(57)【要約】【課題】  簡単な構成で超音波画像計測と、光計測とを併用することが可能な断面画像計測装置、及び断面画像計測方法を提供する。【解決手段】  超音波プローブ１１を有し計測対象物Ｓの第１断面の超音波画像データを取得する超音波画像計測装置１０と、光入射プローブ１６及び光出射プローブ１７を有しパルス計測光が計測対象物Ｓの内部を伝搬した出射光の時間分解波形データを取得する時間分解計測装置１５と、断面計測についてデータ処理を行う計測処理装置３０とを備えて断面画像計測装置１Ａを構成する。計測処理装置３０は、超音波画像を生成する超音波画像生成部３１と、光路分布画像を生成する光路画像生成部３２と、超音波画像及び光路分布画像の合成断面画像を生成する断面画像生成部３５とを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波による計測対象物の第１断面の計測に用いられる超音波プローブを有し、前記計測対象物に前記超音波プローブを当てて超音波を送信し、反射された超音波を受信することで、前記計測対象物の前記第１断面についての超音波画像データを取得する超音波画像計測装置と、
光による前記計測対象物の第２断面の計測に用いられる光入射プローブ、光出射プローブ、前記光入射プローブを介してパルス計測光を前記計測対象物に入射させる光源部、前記計測対象物から前記光出射プローブを介して出射される出射光を検出する光検出器、及び前記光検出器によって検出された出射光の時間分解波形データを取得する信号処理部を有する時間分解計測装置と、
前記超音波画像計測装置、及び前記時間分解計測装置による前記計測対象物の断面計測についてデータ処理を行う計測処理装置とを備え、
前記計測処理装置は、
前記超音波画像計測装置で取得された前記超音波画像データに基づいて、前記計測対象物の前記第１断面についての超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、
前記時間分解計測装置で取得された前記時間分解波形データに基づいて、前記計測対象物の前記第１断面についての光路分布画像を生成する光路画像生成手段と、
前記超音波画像、及び前記光路分布画像が合成された前記計測対象物の合成断面画像を表示する断面表示画像を生成する断面画像生成手段と
を有することを特徴とする断面画像計測装置。
【請求項２】
前記光路画像生成手段は、前記時間分解波形データをＮ個（Ｎは２以上の整数）の検出時間範囲に区分し、前記光路分布画像において、そのうちのＭ個（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の検出時間範囲について、対応するＭ個の光路分布領域を表示することを特徴とする請求項１記載の断面画像計測装置。
【請求項３】
前記計測処理装置は、前記時間分解計測装置で取得された前記時間分解波形データについて解析を行って、前記計測対象物の内部情報を取得する内部情報解析手段を有し、
前記断面画像生成手段は、前記断面表示画像において、前記合成断面画像、及び前記計測対象物の前記内部情報を合わせて表示することを特徴とする請求項１または２記載の断面画像計測装置。
【請求項４】
前記超音波画像計測装置で計測される前記第１断面と、前記時間分解計測装置で計測される前記第２断面とが、互いに平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の断面画像計測装置。
【請求項５】
前記超音波画像計測装置で計測される前記第１断面と、前記時間分解計測装置で計測される前記第２断面とが、互いに垂直であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の断面画像計測装置。
【請求項６】
前記時間分解計測装置において、前記時間分解計測装置で計測される前記第２断面が、前記超音波画像計測装置で計測される前記第１断面に対して平行であるか、垂直であるかを切り換え可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の断面画像計測装置。
【請求項７】
超音波による計測対象物の第１断面の計測に用いられる超音波プローブを有し、前記計測対象物に前記超音波プローブを当てて超音波を送信し、反射された超音波を受信することで、前記計測対象物の前記第１断面についての超音波画像データを取得する超音波画像計測装置と、
光による前記計測対象物の第２断面の計測に用いられる光入射プローブ、光出射プローブ、前記光入射プローブを介してパルス計測光を前記計測対象物に入射させる光源部、前記計測対象物から前記光出射プローブを介して出射される出射光を検出する光検出器、及び前記光検出器によって検出された出射光の時間分解波形データを取得する信号処理部を有する時間分解計測装置と
を備える断面画像計測装置に適用され、前記超音波画像計測装置、及び前記時間分解計測装置による前記計測対象物の断面計測についてデータ処理を行う計測方法であって、
前記超音波画像計測装置で取得された前記超音波画像データに基づいて、前記計測対象物の前記第１断面についての超音波画像を生成する超音波画像生成ステップと、
前記時間分解計測装置で取得された前記時間分解波形データに基づいて、前記計測対象物の前記第１断面についての光路分布画像を生成する光路画像生成ステップと、
前記超音波画像、及び前記光路分布画像が合成された前記計測対象物の合成断面画像を表示する断面表示画像を生成する断面画像生成ステップと
を有することを特徴とする断面画像計測方法。
【請求項８】
前記光路画像生成ステップは、前記時間分解波形データをＮ個（Ｎは２以上の整数）の検出時間範囲に区分し、前記光路分布画像において、そのうちのＭ個（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の検出時間範囲について、対応するＭ個の光路分布領域を表示することを特徴とする請求項７記載の断面画像計測方法。
【請求項９】
前記時間分解計測装置で取得された前記時間分解波形データについて解析を行って、前記計測対象物の内部情報を取得する内部情報解析ステップを有し、
前記断面画像生成ステップは、前記断面表示画像において、前記合成断面画像、及び前記計測対象物の前記内部情報を合わせて表示することを特徴とする請求項７または８記載の断面画像計測方法。
【請求項１０】
前記超音波画像計測装置で計測される前記第１断面と、前記時間分解計測装置で計測される前記第２断面とが、互いに平行であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載の断面画像計測方法。
【請求項１１】
前記超音波画像計測装置で計測される前記第１断面と、前記時間分解計測装置で計測される前記第２断面とが、互いに垂直であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載の断面画像計測方法。
【請求項１２】
前記時間分解計測装置において、前記時間分解計測装置で計測される前記第２断面が、前記超音波画像計測装置で計測される前記第１断面に対して平行であるか、垂直であるかを切り換え可能に構成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載の断面画像計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物の断面画像を計測する断面画像計測装置、及び断面画像計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
