(57)【要約】【課題】光を用いて乳房の光学特性を取得する際に、測定に対して胸壁が与える影響を低減する。【解決手段】光源からの光を被検体である乳房に照射する照射手段と、照射手段から光が照射されたことにより乳房から伝搬する信号を検出する検出手段と、検出手段が検出した信号に基づいて乳房内部の光学特性を算出する算出手段を有し、照射手段は、乳房の付け根にある胸壁から遠ざかる方向に向けて乳房に光を照射する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１Ａ
2014200447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を被検体である乳房に照射する照射手段と、
前記照射手段から光が照射されたことにより前記乳房から伝搬する信号を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記信号に基づいて前記乳房内部の光学特性を算出する算出手段と、
を有し、
前記照射手段は、前記乳房の付け根にある胸壁から遠ざかる方向に向けて前記乳房に光を照射する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記照射手段を保持する保持手段であって、前記照射手段から光が照射される角度である照射角を固定できる保持手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記保持手段は、前記胸壁を含む平面に略平行な平面部を有しており、前記照射角は、前記平面部に対して規定される
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記照射手段は、光ファイバ末端である
ことを特徴とする請求項２または３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記保持手段は、前記照射手段を固定する際に、前記照射角を変更できる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記胸壁とは、被検者の胸骨体、肋軟骨および大胸筋を含み、前記乳房と異なる吸収係数を有する略平面の部位である
ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記信号として、前記照射手段から光が照射されたことにより前記乳房内部で発生する弾性波を検出し、
前記算出手段は、前記光学特性として、前記乳房内部の吸収係数分布を算出する
ことを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記乳房内部の光学係数を設定する設定手段をさらに有し、
前記算出手段は、
検出された前記弾性波を用いて前記乳房内部の初期音圧分布を算出し、
設定された前記光学係数を用いて前記乳房内部の光強度分布を算出し、
前記光強度分布を用いて前記初期音圧分布を補正することで、前記吸収係数分布を算出する
ことを特徴とする請求項７に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記設定手段は、オペレーターからの入力値を用いて前記光学係数を設定する
ことを特徴とする請求項８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
第二の光源からの光を前記乳房に照射する第二の照射手段と、
前記第二の照射手段から照射されたのち前記乳房内部を伝搬した光を検出する第二の検出手段と、
をさらに有し、
前記算出手段は、前記第二の検出手段の検出した光強度に基づいて、前記乳房内部の光学係数を算出し、
前記設定手段は、算出された値を、前記光強度分布の算出に用いる光学係数として設定する
ことを特徴とする請求項８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記保持手段は、前記第二の照射手段を、前記胸壁から遠ざかる方向に向けて前記乳房に光を照射するように保持する
ことを特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記検出手段は、前記信号として、前記照射手段から照射されたのち前記乳房内部を伝搬した光を検出し、
前記算出手段は、前記光学特性として、前記乳房内部の光学係数を算出する
ことを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
前記検出手段は、前記照射角に応じた角度からの光を検出するように、前記保持手段に固定される
ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１４】
前記算出手段は、前記光学係数として、吸収係数、散乱係数および有効減衰係数の少なくとも１つを算出する
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１５】
照射手段と、検出手段と、算出手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記照射手段が、光源からの光を被検体である乳房に照射する照射ステップと、
前記検出手段が、前記照射手段から光が照射されたことにより前記乳房から伝搬する信号を検出する検出ステップと、
前記算出手段が、前記検出手段が検出した前記信号に基づいて前記乳房内部の光学特性を算出する算出ステップと、
を有し、
前記照射ステップでは、前記照射手段は、前記乳房の付け根にある胸壁から遠ざかる方向に向けて前記乳房に光を照射する
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体診断の技術領域において、生体による光の吸収が比較的少ない近赤外光を用いた診断が試みられている。近赤外光診断は、生体組織の分光情報を取得でき、その分光情報による生体構成成分の機能情報（構成比率や濃度分析など）の取得が可能である。また、Ｘ線イメージングなどと違い、被曝のない、非侵襲的な診断が可能となる。
