WO2016111103A1 - 光音響計測用プローブ並びにそれを備えたプローブユニットおよび光音響計測装置 - Google Patents

光音響計測用プローブ並びにそれを備えたプローブユニットおよび光音響計測装置 Download PDF

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probe
photoacoustic
acoustic wave
light emitting
detecting element
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大澤　敦
温之 橋本
覚 入澤
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富士フイルム株式会社
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    • G16H30/40—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images for processing medical images, e.g. editing

Definitions

  • the present invention relates to a photoacoustic measurement probe that irradiates a subject with light and receives the light to detect a photoacoustic wave generated in the subject.
  • the present invention also relates to a probe unit and a photoacoustic measuring device provided with such a probe.
  • This measurement method irradiates a subject with pulsed light having an appropriate wavelength (for example, a wavelength band of visible light, near infrared light, or mid-infrared light), and an absorbing substance in the subject is irradiated with the pulsed light.
  • a photoacoustic wave which is an elastic wave generated as a result of absorbing energy, is detected, and the concentration of the absorbing substance is quantitatively measured.
  • the absorbing substance in the subject is, for example, glucose or hemoglobin contained in blood.
  • a technique for detecting such a photoacoustic wave and generating a photoacoustic image based on the detection signal is called photoacoustic imaging (PAI) or photoacoustic tomography (PAT). Yes.
  • a light emitting unit that emits measurement light such as pulsed light toward the subject and a portion of the subject that has been irradiated with the measurement light are emitted.
  • a probe that includes an acoustic wave detecting element that detects an acoustic wave and a housing that accommodates the light emitting unit and the acoustic wave detecting element therein is often used.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a photoacoustic measurement probe capable of preventing the occurrence of artifacts.
  • an object of the present invention is to provide a probe unit and a photoacoustic measuring apparatus that can prevent the occurrence of artifacts.
  • One photoacoustic measurement probe is: A light emitting section for emitting measurement light toward the subject; An acoustic wave detecting element that detects an acoustic wave emitted from a portion of the subject that has been irradiated with the measurement light; and In a photoacoustic measurement probe having a surface directed to a subject at the time of use and having a housing that houses a light emitting portion and an acoustic wave detection element inside, Between the light emitting part and the acoustic wave detection element, at least one slit that extends from the surface of the housing toward the inside of the housing and that is open on the surface of the housing is provided.
  • both end portions of the slit are located outside the both end portions of the acoustic wave detecting element.
  • At least one light emitting portion is disposed on each side of the acoustic wave detection element with the acoustic wave detection element interposed therebetween.
  • one of the light emitting parts provided on both sides of the acoustic wave detecting element and the acoustic wave detecting element A slit disposed between the other end of the light emitting portion disposed on both sides of the acoustic wave detecting element and the slit disposed between the acoustic wave detecting element and the other. It is desirable that the acoustic wave detecting elements are surrounded by the slits by being connected to each other by another slit.
  • the other slit is not discontinuous on the way and the acoustic wave detecting element is surrounded by the slit over the entire circumference.
  • the present invention is not limited thereto, and the other slit may be discontinuous in the middle.
  • Another photoacoustic measurement probe is: A light emitting section for emitting measurement light toward the subject; An acoustic wave detecting element that detects an acoustic wave emitted from a portion of the subject that has been irradiated with the measurement light; and
  • a photoacoustic measurement probe having a surface directed to a subject at the time of use and having a housing that houses a light emitting portion and an acoustic wave detection element inside, A set in which two materials having different acoustic impedances are brought into close contact with each other, and a set of materials constituting an interface extending from the surface of the casing toward the inside of the casing between the light emitting portion and the acoustic wave detection element. , At least one set.
  • both ends of the interface with respect to the direction orthogonal to the arrangement direction of the light emitting portion and the acoustic wave detection element. It is desirable that each of the portions is located outside the both end portions of the acoustic wave detection element.
  • At least one light emitting portion is disposed on each side of the acoustic wave detection element with the acoustic wave detection element interposed therebetween. desirable.
  • the acoustic wave detection element is surrounded by the interface by being connected by another interface in which materials having different acoustic impedances are brought into close contact with each other.
  • the other interface is not discontinuous in the middle, and the acoustic wave detecting element is surrounded by the interface over the entire circumference.
  • the present invention is not limited to this, and the other interface may be discontinuous on the way.
  • a slit extending from the surface of the housing toward the inside of the housing is provided between the light emitting portion and the acoustic wave detection element. Furthermore, it is desirable that a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the housing is filled.
  • the slit When the slit is filled with a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the housing, a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the housing is covered over the entire depth of the slit. It is desirable that it is filled.
  • the slit when the slit is filled with a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the housing, the material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the housing matches the surface of the housing. It may be filled from the position to a position shallower than the depth of the slit.
  • a fluorinated liquid is preferably used as a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the casing.
  • the “fluorinated liquid” refers to a liquid composed of one or a mixture of perfluoropolyethers, perfluorocarbons, hydrofluoropolyethers, hydrofluoroethers. .
  • the housing is composed of housing materials having different acoustic impedances in a portion including the light emitting portion and a portion including the acoustic wave detection element, and the above-described interface is formed by the two housing materials. It is also possible to configure.
  • the probe unit according to the present invention is: The photoacoustic measurement probe according to the present invention described above, A light source that outputs measurement light; And a connection part for optically connecting the measurement light to the light emitting part of the photoacoustic measurement probe.
  • the photoacoustic measuring device is: The photoacoustic measurement probe according to the present invention described above, And a signal processing unit that generates a photoacoustic image based on a photoacoustic wave detection signal output from the photoacoustic measurement probe.
  • At least one slit that opens from the surface of the housing toward the inside of the housing and that opens to the housing surface is provided between the light emitting portion and the acoustic wave detection element. Therefore, the photoacoustic wave generated as described above and traveling toward the acoustic wave detecting element is reflected and attenuated at the interface between the air in the slit and the housing material. Therefore, high-intensity photoacoustic waves are not incident on the acoustic wave detection element, and the generation of artifacts is prevented.
  • a pair of two materials having different acoustic impedances is brought into close contact with each other from the surface of the housing between the light emitting part and the acoustic wave detection element. Since at least one set of materials constituting the interface extending toward the inside of the housing is provided, the photoacoustic wave generated as described above and traveling toward the acoustic wave detection element is reflected at the interface. Attenuate. Therefore, high-intensity photoacoustic waves are not incident on the acoustic wave detection element, and the generation of artifacts is prevented.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing a probe according to a first embodiment of the present invention.
  • Front view of the probe of FIG. Side sectional view showing a probe according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the photoacoustic measurement apparatus 10 of the present embodiment.
  • FIGS. 2 and 3 are respectively photoacoustic measurement probes (hereinafter simply referred to as probes) used in the photoacoustic measurement apparatus 10. 2) is a side sectional view and a front view showing 11. In FIG. 1, the shape of the probe 11 is schematically shown.
  • the photoacoustic measuring apparatus 10 of this embodiment has a function which produces
  • a probe ultrasonic probe
  • a laser unit 13 a laser unit 13
  • a display unit 14 and the like.
  • the probe 11 has, for example, a function of irradiating measurement light and ultrasonic waves toward a subject M that is a living body, and a function of detecting an acoustic wave U propagating in the subject M. That is, the probe 11 can perform irradiation (transmission) of ultrasonic waves to the subject M, and detection (reception) of reflected ultrasonic waves (reflected acoustic waves) reflected by the subject M and returning. Further, the probe 11 can detect photoacoustic waves generated in the subject M.
  • acoustic wave is a term including ultrasonic waves and photoacoustic waves.
  • ultrasonic wave means an elastic wave transmitted by the probe and its reflected wave
  • photoacoustic wave means an elastic wave emitted when the absorber 65 absorbs measurement light.
  • absorber 65 in the subject M include blood vessels and metal members.
  • the probe 11 is disposed on the both sides of the transducer array 20 with the transducer array 20 as an acoustic wave detecting element and the transducer array 20 in between.
  • a total of two light emitting portions 40 and a housing 50 that accommodates the transducer array 20 and the two light emitting portions 40 are provided.
  • the transducer array 20 is located, for example, about 1 mm inside from the upper end surface in FIG.
  • the transducer array 20 also functions as an ultrasonic transmission element.
  • the transducer array 20 is connected to the ultrasonic transmission circuit and the acoustic wave reception circuit via the wiring 20a.
  • an optical fiber 60 is connected to the probe 11 as a connecting portion that guides laser light L, which is measurement light emitted from a laser unit 13 described later, to the light emitting portion 40.
  • the transducer array 20 is composed of, for example, a plurality of ultrasonic transducers arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the ultrasonic vibrator is a piezoelectric element made of a polymer film such as piezoelectric ceramics or polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the ultrasonic transducer has a function of converting the received acoustic wave U into an electrical signal.
  • the electric signal output from the transducer array 20 is input to a receiving circuit 21 described later.
  • probes 11 corresponding to sector scanning, those corresponding to linear scanning, those corresponding to convex scanning, etc. are prepared, and an appropriate one is selected and used according to the imaging region.
  • the transducer array 20 may include an acoustic lens.
  • the ultrasonic transducer has a function of transmitting ultrasonic waves. That is, when an alternating voltage is applied to the ultrasonic vibrator, the ultrasonic vibrator generates an ultrasonic wave having a frequency corresponding to the frequency of the alternating voltage. Note that transmission and reception of ultrasonic waves may be separated from each other. That is, for example, ultrasonic waves may be transmitted from a position different from the probe 11, and reflected ultrasonic waves with respect to the transmitted ultrasonic waves may be received by the probe 11.
  • the light emitting unit 40 is a part that irradiates the subject M with the laser light L guided by the optical fiber 60. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, in this embodiment, the two light emitting units 40 are arranged with the transducer array 20 in between, for example, in the elevation direction of the transducer array 20 (a plurality of ultrasonic transducers are arranged). When arranged one-dimensionally, they are arranged on both sides of a direction perpendicular to the arrangement direction and parallel to the detection surface.
  • the light emitting unit 40 includes, as an example, a first light guide member 41, a diffusion unit 42, and a second light guide member 43.
  • the first light guide member 41, the diffusing portion 42, and the second light guide member 43 are arranged in series with respect to the traveling direction of the measurement light, and these are fixed by a fixed frame (not shown).
  • the first light guide member 41 may be air.
  • the light exit end face of the optical fiber 60 described above is optically coupled to the light entrance end face of the first light guide member 41.
  • a light guide plate can be used, for example.
  • the light guide plate is a specially processed surface of an acrylic plate or a quartz plate, for example, and emits light incident from one end surface with uniform in-plane intensity from the other end surface.
  • the first light guide member 41 guides the laser light L guided by the optical fiber 60 to the diffusion unit 42.
  • the diffusing unit 42 diffuses the laser light L emitted from the first light guide member 41. Thereby, the irradiation range of the laser beam L is further expanded.
