JP2017046826A - 光音響画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制することが可能な光音響画像化装置を提供する。【解決手段】この光音響画像化装置１００は、被検体Ｐに光を照射する光源部１１と、光源部１１から照射された光を吸収した被検体Ｐ内の検出対象物Ｑから発生された音響波Ａを検出する超音波振動子２１と、超音波振動子２１よりもプローブ本体２の先端側に配置される音響レンズ２２とを含み、プローブ本体２に配置される検出部２０とを備え、音響レンズ２２は、光源部１１から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有し、かつ、８５％未満の光反射率を有するように構成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、光音響画像化装置に関し、特に、音響レンズを備えた光音響画像化装置に関する。

従来、音響レンズを備えた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）。

上記特許文献１には、被検体に光を照射するＱスイッチ固体レーザ光源（光源部）を備えた光音響画像化装置が開示されている。光音響画像化装置は、Ｑスイッチ固体レーザ光源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された音響波を検出する無機系トランスデューサ（超音波振動子）と、無機系トランスデューサよりもプローブ本体の先端側に配置される音響レンズとを含み、プローブ本体に配置される検出部を備えている。

特開２０１３−１８８３３０号公報

上記特許文献１に記載の光音響画像化装置では、Ｑスイッチ固体レーザ光源から照射されるとともに被検体により反射された光が、音響レンズに多く吸収される場合には、音響レンズが熱膨張することにより音響レンズから音響波が発生する場合がある。また、Ｑスイッチ固体レーザ光源から照射されるとともに被検体により反射された光が、音響レンズにあまり吸収されない場合には、音響レンズを透過した光が無機系トランスデューサ（超音波振動子）に到達し、無機系トランスデューサが光を吸収することにより無機系トランスデューサから音響波が発生する場合がある。これらの場合、音響波に基づく画像を生成した際に、音響レンズまたは無機系トランスデューサ（超音波振動子）から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れる場合があるという問題点がある。

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、音響波に基づく画像を生成した際に、音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制す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。

この発明の一の局面による光音響画像化装置は、被検体に光を照射する光源部と、光源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された音響波を検出する超音波振動子と、超音波振動子よりもプローブ本体の先端側に配置される音響レンズとを含み、プローブ本体に配置される検出部とを備え、音響レンズは、光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有し、かつ、８５％未満の光反射率を有するように構成されている。

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、光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有し、かつ、８５％未満の光反射率を有するように構成されている音響レンズを設ける。このように、光反射率を８５％未満に調整しつつ光吸収率を１％以上３０％以下の範囲に適切に調整することにより、光源部から照射されるとともに被検体により反射された光が、音響レンズに多く吸収される（過剰に吸収される）のを抑制することができる。これにより、音響レンズが熱膨張することにより音響レンズから音響波が発生するのを抑制することができる。また、光反射率を８５％未満に調整しつつ光吸収率を１％以上３０％以下の範囲に適切に調整することにより、光源部から照射されるとともに被検体により反射された光が、殆ど音響レンズを透過してしまうことを抑制することができる。これにより、音響レンズを透過した光を超音波振動子が吸収することに起因して、超音波振動子から音響波が発生するのを抑制することができる。したがって、音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

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、音響レンズは、光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、２０％以下の光透過率を有するように構成されている。このように構成すれば、音響レンズの光反射率に加え、光透過率を２０％以下に調整することによって、容易に、音響レンズを適切な光吸収率にすることができる。その結果、より容易に、音響波に基づく画像を生成した際に、音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

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、光源部は、最大出力が３００ｋＷ以下である光を照射するように構成されている。このように光源部の最大出力を３００ｋＷ以下になるように構成すれば、光源部から照射されるとともに被検体により反射された光が、音響レンズに多く吸収される（過剰に吸収される）のを容易に抑制することができる。

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、音響レンズは、光源部から照射される７３０ｎｍ以上９３５ｎｍ以下の光の波長領域において、１０％より大きく２０％以下の光吸収率を有するように構成されている。このように音響レンズの光吸収率を１０％よりも大きく２０％以下の範囲に設定すれば、光源部から照射されるとともに被検体により反射された光が、音響レンズに多く吸収される（過剰に吸収される）のをさらに効果的に抑制することができる。また、光源部から照射されるとともに被検体により反射された光が、殆ど音響レンズを透過してしまうことをさらに効果的に抑制することができる。

