JP2016007222A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常発光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を備える。さらに、レーザー媒質を光励起する励起部と、反射体の一方から出力するレーザー光の強度の空間分布を検出する検出部と、レーザー光を被検体に照射する照射部とを備える。さらに、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、受信部の受信結果および検出部の検出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を備える。さらに、検出部で検出された検出結果が異常発光の検出である。【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（被検体情報取得装置）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、高出力か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などの異常発光が起こる。このプレレージングなどの異常発光を検知してそれを減少させることが課題として挙げられている。この異常発光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異常発光による音響波信号が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パルス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、プレレージングなどの異常発光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、プレレージングなどの異常発光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、異常発光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、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、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、前記反射体の一方から出力するレーザー光の強度の空間分布を検出する検出部と、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お
よび前記検出部の検出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を備え、
前記検出部で検出された検出結果が異常発光の検出であることを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、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、前記反射体の一方から出力するレーザー光のうち所定の偏光の強度を検出する検出部と、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および前記検出部の検出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を備えることを特徴とする被検体情報取得装置である。

上記のように、本発明によれば、異常発光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 本発明の実施例５に係るレーザー光センサー部を示す図 本発明の実施例６に係るレーザー光センサー部と示す図 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、実際の異常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、
異常発光のみを時間的に分解して検知するために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ない。したがって、センサーが高価になるという課題がある。更に、異常発光の一例であるプレレージングの場合発振の発生開始からジャイアントパルス発振開始のための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、現実的にその期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。そこで、このような課題を解決するために以下でその手法を説明する。

＜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、判定部１２３と、そこから出力される異常発光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１１１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が含まれる。さらにこれらの情報に基づいて、画像再構成して表示するための画像データも含まれ得る。

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るとともに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、配置の都合により距離がある。そのためレーザー光１１５が広がってしまう。そこで、広がりを抑制するために、レーザー光１１５の光路上にレンズ等を配置する。また、レーザー光源１０２と光照射光学系１０４の配置の都合により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の進行方向を調整する。これによりレーザー光を所望の場所まで導く。また、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を光路上に配置して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。光照射光学系１０４は、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や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有する。

音響波受信部１０５は、音響波信号１１７を受信する探触子を有する。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、または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や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る。その結果、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。また、変換されたデジタル信号は音響波信号処理部１０６内のメモリに格納される。音響波信号処理部１０６は、この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、光源１０２に電源を供給するレーザー電源２１２とから構成される。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る。そのため、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により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などの異常発光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。プレレージングなどの異常発光とは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てまず一般の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し、図２（ｃ）にそのＯＮ、ＯＦＦ駆動に基づいた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ることにより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される。これをジャイアントパルス発振と呼ぶ。

図２（ｄ）にプレレージングなどの異常発光が発生する場合の、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や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。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。その後ＱスイッチがＯＦＦとなり続いてジャイアントパルス発振が起こる。そのためジャイアントパルスが正確に発振した場合に比べ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などの異常発光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などの異常発光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）のとき
の微弱発光のみを検知するのではない。すなわち、そのプレレージングなどの異常発光である微弱発光と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などの異常発光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、プレレージングなどの異常発光の発生を良好に検知できる。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、プレレージングなどの異常発光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。逆に「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などの異常発光の始まりの時刻からその終わりの時刻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。

プレレージングなどの異常発光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。プレレージングなどの異常発光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か、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手法が考えられる。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。このときは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。その結果、プレレージングなどの異常発光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などの異常発光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、プレレージングなどの異常発光が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などの異常発光を含む発光であるか、プレレージングなどの異常発光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などの異常発光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、プレレージングなどの異常発光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でパルス幅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（アパーチュア）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１０７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には、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。さらに、受光素子部１０９ａの中央にレーザー光１１５の強度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素子の素子ごとにプレレージングなどの異常発光とジャイアントパルスを含む１パルスごとの照射エネルギー（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、所定の時間でプレレージングなどの異常発光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。所定の時間は、１パルスにおけるプレレージングなどの異常発光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ある。ジャイアントパルスが発生する範囲φ５ｍｍ（素子アドレスが−５０〜５０の範囲）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、プレレージングなどの異常発光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（レーザー光１１５の強度が分布する範囲）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（レーザー光１１５の強度が分布する範囲の一部）である約φ２ｍｍ（素子アドレスが−２０〜２０の範囲）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。プレレージングなどの異常発光が発生した際、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、プレレージングなどの異常発光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などの異常発光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などの異常発光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に入る素子１個当たりのエネルギーの総和を範囲φ２ｍｍの素子の総数で割った値である平均値が０．２５ｍＪ以上の場合プレレージングなどの異常発光と判定する判定閾値を設定した。これにより、プレレージングなどの異常発光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などの異常発光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などの異常発光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。

