JP2019535373A - 光音響断層撮影用のプローブ及び実時間光音響断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、少数の光入力によってライン-バイ-ラインスキャン又はエリア-バイ-エリアスキャンが可能な光音響断層撮影用のポータブルプローブ及び実時間光音響断層撮影装置に関する。【解決手段】本発明の一側面による光音響断層撮影用のプローブは、光繊維から光入力を受けて小口径の平行光に進行させるレンズと、小口径の平行光を入力として受けて一定な厚さのラインビームを生成しラインに分布するエネルギーをラインの全体に均一にするパウエルレンズと、前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが減少するようにして対象領域にラインフォーカシングさせるレンズと、前記対象領域から出力された音響波を光経路から分離する音響反射ガラスと、最終的に音響の強度を測定する音響測定部と、を含むことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、光音響断層撮影用のプローブ及び実時間光音響断層撮影装置に係り、詳しくは、光音響効果を用いて非侵襲的に対象体の内部を映像化可能にする光音響断層撮影用のプローブ及び実時間光音響断層撮影装置に関する。

光音響断層撮影装置（Photoacoustic Tomography Apparatus）は、光音響撮像技術（Photoacoustic imaging）を用いて非侵襲的に（in-vivo）対象体の内部を映像化する装置である。光音響撮像技術は、光音響効果（Photoacoustic effect）を用いて非侵襲的に生体組織を映像化させ得る。光音響効果は、吸光物質（生体内的又は生体外的なある物質）が光やラジオ波のような電磁気波を吸収して音響波（acoustic wave）を発生させることをいう。

この際、レーザーの短い電磁気パルスが生体組織に入射されると、エネルギーの一部分が組織内の吸光物質に吸収され、熱に変換されて熱弾性膨張（thermo-elastic expansion）を起こす。その結果、広い帯域の周波数を有する超音波が放出され、これを複数の方向で超音波トランスデューサ（transducer）を用いて測定してイメージに変換することができる。

光音響断層撮影装置は、超音波映像装置と光学装備を混合して各々の欠点を相殺できる医療映像装備である。即ち、光音響断層撮影装置は、超音波映像装置の欠点である低いイメージコントラストと光学装備の欠点である短い透過深度を補完するために、光学装備と超音波装備とを融合させた装備であって、超音波より高いコントラストの映像と光学装備より深い透過映像を提供する。

しかしながら、従来の共焦点光音響断層撮影装置では、光をポイントで集めてスキャニング地点に照射し、ポイントから出力される超音波を獲得する方式を用いている。従って、３次元イメージを得るためには、一つの光源を移動させながらスキャニングするか、多数の光源を配列し、これを用いてスキャニグする方式を用いている。

本発明は、少数の光入力によってライン-バイ-ラインスキャン又はエリア-バイ-エリアスキャン可能な光音響断層撮影用のポータブルプローブ及び実時間光音響断層撮影装置を提供することを目的とする。また、光源から出力されるビームのエネルギーが空間でガウス分布を通じて発生するラインビームの不均一なエネルギー分布を均一にして、撮像領域でビームエネルギーの不均一な分布による吸光物質の濃度測定の歪みのない光音響断層撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面による光音響断層撮影用のプローブは、光繊維から光入力を受けて小口径の平行光に進行させるレンズと、小口径の平行光を入力として受けて一定な厚さのラインビームを生成し、ラインに分布するエネルギーをラインの全体に均一にするパウエルレンズと、前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが減少するようにして対象領域にラインフォーカシングさせるレンズと、前記対象領域から出力された音響波を光経路から分離する音響反射ガラスと、最終的に音響の強度を測定する音響測定部と、を含むことができる。

前記レンズが、光入力を通じて一定な直径の平行光を生成するコリメータを含むことができる。

前記レンズが、前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが減少するようにして対象領域にラインフォーカシングさせる集光レンズをさらに含むことができる。

前記パウエルレンズが、所定の間隔離隔してそれぞれ光入力を小口径の平行光として受けて各々のラインビームを生成する一対のパウエルレンズを含み、前記レンズが、各々の前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが一定な各々の平行光を生成する第１シリンダーレンズと、各々の前記平行光を通過させて対象領域に一つのラインビームとしてラインフォーカシングされるようにする第２シリンダーレンズと、を含むことができる。

前記第１シリンダーレンズ及び前記第２シリンダーレンズが、各々の凸面部が互いに対向して光の進行方向の中心軸に対して９０度回転する形状で配置されることができる。

前記音響測定部が、前記平行光の中心線上の各々の前記平行光の間の空間を二等分する線上に配置されて暗視野照明（dark field illumination）構造を形成させることができる。

前記対象領域側に配置されて、入射される前記平行光を通過させ、出力される前記音響波の経路を変更して前記音響波が音響測定部に入力されるようにする反射面をさらに備えることができる。

前記レンズが、前記対象領域にフォーカシングされるフォーカシングの長さ及びフォーカシングの位置を調整できる可変焦点レンズ及び機構を含むことができる。

本発明の他の側面による光音響断層撮影用のプローブは、コリメータから光入力を小口径の平行光として受けて均一なエネルギー分布（Uniform energy distribution）を有するラインビームを生成するパウエルレンズと、前記ラインビームを通過させて 幅が一定であり、厚さが一定な平行光を生成するレンズと、前記平行光を通過させて対象領域にエリアフォーカシングされるようにする光経路変換部と、前記対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部と、を含むことができる。

