(57)【要約】【課題】物体の光音響撮像のためのプローブおよびシステム、ならびに、そのようなプローブを制御するための方法を提供すること。【解決手段】プローブの照射ユニットは、電磁放射を放出して物体を電磁放射で照射するように構成され、プローブの検出ユニットは、物体を電磁放射で照射するのに応じて物体によって放出される１次音響波を検出するように構成される。プローブは、一方の検出ユニットおよび照射ユニットと、他方の物体との間の音響カップリング媒体を囲繞するカップラント区画をさらに備え、カップラント区画は、物体と検出ユニットの間に配置される遮蔽要素を備え、音響波を少なくとも部分的に伝送し、電磁放射を少なくとも部分的に反射および／または吸収するように構成され、遮蔽要素がカップラント区画を第１の下位区画および第２の下位区画に分離している。【選択図】図３
2020071229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（２）の光音響撮像のためのプローブ（１）であって、
電磁放射（Ｒ）を放出して前記物体（２）を前記電磁放射（Ｒ）で照射するように構成される照射ユニット（３）と、
前記物体（２）を前記電磁放射（Ｒ）で照射するのに応じて前記物体（２）によって放出される１次音響波（Ｐ）を検出するように構成される検出ユニット（４）と、
一方の前記検出ユニット（４）および前記照射ユニット（３）と、他方の前記物体（２）との間の音響カップリング媒体を囲繞するカップラント区画（５）と
を備え、前記カップラント区画（５）が、前記物体（２）と前記検出ユニット（４）の間に配置される遮蔽要素（６）を備え、音響波を少なくとも部分的に伝送し、電磁放射（Ｒ）を少なくとも部分的に反射および／または吸収するように構成され、前記遮蔽要素（６）が前記カップラント区画（５）を第１の下位区画（５ａ）と第２の下位区画（５ｂ）に分離し、その結果、前記照射ユニット（３）によって放出された電磁放射（Ｒ）が前記第１の下位区画（５ａ）を通過して、前記物体（２）に当たることができるが、前記遮蔽要素（６）によって少なくとも部分的に妨げられて前記第２の下位区画（５ｂ）に入り、前記物体（２）によって放出される１次音響波（Ｐ）が、前記遮蔽要素（６）および前記第２の下位区画（５ｂ）を通過して前記検出ユニット（４）に当たることができる、プローブ（１）。
【請求項２】
前記遮蔽要素（６）が２次音響波（Ｓ）を少なくとも部分的に偏向させる、ならびに／または導くように配置および／もしくは構成されており、前記２次音響波（Ｓ）が、電磁放射（Ｒ）が前記物体（２）に当たるのに応答して前記遮蔽要素（６）および／もしくは前記物体（２）の外側に置かれる任意の他の要素によって放出され、ならびに／または、前記２次音響波（Ｓ）が、前記物体（２）の外側に置かれる任意の他の要素によって、前記検出ユニット（４）から離れるように、散乱および／または反射されて、２次音響波（Ｓ）が前記検出ユニット（４）に当たるのを減少または回避する、請求項１に記載のプローブ（１）。
【請求項３】
前記遮蔽要素（６）が、平面形状を有する、ならびに／または、前記物体（２）の表面および／もしくは前記物体（２）の前記表面に垂直な軸および／もしくは前記カップラント区画（５）の横壁（１０ａ）に対して斜めにされている、請求項１または２に記載のプローブ（１）。
【請求項４】
電磁放射（Ｒ）が前記物体に当たるのに応答して前記遮蔽要素（６）および／もしくは前記物体（２）の外側に置かれる任意の他の要素によって放出される、ならびに／または、前記物体（２）の外側に置かれる任意の他の要素によって散乱および／もしくは反射される、２次音響波（Ｓ）を少なくとも部分的に吸収するように配置および／または構成される１つまたは複数の音響トラップ要素（８）をさらに備え、前記検出ユニット（４）に当たる２次音響波（Ｓ）を減少または回避させる、請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ（１）。
【請求項５】
前記１つまたは複数の音響トラップ要素（８）が、前記カップラント区画（５）の内面に設けられる、請求項４に記載のプローブ（１）。
【請求項６】
電磁放射（Ｒ）が１つまたは複数の光音響トラップ要素（９）に当たるのに応答して２次音響波（Ｓ）を放出するように配置および／または構成される１つまたは複数の光音響トラップ要素（９）をさらに備え、その結果、前記放出される２次音響波（Ｓ）の主な部分が、前記検出ユニット（４）に向かって伝播せず、および／または当たらない、請求項１から５のいずれか一項に記載のプローブ（１）。
【請求項７】
前記１つまたは複数の光音響トラップ要素（９）が、前記カップラント区画（５）の内面に、特に、前記カップラント区画（５）の前記内面に設けられる前記１つまたは複数の音響トラップ要素（８）の上部に設けられる、請求項６に記載のプローブ（１）。
【請求項８】
前記遮蔽要素（６）が、前記物体（２）に当たるように前記照射ユニット（３）によって放出される電磁放射（Ｒ）を少なくとも部分的に伝送し、前記物体（２）および／または前記物体（２）の外側に置かれる任意の他の要素によって反射および／または散乱されている電磁放射（Ｒ）を反射および／または吸収するように配置および／または構成される半透明光学要素（６ａ）を備える、または半透明光学要素（６ａ）として設計される、請求項１から７のいずれか一項に記載のプローブ（１）。
【請求項９】
前記照射ユニット（３）が偏光した電磁放射（Ｒ）を放出するように構成され、前記遮蔽要素（６ａ）が、前記物体（２）に当たるように前記照射ユニット（３）によって放出される前記偏光した電磁放射（Ｒ）を少なくとも部分的に伝送し、前記物体（２）および／または前記物体（２）の外側に置かれる任意の他の要素によって反射および／または散乱されている電磁放射（Ｒ）を反射および／または吸収するように配置および／または構成される偏光フィルタを備える、または偏光フィルタとして設計される、請求項１から８のいずれか一項に記載のプローブ（１）。
