(57)【要約】【課題】被検体からの散乱光を被検体内に閉じ込めることが可能で、且つ該散乱光によって探触子の受信素子領域から光音響波が発生するのを確実に抑制することが可能となる光音響装置、および探触子を提供する。【解決手段】  被検体に照射された光に起因して該被検体から発生する光音響波を受信して、被検体の情報を得る光音響装置であって、  前記被検体に光を照射するための光源と、  前記光音響波を受信するための音響波受信器と、  前記光源より被検体内に入射した光が光拡散によって被検体外に出射する光を、再び被検体内に入射させるための光反射部材と、を有し、  前記光反射部材は弾性波を透過する構成とする。【選択図】            図１
2010075681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射された光に起因して該被検体から発生する光音響波を受信して、被検体の情報を得る光音響装置であって、
前記被検体に光を照射するための光源と、
前記光音響波を受信するための音響波受信器と、
前記光源より被検体内に入射した光が光拡散によって被検体外に出射する光を、再び被検体内に入射させるための光反射部材と、を有し、
前記光反射部材は弾性波を透過することを特徴とする光音響装置。
【請求項２】
前記光反射部材は、前記被検体への光照射領域に対する該光反射部材の正射影が、該光照射領域と重複する領域を有するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
【請求項３】
前記被検体と接触し得る、光の屈折率が１．４以上の板状部材を更に有し、  
該板状部材が、前記光反射部材と被検体への光照射領域との間に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光音響装置。
【請求項４】
前記板状部材が、弾性波を透過することを特徴とする請求項３に記載の光音響装置。
【請求項５】
前記音響波受信器は、該音響波受信器の受信面に前記光反射部材が配設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項６】
前記光反射部材が、平面状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項７】
前記光反射部材が、前記被検体側から見て凹面となっていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項８】
前記光反射部材が、探触子の受信素子領域よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の光音響装置。
【請求項９】
前記音響波受信器を前記板状部材に沿って走査させるための可動部を有することを特徴とする請求項３に記載の光音響装置。
【請求項１０】
被検体に照射された光に起因して該被検体から発生する光音響波を受信するための音響波受信器を有する探触子であって、
前記被検体に対向する受信面を有する探触子本体と、
前記受信面に設けられた光音響波の受信素子と、
被検体内に入射した光が光拡散によって被検体外に出射する光を反射させる光反射部材と、を有し、
前記受信面における該光反射部材の面積は、前記受信面における受信素子領域の面積より大きく設定されていることを特徴とする探触子。
【請求項１１】
前記光反射部材は、前記受信面の全面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の探触子。
【請求項１２】
前記反射部材は、前記探触子本体の側面に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の探触子。
【請求項１３】
前記反射部材の一部に、前記探触子の側面から導かれる光を前記被検体に照射するための開口が設けられることを特徴とする請求項１０に記載の探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に照射された光に起因して該被検体から発生する光音響波を受信して、被検体の情報を得る光音響装置、および該光音響波を受信するための探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている（非特許文献１参照）。
光音響トモグラフィーは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生する音響波を検出する。
そして、それらの信号を解析処理し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する技術である。
つまり、光音響効果とは、物体にパルス光を照明すると、被検体内の吸収係数が高い領域で体積膨張により超音波（疎密波）が発生する現象である。
上記パルス光を照射することによる体積膨張によって発生した超音波を、本発明において「光音響波」という。
【０００３】
上記技術により、被検体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
このような光音響イメージングを用いることで、解像度の高い光学特性値分布が得られる。
