JP2015116254A - Subject information acquisition device and acoustic wave receiver - Google Patents

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隆夫 中嶌
Takao Nakajima
隆夫 中嶌
浅尾 恭史
Yasushi Asao
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for inhibiting deviation of measurement light in an acoustic wave reception using a Fabry-Perot probe.SOLUTION: A subject information acquisition device includes: a measurement light source 108 for applying measurement light from an outgoing end; a Fabry-Perot interferometer 106 including a first mirror in which an acoustic wave enters, and a second mirror in which the measurement light enters; a mask 107 provided with an array-like opening part; a photosensor 111 for detecting reflected light of the measurement light reflected by the Fabry-Perot interferometer; an excitation light source 101 for applying excitation light; and a processing part 112 that acquires characteristic information of the interior of the subject on the basis of a detection result of the photosensor that detects a change in the reflected light by a photoacoustic wave generated from the subject receiving the radiation of the excitation light and entering the first mirror. The mask is disposed at a side of the outgoing end of the first mirror with respect to a surface opposite to the surface where the acoustic wave enters, and the mask consists of a material absorbing the measurement light.

Description

本発明は、被検体情報取得装置および音響波受信装置に関する。   The present invention relates to an object information acquiring apparatus and an acoustic wave receiving apparatus.

一般に、エックス線、超音波、MRI(核磁気共鳴法)を用いたイメージング装置が医療分野で多く使われている。一方、レーザなどの光源から照射した光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、生体内の情報を得る光イメージング装置の研究も医療分野で積極的に進められている。このような光イメージング技術の一つとして、光音響イメージング技術が提案されている。   In general, imaging apparatuses using X-rays, ultrasound, and MRI (nuclear magnetic resonance method) are widely used in the medical field. On the other hand, research on optical imaging equipment that obtains in-vivo information by propagating light emitted from a light source such as a laser into a subject such as a living body and detecting the propagating light is actively promoted in the medical field. It has been. As one of such optical imaging techniques, a photoacoustic imaging technique has been proposed.

光音響イメージングにおいては、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波(以降、光音響波とも呼ぶ)を複数の個所で検出する。それら音響波に基づく信号を解析処理することで、被検体内部の光学特性値に関連した情報が可視化される。その結果、被検体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。   In photoacoustic imaging, an object is irradiated with pulsed light generated from a light source, and an acoustic wave generated from a living tissue that absorbs the energy of light propagated and diffused in the object (hereinafter also referred to as photoacoustic wave). Detect at multiple locations. By analyzing the signals based on these acoustic waves, information related to the optical characteristic values inside the subject is visualized. As a result, it is possible to obtain an optical characteristic value distribution in the subject, particularly a light energy absorption density distribution.

音響波の検出器としては、圧電現象を用いたトランスデューサーや容量の変化を用いたトランスデューサーが挙げられる。さらに近年、光の共振を用いた検出器が開発されている(非特許文献1)。   Examples of the acoustic wave detector include a transducer using a piezoelectric phenomenon and a transducer using a change in capacitance. In recent years, detectors using optical resonance have been developed (Non-Patent Document 1).

平行な2枚の反射板の間で光を共振させる構造をファブリペロー型干渉計という。ファブリペロー型干渉計を利用した音響波検出器はファブリペロー型探触子と呼ばれる。ファブリペロー型探触子は、二枚のミラー(以降、共振ミラーと呼ぶ)が高分子膜を挟んだ構造をとる。弾性波が入射した際に、弾性波が入射する側のミラーが高分子膜の膜厚方向に変形し、二枚のミラー間の距離(以降、キャビティー長と呼ぶ)が変化する。この際に生じる反射率の変化を検出することで、入射した弾性波を検出できる。   A structure that resonates light between two parallel reflectors is called a Fabry-Perot interferometer. An acoustic wave detector using a Fabry-Perot interferometer is called a Fabry-Perot probe. The Fabry-Perot probe has a structure in which two mirrors (hereinafter referred to as resonance mirrors) sandwich a polymer film. When an elastic wave is incident, the mirror on the side on which the elastic wave is incident is deformed in the film thickness direction of the polymer film, and the distance between the two mirrors (hereinafter referred to as the cavity length) changes. By detecting a change in reflectance that occurs at this time, it is possible to detect an incident elastic wave.

この際、反射率を測定するための測定光が照射されているエリアが受信領域となる。すなわち、ファブリペロー型探触子における受信領域は、圧電型探触子における1素子サイズに相当する。ファブリペロー型探触子は広帯域であり、さらに受信領域を小さくした際の感度の低下を抑制できるため、高分解能なイメージングが可能となる。   At this time, the area irradiated with the measurement light for measuring the reflectance is the reception area. That is, the reception area in the Fabry-Perot probe corresponds to one element size in the piezoelectric probe. Since the Fabry-Perot probe has a wide band and can suppress a decrease in sensitivity when the receiving area is further reduced, high-resolution imaging is possible.

ところで、イメージング装置を実用化するにあたって、短時間にイメージングを行うことが重要である。特に医療現場などで生体を被検体とする場合、イメージングを短時間に行い被検者の負担を軽減することが、実用化に向けて必要となる。
イメージングを短時間に行うためには、短時間でのデータ取得を行う必要がある。しかし、光音響波の二次元分布データを取得するために、1つの探触子をラスタースキャンすると、データ取得に多大な時間を要する。
By the way, when putting an imaging apparatus into practical use, it is important to perform imaging in a short time. In particular, when a living body is used as a subject at a medical site or the like, it is necessary for practical use to reduce the burden on the subject by performing imaging in a short time.
In order to perform imaging in a short time, it is necessary to acquire data in a short time. However, if a single probe is raster scanned in order to acquire two-dimensional distribution data of photoacoustic waves, it takes a lot of time to acquire the data.

そこで、光の共振を用いた検出器においては、弾性波の二次元分布を一括に取得するために、二次元アレイ型センサとしてCCDカメラを用いてファブリペロー型干渉計に照射した超音波の音圧を検出した報告例もある(非特許文献2)。   Therefore, in the detector using the resonance of light, in order to obtain the two-dimensional distribution of elastic waves in a lump, the sound of the ultrasonic wave irradiated to the Fabry-Perot interferometer using a CCD camera as a two-dimensional array type sensor. There is also a report example of detecting pressure (Non-Patent Document 2).

ここで、垂直共振器型面発光レーザ(Vertical−cavity Surface−emitting Laser:VCSEL)と呼ばれる半導体レーザについて説明する。通常の端面発光型の半導体レーザは、その基板の端面から光を出射するのに対して、VCSELは、基板に垂直方向に光を出射する(特許文献1)。また、これを半導体基
板上に2次元に配置した例もある。以降、このように2次元もしくは1次元にアレイ化されたレーザの中の1つのレーザ(1つの発光点)を発光素子と呼ぶ。
Here, a semiconductor laser called a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) will be described. A normal edge-emitting semiconductor laser emits light from the end face of its substrate, whereas a VCSEL emits light in a direction perpendicular to the substrate (Patent Document 1). There is also an example in which this is two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate. Hereinafter, one laser (one light emission point) among the lasers arrayed two-dimensionally or one-dimensionally in this way is referred to as a light-emitting element.

ファブリペロー型探触子のキャビティー長にはばらつきがあるため、感度を最適に保つには、ファブリペロー型探触子上の位置に応じて測定光の波長を変化させる必要がある。
ここで、2次元に配置したVCSELは発光素子ごとに独立駆動させることが可能であるため、発光素子ごとに出射光の波長を制御できる。つまり、VCSELアレイと二次元アレイ型センサを用いることで、キャビティー長にあるばらつきを補正して、弾性波の二次元分布を一括に取得することが可能となる。
Since the cavity length of the Fabry-Perot probe varies, it is necessary to change the wavelength of the measurement light according to the position on the Fabry-Perot probe in order to keep the sensitivity optimal.
Here, since the two-dimensionally arranged VCSEL can be driven independently for each light emitting element, the wavelength of the emitted light can be controlled for each light emitting element. That is, by using a VCSEL array and a two-dimensional array type sensor, it is possible to correct a variation in the cavity length and collectively acquire a two-dimensional elastic wave distribution.

米国特許出願公開第2009/0135872号公報US Patent Application Publication No. 2009/0135872

E. Zang, J. Laufer, and P21. Beard, “Backward-mode multiwavelength photoacoustic scanner using a planer Fabry-Perot polymer film ultrasound sensor for high-resolution three-dimensional imaging of biological tissue”, Applied Optics, 47, 4. (2008)E. Zang, J. Laufer, and P21. Beard, “Backward-mode multiwavelength photoacoustic scanner using a planer Fabry-Perot polymer film ultrasound sensor for high-resolution three-dimensional imaging of biological tissue”, Applied Optics, 47, 4. (2008) M. Lamont, P. Beard,“2D imaging of ultrasound fields using CCD array to map output of Fabry-Perot polymer film sensor”, Electronics Letters, 42, 3, (2006)M. Lamont, P. Beard, “2D imaging of ultrasound fields using CCD array to map output of Fabry-Perot polymer film sensor”, Electronics Letters, 42, 3, (2006)

ファブリペロー型探触子は光を媒体として音響波を検出するため、レーザや複数の光学部品や光センサを使用する。そのため、正確に音響波の分布を得るためには、これらの光学系が常に最適な位置に配置されている必要がある。   The Fabry-Perot probe uses a laser, a plurality of optical components, and an optical sensor to detect acoustic waves using light as a medium. Therefore, in order to obtain the acoustic wave distribution accurately, it is necessary that these optical systems are always arranged at optimum positions.

しかし、ファブリペロー型探触子を、臨床現場で使用されている超音波診断装置などに用いた場合、探触子のハンドリングの際に機械振動が発生する。また落下衝撃などが生じると非常に強い機械振動が生じる。光学部品等の位置が機械的振動によってずれてしまうと正確な音響波分布が得られず、画像が劣化してしまう。   However, when the Fabry-Perot probe is used in an ultrasonic diagnostic apparatus or the like used in a clinical field, mechanical vibration is generated when the probe is handled. In addition, when a drop impact occurs, a very strong mechanical vibration is generated. If the position of the optical component or the like is shifted due to mechanical vibration, an accurate acoustic wave distribution cannot be obtained and the image is deteriorated.

特に、測定光のファブリペロー型探触子上での照射位置がずれると、被検体と受信素子位置との面内方向の相対的な位置関係がずれてしまうため、画像が劣化する。
また、各光スポットの間隔がずれると、受信素子の間隔が変化してしまうことになり、得られた信号から画像を構成する際に画質が劣化してしまう。
In particular, if the irradiation position of the measurement light on the Fabry-Perot probe is shifted, the relative positional relationship in the in-plane direction between the subject and the receiving element position is shifted, so that the image is deteriorated.
Further, if the interval between the light spots is shifted, the interval between the receiving elements changes, and the image quality deteriorates when an image is formed from the obtained signals.

さらに、光学系のずれにより被検体と測定光のスポット位置の、垂直方向の相対的な位置関係がずれてしまうと、ファブリペロー型探触子上でのスポット径が一定に定まらなくなる。その結果、受信素子のサイズが変化し分解能の再現性が得られなくなる。また、受信素子のサイズ変化は音響波の受信に対する素子の指向性の変化を引き起こすことにもなる。   Furthermore, if the relative positional relationship in the vertical direction between the subject and the spot position of the measurement light shifts due to the shift of the optical system, the spot diameter on the Fabry-Perot probe cannot be fixed. As a result, the size of the receiving element changes and resolution reproducibility cannot be obtained. In addition, a change in the size of the receiving element also causes a change in the directivity of the element with respect to reception of acoustic waves.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ファブリペロー型探触子を用いた音響波受信において、測定光のずれを抑制するための技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing deviation of measurement light in acoustic wave reception using a Fabry-Perot probe.