  • a diffusion plate can be used.
  • a lens diffusion plate in which microlenses are randomly arranged on the substrate, a quartz plate in which diffusion fine particles are dispersed, or the like can be used.
  • a holographic diffusion plate or an engineering diffusion plate may be used as the lens diffusion plate.
  • the diffusion part 42 does not have to be a member independent of the first light guide member 41.
  • a diffusion layer may be provided at the light emitting end portion of the first light guide member 41 to form the diffusing portion 42, or a diffusion surface may be provided at the light emitting end surface to form the diffusing portion 42.
  • the diffusing portion 42 is fixed to a fixing member (not shown) by, for example, an adhesive.
  • an adhesive having a high light diffusibility. This is because when the adhesive adheres to the lens diffusing surface, the light diffusibility of the portion is lost, and strong light may be emitted locally.
  • an adhesive having light diffusibility is used, light can be diffused by the light diffusibility of the adhesive even when the adhesive adheres to the lens diffusion surface.
  • an adhesive such as silicone rubber containing a white pigment can be used.
  • An example of the white pigment is TiO 2 .
  • the content of TiO 2 is preferably 1% by weight to 20% by weight.
  • the silicone rubber for example, liquid rubber KE-45-W manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. can be used.
  • the second light guide member 43 emits the laser light L diffused by the diffusion unit 42 toward the subject M.
  • the light emitting end portion of the second light guide member 43 is fitted into the light window portion (opening portion) of the housing 50, and functions to fill a gap between the light window portions.
  • they may be provided on the light incident end portion and the light incident end surface of the second light guide member 43, respectively.
  • the laser unit 13 shown in FIG. 1 has a flash lamp excitation Q-switch solid laser such as a Q-switch alexandrite laser, for example, and emits laser light L as measurement light to be irradiated onto the subject M.
  • the laser unit 13 is configured to receive a trigger signal from the control unit 34 of the ultrasonic unit 12 and output the laser light L.
  • the laser unit 13 preferably outputs pulsed laser light L having a pulse width of 1 to 100 nsec (nanoseconds).
  • the wavelength of the laser light L is appropriately selected according to the light absorption characteristics of the absorber 65 in the subject M to be measured.
  • the wavelength be a wavelength belonging to the near-infrared wavelength region.
  • the near-infrared wavelength region means a wavelength region of about 700 to 850 nm.
  • the wavelength of the laser beam L is naturally not limited to this.
  • the laser beam L may be a single wavelength or may include a plurality of wavelengths such as 750 nm and 800 nm. When the laser light L includes a plurality of wavelengths, light of these wavelengths may be irradiated to the subject M at the same time, or may be irradiated while being switched alternately.
  • the laser unit 13 is also capable of outputting laser light in the near-infrared wavelength region as well as YAG-SHG (Second harmonic generation) -OPO (Optical Parametric Oscillation). : Optical parametric oscillation) laser, Ti-Sapphire (titanium-sapphire) laser, or the like.
  • the laser unit 13 as a light source constitutes a probe unit together with the probe 11 and the optical fiber 60.
  • the optical fiber 60 guides the laser light L emitted from the laser unit 13 to the two light emitting units 40.
  • the optical fiber 60 is not particularly limited, and a known fiber such as a quartz fiber can be used.
  • a known fiber such as a quartz fiber can be used.
  • one thick optical fiber may be used, or a bundle fiber in which a plurality of optical fibers are bundled may be used.
  • the bundle fiber is arranged so that the laser light L is incident from the light incident end face of the bundled fiber portion, and the fiber portion branched into two of the bundle fiber is used.
  • the light emitting portions 40 are coupled to the light emitting end surfaces, respectively.
  • the ultrasonic unit 12 includes a reception circuit 21, a reception memory 22, a data separation unit 23, a photoacoustic image generation unit 24, an ultrasonic image generation unit 29, a display control unit 30, a transmission control circuit 33, and a control unit 34.
  • the control unit 34 controls each unit of the photoacoustic measurement apparatus 10, and includes a trigger control circuit (not shown) in the present embodiment.
  • This trigger control circuit sends a light trigger signal to the laser unit 13 when acquiring a photoacoustic image, for example.
  • the flash lamp of the excitation source is turned on in the Q-switch solid-state laser of the laser unit 13, and excitation of the laser rod is started. While the excited state of the laser rod is maintained, the laser unit 13 can output the laser light L.
  • the control unit 34 then transmits a Q switch trigger signal from the trigger control circuit to the laser unit 13. That is, the control unit 34 controls the output timing of the laser light L from the laser unit 13 by this Q switch trigger signal. Further, the control unit 34 transmits a sampling trigger signal to the receiving circuit 21 simultaneously with transmission of the Q switch trigger signal.
  • This sampling trigger signal defines the start timing of the photoacoustic signal sampling in the AD converter (Analog-to-Digital converter) of the receiving circuit 21. As described above, by using the sampling trigger signal, it is possible to sample the photoacoustic signal in synchronization with the output of the laser light L.
  • the control unit 34 transmits an ultrasonic transmission trigger signal that instructs the transmission control circuit 33 to perform ultrasonic transmission when acquiring an ultrasonic image.
  • the transmission control circuit 33 transmits ultrasonic waves from the probe 11.
  • the control unit 34 transmits a sampling trigger signal to the receiving circuit 21 in synchronization with the timing of ultrasonic transmission, and starts sampling of the reflected ultrasonic signal.
  • the position of the probe 11 is gradually changed with respect to the subject M, for example, in the above-described elevation direction, and the subject M is irradiated with the laser light L or ultrasonic waves. Are scanned. Therefore, sampling of the photoacoustic signal or reflected ultrasonic signal is performed while shifting the acoustic wave detection line one line at a time in synchronization with this scanning.
  • the scanning may be performed by the operator manually moving the probe 11 or may be performed using an automatic scanning mechanism.
  • the receiving circuit 21 receives the detection signal output from the probe 11 and stores the received detection signal in the reception memory 22.
  • the reception circuit 21 typically includes a low noise amplifier, a variable gain amplifier, a low-pass filter, and an AD converter.
  • the detection signal of the probe 11 is amplified by a low noise amplifier, then gain adjusted according to the depth by a variable gain amplifier, a high frequency component is cut by a low-pass filter, converted to a digital signal by an AD converter, and received.
  • the receiving circuit 21 is composed of, for example, one IC (Integrated Circuit).
  • the probe 11 outputs a photoacoustic wave detection signal and a reflected ultrasonic detection signal. Accordingly, digitized photoacoustic waves and reflected ultrasonic detection signals (sampling data) are stored in the reception memory 22.
  • the data separation unit 23 reads sampling data (photoacoustic data) of the photoacoustic wave detection signal from the reception memory 22 and transmits it to the photoacoustic image generation unit 24. Further, the data separation unit 23 reads sampling data (reflection ultrasonic data) of the reflected ultrasonic detection signal from the reception memory 22 and transmits it to the ultrasonic image generation unit 29.
  • the photoacoustic image generation unit 24 adds the photoacoustic data stored in the reception memory 22 to each other with a delay time corresponding to the position of the transducer array 20 of the probe 11 to reconstruct data for one line, Data of a tomographic image (photoacoustic image) is generated based on the photoacoustic data of each line.
  • this photoacoustic image generation part 24 may replace with a delay addition method, and may perform a reconfiguration
  • the photoacoustic image generation unit 24 may perform reconstruction using a Hough transform method or a Fourier transform method.
  • the photoacoustic image generation unit 24 outputs the photoacoustic image data generated as described above to the display control unit 30.
  • the photoacoustic image generation unit 24 constitutes a signal processing unit in the photoacoustic measurement apparatus of the present invention.
  • the ultrasonic image generation unit 29 performs processing similar to that for the photoacoustic data on the reflected ultrasonic data stored in the reception memory 22 to obtain tomographic image (ultrasonic image) data. Generate.
  • the ultrasonic image generation unit 29 outputs the ultrasonic image data generated as described above to the display control unit 30.
  • the display control unit 30 causes the display unit 14 to display a photoacoustic image based on the photoacoustic image data and an ultrasonic image based on the ultrasonic image data. These two images are displayed separately or combined and displayed on the display unit 14 as a combined image. In the latter case, the display control unit 30 performs image composition by superimposing a photoacoustic image and an ultrasonic image, for example. Thus, if an ultrasonic image is generated and displayed in addition to the photoacoustic image, a portion that cannot be imaged by the photoacoustic image can be observed in the ultrasonic image.
  • the probe 11 is provided with slits 45 between the transducer array 20 and one light emitting unit 40 and between the transducer array 20 and the other light emitting unit 40. It has been.
  • Each slit 45 extends from the surface 50a of the housing 50 toward the inside of the housing and is open to the housing surface 50a.
  • FIG. 12 shows an example of a conventional probe that does not have the slit 45 as described above.
  • FIG. 12 shows a side cross-sectional shape of the probe.
  • the same elements as those in FIG. 2 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless necessary (the same applies hereinafter).
  • artifacts can occur due to the following causes. That is, as shown in FIG. 12, when the measurement light (laser light) L is emitted from the light emitting unit 40, the measurement light L may irradiate the vicinity of the surface of the housing 50.
  • a photoacoustic wave is generated from the portion of the casing 50 that has absorbed the measurement light L, as schematically shown by an arrow A in the figure, and this photoacoustic wave is detected by the transducer array 20 to produce an artifact. It happens.
  • the probe for photoacoustic measurement of the present invention is obtained based on the above new findings.
  • the photoacoustic wave generated as described above is attenuated by the slit 45 provided between the transducer array 20 and the light emitting unit 40. That is, the air in the slit and the material of the housing 50 are in contact with each other at the two side surfaces of the slit 45 (the side surface on the transducer array 20 side and the side surface on the light emitting unit 40 side). Both of them are greatly different in acoustic impedance.
  • the photoacoustic wave generated in the vicinity of one light emitting portion 40 and traveling toward the transducer array 20 is reflected and attenuated at the two side surfaces of the slit 45. Therefore, high-intensity photoacoustic waves do not reach the transducer array 20. The same applies to the photoacoustic wave that occurs in the vicinity of another light emitting unit 40 and travels toward the transducer array 20.
  • the acoustic impedance of air is about 440 Pa ⁇ s / m
  • the material of the housing 50 is, for example, ABS (acrylonitrile butadiene styrene copolymer synthetic resin)
  • the acoustic impedance is 2.3 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s. / M or so.
  • FIG. 13 and FIG. 14 show the results of confirming the above description by actually generating and displaying a photoacoustic image (tomographic image).
  • FIG. 13 is a photograph showing a photoacoustic image generated using a conventional probe having the same configuration as that of the probe 11 of this embodiment except that the slit 45 is not provided
  • FIG. 14 is a photo of the probe 11 of this embodiment. It is a photograph which shows the photoacoustic image produced
  • These photoacoustic images are both background images subjected to enhancement processing, and the numbers shown on the left side of each figure indicate the distance from the probe surface, that is, the depth position of the subject.