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、音響レンズは、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みを有するように構成されている。このように音響レンズの厚みを０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定すれば、音響レンズを適度な体積を有するように形成して、検出部をコンパクトに構成しつつ音響レンズの熱膨張を抑制することができる。

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、光源部は、ＬＥＤ素子によって構成されている。このように構成すれば、光源部が固体レーザ光源部により構成される場合に比べて、光源部の消費電力を低減するとともに、装置を小型化しつつ、音響波に基づく画像を生成した際に、音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

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、光源部は、半導体レーザ素子によって構成されている。このように構成すれば、光源部が固体レーザ光源部により構成される場合に比べて、光源部の消費電力を低減するとともに、装置を小型化することができる。また、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子からの光の大部分を被検体に照射することができる。さらに、音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

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、光源部は、有機半導体素子によって構成されている。このように構成すれば、光源部が固体レーザ光源部により構成される場合に比べて、光源部の消費電力を低減するとともに、装置を小型化することができる。また、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、発光素子が設けられる光源部を容易に小型化することができる。さらに、音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、音響レンズまたは超音波振動子から発生する音響波に起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示した模式図である。 本発明の一実施形態の光音響画像化装置の全体構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の音響レンズの反射率を示した図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の音響レンズの透過率を示した図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の音響レンズの吸収率を示した図である。 音響レンズの音響波発生試験を行うための装置を説明するための図である。 実施例による音響レンズの音響波発生試験を説明するための図である。 比較例１による音響レンズの音響波発生試験を説明するための図である。 比較例２による音響レンズの音響波発生試験を説明するための図である。 実施例よる音響レンズに３３３ｋＷの出力で光を照射した音響波発生試験を説明するための図である。 実施例による音響レンズに１ＭＷの出力で光を照射した音響波発生試験を説明するための図である。 実施例による音響レンズに５００ｋＷの出力で光を照射した音響波発生試験を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（光音響画像化装置の全体構成）
図１〜図１２を参照して、本発明の一実施形態による光音響画像化装置１００の全体構成について説明する。光音響画像化装置１００は、被検体Ｐ（人体など）の内部の検出対象物Ｑ（血液、臓器、および、穿刺針など）から音響波Ａを検出して、検出信号を画像化する機能を有する。

本発明の一実施形態による光音響画像化装置１００には、図１に示すように、照明部１ａおよび１ｂと、プローブ本体２と、装置本体部３とが設けられている。光音響画像化装置１００には、照明部１ａ（１ｂ）と装置本体部３とを接続するケーブル４ａと、プローブ本体２と装置本体部３とを接続するケーブル４ｂとが設けられている。

（照明部（光源部）の構成）
照明部１ａおよび１ｂは、一対設けられている。照明部１ａおよび１ｂは、プローブ本体２に近接して配置されている。照明部１ａおよび１ｂは、プローブ本体２を挟み込むように配置されている。照明部１ａおよび１ｂは、光音響画像化装置１００を用いた検査時に、被検体Ｐの表面上に配置される。照明部１ａおよび１ｂには、それぞれ光源部１１が設けられている。

光源部１１は、被検体Ｐに向かって、光（パルス光）を照射するように構成されている。なお、光源部１１には種々の光源を使用することができる。光源部１１は、例えば、ＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）により構成されている。光源部１１は、たとえば、最大出力が３００ｋＷ以下である光を照射可能に構成されている。光源部１１から出力される光の最大出力は、（平均出力）／（パルス幅）×（繰り返し周波数）により決定される出力である。光源部１１は、ＬＥＤ素子の種類に応じた、所定の波長の光を照射するように構成されている。たとえば、光源部１１は、ＬＥＤ素子の種類に応じた、６５０ｎｍ、７５０ｎｍ、８５０ｎｍ、または、９４０ｎｍの光を照射するように構成されている。

