JP2019097657A - 光音響プローブおよびアタッチメント - Google Patents
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Abstract
【課題】照射する光の波長に応じて光照射ユニットを交換する光音響プローブにおいて、被検体に接触した状態のままユニット交換を可能にする技術を提供する。【解決手段】被検体に照射するための光を発生させる光源と、前記光源から出た光が被検体に照射されることで被検体から発生した光音響波を受信する受信部と被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、プローブ本体および光源が取り付けられるアタッチメントを備え、光源は、当接部から見て被検体とは異なる側から、アタッチメントに着脱される光音響プローブを用いる。【選択図】図1
Description
本発明は、光音響プローブおよびアタッチメントに関する。
従来、医療分野で、光音響効果を利用して被検体内部の形態や機能を画像化する光音響装置が研究されている。このような従来の光音響装置では、使用者の指示を受けると、光音響装置内部のコントローラが光源の駆動回路に信号を送り、パルス光を発光させる。このパルス光が導光手段を介して被検体に照射されると、光音響波が発生する。この光音響波は、被検体に接触したプローブに含まれる受信素子により受信され、光音響信号と呼ばれる電気信号に変換される。コントローラはこの光音響信号に対して信号処理および画像再構成処理を行い、被検体の初期音圧や吸収係数を算出する。また、複数の互いに異なる波長のパルス光それぞれに由来する吸収係数を用いて、酸素飽和度を算出することも可能である。光音響装置は、これらの被検体情報に基づく診断画像を使用者に提示する。
光音響装置において、受信素子を備えるプローブが、さらに被検体に光を照射する照射部を備える場合がある。このような光音響プローブは、特にハンドヘルド型のプローブに好ましく適用される。医師等のユーザがハンドヘルド型の光音響プローブを用いて被検体を測定する場合、プローブの受信部を被検体に押し当てながら光を照射して光音響波を受信する。
特許文献1には、光を照射するLED光源部と、光音響波を受信する受信素子とを備える光音響プローブが記載されている。さらに、特許文献1においては、LED光源部を含む光照射ユニットをアタッチメント化して、超音波プローブ本体に対して着脱可能にすることで、光音響プローブを構成している。これにより複数の波長を容易に切り替え可能となるため、高価な波長可変光源を用いる必要がなく、コストを低減できる。
ここで、被検体の酸素飽和度を精度良く求めるためには、複数の波長の光を被検体上のなるべく同じ位置に照射することが好ましい。よって、波長を切り替える際に、なるべく光音響プローブと被検体との位置関係がずれないようにする必要がある。そのためには、特許文献1のような構成の場合、光音響プローブを被検体に接触させたまま光照射ユニットを着脱できることが望まれる。
しかし、特許文献1の光音響プローブは、超音波プローブ本体が音響波を送受信する方向と垂直な方向にアタッチメントをスライドさせて、超音波プローブ本体に固定する構成となっている。したがって、超音波プローブ本体の受信部を被検体に接触させたままアタッチメントを着脱することは難しく、一旦プローブを被検体から離す必要がある。その結果、波長切り替えの前後における、プローブと被検体との位置関係の再現性が低下してしまう。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、照射する光の波長に応じて光照射ユニットを交換する光音響プローブにおいて、被検体に接触した状態のままユニ
ット交換を可能にする技術を提供することにある。
ット交換を可能にする技術を提供することにある。
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に照射するための光を発生させる光源と、
前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、
前記プローブ本体および前記光源が取り付けられるアタッチメントと、を備え、
前記光源は、前記当接部から見て前記被検体とは異なる側から、前記アタッチメントに着脱される
ことを特徴とする光音響プローブである。
被検体に照射するための光を発生させる光源と、
前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、
前記プローブ本体および前記光源が取り付けられるアタッチメントと、を備え、
前記光源は、前記当接部から見て前記被検体とは異なる側から、前記アタッチメントに着脱される
ことを特徴とする光音響プローブである。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に照射するための光を発生させる光源と、
前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、
前記プローブ本体および前記光源が取り付けられるアタッチメントと、
を備え、