乳がん等の検査において、超音波画像計測が用いられている。超音波検査では、乳房などの計測対象物に対して、超音波プローブを当てて超音波を送信する。そして、計測対象物において反射された超音波を受信することで、計測対象物の所定断面についての超音波画像データを取得することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６４２４５号公報
【特許文献２】特開２００５−０４９２３８号公報
【特許文献３】米国特許第６２６４６１０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Shan-Shan You et al.,"US-guided diffused optical tomography: a promising functional imagingtechnique in breast lesions", Eur Radiol Vol.20 (2010) pp.309-317
【非特許文献２】Y. Tsuchiya, "Photon pathdistribution and optical responses of turbid media: theoretical analysis basedon the microscopic Beer-Lambert low", Phys. Med. Biol. Vol.46 (2001)pp.2067-2084
【非特許文献３】Y. Tsuchiya, "Photon pathdistribution in inhomogeneous turbid media: theoretical analysis and a methodof calculation", J. Opt. Soc. Am. A Vol.19 (2002) pp.1383-1389
【非特許文献４】D. Roblyer et al.,"Optical imaging of breast cancer oxyhemoglobin flare correlates withneoadjuvant chemotherapy response one day after starting treatment", PNASVol.108 (2011) pp.14626-14631
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した超音波画像計測では、乳がん検査等において、腫瘍の存在、場所は捉えやすいものの、その解剖学的な形態しか計測できないという問題がある。例えば、抗がん剤の効果が解剖学的な形態にまで及ぶには長時間がかかること等を考慮すると、このような超音波画像計測では検査として不十分な点がある。
【０００６】
これに対して、非特許文献１に、超音波画像計測と、計測対象物の内部での計測光の伝搬を利用した光画像計測とを併用することが記載されている（光画像計測については、例えば、特許文献１、２、非特許文献２〜４参照）。光計測によれば、腫瘍組織の代謝の状態等を計測することができる。また、光計測では、例えば、抗がん剤の効果が１日単位で現れた例が報告されている（非特許文献４）。
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載された構成では、超音波画像に対し、光計測で得られた計測対象物の内部情報についての再構成画像を組み合わせて用いている。このような構成では、光源や光検出器の多チャンネル化によって画像再構成を行う必要があり、そのために装置が大掛かりとなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で超音波画像計測と、光計測とを併用することが可能な断面画像計測装置、及び断面画像計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明による断面画像計測装置は、（１）超音波による計測対象物の第１断面の計測に用いられる超音波プローブを有し、計測対象物に超音波プローブを当てて超音波を送信し、反射された超音波を受信することで、計測対象物の第１断面についての超音波画像データを取得する超音波画像計測装置と、（２）光による計測対象物の第２断面の計測に用いられる光入射プローブ、光出射プローブ、光入射プローブを介してパルス計測光を計測対象物に入射させる光源部、計測対象物から光出射プローブを介して出射される出射光を検出する光検出器、及び光検出器によって検出された出射光の時間分解波形データを取得する信号処理部を有する時間分解計測装置と、（３）超音波画像計測装置、及び時間分解計測装置による計測対象物の断面計測についてデータ処理を行う計測処理装置とを備え、（４）計測処理装置は、超音波画像計測装置で取得された超音波画像データに基づいて、計測対象物の第１断面についての超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、時間分解計測装置で取得された時間分解波形データに基づいて、計測対象物の第１断面についての光路分布画像を生成する光路画像生成手段と、超音波画像、及び光路分布画像が合成された計測対象物の合成断面画像を表示する断面表示画像を生成する断面画像生成手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による断面画像計測方法は、（１）超音波による計測対象物の第１断面の計測に用いられる超音波プローブを有し、計測対象物に超音波プローブを当てて超音波を送信し、反射された超音波を受信することで、計測対象物の第１断面についての超音波画像データを取得する超音波画像計測装置と、（２）光による計測対象物の第２断面の計測に用いられる光入射プローブ、光出射プローブ、光入射プローブを介してパルス計測光を計測対象物に入射させる光源部、計測対象物から光出射プローブを介して出射される出射光を検出する光検出器、及び光検出器によって検出された出射光の時間分解波形データを取得する信号処理部を有する時間分解計測装置とを備える断面画像計測装置に適用され、（３）超音波画像計測装置、及び時間分解計測装置による計測対象物の断面計測についてデータ処理を行う計測方法であって、（４）超音波画像計測装置で取得された超音波画像データに基づいて、計測対象物の第１断面についての超音波画像を生成する超音波画像生成ステップと、時間分解計測装置で取得された時間分解波形データに基づいて、計測対象物の第１断面についての光路分布画像を生成する光路画像生成ステップと、超音波画像、及び光路分布画像が合成された計測対象物の合成断面画像を表示する断面表示画像を生成する断面画像生成ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
上記した断面画像計測装置、及び断面画像計測方法では、超音波プローブを有する超音波画像計測装置と、光入射プローブ及び光出射プローブを有する光計測装置とを併用するとともに、光計測装置を、計測対象物に対する計測光としてパルス光を用いて、出射光の時間分解波形データを取得する時間分解計測装置として構成する。そして、計測対象物の第１断面についての超音波画像に対し、第２断面で計測された時間分解波形データに基づいて第１断面についての光路分布画像を生成し、それらの超音波画像と、光路分布画像とを合成して、表示装置に表示すべき最終的な断面画像としている。
【００１２】