  • horizontal stripe-shaped artifacts are recognized from a depth position close to 10 mm to a position of 20 mm, whereas such obvious artifacts are not recognized in the image of FIG. 14.
  • each slit 45 is larger than the length of the transducer array 20. That is, when the probe 11 is viewed in plan from the surface (front surface), both end portions of the slit 45 are respectively in the direction orthogonal to the arrangement direction of the light emitting unit 40 and the transducer array 20 (left-right direction in FIG. 3).
  • the transducer array 20 is located outside the both end portions. With such a configuration, the photoacoustic wave generated near the side end portion of the light emitting portion 40 is also reliably incident on the slit 45 and attenuated.
  • FIG. 4 shows a side cross-sectional shape of the probe 211 of the present embodiment.
  • two slits 45 similar to those in the probe 11 described above are provided.
  • a portion of each slit 45 close to the housing surface 50 a is filled with a blocking member 46.
  • Each blocking member 46 is arranged so that the surface thereof is flush with the housing surface 50 a and in close contact with the housing 50. By arranging such a blocking member 46, it is possible to prevent foreign matter and the like from entering the slit 45.
  • the blocking member 46 is made of a material having an acoustic impedance different from that of the housing 50. Examples of such a combination of two materials include, but are not limited to, a material of the casing 50 made of ABS resin and a material of the blocking member 46 made of silicone rubber.
  • the acoustic impedance of the former material is 2.3 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s /
  • the acoustic impedance of the latter material is about 1.2 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m to 1.5 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m.
  • the blocking member 46 is preferably made of a material having a high acoustic attenuation rate.
  • the photoacoustic wave is reflected by the portion of the slit 45 where the blocking member 46 does not exist in the same manner as in the probe 11 of the first embodiment. Attenuates.
  • the effect of attenuating the photoacoustic wave is also obtained in the portion of the slit 45 where the blocking member 46 exists. That is, at both end portions of each blocking member 46 (the end portion on the transducer array 20 side and the end portion on the light emitting portion 40 side), there are interfaces where two materials having different acoustic impedances are in close contact with each other. ing. These two interfaces extend from the housing surface 50a toward the inside of the housing. Therefore, when a photoacoustic wave generated in the vicinity of one light emitting unit 40 propagates through the blocking member 46 and proceeds toward the transducer array 20, the photoacoustic wave is reflected at the two interfaces. Therefore, it does not reach the transducer array 20 with high intensity. The same applies to the photoacoustic wave that occurs in the vicinity of another light emitting unit 40 and travels toward the transducer array 20.
  • FIG. 5 shows a side cross-sectional shape of the probe 311 of this embodiment.
  • the width between the light emitting unit 40 and the transducer array 20 and the width between the other light emitting unit 40 and the transducer array 20 are slightly larger than the slit 45 in the probe 11 described above.
  • FIG. 6 shows a side cross-sectional shape of the probe 411 of the present embodiment.
  • the probe 411 is the same as that in the probe 311 of the third embodiment between one light emitting unit 40 and the transducer array 20 and between the other light emitting unit 40 and the transducer array 20.
  • the two slits 47 are provided.
  • the portions close to the respective housing surfaces 50a of the four slits 47 are filled with the same blocking member 46 as that in the second embodiment shown in FIG.
  • Each blocking member 46 is arranged so that the surface thereof is flush with the housing surface 50 a and in close contact with the housing 50.
  • the present embodiment can basically obtain the same operations and effects as those of the second embodiment.
  • four interfaces of two materials having different acoustic impedances exist between one light emitting unit 40 and the transducer array 20. Therefore, when the photoacoustic wave generated in the vicinity of each light emitting portion 40 propagates through the blocking member 46 and travels toward the transducer array 20, the photoacoustic wave is transmitted four times at the interface as described above. Reflected and more attenuated. There are also four interfaces between the material of the housing 50 and air between one light emitting unit 40 and the transducer array 20.
  • FIG. 7 shows the front shape of the probe 511 of this embodiment.
  • This probe 511 is the same as that in the probe 11 of the first embodiment between one light emitting unit 40 and the transducer array 20 and between the other light emitting unit 40 and the transducer array 20.
  • the two slits 45 are provided.
  • the two slits 45 are connected to each other by one slit and another slit 500 between the other ends. That is, the transducer array 20 is surrounded by the slit 45 and the slit 500 over the entire circumference.
  • each light emitting portion 40 propagates outside the both end portions of the slit 45.
  • the transducer array 20 is reached around the inside.
  • the photoacoustic waves that wrap around as described above reach the transducer array 20. Is also prevented.
  • the slit 500 may be discontinuous on the way.
  • the photoacoustic image is generated and displayed using the probe 511 of the present embodiment, it is generated in the photoacoustic image as compared with the case where the photoacoustic image is generated and displayed using the probe 11 shown in FIG. Artifacts to do are reduced significantly.
  • FIG. 8 shows a side cross-sectional shape of the probe 611 of the present embodiment.
  • the material constituting the housing 50 is acoustic impedance between one light emitting unit 40 and the transducer array 20 and between the other light emitting unit 40 and the transducer array 20.
  • a blocking member 48 made of a different material is disposed. Examples of such a combination of two materials include, but are not limited to, a material of the casing 50 made of ABS resin and a material of the blocking member 48 made of silicone rubber.
  • the acoustic impedance of the former material is about 2.3 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m
  • the acoustic impedance of the latter material is 1.2 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m to 1.5 ⁇ 10 6 Pa.
  • -It is about s / m.
  • the blocking member 48 is preferably made of a material having a high acoustic attenuation rate.
  • the material of the blocking member 48 may be a foamed or porous plastic member.
  • a combination of a plurality of members such as an upper part of the blocking member 48 such as silicone rubber and a lower part of the plastic member may be used. Since such a plastic member includes a large number of interfaces having different acoustic impedances inside, a further effect that photoacoustic waves are reflected and scattered within the member can be obtained.
  • the surface of the blocking member 48 is arranged so as to be flush with the housing surface 50 a and in close contact with the housing 50.
  • a blocking member 48 is provided with a slit similar to the slit 45 shown in FIG. 2 in the housing 50, and a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the housing 50 is applied to the slit. It can be created by filling over the depth.
  • the housing 50 is made by, for example, injection molding, it can be made by embedding a material different from the housing material.
  • the housing 50 after the housing 50 is created, it can be created by altering a part of the housing 50.
  • the outer surface (on the light emitting unit 40 side) and the inner side (on the transducer array 20 side) of the blocking member 48 have interfaces where two materials having different acoustic impedances are in close contact with each other. These two interfaces extend from the housing surface 50a toward the inside of the housing. Therefore, as in the case where the blocking member 46 shown in FIG. 4 is provided, when a photoacoustic wave generated in the vicinity of one light emitting portion 40 attempts to travel toward the transducer array 20, the photoacoustic is obtained. Since the waves are reflected and attenuated at the two interfaces, respectively, the waves do not reach the transducer array 20 with high intensity. The same applies to the photoacoustic wave that occurs in the vicinity of another light emitting unit 40 and travels toward the transducer array 20.
  • the blocking member 48 has both end portions outside the both end portions of the transducer array 20 with respect to the direction orthogonal to the arrangement direction of the light emitting portion 40 and the transducer array 20. Has been created to be located. Therefore, both ends of the interface between the blocking member 48 and the housing 50 are located outside the both ends of the transducer array 20. Therefore, the photoacoustic wave generated in the vicinity of each of both end portions of the light emitting unit 40 is reliably incident on this interface and reflected and attenuated.
  • the blocking member 48 may be formed so as to surround the periphery of the transducer array 20 similarly to the slits 45 and 500 shown in FIG. In such a case, since the interface between the blocking member 48 and the casing 50 also surrounds the transducer array 20, the photoacoustic wave wraps around from the end side of the transducer array 20 and enters the transducer array 20. It is prevented from being detected. Note that the blocking member 48 newly disposed to surround the transducer array 20 (the blocking member 48 disposed at a position corresponding to the slit 500) may be discontinuous.
  • FIG. 9 shows a side cross-sectional shape of the probe 711 of this embodiment.
  • the probe 711 is different from the probe 611 of the sixth embodiment shown in FIG. 8 in that two blocking members 49 thinner than the blocking member 48 are provided instead of the one blocking member 48.
  • These blocking members 49 are also made of a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the housing 50.
  • the same operation and effect as those in the probe 611 of the sixth embodiment shown in FIG. 8 can be obtained.
  • four interfaces of two materials having different acoustic impedances exist between one light emitting unit 40 and the transducer array 20. Therefore, when the photoacoustic wave generated in the vicinity of each light emitting portion 40 tries to travel toward the transducer array 20, the photoacoustic wave is reflected at the interface as described above four times in total and attenuated more greatly. Will come to do. Thereby, even when a photoacoustic image is generated and displayed using the probe 711 of this embodiment, occurrence of artifacts in the photoacoustic image is prevented.
  • FIG. 10 shows a side cross-sectional shape of the probe 811 of this embodiment.
  • the probe 811 is not provided with the blocking member 48, and instead, the housing 50 is composed of two types of materials 50 ⁇ / b> A and 50 ⁇ / b> B. It is different.
  • the casing materials 50A and 50B have different acoustic impedances.
  • the casing material 50A is used for a portion including the transducer array 20, and the casing material 50B is a light emitting portion on the outside of the material 50A. It is used for the part which contains 40.
  • one interface between the two casing materials 50A and 50B having different acoustic impedances exists between one light emitting unit 40 and the transducer array 20. Therefore, when a photoacoustic wave generated in the vicinity of each light emitting portion 40 attempts to travel toward the transducer array 20, a part of the photoacoustic wave is reflected by the above-described interface and attenuates. . Thereby, even when a photoacoustic image is generated and displayed using the probe 811 of this embodiment, occurrence of artifacts in the photoacoustic image is prevented.
  • the combination of the casing materials 50A and 50B include those in which the casing material 50A is ABS resin and the casing material 50B is acrylic resin, but the combination is not limited thereto.
  • the acoustic impedance of the housing material 50A is about 2.3 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m
  • the acoustic impedance of the housing material 50B is about 3.2 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m.
  • the housing 50 is configured from the two housing materials 50A and 50B, a material having an acoustic impedance different from that of each housing material is disposed in the housing material 50A or the housing material 50B.
  • the number of interfaces where two materials having different acoustic impedances are in close contact with each other can be further increased.
  • the blocking member 48 as shown in FIG. 8 is disposed in the housing material 50B, three interfaces are present between the light emitting unit 40 and the transducer array 20.
  • a slit may be provided at the boundary between the casing material 50A and the casing material 50B to insert another member. Moreover, when doing so, the slit may surround the transducer array 20. Furthermore, when the slit as described above is not provided, the boundary between the casing material 50A and the casing material 50B may be configured to surround the transducer array 20.
