(57)【要約】【課題】光音響効果によって生じる微弱な音響波を計測することにより、血液中に存在するグルコース、アルブミンなどの成分の濃度を非侵襲で測定することができる。しかし、定量的な分析を行うためには、微弱な音響波が安定して測定できなければならない。【解決手段】光音響計測装置に、被検体に光を照射する光源３００と、光の焦点Ｆから発生する音響波１０１を検知する音センサ２００と、音センサの曲率中心Ｃが光の焦点Ｆと一致またはその近傍に位置するように調整する音路長可変機構４００を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射する光源と、
前記光の焦点から発生する音響波を検知する音センサと、
前記音センサの曲率中心が前記光の焦点と一致またはその近傍に位置するように調整する音路長可変機構とを有する光音響計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記音路長可変機構は、ある方向に延在する第１部材と、前記音センサに結合され、かつ前記第１部材の任意の位置に固定可能な第２部材とを有し、
前記第２部材を前記第１部材上で移動させることにより、前記音センサの曲率中心を前記光の焦点に近づける光音響計測装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記光源と前記音センサとは前記被検体をはさんで対向するように配置される光音響計測装置。
【請求項４】
請求項１において、
複数の前記音センサを有し、
複数の前記音センサのそれぞれに対し、前記音センサの曲率中心が前記光の焦点と一致またはその近傍に位置するように調整する前記音路長可変機構が設けられる光音響計測装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記音センサと前記被検体をはさんで対向するように配置される別の前記音センサを有し、
前記音センサ及び前記別の前記音センサとはそれぞれ、前記音センサ及び前記別の前記音センサが対向して配置されたときに楕円球面の一部を成す形状を有し、
前記音響波は、前記光源の光軸方向を長軸方向とする領域から発生され、
前記音路長可変機構は、前記楕円球面の２つの楕円曲率中心が前記領域に含まれる、またはその近傍に位置するように調整する光音響計測装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記音センサ及び前記別の前記音センサの曲率を変更する曲率可変機構を有し、
前記曲率可変機構は、前記楕円球面の２つの楕円曲率中心が前記領域に含まれる、またはその近傍に位置するように調整する光音響計測装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記光源及び前記音センサに接続される信号処理部を有し、
前記信号処理部は、
光音響計測を制御する計測処理部と、
前記計測処理部からの光信号トリガを受け、前記光源を発光させる光送信部と、
前記音センサで受信した前記音響波の受信信号を増幅する音波受信部と、
音路長計測部とを有し、
前記音路長計測部は、前記光信号トリガの発行タイミングと前記音センサで受信した前記音響波の受信信号の受信タイミングに基づき、前記音響波の受信強度を最大とする前記光の焦点と前記音センサまでの距離を求める光音響計測装置。
【請求項８】
被検体に光を照射する光源と、
前記光の焦点から発生する音響波を検知する音センサアレイと、
前記音センサアレイの曲率中心が前記光の焦点と一致またはその近傍に位置するように調整する音路長可変機構とを有し、
前記音センサアレイは複数の音センサ素子を１次元または２次元に配列されており、
前記音路長可変機構は、前記複数の音センサ素子で受信した前記音響波の受信信号をそれぞれの遅延量で遅延させて合成する光音響計測装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記光源と前記音センサアレイとは前記被検体をはさんで対向するように配置される光音響計測装置。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記光源及び前記音センサアレイに接続される信号処理部を有し、
前記信号処理部は、
光音響計測を制御する計測処理部と、
前記計測処理部からの光信号トリガを受け、前記光源を発光させる光送信部と、
前記複数の音センサ素子で検知した前記音響波の受信信号を増幅する音波受信部と、
音路長調整部とを有し、
