超音波プローブ
【課題】十分な光量で、広い照明エリアに光を照射する。
【解決手段】光ファイバ２１は、光源から出射した光を超音波プローブ１０まで導光する。導光板１１は、光ファイバ２１と光学的に結合された光入射端から超音波振動子の近傍に配置された光出射端まで光を導光する。導光板１１は、光入射端を含む第１の導光部と、光出射端を含む第２の導光部とを有数する。第１の導光部は、ガラスで形成され、入射された光を拡大させる。第２の導光部は、樹脂材料で形成され、光出射端から被検体に向けて光を照射する。
【解決手段】光ファイバ２１は、光源から出射した光を超音波プローブ１０まで導光する。導光板１１は、光ファイバ２１と光学的に結合された光入射端から超音波振動子の近傍に配置された光出射端まで光を導光する。導光板１１は、光入射端を含む第１の導光部と、光出射端を含む第２の導光部とを有数する。第１の導光部は、ガラスで形成され、入射された光を拡大させる。第２の導光部は、樹脂材料で形成され、光出射端から被検体に向けて光を照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブに関し、更に詳しくは、光音響イメージングに用いられる超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波プローブ（探触子）を用いる。超音波プローブから被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波プローブでその反射音波を受信し、反射超音波が超音波プローブに戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
【０００３】
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。
【０００４】
光音響イメージングでは、パルスレーザ光をレーザ光源から超音波プローブまで導光し、超音波プローブに設けられた光照射部からパルスレーザ光を照射することがある。光照射部を有する超音波プローブは、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１では、複数の光ファイバを用いて、レーザ光源からの光を超音波プローブまで導光する。各光ファイバの出力端は、被検体に光を照射する光照射部を構成する。特許文献１では、超音波の送信及び／又は検出を行う複数の超音波振動子が所定の配列間隔をあけて一次元的に配列されており、光照射部である各ファイバの出力端は、隣接する超音波振動子間の隙間に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、光ファイバの出力端から被検体に光を照射している。光ファイバ出射端は細く、そこに光が集中するため、光ファイバ出射端における光のエネルギー密度は高くなる。特許文献１において、生体に対する安全基準（例えば波長５００ｎｍの光で20mJ/cm2）を満たしたエネルギー密度で光照射を行うためには、照射する光の量を少なくせざるを得ない。特許文献１では光ファイバ１本当たりの光量が限られるため、安全基準を満たしつつ、十分な光量で光照射を行うためには、光ファイバの本数を増加させる必要がある。また、特許文献１では光ファイバが所定の間隔を隔てて配列されており、光ファイバの直下と隣接する光ファイバの間とで照射される光にムラができるため、照明すべきエリアに均一に光を照射できない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、十分な光量で、広い照明エリアに光を照射できる照明系を有する超音波プローブ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、所定方向に沿って配列された複数の超音波振動子と、光源から出射した光をプローブ本体まで導光する光ファイバと、前記光ファイバと光学的に結合された光入射端から前記超音波振動子の近傍に配置された光出射端まで光を導光する導光手段とを備え、前記導光手段が、前記光入射端を含み、該光入射端から前記光出射端側に向けて光を導光する第１の導光部であって、ガラス材料で形成され、前記光入射端における入射光の断面積に比して前記第１の導光部の出射端での光の断面積を拡大させる第１の導光部と、前記光出射端を含み、前記第１の導光部により導光された光を前記光出射端まで導光する第２の導光部であって、樹脂材料で形成され、前記光出射端から被検体に向けて光を照射する第２の導光部とを有することを特徴とする超音波プローブを提供する。
【０００９】
本発明では、前記第１の導光部が、テーパー状に形成された導光路を含む構成とすることができる。
【００１０】
本発明では、前記第１の導光部が、少なくとも、前記入射光の前記光入射端での前記所定方向の幅に比して、導光された光の前記第１の導光部の出射端での前記所定方向の幅を拡大させる構成を採用できる。
【００１１】
本発明では、前記第２の導光部が、前記超音波振動子内側方向に湾曲している構成を採用できる。
【００１２】
あるいは、前記導光手段が、超音波振動子の超音波検出面に対して所定の角度で傾けて配置されてもよい。
【００１３】
本発明の超音波プローブは、前記光ファイバ及び前記導光手段を複数備えることができる。その場合、前記複数の導光手段が、前記所定方向に沿って並べられる構成とすることができる。これに代えて、又は加えて、複数の導光手段が、前記所定方向とは直交する方向に前記超音波振動子を挟んで対向するように配置されていてもよい。
【００１４】
あるいは、１つの導光手段の光入射端に、前記所定方向に沿って並べられた複数の光ファイバを光学的に結合することとしてもよい。その場合に、プローブ内に導光手段を２つ設け、２つの導光手段が前記超音波振動子を挟んで対向するように配置してもよい。
【００１５】
前記導光手段には、平板状のコアを平面クラッドで挟み込んだスラブ型の導光板を用いることができる。または、光透過性を有する光透過部分と、該光透過部分を挟み込むように形成された反射部材とを含む導光手段を用いてもよい。
【００１６】
本発明の超音波プローブでは、前記光入射端から前記第１の導光部と第２の導光部との境界までの距離が８ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明の超音波プローブは、光及び超音波を透過するアダプタであって、前記超音波振動子の超音波検出面及び前記導光手段の光出射端を覆うように超音波プローブに取り付けられたアダプタを更に備えていてもよい。
【００１８】
本発明の超音波プローブが、前記光出射端の光出射側に光を拡散させる拡散板を更に有する構成を採用することもできる。
【００１９】
あるいは、前記第２の導光部の光出射側の端面、及び、前記第１の導光部との境界部分の端面のうちの少なくとも一方に、光を拡散させる拡散面が形成してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の超音波プローブでは、プローブ本体まで光を導光する光ファイバの出射端に導光手段を結合させ、導光手段を用いて超音波振動子の近傍まで光を導光し、そこから被検体に向けて光を照射する。導光手段は、第１の導光部と第２の導光部とを含む。第１の導光部で、光の断面積を光入射端における光の断面積よりも拡大することで、光ファイバの出射端から光照射を行う場合に比して、広い面積の光出射端から広いエリアに光照射を行うことができる。また、光入射端における光のエネルギー密度に比して、出射側での光のエネルギー密度を下げることができる。このため、光ファイバの出射端から被検体に対する光照射を行う場合に比して、光ファイバに入射する光の量を増やすことができ、安全基準を満しつつ、十分な光量で光照射を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の超音波プローブを含む光音響画像診断装置を示すブロック図。
【図２】（ａ）は、超音波プローブの側面方向の断面図、（ｂ）は、超音波プローブの正面方向の断面図。
【図３】側面方向から見た導光板を示す図。
【図４】導光板の変形例を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態の超音波プローブに用いられる導光板の斜視図。
