(57)【要約】【課題】生体内の平均的な有効減衰係数（μeff）を予め求めることで、被検体（生体）内の吸収係数（μa）分布をより正確に得ることが可能な、生体情報イメージング装置を提供する。【解決手段】光源１０３から被検体１００に照射された光のエネルギーの一部を吸収した光吸収体１０５から発生する音響波を検出し、第１の電気信号に変換する音響波検出器１０７と、光源１０９から照射され被検体１００内を伝播する光の複数の伝播距離に係る強度を第２の電気信号に変換する光検出器１１０と、第２の電気信号に基づいて被検体１００の平均的な有効減衰係数（μeff）を導出し、第１の電気信号と平均的な有効減衰係数（μeff）に基づいて、被検体１００の吸収係数（μa）分布を導出する信号処理装置１１１と、信号処理装置１１１によって導出された吸収係数（μa）分布に基づいて吸収係数（μa）分布画像を形成する画像構成装置１１１と、を備える。【選択図】図１
2010088873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の光源を含む光源装置と、
前記光源装置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前記生体の中の光吸収体から発生する音響波を検出し、第１の電気信号に変換する音響波検出器と、
前記光源装置から前記生体に照射され前記生体の中を伝播する光の複数の伝播距離に係る強度を検出し、第２の電気信号に変換する光検出器と、
前記第２の電気信号に基づいて前記生体の平均的な有効減衰係数を導出するとともに、前記第１の電気信号と前記平均的な有効減衰係数とに基づいて、前記生体の光学特性値分布を導出する信号処理装置と、
前記信号処理装置によって導出された前記生体の光学特性値分布に基づいて該生体の光学特性値分布画像を構成する画像構成装置と、
を備えることを特徴とする生体情報イメージング装置。
【請求項２】
前記平均的な有効減衰係数は、前記第２の電気信号を、前記生体に照射され前記生体の中を伝播する光の該生体の中における強度分布についての理論式にフィッティングすることにより導出されることを特徴とする請求項１に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項３】
前記光学特性値分布は、前記生体の吸収係数分布であることを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項４】
前記生体における測定対象とする部分の形状は、前記理論式が適用可能な所定のモデル形状に合致していることを特徴とする請求項２に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項５】
前記光源装置からの光の照射部分と前記光検出器とが、前記生体の測定対象とする部分を挟んで互いに対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項６】
前記光源装置の光源のうち、少なくとも前記音響波検出器によって前記第１の電気信号に変換される音響波を発生させるための光源がパルス光を発生する光源であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項７】
前記光源装置は、パルス光を発生する第１の光源と、前記パルス光とは別の波形の光を発生する第２の光源による少なくとも２つの光源で構成され、
前記音響波検出器は、前記第１の光源から前記生体に照射された光により発生した音響波を前記第１の電気信号に変換可能に構成され、
前記光検出器は、前記第２の光源から生体に照射され、前記生体の中を伝播した光を前記第２の電気信号に変換可能に構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項８】
前記第１の光源と第２の光源とは同一波長の光を発生することを特徴とする請求項７に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項９】
前記光検出器は、前記生体の表面または表面近傍における複数の個所で光の強度を検知することで、前記光源装置から前記生体に照射され前記生体の中を伝播する光の複数の伝播距離に係る強度を検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項１０】
前記音響波検出器は、前記生体の表面または表面近傍における複数の個所で音響波を検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の生体情
報イメージング装置。
【請求項１１】
前記光吸収体は、前記生体の中に導入された造影剤であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の生体情報イメージング装置。
【請求項１２】
生体に照射された光のエネルギーの一部を吸収した前記生体の中の光吸収体から発生する音響波を検出し、第１の電気信号に変換する音響波検出工程と、
前記生体に照射され前記生体の中を伝播する光の複数の伝播距離に係る強度を検出し、第２の電気信号に変換する光検出工程と、
前記第１の電気信号に基づいて前記生体の中の吸収係数と光量の積の分布である光エネルギー吸収密度分布を算出する吸収密度分布算出工程と、
前記第２の電気信号に基づいて前記生体の平均的な有効減衰係数を導出する減衰係数導出工程と、
