(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射を受けた被検体から発せられた音響波を検出する光音響装置用プローブにおいて、
音響レンズと、
前記音響レンズ表面に設けられた強磁性体薄膜と、
前記強磁性体薄膜上に設けられた電磁波を反射する金属材料薄膜と、
前記金属材料薄膜上に設けられた酸化防止材料からなる保護膜とを備えたことを特徴とする光音響装置用プローブ。
【請求項２】
前記強磁性体薄膜、前記金属材料薄膜および前記保護膜の総厚は、３μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光音響装置用プローブ。
【請求項３】
前記強磁性体薄膜、前記金属材料薄膜および前記保護膜の総厚は、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光音響装置用プローブ。
【請求項４】
前記強磁性体薄膜が、強磁性金属、強磁性合金および強磁性酸化物のいずれかからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光音響装置用プローブ。
【請求項５】
前記金属材料薄膜が、略波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を、略８０％以上反射する金属材料からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光音響装置用プローブ。
【請求項６】
前記保護膜が、有機膜または酸化物薄膜からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の光音響装置用プローブ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の光音響装置用プローブを備えることを特徴とする光音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響装置すなわち、生体組織等の被検体に光を照射し、光照射に伴って発生する音響波に基づいて被検体を画像化する等の処理を行う装置に関するものである。
【０００２】
また本発明は、その種の光音響装置において用いられるプローブ、並びにそのようなプローブを用いて音響波検出信号を取得する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体内に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波（音響信号）を発生する。そこで、この音響波を超音波プローブ等で検出し、その検出信号に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。
【０００４】
他方、超音波プローブを用いる超音波画像化装置も従来公知となっている。この種の超音波プローブは、先端に超音波トランスデューサを備えたものであり、多くの場合、バッキング材、圧電体およびこれを挟む電極、音響整合層、並びに音響レンズ等から構成されている。超音波画像化装置においては、超音波トランスデューサから人体等の被検体に超音波が照射され、被検体からの反射超音波が超音波トランスデューサで受信される。そして、この反射超音波の検出信号を電気的に処理することによって、超音波画像が得られる。
【０００５】
上述のような超音波プローブは、超音波と同様に音響波も検出可能であることから、光音響画像および超音波画像の双方を取得できる装置も提案されている。すなわちその種の装置では、超音波プローブに、被検体に向けて光を照射する光照射部が付加され、そこからの光を受けて被検体から発せられた音響波が、超音波プローブの超音波トランスデューサによって検出されるようになっている。
【０００６】
ところで、光音響画像化装置において、一般的な超音波診断装置との最大の違いはレーザ光が必要なことである。一般的な超音波診断装置に必要な電圧は最大１００Ｖ程度であるが、光音響画像化装置において使用される、赤外領域の波長のレーザ光を出射するためには数ｋＶもの電圧が必要であるため、高い電磁ノイズの発生が懸念される。このような電磁ノイズの超音波プローブへ侵入を防止するために、特許文献１に示されるように、超音波プローブを構成する音響レンズの表面に、電磁波を遮蔽するための金属等からなるシールド膜を設ける手法が提案されている。また、シールド膜を保護するために、樹脂フィルムをシールド膜に積層させる手法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
一方、光音響画像化装置においてレーザ光を生体に照射する際には、レーザ光の一部が生体表面において反射するため、レーザの照射効率が低下する。このため、生体表面で反射した光を反射するための光反射部材を、音響レンズに設ける手法も提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３３５３号公報
【特許文献２】特開平６−２０５７７２号公報