前記音路長調整部は、あらかじめ前記音センサ素子で受信した前記音響波の受信信号の遅延量の組み合わせを記憶し、合成した前記音響波の受信強度が最大となる組み合わせとなるよう、前記音路長可変機構の前記遅延量を設定する光音響計測装置。
【請求項１１】
被検体に光を照射する光源と、前記光の焦点から発生する音響波を検知する音センサまたは音センサアレイとを有する光音響計測装置を用いた光音響計測方法であって、
前記光源より前記被検体に光を照射し、前記音センサまたは前記音センサアレイにより受信された前記音響波の受信強度が極大となるように、前記音センサまたは前記音センサアレイの音路長を設定し、
前記光源より前記被検体に光を照射し、前記設定された音路長を有する前記音センサまたは前記音センサアレイにより前記音響波を検知して、光音響計測を行う光音響計測方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記光音響計測装置は音センサを有し、
前記音センサの曲率中心が前記光の焦点と一致またはその近傍に位置するように前記音センサの位置を設定する光音響計測方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記光音響計測装置は音センサを有し、
前記音センサの曲率中心が前記光の焦点と一致またはその近傍に位置するように前記音センサの曲率を設定する光音響計測方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記光音響計測装置は、複数の音センサ素子が１次元または２次元に配列された音センサアレイを有し、
前記音センサアレイの曲率中心が前記光の焦点と一致またはその近傍に位置するように前記複数の音センサ素子の遅延量を設定する光音響計測方法。
【請求項１５】
請求項１１において、
前記光音響計測の結果に基づき、前記被検体のグルコース濃度を計測する光音響計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響計測装置および光音響計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体イメージングの一手法として、光音響効果を利用するものがある。光音響効果とは、生体にレーザ光を照射することにより、生体組織内において光エネルギーを吸収した分子が熱を放出し、その熱による体積膨張で音響波が発生する現象である。このように発生した音響波を、圧電材料などを用いた超音波検出素子で検出する。例えば、小動物を対象として光音響イメージングを適用する例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、この光音響効果を利用して血液中に存在するグルコース、アルブミンなどの成分の濃度を非侵襲で測定する研究も進められている。この例が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示される成分濃度測定方法においては、２波長のレーザ光を交互に入力すると、測定物が光吸収量の差に応じて音波を生じ、光吸収量が等しいとき（吸収量差がないとき）は音波が生じないことから、２波長のレーザ光の光強度差が濃度によって変化する様子から被測定物の濃度変化を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１３−５０００９１号公報
【特許文献２】特開２０１６−１５４５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光音響効果によって生じる音響波は微弱であるため、音響波の測定を安定して行うことが難しい。このため定量的な分析を行うために必要な精度で測定することが困難である。特許文献２においては微弱な音響波を検出するためにロックインアンプを用いている。このような信号処理によって微弱な信号を精度よく測定することは可能であるが、計測装置の大型化、コスト高につながる。例えば、非侵襲でグルコースの測定が日常的に行えるような計測装置として普及するためには、できるだけ安価、小型の装置で、微弱な信号を精度よく測定することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態である光音響計測装置においては、被検体に光を照射する光源と、光の焦点から発生する音響波を検知する音センサと、音センサの曲率中心が光の焦点と一致またはその近傍に位置するように調整する音路長可変機構とを有する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかにされる。
