(57)【要約】      （修正有）【課題】光音響波を発生させるための光の照射位置を簡便且つ任意に変更可能な光音響波検出器を提供する。【解決手段】光音響画像化装置は、光音響波検出器２２と、断層像生成部と、画像形成部と、を備える。光音響波検出器は、被検体に光を照射する光照射ユニット２１と、検出部を有する検出ユニット２２と、を有する。検出部は、被検体内の光吸収体で発生する光音響波を検出し、光音響波の検出結果に基づく検出信号を生成する。また、光照射ユニットは、被検体の表面に密着して光音響波を透過させる透光性の音響透過部材２１と、音響透過部材上に設けられる光源部と、を有し、検出ユニットとは別体で設けられる。断層像生成部は、検出信号に基づく被検体の断層像を生成する。画像形成部３０は、断層像を用いて光音響画像を形成する。【選択図】図１
2016049213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射する光照射ユニットと、
前記被検体内の光吸収体で発生する光音響波を検出し、該光音響波の検出結果に基づく検出信号を生成する検出部を有する検出ユニットと、
を備え、
前記光照射ユニットは、前記被検体の表面に密着して前記光音響波を透過させる透光性の音響透過部材と、該音響透過部材上に設けられる光源部と、を有し、前記検出ユニットとは別体で設けられる光音響波検出器。
【請求項２】
前記光源部は、発光素子と、該発光素子を封止する封止部と、を含み、
前記封止部は、透光性の弾性材料を用いて形成される請求項１に記載の光音響波検出器。
【請求項３】
前記光源部の直下領域での前記音響透過部材の厚さの４倍が、前記検出部で検出可能な前記光音響波の波長範囲内となる請求項１又は請求項２に記載の光音響波検出器。
【請求項４】
前記光照射ユニットは、前記音響透過部材上の前記光源部の配置領域以外の領域に設けられる光反射層をさらに有する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光音響波検出器。
【請求項５】
前記音響透過部材は、前記被検体よりも屈折率が低い材料を用いて形成される請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光音響波検出器。
【請求項６】
前記光照射ユニットは複数であって、
各光照射ユニットの前記光源部から前記光が照射されるタイミングは同期している請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光音響波検出器。
【請求項７】
前記光照射ユニットは、異なる波長の光を前記被検体に照射する複数種の光照射ユニットを含み、
同じ波長の光を同じ光量で照射する光照射ユニットから前記光が照射されるタイミングは、波長毎に同期している請求項６に記載の光音響波検出器。
【請求項８】
前記光源部は、発光ダイオード素子を含む請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光音響波検出器。
【請求項９】
前記光源部は、半導体レーザ素子を含む請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光音響波検出器。
【請求項１０】
前記光源部は、有機発光ダイオード素子を含む請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光音響波検出器。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光音響波検出器と、
前記検出信号に基づく前記被検体の断層像を生成する断層像生成部と、
前記断層像を用いて光音響画像を形成する画像形成部と、
を備える光音響画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響波検出器、及び光音響画像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、たとえば生体などの被検体内の特定の物体を非破壊で検査する光音響画像化装置（特許文献１参照）の開発が進められている。この光音響画像化装置は、生体に所定波長の光を照射し、この光を吸収する際に被検体内部の特定の物体（光吸収体）が発する弾性波である光音響波を検出する。そして、光音響波の検出結果に基づく断層像を生成することにより、光音響波の検出器の直下領域における被検体内部の光吸収体を示す光音響画像を形成する。通常、被検体に照射する光の光源は、光音響波を検出する検出部と共に検出器に設けられ、検出部の近傍に設けられる。
【０００３】
なお、本発明に関連する従来技術の一例として、特許文献１では、光源から被検体に照射される光によって光吸収体で発生する光音響波を検出部で検出する光音響装置が開示されている。この光音響装置では、光反射部材が被検体の周囲に設けられる。そして、被検体内で拡散してその外部に出射しようとする光を光反射部材で反射して被検体内に再入射させることにより、光源の照射光の利用効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０７５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、被検体内部に入射する光は表面からの深さに応じて拡散する。そのため、検出部の近傍から被検体に光照射すると、被検体の深奥部にある光吸収体には十分な光が届き難い。このような場合、光吸収体では、非常に低い光量の光しか吸収されないため、弱い光音響波しか発生しない。従って、深奥部にある光吸収体の鮮明な断層像が得られにくい。また、光源を検出部の近傍に設けると、光源で発生する電磁波ノイズが検出部で検出されるため、該電磁波ノイズが断層像に現れるアーティファクト（いわゆる虚像）の原因となり易い。
【０００６】
このような問題に対して、特許文献１では、被検体の周囲において、検出部から離れた位置で光源を当接している。ところが、光源の当接領域以外の領域に光反射部材が設けられているため、光源の当接位置を当初の位置から自在に変更し難くなっている。たとえば、光源の位置変更に合わせて、光反射部材の位置も変更する必要があるため、手間が掛かり、時間もかかる。さらに、特許文献１では、検出器の当接領域（光音響波の受信面）にも光反射部材が設けられるため、光音響波の強さが光反射部材によって小さくなり、断層像にアーティファクトが現れる原因となる。
