を示す概略正面図Schematic front view showing a part of the configuration of FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による光音響画像化装置の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像化装置100は、レーザドライバ1、レーザ光源2、超音波探触子(プローブ)3、領域選択部4、光照射検出部5、同期補正処理部6、信号取込み部7、素子データメモリ8、画像構築部9、画像メモリ10、画像表示部11、光検出器20、故障検知部21および分岐光学系40を有している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The photoacoustic imaging apparatus 100 includes a laser driver 1, a laser light source 2, an ultrasonic probe (probe) 3, a region selection unit 4, a light irradiation detection unit 5, a synchronization correction processing unit 6, a signal capturing unit 7, and an element. A data memory 8, an image construction unit 9, an image memory 10, an image display unit 11, a photodetector 20, a failure detection unit 21, and a branching optical system 40 are included.

レーザ光源2は、被検体である生体組織に照射するレーザ光を射出するもので、本実施形態ではパルスレーザ光Lを発するものが用いられている。レーザドライバ1は、上記レーザ光源2を駆動するものである。   The laser light source 2 emits laser light that irradiates a living tissue that is a subject. In the present embodiment, a laser light source 2 that emits pulsed laser light L is used. The laser driver 1 drives the laser light source 2.

図2に示すようにプローブ3は、複数ch(チャンネル)の圧電素子31を有する。それらの圧電素子31は、生体組織の画像化する範囲に対応させて、例えば192個並べて設けられている。このプローブ3は、レーザ光源2から生体組織にパルスレーザ光Lが照射されたとき該生体組織内から生じる音響信号(超音波)を圧電素子31により検出し、その音響信号を電気信号に変換して出力する。   As shown in FIG. 2, the probe 3 includes a plurality of channels (channels) of piezoelectric elements 31. For example, 192 piezoelectric elements 31 are provided side by side so as to correspond to a range in which a biological tissue is imaged. The probe 3 detects an acoustic signal (ultrasonic wave) generated from the living tissue when the pulsed laser light L is irradiated from the laser light source 2 to the living tissue, and converts the acoustic signal into an electrical signal. Output.

なお、多くの場合光音響画像化装置は、上記圧電素子31から生体組織に超音波を照射し、生体組織で反射した超音波を圧電素子31により受信して、超音波画像も取得可能に形成されるが、その点は本発明と直接関係が無いので説明は省略する。   In many cases, the photoacoustic imaging apparatus irradiates the living tissue with ultrasonic waves from the piezoelectric element 31 and receives the ultrasonic waves reflected by the living tissue by the piezoelectric element 31 so that an ultrasonic image can also be acquired. However, since this point is not directly related to the present invention, description thereof is omitted.

プローブ3の複数の圧電素子31に対応する範囲、つまり生体組織の画像化される範囲は、互いに重ならない複数の部分領域に分けられている。本実施形態においてこの部分領域は、後に詳述するように例えば領域A、領域Bおよび領域Cの3つとされている。各部分領域の幅は、信号取込み部7が並列にサンプリング可能な信号数と同数の圧電素子に対応する幅となっている。本例において、信号取込み部7は64ch分のデータを並列にサンプリング可能とされている。そこで、領域A、領域B、および領域Cの各領域は、64個の圧電素子に対応した幅となる。   A range corresponding to the plurality of piezoelectric elements 31 of the probe 3, that is, a range in which a biological tissue is imaged is divided into a plurality of partial regions that do not overlap each other. In this embodiment, there are three partial regions, for example, region A, region B, and region C, as will be described in detail later. The width of each partial region corresponds to the same number of piezoelectric elements as the number of signals that can be sampled in parallel by the signal capturing unit 7. In this example, the signal capturing unit 7 can sample data for 64 channels in parallel. Therefore, each of the regions A, B, and C has a width corresponding to 64 piezoelectric elements.

領域選択部4は、上記3つの部分領域のうちの1つを選択するものであり、その選択情報をレーザドライバ1およびプローブ3に通知する。レーザドライバ1は、少なくとも選択された部分領域を含む範囲にパルスレーザ光を照射するようにレーザ光源2を駆動する。一方、プローブ3はマルチプレクサなどを用いて、選択された部分領域に対応する圧電素子31を信号取込み部7に接続させる。信号取込み部7は、部分領域にパルスレーザ光が照射された後、接続された圧電素子31が出力する電気信号(音響信号データ)を所定の計測期間にわたって複数回サンプリングし、サンプリングしたデータを素子データメモリ8に格納する。   The region selection unit 4 selects one of the three partial regions, and notifies the laser driver 1 and the probe 3 of the selection information. The laser driver 1 drives the laser light source 2 so as to irradiate a pulse laser beam in a range including at least a selected partial region. On the other hand, the probe 3 uses a multiplexer or the like to connect the piezoelectric element 31 corresponding to the selected partial region to the signal capturing unit 7. The signal capturing unit 7 samples the electrical signal (acoustic signal data) output from the connected piezoelectric element 31 a plurality of times over a predetermined measurement period after the partial region is irradiated with the pulse laser beam, and the sampled data is the element Store in the data memory 8.