  • FIG. 11 shows a side cross-sectional shape of the probe 911 of the present embodiment.
  • This probe 911 is different from the probe 611 of the sixth embodiment shown in FIG. 8 in that the blocking member 46 is provided and the shape of the slit 50c of the housing 50 is different. More specifically, the blocking member 46 is fixed to the casing 50 so as to be flush with the casing surface 50a so as to cover the blocking member 48 from the probe surface side.
  • the slit 50c that receives the blocking member 48 has a shape in which a plurality of irregularities that are serrated in the cross section and repeated in the slit depth direction are provided on the inner wall, that is, the wall surface on the transducer array 20 side.
  • the blocking member 48 is Novec (registered trademark) 7100, which is a fluorinated solvent of 3M Company, or Fluorinert (registered trademark) FC-40, which is a fluorinated inert liquid of the same company.
  • Novec 7100 is one of the hydrofluoroethers that are fluorinated liquids described above
  • Fluorinert FC-40 is one of the perfluorocarbons that are also fluorinated liquids.
  • the acoustic impedance is about 2.3 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m as described above.
  • the acoustic impedance of Novec 7100 is about 0.9 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m
  • the acoustic impedance of Fluorinert FC-40 is about 1.2 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m. Therefore, also in the present embodiment, there are two interfaces where two materials having different acoustic impedances are in close contact with each other on the outer side (light emitting unit 40 side) and the inner side (vibrator array 20 side) of the blocking member 48. It is in a state extending from the body surface 50a toward the inside of the housing.
  • the photoacoustic wave that is going to travel toward the transducer array 20 is scattered by these irregularities. Therefore, even if the photoacoustic wave reaches the transducer array 20, the photoacoustic wave is in a scattered state. From this point, the occurrence of the artifact is more reliably prevented.
  • the subject M is generally a living body such as a human body. Since a living body usually contains a lot of water, the speed of sound in a living body at room temperature is about 1450 m / s to 1560 m / s in water. On the other hand, the sound speeds in the above-mentioned Novec7100 and Fluorinert FC-40 are 599.0 m / s and 636.4 m / s, respectively, which are about 40% of the sound speed in water.
  • the probe 11 is configured as a hand-held type, the above-described depth of the slit 50c does not particularly lengthen the probe 11, and therefore the probe 11 has a reasonable size.
  • the blocking member 48 is made of a general resin having an acoustic impedance different from that of the ABS resin mentioned above (for example, about 2.8 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s / m).
  • the speed of sound in the general resin is usually around 2000 m / s. Therefore, when the blocking member 48 is formed of such a general resin, if a photoacoustic image from the surface of the living body to a depth of 30 mm is generated as described above, a resin material thickness of about 40 mm is required. Become. The reason will be described below.
  • an artifact generated from the probe housing 50 is displayed at a depth position of 30 mm or more from the living body surface in the photoacoustic wave image.
  • the sound velocity V in the housing 50 is 2000 m / s as described above
  • the observation time T of the photoacoustic wave generated at a depth of 30 mm from the living body surface and the equation (1) are used.
  • the depth of the slit 50c needs to be about 40 mm.
  • the probe 11 is configured as a hand-held type, if the depth of the slit 50c is required to be about 40 mm, the probe 11 becomes remarkably long for that reason, and it becomes very difficult to use as a hand-held type. .
  • All of the probes according to the embodiments described above are formed by placing the transducer array 20 as an acoustic wave detection element in between and one light emitting section 40 on each side thereof.
  • the probe is not limited to such a probe, and a probe in which a plurality of light emitting portions are disposed on at least one of both sides of one acoustic wave detecting element, or only one acoustic wave detecting element and one light emitting portion are provided.
  • the present invention is also applicable to a probe having a plurality of acoustic wave detection elements.
  • FIG. 15 shows an example of the photoacoustic measuring apparatus 10 configured as described above.
  • the photoacoustic measurement apparatus 10 shown in FIG. 15 has a configuration in which the data separation unit 23, the ultrasonic image generation unit 29, and the transmission control circuit 33 are removed as compared with the one shown in FIG.
  • the photoacoustic measuring device 10 demonstrated above is comprised so that a photoacoustic image may be produced
  • the probe of this invention is not restricted to that kind of photoacoustic measuring device, but detected photoacoustic
  • the present invention is applicable to all photoacoustic measurement devices that perform some measurement based on waves. That is, if the probe of the present invention is applied to a photoacoustic measuring apparatus, it is widely prevented that the artifacts as described above adversely affect the measurement result.

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Abstract

光音響計測装置においてアーチファクトの発生を防止できる光音響計測用プローブおよびプローブユニットを得る。測定光Ｌを被検体に向けて出射させる光出射部４０と、測定光Ｌの照射を受けた被検体の部分から発せられた音響波を検出する音響波検出素子２０と、使用時に被検体に向けられる表面５０ａを有し、内部に光出射部４０および音響波検出素子２０を収容した筐体５０とを有する光音響計測用プローブ１１において、光出射部４０と音響波検出素子２０との間に、筐体表面５０ａから筐体内部に向かって延びる、筐体表面５０ａに開口したスリット４５を少なくとも１つ設ける。

Description

光音響計測用プローブ並びにそれを備えたプローブユニットおよび光音響計測装置
　本発明は、被検体に向けて光を照射し、その光を受けて被検体内で発生した光音響波を検出する光音響計測用プローブに関するものである。
　また本発明は、そのようなプローブを備えたプローブユニットおよび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、ある適宜の波長（例えば、可視光、近赤外光また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）あるいは光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれている。
　光音響イメージングでは、例えば特許文献１および２に示されるように、パルス光等の測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、測定光の照射を受けた被検体の部分から発せられた音響波を検出する音響波検出素子と、内部に上記光出射部および音響波検出素子を収容した筐体とを備えてなるプローブが多く使用される。