前記レンズが、凸面部が光出射側に向くように配置されるシリンダーレンズを含むことができる。

前記光経路変換部が、一つの前記平行光を第１平行光及び第２平行光に分離する光分離部材と、それぞれ前記第１平行光及び前記第２平行光の光経路を変更して対象領域にエリアフォーカシングされるようにする一対の光経路変換部材と、を含むことができる。

前記光分離部材が、鋭角部が互いに接する一対のプリズムを含むことができる。

各々の前記光経路変換部材が、直角面が互いに対向する一対のプリズムを含むことができる。

前記音響測定部が前記一対の光経路変換部材の間に配置されることができる。

前記光分離部材が、鋭角部が互いに接する一対のプリズムを含み、各々の前記光経路変換部材が、直各面が互いに対向する一対のプリズムを含み、また、前記光分離部材及び前記光経路変換部材に含まれるプリズムが光経路方向に移動可能であるか、角度を調整してフォーカシング 位置を調節することができる。

本発明の他の側面による光音響断層撮影用のプローブは、所定の間隔離隔してそれぞれコリメータから光入力を小口径の平行光として受けて各々の均一なエネルギー分布を有するラインビームを生成する一対のパウエルレンズと、各々の前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが一定であり、互いに離隔した各々の平行光を生成するシリンダーレンズと、各々の前記平行光の光経路を変更して対象領域にエリアフォーカシングされるようにする一対の光経路変換部材と、前記対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部と、を含むことができる。

前記音響測定部が前記一対の光経路変換部材の間に配置されることができる。

前記一対の光経路変換部材が、互いに離隔し、直角面が互いに対向するように配置されることができる。

前記プリズムが光経路方向に移動可能であるか、角度を調整してフォーカシング位置を調節することができる。

本発明の他の側による光音響断層撮影用のプローブは、コリメータから光入力を小口径の平行光として受けてラインビームを生成し、ラインの全体にビームエネルギーを均一に分布させるパウエルレンズと、前記ラインビームを対象領域にラインフォーカシング又はエリアフォーカシングされるように照射する少なくとも一つ以上のレンズと、前記対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部と、を含むことができる。

前記音響測定部が前記フォーカシングされる光と干渉されない位置に配置されることができる。

前記音響測定部が、複数の超音波トランスデューサが線形で配列される線形超音波トランスデューサアレイを含むことができる。

本発明の他の側面による光音響断層撮影装置は、本発明の光音響断層撮影用のプローブを含むことができる。

本発明によれば、少数の光入力によってライン-バイ-ラインスキャン又はエリア-バイ-エリアスキャンを可能にすることによって、簡単な装置で広い領域に対して迅速なイメージを獲得可能にする。また、ライン又はエリアスキャン領域にエネルギーを均一に照射させて撮像領域における均一な映像の獲得を可能にする。

本明細書において添付する次の図面は、本発明の好ましい実施例を例示するためのものであって、発明の詳細な説明と共に本発明の技術思想を一層理解させる役割を果たすので、本発明は参照図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはいけない。

図１は、本発明の一実施例による実時間光音響断層撮影装置を概略的に示した図である。

図２は、本発明の一実施例による光音響断層撮影用のプローブを概略的に示した図である。

図３は、本発明の他の実施例による光音響断層撮影用のプローブの内部構成を概略的に示した図である。

図４は、本発明の他の実施例による光音響断層撮影用のプローブの内部構成を概略的に示した図である。

図５は、本発明の他の実施例による光音響断層撮影用のプローブの内部構成を概略的に示した図である。

図６は、本発明の他の実施例による光音響断層撮影用のプローブの内部構成を概略的に示した図である。

図７は、本発明の一実施例による光音響断層撮影用のプローブの実際例示写真である。

図８は、本発明の一実施例による光音響断層撮影用のプローブの実際例示写真であって、ラインフォーカシングを示す例である。

以下、図面を参照して本発明をより詳しく説明する。本発明においては、図面に示した光音響断層撮影用のプローブ及び実時間光音響断層撮影装置を例として説明するが、本発明は、図面に示した光音響断層撮影用のプローブ及び実時間光音響断層撮影装置に限定されるものではない。以下、説明する相異なる実施例で同じ又は類似した機能を行う構成要素に対しては同じ又は類似した名称を付して、その説明を互いに参照する。

図１には、本発明の一実施例による実時間光音響断層撮影装置１が示されている。図２には、本発明の一実施例による光音響断層撮影のための光音響プローブ１０が示されており。図７と図８は、光音響プローブ１０を実際に具現した状態を示す。

図面を参照すると、光音響断層撮影装置１は、光音響プローブ１０、レーザー生成部２０、及び光音響制御部３０を含むことができる。

光音響プローブ１０は、レーザー生成部２０から入力されたレーザービームを撮影対象２に照射し、撮影対象２から出力された音響波を受信して光音響制御部３０に出力する。光音響プローブ１０は、図３乃至図６のうちいずれか一つに示された内部構成を有する光学設計を通じて具現できる。

