JP6152078B2 - 光音響画像化装置 - Google Patents

Description

この発明は、光音響画像化装置に関し、特に、光源部を備える光音響画像化装置に関する。

従来、光源部を備える光音響画像化装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、被検体に照射するパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出する検出部とを備える光音響画像生成装置（光音響画像化装置）が開示されている。特許文献１の光音響画像生成装置では、レーザ光源は、高出力の固体レーザを用いていると考えられる。

特開２０１３−０７５０００号公報

上記特許文献１に記載の光音響画像生成装置では、高出力の固体レーザをレーザ光源として用いることによって、発生する音響波の音圧を大きくして、検出部により音響波を検出していると考えられる。しかしながら、省電力化の要求などにより、たとえば、ＬＥＤなどを光源として用いる場合には、光源の出力が下がることにより、光の照射により発生する音響波の音圧が小さくなるため、検出した音響波に基づいて得られる画像が不鮮明になりやすいという不都合が発生すると考えられる。このため、省電力化を図りながら、鮮明な音響画像を得ることが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、省電力化を図りながら、鮮明な音響画像を得ることが可能な光音響画像化装置を提供することである。

この発明の一の局面による光音響画像化装置は、発光素子を含む光源部と、光源部から照射された光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出するための検出部と、検出部により検出された信号を処理する信号処理部と、光源部に供給する電力を制御して光源部にパルス発光を行わせる光源駆動回路とを備え、検出部の検出音波周波数帯域に基づいてパルスの幅が決定され、検出部の検出音波周波数の帯域幅に基づいて一周期中のパルスの数が決定されるように構成されている。

この発明の一の局面による光音響画像化装置では、上記のように、検出部の検出音波周波数帯域に基づいてパルスの幅が決定され、検出部の検出音波周波数の帯域幅に基づいて一周期中のパルスの数が決定されるように構成することによって、パルス発光により発生する音響波を検出部の検出音響周波数帯域内の周波数にすることができる。これにより、光源部の出力を下げて音響波の音圧が小さくなった場合でも、検出部により効率よく音響波を検出することができる。その結果、光源部の出力を下げて省電力化を図りながら、鮮明な音響画像を得ることができる。また、光源部を高出力にする必要がないので、装置の小型化を図ることができる。また、高出力の光を照射する必要がないので、被検体への負担を軽減することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部の検出音波周波数帯域のピーク値が、光源部のパルス発光の周波数特性のピーク値になるように、パルスの幅が決定されるとともに、検出部の検出音波周波数の帯域幅が狭い場合にパルスの数を多くして、検出部の検出音波周波数の帯域幅が広い場合にパルスの数を少なく設定して決定されるように構成されている。このように構成すれば、パルス発光により発生する音響波のピーク値の周波数を検出部の検出音響周波数帯域のピーク値の周波数に合わせることができるとともに、パルス発光により発生する音響波の周波数の帯域を検出部の検出音響周波数帯域に合わせることができる。これにより、より効率よく検出部によって音響波を検出することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルスの幅が互いに略等しくなるようにパルスの幅が決定されるように構成されている。このように構成すれば、パルスの幅に応じた周波数の音響波の音圧を効果的に大きくすることができるので、より一層効率よく検出部によって音響波を検出することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、パルスの幅が連続する２つのパルスの間の幅以上になるようにパルスの幅が決定されるように構成されている。このように構成すれば、パルスごとに発生する音響波の間隔を小さくすることができるので、検出した音響波の信号を積分処理した場合に、信号の幅が大きくなるのを抑制することができる。これにより、深度分解能が低下するのを抑制することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、信号処理部は、光源部により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルス発光に基づく音響波により形成される画像を合成することにより、被検体内の針の形状を認識して画像を形成するように構成されている。このように構成すれば、光源部の出力を大きくすることなく、針の先端部や針の側面位置を画像に表示することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部の発光素子は、発光ダイオード素子により構成されている。このように構成すれば、光源部が固体レーザ光源部である場合に比べて、光源部の消費電力を低減するとともに、装置を小型化することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部の発光素子は、半導体レーザ素子により構成されている。このように構成すれば、光源部が固体レーザ光源部である場合に比べて、光源部の消費電力を低減するとともに、装置を小型化することができる。また、比較的指向性の高いレーザ光を被検体に照射することができるので、半導体レーザ素子からの光の大部分を被検体に照射することができる。

