(57)【要約】【課題】パルス光のパルス幅を制御する以外の方法によって、検出部（超音波探触子）の周波数帯域に適合するように、検出される光音響波の周波数特性を制御することが可能な光音響画像化装置を提供する。【解決手段】光源部１１と、光源部１１により被検体Ｐに光が照射されることに起因して被検体Ｐ内から発生する音響波Ａを検出する検出部１２と、光源部１１に電力を供給して光源部１１を駆動させる光源駆動部２１とを備え、光源駆動部２１は、検出部１２の検出周波数（周波数帯域）に基づいて、光源部１１から照射される光のパルス波形の立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとの比を設定するとともに、検出部１２の検出周波数の範囲が広いほど、傾きの比の絶対値を大きくするように構成されている。【選択図】図４
2017046823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
前記光源部により被検体に光が照射されることに起因して前記被検体内から発生する音響波を検出する検出部と、
前記光源部に電力を供給して前記光源部を駆動させる光源駆動部とを備え、
前記光源駆動部は、前記検出部の検出周波数に基づいて、前記光源部から照射される光のパルス波形の立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとの比を設定するとともに、前記検出部の検出周波数の範囲が広いほど、傾きの比の絶対値を大きくするように構成されている、光音響画像化装置。
【請求項２】
前記光源駆動部は、立ち上がりの傾きの絶対値または立ち下がりの傾きの絶対値のうちの一方が他方の１．５倍以上１０倍以下になるように構成されている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
【請求項３】
前記光源駆動部は、前記パルス波形の半値幅が１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている、請求項１または２に記載の光音響画像化装置。
【請求項４】
前記光源駆動部は、前記パルス波形の半値幅が、５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている、請求項３に記載の光音響画像化装置。
【請求項５】
前記光源駆動部は、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値よりも大きくなるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項６】
前記光源駆動部は、前記検出部が検出することが可能な前記音響波の最大周波数が大きいほど、前記パルス波形の半値幅を小さく設定するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項７】
前記検出部が検出することが可能な最大周波数は、１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項８】
前記光源駆動部は、前記光源部から照射される光の前記パルス波形が三角形状または台形状のいずれか一方になるように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項９】
前記光源部は、半導体発光素子を含むように構成されている、請求項１〜８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】
この発明は、光音響画像化装置に関し、特に、検出部の検出周波数帯域に基づいて光源部からのパルス光を制御する光源駆動部を備える光音響画像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出部の検出周波数帯域に基づいて光源部からのパルス光を制御する光源駆動部を備えた光音響画像化装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、光源ユニットを備えた光音響画像化装置が開示されている。この光音響画像化装置には、超音波探触子と、画像化部とが設けられている。光源ユニットは、Ｑスイッチパルスレーザ光源を含む。そして、この光音響画像化装置は、光源ユニットにより、被検体にレーザ光を照射して、超音波探触子により被検体から発生した音響波信号を検出するように構成されている。そして、画像化部は、超音波探触子により検出された音響波信号を画像化するように構成されている。また、この光音響画像化装置は、超音波探触子の周波数帯域に応じて、Ｑスイッチパルスレーザ光源からのパルス光のパルス幅を調整するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２８７２２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、上記特許文献１の光音響画像化装置では、超音波探触子の周波数帯域に応じて、光源からのパルス光のパルス幅を調整するように構成されている。ここで、超音波探触子の周波数帯域によっては、パルス光のパルス幅を制御するだけでは、超音波探触子の周波数帯域に適合するように、検出される音響波の周波数特性を制御することが困難であるという問題点が考えられる。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、パルス光のパルス幅を制御する方法以外の方法によって、検出部（超音波探触子）の周波数帯域に適合するように、検出される音響波の周波数特性を制御することが可能な光音響画像化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の一の局面による光音響画像化装置では、光源部と、光源部により被検体に光が照射されることに起因して被検体内から発生する音響波を検出する検出部と、光源部に電力を供給して光源部を駆動させる光源駆動部とを備え、光源駆動部は、検出部の検出周波数（周波数帯域）に基づいて、光源部から照射される光のパルス波形の立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとの比を設定するとともに、検出部の検出周波数の範囲が広いほど、傾きの比の絶対値を大きくするように構成されている。
