JP2017064170A - 光音響計測装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響計測装置及び方法において、プローブ内に配置されたプリアンプの発熱を抑制する。
【解決手段】音響波検出器１０１は、被検体に向けて出射された測定光を吸収することで発生した光音響波、及び被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を検出する。プリアンプ１０３は、音響波検出器が出力する検出信号を増幅する。制御手段２８は、光音響波が検出される場合は、プリアンプ１０３を第１の動作モードで動作させ、反射超音波が検出される場合は、プリアンプ１０３を、第１の動作モードと同じ増幅率で、かつより低消費電力で増幅する第２の動作モードで動作させる。測定光の出射及び音響波の送信が実施される場合は、プリアンプ１０３を、増幅を停止する第３の動作モードで動作させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光音響計測装置及び方法に関し、更に詳しくは、光吸収体が光を吸収することで生じた光音響波を検出する光音響計測装置及び方法に関する。

生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子が用いられる。超音波探触子から被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。その反射超音波を超音波探触子によって受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。

また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、例えば測定光としてパルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響波）が発生する。この光音響波を超音波探触子などによって検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することにより、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。

被検体に向けて測定光を照射し、その光を吸収することにより被検体内で発生した光音響波を計測する光音響計測用プローブが知られている。光音響計測用プローブは、超音波の送受信も可能であることが多い。一般に、光音響波は反射超音波よりも弱く、その検出信号が微弱である。微弱な検出信号を増幅するために、プローブ内にプリアンプを内蔵した光音響計測用プローブが知られている（例えば特許文献１）。

ところで、被検体に対して超音波を送信するためにプローブ内の超音波振動子を駆動すると、超音波振動子が発熱する。プリアンプが検出信号の増幅を行うと、それに伴ってプリアンプが発熱するため、プリアンプを内蔵したプローブの場合、超音波振動子に加えて、プリアンプという新たな発熱源が発生する。プリアンプを内蔵したプローブでは、これらの発熱源によるプローブの温度上昇、特にプローブ表面の人体に接触する部分の温度上昇が課題となる。光音響用プローブを人体に接触させて用いるためには、プローブの表面温度を一定の温度以下（例えば４３℃以下）に抑える必要がある。

超音波振動子の発熱抑制は超音波画像の画質とのトレードオフであるため、画質を犠牲にせずに温度上昇を抑えるためには、プリアンプによる発熱を抑制することが好ましい。このような課題に対し、特許文献２には、プローブの検出器素子が音響波を受信しない期間はプリアンプを含む検出回路において検出動作を行わないことが記載されている。特許文献２では、検出器素子が音響波を受信する期間のみ検出回路を動作させることで、検出器素子が音響波を受信しない期間におけるプリアンプの発熱を抑制できる。

特開２０１４−３９８０１号公報 特開２０１４−１９８２３４号公報 特開２０１４−２１３１５８号公報

しかしながら、特許文献２において、超音波画像と光音響画像の双方を取得する場合、超音波の検出信号と光音響波の検出信号との双方が、プリアンプにおいて増幅されることになる。例えば超音波の送受信と光音響波の検出とを交互に実施した場合、プリアンプを動作させていない期間は全体の半分程度にしかならない。このため、表面温度上昇の抑制が十分ではないという課題がある。

ここで、光音響波と反射超音波の増幅に関し、特許文献３には、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とでプリアンプの増幅率（ゲイン）を個別に制御し、光音響波と反射超音波のそれぞれに合わせた増幅率で信号を増幅することが記載されている。特許文献３には、プローブに前置増幅器（プリアンプ）を設け、そのプリアンプの増幅率を制御することも記載されている。しかしながら、特許文献３では、超音波の送信時にプリアンプを休止させることは記載されておらず、超音波の送信時もプリアンプは電力を消費し続ける。

本発明は、上記事情に鑑み、プリアンプを有するプローブを用いた場合に、音響波の送信時も含めて低消費電力化を達成し、ひいてはプローブにおける発熱の更なる抑制を可能とする光音響計測装置及び方法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、被検体内の光吸収体が被検体に向けて出射された測定光を吸収することで発生した光音響波、及び被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を検出して検出信号を出力する音響波検出器と、その音響波検出器が出力する検出信号を増幅するプリアンプとを有するプローブと、検出信号を受信する信号受信回路と、プリアンプの動作モードを、検出信号を増幅する第１の動作モード、検出信号を第１の動作モードと同じ増幅率で、かつ第１の動作モードよりも低消費電力で増幅する第２の動作モード、又は、プリアンプにおける検出信号の増幅を停止する第３の動作モードに設定する制御手段とを備え、制御手段は、音響波検出器にて光音響波が検出される場合は動作モードを第１の動作モードとし、音響波検出器にて反射音響波が検出される場合は動作モードを第２の動作モードとし、測定光の出射及び音響波の送信が実施される場合は動作モードを第３の動作モードとする光音響計測装置を提供する。

本発明の光音響計測装置において、制御手段は、音響波検出器にて光音響波及び反射音響波の何れも検出されず、かつ測定光の出射及び音響波の送信の何れも実施されない場合は、動作モードを第３の動作モードとすることが好ましい。

本発明の光音響計測装置では、プリアンプは検出信号を増幅して出力するアンプ本体部を含んでいてもよく、制御手段は、少なくともアンプ本体部に対する電源供給を停止することにより動作モードを第３の動作モードとしてもよい。

本発明の光音響計測装置では、プリアンプは、動作モードを第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるモード切替部を含んでいてもよく、制御手段は、モード切替部に第１の動作モードの選択を指示することにより動作モードを第１の動作モードとし、モード切替部に第２の動作モードの選択を指示することにより動作モードを第２の動作モードとしてもよい。

あるいは、プリアンプは、動作モードを第１の動作モードから第３の動作モードの間で切り替えるモード切替部を含んでいてもよく、制御手段は、モード切替部に第１の動作モードの選択を指示することにより動作モードを第１の動作モードとし、モード切替部に第２の動作モードの選択を指示することにより動作モードを第２の動作モードとし、モード切替部に第３の動作モードの選択を指示することにより動作モードを第３の動作モードとしてもよい。

本発明の光音響計測装置において、プリアンプは、それへの供給電流の大きさに依存して消費電力が変化するものであってもよい。その場合、制御手段は、プリアンプへ供給する電流の電流値を制御することにより、第１の動作モードと第２の動作モードとの間で動作モードを切り替えてもよい。

上記において、制御手段は、電流値を第１の電流値とすることで動作モードを第１の動作モードとし、電流値を第１の電流値よりも少ない第２の電流値とすることで動作モードを第２の動作モードとしてもよい。

本発明の光音響計測装置は、被検体に対する音響波の送信を行う音響波送信器と、音響波送信器に、そこから音響波を送信させるための送信信号を出力する送信回路とを更に有していてもよく、音響波検出器は音響波送信器を兼ねていてもよい。

上記において、プローブは、音響波検出器の接続先を、プリアンプと送信回路との間で選択的に切り替える送受信切替スイッチを更に有していてもよく、制御手段は更に送受信切替スイッチを制御して、光音響波及び反射音響が検出される場合は音響波検出器の接続先をプリアンプの入力ノードとし、音響波の送信が行われる場合は音響波検出器の接続先を送信回路の出力ノードとしてもよい。

本発明の光音響計測装置において、送信回路及び信号受信回路は共通の配線を通じてプローブと接続されていてもよい。その場合、プローブは、送信信号をプリアンプを通さずに音響波検出器に入力させるためのバイパス部と、共通の配線の接続先をバイパス部とプリアンプとの間で切り替える第１の経路切替スイッチとを更に有していてもよい。制御手段は更に第１の経路切替スイッチを制御し、光音響波及び反射音響が検出される場合は第１の経路切替スイッチにより共通の配線とプリアンプを接続させ、音響波の送信が行われる場合は第１の経路切替スイッチにより共通の配線とバイパス部とを接続させてもよい。