特開２０１２－１６６００９号公報 特開２０１２－１７９３５０号公報
　従来、上記の光出射部、音響波検出素子および筐体を備えてなるプローブを用いて光音響画像を生成する場合、光音響画像にアーチファクト（偽画像）が発生しやすいことが認められている。
　本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、アーチファクトの発生を防止できる光音響計測用プローブを提供することを目的とする。
　さらに本発明は、アーチファクトの発生を防止できるプローブユニットおよび光音響計測装置を提供することを目的とする。
　本発明による一つの光音響計測用プローブは、
　測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、
　測定光の照射を受けた被検体の部分から発せられた音響波を検出する音響波検出素子と、
　使用時に被検体に向けられる表面を有し、内部に光出射部および音響波検出素子を収容した筐体とを有する光音響計測用プローブにおいて、
　光出射部と音響波検出素子との間に、筐体の表面から筐体内部に向かって延びる、筐体表面に開口したスリットを少なくとも１つ有することを特徴とするものである。
　なお、上記構成を有する本発明の光音響計測用プローブにおいては、表面側から光音響計測用プローブを平面視した場合において、光出射部と音響波検出素子との並び方向と直交する方向に関して、スリットの両端部がそれぞれ、音響波検出素子の両端部よりも外側に位置していることが望ましい。
　また、上記構成を有する本発明の光音響計測用プローブにおいては、音響波検出素子を間に置いて、音響波検出素子の両側に各々光出射部が少なくとも１つ配設されていることが望ましい。
　そのように、音響波検出素子の両側に各々光出射部が少なくとも１つ配設されている場合は、音響波検出素子の両側に配設された光出射部の一方とこの音響波検出素子との間に配設されたスリットと、音響波検出素子の両側に配設された光出射部の他方とこの音響波検出素子との間に配設されたスリットとが、互いに一端部どうし、他端部どうしで別のスリットにより繋げられて、音響波検出素子がスリットにより囲まれていることが望ましい。なお、上記別のスリットは、途中で不連続となることが無いものとして、音響波検出素子がスリットにより全周に亘って囲まれるようにするのが望ましい。ただしそれに限らず、上記別のスリットは、途中で不連続とされていても構わない。
　また、本発明による別の光音響計測用プローブは、
　測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、
　測定光の照射を受けた被検体の部分から発せられた音響波を検出する音響波検出素子と、
　使用時に被検体に向けられる表面を有し、内部に光出射部および音響波検出素子を収容した筐体とを有する光音響計測用プローブにおいて、
　互いに音響インピーダンスが異なる２つの材料を密接させてなる組であって、光出射部と音響波検出素子との間において筐体の表面から筐体内部に向かって延びる界面を構成する材料の組を、少なくとも１組有することを特徴とするものである。
　この本発明による別の光音響計測用プローブにおいては、表面側から光音響計測用プローブを平面視した場合において、光出射部と音響波検出素子との並び方向と直交する方向に関して、界面の両端部がそれぞれ、音響波検出素子の両端部よりも外側に位置していることが望ましい。
　また、上述した本発明による別の光音響計測用プローブにおいては、音響波検出素子を間に置いて、この音響波検出素子の両側に各々光出射部が少なくとも１つ配設されていることが望ましい。
　そのように、音響波検出素子の両側に各々光出射部が少なくとも１つ配設されている場合は、音響波検出素子の両側に配設された光出射部の一方とこの音響波検出素子との間に存在する界面と、音響波検出素子の両側に配設された光出射部の他方とこの音響波検出素子との間に存在する界面とが、互いに一端部どうし、他端部どうしで、互いに音響インピーダンスが異なる材料を密接させてなる別の界面により繋げられて、音響波検出素子が界面により囲まれていることが望ましい。なお、上記別の界面は、途中で不連続となることが無いものとして、音響波検出素子が界面により全周に亘って囲まれるようにするのが望ましい。ただしそれに限らず、上記別の界面は、途中で不連続とされていても構わない。
　また、上述した本発明による別の光音響計測用プローブにおいては、光出射部と音響波検出素子との間に、筐体の表面から筐体内部に向かって延びるスリットが設けられ、このスリット内に、筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が充填されていることが望ましい。
　そのようにスリット内に、筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が充填される場合は、筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が、スリットの全深さに亘って充填されていることが望ましい。
　あるいは、上記のスリット内に、筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が充填される場合は、筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が、筐体の表面と整合する位置から、スリットの深さよりも浅い位置までの間に充填されていてもよい。
　なお、上述した筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料としては、例えばフッ素化液が好適に用いられる。この「フッ素化液」とは、パーフルオロポリエーテル類、パーフルオロカーボン類、ハイドロフロロポリエーテル類、ハイドロフルオロエーテル類のうちの一つ、もしくは複数からなる混合物から構成される液体を指すものである。
　さらに、筐体を、光出射部を内包する部分と、音響波検出素子を内包する部分とで、互いに音響インピーダンスが異なる筐体材料から構成して、それら２つの筐体材料によって上記の界面を構成することも可能である。
　他方、本発明によるプローブユニットは、
　以上説明した本発明による光音響計測用プローブと、
　測定光を出力する光源と、
　測定光を光音響計測用プローブの光出射部へ光学的に接続する接続部とを備えてなるものである。
　また、本発明による光音響計測装置は、
　以上説明した本発明による光音響計測用プローブと、
　光音響計測用プローブが出力する光音響波検出信号に基づいて光音響画像を生成する信号処理部とを備えてなるものである。
　本発明者の研究によると、従来のプローブを用いた光音響計測装置においては、下記の原因によりアーチファクトが発生することが分かった。すなわち、プローブ筐体内の光出射部から測定光が出射する際、この測定光が筐体の表面近傍部分を照射することがある。すると、その測定光を吸収した筐体の部分から光音響波が発生し、この光音響波が音響波検出素子に検出されてアーチファクトが生じるのである。
　本発明による一つの光音響計測用プローブにおいては、光出射部と音響波検出素子との間に、筐体の表面から筐体内部に向かって延びる、筐体表面に開口したスリットを少なくとも１つ有しているので、上述のように発生して音響波検出素子の方に進行する光音響波は、スリット内の空気と筐体材料との界面で反射、減衰する。そこで、高強度の光音響波が音響波検出素子に入射することがなくなって、アーチファクトの発生が防止される。
　また、本発明による別の光音響計測用プローブにおいては、互いに音響インピーダンスが異なる２つの材料を密接させてなる組であって、光出射部と音響波検出素子との間において筐体の表面から筐体内部に向かって延びる界面を構成する材料の組を、少なくとも１組有しているので、上述のように発生して音響波検出素子の方に進行する光音響波は、上記界面で反射、減衰する。そこで、高強度の光音響波が音響波検出素子に入射することがなくなって、アーチファクトの発生が防止される。
本発明の一実施形態による光音響計測装置の全体構成を示す概略図 本発明の第１実施形態によるプローブを示す側断面図 図２のプローブの正面図 本発明の第２実施形態によるプローブを示す側断面図 本発明の第３実施形態によるプローブを示す側断面図 本発明の第４実施形態によるプローブを示す側断面図 本発明の第５実施形態によるプローブを示す正面図 本発明の第６実施形態によるプローブを示す側断面図 本発明の第７実施形態によるプローブを示す側断面図 本発明の第８実施形態によるプローブを示す側断面図 本発明の第９実施形態によるプローブを示す側断面図 従来のプローブの一例を示す側断面図 従来のプローブを用いて得られた光音響画像の一例を示す図 本発明のプローブを用いて得られた光音響画像の一例を示す図 本発明の別の実施形態による光音響計測装置の全体構成を示す概略図
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
　まず、本発明の第１の実施形態による光音響計測プローブ、プローブユニットおよび光音響計測装置について説明する。図１は本実施形態の光音響計測装置１０の全体構成を示す概略図であり、図２および図３はそれぞれ、上記光音響計測装置１０に用いられた光音響計測プローブ（以下、単にプローブという）１１を示す側断面図および正面図である。なお図１において、プローブ１１の形状は概略的に示してある。
　本実施形態の光音響計測装置１０は、一例として、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する機能を有するものであり、図１に概略的に示すように、プローブ（超音波探触子）１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３および表示部１４等を備えている。以下、それらの構成要素について順次説明する。
　プローブ１１は、例えば生体である被検体Ｍに向けて測定光および超音波を照射する機能と、被検体Ｍ内を伝搬する音響波Ｕを検出する機能とを有する。すなわちプローブ１１は、被検体Ｍに対する超音波の照射（送信）、および被検体Ｍで反射して戻って来た反射超音波（反射音響波）の検出（受信）を行うことができる。さらにプローブ１１は、被検体Ｍ内で発生した光音響波も検出可能である。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用語である。ここで、「超音波」とはプローブにより送信された弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは吸収体６５が測定光を吸収することにより発する弾性波を意味する。なお被検体Ｍ内の吸収体６５としては、例えば血管、金属部材等が挙げられる。
　プローブ１１は、図２に詳しく示される通り、音響波検出素子である振動子アレイ２０と、この振動子アレイ２０を間に置いて、該振動子アレイ２０の両側に各々１つずつ配設された合計２つの光出射部４０と、振動子アレイ２０および２つの光出射部４０を内部に収容した筐体５０とを備えている。振動子アレイ２０は、例えば、図２における上端面から約１ｍｍ程度内側に入ったところに位置する。
　本実施形態において振動子アレイ２０は、超音波送信素子としても機能する。振動子アレイ２０は、配線２０ａを介して超音波送信用回路および音響波受信用回路と接続される。またプローブ１１には、後述するレーザユニット１３から発せられた測定光であるレーザ光Ｌを、光出射部４０まで導光させる接続部としての光ファイバ６０が接続されている。
　上記振動子アレイ２０は、例えば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子から構成されている。この超音波振動子は、例えば圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成された圧電素子である。超音波振動子は、受信した音響波Ｕを電気信号に変換する機能を有している。振動子アレイ２０が出力する上記電気信号は、後述する受信回路２１に入力される。プローブ１１は一般に、セクタ走査対応のもの、リニア走査対応のもの、コンベックス走査対応のもの等が用意され、それらの中から適宜のものが撮像部位に応じて選択使用される。なお、振動子アレイ２０は音響レンズを含んでもよい。
　上記超音波振動子は、超音波を送信する機能も有する。すなわち、この超音波振動子に交番電圧が印加されると、超音波振動子は交番電圧の周波数に対応した周波数の超音波を発生させる。なお、超音波の送信と受信は互いに分離させてもよい。つまり、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で受信するようにしてもよい。
　光出射部４０は、光ファイバ６０によって導光されたレーザ光Ｌを被検体Ｍに照射する部分である。図２および図３に示されるように、本実施形態では２つの光出射部４０が、振動子アレイ２０を間に置いて、振動子アレイ２０の例えばエレベーション方向（複数の超音波振動子が一次元に配列された場合、その配列方向に直角で検出面に平行な方向）の両側に配置されている。
　光出射部４０は、一例として第１の導光部材４１、拡散部４２および第２の導光部材４３から構成されている。第１の導光部材４１、拡散部４２および第２の導光部材４３は、測定光の進行方向に対して直列に並べられており、これらは図示外の固定枠体によって固定されている。なお、第１の導光部材４１は空気でもよい。
　第１の導光部材４１の光入射端面には、上述した光ファイバ６０の光出射端面が光学的に結合されている。第１の導光部材４１としては、例えば導光板を使用することができる。導光板は、例えばアクリル板や石英板の表面に特殊な加工が施されたものであり、一方の端面から入射した光を他方の端面から均一な面内強度で出射させる。この第１の導光部材４１は、光ファイバ６０によって導光されたレーザ光Ｌを拡散部４２へ導光する。
　拡散部４２は、第１の導光部材４１から出射したレーザ光Ｌを拡散させるものである。これにより、レーザ光Ｌの照射範囲がより拡大される。拡散部４２としては、例えば拡散板を使用することができる。この拡散板としては、マイクロレンズが基板上にランダムに配置されているレンズ拡散板や、例えば拡散微粒子が分散された石英板等を使用することができる。レンズ拡散板としてはホログラフィック拡散板やエンジニアリング拡散板を用いてもよい。拡散部４２は、第１の導光部材４１と独立した部材である必要はない。例えば、第１の導光部材４１の光出射端部に拡散層を設けて拡散部４２としてもよいし、その光出射端面に拡散面を設けて拡散部４２としてもよい。
