レーザ光源ユニット、その制御方法、光音響画像生成装置及び方法
【課題】レーザ光源ユニットにおいて、複屈折フィルタの回転速度を上げることなく、複数の波長を高速に切り替える。
【解決手段】レーザロッド５１を挟んで対向する一対のミラー５３、５４を含む光共振器内に、Ｑスイッチ５５と、複屈折フィルタ５６とが挿入される。複屈折フィルタ５６は、回転変位に伴って光共振器の発振波長を変化させる。駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を、回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させる。発光制御部５９は、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射した後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングでＱスイッチ５５をオンにしてパルスレーザ光を出射させる。
【解決手段】レーザロッド５１を挟んで対向する一対のミラー５３、５４を含む光共振器内に、Ｑスイッチ５５と、複屈折フィルタ５６とが挿入される。複屈折フィルタ５６は、回転変位に伴って光共振器の発振波長を変化させる。駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を、回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させる。発光制御部５９は、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射した後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングでＱスイッチ５５をオンにしてパルスレーザ光を出射させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源ユニット及びその制御方法に関し、更に詳しくは、複数の波長のレーザ光を切り替えて出射可能なレーザ光源ユニット、及びその制御方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、光音響画像生成装置及び方法に関し、更に詳しくは、被検体に複数の波長のレーザ光を照射して光音響信号を検出し、検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波が発生する。この音響波を超音波プローブなどで検出し、検出された信号（光音響信号）に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。光音響画像化方法では、特定の光吸収体において音響波が発生するため、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化することができる。
【０００４】
ところで、生体組織の多くは光吸収特性が光の波長に応じて変わり、また一般に、その光吸収特性も組織ごとに特有のものとなっている。例えば図１１に、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)と、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の光波長ごとの分子吸収係数を示す。動脈の光吸収特性は、酸素化ヘモグロビンのそれに対応し、静脈の光吸収特性は、脱酸素化ヘモグロビンのそれに対応する。この波長に応じた光吸収率の違いを利用して、互いに異なる２種の波長の光を血管部分に照射し、動脈と静脈とを区別して画像化する光音響画像化方法が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
ここで、可変波長レーザに関して、特許文献３には、波長選択素子としてのエタロン又は複屈折フィルタを光共振器内に配置し、その回転角度を調整することで、所望の波長のレーザ光を得ることが記載されている。また、特許文献４には、波長選択手段としてのエタロンを光共振器内に配置し、エタロンを一定の速度でスキャンすることが記載されている。特許文献４には、エタロンの透過波長がレーザ光の縦モード発振と一致するときにのみレーザ発振し、エタロンのスキャン速度を増加した場合、レーザ光の発振はパルス的になるとの記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４６２１５号公報
【特許文献３】特開２００９−２３１４８３号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５４６４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複屈折フィルタを用いて複数波長のレーザ光を切り替えて出射するときに、複屈折フィルタを所定の回転速度で回転させ、波長を順次に切り替えることが考えられる。例えば波長７５０ｎｍのパルスレーザ光と波長８００ｎｍのパルスレーザ光とを切り替えて出射する場合、複屈折フィルタが波長７５０ｎｍに対応した回転変位位置となるタイミングと、波長８００ｎｍに対応した回転変位位置となるタイミングとで、光共振器内に挿入されたＱスイッチを制御することで、２つの波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を照射することができる。
【０００９】
図１２に、複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長（光共振器の発振波長）の変化特性を示す。この複屈折フィルタは、３０°回転変位するたびに透過波長を７４０ｎｍから８１０ｎｍの間で変化させ、１回転で自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ：Free Spectral Range）を１２回繰り返す。この複屈折フィルタを１秒間で１回転させると、複屈折フィルタは１２ＨｚでＦＳＲを繰り返す。
【００１０】
図１２に示す透過波長の変化特性を有する複屈折フィルタを１秒間に１回転させた場合、複屈折フィルタがＦＳＲを１２Ｈｚで繰り返すことから、各波長のパルスレーザ光を照射する周期は８３ｍｓ（１／１２秒）となる。例えば、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射してから、波長７５０ｎｍの次のパルスレーザ光を出射するまでに、８３ｍｓの時間があくことになる。このように、同じ波長のパルスレーザ光を出射する時間間隔は、ＦＳＲの繰り返し周期に依存し、複屈折フィルタの回転速度を上げない限り、各波長のパルスレーザ光を出射する周期を短くすることはできない。
【００１１】
本発明は、上記に鑑み、複屈折フィルタの回転速度（角速度）を上げることなく、複数の波長を高速に切り替えて出射できるレーザ光源ユニット、及びその制御方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなレーザ光源ユニットを含む光音響画像生成装置、及び、レーザ光源ユニットの制御方法を用いた光音響画像生成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを備えたことを特徴とするレーザ光源ユニットを提供する。
【００１３】
本発明では、前記駆動手段が、円運動する回転運動体と、該回転運動体と前記複屈折フィルタとを接続するロッドとを含み、前記回転運動体の円運動を前記複屈折フィルタの往復回転運動に変換するクランク機構を有する構成を採用することができる。
【００１４】
前記回転運動体は、一定の速度で回転運動するものとしてよい。
【００１５】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、前記複屈折フィルタが、前記不連続点から第１の回転方向に第１の量だけ回転した第１の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第１の波長とし、前記不連続点から前記第１の方向とは反対側の第２の方向に第２の量だけ回転した第２の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第２の波長とするものとしてもよい。
【００１６】
前記複屈折フィルタが、一定の方向に１回転する間に、前記第１の波長及び第２の波長を含む自由スペクトルレンジを複数回繰り返すものとしてもよい。
【００１７】
前記複屈折フィルタを往復回転運動させる所定の範囲が、１回分の自由スペクトルレンジに対応する前記複屈折フィルタの回転変位の範囲よりも狭いことが好ましい。
【００１８】
前記複屈折フィルタの回転変位に対して、前記光共振器の発振波長が、のこぎり波状に変化するものであってもよい。
【００１９】
本発明は、また、複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するサンプリング手段と、前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成する位相情報抽出手段と、前記位相情報に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備え、前記レーザ光源ユニットが、レーザロッドと、前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを有することを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００２０】
本発明の光音響画像生成装置が、前記各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備える構成を採用でき、前記光音響画像構築手段が、前記光音響画像の各画素の階調値を前記強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記位相情報に基づいて決定するものとすることができる。
【００２１】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、前記第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、前記第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、前記複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備える構成とすることができ、前記位相情報抽出手段が前記再構成画像から前記位相情報を抽出し、前記強度情報抽出手段が前記再構成画像から前記強度情報を抽出するものとしてもよい。
【００２２】
前記サンプリング手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波をサンプリングして反射音響波データを生成し、前記反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える構成を採用できる。
【００２３】
更に、本発明は、複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットの制御方法であって、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させるステップと、前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップとを有することを特徴とレーザ光源ユニットの制御方法を提供する。
【００２４】
本発明は、数の波長のパルスレーザ光を出射するステップであって、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させつつ、前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップと、前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するステップと、前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成するステップと、前記位相情報に基づいて光音響画像を生成するステップとを有する光音響画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光音響画像生成装置及び音響波ユニットは、光共振器内に挿入され、回転変位に伴って発振波長を変化させる複屈折フィルタを、回転変位に対する発振波長の変化特性が不連続となる不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させ、複屈折フィルタの回転変位位置が出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにする。回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点では、回転変位に対する透過波長の変化が大きくなっており、これを利用することで、複屈折フィルタの回転速度（角速度）を上げることなく、複数の波長を高速に切り替えて出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態のレーザ光源ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段の構成例を示す図。
【図４】複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長の変化特性を示すグラフ。
【図５】各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャート。
【図６】第１実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すフローチャート。
【図７】比較例における各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャート。
【図８】本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図９】第２実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すブロック図。
【図１０】駆動手段の変形例を示す図。
【図１１】酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光波長ごとの分子吸収係数を示すグラフ。
【図１２】複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長の変化特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の実施例では、音響波として超音波を用いるが、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択することにより、可聴周波数の音響波であっても良い。
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１と、超音波ユニット１２と、レーザ光源ユニット１３とを備える。レーザ光源ユニット１３は、被検体に照射すべきパルスレーザ光を出射する。レーザ光源ユニット１３は、相互に異なる複数のパルスレーザ光を出射する。以下の説明においては、主に、レーザ光源ユニット１３が、第１の波長のパルスレーザ光と第２の波長のパルスレーザ光とを切り替えて出射するものとして説明する。
【００２９】
例えば、第１の波長（中心波長）として約７５０ｎｍを考え、第２の波長として約８００ｎｍを考える。先に説明した図１１を参照すると、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも低い。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも高い。この性質を利用し、波長８００ｎｍで得られた光音響信号に対して、波長７５０ｎｍで得られた光音響信号が相対的に大きいのか小さいのかを調べることで、動脈からの光音響信号と静脈からの光音響信号とを判別することができる。
【００３０】
レーザ光源ユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて照射される。パルスレーザ光の照射位置は特に限定されず、プローブ１１以外の場所からパルスレーザ光の照射を行ってもよい。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで超音波（音響波）が生じる。プローブ１１は、超音波検出器を含んでいる。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波検出器素子（超音波振動子）を有し、その一次元配列された超音波振動子により、被検体内からの音響波（光音響信号）を検出する。
【００３１】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、複素数化手段２４、光音響画像再構成手段２５、位相情報抽出手段２６、強度情報抽出手段２７、検波・対数変換手段２８、光音響画像構築手段２９、トリガ制御回路３０、及び、制御手段３１を有する。受信回路２１は、プローブ１１が検出した光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２はサンプリング手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングし、デジタルデータである光音響データを生成する。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で光音響信号のサンプリングを行う。
【００３２】
