JP6353768B2 - プローブ及び光音響計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブに関し、更に詳しくは、被検体に対する光出射により被検体内で生じた音響波を検出するプローブに関する。また、本発明は、そのようなプローブを備えた光音響計測装置に関する。

光音響分光法は、例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光の波長帯域の光を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度又は分布を計測するものである（例えば特許文献１）。被検体内の特定物質とは、例えば被検体が人体である場合には、血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。さらに、光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）或いは光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれる。

上記のような光音響分光法を利用した計測（光音響計測）を実施する装置（光音響計測装置）は、典型的には、被検体に照射する光を出射する光源ユニットと、被検体からの音響信号を検出するプローブと、検出した音響信号を処理する信号処理ユニットとを含む。光源ユニットと信号処理ユニットとを一体化した構成とすることは可能であるが、装置のメンテナンス性や取扱いの利便性等を考慮すれば、信号処理ユニットと光源ユニットとは別体とすることが好ましい。また、既存の超音波装置に光音響画像生成用のプログラムなどを追加し、それと光源ユニットとを組み合わせることで、光音響計測装置を実現することも可能である。

光音響計測において、被検体に対する光照射をプローブから行う場合、光源ユニットから出射した光は、光源ユニットとプローブとを接続する光ファイバなどを用いてプローブまで導光される。プローブは、検出された音響信号を信号処理ユニットに伝送するための電気信号線によって信号処理ユニットにも接続されている。医師などがプローブを動かして光音響計測を行うことを考慮すれば、プローブと光源ユニット及び信号処理ユニットとの接続には、電気信号線と光ファイバとを一体化した複合ケーブルを使用することが好ましい。複合ケーブルを用いたプローブに関して、特許文献２には、音響信号を信号処理ユニットに入力するためのコネクタにおいて、電気信号線と光ファイバとを合流／分岐させる構成が記載されている。

特開２０１０−１２２９５号公報 特開２０１４−３９８０１号公報（特に図１３）

ところで、光ファイバの損傷を避けるため、また、光ファイバの損傷した箇所から漏れた光が外部に放射することを防ぐために、光ファイバの周囲は保護管で覆われることが好ましい。保護管の強度なども考慮すると、保護管には金属製のものを使用することが好ましい。一方、電気信号線については、ノイズの混入やノイズの放射を避けるために、接地電位に接続されたシールドで覆われることが好ましい。

光源ユニットと信号処理ユニットが別体で構成される場合、各ユニットは独自の電源入力部を有し、それぞれの接地電位は電源入力部の接地端子のみで接続されることが多い。光ファイバの保護に金属製の保護管を用いた場合、その保護管は、外装シャーシなどを通じて光源ユニットの接地電位に接続される。また、電気信号線のシールドは、コネクタのシールドなどを通じて信号処理ユニットの接地電位に接続される。本発明者らは、特許文献２に記載されるようにコネクタにおいて電気信号線と光ファイバとを合流／分岐させる場合、そのコネクタにおいて光ファイバの保護管と電気信号線のシールドとが接触すると、光源ユニットの接地と信号処理ユニットの接地とが電源入力部の接地端子以外でつながることになり、それに起因して、光源ユニット側のノイズが信号処理ユニットに混入することがあることを突き止めた。光源ユニット側のノイズが信号処理ユニットに混入すると、光音響波の検出信号から生成される光音響画像に光源ユニットに起因したノイズが描出される。

本発明は、上記に鑑み、光源ユニット側のノイズの影響を抑制することが可能なプローブ、及び光音響計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプローブは、被検体に向けて光を出射する光出射部と、被検体への光出射後に被検体内で生じた光音響波を検出する音響検出部とを有するプローブ本体と、音響検出部で検出された光音響波の検出信号をプローブ本体から信号処理ユニットに伝送する音響信号線と、光源ユニット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、音響信号線に接続された端子部とコネクタシールドとを含み、信号処理ユニットに接続される信号コネクタと、光ファイバと光源ユニットとを接続する光コネクタと、光ファイバを内部に収容し光ファイバを保護する光ファイバ保護管とを備え、信号処理ユニット及び光源ユニットは個別に接地され、光ファイバは、信号コネクタを経由して光源ユニットとプローブ本体との間を接続し、光ファイバ保護管は、光コネクタから信号コネクタまでの間で光ファイバを保護する第１の保護管と、信号コネクタからプローブ本体までの間で光ファイバを保護する第２の保護管とを含み、第１の保護管は導電性を有する材料から成り、かつ第２の保護管は非導電性の材料からなり、コネクタシールドは信号処理ユニットの接地に接続され、かつ第１の保護管は光源ユニットの接地に接続され、信号コネクタでは、コネクタシールドと第１の保護管とが絶縁されているプローブを提供する。

