JP2019033800A - Photoacoustic probe, light source substrate, and photoacoustic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光音響効果を利用して被検体の情報を取得する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for acquiring information on a subject using a photoacoustic effect.
近年、医療分野において、被検体内の構造情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための研究が進められている。このような技術の一つとして、近年、光音響トモグラフィ(PAT:Photoacoustic Tomography)が提案されている。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波(典型的には超音波)が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。PATでは、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。
In recent years, in the medical field, research for imaging structural information in a subject and physiological information, that is, functional information has been advanced. Recently, photoacoustic tomography (PAT) has been proposed as one of such techniques.
When light such as laser light is irradiated on a living body that is a subject, an acoustic wave (typically, an ultrasonic wave) is generated when the light is absorbed by a living tissue in the subject. This phenomenon is called a photoacoustic effect, and an acoustic wave generated by the photoacoustic effect is called a photoacoustic wave. Since tissues constituting the subject have different optical energy absorption rates, the sound pressures of the generated photoacoustic waves are also different. In PAT, the generated photoacoustic wave is received by a probe, and the received signal is mathematically analyzed, whereby characteristic information in the subject can be acquired.
光音響トモグラフィを利用した装置においては、被検体に照射する光を発生させる光源が必要となる。これに関連する発明として、例えば、特許文献1には、プリント基板に半導体発光素子を複数実装し、反対側の面に放熱機構を設けた光源が開示されている。 In an apparatus using photoacoustic tomography, a light source that generates light to be irradiated on a subject is required. As an invention related to this, for example, Patent Document 1 discloses a light source in which a plurality of semiconductor light emitting elements are mounted on a printed circuit board and a heat dissipation mechanism is provided on the opposite surface.
特許文献1に記載された光源のように、半導体発光素子と放熱機構が近接している場合、キャパシタが形成され、容量結合が発生してしまう場合がある。一方、光音響装置においては、光源にパルス電圧が印加されるため、基板上の電位が高速で変動する。このような場合、エネルギーが放熱機構側へ漏出してしまい、所望のパルス波形が得られなくなるという問題が発生しうる。 When the semiconductor light emitting element and the heat dissipation mechanism are close to each other as in the light source described in Patent Document 1, a capacitor may be formed and capacitive coupling may occur. On the other hand, in the photoacoustic apparatus, since a pulse voltage is applied to the light source, the potential on the substrate fluctuates at high speed. In such a case, the energy leaks to the heat radiating mechanism side, which may cause a problem that a desired pulse waveform cannot be obtained.
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子を効率よく駆動させることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem of the prior art, and an object thereof is to efficiently drive a semiconductor light emitting element.
本発明に係る光音響プローブは、
光源基板と、前記光源基板から発せられた光により被検体から発生する音響波を受信して、電気信号に変換する探触子と、を有する光音響プローブであって、前記光源基板は、直列に接続された複数の半導体発光素子を含んで構成される発光素子群が第一の面に実装され、前記発光素子群の一端に接続されたリターン配線が、前記第一の面の反対にある第二の面に実装され、前記半導体発光素子の通電状態によらず、前記リターン配線の電位が一定であることを特徴とする。
The photoacoustic probe according to the present invention is:
A photoacoustic probe comprising: a light source substrate; and a probe that receives an acoustic wave generated from a subject by light emitted from the light source substrate and converts it into an electrical signal, wherein the light source substrate is connected in series. A light emitting element group including a plurality of semiconductor light emitting elements connected to the first surface is mounted on the first surface, and a return wiring connected to one end of the light emitting element group is opposite to the first surface Mounted on the second surface, the potential of the return wiring is constant regardless of the energization state of the semiconductor light emitting element.
また、本発明に係る光源基板は、
直列に接続された複数の半導体発光素子からなる発光素子群が第一の面に実装され、前記発光素子群の一端に接続されたリターン配線が、前記第一の面の反対にある第二の面に実装された光源基板であって、前記半導体発光素子の通電状態によらず、前記リターン配
線の電位が一定であることを特徴とする。
The light source substrate according to the present invention is
A second light emitting element group composed of a plurality of semiconductor light emitting elements connected in series is mounted on the first surface, and a return wiring connected to one end of the light emitting element group is opposite to the first surface. A light source substrate mounted on a surface, wherein the potential of the return wiring is constant regardless of the energized state of the semiconductor light emitting element.
本発明によれば、半導体発光素子を効率よく駆動させることができる。 According to the present invention, the semiconductor light emitting device can be driven efficiently.
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、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る。よって、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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. Therefore, the scope of the present invention is not intended to be limited to the following description.
本発明は、被検体から伝搬する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、光音響装置(被検体情報取得装置)またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法として捉えられる。 The present invention relates to a technique for detecting acoustic waves propagating from a subject, generating characteristic information inside the subject, and acquiring the characteristic information. Therefore, the present invention can be understood as a photoacoustic apparatus (subject information acquisition apparatus), a control method thereof, or an object information acquisition method.
本発明に係る光音響装置(被検体情報取得装置)は、被検体に光(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、被検体の特性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である。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。 The photoacoustic apparatus (subject information acquisition apparatus) according to the present invention receives acoustic waves generated in the subject by irradiating the subject with light (electromagnetic waves), and uses the characteristic information of the subject as image data. It is a device that uses the photoacoustic effect to be acquired. In this case, the characteristic information is characteristic value information corresponding to each of a plurality of positions in the subject, which is generated using a reception signal obtained by receiving a photoacoustic wave.
光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。
また、異なる複数波長の光によって発生する光音響波に基づいて、被検体を構成する物質の濃度といった分光情報が得られる。分光情報は、酸素飽和度、酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、またはデオキシヘモグロビン濃度であってもよい。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、または脂肪や水の体積分率であってもよい。
The characteristic information acquired by photoacoustic measurement is a value reflecting the absorption rate of light energy. For example, a generation source of an acoustic wave generated by light irradiation, an initial sound pressure in a subject, a light energy absorption density or absorption coefficient derived from the initial sound pressure, and a concentration of a substance constituting a tissue are included.
Further, based on photoacoustic waves generated by light having a plurality of different wavelengths, spectral information such as the concentration of a substance constituting the subject can be obtained. The spectroscopic information may be oxygen saturation, a value obtained by weighting the oxygen saturation with an intensity such as an absorption coefficient, a total hemoglobin concentration, an oxyhemoglobin concentration, or a deoxyhemoglobin concentration. Further, it may be glucose concentration, collagen concentration, melanin concentration, or volume fraction of fat or water.
