(57)【要約】【課題】光源を超音波プローブに近接して配置することが可能であり、この光源から被検体へ照射する測定光の照射効率を向上させることができる光音響画像化装置を提供する。【解決手段】被検体Ａからの超音波を検知して画像を生成する光音響画像化装置１において、被検体Ａ内の測定領域からの超音波を検出する超音波探触子１１と、超音波探触子１１から所定の距離に配置された第１のＬＥＤチップと、第１のＬＥＤチップから出射された光を測定領域に導く第１のレンズと、異なる距離に配置された第２のＬＥＤチップと、第２のＬＥＤチップから出射された光を測定領域に導く第２のレンズと、検出された超音波に基づいて画像を生成する画像生成部３とを備え、第１のＬＥＤチップは、第１のレンズの光軸から第１のずれ量で配置され、第２のＬＥＤチップは、第２のレンズの光軸から第１のずれ量と異なる第２のずれ量で配置される。【選択図】図６
2016013287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体からの超音波を検知して、画像を生成する光音響画像化装置において、
前記被検体内の測定領域に対向するように配置され、前記測定領域からの超音波を検出する超音波検出部と、
前記超音波検出部から所定の距離に配置された、光を出射する第１のＬＥＤチップと、
前記第１のＬＥＤチップから出射された光を前記測定領域に導く第１のレンズと、
前記所定の距離と異なる距離に配置された、光を出射する第２のＬＥＤチップと、
前記第２のＬＥＤチップから出射された光を前記測定領域に導く第２のレンズと、
前記超音波検出部によって検出された超音波に基づいて画像を生成する画像生成部と、を備え、
前記第１のＬＥＤチップは、前記第１のレンズの光軸から第１のずれ量で配置され、
前記第２のＬＥＤチップは、前記第２のレンズの光軸から前記第１のずれ量と異なる第２のずれ量で配置されることを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項２】
前記第２のずれ量は、前記超音波検出部から離れるほどに、ずれ量が大きく設定されていることを特徴とする、請求項１記載の光音響画像化装置。
【請求項３】
前記超音波検出部は、前記被検体と接触するセンサ面を備え、前記センサ面は、長手方向の辺及びこれと直交する短手方向の辺を有する略矩形であり、
前記第１のＬＥＤチップ及び前記第２のＬＥＤチップは、それぞれ複数のＬＥＤチップからなり、
前記第１のＬＥＤチップ及び前記第２のＬＥＤチップの複数のＬＥＤチップは、少なくとも前記センサ面の長手方向の辺に沿って配置されると共に、短手方向に沿って所定の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像化装置。
【請求項４】
前記第１のＬＥＤチップ及び前記第２のＬＥＤチップは、それぞれ複数のＬＥＤチップからなり、
前記第１のＬＥＤチップ及び前記第２のＬＥＤチップの複数のＬＥＤチップは、前記超音波検出部の周囲に環状に配置されると共に、前記超音波検出部から放射状に所定の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像化装置。
【請求項５】
前記第１のＬＥＤチップ及び前記第２のＬＥＤチップは、それぞれ複数のＬＥＤチップが所定の間隔で列状に配置されたＬＥＤチップ列であり、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、前記ＬＥＤチップ列近傍に光軸を持つシリンドリカルレンズであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項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し、特に、被検体へ向けて光を照射する光源を備えた光音響画像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定光を被検体（人体等）へ照射し、被検体内で光音響効果により生じた音響波を検出して、被検体の超音波画像を生成する光音響画像化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、被検体に超音波プローブを接触させた状態で超音波プローブ側から被検体内に向けて測定光が照射され、この測定光に起因して被検体内で発生する音響波（超音波）を超音波プローブ内の超音波検出部で検出するようになっている。
【０００３】
光は被検体内で減衰し易く、大きな測定深度を確保するには、光源から測定深度に応じた大きな光出力を有する測定光を照射する必要がある。光音響画像化装置は、一般に、パルスレーザ装置（固体レーザ装置等）を光源として備えており、パルスレーザ装置は、大きな光出力を有する短パルス出力を容易に実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６８０９４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、レーザ装置を組み込むことによって、装置全体が大型化してしまうと共に、装置価格が高額になり、一般の医療施設内等に配備することが困難であるという問題があった。そこで、本発明者は、光源としてレーザ装置の代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用いた光音響画像化装置を考案した。このような小型の発光素子を用いることにより、超音波プローブ筐体内に又は超音波プローブ筐体に近接するように、超音波プローブに光源を配置可能となり、装置全体として小型化ができると共に、装置を大幅に安価に製造することができる。
【０００６】
