JP2016002372A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレレージングによる影響を低減した被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】二つの反射体と、二つの反射体の間に設けられるＱスイッチとを含むレーザー共振器と、レーザー媒質を光励起する励起部とを備える。さらに、一方の反射体から出力するレーザー光の進行方向に垂直な面におけるレーザー光の強度が分布する範囲よりも狭い範囲で前記レーザー光の強度を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいてレーザー光にプレレージング光が含まれているか否かを判定する判定部とを備える。さらに、レーザー光を被検体に照射する照射部と、レーザー光の照射に基づいて被検体から伝播する音響波を受信する受信部とを備える。さらに、受信部の受信結果に基づいて被検体についての情報を取得する取得部と、検出部の前段に設けられ、判定部の判定結果に基づいてレーザー光の出力を制御する制御部とを備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は被検体情報取得装置に関する。

短パルス発振レーザーを用いた医療用の光音響トモグラフィー装置（光音響測定システム）の開発が進められている（非特許文献１）。光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）とは、数十〜数百ナノ秒程度のパルスレーザーを測定部位に照射し、そこで発生する光音響波を探触子で受信し、得られた受信信号の処理により画像形成を行う手法である。ＰＡＴにより、生体組織の吸収係数に基づくスペクトル測定から生体機能解析を行うことが可能となる。
また、音響波の測定に用いる短パルス光を作成するために、Ｑスイッチを用いたレーザーが利用される。Ｑスイッチ発振とは、発振パルスの半値幅の関数である共振器性能指数であるＱ値を制御し、高出力且つ短パルスのレーザー光を発振する技術である。その際のレーザー発振をジャイアントパルス発振と呼ぶ。このようなＱスイッチを用いたレーザー発振でレーザー光を当てることにより被検体情報を取得する装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１３−８９６８０号公報

Ｓ． Ｍａｎｏｈａｒ ｅｔ ａｌ， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ ｖｏｌ． ６４３７ ６４３７０２−１

しかしながら、Ｑスイッチを用いたレーザー装置では装置の特性が不安定な状態のときにプレレージングという異常発光が起こる。また、このプレレージングは、本来必要とする短パルスのジャイアントパルスの発振タイミングより前のタイミングで発生する。このプレレージングを検知し、減少させることが課題として挙げられている。被検体情報取得装置においてプレレージングが発生すると、ジャイアントパルス発振のタイミングより前に生体組織へ光が伝搬する。それにより生体組織から音響波信号が発生する。そのため、音響波信号を解析する際にノイズとなり、正確な生体情報（被検体情報）を得るための障害となる。また、１パルスのジャイアントパルスの幅自体もばらつくため所望の音響波信号が得られない。更に、プレレージングの発生とレーザー装置の周囲温度とに強い相関がある。しかし、プレレージングの発生をレーザー装置の温度を制御することにより抑制する場合、被検体情報取得装置の大型化、製造コストの増大等の影響をもたらす。

本発明は上記に鑑み、プレレージングによる影響を低減した被検体情報取得装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、本発明の被検体情報取得装置は、二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられるＱスイッチとを含むレーザー共振器と、レーザー媒質を光励起する励起部と、前記一方の反射体から出力するレーザー光の進行方向に垂直な面における前記レーザー光の強度が分布する範囲よりも狭い範囲で前記レーザー光の強度を検出する
検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記レーザー光にプレレージング光が含まれているか否かを判定する判定部と、前記レーザー光を被検体に照射する照射部と、前記レーザー光の照射に基づいて前記被検体から伝播する音響波を受信する受信部と、前記受信部の受信結果に基づいて前記被検体についての情報を取得する取得部と、前記検出部の前段に設けられ、前記判定部の判定結果に基づいて前記レーザー光の出力を制御する制御部とを備える。

上記のように、本発明によれば、プレレージングによる影響を低減した被検体情報取得装置を提供できる。

本発明の被検体情報取得装置の実施例１を示す図 本発明の実施例１に係るレーザー光源を示す図 ノーマル発振とジャイアントパルス発振とプレレージングの関係を示す図 実施例１におけるレーザー光センサーの素子との位置関係を示す図 実施例１における代表的な照射量取得結果を示す図 本発明の実施例２に係る被検体情報取得装置のレーザー光センサーを示す図 本発明の実施例３に係る被検体情報取得装置のレーザー光センサーを示す図 本発明の実施例４に係るレーザー光センサー部を示す図 本発明に対する比較技術を示す図