【０００８】
この発明の一の局面による光音響画像化装置では、検出部の検出周波数に基づいて、光源部から照射される光のパルス波形の立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとの比を設定するとともに、検出部の検出周波数の範囲が広いほど、傾きの比の絶対値を大きくするように構成されている。ここで、検出される音響波の周波数範囲（周波数特性）は、パルス波形の傾きの比の絶対値を大きくすることによって広げることができる。本発明の構成によれば、検出部の検出周波数の範囲が広い場合でも、パルス波形の傾きの絶対値を大きくすることによって、音響波の周波数範囲と検出部の検出周波数とを適合させることができるので、パルス光のパルス幅を制御する方法以外の方法によって、検出部の周波数帯域に適合するように、検出される音響波の周波数特性を制御することができる。
【０００９】
上記一の局面による光音響画像化装置は、好ましくは、光源駆動部は、立ち上がりの傾きの絶対値または立ち下がりの傾きの絶対値のうちの一方が他方の１．５倍以上１０倍以下になるように構成されている。このように構成すれば、立ち上がりの傾きの絶対値または立ち下がりの傾きの絶対値のうちの一方を他方の１．５倍以上１０倍以下にすることによって、検出される音響波の周波数範囲を容易に広げることができるので、パルス光のパルス幅を制御する方法以外の方法によって、容易に検出部の周波数帯域に適合するように、検出される音響波の周波数特性を制御することができる。
【００１０】
上記一の局面による光音響画像化装置は、好ましくは、光源駆動部は、パルス波形の半値幅が１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている。ここで、パルス幅が１２．５ｎｓｅｃ未満と狭すぎると、傾きの比の絶対値を大きくしても、受信に影響しない広帯域が広がるだけで、ピーク周波数が小さくなる。また、パルス幅が５００ｎｓｅｃを超えて広すぎると、ピーク周波数の振幅が小さくなる。そこで、パルス波形の半値幅を１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下にするように構成すれば、ピーク周波数の振幅を確保することができるので、効率よく被検体からの音響波を検出することができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、パルス波形の半値幅が、５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている。このように構成すれば、パルス波形の半値幅を５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下にすることによって、ピーク周波数の振幅をより確実に確保することができるので、より効率よく被検体からの音響波を検出することができる。
【００１２】
上記一の局面による光音響画像化装置は、好ましくは、光源駆動部は、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値よりも大きくなるように構成されている。ここで、発光素子（たとえば、ＬＥＤ）の応答特性は、一般的に立ち上がりよりも立ち下がりの方が速く、発光素子に流す電流の供給を止めるだけで、急峻に立ち下がる。そこで、上記のように構成することによって、パルス波形の立ち下がりの傾きの絶対値を大きくすることができるので、容易に検出部の周波数帯域に適合するように、検出される音響波の周波数特性を制御することができる。
【００１３】
上記一の局面による光音響画像化装置は、好ましくは、光源駆動部は、検出部が検出することが可能な音響波の最大周波数が大きいほど、パルス幅を小さく設定するように構成されている。ここで、被検体から発生する音響波は、被検体に照射されたパルス幅の逆数の値を有する周波数を最大周波数として、最大周波数以下の周波数を有する音響波として発生する。この点に着目して、本発明では、光源駆動部を、検出部が検出することが可能な音響波の最大周波数が大きいほど、パルス幅を小さく設定するように構成することにより、検出部の最大周波数が大きいほど、被検体から発生する音響波の最大周波数を大きくすることができる。その結果、検出部が検出することが可能な音響波の最大周波数と、被検体から発生する音響波の最大周波数とを略一致させることができるので、効率良く、音響波を発生させることができる。なお、本願明細書では、最大周波数とは、検出部が検出することが可能な音響波の周波数成分のピーク値（０ｄＢ）に対して、−６ｄＢの値となる周波数のうち、大きい周波数を最大周波数として記載している。
【００１４】
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部が検出することが可能な最大周波数は、１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下である。ここで、検出部の検出周波数が２０ＭＨｚよりも高くなると、超音波が減衰するので深度が浅くなり、被検体の表層しか観察できない。また、検出周波数が１ＭＨｚよりも低くなると、深度は深くなる一方で分解能が悪くなる。そこで、検出部が検出することが可能な最大周波数を、１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下にするように構成すれば、深度および分解能のそれぞれを確保することができる。
