(57)【要約】      （修正有）【課題】低いコストで高い検出感度が得られる音響波検出装置を提供する。【解決手段】干渉膜に計測光を照射し、干渉膜で反射した計測光の強度に基づいて、干渉膜に入射した音響波の強度を検出する音響波検出装置であって、対向する二枚の反射層からなる干渉膜と、干渉膜に光を照射する光源であって、光の波長を変更可能な第一の光源１３と、干渉膜またはその周辺部の温度を所定の温度に調整する温度調整部１９と、第一の光源から照射される計測光の波長を、所定の温度に基づいて決定し、第一の光源に設定する波長制御部２０と、計測光が干渉膜で反射した反射光の強度を検出する光検出器１６と、光検出器が検出した反射光の強度の変化に基づいて、干渉膜に入射した音響波に対応する電気信号を取得する信号取得部１７と、を有する。【選択図】図１
2016077804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉膜に計測光を照射し、前記干渉膜で反射した計測光の強度に基づいて、前記干渉膜に入射した音響波の強度を検出する音響波検出装置であって、
対向する二枚の反射層からなる干渉膜と、 
前記干渉膜に光を照射する光源であって、光の波長を変更可能な第一の光源と、
前記干渉膜またはその周辺部の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、
前記第一の光源から照射される計測光の波長を、前記所定の温度に基づいて決定し、前記第一の光源に設定する波長制御部と、
前記計測光が前記干渉膜で反射した反射光の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器が検出した反射光の強度の変化に基づいて、前記干渉膜に入射した音響波に対応する電気信号を取得する信号取得部と、
を有することを特徴とする、音響波検出装置。
【請求項２】
前記第一の光源は、前記干渉膜上の異なる二点以上の場所に計測光を照射可能であり、
前記所定の温度に対応する前記計測光の波長を、前記干渉膜上における計測光の照射位置と関連付けたデータである波長データを記憶する波長データ記憶部をさらに有し、
前記波長制御部は、前記波長データと、前記干渉膜上における計測光の照射位置に基づいて、前記第一の光源に設定する計測光の波長を決定する
ことを特徴とする、請求項１に記載の音響波検出装置。
【請求項３】
前記波長制御部は、
前記波長データと、前記干渉膜上における計測光の照射位置に基づいて、前記計測光の波長がとりうる範囲を決定する手段と、
前記第一の光源を用いて、前記範囲に含まれる複数の波長に対応する光を、補助計測光として前記干渉膜に複数回照射する手段と、
前記補助計測光が前記干渉膜で反射した反射光の強度に基づいて、前記第一の光源に設定する計測光の波長を決定する手段と、
からなることを特徴とする、請求項２に記載の音響波検出装置。
【請求項４】
被検体に励起光を照射する第二の光源と、
前記励起光に起因して前記被検体内から発生した音響波に対応する電気信号を取得する、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響波検出装置と、
前記音響波検出装置が取得した電気信号に基づいて、前記被検体内の特性情報を取得する情報生成部と、
を有することを特徴とする、光音響測定装置。
【請求項５】
被検体に音響波を照射するトランスデューサと、
前記被検体内で反射した音響波に対応する電気信号を取得する、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響波検出装置と、
前記音響波検出装置が取得した電気信号に基づいて、前記被検体内の特性情報を取得する情報生成部と、
を有することを特徴とする、音響測定装置。
【請求項６】
対向する二枚の反射層からなる干渉膜と、前記干渉膜に光を照射する光源であって、光の波長を変更可能な第一の光源と、前記干渉膜で反射した光の強度を検出する光検出器と、前記干渉膜またはその周辺部の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、を有する音響波検出装置が行う音響波検出方法であって、
前記干渉膜またはその周辺部の温度を所定の温度に調整する温度調整ステップと、
前記第一の光源から照射される計測光の波長を、前記所定の温度に基づいて決定し、前
記第一の光源に設定する波長制御ステップと、
前記第一の光源から前記干渉膜に計測光を照射する照射ステップと、
前記光検出器が検出した反射光の強度の変化に基づいて、前記干渉膜に入射した音響波に対応する電気信号を取得する信号取得ステップと、
を含むことを特徴とする、音響波検出方法。
【請求項７】
前記第一の光源が、前記干渉膜上の異なる二点以上の場所に計測光を照射可能な音響波検出装置が行う音響波検出方法であって、
前記所定の温度に対応する前記計測光の波長を、前記干渉膜上における計測光の照射位置と関連付けたデータである波長データを取得するステップをさらに含み、
前記波長制御ステップでは、前記波長データと、前記干渉膜上における計測光の照射位置に基づいて、前記第一の光源に設定する計測光の波長を決定する