上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部の発光素子は、有機発光ダイオード素子により構成されている。このように構成すれば、光源部が固体レーザ光源部である場合に比べて、光源部の消費電力を低減するとともに、装置を小型化することができる。また、薄型化が容易な有機発光ダイオード素子を用いることにより、発光素子が設けられる光源部を容易に小型化することができる。

本発明によれば、上記のように、省電力化を図りながら、鮮明な音響画像を得ることができる。

本発明の一実施形態による光音響画像化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の構成を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の検出部のスペクトラム特性の一例を示した図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置のパルス数が１の矩形波のパルスの周波数特性を示した図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置のパルス数が２の矩形波のパルスの周波数特性を示した図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置のパルス数が３の矩形波のパルスの周波数特性を示した図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置のパルス数が２の三角波のパルスの周波数特性を示した図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の音響波の積分処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の画像合成処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光音響画像化装置の観測処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態の第１変形例による光音響画像化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の第２変形例による光音響画像化装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図９を参照して、本発明の一実施形態による光音響画像化装置１０の構成について説明する。

本発明の一実施形態による光音響画像化装置１０は、図１に示すように、信号処理部１と、ＬＥＤ（発光ダイオード）駆動回路２と、光源部３と、検出部４と、表示部５とを備えている。図１および図２に示すように、信号処理部１と、ＬＥＤ駆動回路２と、表示部５とは、本体部１１に設けられている。光源部３と、検出部４とは、プローブ１２に設けられている。本体部１１およびプローブ１２は、電力および信号を伝達する配線により接続されている。光源部３は、複数のＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）３ａを含む。検出部４は、複数の超音波振動素子４ａを含む。なお、ＬＥＤ駆動回路２は、本発明の「光源駆動回路」の一例であり、ＬＥＤ素子３ａは、本発明の「発光素子」の一例である。

光音響画像化装置１０は、光源部３から人体などの被検体２０に光を照射するとともに、照射された光を吸収した被検体２０内の検出対象物（図示せず）から発生する超音波（音響波）を検出部４により検出するように構成されている。また、光音響画像化装置１０は、検出部４により検出された音響波に基づいて、検出対象物を画像化することが可能なように構成されている。また、光音響画像化装置１０は、超音波振動素子４ａから被検体２０に超音波を発射するとともに、被検体２０内の検出対象物により反射された超音波を検出部４（超音波振動素子４ａ）により検出するように構成されている。また、光音響画像化装置１０は、検出部４により検出された反射された超音波に基づいて、検出対象物を画像化することが可能なように構成されている。

なお、本明細書中で超音波とは、正常な聴力を持つ人に聴感覚を生じないほど周波数が高い音波（弾性波）のことであり、約１６０００Ｈｚ以上の音波（弾性波）のこととする。また、本明細書では、被検体２０内の検出対象物が光を吸収することにより発生する超音波を「音響波」とし、検出部４（超音波振動素子４ａ）により発生されるとともに、被検体２０内の検出対象物に反射される超音波を「超音波」として、説明の都合上、区別して記載している。

信号処理部１は、ＣＰＵと、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶部とを含み、検出部４により検出された音響波または超音波に対応する信号を処理するように構成されている。たとえば、被検体２０を測定する場合には、信号処理部１は、被検体２０内の検出対象物から発生し、検出部４により検出された音響波または超音波に対応する信号に基づいて、検出対象物を特定して画像化するように構成されている。また、信号処理部１は、画像化された検出対象物の画像を、表示部５に表示させるように構成されている。

また、信号処理部１は、ＬＥＤ駆動回路２を制御して、光源部３の発光を制御するように構成されている。具体的には、信号処理部１は、光源部３を発光させるタイミングや光量などを制御する信号をＬＥＤ駆動回路２に送信するように構成されてる。

