(57)【要約】【課題】光音響画像生成装置において、レーザ光源から出射したパルスレーザ光の光強度の時間変化量よりも光強度の時間変化量が大きいパルスレーザ光を被検体に照射する。【解決手段】レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出射する。波形整形手段１４は、レーザユニット１３から入射したパルスレーザ光を、光強度の時間変化量が大きくなるように波形整形する。波形整形されたパルスレーザ光を被検体に照射し、その照射後に、プローブ１１を用いて被検体内で発生した光音響信号を検出する。光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２５、及び光音響画像構築手段を用いて、検出された光音響信号から光音響画像を生成する。【選択図】図１
2013075000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射すべきパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したパルスレーザ光を入射し、該入射したパルスレーザ光の光強度の時間変化量よりも光強度の時間変化量が大きくなるように、前記パルスレーザ光の時間波形を波形整形するパルス波形整形手段と、
前記パルス波形整形手段によって波形整形されたパルスレーザ光が被検体に照射された後に、被検体内で発生した光音響信号を検出する超音波プローブと、
前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項２】
前記波形整形手段が、前記入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽する光シャッタを含むことを特徴とする請求項１に記載の光音響画像生成装置。
【請求項３】
前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の時間波形の立ち上がりが波形整形前に比して急峻となるように、前記入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽するものであることを特徴とする請求項２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項４】
前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の出射から、前記パルスレーザ光の光強度が極大値をとる時刻かそれよりも前の時刻の間、前記入射したパルスレーザ光を遮蔽するものであることを特徴とする請求項３に記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の時間波形の立ち下がりが波形整形前に比して急峻となるように、前記入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽するものであることを特徴とする請求項２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の光強度が極大値を取る時刻以後、前記パルスレーザ光を遮蔽するものであることを特徴とする請求項５に記載の光音響画像生成装置。
【請求項７】
前記レーザ光源からパルスレーザ光が出射した旨を検出する発光検出素子と、
前記発光検出素子がパルスレーザ光の出射を検出すると、前記波形整形手段にシャッタ制御信号を出力するシャッタ制御回路とを更に備えることを特徴とする請求項２から６何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記光シャッタが、前記超音波プローブで検出される光音響信号の信号強度が、前記レーザ光源を出射したパルスレーザ光が前記パルス波形整形手段で波形整形されずに被検体に照射されたときに検出される光音響信号の信号強度よりも大きくなるように、前記パルスレーザ光の時間波形を波形整形するものであることを特徴とする請求項２から７何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記超音波プローブが更に前記被検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出し、
前記検出された反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、
前記光音響画像と前記超音波画像とを合成する画像合成手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１から８何れかに光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記画像合成手段が、前記光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行うものであることを特徴とする請求項９に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
レーザ光源からパルスレーザ光を出射するステップと、
前記出射したパルスレーザ光の発光強度の時間変化量に比して発光強度の時間変換量が大きくなるように前記パルスレーザ光の時間波形を波形整形するステップと、
前記波形整形されたパルスレーザ光を被検体に照射するステップと、