【図６】第１の導光部と第２の導光部の境界面における光の分布を示す分布画像。
【図７】第１の導光部の長さと境界面における光のエネルギー密度の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の第３実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図。
【図９】本発明の第４実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図。
【図１０】本発明の第５実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。図１は、本発明の第１実施形態の超音波プローブ（超音波探触子）を含む光音響画像診断装置を示す。光音響画像診断装置は、超音波プローブ１０、光源ユニット３１、及び超音波ユニット３２を備える。超音波プローブ１０は、被検体に光を照射する光照射部と、少なくとも被検体からの超音波が検出可能な超音波振動子とを有する。光源ユニット３１は、例えばパルスレーザ光を生成するレーザユニットであり、超音波プローブ１０から被検体に対して照射すべき光を生成する。超音波ユニット３２は、超音波プローブ１０が検出した超音波信号に基づいて、光音響画像の生成を行う。
【００２３】
超音波プローブ１０は、例えば複数の超音波振動子が所定方向に配列されたアレイ部と、操作者がプローブを使用する際に握る握り部とを有している。超音波振動子の配列は、一次元的配列でも、二次元的配列でもよい。超音波プローブ１０は、光ファイバ２１を介して光源ユニット３１と接続される。光ファイバ２１は、例えば複数本の光ファイバを含む。光源ユニット３１で生成されたパルスレーザ光は、光ファイバ２１により超音波プローブ１０に導光され、超音波プローブ１０の光照射部から被検体に照射される。また、超音波プローブ１０は、電気ケーブル２２を介して超音波ユニット３２と接続される。超音波プローブ１０が検出した超音波信号は、電気ケーブル２２により超音波ユニット３２に伝送され、超音波ユニット３２で処理される。
【００２４】
図２（ａ）は、超音波プローブ１０の側面方向の断面図であり、（ｂ）は、正面方向の断面図である。なお、図２では、電気ケーブル２２を省略して図示している。同図（ａ）に示すように、超音波プローブ１０は、被検体と接触する側の面に超音波振動子１２を有している。超音波振動子１２の両脇には、導光路又は導波路を形成する導光板（導光手段）１１ａ、１１ｄが配置される。導光板１１ａの光入射端は光ファイバ２１ａと光学的に結合され、導光板１１ｄの光入射端は光ファイバ２１ｄと光学的に結合される。光ファイバ２１ａ、２１ｄには、例えば石英ファイバや中空ファイバを用いることができる。光ファイバ２１ａ、２１ｄに、複数本の光ファイバが束ねられたバンドルファイバを用いることもできる。
【００２５】
導光板１１ａ、１１ｄの光入射端とは反対側の面は、光出射端を構成する。光出射端は、超音波振動子の近傍に配置される。導光板１１ａ、１１ｄは、光入射端から入射された光を光出射端まで導光する。導光板１１ａ、１１ｄは、例えば平板状のコアを平面クラッドで挟み込んだスラブ型の導光板である。コアとクラッドは屈折率が異なり、境界面で全反射を起こして光はほぼロスなく進行する。あるいは、平板状のコアに反射膜をコートして導波しても良いし、空気との屈折率差による全反射で光を導波してもよい。導光板１１ａ、１１ｄの両面に反射シートを貼り付けてもよい。導光板１１ａ、１１ｄの光出射端には、光拡散板１３が設けられる。光拡散板１３の光出射面が、超音波プローブ１０の光照射部を構成する。
【００２６】
導光板１１ａと導光板１１ｄとは、超音波振動子１２を挟んで、超音波振動子１２が配列された方向とは直交する方向に対向している。図２（ｂ）に示すように、超音波振動子１２の導光板１１ａが配置される側には、導光板１１ａを含めた３つの導光板１１ａ〜１１ｃが配置される。導光板１１ａ〜１１ｃは、超音波振動子１２が配列された方向に沿って並べられる。光ファイバ２１ｂは導光板１１ｂと光学的に結合され、光ファイバ２１ｃは導光板１１ｃと光学的に結合される。図２（ｂ）においては図示されていないが、超音波振動子１２の導光板１１ｄが配置される側にも、導光板１１ｄを含めた３つの導光板が配置される。それら３つの導光板も、超音波振動子１２が配列された方向に沿って並べられ、対応する光ファイバが光学的に結合される。
【００２７】
図３は、導光板１１を示す。図３では、導光板１１を側面方向（図２（ａ）と同じ方向）から見た図で示している。導光板１１は、光入射端５１を含む第１の導光部４１と、光出射端５２を含む第２の導光部４２とを有する。第１の導光部４１は、光入射端５１から入射された光を、光入射端５１から光出射端５２側に向けて導光する。第２の導光部４２は、第１の導光部４１により導光された光を光出射端５２まで導光する。
【００２８】
第１の導光部４１は、ガラス材料で形成される。第１の導光部４１は、例えばテーパー形状に形成された導光路を含む。第１の導光部４１は、光入射端５１における入射光の断面積に比して、第１の導光部４１の出射端での光の断面積を拡大させる。第１の導光部４１は、例えば、少なくとも、光入射端５１での入射光の超音波振動子の配列方向の幅に比して、導光された光の第１の導光部４１の出射端での超音波振動子の配列方向の幅を拡大させる。一方、第２の導光部４２は、樹脂材料、例えばアクリルで形成される。第２の導光部４２は、光出射端５２から被検体に向けて光を照射する。
【００２９】
光源ユニット３１（図１）から出射した光は、光ファイバ２１を通り、超音波プローブ１０まで導光される。光ファイバ２１は複数の光ファイバを含んでおり、各光ファイバは、対応する導光板１１の光入射端５１（図３）と光学的に結合される。光入射端５１から導光板１１に入射した光は、導光板１１に入射した光は、テーパー状に形成された第１の導光部４１を、光の範囲を拡大させながら進行する。第１の導光部４１を通過した光は第２の導光部４２に入射し、光出射端５２まで導光される。導光された光は、光出射端５２から、光拡散板１３（図２）を介して被検体に照射される。
【００３０】
本実施形態では、光ファイバの出射端からそのまま被検体に向けて光を照射するのに代えて、プローブ本体まで光を導光する光ファイバの出射端に導光板１１を結合させ、導光板１１を用いて超音波振動子の近傍まで光を導光し、そこから被検体に向けて光を照射する。導光板１１は、第１の導光部４１と第２の導光部４２とを含んでいる。第１の導光部４１で、光の断面積を光入射端５１における光の断面積よりも拡大することで、光ファイバの出射端から光照射を行う場合に比して、広い面積から光照射を行うことができる。また、光照射面積が広がった分だけ、光入射端５１における光のエネルギー密度に比して、出射側での光のエネルギー密度を下げることができる。このため、光ファイバの出射端から被検体に対する光照射を行う場合に比して、光ファイバに入射する光の量を増やすことができ、安全基準を満しつつ、十分な光量で光照射を行うことができる。
【００３１】
本実施形態では、導光板１１により、超音波振動子１２が配列された方向に光の幅を広げている。導光板１１を用いずに光ファイバから光を照射したとすると、光は超音波振動子１２の配列方向に離散的に照射されることになるため、光ファイバの直下は光が多く照射される一方で、隣接する光ファイバの間はあまり光が照射されない。本実施形態では、超音波振動子１２が配列された方向に光の幅を広げているため、１本の光ファイバから超音波振動子１２の配列方向の広い範囲に光を照射することができる。このため、光ファイバから直接光照射を行う場合に比べて、超音波振動子１２の配列方向の照明ムラを解消でき、広い照明エリアにほぼ均一に光を照射できる。
【００３２】
ここで、光出射端５２から出射する光の量を増加させるためには、光ファイバにより多くの光を入射する必要があり、光ファイバの出射端及び光入射端５１でのエネルギー密度が高くなる。この部分でのエネルギー密度が高くなると、光入射端５１が損傷するおそれが出てくる。そこで、本実施形態では、光入射端５１を含む第１の導光部４１をガラス材料で形成している。ガラスを用いることで、光入射端５１に高いエネルギー密度で光が入射したときでも、光入射端５１（第１の導光部４１）の損傷を防ぐことができる。一方、本実施形態では、第２の導光部４２を樹脂材料で形成している。樹脂材料は加工が容易であるという利点がある。