【００１５】
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源駆動部は、光源部から照射される光のパルス波形が三角形状または台形状のいずれか一方になるように構成されている。このように構成すれば、光源部から照射される光のパルス波形が三角形状または台形状のいずれか一方になるので、パルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きを容易に制御することができる。
【００１６】
上記一の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部は、半導体発光素子を含むように構成されている。このように構成すれば、固体レーザ素子（Ｑスイッチパルスレーザ光源）を用いる場合と異なり、光学系の振動による特性変動を抑制するための光学定盤や強固な筐体が必要にならないので、その分、光音響画像化装置の構造が大型化するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記のように、パルス光のパルス幅を制御する以外の方法によって、検出部（超音波探触子）の周波数帯域に適合するように、検出される光音響波の周波数特性を制御することが可能な光音響画像化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１〜第３実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１〜第３実施形態による光音響画像化装置のパルス光の照射に関する構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の第１〜第３実施形態による検出部の検出周波数の特性を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の傾きの絶対値の比が１〜３倍のパルス波形とそれぞれにおいて検出される音響波の周波数応答との関係を説明するための図である。
【図５】本発明の第１〜第３実施形態の変形例による光音響画像化装置の立ち上がりの傾きの絶対値が立ち下がりの傾きの絶対値より大きいパルス波形と検出される音響波の周波数応答との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の傾きの絶対値の比が１０倍および２０倍のパルス波形とそれぞれにおいて検出される音響波の周波数応答との関係を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の半値幅１２．５ｎｓｅｃのパルス波形と検出される音響波の周波数応答との関係を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の半値幅５００ｎｓｅｃのパルス波形と検出される音響波の周波数応答との関係を説明するための図である。
【図９】本発明の第３実施形態による光音響画像化装置の半値幅５０ｎｓｅｃのパルス波形と検出される音響波の周波数応答との関係を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による光音響画像化装置の半値幅２００ｎｓｅｃのパルス波形と検出される音響波の周波数応答との関係を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１〜第３実施形態の変形例による光音響画像化装置のパルス波形が台形状の場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
（光音響画像化装置の全体構成）
図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００の全体構成について説明する。図１に示すように、光音響画像化装置１００は、被検体Ｐ（人体など）の内部の検出対象物（血液、臓器、および、穿刺針など）から音響波Ａを検出して、光音響波信号を画像化する機能を有する。
【００２１】
本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００には、図１に示すように、プローブ本体部１と装置本体部２とが設けられている。また、光音響画像化装置１００には、プローブ本体部１と装置本体部２とを接続するケーブル３が設けられている。
【００２２】
プローブ本体部１は、操作者により把持されながら被検体Ｐ（人体の体表など）の表面上に配置されるように構成されている。そして、プローブ本体部１には、光源部１１と検出部１２とが設けられている。
【００２３】
そして、光源部１１は、被検体Ｐに光を照射することが可能に構成されている。検出部１２は、光源部１１により被検体Ｐに光が照射されることに起因して被検体Ｐ内から発生する音響波Ａを検出するように構成されている。そして、検出部１２は、ケーブル３を介して、音響波Ａを光音響波信号として装置本体部２に伝達するように構成されている。
【００２４】
装置本体部２には、光源駆動部２１と、制御部２２と、画像化部２３と、画像表示部２４と、操作部２５とが設けられている。光源駆動部２１は、制御部２２からの指令に基づいて光源部１１に電力を供給して光源部１１を駆動させるように構成されている。制御部２２は、光音響画像化装置１００の各部の制御を行うように構成されている。画像化部２３は、プローブ本体部１により検出された光音響波信号を処理して画像化するように構成されている。画像表示部２４は、たとえば、液晶モニタからなり、画像化された光音響波信号を表示するように構成されている。操作部２５は、たとえば、キーボードなどからなり、操作者からの入力操作を受け付けるように構成されている。
【００２５】
（光音響画像化装置の各部の構成）
〈パルス光の照射に関する構成〉
