JP5502777B2 - 光音響撮像装置およびそれに用いられるプローブユニット - Google Patents

Description

本発明は、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響撮像装置およびそれに用いられるプローブユニットに関するものである。

従来、被検体の内部の断層画像を取得する方法としては、超音波が被検体内に照射されることにより被検体内で反射した超音波を検出して超音波画像を生成し、被検体内の形態的な断層画像を得る超音波イメージングが知られている。一方、被検体の検査においては形態的な断層画像だけでなく機能的な断層画像を表示する装置の開発も近年進められている。そして、このような装置の一つに光音響分析法を利用した装置がある。この光音響分析法は、所定の波長を有する光（例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光）を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の特定物質とは、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。このように光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）或いは光音響トモグラフィーと呼ばれる。

従来、上記のような光音響効果を利用した光音響イメージングにおいて、次のような課題がある。被検体に照射された光の強度は、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって著しく減衰する。また、照射された光に基づいて被検体内で発生した光音響波の強度も、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって減衰する。したがって、光音響イメージングでは、被検体の深部の情報を得ることが難しい。この課題を解決するため、例えば被検体内に照射される光のエネルギー量を増やすことにより、発生する光音響波を大きくすることが考えられる。

しかし、光音響イメージングにおいて必要とされる高エネルギー（１ｍＪ以上）のパルスレーザ光を単一の光ファイバによって導光することは困難である。その光ファイバの端面が破壊されてしまう可能性が高いためである。そのため、パルスレーザ光を複数の光ファイバで分岐せしめて導光することができれば好ましい。

また、光音響イメージングを利用した光音響撮像装置では、光学系と超音波検出用のプローブとが一体的に組み合わされたプローブユニットが使用される。したがって、使用者のハンドリング性能の観点から、プローブユニットのコード部分は可撓性が求められる。

そこで、例えば特許文献１に、コアおよびクラッドを有する構造（コア／クラッド構造）の細い石英光ファイバを多数本束ねたバンドルファイバを用いて、パルスレーザ光をプローブユニット先端まで導光する方法が開示されている。ただし、パルスレーザ光をバンドルファイバ中の光ファイバそれぞれへ入射せしめる具体的な方法は開示されていない。

一方、複数の光ファイバに入射せしめるための複数の分岐光を生成する方法として、例えば特許文献２に、ｎ−１個のビームスプリッタを用いて１本のレーザ光をｎ分岐せしめる方法、および回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Elements）を用いて１本のレーザ光を複数本に分岐せしめる方法が開示されている。

特開２０１０−１２２９５号公報 特開２００５−３０８９６７号公報

しかしながら、特許文献２における前者の方法では、多数本（例えば１６本以上）のレーザ光を得るためには、多数個（例えば１５個以上）のビームスプリッタが必要であり、光学系の配置が複雑となる、装置が大型化してしまうといった問題があり、さらに、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとを別個に位置合わせしなければならないといった問題がある。一方、特許文献２における後者の方法では、回折光学素子を用いて一括してレーザ光を分岐せしめることが可能であるものの、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとを別個に位置合わせしなければならない点に変わりはない。複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとを別個に位置合わせする作業は、非常に煩雑である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の光ファイバを用いてレーザ光を導光して実施する光音響イメージングにおいて、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを容易にすることを可能とする光音響撮像装置およびそれに用いられるプローブユニットを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る光音響撮像装置は、
被検体内に測定光を照射する光照射部と、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出してこの光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、電気信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成部とを備える光音響撮像装置において、
光学系の上流側から入射したレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめる少なくとも１つの分岐回折光学素子を有する光分岐部と、
レーザ光が入射する分岐回折光学素子上の複数の入射位置を切り替える切替部と、
コア／クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面から複数の光ファイバに入射した複数の分岐光を、バンドルファイバの他方の端面において接続された光照射部に導光するように配置されたバンドルファイバとを備え、
光分岐部が、複数の入射位置のそれぞれに対応した互いに異なる複数の出射位置から複数の分岐光を出射せしめるものであり、
複数の光ファイバが、複数の光ファイバの一部であり２以上の光ファイバを包含する複数の光ファイバ群から構成されるものであり、
バンドルファイバの上記一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が、光ファイバ群ごとに、複数の出射位置のそれぞれに対向して配置され、対向する出射位置から出射する複数の分岐光の分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光のそれぞれがその光ファイバ群に属する光ファイバのコアのそれぞれに入射するように配置されたものであり、
バンドルファイバが、複数の分岐光を光ファイバ群ごとに導光するものであり、
光照射部が、光ファイバ群ごとに導光された複数の分岐光を、複数の分岐光ごとに互いに異なる照射領域に測定光として照射するものであることを特徴とするものである。

本明細書において、「分岐パターン」とは、分岐回折光学素子によって分岐したレーザ光（分岐光）についての、分岐前のレーザ光の進行方向に垂直なある仮想平面上の輝点のパターンを意味する。なお、このような分岐パターンは、分岐したレーザ光が拡がり角を有するため、上記仮想平面をどの位置に取るかによってパターンのスケールが異なってくる。そこで、一般にこのようなスケールの情報を含むパターン（後述の配列パターンを含む）からそのスケールの情報を取り除いて規格化（例えば最も離れた２点間の長さを１とする）したパターンをそのパターンの「標準パターン」という。

複数の光ファイバの一方の端面が「分岐パターンに対応して配列し」とは、当該端面の配列パターンの標準パターンと上記分岐パターンの標準パターンとが実質的に一致するように、複数の当該端面が同一平面内で配列することを意味する。端面の「配列パターン」とは、複数の光ファイバの一方の端面に関するそれぞれの代表点（例えば端面の中心）の配列のパターンを意味する。２つのパターンが「実質的に一致する」とは、これらのパターンが異なっていたとしても、複数の分岐光のそれぞれが複数の光ファイバのコアのそれぞれに入射することができる範囲であれば、一致しているとして取り扱うことを意味する。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、バンドルファイバの上記一方の端面と光分岐部との位置関係を調整する位置調整部を備えたことが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光分岐部は分岐回折光学素子の光学系の下流側に複数の集光レンズ系を有し、
複数の集光レンズ系は、それぞれの焦点が複数の入射位置のそれぞれに対応するように配置されたものであることが好ましい。

この場合において、光分岐部は、集光レンズ系の光軸方向における複数の集光レンズ系のそれぞれの位置を調整するレンズ位置調整部を有することが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光分岐部は、分岐回折光学素子の光学系の上流側にホモジナイザを有することが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光分岐部は、分岐回折光学素子の光学系の下流側にホログラフィック拡散板を有することが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光分岐部は、分岐回折光学素子の光学系の上流側に可変ビームエキスパンダを有することが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、分岐パターンは六方形構造を有し、
複数の光ファイバの上記一方の端面が光ファイバ群ごとに最密充填構造で配列したものであることが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、バンドルファイバの上記一方の端面は、この端面におけるコアが露出するようにこの端面上に反射マスクを有することが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、分岐回折光学素子は１つであることが好ましい。

そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光照射部は複数の光ファイバの他方の端面であり、
この他方の端面は間隔を置いてライン状に配列されたものであることが好ましい。