上記において、プローブは、音響波検出器の接続先を、プリアンプとバイパス部との間で選択的に切り替える第２の経路切替スイッチを更に有していてもよく、制御手段は更に第２の経路切替スイッチを制御し、光音響波及び反射音響が検出される場合は第２の経路切替スイッチにより音響波検出器とプリアンプとを接続させ、音響波の送信が行われる場合は第２の経路切替スイッチにより音響波検出器とバイパス部とを接続させてもよい。

本発明の光音響計測装置では、プローブは測定光を被検体に向けて出射する光出射部を更に有していてもよい。

本発明は、また、被検体内の光吸収体が被検体に向けて出射された測定光を吸収することで発生した光音響波、及び被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を検出して検出信号を出力する音響波検出器と、その音響波検出器が出力する検出信号を増幅するプリアンプとを有するプローブを用いた光音響計測方法であって、光音響波を検出する場合は、プリアンプを検出信号を増幅する第１の動作モードで動作させ、反射音響波を検出する場合は、プリアンプを、検出信号を第１の動作モードと同じ増幅率で、かつ第１の動作モードよりも低消費電力で増幅する第２の動作モードで動作させ、測定光の出射及び音響波の送信を実施する場合は、プリアンプを、検出信号の増幅を停止する第３の動作モードで動作させる光音響計測方法を提供する。

本発明の光音響計測装置及び方法は、音響波の送信時も含めて低消費電力化を達成することができ、ひいてはプリアンプを有するプローブにおける発熱の更なる抑制を可能とする。

本発明の第１実施形態に係る光音響計測装置を示すブロック図。 プローブの構成を示すブロック図。 プリアンプの構成例を示すブロック図。 超音波を送信する場合の送信信号の信号経路を示すブロック図。 反射超音波を検出する場合の検出信号の信号経路を示すブロック図。 測定光の照射を行う場合の測定光の経路を示すブロック図。 光音響波を検出する場合の検出信号の信号経路を示すブロック図。 プリアンプの動作モードとプリアンプに対する制御信号、ノイズ、及び消費電力との対応関係を示す図。 光音響計測装置の動作手順を示すフローチャート。 一連の計測とプリアンプの動作状況とを示す図。 本発明の第２実施形態に係る光音響計測装置のプローブの構成を示すブロック図。 プリアンプの動作モードとプリアンプへの供給電流、ノイズ、及び消費電力との対応関係を示す図。 本発明の第３実施形態に係る光音響計測装置のプローブの構成を示すブロック図。 超音波を送信する場合の送信信号の信号経路を示すブロック図。 反射超音波を検出する場合の検出信号の信号経路を示すブロック図。 測定光の照射を行う場合の測定光の経路を示すブロック図。 光音響波を検出する場合の検出信号の信号経路を示すブロック図。 第３実施形態の変形例のプローブを示すブロック図。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光音響計測装置を示す。光音響計測装置１０は、プローブ（超音波探触子）１１、超音波ユニット１２、及び光源１３を備える。なお、本発明の実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象及び／又は測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。

光源１３は、生体組織などの被検体に照射される測定光を出射する。測定光の波長は、観察対象の生体組織などに応じて適宜設定される。光源１３は、例えば固体レーザ光源である。光源のタイプは特に限定されず、光源１３が、レーザダイオード光源（半導体レーザ光源）であってもよいし、或いはレーザダイオード光源を種光源とする光増幅型レーザ光源であってもよい。レーザ光源以外の光源を用いてもよい。光源１３から出射した測定光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて照射される。測定光の照射位置は特に限定されず、プローブ１１以外の場所から測定光の照射を行ってもよい。

プローブ１１は、被検体内の光吸収体が被検体に向けて出射された測定光を吸収することで発生した光音響波を検出する。プローブ１１は、光音響波の検出に加えて、被検体に対する音響波（超音波）の送信、及び送信した超音波に対する反射音響波（反射超音波）の受信を行う。音波の送受信は分離した位置で行ってもよい。例えばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。プローブ１１のタイプは特に限定されず、リニアプローブであってもよいし、コンベクスプローブ、又はセクタープローブであってもよい。

超音波ユニット１２は、受信回路２１、受信メモリ２２、データ分離手段２３、光音響画像生成手段２４、超音波画像生成手段２５、画像出力手段２６、制御手段２８、及び送信回路２９を有する。超音波ユニット１２は、信号処理装置を構成する。超音波ユニット１２は、例えばプロセッサ、メモリ、及びバスなどを有するコンピュータ装置として構成される。超音波ユニット１２には、光音響画像生成に関するプログラムが組み込まれており、そのプログラムが動作することで、超音波ユニット１２内の各部の少なくとも一部の機能が実現する。

受信回路（信号受信回路）２１は、プローブ１１が出力する検出信号を受信し、受信した検出信号を受信メモリ２２に格納する。受信回路２１は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、ローパスフィルタ、及びＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）を含む。プローブ１１の検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされた後にＡＤ変換器でデジタル信号に格納され、受信メモリ２２に格納される。受信回路２１は、例えば１つのＩＣ（Integrated Circuit）で構成される。

プローブ１１は、光音響波の検出信号と反射超音波の検出信号とを出力し、受信メモリ２２には、ＡＤ変換された光音響波及び反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）が格納される。データ分離手段２３は、受信メモリ２２から光音響波の検出信号のサンプリングデータを読み出し、光音響画像生成手段２４に送信する。また、受信メモリ２２から反射超音波のサンプリングデータを読み出し、超音波画像生成手段（反射音響波画像生成手段）２６に送信する。

光音響画像生成手段２４は、プローブ１１で検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、位相整合加算などの画像再構成、検波、及び／又は対数変換などを含む。超音波画像生成手段２５は、プローブ１１で検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像（反射音響波画像）を生成する。超音波画像の生成も、位相整合加算などの画像再構成、検波、及び／又は対数変換などを含む。画像出力手段２６は、光音響画像と超音波画像とをディスプレイ装置などの画像表示手段１４に出力する。

制御手段２８は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。制御手段２８は、例えば光音響画像を取得する場合は、光源１３に光トリガ信号を送信し、光源１３から測定光を出射させる。また、測定光の出射に合わせて、受信回路２１にサンプリングトリガ信号を送信し、光音響波のサンプリング開始タイミングなどを制御する。

制御手段２８は、超音波画像を取得する場合は、送信回路２９に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送信する。送信回路２９は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ１１に、プローブ１１から超音波を送信させるための送信信号を出力し、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、例えば音響ラインを一ラインずつずらしながら走査して反射超音波の検出を行う。制御手段２８は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路２１にサンプリングトリガ信号を送信し、反射超音波のサンプリングを開始させる。

図２は、プローブ１１の構成を示す。プローブ１１は、音響波検出器１０１、光出射部１０２、プリアンプ１０３、及び送受信切替スイッチ１０６を有する。光出射部１０２は、光源１３から出力された測定光を、被検体に向けて出射する。光源１３と光出射部１０２とは、例えばバンドルファイバなどにより接続されている。光出射部１０２は、例えば測定光を導光する導光板、及び／又は測定光を拡散させる拡散板などを含む。光ファイバの光出射端を光出射部１０２としてもよい。

音響波検出器１０１は、例えば一次元的に配列された複数の検出器素子（超音波振動子）を有している。音響波検出器１０１は、光音響波と反射超音波を検出して検出信号を出力する。音響波検出器１０１は、被検体に対する音響波の送信を行う音響波送信器を兼ねている。送受信切替スイッチ１０６は、音響波検出器１０１の接続先を、プリアンプ１０３と、超音波ユニット１２（図１を参照）内に配置された送信回路２９との間で切り替える。