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
出射端から測定光を照射する測定光源と、
音響波が入射する第1のミラーと、前記測定光が入射する第2のミラーにより構成されるファブリペロー型干渉計と、
アレイ状に開口部を設けられたマスクと、
前記測定光が前記ファブリペロー型干渉計で反射した反射光を検出する光センサと、
励起光を照射する励起光源と、
前記励起光を照射された被検体から発生して前記第1のミラーに入射した光音響波による前記反射光の変化を前記光センサが検出した結果に基づき、前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記マスクは、前記第1のミラーのうち前記音響波が入射する面とは反対側の面よりも前記出射端の側に配置され、
前記マスクは、前記測定光を吸収する素材からなる
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
The present invention employs the following configuration. That is,
A measurement light source that emits measurement light from the exit end; and
A Fabry-Perot interferometer composed of a first mirror on which an acoustic wave is incident and a second mirror on which the measurement light is incident;
A mask provided with openings in an array;
An optical sensor for detecting the reflected light reflected by the Fabry-Perot interferometer;
An excitation light source that emits excitation light;
Based on the detection result of the reflected light by the photoacoustic wave generated from the subject irradiated with the excitation light and incident on the first mirror, characteristic information in the subject is acquired. A processing unit to
Have
The mask is disposed closer to the emission end than the surface of the first mirror opposite to the surface on which the acoustic wave is incident,
The mask is an object information acquiring apparatus characterized in that the mask is made of a material that absorbs the measurement light.

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
出射端から測定光を照射する測定光源と、
前記被検体に音響波を送信するトランスデューサーと、
音響波が入射する第1のミラーと、前記測定光が入射する第2のミラーにより構成されるファブリペロー型干渉計と、
アレイ状に開口部を設けられたマスクと、
前記測定光が前記ファブリペロー型干渉計で反射した反射光を検出する光センサと、
前記トランスデューサーから送信されたのち前記被検体内で反射して前記第1のミラーに入射した音響波による前記反射光の変化を前記光センサが検出した結果に基づき、前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記マスクは、前記第1のミラーのうち前記音響波が入射する面とは反対側の面よりも前記出射端の側に配置され、
前記マスクは、前記測定光を吸収する素材からなる
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
The present invention also employs the following configuration. That is,
A measurement light source that emits measurement light from the exit end; and
A transducer for transmitting an acoustic wave to the subject;
A Fabry-Perot interferometer composed of a first mirror on which an acoustic wave is incident and a second mirror on which the measurement light is incident;
A mask provided with openings in an array;
An optical sensor for detecting the reflected light reflected by the Fabry-Perot interferometer;
Based on the detection result of the reflected light by the acoustic wave transmitted from the transducer and reflected in the subject and incident on the first mirror, the characteristic information in the subject is detected. A processing unit for acquiring
Have
The mask is disposed closer to the emission end than the surface of the first mirror opposite to the surface on which the acoustic wave is incident,
The mask is an object information acquiring apparatus characterized in that the mask is made of a material that absorbs the measurement light.

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
出射端から測定光を照射する測定光源と、
音響波が入射する第1のミラーと、前記測定光が入射する第2のミラーにより構成されるファブリペロー型干渉計と、
アレイ状に開口部を設けられたマスクと、
前記測定光が前記ファブリペロー型干渉計で反射した反射光を検出する光センサと、
を有し、
前記マスクは、前記第1のミラーのうち前記音響波が入射する面とは反対側の面よりも前記出射端の側に配置され、
前記マスクは、前記測定光を吸収する素材からなる
ことを特徴とする音響波受信装置である。
The present invention also employs the following configuration. That is,
A measurement light source that emits measurement light from the exit end; and
A Fabry-Perot interferometer composed of a first mirror on which an acoustic wave is incident and a second mirror on which the measurement light is incident;
A mask provided with openings in an array;
An optical sensor for detecting the reflected light reflected by the Fabry-Perot interferometer;
Have
The mask is disposed closer to the emission end than the surface of the first mirror opposite to the surface on which the acoustic wave is incident,
The mask is an acoustic wave receiving device characterized by comprising a material that absorbs the measurement light.

本発明によれば、ファブリペロー型探触子を用いた音響波受信において、測定光のずれを抑制するための技術を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique for suppressing the shift | offset | difference of measurement light can be provided in the acoustic wave reception using a Fabry-Perot probe.

イメージング装置の構成の一例を示す図Diagram showing an example of the configuration of an imaging apparatus ファブリペロー型探触子とマスクの構成の一例を示す図Diagram showing an example of the configuration of a Fabry-Perot probe and mask マスクの光学特性を示す図Diagram showing optical characteristics of mask マスクによる面内方向の光学ずれに対する効果を示した図The figure which showed the effect with respect to the optical shift of the in-plane direction by the mask マスクによる垂直方向の光学ずれに対する効果を示した図The figure which showed the effect with respect to the optical shift of the perpendicular direction by the mask イメージング装置の構成の一例を示す図Diagram showing an example of the configuration of an imaging apparatus イメージング装置の構成の一例を示す図Diagram showing an example of the configuration of an imaging apparatus ファブリペロー型探触子とマスクの構成の一例を示す図Diagram showing an example of the configuration of a Fabry-Perot probe and mask

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. It is not intended to limit the following description.

本発明の音響波受信装置は、被検体に光(電磁波)を照射し、光音響効果に従って被検体内で発生して伝搬した音響波を受信(検出)する、光音響トモグラフィー技術を利用したイメージング装置を含む。本発明の音響波受信装置はまた、被検体に超音波等の音響波を送信し、被検体内部で反射し伝播した反射波(エコー波)を受信する、超音波エコー技術を利用したイメージング装置を含む。そして本発明の被検体情報取得装置は、上記の音響波受信装置を含み、その音響波を用いて被検体内の特性情報を取得する。   The acoustic wave receiving apparatus of the present invention is an imaging using photoacoustic tomography technology that irradiates a subject with light (electromagnetic waves) and receives (detects) an acoustic wave generated and propagated in the subject according to the photoacoustic effect. Including equipment. The acoustic wave receiving apparatus of the present invention also transmits an acoustic wave such as an ultrasonic wave to the subject, and receives a reflected wave (echo wave) reflected and propagated inside the subject. including. The subject information acquiring apparatus of the present invention includes the acoustic wave receiving device described above, and acquires characteristic information in the subject using the acoustic wave.

前者の光音響効果を利用した装置の場合、特性情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。組織を構成する物質とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などの血液成分、あるいは脂肪、コラーゲン、水分などである。
後者の超音波エコー技術を利用した装置の場合、特性情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。
In the case of a device using the former photoacoustic effect, the characteristic information is the distribution of the acoustic wave generated by light irradiation, the initial sound pressure distribution in the subject, or the optical energy absorption density derived from the initial sound pressure distribution. This shows the distribution, absorption coefficient distribution, and concentration distribution of substances constituting the tissue. The substance constituting the tissue is, for example, a blood component such as an oxygen saturation distribution or an oxidized / reduced hemoglobin concentration distribution, or fat, collagen, moisture, and the like.
In the case of an apparatus using the latter ultrasonic echo technique, the characteristic information is information reflecting a difference in acoustic impedance of the tissue inside the subject.

本発明の音響波受信装置では特に、光音響波を受信する受信素子(探触子、トランスデューサー)としてファブリペロー型干渉計を用いたものを好適に利用できる。以下の記載においては取得した情報に基づき画像データを生成し表示するイメージング装置について説明する。ただし本発明に係る装置は、必ずしも特性情報を表示する必要はなく、利用可能なデータとして保存しておいても良い。   In the acoustic wave receiving apparatus of the present invention, a device using a Fabry-Perot interferometer as a receiving element (probe, transducer) that receives photoacoustic waves can be suitably used. In the following description, an imaging apparatus that generates and displays image data based on acquired information will be described. However, the apparatus according to the present invention is not necessarily required to display the characteristic information, and may be stored as usable data.

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。探触子により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。   The acoustic wave referred to in the present invention is typically an ultrasonic wave and includes an elastic wave called a sound wave or an acoustic wave. An acoustic wave generated by the photoacoustic effect is called a photoacoustic wave or an optical ultrasonic wave. An electric signal converted from an acoustic wave by the probe is also called an acoustic signal.

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。本発明は音響波受信装置または被検体情報取得装置の作動方法、制御方法としても捉えられる。本発明はまた、作動方法や制御方法を情報処理装置等に実施させるプログラムとしても捉えられる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention can also be understood as an operation method and a control method of an acoustic wave receiving apparatus or an object information acquiring apparatus. The present invention can also be understood as a program for causing an information processing apparatus or the like to execute an operation method or a control method.

[実施形態1]
以下、本発明の実施形態1について、図面を参照しながら説明する。
なお、本発明における測定光とは、ファブリペロー型干渉計に入射する入射光、およびファブリペロー型干渉計でフォトダイオードに導かれる反射光を含むものである。測定光は、光音響効果を利用して音響波を発生させるために被検体に照射する励起光とは区別される。
[Embodiment 1]
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
The measurement light in the present invention includes incident light incident on the Fabry-Perot interferometer and reflected light guided to the photodiode by the Fabry-Perot interferometer. The measurement light is distinguished from the excitation light that irradiates the subject in order to generate an acoustic wave using the photoacoustic effect.

(装置構成)
図1は、本実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図である。
本実施形態のイメージング装置は、励起光源101を備える。励起光源101は、被検体102に励起光103を照射する。その結果、被検体の内部もしくは表面における光吸収体104が光のエネルギーの一部を吸収することによって、光音響波105が発生する。被検体内部の光吸収体としては腫瘍、血管などが挙げられる。
(Device configuration)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the present embodiment.
The imaging apparatus of this embodiment includes an excitation light source 101. The excitation light source 101 irradiates the subject 102 with excitation light 103. As a result, the photoacoustic wave 105 is generated by the light absorber 104 inside or on the surface of the subject absorbing part of the light energy. Examples of the light absorber inside the subject include tumors and blood vessels.

本実施形態の音響波受信装置は、光音響波105を検出するためのファブリペロー型探触子106を備える。また、ファブリペロー型探触子106にはアレイ状に開口部を持つマスク107が配置されている。ファブリペロー型探触子106は、測定光源であるアレイ光源108の出射端から測定光109を照射することによって、マスク107の開口部における光音響波105の音圧を検出できる。   The acoustic wave receiving apparatus of this embodiment includes a Fabry-Perot probe 106 for detecting the photoacoustic wave 105. A Fabry-Perot probe 106 is provided with a mask 107 having openings in an array. The Fabry-Perot probe 106 can detect the sound pressure of the photoacoustic wave 105 at the opening of the mask 107 by irradiating the measurement light 109 from the emission end of the array light source 108 as a measurement light source.

音響波受信装置はまた、アレイ光源108から出射する測定光109の波長を1素子または複数素子ごとに制御する制御部110を備える。
音響波受信装置はまた、マスク107の開口部を通ってファブリペロー型探触子106の共振ミラーに入射した測定光109の反射光量を測定し、電気信号に変換するための光センサ111を備える。
以上が音響波受信装置の基本的な構成要素である。
The acoustic wave receiving apparatus also includes a control unit 110 that controls the wavelength of the measurement light 109 emitted from the array light source 108 for each element or a plurality of elements.
The acoustic wave receiving apparatus also includes an optical sensor 111 for measuring the amount of reflected light of the measurement light 109 that has entered the resonant mirror of the Fabry-Perot probe 106 through the opening of the mask 107 and converts it into an electrical signal. .
The above is the basic component of the acoustic wave receiving apparatus.

