(57)【要約】【課題】本願発明の生体画像化装置では、（１）光音響信号を集音することにより、光音響信号の強度を向上し画像コントラストを高め、（２）逐次検出により解像度の均一性を保ち、（３）生体の深い部分へ到達する波長を使用して、生体の深い位置の画像を得る、ことを目的とする。【解決手段】  本願発明の生体画像化装置は、前記被検体の内部の測定対象とする部分から全方向へ放射される前記光音響信号のみを前記反射部により反射させて集めることにより、大きい振幅の前記光音響信号として検出し、高解像度で前記被検体の内部の成分の濃度分布の画像を得る【選択図】図１
2006208050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生させる光発生部と、
前記光発生部の発生させた光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、
前記光パルス変調部からの前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、
前記被検体から放射される光音響信号を検出する超音波検出部と、
前記被検体から放射される光音響信号を前記超音波検出部へ反射する反射部と、
少なくとも前記光照射部、前記超音波検出部及び前記反射部を搭載し、内部に液体を充填する容器と、
前記容器を支持し、水平方向及び垂直方向へ移動する可動台と、
を備える生体画像化装置。
【請求項２】
前記光照射部と前記超音波検出部とは、前記容器の内部で対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の生体画像化装置。
【請求項３】
前記反射部は、少なくとも一部が楕円体曲面の一部をなす形状であり、
前記超音波検出部は、前記楕円体の一方の焦点に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体画像化装置。
【請求項４】
前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円体の他方の焦点に配置するための挿入口を有することを特徴とする請求項３に記載の生体画像化装置。
【請求項５】
前記反射部は、前記光照射部と前記楕円体の前記他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項６】
前記反射部は、前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有し、
前記光照射部は、前記超音波検出部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の生体画像化装置。
【請求項７】
前記反射部は、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状であり、
前記超音波検出部は、前記楕円筒の一方の焦点に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体画像化装置。
【請求項８】
前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円筒の他方の焦点に配置するための挿入口を有することを特徴とする請求項７に記載の生体画像化装置。
【請求項９】
前記反射部は、前記光照射部と前記楕円筒の前記他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部をさらに有することを特徴とする請求項７又は８に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１０】
前記反射部は、前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有し、
前記光照射部は、前記超音波検出部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の生体画像化装置。
【請求項１１】
前記容器の内部で前記容器に充填する液体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出する温度に応じて前記容器に充填する液体の温度を調整する温度調整部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１２】
前記反射部は、光音響信号を反射する反射材を有する前記容器の内壁であることを特徴とする請求項１から１１に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１３】
前記容器は、内部の一部に超音波の吸音材を有することを特徴とする請求項１から１２に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１４】
前記光照射部は、前記パルス光を前記被検体へ照射するための光ファイバを含むことを特徴とする請求項１から１３に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１５】
前記光発生部は、血液による吸収係数が１０ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させることを特徴とする請求項１から１４に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１６】
前記光発生部は、水による吸収係数が１ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させることを特徴とする１から１５に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１７】
前記容器の内部が前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体で充填されていることを特徴とする請求項１から１６に記載のいずれかの生体画像化装置。
【請求項１８】
前記液体は、水であることを特徴とする請求項１７に記載の生体画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、非侵襲的な生体の画像化装置、特に、生体内の血液成分としてヘモグロビンの分布又は濃度情報を測定する生体画像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化の進展にともなって、成人の循環器などの疾病への対応が社会的に大きな課題となっている。特に血液の循環に関する情報は健康維持、疾病の診断上重要な情報になるものとして注目されている。
【０００３】
このような観点から、生体内の血液成分の分布の非侵襲な測定法を検討した例として、非特許文献１が挙げられる。
【０００４】
非特許文献１に示されている非侵襲な従来の生体画像化装置の構成を図１１、図１２に示す。図１１は従来の生体画像化装置の側面からの断面図であり、図１２は従来の生体画像化装置を上方から見た図である。図１１において、水槽１１１の中には水１１２が満たされ、水１１２の中に被測定物１０１として呼吸装置付きのラットを沈め、被測定物１０１へパルス光源１２１から凹面ミラー１２２及びレンズ１２３を介してパルス状の光を照射している。
【０００５】
