JP2016049216A - 光音響探触子及び光音響画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減し、外形を小さくすることで操作性を向上するとともに、光を集光し、高い光エネルギの光を照射することで、正確な光音響波を検出できる光音響探触子を提供する
【解決手段】光源部と、導光部１５と、光が被検体内部で吸収されたとき発生する音響波を検出する音響波検出部とを有しており、導光部は、音響波検出部に近接した位置に配置される第１反射面１５４と、第１反射面１５４と対向して配置される第２反射面１５５を有しており、第１反射面１５４及び第２反射面１５５が、複数個の発光素子から出射された光を音響波検出部の中心軸に向かうように反射する形状を有している。
【選択図】図６

Description

本発明は、光音響画像化装置に関し、特に、光照射により被検体内で発生する音響波を検出する光音響探触子を備えた光音響画像化装置に関する。

従来、被検体（例えば、生体）の断層画像を侵襲なく取得する技術として、超音波の送受信を利用した超音波イメージングが知られている。更に、従来、被検体に光を照射することにより生体内部で発生する光音響波（超音波）を利用した光音響イメージングも開発されている。

前記光音響イメージングでは、光源から出射された光のエネルギが被検体内で吸収されることで発生する弾性波を検出し、信号処理の後、画像化する光音響画像化装置が用いられる。前記光音響画像化装置では、例えば、パルスレーザ等のパルス光が生体内に照射されるように構成された、光音響探触子（プローブ）を備えている。前記プローブは、弾性波である音響波を検出する音響波検出部と、光を出射する導光部とを備えた構成となっていることが多い（例えば、特許文献１等参照）。

特許文献１に記載のプローブは光ファイバを通してレーザ光源からのレーザ光を導光部に入射させて、被検体に光を照射する構成を有している。前記導光部は、光入射端を含む第１の導光部と、光出射端を含む第２の導光部とを有している。第１の導光部は光入射端から入射した光を拡大させる形状を有しており、第２の導光部は光出射端から被検体に向けて光を出射している。

前記第１の導光部で、前記光ファイバからの光を拡散させる構成となっているため、前記導光部を用いることで、エネルギ密度が被験体に対する安全基準を満たすとともに十分な光量のレーザ光を被検体に照射することができる。

近年、ＬＥＤ等の発光素子でも光エネルギが高いものが登場しており、光源として、レーザ光源に替えて前記発光素子を用いたものが研究されている。前記発光素子は、レーザ光源に比べて消費電力が小さく、省電力化が可能である。

前記発光素子は、レーザ光に比べると指向性が低いため、上述のように光ファイバに導光するとき、レンズ等で平行光に調整する必要があり、装置が大型化、複雑化する。このことから、前記発光素子を光源として用いる場合、前記被検体に近接した部分に前記発光素子を配置し、前記発光素子の出光部から被検体までの距離を短くしてより多くの光量を前記被検体に入射させることができる。

特開２０１２−１７９３５０号公報

前記発光素子は、供給する電力を上げる（出力を上げる）ことで、光量を増やすことができ、被検体の深部に光を到達させることができるが、発熱量も増加する。前記発光素子は被検体に近接して配置されるため、発熱量が増加すると、前記被検体に熱による損傷（火傷等）の原因となる場合がある。

前記発光素子を前記被検体から遠ざけることで熱による前記被検体の損傷を抑制することができる。しかしながら、前記発光素子は、指向性が低く拡散した光を出射するため、前記被検体から離すと前記被検体に照射される光の単位面積当たりのエネルギ密度が低下する。これにより、前記被検体内に照射される光のエネルギも低下し、正確（鮮明）な断層画像を得ることが困難になる場合がある。

また、前記発光素子を前記被検体から離すと拡散光の一部が前記音響波検出部に遮られてしまうことがあり、前記発光素子から出射された光を効率よく被検体に照射することが困難になる場合がある。

そこで、本発明は、光源からの熱の被検体への悪影響を抑制するとともに、光を集光して照射対象部分に高い光エネルギの光を照射することで、正確な光音響波を検出できる光音響探触子を提供することを目的とする。