【０００７】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、光音響波を発生させるための光の照射位置が簡便且つ任意に変更可能とする光音響波検出器、及び光音響画像化装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一の態様による光音響波検出器は、被検体に光を照射する光照射ユニットと、被検体内の光吸収体で発生する光音響波を検出し、該光音響波の検出結果に基づく検出信号を生成する検出部を有する検出ユニットと、を備え、光照射ユニットは、被検体の表面に密着して光音響波を透過させる透光性の音響透過部材と、該音響透過部材上に設けられる光源部と、を有し、検出ユニットとは別体で設けられる構成（第１の構成）とされる。
【０００９】
上記第１の構成によれば、光照射ユニットが検出ユニットとは別体で設けられる。また、光照射ユニットの音響透過部材は、被検体の表面に密着して光音響波を透過させる。そのため、被検体の表面において、検出ユニットの位置に制限されることなく、光照射ユニットを所望の位置に貼り付けることができる。また、光照射ユニットは、音響透過部材の密着によって被検体の表面に保持されるため、たとえばユーザ又は他の支持部材による保持を必要せず、さらに、その貼り付け位置も自在に変更できる。よって、光音響波を発生させるための光の照射位置が簡便且つ任意に変更可能となっている。
【００１０】
さらに、たとえば光照射ユニットを被検体内の光吸収体により近い位置に貼り付けることもできる。そのため、より高い光量の光を光吸収体に照射できるとともに、光照射ユニットから照射される光の利用効率を高めることができる。また、被検体の表面に密着する音響透過部材は光音響波を透過させるため、被検体の周囲において、被検体の表面での光音響波の反射を低減することができる。従って、表面で反射された光音響波に由来して断層像に現れるアーティファクト（いわゆる虚像）を低減することができる。
【００１１】
また、上記第１の構成の光音響波検出器において、光源部は、発光素子と、該発光素子を封止する封止部と、を含み、封止部は、透光性の弾性材料を用いて形成される構成（第２の構成）としてもよい。
【００１２】
この第２の構成によれば、被検体から光照射ユニットに伝播する光音響波を封止部で吸収することができる。そのため、被検体の表面における光照射ユニットの貼り付け箇所での光音響波の反射を低減する効果を更に高めることができる。従って、被検体の表面で反射された光音響波に由来して断層像に現れるアーティファクトをより低減することができる。
【００１３】
上記第１又は第２の構成の光音響波検出器において、音響透過部材の厚さの４倍が、検出部で検出可能な光音響波の波長範囲内となる構成（第３の構成）としてもよい。
【００１４】
第３の構成によれば、光吸収体で発生した光音響波が、被検体の表面における光照射ユニットの貼り付け箇所で反射され難くなり、さらに音響透過部材を透過し易くなる。また、音響透過部材が被検体と封止部との間の音響カプラとして機能するため、音響透過部材を伝播する光音響波を封止部に伝播させて吸収させ易くなる。従って、被検体の表面で反射された光音響波に由来して断層像に現れるアーティファクトを低減する効果をさらに高めることができる。
【００１５】
上記第１〜第３のいずれかの構成の光音響波検出器において、光照射ユニットは、音響透過部材上の光源部の配置領域以外の領域に設けられる光反射層をさらに有する構成（第４の構成）としてもよい。
【００１６】
第４の構成によれば、光源部の配置領域以外の領域上に設けられた光反射層で光を反射して、音響透過部材上の光源部の配置領域以外の領域からその外方への光の放出を防止し、反射した光を被検体に再び照射することができる。従って、光源部から照射される光の利用効率を高めることができ、より強い光を被検体内に照射することができる。
【００１７】
上記第１〜第４のいずれかの構成の光音響波検出器において、光源部の直下領域での音響透過部材は、被検体よりも屈折率が低い材料を用いて形成される構成（第５の構成）としてもよい。
【００１８】
第５の構成によれば、被検体及び音響透過部材間の界面において、光源部から照射されて音響透過部材から被検体に入射する光の全反射を発生させ難くすることができる。従って、該界面での光損失を低減できるので、光照射ユニットから被検体内に照射される光の利用効率を高めることができる。
【００１９】
上記第１〜第５のいずれかの構成の光音響波検出器において、光照射ユニットは複数であって、各光照射ユニットの光源部から光が照射されるタイミングは同期している構成（第６の構成）としてもよい。
【００２０】
第６の構成によれば、被検体内に照射される光の総光量を光照射ユニットの数に応じて増大させることができる。従って、光吸収体で発生する光音響波の強さも増大する。よって、より鮮明な光音響画像を形成することができる。
【００２１】
上記第６の構成の光音響波検出器において、光照射ユニットは、異なる波長の光を被検体に照射する複数種の光照射ユニットを含み、同じ波長の光を同じ光量で照射する光照射ユニットから光が照射されるタイミングは、波長毎に同期している構成（第７の構成）としてもよい。
【００２２】
第７の構成によれば、波長毎の断層像から光吸収体の種類を判別することができる。たとえば、光吸収体の光吸収率は波長毎に異なるため、光の波長毎に異なる断層像に写る光吸収体の写り方（たとえば光音響波の強さに応じた濃淡）は異なる。従って、光吸収体の写り方の違いから光吸収体の種類を判別することができる。
【００２３】
上記第１〜第７のいずれかの構成の光音響波検出器において、光源部は、発光ダイオード素子を含む構成（第８の構成）としてもよい。
【００２４】
或いは、上記第１〜第７のいずれかの構成の光音響波検出器において、光源部は、半導体レーザ素子を含む構成（第９の構成）としてもよい。
【００２５】