ことを特徴とする、請求項６に記載の音響波検出方法。
【請求項８】
前記波長制御ステップは、
前記波長データと、前記干渉膜上における計測光の照射位置に基づいて、前記計測光の波長がとりうる範囲を決定するステップと、
前記第一の光源を用いて、前記範囲に含まれる複数の波長に対応する光を、補助計測光として前記干渉膜に複数回照射するステップと、
前記補助計測光が前記干渉膜で反射した反射光の強度に基づいて、前記第一の光源に設定する計測光の波長を決定するステップと、
からなることを特徴とする、請求項７に記載の音響波検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響波の強度を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野において、被検体内の形態情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための研究が進められている。このような技術の一つとして、近年、光音響トモグラフィ（PAT：PhotoAcoustic Tomography）が提案されている。
【０００３】
パルスレーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。ＰＡＴでは、発生した光音響波を音響波検出器で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の光学特性、特に、光エネルギー吸収密度の分布を画像化することができる。
【０００４】
光音響トモグラフィにおいては、光が吸収される対象によって異なる周波数の音響波が発生するため、帯域の広い音響波検出器を用いる必要がある。
このような音響波検出器として、圧電現象を用いたトランスデューサや、容量の変化を用いたトランスデューサが利用されているが、近年、光の共振を用いた音響波検出器が開発されている。例えば、光干渉膜に光（以下、計測光）を照射した状態で音響波を当該光干渉膜に入射させると、音圧の変化にともなって反射光の強度が変化する。そこで、フォトダイオードなどの光検出センサを用いて反射光の強度を検知することで、音響波の音圧の変化を検出することができる。光干渉膜の代表的なものとして、ファブリーペロー干渉膜がある。
【０００５】
これに関連する発明として、例えば、非特許文献１には、計測光の照射位置をファブリーペロー干渉膜上で移動させ、干渉膜上の複数の位置で音響波を検出する装置が記載されている。
このような、光の共振を用いた音響波検出器は、広帯域の音響波を検出できるという特徴を持っているため、光音響トモグラフィに適した音響波検出器であると言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−３７４７９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Edward Zhang, Jan Laufer, and Paul Beard,"Backward-mode multiwavelength photoacoustic scanner  using a planar Fabry-Perot polymer film ultrasoundsensor for high-resolution three-dimensional imaging of  biological tissues",1 February 2008  Vol. 47, No. 4  APPLIED OPTICS.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
被検体内で発生した音響波を検出し、当該音響波に基づいて被検体内の情報を取得する場合、ＳＮ比を向上させるため、音響波の検出感度をできるだけ高くすることが求められる。
【０００９】
一方で、ファブリーペロー干渉膜を用いた音響波検出器においては、高い検出感度を得ることができる計測光の波長が、温度によって変化するという特徴がある。
すなわち、干渉膜の温度分布が変化するような環境下においては、最適な計測光の波長が一意に定まらない。
【００１０】
この問題に対し、特許文献１に記載の装置では、ファブリーペロー干渉膜に温度調節機構を追加し、計測光のＤＣ成分の変化量が、ある一定の範囲内に収まるように温度を制御している。しかし、実際は、干渉膜の全面を均一の温度に保つことは難しい。また、仮に干渉膜の全面を均一の温度に保ったとしても、干渉膜には、製造過程で生じる膜厚のばらつきがあるため、最適な計測光の波長は均一の値とはならない。
【００１１】
また、非特許文献１に記載の装置では、検出感度を維持するため、温度の変化に合わせて、計測光の波長を都度調整している。具体的には、波長を時間変化させ、干渉膜の反射光の光量変化をモニターすることで、音響波の検出感度が高い波長を探索しながら測定を行っている。しかし、この方法を用いた場合、測定の長時間化を引き起こしてしまうという別の問題が発生する。特に、被検体内の光学特性値分布を表す三次元画像を生成する場合、複数の個所で光音響波信号を取得する必要があるため、波長探索のプロセスを複数個所で行う必要があり、測定が長時間化してしまう。生体を測定対象とする場合、対象となる生体に負荷がかからないよう、できるだけ短時間で測定を完了させることが好ましい。
