(57)【要約】      （修正有）【課題】トランスデューサ配列に到達する光エネルギー及び音響エネルギーを緩和する光音響プローブを提供する。【解決手段】超音波トランスデューサ配列、音響レンズ７０５、およびアイソレータ７２０によって、光路からトランスデューサ配列に到達する光エネルギーを緩和するためにトランスデューサ配列から分離された光路を含む光音響プローブ。アイソレータは、可撓性キャリア、着色剤、体積で１０％〜８０％のマイクロバブルを含む混合物から形成される。アイソレータの混合物は、光エネルギーおよび光エネルギーに対する光音響応答の両方を吸収するように適合される。光音響プローブは、光学窓７０３および／または拡散器７５０も含み、アイソレータはトランスデューサ配列をこれらの構成要素からも分離する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位端を有する光音響プローブであって、
光源が前記プローブの前記遠位端の方に光を導くことを可能にするように適合された第一の光路と、
内表面および外表面を有する音響レンズと、
複数の超音波トランスデューサ要素を含み、そのアクティブな端部に前記音響レンズの前記内表面を有する、前記アクティブな端部を有する超音波トランスデューサ配列と、
前記光路と前記超音波トランスデューサ配列との間に配置され、前記光路からのエネルギーを、前記超音波トランスデューサに影響を及ぼすことから緩和するように配置されたアイソレータであって、可撓性キャリア、着色剤、および体積で約１０％〜８０％のマイクロバブルを含む混合物から作製されるアイソレータと、を含む光音響プローブ。
【請求項２】
前記マイクロバブルがフェノール性ミクロスフェアである、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項３】
前記マイクロバブルがガラスミクロスフェアである、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項４】
前記マイクロバブルが１０〜約２５０ミクロンの範囲のサイズである、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項５】
前記ミクロスフェアが５０〜約１００ミクロンの範囲のサイズである、請求項２に記載の光音響プローブ。
【請求項６】
前記マイクロバブルが、様々なサイズを有し、最小サイズが約１０ミクロンを超える、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項７】
前記マイクロバブルが、様々なサイズを有し、最大サイズが約２５０ミクロン未満である、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項８】
前記ミクロスフェアが約７０ミクロンのサイズである、請求項２に記載の光音響プローブ。
【請求項９】
前記混合物が前記可撓性キャリアとしてシリコーンゴム化合物を使用して形成される、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項１０】
前記混合物が前記可撓性キャリアとして２成分型シリコーンゴム化合物を使用して形成される、請求項９に記載の光音響プローブ。
【請求項１１】
前記混合物が、カーボンブラック、インクおよび染料から成る群から選択される着色剤を使用して形成される、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項１２】
前記混合物が前記着色剤としてカーボンブラックを使用して形成される、請求項９に記載の光音響プローブ。
【請求項１３】
前記カーボンブラックおよびシリコーンゴム化合物が、２２ｇのシリコーンゴム化合物に対して１／１６ｔｓｐ〜１ｔｓｐ（小さじ、約５ｃｃ）のカーボンブラックの範囲の割合のものである、請求項１２に記載の光音響プローブ。
【請求項１４】
前記アイソレータの外表面の少なくとも一部に反射コーティングをさらに含む、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項１５】
前記光路にさらされた前記アイソレータの前記表面の少なくとも一部に金色の反射コーティングをさらに含む、請求項１４に記載の光音響プローブ。
【請求項１６】
前記アイソレータの外表面の前記少なくとも一部が、前記光路に伝達する光にさらされる前記アイソレータの外表面の一部である、請求項１４に記載の光音響プローブ。
【請求項１７】
前記音響レンズの最遠位部が、前記プローブの最遠位要素となり、前記アイソレータが次に最遠位となり、包囲部が、前記音響レンズの最も外側の部分および前記アイソレータの双方に近位となるように配置される、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項１８】
遠位端を有する光音響プローブであって、
光源が前記プローブの前記遠位端の方に光を導くことを可能にするように適合された第一の光路と、
前記プローブの前記遠位端に近位の、前記第一の光路における光学窓と、
内表面および外表面を有する音響レンズと、
複数の超音波トランスデューサ要素を含み、そのアクティブな端部に前記音響レンズの前記内表面を有する、前記アクティブな端部を有する超音波トランスデューサ配列と、
前記光路と前記超音波トランスデューサ配列との間に配置され、前記光路からの光を、前記プローブの前記遠位端から出る前に前記超音波トランスデューサ配列に当たることから緩和するように配置されたアイソレータであって、カーボンブラック、染料およびインクの群から選択される着色剤を含む混合物から作製されるアイソレータと、を含む、光音響プローブ。
【請求項１９】
前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ配列を、前記光学窓の実質的に全ての光音響応答から分離する、請求項１８に記載の光音響プローブ。
【請求項２０】
前記光学窓に近位の前記光路に配置された拡散器をさらに含み、前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ配列を、前記拡散器の実質的に全ての光音響応答から分離するようにさらに適合されている、請求項１９に記載の光音響プローブ。
【請求項２１】
前記拡散器がホログラフィック拡散器である、請求項２０に記載の光音響プローブ。
【請求項２２】
前記音響レンズの最遠位部が、前記プローブの最遠位要素となり、前記アイソレータが
次に最遠位となり、前記窓および包囲部が、前記音響レンズの最も外側の部分および前記アイソレータの双方に近位となるように配置される、請求項１８に記載の光音響プローブ。
【請求項２３】
遠位端を有する光音響プローブであって、
光源が前記プローブの前記遠位端の方に光を導くことを可能にするように適合された第一の光路と、
複数の超音波トランスデューサ要素を含む、アクティブな端部を有する超音波トランスデューサ配列を含む超音波トランスデューサ組立体と、
前記光路と前記超音波トランスデューサ組立体との間に配置され、前記超音波トランスデューサ要素における前記光路からのエネルギーの影響を緩和するように配置されたアイソレータであって、可撓性キャリアおよび体積で約１０％〜８０％のマイクロバブルを含む混合物から作製されるアイソレータと、を含む、光音響プローブ。
【請求項２４】
前記超音波トランスデューサ組立体が、内表面および外表面を有する音響レンズをさらに含み、前記音響レンズの前記内表面が前記超音波トランスデューサ配列の前記アクティブな端部に音響的に結合され、前記音響レンズの前記外表面が前記超音波トランスデューサ組立体の遠位端を形成する、請求項２３に記載の光音響プローブ。
【請求項２５】
金、真鍮、金塗料および反射塗料から成る群から選択された材料の薄層をさらに含み、前記材料の薄層が前記超音波トランスデューサ組立体の前記遠位端を覆う、請求項２４に記載の光音響プローブ。
【請求項２６】
前記超音波トランスデューサ組立体の前記遠位端を覆うペリレンの薄層と、
前記ペリレンの薄層を覆う、金、真鍮、金塗料および反射塗料から成る群から選択された材料の薄層と、
前記材料の薄層を覆うペリレンの別の薄層と、をさらに含む、請求項２４に記載の光音響プローブ。
【請求項２７】
前記アイソレータの少なくとも一部に反射コーティングをさらに含む、請求項２３に記載の光音響プローブ。
【請求項２８】
前記超音波トランスデューサ組立体が外表面を有し、前記超音波トランスデューサ組立体の前記外表面に金属コーティングをさらに含む、請求項２３に記載の光音響プローブ。
【請求項２９】
前記超音波トランスデューサ組立体の前記外表面の前記金属コーティングが、金および真鍮から成る群から選択された金属を含む、請求項２８に記載の光音響プローブ。
【請求項３０】
前記反射コーティングが高反射性コーティングである、請求項２７に記載の光音響プローブ。
【請求項３１】
前記高反射性コーティングが金および真鍮から成る群から選択される、請求項３０に記載の光音響プローブ。
【請求項３２】
前記プローブの少なくとも一部が光音響応答を生成し、前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ配列の光音響応答を緩和する、請求項２３に記載の光音響プローブ。
【請求項３３】
前記光路に配置され、近位面および遠位面ならびに内縁および外縁を有し、前記光路内の光に対する光音響応答の生成によって特徴付けられる光学窓と、
前記超音波トランスデューサ組立体を前記光学窓の実質的にすべての前記光音響応答から分離するようにさらに適合された前記アイソレータと、をさらに含む、請求項２３に記載の光音響プローブ。
【請求項３４】
前記アイソレータが前記光学窓と前記超音波トランスデューサ組立体との間に配置される、請求項３３に記載の光音響プローブ。
【請求項３５】
前記光路に配置され、近位面および遠位面ならびに内縁および外縁を有し、前記光路内の光に対する光音響応答の生成によって特徴付けられる光学窓と、
前記超音波トランスデューサ組立体を前記光学窓の実質的に全ての前記光音響応答から分離するようにさらに適合された前記アイソレータと、をさらに含む、請求項２４に記載の光音響プローブ。
【請求項３６】
前記アイソレータが前記光学窓と前記超音波トランスデューサ組立体との間に配置される、請求項３５に記載の光音響プローブ。
【請求項３７】
前記音響レンズの前記外表面が凸状であり、最遠位部を有し、前記音響レンズの前記最遠位凸部が前記プローブの最遠位構成要素となり、前記アイソレータが次に最遠位となり、前記光学窓が前記音響レンズの最遠位部および前記アイソレータに近位となるように、前記プローブの前記遠位端が構成される、請求項３６に記載の光音響プローブ。
【請求項３８】
前記光路に配置され、前記光路内の光に対する光音響応答を生成する拡散器をさらに含み、前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ配列を前記拡散器の実質的に全ての前記光音響応答から分離するようにさらに適合されている、請求項２３に記載の光音響プローブ。
【請求項３９】
前記光路に配置され、前記光路内の光に対する光音響応答を生成する光学窓および拡散器の少なくとも１つをさらに含み、前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ配列を、前記光路内の光に対する光音響応答を生成する前記光学窓および前記拡散器の少なくとも１つからの実質的に全ての前記光音響応答から分離するようにさらに適合されている、請求項２３に記載の光音響プローブ。
【請求項４０】
前記光学窓が光学レンズである、請求項３３に記載の光音響プローブ。
【請求項４１】
前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ組立体の周りにぴったりと適合する、請求項３４に記載の光音響プローブ。
【請求項４２】
前記超音波トランスデューサ組立体が、バッキングおよびブロックを取り囲むフレックス回路をさらに含み、前記アイソレータが前記フレックス回路にぴったりと適合する、請求項４１に記載の光音響プローブ。
【請求項４３】
前記アイソレータが前記プローブ内の前記光学窓の支持を支援し得る形状に形成される、請求項３３に記載の光音響プローブ。