【請求項１０】
前記照射ユニット（３）および前記検出ユニット（４）が前記カップラント区画（５）の近位端に設けられ、前記遮蔽要素（６）が、前記カップラント区画（５）の前記近位端の反対側にある、前記カップラント区画（５）の遠位端に少なくとも部分的に設けられる、請求項８または９に記載のプローブ（１）。
【請求項１１】
物体（２）の光音響撮像のためのシステム（１００）であって、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のプローブ（１）と、
検出される１次音響波（Ｐ）に基づいて前記物体（２）の少なくとも１つの特性に関係する画像データを導き出すように構成される処理ユニット（５０）と
を備える、システム（１００）。
【請求項１２】
物体（２）の光音響撮像のためのプローブ（１）を制御するための方法であって、前記プローブ（１）が、一方の検出ユニット（４）および照射ユニット（３）と、他方の前記物体（２）との間の音響カップリング媒体を囲繞するカップラント区画（５）を備え、前記カップラント区画（５）が、前記物体（２）と前記検出ユニット（４）の間に配置される遮蔽要素（６）を備え、電磁放射（Ｒ）を少なくとも部分的に反射および／または吸収するように構成され、前記遮蔽要素（６）が前記カップラント区画（５）を第１の下位区画（５ａ）と第２の下位区画（５ｂ）に分離しており、前記方法が、
前記照射ユニット（３）を制御して、前記第１の下位区画（５ａ）を通過する電磁放射（Ｒ）を放出して前記物体（２）に当たり、前記物体（２）に１次音響波（Ｐ）を放出させるステップであって、前記放出される電磁放射（Ｒ）が前記遮蔽要素（６）によって少なくとも部分的に妨げられて前記第２の下位区画（５ｂ）に入る、ステップと、
前記検出ユニット（４）を制御して、前記遮蔽要素（６）および前記第２の下位区画（５ｂ）を通過して前記検出ユニット（４）に当たる１次音響波（Ｐ）を検出するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の光音響撮像のためのプローブおよびシステムに関し、また、そのようなプローブを制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響信号生成は光音響効果に基づき、光音響効果によれば、たとえば生物学的組織といった物体による電磁放射の吸収、およびその後の物体の熱弾性膨張に起因して超音波が生成される。たとえば、非電離のレーザ光または無線周波数放射といった、励起放射は、振幅または周波数を変化させる、パルス放射または連続放射であってよい。これが、光学領域における回折により制限されない解像度での光学的なコントラストを実現し、深度における解像度の大幅な改善を生じさせる。組織中の電磁放射の吸収は、通常、たとえばヘモグロビン濃度または酸素飽和度といった、生理的特性の関数であるために、光音響効果は、医療用撮像での利用が予め定められている。
【０００３】
物体の光音響撮像を改善すること、特に、高い信号対雑音比を可能にする光音響撮像のためのプローブを提供することが、本発明の目的である。特に、得られた光音響画像中のアーティファクトを減少させることが本発明の目的である。
【０００４】
この目的は、光音響撮像のためのプローブおよびシステムならびに独立請求項に記載のそのようなプローブを制御するための方法によって解決される。
【０００５】
本発明の一態様による物体の光音響撮像のためのプローブは、電磁放射を放出して物体を電磁放射で照射するように構成される照射ユニットと、物体を電磁放射で照射するのに応じて物体によって放出される１次音響波を検出するように構成される検出ユニットとを備える。プローブは、一方の検出ユニットおよび照射ユニットと、他方の物体との間の音響カップリング媒体を囲繞するカップラント区画をさらに備え、カップラント区画は、物体と検出ユニットの間に配置される遮蔽要素を備え、音響波を少なくとも部分的に伝送し、電磁放射を少なくとも部分的に反射および／または吸収するように構成され、遮蔽要素がカップラント区画を第１の下位区画および第２の下位区画に分離し、その結果、照射ユニットによって放出された電磁放射が第１の下位区画を通過して、物体に当たることができるが、遮蔽要素によって少なくとも部分的に妨げられて第２の下位区画に入り、物体によって放出される１次音響波は、遮蔽要素および第２の下位区画を通過して検出ユニットに当たることができる。
【０００６】
本発明の別の態様による光音響撮像のためのシステムは、本発明の一態様によるプローブと、検出される１次音響波に基づいて物体の少なくとも１つの特性に関係する画像データを導き出すように構成される処理ユニットとを備える。
【０００７】
本発明のさらに別の態様によれば、物体の光音響撮像のためのプローブを制御するための方法が提供され、プローブは、一方の検出ユニットおよび照射ユニットと、他方の物体との間の音響カップリング媒体を囲繞するカップラント区画を備え、カップラント区画は、物体と検出ユニットの間に配置される遮蔽要素を備え、電磁放射を少なくとも部分的に反射および／または吸収するように構成され、遮蔽要素がカップラント区画を第１の下位区画と第２の下位区画に分離しており、方法が以下のステップ、すなわち、照射ユニットを制御して電磁放射を放出し、物体を電磁放射で照射し、その結果、電磁放射が第１の下位区画を通過して、物体に当たるが、遮蔽要素によって少なくとも部分的に妨げられて第２の下位区画に入る、ステップと、検出ユニットを制御して、物体を電磁放射で照射することに応じて物体によって放出される１次音響波を検出ステップであって、１次音響波が遮蔽要素および第２の下位区画を通過して検出ユニットに当たるステップとを含む。