【発明の効果】
【０００７】
光音響効果によって生じる微弱な音響波の測定を安定して行うことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の音響波受信部の概略構成図である。
【図２】音センサの配置の変形例を示す図である。
【図３】複数の音センサを有する音波受信部の概略構成図である。
【図４】非球面音センサを有する音波受信部の概略構成図である。
【図５】音路長可変機構の調整方法について説明する図である。
【図６】本実施の形態における光音響計測フローチャートである。
【図７】実施例１の音響波受信部を有する光音響計測装置のブロック図である。
【図８】実施例２の音響波受信部の概略構成図である。
【図９】実施例２の音響波受信部を有する光音響計測装置のブロック図である。
【図１０】音路長調整部の制御テーブルの例である。
【図１１】光源に導光路を設けた音センサの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
発明者らは光音響効果によって生じる音響波を検知する音響波受信部に集音構造をもたせることにより、微弱な音響波を安定的に検出することができることを見出した。
【実施例１】
【００１０】
図１に実施例１における集音構造を有する音響波受信部の概略構成例を示す。被検体１００をはさんで対向するように、光源３００と音センサ２００とが設けられている。被検体１００は例えば、指や耳たぶなどといった軟部組織である。音センサ２００はピエゾ素子（ＰＺＴ）のような圧電セラミック素子であり、球面形状をしている。音センサ２００を耳たぶに装着する場合には、耳たぶの裏側に装着することで目立たなくできる。音センサ２００には音響整合層２０１が設けられ、音響整合層２０１を介して被検体１００と接する。音響整合層２０１は被検体１００を通ってきた音響波ができるだけ反射することなく音センサ２００に入力されるよう、音響インピーダンスの整合をとるために設けられている。さらに音響整合層２０１と被検体１００との間にゼリーを塗布して使用することで、被検体１００と音響整合層２０１との間での音響波の反射を抑制することができる。音センサ２００には音路長可変機構４００が設けられ、音センサ２００の位置を方向４１０に沿って移動させることができる。
【００１１】
光源３００の光の焦点Ｆから音響波１０１が発生する（図では簡略化して焦点Ｆから球面状の音響波１０１が広がっているように記載しているが、被検体１００内の血管等の内部構造の存在、密度の異なる組織の存在により、実際には図に示すような同心円状に広がるわけではない）。本実施の形態の音響波受信部においては、音センサ２００の曲率中心Ｃが光源３００の光の焦点Ｆと一致またはその近傍に位置するように音路長可変機構４００により音センサ２００の位置を調整することにより、発生する音響波１０１を効率的に捕捉することが可能になる。なお、上記したように音響波の広がりは被検体の内部構造に依存して様々な変化が生じる。このため、理論的な光の焦点位置そのものではなく、光の焦点位置の近傍が最適点になる場合がある。「一致またはその近傍」とはこのような音響波の変化にかかわらず、光音響計測装置が音響波を計測可能なレベルで捕捉できる位置に音センサを配置することを意味している。
【００１２】
図２に音センサ２００の配置に関する変形例を示す。図１に示したように音響波１０１は光の焦点Ｆを中心として被検体１００の内部に広がっていく。したがって、光源３００と音センサ２００とを対向させなくてもよい。図２において、音センサ２００ａは音センサを被検体１００の光源３００に接する面１１０に配置した例であり、音センサ２００ｂは音センサを被検体１００のさらに別の面１１１に配置する例である。図では省略したが、音センサ２００ａ、２００ｂはそれぞれ曲率中心Ｃの位置を調整するための音路長可変機構が設けられ、音センサ２００ａは方向４１１に沿って、音センサ２００ａは方向４１２に沿って移動可能に構成される。なお、図では音センサ２００ａ、２００ｂの曲率を同じに描いているが、例えば光源３００に対する音センサ２００ｂのように、光の焦点Ｆと音センサとの距離が長くなる場合には、音センサ２００ｂの曲率半径を音センサ２００ａの曲率半径よりも長くするよう設計することが音響波を集音する観点から望ましい。
【００１３】
