(57)【要約】１枚の光音響画像分の検出信号の取得のために複数回の検出を行う場合に、一部の回の検出が適切に行われていない場合でも、画質の低下を抑えることができる光音響画像生成装置を提供する。１枚の光音響画像分の検出信号を取得するのに複数回の検出が必要な場合に、１回の検出で使用する圧電素子（２０ａ）について、圧電素子アレイ（２０ｂ）の圧電素子（２０ａ）の配列順に、使用する圧電素子（２０ａ）と休止する圧電素子（２０ａ）とを交互に連続して設定し、１回の検出毎に使用する検出素子を切り替える。
2019039036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物であって、光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部を前記先端部分に有する挿入物と、
前記光音響波を検出して検出信号を出力する複数の検出素子が配列された検出素子アレイを有する光音響波検出部と、
１枚の光音響画像分の検出信号を取得する場合に、前記光音響波検出部を制御して、前記検出素子アレイのうち使用する検出素子を切り換えて複数回の検出を行わせる制御部と、
前記検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、
前記制御部は、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、使用する検出素子と休止する検出素子とを交互に連続して設定し、１回の検出毎に使用する検出素子を切り替える
光音響画像生成装置。
【請求項２】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得する場合に、前記光音響波検出部を制御して、前記検出素子アレイのうち使用する検出素子を切り換えて２回以上のａ回の検出を行わせ、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、ｂ個連続使用、ｂ×（ａ−１）個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子をｂ個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１記載の光音響画像生成装置。
【請求項３】
前記光音響画像生成部は、１枚の音響画像を生成する場合に、複数回の検出で取得された検出信号のうち、検出が適切に行われていない回の検出信号を除き、残りの検出信号に基づいて音響画像を生成する
請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
【請求項４】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために２回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、１個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１から３のいずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために３回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、２個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１から３のいずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために４回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、３個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１から３のいずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項７】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために２回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、２個連続使用、２個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を２個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１から３のいずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に挿入された挿入物の先端部分から発せられた光音響波を、検出素子アレイを有する光音響波検出部により検出して光音響画像を生成する光音響画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
また、光音響イメージングに関し、特許文献１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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２３１５８３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／００２２５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、例えば特許文献１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、光音響波を検出する超音波探触子は、複数の圧電素子を配列した圧電素子アレイを備えている。【０００７】
そして、超音波探触子の圧電素子アレイは、例えば１２８個の圧電素子を一次元に配列して構成され、圧電素子によって検出された検出信号はマルチプレクサを介して受信回路によって受信される。【０００８】