光源部１１には、直列に接続された複数のＬＥＤ素子が設けられている。光源部１１（照明部１ａ、１ｂ）は、被検体Ｐ内の検出対象物Ｑを画像化することが可能な程度の光強度を有する光を被検体Ｐに照射することが可能に構成されている。光源部１１は、装置本体部３の光源駆動回路３２から駆動電力が供給されることにより、たとえば、人体に比較的（可視光に比べて）侵入しやすい波長である赤外域の波長（たとえば、約８５０ｎｍの波長）を有するパルス光を発光可能に構成されている。

（プローブ本体の構成）
プローブ本体２は、たとえば、リニア型超音波プローブとして構成されている。プローブ本体２は、光音響画像化装置１００を用いた検査時に先端部分（Ｚ２側の部分）が被検体Ｐの表面上に配置される。また、プローブ本体２は、検出部２０を含んでいる。

検出部２０は、超音波振動子２１と、音響レンズ２２と、音響整合層２３と、バッキング材２４とを含んでいる。音響レンズ２２と、音響整合層２３と、超音波振動子２１と、バッキング材２４とは、プローブ本体２の先端側（Ｚ２側）からこの順に互いに接合（積層）されて、配置されている。音響レンズ２２は、超音波振動子２１よりもプローブ本体２の先端側に配置されている。

超音波振動子２１は、複数個設けられており（複数のチャンネルを有するように構成されており）、たとえば、チャンネルの数は１２８である。超音波振動子２１は、Ｘ方向に互いに所定の間隔を隔てて配置されているとともに、アレイ状に配列されている。超音波振動子２１は、電圧（駆動電圧）が印加されることにより被検体Ｐに超音波Ｂ１を照射することが可能に構成されているとともに、被検体Ｐの内部の検出対象物Ｑからの音響波Ａおよび超音波Ｂ２により振動して、振動を電圧（検出信号）として装置本体部３に伝達するように構成されている。これにより、超音波振動子２１は、光源部１１から照射された光を吸収した被検体Ｐ内の検出対象物Ｑから発生された音響波Ａを検出することが可能である。すなわち、超音波振動子２１は、超音波を送受信することが可能に構成されている。

なお、本明細書中における超音波とは、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以上の音波を示す概念である。また、本明細書では、被検体Ｐ内の検出対象物Ｑが、光源部１１から照射された光を吸収することにより発生する超音波を「音響波（音響波Ａ）」という。また、後述する検出部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、単に「超音波」という。

音響レンズ２２は、超音波振動子２１から被検体Ｐに超音波Ｂ１を照射する際には、被検体Ｐ内に超音波Ｂ１を集束させるように構成されており、被検体Ｐから音響レンズ２２に音響波Ａまたは超音波Ｂ２が侵入した場合には、音響波Ａまたは超音波Ｂ２を超音波振動子２１に集束させるように構成されている。なお、音響レンズ２２の詳細については、後で説明を行う。

音響整合層２３は、超音波振動子２１と被検体Ｐとの間（またはいずれか一方と略同一）の音響インピーダンスを有し、超音波振動子２１と被検体Ｐとの音響インピーダンスを整合するように構成されている。なお、音響整合層２３は、一層により構成されていてもよいし、多層に構成されていてもよい。

バッキング材２４は、超音波振動子２１の後方側（Ｚ１側）に配置されており、音響波Ａと、超音波Ｂ１およびＢ２とが後方に伝搬するのを抑制するように構成されている。

（装置本体部の構成）
装置本体部３は、光源部１１（照明部１ａ、１ｂ）からの光の照射の制御を行うとともに、検出部２０の超音波振動子２１の駆動を制御するように構成されている。装置本体部３は、表示部３１を含み、装置本体部３は、検出部２０から取得した検出信号（音響波Ａおよび超音波Ｂ２）の信号を画像化して、画像化した画像を表示部３１に表示するように構成されている。

装置本体部３には、図２に示すように、表示部３１と、光源駆動回路３２と、制御部３３と、振動子駆動回路３４と、信号処理部３５と、画像化部３６と、記憶部３７と、操作部３８とが設けられている。

