JP2016047114A - Photoacoustic imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光音響画像化装置に関し、特に、光源部を備える光音響画像化装置に関する。 The present invention relates to a photoacoustic imaging apparatus, and more particularly, to a photoacoustic imaging apparatus including a light source unit.
従来、光源部を備える光音響画像化装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a photoacoustic imaging apparatus including a light source unit is known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1には、パルス発光されるレーザ光源部と、パルス発光されたレーザ光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出する検出部とを備える光音響画像化装置が開示されている。検出部は、検出する音響波に対して所定の周波数帯域の感度を有している。なお、音響波は、レーザ光の強度が変化している場合に、被検体から発生される。また、音響波は、レーザ光の光パルス幅と同様のパルス幅を有する超音波として発生するため、光パルス幅に対応した周波数となる。 Patent Document 1 discloses a photoacoustic imaging apparatus including a laser light source unit that emits pulsed light and a detection unit that detects an acoustic wave generated from a detection target in a subject that has absorbed the pulsed laser light. Is disclosed. The detection unit has sensitivity in a predetermined frequency band with respect to the acoustic wave to be detected. Note that the acoustic wave is generated from the subject when the intensity of the laser light is changed. Further, since the acoustic wave is generated as an ultrasonic wave having a pulse width similar to the optical pulse width of the laser light, the frequency corresponds to the optical pulse width.
上記特許文献1の光音響画像生成装置では、レーザ光源部は、固体レーザを用いていると考えられる。 In the photoacoustic image generating apparatus of Patent Document 1, it is considered that the laser light source unit uses a solid-state laser.
しかしながら、上記特許文献1に記載の光音響画像生成装置では、固体レーザからのレーザ光により発生する音響波の周波数が、検出部において高感度となる所定の周波数帯域に合致しない場合には、検出部における音響波の検出効率が悪くなり、音響波に基づいて得られる画像が不鮮明になりやすいという問題点がある。 However, in the photoacoustic image generation device described in Patent Document 1, the detection is performed when the frequency of the acoustic wave generated by the laser light from the solid-state laser does not match a predetermined frequency band that is highly sensitive in the detection unit. There is a problem that the detection efficiency of the acoustic wave in the part is deteriorated, and the image obtained based on the acoustic wave tends to be unclear.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、検出部において効率的に音響波を検出することにより鮮明な音響画像を得ることが可能な光音響画像化装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to obtain a clear acoustic image by efficiently detecting an acoustic wave in a detection unit. Is to provide a simple photoacoustic imaging apparatus.
この発明の一の局面による光音響画像化装置は、パルス発光される複数の発光部を含む光源部と、発光部から照射された光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出するための検出部と、複数の発光部のパルス発光タイミングを互いにずらすことにより、複数の発光部の光パルスがそれぞれ重なるように複数の発光部を順に発光させることによって、複数の発光部の複数の光パルスの合成波形を生成するとともに、合成波形の周波数が検出部の受信感度が最大となる周波数に近づくようにパルス発光のタイミングのずれ量を制御する制御部とを備える。 A photoacoustic imaging apparatus according to an aspect of the present invention includes an acoustic wave generated from a light source unit including a plurality of light emitting units that emit pulses and a detection target in a subject that has absorbed light emitted from the light emitting unit. The plurality of light emitting units are caused to emit light in order so that the light emission timings of the plurality of light emitting units overlap each other by shifting the pulse light emission timings of the detection unit and the plurality of light emitting units with respect to each other. And a control unit that controls the amount of deviation of the pulse emission timing so that the frequency of the combined waveform approaches the frequency at which the reception sensitivity of the detection unit is maximized.
この発明の一の局面による光音響画像化装置では、上記のように、制御部により、複数の光パルスの合成波形を生成するとともに、合成波形の周波数が検出部の受信感度が最大となる周波数に近づくようにパルス発光のタイミングのずれ量を制御することによって、合成波形の周波数を検出部の受信感度が最大となる周波数に近づけることができるので、検出部において検出されない(熱に変換される)音響波となるレーザ光が、光源部から出射されることを抑制することができる。そのため、検出部において効率的に音響波を検出することができる。その結果、鮮明な音響画像を得ることができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to one aspect of the present invention, as described above, the control unit generates a composite waveform of a plurality of optical pulses, and the frequency of the composite waveform is the frequency at which the reception sensitivity of the detection unit is maximized. By controlling the amount of deviation of the pulse emission timing so as to approach the frequency, the frequency of the combined waveform can be brought close to the frequency at which the detection sensitivity of the detection unit is maximized, so that it is not detected by the detection unit (converted to heat) ) Laser light that becomes an acoustic wave can be prevented from being emitted from the light source unit. Therefore, an acoustic wave can be detected efficiently in the detection unit. As a result, a clear acoustic image can be obtained.