また、本発明は正確な光音響画像を作成できる光音響画像化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、被検体に対し光を照射する発光素子を配列して保持する光源部と、前記被検体と接触し前記光源部から出射された光を前記被検体に照射するように導く導光部と、前記導光部と隣接して配置されるとともに前記導光部から照射される光が前記被検体内部で吸収されたとき発生する音響波を検出する音響波検出部とを有する光音響探触子であって、前記導光部は、前記発光素子の光軸が前記音響波検出部に向くように光源部を保持する光源保持部と、被検体と接触する部分と前記光源保持部との間に設けられ前記音響波検出部に近接した位置に配置される第１反射面と、前記第１反射面と対向して配置される第２反射面を有しており、前記第１反射面及び前記第２反射面が、前記複数個の発光素子から出射された光を前記音響波検出部の中心軸に向かうように反射する形状を有している。

この構成によると、熱源である発光素子を被検体から離すとともに、発光素子から出射された光を、音響波検出部の延長線上で被検体内部に集光させる。これにより、低温やけど等を抑制するとともに、光の利用効率を向上させ、消費エネルギを低減することが可能である。

上記構成において、前記第１反射面又は前記第２反射面のうち少なくとも前記第１反射面には内部を透過する光の内部への反射率を高める処理が施されていてもよい。

上記構成において、前記第１反射面は前記光源保持部側に設けられた曲面と、前記被検体側に設けられた平面とを組み合わせた形状であり、前記曲面が前記複数個の発光素子の全ての半値光が前記音響波検出部の中心軸に向かって反射される形状であり、前記平面が前記曲面の前記音響波検出部から最も離れた発光素子の半値光が照射する部分で前記曲面の接線方向に延びるように設けられていてもよい。

上記構成において、前記導光部の少なくとも前記発光素子が配置される部分に空間が形成されていてもよい。

上記構成において、前記導光部を構成する材料に比べて熱伝導率が低く且つ屈折率が小さい材料で形成された熱緩衝部が前記空間に配置されていてもよい。

上記構成において、前記導光部は、前記第１反射面及び前記第２反射面の両方と隣り合うとともに互いに対向し前記発光素子からの光を反射する第３反射面を備えていてもよい。

上記構成において、前記第３反射面の少なくとも一方に内部を透過する光の内部への反射率を高める処理が施されていてもよい。

上述した、光音響探触子を備えた装置として、前記光音響探触子からの情報に基づいて前記被検体の内部の状態を画像化する光音響画像化装置を挙げることができる。

本発明によると、消費電力を低減し、外形を小さくすることで操作性を向上するとともに、光を集光し、高い光エネルギの光を照射することで、正確な光音響波を検出できる光音響探触子を提供することができる。

また、本発明によると、正確な光音響画像を作成できる光音響画像化装置を提供することができる。

本発明にかかる光音響画像化装置の一例の概略外観図である。 図１に示す光音響画像化装置のブロック図である。 本発明にかかる光音響探触子の概略斜視図である。 本発明にかかる光音響探触子に備えられる光源部の分解斜視図である。 ＬＥＤ素子を備えた光源基板の概略図である。 光源部に備えられる導光部の斜視図である。 図６に示す導光部の正面図である。 図６に示す導光部の側面図である。 本発明にかかる光源部に用いられる導光部内での光路を示す図である。 本発明にかかる光音響探触子の他の例の斜視図である。 図１０に示す光音響探触子の断面図である。 本発明にかかる光音響探触子に用いられる導光部の集光部の長手方向に切断した断面図である。

本発明にかかる光音響画像化装置について図面を参照して説明する。

図１は本発明にかかる光音響画像化装置の一例の概略外観図であり、図２は図１に示す光音響画像化装置のブロック図である。

本発明にかかる光音響画像化装置Ａは、被検体Ｂｄの内部での減衰が小さい、波長の光（例えば、生体の場合、約６５０ｎｍ〜約１１００ｎｍ）を照射し、内部の組織が光エネルギを吸収して熱膨張したことによる弾性波（超音波）を検出して断層画像を取得する。

図１及び図２に示すように、光音響画像化装置Ａは、光を生体である被検体Ｂｄに照射すると共に被検体Ｂｄ内で発生した光音響波を検出する光音響探触子１０と、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成部２０を備えている。また、光音響探触子１０は、超音波を被検体Ｂｄに送信すると共に反射波である超音波を検出することも行い、画像生成部２０は、超音波の検出信号に基づいて超音波画像を生成もする。更に、光音響画像化装置Ａは、画像生成部２０により生成された画像信号に基づき画像を表示する画像表示部３０も備えている。

光音響探触子１０は、駆動電源部１１と、駆動電源部１１から電力の供給を受け光（赤外光：波長約８５０ｎｍ）を出射する光源部１３と、光源部１３に備えられる発光素子を制御するＬＥＤ駆動回路１２とを備えている。