前記照射された光に起因して被検体内で発生した光音響信号を検出するステップと、
前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成するステップとを有することを特徴とする光音響画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響画像生成装置及び方法に関し、更に詳しくは、被検体に照射されたレーザ光により被検体内で生じた光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
【０００３】
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、レーザパルスなどのパルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、例えば生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。光音響イメージング装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
ここで、パルスレーザ光の光音響効果によって被検査体に超音波を発生させ、この超音波を干渉計などの光学的手法で検出するレーザ超音波検査装置が、特許文献２に記載されている。特許文献２には、パルス光源重ね合わせ手段を用いて複数のパルスレーザ光線を重ね合わせ、被検査体に照射するパルスレーザ光線のパルス時間幅を制御することが記載されている。例えば第１の波長可変パルス光源からパルス時間幅ｔｐ［ｓ］のパルスレーザ光線を出射し、それから時間ｔｐ［ｓ］だけ遅れて第２の波長可変パルス光源からパルス時間幅ｔｐ［ｓ］のパルスレーザ光線を出射する。２つのパルスレーザ光線をハーフミラーで重ね合わせることで、パルス時間幅が２ｔｐ［ｓ］の１つのパルスレーザ光線を得ることができる。特許文献２の段落００８０には、照射するパルスレーザ光線の瞬時強度を下げることによって、被検査体に損傷を与えることなくパルスレーザ光線のエネルギーを大きくでき、超音波の検知信号の検知感度を向上できるという記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０４８１６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８５６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、パルスレーザ光の照射によって生じる光音響波の大きさは、パルスレーザ光の総エネルギーに依存するだけではなく、パルスレーザ光の時間波形にも依存する。例えばパルスレーザ光の時間波形が緩やかに変化するとき、発生する光音響波はあまり大きくなく、パルスレーザ光の時間波形が急峻に変化するほど、発生する光音響波の大きさが大きくなる。すなわち、光強度の時間変化量と光音響波の大きさとが相関する。従って、発生する光音響波、及びその検出信号の信号強度を大きくしたければ、光強度の時間変化量が大きい、パルス時間幅が短いパルスレーザ光を用いるとよい。
【０００７】
しかしながら、レーザ光源が、所望のパルス時間幅のパルスレーザ光を出射できるとは限らない。特許文献２では、パルスレーザ光のパルス時間幅を制御しているものの、特許文献２においては、複数のパルスレーザ光を互いに時間をずらして重ねることでパルス時間幅を制御しており、光強度の時間変化量を、レーザ光源を出射したパルスレーザ光の光強度の時間変化量よりも大きくすることはできない。従って、特許文献２に記載の技術では、光強度の時間変化量の大きいパルスレーザ光を被検体に照射して、検出される光音響信号を増強させることはできない。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、レーザ光源から出射したパルスレーザ光の光強度の時間変化量よりも光強度の時間変化量を増加させたパルスレーザ光を被検体に照射できる光音響画像生成装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体に照射すべきパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したパルスレーザ光を入射し、該入射したパルスレーザ光の光強度の時間変化量よりも光強度の時間変化量が大きくなるように、前記パルスレーザ光の時間波形を波形整形するパルス波形整形手段と、前記パルス波形整形手段によって波形整形されたパルスレーザ光が被検体に照射された後に、被検体内で発生した光音響信号を検出する超音波プローブと、前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００１０】
本発明の光音響画像生成装置では、前記波形整形手段が、前記入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽する光シャッタを含む構成を採用できる。
【００１１】
前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の時間波形の立ち上がりが波形整形前に比して急峻となるように、前記入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽するものとしてもよい。その場合、前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の出射から、前記パルスレーザ光の光強度が極大値をとる時刻かそれよりも前の時刻の間、前記入射したパルスレーザ光を遮蔽するものとすることができる。
