光音響画像化装置およびその故障検知方法
【課題】光音響画像化装置において、レーザ光等の光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバの故障を正確に検知する。
【解決手段】被検体に照射する光Ｌを発する光源２および、前記光Ｌを被検体に向けて伝搬させる光ファイバ３０Ｂを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、光ファイバ３０Ｂに入射してから光源２側に戻る戻り光ＲＬを、光源２から光ファイバ３０Ｂに向かう光の光路から分岐し、分岐された戻り光ＲＬを光検出器２０により検出し、この検出された戻り光ＲＬの光量に基づいて光ファイバ３０Ｂの故障を検知する。
【解決手段】被検体に照射する光Ｌを発する光源２および、前記光Ｌを被検体に向けて伝搬させる光ファイバ３０Ｂを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、光ファイバ３０Ｂに入射してから光源２側に戻る戻り光ＲＬを、光源２から光ファイバ３０Ｂに向かう光の光路から分岐し、分岐された戻り光ＲＬを光検出器２０により検出し、この検出された戻り光ＲＬの光量に基づいて光ファイバ３０Ｂの故障を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響画像化装置すなわち、生体組織等の被検体に光を照射し、光照射に伴って発生する音響波に基づいて被検体を画像化する装置に関するものである。
【０００２】
また本発明は、その種の光音響画像化装置の故障、より詳しくは該装置のプローブを構成する光ファイバの故障を検知する方法に関するものである。
【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内に照射される。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（音響信号）を発生する。そこで、この音響波を圧電素子等で検出し、その検出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。
【０００４】
そのような光音響画像化装置においては、特許文献１にも記載されているように、光を伝搬させる複数の光ファイバの先端部および、音響波を検出する圧電素子が１次元あるいは２次元に配列されてなるプローブ（探触子）が多く用いられている。その種のプローブにおいては、複数の光ファイバの先端部から被検体に向けてレーザ光等の光が射出され、この光を受けた被検体から発生した音響波が複数の圧電素子によって検出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
上述の光ファイバは、レーザ光源等の光源からプローブまで光を伝搬させるものであるが、プローブの使用を重ねるうちに断線したり、あるいは折損したりする可能性がある。光ファイバがそのような状態になったまま光音響画像を取得すると、断線あるいは折損した光ファイバの近くではその他の部分と比べて、被検体に対する照射光量が低下するので、得られる光音響画像は生体組織の状態を不正に示すものとなってしまう。しかし従来の光音響画像化装置では、このような光ファイバの故障（断線あるいは折損）を正確に検知する対策は施されていなかった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光等の光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバの故障を正確に検知することができる光音響画像化装置の故障検知方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、上記故障検知方法を実施することができる光音響画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による光音響画像化装置の故障検知方法は、
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、前記光ファイバの断線あるいは折損等の故障を検知する方法であって、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、
分岐された戻り光を光検出器により検出し、
この検出された戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知することを特徴とするものである。
【００１１】
この方法においてより具体的には、戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断する。なお、そのような基準値としては、個々の光音響画像化装置毎に定められたものを用いるのが好ましい。
【００１２】
一方、本発明による光音響画像化装置は、
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、
光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、
この分岐光学系により前記光路から分岐された戻り光を検出する光検出器と、
この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知する故障検知手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１３】
なお、上記故障検知手段は、戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断するように構成されるのが望ましい。その場合、上記基準値としては、個々の光音響画像化装置毎に定められて記憶手段に記憶された基準値が好適に用いられる。
【００１４】
また本発明の光音響画像化装置においては、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段がさらに設けられることが好ましい。
【００１５】
あるいは、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す例えば音や光による警報を発する警報手段が設けられてもよい。そのような警報手段は、上記表示手段とともに、あるいは上記表示手段に代えて設けることができる。
【００１６】
また本発明の光音響画像化装置は、光ファイバが複数設けられてバンドルファイバを構成していることを前提として構成されるのが望ましい。
【００１７】
他方、分岐光学系としては、光源から光ファイバに向かう光の光路に挿入されたビームスプリッタを含むものが好適に用いられる。
【００１８】
あるいは、特に光源が直線偏光した光を発するものである場合、分岐光学系としては、光ファイバに向かって進行する光の直線偏光方向に対して透過軸が平行となる向きにして前記光路に挿入された偏光ビームスプリッタおよび、この偏光ビームスプリッタと光ファイバとの間の光路に挿入されたλ／４板を含むものが好適に用いられる。
【００１９】
さらに分岐光学系としては、光源から光ファイバに向かう光の光路に挿入されて戻り光の一部を反射させるプリズムを含むものも好適に用いられる。
【００２０】
また光ファイバが複数、それらの戻り光が出射する端面が一列に並んだ状態にして配設されている場合は、光検出器として、上記複数の光ファイバから各々戻り光が出射したとき、それらの戻り光の並び方向に沿うように光検出部が延びるラインセンサが用いられることが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
プローブを構成する光ファイバに断線や折損が無い場合は、光源から発せられてそこに入射した光が光源側に戻ることはほとんど無い。それに対して、光ファイバに断線や折損した部分が有ると、入射した光がその部分で反射し、戻り光となって光源側に戻る。本発明による光音響画像化装置の故障検知方法はこの点に着目して、光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、分岐された戻り光を光検出器により検出し、この検出された戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知するようにしたので、光ファイバにおける断線や折損の故障を正確に検知可能となる。
【００２２】
なお、戻り光の光量が所定の基準値を上回るかどうかという点を故障の判断基準としておけば、より簡単な構成で故障検知が可能になる。
【００２３】
またそのようにする場合、上記基準値として、個々の光音響画像化装置毎に定められたものを用いれば、プローブの特性が装置毎に異なるような場合でも正確に故障の有無を検知可能となる。
【００２４】
また本発明による光音響画像化装置は、光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、この分岐光学系により分岐された戻り光を検出する光検出器と、この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知する故障検知手段とを備えているので、上述した本発明による故障検知方法を実施できるものとなる。