ここで、光音響探触子１０の詳細について新たな図面を参照して説明する。図３は光音響探触子の概略斜視図である。以下の説明では、図３に示すように、音響波検出部１４の音響電気変換素子１４１の配列方向をＸ方向、配列方向と直交する方向をＹ方向及び紙面上下方向をＺ方向とする。

図３に示すように、光音響探触子１０は、音響波検出部１４と、音響波検出部１４と近接配置された光源部１３とを備えている。光音響探触子１０は、図３のＺ方向の下側を被検体Ｂｄに接触させて、光源部１３から被検体Ｂｄに光を照射又は音響波検出部１４から超音波を照射し、被検体Ｂｄ内部からの音響波を検出する。

音響波検出部１４は、超音波を送出又は検出する音響電気変換素子１４１をＸ方向に配列した構成を有している。なお、音響波検出部１４は、従来の超音波断層診断装置に用いられる超音波プローブと同じ構成を有しているため詳細な説明は省略する。

図３に示すように、光音響探触子１０は光源部１３を２個備えている。２個の光源部１３は音響電気変換素子１４１の配列方向（すなわち、Ｘ方向）に伸びる長尺部材である。さらに、２個の光源部４は音響波検出部１４をＹ方向の両側から挟むように配置されている。光源部１３は、被検体Ｂｄに対して、面内の輝度を均斉化した面状光を照射する。これにより、音響波検出部１４のＺ軸方向の下部に均一又は略均一な光を照射することができるようになっている。

光源部１３から出射された光は、被検体Ｂｄ内へ散乱しながら入射され、被検体Ｂｄ内の光吸収体（生体組織）により吸収される。光吸収体が光を吸収すると、断熱膨張により弾性波である光音響波（超音波）が発生する。発生した光音響波は、被検体Ｂｄ内を伝播し、音響電気変換素子１４１により電圧信号に変換する。また、音響波検出部１４の音響電気変換素子１４１は超音波を発生して被検体Ｂｄ内へ超音波を送り、被検体Ｂｄ内で反射された超音波を受信して電圧信号を生成することも可能である。つまり、本実施形態の光音響画像化装置Ａは、光音響イメージングに加えて、超音波イメージングも可能となっている。

光音響画像化装置Ａで利用している音響波（超音波）は、空気の層を伝播するときに大きく減衰する。そのため、光音響画像化装置Ａでは、音響波検出部１４と被検体Ｂｄとの間の音響インピーダンスを整合する音響整合流体（ジェル）を利用する場合もある。なお、このジェルを塗布することで、音響波の検出特性を向上させることができるとともに、光源部１３のＬＥＤ素子１３１を冷却することが可能である。

次に画像生成部２０について説明する。図２に示すように、画像生成部２０は、受信回路２１、Ａ／Ｄコンバータ２２、受信メモリ２３、データ処理部２４、光音響画像再構成部２５、検波・対数コンバータ２６、光音響画像構築部２７、超音波画像再構成部２８、検波・対数コンバータ２９、超音波画像構築部２１０、画像合成部２１１、制御部２１２、及び送信制御回路２１３を備えている。

受信回路２１は、複数の音波電気変換素子１４１から一部の音波電気変換素子１４１を選択し、選択された音波電気変換素子１４１についての電圧信号（検出信号）を増幅させる処理を行う。

光音響イメージングの場合は、例えば、複数の音波電気変換素子１４１をＸ方向に隣接する２つの領域に分割し、１回目の光照射のときはそのうち１つの領域を選択し、２回目の光照射のときに残りの１つの領域を選択する。また、超音波イメージングの場合は、例えば、複数の音波電気変換素子１４１のうち一部の隣接する音波電気変換素子１４１から成るグループを切替えながら超音波を発生させ（所謂リニア電子スキャン）、受信回路２１でも上記グループを切替えながら選択する。

Ａ／Ｄコンバータ２２は、受信回路２１からの増幅後の検出信号をデジタル信号に変換する。受信メモリ２３は、Ａ／Ｄコンバータ２２からのデジタル信号を保存する。データ処理部２４は、受信メモリ２３に保存された信号を光音響画像再構成部２５または超音波画像再構成部２８へ振り分ける機能を有する。

光音響画像再構成部２５は、光音響波の検出信号に基づき位相整合加算処理を行い、光音響波のデータを再構成する。検波・対数コンバータ２６は、再構成された光音響波のデータについて対数圧縮処理、及び包絡線検波処理を行う。そして、光音響画像構築部２７は、検波・対数コンバータ２６による処理後のデータを画素毎の輝度値データに変換する。