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。ただし、以下に記載されている詳細な計算式、計算手順などは、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。
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、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。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布、トータルヘモグロビン濃度分布、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
また、複数位置の被検体情報である特性情報を、２次元または３次元の特性分布として取得してもよい。特性分布は被検体内の特性情報を示す画像データとして生成され得る。本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波と呼ばれるものを含む。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。音響検出器（例えば探触子）は、被検体内で発生または反射した音響波を受信する。

まず、実際のプレレージング発光はジャイアントパルス発光に比べて総出力が小さい。そのため、プレレージングのみを時間的に分解して検知することは非常に感度と時間分解能が高いセンサーを用いなくてはならず、センサーが高価になるという課題がある。更に、プレレージング発振からジャイアントパルス発振のためのＱスイッチＯＦＦ信号を出すまでの期間は数ナノ秒から数十ナノ秒と短い。そのため、現実的にその間にジャイアントパルス発振を行わないように制御するには時間が短すぎて実現が困難である。

＜実施例１＞
図１Ａは、本発明の被検体情報取得装置の実施例１を示す図である。被検体情報取得装
置１０１はレーザー光源１０２を備える。また、光伝送光学系１０３と、照射部である光照射光学系１０４と、音響波受信部１０５と、音響波信号処理部１０６とをさらに備える。また、検出部であるレーザー光センサー１０７と、分岐ミラー１０８と、被検体１１１と、照射光１１６も図１Ａに示している。さらに、強度検出信号１２２と、音響波信号１１７と、電気信号１１８と、プレレージング判定信号すなわち判定結果１１９とを図１Ａに示している。

被検体情報取得装置１０１は、被検体１１１内部の情報を光音響信号により取得する装置である。被検体１１１内部を伝搬した光のエネルギーの一部は血液などの吸収体（音源）に吸収される。すると、その光吸収体の熱膨張により音響波信号１１７が発生し、被検体内部をその音響波信号１１７が伝播する。そして、伝播する音響波信号１１７は音響波受信部１０５にある探触子で電気信号１１８へ変換され取得部である音響波信号処理部１０６へ転送される。電気信号１１８は音響波信号処理部１０６で被検体内の光学特性値分布情報などへ変換されて被検体情報となる。生成される被検体情報には、光学特性値分布や吸収係数分布の他、それに基づく初期音圧分布、物質濃度や酸素飽和度を含めることができる。さらにこれらの情報に基づいて、画像を形成（画像再構成）し表示するための画像データも含め得る。

レーザー光源１０２は被検体１１１である生体を透過して、測定対象である血管等により光音響信号を好適に発信するための光を提供する。光音響信号すなわち音響波信号１１７の信号精度を高くするために、高出力の光を被検体１１１まで伝搬する必要がある。そのためレーザー光が用いられている。また被検体１１１での吸収が少なく測定対象の血管等に到達させる必要があるため、被検体１１１での伝搬が容易な光として、その波長に限定があり５００ｎｍから１２００ｎｍ程度の波長特性を持つ光が特に用いられる。そのため、その範囲の波長の光を放出するアレキサンドライトレーザーや、チタンサファイアレーザーが好適に用いられる。また音響波信号１１７の信号精度を向上するために、レーザー光１１５としてパルス幅が数１０から数１００ナノメートルの短パルス幅のパルス光を用いる。そのような、高出力であり、短パルス幅のレーザー光を作成するために、Ｑスイッチによるジャイアントパルス発振をするレーザーが好適に用いられている。レーザー光源１０２は被検体情報取得装置１０１に一体的に組み込まれる場合もあれば、外に取り付ける場合もある。

光伝送光学系１０３は、レーザー光源１０２から光照射光学系１０４まで光を伝搬する機能を有する。レーザー光源１０２と光照射光学系１０４は、配置の都合上、距離があり、レーザー光１１５が広がってしまうため、広がりを抑制するために、レーザーの光路上にレンズ等を有する。また、レーザー光源１０２と光照射光学系１０４の配置の都合上、直線上に並ばない場合は反射ミラー等を配置してレーザー光１１５の進行方向を調整し、レーザー光を所望の場所まで導く。必要に応じて、音響波信号処理部１０６にて必要となる光発信タイミングを測定するタイミングトリガーや本発明にあるレーザー光センサー１０７などの測定装置へレーザー光を導く。そのために分岐ミラー１０８を光路上に配置し、その分岐光をこれら測定装置に誘導する。また、光伝送光学系１０３内の光伝送には、部分的に光ファイバーを用いる場合もある。