このように、パルス計測光を用いた計測対象物からの出射光の時間分解計測と、それによる光路分布画像とを利用する構成によれば、例えば１チャンネルの光入射プローブ、光出射プローブのみによる光計測によっても、超音波画像に対して光路分布画像を合成した断面画像を好適に生成することができ、多チャンネル化によって画像再構成を行う構成等に比べて簡単な構成で、超音波画像計測と、光計測とを併用することが可能となる。
【００１３】
ここで、光の時間分解計測に基づく光路分布画像については、断面画像計測装置において、光路画像生成手段は、時間分解波形データをＮ個（Ｎは２以上の整数）の検出時間範囲に区分し、光路分布画像において、そのうちのＭ個（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の検出時間範囲について、対応するＭ個の光路分布領域を表示することが好ましい。同様に、断面画像計測方法において、光路画像生成ステップは、時間分解波形データをＮ個（Ｎは２以上の整数）の検出時間範囲に区分し、光路分布画像において、そのうちのＭ個（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の検出時間範囲について、対応するＭ個の光路分布領域を表示することが好ましい。
【００１４】
このように、光計測で取得された時間分解波形を、所定の時間幅で複数の検出時間範囲に区分し、そのそれぞれの時間範囲に対応する第１断面での光路分布領域を求めることにより、超音波画像に合成される光路分布画像を好適に生成することができる。
【００１５】
また、断面画像計測装置は、計測処理装置が、時間分解計測装置で取得された時間分解波形データについて解析を行って、計測対象物の内部情報を取得する内部情報解析手段を有し、断面画像生成手段が、断面表示画像において、合成断面画像、及び計測対象物の内部情報を合わせて表示する構成としても良い。
【００１６】
同様に、断面画像計測方法は、時間分解計測装置で取得された時間分解波形データについて解析を行って、計測対象物の内部情報を取得する内部情報解析ステップを有し、断面画像生成ステップが、断面表示画像において、合成断面画像、及び計測対象物の内部情報を合わせて表示する構成としても良い。
【００１７】
このように、時間分解計測装置による計測結果を解析して、光路分布画像に加えて計測対象物の内部情報を取得し、断面表示画像において、超音波画像及び光路分布画像を含む合成断面画像と、計測対象物の内部情報とを合わせて表示することにより、計測対象物の内部について様々な情報を得ることが可能となる。
【００１８】
超音波画像計測、及び光の時間分解計測によって計測される断面については、超音波画像計測装置で計測される第１断面と、時間分解計測装置で計測される第２断面とが、互いに平行である構成を用いることができる。また、超音波画像計測装置で計測される第１断面と、時間分解計測装置で計測される第２断面とが、互いに垂直である構成を用いることができる。これらのいずれの構成によっても、超音波画像及び光路分布画像を含む合成断面画像を好適に生成することができる。
【００１９】
あるいは、時間分解計測装置において、時間分解計測装置で計測される第２断面が、超音波画像計測装置で計測される第１断面に対して平行であるか、垂直であるかを切り換え可能に構成されていても良い。このような構成によっても、必要に応じて計測断面を切り換えて、合成断面画像を好適に生成することができる。この場合、光入射プローブ、及び光出射プローブの少なくとも一方が複数設けられていても良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の断面画像計測装置、及び断面画像計測方法によれば、超音波プローブを有する超音波画像計測装置と、光入射プローブ及び光出射プローブを有する光計測装置とを併用し、光計測装置を、計測対象物に対する計測光としてパルス光を用いて、出射光の時間分解波形データを取得する時間分解計測装置として構成するとともに、計測対象物の第１断面についての超音波画像に対し、第２断面で計測された時間分解波形データに基づいて第１断面についての光路分布画像を生成し、それらの超音波画像と、光路分布画像とを合成して表示用の合成断面画像とすることにより、簡単な構成で超音波画像計測と、光計測とを併用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】断面画像計測装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した断面画像計測装置における計測処理装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】計測対象物からの出射光の時間分解波形の例を示すグラフである。
【図４】図１に示した断面画像計測装置の使用方法の一例を示す図である。
【図５】時間分解計測装置による出射光の時間分解波形及び光路分布の計測について模式的に示す図である。
【図６】超音波画像計測装置、時間分解計測装置によって計測される第１、第２断面が互いに平行である場合の断面計測について示す図である。
【図７】図６に示した第１、第２断面が互いに平行な場合に生成される合成断面画像の一例を示す図である。
【図８】時間分解計測装置によって取得される出射光の時間分解波形の例を示すグラフである。
【図９】超音波画像計測装置、時間分解計測装置によって計測される第１、第２断面が互いに垂直である場合の断面計測について示す図である。
【図１０】図９に示した第１、第２断面が互いに垂直な場合に生成される合成断面画像の一例を示す図である。
【図１１】腫瘍部分での光計測の計測データと、正常部分での計測データとを比較する方法の一例を示す図である。
【図１２】腫瘍部分での光計測の計測データと、正常部分での計測データとを比較する方法の他の例を示す図である。
【図１３】図１に示した断面画像計測装置を用いた超音波・光聴診器の構成の一例を示す図である。
【図１４】断面表示画像における内部情報表示部の構成の一例を示す図である。
【図１５】時間分解計測装置による出射光の時間分解波形の計測、及び計測対象物の内部情報の導出について模式的に示す図である。
【図１６】超音波画像計測装置の超音波プローブ、及び時間分解計測装置の光入射プローブ、光出射プローブの構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面とともに本発明による断面画像計測装置及び計測方法の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２３】
図１は、本発明による断面画像計測装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示した断面画像計測装置における計測処理装置の具体的な構成を示すブロック図である。本実施形態による断面画像計測装置１Ａは、計測対象物Ｓに対し、超音波画像計測と、光計測とを併用して断面計測を行う計測装置である。本計測装置１Ａでの計測対象物Ｓは、例えば乳がん検査における被検者の乳房であるが、それに限定されるものではなく、本装置は様々な計測対象物に対して適用可能である。
【００２４】
図１に示した断面画像計測装置１Ａは、超音波画像計測装置１０と、光計測装置である時間分解計測装置１５と、計測処理装置３０とを備えて構成されている。
【００２５】
超音波画像計測装置１０は、超音波による計測対象物Ｓの所定断面（第１断面）の計測に用いられる超音波プローブ１１を有し、計測対象物Ｓに超音波プローブ１１を当てて超音波を送信し、計測対象物Ｓの内部において反射された超音波をプローブ１１で受信することで、計測対象物Ｓの第１断面についての超音波画像データを取得する。また、超音波画像計測装置１０によって計測される第１断面は、計測対象物Ｓに接触した状態で使用される超音波プローブ１１の接触面の長手方向の配置によって設定される。