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、制御部は、3つ以上の光パルスがそれぞれ重なるように複数の発光部を順に発光させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、3つ以上の光パルスが互いに重なる場合には、ずれ量を適切に調整することによって、合成波形の中央付近で光パルスが互いに重畳されるので、合成波形を中央付近でピークを有する波形とすることができる。すなわち、合成波形を、音響波を発生させやすい三角波や正弦波に近づけることができるので、検出部においてより効率的に音響波を検出することができる。その結果、より鮮明な音響画像を得ることができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the above aspect, the control unit is preferably configured to perform control so that a plurality of light emitting units emit light in order such that three or more light pulses overlap each other. With this configuration, when three or more optical pulses overlap each other, the optical pulses are superimposed on each other near the center of the composite waveform by appropriately adjusting the shift amount. A waveform having a peak can be obtained. That is, since the synthesized waveform can be approximated to a triangular wave or a sine wave that easily generates an acoustic wave, the acoustic wave can be detected more efficiently in the detection unit. As a result, a clearer acoustic image can be obtained.
この場合において、好ましくは、制御部は、奇数かつ3つ以上の光パルスがそれぞれ重なるように複数の発光部を順に発光させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、奇数かつ3つ以上の光パルスが互いに重なる場合には、ずれ量を適切に調整することによって、合成波形の中央付近で光パルスが互いに重畳されるので、合成波形を中央でピークを有する波形とすることができる。 In this case, the control unit is preferably configured to perform control so that the plurality of light-emitting units emit light in order so that odd and three or more light pulses overlap each other. With this configuration, when an odd number of three or more optical pulses overlap each other, the optical pulses are superimposed on each other near the center of the composite waveform by appropriately adjusting the shift amount. The waveform can have a peak at the center.
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、複数の発光部をオンオフするスイッチをさらに備え、制御部は、複数の発光部を順に発行するようにスイッチをオン状態とすることにより、複数の発光部のパルス発光のタイミングを互いにずらすように構成されている。このように構成すれば、各発光部のスイッチング時に発生する画像の乱れの原因となるノイズ(電磁波)を分散することができるので、ノイズレベルを小さくすることができる。その結果、より鮮明な音響画像を得ることができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the above aspect, preferably further includes a switch for turning on and off the plurality of light emitting units, and the control unit turns on the switch so as to issue the plurality of light emitting units in order, The plurality of light emitting units are configured to shift the timing of pulse light emission from each other. With this configuration, noise (electromagnetic waves) that causes image disturbance that occurs during switching of each light emitting unit can be dispersed, so that the noise level can be reduced. As a result, a clearer acoustic image can be obtained.
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、発光部の光パルスは、4つ以上設けられ、制御部は、4つ以上の発光部の光パルスが重なり合うことにより形成される光パルス列のうち、最初および最後に発光される両端の光パルスと、両端の光パルスに隣接する光パルスとの間を、第1ずれ量ずらすとともに、両端の光パルスに挟まれる複数の光パルスの間を、第1ずれ量よりも小さい第2ずれ量ずらす制御を行うように構成されている。このように構成すれば、両端の光パルスおよび両端の光パルスに隣接する光パルスに比べて、両端の光パルスに挟まれる複数の光パルスが密になるので、合成波形のピークをより高くすることができる。そのため、検出部においてより大きな音響波を検出することができる。その結果、より鮮明な音響画像を得ることができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the above aspect, preferably, four or more light pulses of the light emitting unit are provided, and the control unit is an optical pulse train formed by overlapping the light pulses of the four or more light emitting units. The first and last light pulses emitted at both ends and the light pulses adjacent to the light pulses at both ends are shifted by a first shift amount and between a plurality of light pulses sandwiched between the light pulses at both ends. Is controlled so as to shift the second shift amount smaller than the first shift amount. With this configuration, the plurality of optical pulses sandwiched between the optical pulses at both ends are denser than the optical pulses at both ends and the optical pulses adjacent to the optical pulses at both ends, so that the peak of the combined waveform is further increased. be able to. Therefore, a larger acoustic wave can be detected by the detection unit. As a result, a clearer acoustic image can be obtained.
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、制御部は、合成波形を、正弦波形状に近づけるように、複数の発光部を順に発光させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、音響波の合成波形が正弦波形状に近づくので、周波数解析により高調波成分(たとえば、基本周波数の3倍の周波数や、基本周波数の5倍の周波数等)となる音響波が出現することが抑制され、単一の周波数(基本周波数)に近づけて音響波を発生させることができる。したがって、検出部において検出されない(熱に変換される)高調波成分としての音響波になるレーザ光が、光源部から出射されることを抑制することができる。その結果、検出部においてより効率的に音響波を検出することができ、より鮮明な音響画像を得ることができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the above aspect, the control unit is preferably configured to perform control so that the plurality of light emitting units emit light in order so that the combined waveform approximates a sine wave shape. With this configuration, since the synthesized waveform of the acoustic wave approaches a sine wave shape, the sound that becomes a harmonic component (for example, a frequency that is three times the fundamental frequency or a frequency that is five times the fundamental frequency) by frequency analysis. Appearance of waves is suppressed, and acoustic waves can be generated close to a single frequency (fundamental frequency). Therefore, it is possible to suppress the emission of laser light from the light source unit, which is an acoustic wave as a harmonic component that is not detected by the detection unit (converted into heat). As a result, an acoustic wave can be detected more efficiently in the detection unit, and a clearer acoustic image can be obtained.