光照射光学系１０４は、光伝送光学系１０３により伝搬されてきたレーザー光１１５から照射光１１６を形成して被検体１１１の測定対象部位に照射する。そのために、レーザー光１１５を主に広げるなど、被検体１１１に好適な光量分布にレーザー光１１５の光量分布を変形させる役割を担う。音響波信号１１７を好適に得るとともに生体である被検体１１１への照射量が規定値を超えないようにレーザー光１１５に対して好適な拡大、拡散を行うことで照射光１１６を形成するためにレンズや拡散板を配置している。

音響波受信部１０５は、音響波信号１１７を受信する探触子を持つ。照射光１１６であるパルス光により生体表面及び生体内部等で発生する音響波信号１１７を受信する探触子は、音響波をアナログの電気信号１１８に変換する。探触子は圧電現象を用いた探触子、光の共振を用いた探触子、静電容量の変化を用いた探触子等、音響波信号を受信できるものであれば、どのような探触子を用いてもよい。本実施形態の探触子は、典型的には複数の受信素子（例えばピエゾ素子）が１次元、あるいは２次元に配置されたもの、お椀型の固定部品の底部にらせん状に配置された探触子がよい。このような多次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波信号１１７を受信することができ、測定時間を短縮できる。探触子が測定対象よりも小さい場合には、探触子を走査させて複数の位置で受信しても良い。探触子で受信された音響波信号１１７は、電気信号１１８に変換されたのち、音響波信号処理部１０６での特性情報の生成に使用される。

音響波信号処理部１０６は、コンピュータ等の情報処理装置や回路により構成され、電気信号１１８の処理や演算を行う。音響波信号処理部１０６は、探触子より得られた電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ等の変換部を有する。変換部は、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。それにより画像を形成する（画像再構成）までの時間を短縮できる。変換されたデジタル信号はメモリに格納される。音響波信号処理部１０６は、メモリに格納されたデータ等を用いて、例えばタイムドメインでの逆投影などにより、光学特性値分布などの被検体情報を生成する。

図１Ｂは、本発明の実施例１のレーザー光源１０２を示す図である。本発明のレーザー光源１０２は図１Ｂに示すように、二つの反射体である出力鏡２０１と反射鏡２０２からなるレーザー共振器２０３と制御部であるレーザーコントローラー２１１とレーザー電源２１２から構成される。なお、レーザーコントローラー２１１およびレーザー電源２１２の配線等は省略している。ここではレーザーコントローラー２１１は光源１０２内に設けられる。すなわちレーザーコントローラー２１１は光伝送光学系１０３内に設けられる検出部１０７の前段に設けられる。

共振器内には、励起部２０４とレーザー媒質２０５とＱスイッチ２０６を配置する。レーザーコントローラー２１１により励起部２０４及びＱスイッチ２０６に印加する電圧を制御する。励起部２０４はフラッシュランプや半導体レーザーを用い、ロッド状のレーザー媒質２０５を利用する場合は、レーザー媒質２０５の側面から光励起する。Ｑスイッチ２０６にはリン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）やリン酸重水素カリウム（ＤＫＤＰ）等の光学結晶であるポッケルスセルを用いる。ポッケルスセルは、電場の強さに比例して屈折率が変化し、透過する光の偏光方向が回転する素子であり、発振パルス幅が狭く出力強度の強いレーザー光を得るために広く用いられる。レーザー媒質の種類、共振器長、光共振状態によりパルス幅は異なるが１００ｎｓ以下のパルス幅が得られる。レーザー媒質に、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶やアレキサンドライト結晶を用いる場合は図１Ｂの構成となる。一方、チタンサファイアレーザーの場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波をチタンサファイア結晶の励起源とする。チタンサファイアレーザーでは励起源となるＮｄ：ＹＡＧレーザー部分に本発明を適用する。以降、本明細ではフラッシュランプでレーザー媒質を励起するアレキサンドライトレーザーを参考にして概説する。アレキサンドライトレーザーは７００ｎｍ−８００ｎｍの範囲で利得を有し、共振器内部のレーザー媒質２０５とポッケルスセルすなわちＱスイッチ２０６の間に複屈折フィルターからなる波長選択機構を設置することで、波長可変レーザーとなる。

