JP5809749B2 - 光音響波測定装置、方法、プログラム、記録媒体 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、光音響波測定器により得られる光音響信号に重畳するノイズを減じることを課題とする。
本発明にかかる光音響波測定装置は、(a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置であって、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録部と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定部と、前記電気信号記録部の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去部と備えるように構成される。
上記のように構成された光音響波測定装置によれば、(a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置が提供される。電気信号記録部が、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する。ノイズタイミング推定部が、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定する。ノイズ除去部が、前記電気信号記録部の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去する。
なお、本発明にかかる光音響波測定装置は、前記光音響波検知部において前記光音響波が検知され始める時間よりも後で検知されるノイズが、前記光音響波の検知終了の時間よりも後で検知され始めるための充分な厚さを前記配置部材が有しているようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光音響波測定装置は、前記パルス光出力部が、光ファイバであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光音響波測定装置は、前記光音響波検知部が、圧電素子であるようにしてもよい。
本発明は、(a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置による光音響波測定方法であって、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、備えた光音響波測定方法である。
本発明は、(a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記光音響波測定処理が、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と備えたプログラムである。
本発明は、(a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、前記光音響波測定処理が、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と備えた記録媒体である。
第2図は、本発明の実施形態にかかる光音響波センサ1の断面図である。
第3図は、変形例(a)にかかる光音響波センサ1の断面図(第3図(a)参照)、変形例(b)にかかる光音響波センサ1の断面図(第3図(b)参照)である。
第4図は、変形例(a)、(b)にかかる光音響波センサ1(第3図参照)および好ましい形態にかかる光音響波センサ1(第2図参照)による検出波形を示すグラフである。
第1図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定装置40の構成を示す機能ブロック図である。光音響波測定装置40は、光音響波センサ1から電気信号を受ける。光音響波測定装置40は、波形検出部42、スペーサ厚さ記録部43、ノイズタイミング推定部44、波形記録部(電気信号記録部)46、ノイズ除去部48を備える。
第2図は、本発明の実施形態にかかる光音響波センサ1の断面図である。光音響波センサ1は、ケース10、バッキング材12、圧電素子(光音響波検知部)14、電極16、スペーサ18、光ファイバ(パルス光出力部)20、外部スペーサ(配置部材)32、34、36を備える。
なお、第2図に示す光音響波センサ1は、第3図に示す光音響波センサ1よりも好ましい。後述するように、ノイズB(第4図参照)が、光音響波W(第4図参照)に重ならないからである。
ケース10は、バッキング材12、圧電素子14、電極16およびスペーサ18を収容するケースである。スペーサ18はケース10の底面に接し、電極16はスペーサ18に載せられ、圧電素子14は電極16に載せられ、バッキング材12は圧電素子14に載せられている。
バッキング材12は、エポキシ樹脂の裏打ち材である。圧電素子(光音響波検知部)14は、疎密波などの圧力を受け、電圧に変換する。電極16は、圧電素子14から電圧を受け、光音響波測定装置40に与える。電極16は、例えば、金の電極である。スペーサ18は、疎密波を透過するものであり、例えばポリスチレンの透明なスペーサである。
