JP6129694B2 - 光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象に当てて光音響波を検出する光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置に関するものである。

近年、光音響効果を利用した非侵襲の計測法が注目されている。この計測法は、所定の波長（例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光の波長帯域）を有するパルス光を被検体に照射し、被検体内の吸収物質がこのパルス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、その吸収物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の吸収物質とは、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。また、このような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（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれる。

従来、このような光音響計測に用いられるプローブとしては、被検体からの光音響波を検出する音響波検出部９１と、光ファイバ９４や導光板９２を含み、これらを使って測定光を導光する導光部と、これらを収容する筺体（ハウジング）９３とを備えた、例えば図１２のａのようなハンドヘルド型のプローブ９が知られている（特許文献１）。その他、光音響計測用の内視鏡プローブ（特許文献２）や直腸プローブ（特許文献３）も知られている。

特開２０１２−１７９３５０号公報 特開２０１２−２３９７８４号公報 特表２０１０−５０９９７７号公報

しかしながら、特許文献１のようなプローブでは、被検体Ｈの内部組織（計測対象組織Ｍ）を開腹術によって計測する場合に、計測可能な領域が、被検体Ｈおよびプローブ９が互いに干渉しない範囲に限られてしまう。例えば、開腹口Ｈａと計測対象組織Ｍの位置関係が図１２のｂに示される状態であれば、内部組織の開腹口Ｈａ側の上部領域Ｒ_１が基本的に計測可能な領域となる。この場合、内部組織の側方領域Ｒ_２については、プローブ９を横向きに倒すことができないため計測することが難しい。

一方、特許文献２または３のようなプローブは、そもそも管状組織を体空内から計測することを想定したものであるから、操作性や撮像範囲等の観点から開腹術による組織の計測には必ずしも適したものではない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、従来のハンドヘルド型プローブでは計測が難しい組織領域の計測を可能にするハンドヘルド型の光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置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、本発明のハンドヘルド型の光音響計測用プローブは、
音響波検出部と、測定光を導光する光ファイバが接続された導光板とを収容するヘッド部であって、音響波検出部の検出面と被検体に向けて測定光を出射させる導光板の出射面とが並設されてなる計測面を有するヘッド部と、
光ファイバを収容し、ヘッド部に一端が接続された把持部であって所定の長さを有する把持部とを備え、
計測面が、把持部の長さ方向に対して横を向いていることを特徴とするものである。

そして、本発明のプローブにおいて、光ファイバが接続された導光板の入射面の法線ベクトルは、把持部の長さ方向に沿ってヘッド部から把持部を向いた成分を含むことが好ましい。

また、本発明のプローブにおいて、音響波検出部は、把持部の長さ方向に配列した複数の音響波検出素子からなるアレイ検出部であり、導光板は、上記出射面の長辺が上記素子の配列方向に沿って配置されている構成を採用できる。或いは、本発明のプローブにおいて、音響波検出部は、把持部の長さ方向に垂直な方向に配列した複数の音響波検出素子からなるアレイ検出部であり、導光板は、上記出射面の長辺が上記素子の配列方向に沿って配置されている構成を採用できる。

また、本発明のプローブにおいて、導光板は、測定光を拡散させる拡散構造を導光板の側面に有することが好ましい。この場合、拡散構造は、くさびが把持部の長さ方向に複数配列したくさび構造または複数のドットからなるドット構造であることが好ましい。

また、本発明のプローブにおいて、計測面の向きと把持部の長さ方向との成す角度は３０°〜１５０°であることが好ましく、６０°〜１２０°であることがより好ましい。

また、本発明のプローブは、ヘッド部および把持部は回動可能に接続されていてもよい。この場合、計測面の向きと把持部の長さ方向との成す角度の可変範囲は３０°〜１５０°の範囲内であることが好ましく、６０°〜１２０°の範囲内であることがより好ましい。

また、本発明のプローブにおいて導光板は、音響波検出部を挟み互いに対向する配置で２つ設けられていることが好ましい。

本発明の光音響計測装置は、上記に記載のいずれかのプローブと、
音響波検出部によって検出された光音響信号を処理する信号処理部とを備えることを特徴とするものである。

そして本発明の光音響計測装置において、音響波検出部は、被検体に対して送信された音響波に対する反射音響波を検出するものであり、
信号処理部は、反射音響波の信号に基づいて反射音響波画像を生成するものであることが好ましい。

