(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記パルスレーザ光を被検体内に照射することにより前記被検体の組織から光音響波を出射させるレーザ光照射部と、
前記被検体の組織による光音響波を受信して光音響信号を取得する光音響信号取得部と、
前記レーザ光源から出射される前記パルスレーザ光を検出する光量検出部と、
前記光量検出部により検出された光量と前記パルスレーザ光のエネルギーとの関係を表す第１相関データと、前記パルスレーザ光のエネルギーと前記パルスレーザ光のパルス幅との関係を表す第２相関データとを格納する相関データメモリと、
前記光量検出部により検出された光量から前記第１相関データを用いて前記パルスレーザ光のエネルギーを推定するエネルギー推定部と、
前記エネルギー推定部により推定された前記パルスレーザ光のエネルギーから前記第２相関データを用いて前記パルスレーザ光のパルス幅を推定するパルス幅推定部と、
前記エネルギー推定部により推定された前記パルスレーザ光のエネルギーと定められた基準エネルギーとの間の第１差分および前記パルス幅推定部により推定された前記パルスレーザ光のパルス幅と定められた基準パルス幅との間の第２差分の双方に基づいて前記光音響信号取得部により取得された前記光音響信号を補正する光音響信号補正部と、
前記光音響信号補正部により補正された前記光音響信号から光音響画像を生成する光音響画像生成部と
を備えた光音響装置。
【請求項２】
前記光音響信号補正部は、
前記エネルギー推定部により推定された前記パルスレーザ光のエネルギーと前記定められた基準エネルギーとに基づいて前記第１差分を算出する第１差分算出部と、
前記パルス幅推定部により推定された前記パルスレーザ光のパルス幅と前記定められた基準パルス幅とに基づいて前記第２差分を算出する第２差分算出部と、
前記第１差分算出部により算出された前記第１差分に応じて前記光音響信号を補正し、さらに、前記第２差分算出部により算出された前記第２差分に応じて前記光音響信号を補正する補正実行部と
を含む請求項１に記載の光音響装置。
【請求項３】
前記相関データメモリは、前記パルスレーザ光のエネルギーと前記光音響信号取得部により取得される前記光音響信号との関係を表す第３相関データと、前記パルスレーザ光のパルス幅と前記光音響信号取得部により取得される前記光音響信号との関係を表す第４相関データとを格納し、
前記補正実行部は、前記第１差分および前記第３相関データに基づいて前記光音響信号を補正し、さらに、前記第２差分および前記第４相関データに基づいて前記光音響信号を補正する請求項２に記載の光音響装置。
【請求項４】
前記レーザ光源は、複数波長のパルスレーザ光を出射し、
前記光音響信号取得部は、波長毎に、前記光音響信号を取得し、
前記相関データメモリは、波長毎に、対応する前記第１相関データおよび前記第２相関データを格納し、
前記エネルギー推定部は、波長毎に、前記パルスレーザ光のエネルギーを推定し、
前記パルス幅推定部は、波長毎に、前記パルスレーザ光のパルス幅を推定し、
前記光音響信号補正部は、波長毎に、前記光音響信号を補正し、
前記光音響画像生成部は、波長毎に、前記光音響画像を生成する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光音響装置。
【請求項５】
１つの前記光量検出部により、前記複数波長のパルスレーザ光の光量をそれぞれ検出する請求項４に記載の光音響装置。
【請求項６】
前記複数波長のパルスレーザ光の光量をそれぞれ検出する複数の前記光量検出部を備える請求項４に記載の光音響装置。
【請求項７】
前記光音響画像生成部は、生体内の特性分布に関する画像または生体組織分布に関する画像を生成する請求項４〜６のいずれか一項に記載の光音響装置。
【請求項８】
前記光量検出部は、光検出器と、前記光検出器により検出された光信号の電荷の積分値を演算する積分回路または前記光信号の波高値を測定するピークホールド回路を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の光音響装置。
【請求項９】
前記光検出器は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電管のうちのいずれかからなる請求項８に記載の光音響装置。
【請求項１０】
前記光検出器は、前記レーザ光源から出射される前記パルスレーザ光の光路から分岐した光の一部、および、前記レーザ光源から出射される前記パルスレーザ光の散乱光のうちのいずれかを検出する請求項８または９に記載の光音響装置。
【請求項１１】
前記光検出器は、前記レーザ光源の共振器の中に配置される請求項８〜１０のいずれか一項に記載の光音響装置。
【請求項１２】
前記エネルギー推定部により推定された前記パルスレーザ光のエネルギーの時間的変化量および前記パルス幅推定部により推定された前記パルスレーザ光のパルス幅の時間的変化量の少なくとも一方を監視し、監視している時間的変化量が、前記パルスレーザ光のエネルギーおよび前記パルスレーザ光のパルス幅に対してそれぞれ定められた上限値を超えた場合に、警告を発する警告部をさらに備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光音響装置。
【請求項１３】
前記エネルギー推定部により推定された前記パルスレーザ光のエネルギーおよび前記パルス幅推定部により推定された前記パルスレーザ光のパルス幅の少なくとも一方が、前記パルスレーザ光のエネルギーおよび前記パルスレーザ光のパルス幅に対してそれぞれ定められた保証範囲を超えた場合に、前記レーザ光源からの前記パルスレーザ光の出射を停止するパルスレーザ光出射停止部をさらに備える請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光音響装置。
【請求項１４】
レーザ光源から出射されるパルスレーザ光を被検体内に照射することにより前記被検体の組織から光音響波を出射させ、
前記被検体の組織による光音響波を受信して光音響信号を取得し、
前記レーザ光源から出射される前記パルスレーザ光を検出し、
前記レーザ光源から出射される前記パルスレーザ光の光量と前記パルスレーザ光のエネルギーとの関係を表す第１相関データを用いて、検出された前記パルスレーザ光の光量から前記パルスレーザ光のエネルギーを推定し、
前記パルスレーザ光のエネルギーと前記パルスレーザ光のパルス幅との関係を表す第２相関データを用いて、推定された前記パルスレーザ光のエネルギーから前記パルスレーザ光のパルス幅を推定し、
推定された前記パルスレーザ光のエネルギーと定められた基準エネルギーとの間の第１差分および推定された前記パルスレーザ光のパルス幅と定められた基準パルス幅との間の第２差分の双方に基づいて前記光音響信号を補正し、
補正された前記光音響信号から光音響画像を生成する光音響装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響装置および光音響装置の制御方法に係り、特に、光音響信号の補正を行う光音響装置および光音響装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光音響波を用いて被検体の内部の画像を得るものとして、光音響装置が知られている。光音響装置は、一般的に、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を被検体内に照射し、被検体内に含まれるヘモグロビン等の生体内物質から出射される光音響波を、複数の振動子が配列されたアレイトランスデューサで受信して光音響信号を取得する。さらに、光音響装置は、取得した光音響信号を電気的に処理して、被検体の内部の画像を生成することができる。【０００３】
このような光音響装置において、一般的に、時間経過と共にレーザ光源が劣化等の変化をすることが知られている。そのため、取得された光音響信号がレーザ光源の経時変化に従って変化しないように、種々の工夫がなされている。
例えば、特許文献１には、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光の光量値を計測し、計測された光量値に基づいて光音響信号の強度を補正する光音響装置が開示されている。