【００２５】
そして本発明の光音響画像化装置において、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段や、警報を発する警報手段が設けられていれば、装置使用者が故障発生を直ちに知ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態による光音響画像化装置の基本構成を示すブロック図
【図２】図１の装置に用いられたプローブの概略構成を示す斜視図
【図３】図２のプローブが有する光ファイバを示す概略正面図
【図４】プローブと信号取込み部との接続例を示すブロック図
【図５】図１の装置に用いられたプローブの分岐光学系およびその周辺部分を示す概略側面図
【図６】光ファイバから出射する戻り光の状態を説明する説明図
【図７】本発明の光音響画像化装置に用いられる分岐光学系の別の例を示す概略側面図
【図８】本発明の光音響画像化装置に用いられる分岐光学系のさらに別の例を示す概略側面図
【図９】本発明の光音響画像化装置に用いられる光検出器の別の例を示す概略側面図
【図１０】図９の構成の一部を示す概略正面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による光音響画像化装置の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像化装置１００は、レーザドライバ１、レーザ光源２、超音波探触子（プローブ）３、領域選択部４、光照射検出部５、同期補正処理部６、信号取込み部７、素子データメモリ８、画像構築部９、画像メモリ１０、画像表示部１１、光検出器２０、故障検知部２１および分岐光学系４０を有している。
【００２８】
レーザ光源２は、被検体である生体組織に照射するレーザ光を射出するもので、本実施形態ではパルスレーザ光Ｌを発するものが用いられている。レーザドライバ１は、上記レーザ光源２を駆動するものである。
【００２９】
図２に示すようにプローブ３は、複数ｃｈ（チャンネル）の圧電素子３１を有する。それらの圧電素子３１は、生体組織の画像化する範囲に対応させて、例えば１９２個並べて設けられている。このプローブ３は、レーザ光源２から生体組織にパルスレーザ光Ｌが照射されたとき該生体組織内から生じる音響信号（超音波）を圧電素子３１により検出し、その音響信号を電気信号に変換して出力する。
【００３０】
なお、多くの場合光音響画像化装置は、上記圧電素子３１から生体組織に超音波を照射し、生体組織で反射した超音波を圧電素子３１により受信して、超音波画像も取得可能に形成されるが、その点は本発明と直接関係が無いので説明は省略する。
【００３１】
プローブ３の複数の圧電素子３１に対応する範囲、つまり生体組織の画像化される範囲は、互いに重ならない複数の部分領域に分けられている。本実施形態においてこの部分領域は、後に詳述するように例えば領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃの３つとされている。各部分領域の幅は、信号取込み部７が並列にサンプリング可能な信号数と同数の圧電素子に対応する幅となっている。本例において、信号取込み部７は６４ｃｈ分のデータを並列にサンプリング可能とされている。そこで、領域Ａ、領域Ｂ、および領域Ｃの各領域は、６４個の圧電素子に対応した幅となる。
【００３２】
領域選択部４は、上記３つの部分領域のうちの１つを選択するものであり、その選択情報をレーザドライバ１およびプローブ３に通知する。レーザドライバ１は、少なくとも選択された部分領域を含む範囲にパルスレーザ光を照射するようにレーザ光源２を駆動する。一方、プローブ３はマルチプレクサなどを用いて、選択された部分領域に対応する圧電素子３１を信号取込み部７に接続させる。信号取込み部７は、部分領域にパルスレーザ光が照射された後、接続された圧電素子３１が出力する電気信号（音響信号データ）を所定の計測期間にわたって複数回サンプリングし、サンプリングしたデータを素子データメモリ８に格納する。
【００３３】
領域選択部４は、選択した部分領域に対応する圧電素子３１からの音響信号データが素子データメモリ８に格納されると、次の部分領域を選択する。こうして領域選択部４は、生体組織の画像化する範囲すべてが選択されるまで、部分領域を順次選択する。領域選択部４が部分領域を順次選択することで、素子データメモリ８には、プローブ３の全圧電素子３１からの音響信号データが素子データメモリ８に格納される。つまり、領域選択部４が領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃを順次選択し、信号取込み部７が各領域についてＮ回サンプリングすれば、素子データメモリ８には計（１９２×Ｎ）ｃｈ分の音響信号データが格納されることになる。
【００３４】
信号取込み部７は、プローブ３からの電気信号を素子データメモリ８に格納する。信号取込み部７は、プローブ３が出力する上記電気信号を所定の計測期間にわたって複数回サンプリングし、それにより得られたサンプリングデータを素子データメモリ８に格納する。この信号取込み部７は、例えば微小信号を増幅するプリアンプや、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を含んで構成されている。信号取込み部７が、並列に取り込める信号の数つまりｃｈ（チャンネル）数は、プローブ３が有する圧電素子の総数よりも少ない。例えば本実施形態では、プローブ３は一例として１９２個の圧電素子３１を有するのに対して、信号取込み部７が並列に取り込み可能なｃｈ数は６４とされている。
【００３５】
次に図２〜５も参照して、上記構成についてさらに詳しく説明する。図１に示したレーザ光源２は、例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光をその第２高調波つまり波長が５３２ｎｍのレーザ光に変換して出力するＮｄ：ＹＡＧ／ＳＨＧレーザおよび、上記波長５３２ｎｍのレーザ光により励起されて波長７００〜９００ｎｍ程度のレーザ光を発するＴｉ：サファイアレーザの２つの固体レーザから構成されている。光音響画像の取得時、上記Ｎｄ：ＹＡＧ／ＳＨＧレーザは光照射を指令するトリガー信号Ｔを受けるとパルス駆動し、該レーザ光源２から最終的に波長７００〜９００ｎｍ程度のパルスレーザ光Ｌが発せられる。
【００３６】
上記パルスレーザ光Ｌは、ファイバ入力光学系を兼ねる図１の分岐光学系４０（これについては、後に図５を参照して詳述する）を介して、図２に示したプローブ３のバンドルファイバ３０Ｂに入力される。バンドルファイバ３０Ｂは、図３にその入射端面の形状を示す通り、多数のマルチモード光ファイバ３０が束ねられてなるものであり、パルスレーザ光Ｌは略等光量ずつ各光ファイバ３０に入力される。
【００３７】
図２中に示す圧電素子３１は、所定の方向に沿って１次元的に配列されている。バンドルファイバ３０Ｂの各光ファイバ３０の先端部は、上記配列された圧電素子３１の両側方において該素子３１の並び方向に沿って配置され、光ファイバ３０を伝搬して来たパルスレーザ光Ｌを、圧電素子３１の両側方から生体組織に照射する。つまり並設されたそれらの光ファイバ３０の先端部は、光照射部を構成している。なお図２において、光ファイバ３０および圧電素子３１の個数は概略的に示してあり、実際の数の例は先に示した通りである。
【００３８】
本実施形態において上記光照射部は、生体組織の例えば３つの領域Ａ、領域Ｂ、および領域Ｃの各々に対応させて、それぞれ複数の光ファイバ３０から構成されている。すなわち、領域Ａに対応する複数の光ファイバ３０からなる光照射部は、領域Ａの選択時にパルスレーザ光Ｌを少なくとも領域Ａに照射する。また、領域Ｂに対応する複数の光ファイバ３０からなる光照射部は領域Ｂの選択時にパルスレーザ光Ｌを少なくとも領域Ｂに照射し、領域Ｃに対応する複数の光ファイバ３０からなる光照射部は領域Ｃの選択時にパルスレーザ光Ｌを少なくとも領域Ｃに照射する。
【００３９】
プローブ３には、３つの光検出器３３ａ、３３ｂおよび３３ｃが設けられている。これらの光検出器３３ａ〜３３ｃは、図１に示す光照射検出部５に含まれる。光検出器３３ａ〜３３ｃは、パルスレーザ光Ｌが生体組織に照射されたことを検出するもので、このパルスレーザ光Ｌを受光すると光検出信号を出力する。光検出器３３ａ、３３ｂおよび３３ｃはそれぞれ、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃに対応して設けられている。領域Ａに対応する光検出器３３ａは、領域Ａが選択されているときに、該領域Ａにパルスレーザ光Ｌが照射されたことを検出する。領域Ｂおよび領域Ｃに対応する光検出器３３ｂ、３３ｃも同様であり、それぞれの領域の選択時に、各領域にパルスレーザ光Ｌが照射されたことを検出する。
【００４０】