【請求項４４】
前記アイソレータが前記プローブ内の前記拡散器の支持を支援し得る形状に形成される、請求項３８に記載の光音響プローブ。
【請求項４５】
前記アイソレータが前記プローブ内の前記光学窓および前記拡散器の支持を支援し得る形状に形成される、請求項３９に記載の光音響プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、著作権保護の対象である内容を含む。本特許開示内容は特許商標局のファイルまたはレコードに開示されているため、著作権所有者は、誰かによる本特許開示内容の複製に対して異議を申し立てないが、それ以外は、何であれ全ての著作権を留保する。
【０００２】
本発明は、一般に、医用撮像に関し、より詳細には、医用撮像に使用するための光音響アイソレータを備えたプローブに関する。
【０００３】
本発明の前述および他の目的、特徴、および利点は、添付の図に示すように、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかとなり、それらの図中、参照符号は、様々な図を通して、同じ部分を指す。図は、必ずしも、縮尺比に従ってスケーリングしておらず、本発明の原理を示すことに強調を置いている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本明細書で開示する方法および装置に対してプラットフォームとして使用され得る、組み合わされた光音響・超音波システムの一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図２】本明細書で開示する方法および他の装置に関連して使用され得るプローブの一実施形態を示す概略正射影図である。
【図３】図２に示すプローブの一実施形態を示す分解図である。
【図４】図２に示すプローブの幅広い側の中心線に沿って切断された断面図を示す。
【図５Ａ】光ファイバーから出る光の図の２次元表現のノンスケール側面図である。
【図５Ｂ】光ファイバーのその表面上への直接配置から表面に生じ得る光パターンの端面図である。
【図６Ａ】本明細書で説明する光音響技術に関連して使用される望ましい光パターンの端面図である。
【図６Ｂ】すりガラスビーム拡大器の、図５Ａに示すファイバーから放出する光への影響を図示する側面図である。
【図６Ｃ】凹レンズビーム拡大器の、図５Ａに示すファイバーから放出する光への影響を図示する側面図である。
【図７】本明細書で開示する方法および他の装置に関連して使用され得るプローブの別の実施形態を示す概略正射影図である。
【図８】図７に示すプローブの一実施形態を示す分解正射影図である。
【図９】図７に示すプローブの線Ａ−Ａにおける長さ方向断面図である。
【図１０】図７に示すプローブの線Ｂ−Ｂにおける長さ方向断面図である。
【図１１】本明細書で開示する方法および他の装置に関連して使用され得るプローブの別の実施形態を示す長さ方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
ここで、本発明の様々な実施形態に対するより詳細な参照が行われるが、それらの例は、添付の図に示す。
【０００６】
一般に、装置１００は、光音響および超音波システムと組み合わされた、マルチモダリティとしても採用され得る、光音響システムを提供する。一実施形態では、装置１００は、光路１３２および電気路１０８を介して、システム筐体１０１に接続されたプローブ１０２を含む。システム筐体１０１内には、光サブシステム１２９およびコンピューティングサブシステム１２８が収納されている。コンピューティングサブシステム１２８は、超音波制御および分析ならびに光音響制御および分析用の１つまたは複数のコンピューティング構成要素を含み、これらの構成要素は、別個であり得るか、または統合され得る。一実施形態では、コンピューティングサブシステムは、中継システム１１０、光音響処理およびオーバーレイシステム１４０ならびに超音波機器１５０を含む。
【０００７】
光システム１２９は、少なくとも２つの異なる波長の光のパルスを生成することができる。一実施形態では、光システム１２９の出力は、それらの波長の各々で短いパルスの光（例えば、約１００ｎｓ未満、より好ましくは、約５ｎｓの短さで持続するパルス）を発生できるものとする。本開示から当業者には明らかであるように、本明細書で開示された発明は、１００ｎｓを超えて持続するパルスを含むパルス光を使用しても実施され得る。一実施形態では、光源１２９は、２つの別個の光１３０、１３１を含む。光システム１２９の出力は、光路１３２を経由してプローブ１０２に送られる。一実施形態では、光１３０、１３１は、赤外線、近赤外線、および／または可視スペクトルで光を発生するレーザーである。一実施形態では、光１３０および光１３１の各々は、赤外線または近赤外線スペクトルで異なる波長で光を発生する。一実施形態では、光源１２９からプローブ１０２に光を送るために使用される光路１３２は、光ファイバーの複数の束を含む光ファイバー束である。一実施形態では、光路１３２は、短くて強力なパルスの光を光路１３２の遠位端に運ぶために十分なサイズ（直径）の十分な光ファイバーを含む。一実施形態では、光路１３２を通じて運ばれる総パルスエネルギーは、約１または数ミリジュールであり得る。一実施形態では、光路１３２から運ばれた光パルスごとの総エネルギーは、約１００ミリジュール未満である。一実施形態では、光路１３２を通じて運ばれる光パルスごとの総エネルギーは、約１０〜３０ミリジュールの範囲内であり、光路１３２は、各々が約１５０ミクロンの約１，０００の光ファイバーを含む。一実施形態では、単一のファイバーが光路として使用できる。かかる実施形態では、ファイバーは直径４００〜１５００ミクロンであり得る。言うまでもなく、かかる単一ファイバーの直径は、例えば、４００ミクロンより小さい可能性がある。ファイバーを通じて運ばれる必要な総パルスエネルギーを前提として、当業者は、それに応じて必要なファイバーの直径を計算できる。
【０００８】
例示的実施形態では、光システム１２９は、Ｎｄ：ＹＡＧおよびアレキサンドライトをその２つの光１３０、１３１として使用し得るが、他のタイプ、および追加の光も使用され得る。光１３０、１３１は、例えば、短いパルスの光（例えば、約１００ｎｓ未満、より好ましくは約５ｎｓ、持続するパルス）を発生できるものとする。一実施形態では、２つの光１３０、１３１は、別々に発射できる。一実施形態では、光１３０、１３１によって出力された光は、一般に、１つの光１３０が第１の側から第２の側に通過するのを可能にする光学要素１３３の使用を通じて、第２の側に当たる１つの光１３１を反射しながら、同じ光路１３２に投影され得る。光学要素１３３または類似の要素の使用は、光路１３２の近位端へのレーザーなどの２つの光１３０、１３１の出力の位置揃えを可能にする。一実施形態では、光学要素１３３は、３つ以上のレーザーからの光出力を、例えば、複数の光学要素１３３の使用を通じて、位置揃えできる。一実施形態では、複数の光システムおよび光路が採用され得、各光システムの光は、それらの遠位端で混ぜられる別々のファイバー上で保持される。
【０００９】
光路から運ばれた光パルスごとの総エネルギーは約数１０ミリジュールであるが、光１３０、１３１のパルスは非常に短いので、光路１３２から出力されたピーク電力が頻繁に近づくか、またはメガワットの範囲である。その結果、光１３０、１３１の出力は、光ファイバーおよび／または光ファイバー上のクラッディングを燃やす能力を有する。燃えた光ファイバーおよび／または燃えたクラッディングは、それらが伝送する光パワーが少なくなり始めて、より多くの発熱を生じるにつれて、問題を悪化させ得る。その結果、一実施形態では、ピーク電力負荷の処理を可能にしてファイバーのバーンアウトを回避するために、光路１３２内に十分な数およびサイズの光ファイバーが存在する。より高いピーク電力に対応するために、より大きなファイバー束が使用できる。当業者には、ファイバー束のピーク電力容量が、光ファイバーの数、もしくは光ファイバーの直径、またはその両方を増加させることにより、増加できることが明らかであろう。しかし、特に、ファイバー束の寸法が増加すると、光路１３２の重さおよび可撓性が減少する。その上、より多くの光ファイバー、またはより大きな直径の光ファイバーを使用する場合、光源１２９の出力が、より幅の広い直径のより大きな束にわたる光路１３２に送られる必要がある。一実施形態では、光路１３２の近位端の最終的なサイズに関わらず、光源１２９の出力は、予期されるピーク電力範囲で動作する場合にバーンアウト障害を防ぐため、十分にその断面にわたって送られるべきである。
【００１０】
一実施形態では、光路１３２の近位端のファイバーが、光源１２９の出力のために、光路１３２への融着されたエントリポイントを形成するために融着され得る。一実施形態では、ファイバー端部は、熱を印加することにより融着できる。光路１３２の近位端が融着されると、実質的により高いピーク電力でのバーンアウトに耐えるであろう。例えば、融着された端部を使用すると、光路１３２は、ピーク電力の３、４、または５倍もの多くの搬送を可能にし得る。所与の光路１３２内で実質的により高いピーク電力を搬送する能力は、融着されていない光路１３２と同じピーク電力を搬送するために、より柔軟で軽い光ファイバー束の使用を可能にする。従って、一実施形態では、１／２”の光ファイバー束が、光路を形成する融着されていない光ファイバーの束で必要とされ得る場合、融着された近位端をもつ１／４”の光ファイバー束が、同じピーク電力を搬送するために使用され得る。融着された近位端を持つ１／４”の光ファイバー束は、１／２”の光ファイバー束よりも、ほぼ１／４の重さで、ずっと柔軟である。その上、光路１３２の近位端が融着されると、融着は、丸い断面の光ファイバーの束にされた端部内に存在していたであろうファイバー間空間を除去するので、光源１３２を使用して照射するためにさらに小さい融着された領域を生成し得る。その結果、次の利点のうちの１つまたは複数が、光路１３２を含む光ファイバーの近位端が融着されることにより、達成され得る：光路の重さの軽減；光路の可撓性の向上；故障の減少；信頼性の向上；より高いピーク電力容量。
【００１１】
一実施形態では、光１３０、１３１による光出力は、光路を経由して、光路１３２の近位端で融着された光ファイバー束に向かって送信されるが、それは、光源１２９の内部に、光学要素１３３を含み得る。一実施形態では、光源１２９は、レーザー光パルスを、１つまたは複数の波長で、光路１３２上に出力可能なレーザーシステムである。一実施形態では、光路１３２は、光源１２９の近位に融着された端部を有する光ファイバー束である。
【００１２】
一実施形態では、装置１００は、プローブ１０２へ、および／またはプローブ１０２からシステム筐体１０１内の中継システム１１０に延びる電気路１０８も含む。電気路１０８は、プローブ１０２からシステム筐体１０１上のそれらそれぞれの接続に向かう光路１３２と平行して、または同軸上に、近くで延びる。一実施形態では、電気路１０８は、複数の別個の同軸線を含む。一実施形態では、電気路１０８は、光路１３２の少なくとも一部と共通のジャケット内で延びる。電気路１０８が光路１３２の少なくとも一部と共通のジャケット内で延びると、システム筐体１０１からプローブ１０２に延びるケーブル数が減少する。電気路１０８が光路１３２の少なくとも一部と共通のジャケット内で延びると、システム筐体１０１からプローブ１０２へ延びる組み合わされたケーブル（すなわち、光路１３２および電気路１０８）の直径および重さを最小限にし得、かつその耐久性を向上させる。
【００１３】
一実施形態では、複数の同軸線が、光路１３２の少なくとも一部の周囲に編み込まれている。前述のように、多くの考慮事項が、光路１３２で使用される別個の光ファイバー数を論じている。以下でさらに述べるように、多数の設計上の考慮事項が、電気路１０８を形成する別個の導線または配線の数を論じる。一実施形態では、電気路１０８を形成する約２５６の導線（２５６のトランスデューサに対応する）および光路１３２を形成するほぼ１，０００の別個の光ファイバーがあり、ファイバー：導線比を約４：１にする。明らかとされるように、光ファイバーおよび電気路内の導線または配線を、例えば、個々のファイバーのグループを単一の導線もしくは配線と束ねること、または比例的にファイバーのより大きなグループと導線を一緒に束ねることを含む、様々な方法で混合することが可能である。一実施形態では、ファイバーおよび導線または配線を束ねることは、一般に、システム内のファイバー：導線の割合で行われ得るであろう。
