JP6808034B2 - 挿入物およびその挿入物を備えた光音響計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を吸収することによって光音響波を発生する光音響波発生部を備え、少なくとも一部が被検体に挿入される挿入物およびその挿入物を備えた光音響計測装置に関する。

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、超音波の送信および受信が可能な超音波探触子が用いられる。超音波探触子から被検体（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。その反射超音波を超音波探触子によって受信し、反射超音波が超音波探触子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。

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（光音響波）が発生する。この光音響波を超音波探触子などによって検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することにより、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である（たとえば特許文献１参照）。

また、光音響イメージングに関し、特許文献２には、光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部を先端付近に設けた穿刺針が提案されている。この穿刺針においては、穿刺針の先端まで光ファイバが設けられ、その光ファイバによって導光された光が光音響波発生部に照射される。光音響波発生部において発生した光音響波は超音波探触子によって検出され、その検出信号に基づいて光音響画像が生成される。光音響画像では、光音響波発生部の部分が輝点として現れ、光音響画像を用いて穿刺針の位置の確認が可能となる。

特開２００９−０３１２６２号公報 特開２０１５−２３１５８２号公報

ここで、たとえば特許文献２に記載のような穿刺針を用いて光音響イメージングを行う場合、上述したように光ファイバによって導光された光が光音響波発生部に照射されるが、通常、光ファイバの光出射端は平坦に研磨されており、その平坦面から光が出射される。

したがって、光の照射を受ける光音響波発生部は平坦な光ファイバの近傍であり、平坦面を振動面として光音響波は発せられることから、穿刺針の長さ方向に平行な方向（穿刺針の挿入方向）に対して最も強い光音響波を発するような音響出力の角度分布をしめす指向性となる。

したがって、たとえば穿刺針を被検体に刺した状態で穿刺針から光音響波を発生させ、被検体の表面に配置された超音波探触子によって光音響波を検出した場合、上述したような光音響波の指向性のため、通常穿刺針に対して側方に配置される超音波探触子による光音響波の検出感度が低下する問題がある。

また、上述したように穿刺針から強い指向性をもった光音響波が出射された場合、被検体内において光音響波が反射し、その反射された光音響波が超音波探触子によって検出されるため、穿刺針の先端位置と対応しない位置に強い信号が現れるいわゆるアーチファクトの発生要因となる問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、穿刺針などの挿入物の先端を感度良く検出することができる挿入物およびその挿入物を備えた光音響計測装置並びに挿入物の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の挿入物は、先端に開口を有し、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される中空状に形成された挿入物本体と、挿入物本体の中空部に、挿入物本体の長さ方向に沿って設けられた導光部材と、挿入物本体の先端側に配置される導光部材の光出射端に設けられ、その光出射端から出射される光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部とを備え、導光部材の光出射端の表面粗さが、導光部材の光入射端の表面粗さよりも粗いものである。

また、上記本発明の挿入物においては、導光部材の光出射端と光音響波発生部との間に、プライマ層を形成することができる。

また、上記本発明の挿入物において、導光部材の光出射端は、曲率を有する形状で形成することが好ましい。

また、上記本発明の挿入物において、導光部材の光出射端は、半球形状を有することが好ましい。

また、上記本発明の挿入物においては、導光部材の光出射端に、樹脂部材を設けることができる。

また、上記本発明の挿入物においては、樹脂部材は、光拡散樹脂からなるものであることが好ましい。

また、上記本発明の挿入物において、樹脂部材は、曲率を有する形状で形成されていることが好ましい。

また、上記本発明の挿入物において、樹脂部材は、半球形状を有することが好ましい。

また、上記本発明の挿入物において、樹脂部材は、導光部材の光出射端に連続する側面まで設けることが好ましい。

また、上記本発明の挿入物において、光音響波発生部は、導光部材によって導光された光を吸収する顔料を含む紫外線硬化樹脂から形成されたものであることが好ましい。

また、上記本発明の挿入物において、紫外線硬化樹脂は、光音響波発生部を挿入物本体に固定する接着剤として機能するものであることが好ましい。

また、上記本発明の挿入物において、挿入物本体は、被検体に穿刺される針とすることができる。

また、上記本発明の挿入物において、挿入物本体は、カテーテルとすることができる。

本発明の光音響計測装置は、上記本発明の挿入物と、挿入物の光音響波発生部によって吸収される光を出射する光源部と、挿入物の少なくとも一部が被検体内に挿入された後に、光音響波発生部から発せられた光音響波を検出する音響波検出部とを備える。

本発明の挿入物は、先端に開口を有し、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される中空状に形成された挿入物本体と、挿入物本体の中空部に、挿入物本体の長さ方向に沿って設けられた導光部材と、挿入物本体の先端側に配置される導光部材の光出射端に設けられ、その光出射端から出射される光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部とを備え、導光部材の光出射端の表面粗さが、導光部材の光入射端の表面粗さよりも粗くなるようにしたので、光音響波の指向性が広がり、穿刺針などの挿入物の先端を感度良く検出することができる。

本発明の挿入物の第１の実施形態を用いた穿刺針を備えた光音響画像生成装置の概略構成を示すブロック図 第１の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 光音響画像生成処理を説明するためのフローチャート 超音波画像生成処理を説明するためのフローチャート 第２の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第３の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第４の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第５の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第６の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第７の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第８の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第９の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 第１０の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 ＣＷＯ、ＬａＢ_６、ＡＴＯおよびＩＴＯの光の透過特性を示す図 ＴｉＯおよびカーボンブラックの光の透過特性を示す図 第１１の実施形態の穿刺針の穿刺針本体の先端部分の構成を示す図 第１１の実施形態の穿刺針の先端部分の構成を示す図 複数の貫通孔を設けた穿刺針の一実施形態を示す図