被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。 A two-dimensional or three-dimensional characteristic information distribution is obtained based on the characteristic information of each position in the subject. The distribution data can be generated as image data. The characteristic information may be obtained not as numerical data but as distribution information of each position in the subject. That is, distribution information such as initial sound pressure distribution, energy absorption density distribution, absorption coefficient distribution, and oxygen saturation distribution.
本明細書における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、光音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載には、それらの弾性波の波長を限定する意図はない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。なお、本明細書において、光音響信号とは、アナログ信号とデジタル信号の双方を含む概念である。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。 The acoustic wave in this specification is typically an ultrasonic wave, and includes an elastic wave called a sound wave or a photoacoustic wave. An electric signal converted from an acoustic wave by a probe or the like is also called an acoustic signal. However, the description of ultrasonic waves or acoustic waves in this specification is not intended to limit the wavelength of those elastic waves. An acoustic wave generated by the photoacoustic effect is called a photoacoustic wave or an optical ultrasonic wave. An electrical signal derived from a photoacoustic wave is also called a photoacoustic signal. In this specification, the photoacoustic signal is a concept including both an analog signal and a digital signal. The distribution data is also called photoacoustic image data or reconstructed image data.
本発明は、複数の半導体発光素子から照射された光に起因して発生する光音響波を光音響信号に変換する光音響装置の光源部の実装方法に関する。特に、放熱を良好としながら、不要輻射の低減や、所望の駆動波形の実現が可能となる実装形を要旨とする発明である。 The present invention relates to a method for mounting a light source unit of a photoacoustic apparatus that converts photoacoustic waves generated due to light emitted from a plurality of semiconductor light emitting elements into photoacoustic signals. In particular, the invention is based on a mounting form that makes it possible to reduce unnecessary radiation and realize a desired drive waveform while improving heat dissipation.
(第一の実施形態)
<システム構成>
第一の実施形態に係る光音響装置は、被検体にパルス光を照射し、被検体内において発生した光音響波を受信することで被検体内の血管画像(構造画像)を生成する装置である。
以下、図1を参照して、第一の実施形態に係る光音響装置の構成を説明する。第一の実施形態に係る光音響装置は、プローブ180、信号収集部140、コンピュータ150、表示部160、入力部170を有して構成される。プローブ180は、光源部200、駆動部300、受信部120を含む。
(First embodiment)
<System configuration>
The photoacoustic apparatus according to the first embodiment is an apparatus that generates a blood vessel image (structure image) in a subject by irradiating the subject with pulsed light and receiving a photoacoustic wave generated in the subject. is there.
Hereinafter, the configuration of the photoacoustic apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The photoacoustic apparatus according to the first embodiment includes a
ここで、被検体に対する光音響計測の概要について説明する。
まず、駆動部300が、複数の半導体発光素子が実装された光源部200を制御してパルス光を発生させ、被検体に照射する。これにより、被検体100からは音響波が周期的に発生する。なお、信号のS/N比を向上するため、パルス光を複数回発光し、得られた信号を加算することが望ましい。
Here, an outline of photoacoustic measurement for the subject will be described.
First, the driving
受信部120は、被検体100から発生した光音響波を受信して、アナログの電気信号を出力する。そして、信号収集部140が、受信部120から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ150に出力する。
The receiving
コンピュータ150は、各々の発光において信号収集部140から出力されたデジタル信号を、光音響波に由来する電気信号として不図示の記憶部に記憶する。なお、S/N比向上のために、光パルスを複数回発光して得られた信号を加算平均してもよい。
また、コンピュータ150は、記憶部に記憶されたデジタル信号に対して画像再構成などの処理を行うことにより、光音響画像データを生成する。光音響画像データは、表示部160で表示される。
The
In addition, the
装置のユーザ(医師や技師等)は、表示部160に表示された光音響画像を確認することにより、診断を実施できる。表示画像は、ユーザやコンピュータ150からの保存指示に基づいて、コンピュータ150内のメモリや、光音響装置とネットワークで接続されたデータ管理システムなどに保存されてもよい。装置のユーザは、入力部170を介して装置に対する入力を行うことができる。
A user (physician, engineer, or the like) of the apparatus can make a diagnosis by checking the photoacoustic image displayed on the
続いて、各構成要素の詳細について説明する。
<<プローブ180>>
図2(A)は、本実施形態に係るプローブ180の模式図である。プローブ180は、
光源部200、駆動部300、受信部120、ハウジング181を含む。
ハウジング181は、光源部200、駆動部300、受信部120を収納する筺体である。ユーザは、ハウジング181を把持することにより、プローブ180をハンドヘルド型プローブとして利用できる。
ハウジング181は、後述するように、熱伝導性の高い材料を用い放熱機構を兼ねてもよい。光源部200は、光パルスを被検体に照射する光源である。光源部200は前述したように、駆動部300により駆動され、光パルスを発光する。なお、図中のXYZ軸は、プローブを静置した場合の座標軸を示すものであり、プローブ使用時の向きを限定するものではない。
図2(A)に示すプローブ180は、ケーブル182を介して、信号収集部140と接続されている。ケーブル182は、光源部200に電力を供給する配線や、発光制御信号を伝送する配線、受信部120から出力されたアナログ信号を信号収集部140に出力する配線などを含む(いずれも不図示)。なお、ケーブル182にコネクタを設け、プローブ180と光音響装置のその他の構成とを脱着可能な構成としてもよい。
Next, details of each component will be described.
<< Probe 180 >>
FIG. 2A is a schematic diagram of the
A
The
The
A
<<光源部200>>
光源部200は、被検体100に照射する光を発生させる手段である。
図2(B)に、光源部200のY−Z断面図を示す。光源部200においては、半導体発光素子群200A,200Bが、プリント基板200−BDの片面に実装されている。半導体発光素子200A,200Bは機械的に弱く、破損しやすいため、透明な保護カバー202で覆われている。また、プリント基板200−BDの、半導体発光素子200A,200Bを実装していない面には、絶縁体を介して放熱板203が設置される。放熱板203はハウジング181を用いた放熱機構であってもかまわない。また、ヒートパイプ等を用い放熱を行う機構であってもよい。光源部200は、故障時に容易に交換可能なように、コネクタ等で電気的に接続されると良い。光源部の詳細は、後述する。
<<
The
FIG. 2B shows a YZ sectional view of the
なお、図2(A)では、光源部200が受信部120の片側にのみ設置されているが、受信部120を挟み、対向して設置されていてもよい。このような構造であれば、より被検体に均一に光パルスを照射できる。
本実施形態では、16個のレーザダイオードを使用する例を挙げるが、半導体発光素子の数は必要な光量により増減してもよい。また、被検体に良好に光パルスを照射できれば、光源部200はプローブの形状等の条件によりどのような配置で実装してもかまわない。
また、半導体発光素子の種類もレーザダイオード(LD)に限るものではなく、発光ダイオード(LED)であってもよい。半導体発光素子の種類や個数は必要な光強度から決定する。
In FIG. 2A, the
In the present embodiment, an example in which 16 laser diodes are used will be described. However, the number of semiconductor light emitting elements may be increased or decreased depending on a necessary light amount. Further, the
Also, the type of the semiconductor light emitting element is not limited to the laser diode (LD), but may be a light emitting diode (LED). The type and number of semiconductor light emitting elements are determined from the required light intensity.