また、特許文献２には、パルスレーザ光の励起エネルギーおよび発光周波数等のパルスレーザ光の発光条件から、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパルス幅を推定し、推定されたパルス幅に基づいて光音響信号を補正する光音響装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２６９００号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２８７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている光音響装置では、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光の光量値のみに基づいて光音響信号の強度を補正しているが、パルスレーザ光のパルス幅については考慮していないため、レーザ光源の経時変化に従って光音響信号の強度が大きく変化することがあった。【０００６】
また、特許文献２に開示されている光音響装置では、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光のパルス幅を随時計測するのではなく、パルスレーザ光の励起エネルギーおよび発光周波数等の発光条件から推定したパルスレーザ光のパルス幅に基づいて光音響信号を補正している。そのため、発光条件から推定したパルス幅とレーザ光源から実際に出力されたパルスレーザ光のパルス幅にずれが生じることがある。これにより、レーザ光源の経時変化に従って光音響信号の強度が大きく変化することがあった。【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、レーザ光源の経時変化による光音響信号への影響を低減することができる光音響装置および光音響装置の制御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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光音響装置は、パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、パルスレーザ光を被検体内に照射することにより被検体の組織から光音響波を出射させるレーザ光照射部と、被検体の組織による光音響波を受信して光音響信号を取得する光音響信号取得部と、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光を検出する光量検出部と、光量検出部により検出された光量とパルスレーザ光のエネルギーとの関係を表す第１相関データと、パルスレーザ光のエネルギーとパルスレーザ光のパルス幅との関係を表す第２相関データとを格納する相関データメモリと、光量検出部により検出された光量から第１相関データを用いてパルスレーザ光のエネルギーを推定するエネルギー推定部と、エネルギー推定部により推定されたパルスレーザ光のエネルギーから第２相関データを用いてパルスレーザ光のパルス幅を推定するパルス幅推定部と、エネルギー推定部により推定されたパルスレーザ光のエネルギーと定められた基準エネルギーとの間の第１差分およびパルス幅推定部により推定されたパルスレーザ光のパルス幅と定められた基準パルス幅との間の第２差分の双方に基づいて光音響信号取得部により取得された光音響信号を補正する光音響信号補正部と、光音響信号補正部により補正された光音響信号から光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備えたことを特徴とする。【０００９】
光音響信号補正部は、エネルギー推定部により推定されたパルスレーザ光のエネルギーと定められた基準エネルギーとに基づいて第１差分を算出する第１差分算出部と、パルス幅推定部により推定されたパルスレーザ光のパルス幅と定められた基準パルス幅とに基づいて第２差分を算出する第２差分算出部と、第１差分算出部により算出された第１差分に応じて光音響信号を補正し、さらに、第２差分算出部により算出された第２差分に応じて光音響信号を補正する補正実行部とを含むことが好ましい。【００１０】
さらに、相関データメモリは、パルスレーザ光のエネルギーと光音響信号取得部により取得される光音響信号との関係を表す第３相関データと、パルスレーザ光のパルス幅と光音響信号取得部により取得される光音響信号との関係を表す第４相関データとを格納し、補正実行部は、第１差分および第３相関データに基づいて光音響信号を補正し、さらに、第２差分および第４相関データに基づいて光音響信号を補正することができる。【００１１】
また、レーザ光源は、複数波長のパルスレーザ光を出射し、光音響信号取得部は、波長毎に、光音響信号を取得し、相関データメモリは、波長毎に、対応する第１相関データおよび第２相関データを格納し、エネルギー推定部は、波長毎に、パルスレーザ光のエネルギーを推定し、パルス幅推定部は、波長毎に、パルスレーザ光のパルス幅を推定し、光音響信号補正部は、波長毎に、光音響信号を補正し、光音響画像生成部は、波長毎に、光音響画像を生成することができる。【００１２】
さらに、１つの光量検出部により、複数波長のパルスレーザ光の光量をそれぞれ検出することができる。
もしくは、複数波長のパルスレーザ光の光量をそれぞれ検出する複数の光量検出部を備えることもできる。【００１３】
また、光音響画像生成部は、生体内の特性分布に関する画像または生体組織分布に関する画像を生成することができる。【００１４】
また、光量検出部は、光検出器と、光検出器により検出された光信号の電荷の積分値を演算する積分回路または光信号の波高値を測定するピークホールド回路を含むことができる。
さらに、光検出器は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電管のうちのいずれかからなることができる。
さらに、光検出器は、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光の光路から分岐した光の一部、および、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光の散乱光のうちのいずれかを検出することができる。
また、光検出器は、レーザ光源の共振器の中に配置されていてもよい。【００１５】
また、エネルギー推定部により推定されたパルスレーザ光のエネルギーの時間的変化量およびパルス幅推定部により推定されたパルスレーザ光のパルス幅の時間的変化量の少なくとも一方を監視し、監視している時間的変化量が、パルスレーザ光のエネルギーおよびパルスレーザ光のパルス幅に対してそれぞれ定められた上限値を超えた場合に、警告を発する警告部をさらに備えることができる。【００１６】
エネルギー推定部により推定されたパルスレーザ光のエネルギーおよびパルス幅推定部により推定されたパルスレーザ光のパルス幅の少なくとも一方が、パルスレーザ光のエネルギーおよびパルスレーザ光のパルス幅に対してそれぞれ定められた保証範囲を超えた場合に、レーザ光源からのパルスレーザ光の出射を停止するパルスレーザ光出射停止部をさらに備えることができる。【００１７】
本発明の光音響装置の制御方法は、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光を被検体内に照射することにより被検体の組織から光音響波を出射させ、被検体の組織による光音響波を受信して光音響信号を取得し、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光を検出し、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光の光量とパルスレーザ光のエネルギーとの関係を表す第１相関データを用いて、検出されたパルスレーザ光の光量からパルスレーザ光のエネルギーを推定し、パルスレーザ光のエネルギーとパルスレーザ光のパルス幅との関係を表す第２相関データを用いて、推定されたパルスレーザ光のエネルギーからパルスレーザ光のパルス幅を推定し、推定されたパルスレーザ光のエネルギーと定められた基準エネルギーとの間の第１差分および推定されたパルスレーザ光のパルス幅と定められた基準パルス幅との間の第２差分の双方に基づいて光音響信号を補正し、補正された光音響信号から光音響画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光の光量とパルスレーザ光のエネルギーとの関係を表す第１相関データと、パルスレーザ光のエネルギーとパルスレーザ光のパルス幅との関係を表す第２相関データとを格納する相関データメモリと、光量検出部により検出されたパルスレーザ光の光量から第１相関データを用いてパルスレーザ光のエネルギーを推定するエネルギー推定部と、エネルギー推定部により推定されたパルスレーザ光のエネルギーから第２相関データを用いてパルスレーザ光のパルス幅を推定するパルス幅推定部と、エネルギー推定部により推定されたパルスレーザ光のエネルギーと定められた基準エネルギーとの間の第１差分およびパルス幅推定部により推定されたパルスレーザ光のパルス幅と定められた基準パルス幅との間の第２差分の双方に基づいて光音響信号取得部により取得された光音響信号を補正する光音響信号補正部を備えるため、レーザ光源の経時変化による光音響信号への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光音響装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザ光源の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１における受信部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１における光量検出部の内部構成を示すブロック図である。