本発明では、信号処理ユニット及び光源ユニットは、それぞれ商用電源の接地端子により接地されていることが好ましい。

コネクタシールドは、コネクタの端子部を通じて信号処理ユニットの接地に接続されていてもよい。

光コネクタは導電性を有しており、第１の保護管は光コネクタを通じて光源ユニットの接地に接続されていてもよい。

信号コネクタは端部に第１の保護管の端部を固定する固定部を有していてもよい。その固定部はコネクタシールドと絶縁されていることが好ましい。

信号コネクタの内部では、光ファイバは第２の保護管により保護されていてもよい。

音響信号線を覆う信号線シールドを更に有し、信号線シールドはコネクタシールドを通じて信号処理ユニットの接地に接続されることとしてもよい。

プローブ本体と信号コネクタとの間は、光ファイバと音響信号線と信号線シールドとを含む複合ケーブルにより接続されていてもよい。

上記の複合ケーブルにおいて、光ファイバの周囲に音響信号線が配置され、音響信号線の周囲に信号線シールドが配置されていてもよい。

光ファイバは、複数のファイバ素線を含むバンドルファイバであってもよい。

本発明は、また、光源ユニットと、被検体への光出射後に被検体内で生じた光音響波の検出信号を信号処理する信号処理ユニットと、本発明のプローブとを備える光音響計測装置を提供する。

本発明のプローブ及び光音響計測装置は、光源ユニット側のノイズの影響を抑制することが可能である。

本発明の第一実施形態に係る光音響計測装置の概略を示す図。 光音響計測装置の機能ブロック図。 プローブの外観を示す図。 超音波ユニットとレーザユニットの電源接続を示すブロック図。 信号コネクタの内部の構造を示す斜視図。 信号コネクタを示す上面図。 プローブ本体と信号コネクタとの間の複合ケーブルを示す断面図。 比較例のコネクタを示す上面図。 比較例の複合ケーブルを示す断面図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る光音響計測装置の概略を示す図である。光音響計測装置１０は、プローブ１１と、超音波ユニット（信号処理ユニット）１２と、レーザユニット（光源ユニット）１３とを備える。

プローブ１１は、プローブ本体１１ａとケーブル部１１ｂとを含む。プローブ１１は、例えばハンドヘルド型のプローブである。プローブ本体１１ａは、プローブの本来的な機能が集約された部分であり、導光板４１、音響検出部４２、及びプローブ制御回路４３を含む。ケーブル部１１ｂは、超音波ユニット１２及びレーザユニット１３とプローブ本体１１ａとを接続する部分であり、光ファイバ４０と音響信号線４４とを含む。ケーブル部１１ｂと超音波ユニット１２とは、信号コネクタ５０によって着脱可能に接続される。また、ケーブル部１１ｂとレーザユニット１３とは、光コネクタ５１によって着脱可能に接続される。

光ファイバ４０は、レーザ光Ｌを出射するレーザユニット１３に光コネクタ５１を介して光学的に接続されている。レーザユニット１３を出射した光Ｌは、光ファイバ４０を通じてプローブ本体１１ａまで導光される。光ファイバ４０には、例えば石英ファイバなどの公知のものを用いることができる。また、光ファイバ４０には、複数のファイバ素線を含むバンドルファイバを用いることができる。

導光板４１は、被検体に向けて光を出射する光出射部を構成する。導光板４１は、例えばアクリル板や石英板の表面に特殊な加工が施され、一方の端面から入れた光を他方の端面から均一に面発光させる板である。図１では、２つの導光板４１が、音響検出部４２を挟んで対向するように配置されている。導光板４１の光入射面は、光ファイバ４０と光学的に結合されている。均一な光照射を実現するために、拡散板を用いて光を拡散させてから被検体Ｍに対する光出射を行ってもよい。導光板４１を省き、光ファイバ４０の出射端面から被検体Ｍに対する光出射を行ってもよい。

