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JP5469113B2 - Probe unit for photoacoustic analysis and photoacoustic analyzer - Google Patents

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JP5469113B2 JP2011038106A JP2011038106A JP5469113B2 JP 5469113 B2 JP5469113 B2 JP 5469113B2 JP 2011038106 A JP2011038106 A JP 2011038106A JP 2011038106 A JP2011038106 A JP 2011038106A JP 5469113 B2 JP5469113 B2 JP 5469113B2
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Description

本発明は、光音響分析法を利用した被検体の検査および診断等に用いられる光音響分析用プローブユニットおよび光音響分析装置に関するものである。   The present invention relates to a photoacoustic analysis probe unit and a photoacoustic analyzer used for examination and diagnosis of a subject using a photoacoustic analysis method.

従来、被検体の内部の断層画像を取得する方法としては、超音波が被検体内に照射されることにより被検体内で反射した超音波を検出して超音波画像を生成し、被検体内の形態的な断層画像を得る超音波イメージングが知られている。一方、被検体の検査においては形態的な断層画像だけでなく機能的な断層画像を表示する装置の開発も近年進められている。そして、このような装置の一つに光音響分析法を利用した装置がある。この光音響分析法は、所定の波長を有する光(例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光)を測定光として被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの測定光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の特定物質とは、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。このように光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング(PAI:Photoacoustic Imaging)或いは光音響トモグラフィーと呼ばれる。   Conventionally, as a method for acquiring a tomographic image inside a subject, an ultrasonic image is generated by detecting ultrasonic waves reflected in the subject by irradiating the subject with ultrasonic waves. Ultrasonic imaging for obtaining a morphological tomographic image is known. On the other hand, in the examination of a subject, development of an apparatus that displays not only a morphological tomographic image but also a functional tomographic image has been advanced in recent years. One of such devices is a device using a photoacoustic analysis method. In this photoacoustic analysis method, light having a predetermined wavelength (for example, visible light, near-infrared light, or mid-infrared light) is irradiated to a subject as measurement light, and a specific substance in the subject is irradiated with the measurement light. A photoacoustic wave, which is an elastic wave generated as a result of absorbing energy, is detected, and the concentration of the specific substance is quantitatively measured. The specific substance in the subject is, for example, glucose or hemoglobin contained in blood. A technique for detecting a photoacoustic wave and generating a photoacoustic image based on the detection signal is called photoacoustic imaging (PAI) or photoacoustic tomography.

従来、上記のような光音響効果を利用した光音響イメージングにおいて、次のような課題がある。測定光の強度は、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって著しく減衰する。また、測定光に基づいて被検体内で発生した光音響波の強度も、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって減衰する。したがって、光音響イメージングでは、被検体の深部の情報を得ることが難しい。この課題を解決するため、例えば被検体内に測定光のエネルギー量を増やすことにより、発生する光音響波を大きくすることが考えられる。   Conventionally, there are the following problems in photoacoustic imaging using the photoacoustic effect as described above. The intensity of the measurement light is significantly attenuated by absorption and scattering in the process of propagating through the subject. In addition, the intensity of the photoacoustic wave generated in the subject based on the measurement light is also attenuated by absorption and scattering in the process of propagating in the subject. Therefore, in photoacoustic imaging, it is difficult to obtain information on the deep part of the subject. In order to solve this problem, for example, it is conceivable to increase the generated photoacoustic wave by increasing the amount of measurement light energy in the subject.

しかし、被検体が生体である場合、測定光のエネルギーにより生体組織に損傷を与えないために、生体に照射することができる単位面積当たりの最大許容露光量(MPE:Maximum Permissible Exposure)が定められている。そのため、光量を増すとしてもMPEが上限となる。   However, when the subject is a living body, the maximum permissible exposure (MPE) per unit area that can be irradiated to the living body is determined in order not to damage the living tissue by the energy of the measurement light. ing. Therefore, even if the amount of light is increased, MPE becomes the upper limit.

そこで、光量をMPE以下に抑えかつS/Nの高い光音響波を検出できるようにする方法として、例えば特許文献1に示されるように、複数の光ファイバを包含するバンドルファイバを使用して測定光の強度分布が均一となるように測定光を照射する方法が挙げられる。また、例えば特許文献1に示されるように、バンドルファイバを用いた光学系と超音波検出用のプローブとが一体的に組み合わされたプローブユニットを使用した場合、プローブユニットのコード部分に可撓性を持たせることができるため、使用者のハンドリング性能が向上するという利点もある。   Therefore, as a method for suppressing the amount of light below MPE and detecting a photoacoustic wave having a high S / N, for example, as shown in Patent Document 1, measurement is performed using a bundle fiber including a plurality of optical fibers. A method of irradiating measurement light so that the light intensity distribution is uniform can be mentioned. For example, as shown in Patent Document 1, when a probe unit in which an optical system using a bundle fiber and an ultrasonic detection probe are combined together is used, the cord portion of the probe unit is flexible. Therefore, there is an advantage that the handling performance of the user is improved.

特開2010−12295号公報JP 2010-12295 A

しかしながら、上記のようなプローブユニットを使用した場合、ハンドリング性能が向上する反面、測定光に起因する危険性が上昇するという問題が生じうる。光音響イメージングでは充分な強度の測定光を得るため一般的にレーザ光を使用する。したがって、プローブユニットのハンドリング性能が向上するということは、例えばレーザ光が人の目に入るといった危険な状態になる機会が増えることに繋がる。そして、このような課題は、光音響イメージングに限らず、光音響分析法を利用した被検体の検査および診断等においても同様に生じうる。   However, when the probe unit as described above is used, the handling performance is improved, but there is a problem that the risk due to the measurement light increases. In photoacoustic imaging, a laser beam is generally used in order to obtain measurement light with sufficient intensity. Therefore, the improvement in the handling performance of the probe unit leads to an increase in the chance of entering a dangerous state in which, for example, laser light enters the human eye. Such a problem can occur not only in photoacoustic imaging but also in examination and diagnosis of a subject using a photoacoustic analysis method.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、プローブユニットを使用した光音響分析において、測定光としてのレーザ光に起因する危険性を低減して安全性をより向上させることを可能とする光音響分析用プローブユニットおよび光音響分析装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and in photoacoustic analysis using a probe unit, it is possible to reduce the risk due to laser light as measurement light and further improve safety. An object of the present invention is to provide a photoacoustic analysis probe unit and a photoacoustic analysis apparatus.