一方、超音波画像再構成部２８は、超音波の検出信号に基づき位相整合加算処理を行い、超音波のデータを再構成する。検波・対数コンバータ２９は、再構成された超音波のデータについて対数圧縮処理、及び包絡線検波処理を行う。そして、超音波画像構築部２１０は、検波・対数コンバータ２９による処理後のデータを画素毎の輝度値データに変換する。

画像合成部２１１は、上記光音響画像データと上記超音波画像データを合成し、合成画像データを生成する。ここで画像合成については、超音波画像に対して光音響画像を重畳させてもよいし、光音響画像と超音波画像を並列に並べてもよい。画像表示部３０は、画像合成部２１１により生成された合成画像データに基づいて画像を表示する。

なお、画像合成部２１１は、光音響画像データまたは超音波画像データのいずれかをそのまま画像表示部３０へ出力してもよい。

また、制御部２１２は、ＬＥＤ駆動回路１２に波長制御信号を送信し、波長制御信号を受信したＬＥＤ駆動回路１２は、制御部２１２から光トリガー信号が光源駆動回路１０２に送信されると、ＬＥＤ駆動回路１２は、ＬＥＤ素子１３１に駆動信号を送信する。

また、送信制御回路２１３は、制御部２１２からの指示により、音響電気変換部２０２に駆動信号を送信し、超音波を発生させる。なお、制御部２１２は、他にも受信回路２１等を制御する。

（第１実施形態）
次に本発明にかかる光音響探触子１０の要部である光源部１３の詳細について図面を参照して説明する。図４は本発明にかかる光音響探触子に備えられる光源部の分解斜視図であり、図５はＬＥＤ素子を備えた光源基板の概略図である。また、図６は光源部に備えられる導光部の斜視図であり、図７は図６に示す導光部の正面図であり、図８は図６に示す導光部の側面図である。

光音響探触子１０は、２個の光源部１３を備えているが、これらは実質上同じ構成を有しているものであるため、一方を代表して例示し説明を行う。

図４に示すように、光源部１３は、光源基板１３０、導光部１５及び光源カバー１６を含んでいる。導光部１５は上面が開口しており、導光部１５の開口を長方形板状の光源カバー１６で塞ぐように構成されている。そして、導光部１５と光源カバー１６が光源部１３の外装を構成する。

光源基板１３０は、表面に配線パターンが形成された配線基板である。図５に示すように、光源基板１３０の表面には発光素子であるＬＥＤ素子１３１が縦横等間隔となるように２次元配列で実装されている。また、ＬＥＤ素子１３１は千鳥配置でも良い。光源基板１３０はＬＥＤ駆動回路１２に接続されており、ＬＥＤ駆動回路１２からの駆動信号を受信し、駆動信号に基づいてＬＥＤ素子１３１はパルス光を出射する。光源部１３では光源基板１３０にＬＥＤ素子１３１を２次元配列で実装することで、一定光束の面状光を出射する。なお、ＬＥＤ素子１３１は、生体の内部に浸透しやすい波長（ここでは、約８５０ｎｍ）の光を照射する素子である。

導光部１５は、光源基板１３０を保持する光源保持部１５１と、ＬＥＤ素子１３１から出射された光を集光する集光部１５２と、被検体Ｂｄと接触する接触部１５０とを備えている。導光部１５は、ＬＥＤ素子１３１が実装されている光源基板１３０を保持する保持部材であるとともに、ＬＥＤ素子１３１から出射された光を集光しつつ被検体Ｂｄに導く導光部材でもある。そのため、ＬＥＤ素子１３１から出射される光を透過する透光性材料で形成されている。なお、透光性材料としては、例えば、アクリル、ポリカーボネイト等を挙げることができるが、これに限定されない。また、導光部１５全体が透光性材料で形成されていてもよいし、ＬＥＤ素子１３１からの光が透過する部分だけ透光性材料で形成されていてもよい。ここでは、導光部１５全体が透光性材料で形成されているものとする。

接触部１５０は、光を被検体Ｂｄに照射するときに接触する部分であり、底面が接触面となっている。光源保持部１５１は上面に長方形状の開口を有し、内部でＬＥＤ素子１３１の光軸が、光音響波検出部１４側に傾くように保持する。すなわち、光源保持部１５１の底面の垂線が接触部１５０の接触面と鋭角になっている。光源保持部１５１は、ＬＥＤ素子１３１が底面と対向するように光源基板１３０を保持するように形成されている。光源保持部１５１の底面はＬＥＤ素子１３１から出射された光を導光部１５の内部に入射させるための入光面１５３となっている。