【００３３】
図４（ａ）及び（ｂ）は、導光板１１の変形例を示している。図４（ａ）は、導光板１１を側面方向（図２（ａ）と同じ方向）から見た図で示し、図４（ｂ）は、導光板１１を正面方向（図２（ｂ）と同じ方向）から見た図で示している。図４（ａ）に示すように、この例では、第２の導光部４２は湾曲している。また、図４（ｂ）に示すように、第２の導光部４２は、光出射端５２に向けて、超音波振動子の配列方向に光を拡大させる。この場合、図２（ｂ）に示すように第２の導光部４２を直線状（長方形の板状）に形成する場合に比して、光出射端５２での光の均一性を向上できる効果が期待できる。光入射端５１を含む第１の導光部４１は図３と同様である。
【００３４】
図４に示す導光板１１の第２の導光部４２は、例えば全反射を満たす範囲で、超音波振動子１２の内側方向に湾曲している。図２（ａ）に示すように、超音波振動子１２のサイドから被検体に向けて光を照射する場合、特に超音波振動子１２の直下に光が届きにくいことがある。図４に示すような、超音波振動子内側方向に湾曲した導光板１１を用い、光出射端５２から斜め方向に光が出射させることで、超音波振動子１２のサイドに配置した導光板１１から、超音波振動子１２の直下に対して光を照射しやすくなる。第２の導光部４２は、樹脂で形成されているため、このような３次元的な加工も容易である。
【００３５】
なお、図２（ａ）及び（ｂ）では、光ファイバと導光板との組を複数配置したが、光ファイバ及び導光板は、必ずしも複数配置される必要はない。例えば、１本の光ファイバで光源ユニット３１（図１）から超音波プローブ１０まで光を導光し、超音波プローブ１０内に、超音波振動子１２が配列された範囲に光の幅を広げる導光板１１を１つ設けてもよい。また、複数の導光板は、必ずしも超音波振動子１２の両側に配置されている必要はない。例えば超音波振動子１２の一方の側に、超音波振動子１２の配列方向に沿って複数の導光板１１を並べ、超音波振動子１２の片方の側から光照射を行うことも可能である。
【００３６】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、本発明の第２実施形態の超音波プローブで用いられる導光板を示している。本実施形態における導光板６０も、第１実施形態における導光板１１と同様に、ガラスで形成された第１の導光部６１と、樹脂で形成された第２の導光部６２とを有する。第１実施形態では、例えば３本の光ファイバ２１ａ〜２１ｃに対して、３つの導光板１１ａ〜１１ｃ（図２（ｂ））を対応させていた。これに対し、本実施形態では、１つの導光板６０の光入射端に、複数の光ファイバ２１を光学的に結合させる。
【００３７】
図５において、導光板６０の長手方向は、超音波振動子１２（図２（ａ）及び（ｂ））が配列された方向に対応している。４本の光ファイバ２１は、超音波振動子の配列方向に沿って、例えば等間隔で並べられており、それら４本の光ファイバ２１が、導光板６０の光入射端に光学的に結合されている。超音波プローブが、導光板６０を２つ備え、それら２つの導光板が超音波振動子を挟んで対向するように配置されていてもよい。
【００３８】
導光板６０（第１の導光部６１及び第２の導光部６２）は、例えば直方体形状に形成される。第１の導光部６１の光を導光する方向の長さをＡとし、第２の導光部６２の光を導光する方向の長さをＢとする。第１の導光部６１は、入射端側から入射した光を、光の断面積を拡大させつつ第２の導光部６２側に導光する。例えば第１の導光６１の長さが１１ｍｍであり、光ファイバ２１のファイバコア径が０．３ｍｍで、ファイバ出射光がＮＡ（開口数）０．２２相当であるとすると、第１の導光部６１は、光の断面積をφ０．３ｍｍ＝７×１０−４ｃｍ２からφ２．８ｍｍ＝０．０６２ｃｍ２まで拡大させる。第２の導光部６２は、第１の導光部６１により導光された光を、超音波振動子近傍の光出射端まで導光する。
【００３９】
図６は、第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界部分における光の分布画像を示す。導光板６０として、横４０ｍｍ×縦３ｍｍの断面をもつ導光板を考える。光ファイバ２１のファイバコア径は０．３ｍｍで、ファイバ出射光はＮＡ（開口数）０．２２相当であるとする。また、第１の導光部６１の屈折率は、１．４５程度であるとする。図６は、第１の導光部６１の長さＡが１２ｍｍのときの光の分布画像、言い換えれば、導光板６０の光入射端から１２ｍｍだけ離れた断面における光の分布を示している。分布画像において、黒い部分は光が弱い部分に対応し、白い部分は光が強い部分に対応している。
【００４０】
図７は、光入射端からの距離と光のエネルギー密度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、光入射端から第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界面まで距離、つまり、第１の導光部６１の長さを表す。縦軸は、第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界部分の断面における光のエネルギー密度の最大値（例えば１ｍｍ×１ｍｍの領域における平均エネルギー密度が最も高い部分におけるエネルギー密度）を表す。ファイバへの入力エネルギーとして、１２．５ｍＪと１０ｍＪの２つを考えた。図７を参照すると、第１の導光部６１の長さが短いほど、エネルギー密度の最大値が大きくなることがわかる。これは、第１の導光部６１の長さが短いほど、光の断面積が狭いためである。
【００４１】
ここで、第２の導光部６２に入射する光のエネルギー密度が高すぎると、第２の導光部６２を構成する樹脂、例えばポリカーボネートが損傷を受けるおそれがある。ポリカーボネートの耐熱基準（温度など）や実験結果などから、１８０ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギー密度の光が入射すると、樹脂が損傷することがわかっている。図７を参照すると、第１の導光部６１の長さが、光ファイバへの入力エネルギーが１２．５ｍＪの場合で１１ｍｍ、光ファイバへの入力エネルギーが１０ｍＪの場合で８ｍｍよりも短いと、第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界部分でエネルギー密度が１８０ｍＪ／ｃｍ２（しきい値レベル）を超えるところが現れる。実用的に光ファイバに入力可能なエネルギーは１０ｍＪ程度であることから、第１の導光部６１の長さは８ｍｍ以上が望ましい。第２の導光部６２の長さに関しては、測定対象などに応じて適宜選択すればよく、特に制限はない。
【００４２】
本実施形態では、１つの導光板６０に対して複数の光ファイバを結合させる。このようにする場合でも、導光板６０がガラスで形成された第１の導光部６１と樹脂で形成された第２の導光部６２とを含むことにより、第１実施形態と同様な効果が得られる。また、第１の導光部６１の長さを８ｍｍ以上とすることで、第２の導光部６２に入射する光のエネルギー密度をしきい値レベルよりも低くすることができ、第２の導光部６２の損傷を防ぐことができる。
【００４３】
続いて、本発明の第３実施形態を説明する。図８は、本発明の第３実施形態の超音波プローブの側面方向の断面を示す。超音波プローブ１０は、超音波振動子１２を挟んで対向する２つの導光板７０を備える。導光板７０は、ガラスで形成された第１の導光部７１と樹脂で形成された第２の導光部７２とを有する。第１の導光部７１は、図３に示す第１の導光部４１又は図５に示す第１の導光部６１に対応する。また、第２の導光部７２は、図３に示す第２の導光部４２又は図５に示す第２の導光部６２に対応する。第２の導光部７２は、超音波振動子方面に湾曲している。
【００４４】
本実施形態では、超音波プローブ１０は、樹脂ゲルアダプタなどのアダプタ１４を更に備える。アダプタ１４は、光透過性を有すると共に、超音波透過性も有する。アダプタ１４は、超音波振動子１２の超音波検出面、及び、導光板７０の光出射面を覆うように超音波プローブ１０に取り付けられる。導光板７０によって導光された光は、アダプタ１４を介して、被検体に照射される。アダプタ１４を用いることで、光を照射しにくい超音波振動子直下の領域に、より光を照射しやすくなる。その他の点は、第１又は第２実施形態と同様である。
