(57)【要約】【課題】体腔または人体の管状部の内部に挿入可能な光音響画像化装置を提供する．【解決手段】励起用光源１は，走査用ステージ２上に配置され，光源からの励起光３は光音響イメージングプローブ４へ入射する．プローブ４は，音響波検出用光ファイバ５と，複数の励起用光ファイバ６から構成されており，その入射端において励起用ファイバは直線状に配列されている．そこで，光源１を直線状に繰り返し走査することにより，励起光３は励起用光ファイバ６から順次出射し，プローブ前方の被検体に対して励起光を走査することが可能である．出射した励起光により発生した音響波をプローブの中心部に配置した音響波検出用光ファイバ５によって検出し，音響波画像化装置７によって画像処理することにより，被検体の光音響画像を得ることができる．これにほりプローブの出射端に走査機構を配置する必要がなく，プローブ先端部まで可撓性を有する柔軟かつ細径な光音響画像化装置が構成可能である．【選択図】図１
2015051116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に励起光を照射するための励起用光ファイバと，前記励起光の吸収により被検体から発生する音響波を検出する音響波検出装置からなる光音響画像化装置であって，前記音響波検出装置と複数の前記励起用光ファイバとにより構成されていることを特徴とする光音響画像化装置．
【請求項２】
前記音響波検出装置が，光ファイバの出射端面に有機樹脂膜を形成した光ファイバ音響プローブであることを特徴とする請求項１に記載の光音響画像化装置．
【請求項３】
前記励起用光ファイバが，中空光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光音響画像化装置．
【請求項４】
前記音響波検出装置の周囲に前記励起用光ファイバが円柱状に束ねられた形状を特徴とする請求項１に記載の光音響画像化装置．
【請求項５】
前記音響波検出装置の周囲に前記励起用光ファイバが円周状に配置された形状を特徴とする請求項１に記載の光音響画像化装置．
【請求項６】
前記励起光が前記励起用光ファイバの側方に照射されるように，前記励起用光ファイバの先端が傾斜上に加工されていることを特徴とする請求項５に記載の光音響画像化装置．
【請求項７】
前記励起光が前記励起用光ファイバの側方に照射されるように，前記励起用光ファイバの前方に反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光音響画像化装置．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光音響画像化装置に関するものであり，特に体腔または人体の管状部の内部に挿入可能な光音響画像化装置に関する．
【背景技術】
【０００２】
レーザ光パルスを生体組織に照射した際に, 光音響効果により生じる超音波を検出する光音響イメージングは, 光のみを用いたイメージングよりも深達度が高く, 超音波のみを用いたイメージングよりも空間分解能が高いという特徴を有するため, 従来のモダリティでは観察できなかった深部の血管新生を高分解能にイメージングできることが期待されており，内視鏡下における心血管や消化官の画像診断などにおいても病変の早期発見に有効であるため現在研究が積極的に進められている．
【０００３】
体腔または人体の管状部の内部に対して光音響イメージングを行うためのプローブは，音響波を励起するためのレーザダイオードなどの小型光源もしくは，プローブ外部に配置された光源から励起光を導くための光ファイバと，音響波を検出するためのトランスデューサから構成される．イメージングを行うためには照射光を走査する必要があるために，プローブ先端に回転鏡などの操作機構を有している．，
【特許文献１】特開２００９−９２５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし，このようなプローブにおいては，先端にモータなどの機構を必要とするため，プローブの細径化には制限があるとともに，先端部に屈曲が不可能な部分が存在し，これがプローブを人体内に挿入する際の障害となり得る．また，モータの駆動電流を供給する配線をプローブ内に具備する必要があり，これはプローブ破損時などに人体に影響を及ぼす懸念となる．さらに，プローブ先端に音響波を検出するためのトランスデューサを配置するためには，トランスデューサをきわめて小型なものとする必要があるが，小型化によりトランスデューサの感度などの音響特性の低下が生じるため，小型化と高感度化の両立は容易ではない．
【０００５】
本発明は従来の光音響画像化装置がもつ上記の問題点を解決するために考案されたものであり，柔軟かつ細径な光音響画像化装置を実現することを目的としている．