【００１２】
上記に代えて、又は加えて、前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の時間波形の立ち下がりが波形整形前に比して急峻となるように、前記入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽してもよい。その場合、前記光シャッタが、前記パルスレーザ光の光強度が極大値を取る時刻の以後、前記パルスレーザ光を遮蔽するものとすることができる。
【００１３】
前記光シャッタが、前記超音波プローブで検出される光音響信号の信号強度が、前記レーザ光源を出射したパルスレーザ光が前記パルス波形整形手段で波形整形されずに被検体に照射されたときに検出される光音響信号の信号強度よりも大きくなるように、前記パルスレーザ光の時間波形を波形整形するものであることが好ましい。
【００１４】
本発明の光音響画像生成装置は、前記超音波プローブが更に前記被検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出するものであり、前記検出された反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記光音響画像と前記超音波画像とを合成する画像合成手段とを更に備えた構成とすることができる。
【００１５】
前記画像合成手段が、前記光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行うものとしてもよい。
【００１６】
本発明は、また、レーザ光源からパルスレーザ光を出射するステップと、前記出射したパルスレーザ光の光強度の時間変化量よりも光強度の時間変化量が大きくなるように前記パルスレーザ光の時間波形を波形整形するステップと、前記波形整形されたパルスレーザ光を被検体に照射するステップと、前記照射された光に起因して被検体内で発生した光音響信号を検出するステップと、前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成するステップとを有することを特徴とする光音響画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光音響画像生成装置及び方法は、レーザ光源から出射したパルスレーザ光をパルス時間幅が狭くなるように波形整形し、波形整形したパルスレーザ光を被検体に照射して光音響信号を検出する。波形整形は、例えば入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽する光シャッタを用いて行うことができる。本発明では、レーザ光源自体から所望の光強度の時間変化量よりも時間変化量が小さいパルスレーザ光しか出射できない場合でも、光強度の時間変化量がより大きくなるように、言い換えれば光強度の時間波形における変化がより急峻となるように波形整形したパルスレーザ光を、被検体に照射することができる。レーザ光源を出射したパルスレーザ光より光強度の時間変化量が大きいパルスレーザ光を被検体に照射することで、被検体から検出される光音響信号を増強することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図２】レーザユニットが出射するパルスレーザ光の時間波形を示す波形図。
【図３】波形整形後のパルスレーザ光の時間波形の一例を示す波形図。
【図４】光音響波の圧力波形を示す波形図。
【図５】波形整形後のパルスレーザ光の時間波形の別の例を示す波形図。
【図６】光音響波の圧力波形を示す波形図。
【図７】光音響波の周波数と圧力との関係を示すグラフ。
【図８】動作手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図１０】波形整形前後のパルスレーザ光とシャッタ制御信号とを示す波形図。
【図１１】第２実施形態の変形例の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図１２】本発明の第３実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置（光音響画像診断装置）１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、及びレーザ光源（レーザユニット）１３を備える。
【００２０】
レーザユニット１３は、被検体に照射するレーザ光を生成する。レーザ光の波長は、観察対象物に応じて適宜設定すればよい。レーザユニット１３と被検体との間には、波形整形手段１４が設けられる。波形整形手段１４は、レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光を入射し、入射したパルスレーザ光の光強度の時間変化量よりも時間変化量が大きくなるように、つまり、光強度の時間波形の変化がより急峻となるように、パルスレーザ光の時間波形を波形整形する。波形整形手段１４は、例えば入射したパルスレーザ光の一部を遮蔽する光シャッタを含む。光シャッタは、例えばパルスレーザ光の時間波形の立ち上がり又は立ち下がりが波形整形前に比して急峻となるように、入射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽する。光シャッタにはＥＯ（Electrical-optical）素子と偏光板とＥＯ素子の駆動回路とを組み合わせたＥＯシャッタを用いることができる。あるいは、一度レーザ光を分岐し、片方の光路にＥＯ素子を配置して位相を変え、再び合波するような光学系を組み、マッハツェンダ型光強度変調器としてシャッタ作用をさせるものを用いてもよい。
