JP5843496B2 - 音響波検出器および音響波測定装置 - Google Patents
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Description
P=Γ・μa・Φ
ここで、Γは弾性特性値であるグリューナイセン係数であり、体積膨張係数(β)と音速(c)の二乗の積を比熱(Cp)で割ったものである(Γ=βc2/Cp)。μaは光吸収体の吸収係数、Φは局所的な領域での光量(光吸収体に照射された光量)である。
PATにおける音響波の音圧は、光吸収体に到達する局所的な光量に比例する。生体に照射された光は、散乱と吸収により体内で急激に減衰するため、体内の深部組織で生じる音響波の音圧は光照射部位からの距離に応じて大きく減衰する。
しかしながら、金属膜で光を完全に反射することは不可能であり、光のエネルギーの一部は金属膜に吸収されるため、その吸収された光によって金属膜から音響波が発生してしまうことは避けられない。この金属膜自体から発生する音響波もノイズであり、PATの測定品質を低下させる原因となり得る。
音響波を発生するものである音響波検出器を提供する。
図4は、互いに平行な2つの反射面を有し、それらの反射面の間隔が周波数1MHzの音響波の波長の半分(半波長)の奇数倍に等しくなるように設定された光反射部材を用いた場合に、音響波検出器で検出される音響波の波形を示している。第1の反射面で発生する音響波の強度と第2の反射面で発生する音響波の強度が概略等しくなるように、各反射面の形状や特性(反射率等)が決められている。反射面の形状や特性についての具体例は以下の実施例で述べられており、ここでは割愛する。
[第1の実施例]
図1は本発明の第1の実施例の音響波測定装置の要部を示す模式図である。図1中、101は音響波検出器である。音響波検出器101は、検出面に沿ってアレイ状に配置された複数の振動子(トランスデューサ)を有しており、その検出帯域の中心周波数は1MHzに設定されている。103は音響的なインピーダンス整合のために音響波検出器101
の前面に形成されている樹脂からなるインピーダンス整合層、105は光反射部材である。107は不図示のレーザ光源から発せられたパルス光、109はレンズ、111は被検体である生体、113は光を透過するとともに生体内で発生した音響波を効果的に音響波検出器101に導くジェルである。図示していないが、音響波測定装置は、パルス光を発するレーザ光源、音響波検出器101から出力される電気信号(音響波信号)をAD変換する回路、デジタル音響波信号を解析する信号処理装置(コンピュータ)などを備える。
光反射部材105は、周波数1MHzの音響波の波長の半分の厚さTを有するポリメチルペンテンからなる平板121および、その両面に設けられたAuからなる複数の光反射膜123、125からなる。具体的には、光反射部材105の生体側の面(第1の反射面)は、光を反射する反射領域である光反射膜125と、光を通過させる開口領域である窓124とが交互に並んでいる。同様に、光反射部材105の振動子側の面(第2の反射面)は、反射領域である光反射膜123と、開口領域である窓122とが交互に並んでいる。
図6(a)は本発明の第2の実施例を説明する模式図である。図中、図1と同じ部材には同一番号を付加しており、説明は省略する。第1の実施例との違いは、光反射部材201が、凹部と凸部が形成された金属層からなり、凹部と凸部の高さの差が金属膜に被検体からの散乱光が照射することにより金属膜から発生する1MHzの音響波の波長の半分となるように設定されている点である。
本実施例において、凹凸の周期については特に言及していないが、第1の実施例のように周波数1MHzの音響波の波長の長さとしてもよい。
図7は本発明の第3の実施例における光反射部材を説明する模式図である。本実施例において、光反射部材が、平板301および、その両側に設けられたAuからなる光反射膜(反射領域)303、305から構成されている。第1の実施例との違いは、第1の実施例では窓(122、124)が反射面に沿って1つの方向に周期的に配置されているのに対し、本実施例では窓302、304が反射面に沿って2つの方向(2次元)に周期的に配置されている点である。本実施例でも、各反射面の光反射膜303、305は、同一反射面に投影したときに互いに重ならないよう、互い違いに配置されている。
本実施例では、窓302、304の周期を所望の長さ(例えば光反射部材に被検体からの散乱光が照射することにより光反射部材から発生する1MHzの音響波の波長と同じ長さ)に設定することにより、光反射部材で発生した音響波を、平板301の面に沿って2つの方向に支配的に伝播させることが可能となる。
図8は本発明の第4の実施例における光反射部材を説明する模式図である。本実施例において、光反射部材は、平板401および、その両側に設けられた光反射膜403、405から構成されている。光反射膜403、405は厚さの異なるAu層からなり、光反射