さらに、本発明に係るプローブユニットは、
被検体内に測定光を照射する光照射部と、
測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、
光学系の上流側から入射したレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめる少なくとも１つの分岐回折光学素子を有する光分岐部と、
レーザ光が入射する分岐回折光学素子上の複数の入射位置を切り替える切替部と、
コア／クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面から複数の光ファイバに入射した複数の分岐光を、バンドルファイバの他方の端面において接続された光照射部に導光するように配置されたバンドルファイバとを備え、
光分岐部が、複数の入射位置のそれぞれに対応した互いに異なる複数の出射位置から複数の分岐光を出射せしめるものであり、
複数の光ファイバが、複数の光ファイバの一部であり２以上の光ファイバを包含する複数の光ファイバ群から構成されるものであり、
バンドルファイバの上記一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が、光ファイバ群ごとに、複数の出射位置のそれぞれに対向して配置され、対向する出射位置から出射する複数の分岐光の分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光のそれぞれがその光ファイバ群に属する光ファイバのコアのそれぞれに入射するように配置されたものであり、
バンドルファイバが、複数の分岐光を光ファイバ群ごとに導光するものであり、
光照射部が、光ファイバ群ごとに導光された複数の分岐光を、複数の分岐光ごとに互いに異なる照射領域に測定光として照射するものであることを特徴とするものである。

本発明に係る光音響撮像装置およびプローブユニットは、特に、光学系の上流側から入射したレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめる少なくとも１つの分岐回折光学素子を有する光分岐部と、レーザ光が入射する分岐回折光学素子上の複数の入射位置を切り替える切替部と、コア／クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面から複数の光ファイバに入射した複数の分岐光を、バンドルファイバの他方の端面において接続された光照射部に導光するように配置されたバンドルファイバとを備え、光分岐部が、複数の入射位置のそれぞれに対応した互いに異なる複数の出射位置から複数の分岐光を出射せしめるものであり、複数の光ファイバが、複数の光ファイバの一部であり２以上の光ファイバを包含する複数の光ファイバ群から構成されるものであり、バンドルファイバの上記一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が、光ファイバ群ごとに、複数の出射位置のそれぞれに対向して配置され、対向する出射位置から出射する複数の分岐光の分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光のそれぞれがその光ファイバ群に属する光ファイバのコアのそれぞれに入射するように配置されたものであることを特徴とする。したがって、複数の光ファイバの一方の端面が光ファイバ群ごとに分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバを用いることにより、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを光ファイバ群ごとに一括して行うことができる。この結果、複数の光ファイバを用いてレーザ光を導光して実施する光音響イメージングにおいて、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせが容易となる。

本発明の光音響撮像装置の一実施形態の構成を示す概略図である。 図１における画像生成部の構成を示すブロック図である。 本発明の切替部、光分岐部およびバンドルファイバの第１の実施形態の構成を示す概略断面図である。 バンドルファイバの入射端面における複数の光ファイバの端面の配列の例を示す概略図である。 複数の分岐光の分岐パターンのスケールを調整可能とする光学系の構成の例を示す概略断面図である。 バンドルファイバの入射端面に設けられた反射マスクを示す概略図である。 第１の実施形態のプローブユニットの先端部の構成を示す概略図である。 図３において光分岐部が、さらに光分岐部とバンドルファイバとの位置関係を調整する位置調整部を備えたときの構成を示す概略断面図である。 図３において光分岐部が、さらにホモジナイザ光学素子を備えたときの構成を示す概略断面図である。 図３において光分岐部が、さらにホログラフィック拡散板を備えたときの構成を示す概略断面図である。 図３において光分岐部が、さらに可変ビームエキスパンダを備えたときの構成を示す概略断面図である。 切替部の他の構成を示す概略断面図である。 本発明の切替部、光分岐部およびバンドルファイバの第２の実施形態の構成を示す概略断面図である。 第２の実施形態のプローブユニットの先端部の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。

「光音響撮像装置およびプローブユニットの第１の実施形態」
本発明の光音響撮像装置１０の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態における光音響撮像装置１０全体の構成を示す概略図である。図２は、図１の画像生成部２の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の切替部１６、光分岐部１２およびバンドルファイバ１４の第１の実施形態の構成を示す概略断面図である。

本実施形態による光音響撮像装置１０は、特定波長成分を含む測定光Ｌを発生させこの測定光Ｌを被検体７に照射する光送信部１と、この測定光Ｌが被検体７に照射されることにより被検体７内で発生する光音響波Ｕを検出して任意断面の光音響画像データを生成する画像生成部２と、音響信号と電気信号の変換を行う電気音響変換部３と、この光音響画像データを表示する表示部６と、操作者が患者情報や装置の撮影条件を入力するための操作部５と、これら各ユニットを統括的に制御するシステム制御部４とを備えている。

そして、本実施形態のプローブユニット７０は、電気音響変換部３、切替部１６、光分岐部１２、バンドルファイバ１４および光照射部１５を備えている。

光送信部１は、波長の異なる複数の光源を備える光源部１１と、光源部１１から出力されたレーザ光Ｌｏの出力方向を切り替える切替部１６と、切替部１６を経てある入射位置（Ｐｘ、ＰｙもしくはＰｚ）に入射するレーザ光（Ｌｘ、ＬｙもしくはＬｚ）を複数の分岐光（Ｌｘｄ、ＬｙｄもしくはＬｚｄ）として分岐する光分岐部１２と、複数の分岐光を光照射部１５まで導光するバンドルファイバ１４と、測定光Ｌを被検体７の体表面へ照射する光照射部１５とを備えている。

光源部１１は、例えば所定の波長の光を発生する１以上の光源を有する。光源として、特定の波長成分又はその成分を含む単色光を発生する半導体レーザ（ＬＤ）、固体レーザ、ガスレーザ等の発光素子を用いることができる。光源部１１は、レーザ光として１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出力するものであることが好ましい。レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。生体内のヘモグロビンは、その状態（酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、メトヘモグロビン、炭酸ガスヘモグロビン、等）により光学的な吸収特性が異なるが、一般的には６００ｎｍから１０００ｎｍの光を吸収する。したがって、例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、血管を撮像する場合）には、一般的には６００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。さらに、被検体７の深部まで届くという観点から、上記レーザ光の波長は７００〜１０００ｎｍであることが好ましい。そして、上記レーザ光の出力は、レーザ光と光音響波の伝搬ロス、光音響変換の効率および現状の検出器の検出感度等の観点から、１０μＪ／ｃｍ^２〜数１０ｍＪ／ｃｍ^２であることが好ましい。さらに、パルス光出力の繰り返しは、画像構築速度の観点から、１０Ｈｚ以上であることが好ましい。また、レーザ光は上記パルス光が複数並んだパルス列とすることもできる。