本発明のハンドヘルド型の光音響計測用プローブおよびそれを備えた光音響計測装置は、計測面が、把持部の長さ方向に対して横を向いているから、プローブの挿入方向に対して横向きの光音響計測が可能となる。この結果、従来のハンドヘルド型プローブでは計測が難しい組織領域の計測が可能になる。

第１の実施形態のプローブの構成を示す概略図である。 音響波検出部の検出面および導光板の出射面から構成される計測面を示す概略図である。 計測面の向きと把持部の長さ方向との成す角を示す概略図である。 プローブの把持部とケーブルの接続部分を示す概略図である。 第１の実施形態のプローブの使用例を示す概略図である。 第１の実施形態のプローブの設計変更例を示す概略図である。 第１の実施形態のプローブの他の設計変更例を示す概略図である。 第２の実施形態のプローブの構成を示す概略図である。 第３の実施形態のプローブの構成を示す概略図である。 第１の実施形態の光音響計測装置の構成を示す概略図である。 第２の実施形態の光音響計測装置の構成を示す概略図である。 従来のプローブの使用例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。

「プローブの第１の実施形態」
まず本発明の光音響計測用プローブの第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態のプローブ１１の構成を示す概略図である。特に、図１のａは、プローブ１１の斜視図であり、図１のｂは正面図であり、図１のｃはＸ_１−Ｘ_１面における断面図である。また、図２は、音響波検出部２０の検出面Ｓ_１および導光板４４の出射面Ｓ_２から構成される計測面Ｓを示す概略図である。図３は、計測面Ｓの向きと把持部１１ａの長さ方向Ｄとの成す角θを示す概略図である。

本実施形態のプローブ１１は、把持部１１ａと、把持部１１ａの幅よりも大きい幅のヘッド部１１ｂとに大別されるハンドヘルド型のプローブである。具体的には、本実施形態のプローブ１１は、音響波検出部２０と、測定光Ｌを導光する複数の光ファイバ４３ａが接続された導光板４４とを収容するヘッド部１１ｂと、複数の光ファイバ４３ａから構成されるバンドルファイバ４３を収容し、ヘッド部１１ｂに一端が接続された把持部１１ａとを備える。把持部１１ａおよびヘッド部１１ｂの各幅は、把持部１１ａの長さ方向に垂直な面（図１中のｘｙ平面）内における最大幅をいう。本実施形態では、例としてヘッド部１１ｂの幅が把持部１１ａの幅よりも大きい場合について説明するが、ヘッド部１１ｂの幅は把持部１１ａの幅よりも小さくてもよい。ヘッド部１１ｂの幅が把持部１１ａの幅よりも大きい方が、光ファイバの大きな曲げ半径を許容する内部空間を確保することができる。

把持部１１ａは、使用者がプローブ１１を操作する際に把持する持ち手部分である。把持部１１ａは、ヘッド部１１ｂ（或いはプローブ１１）を操作するのに適した長さ（例えば５〜１５ｃｍ程度）を有する筒状の構造を有し、その一端にヘッド部１１ｂが接続され、他端にはケーブル４２が接続されている。把持部１１ａの内部には、ケーブル４２に挿通されたバンドルファイバ４３が収容されている。把持部１１ａは、使用者が持ちやすいように手の形状に合わせて窪みを有していてもよい。

ヘッド部１１ｂは、計測面Ｓを被検体に当接して実際に計測を行う部分である。

音響波検出部２０は、例えば一次元または二次元に配列した複数の超音波振動子（音響波検出素子）から構成される。超音波振動子は、例えば、圧電セラミクス、またはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）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。超音波振動子は、音響波を受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有している。なお本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。ここで、「超音波」とは超音波振動子の振動により被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは測定光の照射による光音響効果により被検体内に発生した弾性波を意味する。なお、音響波検出部２０は、正確な音響波信号を検出するため、音響整合層、音響レンズおよびバッキング材等の公知の音響部材を備えることが好ましい。