若しくは、上記第１〜第７のいずれかの構成の光音響波検出器において、光源部は、有機発光ダイオード素子を含む構成（第１０の構成）としてもよい。
【００２６】
第８〜第１０のいずれかの構成によれば、光源部を小型化でき、簡素な構成で発光周波数の高いパルス光を被検体に照射することができる。従って、単位時間当たりにより多くの断層像を形成できるので、より鮮明で高精細な光音響画像を取得することができる。
【００２７】
また、上記目的を達成するために、本発明の一の態様による光音響画像化装置は、上記第１〜第１０のいずれかの構成の光音響波検出器と、検出信号に基づく被検体の断層像を生成する断層像生成部と、断層像を用いて光音響画像を形成する画像形成部と、を備える構成（第１１の構成）とされる。
【００２８】
上記第１１の構成によれば、光照射ユニットが検出ユニットとは別体で設けられる。また、光照射ユニットの音響透過部材は、被検体の表面に密着して光音響波を透過させる。そのため、被検体の表面において、検出ユニットの位置に制限されることなく、光照射ユニットを所望の位置に貼り付けることができる。また、光照射ユニットは、音響透過部材の密着によって被検体の表面に保持されるため、たとえばユーザ又は他の支持部材による保持を必要せず、さらに、その貼り付け位置も自在に変更できる。よって、光音響波を発生させるための光の照射位置が簡便且つ任意に変更可能となっている。
【００２９】
さらに、たとえば光照射ユニットを被検体内の光吸収体により近い位置に貼り付けることもできる。そのため、より高い光量の光を光吸収体に照射できるとともに、光照射ユニットから照射される光の利用効率を高めることができる。また、被検体の表面に密着する音響透過部材は光音響波を透過させるため、被検体の周囲において、被検体の表面での光音響波の反射を低減することができる。従って、表面で反射された光音響波に由来して断層像に現れるアーティファクトを低減することができる。よって、より正確且つ鮮明な光音響画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光音響波を発生させるための光の照射位置を簡便且つ任意に変更可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】光音響画像化装置の外観斜視図である。
【図２】光音響画像化装置の構成例を示すブロック図である。
【図３Ａ】光照射ユニットの構成例を示す概略上面図である。
【図３Ｂ】光照射ユニットの構成例を示す概略側面図である。
【図４】プローブユニットの概略側面図である。
【図５】実施例における光音響波の検出例を示す。
【図６】比較例における光音響波の検出例を示す。
【図７】厚さが調節可能な音響透過部材を有する光照射ユニットの構成例を示す概略側面図である。
【図８Ａ】光照射ユニットの他の構成例を示す概略上面図である。
【図８Ｂ】光照射ユニットの他の構成例を示す概略側面図である。
【図９】複数の光照射ユニットを有する超音波プローブを用いた光音響波の検出例である。
【図１０】複数種類の光照射ユニットを有する超音波プローブを用いた光音響波の検出例である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
図１は、光音響画像化装置１００の外観斜視図である。図２は、光音響画像化装置１００の構成例を示すブロック図である。なお、図１において、ｘ、ｒ、及びθはそれぞれ、円柱座標系における方向を示している。各方向の図示は、他の図３Ａ〜１０でも同様である。
【００３４】
光音響画像化装置１００は、被検体１５０内の断層像情報を取得するための超音波プローブ２０と、画像生成部３０と、画像表示部４０と、を備えている。
【００３５】
超音波プローブ２０は、光を生体である被検体１５０に照射すると共に被検体１５０内で発生した弾性波（いわゆる光音響波）を検出する光音響イメージング機能を有する。また、超音波プローブ２０は、超音波を被検体１５０に送信すると共に反射波である超音波を検出する超音波イメージング機能を有する。
【００３６】
この超音波プローブ２０は、図１及び図２に示すように、被検体１５０に光を照射する光照射ユニット２１と、被検体内１５０の光吸収体Ｐで発生する光音響波を検出するプローブユニット２２と、を有する。なお、超音波プローブ２０は、図１の例示に限定されず、複数の光照射ユニット２１を有していてもよい。
【００３７】
光照射ユニット２１は、図１に示すように、プローブユニットユニット２２とは別体で設けられている。そのため、超音波プローブ２０を用いた光音響イメージングの際、被検体１５０の表面においてプローブユニット２２の位置に制限されることなく、光照射ユニット２１を所望の位置に貼り付けることが可能となっている。さらに、たとえば光照射ユニット２１を被検体１５０内の光吸収体Ｐにより近い位置に貼り付けることもできる。そのため、より高い光量の光を光吸収体Ｐに照射できるとともに、光照射ユニット２１から照射される光の利用効率を高めることができる。
【００３８】
図３Ａは、光照射ユニット２１の構成例を示す概略上面図である。また、図３Ｂは、光照射ユニット２１の構成例を示す概略側面図である。光照射ユニット２１は、光源部２１１と、音響透過部材２１２と、を有している。光源部２１１は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、音響透過部材２１２上に設けられている。このほか、光照射ユニット２１は、光源部１０３から出射される光を集光するレンズ部材、及び、該レンズ部材によって集光された光を被検体１５０へ導く導光部（たとえばアクリル樹脂製の導光板、光ファイバ）などを有していてもよい。
【００３９】
光源部２１１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子２１１ａと、基板２１１ｂと、封止部２１１ｃと、光源駆動部２１１ｄと、を含んで構成される（図２参照）。
【００４０】