一方、上記非特許文献１によれば、探触子表面に光が照射されると、被検体からの音響信号とは関係のない大きなノイズ信号が生じるため、リニアアレイ型超音波探触子の前面に超音波伝播に影響しないアルミ膜を配設することが記載されている。
また、特許文献１には、回転楕円体の光反射部材を用いて構成された生体画像化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０８０５０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ  ＯＮ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ，  Ｖｏｌ．２４，  Ｎｏ．４  Ａｐｒｉｌ  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光音響イメージングでは生体内での光吸収による光の減衰が原因となり、被検体深部の情報を得ることが難しいという課題がある。
つまり、得られる音響波の音圧は、被検体内の吸収体に到達する局所的な光量に比例する。ところが被検体に照射された光は、散乱と吸収により体内で急激に減衰する。
さらに、人体の場合、照射可能な光量には安全上の制限が規格によって定められているので、体内奥深くの組織にまで大きな光を到達させることは難しい。
そのため生体深部からの光音響波を得ることが困難となる。
そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、被検体内において光は強く散乱するため、与えたエネルギーの一部が光音響波の生成に寄与しないまま被検体外に出射されることが明らかとされた。
この被検体内で吸収されずに被検体外に出射してしまう拡散光を、再び被検体方向に反射させることによって、与えた光エネルギーの損失を抑制することが可能となる。
そのため、こうした損失光の有効活用が出来れば、体内深部の情報が画像化できたり、あるいは小型の光源が利用できたりというメリットがある。
【０００７】
ところで、特許文献１には回転楕円体の光反射部材を用いることで光を有効利用しようとすることが示唆されている。
この場合、光が被検体に照射される前に、光を楕円体の焦点に集めることで光が効率的に照射される。
しかし、そもそも被検体に入射後に生体外に出射してしまう拡散光について有効利用するというものではない。
また、この場合被検体は楕円体の焦点に位置している必要があり、またアレイ探触子などの大きな探触子は光をさえぎってしまい使用できない。
さらに、探触子を走査しながら信号を検出することもできない。このように使用上大きな制限が生じるため、汎用的なイメージング装置への適用は困難である。
【０００８】
一方、非特許文献１にはリニアアレイ型超音波探触子と、寒天でできたカップリングパッドの間に、超音波伝播に影響しない程度の厚みを有するアルミ膜を配設することが開示されている。
しかし、その詳細なサイズ等は開示されていない。一般に、リニアアレイ型超音波探触子の幅は１ｃｍ程度、そのうち受診素子の幅は５ｍｍ程度であることから、探触子前面に配設された反射膜の幅は高々１ｃｍ程度である。
また、一般にリニアアレイ型超音波探触子には音響レンズが配設されており、凸型形状となっている。
本特許の発明者らによる検討によると、詳細は後述するが、このように、ノイズ除去の目的で配されるようなサイズの反射層があったとしても、体内方向への反射光量は必ずしも大きいものではなかった。
また、凸型の反射面で光が反射すると光が拡散するため、生体に照射される反射光のエネルギー密度はさらに小さくなる。
つまり、非特許文献１の構成は、さほど有効に光エネルギーを活用できず、単にノイズ除去の目的で構成されているものである。
以上のように、生体外に出射した光を有効活用することによって生体深部の光音響信号を観測できると考えられるものの、その詳細な解決手段について確立されていなかった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、被検体から出射した拡散光を被検体方向に反射させ、与えたエネルギーを有効活用できることが可能な光音響装置、及び、光音響波を受信するための探触子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、つぎのように構成した光音響装置および光音響波を受信するための探触子を提供するものである。
本発明の光音響装置は、被検体に照射された光に起因して該被検体から発生する光音響波を受信して、被検体の情報を得る光音響装置であって、
前記被検体に光を照射するための光源と、
前記光音響波を受信するための音響波受信器と、
前記光源より被検体内に入射した光が光拡散によって被検体外に出射する光を、再び被検体内に入射させるための光反射部材と、を有し、
前記光反射部材は弾性波を透過することを特徴とする。
また、本発明の探触子は、被検体に照射された光に起因して該被検体から発生する光音響波を受信するための音響波受信器を有する探触子であって、
前記被検体に対向する受信面を有する探触子本体と、
前記測定面に設けられた光音響波の受信素子と、
被検体内に入射した光が光拡散によって被検体外に出射する光を反射させる光反射部材と、を有し、