光源駆動回路３２は、外部電源やバッテリ等（図示せず）から電力を取得するように構成されている。そして、光源駆動回路３２は、制御部３３からの光トリガ信号に基づいて、光源部１１に電力を供給するように構成されている。たとえば、光源駆動回路３２は、繰り返し周波数が１ｋＨｚの光トリガ信号に応じて、光源部１１から、繰り返し周波数が１ｋＨｚで、かつ、パルス幅（半値全幅）が約１００ｎｓ（または約１５０ｎｓ）のパルス光を被検体Ｐに照射させることが可能である。

制御部３３は、光音響画像化装置１００の全体を制御するように構成されている。たとえば、制御部３３は、駆動信号を振動子駆動回路３４に伝達して、超音波振動子２１の駆動を制御する。また、制御部３３は、光トリガ信号を光源駆動回路３２に伝達して、光源駆動回路３２を介して、光源部１１の駆動を制御する。また、制御部３３は、光トリガ信号に同期されたサンプリングトリガ信号を信号処理部３５に伝達して、検出信号の信号処理を制御する。

振動子駆動回路３４は、駆動信号に応じた駆動電圧を、超音波振動子２１の各チャンネルに、それぞれ印加するように構成されている。これにより、振動子駆動回路３４は、制御部３３からの駆動信号により、超音波振動子２１の各チャンネルをそれぞれ個別に駆動させるように構成されている。

信号処理部３５は、検出部２０（超音波振動子２１）から、サンプリングトリガ信号に応じて、検出信号を取得するように構成されている。信号処理部３５は、取得した信号を画像化部３６に伝達するように構成されている。

画像化部３６は、信号処理部３５から伝達された検出信号を取得して、検出信号に対して再構成処理などを行い、光音響波画像を生成するように構成されている。表示部３１は、液晶パネルなどからなり、画像化部３６により生成された光音響波画像を表示するように構成されている。

記憶部３７には、所定の情報が記憶可能なように構成されている。

操作部３８は、操作者による入力操作を受け付けるように構成されており、受け付けた入力操作の情報を制御部３３に伝達するように構成されている。

（音響レンズの構成）
以下に、音響レンズ２２の詳細な構成を説明する。

音響レンズ２２は、主にシリコンゴムにより形成されている。すなわち、音響レンズ２２の基材は、シリコンゴムである。また、音響レンズ２２は、所定量の無機物を含んでいる。具体的には、音響レンズ２２は、音響レンズ２２の全体の質量に対して、たとえば、４３ｗｔ%になるようにシリコンゴム以外の物質（金属からなる無機物（以下、単に無機物という）および非金属物質）を含んでいる。音響レンズ２２に含まれる無機物は、たとえば、Ｎａ（ナトリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｓｎ（スズ）、Ｃｅ（セリウム）である。なお、これらの金属以外にも検出できないほどの微量の金属元素が複数含まれている。このような無機物を含有することにより、音響レンズ２２は、乳白色を有している。

音響レンズ２２は、プローブ本体２の延びる方向（Ｚ方向）の厚みが、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚み（たとえば、約１．５ｍｍの厚み）を有するように構成されている。

本実施形態では、音響レンズ２２は、測定波長領域（画像を形成する際に用いられる光の波長領域）において、所定の光吸収率Ｐａを有するように構成されている。なお、光吸収率Ｐａは、
Ｐｏ：音響レンズ２２に照射される光の全エネルギ（全光量）を１００％とし、
Ｐｔ：音響レンズ２２における光反射率、
Ｐｒ：音響レンズ２２における光透過率、
とすれば、下記の式（１）によって規定される。
Ｐａ＝Ｐｏ−Ｐｔ−Ｐｒ ・・・式（１）

図３には、音響レンズ２２の反射率と比較例１の音響レンズの反射率とが示されている。実線は、厚み２ｍｍの本実施形態の音響レンズ２２の反射率を示し、点線は、厚み１ｍｍの本実施形態の音響レンズ２２の反射率を示している。また、一点鎖線は、本実施形態の音響レンズ２２とは異なる黒色の音響レンズの反射率（比較例１）を示している。