レーザー生成部２０は、短波長、多波長、又は、波長可変パルスレーザーを生成することができる。レーザー生成部２０は、特定の波長成分、又は、その成分を含む単色光を発生させる半導体レーザー（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、個体レーザー、又は、ガスレーザーなど、各種のレーザーソースを含んで具現できる。この際、レーザー生成部は、相異なる波長を有する複数のレーザーソースを含んで具現できる。

レーザー生成部２０は、撮影対象２に対応する波長の光を出力することができる。このために、レーザー生成部２０が光音響制御部３０に連結され、光音響制御部３０を通じて使用者入力を受けて光出力時点を音響測定時点に同期化させるか、レーザー生成部２０を通じて使用者入力を受けて音響測定時点を光出力時点に同期化させることができる。

光音響制御部３０は、光音響プローブ１０を通じて収集された光音響信号を受信して光音響映像に変換することができる。光音響制御部３０は、ディスプレイ部３１を含み、ディスプレイ部３１には、光音響信号から生成された光音響映像が表示されることができる。さらに、ディスプレイ部３１には、光音響映像の生成と関連した装置の作動、進行状況、及び、使用者入力事項などに関連した様々な情報のディスプレーが可能である。

また、光音響制御部３０には、使用者の入力を受けることのできる各種形態の使用者入力部が備えられる。この際、使用者入力部を通じて入力される使用者入力事項が、ディスプレイ部３１を通じて表示されることができる。

一方、レーザー生成部２０は、レーザーソース、減衰機、及び、連結端子を含むことができる。レーザーソースは、撮影対象物に対応する各種波長のレーザービームを生成することができる。減衰機は、レーザーソースから生成されたレーザービームの強度を撮影目的に適した強度に減衰させ得る。連結端子を通じて光繊維が連結され、光繊維を通じて平行光線束を形成するコリメータを通じて光音響プローブに連結されることができる。

この際、レーザーの短い電磁気パルスが撮影対象物である生体組織に入射されると、エネルギーの一部分が組織内の吸光物質に吸収され、熱に変換されて熱弾性膨張を起こす。その結果、広い帯域の周波数を有する超音波が放出され、これを超音波トランスデューサのような音響測定部を通じて測定し、測定された信号を光音響制御部に伝送して光音響制御部で測定対象となる生体組織のイメージを生成することができる。

通常の光学映像装置の場合、浸透の深さを深くするために波長を伸ばすと、解像度が低下することがある。しかしながら、光音響断層撮影装置１は、光を照射して超音波信号を測定するので、解像度の低下無しに浸透の深さを深くすることができる。

レーザー生成部２０には、撮影しようとする目標対象吸光物質の吸収係数に適した波長帯の光を生成して対象領域に照射して目標対象の光音響イメージを得ることができる。この際、複数の目標対象に対する映像を得ようとすると、各々に対応する複数の波長帯の光を順次に照射することにより、各々の目標対象に対する映像を共に得ることができる。

光音響プローブ１０は、本体１１、音響測定部１２、及び、光繊維連結部１３を含むことができる。本体１１の内部には、本発明によって光繊維から出た光をコリメータを用いて小口径の平行光に変換させた後、ラインビームを生成して対象領域にラインフォーカシング（line focusing）又はエリアフォーカシング（area focusing）されるようにする光学設計による構成及び配置が含まれている。その光学設計による構成及び配置の具体的な実施例が、図３乃至図６に示されている。従って、光音響断層撮影装置は、図３乃至図６に示された光音響プローブ１０の技術的特徴及び効果をすべて有する。

本体１１には光繊維連結部１３を通じてレーザー生成部２０から生成されたレーザービームの伝送される光繊維が連結される。本体１１は、光繊維及び光繊維連結部１３を通じてレーザー生成部２０から生成されたレーザービームを平行光に変換して対象領域にラインフォーカシング（line focusing）又はエリアフォーカシング（area focusing）されるようにする。光繊維連結部１３には、光繊維の終端にコリメータを置いて光繊維から出た光が本体１１内で限りなく拡散されないように平行光を作成して進行するようにする。但、本発明はこれに限定されるものではなく、そのような機能を行う様々な部材が用いられることができる。

音響測定部１２は、対象領域に照射されたレーザービームにより生成される音響波を測定するものであって、超音波トランスデューサが用いられることができる。この際、音響測定部１２は、レーザービームがラインフォーカシング（line focusing）又はエリアフォーカシング（area focusing）されて出力する音響波を効果的に測定できるように、複数の超音波トランスデューサが線形で配列される線形超音波トランスデューサアレイとなり得る。即ち、音響測定部１２は、線形超音波トランスデューサアレイによってライン又はエリア単位で出力される音響波を線形で受信できるので、広い領域に対して迅速なイメージを獲得することができる。

本発明によれば、少数の光入力によってライン-バイ-ラインスキャン又はエリア-バイ-エリアスキャンを可能にすることによって、簡単な装置で広い領域に対して迅速なイメージを獲得することができる。

このために、光音響プローブ１０は、コリメータ１３と、パウエルレンズ１５と、レンズ１６と、音響測定部１２と、を含むことができる。

コリメータ１３は、光繊維から拡散されたビームを一定の直径を有する平行光線束に変換して光を進行させる。パウエルレンズ１５は、光入力を小口径の平行光として受けて一定な厚さを有するラインビームを生成することができる。レンズ１６は、対象領域にラインフォーカシング又はエリアフォーカシングされるように照射することができる。音響測定部１２は、対象領域からラインビームの照射によって出力される音響波を受信することができる。