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、一方の電磁放射で物体を照射するための照射ユニットおよびそれに応じて物体で発生した音響波を検出するための検出ユニットと、他方の物体との間の空間を、第１の下位区画および第２の下位区画へと遮蔽要素によって分離することによって、いわゆる寄生信号、すなわち撮像されるべき物体の外部で生成される光音響信号を減少させる手法に基づく。特に、遮蔽要素は、照射ユニットから放出される、および／または物体から反射される電磁放射から検出ユニットを遮蔽するように配置することができる。たとえば、遮蔽要素は、一方の照射ユニットおよび検出ユニットと、他方の物体との間にカップリング媒体を保持するカップラント区画中に配置することができ、その結果、遮蔽要素が、照射ユニットと検出ユニットの間に少なくとも部分的に延び、それによって、検出ユニットを照射ユニットから分離する。これにより、電磁放射での検出ユニットの直接および／または間接照射、すなわち、それぞれ、照射ユニットにより放出された後に直接、またはたとえば、物体の表面で反射された後の照射、ならびに、検出ユニット中の不要な（寄生）２次音響波の後続の発生を、簡単だが信頼性高い様式で防ぐことができる。特に、カップラント区画中に遮蔽要素を配置することによって、検出ユニットへの電磁放射の入射および後続の検出ユニットの（活動状態の）検出面上を伝播する２次音響波の発生を信頼性高く防ぐことができる。
【０００９】
特に、それに応じてカップラント区画中に遮蔽要素を配置することによって、検出ユニットによって検出される２次音響波に起因した光音響画像中のアーティファクトを、信頼性高く防ぐこと、または少なくとも減少させることができる。たとえば、そのようなアーティファクトは、一般的に、（物体中で発生するまたは物体によって放出される）１次音響波と（検出ユニットの光音響的に活動状態の検出面で発生する）２次音響波の重ね合わせからもたらされる音響波の検出の際に、検出ユニットによって生成される検出信号から再構築される光音響画像に現れる。本発明は、前記２次音響波の発生を防ぐ、または少なくともフィルタ除去することを簡単だが信頼性高い様式で可能にする。
【００１０】
好ましくは、照射ユニットは、少なくとも部分的に第１の下位区画に配置され、検出ユニットは、少なくとも部分的に第２の下位区画に配置される。したがって、遮蔽要素は、物体中で発生した音響波を少なくとも部分的に伝送するように構成することができ、その結果、前記波が、遮蔽要素を通過した後、第２の下位区画を通過して検出ユニットに当たることができる。遮蔽要素は、好ましくは、直接的および／または間接的に遮蔽要素に当たる電磁放射を、少なくとも部分的に反射および／または吸収するようにさらに構成される。
【００１１】
たとえば、遮蔽要素は、理想的には非常に低い音響減衰インピーダンスおよびカップラント区画中のカップリング媒体と整合する音速を有する、光学的に反射する箔または薄い光音響伝送器を備えることができる。好ましくは、遮蔽要素は、たとえば、近赤外線（ＮＩＲ）の電磁放射の周波数において、特に最高９７％の高い光学的反射率を有する。たとえば、遮蔽要素は、たとえば、１つより多く５つより少ない層のアルミニウム、金、または銀のいずれかでコーティングされたプラスチック箔といった金属被覆したプラスチック箔、アルミニウム箔、または薄い金箔もしくは銀箔から製造することができる。遮蔽要素は、好ましくは、たとえば、５μｍと２５μｍの間、好ましくは１０μｍと２０μｍの間、特に１２μｍと１６μｍの間の厚さといった、音響波の伝送を可能にする厚さを呈する。個々の層の厚さおよび屈折率の相互作用によって、伝送および反射特性の調整が可能になる。
【００１２】
遮蔽要素の正確で固定された配置を達成するために、プローブは、好ましくは、カップラント区画中に含まれる、たとえば、ゲルワックス、寒天、および／またはＺｅｒｄｉｎｅなどといった、固体カップリング材を備える。特に、カップラント区画中の遮蔽要素の、検出ユニットおよび／または照射ユニットに対する位置、特に向きを固定するために、固体カップリング材を設計することができる。
【００１３】
同様に、クランプまたは取付け枠のいずれかによって、遮蔽要素をカップラント区画内部に固定することが可能であり、このことによって、水、重水（Ｄ２Ｏ）、または油などの液体カップリング剤の使用が可能になる。次いで、異なる撮像シナリオを考慮してユーザによる変更を可能にするために、取付けは、ミリメートルねじまたは小さい位置決め電動ステージによって調整可能であってよい。特に、遮蔽要素の最適な配置は、屈折率、光散乱係数、および光吸収係数などといった、物体の表面特性によって決定することができる。
【００１４】
照射ユニットにより放出される電磁放射は、たとえば少なくとも部分的に、第１の下位区画を横断して物体に当たり、それに応じて１次音響波が発生する。前記１次音響波は、次いで、少なくとも部分的に第１の下位区画を横断し、遮蔽要素を通過して、部分的に第２の下位区画を横断し、検出ユニットに当たることができ、それに応じて、それにしたがった検出信号を生成し、それに基づいて、物体の光音響画像を得ることができる。遮蔽要素に当たる、照射ユニットにより放出される電磁放射は、たとえば、物体および／またはカップラント区画の横壁に向けて、少なくとも部分的に反射される。
【００１５】
要約すると、本発明は、物体の光音響撮像を改善すること、特に、高い信号対雑音比を可能にする光音響撮像のためのプローブを提供することを可能にする。特に、本発明によって、得られる光音響画像中のアーティファクトの減少を実現することができる。
【００１６】