ＬＥＤ素子２１１ａは、被検体１５０に照射される光（たとえばパルス光）を出射するように駆動される発光素子である。パルス光のＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）は、特に限定しないが、たとえば１０００［回／ｓｅｃ］とすることができる。このパルス光は、被検体１５０内へ散乱しながら入射され、被検体１５０内の光吸収体Ｐ（生体組織）により吸収される（図２参照）。光吸収体Ｐが光を吸収すると、断熱膨張により弾性波である光音響波（超音波）が発生する。この光音響波は、被検体１５０内を伝播し、プローブユニット２２の後述する音響電気変換部２２１にて電圧信号に変換される。
【００４１】
このように、光源部２１１がＬＥＤ素子２１１ａを有することにより、光源部２１１を小型化でき、簡素な構成で発光周波数の高いパルス光を被検体に照射することができる。従って、単位時間（たとえば後述するＬＣＤ４０１の表示の更新に要する期間）当たりにより多くの断層像情報を取得できるので、光音響画像をより鮮明で高精細にすることができる。
【００４２】
なお、光源部２１１は、発光波長が同一のＬＥＤ素子２１１ａで構成されていてもよいし、発光波長が異なる複数種のＬＥＤ素子２１１ａで構成されていてもよい。また、光源部２１１から照射される光の波長の設定に関しては、測定対象（光吸収体Ｐ）に対する吸収率の高い波長を選択すればよい。たとえば、測定対象が血液中の酸化ヘモグロビンであれば、波長は酸化ヘモグロビンに対する吸収率の高い７６０ｎｍを選択できる。また、測定対象が血液中の還元ヘモグロビンであれば、波長は還元ヘモグロビンに対する吸収率の高い８５０ｎｍを選択できる。たとえば被検体１５０に７６０ｎｍの波長のパルス光を照射すると、被検体１５０内の動脈血管や腫瘍等に含まれる血液中の酸化ヘモグロビンに光が吸収されることで光音響波が発生し、後述する光音響画像構築部３０７において動脈血管や腫瘍等を含む光音響画像が生成される。
【００４３】
光源駆動部２１１ｄは、光源部２１１を駆動制御する。光源駆動部２１１ｄは、たとえば、後述する制御部３１２から光トリガー信号を受信すると、ＬＥＤ素子２１１ａの発光制御を行う。なお、光源部２１１が異なる波長のパルス光を出射する複数種のＬＥＤ素子２１１ａを含む場合には、波長制御信号が制御部３１２から出力される。この場合、光源駆動部２１１ｄは、制御部３１２から波長制御信号を受信すると、波長制御信号に応じた波長の光を出射するＬＥＤ素子２１１ａを選択して発光駆動する。なお、光源駆動部２１１ｄは、図２の例示に限定されず、画像生成部３０に設けられてもよいし、特に制御部３１２に含まれる機能的構成要素であってもよい。
【００４４】
基板２１１ｂは、たとえばＡｌ基板であり、ＬＥＤ素子２４１を搭載する。なお、基板２１１ｂは、この例示に限定されず、たとえば、配線部を有するプリント基板、他の導電性材料を用いた金属基板（たとえばＣｕ基板）であってもよい。
【００４５】
封止部２１１ｃは、ＬＥＤ素子２１１ａを封止する封止部材であり、ＬＥＤ素子２１１ａの出射光を透過する透光性の材料を用いて形成されている。封止部２１１ｃは、たとえば、ガラスなどを用いて形成されていてもよいし、透光性の他の樹脂材料、又は充填材を含む透光性の複合樹脂材料を用いて形成されていてもよい。
【００４６】
音響透過部材２１２は、粘着性及び透光性を有する材料を用いて厚さＤ（たとえば１．５［ｍｍ］）のシート形状に形成され、ている。そのため、被検体１５０の表面に貼り付けられた場合、音響透過部材２１２は、脱着可能な程度に該表面に密着し、被検体１５０との間の音響インピーダンス（音響抵抗）の差を低減する音響カプラとして機能する。そのため、音響透過部材２１２は光音響波などの弾性波を透過させる。音響透過部材２１２には、たとえばソナゲル（登録商標：タキロン株式会社）などを用いることができる。被検体１５０の表面に貼り付けられた音響透過部材２１２は、たとえばユーザが光照射ユニット２１を保持し続けなくても該表面への密着を維持する。また、光源部２１１の照射光は、音響透過部材２１２を介して被検体１５０内に照射される。
【００４７】
こうすれば、光照射ユニット２１は、音響透過部材２１２の密着によって被検体１５０の表面に保持されるため、たとえばユーザ又は他の支持部材による保持を必要せず、さらに、その貼り付け位置も自在に変更できる。よって、光音響波を発生させるための光の照射位置が簡便且つ任意に変更可能となっている。また、被検体１５０の表面に密着する音響透過部材２１２は光音響波を透過させるため、被検体１５０の周囲において、被検体１５０の表面での光音響波の反射を低減することができる。従って、表面で反射された光音響波に由来して断層像に現れるアーティファクト（いわゆる虚像）を低減することができる。
【００４８】
次に、プローブユニット２２について説明する。図４は、プローブユニット２２の概略側面図である。プローブユニット２２は、音響電気変換部２２１を内蔵する検出ユニットである。このプローブユニット２２は、光音響イメージング又は超音波イメージングを行う際、図４に示すように被検体１５０の表面に当接する。なお、この際、被検体１５０とプローブユニット２２との間には、両者間の音響インピーダンスの差を減少させるゲル層（不図示）が設けられる。このゲル層は、プローブユニット２２から出力される超音波を効率良く被検体１５０内へ伝播する機能を有する音響整合層である。さらに、ゲル層は、被検体１５０内からの超音波（光音響波も含む）を効率良くプローブユニット２２に伝播させる機能も有する。
【００４９】
音響電気変換部２２１は、複数（たとえば１２８個）の超音波振動素子２２１Ａと、音響レンズ（不図示）と、音響整合層（不図示）と、バッキング部材（不図示）と、を含んで構成されている。音響電気変換部２２１は、被検体１５０内の光吸収体Ｐで発生する光音響波を検出する検出部であり、光音響波の検出結果に基づく検出信号を生成する。この検出信号は、画像生成部３０に出力される（図２参照）。
【００５０】
超音波振動素子２２１Ａは、図４に示すように、ｘ方向において一次元的に配列される圧電素子であり、電圧を印加すると振動により超音波を発生し、振動（超音波）が加わると電圧を発生する。超音波振動素子２２１Ａは、画像生成部３０から出力される制御信号に基づいて超音波を発生して被検体１５０内へ超音波を伝播させる。また、超音波振動素子２２１Ａは、被検体１５０内で反射された超音波を検出して電圧信号を生成する。つまり、超音波プローブ２０では、プローブユニット２２を用いて、光音響イメージングに加えて、超音波イメージングも可能となっている。