上記課題を解決するために、本発明に係る光音響分析用プローブユニットは、
被検体に測定光としてレーザ光を照射し、被検体内で発生した光音響波を検出してこの光音響波を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて分析を行う光音響分析に用いられるプローブユニットにおいて、
レーザ光を照射する光照射部と、
光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、
底が音響透過膜から構成された容器、およびこの容器に収容された音響整合液を有する音響整合部とを備え、
音響透過膜および音響整合液が、被検体の音響インピーダンスおよび電気音響変換部の音響インピーダンスを整合するような音響インピーダンスを有し、
電気音響変換部が、この電気音響変換部の音響検出面が音響整合液に接触するように配置されたものであり、
光照射部が、音響整合液を通って音響透過膜の裏面に対しレーザ光が所定の角度で入射するように配置されたものであり、
上記所定の角度が、上記裏面が空気と接触している場合にはレーザ光が上記裏面における全反射条件を満たし、上記裏面が被検体と接触している場合にはレーザ光が上記裏面における全反射条件を満たさない角度であることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a probe unit for photoacoustic analysis according to the present invention is:
Used for photoacoustic analysis that irradiates a subject with laser light as measurement light, detects a photoacoustic wave generated in the subject, converts the photoacoustic wave into an electrical signal, and performs analysis based on the electrical signal Probe unit
A light irradiation unit for irradiating a laser beam;
An electroacoustic transducer that converts photoacoustic waves into electrical signals;
A container having a bottom made of an acoustically permeable membrane, and an acoustic matching unit having an acoustic matching liquid contained in the container;
The acoustic transmission membrane and the acoustic matching liquid have an acoustic impedance that matches the acoustic impedance of the subject and the acoustic impedance of the electroacoustic transducer,
The electroacoustic transducer is disposed so that the acoustic detection surface of the electroacoustic transducer is in contact with the acoustic matching liquid,
The light irradiation part is arranged so that the laser light is incident on the back surface of the sound transmission film through the acoustic matching liquid at a predetermined angle,
When the predetermined angle is such that the back surface is in contact with air, the laser light satisfies the total reflection condition on the back surface, and when the back surface is in contact with the subject, the laser light is totally reflected on the back surface. The angle is such that the reflection condition is not satisfied.

本明細書において、「音響透過膜の裏面」とは、音響透過膜の被検体と接する側の表面を意味する。   In the present specification, the “back surface of the sound transmission film” means the surface of the sound transmission film on the side in contact with the subject.

そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、上記所定の角度は、上記裏面が被検体と接触している場合レーザ光が上記裏面における全反射条件から外れることにより、上記裏面を透過する際のレーザ光の透過率が90%以上となるような角度であることが好ましい。   In the probe unit according to the present invention, the predetermined angle is determined when the back surface is in contact with the subject, and the laser light is transmitted through the back surface when the laser light deviates from the total reflection condition on the back surface. It is preferable that the angle is such that the transmittance is 90% or more.

そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、音響透過膜および音響整合液の屈折率は1.3〜1.4であり、上記所定の角度は42〜85°であることが好ましい。   In the probe unit according to the present invention, the refractive index of the sound transmission film and the acoustic matching liquid is preferably 1.3 to 1.4, and the predetermined angle is preferably 42 to 85 °.

そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、容器は側壁部の内壁に光吸収部材を有することが好ましい。   And in the probe unit which concerns on this invention, it is preferable that a container has a light absorption member in the inner wall of a side wall part.

さらに、本発明に係る光音響分析装置は、上記に記載したプローブユニットを備えたことを特徴とするものである。   Furthermore, a photoacoustic analyzer according to the present invention is characterized by including the probe unit described above.

本発明に係る光音響分析用プローブユニットおよび光音響分析装置は、特に、底が音響透過膜から構成された容器、およびこの容器に収容された音響整合液を有する音響整合部とを備え、音響透過膜および音響整合液が、被検体の音響インピーダンスおよび電気音響変換部の音響インピーダンスを整合するような音響インピーダンスを有し、電気音響変換部が、この電気音響変換部の音響検出面が音響整合液に接触するように配置されたものであり、光照射部が、音響整合液を通って音響透過膜の裏面に対しレーザ光が所定の角度で入射するように配置されたものであり、上記所定の角度が、上記裏面が空気と接触している場合にはレーザ光が上記裏面における全反射条件を満たし、上記裏面が被検体と接触している場合にはレーザ光が上記裏面における全反射条件を満たさない角度であることを特徴とするものである。したがって、プローブユニットを空気中で操作している際に、誤ってレーザ光が空気中に放出されることを防止することができる。この結果、プローブユニットを使用した光音響分析において、測定光としてのレーザ光に起因する危険性を低減して安全性をより向上させることが可能となる。   The probe unit for photoacoustic analysis and the photoacoustic analysis apparatus according to the present invention include, in particular, a container having a bottom made of an acoustic transmission film, and an acoustic matching unit having an acoustic matching liquid contained in the container. The permeable membrane and the acoustic matching liquid have an acoustic impedance that matches the acoustic impedance of the subject and the acoustic impedance of the electroacoustic transducer, and the electroacoustic transducer is acoustically matched to the acoustic detection surface of the electroacoustic transducer. It is arranged so as to contact the liquid, and the light irradiation unit is arranged so that the laser beam is incident at a predetermined angle with respect to the back surface of the acoustic transmission film through the acoustic matching liquid. When the predetermined angle is such that the back surface is in contact with air, the laser light satisfies the total reflection condition on the back surface, and when the back surface is in contact with the subject, the laser light is It is characterized in that the angle does not satisfy the total reflection condition at the surface. Therefore, it is possible to prevent laser light from being accidentally emitted into the air when the probe unit is operated in the air. As a result, in the photoacoustic analysis using the probe unit, it is possible to reduce the risk due to the laser light as the measurement light and further improve the safety.

本発明のプローブユニットの一実施形態を示す概略切断部端面図である。It is a general | schematic cutting part end view which shows one Embodiment of the probe unit of this invention. 本発明のプローブユニットの一実施形態を示す概略切断部端面図である。It is a general | schematic cutting part end view which shows one Embodiment of the probe unit of this invention. 本発明の光音響分析装置の一実施形態の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of one Embodiment of the photoacoustic analyzer of this invention. 図2における画像生成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image generation part in FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。   Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this. In addition, for easy visual recognition, the scale of each component in the drawings is appropriately changed from the actual one.

まず、本発明の光音響分析用プローブユニットについて説明する。図1Aおよび図1Bは、本実施形態のプローブユニット70の構成を示す概略切断部端面図である。また、図1Aはプローブユニット70が被検体7に当接される前の様子を示すものであり、図1Bはプローブユニット70が被検体7に当接されたときの様子を示すものである。図2は、本実施形態の光音響分析装置である光音響撮像装置の構成を示す概略図である。   First, the photoacoustic analysis probe unit of the present invention will be described. 1A and 1B are schematic cut end face views showing the configuration of the probe unit 70 of the present embodiment. FIG. 1A shows a state before the probe unit 70 is brought into contact with the subject 7, and FIG. 1B shows a state when the probe unit 70 is brought into contact with the subject 7. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photoacoustic imaging apparatus which is the photoacoustic analysis apparatus of the present embodiment.