入光面１５３の長手方向の範囲は、音響波検出部１４の音響電気変換素子１４１が配列されている範囲と一致する又は略一致するように形成されている。これにより、被検体Ｂｄの音響電気変換素子１４１が配列されている範囲の真下の部分に、正確に、光源部１３からの光を照射するため、正確な断層画像情報を取得することが可能である。

入光面１５３には、光源基板１３０の長手方向両端部を支持するための支持部（図示省略）が形成されている。支持部はＬＥＤ素子１３１の発光面と入光面１５３との距離が短くなるように光源基板１３０を支持する。なお、ＬＥＤ素子１３１と入光面１５３との間に空気が介在すると、ＬＥＤ素子１３１からの光が減衰する。よって、ＬＥＤ素子１３１と入光面１５３との間には隙間がないことが好ましい。

しかしながら、ＬＥＤ素子１３１は駆動時に発熱するため、熱によって入光面１５３が劣化する可能性もある。そのため、熱による影響がない（ほとんどない）場合は、ＬＥＤ素子１３１と入光面１５３との間に隙間ができないように配置することが好ましい。また、熱による影響がある場合、影響を考慮しなくてもよい最も近い距離となるように、配置することが好ましい。また、熱による影響がある場合、ＬＥＤ素子１３１と入光面１５３の間に、透光性を有する冷却部材を配置してもよい。

導光部１５において、入光面１５３から入光した光は集光部１５２内を通過し、接触部１５０から被検体Ｂｄに照射される。ＬＥＤ素子１３１から入光面１５３に効率よく光を入射させるため、入光面１５３には、反射を抑制するＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートが施されている。なお、ＬＥＤ素子１３１から入光面１５３に効率よく光を入射させることができる場合、ＡＲコートは省略してもよい。また、入光面１５３には、入射光を拡散させたり、平行光に偏光したりする光学素子が配置されていてもよい。

導光部１５において、入光面１５３から入光した光は、集光部１５２の内部に入射し、接触部１５０から被検体Ｂｄの内部に向けて照射される。図６、図８に示すように集光部１５２の長手方向の範囲は、入光面１５３が形成されている範囲と同じかそれよりも多少長く形成されている。

集光部１５２は、立体形状を有しており、第１反射面１５４と、第２反射面１５５と、を有している。第１反射面１５４はＬＥＤ素子１３１の光軸の上側に設けられ、第２反射面１５５はＬＥＤ素子１３１の光軸の下側に設けられている。なお、導光部１５１を含む光源部１３を音響波検出部１４に近接して配置したとき、第１反射面１５４が音響波検出部１４に近い側に配置される。

集光部１５２は、導光部１５の一部であり導光部１５と同様、透光性を有する材料で形成されている。上述したような、アクリル、ポリカーボネイト等の透光性を有する材用は、空気に比べて屈折率が高い。そのため、集光部１５２の内部から外面に光が照射されるとき、その入射角が臨界角度以上であると、入射した光が全反射する。

ＬＥＤ素子１３１は、点光源であるため一定の角度（配光角とする）の広がりで拡散する光を照射する。そして、入光面１５３から集光部１５２の内部に入射した光も、同様に拡散している。そのため、第１反射面１５４及び第２反射面１５５に入射した光のうち臨界角よりも小さい角度で入射した光は外部に出射してしまい、ＬＥＤ素子１３０の出力を無駄にしてしまう。そこで、光源部１３において、集光部１５２の外面である第１反射面１５４及び第２反射面１５５にはアルミニウムや金等の反射率の高い材料（金属）の反射膜が形成されている。これにより、反射部１５４に入射た光は入射角にかかわらず全て又は略全て接触部１５０に向かって反射される。なお、第１反射面１５４及び第２反射部１５５の形状の詳細については後述する。

図７、図８に示すように、導光部１５は、光源基板１３０を配置する光源部１５１と、被検体Ｂｄとの間に集光部１５２が介在する構成となっている。すなわち、導光体１５を用いることで、光源基板１３０に実装されているＬＥＤ素子１３１を被検体Ｂｄから離している。つまり、光源部１３に導光部１５を用いることで、ＬＥＤ素子１３１の駆動による熱で、被検体Ｂｄが低温やけどを負ったり、不快感を覚えたりするのを抑制する。