光源部200が発光する光のパルス幅は、例えば10ナノ秒以上、1マイクロ秒以下である。また、光源部200の光の波長としては、400nm以上、1600nm以下であることが好ましいが、これ以外の波長であってもよい。波長は、画像化したい光吸収体の光吸収特性に応じて決定するとよい。例えば、血管を高解像度でイメージングする場合は、血管における吸収が大きい波長(400nm以上、800nm以下)を用いてもよい。また、生体の深部をイメージングする場合には、生体の背景組織(水や脂肪など)において吸収が少ない波長(700nm以上、1100nm以下)の光を用いてもよい。
The pulse width of the light emitted from the
<<駆動部300>>
駆動部300は、スイッチング素子であるMOSFET等のトランジスタを用いて、半導体発光素子群200A,200Bを駆動する(すなわち、電流を制御して発光させる)手段である。前述したように、光音響装置に用いる光パルス幅は10ナノ秒以上、1マイクロ秒以下であり、この時間内に10A程度の大電流を流す必要がある。そのため、回路
上に微小なインダクタンス成分があると、駆動波形がなまり、所望の電流値で半導体発光素子200A,200Bを駆動できなくなるおそれがある。すなわち、インダクタンス成分を極力小さくする必要がある。このための方法、および駆動部300の詳細は、光源部200の実施形態とともに後述する。
<<
The driving
<<受信部120>>
受信部120は、パルス光に起因して発生する光音響波を受信して電気信号を出力するトランスデューサ(音響波検出素子)と、トランスデューサを支持する支持体と、からなるユニットである。
トランスデューサを構成する部材として例えば、圧電材料、静電容量型トランスデューサ(CMUT)、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどが挙げられる。また、圧電材料として、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電セラミック材料や、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の高分子圧電膜材料が挙げられる。
トランスデューサにより得られる電気信号は時間分解信号である。すなわち、得られた電気信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信された音圧に基づく値(例えば、音圧に比例した値)となる。
<<
The receiving
Examples of members constituting the transducer include a piezoelectric material, a capacitive transducer (CMUT), and a transducer using a Fabry-Perot interferometer. Examples of the piezoelectric material include a piezoelectric ceramic material such as PZT (lead zirconate titanate) and a polymer piezoelectric film material such as PVDF (polyvinylidene fluoride).
The electrical signal obtained by the transducer is a time-resolved signal. That is, the amplitude of the obtained electrical signal is a value based on the sound pressure received by the transducer at each time (for example, a value proportional to the sound pressure).
なお、トランスデューサには、光音響波を構成する周波数成分(典型的には100KHzから10MHz)を検出できるものを用いることが好ましい。また、支持体に複数のトランスデューサを並べて配置して、1Dアレイ、1.5Dアレイ、1.75Dアレイ、または2Dアレイと呼ばれるような平面や曲面を形成してもよい。
また、受信部120が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を増幅する増幅器を備えてもよい。また、受信部120が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を時系列のデジタル信号に変換するA/D変換器を備えてもよい。すなわち、受信部120が信号収集部140を兼ねていてもよい。
In addition, it is preferable to use what can detect the frequency component (typically 100 KHz to 10 MHz) which comprises a photoacoustic wave for a transducer. Alternatively, a plurality of transducers may be arranged side by side on the support to form a plane or curved surface called a 1D array, 1.5D array, 1.75D array, or 2D array.
The receiving
<<信号収集部140>>
信号収集部140は、光源部200の発光ごとに受信部120から出力されたアナログの電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器とを含む。信号収集部140は、FPGA(Field Programmable Gate Array)チップなどで構成されてもよい。
<<
The
受信部120にアレイ状に配置された複数のトランスデューサが出力したアナログ信号は、各々に対応する複数のアンプにより増幅され、各々に対応する複数のA/D変換器でデジタル信号に変換される。A/D変換のレートは、入力される信号の帯域の少なくとも2倍以上であることが好ましい。例えば、光音響波を構成する周波数成分が100KHzから10MHzである場合、A/D変換レートは20MHz以上、望ましくは40MHz以上となる。
Analog signals output from a plurality of transducers arranged in an array in the receiving
信号収集部140は、ハウジング181の内部に配置してもよい。このような構成とすることで、プローブ180とコンピュータ150との間の情報をデジタル信号で伝搬できるため、耐ノイズ性が向上する。また、アナログ信号を伝送する場合に比べ、配線数を少なくすることが可能となり、プローブ180の操作性が向上する。
The
<<コンピュータ150>>
コンピュータ150は、演算部、記憶部、制御部(いずれも不図示)を含む演算手段(本発明における情報処理手段)である。演算部としての演算機能を担うユニットは、CPUやGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)チップ等の演算回路で構成できる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されて
もよいし、複数のプロセッサや演算回路から構成されてもよい。
例えば、コンピュータ150は、駆動部300に対して、光源部200から発せられる光のパルス幅やパルス形状を設定する。
<<
The
For example, the
コンピュータ150は、複数のトランスデューサの各々について、以下のような処理を行う。
コンピュータ150は、まず、パルス光の発光ごとに信号収集部140から出力される複数のデジタル信号(光音響信号)について、発光時刻を基準とする同時刻のデータを加算平均する。加算平均された光音響信号は、合成後の光音響信号として記憶部に記憶される。
そして、演算部が、記憶部に記憶された合成後の光音響信号に基づいて、画像の再構成を行い、光音響画像(構造画像や機能画像)の生成や、その他の演算処理を実行する。なお、演算部は、被検体内部の音速や保持部の構成などの各種パラメータを、入力部170を介して取得してもよい。
The
First, the
Then, the calculation unit reconstructs an image based on the combined photoacoustic signal stored in the storage unit, and generates a photoacoustic image (structure image or functional image) and performs other calculation processing. . Note that the calculation unit may acquire various parameters such as the sound speed inside the subject and the configuration of the holding unit via the
演算部が光音響信号を光音響画像(例えば3次元のボリュームデータ)に変換する際の再構成アルゴリズムには、タイムドメインでの逆投影法、フーリエドメインでの逆投影法、モデルベース法(繰り返し演算法)など、任意の手法を採用できる。タイムドメインでの逆投影法として、ユニバーサルバックプロジェクション(UBP)、フィルタードバックプロジェクション(FBP)、または整相加算(ディレイアンドサム)などが挙げられる。 The reconstruction algorithm used when the arithmetic unit converts the photoacoustic signal into a photoacoustic image (for example, three-dimensional volume data) includes a back projection method in the time domain, a back projection method in the Fourier domain, and a model-based method (repetition Arbitrary methods such as an arithmetic method) can be adopted. Examples of back projection methods in the time domain include universal back projection (UBP), filtered back projection (FBP), and phasing addition (delay and sum).