図３はさらに別の変形例であり、複数の音センサを有する音波受信部の概略構成例である。第１の音センサ２００と対向する位置に第２の音センサ２００ａとを設け、第１の音センサ２００及び第２の音センサ２００ａはそれぞれ音路長可変機構４０１により方向４１０に沿って曲率中心Ｃ１、曲率中心Ｃ２を移動可能に構成されている。このように２つの音センサを用いることにより、より多くの微弱な信号をとらえることが可能になる。なお、この例では２つの音センサを対向する位置関係に設けた例を示したが、これに限られない。例えば、第２の音センサとして図２に示した音センサ２００ｂを用いてもよい。また、被検体１００の大きさによっては３つ以上の音センサを用いてもよい。
【００１４】
図４はさらに別の変形例であり、音センサ２１０はピエゾ素子（ＰＺＴ）のような圧電セラミック素子であり、非球面形状、この例では楕円球面形状を有している。第１の音センサ２１０と対向する位置に第２の音センサ２１０ａが設けられ、第１の音センサ２１０と第２の音センサ２１０ａとは楕円球面２６０の一部を成す形状を有している。第１の音センサ２１０及び第２の音センサ２１０ａはそれぞれ音路長可変機構４０２により方向４１０に沿って楕円球面２６０の楕円曲率中心Ｒ１、楕円曲率中心Ｒ２を移動可能に構成されている。また、第１の音センサ２１０及び第２の音センサ２１０ａはそれぞれ曲率可変機構４０３により音センサの曲率を変更し（方向４２０に沿って広げられる、またはすぼめられる）、楕円球面２６０の楕円曲率中心Ｒ１、楕円曲率中心Ｒ２を移動可能に構成されている。図では音路長可変機構４０２と曲率可変機構４０３の双方を有する例を示しているが、いずれか一方のみを備えるような構成であってもよい。
【００１５】
図１〜図３においては音響波１０１が光の焦点を点近似して、光の焦点Ｆを中心として球面上に伝搬するように示したが、音響波が発生する領域は厳密には１点ではなく、音響波が発生する光の焦点は、光源３００の光軸方向を長軸とする楕円体状の領域（ここでは、この領域を「焦点領域」と称する）となる。焦点領域Ｆ’の光軸上の広がりが比較的大きい場合は、音響波１０１の伝搬を球面状よりもむしろ、楕円球面状として近似することが有効である。また、音響波が球面状に伝搬していても、生体内の組織の不均一により楕円球面状に音波面が歪むこともある。このような場合には、楕円球面形状の音センサを用いることにより、球面形状の音センサよりも効果的に音響波を集音することが可能になる。音路長可変機構４０２及び曲率可変機構４０３の少なくともいずれかを用いて、楕円曲率中心Ｒ１、楕円曲率中心Ｒ２の双方が光源３００の焦点領域Ｆ’に含まれる、またはその近傍に位置するように調整する。これにより、光の焦点領域Ｆ’にて発生した音響波１０１を第１の音センサ２１０及び第２の音センサ２１０ａにより効率的に捕捉することが可能になる。
【００１６】
図１１に光源からの光を最適に被検体１００に入射するための光源３００の変形例について説明する。図１１は、音センサ２００ｃの音響整合層２０１に光源３００の周囲を取り込むように導光路３０１が設けられ、導光路の先端は音センサ２００ｃの装着時には被検体１００に少しめり込むような状態で装着される。耳たぶに装着する場合には、導光路３０１がピアス用の穴にフィットする形状、サイズとすることが好ましい。なお、図１１は光源が音センサと組み合わせられた例であるが、光源単体の場合も、同様に導光路を設けることで同じ効果が得られる。
【００１７】
以上説明した音響波受信部では音センサの位置を移動させる、または音センサの曲率を変更させることにより、音センサの曲率中心の位置と光源の光の焦点の位置とを調整することで、発生する音響波を集音する。音路長可変機構は移動方向に延在する第１部材と音センサに結合され、かつ第１部材の任意の位置に固定可能な第２部材により構成する。例えば、第１部材としてボルト（ねじ）、第２部材としてナットを使用してもよく、第１部材としてシャフト、第２部材としてラッチを使用してもよい。第２部材を第１部材に沿って移動させ、音センサの曲率中心Ｃを光の焦点Ｆに近づけ、固定できればよい。
【００１８】
この場合、音路長可変機構により、音響波の受信強度が最も大きくなる位置に音センサの位置を調整する。図５を用いて音センサの位置を粗調整する手法につき、説明する。光の焦点Ｆと音センサ２００までの距離をＬとすると、光源３００により光を発生させる光信号トリガ５０１と音センサ２００にて受信した受信信号５０２との時間差ＴがＬ／ｃとなるようにＬを定めればよい。ただし、これが最適であるといえるのは、厳密には、被検体１００が均質な組織であり、光の焦点Ｆから発生する音響波１０１が同心円状に広がっていくという仮定が成立する場合である。このため、簡易的に図５の方法によりＬの大きさを求め、必要に応じて音センサの位置を前後に微調整することで位置を調節することが望ましい。あるいは、図４に示した曲率可変機構を有する場合には、曲率可変機構を調節してもよい。曲率可変機構は例えば、ＰＺＴを固定する楕円球面形状の支持機構を備え、当該支持機構の開きが任意の位置に固定可能にすることで実現できる。