ＡＤ変換手段２２は、光音響データを受信メモリ２３に格納する。ＡＤ変換手段２２は、レーザ光源ユニット１３から出射されるパルスレーザ光の各波長に対応した光音響データを受信メモリ２３に格納する。つまり、ＡＤ変換手段２２は、被検体に第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号を変換した第１の光音響データと、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号を変換した第２の光音響データとを、受信メモリ２３に格納する。
【００３３】
複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する。以下では、複素数化手段２４が、第１の光音響データを実部とし、第２の光音響データを虚部とした複素数データを生成するものとして説明する。
【００３４】
光音響画像再構成手段２５は、複素数化手段２４から複素数データを入力する。光音響画像再構成手段２５は、入力された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う。フーリエ変換法による画像再構成には、例えば文献”Photoacoustic Image Reconstruction-A Quantitative Analysis”Jonathan I.Sperl et al. SPIE-OSA Vol.6631 663103 等に記載されている従来公知の方法を適用することができる。光音響画像再構成手段２５は、再構成画像を示すフーリエ変換のデータを位相情報抽出手段２６と強度情報抽出手段２７とに入力する。
【００３５】
位相情報抽出手段２６は、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成する。本実施形態では、位相情報抽出手段２６は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、実部と虚部とを比較したときに、相対的に、どちらがどれくらい大きいかを示す位相情報を生成する。位相情報抽出手段２６は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として生成する。なお、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°とする。実部を構成する第１の光音響データ（Ｘ）と虚部を構成する第２の光音響データ（Ｙ）とが等しいとき、位相情報はθ＝４５°となる。位相情報は、相対的に第１の光音響データが大きいほどθ＝０°に近づいていき、第２の光音響データが大きいほどθ＝９０°に近づいていく。
【００３６】
強度情報抽出手段２７は、各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する。本実施形態では、強度情報抽出手段２７は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、強度情報を生成する。強度情報抽出手段２７は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を、強度情報として抽出する。検波・対数変換手段２８は、強度情報抽出手段２７で抽出された強度情報を示すデータの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。
【００３７】
光音響画像構築手段２９は、位相情報抽出手段２６から位相情報を入力し、検波・対数変換手段２８から検波・対数変換処理後の強度情報を入力する。光音響画像構築手段２９は、入力された位相情報と強度情報とに基づいて、光吸収体の分布画像である光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２９は、例えば入力された強度情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定する。また、光音響画像構築手段２９は、例えば位相情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の色（表示色）を決定する。光音響画像構築手段２９は、例えば例えば位相０°から９０°の範囲を所定の色に対応させたカラーマップに用いて、入力された位相情報に基づいて各画素の色を決定する。
【００３８】
ここで、位相０°から４５°の範囲は、第１の光音響データが第２の光音響データよりも大きい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が大きい脱酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている静脈であると考えられる。一方、位相４５°から９０°の範囲は、第２の光音響データが第１の光音響データよりも小さい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が小さい酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている動脈であると考えられる。
【００３９】
そこで、カラーマップとして、例えば位相が０°が青色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化すると共に、位相９０°が赤色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化するようなカラーマップを用いる。この場合、光音響画像上で、動脈に対応した部分を赤色で表わし、静脈に対応した部分を青色で表わすことができる。強度情報を用いずに、位相情報に従って動脈に対応した部分と静脈に対応した部分との色分けを行うだけでもよい。画像表示手段１４は、光音響画像構築手段２９が生成した光音響画像を、表示画面上に表示する。
【００４０】
次いで、レーザ光源ユニット１３の構成を詳細に説明する。図２は、レーザ光源ユニット１３の構成を示す。レーザ光源ユニット１３は、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、ミラー５３、５４、Ｑスイッチ５５、複屈折フィルタ（ＢＲＦ：birefringent filter）５６、駆動手段５７、回転変位検出手段５８、及び発光制御部５９を有する。レーザロッド５１は、レーザ媒質である。レーザロッド５１には、例えばアレキサンドライト結晶を用いることができる。フラッシュランプ５２は、励起光源であり、レーザロッド５１に励起光を照射する。フラッシュランプ５２以外の光源を、励起光源として用いてもよい。
【００４１】
ミラー５３、５４は、レーザロッド５１を挟んで対向しており、ミラー５３、５４により光共振器が構成される。ミラー５４が出力側であるものとする。光共振器内には、Ｑスイッチ５５及び複屈折フィルタ５６が挿入される。Ｑスイッチ５５により、光共振器内の挿入損失を損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化させることで、パルスレーザ光を得ることができる。複屈折フィルタ５６は、回転変位に伴って透過波長を変化させ、光共振器の発振波長を変化させる。複屈折フィルタ５６を一定の方向に回転変位させたとき、光共振器の発振波長は、複屈折フィルタ５６の回転変位に対してのこぎり波状に変化する。
【００４２】
駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６の回転変位に対する透過波長の変化特性が不連続となる位置を含む所定の範囲で複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる。例えば複屈折フィルタ５６が７４０ｎｍから８１０ｎｍの範囲で透過波長を変化させるものである場合、ある方向に複屈折フィルタ５６を回転させると、透過波長は７４０ｎｍから回転変位に対して一定の割合（傾き）で長くなっていく。透過波長が８１０ｎｍまでくると、透過波長は７４０ｎｍに戻り、以降、そのような回転変位に対する透過波長の変化特性を繰り返す。波長８１０ｎｍから７４０ｎｍに戻るような回転変位位置が、回転変位に対する透過波長の変化特性が不連続となる位置に相当する。
【００４３】
回転変位検出手段５８は、複屈折フィルタ５６の回転変位を検出する。回転変位検出手段５８は、例えば複屈折フィルタ５６の回転軸に取り付けられたスリット入りの回転板と、透過型フォトインタラプタとで、複屈折フィルタ５６の回転変位を検出する。
【００４４】
発光制御部５９は、フラッシュランプトリガ信号をフラッシュランプ５２に出力し、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射させる。励起光の照射後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングでＱスイッチ５５にＱスイッチトリガ信号を出力する。また、発光制御部５９は、Ｑスイッチトリガ信号の出力タイミングに合わせて、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する。Ｑスイッチ５５が、Ｑスイッチトリガ信号に応答して光共振器内の挿入損失を損失大から損失小に急激に変化させることで（Ｑスイッチがオンすることで）、出力側のミラー５４からパルスレーザ光が出射する。
【００４５】
図１に戻り、制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部の制御を行う。トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３に、フラッシュランプ５２の発光を制御するためのフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。トリガ制御回路３０は、例えばレーザ光源ユニット１３から、回転変位検出手段５８で検出された複屈折フィルタ５６の現在の回転変位位置を受け取っており、受け取った回転変位位置に基づくタイミングでフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。
【００４６】
トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から、Ｑスイッチがオンになるタイミング、すなわちレーザ発光タイミングを示すＱスイッチ同期信号を入力する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号（ＡＤトリガ信号）を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号にと基づいて光音響信号のサンプリングを開始する。
【００４７】
図３は、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる駆動手段５７の構成例を示す。駆動手段５７は、円運動する円運動体（円盤）６１と、円盤６１と複屈折フィルタ５６とを接続するコネクティングロッド６２とを含む。これら円盤６１とコネクティングロッド６２とにより、円盤６１の円運動を複屈折フィルタ５６の往復回転運動に変換するクランク機構６０が構成される。円盤６１は、例えばモータなどにより、回転軸周りに一定の速度で回転させられる。円盤６１とコネクティングロッド６２の接続点（支点）が円盤６１の回転に伴って変位し、その変位により、複屈折フィルタ５６が透過波長変化特性の不連続点（不連続線）をまたいだ所定の範囲で回転軸周りに往復回転運動させられる。クランク機構を用いることで、所定の範囲内で、複屈折フィルタ５６を円滑に回転往復運動させることができる。ここで、一定の速度とは、予め決められた速度を言い、所定の速度と同義である。
【００４８】
図４は、複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長（光共振器の発振波長）の変化特性を示す。複屈折フィルタ５６には、例えば、図８に示した透過波長の変化特性を有する複屈折フィルタと同じものを用いることができる。複屈折フィルタ５６は、一定の方向に１回転する間に、第１の波長（例えば７５０ｎｍ）及び第２の波長（例えば８００ｎｍ）を含むＦＳＲを複数回繰り返す。そのような複屈折フィルタ５６を、図４中の破線で示す、透過波長変化特性の不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させる。
【００４９】
例えば、回転変位位置の増加に伴って透過波長が７９０ｎｍから８１０ｎｍに変化し、８１０ｎｍから７４０ｎｍに変化する不連続点を通って、７４０ｎｍから７６０ｎｍに変化する範囲で、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる。この場合、発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲とは、回転変位位置の増加に伴って透過波長が７９０ｎｍから８１０ｎｍに変化し、８１０ｎｍから７４０ｎｍに変化する不連続点を通って、７４０ｎｍから７６０ｎｍに変化する範囲を言うものである。複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲において、透過波長変化特性が不連続点となる回転変位位置（例えば３０°）から、第１の回転方向（回転変位位置が増加する方向）にある量だけ回転した位置（第１の回転変位位置）が第１の波長（７５０ｎｍ）に対応した回転変位位置であり、第２の方向（回転変位位置が減少する方向）にある量だけ回転した位置（第２の回転変位位置）が第２の波長（８００ｎｍ）に対応した回転変位位置である。複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲は、１回分の自由スペクトルレンジに対応する複屈折フィルタの回転変位の範囲よりも狭いことが好ましい。
【００５０】
図５は、各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャートである。（ａ）は、時間変化に対する光共振器の発振波長特性（複屈折フィルタ５６の透過波長特性）を示す。（ｂ）はフラッシュランプトリガを示し、（ｃ）はＱスイッチトリガを示す。（ｄ）は、フラッシュランプの発光タイミング及びパルスレーザ光の出射タイミングを示す。なお、図５では、説明簡略化のために、フラッシュランプ５２及びＱスイッチ５５がトリガに対して瞬時に応答するものとしているが、実際には遅延時間が存在する。だだし、その遅延は数μ秒から１００μ秒程度であるので、遅延は無視できる。
【００５１】
複屈折フィルタ５６は、例えば一定の方向に１秒間に１回転するときと同じ角速度で、往復回転運動させられる。複屈折フィルタ５６は、はじめ、波長７６０ｎｍに対応した回転変位位置から第２の回転方向（マイナス側の方向）に回転変位しているものとする（ａ）。複屈折フィルタ５６が波長７６０ｎｍに対応した回転変位位置から回転変位を始めるときの時刻を基準時刻ｔ＝０とする。
【００５２】
超音波ユニット１２のトリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。レーザ光源ユニット１３の発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ１で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ２＝１２ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５３】
複屈折フィルタ５６は、透過波長の変化特性の不連続点を超えて回転変位する（ａ）。超音波ユニット１２のトリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ３で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長８００ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ４＝３６ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５４】
駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を波長７９０ｎｍに対応した位置まで回転変位させると、回転方向を反転し、複屈折フィルタ５６を波長７９０ｎｍに対応した位置から第１の方向（プラス側の方向）に回転変位させる（ａ）。トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ５で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長８００ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ６＝６０ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５５】
複屈折フィルタ５６は、透過波長の変化特性の不連続点を先ほどとは逆向きに超えて回転変位する（ａ）。超音波ユニット１２のトリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ７で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ８＝８４ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５６】
以降同様に、発光制御部５９は、駆動手段５７が複屈折フィルタ５６を往復回転運動させている間に、フラッシュランプ５２を点灯してレーザ励起を行い、その後、各波長に対応した回転変位位置でＱスイッチをオンにすることで、第１の波長、第２の波長、第２の波長、第１の波長のパルスレーザ光を順次に出射させる。各波長のパルスレーザ光の出射間隔は、複屈折フィルタ５６の往復回転運動の１周期に相当する約４８ｍｓとなる。また、波長の切替え時間は、複屈折フィルタ５６の往復回転運動の半周期に相当する約２４ｍｓとなる。レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍ、８００ｎｍのパルスレーザ光を１セットとして、１秒間に２１セット（合わせて４２個）のパルスレーザ光を出射する（４２Ｈｚ動作）。
【００５７】