【図５】レーザ光源への入力エネルギーとレーザ光源から出力されるパルスレーザ光のエネルギーとの関係を模式的に示す図である。
【図６】レーザ光源への入力エネルギーとレーザ光源から出力されるパルスレーザ光のパルス幅との関係を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における光音響信号補正部の内部構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１における光音響画像生成部の内部構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る光音響装置の動作を表すフローチャートである。
【図１０】レーザ光源から出力されたパルスレーザ光の光量値とパルスレーザ光のエネルギーとの相関関係を模式的に示す図である。
【図１１】レーザ光源から出力されたパルスレーザ光のエネルギーとパルスレーザ光のパルス幅との相関関係を模式的に示す図である。
【図１２】レーザ光源から出力されたパルスレーザ光のエネルギーと光音響信号の強度との相関関係を模式的に示す図である。
【図１３】レーザ光源から出力されたパルスレーザ光のパルス幅と光音響信号の強度との相関関係を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１の変形例における光量検出部の内部構成を示すブロック図である。
【図１５】実施の形態２における光源部の内部構成を示すブロック図である。
【図１６】光検出器の感度特性の例を示す図である。
【図１７】波長λ１を有するパルスレーザ光および波長λ２を有するパルスレーザ光の光量値とエネルギーとの相関関係を模式的に示す図である。
【図１８】光検出器の感度特性の他の例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る光音響装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る光音響装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、本発明の実施の形態１に係る光音響装置１の構成を示す。図１に示すように、光音響装置１は、アレイトランスデューサ２Ａおよびレーザ光照射部２Ｂを含むプローブ２を備えており、アレイトランスデューサ２Ａに、受信部３、光音響信号補正部４、光音響画像生成部５、表示制御部６および表示部７が、順次接続されている。また、レーザ光照射部２Ｂに、レーザ光源８が接続されている。また、光音響装置１は、レーザ光源８から出射されるレーザ光の光路の近傍に、光量検出部９を備えており、光量検出部９に、エネルギー推定部１０が接続されている。エネルギー推定部１０には、パルス幅推定部１１が接続され、エネルギー推定部１０とパルス幅推定部１１の双方が、光音響信号補正部４に接続されている。また、光音響信号補正部４、エネルギー推定部１０およびパルス幅推定部１１に、それぞれ、相関データメモリ１２が接続されている。
【００２１】
さらに、受信部３、光音響信号補正部４、光音響画像生成部５、表示制御部６、レーザ光源８、エネルギー推定部１０およびパルス幅推定部１１に、装置制御部１３が接続されており、装置制御部１３に、操作部１４および格納部１５が接続されている。装置制御部１３と格納部１５は、互いに双方向の情報の受け渡しが可能に接続されている。
また、受信部３、光音響信号補正部４、光音響画像生成部５、表示制御部６、エネルギー推定部１０、パルス幅推定部１１および装置制御部１３により、プロセッサ１６が構成されている。また、図示しないが、プローブ２のアレイトランスデューサ２Ａと受信部３により、光音響信号取得部が構成されている。
【００２２】
光音響装置１のレーザ光源８は、装置制御部１３の制御の下、パルスレーザ光を出射する。レーザ光源８は、図２に示すように、レーザロッド８１、励起光源８２、ミラー８３、ミラー８４、偏光子８５およびＱスイッチ８６を有している。レーザロッド８１は、レーザ媒質であり、レーザロッド８１に、例えば、アレキサンドライト結晶およびＮｄ：ＹＡＧ結晶等を用いることができる。励起光源８２は、レーザロッド８１に励起光を照射する光源であり、例えば、励起光源８２として、フラッシュランプおよびレーザダイオード等の光源を用いることができる。
【００２３】
ミラー８３および８４は、レーザロッド８１を挟んで互いに対向しており、ミラー８３および８４により光共振器が構成されている。この光共振器においては、ミラー８４が出力側である。光共振器内には、偏光子８５およびＱスイッチ８６が挿入されており、Ｑスイッチ８６により、光共振器内の光損失が大きい状態から光損失が小さい状態へと急速に変化させることで、パルスレーザ光を得ることができる。レーザ光源８の出力側のミラー８４から出射されたパルスレーザ光は、図示しない導光部材等を介してプローブ２のレーザ光照射部２Ｂに導光される。
【００２４】
プローブ２のレーザ光照射部２Ｂは、アレイトランスデューサ２Ａの両端に配置されており、被検体の体表に接触して、図示しない導光部材等を介してレーザ光源８から導光されたパルスレーザ光を被検体内に照射する。このようにして被検体内に照射されたパルスレーザ光は、被検体内に含まれるヘモグロビン等の生体内物質に熱エネルギーとして吸収される。パルスレーザ光を吸収した生体内物質は、膨張および収縮をすることにより、光音響波を発する。
【００２５】
図１に示すプローブ２のアレイトランスデューサ２Ａは、１次元または２次元に配列された複数の超音波振動子を有している。これらの超音波振動子は、レーザ光源８からレーザ光照射部２Ｂを介して被検体内にパルスレーザ光が照射されることにより発生した光音響波を受信して、受信部３に受信信号を出力する。
アレイトランスデューサ２Ａを構成する複数の超音波振動子は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ−ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。
【００２６】
プロセッサ１６の受信部３は、装置制御部１３からの制御信号に従って、プローブ２のアレイトランスデューサ２Ａから出力される受信信号の処理を行う。図３に示すように、受信部３は、増幅部３１およびＡＤ（Analog Digital）変換部３２が直列接続された構成を有している。増幅部３１は、アレイトランスデューサ２Ａを構成するそれぞれの超音波振動子から入力された受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換部３２に送信する。ＡＤ変換部３２は、増幅部３１から送信された受信信号を、デジタル化されたデータに変換し、このデータをプロセッサ１６の光音響信号補正部４に送出する。
【００２７】
