JP6679229B2 - 被検体情報取得装置及び光源装置 - Google Patents
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Description
P=Γ・μa・Φ …(1)
Гは弾性特性値であるグリューナイゼン係数であり、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。μaは光吸収体の吸収係数である。Φは光吸収体に吸収される光束である。
第一のパルスレーザを出力する第一のレーザ出力部と、
第二のパルスレーザを出力する第二のレーザ出力部と、
前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部を制御するレーザ制御部と、
前記第一のパルスレーザの発光タイミングを検出して第一の検出信号を出力する第一の
検出部と、
前記第二のパルスレーザの発光タイミングを検出して第二の検出信号を出力する第二の検出部と、
前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザを照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、
前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理部と、
を有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づいて、前記第一の出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方の出力を制御し、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが遅いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを上げるように制御する、または、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが早いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを下げるように制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザを照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理部と、を有し、前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づいて、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザの少なくとも一方のレーザ媒質の温度を制御することを特徴とする被検体情報取得装置である。
られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値情報である。
garnet)レーザや、チタンサファイア(Ti:sa)レーザが頻繁に採用される。
[全体の構成]
全体的なシステム構成を、図1Aを用いて説明する。符号1は第一のパルスレーザ装置、符号2は第一の光である。符号3は第二のパルスレーザ装置、符号4は第二の光である。符号5は第一の光分岐部、符号6は第一の検出部である。符号7は第二の光分岐部、符号8は第二の検出部である。符号9はレーザ制御部、符号13は探触子、符号14は信号処理部である。この装置によって、被検体10の内部の光吸収体11から発生した光音響波12が測定される。
光音響装置は、基本的なハード構成として、複数の(実施例1では2個の)パルスレーザ装置(1,3)、光分岐部(5,7)、検出部(6,8)、レーザ制御部9、探触子(13)、信号処理部(14)、を有する。複数のパルスレーザ装置から発せられたパルス光は、各々、光分岐部で分岐され、その一部が光検出部に導かれる。光検出部で検出された光は、ディテクタ信号としてレーザ制御部に送られる。第一のパルスレーザ装置は本発明の第一のレーザ出力部に、第二のパルスレーザ装置は本発明の第二のレーザ出力部に相当する。第一のディテクタ信号は本発明の第一の検出信号に、第二のディテクタ信号は本発明の第二の検出信号に相当する。
被検体が生体の場合、光源からは、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される波長のパルス光が照射される。本発明では、被検体内部まで伝搬する波長の光を用いることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、600nm以上1100nm以下である。また高解像度の光音響画像を得るために、パルス幅は10ナノ秒程度以下が好適である。光源としては大出力が得られるレーザが好ましい。ただし、発光ダイオードやフラッシュランプ等も利用できる。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用できる。
レーザ制御部は、パルスレーザの照射のタイミング、波形、強度、温度等を制御するものである。パルスレーザ装置が複数ある場合には、個別にレーザ制御部を設けても良いし、1台のレーザ制御部で複数のパルスレーザ装置を制御しても良い。また、レーザ制御部はパルスレーザ装置と一体化されていても良い。さらに、本発明の光音響装置と別体として設けられていても良い。レーザ制御部は、CPUなどで構成されていてもよい。
光分岐部は、射出したレーザ光を分岐し、片方を検出部に導き、もう一方を被検体に導く。光分岐部としては、ガラス板を用いることができる。ガラス板の表面には、光の反射率が所望の値になるように誘電体膜を設けても良い。その他、ビームスプリッタやハーフミラーなど、光を分岐させる光学部材を利用できる。
これらは本発明の光音響装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。光音響効果を用いた本発明の光音響装置は、血管の撮影、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。被検体内部の光吸収体は、使用する光の波長にもよるが、被検体内で相対的に吸収係数が高いものである。具体的には水や脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどが挙げられる。
探触子は、生体表面及び生体内部で発生する光音響波を受信して電気信号に変換する。圧電現象を用いた探触子、光の共振を用いた探触子、静電容量の変化を用いた探触子など、光音響波信号を受信できるものであれば、どのような探触子を用いてもよい。
信号処理部は、探触子で受信した信号を用いて、被検体内の吸収係数分布等の光学特性値分布情報に関連したデータを形成する。被検体内の吸収係数分布を算出する際には、一般的には、探触子で受信した信号に基づいて被検体内の初期音圧分布を算出し、さらに被検体内の光フルエンスを考慮することにより、吸収係数分布を算出する。初期音圧分布の形成に関しては、例えばタイムドメインでの逆投影など、既知の様々な手法を用いることができる。
図1Bは第一のパルスレーザ装置1を説明するための図である。本実施例の第一のパルスレーザ装置1及び第二のパルスレーザ装置3はチタンサファイアレーザである。符号101はフラッシュランプ、符号102はヤグ(YAG)結晶、符号103はヤグ用リアミラー、符号104はヤグ用アウトプットカプラ、符号105はQスイッチ、符号106はヤグの光である。また、符号107は第一のミラー、符号108はSHG(Second
Harmonic Generation)結晶、符号109はSHGの光、符号110は第二のミラー、符号111は第三のミラーである。また、符号112はチタンサファイア結晶、符号113はチタンサファイア用リアミラー、符号114はチタンサファイア用アウトプットカプラである。なお、第一のパルスレーザ装置1の構成はこれに限定されない。また、第二のパルスレーザ装置3の構成は、第一のパルスレーザ装置1と同様の構成を用いることができる。
