JP2020156737A - 光音響波測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響波測定装置において、音響レンズの焦点の位置を分かりやすくする。【解決手段】光音響波測定装置１は、パルス光Ｐを出力するパルス光出力部１０ａと、パルス光Ｐにより測定対象２において発生した光音響波ＡＷを受けて電気信号に変換するレンズ１０ｃと、電気信号を測定する測定部１６と、測定部１６の測定結果の波形ＡＷを表示する波形表示部２０と、波形ＡＷにおけるレンズ１０ｃの焦点ｆｐの位置を表示する焦点位置表示部２２と、パルス光出力部１０ａの出力端１０ｄを移動させるＺ方向移動部１４と、焦点位置表示部２２により表示されたマーカＭを、出力端１０ｄの移動量ｄ１、ｄ２に応じて、波形ＡＷに対して移動させる表示図形移動部２４とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光音響波の測定に関する。

従来より、光音響波測定装置が知られている（例えば、特許文献１、２および３を参照）。光音響波測定装置を移動させることで、光音響波測定装置が有する音響レンズの焦点の被測定物に対する位置を変化させること（例えば、特許文献１を参照）や、光音響波による測定結果を画像として表示すること（例えば、特許文献２、３を参照）が知られている。

特開２０１６−１０１２６０号公報 特開２０１３−２２０１４５号公報 特表２０１１−５１９２８１号公報

しかしながら、上記の従来技術のような光音響波測定装置によれば、音響レンズの焦点の被測定物に対する位置を変化させることができても、所望の位置に音響レンズの焦点の被測定物に対する位置を合わせることは難しい。それは、そもそも、音響レンズの焦点の位置が分かりにくいからである。

そこで、本発明は、光音響波測定装置において、音響レンズの焦点の位置を分かりやすくすることを課題とする。

本発明にかかる第一の光音響波測定装置は、パルス光を出力するパルス光出力部と、前記パルス光により測定対象において発生した光音響波を受けて電気信号に変換するレンズと、前記電気信号を測定する測定部と、前記測定部の測定結果の波形を表示する波形表示部と、前記波形における前記レンズの焦点の位置を表示する焦点位置表示部とを備えるように構成される。

上記のように構成された第一の光音響波測定装置によれば、パルス光出力部が、パルス光を出力する。レンズが、前記パルス光により測定対象において発生した光音響波を受けて電気信号に変換する。測定部が、前記電気信号を測定する。波形表示部が、前記測定部の測定結果の波形を表示する。焦点位置表示部が、前記波形における前記レンズの焦点の位置を表示する。

なお、本発明にかかる第一の光音響波測定装置は、前記パルス光出力部の出力端を移動させる出力端移動部と、前記焦点位置表示部により表示された表示図形を、前記出力端の移動量に応じて、前記波形に対して移動させる表示図形移動部とを備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一の光音響波測定装置は、前記表示図形移動部が、前記出力端の前記パルス光の出力方向への移動量に応じて、前記波形において前記パルス光の出力方向に対応する方向へ前記表示図形を移動させるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一の光音響波測定装置は、前記焦点位置表示部が、前記波形において、前記出力端に対応する座標に、前記出力端と前記焦点との距離を加えた座標を、前記焦点の位置として、前記焦点の位置の表示を行うようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一の光音響波測定装置は、前記波形表示部が、前記出力端の初期位置から所定の距離の範囲内における前記波形を表示するようにしてもよい。

本発明にかかる第二の光音響波測定装置は、パルス光を出力するパルス光出力部と、前記パルス光により測定対象において発生した光音響波を受けて電気信号に変換するレンズと、前記電気信号を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づき、前記測定対象の断層画像を表示する断層画像表示部と、前記断層画像における前記レンズの焦点の位置を表示する焦点位置表示部とを備えるように構成される。

上記のように構成された第二の光音響波測定装置によれば、パルス光出力部が、パルス光を出力する。レンズが、前記パルス光により測定対象において発生した光音響波を受けて電気信号に変換する。測定部が、前記電気信号を測定する。断層画像表示部が、前記測定部の測定結果に基づき、前記測定対象の断層画像を表示する。焦点位置表示部が、前記断層画像における前記レンズの焦点の位置を表示する。

なお、本発明にかかる第二の光音響波測定装置は、前記パルス光出力部の出力端を移動させる出力端移動部と、前記焦点位置表示部により表示された表示図形を、前記出力端の移動量に応じて、前記断層画像に対して移動させる表示図形移動部とを備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第二の光音響波測定装置は、前記表示図形移動部が、前記出力端の前記パルス光の出力方向への移動量に応じて、前記断層画像において前記パルス光の出力方向に対応する方向へ前記表示図形を移動させるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第二の光音響波測定装置は、前記焦点位置表示部が、前記断層画像において、前記出力端に対応する座標に、前記出力端と前記焦点との距離を加えた座標を、前記焦点の位置として、前記焦点の位置の表示を行うようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第二の光音響波測定装置は、前記断層画像表示部が、前記出力端の初期位置から所定の距離の範囲内における前記断層画像を表示するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第二の光音響波測定装置は、前記出力端が、前記パルス光の出力方向を法線方向とする平面内を移動し、前記出力端の位置の各々についての前記測定部の測定結果を合成することにより、前記断層画像を得るようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一の光音響波測定装置は、前記焦点位置表示部が、前記パルス光の出力方向についての前記焦点の座標を表示するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第二の光音響波測定装置は、前記焦点位置表示部が、前記パルス光の出力方向についての前記焦点の座標を表示するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二の光音響波測定装置は、前記レンズが圧電素子であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二の光音響波測定装置は、前記レンズが、前記測定対象に対向する凹面を有するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二の光音響波測定装置は、前記レンズが、超音波を出力し、さらに前記超音波が前記測定対象により反射された反射超音波を受けて反射電気信号に変換し、前記反射電気信号の測定結果が表示されるようにしてもよい。