【特許文献３】特開２０１２−０４０３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したシールド膜および光反射部材は金属材料からなるため、経時に伴う酸化により反射性能が低下する。このため、生体表面において反射されたレーザ光が酸化されたシールド膜あるいは光反射部材により吸収され、音響レンズの形状がアーチファクトとして画像に含まれてしまうことから、光音響画像の画質が劣化する。上記特許文献１〜３には、それぞれシールド膜、光反射部材および保護膜が記載されているが、シールド膜あるいは光反射部材の酸化による画質の劣化に対しては何ら対策が施されていない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、プローブ内への電磁波に起因するノイズの侵入を防止し、かつレーザ光の照射効率を向上でき、さらには取得される画像の劣化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光音響装置用プローブは、光の照射を受けた被検体から発せられた音響波を検出する光音響装置用プローブにおいて、
音響レンズと、
音響レンズ表面に設けられた強磁性体薄膜と、
強磁性体薄膜上に設けられた電磁波を反射する金属材料薄膜と、
金属材料薄膜上に設けられた酸化防止材料からなる保護膜とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
「電磁波」には、光、とくに赤外領域の光を含む。
【００１３】
なお、本発明による光音響装置用プローブにおいては、強磁性体薄膜、金属材料薄膜および保護膜の総厚を３μｍ以下とすることが好ましく、１μｍ以下とすることがより好ましい。
【００１４】
また、本発明による光音響装置用プローブにおいては、強磁性体薄膜を、強磁性金属、強磁性合金および強磁性酸化物のいずれかからなるものとしてもよい。具体的には、強磁性金属としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄ等を、強磁性合金であればパーマロイ、スーパーマロイ、パーメンジュール、センダスト、ＳｍＣｏ、ＮｄＦｅＢ等の合金または焼結体を用いることができる。強磁性酸化物であれば各種フェライト系材料等を用いることができる。
【００１５】
また、本発明による光音響装置用プローブにおいては、金属材料薄膜を、略波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を、略８０％以上反射する金属材料からなるものとしてもよい。具体的には、波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の近赤外線を８０％程度以上反射する、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ等の金属材料を用いることができる。
【００１６】
また、本発明による光音響装置用プローブにおいては、保護膜を、有機膜または酸化物薄膜からなるものとしてもよい。具体的には、パリレン等の有機膜や各種酸化物薄膜等、酸化防止機能のある材料を用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光音響装置用プローブによれば、音響レンズ表面に強磁性体金属膜と、電磁波を反射する金属材料薄膜と、酸化防止材料からなる保護膜とが順に形成されている。ここで、強磁性体金属は、電磁波のうち磁力線を吸収するため、強磁性体金属膜によりプローブ内への電磁波、とくに磁力線の侵入を防止できる。また、金属材料薄膜により、生体内部において反射した、波長が赤外領域にあるレーザ光を生体に戻すことができ、かつ電磁波のうちの電波を自由電子により反射することができる。とくに、高周波の電磁波を効果的に反射することができる。このように、本発明の音響装置用プローブによれば、強磁性体金属膜および金属材料薄膜により、広範囲の電磁波のプローブ内への侵入を防止でき、かつ強磁性体金属膜よりも外側にある、金属材料薄膜により生体内部において反射した赤外光のプローブ内への侵入を防止できる。また、保護膜により、強磁性体金属膜および金属材料薄膜の酸化が防止されるため、強磁性体金属膜および金属材料薄膜の酸化によるレーザ光の光反射率の低下を防止することができる。そしてこれにより、音響レンズの形状がアーチファクトとして光音響画像に含まれてしまうことを防止しでき、その結果、光音響画像の劣化を防止できる。また、プローブに熱が伝わりやすくなることをも防止できる。また、強磁性体金属膜および金属材料薄膜の酸化を防止することにより、酸化された強磁性体金属膜および金属材料薄膜がレーザ光の照射で熱を発生することにより、音響信号の発生源となってしまうことをも防止できる。
【００１８】
したがって、本発明による光音響装置用プローブによれば、レーザの照射効率を最大限に向上させることができ、その結果、生体における音響発生効率を向上させることができる。そしてこれにより、電磁波に起因するノイズが低減され、かつ高精細な光音響画像を取得することができる。
【００１９】
