(57)【要約】  標本（Ｘ）に励起光を照射する励起光照射部（２）と、励起光照射部（２）により励起光が照射された位置において発生する音響波を検出する音響波検出部（４）と、標本（Ｘ）の表面形状に倣って変形する膜を有する袋状体（２０）の内部に音響波伝播媒体（２１）を充填してなる音響波伝播体（５）と、検出された音響波に基づいて画像を生成する画像生成部（６）とを備え、音響波伝播体（５）が、標本（Ｘ）の画像取得時に、音響波検出部（４）と標本（Ｘ）との間に、空気層を介在させずに配置され、かつ、音響波検出部（４）と標本（Ｘ）との相対移動に伴って、標本（Ｘ）に対して移動する光音響撮影装置（１）である。
2020065726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本に励起光を照射する励起光照射部と、
該励起光照射部により前記励起光が照射された位置において発生する音響波を検出する音響波検出部と、
前記標本の表面形状に倣って変形する膜を有する袋状体の内部に音響波伝播媒体を充填してなる音響波伝播体と、
検出された前記音響波に基づいて画像を生成する画像生成部とを備え、
前記音響波伝播体が、前記標本の画像取得時に、前記音響波検出部と前記標本との間に、空気層を介在させずに配置され、かつ、前記音響波検出部と前記標本との相対移動に伴って、前記標本に対して移動する光音響撮影装置。
【請求項２】
前記音響波伝播体が、前記音響波検出部に取り付けられている請求項１に記載の光音響撮影装置。
【請求項３】
前記音響波検出部が、前記音響波を収集する音響波収集光学系と、該音響波収集光学系により収集された前記音響波を電気信号に変換する変換器とを備え、
前記音響波伝播体が、前記音響波収集光学系に取り付けられている請求項２に記載の光音響撮影装置。
【請求項４】
前記音響波検出部が、前記音響波を電気信号に変換する変換器を備え、
前記音響波伝播体が、前記変換器に取り付けられている請求項２に記載の光音響撮影装置。
【請求項５】
標本と音響波検出部との間に、表面形状に倣って変形する膜を有する袋状体の内部に音響波伝播媒体を充填してなる音響波伝播体を、空気層を介在させずに挟んだ状態に配置し、
前記標本に対して光源、前記音響波検出部および前記音響波伝播体を相対移動させながら前記光源から前記標本に励起光を照射し、
前記励起光が照射された位置において発生する音響波を、前記音響波伝播体を経由して前記音響波検出部により検出し、
検出された前記音響波に基づいて画像を生成する光音響撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルス状の励起光を標本に照射し、標本において発生した音響波を検出することにより標本の画像を取得する光音響撮影装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の装置は、標本において発生する音響波を損失なく検出するために、標本と音響波検出器との間を水等の音響波伝播媒体で埋めるウォータタンクを備えている。ウォータタンクは、標本の上面に密着させるメンブレンを底面とし、上方に開口する開放容器の形態を有している。そして、内部に貯留された水の水面に音響波検出器を密着させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５１９２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、超音波検出器を標本に対して移動させる場合に、特許文献１の装置では、ウォータタンク内の水面に超音波検出器を密着させたままの状態を維持して移動させる必要がある。このため、ウォータタンクは、撮影範囲に音響波検出器の大きさを加えた大きさの開口面積を確保する必要があり、装置が大型化してしまうという不都合がある。
本発明は、必要な撮影範囲を確保しながら、装置を小型化することができる光音響撮影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】
【０００５】