領域選択部4は、選択した部分領域に対応する圧電素子31からの音響信号データが素子データメモリ8に格納されると、次の部分領域を選択する。こうして領域選択部4は、生体組織の画像化する範囲すべてが選択されるまで、部分領域を順次選択する。領域選択部4が部分領域を順次選択することで、素子データメモリ8には、プローブ3の全圧電素子31からの音響信号データが素子データメモリ8に格納される。つまり、領域選択部4が領域A、領域B、領域Cを順次選択し、信号取込み部7が各領域についてN回サンプリングすれば、素子データメモリ8には計(192×N)ch分の音響信号データが格納されることになる。   When the acoustic signal data from the piezoelectric element 31 corresponding to the selected partial region is stored in the element data memory 8, the region selection unit 4 selects the next partial region. Thus, the region selection unit 4 sequentially selects the partial regions until the entire range to be imaged of the living tissue is selected. As the region selection unit 4 sequentially selects the partial regions, acoustic signal data from all the piezoelectric elements 31 of the probe 3 is stored in the element data memory 8 in the element data memory 8. That is, if the region selection unit 4 sequentially selects the region A, the region B, and the region C and the signal capturing unit 7 samples N times for each region, the element data memory 8 stores a total of (192 × N) ch of sounds. Signal data is stored.

信号取込み部7は、プローブ3からの電気信号を素子データメモリ8に格納する。信号取込み部7は、プローブ3が出力する上記電気信号を所定の計測期間にわたって複数回サンプリングし、それにより得られたサンプリングデータを素子データメモリ8に格納する。この信号取込み部7は、例えば微小信号を増幅するプリアンプや、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器を含んで構成されている。信号取込み部7が、並列に取り込める信号の数つまりch(チャンネル)数は、プローブ3が有する圧電素子の総数よりも少ない。例えば本実施形態では、プローブ3は一例として192個の圧電素子31を有するのに対して、信号取込み部7が並列に取り込み可能なch数は64とされている。   The signal capturing unit 7 stores the electrical signal from the probe 3 in the element data memory 8. The signal acquisition unit 7 samples the electric signal output from the probe 3 a plurality of times over a predetermined measurement period, and stores the sampling data obtained thereby in the element data memory 8. The signal capturing unit 7 includes, for example, a preamplifier that amplifies a minute signal and an AD converter that converts an analog signal into a digital signal. The number of signals that the signal capturing unit 7 can capture in parallel, that is, the number of channels (ch), is smaller than the total number of piezoelectric elements that the probe 3 has. For example, in the present embodiment, the probe 3 includes 192 piezoelectric elements 31 as an example, whereas the number of channels that can be captured in parallel by the signal capturing unit 7 is 64.

次に図2〜5も参照して、上記構成についてさらに詳しく説明する。図1に示したレーザ光源2は、例えば波長1064nmのレーザ光をその第2高調波つまり波長が532nmのレーザ光に変換して出力するNd:YAG/SHGレーザおよび、上記波長532nmのレーザ光により励起されて波長700〜900nm程度のレーザ光を発するTi:サファイアレーザの2つの固体レーザから構成されている。光音響画像の取得時、上記Nd:YAG/SHGレーザは光照射を指令するトリガー信号Tを受けるとパルス駆動し、該レーザ光源2から最終的に波長700〜900nm程度のパルスレーザ光Lが発せられる。   Next, the above configuration will be described in more detail with reference to FIGS. The laser light source 2 shown in FIG. 1 uses, for example, an Nd: YAG / SHG laser that converts a laser beam having a wavelength of 1064 nm into a laser beam having a second harmonic, that is, a wavelength of 532 nm, and the laser beam having the wavelength of 532 nm. It is composed of two solid-state lasers of Ti: sapphire laser that are excited to emit laser light having a wavelength of about 700 to 900 nm. When the photoacoustic image is acquired, the Nd: YAG / SHG laser is pulse-driven when receiving a trigger signal T instructing light irradiation, and finally a pulse laser beam L having a wavelength of about 700 to 900 nm is emitted from the laser light source 2. It is done.

上記パルスレーザ光Lは、ファイバ入力光学系を兼ねる図1の分岐光学系40(これについては、後に図5を参照して詳述する)を介して、図2に示したプローブ3のバンドルファイバ30Bに入力される。バンドルファイバ30Bは、図3にその入射端面の形状を示す通り、多数のマルチモード光ファイバ30が束ねられてなるものであり、パルスレーザ光Lは略等光量ずつ各光ファイバ30に入力される。   The pulse laser beam L is supplied to the bundle fiber of the probe 3 shown in FIG. 2 via the branch optical system 40 shown in FIG. 1 which also serves as a fiber input optical system (this will be described in detail later with reference to FIG. 5). 30B. As shown in FIG. 3, the bundle fiber 30 </ b> B is formed by bundling a large number of multi-mode optical fibers 30, and the pulsed laser light L is input to each optical fiber 30 in approximately equal amounts of light. .

図2中に示す圧電素子31は、所定の方向に沿って1次元的に配列されている。バンドルファイバ30Bの各光ファイバ30の先端部は、上記配列された圧電素子31の両側方において該素子31の並び方向に沿って配置され、光ファイバ30を伝搬して来たパルスレーザ光Lを、圧電素子31の両側方から生体組織に照射する。つまり並設されたそれらの光ファイバ30の先端部は、光照射部を構成している。なお図2において、光ファイバ30および圧電素子31の個数は概略的に示してあり、実際の数の例は先に示した通りである。   The piezoelectric elements 31 shown in FIG. 2 are arranged one-dimensionally along a predetermined direction. The tip of each optical fiber 30 of the bundle fiber 30B is arranged along the direction in which the elements 31 are arranged on both sides of the arranged piezoelectric elements 31, and the pulse laser light L propagated through the optical fiber 30 is transmitted. The living tissue is irradiated from both sides of the piezoelectric element 31. That is, the end portions of the optical fibers 30 arranged side by side constitute a light irradiation unit. In FIG. 2, the numbers of optical fibers 30 and piezoelectric elements 31 are schematically shown, and examples of actual numbers are as described above.