一実施形態では、遮蔽要素が、２次音響波を少なくとも部分的に偏向させる、および／または導くように配置および／または構成されており、２次音響波は、電磁放射が物体に当たるのに応答して遮蔽要素および／もしくは物体の外側に置かれる任意の他の要素によって放出される、ならびに／または、２次音響波は、物体の外側に置かれる任意の他の要素によって、検出ユニットから離れるように散乱および／または反射されて、２次音響波が検出ユニットに当たるのを減少または回避する。これにより、検出ユニットによって生成される検出信号に基づいて得られた光音響画像の品質は、特に、２次音響波が検出ユニットに当たるのを信頼性高く防ぎ、その結果、検出ユニットにおいて、１次音響波と２次音響波の重ね合わせが実質的に発生しないことによって、さらに向上することができる。
【００１７】
たとえば、２次音響波は、プローブの構成要素、たとえば、カップリング媒体を含むためのカップラント区画の横壁、物体の表面と接触するための結合要素、および／または遮蔽要素自体で、電磁放射での照射の際に、特に、電磁放射がカップラント区画の内側、特に第１の下位区画中で複数回反射された後に、発生する場合がある。遮蔽要素は、２次音響波を導くように特に形作ることができ、さもなければ、２次音響波は、少なくとも部分的に検出ユニットから離れた、１次音響波によって引き起こされる検出信号を重畳する、特に歪ませる検出ユニット中の寄生信号を発生させる。
【００１８】
そのために、遮蔽要素は、たとえば、電磁放射を少なくとも部分的に吸収して、制御された様式で、特に、検出ユニットから離れるように導く伝播方向で、対応する２次電磁波を放出するように構成される材料といった、光音響伝送器を備えることができる。
【００１９】
別の実施形態では、遮蔽要素は、平面形状を有する、ならびに／または、物体の表面および／もしくは物体の表面に垂直な軸および／もしくはカップラント区画の横壁に対して斜めにされている。たとえば、遮蔽要素は、好ましくは一方の照射ユニットおよび検出ユニットと他方の物体との間の空間にわたる、板またはシートを備える。特に、遮蔽要素は、カップラント区画にわたる薄い箔、特に金属箔によって形成することができる。これにより、遮蔽要素は、照射ユニットによって放出される電磁放射から検出ユニットを遮蔽するため、および／または検出ユニットから離れるように２次波を偏向させるために、容易で正確に配置することができる。さらに、平面形状で斜めにされている遮蔽要素を設けることによって、遮蔽要素によって放出される２次音響波の伝播方向は、有利に影響を受け、特に信頼性高く検出ユニットから離れるように導くことができる。斜めにされている遮蔽要素の代わりに、または追加で、遮蔽要素は、好ましくは物体の外側にあって検出器の感知場と一致しない焦点に向かうよう生成される光音響波を可能にする球形にしたがうことができる。
【００２０】
好ましくは、遮蔽要素は、物体の表面および／または物体の表面に垂直な軸および／またはカップラント区画の側壁に対して斜めにされており、その結果、特に物体の表面および／またはカップラント区画の近位端または遠位端に平行な、第１の下位区画の断面積は、照射ユニットおよび／または検出ユニットへの距離の関数であって、カップラント区画の遠位端の近傍における断面積は、カップラント区画の近位端の近傍における断面積よりも広い。言い換えると、斜めにされている遮蔽デバイスを設けることによって、第１の下位区画は、各々、カップラント区画の近位端への漏斗状または先細の形状を有することができる。これにより、電磁放射は、物体の関心領域中の１次音響波の発生を信頼性高く、および／または均一に引き起こすために、たとえば放射円錐の形で、照射ユニットによって発散した様態で放出することができる。
【００２１】
別の好ましい実施形態では、好ましくは平面形状を有する、および／または斜めにされている遮蔽要素は、物体の表面に垂直な軸（表面法線）に対する、および／またはカップラント区画の側壁に対する傾斜角を有しまたは含み、傾斜角は、１０°と６０°の間、好ましくは２０°と４０°の間、特に約３０°の値を有する。この方法で、一方で、１次音響波は、遮蔽要素を効果的に通過し、検出ユニットに当たることができ、他方で、２次音響波は、検出ユニットから離れるように効果的に偏向される。
【００２２】
さらに別の実施形態では、プローブは、電磁放射が物体に当たるのに応答して遮蔽要素および／もしくは物体の外側に置かれる任意の他の要素によって放出される、ならびに／または、物体の外側に置かれる任意の他の要素によって散乱および／もしくは反射される、２次音響波を少なくとも部分的に吸収するように配置および／または構成される１つまたは複数の音響トラップ要素をさらに備え、検出ユニットに当たる２次音響波を減少または回避する。たとえば、１つまたは複数の音響トラップ要素は、たとえば音響エネルギーを散逸することによって、１つまたは複数の音響トラップ要素に当たる２次音響波を減衰する、特に抑えるように配置および／または構成される。したがって、検出ユニットに当たる２次音響波に起因する寄生信号の発生が少なくなるために、検出ユニットの検出信号から得られた光音響画像の品質をさらに向上することができる。
【００２３】
好ましくは、１つまたは複数の音響トラップ要素は、少なくとも部分的に、ロックウール、ガラスファイバ、繊維、発泡体、および／または薄いポリスチレンから製造される。特に、１つまたは複数の音響トラップ要素は、少なくともカップラント区画の内面の部分の中、特に少なくともカップラント区画の横壁の部分および／またはカップラント区画の近位端の壁の部分の中の、前記材料のうちの１つまたは少なくとも２つの組合せのコーティングによって形成することができる。これにより、遮蔽要素または物体の外側に置かれる任意の他の要素によって放出される２次音響波の信頼性の高い吸収を、特に、前記２次音響波の伝播方向とは全く独立に達成することができる。
【００２４】