【００２１】
レーザユニット１３が出射するパルスレーザ光は、波形整形手段１４で波形整形された後に、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される。波形整形手段１４による波形整形は、パルスレーザ光の出射から被検体に照射されるまでの間の光路上の任意の位置で行うことができる。波形整形手段１４がレーザユニット１３に内蔵されていてもよい。プローブ１１は、波形整形されたパルスレーザ光が被検体に照射された後に、被検体内の光吸収体がパルスレーザ光を吸収することで生じた光音響波（光音響信号）を検出する。プローブ１１は、例えば一次元配列された複数の超音波振動子を有する。
【００２２】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２５、光音響画像構築手段２６、トリガ制御回路２７、及び制御手段２８を有する。受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１が受信した光音響信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば、所定周波数のＡＤクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする。受信メモリ２３は、ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号を記憶する。
【００２３】
光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号を読み出し、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された光音響信号に基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段２４は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。光音響画像再構成手段２４は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像再構成手段２４は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。
【００２４】
検波・対数変換手段２５は、光音響画像再構成手段２４が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段２６は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２６は、例えば光音響信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を光音響層画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を生成する。光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２５、及び光音響画像構築手段２６は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段を構成する。
【００２５】
制御手段２８は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。トリガ制御回路２７は、光音響画像生成に際して、レーザユニット１３にフラッシュランプトリガ信号を送る。また、フラッシュランプトリガ信号の出力後に、Ｑスイッチトリガ信号を送る。さらに、Ｑスイッチトリガ信号から実際にレーザユニット１３においてレーザ発光が生じるまでのディレイ時間と、パルス時間幅及びＥＯシャッタが実際に駆動するまでのディレイ時間等を考慮したタイミングで、波形整形手段１４へシャッタ制御信号を送る。また、トリガ制御回路２７は、被検体に対するレーザ光照射と同期してＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送り、ＡＤ変換手段２２における光音響信号のサンプリング開始タイミングを制御する。
【００２６】
レーザユニット１３は、フラッシュランプ３１とＱスイッチ３２とを含む。レーザユニット１３は、フラッシュランプトリガ信号を受けてフラッシュランプ３１を点灯し、図示しないレーザロッド（レーザ結晶）に対して励起光を照射する。レーザ結晶には、例えばアレキサンドライト結晶やＣｒ：ＬｉＳＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＳｒＡｌＦ６），Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＣａＡｌＦ６）結晶，Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ結晶を用いることができる。レーザユニット１３は、Ｑスイッチトリガ信号が入力されるとＱスイッチをＯＮにし、パルスレーザ光を出射する。