前記吸収密度分布算出工程において算出された光エネルギー吸収密度分布と減衰係数導出工程において導出された平均的な有効減衰係数とから前記生体の光学特性値分布を導出する光学特性値分布導出工程と、
前記光学特性値分布導出工程において導出された前記生体の光学特性値分布に基づいて該生体の光学特性値分布画像を構成する画像構成工程と、
を有することを特徴とする生体情報イメージング方法。
【請求項１３】
前記減衰係数導出工程において、前記平均的な有効減衰係数は、前記第２の電気信号を、前記生体に照射され前記生体の中を伝播する光の該生体の中における強度分布についての理論式にフィッティングすることにより導出されることを特徴とする請求項１２に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項１４】
前記光学特性値分布は、前記生体の吸収係数分布であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項１５】
前記生体における測定対象とする部分の形状を、前記理論式が適用可能な所定のモデル形状に合致させたことを特徴とする請求項１３に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項１６】
前記光検出工程において、前記生体における光の照射部分と前記生体の中を伝播する光の複数の伝播距離に係る強度を検出する位置とが、前記生体における測定対象とする部分を挟んで互いに対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項１７】
前記音響波検出工程で前記生体に照射される光はパルス光であることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項１８】
前記音響波検出工程で前記生体に照射される光はパルス光であり、前記光検出工程において前記生体に照射される光は、前記パルス光とは別の波形の光であることを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一項に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項１９】
前記音響波検出工程で前記生体に照射される光の波長と、前記光検出工程において前記生体に照射される光の波長とは、同一であることを特徴とする請求項１８に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項２０】
前記光検出工程においては、前記生体の表面または表面近傍における複数の個所で光の強度を検知することで、前記生体に照射され前記生体の中を伝播する光の複数の伝播距離に係る強度を検出することを特徴とする請求項１２から１９のいずれか一項に記載の生体
情報イメージング方法。
【請求項２１】
前記音響波検出工程においては、前記生体の表面または表面近傍における複数の個所で音響波を検出することを特徴とする請求項１２から２０のいずれか一項に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項２２】
前記光吸収体は、前記生体の中に導入された造影剤であることを特徴とする請求項１２から２１のいずれか一項に記載の生体情報イメージング方法。
【請求項２３】
コンピューターに、請求項１２から２２のいずれか一項に記載の生体情報イメージング方法における、吸収密度分布算出工程、減衰係数導出工程、光学特性値分布導出工程および、画像構成工程のうち、少なくとも一の工程を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エックス線、超音波、ＭＲＩ（核磁気共鳴法）などの技術を用いて生体内の情報を画像化する生体情報イメージング装置が医療分野で多く使われている。同様に、レーザーなどの光源から照射された光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、生体内の情報を得る光イメージング装置の研究も医療分野で積極的に進められている。このような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（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
光音響トモグラフィーにおいては、光源から発生したパルス光を被検体である生体などに照射し、生体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波を複数の場所で検出する。本明細書においては、上記音響波を「光音響波」と呼ぶこともある。そして、それらの信号を解析し、生体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する。これにより、生体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布の情報を見易い状態で取得することができる。
【０００４】
非特許文献１によれば、光音響トモグラフィーにおいて、光吸収により被検体内の特定位置にある吸収体から発生する光音響波の初期音圧（Ｐ0）は次式で表すことができる。
【数１】
2010088873.tif 000003