導光板４４は、例えばＰＭＭＡ等のアクリル樹脂からなる板または石英板の表面に特殊な加工を施して、一方の端面（入射面Ｓ_３）から入れた光を他方の端面（出射面Ｓ_２）から均一に面発光させる光学部材である。したがって、導光板４４の入射面Ｓ_３には、例えば等間隔で光ファイバ４３ａが接続されている。これにより、光源から出力された測定光Ｌは光ファイバ４３ａおよび導光板４４を介して被検体に照射される。本実施形態では、一次元に配列した超音波振動子の配列方向に沿って出射面Ｓ_２の長辺が配置され、かつ、音響波検出部２０を挟むように導光板４４が２つ並設されている。導光板４４の大きさや形状は、特に制限されないが、音響波検出部２０直下の計測対象領域全体に均等に測定光が照射されるように設計することが好ましい。本実施形態では、測定光Ｌが音響波検出部２０の直下に向けて屈折するように、導光板４４は出射端部に切り欠き形状を有する。一方、入射面Ｓ_３は、その法線ベクトルが上記長さ方向Ｄに沿ってヘッド部１１ｂから把持部１１ａを向く成分（図１中のｚ軸正方向の成分）を有するように設定されることが好ましい。従来使用されている出射面と入射面が平行な導光板を単に横にしただけでは、入射面と接続するために光ファイバは大きな曲げ角度で湾曲しなければならない。このように入射面を光ファイバ側に向けることにより、曲げ角度をより小さくして、光ファイバ４３ａが湾曲することで生じる応力を緩和することができる。

本実施形態では、複数の超音波振動子は把持部１１ａの長さ方向Ｄに配列している。また、出射面Ｓ_２の長辺が、一次元に配列した超音波振動子の配列方向に沿って配置されるように、導光板４４は音響波検出部２０の横に並んで設けられている。ただし、音響波検出部２０と導光板４４は密着している必要はない。そして、音響波検出部２０の検出面Ｓ_１と被検体に向けて測定光Ｌを出射させる導光板４４の出射面Ｓ_２とが並設されてなる計測面Ｓ（図２）は、把持部１１ａの長さ方向Ｄ（例えば図１中のｚ軸方向）に対して横を向いている。計測面Ｓが上記長さ方向Ｄに対して横を向いているとは、計測面Ｓの向きと上記長さ方向Ｄとの成す角度θ（図３）がおよそ１０°〜１７０°程度であることをいう。角度θは、従来のプローブと相互補完的な計測を可能にするため、３０°〜１５０°であることが好ましく、６０°〜１２０°であることがより好ましい。例えば図１では、角度θが９０°である態様を示している。なお、計測面Ｓの向きとは、計測面の大部分を占めかつ信号受信の方向を規定する検出面Ｓ_１の向き、つまり検出面Ｓ_１の法線ベクトルｎ_１の向きとする。

本明細書において、把持部１１ａの長さ方向とは、把持部１１ａの筒状構造が伸びる方向を意味し、例えばその筒状構造の両端の各中心を結んだ方向を選択する等して、その筒状構造の形状に応じて決定される。通常、光ファイバはまっすぐの状態で筒状構造内に挿入されることを考慮して、図４のようにケーブル４２と把持部１１ａの接続部分Ｊにおける光ファイバ４３ａの光軸方向を参酌してもよい。

以上より、本実施形態のハンドヘルド型の光音響計測用プローブは、計測面Ｓが、把持部１１ａの長さ方向Ｄに対して横を向いているから、プローブ１１の挿入方向に対して横向きの光音響計測が可能となる。この結果、開腹術において、計測面が把持部の長さ方向を向いている従来のプローブでは計測が難しい組織領域Ｒ_２の計測が可能になる（図５）。例えば従来のプローブと本発明のプローブを計測対象領域に応じて使い分けることにより、測定対象の組織の計測を相互補完的に様々な方向から行うこともできる。例えば、開腹術により前立腺周囲の神経血管束を観察する場合に有用である。