【００５１】
超音波振動素子２２１Ａの被検体１５０に対向する面（たとえば図４において−ｒ方向が法線方向となる下面）には、音響整合層を介して音響レンズが設けられている。また、超音波振動素子２２Ａにおいて、上記面と対向する面（たとえば図４においてｒ方向が法線方向となる上面）には、超音波の伝播を抑制するバッキング部材が設けられている。音響レンズは、音響集束部材であり、超音波振動素子２２１Ａから出力される超音波を集束する機能を有する。音響整合層は、超音波振動素子２２１Ａと音響レンズとの間の音響インピーダンスを調整する。また、バッキング部材は、超音波振動素子２２１Ａで発生する超音波の後方（たとえばｒ方向であり図４において上方）への伝播を抑制する。
【００５２】
次に、画像生成部３０について説明する。画像生成部３０は、超音波プローブ２０を用いて検出された信号を処理して画像化を行う。画像生成部３０は、たとえば、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成し、超音波の検出信号に基づいて超音波画像を生成する。画像生成部３０は、受信回路３０１、Ａ／Ｄコンバータ３０２、受信メモリ３０３、データ処理部３０４、光音響画像再構成部３０５、検波・対数コンバータ３０６、光音響画像構築部３０７、超音波画像再構成部３０８、検波・対数コンバータ３０９、超音波画像構築部３１０、画像合成部３１１、制御部３１２、送信制御回路３１３、操作部３１４、及び電源部３１５を備えている（図２参照）。
【００５３】
受信回路３０１は、複数の超音波振動素子２２１Ａから一部の超音波振動素子２２１Ａを選択し、選択された超音波振動素子２２１Ａについての電圧信号（検出信号）を増幅させる処理を行う。
【００５４】
光音響イメージングの場合は、たとえば、複数の超音波振動素子２２１Ａをｘ方向に隣接する２つの領域に分割し、１回目の光照射のときはそのうち１つの領域を選択し、２回目の光照射のときに残りの１つの領域を選択する。また、超音波イメージングの場合は、例えば、複数の超音波振動素子２２１Ａのうち一部の隣接する超音波振動素子２２１Ａから成るグループを切替えながら超音波を発生させ（所謂リニア電子スキャン）、受信回路３０１でも上記グループを切替えながら選択する。
【００５５】
Ａ／Ｄコンバータ３０２は、受信回路３０１からの増幅後の検出信号をデジタル信号に変換する。受信メモリ３０３は、Ａ／Ｄコンバータ３０２からのデジタル信号を保存する。データ処理部３０４は、受信メモリ３０３に保存された信号を光音響画像再構成部３０５または超音波画像再構成部３０８へ振り分ける機能を有する。
【００５６】
光音響画像再構成部３０５は、光音響波の検出信号に基づき位相整合加算処理を行い、光音響波のデータを再構成する。検波・対数コンバータ３０６は、再構成された光音響波のデータについて対数圧縮処理、及び包絡線検波処理を行う。そして、光音響画像構築部３０７は、検波・対数コンバータ３０６による処理後のデータを画素毎の輝度値データに変換する。即ち、ｘ−ｒ平面上の画素毎の輝度値データとして光音響画像データ（たとえばグレースケール）が生成される。なお、光音響画像再構成部３０５、検波・対数コンバータ３０６、光音響画像構築部３０７、及び画像合成部３１１は、本発明の断層像生成部及び画像形成部の一例であり、光音響波の画像化処理を行う。
【００５７】
なお、光音響画像データは、被検体１５０内のプローブユニット２２直下のｘ−ｒ平面領域で発生した光音響波の断層像を加算平均処理することにより形成される光音響画像Ｉを示すデータである。光音響画像の画素サイズはたとえば縦２０４８［ｐｉｘｅｌ］×横１２８［ｐｉｘｅｌ］である。各画素は、加算平均処理後の光音響波の検出レベルを２５６階調のグレースケールで表している。光音響画像の横幅は断層像の幅（たとえばｘ方向の距離）に対応し、縦幅は被検体１５０の表面を始点とする検出深さ（たとえば−ｒ方向の距離）に対応している。また、断層像のサイズ（すなわちｘ−ｒ平面領域での実際の大きさ）はたとえば幅×検出深さ＝５［ｃｍ］×５［ｃｍ］である。また、１回の光照射で発生する光音響波の検出信号から生成される断層像のデータ量はたとえば３２［ＭＢ］である。
【００５８】
一方、超音波画像再構成部３０８は、超音波の検出信号に基づき位相整合加算処理を行い、超音波のデータを再構成する。検波・対数コンバータ３０９は、再構成された超音波のデータについて対数圧縮処理、及び包絡線検波処理を行う。そして、超音波画像構築部３１０は、検波・対数コンバータ３０９による処理後のデータを画素毎の輝度値データに変換する。即ち、ｘ−ｒ平面上の画素毎の輝度値データとして超音波画像データ（たとえばグレースケール）が生成される。
【００５９】
画像合成部３１１は、上記光音響画像データ及び上記超音波画像データを合成し、合成画像データを生成する。ここで画像合成については、超音波画像に対して光音響画像を重畳させてもよいし、光音響画像と超音波画像を並列に並べてもよい。画像表示部４０は、画像合成部３１１により生成された合成画像データに基づいて画像を表示する。なお、画像合成部３１１は、光音響画像データまたは超音波画像データのいずれかをそのまま画像表示部４０へ出力してもよい。
【００６０】
制御部３１２は、図示しない非一過性の記憶媒体（メモリ）に格納されたプログラム及び制御情報などを用いて、光音響画像化装置１００の各構成要素を制御する。制御部３１２は、たとえば、光源駆動部２１１ｄに光トリガー信号などを送信する。このほか、制御部３１２は受信回路３０１なども制御する。
【００６１】
送信制御回路３１３は、制御部３１２から出力される制御信号に基づいて音響電気変換部２２１に駆動トリガー信号を送信し、超音波振動素子２２１Ａで超音波を発生させる。
【００６２】
操作部３１４は、ユーザの操作入力を受け付け、該操作入力に応じた入力信号を制御部３１２に出力する。
【００６３】
電源部３１５は、光音響画像化装置１００の各構成要素に電力を供給する。
【００６４】
