WO2012114709A1 - Photoacoustic imaging device, probe unit used therein, and photoacoustic imaging device operation method - Google Patents

Photoacoustic imaging device, probe unit used therein, and photoacoustic imaging device operation method Download PDF

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Abstract

[Problem] To facilitate alignment of multiple branched beams and multiple optical fibers in photoacoustic imaging in which multiple optical fibers are used to guide a laser. [Solution] A photoacoustic imaging device (10) provided with: an optical branching unit (12) having both a homogenizer (41) which equalizes the intensity distribution of a laser (Lo), and a microlens array (40) which branches the laser (Lo) having the equalized intensity distribution into multiple branched beams (Ld) in accordance with a prescribed branching pattern; and a fiber bundle (14) which encompasses multiple optical fibers (13) and in which the surfaces (13e) at one end of the optical fibers (13) at the surface (14e) at one end of the fiber bundle (14) are arranged corresponding to the branching pattern. The fiber bundle (14) is arranged such that each of the plurality of branched beams (Ld) is incident to the core (13a) of a corresponding optical fiber (13).

Description

光音響撮像装置、それに用いられるプローブユニットおよび光音響撮像装置の作動方法Photoacoustic imaging apparatus, probe unit used therefor, and method of operating photoacoustic imaging apparatus
 本発明は、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響撮像装置、それに用いられるプローブユニットおよび光音響撮像装置の作動方法に関するものである。 The present invention relates to a photoacoustic imaging device that generates a photoacoustic image by detecting a photoacoustic wave generated in a subject by irradiating the subject with light, and a probe unit used therefor and an operation of the photoacoustic imaging device It is about the 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)を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの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(PAT:Photoacoustic Tomography)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. This photoacoustic analysis method irradiates a subject with light having a predetermined wavelength (for example, visible light, near infrared light, or mid infrared light), and a specific substance in the subject absorbs the energy of this light. A photoacoustic wave, which is the resulting elastic wave, 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. Such 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 (PAT).
 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。被検体に照射された光の強度は、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、照射された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、例えば被検体内に照射される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 light applied to the subject is significantly attenuated by absorption and scattering in the process of propagating through the subject. Further, the intensity of the photoacoustic wave generated in the subject based on the irradiated 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 energy of light irradiated into the subject.
 しかし、光音響イメージングにおいて必要とされる高エネルギー(1mJ以上)のパルスレーザ光を単一の光ファイバによって導光することは困難である。その光ファイバの端面が破壊されてしまう可能性が高く、光ファイバの耐久性の問題が生じるためである。そのため、パルスレーザ光を複数の光ファイバで分岐せしめて導光することができれば好ましい。 However, it is difficult to guide high-energy (1 mJ or more) pulsed laser light required in photoacoustic imaging using a single optical fiber. This is because there is a high possibility that the end face of the optical fiber will be broken, resulting in a problem of durability of the optical fiber. Therefore, it is preferable that the pulsed laser beam can be branched and guided by a plurality of optical fibers.
 また、光音響イメージングを利用した光音響撮像装置では、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が使用される。したがって、使用者のハンドリング性能の観点から、プローブユニットのコード部分は可撓性が求められる。 Further, in a photoacoustic imaging apparatus using photoacoustic imaging, a probe unit in which an optical system and an ultrasonic detection probe are combined together is used. Accordingly, the cord portion of the probe unit is required to be flexible from the viewpoint of user handling performance.
 そこで、例えば特許文献1に、コアおよびクラッドを有する構造(コア/クラッド構造)の細い石英光ファイバを多数本束ねたバンドルファイバを用いて、パルスレーザ光をプローブユニット先端まで導光する方法が開示されている。ただし、パルスレーザ光をバンドルファイバ中の光ファイバそれぞれへ入射せしめる具体的な方法は開示されていない。 Thus, for example, Patent Document 1 discloses a method of guiding pulsed laser light to the tip of a probe unit using a bundle fiber in which a large number of thin silica optical fibers having a core and cladding structure (core / cladding structure) are bundled. Has been. However, a specific method for making the pulse laser beam incident on each of the optical fibers in the bundle fiber is not disclosed.
 一方、複数の光ファイバに入射せしめる複数の分岐光を生成する方法として、例えば、n-1個のビームスプリッタを用いて1本のレーザ光をn分岐せしめる方法、およびマイクロレンズアレイを用いて1本のレーザ光を分岐せしめる方法(特許文献2)が挙げられる。 On the other hand, as a method of generating a plurality of branched light beams that are incident on a plurality of optical fibers, for example, a method of splitting one laser beam n times using n−1 beam splitters, and a method using a microlens array 1 A method of splitting a laser beam of a book (Patent Document 2) is mentioned.
特開2010-12295号公報JP 2010-12295 A 特開平6-230240号公報JP-A-6-230240
 しかしながら、前者の方法では、多数本(例えば16本以上)のレーザ光を得るためには、多数個(例えば15個以上)のビームスプリッタが必要であり、光学系の配置が複雑となる、装置が大型化してしまうといった問題があり、さらに、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとを別個に位置合わせしなければならないといった問題がある。一方、後者の方法では、レーザ光のエネルギー分布がビーム中心において強いままであり、光ファイバの耐久性の問題は改善できない。 However, in the former method, in order to obtain a large number (for example, 16 or more) of laser beams, a large number (for example, 15 or more) of beam splitters are required, and the arrangement of the optical system becomes complicated. However, there is a problem that each of the plurality of branched lights and each of the plurality of optical fibers must be separately aligned. On the other hand, in the latter method, the energy distribution of the laser light remains strong at the center of the beam, and the durability problem of the optical fiber cannot be improved.
 本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の光ファイバを用いてレーザ光を導光して実施する光音響イメージングにおいて、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを容易にし、光ファイバの耐久性の問題を解決することを可能とする光音響撮像装置、それに用いられるプローブユニットおよび光音響撮像装置の作動方法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 imaging performed by guiding laser light using a plurality of optical fibers, each of the plurality of branched lights and each of the plurality of optical fibers are provided. An object of the present invention is to provide a photoacoustic imaging apparatus that facilitates alignment and solves the problem of durability of optical fibers, a probe unit used therefor, and a method of operating the photoacoustic imaging apparatus. .
 上記課題を解決するために、本発明に係る光音響撮像装置は、
 被検体内に測定光を照射する光照射部と、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、電気信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成部とを備える光音響撮像装置において、
 光学系の上流側から入射した1本のレーザ光の強度分布を均一化するホモジナイザと、強度分布が均一化されたレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめるマイクロレンズアレイとを有する光分岐部と、
 コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバとを備え、
 このバンドルファイバが、複数の分岐光のそれぞれを複数の光ファイバのコアのそれぞれにバンドルファイバの上記一方の端面から入射せしめ、かつ上記コアに入射した複数の分岐光をバンドルファイバの他方の端面において接続された光照射部に導光するように配置されたものであり、
 光照射部が複数の分岐光を測定光として照射するものであることを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problems, a photoacoustic imaging device according to the present invention includes:
A light irradiator for irradiating measurement light into the subject, an electroacoustic converter for detecting a photoacoustic wave generated in the subject by irradiation of the measurement light and converting the photoacoustic wave into an electric signal, and an electric signal In a photoacoustic imaging device provided with an image generation part which generates a photoacoustic image based on,
A homogenizer that uniformizes the intensity distribution of a single laser beam incident from the upstream side of the optical system, and a microlens array that branches the laser beam having a uniform intensity distribution into a plurality of branched light beams according to a predetermined branching pattern. An optical branch having
A bundle fiber including a plurality of optical fibers having a core / clad structure, wherein one end face of the plurality of optical fibers on one end face of the bundle fiber includes a bundle fiber arranged corresponding to a branching pattern;
The bundle fiber causes each of the plurality of branched lights to enter each of the cores of the plurality of optical fibers from the one end face of the bundle fiber, and the plurality of branch lights incident on the core are incident on the other end face of the bundle fiber. It is arranged to guide light to the connected light irradiation part,
The light irradiating unit irradiates a plurality of branched lights as measurement light.