なお、判定部１２３については図１Ａでは単一のブロックとして設けられているが、光伝送光学系１０３の内部に設けられても良い。また、レーザー光センサー１０７と別体として設けられても良いし、レーザー光センサー１０７と一体形成されても良い。さらに判定部１２３の機能を有するレーザー光センサー１０７であっても良く、その場合は、レーザー光センサー１０７はレーザー光の強度の空間分布を検出する。そしてその検出に基づき上記異常発光の検出も行い、その検出結果（検出内容）を上記判定結果１１９として音響波信号処理部１０６やレーザー光源１０２に送出するようにしても良い。

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、プレレージングなどの異常発光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、プレレージングなどの異常発光を良好に検知することができた。また、レーザーシステムの温度上昇がプレレージングなどの異常発光の発生原因の一つである。そのため、プレレージングなどの異常発光の検知に基づいてレーザーシステムの空調を０．１℃低下させることにより、プレレージングなどの異常発光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、プレレージングなどの異常発光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。この受光素子部１０９ｂは１００素子に分割されている。φ２ｍｍの範囲は実施例１の素子約２０個に相当するため、測定値は約２０倍となる。すなわち、ジャイアントパルスが発生した場合のエネルギーは３．０ｍＪであり、プレレージングなどの異常発光が発生した場合のエネルギーは６．０ｍＪとなった。これは実施例１の図４の結果と同等である。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。このラインセンサー１０９ｂであってもプレレージングなどの異常発光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が以下の場合には、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。すなわち、レーザー光１１５の進行方向１２１に垂直な面におけるレーザー光１１５の強度が分布する範囲の中心を通るようにラインセンサー１０９ｂを配置した場合である。

このセンサー１０７ｂ以外の構成は実施例１と同様に構成できるのでプレレージングなどの異常発光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。また、実施例１のレーザー光センサー１０７ａと精度が同等であるとともにレーザー光センサー１０７ａよりも受光素子の数が少なくて済むので低コスト化も期待できる。
なお、これに限られず実施例１のレーザー光センサー１０７ａの受光素子部１０９ａのうちφ２ｍｍの範囲にある素子で得られたレーザー光１１５の強度に基づく信号を結線等によりまとめる。そしてφ２ｍｍより外にある受光素子部１０９ａで得られた信号は使用しないようにする。そうすることで実施例２のレーザー光センサー１０７ｂと同様な効果を持たせても良い。

＜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、受光素子部１０９ｃは図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べくφ２ｍｍの範囲に略一致するサイズに形成されている。本実施例の受光素子部１０９ｃの形状は実施例１の受光素子部１０９ａと異なる。本実施例の受光素子部１０９ｃはレーザー光１１５の強度分布の中央に位置し、受光素子部１０９ｃは分割されていないレーザー光の強度を検出する単一の光強度センサーである。なお、このセンサーは単一の平面形状のエリアセンサーであっても良いし、単一の線形状のラインセンサーであっても良い。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倍となる。すなわち、ジャイアントパルスが発生した場合のエネルギーが４７ｍＪであり、プレレージングなどの異常発光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でセンシングしたレーザー光１１５の強度を上記素子数に相当する値である約３１０で割った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。上記したようにプレレージングなどの異常発光が発生したときに発生する１パルスのレーザー発振の強度は、レーザー光１１５の強度分布の幅１２０の中央に集中する。この集中した部分を良好にセンシングするためにレーザー光センサー１０７ｃとして中央のみを測定する受光素子部１０９ｃを持つパワーメーターなどが好適に適用される。

以上の構成により、異常発光であるプレレージングなどの異常発光を良好に検知して、このプレレージングなどの異常発光を含むレーザー光に基づいて取得されたデータを間引いた上で画像再構成を行う。その結果、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。ここで実施例１と共通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１０７ｄと、その前面に設けられる偏光部である偏光板１１０とを備え、偏光された光を検出するものである。この素子部１０９ｄ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などの異常発光光は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などの異常発光をこのセンサー１０７ｄで受信する。そして、その受信結果として出力するプレレージングなどの異常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、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有するＱスイッチにはプレレージングなどの異常発光を偏光する性質があり、それを利用する。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を配置してＳ偏光であるプレレージングなどの異常発光を好適に識別することができるレーザー光センサー部１２６である。

このレーザー光センサー部１２６を備えることで、被検体情報取得装置における画像再構成時に所定のデータを間引いて利用することができるようになる。所定のデータとは、プレレージングなどの異常発光が含まれるレーザー光１１５により取得されたデータである。さらに、このレーザー光センサー１０７ｄは分割されていない安価な単素子センサー１０９ｄで良いので、それを備える被検体情報取得装置もその分安価に作成することができる。