図３に示すように、音響レンズ２２は、測定波長領域（画像を形成する際に用いられる光の波長領域）において、８５％未満の光反射率を有するように構成されている。好ましくは、音響レンズ２２は、光源部１１から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、８５％未満の光反射率を有するように構成されている。より好ましくは、音響レンズ２２は、６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、８０％未満の光反射率を有するように構成されている。

図４には、音響レンズ２２の透過率と比較例１の音響レンズの透過率とが示されている。実線は、厚み２ｍｍの本実施形態の音響レンズ２２の透過率を示し、点線は、厚み１ｍｍの本実施形態の音響レンズ２２の透過率を示している。また、一点鎖線は、本実施形態の音響レンズ２２とは異なる黒色の音響レンズ（比較例１）の透過率を示している。

図４に示すように、音響レンズ２２は、測定波長領域において、２０％以下の光透過率を有するように構成されている。好ましくは、音響レンズ２２は、光源部１１から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、２０％以下の光透過率を有するように構成されている。

式（１）に基づいて、Ｐｏ（音響レンズ２２に照射される光の全エネルギ（１００％））から、図３に示されるＰｔ（反射率）と、図４に示されるＰｒ（透過率）とを差分した値が、図５に示されるＰａ（吸収率）となる。

図５には、音響レンズ２２の透過率と比較例１の音響レンズの吸収率とが示されている。実線は、本実施形態の厚み２ｍｍの音響レンズ２２の吸収率を示し、点線は、本実施形態の厚み１ｍｍの音響レンズ２２の吸収率を示している。また、一点鎖線は、本実施形態の音響レンズ２２とは異なる黒色の音響レンズ（比較例１）の吸収率を示している。

図５に示すように、本実施形態では、音響レンズ２２は、測定波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有している。好ましくは、音響レンズ２２は、光源部１１から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有するように構成されている。

このように、６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長領域における、音響レンズ２２の光吸収率を３０％以下にすることによって、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、音響レンズ２２に多く吸収される（過剰に吸収される）のを抑制することができる。これにより、音響レンズ２２が熱膨張することにより音響レンズ２２から音響波Ａが発生するのを抑制することができる。また、音響レンズ２２の光吸収率を１％以上にすることによって、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、殆ど音響レンズを透過してしまうことを抑制することができる。これにより、音響レンズ２２を透過した光を超音波振動子２１が吸収することに起因して、超音波振動子２１から音響波Ａが発生するのを抑制することができる。

また、より好ましくは、音響レンズ２２は、光源部１１から照射される７３０ｎｍ以上９３５ｎｍ以下の光の波長領域において、１０％より大きく２０％以下の光吸収率を有するように構成されている。なお、９３５ｎｍの波長の光を照射した場合の音響レンズ２２の光吸収率は、１０．１％であり、照射する光が９３５ｎｍよりも短波長になるほど音響レンズ２２の光吸収率は上昇する傾向にある。

このように、６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長領域における、音響レンズ２２の光吸収率を２０％以下にすることによって、音響レンズ２２の光吸収率を３０％以下２０％より大きくにした場合よりも、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、音響レンズ２２に多く吸収される（過剰に吸収される）のをさらに抑制することができる。また、音響レンズ２２の光吸収率を１０％より大きくすることによって、音響レンズ２２の光吸収率を１％以上１０％以下にした場合よりも、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、殆ど音響レンズを透過してしまうことをさらに抑制することができる。

［実施例］
次に、本発明の効果を確認するために行った音響レンズの音響波発生試験について説明する。具体的には、上記実施形態に対応する実施例として、以下の実施例による音響レンズを用いて音響波発生試験を行うとともに、比較例として、以下の比較例１および２による音響レンズを用いて音響波発生試験を行った。

（実施例）
音響レンズ２２を、厚みが２ｍｍになるように形成して図６に示す水中の所定位置に配置した。音響レンズ２２は、図３〜図５（実施例）に示すような光学特性を有している。
なお、図６に示す水中の所定位置に配置される実施例の音響レンズ２２を、便宜上、試験片１２２ａという。