以下、本発明の挿入物の第１の実施形態を用いた穿刺針を備えた光音響画像生成装置１０について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の光音響画像生成装置１０は、穿刺針の構成に特徴を有するものであるが、まずは光音響画像生成装置１０全体の構成について説明する。図１は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の概略構成を示す図である。

本実施形態の光音響画像生成装置１０は、図１に示すように、超音波探触子１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、および穿刺針１５を備えている。穿刺針１５とレーザユニット１３とは、光ファイバを有する光ケーブル７０によって接続されている。光ケーブル７０は、後述する穿刺針１５内の光ファイバ１４を延長した部分を含むものであり、その端部にコネクタ７２が設けられており、コネクタ７２に対してレーザユニット１３が接続される。穿刺針１５および光ケーブル７０は、ディスポーザブルに構成されたものである。なお、本実施形態では、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。なお、図１においては図示省略したが、穿刺針１５には、シリンジまたは輸液チューブ等が接続され、薬液注入に利用できる。

レーザユニット１３は、本発明の光源部に相当するものであり、たとえば半導体レーザ光源を備えている。レーザユニット１３のレーザダイオード光源から出射されたレーザ光は、光ケーブル７０によって導光され、穿刺針１５に入射される。本実施形態のレーザユニット１３は、近赤外波長域のパルスレーザ光を出射するものである。近赤外波長域とは、およそ７００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長域を意味する。なお、本実施形態においては、レーザダイオード光源を用いるようにしたが、固体レーザ光源、ファイバレーザ光源、気体レーザ光源などその他のレーザ光源を用いるようにしてもよいし、レーザ光源以外のたとえば発光ダイオード光源を用いるようにしてもよい。

穿刺針１５は、本発明の挿入物の一実施形態であり、その少なくも一部が被検体に穿刺される針である。図２は、穿刺針１５の先端部近傍の構成を示す図である。図２は、穿刺針１５の長さ方向に伸びる中心軸を含む断面図を示している。図２に示すように、穿刺針１５は、穿刺針本体１５ａと、光ファイバ１４と、光音響波発生部１６とを備えている。なお、本実施形態においては、光ファイバ１４が、本発明の導光部材に相当するものである。

穿刺針本体１５ａは、たとえば金属から形成されるものであり、先端に開口１５ｂを有し、中空状に形成されている。穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃの直径（内径）は、後述する光ファイバ１４を設けることができる大きさであればよいが、たとえば０．１３ｍｍ以上２．６４ｍｍ以下である。

光ファイバ１４は、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃに、穿刺針本体１５ａの長さ方向に沿って設けられている。光ファイバ１４の光出射端１４ａは粗く研磨処理が施されている。具体的には、光ファイバ１４の光出射端１４ａの表面粗さが、光ファイバ１４の光入射端の表面粗さよりも粗くなるように研磨処理が施されている。光ファイバ１４の光入射端は、光ファイバ１４の光出射端１４ａとは反対側の一端である。

光ファイバ１４の光出射端１４ａと光入射端は、それぞれ異なる粒度の研磨粉を用いて研磨処理が施されることによって、異なる表面粗さに処理される。具体的には、光ファイバ１４の光出射端１４ａは、たとえば３．０μｍ、１２．０μｍまたは３０．０μｍの粒度の研磨粉が用いられて研磨処理が行われる。また、光ファイバ１４の光入射端は、光ファイバ１４の光出射端１４ａよりも細かい粒度の研磨粉が用いられ、たとえば０．３μｍ、１．０μｍの粒度の研磨粉が用いられて研磨処理が行われる。

そして、光ファイバ１４の光出射端１４ａを含む先端部分を覆うように光音響波発生部１６が設けられている。光ファイバ１４によって導光された光は、光ファイバ１４の光出射端１４ａの凹凸表面に入射され、その凹凸表面において拡散されて出射される。これにより光の放射角度を広げることができる。光ファイバ１４の光出射端１４ａの凹凸表面では、光ファイバ１４の光出射側（前方側）だけでなく、光入射側（後方側）にも光が拡散される。

光音響波発生部１６は、上述したように光ファイバ１４の先端部分を覆うように設けられ、光ファイバ１４の光出射端１４ａから出射された光を吸収して光音響波を発生するものである。本実施形態においては、粗く研磨された光ファイバ１４の光出射端１４ａから出射された光が光音響波発生部１６に入射されるので、均一な平坦面ではなく凹凸表面でミクロには様々な角度を持つ面が振動して光音響波が発生することになるため、面の分布する角度の分だけ図２において矢印で示すように、光音響波の放射角度を広げることができる。これにより、超音波探触子１１の光音響波の検出感度を向上させることができ、かつアーチファクトの発生を抑制することができる。

光音響波発生部１６は、光ファイバ１４によって導光された光を吸収する光吸収体と、その光吸収体を含有する樹脂とを含む材料から形成される。光音響波発生部１６を形成する材料としては、たとえば光を吸収する黒色の顔料が混合されたエポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂またはポリウレタン樹脂などの合成樹脂を用いることができる。また、カーボンブラックまたはＴｉＯ（酸化チタン）などのチタンブラックを上述した合成樹脂に混合するようにしてもよい。また、合成樹脂としては、熱硬化樹脂または光硬化性樹脂などを用いることができる。光音響波発生部１６は、熱硬化樹脂または光硬化性樹脂の接着力によって穿刺針本体１５ａの内壁に固定される。