【００１４】
１つまたは複数のディスプレイ１１２、１１４は、タッチスクリーンディスプレイであり得るが、画像および装置１００のユーザーインタフェースの全部または一部を表示するために提供されている。キーボード、マウス、および様々な他の入力装置（例えば、ダイヤルおよびスイッチ）などの、１つまたは複数の他のユーザー入力装置（図示せず）が、オペレータからの入力を受け取るために提供され得る。任意選択として、電力および制御信号線１０９が、電力をプローブ１０２に搬送し、プローブ１０２とコンピューティングサブシステム１２８との間の信号を制御する。
【００１５】
ここで図２を参照すると、プローブ１０２は、音響レンズ２０５によって覆われた超音波トランスデューサ（図示せず）を形成する超音波トランスデューサ要素の配列を含む。一実施形態では、超音波トランスデューサは、音響エネルギーを伝送することおよび受け取ることの両方を行うことができる圧電素子の配列を含む。一実施形態では、超音波トランスデューサ要素の少なくともいくつかが、広範囲にわたって超音波周波数を検出することが可能である。例えば、超音波トランスデューサ要素は、約５０Ｋｈｚ〜２０Ｍｈｚの範囲で超音波の検出が可能であり得る。この範囲は、低周波数応答を達成するために、高インピーダンス負荷（例えば、５，０００〜５０，０００オームの範囲で）を印加することにより達成できる。超音波トランスデューサ要素は、超音波音響エネルギーを受け取ることに応答して、電気エネルギーを生成することが可能である。超音波を受け取る超音波トランスデューサ要素によって生成される電気エネルギーは、電気路１０８を通ってコンピューティングサブシステム１２８に伝送される。
【００１６】
プローブ１０２は、光路１３２上で搬送される光がそれを通って３次元体積１６０の表面に伝導される、１つまたは複数の光学窓２０３も含む。一実施形態では、光学窓２０３の１つの側を音響レンズ２０５に現実的に可能な限り近接して配置することが望ましい。光学窓２０３の総面積は、体積１６０の表面に入射する所与のフルエンスに対するエネルギーを最大限にするために重要である。
【００１７】
一実施形態では、光路１３２を構成する複数の束の光ファイバーは、２つのライトバー（図示せず）内で終端される。一実施形態では、超音波トランスデューサ要素（図示せず）は、幾何平面に沿って延びる配列内に配置され、一般に、相互に等距離の間隔を空けられている。一実施形態では、ライトバー（図示せず）が、超音波トランスデューサ要素の平面配列の各々の側面上に、縦方向に向けられる。好ましくは、超音波トランスデューサ要素は、パルス光源１３０、１３１によって生じた刺激に応答して受け取られる超音波音響エネルギーおよび超音波トランスデューサ要素の音響出力に応答して受け取られる超音波音響エネルギーの両方に応答して、電気エネルギーを生成する。
【００１８】
再度図１を参照すると、使用中、プローブ１０２は、有機組織、ファントム、または、例えば、腫瘍などの、１つもしくは複数の局所的不均質性１６１、１６２をその中に有し得る他の３次元体積１６０にごく近接して配置され得る。超音波ジェル（図示せず）または他の材料が、プローブ１０２と体積１６０の表面との間の音響結合を向上させるために使用され得る。プローブ１０２は、体積１６０の表面に近接しているとき、光学窓２０３を通して光のパルスを、または音響レンズ２０５を通して超音波を放出でき、次いで、放出された光または音波に応答して検出された超音波に対応する電気エネルギーを生成できる。
【００１９】
一実施形態では、コンピューティングサブシステム１２８は、光システム１２９から制御信号線１０６上の活動をトリガーできる。代替実施形態では、光システム１２９は、トリガー信号を作成して、コンピューティングサブシステム１２８にその活動を、制御信号線１０６によって通知できる。かかる情報は、データ取得プロセスを開始するためにコンピューティングサブシステム１２８によって使用できる。この点において、制御信号線１０６による通信は、コンピューティングサブシステム１２８（ならびに／または光音響処理およびその中のオーバーレイシステム１４０）と光システム１２９との間を双方向に流れることができることに留意されたい。
【００２０】
一実施形態では、コンピューティングサブシステム１２８は、制御信号線１０６を利用して、各光源１３０、１３１からの光パルスの開始時間および持続時間を制御できる。コンピューティングサブシステム１２８は、超音波音響エネルギーを、音響レンズ２０５の背後の超音波トランスデューサ要素を経て放出するためにもプローブ１０２をトリガーできる。
【００２１】
一実施形態では、コンピューティングサブシステム１２８は、超音波トランスデューサ要素によって検出された超音波を表す電気信号を、超音波伝導信号または光学的に生成された超音波信号に応答して、音響レンズ２０５の背後で電気路１０８を経由して、受け取る。一実施形態では、音響レンズ２０５の背後で超音波トランスデューサ要素によって検出された超音波を表す電気信号は、要素自身によって作成されたアナログ電気信号である。かかる実施形態では、音響レンズ２０５の背後で超音波トランスデューサ要素によって検出された超音波を表す電気信号は、電気路１０８を経由してコンピューティングサブシステムに伝達され、電気路１０８は、中継システム１１０によって選択的に、光音響処理およびオーバーレイシステム１４０、または検出された超音波処理のための超音波機器１５０に向けられる。かかる実施形態では、超音波機器１５０は、超音波プローブから受け取るのと同じ入力を（同じコネクタによって）受け取ることができる。
【００２２】
別の実施形態では、音響レンズ２０５の背後で超音波トランスデューサ要素によって検出された超音波を表す電気信号は、プローブ１０２内に収容できるアナログ／デジタル変換器によってデジタル化される。かかる実施形態では、音響レンズ２０５の背後で超音波トランスデューサ要素によって検出された超音波を表す時間分解電気信号は、電気路１０８を渡って伝達される。当業者には明らかであるように、電気信号がプローブ１０２でデジタル化される場合、中継システム１１０は、デジタルデータを光音響処理およびオーバーレイシステム１４０もしくは超音波機器１５０に送るように実現され得るか、または全く必要とされない可能性がある。
【００２３】
音響レンズ２０５の背後で複数の超音波トランスデューサ要素の各々によって検出された超音波を表す信号は、別個のワイヤー上で電気路１０８を経由して搬送され得る。あるいは、音響レンズ２０５の背後の複数の超音波トランスデューサ要素、または音響レンズ２０５の背後の全部の超音波トランスデューサ要素によっても検出された超音波を表す信号は、プローブ内のマルチプレクサおよびコンピューティングサブシステム１２８内のデマルチプレクサを利用して、多重化（例えば、時分割または周波数分割）され得る。
【００２４】
一実施形態では、超音波機器１５０が、超音波誘起音響信号を処理して、超音波画像を生成し、光音響処理およびオーバーレイシステム１４０が、光誘起音響信号を処理して、光音響画像を生成する。一実施形態では、超音波機器１５０ならびに光音響処理およびオーバーレイシステム１４０が、両方が組み合わされた機能を実行する統合システムに結合できる。前述のように、一実施形態では、プローブ１０２によって検出され、電気路１０８を経由してコンピューティングサブシステム１２８に送られる超音波を表す電気信号は、信号が超音波刺激または光刺激に起因するかどうかに従い、中継システム１１０によって、超音波機器１５０と光音響機器１４０との間で切り替えられる。
【００２５】
一実施形態では、超音波誘起のデータを反映する断層画像が、超音波機器１５０によって生成され得、光刺激のデータを反映する断層画像が、光音響処理およびオーバーレイシステム１４０によって生成され得る。
【００２６】
光音響処理およびオーバーレイシステム１４０によって生成された、断層画像を含む、画像が、捕捉された画像データの順序または時間および日付に関連するデータとともに、そのシステム内のコンピュータメモリに格納できる。超音波機器１５０によって生成された、断層画像を含む、画像が、適切なインタフェース１７０を介して、光音響処理およびオーバーレイシステム１４０に伝送され得、そこで、それらが、光刺激のデータから生成された画像とともに、時間同期された方法で、格納できる。一実施形態では、光音響処理およびオーバーレイシステム１４０のメモリ内に格納された画像は、例えば、装置の内部、または外部の不揮発性メモリなど、別のメモリに記録できる。
【００２７】
一実施形態では、光音響処理およびオーバーレイシステム１４０は、メモリ内への格納および／または１つもしくは複数のモニター１１２、１１４上への表示のために、超音波機器によって生成された画像を、光音響機器１４０によって生成された画像と重ね合わせることができる。一実施形態では、重ね合された光音響画像は、それを超音波画像と区別するために別個の色で表示され得る。一実施形態では、重ね合された光音響画像は、例えば、血液酸素化などの、光音響撮像を通して識別できる詳細に対応するカラーを含み得る。一実施形態では、酸素化血液が青より赤でより多く示され、他方、非酸素化血液は赤より青でより多く示される。本明細書では、重ね合された、という表現は、画像の従来型のオーバーレイならびに混合による画像の結合を含む。
【００２８】
一実施形態では、装置１００は、装置のモダリティの１つ（すなわち、超音波または光音響）に関連したデータを連続して生成および取得するシーケンスを含むサイクルで動作するように構成され得る。装置のモダリティの動作間の最小時間間隔は、装置１００の構成要素、および完全に実行し、使用のためにリサイクルするそれらの能力に依存する。一実施形態では、ユーザーは、超音波のみ；波長１のみ；波長２のみ；波長１および２；ならびに超音波が続く波長１および２の複数の反復などの、様々な事前プログラムされたサイクル間で選択できる。他の組合せが当業者には明らかであろう。一実施形態では、追加のサイクルがマシンのオペレータによって追加できる。一実施形態では、サイクル全体のデータ収集は、一般に、体積１６０の実質的に同じ部分を対象として、素早く連続して達成されることを意図する。一実施形態では、装置１００のサイクルは、通常、毎秒１〜５０の範囲であり、前述のように、より一般的には、毎秒２〜２０の範囲である。最大サイクル周波数は、サイクルおよびモダリティの機能によってのみ限定される。
【００２９】
一実施形態では、装置１００のディスプレイ１１２、１１４が、選択された動作サイクルに応じて様々な情報を示すように構成できる。一実施形態では、任意のディスプレイ１１２、１４４、またはディスプレイの一部が、次の少なくとも１つを示すことができる：超音波のみの画像；第１の波長応答のみの画像；第２の波長応答のみの画像；第１および第２の波長応答を組み合わせた画像；ならびに／またはオーバーレイ超音波画像および波長応答もしくは組み合わせた波長応答画像。第１および第２の波長を組み合わせた画像は、画像を提供するために、微分または他の組合せ平均を含み得る。一実施形態では、画像は、サイクル内の別々のデータ集合に対応するか、またはそれらの一部もしくは全部の間の合計もしくは差異に対応する、画像が表示できる。
【００３０】
一実施形態では、装置は、３次元データ収集動作、超音波刺激に応答した１相生成およびデータ収集、光の第１の波長に応答した１相生成およびデータ収集、ならびに光の第２の波長に応答した１相生成およびデータ収集を使用して動作できる。
【００３１】