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために，被検体に励起光を照射するための励起用光ファイバと，前記励起光の吸収により被検体から発生する音響波を検出する音響波検出装置からなる光音響画像化装置であって，前記音響波検出装置と複数の前記励起用光ファイバとにより構成されることを特徴とする光音響画像化装置を提供する．
【０００７】
また，前記音響波検出装置が，光ファイバの出力端面に有機樹脂膜を形成した光ファイバ音響プローブであってもよい．
【０００８】
また，前記励起用光ファイバが，中空光ファイバであってもよい．
【０００９】
また，前記音響波検出装置の周囲に前記励起用光ファイバが円柱状に束ねられた形状の光音響画像化装置であってもよい．
【００１０】
また，前記音響波検出装置の周囲に前記励起用光ファイバが円周状に配置された形状の光音響画像化装置であってもよい．この場合，前記励起光が前記励起用光ファイバの側方に照射されるように，前記励起用光ファイバの先端が傾斜上に加工されていてもよく，前記励起用光ファイバの前方に反射鏡が配置されていてもよい．
【発明の効果】
【００１１】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する．図１は，本発明の実施の形態の一例を示す光音響画像化装置の構成図である．励起用光源１は，走査用ステージ２上に配置され，光源からの励起光３は光音響イメージングプローブ４へ入射する．光音響イメージングプローブ４は，音響波検出用光ファイバ５と，複数の励起用光ファイバ６から構成されており，その入射端において励起用ファイバは直線状に配列されている．そこで，光源１を直線状に繰り返し走査することにより，励起光３は励起用光ファイバ６へ端から順に入射することを繰り返し行う．また，音響波検出用光ファイバ５は音響波画像化装置７に接続されている．
【００１２】
図２は光音響イメージングプローブ４の出射端の構造図である．音響波検出用光ファイバ５の周囲を，複数の励起用光ファイバ６が取り囲んでおり，光音響イメージングプローブ４の入射端において，励起光が励起用光ファイバ６に入射することにより，プローブの出射端において，励起光が励起用光ファイバ６から順次出射する．出射した励起光により発生した音響波をプローブの中心部に配置した音響波検出用光ファイバ５によって検出する．励起用光ファイバ６の入射端における並び順と出射端における配列をあらかじめ関連付けることにより励起光をプローブ前方の被検体に対して走査することが可能であり，これにより光音響イメージングプローブ４の出射端に走査機構を配置する必要がない．柔軟な光ファイバを用いて光音響イメージングプローブ４を構成すれば，プローブ先端部まで可撓性を有する柔軟かつ細径な光音響イメージングプローブが構成可能である．
【００１３】
励起用光源１としては通常はＱスイッチヤグレーザなどの高ピークパワーを発生するレーザが望ましく，その波長は被検体の吸収特性によって選択されるが，人体組織への透過性が高い波長７００ｎｍから１３００ｎｍ程度の近赤外光であることが望ましい．また，被検体表面近くの毛細血管などを検出するためにはヘモグロビンの吸収係数が大きな波長４００から７００ｎｍ程度の可視光であることが望ましい．なお，励起用光ファイバ６として通常のガラス光ファイバなどを伝送路として用いた場合は，高パワー密度をもつ光照射により入射端面に損傷を生じることが多い．またプローブ出射端において，通常のガラス光ファイバからの出射光は，その比較的大きな開口数により拡散するため，出射端面から離れた位置における解像度が著しく低下してしまう．そのため出射端にレンズなどを配置し，出射光を並行化もしくは集光することが必要である．一方，光が伝搬するコアの部分が空洞である中空光ファイバであれば，入射端の損傷なしに高ピークパワー密度の光を容易に入射することが可能であるうえ，中空光ファイバの開口数はきわめて小さいため，ほぼ平行光が出射され，出射端面から離れた位置においても励起用光ファイバ６の口径とほぼ等しい解像度が得られる．
【００１４】
中空光ファイバにはレーザ光入射に対する高い耐久性と低損失性，および人体内に挿入するための高い可とう性が必要とされる．ガラスや有機樹脂チューブの内面に銀や金などの金属薄膜を形成した中空光ファイバであれば，これらの条件を充たすことが可能である．また，前記の金属薄膜の表面に有機樹脂などの誘電体薄膜を形成し，励起用光源の波長においてファイバ内面における反射率が増強されるように誘電体膜厚を設定した中空光ファイバであれば，さらに低損失なものが得られる．中空光ファイバに形成する誘電体薄膜の材料としては，励起光の波長で透明な有機樹脂である環状オレフィンポリマーやポリエチレン，フッ素樹脂などが好適である．また，本装置で得られる光音響画像の解像度は励起用光ファイバの直径に強く依存するため，その直径は５００ミクロン以下である必要があり，さらには３００ミクロンより小さいことが望ましい．中空光ファイバを励起用ファイバとして用いた場合は，中空光ファイバの母材となるガラスもしくは樹脂チューブの肉厚が可とう性に影響するため，その肉厚は１００ミクロン以下であることが望ましい．