図1Aに示されるように、プローブユニット70は、光源部11から導光されたレーザ光Lを照射する光照射部15と、光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部3と、この電気音響変換部3を支持する支持部材32と、側壁が光吸収部材81から構成されかつ底が音響透過膜82から構成された容器80、およびこの容器80に収容された音響整合液83を有する音響整合部8と、プローブユニット70の持ち手部分となるカバー84を備える。そして、音響透過膜82および音響整合液83は、被検体7の音響インピーダンスおよび電気音響変換部3の音響インピーダンスを整合するような音響インピーダンスを有する。電気音響変換部3は、この電気音響変換部3の音響検出面3sが音響整合液83に接触するように配置されている。光照射部15は、音響整合液83を通って音響透過膜82の裏面82sに対しレーザ光Lが所定の角度で入射するように配置されている。本発明において上記所定の角度とは、上記裏面82sが空気と接触している場合にはレーザ光Lが上記裏面82sにおける全反射条件を満たし(図1A)、上記裏面82sが被検体7と接触している場合にはレーザ光Lが上記裏面82sにおける全反射条件を満たさない角度を意味する。全反射条件を満たさないとは、上記裏面82sが被検体7と接触している場合レーザ光Lが上記裏面82sにおける全反射条件から外れることにより、上記裏面82sをレーザ光Lが透過することができる状態をいう。この時のレーザ光Lの透過率は、50%以上であることが好ましく、より好ましくは70%以上であり、特に好ましくは90%以上である。   As shown in FIG. 1A, the probe unit 70 includes a light irradiation unit 15 that irradiates the laser light L guided from the light source unit 11, an electroacoustic conversion unit 3 that converts a photoacoustic wave into an electrical signal, A support member 32 that supports the electroacoustic transducer 3, a container 80 whose side wall is composed of a light absorbing member 81 and whose bottom is composed of an acoustic transmission film 82, and an acoustic matching liquid 83 accommodated in the container 80. An acoustic matching unit 8 and a cover 84 that is a handle portion of the probe unit 70 are provided. The acoustic transmission film 82 and the acoustic matching liquid 83 have an acoustic impedance that matches the acoustic impedance of the subject 7 and the acoustic impedance of the electroacoustic transducer 3. The electroacoustic transducer 3 is arranged so that the acoustic detection surface 3 s of the electroacoustic transducer 3 is in contact with the acoustic matching liquid 83. The light irradiation unit 15 is arranged so that the laser light L enters the back surface 82 s of the acoustic transmission film 82 through the acoustic matching liquid 83 at a predetermined angle. In the present invention, the predetermined angle means that when the back surface 82s is in contact with air, the laser light L satisfies the total reflection condition on the back surface 82s (FIG. 1A), and the back surface 82s is in contact with the subject 7. In this case, the angle means that the laser beam L does not satisfy the total reflection condition on the back surface 82s. The condition that the total reflection condition is not satisfied means that when the back surface 82s is in contact with the subject 7, the laser light L is transmitted through the back surface 82s when the laser light L deviates from the total reflection condition on the back surface 82s. The state that can be done. At this time, the transmittance of the laser light L is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 90% or more.

一方、本発明の上記プローブユニット70を備えた光音響分析装置は、例えば光音響画像を生成することができる光音響撮像装置10である。具体的には図2に示すように、本実施形態の光音響撮像装置10は、特定波長成分を含むレーザ光Lを発生させこのレーザ光Lを被検体7に照射する光送信部1と、このレーザ光Lが被検体7に照射されることにより被検体7内で発生する光音響波Uを検出して任意断面の光音響画像データを生成する画像生成部2と、音響信号と電気信号の変換を行う電気音響変換部3と、この光音響画像データを表示する表示部6と、操作者が患者情報や装置の撮影条件を入力するための操作部5と、これら各ユニットを統括的に制御するシステム制御部4とを備えている。   On the other hand, the photoacoustic analyzer provided with the probe unit 70 of the present invention is, for example, the photoacoustic imaging apparatus 10 capable of generating a photoacoustic image. Specifically, as shown in FIG. 2, the photoacoustic imaging apparatus 10 of the present embodiment generates a laser beam L including a specific wavelength component and irradiates the subject 7 with the laser beam L, An image generation unit 2 that generates photoacoustic image data of an arbitrary cross section by detecting a photoacoustic wave U generated in the subject 7 by irradiating the subject 7 with the laser light L, an acoustic signal, and an electrical signal The electroacoustic conversion unit 3 that performs the conversion, the display unit 6 that displays the photoacoustic image data, the operation unit 5 for the operator to input patient information and imaging conditions of the apparatus, and these units are integrated. And a system control unit 4 for controlling the system.

光送信部1は、例えばそれぞれ波長の異なるレーザ光Lを出力する複数の光源を備える光源部11と、複数の波長のレーザ光Lを同一光軸上に合成する光合波部12と、このレーザ光Lを被検体7の体表面まで導く多チャンネルの導波部14と、この導波部14において使用するチャンネルを切り換えて走査を行う光走査部13と、導波部14によって供給されるレーザ光Lが被検体7に向けて出射する光照射部15とを備えている。   The optical transmission unit 1 includes, for example, a light source unit 11 including a plurality of light sources that output laser beams L having different wavelengths, an optical combining unit 12 that combines the laser beams L having a plurality of wavelengths on the same optical axis, and the laser. A multi-channel waveguide unit 14 that guides the light L to the body surface of the subject 7, an optical scanning unit 13 that performs scanning by switching channels used in the waveguide unit 14, and a laser supplied by the waveguide unit 14 And a light irradiator 15 that emits light L toward the subject 7.

光源部11は、例えば所定の波長の光を発生する1以上の光源を有する。光源として、特定の波長成分又はその成分を含む単色光を発生する半導体レーザ(LD)、固体レーザ、ガスレーザ等の発光素子を用いることができる。光源部11は、レーザ光として1〜100nsecのパルス幅を有するパルス光を出力するものであることが好ましい。レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。生体内のヘモグロビンは、その状態(酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、メトヘモグロビン、炭酸ガスヘモグロビン、等)により光学的な吸収特性が異なるが、一般的には600nmから1000nmの光を吸収する。したがって、例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合(つまり、血管を撮像する場合)には、一般的には600〜1000nm程度とすることが好ましい。さらに、被検体7の深部まで届くという観点から、上記レーザ光の波長は700〜1000nmであることが好ましい。そして、上記レーザ光の出力は、レーザ光と光音響波の伝搬ロス、光音響変換の効率および現状の検出器の検出感度等の観点から、10μJ/cm〜数10mJ/cmであることが好ましい。さらに、パルス光出力の繰り返しは、画像構築速度の観点から、10Hz以上であることが好ましい。また、レーザ光は上記パルス光が複数並んだパルス列とすることもできる。 The light source unit 11 includes, for example, one or more light sources that generate light having a predetermined wavelength. As the light source, a light emitting element such as a semiconductor laser (LD), a solid-state laser, or a gas laser that generates a specific wavelength component or monochromatic light including the component can be used. The light source unit 11 preferably outputs pulsed light having a pulse width of 1 to 100 nsec as laser light. The wavelength of the laser light is appropriately determined according to the light absorption characteristics of the substance in the subject to be measured. Although hemoglobin in a living body has different optical absorption characteristics depending on its state (oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, methemoglobin, carbon dioxide hemoglobin, etc.), it generally absorbs light of 600 nm to 1000 nm. Therefore, for example, when the measurement target is hemoglobin in a living body (that is, when a blood vessel is imaged), it is generally preferable to set the thickness to about 600 to 1000 nm. Furthermore, from the viewpoint of reaching the deep part of the subject 7, the wavelength of the laser light is preferably 700 to 1000 nm. The output of the laser beam is 10 μJ / cm 2 to several tens of mJ / cm 2 from the viewpoints of propagation loss of laser beam and photoacoustic wave, efficiency of photoacoustic conversion, detection sensitivity of the current detector, and the like. Is preferred. Further, the repetition of the pulsed light output is preferably 10 Hz or more from the viewpoint of the image construction speed. Further, the laser beam may be a pulse train in which a plurality of the above pulsed beams are arranged.