音響検出部４２は、被検体Ｍから放射された音響波を検出し、検出した音響波の強度に応じた電気信号（音響信号）を出力する。音響検出部４２が検出する音響波は、被検体Ｍへの光出射後に被検体Ｍ内で生じた光音響波と、被検体Ｍ内に送信された超音波に対する反射超音波とを含む。なお、本発明の実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。

音響検出部４２は、例えばバッキング材、音響検出素子アレイ、音響整合層、及び音響レンズを含む。バッキング材は、音響検出素子アレイを透過した音響波を吸収して、音響波の反射波が被検体Ｍ側へ戻ることを抑制する。音響検出素子アレイは、１次元的又は２次元的に配列された複数の音響検出素子を含む。音響検出素子アレイにて、検出された音響波が電気信号に変換される。音響検出素子には、例えば、圧電セラミクスを用いることができる。あるいは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子フィルムから構成される圧電素子を用いることができる。音響整合層は、例えば音響検出素子アレイの検出面上に設けられており、音響インピーダンスを整合する機能を果たす。音響レンズは、例えば音響整合層の音響検出素子アレイとは反対側の表面上に設けられており、音響をフォーカスさせる機能を果たす。

プローブ制御回路４３は、音響検出部４２における音響波の検出や送信を制御する。プローブ制御回路４３は、例えば、プリアンプ、遅延回路、及び加算回路などの信号処理回路を含む。プリアンプは、音響検出部４２が出力する音響信号を増幅する。遅延回路及び加算回路は、音響検出部４２が出力する音響信号を整相加算する。プローブ制御回路４３は、超音波ユニット１２から出力された指令を受けて音響検出素子アレイを制御し、超音波を送信させる。プローブ制御回路４３は、プローブの識別情報を有する場合には、その情報を超音波ユニット１２へ送信してもよい。

音響信号線４４は、超音波ユニット１２に信号コネクタ５０を介して接続される。音響信号線４４は、電気信号線であり、プローブ本体１１ａの音響検出部４２が出力する音響信号を超音波ユニット１２に伝送する。ケーブル部１１ｂは、超音波ユニット１２から出力された信号をプローブ制御回路４３へ伝送する信号線を更に含んでいてもよい。

光ファイバ４０は、信号コネクタ５０を経由して、レーザユニット１３とプローブ本体１１ａとの間を接続する。光ファイバ４０及び音響信号線４４は、プローブ本体１１ａから信号コネクタ５０までの間はシース部材４６により覆われている。光ファイバ４０は、信号コネクタ５０から光コネクタ５１までの間は、光ファイバ４０を内部に収容する保護管（光ファイバ保護管）４７により覆われている。

超音波ユニット１２は、ユニット本体１７と変換部１６とを含む。ユニット本体１７と変換部１６との間は中継ケーブル１７ａにより接続される。ユニット本体１７は、光音響波及び反射超音波の検出信号に対して信号処理を実施する。ユニット本体１７は、典型的には中央処理装置、メモリ、補助記憶装置、入力装置、及び画像表示装置などを含む。ユニット本体１７は、信号処理用のＩＣ（Integrated Circuit）を含んでいてもよい。ユニット本体１７は、例えば既存の超音波画像診断装置に光音響画像生成用のプログラムを追加したものとして構成される。変換部１６は、信号コネクタ５０と中継ケーブル１７ａのコネクタとの間で端子の変換をする。ユニット本体１７が信号コネクタ５０に適合するレセプタクルを有する場合は、変換部１６を省略し、ユニット本体１７に信号コネクタ５０を接続してもよい。

レーザユニット１３は、レーザ光Ｌを発する光源３０を有する。レーザユニット１３は、例えばＱスイッチ固体レーザ装置として構成される。レーザ媒体には、例えばアレキサンドライト結晶を用いることができる。レーザユニット１３は、レーザ光として１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルスレーザ光を出力するものであることが好ましい。

レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、血管を撮像する場合）には、レーザ光の波長は近赤外波長域に属する波長であることが好ましい。近赤外波長域とはおよそ７００〜８５０ｎｍの波長域を意味する。光源３０は、単波長のレーザ光を出射するものであってもよいし、複数の波長のレーザ光を出射可能なものであってもよい。光源３０は、複数波長のレーザ光を出射可能である場合は、複数の波長のレーザ光を同時に出射してもよいし、複数の波長のレーザ光を切り替えて出射してもよい。光源はレーザには限定されず、レーザ以外の光源を用いてもよい。