本発明の第一の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。 本発明の第一の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。 焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態における、第一の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。 焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態（図４（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図４（ｂ））における、波形表示部２０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。 Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４による出力端１０ｄをＺ方向（下方）へ移動させ焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態を示す図である。 焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態における、第一の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。 焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態（図７（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図７（ｂ））における、波形表示部２０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。 Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４による出力端１０ｄをＺ方向（上方）へ移動させ焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態を示す図である。 第一の実施形態の変形例にかかる波形表示部２０および焦点位置表示部２２の表示態様を示す図である。 本発明の第二の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。 焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態（図１１（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図１１（ｂ））における、断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。 焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態（図１２（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図１２（ｂ））における、断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。 本発明の第三の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。 本発明の第三の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第四の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。図２は、本発明の第一の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。

第一の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、測定対象２（例えば、人体であるが、それに限定されない）を測定するためのものである。測定対象２には血管２ａがある。

第一の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、測定用ヘッド１０、ＸＹ方向移動部１２、Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４、測定部１６、焦点位置記録部１８、波形表示部２０、焦点位置表示部２２、表示図形移動部２４を備える。

測定用ヘッド１０は、光ファイバ（パルス光出力部）１０ａ、光ファイバ保持部１０ｂ、レンズ１０ｃを有する。

光ファイバ（パルス光出力部）１０ａは、出力端１０ｄから、パルス光Ｐを出力する。なお、パルス光Ｐの出力方向をＺ方向とする。また、測定対象２の血管２ａがパルス光Ｐを受けると、光音響波ＡＷを発生する。

光ファイバ保持部１０ｂは、光ファイバ１０ａの周囲に配置され、光ファイバ１０ａを保持する。

レンズ１０ｃは、パルス光Ｐにより測定対象２において発生した光音響波ＡＷを受けて電気信号に変換する音響レンズである。レンズ１０ｃは、圧電素子である。レンズ１０ｃは、測定対象２に対向する凹面を有する。なお、測定領域ＭＡは、レンズ１０ｃにより測定可能な光音響波ＡＷの存在する領域である。また、測定用ヘッド１０と測定対象２との間には、図示省略した超音波を伝達する部材（例えば、プラスチック容器に収容した水）を配置しておく。光音響波ＡＷは、超音波を伝達する部材を介して、レンズ１０ｃに到達する（他の実施形態も同様）。

Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４は、光ファイバ１０ａの出力端１０ｄをＺ方向（パルス光Ｐの出力方向）に移動させる。Ｚ方向移動部１４の実装の一例としては、測定用ヘッド１０ごと手動（例えば、ツマミを回す）によりＺ方向に上下させることが考えられる。もちろん、手動は一例であり、例えば電動でもよい。

ＸＹ方向移動部１２は、光ファイバ１０ａの出力端１０ｄを、Ｚ方向に直交するＸ方向およびＹ方向に移動させる。

測定部１６は、レンズ１０ｃから受けた電気信号を測定する。

焦点位置記録部１８は、出力端１０ｄとレンズ１０ｃの焦点ｆｐとの距離ｆｄ（図３および図６参照）を記録する。ただし、出力端１０ｄとレンズ１０ｃの焦点ｆｐとの間を音波が往復する時間ｔ１を記録しておいてもよい。音速をＶｓとすると、（１／２）×Ｖｓ×ｔ１＝ｆｄとなる。なお、出力端１０ｄとレンズ１０ｃの焦点ｆｐとの間を超音波が往復する時間をデジタルオシロスコープなどにより測定した結果が、時間ｔ１である。

波形表示部２０は、測定部１６の測定結果の波形ＡＷを表示する（図４および図７参照）。

焦点位置表示部２２は、波形ＡＷにおけるレンズ１０ｃの焦点の位置を表示する（図４および図７のマーカＭを参照）。焦点位置表示部２２は、波形ＡＷにおいて、出力端１０ｄに対応する座標０に、距離ｆｄを加えた座標を、焦点ｆｐの位置として、焦点ｆｐの位置の表示を行う。

表示図形移動部２４は、焦点位置表示部２２により表示されたマーカ（表示図形）Ｍを、出力端１０ｄの移動量ｄ１、ｄ２（図５および図８参照）に応じて、波形ＡＷに対して移動させる（図４および図７参照）。

より詳細には、表示図形移動部２４は、出力端１０ｄのパルス光Ｐの出力方向（Ｚ方向）への移動量ｄ１、ｄ２（図５および図８参照）に応じて、波形ＡＷにおいてパルス光Ｐの出力方向（Ｚ方向）に対応する方向（図４および図７の横軸を参照）へマーカ（表示図形）Ｍを移動させる。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