ところが、ＬＥＤチップが発光する放射光は、レーザ光とは異なり、所定の配光角を有する拡散光であり、また、チップ１個当たりの光出力が小さいため、所定の測定深度に十分な光エネルギーを到達させるには、多数のＬＥＤチップを配置する必要がある。そして、本発明者は、単に超音波プローブに多数のＬＥＤチップを配置しただけでは、超音波プローブの光源サイズが大きくなってしまうと共に、被検体へ照射する測定光の照射効率が低くなり、目標とする測定深度まで十分な光エネルギーを到達させるような光出力を有する測定光を照射できないという新たな課題を見出した。
【０００７】
従って、本発明は、複数のＬＥＤチップからなる光源を超音波プローブに近接して配置することが可能であり、この光源から被検体へ照射する測定光の照射効率を向上させることができる光音響画像化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、被検体からの超音波を検知して、画像を生成する光音響画像化装置において、被検体内の測定領域に対向するように配置され、測定領域からの超音波を検出する超音波検出部と、超音波検出部から所定の距離に配置された、光を出射する第１のＬＥＤチップと、第１のＬＥＤチップから出射された光を測定領域に導く第１のレンズと、所定の距離と異なる距離に配置された、光を出射する第２のＬＥＤチップと、第２のＬＥＤチップから出射された光を測定領域に導く第２のレンズと、超音波検出部によって検出された超音波に基づいて画像を生成する画像生成部と、を備え、第１のＬＥＤチップは、第１のレンズの光軸から第１のずれ量で配置され、第２のＬＥＤチップは、第２のレンズの光軸から第１のずれ量と異なる第２のずれ量で配置されることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、光を被検体に向けて照射し、光音響効果により生成された音響波を受信して、被検体の超音波画像を生成することができる。光は、超音波検出部を内部に含む超音波プローブに配置された光源ユニットから被検体に向けて照射することができる。この光源ユニットは、第１及び第２のＬＥＤチップを含み、さらに、各ＬＥＤチップに対向してそれぞれ配置された第１及び第２のレンズと、を備えている。よって、本発明では、各ＬＥＤチップから照射された光は、対応するレンズを通って被検体へ向けて出射される。
【００１０】
第１のＬＥＤチップは、超音波検出部から所定の距離に配置され、第２のＬＥＤチップは、超音波検出部から前記所定の距離とは異なる距離に配置される。そして、各レンズは、対応するＬＥＤチップから照射された光が、被検体内の測定領域（例えば、超音波検出部のセンサ面の直下の所定の測定深度付近）に向けて集光されるように配置することができる。このため、第１のＬＥＤチップは、第１のレンズの光軸から第１のずれ量で配置され、第２のＬＥＤチップは、第２のレンズの光軸から第１のずれ量と異なる第２のずれ量で配置される。
このように、本発明では、超音波検出部から互いに異なる距離だけ離間して複数のＬＥＤチップを配置した特有の構成を採用し、さらに、各ＬＥＤチップからの照射光を個別かつ効率的に測定領域へ配向するように、レンズがそれぞれ対応して異なるずれ量で配置されている。
【００１１】
このように、本発明では、各ＬＥＤチップにおいて適切にずれ量を設定することにより、複数のＬＥＤチップからの照射光を、対応するレンズを通して測定領域へ到達させるように集光させることができる。従来は、被検体へ供給する大きな光エネルギーの励起光源としてパルスレーザ装置が用いられてきたが、本発明では、複数のＬＥＤチップを配置し、すべてのＬＥＤチップからの照射光を対応するレンズを利用して測定領域付近へ集光させることによって、これらＬＥＤチップを十分な測定精度を確保することができる励起光源として用いることができる。また、本発明では、複数のＬＥＤチップからの出射光を特定の測定領域に集光させることにより、必要とされるＬＥＤチップの個数を低減することが可能となり、超音波検出部を含む超音波プローブのサイズ及び重量の増大を抑制することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、第２のずれ量は、超音波検出部から離れるほどに、ずれ量が大きく設定されている。
このように構成された本発明によれば、ＬＥＤチップが超音波検出部から遠いほど、レンズの光軸と対応するＬＥＤチップとの間のずれ量を大きくすることにより、このＬＥＤチップから照射される光の傾け角を大きくして、測定領域へ集光させることができる。このように、本発明では、ＬＥＤチップと超音波検出部との間の距離に応じて、ずれ量を調整するという簡易な構成により、各ＬＥＤチップからの照明光を特定領域に向けて集光させることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、超音波検出部は、被検体と接触するセンサ面を備え、センサ面は、長手方向の辺及びこれと直交する短手方向の辺を有する略矩形であり、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップは、それぞれ複数のＬＥＤチップからなり、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップの複数のＬＥＤチップは、少なくともセンサ面の長手方向の辺に沿って配置されると共に、短手方向に沿って所定の間隔で配置されている。
このように構成された本発明によれば、長手方向に沿って配置された複数のＬＥＤチップの照射光は、対応するレンズとのずれ量を調整することにより、短手方向に照射角度を傾けることができ、測定領域に照明光を集光させることが可能となる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップは、それぞれ複数のＬＥＤチップからなり、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップの複数のＬＥＤチップは、超音波検出部の周囲に環状に配置されると共に、超音波検出部から放射状に所定の間隔で配置されている。