より具体的には例えば、被検体７のヘモグロビン濃度を測定する場合には、固体レーザの一種であるＮｄ：ＹＡＧレーザ（発光波長：約１０００ｎｍ）や、ガスレーザの一種であるＨｅ-Ｎｅガスレーザ（発光波長：６３３ｎｍ）を用い、１０ｎｓｅｃ程度のパルス幅を有したレーザ光を形成する。また、ＬＤ等の小型発光素子を用いる場合には、ＩｎＧａＡｌＰ（発光波長：５５０〜６５０ｎｍ）、ＧａＡｌＡｓ（発光波長：６５０〜９００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰ（発光波長：９００〜２３００ｎｍ）などの材料を用いた素子を使用することができる。また最近では、波長が５５０ｎｍ以下で発光するＩｎＧａＮを用いた発光素子も使用可能になりつつある。更には、波長可変可能な非線形光学結晶を用いたＯＰＯ（Optical Parametrical Oscillators）レーザを用いることもできる。

切替部１６は、光源部１１から出力されたレーザ光Ｌｏの進行方向を制御して、光分岐部１２の分岐回折光学素子４０（分岐ＤＯＥ）上のレーザ光Ｌｏが入射する入射位置を切り替えるものである。切替部１６は、単位時間ごとに入射位置を切り替えるように構成してもよいし、任意のタイミングで入射位置を切り替えるように構成してもよい。本実施形態では、切替部１６は、ミラー８０と集光レンズ８１から構成される。ミラー８０が回転することにより、ミラー８０に入射したレーザ光Ｌｏはこの回転に伴い互いに異なる方向へ反射する。本実施形態では図３に示されるように、ｔ＝ｔ１のとき反射光Ｌｘが生成され反射光Ｌｘは分岐ＤＯＥ４０上の入射位置Ｐｘに入射し、ｔ＝ｔ２のとき反射光Ｌｙが生成され反射光Ｌｙは分岐ＤＯＥ４０上の入射位置Ｐｙに入射し、ｔ＝ｔ３のとき反射光Ｌｚが生成され反射光Ｌｚは分岐ＤＯＥ４０上の入射位置Ｐｚに入射する。集光レンズ８１は、これらの反射光がそれぞれ分岐ＤＯＥ４０に垂直に入射するようにするものである。

光分岐部１２は、分岐ＤＯＥ４０を用いて切替部１６を経て入射するレーザ光を分岐せしめものである。

本明細書において分岐ＤＯＥとは、光の回折現象を利用して互いに異なる進行方向を有する複数の分岐光を生じせしめる光学素子を意味する。分岐本数は特に限定されないが、効果的にレーザ光のパワーを分散させる観点から、１６本以上に分岐せしめることが好ましい。本実施形態において、光分岐部１２は、分岐ＤＯＥ４０、複数の集光レンズ系としての集光レンズアレイ４４およびレンズ位置調整部４４ａから構成される。分岐ＤＯＥ４０のレーザ光の入射位置の対面には所定の加工が施されており、この加工の内容により所定の分岐パターンが規定される。分岐ＤＯＥ４０は、分岐パターンの標準パターンが入射位置により異なるように構成されてもよいが、光学系の調整が複雑にならないよう当該標準パターンはすべての入射位置において実施的に一致するように構成されることが好ましい。より好ましくは、分岐ＤＯＥ４０は、それぞれの入射位置における複数の分岐光の分岐パターンであって同一の仮想平面上の分岐パターンそのものが一致するように構成されることが好ましい。これにより、入射端面が１つにまとめられたバンドルファイバを用いても複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせがより容易となる。分岐ＤＯＥ４０は、分岐ＤＯＥ４０に入射したレーザ光をそれぞれの入射位置で分岐せしめる。つまり本実施形態では図３に示されるように、ｔ＝ｔ１のとき入射位置Ｐｘに入射した反射光Ｌｘは入射位置Ｐｘにおいて複数の分岐光Ｌｘｄとして分岐し、ｔ＝ｔ２のとき入射位置Ｐｙに入射した反射光Ｌｙは入射位置Ｐｙにおいて複数の分岐光Ｌｙｄとして分岐し、ｔ＝ｔ３のとき入射位置Ｐｚに入射した反射光Ｌｚは入射位置Ｐｚにおいて複数の分岐光Ｌｚｄとして分岐する。分岐するレーザ光の波長に依存して分岐パターンが変化するため、分岐ＤＯＥ４０は分岐するレーザ光の波長を考慮して適宜選択される。分岐パターンは特に限定されるものではないが、集光レンズ系での収差の低減の観点から、正方形構造または六方形構造であることが好ましく、六方形構造であることがより好ましい。

集光レンズアレイ４４は、上記入射位置に対応した複数の集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚから構成される。集光レンズ系とは、集光を目的として１つの光軸に沿って配置された１以上のレンズの集合を意味する。本実施形態では、要素４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚのそれぞれが１つの集光レンズ系である。そして、集光レンズアレイ４４は、複数の集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚを用いて、分岐ＤＯＥ４０により生成された複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄがバンドルファイバ１４に入射しやすくするため、および複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄのそれぞれとバンドルファイバ１４との位置合わせを容易にするため、複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄを平行化する。集光レンズアレイ４４は、複数の集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚのそれぞれの焦点が分岐ＤＯＥ４０上における上記入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚのそれぞれに対応するように配置されている。集光レンズ系の焦点が分岐ＤＯＥにおけるレーザ光の「入射位置に対応する」とは、集光レンズ系の焦点が、分岐ＤＯＥの所定の部分であってレーザ光が入射してから分岐光として出射するまでに当該光が通過しうる部分に含まれることを意味する。そして、特に出射面のビーム中心に集光レンズ系の焦点を合わせることが一般的である。また、光分岐部１２は、集光レンズアレイ４４を有する場合、集光レンズアレイ４４の位置の微調整を可能にするため、集光レンズアレイ４４をその光軸方向に移動せしめるレンズ位置調整部４４ａを有することが好ましい。レンズ位置調整部４４ａは、制御部４４ｂによって制御される。複数の集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚのそれぞれは、１つの集光レンズから構成されるものであってもよいし、２以上の集光レンズから構成される結合系レンズとすることもできる。なお、集光レンズアレイ４４に関して、複数の集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚのそれぞれの前側焦点を分岐ＤＯＥ４０の分岐光出射位置に、後側焦点面をバンドルファイバ１４ｘの端面１４ｅに合わせて配置することが好ましい。

以上のような構成では、複数の集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚのそれぞれの出射面Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚが、入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚのそれぞれに対応した互いに異なる光分岐部における出射位置となる。

バンドルファイバ１４は、光分岐部１２によって分岐したレーザ光Ｌｘ、ＬｙおよびＬｚを後述する光ファイバ群ごとに光照射部１５に導光するものである。バンドルファイバ１４は、コアＦａおよびクラッドＦｂを有する複数の光ファイバＦを包含している。光ファイバＦは、特に限定されないが石英ファイバであることが好ましい。また、複数の光ファイバＦは、当該複数の光ファイバＦの一部であり２以上の光ファイバＦを包含するいくつかの光ファイバ群に機能的に分けられる。ここで「機能的に分けられる」とは、発生源が同一の分岐光を導光するという機能に基づいて区別できることを意味する。例えば本実施形態では図３に示されるように、光ファイバＦ１〜Ｆ３は発生源が同一である複数の分岐光Ｌｘｄを導光するため光ファイバ群Ｆｘに属し、光ファイバＦ４〜Ｆ６は発生源が同一である複数の分岐光Ｌｙｄを導光するため光ファイバ群Ｆｙに属し、光ファイバＦ７〜Ｆ９は発生源が同一である複数の分岐光Ｌｚｄを導光するため光ファイバ群Ｆｚに属する。