本実施形態において上記光照射部は、生体組織の例えば3つの領域A、領域B、および領域Cの各々に対応させて、それぞれ複数の光ファイバ30から構成されている。すなわち、領域Aに対応する複数の光ファイバ30からなる光照射部は、領域Aの選択時にパルスレーザ光Lを少なくとも領域Aに照射する。また、領域Bに対応する複数の光ファイバ30からなる光照射部は領域Bの選択時にパルスレーザ光Lを少なくとも領域Bに照射し、領域Cに対応する複数の光ファイバ30からなる光照射部は領域Cの選択時にパルスレーザ光Lを少なくとも領域Cに照射する。   In the present embodiment, the light irradiation unit includes a plurality of optical fibers 30 corresponding to, for example, each of the three regions A, B, and C of the living tissue. That is, the light irradiation unit including a plurality of optical fibers 30 corresponding to the region A irradiates at least the region A with the pulsed laser light L when the region A is selected. The light irradiating unit composed of the plurality of optical fibers 30 corresponding to the region B irradiates at least the region B with the pulsed laser light L when the region B is selected, and the light irradiating unit composed of the plurality of optical fibers 30 corresponding to the region C. Irradiates at least the region C with the pulse laser beam L when the region C is selected.

プローブ3には、3つの光検出器33a、33bおよび33cが設けられている。これらの光検出器33a〜33cは、図1に示す光照射検出部5に含まれる。光検出器33a〜33cは、パルスレーザ光Lが生体組織に照射されたことを検出するもので、このパルスレーザ光Lを受光すると光検出信号を出力する。光検出器33a、33bおよび33cはそれぞれ、領域A、領域Bおよび領域Cに対応して設けられている。領域Aに対応する光検出器33aは、領域Aが選択されているときに、該領域Aにパルスレーザ光Lが照射されたことを検出する。領域Bおよび領域Cに対応する光検出器33b、33cも同様であり、それぞれの領域の選択時に、各領域にパルスレーザ光Lが照射されたことを検出する。   The probe 3 is provided with three photodetectors 33a, 33b and 33c. These photodetectors 33a to 33c are included in the light irradiation detection unit 5 shown in FIG. The photodetectors 33a to 33c detect that the pulsed laser light L has been applied to the living tissue, and when receiving the pulsed laser light L, output a light detection signal. The photodetectors 33a, 33b, and 33c are provided corresponding to the regions A, B, and C, respectively. The light detector 33a corresponding to the region A detects that the region A is irradiated with the pulsed laser light L when the region A is selected. The same applies to the photodetectors 33b and 33c corresponding to the regions B and C, and when each region is selected, it is detected that the pulsed laser light L has been irradiated to each region.

また図4は、プローブ3と信号取込み部7との接続例を示している。プローブ3は前述の通り、192chの圧電素子31(図2参照)を有している。192chの圧電素子31に対応する生体組織の領域は、前述したように3つの部分領域(領域A〜C)からなるものとして考えられる。つまり、192chの圧電素子31に対応する生体組織の幅が60mmであるとすると、各部分領域の幅は20mmとなる。光音響画像化装置100は、上記20mm幅の部分領域への光照射・データ収集を逐次行って、全192ch分のデータを取得する。   FIG. 4 shows an example of connection between the probe 3 and the signal capturing unit 7. As described above, the probe 3 has a 192ch piezoelectric element 31 (see FIG. 2). The region of the biological tissue corresponding to the 192ch piezoelectric element 31 is considered to be composed of three partial regions (regions A to C) as described above. In other words, if the width of the living tissue corresponding to the 192ch piezoelectric element 31 is 60 mm, the width of each partial region is 20 mm. The photoacoustic imaging apparatus 100 sequentially performs light irradiation and data collection on the partial region having a width of 20 mm to acquire data for all 192 channels.

信号取込み部7は、例えば64ch分のデータを並列にサンプリング可能なAD変換器を含む。マルチプレクサ12は、プローブ3の圧電素子31と信号取り込み部7とを選択的に接続する。マルチプレクサ12は、例えば192chの圧電素子と接続しており、そのうちの64ch分を信号取込み部7のAD変換器に選択的に接続する。マルチプレクサ12は、例えば領域Aが選択されているときは、領域Aに対応する部分の64chの圧電素子31を信号取込み部7のAD変換器に接続する。また、マルチプレクサ12は、領域Bが選択されているときは、領域Bに対応する部分の64chの圧電素子31を信号取込み部7のAD変換器に接続し、領域Cが選択されているときは、領域Cに対応する部分の64chの圧電素子31を信号取込み部7のAD変換器に接続する。   The signal capturing unit 7 includes, for example, an AD converter that can sample data for 64 channels in parallel. The multiplexer 12 selectively connects the piezoelectric element 31 of the probe 3 and the signal capturing unit 7. The multiplexer 12 is connected to, for example, 192 ch piezoelectric elements, and 64 ch of them are selectively connected to the AD converter of the signal capturing unit 7. For example, when the region A is selected, the multiplexer 12 connects the 64 ch piezoelectric elements 31 corresponding to the region A to the AD converter of the signal capturing unit 7. Further, when the region B is selected, the multiplexer 12 connects the 64 ch piezoelectric element 31 corresponding to the region B to the AD converter of the signal capturing unit 7, and when the region C is selected. The 64 ch piezoelectric elements 31 corresponding to the region C are connected to the AD converter of the signal capturing unit 7.