ここで、第１実施形態では、図２に示すように、光源部１１は、複数のＬＥＤ素子１１ａを含む。ＬＥＤ素子１１ａは、たとえば、複数（ｎ個）のＬＥＤ素子１１ａが互いに直列に接続された複数の発光素子群１１ｂとして構成されており、発光素子群１１ｂは、光源駆動部２１に対して、たとえば、３列並列に接続されている。なお、ＬＥＤ素子１１ａは、特許請求の範囲の「半導体発光素子」の一例である。
【００２６】
そして、光源部１１は、光源駆動部２１から電力が供給されることにより赤外域の波長（たとえば、６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長であり、好ましくは、約８５０ｎｍの波長）を有するパルス光を放出することが可能に構成されている。そして、光源部１１は、複数のＬＥＤ素子１１ａから放出された光を被検体Ｐに照射するように構成されている。
【００２７】
そして、図１に示すように、光源部１１から被検体Ｐに照射されたパルス光は、被検体Ｐ内の検出対象物（たとえば、ヘモグロビン等）により吸収される。そして、検出対象物が、パルス光の照射強度（光量および吸収量）に応じて、膨張および収縮する（膨張した大きさから元の大きさに戻る）ことにより、検出対象物（被検体Ｐ）から音響波Ａが生じる。
【００２８】
制御部２２は、光源駆動部２１に光トリガ信号を伝達するように構成されている。そして、光源駆動部２１は、光トリガ信号に応じて、光源部１１から光を照射させるように構成されている。また、制御部２２は、光トリガ信号に同期したサンプリングトリガ信号を画像化部２３に伝達するように構成されている。
【００２９】
図２に示すように、光源駆動部２１は、駆動電源部２１ａとスイッチ部２１ｂ〜２１ｄとを含む。
【００３０】
駆動電源部２１ａは、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ等からなり、外部電源（図示せず）から電力を取得するとともに、制御部２２から制御信号を取得するように構成されている。そして、駆動電源部２１ａは、取得した電力を、取得した制御信号に応じた電圧値Ｖを有する直流の電力に変換するように構成されている。そして、駆動電源部２１ａは、光源部１１の発光素子群１１ｂのアノード側に接続されており、ＬＥＤ素子１１ａのアノード側に生成した電力を供給する（電圧値Ｖを印加する）ように構成されている。
【００３１】
スイッチ部２１ｂ〜２１ｄの、それぞれの一方側は、光源部１１のＬＥＤ素子１１ａのカソード側に接続されており、それぞれの他方側は接地されている。そして、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄは、たとえば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含み、それぞれ制御部２２からのパルス状の光トリガ信号に基づいて、オンとオフとを切り替え可能に構成されている。
【００３２】
そして、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄがオンした場合には、ＬＥＤ素子１１ａのカソード側の電圧値が低下する（接地される）ことにより、ＬＥＤ素子１１ａのアノード側とカソード側とに電位差（略電圧値Ｖ）が生じて、ＬＥＤ素子１１ａに電流が流れるように構成されている。すなわち、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄがオンする時間が光源部１１から照射されるパルス光のパルス幅ｔｗの大きさに対応して、ＬＥＤ素子１１ａに流れる電流値の大きさが光源部１１から照射されるパルス光の光量の大きさに対応する。
【００３３】
〈音響波の検出に関する構成〉
検出部１２は、圧電素子（たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））などにより構成されている。そして、検出部１２は、上記した音響波Ａを取得した場合には、振動して電圧（信号）を生じるように構成されている。そして、検出部１２は、図１に示すように、光音響波信号を装置本体部２に伝達するように構成されている。
【００３４】
ここで、図３に示すように、検出部１２が検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘは、検出部１２が検出することが可能な音響波Ａの周波数特性（検出周波数の特性）から決定される。図３に示す例の場合、検出部１２が検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘは、ピーク値（０ｄＢ）を基準として、６ｄＢ小さい（−６ｄＢとなる）周波数（７．５ＭＨｚおよび２．５ＭＨｚ）のうちの高い周波数である７．５ＭＨｚである。なお、本願明細書では、上記のように、最大周波数ｆｍａｘを、検出部１２が検出することが可能な音響波Ａの周波数成分のピーク値（０ｄＢ）に対して、−６ｄＢの値となる周波数のうち、大きい周波数を最大周波数ｆｍａｘとして記載している。
【００３５】
ここで、第１実施形態では、検出部１２は、検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘが、２０ＭＨｚ以下になるように構成されている。一般的に、音響波Ａの周波数は大きくなる程、分解能は大きくなる一方、音響波Ａが被検体Ｐの内部で伝搬する際の減衰率は大きくなる。たとえば、被検体Ｐ（たとえば、生体）から２０ＭＨｚよりも大きな音響波Ａが発生した場合に、表層部分よりも深い部分から発生した２０ＭＨｚよりも大きな音響波Ａは、検出部１２に到達することが困難になる。すなわち、検出部１２が検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘを２０ＭＨｚよりも大きくした場合は、検出部１２が検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘを２０ＭＨｚとした場合と実質的に検出される音響波Ａの周波数は同等となる。したがって、検出部１２の最大周波数ｆｍａｘが２０ＭＨｚ以下になるように、検出部１２を構成するのが好ましい。