プリアンプ１０３は、送受信切替スイッチ１０６を介して音響波検出器１０１から出力された検出信号を受信し、その検出信号を増幅する。プリアンプ１０３は、その内部において流れる電流（バイアス電流）を制御可能である。一般に、アンプに電流を多く流すほど、ノイズを低くすることができる。しかしながら、アンプに電流を多く流すほど、消費電力が増加し、発熱が大きくなる。プリアンプ１０３におけるノイズ性能は、消費電力とトレードオフの関係にある。例えば、プリアンプ１０３における検出信号の増幅率を一定としたまま、ある消費電力に対してそれよりも低い低消費電力でプリアンプ１０３を動作させた場合、プリアンプのノイズ性能は、消費電力の低下に伴って低下する。ここで、ノイズ性能とは、例えばノイズ指数（ＮＦ：Noise Factor）によって表される指標である。

超音波ユニット１２（図１を参照）の受信回路２１は、プリアンプ１０３により増幅された検出信号を受信する。超音波ユニット１２の制御手段２８は、プローブ１１内に配置されたプリアンプ１０３、及び送受信切替スイッチ１０６の制御も行う。制御手段２８は、光音響波及び反射超音波が検出される場合は音響波検出器１０１の接続先をプリアンプ１０３とする。制御手段２８は、超音波の送信が行われる場合は音響波検出器１０１の接続先を送信回路とする。

制御手段２８は、プリアンプ１０３の動作モードを、検出信号を増幅する第１の動作モードと、第１の動作モードよりも低消費電力で検出信号を増幅する第２の動作モードと、プリアンプ１０３における検出信号の増幅を停止する第３の動作モードとの間で切り替えて設定する。第１の動作モードと第２の動作モードとで、プリアンプ１０３の増幅率は一定であるとする。制御手段２８は、光音響波が検出される場合はプリアンプ１０３の動作モードを第１の動作モードに設定し、反射超音波が検出される場合はプリアンプ１０３の動作モードを第２の動作モードに設定する。制御手段２８は、測定光の出射及び超音波の送信が実施される場合は、プリアンプ１０３の動作モードを第３の動作モードとする。制御手段２８は、光音響波及び反射超音波の何れも検出されず、かつ測定光の出射及び超音波の送信の何れも実施されない場合（待機の場合）も、プリアンプ１０３の動作モードを第３の動作モードとしてもよい。

一般に、光音響波はその強度が微弱であり、光音響波の検出信号は信号強度が低い。プリアンプ１０３が第１の動作モードで動作する場合、プリアンプ１０３が第２の動作モードで動作する場合に比べて、プリアンプ１０３の消費電力は高く、プリアンプ１０３をノイズ性能が高い状態（低ノイズ状態）で使用できる。つまり、プリアンプ１０３において低ノイズで検出信号を増幅できる。光音響波の検出信号を増幅する場合に、プリアンプ１０３を第１の動作モードで動作させ、微弱な光音響波の検出信号を低ノイズで増幅することにより、受信回路２１においてサンプリングされその後の信号処理において用いられる光音響波の検出信号のＳＮ比（Signal to Noise Ratio）を向上することができる。

一方、プリアンプ１０３が第２の動作モードで動作する場合、プリアンプ１０３が第１の動作モードで動作する場合に比べて、プリアンプ１０３におけるノイズ性能は低いものの、プリアンプ１０３を低消費電力状態で使用できる。一般に、反射超音波は光音響波に比べて強度が高く、多くの電流を流して高い消費電力でプリアンプ１０３を動作させたとしても、ＳＮ比向上に対するメリットは小さく、熱的なデメリットは大きい。そこで、本実施形態では、反射超音波が検出される場合は発熱の抑制を優先し、プリアンプ１０３を第２の動作モードで動作させて消費電力を抑える。消費電力を抑えることにより、プリアンプ１０３における発熱が抑えられる。

図３は、プリアンプ１０３の構成例を示す。プリアンプ１０３は、例えば検出信号を増幅して出力するアンプ本体部３０１と、それ以外の周辺回路３０２とを有する。アンプ本体部３０１及び周辺回路３０２には、電源回路３５０から電源が供給される。アンプ本体部３０１と周辺回路３０２とで、電源回路３５０から供給される電源の電圧が異なっていてもよい。アンプ本体部３０１は、例えばトランジスタなどで構成されたオペアンプ、及び抵抗器などを含む。周辺回路３０２は、制御手段２８（図１及び図２を参照）との間で通信を行う通信回路などを含んでいてもよい。通信回路は、例えば特定の信号線の信号レベルがＨｉｇｈであるかＬｏｗであるかを判別することにより、制御手段２８からの指令などを読み取ってもよい。制御手段２８との間の通信には、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）又はＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）などのシリアル通信を用いてもよい。

周辺回路３０２は、アンプ本体部３０１における増幅動作の動作モードを切り替えるモード切替部を含んでいてもよい。モード切替部は、例えば、アンプ本体部３０１において検出信号の増幅を実施する第１の動作モードと、アンプ本体部３０１において第１の動作モード時よりも低消費電力で検出信号の増幅を実施する第２の動作モードとの間で動作モードを切り替える。アンプ本体部３０１における消費電力は、例えばアンプ本体部３０１の内部において増幅段のトランジスタのソース・ドレイン間に流れる電流の大きさを制御することで制御される。第１の動作モードと第２の動作モードとで、検出信号に対する増幅率は同じ増幅率であるが、第１の動作モードではアンプ本体部３０１において供給される電流が多いため、第２の動作モードに比べて検出信号を低ノイズで増幅できる。制御手段２８は、光音響波が検出される場合は、モード切替部に第１の動作モードの選択を指示することによりプリアンプ１０３の動作モードを第１の動作モードに設定する。制御手段２８は、反射超音波が検出される場合は、モード切替部に第２の動作モードの選択を指示することによりプリアンプ１０３の動作モードを第２の動作モードに設定する。

プリアンプ１０３は、検出信号の増幅を行う作動状態と、増幅動作を停止させた状態との間で、動作状態を切り替えることができる。上記モード切替部が切り替え可能な動作モードは、第１の動作モード及び第２の動作モードに加えて、検出信号の増幅を停止する第３の動作モードを含んでいてもよい。制御手段２８は、測定光の出射及び超音波の送信が実施される場合は、モード切替部に第３の動作モードの選択を指示することにより、プリアンプ１０３の動作モードを第３のモードに設定する。第３の動作モードでは、プリアンプ１０３において増幅動作が停止され、プリアンプ１０３の消費電力は、プリアンプ１０３が作動状態にある場合のプリアンプ１０３の消費電力よりも低くなる。

上記では、モード切替部により第３の動作モードを選択することによって増幅動作を停止することとしたが、増幅動作を停止させるやり方はこれには限定されない。モード切替部により第３の動作モードを選択することに加えて、又はこれに代えて、例えば制御手段２８により、プリアンプ１０３への電源供給を制御することによりプリアンプ１０３の増幅動作を停止させ、プリアンプ１０３の動作モードを第３の動作モードとしてもよい。例えば、図３において、電源回路３５０とアンプ本体部３０１との間に電源スイッチを設け、アンプ本体部３０１に対する電源供給のみを停止可能に構成してもよい。制御手段２８は、例えばその電源スイッチをオープンにすることで、周辺回路３０２への電源供給を継続したままアンプ本体部３０１に対する電源供給のみを停止させることができる。この場合、アンプ本体部３０１への電源供給が断たれることで、プリアンプ１０３における増幅動作が停止される。一方、周辺回路３０２には電源が供給されるため、周辺回路３０２は制御手段２８との間の通信などを継続できる。