光ファイバ１０ａの出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されると、血管２ａがパルス光Ｐを受け、光音響波ＡＷを発生する。光音響波ＡＷは、レンズ１０ｃにより電気信号に変換され、測定部１６により測定される。測定結果は波形ＡＷとして、波形表示部２０により表示される（図４および図７参照）。波形ＡＷの表示にあわせて、焦点位置表示部２２により焦点ｆｐの位置が表示される（マーカＭ）。さらに、マーカＭが表示図形移動部２４により、出力端１０ｄの移動量に応じて、波形ＡＷに対して移動される。

（１）焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態における動作
図３は、焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態における、第一の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。図４は、焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態（図４（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図４（ｂ））における、波形表示部２０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。図５は、Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４による出力端１０ｄをＺ方向（下方）へ移動させ焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態を示す図である。ただし、図５においては、測定用ヘッド１０のうち、レンズ１０ｃおよび出力端１０ｄのみ図示している。

図３を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりもｄ１だけ浅すぎる。焦点ｆｐが血管２ａに合わないと、血管２ａのＸＹ平面画像がぼやける。そこで、焦点ｆｐを血管２ａに合わせる必要がある。

図４（ａ）を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態における波形表示部２０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を説明する。なお、図４（ａ）において、座標０、ｔ０、（ｆｄ）は、説明の便宜上図示しているので、必ずしも表示する必要は無い（図４（ｂ）も同様）。

図４（ａ）における横軸は時間であり、光音響波の波形ＡＷが図示されている。座標０は、出力端１０ｄからのパルス光Ｐの出力タイミングである。座標ｔ０は、出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されてから、レンズ１０ｃにより光音響波ＡＷ（ただし、焦点ｆｐにおいて発生したもの）を受けるまでの時間である。なお、パルス光Ｐの速度（光速）は非常に速いので、パルス光Ｐが出力されてから焦点ｆｐに到達するまでの時間は無視できる。よって、ｔ０＝（１／２）×ｔ１となる。

なお、上述のとおり、（１／２）×Ｖｓ×ｔ１＝ｆｄなので、Ｖｓ×ｔ０＝ｆｄとなる。このことから、図４（ａ）における横軸の座標は、音速Ｖｓを乗じることにより、出力端１０ｄの初期位置からのＺ方向の距離（「深さ」という）に換算することができる（図４（ｂ）も同様）。図４において、深さに換算した座標をカッコ書きで図示する。

図４（ａ）においては、波形ＡＷにおいて、出力端１０ｄの初期位置に対応する座標０に、出力端１０ｄと焦点ｆｐとの距離ｆｄを加えた座標（ｆｄ）を、焦点ｆｐの位置として、焦点位置表示部２２が焦点ｆｐの位置の表示を行う。具体的には、座標ｔ０（ｆｄ）の真上にマーカ（表示図形）Ｍを表示する。なお、マーカＭは、長方形の領域Ｂ内に位置する。領域Ｂは、横軸方向に延伸する長方形の領域である。

なお、血管２ａは焦点ｆｐよりも深い位置にあるので、波形ＡＷの位置する座標は、座標ｔ０（ｆｄ）よりも大きい。

ここで、ユーザは、Ｚ方向移動部１４により、測定用ヘッド１０ごと出力端１０ｄをＺ方向の座標が増大する方向（図５において下方）に動かして、焦点ｆｐを血管２ａに合わせようとする。

すると、マーカＭが、出力端１０ｄのＺ方向への移動量に応じて、Ｚ方向に対応する方向（横軸方向）に移動する。例えば、出力端１０ｄを、Ｚ方向の座標が増大する方向（図５において下方）に動かすと、マーカＭは、領域Ｂ内を右側（Ｚ方向の座標が増大する方向）に移動する。

図４（ｂ）を参照して、出力端１０ｄをｄ１だけ、Ｚ方向の座標が増大する方向（図５において下方）に動かすと、焦点ｆｐの座標ｔ０（ｆｄ）が、波形ＡＷの座標に重なる。このとき、図５を参照して、焦点ｆｐが血管２ａに合っている。

（２）焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態における動作
図６は、焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態における、第一の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。図７は、焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態（図７（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図７（ｂ））における、波形表示部２０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。図８は、Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４による出力端１０ｄをＺ方向（上方）へ移動させ焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態を示す図である。ただし、図８においては、測定用ヘッド１０のうち、レンズ１０ｃおよび出力端１０ｄのみ図示している。

図６を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりもｄ２だけ深すぎる。焦点ｆｐが血管２ａに合わないと、血管２ａのＸＹ平面画像がぼやける。そこで、焦点ｆｐを血管２ａに合わせる必要がある。

図７（ａ）を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態における波形表示部２０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を説明する。なお、図７（ａ）において、座標０、ｔ０、（ｆｄ）は、説明の便宜上図示しているので、必ずしも表示する必要は無い（図７（ｂ）も同様）。