　拡散部４２は、例えば接着剤によって図示外の固定部材に固定されるが、レンズ拡散板を接着する際には、光拡散性が強い接着剤を用いることが好ましい。これは、レンズ拡散面に接着剤が付着すると、その部分の光拡散性が失われ、局所的に強い光が出射する可能性があるためである。光拡散性を有する接着剤を用いた場合、レンズ拡散面に接着剤が付着した場合でも、接着剤の光拡散性によって光を拡散させることができる。接着剤としては、例えば白色顔料入りのシリコーンゴムなどの接着剤を用いることができる。白色顔料としては、例えばＴｉＯ２が挙げられる。ＴｉＯ２の含有率は、１重量％～２０重量％が好ましい。シリコーンゴムとしては、例えば信越化学工業株式会社製の液状ゴムＫＥ－４５－Ｗを用いることができる。
　第２の導光部材４３は、拡散部４２によって拡散されたレーザ光Ｌを被検体Ｍに向けて出射させるものである。第２の導光部材４３の光出射端部は、筺体５０の光窓部（開口部分）に嵌められており、該光窓部の隙間を埋める機能を果たす。また、上述した拡散層や拡散面を第１の導光部材４１に設ける代わりに、それぞれ第２の導光部材４３の光入射端部や光入射端面に設けてもよい。
　図１に示されるレーザユニット１３は、例えばＱスイッチアレキサンドライトレーザ等のフラッシュランプ励起Ｑスイッチ固体レーザを有し、被検体Ｍに照射する測定光としてのレーザ光Ｌを発する。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Ｌを出力するように構成されている。レーザユニット１３は、１～１００ｎｓｅｃ（ナノ秒）のパルス幅を有するパルスレーザ光Ｌを出力するものであることが好ましい。
　レーザ光Ｌの波長は、計測の対象となる被検体Ｍ内の吸収体６５の光吸収特性に応じて適宜選択される。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、一般的にその波長は、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、レーザ光Ｌ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Ｌは、単波長のものでもよいし、例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ等の複数波長を含むものでもよい。レーザ光Ｌが複数の波長を含む場合、これらの波長の光は、同時に被検体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。
　なおレーザユニット１３は、上に述べた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（Second harmonic generation：第二次高調波発生）－ＯＰＯ（Optical Parametric Oscillation：光パラメトリック発振）レーザや、Ｔｉ－Ｓａｐｐｈｉｒｅ（チタン－サファイア）レーザ等を用いて構成することもできる。
　光源としての上記レーザユニット１３は、プローブ１１および光ファイバ６０と共にプローブユニットを構成している。
　光ファイバ６０は、レーザユニット１３から出射されたレーザ光Ｌを、２つの光出射部４０まで導く。光ファイバ６０は特に限定されず、石英ファイバ等の公知のものを使用することができる。例えば１本の太い光ファイバが用いられてもよいし、あるいは複数の光ファイバが束ねられてなるバンドルファイバが用いられてもよい。一例としてバンドルファイバが用いられる場合、１つにまとめられたファイバ部分の光入射端面から上記レーザ光Ｌが入射するようにバンドルファイバが配置され、そしてバンドルファイバの２つに分岐されたファイバ部分の光出射端面にそれぞれ光出射部４０が結合される。
　超音波ユニット１２は、受信回路２１、受信メモリ２２、データ分離手段２３、光音響画像生成部２４、超音波画像生成部２９、表示制御部３０、送信制御回路３３および制御部３４を有する。
　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、本実施形態では図示外のトリガ制御回路を備える。このトリガ制御回路は、例えば光音響画像を取得する場合には、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のＱスイッチ固体レーザにおいて励起源の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。このレーザロッドの励起状態が維持されている間、レーザユニット１３はレーザ光Ｌを出力可能な状態となる。
　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Ｑスイッチトリガ信号を送信する。つまり制御部３４は、このＱスイッチトリガ信号によって、レーザユニット１３からのレーザ光Ｌの出力タイミングを制御する。また制御部３４は、Ｑスイッチトリガ信号の送信と同時に、サンプリングトリガ信号を受信回路２１に送信する。このサンプリングトリガ信号は、受信回路２１のＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）における光音響信号のサンプリングの開始タイミングを規定する。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Ｌ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。
　制御部３４は、超音波画像を取得する場合は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する超音波送信トリガ信号を送信する。送信制御回路３３は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。制御部３４は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路２１にサンプリングトリガ信号を送信し、反射超音波信号のサンプリングを開始させる。
　以上述べた光音響画像あるいは超音波画像を取得する際、プローブ１１は、被検体Ｍに対して例えば前述したエレベーション方向に少しずつ位置が変えられて、レーザ光Ｌあるいは超音波により被検体Ｍが走査される。そこで上記光音響信号あるいは反射超音波信号のサンプリングはこの走査と同期して、音響波検出ラインを一ラインずつずらしながらなされる。なお上記走査は、術者がプローブ１１を手操作で動かすことによってなされてもよいし、あるいは自動走査機構を用いてなされてもよい。
　受信回路２１は、プローブ１１が出力する検出信号を受信し、受信した検出信号を受信メモリ２２に格納する。受信回路２１は典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、ローパスフィルタ、およびＡＤ変換器を含んで構成される。プローブ１１の検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされた後にＡＤ変換器でデジタル信号に変換され、受信メモリ２２に格納される。受信回路２１は、例えば１つのＩＣ（Integrated Circuit）で構成される。
　本実施形態においてプローブ１１は、光音響波の検出信号と反射超音波の検出信号とを出力する。そこで受信メモリ２２には、デジタル化された光音響波および反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）が格納される。データ分離手段２３は、受信メモリ２２から光音響波検出信号のサンプリングデータ（光音響データ）を読み出して、光音響画像生成部２４に送信する。またデータ分離手段２３は、受信メモリ２２から反射超音波検出信号のサンプリングデータ（反射超音波データ）を読み出して、超音波画像生成部２９に送信する。
　光音響画像生成部２４は、受信メモリ２２に格納された上記光音響データを、プローブ１１の振動子アレイ２０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、各ラインの光音響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、ハフ変換法また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。
　以上の説明から明らかな通り、光音響画像生成部２４は、本発明の光音響計測装置における信号処理部を構成している。
　超音波画像生成部２９は、受信メモリ２２に格納された反射超音波データに対して、基本的に上記光音響データに対するのと同様の処理を施して、断層画像（超音波画像）のデータを生成する。超音波画像生成部２９は、そのようにして生成された超音波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、上記光音響画像のデータに基づいて光音響画像を、また上記超音波画像のデータに基づいて超音波画像を、それぞれ表示部１４に表示させる。これら２つの画像は別々に、あるいは合成されて合成画像として表示部１４に表示される。後者の場合、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させて画像合成を行う。このように、光音響画像に加えて超音波画像を生成、表示させれば、光音響画像では画像化することができない部分を超音波画像において観察可能となる。
　次に、以上述べた通りの基本構成を有する光音響計測装置１０において、アーチファクトの発生を防止するためにプローブ１１が有する構成について説明する。図２および図３に示される通りプローブ１１には、振動子アレイ２０と一方の光出射部４０との間、および振動子アレイ２０と他方の光出射部４０との間に、スリット４５が設けられている。各スリット４５は、筐体５０の表面５０ａから筐体内部に向かって延び、そして筐体表面５０ａに開口するような形とされている。
　ここで図１２に、上述したようなスリット４５を有していない従来のプローブの例を示す。図１２は、そのプローブの側断面形状を示すものである。なおこの図１２において、先に説明した図２中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。本発明者の研究によると、従来のプローブを用いた光音響計測装置においては、下記の原因によりアーチファクトが発生し得ることが分かった。すなわち、図１２に示すように光出射部４０から測定光（レーザ光）Ｌが出射する際、この測定光Ｌが筐体５０の表面近傍部分を照射することがある。すると、その測定光Ｌを吸収した筐体５０の部分から、同図に矢印Ａで概略的に示すように光音響波が発生し、この光音響波が振動子アレイ２０に検出されてアーチファクトが生じるのである。
　本発明の光音響計測用プローブは、上記の新しい知見に基づいて得られたものである。具体的に本実施形態のプローブ１１においては、振動子アレイ２０と光出射部４０との間に設けたスリット４５により、上述のようにして発生した光音響波を減衰させるようにしている。つまり、１つのスリット４５の２つの側面（振動子アレイ２０側の側面と、光出射部４０側の側面）の所では、スリット内の空気と筐体５０の材料とが接する状態になっていて、それら両者は音響インピーダンスが互いに大きく異なっている。したがって、１つの光出射部４０の近傍で発生して振動子アレイ２０の方に進行する光音響波は、このスリット４５の２つの側面の所で反射、減衰するようになる。そのため、高強度の光音響波が振動子アレイ２０に到達することがなくなる。これは、別の光出射部４０の近傍で発生して、振動子アレイ２０の方に進行する光音響波に関しても同様である。
　なお具体的に、空気の音響インピーダンスは４４０Ｐａ・ｓ／ｍ程度、筐体５０の材料が例えばＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合合成樹脂）の場合、その音響インピーダンスは２．３×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度である。
　以上の通りにして、本実施形態のプローブ１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合は、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。
　図１３および図１４は、以上述べたことを、実際に光音響画像（断層画像）を生成、表示させて確認した結果を示すものである。図１３は、スリット４５が設けられていない以外は本実施形態のプローブ１１と同等の構成を有する従来のプローブを用いて生成された光音響画像を示す写真、図１４は本実施形態のプローブ１１を用いて生成された光音響画像を示す写真である。なおこれらの光音響画像は共に強調処理を施したバックグラウンド画像であり、各図の左側に示した数字は、プローブ表面からの距離つまり被写体の深さ位置を示している。図１３の画像では、深さ位置が１０ｍｍに近いところから２０ｍｍの位置までに亘って横縞状のアーチファクトが認められるのに対し、図１４画像ではそのような明らかなアーチファクトは認められない。
　なお本実施形態のプローブ１１においては、図３に明確に示されるように、各スリット４５の長さは、振動子アレイ２０の長さよりも大とされている。つまり、プローブ１１を表面（正面）から平面視した場合において、光出射部４０と振動子アレイ２０との並び方向と直交する方向（図３中の左右方向）に関して、スリット４５の両端部がそれぞれ、振動子アレイ２０の両端部よりも外側に位置している。このような構成とすることにより、光出射部４０の側端部に近い所で発生した光音響波も、スリット４５に確実に入射して減衰するようになる。
　＜第２の実施形態＞
　次に図４を参照して、本発明の第２の実施形態によるプローブ２１１について説明する。図４は、本実施形態のプローブ２１１の側断面形状を示すものである。このプローブ２１１においても、前述したプローブ１１におけるのと同様の２つのスリット４５が設けられている。そして各スリット４５の筐体表面５０ａに近い部分には、遮断部材４６が充填されている。各遮断部材４６は、その表面が筐体表面５０ａと面一に整合し、また、筐体５０と密接する状態に配置されている。このような遮断部材４６を配しておくことにより、スリット４５内に異物等が侵入することを防止できる。