次に、画像表示部４０について説明する。画像表示部４０は、タッチパネルを有する表示装置であり、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０１と、入力検知部４０２と、を有する。ＬＣＤ４０１は、画像生成部３０により生成された画像信号に基づく画像（たとえば光音響画像など）を表示する。入力検知部４０２は、ユーザの操作入力を受け付ける。ユーザの指又はタッチペンなどによってＬＣＤ４０１の表示画面がタッチ入力されると、入力検知部４０２は、該タッチ入力に応じた入力信号を制御部３１２に出力する。
【００６５】
次に、超音波プローブ２０を用いた光音響イメージングについて、本実施形態に係る実施例と、本実施形態に係らない比較例とを例示して説明する。
【００６６】
（実施例）
図５は、実施例における光音響波の検出例を示す。光照射ユニット２１は、図５に示すように、被検体１５０の表面において、プローブユニット２２から離れた所望の箇所に貼り付けることが可能となっている。そのため、被検体１５０の表面上において光照射ユニット２１が貼り付けられた箇所に達した光音響波は音響透過部材２１２に伝播して透過する。すなわち、貼り付けられた箇所では、光音響波が反射されない。従って、被検体１５０の表面で反射される光音響波が少なくなる。よって、光音響波の検出信号に基づく断層像に写るアーティファクトを低減することができる。
【００６７】
また、光照射ユニット２１は、プローブユニット２２から十分に離れている。そのため、たとえば光源駆動回路部２１１ｄ、光照射ユニット２１に接続されたケーブルなどの配線部材などから放射される電磁波ノイズの音響電気変換部２２１での検出を抑制することができる。
【００６８】
また、被検体１５０の表面上において光照射ユニット２１は所望の箇所に貼り付けることができる。そのため、プローブユニット２２の当接位置を変えることなく、断層像に写る光吸収体Ｐにより近い位置に光照射ユニット２１を貼り付けることができる。従って、光吸収体Ｐがプローブユニット２２に対して被検体１５０の深奥部にあったとしても、たとえば図５のように、被検体１５０の表面に対して光吸収体Ｐの位置がより浅くなる箇所に光照射ユニット２１を貼り付ければよい。こうすれば、光照射ユニット２１は光吸収体Ｐにより近い箇所からパルス光を照射できるので、光吸収体Ｐはより強い光量のパルス光を受光して吸収することができる。従って、光吸収体Ｐでより強い光音響波を発生させることができるので、より鮮明な光音響画像を形成することができる。
【００６９】
なお、上述の効果は、被検体１５０の表面上に複数の光照射ユニット２１を貼り付けられると、より有効となる。
【００７０】
（比較例）
図６は、比較例における光音響波の検出例を示す。比較例に係る超音波プローブ７０では、図６に示すように、被検体１５０に光を照射する２つの光照射部７１と、光音響波などの弾性波を検出する音響電気変換部７２と、を含んで構成されている。２つの光照射部７１は、音響電気変換部７２を挟んで対向配置されており、音響電気変換部７２とともに同じ超音波プローブ７０の筐体内に収容されている。音響電気変換部７２は、２つの光照射部７１の配列方向と直交し且つ被検体１５０の当接面と平行な方向（図６ではｘ方向）に配列する複数の超音波振動素子７２Ａを有している。
【００７１】
図６のような比較例では、被検体１５０内の光吸収体Ｐで発生する光音響波が超音波プローブ７０の当接箇所以外の被検体１５０の表面で反射される。そのため、音響電気変換部７２は、光吸収体Ｐから直接に伝播する光音響波だけではなく、被検体１５０の表面で反射された光音響波も検出し、反射された光音響波に基づくアーティファクトが断層像に写ってしまう。
【００７２】
また、比較例では、光照射部７２が音響電気変換部７２の両側に固定して配置されている。そのため、光照射部７２の光源駆動部（不図示）及びケーブルなどの配線部材（不図示）から放射される電磁波ノイズが音響電気変換部７２に伝播する。従って、断層像が不鮮明になったり、ノイズによって乱れたりする。
【００７３】
また、光吸収体Ｐが、図６のように、超音波プローブ７０に対して被検体１５０内の深奥部にあると、光照射部７１から照射される光が届かなかったり光量が非常に弱くなったりする。この場合、光吸収体Ｐで発生する光音響波は非常に弱くなるため、断層像が不鮮明になったり生成できなかったりすることがある。
【００７４】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、封止部２１１ｃが透光性の弾性材料を用いて形成される。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明する。また、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００７５】
第２実施形態では、光照射ユニット２１において、ＬＥＤ素子２１１ａを封止する封止部２１１ｃが、シリコーン及びシリコーンゴムなどの弾性（ポアソン比など）が比較的に高い透光性材料を用いて形成される。こうすれば、被検体１５０から光照射ユニット２１に伝播する弾性波（光音響波、超音波など）を封止部２１１ｃで吸収することができる。そのため、たとえば光音響イメージングの際、被検体１５０の表面における光照射ユニット２１の貼り付け箇所での光音響波の反射をする効果を更に高めることができる。従って、被検体１５０の表面で反射された光音響波に由来して断層像に現れるアーティファクトをより低減することができ、より正確且つ鮮明な光音響画像を得ることができる。
【００７６】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、音響透過部材２１２の厚さＤの４倍が、音響電気変換部２２１で検出可能な光音響波の波長範囲内となる。これ以外は、第２実施形態と同様である。以下では、第２実施形態と異なる構成について説明する。また、第１及び第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００７７】
音響電気変換部２２１の超音波振動素子２２１Ａで検出可能な弾性波の波長範囲は、通常１［ＭＨｚ］〜５［ＭＨｚ］である。なお、超音波振動素子２２１Ａに精度のよい圧電素子を使えば１［ＭＨｚ］〜２０［ＭＨｚ］の弾性波を検出することも可能である。
【００７８】