より具体的には例えば、被検体7のヘモグロビン濃度を測定する場合には、固体レーザの一種であるNd:YAGレーザ(発光波長:約1000nm)や、ガスレーザの一種であるHe-Neガスレーザ(発光波長:633nm)を用い、10nsec程度のパルス幅を有したレーザ光を形成する。また、LD等の小型発光素子を用いる場合には、InGaAlP(発光波長:550〜650nm)、GaAlAs(発光波長:650〜900nm)、InGaAsもしくはInGaAsP(発光波長:900〜2300nm)などの材料を用いた素子を使用することができる。また最近では、波長が550nm以下で発光するInGaNを用いた発光素子も使用可能になりつつある。更には、波長可変可能な非線形光学結晶を用いたOPO(Optical Parametrical Oscillators)レーザを用いることもできる。   More specifically, for example, when the hemoglobin concentration of the subject 7 is measured, an Nd: YAG laser (emission wavelength: about 1000 nm) which is a kind of solid-state laser, or a He—Ne gas laser (emission light) which is a kind of gas laser. A laser beam having a pulse width of about 10 nsec is formed using a wavelength of 633 nm. When a small light emitting element such as an LD is used, a material such as InGaAlP (emission wavelength: 550 to 650 nm), GaAlAs (emission wavelength: 650 to 900 nm), InGaAs or InGaAsP (emission wavelength: 900 to 2300 nm) is used. Can be used. Recently, a light-emitting element using InGaN that emits light with a wavelength of 550 nm or less is becoming available. Furthermore, an OPO (Optical Parametrical Oscillators) laser using a nonlinear optical crystal whose wavelength is variable can be used.

光合波部12は、光源部11から発生する波長の異なるレーザ光Lを同一光軸に重ね合わせるためのものである。それぞれのレーザ光は、まずコリメートレンズによって平行光線に変換され、次に直角プリズムやダイクロイックプリズムにより、光軸が合わせられる。このような構成により比較的小型の合波光学系とすることができるが、光通信用に開発されている市販の多重波長合波・分波器を用いてもよい。また光源部11に前述の波長が連続的に変更可能なOPOレーザ等の発生源を使用する場合は、この光合波部12は必ずしも必要ではない。   The optical multiplexing unit 12 is for superimposing laser beams L having different wavelengths generated from the light source unit 11 on the same optical axis. Each laser beam is first converted into parallel rays by a collimating lens, and then the optical axis is adjusted by a right-angle prism or a dichroic prism. With such a configuration, a relatively small multiplexing optical system can be obtained, but a commercially available multiple wavelength multiplexer / demultiplexer developed for optical communication may be used. Further, when a light source such as an OPO laser whose wavelength can be continuously changed is used for the light source unit 11, the optical multiplexing unit 12 is not necessarily required.

導波部14は、光合波部12から出力された光を光照射部15まで導光するためのものである。効率のよい光伝搬を行うために光ファイバや薄膜光導波路を用いる。本実施形態では、導波部14は、複数の光ファイバから構成される。これらの複数の光ファイバの中から所定の光ファイバを選択して、当該選択された光ファイバによって被検体7に対するレーザ光の照射を行う。なお、図1A、1Bおよび2では、明確に示してはいないが、光学フィルタやレンズ等の光学系と合わせて使用することもできる。   The waveguide unit 14 is for guiding the light output from the optical multiplexing unit 12 to the light irradiation unit 15. An optical fiber or a thin film optical waveguide is used for efficient light propagation. In the present embodiment, the waveguide section 14 is composed of a plurality of optical fibers. A predetermined optical fiber is selected from the plurality of optical fibers, and the subject 7 is irradiated with laser light by the selected optical fiber. Although not clearly shown in FIGS. 1A, 1B, and 2, they can be used together with an optical system such as an optical filter or a lens.

光走査部13は、導波部14において配列される複数の光ファイバを順次選択しながら光の供給を行う。これにより、被検体7に対して光による走査が行われる。   The optical scanning unit 13 supplies light while sequentially selecting a plurality of optical fibers arranged in the waveguide unit 14. Thereby, the subject 7 is scanned with light.

光照射部15は、特に光学系の先端部を意味する。光照射部15は、本実施形態では光ファイバに接続されたライトガイドである。ライトガイドとしては導光板等を使用することができる。板状のライトガイドを使用した場合、音響透過膜82の裏面82sに対するレーザ光の入射角度θを規定する光学系の配置の調整が容易となる。光照射部15は、例えば電気音響変換部3の周囲に沿って配列される。光照射部15は、レーザ光Lが音響透過膜82を通ってその裏面82sに対して上記所定の角度で入射するように配置される。言い換えれば、光照射部15は、音響透過膜82の裏面82sに対するレーザ光の入射角度θが所定の角度範囲内の角度となるように配置される。所定の角度範囲とは、音響透過膜82の裏面82sが空気と接触している場合にはレーザ光Lが当該裏面82sにおける全反射条件を満たし、当該裏面82sが被検体7と接触している場合にはレーザ光Lが当該裏面82sにおける全反射条件を満たさない角度(所定の角度)からなる集合を意味する。図1Aおよび1Bでは省略しているが、厳密には音響透過膜82と音響整合液83との界面を透過する際レーザ光は屈折する。したがって、レーザ光Lの当該裏面82sへの入射角が当該所定の角度となるように、光照射部15の配置が調整される。   The light irradiator 15 particularly means the tip of the optical system. In this embodiment, the light irradiation unit 15 is a light guide connected to an optical fiber. A light guide plate or the like can be used as the light guide. When a plate-shaped light guide is used, it is easy to adjust the arrangement of the optical system that defines the incident angle θ of the laser light with respect to the back surface 82s of the sound transmission film 82. For example, the light irradiation unit 15 is arranged along the periphery of the electroacoustic conversion unit 3. The light irradiation unit 15 is arranged so that the laser light L passes through the sound transmission film 82 and enters the back surface 82s at the predetermined angle. In other words, the light irradiation unit 15 is arranged such that the incident angle θ of the laser light with respect to the back surface 82s of the sound transmission film 82 is an angle within a predetermined angle range. The predetermined angle range means that when the back surface 82s of the sound transmission film 82 is in contact with air, the laser light L satisfies the total reflection condition on the back surface 82s, and the back surface 82s is in contact with the subject 7. In this case, it means a set of angles (predetermined angles) at which the laser light L does not satisfy the total reflection condition on the back surface 82s. Although not shown in FIGS. 1A and 1B, strictly speaking, laser light is refracted when passing through the interface between the acoustic transmission film 82 and the acoustic matching liquid 83. Therefore, the arrangement of the light irradiation unit 15 is adjusted so that the incident angle of the laser light L to the back surface 82s becomes the predetermined angle.