図７（ａ）における横軸は時間であり、光音響波の波形ＡＷが図示されている。座標０は、出力端１０ｄからのパルス光Ｐの出力タイミングである。座標ｔ０は、出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されてから、レンズ１０ｃにより光音響波ＡＷ（ただし、焦点ｆｐにおいて発生したもの）を受けるまでの時間である。なお、パルス光Ｐの速度（光速）は非常に速いので、パルス光Ｐが出力されてから焦点ｆｐに到達するまでの時間は無視できる。よって、ｔ０＝（１／２）×ｔ１となる。

なお、上述のとおり、（１／２）×Ｖｓ×ｔ１＝ｆｄなので、Ｖｓ×ｔ０＝ｆｄとなる。このことから、図７（ａ）における横軸の座標は、音速Ｖｓを乗じることにより、出力端１０ｄの初期位置からのＺ方向の距離（「深さ」という）に換算することができる（図７（ｂ）も同様）。図７において、深さに換算した座標をカッコ書きで図示する。

図７（ａ）においては、波形ＡＷにおいて、出力端１０ｄの初期位置に対応する座標０に、出力端１０ｄと焦点ｆｐとの距離ｆｄを加えた座標（ｆｄ）を、焦点ｆｐの位置として、焦点位置表示部２２が焦点ｆｐの位置の表示を行う。具体的には、座標ｔ０（ｆｄ）の真上にマーカ（表示図形）Ｍを表示する。なお、マーカＭは、長方形の領域Ｂ内に位置する。領域Ｂは、横軸方向に延伸する長方形の領域である。

なお、血管２ａは焦点ｆｐよりも浅い位置にあるので、波形ＡＷの位置する座標は、座標ｔ０（ｆｄ）よりも小さい。

ここで、ユーザは、Ｚ方向移動部１４により、測定用ヘッド１０ごと出力端１０ｄをＺ方向の座標が減少する方向（図８において上方）に動かして、焦点ｆｐを血管２ａに合わせようとする。

すると、マーカＭが、出力端１０ｄのＺ方向への移動量に応じて、Ｚ方向に対応する方向（横軸方向）に移動する。例えば、出力端１０ｄを、Ｚ方向の座標が減少する方向（図８において上方）に動かすと、マーカＭは、領域Ｂ内を左側（Ｚ方向の座標が減少する方向）に移動する。

図７（ｂ）を参照して、出力端１０ｄをｄ２だけ、Ｚ方向の座標が減少する方向（図８において上方）に動かすと、焦点ｆｐの座標ｔ０（ｆｄ）が、波形ＡＷの座標に重なる。このとき、図８を参照して、焦点ｆｐが血管２ａに合っている。

第一の実施形態にかかる光音響波測定装置１によれば、音響レンズであるレンズ１０ｃの焦点ｆｐの位置が、マーカＭにより表示されるので、分かりやすい。

しかも、マーカＭが、出力端１０ｄの移動量に応じて、波形ＡＷに対して移動するため（図４および図７参照）、測定用ヘッド１０ごと出力端１０ｄをＺ方向に上下させたときに焦点ｆｐが血管２ａに合っているか否かが分かりやすい。

なお、第一の実施形態においては、波形ＡＷの表示範囲に制限を設けなかったが、波形ＡＷの表示範囲に制限を設けてもよい。

図９が、第一の実施形態の変形例にかかる波形表示部２０および焦点位置表示部２２の表示態様を示す図である。

図９を参照して、出力端１０ｄの初期位置０から所定の距離の範囲内（ｔａ〜ｔｂにＶｓを乗じて距離に換算した範囲Ｚａ〜Ｚｂ）における波形ＡＷが表示される。これは、測定用ヘッド１０のレンズ１０ｃから取得された電気信号（アナログ信号）を所定の範囲内だけデジタル信号に変換して、波形表示部２０により表示させることにより可能である。あるいは、測定用ヘッド１０のレンズ１０ｃが、所定の範囲内だけ、電気信号（アナログ信号）を取得するようにしてもよい。

なお、範囲Ｚａ〜Ｚｂ（ｔａ・Ｖｓ〜ｔｂ・Ｖｓ）は、出力端１０ｄの初期位置と皮膚表面との距離に、血管２ａの皮膚表面からの深さを加えた値に応じて定める。

第二の実施形態
第二の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、波形表示部２０にかえて断層画像表示部３０を備える点が、第一の実施形態と異なる。

図１０は、本発明の第二の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。なお、第二の実施形態にかかる測定用ヘッド１０は、第一の実施形態と同じものであるため、説明を省略する（図１参照）。

第二の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、第一の実施形態と同じく、測定対象２（例えば、人体であるが、それに限定されない）を測定するためのものである。測定対象２には血管２ａがある。

第二の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、測定用ヘッド１０、ＸＹ方向移動部１２、Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４、測定部１６、焦点位置記録部１８、断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２、表示図形移動部２４を備える。

ＸＹ方向移動部１２、Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４、測定部１６および焦点位置記録部１８は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

断層画像表示部３０は、測定部１６の測定結果に基づき、測定対象２の断層画像を表示する（図１１および図１２参照）。なお、ＸＹ方向移動部１２により、出力端１０ｄが、パルス光Ｐの出力方向（Ｚ方向）を法線方向とする平面（ＸＹ平面）内を移動する。そのときの出力端１０ｄの位置の各々についての測定部１６の測定結果を、断層画像表示部３０が合成（例えば、開口合成）することにより、断層画像を得る。