【００１９】
図６に本実施例における光音響計測方法を示す。計測開始（ステップＳ０１）後、音路長を調整する（ステップＳ０２）。図５にて説明したように、光信号トリガ５０１と受信信号５０２との時間差から音路長を求め、必要に応じてさらに微調整を行う。調整の完了は、調整した音路長での音響波の受信強度が最大となることで判断する（ステップＳ０３）。調整した音路長で光音響計測を行い（ステップＳ０４）、アプリケーションに応じた処理を行う。アプリケーションとしては光音響計測結果から被検体のグルコース濃度を計測するといったものが挙げられる。
【００２０】
図７に、図６のフローを実行する、実施例１の音響波受信部を有する光音響計測装置のブロック図を示す。光音響計測装置は、光源３００、音センサ２００（２１０）に接続される信号処理部７００と、信号処理部７００による解析結果を表示したり、信号処理部７００への指示を入力したりする表示部・操作部７５０とを有する。なお、表示部・操作部７５０はディスプレイによる表示のみならず、音声によるアラームやバイブレータによる振動を用いてユーザに知覚させるものであってもよい。信号処理部７００は１または複数のＩＣチップやＦＰＧＡにより実装することができ、光送信部７０１、音波受信部７０２、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）７０３、計測処理部７０４、音路長計測部７０５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）７０６を含む。
【００２１】
計測処理部７０４は図６に示す光音響計測全体を制御し、ユーザによる操作部７５０からの指示を外部Ｉ／Ｆ７０６を介して受けて、計測を実行する。計測処理部７０４は光信号トリガを光送信部７０１に発行し、光送信部７０１は光信号トリガを受けて光源３００を発光させる。音センサ２００で受信された音響波は音波受信部７０２で増幅され、ＡＤＣ７０３でデジタル信号に変換される。受信信号は計測処理部７０４にて解析され、例えばグルコース濃度を計測し、外部Ｉ／Ｆ７０６を介して表示部７５０に表示する。
【００２２】
また、音路長計測部７０５は、光信号トリガの発行タイミング情報と音センサ２００における音響波受信タイミング情報が入力され、図５にて説明した音路長可変機構の音センサ位置調整情報を生成する。生成した音センサ位置調整情報は外部Ｉ／Ｆ７０６を介して表示部７５０を介して、ユーザに通知される。微調整を行う場合には、ユーザが調整を容易に行えるように、音響波の受信強度をモニタに表したり、アラーム音の大きさや高さにより表したりするとよい。
【実施例２】
【００２３】
図８に第２の実施の形態における集音構造を有する音響波受信部の概略構成例を示す。なお、同一の機能を有する構成要素については、同じ符号を付して重複する説明については省略する。被検体１００をはさんで対向するように、光源３００と音センサアレイ８００とが設けられている。音センサアレイ８００はピエゾ素子（ＰＺＴ）のような圧電セラミック素子８０１−１〜６を柔軟な樹脂基板に１次元または２次元に配列したものである。なお、音センサアレイを構成する素子の数は特に限定されない。これにより、被検体１００の形状に沿わせた音センサアレイを実現できる。音センサアレイ８００を耳たぶに装着する場合には、耳たぶの裏側に貼り付けることで目立たなくできる。実施例１と同様に音響波の反射を抑制するため、音センサアレイ８００には音響整合層８１０が設けられ、音響整合層８１０を介して被検体１００と接する。さらに音響整合層８１０と被検体１００との間にゼリーを塗布して使用することで、被検体１００と音響整合層８１０との間での音響波の反射を抑制することができる。また、図１１により説明したように、光源の周囲を取り込むように導光路を設けることも望ましい。
【００２４】
このように音センサアレイ８００の形状を被検体１００の形状に沿わせると、通常、曲率半径は大きくなる。音センサアレイ８００の曲率中心Ｃが光源３００の光の焦点Ｆと大きく離れてしまうと、実施例１において説明したように、音響波を効果的に集音することはできない。このため、実施例２では各音センサ素子８０１−１〜６からの信号をそれぞれ遅延させる音路長可変機構８２０を設け、音センサアレイ８００の曲率中心を移動させる。図８に示すように、音路長可変機構８２０では各音センサ素子８０１−１〜６からの音響波の受信信号をそれぞれτ１〜τ６だけ遅延させて、遅延させた各受信信号を合成する。これにより得られる音センサアレイ８００の曲率中心Ｃ’を光の焦点Ｆと一致またはその近傍に位置させることが可能になる。