　遮断部材４６は、筐体５０の材料とは音響インピーダンスが異なる材料からなるものである。そのような２つの材料の組み合わせとしては、筐体５０の材料をＡＢＳ樹脂とし、遮断部材４６の材料をシリコーンゴムとするものが例示されるが、それに限られるものではない。上記例において、前者の材料の音響インピーダンスは２．３×１０6Ｐａ・ｓ／
ｍ程度、後者の材料の音響インピーダンスは１．２×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ～１．５×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度である。なお、遮断部材４６は音響減衰率の高い材料であることが望ましい。
　以上の構成を有する本実施形態のプローブ２１１においては、スリット４５の、遮断部材４６が存在していない部分により、第１の実施形態のプローブ１１におけるのと同様にして、光音響波が反射、減衰する。
　またそれに加えて、スリット４５の、遮断部材４６が存在している部分においても、上記光音響波を減衰させる効果が得られる。すなわち、各遮断部材４６の両端部（振動子アレイ２０側の端部と、光出射部４０側の端部）には、音響インピーダンスが互いに異なる２つの材料が密接してなる界面がそれぞれ存在している。これら２つの界面は、筐体表面５０ａから筐体内部に向かって延びる状態となっている。したがって、１つの光出射部４０の近傍で発生した光音響波が、遮断部材４６を伝搬して振動子アレイ２０の方に進行しようとすると、その光音響波は上記２つの界面でそれぞれ反射して減衰するので、高強度で振動子アレイ２０まで到達することがなくなる。これは、別の光出射部４０の近傍で発生して、振動子アレイ２０の方に進行する光音響波に関しても同様である。
　以上の通りにして、本実施形態のプローブ２１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合も、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。なお、図４に示されている遮断部材４６から見てスリット側の内部に、詳細には図４に示されている遮断部材４６の下部に、発泡状あるいは多孔質形状のプラスチック部材があっても良い。このようなプラスチック部材は内部に音響インピーダンスが異なる界面を多数含むため、部材内で光音響波が反射および散乱するという更なる効果も得られる。
　＜第３の実施形態＞
　次に図５を参照して、本発明の第３の実施形態によるプローブ３１１について説明する。図５は、本実施形態のプローブ３１１の側断面形状を示すものである。このプローブ３１１においては、一方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間、および他方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間にそれぞれ、前述したプローブ１１におけるスリット４５よりはやや幅が小さい２つのスリット４７が設けられている。このような２つのスリット４７も、前述したスリット４５と同様に、各光出射部４０の近傍で発生して振動子アレイ２０の方に向かって進行する光音響波を反射、減衰させる。それにより、本実施形態のプローブ３１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合も、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。
　＜第４の実施形態＞
　次に図６を参照して、本発明の第４の実施形態によるプローブ４１１について説明する。図６は、本実施形態のプローブ４１１の側断面形状を示すものである。このプローブ４１１においては、一方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間、および他方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間にそれぞれ第３の実施形態のプローブ３１１におけるものと同様の２つのスリット４７が設けられている。そして合計４つのスリット４７のそれぞれの筐体表面５０ａに近い部分に、図４に示した第２の実施形態におけるものと同様の遮断部材４６が充填されている。各遮断部材４６は、その表面が筐体表面５０ａと面一に整合し、また、筐体５０と密接する状態に配置されている。
　上記のようなスリット４７を設けると共に遮断部材４６を配しておくことにより、本実施形態でも、基本的に、第２の実施形態におけるのと同様の作用、効果が得られる。本実施形態では特に、１つの光出射部４０と振動子アレイ２０との間に、互いに音響インピーダンスが異なる２つの材料の界面が４つ存在している。そこで、各光出射部４０の近傍で発生した光音響波が、遮断部材４６を伝搬して振動子アレイ２０の方に進行しようとすると、その光音響波は上記のような界面で合計４回反射して、より大きく減衰するようになる。また、１つの光出射部４０と振動子アレイ２０との間に、筐体５０の材料と空気との界面も４つ存在している。そこで、これらの界面における光音響波の反射、減衰もより大きいものとなる。それにより、本実施形態のプローブ４１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合も、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。
　＜第５の実施形態＞
　次に図７を参照して、本発明の第５の実施形態によるプローブ５１１について説明する。図７は、本実施形態のプローブ５１１の正面形状を示すものである。このプローブ５１１においては、一方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間、および他方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間にそれぞれ第１の実施形態のプローブ１１におけるものと同様の２つのスリット４５が設けられている。そしてこれら２つのスリット４５は、互いに一端部どうし、他端部どうしで別のスリット５００により繋げられている。つまり振動子アレイ２０は、全周に亘ってスリット４５及びスリット５００により囲まれている状態となっている。
　図３に示したような構成においては、各光出射部４０の両端部（図３中の左右端部）近傍部分で発生した光音響波が、スリット４５の両端部の外側を伝搬してから内側に回り込んで振動子アレイ２０に到達する可能性もある。それに対して、本実施形態におけるように振動子アレイ２０がスリット４５、５００によって囲まれている状態になっていれば、上述のように回り込んだ光音響波が振動子アレイ２０に到達することも防止される。なお、上記スリット５００は、途中で不連続とされていても構わない。
　そこで、本実施形態のプローブ５１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合は、図３に示したプローブ１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合と比べて、光音響画像に発生するアーチファクトはより顕著に低減する。
　＜第６の実施形態＞
　次に図８を参照して、本発明の第６の実施形態によるプローブ６１１について説明する。図８は、本実施形態のプローブ６１１の側断面形状を示すものである。このプローブ６１１においては、一方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間、および他方の光出射部４０と振動子アレイ２０との間にそれぞれ、筐体５０を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料からなる遮断部材４８が配設されている。そのような２つの材料の組み合わせとしては、筐体５０の材料をＡＢＳ樹脂とし、遮断部材４８の材料をシリコーンゴムとするものが例示されるが、それに限られるものではない。上記例において、前者の材料の音響インピーダンスは２．３×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度、後者の材料の音響インピーダンスは１．２×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ～１．５×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度である。なお、遮断部材４８は、音響減衰率の高い材料であることが望ましい。なお、遮断部材４８の材料としては、発泡状あるいは多孔質形状のプラスチック部材でも良い。また、遮断部材４８の上部がシリコーンゴムで下部がプラスチック部材のような複数部材の組み合わせでも良い。このようなプラスチック部材は内部に音響インピーダンスが異なる界面を多数含むため、部材内で光音響波が反射および散乱するという更なる効果も得られる。
　上記遮断部材４８は、その表面が筐体表面５０ａと面一に整合し、また、筐体５０と密接する状態に配置されている。このような遮断部材４８は例えば、図２に示したスリット４５と同様のスリットを筐体５０に設けた後、そのスリットに、筐体５０を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料をスリット全深さに亘って充填することにより作成することができる。あるいは、筐体５０を例えば射出成形によって作る際に、筐体材料とは別の材料を埋め込むことによって作成することもできる。さらには、筐体５０を作成した後に、該筐体５０の一部を変質させることによって作成することもできる。
　上記遮断部材４８の外側（光出射部４０側）と内側（振動子アレイ２０側）には、音響インピーダンスが互いに異なる２つの材料が密接してなる界面がそれぞれ存在している。これら２つの界面は、筐体表面５０ａから筐体内部に向かって延びる状態となっている。そこで、図４に示した遮断部材４６が設けられている場合と同様に、１つの光出射部４０の近傍で発生した光音響波が振動子アレイ２０の方に進行しようとすると、その光音響波は上記２つの界面でそれぞれ反射、減衰するので、高強度で振動子アレイ２０まで到達することがなくなる。これは、別の光出射部４０の近傍で発生して、振動子アレイ２０の方に進行する光音響波に関しても同様である。
　以上により、本実施形態のプローブ６１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合も、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。
　なお遮断部材４８は、図２に示したスリット４５と同様に、光出射部４０と振動子アレイ２０との並び方向と直交する方向に関して、両端部がそれぞれ振動子アレイ２０の両端部よりも外側に位置するように作成されている。したがって、この遮断部材４８と筐体５０との界面も、両端部がそれぞれ振動子アレイ２０の両端部よりも外側に位置する状態となっている。そこで、光出射部４０の両端部の各々の近傍で発生した光音響波もこの界面に確実に入射して反射、減衰するようになる。
　また遮断部材４８は、図７に示したスリット４５および５００と同様に、振動子アレイ２０の周囲を囲むように作成されてもよい。そうした場合は、遮断部材４８と筐体５０との界面も振動子アレイ２０の周囲を囲む状態となるので、光音響波が振動子アレイ２０の端部側から回り込んで該振動子アレイ２０に検出されることが防止される。なお、振動子アレイ２０の周囲を囲むために新たに配設する遮断部材４８（スリット５００に相当する位置に配する遮断部材４８）は、途中で不連続とされていても構わない。
　＜第７の実施形態＞
　次に図９を参照して、本発明の第７の実施形態によるプローブ７１１について説明する。図９は、本実施形態のプローブ７１１の側断面形状を示すものである。このプローブ７１１は、図８に示した第６実施形態のプローブ６１１と比べると、１つの遮断部材４８の代わりに、それよりも薄い２つの遮断部材４９が設けられている点で異なる。それらの遮断部材４９も、筐体５０を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料からなるものである。
　上記構成のプローブ７１１においても、図８に示した第６実施形態のプローブ６１１におけるのと同様の作用、効果が得られる。本実施形態では特に、１つの光出射部４０と振動子アレイ２０との間に、互いに音響インピーダンスが異なる２つの材料の界面が４つ存在している。そこで、各光出射部４０の近傍で発生した光音響波が、振動子アレイ２０の方に進行しようとすると、その光音響波は上記のような界面で合計４回反射して、より大きく減衰するようになる。それにより、本実施形態のプローブ７１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合も、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。
　＜第８の実施形態＞
　次に図１０を参照して、本発明の第８の実施形態によるプローブ８１１について説明する。図１０は、本実施形態のプローブ８１１の側断面形状を示すものである。このプローブ８１１は、図８に示した第６実施形態のプローブ６１１と比べると、遮断部材４８が設けられず、その代わりに、筐体５０が２種の材料５０Ａおよび５０Ｂから構成されている点で異なる。それらの筐体材料５０Ａおよび５０Ｂは、互いに音響インピーダンスが異なるものであり、筐体材料５０Ａは振動子アレイ２０を内包する部分に用いられ、筐体材料５０Ｂは材料５０Ａの外側でそれぞれ光出射部４０を内包する部分に用いられている。
　上記構成のプローブ８１１においては、１つの光出射部４０と振動子アレイ２０との間に、互いに音響インピーダンスが異なる２つの筐体材料５０Ａおよび５０Ｂの界面が１つ存在している。そこで、各光出射部４０の近傍で発生した光音響波が、振動子アレイ２０の方に進行しようとすると、その光音響波の一部は上記の界面で反射して、減衰するようになる。それにより、本実施形態のプローブ８１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合も、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。