コリメータ１３は、光繊維から出た光を平行光線束に形成するものであって、光繊維から出た光が限りなく拡散されることを防止し、パウエルレンズ１５に入るビームのサイズを一定に維持させて光学設計が維持されるようにする。

パウエルレンズ１５は、小口径の平行光を受けて一定の厚さを有しながら均一な強度を有するラインビームを形成することができる。この場合、ラインビームは、光が進行する方向に垂直な面に実質的に均一な強度でラインフォーカシングされるビームとなり得る。

即ち、光音響プローブ１０は、パウエルレンズ１５を用いた光学設計を適用することにより、撮像領域に均一なエネルギーの強度で光を照射することができる。従って、光音響プローブ１０によって吸光物質の濃度の歪みのない定量的映像の獲得が可能になって、対象領域に対してより正確かつ精密なイメージを得ることができるようになる。

レンズ１６は、対象領域にラインフォーカシング又はエリアフォーカシングされるように照射可能にするためのものであって、様々な形状、構造、配置を有する少なくとも一つ以上のレンズが含まれることができる。こり際、レンズは、入射される光経路を変換する部材であって、様々な形状を有する一つ又は複数個が組み合わされて使用され得る。

一方、光音響プローブ１０は、ラインビームが対象領域にフォーカシングされる組織内の深さを調節できる構成又は構造を有することができる。従って、焦点の結ばれる対象領域の深さ又は大きさなどを自在に調節可能にすることによって、光音響プローブ１０の動きを最小化しながら、対象領域に対する光音響イメージを容易に得ることができる。

このために、組織内のフォーカシングの深さを調節できる構造を具現するための様々な実施例が可能である。一実施例として、レンズ１６が光経路方向に前進又は後退しながらその位置を変更することによって、組織内のフォーカシングの深さを調節することができる。他の実施例として、レンズ１６として可変焦点レンズが用いられることができる。この場合、液体レンズのようにレンズの屈折力を調節するなど、通常の焦点調節メカニズムを用いて焦点調節構造を容易に具現することができる。

他の実施例として、光経路変換のために用いられるプリズムの位置を調整するか、プリズムの角度を調節することによって、組織内のフォーカシングの深さを調節できる構造を具現することができる。

この際、フォーカシングの深さ調節部は、光音響制御部３０と連結されて光音響制御部３０によって制御されることができる。この際、光音響制御部３０を通じて使用者入力を受けて使用者入力によって組織内のフォーカシングの深さが調節されうる。

一方、音響測定部１２は、対象領域に照射される光と干渉されない位置に配置されることが好ましい。このために、音響測定部１２は、対象領域に照射される光の光経路に対して設定された角度、例えば、９０度又は１８０度となる位置に配置されることができる。この場合、水のような媒質でのみ進行できる音響波の性質を用いて、反射面１７が光音響プローブ１０の対象領域側の端部に配置されることができる。反射面１７は、入射される光は通過させ、出力される音響波だけを反射させて移動経路を変更して音響波が音響測定部１２に入力されるようにすることができる。

図３には、第１実施例による光音響断層撮影のための光音響プローブ１００の内部構成が示されている。図面には、光繊維入力部内のコリメータ１３により形成された小口径の平行光がラインビームに変換されて対象領域にラインフォーカシングされる実施例が示されている。ここで、図面の上側に光学系の平面図が示されており、図面の下側には平面図に対して９０度回転した面に対する側面図が示されている。

図面を参照すると、光音響プローブ１００は、パウエルレンズ１１０と、集光レンズ１２０と、音響測定部１３０と、を含むことができる。

パウエルレンズ１１０は、コリメータから平行光を受けて一定な厚さを有するラインビームを生成することができる。集光レンズ１２０は、ラインビームを通過させて光が進行する方向に、幅が一定であり、厚さが減少するようにして対象領域にラインフォーカシングされるようにする。音響測定部１３０は、対象領域から出力された音響波を受信することができる。

パウエルレンズ１１０は、コリメータから平行光を受けて一定な厚さを有するラインビームを生成することができる。この際、ラインビームは、一定の厚さを有し、幅が平面の中心線に対して一定の角度で拡大され、光の進行方向に垂直な面に実質的に均一な強度で入射されるビームとなり得る。

光音響プローブ１００は、パウエルレンズを用いた光学設計を適用することによって、撮像領域に均一なエネルギーの強度で光を照射することができる。これにより、対象領域で吸光物質の濃度の歪みのないイメージを獲得することができる。従って、光音響プローブ１００により定量的な映像の獲得が可能になって、対象領域に対してより正確かつ精密なイメージを得ることができる。

集光レンズ１２０から生成されるビームは、平面上、幅が一定であり、光の進行方向に厚さが一定な比率で減少するものであって、撮影しようとする対象領域にラインフォーカシングされることができる。

この際、集光レンズ１２０は、光経路方向に前進又は後退しながらその位置を変更することによって、組織内のフォーカシングの深さを調節できる。また、集光レンズ１２０は、可変焦点レンズを含むことができる。この場合、通常の焦点調節メカニズムを用いて焦点調節構造を容易に具現することができる。