生体は光を吸収する特性に加えて、光を散乱する特性を有する。このため生体に侵入した光の大部分は数ミリメートル程度で直進性を失い、その後は散乱される。例えば数センチメートルの厚さの生体では、光は多くの散乱を受ける（多重散乱）ため、生体内の広範囲に渡って伝搬する。
【０００３】
近赤外光を用いた診断として、乳がん診断がある。非特許文献１は、近赤外光を乳房に入射させ、乳房内を散乱伝搬した光を検出し、光が散乱伝搬した領域の光吸収特性（吸収係数）と光散乱特性（散乱係数）を取得し、酸素飽和度等の機能情報を取得する装置を開示している。非特許文献１に記載の装置は、がん部位では正常部位とは異なる光学特性、機能情報を計測しており、がん部位での光学特性、機能情報の変化を検出することでがんを診断できることを示唆している。
【０００４】
特許文献１は、被検体に光を照射し、伝搬した光をがん部位が吸収して発生する音響波を検出して、光が照射された瞬間の音圧（初期音圧）を求め、その音圧からがんの吸収係数を求める装置を開示している。特許文献１の装置は、生体の平均的な光学特性を求めることで、より正確に初期音圧を吸収係数に変換している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８８８７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Natasha Shah et al., ”The role of diffuse optical spectroscopy in the clinical management of breast cancer”, Disease Markers Vol.19, (2003,2004), No.2-3, p.95-105
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
乳房は、その付け根付近に胸壁を有する。胸壁は、高い吸収係数を有する筋肉（大胸筋、肋間筋等）を含む。非特許文献１の開示する装置で胸壁近傍の領域を測定した場合、照射された光の一部は散乱されて胸壁に到達し、エネルギーが大きく吸収される。その結果、大きなエネルギー吸収を受けた光が検出されるため、算出される光学特性（吸収係数）が変動してしまう。すなわち、求められる光学特性、機能情報の精度が低下していた。
特許文献１の装置についても同様に、胸壁の吸収係数が高いことが原因で、光量の推定精度が低下してしまう。その結果、光学特性、機能情報の算出精度が低くなっていた。
以上述べたように、光を用いた診断において胸壁による光エネルギーの吸収が、測定の精度に影響を与えることが問題となっていた。従って、この影響を低減させて良好な診断を可能とすることが求められていた。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光を用いて乳房の光学特性を取得する際に、測定に対して胸壁が与える影響を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光源からの光を被検体である乳房に照射する照射手段と、
前記照射手段から光が照射されたことにより前記乳房から伝搬する信号を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記信号に基づいて前記乳房内部の光学特性を算出する算出手段と、
を有し、
前記照射手段は、前記乳房の付け根にある胸壁から遠ざかる方向に向けて前記乳房に光を照射する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【００１０】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
照射手段と、検出手段と、算出手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記照射手段が、光源からの光を被検体である乳房に照射する照射ステップと、
前記検出手段が、前記照射手段から光が照射されたことにより前記乳房から伝搬する信号を検出する検出ステップと、
前記算出手段が、前記検出手段が検出した前記信号に基づいて前記乳房内部の光学特性を算出する算出ステップと、
を有し、
前記照射ステップでは、前記照射手段は、前記乳房の付け根にある胸壁から遠ざかる方向に向けて前記乳房に光を照射する
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光を用いて乳房の光学特性を取得する際に、測定に対して胸壁が与える影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】第一の実施形態の装置の概要を示す図。
【図１Ｂ】第一の実施形態の装置の概要を示す上面図。
【図２】胸壁と保持部の関係を示す模式図。
【図３Ａ】光照射部近傍の例を示す拡大図。
【図３Ｂ】光照射部近傍の別の例を示す拡大図。
【図３Ｃ】光照射部近傍の別の例を示す拡大図。
【図４Ａ】第一の実施形態の効果を説明する図。
【図４Ｂ】第一の実施形態の効果を説明する別の図。
【図４Ｃ】第一の実施形態の効果を説明する別の図。
【図５Ａ】第一の実施形態の効果を確認する際に用いた系の図。
【図５Ｂ】第一の実施形態の効果を確認する際に用いた系の別の図。
【図６Ａ】第一の実施形態の効果を示すグラフ。
【図６Ｂ】第一の実施形態の効果を示す別のグラフ。
【図７】第一の実施形態で制御部が実行する測定を示すフロー図。
【図８】第二の実施形態の装置の概要を示す図。
【図９】第二の実施形態で制御部が実行する測定を示すフロー図。
【図１０】第三の実施形態の装置の概要を示す図。
【図１１】第三の実施形態で制御部が実行する測定を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１４】
本発明の被検体情報取得装置は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生し伝播した音響波を受信して、被検体の特性情報である被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。このような画像化のことを、光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ぶ。取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布などを示す特性情報である。組織を構成する物質とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などの血液成分、あるいは脂肪、コラーゲン、水分などである。