【００２６】
時間分解計測装置１５は、光による計測対象物Ｓの所定断面（第２断面）の計測を行う光計測装置であり、計測対象物Ｓへの光の入射に用いられる光入射プローブ１６と、計測対象物Ｓからの光の出射に用いられる光出射プローブ１７とを有する。これらのプローブ１６、１７は、計測装置１０の超音波プローブ１１と同様に、計測対象物Ｓに接触した状態で使用される。また、時間分解計測装置１５によって計測される第２断面は、光入射ププローブ１６の計測対象物Ｓとの接触位置、及び光出射プローブ１７の計測対象物Ｓとの接触位置を含む平面によって設定される。なお、第１、第２断面ともに、計測対象物Ｓに対する実際の計測範囲は、通常、ある程度の厚みを有する３次元の範囲となる。
【００２７】
光入射プローブ１６には、光ファイバなどの光学系を介して、光源部２０が接続されている。光源部２０は、パルス計測光を供給する単一または複数のパルス光源を有して構成され、光入射プローブ１６を介してパルス計測光を計測対象物Ｓに入射させる。計測光としては、例えば、波長７００ｎｍ〜１１００ｎｍの近赤外光が好適に用いられる。図１の構成においては、光源部２０として、それぞれ異なる波長λ１、λ２、λ３のパルス計測光を供給する第１光源２１、第２光源２２、第３光源２３の３個の光源を有する構成を例示している。近赤外のパルス計測光の波長λ１〜λ３は、例えばλ１＝７６０ｎｍ、λ２＝８００ｎｍ、λ３＝８３０ｎｍに設定することができる。また、光源２１〜２３としては、例えば半導体レーザを用いることができる。
【００２８】
光出射プローブ１７には、光ファイバなどの光学系を介して、光検出器２５が接続されている。光検出器２５は、例えば微弱光を検出可能な光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）を有して構成され、計測対象物Ｓから光出射プローブ１７を介して出射される出射光を検出して、その検出信号を出力する。光検出器２５で検出される出射光は、光入射プローブ１６から供給されたパルス計測光が計測対象物２５の内部を散乱、吸収等しながら伝搬して、光出射プローブ１７に到達した光成分である。
【００２９】
光検出器２５から出力された出射光の検出信号は、信号処理部２６へと入力される。信号処理部２６は、検出信号について必要な信号処理を行って、光検出器２５によって検出された出射光（計測対象物Ｓの内部を伝搬して波形が変化したパルス計測光）の時間分解波形データを取得する。
【００３０】
図１の構成においては、信号処理部２６は、波高弁別器（ＣＦＤ：ConstantFraction Discriminator）２７と、時間−振幅変換器（ＴＡＣ：Time toAmplitude Converter）２８とを有して構成されている。ＣＦＤ２７は、計測対象物Ｓからの出射光による検出信号とノイズ信号とを波高によって弁別する。また、ＴＡＣ２８は、ＣＦＤ２７からの出力信号をスタート信号、光源部２０からのパルス計測光と同期したトリガ信号をストップ信号として時間情報を計測し、それによって、パルス計測光に起因する出射光の時間分解波形を示す波形データを生成、出力する。
【００３１】
ＴＡＣ２８は、例えば、ＴＡＣ２８に入力した上記のスタート信号とストップ信号との間の時間差信号を出力する。この場合、出力された時間差信号の頻度分布によって、計測対象物Ｓからの出射光の時間分解波形データが得られる。ここで、図３は、計測対象物Ｓからの出射光の時間分解波形の例を示すグラフである。図３（ａ）は、波長λ１＝７６０ｎｍの計測光について取得された時間分解波形を示し、図３（ｂ）は、波長λ２＝８００ｎｍの計測光について取得された時間分解波形を示し、図３（ｃ）は、波長λ３＝８３０ｎｍの計測光について取得された時間分解波形を示している。これらのグラフにおいて、横軸は時間（ｃｈａｎｎｅｌ）を示し、縦軸は検出強度（ｃｏｕｎｔ）を示している。また、グラフＡ１、Ａ３、Ａ５は、それぞれ装置関数（装置の分解能を表す関数）を示し、グラフＡ２、Ａ４、Ａ６は、それぞれパルス計測光が計測対象物Ｓの内部を伝搬した後に出射された出射光の時間分解波形を示している。
【００３２】
超音波画像計測装置１０から出力された超音波画像データ、及び時間分解計測装置１５の信号処理部２６から出力された時間分解波形データは、それぞれ計測処理装置３０へと入力される。計測処理装置３０は、超音波画像計測装置１０、及び時間分解計測装置１５による計測対象物Ｓの断面計測について、必要なデータ処理を行う。
【００３３】
本実施形態の断面画像計測装置１Ａにおける計測処理装置３０は、図２に示すように、超音波画像生成部３１と、光路画像生成部３２と、内部情報解析部３３と、断面画像生成部３５と、画像表示制御部３６とを有して構成されている。また、この計測処理装置３０に対し、本装置１Ａによる計測対象物Ｓの断面計測によって得られた断面画像、断面計測に関連する情報等を表示するための表示装置３７、及び断面計測について必要な情報、指示等を入力するための入力装置３８が接続されている。
【００３４】
超音波画像生成部３１は、超音波画像計測装置１０で取得された超音波画像データに基づいて、計測対象物Ｓの第１断面についての超音波画像を生成する（超音波画像生成ステップ）。なお、超音波画像計測装置１０から入力されるデータが、既に表示装置３７に表示可能な超音波画像そのもののデータとなっている場合には、生成部３１は、それをそのまま超音波画像とする。
【００３５】
光路画像生成部３２は、時間分解計測装置１５で取得された時間分解波形データに基づいて、計測対象物Ｓの第１断面についての光路分布画像を生成する（光路画像生成ステップ）。ここで、時間分解計測装置１５では、上記したように計測対象物Ｓの第２断面について光計測が行われるが、超音波画像との画像合成（重ね合わせ）を行うため、ここでの光路分布画像は、第１断面について生成される。
【００３６】
内部情報解析部３３は、時間分解計測装置１５で取得された時間分解波形データについて必要な解析を行って、計測対象物Ｓの内部情報を取得する（内部情報解析ステップ）。ここで取得される内部情報は、例えば、計測対象物Ｓでの光の吸収係数μａなどの光学パラメータ、あるいは光学パラメータから導出されるヘモグロビン濃度などの情報である。なお、この内部情報解析部３３については、不要であれば設けない構成としても良い。
【００３７】
断面画像生成部３５は、超音波画像生成部３１で生成された超音波画像、及び光路画像生成部３２で生成された光路分布画像を入力して、それらが合成された計測対象物Ｓの合成断面画像を生成し、その合成断面画像を表示装置３７に表示するための断面表示画像を生成する（断面画像生成ステップ）。また、本実施形態においては、断面画像生成部３５には、内部情報解析部３３で取得された計測対象物Ｓの内部情報のデータが、合わせて入力されている。これに対応して、生成部３５は、必要に応じて、合成断面画像、及び計測対象物Ｓの内部情報を合わせて表示するように、断面表示画像を生成する。
【００３８】
なお、断面画像生成部３５において、例えば、計測対象物Ｓの内部情報を表示する必要がなく、超音波画像及び光路分布画像の合成断面画像のみを表示装置３７に表示する場合には、合成断面画像をそのまま断面表示画像としても良い。一方、合成断面画像に加えて内部情報を表示装置３７に表示する場合には、合成断面画像内に内部情報を表示する形で断面表示画像を構成しても良く、あるいは、合成断面画像とは別に内部情報を表示する形で断面表示画像を構成しても良い。また、画像表示制御部３６は、断面画像生成部３５において生成された断面表示画像の表示装置３７への表示を制御する。