プリアンプ１０３において、消費電力が大きい部分は、検出信号の増幅動作を実施するアンプ本体部３０１の部分である。周辺回路３０２は、アンプ本体部３０１と比べて、消費電力が小さい。したがって、プリアンプ１０３においてアンプ本体部３０１への電源供給を停止することで、効果的にプリアンプ１０３の消費電力を下げることができる。消費電力を下げることができた分だけ、プリアンプ１０３の発熱が抑えられる。アンプ本体部３０１への電源供給のみを停止するのに代えて、プリアンプ１０３全体への電源供給を停止することにより、プリアンプ１０３における増幅動作を停止させることも可能である。

図４は、超音波を送信する場合の送信信号の信号経路を示す。超音波を送信する場合、制御手段２８は、送受信切替スイッチ１０６により、送信回路２９と音響波検出器１０１とを接続させる。送信回路２９が送信した送信信号は、図４中に破線で示すように、送受信切替スイッチ１０６を経て、音響波検出器１０１に入力される。送受信切替スイッチ１０６が、音響波検出器１０１の接続先として送信回路２９を選択しているため、送信回路２９が送信した送信信号は、プリアンプ１０３へは入力されない。超音波を送信する場合、制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第３の動作モードを指示することにより、プリアンプ１０３における増幅動作を停止させる。したがって、超音波を送信している期間はプリアンプ１０３による発熱が抑えられている。

図５は、反射超音波を検出する場合の検出信号の信号経路を示す。反射超音波を検出する場合、制御手段２８は、送受信切替スイッチ１０６により、音響波検出器１０１とプリアンプ１０３とを接続させる。音響波検出器１０１が出力する反射超音波の検出信号（受信信号）は、図５中に破線で示すように、送受信切替スイッチ１０６及びプリアンプ１０３を経て、受信回路２１に入力される。反射超音波を検出する場合、制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第２の動作モードを指示し、プリアンプ１０３を低消費電力で動作させる。反射超音波の検出信号は、プリアンプ１０３において増幅された後、受信回路２１によって受信される。

図６は、測定光の照射を行う場合の測定光の経路を示す。測定光の照射を行う場合、制御手段２８は光源１３に光トリガ信号を出力し、光源１３から測定光を出力させる。光源１３から出力された測定光は、図６中に破線で示すように、バンドルファイバなどを通じて光出射部１０２に入射し、光出射部１０２から被検体に照射される。測定光の照射を行う場合、プローブ１１において電気的な信号の送受信は発生しないため、発熱抑制の観点から、プリアンプ１０３における増幅動作を停止させることが望ましい。制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第３の動作モードを指示することにより、プリアンプ１０３における増幅動作を停止させる。

図７は、光音響波を検出する場合の検出信号の信号経路を示す。光音響波を検出する場合、制御手段２８は、送受信切替スイッチ１０６により、音響波検出器１０１とプリアンプ１０３とを接続させる。音響波検出器１０１が出力する光音響波の検出信号（受信信号）は、図７中に破線で示すように、送受信切替スイッチ１０６及びプリアンプ１０３を経て、受信回路２１に入力される。光音響波を検出する場合、制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第１の動作モードを指示し、プリアンプ１０３を低ノイズ状態で動作させる。光音響波の検出信号は、プリアンプ１０３において低ノイズで増幅された後、受信回路２１によって受信される。

なお、超音波の送信、反射超音波の検出、測定光の照射、及び光音響波の検出の何れも実施していない待機時は、発熱抑制の観点から、測定光を照射する場合と同様に、プリアンプ１０３の動作モードを第３の動作モードとし、プリアンプ１０３における増幅動作を停止することが好ましい。

図８は、プリアンプ１０３の動作モードとプリアンプ１０３に対する制御信号、ノイズ、及び消費電力との対応関係を示す。制御手段２８は、例えば増幅停止制御を示す信号（以下、増幅停止制御信号とも呼ぶ）により、プリアンプ１０３の作動と停止を制御する。また、制御手段２８は、例えばノイズ制御を示す信号（以下、ノイズ制御信号とも呼ぶ）により、プリアンプ１０３における消費電力及びノイズ性能を制御する。

プリアンプ１０３のモード切替部は、例えば増幅停止制御信号の信号レベルがＨｉｇｈであれば、プリアンプ１０３におけるアンプ本体部３０１（図３を参照）の動作を停止させる。言い換えれば、モード切替部は、プリアンプ１０３の動作モードを第３の動作モードとする。モード切替部は、増幅停止制御信号の信号レベルがＬｏｗであればアンプ本体部３０１を作動させる。モード切替部は、増幅停止制御信号の信号レベルがＬｏｗの場合、ノイズ制御信号の信号レベルに応じて第１の動作モードと第２の動作モードとを切り替える。モード切替部は、ノイズ制御信号の信号レベルがＬｏｗの場合はプリアンプ１０３の動作モードを第１の動作モードとし、ノイズ制御信号の信号レベルがＨｉｇｈの場合はプリアンプ１０３の動作モードを第２の動作モードとする。

プリアンプ１０３が第１の動作モードで動作する場合、例えばプリアンプ１０３において増幅段のトランジスタに供給される電流の電流値が大きく、プリアンプ１０３の消費電力は第２の動作モードで動作する場合の消費電力よりも高くなる（消費電力「大」）。一方で、供給電流の電流値が大きいため、微弱な検出信号に対して低ノイズで信号増幅を実施できる（ノイズ「小」）。プリアンプ１０３が第２の動作モードで動作する場合、例えばプリアンプ１０３において増幅段のトランジスタに供給される電流の電流値が小さく、プリアンプ１０３の消費電力は低い（消費電力「小」）。一方で、供給電流の電流値が小さいため、増幅された検出信号に比較的ノイズが多く混入する（ノイズ「大」）。プリアンプ１０３の動作モードが第３の動作モードである場合は、増幅動作そのものが停止されるため、消費電力は最も少なくなる（消費電力「極小」）。

第１の動作モードは、消費電力は大きいものの、微弱な検出信号に対して低ノイズ化を実現できるモードである。以下では、第１の動作モードを低ノイズモードとも呼ぶ。第２の動作モードは、ノイズは比較的多いものの、消費電力が低いモードである。以下では、第２の動作モードを低消費電力モードとも呼ぶ。第３の動作モードは、増幅動作を停止して消費電力を最少化できるモードである。以下では、第３の動作モードを停止モードとも呼ぶ。

光音響波が検出される場合、プリアンプ１０３は低ノイズモードで動作する。この動作モードは消費電力が大きく、従って発熱量も大きいが、微弱な光音響信号に対してノイズ低減の効果がある。反射超音波が検出される場合、プリアンプ１０３は低消費電力モードで動作する。この動作モードでは低ノイズモードと比べてノイズ性能は落ちるものの、消費電力が低く抑えられ、従って発熱量が少なくて済む。一般に、反射超音波の検出信号は光音響波の信号レベルよりも信号強度が強いため、ノイズ性能が多少低くても問題がない。光音響波及び反射超音波の何れも検出されない場合、プリアンプ１０３を停止モードとすることで、最も発熱量が少ない状態とすることができる。

なお、上記では、プリアンプ１０３が増幅動作を行う動作モードとして、低ノイズモードと低消費電力モードとの２つを考えたが、増幅動作を行う動作モードの数は２つには限定されない。例えば、第１の動作モードの消費電力と第２の動作モードの消費電力との間の消費電力で検出信号を増幅する第３の動作モード（中間モード）を設け、反射音響波が検出される場合に、プリアンプ１０３の動作モードを中間モードにしてもよい。その場合、プリアンプ１０３の消費電力及びノイズ性能は、低消費電力モードと低ノイズモードとの中間になる。