上記音響波受信装置に、さらに処理部112と表示部113を追加することによって、イメージング装置(被検体情報取得装置)が構成される。処理部112は光センサ111で得られた電気信号に対し解析等の信号処理を施す。表示部113は処理部で得られた光学特性値分布等の被検体情報を表示する。
以上が本実施形態の音響波受信装置を含む、イメージング装置の基本的な構成である。
An imaging device (subject information acquisition device) is configured by adding a processing unit 112 and a display unit 113 to the acoustic wave receiving device. The processing unit 112 performs signal processing such as analysis on the electrical signal obtained by the optical sensor 111. The display unit 113 displays object information such as an optical characteristic value distribution obtained by the processing unit.
The above is the basic configuration of the imaging apparatus including the acoustic wave receiving apparatus of the present embodiment.

(光源と光出射)
アレイ光源108としては、光を出射する際に、1素子または複数素子ごとに波長を制御できる、波長可変レーザが好適に用いられる。また、音響波がファブリペロー型探触子106に入射した際の反射率変化を大きくするために、アレイ光源108はシングルモードで動作することが望ましい。アレイ光源は、本発明の測定光源に相当する。
(Light source and light emission)
As the array light source 108, a tunable laser that can control the wavelength for each element or a plurality of elements when emitting light is preferably used. Further, in order to increase the reflectance change when the acoustic wave enters the Fabry-Perot probe 106, it is desirable that the array light source 108 operates in a single mode. The array light source corresponds to the measurement light source of the present invention.

また、アレイ光源108は少なくとも、ファブリペロー型探触子106のFSR(Free Spectol Range)以上の波長範囲で、波長を変化させられることが望ましい。FSRとは隣り合う、共振波長間の波長間隔のことである。
また、アレイ光源108は短時間に波長可変を行えることが好ましい。
また、アレイ光源108として一次元アレイレーザーもしくは二次元アレイレーザーを用いると、データ取得の短時間化などに効果がある。
上記のような要件に適したアレイ光源108として、面発光レーザ(VCSEL)アレイがある。
Further, it is desirable that the wavelength of the array light source 108 can be changed at least in a wavelength range equal to or larger than the FSR (Free Spectrum Range) of the Fabry-Perot probe 106. FSR is a wavelength interval between adjacent resonance wavelengths.
In addition, it is preferable that the array light source 108 can change the wavelength in a short time.
Further, using a one-dimensional array laser or a two-dimensional array laser as the array light source 108 is effective in shortening data acquisition.
As an array light source 108 suitable for the above requirements, there is a surface emitting laser (VCSEL) array.

アレイ光源108で生成した測定光109は、光学系114を通って集光されてファブリペロー型探触子106に入射する。
光学系114によって、ファブリペロー型探触子106上での測定光109のスポットサイズや照射間隔が決まる。その際、測定光109がマスク107の開口の位置に照射されるような光学系を用いる。このような光学系114としてテレセントリックレンズを用いることができる。
The measurement light 109 generated by the array light source 108 is collected through the optical system 114 and enters the Fabry-Perot probe 106.
The spot size and irradiation interval of the measurement light 109 on the Fabry-Perot probe 106 are determined by the optical system 114. At that time, an optical system that irradiates the measurement light 109 to the position of the opening of the mask 107 is used. A telecentric lens can be used as such an optical system 114.

(マスクおよび探触子)
図2(a)は、本実施形態におけるマスク107を備えたファブリペロー型探触子10
6を説明する図である。マスク107にはアレイ状に配置された開口201が設けられている。マスク107は第2のミラー203と基板205の間に配置されている。開口201は、本発明の開口部に相当する。
(Mask and probe)
FIG. 2A shows a Fabry-Perot probe 10 having a mask 107 according to this embodiment.
FIG. The mask 107 is provided with openings 201 arranged in an array. The mask 107 is disposed between the second mirror 203 and the substrate 205. The opening 201 corresponds to the opening of the present invention.

なお本発明の効果を得るために、ファブリペロー型干渉計におけるマスク107の形成位置は、音響波が入射する側の第1のミラー202の、共振ミラー内部側の面か、その面よりもアレイ光源の寄りの位置(すなわち出射端の側)とすることが好ましい。より好ましくは、マスク107を、測定光の入射する側の第2のミラー203のいずれかの面か、基板の共振ミラーとは反対側の面上に形成する。   In order to obtain the effect of the present invention, the formation position of the mask 107 in the Fabry-Perot interferometer is the surface on the inner side of the resonance mirror of the first mirror 202 on the side on which the acoustic wave is incident, or an array from the surface. It is preferable that the position be closer to the light source (that is, the emission end side). More preferably, the mask 107 is formed on any surface of the second mirror 203 on the measurement light incident side or on the surface opposite to the resonant mirror of the substrate.

第1のミラー202と第2のミラー203の材料としては、誘電多層膜や金属膜を使用できる。ミラーの間にはスペーサー膜204が存在する。スペーサー膜204としては、弾性波がファブリペロー型探触子に入射した際のひずみが大きいものが好ましく、例えば有機高分子膜が用いられる。有機高分子膜としてはパリレン、SU8、またはポリエチレンなどを使用できる。ただし、スペーサー膜204として、音波を受信したときに膜厚方向に変形する膜であれば、無機膜を用いても構わない。   As a material of the first mirror 202 and the second mirror 203, a dielectric multilayer film or a metal film can be used. A spacer film 204 exists between the mirrors. The spacer film 204 is preferably one having a large distortion when an elastic wave is incident on a Fabry-Perot probe. For example, an organic polymer film is used. Parylene, SU8, polyethylene or the like can be used as the organic polymer film. However, as the spacer film 204, an inorganic film may be used as long as it is a film that deforms in the film thickness direction when a sound wave is received.

しかし、有機高分子膜を成膜する際に、膜厚のばらつきが生じやすい。キャビティー長にばらつきが存在する場合、探触子面内の音響波の受信感度を一定に保つには、探触子面内において、キャビティー長のばらつきに対して、測定光の波長を位置ごとに調整する必要がある。さらに受信感度を上げるためには、各々の位置において探触子面内の音響波の受信感度が最大となるように測定光の波長を合わせることが好ましい。   However, when the organic polymer film is formed, the film thickness tends to vary. When there is variation in the cavity length, in order to keep the acoustic wave reception sensitivity within the probe plane constant, the wavelength of the measurement light is positioned with respect to the variation in the cavity length within the probe surface. It is necessary to adjust every time. In order to further increase the reception sensitivity, it is preferable to match the wavelength of the measurement light so that the reception sensitivity of the acoustic wave in the probe plane is maximized at each position.

ファブリペロー型探触子は、測定光が入射する側の面以外は保護膜で覆われていることが好ましい。保護膜としてはパリレンなどの有機高分子膜やSiOなどの無機膜を薄膜形成した物が用いられる。
基板205にはガラスやアクリルを使用できる。その際、基板205内での光の干渉による影響を減らすために、基板205は楔形であることが好ましい。さらに、基板205表面における光の反射を避けるために、測定光が入射する側の面にはARコート処理を施すことが好ましい。
The Fabry-Perot probe is preferably covered with a protective film except for the surface on which the measurement light is incident. As the protective film, an organic polymer film such as parylene or an inorganic film such as SiO 2 formed into a thin film is used.
Glass or acrylic can be used for the substrate 205. At this time, in order to reduce the influence of light interference in the substrate 205, the substrate 205 is preferably wedge-shaped. Furthermore, in order to avoid reflection of light on the surface of the substrate 205, it is preferable to perform AR coating on the surface on which the measurement light is incident.

図2(b)はマスク107を測定光109の入射する側から見た図である。アレイ状に開口201が設けられている。
本実施形態では図2(b)のようなマスクを図示した。しかし、開口の数や配置は、測定対象や測定範囲に応じて任意に形成すれば良い。
FIG. 2B is a diagram of the mask 107 viewed from the side on which the measurement light 109 is incident. Openings 201 are provided in an array.
In the present embodiment, a mask as shown in FIG. However, the number and arrangement of the openings may be arbitrarily formed according to the measurement object and the measurement range.

測定光109はマスク107の開口201の位置に照射される。開口201における測定光109のビーム径は、開口201のサイズよりも大きいことが好ましい。この際、開口を通ってファブリペロー型探触子106の共振ミラーに照射される測定光109のスポット径は開口201のサイズによって決まるため、開口201のサイズによりファブリペロー型探触子106の1つの受信素子の受信面積が決まる。よって必要な分解能によって開口201のサイズを決める必要がある。   The measurement light 109 is irradiated to the position of the opening 201 of the mask 107. The beam diameter of the measurement light 109 in the opening 201 is preferably larger than the size of the opening 201. At this time, since the spot diameter of the measurement light 109 irradiated to the resonant mirror of the Fabry-Perot probe 106 through the opening is determined by the size of the opening 201, one of the Fabry-Perot probes 106 depends on the size of the opening 201. The receiving area of one receiving element is determined. Therefore, it is necessary to determine the size of the opening 201 according to the necessary resolution.

図3(a)に示したように、測定光109はマスク107の開口201以外の部分は透過しない。また、マスク107の開口201以外の部分で測定光109が反射してしまうと、ファブリペロー型探触子106で反射した測定光109の検出を妨げるため、マスク107の材料は測定光109を吸収するものを用いる。なお、マスク107の材料は、測定光109に対する透過率が1.0%以下になるものを用いることが好ましい。マスク107の材料は、測定光109に対する透過率が0.5%以下になるものを用いることがさらに好ましい。このような材料として染料や顔料などの色素が使用できる。   As shown in FIG. 3A, the measurement light 109 does not pass through portions other than the opening 201 of the mask 107. Further, if the measurement light 109 is reflected at a portion other than the opening 201 of the mask 107, detection of the measurement light 109 reflected by the Fabry-Perot probe 106 is hindered, so the material of the mask 107 absorbs the measurement light 109. Use what you want. The material of the mask 107 is preferably a material whose transmittance with respect to the measuring light 109 is 1.0% or less. More preferably, the mask 107 is made of a material having a transmittance with respect to the measuring light 109 of 0.5% or less. As such a material, pigments such as dyes and pigments can be used.

また本実施形態では、図3(b)に示したように、被検体102に励起光103をファブリペロー型探触子106側から照射するため、マスク107には励起光103を透過する材料を用いる。なお、マスク107の材料は、励起光103に対する透過率が90%以上になるものを用いることが好ましい。また、マスク107の材料は、励起光103に対する透過率が95%以上になるものを用いることがさらに好ましい。
しかし、本実施形態とは異なり被検体102に対してファブリペロー型探触子106と反対側から励起光103を照射する場合など、ファブリペロー型探触子106を通さずに励起光103を被検体102に照射することも可能である。その場合はマスク107に励起光103を透過する材料を用いる必要はない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3B, since the subject 102 is irradiated with the excitation light 103 from the Fabry-Perot probe 106 side, the mask 107 is made of a material that transmits the excitation light 103. Use. Note that the mask 107 is preferably made of a material having a transmittance of 90% or more for the excitation light 103. Further, as the material of the mask 107, it is more preferable to use a material having a transmittance with respect to the excitation light 103 of 95% or more.
However, unlike this embodiment, when the subject 102 is irradiated with the excitation light 103 from the opposite side of the Fabry-Perot probe 106, the excitation light 103 is not passed through the Fabry-Perot probe 106. It is also possible to irradiate the specimen 102. In that case, it is not necessary to use a material that transmits the excitation light 103 for the mask 107.