光源カバー１６は、導光部１５の開口を塞ぐように取り付けられる。光源カバー１６には、ＬＥＤ駆動回路１２から光源基板１３０に実装されたＬＥＤ素子１３１に制御信号及び駆動電力を供給する配線４が貫通するようになっている。なお、光源カバー１６は、導光部１５の開口を塞ぐように取り付けたとき、光源基板１３０をずれないように押えるようになっている。

次に、本発明にかかる光源部１３の導光部１５の詳細な形状について説明する。図９は本発明にかかる光源部に用いられる導光部内での光路を示す図である。図９は導光部１５の側断面図であり、一点鎖線は、光源保持部１５１の中心軸Ｃ１を示している。中心軸Ｃ１はＬＥＤ素子１３１の光軸と平行である。図９に示すように、光源保持部１５１は、中心軸Ｃ１の両側（図９では左側又は右側）で形状が異なっている。図９に示すように、中心軸Ｃ１の左側に音響波検出部１４が配置されるものであり、図９において中心軸Ｃ１の左側が第１反射面１５４、右側が第２反射面１５５となっている。

また、図９に示すように、光源保持部１５１に保持された光源基板１３０のＬＥＤ素子１３１は、音響波検出部１４に近い側から１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆの符号を付し、必要に応じてこれらの符号を使用するものとする。

光音響探触子１０において、光源基板１３０に実装された複数個のＬＥＤ素子１３１から出射される光は、音響波検出部１４の中心軸の延長線上に多く照射されることが好ましい。しかしながら、ＬＥＤ素子１３１は点光源であり、ＬＥＤ素子１３１からは一定の角度（配光角）で広がるような光が照射される。そこで、導光部１５では、第１反射面１５４及び第２反射面１５５を設けることで、ＬＥＤ素子１３１から広がる方向に照射される光を音響波検出部１４の延長線上の被検体Ｂｄ内部に集光するように適宜反射させている。

より具体的に説明すると次のとおりである。導光部１５は、第１反射面１５４及び第２反射面１５５で反射された光の光路が、音響波検出部１４に向かうように反射させることで、音響波検出部１４の中心軸の延長線上に多くの光を照射する。すなわち、第１反射面１５４及び第２反射面１５５で反射した光の光路が、音響波検出部１４の中心軸の延長線上に向かっていることがこのましい。

１個のＬＥＤ素子１３１で説明すると、最も広がる方向（例えば、半値角）に出射された光が水平面に対して最も小さい角度である。そのため、第１反射面１５４での入射角（反射角）も小さくなりやすく、音響波検出部１４から離れた方向に向かいやすい。また、光源基板１３０では、ＬＥＤ素子１３１を直交方向に２次元配列しているものであり、光源基板１３０は音響波検出部１４に向かうように傾斜している。このことから、最も音響波検出部１４に近い、すなわち、第１反射面１５４に近いＬＥＤ素子１３１ａから最も広がる方向に出射された光が複数個のＬＥＤ素子１３１（１３１ａ〜１３１ｆ）から第１反射面１５４に直接入射する光で最も高い位置に入射する。

第１反射面１５４は入射面１５３から入射する光のうち、ＬＥＤ素子１３１ａから入射し且つ最も広がる方向の光が照射される部分で、その反射光が被検体Ｂｄに入射されるとき、音響波検出部１４の中心軸に向かうような反射面が形成されている。例えば、このような光をＬ１とすると、第１反射面１５４の光Ｌ１が入射する部分より上では、光Ｌ１が照射する部分の接線が、光Ｌ１を音響波検出部１４の中心軸に向かうような傾きの曲面１５４１である。そして、曲面１５４１の下の部分は、この接線方向に延びる平面１５４２で形成されている。

ＬＥＤ素子１３１ａからこの平面１５４２に入射する光の入射角は、光Ｌ１より大きくなるので、その反射光は、常に音響波検出部１４の中心軸の延長線上に向かう。また、ＬＥＤ素子１３１ｂ〜１３１ｆそれぞれのＬＥＤ素子から最も広がる光の平面１５４２に入射する角度も、光Ｌ１と同じ入射角度となる。また、ＬＥＤ素子１３１ｂ〜１３１ｆのそれぞれからこの平面に入射する光の入射角は、光Ｌ１より大きくなるので、その反射光は、常に音響波検出部１４の中心軸の延長線上に向かう