ここで、第一のパルスレーザ装置1と第二のパルスレーザ装置3のフラッシュランプに投入するエネルギーと、その発光タイミングとの関係を、図1Cを用いて説明する。グラフの横軸は、フラッシュランプに投入するエネルギー[J]である。左軸はパルスレーザの出力[mJ]である。右軸はQスイッチディレイ[ns]である。なおQスイッチディレイとは、Qスイッチを入れてからパルス光が射出されるまでの時間である。
図1Dは本実施例の発光タイミング制御などを説明するためのフローチャートである。まず、操作者が測定を開始する(S1)。次に、レーザ制御部9が第一のパルスレーザ装置1と第二のパルスレーザ装置3の発光を開始する(S2)。次に、第一の検出部6が第一のパルスレーザ装置の発光タイミングを第一のディテクタ信号として検出する(S3)。次に、第二の検出部8が第二のパルスレーザ装置の発光タイミングを第二のディテクタ信号として検出する(S4)。
質の温度が変わると出力が変わるため、パルスレーザ装置の媒質温度を制御することは、パルスレーザ装置の出力を制御していることと同義である。
本実施例の構成を、図2Aを用いて説明する。符号1〜14の構成物は図1Aと同じであり、詳細な説明は省略する。
装置は、許容時間差を記憶する第一の記憶部15の代わりに、複数のレーザパルスを合成したときの合成パルス幅の許容値を記憶する、第三の記憶部を有していても良い。この合成パルス幅の許容値は、所与の値として予め格納されていても良いし、入力部を用いたユーザーからの入力を受け付けても良い。
本実施例の構成を、図3Aを用いて説明する。符号1〜15の構成物は図2Aと同じであるため、説明は省略する。
本実施例の構成を、図4Aを用いて説明する。符号1〜15の構成物は図3Aと同じであるため、説明を省略する。
て実現できる。
本実施例の構成を、図5を用いて説明する。符号1〜16の構成物は図4Aと同じであるため、説明を省略する。符号18は、光の合成部である。ここでは、光の合成部18として、バンドルファイバを用いる。光の合成部18は2つの入射端を持つ。各入射端には、第一のパルスレーザ装置1から射出した光2と第二のパルスレーザ装置3から射出した光4が入射する。2つの入射端から入射した光は、光の合成部18の内部で合成され、射出端から被検体10に向かって射出する。
実施例1〜5では、2つのパルスレーザの発光タイミングの制御方法を説明した。本実施例では、光音響測定において、2つのパルスレーザの発光タイミングを制御するタイミングについて説明する。本実施例における光音響測定のフローを、図6を用いて説明する。本実施例における装置の構成は図1Aと同じであるため、説明を省略する。
光音響測定を終了する(Sa5)。次に、光音響測定により得られた光音響信号を用いて、信号処理部が、被検体の光学特性値分布情報を形成する(Sa6)。次に、操作者が光音響装置を立ち下げ、測定フローが終了する(Sa7)。
Claims (18)
- 第一のパルスレーザを出力する第一のレーザ出力部と、
第二のパルスレーザを出力する第二のレーザ出力部と、
前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部を制御するレーザ制御部と、
前記第一のパルスレーザの発光タイミングを検出して第一の検出信号を出力する第一の検出部と、
前記第二のパルスレーザの発光タイミングを検出して第二の検出信号を出力する第二の検出部と、
前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザを照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、
前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理部と、
を有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づいて、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方の出力を制御し、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが遅いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを上げるように制御する、または、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが早いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを下げるように制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、後続の、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザが被検体に照射される時間差が小さくなるように、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方の出力を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部への投入エネルギーを制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のレーザ媒質の温度を制御する
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部から前記被検体までの光路長に応じて、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザの発光タイミングを制御する
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザの間の許容時間差を記憶する第一の記憶部をさらに有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差が、前記許容時間差よりも大きい場合に、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方の出力を制御することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差と、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の制御条件を対応付けたテーブルを記憶する第二の記憶部をさらに有し、
前記レーザ制御部は、前記テーブルを参照して前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方の出力を制御する
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザの合成パルス幅の許容値を記憶する第三の記憶部をさらに有し、
前記レーザ制御部は、前記合成パルス幅が前記許容値に収まるように、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方の出力を制御する
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 第一のパルスレーザを出力する第一のレーザ出力部と、
第二のパルスレーザを出力する第二のレーザ出力部と、
前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部を制御するレーザ制御部と、
前記第一のパルスレーザの発光タイミングを検出して第一の検出信号を出力する第一の検出部と、
前記第二のパルスレーザの発光タイミングを検出して第二の検出信号を出力する第二の検出部と、
前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザを照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、