領域Aが選択され、複数の光ファイバ30からなる光照射部が生体組織の領域Aにパルスレーザ光Lを照射すると、このパルスレーザ光Lは生体組織内の散乱により、ある程度の広がりを持って進行する。生体組織内に存在する血液等の吸収体はパルスレーザ光Lのエネルギーを吸収し、音響信号(音響波)を発生する。この音響信号が各圧電素子31で検出されるまでに要する時間は、音響信号発生地点と各圧電素子31とのX方向の位置関係と、音響信号発生地点のZ方向の位置とに応じて決まる。   When the region A is selected and the light irradiating unit including the plurality of optical fibers 30 irradiates the region A of the living tissue with the pulsed laser light L, the pulsed laser light L has a certain extent due to scattering in the living tissue. proceed. An absorber such as blood existing in the living tissue absorbs the energy of the pulsed laser light L and generates an acoustic signal (acoustic wave). The time required for this acoustic signal to be detected by each piezoelectric element 31 depends on the positional relationship in the X direction between the acoustic signal generation point and each piezoelectric element 31 and the position in the Z direction of the acoustic signal generation point. .

上記音響信号を検出するために、マルチプレクサ12が選択した圧電素子31が出力する電気信号は、AD変換器にて所定の計測期間にわたって複数回サンプリングされる。これは他の領域Bおよび領域Cについても同様であり、各領域に対してパルスレーザ光Lが照射され、各領域に対応する圧電素子31が出力する電気信号が所定の計測期間にわたって複数回サンプリングされ、音響信号が検出される。   In order to detect the acoustic signal, the electric signal output from the piezoelectric element 31 selected by the multiplexer 12 is sampled a plurality of times over a predetermined measurement period by the AD converter. The same applies to the other regions B and C. The pulse laser beam L is irradiated to each region, and the electric signal output from the piezoelectric element 31 corresponding to each region is sampled a plurality of times over a predetermined measurement period. And an acoustic signal is detected.

ここで、各部分領域に関する処理の流れを考えると、部分領域の選択、前記トリガー信号Tの発生、生体組織へのパルスレーザ光照射、生体組織からの音響信号検出、素子データメモリへのデータ格納という流れになる。信号取込み部7における電気信号の取込み開始タイミングつまりサンプリング開始タイミングは、生体組織へパルスレーザ光Lが照射されるタイミングに合わせて設定されている。   Here, considering the flow of processing related to each partial area, selection of the partial area, generation of the trigger signal T, irradiation of pulsed laser light to the living tissue, detection of acoustic signals from the living tissue, storage of data in the element data memory It becomes the flow. The electric signal acquisition start timing, that is, the sampling start timing in the signal acquisition unit 7 is set in accordance with the timing at which the pulsed laser light L is irradiated onto the living tissue.

上記のトリガー信号発生から実際に生体組織へパルスレーザ光Lが照射されるまでの時間が、各部分領域毎に異なっていると、各部分領域毎に得られた音響信号データを合成して生成される画像の画質が低下する問題が起きる。光照射検出部5および同期補正処理部6は、この問題を防止するために設けられている。すなわち、光照射検出部5はレーザ光源2から生体組織に光が照射されたことを検出し、また同期補正処理部6は、光照射検出部5が検出した光照射タイミングの差を部分領域間で求め、そのタイミング差に基づいて、素子データメモリ8におけるサンプリングデータの時間軸を部分領域間で補正する。   When the time from the generation of the trigger signal to the actual irradiation of the pulsed laser light L on the living tissue is different for each partial area, the acoustic signal data obtained for each partial area is synthesized and generated. This causes a problem that the quality of the generated image is degraded. The light irradiation detection unit 5 and the synchronization correction processing unit 6 are provided to prevent this problem. That is, the light irradiation detection unit 5 detects that the living tissue is irradiated with light from the laser light source 2, and the synchronization correction processing unit 6 calculates the difference in light irradiation timing detected by the light irradiation detection unit 5 between the partial regions. The time axis of the sampling data in the element data memory 8 is corrected between the partial areas based on the timing difference.

領域選択部4が全ての部分領域を選択し、プローブ3が有する192chの圧電素子31それぞれが出力する複数回のサンプリングデータが素子データメモリ8に格納されると、画像構築部9はこの素子データメモリ8からサンプリングデータを読み出し、読み出したデータに基づいて生体組織の断層画像を構築する。画像構築部9は典型的には、信号処理部、位相整合加算部および画像処理部を含んで構成される。画像構築部9における詳細な画像構築手順について詳しい説明は省略するが、その機能は、例えばコンピュータが所定のプログラムに従って動作することで実現可能である。あるいは画像構築部9の機能を、DSP(digital Signal Processor)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などで実現してもよい。   When the region selection unit 4 selects all the partial regions and a plurality of sampling data output from each of the 192ch piezoelectric elements 31 of the probe 3 are stored in the element data memory 8, the image construction unit 9 Sampling data is read from the memory 8, and a tomographic image of the living tissue is constructed based on the read data. The image construction unit 9 typically includes a signal processing unit, a phase matching addition unit, and an image processing unit. Although a detailed description of a detailed image construction procedure in the image construction unit 9 is omitted, the function can be realized by a computer operating according to a predetermined program, for example. Alternatively, the function of the image construction unit 9 may be realized by a digital signal processor (DSP), a field programmable gate array (FPGA), or the like.

画像構築部9は、構築した断層画像を示す画像データを画像メモリ10に格納する。画像表示部11は、画像メモリ10に格納された画像データに基づいて、上記断層画像を例えば液晶表示画面などに表示する。   The image construction unit 9 stores image data indicating the constructed tomographic image in the image memory 10. The image display unit 11 displays the tomographic image on, for example, a liquid crystal display screen based on the image data stored in the image memory 10.