そして、バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの端面Ｆｅは、光ファイバ群Ｆｘ、Ｆｙ、およびＦｚごとに、複数の出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚのそれぞれに対向して配置されている。さらに当該複数の光ファイバＦの端面Ｆｅは、光ファイバ群Ｆｘ、Ｆｙ、およびＦｚごとに、対向する出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚから出射する複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄの分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄのそれぞれがその光ファイバ群に属する光ファイバＦのコアＦａのそれぞれに入射するように配置されている。つまり、光ファイバ群Ｆｘに属する複数の光ファイバＦ１〜３の端面Ｆｅは、対向する出射位置Ｑｘから出射する複数の分岐光Ｌｘｄの分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光Ｌｘｄのそれぞれがその光ファイバ群Ｆｘに属する光ファイバＦ１〜３のコアＦａのそれぞれに入射するように配置されている。また、光ファイバ群Ｆｙに属する複数の光ファイバＦ４〜６の端面Ｆｅは、対向する出射位置Ｑｙから出射する複数の分岐光Ｌｙｄの分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光Ｌｙｄのそれぞれがその光ファイバ群Ｆｙに属する光ファイバＦ４〜６のコアＦａのそれぞれに入射するように配置されている。光ファイバ群Ｆｚに属する複数の光ファイバＦ７〜９の端面Ｆｅについても同様である。

バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列パターンは、バンドルファイバ１４中での配列のしやすさ、および集光レンズアレイ４４での収差の低減の観点から、正方形構造または六方形構造であることが好ましく、六方形構造であることがより好ましい。そして、複数の光ファイバＦの当該端面Ｆｅは少なくとも光ファイバ群ごとに最密充填構造で配列することが特に好ましい。これは以下に示す理由による。図４は、バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列の例を示す概念図である。図４ａは６４本の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列が正方形構造を有する場合、および図４ｂは６１本の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列が最密充填構造を有する場合を示す。このように、同程度の本数の光ファイバＦが正方形構造で配列した場合と最密充填構造で配列した場合とを考える。このとき、配列パターンの中心から最も離れた光ファイバの端面までの距離（図４中のそれぞれＷ１およびＷ２）を互いに比較すると、最密充填構造の上記距離Ｗ２の方が、正方形構造の上記距離Ｗ１よりも短くなることが分かる。上記距離が長くなると、これに伴い複数の分岐光の拡がり角も大きくなるよう設定されるため、集光レンズ系の収差が増大する。この結果、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせの精度が低下する。したがって、バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列は、最密充填構造であることが特に好ましい。バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列は、光ファイバ群ごとに異なるようにしてもよい。

また、上記観点とは別に、バンドルファイバ１４中の複数の光ファイバＦの配列精度を高めることが特に重要な場合には、Ｖ溝基板を用いてラインごとに分割して配列してもよい。精度良くＶ溝加工されたガラスや金属面を基準にして各ラインを配置することで、複数の光ファイバＦの配列精度をより高めることができる。このような場合、複数の光ファイバＦのライン配列に合わせて分岐ＤＯＥ４０が設計される。

光ファイバ群ごとに、対向する出射位置から出射する複数の分岐光のそれぞれをその光ファイバ群に属する光ファイバＦのコアＦａのそれぞれに実際に入射せしめるときは、当該複数の分岐光の分岐パターンと当該光ファイバ群に属する複数の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列パターンとを実質的に一致させることが必要である。つまり、分岐パターンおよび配列パターンのそれぞれの標準パターンのみではなく、スケールも含めたこれらのパターンを実質的に一致させることが必要である。そこで、集光レンズ系を下記のような構成にすることにより、これらのパターンを実質的に一致させるための調整を行えるように光学系が設定されることが好ましい。

図５は、複数の分岐光の分岐パターンのスケールを調整可能とする光学系の構成の例を示す概略断面図である。なお図５では、１つの集光レンズ系に着目した場合について説明するが、集光レンズアレイを利用した場合においても当然に適用することができる。分岐ＤＯＥ９０から生じる複数の分岐光Ｌｄの焦点面上でのパターン間隔ｙ（焦点を通り光軸に垂直な仮想平面上での隣接する輝点同士の間隔）は、分岐ＤＯＥ９０およびバンドルファイバ９４の間にある集光レンズ系の焦点距離に比例する性質がある。例えば図５に示されるように、分岐ＤＯＥ９０およびバンドルファイバ９４の間にある集光レンズ系が、集光レンズ９１と集光レンズ９２とから構成される結合系レンズである場合を考える。集光レンズ９１の焦点距離がｆ_２であり、集光レンズ９２の焦点距離がｆ_１であり、集光レンズ９１および集光レンズ９２の距離がｄであるとすると、当該結合系レンズの合成焦点距離ｆは、ｆ＝ｆ_１・ｆ_２／（ｆ_１＋ｆ_２−ｄ）で与えられる。さらに、基準面Ｐから集光レンズ９１の第２主面Ｈ_２”までの距離ｓ”は、ｓ”＝ｆ_２（ｆ_１−ｄ）／（ｆ_１＋ｆ_２−ｄ）で与えられる。なお、詳細には、距離ｄは集光レンズ９１の第１主面Ｈ_２から集光レンズ９２の第２主面Ｈ_１”までの距離を意味し、基準面Ｐは分岐ＤＯＥ９０のレンズ側の表面、つまり複数の分岐光の出射面を意味する。また、当該結合系レンズの合成焦点距離ｆは基準面Ｐから当該結合系レンズの第１主面Ｈまでの距離を意味する。

上記式より、距離ｄが変化すると、合成焦点距離ｆおよび距離ｓ”も変化することがわかる。つまり、距離ｄをレンズ位置調整部９１ａおよび／または９２ａによって光軸方向に移動させて調整することにより、その結合系レンズの合成焦点距離ｆを調整することができる。この結果、複数の分岐光Ｌｄの焦点面上でのパターン間隔ｙ、つまり分岐パターンのスケールを調整することが可能となる。その他の結合系レンズについても、合成焦点距離を調整することにより分岐パターンのスケールを調整することができる。合成焦点距離は、結合系レンズを構成する要素によって異なるものであるが、合成焦点距離を求めることは既知の方法により当業者にとって容易である。なお、結合系レンズについても、結合系レンズの前側合成焦点を分岐ＤＯＥ９０の分岐光出射位置（基準面Ｐ）に、後側合成焦点をバンドルファイバ９４の端面に合わせて配置することが好ましい。