図２は、ノーマル発振とジャイアントパルス発振とプレレージングの関係を示す概念図である。ここでは図２を用いてプレレージングについて説明する。プレレージングとはＱスイッチ発振を行う際に、起こる現象である。プレレージングを説明するに際し、まず一般のＱスイッチを用いないノーマル発振とＱスイッチを用いたジャイアントパルス発振に
ついて説明する。

図２（ａ）にノーマル発振の時間推移を示す。ノーマル発振では、励起光により結晶内に一定の反転分布エネルギーが蓄えられ、閾値エネルギーに達したところで、共振器からレーザー光を発振する。ノーマル発振では後述するジャイアントパルス発振よりパルス幅が広い発振となる。

図２（ｂ）に、ＱスイッチのＯＮ、ＯＦＦ駆動の時間推移を示す。図２（ｃ）にＱスイッチ発振の時間推移を示す。Ｑスイッチ発振を行うレーザーの場合、共振器の内部にＱスイッチが配置されており、Ｑスイッチにより発振を数１０ｕｓから数１００ｕｓの一定期間抑制する。その間に励起光により結晶内に反転分布エネルギーを蓄え、閾値エネルギーよりも高いエネルギーを強制的に蓄える。一定期間経過後Ｑスイッチによる共振の抑制を解除する（共振器のＱ値を高くする）ことにより、出力が高くパルス幅の短いレーザー光が発振する。これをジャイアントパルス発振と呼ぶ。

図２（ｄ）にプレレージングが発生する場合の、全体の発振の時間推移を示す。プレレージング発振とはＱスイッチ発振を行うレーザーにおいてジャイアントパルス発振前に蓄積したエネルギーの一部が漏洩する現象である。この原因はＱスイッチを構成する部材の機構、その他の共振器内の構成部材の光学特性など多岐にわたる。また、本来Ｑスイッチレーザーはプレレージングを抑制して正確にジャイアントパルスを発生する機構を目標として作られているため、その目標から外れたプレレージング発振の発振エネルギーやパルス幅は不安定な場合が多い。プレレージングが発生する場合、１パルスの発振においてプレレージングはＱスイッチがＯＮ状態で発生する。さらにその後ＱスイッチがＯＦＦとなりジャイアントパルス発振も起こる。そのため、ジャイアントパルスが正確に発振した場合に対してパルス幅が異なるレーザー光が発生してしまう。
特に、ロッド状レーザー媒質を利用する固体レーザーでは、励起効率の高いロッド中心部でプレレージング発振が発生すると、その発振を種光として、引き続き発生するジャイアントパルス発振が中央に集中する。その結果、後述する特殊な強度分布で強い発振となる。なお、Ｑスイッチとして、ポッケルスセルなどの屈折率異方性を電界で誘起させるデバイスを用いて往復光の偏光方向を変える。そのようなＱスイッチの特性により共振を抑制する。このような共振を抑制させる光学シャッターを用いた場合には、ジャイアントパルス光の偏光状態とプレレージングの偏光状態とが異なる。このＱスイッチの特徴は後述の実施例で利用される。

本発明に記載するレーザー光センサー１０７はＱスイッチＯＮ（共振抑制期間）の微弱発光を検知するのではなく、そのプレレージングである微弱発光とＱスイッチＯＦＦ後のジャイアントパルス発振とを時間軸において両方を含むように発振強度を取得する。検出結果であるその取得した強度に応じた信号を判定部１２３に出力する。この出力された信号からプレレージングによる発光を識別するべく判定部１２３を設ける。そうすることにより時間分解能があまり高くないレーザー光センサー１０７であっても、プレレージング発生の検知を実現している。なお、ここでいう「時間分解能があまり高くないレーザー光センサー」とは例えば図２（ｄ）において、プレレージングが発生した時刻からジャイアントパルス発振が終わる時刻までの時間幅でしか光の強度を検知できないセンサーである。さらにいうと「時間分解能が高いレーザー光センサー」とは図２（ｄ）でいうプレレージングの始まりからその終わりまでの時間幅でレーザー光の強度を検知できるセンサーである。