【００４５】
引き続いて、本発明の第４実施形態を説明する。図９は、本発明の第４実施形態の超音波プローブの側面方向の断面を示す。超音波プローブ１０は、超音波振動子１２を挟んで対向する２つの導光板８０を備える。導光板８０は、ガラスで形成された第１の導光部８１と樹脂で形成された第２の導光部８２とを有する。第１の導光部８１は、図３に示す第１の導光部４１又は図５に示す第１の導光部６１に対応する。また、第２の導光部８２は、図３に示す第２の導光部４２又は図５に示す第２の導光部６２に対応する。
【００４６】
第２の導光部８２の光出射側の端面には、光拡散面が形成されている。例えば第２の導光部８２の光出射側の端面は、光を拡散させるための凹凸が形成されている。光出射側に代えて、又はこれに加えて、第２の導光部６２の光入射側（第１の導光部８１との境界側）の端面に光拡散面を形成してもよい。第２の導光部６２に光を拡散する機能を持たせることで、光拡散板１３（図２）を別途に設ける必要がなくなる。
【００４７】
また、本実施形態では、第２の導光部を超音波振動子内側方向に湾曲させるのに代えて、導光板８０を、導光板８０から出射した光が超音波振動子１２の内側方向に向けて進行するように、超音波振動子１２の超音波検出面に対して所定の角度で傾けて配置している。このように傾けて配置することで、導光板８０の光出射面から超音波振動子１２の直下方向に光を出射することができる。
【００４８】
次に、本発明の第５実施形態を説明する。図１０は、本発明の第５実施形態の超音波プローブの側面方向の断面を示す。超音波プローブ１０は、超音波振動子１２を挟んで対向する２つの導光板９０を備える。導光板９０は、ガラスで形成された第１の導光部９１と樹脂で形成された第２の導光部９２とを有する。第１の導光部９１は、図３に示す第１の導光部４１又は図５に示す第１の導光部６１に対応する。また、第２の導光部９２は、図３に示す第２の導光部４２又は図５に示す第２の導光部６２に対応する。第２の導光部６２の光入射側及び光出射側の端面のうちの少なくとも一方に、拡散面が形成されていてもよい。
【００４９】
導光板９０は、光透過性を有する光透過部分と、光透過部分を挟み込むように形成された反射部材とを含む。図１０においては、第１の導光部９１が光透過部分に対応し、反射膜９３が反射部材に対応する。反射膜９３には、無機材料やアルミニウムなどを用いることができる。図１０では、第１の導光部９１に対して反射膜９３を設けているが、第２の導光部９２に対して反射膜９３を設ける構成も可能である。コアとなる光透過部分を反射膜９３で挟み込むのに代えて、コアとなる光透過部分を、それよりも屈折率が低い材料で挟み込むこと構成とすることも可能である。低屈折材料にはサイトップなどの有機材料を用いることができる。そのような構成でも、光ファイバ側から入射した光が導光板側面から漏れ出ることを防ぐことができる。
【００５０】
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、本発明の超音波プローブは、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】
【００５１】
１０：超音波プローブ
１１：導光板
１２：超音波振動子
１３：光拡散板
１４：アダプタ
２１：光ファイバ
２２：電気ケーブル
３１：光源ユニット
３２：超音波ユニット
４１：第１の導光部
４２：第２の導光部
５１：光入射端
５２：光出射端
６０、７０、８０、９０：導光板
６１、７１、８１、９１：第１の導光部
６２、７２、８２、９２：第２の導光部
９３：反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブに関し、更に詳しくは、光音響イメージングに用いられる超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波プローブ（探触子）を用いる。超音波プローブから被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波プローブでその反射音波を受信し、反射超音波が超音波プローブに戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
【０００３】
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。
【０００４】
光音響イメージングでは、パルスレーザ光をレーザ光源から超音波プローブまで導光し、超音波プローブに設けられた光照射部からパルスレーザ光を照射することがある。光照射部を有する超音波プローブは、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１では、複数の光ファイバを用いて、レーザ光源からの光を超音波プローブまで導光する。各光ファイバの出力端は、被検体に光を照射する光照射部を構成する。特許文献１では、超音波の送信及び／又は検出を行う複数の超音波振動子が所定の配列間隔をあけて一次元的に配列されており、光照射部である各ファイバの出力端は、隣接する超音波振動子間の隙間に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、光ファイバの出力端から被検体に光を照射している。光ファイバ出射端は細く、そこに光が集中するため、光ファイバ出射端における光のエネルギー密度は高くなる。特許文献１において、生体に対する安全基準（例えば波長５００ｎｍの光で20mJ/cm2）を満たしたエネルギー密度で光照射を行うためには、照射する光の量を少なくせざるを得ない。特許文献１では光ファイバ１本当たりの光量が限られるため、安全基準を満たしつつ、十分な光量で光照射を行うためには、光ファイバの本数を増加させる必要がある。また、特許文献１では光ファイバが所定の間隔を隔てて配列されており、光ファイバの直下と隣接する光ファイバの間とで照射される光にムラができるため、照明すべきエリアに均一に光を照射できない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、十分な光量で、広い照明エリアに光を照射できる照明系を有する超音波プローブ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、所定方向に沿って配列された複数の超音波振動子と、光源から出射した光をプローブ本体まで導光する光ファイバと、前記光ファイバと光学的に結合された光入射端から前記超音波振動子の近傍に配置された光出射端まで光を導光する導光手段とを備え、前記導光手段が、前記光入射端を含み、該光入射端から前記光出射端側に向けて光を導光する第１の導光部であって、ガラス材料で形成され、前記光入射端における入射光の断面積に比して前記第１の導光部の出射端での光の断面積を拡大させる第１の導光部と、前記光出射端を含み、前記第１の導光部により導光された光を前記光出射端まで導光する第２の導光部であって、樹脂材料で形成され、前記光出射端から被検体に向けて光を照射する第２の導光部とを有することを特徴とする超音波プローブを提供する。
【０００９】
本発明では、前記第１の導光部が、テーパー状に形成された導光路を含む構成とすることができる。
【００１０】
本発明では、前記第１の導光部が、少なくとも、前記入射光の前記光入射端での前記所定方向の幅に比して、導光された光の前記第１の導光部の出射端での前記所定方向の幅を拡大させる構成を採用できる。
【００１１】
本発明では、前記第２の導光部が、前記超音波振動子内側方向に湾曲している構成を採用できる。
【００１２】
あるいは、前記導光手段が、超音波振動子の超音波検出面に対して所定の角度で傾けて配置されてもよい。
【００１３】
本発明の超音波プローブは、前記光ファイバ及び前記導光手段を複数備えることができる。その場合、前記複数の導光手段が、前記所定方向に沿って並べられる構成とすることができる。これに代えて、又は加えて、複数の導光手段が、前記所定方向とは直交する方向に前記超音波振動子を挟んで対向するように配置されていてもよい。
【００１４】