また図４は、プローブ３と信号取込み部７との接続例を示している。プローブ３は前述の通り、１９２ｃｈの圧電素子３１（図２参照）を有している。１９２ｃｈの圧電素子３１に対応する生体組織の領域は、前述したように３つの部分領域（領域Ａ〜Ｃ）からなるものとして考えられる。つまり、１９２ｃｈの圧電素子３１に対応する生体組織の幅が６０ｍｍであるとすると、各部分領域の幅は２０ｍｍとなる。光音響画像化装置１００は、上記２０ｍｍ幅の部分領域への光照射・データ収集を逐次行って、全１９２ｃｈ分のデータを取得する。
【００４１】
信号取込み部７は、例えば６４ｃｈ分のデータを並列にサンプリング可能なＡＤ変換器を含む。マルチプレクサ１２は、プローブ３の圧電素子３１と信号取り込み部７とを選択的に接続する。マルチプレクサ１２は、例えば１９２ｃｈの圧電素子と接続しており、そのうちの６４ｃｈ分を信号取込み部７のＡＤ変換器に選択的に接続する。マルチプレクサ１２は、例えば領域Ａが選択されているときは、領域Ａに対応する部分の６４ｃｈの圧電素子３１を信号取込み部７のＡＤ変換器に接続する。また、マルチプレクサ１２は、領域Ｂが選択されているときは、領域Ｂに対応する部分の６４ｃｈの圧電素子３１を信号取込み部７のＡＤ変換器に接続し、領域Ｃが選択されているときは、領域Ｃに対応する部分の６４ｃｈの圧電素子３１を信号取込み部７のＡＤ変換器に接続する。
【００４２】
領域Ａが選択され、複数の光ファイバ３０からなる光照射部が生体組織の領域Ａにパルスレーザ光Ｌを照射すると、このパルスレーザ光Ｌは生体組織内の散乱により、ある程度の広がりを持って進行する。生体組織内に存在する血液等の吸収体はパルスレーザ光Ｌのエネルギーを吸収し、音響信号（音響波）を発生する。この音響信号が各圧電素子３１で検出されるまでに要する時間は、音響信号発生地点と各圧電素子３１とのＸ方向の位置関係と、音響信号発生地点のＺ方向の位置とに応じて決まる。
【００４３】
上記音響信号を検出するために、マルチプレクサ１２が選択した圧電素子３１が出力する電気信号は、ＡＤ変換器にて所定の計測期間にわたって複数回サンプリングされる。これは他の領域Ｂおよび領域Ｃについても同様であり、各領域に対してパルスレーザ光Ｌが照射され、各領域に対応する圧電素子３１が出力する電気信号が所定の計測期間にわたって複数回サンプリングされ、音響信号が検出される。
【００４４】
ここで、各部分領域に関する処理の流れを考えると、部分領域の選択、前記トリガー信号Ｔの発生、生体組織へのパルスレーザ光照射、生体組織からの音響信号検出、素子データメモリへのデータ格納という流れになる。信号取込み部７における電気信号の取込み開始タイミングつまりサンプリング開始タイミングは、生体組織へパルスレーザ光Ｌが照射されるタイミングに合わせて設定されている。
【００４５】
上記のトリガー信号発生から実際に生体組織へパルスレーザ光Ｌが照射されるまでの時間が、各部分領域毎に異なっていると、各部分領域毎に得られた音響信号データを合成して生成される画像の画質が低下する問題が起きる。光照射検出部５および同期補正処理部６は、この問題を防止するために設けられている。すなわち、光照射検出部５はレーザ光源２から生体組織に光が照射されたことを検出し、また同期補正処理部６は、光照射検出部５が検出した光照射タイミングの差を部分領域間で求め、そのタイミング差に基づいて、素子データメモリ８におけるサンプリングデータの時間軸を部分領域間で補正する。
【００４６】
領域選択部４が全ての部分領域を選択し、プローブ３が有する１９２ｃｈの圧電素子３１それぞれが出力する複数回のサンプリングデータが素子データメモリ８に格納されると、画像構築部９はこの素子データメモリ８からサンプリングデータを読み出し、読み出したデータに基づいて生体組織の断層画像を構築する。画像構築部９は典型的には、信号処理部、位相整合加算部および画像処理部を含んで構成される。画像構築部９における詳細な画像構築手順について詳しい説明は省略するが、その機能は、例えばコンピュータが所定のプログラムに従って動作することで実現可能である。あるいは画像構築部９の機能を、ＤＳＰ（digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などで実現してもよい。
【００４７】
画像構築部９は、構築した断層画像を示す画像データを画像メモリ１０に格納する。画像表示部１１は、画像メモリ１０に格納された画像データに基づいて、上記断層画像を例えば液晶表示画面などに表示する。
【００４８】
ここで、図２に示した複数の光ファイバ３０は、プローブ３の使用を重ねるうちに断線したり、あるいは折損したりする可能性がある。その状態のまま光音響画像化装置１００を使用すれば、先に述べたような不具合を招くことになる。以下、この光ファイバ３０の断線や折損を検知する点について説明する。
【００４９】
図５は、図１に示した分岐光学系４０およびその周辺の構成を詳しく示すものである。ここに示される通り分岐光学系４０は、レーザ光源２から発散光として発せられたパルスレーザ光Ｌを平行光化するコリメーターレンズ４１と、平行光となったパルスレーザ光Ｌの光路に配されたビームスプリッタ４２と、このビームスプリッタ４２を通過したパルスレーザ光Ｌを集光してバンドルファイバ３０Ｂの各光ファイバ３０に入力させる集光レンズ４３とを有している。
【００５０】
光ファイバ３０に入射したパルスレーザ光Ｌが戻り光ＲＬとなってレーザ光源２側に進行した場合、その戻り光ＲＬはビームスプリッタ４２により、レーザ光源２から光ファイバ３０に向かうパルスレーザ光Ｌの光路から分岐され、図５中で下方に進行する。この分岐された戻り光ＲＬは結像レンズ４４に通され、該結像レンズ４４により、バンドルファイバ３０Ｂの入射端面（戻り光ＲＬについては出射端面）の像が光検出器２０上に結像される。なお光検出器２０としては、例えばＣＣＤエリアセンサ等が好適に用いられる。またビームスプリッタ４２としては、透過光量と反射光量との比率が例えば５０：５０のものが用いられるが、光検出器２０により戻り光ＲＬが観察である限り、その比率は例えば９０：１０等とされてもよい。
【００５１】
図６は、上記光検出器２０上に結像される、バンドルファイバ３０Ｂの入射端面（図３参照）の像を概略的に示すものである。図３に示す各光ファイバ３０において断線や折損が無ければ、その部分は図６にＦで示すように暗くなっている。それに対して、断線や折損が生じている光ファイバ３０の部分では、戻り光ＲＬが出射するために、図６にＦ′で示すように明るく観察される。したがって、光検出器２０が検出する光量は、全部の光ファイバ３０が正常である場合と比べて、それらの一部に断線や折損が有る場合はより大となる。
【００５２】
上記光検出器２０は、検出した全光量を示す信号を出力する。この出力信号は、図１に示す故障検知部２１に入力される。故障検知部２１は上記出力信号と、不図示の内部メモリに記憶している光量基準値を示す信号とを比較し、前者が後者を上回った場合は、光ファイバ３０の故障を示す故障検知信号ＳＤを出力する。この故障検知信号ＳＤは画素表示部１１に入力され、画素表示部１１はこの故障検知信号ＳＤを受けると、例えば「プローブの光ファイバに異常が有ります」等の故障を知らせる表示を行う。
【００５３】
装置操作者はこの表示により光ファイバ３０の故障を知り、プローブ３を修理したり、あるいは交換したりすることができるので、故障した光ファイバ３０を含むプローブ３を使用して、不正な光音響画像を取得してしまうことを未然に防止可能となる。なお、上述のように光ファイバの故障を示す表示を行う代わりに、ブザー音を発したり、警報灯を点滅させたりする警報手段を設けてもよい。
【００５４】
なお、上記の光量基準値は、個々の光音響画像化装置１００毎に定められたものであってもよいし、あるいは、例えば共通の仕様や型式のプローブ３を備えた光音響画像化装置毎に共通の値とされたものであってもよい。
【００５５】
次に、本発明の光音響画像化装置において用いられ得る分岐光学系の別の例について、図７および図８を参照して説明する。なおそれらの図において、図１〜６中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００５６】
まず、図７に示す分岐光学系５０は、図５に示した分岐光学系４０と対比すると、ビームスプリッタ４２に代えて偏光ビームスプリッタ５１が設けられ、そしてこの偏光ビームスプリッタ５１と集光レンズ４３との間において、パルスレーザ光Ｌの光路にλ／４板５２が挿入された点が異なるものである。
【００５７】
またレーザ光源２としては、直線偏光したパルスレーザ光Ｌを発するものが用いられている。偏光ビームスプリッタ５１は、その透過軸が、レーザ光源２からバンドルファイバ３０Ｂに向かって進行するパルスレーザ光Ｌの直線偏光の方向と一致する向きに配設されている。そこで、レーザ光源２から発せられて偏光ビームスプリッタ５１に入射したパルスレーザ光Ｌは、該偏光ビームスプリッタ５１を高い透過率で透過する。ここを透過したパルスレーザ光Ｌは、次にλ／４板５２により直線偏光状態から円偏光状態に変換されて、バンドルファイバ３０Ｂに入射する。