前記当接部を前記被検体に当接させた状態で、前記光源を前記アタッチメントに着脱可能である
ことを特徴とする光音響プローブである。
被検体に照射するための光を発生させる光源と、
前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、
前記プローブ本体および前記光源が取り付けられるアタッチメントと、
を備え、
前記当接部を前記被検体に当接させた状態で、前記光源を前記アタッチメントに着脱可能である
ことを特徴とする光音響プローブである。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に照射するための光を発生させる光源と、前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、が取り付けられるアタッチメントであって、
前記光源は、前記当接部から見て前記被検体とは異なる側から着脱される
ことを特徴とするアタッチメントである。
被検体に照射するための光を発生させる光源と、前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、が取り付けられるアタッチメントであって、
前記光源は、前記当接部から見て前記被検体とは異なる側から着脱される
ことを特徴とするアタッチメントである。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に照射するための光を発生させる光源と、前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、が取り付けられるアタッチメントであって、
前記当接部を前記被検体に当接させた状態で、前記光源を着脱可能である
ことを特徴とするアタッチメントである。
被検体に照射するための光を発生させる光源と、前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、が取り付けられるアタッチメントであって、
前記当接部を前記被検体に当接させた状態で、前記光源を着脱可能である
ことを特徴とするアタッチメントである。
本発明によれば、照射する光の波長に応じて光照射ユニットを交換する光音響プローブにおいて、被検体に接触した状態のままユニット交換を可能にする技術を提供することができる。
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の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。
本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報(被検体情報)を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、音響波装置またはその制御方法、被検体情報取得装置またはその制御方法として捉えられる。本発明はまた、被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、被検体内部の画像情報を処理する画像情報処理装置または画像情報処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をCPUやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。
本発明の被検体情報取得装置には、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光音響装置を含む。この場合、特性情報とは、受信された光音響波に由来する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。
このとき取得される特性情報は、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布、トータルヘモグロビン濃度分布、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
複数位置の被検体情報である特性情報を、2次元または3次元の特性分布として取得してもよい。特性分布は被検体内の特性情報を示す画像データとして生成され得る。画像データは例えば、画像再構成による3次元ボリュームデータとして生成される。
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。トランスデューサ等により音響波から変換された信号(例えば電気信号)を音響信号または受信信号とも呼ぶ。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は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。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信号(例えば電気信号)を光音響信号とも呼ぶ。光音響信号から画像再構成等により生成された画像を、光音響画像と呼ぶ。
<実施例1>