さらに別の実施形態では、１つまたは複数の音響トラップ要素が、カップラント区画の内面に設けられる。たとえば、１つまたは複数の音響トラップ要素を、カップラント区画の横壁上に配置することができる。好ましくは、１つまたは複数の音響トラップ要素は、物体のカップラント区画の反対側の横壁および／または近位壁を少なくとも部分的に形成する。これにより、２次音響波の少なくとも部分的な吸収に関する広い表面カバレッジを達成することができる。すなわち、検出ユニットに当たる前に吸収される２次音響波の確率を著しく高めることができる。さらに、横壁に沿った、特に横壁内の２次音響波の伝播を防止すること、または少なくとも減少させ、さらに、検出ユニットと２次（表面）音響波の相互作用を制限することができる。潜在的な音響源または伝送器からプローブ筐体を減結合および／または分離して、検出器への２次音響波の影響を最小化することが好ましい。特に、これは、プローブケーシングから音響検出器の筐体への音響波の伝送を妨げる音響トラップのための材料として言及した分離材料に関する。
【００２５】
さらに別の実施形態では、プローブは、電磁放射が１つまたは複数の光音響トラップ要素に当たるのに応答して２次音響波を放出するように配置および／または構成される１つまたは複数の光音響トラップ要素をさらに備え、その結果、放出される２次音響波の主な部分が、検出ユニットに向かって伝播せず、および／または当たらない。たとえば、１つまたは複数の音響トラップ要素は、検出ユニットから離して２次音響波を放出するように形成することができる。これにより、２次音響波が検出ユニットに当たる際の、検出ユニットによる寄生信号の生成をさらに減少させることができる。
【００２６】
たとえば、１つまたは複数の光音響トラップ要素は、三角形形状であってよく、または半球形を呈してよい。特に、１つまたは複数の光音響トラップ要素は、少なくとも部分的に曲面を有してよく、ここで、少なくとも１つまたは複数の三角形、半球形、または湾曲した光音響トラップ要素が好ましくは検出ユニットに配向され、その結果、検出ユニットに面する１つまたは複数の光音響トラップ要素の表面積が最小化され、特にその結果、１つまたは複数の光音響トラップ要素の表面の、たとえば、５０％以上、好ましくは６５％以上、特に７５％以上の大部分が、検出ユニットからそれた方を向く。これによって、特に簡単で信頼性の高い様式で、検出ユニットからそらして任意の２次音響波を放出することを実現することができる。
【００２７】
１つまたは複数の光音響トラップ要素は、少なくとも部分的に、ロックウール、ガラスファイバ、繊維、発泡体、および／または薄いポリスチレンから製造することができる。好ましくは、１つまたは複数の音響トラップ要素は、電磁放射の（２次）音響波への変換について非常に低い効率を有する柔らかい材料から製造され、それによって、放出される２次音響波の総量を信頼性高く減らす。
【００２８】
さらに別の実施形態では、１つまたは複数の光音響トラップ要素が、カップラント区画の内面に、特に、カップラント区画の内面に設けられる１つまたは複数の音響トラップ要素の上部に設けられる。たとえば、１つまたは複数の光音響トラップ要素を、カップラント区画の横壁および／または近位壁に、特に、１つまたは複数の音響トラップ要素を形成する前記壁のコーティング上に配置することができる。これにより、１つまたは複数の音響トラップ要素によって放出される２次音響波を、２次音響波が発生した後、特に、２次音響波が検出ユニットに当たる前に、それぞれ迅速にそれによって非常に信頼性高く、少なくとも部分的に吸収することができ、特に、減衰または抑えることができる。
【００２９】
好ましくは、１つまたは複数の光音響トラップ要素は、２次音響波が１つまたは複数の音響トラップ要素に向けて放出されるように形成される。たとえば、１つまたは複数の光音響トラップ要素は、好ましくは１つまたは複数の音響トラップ要素に配向され、その結果、１つまたは複数の音響トラップ要素に面する１つまたは複数の光音響トラップ要素の表面積が最大化され、特にその結果、１つまたは複数の光音響トラップ要素の表面の、たとえば、５０％以上、好ましくは６５％以上、特に７５％以上といった大部分が、１つまたは複数の音響トラップ要素を向く。これによって、特に信頼性高い様式で２次音響波の吸収を可能にすることができる。
【００３０】
さらに別の実施形態では、遮蔽要素は、物体に当たるように照射ユニットによって放出される電磁放射を少なくとも部分的に伝送し、物体および／または物体の外側に置かれる任意の他の要素によって反射および／または散乱されている電磁放射を反射および／または吸収するように、配置および／または構成される半透明光学要素を備える、または半透明光学要素として設計される。言い換えると、遮蔽要素または少なくともその一部は、たとえば、照射ユニットによって放出される電磁放射がカップラント区画を出ることを可能にするが、反射された電磁放射がカップラント区画、特に第２の下位区画に入るのを妨げる、半透鏡を形成することまたは半透鏡として働くことができる。これにより、電磁放射による検出ユニットの間接的な照射を、信頼性高く防ぐこと、または少なくとも減少させることができる。
【００３１】
たとえば、遮蔽要素は、たとえば、物体をプローブと接触させる結合要素上に配設される、すなわち、カップラント区画と物体間の境界面を形成するコーティングを備える。特に、遮蔽要素は、コーティングした膜または箔を備えることができ、ここで、膜または箔は、結合要素の少なくとも一部によって形成することができる。これにより、検出ユニットに当たる反射された電磁放射に起因する、検出ユニットによって生成される寄生信号を、信頼性高く防ぐこと、または少なくともさらに減少させることができる。
【００３２】
コーティング、特に、膜または箔上のコーティングは、好ましくは、２次音響波の発生を最小化するために、反射された電磁放射の吸収を最小化するように設計される。特に、遮蔽要素、好ましくは、膜または箔上のコーティングは、高い反射および伝送係数、ならびに低い吸収係数、たとえば、５％以下、好ましくは２％以下、特に１％以下の吸収係数を有する材料を備える。
【００３３】