図２は、光音響計測装置１０の機能ブロック図である。超音波ユニット１２は、受信回路２２、受信メモリ２３、光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２７、光音響画像構築手段２８、送信制御回路３３、超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、超音波画像構築手段３７、画像合成手段３８、及び制御手段６０を有する。レーザユニット１３は、制御手段３４、フラッシュランプ３１、及びＱスイッチ３２を有する。フラッシュランプ３１及びＱスイッチ３２は、図１に示された光源３０に含まれる。

受信回路２２は、信号コネクタ５０と電気的に接続される。受信回路２２は、音響信号線４４及び信号コネクタ５０を介して、プローブ１１が出力する音響信号を受信し、受信した音響信号を受信メモリ２３に格納する。受信回路２２は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、ローパスフィルタ、及びＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）を含む。プローブ１１が出力した音響信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされた後にＡＤ変換器でデジタル信号に格納され、受信メモリ２３に格納される。受信回路２２は、例えば１つのＩＣで構成される。プローブ１１は、音響信号として光音響波の検出信号と反射超音波の検出信号とを出力し、受信メモリ２３には、ＡＤ変換された光音響波及び反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）が格納される。

光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響波の検出信号（光音響信号）を読み出し、プローブ１１の音響検出部４２で検出された光音響信号に基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段２４は、例えばプローブ１１の６４個の音響検出素子からのデータを、音響検出素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）。光音響画像再構成手段２４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。あるいは光音響画像再構成手段２４は、フーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。

検波・対数変換手段２７は、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。光音響画像構築手段２８は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、１フレーム分の光音響画像を構築する。光音響画像構築手段２８は、例えば光音響信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を光音響画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を構築する。光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２７、及び光音響画像構築手段２８は、光音響画像生成手段を構成する。

超音波画像再構成手段３５は、受信メモリ２３から反射超音波の検出信号（反射超音波信号）を読み出し、プローブ１１の音響検出部４２で検出された反射超音波信号に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。各ラインのデータの生成には、光音響画像再構成手段２４における各ラインのデータの生成と同様に、遅延加算法などを用いることができる。検波・対数変換手段３６は、超音波画像再構成手段３５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３７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３５、検波・対数変換手段３６、及び超音波画像構築手段３７は、超音波画像生成手段を構成する。

画像合成手段３８は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３８は、例えば超音波画像に光音響画像を重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、ディスプレイ装置などの画像表示手段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てもよい。あるいは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示してもよい。画像表示手段１４は、超音波ユニット１２の外部にあってもよいし、超音波ユニット１２の一部であってもよい。

制御手段６０は、光音響計測装置１０の各部を制御する、制御手段６０は、トリガ制御回路６６を含む。トリガ制御回路６６は、例えば光音響画像の取得時は、レーザユニット１３のフラッシュランプトリガ信号を送信する。レーザユニット１３の制御手段３４は、フラッシュランプトリガ信号を受信すると、フラッシュランプ３１を点灯し、図示しないレーザロッドを励起する。

トリガ制御回路６６は、レーザロッドが十分励起された状態となった後、レーザユニット１３にＱスイッチトリガ信号を送信する。制御手段３４は、Ｑスイッチトリガ信号を受信すると、Ｑスイッチ３２を駆動して図示しない共振器のＱ値を低Ｑ状態から高Ｑ状態へと急激に変化させ、レーザをＱスイッチパルス発振させる。レーザユニット１３から出射したレーザ光は、光ファイバ４０によってプローブ本体１１ａまで導光され、プローブ本体１１ａの導光板４１から被検体Ｍに照射される。トリガ制御回路６６からＱスイッチトリガ信号を送信せず、制御手段３４内で生成されたタイミングでＱスイッチ３２を制御してもよい。

トリガ制御回路６６は、レーザ光の出射に合わせて、受信回路２２にサンプリングトリガ信号を送信する。受信回路２２は、サンプリングトリガ信号を受信すると、光音響信号のサンプリングを開始する。光音響波を検出するエリアは複数のエリアに分割されていてもよい。その場合、被検体に対する光出射と光音響波の検出は、エリアごとに行う。