適切な波長（複数可）を使用すると、光音響が、体積１６０内の血液を識別するのに効果的であり、複数の波長使用は、酸素化と非酸素化血液とを容易に区別するために使用できる。同様に、適切な波長を使用すると、光音響が、体積１６０内の局所的ヘモグロビン含有量を測定するために効果的である。従って、例えば、悪性腫瘍は、増加した血中濃度および減少した酸素化によって特徴付けられるが、かかる増加した血中濃度によって特徴付けられず、もっと正常な酸素化を有する、良性腫瘍とは大きく異なって光音響画像内に現れるであろう。さらに、光の特定の波長が、様々な生物組織および器官をより良く区別するために選択できる。赤外線、近赤外線、および可視波長の大きなスペクトルは、生物学的実体内に光音響応答を生成できるが、酸素化血液は、約１０６４ｎｍの波長を有する光源に対して、非酸素化血液よりも光音響的に応答し、他方、非酸素化血液は、７５７ｎｍの波長を有する光源に対して、酸素化血液よりも光音響的に応答する。装置１００で使用される光の数および特定の波長（複数可）は、体積の構造および対象である領域のタイプに従って選択される。
【００３２】
図３は、図２に示されるプローブ１０２の実施形態の分解図を示す。シェル３０２、３０４が、プローブ１０２内の構成要素を示すために分離されている。シェル３０２、３０４は、プラスチックまたは他の適切な材料から作成され得る。光、および特に、光サブシステム１２９によって発生される光にさらされ得るシェル３０２、３０４の表面は、好ましくは、両方とも、反射する（例えば、明るい色の）材料で、かつ光を散乱（すなわち、１〜１０の間の散乱係数を有する）し得る。一実施形態では、シェル３０２、３０４の表面は、高度に反射的、すなわち、７５％を超える反射である。一実施形態では、シェル３０２、３０４の表面は、高度に反射的、すなわち、９０％を超える反射である。一実施形態では、シェル３０２、３０４の表面は、低光吸収、すなわち、２５％未満の吸収性を有する。一実施形態では、シェル３０２、３０４の表面は、超低光吸収、すなわち、１０％未満の吸収性を有する。さらに、シェル３０２、３０４を形成する材料は、音響エネルギーを反射または伝達するのではなく、吸収するために、音響的に吸収性にすべきである。一実施形態では、白いプラスチックシェル３０２、３０４が使用される。
【００３３】
一実施形態では、フレックス回路３１２は、ケーブルコネクタ３１４を、超音波トランスデューサ３１０を形成する圧電超音波トランスデューサ要素の配列（図示せず）に接続する、複数の電気配線（図示せず）を含む。一実施形態では、フレックス回路３１２は、折り畳まれてバッキング３１１の周囲に巻かれ、シリコーンなどの結合剤を使用して、それに固定され得る。一実施形態では、ブロック３１３が、圧電超音波トランスデューサ要素の配列の反対側でバッキング３１１に取り付けられる。一実施形態では、超音波トランスデューサ３１０は、少なくとも１２８個のトランスデューサ要素を含むが、追加の要素は、装置１００の撮像の歪みを減らし、かつ／または解像度、精度および深さを増加し得るので、多数のトランスデューサ要素を有することが望ましい場合がある。ケーブルコネクタ３１４は、電気配線を、超音波トランスデューサ３１０に、および従って、電気路１０８に動作可能に接続する。一実施形態では、電気路１０８は、超音波トランスデューサ配列３１０内の各超音波トランスデューサ要素に対する同軸線を含む。
【００３４】
超音波トランスデューサ３１０は、トランスデューサ要素が音響レンズ２０５にごく近接しているか接触しているように、ハウジング３１６内に適合する。音響レンズ２０５は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンゴムなどの、シリコーンゴムを含み得る。一実施形態では、ハウジング３１６および音響レンズ２０５が、同じＲＴＶシリコーンゴム材料から、単一ユニットとして形成される。一実施形態では、超音波トランスデューサ３１０、フレックス回路３１２の一部、バッキング３１１、およびブロック３１３が、シリコーンなどの適切な接着剤を使用して、音響レンズ２０５を含むハウジング３１６内に固定されて、トランスデューサ組立体３１５を形成する。ブロック３１３は、トランスデューサ組立体３１５を他の構成要素に取り付けるか、または固定するために使用できる。
【００３５】
ＲＴＶシリコーンゴム音響レンズ２０５および／またはトランスデューサ組立体３１５上の光サブシステム１２９によって発生された光を白くして、光音響効果を減少させるために、一実施形態では、音響レンズ２０５および／またはトランスデューサ組立体３１５を形成するＲＴＶシリコーンゴムが、ＴｉＯ２をドープされ得る。一実施形態では、音響レンズ２０５および／またはトランスデューサ組立体３１５を形成するＲＴＶシリコーンゴムが、ほぼ４％のＴｉＯ２をドープされ得る。一実施形態では、音響レンズ２０５の外表面および／またはトランスデューサ組立体３１５の外表面が、追加で、または代替で、真鍮、アルミニウム、銅、または金などの金属の薄層でコーティングされ得る。しかし、金は、ＲＴＶシリコーンゴムを剥がれ落とすか、またはひびを入れる傾向があることが分かっている。ＲＴＶシリコーンは、まずペリレンでコーティングされ、次いで、ニッケルでコーティングされ、その後、金でコーティングされて、最後に再度、ペリレンでコーティングされ得ることが見られた。複数の層化は、音響を検出するために、音響レンズ２０５の音響特性に実質的にいかなる悪影響も及ぼすことなく、かつ、トランスデューサ組立体３１５に実質的にいかなる悪影響も及ぼすことなく、耐久性のある金コーティングを提供する。実際には、ニッケルの下および金の層の上のペリレンコーティングは、それが蒸着される金属またはゴムにうまく付着するのではなく、縁部が丸まり得ることが分かっている。従って、以下でさらに詳細に述べるように、一実施形態では、音響レンズ２０５および／またはトランスデューサ組立体３１５の一部は、丸まりまたは剥離を防ぐため、他の構成要素に機械的に固定されるように適合されたペリレンでコーティングされた縁部を有する。一実施形態では、音響レンズ２０５を含む、トランスデューサ組立体３１５の実質的に外表面全体が、ペリレン、次いでニッケル、その後、金、それから再度ペリレンの連続的な層でコーティングされる。
【００３６】
一実施形態では、反射材料が、その表面上に入射し得る光路１３２からのいかなる光も反射するために、トランスデューサ組立体３１５を、ハウジング３１６の後方縁部からフレックス回路３１２の端部まで取り囲む。一実施形態では、ＲＦエネルギー用の電磁シールドが、トランスデューサ組立体３１５を、ハウジング３１６の後方縁部からフレックス回路３１２の端部まで取り囲む。一実施形態では、光１３０、１３１が、実質的な電磁ＲＦエネルギーを生成する実質的な（例えば、数ナノ秒に対して１，０００ボルトを超える）エネルギーをプローブ１０２の面積内に引き込み得る。一実施形態では、トランスデューサ組立体３１５が、ハウジング３１６の後方縁部からフレックス回路３１２の端部までホイルで囲まれるが、それは、反射材料およびＲＦエネルギーシールドとして機能し得る。一実施形態では、ホイルは、銅、金、銀のグループから選択される。一実施形態では、ホイルは、装置１００の電気的アースに連結される。
【００３７】
スペーサー３２０は、トランスデューサ組立体３１５に関して間隔を空けて、ライトバーガイド３２２を位置付ける。スペーサーは、好ましくは、光サブシステム１２９によって生成された光に対するその光音響応答を減らす材料から作成される。一実施形態では、スペーサー３２０は、シェル３０２、３０４の光に接触する部分と似た材料から作られる。一実施形態では、ライトバーガイド３２２は、光路１３２の一部である光ファイバーを包み込む。一実施形態では、光路１３２を構成する光ファイバーが、ライトバーガイド３２２全体にわたってランダムに（または擬似ランダムに）分散され得、このようにして、光ファイバー束の光受領端部上の特定の位置を、ライトバーガイド３２２によって保持される光ファイバーの光放出端部上の対応する特定の位置に関して、少なくとも擬似ランダムにする。本明細書では、光路１３２を構成するランダムに（または擬似ランダムに）分散された光ファイバーという用語は、光路１３２内の局所的干渉（例えば、隣接した光ファイバーのグループのバーンアウト）または局所的現象（例えば、光路１３２へのエントリポイントでの不均一な光）が、伝達されるパワー全体に影響を及ぼすが、光路１３２の遠位端の任意の特定の部分に操作上著しい影響を及ぼさないように、近位端から遠位端へのファイバーのマッピングが行われることを意味する。従って、近位端で隣接する２つの光ファイバーが、光路１３２の遠位端で隣接する可能性は低い。光ファイバー束が近位端および遠位端で融着される場合、ランダム化は、少なくとも一方の端部が融着される前に行われる必要がある。本明細書では、ランダムに（または擬似ランダムに）分散された光ファイバーという用語は、２つの異なる光路１３２（すなわち、異なる装置１００に対する）は、互いに異なる必要があることを意味しない。言い換えれば、単一の「ランダム」マッピングが異なる装置１００の光路内で再生成されるが、依然として、ランダム化である基準を満たす。光は一般に、ガウス方式で動作するので、光路１３２へのエントリポイントは、通常、決して完全に均一ではない。前述のように、ランダム化は、光の光路１３２への不均一な入射に対応し得る。ランダム化は、光フルエンスをより均一に分布するのを支援し得るので、光フルエンスの照らされた面積にわたる均一化も提供し得る。
【００３８】
一実施形態では、ライトバーガイド３２２によって包み込まれた光ファイバーの全てが、実質的に同じ形状表面（例えば、曲面または平面）上で終わる。一実施形態では、ファイバーがライトバーガイド３２２に取り付けられた後、ファイバー端部が、光放出のより均一な角度を提供するために、ラップおよび研磨され得る。一実施形態では、ライトバーガイド３２２は、組み立てられたプローブ１０２に取り付けられると、それから放出される光を、プローブ１０２の遠位面に対して垂直にわずかに満たない角度で、具体的には、光音響トランスデューサ配列３１０の中心に対して垂直で交差する平面に向かって内側にわずかな角度で向ける。一実施形態では、光路１３２の遠位端（複数可）は、光音響トランスデューサ配列１３２の形状に合致、またはほぼ近似するものとする。
【００３９】
本明細書で「ライトバーガイド」として使用されるバーという用語は、特定の形状を取り込むことを意図していない。例えば、ライトバーガイド３２２は、光ファイバーの遠位端を、例えば、限定はされないが、円形、楕円形、三角形、四角形、長方形、または任意の不規則形の全体または一部など、実質的に任意の形状に導き得る。
【００４０】
一実施形態では、１つまたは複数のライトバーガイド３２２および光学窓２０３は、光音響トランスデューサ組立体３１５を収容するシェル３０２、３０４の外部であり、１つまたは複数のシェル３０２、３０４の外側に取り付けられるように適合される。
【００４１】
一実施形態では、光学窓２０３から放出される光の角度が調整可能であり得る。一実施形態では、光学窓２０３から放出される光が、ある範囲にわたって調整可能であり得る。範囲の一端では、光は、光学窓２０３から、プローブ１０２の遠位面に垂直な方向で放出され得、範囲のもう一端では、光は、光学窓２０３から、光音響トランスデューサ配列３１０の中心に対して垂直で交差する面に向かって最大で４５度以上の内側角度で放出され得る。範囲はもっと狭いことも、広いこともあり得る。
【００４２】
プローブが２つの光学窓２０３を有する実施形態では、両方の光学窓２０３から放出される光の角度が、個々に、または一緒に、調整可能であり得る。両方の光学窓２０３から放出される光の角度を一緒に調整する場合、光の方向は、各事例において、内側投影、すなわち、光音響トランスデューサ配列３１０の中心に対して垂直で交差する面に向かっての投影の角度が、増加または減少される。このように、より大きな光フルエンスが、体積１６０内に（垂直方向に曲げることにより）より深く、または（より内側に曲げることにより）より浅く、向けられることができる。
【００４３】
光角度の向きの制御は、光ガイド３２２を移動させることにより行うことができるか、または光路１３２の後の光学素子（ｏｐｔｉｃｓ）の使用を通して光学的に達成できる。光学的解決策は、光路１３２を通って伝導されている光の方向を変えるための１つもしくは複数のレンズおよび／もしくはプリズムの使用を含み得る。方向を変えられた光は、トランスデューサ要素３１０の真下の面積など、所望の面積を照射するように向けることができる。プローブ１０２によって伝導される光の方向を制御することは、安全性を維持し、皮膚およびトランスデューサに関して光の方向を最適化するために有用である。
【００４４】