 本明細書において、「分岐パターン」とは、マイクロレンズアレイによって分岐したレーザ光(分岐光)がマイクロレンズアレイの光軸に垂直な焦点面に形成する輝点のパターンを意味する。 In this specification, the “branch pattern” means a bright spot pattern formed on a focal plane perpendicular to the optical axis of the microlens array by the laser beam (branched light) branched by the microlens array.
 複数の光ファイバの一方の端面が「分岐パターンに対応して配列した」とは、当該端面の配列パターンと上記分岐パターンとが実質的に一致するように、複数の当該端面が同一平面内で配列することを意味する。端面の「配列パターン」とは、複数の光ファイバの一方の端面に関するそれぞれの代表点(例えば端面の中心)の配列のパターンを意味する。2つのパターンが「実質的に一致する」とは、これらのパターンが異なっていたとしても、複数の分岐光のそれぞれが複数の光ファイバのコアのそれぞれに入射することができる範囲であれば、一致しているとして取り扱うこと意味する。 One end face of a plurality of optical fibers is “arranged corresponding to the branch pattern” means that the end faces are arranged in the same plane so that the arrangement pattern of the end faces substantially matches the branch pattern. It means to arrange. The “array pattern” of the end faces means an array pattern of representative points (for example, the centers of the end faces) related to one end face of a plurality of optical fibers. The two patterns “substantially match” means that even if these patterns are different, each of the plurality of branched lights can enter each of the cores of the plurality of optical fibers. This means that they are treated as matching.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、バンドルファイバの上記一方の端面と光分岐部との位置関係を調整する位置調整部を備えたことが好ましい。 And it is preferable that the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention further includes a position adjusting unit that adjusts the positional relationship between the one end face of the bundle fiber and the light branching unit.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光分岐部は、ホモジナイザおよびマイクロレンズアレイの間にホログラフィック拡散板を有することが好ましい。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention, the light branching section preferably has a holographic diffusion plate between the homogenizer and the microlens array.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、分岐パターンは六方形構造を有し、
 複数の光ファイバの上記一方の端面は最密充填構造で配列したものであることが好ましい。
And in the photoacoustic imaging device according to the present invention, the branch pattern has a hexagonal structure,
The one end face of the plurality of optical fibers is preferably arranged in a close-packed structure.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、バンドルファイバの上記一方の端面は、この端面における上記コアが露出するようにこの端面上に反射マスクを有することが好ましい。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention, it is preferable that the one end face of the bundle fiber has a reflection mask on the end face so that the core on the end face is exposed.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光分岐部はレーザ光を16本以上に分岐せしめるものであり、
 バンドルファイバは少なくとも16本の光ファイバを包含することが好ましい。
And in the photoacoustic imaging device according to the present invention, the light branching part is for branching the laser light into 16 or more,
The bundle fiber preferably includes at least 16 optical fibers.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、ホモジナイザは、ホログラフィック拡散板、集光平凸レンズ、およびライトパイプから構成されることが好ましい。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention, the homogenizer is preferably composed of a holographic diffusion plate, a condensing plano-convex lens, and a light pipe.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、ホモジナイザはフラットトップレーザビームシェーバーから構成されることが好ましい。 In the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention, the homogenizer is preferably composed of a flat top laser beam shaver.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光照射部は複数の光ファイバの他方の端面であり、
 複数の光ファイバの上記他方の端面が間隔を置いてライン状に配列されたものであることが好ましい。
And in the photoacoustic imaging device according to the present invention, the light irradiation part is the other end face of the plurality of optical fibers,
It is preferable that the other end surfaces of the plurality of optical fibers are arranged in a line at intervals.
 そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光照射部は先太りの形状を有する導光板であり、
 バンドルファイバの上記他方の端面が、着脱可能な状態で導光板の短辺側の端面に接続されたものであることが好ましい。
And in the photoacoustic imaging device according to the present invention, the light irradiation part is a light guide plate having a tapered shape,
It is preferable that the other end surface of the bundle fiber is connected to the end surface on the short side of the light guide plate in a detachable state.
 さらに、本発明に係るプローブユニットは、
 被検体内に測定光を照射し、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して光音響波を電気信号に変換し、電気信号に基づいて光音響画像を生成する光音響撮像装置に用いられるプローブユニットにおいて、
 被検体内に測定光を照射する光照射部と、
 測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部と、
 光学系の上流側から入射した1本のレーザ光の強度分布を均一化するホモジナイザと、強度分布が均一化されたレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめるマイクロレンズアレイとを有する光分岐部と、
 コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバとを備え、
 このバンドルファイバは、複数の分岐光のそれぞれを複数の光ファイバのコアのそれぞれにバンドルファイバの上記一方の端面から入射せしめ、かつ上記コアに入射した複数の分岐光をバンドルファイバの他方の端面において接続された光照射部に導光するように配置されたものであり、
 光照射部は複数の分岐光を測定光として照射するものであることを特徴とするものである。
Furthermore, the probe unit according to the present invention is:
Light that irradiates the subject with measurement light, detects photoacoustic waves generated in the subject due to measurement light irradiation, converts the photoacoustic waves into electrical signals, and generates a photoacoustic image based on the electrical signals In a probe unit used in an acoustic imaging device,
A light irradiator for irradiating measurement light into the subject;
An electroacoustic conversion unit that detects a photoacoustic wave generated in the subject by irradiation of measurement light and converts the photoacoustic wave into an electrical signal;
A homogenizer that uniformizes the intensity distribution of a single laser beam incident from the upstream side of the optical system, and a microlens array that branches the laser beam having a uniform intensity distribution into a plurality of branched light beams according to a predetermined branching pattern. An optical branch having
A bundle fiber including a plurality of optical fibers having a core / clad structure, wherein one end face of the plurality of optical fibers on one end face of the bundle fiber includes a bundle fiber arranged corresponding to a branching pattern;
In this bundle fiber, each of the plurality of branched lights is incident on each of the cores of the plurality of optical fibers from the one end face of the bundle fiber, and the plurality of branched lights incident on the core are incident on the other end face of the bundle fiber. It is arranged to guide light to the connected light irradiation part,
The light irradiation unit irradiates a plurality of branched lights as measurement light.
 そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、バンドルファイバの上記一方の端面と光分岐部との位置関係を調整する位置調整部を備えたことが好ましい。 In the probe unit according to the present invention, it is preferable that the probe unit further includes a position adjusting unit that adjusts the positional relationship between the one end face of the bundle fiber and the light branching unit.
 そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、光分岐部は、ホモジナイザおよびマイクロレンズアレイの間にホログラフィック拡散板を有することが好ましい。 In the probe unit according to the present invention, the light branching section preferably has a holographic diffusion plate between the homogenizer and the microlens array.
 そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、分岐パターンは六方形構造を有し、
 複数の光ファイバの上記一方の端面は最密充填構造で配列したものであることが好ましい。
And in the probe unit according to the present invention, the branch pattern has a hexagonal structure,
The one end face of the plurality of optical fibers is preferably arranged in a close-packed structure.
 そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、バンドルファイバの上記一方の端面は、この端面における上記コアが露出するようにこの端面上に反射マスクを有することが好ましい。 In the probe unit according to the present invention, it is preferable that the one end face of the bundle fiber has a reflection mask on the end face so that the core on the end face is exposed.
 そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、光分岐部はレーザ光を16本以上に分岐せしめるものであり、
 バンドルファイバは少なくとも16本の光ファイバを包含することが好ましい。
And in the probe unit according to the present invention, the light branching part is for branching the laser light into 16 or more,
The bundle fiber preferably includes at least 16 optical fibers.
 そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、ホモジナイザは、ホログラフィック拡散板、集光平凸レンズ、およびライトパイプから構成されることが好ましい。 In the probe unit according to the present invention, the homogenizer is preferably composed of a holographic diffuser plate, a condensing plano-convex lens, and a light pipe.
 そして、本発明に係るプローブユニットにおいて、ホモジナイザはフラットトップレーザビームシェーバーから構成されることが好ましい。 In the probe unit according to the present invention, the homogenizer is preferably composed of a flat top laser beam shaver.