【００５８】
上記の構成においても、バンドルファイバ３０Ｂの光ファイバ３０に断線や折損した部分があると、パルスレーザ光Ｌの一部がそれらの部分で反射し、戻り光ＲＬとなってレーザ光源２側に戻る。この戻り光ＲＬは上述のように反射した際に円偏光の向きが反対になるので、λ／４板５２を通過すると、バンドルファイバ３０Ｂに向かうパルスレーザ光Ｌの直線偏光方向と直角な方向に直線偏光したものとなる。そこでこの戻り光ＲＬは偏光ビームスプリッタ５１において図中下方に反射して、結像レンズ４４に入射する。それに続く戻り光ＲＬの検出および、その検出光量に基づく光ファイバ３０の故障検知、並びにその表示は、本例でも既述の通りになされる。
【００５９】
以上の通りの偏光ビームスプリッタ５１およびλ／４板５２を備えた分岐光学系５０によれば、図５に示した分岐光学系４０において発生し得る、ビームスプリッタ４２での光損失を防止することができる。
【００６０】
次に図８に示す分岐光学系６０は、図５に示した分岐光学系４０と対比すると、ビームスプリッタ４２に代えてプリズム６１が設けられ、そしてレーザ光源２が、レンズ４１および４２の図中ほぼ上半分の部分をパルスレーザ光Ｌが進行するように配置された点が異なるものである。なお上記プリズム６１は、レンズ４１および４３の図中ほぼ下半分の部分を通過する戻り光ＲＬを、図中下方に反射させるように配置されている。
【００６１】
プリズム６１で反射した戻り光ＲＬは、結像レンズ４４に入射する。それに続く戻り光ＲＬの検出および、その検出光量に基づく光ファイバ３０の故障検知、並びにその表示は、本例でも既述の通りになされる。
【００６２】
以上の通りのプリズム６１を備えた分岐光学系６０を適用することにより、本例においても、図５に示した分岐光学系４０において発生し得る、ビームスプリッタ４２での光損失を防止することができる。
【００６３】
次に図９および図１０を参照して、本発明の光音響画像化装置に用いられ得る光検出器の別の例について説明する。本例においては図９に示す通り、図５に示したものと同じ分岐光学系４０が用いられている。一方バンドルファイバ３０Ｂにおいては、図１０に正面形状を示すように、パルスレーザ光Ｌが入射し、そして戻り光ＲＬが出射する端面が一列に並んだ状態にして複数の光ファイバ３０が配設されている。
【００６４】
そこで、結像レンズ４４によって結像されるバンドルファイバ３０Ｂの端面の像は、複数の光ファイバ３０の端面が一列に並んだものとなる。つまりそれらの端面からそれぞれ戻り光ＲＬが出射したとすると、それらの戻り光ＲＬは一列に並んだものとなる。光検出器７０としては、これらの戻り光ＲＬの並び方向（例えば図９中の左右方向）に沿って光検出部が延びるラインセンサが適用されている。
【００６５】
上述のようなラインセンサとしては、例えばフォトダイオードアレイ等を好適に用いることができる。その種のラインセンサは、前述したＣＣＤエリアセンサ等と比べればより安価なものであるので、故障検出のためのコストを抑える上で有利なものとなる。
【００６６】
なお、以上説明した実施形態の光音響画像化装置１００においては、複数の光ファイバ３０を有するプローブ３が用いられているが、本発明は、光ファイバを１本だけ有するプローブを備えた光音響画像化装置に対しても適用可能である。その場合も、本発明によれば、その１本の光ファイバの破断や折損を正確に検知可能である。
【００６７】
またレーザ光源としては、上記実施形態で用いられた固体レーザの他、アレキサンドライトレーザ等のその他の固体レーザや、発振波長が最大８００ｎｍ程度のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ、発振波長が最大９００ｎｍ程度のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ等も適用可能である。さらには、半導体レーザを種光源とする光増幅型レーザ光源と光波長変換素子との組み合わせからなるもの、より具体的には、波長１５６０ｎｍ程度のレーザ光を発する半導体レーザと、そのレーザ光を増幅する偏波保存型Ｅｒ（エルビウム）添加光ファイバからなるファイバ増幅器と、そこで増幅された上記レーザ光を波長７８０ｎｍ程度の第２高調波に変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子とからなるもの等も適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１ レーザドライバ
２ レーザ光源
３ プローブ
４ 領域選択部
５ 光照射検出部
６ 同期補正処理部
７ 信号取込み部
８ 素子データメモリ
９ 画像構築部
１０ 画像メモリ
１１ 画像表示部
１２ マルチプレクサ
２０、７０ 光検出器
２１ 故障検知部
３０ 光ファイバ
３０Ｂ バンドルファイバ
３１ 圧電素子
４０、５０、６０ 分岐光学系
４１ コリメーターレンズ
４２ ビームスプリッタ
４３ 集光レンズ
４４ 結像レンズ
５１ 偏光ビームスプリッタ
５２ λ／４板
６１ プリズム
１００ 光音響画像化装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響画像化装置すなわち、生体組織等の被検体に光を照射し、光照射に伴って発生する音響波に基づいて被検体を画像化する装置に関するものである。
【０００２】
また本発明は、その種の光音響画像化装置の故障、より詳しくは該装置のプローブを構成する光ファイバの故障を検知する方法に関するものである。
【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内に照射される。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（音響信号）を発生する。そこで、この音響波を圧電素子等で検出し、その検出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。
【０００４】
そのような光音響画像化装置においては、特許文献１にも記載されているように、光を伝搬させる複数の光ファイバの先端部および、音響波を検出する圧電素子が１次元あるいは２次元に配列されてなるプローブ（探触子）が多く用いられている。その種のプローブにおいては、複数の光ファイバの先端部から被検体に向けてレーザ光等の光が射出され、この光を受けた被検体から発生した音響波が複数の圧電素子によって検出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
上述の光ファイバは、レーザ光源等の光源からプローブまで光を伝搬させるものであるが、プローブの使用を重ねるうちに断線したり、あるいは折損したりする可能性がある。光ファイバがそのような状態になったまま光音響画像を取得すると、断線あるいは折損した光ファイバの近くではその他の部分と比べて、被検体に対する照射光量が低下するので、得られる光音響画像は生体組織の状態を不正に示すものとなってしまう。しかし従来の光音響画像化装置では、このような光ファイバの故障（断線あるいは折損）を正確に検知する対策は施されていなかった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光等の光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバの故障を正確に検知することができる光音響画像化装置の故障検知方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、上記故障検知方法を実施することができる光音響画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による光音響画像化装置の故障検知方法は、
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、前記光ファイバの断線あるいは折損等の故障を検知する方法であって、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、
分岐された戻り光を光検出器により検出し、
この検出された戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知することを特徴とするものである。
【００１１】
この方法においてより具体的には、戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断する。なお、そのような基準値としては、個々の光音響画像化装置毎に定められたものを用いるのが好ましい。
【００１２】
一方、本発明による光音響画像化装置は、
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、
光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、