図１１および図１２を参照して、出力端１０ｄの初期位置０から所定の距離の範囲内（ｔａ〜ｔｂにＶｓを乗じて距離に換算した範囲Ｚａ〜Ｚｂ）における断層画像が断層画像表示部３０により表示される。これは、測定用ヘッド１０のレンズ１０ｃから取得された電気信号（アナログ信号）を所定の範囲内だけデジタル信号に変換して、波形表示部２０により表示させることにより可能である。あるいは、測定用ヘッド１０のレンズ１０ｃが、所定の範囲内だけ、電気信号（アナログ信号）を取得するようにしてもよい。

焦点位置表示部２２は、断層画像におけるレンズ１０ｃの焦点の位置を表示する（図１１および図１２のマーカＭを参照）。焦点位置表示部２２は、断層画像において、出力端１０ｄに対応する座標０に、距離ｆｄを加えた座標を、焦点ｆｐの位置として、焦点ｆｐの位置の表示を行う。

表示図形移動部２４は、焦点位置表示部２２により表示されたマーカ（表示図形）Ｍを、出力端１０ｄの移動量ｄ１、ｄ２（図５および図８参照）に応じて、断層画像に対して移動させる（図１１および図１２参照）。

より詳細には、表示図形移動部２４は、出力端１０ｄのパルス光Ｐの出力方向（Ｚ方向）への移動量ｄ１、ｄ２（図５および図８参照）に応じて、断層画像においてパルス光Ｐの出力方向（Ｚ方向）に対応する方向（図１１および図１２の縦軸を参照）へマーカ（表示図形）Ｍを移動させる。

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

光ファイバ１０ａの出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されると、血管２ａがパルス光Ｐを受け、光音響波ＡＷを発生する。光音響波ＡＷは、レンズ１０ｃにより電気信号に変換され、測定部１６により測定される。測定結果は断層画像として、断層画像表示部３０により表示される（図１１および図１２参照）。断層画像の表示にあわせて、焦点位置表示部２２により焦点ｆｐの位置が表示される（マーカＭ）。さらに、マーカＭが表示図形移動部２４により、出力端１０ｄの移動量に応じて、断層画像に対して移動される。

（１）焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態における動作
焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態は、第一の実施形態と同じである（図３参照）。Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４による出力端１０ｄをＺ方向へ移動させ焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態も、第一の実施形態と同じである（図５参照）。

図１１は、焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態（図１１（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図１１（ｂ））における、断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。

図３を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりもｄ１だけ浅すぎる。焦点ｆｐが血管２ａに合わないと、血管２ａのＸＹ平面画像がぼやける。そこで、焦点ｆｐを血管２ａに合わせる必要がある。

図１１（ａ）を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりも浅すぎる状態における断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を説明する。なお、図１１（ａ）において、縦軸、座標０、ｔ０、（ｆｄ）、焦点ｆｐは、説明の便宜上図示しているので、必ずしも表示する必要は無い（図１１（ｂ）も同様）。ただし、図１１および図１２において、焦点ｆｐおよび焦点ｆｐを通る線分（点線）の一方または双方を表示図形として表示させるようにしてもよい。

図１１（ａ）における縦軸は時間であり、断層画像が図示されている。座標０は、出力端１０ｄからのパルス光Ｐの出力タイミングである。座標ｔ０は、出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されてから、レンズ１０ｃにより光音響波ＡＷ（ただし、焦点ｆｐにおいて発生したもの）を受けるまでの時間である。なお、パルス光Ｐの速度（光速）は非常に速いので、パルス光Ｐが出力されてから焦点ｆｐに到達するまでの時間は無視できる。よって、ｔ０＝（１／２）×ｔ１となる。

なお、上述のとおり、（１／２）×Ｖｓ×ｔ１＝ｆｄなので、Ｖｓ×ｔ０＝ｆｄとなる。このことから、図１１（ａ）における縦軸の座標は、音速Ｖｓを乗じることにより、出力端１０ｄの初期位置からのＺ方向の距離（「深さ」という）に換算することができる（図１１（ｂ）も同様）。図１１において、深さに換算した座標をカッコ書きで図示する。

図１１（ａ）においては、断層画像において、出力端１０ｄの初期位置に対応する座標０に、出力端１０ｄと焦点ｆｐとの距離ｆｄを加えた座標（ｆｄ）を、焦点ｆｐの位置として、焦点位置表示部２２が焦点ｆｐの位置の表示を行う。具体的には、座標ｔ０（ｆｄ）の真横にマーカ（表示図形）Ｍを表示する。なお、マーカＭは、長方形の領域Ｂ内に位置する。領域Ｂは、縦軸方向に延伸する長方形の領域である。

なお、血管２ａは焦点ｆｐよりも深い位置にあるので、血管２ａの断層画像の位置する座標は、座標ｔ０（ｆｄ）よりも大きい。

ここで、ユーザは、Ｚ方向移動部１４により、測定用ヘッド１０ごと出力端１０ｄをＺ方向の座標が増大する方向（図５において下方）に動かして、焦点ｆｐを血管２ａに合わせようとする。