プレレージングが発生した場合の被検体情報取得装置またはそれに含まれるレーザー装置の制御方法について説明する。プレレージングが発生する原因が想定される場合には想定される原因を低減するような制御方法を導入する場合もあれば、被検体情報取得装置ま
たはそれに含まれるレーザー装置自体を停止する場合もある。原因が想定され可逆的な場合、たとえば、Ｑスイッチを構成する部材がポッケルスセルのように、電圧を印加することで屈折率異方性を変えるような部材の場合を考える。そのとき、レーザー装置の温度影響等により、ポッケルスセルの最適印加電圧からずれることにより、プレレージングが発生することが想定される。このような場合には、レーザー装置の制御としてポッケルスセルの印加電圧を変更することにより、プレレージングの発生を抑制することができる。このような制御機構を設けることにより、安定な被検体情報取得装置を提供することができる。また、プレレージングがＱスイッチの不安定動作などで偶発的に発生する場合にはプレレージングを含む発光であるか、プレレージングを含まない発光であるかの識別情報を光音響信号に併記して出力する。そして、例えばプレレージングを含まない発光で得られた音響波信号のみを画像再構成に使用することで再構成画像のノイズ除去に利用できる。または、プレレージングが発生したレーザー光に基づいて再構成された画像であるという情報を再構成画像とともに出力することも可能である。

ここで、図１Ａを改めて参照する。レーザー光源１０２として、波長７５０ｎｍパルス幅１００ｎｓｅｃ、繰り返し周波数２０Ｈｚのパルス光を発生させるべく、共振器の内側にモードセレクターとしてアパーチャーを配置した。また、ビームプロファイルφ５ｍｍのマルチモードのパルス光を発生するランプ励起型、Ｑスイッチ発振型のアレキサンドライトレーザー光源を用いた。出力は１パルス３００ｍＪで発光させた。光伝送光学系１０３として、レーザー光１１５をほぼ並行光として伝搬するためのｆ＝１０００ｍｍの凸レンズを光路上に配置した。音響波受信部１０５はとして、探触子をアレイ上に配置した。被検体１１１は、女性の乳房などの生体とした。分岐ミラー１０８は、４５°反射で反射率１％となるように光源１０２の後段に配置してレーザー光１１５を分岐した。分岐したのちの１％のレーザー光を本発明におけるレーザー光センサー１０７ａへ導光した。また本実施例のレーザーシステムは、装置の安定上、空調システムを有している。

図３は、実施例１におけるレーザー光センサーの素子との位置関係を示す図である。本実施例に用いたレーザー光センサー１０７ａについて図３を用いて説明する。図３には、レーザー光センサー１０７ａ、受光素子部１０９ａ、レーザー光１１５、レーザー光の分布の幅１２０、およびレーザーの進行方向１２１が示されている。本実施例において用いたレーザー光センサー１０７ａは、ビームプロファイラーで１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズの受光素子部１０９ａを有するビームプロファイラーを用いた。さらに、１０ｍｍの間隔の中に素子が１００素子あり、レーザーの進行方向１２１をｚ軸方向とし、受光素子部１０９ａが、そのｚ軸方向に垂直な面であるｘｙ平面方向となるように配置されている。すなわち、受光素子部１０９ａは例えばｘｙ平面でのレーザー光の強度の分布を測定することができるエリアセンサーである。且つ、受光素子部１０９の中央にレーザー光１１５の分布の中央が来るように配置した。このような配置によって、１００×１００素子の素子ごとのプレレージングとジャイアントパルスを含む１パルスごとの総照射エネルギー（強度）を取得した。そして、レーザー光センサー１０７ａは図１Ａの判定部１２３に上記取得結果を送出する。この送出方法は無線通信でも良いし、配線を設けて電圧または電流信号として送出しても良い。

図４は、実施例１における代表的な照射量取得結果を示す図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、横軸が図３におけるｘ方向のアドレス（座標）を示すとともに縦軸が１素子に入射されたレーザー光１１５のエネルギーを示す。また座標ｘ＝０の位置が図３におけるレーザー光の分布の幅１２０の中心と一致する。また、図４（ａ）および図４（ｂ）は、どちらもｙ方向のアドレスが中央のものでありビームプロファイルの中央を通る断面プロファイルとなる。図４（ａ）は、代表的なジャイアントパルス発光エネルギーを示す図である。図４（ｂ）は、１パルスにおける、プレレージングが発生している時間とジャイアントパルスが発生している時間の両方を含む時間で、プレレージングとジャイアント
パルスをまとめてその発光エネルギーを取得したときの発光エネルギーを示す図である。ジャイアントパルスが発生する範囲φ５ｍｍの素子数は約２０００素子に相当し、１素子当たり、約０．１５ｍＪのエネルギーがレーザー光センサー１０７ａにより測定される。