図1は本実施例に係る光音響装置の構成図である。図1(a)は、被検体100に光音響装置の光音響プローブを当てた状態を、上方から(光音響プローブから見て、被検体とは逆側から)見た斜視図である。図1(b)は、光音響装置の一部である光音響プローブを、下方から(光音響プローブから見て、被検体と同じ側から)見た斜視図である。
図1は本実施例に係る光音響装置の構成図である。図1(a)は、被検体100に光音響装置の光音響プローブを当てた状態を、上方から(光音響プローブから見て、被検体とは逆側から)見た斜視図である。図1(b)は、光音響装置の一部である光音響プローブを、下方から(光音響プローブから見て、被検体と同じ側から)見た斜視図である。
符号1は、操作者が手に持って光音響信号を受信する超音波プローブである。プローブ1のことを「光音響プローブ」と呼んでも良いし、後述するようにプローブ1に光照射ユニットがアタッチメントによって装着された状態を「光音響プローブ」と呼んでも良い。
プローブ1はプローブ本体10とプローブケーブル11からなり、図示していないコネクタにより演算ユニット80に接続されている。
プローブ1はプローブ本体10とプローブケーブル11からなり、図示していないコネクタにより演算ユニット80に接続されている。
被検体からの音響波はプローブ1で受信され電気信号(光音響信号)に変換される。プローブ本体10は、その内部にケーブル、電子回路、受信素子などを収容可能な筐体を有している。プローブ筐体内部または演算ユニット内部に、電気信号を増幅したりデジタル変換したりする処理回路を設けても良い。光音響プローブをハンドヘルド方式で利用する場合、筐体に手持ち用の把持部を形成する。その場合、受信素子を含む受信部は通常、把持部の反対側に配置される。受信部は、光源から出た光が被検体に照射されることで被検体から発生した光音響波を受信するものである。
受信部は受信素子の数などに応じて、平面状の受信面や、突出したコンベックス形状などの形状を取る。筐体の材質は任意であり、例えば樹脂材を利用できる。
受信部は受信素子の数などに応じて、平面状の受信面や、突出したコンベックス形状などの形状を取る。筐体の材質は任意であり、例えば樹脂材を利用できる。
受信素子としては、光音響波を光音響信号に変換できれば何を用いてもよく、例えば圧電素子やCMUTなどが好適である。受信素子を用いて被検体に超音波を送受信することで、光音響測定に加えて超音波エコー測定を実施できる。プローブ本体は受信部の他に、被検体に当接する当接部13を有する。当接部13は受信部の素子の保護や、受信部と被検体の間を音響整合させる。また、光源からの光に対して、極力ノイズとなるような光音響波を出さないことが好ましい。当接部13として例えば、音響整合機能や素子保護機能を持つ樹脂やシリコンやゴム、音響波を収束させる音響レンズ、これらの組み合わせを用いることができる。
受信素子から出力された電気信号は、演算ユニット80により初期音圧分布、光エネルギー吸収係数分布などの情報に処理され、画像化される。画像は表示ユニット90により操作者に提示される。演算ユニット80としては、プロセッサやメモリなどの演算資源を備え、プログラムの指示に従って動作する情報処理装置(PCやワークステーションなど)を利用できる。画像化の際には、整相加算法やフーリエ変換法など任意の画像再構成方法を採用できる。演算ユニット80は、画像再構成処理の他に、光音響測定の条件設定を行う設定部や、光照射や光音響信号取得のタイミングを制御するタイミング制御部や、光源の角度を制御する角度制御部を兼ねていても良い。表示ユニット90としては、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなど任意の表示装置を利用できる。
プローブ本体10の先端、すなわち被検体に接する当接部の側には、後述の光源を取り付けるためのアタッチメントが配置されている。アタッチメントは、プローブ本体に固定するためのパートであるアタッチメントユニット2と、光源を収納する光源ユニット3で構成される。アタッチメントユニット2はアタッチメントパート21、アタッチメントパート22で構成される。アタッチメントパート21とアタッチメントパート22はプローブ本体10を挟み込むことが可能に構成される。また、アタッチメントパート21とアタッチメントパート22は、プローブ本体10を挟持した状態で、プローブ本体10に対して位置ずれしないように固定可能である。アタッチメントユニットは本発明のプローブ取付部に、光源ユニットは本発明の光源取付部に相当する。
アタッチメントユニット2には光源ユニット3が取り付けられている。符号31は光源を着脱可能に収納するための光源収納部31である。光源収納部31の上部には開閉可能なカバー32が設けられている。カバー32には、閉じたときに光源収納部31の内部が密閉状態となるように、図示していないシーリング部を有する。このように構成することで、プローブ1と被検体100との音響マッチングを取るために用いられるマッチング剤が回り込んで、光源ユニット3の内部に侵入することを防止できる。
アタッチメントにプローブ本体と光源が取り付けられた状態において、プローブの受信