バンドルファイバ１４において、バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅは、図６に示されるように、この端面１４ｅにおけるコアＦａが露出するようにこの端面１４ｅ上に反射マスクＭを有することが好ましい。バンドルファイバ１４は通常、複数の光ファイバＦの互いの間隙を接着剤で固定することにより製造される。しかしながら、接着剤は石英等の光ファイバの素材に比べレーザ光に対する耐久性が低い。そこで、上記のような反射マスクＭによって、複数の分岐光がそれぞれ入射するコアＦａの領域を除いた領域にレーザ光が照射されることを防止することができる。このような反射マスクＭは、例えばコアＦａの配列パターンに合わせて穴あけ加工された薄いガラス板上に誘電体多層膜を蒸着し、その後コアＦａと上記穴とが対応して合わさるように当該ガラス板をバンドルファイバ１４の上記一方の端面１４ｅに張り付けることにより形成することが可能である。

光照射部１５は、複数の光ファイバＦの複数の他方の端面Ｆｅから構成される。図７は、本実施形態のプローブユニットの先端部の構成を示す概略図である。光照射部１５は、図７に示されるように、光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚごとに導光された複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄを、当該複数の分岐光ごとに互いに異なる照射領域に測定光Ｌ１、Ｌ２およびＬ３として照射する。例えば本実施形態では、図７に示されるように、ｔ＝ｔ１のとき複数の分岐光Ｌｘｄは、光ファイバ群Ｆｘによって光照射部１５である光ファイバの他方の端面Ｆｅまで導光され、当該端面Ｆｅから測定光Ｌ１として所定の照射領域に照射され、ｔ＝ｔ２のとき複数の分岐光Ｌｙｄは、光ファイバ群Ｆｙによって光照射部１５である光ファイバの他方の端面Ｆｅまで導光され、当該端面Ｆｅから測定光Ｌ２としてｔ＝ｔ１における照射領域とは異なる所定の照射領域に照射され、ｔ＝ｔ３のとき複数の分岐光Ｌｚｄは、光ファイバ群Ｆｚによって光照射部１５である光ファイバの他方の端面Ｆｅまで導光され、当該端面Ｆｅから測定光Ｌ３としてｔ＝ｔ１およびｔ２における照射領域とは異なる所定の照射領域に照射される。光照射部１５を構成する複数の光ファイバＦの複数の出射端面Ｆｅは、例えば電気音響変換部３の周囲に沿って配列される。また、電気音響変換部３を構成する複数の変換素子５４が透明材料である場合には、光照射部１５は変換素子５４の上方から変換素子全体を照射できるように配置してもよい。なお、複数の光ファイバＦの複数の出射端面Ｆｅは、電気音響変換部３を構成する複数の変換素子５４とともに、平面、凸面あるいは凹面を形成する。ここでは平面とする。

光照射部１５は、図７に示されるように、複数の光ファイバＦの他方の端面Ｆｅが間隔を置いてライン状に配列されたものであるように構成することができる。このように構成することで、プローブユニット先端部７１に複雑な構造の光学系を設ける必要がなく、均一なライン状光源を得ることができる。また、複数の光ファイバＦのそれぞれから出射する分岐光の強度を勘案して上記間隔を調整することにより、より均一なライン状光源を得ることができる。例えば、分岐光の強度が強い場合には上記間隔を広く、弱い場合には狭くする等して調整することが好ましい。

電気音響変換部３は、例えば１次元状或いは２次元状に配列された微小な複数の変換素子５４から構成される。変換素子５４は、例えば、圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。電気音響変換部３は、光照射部１５からの光の照射により被検体内に発生する光音響波Ｕを受信する。この変換素子５４は、受信時において光音響波Ｕを電気信号に変換する機能を有している。電気音響変換部３は、小型、軽量に構成されており、多チャンネルケーブルによって後述する受信部２２に接続される。この電気音響変換部３は、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等の中から診断部位に応じて選択される。電気音響変換部３は、光音響波Ｕを効率よく伝達するために音響整合層を備えてもよい。一般に圧電素子材料と生体では音響インピーダンスが大きく異なるため、圧電素子材料と生体が直接接した場合は、界面での反射が大きくなり光音響波を効率よく伝達することができない。このため、圧電素子材料と生体の間に中間的な音響インピーダンスを有する物質で構成した音響整合層を挿入することにより、光音響波を効率よく伝達することができる。音響整合層を構成する材料の例としては、エポキシ樹脂や石英ガラスなどが挙げられる。

光音響撮像装置１０の画像生成部２は、電気音響変換部３を構成する複数の変換素子５４を選択駆動するとともに、また電気音響変換部３からの電気信号に所定の遅延時間を与え、整相加算を行うことにより受信信号を生成する受信部２２と、変換素子５４の選択駆動や受信部２２の遅延時間を制御する走査制御部２４と、受信部２２から得られる受信信号に対して各種の処理を行う信号処理部２５とを備えている。

受信部２２は、図２に示すように、電子スイッチ５３と、プリアンプ５５と、受信遅延回路５６と、加算器５７とを備えている。

電子スイッチ５３は、光音響走査における光音響波の受信に際して、連続して隣接する所定数の変換素子５４を選択する。例えば、電気音響変換部３がアレイ型の１９２個の変換素子ＣＨ１〜ＣＨ１９２から構成される場合、このようなアレイ型変換素子は、電子スイッチ５３によってエリア０（ＣＨ１〜ＣＨ６４までの変換素子の領域）、エリア１（ＣＨ６５〜ＣＨ１２８までの変換素子の領域）およびエリア２（ＣＨ１２９〜ＣＨ１９２までの変換素子の領域）の３つの領域に分割されて取り扱われる。このようにＮ個の変換素子から構成されるアレイ型変換素子をｎ（ｎ＜Ｎ）個の隣接する振動子のまとまり（エリア）として取り扱い、このエリアごとにイメージング作業を実施した場合には、すべてのチャンネルの変換素子にプリアンプやＡ／Ｄ変換ボードを接続する必要がなくなり、プローブユニット７０の構造を簡素化できコストの増大を防ぐことができる。また、それぞれのエリアを個別に光照射することができるように、複数の光ファイバを配置した場合には、１回あたりの光出力が大きくならずに済むので、大出力の高価な光源を用いる必要がないといった利点もある。そして、変換素子５４によって得られるそれぞれの電気信号はプリアンプ５５に供給される。

プリアンプ５５は、上記のように選択された変換素子５４によって受信された微小な電気信号を増幅し、充分なＳ／Ｎを確保する。

受信遅延回路５６は、電子スイッチ５３によって選択された変換素子５４から得られる光音響波Ｕの電気信号に対して、所定の方向からの光音響波Ｕの位相を一致させて収束受信ビームを形成するための遅延時間を与える。

加算器５７は、受信遅延回路５６により遅延された複数チャンネルの電気信号を加算することによって１つの受信信号にまとめる。この加算によって所定の深さからの音響信号は整相加算され、受信収束点が設定される。

走査制御部２４は、ビーム集束制御回路６７と変換素子選択制御回路６８とを備える。変換素子選択制御回路６８は、電子スイッチ５３によって選択される受信時の所定数の変換素子５４の位置情報を電子スイッチ５３に供給する。一方、ビーム集束制御回路６７は、所定数個の変換素子５４が形成する受信収束点を形成するための遅延時間情報を受信遅延回路５６に供給する。