ここで、Γはグリューナイセン(Gruneisen)係数であり、体積膨張係数（β）と音速（ｃ
）の二乗の積を定圧比熱（Ｃp）で除したものである。μaは吸収体の吸収係数である。Φは局所的な領域での光量（つまり、特定位置にある吸収体に照射された光量で、光フルエンスとも言う）である。Γは生体の組織に応じてほぼ一定の値となることが知られているので、音響波の大きさである音圧Ｐの時間的変化を複数の個所で測定及び解析することによりμaとΦとの積、すなわち、光エネルギー吸収密度の被検体内における分布を得るこ
とができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M,Xu,L.V.Wang ”Photoacoustic imaging in biomedicine”, Review of scientific instruments,77,041101(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来技術における光音響トモグラフィーでは、式（１）から分かるように、音圧（Ｐ）の時間変化の計測により光エネルギー吸収密度分布だけを取得したのでは、被検体内の吸収係数（μa）の被検体内における分布を求めることはできない。すなわち、光
エネルギー吸収密度分布の他に、光音響波を発生する吸収体に照射された光量の分布（Φ）を何らかの方法で求める必要がある。
【０００７】
生体に照射された光は、生体内で減衰する。光源の照射光量（Φ0）を一定とし、かつ
、生体内における光の進達長に対して大きな領域で光を照射し、光が生体内を平面波のように伝播すると仮定した場合、生体内における光量の分布（Φ）は次式で近似することが
できる。
【数２】
2010088873.tif 000004
ここで、μeffは生体における平均的な有効減衰係数である。ここでいう“平均的な”有
効減衰係数とは、“生体内における光学特性が空間的に均一であると仮定した際の”有効減衰係数のことである。ｄ1は生体において光源からの光が照射された領域（光照射領域
）から生体内における光吸収体までの距離、つまり深さである。
【０００８】
この場合、式（１）より発生する光音響波の初期音圧Ｐ1は次式で表すことができる。
【数３】
2010088873.tif 000005
よって平均的な有効減衰係数（μeff）を求めることにより、被検体内の吸収係数（μa）分布を得ることができる。生体内の平均的な有効減衰係数（μeff）は一部の部位に関し
ては既に知られているが、その有効減衰係数（μeff）には個人差がある。一方で光量の
分布（Φ）は式（２）のように平均的な有効減衰係数（μeff）に対して指数関数的に変
化するため、平均的な有効減衰係数（μeff）が異なると光量の分布（Φ）は大きく異な
る。得られた光量の分布（Φ）の値が誤っていると、被検体内の吸収係数（μa）の分布
についても本来の値と大きく異なった結果が得られてしまう。よって個人毎に平均的な有効減衰係数（μeff）を測定する必要がある。なお生体内の光学係数として吸収係数（μa）、等価散乱係数（μｓ´）、有効減衰係数（μeff）などがあるが、それらには以下の
ような関係が成り立つ。
【数４】
2010088873.tif 000006
【０００９】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものである。そして、その目的は、光音響トモグラフィーを用いた生体画像のイメージング装置において、被検体である各々の生体固有の平均的な有効減衰係数（μeff）を予め求めることで、被検体内の吸収係数（μa）の分布をより正確に取得する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下のように構成したイメージング装置を提供する。すなわち、本発明の生体情報イメージング装置は、単数または複数の光源を含む光源装置と、
前記光源装置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前記生体の中の光吸収体から発生する音響波を検出し、第１の電気信号に変換する音響波検出器と、
前記光源装置から前記生体に照射され前記生体の中を伝播する光の複数の伝播距離に係る強度を検出し、第２の電気信号に変換する光検出器と、
前記第２の電気信号に基づいて前記生体の平均的な有効減衰係数を導出するとともに、前記第１の電気信号と前記平均的な有効減衰係数とに基づいて、前記生体の光学特性値分布を導出する信号処理装置と、
前記信号処理装置によって導出された前記生体の光学特性値分布に基づいて該生体の光学特性値分布画像を構成する画像構成装置と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の生体情報イメージング装置により、被検体であるそれぞれの生体固有の平均的な有効減衰係数（μeff）をより精度よく求めることができ、それにより、生体の中の吸
収係数（μa）分布を、より正確に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１における生体情報イメージング装置の構成の概略図である。
【図２】本発明の実施例において、光照射位置と光検出器との距離を変化させるための構成について説明するための図である。
【図３】本発明の実施例において、光量Φ（ρ）を解析的に算出するために用いる光伝播モデルの一例を示す図である。