【００１２】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、低いコストで高い検出感度が得られる音響波検出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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る音響波検出装置は、
干渉膜に計測光を照射し、前記干渉膜で反射した計測光の強度に基づいて、前記干渉膜に入射した音響波の強度を検出する音響波検出装置であって、対向する二枚の反射層からなる干渉膜と、前記干渉膜に光を照射する光源であって、光の波長を変更可能な第一の光源と、前記干渉膜またはその周辺部の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、前記第一の光源から照射される計測光の波長を、前記所定の温度に基づいて決定し、前記第一の光源に設定する波長制御部と、前記計測光が前記干渉膜で反射した反射光の強度を検出する光検出器と、前記光検出器が検出した反射光の強度の変化に基づいて、前記干渉膜に入射した音響波に対応する電気信号を取得する信号取得部と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る音響波検出方法は、
対向する二枚の反射層からなる干渉膜と、前記干渉膜に光を照射する光源であって、光の波長を変更可能な第一の光源と、前記干渉膜で反射した光の強度を検出する光検出器と、前記干渉膜またはその周辺部の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、を有する音響波検出装置が行う音響波検出方法であって、前記干渉膜またはその周辺部の温度を所定の温度に調整する温度調整ステップと、前記第一の光源から照射される計測光の波長を、前記所定の温度に基づいて決定し、前記第一の光源に設定する波長制御ステップと、前記第一の光源から前記干渉膜に計測光を照射する照射ステップと、前記光検出器が検出した反射光の強度の変化に基づいて、前記干渉膜に入射した音響波に対応する電気信号を取得する信号取得ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低いコストで高い検出感度が得られる音響波検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第一の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。
【図２】第一の実施形態における温度調整部の構成例である。
【図３】音響波の検出感度を説明する図である。
【図４】第一の実施形態における最適波長データの例である。
【図５】第一の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図である。
【図６】第二の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図である。
【図７】第三の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。
【図８】第四の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態の説明で用いる数値、材質、形状、配置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、発明の範囲を限定するものではない。
【００１８】
（第一の実施形態）
第一の実施形態に係る光音響測定装置は、パルス光を被検体に照射し、当該パルス光に起因して被検体内で発生した光音響波を受信および解析することで、被検体内の光学特性に関連した情報を可視化、すなわち画像化する装置である。被検体内の光学特性に関連した情報とは、例えば、初期音圧分布や光吸収エネルギー密度分布、あるいは、そこから導かれる吸収係数分布などである。
【００１９】
<システム構成>
図１を参照しながら、本実施形態に係る光音響測定装置の構成を説明する。本実施形態に係る光音響測定装置は、励起光源１１、探触子１２、計測光源１３、走査部１４、ハーフミラー１５、光検出部１６、処理部１７、表示部１８、温度調整部１９、制御部２０を有している。
以下、本実施形態に係る光音響測定装置を構成する各手段を説明しながら、被検体情報を取得する方法について概要を説明する。
【００２０】
励起光源１１は、パルス光を発生させ、被検体に照射する手段である。
励起光源１１は、大出力を得るためレーザ光源であることが望ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。
理想的には、出力が強く連続的に波長を変えられる、Ｎｄ：ＹＡＧ励起のＯＰＯレーザ、色素レーザ、Ｔｉ:ｓａレーザや、アレキサンドライトレーザを用いるとよい。また、
異なる波長の単波長レーザを複数有していてもよい。