図６は、光音響画像生成装置１０の動作手順を示す。ここでは、被検体のレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。駆動手段５７は、被検体に対するパルスレーザ光照射に先立って、複屈折フィルタ５６を、例えば不連続点（７４０ｎｍから８１０ｎｍへの変化点）を含む、透過波長７４０ｎｍから７６０ｎｍ及び透過波長７９０ｎｍから８１０ｎｍに対応した範囲で複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる（ステップＡ１）。駆動手段５７は、例えば複屈折フィルタ５６を、透過波長７６０ｎｍに対応した位置からマイナス方向に回転させる。このとき、駆動手段５７は、例えば、複屈折フィルタ５６を１秒間で１回転させた場合と同様な角速度で、複屈折フィルタを回転させる。
【００５８】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長（７５０ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるべく、所定のタイミングでレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＡ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号が入力されると、フラッシュランプ５２を点灯させ、レーザロッド５１の励起を開始させる（ステップＡ３）。発光制御部５９は、例えば複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置になるタイミングから逆算されたタイミングで、フラッシュランプ５２を点灯させる。
【００５９】
発光制御部５９は、フラッシュランプ５２の点灯後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が透過波長７５０ｎｍに対応した位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにする（ステップＡ４）。Ｑスイッチ５５がオンになることで、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部５９は、Ｑスイッチ５５をオンにするタイミングに同期して、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＡ５）。
【００６０】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。プローブ１１で検出された光音響信号は、受信回路２１にて受信される。
【００６１】
トリガ制御回路３０は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、Ｑスイッチ同期信号を受け取るまで待機する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１で受信された光音響信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする（ステップＡ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【００６２】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき全ての波長のパルスレーザ光を出射させたか否かを判断する（ステップＡ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＡ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、ステップＡ３でフラッシュランプ５２を点灯し、ステップＡ４で、複屈折フィルタ５６が２つ目の波長（８００ｎｍ）に対応した回転変位位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにし、パルスレーザ光を出射させる。
【００６３】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２は、ステップＡ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、各波長に対してステップＡ１からＡ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。
【００６４】
制御手段３１は、ステップＡ７で残りの波長がないと判断すると、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＡ８）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＡ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＡ２からＡ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射し、各部分領域に対応した第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。被検体に照射されるパルスレーザ光の波長の順序は、複屈折フィルタ５６の回転方向に応じて異なる。レーザ光源ユニット１３は、例えば、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８００ｎｍ、７５０ｎｍの順で、繰り返しパルスレーザ光を出射する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射及び光音響信号の検出を行うと、１フレームの光音響画像を生成するために必要な光音響データが揃う。
【００６５】
制御手段３１は、ステップＡ８で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像の生成に処理を移す。複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＡ９）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＡ９で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＡ１０）。
【００６６】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データ（再構成画像）から位相情報を抽出する（ステップＡ１１）。位相情報抽出手段２６は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として抽出する（ただし、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＡ１２）。強度情報抽出手段２７は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を強度情報として抽出する。
【００６７】
検波・対数変換手段２８は、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＡ１１で抽出された位相情報と、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＡ１３）。光音響画像構築手段２９は、例えば強度情報に基づいて光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定し、位相情報に基づいて各画素の色を決定することで、光音響画像を生成する。生成された光音響画像は、画像表示手段１４に表示される。
【００６８】
ここで、比較例として、複屈折フィルタを所定の方向に一定の速度で回転させる場合を考える。図７は、比較例における各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャートである。（ａ）は、時間変化に対する光共振器の発振波長特性（複屈折フィルタ５６の透過波長特性）を示す。（ｂ）はフラッシュランプトリガを示し、（ｃ）はＱスイッチトリガを示す。（ｄ）は、フラッシュランプの発光タイミング及びパルスレーザ光の出射タイミングを示す。なお、図７では、説明簡略化のために、フラッシュランプ５２及びＱスイッチ５５がトリガに対して瞬時に応答するものとしているが、実際には遅延時間が存在する。だだし、その遅延は数μ秒から１００μ秒程度であるので、遅延は無視できる。
【００６９】
図４に示す、１回転でＦＳＲを１２回繰り返す複屈折フィルタ５６を１秒で１回転させると、複屈折フィルタ５６は、１秒間にＦＳＲを１２回繰り返す（ａ）。複屈折フィルタ５６は、はじめ、波長７４０ｎｍに対応した回転変位位置から第１の回転方向（プラス側の方向）に回転変位しているものとする。時刻ｔ２１で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ２２＝１２ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させることができる。
【００７０】
次いで、時刻ｔ２３で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長８００ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ２４＝７１ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させることができる。以降同様に、時刻ｔ２５、ｔ２７で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し、時刻ｔ２６、ｔ２８でＱスイッチ５５にＱスイッチトリガ信号を出力することで、波長７５０ｎｍと８００ｎｍのパルスレーザ光を交互に出射させることができる。
【００７１】
図７の例では、各波長のパルスレーザ光の出射間隔は、ＦＳＲの繰り返し周期に等しく、約８３ｍｓとなっている。また、波長の切替え時間は、波長７５０ｎｍから８００ｎｍへの切替えでは約５９ｍｓとなっており、波長８００ｎｍから７５０ｎｍへの切替えでは約２４ｍｓとなっている。
【００７２】
図５と図７とを比較すると、本実施形態では、複屈折フィルタ５６を不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させていることで、波長７５０ｎｍから８００ｎｍへの切り替えを高速化できていることがわかる。具体的には、図７では８３ｍｓの間に波長７５０ｎｍと８００ｎｍの２つのパルスレーザ光を出射しているのに対し、図５では、４８ｍｓの間に波長７５０ｎｍと８００ｎｍの２つのパルスレーザ光を出射でき、約１．７倍の高速化を実現できている。また、図７では、波長７５０ｎｍから８００ｎｍへの切替えと、波長８００ｎｍから７５０ｎｍへの切替えとが不等間隔になっている。これに対し、図５では、往復回転運動させる所定の範囲を適切に設定することで、パルスレーザ光の波長の切替え時間を、一定の時間とすることができている。フラッシュランプ５２やＱスイッチ５５に対するトリガ間隔を一定することで、時間的な無駄やランプに負荷がかかることを回避することができる。
【００７３】
本実施形態では、複屈折フィルタ５６を、回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点を含んだ所定の範囲で往復回転運動させ、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングでＱスイッチ５５をオンにしてパルスレーザ光を出射させている。回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点では、回転変位に対する透過波長の変化が大きい。これを利用することで、単位時間当たりの複屈折フィルタ５６の駆動量を多くしなくても、一定の方向に回転駆動する場合に比して、複屈折フィルタ５６の透過波長を大きく変化させることができる。従って、複屈折フィルタの回転速度（角速度）を上げることなく、複数の波長を高速に切り替えて出射することができる。
【００７４】
特に、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲を、１回分のＦＳＲに対応する複屈折フィルタ５６の回転変位の範囲よりも狭く設定することが好ましい。この場合、角速度一定とすれば、例えば７５０ｎｍと８００ｎｍを１セットとして、各セット間の時間間隔を、複屈折フィルタ５６を１回のＦＳＲに対応する分だけ回転変位させるのに要する時間に比して短縮できる。また、複屈折フィルタ５６における不連続点の位置と各波長に対応した回転変位位置とに応じて、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲を適切に設定すれば、一定の間隔でパルスレーザ光を出射させることができる。
【００７５】
本実施形態では、２つの波長で得られた第１の光音響データと、第２の光音響データとの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成し、その複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成している。このようにする場合、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成する場合に比して、再構成を効率的に行うことができる。複数の波長のパルスレーザ光を照射し、各波長のパルスレーザ光を照射したときの光音響信号（光音響データ）を用いることで、各光吸収体の光吸収特性が波長に応じて異なることを利用した機能イメージングを行うことができる。
【００７６】
また、本実施形態では、例えば光照射領域が３つの部分領域に分かれているときには、第１の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、次いで、第２の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、その後、第３の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射する。本実施形態では、ある部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を連続的に照射した後に、次の部分領域に移っている。この場合、第１の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射した後に、第２の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射する場合に比して、同じ位置において第１の波長のパルスレーザ光を照射してから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短くすることができる。第１の波長のパルスレーザ光が照射されてから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短縮することで、第１の光音響データと第２の光音響データとの不整合を抑制することができる。
【００７７】
引き続き、本発明の第２実施形態を説明する。図８は、本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示す。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、超音波ユニット１２ａが、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置１０における超音波ユニット１２の構成に加えて、データ分離手段３２、超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、超音波画像構築手段３５、画像合成手段３６、及び送信制御回路３７を有する。本実施形態の光音響画像生成装置１０は、光音響画像に加えて、超音波画像を生成する点で第１実施形態と相違する。その他の部分は、第１実施形態と同様でよい。
【００７８】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。トリガ制御回路３０は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３７に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３７は、トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００７９】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路３０は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータ（反射超音波データ）を受信メモリ２３に格納する。
【００８０】
データ分離手段３２は、受信メモリ２３に格納された反射超音波データと、第１及び第２の光音響データとを分離する。データ分離手段３２は、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡し、第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡す。第１及び第２の光音響データに基づく光音響画像の生成は第１実施形態と同様である。データ分離手段３２は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段３３に入力する。
【００８１】
超音波画像再構成手段３３は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリングデータ）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。超音波画像再構成手段３３は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。超音波画像再構成手段３３は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular
Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは超音波画像再構成手段３３は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。
【００８２】
検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、及び超音波画像構築手段３５は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。
【００８３】
画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３６は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。その際、画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とで、対応点が同一の位置となるように位置合わせをすることが好ましい。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。
【００８４】
図９は、光音響画像生成装置１０ａの動作手順を示している。以下では、被検体のパルスレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を所定の範囲で往復回転運動させる（ステップＢ１）。
【００８５】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させるべく、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＢ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号が入力されると、フラッシュランプ５２を点灯させ、レーザロッド５１の励起を開始させる（ステップＢ３）。
【００８６】
発光制御部５９は、フラッシュランプ５２の点灯後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が透過波長７５０ｎｍに対応した位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにする（ステップＢ４）。Ｑスイッチ５５がオンになることで、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部５９は、Ｑスイッチ５５をオンにするタイミングに同期して、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＢ５）。
【００８７】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１を介してプローブ１１で検出された光音響信号を受信し、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする（ステップＢ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【００８８】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき全ての波長のパルスレーザ光を出射させたか否かを判断する（ステップＢ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＢ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、ステップＢ３でフラッシュランプ５２を点灯し、ステップＢ４で、複屈折フィルタ５６が２つ目の波長８００ｎｍに対応した回転変位位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにし、パルスレーザ光を出射させる。
【００８９】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２は、ステップＢ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、各波長に対してステップＢ１からＢ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。ステップＢ１からＢ６は、図６のステップＡ１からＡ６と同様でよい。
【００９０】
制御手段３１は、ステップＢ７で残りの波長がないと判断すると、超音波の送受信に処理を移す。トリガ制御回路３０は、送信制御回路３７を介してプローブ１１から被検体に超音波を送信させる（ステップＢ８）。ステップＢ８では、被検体のパルスレーザ光が照射された部分領域と同じ領域に対して超音波を送信する。プローブ１１は、送信した超音波に対する反射超音波を検出する（ステップＢ９）。検出された反射超音波は、受信回路２１を経てＡＤ変換手段２２でサンプリングされ、受信メモリ２３に反射超音波データとして格納される。
【００９１】
制御手段３１は、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＢ１０）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＢ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＢ２からＢ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射して、第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。また、ステップＢ８及びＢ９を実行して、反射超音波データを受信メモリ２３に格納する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射と光音響信号の検出、及び超音波の送受信を行うと、１フレームの光音響画像及び超音波画像を生成するために必要なデータが揃う。
【００９２】
制御手段３１は、ステップＢ１０で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像及び超音波画像の生成に処理を移す。データ分離手段３２は、第１及び第２の光音響データと反射超音波データとを分離する。データ分離手段３２は、分離した第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡し、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡す。複素数化手段２４は、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＢ１１）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＢ１１で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＢ１２）。
【００９３】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データから位相情報を抽出する（ステップＢ１３）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＢ１４）。検波・対数変換手段２８は、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＢ１３で抽出された位相情報と、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＢ１５）。ステップＢ１１からＢ１５は、図６のステップＡ９からＡ１３と同様でよい。
【００９４】
超音波画像再構成手段３３は、例えば遅延加算法により、超音波画像の各ラインのデータを生成する。検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する（ステップＢ１６）。画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成し、合成した画像を画像表示手段１４に表示する（ステップＢ１７）。
【００９５】
本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００９６】
なお、上記各実施形態では、第１の光音響データと第２の光音響データとを複素数化する例について説明したが、複素数化せずに、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成してもよい。位相情報は、別々に再構成された第１の光音響データ（第１の再構成画像）と第２の光音響データ（第２の再構成画像）とを比較することで生成できる。また、強度情報は、第１の再構成画像における信号強度と、第２の再構成画像における信号強度とに基づいて生成できる。
【００９７】
光音響画像の生成に際して、被検体に照射されるパルスレーザ光の波長の数は２つには限られず、３以上のパルスレーザ光を被検体に照射し、各波長に対応する光音響データに基づいて光音響画像を生成してもよい。その場合、例えば位相情報抽出手段２６は、各波長に対応する光音響データ間での相対的な信号強度の大小関係を位相情報として生成すればよい。また、強度情報抽出手段２７は、例えば各波長に対応する光音響データにおける信号強度を１つにまとめたものを強度情報として生成すればよい。
【００９８】
図３では、駆動手段５７がクランク機構を有するものとして説明したが、これには限定されない。駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を所定の範囲で往復回転運動させるものであればよく、その具体的な構成は特に問わない。クランク機構以外のものを用いて、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させてもよい。図１０は、駆動手段の変形例を示す。この変形例の駆動手段は、直線往復運動を、所定の範囲の往復回転運動に変換する機構を含む。コネクティングロッド６４の一端はリニアモータ６３に接続され、他端は複屈折フィルタ５６の回転軸に固定されている。リニアモータ６３によりコネクティングロッド６４の一端を直線往復運動させ、その直線往復運動に連動して、複屈折フィルタ５６を所定の範囲で往復回転運動させてもよい。また、カム機構を用いて、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させてもよい。
【００９９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のレーザ光源ユニット及びその制御方法、並びに光音響画像生成装置及び方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１０：光音響画像生成装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザ光源ユニット
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：複素数化手段
２５：光音響画像再構成手段
２６：位相情報抽出手段
２７：強度情報抽出手段
２８：検波・対数変換手段
２９：光音響画像構築手段
３０：トリガ制御回路
３１：制御手段
３２：データ分離手段
３３：超音波画像再構成手段
３４：検波・対数変換手段
３５：超音波画像構築手段
３６：画像合成手段
３７：送信制御回路
５１：レーザロッド
５２：フラッシュランプ
５３、５４：ミラー
５５：Ｑスイッチ
５６：複屈折フィルタ
５７：駆動手段
５８：回転変位検出手段
５９：発光制御部
６０：クランク機構
６１：円盤
６２、６４：コネクティングロッド
６３：リニアモータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源ユニット及びその制御方法に関し、更に詳しくは、複数の波長のレーザ光を切り替えて出射可能なレーザ光源ユニット、及びその制御方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、光音響画像生成装置及び方法に関し、更に詳しくは、被検体に複数の波長のレーザ光を照射して光音響信号を検出し、検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波が発生する。この音響波を超音波プローブなどで検出し、検出された信号（光音響信号）に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。光音響画像化方法では、特定の光吸収体において音響波が発生するため、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化することができる。
【０００４】
ところで、生体組織の多くは光吸収特性が光の波長に応じて変わり、また一般に、その光吸収特性も組織ごとに特有のものとなっている。例えば図１１に、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)と、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の光波長ごとの分子吸収係数を示す。動脈の光吸収特性は、酸素化ヘモグロビンのそれに対応し、静脈の光吸収特性は、脱酸素化ヘモグロビンのそれに対応する。この波長に応じた光吸収率の違いを利用して、互いに異なる２種の波長の光を血管部分に照射し、動脈と静脈とを区別して画像化する光音響画像化方法が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
ここで、可変波長レーザに関して、特許文献３には、波長選択素子としてのエタロン又は複屈折フィルタを光共振器内に配置し、その回転角度を調整することで、所望の波長のレーザ光を得ることが記載されている。また、特許文献４には、波長選択手段としてのエタロンを光共振器内に配置し、エタロンを一定の速度でスキャンすることが記載されている。特許文献４には、エタロンの透過波長がレーザ光の縦モード発振と一致するときにのみレーザ発振し、エタロンのスキャン速度を増加した場合、レーザ光の発振はパルス的になるとの記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４６２１５号公報
【特許文献３】特開２００９−２３１４８３号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５４６４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複屈折フィルタを用いて複数波長のレーザ光を切り替えて出射するときに、複屈折フィルタを所定の回転速度で回転させ、波長を順次に切り替えることが考えられる。例えば波長７５０ｎｍのパルスレーザ光と波長８００ｎｍのパルスレーザ光とを切り替えて出射する場合、複屈折フィルタが波長７５０ｎｍに対応した回転変位位置となるタイミングと、波長８００ｎｍに対応した回転変位位置となるタイミングとで、光共振器内に挿入されたＱスイッチを制御することで、２つの波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を照射することができる。
【０００９】
図１２に、複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長（光共振器の発振波長）の変化特性を示す。この複屈折フィルタは、３０°回転変位するたびに透過波長を７４０ｎｍから８１０ｎｍの間で変化させ、１回転で自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ：Free Spectral Range）を１２回繰り返す。この複屈折フィルタを１秒間で１回転させると、複屈折フィルタは１２ＨｚでＦＳＲを繰り返す。
【００１０】
図１２に示す透過波長の変化特性を有する複屈折フィルタを１秒間に１回転させた場合、複屈折フィルタがＦＳＲを１２Ｈｚで繰り返すことから、各波長のパルスレーザ光を照射する周期は８３ｍｓ（１／１２秒）となる。例えば、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射してから、波長７５０ｎｍの次のパルスレーザ光を出射するまでに、８３ｍｓの時間があくことになる。このように、同じ波長のパルスレーザ光を出射する時間間隔は、ＦＳＲの繰り返し周期に依存し、複屈折フィルタの回転速度を上げない限り、各波長のパルスレーザ光を出射する周期を短くすることはできない。
【００１１】
本発明は、上記に鑑み、複屈折フィルタの回転速度（角速度）を上げることなく、複数の波長を高速に切り替えて出射できるレーザ光源ユニット、及びその制御方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなレーザ光源ユニットを含む光音響画像生成装置、及び、レーザ光源ユニットの制御方法を用いた光音響画像生成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを備えたことを特徴とするレーザ光源ユニットを提供する。
【００１３】
本発明では、前記駆動手段が、円運動する回転運動体と、該回転運動体と前記複屈折フィルタとを接続するロッドとを含み、前記回転運動体の円運動を前記複屈折フィルタの往復回転運動に変換するクランク機構を有する構成を採用することができる。
【００１４】
前記回転運動体は、一定の速度で回転運動するものとしてよい。
【００１５】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、前記複屈折フィルタが、前記不連続点から第１の回転方向に第１の量だけ回転した第１の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第１の波長とし、前記不連続点から前記第１の方向とは反対側の第２の方向に第２の量だけ回転した第２の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第２の波長とするものとしてもよい。