【図４】本発明における光伝播モデルを用いて解析的に算出した場合と、有限要素法を用いて算出した場合の光量Φ（ρ）を比較した図である。
【図５】本発明において解析的に算出した光量Φ（ρ）のグラフと光検出器で検出された光量とのフィッティングについて説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１における生体情報イメージング装置が行う処理についてのフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２における生体情報イメージング装置の構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１４】
<実施例１>
図１は、本発明の生体情報イメージング装置の実施例１について示したものである。本実施例で説明する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を目的として、生体内の光学特性値の分布及び、こ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。
【００１５】
本実施例における生体情報イメージング装置においては、２つの固定部材１０１によって生体である被検体１００を挟持して固定する。また、第１の光源１０３から照射された第１の光１０２は、レンズなどからなる光学装置１０４を介して被検体１００に導かれ、被検体１００を照射する。そして、血管などの光吸収体１０５が第１の光１０２のエネルギーを吸収することで発生した音響波１０６は、音響波検出器１０７によって検出され第１の電気信号に変換される。
【００１６】
一方、第２の光源１０９から出射された第２の光１０８は、光導波路１１３を介して被検体１００に照射される。被検体１００内を伝播し、被検体１００から放出される第２の光１０８は、第２の光１０８の照射部分と被検体１００を挟んで互いに対向する位置に配置された光検出器１１０によって検出され第２の電気信号に変換される。第１の電気信号と第２の電気信号とは信号処理部１１１において解析され、これらの信号により被検体１００の光学特性値の分布が演算される。また、信号処理部１１１において、演算された光学特性値の分布を表示するための画像データが構成される。この画像データを用いて表示装置１１２が、光学特性値の分布を画像として表示する。なお、固定部材１０１は、第１の光１０２及び第２の光１０８を透過可能な構成となっている。すなわち、第１の光１０２及び第２の光１０８を透過する材質で形成されていてもよいし、照射部分においては被検体１００が露出しているような構成になっていてもよい。
【００１７】
ここで、音響波の初期音圧は前記のように式（１）で表される。従ってグリューナイセン係数（Γ）は生体組織によって既知の一定値となると仮定すると、音響波検出器１０７により複数の位置で検出される音圧（Ｐ）の時間変化の計測及び解析によって初期音圧発生分布を求めることができる。また、吸収係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネ
ルギー吸収密度分布）も求めることができる。しかしながら、音響波検出器１０７により得られる第１の電気信号からは、吸収係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネルギ
ー吸収密度分布）を求めることができるのみである。よって、被検体内の吸収係数（μa
）分布（吸収係数分布）を得るためには光エネルギー吸収密度分布を光量（Φ）により補正する必要がある。
【００１８】
一方、被検体１００内における光の進達長に対して充分に大きな領域に光を照射した場合は、光量（Φ）は式（２）のように表される。このため、被検体１００内の平均的な有効減衰係数（μeff）を求めることにより光量（Φ）を求めることができ、結果として被
検体１００内の吸収係数（μa）分布を得ることができる。
【００１９】
本実施例では、平均的な有効減衰係数（μeff）を求めるために第２の光１０８を検出
して得られた第２の電気信号を用いる。ここで、光検出器１１０は固定部材１０１上を走査することで、複数の個所で第２の光が検出可能となっている。一方、第２の光源１０９から照射された第２の光１０８は光導波路１１３を通じて、予め定められた位置に点照射される。この際、図２（ａ）に示すように、光検出器１１０を走査することにより、第２の光１０８の照射位置と光検出器１１０との距離を変化させることができる。この光の照射点と光検出器との距離を、“光の伝播距離”と呼ぶことにする。
【００２０】
そして、複数の位置で光検出を行い、検出光量を距離に応じてプロットする。この結果に対し、被検体１００の形状に依存した被検体１００内の光量の分布を表す理論式（被検体１００に照射され被検体１００内を伝播する光の被検体１００内における強度分布についての理論式）によりフィッティングをかける。このことで、平均的な有効減衰係数（μeff）を求めることができる。本実施例では第２の光１０８の照射点と光検出器１１０と
の距離を変化させるために光検出器１１０を走査したが、図２（ｂ）に示すように、光検出器１１０は固定し、光ファイバによる第２の光１０８の照射点を走査することで距離を変化させてもよい。すなわち、光照射点から光検出器１１０までの距離（光の伝播距離）が異なる複数の光を測定可能であればよい。なお、本実施例において、第２の光１０８の照射部分と光検出器１１０とが被検体１００を挟んで互いに対向する位置に配置されるとは、図２（ａ）、（ｂ）に示すような位置関係も含む意味である。