続いて動作手順を説明する。図９は、光音響計測装置１０の動作手順を示す。制御手段２８は、待機時はプリアンプ１０３に送信する増幅停止制御信号の信号レベルをＨｉｇｈとし、プリアンプ１０３の増幅動作を停止させている（ステップＳ１）。超音波を送信する場合、制御手段２８は、送受信切替スイッチ１０６により、音響波検出器１０１と送信回路２９とを接続させる（ステップＳ２）。送信回路２９は送信信号を出力し、音響波検出器１０１は送受信切替スイッチ１０６を介して送信信号を受信し、被検体に対して超音波の送信を実施する（ステップＳ３）。

制御手段２８は、超音波の送信が終了すると、送受信切替スイッチ１０６により、音響波検出器１０１とプリアンプ１０３とを接続させる（ステップＳ４）。また、制御手段２８は、プリアンプ１０３に送信する増幅停止制御信号の信号レベルをＬｏｗにし、かつノイズ制御信号の信号レベルをＨｉｇｈにすることで、プリアンプ１０３の動作モードを低消費電力モードとする（ステップＳ５）。つまり、プリアンプ１０３における増幅動作を作動状態とし、かつプリアンプ１０３を低消費電力状態で動作させる。音響波検出器１０１は、ステップＳ３で送信された超音波に対する反射超音波を検出する。受信回路２１は、プリアンプ１０３により増幅された反射超音波の検出信号を受信する（ステップＳ６）。

制御手段２８は、反射超音波の受信が終了すると、プリアンプ１０３に送信する増幅制御信号の信号レベルをＨｉｇｈに変化させ、プリアンプ１０３の動作モードを停止モードにする（ステップＳ７）。制御手段２８は、光源１３に光トリガ信号を出力し、光源１３から測定光を出力させる（ステップＳ８）。光源１３から出力された測定光は、光出射部１０２から被検体に照射される。

制御手段２８は、プリアンプ１０３に送信する増幅停止制御信号の信号レベルをＬｏｗにし、かつノイズ制御信号の信号レベルをＬｏｗにすることで、プリアンプ１０３の動作モードを低ノイズモードにする（ステップＳ９）。つまり、プリアンプ１０３における増幅動作を作動状態とし、かつプリアンプ１０３を低ノイズ状態で動作させる。音響波検出器１０１は、被検体内の光吸収体がステップＳ８で出力された測定光を吸収することで発生した光音響波を検出する。受信回路２１は、プリアンプ１０３により増幅された光音響波の検出信号を受信する（ステップＳ１０）。制御手段２８は、光音響波の受信が終了すると、プリアンプ１０３に送信する増幅停止制御信号の信号レベルをＨｉｇｈにすることにより、プリアンプ１０３の動作モードを停止モードにする（ステップＳ１１）。

超音波ユニット１２（図１を参照）は、受信回路２１により受信した反射超音波の検出信号及び光音響波の検出信号に対して信号処理を実施する（ステップＳ１２）。超音波ユニット１２は、例えばステップＳ１２では、光音響画像生成手段２４により光音響画像を生成する。また、超音波画像生成手段２５により超音波画像を生成する。生成された光音響画像及び超音波画像は、画像表示手段１４に例えば重ねて又は並べて表示される。信号処理は画像生成には限定されず、画像生成とは異なる処理であってもよい。

図１０は、一連の計測とプリアンプ１０３の動作状況とを示す。超音波計測は超音波の送信と反射超音波の受信とを含み、光音響計測は測定光の出射と光音響波の検出（受信）とを含む。なお、図１０では、超音波計測を実施した後に光音響計測を実施することとしているが、これらの順序は特に問わない。複数回の超音波計測に対して１回の光音響計測を実施することも可能である。

超音波計測において超音波の送信を行う期間をＴ１とし、反射超音波の受信を行う期間をＴ２とする。また、光音響計測において測定光の出射を行う期間をＴ４とし、光音響波の検出を行う期間をＴ５とする。超音波計測と光音響計測との間、及び光音響計測の後ろには待機の期間が設けられる。それら待機の期間をそれぞれ期間Ｔ３及びＴ６とする。制御手段２８は、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４及びＴ６では、プリアンプ１０３の動作モードを停止モードとする。制御手段２８は、反射超音波の検出を実施している期間Ｔ２はプリアンプの動作モードを低消費電力モードとし、光音響波の検出を実施している期間Ｔ５ではプリアンプ１０３の動作モードを低ノイズモードとする。

比較例として、特許文献２と同様に、音響波検出器１０１にて音響波が検出される期間にのみプリアンプ１０３を動作させることを考える。この場合、反射超音波が検出されている期間Ｔ２と、光音響波が検出されている期間Ｔ５との双方において、同じ消費電力で検出信号が増幅される。プリアンプ１０３における消費電力が高ければ、光音響信号のＳＮ比の向上が期待できるものの、発熱量が多くなる。一方で、プリアンプ１０３における消費電力が低い場合は発熱を抑えることはできるものの、微弱な光音響波の検出信号のＳＮ比が低くなる。前述したように、反射超音波は光音響波に比べて強度が高く、その検出信号を光音響波の検出信号とノイズ性能で増幅したとしても、ＳＮ比向上に対するメリットが小さいことが少なくない。本実施形態では、反射超音波が検出されている期間は、ノイズ性能に劣るものの消費電力が低消費電力状態で検出信号の増幅を行うため、比較例に比べてプリアンプ１０３の発熱を抑制する効果が高く、プローブ１１の表面温度の上昇を更に抑制することができる。

特許文献３との比較では、特許文献３は、超音波の送信時のプリアンプの発熱を考慮していない。本実施形態では、測定光の照射時及び超音波の送信時にプリアンプ１０３における増幅動作を停止するため、特許文献３と比較して、プリアンプ１０３の発熱を抑制する効果が高い。

本実施形態では、音響波検出器１０１にて光音響波が検出される場合は、プリアンプ１０３を作動状態とし、かつプリアンプをノイズ性能が高い低ノイズ状態で動作させる。また、音響波検出器１０１にて反射超音波が検出される場合は、プリアンプ１０３を作動状態とし、かつプリアンプを消費電力が低い低消費電力状態で動作させる。本実施形態では、光音響波が検出されている場合はプリアンプ１０３により光音響波の検出信号が比較的ノイズ性能が高い状態で増幅され、反射超音波が検出されている場合は反射超音波の検出信号が比較的消費電力が低い状態で増幅される。一般に、プリアンプ１０３の発熱量は、消費電力が高いほど多い。本実施形態では、反射超音波の検出時はプリアンプ１０３の発熱を、光音響波の検出時のプリアンプ１０３の発熱よりも抑えているため、プリアンプ１０３を有するプローブ１１における発熱の更なる抑制が可能である。

ここで、プローブ１１は光音響計測用のプローブではあるものの、プローブ１１は常に光音響計測を含む計測に用いられるとは限られず、プローブ１１を用いて超音波計測のみを実施する場合もあり得る。本実施形態は、光音響計測用のプローブ１１を用いて、超音波Ｂモードなどの、反射超音波の検出信号の信号強度が十分に大きくプリアンプ１０３によるＳＮ比の改善があまり期待できない撮像にも有効である。許容最大発熱量に対し、プリアンプ１０３において反射超音波の検出信号が検出される場合のプリアンプ１０３の消費電力を低くしたことにより抑制できる発熱量（発熱低減分）だけプローブ１１の発熱量に余裕ができることから、超音波送信時の送信電圧を増加させて、超音波送信時の音響波検出器１０１の発熱量を発熱低減分だけ増やすことができる。送信電圧を増加させることで、よりＳＮ比の高い超音波画像を得ることができる。