前記測定面における該光反射部材の面積は、前記受信面における受信素子領域の面積より大きく設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生体内で拡散し体外に出射した光を、反射部材による反射によって、再度、生体内へと入射させることが可能となる。
これらにより光利用効率が改善されることから、限られた光量で、従来よりも深い位置の診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１における反射率１００％の反射部材を用いた場合における結果をシミュレーションにより計算した際の、光の放射発散度［Ｗ／ｃｍ２］を光照射点からの深さ方向にプロットしたグラフである。
【図５】本発明の実施形態における生体情報処理装置の構成例を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態における探触子本体を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態における探触子を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態におけるシミュレーションモデルを説明する図である。
【図９】本発明の実施形態におけるシミュレーション結果をプロットしたグラフである。
【図１０】本発明の実施形態における生体情報処理装置の構成例を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例２におけるシミュレーションモデルを説明する図である。
【図１２】本発明の実施例２におけるシミュレーション結果をプロットしたグラフである。
【図１３】本発明の実施形態における光反射部材と生体との間に光の屈折率１．４以上の板状部材配設した構成例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態における光音響装置として、被検体に照射された光に起因して被検体から発生する光音響波を受信して被検体の情報を得るようにした構成例について、図を用いて説明する。
（実施形態１）
図１を用いて、本発明の光音響装置を適用した実施形態における生体情報イメージング装置の構成例を説明する。
図１において、１は被検体としての生体、２は光放射点、３は光源、４は光ファイバー、５は生体内を伝播する光、６は光反射部材、７は光吸収体、８は音響波、９は音響波受信器である。
また、生体情報イメージング装置とは別体でも構わないが、信号処理部１０、画像表示部１１を含んでもよい。
【００１４】
本実施形態の生体情報イメージング装置は、悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などのため、生体内の光学特性値及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布の画像化を可能とするものである。
本実施形態の生体情報イメージング装置は、光を生体１に照射する、光放射点２を備える。
光放射点２に伝播させるために、光源３から出射した光は光ファイバー４を通じて伝播させてもよいし、反射鏡などにより空中を伝播させてもよい。
【００１５】
また、生体内に入射した光５が生体内を散乱し、生体外（被検体外）に出射する光を反射する光反射部材６を、測定部位の周囲に備える。
光反射部材６としては、使用する光において８０％以上の反射率を持つものを用いるのが好ましい。
例えば、４００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下の範囲の光を照射光として用いる場合は、光反射性部材６をアルミニウムで形成したものが好適に使用される。
あるいは、近赤外領域の照射光を用いるのであれば該波長領域で反射率が高ければよく、金・銀・銅など用いる波長に応じて適宜選択することができる。
【００１６】
この反射部材により弾性波である光音響波が反射すると、アーチファクトの原因となる。そこで、光反射部材は、音響波を透過させる必要がある。
また、光反射部材上で音響波を検出する場合には、これらの光反射部材は光を反射すると共に音響波を透過することが必須である。
これに金属材料を用いるのであれば音響波を透過する程薄いもの、例えば厚み１０μｍほどのアルミ箔が好ましい。また、弾性波の透過率としては、８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。
また、光を反射し、音を透過するものとして誘電多層膜を用いた誘電体ミラーを使うこともできる。
こうして選択した光反射部材により測定部位内に光閉じ込めを行うことが出来、光吸収体に照射される光量が増加する。
特に本発明者の検討によれば、図２に示すように、前記光反射性部材６のように光放射点２の周囲の一部に配置するだけでも、従来の構成と比較して十分な効果があることが示される。
この反射性部材のサイズは大きいほど効果は大きいが、反射性部材を介して音響波を検出する場合には、そのサイズに関して次の臨界的意義に基づいて適切なサイズが規定される。
【００１７】
図３に示すように、音響波受信器の受信面に光反射部材を配設することは、音響波受信器に光が入射されることを防ぎ、音響波受信器の表面などでの予期しない光音響信号を抑制できる点で好ましい。