【００１６】
前記複屈折フィルタが、一定の方向に１回転する間に、前記第１の波長及び第２の波長を含む自由スペクトルレンジを複数回繰り返すものとしてもよい。
【００１７】
前記複屈折フィルタを往復回転運動させる所定の範囲が、１回分の自由スペクトルレンジに対応する前記複屈折フィルタの回転変位の範囲よりも狭いことが好ましい。
【００１８】
前記複屈折フィルタの回転変位に対して、前記光共振器の発振波長が、のこぎり波状に変化するものであってもよい。
【００１９】
本発明は、また、複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するサンプリング手段と、前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成する位相情報抽出手段と、前記位相情報に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備え、前記レーザ光源ユニットが、レーザロッドと、前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを有することを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００２０】
本発明の光音響画像生成装置が、前記各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備える構成を採用でき、前記光音響画像構築手段が、前記光音響画像の各画素の階調値を前記強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記位相情報に基づいて決定するものとすることができる。
【００２１】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、前記第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、前記第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、前記複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備える構成とすることができ、前記位相情報抽出手段が前記再構成画像から前記位相情報を抽出し、前記強度情報抽出手段が前記再構成画像から前記強度情報を抽出するものとしてもよい。
【００２２】
前記サンプリング手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波をサンプリングして反射音響波データを生成し、前記反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える構成を採用できる。
【００２３】
更に、本発明は、複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットの制御方法であって、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させるステップと、前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップとを有することを特徴とレーザ光源ユニットの制御方法を提供する。
【００２４】
本発明は、数の波長のパルスレーザ光を出射するステップであって、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させつつ、前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップと、前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するステップと、前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成するステップと、前記位相情報に基づいて光音響画像を生成するステップとを有する光音響画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光音響画像生成装置及び音響波ユニットは、光共振器内に挿入され、回転変位に伴って発振波長を変化させる複屈折フィルタを、回転変位に対する発振波長の変化特性が不連続となる不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させ、複屈折フィルタの回転変位位置が出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにする。回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点では、回転変位に対する透過波長の変化が大きくなっており、これを利用することで、複屈折フィルタの回転速度（角速度）を上げることなく、複数の波長を高速に切り替えて出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態のレーザ光源ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段の構成例を示す図。
【図４】複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長の変化特性を示すグラフ。
【図５】各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャート。
【図６】第１実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すフローチャート。
【図７】比較例における各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャート。
【図８】本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図９】第２実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すブロック図。
【図１０】駆動手段の変形例を示す図。
【図１１】酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光波長ごとの分子吸収係数を示すグラフ。
【図１２】複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長の変化特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の実施例では、音響波として超音波を用いるが、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択することにより、可聴周波数の音響波であっても良い。
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１と、超音波ユニット１２と、レーザ光源ユニット１３とを備える。レーザ光源ユニット１３は、被検体に照射すべきパルスレーザ光を出射する。レーザ光源ユニット１３は、相互に異なる複数のパルスレーザ光を出射する。以下の説明においては、主に、レーザ光源ユニット１３が、第１の波長のパルスレーザ光と第２の波長のパルスレーザ光とを切り替えて出射するものとして説明する。
【００２９】
例えば、第１の波長（中心波長）として約７５０ｎｍを考え、第２の波長として約８００ｎｍを考える。先に説明した図１１を参照すると、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも低い。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも高い。この性質を利用し、波長８００ｎｍで得られた光音響信号に対して、波長７５０ｎｍで得られた光音響信号が相対的に大きいのか小さいのかを調べることで、動脈からの光音響信号と静脈からの光音響信号とを判別することができる。
【００３０】
レーザ光源ユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて照射される。パルスレーザ光の照射位置は特に限定されず、プローブ１１以外の場所からパルスレーザ光の照射を行ってもよい。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで超音波（音響波）が生じる。プローブ１１は、超音波検出器を含んでいる。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波検出器素子（超音波振動子）を有し、その一次元配列された超音波振動子により、被検体内からの音響波（光音響信号）を検出する。
【００３１】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、複素数化手段２４、光音響画像再構成手段２５、位相情報抽出手段２６、強度情報抽出手段２７、検波・対数変換手段２８、光音響画像構築手段２９、トリガ制御回路３０、及び、制御手段３１を有する。受信回路２１は、プローブ１１が検出した光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２はサンプリング手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングし、デジタルデータである光音響データを生成する。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で光音響信号のサンプリングを行う。
【００３２】
ＡＤ変換手段２２は、光音響データを受信メモリ２３に格納する。ＡＤ変換手段２２は、レーザ光源ユニット１３から出射されるパルスレーザ光の各波長に対応した光音響データを受信メモリ２３に格納する。つまり、ＡＤ変換手段２２は、被検体に第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号を変換した第１の光音響データと、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号を変換した第２の光音響データとを、受信メモリ２３に格納する。
【００３３】
複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する。以下では、複素数化手段２４が、第１の光音響データを実部とし、第２の光音響データを虚部とした複素数データを生成するものとして説明する。
【００３４】
光音響画像再構成手段２５は、複素数化手段２４から複素数データを入力する。光音響画像再構成手段２５は、入力された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う。フーリエ変換法による画像再構成には、例えば文献”Photoacoustic Image Reconstruction-A Quantitative Analysis”Jonathan I.Sperl et al. SPIE-OSA Vol.6631 663103 等に記載されている従来公知の方法を適用することができる。光音響画像再構成手段２５は、再構成画像を示すフーリエ変換のデータを位相情報抽出手段２６と強度情報抽出手段２７とに入力する。
【００３５】
位相情報抽出手段２６は、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成する。本実施形態では、位相情報抽出手段２６は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、実部と虚部とを比較したときに、相対的に、どちらがどれくらい大きいかを示す位相情報を生成する。位相情報抽出手段２６は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として生成する。なお、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°とする。実部を構成する第１の光音響データ（Ｘ）と虚部を構成する第２の光音響データ（Ｙ）とが等しいとき、位相情報はθ＝４５°となる。位相情報は、相対的に第１の光音響データが大きいほどθ＝０°に近づいていき、第２の光音響データが大きいほどθ＝９０°に近づいていく。
【００３６】
強度情報抽出手段２７は、各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する。本実施形態では、強度情報抽出手段２７は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、強度情報を生成する。強度情報抽出手段２７は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を、強度情報として抽出する。検波・対数変換手段２８は、強度情報抽出手段２７で抽出された強度情報を示すデータの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。
【００３７】
光音響画像構築手段２９は、位相情報抽出手段２６から位相情報を入力し、検波・対数変換手段２８から検波・対数変換処理後の強度情報を入力する。光音響画像構築手段２９は、入力された位相情報と強度情報とに基づいて、光吸収体の分布画像である光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２９は、例えば入力された強度情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定する。また、光音響画像構築手段２９は、例えば位相情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の色（表示色）を決定する。光音響画像構築手段２９は、例えば例えば位相０°から９０°の範囲を所定の色に対応させたカラーマップに用いて、入力された位相情報に基づいて各画素の色を決定する。
【００３８】
ここで、位相０°から４５°の範囲は、第１の光音響データが第２の光音響データよりも大きい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が大きい脱酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている静脈であると考えられる。一方、位相４５°から９０°の範囲は、第２の光音響データが第１の光音響データよりも小さい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が小さい酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている動脈であると考えられる。
【００３９】
そこで、カラーマップとして、例えば位相が０°が青色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化すると共に、位相９０°が赤色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化するようなカラーマップを用いる。この場合、光音響画像上で、動脈に対応した部分を赤色で表わし、静脈に対応した部分を青色で表わすことができる。強度情報を用いずに、位相情報に従って動脈に対応した部分と静脈に対応した部分との色分けを行うだけでもよい。画像表示手段１４は、光音響画像構築手段２９が生成した光音響画像を、表示画面上に表示する。
【００４０】
次いで、レーザ光源ユニット１３の構成を詳細に説明する。図２は、レーザ光源ユニット１３の構成を示す。レーザ光源ユニット１３は、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、ミラー５３、５４、Ｑスイッチ５５、複屈折フィルタ（ＢＲＦ：birefringent filter）５６、駆動手段５７、回転変位検出手段５８、及び発光制御部５９を有する。レーザロッド５１は、レーザ媒質である。レーザロッド５１には、例えばアレキサンドライト結晶を用いることができる。フラッシュランプ５２は、励起光源であり、レーザロッド５１に励起光を照射する。フラッシュランプ５２以外の光源を、励起光源として用いてもよい。
【００４１】
ミラー５３、５４は、レーザロッド５１を挟んで対向しており、ミラー５３、５４により光共振器が構成される。ミラー５４が出力側であるものとする。光共振器内には、Ｑスイッチ５５及び複屈折フィルタ５６が挿入される。Ｑスイッチ５５により、光共振器内の挿入損失を損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化させることで、パルスレーザ光を得ることができる。複屈折フィルタ５６は、回転変位に伴って透過波長を変化させ、光共振器の発振波長を変化させる。複屈折フィルタ５６を一定の方向に回転変位させたとき、光共振器の発振波長は、複屈折フィルタ５６の回転変位に対してのこぎり波状に変化する。
【００４２】
駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６の回転変位に対する透過波長の変化特性が不連続となる位置を含む所定の範囲で複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる。例えば複屈折フィルタ５６が７４０ｎｍから８１０ｎｍの範囲で透過波長を変化させるものである場合、ある方向に複屈折フィルタ５６を回転させると、透過波長は７４０ｎｍから回転変位に対して一定の割合（傾き）で長くなっていく。透過波長が８１０ｎｍまでくると、透過波長は７４０ｎｍに戻り、以降、そのような回転変位に対する透過波長の変化特性を繰り返す。波長８１０ｎｍから７４０ｎｍに戻るような回転変位位置が、回転変位に対する透過波長の変化特性が不連続となる位置に相当する。
【００４３】
回転変位検出手段５８は、複屈折フィルタ５６の回転変位を検出する。回転変位検出手段５８は、例えば複屈折フィルタ５６の回転軸に取り付けられたスリット入りの回転板と、透過型フォトインタラプタとで、複屈折フィルタ５６の回転変位を検出する。
【００４４】
