(57)【要約】本発明による光音響波測定装置は、（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける。当該光音響波測定装置は、さらに、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録部と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定部と、前記電気信号記録部の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去部と、を備える。
2013183399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置であって、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録部と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定部と、
前記電気信号記録部の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去部と、
を備えた光音響波測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光音響波測定装置であって、
前記光音響波検知部において前記光音響波が検知され始める時間よりも後で検知されるノイズが、前記光音響波の検知終了の時間よりも後で検知され始めるための充分な厚さを前記配置部材が有している、
光音響波測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光音響波測定装置であって、
前記パルス光出力部が、光ファイバである、
光音響波測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光音響波測定装置であって、
前記光音響波検知部が、圧電素子である、
光音響波測定装置。
【請求項５】
（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置による光音響波測定方法であって、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、
前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、
を備えた光音響波測定方法。
【請求項６】
（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記光音響波測定処理が、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、
前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、
を備えたプログラム。
【請求項７】
（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
前記光音響波測定処理が、
前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、
前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、
前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、
を備えた記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パルス光を被測定物（例えば、生体）に照射することにより得られる光音響信号を測定する光音響センサ（例えば、特許文献１（特開２０１１−２２９６６０号公報）を参照）が知られている。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、光音響センサにより得られる光音響信号にはノイズが重畳してしまう。
そこで、本発明は、光音響波測定器により得られる光音響信号に重畳するノイズを減じることを課題とする。
本発明にかかる光音響波測定装置は、（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置であって、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録部と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定部と、前記電気信号記録部の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去部と備えるように構成される。
上記のように構成された光音響波測定装置によれば、（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置が提供される。電気信号記録部が、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する。ノイズタイミング推定部が、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定する。ノイズ除去部が、前記電気信号記録部の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去する。
なお、本発明にかかる光音響波測定装置は、前記光音響波検知部において前記光音響波が検知され始める時間よりも後で検知されるノイズが、前記光音響波の検知終了の時間よりも後で検知され始めるための充分な厚さを前記配置部材が有しているようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光音響波測定装置は、前記パルス光出力部が、光ファイバであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光音響波測定装置は、前記光音響波検知部が、圧電素子であるようにしてもよい。