 さらに、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、
 被検体内に測定光を照射し、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して光音響波を電気信号に変換し、電気信号に基づいて光音響画像を生成する光音響撮像装置の作動方法において、
 光学系の上流側からホモジナイザに入射した1本のレーザ光の強度分布をホモジナイザにより均一化し、
 強度分布が均一化されたレーザ光をマイクロレンズアレイにより規定される所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめ、
 コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバを用い、
 複数の分岐光のそれぞれを複数の光ファイバのコアのそれぞれにバンドルファイバの上記一方の端面から入射せしめ、
 上記コアに入射した複数の分岐光を光照射部に導光し、
 光照射部に導光された複数の分岐光を測定光として照射するように作動させることを特徴とするものである。
Furthermore, the operation method of the photoacoustic imaging device according to the present invention is as follows.
Light that irradiates the subject with measurement light, detects photoacoustic waves generated in the subject due to measurement light irradiation, converts the photoacoustic waves into electrical signals, and generates a photoacoustic image based on the electrical signals In the operation method of the acoustic imaging apparatus,
The intensity distribution of one laser beam incident on the homogenizer from the upstream side of the optical system is homogenized by the homogenizer,
The laser light having a uniform intensity distribution is branched as a plurality of branched lights according to a predetermined branching pattern defined by the microlens array,
A bundle fiber including a plurality of optical fibers having a core / clad structure, wherein one end face of the plurality of optical fibers on one end face of the bundle fiber is used in a bundle pattern,
Each of the plurality of branched lights is incident on each of a plurality of optical fiber cores from the one end face of the bundle fiber,
A plurality of branched lights incident on the core are guided to the light irradiation unit,
It is operated to irradiate a plurality of branched lights guided to the light irradiator as measurement light.
 本発明に係る光音響撮像装置およびプローブユニットは、光学系の上流側から入射した1本のレーザ光の強度分布を均一化するホモジナイザと、強度分布が均一化されたレーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめるマイクロレンズアレイとを有する光分岐部と、コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバとを備え、このバンドルファイバが、複数の分岐光のそれぞれを複数の光ファイバのコアのそれぞれにバンドルファイバの上記一方の端面から入射せしめ、かつ上記コアに入射した複数の分岐光をバンドルファイバの他方の端面において接続された光照射部に導光するように配置されたものであることを特徴とする。したがって、複数の光ファイバの一方の端面が分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバを用いることにより、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを一括して行うことができる。一方、ホモジナイザでレーザ光の強度分布を均一化することにより、レーザ光のエネルギー分布がビーム中心において強いまま分岐することを防止できる。この結果、複数の光ファイバを用いてレーザ光を導光して実施する光音響イメージングにおいて、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを容易にするとともに、光ファイバの耐久性の問題を解決することが可能となる。 A photoacoustic imaging apparatus and a probe unit according to the present invention include a homogenizer that uniformizes the intensity distribution of a single laser beam incident from the upstream side of the optical system, and a laser beam having a uniform intensity distribution with a predetermined branch pattern. And a bundle fiber including a plurality of optical fibers having a core / cladding structure, and a plurality of optical fibers on one end face of the bundle fiber. A bundle fiber having one end face of the bundle fiber arranged corresponding to the branching pattern, and the bundle fiber allows each of the plurality of branch lights to enter each of the cores of the plurality of optical fibers from the one end face of the bundle fiber. And a plurality of branched lights incident on the core are placed on the other end face of the bundle fiber. Characterized in that the connected light irradiation unit in which are arranged to guide. Therefore, by using the bundle fiber in which one end face of the plurality of optical fibers is arranged corresponding to the branching pattern, the alignment of each of the plurality of branched lights and each of the plurality of optical fibers can be performed collectively. it can. On the other hand, by homogenizing the intensity distribution of the laser beam, it is possible to prevent the energy distribution of the laser beam from branching while being strong at the center of the beam. As a result, in photoacoustic imaging in which laser light is guided using a plurality of optical fibers, the alignment of each of the plurality of branched lights and each of the plurality of optical fibers is facilitated. It becomes possible to solve the durability problem.
 また、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、特に、光学系の上流側からホモジナイザに入射した1本のレーザ光の強度分布をホモジナイザにより均一化し、強度分布が均一化されたレーザ光をマイクロレンズアレイにより規定される所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめ、コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、このバンドルファイバの一方の端面における複数の光ファイバの一方の端面が分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバを用い、複数の分岐光のそれぞれを複数の光ファイバのコアのそれぞれにバンドルファイバの上記一方の端面から入射せしめるよう作動させている。したがって、複数の光ファイバの一方の端面が分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバを用いることにより、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを一括して行うことができる。一方、ホモジナイザでレーザ光の強度分布を均一化することにより、レーザ光のエネルギー密度がビーム中心において強いまま分岐することを防止できる。この結果、複数の光ファイバを用いてレーザ光を導光して実施する光音響イメージングにおいて、複数の分岐光のそれぞれと複数の光ファイバのそれぞれとの位置合わせを容易にするとともに、光ファイバの耐久性の問題を解決することが可能となる。 In addition, the operation method of the photoacoustic imaging apparatus according to the present invention is a laser beam in which the intensity distribution of one laser beam incident on the homogenizer from the upstream side of the optical system is made uniform by the homogenizer, and the intensity distribution is made uniform. Is a bundle fiber that includes a plurality of optical fibers having a core / cladding structure according to a predetermined branch pattern defined by the microlens array, and includes a plurality of optical fibers having a core / cladding structure. Using a bundle fiber in which one end face of the optical fiber is arranged corresponding to the branching pattern, each of the plurality of branched lights is operated to enter each of the cores of the plurality of optical fibers from the one end face of the bundle fiber. Yes. Therefore, by using the bundle fiber in which one end face of the plurality of optical fibers is arranged corresponding to the branching pattern, the alignment of each of the plurality of branched lights and each of the plurality of optical fibers can be performed collectively. it can. On the other hand, by making the intensity distribution of the laser light uniform with a homogenizer, it is possible to prevent the energy density of the laser light from branching while being strong at the center of the beam. As a result, in photoacoustic imaging in which laser light is guided using a plurality of optical fibers, the alignment of each of the plurality of branched lights and each of the plurality of optical fibers is facilitated. It becomes possible to solve the durability problem.
本発明の光音響撮像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 imaging device of this invention. 図1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. 本発明の光分岐部およびバンドルファイバの一実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of one Embodiment of the optical branching part and bundle fiber of this invention. ホモジナイザの構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of a homogenizer. ホモジナイザの構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of a homogenizer. ホモジナイザの構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of a homogenizer. バンドルファイバの入射端面における複数の光ファイバの端面の配列の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the arrangement | sequence of the end surface of the some optical fiber in the incident end surface of a bundle fiber. バンドルファイバの入射端面における複数の光ファイバの端面の配列の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the arrangement | sequence of the end surface of the some optical fiber in the incident end surface of a bundle fiber. バンドルファイバの入射端面に設けられた反射マスクを示す概略図である。It is the schematic which shows the reflective mask provided in the incident end surface of bundle fiber. 図3において光分岐部が、さらに光分岐部とバンドルファイバとの位置関係を調整する位置調整部を備えたときの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a structure when the optical branching part further has the position adjustment part which adjusts the positional relationship of a light branching part and bundle fiber in FIG. 図3において光分岐部が、さらにホログラフィック拡散板を備えたときの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a structure when the optical branching part further provided with the holographic diffusion plate in FIG. 本発明のプローブユニットの先端部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the front-end | tip part of the probe unit of this invention. 本発明のプローブユニットの先端部の他の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the other structure of the front-end | tip part of the probe unit of this invention.
 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, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In addition, for easy visual recognition, the scale of each component in the drawings is appropriately changed from the actual one.
「光音響撮像装置、プローブユニットおよび光音響撮像装置の作動方法の実施形態」
 本発明の光音響撮像装置10の実施形態について説明する。図1は、本実施形態における光音響撮像装置10全体の構成を示す概略図である。図2は、図1の画像生成部2の構成を示すブロック図である。図3は、本発明の光分岐部12およびバンドルファイバ14の一実施形態の構成を示す概略断面図である。
“Embodiments of Photoacoustic Imaging Device, Probe Unit, and Photoacoustic Imaging Device Operation Method”
An embodiment of the photoacoustic imaging apparatus 10 of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the photoacoustic imaging apparatus 10 according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the image generation unit 2 of FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view showing the configuration of an embodiment of the optical branching section 12 and the bundle fiber 14 of the present invention.