パルス光の波長は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体である場合、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であることが望ましい。しかし、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍから１６００ｎｍの波長領域、さらにはテラヘルツ波、マイクロ波、ラジオ波領域の使用も可能である。
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。被検体が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は５ナノから５０ナノ秒程度が好適である。
なお、励起光源１１は、必ずしも本実施形態に係る光音響測定装置の一部である必要はなく、外部に接続されていてもよい。
【００２１】
励起光源１１から出射したパルス光は、被検体１０１に照射される。被検体１０１は、
生体の一部（例えば乳房）であってもよいし、生体の特性を模したファントム等であってもよい。被検体１０１が生体である場合、腫瘍や血管などの、生体内部にある光吸収体や、生体表面にある光吸収体を画像化することができる。これら被検体１０１の内部もしくは表面にある光吸収体（符号１０２）は、パルス光が照射されると、そのエネルギーの一部を吸収することによって光音響波を発生させる。
【００２２】
探触子１２は、ファブリーペロー型の音響波探触子である。探触子１２は、対向する二枚の反射層からなる光干渉膜を有している。具体的には、二枚の共振ミラーが高分子膜を挟んだ構造をとっている。探触子１２に音響波が入射すると、音響波が入射した側のミラーが高分子膜の膜厚方向に変形し、二枚のミラー間の距離が変化する。この距離の変化を検出することで、入射した音響波の音圧を検出することができる。具体的には、音響波が入射する面とは反対側の面から、ミラー間の距離の変化を計測するための光（計測光）を照射し、当該計測光が反射した光（以下、反射光）の強度の変化を検出する。これにより、探触子１２に印加された音圧の変化を検出することができる。
【００２３】
計測光源１３は、出射するレーザ光の波長を変更可能な波長可変型のレーザ装置であり、後述する制御部２０で決定された波長のレーザ光を発生させる手段である。計測光源１３から発生した所定の波長のレーザ光が、計測光として用いられる。計測光の波長を決定する方法については後述する。
【００２４】
本実施形態に係る光音響測定装置は、計測光が照射される位置（以下、照射位置）を、探触子１２上の任意の位置に設定することができる。
走査部１４は、探触子１２上における計測光の照射位置を変更する手段である。走査部１４は、可動するミラー（例えばガルバノミラー）等の光学部材によって構成され、当該光学部材を移動させることで、計測光の照射位置を、探触子上（干渉膜上）の二点以上の場所に移動させることができる。
【００２５】
探触子１２の表面に照射された計測光は、共振ミラーによって反射し、ハーフミラー１５を通して光検出部１６に入射する。
光検出部１６は、入射した光の強度を測定する手段（本発明における光検出器および信号取得部）である。探触子１２に音響波が入射すると、共振ミラーの間隔が変化し、反射光の強度が変化する。この反射光の強度を測定することで、探触子１２に入射した音響波の音圧変動を電気信号に変換することができる。以下、音響波の音圧変動を表す電気信号を、光音響信号と称する。なお、光検出部１６は、光音響信号を増幅する手段や、アナログの電気信号をデジタル信号に変換する手段を有していてもよい。なお、本明細書における光音響信号とは、光検出部１６で得られたアナログの電気信号と、変換されたデジタル信号の双方を含む概念である。
【００２６】
光検出部１６によって生成された光音響信号は、探触子１２上の一点における反射光量の変動を表す信号である。光検出部１６は、当該光音響信号とともに、対応する探触子上の座標を処理部１７に送信する。
本実施形態では、走査部１４を用いて計測光の照射位置を変更しながら、前述した動作を繰り返し行う。すなわち、探触子１２上の複数の位置で取得した、複数の光音響信号が、処理部１７に送信される。
なお、以降の説明において、特に明示しない限り、測定とは、探触子１２に入射した音響波の音圧を、光音響信号に変換することを指す語として用いる。
【００２７】
処理部１７は、光検出部１６から送信された情報を一時的に記憶し、記憶した情報に基づいて、被検体内の情報、例えば、光学特性値の分布を表す画像を生成（再構成）する手段（本発明における情報生成部）である。再構成の手法としては、フーリエ変換法、ユニ
バーサルバックプロジェクション法（ＵＢＰ法）やフィルタードバックプロジェクション法、整相加算などがあるが、どのような手法を用いてもよい。なお、膜厚が著しく異常である領域がある場合（例えば、素子に異物が存在するような場合）、画像を再構成する際に、当該領域で得られたデータを除外して処理を行うようにしてもよい。
【００２８】
表示部１８は、処理部１７が生成した情報を画像として表示する装置であり、典型的には液晶ディスプレイなどが利用されるが、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤなど、他の方式のディスプレイであってもよい。