（比較例１）
比較例１の音響レンズは、厚みが２ｍｍになるように形成したもの用いた。比較例１の音響レンズを、図６に示す水中の所定位置に配置した。比較例１の音響レンズは、主にシリコンゴムにより形成されているが、実施例と異なる無機物を含んでいるため、実施例の音響レンズ２２と異なり黒色を有している。比較例１の音響レンズは、図３〜図５（比較例１）に示すような光学特性を有している。なお、図６に示す水中の所定位置に配置される比較例１の音響レンズを、便宜上、試験片１２２ｂという。

（比較例２）
比較例２の音響レンズは、厚みが２ｍｍの実施例の音響レンズ２２の外表面をアルミニウムによりコート（スパッタリング）して形成されている。コートされたアルミニウムの厚みは、２０μｍである。比較例２の音響レンズを、図６に示す水中の所定位置に配置した。なお、図６に示す水中の所定位置に配置される比較例２の音響レンズを、便宜上、試験片１２２ｃという。

（音響波発生試験）
音響波発生試験は、以下のようにして実施された。具体的には、図６に示すように、水を張った水槽の底部に寒天を沈め、寒天の上面に音響レンズ（試験片１２２ａ〜１２２ｃ）を配置した。そして、照明部１ａ（１ｂ）およびプローブ本体２の先端部分が水面近傍で水中に浸かるとともに、水中の試験片１２２ａ〜１２２ｃに対向するように、照明部１ａ（１ｂ）およびプローブ本体２を配置した。寒天は、音響波発生試験により試験される試験片１２２ａ〜１２２ｃの水中での高さ位置を調整するために設けられている。この状態で、照明部１ａ（１ｂ）から音響レンズに向けて１ｋＷの出力で８５０ｎｍの光を照射し、検出部２０（超音波振動子２１）により検出された音響波Ａに基づいて画像化を行った。図７〜図９に示す画像は、プローブ本体２の検出部２０から約２ｃｍの距離（深さ）に、試験片１２２ａ〜１２２ｃを配置した状態で得られた画像である。

試験片１２２ａ〜１２２ｃの音響波発生試験の結果を図７〜図９に示す。なお、図７〜図１２において、右側の目盛は、検出部２０からの距離（深さ）を示している。

図７に示すように、試験片１２２ａ（水中の実施例の音響レンズ２２）に光を照射した音響波発生試験では、試験片１２２ａが光を吸収することにより発生する音響波に由来する画像が確認されなかった。すなわち、光が照射された試験片１２２ａから音響波Ａが実質的に発生しないことが分かった。

一方、図８に示すように、試験片１２２ｂ（水中の比較例１の音響レンズ）に光を照射した音響波発生試験では、試験片１２２ｂが光を吸収したことにより発生した音響波Ａに由来する画像が確認された。すなわち、光が照射された試験片１２２ｂから音響波Ａが発生したこと分かった。

また、図９に示すように、試験片１２２ｃ（水中の比較例２の音響レンズ（音響レンズ２２の外表面にアルミニウムをコートしたレンズ））に光を照射した音響波発生試験では、アルミニウムが光を吸収して熱膨張したことにより発生したと考えられる音響波Ａに由来する画像が確認された。このため、音響レンズ２２の表面にアルミニウム（金属）をコートすることでは、音響波の発生を抑制することができないことが分かった。

（光の出力と発生する音響波との関係）
次に、光の出力と発生する音響波Ａとの関係を調べる試験を行った。具体的には、図６と同様の試験方法によって、試験片１２２ａ（水中の実施例の音響レンズ２２）に向けて、照明部１ａ（１ｂ）から、３３３ｋＷ、１ＭＷ、および、５００ｋＷの出力でそれぞれ光を照射し、検出部２０（超音波振動子２１）により検出された音響波Ａに基づいて画像化を行った。試験片１２２ａに照射された光の各出力と発生する音響波Ａとの関係を調べた試験結果を図１０〜図１２に示す。図１０〜図１２に示す画像は、プローブ本体２の検出部２０から約１．５ｃｍの距離（深さ）に、試験片１２２ａを配置した状態で得られた画像である。