あるいは、１つの導光手段の光入射端に、前記所定方向に沿って並べられた複数の光ファイバを光学的に結合することとしてもよい。その場合に、プローブ内に導光手段を２つ設け、２つの導光手段が前記超音波振動子を挟んで対向するように配置してもよい。
【００１５】
前記導光手段には、平板状のコアを平面クラッドで挟み込んだスラブ型の導光板を用いることができる。または、光透過性を有する光透過部分と、該光透過部分を挟み込むように形成された反射部材とを含む導光手段を用いてもよい。
【００１６】
本発明の超音波プローブでは、前記光入射端から前記第１の導光部と第２の導光部との境界までの距離が８ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明の超音波プローブは、光及び超音波を透過するアダプタであって、前記超音波振動子の超音波検出面及び前記導光手段の光出射端を覆うように超音波プローブに取り付けられたアダプタを更に備えていてもよい。
【００１８】
本発明の超音波プローブが、前記光出射端の光出射側に光を拡散させる拡散板を更に有する構成を採用することもできる。
【００１９】
あるいは、前記第２の導光部の光出射側の端面、及び、前記第１の導光部との境界部分の端面のうちの少なくとも一方に、光を拡散させる拡散面が形成してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の超音波プローブでは、プローブ本体まで光を導光する光ファイバの出射端に導光手段を結合させ、導光手段を用いて超音波振動子の近傍まで光を導光し、そこから被検体に向けて光を照射する。導光手段は、第１の導光部と第２の導光部とを含む。第１の導光部で、光の断面積を光入射端における光の断面積よりも拡大することで、光ファイバの出射端から光照射を行う場合に比して、広い面積の光出射端から広いエリアに光照射を行うことができる。また、光入射端における光のエネルギー密度に比して、出射側での光のエネルギー密度を下げることができる。このため、光ファイバの出射端から被検体に対する光照射を行う場合に比して、光ファイバに入射する光の量を増やすことができ、安全基準を満しつつ、十分な光量で光照射を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の超音波プローブを含む光音響画像診断装置を示すブロック図。
【図２】（ａ）は、超音波プローブの側面方向の断面図、（ｂ）は、超音波プローブの正面方向の断面図。
【図３】側面方向から見た導光板を示す図。
【図４】導光板の変形例を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態の超音波プローブに用いられる導光板の斜視図。
【図６】第１の導光部と第２の導光部の境界面における光の分布を示す分布画像。
【図７】第１の導光部の長さと境界面における光のエネルギー密度の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の第３実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図。
【図９】本発明の第４実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図。
【図１０】本発明の第５実施形態の超音波プローブの側面方向の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。図１は、本発明の第１実施形態の超音波プローブ（超音波探触子）を含む光音響画像診断装置を示す。光音響画像診断装置は、超音波プローブ１０、光源ユニット３１、及び超音波ユニット３２を備える。超音波プローブ１０は、被検体に光を照射する光照射部と、少なくとも被検体からの超音波が検出可能な超音波振動子とを有する。光源ユニット３１は、例えばパルスレーザ光を生成するレーザユニットであり、超音波プローブ１０から被検体に対して照射すべき光を生成する。超音波ユニット３２は、超音波プローブ１０が検出した超音波信号に基づいて、光音響画像の生成を行う。
【００２３】
超音波プローブ１０は、例えば複数の超音波振動子が所定方向に配列されたアレイ部と、操作者がプローブを使用する際に握る握り部とを有している。超音波振動子の配列は、一次元的配列でも、二次元的配列でもよい。超音波プローブ１０は、光ファイバ２１を介して光源ユニット３１と接続される。光ファイバ２１は、例えば複数本の光ファイバを含む。光源ユニット３１で生成されたパルスレーザ光は、光ファイバ２１により超音波プローブ１０に導光され、超音波プローブ１０の光照射部から被検体に照射される。また、超音波プローブ１０は、電気ケーブル２２を介して超音波ユニット３２と接続される。超音波プローブ１０が検出した超音波信号は、電気ケーブル２２により超音波ユニット３２に伝送され、超音波ユニット３２で処理される。
【００２４】
図２（ａ）は、超音波プローブ１０の側面方向の断面図であり、（ｂ）は、正面方向の断面図である。なお、図２では、電気ケーブル２２を省略して図示している。同図（ａ）に示すように、超音波プローブ１０は、被検体と接触する側の面に超音波振動子１２を有している。超音波振動子１２の両脇には、導光路又は導波路を形成する導光板（導光手段）１１ａ、１１ｄが配置される。導光板１１ａの光入射端は光ファイバ２１ａと光学的に結合され、導光板１１ｄの光入射端は光ファイバ２１ｄと光学的に結合される。光ファイバ２１ａ、２１ｄには、例えば石英ファイバや中空ファイバを用いることができる。光ファイバ２１ａ、２１ｄに、複数本の光ファイバが束ねられたバンドルファイバを用いることもできる。
【００２５】
導光板１１ａ、１１ｄの光入射端とは反対側の面は、光出射端を構成する。光出射端は、超音波振動子の近傍に配置される。導光板１１ａ、１１ｄは、光入射端から入射された光を光出射端まで導光する。導光板１１ａ、１１ｄは、例えば平板状のコアを平面クラッドで挟み込んだスラブ型の導光板である。コアとクラッドは屈折率が異なり、境界面で全反射を起こして光はほぼロスなく進行する。あるいは、平板状のコアに反射膜をコートして導波しても良いし、空気との屈折率差による全反射で光を導波してもよい。導光板１１ａ、１１ｄの両面に反射シートを貼り付けてもよい。導光板１１ａ、１１ｄの光出射端には、光拡散板１３が設けられる。光拡散板１３の光出射面が、超音波プローブ１０の光照射部を構成する。
【００２６】
導光板１１ａと導光板１１ｄとは、超音波振動子１２を挟んで、超音波振動子１２が配列された方向とは直交する方向に対向している。図２（ｂ）に示すように、超音波振動子１２の導光板１１ａが配置される側には、導光板１１ａを含めた３つの導光板１１ａ〜１１ｃが配置される。導光板１１ａ〜１１ｃは、超音波振動子１２が配列された方向に沿って並べられる。光ファイバ２１ｂは導光板１１ｂと光学的に結合され、光ファイバ２１ｃは導光板１１ｃと光学的に結合される。図２（ｂ）においては図示されていないが、超音波振動子１２の導光板１１ｄが配置される側にも、導光板１１ｄを含めた３つの導光板が配置される。それら３つの導光板も、超音波振動子１２が配列された方向に沿って並べられ、対応する光ファイバが光学的に結合される。
【００２７】
図３は、導光板１１を示す。図３では、導光板１１を側面方向（図２（ａ）と同じ方向）から見た図で示している。導光板１１は、光入射端５１を含む第１の導光部４１と、光出射端５２を含む第２の導光部４２とを有する。第１の導光部４１は、光入射端５１から入射された光を、光入射端５１から光出射端５２側に向けて導光する。第２の導光部４２は、第１の導光部４１により導光された光を光出射端５２まで導光する。
【００２８】
第１の導光部４１は、ガラス材料で形成される。第１の導光部４１は、例えばテーパー形状に形成された導光路を含む。第１の導光部４１は、光入射端５１における入射光の断面積に比して、第１の導光部４１の出射端での光の断面積を拡大させる。第１の導光部４１は、例えば、少なくとも、光入射端５１での入射光の超音波振動子の配列方向の幅に比して、導光された光の第１の導光部４１の出射端での超音波振動子の配列方向の幅を拡大させる。一方、第２の導光部４２は、樹脂材料、例えばアクリルで形成される。第２の導光部４２は、光出射端５２から被検体に向けて光を照射する。
【００２９】