このように構成された本発明によれば、超音波検出部の周囲に同心円状に配置された複数のＬＥＤチップの照射光を、対応するレンズによって超音波検出部の方向へ傾けることができるので、測定領域を周方向から明るく照射することが可能となる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップは、それぞれ複数のＬＥＤチップが所定の間隔で列状に配置されたＬＥＤチップ列であり、第１のレンズ及び第２のレンズは、ＬＥＤチップ列近傍に光軸を持つシリンドリカルレンズである。
このように構成された本発明によれば、ＬＥＤチップ列に対して、シリンドリカルレンズを配置することにより、簡易にＬＥＤチップからの照射光を集光させることが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光音響画像化装置によれば、複数のＬＥＤチップからなる光源を超音波プローブに近接して配置することが可能であり、この光源から被検体へ照射する測定光の照射効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の電気ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブの側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブの構成を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブのセンサ面及び光源ユニットを示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブから照射される測定光の説明図である。
【図７】比較例に係る超音波プローブから照射される測定光の説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態及び比較例による光音響画像化装置における測定光の放射強度の指向性の説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態及び比較例による光音響画像化装置における測定光の放射強度の指向性の説明図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブのセンサ面及び光源ユニットを示す説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による光音響画像化装置の超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による光音響画像化装置を説明する。
まず、図１〜図９を参照して、第１実施形態に係る光音響画像化装置を説明する。図１は光音響画像化装置の電気ブロック図であり、図２は超音波プローブの側面図であり、図３は超音波プローブの構成を模式的に示す分解説明図であり、図４は超音波プローブのセンサ面及び光源ユニットを示す説明図であり、図５は超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図であり、図６は超音波プローブから照射される測定光の説明図であり、図７は比較例に係る超音波プローブから照射される測定光の説明図であり、図８及び図９は本実施形態及び比較例における測定光の放射強度の指向性の説明図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の光音響画像化装置１は、被検体Ａ（例えば、人体）に接触させる超音波プローブ２と、超音波プローブ２の制御及び超音波プローブ２で取得された超音波検出信号の処理を行うコントローラ３とを備えている。
【００２０】
超音波プローブ２は、図２に示すように、プローブ本体１０と、プローブ本体１０の両側に配置された照明部２０Ａ及び照明部２０Ｂとを備えている。照明部２０Ａ，２０Ｂは、プローブ本体１０を間に挟み込むようにして、プローブ本体１０に対して位置合わせされた状態で着脱可能又は固定的に取り付けられており、プローブ本体１０に対して対称な構造を有している。なお、プローブ本体１０と照明部２０Ａ，２０Ｂが共通の筐体内に収容されるように構成してもよい。
【００２１】
図２に示すように、超音波プローブ２は、被検体Ａにプローブ本体１０の先端部を接触させた状態で作動される。作動中、照明部２０Ａ，２０Ｂは、プローブ本体１０の直下の測定深度Ｌ（例えば、Ｌ＝４０ｍｍ）付近に設定された被検体Ａ内の目標測定領域Ｒ（即ち、センサ面から測定深度Ｌだけｚ方向に離間した領域）に向けて測定光６を集光させるように構成されている。目標測定領域Ｒは、例えば、超音波プローブ２の直下において注射針が差し込まれる領域である。
【００２２】
図３に示すように、プローブ本体１０は、超音波探触子１１と、これを収容するプローブ筐体１３を備えている。プローブ本体１０は、基端部から先端部へ向けて高さ方向（ｚ方向）に延びており、先端部にセンサ面が配置されている。本実施形態では、プローブ本体１０は、先端部が略長方形の断面を有しており、奥行き方向（ｘ方向）よりも幅方向（ｙ方向）の方が長い薄型に構成されている。また、プローブ本体１０は、接続線４を介してコントローラ３と接続されており、接続線４内には、プローブ本体１０内の構成要素に電力を供給する電源供給ラインや、通信を行うための信号ライン等が含まれる。
【００２３】
超音波探触子１１は、音響レンズ１１ａ，音響整合層１１ｂ，振動素子（圧電素子）１１ｃ，バッキング材１１ｄが順に高さ方向（−ｚ方向）に接合されて構成されている。