【００２９】
温度調整部１９は、探触子１２およびその周辺部を所定の温度に維持する手段である。温度調整部１９の構成と、探触子１２の温度を維持する方法については後述する。
【００３０】
制御部２０は、前述した各手段を制御する手段（本発明における波長制御部および波長データ記憶部）である。具体的には、被検体に照射する励起光および探触子に照射する計測光の、照射強度、照射タイミング、照射位置などを制御する。また、音響波の受信タイミングなどを制御する。制御部２０は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００３１】
なお、本実施形態に係る光音響測定装置では、走査部１４を用いて計測光の照射位置を変更するものとしたが、探触子１２上の任意の個所に計測光を導く構成であれば、他の構成を採用してもよい。例えば、複数の波長の光を照射可能な発光素子アレイを計測光源として用い、発光する素子を切り替えることによって計測光の照射位置を変える構成などを採用してもよい。
【００３２】
<温度調整部の構成>
次に、温度調整部１９の詳細な構成について、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照しながら説明する。なお、図２は、探触子１２を上面、すなわち、計測光を照射する側の面から見た図である。
図２（ａ）は、流体を用いて熱交換を行い、探触子の温度維持を行う構成の例である。本例の場合、温度調整部１９は、熱交換器１９１、配管１９２と、配管１９２の中を流れる流体１９３からなる。流体１９３は、探触子１２と熱交換器１９１との間を循環する、水やガルデンなどの液体、または、空気などの気体である。また、配管１９２は、計測光が照射される領域（以下、測定領域）を避け、探触子の周囲を縁取るように配置されている。
一方、図２（ｂ）は、ペルチェなどの熱電素子を用いて温度維持を行う構成の例である。本例の場合、熱伝素子が、図２（ａ）と同様に、測定領域の外部に設置され、熱交換を行う。
【００３３】
本実施形態では、所定の温度（以下、目標温度）を設定し、探触子が目標温度となるように温度調整部１９が制御を行う。目標温度は、例えば被検体が人体である場合、体温に近い温度とすることができる。
なお、熱伝導性を高めるため、配管と探触子の間、または、熱電素子と探触子との間に、高熱伝導性を持つペーストやジェルを配置するようにしてもよい。
【００３４】
前述したような構成を用いることで、探触子の温度を一様に保つことができる。しかし、探触子の大きさが大きくなったり、被検体の体温が低かったりした場合、測定領域に温度むらが発生する場合がある。すなわち、探触子上の位置によって、計測光の最適な波長がずれてしまい、検出感度が低下してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、制
御部２０が、設定された目標温度に基づいて、測定に最適な波長を取得し、取得した波長を用いて、計測光源１３から出射するレーザ光の波長を設定する。
【００３５】
<音響波検出感度と温度の関係>
具体的な方法を説明する前に、ファブリーペロー型探触子における、音響波の検出感度と温度との関係について説明する。
【００３６】
ファブリーペロー型の探触子は、入射した音響波の音圧に起因して発生する、干渉ミラー間距離の変動を、計測光の反射光強度を検知することで取得する。
ここで、探触子１２に照射した計測光の強度をＩiとし、反射光の強度をＩrとした場合の反射率（Ｉr／Ｉi）は、式（１）によって表すことができる。
【数１】
2016077804.tif 000003
【００３７】
なお、式（１）中のＲは、探触子１２が有するミラーの反射率であり、φは位相である。ここで、計測光の波長をλ、干渉ミラー間に積層されたスペーサー膜の屈折率をｎ、ミラー間の距離をｄとすると、式（２）の関係が成り立つ。この関係をグラフにしたものが図３である。
φ＝（４π／λ）×ｎｄ  ・・・式（２）
【００３８】
図３のグラフは、横軸が位相を表し、縦軸が反射率を表す。当該グラフからわかるように、位相の変化に対する反射率の変化が最大になる位相は、図中のφ0である。ところで
、式（２）からわかるように、位相とミラー間距離ｄは線形の関係にある。したがって、ミラー間距離ｄの微小変動に対して、反射率の変化がもっとも大きくなるのも、位相がφ0になるときである。すなわち、このような位相φ0を実現するときに、音響波の検出感度が最大となる。つまり、ある一定のミラー間距離ｄを仮定した場合、検出感度が最も高くなる波長λ0は、式（３）で表すことができる。
λ0＝（４π／φ0）×ｎｄ  ・・・式（３）
【００３９】
一方、ミラー間距離ｄは、温度によって変動することが知られている。したがって、ある温度において、最大感度を実現する波長を決定したとしても、温度が変動すると、音響波の検出感度が変化してしまう。検出感度が最大となる計測光の波長（以後、最適波長）と、ミラー間距離ｄの、温度Ｔに対する依存性を表すと、式（４）のようになる。
λ0（Ｔ）＝（４π／φ0）×ｎｄ（Ｔ）  ・・・式（４）