【００３９】
本実施形態による断面画像計測装置１Ａ、及びそれによる断面画像計測方法の効果について説明する。
【００４０】
図１、図２に示した断面画像計測装置１Ａ、及び断面画像計測方法では、超音波プローブ１１を有する超音波画像計測装置１０と、光入射プローブ１６及び光出射プローブ１７を有する光計測装置とを併用するとともに、光計測装置を、計測対象物Ｓに対する計測光としてパルス光を用いて、出射光の時間分解波形データを取得する時間分解計測装置１５として構成する。そして、超音波画像計測装置１０で計測された計測対象物Ｓの第１断面についての超音波画像に対し、時間分解計測装置１５で第２断面について計測された時間分解波形データに基づいて第１断面についての光路分布画像を生成し、計測処理装置３０の断面画像生成部３５において、それらの超音波画像と、光路分布画像とを合成して、表示装置３７への計測結果の表示に用いられる最終的な断面画像を生成している。
【００４１】
このように、パルス計測光を用いた計測対象物Ｓからの出射光の時間分解計測と、それによる光路分布画像とを利用する構成によれば、例えば１チャンネルの光入射プローブ１６、光出射プローブ１７のみによる光計測によっても、超音波画像計測で得られる超音波画像に対して、光計測で得られる光路分布画像を合成した断面画像を好適に生成することができる。したがって、このような構成によれば、例えば光計測において多チャンネル化によって画像再構成を行う構成等に比べて、簡単な装置構成で、超音波画像計測と、光計測とを併用して、計測対象物Ｓの断面計測、及びそれによる計測対象物Ｓについての情報取得を行うことが可能となる。
【００４２】
また、上記実施形態では、計測処理装置３０において内部情報解析部３３を設け、時間分解計測装置１５で取得された時間分解波形データについて解析を行って、計測対象物Ｓの内部情報を取得するとともに、断面画像生成部３５において、超音波画像及び光路分布画像の合成断面画像と、計測対象物の内部情報とを合わせて表示するように、断面表示画像を生成している。
【００４３】
このように、時間分解計測装置１５による計測結果を解析して、光路分布画像に加えて計測対象物Ｓの内部情報を取得し、断面表示画像において、超音波画像及び光路分布画像を含む合成断面画像と、計測対象物の内部情報とを合わせて表示することにより、計測対象物Ｓの内部について様々な情報を得ることが可能となる。なお、この場合の内部情報の表示方法については、上記したように様々な構成を用いることができる。
【００４４】
図４は、図１、図２に示した断面画像計測装置１Ａの使用方法の一例を示す図である。この図４では、断面画像計測装置１Ａを乳がん検査に適用する場合の使用方法を示している。この場合、計測対象物Ｓは被検者の乳房であり、計測装置１Ａによる断面計測は、被検者を仰臥位、または半座位の姿勢にした状態で行われる。また、上記実施形態の計測装置１Ａは、乳がん検査以外にも、様々な計測対象物Ｓの断面計測に適用可能である。
【００４５】
断面画像計測装置１Ａにおいて、計測処理装置３０の光路画像生成部３２で生成される光の時間分解計測に基づく光路分布画像については、Ｎを２以上の整数、Ｍを１以上Ｎ以下の整数として、時間分解計測装置１５で取得された出射光の時間分解波形データをＮ個の検出時間範囲に区分するとともに、そのうちのＭ個の検出時間範囲について、対応するＭ個の光路分布領域を表示するように、光路分布画像を生成することが好ましい。
【００４６】
このように、光計測で取得された計測対象物Ｓからの出射光の時間分解波形を、所定の時間幅で複数の検出時間範囲に区分し、そのそれぞれの時間範囲に対応する第１断面での光路分布領域を求めることにより、超音波画像に合成される光路分布画像を好適に生成することができる。また、時間分解波形を区分する時間幅については、一定の時間幅に設定しても良く、あるいは、各検出時間範囲毎に個別に時間幅を設定しても良い。
【００４７】
ここで、時間分解計測装置１５による計測対象物Ｓの断面計測について、図５を参照して説明する。図５は、時間分解計測装置１５による出射光の時間分解波形及び光路分布の計測について模式的に示す図である。図５（ａ）は、計測対象物Ｓに対するプローブの配置、及び計測対象物Ｓの内部で光入射プローブ１６から光出射プローブ１７へと計測光が伝搬する光路分布について示し、図５（ｂ）は、光入射プローブ１６から供給されるパルス計測光の時間波形を示し、図５（ｃ）は、光出射プローブ１７から出射される出射光の時間波形を示している。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、時間分解計測装置１５の光入射プローブ１６及び光出射プローブ１７は、それぞれ計測対象物Ｓの表面Ｓ０上に、所定の距離をおいて配置される。光源部２０から供給され、光入射プローブ１６を介して計測対象物Ｓへと入射される計測光は、図５（ｂ）のグラフに示すように、パルス状の光である。このようなパルス計測光に対して、光出射プローブ１７を介して光検出器２５及び信号処理部２６によって取得される出射光の時間分解波形は、図５（ｃ）に示すように時間的に広がった波形となる。
【００４９】
このような出射光の時間分解波形データは、光子の検出時間毎に、計測対象物Ｓの表面Ｓ０からみて異なる深さの情報を持っている。すなわち、時間分解波形を、図５（ｃ）に示すように時間幅Δｔで検出時間範囲１〜５に区分した場合、それに対応する光路分布領域１〜５は、図５（ａ）に示すように、互いに深さが異なる領域となる。
【００５０】
具体的には、時間分解波形データにおいて、計測光の入射タイミングから近い検出時間範囲１を選択した場合、対応する計測対象物Ｓ内での光路分布領域１は、光路長が短く計測対象物Ｓの表面Ｓ０からみて浅い領域となる。一方、計測光の入射タイミングから遠い検出時間範囲５を選択した場合、対応する光路分布領域５は、光路長が長く計測対象物Ｓの表面Ｓ０からみて深い領域となる。
【００５１】
出射光の時間分解波形の全体を解析対象とした場合、その解析結果では、主に波形の中心に位置する検出時間範囲３、及び光路分布領域３の情報が得られる。このように時間波形の重心時間範囲において検出される光子は、主に、光入射プローブ−光出射プローブ間距離の半分ほどの深さの光路分布領域３を通過している。これに対して、時間分解波形において検出時間範囲１〜５のいずれかを選択して解析を行うことにより、計測対象物Ｓについて、表面Ｓ０からみた深さが異なる光路分布領域１〜５のそれぞれについて、必要に応じて選択的に情報を取得することができる。例えば計測対象物Ｓを生体とした場合、光子の検出時間範囲を順次変化させて関心領域を変化させることにより、皮膚表面近傍から深部へと、異なる深さでの生体組織と光との相互作用の情報を得ることができる。
【００５２】
上記実施形態による断面画像計測装置１Ａでは、このような時間分解計測の特性を利用して、図５（ａ）に示した計測対象物Ｓの内部での計測光の光路分布についての光路分布画像を生成し、それを超音波画像と重ね合せて表示することで、計測対象物Ｓの情報を効率的に取得する。光計測での具体的な光路分布画像については、例えば上記したように、時間分解波形データを区分した複数個（Ｎ個）の検出時間範囲について、そのうちの１個または複数個（Ｍ個）の検出時間範囲を選択するとともに、選択された検出時間範囲に対応する光路分布領域を、光路分布画像に表示する構成が考えられる。
【００５３】