また、強磁性体薄膜、金属材料薄膜および保護膜の総厚を３μｍ以下とすることにより、５ＭＨｚ程度の超音波において音響透過率を約９０％以上にすることができ、さらに総厚を１μｍ以下とすることにより音響透過率を約９５％以上とすることができる。
【００２０】
また、本発明による光音響装置によれば、本発明による光音響装置用プローブを備えるため、電磁波に起因するノイズが低減され、かつ高精細な光音響画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の光音響画像化装置の外形形状の例を示す斜視図
【図３】本発明の一実施形態によるプローブを概略的に示す一部破断斜視図
【図４】本発明の他の実施形態による光音響画像化装置の一部構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による光音響画像化装置１０の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像化装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、レーザ光源ユニット１３、および画像表示部１４を備えている。
【００２３】
レーザ光源ユニット１３は、例えば中心波長８００ｎｍのレーザ光を発するものとされている。レーザ光源ユニット１３から出射したパルスレーザ光は被検体に照射される。このレーザ光は、例えば複数の光ファイバ等の導光部を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１の部分から被検体に向けて照射されるのが望ましい。
【００２４】
プローブ１１は、被検体内の観察対象物が上記パルスレーザ光を吸収することにより生じた超音波（音響波）を検出する。そのためにプローブ１１は、例えば後述する手操作による走査方向と交わるアジマス方向に並設された、複数の超音波振動子からなる超音波トランスデューサアレイ（以下、ＵＴアレイと称する）を有する。なお、以下ではアジマス方向をＡＺ方向、それと直交するエレベーション方向をＥＬ方向と称する。プローブ１１は、音響波を検出して音響波検出信号を出力する。
【００２５】
なお、このプローブ１１に前述した導光部が結合される場合は、その導光部の端部、すなわち複数の光ファイバの先端部等が、上記のように並設された複数の超音波振動子の周囲を囲む状態に配設され、そこから被検体に向けてレーザ光が照射される。以下では、このように導光部がプローブ１１に結合される場合を例に取って説明する。なお、光ファイバの先端部等は、上記のように配設するのに加えて、複数の超音波振動子が配列されている面内において十字状や格子状に配設してもよい。そのようにすれば、レーザ光の光学的照射均一性がより向上するので好ましい。
【００２６】
被検体の光音響画像を取得する際、プローブ１１はＥＬ方向に移動され、それにより被検体がレーザ光によって二次元走査される。この走査は、検査者が手操作でプローブ１１を動かして行ってもよく、あるいは走査機構を用いてより精密な二次元走査を実現するようにしてもよい。
【００２７】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換部２２、受信メモリ２３、データ分離部２４、画像再構成部２５、検波・対数変換部２６、および画像構築部２７を有している。画像構築部２７の出力は、例えばＣＲＴや液晶表示装置等からなる画像表示部１４に入力される。さらに超音波ユニット１２は、送信制御回路３０、および超音波ユニット１２内の各部等の動作を制御する制御部３１を有している。
【００２８】
受信回路２１は、プローブ１１が出力した音響波検出信号を受信する。ＡＤ変換部２２はサンプリング部であり、受信回路２１が受信した音響波検出信号をサンプリングして、デジタル信号である光音響データに変換する。このサンプリングは、例えば外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期でなされる。
【００２９】
レーザ光源ユニット１３は、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザや、アレキサンドライトレーザ等からなるＱスイッチパルスレーザ３２と、その励起光源であるフラッシュランプ３３とを含むものである。このレーザ光源ユニット１３には、制御部３１から光出射を指示する光トリガ信号が入力されるようになっており、光トリガ信号を受けると、フラッシュランプ３３を点灯させてＱスイッチパルスレーザ３２を励起する。制御部３１は、例えばフラッシュランプ３３がＱスイッチパルスレーザ３２を十分に励起させると、Ｑスイッチトリガ信号を出力する。Ｑスイッチパルスレーザ３２は、Ｑスイッチトリガ信号を受けるとそのＱスイッチをオンにし、波長８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００３０】