【００２５】
なお、音センサアレイ８００の音センサ素子として、圧電セラミック素子に代えて、圧電フィルムを用いてもよい。このような圧電フィルムとしては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムなどが知られている。圧電フィルムを用いることで、より柔軟に音センサアレイ８００を構成でき、音センサアレイを被検体１００に密着させることが可能になる。
【００２６】
なお、図８では光源３００と音センサアレイ８００とを被検体１００をはさんで対向するように配置した例を示したが、これに限られない。実施例１に対して、図２〜図４に示したと同様の変形例が可能である。実施例１の音センサを実施例２の音センサアレイに置き換え、実施例１の機械的な音路長可変機構を実施例２の電気的な音路長可変機構に置き換えればよい。
【００２７】
本実施例における光音響計測方法も図６に示した通りである。ただし、後述するように音路長の調整方法（ステップＳ０２）が実施例１とは異なる。
【００２８】
図９に図６のフローを実行する、実施例２の音響波受信部を有する光音響計測装置のブロック図を示す。光音響計測装置は、光源３００、音センサアレイ８００に接続される信号処理部９００と、信号処理部９００による解析結果を表示したり、信号処理部９００への指示を入力したりする表示部・操作部７５０とを有する。信号処理部９００は１または複数のＩＣチップやＦＰＧＡにより実装することができ、光送信部９０１、音波受信部９０２、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）９０３、計測処理部９０４、音路長調整部９０５、音路長可変機構８２０、外部Ｉ／Ｆ９０６を含む。
【００２９】
計測処理部９０４は図６に示す計測全体を制御し、ユーザによる操作部７５０からの指示を外部Ｉ／Ｆ９０６を介して受けて、計測を実行する。計測処理部９０４は光信号トリガを光送信部９０１に発行し、光送信部９０１は光信号トリガを受けて光源３００を発光させる。複数の音センサ素子８０１で受信された音響波は音波受信部９０２で増幅され、ＡＤＣ９０３でデジタル信号に変換される。受信信号は計測処理部９０４にて解析され、例えばグルコース濃度を計測し、外部Ｉ／Ｆ９０６を介して表示部７５０に表示する。
【００３０】
なお、音路長調整部９０５は、図１０に示す制御テーブル１００１を保持している。制御テーブル１００１は、例えば、音センサアレイ８００の複数の曲率半径（音路長）Ｌと、Ｌに対応する音センサ素子８０１−１〜６からの音響波の受信信号の遅延量τ１〜τ６が格納されている。音路長調整部９０５では、制御テーブル１００１に従って音センサ素子８０１−１〜６からの信号を遅延させて合成した音響波の受信強度が最大となる組み合わせを見つけ、音路長可変機構８２０に設定する。光音響計測時には、音センサ素子８０１−１〜６からの受信信号は音路長調整部９０５で設定された遅延量で遅延された信号が合成されて計測処理部９０４に受信信号として入力される。なお、この例では音路長の調整をデジタル化した受信信号で行っているが、音波受信部９０２で増幅されたアナログ受信信号を用いて行ってもよい。
【００３１】
以下、実施例１及び実施例２にかかる光音響計測装置または光音響計測方法に関する共通事項について説明する。
【００３２】
光源が照射する光の波長は、紫外光から赤外光まで、計測する用途によって選択することができる。ただし、被検体の光の吸収率や、計測する対象となる生体内物性値、たとえば血液中のヘモグロビン、酸素、グルコースなどの濃度、によって好ましい光の波長が存在する。グルコース計測の場合は、吸収率の大きさから1000ｎｍ〜2000ｎｍの赤外領域が好ましい周波数領域になる。また、光照射に短パルス光を用いる場合は光集束のエネルギー効率の良い紫外領域を用いることが好ましい場合もある。またヘモグロビンなどの吸収率を考えて可視光領域の波長を用いることが好ましい場合もある。
【００３３】