ここで、本発明において「受信面」とは、音響波受信器のうち実際の受信素子が配置される面を意味する。そして、受信面の中で、受信素子が配置される領域を「受信素子領域」と定義する。
このとき反射部材のサイズに関し、受信素子領域の一部だけが光反射部材で覆われている場合には、覆われている部分とそうでない部分とで信号強度の分布が生じたり、覆われていない部分のみからノイズが発生したりすることになる。こうした現象を避けるため、受信素子領域の全面を光反射部材で覆うことが好ましい。すなわち、光反射部材が、探触子の受信素子領域よりも大きいことが好ましい。
確実に受信素子領域を遮光する目的を達成させるための条件について、本発明者がさまざまなサイズにて検討した結果によると、受信素子領域の各辺よりも５ｍｍ以上大きな範囲で光反射部材を覆うことがより好ましい。
さらに体外に放出した光を、反射によって再び生体に戻す際に、反射面の形状が凸面であれば反射の際に拡散してしまうため、生体へと再入射するときの光のエネルギー密度が低下する。そのため、光反射部材は平面状であることが好ましい。また被検体側から見て凹面鏡の形状になっていることが、エネルギー密度を高める意味で、より好ましい。
【００１８】
このとき光反射部材と生体との間には、生体の屈折率よりも大きな光の屈折率、すなわち光の屈折率１．４以上のものを配設しておくことが好ましい。
図１３を用いて説明する。
１００は、生体１と接触しうる板状部材である。そして、板状部材は、光反射部材と生体への光照射領域との間に配置される。
生体１の屈折率は概ね１．３７〜１．４である。このとき光反射部材６と生体１との間に介在する板状部材による屈折を考える。一般的な超音波ジェルや非特許文献１に記載の寒天製カップリングパッドの屈折率は概ね水と同等の屈折率であるので、１．３３程度である。
生体の屈折率よりも小さい屈折率を有する部材が生体に接している場合、図１３（ａ）のように生体から出射される光の出射角が大きくなるため、有限の面積を有する反射板に到達しない光が増加する。
【００１９】
一方、図１３（ｂ）のように生体の屈折率よりも大きい屈折率を有する部材が生体に接している場合、生体から出射される光の出射角が小さくなるため、反射板に到達する光量を増加させることができる。
また、上記光反射部材と同様の事情により、板状部材１００についても、音響波を透過させる性質を有することが好ましい。こうした物質として、屈折率１．４６３であり音波の減衰が少ないポリメチルペンテンを使用することができる。
また、本実施形態においては、図５等に示すように、被検体への光照射領域に対する光反射部材の正射影が、該光照射領域と重複する領域を有するように、光反射部材が配置されていることが好ましい。
ここで、「被検体への光照射領域」とは、被検体に光を照射するにあたり、本発明の光音響装置が被検体を接触しうる箇所における光の出射領域を意味する。
すなわち、被検体が光音響装置の接触しているときは、この出射領域が被検体における光の被照射領域と一致することとなる。
上記のような構成とすることで、拡散光が被検体外に出射しやすい領域からの拡散光を重点的に被検体内へと反射させることができる。
【００２０】
また、本実施形態の生体情報イメージング装置は、生体内における腫瘍、血管、またはこれらに類する生体内の光吸収体７が光のエネルギーの一部を吸収して発生した光音響波８を検出し、電気信号に変換する音響波受信器９を生体外に備える。
また、電気信号の解析により、光学特性値分布情報を得る信号処理部１０を備える。
光放射点２は、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長の光を照射する手段として用いられる。
光源３は、パルス光を発生する光源とする。パルス光は、数ナノから数百ナノ秒オーダーのものであり、波長は４００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。光源３としてはレーザーが好ましいが、レーザーの代わりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。
【００２１】
レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。
発振する波長の変換可能な色素やＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）などを用いれば、光学特性値分布の波長による違いを測定することも可能になる。
使用する光源の波長に関しては、生体内において吸収が少ない７００ｎｍから１１００ｎｍの領域が好ましい。
また、光の閉じ込めにより光吸収体７における光エネルギーの吸収が増加することにより、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍから１６００ｎｍの波長領域も使用することが可能である。
【００２２】
本実施形態の音響波受信器９は、光放射点から生体に照射された光のエネルギーの一部を吸収した生体内の光吸収体から発生する光音響波を検出し、電気信号に変換する。
圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなど音響波信号を検知できるものであれば、どのような音波検出器を用いてもよい。