この場合において、好ましくは、複数の発光部のパルス発光タイミングのずれ量は、発光部の光パルスのパルス幅の半分以下である。このように構成すれば、複数の光パルスの重なり部分(時間)が大きくなるので、合成波形をより正弦波形状に近づけることができる。 In this case, it is preferable that the deviation amount of the pulse light emission timings of the plurality of light emitting units is not more than half of the pulse width of the light pulse of the light emitting unit. With this configuration, the overlapping portion (time) of a plurality of light pulses becomes large, so that the synthesized waveform can be made closer to a sine wave shape.
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部の発光部は、発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、比較的消費電力の小さい発光ダイオード素子を用いることにより消費電力を低減することができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the above aspect, the light emitting unit of the light source unit preferably includes a light emitting diode element. If comprised in this way, power consumption can be reduced by using a light emitting diode element with comparatively small power consumption.
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部の発光部は、有機発光ダイオード素子を含む。このように構成すれば、薄型化が容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、光音響画像化装置を容易に小型化することができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the above aspect, the light emitting unit of the light source unit preferably includes an organic light emitting diode element. If comprised in this way, a photoacoustic imaging device can be reduced in size easily by using the organic light emitting diode element which is easy to make thin.
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部の発光部は、固体レーザを含む。このように構成すれば、出力が高いレーザ光を出射する固体レーザを用いることにより、より鮮明な音響画像を得ることができる。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the above aspect, the light emitting unit of the light source unit preferably includes a solid-state laser. If comprised in this way, a clearer acoustic image can be acquired by using the solid-state laser which radiate | emits a laser beam with high output.
本発明によれば、上記のように、検出部において効率的に音響波を検出することにより鮮明な音響画像を得ることができる。 According to the present invention, as described above, a clear acoustic image can be obtained by efficiently detecting an acoustic wave in the detection unit.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図1〜図7を参照して、本発明の第1実施形態による光音響画像化装置100の構成について説明する。
First, the configuration of the
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による光音響画像化装置100は、図1および図2に示すように、光源部1aおよび1bと、検出部2と、信号処理部3とを備えている。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
光源部1aおよび1bは、それぞれ、複数のLED(発光ダイオード)素子11を有するとともに、パルス発光される3つの発光部10a〜10c(図2および図4参照)を含んでいる。検出部2は、超音波振動素子20を含んでいる。また、検出部2(超音波振動素子20)は、検出する音響波AWに対して所定の周波数帯域の感度を有している。すなわち、検出部2は、検出した音響波AWを効率よく電圧変換することが可能な所定の周波数帯域を有している。詳細については後述する。信号処理部3は、制御部30と、表示部31とを含んでいる。なお、信号処理部3は、電力および信号を伝達する信号線30aにより、光源部1aおよび1bに接続されている。また、信号処理部3は、電力および信号を伝達する信号線30bにより、検出部2に接続されている。
Each of the
光音響画像化装置100は、光源部1aおよび1bから人体などの被検体Pに光を照射するとともに、照射された光を吸収した被検体P内の検出対象物Qから発生する音響波AWを検出部2により検出するように構成されている。また、光音響画像化装置100は、検出部2により検出された音響波AWに基づいて、検出対象物Qを画像化することが可能なように構成されている。また、光音響画像化装置100は、超音波振動素子20から被検体Pに超音波を発射するとともに、被検体P内の検出対象物Qにより反射された超音波を検出部2(超音波振動素子20)により検出するように構成されている。また、光音響画像化装置100は、検出部2により検出された反射された超音波に基づいて、検出対象物Qを画像化することが可能なように構成されている。なお、光源部1aおよび1bから検出対象物Qに照射される光の周波数と、検出対象物Qから発生する音響波AWの周波数とは、略同一である。
The
なお、本明細書中で超音波とは、正常な聴力を持つ人に聴感覚を生じないほど周波数が高い音波(弾性波)のことであり、約16000Hz以上の音波(弾性波)のこととする。また、本明細書では、被検体P内の検出対象物Qが光を吸収することにより発生する超音波を「音響波」とし、検出部2(超音波振動素子20)により発生されるとともに、被検体P内の検出対象物Qに反射される超音波を「超音波」として、説明の都合上、区別して記載している。 In this specification, an ultrasonic wave is a sound wave (elastic wave) having a frequency that is high enough not to cause an auditory sensation in a person with normal hearing ability, and a sound wave (elastic wave) of about 16000 Hz or higher. To do. Further, in this specification, an ultrasonic wave generated when the detection target Q in the subject P absorbs light is referred to as an “acoustic wave” and is generated by the detection unit 2 (the ultrasonic vibration element 20). For convenience of explanation, the ultrasonic waves reflected on the detection object Q in the subject P are distinguished and described as “ultrasonic waves”.