また、本実施形態は、光音響計測用のプローブ１１を用いて、ドップラーモードなどのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）が高い撮像を行う際にも有効である。プリアンプ１０３において反射超音波の検出信号が増幅される場合のプリアンプ１０３の消費電力を低くしたことにより抑制できる発熱量（発熱低減分）を、超音波送信時の音響波検出器１０１の発熱上昇に振り分けることで、高いＰＲＦでの撮像が可能となる。光音響計測用のプローブであっても、光音響画像、或いは光音響画像と超音波画像との重畳画像の撮像だけなく、その他の超音波画像の撮像にも用いられることがあるため、本実施形態は非常に有効である。

次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図１１は、本発明の第２実施形態に係る光音響計測装置のプローブの構成を示す。本実施形態の光音響計測装置の全体的な構成は、図１に示す第１実施形態に係る光音響計測装置１０の構成と同様でよい。本実施形態で用いられるプローブ１１ａでは、プリアンプ１０３の動作モードは、外部の電源回路３０から供給される電源によって制御される。より詳細には、その他の点は、第１実施形態と同様でよい。

電源回路３０は、電流源であり、プリアンプ１０３に対して電源供給を行う。電源回路３０は超音波ユニット１２（図１を参照）の内部に設けられていてもよいし、超音波ユニット１２の外部に設けられていてもよい。電源回路３０が供給する電流の大きさは、複数の電流値の間で切り替え可能である。本実施形態において、プリアンプ１０３は、例えば電流帰還形の増幅器として構成されており、供給電流の大きさに依存した消費電力及びノイズ性能で検出信号を増幅する。電源回路３０は、プリアンプ１０３に対する電源供給を停止することもできる。プリアンプ１０３は、電源供給がない場合（供給電流が０Ａの場合）、増幅動作を停止する。

電源回路３０は、プリアンプ１０３に供給する電流の大きさを、第１の電流値と、第１の電流値よりも小さい第２の電流値との間で切り替える。電源回路３０は、例えば２ｍＡの電流と３ｍＡの電流とを、プリアンプ１０３（特にアンプ本体部３０１）に対して切り替えて供給する。第１の電流値と第２の電流値は、例えばプリアンプ１０３の規格で定められている動作可能電流範囲の中から選択される。プリアンプ１０３のノイズ性能及び消費電力は、供給電流に応じて変化する。プリアンプ１０３のノイズ性能は、アンプ本体部３０１への供給電流が大きいほど高く、プリアンプ１０３の消費電力は、アンプ本体部３０１への供給電流が大きい高くなる。

制御手段２８は、電源回路３０がプリアンプ１０３へ供給する電流の大きさを制御される。制御手段２８は、プリアンプ１０３への供給電流の大きさを制御することで、プリアンプ１０３の動作モードを切り替える。制御手段２８は、光音響波が検出される場合は、電源回路３０から第１の電流値の電流をプリアンプ１０３に供給させることにより、プリアンプ１０３の動作モードを第１の動作モードとする。制御手段２８は、反射超音波が検出される場合は、電源回路３０から第２の電流値の電流をプリアンプ１０３に供給させることにより、プリアンプ１０３の動作モードを第２の動作モードとする。制御手段２８は、測定光の照射及び超音波の送信が実施される場合は、電源回路３０からプリアンプ１０３に供給される電流を０Ａにすることにより、プリアンプ１０３の動作モードを第３の動作モードとする。

図１２は、プリアンプ１０３の動作モードとプリアンプ１０３への供給電流、ノイズ、及び消費電力との対応関係を示す。プリアンプ１０３に対して電源回路３０から３ｍＡの電流が供給されている場合、プリアンプ１０３の消費電力は、電源回路３０から２ｍＡの電流が供給されている場合に比べて高い（消費電力「大」）。一方で、プリアンプ１０３に対して電源回路３０から３ｍＡの電流が供給されている場合、プリアンプ１０３において例えば比較的大きなバイアス電流が流れることなどによってノイズ性能が比較的高くなり、微弱な検出信号に対して低ノイズで信号増幅を実施できる（ノイズ「小」）。プリアンプ１０３への供給電流が３ｍＡの場合、プリアンプ１０３は低ノイズモードで動作する。

プリアンプ１０３に対して電源回路３０から２ｍＡの電流が供給されている場合、例えばプリアンプ１０３におけるバイアス電流が比較的小さくなることなどによってノイズ性能が比較的低くなり、増幅された検出信号に比較的ノイズが多く混入する（ノイズ「大」）。一方で、プリアンプ１０３に対して電源回路３０から２ｍＡが供給されている場合、プリアンプ１０３の消費電力は、電源回路３０から３ｍＡの電流が供給されている場合に比べて低くなる（消費電力「小」）。プリアンプ１０３への供給電圧が２ｍＡの場合、プリアンプ１０３は低消費電力モードで動作する。プリアンプ１０３への供給電流が０Ａの場合は、増幅動作そのものが停止されるため、消費電力は最も少なくなる（消費電力「極小」）。プリアンプ１０３への供給電流が０Ａの場合、プリアンプ１０３の動作モードは停止モードとなる。

本実施形態では、外部からプリアンプ１０３へ供給する電流を制御する。本実施形態では、プリアンプ１０３に外部から供給する電流を制御することで、プリアンプ１０３の動作モードを低ノイズモードと低消費電力モードとの間で切り替えているため、プリアンプ１０３自体が動作モードを切り替えるための機構を備えている必要はない。本実施形態においても、光音響波が検出される場合はプリアンプ１０３への供給電流を比較的大きな電流にしてプリアンプ１０３を低ノイズモードで動作させ、反射超音波が検出される場合はプリアンプ１０３への供給電流を比較的小さな電流にしてプリアンプ１０３を低消費電力モードで動作させることで、第１実施形態と同様な効果が得られる。

続いて、本発明の第３実施形態を説明する。図１３は、本発明の第３実施形態に係る光音響計測装置のプローブの構成を示す。本実施形態の光音響計測装置の全体的な構成は、図１に示す第１実施形態に係る光音響計測装置１０の構成と同様でよい。本実施形態で用いられるプローブ１１ｂは、音響波検出器１０１、光出射部１０２、プリアンプ１０３、バイパス部１０４、第１の経路切替スイッチ１１１、及び第２の経路切替スイッチ１１２を有する。音響波検出器１０１、光出射部１０２、及びプリアンプ１０３は、図２に示す第１実施形態で用いられたプローブ１１におけるそれら要素と同様でよい。

第１実施形態では、図２に示すように、受信回路２１及び送信回路２９はそれぞれ個別の配線によりプローブ１１と接続されていたのに対し、本実施形態では、受信回路２１及び送信回路２９は共通の配線を通じてプローブ１１ｂと接続される。本実施形態では、受信回路２１と送信回路２９とが共通の配線を通じて送信信号の送信及び検出信号の受信を行うため、個別の配線を用いる場合に比べて、プローブ１１ｂと超音波ユニット１２（図１を参照）とを接続する配線の数を減らすことができる。本実施形態においては、例えば受信回路２１の入力側に、送信回路２９が出力する送信信号が回り込むのを防ぐ保護回路などを設けるとよい。

第１の経路切替スイッチ１１１は、受信回路２１と送信回路２９に共通の配線の接続先をバイパス部１０４とプリアンプ１０３（その出力ノード）との間で切り替える。第２の経路切替スイッチ１１２は、音響波検出器１０１の接続先を、プリアンプ１０３（その入力ノード）とバイパス部１０４との間で切り替える。バイパス部１０４は、第１の経路切替スイッチ１１１と第２の経路切替スイッチ１１２との間を接続する。バイパス部１０４は、送信信号をプリアンプ１０３を通さずに音響波検出器１０１に入力させるためのものである。バイパス部１０４は、例えば第１の経路切替スイッチ１１１と第２の経路切替スイッチ１１２との間を接続する配線である。バイパス部１０４は、単なる配線には限らず、バイパス部を通過する信号に対してインピーダンスが低い何らかの素子、例えばダイオードなどの素子を含んでいてもよい。