ここで、本実施形態では、信号処理部１は、検出部４の検出音波周波数帯域に基づいてパルスの幅を決定し、検出部４の検出音波周波数の帯域幅に基づいて一周期中のパルスの数を決定するように構成されている。具体的には、信号処理部１は、検出部４の検出音波周波数帯域のピーク値が、光源部３のパルス発光の周波数特性のピーク値になるように、パルスの幅を決定するとともに、検出部４の検出音波周波数の帯域幅が狭い場合にパルスの数を多くして、検出部４の検出音波周波数の帯域幅が広い場合にパルスの数を少なく設定して決定するように構成されている。

ここで、検出部４の検出音波周波数帯域とは、図３に示すような検出部４のスペクトラム特性から決定される。検出部４（超音波振動素子４ａ）は、検出する超音波に対して所定の周波数帯域の感度を有している。図３に示す例の場合、検出部４は、４ＭＨｚを中心（ピーク）として、約３ＭＨｚ以上約５ＭＨｚ以下の検出音波周波数帯域を有している。たとえば、検出音周波数帯域は、ピーク値（０ｄＢ）を基準として、−６ｄＢ（約１／２）以上の周波数帯域の範囲で設定される。

また、パルスの幅とは、図４〜図６に示すように、光源部３から発生させる１つのパルスの時間幅Ｔである。つまり、パルスの幅は、光が発光し始めてから、発光し終わるまでの時間を表す。また、パルスの周期Ｔｗは、図５および図６に示すように、連続するパルスにおいて、１つのパルスの発光し始めから、次のパルスの発光し始めまでの時間を表す。また、繰り返し周期Ｔａは、１回の測定における時間間隔である。つまり、パルスは、測定の一周期中に１回または連続して複数回発生される。

ここで、図４〜図７を参照して、一周期中のパルスの数と、パルスの周波数特性について説明する。図４に示すパルス数が１の矩形波の場合、パルスの幅Ｔ（たとえば、１２１ｎｓ）、繰り返し周期Ｔａ（たとえば、１ｍｓ）のパルスの周波数特性は、周波数Ｆ１（＝１／２Ｔ）（たとえば、４．１ＭＨｚ）においてピークＰ１１（たとえば、−２１ｄＢｍ）となり、周波数Ｆ２（＝１／Ｔ）（たとえば、８．２ＭＨｚ）においてディップＤ１１（たとえば、−５２ｄＢｍ）となる。

また、図５に示すパルス数が２の矩形波の場合、パルスの幅Ｔ（たとえば、１２１ｎｓ）、繰り返し周期Ｔａ（たとえば、１ｍｓ）、パルスの周期Ｔｗ（たとえば、２４２ｎｓ）のパルスの周波数特性は、周波数Ｆ３（＝１／８Ｔ）（たとえば、１．０ＭＨｚ）においてピークＰ２１、周波数Ｆ１（＝４／８Ｔ）（たとえば、４．１ＭＨｚ）においてピークＰ２２（たとえば、−１５ｄＢｍ）、周波数Ｆ６（＝７／８Ｔ）（たとえば、７．２ＭＨｚ）においてピークＰ２３となる。また、周波数Ｆ４（＝１／４Ｔ）（たとえば、２．１ＭＨｚ）においてディップＤ２１（たとえば、−４５ｄＢｍ）、周波数Ｆ５（＝３／４Ｔ）（たとえば、６．２ＭＨｚ）においてディップＤ２２（たとえば、−４５ｄＢｍ）、周波数Ｆ２（＝４／４Ｔ）（たとえば、８．３ＭＨｚ）においてディップＤ２３となる。