なお、光音響波発生部１６については、光ファイバ１４の光出射端１４ａに粗い研磨処理を施した直後に形成することが好ましい。これにより光ファイバ１４の光出射端１４ａに対して有機物などが付着して光の透過率が低下するのを防止することができる。

また、図２では、光ファイバ１４よりも光音響波発生部１６の方が大きく描かれているが、これには限定されず、光音響波発生部１６は、光ファイバ１４の径と同程度の大きさであってもよい。また、図２に示す穿刺針１５において、光音響波発生部１６は、穿刺針１５の研磨面１５ｆから飛び出ないように、穿刺針１５の内側に配置されているが、実際上の配置としては研磨面１５ｆから飛び出ない範囲で、できるだけ穿刺針１５の先端近くに配置することが好ましい。

図１に戻り、超音波探触子１１は、本発明の音響波検出部に相当するものであり、たとえば一次元的に配列された複数の検出器素子（超音波振動子）を有している。超音波探触子１１は、被検体に穿刺針１５が穿刺された後に、光音響波発生部１６から発生された光音響波を検出する。超音波探触子１１は、光音響波の検出に加えて、被検体に対する音響波（超音波）の送信、及び送信した超音波に対する反射音響波（反射超音波）の受信を行う。超音波の送信と受信とは分離した位置で行ってもよい。たとえば超音波探触子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超音波探触子１１で受信してもよい。超音波探触子１１としては、リニア超音波探触子、コンベクス超音波探触子、またはセクター超音波探触子などを用いることができる。また、２次元アレイを用いても良い。

超音波ユニット１２は、受信回路２１、受信メモリ２２、データ分離部２３、光音響画像生成部２４、超音波画像生成部２５、画像出力部２６、送信制御回路２７、および制御部２８を有する。超音波ユニット１２は、典型的にはプロセッサ、メモリ、およびバスなどを有する。超音波ユニット１２には、光音響画像生成および超音波画像生成に関するプログラムがメモリに組み込まれている。プロセッサによって構成される制御部２８によってそのプログラムが動作することで、データ分離部２３、光音響画像生成部２４、超音波画像生成部２５および画像出力部２６の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとプロセッサにより構成されている。

なお、本実施形態においては、プログラムをプロセッサによって実行することによって各部を機能させるようにしたが、これに限らず、一部または全部の機能をハードウェアによって実現するようにしてもよい。ハードウェアの構成としては、特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、メモリおよびでディスクリート部品からなる回路などを適宜組み合わせることによって実現することができる。

受信回路２１は、超音波探触子１１が出力する検出信号を受信し、受信した検出信号を受信メモリ２２に格納する。受信回路２１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、およびＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）を含む。超音波探触子１１の検出信号は、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変換され、受信メモリ２２に格納される。受信回路２１は、例えば１つのＩＣ（Integral Circuit）で構成される。

超音波探触子１１は、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２２には、ＡＤ変換された光音響波およ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。データ分離部２３は、受信メモリ２２から光音響波の検出信号のサンプリングデータを読み出し、光音響画像生成部２４に送信する。また、受信メモリ２２から反射超音波のサンプリングデータを読み出し、超音波画像生成部２５に送信する。

光音響画像生成部２４は、超音波探触子１１で検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、たとえば整相加算などの画像再構成、検波および対数変換などを含む。超音波画像生成部２５は、超音波探触子１１で検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像（反射音響波画像）を生成する。超音波画像の生成も、整相加算などの画像再構成、検波および対数変換などを含む。画像出力部２６は、光音響画像と超音波画像とをディスプレイ装置などの画像表示部３０に出力する。

制御部２８は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。制御部２８は、光音響画像を取得する場合は、レーザユニット１３にトリガ信号を送信し、レーザユニット１３からレーザ光を出射させる。また、レーザ光の出射に合わせて、受信回路２１にサンプリングトリガ信号を送信し、光音響波のサンプリング開始タイミングなどを制御する。

制御部２８は、超音波画像を取得する場合は、送信制御回路２７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２７は、超音波送信トリガ信号を受けると、超音波探触子１１から超音波を送信させる。超音波探触子１１は、たと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。制御部２８は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路２１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。

次に、本実施形態の光音響画像生成装置１０の作用について説明する。まず、光音響画像生成処理について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

光音響画像生成処理において、フレームレート、１フレームあたりのレーザ発光数、１フレームあたりの反射音響波信号と光音響画像信号のフレーム数バランスなどの画像取得条件は、超音波ユニット１２の不図示のメモリに予め記憶されている。また、この画像取得条件に対応するように、制御部２８により、レーザ発光タイミング、レーザパルス数および電流などの光源駆動条件が決定されて、レーザユニット１３の駆動に用いられる。

光音響画像生成処理は、穿刺針１５が接続された光ケーブル７０のコネクタ７２がレーザユニット１３に接続された状態で開始する。超音波ユニット１２の制御部２８は、レーザユニット１３にトリガ信号を送る。レーザユニット１３は、トリガ信号を受けると、レーザ発振を開始し、パルスレーザ光を出射する（Ｓ１０）。レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は、光ケーブル７０によって導光され、穿刺針１５の光ファイバ１４に入射される。そして、パルスレーザ光は、穿刺針１５内の光ファイバ１４によって穿刺針１５の先端の近傍まで導光されて光音響波発生部１６に照射される。光音響波発生部１６はパルスレーザ光を吸収して光音響波を発生する（Ｓ１２）。なお、光音響画像生成処理においては、医師などのユーザにより、レーザユニット１３の駆動の前後等の任意のタイミングで穿刺針１５が被検体に穿刺される。