特許文献２に記載のように、一般的に、受信回路によって同時に受信可能なチャネル数には制限があり、例えば６４チャネルの受信回路を使用した場合、上述したように圧電素子が１２８個である場合には、圧電素子アレイの圧電素子の数よりも受信回路のチャネル数の方が少ないため、１２８個の検出素子を６４個の検出素子からなる検出素子群に分割し、その分割された検出素子群毎に１：２のマルチプレクサによって選択的に受信回路に接続される。この場合には、１枚の画像を生成するために２回の検出を行い、１回目の検出は、１２８個の圧電素子のうち、右半分の６４個の圧電素子または左半分の６４個の圧電素子のいずれかで検出を行い、２回目の検出は、残りの半分の６４個の圧電素子で検出を行い、２回の検出で得られた１２８個の圧電素子の検出信号を用いて画像の生成を行う。【０００９】
しかしながら、１回目と２回目の検出の間に、超音波探触子がずれた場合または超音波探触子が被検体から離れた場合などのように、一部の回の検出が適切に行われていない場合には、検出領域の境界で極端な輝度差が現れるなどの画質の低下を招き、穿刺針の先端部分の特定が難しくなるおそれがある。【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、１枚の光音響画像分の検出信号の取得のために複数回の検出を行う場合に、一部の回の検出が適切に行われていない場合でも、画質の低下を抑えることができる光音響画像生成装置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】
【００１１】
本発明の光音響画像生成装置は、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物であって、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部分に有する挿入物と、光音響波を検出して検出信号を出力する複数の検出素子が配列された検出素子アレイを有する光音響波検出部と、１枚の光音響画像分の検出信号を取得する場合に、光音響波検出部を制御して、検出素子アレイのうち使用する検出素子を切り換えて複数回の検出を行わせる制御部と、検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、制御部は、１回の検出で使用する検出素子について、検出素子アレイの検出素子の配列順に、使用する検出素子と休止する検出素子とを交互に連続して設定し、１回の検出毎に使用する検出素子を切り替える。【００１２】
ここで「使用する検出素子と休止する検出素子とを交互に連続して設定する」とは、使用する１つまたは連続する複数の検出素子と、休止する１つまたは連続する複数の検出素子とを、交互に連続して設定し、使用する検出素子と休止する検出素子とが周期的に配置された状態にすることを意味する。なお、必ずしも検出素子アレイの全域にわたって使用する検出素子と休止する検出素子とが完全に規則的に交互に連続して設定されている必要はなく、例えば検出素子アレイの両端部などの一部が不規則な配置となっているものも含む。【００１３】
本発明の光音響画像生成装置において、制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得する場合に、光音響波検出部を制御して、検出素子アレイのうち使用する検出素子を切り換えて２回以上のａ回の検出を行わせ、１回の検出で使用する検出素子について、検出素子アレイの検出素子の配列順に、ｂ個連続使用、ｂ×（ａ−１）個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子をｂ個ずつ同じ方向に移動させるようにしてもよい。以下、「使用する検出素子を移動させる」とは、移動させた位置に配置された検出素子を使用することを意味する。例えば、「使用する検出素子をｂ個移動させる」とは、ｂ個隣に配置された検出素子を使用することを意味する。【００１４】
ここで、「ａ」は２以上の整数であり、「ｂ」は１以上の整数である。【００１５】
また、光音響画像生成部は、１枚の音響画像を生成する場合に、複数回の検出で取得された検出信号のうち、検出が適切に行われていない回の検出信号を除き、残りの検出信号に基づいて音響画像を生成するようにしてもよい。【００１６】
また、制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために２回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、１個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させるものとしてもよい。【００１７】
また、制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために３回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、２個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させるものとしてもよい。【００１８】
また、制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために４回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、３個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させるものとしてもよい。【００１９】