 本実施形態による光音響撮像装置10は、特定波長成分を含む測定光Lを発生させこの測定光Lを被検体7に照射する光送信部1と、この測定光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。 The photoacoustic imaging apparatus 10 according to the present embodiment generates a measurement light L including a specific wavelength component and irradiates the subject 7 with the measurement light L, and the measurement light L is irradiated to the subject 7. An image generation unit 2 that detects photoacoustic waves U generated in the subject 7 to generate photoacoustic image data of an arbitrary cross section, an electroacoustic conversion unit 3 that converts an acoustic signal and an electrical signal, A display unit 6 for displaying the photoacoustic image data, an operation unit 5 for an operator to input patient information and imaging conditions of the apparatus, and a system control unit 4 for comprehensively controlling these units. .
 そして、本実施形態のプローブユニット70は、電気音響変換部3、光分岐部12、バンドルファイバ14および光照射部15を備えている。 The probe unit 70 of the present embodiment includes the electroacoustic conversion unit 3, the light branching unit 12, the bundle fiber 14, and the light irradiation unit 15.
 そして、本発明の光音響撮像装置の作動方法は、被検体7内に測定光Lを照射し、測定光Lの照射により被検体7内で発生した光音響波Uを検出して光音響波Uを電気信号に変換し、電気信号に基づいて光音響画像を生成する光音響撮像装置10の作動方法において、光学系の上流側からホモジナイザ41に入射した1本のレーザ光Loの強度分布をホモジナイザ41により均一化し、強度分布が均一化されたレーザ光Loをマイクロレンズアレイ40により規定される所定の分岐パターンに従って複数の分岐光Ldとして分岐せしめ、コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバ13を包含するバンドルファイバ14であって、このバンドルファイバ14の一方の端面14eにおける複数の光ファイバ13の一方の端面13eが分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバ14を用い、複数の分岐光Ldのそれぞれを複数の光ファイバ13のコア13aのそれぞれにバンドルファイバ14の上記一方の端面14eから入射せしめ、上記コア13aに入射した複数の分岐光Ldを光照射部15に導光し、光照射部15に導光された複数の分岐光Ldを測定光Lとして照射する上記光音響撮像装置10を作動させるものである。 The method of operating the photoacoustic imaging apparatus of the present invention irradiates the subject 7 with the measurement light L, detects the photoacoustic wave U generated in the subject 7 by the irradiation of the measurement light L, and detects the photoacoustic wave. In the operation method of the photoacoustic imaging apparatus 10 that converts U into an electrical signal and generates a photoacoustic image based on the electrical signal, the intensity distribution of one laser light Lo incident on the homogenizer 41 from the upstream side of the optical system is calculated. A plurality of optical fibers 13 having a core / cladding structure are obtained by branching the laser light Lo, which is made uniform by the homogenizer 41 and has a uniform intensity distribution, into a plurality of branched lights Ld according to a predetermined branching pattern defined by the microlens array 40. And one end face 13e of the plurality of optical fibers 13 on one end face 14e of the bundle fiber 14 is branched. The bundle fibers 14 are arranged corresponding to the loops, and each of the plurality of branched lights Ld is made incident on each of the cores 13a of the plurality of optical fibers 13 from the one end face 14e of the bundle fiber 14, and enters the core 13a. The photoacoustic imaging device 10 that guides the plurality of incident branched lights Ld to the light irradiation unit 15 and irradiates the plurality of branched lights Ld guided to the light irradiation unit 15 as the measurement light L is operated. .
 光送信部1は、波長の異なる複数の光源を備える光源部11と、光源部11から出力されたレーザ光Loを複数の分岐光Ldとして分岐する光分岐部12と、複数の分岐光Ldを光照射部15まで導光するバンドルファイバ14と、測定光Lを被検体7の体表面へ照射する光照射部15とを備えている。 The optical transmission unit 1 includes a light source unit 11 including a plurality of light sources having different wavelengths, a light branching unit 12 that branches the laser light Lo output from the light source unit 11 as a plurality of branched lights Ld, and a plurality of branched lights Ld. A bundle fiber 14 that guides light to the light irradiation unit 15 and a light irradiation unit 15 that irradiates the body surface of the subject 7 with the measurement light L are provided.
 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 imaging a blood vessel), it is generally preferable to set the thickness to about 600 to 1000 nm. Further, 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 image construction speed. Further, the laser light may be a pulse train in which a plurality of the above-mentioned pulse lights 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 capable of changing the wavelength can be used.
 光分岐部12は、ホモジナイザ41およびマイクロレンズアレイ40を用いて光源部11から出力されたレーザ光Loを分岐せしめるものである。分岐本数は特に限定されないが、効果的にレーザ光Loのエネルギーを分散させる観点から、16本以上に分岐せしめることが好ましい。本実施形態において、光分岐部12は、ホモジナイザ41およびマイクロレンズアレイ40から構成される。 The light branching unit 12 branches the laser light Lo output from the light source unit 11 using the homogenizer 41 and the microlens array 40. The number of branches is not particularly limited, but it is preferable to branch to 16 or more from the viewpoint of effectively dispersing the energy of the laser light Lo. In the present embodiment, the light branching unit 12 includes a homogenizer 41 and a microlens array 40.
 マイクロレンズアレイ40は、複数のマイクロレンズを格子状に並べたものであり、そのマイクロレンズの個数およびその配置により所定の分岐パターンが規定される。分岐パターンは特に限定されるものではないが、正方形構造または六方形構造であることが好ましく、六方形構造であることがより好ましい。 The microlens array 40 includes a plurality of microlenses arranged in a lattice pattern, and a predetermined branch pattern is defined by the number and arrangement of the microlenses. The branch pattern is not particularly limited, but is preferably a square structure or a hexagonal structure, and more preferably a hexagonal structure.
 ホモジナイザ41は、光学系の上流側から入射したレーザ光Loの強度分布を均一化して、強度分布が均一化されたレーザ光をマイクロレンズアレイ40に導光するための光学要素である。また、ホモジナイザ41は、強度分布が均一化されたレーザ光Loのビーム径を拡大するように構成してもよい。本実施形態では、ホモジナイザ41は、光源部11から出力されたレーザ光Loをマイクロレンズアレイ40の幅に合わせて拡大している(図3)。ホモジナイザ41は、単一の光学素子から構成されてもよいし、複数の光学素子が組み合わされて構成されてもよい。 The homogenizer 41 is an optical element for making the intensity distribution of the laser light Lo incident from the upstream side of the optical system uniform and guiding the laser light with the uniform intensity distribution to the microlens array 40. Further, the homogenizer 41 may be configured to expand the beam diameter of the laser light Lo having a uniform intensity distribution. In the present embodiment, the homogenizer 41 expands the laser light Lo output from the light source unit 11 in accordance with the width of the microlens array 40 (FIG. 3). The homogenizer 41 may be composed of a single optical element or a combination of a plurality of optical elements.
 ホモジナイザ41は、例えばマイクロレンズアレイA45(レンズピッチp=0.5mm、焦点距離f=46.7mm)、マイクロレンズアレイB46(p=0.5mm、f=15.3mm)、平凸レンズ47(f=100mm)、および可変ビームエキスパンダ48(倍率5倍)を図4Aに示されるように配置して構成することができる。このとき、マイクロレンズアレイ40についてのレンズピッチおよび焦点距離は、例えばそれぞれp=0.5mm、f=13.8mmである。また、ホモジナイザ41は、ホログラフィック拡散板49、集光平凸レンズ50(f=50mm)、およびライトパイプ51(例えば、長さは150mmおよび断面サイズは2mm角とする。)を適当に組み合わせて図4Bに示されるように構成することもできる。なおホログラフィック拡散板49は0.2度から2.0度程度までの低角度の拡散板であることが好ましい。このとき、マイクロレンズアレイ40についてのレンズピッチおよび焦点距離は、例えばそれぞれp=0.3mm、f=4.8mmである。また、ホモジナイザ41は、図4Cに示されるように例えばビーム強度分布を補正するような非球面レンズが組み込まれたフラットトップレーザビームシェーバー52により構成することもできる。なお、上記のホモジナイザ41の具体的な構成は、レーザ光Loのビーム径を3.0mmとした場合の例である。 The homogenizer 41 includes, for example, a microlens array A45 (lens pitch p = 0.5 mm, focal length f = 46.7 mm), a microlens array B46 (p = 0.5 mm, f = 15.3 mm), a plano-convex lens 47 (f = 100 mm), and a variable beam expander 48 (5 × magnification) can be arranged and configured as shown in FIG. 4A. At this time, the lens pitch and the focal length for the microlens array 40 are, for example, p = 0.5 mm and f = 13.8 mm, respectively. The homogenizer 41 is appropriately combined with a holographic diffusion plate 49, a condensing plano-convex lens 50 (f = 50 mm), and a light pipe 51 (for example, the length is 150 mm and the cross-sectional size is 2 mm square) as shown in FIG. 4B. It can also be configured as shown in FIG. The holographic diffusion plate 49 is preferably a low-angle diffusion plate of about 0.2 degrees to about 2.0 degrees. At this time, the lens pitch and the focal length for the microlens array 40 are, for example, p = 0.3 mm and f = 4.8 mm, respectively. Further, as shown in FIG. 4C, the homogenizer 41 can also be constituted by a flat top laser beam shaver 52 in which an aspheric lens for correcting the beam intensity distribution, for example, is incorporated. The specific configuration of the homogenizer 41 is an example in which the beam diameter of the laser light Lo is 3.0 mm.