膜403は光反射率が0.8以上となるように膜厚が調整されており、光反射膜405は光反射率が0.4から0.5となるように膜厚が調整されている。また、光反射率の大きい光反射膜403が振動子側に位置し、光反射率の小さい光反射膜405が生体側に位置するように、光反射部材は配置される。
図9は本発明の第5の実施例における光反射部材を説明する模式図である。第2の実施例では、凹部と凸部の2つの面を有した金属層で形成された光反射部材の例を示したが、本実施例では、4段構造の反射面を有する金属層で光反射部材501が形成されている。本実施例においては、反射面同士の間隔は、最も抑制したい周波数の音響波の波長の4分の1になるように設定されている。例えば、最も抑制した周波数を1MHzとした場合、光反射部材501から発生した音響波の1MHzの成分に加えて、2MHzの成分においても抑制することが可能となる。
第1から第3実施例では、光反射部材として1方向あるいは2つの方向に周期構造を有する例を示したがそれに限ったものではなく、同心円状の周期構造としてもよい。つまり、反射面上のある点を中心に反射領域と開口領域とが放射状に交互に配置される構造である。この場合も、開口領域の周期(ピッチ)が上記所定の波長に等しいことが好ましい。また、光反射部材を断面が正弦波形状になるように形成された金属層で形成し、その振幅が上記所定の波長の半分の長さであるように構成しても上記と同様の効果を得ることができる。この場合も、正弦波の周期が上記所定の波長に等しいことが好ましい。
Claims (9)
- 被検体に照射された光によって発生した音響波を検出する音響波検出器であって、
振動子と、
前記振動子と光が照射される被検体表面との間に位置し、前記被検体表面における散乱光を反射することができる光反射部材と、を備え、
前記光反射部材は、第1の反射面と、該第1の反射面よりも前記振動子側に位置する第2の反射面とを有し、前記第1の反射面と前記第2の反射面との間の距離が、前記振動子の検出帯域に含まれる第1の波長の半波長の奇数倍であり、
前記光反射部材は、前記散乱光を反射するときに前記散乱光のエネルギーの一部を吸収することで少なくとも前記第1の波長の音響波を発生するものである
音響波検出器。 - 前記第1の反射面と第2の反射面とのそれぞれは、光を反射する反射領域と光を透過する開口領域とを有し、前記第1の反射面の反射領域の前記第2の反射面への投影像が、該第2の反射面の反射領域と重ならない
請求項1に記載の音響波検出器。 - 前記第1の反射面または第2の反射面は、複数の開口領域を有し、前記第1の反射面の複数の開口領域または前記第2の反射面の複数の開口領域は、該第1の反射面または第2の反射面に沿って所定の周期で配置されており、該所定の周期が、前記第1の波長に等しい
請求項2に記載の音響波検出器。 - 前記第1の反射面の光反射率が、前記第2の反射面の光反射率よりも小さい
請求項1に記載の音響波検出器。 - 前記光反射部材は、音響波に対して音響的にインピーダンス整合している平板の両面に、前記第1及び第2の反射面にそれぞれ対応する第1及び第2の光反射膜が形成された部材であり、
前記平板の厚さが、前記第1の波長の半波長の奇数倍である
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の音響波検出器。 - 前記光反射部材は、前記第1及び第2の反射面にそれぞれ対応する凹部と凸部が形成された金属層であり、
前記凹部と前記凸部の高さの差が、前記第1の波長の半波長の奇数倍である
請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の音響波検出器。 - 前記第1の波長が、前記振動子の検出帯域の中心波長である
請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の音響波検出器。 - 被検体に照射された光によって発生した音響波を検出する音響波検出器であって、
振動子と、
前記振動子と光が照射される被検体表面との間に位置し、前記被検体表面における散乱光を反射することができる光反射部材と、を備え、
前記光反射部材は、断面が正弦波形状の金属層からなり、前記正弦波の振幅が、前記振動子の検出帯域に含まれる第1の波長の半波長の奇数倍であり、
前記光反射部材は、前記散乱光を反射するときに前記散乱光のエネルギーの一部を吸収することで少なくとも前記第1の波長の音響波を発生するものである
音響波検出器。 - 請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の音響波検出器と、
前記音響波検出器で検出された音響波から前記被検体の内部の情報を取得する信号処理装置と、
を有する音響波測定装置。
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