ここで、プレレージングとジャイアントパルスをまとめてその発光エネルギーを取得したときの発光エネルギーの範囲にはばらつきがある。しかし、ジャイアントパルスが発生する範囲φ５ｍｍよりも狭い範囲である約φ２ｍｍに相当する範囲にそのエネルギーが集中して観測される。プレレージングが発生した際、各素子で観測される発光エネルギーの総和は３００ｍＪのままである。すなわち図４（ａ）の代表的なジャイアントパルスの各素子での発光エネルギーの総和と同じである。しかし、プレレージングが集中する範囲である約φ２ｍｍに関しては、１素子当たり０．３ｍＪの出力をレーザー光センサー１０７ａにより観測した。すなわちこの範囲である約φ２ｍｍに関しては図４（ａ）で示す各素子で観測される発光エネルギーよりも図４（ｂ）で示すプレレージングが発生するときに各素子で観測される発光エネルギーのほうが大きい。また図４（ｂ）から明らかなように素子アドレスが０の近傍で１素子の出力のピークが存在する。

判定部１２３では、このような発光エネルギー分布特性を示すレーザーにおいて、プレレージングが発生しているか否かの判定基準を設定した。すなわち、範囲φ２ｍｍに入るエネルギーの平均値が０．２５ｍＪ以上の場合プレレージングと判定する判定閾値を設定した。これにより、プレレージングを良好に検知することができた。すなわち、判定部１２３が所定の値である上記判定閾値とレーザー光センサー１０７ａによる検出結果に基づく上記平均値とを比較する。そうすることにより、その比較結果が、上記平均値が上記判定閾値を超えるという結果であるときはプレレージングが発生していると判定し、その判定結果１１９を出力する。一方、その比較結果が、上記平均値が上記判定閾値を超えないという結果であるときはプレレージングが発生していないと判定し、その判定結果１１９を出力する。出力先は音響波信号処理部１０６やレーザー光源１０２が考えられる。

このような発光エネルギー分布特性を示すレーザーにおいて、プレレージングが発生しているか否かをφ２ｍｍに入るエネルギーをモニタリングすることにより判断して、プレレージングを良好に検知することができた。また、検知することにより、プレレージングが発生した場合、このプレレージングの発生原因が、レーザーシステムの温度上昇が原因であるという情報を得ていた。そのため、レーザーシステムの空調を０．１℃、低下させることにより、プレレージングが発生することを抑制する制御機能を設けた。そうすることによりジャイアントパルスの不安定化を抑制した被検体情報取得装置を作成することができた。また、上記のようなセンサー構成をとることで、プレレージングの発生を時間分解能がそれほど高くないレーザー光センサー１０７でも検出することが簡便に行えた。

＜実施例２＞
図５は、本発明の実施例２に係る被検体情報取得装置のレーザー光センサーを示す図である。実施例１と同一の構成については同一の番号を付し、必要のない限り説明を省略する。すなわち実施例１のレーザー光センサーはエリアセンサーであり、ｘｙ平面すなわち２次元でのレーザー光の強度分布をセンシングした。しかし、受光素子部１０９ｂとして本図に示すような一次元のラインセンサー１０９ｂを用いても良い。すなわち、このライン上であって、レーザー幅１２０の周縁に近い側からレーザー幅１２０の中心に近い側にかけてレーザー光の強度が大きくなる。すなわちこれによってもプレレージングとジャイアントパルスとを含むレーザー光の強度分布が取得できる。特にそのラインセンサー１０９ｂがレーザー幅１２０の中心を通るように配置されるとき、そのラインセンサー１０９ｂによって取得される強度分布の形状は図４（ｂ）に近いものになる。よって、このセンサー１０７ｂ以外の構成は実施例１と同様に構成でき、プレレージングによる影響を低減した被検体情報取得装置を提供できるとともに上記実施例１のエリアセンサーよりも受光
素子の数が少なくて済むので低コスト化が期待できる。