容量の変化を検出するトランスデューサーは、広い帯域の素子を容易に設計できることが知られているので、様々な大きさの吸収体からの超音波を検出できる点で好ましい。
【００２３】
また、本実施形態では、複数の音響波検出器を生体表面に又は光反射部材を介して配置させた場合を示しているが、このような配置に限らず、複数の個所で音響波が検知可能に構成されていればよい。
すなわち、複数の個所で音響波を検知できれば同じ効果が得られるため、１個の音波検出器を生体表面上又は光反射部材上で走査しても良い。
また、上記の板状部材１００に沿って走査させることも好ましい実施形態である。このように音響波受信器を走査させるための可動部（可動機構）として、音響波受信器を含む探触子を支持し、該探触子を移動させるスライダなどが挙げられるが、これに限定されることはない。
なお、音響波検出器９から得られた電気信号が小さい場合は増幅器を用いて、信号強度を増幅することが好ましい。
また、音響波検出器と測定対象である生体物質との間には、音波の反射を抑えるための音響インピーダンスマッチング剤を使うことが望ましい。
板状部材１００を配置する場合は、少なくとも板状部材１００と生体との間に設けることが好ましい。この場合、板状部材１００はマッチング剤を介して生体と接触しうる構成となる。
【００２４】
本実施形態の信号処理部１０は、前記電気信号を解析し、これにより前記生体の光学特性値分布情報が得られる。
例えば、図１に示すように、信号処理部１０が、音響波検出器９より得られた電気信号に基づいて、生体内の吸収体の位置や大きさ、あるいは光吸収係数あるいは光エネルギー堆積量分布などの光学特性値分布を計算する。
なお、信号処理部１０は音響波８の強さとその時間変化を記憶し、それを演算手段により、光学特性値分布のデータに変換できるものであればどのようなものを用いてもよい。
例えば、オシロスコープとオシロスコープに記憶されたデータを解析できるコンピューターなどが使用できる。
【００２５】
（実施形態２）
つぎに、本発明の実施形態において、上記の光の有効活用が実現できる探触子、および該探触子を用いた生体情報処理装置の構成例について、図を用いて説明する。
本実施形態においては、光反射部材が音響波受信器を含む探触子に設けられている点が特徴となる。
図５に、本実施形態における生体情報処理装置の構成例を説明する図を示す。
本実施形態の生体情報処理装置は、悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などのため、生体内の光学特性値及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布の画像化を可能とするものである。
本実施形態の生体情報処理装置は、照射光１１ａ，１１ｂを生体１２に照射する。
生体１２は固定具（板状部材）１３で固定されている。図５において光は１１ａ、１１ｂ両方から照射されているが、これに限らず１１ａ、１１ｂのどちらか片方から照射しても良い。
また、生体内に入射した光１１ａ，１１ｂが生体内を拡散した後、生体外に出射する光１４を反射する光反射部材１５を、探触子１６の受信素子領域に配置する。
これにより、１７に示されるように生体外に出射する光１４は生体内に再び入射し押し戻される。
【００２６】
光反射部材１５の反射率は、使用する光において８０％以上であるものを用いるのが好ましい。
例えば、４００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下の範囲の光を照射光として用いる場合は、光反射性部材１５をアルミニウムで形成したものが好適に使用される。
あるいは、近赤外領域の照射光を用いるのであれば該波長領域で反射率が高ければよく、金・銀・銅など用いる波長に応じて適宜選択することができる。銀は可視光、近赤外光領域ともに９０％以上の反射率をもつため有効である。
本実施形態の生体情報処理装置では、受信素子領域で音響波を検出するために、これらの光反射部材は光を反射すると共に音響波を透過する必要があり、金属は音響波を透過する程薄いもの、例えば厚み１０μｍほどのアルミ箔が好ましい。また、光を反射し、音を透過するものとして誘電多層膜を用いた誘電体ミラーを使うこともできる。
【００２７】
ここで、光反射部材１５の配置について図６、図７を用いて述べる。
まず、図６を用いて探触子について説明する。図６（ａ）において受信面とは、探触子本体２１のうち、受信素子が配置されている面２２である。
この受信面は、測定時に被検体と対向する。探触子の受信面は、受信素子２４がむき出しの場合（図６（ｂ）、（ｃ））と受信素子の前に音響インピーダンスの整合層２６が配置されている場合（図６（ｄ）、（ｅ））がある。受信素子領域とは図６（ａ）における２３の領域である。
つまり、整合層が配置される場合は整合層もふくめて受信素子領域とする。
【００２８】
図７に光反射部材の配置を３種類示す。
第１の種類を図７（ａ）および７（ｂ）に示す。図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は平面図である。
図７（ａ）に示される光反射部材の配置では、光反射部材３１の面積は、受信素子領域（図６（ａ）の２３）の面積より大きく設定される。
そして、受信面２２の全面を覆うように設けられている。探触子の測定面における反射部材の面積は、測定面における受信素子領域の面積より大きく設定されているため、確実に受信素子に散乱光が照射されるのを防ぐことができる。