被測定物１０１へ照射された前記光は被測定物１０１の内部で吸収されてパルス状の光音響信号と呼ばれる超音波を発生させ、前記光音響信号は超音波検出部１２４により検出され、前記光音響信号は音圧に比例した電気信号に変換される。超音波検出部１２４はステップモーター１２８により被測定物１０１内を中心とした円周上を移動して前記光音響信号を測定する。上記のように測定した前記光音響信号は前置増幅器１２５で増幅され、波形観測器１２６により観測される。波形観測器１２６はパルス光源１２１の照射する光パルスに同期した信号でトリガーされ、前記電気信号は波形観測器１２６の画像表示面上の一定位置に表示され、積算・平均して測定することができる。
【０００６】
前記電気信号は時刻ｔ、角度θをパラメータとして２次元的に得られ、次式によって、被測定物１０１内の音圧発生点における前記光の吸収量Ａ（ｒ）が算出される。
【数１】
2006208050.tif 000003
ここで、Ｃｐは熱容量、ｖｓは音速、βは熱膨張係数、Ｐは音圧である。上記の測定により、被測定物１０１の内部の血液吸収分布が測定される。
【０００７】
【非特許文献１】“Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ａｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｒａｉｎ．”  Ｘｕｅｄｉｎｇ  Ｗａｎｇ他、Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｕｍｂｅｒ  ７，Ｊｕｌｙ  ２００３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来の生体画像化装置においては次の３つの課題がある。
第１には、一定距離離れた円周上において光音響信号としての音圧を検出するために、全方向へ放射した光音響信号が超音波検出部に到達した際には、音圧が必然的に小さくなり測定された画像のコントラストが悪化する。
【０００９】
第２には、測定された画像は被測定物の近傍においては、超音波検出部の検出帯域幅で決定される０．２ｍｍ程度の分解能を持つ鮮明な画像であるが、被測定物から離れるに従って、超音波検出部と被測定物との間の距離が変化するため、画像の解像度が悪化し不鮮明になるという課題がある。
【００１０】
第３には、パルス光源の波長５３２ｎｍの光は血液による吸収が１０ｃｍ−１であり、発生する光音響信号は大きいが、その反面、皮膚浸透深さが０．１ｍｍ以下であるため、皮膚の表層の画像しか得られず、より深い血液情報を得るという用途には適用できないという課題がある。
【００１１】
以上のように、従来の生体画像化装置においては、画像化手法に起因する光音響信号の検出強度の低下、即ち画像コントラストの低下、さらに、光音響信号の時間精度の低下、即ち空間分解能の低下があるため、画像品質が低下していた。また、光音響信号検出感度に制限される波長の選択に伴う、画像深度の低下が生じる。
【００１２】
また、円周上に超音波検出部をアレイ上に複数個配置すれば測定時間を短縮することが可能であるが、それぞれの超音波検出部に前置増幅器と波形観測器が必要となり、高価となり現実的でないという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本願発明の生体画像化装置では、（１）光音響信号を集音することにより、光音響信号の強度を向上し画像コントラストを高め、（２）逐次検出により解像度の均一性を保ち、（３）生体の深い部分へ到達する波長を使用して、生体の深い位置の画像を得る、ことを目的とする。
【００１４】
すなわち、被検体としての生体の一部に光を照射して前記被検体の内部の測定対象とする部分から放射される光音響信号を反射部により超音波検出部へ集めて検出する構成とすることにより前記光音響信号を効率的に検出し、さらに、前記超音波検出部及び前記反射部を移動させて前記被検体の内部の他の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号を同様に検出し、上記の測定を被検体の測定対象とする全ての部分に対して順次繰り返し、前記被検体の内部の前記光を吸収する成分の分布状態を示す画像を高解像度で得ることができる。
【００１５】
具体的には、本願発明の生体画像化装置は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部の発生させた光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部からの前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記被検体から放射される光音響信号を検出する超音波検出部と、前記被検体から放射される光音響信号を前記超音波検出部へ反射する反射部と、少なくとも前記光照射部、前記超音波検出部及び前記反射部を搭載し、内部に液体を充填する容器と、前記容器を支持し、水平方向及び垂直方向へ移動する可動台と、を備える生体画像化装置である。
【００１６】
上記のように、本願発明の生体画像化装置は、前記液体を充填した容器内で、前記パルス光を前記被検体に照射して、前記被検体の内部の成分が前記パルス光を吸収し全方向へ放射する前記光音響信号の中から、前記被検体の内部の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号のみを選択的に前記反射部により反射して前記超音波検出部に集めて検出し、次に前記超音波検出部、前記反射部及び前記容器を搭載する前記可動台を所定の位置へ移動させて、前記被検体の内部の次の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号のみを選択的に前記反射部により反射して前記超音波検出部に集めて検出し、さらに上記の測定を順次繰り返し、前記被検体の内部の測定対象とする領域の全ての測定対象とする部分から放射される前記光音響信号を検出し、検出した前記光音響信号を前記被検体の内部の測定対象とする部分と対応させて合成して、前記被検体の内部の測定対象とする領域の成分、例えばヘモグロビンの濃度分布の画像を得ることができる。
【００１７】
従って、本願発明の生体画像化装置は、前記被検体の内部の測定対象とする部分から全方向へ放射される前記光音響信号のみを前記反射部により反射させて集めることにより、大きい振幅の前記光音響信号として検出できるので、高解像度で前記被検体の内部の成分の濃度分布の画像を得ることができる。
【００１８】
本願発明の生体画像化装置においては、前記光照射部と前記超音波検出部とは、前記容器の内部で対向するように配置されてもよい。
【００１９】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記光照射部と前記超音波検出部とは、前記容器の内部で対向するように配置することにより、前記容器内における前記光照射部、前記反射部及び前記超音波検出部の配置が容易になり、かつ前記反射部により前記光音響信号を効率よく反射させ前記超音波検出部に集めて検出することができる。
【００２０】
本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、少なくとも一部が楕円体曲面の一部をなす形状であり、前記超音波検出部は、前記楕円体の一方の焦点に配置されてもよい。
【００２１】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、少なくとも一部が楕円体曲面の一部をなす形状として、前記超音波検出部は、前記楕円体の一方の焦点に配置し、前記被検体を前記楕円体の他方の焦点を含む位置に配置すれば、前記被検体の内部の前記楕円体の他方の焦点の位置にある部分から放射される前記光音響信号は前記反射部により効率よく反射され前記超音波検出部に集められ検出することができる。