部および当接部、ならびに光源の照射部は、被検体から見て、アタッチメントに対して同じ側に配置される。これをプローブの当接部から見ると、光源は、被検体とは異なる側からアタッチメントに着脱される。本図の光音響プローブでは、アタッチメントパート21および22の一部と、プローブ本体10の受信部と、光源収納部31のうち窓34を含む一部とが、概ね同じ平面に配置される。受信部は、アタッチメントパート21および22の間から音響波を送受信する。光源は被検体に光を照射するための光を発生させ、窓34を介して光を出射する。本図の例では、各アタッチメントパートに挟持されたプローブ本体の当接部が直接被検体に当接している。しかし、アタッチメントに音響波透過性の膜などを設けて、プローブ本体をジェルや水による濡れから保護しても良い。そのような、当接部が膜などを介して被検体に対向している場合についても、本明細書の「被検体と当接部の当接」に含むものとする。
部および当接部、ならびに光源の照射部は、被検体から見て、アタッチメントに対して同じ側に配置される。これをプローブの当接部から見ると、光源は、被検体とは異なる側からアタッチメントに着脱される。本図の光音響プローブでは、アタッチメントパート21および22の一部と、プローブ本体10の受信部と、光源収納部31のうち窓34を含む一部とが、概ね同じ平面に配置される。受信部は、アタッチメントパート21および22の間から音響波を送受信する。光源は被検体に光を照射するための光を発生させ、窓34を介して光を出射する。本図の例では、各アタッチメントパートに挟持されたプローブ本体の当接部が直接被検体に当接している。しかし、アタッチメントに音響波透過性の膜などを設けて、プローブ本体をジェルや水による濡れから保護しても良い。そのような、当接部が膜などを介して被検体に対向している場合についても、本明細書の「被検体と当接部の当接」に含むものとする。
図1(b)は、プローブと光源が装着されたアタッチメントユニットを、被検体に接する側から見た様子である。被検体側からは、プローブ1の当接部13が見えている。また、窓34を介して、光源の照射部と被検体とは対向する。光源ユニット3の被検体100に接する側には、光源の照射部からの光を被検体に透過させるための開口が設けられる。その開口には、被検体とプローブとのマッチング剤が光源ユニット3の中へ侵入しないように、透明な窓34(窓部材)が設けられている。窓34は例えば、光を透過するアクリルで構成される。マッチング剤としてはジェルや水や油などを利用できる。
光源収納部31は、アタッチメントパート22と光源収納部31を連通させる軸31aを回転軸として、アタッチメントパート22に対して回転可能に構成されている。アタッチメントパート22にはスリット22aが設けられており、このスリット22aを通して、回転ストッパー33が光源収納部31に取り付けられている。回転ストッパー33と光源収納部31はねじ嵌合しており、回転ストッパーを回すことで、アタッチメントユニット2と光源ユニット3とを固定または固定解除できる。
図2(a)は、光源ユニット3をアタッチメントユニット2に対して回転させた状態を示した斜視図である。図2(b)は、図2(a)の状態における断面図である。光源ユニット3は任意の角度の位置で固定することができ、被検体100への光の照射位置を変えることができる。軸31a、スリット22aおよび回転ストッバー33は、アタッチメントユニットに対する光源ユニットの角度を変化させる角度変更機構である。ここでは角度を固定するストッパーとしてスリットと回転ストッパーの組み合わせを用いたが、これに限られない。
図3(a)は本実施例における光源35の斜視図である。図3(b)および図3(c)はそれぞれ、光源収納部31の側面図及び断面図である。光源35は、被検体の吸収しやすい波長のものが用いられる。被検体が生体の場合、光の波長は生体の窓と呼ばれる近赤外領域に属する、700nm〜1200nm程度が望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。光源35を小型化する観点からは半導体レーザ(LD)やLEDなどが好適であるが、これらに限られない。
図3(a)において符号35aは、光源収納部31に収納した際に、光源収納部31に設けられた収納部側コネクタと接続され、光源35に電源を供給するための光源側コネクタ35aである。この接続では、電源供給のほか、光源35の情報を演算ユニット80へ送信する信号ケーブルの接続も行われる。光源35の情報としては、例えば波長や光源寿命、光量、発光周波数、1パルスあたりの発光時間が考えられる。これらの情報を受信し、表示ユニット90で表示することで、光源35の状態の確認や、意図しない波長の光源を入れて照射してしまうといった誤操作を防止できる。また、取得した画像と光源35の情報を紐づけて演算ユニット80で処理、保存等を行うことができる。
表示ユニット90は、光源35の情報を表示する以外に、光源35が挿入されていない場合は、挿入されていない状態であることを表示しても良い。複数の種類のある光源35の誤挿入防止のため、意図しない光源35を入れてしまうことに対する対策としては、光源35の外観面の少なくとも一部に、波長ごとに色分けした塗装部や、波長の数字または文字列、凹凸形状などを設けても良い。