【００２１】
これにより生体内の平均的な有効減衰係数（μeff）が得られ、得られた平均的な有効
減衰係数（μeff）を用いて光量（Φ）を求める。そして、求められた光量（Φ）によっ
て、第１の電気信号により得られる吸収係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネル
ギー吸収密度分布）に補正をかけることで、被検体内の吸収係数（μa）分布を得ること
ができる。具体的には、被検体内の局所位置ごとに、光エネルギー吸収密度の値を光量で除すればよい。
【００２２】
次に、フィッティングのためのモデルの一例について図３を用いて説明する。ここでは被検体１００の測定部位（測定対象とする部分）が平行平板状（スラブ状）の形状を有する場合について考える。なお、このことは、本実施例において、生体における測定部位（測定対象とする部分）の形状を、前記理論式が適用可能な所定のモデル形状に合致させることに相当する。生体のような散乱の強い媒体中での光の伝播は光拡散方程式によって表される。無限平行平板のような簡単な形状に対して、光拡散方程式は解析的に解くことが出来る。
【００２３】
図３の被検体を無限平板に近似すると、光照射点３００から照射された光の光検出器１１０での光量Φ(ρ)は擬似的な無限個の正負の双極子光源を仮定することによって、次式のように表すことができる。（参考文献: M.S.Patterson et.al. “Time resolved reflectance and transmittance for the noninvasive measurement of tissue optical properties”, Applied Optics,28,2331(1989)）
【数５】
2010088873.tif 000007
ここで、ρは被検体１００を挟んで照射点３００と互いに対向する点から光検出器１１０までの距離、Ｃは拡散に依存する係数である。ｒｉはｉ番目の擬似光源と光検出器１１０間の距離でρと拡散係数の関数である。今回近似のため拡散係数は定数とした。
【００２４】
この式（５）を用いて導出した光量分布Φ(ρ)と、光拡散方程式を有限要素法によって解くことで導出した光量分布Φ(ρ)を比較したものが図４である。２つの結果がほぼ一致しており、式（５）のモデルによってこのような平行平板状（スラブ状）の被検体１００の光量分布Φ(ρ)を表すことが出来ることがわかる。
【００２５】
このことよりρを変化させて光量検出を行い、図５に示すように、式（５）を用いて測定結果をフィッティングすることにより、被検体内の平均的な有効減衰係数μeffを求め
られる。
【００２６】
次に、本実施例についてより具体的に説明する。図１において、第１の光源１０３と第２の光源１０９は被検体１００である生体を構成する特定の成分に吸収される波長の光を照射する。また第１の光源１０３と第２の光源１０９は同一波長の光を照射する。また、第１の光源１０３は、光音響波を発生させるための光源であり、数ナノ秒〜数百ナノ秒オーダーのパルス幅のパルス光を発生可能なパルス光源を少なくとも一つ備える。第１の光源１０３としてはレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。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。
【００２７】
なお、本実施例においては、第１の光源１０３の数が一個である例を示しているが、複数の光源を用いても良い。その場合は、生体に照射する光の照射強度を上げるため、同じ波長を発振する光源を複数用いても良いし、光学特性値の分布の波長による違いを測定するために、発振波長の異なる光源を複数個用いても良い。なお、第１の光源１０３として、発振する波長の変換可能な色素やＯＰＯ（Optical Parametric Oscillators）やチタンサファイヤレーザーを用いてもよい。そうすることができれば、光学特性値の分布について波長による違いを測定することも可能になる。使用する第１の光源１０３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、比較的生体表面付近の生体組織の光学特性値の分布を求める場合は、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍ以上且つ１６００ｎｍ以下の波長領域を使用することも可能である。第２の光源１０９の波長領域に関しても同様の領域を用いるとよい。
【００２８】
第２の光源は、光検出器１１０で検出する光を照射するためのものである。第２の光源１０９としては強度変調光を発生可能な光源が好ましい。第２の光源１０９は、連続光のようにパルス光とは別の波形の光を発生するものであってもよいし、第１の光源１０３と同様にパルス光を発生するものであってもよい。具体的にはレーザーを用いることが好ま
しいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、半導体レーザーが好ましいが、ガスレーザー、色素レーザー、固体レーザーなど様々なレーザーを使用することが可能である。
【００２９】