発光制御部５９は、フラッシュランプトリガ信号をフラッシュランプ５２に出力し、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射させる。励起光の照射後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングでＱスイッチ５５にＱスイッチトリガ信号を出力する。また、発光制御部５９は、Ｑスイッチトリガ信号の出力タイミングに合わせて、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する。Ｑスイッチ５５が、Ｑスイッチトリガ信号に応答して光共振器内の挿入損失を損失大から損失小に急激に変化させることで（Ｑスイッチがオンすることで）、出力側のミラー５４からパルスレーザ光が出射する。
【００４５】
図１に戻り、制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部の制御を行う。トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３に、フラッシュランプ５２の発光を制御するためのフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。トリガ制御回路３０は、例えばレーザ光源ユニット１３から、回転変位検出手段５８で検出された複屈折フィルタ５６の現在の回転変位位置を受け取っており、受け取った回転変位位置に基づくタイミングでフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。
【００４６】
トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から、Ｑスイッチがオンになるタイミング、すなわちレーザ発光タイミングを示すＱスイッチ同期信号を入力する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号（ＡＤトリガ信号）を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号にと基づいて光音響信号のサンプリングを開始する。
【００４７】
図３は、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる駆動手段５７の構成例を示す。駆動手段５７は、円運動する円運動体（円盤）６１と、円盤６１と複屈折フィルタ５６とを接続するコネクティングロッド６２とを含む。これら円盤６１とコネクティングロッド６２とにより、円盤６１の円運動を複屈折フィルタ５６の往復回転運動に変換するクランク機構６０が構成される。円盤６１は、例えばモータなどにより、回転軸周りに一定の速度で回転させられる。円盤６１とコネクティングロッド６２の接続点（支点）が円盤６１の回転に伴って変位し、その変位により、複屈折フィルタ５６が透過波長変化特性の不連続点（不連続線）をまたいだ所定の範囲で回転軸周りに往復回転運動させられる。クランク機構を用いることで、所定の範囲内で、複屈折フィルタ５６を円滑に回転往復運動させることができる。ここで、一定の速度とは、予め決められた速度を言い、所定の速度と同義である。
【００４８】
図４は、複屈折フィルタの回転変位に対する透過波長（光共振器の発振波長）の変化特性を示す。複屈折フィルタ５６には、例えば、図８に示した透過波長の変化特性を有する複屈折フィルタと同じものを用いることができる。複屈折フィルタ５６は、一定の方向に１回転する間に、第１の波長（例えば７５０ｎｍ）及び第２の波長（例えば８００ｎｍ）を含むＦＳＲを複数回繰り返す。そのような複屈折フィルタ５６を、図４中の破線で示す、透過波長変化特性の不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させる。
【００４９】
例えば、回転変位位置の増加に伴って透過波長が７９０ｎｍから８１０ｎｍに変化し、８１０ｎｍから７４０ｎｍに変化する不連続点を通って、７４０ｎｍから７６０ｎｍに変化する範囲で、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる。この場合、発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲とは、回転変位位置の増加に伴って透過波長が７９０ｎｍから８１０ｎｍに変化し、８１０ｎｍから７４０ｎｍに変化する不連続点を通って、７４０ｎｍから７６０ｎｍに変化する範囲を言うものである。複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲において、透過波長変化特性が不連続点となる回転変位位置（例えば３０°）から、第１の回転方向（回転変位位置が増加する方向）にある量だけ回転した位置（第１の回転変位位置）が第１の波長（７５０ｎｍ）に対応した回転変位位置であり、第２の方向（回転変位位置が減少する方向）にある量だけ回転した位置（第２の回転変位位置）が第２の波長（８００ｎｍ）に対応した回転変位位置である。複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲は、１回分の自由スペクトルレンジに対応する複屈折フィルタの回転変位の範囲よりも狭いことが好ましい。
【００５０】
図５は、各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャートである。（ａ）は、時間変化に対する光共振器の発振波長特性（複屈折フィルタ５６の透過波長特性）を示す。（ｂ）はフラッシュランプトリガを示し、（ｃ）はＱスイッチトリガを示す。（ｄ）は、フラッシュランプの発光タイミング及びパルスレーザ光の出射タイミングを示す。なお、図５では、説明簡略化のために、フラッシュランプ５２及びＱスイッチ５５がトリガに対して瞬時に応答するものとしているが、実際には遅延時間が存在する。だだし、その遅延は数μ秒から１００μ秒程度であるので、遅延は無視できる。
【００５１】
複屈折フィルタ５６は、例えば一定の方向に１秒間に１回転するときと同じ角速度で、往復回転運動させられる。複屈折フィルタ５６は、はじめ、波長７６０ｎｍに対応した回転変位位置から第２の回転方向（マイナス側の方向）に回転変位しているものとする（ａ）。複屈折フィルタ５６が波長７６０ｎｍに対応した回転変位位置から回転変位を始めるときの時刻を基準時刻ｔ＝０とする。
【００５２】
超音波ユニット１２のトリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。レーザ光源ユニット１３の発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ１で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ２＝１２ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５３】
複屈折フィルタ５６は、透過波長の変化特性の不連続点を超えて回転変位する（ａ）。超音波ユニット１２のトリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ３で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長８００ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ４＝３６ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５４】
駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を波長７９０ｎｍに対応した位置まで回転変位させると、回転方向を反転し、複屈折フィルタ５６を波長７９０ｎｍに対応した位置から第１の方向（プラス側の方向）に回転変位させる（ａ）。トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ５で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長８００ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ６＝６０ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５５】
複屈折フィルタ５６は、透過波長の変化特性の不連続点を先ほどとは逆向きに超えて回転変位する（ａ）。超音波ユニット１２のトリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させるために、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取ると、時刻ｔ７で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、発光制御部５９は、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ８＝８４ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。
【００５６】
以降同様に、発光制御部５９は、駆動手段５７が複屈折フィルタ５６を往復回転運動させている間に、フラッシュランプ５２を点灯してレーザ励起を行い、その後、各波長に対応した回転変位位置でＱスイッチをオンにすることで、第１の波長、第２の波長、第２の波長、第１の波長のパルスレーザ光を順次に出射させる。各波長のパルスレーザ光の出射間隔は、複屈折フィルタ５６の往復回転運動の１周期に相当する約４８ｍｓとなる。また、波長の切替え時間は、複屈折フィルタ５６の往復回転運動の半周期に相当する約２４ｍｓとなる。レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍ、８００ｎｍのパルスレーザ光を１セットとして、１秒間に２１セット（合わせて４２個）のパルスレーザ光を出射する（４２Ｈｚ動作）。
【００５７】
図６は、光音響画像生成装置１０の動作手順を示す。ここでは、被検体のレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。駆動手段５７は、被検体に対するパルスレーザ光照射に先立って、複屈折フィルタ５６を、例えば不連続点（７４０ｎｍから８１０ｎｍへの変化点）を含む、透過波長７４０ｎｍから７６０ｎｍ及び透過波長７９０ｎｍから８１０ｎｍに対応した範囲で複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる（ステップＡ１）。駆動手段５７は、例えば複屈折フィルタ５６を、透過波長７６０ｎｍに対応した位置からマイナス方向に回転させる。このとき、駆動手段５７は、例えば、複屈折フィルタ５６を１秒間で１回転させた場合と同様な角速度で、複屈折フィルタを回転させる。
【００５８】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長（７５０ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるべく、所定のタイミングでレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＡ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号が入力されると、フラッシュランプ５２を点灯させ、レーザロッド５１の励起を開始させる（ステップＡ３）。発光制御部５９は、例えば複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置になるタイミングから逆算されたタイミングで、フラッシュランプ５２を点灯させる。
【００５９】
発光制御部５９は、フラッシュランプ５２の点灯後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が透過波長７５０ｎｍに対応した位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにする（ステップＡ４）。Ｑスイッチ５５がオンになることで、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部５９は、Ｑスイッチ５５をオンにするタイミングに同期して、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＡ５）。
【００６０】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。プローブ１１で検出された光音響信号は、受信回路２１にて受信される。
【００６１】
トリガ制御回路３０は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、Ｑスイッチ同期信号を受け取るまで待機する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１で受信された光音響信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする（ステップＡ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【００６２】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき全ての波長のパルスレーザ光を出射させたか否かを判断する（ステップＡ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＡ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、ステップＡ３でフラッシュランプ５２を点灯し、ステップＡ４で、複屈折フィルタ５６が２つ目の波長（８００ｎｍ）に対応した回転変位位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにし、パルスレーザ光を出射させる。
【００６３】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２は、ステップＡ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、各波長に対してステップＡ１からＡ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。
【００６４】
制御手段３１は、ステップＡ７で残りの波長がないと判断すると、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＡ８）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＡ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＡ２からＡ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射し、各部分領域に対応した第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。被検体に照射されるパルスレーザ光の波長の順序は、複屈折フィルタ５６の回転方向に応じて異なる。レーザ光源ユニット１３は、例えば、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８００ｎｍ、７５０ｎｍの順で、繰り返しパルスレーザ光を出射する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射及び光音響信号の検出を行うと、１フレームの光音響画像を生成するために必要な光音響データが揃う。
【００６５】
制御手段３１は、ステップＡ８で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像の生成に処理を移す。複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＡ９）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＡ９で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＡ１０）。
【００６６】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データ（再構成画像）から位相情報を抽出する（ステップＡ１１）。位相情報抽出手段２６は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として抽出する（ただし、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＡ１２）。強度情報抽出手段２７は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を強度情報として抽出する。
【００６７】
検波・対数変換手段２８は、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＡ１１で抽出された位相情報と、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＡ１３）。光音響画像構築手段２９は、例えば強度情報に基づいて光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定し、位相情報に基づいて各画素の色を決定することで、光音響画像を生成する。生成された光音響画像は、画像表示手段１４に表示される。
【００６８】
ここで、比較例として、複屈折フィルタを所定の方向に一定の速度で回転させる場合を考える。図７は、比較例における各種トリガと発光タイミングとを示すタイミングチャートである。（ａ）は、時間変化に対する光共振器の発振波長特性（複屈折フィルタ５６の透過波長特性）を示す。（ｂ）はフラッシュランプトリガを示し、（ｃ）はＱスイッチトリガを示す。（ｄ）は、フラッシュランプの発光タイミング及びパルスレーザ光の出射タイミングを示す。なお、図７では、説明簡略化のために、フラッシュランプ５２及びＱスイッチ５５がトリガに対して瞬時に応答するものとしているが、実際には遅延時間が存在する。だだし、その遅延は数μ秒から１００μ秒程度であるので、遅延は無視できる。