本発明の一態様は、標本に励起光を照射する励起光照射部と、該励起光照射部により前記励起光が照射された位置において発生する音響波を検出する音響波検出部と、前記標本の表面形状に倣って変形する膜を有する袋状体の内部に音響波伝播媒体を充填してなる音響波伝播体と、検出された前記音響波に基づいて画像を生成する画像生成部とを備え、前記音響波伝播体が、前記標本の画像取得時に、前記音響波検出部と前記標本との間に、空気層を介在させずに配置され、かつ、前記音響波検出部と前記標本との相対移動に伴って、前記標本に対して移動する光音響撮影装置である。【０００６】
本態様によれば、パルス状の励起光が標本に照射されると、標本の照射された位置において音響波が発生し、標本および音響波検出部に密着している音響波伝播体を経由して音響波検出部により検出される。画像生成部において、標本の各位置における音響波の大きさを測定して配列することにより、標本の音響波画像を生成することができる。【０００７】
この場合において、音響波伝播体は、音響波検出部と標本との相対移動に伴って標本に対して移動するので、撮影範囲よりも小さくても、必要な撮影範囲の各位置において、袋状体を構成している膜を標本の表面形状に倣って変形させ、音響波検出部と標本との間の空間を埋めて空気層の介在をなくし、音響波の損失を抑えることができる。これにより、大きなウォータタンクを用意せずに、必要な撮影範囲を確保しながら、装置を小型化することができる。【０００８】
上記態様においては、前記音響波伝播体が、前記音響波検出部に取り付けられていてもよい。
この構成により、音響波検出部と標本との相対移動に伴って、音響波伝播体を標本に対して、より確実に移動させることができる。【０００９】
また、上記態様においては、前記音響波検出部が、前記音響波を収集する音響波収集光学系と、該音響波収集光学系により収集された前記音響波を電気信号に変換する変換器とを備え、前記音響波伝播体が、前記音響波収集光学系に取り付けられていてもよい。
この構成により、標本において発生した音響波は、音響波伝播体を経由して音響波収集光学系により収集され、変換器により電気信号に変換される。【００１０】
また、上記態様においては、前記音響波検出部が、前記音響波を電気信号に変換する変換器を備え、前記音響波伝播体が、前記変換器に取り付けられていてもよい。
この構成により、標本において発生した音響波は、音響波伝播体を経由して、直接変換器に入射し、変換器において電気信号に変換される。【００１１】
また、本発明の他の態様は、標本と音響波検出部との間に、表面形状に倣って変形する膜を有する袋状体の内部に音響波伝播媒体を充填してなる音響波伝播体を、空気層を介在させずに挟んだ状態に配置し、前記標本に対して光源、前記音響波検出部および前記音響波伝播体を相対移動させながら前記光源から前記標本に励起光を照射し、前記励起光が照射された位置において発生する音響波を、前記音響波伝播体を経由して前記音響波検出部により検出し、検出された前記音響波に基づいて画像を生成する光音響撮影方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、必要な撮影範囲を確保しながら、装置を小型化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光音響撮影装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の光音響撮影装置の音響波伝播体を標本の上方に配置した状態を示す部分的な拡大図である。
【図３】図２の状態から標本を上昇させて音響波伝播体に標本の表面を密着させた状態を示す部分的な拡大図である。
【図４】図１の光音響撮影装置を用いた光音響撮影方法を説明するフローチャートである。
【図５】図３の光音響撮影装置において標本の表面に突起がある場合を示す部分的な拡大図である。
【図６】図１の光音響撮影装置の変形例を示す部分的な拡大図である。
【図７】図１の光音響撮影装置の他の変形例を示す部分的な拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係る光音響撮影装置１および光音響撮影方法について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光音響撮影装置１は、図１に示されるように、標本Ｘを載置するステージ２と、ステージ２に載置された標本Ｘにレーザ光（励起光）を照射する励起光照射部３と、レーザ光の照射により標本Ｘにおいて発生した音響波を検出する音響波検出部４と、音響波検出部４に取り付けられた音響波伝播体５と、検出された音響波に基づいて画像を生成する画像処理部（画像生成部）６とを備えている。図中、符号７はパルス状のレーザ光を発生する光源である。