図１０は、最大出力３３３ｋＷ（平均出力４０ｍＷ，パルス幅６ｎｓ、繰り返し周波数２０Ｈｚ）の光を試験片１２２ａ（水中の音響レンズ２２）に照射した場合に、検出部２０（超音波振動子２１）により検出された音響波Ａに基づく画像を示したものである。最大出力３３３ｋＷの光を試験片１２２ａに照射した場合には、試験片１２２ａが光を吸収することにより発生する音響波Ａに由来する画像（パターン）が僅かに確認されたが、この程度の画像（パターン）では、表示部３１（図２参照）における画像のノイズとほぼ区別がつかない。このため、３３３ｋＷの光を試験片１２２ａに照射した場合において、試験片１２２ａから発生する音響波Ａに起因するアーチファクトが発生しても、検出対象物Ｑを画像化する際に実像を得るのに問題がない程度の音響波Ａしか発生しないことが分かった。

一方、図１１に示すように、最大出力１ＭＷ（平均出力１２０ｍＷ，パルス幅６ｎｓ、繰り返し周波数２０Ｈｚ）の光を試験片１２２ａ（水中の音響レンズ２２）に照射した場合に、検出部２０（超音波振動子２１）により検出された音響波Ａに基づく画像を示したものである。最大出力１ＭＷの光を試験片１２２ａに照射した場合には、試験片１２２ａが光を吸収することにより発生する音響波Ａに由来する画像が確認された。

また、図１２に示すように、最大出力５００ｋＷ（平均出力６０ｍＷ，パルス幅６ｎｓ、繰り返し周波数２０Ｈｚ）の光を試験片１２２ａ（水中の音響レンズ２２）に照射した場合に、検出部２０（超音波振動子２１）により検出された音響波Ａに基づく画像を示したものである。最大出力５００ｋＷの光を試験片１２２ａに照射した場合には、試験片１２２ａが光を吸収することにより発生する音響波Ａに由来する画像が確認された。

図１１（最大出力１ＭＷ）および図１２（最大出力５００ｋＷ）に示された試験結果から、少なくとも、５００ｋＷ以上の光が照射された試験片１２２ａ（音響レンズ２２）からは、画像化する際に悪影響があるだけの音響波Ａが発生することが分かった。

図１０に示された試験結果から、３３３ｋＷの光が照射された試験片１２２ａ（音響レンズ２２）からは音響波Ａが実質的に発生しない（画像化する際に悪影響があるだけの音響波Ａが発生しない）ことが分かった。これにより、試験片１２２ａ（音響レンズ２２）が光を吸収したことに起因する音響波Ａの発生を減らす観点から、最大出力３００ｋＷ以下の出力の光を用いて光音響画像化装置１００を使用するのが好ましいことが分かった。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、光源部１１から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有し、かつ、８５％未満の光反射率を有するように構成されている音響レンズ２２を設ける。このように、光反射率を８５％未満に調整しつつ光吸収率を１％以上３０％以下の範囲に適切に調整することにより、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、音響レンズ２２に多く吸収される（過剰に吸収される）のを抑制することができる。これにより、音響レンズ２２が熱膨張することにより音響レンズ２２から音響波Ａが発生するのを抑制することができる。また、光反射率を８５％未満に調整しつつ光吸収率を１％以上３０％以下の範囲に適切に調整することにより、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、殆ど音響レンズ２２を透過してしまうことを抑制することができる。これにより、音響レンズ２２を透過した光を超音波振動子２１が吸収することに起因して、超音波振動子２１から音響波Ａが発生するのを抑制することができる。したがって、音響レンズ２２または超音波振動子２１から発生する音響波Ａに起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、光源部１１から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、２０％以下の光透過率を有するように構成された音響レンズ２２を設ける。これにより、音響レンズ２２の光反射率に加え、光透過率を２０％以下に調整することによって、容易に、音響レンズ２２を適切な光吸収率にすることができる。その結果、より容易に、音響波Ａに基づく画像を生成した際に、音響レンズ２２または超音波振動子２１から発生する音響波Ａに起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、最大出力が３００ｋＷ以下である光を照射するように構成された光源部１１を設ける。このように光源部の最大出力を３００ｋＷ以下になるように構成することによって、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、音響レンズ２２に多く吸収される（過剰に吸収される）のを容易に抑制することができる。