この際、光音響プローブ１００は、ラインビームが対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調節できる構成又は構造を有することによって、対象領域の深さ又は大きさなどを自在に調節可能にして、光音響プローブ１００の動きを最小化しながら、対象領域の各深さに対する光音響イメージを容易に得ることができる。

これにより、ラインスキャンを用いても光音響プローブ１００の動きを最小化しながら、対象領域に対する３次元映像を得ることができる。

一方、音響測定部１３０は、対象領域から出力された音響波を受信する超音波トランスデューサ（transducer）を含むことができる。この際、音響測定部１３０は、レーザービームがラインフォーカシング（line focusing）されて吸光物質が膨張するとき、出力する音響波を効果的に測定できるように、複数の超音波トランスデューサが線形に配列される線形超音波トランスデューサアレイ（linear ultrasonic transducer array）となり得る。即ち、音響測定部１３０は、線形超音波 トランスデューサアレイによってライン単位で出力される音響波を線形で受信するので、広い領域に対して迅速なイメージを獲得することができる。これにより、実時間光音響断層撮影装置を容易に具現することができる。

反射面１４０は、対象領域側に配置されて、入射される平行光を通過させ、出力される音響波の経路を変更して音響波が音響測定部に入力されるようにすることができる。この場合、音響測定部１３０は、対象領域に照射される光と干渉されない位置に配置され得る。ここで、一方向から入射する光は通過させ、その反対方向から入射される音響波は反射させる手段として反射面１４０が用いられた。但、本発明はこれに限定されず、そのような機能を行う様々な部材が用いられることができる。

図４には、第２実施例による光音響断層撮影のための光音響プローブ２００の内部構成が示されている。図面には、一対の光繊維入力部を通じて小口径の平行光として入力されて各々ラインビームに変換され、対象領域に一つのラインとしてラインフォーカシングされる実施例が示されている。ここで、図面の上側に光学系の平面図が示されており、図面の下側には平面図に対して９０度回転した面に対する側面図が示されている。

図面を参照すると、光音響プローブ２００は、一対のパウエルレンズ２１０と、第１シリンダーレンズ２２１と、第２シリンダーレンズ２２２と、音響測定部２３０と、を含むことができる。

パウエルレンズ２１０は、所定の間隔離隔してそれぞれ平行光を受けて一定な厚さを有する各々のラインビームを生成するものであって、一対が備えられることができる。第１シリンダーレンズ２２１は、各々のラインビームを通過させて、光の進行方向に、幅が一定であり、厚さが一定な各々の平行光を生成することができる。第２シリンダーレンズ２２２は、各々の平行光を通過させて対象領域に一つのラインビームとしてラインフォーカシングされるようにすることができる。音響測定部２３０は、対象領域から出力された音響波を受信することができる。

パウエルレンズ２１０は一対が備えられ、一対の小口径の平行光がそれぞれ光繊維によって光繊維入力部を通じて入力されて、それぞれラインビームに変換されるようにする。この際、各々のラインビームは、一定の厚さを有し、幅が平面の中心線に対して一定な角度で拡大されるものであって、光の進行方向に垂直な面に実質的に均一な強度で入射されるビームとなり得る。

光音響プローブ２００は、パウエルレンズを用いた光学設計を適用することによって、撮像領域に均一なエネルギーの強度で光を照射することができる。これにより、対象領域で吸光物質の濃度の歪みのないイメージを獲得することができる。従って、光音響プローブ２００によって定量的な映像の獲得が可能になって、対象領域に対してより正確かつ精密なイメージを得ることができる。

第１シリンダーレンズ２２１は、各々のラインビームを通過させて各々の平行光を生成し、第２シリンダーレンズ２２２は、各々の平行光を通過させて対象領域に一つのラインビームとしてラインフォーカシングされるようにすることができる。このために、第１シリンダーレンズ２２１及び第２シリンダーレンズ２２２が、各々の凸面部が互いに対向して光の進行方向の中心軸に対して９０度回転する形状で配置されることができる。

ここで、第１シリンダーレンズ２２１及び第２シリンダーレンズ２２２としては、それぞれ一側から見た面が突出した凸面部を有するシリンダーレンズが用いられることができる。但、本発明はこれに限定されず、第１シリンダーレンズ２２１及び第２シリンダーレンズ２２２の機能が遂行できれば、様々なレンズの適用が可能である。

この場合、互いに離隔した二つの光学ビームが光学系を通じて会って一つのラインとしてフォーカシングされるので、二つの光学ビームの間の空間によって暗視野照明（dark field illumination）が可能になる。図３のような明視野照明（bright field illumination）では、光が光軸に沿って進行しながらフォーカシングされる前にも組織を照らし、その領域で超音波が発生するので、これがノイズとして作用する。従って、暗視野照明を用いると、向上した信号対雑音比（ＳＮＲ）を得ることができ、対象領域に対してより正確な光音響映像を得ることができる。

さらに、各々の平行光が互いに離隔しているため、その離隔した間の空間に音響測定部２３０が配置されることができる。この場合、音響測定部２３０が光音響プローブ２００の内部空間に配置されうるので、光音響プローブ２００を小型化する利点がある。