第１の光源１０３から照射された第１の光１０２は光学装置１０４のみを用いて被検体に照射してもよいし、光導波路などを用いて伝搬させることも可能である。この光導波路としては、光ファイバが好ましい。光ファイバを用いる場合は、それぞれの光源に対して、複数の光ファイバを使用して、生体表面に光を導くことも可能であるし、複数の光源からの光を一本の光ファイバに導き、すべての光を一本の光ファイバのみを用いて生体に導いても良い。図１における光学装置１０４は、ミラーやレンズなどの一般的な光学部品から構成されており、第１の光源１０３から出射した第１の光１０２の方向を変更する機能や、第１の光１０２の集光、拡大、整形などの機能を有する。光学装置１０４を構成する光学部品は、第１の光１０２が所望の形状及び面積で被検体１００に照射されれば、どのような組合せであってもよい。
【００３０】
第２の光源１０９から第２の光１０８を生体内に導く光導波路１１３は光ファイバが好ましい。また第２の光１０８は被検体１００に点状に照射されることが好ましい。被検体１００の内部における光吸収体１０５は、被検体１００内において吸収係数が高い部位を示し、例えば人体が測定対象であれば、ヘモグロビンやそれを多く含む血管あるいは悪性腫瘍を示す。音響波検出器（あるいは探触子）１０７は生体内を伝播した第１の光１０２のエネルギーの一部を吸収した物体１０５から発生した音響波１０６を検知し、第１の電気信号に変換する。この音響波検出器１０７は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。また、トランスデューサーはアレイ状のものを用いることも、単一素子のものを用いることも可能である。
【００３１】
また、本実施例では、複数の場所で音響波１０６を検知するために、１個の音響波検出器１０７を固定部材１０１表面上で２次元に走査することで複数の個所で音響波１０６が検出可能となっている。しかし、複数の場所で音響波１０６を検知できれば同じ効果が得られるため、複数の音響波検出器を固定部材１０１表面に配置させても良い。また、音響波検出器１０７と固定部材１０１との間には、音響波１０６の反射を抑えるためのジェルや水などの音響インピーダンスマッチング剤を介在させることが望ましい。
【００３２】
光検出器１１０は、被検体１００（生体）内を伝播、透過した第２の光１０８を検知し、第２の電気信号に変換する。光検出器１１０は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、ＣＣＤなど光を検知できるものであれば、どのような光検出器であってもよい。また、本実施例では、第２の光１０８の照射点と光検出器１１０の距離を変化させ複数の場所で光を検知するために、１個の光検出器１１０を固定部材１０１表面上で走査する。しかし、複数の場所で光を検知できれば同じ効果が得られるため、前述のように複数の光検出器１１０を固定部材１０１表面に配置させても良い。
【００３３】
また、第１の光１０２を照射して音響波検出器１０７で音響波１０６の検出を行うことを第１の測定、第２の光１０８を照射して光検出器１１０で光の検出を行うことを第２の測定とすると、第１の測定と第２の測定は同時に行わないのが好ましい。この際、互いの測定を交互に行うことも、どちらかの測定を全て完了してから他方の測定を行うことも可能である。
【００３４】
信号処理部１１１は、第１の電気信号と第２の電気信号とを解析し、これにより被検体１００（生体）における光学特性値の分布情報を算出する。信号処理部１１１は、音響波
検出器１０７より得られた第１の電気信号と、光検出器１１０により得られた第２の電気信号とに基づいて、吸収係数（μa）分布あるいは光エネルギー吸収密度分布などの光学
特性値の分布を計算する。また、被検体１００（生体）内の吸収体１０５の位置や大きさを算出する。なお、信号処理部１１１は第１の電気信号と第２の電気信号とを記憶し、それを演算手段により、光学特性値の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。
【００３５】
この場合には、コンピューターに記憶されたプログラムによって、演算装置（ＣＰＵ）において第１の電気信号と第２の電気信号に演算を加えて光学特性値の分布のデータに変換するようにしてもよい。さらに、当該プログラムによって表示装置１１２に表示するための画像データまで構成するようにしてもよい。あるいは、信号処理部１１１に独自のメモリを備えるようにし、第１の電気信号と第２の電気信号とを当該メモリに記憶し、信号処理部１１１のメモリに別途記憶されたプログラムによって、演算装置（ＣＰＵ）において第１の電気信号と第２の電気信号に演算を加えて光学特性値の分布のデータに変換し、さらに画像データを構成するようにしてもよい。
【００３６】
信号処理部１１１は第１の電気信号から、初期音圧（Ｐ0）の発生分布、あるいは吸収
係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネルギー吸収密度分布）を求める。また、信
号処理部１１１は第２の電気信号から、前述したフィッティングを用いて平均的な有効減衰係数（μeff）を求める。さらに信号処理部１１１は、吸収係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネルギー吸収密度分布）に対して、求めた平均的な有効減衰係数（μeff