トリガ制御回路６６は、超音波画像を取得する場合は、送信制御回路３３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信する。送信制御回路３３は、超音波送信トリガ信号を受けると、音響信号線４４を介してプローブ１１の音響検出部４２から超音波を送信させる。プローブ１１は、例えば音響ラインを一ラインずつずらしながら走査して反射超音波の検出を行う。トリガ制御回路６６は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路２２にサンプリングトリガ信号を送信し、反射超音波のサンプリングを開始させる。

ここで、反射超音波はプローブ１１と超音波反射位置との間を往復するのに対し、光音響波はその発生位置からプローブ１１までの片道を伝播する。従って、反射超音波の検出には、同じ深さ位置で生じた光音響波の検出に比べて２倍の時間がかかる。このため、反射超音波検出時の受信回路２２におけるＡＤ変換のサンプリングクロックは、光音響波検出時のサンプリングクロックの半分としてもよい。具体的に、光音響波検出時のサンプリングクロックが４０ＭＨｚであるとき、反射超音波検出時のサンプリングクロックを２０ＭＨｚとしてもよい。光音響信号のサンプリングと、反射超音波のサンプリングとは、どちらを先に行ってもよい。

なお、上記では、音響検出部４２から超音波の送信を行うこととしたが、これには限定されない。超音波の送受信を分離し、プローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。また、光音響波と反射超音波とは、必ずしも同一の音響検出素子で検出する必要はない。プローブ１１内に、光音響波検出用の音響検出素子と、反射超音波検出用の音響検出素子とを設けてもよい。

図３は、プローブの外観を示す。ケーブル部１１ｂは、シース部材４６の内側に音響信号線４４と光ファイバ４０（図１及び図２を参照）とを有する。信号コネクタ５０は、超音波ユニット１２に接続する端子部４５を有する。光ファイバ４０は、光コネクタ５１から信号コネクタ５０までの区間は第１の保護管４８によって保護され、信号コネクタ５０からプローブ本体１１ａまでの区間はシース部材４６の内側に配置された第２の保護管（図３において図示せず）によって保護される。

図４は、超音波ユニット１２とレーザユニット１３とにおける電源接続を示している。レーザユニット１３は電源回路６１を有しており、超音波ユニット１２は電源回路６２を有している。電源回路６１及び電源回路６２は、それぞれ商用電源のＬ（Live）端子及びＮ（Neutral）端子から電力供給を受ける。レーザユニット１３内の各部は、電源回路６１により降圧又は昇圧された電源が供給される。超音波ユニット１２内の各部は、電源回路６２により降圧又は昇圧された電源が供給される。超音波ユニット１２及びレーザユニット１３は、商用電源のＥ（earth）端子に個別に接地される。

光ファイバの保護管４７は、光コネクタ５１から信号コネクタ５０までの間で光ファイバを保護する第１の保護管４８と、信号コネクタ５０からプローブ本体１１ａまでの間で光ファイバを保護する第２の保護管４９とを含む。第１の保護管４８は導電性を有する材料から成り、第２の保護管４９は非導電性の材料からなる。具体的には、第１の保護管４８は金属から成り、第２の保護管４９は樹脂から成る。第１の保護管４８と第２の保護管４９とは完全に分離している必要はなく、例えば第２の保護管４９を第１の保護管４８で覆ってもよい。つまり、光ファイバ４０を、レーザユニット１３からプローブ本体１１ａまでの全体にわたって第２の保護管４９で保護し、レーザユニット１３から信号コネクタ５０までの区間については、第２の保護管４９ごと第１の保護管４８で保護することとしてもよい。第２の保護管４９は、単一の保護管である必要はなく、複数の保護管をつなぎ合わせたものでもよい。第１の保護管４８は、レーザユニット１３の接地に接続される。例えば、光コネクタ５１には金属などの導電性を有する材料のものが使用されており、第１の保護管４８は、光コネクタ５１を介してレーザユニット１３の接地に接続される。その際、例えば、レーザユニット１３の本体を介して、第１の保護管４８がレーザユニット１３の接地に接続されても良い。

ここで、光コネクタ５１及びそのレセプタクルに非導電性の材料のものを用いれば、第１の保護管４８はレーザユニット１３の接地に接続されなくなる。しかしながら、コネクタ部は堅牢であることが好ましく、強度を考えると、光コネクタ５１及びそのレセプタクルに金属を用いたいという要望がある。第１の保護管４８についても、光ファイバの破損、及び外部への光放射を抑制するために強度が高いものを使用したいという要望があり、金属製とすることが好ましい。このような事情により、第１の保護管４８は、光コネクタ５１を介してレーザユニット１３の接地に接続される。