振動素子１１ｃは、外部から超音波を受信し、超音波の受信に基づいて超音波検出信号を生成する。振動素子１１ｃは、圧電素子を含んで構成されており、外部からの超音波を受信することにより振動し電圧信号（超音波検出信号）を発生するが、電圧を印加することにより振動し超音波を発生することも可能である。したがって、振動素子１１ｃは、超音波の送受信を行うことが可能である。本実施形態の超音波探触子１１は、リニア型超音波プローブであり、振動素子１１ｃは多数のチャンネル（例えば１２８チャンネル）が所定間隔で幅方向に直線状に配置されている。なお、超音波プローブタイプは、リニア型に限らず、コンベックス型、セクタ型であってもよい。
【００２４】
バッキング材１１ｄは、振動素子１１ｃの背面に配置されており、超音波の後方伝搬を抑制する。音響整合層１１ｂは、超音波の効率のよい送受信のため、振動素子１１ｃと被検体Ａとの間の音響インピーダンスの差を小さくするものである。音響レンズ１１ａは、超音波ビームを集束し分解能を向上させるように機能する。
【００２５】
照明部２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ光源ユニット２２Ａ，２２Ｂと、光パルス駆動部３０Ａ，３０Ｂと、これらを収容する光源筐体２１Ａ，２１Ｂと、を備えている。また、照明部２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ接続線４Ａ，４Ｂを介してコントローラ３と接続されており、接続線４Ａ，４Ｂ内には、電源供給ラインや信号ライン等が含まれる。
【００２６】
光源ユニット２２Ａ，２２Ｂは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、ＬＥＤチップから出射された測定光を目標測定領域に向けて集光するレンズユニットとを備えている。測定光は、例えば、１５０ｎ秒のパルス幅を有する光パルスであり、この光パルスが繰り返し周期毎に間欠的に照射される。
【００２７】
光パルス駆動部３０Ａ，３０Ｂは、光源ユニット２２Ａ，２２Ｂに向けて駆動電圧を繰返し周期毎に間欠的に供給するように構成されている。光パルス駆動部３０Ａ，３０Ｂは、コントローラ３から光照射を指令する光パルストリガ信号を受けることに応答して、所定の照射期間（例えば、１５０ｎ秒）だけ光源ユニット２２Ａ，２２Ｂへ駆動電圧を印加するように作動する。これにより、光源ユニット２２Ａ，２２Ｂには、所定の照射期間だけ駆動電圧が印加され、照射期間のパルス幅を有する光パルスが照射される。
【００２８】
コントローラ３は、図１に示すように、制御部３ａと、画像信号生成部３ｂとを有する。
制御部３ａは、所定の繰り返し周期毎に、超音波プローブ２内の光パルス駆動部３０Ａ，３０Ｂに対して、同期して光パルストリガ信号を出力して、超音波プローブ２の作動を制御する。
【００２９】
画像信号生成部３ｂは、超音波プローブ２から接続線４を介して送信されてきた超音波検出信号を受信し、受信した超音波検出信号をデジタル信号に変換し、生成したデジタル信号に基づいて断面画像信号（超音波画像信号）を生成する。この超音波画像信号は、画像表示部（ディスプレイ）３ｃに出力され、画像表示部３ｃにより断面画像が表示される。
【００３０】
このように構成された本実施形態の光音響画像化装置１では、測定が開始されると、コントローラ３は、繰り返し周期毎に光パルストリガ信号を光パルス駆動部３０Ａ，３０Ｂへ同期して送信する。光パルス駆動部３０Ａ，３０Ｂは、この光パルストリガ信号に応答して、光源ユニット２２Ａ，２２Ｂへ駆動電圧を供給する。駆動電圧を受けた光源ユニット２２Ａ，２２Ｂは、光パルス（測定光）を被検体Ａの目標測定領域Ｒに向けて照射する。
【００３１】
被検体Ａは、測定光を受けることにより、各部位において内部分子が測定光の光エネルギーを吸収し熱を放出する。この放出熱により被検体Ａの各部位は体積膨張し、音響波（超音波）を発生する（光音響効果）。このようにして発生した音響波は、被検体Ａの内部を伝搬し、被検体Ａの表面に到達する。超音波探触子１１は、被検体Ａに直接的又は間接的に接触されたセンサ面を介して、被検体Ａの表面に到達した音響波を検出し、これを電気信号（超音波検出信号）に変換してコントローラ３へ送信する。そして、コントローラ３は、繰り返し周期毎に受け取る超音波検出信号を信号処理して超音波画像信号を生成し、画像表示部３ｃへ被検体Ａの断面画像を表示させる。
【００３２】
次に、照明部２０Ａ，２０Ｂの構成について詳細に説明する。
図４は、超音波プローブ２を超音波探触子１１のセンサ面側（音響レンズ１１ａの表面側）から見た模式図である。超音波探触子１１は、センサ面１２を介して、外部から超音波を受信する。また、センサ面１２から外部へ向けて超音波を送信することも可能である。
【００３３】
本実施形態では、センサ面１２は、略矩形の形状を有しており、図４においてｙ方向が長手方向であり、ｘ方向が短手方向である。超音波探触子１１の複数のチャンネルは、ｙ方向に沿って配列されている。また、超音波探触子１１は、先端部から−ｚ方向に順に、音響レンズ１１ａ，音響整合層１１ｂ，振動素子１１ｃ，バッキング材１１ｄが配置されている。
【００３４】
照明部２０Ａ，２０Ｂは、センサ面１２の外周縁の側方に配置されている。具体的には、照明部２０Ａは、センサ面１２の左側の長手方向の辺に沿って配置され、照明部２０Ｂは、センサ面１２の右側の長手方向の辺に沿って配置されている。
【００３５】
照明部２０Ａは、複数のＬＥＤチップ２３が互いに離間して配列されたＬＥＤチップアレイ２３Ａと、ＬＥＤチップ２３と同数のマイクロレンズ２４が配列されたレンズアレイ２４Ａと、を備えている。同様に、照明部２０Ｂは、ＬＥＤチップアレイ２３Ｂと、レンズアレイ２４Ｂと、を備えている。各マイクロレンズ２４は、対応するＬＥＤチップ２３に対向するように配置されている。
【００３６】
ＬＥＤチップ２３は、正面視略矩形であり、約１ｍｍ×０．５ｍｍのサイズを有する。ＬＥＤチップ２３は、配光角約６０度の光をｚ方向に向けて照射するように構成されている。