記憶部は、RAM(Random Access Memory)などの揮発性のメモリや、ROM(Read only memory)、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体により構成される。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。記憶部は、複数の記憶媒体から構成されてもよい。
記憶部は、加算平均された光音響信号や、演算部により生成される光音響画像データ、光音響画像データに基づいた再構成画像データなど、各種のデータを保存できる。
The storage unit includes a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a non-temporary storage medium such as a ROM (Read only memory), a magnetic disk, and a flash memory. Note that the storage medium storing the program is a non-temporary storage medium. The storage unit may be composed of a plurality of storage media.
The storage unit can store various types of data such as the photoacoustic signal that has been averaged, the photoacoustic image data generated by the arithmetic unit, and the reconstructed image data based on the photoacoustic image data.
制御部は、光音響装置の各構成要素の動作を制御する手段であり、CPUなどの演算素子で構成される。制御部は、光パルスの発光制御信号や光パルス波形の設定信号を駆動部300に送信し、これにより、指定された光パルス波形で半導体発光素子は発光し、被検体を照射する。
また、制御部は、記憶部に格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成要素の動作を制御する。
また、制御部は表示部160に出力する画像の調整などを行う。例えば、必要に応じて、得られた光音響画像データに対して表示のための画像処理やGUIのためのグラフィックを合成する処理を行ってもよい。これにより、プローブの移動と光音響測定に伴い順次、酸素飽和度分布画像が表示される。
A control part is a means to control operation | movement of each component of a photoacoustic apparatus, and is comprised by arithmetic elements, such as CPU. The control unit transmits an emission control signal of an optical pulse and an optical pulse waveform setting signal to the
Further, the control unit reads the program code stored in the storage unit and controls the operation of each component of the photoacoustic apparatus.
In addition, the control unit adjusts an image output to the
コンピュータ150は、専用に設計されたワークステーションであってもよく、汎用的なPCやワークステーションを、記憶部に格納されたプログラムに従って動作させるものであってもよい。また、コンピュータ150の各構成は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、コンピュータ150の少なくとも一部の構成は単一のハードウェアで構成されてもよい。
The
<<表示部160>>
表示部160は、液晶ディスプレイや有機ELなどのディスプレイであり、コンピュータ150により得られた被検体情報(例えば構造情報や機能情報)を表す画像や、特定位置の数値等を表示する装置である。表示部160は、画像や装置を操作するためのGUI
を表示してもよい。なお、表示部160に出力される画像は、コンピュータ150や表示部160によって処理(輝度値の調整等)されてもよい。
<<
The
May be displayed. Note that the image output to the
<<入力部170>>
入力部170は、指示や数値などの入力をユーザから取得する手段である。入力部170は、例えば、ユーザが操作可能なマウスやキーボード等で構成される操作コンソールであってもよい。なお、表示部160としてタッチパネルを利用する場合、表示部160が入力部170を兼ねてもよい。ユーザは、入力部170を用いて測定開始や終了、画像の保存指示などの操作を行うことができる。また、入力部170が、被検体内部における音速や、保持部の構成などに関する各種パラメータ入力を取得し、コンピュータ150が当該情報を利用して処理を行うようにしてもよい。
<<
The
以上に説明した、光音響装置の各構成要素は、それぞれ別の装置として構成されてもよいし、全てが一体となった構成であってもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となり、残りが別の装置によって構成されてもよい。 The constituent elements of the photoacoustic apparatus described above may be configured as separate apparatuses, or may be configured as a whole. Further, at least a part of the configuration of the photoacoustic apparatus may be integrated, and the rest may be configured by another apparatus.
<<被検体100>>
被検体100は、本発明に係る光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体100としては、生体、具体的には人体や動物の乳房や各臓器、血管網、頭部、頸部、腹部、手指および足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー(MB)、インドシニアングリーン(ICG)などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。また、穿刺針や穿刺針に付された光吸収体を観察対象としてもよい。被検体は、ファントムや試験対象物などの無生物であってもよい。
<< Subject 100 >>
The subject 100 does not constitute the photoacoustic apparatus according to the present invention, but will be described below. The photoacoustic apparatus according to the present embodiment can be used for the purpose of diagnosing malignant tumors, vascular diseases, etc. of humans and animals, and monitoring the progress of chemical treatment. Therefore, the subject 100 is assumed to be a living body, specifically, a target region for diagnosis such as breasts of human bodies or animals, each organ, blood vessel network, head, neck, abdomen, extremities including fingers and toes. The For example, if the human body is a measurement target, oxyhemoglobin or deoxyhemoglobin, a blood vessel containing many of them, or a new blood vessel formed in the vicinity of a tumor may be used as a light absorber. Further, a plaque of the carotid artery wall or the like may be a target of the light absorber. In addition, a dye such as methylene blue (MB) or indocyanine green (ICG), gold fine particles, or a substance introduced from the outside, which is accumulated or chemically modified, may be used as the light absorber. Moreover, it is good also considering the light absorber attached | subjected to the puncture needle and the puncture needle as an observation object. The subject may be an inanimate object such as a phantom or a test object.