【００２７】
図２は、レーザユニット１３が出射するパルスレーザ光の時間波形を示す。横軸は時間を表し、縦軸は光強度を表している。レーザユニット１３は、例えばパルス時間幅５０ｎｓのパルスレーザ光を出射する。パルス時間幅は、例えばパルスレーザ光の光強度が、そのピーク値の半分以上となる時間の幅（半値幅）と定義できる。パルス時間幅の定義は半値幅には限定されず、他の定義を用いてもよい。
【００２８】
図３に、波形整形後のパルスレーザ光の時間波形の一例を示す。波形整形手段１４は、例えばパルスレーザ光の時間波形の立ち上がり部分でパルスレーザ光を遮蔽する。つまり、波形整形手段１４は、パルスレーザ光の出射開始から、パルスレーザ光の光強度がピーク値をとる時刻かそれよりも前の時刻の間、レーザユニット１３から入射したパルスレーザ光を遮蔽する。このようにすることで、図３に示すような、立ち上がりが急峻になるように波形整形されたパルスレーザ光を得ることができる。例えば波形整形手段１４が、パルスレーザ光がピークを取る時刻まではパルスレーザ光を遮蔽し、それ以降はパルスレーザ光を透過することで、パルス時間幅を５０ｎｓから、およそ２５ｎｓまで狭めることができ、発光前半部の光強度の時間変化量が大幅に増大する。
【００２９】
図４は、光音響波の圧力波形を示す。横軸は時間を表し、縦軸は光音響波の圧力を示している。図４では、波形整形前のパルスレーザ光を被検体に照射したときの光音響波の圧力波形を破線で示し、図３に示した波形整形後のパルスレーザ光を被検体に照射したときの光音響波の圧力波形を実線で示している。光音響波の圧力波形は、照射したパルスレーザ光の微分波形として表される。波形整形後のパルスレーザ光（図３）は、波形整形前（図２）に比して立ち上がり部分が急峻になっているため、波形整形後のパルスレーザ光を照射したときの光音響波の正の部分のピーク値は、波形整形前のパルスレーザ光を照射したときの光音響波の正の部分のピーク値よりも大きくなっている。従って、その差の分だけ、検出される光音響信号の信号強度を増強することができる。
【００３０】
図５に、波形整形後のパルスレーザ光の時間波形の別の例を示す。波形整形手段１４は、例えばパルスレーザ光の時間波形の立ち下がり部分でパルスレーザ光を遮蔽する。つまり、波形整形手段１４は、パルスレーザ光の光強度がピーク値をとる時刻以後、レーザユニット１３から入射したパルスレーザ光を遮蔽する。このようにすることで、図３に示すような、立ち上がりが急峻になるように波形整形されたパルスレーザ光を得ることができる。例えば波形整形手段１４が、パルスレーザ光がピークを取る時刻まではパルスレーザ光を透過し、それ以降はパルスレーザ光を遮蔽することで、パルス時間幅を５０ｎｓから、およそ２５ｎｓまで狭めることができ、発光後半部の光強度の時間変化量が大幅に増大する。
【００３１】
図６は、光音響波の圧力波形を示す。図６では、波形整形前のパルスレーザ光を被検体に照射したときの光音響波の圧力波形を破線で示し、図５に示した波形整形後のパルスレーザ光を被検体に照射したときの光音響波の圧力波形を実線で示している。波形整形後のパルスレーザ光（図５）は、波形整形前（図２）に比して立ち下がり部分が急峻になっているため、波形整形後のパルスレーザ光を照射したときの光音響波の負の部分のピーク値は、波形整形前のパルスレーザ光を照射したときの光音響波の負の部分のピーク値よりも大きくなっている。従って、その差の分だけ、検出される光音響信号の信号強度を増強することができる。光音響画像の生成では、光音響信号の絶対値を画像化するため、負の部分の圧力波を増強してもよい。
【００３２】
ここで、波形整形手段１４が、レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽することで、パルス時間幅が短くなり、それに伴って波形整形後のパルスレーザ光の光強度の時間変化量が増大する。このように、波形整形後のパルスレーザ光のパルス時間幅と光強度の時間変化量とは連動している。そこで、本実施形態では、主に、パルス時間幅を、パルスレーザ光の光強度の時間変化量を表す指標として使用するものとする。
【００３３】
図７に、光音響波の周波数と圧力との関係を示す。横軸は光音響波の周波数を表し、縦軸は圧力を表している。図７では、パルス時間幅４５ｎｓのパルスレーザ光を照射したときの光音響波の周波数と圧力との関係を破線で示し、パルス時間幅４．２ｎｓのパルスレーザ光を照射したときの光音響波の周波数と圧力との関係を一点鎖線で示し、パルス時間幅およそ２５ｎｓの（波形整形後の）パルスレーザ光を照射したときの光音響波の周波数と圧力との関係を実線で示している。プローブ１１で検出する光音響信号の周波数帯域はおよそ５Ｍｈｚ−１０ＭＨｚであるとする。
【００３４】
パルスレーザ光のパルス時間幅が狭い場合（４．２ｎｓ）、図７に破線で示すように、光音響波に含まれる高い周波帯域においても、光音響波の圧力の落ち込みは少ない。これに対し、パルスレーザ光のパルス時間幅が広い場合（４５ｎｓ）、図７に一点鎖線で示すように、光音響波に含まれる高周波成分が少ない。そのようなパルス時間幅が広いパルスレーザ光に対して波形整形を行い、光強度の時間変化量を大きくすることで、図７に実線で示すように、元のパルス時間幅のパルスレーザ光を照射する場合に比して、高周波成分を多く含む光音響波を発生させることができる。
【００３５】