また、制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために２回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、検出素子アレイの検出素子の配列順に、２個連続使用、２個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を２個ずつ同じ方向に移動させるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光音響画像生成装置は、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物であって、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部分に有する挿入物と、光音響波を検出して検出信号を出力する複数の検出素子が配列された検出素子アレイを有する光音響波検出部と、１枚の光音響画像分の検出信号を取得する場合に、光音響波検出部を制御して、検出素子アレイのうち使用する検出素子を切り換えて複数回の検出を行わせる制御部と、検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、制御部は、１回の検出で使用する検出素子について、検出素子アレイの検出素子の配列順に、使用する検出素子と休止する検出素子とを交互に連続して設定し、１回の検出毎に使用する検出素子を切り替えるものとしたので、一部の回の検出が適切に行われていない場合でも、画質の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態である光音響画像生成装置の概略構成を示すブロック図
【図２】穿刺針の先端部分の構成を示す断面図
【図３】音響波検出部の概略構成を示すブロック図
【図４】各検出回における圧電素子アレイ中の圧電素子の使用状態を示す図
【図５】各検出回における圧電素子アレイ中の圧電素子の使用状態を示す図
【図６】本発明の光音響画像生成装置において検出が適切に行われて場合に取得された原データの一例を示す図
【図７】図６の原データを位相整合加算した後の画像を示す図
【図８】従来の光音響画像生成装置において検出が適切に行われなかった場合に取得された原データの一例を示す図
【図９】図８の原データを位相整合加算した後の画像を示す図
【図１０】本発明の光音響画像生成装置において検出が適切に行われなかった場合に取得された原データの一例を示す図
【図１１】図１０の原データを位相整合加算した後の画像を示す図
【図１２】図１０の原データに対してニアレストネイバー補間を行った画像を示す図
【図１３】図１０の原データに対してリニア補間を行った画像を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態である光音響画像生成装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。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。
【００２３】
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（本発明の挿入物に相当する）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１６によって接続されている。穿刺針１５は、光ケーブル１６に対して着脱可能なものであり、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。
【００２４】
レーザユニット１３は、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）およびアレキサンドライトなどを用いた固体レーザ光源を備えている。レーザユニット１３の固体レーザ光源から出射されたレーザ光は、光ケーブル１６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、および７００ｎｍ（ナノメートル）〜８５０ｎｍ（ナノメートル）の波長域を意味する。なお、本実施形態においては、固体レーザ光源を用いるようにしたが、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、レーザ光源以外の光源を用いるようにしてもよい。
【００２５】
穿刺針１５は、本発明の挿入物の一実施形態であり、被検体に穿刺される針である。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である。穿刺針１５は、鋭角に形成された先端に開口を有し、中空状に形成された穿刺針本体１５ａと、レーザユニット１３から出射されたレーザ光を穿刺針１５の開口の近傍まで導光する光ファイバ１５ｂ（本発明の導光部材に相当する）と、光ファイバ１５ｂから出射したレーザ光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部１５ｃとを含む。
【００２６】
光ファイバ１５ｂおよび光音響波発生部１５ｃは、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｄに配置される。光ファイバ１５ｂは、例えば穿刺針１５の基端部に設けられた光コネクタを介して光ケーブル１６（図１を参照）内の光ファイバに接続される。光ファイバ１５ｂの光出射端からは、例えば０．２ｍＪ（ミリジュール）のレーザ光が出射される。
【００２７】
光音響波発生部１５ｃは、光ファイバ１５ｂの光出射端に設けられており、穿刺針１５の先端近傍かつ穿刺針本体１５ａの内壁に設けられる。光音響波発生部１５ｃは、光ファイバ１５ｂから出射されるレーザ光を吸収して光音響波を発生する。光音響波発生部１５ｃは、例えば黒顔料を混合したエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂およびシリコーンゴムなどから形成されている。なお、図２では、光ファイバ１５ｂよりも光音響波発生部１５ｃ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１５ｃは、光ファイバ１５ｂの径と同程度の大きさであってもよい。
【００２８】