（設計変更）
上記の説明では、リニア型のプローブについて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明は、コンベックス型やセクタ型のプローブにも適用可能である。例えば図６は、本発明が適用されたコンベックス型のプローブの構成を示す概略図である。図６のａは、プローブ５１の斜視図であり、図６のｂは図１のｃと同様の断面図である。

プローブ５１も、把持部５１ａと、把持部５１ａの幅よりも大きい幅のヘッド部５１ｂとに大別されるハンドヘルド型のプローブである。具体的には、プローブ５１は、音響波検出部５０と、測定光Ｌを導光する複数の光ファイバ４３ａが接続された導光板５４とを収容するヘッド部５１ｂと、複数の光ファイバ４３ａから構成されるバンドルファイバ４３を収容し、ヘッド部５１ｂに一端が接続された把持部５１ａとを備える。特に、プローブ５１は、音響波検出部５０において超音波振動子が扇状に配列している点で図１のプローブと異なる。

プローブ５１においても、音響波検出部５０の検出面および導光板５４の出射面から構成される計測面は、把持部５１ａの長さ方向Ｄに対して横を向いている。なお、プローブ５１の計測面Ｓの向きは、配列中央の超音波振動子の検出面の法線ベクトルｎ_２の向きとする。

このようにプローブ５１も、計測面が、把持部５１ａの長さ方向Ｄに対して横を向いているから、図１のプローブ１１と同様の効果を奏する。

また、導光板は、測定光を拡散させる拡散構造を導光板の側面に有することが好ましい。例えば図７は、このような拡散構造Ｄｆを有する導光板の構成例を示す概略図である。図７では音響波検出部の図示は省略している。具体的には、図７の導光板４４は、拡散構造Ｄｆとして、細長いくさびが把持部の長さ方向に複数配列したくさび構造を出射面Ｓ_２に対向する副側面Ｔ_２（比較的面積の小さい側面）に有する。このように拡散構造Ｄｆを有することにより、出射面Ｓ_２におけるより均一な面発光が可能となる。また、拡散構造Ｄｆとしては、上記のようなくさび構造に代えて、複数の微小ドットからなるドット構造でもよい。また、樹脂から導光板を形成する場合には、導光板内に金属微粒子等の拡散粒子を分散させて拡散機能をさらに付与することもできる。

「プローブの第２の実施形態」
次に、本発明のプローブの第２の実施形態について説明する。本実施形態のプローブは、音響波検出部２０について把持部の長さ方向に垂直な方向に超音波振動子が配列している点で、第１の実施形態と異なる。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８は、第２の実施形態のプローブの構成を示す概略図である。特に、図８のａは、プローブ１６の斜視図であり、図８のｂは正面図であり、図８のｃはＸ_２−Ｘ_２面における断面図である。

本実施形態のプローブ１６は、把持部１６ａと、把持部１６ａの幅よりも大きい幅のヘッド部１６ｂとに大別されるハンドヘルド型のプローブである。具体的には、本実施形態のプローブ１６は、音響波検出部２０と、測定光Ｌを導光する複数の光ファイバ４３ａが接続された導光板４５とを収容するヘッド部１６ｂと、複数の光ファイバ４３ａから構成されるバンドルファイバ４３を収容し、ヘッド部１６ｂに一端が接続された把持部１６ａとを備える。

導光板４５においても、入射面Ｓ_３は、その法線ベクトルが上記長さ方向Ｄに沿ってヘッド部１６ｂから把持部１６ａを向く成分（図８中のｚ軸正方向の成分）を有するように設定されている。具体的には図８のｃに示されるように、本実施形態では、主側面Ｔ_１（比較的面積の大きい側面）が三次元的に折曲若しくは湾曲することで、入射面Ｓ_３が光ファイバ側を向くように導光板４５が構成されている。なお、入射面Ｓ_３の法線ベクトルがｚ軸正方向を向く成分を有するようにするには、導光板４５を折曲若しくは湾曲させる他に、導光板４５の入射面端部に切り欠きを設けて斜めの面を形成する方法でもよい。また、本実施形態の導光板４５の側面にも拡散構造を設けてもよい。