信号処理部２５は、フィルタ６６と、信号処理器５９と、Ａ／Ｄ変換器６０と、画像データメモリ６２とを備えている。受信部２２の加算器５７から出力された電気信号は、信号処理部２５のフィルタ６６において不要なノイズを除去した後、信号処理器５９にて受信信号の振幅を対数変換し、弱い信号を相対的に強調する。一般に、被検体７からの受信信号は、８０ｄＢ以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しており、これを２３ｄＢ程度のダイナミックレンジをもつ通常のモニタに表示するためには弱い信号を強調する振幅圧縮が必要となる。なお、フィルタ６６は、帯域通過特性を有し、受信信号における基本波を抽出するモードと高調波成分を抽出するモードを有している。また、信号処理器５９は、対数変換された受信信号に対して包絡線検波を行う。そして、Ａ／Ｄ変換器６０は、この信号処理器５９の出力信号をＡ／Ｄ変換し、１ライン分の光音響画像データを形成する。この１ライン分の光音響画像データは、画像データメモリ６２に保存される。

画像データメモリ６２は、前述のように生成された光音響画像データを保存する記憶回路である。システム制御部４の制御のもとで、画像データメモリ６２から断面のデータが読み出され、その読出しに際して空間的に補間されることにより、当該断面の光音響画像データが生成される。

表示部６は、表示用画像メモリ６３と、光音響画像データ変換器６４と、モニタ６５を備えている。表示用画像メモリ６３は、モニタ６５に表示する光音響画像データを一時的に保存するバッファメモリであり、画像データメモリ６２からの１ライン分の光音響画像データは、この表示用画像メモリ６３において１フレームに合成される。光音響画像データ変換器６４は、表示用画像メモリ６３から読み出された合成画像データに対してＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行い、その出力はモニタ６５において表示される。

操作部５は、操作パネル上にキーボード、トラックボール、マウス等を備え、装置操作者が患者情報、装置の撮影条件、表示断面など必要な情報を入力するために用いられる。

システム制御部４は、図示しないＣＰＵと図示しない記憶回路を備え、操作部５からのコマンド信号に従って光送信部１、画像生成部２、表示部６などの各ユニットの制御やシステム全体の制御を統括して行う。特に、内部のＣＰＵには、操作部５を介して送られる操作者の入力コマンド信号が保存される。

次に、本発明の作用について説明する。

本発明の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０は、図３に示されるように特に、光学系の上流側から入射したレーザ光Ｌｘ、ＬｙおよびＬｚを所定の分岐パターンに従って複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄとして分岐せしめる少なくとも１つの分岐ＤＯＥ４０を有する光分岐部１２と、レーザ光Ｌｘ、ＬｙおよびＬｚが入射する分岐ＤＯＥ４０上の複数の入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚを切り替える切替部１６と、コアＦａ／クラッドＦｂ構造を有する複数の光ファイバＦを包含するバンドルファイバ１４であって、このバンドルファイバ１４の一方の端面１４ｅから複数の光ファイバＦに入射した複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄを、バンドルファイバ１４の他方の端面１４ｅにおいて接続された光照射部１５に導光するように配置されたバンドルファイバ１４とを備え、光分岐部１２が、複数の入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚのそれぞれに対応した互いに異なる複数の出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚから複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄを出射せしめるものであり、複数の光ファイバＦが、複数の光ファイバＦの一部であり２以上の光ファイバＦを包含する複数の光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚから構成されるものであり、バンドルファイバ１４の上記一方の端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの一方の端面Ｆｅが、光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚごとに、複数の出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚのそれぞれに対向して配置され、対向する出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚから出射する複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄの分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄのそれぞれがその光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚに属する光ファイバＦのコアＦａのそれぞれに入射するように配置されたものであることを特徴とする。つまり本発明は、光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚごとに、対向する出射位置から出射する複数の分岐光の分岐パターンと当該光ファイバ群に属する複数の光ファイバＦの端面Ｆｅの配列パターンとを対応させることにより、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚごとに、一括して行うことを可能にした。これにより、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとを別個に位置合わせする必要がなくなり、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせが容易となる。

その結果として、高エネルギーのパルスレーザ光が伝送可能となり、高画質の光音響画像を撮像することが可能となる。さらに、プローブユニットのコード部分の可撓性と耐久性とを容易に両立できる。

さらに、上記のような本発明の構成によれば、レーザ光が入射する分岐回折光学素子上の入射位置を切り替え、互いに異なる位置で複数の分岐光を生じせしめ、当該複数の分岐光を光ファイバ群ごとに光照射部１５に導光し、光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚごとに導光された複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄを、当該複数の分岐光ごとに互いに異なる照射領域に測定光Ｌ１、Ｌ２およびＬ３として照射することが可能となる。これにより、測定光を走査することが可能となりエネルギーの小さなレーザ光を用いても広い視野の光音響画像を取得することが可能となる。また、切替部１６が、レーザ光が特定の入射位置に留まるように設定された場合には、測定可能な領域のうち特定の領域にのみレーザ光の照射を行うことができるため、当該特定領域の光音響画像を高画質かつ高フレームレートで取得することができる。

「光音響撮像装置およびプローブユニットの設計変更」
本発明の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０は、上記で説明した実施形態に限定されるものではない。

例えば本発明の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０は図８に示されるように、バンドルファイバ１４の上記一方の端面１４ｅと光分岐部１２との位置関係を調整する位置調整部１４ａおよび位置調整部１４ａを制御する制御部１４ｂを備えるように構成することができる。或いは、分岐ＤＯＥ４０に位置調整部が備えられてもよい。この位置調整部１４ａは、プローブユニット７０から出射した測定光Ｌを測定し、測定した光量が最大値となる位置関係に自動で調整するように構成することができる。これにより、複数の分岐光Ｌｘｄのそれぞれと複数の光ファイバ１３のそれぞれとの位置合わせがより容易になる。

また、例えば本発明の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０は図９に示されるように、光分岐部１２が、分岐ＤＯＥ４０の光学系の上流側にホモジナイザ光学素子４１を有するように構成することができる。このように配置されたホモジナイザ光学素子４１により、複数の分岐光のビームの強度プロファイルが均一化される。したがって、局所的に高エネルギー密度の分岐光が光ファイバＦへ入射して当該光ファイバＦが損傷することを防止することができる。つまり、複数の分岐光の全体にわたって光ファイバＦの損傷閾値エネルギー密度を超えないように複数の分岐光を導光することができる。

また、例えば本発明の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０は図１０に示されるように、光分岐部１２が、分岐ＤＯＥ４０の光学系の下流側にホログラフィック拡散板４２を有するように構成することができる。図１０においては、ホログラフィック拡散板４２を集光レンズアレイ４４とバンドルファイバ１４の入射端面１４ｅとの間に設けた場合の構成が示されているが、ホログラフィック拡散板４２は分岐ＤＯＥ４０と集光レンズアレイ４４との間に設けた構成としてもよい。ただし、距離を変えて集光スポット径を制御する際の調整の容易さの観点から、ホログラフィック拡散板４２は、集光レンズアレイ４４とバンドルファイバ１４の入射端面１４ｅとの間に設けられることが好ましい。このように配置されたホログラフィック拡散板４２により、複数の分岐光の集光スポット径が大きくなる方向に変化し、バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおけるコアＦａに入射する際の複数の分岐光のビーム径が最適化される。したがって、光ファイバＦの損傷閾値エネルギー密度を超えないように複数の分岐光を導光することができる。