さらに別の好ましい実施形態では、照射ユニットは、偏光した電磁放射を放出するように構成され、遮蔽要素は、物体に当たるように照射ユニットによって放出される偏光した電磁放射を少なくとも部分的に伝送し、物体および／または物体の外側に置かれる任意の他の要素によって反射および／または散乱されている電磁放射を反射および／または吸収するように、配置および／または構成される偏光フィルタを備える、または偏光フィルタとして設計される。これにより、検出ユニットに当たる電磁放射を反射することに起因する、検出ユニットによって生成される寄生信号の発生を、容易に防ぐこと、または少なくともさらに減少させることができる。
【００３４】
たとえば、遮蔽要素は、物体と接触するために結合要素上に配設される偏光フィルタを備えることができ、その結果、それにしたがった偏光を有する電磁放射が結合要素を通過し、カップラント区画を離れることができる。カップラント区画の外側、特に物体の表面で反射された前記電磁放射の一部は、それによって偏光の変化にさらされ、カップラント区画に再突入して検出ユニットに当たるために、偏光フィルタを通過しなければならないが、結合要素で少なくとも部分的に吸収される。これによって、検出ユニットによる寄生信号の発生をさらに妨げるための簡単な手段を提供することができる。
【００３５】
さらに別の好ましい実施形態では、区画の分離は、「暗い」下位区画に以前に記載したように散乱化合物を加えることによって実現することができ、これは、散乱事象の増加により検出器表面上の電磁放射を減少させることによって、遮蔽要素と同様の効果を達成する。
【００３６】
さらに別の実施形態では、照射ユニットおよび検出ユニットは、カップラント区画の近位端に設けられ、遮蔽要素は、カップラント区画の近位端の反対側にある、カップラント区画の遠位端に少なくとも部分的に設けられる。たとえば、照射ユニットおよび検出ユニットは、カップラント区画の近位壁の少なくとも一部を形成する。代替または追加で、遮蔽要素または少なくともその一部、たとえばコーティングした膜もしくは箔が、物体と接触するための結合要素を少なくとも部分的に形成することができる。これにより、遮蔽要素は、有利なことに、検出ユニットに当たる、特に反射された電磁放射を妨げるだけでなく、簡単で信頼性の高い様式で、カップラント区画内の２次音響波の発生を抑制または少なくとも減少もさせる。
【００３７】
本発明のさらなる利点、特徴、および例は、以下の図の以下の記載から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】物体の光音響撮像のためのシステムの例を示す図である。
【図２】物体の光音響撮像のためのプローブの例を示す図である。
【図３】物体の光音響撮像のためのプローブの別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、プローブ１および処理ユニット５０を備える物体２の光音響撮像のためのシステム１００の例を示す。プローブ１は、物体２を電磁放射で照射するための照射ユニット３、物体を電磁放射で照射することに応じて物体２に発生する１次音響波Ｐを検出するための検出ユニット４、物体２と検出ユニット４を音響的に結合するためのカップリング媒体を含むカップラント区画５、およびカップラント区画５を第１の下位区画５ａと第２の下位区画５ｂに分離する遮蔽要素６を有する。処理ユニット５０は、検出ユニット４によって検出される１次音響波Ｐに基づいて、物体２の特性に関する画像データを生成するように構成される。
【００４０】
たとえば、１つまたは複数の超音波変換器、特に超音波変換器のアレイによって与えられる検出ユニット２は、検出ユニット２に当たる１次音響波Ｐに反応する検出面４ａを備える。検出ユニット２は、それに当たる１次音響波Ｐに応答して検出信号を生成するように構成される。検出信号は、処理ユニット５０に伝送することができ、処理ユニット５０は、好ましくは、物体２の光音響画像が検出信号から再構築されるように検出信号を処理するように構成される。
【００４１】
プローブ１は、好ましくは、特に手持ち式操作用の筐体１０を備え、筐体１０は、照射ユニット３および検出ユニット４を囲繞することができ、カップラント区画５を形成するおよび／または含む。カップラント区画５に含まれるカップリング媒体は、画像取得の間、物体２と接触するように構成される、たとえば、好ましくは可撓性の膜といった結合要素７によって、物体２から分離される。言い換えると、接触要素７は、カップラント区画５と物体２の間の境界面を形成する。
【００４２】
好ましくは、筐体１０は、カップラント区画５の横壁１０ａならびに近位壁１０ｂを備え、近位壁１０ｂは、照射ユニット３および／または検出ユニット４、特に検出面４ａによって少なくとも部分的に構築することができる。言い換えると、本例では、検出ユニット４および照射ユニット３は、カップラント区画５の近位端に配設され、カップラント区画５は、カップラント区画５の遠位端に設けられる接触要素７によって密封される。
【００４３】
カップラント区画５を第１の下位区画５ａと第２の下位区画５ｂへと分離する、たとえば、薄い金属箔もしくは金属被覆した箔または膜といった遮蔽要素６は、音響波を少なくとも部分的に伝送し、電磁放射を少なくとも部分的に反射するように構成される。遮蔽要素６は、物体２に向かって第１の下位区画５ａの中に照射ユニット３によって放出され、および／またはその後、物体２で少なくとも部分的に反射されて、第２の下位区画５ｂに入り、検出ユニット４に当たる電磁放射を妨げる。ここで、検出ユニット４は、検出面４ａで発生した２次音響波に起因する不要な寄生検出信号を生成し、それによって、再構築される光音響画像にアーティファクトを生じさせる。同時に、物体２で発生した１次音響波Ｐは、結合要素７を通ってカップラント区画５に入り、遮蔽要素６および第２の下位区画５ｂを通過して、実質的に妨げられない検出ユニット４に当たることができる。
【００４４】