例えば、図５において、検出時間範囲２を選択した場合には、光路分布画像において、対応する光路分布領域２のみを表示する。あるいは、光路分布画像において、光路分布領域２を表示するとともに、参考情報として、表示方法を変えて他の光路分布領域１、３〜５を合わせて表示しても良い。このような光路分布画像は、複数の検出時間範囲を同時に選択した場合においても同様に構成することができる。また、このような光路分布画像を超音波画像と重ね合せることで、表示装置３７に表示する合成断面画像が生成される。また、計測対象物Ｓの超音波画像、光路分布画像に加えて、計測対象物Ｓの内部情報を取得している場合には、合成断面画像内において、または合成断面画像とは別に断面表示画像内において、得られた内部情報、例えば、被検者の乳房などの計測対象部位の内部での血液、水分、脂肪成分等についての情報をも合わせて表示しても良い。なお、光路分布画像において、時間分解波形データの波形全体を１個の検出時間範囲とした場合には、その光路分布は連続光計測時と同じになる。
【００５４】
計測対象物Ｓに対して使用される超音波プローブ１１、光入射プローブ１６、及び光出射プローブ１７については、計測時には、プローブ１１、１６、１７の先端面がそれぞれ計測対象物Ｓの表面Ｓ０に接触して、計測対象物Ｓへの超音波の送信、受信、及び計測光の入射、出射が可能なように配置される。また、これらのプローブ１１、１６、１７は、別々に設けられても良く、あるいは、所定の位置関係で一体にされた複合プローブとして構成されても良い。また、複合プローブを構成する場合には、プローブ１１、１６、１７の先端面が略同一面上に位置する構成とすることが好ましい。
【００５５】
また、超音波画像計測装置１０で計測される計測対象物Ｓの第１断面と、時間分解計測装置１５で計測される第２断面とについては、様々に設定して良いが、例えば、第１断面と、第２断面とが、互いに平行である構成を用いることができる。また、第１断面と、第２断面とが、互いに垂直である構成を用いることができる。これらのいずれの構成によっても、超音波画像及び光路分布画像を含む合成断面画像を好適に生成することができる。
【００５６】
あるいは、時間分解計測装置１５において、時間分解計測装置１５で計測される第２断面が、超音波画像計測装置１０で計測される第１断面に対して平行であるか、垂直であるかを切り換え可能に構成されていても良い。このような構成によっても、必要に応じて計測断面を切り換えて、超音波画像及び光路分布画像を含む合成断面画像を好適に生成することができる。この場合、光入射プローブ１６、及び光出射プローブ１７の少なくとも一方が複数設けられていても良い。また、第１断面、第２断面は、互いに平行または垂直以外で、所定角度をなすように設定しても良い。
【００５７】
図６は、超音波画像計測装置１０、時間分解計測装置１５によって設定、計測される第１、第２断面が互いに平行である場合の断面計測について示す図であり、図６（ａ）は、計測対象物Ｓに対する超音波プローブ１１、光入射プローブ１６、光出射プローブ１７の配置の側面図を示し、図６（ｂ）は、その上面図を示している。また、図６（ｃ）は、図６（ｂ）と同様の上面図における第１断面、第２断面を示している。
【００５８】
図６に示す構成例では、計測装置１０における超音波プローブ１１の先端面の長手方向と、計測装置１５における光プローブ１６、１７の配置方向とが平行となっている。したがって、超音波画像計測装置１０によって計測される計測対象物Ｓの第１断面Ｐ１と、時間分解計測装置１５によって計測される第２断面Ｐ２とは、図６（ｃ）に示すように平行に設定されている。なお、図６（ａ）の側面図においては、超音波画像計測装置１０で計測される計測対象物Ｓの内部の腫瘍Ｓ１、及び時間分解計測装置１５で計測される光路分布Ｓ２を合わせて例示している。
【００５９】
図７は、図６に示したように第１、第２断面Ｐ１、Ｐ２が互いに平行な場合に生成される合成断面画像の一例を示す図である。図７（ａ）は、超音波プローブ１１を用いて取得される計測対象物Ｓの第１断面Ｐ１での超音波画像を示しており、その略中心位置に腫瘍が観測されている。これに対して、図７（ｂ）は、超音波画像に対して、光計測での光路分布画像が合成された計測対象物Ｓの合成断面画像を示している。ここでは、超音波画像での腫瘍に対し、白線で示す光路分布領域１〜６のうちで領域５が腫瘍に対応しており、したがって、光路分布領域５についての計測結果を解析することで、腫瘍についての情報を取得可能であることがわかる。なお、図７（ｂ）では、参考のため、光路分布に対する光入射プローブ１６、光出射プローブ１７の位置を合わせて示している。
【００６０】
図８は、このような構成において、時間分解計測装置１５によって取得される出射光の時間分解波形の例を示すグラフである。この時間分解波形データでは、光入射プローブ−光出射プローブ間の距離は、３０ｍｍに設定されている。また、図８のグラフにおいて、グラフＢ１は波長λ＝７６０ｎｍの計測光を用いた場合の波形データを示し、グラフＢ２は波長λ＝８００ｎｍの場合の波形データを示し、グラフＢ３は波長λ＝８３０ｎｍの場合の波形データを示している。また、図８のグラフでは、時間分解波形データを区分する検出時間範囲１〜６の例を合わせて示している。
【００６１】
図９は、超音波画像計測装置１０、時間分解計測装置１５によって設定、計測される第１、第２断面が互いに垂直である場合の断面計測について示す図であり、図９（ａ）は、計測対象物Ｓに対する超音波プローブ１１、光入射プローブ１６、光出射プローブ１７の配置の側面図を示し、図９（ｂ）は、その上面図を示している。また、図９（ｃ）は、図９（ｂ）と同様の上面図における第１断面、第２断面を示している。
【００６２】
図９に示す構成例では、計測装置１０における超音波プローブ１１の先端面の長手方向と、計測装置１５における光プローブ１６、１７の配置方向とが垂直となっている。したがって、超音波画像計測装置１０によって計測される計測対象物Ｓの第１断面Ｐ１と、時間分解計測装置１５によって計測される第２断面Ｐ２とは、図９（ｃ）に示すように垂直に設定されている。なお、図９（ａ）の側面図においては、超音波画像計測装置１０で計測される計測対象物Ｓの内部の腫瘍Ｓ１、及び時間分解計測装置１５で計測される光路分布Ｓ２を合わせて例示している。
【００６３】
図１０は、図９に示したように第１、第２断面Ｐ１、Ｐ２が互いに垂直な場合に生成される合成断面画像の一例を示す図である。図１０（ａ）は、超音波プローブ１１を用いて取得される計測対象物Ｓの第１断面Ｐ１での超音波画像を示しており、その略中心位置に腫瘍が観測されている。これに対して、図１０（ｂ）は、超音波画像に対して、光計測での光路分布画像が合成された計測対象物Ｓの合成断面画像を示している。ここでは、超音波画像での腫瘍に対し、白線で示す光路分布領域１〜６のうちで領域５が腫瘍に対応しており、したがって、図７（ｂ）と同様に、光路分布領域５についての計測結果を解析することで、腫瘍についての情報を取得可能であることがわかる。
【００６４】
なお、上記した断面画像計測装置のうち、光を用いた時間分解計測装置については、例えば、浜松ホトニクス社製の単一チャンネル３波長時間分解分光システムＴＲＳ−１０を用いることができる。ＴＲＳ−１０では、ピーク波長が７６０ｎｍ、８００ｎｍ、８３０ｎｍで、パルス幅１００ｐｓ（ＦＷＨＭ）、繰り返し周波数５ＭＨｚのパルス光を生成する３個のレーザダイオードが、計測光源として用いられる。
【００６５】