なお、光Ｌ１が照射される部分よりも下の部分を平面としているが、これに限定されるものではない。光源基板１３０に実装されているＬＥＤ素子１３１ａ〜１３１ｆの全てから出射された光の反射光が音響波検出部１４の中心軸の延長線上に向かうような形状を広く採用することができる。たとえば、１つの曲面で構成するものや複数の曲面を組み合わせたものであってもよい。

上述のように曲面と平面を組み合わせて構成することで、導光部１５を音響波検出部１４に近づくので、光音響探触子１０をコンパクトに形成することが可能である。また、このように構成することで、光源基板１３０を被検体Ｂｄから離して利用しても、ＬＥＤ素子１３１ａ〜１３１ｆから音響波検出部１４に直接向かう光を第１反射面１５４で集光するため、光の利用効率を高めることが可能である。なお、導光体１５が傾斜して設けられているので、光Ｌ１の反射光の被検体Ｂｄとの境界面への入射角度が臨界角以下である。

第２反射面１５５は次のように決定する。すなわち、光源基板１３０に実装されているＬＥＤ素子１３１のうち、第２反射面１５５に最も近いＬＥＤ素子１３１ｆの最も広がる方向に照射された光の反射光が、音響波検出部１４の延長線上に向かうように入射部の接線の角度（第１接線角度とする）を決定する。

さらに、第２反射面１５５は、第２反射面１５５から最も離れた位置のＬＥＤ素子１３１ａの最も広がる方向に照射される光が入射するように形成されている。そして、第２反射面１５５から最も離れた位置のＬＥＤ素子１３１ａの最も広がる方向に照射される光の反射光が接触部１５０に入射するときの入射角θが臨界角よりも小さくなるような接線角度（第２接線角度とする）を決定する。そして、第１接線角度及び第２接線角度を満たすような第２反射面１５５を形成する。

以上のような第１反射面１５４と第２反射面１５５を備えた導光部１５を用いることで、高温になるＬＥＤ素子１３１を被検体Ｂｄから離すとともに、音響波検出部１４の延長線上の被検体内部に光を集めることができるので、精度のよい光音響波を取得することが可能である。

なお、ＬＥＤ素子１３１の最も広がる方向の光として半値光を上げているがこれに限定されるものではない。また、低温やけどを抑制するとともに光の利用率を上げる目的上、導光部１５は、ＬＥＤ素子１３１と被検体Ｂｄとの距離（光源基板１３０の中心部の高さ）は１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度あることが好ましい。

（第２実施形態）
本発明にかかる光音響探触子の他の例について図面を参照して説明する。図１０は本発明にかかる光音響探触子の他の例の斜視図であり、図１１は図１０に示す光音響探触子の断面図である。本実施形態にかかる光音響探触子１０ｂは、導光部１５ｂに中空部１５６ｂを備えている以外、光音響探触子１０と同じである。そのため、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

図１０、図１１に示すように、導光部１５ｂは、光源保持部１５１の底面の、ＬＥＤ素子１３１が配置される部分から、集光部１５２内部にかけて形成された中空部１５６を備えている。

このように中空部１５６を備えることで、断熱効果が高い空気の層を導光部１５ｂの内部に形成するため、ＬＥＤ素子１３１の熱が被検体Ｂｄに伝達されにくい。これにより、被検体Ｂｄの低温やけどや不快感を抑制することができる。

また、内部に空気の層が形成されるため、中空部１５６から接触部１５０に入射するときに光が屈折する。このとき、空気は導光部１５ｂよりも屈折率が小さいので被検体Ｂｄと接触部１５０との境界面に入射する入射角が小さくなるように屈折する。これにより、臨界角以上の角度で、被検体Ｂｄと接触部１５０との境界に入射する光が減少するため、全反射が減少し、光の利用率を高めることが可能である。

なお、第１反射面１５４及び第２反射面１５５の外形は、第１実施形態の導光部１５と同じとしているが、これに限定されない。第１実施形態で示した条件を満たすような面を広く採用することができる。また、中空部１５６は空気層が形成されているものとしているが、これに限定されるものではなく、導光部１５を構成する材料よりも熱伝導率が低く、透光性を有する材料で形成された熱緩衝部を配置してもよい。

これ以外の特徴については、第１実施形態と同じである。

（第３実施形態）
本発明かかる光音響探触子のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１２は本発明にかかる光音響探触子に用いられる導光部の集光部の長手方向に切断した断面図である。図１２に示す導光部１５ｃのように、集光部１５２ｃの長手方向の端部も反射光が中央に向くような形状の第３反射面１５７が形成されている。第３反射面１５７は、反射光が被検体Ｂｄと接触部１５０の境界部分で全反射しないように、接触部１５０の下方に光を反射するような形状であることがこのましい。このような形状として、球体の一部や円筒の一部を上げることができる。また、第３反射面１５７にもアルミニウム蒸着や金蒸着等による高反射面が形成されている。