ここで、第1実施形態では、光音響画像化装置100は、制御部30の制御により、発光部10a〜10cのパルス発光のタイミングを互いにずらすことにより、複数の光パルスがそれぞれ重なるように発光部10a〜10cを順に発光させるように構成されている。また、光音響画像化装置100は、制御部30の制御により、発光部10a〜10cから順に発光された光パルスの合成波形を生成するように構成されている。また、光音響画像化装置100は、制御部30の制御により、合成波形の周波数が、検出部2の受信感度が最大となる周波数Fmax(以下、中心周波数とする)(図3参照)に近づくようにパルス発光のタイミングのずれ量を制御するように構成されている。すなわち、光音響画像化装置100は、制御部30の制御により、順に発光される光パルスを合成することにより、検出部2において効率よく電圧変換することが可能な音響波を生成するように構成されている。詳細については後述する。
Here, in the first embodiment, the
次に、光音響画像化装置100の各部の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of each part of the
図4に示すように、光源部1aおよび1bは、検出部2に近接して配置されている。また、光源部1aおよび1bは、検出部2のY方向の両側に一対設けられている。なお、光源部1aおよび1bは、検出部2を挟んで略対称に構成されているので、以下では、Y2方向側の光源部1aのみについて説明する。
As shown in FIG. 4, the
図1に示すように、光源部1aは、被検体Pに向けて光を照射するように構成されている。その結果、光源部1aは、被検体P内の検出対象物Qに光を吸収させることにより、検出対象物Qから音響波AWを発生させるように構成されている。また、光源部1a(LED素子11)は、略同一の波長の光(たとえば、約700nm〜1000nm程度の波長の光)を発生させるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、図4に示すように、光源部1aには、3つの発光部10a〜10cが設けられている。発光部10a〜10cは、それぞれX方向に直線状に並ぶ複数(21個)のLED素子11を有するLED素子列から構成されている。また、発光部10a〜10cは、検出部2側(Y1方向側から)から、順に、発光部10a、発光部10bおよび発光部10cが並列に並ぶように配置されている。また、発光部10a〜10cは、互いに同一波形の光パルスを生成するように構成されている。また、発光部10a〜10cは、それぞれ、パルス発光されることにより矩形形状の光パルス(以下、矩形波とする)(図6参照)または三角形状の光パルス(以下、三角波とする)(図7参照)を生成するように構成されている。なお、実際のパルス波形では、立ち上がりおよび立ち下がりの傾きに限界があるため、矩形波は図6に示すように台形形状の波形となる。
Moreover, as shown in FIG. 4, the
また、図2に示すように、発光部10a〜10cには、それぞれ、光源駆動回路12と、スイッチ13とが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
各光源駆動回路12は、制御部30の制御に従って、光源部1aの複数の発光部10a〜10cに流れる電流をそれぞれ個別に制御するように構成されている。また、各光源駆動回路12は、制御部30の制御に従って、対応する発光部10a〜10cにパルス発光を行わせるように構成されている。これにより、直線状のLED素子11の素子列からなる各発光部10a〜10cを一単位として、素子列ごとに点灯および消灯が制御される。
Each light
スイッチ13は、制御部30の制御に従って、発光部10a〜10cをそれぞれオンオフするように構成されている。また、スイッチ13は、制御部30の制御に従って、発光部10a〜10cを順に発光するオン状態とすることにより、発光部10a〜10cのパルス発光のタイミングを互いにずらすように構成されている。
The
検出部2は、超音波検出プローブである。図1に示すように、検出部2は、Y方向の両側に配置される一対の光源部1aおよび1bに挟まれた状態で、X方向に延びるように形成されている。また、検出部2の超音波振動素子20は、被検体Pに近接するように、検出部2の先端(Z2方向側の端部)に配置されている。また、超音波振動素子20は、音響波(超音波)AWを検出することが可能であるとともに、被検体Pに対して超音波を照射することが可能に構成されている。また、検出部2(超音波振動素子20)は、検出対象物Qから発生した音響波AW、および、被検体P内で反射された超音波を検出し、信号線30bを介して検出信号を制御部30に送信するように構成されている。
The