マスク107を第2のミラー203と基板205の間に設けるために、ファブリペロー型探触子106の基板205上にマスクを成膜する手法が利用できる。このような手法として、公知の表示素子用カラーフィルタパターニング技術を利用できる。例えばスピンコート法もしくは印刷法を用いて基板上に光感光性を有する色素材料を形成し、その後開口部がパターニングされているフォトマスクを用いて紫外線を照射することにより、色素膜上に開口部を作製できる。
この他、インクジェット技術を用いてファブリペロー型探触子106に色素をパターニングする手法も使用できる。
In order to provide the mask 107 between the second mirror 203 and the substrate 205, a method of forming a mask on the substrate 205 of the Fabry-Perot probe 106 can be used. As such a technique, a known display element color filter patterning technique can be used. For example, by forming a dye material having photosensitivity on a substrate by using a spin coating method or a printing method, and then irradiating ultraviolet rays using a photomask in which the opening is patterned, the opening is formed on the dye film. Can be produced.
In addition, a technique of patterning a dye on the Fabry-Perot probe 106 using an ink jet technique can also be used.

これらの手法により基板上にマスクを形成したのち、第2のミラー203、スペーサー膜204、第1のミラー202さらには保護膜(図示せず)の順に成膜する。これにより、図2(a)に示すような、マスク107を備えたファブリペロー型探触子106を作製できる。   After forming a mask on the substrate by these methods, the second mirror 203, the spacer film 204, the first mirror 202, and further a protective film (not shown) are formed in this order. As a result, a Fabry-Perot probe 106 having a mask 107 as shown in FIG.

(動作および効果)
図4は、面内方向の光学的な位置ずれを、本実施形態のマスクを用いて抑制する手法を説明する図である。
(Operation and effect)
FIG. 4 is a diagram for explaining a technique for suppressing the optical positional deviation in the in-plane direction by using the mask of the present embodiment.

図4(a)には比較例として、マスクを持たないファブリペロー型探触子を示す。診断の際、探触子に機械的振動を与えることにより、点線で示した測定光401が測定光402の位置にずれたとする。符号403は、この際の、ミラー203上での光スポットの面内方向の位置ずれを表している。
このように、光スポットの位置がずれることは、探触子の受信素子の位置がずれることを意味する。その結果として被検体と探触子の位置関係が測定中にずれてしまい、再構成した画像にブレなどの不具合が生じることになる。
FIG. 4A shows a Fabry-Perot probe without a mask as a comparative example. It is assumed that the measurement light 401 indicated by the dotted line is shifted to the position of the measurement light 402 by applying mechanical vibration to the probe at the time of diagnosis. Reference numeral 403 represents the positional deviation in the in-plane direction of the light spot on the mirror 203 at this time.
Thus, the shift of the position of the light spot means that the position of the receiving element of the probe is shifted. As a result, the positional relationship between the subject and the probe is shifted during measurement, and problems such as blurring occur in the reconstructed image.

また、光スポットの間隔がずれると、受信素子の間隔が変化してしまうことになり、得られた信号から画像を構成する際に画質が劣化してしまう。
また落下衝撃などにより光学系が歪んでも同様の問題が生じ、所望の画像が得られない。
Further, if the interval between the light spots is shifted, the interval between the receiving elements changes, and the image quality deteriorates when an image is formed from the obtained signals.
Further, even if the optical system is distorted due to a drop impact or the like, a similar problem occurs, and a desired image cannot be obtained.

一方、図4(b)は本実施形態の効果を示す図であり、マスク107を有するファブリペロー型探触子を用いている。測定光404が測定光405の位置にずれても、符号406に示すようにミラー203上での光スポットの面内方向の位置ずれは生じない。また、各光スポットの間隔も一定になる。これにより、機械振動などが取得データに与える影響を抑制し、画像の劣化を防ぐことが可能となる。   On the other hand, FIG. 4B is a diagram showing the effect of this embodiment, and uses a Fabry-Perot probe having a mask 107. Even if the measuring beam 404 is shifted to the position of the measuring beam 405, no positional shift in the in-plane direction of the light spot on the mirror 203 occurs as indicated by reference numeral 406. Further, the interval between the light spots is also constant. As a result, it is possible to suppress the influence of mechanical vibration or the like on the acquired data, and to prevent image deterioration.

図5は、測定光の入射方向の光学的な位置ずれ(受信面に交差する方向でのずれ)を、本実施形態のマスクを用いてよく制する手法を説明する図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining a technique for well controlling the optical positional deviation in the incident direction of the measurement light (the deviation in the direction crossing the receiving surface) using the mask of this embodiment.

図5(a)には比較例として、マスクを持たないファブリペロー型探触子を示す。点線で示した測定光501が測定光502の位置にずれたとする。符号503は、この際に、ミラー203上で光スポットのスポット径が変化したことを示している。
このように、スポット径が変化することは、探触子の受信素子のサイズが変化することを意味する。その結果として測定中に画像の分解能が変化してしまう。また、受信素子のサイズ変化は音響波の受信に対する素子の指向性の変化を引き起こすことにもなる。
FIG. 5A shows a Fabry-Perot probe without a mask as a comparative example. Assume that the measurement light 501 indicated by the dotted line is shifted to the position of the measurement light 502. Reference numeral 503 indicates that the spot diameter of the light spot has changed on the mirror 203 at this time.
Thus, changing the spot diameter means changing the size of the receiving element of the probe. As a result, the resolution of the image changes during measurement. In addition, a change in the size of the receiving element also causes a change in the directivity of the element with respect to reception of acoustic waves.

一方、図5(b)は本実施形態の効果を示す図であり、マスク107を有するファブリペロー型探触子を用いている。測定光504が測定光505の位置にずれても、506に示すようにミラー203上での光スポットのスポット径は変化しない。これにより、機械振動などによるスポット径の変化を抑え、画像の分解能の再現性が向上する。
また、スポット径の変化が抑えられて受信素子のサイズが一定に保たれることにより、素子指向性の変化を抑制できる。
On the other hand, FIG. 5B is a diagram showing the effect of this embodiment, and a Fabry-Perot probe having a mask 107 is used. Even if the measurement light 504 is shifted to the position of the measurement light 505, the spot diameter of the light spot on the mirror 203 does not change as indicated by 506. This suppresses changes in the spot diameter due to mechanical vibrations and improves the reproducibility of image resolution.
Further, since the change in spot diameter is suppressed and the size of the receiving element is kept constant, the change in element directivity can be suppressed.

このように、ファブリペロー型探触子106にマスク107を設けることにより、光学系などに起因する測定光のずれを抑制できるようになる。その結果、分解能の再現性を向上させると共に、画像のブレを低減できる。   As described above, by providing the Fabry-Perot probe 106 with the mask 107, it is possible to suppress the deviation of the measurement light due to the optical system or the like. As a result, the reproducibility of resolution can be improved and image blurring can be reduced.

本実施形態では、図2(a)のように、マスク107は第2のミラー203と基板205の間に配置した構成を示した。ただし、マスク107は必ずしもこの位置にある必要はない。たとえば、図8に示すように、基板205の共振ミラーとは反対側(測定光が入射する側)の面上にマスク107を配置しても、同様の効果を得ることが可能である。この場合も表示素子用カラーフィルタパターニング技術を利用することでマスク107を作製できる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the mask 107 is arranged between the second mirror 203 and the substrate 205. However, the mask 107 is not necessarily in this position. For example, as shown in FIG. 8, the same effect can be obtained even if a mask 107 is disposed on the surface of the substrate 205 opposite to the resonant mirror (the side on which the measurement light is incident). Also in this case, the mask 107 can be manufactured by utilizing the color filter patterning technique for display elements.

ファブリペロー型探触子に第1のミラー202の側から音響波が入射すると、第1のミラー202は変形し、この際の膜厚方向への変形により、第1のミラー202と第2のミラー203とのキャビティー長が変化する。   When an acoustic wave enters the Fabry-Perot probe from the first mirror 202 side, the first mirror 202 is deformed, and the first mirror 202 and the second mirror 202 are deformed by deformation in the film thickness direction at this time. The cavity length with the mirror 203 changes.

(好ましい構成の例)
アレイ型光センサ111としては、二次元アレイ型、一次元アレイ型の光センサ、フォトダイオードを使用できる。アレイ型の光センサとしては、例えば、CCDセンサやCMOSセンサ等がある。ただし、ファブリペロー型探触子106に光音響波105が入射した際の、測定光109の反射光量を測定し電気信号に変換できるものであれば、これ以外の光センサでも構わない。
(Example of preferred configuration)
As the array type photosensor 111, a two-dimensional array type, a one-dimensional array type photosensor, or a photodiode can be used. Examples of the array type optical sensor include a CCD sensor and a CMOS sensor. However, any other optical sensor may be used as long as it can measure the amount of reflected light of the measurement light 109 when the photoacoustic wave 105 enters the Fabry-Perot probe 106 and convert it into an electrical signal.

なお、マスク107の開口を通過して共振ミラーによって反射した測定光109を、光センサ111に導くための光学系として、ハーフミラー115が用いられる。これらは、ファブリペロー型探触子106における反射光量を測定できるような構成であれば良い。例えば、ハーフミラー115の代わりに偏光ミラーと波長板を用いる構成を採ることもできる。   A half mirror 115 is used as an optical system for guiding the measurement light 109 that has passed through the opening of the mask 107 and reflected by the resonance mirror to the optical sensor 111. These may be configured so that the amount of reflected light in the Fabry-Perot probe 106 can be measured. For example, a configuration using a polarizing mirror and a wave plate in place of the half mirror 115 can be adopted.

被検体102へ照射する励起光103は、被検体102を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特性の波長の光を用いる。励起光103にはパルス光を利用できる。パルス光は、数ピコから数百ナノ秒オーダーのものが好適であり、被検体が生体の場合には数ナノから数十ナノ秒のパルス光を採用することが特に好ましい。励起光103を発生する励起光源101としてはレーザが好ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプなどを用いても良い。   As the excitation light 103 irradiated to the subject 102, light having a wavelength with a characteristic that is absorbed by a specific component among the components constituting the subject 102 is used. Pulse light can be used as the excitation light 103. The pulsed light is preferably on the order of several pico to several hundreds of nanoseconds, and when the subject is a living body, it is particularly preferable to use pulsed light of several nanometers to several tens of nanoseconds. The excitation light source 101 that generates the excitation light 103 is preferably a laser, but a light emitting diode, a flash lamp, or the like may be used instead of the laser.

レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用できる。発振する波長の変換可能な色素レーザやOPO(Optical Parametric Oscillators)レーザ、またはチタンサファイヤレーザ、アレキサンドライトレーザなどを用いれば、光学特性値分布の波長による違いを測定可能になる。   As the laser, various lasers such as a solid laser, a gas laser, a dye laser, and a semiconductor laser can be used. If a oscillating wavelength-convertable dye laser, OPO (Optical Parametric Oscillators) laser, titanium sapphire laser, alexandrite laser, or the like is used, the difference in optical characteristic value distribution depending on the wavelength can be measured.