ここで、図2に示した複数の光ファイバ30は、プローブ3の使用を重ねるうちに断線したり、あるいは折損したりする可能性がある。その状態のまま光音響画像化装置100を使用すれば、先に述べたような不具合を招くことになる。以下、この光ファイバ30の断線や折損を検知する点について説明する。   Here, the plurality of optical fibers 30 shown in FIG. 2 may be broken or broken while the probe 3 is used. If the photoacoustic imaging apparatus 100 is used in this state, the above-described problems are caused. Hereinafter, the point of detecting disconnection or breakage of the optical fiber 30 will be described.

図5は、図1に示した分岐光学系40およびその周辺の構成を詳しく示すものである。ここに示される通り分岐光学系40は、レーザ光源2から発散光として発せられたパルスレーザ光Lを平行光化するコリメーターレンズ41と、平行光となったパルスレーザ光Lの光路に配されたビームスプリッタ42と、このビームスプリッタ42を通過したパルスレーザ光Lを集光してバンドルファイバ30Bの各光ファイバ30に入力させる集光レンズ43とを有している。   FIG. 5 shows in detail the configuration of the branching optical system 40 shown in FIG. 1 and its surroundings. As shown here, the branching optical system 40 is arranged in a collimator lens 41 that collimates the pulse laser light L emitted from the laser light source 2 as divergent light, and an optical path of the pulse laser light L that has become parallel light. And a condensing lens 43 that condenses the pulsed laser light L that has passed through the beam splitter 42 and inputs it to each optical fiber 30 of the bundle fiber 30B.

光ファイバ30に入射したパルスレーザ光Lが戻り光RLとなってレーザ光源2側に進行した場合、その戻り光RLはビームスプリッタ42により、レーザ光源2から光ファイバ30に向かうパルスレーザ光Lの光路から分岐され、図5中で下方に進行する。この分岐された戻り光RLは結像レンズ44に通され、該結像レンズ44により、バンドルファイバ30Bの入射端面(戻り光RLについては出射端面)の像が光検出器20上に結像される。なお光検出器20としては、例えばCCDエリアセンサ等が好適に用いられる。またビームスプリッタ42としては、透過光量と反射光量との比率が例えば50:50のものが用いられるが、光検出器20により戻り光RLが観察である限り、その比率は例えば90:10等とされてもよい。   When the pulsed laser light L incident on the optical fiber 30 becomes the return light RL and travels toward the laser light source 2, the return light RL is transmitted to the optical fiber 30 from the laser light source 2 by the beam splitter 42. It is branched from the optical path and proceeds downward in FIG. The branched return light RL is passed through the imaging lens 44, and the imaging lens 44 forms an image of the incident end face (outgoing end face for the return light RL) of the bundle fiber 30 </ b> B on the photodetector 20. The As the photodetector 20, for example, a CCD area sensor or the like is preferably used. Further, as the beam splitter 42, the ratio of the transmitted light amount and the reflected light amount is, for example, 50:50. As long as the return light RL is observed by the photodetector 20, the ratio is, for example, 90:10. May be.

図6は、上記光検出器20上に結像される、バンドルファイバ30Bの入射端面(図3参照)の像を概略的に示すものである。図3に示す各光ファイバ30において断線や折損が無ければ、その部分は図6にFで示すように暗くなっている。それに対して、断線や折損が生じている光ファイバ30の部分では、戻り光RLが出射するために、図6にF′で示すように明るく観察される。したがって、光検出器20が検出する光量は、全部の光ファイバ30が正常である場合と比べて、それらの一部に断線や折損が有る場合はより大となる。   FIG. 6 schematically shows an image of the incident end face (see FIG. 3) of the bundle fiber 30B, which is imaged on the photodetector 20. As shown in FIG. If there is no disconnection or breakage in each optical fiber 30 shown in FIG. 3, the portion is dark as indicated by F in FIG. On the other hand, in the portion of the optical fiber 30 where the disconnection or breakage occurs, the return light RL is emitted, so that it is brightly observed as indicated by F ′ in FIG. Therefore, the amount of light detected by the photodetector 20 is larger when some of the optical fibers 30 are disconnected or broken compared to when all the optical fibers 30 are normal.

上記光検出器20は、検出した全光量を示す信号を出力する。この出力信号は、図1に示す故障検知部21に入力される。故障検知部21は上記出力信号と、不図示の内部メモリに記憶している光量基準値を示す信号とを比較し、前者が後者を上回った場合は、光ファイバ30の故障を示す故障検知信号SDを出力する。この故障検知信号SDは画素表示部11に入力され、画素表示部11はこの故障検知信号SDを受けると、例えば「プローブの光ファイバに異常が有ります」等の故障を知らせる表示を行う。   The photodetector 20 outputs a signal indicating the detected total light amount. This output signal is input to the failure detection unit 21 shown in FIG. The failure detection unit 21 compares the output signal with a signal indicating a light quantity reference value stored in an internal memory (not shown). If the former exceeds the latter, a failure detection signal indicating a failure of the optical fiber 30. SD is output. The failure detection signal SD is input to the pixel display unit 11. When the pixel display unit 11 receives the failure detection signal SD, the pixel display unit 11 performs a display notifying of a failure such as “There is an abnormality in the optical fiber of the probe”.

装置操作者はこの表示により光ファイバ30の故障を知り、プローブ3を修理したり、あるいは交換したりすることができるので、故障した光ファイバ30を含むプローブ3を使用して、不正な光音響画像を取得してしまうことを未然に防止可能となる。なお、上述のように光ファイバの故障を示す表示を行う代わりに、ブザー音を発したり、警報灯を点滅させたりする警報手段を設けてもよい。   The device operator can know the failure of the optical fiber 30 from this display, and can repair or replace the probe 3, so that the probe 3 including the failed optical fiber 30 can be used for illegal photoacoustics. It is possible to prevent an image from being acquired. Note that alarm means for making a buzzer sound or blinking an alarm lamp may be provided instead of displaying the optical fiber failure as described above.