本実施形態では、複数の超音波振動子は把持部１６ａの長さ方向Ｄに垂直な方向（図８中のｘ軸方向）に配列している。また第１の実施形態と同様に、出射面Ｓ_２の長辺が、一次元に配列した超音波振動子の配列方向に沿って配置されるように、導光板４５は音響波検出部２０の横に並んで設けられている。そして、音響波検出部２０の検出面と導光板４５の出射面とが並設されてなる計測面も、把持部１６ａの長さ方向Ｄ（図８中のｚ軸方向）に対して横を向いている。計測面の向きと上記長さ方向Ｄとの成す角度の好ましい範囲は第１の実施形態と同様である。例えば図８では、計測面の向きと上記長さ方向Ｄとの成す角度が９０°である態様を示している。

このようにプローブ１６も、計測面が、把持部１６ａの長さ方向Ｄに対して横を向いているから、図１のプローブ１１と同様の効果を奏する。

「プローブの第３の実施形態」
次に、本発明のプローブの第３の実施形態について説明する。本実施形態のプローブは、ヘッド部が回動可能に把持部と接続されている点で、第１の実施形態と異なる。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９は、第３の実施形態のプローブの構成を示す概略図である。特に、図９のａは通常の状態のプローブ１７の側面図であり、図９のｂは回動後の状態のプローブ１７の側面図である。

本実施形態のプローブ１７において、ヘッド部１７ｂが回転軸４７の周りで把持部１７ａに対して回動可能に接続されている。回動は、例えば光ファイバ等と共にプローブ筺体内に挿通されたワイヤ４６を出し入れすることで制御される。或いは、回転軸４７がモーターで回動する電動式回動機構であり、当該回動機構を電気回路で制御する回動手法を採用してもよい。把持部１７ａおよびヘッド部１７ｂの接続部分は、回動に際し隙間ができないように構成されることが好ましい。例えば当該接続部分の筺体を伸縮性材料で形成すればよい。ヘッド部１７ｂの回動に関して、計測面の向きと長さ方向との成す角度の可変範囲は３０°〜１５０°の範囲内であることが好ましく、６０°〜１２０°であることがより好ましい。

このようにプローブ１７も、計測面が、把持部１７ａの長さ方向Ｄに対して横を向いているから、図１のプローブ１１と同様の効果を奏する。また、本実施形態のプローブ１７は、ヘッド部が回動するから、計測対象部位の状態に応じて計測中に適宜計測面の向きを変更できる。これにより、プローブの操作性がより向上する。

（設計変更）
上記の説明では、図１のタイプのプローブに回動機構を適用したが、図８のタイプのプローブに回動機構を適用することもできる。

「光音響計測装置の第１の実施形態」
次に、光音響計測装置の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、光音響計測装置が、光音響波Ｕの信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置である場合について具体的に説明する。図１０は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の構成を示すブロック図である。

本実施形態の光音響画像生成装置１０は、第１の実施形態に係るプローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３および表示部１４を備える。

＜レーザユニット＞
レーザユニット１３は、Ｑスイッチ固体レーザ型の光源を有し、測定光Ｌとしてレーザ光を出力する。レーザユニット１３は、ケーブルによってプローブ１１と接続されており、出力された測定光Ｌはプローブ１１の出射面から被検体に照射される。レーザユニット１３は、例えば、超音波ユニット１２の制御部３４からのトリガ信号を受けてレーザ光を出力するように構成されている。レーザユニット１３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。例えば本実施形態では、レーザユニット１３の光源はＱスイッチアレキサンドライトレーザである。

レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の吸収体の光吸収特性によって適宜決定される。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、一般的にはその波長は近赤外波長域に属する波長であることが好ましい。近赤外波長域とはおよそ７００〜８５０ｎｍの波長域を意味する。しかしながら、レーザ光の波長は当然これに限られるものではない。また、レーザ光は、単波長でもよいし、複数の波長（例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ）を含んでもよい。さらに、レーザ光が複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に計測対象組織Ｍに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。レーザユニット１３は、アレキサンドライトレーザの他、同様に近赤外波長域のレーザ光を出力可能なＹＡＧ−ＳＨＧ−ＯＰＯレーザやＴｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザとすることもできる。

＜超音波ユニット＞
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換部２２、受信メモリ２３、光音響画像生成部２４、表示制御部３０および制御部３４を有する。超音波ユニット１２が本発明における信号処理部に相当する。