この分岐光学系により前記光路から分岐された戻り光を検出する光検出器と、
この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知する故障検知手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１３】
なお、上記故障検知手段は、戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断するように構成されるのが望ましい。その場合、上記基準値としては、個々の光音響画像化装置毎に定められて記憶手段に記憶された基準値が好適に用いられる。
【００１４】
また本発明の光音響画像化装置においては、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段がさらに設けられることが好ましい。
【００１５】
あるいは、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す例えば音や光による警報を発する警報手段が設けられてもよい。そのような警報手段は、上記表示手段とともに、あるいは上記表示手段に代えて設けることができる。
【００１６】
また本発明の光音響画像化装置は、光ファイバが複数設けられてバンドルファイバを構成していることを前提として構成されるのが望ましい。
【００１７】
他方、分岐光学系としては、光源から光ファイバに向かう光の光路に挿入されたビームスプリッタを含むものが好適に用いられる。
【００１８】
あるいは、特に光源が直線偏光した光を発するものである場合、分岐光学系としては、光ファイバに向かって進行する光の直線偏光方向に対して透過軸が平行となる向きにして前記光路に挿入された偏光ビームスプリッタおよび、この偏光ビームスプリッタと光ファイバとの間の光路に挿入されたλ／４板を含むものが好適に用いられる。
【００１９】
さらに分岐光学系としては、光源から光ファイバに向かう光の光路に挿入されて戻り光の一部を反射させるプリズムを含むものも好適に用いられる。
【００２０】
また光ファイバが複数、それらの戻り光が出射する端面が一列に並んだ状態にして配設されている場合は、光検出器として、上記複数の光ファイバから各々戻り光が出射したとき、それらの戻り光の並び方向に沿うように光検出部が延びるラインセンサが用いられることが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
プローブを構成する光ファイバに断線や折損が無い場合は、光源から発せられてそこに入射した光が光源側に戻ることはほとんど無い。それに対して、光ファイバに断線や折損した部分が有ると、入射した光がその部分で反射し、戻り光となって光源側に戻る。本発明による光音響画像化装置の故障検知方法はこの点に着目して、光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、分岐された戻り光を光検出器により検出し、この検出された戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知するようにしたので、光ファイバにおける断線や折損の故障を正確に検知可能となる。
【００２２】
なお、戻り光の光量が所定の基準値を上回るかどうかという点を故障の判断基準としておけば、より簡単な構成で故障検知が可能になる。
【００２３】
またそのようにする場合、上記基準値として、個々の光音響画像化装置毎に定められたものを用いれば、プローブの特性が装置毎に異なるような場合でも正確に故障の有無を検知可能となる。
【００２４】
また本発明による光音響画像化装置は、光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、この分岐光学系により分岐された戻り光を検出する光検出器と、この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて光ファイバの故障を検知する故障検知手段とを備えているので、上述した本発明による故障検知方法を実施できるものとなる。
【００２５】
そして本発明の光音響画像化装置において、故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段や、警報を発する警報手段が設けられていれば、装置使用者が故障発生を直ちに知ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態による光音響画像化装置の基本構成を示すブロック図
【図２】図１の装置に用いられたプローブの概略構成を示す斜視図
【図３】図２のプローブが有する光ファイバを示す概略正面図
【図４】プローブと信号取込み部との接続例を示すブロック図
【図５】図１の装置に用いられたプローブの分岐光学系およびその周辺部分を示す概略側面図
【図６】光ファイバから出射する戻り光の状態を説明する説明図
【図７】本発明の光音響画像化装置に用いられる分岐光学系の別の例を示す概略側面図
【図８】本発明の光音響画像化装置に用いられる分岐光学系のさらに別の例を示す概略側面図
【図９】本発明の光音響画像化装置に用いられる光検出器の別の例を示す概略側面図
【図１０】図９の構成の一部を示す概略正面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による光音響画像化装置の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像化装置１００は、レーザドライバ１、レーザ光源２、超音波探触子（プローブ）３、領域選択部４、光照射検出部５、同期補正処理部６、信号取込み部７、素子データメモリ８、画像構築部９、画像メモリ１０、画像表示部１１、光検出器２０、故障検知部２１および分岐光学系４０を有している。
【００２８】
レーザ光源２は、被検体である生体組織に照射するレーザ光を射出するもので、本実施形態ではパルスレーザ光Ｌを発するものが用いられている。レーザドライバ１は、上記レーザ光源２を駆動するものである。
【００２９】
図２に示すようにプローブ３は、複数ｃｈ（チャンネル）の圧電素子３１を有する。それらの圧電素子３１は、生体組織の画像化する範囲に対応させて、例えば１９２個並べて設けられている。このプローブ３は、レーザ光源２から生体組織にパルスレーザ光Ｌが照射されたとき該生体組織内から生じる音響信号（超音波）を圧電素子３１により検出し、その音響信号を電気信号に変換して出力する。
【００３０】
なお、多くの場合光音響画像化装置は、上記圧電素子３１から生体組織に超音波を照射し、生体組織で反射した超音波を圧電素子３１により受信して、超音波画像も取得可能に形成されるが、その点は本発明と直接関係が無いので説明は省略する。
【００３１】
プローブ３の複数の圧電素子３１に対応する範囲、つまり生体組織の画像化される範囲は、互いに重ならない複数の部分領域に分けられている。本実施形態においてこの部分領域は、後に詳述するように例えば領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃの３つとされている。各部分領域の幅は、信号取込み部７が並列にサンプリング可能な信号数と同数の圧電素子に対応する幅となっている。本例において、信号取込み部７は６４ｃｈ分のデータを並列にサンプリング可能とされている。そこで、領域Ａ、領域Ｂ、および領域Ｃの各領域は、６４個の圧電素子に対応した幅となる。
【００３２】
領域選択部４は、上記３つの部分領域のうちの１つを選択するものであり、その選択情報をレーザドライバ１およびプローブ３に通知する。レーザドライバ１は、少なくとも選択された部分領域を含む範囲にパルスレーザ光を照射するようにレーザ光源２を駆動する。一方、プローブ３はマルチプレクサなどを用いて、選択された部分領域に対応する圧電素子３１を信号取込み部７に接続させる。信号取込み部７は、部分領域にパルスレーザ光が照射された後、接続された圧電素子３１が出力する電気信号（音響信号データ）を所定の計測期間にわたって複数回サンプリングし、サンプリングしたデータを素子データメモリ８に格納する。
【００３３】
領域選択部４は、選択した部分領域に対応する圧電素子３１からの音響信号データが素子データメモリ８に格納されると、次の部分領域を選択する。こうして領域選択部４は、生体組織の画像化する範囲すべてが選択されるまで、部分領域を順次選択する。領域選択部４が部分領域を順次選択することで、素子データメモリ８には、プローブ３の全圧電素子３１からの音響信号データが素子データメモリ８に格納される。つまり、領域選択部４が領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃを順次選択し、信号取込み部７が各領域についてＮ回サンプリングすれば、素子データメモリ８には計（１９２×Ｎ）ｃｈ分の音響信号データが格納されることになる。
【００３４】