なお、スペーサー膜の屈折率ｎの温度依存性は表していないが、ミラー間距離ｄの温度依存性と比較して十分小さいと考えられるため、ここでは省略する。
【００４０】
探触子の温度が変動する要因として、例えば、探触子と被検体である生体の温度差から生じる熱移動が挙げられる。また、環境温度の変化も要因の一つとして挙げられる。
探触子上に複数の測定位置を設定し、各測定位置において測定を行う場合、前述したような理由により、測定位置ごとに検出感度のばらつきが生じてしまう。そのため、本実施形態では、温度調整部１９を用いて探触子の温度を一様に維持することで、検出感度の変動を抑制する。
【００４１】
<最適波長データ>
一方で、探触子を一定の温度に保った場合であっても、探触子上の全ての測定位置にお
いて、最適波長が同一になるとは限らない。これは、干渉膜の膜厚が完全に均一ではなく、製造時のばらつきがあるためである。そこで、本実施形態では、所定の温度条件下における最適波長を、探触子上の位置と関連付けてテーブル形式で記憶させ、当該データ（以下、最適波長データ）を用いて、計測光を照射する際の波長を決定する。図４は、最適波長データの例である。
最適波長データテーブルには、探触子上に設定された複数の測定位置について、所定の測定温度において感度が最も高くなる波長が記録されている。探触子の温度を所定の測定温度に維持したうえで、当該テーブルを参照しながら計測光の波長を都度決定することで、全ての測定位置で、良好な検出感度をもって測定を行うことができるようになる。
【００４２】
次に、最適波長データを作成する方法について説明する。最適波長データは、以下のステップを実行することで作成される。なお、本明細書では、被検体内の特性情報を取得するための測定を主測定と称し、ここで説明するような、最適波長を決定するための測定（キャリブレーション測定）を補助測定と称する。
【００４３】
まず、探触子の温度を所定の温度に維持したうえで、探触子上にある任意の測定位置に、補助測定を行うための光（以下、補助計測光）を照射し、当該光の波長を変化させながら、反射光量の変化を記録する。なお、補助測定における、測定位置の制御、波長の制御、反射光量の取得などは、主測定時と同様に、制御部２０によって行われる。
次に、照射した補助計測光の波長と、検出した反射光の強度の関係から、前述した位相φ0を実現する波長を求める。ここで求めた波長が、対象の測定位置における最適波長と
なる。
そして、測定位置を移動しながら同様の補助測定を行うことで、最適波長の集合を求め、テーブルを生成したうえで、最終的に最適波長データとして制御部２０内に記憶させる。
【００４４】
なお、最適波長データを生成ないし再生成するタイミングは、装置の出荷時、装置の立ち上げ時、装置のメンテナンス時などが適当である。装置の立ち上げ時において最適波長データを生成する場合、主電源投入後の最初の測定前に行うとよい。また、一定期間装置を使用しなかった場合に行うようにしてもよい。また、既知のファントムを用いて光学特性の測定を行い、既定の信号感度が達成されない場合に、最適波長データを生成するようにしてもよい。
なお、補助測定中は、ユーザーに対して主測定ができない旨を通知し、また、主測定を開始できないようにすることが好ましい。
【００４５】
<光音響測定の方法>
次に、本実施形態に係る光音響測定装置が、被検体内の特性情報を取得する方法について、処理フローチャートである図５を参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１で、探触子１２の温度を、温度調整部１９によって目標温度に調整する。目標温度は、被検体の温度に近い温度であることが好ましい。例えば、被検体が人体である場合、人の体温、あるいは、皮膚の温度に近い値が好適である。
次に、ステップＳ２で、探触子１２を被検体に近接させ、測定を開始する。
【００４６】
次に、ステップＳ３で、計測光を照射する探触子上の位置（以下、測定位置）を決定し、走査部１４を用いて、計測光の照射位置を当該測定位置に移動させる。
次に、ステップＳ４で、記憶されている最適波長データを参照して、当該測定位置に対応する最適波長を取得する。取得した最適波長は、計測光源１３に設定される。
次に、ステップＳ５で、ステップＳ４で設定された波長の計測光を、探触子１２上の測定位置に照射するとともに、励起光源１１で発生したパルス光を被検体に照射する。照射された計測光は探触子１２で反射し、当該反射光の強度（光量）が光検出部１６で検出さ
れる。なお、光検出部１６が行う光量の検出は、励起光源１１から出力される発光トリガ信号に同期して行われる。光検出部１６で検出された反射光量の変化（光音響信号）は、処理部１７内部のメモリに蓄積される。
ステップＳ６では、他の測定位置で測定を行う必要があるか否かを判定し、未処理の測定位置がある場合、処理をステップＳ３に遷移させ、測定を継続する。全ての測定を完了した場合、処理はステップＳ７に遷移する。
【００４７】
ステップＳ７では、処理部１７が、蓄積された光音響信号を用いて画像再構成を行い、被検体内部の光エネルギー吸収密度分布を表す三次元画像を生成する。さらに、適切な画像処理を行った後、当該画像を表示部１８に出力する。
【００４８】