すると、マーカＭが、出力端１０ｄのＺ方向への移動量に応じて、Ｚ方向に対応する方向（縦軸方向）に移動する。例えば、出力端１０ｄを、Ｚ方向の座標が増大する方向（図５において下方）に動かすと、マーカＭは、領域Ｂ内を下側（Ｚ方向の座標が増大する方向）に移動する。

図１１（ｂ）を参照して、出力端１０ｄをｄ１だけ、Ｚ方向の座標が増大する方向（図５において下方）に動かすと、焦点ｆｐの座標ｔ０（ｆｄ）が、血管２ａの断層画像の座標に重なる。このとき、図５を参照して、焦点ｆｐが血管２ａに合っている。

（２）焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態における動作
焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態は、第一の実施形態と同じである（図６参照）。Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４による出力端１０ｄをＺ方向へ移動させ焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態も、第一の実施形態と同じである（図８参照）。

図１２は、焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態（図１２（ａ））および焦点ｆｐを血管２ａに合わせた状態（図１２（ｂ））における、断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を示す図である。

図６を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりもｄ２だけ浅すぎる。焦点ｆｐが血管２ａに合わないと、血管２ａのＸＹ平面画像がぼやける。そこで、焦点ｆｐを血管２ａに合わせる必要がある。

図１２（ａ）を参照して、焦点ｆｐが血管２ａよりも深すぎる状態における断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４の表示態様を説明する。なお、図１２（ａ）において、縦軸、座標０、ｔ０、（ｆｄ）、焦点ｆｐは、説明の便宜上図示しているので、必ずしも表示する必要は無い（図１２（ｂ）も同様）。

図１２（ａ）における縦軸は時間であり、断層画像が図示されている。座標０は、出力端１０ｄからのパルス光Ｐの出力タイミングである。座標ｔ０は、出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されてから、レンズ１０ｃにより光音響波ＡＷ（ただし、焦点ｆｐにおいて発生したもの）を受けるまでの時間である。なお、パルス光Ｐの速度（光速）は非常に速いので、パルス光Ｐが出力されてから焦点ｆｐに到達するまでの時間は無視できる。よって、ｔ０＝（１／２）×ｔ１となる。

なお、上述のとおり、（１／２）×Ｖｓ×ｔ１＝ｆｄなので、Ｖｓ×ｔ０＝ｆｄとなる。このことから、図１２（ａ）における縦軸の座標は、音速Ｖｓを乗じることにより、出力端１０ｄの初期位置からのＺ方向の距離（「深さ」という）に換算することができる（図１２（ｂ）も同様）。図１２において、深さに換算した座標をカッコ書きで図示する。

図１２（ａ）においては、断層画像において、出力端１０ｄの初期位置に対応する座標０に、出力端１０ｄと焦点ｆｐとの距離ｆｄを加えた座標（ｆｄ）を、焦点ｆｐの位置として、焦点位置表示部２２が焦点ｆｐの位置の表示を行う。具体的には、座標ｔ０（ｆｄ）の真横にマーカ（表示図形）Ｍを表示する。なお、マーカＭは、長方形の領域Ｂ内に位置する。領域Ｂは、縦軸方向に延伸する長方形の領域である。

なお、血管２ａは焦点ｆｐよりも浅い位置にあるので、血管２ａの断層画像の位置する座標は、座標ｔ０（ｆｄ）よりも小さい。

ここで、ユーザは、Ｚ方向移動部１４により、測定用ヘッド１０ごと出力端１０ｄをＺ方向の座標が減少する方向（図８において上方）に動かして、焦点ｆｐを血管２ａに合わせようとする。

すると、マーカＭが、出力端１０ｄのＺ方向への移動量に応じて、Ｚ方向に対応する方向（縦軸方向）に移動する。例えば、出力端１０ｄを、Ｚ方向の座標が減少する方向（図８において上方）に動かすと、マーカＭは、領域Ｂ内を上側（Ｚ方向の座標が減少する方向）に移動する。

図１２（ｂ）を参照して、出力端１０ｄをｄ２だけ、Ｚ方向の座標が減少する方向（図８において上方）に動かすと、焦点ｆｐの座標ｔ０（ｆｄ）が、血管２ａの断層画像の座標に重なる。このとき、図８を参照して、焦点ｆｐが血管２ａに合っている。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

第三の実施形態
第三の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、パルス光Ｐのほかに、さらに超音波Ｐ１を測定対象２に与えて測定を行うことが、第一の実施形態と異なる。

図１３は、本発明の第三の実施形態にかかる測定用ヘッド１０の断面図である。図１４は、本発明の第三の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。

第三の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、測定対象２（例えば、人体であるが、それに限定されない）を測定するためのものである。測定対象２には血管２ａがある。

第三の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、測定用ヘッド１０、ＸＹ方向移動部１２、Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４、測定部１６、焦点位置記録部１８、波形表示部２０、焦点位置表示部２２、表示図形移動部２４を備える。

測定用ヘッド１０は、光ファイバ（パルス光出力部）１０ａ、光ファイバ保持部１０ｂ、レンズ１０ｃを有する。光ファイバ１０ａおよび光ファイバ保持部１０ｂは、第一の実施形態と同じものであり説明を省略する。