信号コネクタ５０は、音響信号線４４に接続された端子部４５と、コネクタにおいて音響信号線を伝送する信号をノイズなどから保護するコネクタシールド６３とを含む。コネクタシールド６３は、例えば板状の金属であり、超音波ユニット１２の接地に接続される。コネクタシールド６３は、例えば端子部４５のシールド部分と接触しており、端子部４５を介して超音波ユニット１２の接地に接続される。ケーブル部１１ｂは、シース部材の内側に音響信号線４４を覆う信号線シールド６４を含む。信号線シールド６４は、例えば金属のメッシュから成る。プローブ本体１１ａと信号コネクタ５０との間は、光ファイバ４０と音響信号線４４と信号線シールド６４とを含む複合ケーブルにより接続される。信号線シールド６４は、例えばコネクタシールド６３に接続され、コネクタシールド６３を介して超音波ユニット１２の接地に接続される。その際、例えば、超音波ユニット１２の本体を介して、信号線シールド６４が超音波ユニット１２の接地に接続されても良い。信号線シールド６４は、例えばコネクタシールド６３にねじ止めされる。あるいは、コネクタシールド６３に設けた突起に挟み込むことでコネクタシールド６３に接続される。信号コネクタ５０では、コネクタシールド６３と第１の保護管４８とは絶縁されている。

図５は、信号コネクタ５０の内部の構造を示す。信号コネクタ５０の本体（コネクタ本体）は、絶縁性の樹脂、例えばＡＢＳ（Acrylonitrile、Butadiene、Styrene）樹脂から成る。コネクタシールド６３は、コネクタ本体の内面を覆う。コネクタシールド６３は、例えば、シールドとして機能する端子部４５の金属製のシャーシ部に接触している。音響信号線４４は、基板などを介して端子部４５の端子に接続される。図５では図示を省略しているが、信号線シールド６４（図４を参照）は、コネクタシールド６３に接続されている。

信号コネクタ５０は、端部に第１の保護管４８の端部を固定する固定部５９を有している。固定部５９は、コネクタシールド６３と絶縁されており、第１の保護管４８とコネクタシールド６３とは絶縁される。光ファイバは、第１の保護管４８の固定部５９からプローブ本体１１ａ側は、第２の保護管４９に覆われている。光ファイバは、信号コネクタ５０の内部では、第２の保護管４９により保護される。第２の保護管４９は導電性を有しない材料で形成されており、コネクタシールド６３と第２の保護管４９とは絶縁されている。

図６は、信号コネクタ５０の上面図である。信号コネクタ５０において、端子部４５のシールド、コネクタシールド６３、及び信号線シールド６４は、端子部４５を介して接続された超音波ユニット１２の接地に接続される（図４も参照）。一方、光ファイバを保護する第１の保護管４８は、光コネクタ５１を介して接続されたレーザユニット１３の接地に接続される（図４も参照）。従って、信号コネクタ５０には、超音波ユニット１２の接地に接続される部分（図６において点線で示す部分）と、レーザユニット１３の接地に接続される部分（図６において一点鎖線で示す部分）とが存在する。本実施形態では、第１の保護管４８とコネクタシールド６３とが絶縁されており、互いに近接していないため、第１の保護管４８とコネクタシールド６３とがショートして超音波ユニット１２の接地とレーザユニット１３の接地とが接続されることはない。

図７は、プローブ本体１１ａと信号コネクタ５０との間の複合ケーブルの断面を示す。複合ケーブルは、中心側から順に、光ファイバ４０、第２の保護管４９、被覆材６５、音響信号線４４、信号線シールド６４、及びシース部材４６を有する。複合ケーブルにおいて、光ファイバ４０は中央部分に配置され、光ファイバ４０の周囲に音響信号線４４が配置され、音響信号線４４の周囲に信号線シールド６４が配置される。なお、図７では、光ファイバ４０の周囲全部に音響信号線４４が配置されているが、これには限定されず、光ファイバ４０の周囲の大部分又は一部に音響信号線４４が配置されている場合も、「光ファイバの周囲の音響信号線が配置されている」と呼ぶ。信号線シールド６４は接地されており、音響信号線４４に外部からノイズが侵入すること、及び音響信号線４４から外部にノイズが放射することが抑制される。光ファイバ４０を保護する第２の保護管４９は、非導電性の材料で形成されており、接地されていない。