この際、音響測定部２３０が、平行光の中心線上の各々の平行光の間の空間を二等分する線上に配置されることができる。

一方、第２シリンダーレンズ２２２によって互いに離隔した平行光を変換して対象領域に一つのラインビームとしてラインフォーカシングされるようにすることができる。この際、第２シリンダーレンズ２２２が、光経路の方向に前進又は後退しながらその位置を変更することにより、組織内のフォーカシングの深さを調節することができる。また、第２シリンダーレンズ２２２として可変焦点レンズを含むことができる。この場合、通常の焦点調節メカニズムを用いて焦点調節構造を容易に具現することができる。

この際、光音響プローブ２００は、ラインビームが対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調節できる構成又は構造を有することによって、対象領域の深さ又は大きさなどを自在に調節可能にして、光音響プローブ２００の動きを最小化しながら対象領域に対する光音響イメージを容易に得ることができる。

さらに、対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調節することによって、ラインスキャンを用いても光音響プローブ２００の動きを最小化しながら対象領域に対する３次元映像を得ることができる。

対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部２３０としては、図３に示した実施例と同じ技術の音響測定部２３０が適用されることができる。従って、これを参照し、その詳細な説明は省略する。

反射面２４０は、対象領域側に配置され、入射される平行光を通過させ、出力される音響波の経路を変更して音響波が音響測定部に入力されるようにすることができる。この場合、音響測定部２３０は、対象領域に照射される光と干渉されない位置に配置されることができる。ここで、一方向から入射する光は通過させ、その反対方向から入射される音響波は反射させる手段として反射面２４０が用いられた。但、本発明はこれに限定されず、そのような機能を行う様々な部材が用いられることができる。

図５には、第３実施例による光音響断層撮影のための光音響プローブ３００の内部構成が示されている。図面には、小口径の平行光が光繊維によって光繊維入力部を通じて入力されてラインビームに変換され、一つの平行光が二つの平行光に分離され、対象領域で一つの領域としてエリアフォーカシングされる実施例が示されている。ここで、図面の上側に光学系の平面図が示されており、図面の下側には平面図に対して９０度回転した面に対する側面図が示されている。

図面を参照すると、光音響プローブ３００は、パウエルレンズ３１０と、シリンダーレンズ３２０と、光経路変換部３４０と、音響測定部３３０と、を含むことができる。

パウエルレンズ３１０は、光入力を小口径の平行光として受けて一定な厚さを有するラインビームーを生成することができる。シリンダーレンズ３２０は、ラインビームを通過させて、光の進行方向に、幅が一定であり、厚さが一定な平行光を生成することができる。光経路変換部３４０は、平行光を通過させて対象領域にエリアフォーカシングされるようにすることができる。音響測定部３３０は、対象領域から出力された音響波を受信することができる。

小口径の平行光を受けてラインビームを生成するパウエルレンズ３１０としては、図３に示した実施例と同じ技術のパウエルレンズ３１０が適用されることができる。従って、これを参照し、その詳細な説明は省略する。

シリンダーレンズ３２０は、凸面部が光出射側に向くように配置されて、ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが一定な平行光を生成することができる。シリンダーレンズは、光出射側が平面上状形が凸面部となるように、配置されることができる。

入力される平行光の光経路を変換して対象領域にエリアフォーカシングする光経路変換部３４０は、光分離部材３４１と、一対の光経路変換部材３４２、３４３と、を含むことができる。光分離部材３４１は、一つの平行光を第１平行光及び第２平行光に分離することができる。一対の光経路変換部材３４２、３４３は、それぞれ第１平行光及び第２平行光の光経路を変更して対象領域にエリアフォーカシングされるようにすることができる。

この際、図面に示したような光学設計によってラインベッセルビーム（line bessel beam）を具現することによって、焦点深度（Depth of focus）を拡大させることができ、これにより、面積単位のスキャン方式を具現することができる。従って、映像獲得速度を著しく増加させうる。

この場合、互いに離隔した二つの光学ビーム（第１平行光と第２平行光）が光学系を通じて会って一つの領域としてフォーカシングされるので、二つの光学ビームの間の空間によって暗視野照明（dark field illumination）が可能になる。従って、明視野照明（bright field illumination）時に生じるノイズが除去されて向上した信号対雑音比（ＳＮＲ）を得ることができる。従って、対象領域に対してより正確な光音響映像を得ることができる。

この際、光分離部材３４１は、最も厚さの薄い角に当たる鋭角部が互いに接する一対のプリズムを含むことができる。各々の光経路変換部材３４２、３４３は、直角面が互いに対向する一対のプリズムを含むことができる。ここで、光分離部材３４１及び/又は光経路変換部材３４２、３４３がプリズムで具現されるようにすることによって、光学系を容易に具現できる。

分離部材３４１及び/又は光経路変換部材３４２、３４３の光経路変換のために用いられるプリズムの位置を調整するか、プリズムの角度を調節することによって、組織内のフォーカシングの深さを調節できる構造を具現することができる。

この際、光音響プローブ３００は、ラインビームが対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調節できる構成又は構造を有することによって、対象領域の深さを自在に調節可能にして、光音響プローブ３００の動きを最小化しながら、対象領域に対する光音響イメージを容易に得ることができる。