図3に示すように、検出部2は、音響波の受信感度が最大となり効率よく音響波を電圧変換することが可能となる中心周波数Fmaxを有している。すなわち、検出部2は、中心周波数Fmaxと等しい周波数を有する音響波を感度よく検出することが可能に構成されている。また、検出部2は、中心周波数Fmaxの前後の周波数帯域において、比較的に音響波の検出感度がよい検出波周波数帯域Bを有している。検出部2の検出音波周波数帯域Bとは、検出部2のスペクトラム特性から決定される。このように、検出部2(超音波振動素子20)は、検出する超音波に対して所定の周波数帯域の感度を有している。図3に示す例の場合、検出部2は、4MHzを中心周波数Fmax(ピーク)として、約3MHz以上約5MHz以下の検出音波周波数帯域Bを有している。たとえば、検出音周波数帯域Bは、ピーク値(0dB)を基準として、−6dB(約1/2)以上の周波数帯域の範囲で設定される。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、信号処理部3は、検出部2により検出された音響波AWまたは超音波に対応する信号を処理するように構成されている。たとえば、被検体Pを測定する場合には、信号処理部3は、被検体P内の検出対象物Qから発生し、検出部2により検出された音響波AWまたは超音波に対応する信号に基づいて、検出対象物Qを特定して画像化するように構成されている。また、信号処理部3は、画像化された検出対象物Qの画像を、表示部31に表示させるように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
制御部30は、光源駆動回路12を制御して、発光部10a〜10cの発光を制御するように構成されている。具体的には、信号処理部3は、発光部10a〜10cをそれぞれ発光させるタイミングや光量などを制御する信号を、信号線30aを介して光源駆動回路12に送信するように構成されている。
The
図5に示すように、制御部30は、3つの光パルスがそれぞれ重なるように3つの発光部10a〜10cを順に発光させる制御を行うように構成されている。詳細には、制御部30は、最初に発光部10aを所定の発光期間Taの間継続して発光させることにより光パルスを生成するように構成されている。また、制御部30は、発光部10aの発光から所定の発光タイミングのずれ量(1つの発光部が発光してから次の発光部が発光するまでの期間)Tb後を発光部10bのパルス発光タイミングとして、発光部10bを所定の発光期間Taの間継続して発光させることにより光パルスを生成するように構成されている。また、制御部30は、発光部10bの発光から所定のずれ量Tb後を発光部10cのパルス発光タイミングとして、発光部10cを所定の発光期間Taの間継続して発光させることにより光パルスを生成するように構成されている。なお、ずれ量Tbは、発光部10a〜10cのパルス幅(発光期間Ta)の半分以下である。
As shown in FIG. 5, the
また、制御部30は、発光部10a〜10cの発光制御によって、図6および図7に示すように、横軸を時間および縦軸を光の強度とした場合において、発光部10a〜10cの光パルスの合成波形を正弦波形状に近づけるように構成されている。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the
表示部31は、信号処理部3による制御に基づいて、被検体P内の検出対象物Qの画像や各種の画面(操作画面、通知画面など)を表示可能に構成されている。
The
次に、正弦波形状となる光パルスの合成波形を生成する制御部30の発光制御について具体的な波形を示して説明する。
Next, the light emission control of the
図6に示すように、発光部10a〜10cの各光パルスP11〜P13の波形が矩形波の場合について説明する。なお、発光期間Taを15tとする。また、ずれ量Tbを2tとする。すなわち、発光時間Taに対するずれ量Tbの比率を、約0.13(=2t/15t)とする。この条件の下で、発光部10a〜10cの各光パルスP11〜P13を合成すると、正弦波形状に近似する合成波形Ps1が生成される。また、合成波形Ps1の発光期間Taは、15t+2t+2tから19tとなる。この19t(発光期間Ta)が合成波形Ps1の半周期となる。すなわち、1周期が38tとなる。
As shown in FIG. 6, the case where the waveforms of the light pulses P11 to P13 of the
なお、検出部2が図3に示す光スペクトラム特性を有しているとすると、発光期間19tが中心周波数の4MHzに対応する値である場合に、検出部2において検出された音響波が最も効率よく電圧変化される。すなわち、中心周波数の逆数を取ることにより、最も効率よく電圧変化される周期は125nsとなる。したがって、制御部30は、音響波が最も効率よく電圧変換されるようにするために、t=(125/38)として、合成波形を生成するように構成されている。
If the
次に、図7に示すように、発光部10a〜10cの各光パルスP21〜P23の波形が三角波の場合について説明する。なお、発光期間Taを20tとする。また、ずれ量Tbを2tとする。すなわち、発光時間Taに対するずれ量Tbの比率を、0.10(=2t/20t)とする。この条件の下で、発光部10a〜10cの各光パルスP21〜P23を合成すると、正弦波形状に近似する合成波形Ps2が生成される。
Next, as shown in FIG. 7, the case where the waveforms of the light pulses P21 to P23 of the
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。 In the first embodiment, the following effects can be obtained.