その結果、より正確な被検体内の情報を得ることが可能となる。
第２の種類の光反射部材の配置を図７（ｃ）、７（ｄ）に示す。
図７（ｃ）は斜視図であり、図７（ｄ）は平面図である。図７（ｃ）、（ｄ）に示される光反射部材の配置では、探触子本体２１の側面、すなわち、測定面の周囲の探触子側面の一部にも光反射部材３２を配置している。
図７（ａ）の場合、反射部材の受信領域への接着に微量の隙間などが生じてしまった場合、そこから光が微量でも入ってきてしまい、受信領域において光音響波が生じる可能性がある。
図７（ｂ）のように周囲も囲むことにより、光の侵入を完全に防ぐことが出来、さらに探触子周囲から生じる微量の光音響波を防ぐことも出来る。このよう理由から、図７（ｂ）の方がより光音響波のノイズを軽減する効果は大きい。
第３の種類の光反射部材の配置を図７（ｅ）、７（ｆ）に示す。
図７（ｅ）は斜視図であり、図７（ｆ）は平面図である。図７（ｅ）、（ｆ）に示される光反射部材の配置では、受信領域の面積より大きく配置した反射部材３３の一部に光を通すための開口３４が空いている。
光は光ファイバーを用いて探触子の側面から導かれ、この開口を通過するようにすることが好ましい。この際、開口３４の直径はファイバーの直径となる。
このような配置を取ることにより、拡散して体外に放出される光をより効率的に被検体内に閉じ込めることができ、より広範囲の光学的情報を得ることが出来る。同時に、受信領域への光入射を防ぐことが出来る。
また、上述した通り、前記光反射部材と被検体の間に、光の屈折率が１．４以上の超音波を透過する材質を配設するのが好ましい。
この材質を被検体の固定具として使用してもよい。
【００２９】
つぎに、反射部材の大きさと反射効能の関係について説明する。
ここで、光反射部材の大きさと、被検体から出射される拡散光を反射して再び被検体に押し戻す効果との関係を調べるため、シミュレーションを行った。
このシミュレーションでは、図８のようなモデルを立てて行った。
探触子４１の受信素子領域の大きさは４ｃｍ角の正方形とした。被検体４２への光の照射は探触子側からのみ行った。
これは本構成において非探触子側からの光照射は被検体４２中で大きく減衰し、反射部材に到達する光量自体が少量であるため、反射効果への寄与は小さいためである。
光照射領域４３は生体表面において同様に４ｃｍ角の正方形になるように行った。照射光量は１Ｗ、４ｃｍ角の照射面において照射密度は一定とした。
被検体４２のｚ方向の厚みは４ｃｍ、大きさは１２ｃｍ角の正方形、屈折率は１．３３３、光吸収係数μａは０．１ｃｍ−１、等価光散乱係数は１０ｃｍ−１とした。また固定具４４の厚みは１ｃｍ、大きさは２４ｃｍ角の正方形、屈折率は１．４６３とした。
このような条件の下、被検体に照射された光の挙動をモンテカルロ法によりシミュレーションした。
シミュレーション時には反射部材は配置せず、その際に被検体４２から放出される拡散光の光強度を、本来反射部材が配置される４６の位置でプロットしたものが図９（ａ）である。
ｘ軸方向（距離）は図８に示したようにとり、原点は探触子４１の受信領域の中心とした。
例えば、受信領域の大きさは４ｃｍ角なので、このグラフにおいて受信領域の端は２ｃｍの位置となる。
【００３０】
図９（ｂ）は図５（ａ）の光量分布をｘ軸方向に積分した結果である。
つまり、この結果は受信領域の中心を原点としたときの範囲と、その範囲から放出される拡散光の光量の合計との関係を示している。
ここで、ｘの値が１２ｃｍのときシミュレーションの全範囲となり、この範囲から放出される拡散光の光量は被検体全体から放出される全光量となる。
このため光量の値は、ｘが１２ｃｍでの値を１として規格化している。例えば受信領域と同じ面積の４ｃｍ角の領域から放出される全光量は、このグラフのｘ軸が２ｃｍのところに当たり、被検体全体から放出される全光量の６５％となる。この範囲に、例えば反射率が１００％である反射部材を配置すれば、この範囲から放出される拡散光をすべて反射することができる。
これは、受信領域と同じ大きさである４ｃｍ角の、反射率が１００％である光反射部材を配置すれば、被検体４２から放出される拡散光の６５％を、被検体４２に押し戻し有効利用することができることを示している。
【００３１】
図９（ｂ）から、被検体４２から放出される光量の８０％を被検体４２に押し戻すにはグラフのｘ軸の値が２．８ｃｍ、つまり５．６ｃｍ角の反射部材が必要であることがわかる。
一方、グラフのｘ軸の値が１ｃｍ、つまり２ｃｍ角の反射部材を配置するだけでも、約４０％の拡散光を被検体４２に押し戻すことが可能であることがわかる。なお、非特許文献１に示唆される幅１ｃｍ未満の反射部材では、ｘ軸の値が０．５ｃｍ未満であるので、放出される全光量の２０％未満しか押し戻されていないことがわかる。
【００３２】
以上のシミュレーション結果より反射部材の面積を大きくとるほど、被検体から放出する拡散光を、より効率的に被検体に戻すことが可能であることがわかる。
この光反射効率の結果と、受信素子領域への拡散光の照射による光音響波の発生を確実に防止する効果とを考えると、反射部材は受信素子領域よりも大きなものを使うことが有効であることがわかる。