ここで、特にレーザユニット１３では、フラッシュランプ３１及びＱスイッチ３２に瞬間的に高電圧が印加されることが多く、それに伴って接地電位に変動が生じることがある。このとき、超音波ユニット１２の接地とレーザユニット１３の接地とが接続されると、接地を通じてレーザユニット１３から超音波ユニット１２にノイズが混入する。レーザユニット１３側のノイズが超音波ユニット１２に混入すると、光音響波の検出信号から生成される光音響画像にレーザユニット１３に起因したノイズが描出される。

本実施形態では、光ファイバ４０の保護管４７が第１の保護管４８と第２の保護管４９とを含み、レーザユニット１３から信号コネクタ５０の間の区間は導電性を有する第１の保護管４８によって光ファイバ４０を保護し、信号コネクタ５０からプローブ本体１１ａまでの区間は導電性を有しない第２の保護管４９によって保護する。また、信号コネクタ５０において、レーザユニット１３の接地に接続される第１の保護管４８と、超音波ユニット１２の設置に接続されるコネクタシールド６３及び信号線シールド６４とを絶縁する。このような構成を採用することで、信号コネクタ５０において超音波ユニット１２の接地とレーザユニット１３の接地とを分離することができ、両者が接続されることを避けることができる。また、狭い複合ケーブルの中において、超音波ユニット１２の接地とレーザユニット１３の接地とが近接しない。それにより、レーザユニット１３側のノイズが接地を通じて超音波ユニット１２に侵入することを抑制でき、光音響画像のノイズを抑制できる。

比較例として、レーザユニット１３からプローブ本体１１ａまでの全ての区間において、光ファイバを金属製の保護管で保護した場合を考える。図８は、比較例のコネクタの上面図である。信号コネクタ７０において、端子部７５のシールド、コネクタシールド７３、及び信号線シールド７４は、端子部７５を介して接続された超音波ユニットの接地に接続される。一方、光ファイバを保護する保護管７７は、光コネクタを介して接続されたレーザユニットの接地に接続される。図８において、超音波ユニット１２の接地に接続される部分は点線で示され、レーザユニット１３の接地に接続される部分は一点鎖線で示される。この比較例では、金属製の保護管７７が信号コネクタ７０を貫通しており、超音波ユニット１２の接地とレーザユニット１３の接地とが近接する。コネクタシールド７３と保護管７７とがショートすると、超音波ユニット１２の接地とレーザユニット１３の接地とが接続される。

図９は、比較例の複合ケーブルの断面を示す。この比較例の複合ケーブルは、中心側から順に、光ファイバ４０、金属製の保護管７７、被覆材６５、音響信号線４４、信号線シールド６４、及びシース部材４６を有する。この構成では、超音波ユニット１２の接地に接続された信号線シールド６４とレーザユニット１３の接地に接続された保護管７７とが、複合ケーブルの全長にわたって対向して配置される。この場合、レーザユニット１３における接地電位の変動が、音響信号線４４及び信号シールド６４に対して悪影響を与える可能性がある。

本実施形態の信号コネクタ５０は、比較例の信号コネクタ７０とは異なり、コネクタシールド６３の上を導電性を有する保護管が通過しない。また、本実施形態では、比較例とは異なり、複合ケーブルにおいて信号線シールドと導電性を有する保護管とが対向しない。このため、比較例に比べて、超音波ユニット１２の接地とレーザユニット１３の接地とが接続される可能性が低い。また、レーザユニット１３における接地電位の変動が音響信号線４４及び信号線シールド６４に対して悪影響を与える可能性が低い。このように、本実施形態においては、信号コネクタ５０のレーザユニット１３側の端部からプローブ本体１１ａ側に、レーザユニット１３の接地に接続された部分を設けないことで、光音響画像のノイズを抑制することができる。

なお、図７では、複合ケーブルにおいて、中央に光ファイバ４０が配置され、周囲に音響信号線４４が配置される例を示したが、これには限定されない。光ファイバ４０と音響信号線４４とは、必ずしも同軸に配置されていなくてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明のプローブ及び光音響計測装置は、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。