光源ユニット３１（図１）から出射した光は、光ファイバ２１を通り、超音波プローブ１０まで導光される。光ファイバ２１は複数の光ファイバを含んでおり、各光ファイバは、対応する導光板１１の光入射端５１（図３）と光学的に結合される。光入射端５１から導光板１１に入射した光は、導光板１１に入射した光は、テーパー状に形成された第１の導光部４１を、光の範囲を拡大させながら進行する。第１の導光部４１を通過した光は第２の導光部４２に入射し、光出射端５２まで導光される。導光された光は、光出射端５２から、光拡散板１３（図２）を介して被検体に照射される。
【００３０】
本実施形態では、光ファイバの出射端からそのまま被検体に向けて光を照射するのに代えて、プローブ本体まで光を導光する光ファイバの出射端に導光板１１を結合させ、導光板１１を用いて超音波振動子の近傍まで光を導光し、そこから被検体に向けて光を照射する。導光板１１は、第１の導光部４１と第２の導光部４２とを含んでいる。第１の導光部４１で、光の断面積を光入射端５１における光の断面積よりも拡大することで、光ファイバの出射端から光照射を行う場合に比して、広い面積から光照射を行うことができる。また、光照射面積が広がった分だけ、光入射端５１における光のエネルギー密度に比して、出射側での光のエネルギー密度を下げることができる。このため、光ファイバの出射端から被検体に対する光照射を行う場合に比して、光ファイバに入射する光の量を増やすことができ、安全基準を満しつつ、十分な光量で光照射を行うことができる。
【００３１】
本実施形態では、導光板１１により、超音波振動子１２が配列された方向に光の幅を広げている。導光板１１を用いずに光ファイバから光を照射したとすると、光は超音波振動子１２の配列方向に離散的に照射されることになるため、光ファイバの直下は光が多く照射される一方で、隣接する光ファイバの間はあまり光が照射されない。本実施形態では、超音波振動子１２が配列された方向に光の幅を広げているため、１本の光ファイバから超音波振動子１２の配列方向の広い範囲に光を照射することができる。このため、光ファイバから直接光照射を行う場合に比べて、超音波振動子１２の配列方向の照明ムラを解消でき、広い照明エリアにほぼ均一に光を照射できる。
【００３２】
ここで、光出射端５２から出射する光の量を増加させるためには、光ファイバにより多くの光を入射する必要があり、光ファイバの出射端及び光入射端５１でのエネルギー密度が高くなる。この部分でのエネルギー密度が高くなると、光入射端５１が損傷するおそれが出てくる。そこで、本実施形態では、光入射端５１を含む第１の導光部４１をガラス材料で形成している。ガラスを用いることで、光入射端５１に高いエネルギー密度で光が入射したときでも、光入射端５１（第１の導光部４１）の損傷を防ぐことができる。一方、本実施形態では、第２の導光部４２を樹脂材料で形成している。樹脂材料は加工が容易であるという利点がある。
【００３３】
図４（ａ）及び（ｂ）は、導光板１１の変形例を示している。図４（ａ）は、導光板１１を側面方向（図２（ａ）と同じ方向）から見た図で示し、図４（ｂ）は、導光板１１を正面方向（図２（ｂ）と同じ方向）から見た図で示している。図４（ａ）に示すように、この例では、第２の導光部４２は湾曲している。また、図４（ｂ）に示すように、第２の導光部４２は、光出射端５２に向けて、超音波振動子の配列方向に光を拡大させる。この場合、図２（ｂ）に示すように第２の導光部４２を直線状（長方形の板状）に形成する場合に比して、光出射端５２での光の均一性を向上できる効果が期待できる。光入射端５１を含む第１の導光部４１は図３と同様である。
【００３４】
図４に示す導光板１１の第２の導光部４２は、例えば全反射を満たす範囲で、超音波振動子１２の内側方向に湾曲している。図２（ａ）に示すように、超音波振動子１２のサイドから被検体に向けて光を照射する場合、特に超音波振動子１２の直下に光が届きにくいことがある。図４に示すような、超音波振動子内側方向に湾曲した導光板１１を用い、光出射端５２から斜め方向に光が出射させることで、超音波振動子１２のサイドに配置した導光板１１から、超音波振動子１２の直下に対して光を照射しやすくなる。第２の導光部４２は、樹脂で形成されているため、このような３次元的な加工も容易である。
【００３５】
なお、図２（ａ）及び（ｂ）では、光ファイバと導光板との組を複数配置したが、光ファイバ及び導光板は、必ずしも複数配置される必要はない。例えば、１本の光ファイバで光源ユニット３１（図１）から超音波プローブ１０まで光を導光し、超音波プローブ１０内に、超音波振動子１２が配列された範囲に光の幅を広げる導光板１１を１つ設けてもよい。また、複数の導光板は、必ずしも超音波振動子１２の両側に配置されている必要はない。例えば超音波振動子１２の一方の側に、超音波振動子１２の配列方向に沿って複数の導光板１１を並べ、超音波振動子１２の片方の側から光照射を行うことも可能である。
【００３６】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、本発明の第２実施形態の超音波プローブで用いられる導光板を示している。本実施形態における導光板６０も、第１実施形態における導光板１１と同様に、ガラスで形成された第１の導光部６１と、樹脂で形成された第２の導光部６２とを有する。第１実施形態では、例えば３本の光ファイバ２１ａ〜２１ｃに対して、３つの導光板１１ａ〜１１ｃ（図２（ｂ））を対応させていた。これに対し、本実施形態では、１つの導光板６０の光入射端に、複数の光ファイバ２１を光学的に結合させる。
【００３７】
図５において、導光板６０の長手方向は、超音波振動子１２（図２（ａ）及び（ｂ））が配列された方向に対応している。４本の光ファイバ２１は、超音波振動子の配列方向に沿って、例えば等間隔で並べられており、それら４本の光ファイバ２１が、導光板６０の光入射端に光学的に結合されている。超音波プローブが、導光板６０を２つ備え、それら２つの導光板が超音波振動子を挟んで対向するように配置されていてもよい。
【００３８】
導光板６０（第１の導光部６１及び第２の導光部６２）は、例えば直方体形状に形成される。第１の導光部６１の光を導光する方向の長さをＡとし、第２の導光部６２の光を導光する方向の長さをＢとする。第１の導光部６１は、入射端側から入射した光を、光の断面積を拡大させつつ第２の導光部６２側に導光する。例えば第１の導光６１の長さが１１ｍｍであり、光ファイバ２１のファイバコア径が０．３ｍｍで、ファイバ出射光がＮＡ（開口数）０．２２相当であるとすると、第１の導光部６１は、光の断面積をφ０．３ｍｍ＝７×１０−４ｃｍ２からφ２．８ｍｍ＝０．０６２ｃｍ２まで拡大させる。第２の導光部６２は、第１の導光部６１により導光された光を、超音波振動子近傍の光出射端まで導光する。
【００３９】
図６は、第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界部分における光の分布画像を示す。導光板６０として、横４０ｍｍ×縦３ｍｍの断面をもつ導光板を考える。光ファイバ２１のファイバコア径は０．３ｍｍで、ファイバ出射光はＮＡ（開口数）０．２２相当であるとする。また、第１の導光部６１の屈折率は、１．４５程度であるとする。図６は、第１の導光部６１の長さＡが１２ｍｍのときの光の分布画像、言い換えれば、導光板６０の光入射端から１２ｍｍだけ離れた断面における光の分布を示している。分布画像において、黒い部分は光が弱い部分に対応し、白い部分は光が強い部分に対応している。
【００４０】
図７は、光入射端からの距離と光のエネルギー密度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、光入射端から第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界面まで距離、つまり、第１の導光部６１の長さを表す。縦軸は、第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界部分の断面における光のエネルギー密度の最大値（例えば１ｍｍ×１ｍｍの領域における平均エネルギー密度が最も高い部分におけるエネルギー密度）を表す。ファイバへの入力エネルギーとして、１２．５ｍＪと１０ｍＪの２つを考えた。図７を参照すると、第１の導光部６１の長さが短いほど、エネルギー密度の最大値が大きくなることがわかる。これは、第１の導光部６１の長さが短いほど、光の断面積が狭いためである。