<光源部の詳細>
次に、第一の実施形態における光源部200および駆動部300の構成について、図3を参照して説明する。図1に示したように、光源部200は、2組の直列接続された半導体発光素子群(200A,200B)から構成されている。半導体発光素子群200Aは、8個のレーザダイオード(200a〜200h)、半導体発光素子群200Bは8個のレーザダイオード(200i〜200p)を有して構成される。これらの半導体発光素子群200A,200Bはプリント基板200−BDの片面(A面,本発明における第一の面)に実装される。プリント基板200−BDの反対の面(B面,本発明における第二の面)には、半導体発光素子群200A,200Bのアノードにパルス電圧を供給するべた配線(リターン配線)200−BPがパターン実装される。A面とB面の配線は、スルーホール200−TH1,200−TH2により接続される。すなわち、半導体発光素子群の一端が、スルーホールを介してリターン配線に接続されている。
<Details of the light source>
Next, the configuration of the
なお、本明細書ではA面とB面の配線を接続する配線をスルーホールという名称で記載するが、貫通ビアによる方法で作製してもよいし、はとめにより実現してもよい。また、プリント基板外に銅線や銅板等をはんだ付けして、A面とB面の配線を接続する形態であってもよい。本明細書では、これらの実装形態をまとめてスルーホールと称する。 In this specification, the wiring connecting the wirings on the A and B sides is described as a through-hole, but it may be formed by a method using a through via or may be realized by fitting. Moreover, the form which solders a copper wire, a copper plate, etc. outside a printed circuit board, and connects the wiring of A surface and B surface may be sufficient. In this specification, these mounting forms are collectively referred to as a through hole.
また、リターン配線200−BPは、ひとつの広い面積の平面状の配線としたが、少なくとも、半導体発光素子群200A,200Bと対向する場所にパターンがあればよい。半導体発光素子群200A,200Bに流れる高周波数成分の駆動電流は、インダクタン
スが小さい部分を流れる。すなわち、半導体発光素子群200A,200Bの裏面に配置されたリターン配線200−BPに電流が集中する。そのため、リターン配線200−BPを、ひとつの広い面積の平面状の配線とすることで、インダクタンスを下げる効果が実現できる。また、リターン配線は、半導体発光素子群200A,200Bごとに分割してもよい。
In addition, the return wiring 200-BP is a single planar wiring having a large area, but it is sufficient that there is a pattern at least in a place facing the semiconductor light emitting
図1(B)は、図1(A)に示した光源基板のα−β断面である。図1(B)からわかるように、半導体発光素子群200A,200Bを流れる電流の開口は、プリント基板200−BDの厚みと長さに比例する。長さに関しては、照明するエリアの関係上、短くすることはできないため、開口を小さくするためにはプリント基板の厚さを薄くすることが効果的である。また、前述したようにB面に放熱機構を設けるため、半導体発光素子群200A,200Bから放熱機構への熱抵抗を下げるためには、例えば、プリント基板の厚さを薄くすることが効果的である。例えば、プリント基板は、薄くした場合の強度の点からガラスエポキシ基板が好適である。また、放熱の点からは、薄く作れるフレキシブル基板や、熱抵抗の低いアルミナ基板や、メタルコア基板等が有効である。
FIG. 1B is an α-β cross section of the light source substrate shown in FIG. As can be seen from FIG. 1B, the opening of the current flowing through the semiconductor light emitting
図4は、光源基板の配線図である。符号200−K1,200−K2,200−A1,200−A2で示した丸印はプリント基板200−BDのコネクタの接触子部分に対応する。なお、プリント基板200−BDに接続するコネクタの接触子部分の符号は省略する。また、点線で示した四角は、プリント基板200−BDに実装される範囲を示す。符号300a,300bは、NchMOSFET等のトランジスタであり、光源部200の半導体発光素子200A,200Bに流れる電流をそれぞれ制御する。符号300cは電源であり、光源部200の半導体発光素子に電力を供給する。電源300cは、プローブがハンドヘルド型である場合、プローブ外部の光音響装置本体に実装され、電力を供給する形態であってもかまわない。この場合は、電源のインピーダンス(インダクタンス成分)を下げるため、プローブ内に不図示のバイパスコンデンサ等を実装するとよい。
トランジスタ300a,300bのゲート電圧を制御することにより光源部200の半導体発光素子群200A,200Bに流れる電流を制御することができる。この波形は、同じ波形であってもよいし、異なった波形であってもよい。このような駆動部300を実現することによって、所望の光パルス波形で半導体発光素子群200A,200Bを発光させることができる。
FIG. 4 is a wiring diagram of the light source substrate. The circles indicated by reference numerals 200-K1, 200-K2, 200-A1, 200-A2 correspond to the contact portions of the connector of the printed circuit board 200-BD. In addition, the code | symbol of the contact part of the connector connected to printed circuit board 200-BD is abbreviate | omitted. Moreover, the square shown with a dotted line shows the range mounted in printed circuit board 200-BD.
By controlling the gate voltages of the
コネクタの接触子部分の構造を図5に示す。本実施形態では、基板の端部において表裏に対向して電極が配置されているため、一つのコネクタで複数の端子を接続することができる。このような配置は、インダクタンス成分が減少するため特に有利である。
図5(A)は、最も良好なコネクタ構造を示す図である。当該構造は、プリント基板のA面およびB面に配置された接触子部分と嵌合した場合に、コネクタの接触子201c,201dとコネクタ端子部201a,201b間に余計な配線長が生じない構造である。すなわち、インダクタンス成分を少なくできる。
一方、図5(B)に示した構造は、嵌合時に、コネクタの接触子201c,201dとコネクタ端子部201a,201b間に余計な配線長が生じる構造である。この場合、インダクタンス成分がやや大きくなる。半導体発光素子群200A,200Bの駆動電流波形の立ち上がり、立ち下がり時間が短い場合、やや不利な構造である。
The structure of the contact portion of the connector is shown in FIG. In the present embodiment, since the electrodes are arranged facing the front and back at the end portion of the substrate, a plurality of terminals can be connected by one connector. Such an arrangement is particularly advantageous because the inductance component is reduced.
FIG. 5A shows the best connector structure. This structure is a structure in which an unnecessary wiring length does not occur between the
On the other hand, the structure shown in FIG. 5B is a structure in which an extra wiring length is generated between the
前述したように、B面に放熱機構を設ける場合、リターン配線200−BPと放熱機構間との間に容量結合が発生する。リターン配線200−BPの電圧が変動する場合、リターン配線200−BPと放熱機構間に電流が流れる。また、この電流によって、外部への不要輻射が発生し、駆動波形が変化する。
そこで、本発明の第一の実施形態に係る光源基板では、リターン配線200−BPに電源300cの電圧が直接印加するようにした。すなわち、通電状態にかかわらず、リター
ン配線200−BPの電位が変化することがなくなる。その結果、外部への不要輻射を防止でき、駆動波形の変化を防止することが可能となる。
As described above, when a heat dissipation mechanism is provided on the B surface, capacitive coupling occurs between the return wiring 200-BP and the heat dissipation mechanism. When the voltage of the return wiring 200-BP varies, a current flows between the return wiring 200-BP and the heat dissipation mechanism. In addition, this current causes unnecessary radiation to the outside, and the drive waveform changes.