マイクロレンズ２４は、測定光に対して透明な光学レンズ体であり、正面視略円形の略半球形状を有する。マイクロレンズ２４は、入射した光を凸面側から出射する際に、出射方向に沿って出射光を集束するように構成されている。
【００３７】
本実施形態では、図４に示すように、ＬＥＤチップアレイ２３Ａは、３列のＬＥＤチップ列２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３を備えており、レンズアレイ２４Ａは、各ＬＥＤチップ列に対応して配置された３列のレンズユニット２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ａ３を備えている。
同様に、ＬＥＤチップアレイ２３Ｂは、３列のＬＥＤチップ列２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｂ３を備えており、レンズアレイ２４Ｂは、各ＬＥＤチップ列に対応して配置された３列のレンズユニット２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｂ３を備えている。
【００３８】
図４では、理解の容易のため、ＬＥＤチップアレイ及びレンズユニットが、それぞれ７個のＬＥＤチップ２３及びマイクロレンズ２４を有するように示されているが、更に多数（例えば、３６個）のＬＥＤチップ及びマイクロレンズを有していてもよい。
なお、レンズユニットは、複数のマイクロレンズを長手方向に繋げたマイクロレンズ板であってもよい。さらに、レンズアレイは、このような複数のマイクロレンズ板を幅方向（ｘ方向）に連結した構成であってもよい。
【００３９】
本実施形態では、各ＬＥＤチップ列及び各レンズユニットは、センサ面１２の長手方向の辺に沿うように直線状に延びている。また、各光源ユニットにおいて、３列のＬＥＤチップ列は、センサ面１２の広がり方向（即ち、ｘ方向及びｙ方向）のうち、短手方向（ｘ方向）に互いに離間して配置されている。
【００４０】
本実施形態では、各ＬＥＤチップ列及び各レンズユニットにおいて、センサ面１２の長手方向におけるＬＥＤチップ２３及びマイクロレンズ２４のピッチは同一であり、且つ、ｙ方向においては、対応するＬＥＤチップ２３とマイクロレンズ２４の中心位置が一致するように構成されている。
【００４１】
一方、本実施形態では、レンズユニット間のｘ方向におけるピッチは一定であるが、ＬＥＤチップ列間のｘ方向におけるピッチは一定ではなく、センサ面１２からｘ方向に離れるほどＬＥＤチップ列間のピッチが大きく設定されている。したがって、少なくともセンサ面１２に対してより外側に位置するＬＥＤチップ列においては、対応するＬＥＤチップ２３とマイクロレンズ２４の中心位置がｘ方向にずれており、マイクロレンズ２４よりも対応するＬＥＤチップ２３の方が、センサ面１２からより離れた位置に配置されている。
【００４２】
具体的には、図５（Ａ）に示すように、レンズユニット２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ａ３は、それぞれｙ方向に延びるセンサ面１２の中心軸１２ａと平行に延びると共に、ｘ方向において一定のピッチａ１で配列されている。同様に、レンズユニット２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｂ３も、中心軸１２ａと平行に延びると共に、ｘ方向において所定のピッチａ１で配列されている。即ち、レンズユニット２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ａ３の中心軸ｃ１，ｃ２，ｃ３の間隔は、それぞれピッチａ１である。レンズユニット２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｂ３でも同様である。ここで、レンズユニットの中心軸とは、レンズユニットにおいて複数のマクロレンズ２４の正面視における中心位置（頂部）又は光軸の位置を結んだ軸線である。
【００４３】
一方、図５（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ列２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３は、それぞれｙ方向に延びるセンサ面１２の中心軸１２ａと平行に延びるが、ｘ方向において隣接するＬＥＤチップ列間のピッチが異なって設定されている。同様に、ＬＥＤチップ列２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｂ３も、中心軸１２ａと平行に延びるが、ｘ方向において隣接するＬＥＤチップ列間のピッチが異なって設定されている。即ち、ＬＥＤチップ列２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３の中心軸ｄ１，ｄ２，ｄ３の間隔は同一ではない。ＬＥＤチップ列２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｂ３でも同様である。ここで、ＬＥＤチップ列の中心軸とは、ＬＥＤチップ列において複数のＬＥＤチップ２３の正面視における中心位置を結んだ軸線である。
【００４４】
中心軸ｄ１，ｄ２間はピッチａ２（＞ａ１）に設定されており、中心軸ｄ２，ｄ３間はピッチａ３ｂ（＞ａ２）に設定されている。更に、中心軸ｃ１よりも中心軸ｄ１の方が、ｘ方向においてセンサ面１２から遠い位置に設定されている。したがって、中心軸ｃ１と中心軸ｄ１の間にはずれ量ｅ１が設定されており、中心軸ｃ２と中心軸ｄ２の間にはずれ量ｅ２（＞ｅ１）が設定されており、中心軸ｃ３と中心軸ｄ３の間にはずれ量ｅ３（＞ｅ２）が設定されている。
【００４５】
