光声测量装置和与其一起使用的探头单元的制作方法
【专利摘要】[问题]在使用光纤引导光来测量时所执行的光声测量期间，能够引导高能量光来测量，同时抑制光纤的端面损坏。[解决方案]光声测量装置(10)被提供有：扩散板(12)，用于扩散从光学系统的上游侧进入的激光(Lo)；聚集透镜系统(13)，用于聚集由扩散板(12)扩散的激光(Lo)；以及光纤缆线(14)，包括具有芯体(41a)/覆层(41b)结构的光纤(41)，在聚集透镜系统(13)侧上的端部处具有耐光能结构(43)，并且被布置成使得由聚集透镜系统(13)聚集的激光(Lo)从线缆的一端进入。光辐射单元(15)将由光纤缆线(14)引导的激光(Lo)辐射为要测量的光(L)。
【专利说明】光声测量装置和与其一起使用的探头单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过光的投射测量在被检体中生成的光声波的光声测量装置和与其一起使用的探头单元。
【背景技术】
[0002]通常，超声波成像被已知为用于获取被检体的内部层析图像的方法，其中，通过将超声波投射到被检体中并且检测从被检体的内部反射的超声波,来生成超声图像,并且获得被检体的内部的形态层析图像。同时，在被检体检验领域中，近年来进行了对于不仅显示形态图像而且显示功能层析图像的系统的开发。作为这样的系统之一，已知使用光声谱的系统。在光声谱中，将具有预定波长的光(例如，可见光、近红外光、或中红外光)投射到被检体上，并且检测作为由于特定物质吸收光能的结果而在被检体中生成的弹性波的光声波，并且定量地测量特定物质的密度(专利文献I)。被检体中的特定物质例如是血液中的葡萄糖或血红蛋白等。以上述方式检测光声波并且基于检测到的信号生成光声图像的技术被称为光声成像(PAI:Photoacoustic Imaging)或者光声层析(PAT:PhotoacousticTomography)。
[0003]通常，使用这样的光声效应(光声测量)的测量具有以下问题。即，通过吸收和散射，在被检体内部传播的同时，被投射到被检体上的光的强度被大大衰减。另外，通过吸收和散射，在被检体内部传播的同时，基于投射的光而在被检体内部生成的光声波的强度也被衰减。从而，很难通过光声测量获得被检体的深部分的信息。为了解决该问题，可以想到通过增加投射到被检体中的光的能量来增强将被生成的光声波。
[0004][现有技术文献]
[0005][专利文献]
[0006]专利文献1:日本未审查专利公布N0.2010-012295
【发明内容】
[0007]如果光声测量所需的具有高能量(不小于ImJ)的测定光由光纤来引导，则光纤的端面很可能被损坏，由此引起光纤的耐久性的问题。当将测定光输入到光纤时，光纤的端面通常被放在聚光透镜的焦点附近的位置，使得测定光的光束直径适合在光纤的芯体直径范围内。但是，当由聚光透镜聚集时，测定光太急剧地聚集并且能量被局部集中，并且光纤的端面的损坏以能量集中部分作为起点进一步发展。可以想到，光纤的端面由近焦点位置代替，但是在该情况下，可能产生诸如局部能量集中和光纤内损坏、能量耦合损失增加等的问题，使得不能对其期望显著效果。
[0008]考虑上述情况开发了本发明，并且本发明的目标在于，在通过使用光纤引导测定光执行光声测量时，提供能够引导高能量测定光同时防止光纤的端面损坏的光声测量装置以及与该装置一起使用的探头单元。
[0009]为了解决上述问题，本发明的光声测量装置包括:光投射单元，该光投射单元将测定光投射到被检体中；电声变换器单元，该电声变换器单元检测通过测定光的投射而在被检体中生成的光声波，并且将光声波转换为电信号；以及信号测量单元，该信号测量单元基于电信号执行信号测量，该装置进一步包括:
[0010]扩散板，该扩散板扩散从光学系统的上游侧输入的测定光；
[0011]聚光透镜系统，该聚光透镜系统聚集由扩散板扩散的测定光；以及
[0012]光纤缆线，包括具有芯体/覆层结构的光纤和在聚光透镜系统侧上的端部处的耐光能结构，并且被布置成使得从一端输入由聚光透镜聚集的测定光，
[0013]其中，光投射单元投射由光纤缆线引导的测定光。
[0014]在此使用的术语“耐光能结构”是指用于防止由测定光能量导致损坏的结构。
[0015]在根据本发明的光声测量装置中，聚光透镜系统聚集测定光，使得测定光的最小光束直径不小于光纤的芯体直径的1/2 ;并且光纤缆线被布置成使得在测定光的光束直径不小于光纤的芯体直径的1/2的情况下输入测定光。
[0016]在根据本发明的光声测量装置中，入射在扩散板上时测定光的发散角φ、扩散板的扩散角Θ、聚光透镜系统的焦距f、以及光纤的芯体直径d优选满足以下给出的公式(I):
[0017]
【权利要求】
1.一种光声测量装置，包括:光投射单元，所述光投射单元将测定光投射到被检体中；电声变换器单元，所述电声变换器单元检测通过所述测定光的投射而在所述被检体中生成的光声波，并且将所述光声波转换为电信号；以及信号测量单元，所述信号测量单元基于所述电信号来执行信号测量，所述装置进一步包括: 扩散板，所述扩散板扩散从光学系统的上游侧输入的所述测定光； 聚光透镜系统，所述聚光透镜系统聚集由所述扩散板扩散的所述测定光；以及 光纤缆线，所述光纤缆线包括具有芯体/覆层结构的光纤和在所述聚光透镜系统侧上端部处的耐光能结构，并且被布置成使得由所述聚光透镜聚集的所述测定光从一端被输入， 其中，所述光投射单元投射由所述光纤缆线引导的所述测定光。
2.根据权利要求1所述的光声测量装置，其中: 所述聚光透镜系统聚集所述测定光，使得所述测定光的最小光束直径不小于所述光纤的芯体直径的1/2;以及 所述光纤缆线被布置成使得在所述测定光的光束直径不小于所述光纤的所述芯体直径的1/2的情况下所述测定光被输入。