）を用いて光量の補正を行うことで、被検体１００内の吸収係数（μa）分布を得る。ま
た、信号処理部１１１は、初期音圧（Ｐ0）の発生分布、吸収係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネルギー吸収密度分布）、吸収係数（μa）分布などの各情報を画像表示
装置１１２に表示させるための画像データを作成する。この画像データは、本実施例において生体の光学特性値分布画像に相当する。
【００３７】
図１の画像表示装置１１２は信号処理部１１１で作成された画像データを表示できれば、どのようなものでもよい。例えば、液晶ディスプレイなどを利用できる。なお、複数の波長の光を用いた場合は、それぞれの波長について、上記のシステムにより被検体１００内の吸収係数（μa）分布を算出してもよい。そうすると、各波長についての吸収係数（
μa）分布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。
【００３８】
図６に本発明における生体情報イメージング装置の処理のフローチャートを示す。本フローチャートにおける信号処理部１１１の処理に係る部分は、信号処理部１１１に記憶されたプログラムによって実行される。本フローチャートが実行されると、まずＳ１０１において、音響波検出器１０７によって第１の電気信号が取得される。その際、音響波検出器１０７は固定部材１０１上を走査しつつ複数の位置において音響波を検出する。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。
【００３９】
Ｓ１０２においては、Ｓ１０１で取得された第１の電気信号に対してフィルタ処理を行う。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。
【００４０】
Ｓ１０３においては、フィルタ処理後の第１の電気信号より、吸収係数（μa）と光量
（Φ）の積の分布である光エネルギー吸収密度分布が算出される。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００４１】
Ｓ１０４においては、光検出器１１０によって第２の電気信号が取得される。その際、光検出器１１０は固定部材１０１上を走査しつつ複数の位置によって被検体１００を透過する光を検出する。これは、生体内を伝播する光（生体内を伝播した後に生体から放出する光）の複数の伝播距離に係る強度を検出することに相当する。Ｓ１０４の処理が終了するとＳ１０５に進む。
【００４２】
Ｓ１０５においては、フィッティングの処理が実行される。具体的にはＳ１０４で取得された第２の電気信号（複数の位置によって取得された複数の値）が、式（５）で示した光量（Φ）分布の理論式にフィットするように、各パラメータの値が設定される。Ｓ１０５の処理が終了するとＳ１０６に進む。
【００４３】
Ｓ１０６においては、Ｓ１０５において、第２の電気信号（複数の位置によって取得された複数の値）が、式（５）で示した光量（Φ）分布の理論式に最も良くフィットさせた状態における平均的な有効減衰係数（μeff）を算出する。この値が、本計測における被
検体１００(生体)の平均的な有効減衰係数（μeff）となる。Ｓ１０６の処理が終了する
とＳ１０７に進む。
【００４４】
Ｓ１０７においては、Ｓ１０６において算出された平均的な有効減衰係数（μeff）と
式（２）とから光量（Φ）が求られ、この光量(Φ)によって光エネルギー吸収密度分布が補正されて、吸収係数（μa）分布が算出される。すなわち、吸収係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネルギー吸収密度分布）が光量（Φ）で補正されて吸収係数（μa）
分布が算出される。Ｓ１０７の処理が終了するとＳ１０８に進む。
【００４５】
Ｓ１０８においては、Ｓ１０７で得られた吸収係数（μa）分布から、表示装置１１２
に表示するための画像データが構成される。Ｓ１０８の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。第１の電気信号と第２の電気信号の処理は必ずしもこのフローチャートの順に行う必要はない。先に第２の電気信号の処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）を行ってから第１の電気信号の処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）を行ってもよい。また、第１と第２の電気信号の取得（Ｓ１０１とＳ１０４）を先に行ってから、その他の処理を行っても良い。
【００４６】
以上、説明したように、本実施例に示された生体情報イメージング装置を用いることで、生体内の光学特性値分布、特に吸収係数（μa）分布をより正確に求めることができる
とともに、これを画像化することが可能になる。
【００４７】
なお、本実施例において光源装置は、第１の光源１０３、光学装置１０４、第２の光源１０９、光導波路１１３を含んで構成される。また、本実施例において信号処理部１１１は、信号処理装置と画像構成装置とに相当する。
【００４８】