波形整形を行った場合、高周波成分の落ち込みが少ない分だけ、受信帯域内の積分値を表わされる全体の信号強度を増強することができ、光音響画像のＳ／Ｎ比（Signal Noise Ratio）を向上できる。また、高周波成分が増強されることで、高い周波数のプローブ１１を利用でき、画像の分解能を向上できる。一方で、波形整形されたパルスレーザ光を照射することに伴って信号処理を変更する必要はなく、既存の超音波ユニット１２の利用が可能である。
【００３６】
図８は、動作手順を示す。トリガ制御回路２７は、レーザユニット１３に対してフラッシュランプトリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、フラッシュランプトリガ信号を受けてフラッシュランプ３１を点灯する。トリガ制御回路２７は、所定のタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、Ｑスイッチトリガ信号が入力されると、Ｑスイッチ３２をＯＮにし、パルスレーザ光を出射する（ステップＡ１）。
【００３７】
レーザユニット１３を出射したパルスレーザ光は波形整形手段１４に入射する。波形整形手段１４は、パルス時間幅が狭くなるように、入射したパルスレーザ光の時間波形を整形する（ステップＡ２）。例えば、トリガ制御回路２７は、レーザユニット１３に対するＱスイッチトリガ信号の出力後、所定のタイミングで波形整形手段１４にシャッタ制御信号を送る。波形整形手段１４は、受け取ったシャッタ制御信号に従って、光シャッタの開閉を制御する。波形整形手段１４は、例えば立ち上がり部又は立ち下がり部に対応した時間領域で光シャッタを閉じることで、パルスレーザ光のパルス時間幅を、波形整形前のパルスレーザ光のパルス時間幅よりも狭くする。波形整形手段１４で波形整形されたパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される（ステップＡ３）。
【００３８】
プローブ１１は、レーザ光の照射後、パルスレーザ光の照射により被検体内で発生した光音響信号を検出する（ステップＡ４）。超音波ユニット１２の受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。トリガ制御回路２７は、被検体に対する光照射のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送る。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて光音響信号のサンプリングを開始し、光音響信号のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。
【００３９】
光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号のサンプリングデータを読み出し、読み出した光音響信号のサンプリングデータに基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。検波・対数変換手段２５は、光音響画像再構成手段２４で生成された各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段２６は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて光音響画像を生成する（ステップＡ５）。画像表示手段１５は、表示画面上に、ステップＡ５で生成された光音響画像を表示する（ステップＡ６）。
【００４０】
本実施形態では、波形整形手段１４は、レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光を光強度の時間変化量が大きくなるように波形整形する。そのように波形整形されたパルスレーザ光を被検体に照射し、被検体内でパルスレーザ光照射により生じた光音響信号を検出する。レーザユニット１３が、レーザ結晶の材質や装置構成の制限などに起因して、光音響に用いるにはパルス時間幅が長く、従って光強度の時間変化量が小さいパルスレーザ光しか出射できない場合がある。本実施形態では、そのような場合でも、パルスレーザ光の光強度の時間変化量を増大することができ、被検体内で発生する光音響波の圧力を、波形整形前のパルスレーザ光が照射される場合に比して強めることができる。その結果、プローブ１１で検出される光音響信号の信号強度を増強することができる。
【００４１】
ところで、波形整形手段１４を用いてパルスレーザ光の発光時間の一部を遮蔽すると、波形整形を行わない場合に比して、被検体に照射されるパルスレーザ光の総エネルギー量は減少する。パルスレーザ光の総エネルギー量が減少することで、光音響信号の信号強度が低下することも考えられる。波形整形に伴う総エネルギー量の減少分だけ入射エネルギーを大きくすれば、波形整形した場合でも、波形整形しない場合と同じ総エネルギー量のパルスレーザ光を照射することができる。総エネルギー量を同じにした場合、波形整形によってパルスレーザ光の光強度の時間変化量が増大しているために信号となる効率は高く、より高画質の画像を得ることができる。被検体に照射するパルスレーザ光のパルスあたりのエネルギー密度はＭＰＥ（最大許容露光量）により制限されており（例えば波長７５０ｎｍでは約２７ｍＪ／ｃｍ２程度）、そのエネルギー密度を超えない範囲で入射エネルギーを上げ、波形整形に伴う総エネルギー量の減少分を補うことで、より高画質の光音響画像を得ることができる。