 バンドルファイバ14は、光分岐部12によって分岐したレーザ光Loを光照射部15に導光するものである。バンドルファイバ14は、コア13aおよびクラッド13bを有する複数の光ファイバ13を包含している。光ファイバ13は、特に限定されないが石英ファイバであることが好ましい。複数の光ファイバ13は、複数の分岐光Ldを効率よく導光する観点から、マイクロレンズアレイ40により規定される所定の分岐パターンに対応して配列している。バンドルファイバ14の入射端面14eにおける複数の光ファイバ13の端面13eの配列パターンは、マイクロレンズアレイ40の形状に応じて適宜選択でき、バンドルファイバ14中での複数の光ファイバ13の配列のしやすさ等の観点から、正方形構造または六方形構造であることが好ましく、六方形構造であることがより好ましい。そして、複数の光ファイバ13の当該端面13eは最密充填構造で配列することが特に好ましい。これは以下に示す理由による。図5Aおよび図5Bは、バンドルファイバ14の入射端面14eにおける複数の光ファイバ13の端面13eの配列の例を示す概念図である。図5Aは64本の光ファイバ13の端面13eの配列が正方形構造を有する場合、および図5Bは61本の光ファイバ13の端面13eの配列が最密充填構造を有する場合を示す。このように、同程度の本数の光ファイバ13が正方形構造で配列した場合と最密充填構造で配列した場合とを考える。このとき、配列パターンの中心から最も離れた光ファイバの端面までの距離(図5A中のW1および図5B中のW2)を互いに比較すると、最密充填構造の上記距離W2の方が、正方形構造の上記距離W1よりも短くなることが分かる。つまり、配列パターンが最密充填構造を有する場合の方が、光学系をコンパクトにすることができる。したがって、バンドルファイバ14の入射端面14eにおける複数の光ファイバ13の端面13eの配列は、最密充填構造であることが特に好ましい。 The bundle fiber 14 guides the laser beam Lo branched by the light branching unit 12 to the light irradiation unit 15. The bundle fiber 14 includes a plurality of optical fibers 13 having a core 13a and a clad 13b. The optical fiber 13 is not particularly limited, but is preferably a quartz fiber. The plurality of optical fibers 13 are arranged corresponding to a predetermined branch pattern defined by the microlens array 40 from the viewpoint of efficiently guiding the plurality of branch lights Ld. The arrangement pattern of the end faces 13e of the plurality of optical fibers 13 on the incident end face 14e of the bundle fiber 14 can be appropriately selected according to the shape of the microlens array 40, and the arrangement of the plurality of optical fibers 13 in the bundle fiber 14 is easy. From the viewpoint of the above, a square structure or a hexagonal structure is preferable, and a hexagonal structure is more preferable. The end faces 13e of the plurality of optical fibers 13 are particularly preferably arranged in a close-packed structure. This is for the following reason. 5A and 5B are conceptual diagrams illustrating an example of the arrangement of the end faces 13e of the plurality of optical fibers 13 on the incident end face 14e of the bundle fiber 14. FIG. 5A shows a case where the arrangement of the end faces 13e of the 64 optical fibers 13 has a square structure, and FIG. 5B shows a case where the arrangement of the end faces 13e of the 61 optical fibers 13 has a close-packed structure. Thus, consider the case where the same number of optical fibers 13 are arranged in a square structure and the case where they are arranged in a close-packed structure. At this time, when the distances from the center of the array pattern to the end face of the optical fiber farthest (W1 in FIG. 5A and W2 in FIG. 5B) are compared with each other, the above-mentioned distance W2 of the close-packed structure is a square structure. It turns out that it becomes shorter than the said distance W1. That is, the optical system can be made more compact when the arrangement pattern has the closest packing structure. Therefore, the arrangement of the end faces 13e of the plurality of optical fibers 13 on the incident end face 14e of the bundle fiber 14 is particularly preferably a close-packed structure.
 また、上記観点とは別に、バンドルファイバ14中の複数の光ファイバ13の配列精度を高めることが特に重要な場合には、V溝基板を用いてラインごとに分割して配列してもよい。精度良くV溝加工されたガラスや金属面を基準にして各ラインを配置することで、複数の光ファイバ13の配列精度をより高めることができる。このような場合、マイクロレンズアレイ40の分岐パターンに対応して複数の光ファイバ13が配列するようにV溝基板が選択されるか、V溝基板による複数の光ファイバ13の配列に合わせてマイクロレンズアレイ40が設計される。 Further, apart from the above viewpoint, when it is particularly important to increase the alignment accuracy of the plurality of optical fibers 13 in the bundle fiber 14, they may be divided and arranged for each line using a V-groove substrate. By arranging each line with reference to a glass or metal surface processed with a V-groove with high accuracy, the arrangement accuracy of the plurality of optical fibers 13 can be further increased. In such a case, the V-groove substrate is selected so that the plurality of optical fibers 13 are arranged corresponding to the branch pattern of the microlens array 40, or the micro-groove is matched to the arrangement of the plurality of optical fibers 13 by the V-groove substrate. A lens array 40 is designed.
 複数の分岐光Ldのそれぞれを複数の光ファイバ13のコア13aのそれぞれに入射せしめるときは、分岐光Ldの分岐パターンと複数の光ファイバ13の端面13eの配列パターンとを実質的に一致させることが重要である。 When each of the plurality of branched lights Ld is incident on each of the cores 13a of the plurality of optical fibers 13, the branch pattern of the branched lights Ld and the arrangement pattern of the end faces 13e of the plurality of optical fibers 13 are substantially matched. is important.
 バンドルファイバ14において、バンドルファイバ14の上記一方の端面14eは、図6に示されるように、この端面14eにおけるコア13aが露出するようにこの端面14e上に反射マスクMを有することが好ましい。バンドルファイバ14は通常、複数の光ファイバ13の互いの間隙を接着剤で固定することにより製造される。しかしながら、接着剤は石英等の光ファイバの素材に比べレーザ光に対する耐久性が低い。そこで、上記のような反射マスクMによって、複数の分岐光Ldがそれぞれ入射するコア13aの領域を除いた領域にレーザ光が照射されることを防止することができる。このような反射マスクMは、例えばコア13aの配列パターンに合わせて穴あけ加工された薄いガラス板上に誘電体多層膜を蒸着し、その後コア13aと上記穴とが対応して合わさるように当該ガラス板をバンドルファイバ14の上記一方の端面14eに張り付けることにより形成することが可能である。 In the bundle fiber 14, the one end face 14e of the bundle fiber 14 preferably has a reflective mask M on the end face 14e so that the core 13a on the end face 14e is exposed as shown in FIG. The bundle fiber 14 is usually manufactured by fixing a gap between the plurality of optical fibers 13 with an adhesive. However, the adhesive has lower durability against laser light than optical fiber materials such as quartz. Therefore, the reflection mask M as described above can prevent the laser light from being irradiated to the region excluding the region of the core 13a where the plurality of branched lights Ld are incident. Such a reflective mask M is formed by, for example, depositing a dielectric multilayer film on a thin glass plate that has been drilled in accordance with the arrangement pattern of the cores 13a, and then the glass 13 so that the cores 13a and the holes are matched with each other. It is possible to form the plate by sticking it to the one end face 14e of the bundle fiber 14.