なお、上記の光量基準値は、個々の光音響画像化装置100毎に定められたものであってもよいし、あるいは、例えば共通の仕様や型式のプローブ3を備えた光音響画像化装置毎に共通の値とされたものであってもよい。   The above-mentioned light quantity reference value may be determined for each photoacoustic imaging apparatus 100 or, for example, for each photoacoustic imaging apparatus provided with a common specification or type of probe 3. A common value may be used.

次に、本発明の光音響画像化装置において用いられ得る分岐光学系の別の例について、図7および図8を参照して説明する。なおそれらの図において、図1〜6中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する(以下、同様)。   Next, another example of the branching optical system that can be used in the photoacoustic imaging apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same elements as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless necessary (the same applies hereinafter).

まず、図7に示す分岐光学系50は、図5に示した分岐光学系40と対比すると、ビームスプリッタ42に代えて偏光ビームスプリッタ51が設けられ、そしてこの偏光ビームスプリッタ51と集光レンズ43との間において、パルスレーザ光Lの光路にλ/4板52が挿入された点が異なるものである。   First, in contrast to the branching optical system 40 shown in FIG. 5, the branching optical system 50 shown in FIG. 7 is provided with a polarizing beam splitter 51 instead of the beam splitter 42, and the polarizing beam splitter 51 and the condenser lens 43. The point that the λ / 4 plate 52 is inserted in the optical path of the pulsed laser light L is different from that in FIG.

またレーザ光源2としては、直線偏光したパルスレーザ光Lを発するものが用いられている。偏光ビームスプリッタ51は、その透過軸が、レーザ光源2からバンドルファイバ30Bに向かって進行するパルスレーザ光Lの直線偏光の方向と一致する向きに配設されている。そこで、レーザ光源2から発せられて偏光ビームスプリッタ51に入射したパルスレーザ光Lは、該偏光ビームスプリッタ51を高い透過率で透過する。ここを透過したパルスレーザ光Lは、次にλ/4板52により直線偏光状態から円偏光状態に変換されて、バンドルファイバ30Bに入射する。   As the laser light source 2, one that emits linearly polarized pulsed laser light L is used. The polarization beam splitter 51 is arranged such that its transmission axis coincides with the direction of linear polarization of the pulsed laser light L traveling from the laser light source 2 toward the bundle fiber 30B. Therefore, the pulsed laser light L emitted from the laser light source 2 and incident on the polarization beam splitter 51 is transmitted through the polarization beam splitter 51 with high transmittance. The pulsed laser light L that has passed therethrough is then converted from a linearly polarized state to a circularly polarized state by the λ / 4 plate 52 and is incident on the bundle fiber 30B.

上記の構成においても、バンドルファイバ30Bの光ファイバ30に断線や折損した部分があると、パルスレーザ光Lの一部がそれらの部分で反射し、戻り光RLとなってレーザ光源2側に戻る。この戻り光RLは上述のように反射した際に円偏光の向きが反対になるので、λ/4板52を通過すると、バンドルファイバ30Bに向かうパルスレーザ光Lの直線偏光方向と直角な方向に直線偏光したものとなる。そこでこの戻り光RLは偏光ビームスプリッタ51において図中下方に反射して、結像レンズ44に入射する。それに続く戻り光RLの検出および、その検出光量に基づく光ファイバ30の故障検知、並びにその表示は、本例でも既述の通りになされる。   Also in the above configuration, if there is a broken or broken portion in the optical fiber 30 of the bundle fiber 30B, a part of the pulsed laser light L is reflected by those portions and returns to the laser light source 2 side as return light RL. . When the return light RL is reflected as described above, the direction of the circularly polarized light is opposite. Therefore, when the return light RL passes through the λ / 4 plate 52, the return light RL is in a direction perpendicular to the linear polarization direction of the pulsed laser light L toward the bundle fiber 30B. It will be linearly polarized. Therefore, the return light RL is reflected downward in the drawing by the polarization beam splitter 51 and enters the imaging lens 44. Subsequent detection of the return light RL, failure detection of the optical fiber 30 based on the detected light amount, and display thereof are performed in this example as described above.

以上の通りの偏光ビームスプリッタ51およびλ/4板52を備えた分岐光学系50によれば、図5に示した分岐光学系40において発生し得る、ビームスプリッタ42での光損失を防止することができる。   According to the branching optical system 50 including the polarizing beam splitter 51 and the λ / 4 plate 52 as described above, it is possible to prevent light loss at the beam splitter 42 that may occur in the branching optical system 40 shown in FIG. Can do.

次に図8に示す分岐光学系60は、図5に示した分岐光学系40と対比すると、ビームスプリッタ42に代えてプリズム61が設けられ、そしてレーザ光源2が、レンズ41および42の図中ほぼ上半分の部分をパルスレーザ光Lが進行するように配置された点が異なるものである。なお上記プリズム61は、レンズ41および43の図中ほぼ下半分の部分を通過する戻り光RLを、図中下方に反射させるように配置されている。   Next, in contrast to the branching optical system 40 shown in FIG. 5, the branching optical system 60 shown in FIG. 8 is provided with a prism 61 instead of the beam splitter 42, and the laser light source 2 is shown in the drawing of the lenses 41 and 42. The difference is that the pulse laser beam L is arranged so that the upper half of the laser beam L travels. The prism 61 is disposed so as to reflect the return light RL that passes through the lower half of the lenses 41 and 43 in the figure downward.