【００１５】
ステージ２は、搭載した標本Ｘを３次元方向に移動させることができる。すなわち、後述する対物レンズ８に対してステージ２を鉛直方向に上下動させることにより、対物レンズ８の焦点位置を標本Ｘの深さ方向に移動させることができる。また、対物レンズ８に対してステージ２を水平方向に移動させることにより、レーザ光の照射位置を水平方向に調整することができる。
【００１６】
励起光照射部３は、光源７において発生したパルス状のレーザ光を標本Ｘの関心領域に集光する対物レンズ８を備えている。図中、符号３ａは集光レンズ、９はミラー、１０はピンホール、１１はビームスプリッタ、１２は接眼レンズである。
【００１７】
音響波検出部４は、標本Ｘにおいて発生した音響波をレーザ光の光路から分岐する分岐素子（音響波収集光学系）１３と、分岐素子１３の上面に接触して配置された音響波トランスデューサ（変換器）１４とを備えている。音響波トランスデューサ１４は、検出した音響波の強度を電気信号として出力する。図中、符号１５は音響波トランスデューサ１４から出力された電気信号を増幅する増幅器である。
【００１８】
分岐素子１３は、図２に示されるように、三角プリズム１６と平行四辺形プリズム１７とを組み合わせて構成され、対物レンズ８の先端に近接して配置されている。
相互に隣接配置された三角プリズム１６の傾斜面と平行四辺形プリズム１７の傾斜面とは、両者間に配置される液体、すなわち、光学的な屈折率が整合しかつ低音響インピーダンスの不揮発性液体、例えば、低分子量シリコーンオイルの薄い層によって分離されている。この層により分岐面１８が構成されている。
【００１９】
対物レンズ８の先端下方に対向して配置される三角プリズム１６の上面は、対物レンズ８の光軸に直交して配置されている。
これにより、対物レンズ８から射出され、三角プリズム１６に入射するレーザ光は分岐面１８を透過して平行四辺形プリズム１７の下面から分岐素子１３外に放出される。この際に、三角プリズム１６の上面および分岐面１８におけるレーザ光に発生する屈折が抑えられ、対物レンズ８から射出されたレーザ光は真っ直ぐに鉛直下方の標本Ｘに照射される。
【００２０】
本実施形態においては、平行四辺形プリズム１７の下面は、レーザ光が射出されるとともに、音響波が入射される。この下面には、入射する音響波を収集する凹部（音響レンズ）１９が設けられている。平行四辺形プリズム１７の下面から分岐素子１３内に入射する音響波は、凹部１９において収集させられて平行四辺形プリズム１７内に入り、平行四辺形プリズム１７内の、分岐面１８および分岐面１８に平行な対向面において反射された後、対向面に隣接する平行四辺形プリズム１７の上面から分岐素子１３外に射出される。この上面に音響波トランスデューサ１４を配置しておくことにより、音響波を検出することができる。
【００２１】
音響波伝播体５は、薄膜からなる袋状体２０の内部に、分岐素子１３および袋状体２０と同等の屈折率を有する水等の音響波伝播媒体２１を充填することにより構成されている。袋状体２０は、例えば、シリコーンゴム等のレーザ光および音響波を透過可能な材質からなり、接触する物体の形状に合わせて変形し、物体に隙間なく密着する性質を有している。また、袋状体２０として、全体が膜からなるものを例示したが、これに限定されるものではなく、物体と接触しない一部が膜状ではないものを採用してもよい。
【００２２】
袋状体２０は、内部に空気層を形成することなく、音響波伝播媒体２１を充填している。袋状体２０は、平行四辺形プリズム１７におけるレーザ光の射出面かつ音響波の入射面である下面に取り付けられ、凹部１９内を音響波伝播媒体２１で埋めている。凹部１９は平行四辺形プリズム１７と同等の屈折率を有する音響波伝播媒体２１によって埋められることにより、レーザ光に対しては集光作用を有さず、音響波に対してのみレンズ機能を発揮する。
画像処理部６は、増幅器１５によって増幅された信号とステージ２の位置情報とに基づいて画像を生成する。
【００２３】