制御手段２８は、プリアンプ１０３、第１の経路切替スイッチ１１１、及び第２の経路切替スイッチ１１２を制御する。プリアンプ１０３の制御は第１実施形態におけるものと同様でよい。すなわち、制御手段２８は、光音響波が検出される場合はプリアンプ１０３を低ノイズモードで動作させ、反射超音波が検出される場合はプリアンプ１０３を低消費電力モードで動作させ、測定光の照射及び超音波の送信が実施される場合はプリアンプ１０３における増幅を停止させるものであってよい。あるいは、第２実施形態と同様に、外部の電源回路２０（図１１を参照）からプリアンプ１０３に供給される電流の大きさを制御することにより、プリアンプ１０３の動作モードを制御することとしてもよい。

制御手段２８は、光音響波及び反射超音波を検出する場合は、第１の経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とプリアンプ１０３とを接続させる。また、制御手段２８は、光音響波及び反射超音波を検出する場合は、第２の経路切替スイッチ１１２により音響波検出器１０１とプリアンプ１０３とを接続させる。このようにすることで、音響波検出器１０１から出力された検出信号は、プリアンプ１０３により増幅された後に、受信回路２１へ入力される。

制御手段２８は、超音波を送信する場合は、第１の経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とバイパス部１０４とを接続させる。また、制御手段２８は、超音波を送信する場合及び反射超音波を検出する場合は、第２の経路切替スイッチ１１２により音響波検出器１０１とバイパス部１０４とを接続させる。このようにすることで、超音波を送信する場合に、送信回路２９から送信された送信信号は、バイパス部１０４を通って音響波検出器１０１に入力される。

図１４は、超音波を送信する場合の送信信号の信号経路を示す。超音波を送信する場合、制御手段２８は、第１の経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とバイパス部１０４とを接続させ、第２の経路切替スイッチ１１２により音響波検出器１０１とバイパス部１０４とを接続させる。送信回路２９が送信した送信信号は、図１４中に破線で示すように、第１の経路切替スイッチ１１１、バイパス部１０４、及び第２の経路切替スイッチ１１２を経て、音響波検出器１０１に入力される。第１の経路切替スイッチ１１１が受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線の接続先をバイパス部１０４とし、第２の経路切替スイッチ１１２が音響波検出器１０１の接続先をバイパス部１０４としているため、送信回路２９が送信した送信信号は、プリアンプ１０３へは入力されない。超音波を送信する場合、制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第３の動作モードを指示することにより、プリアンプ１０３における増幅動作を停止させる。したがって、超音波を送信している期間はプリアンプ１０３による発熱が抑えられている。

図１５は、反射超音波を検出する場合の検出信号の信号経路を示す。反射超音波を検出する場合、制御手段２８は、第１の経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とプリアンプ１０３とを接続させ、第２の経路切替スイッチ１１２により音響波検出器１０１とプリアンプ１０３とを接続させる。音響波検出器１０１が出力する反射超音波の検出信号（受信信号）は、図１５中に破線で示すように、第２の経路切替スイッチ１１２、プリアンプ１０３、及び第１の経路切替スイッチ１１１を通る経路を経て、受信回路２１に入力される。反射超音波を検出する場合、制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第２の動作モードを指示し、プリアンプ１０３におけるノイズ性能を比較的低くして消費電力を比較的低くする。反射超音波の検出信号は、プリアンプ１０３において増幅された後、受信回路２１によって受信される。

図１６は、測定光の照射を行う場合の測定光の経路を示す。測定光の照射を行う場合、制御手段２８は光源１３に光トリガ信号を出力し、光源１３から測定光を出力させる。光源１３から出力された測定光は、図１６中に破線で示すように、バンドルファイバなどを通じて光出射部１０２に入射し、光出射部１０２から被検体に照射される。測定光の照射を行う場合、プローブ１１において電気的な信号の送受信は発生しないため、発熱抑制の観点から、プリアンプ１０３における増幅動作を停止させることが望ましい。制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第３の動作モードを指示することにより、プリアンプ１０３における増幅動作を停止させる。

図１７は、光音響波を検出する場合の検出信号の信号経路を示す。光音響波を検出する場合、制御手段２８は、第１の経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とプリアンプ１０３とを接続させ、第２の経路切替スイッチ１１２により音響波検出器１０１とプリアンプ１０３とを接続させる。音響波検出器１０１が出力する光音響波の検出信号（受信信号）は、図１７に破線で示すように、第２の経路切替スイッチ１１２、プリアンプ１０３、及び第１の経路切替スイッチ１１１を通る経路を経て、受信回路２１に入力される。光音響波を検出する場合、制御手段２８は、例えばプリアンプ１０３のモード切替部に第１の動作モードを指示し、プリアンプ１０３におけるノイズ性能を比較的高くする。光音響波の検出信号は、プリアンプ１０３において増幅された後、受信回路２１によって受信される。

なお、超音波の送信、反射超音波の検出、測定光の照射、及び光音響波の検出の何れも実施していない待機時は、測定光を照射する場合と同様に、発熱抑制の観点からプリアンプ１０３における増幅動作を停止することが好ましい。

本実施形態では、送受信切替スイッチ１０６（図２を参照）に代えて、第１の経路切替スイッチ１１１及び第２の経路切替スイッチ１１２が用いられる。光音響波及び反射超音波を検出する場合は、第１の経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とプリアンプ１０３とを接続させ、第２の経路切替スイッチ１１２により音響波検出器１０１とプリアンプ１０３とを接続させることにより、光音響波の検出信号を、プリアンプ１０３を通る経路で受信できる。また、超音波を送信する場合は、第１の経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とバイパス部１０４とを接続させ、かつ第２の経路切替スイッチ１１２により音響波検出器１０１とバイパス部１０４とを接続させることにより、超音波の送信信号を、バイパス部１０４を通る経路で送信することができる。本実施形態の構成においても、第１実施形態と同等に、プリアンプ１０３を有するプローブ１１における発熱の更なる抑制が可能である。その他の効果も、第１実施形態と同様である。

なお、第３実施形態においては、プリアンプ１０３の入力側と出力側の双方に経路切替スイッチが配置されることとしたが、経路切替スイッチは少なくともプリアンプ１０３の出力側に配置されていればよく、プリアンプ１０３の入力側の経路切替スイッチ（第２の経路切替スイッチ１１２）は省略してもよい。図１８は、第３実施形態の変形例のプローブを示す。変形例のプローブは、第２の経路切替スイッチ１１２（図１７を参照）が、音響波検出器１０１の検出信号を分岐する信号分岐ノードＮに置き換わった構成である。

変形例のプローブ１１ｃにおいて、信号分岐ノードＮは、音響波検出器１０１とプリアンプ１０３の入力ノードとの間に設けられている。バイパス部１０４は、その信号分岐ノードＮと第１の経路切替スイッチ（以下、単に経路切替スイッチとも呼ぶ）１１１との間に配置されている。経路切替スイッチ１１１が受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とバイパス部１０４とを接続すると、その共通の配線はバイパス部１０４を介して音響波検出器１０１と接続される。経路切替スイッチ１１１が受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とプリアンプ１０３とを接続すると、その共通の配線はプリアンプ１０３を介して音響波検出器１０１と接続される。