＜実施例３＞
図６は、本発明の実施例３に係る被検体情報取得装置のレーザー光センサーを示す図である。実施例１と同一の構成については同一の番号を付し、必要のない限り説明を省略する。このレーザー光センサー１０７ｃは図４に示すレーザー光の強度分布幅より小さい範囲のレーザー光のみを検出する。すなわち、図４の素子アドレスがφ２ｍｍの範囲のレーザー光の強度を検出する。本実施例のレーザー光センサー１０９ｃの形状は実施例１の受光素子部１０９ａであるレーザー光センサーと異なる。図６の素子部１０９ｃはレーザー光１１５の強度分布の中央に位置し、素子部１０９ｃは分割されていない。φ２ｍｍの範囲は、実施例１の素子約３１０個に相当する。そのため、測定値は、約３１０倍となり、ジャイアントパルスが発生した場合のエネルギーが４７ｍＪ、プレレージングが発生した場合のエネルギーが９３ｍＪとなった。このセンサー１０７ｃの平均値を光音響信号データに併記して出力する機構をフィードフォワード制御として設ける。なお、このレーザー光センサー１０７ｃは、プレレージングが発生したときに発生する１パルスのレーザー発振が、レーザー光の分布の幅１２０の中央に集中することを利用して中央のみを測定する素子部１０９ｃを持つパワーメーターなどである。中央のみを測定するために受光素子部１０９ｃはアパーチャーを有する。このアパーチャーはレーザー光１１５のうち、その幅１２０の中心近傍すなわちここではφ２ｍｍの範囲のみを通すものである。すなわちこの範囲が上記の集中する範囲である。

以上の構成により、異常発光を含むデータを画像化する際に間引いて利用することができるようになり、良好なデータ取得が可能な被検体情報取得装置を作製することができる。

＜実施例４＞
図７は、本発明の実施例４に係るレーザー光センサー部を示す図である。ここで上述の実施例と同一の構成については同一の番号を付し特に必要でない限り説明を省略する。本実施例に係るレーザー光センサー部１２６は、実施例２のレーザー光センサー１０７ｂと、その前面に設けられる偏光素子である偏光板１１０とを備え、偏光された光を検出するものである。すなわち、この素子部１０９は分割されていない単素子センサーである。偏光板１１０はＳ偏光の光が強く透過される向きに配置されている。そしてここではジャイアントパルスはＰ偏光の発光である。一方、本構成により発生したプレレージング光は、ＱスイッチがＯＮのときに発振を許される光なのでＳ偏光として発振される。偏光板１１０を透過してきたプレレージング発光をこのセンサー１０７ｂで受信して、その受信結果として出力するプレレージング発光のエネルギー値を、１パルスごとに光音響信号データに併記して出力する機構をフィードフォワード制御として設けた。すなわち、Ｑスイッチなどに、ポッケルスセルのような電気的な屈折率異方性を利用した素子を用いた場合のプレレージングの偏光特性を利用する。すなわち、図７に示すように、パワーメーターの前に偏光板１１０を用いて、プレレージングを識別するようなレーザー光センサー部１２６である。

これにより、異常発振すなわちプレレージングによる発光を含むデータを画像化する際にその異常発振に基づいたデータを間引いて利用することができるようになる。そして、安価なレーザー光センサー１０７ｂを用いた、良好なデータ取得が可能なレーザー光センサー部１２６を備える被検体情報取得装置を作成することができる。

＜実施例５＞
実施例５は実施例１に用いた被検体情報取得装置と同じ構成部材で作成をおこない、プレレージングの判定後の制御として、フィードバック制御をおこなった。具体的には、こ
のレーザーにおけるプレレージングが発生する特徴として、Ｑスイッチの温度がレーザーを連続利用することにより上昇し、Ｑスイッチに印加する電圧が、プレレージングが発生する閾値の下限電圧を下回ることが傾向として把握できていた。Ｑスイッチに印加する電圧として設定値が２ｋＶで利用していた。このため制御機能としてプレレージングを検知した際にＱスイッチに印加する電圧を１００Ｖ上昇させるというフィードバック回路を設けた。この制御機能を持たせることで、プレレージングを容易に検知し、良好なデータ取得が可能な被検体情報取得装置を作製することができた。

＜実施例６＞
実施例６は実施例１に用いた被検体情報取得装置と同じ構成部材で作成をおこない、プレレージングの判定後の制御として、フィードフォワード制御をおこなった。具体的には、プレレージングが発生したとき、判定部１２３により上記判定基準に基づいてプレレージングが発生したと検知される。そのときの１パルスごとの光音響信号データにプレレージングが発生したという情報を併記して出力する機構をフィードフォワード制御として設ける。