光音響波発生部１５ｃは、上述したものに限定されず、レーザ光の波長に対して光吸収性を有する金属膜または酸化物の膜を、光音響波発生部としてもよい。例えば光音響波発生部１５ｃとして、レーザ光の波長に対して光吸収性が高い酸化鉄や、酸化クロムおよび酸化マンガンなどの酸化物の膜を用いることができる。あるいは、光吸収性は酸化物よりも低いが生体適合性が高いＴｉ（チタン）やＰｔ（白金）などの金属膜を光音響波発生部１５ｃとして用いてもよい。また、光音響波発生部１５ｃが設けられる位置は穿刺針本体１５ａの内壁には限定されない。例えば光音響波発生部１５ｃである金属膜または酸化物の膜を、蒸着などにより光ファイバ１５ｂの光出射端上に例えば１００ｎｍ（ナノメートル）程度の膜厚で製膜し、酸化物の膜が光出射端を覆うようにしてもよい。この場合、光ファイバ１５ｂの光出射端から出射されたレーザ光の少なくとも一部は、光出射端を覆う金属膜または酸化物の膜で吸収され、金属膜または酸化物の膜から光音響波が生じる。
【００２９】
図１に戻り、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１５ｃから発せられた光音響波を検出する。超音波探触子１１は、光音響波を検出する音響波検出部２０（本発明の光音響波検出部に相当する）を備えている。
【００３０】
音響波検出部２０は、図３に示すように、光音響波を検出する１２８個の圧電素子２０ａ（本発明の検出素子に相当する）が一次元に配列された圧電素子アレイ２０ｂ（本発明の検出素子アレイに相当する）と、マルチプレクサ２０ｃとを備えている。圧電素子２０ａは、超音波振動子であり、例えば圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。また、音響波検出部２０は、図示省略しているが、音響レンズ、音響整合層、バッキング材、および圧電素子アレイ２０ｂの制御回路などを備えている。
【００３１】
なお、圧電素子２０ａの個数および配列についてはこれに限られず、例えば圧電素子２０ａの個数は１９２個または２５６個でもよいし、二次元に配列されてもよい。なお、本明細書において、圧電素子の配列方向とは、圧電素子が一次元に配列されている場合には、その一次元の方向であり、圧電素子が２次元に配列されている場合には、直交する２次元方向のいずれの方向でもよいが、配列されている圧電素子が多い方向を配列方向とすることが望ましい。
【００３２】
マルチプレクサ２０ｃは、圧電素子アレイ２０ｂを構成する圧電素子２０ａのうち、１回の検出において使用する圧電素子を選択的に超音波ユニット１２の受信回路２１に接続するものである。
【００３３】
上述したマルチプレクサ２０ｃによる選択的な接続により、圧電素子アレイ２０ｂの光音響波の受信領域が複数の受信領域に分割され、受信領域毎の光音響波の検出信号が取得される。
【００３４】
本実施形態のマルチプレクサ２０ｃは、具体的にはチャネル数が６４チャネルであり、６４個の圧電素子の検出信号を同時に取得することができる。マルチプレクサ２０ｃによって受信回路２１に接続される６４個の圧電素子は、超音波ユニット１２の制御部２８によって特定される。制御部２８は、６４個の圧電素子を切り換えて光音響波の受信領域を切り換えることによって圧電素子アレイ２０ｂ全体の受信領域の検出信号を取得する。
【００３５】
超音波探触子１１は、音響波検出部２０の圧電素子アレイ２０ｂによって、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。なお、超音波の送信と受信とは分離した位置で行ってもよい。例えば超音波探触子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の圧電素子アレイ２０ｂ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。
【００３６】
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、光音響画像生成処理、超音波画像生成処理、および音響波検出部２０における圧電素子アレイ２０ｂの音響波の受信領域切換処理など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。
【００３７】
なお、超音波ユニット１２のハードウェアの構成は特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、プロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、およびメモリ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。
【００３８】
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。本実施形態の受信回路２１は、チャネル数が６４チャネルである。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で構成される。
【００３９】
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から反射超音波の検出信号を読み出し、超音波画像生成部２５に送信する。
【００４０】
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。光音響画像の生成処理は、例えば位相整合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。超音波画像の生成処理も、位相整合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。
【００４１】
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。
【００４２】
画像表示部３０においては、光音響波画像と超音波画像とを別々に表示してもよいし、合成して表示するようにしてもよい。合成して表示することで、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。
【００４３】