超音波探触子１１は、レーザ光の照射により光音響波発生部１６から発生した光音響波を検出する（Ｓ１４）。超音波探触子１１から出力された光音響波の検出信号は、受信回路２１で受信され、そのサンプリングデータが受信メモリ２２に格納される。光音響画像生成部２４は、データ分離部２３を介して光音響波の検出信号のサンプリングデータを受信し、光音響画像を生成する（Ｓ１６）。光音響画像生成部２４は、カラーマップを適用し、光音響画像における信号強度を色に変換してもよい。光音響画像生成部２４が生成した光音響画像は、画像出力部２６に入力され、画像出力部２６によって画像表示部３０に光音響画像が表示される（Ｓ１８）。

次に、超音波画像生成処理について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、制御部２８が、送信制御回路２７に超音波送信トリガ信号を送り、送信制御回路２７は、それに応答して超音波探触子１１から超音波を送信させる（Ｓ３０）。超音波探触子１１は、超音波の送信後、反射超音波を検出する（Ｓ３２）。そして、その検出信号は、受信回路２１で受信され、そのサンプリングデータが受信メモリ２２に格納される。超音波画像生成部２５は、データ分離部２３を介して超音波の検出信号のサンプリングデータを受信し、超音波画像を生成する（Ｓ３４）。超音波画像生成部２５は、カラーマップを適用し、超音波画像における信号強度を色に変換してもよい。超音波画像生成部２５が生成した超音波画像は、画像出力部２６に入力され、画像出力部２６によって画像表示部３０に超音波画像が表示される（Ｓ３６）。

なお、画像表示部３０においては、光音響画像と超音波画像とを合成して表示するようにしてもよい。このようにすることで、穿刺針１５の先端が生体内のどこにあるかを確認することができるようになるため、正確で安全な穿刺が可能になる。また、本実施形態においては、上述したように粗く研磨された光ファイバ１４の光出射端１４ａから光を出射し、これにより光音響波の出射方向を広げることができるので、穿刺針１５の先端の視認性を向上させることができる。

次に、本発明の挿入物のその他の実施形態を用いた穿刺針１５について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第２の実施形態の穿刺針１５は、図５に示すように、光ファイバ１４の光出射端１４ａに樹脂部材１７を設けるようにしたものである。それ以外の構成については、第１の実施形態の穿刺針１５と同様である。

樹脂部材１７は、光ファイバ１４によって導光された光を透過するものである。樹脂部材１７の上記光の透過率は、８０％以上であることが好ましい。

また、樹脂部材１７の材料としては、光拡散性を有する樹脂を用いることが好ましい。光拡散性を有する樹脂としては、たとえば光拡散性を付与する分子を含む樹脂を用いることができる。具体的には、分子構造の不均一性により白濁した樹脂を用いることができる。このような樹脂としては、紫外線硬化樹脂であるＯＧ１９８−５５（Epoxy Technology, Inc.製）を用いることができる。また、白色酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの顔料を混合した熱硬化エポキシ樹脂あるいは紫外線硬化樹脂などを用いることができる。

第２の実施形態の穿刺針１５によれば、光ファイバ１４の光出射端１４ａに樹脂部材１７を設けるようにしたので、光出射端１４ａから出射された光をさらに拡散することができる。これにより穿刺針本体の軸方向に対して側方方向に進行する光が増え、光音響波発生部１６の側方の面において発生する光音響波が増加し、光音響波の放射角度をさらに広げることができる。

なお、樹脂部材１７は、図５に示すように、光ファイバ１４の光出射端１４ａに連続する側面１４ｂまで設けることが好ましい。これにより樹脂部材１７の接着面積を広げることができ、接着力を強くすることができる。また、光ファイバ１４の先端の角部を樹脂部材１７によって保護することができる。

樹脂部材１７は、樹脂部材１７の材料の液滴を光ファイバ１４の光出射端１４ａに垂らすことによって形成することができる。樹脂部材１７の形状については、曲率を有する形状であることが好ましく、図５に示すように楕円形状に形成するようにしてもよいし、光ファイバ１４の光出射端１４ａに半球形状で形成するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態の穿刺針１５について説明する。図６は、第３の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第３の実施形態の穿刺針１５は、図６に示すように、光ファイバ１４の光出射端１４ａと光音響波発生部１６との間に、プライマ層１９を設けたものである。その他の構成については、第１の実施形態の穿刺針１５と同様である。

プライマ層１９は、光ファイバ１４の光出射端１４ａと光音響波発生部１６とを接着し易くする接着層であり、光ファイバ１４の光出射端１４ａと光音響波発生部１６との両方に接着性を有する材料から形成される層である。このようにプライマ層１９を形成することによって、光ファイバ１４と光音響波発生部１６との接着性を向上させることができる。

なお、プライマ層１９については、光ファイバ１４の光出射端１４ａに粗い研磨処理を施した直後に形成することが好ましい。これにより光ファイバ１４の光出射端１４ａに対して有機物などが付着して光音響波発生部１６との接着力が低下するのを防止することができる。

次に、本発明の第４の実施形態の穿刺針１５について説明する。第１の実施形態の穿刺針１５においては、光音響波発生部１６を形成する材料を光ファイバ１４の光出射端１４ａに供給して光音響波発生部１６を形成しながら、その材料の接着力によって、光音響波発生部１６および光ファイバ１４の先端部分を穿刺針本体１５ａの内壁に固定するようにしたが、第４の実施形態の穿刺針１５は、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４を、接着剤である合成樹脂によって穿刺針本体１５ａの内壁に固定するようにしたものである。