【００１５】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。本発明の装置は、探触子等の音響波検出器によって被検体内で発生又は反射して伝播した音響波を受信する。
【００１６】
本発明の被検体情報取得装置は、また、被検体に照射されたのち、被検体内部を伝搬した光を検出し、その強度から被検体内部の光学特性値分布を求める装置である。この場合の被検体情報は、被検体内部の平均光学係数、吸収係数や散乱係数、さらには酸素飽和度等の機能情報となる。このような光学特性値を取得したり、光学特性値から被検体内部の画像データを生成したりすることを、拡散光トモグラフィー（ＤＯＴ：Ｄｉｆｆｕｓｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ぶ。
【００１７】
以下の説明においては、本発明の適用例として、まず、ＤＯＴの原理を用いた被検体情報取得装置について説明する。次いで、ＰＡＴの原理による被検体情報取得装置への適用例を説明する。ただし本発明の適用対象はこれらに限られない。例えば画像を形成するための特性情報を取得しメモリに格納する装置であっても、本発明を適用可能である。本発明はまた、下記の被検体情報取得装置の制御方法や、その制御方法を情報処理装置に実行させるプログラムとして捉えることもできる。
【００１８】
＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、ＤＯＴの原理により、光が伝搬した領域の平均的な光学特性を取得する被検体情報取得装置について説明する。かかる装置に本発明を適用することにより、胸壁の測定への影響を低減でき、光学特性を高精度に取得できる。
【００１９】
（装置構成）
図１Ａは、本実施形態に係る被検体情報取得装置の概要を示す。以下、各構成要素を説明する。
装置の測定対象は、被検者１１４の乳房１００である。乳房１００の付け根の、被検者１１４の体腔側には、胸壁１０１がある。
装置は、光照射部１０２、光検出部１０３、保持部１０４、平面部１０５（保持部１０４の一部）、載置部１０６、照射光導光部１０７、検出光導光部１０８、光源１０９、光検出器１１０、光学係数算出部１１１、制御部１１５を有する。
【００２０】
光照射部１０２は、乳房１００に光を照射する。光照射部１０２には、光ファイバ末端や、コリメーターまたはフォーカサー等の光学素子を使用できる。光照射部１０２は、照射光の、保持部１０４により胸壁１０１の伸展する略平面からの角度（照射角）が、角度１１２となるように配置されている。これにより、胸壁１０１の伸展する略平面から遠ざかる方向に光を照射できる。本実施形態では、光照射部１０２が、本発明の照射手段に相当する。
照射光導光部１０７は、光源１０９から光照射部１０２に光を導く。照射光導光部１０７には、光ファイバや光学素子を使用できる。
【００２１】
光検出部１０３は、光照射部１０２から乳房１００に照射され、乳房内部を伝搬したのち、光検出部１０３に到達した光を検出する。光検出部１０３には、光ファイバ末端、コリメーターやフォーカサー等の光学素子を使用できる。本実施形態では、光検出部１０３が、本発明の検出手段に相当する。
なお、図１Ａでは、光検出部１０３は光照射部１０２の奥にあるため表示されていない。そこで、図１Ｂに光検出部１０３を示す。図１Ｂは、図１Ａを上方（被検者１１４の頭部側）から見た図である。図１Ｂの座標系および符号は、図１Ｂと共通する。
検出光導光部１０８は、検出部１０３で検出した光を検出器１１０に導く。検出光導光部１０８には、光ファイバや光学素子を使用できる。
【００２２】
保持部１０４は、光照射部１０２を、光が胸壁１０１から角度１１２で照射されるように配置する。保持部１０４は、平面な部位である平面部１０５を有する。平面部１０５について、図２を用いて説明する。平面部１０５は、胸壁１０１を構成する胸骨体２０１と肋軟骨２０２の直上にある被検者１１４の体表面２０３に沿っている。胸壁１０１を構成する筋肉（大胸筋２０４、肋間筋２０５等）の伸展する略平面２０６と、胸骨体２０１と肋軟骨２０２により形成される略平面２０７とは、略平行である。体表面２０３は、その直下にある胸骨体２０１と肋軟骨２０２により支持されているので、体表面２０３は胸骨体２０１と肋軟骨２０２の形成する略平面２０７と略平行である。よって、平面部１０５を、胸骨体２０１と肋軟骨２０２の直上にある体表面２０３に沿わせることで、光照射部１０２と、胸壁１０１の光の吸収源である筋肉（２０６、２０５）との間に、角度１１２を付与できる。
図２において、符号２０１乃至２０６で示される構成要素は、図２に示したｘ軸方向（紙面垂直方向）に伸展している。すなわち、伸展している略平面はｘｙ平面と略平行である。符号２０６と２０７は、伸展平面の断面を示している。本実施形態では、保持部１０４が、本発明の保持手段に相当する。
【００２３】
光照射部１０３近傍を拡大した図３Ａ〜図３Ｃを用いて、光照射部１０２と保持部１０４の構成を詳説する。図３において、図１Ａと同じ構成は同じ番号で示してある。
図３Ａは、光照射部１０２が光ファイバ末端である場合を示している。光照射部１０２の末端は、保持部１０４が乳房１００と接触する面と平行である。光ファイバは、コア３０１、クラッド３０２を含む。光照射部３０２は、光ファイバ末端の主軸が角度１１２を有するように規定されている。矢印３０３は光ファイバの主軸方向から乳房１００に入射する光の入射方向であり、矢印３０４は、光の入射後、入射方向３０３から屈折した方向である。コア３０１の材質は石英や硝材、プラスチック等であり、乳房１００は水を多く含む生体であるので、コア３０１は乳房１００より高い屈折率を有する。典型的には、コア３０１の屈折率は約１．４５、乳房１００の屈折率は約１．３３である。このため、屈折方向３０４は角度１１２より大きな角度となる。すなわち、胸壁１０１からより遠ざかる方向に光が入射する。