光音響装置１の光量検出部９は、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光の少なくとも一部を計測（モニタリング）して、その光量を検出する。光量検出部９は、図４に示すように、光検出器９１と積分回路９２が直列接続されて構成されている。光検出器９１は、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光の光路近傍に配置されて、パルスレーザ光の一部を、電気信号である光信号として検出する。光検出器９１は、例えば、光電子増倍管等の光電管、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が用いられる。例えば、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光の光路に図示しないハーフミラーを配置し、光検出器９１が、ハーフミラーにより分岐されたパルスレーザ光の一部を検出することができる。また、光検出器９１は、例えば、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光の散乱光を検出してもよい。
【００２８】
光量検出部９の積分回路９２は、光検出器９１により検出された光信号の電荷の積分値を算出し、この積分値をＡＤ変換することによりデジタルデータに変換して、パルスレーザ光の光量を取得する。なお、光検出器９１は、ハーフミラーにより分岐されたパルスレーザ光の一部、あるいは、パルスレーザ光の散乱光を検出し、かつ、ハーフミラーの反射率、パルスレーザ光に対する散乱光の光量の比率等を考慮することにより、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光の光量を取得することができる。
【００２９】
光音響装置１の相関データメモリ１２は、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光の光量とパルスレーザ光のエネルギーとの関係を表す第１相関データＤ１と、パルスレーザ光のエネルギーとパルスレーザ光のパルス幅との関係を表す第２相関データＤ２と、パルスレーザ光のエネルギーと受信部３により取得される光音響信号との関係を表す第３相関データＤ３と、パルスレーザ光のパルス幅と受信部３により取得される光音響信号との関係を表す第４相関データＤ４とを格納する。ここで、パルスレーザ光のパルス幅とは、例えば、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光における１パルスの波形の半値幅または１／１０幅等を用いることができる。また、第１相関データＤ１、第２相関データＤ２、第３相関データＤ３および第４相関データＤ４は、パルスレーザ光の光量、エネルギー、パルス幅およびパルスレーザ光に基づく光音響信号を予め計測することにより作成される。
【００３０】
ここで、相関データメモリ１２としては、ＨＤＤ（Hard Disc Drive：ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（Solid State Drive：ソリッドステートドライブ）、ＦＤ（Flexible Disc：フレキシブルディスク）、ＭＯディスク（Magneto-Optical disc：光磁気ディスク）、ＭＴ（Magnetic Tape：磁気テープ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）、ＣＤ（Compact Disc：コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc：デジタルバーサタイルディスク）、ＳＤカード（Secure Digital card：セキュアデジタルカード）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory：ユニバーサルシリアルバスメモリ）等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
【００３１】
プロセッサ１６のエネルギー推定部１０は、光量検出部９により検出されたパルスレーザ光の光量と、相関データメモリ１２に格納された第１相関データＤ１に基づいて、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅを推定する。
プロセッサ１６のパルス幅推定部１１は、エネルギー推定部１０により推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅと、相関データメモリ１２に格納された第２相関データＤ２に基づいて、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光のパルス幅Ｗｅを推定する。
【００３２】
ところで、一般的に、レーザ光源は、一定の期間、使用されることにより、励起光源およびレーザロッド等が劣化することがある。この場合には、例えば、図５に示すように、レーザ光源に入力されるエネルギーに対して、出力されるパルスレーザ光のエネルギーが低下する場合がある。このように、出力されるパルスレーザ光のエネルギーが低下すると、被検体内においてパルスレーザ光が照射された生体内物質が吸収する熱エネルギーが小さくなり、その結果として、生体内物質から出射される光音響波の強度が弱くなることがある。また、実際には、レーザ光源に対して一定のエネルギーを入力しても、レーザ光源から出力されるパルスレーザ光のエネルギーは、パルス毎のばらつきＥｄを有している。このように、パルスレーザ光のエネルギーのばらつきＥｄのため、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光に基づいて得られる光音響信号の強度は、レーザ光源に入力したエネルギーに対する理想的な値から変動することが多い。
【００３３】
さらに、レーザ光源が劣化した場合には、図６に示すように、レーザ光源に入力されるエネルギーに対して、出力されるパルスレーザ光のパルス幅が大きくなることがある。このように、出力されるパルスレーザ光のパルス幅が大きくなると、被検体内の生体内物質が単位時間あたりに吸収する熱エネルギーが低下するため、生体内物質が膨張および収縮する時間的なサイクルが長くなり、生体内物質から発せられる光音響波の周波数が大きくなることがある。このような場合には、生体内物質から発せられる光音響波の帯域がアレイトランスデューサ２Ａの受信帯域から離れるため、アレイトランスデューサ２Ａにより取得される受信信号の強度が低下することがある。また、パルスレーザ光のエネルギーと同様に、パルスレーザ光のパルス幅は、パルス毎のばらつきＷｄを有している。このように、パルスレーザ光のパルス幅のばらつきＷｄのため、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光に基づいて得られる光音響信号の強度は、レーザ光源に入力したエネルギーに対する理想的な値から変動することが多い。
【００３４】
プロセッサ１６の光音響信号補正部４は、レーザ光源８の経時変化による光音響信号の変化を抑制するために、エネルギー推定部１０により算出されたエネルギーＥｅとパルス幅推定部１１により算出されたパルス幅Ｗｅに基づいて、受信部３により取得された光音響信号を補正する。プロセッサ１６の光音響信号補正部４は、図７に示すように、第１差分算出部４１と、第２差分算出部４２と、補正実行部４３を有しており、第１差分算出部４１および第２差分算出部４２は、それぞれ、補正実行部４３に接続されている。
【００３５】
光音響信号補正部４の第１差分算出部４１は、エネルギー推定部１０からエネルギーＥｅの値を受け取り、このエネルギーＥｅと定められた基準エネルギーとの間の第１差分Ｍ１を算出し、第１差分Ｍ１を補正実行部４３に送出する。また、光音響信号補正部４の第２差分算出部４２は、パルス幅推定部１１からパルス幅Ｗｅの値を受け取り、このパルス幅Ｗｅと定められた基準パルス幅との間の第２差分Ｍ２を算出し、第２差分Ｍ２を補正実行部４３に送出する。
【００３６】
光音響信号補正部４の補正実行部４３は、第１差分算出部４１から送出された第１差分Ｍ１と第２差分算出部４２から送出された第２差分Ｍ２との双方に基づいて、受信部３により取得された光音響信号Ｔ１を補正し、補正後の光音響信号Ｔ２を光音響画像生成部５に送出する。この際に、補正実行部４３は、第１差分Ｍ１と相関データメモリ１２に格納されている第３相関データＤ３に基づく光音響信号の補正および第２差分Ｍ２と相関データメモリ１２に格納されている第４相関データＤ４に基づく光音響信号の補正を行う。
【００３７】