ここで、フラッシュランプ３３の点灯からＱスイッチパルスレーザ３２が十分な励起状態となるまでに要する時間は、Ｑスイッチパルスレーザ３２の特性等から見積もることができる。なお、上述のように制御部３１からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザ光源ユニット１３内において、Ｑスイッチパルスレーザ３２を十分に励起させた後にＱスイッチをオンにしてもよい。その場合は、Ｑスイッチをオンにしたことを示す信号を超音波ユニット１２側に通知してもよい。
【００３１】
本発明の光音響装置は、光音響画像の他に、反射超音波による超音波画像を取得するように構成されてもよい。以下、そのようにした場合について説明する。制御部３１は、送信制御回路３０に、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を入力する。送信制御回路３０は、この超音波トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。制御部３１は、先に光トリガ信号を出力し、その後、超音波トリガ信号を出力する。光トリガ信号が出力されることで被検体に対するレーザ光の照射、および音響波の検出が行われ、その後、超音波トリガ信号が出力されることで被検体に対する超音波の送信、および反射超音波の検出が行われる。ここで、プローブ１１から超音波を送信させるためには、音響波検出用のＵＴアレイを兼用してもよいし、あるいはそのＵＴアレイとは別のものが用いられてもよい。
【００３２】
制御部３１はさらに、ＡＤ変換部２２に対して、サンプリング開始を指示するサンプリングトリガ信号を出力する。このサンプリングトリガ信号は、光トリガ信号が出力された後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前、より好ましくは被検体に実際にレーザ光が照射されるタイミングで出力される。そのためにサンプリングトリガ信号は、例えば制御部３１がＱスイッチトリガ信号を出力するタイミングに同期して出力される。ＡＤ変換部２２はサンプリングトリガ信号を受けると、プローブ１１が出力して受信回路２１が受信した音響波検出信号のサンプリングを開始する。
【００３３】
制御部３１は、光トリガ信号を出力した後、音響波の検出を終了するタイミングで超音波トリガ信号を出力する。このとき、ＡＤ変換部２２は音響波検出信号のサンプリングを中断せず、サンプリングを継続して実施する。言い換えれば、制御部３１は、ＡＤ変換部２２が音響波検出信号のサンプリングを継続している状態で、超音波トリガ信号を出力する。超音波トリガ信号に応答してプローブ１１が超音波送信を行うことで、プローブ１１の検出対象は、音響波から反射超音波に変わる。ＡＤ変換部２２は、検出された超音波検出信号のサンプリングを継続することで、音響波検出信号と超音波検出信号とを、連続的にサンプリングする。
【００３４】
ＡＤ変換部２２は、サンプリングして得られた光音響データおよび超音波データを、共通の受信メモリ２３に格納する。受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータは、ある時点までは光音響データであり、ある時点からは超音波データとなる。データ分離部２４は、受信メモリ２３に格納された光音響データと超音波データとを分離する。
【００３５】
以下、光音響画像あるいは反射超音波画像の生成および表示について説明する。図１のデータ分離部２４には、受信メモリ２３から読み出された超音波データおよび、波長８００ｎｍのパルスレーザ光を被検体に照射して得られた光音響データが入力される。データ分離部２４は、光音響画像の生成時には光音響データのみを後段の画像再構成部２５に入力する。画像再構成部２５はこの光音響データに基づいて、光音響画像を示すデータを再構成する。
【００３６】
検波・対数変換部２６は上記光音響画像を示すデータの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。検波・対数変換部２６はこれらの処理後のデータを画像構築部２７に入力する。画像構築部２７は入力されたデータに基づいて、パルスレーザ光により走査された断面に関する光音響画像を構築し、その光音響画像を示すデータを画像表示部１４に入力する。それにより画像表示部１４には、上記断面に関する光音響画像が表示される。
【００３７】
なお、前述したようにプローブ１１を移動して被検体をレーザ光によって二次元走査し、その走査に伴って得られた複数の断面に関する画像データに基づいて、被検体の所望部位例えば血管等を三次元表示する光音響画像を生成、表示することも可能である。
【００３８】
また、データ分離部２４が分離した超音波データに基づいて、被検体の超音波画像を生成、表示することも可能である。その超音波画像の生成、表示は、従来公知の方法によって行えばよく、本発明とは直接関連が無いので詳しい説明は省略するが、そのような超音波画像と光音響画像とを重ね合わせて表示させることも可能である。
【００３９】