 光照射部15は、本実施形態では複数の光ファイバ13の複数の出射端面13eから構成される。光照射部15を構成する複数の光ファイバ13の複数の出射端面13eは、例えば電気音響変換部3の周囲に沿って配列される。この場合、複数の光ファイバ13の複数の出射端面13eは、電気音響変換部3を構成する複数の変換素子54とともに、平面、凸面あるいは凹面を形成する。本実施形態では平面とする。また、電気音響変換部3を構成する複数の変換素子54が透明材料である場合には、光照射部15は変換素子54の上方から変換素子全体を照射できるように配置してもよい。 In this embodiment, the light irradiation unit 15 includes a plurality of emission end faces 13e of the plurality of optical fibers 13. The plurality of emission end faces 13e of the plurality of optical fibers 13 constituting the light irradiation unit 15 are arranged along the periphery of the electroacoustic conversion unit 3, for example. In this case, the plurality of emission end faces 13 e of the plurality of optical fibers 13 form a plane, a convex surface, or a concave surface together with the plurality of conversion elements 54 constituting the electroacoustic conversion unit 3. In this embodiment, it is a plane. Moreover, when the some conversion element 54 which comprises the electroacoustic conversion part 3 is a transparent material, you may arrange | position the light irradiation part 15 so that the whole conversion element can be irradiated from the upper direction of the conversion element 54. FIG.
 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54から構成される。変換素子54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からの光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54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。電気音響変換部3は、光音響波Uを効率よく伝達するために音響整合層を備えてもよい。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は、界面での反射が大きくなり光音響波を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物質で構成した音響整合層を挿入することにより、光音響波を効率よく伝達することができる。音響整合層を構成する材料の例としては、エポキシ樹脂や石英ガラスなどが挙げられる。 The electroacoustic conversion unit 3 is composed of, for example, a plurality of minute conversion elements 54 arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner. The conversion element 54 is a piezoelectric element made of a polymer film such as piezoelectric ceramics or polyvinylidene fluoride (PVDF). The electroacoustic conversion unit 3 receives the photoacoustic wave U generated in the subject 7 by the light irradiation from the light irradiation unit 15. The conversion element 54 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 electroacoustic conversion unit 3 may include an acoustic matching layer in order to efficiently transmit the photoacoustic wave U. 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 becomes large and the photoacoustic wave cannot be efficiently transmitted. For this reason, a photoacoustic wave can be efficiently transmitted by inserting the acoustic matching layer comprised with the substance which has an intermediate acoustic impedance between piezoelectric element material and a biological body. Examples of the material constituting the acoustic matching layer include epoxy resin and quartz glass.
 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54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54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 apparatus 10 selectively drives the plurality of conversion elements 54 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 electric signal. A receiving unit 22 that generates a received signal by performing phase addition, a scanning control unit 24 that controls the selection drive of the conversion element 54 and the delay time of the receiving unit 22, and various types of received signals obtained from the receiving unit 22 And a signal processing unit 25 for performing the above processing.
 受信部22は、図2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 shown in FIG. 2, the receiving 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13の出射端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。 The electronic switch 53 selects a predetermined number of adjacent conversion elements 54 when receiving photoacoustic waves in photoacoustic scanning. For example, when the electroacoustic conversion unit 3 includes 192 conversion elements CH1 to CH192 of an array type, such an array conversion element is converted into an area 0 (area of conversion elements from CH1 to CH64 by an 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. Further, when the emission ends of the plurality of optical fibers 13 are arranged so that each area can be individually irradiated with light, the light output per one time does not need to be increased, so that the high output is expensive. There is also an advantage that it is not necessary to use a simple light source. 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 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 electric signals of a plurality of channels delayed by the reception delay circuit 56, and combines 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, apparatus imaging conditions, 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 according to a command signal from the operation unit 5 and the entire system. 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.
 本発明の光音響撮像装置10およびプローブユニット70は、図3に示されるように特に、光学系の上流側から入射した1本のレーザ光Loの強度分布を均一化するホモジナイザ41と、強度分布が均一化されたレーザ光Loを所定の分岐パターンに従って複数の分岐光Ldとして分岐せしめるマイクロレンズアレイ40とを有する光分岐部12と、コア13a/クラッド13b構造を有する複数の光ファイバ13を包含するバンドルファイバ14であって、このバンドルファイバ14の一方の端面14eにおける複数の光ファイバ13の一方の端面13eが分岐パターンに対応して配列したバンドルファイバ14とを備え、このバンドルファイバ14が、複数の分岐光Ldのそれぞれを複数の光ファイバ13のコア13aのそれぞれにバンドルファイバ14の上記一方の端面14eから入射せしめ、かつ上記コア13aに入射した複数の分岐光Ldをバンドルファイバ14の他方の端面14eにおいて接続された光照射部15に導光するように配置されたものであることを特徴とする。つまり本発明は、マイクロレンズアレイ40の分岐パターンとバンドルファイバ14の入射端面14eにおける複数の光ファイバ13の端面13eの配列パターンとを対応させることにより、複数の分岐光Ldのそれぞれと複数の光ファイバ13のそれぞれとの位置合わせを一括して行うことを可能にした。さらに、ホモジナイザ41でレーザ光Loの強度分布を均一化することにより、レーザ光Loのエネルギー分布がビーム中心において強いまま分岐することを防止している。これにより、複数の分岐光Ldのそれぞれと複数の光ファイバ13のそれぞれとを別個に位置合わせする必要がなくなり、さらに光ファイバの耐久性の問題を解決することが可能となる。 As shown in FIG. 3, the photoacoustic imaging device 10 and the probe unit 70 of the present invention particularly include a homogenizer 41 that uniformizes the intensity distribution of one laser beam Lo incident from the upstream side of the optical system, and an intensity distribution. Includes a light branching section 12 having a microlens array 40 for branching the laser light Lo, which has been made uniform, into a plurality of branching lights Ld according to a predetermined branching pattern, and a plurality of optical fibers 13 having a core 13a / cladding 13b structure. A bundle fiber 14 in which one end face 13e of the plurality of optical fibers 13 on one end face 14e of the bundle fiber 14 is arranged corresponding to a branching pattern. Each of the plurality of branched lights Ld is connected to each of the cores 13a of the plurality of optical fibers 13. The plurality of branched lights Ld incident on the one end surface 14e of the dollar fiber 14 and incident on the core 13a are guided to the light irradiation unit 15 connected on the other end surface 14e of the bundle fiber 14. It is characterized by that. That is, according to the present invention, the branch pattern of the microlens array 40 and the arrangement pattern of the end faces 13e of the plurality of optical fibers 13 on the incident end face 14e of the bundle fiber 14 correspond to each of the plurality of branch lights Ld and the plurality of lights. It is possible to perform alignment with each of the fibers 13 at once. Further, the intensity distribution of the laser light Lo is made uniform by the homogenizer 41, thereby preventing the energy distribution of the laser light Lo from branching while being strong at the beam center. This eliminates the need to separately align each of the plurality of branched lights Ld and each of the plurality of optical fibers 13, and further solves the problem of durability of the optical fiber.
 その結果として、高エネルギーのパルスレーザ光が伝送可能となり、高画質の光音響画像を撮像することが可能となる。さらに、プローブユニットのコード部分の可撓性と耐久性とを容易に両立できる。 As a result, high-energy pulsed laser light can be transmitted, and a high-quality photoacoustic image can be captured. Furthermore, the flexibility and durability of the cord portion of the probe unit can be easily achieved.
「光音響撮像装置、プローブユニットおよび光音響撮像装置の作動方法の設計変更」
 本発明の光音響撮像装置10およびプローブユニット70は、上記で説明した実施形態に限定されるものではない。
"Design change of operation method of photoacoustic imaging device, probe unit and photoacoustic imaging device"
The photoacoustic imaging device 10 and the probe unit 70 of the present invention are not limited to the embodiment described above.