上記各実施形態において、発光素子としてＬＥＤ素子を利用しているが、これに限定されるものではない。ＬＥＤ素子のように、小型で発光制御が容易な素子を広く採用することが可能である。また、複数のＬＥＤ素子を発光基板に並べて実装しているものとしているが、これに限定されるものではなく、発光部の構成部材の一部に直接配置するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。また、上記各実施形態は適宜組み合わせて実施することも可能である。

Ａ 光音響画像化装置
１０ 光音響探触子
１１ 駆動電源部
１２ ＬＥＤ駆動回路
１３ 光源部
１３０ 光源基板
１３１、１３１ａ〜１３１ｆ ＬＥＤ素子（発光素子）
１４ 音響波検出部
１５、１５ｂ、１５ｃ 導光部
光源保持部
１５１ 光源保持部
１５２、１５２ｂ 集光部
１５３ 入光面
１５４ 第１反射面
１５５ 第２反射面
１５６ 中空部
１５７ 第３反射面
１６ 光源カバー
２０ 画像生成部
２１ 受信回路
２２ Ａ／Ｄコンバータ
２３ 受信メモリ
２４ データ処理部
２５ 光音響画像再構成部
２６ 検波・対数コンバータ
２７ 光音響画像構築部
２８ 超音波画像再構成部
２９ 検波・対数コンバータ
２１０ 超音波画像構築部
２１１ 画像合成部
２１２ 制御部
２１３ 送信制御回路
３０ 画像表示部

Claims (11)

1. 被検体に対し光を照射する発光素子を配列して保持する光源部と、
   前記被検体と接触し前記光源部から出射された光を前記被検体に照射するように導く導光部と、
   前記導光部と隣接して配置されるとともに前記導光部から照射される光が前記被検体内
   部で吸収されたとき発生する音響波を検出する音響波検出部とを有しており、
   前記導光部は、前記発光素子の光軸が前記音響波検出部に向くように光源部を保持する光源保持部と、被検体と接触する部分と前記光源保持部との間に設けられ前記音響波検出部に近接した位置に配置される第１反射面と、前記第１反射面と対向して配置される第２反射面を有しており、
   前記第１反射面及び前記第２反射面が、前記複数個の発光素子から出射された光を前記音響波検出部の中心軸に向かうように反射する形状を有している光音響探触子。
2. 前記第１反射面又は前記第２反射面のうち少なくとも前記第１反射面には内部を透過する光の内部への反射率を高める処理が施されている請求項１に記載の光音響探触子。
3. 前記第１反射面は前記光源保持部側に設けられた曲面と、前記被検体側に設けられた平面とを組み合わせた形状であり、
   前記曲面が前記複数個の発光素子の全ての半値光が前記音響波検出部の中心軸に向かって反射される形状であり、
   前記平面が前記曲面の前記音響波検出部から最も離れた発光素子の半値光が照射する部分で前記曲面の接線方向に延びるように設けられている請求項１又は請求項２に記載の光音響探触子。
4. 前記導光部の少なくとも前記発光素子が配置される部分に空間が形成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の光音響探触子。
5. 前記導光部を構成する材料に比べて熱伝導率が低く且つ屈折率が小さい材料で形成された熱緩衝部が前記空間に配置されている請求項４に記載の光音響探触子。
6. 前記導光部は、前記第１反射面及び前記第２反射面の両方と隣り合うとともに互いに対向し前記発光素子からの光を反射する一対の第３反射面を備えている請求項１から請求項５のいずれかに記載の光音響探触子。
7. 前記第３反射面の少なくとも一方に内部を透過する光の内部への反射率を高める処理が施されている請求項６に記載の光音響探触子。
8. 前記発光素子が発光ダイオード素子を含む請求項１から請求項７のいずれかに記載の光音響探触子。
9. 前記発光素子が半導体レーザ素子を含む請求項１から請求項７のいずれかに記載の光音響探触子。
10. 前記発光素子が有機発光ダイオード素子を含む請求項１から請求項７のいずれかに記載の光音響探触子。
11. 請求項１から請求項１０に記載の光音響探触子を備え、
    前記光音響探触子からの情報に基づいて前記被検体の内部の状態を画像化する光音響画像化装置。

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