また、実施例１のようにプレレージング等の異常発光が発生していることを判定する判
定部１２３が必要ない。すなわち、プレレージング等の異常発光のみを透過する偏光板１１０が設けられているので、プレレージング等の異常発光を判定する必要がない。すなわち、センサー１０９ｄで光を検出したか否かのみで異常発光の検出が可能である。この検出結果（検出内容）を音響波信号処理部１０６やレーザー光源１０２へ出力する。その出力に基づいて被検体情報を取得するように構成する。よってその分簡易かつ安価に被検体情報取得装置を製造できる。

＜実施例５＞
図８は、本発明の実施例５に係るレーザー光センサー部を示す図である。なお、実施例１と共通の構成については同一の番号を付すとともに必要のない限り説明を省略する。実施例５に係るレーザー光センサー部８００は、実施例４の偏光板１１０に換えて半遮光部材であるアパーチャー８０２を設けたこと以外は実施例４と同じ構成である。アパーチャー８０２は受光素子部１０９ｄの前段に設けられている。すなわち、レーザー光１１５はアパーチャー８０２を介して受光素子部１０９ｂに到達する。受光素子部１０９ｄは実施例４のものと同一である単素子センサーである。アパーチャー８０２はφ２ｍｍの穴を有する。アパーチャー８０２はレーザー光１１５の進行方向に垂直な面におけるその強度が分布する範囲よりも狭い範囲φ２ｍｍが上記穴と一致するように設けられている。すなわち、レーザー光１１５の発光エネルギー分布プロファイルの中央を通る直線状に配置されている。φ２ｍｍの範囲は実施例１の分割された素子約２０個に相当する。すなわち、ジャイアントパルスが発生した場合のエネルギーは３．０ｍＪであり、プレレージングなどの異常発光が発生した場合のエネルギーは６．０ｍＪとなる。すなわち、実施例１の図４の結果と同等となった。このレーザー光センサー部８００を備えることで実施例１のレーザー光センサー１０７ａと精度が同等で、しかも単素子センサーを用いた分だけ安価であり、かつ良好なデータ取得が可能な被検体情報取得装置を提供することができる。

＜実施例６＞
図９は、本発明の実施例６に係るレーザー光センサー部を示す図である。なお、実施例１と共通の構成については同一の番号を付すとともに必要のない限り説明を省略する。実施例６は実施例５のアパーチャー８０２に換えて穴のサイズが可変である金属製のアイリス９０２を設けたこと以外は実施例５と同じ構成である。実施例６に用いた半遮光部材であるアイリス９０２は穴のサイズが可変である金属製のものを用いた。アイリスはレーザー光１１５の発光エネルギー分布プロファイルの中央を通る直線状に配置されている。実施例５と異なり、異常発振であるプレレージングなどの異常発光の検知を行いたいときにのみアイリスをφ２ｍｍに絞る。そうすることで、実施例１と同等の検知能でプレレージングなどの異常発光を検知することができた。更に、アイリスの絞りを変えて穴のサイズを変更することにより他の異常発振に対してもそれに応じた適切な検知能に調整することができる。さらに、レーザー光１１５の強度空間分布の範囲よりも穴を広くすることで通常のジャイアントパルス発振の全強度をモニタリングすることもできる。このようにして一つのレーザー光センサー部９００でこれら複数の機能を兼ねることができる。その結果、このレーザー光センサー部９００を備えることで安価な被検体情報取得装置を作成することができる。

＜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１０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、所定の総光量エネルギーはプレレージングなどの異常発光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。所定の総光量エネルギーとは、プレレージングなどの異常発光が発生するときのプレレージングなどの異常発光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である。

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などの異常発光の判定ができない。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などの異常発光光を検出し、プレレージングなどの異常発光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 出力境、２０２ 反射鏡、２０３ 共振器、２０４ 励起部、２０５ レーザー媒質

Claims (14)

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、
   前記反射体の一方から出力するレーザー光の強度の空間分布を検出する検出部と、
   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および前記検出部の検出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を備え、
   前記検出部で検出された検出結果が異常発光の検出であることを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記検出部で検出された検出結果がプレレージングの検出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。
3. 前記取得部は前記受信結果および前記検出結果に基づいて画像を形成することにより前記被検体についての情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記取得部は前記異常発光の検出がされたときの前記照射に基づいた前記受信結果を前記画像の形成に用いないことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記検出部は前記空間分布の一部を検出し、
   前記一部は前記空間分布のピークを含むことを特徴とする請求項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. 前記検出部はエリアセンサーであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記検出部はラインセンサーであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記検出部はアパーチャーを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記検出部はアイリスを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 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、
    前記反射体の一方から出力するレーザー光のうち所定の偏光の強度を検出する検出部と、
    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および前記検出部の検出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を備えることを特徴とする被検体情報取得装置。
11. 前記検出部の前段に設けられ、前記所定の偏光を透過させる偏光部をさらに備えること
    を特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記偏光部は偏光板であることを特徴とする請求項１１に記載の被検体情報取得装置。
13. 前記所定の偏光はプレレージングであることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
14. 前記検出部は単一の光強度センサーであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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