使用する光源の波長に関しては、生体内において吸収が少ない700nmから1100nmの領域が好ましい。しかし上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば200nmから1600nmの紫外から中赤外に至る波長領域、さらにはテラヘルツ波、マイクロ波、ラジオ波領域の使用も可能である。   Regarding the wavelength of the light source to be used, a region of 700 nm to 1100 nm, which is less absorbed in the living body, is preferable. However, it is also possible to use a wavelength range wider than the above wavelength range, for example, a wavelength range from 200 nm to 1600 nm from ultraviolet to mid-infrared, and further terahertz waves, microwaves, and radio waves.

被検体102から生じる光音響波105を効率的にファブリペロー型探触子106で検出するために、被検体102とファブリペロー型探触子106との間には音響結合媒体を使うことが望ましい。例えば、被検体102とファブリペロー型探触子106との間に、音響インピーダンスマッチングジェルを塗る。また、音響結合媒体として水を用いることも可能である。またマッチングジェルや水を塗布する代わりに、被検体を入れた容器中に満たす構成を採用し得る。   In order to efficiently detect the photoacoustic wave 105 generated from the subject 102 with the Fabry-Perot probe 106, it is desirable to use an acoustic coupling medium between the subject 102 and the Fabry-Perot probe 106. . For example, an acoustic impedance matching gel is applied between the subject 102 and the Fabry-Perot probe 106. It is also possible to use water as the acoustic coupling medium. Moreover, the structure filled with the container which put the test object instead of apply | coating a matching gel and water can be employ | adopted.

人体の一部を被検体とする測定など、装置を医療用途に用いる際は、被検体である患部に音響インピーダンスマッチングジェルを塗り、その上にファブリペロー型探触子106を接するように配置してイメージングを行う。なお音響結合媒体はマッチングジェルに限らない。   When the device is used for medical purposes, such as measurement using a part of the human body as a subject, an acoustic impedance matching gel is applied to the affected area, which is the subject, and the Fabry-Perot probe 106 is placed on the affected portion. And imaging. The acoustic coupling medium is not limited to the matching gel.

ファブリペロー型探触子106は、光音響波105を、マスク107の開口を通過した測定光109の反射光の光量変化として検出する。光センサ111はこの光量変化を電気信号に変換する。   The Fabry-Perot probe 106 detects the photoacoustic wave 105 as a change in the amount of reflected light of the measurement light 109 that has passed through the opening of the mask 107. The optical sensor 111 converts this light quantity change into an electrical signal.

処理部112は得られた電気信号を、アレイ光源108から出射される測定光109のビームごとの光量もしくは光量変化量を用いて規格化することが好ましい。これにより、ファブリペロー型探触子106の面内における受信感度のばらつきを抑制できる。
処理部112は、得られた電気信号の分布から光学特性値分布等の被検体情報を得るために画像再構成を行う。再構成アルゴリズムとしては、ユニバーサルバックプロジェクションや整相加算などを採用できる。
The processing unit 112 preferably normalizes the obtained electrical signal using the light amount or the light amount change amount for each beam of the measurement light 109 emitted from the array light source 108. Thereby, the dispersion | variation in the receiving sensitivity in the surface of the Fabry-Perot probe 106 can be suppressed.
The processing unit 112 performs image reconstruction in order to obtain object information such as an optical characteristic value distribution from the obtained electrical signal distribution. As a reconstruction algorithm, universal back projection or phasing addition can be employed.

再構成を行う際は、マスク107の開口パターンの情報を用いる。例えば開口の位置情報を音響波105の受信位置として用いて計算を行う。本実施例のようなマスクを用いることで、画像再構成を行う際に必要となる受信素子間隔や指向性などのパラメータが、変化せずに一定に保たれる。したがって、これらのパラメータが再構成での入力値と実際の値が異なる場合に生じる画像の劣化を防ぐことができる。   When reconstruction is performed, information on the opening pattern of the mask 107 is used. For example, the calculation is performed using the position information of the opening as the reception position of the acoustic wave 105. By using the mask as in the present embodiment, parameters such as the receiving element interval and directivity required when performing image reconstruction are kept constant without changing. Therefore, it is possible to prevent image degradation that occurs when these parameters are different from the input values in reconstruction.

処理部112は、光音響波105の強度を表す電気信号の時間変化の分布と測定光の光量を用いた演算により、光学特性値分布等の特性情報を求める。さらに表示部に表示するための画像データを生成することが好ましい。処理部112としては、情報処理回路やプログラムにしたがって動作する演算装置など、任意のものを利用できる。   The processing unit 112 obtains characteristic information such as an optical characteristic value distribution by calculation using a temporal change distribution of the electrical signal representing the intensity of the photoacoustic wave 105 and the amount of measurement light. Furthermore, it is preferable to generate image data to be displayed on the display unit. As the processing unit 112, an arbitrary one such as an information processing circuit or an arithmetic device that operates according to a program can be used.

励起光101として複数の波長の光を用いた場合は、それぞれの波長に関して、生体内の光学係数を算出し、それらの値と生体組織を構成する物質(グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビンなど)固有の波長依存性とを比較する。これによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。   When light of a plurality of wavelengths is used as the excitation light 101, the optical coefficient in the living body is calculated for each wavelength, and those values and substances constituting the living tissue (glucose, collagen, oxidized / reduced hemoglobin, etc.) Compare the intrinsic wavelength dependence. Thereby, it is also possible to image the concentration distribution of the substance constituting the living body.

また、被検体情報取得装置は、信号処理により得られた画像情報を表示する表示部113を備えることが望ましい。表示部としてはモニター等、任意のディスプレイを利用できる。   Further, the subject information acquisition apparatus desirably includes a display unit 113 that displays image information obtained by signal processing. Any display such as a monitor can be used as the display unit.

以上のようなイメージング装置を用いることで、ファブリペロー型探触子を用いた音響波受信において、測定光のずれを抑制できるようになる。したがって、ファブリペロー型探触子106を用いたイメージングにおいて、分解能の再現性を向上すると共に、画像のブレを低減することが可能となる。   By using the imaging apparatus as described above, it is possible to suppress the deviation of the measurement light in the acoustic wave reception using the Fabry-Perot probe. Accordingly, in imaging using the Fabry-Perot probe 106, it is possible to improve the reproducibility of resolution and reduce image blurring.

[実施形態2]
図6は、本実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図である。
本実施形態のイメージング装置は、アレイ光源ではない光源と、前記光源で生成される測定光をファブリペロー型探触子上で走査するするスキャン機構を用いて音響波の受信を行う。実施形態1と同様の構成については、詳細な説明は省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the imaging apparatus according to the present embodiment.
The imaging apparatus according to the present embodiment receives acoustic waves using a light source that is not an array light source and a scanning mechanism that scans measurement light generated by the light source on a Fabry-Perot probe. Detailed description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

(装置構成)
本実施形態のイメージング装置は、励起光源601を備える。励起光源601は、被検体602に励起光603を照射する。その結果、被検体の内部もしくは表面における光吸収体604が光のエネルギーの一部を吸収することによって、光音響波605が発生する。被検体内部の光吸収体としては腫瘍、血管などが挙げられる。
(Device configuration)
The imaging apparatus of this embodiment includes an excitation light source 601. The excitation light source 601 irradiates the subject 602 with excitation light 603. As a result, the photoacoustic wave 605 is generated by the light absorber 604 inside or on the surface of the subject absorbing part of the light energy. Examples of the light absorber inside the subject include tumors and blood vessels.

本実施形態の音響波受信装置は、光音響波605を検出するためのファブリペロー型探触子606を備える。また、ファブリペロー型探触子606にはアレイ状に開口部を持つマスク607が配置されている。ファブリペロー型探触子606は、測定光源である光源608の出射端から測定光609を照射することによって、マスク607の開口部における光音響波605の音圧を検出できる。   The acoustic wave receiving apparatus of this embodiment includes a Fabry-Perot probe 606 for detecting the photoacoustic wave 605. A Fabry-Perot probe 606 is provided with a mask 607 having openings in an array. The Fabry-Perot probe 606 can detect the sound pressure of the photoacoustic wave 605 at the opening of the mask 607 by irradiating the measurement light 609 from the emission end of the light source 608 that is a measurement light source.

音響波受信装置はまた、スキャン機構610を備える。スキャン機構610が、測定光609をファブリペロー型探触子606上で走査することで、各開口部における光音響波605の音圧が検出される。スキャン機構は、本発明の走査手段に対応する。   The acoustic wave receiving apparatus also includes a scanning mechanism 610. The scanning mechanism 610 scans the measurement light 609 on the Fabry-Perot probe 606, so that the sound pressure of the photoacoustic wave 605 in each opening is detected. The scanning mechanism corresponds to the scanning means of the present invention.

音響波受信装置はまた、光源608から出射する測定光609の波長を制御する制御部611を備える。
音響波受信装置はまた、マスク607の開口を通ってファブリペロー型探触子606の共振ミラーに入射した測定光609の反射光量を測定し、電気信号に変換するための光センサ612を備える。
以上が音響波受信装置の基本的な構成要素である。
The acoustic wave receiving apparatus also includes a control unit 611 that controls the wavelength of the measurement light 609 emitted from the light source 608.
The acoustic wave receiving apparatus also includes an optical sensor 612 for measuring the amount of reflected light of the measurement light 609 incident on the resonant mirror of the Fabry-Perot probe 606 through the opening of the mask 607 and converting it into an electrical signal.
The above is the basic component of the acoustic wave receiving apparatus.

上記音響波受信装置に、さらに処理部613と表示部614を追加することによって、イメージング装置(被検体情報取得装置)が構成される。処理部613は光センサ612で得られた電気信号に対し解析等の信号処理を施す。表示部614は処理部で得られた光学特性値分布等の被検体情報を表示する。
以上が本実施形態の音響波受信装置を含む、イメージング装置の基本的な構成である。
An imaging device (subject information acquisition device) is configured by adding a processing unit 613 and a display unit 614 to the acoustic wave receiving device. The processing unit 613 performs signal processing such as analysis on the electrical signal obtained by the optical sensor 612. A display unit 614 displays object information such as an optical characteristic value distribution obtained by the processing unit.
The above is the basic configuration of the imaging apparatus including the acoustic wave receiving apparatus of the present embodiment.

(光源と光出射)
光源608としては、波長可変レーザを使用できる。光源608は少なくとも、ファブリペロー型探触子606のFSR(Free Spectol Range)以上の波長範囲で、波長を変化させられることが望ましい。
また、光源608は短時間に波長可変を行えることが好ましい。
(Light source and light emission)
As the light source 608, a wavelength tunable laser can be used. It is desirable that the wavelength of the light source 608 be changed at least in a wavelength range equal to or greater than the FSR (Free Spectrum Range) of the Fabry-Perot probe 606.
The light source 608 is preferably capable of changing the wavelength in a short time.

上記のような要件に適した光源608として、External Cavity Laser(ECL)、分布帰還型(DFB)レーザおよび分布反射型(DBR)レーザ、面発光レーザ(VCSEL)などがある。   Examples of the light source 608 suitable for the above requirements include an external cavity laser (ECL), a distributed feedback (DFB) laser, a distributed reflection (DBR) laser, and a surface emitting laser (VCSEL).