光ファイバ(パルス光出力部)20は、パルス光出力端20aからパルス光Pを出力する。なお、光ファイバ20は、光音響波センサ1の外部のパルス光源(図示省略)に接続されている。光ファイバ20は、ケース10、バッキング材12、圧電素子14、電極16およびスペーサ18を貫通する。
外部スペーサ(配置部材)32、34、36は、パルス光Pが透過し、パルス光出力端20aと測定対象2との間に配置されている。なお、外部スペーサ32が、ケース10およびパルス光出力端20aに接している。外部スペーサ36が、測定対象2に接している。外部スペーサ34が、外部スペーサ32と外部スペーサ36との間に配置されている。
外部スペーサ(配置部材)32は、例えば、1.5mmの厚さの白ポリカーボネイトのスペーサである。外部スペーサ(配置部材)34、36は、4mmの厚さのポリスチレンの透明なスペーサである。ただし、外部スペーサ32、34、36は、一体であってもよい。
なお、測定対象2は、例えば人間の指の腹である。測定対象2には血管2aがあり、血管2aがパルス光Pを受けると、光音響波Wを発生する。圧電素子14は、光音響波Wを受けて、電気信号(例えば、電圧)に変換する。圧電素子14は、パルス光出力端20aよりも測定対象2から離れている。
第3図は、変形例(a)にかかる光音響波センサ1の断面図(第3図(a)参照)、変形例(b)にかかる光音響波センサ1の断面図(第3図(b)参照)である。
変形例(a)は、第2図に示す光音響波センサ1から外部スペーサ32、36を除去したものである。変形例(b)は、第2図に示す光音響波センサ1から外部スペーサ36を除去したものである。
ここで、第1図に戻り、光音響波測定装置40の構成を説明する。
波形検出部42は、電極16から電気信号(例えば、電圧)を受け、その波形を検出し、波形記録部46に与える。
スペーサ厚さ記録部43は、外部スペーサの厚さを記録する。
ノイズタイミング推定部44は、スペーサ厚さ記録部43に記録された外部スペーサ(配置部材)の厚さから、電気信号(例えば、電圧)においてノイズが生じるタイミングを推定する。
波形記録部(電気信号記録部)46は、光音響波センサ1から、波形検出部42を介して電気信号を受けて記録する(第4図参照)。
ノイズ除去部48は、波形記録部(電気信号記録部)46の記録内容から、推定されたタイミングにおける電気信号を除去する。
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
まず、外部のパルス光源(図示省略)がパルス光Pを発し、パルス光Pが光ファイバ20を通過して、パルス光出力端20aからパルス光Pが出力される。パルス光Pは、外部スペーサ32、34、36を通過して、測定対象2に与えられる。
パルス光Pは測定対象2の血管2aに到達する。すると、血管2aがパルス光Pを吸収し、暖められ、断熱膨張する。これにより、血管2aから疎密波(光音響波W)が出力される。
光音響波Wは、測定対象2、外部スペーサ36、34、32、スペーサ18および電極16を透過し、圧電素子14に到達する。圧電素子14は、光音響波Wによる圧力を、電気信号(例えば、電圧)に変換する。この電圧が電極16を介して、外部に取り出され、光音響波測定装置40の波形検出部42に与えられる。
第4図は、変形例(a)、(b)にかかる光音響波センサ1(第3図参照)および好ましい形態にかかる光音響波センサ1(第2図参照)による検出波形を示すグラフである。なお、このような検出波形は、波形検出部42により得られ、波形記録部46に与えられる。
変形例(a)、(b)および好ましい形態における検出波形には、いずれも、ノイズA、光音響波WおよびノイズBが含まれている。
光音響波Wが、測定対象2の血管2aにおいて発生した光音響波である。この光音響波が、検出すべき波形である。両羽矢印で表した期間において、光音響波Wが検出される。
ノイズAは、圧電素子14において光音響波Wが検知され始める時間t1よりも前に検知されるノイズである。ノイズAは、変形例(a)および変形例(b)においても、本発明の実施形態においても、光音響波Wには重ならない。
ノイズBは、圧電素子14において光音響波Wが検知され始める時間t1よりも後で検知されるノイズである。変形例(a)および変形例(b)においては、外部スペーサの厚さが不足しているため、ノイズBが光音響波Wに重なっている。
しかし、好ましい形態においては、ノイズBが光音響波Wに重ならない。すなわち、好ましい形態においては、外部スペーサ32、34、36の厚さが充分なため、ノイズBが検知され始める時間t3が、光音響波Wの検知終了の時間t2よりも後である。
外部スペーサの厚さは、(変形例(a))<(変形例(b))<(好ましい形態)である。光音響波Wが圧電素子14に到達するためにかかる時間は、外部スペーサの厚さが厚くなるほど長くなる。よって、光音響波Wの検出開始の時間が、変形例(a)よりも変形例(b)の方が遅く、変形例(b)よりも好ましい形態の方が遅くなる。
ノイズBの検出開始の時間も、外部スペーサの厚さが厚くなるほど遅くなる。しかし、外部スペーサの厚さが厚くなることによるノイズBの検出開始の時間の遅れは、光音響波Wの検出開始の時間の遅れよりも甚だしいことが、第4図に示す検出波形から新たに発見された。