【００４２】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図９は、本発明の第２実施形態の光音響画像装置を示す。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置の構成に加えて、発光検出素子３９を有する。発光検出素子３９は、レーザユニット１３からパルスレーザ光が出射した旨を検出する。発光検出素子３９は、例えばレーザユニット１３から出射した光が波形整形手段１４に入射するまでの間の光路に近接して設けられる。発光検出素子３９は、受光面を有しており、その受光面に入射した光の強度が所定の光強度以上となると、光を検出した旨の信号を出力する。発光検出素子３９には、例えば高速フォトダイオードを用いることができる。発光検出素子３９は、パルスレーザ光の出射を検出すると、その旨をトリガ制御回路２７に通知する。
【００４３】
トリガ制御回路２７は、発光検出素子３９から、パルスレーザ光の出射が検出された旨の通知を受ける。トリガ制御回路２７は、発光検出素子３９がパルスレーザ光の出射を検出すると、波形整形手段１４にシャッタ制御信号を出力する。例えば、はじめ波形整形手段１４は光シャッタを閉じている。トリガ制御回路２７は、発光検出素子３９がパルスレーザ光の出射を検出した時刻、言い換えればパルスレーザ光の光強度の時間波形が立ち上がり始めた時刻から、所定の時間が経過した時刻にシャッタ制御信号を出力し、光シャッタを所定時間だけ開かせる。
【００４４】
図１０は、レーザユニット１３を出射したパルスレーザ光とシャッタ制御信号と波形整形後のパルスレーザ光を示す。レーザユニット１３がパルスレーザ光を出射すると、発光検出素子３９は、パルスレーザ光の光強度がしきい値以上となった時刻ｔ１で、パルスレーザ光の出射を検出する。トリガ制御回路２７は、時刻ｔ１で発光検出素子３９からパルスレーザ光が出射した旨の通知を受けると、時刻ｔ１から所定の時間が経過した時刻ｔ２で、波形整形手段１４にパルス状のシャッタ制御信号を出力する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の時間は、例えば波形整形前のパルスレーザ光の光強度の時間波形、波形整形後の（得たい）パルスレーザ光の光強度の時間変化量、波形整形手段１４に対してシャッタ制御信号が入力されてから実際に光シャッタが開くまでに要する時間などに基づいて決定することができる。
【００４５】
トリガ制御回路２７は、例えば所定の期間だけ高電圧レベルを示すパルス状のシャッタ制御信号を波形整形手段１４に出力する。波形整形手段１４では、シャッタ制御信号に応答して、図示しないＥＯ素子の駆動回路からＥＯ素子に高電圧が印加される。ＥＯ素子に高電圧が印加される間、レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は光シャッタで遮蔽されずに、被検体側に透過する。時刻ｔ３でシャッタ制御信号が高電圧レベルから低電圧レベルに戻ると、ＥＯ素子に対する高電圧の印加が停止され、レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は光シャッタで遮蔽される。トリガ制御回路１４から、レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光の光強度がピークを取る時刻を含む所定期間だけ高電圧レベルとなるようなシャッタ制御信号を出力することで、立ち上がり部と立ち下がり部の双方において、パルスレーザ光の光強度の時間変化波形を急峻にすることができる。
【００４６】
ここで、レーザユニット１３から出射するパルスレーザ光のパルス時間幅が広い場合、Ｑスイッチトリガから実際にパルスレーザ光が出射するまでのディレイ時間のばらつきが大きいことが考えられる。本実施形態では、発光検出素子３９を用い、発光ごとにパルスレーザ光の光強度の時間波形の立ち上がりを検出している。発光検出素子３９の検出結果に応じて波形整形手段１４を制御することで、ディレイ時間のばらつきが大きいときでも、波形整形手段１４によりパルスレーザ光を所望の光強度の時間変化量を持つパルスレーザ光に波形整形することができる。
【００４７】
なお、上記では、トリガ制御回路２７が波形整形手段１４にシャッタ制御信号を出力するものとして説明したが、トリガ制御回路２７とは別個にシャッタ制御回路を設ける構成とすることも可能である。図１１は、第２実施形態の変形例の光音響画像生成装置を示す。変形例の光音響画像生成装置１０ｂは、図９に示す光音響画像生成装置１０ａの構成に加えて、シャッタ制御回路４０を有する。シャッタ制御回路４０は、発光検出素子３９がパルスレーザ光の出射を検出すると、波形整形手段１４にシャッタ制御信号を出力する。発光検出素子３９及びシャッタ制御回路４０は、波形整形手段１４に含まれていてもよい。図１１に示す例のように、トリガ制御回路２７とは別個に、超音波ユニット１２の外部にシャッタ制御回路４０を設ける構成とする場合、シャッタ制御回路４０を波形整形手段１４に近接して設けることができ、シャッタ制御回路４０から波形整形手段１４までの回路長を短くすることができる。特に、数１０ｎｓオーダーで光シャッタの制御を行うことを考えると、シャッタ制御回路４０から波形整形手段１４までの回路長は短いことが好ましく、図１１に示す回路構成の方が有利であると考えられる。
【００４８】