図２は、物体２の光音響撮像のためのプローブ１の例を示す。本例では、プローブ１は、遮蔽要素６ａ、６ｂを備え、遮蔽要素の第１の部分６ａは、カップラント区画５の遠位端に設けられ、遮蔽要素の第２の部分６ｂは、（図１に示される遮蔽要素６と同様に）カップラント区画５を第１の下位区画５ａと第２の下位区画５ｂに分離する。
【００４５】
さらに、物体２に向かって電磁放射を放出するための照射ユニット３が、カップラント区画５の近位端における第１の下位区画５ａに少なくとも部分的に配置され、電磁放射での照射に応じて物体２で発生した１次音響波を検出するための検出ユニット４は、カップラント区画５の近位端における第２の下位区画５ｂに少なくとも部分的に置かれる。
【００４６】
遮蔽要素の第２の部分６ｂは、（図１に示される遮蔽要素６と同様に）、音響波を少なくとも部分的に伝送し、電磁放射を少なくとも部分的に反射および／または吸収するように構成される。
【００４７】
これと対照的に、遮蔽要素の第１の部分６ａは、照射ユニット３によって放出される電磁放射を少なくとも部分的に伝送して物体２に当て、同時に、物体２および／または物体２の外側に置かれる任意の他の要素によって反射および／または散乱された電磁放射を反射および／または吸収するように構成される。
【００４８】
そのために、第１の部分６ａは、物体２からカップラント区画５を少なくとも部分的に分離する、半透明光学要素を備えるまたは半透明光学要素として設計することができる。たとえば、第１の部分６ａは、結合要素７上に配設されるコーティング、特に金属コーティングを備えることができる（図１参照）。したがって、照射ユニット３によって放出される電磁放射は、第１の下位区画５ａを横断し、遮蔽要素の第１の部分６ａを通過して物体２に当たる。しかし、物体２、特に物体２の表面で反射されたこの電磁放射の一部は、第１の部分６ａの反射および／または吸収特性に起因してカップラント区画５に再び入ることができない。それによって、検出ユニット４に寄生（検出）信号を生成させる、特にカップラント区画５内の２次音響波の発生を抑制または少なくとも減少させることができる。
【００４９】
代替または追加で、たとえば、第１の部分６ａは、第１の偏光を有する電磁放射を通過させて、第１の偏光に垂直な第２の偏光を有する電磁放射をブロックさせる、偏光フィルタとして働くように構成することができる。照射ユニット３は、たとえば、偏光要素３ａによって、特に第１の偏光を有する、偏光電磁放射を放出するように構成することができる。したがって、照射ユニット３によって放出される電磁放射は、第１の部分６ａを通過することができるが、物体２によって、電磁放射の偏光を少なくとも部分的に変えて、少なくとも部分的に反射および／または散乱されると、電磁放射は、第１の部分６ａによって信頼性高くブロックされる。
【００５０】
図３は、物体２の光音響撮像のためのプローブ１の別の例を示す。図１に示される例と同様に、本例のプローブ１は、照射ユニット３によって放出される電磁放射Ｒに応じて物体２で発生した１次音響波を検出するように構成される検出ユニット４を備える。プローブ１は、電磁放射Ｒを少なくとも部分的に反射および／または吸収し、音響波、特に物体２で発生した１次音響波を少なくとも部分的に伝送するように構成される遮蔽要素６も備える。遮蔽要素６は、カップラント区画５を第１の下位区画５ａと第２の下位区画５ｂに分離する。
【００５１】
好ましくは、プローブ１は、２次音響波、たとえば、遮蔽要素６の中で発生し遮蔽要素６によって放出される２次音響波Ｓを少なくとも部分的に吸収するための、１つまたは複数の音響トラップ要素８をさらに備える。
【００５２】
代替または追加で、プローブ１は、特にプローブ１と物体２の境界面、および／または物体２、および／または遮蔽要素６において、照射ユニット３によって放出されカップラント区画５で反射される電磁放射Ｒを少なくとも部分的に吸収するための、光音響トラップ要素９を備える。
【００５３】
本例に示されるように、照射ユニット３によって放出される、たとえば照射円錐の形の電磁放射Ｒが、第１の下位区画５ａを横断し、物体２、特にプローブ１に面する物体２の表面に当たる。放射Ｒの第１の大きい部分は、物体２に貫入し、物体２の表面の下で１次音響波を発生させる。ここで、１次音響波は、物体２に関する情報、特に画像情報を含む。放射の第２の小さい部分は、プローブ１と物体２の間の境界面、特に、物体２の表面および／または物体２の内部で反射される。放射Ｒの前記第２の部分は、遮蔽要素６に少なくとも部分的に当たる。遮蔽要素６は、少なくとも部分的に、照射ユニット３と検出ユニット４の間に、特に物体２の表面および／または物体２の表面の垂直軸および／またはカップラント区画５の横壁（図１の１０ａ、１０ｂ参照）に対して斜めに配置される。
【００５４】
電磁放射Ｒを少なくとも部分的に吸収する遮蔽要素６は、電磁放射Ｒの入射する第２の部分の少なくとも一部を吸収し、それによって、２次音響波Ｓを生成する場合がある。遮蔽要素６によって放出される２次音響波Ｓの少なくとも大部分が検出ユニット４に当たるのを回避するために、遮蔽要素６は、好ましくは、前記発生した２次音響波Ｓが検出ユニット４から離れて、特に音響トラップ要素８に向けて、特に第２の下位区画５ｂの（下側）横壁に好ましく配置される音響トラップ要素８に向けて、ならびに／または、第１の下位区画５ａの（上側）横壁に好ましく配置される音響および／もしくは光音響トラップ要素８、９に向けて、少なくとも部分的に放出および／または導くように、好ましく配置および／または構成される。
【００５５】
そのために、好ましくは遮蔽要素６が平面形状を有することができ、その結果、遮蔽要素６の斜めにされた配向と組み合わせて、遮蔽要素６は、全くまたは小さい部分だけしか検出ユニット４の方を向かない。特に、遮蔽要素６の斜めにされた配向と組み合わせた平面形状によって、電磁放射Ｒの第２の部分が遮蔽要素６に当たる遮蔽要素６の部分が、検出ユニット４の方を向かず、好ましくは、音響および／または光音響トラップ要素８、９の方を向く。
【００５６】