【００２４】
図３Ｂは、光照射部１０２がフォーカサーである場合を示している。レンズ３０５は、
照射光導光部１０７の光を、保持部１０４と乳房１００とが接触する面に集光する。このため、保持部１０４は光の透過率が高い材料であることが望ましい。例えばアクリルを使用できる。矢印３０６はレンズ３０５の光軸方向から乳房１００に入射する光の入射方向であり、矢印３０７は入射方向３０６が屈折した方向である。保持部１０４がアクリルの場合、アクリルの屈折率は約１．４９、乳房１００の屈折率は約１．３３であるので、屈折方向３０７は角度１１２より大きな角度となる。すなわち、胸壁１０１からより遠ざかる方向に光が入射する。
【００２５】
光照射部１０２は、保持部１０４に対して可動に配置されていてもよい。図３Ｃは、光照射部１０２が可動の例である。保持部１０４に固定された回転部３０８により、光照射部１０２は回転可能である。固定部３０９は、回転部３０８の回転の状態を切り替えることで、照射角を変更できる。固定部３０９は、光照射部１０２を、所望の角度１１２を得られる角度に回転させた後、固定する。光照射部１０２の可動範囲を考慮して、保持部１０４の一部に開口３１０があるとよい。光照射部１０２が可動であることにより、必要に応じて角度１１２を変更できる等の効果がある。角度１１２を変更する場合とは、例えば、事前の超音波検査やＭＲＩ検査で胸壁１０１が乳房側に寄っていることが分かっており、光の胸壁からの離れ方を大きくしたい場合がある。この場合、照射角を大きく設定すればよい。
【００２６】
以上のようにして入射した光は、図１の散乱光１１３となって、乳房１００内を伝搬する。
【００２７】
載置部１０６は、乳房１００を支える。載置部１０６には、乳房１００が保持部１０４に接触するように乳房１００が載置される。なお、装置構成は、被検者１１４が直立して乳房１００を載置部１０６に載せる態様に限られない。例えば被検者１１４が寝台にうつ伏せになって垂らした乳房１００を測定する態様でも、本発明は適用可能である。また、被検者１１４が寝台に仰向けになって測定する場合においても、載置部１０６と保持部１０４とで乳房を適切な形状に保持することで、本発明は適用可能である。
【００２８】
光源１０９は、光照射部１０２から照射する光を発生させる。光源１０９は、ＣＷ光、パルス光、強度変調光のうち少なくとも１つを発生させる。パルス光のパルス幅は、ピコ秒のオーダーであることが望ましい。強度変調光の変調周波数は、数１０キロヘルツから数ギガヘルツのオーダーであることが望ましい。光を生成する発光源には、近赤外領域の光を含むハロゲンランプ、近赤外領域の波長を有するレーザや発光ダイオード等を使用できる。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用できる。パルス光を発生させる場合は、光源１０９は短パルス駆動装置や回路を備えることで発光源を短パルス駆動する。強度変調光を発生させる場合は、光源１０９は強度変調駆動装置や回路を備えることで発光源を強度変調駆動する。本実施形態では、光源１０９の光を照射光導光部１０７で光照射部１０２に導いているが、光源１０９が小型の場合（半導体レーザ等）は、光源１０９を光照射部１０２の内部に搭載してもよい。
【００２９】
光検出器１１０は、光検出部１０３が検出した光を、電気信号等の信号に変換する。光検出器１１０に含まれる光検出素子として、フォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等を使用できる。
光源１０９がパルス光の場合は、光検出器１１０は光子計数を行えることが望ましい。光子計数により、乳房１００を伝搬する際に散乱と吸収を受け微弱となった光であってもＳＮの改善を見込むことができる。光子計数を行う場合、光検出器１１０は光子計数に必要な装置、回路を備える（例えば波高弁別器、パルスカウント回路、光検出素子冷却器等）。光源１０９がパルス光の場合、光検出器１１０は時系列で光を検出し、光強度の時間
プロファイル（タイムオブフライト：ＴＯＦ）を信号として出力する。
【００３０】
光源１０９が強度変調光の場合は、光検出器１１０は検波を行えることが望ましい。検波には、ホモダイン検波やヘテロダイン検波を使用できる。検波により、乳房１００を伝搬する際に微弱となった強度変調光の変調振幅であっても高いＳＮで測定することが可能となる。検波を行う場合、光検出器１１０は検波に必要な装置、回路を備える（例えばロックインアンプ、または、スペクトルアナライザ等）。光源１０９が強度変調光の場合、光検出器１１０は強度変調の振幅と位相を信号として出力する。本実施形態では、光検出部１０３から検出光導光部１０８で光検出器１１０に導いているが、光検出器１１０が小型の場合は、検出光導光部１０８を廃し、光検出器１１０を光検出部１０３の内部に搭載してもよい。また、光検出器１１０に含まれる光検出素子のみを光検出部１０３に搭載してもよい。
【００３１】
光学係数算出部１１１は、光検出器１１０からの信号を用いて、乳房１００内部を光が伝搬した領域の平均的な光学特性を算出する。光学係数算出部１１１は、生体のような光を散乱吸収する媒質内での光の挙動を記述する光拡散方程式を用いて、吸収係数μａ、散乱係数μｓ’、有効減衰係数μｅｆｆの少なくとも１つを算出できる。
光検出器１１０がＴＯＦを出力する場合は、時間領域の光拡散方程式を用いて吸収係数μａと散乱係数μｓ’とを算出する。例えば、保持部１０４と載置部１０６とで挟まれた乳房１００をスラブ形状とみなして、時間領域の光拡散方程式のスラブ形状解析解をＴＯＦにフィッティングし、最適フィッティングでのμａとμｓ’を計測値とする。
光検出器１１０が強度変調振幅と位相を出力する場合は、周波数領域の光拡散方程式のスラブ形状解析解から得られる算出振幅と算出位相を、検出振幅と位相に対してフィッティングし、最適フィッティングでのμａとμｓ’を計測値とする。光源１０９がＣＷ光を発生し、光検出器１１０がＣＷ光の強度を出力する場合は、特許文献１の方法によりμｅｆｆを取得できる。
光学係数算出部１１１は、コンピュータに実装されるプログラムであってもよいし、電子回路であってもよい。
【００３２】