また、音響透過部材２１２の厚さＤが該音響透過部材２１２を伝播して音響電気変換部２２１で検出される弾性波の１／４波長と略同じであれば、弾性波が音響透過部材２１２で反射され難くなる。従って、光音響イメージングを行う場合、音響透過部材２１２の厚さＤは、その４倍が音響電気変換部２２１で検出可能な光音響波の波長範囲内となる厚さとされる。たとえば、音響透過部材２１２内での音速が１５００［ｍ／ｓｅｃ］であり、超音波振動素子２２１Ａで検出可能な弾性波の波長範囲が１［ＭＨｚ］〜５［ＭＨｚ］である場合を考える。この場合、音響透過部材２１２の厚さＤは０．３７５［ｍｍ］〜１．８７５［ｍｍ］の範囲内とされる。
【００７９】
こうすれば、光吸収体Ｐで発生した光音響波が、被検体１５０の表面における光照射ユニット２１の貼り付け箇所で反射され難くなり、さらに音響透過部材２１２を透過し易くなる。また、音響透過部材２１２が被検体１５０と封止部２１１ｃとの間の音響カプラとして機能するため、音響透過部材２１２を伝播する光音響波を封止部２１１ｃに伝播させて吸収させ易くなる。従って、被検体１５０の表面で反射された光音響波に由来して断層像に現れるアーティファクトを低減する効果をさらに高めることができる。
【００８０】
なお、音響透過部材２１２の厚さＤを変える方法としては、光音響イメージングの際に、光吸収体Ｐで発生する光音響波の波長に応じた厚さＤの音響透過部材２１２を有する光照射ユニット２１を用いることができる。或いは、厚さＤが調節可能な音響透過部材２１２を有する光照射ユニット２１を用いてもよい。図７は、厚さＤが調節可能な音響透過部材２１２を有する光照射ユニット２１の構成例を示す概略側面図である。図７に示すように、音響透過部材２１２は、その下面に音響調整シート２１２ａを重ねて貼り合わせることによって、その厚さｄが調節可能であってもよい。こうすれば、異なる厚さＤの音響透過部材２１２を有する光照射ユニット２１を複数種類用意する必要なく、光音響波の波長に応じて音響透過部材２１２の厚さＤを簡便に調節できる。
【００８１】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。以下では、第１〜第３実施形態と異なる構成について説明する。また、第１〜第３実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００８２】
図８Ａは、光照射ユニット２１の他の構成例を示す概略上面図である。また、図８Ｂは、光照射ユニット２１の他の構成例を示す概略側面図である。光学ユニット２１は、光源部２１１及び音響透過部材２１２に加えて、音響透過部材２１２の上に設けられる光反射層２１３をさらに有している。
【００８３】
音響透過部材２１２の上面（光源部２１１の配置面）において光反射層２１３は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、光源部２１１の配置領域以外の領域に形成されている。こうすれば、該領域上に設けられた光反射層２１３で光を反射して、音響透過部材２１２の上面からその外方への光の放出を防止し、反射した光を被検体１５０に再び照射することができる。従って、光源部２１１から照射される光の利用効率を高めることができ、より強い光を被検体１５０内に照射することができる。
【００８４】
また、光反射層２１３は、音響透過部材２１２の側周面上にも形成されている。こうすれば、音響透過部材２１２の側周面上に設けられた光反射層２１３で光を反射して、側周面からその外方への光の放出を防止し、反射した光を被検体１５０に再び照射することができる。従って、光源部２１１から照射される光の利用効率をさらに高めることができる。
【００８５】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。以下では、第１〜第４実施形態と異なる構成について説明する。また、第１〜第４実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００８６】
第５実施形態では、光照射ユニット２１の音響透過部材２１２は、生体などの被検体１５０よりも屈折率ｎが低い透光性材料を用いて形成される。たとえば生体の屈折率ｎは１．３〜１．４程度である。従って、音響透過部材２１２の屈折率ｎは、たとえば１．３未満であればよい。
【００８７】
こうすれば、被検体１５０及び音響透過部材２１２間の界面において、光源部２１１から照射されて音響透過部材２１２から被検体１５０に入射する光の全反射を発生させ難くすることができる。従って、該界面での光損失を低減できるので、光照射ユニット２１から被検体１５０内に照射される光の利用効率を高めることができる。
【００８８】
＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態では、超音波プローブ２０が複数の光照射ユニット２０を有している場合に、各光照射ユニット２１から同じタイミングで光が照射される。すなわち、各光照射ユニット２１での光照射のタイミングが同期する。以下では、第１〜第５実施形態と異なる構成について説明する。また、第１〜第５実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００８９】
図９は、複数の光照射ユニット２１を有する超音波プローブ２０を用いた光音響波の検出例である。図９は、超音波プローブ２０が４つの光照射ユニット２１を有する場合を例示している。また、被検体１５０の表面上において、４つの光照射ユニット２１は、プローブユニット２２から十分に離れた箇所に貼り付けられ、互いに同期するタイミングで同じ波長のパルス光を被検体１５０内に照射する。こうすれば、被検体１５０内に照射されるパルス光の総光量を光照射ユニット２１の数に応じて増大させることができる。従って、光吸収体Ｐで発生する光音響波の強さも増大する。よって、より鮮明な光音響画像を形成することができる。
【００９０】
なお、図９のように各光照射ユニット２１から照射されるパルス光の波長が同じである場合、被検体１５０に照射されるパルス光の光量は、４つの光照射ユニット２１で同じであってもよい。或いは、光照射ユニット２１毎に異なっていてもよい。パルス光の光量が光照射ユニット２１毎に異なる場合、被検体１５０の表面上において、より光量の大きい光照射ユニット２１が光吸収体Ｐにより近い箇所に貼り付けられることが好ましい。