次に、プローブ１１について詳しく説明する。なお、ここでは一例として、光音響画像化装置が図２に示すような携帯型超音波観測器として構成されるものとし、そこで用いられるプローブ１１について説明する。まず、図２の携帯型超音波観測器について説明する。この携帯型超音波観測器は、装置本体１１２とカバー１１３とを備えている。装置本体１１２の上面には、携帯型超音波観測器に種々の操作指示を入力するための複数のボタンやトラックボール等が設けられた操作部１１４が配されている。カバー１１３の内面には、光音響画像や超音波画像、さらには様々な操作画面を表示するモニタ１４（図１の画像表示部１４に対応する）が設けられている。
【００４０】
カバー１１３は、ヒンジ１１６を介して装置本体１１２に取り付けられており、操作部１１４およびモニタ１４を露呈させる図示の開き位置と、装置本体１１２の上面およびカバー１１３の内面を対面させて、操作部１１４およびモニタ１４を覆って保護する閉じ位置（図示せず）との間で回動自在である。装置本体１１２の側面には、グリップ（図示せず）が取り付けられており、装置本体１１２とカバー１１３とを閉じた状態にして携帯型超音波観測器を持ち運ぶことができる。装置本体１１２のもう一方の側面には、プローブ１１が着脱自在に接続されるプローブ接続部１１７およびレーザユニット接続部１７２が設けられている。
【００４１】
一方、例えばＱスイッチ固体レーザを内蔵したパルスレーザユニット１７０は、電源ケーブル１７１を介してレーザユニット接続部１７２に接続されるようになっている。このパルスレーザユニット１７０は、光音響画像を取得する際に携帯型超音波観測器の操作部１１４から発光指示がなされると、所定のトリガ信号を受けてパルスレーザ光を発する。そのパルスレーザ光はバンドルファイバ１７３を介して伝搬され、超音波プローブ１１の先端に形成された光照射部１７４から被検体に向けて照射される。なお光照射部１７４は、超音波プローブ１１と別体に構成されてもよい。
【００４２】
次にプローブ１１について説明する。このプローブ１１は、術者が把持して被検体にあてがう走査ヘッド１１８と、プローブ接続部１１７に接続されるコネクタ１１９と、これらを繋ぐケーブル１２０とからなる。走査ヘッド１１８の先端部には、前述したようなＵＴアレイ１００が内蔵されている。
【００４３】
ＵＴアレイ１００は、７〜１５ＭＨｚ程度の比較的高周波の音響波を受信可能なように設計されたトランスデューサアレイである。トランスデューサアレイは複数の無機系トランスデューサが、ＡＺ方向に並設されてなるものである。
【００４４】
上記構成のＵＴアレイ１００について、以下図３を参照して詳しく説明する。図３は、ＵＴアレイ１００の構成を概略的に示す一部破断斜視図である。図３に示すように、ＵＴアレイ１００は、ゴム等からなるバッキング材５１の上に、無機系トランスデューサの下部電極５２、無機系圧電薄膜５３、無機系トランスデューサの上部電極５４、第一音響整合層５５、第二音響整合層５６および音響レンズ５７がこの順に積層され、さらに、音響レンズ５７の上に、強磁性体薄膜５８、近赤外反射膜５９および保護膜６０がこの順に積層された構造を有する。
【００４５】
無機系トランスデューサの下部電極５２、無機系圧電薄膜５３および上部電極５４は、各々がＥＬ方向に延びる溝をＡＺ方向に所定ピッチで複数形成するダイシングにより、ＡＺ方向に並ぶ状態に複数に分割されている。なおこれらの溝には各々絶縁材６１が充填されている。こうして、２つの絶縁材６１の間をＥＬ方向にライン状に延びるように分割された、下部電極５２、無機系圧電薄膜５３および上部電極５４の積層体が１つの無機系トランスデューサとなり、それらがＡＺ方向に複数並設されて無機系トランスデューサアレイを構成している。
【００４６】
無機系圧電薄膜５３としては、例えばＰＺＴ（登録商標）等のチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）系材料からなる薄膜が好適に用いられ得る。無機系トランスデューサアレイにおいては、無機系圧電薄膜５３の厚さおよび幅で共振周波数が決定される。本実施形態において無機系トランスデューサアレイは７〜１５ＭＨｚ程度の比較的高周波数で共振するように設計され、無機系圧電薄膜５３の厚さは５０〜２００μｍ程度とされる。また無機系トランスデューサの素子ピッチは一般に２００〜５００μｍ程度であるが、素子の幅が広過ぎると無機系圧電体の電気機械変換係数が低くなるため、１つの素子に対して１〜２本のサブダイシングを行い、１素子の中で分割を行うのが望ましい。その場合、１素子における複数の圧電体ラインの１つの幅は５０〜２００μｍ程度とする。また無機系圧電薄膜５３を上下から挟み込む下部電極５２および上部電極５４は、例えばスパッタリング等で成膜された白金やイリジウム等の薄膜から構成される。
【００４７】
無機系トランスデューサの各々において、無機系圧電薄膜５３が被検体で発生した音響波を受信すると、無機系圧電薄膜５３が振動して電圧を発生し、この電圧が電極５２，５４を介して受信信号として出力される。なお、本実施形態においては、下部電極５２が信号電極とされ、この下部電極５２が図１に示した受信回路２１のアンプ回路に接続される。
【００４８】
トランスデューサの第一音響整合層５５は、音響設計上好適な音響インピーダンスを持つ樹脂等の有機材料に、金属あるいは金属酸化物の微粉体を分散させ、これを無機圧電体と樹脂との間に調製したものを薄く成型することにより構成される。第二音響整合層５６は、音響設計上好適な音響インピーダンスを持つ樹脂等の有機材料を薄く成型することにより構成される。