 例えば本発明の光音響撮像装置10およびプローブユニット70は図7に示されるように、バンドルファイバ14の上記一方の端面14eと光分岐部12との位置関係を調整する位置調整部14aを備えるように構成することができる。或いは、マイクロレンズアレイ40を制御するように位置調整部が備えられてもよい。この位置調整部14aは、プローブユニット70から出射した測定光Lを測定し、測定した光量が最大値となる位置関係に自動で調整するように構成することができる。これにより、複数の分岐光Ldのそれぞれと複数の光ファイバ13のそれぞれとの位置合わせがより容易になる。 For example, as shown in FIG. 7, the photoacoustic imaging apparatus 10 and the probe unit 70 of the present invention include a position adjusting unit 14 a that adjusts the positional relationship between the one end surface 14 e of the bundle fiber 14 and the light branching unit 12. Can be configured. Alternatively, a position adjustment unit may be provided to control the microlens array 40. The position adjusting unit 14a can be configured to measure the measurement light L emitted from the probe unit 70 and automatically adjust the positional relationship so that the measured light quantity becomes the maximum value. This makes it easier to align each of the plurality of branched lights Ld and each of the plurality of optical fibers 13.
 また、例えば本発明の光音響撮像装置10およびプローブユニット70は図8に示されるように、光分岐部12が、ホモジナイザ41およびマイクロレンズアレイ40の間にホログラフィック拡散板42を有するように構成することができる。このように配置されたホログラフィック拡散板42により、複数の分岐光Ldの集光スポット径が大きくなる方向に変化し、バンドルファイバ14の入射端面14eにおけるコア13aに入射する際の複数の分岐光Ldのビーム径が最適化される。したがって、光ファイバ13の損傷閾値エネルギー密度を超えないように複数の分岐光Ldを導光することができる。 Further, for example, the photoacoustic imaging device 10 and the probe unit 70 of the present invention are configured such that the optical branching unit 12 has a holographic diffusion plate 42 between the homogenizer 41 and the microlens array 40 as shown in FIG. can do. The holographic diffusion plate 42 arranged in this manner changes the direction in which the condensing spot diameter of the plurality of branched lights Ld increases, and the plurality of branched lights when entering the core 13a on the incident end face 14e of the bundle fiber 14. The beam diameter of Ld is optimized. Therefore, the plurality of branched lights Ld can be guided so as not to exceed the damage threshold energy density of the optical fiber 13.
 また、例えば本発明の光音響撮像装置10およびプローブユニット70は図9に示されるように、光照射部15が複数の光ファイバ13の上記他方の端面13eであり、この他方の端面13eが間隔を置いてライン状に配列されたものであるように構成することができる。このように構成することで、プローブユニット先端部71に複雑な構造の光学系を設ける必要がなく、均一なライン状光源を得ることができる。また、複数の光ファイバ13のそれぞれから出射する分岐光Ldの強度を勘案して上記間隔を調整することにより、より均一なライン状光源を得ることができる。例えば、分岐光Ldの強度が強い場合には上記間隔を広く、弱い場合には狭くする等して調整することが好ましい。 Further, for example, in the photoacoustic imaging device 10 and the probe unit 70 of the present invention, as shown in FIG. 9, the light irradiation unit 15 is the other end surface 13e of the plurality of optical fibers 13, and the other end surface 13e is spaced. It can be configured to be arranged in a line with the With this configuration, it is not necessary to provide an optical system with a complicated structure at the probe unit tip 71, and a uniform line-shaped light source can be obtained. In addition, a more uniform line light source can be obtained by adjusting the distance in consideration of the intensity of the branched light Ld emitted from each of the plurality of optical fibers 13. For example, it is preferable that the interval is adjusted to be wide when the intensity of the branched light Ld is strong, and to be narrowed when the intensity is weak.
 また、例えば本発明の光音響撮像装置10およびプローブユニット70は図10に示されるように、光照射部15が先太りの形状を有する導光板72であり、バンドルファイバ14の上記他方の端面14eが、着脱可能な状態で導光板72の短辺側の端面に接続されたものであるように構成することができる。例えば図13では、コネクタ部73においてバンドルファイバ14の上記他方の端面14eと導光板72の短辺側の端面とが互いに接続されている。このように構成することで、バンドルファイバ14が破損した場合、バンドルファイバのみを交換することが可能となり、メンテナンス性能が向上する。 Further, for example, as shown in FIG. 10, the photoacoustic imaging device 10 and the probe unit 70 of the present invention are a light guide plate 72 in which the light irradiation unit 15 has a tapered shape, and the other end face 14 e of the bundle fiber 14. However, it can be configured to be connected to the end face on the short side of the light guide plate 72 in a detachable state. For example, in FIG. 13, the other end surface 14 e of the bundle fiber 14 and the end surface on the short side of the light guide plate 72 are connected to each other in the connector portion 73. With this configuration, when the bundle fiber 14 is damaged, it is possible to replace only the bundle fiber, and the maintenance performance is improved.

Claims (19)

  1.  被検体内に測定光を照射する光照射部と、前記測定光の照射により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する電気音響変換部と、前記電気信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成部とを備える光音響撮像装置において、
     光学系の上流側から入射した1本のレーザ光の強度分布を均一化するホモジナイザと、強度分布が均一化された前記レーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめるマイクロレンズアレイとを有する光分岐部と、
     コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、該バンドルファイバの一方の端面における前記複数の光ファイバの一方の端面が前記分岐パターンに対応して配列した前記バンドルファイバとを備え、
     該バンドルファイバが、前記複数の分岐光のそれぞれを前記複数の光ファイバのコアのそれぞれに前記バンドルファイバの前記一方の端面から入射せしめ、かつ前記コアに入射した前記複数の分岐光を前記バンドルファイバの他方の端面において接続された前記光照射部に導光するように配置されたものであり、
     前記光照射部が前記複数の分岐光を前記測定光として照射するものであることを特徴とする光音響撮像装置。
    A light irradiating unit that irradiates measurement light into the subject, an electroacoustic conversion unit that detects a photoacoustic wave generated in the subject by the irradiation of the measuring light, and converts the photoacoustic wave into an electrical signal; In a photoacoustic imaging device comprising an image generation unit that generates a photoacoustic image based on the electrical signal,
    A homogenizer for homogenizing the intensity distribution of one laser beam incident from the upstream side of the optical system, and a microlens array for diverging the laser beam having the uniform intensity distribution into a plurality of branched light beams according to a predetermined branching pattern; An optical branch having
    A bundle fiber including a plurality of optical fibers having a core / cladding structure, wherein one end face of the plurality of optical fibers on one end face of the bundle fiber is arranged corresponding to the branch pattern; With
    The bundle fiber causes each of the plurality of branched lights to enter each of the cores of the plurality of optical fibers from the one end face of the bundle fiber, and the plurality of branched lights incident on the core are incident on the bundle fiber. Is arranged so as to be guided to the light irradiation part connected at the other end face of
    The photoacoustic imaging apparatus, wherein the light irradiation unit irradiates the plurality of branched lights as the measurement light.
  2.  前記バンドルファイバの前記一方の端面と前記光分岐部との位置関係を調整する位置調整部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光音響撮像装置。 The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, further comprising a position adjusting unit that adjusts a positional relationship between the one end face of the bundle fiber and the light branching unit.
  3.  前記光分岐部が、前記ホモジナイザおよび前記マイクロレンズアレイの間にホログラフィック拡散板を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光音響撮像装置。 3. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the optical branching unit includes a holographic diffusion plate between the homogenizer and the microlens array.
  4.  前記分岐パターンが六方形構造を有し、
     前記複数の光ファイバの前記一方の端面が最密充填構造で配列したものであることを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の光音響撮像装置。
    The branch pattern has a hexagonal structure;
    4. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the one end face of the plurality of optical fibers is arranged in a close-packed structure. 5.
  5.  前記バンドルファイバの前記一方の端面が、該端面における前記コアが露出するように該端面上に反射マスクを有することを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の光音響撮像装置。 5. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the one end face of the bundle fiber has a reflection mask on the end face so that the core on the end face is exposed.
  6.  前記光分岐部が前記レーザ光を16本以上に分岐せしめるものであり、
     前記バンドルファイバが少なくとも16本の光ファイバを包含することを特徴とする請求項1から5いずれかに記載の光音響撮像装置。
    The light branching part branches the laser light into 16 or more;
    6. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the bundle fiber includes at least 16 optical fibers.