図７は、第４の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第４の実施形態の穿刺針１５の製造方法としては、まず、光ファイバ１４の光出射端１４ａに光音響波発生部１６を形成する。そして、その後、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４を、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃ内に挿入して、光音響波発生部１６を所望の位置に配置する。そして、光音響波発生部１６に対して接着剤樹脂１８を供給し、硬化させる。接着剤樹脂１８としては、熱硬化樹脂および光硬化樹脂を用いることができるが、処理工程がより簡略な光硬化樹脂を用いることが好ましい。光硬化樹脂としては、たとえば可視光の照射によって硬化する樹脂または紫外光の照射によって硬化する樹脂を用いることができる。

このように光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４を、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃ内に挿入して、光音響波発生部１６を接着剤樹脂１８によって固定するようにすれば、光ファイバ１４を穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃに挿入する際、光ファイバ１４の光出射端１４ａが光音響波発生部１６によって保護されているので、光ファイバ１４の光出射端１４ａが、穿刺針本体１５ａにおける光ファイバ１４の挿入口または内壁に衝突することによって欠けるのを防止することができる。

なお、第４の実施形態の穿刺針１５のその他の構成については、第１の実施形態の穿刺針１５と同様である。なお、接着剤樹脂１８を使用せず、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４を、穿刺針１５の開口１５ｂ近傍に配置したものでもよい。

次に、本発明の第５の実施形態の穿刺針１５について説明する。図８は、第５の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第５の実施形態の穿刺針１５は、第２の実施形態の穿刺針１５のように、光ファイバ１４の光出射端１４ａに樹脂部材１７を設けるとともに、第４の実施形態の穿刺針１５のように、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４の先端部分を、接着剤樹脂１８によって穿刺針本体１５ａの内壁に固定するようにしたものである。

第５の実施形態の穿刺針１５においては、図８に示すように、樹脂部材１７を覆うように光音響波発生部１６が形成される。なお、樹脂部材１７の材料については、第２の実施形態と同様である。また、樹脂部材１７については、上述したように光ファイバ１４の光出射端１４ａに連続する側面１４ｂまで設けることが好ましい。また、樹脂部材１７の形状については、曲率を有する形状であることが好ましく、図８に示すように楕円形状に形成するようにしてもよいし、光ファイバ１４の光出射端１４ａに半球形状で形成するようにしてもよい。なお、接着剤樹脂１８を使用せず、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４を、穿刺針１５の開口１５ｂ近傍に配置したものでもよい。

次に、本発明の第６の実施形態の穿刺針１５について説明する。図９は、第６の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第６の実施形態の穿刺針１５は、図９に示すように、光ファイバ１４の光出射端１４ａを半球形状に研磨し、かつ光ファイバ１４の光出射端１４ａの表面粗さが、光ファイバ１４の光入射端の表面粗さよりも粗くなるように研磨処理を施したものである。なお、第６の実施形態の穿刺針１５は、光ファイバ１４の光出射端１４ａの形状以外の構成については、第１の実施形態の穿刺針１５と同様である。光ファイバ１４の光出射端１４ａと光入射端の研磨処理の方法についても、第１の実施形態の穿刺針１５と同様である。

第６の実施形態の穿刺針１５によれば、光ファイバ１４の光出射端１４ａを半球形状に研磨するようにしたので、光ファイバ１４の光出射端１４ａからより広い角度で均一に光を出射させることができる。これにより光音響波発生部１６において発生する光音響波の放射角度を広げることができる。

なお、光ファイバ１４の光出射端１４ａの形状については、必ずしも半球形状でなくてもよく、曲率を有する形状であればよい。たとえば半楕円形状に形成するようにしてもよいし、先端部分に曲率を有する円錐形状に形成するようにしてもよい。

次に、本発明の第７の実施形態の穿刺針１５について説明する。図１０は、第７の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第７の実施形態の穿刺針１５は、第６の実施形態の穿刺針１５に対して、第２の実施形態の穿刺針１５と同様に、光ファイバ１４の光出射端１４ａに樹脂部材１７を設けるようにしたものである。

樹脂部材１７は、上述したように光ファイバ１４の光出射端１４ａに連続する側面１４ｂまで設けることが好ましい。また、樹脂部材１７の形状については、曲率を有する形状であることが好ましく、図１０に示すように楕円形状に形成するようにしてもよいし、光ファイバ１４の光出射端１４ａに半球形状で形成するようにしてもよい。また、樹脂部材１７の材料については、第２の実施形態と同様である。それ以外の構成については、第６の実施形態の穿刺針１５と同様である。

次に、本発明の第８の実施形態の穿刺針１５について説明する。図１１は、第８の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第８の実施形態の穿刺針１５は、第６の実施形態の穿刺針１５に対して、第３の実施形態の穿刺針１５と同様に、光ファイバ１４の光出射端１４ａと光音響波発生部１６との間に、プライマ層１９を設けたものである。その他の構成については、第６の実施形態の穿刺針１５と同様である。

次に、本発明の第９の実施形態の穿刺針１５について説明する。図１２は、第９の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第９の実施形態の穿刺針１５は、第６の実施形態の穿刺針１５と同様に、光ファイバ１４の光出射端１４ａを半球形状に研磨し、かつ第４の実施形態の穿刺針１５のように、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４の先端部分を、接着剤樹脂１８によって穿刺針本体１５ａの内壁に固定するようにしたものである。接着剤樹脂１８の材料については、第４の実施形態の穿刺針１５と同様である。なお、接着剤樹脂１８を使用せず、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４を、穿刺針１５の開口１５ｂ近傍に配置したものでもよい。