制御部３４は、光音響計測装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路（図示省略）を備える。トリガ制御回路は、例えば光音響計測装置の起動の際に、レーザユニット１３に光トリガ信号を送る。これによりレーザユニット１３で、フラッシュランプが点灯し、レーザロッドの励起が開始される。そして、レーザロッドの励起状態は維持され、レーザユニット１３はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。

そして、制御部３４は、その後トリガ制御回路からレーザユニット１３へＱｓｗトリガ信号を送信する。つまり、制御部３４は、このＱｓｗトリガ信号によってレーザユニット１３からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御している。また本実施形態では、制御部３４は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をＡＤ変換部２２に送信する。サンプリングトリガ信号は、ＡＤ変換部２２における光音響信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響信号をサンプリングすることが可能となる。

受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。受信回路２１で受信された光音響信号はＡＤ変換部２２に送信される。

ＡＤ変換部２２は、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２２は、例えば外部から入力する所定周波数のＡＤクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で受信した光音響信号をサンプリングする。

受信メモリ２３は、ＡＤ変換部２２でサンプリングされた光音響信号を記憶する。そして、受信メモリ２３は、プローブ１１によって検出された光音響信号のデータを光音響画像生成部２４に出力する。

光音響画像生成部２４は、例えば受信メモリ２３に格納された上記光音響信号データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で互いに加算して１ライン分のデータを再構成し、各ラインのデータに基づいて断層画像（光音響画像）のデータを生成する。なお、この光音響画像生成部２４は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは光音響画像生成部２４は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。光音響画像生成部２４は、上記のようにして生成された光音響画像のデータを表示制御部３０に出力する。

表示制御部３０は、光音響画像生成部２４から取得した光音響画像データに基づいて、光音響画像をディスプレイ装置等の表示部１４に表示させる。表示制御部３０は、プローブ１１が二次元配列した振動子アレイを有することまたはプローブ走査により、複数の光音響画像が取得された場合には、例えば、それらの光音響画像に基づいてボリュームデータを作成し、三次元画像として合成画像を表示部１４に表示させることもできる。

以上のように、本実施形態の光音響計測装置は、前述したプローブ１１を備えるから、プローブ１１の挿入方向に対して横向きの光音響計測が可能となる。この結果、開腹術において、計測面が把持部の長さ方向を向いている従来のプローブでは計測が難しい組織領域Ｒ_２の計測が可能になる。

「光音響計測装置の第２の実施形態」
次に、光音響計測装置の第２の実施形態について説明する。図１１は、第２の実施形態の光音響計測装置の構成を示す概略図である。本実施形態は、光音響画像に加えて超音波画像も生成する点で、第１の実施形態と異なる。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。

本実施形態の光音響計測装置１０は、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３および表示部１４を備える。プローブ１１、レーザユニット１３および表示部１４については、第１の実施形態と同様である。

＜超音波ユニット＞
本実施形態の超音波ユニット１２は、図１０に示す光音響計測装置の構成に加えて、超音波画像生成部２９および送信制御回路３３を備える。

本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波（反射音響波）の検出（受信）を行う。超音波の送受信を行う超音波振動子としては、音響波検出部２０中の超音波振動子を使用してもよいし、超音波の送受信用に別途プローブ１１中に設けられた新たな超音波振動子を使用してもよい。また、超音波の送受信は分離してもよい。例えばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。

制御部３４は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３３は、このトリガ信号を受けると、例えばプローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。

プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換部２２に入力される。制御部３４は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換部２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換部２２は、反射超音波のサンプリング信号を受信メモリ２３に格納する。光音響信号のサンプリングと、反射超音波のサンプリングとは、どちらを先に行ってもよい。

超音波画像生成部２９は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリング信号）に基づいて、再構成処理、検波処理および対数変換処理等の信号処理を施して、超音波画像のデータを生成する。画像データの生成には、光音響画像生成部２４における画像データの生成と同様に、遅延加算法などを用いることができる。

表示制御部３０は、例えば、光音響画像と超音波画像とを別々に、またはこれらの合成画像を表示部１４に表示させる。表示制御部３０は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。