【００４９】
第二音響整合層５６の上には、音響レンズ５７が設けられる。音響レンズ５７の材料としては、第二音響整合層５６よりも人体の音響インピーダンスに近い、例えばエポキシ系樹脂あるいはシリコンゴム等を用いるのが望ましい。なお、図３においては、音響レンズ５７を平板状としているが、平凸形状あるいは平凹形状等の公知の形状のレンズを用いることが可能である。
【００５０】
ＵＴアレイ１００の各層を積層させる際に用いる接着剤としては、公知の各種材料を適用することができる。とくにエポキシ系樹脂は、音響透過性および接合強度に優れ、またコストの面でも安価であるため好ましい。
【００５１】
音響レンズ５７の上に積層される強磁性体薄膜５８の材料としては、強磁性金属、強磁性合金または強磁性焼結体、および強磁性酸化物のいずれかを用いることができる。強磁性金属としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄ等を、強磁性合金であればパーマロイ、スーパーマロイ、パーメンジュール、センダスト、ＳｍＣｏ、ＮｄＦｅＢ等の合金または焼結体を用いることができる。強磁性酸化物であれば各種フェライト系材料等を用いることができる。このような材料を用いることにより、強磁性体薄膜５８は、電磁波のうちの磁力線を吸収することができるため、プローブ１１内への電磁波、とくに磁力線の侵入を防止できる。
【００５２】
強磁性体薄膜５８の上に積層される近赤外反射膜５９としては、赤外領域での光反射率が比較的高い金属材料を用いることができる。具体的には、波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の近赤外線を８０％程度以上反射する、比較的導電率が高いＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ等の金属材料を用いることができる。また、このような金属材料を用いることにより、電磁波のうちの電波を自由電子により反射することができる。とくに高周波の電磁波を効果的に反射することができる。なお、近赤外反射膜５９は、無機圧電体を用いた１Ｄプローブのみならず、無機圧電体を用いた２Ｄプローブ、有機圧電体を用いた１Ｄまたは２Ｄプローブ、あるいは無機圧電体と有機圧電体とを積層したハイブリットプローブ、さらにはＭＵＴ等音響レンズを用いるあらゆる超音波プローブに用いることが可能である。
【００５３】
ここで、生体組織の多くは光吸収特性が光の波長に応じて変わる。例えば、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも高い。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも低い。この性質を利用し、例えば波長７９３〜８０２ｎｍで得られた光音響信号に対して、波長７４８〜７７０ｎｍで得られた光音響信号が相対的に大きいのか小さいのかを調べることで、動脈からの光音響信号と静脈からの光音響信号とを判別することができる。このため、本実施形態においては、近赤外領域の波長のレーザ光を使用している。
【００５４】
近赤外反射膜５９の上に積層される保護膜６０には、パリレン等の有機膜や各種酸化物薄膜等、酸化防止機能のある材料を用いることができる。このような材料を用いることにより、強磁性体薄膜５８および近赤外反射膜５９の酸化を防止し、かつプローブ１１に熱が伝わりやすくなることを防止できる。
【００５５】
なお、強磁性体薄膜５８、近赤外反射膜５９および保護膜６０の総厚は、音響透過率の観点から、５ＭＨｚ程度の超音波において音響透過率が約９０％以上になる３μｍ以下が好ましい。とくに音響透過率が約９５％以上になる１μｍ以下がより好ましい。
【実施例１】
【００５６】
以下、ゴム系のバッキング材の上に無機系トランスデューサアレイを形成した実施例を、図３に即して説明する。
【００５７】
厚さ１３０μｍに研磨したチタン酸ジルコン酸鉛系圧電体の両面にそれぞれ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順で各厚さがＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ＝３００／１５０／３０ｎｍとなるようにそれらをＤＣスパッタリングして、下部電極５２および上部電極５４を形成した。このようにして形成されたチタン酸ジルコン酸鉛系圧電素子を、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を挟み込むように、ゴム系のバッキング材５１上に熱硬化型のエポキシ系樹脂により接着した。
【００５８】
次に、バッキング材５１上に接着されたチタン酸ジルコン酸鉛系圧電素子に対して、２つのダイシング溝の間の部分が幅２５０μｍの１ラインとしてＥＬ方向に延びるように、ダイサーを用いてダイシングを行った。
【００５９】