プリズム61で反射した戻り光RLは、結像レンズ44に入射する。それに続く戻り光RLの検出および、その検出光量に基づく光ファイバ30の故障検知、並びにその表示は、本例でも既述の通りになされる。   The return light RL reflected by the prism 61 enters the imaging lens 44. Subsequent detection of the return light RL, failure detection of the optical fiber 30 based on the detected light amount, and display thereof are performed in this example as described above.

以上の通りのプリズム61を備えた分岐光学系60を適用することにより、本例においても、図5に示した分岐光学系40において発生し得る、ビームスプリッタ42での光損失を防止することができる。   By applying the branching optical system 60 including the prism 61 as described above, it is possible to prevent light loss at the beam splitter 42 that may occur in the branching optical system 40 shown in FIG. it can.

次に図9および図10を参照して、本発明の光音響画像化装置に用いられ得る光検出器の別の例について説明する。本例においては図9に示す通り、図5に示したものと同じ分岐光学系40が用いられている。一方バンドルファイバ30Bにおいては、図10に正面形状を示すように、パルスレーザ光Lが入射し、そして戻り光RLが出射する端面が一列に並んだ状態にして複数の光ファイバ30が配設されている。   Next, another example of the photodetector that can be used in the photoacoustic imaging apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, as shown in FIG. 9, the same branching optical system 40 as that shown in FIG. 5 is used. On the other hand, in the bundle fiber 30B, as shown in the front shape in FIG. 10, a plurality of optical fibers 30 are arranged with the end faces from which the pulse laser light L is incident and the return light RL is emitted aligned. ing.

そこで、結像レンズ44によって結像されるバンドルファイバ30Bの端面の像は、複数の光ファイバ30の端面が一列に並んだものとなる。つまりそれらの端面からそれぞれ戻り光RLが出射したとすると、それらの戻り光RLは一列に並んだものとなる。光検出器70としては、これらの戻り光RLの並び方向(例えば図9中の左右方向)に沿って光検出部が延びるラインセンサが適用されている。   Therefore, the image of the end face of the bundle fiber 30B formed by the imaging lens 44 is obtained by arranging the end faces of the plurality of optical fibers 30 in a line. That is, if the return lights RL are emitted from the end faces, the return lights RL are arranged in a line. As the photodetector 70, a line sensor is used in which the photodetector is extended along the direction in which the return lights RL are arranged (for example, in the horizontal direction in FIG. 9).

上述のようなラインセンサとしては、例えばフォトダイオードアレイ等を好適に用いることができる。その種のラインセンサは、前述したCCDエリアセンサ等と比べればより安価なものであるので、故障検出のためのコストを抑える上で有利なものとなる。   As the above-described line sensor, for example, a photodiode array can be preferably used. Such a line sensor is less expensive than the CCD area sensor described above, and is advantageous in reducing the cost for detecting a failure.

なお、以上説明した実施形態の光音響画像化装置100においては、複数の光ファイバ30を有するプローブ3が用いられているが、本発明は、光ファイバを1本だけ有するプローブを備えた光音響画像化装置に対しても適用可能である。その場合も、本発明によれば、その1本の光ファイバの破断や折損を正確に検知可能である。   In the photoacoustic imaging apparatus 100 according to the embodiment described above, the probe 3 having a plurality of optical fibers 30 is used, but the present invention is a photoacoustic having a probe having only one optical fiber. The present invention can also be applied to an imaging apparatus. Even in that case, according to the present invention, it is possible to accurately detect the breakage or breakage of the one optical fiber.

またレーザ光源としては、上記実施形態で用いられた固体レーザの他、アレキサンドライトレーザ等のその他の固体レーザや、発振波長が最大800nm程度のAlGaAs系半導体レーザ、発振波長が最大900nm程度のInGaAs系半導体レーザ等も適用可能である。さらには、半導体レーザを種光源とする光増幅型レーザ光源と光波長変換素子との組み合わせからなるもの、より具体的には、波長1560nm程度のレーザ光を発する半導体レーザと、そのレーザ光を増幅する偏波保存型Er(エルビウム)添加光ファイバからなるファイバ増幅器と、そこで増幅された上記レーザ光を波長780nm程度の第2高調波に変換するSHG(第2高調波発生)素子とからなるもの等も適用可能である。   As the laser light source, in addition to the solid-state laser used in the above embodiment, other solid-state lasers such as an alexandrite laser, an AlGaAs semiconductor laser with an oscillation wavelength of about 800 nm at the maximum, and an InGaAs semiconductor with an oscillation wavelength of about 900 nm at the maximum A laser or the like is also applicable. Further, a combination of an optical amplification type laser light source that uses a semiconductor laser as a seed light source and an optical wavelength conversion element, more specifically, a semiconductor laser that emits laser light having a wavelength of about 1560 nm, and the laser light is amplified. A fiber amplifier composed of a polarization-maintaining Er (erbium) -doped optical fiber, and an SHG (second harmonic generation) element that converts the laser light amplified there into a second harmonic having a wavelength of about 780 nm Etc. are also applicable.