本実施形態では、光音響計測装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。したがって、第１の実施形態の効果に加えて、超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。

１０ 光音響計測装置
１１ プローブ
１１ａ 把持部
１１ｂ ヘッド部
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 表示部
２０ 音響波検出部
４２ ケーブル
４３ バンドルファイバ
４３ａ 光ファイバ
４４、４５ 導光板
４６ ワイヤ
４７ 回転軸
Ｄ 把持部の長さ方向
Ｄｆ 拡散構造
Ｈ 被検体
Ｈａ 開腹口
Ｌ 測定光
Ｍ 計測対象組織
Ｓ 計測面
Ｓ_１ 検出面
Ｓ_２ 出射面
Ｓ_３ 入射面
Ｕ 光音響波

Claims (15)

1. 音響波検出部と、測定光を導光する光ファイバが接続された導光板とを収容するヘッド部であって、前記音響波検出部の検出面と被検体に向けて前記測定光を出射させる前記導光板の出射面とが並設されてなる計測面を有するヘッド部と、
   前記光ファイバを収容し、前記ヘッド部に一端が接続された把持部であって所定の長さを有する把持部とを備え、
   前記計測面が、前記把持部の長さ方向に対して横を向いており、
   前記光ファイバが接続された前記導光板の入射面の法線ベクトルが、前記把持部の長さ方向に沿って前記ヘッド部から前記把持部を向いた成分を含むプローブ。
2. 前記音響波検出部が、前記把持部の長さ方向に配列した複数の音響波検出素子からなるアレイ検出部であり、
   前記導光板が、前記出射面の長辺が前記素子の配列方向に沿って配置されている請求項１記載のプローブ。
3. 前記音響波検出部が、前記把持部の長さ方向に垂直な方向に配列した複数の音響波検出素子からなるアレイ検出部であり、
   前記導光板が、前記出射面の長辺が前記素子の配列方向に沿って配置されている請求項１記載のプローブ。
4. 前記導光板が、前記測定光を拡散させる拡散構造を前記導光板の側面に有する請求項１から３いずれか１項記載のプローブ。
5. 前記拡散構造が、くさびが前記把持部の長さ方向に複数配列したくさび構造または複数のドットからなるドット構造である請求項４記載のプローブ。
6. 前記計測面の向きと前記把持部の長さ方向との成す角度が３０°〜１５０°である請求項１から５いずれか１項記載のプローブ。
7. 前記計測面の向きと前記把持部の長さ方向との成す角度が６０°〜１２０°である請求項６記載のプローブ。
8. 前記ヘッド部および前記把持部が回動可能に接続されている請求項１から５いずれか１項記載のプローブ。
9. 前記計測面の向きと前記把持部の長さ方向との成す角度の可変範囲が３０°〜１５０°の範囲内である請求項８記載のプローブ。
10. 前記可変範囲が６０°〜１２０°の範囲内である請求項９記載のプローブ。
11. 前記導光板が、前記音響波検出部を挟み互いに対向する配置で２つ設けられた請求項１から１０いずれか１項に記載のプローブ。
12. 前記導光板の出射面が、前記検出面に沿って延びる面であり、かつ前記導光板の入射面が、複数の前記光ファイバが配列して接続され、該光ファイバの配列方向に延びる面であり、前記入射面の前記把持部側の一端の方が他端よりも前記出射面に近づくように、前記入射面が前記出射面に対して傾いている請求項１記載のハンドヘルド型のプローブ。
13. 前記導光板の出射面および入射面が、前記把持部の長さ方向に直交する方向に延びる面であり、前記導光板の入射面が、前記把持部側を向いている請求項１記載のハンドヘルド型のプローブ。
14. 請求項１から１３いずれか１項に記載のプローブと、
    前記音響波検出部によって検出された光音響信号を処理する信号処理部とを備えることを特徴とする光音響計測装置。
15. 前記音響波検出部が、前記被検体に対して送信された音響波に対する反射音響波を検出するものであり、
    前記信号処理部が、前記反射音響波の信号に基づいて反射音響波画像を生成するものである請求項１４記載の光音響計測装置。

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