電気音響変換部3は、例えば1次元状或いは2次元状に配列された微小な複数の変換素子から構成される。変換素子は、例えば、圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。電気音響変換部3は、光照射部15からのレーザ光Lの照射により被検体7内に発生する光音響波Uを受信する。この変換素子は、受信時において光音響波Uを電気信号に変換する機能を有している。電気音響変換部3は、小型、軽量に構成されており、多チャンネルケーブルによって後述する受信部22に接続される。この電気音響変換部3は、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等の中から診断部位に応じて選択される。支持部材32には、電気音響変換部3と画像生成部2等とを接続するケーブルや駆動回路等が搭載される。   The electroacoustic conversion unit 3 is composed of a plurality of minute conversion elements arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner, for example. The conversion element is, for example, a piezoelectric element made of a polymer film such as piezoelectric ceramics or polyvinylidene fluoride (PVDF). The electroacoustic conversion unit 3 receives a photoacoustic wave U generated in the subject 7 by the irradiation of the laser light L from the light irradiation unit 15. This conversion element has a function of converting the photoacoustic wave U into an electric signal at the time of reception. The electroacoustic conversion unit 3 is configured to be small and light, and is connected to a receiving unit 22 described later by a multi-channel cable. The electroacoustic conversion unit 3 is selected according to the diagnostic region from among sector scanning, linear scanning, convex scanning, and the like. The support member 32 is mounted with a cable, a drive circuit, and the like that connect the electroacoustic conversion unit 3 and the image generation unit 2 and the like.

音響整合部8は、容器80と、この容器に収容された音響整合液83とを備える。本発明において、音響整合部8は、被検体7の音響インピーダンスおよび電気音響変換部3の音響インピーダンスを整合する音響整合機能を果たす。音響整合機能は、被検体7および電気音響変換部3の間の音響整合を図る機能である。これにより、光音響波を効率よく検出することができる。一般に圧電素子材料と生体では音響インピーダンスが大きく異なるため、圧電素子材料と生体が直接接した場合には、界面での反射が大きくなり光音響波Uは効率よく伝達することができない。このため、圧電素子材料と生体の間に中間的な音響インピーダンスを有する液体物質で構成した音響整合液83が配置されることにより、光音響波Uは効率よく伝達することができる。   The acoustic matching unit 8 includes a container 80 and an acoustic matching liquid 83 accommodated in the container. In the present invention, the acoustic matching unit 8 performs an acoustic matching function for matching the acoustic impedance of the subject 7 and the acoustic impedance of the electroacoustic conversion unit 3. The acoustic matching function is a function for achieving acoustic matching between the subject 7 and the electroacoustic transducer 3. Thereby, a photoacoustic wave can be detected efficiently. In general, the acoustic impedance of the piezoelectric element material and the living body are greatly different. Therefore, when the piezoelectric element material and the living body are in direct contact with each other, reflection at the interface is increased and the photoacoustic wave U cannot be efficiently transmitted. For this reason, the photoacoustic wave U can be efficiently transmitted by arrange | positioning the acoustic matching liquid 83 comprised with the liquid substance which has an intermediate acoustic impedance between piezoelectric element material and a biological body.

容器80は、音響整合液83を保持するものである。容器80の材料としては、例えばABS樹脂を用いることができる。本実施形態では、容器80の底が、直接被検体7と接触することになる。したがって、容器80のうち少なくとも被検体7と接触する部分は、光音響波Uが効率よく透過可能となるように、光音響波Uの透過率が70%以上である音響透過膜82を備える。光音響波の透過率が70%未満であると、電気音響変換部3に到達する光音響波Uの絶対量が減少しすぎて、充分な強度の光音響波Uを得ることが難しくなる。   The container 80 holds the acoustic matching liquid 83. As a material of the container 80, for example, ABS resin can be used. In the present embodiment, the bottom of the container 80 is in direct contact with the subject 7. Accordingly, at least a portion of the container 80 that comes into contact with the subject 7 includes the acoustic transmission film 82 having a transmittance of the photoacoustic wave U of 70% or more so that the photoacoustic wave U can be efficiently transmitted. When the transmittance of the photoacoustic wave is less than 70%, the absolute amount of the photoacoustic wave U reaching the electroacoustic conversion unit 3 is excessively decreased, and it becomes difficult to obtain a photoacoustic wave U having sufficient intensity.

音響透過膜82の材料は、空気の屈折率(n=1)および被検体7の皮膚の屈折率(n=1.3〜1.4)との関係から、上記所定の角度が存在するような屈折率を有する材料から選択される。音響透過膜82の材料としては、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)樹脂(n=1.35)、FEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)樹脂(n=1.34)およびポリエチレン(n=1.50)等を用いることができる。また、容器80は、その側壁部の内壁に光吸収部材81を備えることが好ましい。音響透過膜82の裏面82sで反射したレーザ光Lの大部分は、反射を複数回繰り返して最終的に光吸収部材81に吸収される。これにより、音響透過膜82の裏面82sで反射したレーザ光Lの取り扱いが容易となる。光吸収部材81の材料としては、カーボンシート等が挙げられる。   The material of the sound transmission film 82 seems to have the predetermined angle from the relationship between the refractive index of air (n = 1) and the refractive index of the skin of the subject 7 (n = 1.3 to 1.4). Selected from materials having a high refractive index. Examples of the material of the sound transmission film 82 include PTFE (polytetrafluoroethylene) resin (n = 1.35), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) resin (n = 1.34), and Polyethylene (n = 1.50) or the like can be used. Moreover, it is preferable that the container 80 is equipped with the light absorption member 81 on the inner wall of the side wall part. Most of the laser light L reflected by the back surface 82s of the sound transmission film 82 is repeatedly reflected a plurality of times and finally absorbed by the light absorbing member 81. This facilitates handling of the laser light L reflected by the back surface 82s of the sound transmission film 82. Examples of the material of the light absorbing member 81 include a carbon sheet.

音響整合液83は、音響整合部8の音響整合機能を主に担う部分である。このような音響整合液83の材料の例としては、水(n=1.33)、および大豆油(n=1.48)などの各種の油等が挙げられる。被検体7内で発生した光音響波Uは、音響整合液83を通って電気音響変換部3に検出される。   The acoustic matching liquid 83 is a part mainly responsible for the acoustic matching function of the acoustic matching unit 8. Examples of the material of the acoustic matching liquid 83 include various oils such as water (n = 1.33) and soybean oil (n = 1.48). The photoacoustic wave U generated in the subject 7 is detected by the electroacoustic conversion unit 3 through the acoustic matching liquid 83.

光音響撮像装置10の画像生成部2は、電気音響変換部3を構成する複数の変換素子を選択駆動するとともに、また電気音響変換部3からの電気信号に所定の遅延時間を与え、整相加算を行うことにより受信信号を生成する受信部22と、変換素子の選択駆動や受信部22の遅延時間を制御する走査制御部24と、受信部22から得られる受信信号に対して各種の処理を行う信号処理部25とを備えている。   The image generation unit 2 of the photoacoustic imaging device 10 selectively drives a plurality of conversion elements constituting the electroacoustic conversion unit 3 and gives a predetermined delay time to the electric signal from the electroacoustic conversion unit 3 to adjust the phase. A receiving unit 22 that generates a reception signal by performing addition, a scanning control unit 24 that controls the selection drive of the conversion element and the delay time of the receiving unit 22, and various processes on the reception signal obtained from the receiving unit 22 And a signal processing unit 25 for performing

受信部22は、図3に示すように、電子スイッチ53と、プリアンプ55と、受信遅延回路56と、加算器57とを備えている。   As illustrated in FIG. 3, the reception unit 22 includes an electronic switch 53, a preamplifier 55, a reception delay circuit 56, and an adder 57.