1 レーザドライバ
2 レーザ光源
3 プローブ
4 領域選択部
5 光照射検出部
6 同期補正処理部
7 信号取込み部
8 素子データメモリ
9 画像構築部
10 画像メモリ
11 画像表示部
12 マルチプレクサ
20、70 光検出器
21 故障検知部
30 光ファイバ
30B バンドルファイバ
31 圧電素子
40、50、60 分岐光学系
41 コリメーターレンズ
42 ビームスプリッタ
43 集光レンズ
44 結像レンズ
51 偏光ビームスプリッタ
52 λ/4板
61 プリズム
100 光音響画像化装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser driver 2 Laser light source 3 Probe 4 Area | region selection part 5 Light irradiation detection part 6 Synchronization correction process part 7 Signal acquisition part 8 Element data memory 9 Image construction part 10 Image memory 11 Image display part 12 Multiplexer 20, 70 Photo detector 21 Failure detection unit 30 Optical fiber 30B Bundle fiber 31 Piezoelectric element 40, 50, 60 Branch optical system 41 Collimator lens 42 Beam splitter 43 Condensing lens 44 Imaging lens 51 Polarizing beam splitter 52 λ / 4 plate 61 Prism 100 Photoacoustic image Device

Claims (13)

被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、前記光ファイバの故障を検知する方法であって、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、
分岐された戻り光を光検出器により検出し、
この検出された戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知することを特徴とする光音響画像化装置の故障検知方法。
In a photoacoustic imaging apparatus comprising a light source that emits light that irradiates a subject and a probe that has an optical fiber that propagates the light toward the subject, a method for detecting a failure of the optical fiber,
Return light returning to the light source side after entering the optical fiber is branched from the optical path of light from the light source toward the optical fiber,
The branched return light is detected by a photodetector,
A failure detection method for a photoacoustic imaging apparatus, wherein a failure of the optical fiber is detected based on the detected amount of return light.
前記戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断することを特徴とする請求項1記載の光音響画像化装置の故障検知方法。   2. The failure detection method for a photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein when the amount of the return light exceeds a predetermined reference value, it is determined that the optical fiber is broken. 前記基準値が、個々の光音響画像化装置毎に定められたものであることを特徴とする請求項2記載の光音響画像化装置の故障検知方法。   3. The photoacoustic imaging apparatus failure detection method according to claim 2, wherein the reference value is determined for each photoacoustic imaging apparatus. 被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、
この分岐光学系により前記光路から分岐された戻り光を検出する光検出器と、
この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知する故障検知手段とが設けられたことを特徴とする光音響画像化装置。
In a photoacoustic imaging apparatus comprising a light source that emits light to irradiate a subject, and a probe having an optical fiber that propagates the light toward the subject.
A branching optical system for branching the return light that enters the optical fiber and then returns to the light source side from the optical path of the light from the light source toward the optical fiber;
A photodetector for detecting return light branched from the optical path by the branching optical system;
A photoacoustic imaging apparatus, comprising: failure detection means for detecting failure of the optical fiber based on the amount of return light detected by the photodetector.
前記故障検知手段が、前記戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断するものであることを特徴とする請求項4記載の光音響画像化装置。   5. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 4, wherein the failure detection means determines that the optical fiber is broken when the amount of the return light exceeds a predetermined reference value. 前記故障検知手段が、前記基準値として、個々の光音響画像化装置毎に定められて記憶手段に記憶された基準値を用いるものであることを特徴とする請求項5記載の光音響画像化装置。   6. The photoacoustic imaging according to claim 5, wherein the failure detection means uses, as the reference value, a reference value determined for each individual photoacoustic imaging apparatus and stored in a storage means. apparatus. 前記故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段が設けられたことを特徴とする請求項4から6いずれか1項記載の光音響画像化装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to any one of claims 4 to 6, further comprising display means for displaying an indication of the failure when the failure detection means detects a failure of the optical fiber. 前記故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す警報を発する警報手段が設けられたことを特徴とする請求項4から6いずれか1項記載の光音響画像化装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to any one of claims 4 to 6, further comprising an alarm unit that issues an alarm indicating the failure when the failure detection unit detects a failure of the optical fiber. 前記光ファイバが複数設けられてバンドルファイバを構成していることを特徴とする請求項4から8いずれか1項記載の光音響画像化装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 4, wherein a plurality of the optical fibers are provided to constitute a bundle fiber. 前記分岐光学系が、前記光路に挿入されたビームスプリッタを含むものであることを特徴とする請求項4から9いずれか1項記載の光音響画像化装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 4, wherein the branching optical system includes a beam splitter inserted in the optical path. 前記光源が、直線偏光した光を発するものであり、
前記分岐光学系が、前記光ファイバに向かって進行する光の直線偏光方向に対して透過軸が平行となる向きにして前記光路に挿入された偏光ビームスプリッタおよび、この偏光ビームスプリッタと前記光ファイバとの間の前記光路に挿入されたλ/4板を含むものであることを特徴とする請求項4から9いずれか1項記載の光音響画像化装置。
The light source emits linearly polarized light;
A polarization beam splitter inserted into the optical path in a direction in which a transmission axis is parallel to a linear polarization direction of light traveling toward the optical fiber, and the polarization beam splitter and the optical fiber; The photoacoustic imaging apparatus according to claim 4, further comprising a λ / 4 plate inserted in the optical path between the first and second optical paths.
前記分岐光学系が、前記光路に挿入されて前記戻り光の一部を反射させるプリズムを含むものであることを特徴とする請求項4から9いずれか1項記載の光音響画像化装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 4, wherein the branching optical system includes a prism that is inserted into the optical path and reflects a part of the return light. 前記光ファイバが複数、それらの前記戻り光が出射する端面が一列に並んだ状態にして配設され、
前記光検出器として、前記複数の光ファイバから各々戻り光が出射した場合、それらの戻り光の並び方向に沿うように光検出部が延びるラインセンサが用いられていることを特徴とする請求項4から12いずれか1項記載の光音響画像化装置。
A plurality of the optical fibers, the end faces from which the return light is emitted are arranged in a line,
The line detector, wherein when the return light is emitted from each of the plurality of optical fibers, a light detection unit extends along the alignment direction of the return lights. The photoacoustic imaging apparatus of any one of 4-12.
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