制御線１０９は、光の方向を変えるコマンドを送信し、かつ／または光パルスが光路１３２から放出されているときの光の実際の方向を報告するために使用され得る。光学窓２０３から放出される光の角度は、光パルスに起因する音響情報をいつ解釈するかを考慮するために重要なデータであり得る。
【００４５】
一実施形態では、装置１００は、プローブ１０２から放出される入射するレーザー光の角度を調整できる。プローブ１０２から放出される入射するレーザー光の角度の調整は、制御線１０９を経由して送信され得るコマンドの制御下で実行され得るか、または手動で実行され得る。一実施形態では、スタンドオフが、例えば、入射するレーザー光を、所望の深さに、またはスタンドオフなしで達成できるよりも表面に近接して、向けるのを支援するために使用され得る。一実施形態では、スタンドオフは、音響および光の両方に対して、好ましくは、超音波範囲の音響および光源１２９によって利用される１つまたは複数の波長の光に対して比較的透過的である。スタンドオフの使用は、超音波解像度が、そのトランスデューサからの公称距離でオブジェクトを検出する機能を欠いているので、体積１６０の表面に近接したオブジェクトの撮像を支援するために、超音波用途では既知であるが、本願でのスタンドオフの使用は、異なる目的のため、すなわち、光源をトランスデューサ要素３１０の真下に向けることを可能にするためである。一実施形態では、スタンドオフは、プローブ１０２から分離しており、体積１６０と、音響レンズ２０５および１つまたは複数の光学窓２０３を含むプローブ１０２の遠位面との間に配置される。一実施形態では、スタンドオフは、プローブの一部を成す場合があり、必要に応じて、所定の位置に移動されて、取り外され得る。
【００４６】
光学窓２０３は、プローブ１０２組立体の一部でもあり得る。一実施形態では、光学窓２０３は、ライトバーガイド３２２の端部から、従って、光路１３２を構成する光ファイバーの端部から間隔が空けられている。本明細書で使用されている光学窓という用語は、機械的もしくは光学的に平らな光学的物質にも、そしてまた単に透明な光学的物質にも限定されない。代わりに、その用語は、光にそれを通過させることもあればさせないこともあるが、光路１３２に近位の窓の側面上に入射する光の少なくとも実質的な部分が、光学要素の特性に依存する方法で、プローブ組立体１０２を出ることを可能にする、光学要素に言及するために使用されている。一実施形態では、光学窓２０３は透明であり得、それは、プローブ１０２の遠位端が体積１６０と接触しているか、またはごく近接しているときに、光の、具体的には、光路１３２の端部から放出される光の、その体積１６０への伝導を可能にする。一実施形態では、光学窓２０３は、半透明であり得、プローブ１０２の遠位端が体積１６０と接触しているか、またはごく近接しているときに、光の、具体的には、光路１３２の端部から放出される光の、拡散およびその体積１６０への伝導を可能にする。一実施形態では、光学窓２０３は、レンズであり得、プローブ１０２の遠位端が体積１６０と接触しているか、またはごく近接しているときに、光の、具体的には、光路１３２の端部から放出される光の、成形およびその体積１６０への方向づけを可能にする。
【００４７】
組み立てられたプローブ１０２では、光学窓２０３の１つの縁部が、トランスデューサ組立体３１５にごく近接しているか、または接触している。光学窓２０３のトランスデューサ組立体３１５への近接は、光学窓２０３から放出される光が、音響レンズ２０５に近接した、従って、トランスデューサ配列３１０の面に近接した位置から放出されることを可能にする。
【００４８】
使用中、カップリング剤（例えば、ジェル）が、プローブ１０２の遠位端と体積１６０との間の音響接触を改善するために使用され得る。カップリング剤が、光路１３２を形成する光ファイバーの遠位端と接触する場合、外部からの音響信号が、光路１３２を通じて伝導される光に応答して生成され得る。一実施形態では、光学窓２０３を含む、プローブ１０２の遠位端が、カップリング剤と光ファイバーの遠位端との間にギャップを作り出すことにより、光路１３２から放出される光に応答して、カップリング剤の潜在的な音響効果を弱める。
【００４９】
図４は、図２に示すプローブなどの、組み立てられたプローブ１０２の一実施形態の広い方の面の中心線に沿って取られた断面図を示す。シェル３０２、３０４は、光学窓２０３およびトランスデューサ組立体３１５をプローブ１０２の遠位端で支持する。トランスデューサ組立体３１５およびシェル３０２、３０４によって支持されるスペーサー３２０は、光学窓２０３およびライトバーガイド３２２を位置付けて、かつライトバーガイド３２２と光学窓２０３との間にギャップ４０２を維持するのに役立つ。
【００５０】
光路１３２を構成する光ファイバーの遠位端は、それらが体積１６０への、または音響トランスデューサ３１０への物理的な音響伝導路を作成しないように、位置付けられ得る。一実施形態では、ギャップ４０２は、光路１３２を構成する光ファイバーの遠位端と体積１６０または音響トランスデューサ３１０との間の高周波数音響伝導路を防ぐための役割を果たす。以下で述べるように、ライトバーガイド３２２が、光路１３２を構成する光ファイバーの遠位端と体積１６０または音響トランスデューサ３１０との間の物理的な音響伝導路を低減および／または最小化するのを確実にするために、特別に選択された材料が使用できる。
【００５１】
フレックス回路３１２は、その上の圧電トランスデューサ要素（図示せず）とともに、バッキング３１１の周囲に巻き付いて、圧電トランスデューサ要素をフレックス回路の各端部でケーブルコネクタ３１４と電気的に接続する。
【００５２】
シェル３０２、３０４内の開口部４０４は、プローブ１０２の内部に入るための、光路１３２（図１）、電気路１０８（図１）および任意選択の電力および制御線１０９（図１）に対する開口部を提供する。一実施形態では、ゴム製グロメット（図示せず）が、開口部４０４を通ってプローブ１０２に入る経路または線に、安定性および張力緩和を提供するために使用され得る。
【００５３】
図５Ａを参照すると、１０本の光ファイバーの端部にごく近接して表面に当たる光の典型パターンが示されている。今日、標準の合理的に柔軟な光ファイバーは、直径が、約５０〜２００ミクロンの範囲である。光ファイバーを出る光は、ゆっくりと拡がる傾向があり、例えば、図５Ｂで、光ファイバーの端部を離れた後に拡がる光の実例を参照されたい。光ファイバーを離れた光ビームの拡張率は、光ファイバーの直径および光ファイバー材料の屈折率の関数である。光ファイバーのグループが、照射される表面にごく近接して置かれる場合、図５Ａに見られるような光パターンが結果として生じる。
【００５４】
一実施形態では、もっと小さい直径を有する光ファイバーが、照射される面積を拡大し、光路１３２の重さを最小限にして可撓性を向上させるために採用される。光は、それが光ファイバーを出ると発散し、それが出るときのその発散は、ファイバーの直径に反比例する、言い換えれば、光は、より小さい直径の光ファイバーから出ると、より速く発散する。従って、例えば、５０ミクロン未満、および潜在的に３０ミクロン未満、の範囲の光ファイバーが、照射される面積を拡大するために望ましくあり得、従って、ビーム拡大器の必要性を減らすか、潜在的に除外する。一実施形態では、光路１３２を構成する光ファイバーの１つまたは複数のグループの遠位端が、図５Ａに示す光の特徴的なパターンを回避するために融着され得る。
【００５５】
一実施形態では、光音響プローブは、照射される体積の表面上に入射する比較的均一な配光を発生するものとする。光音響プローブが、比較的大きい面積の配光を発生することも望ましい場合がある。比較的大きくて均一な配光は、照射される表面の任意の所与の面積上で特定の光フルエンスを超えることなく、光音響プローブが、最大量のエネルギーを伝達できるようにするが、それは、患者の安全性を最大限にし、かつ／または信号対ノイズ比を向上できる。これらの理由のために、光ファイバー端部を、照射される体積の表面にかなり近接して配置し、従って、図５Ａに見られるような、小さいか、または不均一な配光を得ることは望ましくない。
【００５６】
一実施形態では、光ファイバーは、照射される体積の表面から離され得る。光ファイバーの端部を、照射される体積の表面から離すと、各光ファイバーから放出されたビームが拡張されて、配光のより均一な面積を生じるであろう。光ファイバーを、照射される体積の表面から離すことに関連した１つの潜在的な問題は、拡張するビームの漂遊部分によって生じる光音響効果である。別の潜在的な問題は、（光ファイバーの端部と、照射される表面との間の）距離を拡大することの、プローブの形状またはサイズへの影響である。さらに、光ファイバーの数を増加する（従って、光を放出するファイバー束の面積を拡大する）と、光路１３２（図１）の費用、重さおよび可撓性が増加して、プローブのサイズにも影響し得る。
【００５７】
プローブ１０２は、ハンドヘルドであるように設計されている実施形態では、プローブの柄（プローブ１０２のより狭い近位部分）が体積１６０の表面に比較的近接するように、プローブのヘッド（プローブ１０２のより広い遠位部分）を短く保つことは望ましい。追加として、プローブ１０２は、ハンドヘルドであるように設計されている場合では、その全体の厚さも、快適さ、便利さ、および操作有効性に対する考慮事項である。その結果、光路１３２を形成する光ファイバーの遠位端を、光学窓２０３から十分な距離に配置して、光学窓２０３を均一な光フルエンスで満たすような拡大を可能にすることは、推奨されない。同様に、非常に多数のファイバーを使用して、光路１３２の遠位端でライトバーガイド３２２によって保持されるファイバー束の面積を拡大し、それにより、光学窓２０３を均一な光フルエンスで満たすような拡大を可能にしようと試みることも、それは、特に、過度の重さ、不撓性、サイズ、および費用を生じ得るので、推奨されない。さらに、光学窓２０３のサイズの削減は、装置の潜在的な総安全エネルギー出力を減少させ、従って、推奨されない。
【００５８】
図６Ｂおよび図６Ｃを参照すると、一実施形態では、ビーム拡大器６０１ｂ、６０１ｃが、光のビームを拡大するために使用され得、光のビームを短い距離を経てより均一にする。図６Ｂは、すりガラスまたは艶消しガラスビーム拡大器６０１ｂの使用を示し、他方、図６Ｃは、レンズビーム拡大器６０１ｃの使用を示す。一実施形態では、ライトバーガイド３２２が概ね矩形の場合、レンズビーム拡大器６０１ｃは、円筒状凸レンズまたは円筒状凹レンズであり得る。一実施形態では、凸レンズ（図示せず）がビーム拡大器として使用され得る。当業者には、他のレンズ、レンズ系、もしくは他の光学系、またはそれらの組合せが、光を発散させ、より均一に分散させるために使用できることが明らかであろう。
【００５９】
図４を再度参照すると、一実施形態では、ライトバーガイド３２２が、ファイバーの遠位端を保持する端部上の超音波結像面に向かって内側に曲げられる。ライトバーガイド３２２の遠位端が内側へ曲がっていることは、そこから放出する光が、光学窓２０３をより良く満たし、従って、光学窓２０３に均一に照射することを可能にする。ギャップ４０２は、ビーム拡大器を含み得るが、光路１３２を通じて伝導された光が、光学窓２０３を満たすように拡大するためのスペースを提供し得る。内側に曲がっていることは、体積１６０の表面上に入射する光の方向を、垂直に満たない角度で表面に当てるようにさせ、従って、潜在的に、超音波トランスデューサ３１０を覆う音響レンズ２０５の下の体積により良く伝搬させる傾向がある。
【００６０】
図１に戻ると、プローブ１０２は、ハンドヘルド使用が意図されているので、光路１３２、電気路１０８、ならびに任意選択の電力および制御線１０９の重さおよび可撓性は考慮事項であり得る。一実施形態では、光路１３２をもっと軽くてもっと柔軟にするために、光路１３２は、できる限り少ないファイバーで構築される。使用できるファイバーの数をどれだけ少なくするかの制限要因は、光路１３２に渡って搬送される光の量である。ファイバーを通して多すぎる光を伝導すると、ファイバーを損傷することになる。光路１３２は、体積１６０の表面上のフルエンスとなる光に、光源１２９と、照射される体積１６０の表面との間で失われる（例えば、吸収または散乱される）すべての光を加えた総量を搬送する必要がある。照射される最大面積は、光学窓２０３のサイズを超えないことが知られているので、また、照射される最大面積は、単位面積あたりのフルエンス制限を受けるので、光路１３２によって搬送される総光エネルギーは、フルエンス制限に光学窓２０３のサイズを乗じることによって概算できる。ＦＤＡは、フルエンスの人間に安全なレベルに対する数を提供する。