ここで、本実施形態の制御部２８は、上述したように音響波検出部２０のマルチプレクサ２０ｃを制御することによって、１回の検出において受信回路２１に接続される６４個の圧電素子を設定する。本実施形態の超音波探触子１１では、１２８個の圧電素子２０ａからなる圧電素子アレイ２０ｂに対して、６４チャネルの受信回路２１が組み合わされているため、１枚の音響画像分の検出信号を取得するのに２回（１２８÷６４＝２）の検出が必要となる。
【００４４】
制御部２８は、１回の検出で使用する圧電素子２０ａについて、圧電素子アレイ２０ｂの圧電素子２０ａの配列順に、使用する圧電素子２０ａと休止する圧電素子２０ａとを交互に連続して設定し、１回の検出毎に使用する検出素子を切り替える。本実施形態では、一例として、圧電素子アレイ２０ｂの圧電素子２０ａの配列順に、１個使用、１個休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する圧電素子２０ａを１個隣に移動させるものとする。すなわち、次の検出では１個隣に配置された圧電素子２０ａを使用する。
【００４５】
図４および図５は圧電素子アレイ２０ｂの使用状態を示す図であり、図中でハッチングされている圧電素子２０ａが使用される圧電素子２０ａを示している。
【００４６】
具体的には、図４に示すように、１回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、左から順に、使用、休止、使用、休止・・と、１個使用、１個休止を交互に連続して設定する。図５に示すように、２回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、１回目の検出から使用する圧電素子２０ａを１個隣に移動させ、左から順に、休止、使用、休止、使用・・と、１個使用、１個休止を交互に連続して設定する。
【００４７】
制御部２８は、上記の通り２回の検出を行って、圧電素子アレイ２０ｂの全受信領域の光音響波の検出信号を取得する。なお、光音響画像の取得を行う場合は、制御部２８は、各回の検出毎に光音響波を発生させる制御を行う。
【００４８】
そして、データ分離部２３によって、受信メモリ２２から全受信領域の検出信号が光音響画像生成部２４に送信され、光音響画像生成部２４によって１フレームの光音響画像が生成されるか、または、受信メモリ２２から全受信領域の検出信号が超音波画像生成部２５に送信され、超音波画像生成部２５によって１フレームの超音波画像が生成される。
【００４９】
ここで、本実施形態の光音響画像生成装置１０において光音響画像を生成した場合の例を説明する。図６は１２８個の圧電素子２０ａからなる圧電素子アレイ２０ｂを用いて穿刺針１５の先端から発生した光音響波を正常に受信したときの原データ（位相整合加算前の画像）の画像の一例であり、圧電素子アレイ２０ｂの中心付近と対向する位置に穿刺針１５の先端がある状態を示している。図６に示す原データについて、光音響画像生成部２４において位相整合加算を行うと、図７に示すように、中心付近において穿刺針１５の先端を示す輝点が円形に近い形で確認できる。
【００５０】
しかしながら、１回目と２回目の検出の間に、超音波探触子１１がずれた場合または超音波探触子１１が被検体から離れた場合などのように、一部の回の検出が適切に行われていない場合、検出領域の境界で極端な輝度差が現れるなど、画質の低下を招くおそれがある。
【００５１】
図８は図６と同様に１２８個の圧電素子からなる圧電素子アレイを用いて穿刺針の先端から発生した光音響波を受信したときの原データの画像の一例であるが、１回目の検出に圧電素子アレイの左半分を使用し、２回目の検出に圧電素子アレイの右半分を使用する従来の方式において、２回目の検出が適切に行われなかった場合（全く信号が受信できなかった場合）を示している。図８に示す原データについて、光音響画像生成部２４において位相整合加算を行うと、図９に示すように、右半分の解像度が低下してしまい、中心付近において穿刺針の先端を示す輝点が不鮮明になってしまう。
【００５２】
図１０は図６と同様に１２８個の圧電素子２０ａからなる圧電素子アレイ２０ｂを用いて穿刺針１５の先端から発生した光音響波を正常に受信したときの原データの画像の一例であるが、図４に示すように、１回目の検出に使用する圧電素子２０ａについて、左から順に、使用、休止、使用、休止・・と１個ずつ交互に使用し、図５に示すように、２回目の検出に使用する圧電素子２０ａについて、左から順に、休止、使用、休止、使用・・と１個ずつ交互に使用する本実施形態の方式において、２回目の検出が適切に行われなかった場合（全く信号が受信できなかった場合）を示している。図１０に示す原データについて、光音響画像生成部２４において位相整合加算を行うと、図１１に示すように、図７に示す正常な例ほどではないが、図９に示す従来の方式における異常な例よりも、中心付近において穿刺針１５の先端を示す輝点が円形に近い形で確認できる。
【００５３】
なお、本発明の光音響画像生成部２４および超音波画像生成部２５については、１枚の音響画像を生成する場合に、複数回（本実施形態では２回）の検出で取得された検出信号のうち、検出が適切に行われていない回の検出信号を除き、残りの検出信号に基づいて音響画像を生成するものとしてもよい。
【００５４】
各回の検出において、検出が適切に行われているかどうかの判定については、例えば各回の検出信号強度データ（合計値または平均値）を比較すればよい。具体的には、検出信号強度データの差が既定値(例えば１．５倍)未満の場合は、２回の検出で取得された検出信号を全て使用して画像を生成する。検出信号強度データの差が既定値(例えば１．５倍)以上の場合は、２回の検出で取得された検出信号のうち、いずれか一方の検出で取得された検出信号（例えば検出信号強度データの大きい方）のみを使用して画像を生成するが、このとき使用しなかった検出信号の領域については、使用した検出信号に基づいて補完を行う。
【００５５】