レンズ１０ｃも第一の実施形態と同じものであるが、さらに超音波Ｐ１を出力する。レンズ１０ｃを圧電素子として、レンズ１０ｃに電圧を印加することで、レンズ１０ｃから超音波Ｐ１を出力させることができる。レンズ１０ｃは、さらに超音波Ｐ１が測定対象２により反射された反射超音波Ｐ２（図１４参照）を受けて反射電気信号に変換する。なお、超音波Ｐ１は、第一の実施形態において説明した超音波を伝達する部材を介して、測定対象２に到達する（第四の実施形態も同様）。反射超音波Ｐ２は、第一の実施形態において説明した超音波を伝達する部材を介して、レンズ１０ｃに到達する（第四の実施形態も同様）。

測定部１６は、レンズ１０ｃから受けた電気信号および反射電気信号を測定する。波形表示部２０は、測定部１６の測定結果の波形（ＡＷおよびＰ２）を表示する。

ＸＹ方向移動部１２、Ｚ方向移動部１４、焦点位置記録部１８、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４は、第一の実施形態と同じものであり説明を省略する。ただし、反射電気信号の波形Ｐ２における焦点ｆｐの座標はｔ１となる。

次に、第三の実施形態の動作を説明する。

光ファイバ１０ａの出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されると、血管２ａがパルス光Ｐを受け、光音響波ＡＷを発生する。また、レンズ１０ｃからは超音波Ｐ１が出力され、測定対象２により反射され、反射超音波Ｐ２がレンズ１０ｃに与えられる。光音響波ＡＷおよび反射超音波Ｐ２は、レンズ１０ｃにより電気信号および反射電気信号に変換され、測定部１６により測定される。測定結果は波形ＡＷ、Ｐ２として、波形表示部２０により表示される。波形ＡＷ、Ｐ２の表示にあわせて、焦点位置表示部２２により焦点ｆｐの位置が表示される（マーカＭ）。さらに、マーカＭが表示図形移動部２４により、出力端１０ｄの移動量に応じて、波形ＡＷ、Ｐ２に対して移動される。なお、波形Ｐ２の表示態様は、波形ＡＷと同様である（図４および図７参照）。

第三の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

第四の実施形態
第四の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、パルス光Ｐのほかに、さらに超音波Ｐ１を測定対象２に与えて測定を行うことが、第二の実施形態と異なる。

図１５は、本発明の第四の実施形態にかかる光音響波測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。なお、第四の実施形態にかかる測定用ヘッド１０は、第三の実施形態と同じものであり、説明を省略する。

第四の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、測定対象２（例えば、人体であるが、それに限定されない）を測定するためのものである。測定対象２には血管２ａがある。

第四の実施形態にかかる光音響波測定装置１は、測定用ヘッド１０、ＸＹ方向移動部１２、Ｚ方向移動部（出力端移動部）１４、測定部１６、焦点位置記録部１８、断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２、表示図形移動部２４を備える。

測定部１６は、レンズ１０ｃから受けた電気信号および反射電気信号を測定する。断層画像表示部３０は、測定部１６の測定結果から断層画像を表示する。なお、光音響波ＡＷから得られた断層画像は血管２ａが明瞭に表示される一方で、反射超音波Ｐ２から得られた断層画像は測定対象２（例えば、皮膚）内の構造が明瞭に表示される。なお、光音響波ＡＷから得られた断層画像と、反射超音波Ｐ２から得られた断層画像とを重ね合わせて表示してもよい。

ＸＹ方向移動部１２、Ｚ方向移動部１４、焦点位置記録部１８、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４は、第三の実施形態と同じものであり説明を省略する。

次に、第四の実施形態の動作を説明する。

光ファイバ１０ａの出力端１０ｄからパルス光Ｐが出力されると、血管２ａがパルス光Ｐを受け、光音響波ＡＷを発生する。また、レンズ１０ｃからは超音波Ｐ１が出力され、測定対象２により反射され、反射超音波Ｐ２がレンズ１０ｃに与えられる。光音響波ＡＷおよび反射超音波Ｐ２は、レンズ１０ｃにより電気信号および反射電気信号に変換され、測定部１６により測定される。断層画像表示部３０が、測定結果から断層画像を取得して表示する。断層画像の表示にあわせて、焦点位置表示部２２により焦点ｆｐの位置が表示される（マーカＭ）。さらに、マーカＭが表示図形移動部２４により、出力端１０ｄの移動量に応じて、断層画像に対して移動される。なお、断層画像の表示態様は、第二の実施形態と同様である（図１１および図１２参照）。

第四の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

なお、第一〜第四の実施形態においては、いずれも表示図形を表示させるようにしていたが、表示図形にかえて、パルス光Ｐの出力方向（Ｚ方向）についての焦点ｆｐの座標を表示するようにしてもよい。例えば、皮膚表面のＺ座標を原点にとった場合の焦点ｆｐの座標（皮膚表面からの深さに相当する）を表示させるようにしてもよい。出力端１０ｄと焦点ｆｐとの距離ｆｄ（既知）から、出力端１０ｄと皮膚表面との距離を減算することで、焦点ｆｐの皮膚からの深さが求められる。なお、出力端１０ｄと皮膚表面との距離は、超音波Ｐ１（第三および第四の実施形態を参照）の出力から、皮膚表面により反射された反射超音波Ｐ２（第三および第四の実施形態を参照）の受信までの時間に基づき求めることができる。