制御部１１５は、乳房１００の測定を制御する。制御部１１５として、ＰＣや電気回路を使用できる。光源１０９、光検出器１１０、光学係数算出部１１１は、制御部１１５と配線接続されていてもよいし、制御部１１５に内蔵されていてもよい。
【００３３】
（光学特性取得）
以上の構成により、胸壁の測定への影響を低減し、光学特性を高い精度で取得できることを説明する。
図４Ａ〜図４Ｃは、図１と同じ座標系で保持部１０４近傍を俯瞰した図である。図１と同じ構成については、同じ符号で示してある。光照射部１０２から照射され、光検出部１０３で検出された光（光子）１つ１つが散乱された経路の包絡線を取ると、二重線４０１に含まれる湾曲紡錘型領域となることが知られている。光学係数算出部１１１は、湾曲紡錘型領域４０１内部の平均光学係数を算出している。
【００３４】
図４Ｂは、光照射部１０２が平面部１０５と平行に配置されているときに、図４Ａに示した矢印の方向から見た図である。図４Ｂでは、湾曲紡錘領域の一部４０２が胸壁１０１と重畳している（重畳領域４０２）。胸壁は、主に吸収係数の高い筋肉から構成されているため、重畳領域４０２で光はエネルギーを大きく吸収される。このため、湾曲紡錘領域４０１内の平均光学係数を算出する光学係数算出部１１１は、湾曲紡錘領域４０１全体の吸収係数が高いかのように吸収係数を算出する。
【００３５】
図４Ｃは、光照射部１０２が角度１１２を有するときに、図４Ａに示した矢印の方向か
ら見た図である。図４Ｃでは、光照射部１０２が角度１１２だけ傾いて配置されることで、湾曲紡錘領域４０１全体が胸壁１０１から離れる方向に移動する。そのため、符号４０３に示すように、湾曲紡錘領域４０１が胸壁１０１と重畳しづらくなる。その結果、光学係数算出部１１１は、胸壁１０１との重畳が低減された湾曲紡錘領域４０１の平均光学係数を算出する。すなわち、胸壁１０１により平均光学係数が実際より高く算出されてしまうことの影響を低減できるので、平均光学係数を高い精度で算出できる。
図４Ｃを見ると分かるように、光照射部１０２が角度１１２を有する場合、湾曲紡錘領域４０１は角度１１２の方向に偏る。このため、光検出部１０３が角度１１２を有するようにすると、光の検出効率を改善できるので、光検出部１０３に角度１１２を与えることが好ましい。
【００３６】
（効果）
第一の実施形態の効果を机上計算により説明する。机上計算の系を図５Ａおよび図５Ｂに示す。両方の図に共通する構成について説明する。符号５０１は、図１の符号１０２に相当する光照射部である。符号５０２は、図１の符号１０３に相当する光検出部である。符号５０３は、図１の符号１０１に相当する胸壁である。符号５０４は、図１の符号１００に相当する乳房である。
乳房５０４の光学係数（真値）は、吸収係数μａ＝０．００５５［／ｍｍ］、散乱係数μｓ’＝０．９６［／ｍｍ］である。胸壁５０３の光学係数（真値）は、吸収係数μａ＝１．１［／ｍｍ］、散乱係数μｓ’＝０．９６［／ｍｍ］である。これら光学係数は、生体の値として妥当な数値を採用している。図５Ａは、光照射部５０１と光検出部５０２に角度が無い場合、すなわち図４Ｂに相当する。図５Ｂは、光照射部５０１と光検出部５０２に角度５０５が有る場合、すなわち図４Ｃに相当する。図５Ｂの場合については、角度５０５が２０°と３０°の場合を計算した。
【００３７】
光学係数の算出方法について説明する。第一の算出工程では、図５の系でモンテカルロ法により前記ＴＯＦを算出する。モンテカルロ法は、光子１つ１つについて散乱と吸収を与えながら光子の伝搬光路を追跡する手法である。この手法によれば、光照射部５０１の角度や、乳房５０４と胸壁５０３の光学係数の違いを反映した光子の挙動を算出できる。
第二の算出工程では、第一のモンテカルロ法で得たＴＯＦを、光拡散方程式のスラブ形状解析解にフィッティングさせる。フィッティングにおいて変化させる変数は、吸収係数μａと散乱係数μｓ’である。最適フィッティングとなった時の吸収係数μａと散乱係数μｓ’とを、光学係数の算出値とする。第二の算出工程は、光学係数算出部１１１での算出に相当する。本実施形態では、光学係数算出部１１１が、本発明の算出手段に相当する。
【００３８】
図６Ａは、吸収係数μａに関して、真値と、図５Ａの場合（状態１）、図５Ｂの角度５０５が２０°の場合（状態２）、および、図５Ｂの角度５０５が３０°の場合（状態３）の算出値とを比較した図である。角度５０５が２０°、３０°のいずれの場合も、胸壁の測定値への影響が低減されることで吸収係数がより真値に近づいている。角度５０５を与えない場合は、吸収係数μａの算出誤差率が＋７１％である。これに対し、２０°から３０°の範囲の角度５０５を与えることで、算出誤差率が＋２２％から＋３６％の範囲に改善される。
【００３９】
図６Ｂは、横軸に角度５０５、縦軸に吸収係数μａの算出値をプロットしたものであり、点は算出値、曲線は近似曲線を示している。近似曲線より、吸収係数の真値に対する誤差率が＋３０％のときの角度５０５は２４．２°、誤差率が＋１０％のときの角度５０５は３９．０°である。よって、３０％以下の誤差で吸収係数μａを取得したい場合は、角度５０５を２４．２°以上にとることが好ましい。さらに好ましくは、角度５０５は３９．０°以上にとることで、１０％以下の誤差率で吸収係数μａを取得できる。
【００４０】
（測定フロー）
図７を用いて、第一の実施形態において制御部１１５によって実行される測定フローを説明する。
ステップＳ７０１では、測定を開始する。
ステップＳ７０２では、光源１０９で発生させた光を照射光導光部１０７で光照射部１０２に導いて、保持部１０４と載置部１０６とで保持された乳房１００に照射する。
ステップＳ７０３では、ステップＳ７０２で乳房１００に照射され、乳房１００内を伝搬してきた光を、光検出部１０３で検出する。光検出部１０３で検出した光は、検出光導光部１０８で光検出器１１０に導かれる。光検出器１１０は検出した光を信号に変換する。信号のＳＮを向上させるために、ステップＳ７０２とステップＳ７０３とを繰り返して信号の積算を行ってもよい。
ステップＳ７０４では、ステップＳ７０３で得られた信号を用いて、光学係数算出部１１１において乳房１００の平均光学係数を算出する。
ステップＳ７０５では、測定を終了する。
【００４１】