　上記筐体材料５０Ａおよび５０Ｂの組み合わせとして具体的には、筐体材料５０ＡをＡＢＳ樹脂とし、筐体材料５０Ｂをアクリル樹脂とするものが例示されるが、それに限られるものではない。なお上記例において、筐体材料５０Ａの音響インピーダンスは２．３×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度、筐体材料５０Ｂの音響インピーダンスは３．２×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度である。
　上述したように２つの筐体材料５０Ａおよび５０Ｂから筐体５０を構成する場合も、筐体材料５０Ａまたは筐体材料５０Ｂの中に、各筐体材料とは音響インピーダンスが異なる材料を配設して、互いに音響インピーダンスが異なる２つの材料が密接してなる界面の数をさらに増やすこともできる。例えば、筐体材料５０Ｂの中に、図８に示したような遮断部材４８を配設すれば、光出射部４０と振動子アレイ２０との間に上記界面が３つ存在することになる。
　なお、筐体材料５０Ａと筐体材料５０Ｂとの境界にスリットを設けて別の部材を入れてもよい。また、そのようにする場合、そのスリットが振動子アレイ２０を囲むように構成されてもよい。さらに、上述のようなスリットを設けない場合において、筐体材料５０Ａと筐体材料５０Ｂとの境界が、振動子アレイ２０を囲むように構成されてもよい。
　＜第９の実施形態＞
　次に図１１を参照して、本発明の第９の実施形態によるプローブ９１１について説明する。図１１は、本実施形態のプローブ９１１の側断面形状を示すものである。このプローブ９１１は、図８に示した第６実施形態のプローブ６１１と比べると、遮断部材４６が設けられている点、および筐体５０のスリット５０ｃの形状の点で異なるものである。より詳しくは、上記遮断部材４６は、遮断部材４８をプローブ表面側から覆うように筐体表面５０ａと面一にして筐体５０に固定されている。また、遮断部材４８を受け入れているスリット５０ｃは、その内側つまり振動子アレイ２０側の壁面に、断面鋸歯状でスリット深さ方向に繰り返す複数の凹凸が設けられた形状とされている。
　本実施形態において、遮断部材４８としては、３Ｍ社（３Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ）のフッ素系溶剤であるＮｏｖｅｃ（登録商標）７１００や、あるいは同社のフッ素系不活性液体であるフロリナート（登録商標）ＦＣ－４０が好適に用いられる。なお、Ｎｏｖｅｃ７１００は、前述したフッ素化液であるハイドロフルオロエーテル類の一つ、フロリナートＦＣ－４０は同じくフッ素化液であるパーフルオロカーボン類の一つである。このように遮断部材４８がフッ素化液からなるものとされていても、上記遮断部材４６が設けられているので、遮断部材４８が筐体５０から漏出することはない。
　筐体５０の材料をＡＢＳ樹脂とすると、その音響インピーダンスは前述したように２．３×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度である。それに対して、Ｎｏｖｅｃ７１００の音響インピーダンスは０．９×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ、フロリナートＦＣ－４０の音響インピーダンスは～１．２×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度である。したがって本実施形態においても、遮断部材
４８の外側（光出射部４０側）と内側（振動子アレイ２０側）においてそれぞれ、音響インピーダンスが互いに異なる２つの材料が密接してなる界面が２つ、筐体表面５０ａから筐体内部に向かって延びた状態となっている。
　そこで、本実施形態においても、１つの光出射部４０の近傍で発生した光音響波が振動子アレイ２０の方に進行しようとすると、その光音響波は上記２つの界面でそれぞれ反射、減衰するので、高強度で振動子アレイ２０まで到達することがなくなる。これは、別の光出射部４０の近傍で発生して、振動子アレイ２０の方に進行する光音響波に関しても同様である。以上により、本実施形態のプローブ９１１を用いて光音響画像を生成、表示させる場合も、光音響画像にアーチファクトが発生することが防止される。
　さらに本実施形態では、スリット５０ｃの壁面に前述した複数の凹凸が設けられているので、振動子アレイ２０の方に進行しようとする光音響波は、これらの凹凸によって散乱される。したがって、上記光音響波がたとえ振動子アレイ２０に到達したとしても、散乱した状態となっているので、この点から、上記アーチファクトの発生がより確実に防止される。
　なお、被検体Ｍは一般に、人体等の生体である。生体には通常、水が多く含まれるので、常温下の生体中での音速は、水中での音速１４５０ｍ／ｓ～１５６０ｍ／ｓと同程度となっている。それに対して、上に挙げたＮｏｖｅｃ７１００、フロリナートＦＣ－４０の中での音速は各々５９９．０ｍ／ｓ、６３６．４ｍ／ｓであって、水中の音速の４０％程度である。そのため、例えば生体表面から３０ｍｍの深さまでの光音響画像を生成して観察したい場合、遮断部材４８を充填させるスリット５０ｃは、筐体表面５０ａから１２ｍｍ（＝３０ｍｍ×０．４）程度の深さとすればよい。プローブ１１をハンドヘルド型のものとして構成する場合、上記程度のスリット５０ｃの深さはプローブ１１を特に長大化させるものではなく、よって、プローブ１１は妥当なサイズのものとなる。
　それに対して、上に挙げたＡＢＳ樹脂とは音響インピーダンスが異なる（例えば２．８×１０6Ｐａ・ｓ／ｍ程度）一般的な樹脂から遮断部材４８を構成することも考えられる。その一般的な樹脂の中での音速は、通常、２０００ｍ／ｓ前後である。したがって、そのような一般的な樹脂から遮断部材４８を構成する場合、上記と同じように生体表面から３０ｍｍの深さまでの光音響画像を生成しようとすると、４０ｍｍ程度の樹脂材料厚さが必要となる。以下、その理由について説明する。
　光音響波の観測時間Ｔ、つまり光音響波が発生してから振動子アレイ２０で検出されるまでにかかる時間Ｔ（ｓ）は、伝搬距離をＸ（ｍ）、伝搬媒体中の音速をＶ（ｍ／ｓ）とすると、一般に以下の式（１）
　　　Ｔ＝Ｘ／Ｖ（ｓ）・・・（１）
で求められる。生体表面から３０ｍｍの深さ位置で発生する光音響波の観測時間Ｔは、主に人体である生体中での音速がおよそ１５００ｍ／ｓ前後であるため、（１）式を用いて、Ｔ＝０．０３／（１５００ｍ／ｓ）＝２×１０-5 sと求まる。ここで、プローブ筐体５０から発生するアーチファクトを、光音響波画像において生体表面から３０ｍｍ以上の深さ位置に表示させることを考える。筐体５０中での音速Ｖを上述のように２０００ｍ／ｓであるとみなすと、生体表面から３０ｍｍの深さ位置で発生する光音響波の観測時間Ｔと（１）式を用いて、筐体５０の伝搬距離Ｘは、Ｘ＝Ｔ・Ｖ＝（２×１０-5 s）x（２０００ｍ／ｓ）＝０．０４ｍ＝４０ｍｍとなる。
　したがって、スリット５０ｃの全長に亘って遮断部材４８を充填するならば、スリット５０ｃの深さは４０ｍｍ程度必要となる。プローブ１１をハンドヘルド型のものとして構成する場合、スリット５０ｃの深さが４０ｍｍ程度必要であると、プローブ１１はそのために顕著に長いものとなって、ハンドヘルド型のものとしては大変使い難いものとなる。
　以上説明した実施形態のプローブは全て、音響波検出素子である振動子アレイ２０を間に置いて、その両側に各々光出射部４０が１つずつ配設されてなるものであるが、本発明はそのようなプローブに限らず、１つの音響波検出素子の両側の少なくとも一方に光出射部が複数配設されてなるプローブや、音響波検出素子と光出射部が各々１つだけ設けられてなるプローブや、さらには音響波検出素子が複数設けられてなるプローブにも適用可能である。
　また、上では光音響画像と共に反射超音波画像も生成、表示可能とされた光音響計測装置１０に適用されたプローブ１１について説明したが、本発明のプローブは、反射超音波画像の生成、表示は行わず、光音響画像の生成、表示のみを行うように構成された光音響計測装置に適用することも勿論可能である。図１５は、そのように構成された光音響計測装置１０の一例を示すものである。この図１５に示す光音響計測装置１０は、図１に示したものと比べると、データ分離手段２３、超音波画像生成部２９および送信制御回路３３が除かれた構成となっている。
　さらに、以上説明した光音響計測装置１０は、光音響画像を生成、表示するように構成されたものであるが、本発明のプローブはその種の光音響計測装置に限らず、検出した光音響波に基づいて何らかの計測を行う光音響計測装置全てに対して適用可能である。すなわち、本発明のプローブを光音響計測装置に適用すれば、前述したようなアーチファクトが計測結果に悪影響を及ぼすことが広く防止される。
　　　１０　　光音響計測装置
　　　１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１、９１１　　プローブ
　　　１２　　超音波ユニット
　　　１３　　レーザユニット
　　　１４　　表示部
　　　２０　　振動子アレイ
　　　２１　　受信回路
　　　２２　　受信メモリ
　　　２３　　データ分離手段
　　　２４　　光音響画像生成部
　　　２９　　超音波画像生成部
　　　３０　　表示制御部
　　　３３　　送信制御回路
　　　３４　　制御部
　　　４０　　光出射部
　　　４５、４７、５０ｃ、５００　　スリット
　　　４６、４８、４９　　遮断部材
　　　５０　　筺体
　　　５０ａ　筐体の表面
　　　５０Ａ、５０Ｂ　　筐体材料
　　　６０　　光ファイバ
　　　６５　　吸収体
　　　Ｌ　　レーザ光（測定光）
　　　Ｍ　　被検体
　　　Ｕ　　音響波

Claims (15)

  1. 　測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と、
    　前記測定光の照射を受けた被検体の部分から発せられた音響波を検出する音響波検出素子と、
    　使用時に被検体に向けられる表面を有し、内部に前記光出射部および前記音響波検出素子を収容した筐体とを有する光音響計測用プローブにおいて、
    　前記光出射部と前記音響波検出素子との間に、前記筐体の表面から筐体内部に向かって延びる、前記表面に開口したスリットを少なくとも１つ有することを特徴とする光音響計測用プローブ。
  2. 　前記表面側から前記光音響計測用プローブを平面視した場合において、前記光出射部と前記音響波検出素子との並び方向と直交する方向に関して、前記スリットの両端部がそれぞれ、前記音響波検出素子の両端部よりも外側に位置している請求項１記載の光音響計測用プローブ。
  3. 　前記音響波検出素子を間に置いて、該音響波検出素子の両側に各々前記光出射部が少なくとも１つ配設されている請求項１または２記載の光音響計測用プローブ。
  4. 　前記音響波検出素子の両側に配設された光出射部の一方と該音響波検出素子との間に有る前記スリットと、前記音響波検出素子の両側に配設された光出射部の他方と該音響波検出素子との間に有る前記スリットとが、互いに一端部どうし、他端部どうしで別のスリットにより繋げられて、前記音響波検出素子がスリットにより囲まれている請求項３記載の光音響計測用プローブ。
  5. 　測定光を被検体に向けて出射させる光出射部と
    　前記測定光の照射を受けた被検体の部分から発せられた音響波を検出する音響波検出素子と、
    　使用時に被検体に向けられる表面を有し、内部に前記光出射部および前記音響波検出素子を収容した筐体とを有する光音響計測用プローブにおいて、
    　互いに音響インピーダンスが異なる２つの材料を密接させてなる組であって、前記光出射部と前記音響波検出素子との間において前記筐体の表面から筐体内部に向かって延びる界面を構成する材料の組を少なくとも１組有することを特徴とする光音響計測用プローブ。
  6. 　前記表面側から前記光音響計測用プローブを平面視した場合において、前記光出射部と前記音響波検出素子との並び方向と直交する方向に関して、前記界面の両端部がそれぞれ、前記音響波検出素子の両端部よりも外側に位置している請求項５記載の光音響計測用プローブ。
  7. 　前記音響波検出素子を間に置いて、該音響波検出素子の両側に各々前記光出射部が少なくとも１つ配設されている請求項５または６記載の光音響計測用プローブ。
  8. 　前記音響波検出素子の両側に配設された光出射部の一方と該音響波検出素子との間に存在する前記界面と、前記音響波検出素子の両側に配設された光出射部の他方と該音響波検出素子との間に存在する前記界面とが、互いに一端部どうし、他端部どうしで、互いに音響インピーダンスが異なる材料を密接させてなる別の界面により繋げられて、前記音響波検出素子が界面により囲まれている請求項７記載の光音響計測用プローブ。
  9. 　前記光出射部と前記音響波検出素子との間に、前記筐体の表面から筐体内部に向かって延びるスリットが設けられ、該スリット内に、前記筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が充填されている請求項５から８いずれか１項記載の光音響計測用プローブ。
  10. 　前記筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が、前記スリットの全深さに亘って充填されている請求項９記載の光音響計測用プローブ。
  11. 　前記筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が、前記筐体の表面と整合する位置から、前記スリットの深さよりも浅い位置までの間に充填されている請求項９記載の光音響計測用プローブ。
  12. 　前記筐体を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料が、フッ素化液である請求項９から１１いずれか１項記載の光音響計測用プローブ。
  13. 　前記筐体が、光出射部を内包する部分と、前記音響波検出素子を内包する部分とで、互いに音響インピーダンスが異なる筐体材料から構成されて、それら２つの筐体材料によって前記界面が構成されている請求項５から１２いずれか１項記載の光音響計測用プローブ。
  14. 　請求項１から１３いずれか１項記載の光音響計測用プローブと、
    　測定光を出力する光源と、
    　前記測定光を前記光音響計測用プローブの光出射部へ光学的に接続する接続部とを備えてなるプローブユニット。
  15. 　請求項１から１３いずれか１項記載の光音響計測用プローブと、
    　前記光音響計測用プローブが出力する光音響波検出信号に基づいて光音響画像を生成する信号処理部とを備えてなる光音響計測装置。
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