このように本実施形態では、ＬＥＤチップ列と対応するレンズユニットとは、ｘ方向に相対的にシフトして配置されており、そのずれ量（シフト量）は、センサ面１２から遠ざかるほど大きく設定されている。
図６に示すように、対応するＬＥＤチップ列とレンズユニットとの間のｘ方向のずれ量ｅ１−ｅ３は、各ＬＥＤチップ列から照射された光がセンサ面１２のｚ方向における被検体Ａの測定深度Ｌ付近の目標測定領域Ｒ（図２参照）に向けて集光されるような大きさに設定されている。なお、図６において、各マイクロレンズ２４及び各ＬＥＤチップ２３をの中心位置をそれぞれ上下に通過する破線が示されており、このうち、各マイクロレンズ２４を通過する破線は光軸に対応する。
【００４６】
即ち、図６に示されているように、ＬＥＤチップ２３はｚ方向に沿って拡散光を照射するように配置されており、対応するマイクロレンズ２４はｚ方向に頂部が向くように配置されている。ＬＥＤチップ２３からｚ方向に向けて照射された光は、対応するマイクロレンズ２４の底面側から入射し、頂面側の凸面を通過して外部へ出射される。このとき、マイクロレンズ２４の光軸を通る中心位置が、ＬＥＤチップ２３の中心位置に対して＋ｘ方向（又は−ｘ方向）に、あるずれ量だけシフトしていると、光はずれ量に応じてマイクロレンズ２４の凸面で＋ｘ方向（又は−ｘ方向）に傾けられる。これにより、ＬＥＤチップ２３からの光は、＋ｘ方向（又は−ｘ方向）に角度付けられる。そして、この角度は、ずれ量が大きいほど大きくなる。したがって、本実施形態では、ＬＥＤチップ２３の配置位置が、センサ面１２の広がり方向に沿ってセンサ面１２から遠くなるほど、大きなずれ量が設定される。
【００４７】
一方、図７（比較例）に示すように、ＬＥＤチップ列とレンズユニットとの間にｘ方向のずれ量を設定しない場合（即ち、各ＬＥＤチップ２３とマイクロレンズ２４との中心軸がｘ及びｙ方向において略一致する場合）、各ＬＥＤチップ列から出射した光は、対応するレンズユニットによってｚ方向にビーム指向性が大きくなるように集光されるが、ｘ方向に傾けられることはない。このため、マイクロレンズ２４を通過した光は、被検体Ａに対してｚ方向に沿って真っすぐに照射される。このため、目標測定領域Ｒに到達する光エネルギーが不足し、十分な測定精度を得ることができない。
【００４８】
図８（Ｂ）は、図７と同様の比較例に対応し、ＬＥＤチップ列からの光が、ｘ及びｙ方向共にずれ量が設定されていないレンズユニットを通過した場合の光放射強度の指向性グラフを示している。図８（Ｂ）中、線ａ、ｂは、それぞれｘ方向，ｙ方向の光放射強度の指向性を示しており、これらはいずれも対称である。また、ｘ方向の１５度における光放射強度は、約３２０（Ｗ／ｓｒ）である。図９（Ｂ）も図８（Ｂ）と同様の事項を示している。
【００４９】
一方、図８（Ａ）は、本実施形態において、ＬＥＤチップ列からの光が、ｘ方向に約１５度傾くように、ＬＥＤチップ列とレンズユニットとの間のずれ量が設定された場合の光強度の指向性グラフを示している。図８（Ａ）中、線ａ、線ｂは、それぞれｘ方向，ｙ方向の光強度指向性を示している。線ａ（ｘ方向指向性）は、ｘ方向の約１５度にピークを有するような指向性を有しており、光強度のピーク値は約４００（Ｗ／ｓｒ）である。また、線ｂ（ｙ方向指向性）から分かるように、ｙ方向においては光ビームは対称である。図９（Ａ）も図８（Ａ）と同様の事項を示している。
【００５０】
このように、本実施形態では、ｘ方向の所定角度に光放射強度のピークがあらわれるように、光ビーム指向性が傾けられることにより、この角度方向における光放射強度を比較例よりも高めることができる。
【００５１】
このように、本実施形態では、各ＬＥＤチップ列においてずれ量を適宜に異なって設定することにより、複数のＬＥＤチップ列からの照射光を、対応するレンズユニットによって目標測定領域Ｒへ到達させるように集光させて、十分な測定精度を確保することができる光エネルギーを提供することが可能である。
【００５２】
また、本実施形態では、複数のＬＥＤチップ２３からの出射光を特定の測定領域に集光させるので、必要とされるＬＥＤチップ２３の個数を低減することが可能となり、超音波プローブ２のサイズ及び重量の増大を抑制することができる。
【００５３】
次に、図１０及び図１１を参照して、第２実施形態に係る光音響画像化装置を説明する。図１０は超音波プローブのセンサ面及び光源ユニットを示す説明図であり、図１１は超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図である。
なお、以下において、理解の容易のため、第１実施形態と重複する部分については繰り返しの記載を省略する。また、第１実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
【００５４】
第１実施形態では、レンズアレイが、複数のマイクロレンズ２４を有する３つのレンズユニットを備えていたが、本実施形態では、レンズアレイを構成するレンズユニットが、シリンドリカルレンズを備えている点で相違する。
本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、レンズアレイ１２４Ａは、各ＬＥＤチップ列に対応して配置された３列のレンズユニット１２４Ａ１，１２４Ａ２，１２４Ａ３を備えている。同様に、レンズアレイ１２４Ｂは、各ＬＥＤチップ列に対応して配置された３列のレンズユニット１２４Ｂ１，１２４Ｂ２，１２４Ｂ３を備えている。
【００５５】
本実施形態では、各レンズユニットは、図１０（Ｂ）に示すように、断面略半円形状のシリンドリカルレンズであり、センサ面１２の長手方向に沿って延びている。