図１２は図１０の例においてニアレストネイバー補間を行った例であり、図１３は図１０の例においてリニア補間を行った例である。ニアレストネイバー補間と比べリニア補間の方が細やかに穿刺針１５の先端の遅延曲線を再現できるが、ノイズが生じやすい傾向にある。最終画質への影響は微差であるため、どちらを用いてもよい。なお、補完処理については、ニアレストネイバー補間またはリニア補間に限らず、既知のどのような方法を用いてもよい。
【００５６】
上記で説明したとおり、本実施形態の光音響画像生成装置１０は、２回の検出に分けて１枚の音響画像分の検出信号を取得する場合に、使用、休止、使用、休止・・と１個ずつ交互に使用し、各回の検出で使用する圧電素子２０ａを圧電素子アレイ２０ｂの全体に分散させたので、いずれか一方の検出が適切に行われていない場合でも、画質の低下を抑えることができる。
【００５７】
なお、圧電素子アレイ２０ｂにおける圧電素子２０ａの個数、受信回路２１におけるチャネル数、および、１枚の音響画像分の検出信号の取得のために複数回の検出を行う場合における各回の使用検出素子の配置については、上記に限定されるものではなく、種々の態様とすることができる。
【００５８】
例えば、１９２個の圧電素子２０ａからなる圧電素子アレイ２０ｂに対して、６４チャネルの受信回路２１が組み合わされている場合、１枚の音響画像分の検出信号を取得するのに３回（１９２÷６４＝３）の検出が必要となる。
【００５９】
制御部２８は、１回の検出で使用する圧電素子２０ａについて、圧電素子アレイ２０ｂの圧電素子２０ａの配列順に、１個使用、２個休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する圧電素子２０ａを１個ずつ同じ方向に移動させる。
【００６０】
例えば、１回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、左から順に、使用、休止、休止、使用、休止、休止・・と、１個使用、２個休止を交互に連続して設定する。２回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、１回目の検出から使用する圧電素子２０ａを１個右側に移動させ、左から順に、休止、使用、休止、休止、使用、休止・・と、１個使用、２個休止を交互に連続して設定する。３回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、２回目の検出から使用する圧電素子２０ａを１個右側に移動させ、左から順に、休止、休止、使用、休止、休止、使用・・と、１個使用、２個休止を交互に連続して設定する。
【００６１】
また、別の例では、２５６個の圧電素子２０ａからなる圧電素子アレイ２０ｂに対して、６４チャネルの受信回路２１が組み合わされている場合、１枚の音響画像分の検出信号を取得するのに４回（２５６÷６４＝４）の検出が必要となる。
【００６２】
制御部２８は、１回の検出で使用する圧電素子２０ａについて、圧電素子アレイ２０ｂの圧電素子２０ａの配列順に、１個使用、３個休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する圧電素子２０ａを１個ずつ同じ方向に移動させる。
【００６３】
例えば、１回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、左から順に、使用、休止、休止、休止、使用、休止、休止、休止・・と、１個使用、３個休止を交互に連続して設定する。２回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、１回目の検出から使用する圧電素子２０ａを１個右側に移動させ、左から順に、休止、使用、休止、休止、休止、使用、休止、休止・・と、１個使用、３個休止を交互に連続して設定する。３回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、２回目の検出から使用する圧電素子２０ａを１個右側に移動させ、左から順に、休止、休止、使用、休止、休止、休止、使用、休止・・と、１個使用、３個休止を交互に連続して設定する。４回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、３回目の検出から使用する圧電素子２０ａを１個右側に移動させ、左から順に、休止、休止、休止、使用、休止、休止、休止、使用・・と、１個使用、３個休止を交互に連続して設定する。
【００６４】
さらに、別の例では、１２８個の圧電素子２０ａからなる圧電素子アレイ２０ｂに対して、６４チャネルの受信回路２１が組み合わされている場合、１枚の音響画像分の検出信号を取得するのに２回（１２８÷６４＝４）の検出が必要となる。
【００６５】
制御部２８は、１回の検出で使用する圧電素子２０ａについて、圧電素子アレイ２０ｂの圧電素子２０ａの配列順に、２個使用、２個休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する圧電素子２０ａを２個ずつ同じ方向に移動させる。
【００６６】
例えば、１回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、左から順に、使用、使用、休止、休止、使用、使用、休止、休止・・と、２個使用、２個休止を交互に連続して設定する。２回目の検出では、使用する圧電素子２０ａについて、１回目の検出から使用する圧電素子２０ａを２個右側に移動させ、左から順に、休止、休止、使用、使用、休止、休止、使用、使用・・と、２個使用、２個休止を交互に連続して設定する。
【００６７】