【００６１】
照射される体積１６０は、一般に、それ独自の光音響応答を有するが、それは、光フルエンスが最大であるところ、すなわち、体積１６０の表面で、特に明らかである。体積１６０の表面に照射される面積が（例えば、光学窓２０３のサイズおよびビームを増やすことにより）増えると、体積１６０自体の表面によって生成された光音響影響が減り、従って、不均質性１６１、１６２を表す所望の信号と比較して、体積１６０自体の表面によって生成された望ましくない光音響信号を減らし得る。
【００６２】
体積１６０自体の表面によって生成された不必要な光音響信号に加えて、光学窓２０５とそれぞれのライトバーガイド３２２との間のスペースを囲む側壁、音響レンズ２０５、およびトランスデューサハウジング３１６の一部などの、超音波トランスデューサによって検出できる望ましくない光音響信号の他の原因があり得る。光学窓２０３およびいずれの任意選択のビーム拡大器６０１b、６０１cも、超音波トランスデューサによって検出できる望ましくない光音響信号の原因であり得る。
【００６３】
一実施形態では、光学窓２０５とそれぞれのライトバーガイド３２２との間のスペースを囲む壁は、高吸音特性を有し、かつ／または白くて、かつ／または高光散乱および／もしくは反射特性を有する、材料から作られ得る。これらの特性を有する材料を使用すると、超音波トランスデューサによって検出できる望ましくない光音響信号を減らし得る。一実施形態では、スペーサー３２２は、Ｍｉｃｒｏ−Ｍａｒｋ  ＣＲ−６００、乾くと白色になる２部分の高性能注型用樹脂などの、樹脂材料から作ることができる。
【００６４】
一実施形態では、高吸音特性を有し、かつ／または白くて、かつ／または高光散乱特性を有する材料の層（図示せず）が、組み立てられたプローブ１０２内でトランスデューサ組立体３１５とライトバーガイド３２２との間に配置される。あるいは、その層は、組み立てられたプローブ１０２内で２つの部分が接触するところで、トランスデューサ組立体３１５またはライトバーガイド３２２に直接適用され得る。この層は、超音波トランスデューサによって検出できる望ましくない光音響信号を減らし得る。一実施形態では、その層は、Ｍｉｃｒｏ−Ｍａｒｋ  ＣＲ−６００、乾くと白色になる２部分の高性能注型用樹脂などの、樹脂材料から作ることができる。一実施形態では、その層（図示せず）は、反射コーティングも含み得る。一実施形態では、金の反射コーティングがその層に適用されて、そうでなければその層に当たる光を反射する。
【００６５】
一実施形態では、非反射コーティングが、光学窓２０３および／またはビーム拡大器６０１b、６０１cの光音響的特性を減らすために使用され得る。一実施形態では、フッ化マグネシウムが、光学窓２０３および／またはビーム拡大器６０１b、６０１c上の非反射コーティングとして使用され得る。非反射コーティングは、光学窓２０３によって吸収されるか反射されるエネルギーを減少および／または最小限にするために使用され得る。
【００６６】
一実施形態では、トランスデューサ組立体３１５および／または音響レンズ２０５の光音響的シグナチャーが、白化によって低減できる。一実施形態では、ＲＴＶシリコーンゴムから成る音響レンズ２０５が、約４％のＴｉＯ２をドープされることにより、白化されて、その光音響的シグナチャーが低減され得る。ＴｉＯ２をドープすることは、音響レンズの反射率、従って、吸収を向上させ、また、ＲＴＶシリコーンゴムの光音響応答を拡散する傾向がある散乱効果も有していて、その応答を、もっと容易にフィルタ処理できる低い周波数に下げることが考えられる。前述のように、トランスデューサ組立体３１５および／または音響レンズ２０５の外側表面に、金、銅、アルミニウム、または真鍮などの、金属コーティングが施され得る。一実施形態では、金属コーティング、特に、金は、トランスデューサ組立体３１５および／または音響レンズ２０５の光音響的特性を減少させる。金は、光スペクトルにおけるその高反射率のために、音響レンズ２０５の光音響的特性を減少させることが考えられる。
【００６７】
前述のように、光路１３２の端部の光ファイバーが、ライトバーガイド３２２によって保持されて、ライトバーガイド３２２によって保持される全てのファイバーが実質的に同じ平面上に配置される。一実施形態では、ファイバー端部が、機械的力、接着剤、または機械的力および接着剤の組合せを使用して所定の位置に固定され得る。ファイバーは、それらを所望の位置およびパターンに保つため、ならびに／またはレーザー発射に起因する機械的エネルギーの出力を減らすために、それらの遠位端の近くで接着され得る。一実施形態では、ライトバーガイド３２２内で固定された光ファイバー間のスペースが、次の特性の１つまたは複数を有する材料で充填され得る：吸音、光散乱、白、および／または光反射。一実施形態では、光路１３２の遠位端でライトバーガイド３２２によって包み込まれ得る、光ファイバーが融着される。光路１３２の遠位端でのファイバーの融着は、光路から放出する光がより均一にされるのを可能にすることができる。
【００６８】
一実施形態では、反射コーティングは、組み立てられたプローブを含む、シェル３０２、３０４の、光路１３２から発散するレーザー光がその上に当たり得る面積、ならびに、皮膚を、例えば、光学窓２０３およびプローブ１０２の遠位端の他の部分の近くに接触させるように設計された面積内に、配置される。一実施形態では、シェル３０２、３０４が、光路１３２から発散するレーザー光がそれに当たり得るか、またはそれに当たる可能性がある場所に、金でコーティングされる。一実施形態では、シェル３０２、３０４の一部が金で作られ得るが、現在のところ、これは法外な費用がかかり得る。
【００６９】
一実施形態では、近接検出器システム（図示せず）が、プローブ１０２の遠位端が体積の表面の上または非常に近くにあることを判断するために使用される。理由の中で特に、かかる近接検出器システムが望ましいのは、プローブ１０２が、検査中または検査される予定の体積１６０にそれほど近接していない場合に、光源１２９がパルスを発するのを防ぐために、それが使用できることである。これは、光源１２９が、例えば、目に害を及ぼし得るレベルで光を発生し得るので、安全性の問題であり得る。近接検出器システムは次の形で実現され得る：プローブの遠位端における機械的接触スイッチ；無害のビームの反射を体積１６０の表面から見る光学的スイッチ；体積１６０および／または体積１６０とプローブの遠位端との間の任意の音響ジェルもしくは他の材料との接触によって閉じられる伝導性スイッチ；伝導性スイッチおよびプローブ１０２の遠位端との接触用の導電性表面を含むスタンドオフ；伝導性スイッチおよび対象の体積１６０の表面に適用された薄い、光学的かつ光音響的に透明な導電性表面；特定の時間内で音を伝導し、その反射を探すことによって、体積１６０の近接近を検出できる音響トランスデューサスイッチ；狭い形状の音声送信器および受信器の使用ならびに近接を検出するための反射の使用によって、体積１６０の近接近を検出できる音響トランスデューサスイッチ；信号リターンを探すことにより、トランスデューサ配列内の１つあるいは複数のトランスデューサを近接検出器として使用すること；または装置１００を超音波モードで操作して、超音波画像を探すことによる。
【００７０】
一実施形態では、出力エネルギーがそこから推定または推測できる測定値を取得するために、光学検出器（図示せず）がプローブ１０２内に配置され得る。一実施形態では、光学検出器は、ビーム拡大器または光学窓によって反射されたエネルギーなどの、反射エネルギーを測定する。一実施形態では、光学検出器は、ギャップ４０２を取り囲んでいる材料によって散乱されたエネルギーなどの、散乱エネルギーを測定する。光学検出器の測定値は、制御信号線１０９を経由してシステム筐体１０１に伝達でき、そこで、それは、プローブ１０２の光出力を推測または推定するために分析できる。一実施形態では、システム筐体１０１内の制御機能が、光システム１２９の光出力、従って、光学検出器によって行われた測定値に基づくプローブ１０２の光出力を制御または調整できる。一実施形態では、システム筐体１０１内の制御機能が、光学検出器によって行われた測定値に基づきプローブ１０２の光出力の変動を補正するために、トランスデューサ受信器内の利得を制御または調整できる。一実施形態では、コンピューティングシステム１２８は、光学検出器によって行われた測定値に基づき、異なる活動を、制御信号線１０６を通じて光システム１２９からトリガーできる。一実施形態では、光学検出器によって出された測定値が、装置１０１に対する電気システムまたは電力における変動を制御するために使用できる。同様に、一実施形態では、光学検出器によって作成された測定値が、装置１００の光路１３２または他の光学要素における変動を制御するために使用できる。一実施形態では、光学検出器は、プローブ１０２によって出力された光のフルエンスを、そうでなければ、プローブ１０２によって出力された光のフルエンスが安全限界を超えるか、またははるかに下回る、電気的または光学的特性における変動に対応することにより、安全限界に近接してはいるが下回らせるために使用できる。
【００７１】
図７は、プローブの別の実施形態７００の概略正射影図を示す。図８は、プローブ７００の分解図を示す。シェル７０２、７０４および他の構成要素が、プローブ７００内の構成要素をより詳細に示すために分離されている。図９および図１０は、組み立てられた状態のプローブ７００の断面図を示す。図１１は、本明細書で開示する方法および他の装置に関連して使用され得るプローブの別の実施形態の長さ方向断面図を示す。以下で説明するように、一方で、図７〜図１０に例示するプローブ７００、および図１１に例示するプローブ１１００と、他方で、図３および図４に示すプローブ１０２との間にはいくつかの重要な違いが存在し、この違いは、限定するものではないが、トランスデューサ組立体からの窓の物理的分離、音響レンズのための支持ハウジングの短縮、および重要な点として、スペーサーの代わりのアイソレータの使用を含む。
【００７２】
図３および図４に示すプローブの場合のように、シェル７０２、７０４は、プラスチックまたは他の適切な材料から作製され得る。光、および特に、光サブシステム１２９によって発生される光にさらされ得るシェル７０２、７０４の表面は、好ましくは、いずれも、反射する（すなわち、明るい色の）材料であり、光を散乱（すなわち、１〜１０の間の散乱係数を有する）し得る。一実施形態では、シェル７０２、７０４の表面は、高反射性であり、すなわち、７５％超を反射させる。一実施形態では、シェル７０２、７０４の表面は、非常に高反射性であり、すなわち、９０％超を反射させる。一実施形態では、シェル７０２、７０４の表面は、光吸収が小さく、すなわち、吸収が２５％未満である。一実施形態では、シェル７０２、７０４の表面は、光吸収が非常に小さく、すなわち、吸収が１０％未満である。さらに、シェル７０２、７０４を形成する材料は、音響エネルギーを反射または透過するのではなく、吸収するために、音響吸収性である必要がある。一実施形態では、白いプラスチックシェル７０２、７０４が使用される。
【００７３】
一実施形態では、フレックス回路３１２と同様に、フレックス回路７１２は、ケーブルコネクタ７１４を、超音波トランスデューサ７１０を形成する圧電超音波トランスデューサ要素の配列（図示せず）に接続する、複数の電気配線（図示せず）を含む。一実施形態では、フレックス回路７１２は、折り畳まれてバッキング７１１の周囲に巻かれ、シリコーンなどの接着剤を使用して、バッキング７１１に固定され得る。一実施形態では、ブロック７１３が、圧電超音波トランスデューサ要素の配列の反対側でバッキング７１１に取り付けられる。一実施形態では、超音波トランスデューサ７１０は、少なくとも１２８個のトランスデューサ要素を含むが、追加の要素は、装置１００の撮像の歪みを減らし、かつ／または解像度、精度および深さを増加し得るので、多数のトランスデューサ要素を有することが望ましい場合がある。ケーブルコネクタ７１４は、電気配線を、超音波トランスデューサ７１０に接続し、従って、電気路１０８に動作可能に接続する。一実施形態では、電気路１０８は、超音波トランスデューサ配列７１０内の各超音波トランスデューサ要素に対する同軸線を含む。