光源608で生成された測定光609は、スキャン機構610と光学系615を通って、ファブリペロー型探触子606に入射する。
スキャン機構610は、測定光609がマスク607の開口に照射されるように、測定光609を走査する。このようなスキャン機構610としてガルバノメーターやMEMSミラーを使用できる。スキャン機構610は制御部611によって走査位置を制御する。
The measurement light 609 generated by the light source 608 enters the Fabry-Perot probe 606 through the scanning mechanism 610 and the optical system 615.
The scan mechanism 610 scans the measurement light 609 so that the measurement light 609 is irradiated onto the opening of the mask 607. As such a scanning mechanism 610, a galvanometer or a MEMS mirror can be used. The scanning mechanism 610 controls the scanning position by the control unit 611.

また、光学系615はスキャン機構610により導かれた測定光609を集光してファブリペロー型探触子606に照射する。この際、測定光609はミラー面に対して垂直に照射されることが好ましい。このような光学系615としてアクロマティックレンズを用いることができる。   The optical system 615 collects the measurement light 609 guided by the scanning mechanism 610 and irradiates the Fabry-Perot probe 606. At this time, the measurement light 609 is preferably irradiated perpendicularly to the mirror surface. As such an optical system 615, an achromatic lens can be used.

このように本実施形態では、スキャン機構610と光学系615により、測定光609の照射位置を走査して、アレイ状に配置されたマスク607の開口のそれぞれに順次入射させる。これにより、各開口位置においてファブリペロー型探触子606に入射する音響波605を検出できる。   As described above, in this embodiment, the irradiation position of the measurement light 609 is scanned by the scanning mechanism 610 and the optical system 615 and sequentially incident on each of the openings of the mask 607 arranged in an array. Thereby, the acoustic wave 605 incident on the Fabry-Perot probe 606 can be detected at each opening position.

本実施形態でも実施形態1と同様に、図2に示したようなファブリペロー型探触子とマスクを用いる。しかし、開口の数や配置は、測定対象や測定範囲に応じて任意に形成すれば良い。また、図8に示したようなファブリペロー型探触子とマスクを用いることも可能である。   In the present embodiment, a Fabry-Perot probe and a mask as shown in FIG. However, the number and arrangement of the openings may be arbitrarily formed according to the measurement object and the measurement range. It is also possible to use a Fabry-Perot probe and a mask as shown in FIG.

測定光609はマスク607の開口の位置に照射される。開口における測定光609のビーム径は、開口のサイズよりも大きいことが好ましい。この際、開口を通ってファブリペロー型探触子606の共振ミラーに照射される測定光609のスポット径は開口のサイズによって決まるため、開口のサイズによりファブリペロー型探触子606の1つの受信素子の受信面積が決まる。よって必要な分解能によって開口のサイズを決める必要がある。   The measurement light 609 is irradiated to the position of the opening of the mask 607. The beam diameter of the measurement light 609 at the opening is preferably larger than the size of the opening. At this time, since the spot diameter of the measurement light 609 irradiated to the resonant mirror of the Fabry-Perot probe 606 through the opening is determined by the size of the opening, one reception of the Fabry-Perot probe 606 is received depending on the size of the opening. The receiving area of the element is determined. Therefore, it is necessary to determine the aperture size according to the required resolution.

光センサ612としては、フォトダイオードを使用できる。ただし、ファブリペロー型探触子606に光音響波605が入射した際の、測定光609の反射光量を測定し電気信号に変換できるものであれば、これ以外の光センサでも構わない。光センサ612で得られた電気信号はアンプにより増幅させることが好ましい。   As the optical sensor 612, a photodiode can be used. However, any other optical sensor may be used as long as it can measure the amount of reflected light of the measurement light 609 when the photoacoustic wave 605 enters the Fabry-Perot probe 606 and convert it into an electrical signal. The electric signal obtained by the optical sensor 612 is preferably amplified by an amplifier.

なお、マスク607の開口を通過してファブリペロー型探触子606の共振ミラーによって反射した測定光609を、光センサ612に導くための光学系として、ハーフミラー616が用いられる。これらは、ファブリペロー型探触子606における反射光量を測定できるような構成であれば良い。例えば、ハーフミラー616の代わりに偏光ミラーと波長板を用いる構成を採ることもできる。   Note that a half mirror 616 is used as an optical system for guiding the measurement light 609 that has passed through the opening of the mask 607 and reflected by the resonant mirror of the Fabry-Perot probe 606 to the optical sensor 612. These may be configured so that the amount of reflected light in the Fabry-Perot probe 606 can be measured. For example, a configuration in which a polarizing mirror and a wave plate are used instead of the half mirror 616 can be adopted.

(スキャン制御)
制御部611は、アレイ状に配置されたマスク607の開口の内の1つをスタート位置に設定し、始めにこの開口に測定光609が照射されるようにスキャン機構610を制御する。
(Scan control)
The control unit 611 sets one of the openings of the mask 607 arranged in an array as a start position, and controls the scan mechanism 610 so that the measurement light 609 is first irradiated to the opening.

次に、制御部611はファブリペロー型探触子606の受信感度が最大となるように光源608の波長を設定する。各開口位置での受信感度が最大となるような最適波長の求め
方として、波長を掃引した際の反射率の変化が最大となる波長を最適波長とするという方法が考えられる。最適波長は音響波の測定前に事前に求めておいてもよいし、音響波の測定を行いながら求めてもよい。
この状態で、励起光603から被検体602への光照射と、発生する音響波605の受信が行われる。
Next, the control unit 611 sets the wavelength of the light source 608 so that the reception sensitivity of the Fabry-Perot probe 606 is maximized. As a method of obtaining the optimum wavelength that maximizes the reception sensitivity at each aperture position, a method is conceivable in which the optimum wavelength is the wavelength at which the change in reflectance when the wavelength is swept is maximized. The optimum wavelength may be obtained in advance before measuring the acoustic wave, or may be obtained while measuring the acoustic wave.
In this state, light irradiation from the excitation light 603 to the subject 602 and reception of the generated acoustic wave 605 are performed.

その後、制御部611は、次の開口の位置に測定光609が照射されるようにスキャン機構610を制御し、次の開口の位置での測定光609の最適波長を設定し、同様に音響波605を受信する。これを繰り返すことで、アレイ状に配置された開口の位置における、ファブリペロー型探触子に入射した音響波の分布を得ることができる。   Thereafter, the control unit 611 controls the scanning mechanism 610 so that the measurement light 609 is irradiated to the position of the next opening, sets the optimum wavelength of the measurement light 609 at the position of the next opening, and similarly generates an acoustic wave. 605 is received. By repeating this, it is possible to obtain the distribution of acoustic waves incident on the Fabry-Perot probe at the positions of the openings arranged in an array.

以上のようなイメージング装置を用いることで、ファブリペロー型探触子を用いた音響波受信において、測定光のずれを抑制できるようになる。したがって、ファブリペロー型探触子606を用いたイメージングにおいて、分解能の再現性を向上すると共に、画像のブレを低減することが可能となる。   By using the imaging apparatus as described above, it is possible to suppress the deviation of the measurement light in the acoustic wave reception using the Fabry-Perot probe. Therefore, in imaging using the Fabry-Perot probe 606, it is possible to improve the reproducibility of resolution and reduce image blurring.

[実施形態3]
図7は、本実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図である。
本実施形態のイメージング装置は、超音波エコー技術を用いて生体内の音響インピーダンス分布を画像化するものである。上記実施形態と同様の構成については、詳細な説明は省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the imaging apparatus according to the present embodiment.
The imaging apparatus according to the present embodiment images an acoustic impedance distribution in a living body using an ultrasonic echo technique. Detailed description of the same configuration as that of the above embodiment is omitted.

(装置構成)
本実施形態のイメージング装置は、被検体701に弾性波702を照射するトランスデューサー703と、トランスデューサー703を駆動するためのパルサー704を備える。
(Device configuration)
The imaging apparatus of this embodiment includes a transducer 703 that irradiates a subject 701 with an elastic wave 702 and a pulsar 704 for driving the transducer 703.

本実施形態の音響波受信装置は、ファブリペロー型探触子705を備える。ファブリペロー型探触子705は、被検体701の内部における腫瘍等の、音響インピーダンスの異なる組織の界面において反射した弾性波706を検出する。   The acoustic wave receiving apparatus of this embodiment includes a Fabry-Perot probe 705. The Fabry-Perot probe 705 detects an elastic wave 706 reflected at the interface between tissues having different acoustic impedances, such as a tumor inside the subject 701.

また、ファブリペロー型探触子705にはアレイ状に開口部を持つマスク707が配置されている。ファブリペロー型探触子705は、測定光源であるアレイ光源708の出射端から測定光709を照射することによって、マスク707の開口部における弾性波706の音圧を検出できる。   A Fabry-Perot probe 705 is provided with a mask 707 having openings in an array. The Fabry-Perot probe 705 can detect the sound pressure of the elastic wave 706 at the opening of the mask 707 by irradiating the measurement light 709 from the emission end of the array light source 708 as a measurement light source.

音響波受信装置はまた、アレイ光源708から出射する測定光709の波長を1素子または複数素子ごとに制御する制御部710を備える。
音響波受信装置はまた、マスク707の開口部を通ってファブリペロー型探触子705の共振ミラーに入射した測定光709の反射光量を測定し、電気信号に変換するための光センサ711を備える。
以上が音響波受信装置の基本的な構成要素である。
The acoustic wave receiving apparatus also includes a control unit 710 that controls the wavelength of the measurement light 709 emitted from the array light source 708 for each element or a plurality of elements.
The acoustic wave receiving apparatus also includes an optical sensor 711 for measuring the amount of reflected light of the measurement light 709 incident on the resonant mirror of the Fabry-Perot probe 705 through the opening of the mask 707 and converting it into an electrical signal. .
The above is the basic component of the acoustic wave receiving apparatus.

上記音響波受信装置に、さらに処理部712と表示部713を追加することによって、イメージング装置(被検体情報取得装置)が構成される。処理部712は光センサ711で得られた電気信号に対し解析等の信号処理を施す。表示部713は処理部で得られた音響インピーダンス分布情報を表示する。
以上が本実施形態の音響波受信装置を含む、イメージング装置の基本的な構成である。
An imaging device (subject information acquisition device) is configured by adding a processing unit 712 and a display unit 713 to the acoustic wave receiving device. The processing unit 712 performs signal processing such as analysis on the electrical signal obtained by the optical sensor 711. The display unit 713 displays the acoustic impedance distribution information obtained by the processing unit.
The above is the basic configuration of the imaging apparatus including the acoustic wave receiving apparatus of the present embodiment.

マスク705にはアレイ状に配置された開口が設けられている。
本実施形態においても実施形態1と同様に、図2に示したマスクの構造を用いる。しかし、開口の数や配置は、測定対象や測定範囲に応じて任意に形成すれば良い。また、図8に示したようなファブリペロー型探触子とマスクを用いることも可能である。
The mask 705 is provided with openings arranged in an array.
Also in the present embodiment, the mask structure shown in FIG. 2 is used as in the first embodiment. However, the number and arrangement of the openings may be arbitrarily formed according to the measurement object and the measurement range. It is also possible to use a Fabry-Perot probe and a mask as shown in FIG.

測定光709はマスク707の開口以外の部分は透過しない。また、マスク707の開口以外の部分で測定光709が反射してしまうと、ファブリペロー型探触子705で反射した測定光709の検出を妨げるため、マスク707の材料は測定光709を吸収するものを用いる。このような材料として染料や顔料などの色素が使用できる。   The measurement light 709 does not pass through portions other than the opening of the mask 707. In addition, if the measurement light 709 is reflected at a portion other than the opening of the mask 707, detection of the measurement light 709 reflected by the Fabry-Perot probe 705 is hindered, so the material of the mask 707 absorbs the measurement light 709. Use things. As such a material, pigments such as dyes and pigments can be used.