次に、本発明の第１０の実施形態の穿刺針１５について説明する。図１３は、第１０の実施形態の穿刺針１５の断面図である。第１０の実施形態の穿刺針１５は、第７の実施形態の穿刺針１５のように、半球形状に研磨された光ファイバ１４の光出射端１４ａに樹脂部材１７を設けるとともに、第９の実施形態の穿刺針１５のように、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４の先端部分を、接着剤樹脂１８によって穿刺針本体１５ａの内壁に固定するようにしたものである。

第１０の実施形態の穿刺針１５においては、図１３に示すように、樹脂部材１７を覆うように光音響波発生部１６が形成される。なお、樹脂部材１７の材料については、第２の実施形態と同様である。また、樹脂部材１７については、上述したように光ファイバ１４の光出射端１４ａに連続する側面１４ｂまで設けることが好ましい。また、樹脂部材１７の形状については、曲率を有する形状であることが好ましく、図１３に示すように楕円形状に形成するようにしてもよいし、光ファイバ１４の光出射端１４ａに半球形状で形成するようにしてもよい。なお、接着剤樹脂１８を使用せず、光音響波発生部１６が設けられた光ファイバ１４を、穿刺針１５の開口１５ｂ近傍に配置したものでもよい。

なお、第１〜第１０の実施形態の穿刺針１５においては、光音響波発生部１６の材料としては、たとえば光ファイバ１４によって導光されるレーザ光として近赤外光を用いる場合には、近赤外光を吸収し、紫外から青色までの波長の光の透過率が高い顔料を含む紫外線硬化樹脂または光硬化樹脂を用いることが好ましい。

近赤外光を吸収し、かつ紫外から青色までの波長の光の透過率が高い顔料としては、たとえばＣＷＯ（セシウム酸化タングステン）、ＬａＢ_６（六ホウ化ランタン）、ＡＴＯ（アンチモン酸化スズ）およびＩＴＯ（スズ酸化インジウム）などを用いることができる。図１４は、ＣＷＯ、ＬａＢ_６、ＡＴＯおよびＩＴＯの光の透過特性を示す図である。また、その他に、ＴｉＯ（酸化チタン）などのチタンブラックを用いるようにしてもよい。図１５は、ＴｉＯの光の透過特性を示す図である。なお、図１５においては、比較のため、カーボンブラックの光の透過特性も示している。また、紫外から青色までの波長の光の透過率が高いとは、紫外から青色までの波長帯域のうちの少なくとも一部の波長帯域に対して１０％以上の透過率であればよい。なお、光の透過率は、上記顔料の樹脂への混合濃度を変えることで制御可能であり、光ファイバ１４に塗布する厚みと同等の厚みをスライドガラスに塗布し、分光光度計などで透過率を測定し、決定することができる。また、硬化条件として紫外から青色までの波長の光の入射光量や入射時間を変えられるため、上記のような材料であれば近赤外における吸収率と硬化する波長における透過率のバランスを取れば良い。

このように、光音響波発生部１６を形成する材料として、上述したような材料を用いることによって、光音響波発生部１６の形成過程において、紫外線硬化樹脂または光硬化樹脂を効率的に硬化させることができる。

また、光音響波発生部１６の材料としては、これに限らず、たとえば近赤外光を吸収し、可視光を透過する顔料を含む熱硬化樹脂を用いるようにしてもよい。可視光を透過するとは、可視光の波長帯域のうちの少なくとも一部の波長帯域に対して１０％以上の透過率であればよい。近赤外光を吸収し、可視光を透過する顔料としては、たとえばＣＷＯ（セシウム酸化タングステン）、ＬａＢ_６（六ホウ化ランタン）、ＡＴＯ（アンチモン酸化スズ）、ＩＴＯ（スズ酸化インジウム）およびＴｉＯ（酸化チタン）などのチタンブラックなどを用いることができる。

次に、本発明の第１１の実施形態の穿刺針１５について説明する。図１６は、第１１の実施形態の穿刺針１５の穿刺針本体１５ａの先端部近傍の構成を示す図である。図１６Ｉは、穿刺針本体１５ａの長さ方向に伸びる中心軸を含む断面図を示しており、図１６ＩＩは、穿刺針本体１５ａの開口１５ｂ側を上側とした場合における上面図である。図１６Ｉおよび図１６ＩＩに示すように、第１１の実施形態の穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃを形成する壁部１５ｄには貫通孔１５ｅが形成されている。

貫通孔１５ｅは、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃから穿刺針本体１５ａの外側まで貫通する孔であり、高精度なレーザ加工によって形成されることが望ましい。本実施形態においては、貫通孔１５ｅは円形で形成されている。貫通孔１５ｅの径は、光音響波の伝搬効率、光音響波発生部１６の固定および穿刺針本体１５ａの強度の観点から、光ファイバの径よりも大きい方が好ましく、８０μｍ以上、かつ穿刺針１５の中空部１５ｃの直径の３０％〜６０％程度であることが望ましい。