信号取込み部７は、プローブ３からの電気信号を素子データメモリ８に格納する。信号取込み部７は、プローブ３が出力する上記電気信号を所定の計測期間にわたって複数回サンプリングし、それにより得られたサンプリングデータを素子データメモリ８に格納する。この信号取込み部７は、例えば微小信号を増幅するプリアンプや、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を含んで構成されている。信号取込み部７が、並列に取り込める信号の数つまりｃｈ（チャンネル）数は、プローブ３が有する圧電素子の総数よりも少ない。例えば本実施形態では、プローブ３は一例として１９２個の圧電素子３１を有するのに対して、信号取込み部７が並列に取り込み可能なｃｈ数は６４とされている。
【００３５】
次に図２〜５も参照して、上記構成についてさらに詳しく説明する。図１に示したレーザ光源２は、例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光をその第２高調波つまり波長が５３２ｎｍのレーザ光に変換して出力するＮｄ：ＹＡＧ／ＳＨＧレーザおよび、上記波長５３２ｎｍのレーザ光により励起されて波長７００〜９００ｎｍ程度のレーザ光を発するＴｉ：サファイアレーザの２つの固体レーザから構成されている。光音響画像の取得時、上記Ｎｄ：ＹＡＧ／ＳＨＧレーザは光照射を指令するトリガー信号Ｔを受けるとパルス駆動し、該レーザ光源２から最終的に波長７００〜９００ｎｍ程度のパルスレーザ光Ｌが発せられる。
【００３６】
上記パルスレーザ光Ｌは、ファイバ入力光学系を兼ねる図１の分岐光学系４０（これについては、後に図５を参照して詳述する）を介して、図２に示したプローブ３のバンドルファイバ３０Ｂに入力される。バンドルファイバ３０Ｂは、図３にその入射端面の形状を示す通り、多数のマルチモード光ファイバ３０が束ねられてなるものであり、パルスレーザ光Ｌは略等光量ずつ各光ファイバ３０に入力される。
【００３７】
図２中に示す圧電素子３１は、所定の方向に沿って１次元的に配列されている。バンドルファイバ３０Ｂの各光ファイバ３０の先端部は、上記配列された圧電素子３１の両側方において該素子３１の並び方向に沿って配置され、光ファイバ３０を伝搬して来たパルスレーザ光Ｌを、圧電素子３１の両側方から生体組織に照射する。つまり並設されたそれらの光ファイバ３０の先端部は、光照射部を構成している。なお図２において、光ファイバ３０および圧電素子３１の個数は概略的に示してあり、実際の数の例は先に示した通りである。
【００３８】
本実施形態において上記光照射部は、生体組織の例えば３つの領域Ａ、領域Ｂ、および領域Ｃの各々に対応させて、それぞれ複数の光ファイバ３０から構成されている。すなわち、領域Ａに対応する複数の光ファイバ３０からなる光照射部は、領域Ａの選択時にパルスレーザ光Ｌを少なくとも領域Ａに照射する。また、領域Ｂに対応する複数の光ファイバ３０からなる光照射部は領域Ｂの選択時にパルスレーザ光Ｌを少なくとも領域Ｂに照射し、領域Ｃに対応する複数の光ファイバ３０からなる光照射部は領域Ｃの選択時にパルスレーザ光Ｌを少なくとも領域Ｃに照射する。
【００３９】
プローブ３には、３つの光検出器３３ａ、３３ｂおよび３３ｃが設けられている。これらの光検出器３３ａ〜３３ｃは、図１に示す光照射検出部５に含まれる。光検出器３３ａ〜３３ｃは、パルスレーザ光Ｌが生体組織に照射されたことを検出するもので、このパルスレーザ光Ｌを受光すると光検出信号を出力する。光検出器３３ａ、３３ｂおよび３３ｃはそれぞれ、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃに対応して設けられている。領域Ａに対応する光検出器３３ａは、領域Ａが選択されているときに、該領域Ａにパルスレーザ光Ｌが照射されたことを検出する。領域Ｂおよび領域Ｃに対応する光検出器３３ｂ、３３ｃも同様であり、それぞれの領域の選択時に、各領域にパルスレーザ光Ｌが照射されたことを検出する。
【００４０】
また図４は、プローブ３と信号取込み部７との接続例を示している。プローブ３は前述の通り、１９２ｃｈの圧電素子３１（図２参照）を有している。１９２ｃｈの圧電素子３１に対応する生体組織の領域は、前述したように３つの部分領域（領域Ａ〜Ｃ）からなるものとして考えられる。つまり、１９２ｃｈの圧電素子３１に対応する生体組織の幅が６０ｍｍであるとすると、各部分領域の幅は２０ｍｍとなる。光音響画像化装置１００は、上記２０ｍｍ幅の部分領域への光照射・データ収集を逐次行って、全１９２ｃｈ分のデータを取得する。
【００４１】
信号取込み部７は、例えば６４ｃｈ分のデータを並列にサンプリング可能なＡＤ変換器を含む。マルチプレクサ１２は、プローブ３の圧電素子３１と信号取り込み部７とを選択的に接続する。マルチプレクサ１２は、例えば１９２ｃｈの圧電素子と接続しており、そのうちの６４ｃｈ分を信号取込み部７のＡＤ変換器に選択的に接続する。マルチプレクサ１２は、例えば領域Ａが選択されているときは、領域Ａに対応する部分の６４ｃｈの圧電素子３１を信号取込み部７のＡＤ変換器に接続する。また、マルチプレクサ１２は、領域Ｂが選択されているときは、領域Ｂに対応する部分の６４ｃｈの圧電素子３１を信号取込み部７のＡＤ変換器に接続し、領域Ｃが選択されているときは、領域Ｃに対応する部分の６４ｃｈの圧電素子３１を信号取込み部７のＡＤ変換器に接続する。
【００４２】
領域Ａが選択され、複数の光ファイバ３０からなる光照射部が生体組織の領域Ａにパルスレーザ光Ｌを照射すると、このパルスレーザ光Ｌは生体組織内の散乱により、ある程度の広がりを持って進行する。生体組織内に存在する血液等の吸収体はパルスレーザ光Ｌのエネルギーを吸収し、音響信号（音響波）を発生する。この音響信号が各圧電素子３１で検出されるまでに要する時間は、音響信号発生地点と各圧電素子３１とのＸ方向の位置関係と、音響信号発生地点のＺ方向の位置とに応じて決まる。
【００４３】
上記音響信号を検出するために、マルチプレクサ１２が選択した圧電素子３１が出力する電気信号は、ＡＤ変換器にて所定の計測期間にわたって複数回サンプリングされる。これは他の領域Ｂおよび領域Ｃについても同様であり、各領域に対してパルスレーザ光Ｌが照射され、各領域に対応する圧電素子３１が出力する電気信号が所定の計測期間にわたって複数回サンプリングされ、音響信号が検出される。
【００４４】
ここで、各部分領域に関する処理の流れを考えると、部分領域の選択、前記トリガー信号Ｔの発生、生体組織へのパルスレーザ光照射、生体組織からの音響信号検出、素子データメモリへのデータ格納という流れになる。信号取込み部７における電気信号の取込み開始タイミングつまりサンプリング開始タイミングは、生体組織へパルスレーザ光Ｌが照射されるタイミングに合わせて設定されている。
【００４５】
上記のトリガー信号発生から実際に生体組織へパルスレーザ光Ｌが照射されるまでの時間が、各部分領域毎に異なっていると、各部分領域毎に得られた音響信号データを合成して生成される画像の画質が低下する問題が起きる。光照射検出部５および同期補正処理部６は、この問題を防止するために設けられている。すなわち、光照射検出部５はレーザ光源２から生体組織に光が照射されたことを検出し、また同期補正処理部６は、光照射検出部５が検出した光照射タイミングの差を部分領域間で求め、そのタイミング差に基づいて、素子データメモリ８におけるサンプリングデータの時間軸を部分領域間で補正する。
【００４６】
領域選択部４が全ての部分領域を選択し、プローブ３が有する１９２ｃｈの圧電素子３１それぞれが出力する複数回のサンプリングデータが素子データメモリ８に格納されると、画像構築部９はこの素子データメモリ８からサンプリングデータを読み出し、読み出したデータに基づいて生体組織の断層画像を構築する。画像構築部９は典型的には、信号処理部、位相整合加算部および画像処理部を含んで構成される。画像構築部９における詳細な画像構築手順について詳しい説明は省略するが、その機能は、例えばコンピュータが所定のプログラムに従って動作することで実現可能である。あるいは画像構築部９の機能を、ＤＳＰ（digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などで実現してもよい。
【００４７】
画像構築部９は、構築した断層画像を示す画像データを画像メモリ１０に格納する。画像表示部１１は、画像メモリ１０に格納された画像データに基づいて、上記断層画像を例えば液晶表示画面などに表示する。
【００４８】
ここで、図２に示した複数の光ファイバ３０は、プローブ３の使用を重ねるうちに断線したり、あるいは折損したりする可能性がある。その状態のまま光音響画像化装置１００を使用すれば、先に述べたような不具合を招くことになる。以下、この光ファイバ３０の断線や折損を検知する点について説明する。
【００４９】
図５は、図１に示した分岐光学系４０およびその周辺の構成を詳しく示すものである。ここに示される通り分岐光学系４０は、レーザ光源２から発散光として発せられたパルスレーザ光Ｌを平行光化するコリメーターレンズ４１と、平行光となったパルスレーザ光Ｌの光路に配されたビームスプリッタ４２と、このビームスプリッタ４２を通過したパルスレーザ光Ｌを集光してバンドルファイバ３０Ｂの各光ファイバ３０に入力させる集光レンズ４３とを有している。