このように構成された本実施形態に係る光音響撮影装置１を用いた光音響撮影方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光音響撮影装置１を用いて標本Ｘの観察を行うには、ステージ２にマウス等の標本Ｘを載置し、図２に示されるように、標本Ｘを音響波伝播体５の鉛直下方に配置した状態から、ステージ２を上昇させることにより、標本Ｘの上面に音響波伝播体５を接触させる。
【００２４】
この状態で、ステージ２をさらに上昇させていくと、図３および図４に示されるように、音響波伝播体５が標本Ｘの表面形状に倣って変形し標本Ｘの表面に隙間なく密着させられる（ステップＳ１）。そして、対物レンズ８の焦点位置が標本Ｘ内部の所望の位置に配置される位置までステージ２を上昇させた時点で、光源７からパルス状のレーザ光を発生させると、レーザ光が集光レンズ３ａおよびピンホール１０を経てビームスプリッタ１１を通過して対物レンズ８により集光され、分岐素子１３および音響波伝播体５を透過して標本Ｘに入射される（ステップＳ２）。
【００２５】
分岐素子１３および音響波伝播体５は同等の屈折率を有し、対物レンズ８からのレーザ光が分岐素子１３の表面に直交する方向に入射するので、レーザ光は屈折することなく直進し、標本Ｘ内において焦点を結ぶ。
【００２６】
標本Ｘに入射したレーザ光は、対物レンズ８の焦点位置において音響波を発生させる。発生した音響波の内、音響波伝播体５側に戻った部分が、音響波伝播体５を透過して分岐素子１３に入射する際に、凹部１９によって収集される。そして、平行四辺形プリズム１７内部の分岐面１８および対向面において反射させられた後に、平行四辺形プリズム１７に接触して配置されている音響波トランスデューサ１４により検出される（ステップＳ３）。音響波伝播体５が標本Ｘの表面に密着しているとともに、音響波伝播体５の袋状体２０の内部に音響波伝播媒体２１が充満させられているので、標本Ｘと音響波トランスデューサ１４との間に空気層が存在せず、音響波の減衰を低減しつつ検出することができる。
【００２７】
検出された音響波は増幅器１５により増幅された後、画像処理部６において、ステージ２の位置情報と対応づけられる（ステップＳ４）。そして、全ての照射位置において音響波の検出が行われたか否かが判定され（ステップＳ５）、終了していない場合には、ステージ２を水平方向に所定距離だけ移動させることにより、レーザ光の照射位置を水平方向に変化させ（ステップＳ６）、ステップＳ２からの工程を繰り返すことにより、画像処理部６において音響波の強度分布を示す画像を生成することができる。
【００２８】
この場合において、ステージ２を移動させると、音響波伝播体５に接触する標本Ｘの表面形状が変化するが、音響波伝播体５がその都度標本Ｘの表面形状に倣って変形することにより、標本Ｘの表面との密着状態が維持される。これにより、レーザ光の照射位置を変更しても、音響波の減衰を低減しつつ検出することができる。
【００２９】
特に、図５に示されるように、標本Ｘの表面に突起等による凹凸が存在する場合においても、音響波伝播体５の形状を表面形状に倣って変化させるので、音響波を安定して検出し続けることができる。例えば、ジェル状の音響波伝播媒体２１を標本Ｘの表面に塗布してもある程度の凹凸に対応して撮影を行うことができるが、本実施形態によれば、ジェル状の音響波伝播媒体２１の表面張力では対処できない程大きな凹凸に対しても、簡易に撮影することができる。
【００３０】
そして、本実施形態に係る光音響撮影装置１によれば、従来のようにウォータタンク内で対物レンズ８を移動させることとは異なり、音響波伝播体５を音響波検出部４に取り付けているので、標本Ｘと対物レンズ８との相対移動範囲を網羅する大きなウォータタンクを設ける必要がなく、必要な撮影範囲を確保しながら、装置を小型化することができるという利点がある。
【００３１】
また、水面を形成するウォータタンクとは異なり、袋状体２０の内部に音響波伝播媒体２１を封入した状態とするので、水の蒸発、塵埃の混入および対物レンズ８の移動による水の飛散等の不都合の発生を未然に防止することができるという利点もある。
【００３２】
なお、本実施形態においては、対物レンズ８と標本Ｘとの間に分岐素子１３を配置し、分岐素子１３に音響波伝播体５を取り付けることにしたが、これに代えて、図６に示されるように、レーザ光については音響波伝播体５を通過させることなく標本Ｘに入射し、音響波トランスデューサ１４に音響波伝播体５を直接取り付けることにしてもよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、袋状体２０に音響波伝播媒体２１を封入した音響波伝播体５を音響波検出部４に取り付けることとしたが、これに代えて、図７に示されるように、音響波検出部４と標本Ｘとの間に、独立した音響波伝播体５を挟むことにしてもよい。