以上説明したように、第一の実施形態では、所定の温度条件下における最適波長を、探触子上の位置と関連付けて最適波長データとして記憶し、当該最適波長データを用いて計測光の波長を決定する。このように構成することで、ファブリーペロー干渉膜の膜厚のばらつきに起因する検出感度の低下を防ぐことができる。また、最適波長の探索を、測定位置ごとに毎回行う必要がなくなるため、測定時間を短縮することができる。
【００４９】
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、予めキャリブレーションを行うことで最適波長データを生成し、当該最適波長データを用いて最適波長を決定した。しかし、実際の測定では、被検体が探触子と接触したり、環境の変化によって探触子上の温度分布が変わる場合があり、このような場合、事前に求めた最適波長と、真に最適な波長との間にずれが生じる可能性がある。
第二の実施形態は、この問題に対応するため、最適波長データから取得した最適波長をそのまま用いるのではなく、当該最適波長の前後の波長を掃引（スキャン）し、真に最適な波長を求める実施形態である。
第二の実施形態における光音響測定装置のシステム構成図は、第一の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略し、第一の実施形態との処理の相違点のみを説明する。
【００５０】
第二の実施形態では、ステップＳ４で行う処理の内容が、第一の実施形態と相違する。図６は、第二の実施形態におけるステップＳ４の処理内容を詳細に説明するフローチャート図である。以下、ステップＳ４の処理内容を説明する。
【００５１】
ステップＳ４１で行う処理は、第一の実施形態におけるステップＳ４で行う処理と同様である。すなわち、記憶された最適波長データを参照し、測定位置に対応する最適波長を取得する。
次に、ステップＳ４２で、波長掃引を行う。本明細書における波長掃引とは、所定の波長の範囲を設定したうえで、当該範囲内で波長を変えながら、計測光源１３から計測光を複数回照射し、反射光の強度を取得する動作を指す。
【００５２】
波長掃引を行う範囲（以下、掃引範囲）について説明する。ここで、式（４）の膜厚ｄが温度に対して正比例するものとすると、最適波長と温度の関係は一次関数に近似することができる。ここでは、当該一次関数の傾きをａ[ｎｍ／℃]とする。傾きａは、位相φ0
と、探触子のスペーサー膜の屈折率ｎと、当該スペーサー膜の熱膨張係数に基づいて求めることができる。
また、傾きａは実測によって求めてもよい。例えば、探触子１２の温度を温度調整部１９によって変化させながら、温度ごとに最適波長を算出し、得られた、温度に対する最適波長の傾きから導出することができる。
【００５３】
掃引範囲は、ステップＳ４１で取得した最適波長λ0に基づいて決定することができる
。例えば、探触子上において想定される温度の幅を±ΔＴとすると、λ0に対して±ΔＴ
／ａ[ｎｍ]の範囲を掃引すればよい。すなわち、掃引範囲は、（λ0−ΔＴ／ａ）≦λ0≦（λ0＋ΔＴ／ａ）となる。なお、本例では、λ0を中心として掃引範囲を決定したが、掃引範囲にλ0が含まれていれば、必ずしもλ0が中心値でなくてもよい。また、λ0に基づ
いて掃引範囲を絞り込むことができれば、他の方法によって掃引範囲を決定してもよい。
【００５４】
最後に、ステップＳ４３で、波長掃引の結果得られた反射光の強度に基づいて、最終的な波長を決定する。他のステップについては、第一の実施形態と同様である。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態では、計測光の掃引範囲を、目標温度に対応する最適波長λ0に基づいて設定する。非特許文献１に記載の装置のように、無条件で波長掃引を
行う場合、掃引範囲を大きくとる必要があるが、本実施形態では、目標温度に対応するλ0に基づいて掃引範囲を絞り込むため、測定時間を短縮することができる。
例えば、皮膚の温度と空気の温度との差が１０℃である場合、従来の装置においては、最大で１０℃ぶんの範囲を掃引する必要があるが、温度が調整された後の探触子において、最低温度と最高温度の差が最大１℃である場合、１℃ぶんの範囲のみを掃引すればよい。すなわち、波長掃引に要する時間を最大で１０分の１に短縮することができる。
【００５６】
なお、第二の実施形態では、測定位置ごとに波長掃引を行って最適波長を決定するものとしたが、波長掃引は、複数の測定位置のうち、少なくとも一部において行えばよく、必ずしもすべての測定位置において行う必要はない。また、波長掃引を行う場合であっても、毎回必ずしも最適波長データを参照する必要はない。
【００５７】
（第三の実施形態）
第一および第二の実施形態では、探触子１２を被検体に直接接触させた。これに対し、第三の実施形態は、探触子１２と被検体との間に、所望の温度に保たれた、音響インピーダンスの整合をとるためのジェルを介在させる実施形態である。
図７は、第三の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。第一および第二の実施形態と同様の手段については同一の符号を付し、説明は省略する。
【００５８】