Therefore, in the light source substrate according to the first embodiment of the present invention, the voltage of the
第一の実施形態の他の形態を図6に示す。
図6(A)はプリント基板200−BDのコネクタ部分を長手面にて取り出す形態である。このようにすると、長手方向にコネクタを接続しなくて済むため、長手方向の長さを短くできる。特に、プローブ180のX方向の長さに制限がある場合に有効である。このようなプリント基板の形状は、フレキシブル基板を用いることができない場合に有効である。
Another form of the first embodiment is shown in FIG.
FIG. 6A shows a form in which the connector portion of the printed circuit board 200-BD is taken out from the longitudinal surface. In this way, since it is not necessary to connect a connector in the longitudinal direction, the length in the longitudinal direction can be shortened. This is particularly effective when the length of the
図6(B)は、半導体発光素子群200Aと半導体発光素子群200Bの向きを逆にした形態である。このような形態の場合、半導体発光素子群200Aと半導体発光素子群200Bに流れる電流の向きが逆になるため、発生する磁界が相殺され、さらに良好に不要輻射の低減が行える。
図6(C)は、半導体発光素子群200Aと半導体発光素子群200Bの向きを逆にし、さらに、プリント基板200−BDのコネクタ部分を長手面取り出しにした形態である。前述した両方の特長を有する。
FIG. 6B shows a form in which the directions of the semiconductor light emitting
FIG. 6C shows a form in which the semiconductor light emitting
以上説明したように、第一の実施形態によれば、リターン配線の電位を一定に保ったまま半導体発光素子群を駆動することが可能になる。すなわち、リターン配線と放熱機構との間に容量結合が発生しなくなるため、不要輻射を低減することができ、所望の駆動波形で半導体発光素子を駆動させることができるようになる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to drive the semiconductor light emitting element group while keeping the potential of the return wiring constant. That is, since capacitive coupling does not occur between the return wiring and the heat dissipation mechanism, unnecessary radiation can be reduced, and the semiconductor light emitting element can be driven with a desired driving waveform.
(第二の実施形態)
次に本発明の第二の実施形態を説明する。第二の実施形態の光音響装置の構成は第一の実施形態と同様であり、光源基板の構成のみが異なる。第二の実施形態の光源部200の実装形態を図7に、光源部200と駆動部300の回路を図8に示す。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the photoacoustic apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the configuration of the light source substrate is different. A mounting form of the
第二の実施形態に係る光源基板は、NchMOSFETの代わりにPchMOSFETを用いる点と、半導体発光素子群200A,200Bのアノードとカソードの向きが逆に実装されるという点において、第一の実施形態と相違する。
図8において、符号200−K1,200−K2,200−A1,200−A2で示した丸印はプリント基板200−BDのコネクタの接触子部分に対応する。
符号300d、300eは、PchMOSFET等のトランジスタであり、光源部200の半導体発光素子200A,200Bに流れる電流をそれぞれ制御する。
第二の実施形態においても、第一の実施形態と同様に、トランジスタ300d,300eのゲート電圧を制御することにより、光源部200の半導体発光素子群200A,200Bに流れる電流を制御することができる。
The light source substrate according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the PchMOSFET is used instead of the NchMOSFET and the anode and cathode directions of the semiconductor light emitting
In FIG. 8, the circles indicated by reference numerals 200-K1, 200-K2, 200-A1, 200-A2 correspond to the contact portions of the connector of the printed circuit board 200-BD.
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, by controlling the gate voltages of the
図7および図8を見てわかるように、第二の実施形態では、リターン配線200−BPが接地電圧となる。すなわち、半導体発光素子群200A,200Bに流れる電流によらず、電圧の変化は無い。よって、第一の実施形態と同様に、リターン配線200−BPの電位が高い周波数で変化することがない。したがって、第一の実施形態と同様に、不要輻射を低減することができ、所望の駆動波形で半導体発光素子を駆動させることができるようになる。
なお、第一の実施形態で説明したコネクタ部分の配置も、第二の実施形態に適用できる。
As can be seen from FIGS. 7 and 8, in the second embodiment, the return wiring 200-BP becomes the ground voltage. That is, there is no change in voltage regardless of the current flowing through the semiconductor light emitting
Note that the arrangement of the connector portions described in the first embodiment can also be applied to the second embodiment.
(第三の実施形態)
次に、本発明の第三の実施形態を説明する。第三の実施形態に係る光音響装置の構成は
第一の実施形態と同様であり、光源基板の構成のみが異なる。第三の実施形態の光源部200の実装形態を図9に、光源部200と駆動部300の回路を図10に示す。
点線で示した四角内の部品が、プリント基板200−BDに実装される部品を表す。すなわち、第三の実施形態は、駆動部300の一部の回路がプリント基板200−BDに実装される実施形態である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the photoacoustic apparatus according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the configuration of the light source substrate is different. A mounting form of the
A part in a square indicated by a dotted line represents a part mounted on the printed circuit board 200-BD. That is, the third embodiment is an embodiment in which a part of the circuit of the
図9に示した様に、第三の実施形態における光源部200は、第一の実施形態と同様に、2組の半導体発光素子群200A,200Bから構成されている。これらの半導体発光素子群200A,200Bは、プリント基板200−BDの片面(A面)に実装される。
また、B面には、半導体発光素子群200A,200Bのカソードに電圧を供給するNchMOSFET(300a,300b)が挿入される。A面とB面の配線は、スルーホール200−TH1および200−TH2により接続される。
As shown in FIG. 9, the
Further, Nch MOSFETs (300a, 300b) for supplying a voltage to the cathodes of the semiconductor light emitting
NchMOSFET(300a,300b)のソース電極は、プリント基板200−BDのB面に実装されたGND配線200−GPに接続される。GND配線200−GPは半導体発光素子群200A,200Bに流れる電流が戻る配線、すなわち、リターン配線でもある。図では、GND配線200−GPを、ひとつの広い面積の平面状の配線としたが、少なくとも、半導体発光素子群200A,200Bの対向する場所にパターンがあればよい。また、GND配線200−GPは、半導体発光素子群ごとに分割して設けてもよい。
The source electrodes of the Nch MOSFETs (300a, 300b) are connected to the GND wiring 200-GP mounted on the B surface of the printed board 200-BD. The GND wiring 200-GP is also a wiring for returning a current flowing through the semiconductor light emitting
また、第三の実施形態では、開口部の面積をより少なくするため、バイパスコンデンサ200−Cを実装する。バイパスコンデンサ200−Cの容量は、光源部が一回発光するのに要する電荷を蓄電可能な容量以上とするのが望ましい。なお、プリント基板200−BDの外部に、より大きな容量のバイパスコンデンサ200−Cを設けてもよい。
バイパスコンデンサ200−Cを実装することにより、高い周波数成分の電流が少なくなる。よって、光源部200に電力を供給するコネクタとして、前述した様なカードエッジコネクタを必ずしも使う必要はない。
In the third embodiment, the bypass capacitor 200-C is mounted in order to reduce the area of the opening. The capacity of the bypass capacitor 200-C is preferably set to be equal to or larger than the capacity capable of storing the charge required for the light source unit to emit light once. Note that a bypass capacitor 200-C having a larger capacity may be provided outside the printed circuit board 200-BD.