引き続き、本発明の第３実施形態を説明する。図１２は、本発明の第３実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置１０ｃは、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置１０の構成に加えて、送信制御回路３３、データ分離手段３４、超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、超音波画像構築手段３７、及び画像合成手段３８を備える。本実施形態の光音響画像生成装置１０ｃは、光音響画像に加えて、超音波画像の生成を行う点で、第１実施形態の光音響画像生成装置１０と相違する。
【００４９】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。なお、超音波送信手段を別に設け、プローブ１１とは異なる位置から超音波送信を行い、プローブ１１にて送信された超音波に対する反射超音波を検出してもよい。トリガ制御回路２７は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３３は、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。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００５０】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路２７は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。光音響信号の検出（サンプリング）と、反射超音波の検出（サンプリング）とは、どちらを先に行ってもよい。
【００５１】
データ分離手段３４は、受信メモリ２３に格納された光音響信号のサンプリングデータと反射超音波のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段３４は、分離した光音響信号のサンプリングデータを光音響画像再構成手段２４に入力する。データ分離手段３４は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段３５に入力する。
【００５２】
超音波画像再構成手段３５は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリングデータ）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。検波・対数変換手段３６は、超音波画像再構成手段３５が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。
【００５３】
超音波画像構築手段３７は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、及び超音波画像構築手段３７は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。画像合成手段３８は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３８は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、画像表示手段１５に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１５に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。
【００５４】
本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。パルス時間幅が狭くなるように波形整形されたパルスレーザ光を照射し、光音響信号を検出する点は、第１実施形態と同様である。なお、第２実施形態の光音響画像生成装置において、超音波画像を生成するようにすることも可能である。
【００５５】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像生成装置及び方法は、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及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０：光音響画像生成装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザユニット
１４：波形整形手段
１５：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：画像再構成手段
２５：検波・対数変換手段
２６：画像構築手段
２７：トリガ制御回路
２８：制御手段
３１：フラッシュランプ
３２：Ｑスイッチ
３３：送信制御回路
３４：データ分離手段
３５：超音波画像再構成手段
３６：検波・対数変換手段
３７：超音波画像構築手段
３８：画像合成手段
３９：発光検出素子
４０：シャッタ制御回路
【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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【図１２】
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