第三の実施形態では、被検体と探触子１２との間に、音響マッチングジェル７０１を挿入する。音響マッチングジェル７０１は、被検体と探触子の界面において、音響インピーダンスの差異に起因して発生する音響波の反射を抑制するためのジェルである。
また、音響マッチングジェル７０１は、格納容器７０２に格納されており、保温装置７０３によって、探触子と同じ温度に維持されている。
【００５９】
第三の実施形態では、ステップＳ１にて、探触子の温度を目標温度に調整するとともに、格納容器７０２に格納された音響マッチングジェル７０１を同一の温度に調整する。
また、ステップＳ２で被検体がセットされた後、当該音響マッチングジェルを、探触子と被検体の間に供給する。音響マッチングジェルは、例えば探触子や被検体の表面に塗布してもよいし、探触子と被検体との間に閉空間がある場合、当該閉空間を満たすように供給してもよい。
他のステップについては、第一および第二の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００６０】
このように、第三の実施形態では、探触子の温度と同じ温度で音響マッチングジェルの温度を維持する。これにより、探触子と音響マッチングジェルとの間に温度差があることによる検出感度の低下を抑制することができる。
【００６１】
（第四の実施形態）
第一ないし第三の実施形態では、被検体にパルス光を照射することで音響波を発生させる光音響測定装置について説明した。一方で、本発明は、被検体に音響波を送信し、反射した音響波を検出することで、被検体内の情報を取得する装置（音響測定装置）に適用することもできる。第四の実施形態は、本発明を音響測定装置に適用した実施形態である。
【００６２】
図９は、第四の実施形態に係る超音波測定装置のシステム構成図である。本実施形態に係る超音波測定装置は、被検体に超音波を送信し、反射した超音波を検出することで、被検体内にある、音響インピーダンスに差がある界面を画像化する装置である。第一および第二の実施形態と同様の手段については同一の符号を付し、説明は省略する。
【００６３】
本実施形態に係る超音波測定装置は、被検体に向けて超音波を送信するトランスデューサ９０１を有している。また、本実施形態では、制御部２０が、トランスデューサ９０１から送信される超音波の波形を制御する機能を有している。
本実施形態では、探触子１２は、被検体内で反射した超音波を受信する手段である。すなわち、腫瘍などの、音響インピーダンスが周囲と異なる組織の界面において反射した超音波の音圧を検出することができる。
【００６４】
なお、検出した超音波に基づいて画像を生成する処理については第一の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第四の実施形態によると、被検体内に存在する、音響インピーダンスに差がある界面を画像化する装置（音響測定装置）において、第一ないし第三の実施形態と同様に、測定時間の短縮と検出感度の向上を両立させることができる。
【００６５】
（変形例）
なお、各実施形態の説明や、実施例の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む光音響測定装置や音響測定装置として実施することもできる。また、上記処理の少なくとも一部を含む、光音響測定装置や音響測定装置の制御方法として実施することもできる。また、音響波検出装置単体として実施することもできるし、当該音響波検出装置が実行する音響波検出方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
【００６６】
また、第一ないし第三の実施形態では、探触子１２の影にならない方向から励起光を照射しているが、探触子１２のミラーを透過する波長を持つ励起光を用い、探触子を介して励起光を被検体に照射するようにしてもよい。
【００６７】
また、被検体と探触子との間に、例示したもの以外の音響結合媒体を配置してもよい。例えば、水槽の中に被検体を配置し、探触子１２を水面に密着させて測定を行うようにしてもよい。
【００６８】
また、第一ないし第三の実施形態では、励起光として単一の波長のパルス光を照射する例を挙げたが、複数の波長のパルス光を照射し、それぞれ得られた被検体内の光学係数に基づいて、被検体の組織を構成する物質の濃度分布を取得してもよい。例えば、被検体内の物質濃度、特に、血管内の血液中に含まれる酸素濃度や、脂肪、コラーゲン、グルコース、ヘモグロビンなどの濃度分布を、複数の波長で取得された光音響信号とスペクトル情報を用いて算出することができる。
【００６９】
また、各実施形態では、最適波長データをテーブル形式で保持したが、その他の形式で
保持してもよい。例えば、数式などによって保持してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１２・・・探触子、１３・・・計測光源、１６・・・光検出部、１９・・・温度調整部、２０・・・制御部
【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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