プロセッサ１６の光音響画像生成部５は、図８に示すように、信号処理部５１、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）５２および画像処理部５３が直列接続された構成を有している。信号処理部５１は、装置制御部１３からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づき、受信信号の各データにそれぞれの遅延を与えて加算（整相加算）を施す、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、光音響波の焦点が１つの走査ラインに絞り込まれた音線信号が生成される。また、信号処理部５１は、生成された音線信号に対して、光音響波が出射された位置の深度に応じて伝搬距離に起因する減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施してＢモード画像信号を生成する。このように生成されたＢモード画像信号は、ＤＳＣ５２に出力される。
【００３８】
光音響画像生成部５のＤＳＣ５２は、Ｂモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号にラスター変換する。光音響画像生成部５の画像処理部５３は、ＤＳＣ５２において得られた画像データに対して、明るさ補正、諧調補正、シャープネス補正および色補正等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部６に出力する。
【００３９】
プロセッサ１６の装置制御部１３は、格納部１５等に予め記憶されているプログラムおよび操作部１４を介したユーザの操作に基づいて、光音響装置１の各部の制御を行う。
プロセッサ１６の表示制御部６は、装置制御部１３の制御の下、光音響画像生成部５から出力された画像に所定の処理を施して、表示部７に表示可能な画像を生成する。
【００４０】
光音響装置１の表示部７は、表示制御部６により生成された画像を表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）等のディスプレイ装置を含む。
光音響装置１の操作部１４は、ユーザが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。
【００４１】
格納部１５は、光音響装置１の動作プログラム等を格納するもので、相関データメモリ１２と同様に、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＦＤ、ＭＯディスク、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはネットワークに接続されたサーバ等を用いることができる。
【００４２】
なお、受信部３、光音響信号補正部４、光音響画像生成部５、表示制御部６、エネルギー推定部１０、パルス幅推定部１１および装置制御部１３を有するプロセッサ１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、デジタル回路を用いて構成されてもよい。また、これらの受信部３、光音響信号補正部４、光音響画像生成部５、表示制御部６、エネルギー推定部１０、パルス幅推定部１１および装置制御部１３を部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵに統合させて構成することもできる。
【００４３】
次に、図９に示すフローチャートを用いて本発明の実施の形態１に係る光音響装置１の動作を説明する。
まず、ステップＳ１において、装置制御部１３の制御の下、レーザ光源８からパルスレーザ光が出射される。レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光は、図示しない導光部材等を介してプローブ２のレーザ光照射部２Ｂから被検体内に照射される。このようにしてパルスレーザ光が被検体内に照射されると、被検体内のヘモグロビン等の生体内物質は、パルスレーザ光を吸収し、光音響波を発する。
【００４４】
ステップＳ２において、プローブ２のアレイトランスデューサ２Ａにより被検体内の生体内物質から発せられた光音響波が受信され、受信信号が受信部３に送出されると、受信部３により光音響信号が取得される。
続くステップＳ３において、光量検出部９は、レーザ光源８から出射されたパルスレーザ光の少なくとも一部の光量を検出する。
【００４５】
ステップＳ４において、エネルギー推定部１０は、ステップＳ３で検出された光量と相関データメモリ１２に格納されている第１相関データＤ１に基づいて、パルスレーザ光のエネルギーを推定する。ここで、第１相関データＤ１は、例えば図１０に示すような、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光の少なくとも一部の光量とエネルギーの関係を表すデータである。エネルギー推定部１０は、この第１相関データＤ１を用いて、ステップＳ３で検出されたパルスレーザ光の光量からエネルギーを推定することができる。
【００４６】
ここで、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光の少なくとも一部の光量とエネルギーを予め計測することにより、図１０に示すような第１相関データＤ１を作成することができる。例えば、レーザ光源８からパルスレーザ光を出射している状態において、光量検出部９によりパルスレーザ光の少なくとも一部の光量を計測しながら、エネルギーメータ等によりパルスレーザ光のエネルギーを計測することにより、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光の一部の光量とエネルギーの関係が得られる。この際に、パルスレーザ光の一部の光量とエネルギーについて、それぞれ、複数の計測結果の平均値を計算することが好ましい。この測定をパルスレーザ光の入力エネルギーを変化させながら行うことにより第１相関データＤ１を作成することができる。パルスレーザ光の光量とエネルギーは、図１０に示すように、互いに比例関係にある。
【００４７】
続くステップＳ５において、パルス幅推定部１１は、ステップＳ４で推定されたパルスレーザ光のエネルギーと相関データメモリ１２に格納されている第２相関データＤ２に基づいて、パルスレーザ光のパルス幅を推定する。ここで、第２相関データＤ２は、例えば図１１に示すような、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーとパルス幅の関係を表すデータであり、パルス幅推定部１１は、この第２相関データＤ２を用いて、ステップＳ４で推定されたパルスレーザ光のエネルギーからパルス幅を推定することができる。
【００４８】
ここで、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーとパルス幅を予め計測することにより、図１１に示すような第２相関データＤ２を作成することができる。例えば、レーザ光源８からパルスレーザ光を出射している状態において、エネルギーメータ等によりパルスレーザ光のエネルギーを計測しながら、オシロスコープ等によりパルスレーザ光のパルス幅を計測することにより、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーとパルス幅の関係を得ることができる。この際に、パルスレーザ光のエネルギーとパルス幅について、複数の計測結果の平均値を計算することが好ましい。このパルスレーザ光のエネルギーとパルス幅の関係を、パルスレーザの入力エネルギーを変えながら取得することにより第２相関データＤ２を作成することができる。パルスレーザ光のエネルギーとパルス幅は、図１１に示すように、逆相関の関係にある。
【００４９】
続くステップＳ６において、光音響信号補正部４は、ステップＳ４で推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅと、ステップＳ５で推定されたパルスレーザ光のパルス幅Ｗｅと、相関データメモリ１２に格納された第３相関データＤ３および第４相関データＤ４に基づいて、ステップＳ２で取得された光音響信号を補正する。
【００５０】
ここで、第３相関データＤ３は、例えば図１２に示すような、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーとそのパルスレーザ光に基づいて取得される光音響信号の関係を表すデータである。また、第４相関データＤ４は、例えば図１３に示すような、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のパルス幅とそのパルスレーザ光に基づいて取得される光音響信号の関係を表すデータである。光音響信号補正部４は、このような第３相関データＤ３および第４相関データＤ４を用いて、光音響信号の補正を行うことができる。