また、図６に示すパルス数が３の矩形波の場合、パルスの幅Ｔ（たとえば、１２１ｎｓ）、繰り返し周期Ｔａ（たとえば、１ｍｓ）、パルスの周期Ｔｗ（たとえば、２４２ｎｓ）のパルスの周波数特性は、周波数Ｆ７（＝１／１２Ｔ）（たとえば、０．６９ＭＨｚ）においてピークＰ３１、周波数Ｆ４（＝３／１２Ｔ）（たとえば、２．１ＭＨｚ）においてピークＰ３２、周波数Ｆ１（＝６／１２Ｔ）（たとえば、４．１ＭＨｚ）においてピークＰ３３（たとえば、−１１ｄＢｍ）、周波数Ｆ５（＝９／１２Ｔ）（たとえば、６．２ＭＨｚ）においてピークＰ３４、周波数Ｆ１２（＝１１／１２Ｔ）（たとえば、７．６ＭＨｚ）においてピークＰ３５、周波数Ｆ１３（＝１３／１２Ｔ）（たとえば、９．０ＭＨｚ）においてピークＰ３６となる。また、周波数Ｆ８（＝１／６Ｔ）（たとえば、１．４ＭＨｚ）においてディップＤ３１、周波数Ｆ９（＝２／６Ｔ）（たとえば、２．８ＭＨｚ）においてディップＤ３２（たとえば、−４０ｄＢｍ）、周波数Ｆ１０（＝４／６Ｔ）（たとえば、５．５ＭＨｚ）においてディップＤ３３（たとえば、−３０ｄＢｍ）、周波数Ｆ１１（＝５／６Ｔ）（たとえば、６．９ＭＨｚ）においてディップＤ３４、周波数Ｆ１２（＝６／６Ｔ）（たとえば、８．３ＭＨｚ）においてディップＤ３５、周波数Ｆ１４（＝７／６Ｔ）（たとえば、９．６ＭＨｚ）においてディップＤ３６となる。

上記のように、発光させるパルスの数を変えることにより、パルスの周波数特性が変化する。つまり、パルスの数を多くすることにより、Ｆ１（＝１／２Ｔ）におけるピーク値が大きく（Ｐ１１＜Ｐ２２＜Ｐ３３）なる。また、パルスの数を多くすることにより、周波数特性のディップからディップまでの帯域が小さくなる。

また、図７に示すパルス数が２の三角波の場合、図５に示すパルス数が２の矩形波と同様に、パルスの幅Ｔ（たとえば、１２１ｎｓ）、繰り返し周期Ｔａ（たとえば、１ｍｓ）、パルスの周期Ｔｗ（たとえば、２４２ｎｓ）のパルスの周波数特性は、周波数Ｆ３（＝１／８Ｔ）（たとえば、１．０ＭＨｚ）においてピークＰ４１、周波数Ｆ１（＝４／８Ｔ）（たとえば、４．１ＭＨｚ）においてピークＰ４２、周波数Ｆ６（＝７／８Ｔ）（たとえば、７．２ＭＨｚ）においてピークＰ４３となる。また、周波数Ｆ４（＝１／４Ｔ）（たとえば、２．１ＭＨｚ）においてディップＤ４１、周波数Ｆ５（＝３／４Ｔ）（たとえば、６．２ＭＨｚ）においてディップＤ４２、周波数Ｆ２（＝４／４Ｔ）（たとえば、８．３ＭＨｚ）においてディップＤ４３となる。

つまり、パルスの波形が矩形波の場合も三角波の場合も同じ周波数にピークおよびディップが現れることが分かる。

また、本実施形態では、信号処理部１は、光源部３により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルスの幅が互いに略等しくなるようにパルスの幅を決定するように構成されている。また、信号処理部１は、光源部３により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、パルスの幅が連続する２つのパルスの間の幅以上になるようにパルスの幅を決定するように構成されている。つまり、（パルスの幅Ｔ）／（パルスの周期Ｔｗ）により表されるＤｕｔｙが５０％以上になるように設定される。

また、信号処理部１は、光源部３により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、パルスごとに発生する音響波の信号を積分処理するように構成されている。つまり、信号処理部１は、複数のパルスにより発生される音響波の信号を積分して、強度を大きくした１つの信号に合成するように構成されている。たとえば、図８に示すように、信号処理部１は、３つの連続したパルス発光に基づく音響波の信号を積分して１つの信号に合成する。

図８に示す例の場合、Ｄｕｔｙ（Ｔ／Ｔｗ）５０％の場合、積分処理後の音響波信号の幅（時間）は、Ｔ１となる。また、Ｄｕｔｙ（Ｔ／Ｔｗ）７０％の場合、積分処理後の音響波信号の幅（時間）は、Ｔ１より小さいＴ２となる。つまり、Ｄｕｔｙを大きくした場合、積分処理後の音響波信号の幅（時間）が小さくなるので、被検体２０の深度方向の分解能を向上させることが可能である。