【００７４】
包囲部７１６が、超音波トランスデューサ７１０にごく近接しているか、または接触して配置されている音響レンズ７０５を取り囲む。音響レンズ２０５およびハウジング２１６に関して前述のように、音響レンズ７０５および包囲部７１６は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンゴムなどの、シリコーンゴムを含み得る。一実施形態では、包囲部７１６および音響レンズ２０５が、同じＲＴＶシリコーンゴム材料から、一体として形成される。一実施形態では、超音波トランスデューサ７１０が、シリコーンなどの適切な接着剤を使用して、音響レンズ７０５の背後に固定される。従って、トランスデューサ組立体７１５は、包囲部７１６、音響レンズ７０５、超音波トランスデューサ７１０、フレックス回路７１２およびそのケーブルコネクタ７１４、バッキング７１１、ならびにブロック７１３を含み得る。一実施形態では、バッキング７１１またはブロック７１３は、トランスデューサ組立体７１５を他の構成要素に取り付けるか、または固定するために使用できる。
【００７５】
図３および図４に示す実施形態と同様に、ＲＴＶシリコーンゴム音響レンズ７０５および／または包囲部７１６上の光サブシステム１２９によって発生された光を白くして、光音響効果を減少させるために、一実施形態では、音響レンズ７０５および／または包囲部７１６を形成するＲＴＶシリコーンゴムに、ＴｉＯ２がドープされ得る。また、図３および図４に示す実施形態と同様に、一実施形態では、音響レンズ７０５および／または包囲部７１６を形成するＲＴＶシリコーンゴムに、約４％のＴｉＯ２がドープされ得る。一実施形態では、音響レンズ７０５の外表面および／または包囲部７１６の外表面が、追加で、または代替で、真鍮、アルミニウム、銅、または金などの金属の薄層でコーティングされ得る。一実施形態では、音響レンズ７０５の外表面および／または包囲部７１６の外表面は、まずペリレンでコーティングされ、次いで、ニッケルでコーティングされ、その後、金でコーティングされて、最後に再度、ペリレンでコーティングされ得る。一実施形態では、ペリレンでコーティングされた縁部を有する音響レンズ７０５および／または包囲部７１６の一部は、丸まりまたは剥離を防ぐため、他の構成要素に機械的に固定されるように適合される。一実施形態では、音響レンズ７０５を含む、包囲部７１６の実質的に外表面全体が、ペリレン、次いでニッケル、その後、金、それから再度ペリレンの連続的な層でコーティングされる。一実施形態では、（音響レンズ７０５を含む）包囲部７１６の実質的に外表面全体、ならびに包囲部７１６の側面および下面（音響レンズ７０５の下面ではなく）が、記載したように連続的な層でコーティングされ得る。
【００７６】
図３および図４に示す実施形態と同様に、包囲部７１６の背後のトランスデューサ組立体７１５の一部は、電磁シールドとしても機能し得る反射材料によって少なくとも一部が取り囲まれ得る。
【００７７】
しかし、プローブ１０２の設計における実質的な変形例では、プローブ７００組立体内のアイソレータ７２０は、トランスデューサ組立体７１５を、光学窓７０３およびライトバーガイド７２２、そして一実施形態では拡散器７５０を含む他のプローブ構成要素から物理的に分離する。さらに、一実施形態では、音響レンズ７０５および包囲部７１６は、プローブ７００の最遠位構成要素となり、アイソレータ７２０が次に最遠位となり、（存在する場合）窓７０３がそれに対して近位となるように配置される。一実施形態では、アイソレータ７２０は、プローブ７００の最遠位構成要素となり、音響レンズ７０５の最も外側の凸部が次に最遠位となるように配置される。（図９に示すような）一実施形態では、音響レンズ７０５の最も外側の凸部は、プローブ７００の最遠位の構成要素となり、アイソレータ７２０が次に最遠位となり、窓７０３（存在する場合）および包囲部７１６が、音響レンズ７０５の最も外側の部分およびアイソレータ７２０の双方に近位となるように配置される。この後者の配置は、音響レンズと光学窓７０３との間、または対象である組織の方へとプローブから出る光の他の位置における音響および／または機械的エネルギーの伝播をより効果的に緩和し得る。
【００７８】
一実施形態では、アイソレータ７２０は、光学窓７０３、拡散器７５０および／または包囲部７１６の位置付けおよび／または固定を支援するように形成される。一実施形態では、アイソレータ７２０は、光学窓７０３、拡散器７５０および／または包囲部７１６の配置および／または固定を支援するためのリッジまたは戻り止めを含む。一実施形態では、拡散器７５０は、前述のようなレンズまたはすりガラスもしくは艶消しガラスビーム拡大器ではなくホログラフィック拡散器でもよい。
【００７９】
スペーサー３２０と同様に、アイソレータ７２０は、最終的に、サンプリング中にトランスデューサ７１０に伝達される、光サブシステム１２９によって生成された光に対するその光音響応答を減らす材料から作製される。図３および図４に示すような一実施形態では、スペーサー３２０は、光サブシステム１２９によって生成された光を反射するように白く、それによりスペーサー３２０の光音響応答を減らし、従って、サンプリング中にトランスデューサに伝送される潜在的に干渉する機械的エネルギーを緩和する。この手法からの飛躍的かつ非自明の変形例において、一実施形態では、アイソレータ７２０は、光サブシステム１２９によって生成された光を反射するのではなく吸収するように設計される。一実施形態では、アイソレータ７２０は、光を吸収し、光がトランスデューサ組立体７１５に到達するのを実質的に防ぐだけでなく、吸収した光ならびに周囲構成要素の音響エネルギーに（例えば、機械的に）応答する音響の伝送を弱める材料から製造される。一実施形態では、アイソレータ７２０は、音響サンプリングプロセス中にトランスデューサ７１０に到達し得る、他の構成要素（例えば、窓７０３または拡散器７５０）に由来する任意の光音響応答などの機械的エネルギーの経路に実質的に配置される。一実施形態では、組み立てられると、アイソレータ７２０は、音響トランスデューサ組立体７１５の少なくとも実質的な部分を取り囲む。一実施形態では、組み立てられると、アイソレータ７２０は、音響トランスデューサ組立体７１５を完全に取り囲む。アイソレータ７２０によってトランスデューサ組立体７１５を取り囲み、アイソレータ７２０を以下の特性を有する材料から製造することによって、サンプリング中にトランスデューサ７１０に到達する機械的または音響エネルギーの量が緩和される。
【００８０】
一方のアイソレータ７２０と、他方のフレックス回路７１２およびバッキング７１１との間の空間は、例示のためのものである。一実施形態では、アイソレータ７２０は、例えば、２つの構成要素部から組み立てられたときにフレックス回路７１２にぴったりと適合するように製造される。かかる実施形態では、アイソレータ７２０を、フレックス回路７１２に固定し、従って、トランスデューサ組立体７１５に固定するために、グルーまたは他の接着剤の薄層が使用され得る。一実施形態では、噛み合いが正確に合わないものの、アイソレータ７２０と、フレックス回路７１２および／またはバッキング７１１との間の隙間が、グルーまたは接着剤によって少なくても部分的に充填される。
【００８１】
一実施形態では、アイソレータ７２０は、そのエネルギーを吸収する材料から製造される。一実施形態では、アイソレータ７２０の製造に使用される材料は、シリコーンゴム、カーボンブラックおよびミクロスフェアから生成される化合物である。
【００８２】
図１１は、プローブ１１００の別の実施形態の長さ方向断面図を示す。シェル１１０２、１１０４は、プラスチックまたは他の適切な材料から作製され得る。光にさらされ得るシェル１１０２、１１０４の表面は、反射性又は高反射性でもよく、低光吸収性または超低光吸収性および音響吸収性を有し得る。一実施形態では、フレックス回路１１１２は、ケーブルコネクタ１１１４を、超音波トランスデューサ１１１０を形成する圧電超音波トランスデューサ要素の配列（図示せず）に接続する、複数の電気配線（図示せず）を含む。一実施形態では、フレックス回路１１１２は、折り畳まれてバッキング１１１１の周囲に巻かれ、シリコーンなどの接着剤を使用して、バッキング１１１１に固定され得る。一実施形態では、ブロック１１１３が、圧電超音波トランスデューサ要素の配列の反対側でバッキング１１１１に取り付けられる。ケーブルコネクタ１１１４は、電気配線を、超音波トランスデューサ１１１０に接続し、従って、電気路１０８に動作可能に接続する。一実施形態では、光路１３２および電気路１０８は、張力緩和１１０１を通って延びる。
【００８３】
音響レンズ１１０５は、超音波トランスデューサ１１１０にごく近接しているか、または接触して配置される。音響レンズ１１０５は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンゴムなどの、シリコーンゴムを含み得る。一実施形態では、超音波トランスデューサ１１１０が、シリコーンなどの適切な接着剤を使用して、音響レンズ１１０５の背後に固定される。従って、トランスデューサ組立体１１１５は、音響レンズ１１０５、超音波トランスデューサ１１１０、フレックス回路１１１２およびそのケーブルコネクタ１１１４、バッキング１１１１、ならびにブロック１１１３を含み得る。一実施形態では、バッキング１１１１またはブロック１１１３は、トランスデューサ組立体１１１５を他の構成要素に取り付けるか、または固定するために使用できる。
【００８４】
一実施形態では、音響レンズ１１０５を形成するＲＴＶシリコーンゴムに、ＴｉＯ２がドープされ得る。一実施形態では、音響レンズ１１０５を形成するＲＴＶシリコーンゴムに、約４％のＴｉＯ２がドープされ得る。一実施形態では、音響レンズ１１０５の外表面が、追加で、または代替で、真鍮、アルミニウム、銅、または金などの金属の薄層でコーティングされ得る。一実施形態では、音響レンズ１１０５の外表面は、まずペリレンでコーティングされ、次いで、ニッケルでコーティングされ、その後、金でコーティングされて、最後に再度、ペリレンでコーティングされ得る。一実施形態では、ペリレンでコーティングされた縁部を有する音響レンズ１１０５の一部は、丸まりまたは剥離を防ぐため、他の構成要素に機械的に固定されるように適合される。一実施形態では、音響レンズ１１０５の実質的に外表面全体が、ペリレン、次いでニッケル、その後、金、それから再度ペリレンの連続的な層でコーティングされる。一実施形態では、音響レンズ１１０５の（その下面ではなく）実質的に外表面全体が、記載したように連続的な層でコーティングされ得る。音響レンズ１１０５の背後のトランスデューサ組立体１１１５の一部は、電磁シールドとしても機能し得る反射材料によって少なくとも一部を取り囲まれ得る。
【００８５】
アイソレータ１１２０は、いくつかある選択肢のうち、光学窓１１０３およびライトバーガイド１１２２、一実施形態ではホログラフィック拡散器またはすりガラスもしくは艶消しガラスビーム拡大器でもよい拡散器１１５０などの他のプローブ構成要素から、トランスデューサ組立体１１１５を物理的に分離する。一実施形態では、アイソレータ１１２０は、光学窓１１０３、拡散器１１５０および／または音響レンズ１１０５の位置付けおよび／または固定を支援するように形成される。一実施形態では、アイソレータ１１２０は、光学窓１１０３、拡散器１１５０および／または音響レンズ１１０５の位置付けおよび／または固定を支援するためのリッジまたは戻り止めを含む。
【００８６】