【００５１】
この際に、光音響信号補正部４の第１差分算出部４１は、図１２に示すような第３相関データＤ３を用い、ステップＳ４で推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅと定められた基準エネルギーＥｓとの第１差分Ｍ１を算出し、この第１差分Ｍ１に対応する光音響信号の強度の第１補正量Ｎ１を算出する。また、光音響信号補正部４の第２差分算出部４２は、図１３に示すような第４相関データＤ４を用い、ステップＳ５で推定されたパルスレーザ光のパルス幅Ｗｅと定められた基準パルス幅Ｗｓとの第２差分Ｍ２を算出し、この第２差分Ｍ２に対応する光音響信号の強度の第２補正量Ｎ２を算出する。光音響信号補正部４の補正実行部４３は、第１差分算出部４１により算出された第１補正量Ｎ１と第２差分算出部４２により算出された第２補正量Ｎ２に応じて、ステップＳ２で取得された光音響信号を補正する。
【００５２】
ここで、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーとそのパルスレーザ光に基づく光音響信号を予め計測することにより、図１２に示すような第３相関データＤ３を作成することができる。
例えば、パルス幅を一定に保ったままパルスレーザ光のエネルギーを変化させる系を構築し、この系において、エネルギーメータ等によりパルスレーザ光のエネルギーを計測しながら、プローブ２をファントムに接触させてパルスレーザ光をファントム内の一定の箇所に照射し、ファントムから発せられる光音響波に基づいて光音響信号を取得することにより、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーと光音響信号の関係が得られる。この際に、パルスレーザ光のエネルギーと光音響信号について、複数の計測結果の平均値を計算することが好ましい。この計測を、パルスレーザ光のエネルギーを変化させながら取得することにより第３相関データＤ３を作成することができる。この計測は、レーザ光源８を用いて行ってもよく、別途構築した同波長のレーザを用いて行ってもよい。
ここで、ファントムとは、人体の組織と同様の音響特性を有するように作られた模型であり、一般的に広く知られているものである。
【００５３】
また、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のパルス幅とそのパルスレーザ光に基づく光音響信号を予め計測することにより、図１３に示すような第４相関データＤ４を作成することができる。例えば、パルスレーザ光のエネルギーを一定に保ったままパルス幅を変化させる系を構築し、この系において、オシロスコープ等によりパルスレーザ光のパルス幅を計測しながら、パルスレーザ光をファントム内の一定の箇所に照射し、ファントムから発せられる光音響波に基づいて光音響信号を取得することにより、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のパルス幅と光音響信号の関係が得られる。この際に、パルスレーザ光のパルス幅と光音響信号について、複数の計測結果の平均値を計算し、これらの平均値を計算することが好ましい。この計測を、パルス幅を変化させながら取得することにより第４相関データＤ４を作成することができる。この計測はレーザ光源８を用いて行ってもよく、別途構築した同波長のレーザを用いて行ってもよい。
【００５４】
続くステップＳ７において、光音響画像生成部５は、ステップＳ６で補正された光音響信号に基づいて、光音響画像を生成する。このようにして、本発明の実施の形態１に係る光音響装置１の動作は終了する。
【００５５】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る光音響装置１によれば、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光の光量を実際に計測し、得られた計測値に基づいてパルスレーザ光のエネルギーＥｅとパルス幅Ｗｅを推測し、これらのエネルギーＥｅとパルス幅Ｗｅの双方に基づいて光音響信号を補正するため、レーザ光源８の状態が時間の経過と共に変化することにより、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーおよびパルス幅が変化したとしても、レーザ光源８の経時変化による光音響信号への影響を低減することができる。
【００５６】
なお、実施の形態１において、相関データメモリ１２は、第１相関データＤ１〜第４相関データＤ４を、グラフ形式、表形式、演算式の形式等のいずれかにより格納することができる。
【００５７】
また、相関データメモリ１２は、光音響信号の補正に必要な相関データとして、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光の光量とエネルギーの関係を表す第１相関データＤ１、パルスレーザ光のエネルギーとパルス幅の関係を表す第２相関データＤ２、パルスレーザ光のエネルギーと光音響信号の関係を表す第３相関データＤ３、パルスレーザ光のパルス幅と光音響信号の関係を表す第４相関データＤ４の４つの相関データを格納している。しかしながら、第１相関データＤ１〜第４相関データＤ４の４つの相関データを加味して統合することにより、パルスレーザ光の光量と光音響信号の関係を表す１つの第５相関データを格納することもできる。この場合に、光音響信号補正部４は、光量検出部９により検出されたパルスレーザ光の光量と第５相関データのみに基づいて、受信部３により取得された光音響信号を補正することができる。
【００５８】
また、実施の形態１において、光量検出部９は、レーザ光源８の外に配置されているが、レーザ光源８を構成する光共振器の内部に含まれていてもよい。この場合でも、レーザ光源８が発するパルスレーザ光の光路の近傍に光量検出部９を配置することができるため、パルスレーザ光の光量を適切に検出することができる。
【００５９】
また、実施の形態１において、光量検出部９は、積分回路９２を有しており、光検出器９１により検出された光信号の電荷の積分値をパルスレーザ光の光量として取得しているが、光信号の波高値すなわちピーク値をパルスレーザ光の光量として取得することもできる。この場合に、光量検出部９は、例えば図１４に示すように、積分回路９２の代わりに、ピークホールド回路９３を有することができる。ピークホールド回路９３は、パルスレーザ光のピーク値を検出し、このピーク値をＡＤ変換することによりデジタルデータに変換して、パルスレーザ光の光量を取得する。
【００６０】
実施の形態２
実施の形態１では、プローブ２のレーザ光照射部２Ｂから１つの波長のパルスレーザ光を被検体内に照射しているが、複数の波長のパルスレーザ光を照射することもできる。
実施の形態２の光音響装置は、実施の形態１の光音響装置１において、レーザ光源８の代わりに、図１５に示される光源部８Ａをプローブ２のレーザ光照射部２Ｂに接続したものである。
【００６１】
光源部８Ａは、波長λ１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源８Ｂと波長λ２のパルスレーザ光を出射する第２のレーザ光源８Ｃを有しており、ミラー８Ｄおよびハーフミラー８Ｅを用いて、第１のレーザ光源８Ｂから出射されるパルスレーザ光と第２のレーザ光源８Ｃから出射されるパルスレーザ光を共通の光路に沿って出射するように構成されている。光量検出部９は、光源部８Ａから出射されるパルスレーザ光の共通の光路の近傍に配置されている。
【００６２】
光源部８Ａの第１のレーザ光源８Ｂおよび第２のレーザ光源８Ｃは、それぞれ、図２に示したレーザ光源８と同様の内部構成を有しており、装置制御部１３の制御の下、互いに異なる波長λ１およびλ２のパルスレーザ光を出射する。
【００６３】
また、光源部８Ａからの共通の光路の近傍に配置されている光量検出部９は、第１のレーザ光源８Ｂから出射されるパルスレーザ光の光量と第２のレーザ光源８Ｃから出射されるパルスレーザ光の光量をそれぞれ検出することができる。
【００６４】
ここで、光量検出部９の光検出器９１として用いられる光電子増倍管等の光電管、フォトダイオード、フォトトランジスタ等は、一般的に、検出対象となるレーザ光の波長毎に感度が異なる。例えば、浜松ホトニクス株式会社製のフォトダイオードであるＳ１２２３−０１は、図１６に示すような感度特性を有しており、検出するレーザ光の波長毎に感度が異なる。
【００６５】