また、貫通孔１５ｅの中心Ｃは、穿刺針本体１５ａの先端近傍であることが好ましい。穿刺針本体１５ａの先端近傍とは、光音響波発生部１６が貫通孔１５ｅの位置に配置された場合に、穿刺作業に必要な精度で穿刺針１５の先端の位置を画像化できる光音響波を発生可能な位置である。貫通孔１５ｅの中心Ｃは、開口１５ｂ内にあり、かつたとえば穿刺針本体１５ａの先端から０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内となるであることが好ましい。

また、貫通孔１５ｅは、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃを形成する壁部１５ｄのうち、穿刺針本体１５ａの最先端の位置Ｐを通り、穿刺針本体１５ａの長さ方向に伸びる直線Ｌ上に形成することが望ましい。さらに、上記直線Ｌ上に貫通孔１５ｅの中心Ｃが位置することがより好ましい。

なお、本実施形態においては、貫通孔１５ｅを円形としたが、これに限らず、穿刺針１５の長さ方向に延びる楕円形としてもよい。また、貫通孔１５ｅの形状は、正方形、穿刺針１５の長さ方向に延びる長方形、円形と正方形との間の形状、または楕円形と長方形との間の形状などとしてもよい。また、貫通孔１５ｅは、テーパ状に形成するようにしてもよい。すなわち、貫通孔１５ｅの穿刺針本体１５ａの内壁側の開口よりも外壁側の開口の方が大きくなるようにしてもよい。

図１７は、図１６に示す穿刺針本体１５ａに対して、第１の実施形態の穿刺針１５と同様に、粗く研磨された光ファイバ１４および光音響波発生部１６を設けた穿刺針１５の構成を示す図である。図１７Ｉは、穿刺針１５の長さ方向に伸びる中心軸を含む断面図を示しており、図１７ＩＩは、穿刺針１５の開口１５ｂ側を上側とした場合における上面図である。

図１７Ｉおよび図１７ＩＩに示すように、第１１の実施形態の穿刺針１５においては、穿刺針本体１５ａの貫通孔１５ｅの上方に光ファイバ１４の光出射端１４ａが配置され、光ファイバ１４の先端近傍を覆うように、光音響波発生部１６が設けられている。

図１７に示す穿刺針１５において、貫通孔１５ｅおよび光音響波発生部１６の位置は、図１７Ｉに示すように、光音響波発生部１６が穿刺針１５の研磨面１５ｆから飛び出ないように、穿刺針１５の内側に配置されているが、実際上の配置としては研磨面１５ｆから飛び出ない範囲で、できるだけ穿刺針１５の先端近くに配置することが好ましい。

なお、第１１の実施形態の穿刺針１５は、その他の構成については、第１の実施形態の穿刺針１５と同様である。

第１１の実施形態の穿刺針１５の製造方法としては、まず、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｃ内に光ファイバ１４を挿入して、光ファイバ１４の光出射端１４ａに設けられた樹脂部材１７を貫通孔１５ｅ上に配置する。その後、光ファイバ１４の光出射端１４ａに対して光音響波発生部１６を形成する材料を供給しながら、かつ貫通孔１５ｅを上記材料によって充填し、充填後に上記材料を硬化させる。

上述したように貫通孔１５ｅに対して光音響波発生部１６を固定することによって、光音響波発生部１６において発生した光音響波を、開口１５ｂからだけでなく、貫通孔１５ｅから穿刺針１５の外側に向けて出射させることができ、穿刺針１５の開口１５ｂ側とは反対の面側において効率良く光音響波を伝搬させることができる。したがって、超音波探触子１１に対して開口１５ｂが反対向きであっても貫通孔１５ｅからの光音響波を検出できるため穿刺針１５の先端を感度良く検出することができる。

また、光音響波発生部１６において発生した光音響波が、中空部１５ｃを形成する壁部１５ｄの内壁によって反射されることなく貫通孔１５ｅから出射されるので、穿刺針１５内部の金属面（内壁）によって反射された光音響波に起因するアーチファクトの発生を抑制することができる。

また、光音響波発生部１６を形成する材料を貫通孔１５ｅまで充填させて硬化させることによってアンカー効果を得ることができ、光音響波発生部１６の固定を強化させることができる。

また、上記第１１の実施形態の穿刺針１５においては、穿刺針本体１５ａに１つの貫通孔１５ｅを設けるようにしたが、これに限らず、複数の貫通孔を設けるようにしてもよい。図１８は、２つの貫通孔を穿刺針本体に設けた穿刺針の一実施形態を示したものである。図１８Ｉは、２つの貫通孔１５ｅを有する穿刺針１５の長さ方向に伸びる中心軸を含む断面図を示しており、図１８ＩＩは、図１８Ｉに示す穿刺針１５を矢印Ｙ方向から見た図である。

図１８に示す穿刺針１５においては、貫通孔１５ｅは、穿刺針本体１５ａの対向する位置に設けられている。そして、２つの貫通孔１５ｅのうちの一方の貫通孔１５ｅに対して、光音響波発生部１６が配置されている。

図１８に示す穿刺針１５の製造方法としては、穿刺針本体１５ａ内に光ファイバ１４を挿入し、光音響波発生部１６が設けられる側の貫通孔１５ｅ（以下、第１の貫通孔１５ｅという）とは反対側の貫通孔１５ｅ（以下、第２の貫通孔１５ｅという）から光ファイバ１４の光出射端１４ａの位置を確認しながら、第１の貫通孔１５ｅ上に光出射端１４ａが配置される。そして、第２の貫通孔１５ｅから光出射端１４ａに対して光音響波発生部１６を形成する材料を供給しながら、かつ第１の貫通孔１５ｅを上記材料によって充填し、充填後に上記材料を硬化させる。