これは、パルス光出力端20a近傍で発生してしまった光音響波が、外部スペーサ36と測定対象2との境界面で反射され、圧電素子14に到達したものがノイズBのもととなっているからではないかと思われる。この場合、ノイズBの検出開始時間は、外部スペーサの厚さのおよそ2倍程度の距離を光音響波Wが進む時間だけ遅れることとなる。これにより、ノイズBの検出開始時間t3は、光音響波Wの検出開始の時間t1よりも、およそ(外部スペーサの厚さ)/(光音響波Wの速度)だけ遅れることとなる。
上記の原理を利用して、ノイズタイミング推定部44が、電気信号においてノイズBが生じるタイミングを推定する。すなわち、ノイズタイミング推定部44が、外部スペーサの厚さをスペーサ厚さ記録部43から読み出し、光音響波Wの速度で割ることで、t3−t1を求め、ノイズ除去部48に与える。
しかも、光音響波WはノイズBよりも大きいので、波形が所定の閾値を超えた時点を、光音響波Wの検出開始の時間t1とみなすことで、t1を求めることができる。ノイズ除去部48は、このようにして求めた時間t1に、ノイズタイミング推定部44から与えられたt3−t1を加えて時間t3を求め、時間t3以降の波形を、波形記録部(電気信号記録部)46の記録内容から削除する。
なお、好ましい形態のように、光音響波WとノイズBとが重ならない場合、ノイズBのみを削除できて好ましい、ただし、変形例(a)および変形例(b)に示すように、光音響波WとノイズBとが重なる場合であっても、光音響波Wが多少欠落してもよいのであれば、ノイズ除去部48により波形記録部46の記録内容から時間t3以降の波形を除去してもよい。この場合は、光音響波Wも多少除去されてしまうが、ノイズBも除去できる。
本発明の実施形態にかかる光音響波測定装置40によれば、ノイズタイミング推定部44により、(t3−t1)を、(外部スペーサの厚さ)/(光音響波Wの速度)として求めることができる。これにより、光音響波Wの検出開始の時間t1から、時間(t3−t1)だけ後の時間t3以降の波形を、波形記録部(電気信号記録部)46の記録内容から削除することで、ノイズBを除去できる。
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(フロッピー(登録商標)ディスク、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、波形検出部42、スペーサ厚さ記録部43、ノイズタイミング推定部44、波形記録部46およびノイズ除去部48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。
Claims (7)
- (a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置であって、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録部と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定部と、
前記電気信号記録部の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去部と、
を備えた光音響波測定装置。 - 請求項1に記載の光音響波測定装置であって、
前記光音響波検知部において前記光音響波が検知され始める時間よりも後で検知されるノイズが、前記光音響波の検知終了の時間よりも後で検知され始めるための充分な厚さを前記配置部材が有している、
光音響波測定装置。 - 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が、光ファイバである、
光音響波測定装置。 - 請求項1に記載の光音響波測定装置であって、
前記光音響波検知部が、圧電素子である、
光音響波測定装置。 - (a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置による光音響波測定方法であって、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、
前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、
を備えた光音響波測定方法。 - (a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記光音響波測定処理が、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、
前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、
を備えたプログラム。 - (a)パルス光を出力するパルス光出力部と、(b)前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、(c)前記パルス光により前記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光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
前記光音響波測定処理が、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、
前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、
を備えた記録媒体。
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