本実施形態では、第１実施形態と同様に、レンズユニット間のｘ方向におけるピッチは一定であるが、ＬＥＤチップ列間のｘ方向におけるピッチは一定ではなく、センサ面１２からｘ方向に離れるほどＬＥＤチップ列間のピッチが大きく設定されている。したがって、少なくともセンサ面１２に対してより外側に位置するＬＥＤチップ列においては、対応するＬＥＤチップ２３とシリンドリカルレンズの中心位置がｘ方向にずれており、シリンドリカルレンズよりも対応するＬＥＤチップ２３の方が、センサ面１２からより離れた位置に配置されている。
【００５６】
具体的には、図１１（Ａ）に示すように、レンズユニット１２４Ａ１，１２４Ａ２，１２４Ａ３は、それぞれｙ方向に延びるセンサ面１２の中心軸１２ａと平行に延びると共に、ｘ方向において一定のピッチａ１で配列されている。レンズユニット１２４Ｂ１，１２４Ｂ２，１２４Ｂ３も同様である。ここで、レンズユニットの中心軸とは、レンズユニットにおいてシリンドリカルレンズの頂部又は光軸位置を結んだ軸線である。
【００５７】
一方、図１１（Ｂ）は、図５（Ｂ）と同様であり、ＬＥＤチップ列２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３は、それぞれｙ方向に延びるセンサ面１２の中心軸１２ａと平行に延びるが、ｘ方向において隣接するＬＥＤチップ列間のピッチが異なって設定されている。ＬＥＤチップ列２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｂ３も同様である。
【００５８】
中心軸ｄ１，ｄ２間はピッチａ２（＞ａ１）に設定されており、中心軸ｄ２，ｄ３間はピッチａ３ｂ（＞ａ２）に設定されている。更に、中心軸ｃ１よりも中心軸ｄ１の方が、ｘ方向においてセンサ面１２から遠い位置に設定されている。したがって、中心軸ｃ１と中心軸ｄ１の間にはずれ量ｅ１が設定されており、中心軸ｃ２と中心軸ｄ２の間にはずれ量ｅ２（＞ｅ１）が設定されており、中心軸ｃ３と中心軸ｄ３の間にはずれ量ｅ３（＞ｅ２）が設定されている。
【００５９】
このように、本実施形態では、ＬＥＤチップ列は、対応するレンズユニットに対して、ｘ方向にシフトして配置されており、そのずれ量（シフト量）は、センサ面１２から遠ざかるほど大きく設定されている。
【００６０】
したがって、本実施形態は、第１実施形態と比較して、各レンズユニットの対応するＬＥＤチップアレイに対するずれ量は同じに設定されている。よって、本実施形態においても、レンズアレイ１２４Ａ，１２４Ｂから出射した測定光を、被検体Ａの測定深度Ｌ付近における目標測定領域Ｒに向けて集光することができる。
【００６１】
次に、図１２を参照して、第３実施形態に係る光音響画像化装置を説明する。図１２は超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図である。
【００６２】
本実施形態では、センサ面１１２が略正方形の形状を有しており、このセンサ面１１２の外周縁の側方に、ＬＥＤチップアレイ２２３及びレンズアレイ２２４が配置されている。
ＬＥＤチップアレイ２２３は、センサ面１１２の広がり方向に互いに離間するように、センサ面１１２の周囲に同心円状に、配置された３列の環状のＬＥＤチップ列２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃを有する。各ＬＥＤチップ列は、外側の列ほど、多くの個数のＬＥＤチップ２３を含んでいる。詳しくは、ＬＥＤチップ列２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃは、それぞれ円ｆ１，ｆ２，ｆ３上にＬＥＤチップ２３の中心が位置するように配置されている。
【００６３】
そして、レンズアレイ２２４は、各ＬＥＤチップ列に対応して、３つのレンズユニット２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃを有する。各レンズユニットは、対応するＬＥＤチップ列に含まれるＬＥＤチップ２３と同数のマイクロレンズ２４を有しており、各マイクロレンズ２４が対応するＬＥＤチップ２３に対向するように配置されている。詳しくは、レンズユニット２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃは、それぞれ円ｇ１，ｇ２，ｇ３上にマイクロレンズ２４の中心又は光軸位置が位置するように配置されている。円ｇ１と円ｇ２の半径の差、及び、円ｇ２と円ｇ３の半径の差は同じに設定されている。
【００６４】
図１２に示すように、円ｆ１は、円ｇ１よりも長さｅ１だけ半径が大きく設定されており、同様に、円ｆ２は円ｇ２よりも長さｅ２（＞ｅ１）だけ大きく設定されており、円ｆ３は円ｇ３よりも長さｅ３（＞ｅ２）だけ大きく設定されている。したがって、半径方向において、対応するＬＥＤチップ２３とマイクロレンズ２４とは、それぞれの中心位置がずれるように配列されており、ＬＥＤチップ２３の方がマイクロレンズ２４よりもセンサ面１１２から遠い位置に配置されている。即ち、ＬＥＤチップ列２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃにおけるずれ量は、それぞれｅ１，ｅ２，ｅ３であり、より外側に位置するＬＥＤチップ列ほど、ずれ量が大きく設定されている。
一方、周方向においては、対応するＬＥＤチップ２３とマイクロレンズ２４とは、それぞれの中心位置が揃うように配列されている。
【００６５】
このずれ量ｅ１，ｅ２，ｅ３は、上記実施形態と同様に、ＬＥＤチップ２３から出射された光を対応するマイクロレンズ２４によってセンサ面１１２の直下の測定深度Ｌ付近の目標測定領域Ｒに集光させるようにそれぞれ設定されている。よって、本実施形態においても、レンズアレイ２２４から出射した測定光を、被検体Ａの測定深度Ｌ付近における目標測定領域Ｒに向けて集光することができる。
【００６６】
次に、図１３を参照して、第４実施形態に係る光音響画像化装置を説明する。図１３は超音波プローブのセンサ面に対するレンズアレイとＬＥＤチップアレイの位置関係を示す説明図である。