また、反射部材の形状は上記シミュレーションにより、幅が広いことが効果的であるが、探触子がいわゆる１Ｄ（リニア）型である場合、上記非特許文献１のように幅の狭い反射部材となる。
あるいは、１Ｄ型の場合、探触子とは著しく形状の異なる反射部材を採用することとなり、実使用上好ましくない。
そのため、本発明に用いる探触子はいわゆる２Ｄ（２次元）アレイ型の探触子を用いることが好ましい。
２Ｄアレイを採用することにより反射光の効率だけでなく、探触子形状と反射部材とが略相似形となるため、取り扱いやすさやデザインの観点で好ましい。
【００３３】
こうして選択し配置した、測定面における受信素子領域の面積より大きな光反射性部材により、被検体内に照射された光が被検体内で吸収されずに生体外に出射されることを効率的に防ぐことができる。
これらにより、照射光を無駄にすることなく、被検体が生体である場合には見たい組織により多くの光を吸収させることが可能となる。
また、これにより、被検体の深部にまで強い光を到達させることができ、生体内深部における広範囲の光特性値分布イメージングが可能となる。
さらに、生体における吸収の強いつまり減衰しやすい近赤外領域以外の波長領域を用いた、生体組織の光学特性のイメージングも可能となる。
また、確実に受信素子領域に散乱光が照射されるのを防ぐことができる。これにより、受信素子領域から光音響波が発生するのを確実に防止することができ、被検体からの信号以外のノイズが軽減される。
このように、前記光反射部材を配置した探触子を用いることにより、ノイズの少ないより正確な画像を、深部までの広範囲に取得することが可能となる。
【００３４】
図５では、生体１２は固定具１３で固定されているが必ずしもこのような構成をとる必要はない。
つまり、探触子１６を直接生体１２に押し当てて使用することも可能である。この場合、光反射部材１５は生体１２に接することになる。
探触子１６は生体内における腫瘍、血管、またはこれらに類する生体内の光吸収体１８が光のエネルギーの一部を吸収して発生した音響波１９を検出し電気信号に変換する。
この電気信号は信号伝達部２０を通して信号処理部に送られる。信号処理部において前記電気信号を解析し、これにより前記生体の光学特性値分布情報が得られる。
例えば信号処理部が、探触子１６より得られた電気信号に基づいて、生体内の吸収体の位置や大きさ、あるいは光吸収係数あるいは光エネルギー堆積量分布などの光学特性値分布を計算する。
なお、複数の波長の光を用いた場合は、それぞれの波長に関して、生体内の光学係数を算出する。
そして、それらの値と生体組織を構成する物質（グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビンなど）固有の波長依存性とを比較することによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。
また、本発明の実施形態では信号処理により得られた画像情報を表示する画像表示部１１を備えることが望ましい。
このような実施形態に示された生体情報イメージング装置を用いることで、生体内深部の光音響イメージングが可能になる。
【実施例】
【００３５】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、生体情報イメージング装置を構成する反射部材として、反射率１００％の反射部材を用いた場合における結果をシミュレーションにより計算した。
一辺４ｃｍの生体を模擬した立方体に光を入射した場合を計算した。シミュレーションは公知の光拡散方程式を有限要素法により計算した。
立方体内の光学定数は、吸収係数を０．１［ｃｍ−１］、等価散乱係数を１０［ｃｍ−１］とした。
立方体の底面の中心（正方形の中心）に、直径１ｍｍの円形の連続光を１０ｍＷ照射した。
境界条件は、反射部材がある場合には拡散光は全反射し（反射率１００％）、反射部材がない場合には境界から全て拡散光は透過する（反射率０％）ものとした。
【００３６】
図４は光の放射発散度［Ｗ／ｃｍ２］を光照射点からの深さ方向にプロットしたものである。
放射発散度とは光強度を全立体角に渡って積分したものである。Ｘ軸は照射点からの距離である。
立方体の周囲に反射部材を配設すると、反射部材を配設しない場合と比較して、照射点から２ｃｍの深さで光の放射発散度が約５倍に増加する。
【００３７】
［実施例２］
実施例２として、実施例１の結果を光音響トモグラフィーに適用した構成例について説明する。
光源としてパルス幅５０ナノ秒、波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーを用い、実施例１と同じ光学定数を有する被検体を用いて光音響効果によって得られる信号を取得する。
本実施例では反射部材として厚さ１０μｍのアルミニウムの膜を用いている。音響波検出器として容量検出型のものを用いている。
このとき、照射点から深さ２ｃｍの位置に光吸収体が存在する場合、本発明の構成を用いることによって、従来の反射部材を配設しない場合と比較すると吸収体から発する光音響信号は大きく増加する。
あるいは、従来の反射部材を配設しない場合における２ｃｍの深さの吸収体から生じる音響信号強度が、本発明の構成では深さ約２．８ｃｍに吸収体があるときと同じ信号強度となる。
つまり、従来よりも深い位置に存在する吸収体の情報を得ることが可能となる。
【００３８】
［実施例３］