【００３６】
また、第１実施形態では、検出部１２が検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘは、１ＭＨｚ以上になるように構成されている。一般的に、音響波Ａの周波数が小さい程、音響波Ａが被検体Ｐの内部を伝搬することが可能な距離（深度）は大きくなる一方、分解能は小さくなる。たとえば、１ＭＨｚの音響波Ａを用いて画像化する場合、分解能は、約１．５ｍｍとなる。一般的に、音響波Ａの画像を診断に用いる場合には、分解能が１．５ｍｍ以下であることが望ましい。したがって、検出部１２の最大周波数ｆｍａｘが１ＭＨｚ以上になるように構成することにより、光音響画像化装置１００を用いた診断が困難になるのを抑制することが可能になる。
【００３７】
また、第１実施形態では、光源駆動部２１は、光源部１１から照射される光のパルス波形が三角形状または台形状のいずれか一方になるように構成されている。具体的には、図４〜図６のパルス波形のグラフに示すように、パルス波形がリニアな傾きにより立ち上がって光強度が最大になった後、リニアな傾きにより立ち下がる。すなわち、パルス波形は三角形状になっている。
【００３８】
また、第１実施形態では、光源駆動部２１は、検出部１２の検出周波数に基づいて、光源部１１から照射される光のパルス波形の立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとの比を設定するように構成されている。また、検出部１２の検出周波数の範囲が広いほど、傾きの比の絶対値を大きくするように構成されている。具体的には、図２に示すように、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄのＦＥＴのゲート電圧を制御することによって、パルス波形の傾きを制御するように構成されている。すなわち、ゲート電圧を急峻に立ち上げることによって、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄが素早くオンするので、パルス波形の立ち上がりの傾きが大きくなる。また、ゲート電圧を急峻に立ち下げることによって、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄが素早くオフするので、パルス波形の立ち下がりの傾きが大きくなる。また逆に、ゲート電圧の変化をなまらせることによって、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄのオンオフの動作が鈍るので、パルス波形の傾きは小さくなる。図４の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の１倍、２倍、３倍および１．５倍である場合のパルス波形および音響波Ａの周波数応答のグラフである。図４の（ａ）〜（ｄ）の周波数応答のグラフに示すように、パルス波形の傾きの比の絶対値が大きくなるほど、周波数応答のグラフの広帯域の振幅（音響波Ａの強度）が大きくなっている。すなわち、図４の（ｃ）、（ｂ）、（ｄ）、（ａ）の順番で音響波Ａの周波数範囲が広い。なお、傾きとは、たとえば、光強度が、光強度（Ｉ）の最小値（Ｉｍｉｎ）に、光強度の最大値（Ｉｍａｘ）と最小値との差ΔＩ（＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）の大きさの１０％を加算した大きさ（Ｉｍｉｎ＋０．１×ΔＩ）になる時間と、９０％を加算した大きさ（Ｉｍｉｎ＋０．９×ΔＩ）になる時間との間における光強度の増加（減少）の傾きである。
【００３９】
図５の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、立ち上がりの傾きの絶対値が立ち下がりの傾きの絶対値の２倍および３倍である場合のパルス波形および音響波Ａの周波数応答のグラフである。図４の（ｂ）と図５の（ａ）との間、および、図４の（ｃ）と図５の（ｂ）との間のそれぞれに大きな差がないことから、パルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きの関係を逆にしても略同等の周波数応答特性が得られる。
【００４０】
また、第１実施形態では、パルス波形の立ち上がりの傾きの絶対値または立ち下がりの傾きの絶対値のうちの一方が他方の１．５倍以上１０倍以下になるように構成されている。具体的には、図４の（ａ）〜（ｄ）に示すように、パルス波形の立ち下がりの傾きの絶対値を立ち上がりの傾きの絶対値の１．５倍以上にした場合に、ピーク周波数以上の周波数における音響波Ａの強度が増大することによって周波数範囲が広がっている。また、図６の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、パルス波形の立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の１０倍および２０倍である場合のパルス波形および周波数応答のグラフである。図６の（ａ）と（ｂ）の周波数応答のグラフに示すように、パルス波形の立ち下がりの傾きの絶対値と立ち上がりの傾きの絶対値との比を１０倍から２０倍に増加させたとしても、周波数応答特性に大きな効果は見られない。これらの結果により、パルス波形の立ち上がりの傾きの絶対値または立ち下がりの傾きの絶対値のうちの一方が他方の１．５倍以上１０倍以下にすることが望ましい。
【００４１】