制御手段２８が、光音響波及び反射超音波を検出する場合に、経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とプリアンプ１０３とを接続させる点は、第３実施形態と同様である。その場合、音響波検出器１０１が出力する光音響波及び反射超音波の検出信号（受信信号）は、信号分岐ノードＮ、プリアンプ１０３、及び経路切替スイッチ１１１を通る経路を経て、受信回路２１に入力される。音響波検出器１０１が出力する光音響波及び反射超音波の検出信号はバイパス部１０４にも伝わるが、経路切替スイッチ１１１が受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とプリアンプ１０３とを接続しているため、バイパス部１０４を経由した信号が受信回路２１で受信されることはない。

制御手段２８が、超音波を送信する場合に、経路切替スイッチ１１１により受信回路２１と送信回路２９とに共通の配線とバイパス部１０４とを接続させる点も、第３実施形態と同様である。超音波を送信する場合、送信回路２９が送信する送信信号は、経路切替スイッチ１１１、バイパス部１０４、及び信号分岐ノードＮを経て、音響波検出器１０１に入力される。超音波を送信する場合、図１８に示す変形例では、プリアンプ１０３の入力ノードは常に音響波検出器１０１と接続されるため、超音波の送信時に、送信信号がプリアンプ１０３に入力される。プリアンプ１０３に送信信号が入力されることによる問題を防止するために、プリアンプ１０３の入力ノードの前段に、プリアンプ１０３を送信信号から保護する保護回路を設けるとよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響計測装置及び方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

１０：光音響計測装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：光源
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：受信メモリ
２３：データ分離手段
２４：光音響画像生成手段
２５：超音波画像生成手段
２６：画像出力手段
２８：制御手段
２９：送信回路
１０１：音響波検出器
１０２：光出射部
１０３：プリアンプ
１０４：バイパス部
１０５：バイパススイッチ
１０６：送受信切替スイッチ
１１１、１１２：経路切替スイッチ
３０１：アンプ本体部
３０２：周辺回路
３５０：電源回路

Claims (13)

1. 被検体内の光吸収体が被検体に向けて出射された測定光を吸収することで発生した光音響波、及び被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を検出して検出信号を出力する音響波検出器と、前記音響波検出器が出力する検出信号を増幅するプリアンプとを有するプローブと、
   前記検出信号を受信する信号受信回路と、
   前記プリアンプの動作モードを、前記検出信号を増幅する第１の動作モード、前記検出信号を前記第１の動作モードと同じ増幅率で、かつ前記第１の動作モードよりも低消費電力で増幅する第２の動作モード、又は、前記プリアンプにおける前記検出信号の増幅を停止する第３の動作モードに設定する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記音響波検出器にて前記光音響波が検出される場合は前記動作モードを前記第１の動作モードとし、前記音響波検出器にて前記反射音響波が検出される場合は前記動作モードを前記第２の動作モードとし、前記測定光の出射及び前記音響波の送信が実施される場合は前記動作モードを第３の動作モードとする光音響計測装置。
2. 前記制御手段は、前記音響波検出器にて前記光音響波及び前記反射音響波の何れも検出されず、かつ前記測定光の出射及び前記音響波の送信の何れも実施されない場合は、前記動作モードを前記第３の動作モードとする請求項１に記載の光音響計測装置。
3. 前記プリアンプは前記検出信号を増幅して出力するアンプ本体部を含み、
   前記制御手段は、少なくとも前記アンプ本体部に対する電源供給を停止することにより前記動作モードを前記第３の動作モードとする請求項１又は２に記載の光音響計測装置。
4. 前記プリアンプは、前記動作モードを前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとの間で切り替えるモード切替部を含み、
   前記制御手段は、前記モード切替部に前記第１の動作モードの選択を指示することにより前記動作モードを前記第１の動作モードとし、前記モード切替部に第２の動作モードの選択を指示することにより前記動作モードを前記第２の動作モードとする請求項１から３何れか１項に記載の光音響計測装置。
5. 前記プリアンプは、前記動作モードを前記第１の動作モードから前記第３の動作モードの間で切り替えるモード切替部を含み、
   前記制御手段は、前記モード切替部に前記第１の動作モードの選択を指示することにより前記動作モードを前記第１の動作モードとし、前記モード切替部に第２の動作モードの選択を指示することにより前記動作モードを前記第２の動作モードとし、前記モード切替部に前記第３の動作モードの選択を指示することにより前記動作モードを前記第３の動作モードとする請求項１又は２に記載の光音響計測装置。
6. 前記プリアンプは、該プリアンプへの供給電流の大きさに依存して消費電力が変化するものであり、
   前記制御手段は、前記プリアンプへ供給する電流の電流値を制御することにより、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとの間で前記動作モードを切り替える請求項１から３何れか１項に記載の光音響計測装置。
7. 前記制御手段は、前記電流値を第１の電流値とすることで前記動作モードを前記第１の動作モードとし、前記電流値を第１の電流値よりも少ない第２の電流値とすることで前記動作モードを前記第２の動作モードとする請求項６に記載の光音響計測装置。
8. 前記被検体に対する音響波の送信を行う音響波送信器と、
   前記音響波送信器に、該音響波検出器から音響波を送信させるための送信信号を出力する送信回路とを更に有し、
   前記音響波検出器は前記音響波送信器を兼ねる請求項１から７何れか１項に記載の光音響計測装置。
9. 前記プローブは、前記音響波検出器の接続先を、前記プリアンプと前記送信回路との間で選択的に切り替える送受信切替スイッチを更に有し、
   前記制御手段は更に前記送受信切替スイッチを制御し、前記光音響波及び前記反射音響が検出される場合は前記音響波検出器の接続先を前記プリアンプの入力ノードとし、前記音響波の送信が行われる場合は前記音響波検出器の接続先を前記送信回路の出力ノードとする請求項８に記載の光音響計測装置。
10. 前記送信回路及び前記信号受信回路は共通の配線を通じて前記プローブと接続されており、
    前記プローブは、前記送信信号を前記プリアンプを通さずに前記音響波検出器に入力させるためのバイパス部と、前記共通の配線の接続先を前記バイパス部と前記プリアンプとの間で切り替える第１の経路切替スイッチとを更に有し、
    前記制御手段は更に前記第１の経路切替スイッチを制御し、前記光音響波及び前記反射音響が検出される場合は前記第１の経路切替スイッチにより前記共通の配線と前記プリアンプを接続させ、前記音響波の送信が行われる場合は前記第１の経路切替スイッチにより前記共通の配線と前記バイパス部とを接続させる請求項８に記載の光音響計測装置。
11. 前記プローブは、前記音響波検出器の接続先を、前記プリアンプと前記バイパス部との間で選択的に切り替える第２の経路切替スイッチを更に有し、
    前記制御手段は更に前記第２の経路切替スイッチを制御し、前記光音響波及び前記反射音響が検出される場合は前記第２の経路切替スイッチにより前記音響波検出器と前記プリアンプとを接続させ、前記音響波の送信が行われる場合は前記第２の経路切替スイッチにより前記音響波検出器と前記バイパス部とを接続させる請求項１０に記載の光音響計測装置。
12. 前記プローブは前記測定光を前記被検体に向けて出射する光出射部を更に有する請求項１から１１何れか１項に記載の光音響計測装置。
13. 被検体内の光吸収体が被検体に向けて出射された測定光を吸収することで発生した光音響波、及び被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を検出して検出信号を出力する音響波検出器と、前記音響波検出器が出力する検出信号を増幅するプリアンプとを有するプローブを用いた光音響計測方法であって、
    前記光音響波を検出する場合は、前記プリアンプを検出信号を増幅する第１の動作モードで動作させ、
    前記反射音響波を検出する場合は、前記プリアンプを、前記検出信号を前記第１の動作モードと同じ増幅率で、かつ前記第１の動作モードよりも低消費電力で増幅する第２の動作モードで動作させ、
    前記測定光の出射及び前記音響波の送信を実施する場合は、前記プリアンプを前記検出信号の増幅を停止する第３の動作モードで動作させる光音響計測方法。