以上のようなイメージング装置を用いることで、ファブリペロー型探触子を用いた音響波受信において、測定光のずれを抑制できるようになる。したがって、ファブリペロー型探触子705を用いたイメージングにおいて、分解能の再現性を向上すると共に、画像のブレを低減することが可能となる。   By using the imaging apparatus as described above, it is possible to suppress the deviation of the measurement light in the acoustic wave reception using the Fabry-Perot probe. Therefore, in imaging using the Fabry-Perot probe 705, it is possible to improve the reproducibility of resolution and reduce image blurring.

被検体701内の音響インピーダンスの異なる組織の界面において反射した弾性波706を効率的にファブリペロー型探触子705で検出するために、被検体701とファブリペロー型探触子705との間には音響結合媒体を使うことが望ましい。   In order to efficiently detect the acoustic wave 706 reflected at the interface between tissues having different acoustic impedances in the subject 701 with the Fabry-Perot probe 705, the subject 701 and the Fabry-Perot probe 705 are interposed between them. It is desirable to use acoustic coupling media.

図7では音響結合媒体として水を用いて、水槽714中に配置された被検体701と探触子の間で音響マッチングを取っている。ただし音響結合媒体は水に限られない。例えば、被検体701とファブリペロー型探触子705との間に、音響インピーダンスマッチングジェルを塗る構成にしてもよい。   In FIG. 7, water is used as the acoustic coupling medium, and acoustic matching is performed between the subject 701 disposed in the water tank 714 and the probe. However, the acoustic coupling medium is not limited to water. For example, an acoustic impedance matching gel may be applied between the subject 701 and the Fabry-Perot probe 705.

なお、人体の一部を被検体とする測定など、装置を医療用途に用いる際は、水槽714を使用するよりも、音響インピーダンスマッチングジェルの使用が好適である。その場合、被検体つまり患部に音響インピーダンスマッチングジェルを塗り、その上にファブリペロー型探触子705を接するように配置してイメージングを行う。この際、マッチングジェルに限らず、患部とファブリペロー型探触子705との間に音響マッチングがとれるものであれば、音響結合媒体として使用できる。   Note that, when the apparatus is used for medical purposes such as measurement using a part of a human body as a subject, use of an acoustic impedance matching gel is preferable to using the water tank 714. In that case, an acoustic impedance matching gel is applied to the subject, that is, the affected part, and a Fabry-Perot probe 705 is disposed on the object to perform imaging. At this time, not only the matching gel but also any acoustic coupling medium can be used as long as acoustic matching can be achieved between the affected area and the Fabry-Perot probe 705.

得られた電気信号の分布から音響インピーダンス分布を得るための信号処理としては、整相加算などが考えられる。信号処理を行う際は、マスク707の開口パターンの情報を用いる。例えば開口の位置情報を弾性波705の受信位置として用いて計算を行う。   As signal processing for obtaining an acoustic impedance distribution from the obtained electrical signal distribution, phasing addition and the like can be considered. When performing signal processing, information on the opening pattern of the mask 707 is used. For example, the calculation is performed using the position information of the opening as the reception position of the elastic wave 705.

処理部712としては、弾性波706の強度を表す電気信号の時間変化の分布を記憶し、それを演算手段により音響インピーダンス分布のデータに変換できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。
また、信号処理により得られた画像情報を表示する表示部713を備えることが望ましい。
Any processing unit 712 may be used as long as it can store the distribution of the time change of the electrical signal representing the intensity of the elastic wave 706 and convert it into acoustic impedance distribution data by the arithmetic means. Good.
It is desirable to provide a display unit 713 that displays image information obtained by signal processing.

以上のようなイメージング装置を用いることで、ファブリペロー型探触子を用いた音響波受信において、測定光のずれを抑制できるようになる。したがって、ファブリペロー型探触子705を用いたイメージングにおいて、分解能の再現性を向上すると共に、画像のブレを低減することが可能となる。   By using the imaging apparatus as described above, it is possible to suppress the deviation of the measurement light in the acoustic wave reception using the Fabry-Perot probe. Therefore, in imaging using the Fabry-Perot probe 705, it is possible to improve the reproducibility of resolution and reduce image blurring.

[実施例1]
次に、本発明を実際の音響波取得に適用した実施例について説明する。本実施例のイメージング装置は、実施形態1に記した構成からなる。
[Example 1]
Next, an embodiment in which the present invention is applied to actual acoustic wave acquisition will be described. The imaging apparatus of the present example has the configuration described in the first embodiment.

本実施例では、被検体としてイントラリピッド1%水溶液を寒天により固め、その中に
光を吸収する直径100μmのゴムワイヤーを配置したサンプルを用いる。
In this embodiment, a sample in which an intralipid 1% aqueous solution is hardened with agar as a subject and a rubber wire having a diameter of 100 μm for absorbing light is disposed therein is used.

ファブリペロー型探触子の第1のミラーと第2のミラーには誘電多層膜を用いている。この誘電多層膜は770−790nmの光において反射率が95%以上となるように設計されている。誘電多層膜はまた、1064nmの光において透過率が95%以上になるように設計されている。
また、ファブリペロー型探触子の基板はアクリルを用いる。ミラー間のスペーサー膜はパリレンCを用い、膜厚は30μmである。さらに、探触子の保護膜としてもパリレンCを用いている。
Dielectric multilayer films are used for the first mirror and the second mirror of the Fabry-Perot probe. This dielectric multilayer film is designed to have a reflectance of 95% or more in the light of 770-790 nm. The dielectric multilayer film is also designed to have a transmittance of 95% or higher at 1064 nm light.
The substrate of the Fabry-Perot probe is made of acrylic. Parylene C is used for the spacer film between the mirrors, and the film thickness is 30 μm. Further, Parylene C is used as a protective film for the probe.

基板と誘電多層膜の間にはマスクが成膜してある。マスクは色素を基板上にスピンコートしたカラーフィルターであり、フォトリソグラフィー法によりアレイ状に開口(色素がない部分)が設けられている。開口のサイズは20μmである。開口は500μm間隔で、縦方向20列、横方向に20列の合計400個の開口が設けられている。
マスクに用いられているフィルターは700nm以上800nm以下の光は吸収し、透過率が0.5%以下であり、一方900nm以上1200nm以下の光は透過率が90%の以上になるものを用いる。
A mask is formed between the substrate and the dielectric multilayer film. The mask is a color filter in which a dye is spin-coated on a substrate, and openings (parts where no dye is present) are provided in an array by photolithography. The size of the opening is 20 μm. A total of 400 openings, 20 rows in the vertical direction and 20 rows in the horizontal direction, are provided at intervals of 500 μm.
The filter used for the mask absorbs light of 700 nm to 800 nm and has a transmittance of 0.5% or less, while light having a transmittance of 90 nm to 1200 nm has a transmittance of 90% or more.

測定光を出射する波長可変光源として、780nm近傍の範囲において波長可変である、VCSELアレイを用いる。アレイ数は20×20の400チャンネル、アレイピッチは500μmである。
VCSELアレイの各々の素子からの出射光はテレセントリックレンズを通って、マスクの各々の開口位置に照射する。このとき開口における測定光のビーム径は40μmになるように調整する。ファブリペロー型探触子において反射した測定光(反射光)は、ハーフミラーによりCMOSカメラに入射し、測定される。
As a wavelength tunable light source that emits measurement light, a VCSEL array that is tunable in the vicinity of 780 nm is used. The number of arrays is 400 channels of 20 × 20, and the array pitch is 500 μm.
The outgoing light from each element of the VCSEL array passes through the telecentric lens and irradiates each aperture position of the mask. At this time, the beam diameter of the measurement light at the aperture is adjusted to be 40 μm. The measurement light (reflected light) reflected by the Fabry-Perot probe enters the CMOS camera by a half mirror and is measured.

かかる装置において、励起光を被検体に照射し、光音響波の測定を開始する。なお、励起光源はNd:YAGレーザであり、出射するパルス光の繰り返し周波数は10Hz、パルス幅は10ns、波長は1064nmである。
その後、検出された光音響波に基づく電気信号の分布を用いて、ユニバーサルバックプロジェクションアルゴリズムにより、画像再構成を行う。その結果、光拡散媒体であるイントラリピッド1%寒天中のゴムワイヤーをイメージングすることが可能となる。
In such an apparatus, the subject is irradiated with excitation light, and photoacoustic wave measurement is started. The excitation light source is an Nd: YAG laser, the repetition frequency of the emitted pulsed light is 10 Hz, the pulse width is 10 ns, and the wavelength is 1064 nm.
Thereafter, image reconstruction is performed by a universal back projection algorithm using the distribution of the electrical signal based on the detected photoacoustic wave. As a result, it is possible to image a rubber wire in Intralipid 1% agar which is a light diffusion medium.

[実施例2]
本実施例のイメージング装置は、実施形態2に記した構成からなる。
本実施例のファブリペロー型探触子とマスクの構成は実施例1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
[Example 2]
The imaging apparatus of the present example has the configuration described in the second embodiment.
Since the configuration of the Fabry-Perot probe and the mask of this embodiment are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

本実施例では、被検体としてイントラリピッド1%水溶液を寒天により固め、その中に光を吸収する直径100μmのゴムワイヤーを配置したサンプルを用いる。   In this embodiment, a sample in which an intralipid 1% aqueous solution is hardened with agar as a subject and a rubber wire having a diameter of 100 μm for absorbing light is disposed therein is used.

測定光を出射する波長可変光源として、780nm近傍の範囲において波長可変である、ECL(External Cavity Laser)を用いる。
測定光の走査には、2軸のガルバノスキャナーを用いる。
ECLからの出射光はアクロマティックレンズを通って、ガルバノスキャナーで走査しながらマスクの各々の開口位置に照射する。このとき開口における測定光のビーム径は40μmになるように調整する。ファブリペロー型探触子において反射した測定光(反射光)は、ハーフミラーによりフォトダイオードに入射し、測定される。
As a wavelength tunable light source that emits measurement light, an ECL (External Cavity Laser) that is tunable in the vicinity of 780 nm is used.
A biaxial galvano scanner is used for scanning the measurement light.
Light emitted from the ECL passes through an achromatic lens and is irradiated to each opening position of the mask while scanning with a galvano scanner. At this time, the beam diameter of the measurement light at the aperture is adjusted to be 40 μm. The measurement light (reflected light) reflected by the Fabry-Perot probe is incident on the photodiode by the half mirror and measured.

かかる装置において、励起光を被検体に照射し、光音響波の測定を開始する。なお、励
起光源はNd:YAGレーザであり、出射するパルス光の繰り返し周波数は10Hz、パルス幅は10ns、波長は1064nmである。
その後、検出された光音響波に基づく電気信号の分布を用いて、ユニバーサルバックプロジェクションアルゴリズムにより、画像再構成を行う。その結果、光拡散媒体であるイントラリピッド1%寒天中のゴムワイヤーをイメージングすることが可能となる。
In such an apparatus, the subject is irradiated with excitation light, and photoacoustic wave measurement is started. The excitation light source is an Nd: YAG laser, the repetition frequency of the emitted pulsed light is 10 Hz, the pulse width is 10 ns, and the wavelength is 1064 nm.
Thereafter, image reconstruction is performed by a universal back projection algorithm using the distribution of the electrical signal based on the detected photoacoustic wave. As a result, it is possible to image a rubber wire in Intralipid 1% agar which is a light diffusion medium.