音響トラップ要素８は、カップラント区画５の横壁上に配置される。好ましくは、音響トラップ要素８は、カップラント区画５の横壁上に配設されるコーティングによって形成される。たとえば、カップラント区画５の横壁は、ロックウール、ガラスファイバ、繊維、発泡体、または薄いポリスチレンフィルムまたはそれらの組合せによって少なくとも部分的にコーティングすることができる。入射する２次音響波Ｓを強く減衰させる、特に抑える一方で、これらの材料は、非常に低い変換効率をやはり有する。すなわち、これらは、入射する電磁放射Ｒを音響波に変換することなく、入射する電磁放射Ｒのほとんどを吸収する。
【００５７】
したがって、音響トラップ要素８は、電磁放射Ｒが物体に当たるのに応答して、遮蔽要素６によって放出される２次音響波Ｓだけでなく、物体２の外側にある任意の他の要素によって放出される、ならびに／または物体２の外側にある任意の他の要素によって散乱および／もしくは反射される、２次音響波Ｓも少なくとも部分的に吸収するように構成される。特に、カップラント区画５の横壁上に配設される音響トラップ要素は、カップラント区画５内の２次音響波Ｓの反射を少なくとも部分的に抑圧する。この配置では、音響トラップ要素８は、カップラント区画５の横壁に沿って伝播する２次音響表面波が検出ユニット４に到達するのをやはり妨げる。
【００５８】
電磁放射Ｒを少なくとも部分的に反射する遮蔽要素６は、電磁放射Ｒが当たる第２の部分の少なくとも一部を反射し、特に、電磁放射Ｒが当たる第２の部分の一部を、光音響トラップ要素９に導く。遮蔽要素６のためでない場合、電磁放射Ｒの第２の部分は、少なくとも部分的に、検出ユニット４に当たり、２次音響波Ｓ、特に２次表面音響波を、検出ユニット４の検出面で発生させ、このことがひいては検出ユニット４に寄生（検出）信号を生成させることになる。これは点線で示される。
【００５９】
光音響トラップ要素９は、音響トラップ要素８と同様に、カップラント区画５の横壁上、特に、音響トラップ要素８の上部に配置される。このことが、電磁放射Ｒ、特に、物体２およびその後遮蔽要素６で反射された電磁放射Ｒの第２の部分の一部が当たる際に光音響トラップ要素９により放出される２次音響波Ｓが、音響トラップ要素８によって迅速に吸収されることを可能にする。
【００６０】
光音響トラップ要素９は、音響トラップ要素８で利用されるのと同じまたは少なくとも同様の材料を備えることができる。さらに、光音響トラップ要素９は、好ましくは、放出される２次音響波Ｓが、特に音響トラップ要素８に向かって、検出ユニット４から離れるように導かれるように形成される。たとえば、図３に示されるように、光音響トラップ要素９は、三角形または半球形を有することができ、光音響トラップ要素９の表面の大部分は、音響トラップ要素８に向く。
【００６１】
プローブ１、特に照射ユニット３は、好ましくは電磁スペクトルの近赤外領域（ＮＩＲ）における電磁放射を生成するように構成される放射源５０、たとえばレーザに結合され、放射源５０は、たとえば光ファイバといった光ガイドによって、たとえば照射ユニット３に結合される。照射ユニット３は、前記光ガイドの遠位端によって形成することができる。追加または代替で、照射ユニット３は、たとえば、放出される電磁放射を、特に、物体２上にまたは物体２に向けて、それぞれ平行にする、拡散させる、合焦する、および／または導くための照射光学系を備えることができる。照射光学系は、好ましくは、電磁放射が検出ユニット４上に当たらない、少なくとも直接当たらないような方法で、電磁放射を形成するおよび／または導くように構成される。代替または追加で、照射光学系は、電磁放射が遮蔽要素６に当たらないような方法で電磁放射を形成するおよび／または導くように構成される。
【００６２】
プローブ１は、１次音響波が検出ユニット４に当たる際に、検出ユニット４によって生成された検出信号を処理、少なくとも前処理するように構成される検出電子回路４０にさらに結合される。たとえば、検出信号は、検出電子回路４０によって、増幅、フィルタ処理、および／またはデジタル信号への変換をすることができる。代替または追加で、検出電子回路４０は、特に放射源３０に応じて検出ユニット４を制御して、たとえば、照射ユニット３が電磁放射を放出する予め規定された期間にだけ、１次音響波だけを検出するように構成することができる。
【００６３】
別の実施形態（図示せず）では、放射源３０および／または検出電子回路４０は、プローブ１の部分であってよい。
【００６４】
好ましくは、図１および図３に示される遮蔽要素６ならびに／または図２に示される遮蔽要素の第２の部分６ｂは、物体２の表面の表面法線に対して、および／またはカップラント区画５の側壁もしくは横壁（図１の横壁１０ａ参照）に対して傾斜角を有し、または含み、傾斜角は、１０°と６０°の間、好ましくは２０°と４０°の間、特に約３０°の値を有する。この方法では、１次音響波Ｐは、遮蔽要素６または遮蔽要素の第２の部分６ｂを効果的に通過して検出ユニット４に当たることができ、一方、２次波Ｓは、図３で２次波Ｓを表す曲線により例示的に示されるように、検出ユニット５から離れるように効果的に偏向される。
【符号の説明】
【００６５】
１  プローブ
２  物体
３  照射ユニット
４  検出ユニット
４ａ  検出面
５  カップラント区画
５ａ  第１の下位区画
５ｂ  第２の下位区画
６  遮蔽要素
６ａ  遮蔽要素、第１の部分
６ｂ  遮蔽要素、第２の部分
７  結合要素、接触要素
８  音響トラップ要素
９  光音響トラップ要素
１０  筐体
１０ａ  横壁
１０ｂ  近位壁
３０  放射源
４０  検出電子回路
５０  処理ユニット
１００  システム
Ｐ  １次音響波
Ｒ  電磁放射
Ｓ  ２次音響波
【図１】
2020071229.tif 000003
【図２】
2020071229.tif 000004
【図３】
2020071229.tif 000005
【外国語明細書】
2020071229000001.pdf