計測光源からのパルス計測光は、ＧＩ型、コア径２００μｍ、ＮＡ０．２５のライトガイドを介して計測対象物へと供給される。計測光の照射パワーの上限は、各波長で約３０μＷである。計測対象物を通過した光は、径３ｍｍ、ＮＡ０．２１のファイババンドルによって収集され、単一光子検出のための高速光電子増倍管へと伝送される。出射光の時間波形は、時間相関単一光子計数法による時間分解計測によって取得される。また、この場合の最小データ取得時間は、例えば１００ｍｓである。
【００６６】
図１、図２に示した断面画像計測装置１Ａによる計測対象物Ｓの検査について、乳がん検査を例として説明する。断面画像計測装置１Ａを乳がん検査に適用（図４参照）する場合、腫瘍部分（ターゲット）での光計測の計測データと、他の正常部分（リファレンス）での計測データとを比較することが必要となる場合がある。
【００６７】
そのような場合には、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、健側の乳房（計測対象物）Ｓ６について、プローブＰを配置して正常部分についてのリファレンスとなる光計測を行い、一方、計測ターゲットの腫瘍Ｓ５を有する患側の乳房Ｓ７についても、同様にプローブＰを配置して腫瘍部分についての光計測を行う。そして、それらの計測データを比較することで、腫瘍Ｓ５についてのデータ解析、内部情報取得等を行う構成を用いることができる。
【００６８】
あるいは、例えば、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、健側の乳房Ｓ６については、プローブを配置しての光計測を行わず、計測ターゲットの腫瘍Ｓ５を有する患側の乳房Ｓ７について、腫瘍Ｓ５を含む部分、及び含まない部分に対してプローブＰを配置して同一深度で光計測を行うことで、正常部分についてのリファレンスとなる光計測、及び腫瘍部分についての光計測の両者を行う構成を用いることができる。なお、このようなターゲット、リファレンスの光計測については、具体的な計測対象物Ｓ、及び計測、検査の内容等に応じて、具体的には様々な方法を用いることができる。
【００６９】
上記した構成例による断面画像計測装置１Ａ、及び計測方法は、例えば、腫瘍を含む病変部位の経過観察などに好適に用いることができる。一方で、図１、図２に示した断面画像計測装置１Ａは、病変部位の探索に用いることも可能である。すなわち、例えば、現在臨床現場で使用されている聴診器で、医者が直接に患者の身体に聴診器を接触させ、患者の健康状態をバイタルサイン（呼吸音、心音、心雑音、血管雑音など）で探るように、上記構成の断面画像計測装置についても、聴診器と同様に測定者が被検者の身体にプローブを押し当て、超音波画像、及び皮膚表面から体内の深さ最大数センチまでの光学特性の情報等を取得する超音波・光聴診器として用いることが可能である。
【００７０】
このような超音波・光聴診器は、被検者での計測部位については、頭部、胸部、腹部、四肢はもちろん、全身のどこでも適用可能であり、これにより、測定者が患部を探索的に発見することができる。超音波・光聴診器によって計測される計測部位での光学特性、内部情報は、具体的には例えばヘモグロビン、水、脂肪等の情報であり、これらの内部情報を取得することにより、組織の代謝状態等を超音波画像と同時に計測することができ、場合によっては癌などの病変部位を発見することが可能である。
【００７１】
図１３は、図１に示した断面画像計測装置１Ａを用いた超音波・光聴診器の構成の一例を示す図であり、図１３（ａ）は斜視図を示し、図１３（ｂ）は正面図を示している。図１３に示す超音波・光聴診器５０は、被検者の計測対象部位Ｓとの接触面５１に、超音波プローブ１１の先端面、２個の光入射プローブ（光入射ファイバ）１６の先端面、及び２個の光出射プローブ（光出射ファイバ）１７の先端面が設けられた複合プローブとして構成されている。超音波・光聴診器５０の大きさは、例えば接触面５１の直径が５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。
【００７２】
この聴診器５０では、図１３（ｂ）の正面図に各プローブの配置を示すように、光入射プローブ１６、及び光出射プローブ１７の組合せを選択することで、時間分解計測装置で計測される第２断面が、超音波画像計測装置で計測される第１断面に対して互いに平行であるか、垂直であるかを切り換え可能に構成されている。また、プローブ１１、１６、１７と、被検者（患者）との接触面５１は、例えば端面のシートの張替えで清潔に保つことにより、被検者間での２次感染等を防止することができる。
【００７３】
また、このような超音波・光聴診器５０では、例えば操作ボタン、フットスイッチ、端面接触スイッチ等を設けて、その操作を行う構成を用いることができる。図１３（ａ）では、聴診器５０の側面において、計測開始指示スイッチ５２、光プローブの平行／垂直切り換えスイッチ５３、シャッター開閉指示スイッチ５４、及び測定深度の変更指示スイッチ５５が設けられた構成を例示している。また、光プローブと、被検者との接触部位付近には、外来光の影響を防ぐための遮光材を設ける構成としても良い。
【００７４】
また、このような構成において、超音波画像、及び光路分布画像に加えて、計測対象物Ｓの内部情報を光計測の計測結果から取得する場合、得られた内部情報を病変部位の探索に利用することができる。この場合、表示装置３７（図１参照）に表示される、超音波画像及び光路分布画像の合成断面画像を含む断面表示画像については、例えば、断面表示画像内において、合成断面画像表示部とは別に内部情報の計測結果表示部を設け、合成断面画像とは別に内部情報を表示する構成を用いることができる。
【００７５】
図１４は、断面表示画像において、合成断面画像表示部とは別に設けられる内部情報表示部の構成の一例を示す図である。図１４に示す内部情報表示部では、時間分解波形データを区分した検出時間範囲１〜６、及び対応する光路分布領域１〜６（例えば図７、８参照）に対し、光路分布領域１〜６のそれぞれについて、光計測で得られた光学特性の数値範囲をグラフ形式で図示している。このような内部情報を合成断面画像に加えて表示、参照することにより、病変部位の探索等を効率的に行うことができる。
【００７６】
図１、図２に示した断面画像計測装置１Ａにおける計測対象物Ｓの内部情報の取得方法について説明する。なお、以下に示す内部情報の取得方法については、例えば、非特許文献２、３を参照することができる。
【００７７】
また、図１５は、時間分解計測装置１５による出射光の時間分解波形の計測、及び計測対象物Ｓの内部情報の導出について模式的に示す図である。図１５（ａ）は、パルス計測光の時間波形を示し、図１５（ｂ）は、計測対象物Ｓからの出射光の時間波形を示し、図１５（ｃ）は、計測対象物Ｓに対するプローブの配置、計測対象物Ｓの内部での計測光の光路分布、及び内部情報について示している。また、図１５（ｂ）のグラフにおいて、グラフＣ１は、参照試料を計測対象物Ｓとしたリファレンス計測における出射光の時間分解波形を示し、グラフＣ２は、目的試料を計測対象物Ｓとしたターゲット計測における出射光の時間分解波形を示している。
【００７８】
パルス計測光を用いた時間分解計測の計測結果に対する解析アルゴリズムにおいても、例えば連続光を用いた光計測の場合の画像化アルゴリズムと同様に、吸光度の変化は光路長と吸収係数の積の変化に等しい、というMicroscopic Beer-Lambert則が、個々の検出時刻ｔでも成り立つと考えて良い。
【００７９】
したがって、リファレンスの計測結果における基準検出光量Ｒ（ｔ）と、ターゲットの計測結果における検出光量Ｉ（ｔ）との差について考えると、リファレンスの吸収係数をμａ−ｒｅｆ、ターゲットの吸収係数をμａとすると、生体などの計測対象物内の吸収係数の変化量Δμａはμａ−μａ−ｒｅｆとなり、その時間分解光路長ｌ（ｔ）との関係は、下記の（１）式のように表される。