以上で説明したように、第一の実施形態では、胸壁の測定値への影響を低減することで、乳房の平均光学係数を高い精度で取得できる。
【００４２】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、ＰＡＴの原理により、乳房への光照射によって乳房内部の光吸収体（がん等）から発生する音響波を検出し、光が照射された瞬間の乳房内の音圧分布（初期音圧分布）を求める被検体情報取得装置について説明する。本実施形態の被検体情報取得装置は、初期音圧分布から乳房内の光学特性分布である吸収係数分布を求める光音響画像化装置とも呼べる。以下の説明では特に、胸壁の測定への影響を低減することで、吸収係数分布を高精度に取得できる装置を説明する。
【００４３】
（装置構成）
図８は、本発明の第二の実施形態に係る装置の概要を示す。以下、被検体の画像情報を取得する構成を説明する。図８において第一の実施形態と同じ要素については図１と同じ符号を示し、説明を省略する。
装置は、光源８０１、照射光導光部８０２、光照射部８０３、保持部８０４（平面部８０５を含む）、載置部８０７、トランスデューサアレイ８０８を有する。装置はさらに、制御部１１５に関係して、再構成部８０９、光学係数設定部８１０、光強度分布算出部８１１、吸収係数分布算出部８１２を有する。
【００４４】
光源８０１は、光照射部８０３が乳房１００に照射する光を発生させる。コヒーレント、または、インコヒーレントのパルス光源を少なくとも一つは備える。光音響効果を発生させるため、パルス幅は数１００ナノ秒以下が好ましい。光源としては大きな出力が得られるレーザが好ましいが、レーザ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。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用できる。
照射光導光部８０２は、光源８０１から光照射部８０３に光を導く。照射光導光部８０２には、光ファイバや光学素子を使用できる。
【００４５】
光照射部８０３は、光源８０１の光を、光音響測定に適した方法で乳房１００に照射する。受信信号のＳＮ比を高くするために、被検体の一部の面からだけでなく、複数の面から光を照射してもよい。例えば、探触子８０８のある側にも照射口を設けてもよい。光照射部８０３は、ミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、又は、光を分散・屈折・反射するプリズムや、光ファイバ末端等を使用できる。光照射部８０３は
、保持部８０４により角度８１３を持つように配置されている。これにより、胸壁１０１の伸展する略平面から遠ざかる方向に光を照射できる。本実施形態では、光照射部８０３が、本発明の照射手段に相当する。
本実施形態では、光源８０１の光を照射光導光部８０２で光照射部８０３に導いている。しかし、光源８０１が小型の場合（半導体レーザ等）は、照射光導光部８０２を廃し、光源８０１を光照射部８０３の内部に搭載してもよい。
【００４６】
保持部８０４は、光照射部８０３から照射される光の角度を、胸壁１０１から遠ざかる角度８１３に規定する。照射された光がある程度の広がりを持つ場合、角度８１３は中心的な光軸で規定すればよい。保持部８０４は、平面な部位である平面部８０５を有する。平面部８０５の機能は、第一の実施形態における平面部１０５と同じである。保持部８０４により、光照射部８０３に角度８１３を与えることで、乳房１００内部を光が伝搬する領域８０６が胸壁１０１から遠ざかることは、第一の実施形態での保持部１０４の説明と同様である。第一の実施形態と同様、角度８１３を変更できる構成としてもよい。これにより、乳房のサイズや保持状態に応じた光の照射角を設定できる。本実施形態では、保持部８０４が、本発明の保持手段に相当する。
【００４７】
載置部８０７は、乳房１００を支える。トランスデューサアレイ８０８は、載置部８０７を介して弾性波を受信するので、載置部８０７は、乳房１００およびトランスデューサアレイ８０８と音響特性が整合している材質であることが望ましい。また、音響整合材を用いることが望ましい。
【００４８】
トランスデューサアレイ８０８は、光が照射された乳房１００内部で発生した弾性波を受信して、電気信号等の信号に変換する。トランスデューサアレイ８０８には、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなどを使用できる。弾性波を受信して信号に変換できるものであればどのようなトランスデューサを用いてもよい。トランスデューサアレイ８０８は、異なる位置で弾性波を受信するために、複数のトランスデューサ（素子）を有することが望ましい。本実施形態では、トランスデューサアレイ８０８が、本発明の検出手段に相当する。
【００４９】
再構成部８０９は、トランスデューサアレイ８０８から出力された複数の信号を用いて、光が照射された瞬間の乳房１００内の初期音圧分布を再構成する。再構成部８０９は、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影法などを用いて再構成を行う。
光学係数設定部８１０は、光強度分布算出部８１１に、乳房１００の平均光学係数（平均吸収係数μａ＿ａと平均散乱係数μｓ’＿ａ）を設定する。被検者１１４の年齢に対応した既知の乳房光学係数の統計値を使用できる。あるいは、光学係数値として、例えば外部のオペレーターからの入力値や、内部のメモリからの取得値、あるいはＤＯＴによる測定値などを利用してもよい。
【００５０】
光強度分布算出部８１１は、光学係数設定部８１０により設定された平均吸収係数μａ＿ａと平均散乱係数μｓ’＿ａとを用いて、乳房１００内部の光強度分布を算出する。光強度分布の算出方法として、輸送方程式の数値解法、拡散近似方程式の数値解法、モンテカルロ法による数値解法などを使用できる。
吸収係数分布算出部８１２は、前記初期音圧分布を前記光強度分布で補正することで、乳房１００内の吸収係数分布を算出する。本実施形態では、再構成部８０９、光強度分布算出部８１１および吸収係数分布算出部８１２が、本発明の算出手段に相当する。また、本実施形態では、光学係数設定部８１０が、本発明の設定手段に相当する。
【００５１】
ここで、ある位置ｒにおける初期音圧Ｐ（ｒ）は、式（１）で表わされる。