【００４１】
ここで、第２の導光部６２に入射する光のエネルギー密度が高すぎると、第２の導光部６２を構成する樹脂、例えばポリカーボネートが損傷を受けるおそれがある。ポリカーボネートの耐熱基準（温度など）や実験結果などから、１８０ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギー密度の光が入射すると、樹脂が損傷することがわかっている。図７を参照すると、第１の導光部６１の長さが、光ファイバへの入力エネルギーが１２．５ｍＪの場合で１１ｍｍ、光ファイバへの入力エネルギーが１０ｍＪの場合で８ｍｍよりも短いと、第１の導光部６１と第２の導光部６２との境界部分でエネルギー密度が１８０ｍＪ／ｃｍ２（しきい値レベル）を超えるところが現れる。実用的に光ファイバに入力可能なエネルギーは１０ｍＪ程度であることから、第１の導光部６１の長さは８ｍｍ以上が望ましい。第２の導光部６２の長さに関しては、測定対象などに応じて適宜選択すればよく、特に制限はない。
【００４２】
本実施形態では、１つの導光板６０に対して複数の光ファイバを結合させる。このようにする場合でも、導光板６０がガラスで形成された第１の導光部６１と樹脂で形成された第２の導光部６２とを含むことにより、第１実施形態と同様な効果が得られる。また、第１の導光部６１の長さを８ｍｍ以上とすることで、第２の導光部６２に入射する光のエネルギー密度をしきい値レベルよりも低くすることができ、第２の導光部６２の損傷を防ぐことができる。
【００４３】
続いて、本発明の第３実施形態を説明する。図８は、本発明の第３実施形態の超音波プローブの側面方向の断面を示す。超音波プローブ１０は、超音波振動子１２を挟んで対向する２つの導光板７０を備える。導光板７０は、ガラスで形成された第１の導光部７１と樹脂で形成された第２の導光部７２とを有する。第１の導光部７１は、図３に示す第１の導光部４１又は図５に示す第１の導光部６１に対応する。また、第２の導光部７２は、図３に示す第２の導光部４２又は図５に示す第２の導光部６２に対応する。第２の導光部７２は、超音波振動子方面に湾曲している。
【００４４】
本実施形態では、超音波プローブ１０は、樹脂ゲルアダプタなどのアダプタ１４を更に備える。アダプタ１４は、光透過性を有すると共に、超音波透過性も有する。アダプタ１４は、超音波振動子１２の超音波検出面、及び、導光板７０の光出射面を覆うように超音波プローブ１０に取り付けられる。導光板７０によって導光された光は、アダプタ１４を介して、被検体に照射される。アダプタ１４を用いることで、光を照射しにくい超音波振動子直下の領域に、より光を照射しやすくなる。その他の点は、第１又は第２実施形態と同様である。
【００４５】
引き続いて、本発明の第４実施形態を説明する。図９は、本発明の第４実施形態の超音波プローブの側面方向の断面を示す。超音波プローブ１０は、超音波振動子１２を挟んで対向する２つの導光板８０を備える。導光板８０は、ガラスで形成された第１の導光部８１と樹脂で形成された第２の導光部８２とを有する。第１の導光部８１は、図３に示す第１の導光部４１又は図５に示す第１の導光部６１に対応する。また、第２の導光部８２は、図３に示す第２の導光部４２又は図５に示す第２の導光部６２に対応する。
【００４６】
第２の導光部８２の光出射側の端面には、光拡散面が形成されている。例えば第２の導光部８２の光出射側の端面は、光を拡散させるための凹凸が形成されている。光出射側に代えて、又はこれに加えて、第２の導光部６２の光入射側（第１の導光部８１との境界側）の端面に光拡散面を形成してもよい。第２の導光部６２に光を拡散する機能を持たせることで、光拡散板１３（図２）を別途に設ける必要がなくなる。
【００４７】
また、本実施形態では、第２の導光部を超音波振動子内側方向に湾曲させるのに代えて、導光板８０を、導光板８０から出射した光が超音波振動子１２の内側方向に向けて進行するように、超音波振動子１２の超音波検出面に対して所定の角度で傾けて配置している。このように傾けて配置することで、導光板８０の光出射面から超音波振動子１２の直下方向に光を出射することができる。
【００４８】
次に、本発明の第５実施形態を説明する。図１０は、本発明の第５実施形態の超音波プローブの側面方向の断面を示す。超音波プローブ１０は、超音波振動子１２を挟んで対向する２つの導光板９０を備える。導光板９０は、ガラスで形成された第１の導光部９１と樹脂で形成された第２の導光部９２とを有する。第１の導光部９１は、図３に示す第１の導光部４１又は図５に示す第１の導光部６１に対応する。また、第２の導光部９２は、図３に示す第２の導光部４２又は図５に示す第２の導光部６２に対応する。第２の導光部６２の光入射側及び光出射側の端面のうちの少なくとも一方に、拡散面が形成されていてもよい。
【００４９】
導光板９０は、光透過性を有する光透過部分と、光透過部分を挟み込むように形成された反射部材とを含む。図１０においては、第１の導光部９１が光透過部分に対応し、反射膜９３が反射部材に対応する。反射膜９３には、無機材料やアルミニウムなどを用いることができる。図１０では、第１の導光部９１に対して反射膜９３を設けているが、第２の導光部９２に対して反射膜９３を設ける構成も可能である。コアとなる光透過部分を反射膜９３で挟み込むのに代えて、コアとなる光透過部分を、それよりも屈折率が低い材料で挟み込むこと構成とすることも可能である。低屈折材料にはサイトップなどの有機材料を用いることができる。そのような構成でも、光ファイバ側から入射した光が導光板側面から漏れ出ることを防ぐことができる。
【００５０】
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、本発明の超音波プローブは、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】
【００５１】
１０：超音波プローブ
１１：導光板
１２：超音波振動子
１３：光拡散板
１４：アダプタ
２１：光ファイバ
２２：電気ケーブル
３１：光源ユニット
３２：超音波ユニット
４１：第１の導光部
４２：第２の導光部
５１：光入射端
５２：光出射端
６０、７０、８０、９０：導光板
６１、７１、８１、９１：第１の導光部
６２、７２、８２、９２：第２の導光部
９３：反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に沿って配列された複数の超音波振動子と、
光源から出射した光をプローブ本体まで導光する光ファイバと、
前記光ファイバと光学的に結合された光入射端から前記超音波振動子の近傍に配置された光出射端まで光を導光する導光手段とを備え、
前記導光手段が、
前記光入射端を含み、該光入射端から前記光出射端側に向けて光を導光する第１の導光部であって、ガラス材料で形成され、前記光入射端における入射光の断面積に比して前記第１の導光部の出射端での光の断面積を拡大させる第１の導光部と、
前記光出射端を含み、前記第１の導光部により導光された光を前記光出射端まで導光する第２の導光部であって、樹脂材料で形成され、前記光出射端から被検体に向けて光を照射する第２の導光部とを有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記第１の導光部が、テーパー状に形成された導光路を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記第１の導光部が、少なくとも、前記入射光の前記光入射端での前記所定方向の幅に比して、導光された光の前記第１の導光部の出射端での前記所定方向の幅を拡大させるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記第２の導光部が、前記超音波振動子内側方向に湾曲していることを特徴とする請求項１から３何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記導光手段が、超音波振動子の超音波検出面に対して所定の角度で傾けて配置されていることを特徴とする請求項１から３何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記光ファイバ及び前記導光手段を複数備え、前記複数の導光手段が前記所定方向に沿って並べられていることを特徴とする請求項１から５何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記複数の導光手段が、前記所定方向に並べられるのに代えて、又はこれに加えて、前記所定方向とは直交する方向に前記超音波振動子を挟んで対向するように配置されることを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記光ファイバを複数備え、１つの導光手段の光入射端に、前記所定方向に沿って並べられた複数の光ファイバが光学的に結合されていることを特徴とする請求項１から５何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記導光手段を少なくとも２つ備え、２つの導光手段が前記超音波振動子を挟んで対向するように配置されることを特徴とする請求項８に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記導光手段が、平板状のコアを平面クラッドで挟み込んだスラブ型の導光板であることを特徴とする請求項１から９何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記導光手段が、光透過性を有する光透過部分と、該光透過部分を挟み込むように形成された反射部材とを含むことを特徴とする請求項１から９何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記光入射端から前記第１の導光部と第２の導光部との境界までの距離が８ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から１１何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
光及び超音波を透過するアダプタであって、前記超音波振動子の超音波検出面及び前記導光手段の光出射端を覆うように超音波プローブに取り付けられたアダプタを更に備えたことを特徴とする請求項１から１２何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記光出射端の光出射側に光を拡散させる拡散板を更に有することを特徴とする請求項１から１３何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記第２の導光部の光出射側の端面、及び、前記第１の導光部との境界部分の端面のうちの少なくとも一方に、光を拡散させる拡散面が形成されていることを特徴とする請求項１から１３何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１】
所定方向に沿って配列された複数の超音波振動子と、
光源から出射した光をプローブ本体まで導光する光ファイバと、
前記光ファイバと光学的に結合された光入射端から前記超音波振動子の近傍に配置された光出射端まで光を導光する導光手段とを備え、
前記導光手段が、
前記光入射端を含み、該光入射端から前記光出射端側に向けて光を導光する第１の導光部であって、ガラス材料で形成され、前記光入射端における入射光の断面積に比して前記第１の導光部の出射端での光の断面積を拡大させる第１の導光部と、
前記光出射端を含み、前記第１の導光部により導光された光を前記光出射端まで導光する第２の導光部であって、樹脂材料で形成され、前記光出射端から被検体に向けて光を照射する第２の導光部とを有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記第１の導光部が、テーパー状に形成された導光路を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記第１の導光部が、少なくとも、前記入射光の前記光入射端での前記所定方向の幅に比して、導光された光の前記第１の導光部の出射端での前記所定方向の幅を拡大させるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記第２の導光部が、前記超音波振動子内側方向に湾曲していることを特徴とする請求項１から３何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記導光手段が、超音波振動子の超音波検出面に対して所定の角度で傾けて配置されていることを特徴とする請求項１から３何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記光ファイバ及び前記導光手段を複数備え、前記複数の導光手段が前記所定方向に沿って並べられていることを特徴とする請求項１から５何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記複数の導光手段が、前記所定方向に並べられるのに代えて、又はこれに加えて、前記所定方向とは直交する方向に前記超音波振動子を挟んで対向するように配置されることを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記光ファイバを複数備え、１つの導光手段の光入射端に、前記所定方向に沿って並べられた複数の光ファイバが光学的に結合されていることを特徴とする請求項１から５何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記導光手段を少なくとも２つ備え、２つの導光手段が前記超音波振動子を挟んで対向するように配置されることを特徴とする請求項８に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記導光手段が、平板状のコアを平面クラッドで挟み込んだスラブ型の導光板であることを特徴とする請求項１から９何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記導光手段が、光透過性を有する光透過部分と、該光透過部分を挟み込むように形成された反射部材とを含むことを特徴とする請求項１から９何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記光入射端から前記第１の導光部と第２の導光部との境界までの距離が８ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から１１何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
光及び超音波を透過するアダプタであって、前記超音波振動子の超音波検出面及び前記導光手段の光出射端を覆うように超音波プローブに取り付けられたアダプタを更に備えたことを特徴とする請求項１から１２何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記光出射端の光出射側に光を拡散させる拡散板を更に有することを特徴とする請求項１から１３何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記第２の導光部の光出射側の端面、及び、前記第１の導光部との境界部分の端面のうちの少なくとも一方に、光を拡散させる拡散面が形成されていることを特徴とする請求項１から１３何れかに記載の超音波プローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７９３５０（Ｐ２０１２−１７９３５０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６０６１（Ｐ２０１２−１６０６１）
【出願日】平成２４年１月３０日（２０１２．１．３０）
【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９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月３０日（２０１２．１．３０）
【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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