また、例えば本発明の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０は図１１に示されるように、光分岐部１２が、分岐ＤＯＥ４０の光学系の上流側に入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚのそれぞれに対応して可変ビームエキスパンダ４３ｘ、４３ｙおよび４３ｚを有するように構成することができる。このように配置された可変ビームエキスパンダ４３ｘ、４３ｙおよび４３ｚにより、光音響イメージングにおいて使用されるレーザ光Ｌｘ、ＬｙおよびＬｚの波長毎にそのビーム径を適宜変えることができるため、複数の分岐光の集束径（バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおけるコアＦａに入射する際の径）を制御することができる。また、プローブユニット７０から出射した測定光Ｌを測定し、測定した光量が最大値となるように、レーザ光の波長毎にそのビーム径を自動制御することも可能となる。

また、例えば本発明の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０は図１２に示されるように、切替部１６は、ミラー８０を並進移動させて入射位置を切り替えるように構成してもよい。

「光音響撮像装置およびプローブユニットの第２の実施形態」
本発明の光音響撮像装置１０の第２の実施形態について説明する。本実施形態の光音響撮像装置１０は、分岐ＤＯＥおよび集光レンズがレーザ光の入射位置ごとに分かれている点、並びにバンドルファイバの入射端面側の部分が分岐ＤＯＥおよび集光レンズに対応して分岐している点において、第１の実施形態の光音響撮像装置１０と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。図１３は、本発明の切替部１６、光分岐部１２およびバンドルファイバ１４の第２の実施形態の構成を示す概略断面図である。図１４は、第２の実施形態のプローブユニットの先端部の構成を示す概略図である。

本実施形態による光音響撮像装置１０は、特定波長成分を含む測定光Ｌを発生させこの測定光Ｌを被検体７に照射する光送信部１と、この測定光Ｌが被検体７に照射されることにより被検体７内で発生する光音響波Ｕを検出して任意断面の光音響画像データを生成する画像生成部２と、音響信号と電気信号の変換を行う電気音響変換部３と、この光音響画像データ表示する表示部６と、操作者が患者情報や装置の撮影条件を入力するための操作部５と、これら各ユニットを統括的に制御するシステム制御部４とを備えている。

そして、本実施形態のプローブユニット７０は、電気音響変換部３、切替部１６、光分岐部１２、バンドルファイバ１４および光照射部１５を備えている。

光分岐部１２は、３つの分岐ＤＯＥ４０ｘ、４０ｙおよび４０ｚと、それぞれ独立した３つの集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚとから構成される。入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚは、３つの分岐ＤＯＥ４０ｘ、４０ｙおよび４０ｚ上の表面に設定される。３つの分岐ＤＯＥ４０ｘ、４０ｙおよび４０ｚのそれぞれに規定される分岐パターンは、異なっていてもよいが同一であることが好ましい。集光レンズ系４４ｘは、分岐ＤＯＥ４０ｘにより生成された複数の分岐光Ｌｘｄのそれぞれを、バンドルファイバ１４に包含される光ファイバ群Ｆｘに属する複数の光ファイバのコアのそれぞれに導光するものである。また、集光レンズ系４４ｙは、分岐ＤＯＥ４０ｙにより生成された複数の分岐光Ｌｙｄのそれぞれを、バンドルファイバ１４に包含される光ファイバ群Ｆｙに属する複数の光ファイバのコアのそれぞれに導光するものである。集光レンズ系４４ｚについても同様である。

バンドルファイバ１４は、その入射端面側の部分が分岐ＤＯＥ４０ｘ、４０ｙおよび４０ｚ、並びに複数の集光レンズ系４４ｘ、４４ｙおよび４４ｚに対応して分岐している。分岐した部分の一部１４ｘに包含される複数の光ファイバによって光ファイバ群Ｆｘが構成され、分岐した部分の一部１４ｙに包含される複数の光ファイバによって光ファイバ群Ｆｙが構成され、分岐した部分の一部１４ｚに包含される複数の光ファイバによって光ファイバ群Ｆｚが構成される。バンドルファイバ１４の入射端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの端面Ｆｅは、光ファイバ群Ｆｘ、Ｆｙ、およびＦｚごとに、複数の出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚのそれぞれに対向して配置されている。

つまり本実施形態においても図１３および図１４に示されるように、ｔ＝ｔ１のとき入射位置Ｐｘに入射した反射光Ｌｘは入射位置Ｐｘにおいて複数の分岐光Ｌｘｄとして分岐する。そして、複数の分岐光Ｌｘｄは、光ファイバ群Ｆｘによって光照射部１５である光ファイバＦの他方の端面Ｆｅまで導光され、当該端面Ｆｅから測定光Ｌ１として所定の照射領域に照射される。また、ｔ＝ｔ２のとき入射位置Ｐｙに入射した反射光Ｌｙは入射位置Ｐｙにおいて複数の分岐光Ｌｙｄとして分岐する。そして、複数の分岐光Ｌｙｄは、光ファイバ群Ｆｙによって光照射部１５である光ファイバＦの他方の端面Ｆｅまで導光され、当該端面Ｆｅから測定光Ｌ２としてｔ＝ｔ１における照射領域とは異なる所定の照射領域に照射される。また、ｔ＝ｔ３のとき入射位置Ｐｚに入射した反射光Ｌｚは入射位置Ｐｚにおいて複数の分岐光Ｌｚｄとして分岐する。そして、複数の分岐光Ｌｚｄは、光ファイバ群Ｆｚによって光照射部１５である光ファイバＦの他方の端面Ｆｅまで導光され、当該端面Ｆｅから測定光Ｌ３としてｔ＝ｔ１およびｔ２における照射領域とは異なる所定の照射領域に照射される。

以上のように本実施形態の光音響撮像装置１０およびプローブユニット７０も、図１３に示されるように特に、光学系の上流側から入射したレーザ光Ｌｘ、ＬｙおよびＬｚを所定の分岐パターンに従って複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄとして分岐せしめる少なくとも１つの分岐ＤＯＥ４０ｘ、４０ｙおよび４０ｚを有する光分岐部１２と、レーザ光Ｌｘ、ＬｙおよびＬｚが入射する分岐ＤＯＥ４０ｘ、４０ｙおよび４０ｚ上の複数の入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚを切り替える切替部１６と、コアＦａ／クラッドＦｂ構造を有する複数の光ファイバＦを包含するバンドルファイバ１４であって、このバンドルファイバ１４の一方の端面１４ｅから複数の光ファイバＦに入射した複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄを、バンドルファイバ１４の他方の端面１４ｅにおいて接続された光照射部１５に導光するように配置されたバンドルファイバ１４とを備え、光分岐部１２が、複数の入射位置Ｐｘ、ＰｙおよびＰｚのそれぞれに対応した互いに異なる複数の出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚから複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄを出射せしめるものであり、複数の光ファイバＦが、複数の光ファイバＦの一部であり２以上の光ファイバＦを包含する複数の光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚから構成されるものであり、バンドルファイバ１４の上記一方の端面１４ｅにおける複数の光ファイバＦの一方の端面Ｆｅが、光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚごとに、複数の出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚのそれぞれに対向して配置され、対向する出射位置Ｑｘ、ＱｙおよびＱｚから出射する複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄの分岐パターンに対応して配列し、かつこの複数の分岐光Ｌｘｄ、ＬｙｄおよびＬｚｄのそれぞれがその光ファイバ群Ｆｘ、ＦｙおよびＦｚに属する光ファイバＦのコアＦａのそれぞれに入射するように配置されたものであることを特徴とする。したがって、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

１ 光送信部
２ 画像生成部
３ 電気音響変換部
４ システム制御部
５ 操作部
６ 表示部
７ 被検体
１０ 光音響撮像装置
１１ 光源部
１２ 光分岐部
１４ バンドルファイバ
１４ａ バンドルファイバの位置調整部
１５ 光照射部
１６ 切替部
２２ 受信部
２４ 走査制御部
２５ 信号処理部
４０、４０ｘ、４０ｙ、４０ｚ 分岐回折光学素子（分岐ＤＯＥ）
４１ ホモジナイザ光学素子
４２ ホログラフィック拡散板
４３ 可変ビームエキスパンダ
４４ 集光レンズアレイ
４４ｘ、４４ｙ、４４ｚ 集光レンズ系
４４ａ レンズ位置調整部
７０ プローブユニット
７１ プローブユニット先端部
Ｆ 光ファイバ
Ｆａ 光ファイバのコア
Ｆｂ 光ファイバのクラッド
Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ 光ファイバ群
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 測定光
Ｌｘｄ、Ｌｙｄ、Ｌｚｄ 分岐光
Ｍ 反射マスク
Ｕ 光音響波

Claims (12)

1. 被検体内に測定光を照射する光照射部と、前記測定光の照射により前記被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、前記電気信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成部とを備える光音響撮像装置において、
   光学系の上流側から入射したレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめる少なくとも１つの分岐回折光学素子を有する光分岐部と、
   レーザ光が入射する前記分岐回折光学素子上の複数の入射位置を切り替える切替部と、
   コア／クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、該バンドルファイバの一方の端面から前記複数の光ファイバに入射した前記複数の分岐光を、前記バンドルファイバの他方の端面において接続された前記光照射部に導光するように配置された前記バンドルファイバとを備え、
   前記光分岐部が、前記複数の入射位置のそれぞれに対応した互いに異なる複数の出射位置から前記複数の分岐光を出射せしめるものであり、
   前記複数の光ファイバが、前記複数の光ファイバの一部であり２以上の前記光ファイバを包含する複数の光ファイバ群から構成されるものであり、
   前記バンドルファイバの前記一方の端面における前記複数の光ファイバの一方の端面が、前記光ファイバ群ごとに、前記複数の出射位置のそれぞれに対向して配置され、対向する前記出射位置から出射する前記複数の分岐光の分岐パターンに対応して配列し、かつ該複数の分岐光のそれぞれが該光ファイバ群に属する前記光ファイバのコアのそれぞれに入射するように配置されたものであり、
   前記バンドルファイバが、前記複数の分岐光を前記光ファイバ群ごとに導光するものであり、
   前記光照射部が、前記光ファイバ群ごとに導光された前記複数の分岐光を、該複数の分岐光ごとに互いに異なる照射領域に前記測定光として照射するものであることを特徴とする光音響撮像装置。
2. 前記バンドルファイバの前記一方の端面と前記光分岐部との位置関係を調整する位置調整部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光音響撮像装置。
3. 前記光分岐部が前記分岐回折光学素子の光学系の下流側に複数の集光レンズ系を有し、
   該複数の集光レンズ系が、それぞれの焦点が前記複数の入射位置のそれぞれに対応するように配置されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響撮像装置。
4. 前記光分岐部が、集光レンズの光軸方向における前記複数の集光レンズ系のそれぞれの位置を調整するレンズ位置調整部を有することを特徴とする請求項３に記載の光音響撮像装置。
5. 前記光分岐部が、前記分岐回折光学素子の光学系の上流側にホモジナイザを有することを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の光音響撮像装置。
6. 前記光分岐部が、前記分岐回折光学素子の光学系の下流側にホログラフィック拡散板を有することを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の光音響撮像装置。
7. 前記光分岐部が、前記分岐回折光学素子の光学系の上流側に可変ビームエキスパンダを有することを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の光音響撮像装置。
8. 前記分岐パターンが六方形構造を有し、
   前記複数の光ファイバの前記一方の端面が前記光ファイバ群ごとに最密充填構造で配列したものであることを特徴とする請求項１から７に記載の光音響撮像装置。
9. 前記バンドルファイバの前記一方の端面が、該端面における前記コアが露出するように該端面上に反射マスクを有することを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の光音響撮像装置。
10. 前記分岐回折光学素子が１つであることを特徴とする請求項１から９いずれかに記載の光音響撮像装置。
11. 前記光照射部が前記複数の光ファイバの前記他方の端面であり、
    該他方の端面が間隔を置いてライン状に配列されたものであることを特徴とする請求項１から１０いずれかに記載の光音響撮像装置。
12. 被検体内に測定光を照射し、該測定光の照射により前記被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて光音響画像を生成する光音響撮像装置に用いられるプローブユニットにおいて、
    被検体内に測定光を照射する光照射部と、
    前記測定光の照射により前記被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、
    光学系の上流側から入射したレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめる少なくとも１つの分岐回折光学素子を有する光分岐部と、
    レーザ光が入射する前記分岐回折光学素子上の複数の入射位置を切り替える切替部と、
    コア／クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、該バンドルファイバの一方の端面から前記複数の光ファイバに入射した前記複数の分岐光を、前記バンドルファイバの他方の端面において接続された前記光照射部に導光するように配置された前記バンドルファイバとを備え、
    前記光分岐部が、前記複数の入射位置のそれぞれに対応した互いに異なる複数の出射位置から前記複数の分岐光を出射せしめるものであり、
    前記複数の光ファイバが、前記複数の光ファイバの一部であり２以上の前記光ファイバを包含する複数の光ファイバ群から構成されるものであり、
    前記バンドルファイバの前記一方の端面における前記複数の光ファイバの一方の端面が、前記光ファイバ群ごとに、前記複数の出射位置のそれぞれに対向して配置され、対向する前記出射位置から出射する前記複数の分岐光の分岐パターンに対応して配列し、かつ該複数の分岐光のそれぞれが該光ファイバ群に属する前記光ファイバのコアのそれぞれに入射するように配置されたものであり、
    前記バンドルファイバが、前記複数の分岐光を前記光ファイバ群ごとに導光するものであり、
    前記光照射部が、前記光ファイバ群ごとに導光された前記複数の分岐光を、該複数の分岐光ごとに互いに異なる照射領域に前記測定光として照射するものであることを特徴とするプローブユニット。