【００６９】
図４に示す、１回転でＦＳＲを１２回繰り返す複屈折フィルタ５６を１秒で１回転させると、複屈折フィルタ５６は、１秒間にＦＳＲを１２回繰り返す（ａ）。複屈折フィルタ５６は、はじめ、波長７４０ｎｍに対応した回転変位位置から第１の回転方向（プラス側の方向）に回転変位しているものとする。時刻ｔ２１で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長７５０ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ２２＝１２ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させることができる。
【００７０】
次いで、時刻ｔ２３で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し（ｂ）、フラッシュランプ５２を点灯させる（ｄ）。その後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が波長８００ｎｍに対応した位置となる時刻ｔ２４＝７１ｍｓでＱスイッチトリガ信号を出力し（ｃ）、Ｑスイッチ５５をオンにすることで光共振器から８００ｎｍのパルスレーザ光を出射させることができる。以降同様に、時刻ｔ２５、ｔ２７で、フラッシュランプ５２にフラッシュランプトリガ信号を出力し、時刻ｔ２６、ｔ２８でＱスイッチ５５にＱスイッチトリガ信号を出力することで、波長７５０ｎｍと８００ｎｍのパルスレーザ光を交互に出射させることができる。
【００７１】
図７の例では、各波長のパルスレーザ光の出射間隔は、ＦＳＲの繰り返し周期に等しく、約８３ｍｓとなっている。また、波長の切替え時間は、波長７５０ｎｍから８００ｎｍへの切替えでは約５９ｍｓとなっており、波長８００ｎｍから７５０ｎｍへの切替えでは約２４ｍｓとなっている。
【００７２】
図５と図７とを比較すると、本実施形態では、複屈折フィルタ５６を不連続点を含む所定の範囲で往復回転運動させていることで、波長７５０ｎｍから８００ｎｍへの切り替えを高速化できていることがわかる。具体的には、図７では８３ｍｓの間に波長７５０ｎｍと８００ｎｍの２つのパルスレーザ光を出射しているのに対し、図５では、４８ｍｓの間に波長７５０ｎｍと８００ｎｍの２つのパルスレーザ光を出射でき、約１．７倍の高速化を実現できている。また、図７では、波長７５０ｎｍから８００ｎｍへの切替えと、波長８００ｎｍから７５０ｎｍへの切替えとが不等間隔になっている。これに対し、図５では、往復回転運動させる所定の範囲を適切に設定することで、パルスレーザ光の波長の切替え時間を、一定の時間とすることができている。フラッシュランプ５２やＱスイッチ５５に対するトリガ間隔を一定することで、時間的な無駄やランプに負荷がかかることを回避することができる。
【００７３】
本実施形態では、複屈折フィルタ５６を、回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点を含んだ所定の範囲で往復回転運動させ、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングでＱスイッチ５５をオンにしてパルスレーザ光を出射させている。回転変位に対する透過波長の変化特性の不連続点では、回転変位に対する透過波長の変化が大きい。これを利用することで、単位時間当たりの複屈折フィルタ５６の駆動量を多くしなくても、一定の方向に回転駆動する場合に比して、複屈折フィルタ５６の透過波長を大きく変化させることができる。従って、複屈折フィルタの回転速度（角速度）を上げることなく、複数の波長を高速に切り替えて出射することができる。
【００７４】
特に、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲を、１回分のＦＳＲに対応する複屈折フィルタ５６の回転変位の範囲よりも狭く設定することが好ましい。この場合、角速度一定とすれば、例えば７５０ｎｍと８００ｎｍを１セットとして、各セット間の時間間隔を、複屈折フィルタ５６を１回のＦＳＲに対応する分だけ回転変位させるのに要する時間に比して短縮できる。また、複屈折フィルタ５６における不連続点の位置と各波長に対応した回転変位位置とに応じて、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させる所定の範囲を適切に設定すれば、一定の間隔でパルスレーザ光を出射させることができる。
【００７５】
本実施形態では、２つの波長で得られた第１の光音響データと、第２の光音響データとの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成し、その複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成している。このようにする場合、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成する場合に比して、再構成を効率的に行うことができる。複数の波長のパルスレーザ光を照射し、各波長のパルスレーザ光を照射したときの光音響信号（光音響データ）を用いることで、各光吸収体の光吸収特性が波長に応じて異なることを利用した機能イメージングを行うことができる。
【００７６】
また、本実施形態では、例えば光照射領域が３つの部分領域に分かれているときには、第１の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、次いで、第２の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、その後、第３の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射する。本実施形態では、ある部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を連続的に照射した後に、次の部分領域に移っている。この場合、第１の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射した後に、第２の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射する場合に比して、同じ位置において第１の波長のパルスレーザ光を照射してから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短くすることができる。第１の波長のパルスレーザ光が照射されてから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短縮することで、第１の光音響データと第２の光音響データとの不整合を抑制することができる。
【００７７】
引き続き、本発明の第２実施形態を説明する。図８は、本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示す。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、超音波ユニット１２ａが、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置１０における超音波ユニット１２の構成に加えて、データ分離手段３２、超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、超音波画像構築手段３５、画像合成手段３６、及び送信制御回路３７を有する。本実施形態の光音響画像生成装置１０は、光音響画像に加えて、超音波画像を生成する点で第１実施形態と相違する。その他の部分は、第１実施形態と同様でよい。
【００７８】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。トリガ制御回路３０は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３７に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３７は、トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００７９】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路３０は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータ（反射超音波データ）を受信メモリ２３に格納する。
【００８０】
データ分離手段３２は、受信メモリ２３に格納された反射超音波データと、第１及び第２の光音響データとを分離する。データ分離手段３２は、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡し、第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡す。第１及び第２の光音響データに基づく光音響画像の生成は第１実施形態と同様である。データ分離手段３２は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段３３に入力する。
【００８１】
超音波画像再構成手段３３は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリングデータ）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。超音波画像再構成手段３３は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。超音波画像再構成手段３３は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular
Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは超音波画像再構成手段３３は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。
【００８２】
検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、及び超音波画像構築手段３５は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。
【００８３】
画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３６は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。その際、画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とで、対応点が同一の位置となるように位置合わせをすることが好ましい。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。
【００８４】
図９は、光音響画像生成装置１０ａの動作手順を示している。以下では、被検体のパルスレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を所定の範囲で往復回転運動させる（ステップＢ１）。
【００８５】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射させるべく、フラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＢ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部５９は、フラッシュランプスタンバイ信号が入力されると、フラッシュランプ５２を点灯させ、レーザロッド５１の励起を開始させる（ステップＢ３）。
【００８６】
発光制御部５９は、フラッシュランプ５２の点灯後、複屈折フィルタ５６の回転変位位置が透過波長７５０ｎｍに対応した位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにする（ステップＢ４）。Ｑスイッチ５５がオンになることで、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部５９は、Ｑスイッチ５５をオンにするタイミングに同期して、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＢ５）。
【００８７】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１を介してプローブ１１で検出された光音響信号を受信し、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする（ステップＢ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【００８８】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき全ての波長のパルスレーザ光を出射させたか否かを判断する（ステップＢ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＢ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部５９は、ステップＢ３でフラッシュランプ５２を点灯し、ステップＢ４で、複屈折フィルタ５６が２つ目の波長８００ｎｍに対応した回転変位位置になるタイミングでＱスイッチ５５をオンにし、パルスレーザ光を出射させる。
【００８９】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２は、ステップＢ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、各波長に対してステップＢ１からＢ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。ステップＢ１からＢ６は、図６のステップＡ１からＡ６と同様でよい。
【００９０】
制御手段３１は、ステップＢ７で残りの波長がないと判断すると、超音波の送受信に処理を移す。トリガ制御回路３０は、送信制御回路３７を介してプローブ１１から被検体に超音波を送信させる（ステップＢ８）。ステップＢ８では、被検体のパルスレーザ光が照射された部分領域と同じ領域に対して超音波を送信する。プローブ１１は、送信した超音波に対する反射超音波を検出する（ステップＢ９）。検出された反射超音波は、受信回路２１を経てＡＤ変換手段２２でサンプリングされ、受信メモリ２３に反射超音波データとして格納される。
【００９１】
制御手段３１は、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＢ１０）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＢ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＢ２からＢ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射して、第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。また、ステップＢ８及びＢ９を実行して、反射超音波データを受信メモリ２３に格納する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射と光音響信号の検出、及び超音波の送受信を行うと、１フレームの光音響画像及び超音波画像を生成するために必要なデータが揃う。
【００９２】
制御手段３１は、ステップＢ１０で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像及び超音波画像の生成に処理を移す。データ分離手段３２は、第１及び第２の光音響データと反射超音波データとを分離する。データ分離手段３２は、分離した第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡し、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡す。複素数化手段２４は、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＢ１１）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＢ１１で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＢ１２）。
【００９３】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データから位相情報を抽出する（ステップＢ１３）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＢ１４）。検波・対数変換手段２８は、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＢ１３で抽出された位相情報と、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＢ１５）。ステップＢ１１からＢ１５は、図６のステップＡ９からＡ１３と同様でよい。
【００９４】
超音波画像再構成手段３３は、例えば遅延加算法により、超音波画像の各ラインのデータを生成する。検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する（ステップＢ１６）。画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成し、合成した画像を画像表示手段１４に表示する（ステップＢ１７）。