[実施例3]
本実施例のイメージング装置は、実施形態3に記した構成からなる。
本実施例の光学系、光センサの構成は実施例1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
[Example 3]
The imaging apparatus of the present example has the configuration described in the third embodiment.
Since the configuration of the optical system and the optical sensor of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

本実施例は、本発明を用いて、被検体としてイントラリピッド1%水溶液を寒天により固めたものの中に配置した、直径300μmのポリエチレンワイヤーをイメージングするものである。ファントムは水中に配置する。   In this example, the present invention is used to image a polyethylene wire having a diameter of 300 μm in which a 1% aqueous solution of intralipid is solidified with agar as a subject. Place the phantom underwater.

ファブリペロー型探触子の第1のミラーと第2のミラーには金膜を用いている。また、ファブリペロー型探触子の基板はアクリルを用いる。ミラー間のスペーサー膜はパリレンCを用い、膜厚は30μmである。さらに、探触子の保護膜としてもパリレンCを用いている。   Gold films are used for the first mirror and the second mirror of the Fabry-Perot probe. The substrate of the Fabry-Perot probe is made of acrylic. Parylene C is used for the spacer film between the mirrors, and the film thickness is 30 μm. Further, Parylene C is used as a protective film for the probe.

基板と誘電多層膜の間にはマスクが成膜してある。マスクは色素を基板上にスピンコートしたカラーフィルターであり、フォトリソグラフィー法によりアレイ状に開口が設けられている。開口のサイズは20μmである。開口は500μm間隔で、縦方向20列、横方向に20列の合計400個の開口が設けられている。
マスクに用いられているカラーフィルターは700nm以上800nm以下の光は吸収し、透過率が0.5%以下になるものを用いる。
A mask is formed between the substrate and the dielectric multilayer film. The mask is a color filter in which a dye is spin-coated on a substrate, and openings are provided in an array by a photolithography method. The size of the opening is 20 μm. A total of 400 openings, 20 rows in the vertical direction and 20 rows in the horizontal direction, are provided at intervals of 500 μm.
The color filter used for the mask absorbs light of 700 nm to 800 nm and has a transmittance of 0.5% or less.

測定光を出射する波長可変光源として、780nm近傍の範囲において波長可変である、VCSELアレイを用いる。アレイ数は20×20の400チャンネル、アレイピッチは500μmである。   As a wavelength tunable light source that emits measurement light, a VCSEL array that is tunable in the vicinity of 780 nm is used. The number of arrays is 400 channels of 20 × 20, and the array pitch is 500 μm.

かかる装置において、中心周波数20MHzのトランスデューサーを用いて被検体に弾性波を照射する。トランスデューサーは圧電型のものでPZTを材料としたものである。弾性波はパルサーを用いてパルス波として出射され、弾性波の繰り返し周波数は1KHzである。   In such an apparatus, a subject is irradiated with elastic waves using a transducer having a center frequency of 20 MHz. The transducer is of a piezoelectric type and is made of PZT. The elastic wave is emitted as a pulse wave using a pulsar, and the repetition frequency of the elastic wave is 1 KHz.

その後、ファブリペロー型探触子により、弾性波が被検体内で反射したエコー波の測定を行い、得られた信号を用いて、整相加算を用いた再構成アルゴリズムにより、被検体内の音響インピーダンス分布を画像化する。これにより、寒天中のポリエチレンワイヤーがイメージングされる。   After that, the echo wave reflected by the elastic wave in the subject is measured by the Fabry-Perot probe, and the acoustic signal in the subject is analyzed by the reconstruction algorithm using phasing addition using the obtained signal. The impedance distribution is imaged. Thereby, the polyethylene wire in agar is imaged.

以上より、超音波エコー技術を用いたイメージング装置においても、本発明を適用して音響波を取得することが可能となる。   As described above, it is possible to acquire an acoustic wave by applying the present invention even in an imaging apparatus using the ultrasonic echo technique.

以上、本明細書中では、生体を被検体とした生体情報イメージング装置に関する構成例を中心に述べた。これによると、腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などのため、生体内の光学特性値分布及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布の画像化が可能となり、医療用画像診断機器として利用可能である。
さらに被検体として非生体物質を対象とした非破壊検査などに応用することは当業者にとって容易である。以上より、本発明は広く検査装置として用いることが可能である。
As described above, in this specification, the configuration example related to the biological information imaging apparatus using the living body as the subject has been mainly described. According to this, for the diagnosis of tumors and vascular diseases and the follow-up of chemical treatment, it is possible to image the distribution of optical characteristic values in the living body and the concentration distribution of the substances constituting the living tissue obtained from the information. Thus, it can be used as a medical diagnostic imaging device.
Furthermore, it is easy for those skilled in the art to apply to a non-destructive inspection for a non-biological substance as a subject. As described above, the present invention can be widely used as an inspection apparatus.

108:アレイ光源(測定光源),106:ファブリペロー型探触子(ファブリペロー型干渉計),202:第1のミラー,203:第2のミラー,107:マスク,201:開口部,111:光センサ,101:励起光源,112:処理部   108: Array light source (measurement light source), 106: Fabry-Perot probe (Fabry-Perot interferometer), 202: first mirror, 203: second mirror, 107: mask, 201: aperture, 111: Optical sensor, 101: excitation light source, 112: processing unit

Claims (16)

出射端から測定光を照射する測定光源と、
音響波が入射する第1のミラーと、前記測定光が入射する第2のミラーにより構成されるファブリペロー型干渉計と、
アレイ状に開口部を設けられたマスクと、
前記測定光が前記ファブリペロー型干渉計で反射した反射光を検出する光センサと、
励起光を照射する励起光源と、
前記励起光を照射された被検体から発生して前記第1のミラーに入射した光音響波による前記反射光の変化を前記光センサが検出した結果に基づき、前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記マスクは、前記第1のミラーのうち前記音響波が入射する面とは反対側の面よりも前記出射端の側に配置され、
前記マスクは、前記測定光を吸収する素材からなる
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
A measurement light source that emits measurement light from the exit end; and
A Fabry-Perot interferometer composed of a first mirror on which an acoustic wave is incident and a second mirror on which the measurement light is incident;
A mask provided with openings in an array;
An optical sensor for detecting the reflected light reflected by the Fabry-Perot interferometer;
An excitation light source that emits excitation light;
Based on the detection result of the reflected light by the photoacoustic wave generated from the subject irradiated with the excitation light and incident on the first mirror, characteristic information in the subject is acquired. A processing unit to
Have
The mask is disposed closer to the emission end than the surface of the first mirror opposite to the surface on which the acoustic wave is incident,
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the mask is made of a material that absorbs the measurement light.
前記マスクは、前記励起光を透過する素材である
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the mask is made of a material that transmits the excitation light.
出射端から測定光を照射する測定光源と、
前記被検体に音響波を送信するトランスデューサーと、
音響波が入射する第1のミラーと、前記測定光が入射する第2のミラーにより構成されるファブリペロー型干渉計と、
アレイ状に開口部を設けられたマスクと、
前記測定光が前記ファブリペロー型干渉計で反射した反射光を検出する光センサと、
前記トランスデューサーから送信されたのち前記被検体内で反射して前記第1のミラーに入射した音響波による前記反射光の変化を前記光センサが検出した結果に基づき、前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記マスクは、前記第1のミラーのうち前記音響波が入射する面とは反対側の面よりも前記出射端の側に配置され、
前記マスクは、前記測定光を吸収する素材からなる
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
A measurement light source that emits measurement light from the exit end; and
A transducer for transmitting an acoustic wave to the subject;
A Fabry-Perot interferometer composed of a first mirror on which an acoustic wave is incident and a second mirror on which the measurement light is incident;
A mask provided with openings in an array;
An optical sensor for detecting the reflected light reflected by the Fabry-Perot interferometer;
Based on the detection result of the reflected light by the acoustic wave transmitted from the transducer and reflected in the subject and incident on the first mirror, the characteristic information in the subject is detected. A processing unit for acquiring
Have
The mask is disposed closer to the emission end than the surface of the first mirror opposite to the surface on which the acoustic wave is incident,
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the mask is made of a material that absorbs the measurement light.
前記ファブリペロー型干渉計は、前記第1のミラーおよび前記第2のミラーを含む共振ミラーが基板上に形成された構成である
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
4. The Fabry-Perot interferometer has a configuration in which a resonant mirror including the first mirror and the second mirror is formed on a substrate. 5. Subject information acquisition apparatus.
前記マスクは、前記ファブリペロー型干渉計の前記基板と前記共振ミラーの間に形成される
ことを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 4, wherein the mask is formed between the substrate of the Fabry-Perot interferometer and the resonant mirror.
前記マスクは、前記ファブリペロー型干渉計の前記基板の、前記共振ミラーと反対側の面に形成される
ことを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 4, wherein the mask is formed on a surface of the substrate of the Fabry-Perot interferometer on a side opposite to the resonance mirror.
前記マスクは、前記ファブリペロー型干渉計に成膜により形成される
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the mask is formed on the Fabry-Perot interferometer by film formation.
前記測定光源は、アレイ光源である
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the measurement light source is an array light source.
前記アレイ光源のそれぞれのアレイから出射する前記測定光は、前記マスクのそれぞれの開口部の位置に照射される
ことを特徴とする請求項8に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 8, wherein the measurement light emitted from each array of the array light sources is irradiated to a position of each opening of the mask.
前記アレイ光源から出射した前記測定光は、前記開口部に照射されたときに前記開口部のサイズよりも大きい径となる
ことを特徴とする請求項8または9に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 8, wherein the measurement light emitted from the array light source has a diameter larger than the size of the opening when irradiated to the opening.
前記アレイ光源は、VCSELアレイである
ことを特徴とする請求項8ないし10のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 8, wherein the array light source is a VCSEL array.
前記測定光源から出射する前記測定光を前記ファブリペロー型干渉計の上で走査する走査手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, further comprising a scanning unit that scans the measurement light emitted from the measurement light source on the Fabry-Perot interferometer.
前記走査手段は、前記測定光を、前記マスクのそれぞれの開口部の位置に照射する
ことを特徴とする請求項12に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 12, wherein the scanning unit irradiates the position of each opening of the mask with the measurement light.
前記光センサは、前記反射光の光量を電気信号に変換するアレイ型の光センサである
ことを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the optical sensor is an array type optical sensor that converts an amount of the reflected light into an electrical signal.
前記被検体内の特性情報を表示する表示部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
15. The subject information acquiring apparatus according to claim 1, further comprising a display unit that displays characteristic information in the subject.
出射端から測定光を照射する測定光源と、
音響波が入射する第1のミラーと、前記測定光が入射する第2のミラーにより構成されるファブリペロー型干渉計と、
アレイ状に開口部を設けられたマスクと、
前記測定光が前記ファブリペロー型干渉計で反射した反射光を検出する光センサと、
を有し、
前記マスクは、前記第1のミラーのうち前記音響波が入射する面とは反対側の面よりも前記出射端の側に配置され、
前記マスクは、前記測定光を吸収する素材からなる
ことを特徴とする音響波受信装置。
A measurement light source that emits measurement light from the exit end; and
A Fabry-Perot interferometer composed of a first mirror on which an acoustic wave is incident and a second mirror on which the measurement light is incident;
A mask provided with openings in an array;
An optical sensor for detecting the reflected light reflected by the Fabry-Perot interferometer;
Have
The mask is disposed closer to the emission end than the surface of the first mirror opposite to the surface on which the acoustic wave is incident,
The acoustic wave receiving apparatus according to claim 1, wherein the mask is made of a material that absorbs the measurement light.
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