光源35からの光は出射口35bから出射される。なお、出射口35bへ出射される光の一部は、光源35の内部で分岐され、光源35の側面に設けられた光量測定用出射口35cに導かれて出射される。図3(c)に示すように、光源収納部31の内面には、光源35を収納した際に光量測定用出射口35cと相対し、出射光を受光する受光部51が備えられている。受光部51と演算ユニット80は、光量検出ケーブル51aで接続されており、受光部51で検知した光源35の光量情報が演算部80に伝送される。光量が低下すると、被検体内部へ到達する光量が低下するため、被検体の深い位置からの信号が取得しにくくなり、画像の画質や信頼性が低下する。しかし、このように光量検知を行い光源35の光量が低下していた場合、光源35を駆動する電流値を変更したり、新しい光源に交換したりすることで、光量が低下した状態での信号取得を防止できる。出射口35bは本発明の照射部に相当し、光量測定用出射口は第二の照射部に相当する。
なお、常に光量測定用出射口35cに向けて光を分岐させる必要はない。少なくとも被検体情報を取得する場合は全光量を出射口35bから出射できるように、分岐の有無を切り替え可能にしても良い。これにより、被検体情報取得時に被検体に照射される光量を低下させなくて済むため、SN比の良い被検体情報を取得できる。また、光量検知の場所は本実施例の場所に限らない。
図4(a)及び図4(b)は光源35を光源収納部31へ挿入する時の概略図である。図4(a)はカバー32を開けて光源35を入れる様子を示した図である。光源収納部31の内側には、光源35の光源側コネクタ35aと接続される収納部側コネクタ38が設けられている。カバー32を開けて光源35を挿入して行き、光源35が外れないようにするための爪37が引っ掛かるまで挿入する。
図4(b)は光源35を爪37が引っ掛かるまで挿入した状態の図である。爪37が引っ掛かるまで挿入すると、光源側コネクタ35aと収納部側コネクタ38が接続される。これにより、光源35が光源収納部31の所望の位置へ収納された、光源35に電源が供給される状態となる。そのため、光源収納部31へ光源35が組み込まれていない状態で光源35から光が照射されることがなく、安全性が向上する。
その後カバー32を閉めることにより、図1(a)のような収納状態になる。光源35が収納状態にある時は、光源35は図示していない付勢ばねで常に光源収納部31から外れる方向へ付勢されている。このようにすることで、カバー32を開け、爪37を外すことで光源35が光源収納部31から外へ押し上げられて出てくるため、光源35を取り外しやすくなる。
また、プローブ1またはアタッチメントユニット2の被検体100と接触するエリアの少なくとも一部には、被検体100との摩擦抵抗を増加させる材質を用いたり、凹凸形状や吸着する構成を設けたりしても良い。これにより光源35を交換する際にプローブ1が被検体100とずれないようにできる。
以上のように本実施例の光音響プローブは、プローブ本体と光源を、被検体に対して同じ側からアタッチメントに取り付けることができる。このような構成により、プローブ1
を被検体100に接触した状態のままで、光源35を異なる波長の光を照射する光源に交換できる。それにより、複数の互いに波長の異なる光で被検体100の同じ位置を撮影できるので、プローブ1と被検体100との位置関係の再現性が向上する。その結果、酸素飽和度や物質濃度の測定精度が向上する。
を被検体100に接触した状態のままで、光源35を異なる波長の光を照射する光源に交換できる。それにより、複数の互いに波長の異なる光で被検体100の同じ位置を撮影できるので、プローブ1と被検体100との位置関係の再現性が向上する。その結果、酸素飽和度や物質濃度の測定精度が向上する。
また、図2で示したように、光源ユニット3を回転させると、被検体100への光の照射エリアを変えることができる。照射エリアの変更が可能になることで、撮影したいエリア近傍に存在する、信号を発生してほしくない光吸収体(例えばホクロなど)に照射される光を低減できる。その結果、よりノイズの少ない信号を取得できる。本実施例の光音響プローブは、光源ユニット3を回転させた状態においても、回転ストッパー33の効果により、プローブ1を被検体100に接触させたまま光源35を交換可能である。なお、エンコーダなどの角度検知センサを設けて、光源ユニット3の回転角度情報を演算ユニット80に送っても良い。光音響信号と角度情報を紐づけることにより、どのような光照射エリアで撮影した画像かを判別可能となる。また、吸収係数を算出するときの光量分布推定の精度が向上する。
<変形例1>
図5はプローブ1の両側に光源ユニット3を配置した構成例の断面図である。このように、光音響プローブに光源ユニット3を複数配置することで、光量を増大させてSN比を向上させたり、光照射エリアの選択範囲を広げたりすることができる。例えば、プローブ1の両側から均等に光を照射させたり、それぞれの光源ユニット3の回転角度を変えて、照射させたい部分へ光を集中させたりすることが可能となる。その結果、より深い位置や広い範囲からの信号取得が可能となる。