実施例３として、実施例２で用いられていたレーザーにおいて２倍波のＹＡＧレーザー（５３２ｎｍ）を用い、反射部材の材質としてアルミニウムと金を比較した構成例について説明する。
本実施例において、反射部材の材質としてアルミニウムと金を比較した結果、アルミニウムを用いる方が大きい音響波を得ることが明らかとなった。
一方、基本波のＹＡＧレーザー（１０６４ｎｍ）を用いると、ほぼ同等の音響波を得ることができる。したがって、用いる波長における反射率が高い方が、本発明の効果を高められることがわかる。
【００３９】
［実施例４］
実施例４として本発明を適用した光音響トモグラフィーの構成例について図１０を用いて説明する。
生体６１はポリメチルペンテンの板６２ａとアクリル樹脂の板６２ｂによって固定される。光源としてパルス幅５０ナノ秒、波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーを用い、このパルス光を、６３ａ、６３ｂのように生体の両側から照射する。探触子６４は受信素子がＰＺＴからなる二次元アレイ構造をもつ。探触子６４は測定面の前面がアルミニウム箔６５によって覆われている。
アルミニウム箔は測定面周囲の探触子側面の一部も覆っている。アルミニウム箔の厚みは１０μｍである。これにより、受信領域は完全に光反射部材で覆われている。
【００４０】
探触子６４はポリメチルペンテンの板６２ａに沿って二次元走査する。
また、照射光６３ａ、６３ｂも探触子６４と同方向に走査する。このように探触子６４は走査しながら、同様に走査する照射光６３ａ、６３ｂによって生体中の光吸収体６６から生じる光音響波を検出する。
探触子６４はこの光音響波を電気信号に変換する。この電気信号は信号伝達部６７を通して信号処理部に送られる。
信号処理部において前記電気信号を解析し、これにより生体内の光学特性値分布情報が得られる。
【００４１】
［実施例５］
実施例５として光反射部材を用いた光閉じ込めによる、生体内の光強度の増加をシミュレーションした。
図１１のようなシミュレーションモデルで、被検体７２中の光強度のシミュレーションを行った。反射部材７６は反射率１００％であり、大きさは２ｃｍ角とした。それ以外の構成や各々の光学定数は、実施形態中で記した図８の構成と同じである。
同様に、反射部材７６を配置しない際の被検体７２中の光強度のシミュレーションも行った。
図１２は光の放射発散度［Ｗ／ｃｍ２］を光照射面からの深さ方向にプロットしたものである。
放射発散度とは光強度を全立体角に渡って積分したものである。深さ方向の原点は被検体の照射面７３とした。
探触子の受信領域に反射部材を配設すると、反射部材を配設しない場合と比較して、照射点から１ｃｍの深さで光の放射発散度が約１．７倍に、２ｃｍの深さでは約２倍に増加する。
【００４２】
［実施例６］
実施例６として、実施例５の結果を光音響トモグラフィーに適用した構成例について説明する。
装置の構成は実施例５と同様である。光源としてパルス幅５０ナノ秒、波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーを用い、実施例５と同じ光学定数を有する被検体を用いて光音響効果によって得られる信号を取得する。
本実施例では反射部材として厚さ１０μｍのアルミニウムの膜を用いている。音響波検出器として容量検出型のものを用いている。
このとき、照射点から深さ２ｃｍの位置に光吸収体が存在する場合、本発明の構成を用いることによって、従来の反射部材を配設しない場合と比較すると吸収体から発する光音響信号は大きく増加する。
あるいは、従来の反射部材を配設しない場合における２ｃｍの深さの吸収体から生じる音響信号強度が、本発明の構成では深さ約２．８ｃｍに吸収体があるときと同じ信号強度となる。
つまり、従来よりも深い位置に存在する吸収体の情報を得ることが可能となる。
【００４３】
以上述べたように、本発明を適用すれば従来よりも深部に存在する生体情報をイメージングすることが可能となる。
なお、本実施例では生体を被検体として測定した例を述べたが、本発明の対象は生体に限られるものではない。
例えば、食品の異物検査、寝具・衣類の検針、その他のさまざまな非破壊検査に対して好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１：生体
２：光放射点
３：光源
４：光ファイバー
５：生体内を伝播する光
６：光反射性部材
７：光吸収体
８：音響波
９：音響波検出器
１０：信号処理部
１１：画像表示部
【図１】
2010075681.tif 000003
【図２】
2010075681.tif 000004
【図３】
2010075681.tif 000005
【図４】
2010075681.tif 000006
【図５】
2010075681.tif 000007
【図６】
2010075681.tif 000008
【図７】
2010075681.tif 000009
【図８】
2010075681.tif 000010
【図９】
2010075681.tif 000011
【図１０】
2010075681.tif 000012
【図１１】
2010075681.tif 000013
【図１２】
2010075681.tif 000014
【図１３】
2010075681.tif 000015