上記の他にも、１枚の音響画像分の検出信号を取得するのにａ回の検出が必要な場合に、１回の検出で使用する圧電素子２０ａについて、圧電素子アレイ２０ｂの圧電素子２０ａの配列順に、ｂ個連続使用、ｂ×（ａ−１）個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子をｂ個ずつ同じ方向に移動させるように構成してもよいし、さらには、１回の検出で使用する圧電素子２０ａについて、圧電素子アレイ２０ｂの圧電素子２０ａの配列順に、使用する圧電素子２０ａと休止する圧電素子２０ａとを交互に連続して設定し、１回の検出毎に使用する検出素子を切り替えるものであれば、どのような態様としてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、挿入物の一実施形態として穿刺針１５を用いるようにしたが、挿入物としては、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。あるいは、レーザ治療用の光ファイバであってもよい。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【符号の説明】
【００７１】
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
１５   穿刺針
１５ａ 穿刺針本体
１５ｂ 光ファイバ
１５ｃ 光音響波発生部
１５ｄ 中空部
１６   光ケーブル
２０   音響波検出部
２０ａ 圧電素子
２０ｂ 圧電素子アレイ
２０ｃ マルチプレクサ
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
４０   入力部
【図１】
2019039036.tif 000003
【図２】
2019039036.tif 000004
【図３】
2019039036.tif 000005
【図４】
2019039036.tif 000006
【図５】
2019039036.tif 000007
【図６】
2019039036.tif 000008
【図７】
2019039036.tif 000009
【図８】
2019039036.tif 000010
【図９】
2019039036.tif 000011
【図１０】
2019039036.tif 000012
【図１１】
2019039036.tif 000013
【図１２】
2019039036.tif 000014
【図１３】
2019039036.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月20日(2020.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物であって、光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部を前記先端部分に有する挿入物と、
前記光音響波を検出して検出信号を出力する複数の検出素子が配列された検出素子アレイを有する光音響波検出部と、
１枚の光音響画像分の検出信号を取得する場合に、前記光音響波検出部を制御して、前記検出素子アレイのうち使用する検出素子を切り換えて複数回の検出を行わせる制御部と、
前記検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、
前記制御部は、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、使用する検出素子と休止する検出素子とを交互に連続して設定し、１回の検出毎に使用する検出素子を切り替え、
前記光音響画像生成部は、１枚の音響画像を生成する場合に、前記複数回の検出で取得された各回の検出信号を比較し、前記各回の検出信号の差が規定値未満の場合は、前記複数回の検出で取得された検出信号を全て使用して前記光音響画像を生成し、前記各回の検出信号の差が規定値以上の場合は、前記複数回の検出で取得された検出信号のうち、前記検出が適切に行われていない回の前記検出信号を除き、残りの前記検出信号に基づいて前記光音響画像を生成する
光音響画像生成装置。
【請求項２】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得する場合に、前記光音響波検出部を制御して、前記検出素子アレイのうち使用する検出素子を切り換えて２回以上のａ回の検出を行わせ、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、ｂ個連続使用、ｂ×（ａ−１）個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子をｂ個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１記載の光音響画像生成装置。
【請求項３】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために２回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、１個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
【請求項４】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために３回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、２個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために４回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、１個連続使用、３個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を１個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
前記制御部は、１枚の音響画像分の検出信号を取得するために２回の検出を行わせる場合に、１回の検出で使用する検出素子について、前記検出素子アレイの検出素子の配列順に、２個連続使用、２個連続休止を交互に連続して設定し、１回の検出毎に、使用する検出素子を２個ずつ同じ方向に移動させる
請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
【国際調査報告】
2019039036.tif 000016
2019039036.tif 000017