第1実施形態では、上記のように、制御部30により、複数の光パルスの合成波形を生成するとともに、合成波形の周波数が検出部2の受信感度が最大となる中心周波数Fmaxに近づくようにパルス発光のタイミングのずれ量を制御することによって、合成波形の周波数を検出部2の受信感度が最大となる中心周波数Fmaxに近づけることができるので、検出部2において検出されない(熱に変換される)音響波となるレーザ光が、光源部1a(1b)から出射されることを抑制することができる。そのため、検出部2において効率的に音響波を検出することができる。その結果、鮮明な音響画像を得ることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、制御部30を、3つの光パルスがそれぞれ重なるように発光部10a〜10cを順に発光させる制御を行うように構成する。これにより、3つの光パルスが互いに重なる場合には、ずれ量を適切に調整することによって、合成波形の中央付近で光パルスが互いに重畳されるので、合成波形を中央でピークを有する波形とすることができる。すなわち、合成波形を、音響波を発生させやすい三角波に近づけることができるので、検出部2においてより効率的に音響波を検出し、強い音響波を検出することができる。その結果、周波数が一義的に定まる光源部1a(1b)を用いてより鮮明な音響画像を得ることができる。
Moreover, in 1st Embodiment, as mentioned above, the
また、第1実施形態では、上記のように、発光部10a〜10cをオンオフするスイッチ13をさらに設け、発光部10a〜10cを順に発行するようにスイッチ13をオン状態とすることにより、発光部10a〜10cのパルス発光のタイミングを互いにずらすように、制御部30を構成する。これにより、各発光部10a〜10cのスイッチング時に発生する画像の乱れの原因となるノイズ(電磁波)を分散することができるので、ノイズレベルを小さくすることができる。その結果、より鮮明な音響画像を得ることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、制御部30を、合成波形を、正弦波形状に近づけるように、発光部10a〜10cを順に発光させる制御を行うように構成する。これにより、音響波の合成波形が正弦波形状に近づくので、周波数解析により高調波成分(たとえば、基本周波数の3倍の周波数や、基本周波数の5倍の周波数等)となる音響波が出現することが抑制され、単一の周波数(基本周波数)に近づけて音響波を発生させることができる。したがって、検出部2において検出されない(熱に変換される)高調波成分としての音響波になるレーザ光が、光源部1a(1b)から出射されることを抑制することができる。その結果、検出部2においてより効率的に音響波を検出することができ、より鮮明な音響画像を得ることができる。
Moreover, in 1st Embodiment, as mentioned above, the
また、第1実施形態では、上記のように、発光部10a〜10cのパルス発光タイミングのずれ量を、発光部10a〜10cの光パルスのパルス幅の半分以下とする。これにより、複数の光パルスの重なり部分(時間)が大きくなるので、合成波形をより正弦波形状に近づけることができる。
In the first embodiment, as described above, the deviation amount of the pulse light emission timing of the
また、第1実施形態では、上記のように、光源部1a(1b)の発光部10a〜10cにLED素子11を設ける。これにより、比較的消費電力の小さいLED素子11を用いることにより消費電力を低減することができる。
Moreover, in 1st Embodiment, as mentioned above, the
(第2実施形態)
次に、図8〜図11を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、3つの光パルスを合成して合成波形を生成した上記第1実施形態とは異なり、5つの光パルスを合成して合成波形を生成する例について説明する。なお、第1実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, unlike the first embodiment in which three optical pulses are combined to generate a combined waveform, an example in which five optical pulses are combined to generate a combined waveform will be described. Note that in the first embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図8に示すように、第2実施形態による光音響画像化装置200は、一対の光源部201aおよび201bと、制御部230とを備えている。なお、光源部201aおよび201bは、検出部2を挟んでY2方向側およびY1方向側に略対称に構成されているので、以下では、Y2方向側の光源部201aのみについて説明する。
As shown in FIG. 8, the
光源部201aには、5つの発光部210a〜210eが設けられている。発光部210a〜210eは、それぞれX方向に直線状に並ぶ複数(21個)のLED素子11を有するLED素子列から構成されている。また、発光部210a〜210eは、検出部2側(Y1方向側から)から、順に、発光部210a、発光部210b、発光部210c、発光部210dおよび発光部210eが並列に並ぶように配置されている。また、発光部210a〜210eは、互いに同一波形(矩形波または三角波)の光パルスを生成するように構成されている。
The light source unit 201a is provided with five light emitting
ここで、制御部230が正弦波形状となる光パルスの合成波形を生成する発光制御について具体的な波形を示して説明する。
Here, the light emission control in which the
図9に示すように、発光部210a〜210eの各光パルスP31〜P35の波形が三角波の場合について説明する。なお、発光期間Taを15tとする。また、ずれ量Tbを2tとする。すなわち、発光時間Taに対するずれ量Tbの比率を、約0.13(=2t/15t)とする。この条件の下で、発光部210a〜210eの各光パルスP31〜P35を合成すると、正弦波形状に近似する合成波形Ps3が生成される。
As shown in FIG. 9, the case where the waveforms of the light pulses P31 to P35 of the
次に、図10に示すように、発光部210a〜210eの各光パルスP41〜P45の波形が三角波の場合について説明する。なお、発光期間Taを20tとする。また、ずれ量Tbを2tとする。すなわち、発光時間Taに対するずれ量Tbの比率を、0.10(=2t/20t)とする。この条件の下で、発光部210a〜210eの各光パルスP41〜P45を合成すると、正弦波形状に近似する合成波形Ps4が生成される。