電子スイッチ53は、光音響走査における光音響波の受信に際して、連続して隣接する所定数の変換素子54を選択する。例えば、電気音響変換部3がアレイ型の192個の変換素子CH1〜CH192から構成される場合、このようなアレイ型変換素子は、電子スイッチ53によってエリア0(CH1〜CH64までの変換素子の領域)、エリア1(CH65〜CH128までの変換素子の領域)およびエリア2(CH129〜CH192までの変換素子の領域)の3つの領域に分割されて取り扱われる。このようにN個の変換素子から構成されるアレイ型変換素子をn(n<N)個の隣接する振動子のまとまり(エリア)として取り扱い、このエリアごとにイメージング作業を実施した場合には、すべてのチャンネルの変換素子にプリアンプやA/D変換ボードを接続する必要がなくなり、プローブユニット70の構造を簡素化できコストの増大を防ぐことができる。また、それぞれのエリアを個別に光照射することができるように、複数の光ファイバを配置した場合には、1回あたりの光出力が大きくならずに済むので、大出力の高価な光源を用いる必要がないといった利点もある。そして、変換素子54によって得られるそれぞれの電気信号はプリアンプ55に供給される。   When receiving the photoacoustic wave in the photoacoustic scanning, the electronic switch 53 selects a predetermined number of adjacent conversion elements 54. For example, when the electroacoustic conversion unit 3 is composed of 192 conversion elements CH1 to CH192 of the array type, such an array conversion element is converted into an area 0 (area of conversion elements from CH1 to CH64) by the electronic switch 53. ), Area 1 (region of the conversion element from CH65 to CH128) and area 2 (region of the conversion element from CH129 to CH192) are handled by being divided. When an array type conversion element composed of N conversion elements in this way is handled as a group (area) of n (n <N) adjacent transducers, and an imaging operation is performed for each area, It is not necessary to connect preamplifiers or A / D conversion boards to the conversion elements of all channels, the structure of the probe unit 70 can be simplified, and an increase in cost can be prevented. In addition, when a plurality of optical fibers are arranged so that each area can be individually irradiated with light, the light output per time does not need to be increased, so an expensive light source with a large output is used. There is also an advantage that it is not necessary. Each electric signal obtained by the conversion element 54 is supplied to the preamplifier 55.

プリアンプ55は、上記のように選択された変換素子54によって受信された微小な電気信号を増幅し、充分なS/Nを確保する。   The preamplifier 55 amplifies a minute electric signal received by the conversion element 54 selected as described above, and ensures a sufficient S / N.

受信遅延回路56は、電子スイッチ53によって選択された変換素子54から得られる光音響波Uの電気信号に対して、所定の方向からの光音響波Uの位相を一致させて収束受信ビームを形成するための遅延時間を与える。   The reception delay circuit 56 forms a converged reception beam by matching the phase of the photoacoustic wave U from a predetermined direction with the electrical signal of the photoacoustic wave U obtained from the conversion element 54 selected by the electronic switch 53. Give a delay time to do.

加算器57は、受信遅延回路56により遅延された複数チャンネルの電気信号を加算することによって1つの受信信号にまとめる。この加算によって所定の深さからの音響信号は整相加算され、受信収束点が設定される。   The adder 57 adds together the electrical signals of a plurality of channels delayed by the reception delay circuit 56 to combine them into one reception signal. By this addition, phasing addition of acoustic signals from a predetermined depth is performed, and a reception convergence point is set.

走査制御部24は、ビーム集束制御回路67と変換素子選択制御回路68とを備える。変換素子選択制御回路68は、電子スイッチ53によって選択される受信時の所定数の変換素子54の位置情報を電子スイッチ53に供給する。一方、ビーム集束制御回路67は、所定数個の変換素子54が形成する受信収束点を形成するための遅延時間情報を受信遅延回路56に供給する。   The scanning control unit 24 includes a beam focusing control circuit 67 and a conversion element selection control circuit 68. The conversion element selection control circuit 68 supplies position information of a predetermined number of conversion elements 54 at the time of reception selected by the electronic switch 53 to the electronic switch 53. On the other hand, the beam focusing control circuit 67 supplies delay time information for forming reception convergence points formed by a predetermined number of conversion elements 54 to the reception delay circuit 56.

信号処理部25は、フィルタ66と、信号処理器59と、A/D変換器60と、画像データメモリ62とを備えている。受信部22の加算器57から出力された電気信号は、信号処理部25のフィルタ66において不要なノイズを除去した後、信号処理器59にて受信信号の振幅を対数変換し、弱い信号を相対的に強調する。一般に、被検体7からの受信信号は、80dB以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しており、これを23dB程度のダイナミックレンジをもつ通常のモニタに表示するためには弱い信号を強調する振幅圧縮が必要となる。なお、フィルタ66は、帯域通過特性を有し、受信信号における基本波を抽出するモードと高調波成分を抽出するモードを有している。また、信号処理器59は、対数変換された受信信号に対して包絡線検波を行う。そして、A/D変換器60は、この信号処理器59の出力信号をA/D変換し、1ライン分の光音響画像データを形成する。この1ライン分の光音響画像データは、画像データメモリ62に保存される。   The signal processing unit 25 includes a filter 66, a signal processor 59, an A / D converter 60, and an image data memory 62. The electrical signal output from the adder 57 of the receiving unit 22 removes unnecessary noise in the filter 66 of the signal processing unit 25, and thereafter, the signal processor 59 performs logarithmic conversion of the amplitude of the received signal to make the weak signal relative. Stress. In general, the received signal from the subject 7 has an amplitude with a wide dynamic range of 80 dB or more, and a weak signal is emphasized in order to display it on a normal monitor having a dynamic range of about 23 dB. Amplitude compression is required. The filter 66 has a band pass characteristic, and has a mode for extracting a fundamental wave in a received signal and a mode for extracting a harmonic component. The signal processor 59 performs envelope detection on the logarithmically converted received signal. The A / D converter 60 A / D converts the output signal of the signal processor 59 to form photoacoustic image data for one line. The photoacoustic image data for one line is stored in the image data memory 62.

画像データメモリ62は、前述のように生成された1ライン分の光音響画像データを順次保存する記憶回路である。システム制御部4は、画像データメモリ62に保存されたある断面についての1ライン分のデータであって1フレームの光音響画像を生成するのに必要なデータを読み出す。システム制御部4は、空間的に補間しながらそれら1ライン分のデータを合成して当該断面の1フレーム分の光音響画像データを生成する。そして、システム制御部4は、この1フレーム分の光音響画像データを画像データメモリ62に保存する。   The image data memory 62 is a storage circuit that sequentially stores the photoacoustic image data for one line generated as described above. The system control unit 4 reads out data for one line of a certain section stored in the image data memory 62 and necessary for generating a one-frame photoacoustic image. The system control unit 4 combines the data for one line while spatially interpolating to generate photoacoustic image data for one frame of the cross section. Then, the system control unit 4 stores the photoacoustic image data for one frame in the image data memory 62.