  7.  前記ホモジナイザが、ホログラフィック拡散板、集光平凸レンズ、およびライトパイプから構成されることを特徴とする請求項1から6いずれかに記載の光音響撮像装置。 The photoacoustic imaging device according to any one of claims 1 to 6, wherein the homogenizer includes a holographic diffuser plate, a condensing plano-convex lens, and a light pipe.
  8.  前記ホモジナイザがフラットトップレーザビームシェーバーから構成されることを特徴とする請求項1から6いずれかに記載の光音響撮像装置。 7. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the homogenizer includes a flat top laser beam shaver.
  9.  前記光照射部が前記複数の光ファイバの前記他方の端面であり、
     前記複数の光ファイバの該他方の端面が間隔を置いてライン状に配列されたものであることを特徴とする請求項1から8いずれかに記載の光音響撮像装置。
    The light irradiation part is the other end face of the plurality of optical fibers;
    9. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the other end faces of the plurality of optical fibers are arranged in a line at intervals.
  10.  前記光照射部が先太りの形状を有する導光板であり、
     前記バンドルファイバの前記他方の端面が、着脱可能な状態で前記導光板の短辺側の端面に接続されたものであることを特徴とする請求項1から8いずれかに記載の光音響撮像装置。
    The light irradiation part is a light guide plate having a tapered shape,
    9. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the other end face of the bundle fiber is connected to an end face on a short side of the light guide plate in a detachable state. .
  11.  被検体内に測定光を照射し、該測定光の照射により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光音響画像を生成する光音響撮像装置に用いられるプローブユニットにおいて、
     被検体内に測定光を照射する光照射部と、
     前記測定光の照射により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する電気音響変換部と、
     光学系の上流側から入射した1本のレーザ光の強度分布を均一化するホモジナイザと、強度分布が均一化された前記レーザ光を所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめるマイクロレンズアレイとを有する光分岐部と、
     コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、該バンドルファイバの一方の端面における前記複数の光ファイバの一方の端面が前記分岐パターンに対応して配列した前記バンドルファイバとを備え、
     該バンドルファイバが、前記複数の分岐光のそれぞれを前記複数の光ファイバのコアのそれぞれに前記バンドルファイバの前記一方の端面から入射せしめ、かつ前記コアに入射した前記複数の分岐光を前記バンドルファイバの他方の端面において接続された前記光照射部に導光するように配置されたものであり、
     前記光照射部が前記複数の分岐光を前記測定光として照射するものであることを特徴とするプローブユニット。
    Irradiating measurement light into a subject, detecting a photoacoustic wave generated in the subject by the irradiation of the measurement light, converting the photoacoustic wave into an electric signal, and photoacoustic image based on the electric signal In the probe unit used in the photoacoustic imaging device that generates
    A light irradiator for irradiating measurement light into the subject;
    An electroacoustic conversion unit that detects a photoacoustic wave generated in the subject by irradiation of the measurement light and converts the photoacoustic wave into an electric signal;
    A homogenizer for homogenizing the intensity distribution of one laser beam incident from the upstream side of the optical system, and a microlens array for diverging the laser beam having the uniform intensity distribution into a plurality of branched light beams according to a predetermined branching pattern; An optical branch having
    A bundle fiber including a plurality of optical fibers having a core / cladding structure, wherein one end face of the plurality of optical fibers on one end face of the bundle fiber is arranged corresponding to the branch pattern; With
    The bundle fiber causes each of the plurality of branched lights to enter each of the cores of the plurality of optical fibers from the one end face of the bundle fiber, and the plurality of branched lights incident on the core are incident on the bundle fiber. Is arranged so as to be guided to the light irradiation part connected at the other end face of
    The probe unit, wherein the light irradiation unit irradiates the plurality of branched lights as the measurement light.
  12.  前記バンドルファイバの前記一方の端面と前記光分岐部との位置関係を調整する位置調整部を備えたことを特徴とする請求項11に記載のプローブユニット。 The probe unit according to claim 11, further comprising a position adjusting unit that adjusts a positional relationship between the one end face of the bundle fiber and the optical branching unit.
  13.  前記光分岐部が、前記ホモジナイザおよび前記マイクロレンズアレイの間にホログラフィック拡散板を有することを特徴とする請求項11または12に記載のプローブユニット。 The probe unit according to claim 11 or 12, wherein the optical branching unit includes a holographic diffusion plate between the homogenizer and the microlens array.
  14.  前記分岐パターンが六方形構造を有し、
     前記複数の光ファイバの前記一方の端面が最密充填構造で配列したものであることを特徴とする請求項11から13いずれかに記載のプローブユニット。
    The branch pattern has a hexagonal structure;
    The probe unit according to claim 11, wherein the one end face of the plurality of optical fibers is arranged in a close-packed structure.
  15.  前記バンドルファイバの前記一方の端面が、該端面における前記コアが露出するように該端面上に反射マスクを有することを特徴とする請求項11から14いずれかに記載のプローブユニット。 The probe unit according to any one of claims 11 to 14, wherein the one end face of the bundle fiber has a reflection mask on the end face so that the core on the end face is exposed.
  16.  前記光分岐部が前記レーザ光を16本以上に分岐せしめるものであり、
     前記バンドルファイバが少なくとも16本の光ファイバを包含することを特徴とする請求項11から15いずれかに記載のプローブユニット。
    The light branching part branches the laser light into 16 or more;
    The probe unit according to claim 11, wherein the bundle fiber includes at least 16 optical fibers.
  17.  前記ホモジナイザが、ホログラフィック拡散板、集光平凸レンズ、およびライトパイプから構成されることを特徴とする請求項11から16いずれかに記載のプローブユニット。 The probe unit according to any one of claims 11 to 16, wherein the homogenizer includes a holographic diffuser plate, a condensing plano-convex lens, and a light pipe.
  18.  前記ホモジナイザがフラットトップレーザビームシェーバーから構成されることを特徴とする請求項11から16いずれかに記載のプローブユニット。 The probe unit according to any one of claims 11 to 16, wherein the homogenizer includes a flat top laser beam shaver.
  19.  被検体内に測定光を照射し、該測定光の照射により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光音響画像を生成する光音響撮像装置の作動方法において、
     光学系の上流側からホモジナイザに入射した1本のレーザ光の強度分布を前記ホモジナイザにより均一化し、
     強度分布が均一化された前記レーザ光を前記マイクロレンズアレイにより規定される所定の分岐パターンに従って複数の分岐光として分岐せしめ、
     コア/クラッド構造を有する複数の光ファイバを包含するバンドルファイバであって、該バンドルファイバの一方の端面における前記複数の光ファイバの一方の端面が前記分岐パターンに対応して配列した前記バンドルファイバを用い、
     前記複数の分岐光のそれぞれを前記複数の光ファイバのコアのそれぞれに前記バンドルファイバの前記一方の端面から入射せしめ、
     前記コアに入射した前記複数の分岐光を前記光照射部に導光し、
     前記光照射部に導光された前記複数の分岐光を前記測定光として照射することを特徴とする光音響撮像装置の作動方法。
    Irradiating measurement light into a subject, detecting a photoacoustic wave generated in the subject by the irradiation of the measurement light, converting the photoacoustic wave into an electrical signal, and photoacoustic image based on the electrical signal In a method of operating a photoacoustic imaging device that generates
    The intensity distribution of one laser beam incident on the homogenizer from the upstream side of the optical system is homogenized by the homogenizer,
    Branching the laser light having a uniform intensity distribution as a plurality of branch lights according to a predetermined branch pattern defined by the microlens array;
    A bundle fiber including a plurality of optical fibers having a core / cladding structure, wherein one end face of the plurality of optical fibers on one end face of the bundle fiber is arranged corresponding to the branch pattern. Use
    Allowing each of the plurality of branched lights to enter each of the cores of the plurality of optical fibers from the one end face of the bundle fiber;
    Guiding the plurality of branched lights incident on the core to the light irradiation unit;
    An operation method of a photoacoustic imaging apparatus, wherein the plurality of branched lights guided to the light irradiation unit are irradiated as the measurement light.
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