【００３４】
また、本実施形態においては、標本Ｘを載置したステージ２を３次元方向に移動させることにより、音響波検出部４に対して標本Ｘを移動させたが、これに代えて、ステージ２を固定し、音響波検出部４を３次元方向に移動させることにしてもよい。
音響波伝播媒体２１として水を例示したが、他の任意の音響波伝播媒体２１を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  光音響撮影装置
３  励起光照射部
４  音響波検出部
５  音響波伝播体
６  画像処理部（画像生成部）
７  光源
１３  分岐素子（音響波収集光学系）
１４  音響波トランスデューサ（変換器）
２０  袋状体
２１  音響波伝播媒体
Ｘ  標本
【図１】
2020065726.tif 000003
【図２】
2020065726.tif 000004
【図３】
2020065726.tif 000005
【図４】
2020065726.tif 000006
【図５】
2020065726.tif 000007
【図６】
2020065726.tif 000008
【図７】
2020065726.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月25日(2021.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本に励起光を照射する励起光照射部と、
該励起光照射部により前記励起光が照射された位置において発生する音響波を検出する音響波検出部と、
前記標本の表面形状に倣って変形する膜を有する袋状体の内部に音響波伝播媒体を充填してなる音響波伝播体と、
検出された前記音響波に基づいて画像を生成する画像生成部とを備え、
前記音響波伝播体が、前記標本の画像取得時に、前記音響波検出部と前記標本との間に、空気層を介在させずに配置され、かつ、前記音響波検出部と前記標本との相対移動に伴って、前記標本に対して移動し、
前記音響波検出部が、
前記音響波を収集する音響波収集光学系と、
該音響波収集光学系により収集された前記音響波を電気信号に変換する変換器と、を備え、
前記音響波伝播体が、前記音響波収集光学系に取り付けられ、
前記音響波収集光学系と空気との屈折率の差に比べて、前記音響波収集光学系と前記音響波伝播体との屈折率の差が小さい光音響撮影装置。
【請求項２】
前記音響波伝播媒体は、前記音響波収集光学系と同等の屈折率を有するシリコーンゴムである請求項１に記載の光音響撮影装置。
【請求項３】
前記音響波伝播体は、前記袋状体の内部に、空気層を形成することなく前記音響波伝播媒体を充填してなる請求項１に記載の光音響撮影装置。
【請求項４】
前記音響波収集光学系は、射出面が凹面のプリズムであり、
前記袋状体は、前記プリズムに隙間なく取り付けられている請求項１に記載の光音響撮影装置。
【請求項５】
標本と音響波検出部との間に、表面形状に倣って変形する膜を有する袋状体の内部に音響波伝播媒体を充填してなる音響波伝播体を、空気層を介在させずに挟んだ状態に配置し、
前記標本に対して光源、前記音響波検出部および前記音響波伝播体を相対移動させながら前記光源から前記標本に励起光を照射し、
前記励起光が照射された位置において発生する音響波を、前記音響波伝播体を経由して前記音響波検出部により検出し、
検出された前記音響波に基づいて画像を生成し、
前記音響波検出部が、
前記音響波を収集する音響波収集光学系と、
該音響波収集光学系により収集された前記音響波を電気信号に変換する変換器と、を備え、
前記音響波伝播体が、前記音響波収集光学系に取り付けられ、
前記音響波収集光学系と空気との屈折率の差に比べて、前記音響波収集光学系と前記音響波伝播体との屈折率の差が小さい光音響撮影方法。
【国際調査報告】
2020065726.tif 000010
2020065726.tif 000011
2020065726.tif 000012
2020065726.tif 000013