また、信号処理部１を、光源部３により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルス発光に基づく音響波により形成される画像を合成することにより、被検体２０内の針の形状を認識して画像を形成するように構成されている。

具体的には、図９に示すように、検出部４から超音波を送受信して、取得した画像は、多重反射により針位置を観測するのが困難である。また、この超音波画像に、３つの連続する光パルスを送信し、音響波を受信して取得した画像は、パルスに応じた光が深度方向に３つ生成される。

パルスに応じた音響波を積分処理して取得した画像は、１本の針の画像になるものの、深度方向の分解能がやや低下している（針が太く表示される）。そこで、音響波を受信して積分処理後の針の画像に対して、深度方向を１／（パルス数）に縮小する。これにより、深度方向の針の太さが、ＹａからＹｂ（＝Ｙａ／パルス数）に縮小される。

次に、針位置がシフトされて補正される。具体的には、針の画像が深度方向に対してＹｃ＝（パルス周期Ｔｗ）×（被検体２０内の音速）×（パルス数−１）／２だけ深度が浅い方向にシフトされる。この針の画像を処理した画像が、超音波画像および音響波画像にさらに重畳されて最終合成画像として表示部５に表示される。これにより、精度よく針の画像を表示させることが可能である。

ＬＥＤ駆動回路２は、信号処理部１の制御に基づいて、光源部３の複数のＬＥＤ素子３ａに流れる電流を制御するように構成されている。また、ＬＥＤ駆動回路２は、光源部３にパルス発光を行わせるように構成されている。具体的には、ＬＥＤ駆動回路２は、信号処理部１の制御に基づいて、ＬＥＤ素子３ａに流れる電流のオンオフの制御、および、電流の大きさ（電流値）の制御を行うように構成されている。

光源部３は、被検体２０に向けて光を照射するように構成されている。また、光源部３のＬＥＤ素子３ａは、略同一の波長の光（たとえば、約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍ程度の光）が発生するように構成されている。

検出部４は、超音波振動素子４ａを有し、超音波振動素子４ａが音響波により振動されることにより、音響波（超音波）を検出するように構成されている。また、検出部４は、検出された音響波に対応する信号を信号処理部１に出力するように構成されている。また、検出部４（超音波振動素子４ａ）は、超音波を発生させることが可能に構成されている。

表示部５は、信号処理部１による制御に基づいて、被検体２０内の検出対象物の画像や各種の画面（操作画面、通知画面など）を表示可能に構成されている。

次に、図１０を参照して、光音響画像化装置１０の信号処理部１による観測処理について説明する。

まず、図１０のステップＳ１において、光源部３および検出部４の電源がＯＮか否かが判断される。電源がＯＦＦの場合、光源部３および検出部４の電源がＯＮになるまで、ステップＳ１の判断が繰り返される。また、電源がＯＮの場合、ステップＳ２に進み、プローブＩＤ（検出部４のＩＤ）が取得される。また、プローブＩＤに応じて、検出部４の情報が取得される。検出部４の情報は、型名、振動子のチャンネル数、振動子のピッチ、検出音波の中心周波数Ｆａ（０ｄＢ）、検出音波周波数の帯域幅（−６ｄＢ）、スタート周波数Ｆｂ（−３０ｄＢ）およびストップ周波数Ｆｃ（−３０ｄＢ）を含む。

ステップＳ３において、光源部３により発生させるパルス数Ｎ、およびパルス幅Ｔが決定されて設定される。パルス幅Ｔは、Ｔ＝１／２Ｆａにより決定される。たとえば、中心周波数Ｆａが４ＭＨｚの場合、パルス幅Ｔは、１２５ｎｓとなる。また、パルス数Ｎは、表１に基づいて決定される。