【００５０】
光ファイバ３０に入射したパルスレーザ光Ｌが戻り光ＲＬとなってレーザ光源２側に進行した場合、その戻り光ＲＬはビームスプリッタ４２により、レーザ光源２から光ファイバ３０に向かうパルスレーザ光Ｌの光路から分岐され、図５中で下方に進行する。この分岐された戻り光ＲＬは結像レンズ４４に通され、該結像レンズ４４により、バンドルファイバ３０Ｂの入射端面（戻り光ＲＬについては出射端面）の像が光検出器２０上に結像される。なお光検出器２０としては、例えばＣＣＤエリアセンサ等が好適に用いられる。またビームスプリッタ４２としては、透過光量と反射光量との比率が例えば５０：５０のものが用いられるが、光検出器２０により戻り光ＲＬが観察である限り、その比率は例えば９０：１０等とされてもよい。
【００５１】
図６は、上記光検出器２０上に結像される、バンドルファイバ３０Ｂの入射端面（図３参照）の像を概略的に示すものである。図３に示す各光ファイバ３０において断線や折損が無ければ、その部分は図６にＦで示すように暗くなっている。それに対して、断線や折損が生じている光ファイバ３０の部分では、戻り光ＲＬが出射するために、図６にＦ′で示すように明るく観察される。したがって、光検出器２０が検出する光量は、全部の光ファイバ３０が正常である場合と比べて、それらの一部に断線や折損が有る場合はより大となる。
【００５２】
上記光検出器２０は、検出した全光量を示す信号を出力する。この出力信号は、図１に示す故障検知部２１に入力される。故障検知部２１は上記出力信号と、不図示の内部メモリに記憶している光量基準値を示す信号とを比較し、前者が後者を上回った場合は、光ファイバ３０の故障を示す故障検知信号ＳＤを出力する。この故障検知信号ＳＤは画素表示部１１に入力され、画素表示部１１はこの故障検知信号ＳＤを受けると、例えば「プローブの光ファイバに異常が有ります」等の故障を知らせる表示を行う。
【００５３】
装置操作者はこの表示により光ファイバ３０の故障を知り、プローブ３を修理したり、あるいは交換したりすることができるので、故障した光ファイバ３０を含むプローブ３を使用して、不正な光音響画像を取得してしまうことを未然に防止可能となる。なお、上述のように光ファイバの故障を示す表示を行う代わりに、ブザー音を発したり、警報灯を点滅させたりする警報手段を設けてもよい。
【００５４】
なお、上記の光量基準値は、個々の光音響画像化装置１００毎に定められたものであってもよいし、あるいは、例えば共通の仕様や型式のプローブ３を備えた光音響画像化装置毎に共通の値とされたものであってもよい。
【００５５】
次に、本発明の光音響画像化装置において用いられ得る分岐光学系の別の例について、図７および図８を参照して説明する。なおそれらの図において、図１〜６中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００５６】
まず、図７に示す分岐光学系５０は、図５に示した分岐光学系４０と対比すると、ビームスプリッタ４２に代えて偏光ビームスプリッタ５１が設けられ、そしてこの偏光ビームスプリッタ５１と集光レンズ４３との間において、パルスレーザ光Ｌの光路にλ／４板５２が挿入された点が異なるものである。
【００５７】
またレーザ光源２としては、直線偏光したパルスレーザ光Ｌを発するものが用いられている。偏光ビームスプリッタ５１は、その透過軸が、レーザ光源２からバンドルファイバ３０Ｂに向かって進行するパルスレーザ光Ｌの直線偏光の方向と一致する向きに配設されている。そこで、レーザ光源２から発せられて偏光ビームスプリッタ５１に入射したパルスレーザ光Ｌは、該偏光ビームスプリッタ５１を高い透過率で透過する。ここを透過したパルスレーザ光Ｌは、次にλ／４板５２により直線偏光状態から円偏光状態に変換されて、バンドルファイバ３０Ｂに入射する。
【００５８】
上記の構成においても、バンドルファイバ３０Ｂの光ファイバ３０に断線や折損した部分があると、パルスレーザ光Ｌの一部がそれらの部分で反射し、戻り光ＲＬとなってレーザ光源２側に戻る。この戻り光ＲＬは上述のように反射した際に円偏光の向きが反対になるので、λ／４板５２を通過すると、バンドルファイバ３０Ｂに向かうパルスレーザ光Ｌの直線偏光方向と直角な方向に直線偏光したものとなる。そこでこの戻り光ＲＬは偏光ビームスプリッタ５１において図中下方に反射して、結像レンズ４４に入射する。それに続く戻り光ＲＬの検出および、その検出光量に基づく光ファイバ３０の故障検知、並びにその表示は、本例でも既述の通りになされる。
【００５９】
以上の通りの偏光ビームスプリッタ５１およびλ／４板５２を備えた分岐光学系５０によれば、図５に示した分岐光学系４０において発生し得る、ビームスプリッタ４２での光損失を防止することができる。
【００６０】
次に図８に示す分岐光学系６０は、図５に示した分岐光学系４０と対比すると、ビームスプリッタ４２に代えてプリズム６１が設けられ、そしてレーザ光源２が、レンズ４１および４２の図中ほぼ上半分の部分をパルスレーザ光Ｌが進行するように配置された点が異なるものである。なお上記プリズム６１は、レンズ４１および４３の図中ほぼ下半分の部分を通過する戻り光ＲＬを、図中下方に反射させるように配置されている。
【００６１】
プリズム６１で反射した戻り光ＲＬは、結像レンズ４４に入射する。それに続く戻り光ＲＬの検出および、その検出光量に基づく光ファイバ３０の故障検知、並びにその表示は、本例でも既述の通りになされる。
【００６２】
以上の通りのプリズム６１を備えた分岐光学系６０を適用することにより、本例においても、図５に示した分岐光学系４０において発生し得る、ビームスプリッタ４２での光損失を防止することができる。
【００６３】
次に図９および図１０を参照して、本発明の光音響画像化装置に用いられ得る光検出器の別の例について説明する。本例においては図９に示す通り、図５に示したものと同じ分岐光学系４０が用いられている。一方バンドルファイバ３０Ｂにおいては、図１０に正面形状を示すように、パルスレーザ光Ｌが入射し、そして戻り光ＲＬが出射する端面が一列に並んだ状態にして複数の光ファイバ３０が配設されている。
【００６４】
そこで、結像レンズ４４によって結像されるバンドルファイバ３０Ｂの端面の像は、複数の光ファイバ３０の端面が一列に並んだものとなる。つまりそれらの端面からそれぞれ戻り光ＲＬが出射したとすると、それらの戻り光ＲＬは一列に並んだものとなる。光検出器７０としては、これらの戻り光ＲＬの並び方向（例えば図９中の左右方向）に沿って光検出部が延びるラインセンサが適用されている。
【００６５】
上述のようなラインセンサとしては、例えばフォトダイオードアレイ等を好適に用いることができる。その種のラインセンサは、前述したＣＣＤエリアセンサ等と比べればより安価なものであるので、故障検出のためのコストを抑える上で有利なものとなる。
【００６６】
なお、以上説明した実施形態の光音響画像化装置１００においては、複数の光ファイバ３０を有するプローブ３が用いられているが、本発明は、光ファイバを１本だけ有するプローブを備えた光音響画像化装置に対しても適用可能である。その場合も、本発明によれば、その１本の光ファイバの破断や折損を正確に検知可能である。
【００６７】
またレーザ光源としては、上記実施形態で用いられた固体レーザの他、アレキサンドライトレーザ等のその他の固体レーザや、発振波長が最大８００ｎｍ程度のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ、発振波長が最大９００ｎｍ程度のＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ等も適用可能である。さらには、半導体レーザを種光源とする光増幅型レーザ光源と光波長変換素子との組み合わせからなるもの、より具体的には、波長１５６０ｎｍ程度のレーザ光を発する半導体レーザと、そのレーザ光を増幅する偏波保存型Ｅｒ（エルビウム）添加光ファイバからなるファイバ増幅器と、そこで増幅された上記レーザ光を波長７８０ｎｍ程度の第２高調波に変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子とからなるもの等も適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１ レーザドライバ
２ レーザ光源
３ プローブ
４ 領域選択部
５ 光照射検出部
６ 同期補正処理部
７ 信号取込み部
８ 素子データメモリ
９ 画像構築部
１０ 画像メモリ
１１ 画像表示部
１２ マルチプレクサ
２０、７０ 光検出器
２１ 故障検知部
３０ 光ファイバ
３０Ｂ バンドルファイバ
３１ 圧電素子
４０、５０、６０ 分岐光学系
４１ コリメーターレンズ
４２ ビームスプリッタ
４３ 集光レンズ
４４ 結像レンズ
５１ 偏光ビームスプリッタ
５２ λ／４板
６１ プリズム
