JP5841663B2 - 光音響波測定器 - Google Patents
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Description
本発明は、光音響センサに関する。
従来より、パルス光を被測定物（例えば、生体）に照射することにより得られる光音響信号を測定する光音響センサ（例えば、特許文献１（特開２０１１−２２９６６０号公報）を参照）が知られている。
しかしながら、光音響センサにより得られる光音響信号にはノイズが重畳してしまう。
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器は、パルス光を出力するパルス光出力部と、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、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おり、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構成される。
上記のように構成された光音響波測定器によれば、パルス光出力部が、パルス光を出力する。前記パルス光が透過する配置部材が、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ている。光音響波検知部が、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。しかも、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。また、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。
なお、本発明にかかる光音響波測定器は、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器は、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。
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器は、パルス光を出力するパルス光出力部と、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、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おり、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構成される。
上記のように構成された光音響波測定器によれば、パルス光出力部が、パルス光を出力する。前記パルス光が透過する配置部材が、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ている。光音響波検知部が、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。しかも、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。また、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。
なお、本発明にかかる光音響波測定器は、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器は、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。
第１図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１の断面図である。
第２図は、比較例（ａ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ａ）参照）、比較例（ｂ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ｂ）参照）である。
第３図は、比較例（ａ）、（ｂ）にかかる光音響波測定器１（第２図参照）および本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１（第１図参照）による検出波形を示すグラフである。
第２図は、比較例（ａ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ａ）参照）、比較例（ｂ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ｂ）参照）である。
第３図は、比較例（ａ）、（ｂ）にかかる光音響波測定器１（第２図参照）および本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１（第１図参照）による検出波形を示すグラフである。
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１図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１の断面図である。光音響波測定器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。
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、図示省略した外部の測定装置（例えば、オシロスコープ）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、光音響波測定器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。
次に、本発明の実施形態の動作を、比較例と比較しながら説明する。
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、オシロスコープなどに与えられる。
第２図は、比較例（ａ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ａ）参照）、比較例（ｂ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ｂ）参照）である。
比較例（ａ）は、第１図に示す光音響波測定器１から外部スペーサ３２、３６を除去したものである。比較例（ｂ）は、第１図に示す光音響波測定器１から外部スペーサ３６を除去したものである。
第３図は、比較例（ａ）、（ｂ）にかかる光音響波測定器１（第２図参照）および本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１（第１図参照）による検出波形を示すグラフである。
比較例（ａ）、（ｂ）および本発明の実施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、比較例（ａ）および比較例（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。比較例（ａ）および比較例（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、本発明の実施形態においては、ノイズＢが光音響波Ｗに重ならない。すなわち、本発明の実施形態においては、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、（比較例（ａ））＜（比較例（ｂ））＜（本発明の実施形態）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、比較例（ａ）よりも比較例（ｂ）の方が遅く、比較例（ｂ）よりも本発明の実施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３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倍程度遅れることとなる。
本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１によれば、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よりも後となる。これにより、光音響波測定器１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ができる。
第１図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１の断面図である。光音響波測定器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。
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、図示省略した外部の測定装置（例えば、オシロスコープ）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、光音響波測定器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。
次に、本発明の実施形態の動作を、比較例と比較しながら説明する。
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、オシロスコープなどに与えられる。
第２図は、比較例（ａ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ａ）参照）、比較例（ｂ）にかかる光音響波測定器１の断面図（第２図（ｂ）参照）である。
比較例（ａ）は、第１図に示す光音響波測定器１から外部スペーサ３２、３６を除去したものである。比較例（ｂ）は、第１図に示す光音響波測定器１から外部スペーサ３６を除去したものである。
第３図は、比較例（ａ）、（ｂ）にかかる光音響波測定器１（第２図参照）および本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１（第１図参照）による検出波形を示すグラフである。
比較例（ａ）、（ｂ）および本発明の実施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、比較例（ａ）および比較例（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。比較例（ａ）および比較例（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、本発明の実施形態においては、ノイズＢが光音響波Ｗに重ならない。すなわち、本発明の実施形態においては、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、（比較例（ａ））＜（比較例（ｂ））＜（本発明の実施形態）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、比較例（ａ）よりも比較例（ｂ）の方が遅く、比較例（ｂ）よりも本発明の実施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３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倍程度遅れることとなる。
本発明の実施形態にかかる光音響波測定器１によれば、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よりも後となる。これにより、光音響波測定器１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ができる。
Claims (3)
- パルス光を出力するパルス光出力部と、
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、
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、前記測定対象から見て、前記配置部材と同じ側にあり、
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おり、
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おり、
前記ノイズは、前記パルス光出力端で発生した他の光音響波が、前記配置部材と前記測定対象との境界面で反射され、前記光音響波検知部により検知されたものである、
光音響波測定器。 - 請求項１に記載の光音響波測定器であって、
前記パルス光出力部が、光ファイバである、
光音響波測定器。 - 請求項１に記載の光音響波測定器であって、
前記光音響波検知部が、圧電素子である、
光音響波測定器。
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| JP2012127056 | 2012-06-04 | ||
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Family Applications (1)
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