また、光照射にはパルス光、連続光のどちらを用いても良い。パルス光を用いる場合、光吸収の時定数を考えると、光吸収による体積膨張は十分短い時間で発生していると考えられ、応力閉じ込め条件はおよそ１μ秒である。よって、光パルスの持続時間は１μ秒以下が好ましい。この光パルスをたとえば数ｋＨｚから数100ｋＨｚのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）で照射することは一つの好ましい光照射パルス照射方法である。
【００３４】
一方、連続波を用いる場合は、ＤＣ的な印加では音が発生しないため、光の照射強度を時間方向に変化させることで音を発生させる。たとえば光の照射強度を時間方向に正弦波で振動させることでその正弦波の周波数に対応した音響波を得ることができる。たとえば光の照射強度の変調周波数としては、数10ｋＨｚ以上10ＭＨｚ以下の周波数が好ましい。
【００３５】
光音響効果によって生じる光音響波の周波数は、照射する光のパルス形状や波長などに依存するため、系としての最適周波数は異なる。しかしながら、生体内の音波伝搬の減衰率や音センサの大きさの制約などを考慮すると、数10ｋＨｚ以上10ＭＨｚ以下の周波数が好ましい。これは前述した光の照射強度の変調周波数とおおむね一致する。耳たぶなどの軟部組織のグルコース計測などを行う場合には、比較的低い周波数帯域である数10ｋＨｚ以上1.0ＭＨｚ以下の周波数が好ましい。
【００３６】
なお、耳たぶのような軟部組織を被検体として、グルコース濃度などの生体内物性値の計測を行う場合、被検体の厚さは数ｍｍ程度である。図３、図４のような音センサを対向させる構造の場合は音センサ間の距離は0.5ｍｍ〜20ｍｍ程度が好ましい。また、単一の音センサ（音センサアレイ）を用いる場合、光照射の深さがおよそ10ｍｍ程度以下となるように配置する。10ｍｍ以上の深さにはほとんど光のエネルギーが到達しない。
【００３７】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能なものである。
【００３８】
例えば、被検体の肌の色や環境の変化によって光の吸収率は異なる。このため、光の吸収率に応じたキャリブレーションを行うことが考えられる。この場合、被検体に音響波受信部を装着して受信した音響波の音圧値と水などの基準物質であらかじめ計測した音圧値との比を計算することにより、被検体の吸収係数が概算できる。吸収係数は光の波長と一対一対応しているため、これにより、外乱や被検体を考慮した最適な光の波長を推定することができる。この値を用いて光源が照射する光の波長を微修正すればよい。このとき、光の波長を変えることができない光源である場合は、図６に示した音路長調整において、光の波長と音路長演算との対応関係をあらかじめ計算しておいた補正テーブルや、内部の演算回路などをもちいてキャリブレーションすることで、外乱に応じて最適な音路長を演算したり、各音センサ素子の遅延量を設定する制御テーブル（図１０参照）への修正を加えたりすればよい。
【００３９】
また、本実施例の光音響計測装置は、信号処理部のアナログ信号処理、アナログデジタル変換処理を残し、それ以外の処理をＰＣ（Personal Computer）により実装してもよい。また、信号処理部と表示部・操作部とを一体の筐体に内蔵した装置として実装してもよく、表示部・操作部を携帯電話やタブレットなどの携帯機器の機能を活用して実装してもよい。これにより、インターネット、Ｗｅｂ、クラウドを介して遠隔地でもワイヤレスでのリモートコントロールできるＩｏＴデバイスとしても成立する。
【符号の説明】
【００４０】
１００：被検体、１０１：音響波、２００，２１０：音センサ、２０１，８１０：音響整合層、３００：光源、３０１：導光路、４００，４０１，４０２：音路長可変機構、４０３：曲率可変機構、７００，９００：信号処理部、７０１，９０１：光送信部、７０２，９０２：音波受信部、７０３，９０３：ＡＤＣ、７０４，９０４：計測処理部、７０５：音路長計測部、７０６，９０６：外部Ｉ／Ｆ、７５０：表示部・操作部、８００：音センサアレイ、８０１：音センサ素子、８２０：音路長可変機構、９０５：音路長調整部、１００１：制御テーブル。
【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５】
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【図６】
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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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