１０：光音響計測装置
１１：プローブ
１１ａ：プローブ本体
１１ｂ：ケーブル部
１２：信号処理ユニット（超音波ユニット）
１３：光源ユニット（レーザユニット）
１４：画像表示手段
１６：変換部
１７：ユニット本体
１７ａ：中継ケーブル
２２：受信回路
２３：受信メモリ
２４：光音響画像再構成手段
２７：検波・対数変換手段
２８：光音響画像構築手段
３０：光源
３１：フラッシュランプ
３２：Ｑスイッチ
３３：送信制御回路
３４：制御手段
３５：超音波画像再構成手段
３６：検波・対数変換手段
３７：超音波画像構築手段
３８：画像合成手段
４０：光ファイバ
４１：光出射部（導光板）
４２：音響検出部
４３：プローブ制御回路
４４：音響信号線
４５：端子部
４６：シース部材
４７：保護管
４８：第１の保護管
４９：第２の保護管
５０：信号コネクタ
５１：光コネクタ
５９：固定部
６０：制御手段
６１、６２：電源回路
６３：コネクタシールド
６４：信号線シールド
６５：被覆材
６６：トリガ制御回路

Claims (11)

1. 被検体に向けて光を出射する光出射部と、被検体への光出射後に被検体内で生じた光音響波を検出する音響検出部とを有するプローブ本体と、
   前記音響検出部で検出された前記光音響波の検出信号を前記プローブ本体から信号処理ユニットに伝送する音響信号線と、
   光源ユニットから出射した光を前記プローブ本体まで導光する光ファイバと、
   前記音響信号線に接続された端子部とコネクタシールドとを含み、前記信号処理ユニットに接続される信号コネクタと、
   前記光ファイバと前記光源ユニットとを接続する光コネクタと、
   前記光ファイバを内部に収容し前記光ファイバを保護する光ファイバ保護管とを備え、
   前記信号処理ユニット及び前記光源ユニットは個別に接地され、
   前記光ファイバは、前記信号コネクタを経由して前記光源ユニットと前記プローブ本体との間を接続し、
   前記光ファイバ保護管は、前記光コネクタから前記信号コネクタまでの間で前記光ファイバを保護する第１の保護管と、前記信号コネクタから前記プローブ本体までの間で前記光ファイバを保護する第２の保護管とを含み、
   前記第１の保護管は導電性を有する材料から成り、かつ前記第２の保護管は非導電性の材料からなり、
   前記コネクタシールドは前記信号処理ユニットの接地に接続され、かつ前記第１の保護管は前記光源ユニットの接地に接続され、
   前記信号コネクタでは、前記コネクタシールドと前記第１の保護管とが絶縁されているプローブ。
2. 前記信号処理ユニット及び前記光源ユニットは、それぞれ商用電源の接地端子により接地されている請求項１に記載のプローブ。
3. 前記コネクタシールドは前記端子部を通じて前記信号処理ユニットの接地に接続される請求項１又は２に記載のプローブ。
4. 前記光コネクタは導電性を有しており、前記第１の保護管は前記光コネクタを通じて前記光源ユニットの接地に接続される請求項１から３何れか１項に記載のプローブ。
5. 前記信号コネクタは端部に前記第１の保護管の端部を固定する固定部を有しており、該固定部は前記コネクタシールドと絶縁されている請求項１から４何れか１項に記載のプローブ。
6. 前記信号コネクタの内部では、前記光ファイバは前記第２の保護管により保護される請求項１から５何れか１項に記載のプローブ。
7. 前記音響信号線を覆う信号線シールドを更に有し、該信号線シールドは前記コネクタシールドを通じて前記信号処理ユニットの接地に接続される請求項１から６何れか１項に記載のプローブ。
8. 前記プローブ本体と前記信号コネクタとの間は、前記光ファイバと前記音響信号線と前記信号線シールドとを含む複合ケーブルにより接続されている請求項７に記載のプローブ。
9. 前記複合ケーブルにおいて、前記光ファイバの周囲に前記音響信号線が配置され、該音響信号線の周囲に前記信号線シールドが配置される請求項８に記載のプローブ。
10. 前記光ファイバは、複数のファイバ素線を含むバンドルファイバである請求項１から９何れか１項に記載のプローブ。
11. 光源ユニットと、
    被検体への光出射後に被検体内で生じた光音響波の検出信号を信号処理する信号処理ユニットと、
    請求項１から１０何れか１項に記載のプローブとを備える光音響計測装置。