表示部6は、表示用画像メモリ63と、光音響画像データ変換器64と、モニタ65を備えている。表示用画像メモリ63は、モニタ65に表示する1フレーム分の光音響画像データを画像データメモリ62から読み出し、それを一時的に保存するバッファメモリである。光音響画像データ変換器64は、表示用画像メモリ63に保存された1フレーム分の光音響画像データに対してD/A変換とテレビフォーマット変換を行い、その出力はモニタ65において表示される。   The display unit 6 includes a display image memory 63, a photoacoustic image data converter 64, and a monitor 65. The display image memory 63 is a buffer memory that reads photoacoustic image data for one frame to be displayed on the monitor 65 from the image data memory 62 and temporarily stores it. The photoacoustic image data converter 64 performs D / A conversion and television format conversion on the photoacoustic image data for one frame stored in the display image memory 63, and the output is displayed on the monitor 65.

操作部5は、操作パネル上にキーボード、トラックボール、マウス等を備え、装置操作者が患者情報、装置の撮影条件、表示断面など必要な情報を入力するために用いられる。   The operation unit 5 includes a keyboard, a trackball, a mouse, and the like on the operation panel, and is used by an apparatus operator to input necessary information such as patient information, imaging conditions of the apparatus, and a display section.

システム制御部4は、図示しないCPUと図示しない記憶回路を備え、操作部5からのコマンド信号に従って光送信部1、画像生成部2、表示部6などの各ユニットの制御やシステム全体の制御を統括して行う。特に、内部のCPUには、操作部5を介して送られる操作者の入力コマンド信号が保存される。   The system control unit 4 includes a CPU (not shown) and a storage circuit (not shown), and controls each unit such as the optical transmission unit 1, the image generation unit 2, and the display unit 6 and controls the entire system according to a command signal from the operation unit 5. Supervised. In particular, the input command signal of the operator sent via the operation unit 5 is stored in the internal CPU.

次に、本発明の作用について説明する。   Next, the operation of the present invention will be described.

本発明に係る光音響分析用プローブユニット70および光音響撮像装置10は、光照射部が、音響整合液を通って音響透過膜の裏面に対しレーザ光が所定の角度で入射するように配置されたものであり、上記所定の角度が、上記裏面82sが空気と接触している場合にはレーザ光Lが上記裏面82sにおける全反射条件を満たし、上記裏面82sが被検体7と接触している場合にはレーザ光が上記裏面における全反射条件を満たさない角度であることを特徴とするものである。   The photoacoustic analysis probe unit 70 and the photoacoustic imaging apparatus 10 according to the present invention are arranged such that the light irradiating portion passes through the acoustic matching liquid and the laser light is incident on the back surface of the acoustic transmission film at a predetermined angle. When the back surface 82s is in contact with air, the laser beam L satisfies the total reflection condition on the back surface 82s, and the back surface 82s is in contact with the subject 7. In this case, the laser beam has an angle that does not satisfy the total reflection condition on the back surface.

音響透過膜82の裏面82sに入射したレーザ光Lの当該裏面82sにおける全反射条件は、当該裏面82sが被検体7と接触しているか否かで異なる。空気の屈折率(n=1)および被検体7の皮膚の屈折率(n=1.3〜1.4)が異なるためである。   The total reflection condition on the back surface 82 s of the laser light L incident on the back surface 82 s of the sound transmission film 82 differs depending on whether or not the back surface 82 s is in contact with the subject 7. This is because the refractive index of air (n = 1) and the refractive index of the skin of the subject 7 (n = 1.3 to 1.4) are different.

例えば、音響整合液83を水(n=1.33)、音響透過膜82をFEP樹脂(n=1.34)、被検体7の皮膚の屈折率をn=1.37としたとき、裏面82sが空気と接触している場合には全反射臨界角はおよそ49°である。一方同じ条件で、裏面82sが被検体7と接触している場合には音響透過膜82の屈折率よりも被検体の皮膚の屈折率の方が大きいためどのような角度からレーザ光Lを入射しても理論上全反射は起こらない。したがって上記条件の場合、上記所定の角度からなる集合である所定の角度範囲は49°以上である。ただし、レーザ光Lの被検体7への入射効率を考慮するとレーザ光Lの入射角度は85°以下に設定することが好ましい。   For example, when the acoustic matching liquid 83 is water (n = 1.33), the acoustic transmission film 82 is FEP resin (n = 1.34), and the refractive index of the skin of the subject 7 is n = 1.37, the back surface When 82s is in contact with air, the total reflection critical angle is approximately 49 °. On the other hand the same conditions, the incident laser beam L from any angle for better refractive index of the skin of the subject is greater than the refractive index of the acoustically transparent film 82 in the case of back surface 82s is in contact with the object 7 Even in theory, total reflection does not occur. Therefore, in the case of the above conditions, the predetermined angle range that is a set of the predetermined angles is 49 ° or more. However, considering the incident efficiency of the laser beam L on the subject 7, the incident angle of the laser beam L is preferably set to 85 ° or less.

そして、実際に光学系を配置する際には例えば、音響透過膜82の裏面82sと当該裏面82sにおける光照射部15の光軸とが成す角度が、好ましい上記所定の角度範囲である49〜85°に含まれるように設定される。ここで、裏面82sにおける光照射部15の光軸とは、音響透過膜82と音響整合液83との界面における屈折が考慮された光照射部15の光軸を意味する。   And when actually arrange | positioning an optical system, the angle which the back surface 82s of the sound transmission film 82 and the optical axis of the light irradiation part 15 in the said back surface 82s comprise is a preferable said predetermined angle range 49-85, for example. Set to be included in °. Here, the optical axis of the light irradiation unit 15 on the back surface 82s means the optical axis of the light irradiation unit 15 in consideration of refraction at the interface between the acoustic transmission film 82 and the acoustic matching liquid 83.

導波部14としての光ファイバにレーザ光が拡がり角を持って入射したり、光照射部15としてのライトガイド等をレーザ光が伝播したりすることにより、レーザ光Lが光照射部15から出射する際に拡がり角を持つ場合がある。このような場合、上記裏面82sと当該裏面82sにおける上記光軸とが成す角度は、出射時の上記拡がり角が考慮されて設定されることが好ましい。つまり、例えば出射時の上記拡がり角を±5°程度とみなせる場合には、上記裏面82sと当該裏面82sにおける上記光軸とが成す角度が54〜80°の範囲に含まれるように設定されることが好ましい。   The laser light is incident on the optical fiber as the waveguide section 14 with a divergence angle, or the laser light propagates through a light guide or the like as the light irradiation section 15, whereby the laser light L is emitted from the light irradiation section 15. There may be a divergence angle when exiting. In such a case, the angle formed by the back surface 82s and the optical axis of the back surface 82s is preferably set in consideration of the divergence angle during emission. That is, for example, when the divergence angle at the time of emission can be regarded as about ± 5 °, the angle formed by the back surface 82s and the optical axis of the back surface 82s is set to be in the range of 54 to 80 °. It is preferable.