図5はプローブ1の両側に光源ユニット3を配置した構成例の断面図である。このように、光音響プローブに光源ユニット3を複数配置することで、光量を増大させてSN比を向上させたり、光照射エリアの選択範囲を広げたりすることができる。例えば、プローブ1の両側から均等に光を照射させたり、それぞれの光源ユニット3の回転角度を変えて、照射させたい部分へ光を集中させたりすることが可能となる。その結果、より深い位置や広い範囲からの信号取得が可能となる。
また別の効果としては、それぞれの光源ユニット3に互いに異なる波長の光源35を挿入し、交互に照射を行うことが可能になる。これにより、プローブ1を被検体100から動かすことなく異なる波長の光に由来する光音響信号を取得できる。
<変形例2>
ここまでの記載では、軸を中心として光源ユニット3を回転させ、照射角度を変更する構成について説明した。しかし光源ユニット3を移動させる方向はこれに限られない。例えば、光源ユニット3を、プローブ1の音響波送受信方向(被検体100から離れたり近づいたりする方向であり、被検体表面に対する略法線方向)にシフト移動させる移動機構を設けてもよい。これにより、光の照射エリアの拡大または縮小や、それに伴う単位面積当たりの光量の調整が可能となる。
ここまでの記載では、軸を中心として光源ユニット3を回転させ、照射角度を変更する構成について説明した。しかし光源ユニット3を移動させる方向はこれに限られない。例えば、光源ユニット3を、プローブ1の音響波送受信方向(被検体100から離れたり近づいたりする方向であり、被検体表面に対する略法線方向)にシフト移動させる移動機構を設けてもよい。これにより、光の照射エリアの拡大または縮小や、それに伴う単位面積当たりの光量の調整が可能となる。
また、光源ユニット3を、被検体表面に沿った方向にシフト移動できる構成としても良い。これにより、被検体表面における照射エリアを変えることが可能となる。
光源ユニット3を被検体表面に対する略法線方向に移動させる場合も、光源ユニット3を被検体表面に沿った方向に移動させる場合も、モータやガイドなどを用いた任意の移動機構により実現できる。
光源ユニット3を被検体表面に対する略法線方向に移動させる場合も、光源ユニット3を被検体表面に沿った方向に移動させる場合も、モータやガイドなどを用いた任意の移動機構により実現できる。
<変形例3>
図6(a)と図6(b)は、光源収納部31の角度を変更した場合でも、光源35からの光照射方向が一定となるように、光源35の角度を調整する機構(第二の角度変更機構)をさらに有している光音響プローブの概略構成図である。
図6(a)と図6(b)は、光源収納部31の角度を変更した場合でも、光源35からの光照射方向が一定となるように、光源35の角度を調整する機構(第二の角度変更機構)をさらに有している光音響プローブの概略構成図である。
図6(a)において、光源収納部31は、プローブ1に対して、軸31aを回転中心としてβ1の角度を有している。図示していないエンコーダ(角度検知部)は、光源収納部31の角度β1を常に検知している。光源35は、光源収納部31内でさらに回転軸31
bを回転中心として角度調整が可能となっている。光源35の回転軸31bによる角度調整は、図示していない角度制御部により、光源収納部31の角度に応じて自動的に行われる。ここでは、被検体100に対する光照射角度がαとなるように制御されている。
bを回転中心として角度調整が可能となっている。光源35の回転軸31bによる角度調整は、図示していない角度制御部により、光源収納部31の角度に応じて自動的に行われる。ここでは、被検体100に対する光照射角度がαとなるように制御されている。
図6(b)は、光源収納部31の角度がβ2に変更された様子を示す。角度制御部は、エンコーダが出力した角度情報により角度β2への変更を検知すると、回転軸31bを中心として光源35の角度を調整する。この結果、被検体100に対する光照射角度がαのまま維持されている。回転軸31aや回転軸31bを中心とした角度調整には、モータ等の調整機構を利用できる。
<変形例4>
図7(a)及び図7(b)は、光照射角度を調整する機構が光源35の内部に内蔵されている構成を示している。光源35の光照射角度の調整は、照射部先端に設けられた光学系35dで行われる。図7(a)において、光源収納部31の角度がβ3の時に光照射角度がαとなっている。
図7(a)及び図7(b)は、光照射角度を調整する機構が光源35の内部に内蔵されている構成を示している。光源35の光照射角度の調整は、照射部先端に設けられた光学系35dで行われる。図7(a)において、光源収納部31の角度がβ3の時に光照射角度がαとなっている。
図7(b)においては、光源収納部31の角度がβ4となっている。しかし、光学系35dの制御により、被検体100に対する光照射角度がαとなるため、光照射角度αは維持される。ここでの光学系35dは光源35の内部に構成されているが、光源35の光出射端の後に設ける構成としてもよい。光学系35dとしては光の方向を制御できれば何を用いてもよく、例えば可動ミラーや可動式の光ファイバ、それらの組み合わせなどを利用できる。
このような構成により、例えば光源35の取り外しにより光源収納部31の角度ずれが生じても、決まった角度で光を照射できる。その結果、被検体100に照射される光分布が一定となるため、取得できる信号の再現性が向上する。本変形例の場合も、エンコーダの出力に応じて不図示の角度制御部が光学系を操作することで角度を調整できる。