１００ 光音響画像化装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、前記光ファイバの故障を検知する方法であって、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、
分岐された戻り光を光検出器により検出し、
この検出された戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知することを特徴とする光音響画像化装置の故障検知方法。
【請求項２】
前記戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断することを特徴とする請求項１記載の光音響画像化装置の故障検知方法。
【請求項３】
前記基準値が、個々の光音響画像化装置毎に定められたものであることを特徴とする請求項２記載の光音響画像化装置の故障検知方法。
【請求項４】
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、
この分岐光学系により前記光路から分岐された戻り光を検出する光検出器と、
この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知する故障検知手段とが設けられたことを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項５】
前記故障検知手段が、前記戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断するものであることを特徴とする請求項４記載の光音響画像化装置。
【請求項６】
前記故障検知手段が、前記基準値として、個々の光音響画像化装置毎に定められて記憶手段に記憶された基準値を用いるものであることを特徴とする請求項５記載の光音響画像化装置。
【請求項７】
前記故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段が設けられたことを特徴とする請求項４から６いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項８】
前記故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す警報を発する警報手段が設けられたことを特徴とする請求項４から６いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項９】
前記光ファイバが複数設けられてバンドルファイバを構成していることを特徴とする請求項４から８いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１０】
前記分岐光学系が、前記光路に挿入されたビームスプリッタを含むものであることを特徴とする請求項４から９いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１１】
前記光源が、直線偏光した光を発するものであり、
前記分岐光学系が、前記光ファイバに向かって進行する光の直線偏光方向に対して透過軸が平行となる向きにして前記光路に挿入された偏光ビームスプリッタおよび、この偏光ビームスプリッタと前記光ファイバとの間の前記光路に挿入されたλ／４板を含むものであることを特徴とする請求項４から９いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１２】
前記分岐光学系が、前記光路に挿入されて前記戻り光の一部を反射させるプリズムを含むものであることを特徴とする請求項４から９いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１３】
前記光ファイバが複数、それらの前記戻り光が出射する端面が一列に並んだ状態にして配設され、
前記光検出器として、前記複数の光ファイバから各々戻り光が出射した場合、それらの戻り光の並び方向に沿うように光検出部が延びるラインセンサが用いられていることを特徴とする請求項４から１２いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１】
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、前記光ファイバの故障を検知する方法であって、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐し、
分岐された戻り光を光検出器により検出し、
この検出された戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知することを特徴とする光音響画像化装置の故障検知方法。
【請求項２】
前記戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断することを特徴とする請求項１記載の光音響画像化装置の故障検知方法。
【請求項３】
前記基準値が、個々の光音響画像化装置毎に定められたものであることを特徴とする請求項２記載の光音響画像化装置の故障検知方法。
【請求項４】
被検体に照射する光を発する光源および、前記光を被検体に向けて伝搬させる光ファイバを有するプローブを備えた光音響画像化装置において、
前記光ファイバに入射してから光源側に戻る戻り光を、光源から光ファイバに向かう光の光路から分岐させる分岐光学系と、
この分岐光学系により前記光路から分岐された戻り光を検出する光検出器と、
この光検出器が検出した戻り光の光量に基づいて前記光ファイバの故障を検知する故障検知手段とが設けられたことを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項５】
前記故障検知手段が、前記戻り光の光量が所定の基準値を上回った場合、光ファイバが故障していると判断するものであることを特徴とする請求項４記載の光音響画像化装置。
【請求項６】
前記故障検知手段が、前記基準値として、個々の光音響画像化装置毎に定められて記憶手段に記憶された基準値を用いるものであることを特徴とする請求項５記載の光音響画像化装置。
【請求項７】
前記故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す表示を行う表示手段が設けられたことを特徴とする請求項４から６いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項８】
前記故障検知手段が光ファイバの故障を検知したとき、その故障を示す警報を発する警報手段が設けられたことを特徴とする請求項４から６いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項９】
前記光ファイバが複数設けられてバンドルファイバを構成していることを特徴とする請求項４から８いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１０】
前記分岐光学系が、前記光路に挿入されたビームスプリッタを含むものであることを特徴とする請求項４から９いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１１】
前記光源が、直線偏光した光を発するものであり、
前記分岐光学系が、前記光ファイバに向かって進行する光の直線偏光方向に対して透過軸が平行となる向きにして前記光路に挿入された偏光ビームスプリッタおよび、この偏光ビームスプリッタと前記光ファイバとの間の前記光路に挿入されたλ／４板を含むものであることを特徴とする請求項４から９いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１２】
前記分岐光学系が、前記光路に挿入されて前記戻り光の一部を反射させるプリズムを含むものであることを特徴とする請求項４から９いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１３】
前記光ファイバが複数、それらの前記戻り光が出射する端面が一列に並んだ状態にして配設され、
前記光検出器として、前記複数の光ファイバから各々戻り光が出射した場合、それらの戻り光の並び方向に沿うように光検出部が延びるラインセンサが用いられていることを特徴とする請求項４から１２いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１０３３７（Ｐ２０１２−２１０３３７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７５８２（Ｐ２０１１−７７５８２）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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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