【数１】
2014137338.tif 000003
また、図１５（ｂ）、（ｃ）には、時刻ｔ１での時間分解波形における光量Ｒ（ｔ１）、Ｉ（ｔ１）、計測対象物Ｓ内での時間分解光路長分布ｌｉ（ｔ１）、及び吸収係数変化量Δμａについて示している。なお、光路長分布において、ｉ＝１〜ｎであり、また、ｎは領域内のボクセル数である。
【００８０】
具体的に、計測対象物Ｓを生体として、生体Ｓ内のヘモグロビン濃度を求めることを考える。この場合、ヘモグロビン濃度の絶対値を求めるには、近赤外の波長域から２個以上の計測光用の波長λを選択する。そして、その波長での吸収係数の変化量にリファレンスの各波長の吸収係数を加算し、下記（２）式
【数２】
2014137338.tif 000004
によって絶対値の吸収係数を求める。
【００８１】
各波長における吸収係数は、下記の（３）式
【数３】
2014137338.tif 000005
に示すように、各物質の濃度とモル吸光係数の積の和として表される。したがって、これらの連立方程式を解くことにより、（４）式及び（５）式
【数４】
2014137338.tif 000006
【数５】
2014137338.tif 000007
に示すオキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）、デオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の濃度、及び酸素飽和度（ＳＯ２）を求めることができる。
【００８２】
ここで、上記の式において、μａ，λは波長λでの吸収係数であり、ελＨｂＯ２は波長λでのオキシヘモグロビンのモル吸光係数であり、ελＨｂは波長λでのデオキシヘモグロビンのモル吸光係数であり、ελＨ２Ｏは波長λでの水のモル吸光係数であり、ＣＨｂＯ２は波長λでのオキシヘモグロビン濃度であり、ＣＨｂは波長λでのデオキシヘモグロビン濃度であり、ＣＨ２Ｏは波長λでの水濃度である。また、Ａｂｓλｂｇは波長λでの吸収のバックグラウンドである。また、上記において、生体組織内部の水の濃度は、６０％と仮定することができる。また、例えば乳房の場合、水の濃度は２０％程度となる。
【００８３】
このような計測を乳がん検査に適用する場合、例えば以下のような手順が考えられる。計測は被検者を仰臥位、または半座位の姿勢にして行う。プローブを計測対象物Ｓである被検者の乳房に当て、測定対象範囲の平均的な光学パラメータを算出する。そして、その値を元に光路長分布を再計算するか、あるいは、あらかじめ計算しておいた光路長分布の中から適合するものを選択する。
【００８４】
このような構成において、超音波画像（エコー画像）と光路分布画像との合成断面画像を用いることにより、超音波画像を利用して関心領域の光計測を適切に行うことが可能となる。また、時間分解波形に対して設定される検出時間範囲（時間ゲート）を変えることで関心領域を変更することができ、その結果を超音波画像と光路分布画像との合成断面画像を表示した表示装置３７上で確認することができる（例えば、図７参照）。
【００８５】
なお、乳がん検査において、リファレンス及びターゲットの計測を行う場合（図１１、１２参照）、リファレンスとしては、（１）左右の乳房のどちらかをリファレンスとする方法を用いることができ、あるいは、（２）１つの波長の時間分解応答波形をリファレンス波形とする方法を用いることもできる。ただし、（２）の場合で、ヘモグロビン濃度を求めるには、３波長以上の計測光を用いて光計測を行う必要がある。
【００８６】
計測対象物Ｓに対する超音波画像計測装置１０での超音波プローブ１１、及び時間分解計測装置１５での光入射プローブ１６、光出射プローブ１７の構成について、さらに説明する。図１６は、超音波プローブ１１、光入射プローブ１６、光出射プローブ１７を含む計測プローブの構成の例を示す図である。
【００８７】
図１６（ａ）に示す構成例では、超音波プローブ１１、光入射プローブ１６、及び光出射プローブ１７を含む計測プローブ６１の全体を、乳房などの計測対象物Ｓ上で、計測対象物Ｓを平らにしながら手動で移動させることで計測を行う。また、図１６（ｂ）に示す構成例では、計測プローブ６２において、白丸で示す光入射プローブ１６、及び黒丸で示す光出射プローブ１７が、それぞれ４個ずつ設けられており、矢印６３によって示すように、光計測に使用する光入射プローブ、光出射プローブの組合せを順に変更することで、超音波計測及び光計測での計測断面を変更することができる。また、このような計測断面の変更については、超音波計測に用いるプローブ１１に対して、光計測に用いるプローブ１６、１７を１組のみ設け、その光プローブ１６、１７を超音波プローブ１１を中心として回転させることにより、計測断面を変更する構成としても良い。
【００８８】
また、図１６（ｃ）に示す構成例では、計測対象物Ｓ上に透明板６４を配置して、その上に超音波プローブ１１、光入射プローブ１６、及び光出射プローブ１７を含む計測プローブ６５を配置し、この計測プローブ６５が自動的に移動する構成を示している。この場合、乳房などの計測対象物Ｓ上の透明板６４は、計測対象物Ｓを圧迫して、計測プローブ６５がスムーズに移動できるようにする。
【００８９】
本発明による断面画像計測装置、及び断面画像計測方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、超音波画像計測装置、時間分解計測装置、及びそれらのプローブの構成については、図１、図２はその一例を示すものであり、具体的には様々な構成を用いて良い。また、光計測によって取得される光路分布画像については、例えば、光入射プローブ−光出射プローブ間の距離を変化させて、その際の光路分布の変化を表示する構成など、具体的には上記した構成例以外にも様々な構成を用いることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、簡単な構成で超音波画像計測と、光計測とを併用することが可能な断面画像計測装置、及び断面画像計測方法として利用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１Ａ…断面画像計測装置、Ｓ…計測対象物、１０…超音波画像計測装置、１１…超音波プローブ、１５…時間分解計測装置、１６…光入射プローブ、１７…光出射プローブ、２０…光源部、２１…第１光源、２２…第２光源、２３…第３光源、２５…光検出器、２６…信号処理部、２７…ＣＦＤ、２８…ＴＡＣ、
３０…計測処理装置、３１…超音波画像生成部、３２…光路画像生成部、３３…内部情報解析部、３５…断面画像生成部、３６…画像表示制御部、３７…表示装置、３８…入力装置、
５０…超音波・光聴診器、５１…接触面、５２…計測開始指示スイッチ、５３…光プローブ切り換えスイッチ、５４…シャッター開閉指示スイッチ、５５…測定深度変更指示スイッチ、６１、６２、６５…計測プローブ、６３…回転方向、６４…透明板。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図３】
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【図７】
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【図１０】
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