<実施例2>
本実施例の構成を図8に示す。本実施例の光源収納部は、光源収納部本体61と、光源挿入ガイド62で構成される。光源挿入ガイド62は、光源収納部本体61に対して、一点鎖線で示した軸62aを中心に回転する。光源35を挿入する際は、光源挿入ガイド62に光源35を上方から入れてセットする。次に光源挿入ガイド62を回転させて、光源収納部本体61に突き当たるまで閉じる。図4で示した構成と同様に、光源挿入ガイド62を閉じるまで回転させることによって、光源35の光源側コネクタ35aと収納側コネクタ63が接続され、光源35への電源供給が可能となる。
本実施例の構成を図8に示す。本実施例の光源収納部は、光源収納部本体61と、光源挿入ガイド62で構成される。光源挿入ガイド62は、光源収納部本体61に対して、一点鎖線で示した軸62aを中心に回転する。光源35を挿入する際は、光源挿入ガイド62に光源35を上方から入れてセットする。次に光源挿入ガイド62を回転させて、光源収納部本体61に突き当たるまで閉じる。図4で示した構成と同様に、光源挿入ガイド62を閉じるまで回転させることによって、光源35の光源側コネクタ35aと収納側コネクタ63が接続され、光源35への電源供給が可能となる。
本実施例の構成においても、光源35の着脱に際し、プローブ1を被検体100から離すことなく交換できる。したがって、光源35の交換前後におけるプローブ1と被検体100との位置関係の再現性を向上させることが可能である。
<実施例3>
本実施例では、光源からの光の照射方向が、光源の長手方向や光源のセット方向に対して傾いている例を説明する。図9(a)は光の照射方向が傾いている光源71の斜視図であり、図9(b)は側面図である。光源71の光出射口72は、音響波の受信面や被検体表面から斜めに傾いた面に形成されている。また照射光の光軸は、図9(b)の一点鎖線で示したような角度を持つ。すなわち、本実施例の照射光は、音響波受信面や被検体表面に対して斜めに入射するとともに、音響波の送受信方向に対しても斜めになっている。
本実施例では、光源からの光の照射方向が、光源の長手方向や光源のセット方向に対して傾いている例を説明する。図9(a)は光の照射方向が傾いている光源71の斜視図であり、図9(b)は側面図である。光源71の光出射口72は、音響波の受信面や被検体表面から斜めに傾いた面に形成されている。また照射光の光軸は、図9(b)の一点鎖線で示したような角度を持つ。すなわち、本実施例の照射光は、音響波受信面や被検体表面に対して斜めに入射するとともに、音響波の送受信方向に対しても斜めになっている。
図9(c)、図9(d)はそれぞれ、光源収納部31に光源71を異なる向きで挿入し
た状態を示している。すなわち、光源71を光源収納部に着脱する方向(Z軸の上下方向)を第1の方向としたとき、光源71を、該第1の方向に設けた軸を中心として180°回転させてから挿入している。このように挿入時の向きを反転することによって、光の出射方向をプローブ1の方向とプローブ1の反対方向の間で変更できる。光源71が裏表どちらの方向に挿入されても光源収納部31のコネクタと接続可能なように、光源71からケーブルが引き出され、その先にコネクタ71aが設けられている。
た状態を示している。すなわち、光源71を光源収納部に着脱する方向(Z軸の上下方向)を第1の方向としたとき、光源71を、該第1の方向に設けた軸を中心として180°回転させてから挿入している。このように挿入時の向きを反転することによって、光の出射方向をプローブ1の方向とプローブ1の反対方向の間で変更できる。光源71が裏表どちらの方向に挿入されても光源収納部31のコネクタと接続可能なように、光源71からケーブルが引き出され、その先にコネクタ71aが設けられている。
光源71の側面には、光源71が光源収納部31に対して正しい位置まで挿入されたことを検知するためのリミットスイッチ73が備えられている。図10(a)、図10(b)は、光源71を光源収納部31に挿入することによるリミットスイッチ73のON/OFFのイメージ図である。本実施例では、光源71を所定の位置まで挿入しなくても、コネクタ71aを接続すると光を照射可能な状態になってしまう。そのため、リミットスイッチ73を設けておき、図10(b)のように光源71が正しい位置に挿入したことを検知し、その検知状態に応じて光を出射可能とすることで、光照射の安全性を担保している。
またリミットスイッチ73は、図10(c)のように光源収納部31に設けても良い。この場合も、図10(d)のように、光源が正しい位置に挿入されたことを検知してから光を出射可能とする。さらにリミットスイッチ73は実施例1及び実施例2にも適用することができ、本実施例のみに限らない。また、光源収納部31のカバー32の開閉を検知して光の照射を制御しても良い。
なお、上記各実施例では、光源収容部31にLDやLEDなどの光源そのものを格納していた。しかし、LDやLED以外を備えた光源に対しても、本発明は適用可能である。
以上述べたように、本発明にかかる光音響プローブによれば、被検体にプローブを接触した状態で光源を交換可能である。その結果、光源交換前後でのプローブと被検体との位置関係の再現性を向上させることができる。