たとえば、中心周波数Ｆａが４ＭＨｚ、スタート周波数Ｆｂが２ＭＨｚ、ストップ周波数Ｆｃが６ＭＨｚの場合、上記のように、パルス幅Ｔが１２５ｎｓとなる。また、Ｆｃ−Ｆｂ＝４ＭＨｚであり、１／２Ｔ＝４ＭＨｚ、１／３Ｔ＝２．６ＭＨｚであるので、１／３Ｔ＜Ｆｃ−Ｆｂ≦１／２Ｔの範囲になる。したがって、この場合、パルス数Ｎは２に決定される。なお、Ｆｃ−Ｆｂは、本発明の「検出音波周波数の帯域幅」の一例である。また、１／２Ｔは、パルス数が２の場合のパルスの周波数特性のディップ間の幅（図５参照（たとえば、Ｆ５−Ｆ４））から求められる。同様にして、１／ｎＴは、パルス数がｎの場合のパルスの周波数特性のディップ間の幅から求められる。

ステップＳ４において、観測が開始されたか否かが判断される。具体的には、ユーザの操作により観測が開始されたか否かが判断される。観測が開始されなければ、観測が開始されるまで、ステップＳ４の判断が繰り返される。また、観測が開始された場合、ステップＳ５に進み、検出部４（超音波振動素子４ａ）から超音波が被検体２０に送信される。

ステップＳ６において、検出部４において被検体２０内で反射された超音波が受信され、画像処理が行われた上で、表示部５に画像が表示される。これにより、超音波画像が表示部５に表示される。

ステップＳ７において、ステップＳ３において決定されたパルスの光が光源部３から被検体２０に照射される。ステップＳ８において、パルスの光に基づいて被検体２０から発生される音響波が検出部４において受信される。

ステップＳ９において、音響波の受信信号が積分処理される。ステップＳ１０において、針が認識される。ステップＳ１１において、針位置が検出される。また、検出された針位置に基づいて画像処理が行われる。ステップＳ１２において、超音波による画像と、積分して画像処理後の音響波による画像とを、重畳した重畳画像が表示部５に表示される。

ステップＳ４において、観測が終了されたか否かが判断される。具体的には、ユーザの操作により観測が終了されたか否かが判断される。観測が終了されなければ、ステップＳ５に戻る。また、観測が終了された場合、観測処理を終了する。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、検出部４の検出音波周波数帯域に基づいてパルスの幅が決定され、検出部４の検出音波周波数の帯域幅に基づいて一周期中のパルスの数が決定されるように構成することによって、パルス発光により発生する音響波を検出部４の検出音響周波数帯域内の周波数にすることができる。これにより、光源部３の出力を下げて音響波の音圧が小さくなった場合でも、検出部４により効率よく音響波を検出することができる。その結果、光源部３の出力を下げて省電力化を図りながら、鮮明な音響画像を得ることができる。また、光源部３を高出力にする必要がないので、装置の小型化を図ることができる。また、高出力の光を照射する必要がないので、被検体２０への負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、検出部４の検出音波周波数帯域のピーク値が、光源部３のパルス発光の周波数特性のピーク値になるように、パルスの幅が決定されるとともに、検出部４の検出音波周波数の帯域幅が狭い場合にパルスの数を多くして、検出部４の検出音波周波数の帯域幅が広い場合にパルスの数を少なく設定して決定されるように構成する。これにより、パルス発光により発生する音響波のピーク値の周波数を検出部４の検出音響周波数帯域のピーク値の周波数に合わせることができるとともに、パルス発光により発生する音響波の周波数の帯域を検出部４の検出音響周波数帯域に合わせることができる。これにより、より効率よく検出部４によって音響波を検出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、光源部３により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルスの幅が互いに略等しくなるようにパルスの幅が決定されるように構成する。これにより、パルスの幅に応じた周波数の音響波の音圧を効果的に大きくすることができるので、より一層効率よく検出部４によって音響波を検出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、光源部３により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、パルスの幅が連続する２つのパルスの間の幅以上になるようにパルスの幅が決定されるように構成する。これにより、パルスごとに発生する音響波の間隔を小さくすることができるので、検出した音響波の信号を積分処理した場合に、信号の幅が大きくなるのを抑制することができる。これにより、深度分解能が低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、信号処理部１を、光源部３により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルス発光に基づく音響波により形成される画像を合成することにより、被検体２０内の針の形状を認識して画像を形成するように構成する。これにより、光源部３の出力を大きくすることなく、針の先端部や針側面位置を画像に表示することができる。