また、第１実施形態では、光源駆動部２１は、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値よりも大きくなるように構成されている。具体的には、たとえば、図４の（ｂ）〜（ｄ）、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれ、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の２倍、３倍、１．５倍、１０倍、２０倍であり、立ち下がりの傾きの方が大きくなっている。
【００４２】
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４３】
第１実施形態では、上記のように、光源部１１と、光源部１１により被検体Ｐに光が照射されることに起因して被検体Ｐ内から発生する音響波Ａを検出する検出部１２と、光源部１１に電力を供給して光源部１１を駆動させる光源駆動部２１とを備え、光源駆動部２１を、検出部１２の検出周波数（周波数帯域）に基づいて、光源部１１から照射される光のパルス波形の立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとの比を設定するとともに、検出部１２の検出周波数の範囲が広いほど、傾きの比の絶対値を大きくするように構成する。これにより、検出部１２の検出周波数の範囲が広い場合でも、パルス波形の傾きの絶対値を大きくすることによって、音響波Ａの周波数範囲と検出部１２の検出周波数とを適合させることができるので、パルス光のパルス幅ｔｗを制御する方法以外の方法によって、検出部１２の周波数帯域に適合するように、検出される音響波Ａの周波数特性を制御することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、光源駆動部２１を、立ち上がりの傾きの絶対値または立ち下がりの傾きの絶対値のうちの一方が他方の１．５倍以上１０倍以下になるように構成する。これにより、立ち上がりの傾きの絶対値または立ち下がりの傾きの絶対値のうちの一方を他方の１．５倍以上１０倍以下にすることによって、検出される音響波Ａの周波数範囲を容易に広げることができるので、パルス光のパルス幅ｔｗを制御する方法以外の方法によって、容易に検出部１２の周波数帯域に適合するように、検出される音響波Ａの周波数特性を制御することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、光源駆動部２１を、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値よりも大きくなるように構成する。ここで、発光素子（たとえば、ＬＥＤ）の応答特性は、一般的に立ち上がりよりも立ち下がりの方が速く、発光素子に流す電流の供給を止めるだけで、急峻に立ち下がる。これにより、パルス波形の立ち下がりの傾きの絶対値を大きくすることができるので、容易に検出部１２の周波数帯域に適合するように、検出される音響波Ａの周波数特性を制御することができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、上記のように、検出部１２が検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘは、１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下である。ここで、検出部１２の検出周波数が高くなると、超音波が減衰するので深度が浅くなり、被検体Ｐの表層しか観察できない。また、検出周波数が低くなると、深度は深くなる一方で分解能が悪くなる。そこで、検出部１２が検出することが可能な最大周波数ｆｍａｘを、１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下にするように構成すれば、深度および分解能のそれぞれを確保することができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、上記のように、光源駆動部２１を、光源部１１から照射される光のパルス波形が三角形状または台形状のいずれか一方になるように構成する。光源部１１から照射される光のパルス波形が三角形状または台形状のいずれか一方になるので、パルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きを容易に制御することができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、上記のように、光源部１１を、半導体発光素子を含むように構成する。これにより、固体レーザ素子（Ｑスイッチパルスレーザ光源）を用いる場合と異なり、光学系の振動による特性変動を抑制するための光学定盤や強固な筐体が必要にならないので、その分、光音響画像化装置１００の構造が大型化するのを抑制することができる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、図１〜図３、図７および図８を参照して、第２実施形態による光音響画像化装置２００の構成について説明する。第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、パルス波形の半値幅を１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓ以下にする例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
（光音響画像化装置の全体構成）
図１に示すように、装置本体部２２には、光源駆動部２２１と、制御部２２２と、画像化部２３と、画像表示部２４と、操作部２５とが設けられている。光源駆動部２２１は、制御部２２２からの指令に基づいて光源部１１に電力を供給して光源部１１を駆動させるように構成されている。制御部２２２は、光音響画像化装置２００の各部の制御を行うように構成されている。
【００５１】