2:アタッチメントユニット、3:光源ユニット、10:プローブ本体、13:当接部、35:光源、35b:出射口、100:被検体
Claims (16)
- 被検体に照射するための光を発生させる光源と、
前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、
前記プローブ本体および前記光源が取り付けられるアタッチメントと、
を有し、
前記光源は、前記当接部から見て前記被検体とは異なる側から、前記アタッチメントに着脱される
ことを特徴とする光音響プローブ。 - 前記アタッチメントは、前記プローブ本体が取り付けられるプローブ取付部、および、前記光源が取り付けられる光源取付部を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の光音響プローブ。 - 前記アタッチメントは、前記プローブ取付部に対する前記光源取付部の角度を変更する角度変更機構を有する
ことを特徴とする請求項2に記載の光音響プローブ。 - 前記光源が前記被検体に光を照射する照射部をさらに有し、前記光源取付部は、前記光源取付部の角度の変更を検知する角度検知部と、前記角度検知部からの出力に基づいて、前記照射部が前記被検体に照射する光の角度をさらに変更する第二の角度変更機構とを有する
ことを特徴とする請求項3に記載の光音響プローブ。 - 前記光源は、前記光を照射する方向を変更する光学系を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の光音響プローブ。 - 前記角度変更機構は、前記プローブ取付部と前記光源取付部を連通する軸と、前記光源取付部の角度を固定するストッパーとを含む
ことを特徴とする請求項3ないし5のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 - 前記光源を前記アタッチメントに着脱する方向を第1の方向とするとき、前記光源を前記第1の方向を軸として反転させてから前記アタッチメントに取り付けることで、前記光が照射される方向が変化する
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 - 前記光源は、当該光源において分岐した光を出射する第二の照射部を有し、
前記アタッチメントは、前記光源が取り付けられた状態で前記第二の照射部からの光を受信できる受光部を有する
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 - 前記光源が前記被検体に光を照射する照射部をさらに有し、
前記光源取付部は、前記光源が挿入される光源収納部であり、
前記光源収納部のうち前記照射部に対向する部分には、前記光を透過する窓部材が配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の光音響プローブ。 - 前記光源には、前記アタッチメントに対する前記光源の取り付け状態を検知するリミットスイッチが設けられている
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 - 前記アタッチメントには、前記アタッチメントに対する前記光源の取り付け状態を検知するリミットスイッチが設けられている
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 - 前記アタッチメントは、複数の前記光源を取り付け可能である
ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 - 前記アタッチメントは、前記光源を、被検体表面に対する略法線方向、または、前記被検体表面に沿った方向に移動させる移動機構を備える
ことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 - 被検体に照射するための光を発生させる光源と、
前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、
前記プローブ本体および前記光源が取り付けられるアタッチメントと、
を備え、
前記当接部を前記被検体に当接させた状態で、前記光源を前記アタッチメントに着脱可能である
ことを特徴とする光音響プローブ。 - 被検体に照射するための光を発生させる光源と、前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、が取り付けられるアタッチメントであって、
前記光源は、前記当接部から見て前記被検体とは異なる側から着脱される
ことを特徴とするアタッチメント。 - 被検体に照射するための光を発生させる光源と、前記光源から出た光が前記被検体に照射されることで前記被検体から発生した光音響波を受信する受信部と前記被検体に当接する当接部を備えるプローブ本体と、が取り付けられるアタッチメントであって、
前記当接部を前記被検体に当接させた状態で、前記光源を着脱可能である
ことを特徴とするアタッチメント。
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