【００９１】
一方、超音波プローブ２０が互いに波長の異なるパルス光を照射する複数種類の光照射ユニット２１を有する場合、被検体１５０に照射されるパルス光の光量は、同じ波長のパルス光を照射する種類の光照射ユニット２１毎に異なる必要がある。
【００９２】
図１０は、複数種類の光照射ユニット２１を有する超音波プローブ２０を用いた光音響波の検出例である。図１０では、光検出ユニット２１は波長の異なる２種類の光検出ユニット２１ａ、２１ｂで構成されている。なお、この例示に限定されず、光検出ユニット２１は波長の異なる光検出ユニット２１は３以上の複数種類で構成されていてもよい。
【００９３】
図１０において、２つの光検出ユニット２１ａは、発光波長がたとえば７６０ｎｍのＬＥＤ素子２１１ａを有し、同じ波長且つ略同じ光量のパルス光を被検体１５０に照射する。また、２つの光検出ユニット２１ｂは、発光波長がたとえば８５０ｎｍのＬＥＤ素子２１１ａを有し、同じ波長且つ略同じ光量のパルス光を被検体１５０に照射する。
【００９４】
さらに、各種類の光検出ユニット２１ａ、２１ｂは、図１０に示すように、互いに異なるタイミングでパルス光を被検体１５０内に照射する。すなわち、２つの光検出ユニット２１ａがパルス光を照射している時には２つの光検出ユニット２１ｂはパルス光を照射しない。また、２つの光検出ユニット２１ｂがパルス光を照射している時には２つの光検出ユニット２１ａはパルス光を照射しない。
【００９５】
図１０のように、各種類の光検出ユニット２１ａ、２１ｂの光照射タイミングを波長毎に同期させると、パルス光の波長毎に異なる断層像が得られる。そのため、波長毎の断層像から光吸収体Ｐの種類を判別することができる。たとえば、光吸収体Ｐの光吸収率は波長毎に異なるため、光の波長毎に異なる断層像に写る光吸収体Ｐの写り方（たとえば光音響波の強さに応じた濃淡）は異なる。従って、光吸収体の写り方の違いから光吸収体の種類を判別することができる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述の実施形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせに色々な変形が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００９７】
たとえば、上述の実施形態では、光源部２１１はＬＥＤ素子２１１を含むＬＥＤ光源であるが、本発明はこの例示に限定されない。光源部２１１は、パルス光を出射できる発光素子を含む光源であればよく、たとえば、半導体レーザ素子を含む光源（半導体レーザ素子光源）であってもよいし、有機発光ダイオード素子を含む光源（有機発光ダイオード素子）であってもよい。或いは、光源部２１１は、ＬＥＤ素子、半導体レーザ素子、及び、有機発光ダイオード素子のうちの少なくともいずれかの発光素子を含む光源であってもよい。こうすれば、光源部２１１を小型化できる。さらに、簡素な構成で発光周波数の高いパルス光を被検体１５０に照射することができる。従って、単位時間当たりにより多くの断層像を形成できるので、より鮮明で高精細な光音響画像を取得することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１００              光音響画像化装置
１５０              被検体
２０                超音波プローブ
２１                  光照射ユニット
２１１                  光源部
２１１ａ                  ＬＥＤ素子
２１１ｂ                  基板
２１１ｃ                  封止部
２１１ｄ                光源駆動回路
２１２                  音響透過部材
２１３                  光反射層
２２                  検出ユニット
２２１                  音響電気変換部
２２１Ａ                  超音波振動素子
３０                画像生成部
３０１                受信回路
３０２                Ａ／Ｄコンバータ
３０３                受信メモリ
３０４                データ処理部
３０５                光音響画像再構成部
３０６                検波・対数コンバータ
３０７                光音響画像構築部
３０８                超音波画像再構成部
３０９                検波・対数コンバータ
３１０                超音波画像構築部
３１１                画像合成部
３１２                制御部
３１３                送信制御回路
３１４                操作部
３１５                電源部
４０                画像表示部
４０１                ＬＣＤ
４０２                入力検知部
Ｐ                  光吸収体
【図１】
2016049213.tif 000003
【図２】
2016049213.tif 000004
【図３Ａ】
2016049213.tif 000005
【図３Ｂ】
2016049213.tif 000006
【図４】
2016049213.tif 000007
【図５】
2016049213.tif 000008
【図６】
2016049213.tif 000009
【図７】
2016049213.tif 000010
【図８Ａ】
2016049213.tif 000011
【図８Ｂ】
2016049213.tif 000012
【図９】
2016049213.tif 000013
【図１０】
2016049213.tif 000014