第３実施形態では、レンズアレイが、複数のマイクロレンズ２４を有する３つのレンズユニットを備えていたが、本実施形態では、レンズアレイを構成するレンズユニットが、円環状のシリンドリカルレンズを備えている点で相違する。
【００６７】
本実施形態では、レンズアレイ３２４は、３つのレンズユニット３２４ａ，３２４ｂ，３２４ｃを有しており、各レンズユニットは、円環状のシリンドリカルレンズであり、正面視で略円形環状の形状を有すると共に、第２実施形態と同様に断面略半円形状を有する。
【００６８】
レンズユニット３２４ａ，３２４ｂ，３２４ｃの断面の頂部又は光軸位置を結ぶ円ｇ１，ｇ２，ｇ３は、第３実施形態の円ｇ１，ｇ２，ｇ３と同様である。したがって、各ＬＥＤチップ２３は、その中心位置が半径方向において、対応するレンズユニットの中心位置とずれて配置されている。ＬＥＤチップ列２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃにおけるずれ量は、それぞれｅ１，ｅ２，ｅ３であり、より外側に位置するＬＥＤチップ列ほど、ずれ量が大きく設定されている。
【００６９】
このずれ量ｅ１，ｅ２，ｅ３は、第３実施形態と同様に、ＬＥＤチップ２３から出射された光を対応するレンズユニットによってセンサ面１１２の直下の測定深度Ｌ付近の目標測定領域Ｒに集光させるようにそれぞれ設定されている。よって、本実施形態においても、レンズアレイ３２４から出射した測定光を、被検体Ａの測定深度Ｌ付近における目標測定領域Ｒに向けて集光することができる。
【００７０】
上記実施形態は、以下のように改変してもよい。
第１実施形態では、ｙ方向においては、ＬＥＤチップ２３とマイクロレンズ２４とが相対的に位置ずれされていないが、これに限らず、ｙ方向においても相対的に位置ずらして、測定光をｙ方向の所定領域に集光させるように構成してもよい。
【００７１】
また、第１及び第２実施形態では、センサ面１２の長手方向の辺の長さと略同じ長さ範囲に、ＬＥＤチップ列が設けられているが、これに限らず、センサ面１２の長手方向の辺を越えて、より長い範囲にＬＥＤチップ列が延びるようにＬＥＤチップ列の長手方向の長さを拡大してもよい。このように構成することにより、センサ面１２の長手方向の端部においても中央部と同様な光出力を確保することが可能となり、センサ面１２に対して光出力を長手方向において略均一にすることができる。
【００７２】
また、第１及び第２実施形態では、ＬＥＤチップ２３をセンサ面１２の長手方向に延びる辺の側方に配置しているが、これに限らず、短手方向の辺の側方にも付加的に配置してよい。この場合、付加的に配置したＬＥＤチップ２３に対応して、マイクロレンズ又はシリンドリカルレンズを配置する際に、ＬＥＤチップ２３の中心位置とレンズの中心位置をｙ方向にずらして、ｙ方向に沿ってセンサ面１２の鉛直下方側若しくは逆側に光パルスの進行方向を傾けてもよいし、ずらさずにｚ方向に沿ってＬＥＤチップ２３の鉛直下方に光パルスが照射されるようにしてもよい。
【００７３】
上記実施形態では、複数のレンズユニット間のピッチを一定にし、ＬＥＤチップ列間のピッチを異ならせているが、これに限らず、レンズユニットと対応するＬＥＤチップ列との相対位置がずれていればよい。よって、ＬＥＤチップ列間のピッチを一定にし、レンズユニット間のピッチを異ならせてもよい。
【００７４】
上記実施形態では、光音響画像化装置が、照明部から照射された測定光に起因して光音響効果により発生する音響波を検出し、これに基づいて超音波画像信号を生成しているが、これに限らず、光音響画像化装置が、音響波に加えて、超音波探触子１１から出力された測定用の超音波に対応する反射波を超音波探触子１１によって検出し、これに基づく超音波画像信号も更に生成するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１    光音響画像化装置
２    超音波プローブ
３    コントローラ
１０    プローブ本体
１１    超音波探触子（超音波検出部）
１２    センサ面
１２ａ  中心軸
２０Ａ，２０Ｂ  照明部
２２Ａ，２２Ｂ  光源ユニット
２３    ＬＥＤチップ
２３Ａ，２３Ｂ  ＬＥＤチップアレイ
２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ａ３  ＬＥＤチップ列
２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｂ３  ＬＥＤチップ列
２４    マイクロレンズ
２４Ａ，２４Ｂ  レンズアレイ
２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ａ３  レンズユニット
２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｂ３  レンズユニット
Ａ    被検体
ｅ１，ｅ２，ｅ３  ずれ量
Ｌ    測定深度
Ｒ    目標測定領域
【図１】
2016013287.tif 000003
【図２】
2016013287.tif 000004
【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】
2016013287.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016013287.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2016013287.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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