3.根据权利要求2所述的光声测量装置，其中，当入射在所述扩散板上时的所述测定光的发散角φ、所述扩散板的扩散角θ、所述聚光透镜系统的焦距f、以及所述光纤的芯体直径d满足以下给出的公式(I):
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光声测量装置，其中，所述聚光透镜系统具有4至40謹的焦距。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述扩散板是全息扩散器；以及 所述全息扩散器具有0.2至2.0°的扩散角。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述扩散板是光成形扩散器，在所述光成形扩散器中，微型凹透镜被随机排列在基板的一个表面上；以及 所述光成形扩散器具有0.2至2.0°的扩散角。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光声测量装置，其中，所述光纤具有100至600 μ m的芯体直径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光声测量装置，其中，所述光纤缆线进一步包括:覆盖构件，所述覆盖构件覆盖所述光纤，使得所述光纤在端面附近的侧表面部分被暴露。
9.根据权利要求8所述的光声测量装置，其中: 所述光纤具有所述芯体/覆层结构，在所述芯体/覆层结构中，所述覆层在损坏阈值能量密度上与所述芯体相当；以及 所述覆盖构件覆盖所述光纤，使得所述光纤在所述端面附近的所述覆层的侧表面部分被暴露。
10.根据权利要求8所述的光声测量装置，其中: 所述光纤具有端帽结构，在所述端帽结构中，由在损坏阈值能量密度上与所述芯体相当的材料形成的构件被连接至所述端部；以及 所述覆盖构件覆盖所述光纤，使得所述光纤在所述构件端面附近的所述构件的侧表面部分被暴露。
11.根据权利要求1至I中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述光纤缆线进一步包括:覆盖构件，所述覆盖构件覆盖所述光纤并且由在损坏阈值能量密度上与所述光纤的所述芯体相当或更高的材料形成；以及 通过粘合剂，固定所述光纤的除所述端面附近部分之外的侧表面部分、和所述覆盖构件的除所述端面附近部分之外的内圆周表面的一部分。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光声测量装置，其中，所述装置包括:保持部，所述保持部整体地保持所述聚光透镜系统和所述光纤缆线。
13.根据权利要求12所述的光声测量装置，其中，所述保持部还整体地保持所述扩散板。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述装置包括分支部，所述分支部使所述测定光分支；以及` 针对所述分支后的测定光部分的每个光路，来布置所述扩散板、所述聚光透镜系统、以及所述光纤缆线。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述装置包括分支部，所述分支部使所述测定光分支； 所述扩散板是单独扩散板，所述单独扩散板被提供并且被布置成扩散分支后的测定光部分中的至少两个；以及 针对分支后的测定光部分的每个光路，来布置所述聚光透镜系统和所述光纤缆线。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述聚光透镜系统是透镜阵列； 所述光纤缆线被提供为多个；以及 所述透镜阵列侧上的所述多个光纤缆线的多个光纤的每个端面被排列成对应于构成所述透镜阵列的每个透镜部。
17.根据权利要求1至13中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述聚光透镜系统是微透镜阵列； 所述光纤缆线是包括多个光纤的成束光纤缆线；以及 所述微透镜阵列侧上的所述成束光纤缆线的所述多个光纤的每个端面被排列成对应于构成所述微透镜阵列的每个微透镜。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的光声测量装置，其中: 所述测定光是近红外波长范围内的光；以及 所述扩散板、所述聚光透镜系统、以及所述光纤缆线具有能够引导在所述近红外波长范围内的光的结构。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的光声测量装置，其中，所述信号测量单元包括声图像生成单元，所述声图像生成单元针对所述光声波的所述电信号来生成光声图像。
20.一种用于与光声测量装置一起使用的探头单元，所述光声测量装置将测定光投射到被检体中，检测通过所述测定光的投射而在所述被检体中生成的光声波并且将所述光声波转换为电信号，以及基于所述电信号执行信号测量，所述探头单元包括: 光投射单元，所述光投射单元将测定光投射到被检体中； 电声变换器单元，所述电声变换器单元检测通过所述测定光的投射而在所述被检体中生成的光声波，并且将所述光声波转换为电信号； 扩散板，所述扩散板扩散从光学系统的上游侧输入的测定光； 聚光透镜系统，所述聚光透镜系统聚集由所述扩散板扩散的所述测定光；以及光纤缆线，所述光纤缆线包括具有芯体/覆层结构的光纤和在所述聚光透镜系统侧上的端部处的耐光能结构，并且被布置成使得由所述聚光透镜聚集的所述测定光从一端被输入， 其中， 所述光投射单元投射由所述光纤缆线引导的所述测定光。
【文档编号】A61B8/12GK103491879SQ201280020727
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月23日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】入泽觉 申请人:富士胶片株式会社