Next, as shown in FIG. 10, the case where the waveforms of the light pulses P41 to P45 of the
次に、図9および図10に示した場合とは異なり、光パルスのずれ量が一定ではない場合について説明する。ここでは、発光部210a〜210eの各光パルスP51〜P55の波形が三角波の場合について説明する。詳細には、図11に示すように、制御部230は、発光部210a〜210eの光パルスP51〜P55が重なり合うことにより形成される光パルス列のうち、最初および最後に発光される両端の光パルスP51およびP55と、両端の光パルスP51およびP55に隣接する光パルスP52およびP54との間を、第1ずれ量Tbbずらす制御を行うように構成されている。また、制御部230は、両端の光パルスP51およびP55に挟まれる複数の光パルスP52〜P54の間を、第1ずれ量Tbbよりも小さい第2ずれ量ずらす制御を行うように構成されている。なお、一例として、第2ずれ量を第1ずれ量Tbbの半分の大きさのTbb/2に設定する。
Next, unlike the case shown in FIGS. 9 and 10, a case where the amount of deviation of the optical pulse is not constant will be described. Here, the case where the waveforms of the light pulses P51 to P55 of the
発光期間Taを20tとする。また、第1ずれ量Tbbを2tとする。すなわち、発光時間Taに対する第1ずれ量Tbbの比率を、0.10(=2t/20t)とする。したがって、発光時間Taに対する第2ずれ量の比率は、0.05(=1t/20t)となる。この条件の下で、発光部210a〜210eの各光パルスP51〜P55を合成すると、正弦波形状に近似する合成波形Ps5が生成される。なお、合成波形Ps5は、図10に示す合成波形Ps4(図11においては二点鎖線で示す)よりも帯域幅が狭く、急峻な波形になる。
The light emission period Ta is set to 20t. The first deviation amount Tbb is 2t. That is, the ratio of the first shift amount Tbb to the light emission time Ta is set to 0.10 (= 2t / 20t). Accordingly, the ratio of the second shift amount to the light emission time Ta is 0.05 (= 1t / 20t). When the light pulses P51 to P55 of the
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。 In the second embodiment, the following effects can be obtained.
第2実施形態では、上記第1実施形態と同様に、制御部230により、複数の光パルスの合成波形を生成するとともに、合成波形の周波数が検出部2の受信感度が最大となる中心周波数Fmaxに近づくようにパルス発光のタイミングのずれ量を制御することによって、周波数が一義的に定まる光源部201a(201b)を用いて鮮明な音響画像を得ることができる。
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the
また、第2実施形態では、上記のように、制御部230を、5つの発光部210a〜210eの光パルスが重なり合うことにより形成される光パルス列のうち、最初および最後に発光される両端の光パルスと、両端の光パルスに隣接する光パルスとの間を、第1ずれ量ずらすとともに、両端の光パルスに挟まれる複数の光パルスの間を、第1ずれ量よりも小さい第2ずれ量ずらす制御を行うように構成する。これにより、両端の光パルスおよび両端の光パルスに隣接する光パルスに比べて、両端の光パルスに挟まれる複数の光パルスが密になるので、合成波形のピークをより高くすることができる。そのため、検出部2においてより大きな音響波を検出することができる。その結果、より鮮明な音響画像を得ることができる。
In the second embodiment, as described above, the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1および第2実施形態では、発光部がLED素子を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、発光部がLED素子以外の光源を含んでいてもよい。たとえば、図12に示す変形例のように発光部510a〜510cが有機発光ダイオード素子または固体レーザを含んでいてもよい。なお、発光部510a〜510cが有機発光ダイオード素子を含む場合には、薄型化が容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、有機発光ダイオード素子が設けられる光音響画像化装置500を容易に小型化することができる。また、発光部510a〜510cが固体レーザを含む場合には、出力が高いレーザ光を出射する固体レーザを用いることにより、より鮮明な音響画像を得ることができる。また、発光部510a〜510cが固体レーザを含む場合には、図13に示すように、複数の光パルスを合成することにより、個別的には矩形波上の光パルスを正弦波状形状に近づけることが可能である。
For example, in the said 1st and 2nd embodiment, although the light emission part showed the example containing an LED element, this invention is not limited to this. In the present invention, the light emitting unit may include a light source other than the LED element. For example, as in the modification shown in FIG. 12, the
また、上記第1および第2実施形態では、3つまたは5つの光パルスを合成することにより合成波形を生成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、3つまたは5つに限らず2つ以上の光パルスを合成することにより合成波形を生成してもよい。 In the first and second embodiments, an example in which a synthesized waveform is generated by synthesizing three or five optical pulses has been described. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the combined waveform may be generated by combining two or more light pulses without being limited to three or five.