そのため、実施の形態２における相関データメモリ１２は、図１７に示すように、第１相関データＤ１として、波長λ１のパルスレーザ光の光量とエネルギーの関係を表すデータと、波長λ２のパルスレーザ光の光量とエネルギーの関係を表すデータを格納する。さらに、相関データメモリ１２は、第１相関データＤ１と同様に、波長λ１および波長λ２毎に、第２相関データＤ２、第３相関データＤ３および第４相関データＤ４を格納する。
【００６６】
実施の形態２におけるエネルギー推定部１０は、相関データメモリ１２に格納された波長λ１およびλ２のパルスレーザ光に関する第１相関データＤ１と、光量検出部９により検出された波長λ１のパルスレーザ光の光量および波長λ２のパルスレーザ光の光量とに基づいて、波長λ１および波長λ２のパルスレーザ光のエネルギーを、それぞれ、推定する。例えば、エネルギー推定部１０は、波長λ１を有するパルスレーザ光の光量Ｄ０に対して、エネルギーＥ１を推定し、波長λ２を有するパルスレーザ光の光量Ｄ０に対して、エネルギーＥ２を推定する。
【００６７】
実施の形態２におけるパルス幅推定部１１は、相関データメモリ１２に格納された波長λ１およびλ２のパルスレーザ光に関する第２相関データＤ２と、パルス幅推定部１１により推定された波長λ１およびλ２のパルスレーザ光のエネルギーとに基づいて、波長λ１および波長λ２のパルスレーザ光のパルス幅を、それぞれ、推定する。
【００６８】
実施の形態２における光音響信号補正部４は、相関データメモリ１２に格納された波長λ１およびλ２のパルスレーザ光に関する第３相関データＤ３および第４相関データＤ４、エネルギー推定部１０により推定された波長λ１およびλ２のパルスレーザ光のエネルギー、パルス幅推定部１１により推定された波長λ１およびλ２のパルスレーザ光のパルス幅に基づいて、波長λ１およびλ２のパルスレーザ光に基づいた光音響信号を、それぞれ、補正する。
【００６９】
この際に、光音響信号補正部４の第１差分算出部４１は、波長λ１および波長λ２のパルスレーザ光に対してそれぞれ第１差分Ｍ１および第１補正量Ｎ１を算出し、光音響信号補正部４の第２差分算出部４２は、波長λ１および波長λ２のパルスレーザ光に対してそれぞれ第２差分Ｍ２および第２補正量Ｎ２を算出する。光音響信号補正部４の補正実行部４３は、波長λ１およびλ２のパルスレーザ光に基づいて取得されるそれぞれの光音響信号Ｔ１に対して、第１補正量Ｎ１および第２補正量Ｎ２に基づく補正を行う。
【００７０】
以上のように、実施の形態２の光音響装置によれば、互いに異なる波長λ１およびλ２を有する２種類のパルスレーザ光をプローブ２のレーザ光照射部２Ｂから被検体内に照射する場合でも、波長λ１およびλ２を有するそれぞれのパルスレーザ光の光量を随時計測して、そのエネルギーおよびパルス幅を推定し、それぞれの波長λ１およびλ２に対応する光音響信号を補正するため、光源部８Ａの第１のレーザ光源８Ｂおよび第２のレーザ光源８Ｃの経時変化による光音響信号への影響を低減することができる。
【００７１】
なお、実施の形態２では、光源部８Ａの第１のレーザ光源８Ｂおよび第２のレーザ光源８Ｃから、それぞれ、互いに異なる２つの波長λ１およびλ２を有する２種類のパルスレーザ光を出射しているが、１つのレーザ光源から互いに異なる２つの波長λ１およびλ２を有する２種類のパルスレーザ光を出射することもできる。例えば、１つのレーザ光源として、特定の複数の波長を含むパルスレーザ光を出射するレーザ光源を用い、レーザ光源に図示しない波長選択フィルタを設けることにより、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光の波長λ１およびλ２を適宜切り替えることができる。
【００７２】
ここで、波長選択フィルタとは、特定の波長λ１またはλ２を有するパルスレーザ光のみを透過させ、それ以外の波長を有するパルスレーザ光を遮断するフィルタである。このように、１つのレーザ光源から２つの波長λ１およびλ２を有するパルスレーザ光を出射する場合には、２つのレーザ光源を用いる場合と比較して、レーザ光源の稼働時間が多くなるため、時間経過によるパルスレーザ光のエネルギーおよびパルス幅の変化が大きいことがある。実施の形態２の光音響装置によれば、互いに異なる２つの波長λ１およびλ２のパルスレーザ光のそれぞれについて、エネルギーとパルス幅に基づいた光音響信号の補正を行うため、レーザ光源８の経時変化による光音響信号への影響を低減し、精度の良い光音響画像を得ることができる。
【００７３】
また、実施の形態２では、２つの波長λ１およびλ２を有する２種類のパルスレーザ光の光量を、１つの光検出器９１を含む光量検出部９により検出しているが、波長λ１およびλ２を有する２種類のパルスレーザ光に対してそれぞれ異なる２つの光検出器を用いて、２種類のパルスレーザ光の光量を検出することもできる。例えば、図４に示す光量検出部９が、図１６に示すような感度特性を有する光検出器９１と、図１８に示すような感度特性を有する図示しない第２の光検出器を有し、光検出器９１および第２の光検出器をそれぞれ積分回路９２に接続することにより、波長λ１およびλ２を有する２種類のパルスレーザ光に対してそれぞれ異なる２つの光検出器を用いて、２種類のパルスレーザ光の光量を検出することもできる。
なお、図１８に示す感度特性は、ＯＳＩ社製のフォトダイオードであるＡＰＤ１５−８−１５０の感度特性である。
【００７４】
また、実施の形態２の光音響装置は、波長λ１を有するパルスレーザ光と波長λ２を有するパルスレーザ光を、プローブ２のレーザ光照射部２Ｂを介してそれぞれ被検体内に照射しているが、互いに異なる波長を有する３種類以上の複数のパルスレーザ光を被検体内に照射することもできる。例えば、図１に示す光音響装置１に、互いに異なる波長のパルスレーザ光を出射する３つ以上の複数のレーザ光源を設けてもよく、１つのレーザ光源８として、特定の３種類以上の波長を含むパルスレーザ光を出射するレーザ光源を用い、このレーザ光源８に波長選択フィルタを設けてもよい。
【００７５】
この場合に、相関データメモリ１２は、複数の波長毎に、第１相関データＤ１、第２相関データＤ２、第３相関データＤ３および第４相関データＤ４を格納する。また、エネルギー推定部１０は、複数の波長毎に光量検出部９により検出されたパルスレーザ光の光量と、相関データメモリ１２により複数の波長毎に格納された第１相関データＤ１とに基づいて、パルスレーザ光のエネルギーＥｅを推定する。また、パルス幅推定部１１は、複数の波長毎にエネルギー推定部１０により推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅと、相関データメモリ１２に複数の波長毎に格納された第２相関データＤ２とに基づいて、パルスレーザ光のパルス幅Ｗｅを推定する。
【００７６】
さらに、光音響信号補正部４は、エネルギー推定部１０およびパルス幅推定部１１により複数の波長毎に推定されたそれぞれのエネルギーＥｅおよびパルス幅Ｗｅと、相関データメモリ１２に複数の波長毎に格納された第３相関データＤ３および第４相関データＤ４に基づいて、複数の波長毎のパルスレーザ光に基づいて取得された光音響信号を補正する。
このように、互いに異なる波長の３種類以上の複数のパルスレーザ光を被検体内に照射する場合であっても、本発明の実施の形態２の光音響装置によれば、それぞれのレーザ光源の経時変化による光音響信号への影響を低減し、精度の良い光音響画像を得ることができる。
【００７７】
ところで、一般的に、被検体内の生体内物質は、照射されるパルスレーザ光の波長帯域に応じて、パルスレーザ光に対する吸収度が異なる。そのため、実施の形態２において被検体内に照射されるパルスレーザ光の波長λ１およびλ２の波長帯域を、特定の生体内物質の吸収度に合わせることにより、酸素飽和度分布画像等の生体内物質の分布を表す画像を生成することができる。例えば、第１のレーザ光源８Ｂから出射されるパルスレーザ光の波長λ１を、酸素化ヘモグロビンの吸収度と脱酸素化ヘモグロビンの吸収度が概ね等しくなる帯域に合わせ、かつ、第２のレーザ光源８Ｃから出射されるパルスレーザ光の波長λ２を、酸素化ヘモグロビンの吸収度と脱酸素化ヘモグロビンの吸収度とが大きく偏っている帯域に合わせて、波長λ１のパルスレーザ光に基づく補正後の光音響信号と波長λ２のパルスレーザ光に基づく補正後の光音響信号を用いることにより、被検体内の酸素飽和度分布を表す画像を得ることができる。この際に、例えば、波長λ１を１０６４ｎｍとし、波長λ２を７５６ｎｍとすることにより、被検体内の酸素飽和度分布を表す画像を得ることができる。
【００７８】