また、本実施形態では、上記のように、光源部３は、ＬＥＤ素子３ａを含んでいる。これにより、光源部３が固体レーザ光源部である場合に比べて、光源部３の消費電力を低減するとともに、装置を小型化することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明の光源部の発光素子として、ＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、図１１に示す第１変形例のように発光素子として、半導体レーザ素子３ｂを用いてもよい。この場合、半導体レーザ素子３ｂを駆動するための回路として光源駆動回路２ａが設けられてもよい。

また、図１２に示す第２変形例のように発光素子として、有機発光ダイオード素子３ｃを用いてもよい。この場合、有機発光ダイオード素子３ｃを駆動するための回路として光源駆動回路２ｂが設けられてもよい。

また、光源部の発光素子として、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子、および有機発光ダイオード素子以外の素子を用いてもよい。

また、上記実施形態では、検出音波周波数帯域の帯域幅を−３０ｄＢのレベルに基づいて設定してパルス数を決定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検出音波周波数帯域の帯域幅を−３０ｄＢ以外のレベルに基づいて設定してパルス数を決定してもよい。たとえば、検出音波周波数帯域の帯域幅を−６ｄＢのレベルに基づいて設定してもよい。

また、上記実施形態では、信号処理部によりパルスの幅および一周期中のパルスの数が決定される構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、パルスの幅および一周期中のパルスの数は、信号処理部以外により決定されてもよい。

また、上記実施形態では、光のパルスの波形が矩形波または三角波の例について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光のパルスの波形は、矩形波または三角波以外であってもよい。たとえば、光のパルスの波形は正弦波であってもよいし、台形波であってもよい。

また、上記実施形態では、説明の便宜上、本発明の信号処理部の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、信号処理部の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１ 信号処理部
２ ＬＥＤ駆動回路（光源駆動回路）
２ａ、２ｂ 光源駆動回路
３ 光源部
３ａ ＬＥＤ素子（発光素子）
３ｂ 半導体レーザ素子（発光素子）
３ｃ 有機発光ダイオード素子（発光素子）
４ 検出部
１０ 光音響画像化装置
２０ 被検体

Claims (8)

1. 発光素子を含む光源部と、
   前記光源部から照射された光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する音響波を検出するための検出部と、
   前記検出部により検出された信号を処理する信号処理部と、
   前記光源部に供給する電力を制御して前記光源部にパルス発光を行わせる光源駆動回路とを備え、
   前記信号処理部は、前記検出部の検出音波周波数帯域に基づいてパルスの幅を決定し、前記検出部の検出音波周波数の帯域幅に基づいて一周期中のパルスの数を決定する、光音響画像化装置。
2. 前記信号処理部は、前記検出部の検出音波周波数帯域のピーク値が、前記光源部のパルス発光の周波数特性のピーク値になるように、パルスの幅を決定するとともに、前記検出部の検出音波周波数の帯域幅が狭い場合にパルスの数を多くして、前記検出部の検出音波周波数の帯域幅が広い場合にパルスの数を少なく設定して決定する、請求項１に記載の光音響画像化装置。
3. 前記信号処理部は、前記光源部により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルスの幅が互いに略等しくなるようにパルスの幅を決定する、請求項１または２に記載の光音響画像化装置。
4. 前記信号処理部は、前記光源部により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、パルスの幅が連続する２つのパルスの間の幅以上になるようにパルスの幅を決定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
5. 前記信号処理部は、前記光源部により一周期中に複数のパルス発光が行われる場合、複数のパルス発光に基づく音響波により形成される画像を合成することにより、被検体内の針の形状を認識して画像を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
6. 前記光源部の前記発光素子は、発光ダイオード素子により構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
7. 前記光源部の前記発光素子は、半導体レーザ素子により構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
8. 前記光源部の前記発光素子は、有機発光ダイオード素子により構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。

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