図１８に示す穿刺針１５のように、２つの貫通孔１５ｅを設けることによって、２つの貫通孔１５ｅから光音響波を伝搬させることができる。したがって、第１の貫通孔１５ｅまたは第２の貫通孔１５ｅのどちらが超音波探触子１１側に位置していてもいずれかの貫通孔１５ｅからの光音響波を検出できるため穿刺針１５の先端を感度良く検出することができる。

なお、図１８に示す穿刺針１５においては、２つの貫通孔１５ｅを設けるようにしたが、２つに限らず、直交する方向について４つの貫通孔を設けるようにしてもよい。

なお、第１１の実施形態の穿刺針１５は、第１の実施形態の穿刺針１５の穿刺針本体１５ａに貫通孔１５ｅを設けた例であるが、第２〜第１０の実施形態の穿刺針１５においても、第１１の実施形態の穿刺針１５と同様に、穿刺針本体１５ａに貫通孔１５ｅを形成し、その貫通孔１５ｅの上方に研磨された光ファイバの光出射端１４ａを配置し、研磨された光ファイバの光出射端１４ａを覆うように光音響波発生部１６を形成するようにしてもよい。また、第２〜第１０の実施形態の穿刺針１５においても、複数の貫通孔１５ｅを形成するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、挿入物として穿刺針１５を考えたが、これには限定されない。挿入物は、内部にラジオ波焼灼術に用いられる電極を収容するラジオ波焼灼用針であってもよいし、血管内に挿入されるカテーテルであってもよいし、血管内に挿入されるカテーテルのガイドワイヤであってもよい。特に、カテーテルにおいては管の先端部は鋭利である必要はなく、先端部は樹脂部材が出ない程度の位置で直角にカットされていればよい。また、カテーテルの先端部が光音響波を発生する樹脂で埋められている代わりに側方部に液注入用の穴あるいは弁の役割を兼ねるスリットが追加されていてもよい。

また、本発明の挿入物は、注射針のような針には限定されず、生体検査に用いられる生検針であってもよい。すなわち、生体の検査対象物に穿刺して検査対象物中の生検部位の組織を採取可能な生検針であってもよい。その場合には、生検部位の組織を吸引して採取するための採取部（吸入口）において光音響波を発生させればよい。また、針は、皮下および腹腔内臓器など、深部までの穿刺を目的とするガイディングニードルとして使用されてもよい。また、内視鏡内を経て、鉗子口から出る針に用いてもよい。

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、本発明の挿入物およ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 光音響画像生成装置
１１ 超音波探触子
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 光ファイバ
１４ａ 光出射端
１４ｂ 側面
１５ 穿刺針
１５ａ 穿刺針本体
１５ｂ 開口
１５ｃ 中空部
１５ｄ 壁部
１５ｅ 貫通孔
１５ｆ 研磨面
１６ 光音響波発生部
１７ 樹脂部材
１８ 接着剤樹脂
１９ プライマ層
２１ 受信回路
２２ 受信メモリ
２３ データ分離部
２４ 光音響画像生成部
２５ 超音波画像生成部
２６ 画像出力部
２７ 送信制御回路
２８ 制御部
３０ 画像表示部
７０ 光ケーブル
７２ コネクタ
Ｃ 貫通孔の中心
Ｌ 直線
Ｐ 穿刺針本体の最先端の位置
Ｙ 矢印

Claims (14)

1. 先端に開口を有し、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される中空状に形成された挿入物本体と、
   前記挿入物本体の中空部に、前記挿入物本体の長さ方向に沿って設けられた導光部材と、
   前記挿入物本体の前記先端側に配置される前記導光部材の光出射端に設けられ、該光出射端から出射される光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部とを備え、
   前記導光部材の光出射端の表面粗さが、前記導光部材の光入射端の表面粗さよりも粗い挿入物。
2. 前記導光部材の光出射端と前記光音響波発生部との間に、プライマ層が形成されている請求項１記載の挿入物。
3. 前記導光部材の光出射端が、曲率を有する形状で形成されている請求項１または２記載の挿入物。
4. 前記導光部材の光出射端が、半球形状を有する請求項３記載の挿入物。
5. 前記導光部材の光出射端に、樹脂部材が設けられている請求項１から４いずれか１項記載の挿入物。
6. 前記樹脂部材が、光拡散樹脂からなる請求項５記載の挿入物。
7. 前記樹脂部材が、曲率を有する形状で形成されている請求項５または６記載の挿入物。
8. 前記樹脂部材が、半球形状を有する請求項７記載の挿入物。
9. 前記樹脂部材が、前記導光部材の光出射端に連続する側面まで設けられている請求項５から８いずれか１項記載の挿入物。
10. 前記光音響波発生部が、前記導光部材によって導光された光を吸収する顔料を含む紫外線硬化樹脂から形成された請求項１から９いずれか１項記載の挿入物。
11. 前記紫外線硬化樹脂が、前記光音響波発生部を前記挿入物本体に固定する接着剤として機能する請求項１０記載の挿入物。
12. 前記挿入物本体が、前記被検体に穿刺される針である請求項１から１１いずれか１項記載の挿入物。
13. 前記挿入物本体が、カテーテルである請求項１から１１いずれか１項記載の挿入物。
14. 請求項１から１３いずれか１項記載の挿入物と、
    前記挿入物の前記光音響波発生部によって吸収される光を出射する光源部と、
    前記挿入物の少なくとも一部が前記被検体内に挿入された後に、前記光音響波発生部から発せられた光音響波を検出する音響波検出部とを備えた光音響計測装置。