Ｐ（ｒ）＝Γ・μａ（ｒ）・Φ（ｒ）  …（１）
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（ｒ）は位置ｒにおける吸収係数である。Φ（ｒ）は位置ｒでの光強度である。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。
吸収係数分布算出部８１２は、再構成部８０９で得た初期音圧Ｐ（ｒ）を、光強度分布算出部８１１で得た光強度Φ（ｒ）と、一定値として既知のΓとで除算する。これにより、光の減衰などの影響が補正される。その結果、吸収係数μａ（ｒ）が算出できる。各位置に対して前記補正を行うことで、乳房１００内の吸収係数分布を算出する。
【００５２】
再構成部８０９、光学係数設定部８１０、光強度分布算出部８１１、吸収係数分布算出部８１２は、コンピュータに実装されるプログラムであってもよいし、電子回路であってもよい。
【００５３】
（効果）
第二の実施形態の効果を説明する。光が伝搬する領域８０６の一部が胸壁１０１に重畳する場合を考える。
胸壁１０１に到達した光、すなわち光子は、吸収係数が高い胸壁１０１により、多くのエネルギーを吸収される。エネルギーの吸収を受けた光子の一部は胸壁１０１内で散乱を受けて、乳房１００側に伝搬して戻って来る。このため胸壁１０１が無い場合よりも、エネルギーの小さい光子が、乳房１００内（特に胸壁１０１側）に存在することになる。よって、胸壁１０１があることによって、乳房１００内の胸壁１０１近傍の光強度が低下する。この状況を式（１）に当てはめると、光強度Φ（ｒ）が低下するので、初期音圧Ｐ（ｒ）が低下する。
【００５４】
一方、光強度分布算出部８１１は、光学係数設定部８１０で設定された、胸壁の影響が小さい、または、含まない平均光学係数（μａ＿ａ、μｓ’＿ａ）を用いて乳房１００内の光強度を算出する。そのため、光強度分布算出部８１１が、光強度分布に、空間的に不均質な胸壁１０１の影響を反映することは困難である。従って、胸壁１０１近傍の光強度は実際よりも大きく算出される。吸収係数分布算出部８１２は、胸壁の影響で低下した初期音圧Ｐ（ｒ）を、実際の光強度より大きい値のΦ（ｒ）で除算することになるため、吸収係数μ（ｒ）は実際より小さく算出される。
【００５５】
一方、本実施形態によれば、保持部８０４が光照射部８０３を胸壁から遠ざかる角度８１３の方向に規定しているので、領域８０６と胸壁１０１の重畳する領域が小さくなる。このため胸壁１０１の影響による初期音圧Ｐ（ｒ）の低下を低減できるので、吸収係数分布算出部８１２の吸収係数μａ（ｒ）の算出精度を改善できる。
第二の実施形態による図５の系の吸収係数μａ（ｒ）の机上計算では、乳房５０４内部の吸収係数μａ（ｒ）の算出精度が改善する。
【００５６】
（測定フロー）
図９を用いて、第二の実施形態における制御部１１５によって実行される測定フローを説明する。
ステップＳ９０１では、測定を開始する。
ステップＳ９０２では、光源８０１で発生させた光を照射光導光部８０２で光照射部８０３に導いて、載置部８０７で保持された乳房１００へ照射する。
ステップＳ９０３では、ステップＳ９０２で乳房１００に照射され、乳房内部の光吸収体（がん等）で光が吸収されたことで発生した弾性波を、トランスデューサアレイ８０８で受信し、信号に変換する。信号のＳＮを向上させるために、ステップＳ９０２とステップＳ９０３とを繰り返して信号の積算を行ってもよい。
ステップＳ９０４では、ステップＳ９０３で受信した弾性波の信号を用いて、再構成部８０９が、乳房１００内の初期音圧分布を算出する。
ステップＳ９０５では、光学係数設定部８１０が乳房１００の平均光学係数を設定する。
ステップＳ９０６では、ステップＳ９０５で設定した平均光学係数を用いて、光強度分布算出部８１１が乳房１００内の光強度分布を算出する。
ステップＳ９０７では、ステップＳ９０４で算出した初期音圧分布とステップＳ９０６で算出した光強度分布とを用いて、吸収係数分布算出部８１２が、乳房１００内の吸収係数分布を算出する。
ステップＳ９０８では、測定を終了する。
【００５７】
以上で説明したように、第二の実施形態の装置によれば、胸壁の測定値への影響を低減することで乳房１００内の吸収係数分布を高い精度で算出し、乳房内部におけるがん等の光吸収体の吸収係数を高い精度で画像化できる。
【００５８】
＜第三の実施形態＞
第三の実施形態では、乳房に光を照射し、光音響効果により発生する音響波を検出して、乳房内の光学特性分布を求める装置について説明する。特に本実施形態では、光照射により乳房の平均光学係数を求め、その平均光学係数を用いて光学特性分布である吸収係数分布を算出する。
【００５９】
（装置構成）
図１０は、第三の実施形態に係る被検体情報取得装置の概要を示す図である。図１０において、第一の実施形態または第二の実施形態と同じ構成要素については、図１または図８と同じ符号で示し、説明を省略する。
図１または図８と違いのある構成要素として、装置は、第一光照射部１００１、第二光照射部１００２、保持部１００３（平面部１００８を含む）、光学係数算出部１００４、光強度分布算出部１００５、第一光源１００６、第二光源１００７を有する。
【００６０】
第一光照射部１００１は、第二の実施形態における光照射部８０３と同じ機能を有する。
第一光源１００６は、第二の実施形態における光源８０１と同じ機能を有する。第一光源１００６は、第一照射部１００１に光を供給する。この結果、被検体内での光音響効果が誘発され、光音響波が発生する。
第二光照射部１００２は、第一の実施形態における光照射部１０２と同じ機能を有する。第一の実施形態と同様に、光検出部１０３は第一の光照射部１０２の奥にあるため図１０では表示されていない。本実施形態では、第二光照射部１００２が、本発明の第二の照射手段に相当する。本実施形態では、光検出部１０３が、本発明の第二の検出手段に相当する。
第二光源１００７は、第一の実施形態における光源１０９と同じ機能を有する。第二光源１００７は、第二光照射部１００２に光を供給する。この結果、光学特性取得のための光が照射される。本実施形態では、第二光源１００７が、本発明の第二の光源に相当する。
【００６１】