ここで、第２実施形態では、パルス波形の半値幅が１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている。具体的には、光音響画像化装置２００は、図２に示すように、制御部２２２からの光トリガ信号に基づいて、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄがオンする時間を制御することによって、パルス波形の半値幅を１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている。
【００５２】
図７の（ａ）は、半値幅が１２．５ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の１倍であるパルス波形である。図７の（ｂ）は、パルス波形の半値幅が１２．５ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の４倍であるパルス波形である。図７の（ａ）および（ｂ）の周波数応答のグラフに示すように、傾きの比の絶対値を大きくすることによって、受信に影響しない広帯域が広がっており、ピーク周波数における振幅（音響波Ａの強度）が小さくなっている。さらに半値幅を小さくすると、傾きの比の絶対値を大きくすることによって、ピーク周波数の振幅がさらに低下してしまい、効率よく音響波Ａを検出することが困難となる。
【００５３】
図８の（ａ）は、パルス波形の半値幅が５００ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の１倍であるパルス波形である。図８の（ｂ）は、パルス波形の半値幅が５００ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の４倍であるパルス波形である。図８の（ａ）および（ｂ）の周波数応答のグラフに示すように、傾きの比の絶対値を大きくすることによって、音響波Ａの周波数範囲は広がっている。しかし、図８の（ａ）および（ｂ）のそれぞれにおいて、半値幅を大きくしたことによって、ピーク周波数の振幅が小さくなっている。さらに半値幅を大きくすることによってピーク周波数の振幅がさらに低下すると、効率よく音響波Ａを検出することが困難となる。これらの結果から、パルス波形の半値幅は、１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下にすることが好ましい。
【００５４】
また、第２実施形態では、光源駆動部２２１は、検出部１２が検出することが可能な音響波Ａの最大周波数ｆｍａｘが大きいほど、パルス波形の半値幅を小さく設定するように構成されている。具体的には、図７および図８に示すように、パルス波形の半値幅が小さい図７の方が周波数範囲が広い。
【００５５】
また、第２実施形態による光音響画像化装置２００のその他の構成は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【００５６】
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５７】
第２実施形態では、上記のように、光源駆動部２２１は、パルス波形の半値幅が１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下になるように構成する。ここで、パルス幅ｔｗが狭すぎると、傾きの比の絶対値を大きくしても、受信に影響しない広帯域が広がるだけで、ピーク周波数が小さくなる。また、パルス幅ｔｗが広すぎると、ピーク周波数の振幅が小さくなる。これにより、パルス波形の半値幅を１２．５ｎｓｅｃ以上５００ｎｓｅｃ以下にするように構成すれば、ピーク周波数の振幅を確保することができるので、効率よく被検体Ｐからの音響波Ａを検出することができる。
【００５８】
また、第２実施形態では、上記のように、光源駆動部２２１を、検出部１２が検出することが可能な音響波Ａの最大周波数ｆｍａｘが大きいほど、パルス幅ｔｗを小さく設定するように構成する。ここで、被検体Ｐから発生する音響波Ａは、被検体Ｐに照射されたパルス幅ｔｗの逆数の値を有する周波数を最大周波数ｆｍａｘとして、最大周波数ｆｍａｘ以下の周波数を有する音響波Ａとして発生する。この点に着目して、光源駆動部２２１を、検出部１２が検出することが可能な音響波Ａの最大周波数ｆｍａｘが大きいほど、パルス幅ｔｗを小さく設定するように構成することにより、検出部１２の最大周波数ｆｍａｘが大きいほど、被検体Ｐから発生する音響波Ａの最大周波数ｆｍａｘを大きくすることができる。これにより、検出部１２が検出することが可能な音響波Ａの最大周波数ｆｍａｘと、被検体Ｐから発生する音響波Ａの最大周波数ｆｍａｘとを略一致させることができるので、効率良く、音響波Ａを発生させることができる。
【００５９】
また、第２実施形態による光音響画像化装置２００のその他の効果は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【００６０】
［第３実施形態］
次に、図１〜図３、図９および図１０を参照して、第３実施形態による光音響画像化装置３００の構成について説明する。第３実施形態では、第２実施形態の構成と異なり、パルス波形の半値幅を５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下にする例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
（光音響画像化装置の全体構成）
図１に示すように、装置本体部３２には、光源駆動部３２１と、制御部３２２と、画像化部２３と、画像表示部２４と、操作部２５とが設けられている。光源駆動部３２１は、制御部３２２からの指令に基づいて光源部１１に電力を供給して光源部１１を駆動させるように構成されている。制御部３２２は、光音響画像化装置３００の各部の制御を行うように構成されている。