本発明は、（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置による光音響波測定方法であって、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と、備えた光音響波測定方法である。
本発明は、（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記光音響波測定処理が、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と備えたプログラムである。
本発明は、（ａ）パルス光を出力するパルス光出力部と、（ｂ）前記パルス光が透過し、前記パルス光出力部のパルス光出力端と測定対象との間に配置された配置部材と、（ｃ）前記パルス光により前記測定対象において発生した光音響波を受けて、電気信号に変換する光音響波検知部と、を備え、前記光音響波検知部が前記パルス光出力端よりも前記測定対象から離れている光音響波センサから前記電気信号を受ける光音響波測定装置における光音響波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、前記光音響波測定処理が、前記光音響波センサから前記電気信号を受けて記録する電気信号記録工程と、前記配置部材の厚さから、前記電気信号においてノイズが生じるタイミングを推定するノイズタイミング推定工程と、前記電気信号記録工程の記録内容から、推定された前記タイミングにおける前記電気信号を除去するノイズ除去工程と備えた記録媒体である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定装置４０の構成を示す機能ブロック図である。
第２図は、本発明の実施形態にかかる光音響波センサ１の断面図である。
第３図は、変形例（ａ）にかかる光音響波センサ１の断面図（第３図（ａ）参照）、変形例（ｂ）にかかる光音響波センサ１の断面図（第３図（ｂ）参照）である。
第４図は、変形例（ａ）、（ｂ）にかかる光音響波センサ１（第３図参照）および好ましい形態にかかる光音響波センサ１（第２図参照）による検出波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第１図は、本発明の実施形態にかかる光音響波測定装置４０の構成を示す機能ブロック図である。光音響波測定装置４０は、光音響波センサ１から電気信号を受ける。光音響波測定装置４０は、波形検出部４２、スペーサ厚さ記録部４３、ノイズタイミング推定部４４、波形記録部（電気信号記録部）４６、ノイズ除去部４８を備える。
第２図は、本発明の実施形態にかかる光音響波センサ１の断面図である。光音響波センサ１は、ケース１０、バッキング材１２、圧電素子（光音響波検知部）１４、電極１６、スペーサ１８、光ファイバ（パルス光出力部）２０、外部スペーサ（配置部材）３２、３４、３６を備える。
なお、第２図に示す光音響波センサ１は、第３図に示す光音響波センサ１よりも好ましい。後述するように、ノイズＢ（第４図参照）が、光音響波Ｗ（第４図参照）に重ならないからである。
ケース１０は、バッキング材１２、圧電素子１４、電極１６およびスペーサ１８を収容するケースである。スペーサ１８はケース１０の底面に接し、電極１６はスペーサ１８に載せられ、圧電素子１４は電極１６に載せられ、バッキング材１２は圧電素子１４に載せられている。
バッキング材１２は、エポキシ樹脂の裏打ち材である。圧電素子（光音響波検知部）１４は、疎密波などの圧力を受け、電圧に変換する。電極１６は、圧電素子１４から電圧を受け、光音響波測定装置４０に与える。電極１６は、例えば、金の電極である。スペーサ１８は、疎密波を透過するものであり、例えばポリスチレンの透明なスペーサである。
光ファイバ（パルス光出力部）２０は、パルス光出力端２０ａからパルス光Ｐを出力する。なお、光ファイバ２０は、光音響波センサ１の外部のパルス光源（図示省略）に接続されている。光ファイバ２０は、ケース１０、バッキング材１２、圧電素子１４、電極１６およびスペーサ１８を貫通する。
外部スペーサ（配置部材）３２、３４、３６は、パルス光Ｐが透過し、パルス光出力端２０ａと測定対象２との間に配置されている。なお、外部スペーサ３２が、ケース１０およびパルス光出力端２０ａに接している。外部スペーサ３６が、測定対象２に接している。外部スペーサ３４が、外部スペーサ３２と外部スペーサ３６との間に配置されている。
外部スペーサ（配置部材）３２は、例えば、１．５ｍｍの厚さの白ポリカーボネイトのスペーサである。外部スペーサ（配置部材）３４、３６は、４ｍｍの厚さのポリスチレンの透明なスペーサである。ただし、外部スペーサ３２、３４、３６は、一体であってもよい。
なお、測定対象２は、例えば人間の指の腹である。測定対象２には血管２ａがあり、血管２ａがパルス光Ｐを受けると、光音響波Ｗを発生する。圧電素子１４は、光音響波Ｗを受けて、電気信号（例えば、電圧）に変換する。圧電素子１４は、パルス光出力端２０ａよりも測定対象２から離れている。
第３図は、変形例（ａ）にかかる光音響波センサ１の断面図（第３図（ａ）参照）、変形例（ｂ）にかかる光音響波センサ１の断面図（第３図（ｂ）参照）である。
変形例（ａ）は、第２図に示す光音響波センサ１から外部スペーサ３２、３６を除去したものである。変形例（ｂ）は、第２図に示す光音響波センサ１から外部スペーサ３６を除去したものである。
ここで、第１図に戻り、光音響波測定装置４０の構成を説明する。
波形検出部４２は、電極１６から電気信号（例えば、電圧）を受け、その波形を検出し、波形記録部４６に与える。
スペーサ厚さ記録部４３は、外部スペーサの厚さを記録する。
ノイズタイミング推定部４４は、スペーサ厚さ記録部４３に記録された外部スペーサ（配置部材）の厚さから、電気信号（例えば、電圧）においてノイズが生じるタイミングを推定する。