次に、ダイシング溝に熱硬化型のエポキシ樹脂を流し込むことにより充填して、絶縁材６１を形成した。これとともに、音響インピーダンスが９Ｍｒａｙｌ（ただし、ｒａｙｌ＝Ｎ・ｓ/ｍ3）程度に調整された金属酸化物微粒子分散型の樹脂を、厚さ８０μｍ程度に研磨して第一音響整合層５５を作製し、これをチタン酸ジルコン酸鉛系圧電素子の上に熱硬化型のエポキシ系樹脂により接着した。さらに、第二音響整合層５６とするための厚さ８０μｍの有機圧電体シートを形成した。この有機圧電体シートには、音響インピーダンスが３．０Ｍｒａｙｌ（ただし、ｒａｙｌ＝Ｎ・ｓ/ｍ3）のエポキシ系樹脂を用いた。そして第二音響整合層５６を第一音響整合層５５の上に、熱硬化型のエポキシ系樹脂により接着した。
【００６０】
次に、シリコーンゴム製の音響レンズ５７を用意し、その表面に強磁性体であるフェライトの一種であるマグネタイト（Ｆｅ２Ｏ３）を、ＲＦスパッタリングを用いて厚さ５００ｎｍに成膜した。さらにその上に、ＤＣスパッタリングを用いて、Ａｕを厚さ１００ｎｍに成膜した。さらにその上に、パリレン薄膜を蒸着を用いて厚さ１００ｎｍに成膜した。マグネタイト、Ａｕおよびパリレン薄膜の総厚は７００ｎｍとなった。
【００６１】
そして、音響レンズ５７を、第二音響整合層５６の上に接着した。この接着は、第二音響整合層５６の面に加熱硬化型のエポキシ樹脂を塗布し、熱圧着することにより行った。
【００６２】
以上のように形成されたＵＴアレイ１００を、図１の受信回路２１等を構成するＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）に接続した。ＦＰＣには図２に示すプローブ接続部１１７が接続されており、ここにコネクタ１１９を介してケーブル１２０を繋ぐことにより、プローブ１１が完成する。
【００６３】
本プローブ１１を用いて生体に波長８００ｎｍの波長のパルスレーザ光を照射し、光音響信号を受信した。７ＭＨｚから１５ＭＨｚまでの比較的高周波領域の信号は、中心周波数１０ＭＨｚで設計された無機系トランスデューサアレイで強く観測された。
【００６４】
なお、光音響イメージングにおいてはレーザ発振に数ｋＶの大きな電圧が必要であり、高レベルの電磁ノイズが発生するが、本プローブにおいて受信される信号には電磁ノイズは検出されなかった。これは、本プローブ表面に設けられた強磁性体薄膜５８および近赤外反射膜５９の効果と考えられる。また、本プローブにおいて、通常の光音響イメージングより高輝度の信号を受信した。これは本プローブ表面に設けられた近赤外反射膜５９により、生体から反射された近赤外レーザ光がプローブ表面で反射されて効率的に生体に戻されたためと考えられる。また、強磁性体薄膜５８および近赤外反射膜５９が酸化することによる、近赤外レーザ光の反射率の低下が、保護膜６０により防止されたためとも考えられる。
【００６５】
以上の説明では、いわゆるリニア電子走査型のプローブを例示したが、本発明の光音響装置用プローブとしては、ラジアル電子走査型、あるいは１個のトランスデューサを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式の超音波プローブであってもよい。さらに本発明による光音響装置用プローブは、電子内視鏡の鉗子チャンネルに挿入される体内式のプローブや、電子内視鏡と一体化された光音響装置に対しても適用可能である。
【００６６】
また、パルスレーザユニットを構成するレーザ光源としては、上記実施形態で用いられた固体レーザの他、発振波長が最大８００ｎｍ程度のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ、発振波長が最大９００ｎｍ程度のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ等も適用可能である。さらには、半導体レーザを種光源とする光増幅型レーザ光源と光波長変換素子との組み合わせからなるもの、より具体的には、波長１５６０ｎｍ程度のレーザ光を発する半導体レーザと、そのレーザ光を増幅する偏波保存型Ｅｒ（エルビウム）添加光ファイバからなるファイバ増幅器と、そこで増幅されたレーザ光を波長７８０ｎｍ程度の第２高調波に変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子とからなるもの等も適用可能である。
【００６７】
また本発明の光音響装置および方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正および変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【００６８】
例えば、上に述べた実施形態の光音響装置は反射超音波による超音波画像も取得、表示できるように構成されたものであるが、本発明の光音響装置はそのような機能は備えないものとして構成されても構わない。
【００６９】