By mounting the bypass capacitor 200-C, the current of high frequency components is reduced. Therefore, it is not always necessary to use the card edge connector as described above as a connector for supplying power to the
第三の実施形態では、B面に配置されたリターン配線であるGND配線200−GPが接地電圧になる。したがって、第一および第二の実施形態と同様に、リターン配線と放熱機構との間に交流電流が流れることが無い。 In the third embodiment, the GND wiring 200-GP, which is the return wiring arranged on the B surface, becomes the ground voltage. Therefore, as in the first and second embodiments, no alternating current flows between the return wiring and the heat dissipation mechanism.
(第三の実施形態の変形例)
第三の実施形態ではNchMOSFETを用いたが、PchMOSFETを採用することも可能である。図11は、本変形例における光源部200の実装形態を表す図であり、図12は、光源部200と駆動部300の回路を表す図である。本変形例では、B面のリターン配線が電源配線200−PPとなり、電源電圧が印加される。
(Modification of the third embodiment)
Although the Nch MOSFET is used in the third embodiment, a Pch MOSFET can also be adopted. FIG. 11 is a diagram illustrating a mounting form of the
(第四の実施形態)
次に本発明の第四の実施形態を説明する。第四の実施形態の光音響装置の構成は第一の実施形態と同様であり、光源基板の構成のみが異なる。第四の実施形態の光源部200の実装形態を図13に、光源部200と駆動部300の回路を図14に示す。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The configuration of the photoacoustic apparatus of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the configuration of the light source substrate is different. FIG. 13 shows a mounting form of the
第四の実施形態では、プリント基板200−BDの他方の面(B面)に、半導体発光素子群200A,200Bのアノードに電圧を供給するインダクタ300fおよび300gが実装される。A面とB面の配線は、スルーホール200−TH1および200−TH2により接続される。
In the fourth embodiment,
インダクタ300f,300gの他の電極は、プリント基板200−BDのB面に実装
されたリターン配線200−BPに接続される。さらにダイオード300h,300iがB面に実装され、リターン配線200−BPと半導体発光素子群200A,200Bのカソード間に接続される。
The other electrodes of the
符号300a,300bは、例えばNchMOSFET等のトランジスタであり、それぞれ光源部200の半導体発光素子群200A,200Bに流れる電流をON/OFF制御する。
符号300f,300gはインダクタであり、例えば、コイルや、プリント基板の配線等で実現する。半導体発光素子群200A,200Bを異なるパルス幅で制御する場合、インダクタ300f,300gのインダクタンスを異なるよう設計する。具体的には、パルス幅が短くなるにつれて、インダクタンスを小さくするとよい。
符号300h,300iはダイオードであり、トランジスタ300a,300bがOFFになった際に、インダクタ300f,300gから半導体発光素子群200A,200Bに流れる電流を、インダクタ300f,300gに戻す役割を果たす。
符号300jは可変電圧電源である。ここで、各々のパルス幅を設定可能にする場合、可変電圧電源300jを2系統とし、独立に電圧を設定できるようにしてもよい。また、ハンドヘルド型プローブを採用する場合、可変電圧電源300jは、プローブ外部の光音響装置本体に実装してもよい。この場合、電源のインピーダンス(インダクタンス成分)を下げるため、プローブ内に不図示のバイパスコンデンサ等を実装してもよい。
トランジスタ300aがONになると、半導体発光素子群200Aの順方向電圧の和の電圧とトランジスタ300aのドレイン―ソース間の電圧の合計と、可変電圧電源300jの出力電圧との差の電圧が、インダクタ300fに印加される。インダクタ300fに流れる電流の傾きは、インダクタ300fに加わる電圧と、インダクタ300fのインダクタンスによって決定される。すなわち、インダクタンスが固定である場合、可変電圧電源300jの電圧を高くすれば、インダクタ300fに流れる電流の傾きを大きくできる。すなわち、半導体発光素子群200Aに流れる電流の傾きを制御できる。換言すると、光パルスの立ち上がり波形を決定することができる。
When the
トランジスタ300aがOFFになると、インダクタ300fに加わる電圧は、半導体発光素子群200Aの順方向電圧の和とダイオード300hの順方向電圧の合計となる。この電圧とインダクタ300fのインダクタンスによって、インダクタ300fに流れる電流の傾きが決まる。すなわち、光パルスの立ち下がり波形が決まる。
例えば、トランジスタ300aがONである際のドレイン―ソース間電圧や、ダイオード300hの順方向電圧が、半導体発光素子群200Aの順方向電圧の和の電圧より十分小さい場合を考える。この場合、可変電圧電源300jの出力電圧を、半導体発光素子群200Aの順方向電圧の和の電圧の2倍に設定すれば、半導体発光素子群200Aに流れる電流の立ち上がり波形と立ち下がり波形の傾きを同じにできる。すなわち、光パルス波形の立ち上がり波形と立ち下がり波形の傾きをほぼ同じにできる。
また、ダイオード300hのアノードをインダクタ300fの他方の電極に接続することによって、トランジスタ300aをOFFした際に、半導体発光素子群200Aに流れる電流の立ち下がり時間を短くすることもできる。この様に、インダクタ300fと可変電圧電源300jを用いて、所望の光パルス波形を得ることが可能となる。
When the
For example, consider a case where the drain-source voltage when the
Further, by connecting the anode of the
同様に、半導体発光素子群200Bに流れる電流の立ち上がり波形と立ち下がり波形の傾き、すなわち光パルス波形も、インダクタ300gと可変電圧電源300jを用いて、所望の波形に制御できる。
Similarly, the slope of the rising waveform and falling waveform of the current flowing through the semiconductor light emitting
第四の実施形態では、B面に配置されたリターン配線200−BPが電源電圧になる。
したがって、他の実施形態と同様に、リターン配線と放熱機構との間に交流電流が流れることが無い。
なお、第四の実施形態においても、スイッチングトランジスタとしてNchMOSFETを採用することができる。この場合、リターン配線が接地電圧になる。
In the fourth embodiment, the return wiring 200-BP arranged on the B surface becomes the power supply voltage.