【００９５】
本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００９６】
なお、上記各実施形態では、第１の光音響データと第２の光音響データとを複素数化する例について説明したが、複素数化せずに、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成してもよい。位相情報は、別々に再構成された第１の光音響データ（第１の再構成画像）と第２の光音響データ（第２の再構成画像）とを比較することで生成できる。また、強度情報は、第１の再構成画像における信号強度と、第２の再構成画像における信号強度とに基づいて生成できる。
【００９７】
光音響画像の生成に際して、被検体に照射されるパルスレーザ光の波長の数は２つには限られず、３以上のパルスレーザ光を被検体に照射し、各波長に対応する光音響データに基づいて光音響画像を生成してもよい。その場合、例えば位相情報抽出手段２６は、各波長に対応する光音響データ間での相対的な信号強度の大小関係を位相情報として生成すればよい。また、強度情報抽出手段２７は、例えば各波長に対応する光音響データにおける信号強度を１つにまとめたものを強度情報として生成すればよい。
【００９８】
図３では、駆動手段５７がクランク機構を有するものとして説明したが、これには限定されない。駆動手段５７は、複屈折フィルタ５６を所定の範囲で往復回転運動させるものであればよく、その具体的な構成は特に問わない。クランク機構以外のものを用いて、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させてもよい。図１０は、駆動手段の変形例を示す。この変形例の駆動手段は、直線往復運動を、所定の範囲の往復回転運動に変換する機構を含む。コネクティングロッド６４の一端はリニアモータ６３に接続され、他端は複屈折フィルタ５６の回転軸に固定されている。リニアモータ６３によりコネクティングロッド６４の一端を直線往復運動させ、その直線往復運動に連動して、複屈折フィルタ５６を所定の範囲で往復回転運動させてもよい。また、カム機構を用いて、複屈折フィルタ５６を往復回転運動させてもよい。
【００９９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のレーザ光源ユニット及びその制御方法、並びに光音響画像生成装置及び方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１０：光音響画像生成装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザ光源ユニット
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：複素数化手段
２５：光音響画像再構成手段
２６：位相情報抽出手段
２７：強度情報抽出手段
２８：検波・対数変換手段
２９：光音響画像構築手段
３０：トリガ制御回路
３１：制御手段
３２：データ分離手段
３３：超音波画像再構成手段
３４：検波・対数変換手段
３５：超音波画像構築手段
３６：画像合成手段
３７：送信制御回路
５１：レーザロッド
５２：フラッシュランプ
５３、５４：ミラー
５５：Ｑスイッチ
５６：複屈折フィルタ
５７：駆動手段
５８：回転変位検出手段
５９：発光制御部
６０：クランク機構
６１：円盤
６２、６４：コネクティングロッド
６３：リニアモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、
レーザロッドと、
前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、
前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、
前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、
前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを備えることを特徴とするレーザ光源ユニット。
【請求項２】
前記駆動手段が、円運動する回転運動体と、該回転運動体と前記複屈折フィルタとを接続するロッドとを含み、前記回転運動体の円運動を前記複屈折フィルタの往復回転運動に変換するクランク機構を有する請求項１に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項３】
前記回転運動体が、一定の速度で回転運動する請求項２に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項４】
前記駆動手段が、直線往復運動を所定の範囲の往復回転運動に変換する機構を有する請求項１に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項５】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、
前記複屈折フィルタが、前記不連続点から第１の回転方向に第１の量だけ回転した第１の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第１の波長とし、前記不連続点から前記第１の方向とは反対側の第２の方向に第２の量だけ回転した第２の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第２の波長とする請求項１から４何れかに記載のレーザ光源ユニット。
【請求項６】
前記複屈折フィルタが、一定の方向に１回転する間に、前記第１の波長及び第２の波長を含む自由スペクトルレンジを複数回繰り返す請求項１から５何れかに記載のレーザ光源ユニット。
【請求項７】
前記複屈折フィルタを往復回転運動させる所定の範囲が、１回分の自由スペクトルレンジに対応する前記複屈折フィルタの回転変位の範囲よりも狭い請求項６に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項８】
前記複屈折フィルタの回転変位に対して、前記光共振器の発振波長が、のこぎり波状に変化する請求項１から７何れかに記載のレーザ光源ユニット。
【請求項９】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するサンプリング手段と、
前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成する位相情報抽出手段と、
前記位相情報に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備え、
前記レーザ光源ユニットが、
レーザロッドと、
前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、
前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、
前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、
前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを有することを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備え、
前記光音響画像構築手段が、前記光音響画像の各画素の階調値を前記強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記位相情報に基づいて決定する請求項９に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、
前記第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、前記第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、
前記複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備え、
前記位相情報抽出手段が前記再構成画像から前記位相情報を抽出し、前記強度情報抽出手段が前記再構成画像から前記強度情報を抽出する請求項１０に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記サンプリング手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波をサンプリングして反射音響波データを生成し、
前記反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える請求項９から１１何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１３】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットの制御方法であって、
レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させるステップと、
前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップとを有することを特徴とレーザ光源ユニットの制御方法。
【請求項１４】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するステップであって、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させつつ、前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップと、
前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するステップと、
前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成するステップと、
前記位相情報に基づいて光音響画像を生成するステップとを有することを特徴とする光音響画像生成方法。
【請求項１】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、
レーザロッドと、
前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、
前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、
前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、
前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを備えることを特徴とするレーザ光源ユニット。
【請求項２】
前記駆動手段が、円運動する回転運動体と、該回転運動体と前記複屈折フィルタとを接続するロッドとを含み、前記回転運動体の円運動を前記複屈折フィルタの往復回転運動に変換するクランク機構を有する請求項１に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項３】
前記回転運動体が、一定の速度で回転運動する請求項２に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項４】
前記駆動手段が、直線往復運動を所定の範囲の往復回転運動に変換する機構を有する請求項１に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項５】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、
前記複屈折フィルタが、前記不連続点から第１の回転方向に第１の量だけ回転した第１の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第１の波長とし、前記不連続点から前記第１の方向とは反対側の第２の方向に第２の量だけ回転した第２の回転変位位置では前記光共振器の発振波長を前記第２の波長とする請求項１から４何れかに記載のレーザ光源ユニット。
【請求項６】
前記複屈折フィルタが、一定の方向に１回転する間に、前記第１の波長及び第２の波長を含む自由スペクトルレンジを複数回繰り返す請求項１から５何れかに記載のレーザ光源ユニット。
【請求項７】
前記複屈折フィルタを往復回転運動させる所定の範囲が、１回分の自由スペクトルレンジに対応する前記複屈折フィルタの回転変位の範囲よりも狭い請求項６に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項８】
前記複屈折フィルタの回転変位に対して、前記光共振器の発振波長が、のこぎり波状に変化する請求項１から７何れかに記載のレーザ光源ユニット。
【請求項９】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するサンプリング手段と、
前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成する位相情報抽出手段と、
前記位相情報に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備え、
前記レーザ光源ユニットが、
レーザロッドと、
前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内に挿入されたＱスイッチと、
前記光共振器の内部に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタと、
前記複屈折フィルタの回転変位に対する前記発振波長の変化特性が不連続点となる位置を含む所定の範囲で前記複屈折フィルタを往復回転運動させる駆動手段と、
前記励起光源から前記レーザロッドに励起光を照射した後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記Ｑスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させる発光制御部とを有することを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備え、
前記光音響画像構築手段が、前記光音響画像の各画素の階調値を前記強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記位相情報に基づいて決定する請求項９に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記複数の波長が第１及び第２の波長を含み、
前記第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、前記第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、
前記複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備え、
前記位相情報抽出手段が前記再構成画像から前記位相情報を抽出し、前記強度情報抽出手段が前記再構成画像から前記強度情報を抽出する請求項１０に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記サンプリング手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波をサンプリングして反射音響波データを生成し、
前記反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える請求項９から１１何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１３】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットの制御方法であって、
レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させるステップと、
前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップとを有することを特徴とレーザ光源ユニットの制御方法。
【請求項１４】
複数の波長のパルスレーザ光を出射するステップであって、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器内に挿入され、回転変位に伴って前記光共振器の発振波長を変化させる複屈折フィルタを所定の範囲で往復回転運動させつつ、前記レーザロッドに励起光を照射し、励起光の照射後、前記複屈折フィルタの回転変位位置が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した位置となるタイミングで前記光共振器内に挿入されたＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射させるステップと、
前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号をサンプリングし、各波長に対応した光音響データを生成するステップと、
前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を示す位相情報を生成するステップと、
前記位相情報に基づいて光音響画像を生成するステップとを有することを特徴とする光音響画像生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５１４０６（Ｐ２０１３−５１４０６Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６０４２８（Ｐ２０１２−１６０４２８）
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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