また本発明は、デコンボリューション処理を施すようにした光音響装置にも適用可能である。図４は、そのデコンボリューション処理を施すように構成された光音響装置の一部を示すブロック図である。この図４の構成は、例えば図１に示した画像再構成部２５と検波・対数変換部２６との間に挿入されるものであり、光微分波形逆畳込み部４０およびその後段に接続された補正部４６とからなる。そして光微分波形逆畳込み部４０は、フーリエ変換部４１，４２、逆フィルタ演算部４３、フィルタ適用部４４、およびフーリエ逆変換部４５から構成されている。
【００７０】
光微分波形逆畳込み部４０は、画像再構成部２５が出力した光音響画像を示すデータから、被検体に照射されたパルスレーザ光の光強度の時間波形を微分した光パルス微分波形をデコンボリューションする。このデコンボリューションにより、吸収分布を示す光音響画像データが得られる。
【００７１】
以下、このデコンボリューションについて詳しく説明する。光微分波形逆畳込み部４０のフーリエ変換部（第１のフーリエ変換部）４１は、離散フーリエ変換により、再構成された光音響画像データを時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。フーリエ変換部（第２のフーリエ変換部）４２は、離散フーリエ変換により、光パルス微分波形を所定のサンプリングレートでサンプリングした信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。フーリエ変換のアルゴリズムには、例えばＦＦＴを用いることができる。
【００７２】
本実施形態においては、ＡＤ変換部２２における音響波検出信号のサンプリングレートと、光パルス微分波形のサンプリングレートとは等しいものとする。例えば音響波検出信号はＦｓ＝４０ＭＨｚのサンプリングクロックに同期してサンプリングされており、光微分パルスも、Ｆｓ＿ｈ＝４０ＭＨｚのサンプリングレートでサンプリングされている。フーリエ変換部４１は、４０ＭＨｚでサンプリングした結果得られた、画像再構成部２５が出力する光音響画像データを、例えば１０２４点のフーリエ変換でフーリエ変換する。また、フーリエ変換部４２は、４０ＭＨｚでサンプリングされた光パルス微分波形を１０２４点のフーリエ変換でフーリエ変換する。
【００７３】
逆フィルタ演算部４３は、フーリエ変換された光パルス微分波形の逆数を逆フィルタとして求める。例えば逆フィルタ演算部４３は、光パルス微分波形ｈをフーリエ変換した信号をｆｆｔ＿ｈとしたとき、conj(fft_h)/abs(fft_h)2を逆フィルタとして求める。フィルタ適用部４４は、フーリエ変換部４１でフーリエ変換された光音響画像データに、逆フィルタ演算部４３で求められた逆フィルタを適用する。フィルタ適用部４４は、例えば、要素ごとに、光音響画像データのフーリエ係数と逆フィルタのフーリエ係数とを乗算する。逆フィルタが適用されることで、周波数領域の信号において、光パルス微分波形がデコンボリューションされる。フーリエ逆変換部４５は、フーリエ逆変換により、逆フィルタが適用された光音響画像データを、周波数領域の信号から時間領域の信号へと変換する。フーリエ逆変換により、時間領域の吸収分布信号が得られる。
【００７４】
以上述べた処理を行うことにより、光微分項がコンボリューションされた音響波検出信号から光微分項を除去することができ、音響波検出信号から吸収分布を求めることができる。そのような吸収分布を画像化した場合には、吸収分布画像を示す光音響画像が得られる。
【００７５】
なお、補正部４６は、光パルス微分波形がデコンボリューションされたデータを補正し、光パルス微分波形がデコンボリューションされたデータから、プローブ１１における超音波振動子の受信角度依存特性の影響を除去する。また、補正部４６は、受信角度依存特性に加えて、またはこれらに代えて、光パルス微分波形がデコンボリューションされたデータから被検体における光の入射光分布の影響を除去する。なお、このような補正を行わずに、光音響画像の生成を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０    光音響画像化装置
１１    プローブ
１２    超音波ユニット
１３    レーザ光源ユニット
１４    画像表示部
２１    受信回路
２２    ＡＤ変換部
２３    受信メモリ
２４    データ分離部
２５    画像再構成部
２６    検波・対数変換部
２７    画像構築部
３０    送信制御回路
３１    制御部
３２    Ｑスイッチパルスレーザ
３３    フラッシュランプ
４１，４２    フーリエ変換部
４３    逆フィルタ演算部
４４    フィルタ適用部
４５    フーリエ逆変換部
５１    バッキング材
５２    無機系トランスデューサの下部電極
５３    無機系圧電薄膜
５４    無機系トランスデューサの上部電極
５５    第一音響整合層
５６    第二音響整合層
５７    音響レンズ
５８    強磁性体薄膜
５９    近赤外反射膜
６０    保護膜
１００  ＵＴアレイ
１７０  パルスレーザユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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