さらに例えば、音響整合液83を大豆油(n=1.48)、音響透過膜82をポリエチレン(n=1.50)としたとき、裏面82sが空気と接触している場合全反射臨界角はおよそ42°である。一方同じ条件で、裏面82sが被検体7と接触している場合全反射臨界角はおよそ66°である。つまり、レーザ光Lの入射角65°以下であればレーザ光Lは皮膚へ入射することが可能となる。したがって、上記の条件の場合、上記所定の角度からなる集合である所定の角度範囲は42〜65°である。   Further, for example, when the acoustic matching liquid 83 is soybean oil (n = 1.48) and the acoustic transmission film 82 is polyethylene (n = 1.50), the total reflection critical angle is when the back surface 82s is in contact with air. It is approximately 42 °. On the other hand, when the back surface 82s is in contact with the subject 7 under the same conditions, the total reflection critical angle is approximately 66 °. That is, if the incident angle of the laser beam L is 65 ° or less, the laser beam L can enter the skin. Therefore, in the case of the above conditions, the predetermined angle range that is a set of the predetermined angles is 42 to 65 °.

そして、この場合にも実際に光学系を配置する際には例えば、上記裏面82sと当該裏面82sにおける上記光軸とが成す角度が、上記所定の角度範囲である42〜65°に含まれるように設定される。また同様に、例えば出射時の上記拡がり角を±5°程度とみなせる場合には、上記裏面82sと当該裏面82sにおける上記光軸とが成す角度は47〜60°の範囲に含まれるように設定されることが好ましい。   Also in this case, when the optical system is actually arranged, for example, the angle formed by the back surface 82s and the optical axis of the back surface 82s is included in the predetermined angle range of 42 to 65 °. Set to Similarly, for example, when the divergence angle at the time of emission can be regarded as about ± 5 °, the angle formed by the back surface 82s and the optical axis of the back surface 82s is set to be in the range of 47 to 60 °. It is preferred that

以上のように本発明では、プローブユニットを空気中で操作している際に、誤ってレーザ光が空気中に放出されることを防止することができる。この結果、プローブユニットを使用した光音響分析において、測定光としてのレーザ光に起因する危険性を低減して安全性をより向上させることが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to prevent laser light from being accidentally emitted into the air when the probe unit is operated in the air. As a result, in the photoacoustic analysis using the probe unit, it is possible to reduce the risk due to the laser light as the measurement light and further improve the safety.

本発明は、光音響イメージングに限らず、光音響分析法を利用した被検体の検査および診断等においても同様に適用することができる。   The present invention is not limited to photoacoustic imaging but can be similarly applied to examination and diagnosis of a subject using a photoacoustic analysis method.

1 光送信部
2 画像生成部
3 電気音響変換部
3s 音響検出面
4 システム制御部
5 操作部
6 表示部
7 被検体
8 音響整合部
10 光音響撮像装置
11 光源部
12 光合波部
13 光走査部
14 導波部
15 光照射部
22 受信部
24 走査制御部
25 信号処理部
32 電気音響変換部の支持部材
80 容器
81 光吸収部材
82 音響透過膜
82s 音響透過膜の裏面
83 音響整合液
84 カバー
L レーザ光
U 光音響波
θ 音響透過膜の裏面に対するレーザ光の入射角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light transmission part 2 Image generation part 3 Electroacoustic conversion part 3s Sound detection surface 4 System control part 5 Operation part 6 Display part 7 Subject 8 Acoustic matching part 10 Photoacoustic imaging device 11 Light source part 12 Optical multiplexing part 13 Optical scanning part DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Waveguide part 15 Light irradiation part 22 Reception part 24 Scan control part 25 Signal processing part 32 Electroacoustic conversion part support member 80 Container 81 Light absorption member 82 Acoustic transmission film 82s Acoustic transmission film back surface 83 Acoustic matching liquid 84 Cover L Laser beam U Photoacoustic wave θ Incident angle of laser beam to back surface of acoustic transmission film

Claims (5)

被検体に測定光としてレーザ光を照射し、前記被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて分析を行う光音響分析に用いられるプローブユニットにおいて、
前記レーザ光を照射する光照射部と、
前記光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、
底が音響透過膜から構成された容器、および該容器に収容された音響整合液を有する音響整合部とを備え、
前記音響透過膜および前記音響整合液が、前記被検体の音響インピーダンスおよび前記電気音響変換部の音響インピーダンスを整合するような音響インピーダンスを有し、
前記電気音響変換部が、該電気音響変換部の音響検出面が前記音響整合液に接触するように配置されたものであり、
前記光照射部が、前記音響整合液を通って前記音響透過膜の裏面に対し前記レーザ光が所定の角度で入射するように配置されたものであり、
前記所定の角度が、前記裏面が空気と接触している場合には前記レーザ光が前記裏面における全反射条件を満たし、前記裏面が前記被検体と接触している場合には前記レーザ光が前記裏面における全反射条件を満たさない角度であることを特徴とするプローブユニット。
For photoacoustic analysis in which a subject is irradiated with laser light as measurement light, photoacoustic waves generated in the subject are detected, the photoacoustic waves are converted into electrical signals, and analysis is performed based on the electrical signals. In the probe unit used,
A light irradiation unit for irradiating the laser beam;
An electroacoustic transducer that converts the photoacoustic wave into an electrical signal;
A container having a bottom made of an acoustically permeable membrane, and an acoustic matching unit having an acoustic matching liquid contained in the container;
The acoustic permeable membrane and the acoustic matching liquid have an acoustic impedance that matches the acoustic impedance of the subject and the acoustic impedance of the electroacoustic transducer,
The electroacoustic transducer is arranged so that the acoustic detection surface of the electroacoustic transducer is in contact with the acoustic matching liquid,
The light irradiating part is arranged so that the laser light enters at a predetermined angle with respect to the back surface of the acoustic transmission film through the acoustic matching liquid,
When the back surface is in contact with air, the predetermined angle satisfies the total reflection condition on the back surface, and when the back surface is in contact with the subject, the laser light is A probe unit having an angle that does not satisfy the total reflection condition on the back surface.
前記所定の角度が、前記裏面が前記被検体と接触している場合前記レーザ光が前記裏面における全反射条件から外れることにより、前記裏面を透過する際の前記レーザ光の透過率が90%以上となるような角度であることを特徴とする請求項1に記載のプローブユニット。   When the predetermined angle is such that the back surface is in contact with the subject, the laser light has a transmittance of 90% or more when transmitted through the back surface because the laser light deviates from the total reflection condition on the back surface. The probe unit according to claim 1, wherein the probe unit has an angle such that 前記音響透過膜および前記音響整合液の屈折率が1.3〜1.4であり、前記所定の角度が42〜85°であることを特徴とする請求項1または2に記載のプローブユニット。   The probe unit according to claim 1 or 2, wherein a refractive index of the acoustic transmission film and the acoustic matching liquid is 1.3 to 1.4, and the predetermined angle is 42 to 85 °. 前記容器が側壁部の内壁に光吸収部材を有することを特徴とする請求項1から3いずれかに記載のプローブユニット。   The probe unit according to claim 1, wherein the container has a light absorbing member on an inner wall of the side wall portion. 請求項1から4いずれかに記載のプローブユニットを備えた光音響分析装置。   A photoacoustic analyzer comprising the probe unit according to claim 1.
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