また、対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調節することによって、エリアスキャンを用いて光音響プローブ３００の動きを最小化しながら、対象領域に対する３次元映像を得ることができる。

さらに、第１平行光と第２平行光が互いに離隔しているので、その離隔した間の空間に音響測定部３３０が配置されることができる。この場合、音響測定部３３０が光音響プローブ３００の内部空間に配置されうるので、光音響プローブ３００を小型化させる利点がある。

この際、音響測定部３３０が、平行光の中心線上の各々の平行光の間の空間を二等分する線上に配置されることができる。

この際、音響測定部３３０が、互いに離隔した一対の光経路変換部材３４２、３４３の間に配置されることができる。この場合、光音響プローブ３００の内部の空間をより効果的に用いることができる。

音響波を受信する音響測定部３３０としては、図３に示した実施例と同じ技術の音響測定部３３０が適用されることができる。従って、これを参照し、その詳細な説明は省略する。

図６には、第４実施例による光音響断層撮影のための光音響プローブ４００の内部構成が示されている。図面には、一対の小口径の平行光が光繊維によって光繊維入力部を通じて入力されてそれぞれラインビームに変換され、対象領域で一つの領域としてエリアフォーカシングされる実施例が示されている。ここで、図面の上側に光学系の平面図が示されており、図面の下側には平面図に対して９０度回転した面に対する側面図が示されている。

図面を参照すると、光音響プローブ４００は、一対のパウエルレンズ４１０と、シリンダーレンズ４２０と、一対の光経路変換部材４４０と、音響測定部４３０と、を含むことができる。

一対のパウエルレンズ４１０は、所定の間隔離隔してそれぞれ光入力を小口径の平行光として受けて一定な厚さを有する各々のラインビームを生成することができる。シリンダーレンズ４２０は、各々のラインビームを通過させて、光の進行方向に、幅が一定であり、厚さが一定であり、互いに離隔した各々の平行光を生成することができる。一対の光経路変換部材４４０は、各々の平行光の光経路を変更して対象領域にエリアフォーカシングされるようにできる。音響測定部４３０は、対象領域から出力された音響波を受信することができる。

小口径の平行光を受けてラインビームを生成する一対のパウエルレンズ４１０としては、図４に示した実施例と同じ技術のパウエルレンズ４１０が適用されることができる。従って、これを参照し、その詳細な説明は省略する。

シリンダーレンズ４２０は、凸面部が光出射側に向くように配置され、ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さも一定な平行光を生成できる。シリンダーレンズは、光出射側が平面上形状が凸面部となるように、配置されることができる。シリンダーレンズ４２０には、二つのラインビームがそれぞれ通過して上下に所定の間隔離隔した平行光を生成することができる。

一対の光経路変換部材４４０は、互いに離隔し、直角面が互いに対向するように配置される一対のプリズムを含むことができる。従って、光経路変換部材４４０がプリズムとして具現されるようにすることによって、光学系を容易に具現できる。

この際、図面に示したような光学設計によってラインベッセルビーム（line bessel beam）を具現することによって、焦点深度（Depth of focus）を拡大させることができる。これにより、面積単位スキャン方式を具現できて映像獲得速度を著しく増加させうる。

この場合、互いに離隔した二つの平行光がプリズムを通じて会って一つの領域にフォーカシングされるので、二つの光学ビームの間の空間によって暗視野照明（dark field illumination）が可能になる。従って、明視野照明（bright field illumination）時に発生するノイズが除去されて向上した信号対雑音比（ＳＮＲ）を得ることができる。従って、対象領域に対してより正確な光音響映像を得ることができる。

光経路変換部材４４０の光経路変換のために用いられるプリズムの位置を調整するか、プリズムの角度を調節することによって、組織内のフォーカシングの深さを調節できる構造の具現が可能である。

この際、光音響プローブ４００は、ラインビームが対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調節できる構成又は構造を有することによって、対象領域の深さを自在に調節可能にして、光音響プローブ４００の動きを最小化しながらも、対象領域に対する光音響イメージを容易に得ることができる。

また、対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調節することによって、エリアスキャンを用いて光音響プローブ４００の動きを最小化しながら、対象領域に対する３次元映像を得ることができる。

さらに、平行光が互いに離隔しているので、その離隔した間の空間に音響測定部４３０が配置されることができる。この場合、音響測定部４３０が光音響プローブ４００の内部空間に配置され得るので、光音響プローブ４００を小型化させる利点がある。

この際、音響測定部４３０が、平行光の中心線上の各々の平行光の間の空間を二等分する線上に配置されることができる。

この際、音響測定部４３０が、互いに離隔した一対のプリズム４４０の間に配置されることができる。この場合、光音響プローブ４００の内部の空間をより効率的に利用できる。

音響波を受信する音響測定部４３０としては、図５に示した実施例と同じ技術の音響測定部４３０を適用できる。従って、これを参照し、その詳細な説明は省略する。

本発明によれば、少数の光入力によってライン-バイ-ラインスキャン又はエリア-バイ-エリアスキャンを可能にすることによって、簡単な装置で広い領域に対して迅速なイメージを獲得することができる。