前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理部と、
を有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づいて、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方への投入エネルギーを制御し、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが遅いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを上げるように制御する、または、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが早いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを下げるように制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、後続の、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザが被検体に照射される時間差が小さくなるように、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方への投入エネルギーを制御する
ことを特徴とする請求項9に記載の被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、後続の、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザが出力される時間差が小さくなるように、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部への投入エネルギーを変える
ことを特徴とする請求項9または10に記載の被検体情報取得装置。 - 第一のパルスレーザを出力する第一のレーザ出力部と、
第二のパルスレーザを出力する第二のレーザ出力部と、
前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部を制御するレーザ制御部と、
前記第一のパルスレーザの発光タイミングを検出して第一の検出信号を出力する第一の検出部と、
前記第二のパルスレーザの発光タイミングを検出して第二の検出信号を出力する第二の検出部と、
前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザを照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、
前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理部と、
を有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づいて、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザの少なくとも一方のレーザ媒質の温度を制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、後続の、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザが被検体に照射される時間差が小さくなるように、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方のレーザ媒質の温度を制御する
ことを特徴とする請求項12に記載の被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、後続の、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザが出力される時間差が小さくなるように、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部のレーザ媒質の温度を変える
ことを特徴とする請求項12または13に記載の被検体情報取得装置。 - 前記レーザ制御部は、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部から前記被検体までの光路長に応じて、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザの発光タイミングを制御する
ことを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 第一のパルスレーザを出力する第一のレーザ出力部と、
第二のパルスレーザを出力する第二のレーザ出力部と、
前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部を制御するレーザ制御部と、
前記第一のパルスレーザの発光タイミングを検出して第一の検出信号を出力する第一の検出部と、
前記第二のパルスレーザの発光タイミングを検出して第二の検出信号を出力する第二の検出部と、
を有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づい
て、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方の出力を制御し、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが遅いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを上げるように制御する、または、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが早いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを下げるように制御する
ことを特徴とする光源装置。 - 第一のパルスレーザを出力する第一のレーザ出力部と、
第二のパルスレーザを出力する第二のレーザ出力部と、
前記第一のレーザ出力部および第二のレーザ出力部を制御するレーザ制御部と、
前記第一のパルスレーザの発光タイミングを検出して第一の検出信号を出力する第一の検出部と、
前記第二のパルスレーザの発光タイミングを検出して第二の検出信号を出力する第二の検出部と、
を有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づいて、前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部の少なくとも一方への投入エネルギーを制御し、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが遅いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを上げるように制御する、または、前記第一のレーザ出力部または前記第二のレーザ出力部のうち、発光タイミングが早いパルスレーザを出力する方のレーザ出力部への投入エネルギーを下げるように制御する
ことを特徴とする光源装置。 - 第一のパルスレーザを出力する第一のレーザ出力部と、
第二のパルスレーザを出力する第二のレーザ出力部と、
前記第一のレーザ出力部および前記第二のレーザ出力部を制御するレーザ制御部と、
前記第一のパルスレーザの発光タイミングを検出して第一の検出信号を出力する第一の検出部と、
前記第二のパルスレーザの発光タイミングを検出して第二の検出信号を出力する第二の検出部と、
を有し、
前記レーザ制御部は、前記第一の検出信号および前記第二の検出信号の時間差に基づいて、前記第一のパルスレーザおよび前記第二のパルスレーザの少なくとも一方のレーザ媒質の温度を制御する
ことを特徴とする光源装置。
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