これにより、異常発光を含むデータを画像化する際に間引いて利用することができるようになり、良好なデータ取得が可能な光音響測定システムを作製することができる。なお、プレレージングが発生しないときはその発生しなかったという情報も併記するようにし、上記間引く処理をせずにそのまま画像再構成を行い、プレレージングが発生したレーザー光に基づいて画像再構成が行われたことを操作者に知らせるようにしても良い。

＜変形例＞
各実施例の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。本発明は、上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。なお、本発明の種々の特徴は上記の実施例に限られるものではなく、広く応用可能なものである。また、上記の実施例１から６の被検体情報取得装置は、例えば、プログラム（ソフトウェア）に従って動作するＣＰＵやメモリ等を備えた情報処理装置を用いて実現できる。或いは、この被検体情報取得装置の各構成要素を情報の入出力や演算が可能な回路等のハードウェアにより構成しても良い。

＜比較技術＞
図８は本発明に対する比較技術を示す図である。比較技術は実施例１に用いたレーザー光センサー以外は、実施例１と同じ構成である。比較技術に用いたレーザー光センサー１２４について説明する。素子部１２５の位置は実施例１の例えば図３に示す素子部１０９ａと同一の位置に設けられているが、素子部１０９ａと異なり素子部１２５は分割されていない、いわゆる単素子センサーである。単素子センサーで１パルスのパルス幅の時間の全エネルギーを積算した場合を考える。この場合、プレレージングが発生するときの、プレレージングとジャイアントパルス発光の双方を合わせた総光量エネルギーは、プレレージングが発生しないときのジャイアントパルス発光単体の総光量エネルギーと大きな差が出ない。

そのためこの比較技術に係る単素子センサーのレーザー光センサー１２４ではプレレージングの判定ができない。このため、この比較技術であるセンサーを用いた被検体情報取得装置では良好な被検体情報に関するデータの取得ができなかった。一方、本発明の各実施例によればプレレージング光を検出し、プレレージングによる影響を低減した良好な画像を取得可能な被検体情報取得装置を提供できることは上に述べたとおりである。

１０２ レーザー光源、１０４ 照射部、１０５ 受信部、１０６ 音響波信号処理部、１０７ 検出部、２０１ 出力鏡、２０２ 反射鏡、２０３ 共振器、２０４ 励起部、２０５ レーザー媒質、２１１ レーザーコントローラー

Claims (11)

1. 二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられるＱスイッチとを含むレーザー共振器と、
   レーザー媒質を光励起する励起部と、
   前記一方の反射体から出力するレーザー光の進行方向に垂直な面における前記レーザー光の強度が分布する範囲よりも狭い範囲で前記レーザー光の強度を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて前記レーザー光にプレレージング光が含まれているか否かを判定する判定部と、
   前記レーザー光を被検体に照射する照射部と、
   前記レーザー光の照射に基づいて前記被検体から伝播する音響波を受信する受信部と、
   前記受信部の受信結果に基づいて前記被検体についての情報を取得する取得部と、
   前記検出部の前段に設けられ、前記判定部の判定結果に基づいて前記レーザー光の出力を制御する制御部とを備える被検体情報取得装置。
2. 前記制御部は前記判定結果に基づいて前記レーザー共振器を制御することにより前記レーザー光の出力を制御する請求項１に記載の被検体情報取得装置。
3. 前記制御部は前記判定結果に基づいて前記ＱスイッチのＱ値を制御する請求項２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記制御部は前記判定結果に基づいて前記Ｑスイッチの温度を制御することにより前記Ｑ値を制御する請求項３に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記判定部は前記検出結果と所定の値とを比較し、この比較結果に基づいて前記判定を行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記所定の値は前記レーザー光の強度が分布する範囲での前記レーザー光の強度の平均値に基づいた値である請求項５に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記取得部は前記受信結果に加え、前記判定結果に基づいて前記被検体についての情報を取得する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記取得部は前記判定部が前記プレレージング光が含まれていないと判定するときの前記受信結果に基づいて前記被検体についての情報を取得する請求項７に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記取得部は前記判定部が前記プレレージング光が含まれていると判定するときの前記受信結果を用いないで前記被検体についての情報を取得する請求項８に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記検出部は前記狭い範囲で前記分布のピークを検出する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記検出部はラインセンサーまたはエリアセンサーである請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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