また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（ＵＳＢメモリ、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータに、上記の各部分、例えば、焦点位置記録部１８、波形表示部２０、断層画像表示部３０、焦点位置表示部２２および表示図形移動部２４を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。

Ｐ パルス光
ＭＡ 測定領域
ＡＷ 光音響波
Ｖｓ 音速
ｆｐ 焦点
Ｍ マーカ（表示図形）
Ｂ 領域
ｄ１、ｄ２ 移動量
Ｐ１ 超音波
Ｐ２ 反射超音波
２ 測定対象
２ａ 血管
１ 光音響波測定装置
１０ 測定用ヘッド
１０ａ 光ファイバ（パルス光出力部）
１０ｂ 光ファイバ保持部
１０ｃ レンズ
１０ｄ 出力端
１２ ＸＹ方向移動部
１４ Ｚ方向移動部（出力端移動部）
１６ 測定部
１８ 焦点位置記録部
２０ 波形表示部
２２ 焦点位置表示部
２４ 表示図形移動部
３０ 断層画像表示部

Claims (16)

1. パルス光を出力するパルス光出力部と、
   前記パルス光により測定対象において発生した光音響波を受けて電気信号に変換するレンズと、
   前記電気信号を測定する測定部と、
   前記測定部の測定結果の波形を表示する波形表示部と、
   前記波形における前記レンズの焦点の位置を表示する焦点位置表示部と、
   を備えた光音響波測定装置。
2. 請求項１に記載の光音響波測定装置であって、
   前記パルス光出力部の出力端を移動させる出力端移動部と、
   前記焦点位置表示部により表示された表示図形を、前記出力端の移動量に応じて、前記波形に対して移動させる表示図形移動部と、
   を備えた光音響波測定装置。
3. 請求項２に記載の光音響波測定装置であって、
   前記表示図形移動部が、前記出力端の前記パルス光の出力方向への移動量に応じて、前記波形において前記パルス光の出力方向に対応する方向へ前記表示図形を移動させる、
   光音響波測定装置。
4. 請求項１に記載の光音響波測定装置であって、
   前記焦点位置表示部が、
   前記波形において、前記出力端に対応する座標に、前記出力端と前記焦点との距離を加えた座標を、前記焦点の位置として、前記焦点の位置の表示を行う、
   光音響波測定装置。
5. 請求項１に記載の光音響波測定装置であって、
   前記波形表示部が、前記出力端の初期位置から所定の距離の範囲内における前記波形を表示する、
   光音響波測定装置。
6. パルス光を出力するパルス光出力部と、
   前記パルス光により測定対象において発生した光音響波を受けて電気信号に変換するレンズと、
   前記電気信号を測定する測定部と、
   前記測定部の測定結果に基づき、前記測定対象の断層画像を表示する断層画像表示部と、
   前記断層画像における前記レンズの焦点の位置を表示する焦点位置表示部と、
   を備えた光音響波測定装置。
7. 請求項６に記載の光音響波測定装置であって、
   前記パルス光出力部の出力端を移動させる出力端移動部と、
   前記焦点位置表示部により表示された表示図形を、前記出力端の移動量に応じて、前記断層画像に対して移動させる表示図形移動部と、
   を備えた光音響波測定装置。
8. 請求項７に記載の光音響波測定装置であって、
   前記表示図形移動部が、前記出力端の前記パルス光の出力方向への移動量に応じて、前記断層画像において前記パルス光の出力方向に対応する方向へ前記表示図形を移動させる、
   光音響波測定装置。
9. 請求項６に記載の光音響波測定装置であって、
   前記焦点位置表示部が、
   前記断層画像において、前記出力端に対応する座標に、前記出力端と前記焦点との距離を加えた座標を、前記焦点の位置として、前記焦点の位置の表示を行う、
   光音響波測定装置。
10. 請求項６に記載の光音響波測定装置であって、
    前記断層画像表示部が、前記出力端の初期位置から所定の距離の範囲内における前記断層画像を表示する、
    光音響波測定装置。
11. 請求項６に記載の光音響波測定装置であって、
    前記出力端が、前記パルス光の出力方向を法線方向とする平面内を移動し、
    前記出力端の位置の各々についての前記測定部の測定結果を合成することにより、前記断層画像を得る、
    光音響波測定装置。
12. 請求項１に記載の光音響波測定装置であって、
    前記焦点位置表示部が、前記パルス光の出力方向についての前記焦点の座標を表示する、
    光音響波測定装置。
13. 請求項６に記載の光音響波測定装置であって、
    前記焦点位置表示部が、前記パルス光の出力方向についての前記焦点の座標を表示する、
    光音響波測定装置。
14. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光音響波測定装置であって、
    前記レンズが圧電素子である光音響波測定装置。
15. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光音響波測定装置であって、
    前記レンズが、
    前記測定対象に対向する凹面を有する、
    光音響波測定装置。
16. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光音響波測定装置であって、
    前記レンズが、超音波を出力し、さらに前記超音波が前記測定対象により反射された反射超音波を受けて反射電気信号に変換し、
    前記反射電気信号の測定結果が表示される、
    光音響波測定装置。

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