アイソレータ１１２０は、最終的に、サンプリング中にトランスデューサ１１１０に伝達される、光サブシステム１２９によって生成された光に対するその光音響応答を減らす材料から作製される。一実施形態では、アイソレータ１１２０は、光を吸収し、光がトランスデューサ組立体１１１５に到達するのを実質的に防ぐだけでなく、吸収した光ならびに周囲構成要素の音響エネルギーに（例えば、機械的に）応答する音響の伝送を弱める材料から製造される。一実施形態では、アイソレータ１１２０は、音響サンプリングプロセス中にトランスデューサ１１１０に到達し得る、他の構成要素（例えば、窓１１０３または拡散器１１５０）に由来する、任意の光音響応答などの機械的エネルギーの経路に実質的に位置付けられる。一実施形態では、組み立てられると、アイソレータ１１２０は、音響トランスデューサ組立体１１１５の少なくとも実質的な部分を取り囲む。一実施形態では、組み立てられると、アイソレータ１１２０は、音響トランスデューサ組立体１１１５を完全に取り囲む。アイソレータ１１２０によってトランスデューサ組立体１１１５を取り囲み、アイソレータ１１２０を以下の特性を有する材料から製造することによって、サンプリング中にトランスデューサ１１１０に到達する機械的または音響エネルギーの量が緩和される。
【００８７】
一実施形態では、アイソレータ１１２０は、例えば、組み立てられたときにフレックス回路１１１２にぴったりと適合するように製造される。一実施形態では、アイソレータ１１２０を、フレックス回路１１１２に、従って、トランスデューサ組立体１１１５に固定するために、グルーまたは他の接着剤の薄層が使用され得る。一実施形態では、噛み合いは正確に合わないものの、アイソレータ１１２０と、フレックス回路１１１２および／またはバッキング１１１１との間の隙間が、グルーまたは接着剤によって少なくても部分的に充填される。一実施形態では、アイソレータ１１２０は、そのエネルギーを吸収する材料から製造される。一実施形態では、アイソレータ１１２０の製造に使用される材料は、シリコーンゴム、カーボンブラックおよびミクロスフェアから作られた化合物である。
【００８８】
配合物
一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、可撓性キャリア、着色剤およびマイクロバブルの３種類の主成分から製造される。本明細書では、マイクロバブルという用語は、マイクロスフェア、低密度粒子または気泡を含む。一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、キャリアとして２２ｇの可撓性材料、混合性を損なうほどではない濃度の少なくとも少量の着色剤、および体積で約１０％〜８０％のミクロスフェア、という割合の各成分から製造され得る。一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、キャリアとして２２ｇの可撓性材料、混合性を損なうほどではない濃度の少なくとも少量の着色剤、および体積で約１０％〜８０％の空気であって、小さい気泡に生じる空気という割合の各成分から製造され得る。一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、キャリアとして２２ｇの可撓性材料、混合性を損なうほどではない濃度の少なくとも少量の着色剤、および可撓性キャリアと比較して約１０％〜８０％の低密度材料粒子、という割合の各成分から製造され得る。
【００８９】
一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、２２ｇの可撓性材料、約１／１６ｔｓｐ〜１ｔｓｐ（小さじ、約５ｃｃ）の着色剤、および体積で約２５％〜７０％のマイクロバブルの各成分から製造され得る。一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、２２ｇの可撓性材料、約１／４ｔｓｐの着色剤、および体積で約５０％のマイクロバブルの各成分から製造され得る。前述の割合のいくつかは、２２ｇの可撓性キャリアを使用して与えられるが、その数値は例示としてのみ与えられる。特定のサイズのバッチに形成されることではなく、使用する材料の比の範囲が重要である。
【００９０】
一実施形態では、ミクロスフェアは、フェノール、アクリル、ガラス、または混合物中に気体バブルを生成する任意の他の材料から作られるシェルを有し得る。一実施形態では、ミクロスフェアは、小さい個別の中空球である。本明細書では、球（例えば、ミクロスフェア）という用語は、特定の形状、例えば、丸い形状を定義することを意図するものではなく、空隙またはバブルを記述するのに使用され、従って、フェノール性ミクロスフェアは、立方体、球形または他の形状でもよい、気体空隙を取り囲むフェノール性シェルを定義する。一実施形態では、マイクロバブルとしてミクロスフェアの代わりに、またはそれに加えて、バブルまたは低密度粒子が使用され得る。一実施形態では、ミクロスフェア、低密度粒子またはバブルは、サイズが約１０〜約２５０ミクロンの範囲でもよい。一実施形態では、ミクロスフェア、低密度粒子またはバブルは、サイズが約５０〜約１００ミクロンの範囲でもよい。一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、２つ以上の部分から形成される。一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０は、２つの実質的に同一の半片から形成される。
【００９１】
一実施形態では、シリコーンゴム化合物は、室温で硬化可能な２成分型シリコーンゴム化合物でもよい。可撓性キャリアは、シリコーンゴム化合物でもよいし、高温で硬化するゴム化合物などの他のゴム化合物でもよい。一実施形態では、可撓性材料は、ミクロスフェア、低密度粒子および／またはバブルならびに着色成分と混合された後、所望の形状にモールド成形、あるいは他の方法で形成できる任意のプラスチック材料でもよい。着色剤は、カーボンブラックでも、混合化合物に光吸収特性を付与する暗色インクまたは染料を含む任意の他の適切な着色剤でもよい。
【００９２】
一実施形態では、以下のステップを、アイソレータ７２０または１１２０を製造するために使用できる。薄い剥離層にワセリンなどを塗布することによってモールドが準備され得る。材料が注意深く秤量されて、一定の粘稠度に達するまで混合される。混合速度が高すぎると混合物中に空気が混入されるので、混合に注意を払う必要がある。その後、アイソレータ７２０または１１２０（またはその一部）を形成するような適切な形状のモールドに混合物が配置される。一実施形態では、機器を使用して、混合物をモールドの隅部に移動させる。モールドが閉じられて、通気口から余分の材料が排出されるように加圧される。その後、混合物が硬化される。一旦硬化すると、鋳造された部品がモールドから除去され得、周知のように、レザーブレードまたは他の機器によって過剰な材料を除去するために洗浄される。洗浄された部分は、石鹸および水で洗浄され得、アルコールで拭き取られてグリースおよび／または汚れが除去される。
【００９３】
一実施形態では、製造された部品の一部は、金または真鍮粉などの反射性または高反射性材料でコーティングされる。一実施形態では、反射性の金コーティングが使用され得る。一実施形態では、部品をコーティングするために、適切な金塗装が達成されるまで、少量の金、真鍮または他の反射材料に、アクリル樹脂が滴状で追加され得る。一実施形態では、任意の反射塗料、例えば、金色の塗料が使用される。一実施形態では、人の組織に接触した可能性のあるアイソレータ７２０または１１２０の遠位端がコーティングされるのを回避するように注意すべきである。かかるコーティングを回避するために、アイソレータ７２０または１１２０の端部に、テフロンテープなどのテープが貼付され得る。一実施形態では、金塗料が、アイソレータ７２０または１１２０の前面および側面、すなわち、トランスデューサ組立体７１５、１１１５を除く、ガラス７０３または１１０３、拡散器７５０または１１５０、および他の構成要素に接触する側面に塗布される。一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０の外表面の一部は、金塗料の層でコーティングされ得る。
【００９４】
一実施形態では、アイソレータ７２０または１１２０の一対の半片は、以下の量の以下の成分を使用して作られ得る。
２０ｇのＭｏｍｅｎｔｉｖｅ  ＲＴＶ  ６３０Ａ  シリコーンゴムベース（Ｐ／Ｎ：０３８１４１）
２ｇのＭｏｍｅｎｔｉｖｅ  ＲＴＶ  ６３０Ｂ  シリコーンゴム硬化剤（Ｐ／Ｎ：０３８１４１）
１／４ｔｓｐのカーボンブラック（Ｌｅｃｏ  Ｐ／Ｎ：５０２−１９６）
５ｔｓｐの７０ミクロンフェノール性ミクロスフェア（Ｅａｓｔｅｃｈ  Ｐ／Ｎ：ＰＨＥＮＯＳＥＴ  ＢＪＯ−０８４０）
材料を徹底的に混合するために、汚染されていない道具を使用する必要がある。良好な結果を得るには、正確な割合のＭｏｍｅｎｔｉｖｅ  ＲＴＶを使用することが重要である。混合物は、取り扱いが可能となるのに十分な程度に、一晩または２４時間以内に硬化され得るが、混合物を室温で、またはその前後の温度で完全に硬化するためには、一週間程度要する場合がある。温度の上昇によって硬化プロセスを促進させることができ、従って、例えば、混合物を４０〜５０℃に加熱することにより、数時間以内で取り扱いが可能となり得る。
【００９５】
本システムおよび方法が、光音響プローブを含む方法および装置のブロック図ならびに操作上の具体例を参照して前述されている。ブロック図または操作上の具体例の各ブロック、およびブロック図または操作上の具体例のブロックの組合せが、アナログまたはデジタルハードウェアおよびコンピュータプログラム命令によって実現され得ることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータのプロセッサ、専用コンピュータ、ＡＳＩＣ、または他のプログラム可能データ処理装置に提供され得、これにより、コンピュータのプロセッサまたは他のプログラム可能データ処理装置によって実行される命令が、ブロック図または操作ブロックもしくは複数のブロックで指定された機能／動作を実現する。ある代替実施態様では、ブロック内に記述された機能／動作は、操作上の具体例に記述された順序とは異なる順序で生じ得る。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、関与する機能／動作に応じて、実質的に同時に実行され得るか、またはブロックは時々、逆の順序で実行され得る。
【００９６】
本発明は、その好ましい実施形態を参照して、具体的に示され、記述されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において様々な変更が本明細書において行われ得ることが、当業者によって理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月9日(2018.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位端を有する光音響プローブであって、
光源が前記プローブの前記遠位端の方に光を導くことを可能にするように適合された第一の光路と、
前記プローブの前記遠位端に近位の、前記第一の光路における光学窓と、
内表面および外表面を有する音響レンズと、
複数の超音波トランスデューサ要素を含み、そのアクティブな端部に前記音響レンズの前記内表面を有する、前記アクティブな端部を有する超音波トランスデューサ配列と、
前記光路と前記超音波トランスデューサ配列との間に配置され、前記光路からの光を、前記プローブの前記遠位端から出る前に前記超音波トランスデューサ配列に当たることから緩和するように配置されたアイソレータであって、可撓性キャリア並びにカーボンブラック、染料およびインクの群から選択される着色剤を含む混合物から作製されるアイソレータと、を含む、光音響プローブ。
【請求項２】
前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ配列を、前記光学窓の実質的に全ての光音響応答から分離する、請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項３】
前記光学窓に近位の前記光路に配置された拡散器をさらに含み、前記アイソレータが前記超音波トランスデューサ配列を、前記拡散器の実質的に全ての光音響応答から分離するようにさらに適合されている、請求項２に記載の光音響プローブ。
【請求項４】
前記拡散器がホログラフィック拡散器である、請求項３に記載の光音響プローブ。
【外国語明細書】
2018183614000001.pdf