【００６２】
ここで、第３実施形態では、パルス波形の半値幅が５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている。具体的には、光音響画像化装置３００は、図２に示すように、制御部３２２からの光トリガ信号に基づいて、スイッチ部２１ｂ〜２１ｄがオンする時間を制御することによって、パルス波形の半値幅を５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下になるように構成されている。
【００６３】
図９の（ａ）は、半値幅が５０ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の１倍であるパルス波形である。図９の（ｂ）は、半値幅が５０ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の４倍であるパルス波形である。図９の（ａ）および（ｂ）の周波数応答のグラフに示すように、傾きの比の絶対値を大きくすることによって、図７に比べて受信に影響する低帯域が広がっており、さらに、ピーク周波数の振幅の低下が抑制されている。また、図１０の（ａ）は、半値幅が２００ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の１倍であるパルス波形である。図１０の（ｂ）は、半値幅が２００ｎｓｅｃであり、立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値の４倍であるパルス波形である。図１０の（ａ）および（ｂ）の周波数応答のグラフに示すように、傾きの比の絶対値を大きくすることによって周波数範囲は広がっている。また、図１０の（ａ）および（ｂ）のそれぞれにおいて、図８と比べてピーク周波数の振幅の低下が抑制されている。これらの結果から、パルス波形の半値幅は、５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下にすることがより好ましい。
【００６４】
また、第３実施形態による光音響画像化装置３００のその他の構成は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【００６５】
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６６】
第３実施形態では、上記のように、パルス波形の半値幅を、５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下になるように構成する。これにより、パルス波形の半値幅を５０ｎｓｅｃ以上２００ｎｓｅｃ以下にすることによって、ピーク周波数の振幅をより確実に確保することができるので、より効率よく被検体Ｐからの音響波Ａを検出することができる。
【００６７】
また、第３実施形態による光音響画像化装置３００のその他の効果は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【００６８】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００６９】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、光源部にＬＥＤ素子を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、半導体レーザーを用いてもよい。
【００７０】
また、上記第１〜第３実施形態では、パルス光のパルス波形が三角形状である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１１に示すように、パルス波形を台形状にしてもよい。図１１では、パルス波形の立ち上がりの傾きの絶対値が立ち下がりの傾きの絶対値の２倍および３倍のグラフである。
【００７１】
また、上記第１〜第３実施形態では、パルス波形の立ち下がりの傾きの絶対値が立ち上がりの傾きの絶対値より大きい例を示したが本発明ではこれに限られない。本発明では、図５に示すように、パルス波形の立ち上がりの傾きの絶対値が立ち下がりの傾きの絶対値より大きくてもよい。
【００７２】
また、上記第１〜第３実施形態では、パルス光のパルス波形の傾きを制御する方法としてスイッチ部のオンオフを制御することによって行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、駆動電源部（制御部）からの電圧を制御することによって、パルス光のパルス波形の傾きを制御してもよい。
【００７３】
また、上記第１〜第３実施形態では、光源駆動部を装置本体部に設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、光源駆動部をプローブ本体部に設けてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１１  光源部
１１ａ  ＬＥＤ素子１１ａ（発光素子）
１２  検出部
２１、２２１、３２１  光源駆動部
１００、２００、３００  光音響画像化装置
【図１】
2017046823.tif 000003
【図２】
2017046823.tif 000004
【図３】
2017046823.tif 000005
【図４】
2017046823.tif 000006
【図５】
2017046823.tif 000007
【図６】
2017046823.tif 000008
【図７】
2017046823.tif 000009
【図８】
2017046823.tif 000010
【図９】
2017046823.tif 000011
【図１０】
2017046823.tif 000012
【図１１】
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