また、同様に、被検体内に照射されるパルスレーザ光の波長λ１およびλ２を、特定の生体内物質の吸収度が大きくなる波長帯域に合せることにより、実施の形態２の光音響装置を用いて、被検体内の脂質の分布を表す画像、メラニン色素の分布を表す画像、被検体内に導入したインドシアニングリーンおよびメチレンブルー等の染色用の色素の分布を表す画像、血管、リンパ管、神経等の生体層域の分布を表す画像等を得ることができる。例えば、被検体内の脂質の分布を表す画像を取得する際には、波長λ１を９２０ｎｍとし、波長λ２を１０６５ｎｍとすればよい。
【００７９】
実施の形態３
一般的なレーザ光源は、パルスレーザ光を出射し続けることにより、劣化等の経時変化をして、その結果として、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のエネルギーが低下し、かつ、パルス幅が増加することがある。このように、レーザ光源の経時変化に従って、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のエネルギーおよびパルス幅が著しく変化することにより、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光が被検体内の生体内物質に照射されても、十分な強度および周波数を有する光音響波が得られない場合がある。
【００８０】
そのため、レーザ光源の経時変化に従って、レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のエネルギーおよびパルス幅が著しく変化していることをユーザに認識させることができる。図１９に示すように、実施の形態３に係る光音響装置１Ａは、図１に示す実施の形態１の光音響装置１に警告部１７を設けたものである。警告部１７は、エネルギー推定部１０およびパルス幅推定部１１に接続されており、さらに、表示制御部６および装置制御部１３に接続されている。
さらに、受信部３、光音響信号補正部４、光音響画像生成部５、表示制御部６、エネルギー推定部１０、パルス幅推定部１１、装置制御部１３および警告部１７により、プロセッサ１６Ａが構成されている。
【００８１】
プロセッサ１６Ａの警告部１７は、エネルギー推定部１０により推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅの時間的変化量が定められたエネルギー上限値を超えた場合に表示制御部６を介して表示部７に警告表示を行い、また、パルス幅推定部１１により推定されたパルスレーザ光のパルス幅Ｗｅの時間的変化量が定められたパルス幅上限値を超えた場合にも、表示制御部６を介して表示部７に警告表示を行う。この際に、警告部１７は、エネルギー推定部１０により推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅの時間的変化量と、パルス幅推定部１１により推定されたパルスレーザ光のパルス幅Ｗｅの時間的変化量を、常時、監視する。
なお、警告部１７による警告は、表示部７への表示に限らず、例えば、音声による警告を行うこともできる。
【００８２】
以上から、警告部１７により、ユーザは、エネルギー推定部１０により推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅとパルス幅推定部１１により推定されたパルスレーザ光のパルス幅Ｗｅの少なくとも一方がレーザ光源８の経時変化により大きく変化しているために、取得される光音響信号の強度が低下していることを即座に認識することができる。
【００８３】
実施の形態４
また、レーザ光源８から出射されるパルスレーザ光のエネルギーが規定のエネルギー保証範囲外の値となる場合、また、パルスレーザ光のパルス幅が規定のパルス幅保証範囲外の値となる場合には、何らかの原因によりレーザ光源８に異常が発生したおそれがある。このような場合には、光音響画像を生成するための正確な光音響信号を取得することができなくなるため、レーザ光源８からのパルスレーザ光の出射を停止することができる。
【００８４】
図２０に示すように、実施の形態４に係る光音響装置１Ｂは、図１に示す実施の形態１の光音響装置１に、パルス光出射停止部１８を設けたものである。パルス光出射停止部１８は、エネルギー推定部１０およびパルス幅推定部１１に接続され、さらに、レーザ光源８に接続されている。また、パルス光出射停止部１８は、装置制御部１３に接続されている。
さらに、受信部３、光音響信号補正部４、光音響画像生成部５、表示制御部６、エネルギー推定部１０、パルス幅推定部１１、装置制御部１３およびパルス光出射停止部１８により、プロセッサ１６Ｂが構成されている。
【００８５】
プロセッサ１６Ｂのパルス光出射停止部１８は、エネルギー推定部１０により推定されたパルスレーザ光のエネルギーＥｅが定められたエネルギー保証範囲を超えた場合、あるいは、パルス幅推定部１１により推定されたパルスレーザ光のパルス幅Ｗｅが定められたパルス幅保証範囲を超えた場合に、レーザ光源８からのパルスレーザ光の出射を停止する。
【００８６】
このように、パルスレーザ光のエネルギーが規定のエネルギー保証範囲外の値となる場合またはパルスレーザ光のパルス幅が規定のパルス幅保証範囲外の値となる場合に、パルス光出射停止部１８により、レーザ光源８からのパルスレーザ光の出射を停止することができるため、安全にかつ正確に光音響画像を生成することができる。
【００８７】
上記記載から、以下の付記項１に記載の光音響装置を把握することができる。
［付記項１］
パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記パルスレーザ光を被検体内に照射することにより前記被検体の組織から光音響波を出射させ、前記被検体の組織による光音響波を受信するプローブと、
前記レーザ光源から出射される前記パルスレーザ光を検出する光量検出回路と、
前記光量検出回路により検出された光量と前記パルスレーザ光のエネルギーとの関係を表す第１相関データと、前記パルスレーザ光のエネルギーと前記パルスレーザ光のパルス幅との関係を表す第２相関データとを格納する相関データメモリと、
プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記プローブから光音響信号を取得し、
前記光量検出回路により検出された光量から前記第１相関データを用いて前記パルスレーザ光のエネルギーを推定し、
前記推定された前記パルスレーザ光のエネルギーから前記第２相関データを用いて前記パルスレーザ光のパルス幅を推定し、
前記推定された前記パルスレーザ光のエネルギーと定められた基準エネルギーとの間の第１差分および前記推定された前記パルスレーザ光のパルス幅と定められた基準パルス幅との間の第２差分の双方に基づいて前記取得された前記光音響信号を補正し、
前記補正された前記光音響信号から光音響画像を生成する
を備えた光音響装置。
【符号の説明】
【００８８】
１，１Ａ，１Ｂ  光音響装置、２  プローブ、２Ａ  アレイトランスデューサ、２Ｂ  レーザ光照射部、３  受信部、４  光音響信号補正部、５  光音響画像生成部、６  表示制御部、７  表示部、８  レーザ光源、８Ａ  光源部、８Ｂ  第１のレーザ光源、８Ｃ  第２のレーザ光源、８Ｄ  ミラー、８Ｅ  ハーフミラー、９  光量検出部、１０  エネルギー推定部、１１  パルス幅推定部、１２  相関データメモリ、１３  装置制御部、１４  操作部、１５  格納部、１６，１６Ａ，１６Ｂ  プロセッサ、１７  警告部、１８  パルス光出射停止部、３１  増幅部、３２  ＡＤ変換部、４１  第１差分算出部、４２  第２差分算出部、４３  補正実行部、５１  信号処理部、５２  ＤＳＣ、５３  画像処理部、８１  レーザロッド、８２  励起光源、８３，８４  ミラー、８５  偏光子、８６  Ｑスイッチ、９１  光検出器、９２  積分回路、９３  ピークホールド回路、Ｄ０  光量、Ｄ１  第１相関データ、Ｄ２  第２相関データ、Ｄ３  第３相関データ、Ｄ４  第４相関データ、Ｅｅ，Ｅ１，Ｅ２  エネルギー、Ｅｄ，Ｗｄ  ばらつき、Ｅｓ  基準エネルギー、Ｍ１  第１差分、Ｍ２  第２差分、Ｎ１  第１補正量、Ｎ２  第２補正量、Ｔ１，Ｔ２  光音響信号、Ｗｅ  パルス幅、Ｗｓ  基準パルス幅、λ１，λ２  波長。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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