【００１５】
また励起用光ファイバ６を音響波検出用光ファイバ５の周囲に円周上に配置するとともに，励起用光ファイバ６の出射端を傾斜上に加工して，励起光がプローブの外側横方向に出射されるように配置すれば，管状臓器や血管の断面構造を画像化することが可能である．また，出射端を加工せずに，プローブ先端に小型の反射鏡を配置することによっても同様の効果が得られる．
【００１６】
プローブ前方の被検体を観測するために，音響波検出用光ファイバの周囲に励起用光ファイバが円柱状に束ねられた構成のプローブでは，十分な解像度が得られるように，励起用光ファイバの本数は３５本以上であることが望ましい．また管状検体の断面構造を観測するために，音響波検出用光ファイバの周囲に励起用光ファイバが円周状に配置されたプローブでは，６本以上の励起用光ファイバを用いてプローブを構成することが望ましい．
【００１７】
図３は音響波検出用光ファイバ５の構造図である．ファイバ出射端面には有機樹脂などで構成された薄膜８が形成されており，音響波検出用光ファイバを伝搬してきた光の一部は，ファイバ端面と薄膜８の境界面における反射光Ｐ１および薄膜８と外部環境との境界面における反射光Ｐ２となってファイバ入射端方向へ戻り光として伝搬する．その際，Ｐ１とＰ２の間には薄膜８の光学膜厚に依存した位相差が生じ，それにより干渉が生じる．この状態で薄膜８に外部環境から音響波か加わると，薄膜８の厚さがわずかに変動することとなりＰ１とＰ２の位相差に変化が生じ，戻り光の強度が変調されるため，戻り光の光強度波形を観察すれば，薄膜８に加えられた音響波の波形を得ることができる．薄膜８の材料としては，音響波によって形状が変化するのに十分な柔軟性を有する有機樹脂であることが望ましく，パリレン，ポリエチレン，パラフィン，フッ素樹脂などが好適な材料としてあげられる．薄膜８の膜厚は十分な感度が得られるように１−３０ミクロン程度である必要があり，５ＭＨｚ以上の超音波に対して高い感度が得られるように１０ミクロン以下であることがさらに望ましい．薄膜８は，液相法，吹付法，蒸着法などによりファイバ端面に形成され，検知部の膜厚のばらつきは１０％以下であることが望ましい．
【００１８】
単一の音響波検出用光ファイバを複数の励起用光ファイバの中央付近に配置したプローブでは，音響波検出用光ファイバは，前方１２０度程度の角度においてほぼ均一な受信特性もつことが望ましい．しかし音響波検出に十分な感度が得られれば，あらかじめ受信感度の角度依存性を調査することにより，観察時に角度依存性を補正し正しい画像を得ることも可能である．
【００１９】
図４は音響波画像化装置７の構成図である．音響波検出用光源９から音響波検出用光ファイバ５へは光サーキュレータ１０を介して入射光Ｐｉが伝搬し，音響波検出用光ファイバ５からの戻り光Ｐｒは光サーキュレータ１０により光検出器１１へと導かれる．光検出器１１により電気信号へと変換された音響波を画像処理装置１２によって解析し，光音響イメージング画像を得る．音響波検出用光源９の波長としては，高精度の光学機能システムが安価で入手可能なように，光通信に一般的に用いられている１５５０ｎｍ帯であることが望ましい．また音響波検出用光ファイバ５および各光学装置を接続する光ファイバは，モード分散による影響がないように単一モード光ファイバであることが望ましい．高精度かつ高安定な音響波検出を行うために光源９は，単一スペクトルで発振することが望ましく，小さいスペクトル幅と高い波長安定性が必要である．そのため，分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）であることが望ましい．光検出器１１には高い感度および信号対雑音比が必要とされるため，前置増幅器をもつフォトダイオードが好適である．
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態を示す光音響画像化装置の構成図である．
【図２】本発明の光音響画像化装置の構成部品である光音響イメージングプローブの出射端の構造図である．
【図３】本発明の光音響画像化装置の構成部品である音響波検出用光ファイバの構造図である．
【図４】本発明の光音響画像化装置の構成部品である音響波画像化装置の構造図である．
【符号の説明】
【００２１】
１    励起用光源
２    走査用ステージ
３    励起光
４    音響イメージングプローブ
５    音響波検出用光ファイバ
６    励起用光ファイバ
７    音響波画像化装置
８    薄膜
９    音響波検出用光源
１０  光サーキュレータ
１１  光検出器
１２  画像処理装置
【図１】
2015051116.tif 000003
【図２】
2015051116.tif 000004
【図３】
2015051116.tif 000005
【図４】
2015051116.tif 000006