また、本実施形態では、光源部１１から照射される７３０ｎｍ以上９３５ｎｍ以下の光の波長領域において、１０％より大きく２０％以下の光吸収率を有するように構成された音響レンズ２２を設ける。このように音響レンズ２２の光吸収率を１０％よりも大きく２０％以下の範囲に設定することによって、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、音響レンズ２２に多く吸収される（過剰に吸収される）のをさらに効果的に抑制することができる。また、光源部１１から照射されるとともに被検体Ｐにより反射された光が、殆ど音響レンズ２２を透過してしまうことをさらに効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みを有するように構成された音響レンズ２２を設ける。このように音響レンズ２２の厚みを０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定すれば、音響レンズ２２を適度な体積を有するように形成して、検出部２０をコンパクトに構成しつつ音響レンズ２２の熱膨張を抑制することができる。

また、本実施形態では、光源部１１をＬＥＤ素子によって構成する。これにより、光源部１１が固体レーザ光源により構成される場合に比べて、光源部１１の消費電力を低減するとともに、装置を小型化しつつ、音響波Ａに基づく画像を生成した際に、音響レンズ２２または超音波振動子２１から発生する音響波Ａに起因するアーチファクトが現れるのを抑制することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態および実施例は、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、上記した実施形態および実施例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。

たとえば、上記実施形態および上記実施例では、光源部から照射される７３０ｎｍ以上９３５ｎｍ以下の光の波長領域において、１０％より大きく２０％以下の光吸収率を有する音響レンズを設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有し、かつ、８５％未満の光反射率を有するように構成されている音響レンズであれば、他の光学特性を有する音響レンズであってもよい。

また、上記実施形態および上記実施例では、光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、２０％以下の光透過率を有する音響レンズの例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において１％以上３０％以下の光吸収率を有するとともに８５％未満の光反射率を有するように構成されている音響レンズであれば、光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、２０％より大きい光透過率を有する音響レンズを設けてもよい。

また、上記実施形態では、音響レンズが０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みを有する例を示し、上記実施例では、音響レンズが２ｍｍの厚みを有する例を示したが、本発明は、これに限られない。本発明では、音響レンズは、２ｍｍより大きい厚みを有するように構成されてもよい。また、音響レンズは、０．５ｍｍより小さい厚みを有するように構成されてもよい。

また、上記実施形態および上記実施例では、光源部がＬＥＤ素子によって構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、光源部を、半導体レーザ素子１１１（図２参照）、または、有機半導体素子２１１（図２参照）などにより構成することも可能である。

２ プローブ本体
１１ ＬＥＤ素子（光源部）
２０ 検出部
２１ 超音波振動子
１００ 光音響画像化装置
１１１ 半導体レーザ素子（光源部）
２１１ 有機半導体素子（光源部）
Ｐ 被検体
Ｑ 検出対象物

Claims (8)

1. 被検体に光を照射する光源部と、
   前記光源部から照射された光を吸収した前記被検体内の検出対象物から発生された音響波を検出する超音波振動子と、前記超音波振動子よりもプローブ本体の先端側に配置される音響レンズとを含み、前記プローブ本体に配置される検出部とを備え、
   前記音響レンズは、前記光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、１％以上３０％以下の光吸収率を有し、かつ、８５％未満の光反射率を有するように構成されている、光音響画像化装置。
2. 前記音響レンズは、前記光源部から照射される６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光の波長領域において、２０％以下の光透過率を有するように構成されている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
3. 前記光源部は、最大出力が３００ｋＷ以下である光を照射するように構成されている、請求項１または２に記載の光音響画像化装置。
4. 前記音響レンズは、前記光源部から照射される７３０ｎｍ以上９３５ｎｍ以下の光の波長領域において、１０％より大きく２０％以下の光吸収率を有する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。
5. 前記音響レンズは、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みを有する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。
6. 前記光源部は、ＬＥＤ素子によって構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
7. 前記光源部は、半導体レーザ素子によって構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
8. 前記光源部は、有機半導体素子によって構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
   

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