また、上記第1および第2実施形態では、信号処理部が表示部を一体的に含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、信号処理部が表示部を一体的に含まずに、信号処理部と表示部とを別体としてもよい。 Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment, although the signal processing part showed the example which included a display part integrally, this invention is not limited to this. In the present invention, the signal processing unit and the display unit may be separated from each other without the signal processing unit integrally including the display unit.
また、上記第1および第2実施形態では、複数の発光部のパルス発光タイミングのずれ量を発光部の光パルスのパルス幅の半分とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の発光部のパルス発光タイミングのずれ量を発光部の光パルスのパルス幅の半分よりも小さくまたは大きくしてもよい。 In the first and second embodiments, the example in which the amount of deviation of the pulse emission timing of the plurality of light emitting units is set to half the pulse width of the light pulse of the light emitting unit is shown, but the present invention is not limited to this. . In the present invention, the shift amount of the pulse light emission timings of the plurality of light emitting units may be smaller or larger than half the pulse width of the light pulse of the light emitting unit.
また、上記第1および第2実施形態では、合成波形を正弦波形状に近づける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、合成波形を三角波形状に近づけるようにしてもよい。 In the first and second embodiments, the example in which the combined waveform is approximated to a sine wave shape is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the synthesized waveform may be approximated to a triangular wave shape.
1a、1b、201a、201b 光源部
2 検出部
10a〜10c、210a〜210e、510a〜510c 発光部
11 発光ダイオード(LED)素子
13 スイッチ
30、230 制御部
100、200、500 光音響画像化装置
P 被検体
Q 検出対象物
AW 音響波
Tb ずれ量
Tbb 第1ずれ量
P11〜P13、P21〜P23、P31〜P35、P41〜P45、P51〜P55 光パルス
Ps1〜Ps5 合成波形
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記発光部から照射された光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出するための検出部と、
前記複数の発光部のパルス発光タイミングを互いにずらすことにより、前記複数の発光部の光パルスがそれぞれ重なるように前記複数の発光部を順に発光させることによって、前記複数の発光部の複数の光パルスの合成波形を生成するとともに、前記合成波形の周波数が前記検出部の受信感度が最大となる周波数に近づくように前記パルス発光のタイミングのずれ量を制御する制御部とを備える、光音響画像化装置。 A light source unit including a plurality of light emitting units that emit pulses; and
A detection unit for detecting an acoustic wave generated from a detection target in a subject that has absorbed light emitted from the light emitting unit; and
By shifting the pulse emission timings of the plurality of light emitting units from each other, the plurality of light emitting units sequentially emit light so that the light pulses of the plurality of light emitting units overlap each other, thereby causing the plurality of light pulses of the plurality of light emitting units to emit light. And a control unit that controls the amount of deviation of the timing of the pulse emission so that the frequency of the combined waveform approaches the frequency at which the reception sensitivity of the detection unit is maximized. apparatus.
前記制御部は、前記複数の発光部を順に発光するように前記スイッチをオン状態とすることにより、前記複数の発光部のパルス発光のタイミングを互いにずらすように構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光音響画像化装置。 A switch for turning on and off the plurality of light emitting units;
The said control part is comprised so that the timing of the pulse light emission of these light emission parts may mutually be shifted by turning on the said switch so that it may light-emit these light emission parts in order. 4. The photoacoustic imaging apparatus according to any one of items 3.
前記制御部は、前記4つ以上の発光部の光パルスが重なり合うことにより形成される光パルス列のうち、最初および最後に発光される両端の光パルスと、前記両端の光パルスに隣接する光パルスとの間を、第1ずれ量ずらすとともに、前記両端の光パルスに挟まれる複数の光パルスの間を、前記第1ずれ量よりも小さい第2ずれ量ずらす制御を行うように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光音響画像化装置。 Four or more light pulses of the light emitting unit are provided,
The control unit includes: an optical pulse at both ends of the optical pulse train formed by overlapping the optical pulses of the four or more light emitting units; and an optical pulse adjacent to the optical pulses at the both ends. The first shift amount is shifted between the first and second optical pulses, and the second shift amount smaller than the first shift amount is shifted between the plurality of optical pulses sandwiched between the light pulses at both ends. The photoacoustic imaging apparatus of any one of Claims 1-4.
The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the light emitting unit of the light source unit includes a solid-state laser.
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JPWO2020065727A1 (en) * | 2018-09-25 | 2021-08-30 | オリンパス株式会社 | Photoacoustic imaging equipment and methods |
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- 2014-08-27 JP JP2014172894A patent/JP2016047114A/en active Pending
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