また、上記のフローチャートにおいて、Ｓ１０１の処理は音響波検出工程に相当する。また、Ｓ１０３の処理は吸収密度分布算出工程に相当する。Ｓ１０４の処理は光検出工程に相当する。Ｓ１０６の処理は平均的な減衰係数導出工程に相当する。Ｓ１０７の処理は光学特性値分布導出工程に相当する。Ｓ１０８の処理は画像構成工程に相当する。なお、上記フローチャートのこれらのステップのうち、一部を信号処理部１１１に記憶されたプログラムによって実行し、一部はマニュアル処理によって実行するようにしてもよいことは当然である。
【００４９】
なお、前述のように固定部材１０１が第２の光を透過する材質の場合には、光検出器１１０は固定部材１０１に装着してもよい。この場合には光検出器１１０は生体の表面近傍における光の強度を検知することとなる。一方、光検出器１１０を被検体１００に直接装着した場合には、生体表面における光の強度を検知することとなる。
【００５０】
また、本実施例においては、光吸収体１０５は血管あるいは悪性腫瘍などとして説明をしたが、本発明における光吸収体１０５はこれらに限られない。例えば、前記生体内に導入された造影剤なども光吸収体１０５として扱うことができる。なお、上記においては、生体の平均的な光学特性値として有効減衰係数（μeff）を算出し、この値を用いて吸収
係数（μa）の分布を求めた。これに対し、有効減衰係数（μeff）の他に、散乱係数（μs）、等価散乱係数（μs'）などと、吸収係数（μa）の関係に着目し、散乱係数（μs）
、等価散乱係数（μs'）の値を用いて吸収係数（μa）の分布を求めることも考えられる
。
【００５１】
<実施例２>
次に、本発明の実施例２について図面を参照しながら説明する。本実施例は、有効減衰係数（μeff）を求めるための第２の電気信号についても、第１の光１０２を用いて検出
する例である。図７は、本実施例における生体情報イメージング装置について示したものである。本実施例における生体情報イメージング装置は、第２の光源１０９、光導波路１１３を備えておらず、第２の光１０８を使用しない点で実施例１における装置と異なる。以下、実施例１において説明した構成については、実施例１と同じ符号を付すとともに説明は省略し、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００５２】
本実施例においては、被検体の平均的な有効減衰係数（μeff）を求めるためにも、第
１の光源１０３から照射され被検体１０１（生体）を透過した第１の光１０２を光検出器１１０で検出することで得られた第２の電気信号を用いる。そして、複数の位置で光検出を行い、検出光量を光照射位置と光検出器１１０の距離に応じてプロットする。この結果に対し、実施例１と同様、被検体１０１（生体）の形状に依存した理論式によりフィッティングをかけることで、平均的な有効減衰係数（μeff）を求める。
【００５３】
この平均的な有効減衰係数（μeff）を用いて第１の電気信号により得られる吸収係数
（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネルギー吸収密度分布）に光量（Φ）の補正をか
けることで、被検体内の吸収係数（μa）分布を得ることができる。音響波検出器１０７
は、実施例１と同様、被検体１００（生体）内を伝播した光１０２のエネルギーの一部を吸収した吸収体１０５から発生した音響波１０６を検知し、第１の電気信号に変換する。
【００５４】
また、光１０２を照射して音響波検出器１０７で音響波１０６の検出を行うことを第１の測定、光１０２を照射して光検出器１１０で光の検出を行うことを第２の測定とすると、本実施例においては第１の測定と第２の測定を同時に行ってもよい。あるいは、互いの測定を交互に行うことも、どちらかの測定を全て完了してから他方の測定を行うことも可能である。得られた第１の電気信号と第２の電気信号の処理やその他の装置構成は、実施例１と同様である。
【００５５】
以上、説明したように、本実施例の生体情報イメージング装置においては、第１の光源１０３から出射した第１の光１０２を用いて、第１の電気信号と第２の電気信号の両方を取得することとした。すなわち、第１の光源１０３のみを光源として用いて、吸収係数（μa）と光量（Φ）の積の分布（光エネルギー吸収密度分布）と、生体内の平均的な有効
減衰係数（μeff）の両方を求めることとした。
【００５６】
これにより、装置の構成を簡略化できてコストダウンを推進することが可能となるとともに、上記の第１の測定と第２の測定とを同時に行うことが可能となり、測定タイミングの自由度を増加させることができる。なお、本実施例において光源装置は、第１の光源１０３と光学装置１０４とから構成され、光源装置が単数の光源を含む場合に相当する。
【符号の説明】
【００５７】
１００・・・被検体（生体）
１０１・・・固定部材
１０２・・・第１の光
１０３・・・第１の光源
１０４・・・光学装置
１０５・・・光吸収体
１０６・・・音響波
１０７・・・音響波検出器
１０８・・・第２の光
１０９・・・第２の光源
１１０・・・光検出器
１１１・・・信号処理部
１１２・・・表示装置
１１３・・・光導波路
３００・・・光照射点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010088873.tif 000011
【図５】
2010088873.tif 000012
【図６】
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【図７】
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