保持部１００３は、第二光照射部１００２が配置される角度を、胸壁１０１から遠ざかる角度１１２に規定する。また、保持部１００３は、第一光照射部１００１が配置される角度を、胸壁１０１から遠ざかる角度８１３に規定する。保持部１００３は、平面な部位である平面部１００８を有する。平面部１００８の機能は、第一の実施形態における平面部１０５と同じである。保持部１００３により第一光照射部１００１と第二光照射部１００２に、それぞれ角度８１３と角度１１２を与えることで、乳房１００内部を光が伝搬す
る領域が胸壁１０１から遠ざかることは、第一の実施形態と第二の実施形態で説明した通りである。本実施形態においては、保持部１００３が第一の保持手段と第二の保持手段の機能を共に備えているが、第一の保持手段を保持部１００３のみに用いて、第二の保持手段には別の構成要素を用いてもよい。例えば両者を、乳房を介して互いに反対側に配置すれば、第一光照射部が光を照射する領域に第二光照射部が存在し干渉する可能性を回避できる。
【００６２】
光学係数算出部１００４は、第一の実施形態における光学係数算出部１１１の機能と、算出した平均光学係数を光強度分布算出部１００５に出力する機能を有する。
光強度分布算出部１００５は、光学係数算出部１００４から出力された平均光学係数を用いて、乳房１００内部の光強度分布を算出する。光強度分布の算出方法は、第二の実施形態における光強度分布算出部８１１と同じである。
【００６３】
（効果）
第三の実施形態の効果を説明する。第一光照射部１００１が角度８１３を有することにより、第二の実施形態と同様の理由で、胸壁１０１の影響による初期音圧Ｐ（ｒ）の低下を低減できる。また第二光照射部１００２が角度１１２を有することにより、第一の実施形態と同様の理由で、胸壁１０１の影響が低減された乳房１００の平均光学係数を取得できる。光強度分布算出部１００５は、光学係数算出部から出力された平均光学係数を用いるので、胸壁１０１の影響が低減された光強度分布を算出できる。このため吸収係数分布算出手段８１２は、共に胸壁１０１の影響が低減された初期音圧分布Ｐ（ｒ）と光強度分布Φ（ｒ）とを用いて、（１）式に基づいて吸収係数分布μａ（ｒ）を算出する。すなわち、胸壁１０１の影響が低減された吸収係数分布を取得できる。
第三の実施形態による図５の系の吸収係数μａ（ｒ）の机上計算では、乳房５０４内部の吸収係数μａ（ｒ）の算出精度が改善する。
【００６４】
（測定フロー）
図１１を用いて、第三の実施形態において制御部１１５によって実行される測定フローを説明する。
ステップＳ１１０１では、測定を開始する。
ステップＳ１１０２では、第二光源１００７で発生させた光を照射光導光部１０７で第二光照射部１００２に導き、第二光照射部１００２から、保持部１００３と載置部８０７で保持された乳房１００へ光を照射する。
ステップＳ１１０３では、ステップＳ１１０２で乳房１００に照射され、乳房１００内を伝搬してきた光を、光検出部１０３で検出する。光検出部１０３で検出した光は、検出光導光部１０８で光検出器１１０に導かれる。光検出器１１０は、検出した光を信号に変換する。信号のＳＮを向上させるために、ステップＳ１１０２とステップＳ１１０３とを繰り返して信号の積算を行ってもよい。
ステップＳ１１０４では、ステップＳ１１０３で得られた信号を用いて、光学係数算出部１００４において、乳房１００の平均光学係数を算出する。
【００６５】
ステップＳ１１０５では、第一光源１００６で発生させた光を照射光導光部８０２で第一光照射部１００１に導き、第一光照射部１００１から乳房１００へ光を照射する。
ステップＳ１１０６では、ステップＳ１１０５で照射された光が乳房１００内を伝搬して乳房１００内の光吸収体（がん等）で吸収されることで発生した弾性波を、トランスデューサアレイ８０８で受信し、信号に変換する。信号のＳＮを向上させるために、ステップＳ１１０５とステップＳ１１０６とを繰り返して信号の積算を行ってもよい。
ステップＳ１１０７では、ステップＳ１１０６で受信した弾性波の信号を用いて、再構成部８０９で乳房１００内の初期音圧分布を算出する。
ステップＳ１１０８では、ステップＳ１１０４で算出した乳房１００の平均光学係数を
用いて、光強度分布算出部１００５で乳房１００内の光強度分布を算出する。
ステップＳ１１０９では、ステップＳ１１０７で算出した初期音圧分布とステップＳ１１０８で算出した光強度分布とを用いて、吸収係数分布算出部８１２で乳房１００内の吸収係数分布を算出する。
ステップＳ１１１０では、測定を終了する。
【００６６】
以上で説明したように、第三の実施形態の装置によれば、乳房１００内の初期音圧分布と平均光学係数の両方に対する胸壁の影響を低減することで、乳房１００内の吸収係数分布を高い精度で画像化できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０２：光照射部，１０３：光検出部，１１１：光学係数算出部，１０９：光源
【図１Ａ】
2014200447.tif 000003
【図１Ｂ】
2014200447.tif 000004
【図２】
2014200447.tif 000005
【図３Ａ】
2014200447.tif 000006
【図３Ｂ】
2014200447.tif 000007
【図３Ｃ】
2014200447.tif 000008
【図４Ａ】
2014200447.tif 000009
【図４Ｂ】
2014200447.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2014200447.tif 000012
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2014200447.tif 000014
【図６Ｂ】
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【図７】
2014200447.tif 000016
【図８】
2014200447.tif 000017
【図９】
2014200447.tif 000018
【図１０】
2014200447.tif 000019
【図１１】
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