以上、発明の好ましい実施例及び応用例について示して説明したが、本発明は上述した特定の実施例及び応用例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨を外れることなく、当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者により様々な変形実施が可能なのは明らかであり、このような変形実施が本発明の技術的思想や見通しから個別的に外れるものと理解されてはいけない。

Claims (24)

1. 光入力を小口径の平行光として受けて均一なエネルギー分布を有するラインビームを生成するパウエルレンズと、
   前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが減少するようにして対象領域にラインフォーカシングされるようにするレンズと、
   前記対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部と、を備えることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
2. 第１項において、
   前記レンズが、前記ラインビームを通過させて、エネルギー分布が均一であり、幅が一定であり、厚さが減少するようにして対象領域にラインフォーカシングされるようにする集光レンズを含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
3. 第１項において、
   前記パウエルレンズが、所定の間隔離隔してそれぞれ光入力を小口径の平行光として受けて各々のラインビームを生成する一対のパウエルレンズを含み、
   前記レンズが、各々の前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが一定な各々の平行光を生成する第１シリンダーレンズと、各々の前記平行光を通過させて対象領域に一つのラインビームとしてラインフォーカシングされるようにする第２シリンダーレンズと、を含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
4. 第３項において、
   前記第１シリンダーレンズ及び前記第２シリンダーレンズが、各々の凸面部が互いに対向して光の進行方向の中心軸に対して９０度回転する形状で配置されることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
5. 第３項において、
   前記音響測定部が、前記平行光の中心線上の各々の前記平行光の間の空間を二等分する線上に配置されることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
6. 第１項において、
   前記対象領域側に配置されて、入射される光を通過させ、出力される前記音響波の経路を変更して前記音響波が音響測定部に入力されるようにする反射面をさらに備えることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
7. 第１項において、
   前記レンズが、前記対象領域にフォーカシングされる組織内のフォーカシングの深さを調整できる可変焦点レンズを含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
8. 光入力を小口径の平行光として受けて均一なエネルギー分布を有するラインビームを生成するパウエルレンズと、
   前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが一定な平行光を生成するレンズと、
   前記平行光を通過させて対象領域にエリアフォーカシングされるようにする光経路変換部と、
   前記対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部と、を備えることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
9. 第８項において、
   前記レンズが、凸面部が光出射側に向くように配置されるシリンダーレンズを含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
10. 第８項において、
    前記光経路変換部が、
    一つの前記平行光を第１平行光及び第２平行光に分離する光分離部材と、
    それぞれ前記第１平行光及び前記第２平行光の光経路を変更して対象領域にエリアフォーカシングされるようにする一対の光経路変換部材と、を含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
11. 第１０項において、
    前記光分離部材が、鋭角部が互いに接する一対のプリズムを含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
12. 第１０項において、
    各々の前記光経路変換部材が、直角面が互いに対向する一対のプリズムを含むことを特徴とする音響断層撮影用のプローブ。
13. 第１０項において、
    前記音響測定部が前記一対の光経路変換部材の間に配置されることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
14. 第１０項において、
    前記光分離部材が、鋭角部が互いに接する一対のプリズムを含み、
    各々の前記光経路変換部材が、直各面が互いに対向する一対のプリズムを含み、
    前記光分離部材及び前記光経路変換部材に含まれるプリズムのうち、少なくともいずれか一つが光経路方向に移動可能であるか、角度を調整できることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
15. 第１０項において、
    パウエルレンズによって均一なエネルギー分布を有するラインビームが、前記光分離部材によって二つの経路に分けられたビームがエリアフォーカシングされるとき、フォーカス領域の全体で均一なエネルギー分布を有することを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
16. 所定の間隔離隔してそれぞれ光入力を小口径の平行光として受けて各々のラインビームを生成する一対のパウエルレンズと、
    各々の前記ラインビームを通過させて、幅が一定であり、厚さが一定であり、互いに離隔した各々の平行光を生成するシリンダーレンズと、
    各々の前記平行光の光経路を変更して対象領域にエリアフォーカシングされるようにする一対の光経路変換部材と、
    前記対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部と、を備えることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
17. 第１６項において、
    前記音響測定部が前記一対の光経路変換部材の間に配置されることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
18. 第１６において、
    前記一対の光経路変換部材が、互いに離隔し、直角面が互いに対向するように配置される一対のプリズムを含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
19. 第１８において、
    前記プリズムが光経路方向に移動可能であるか、角度を調整できることを特徴とする音響断層撮影用のプローブ。
20. 光入力を小口径の平行光として受けてエネルギー分布が均一なラインビームを生成するパウエルレンズと、
    前記ラインビームを対象領域にラインフォーカシング又はエリアフォーカシングされるように照射する少なくとも一つ以上のレンズと、
    前記対象領域から出力された音響波を受信する音響測定部と、を備えることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
21. 第２０項において、
    前記音響測定部が入射光と干渉されない位置に配置されることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
22. 第２０項において、
    前記ラインビームが前記対象領域にフォーカシングされるフォーカシングの深さを調整できることを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
23. 第２０項において、
    前記音響測定部が、複数の超音波トランスデューサが線形で配列される線形超音波トランスデューサアレイを含むことを特徴とする光音響断層撮影用のプローブ。
24. 第１項乃至第２３項のうちいずれか一項の光音響断層撮影用のプローブを含む実時間光音響断層撮影装置。

Images