波形記録部（電気信号記録部）４６は、光音響波センサ１から、波形検出部４２を介して電気信号を受けて記録する（第４図参照）。
ノイズ除去部４８は、波形記録部（電気信号記録部）４６の記録内容から、推定されたタイミングにおける電気信号を除去する。
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
まず、外部のパルス光源（図示省略）がパルス光Ｐを発し、パルス光Ｐが光ファイバ２０を通過して、パルス光出力端２０ａからパルス光Ｐが出力される。パルス光Ｐは、外部スペーサ３２、３４、３６を通過して、測定対象２に与えられる。
パルス光Ｐは測定対象２の血管２ａに到達する。すると、血管２ａがパルス光Ｐを吸収し、暖められ、断熱膨張する。これにより、血管２ａから疎密波（光音響波Ｗ）が出力される。
光音響波Ｗは、測定対象２、外部スペーサ３６、３４、３２、スペーサ１８および電極１６を透過し、圧電素子１４に到達する。圧電素子１４は、光音響波Ｗによる圧力を、電気信号（例えば、電圧）に変換する。この電圧が電極１６を介して、外部に取り出され、光音響波測定装置４０の波形検出部４２に与えられる。
第４図は、変形例（ａ）、（ｂ）にかかる光音響波センサ１（第３図参照）および好ましい形態にかかる光音響波センサ１（第２図参照）による検出波形を示すグラフである。なお、このような検出波形は、波形検出部４２により得られ、波形記録部４６に与えられる。
変形例（ａ）、（ｂ）および好ましい形態における検出波形には、いずれも、ノイズＡ、光音響波ＷおよびノイズＢが含まれている。
光音響波Ｗが、測定対象２の血管２ａにおいて発生した光音響波である。この光音響波が、検出すべき波形である。両羽矢印で表した期間において、光音響波Ｗが検出される。
ノイズＡは、圧電素子１４において光音響波Ｗが検知され始める時間ｔ１よりも前に検知されるノイズである。ノイズＡは、変形例（ａ）および変形例（ｂ）においても、本発明の実施形態においても、光音響波Ｗには重ならない。
ノイズＢは、圧電素子１４において光音響波Ｗが検知され始める時間ｔ１よりも後で検知されるノイズである。変形例（ａ）および変形例（ｂ）においては、外部スペーサの厚さが不足しているため、ノイズＢが光音響波Ｗに重なっている。
しかし、好ましい形態においては、ノイズＢが光音響波Ｗに重ならない。すなわち、好ましい形態においては、外部スペーサ３２、３４、３６の厚さが充分なため、ノイズＢが検知され始める時間ｔ３が、光音響波Ｗの検知終了の時間ｔ２よりも後である。
外部スペーサの厚さは、（変形例（ａ））＜（変形例（ｂ））＜（好ましい形態）である。光音響波Ｗが圧電素子１４に到達するためにかかる時間は、外部スペーサの厚さが厚くなるほど長くなる。よって、光音響波Ｗの検出開始の時間が、変形例（ａ）よりも変形例（ｂ）の方が遅く、変形例（ｂ）よりも好ましい形態の方が遅くなる。
ノイズＢの検出開始の時間も、外部スペーサの厚さが厚くなるほど遅くなる。しかし、外部スペーサの厚さが厚くなることによるノイズＢの検出開始の時間の遅れは、光音響波Ｗの検出開始の時間の遅れよりも甚だしいことが、第４図に示す検出波形から新たに発見された。
これは、パルス光出力端２０ａ近傍で発生してしまった光音響波が、外部スペーサ３６と測定対象２との境界面で反射され、圧電素子１４に到達したものがノイズＢのもととなっているからではないかと思われる。この場合、ノイズＢの検出開始時間は、外部スペーサの厚さのおよそ２倍程度の距離を光音響波Ｗが進む時間だけ遅れることとなる。これにより、ノイズＢの検出開始時間ｔ３は、光音響波Ｗの検出開始の時間ｔ１よりも、およそ（外部スペーサの厚さ）／（光音響波Ｗの速度）だけ遅れることとなる。
上記の原理を利用して、ノイズタイミング推定部４４が、電気信号においてノイズＢが生じるタイミングを推定する。すなわち、ノイズタイミング推定部４４が、外部スペーサの厚さをスペーサ厚さ記録部４３から読み出し、光音響波Ｗの速度で割ることで、ｔ３−ｔ１を求め、ノイズ除去部４８に与える。
しかも、光音響波ＷはノイズＢよりも大きいので、波形が所定の閾値を超えた時点を、光音響波Ｗの検出開始の時間ｔ１とみなすことで、ｔ１を求めることができる。ノイズ除去部４８は、このようにして求めた時間ｔ１に、ノイズタイミング推定部４４から与えられたｔ３−ｔ１を加えて時間ｔ３を求め、時間ｔ３以降の波形を、波形記録部（電気信号記録部）４６の記録内容から削除する。
なお、好ましい形態のように、光音響波ＷとノイズＢとが重ならない場合、ノイズＢのみを削除できて好ましい、ただし、変形例（ａ）および変形例（ｂ）に示すように、光音響波ＷとノイズＢとが重なる場合であっても、光音響波Ｗが多少欠落してもよいのであれば、ノイズ除去部４８により波形記録部４６の記録内容から時間ｔ３以降の波形を除去してもよい。この場合は、光音響波Ｗも多少除去されてしまうが、ノイズＢも除去できる。
本発明の実施形態にかかる光音響波測定装置４０によれば、ノイズタイミング推定部４４により、（ｔ３−ｔ１）を、（外部スペーサの厚さ）／（光音響波Ｗの速度）として求めることができる。これにより、光音響波Ｗの検出開始の時間ｔ１から、時間（ｔ３−ｔ１）だけ後の時間ｔ３以降の波形を、波形記録部（電気信号記録部）４６の記録内容から削除することで、ノイズＢを除去できる。
また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータに、上記の各部分、例えば、波形検出部４２、スペーサ厚さ記録部４３、ノイズタイミング推定部４４、波形記録部４６およびノイズ除去部４８を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2013183399.tif 000007
2013183399.tif 000008
2013183399.tif 000009
2013183399.tif 000010