Therefore, as in the other embodiments, no alternating current flows between the return wiring and the heat dissipation mechanism.
In the fourth embodiment, an Nch MOSFET can be used as the switching transistor. In this case, the return wiring becomes the ground voltage.
(その他の実施形態)
なお、各実施形態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。
例えば、本発明は、上記特徴の少なくとも一部を含む光音響プローブ、光源基板、光音響装置として実施することもできる。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。
(Other embodiments)
The description of each embodiment is an exemplification for explaining the present invention, and the present invention can be implemented with appropriate modifications or combinations without departing from the spirit of the invention.
For example, the present invention can be implemented as a photoacoustic probe, a light source substrate, and a photoacoustic apparatus that include at least a part of the above features. The above processes and means can be freely combined and implemented as long as no technical contradiction occurs.
例えば、実施形態の説明では、半導体発光素子群200A,200Bは各8個のレーザダイオードを直列接続して光源を構成したが、接続するレーザダイオードの数はこれに限られない。また、半導体発光素子群も二組に限らない。例えばより多くの構成であってもよい。半導体発光素子の数や、半導体発光素子群の数は、必要な光量やレーザダイオードを駆動する電流波形の種類、トランジスタの定格等に基づいて決定することができる。
For example, in the description of the embodiment, each of the semiconductor light emitting
また、光源200が発光する光の波長は、複数の波長であってもよい。複数の波長を用いた場合、機能情報としての酸素飽和度を算出することができる。例えば、撮像フレームレート毎に2波長を交互に切り換えて光音響信号を取得し、再構成画像データをそれぞれ算出したうえで、酸素飽和度を求めることができる。また、本発明の光音響装置に、トランスデューサから超音波を送信し反射波による測定を行う機能を追加実現してもよい。この場合、もちろん、光源部200は発光しない。
Further, the light emitted from the
また、実施形態の説明では、ハンドヘルド型プローブと光音響装置本体とを配線によって接続した装置を例示したが、ハンドヘルド型プローブをバッテリ駆動とし、光音響信号を光音響装置本体に無線により送信してもよい。このように本発明は、ハンドヘルド型プローブ単体として実施してもよいし、光源基板単体として実施してもよい。 In the description of the embodiment, the device in which the handheld probe and the photoacoustic apparatus main body are connected by wiring is exemplified. Also good. Thus, the present invention may be implemented as a hand-held probe alone or a light source substrate alone.
120:受信部、140:信号収集部、151:演算部、200:光源部、210:ドライバ部 120: reception unit, 140: signal collection unit, 151: calculation unit, 200: light source unit, 210: driver unit
Claims (9)
前記光源基板は、
直列に接続された複数の半導体発光素子を含んで構成される発光素子群が第一の面に実装され、
前記発光素子群の一端に接続されたリターン配線が、前記第一の面の反対にある第二の面に実装され、
前記半導体発光素子の通電状態によらず、前記リターン配線の電位が一定である
ことを特徴とする、光音響プローブ。 A photoacoustic probe comprising: a light source substrate; and a probe that receives an acoustic wave generated from a subject by light emitted from the light source substrate and converts the acoustic wave into an electrical signal,
The light source substrate is
A light emitting element group configured to include a plurality of semiconductor light emitting elements connected in series is mounted on the first surface,
A return wiring connected to one end of the light emitting element group is mounted on a second surface opposite to the first surface,
The photoacoustic probe, wherein the potential of the return wiring is constant regardless of the energized state of the semiconductor light emitting element.
前記発光素子群の前記リターン配線が接続されていない端部と、前記リターン配線の前記発光素子群が接続されていない端部とが、前記光源基板の一端において表裏に対向して配置されている
ことを特徴とする、請求項1に記載の光音響プローブ。 In the light source substrate,
An end portion of the light emitting element group to which the return wiring is not connected and an end portion of the return wiring to which the light emitting element group is not connected are arranged opposite to the front and back at one end of the light source substrate. The photoacoustic probe according to claim 1, wherein:
前記発光素子群の、前記リターン配線が接続されていない端部に、前記半導体発光素子にパルス電圧を印加するためのスイッチング素子が接続され、
前記リターン配線の、前記発光素子群が接続されていない端部に、電源電圧または接地電圧が印加される
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の光音響プローブ。 In the light source substrate,
A switching element for applying a pulse voltage to the semiconductor light emitting element is connected to an end of the light emitting element group to which the return wiring is not connected,
The photoacoustic probe according to claim 1, wherein a power supply voltage or a ground voltage is applied to an end portion of the return wiring to which the light emitting element group is not connected.
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 The photoacoustic probe according to any one of claims 1 to 3, wherein a heat dissipation mechanism is in contact with the second surface of the light source substrate via an insulator.
前記第二の面に配置された前記リターン配線の、前記発光素子群に接続される端部に、前記半導体発光素子を駆動するための素子が設けられている
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 In the light source substrate,
The element for driving the semiconductor light emitting element is provided at an end of the return wiring arranged on the second surface, which is connected to the light emitting element group. 5. The photoacoustic probe according to any one of items 1 to 4.
前記半導体発光素子を少なくとも一回発光させるために必要な電荷を蓄電可能なコンデンサが設けられている
ことを特徴とする、請求項5に記載の光音響プローブ。 In the light source substrate,
The photoacoustic probe according to claim 5, further comprising a capacitor capable of storing a charge necessary for causing the semiconductor light emitting element to emit light at least once.
前記第二の面に配置された前記リターン配線の、前記発光素子群に接続される端部に、インダクタが設けられている
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 In the light source substrate,
The inductor is provided in the edge part connected to the said light emitting element group of the said return wiring arrange | positioned on said 2nd surface, The any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. Photoacoustic probe.
前記発光素子群の一端に接続されたリターン配線が、前記第一の面の反対にある第二の面に実装された光源基板であって、
前記半導体発光素子の通電状態によらず、前記リターン配線の電位が一定である
ことを特徴とする、光源基板。 A light emitting element group consisting of a plurality of semiconductor light emitting elements connected in series is mounted on the first surface,
A return wiring connected to one end of the light emitting element group is a light source substrate mounted on a second surface opposite to the first surface,
The light source substrate, wherein the potential of the return wiring is constant regardless of the energized state of the semiconductor light emitting element.
前記電気信号に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する情報処理手段と、
を有することを特徴とする、光音響装置。 The photoacoustic probe according to any one of claims 1 to 7,
Information processing means for acquiring characteristic information in the subject based on the electrical signal;
A photoacoustic apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2017155542A JP2019033800A (en) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | Photoacoustic probe, light source substrate, and photoacoustic device |
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Family Applications (1)
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