【００２２】
ここで、楕円体曲面とは楕円体の表面の曲面をいう。
【００２３】
本願発明の生体画像化装置においては、前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円体の他方の焦点に配置するための挿入口を有してもよい。
【００２４】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円体の他方の焦点を含む位置に配置するための挿入口を有することにより、前記被検体の内部の測定対象とする部分を前記楕円体の他の焦点に配置できるので、前記超音波検出部により前記被検体の内部の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号を効率よく検出することができる。
【００２５】
本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、前記光照射部と前記楕円体の他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部を有してもよい。
【００２６】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、前記光照射部と前記楕円体の他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部を有することにより、前記光照射部を前記容器内に充填された液体から保護して、かつ容器内の凹凸を少なくし前記光音響信号の不要な反射を低減することができる。
【００２７】
本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有し、前記光照射部は、前記超音波検出部に隣接して配置されてもよい。
【００２８】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、少なくとも一部が楕円体曲面の一部をなす形状の前記反射部は、前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有し、前記光照射部は、前記超音波検出部に隣接して配置されることにより、前記光照射部の照射する前記パルス光は前記楕円体の一方の焦点から照射されるので、前記反射部により反射され前記楕円体の他の焦点を含む位置に配置される前記被検体へ効率よく照射され、また、前記被検体の内部の前記楕円体の他の焦点の位置の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号は前記反射部により効率よく反射され前記楕円体の一方の焦点に配置される前記超音波検出部により検出することができる。
【００２９】
本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状であり、前記超音波検出部は、前記楕円筒の一方の焦点に配置されてもよい。
【００３０】
上記にように、本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状として、前記超音波検出部は、前記楕円筒の一方の焦点に配置し、前記被検体を前記楕円筒の他方の焦点を含む位置に配置すれば、前記被検体の内部の前記楕円筒の他方の焦点の位置にある測定対象とする部分から放射される前記光音響信号は前記反射部により効率よく反射され前記超音波検出部に集められ検出することができる。
【００３１】
ここで、楕円筒とは最小面積の断面が楕円形を示す中空の構造をいう。
【００３２】
本願発明の生体画像化装置においては、前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円筒の他方の焦点に配置するための挿入口を有してもよい。
【００３３】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円筒の他方の焦点を含む位置に配置するための挿入口を有することにより、前記被検体の内部の測定対象とする部分を前記楕円筒の他の焦点に配置できるので、前記超音波検出部により前記光音響信号を効率よく検出することができる。
【００３４】
本願発明の生体画像化装置においては、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状の前記反射部は、前記光照射部と前記楕円筒の前記他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部をさらに有してもよい。
【００３５】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状の前記反射部は、前記光照射部と前記楕円筒の前記他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部を有することにより、前記光照射部を前記容器内に充填された液体から保護し、かつ容器内の凹凸を少なくし前記光音響信号の不要な反射を低減することができる。
【００３６】
本願発明の生体画像化装置においては、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状の前記反射部は、前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有し、前記光照射部は、前記超音波検出部に隣接して配置されてもよい。
【００３７】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状の前記反射部は、前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有し、前記光照射部は、前記超音波検出部に隣接して配置されることにより、前記光照射部の照射する前記パルス光は前記楕円筒の一方の焦点から照射されるので、前記反射部により反射され前記楕円筒の他の焦点を含む位置に配置される前記被検体へ効率よく照射され、また、前記被検体の内部の前記楕円筒の他の焦点の位置の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号は前記反射部により効率よく反射され前記楕円筒の一方の焦点に配置される前記超音波検出部により検出することができる。
【００３８】
本願発明の生体画像化装置においては、前記容器の内部で前記容器に充填する液体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出する温度に応じて前記容器に充填する液体の温度を調整する温度調整部と、をさらに備えてもよい。
【００３９】
上記にように、本願発明の生体画像化装置においては、前記容器の内部で前記容器に充填する液体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出する温度に応じて前記容器に充填する液体の温度を調整する温度調整部と、をさらに備えることにより、前記容器に充填する液体の温度を検出し、前記容器に充填する液体の温度を所定の温度に保ち、前記液体による前記光音響信号の損失及び遅延時間を一定に保つので、正確に前記光音響信号を検出することができる。
【００４０】
本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、光音響信号を反射する反射材を有する前記容器の内壁としてもよい。
【００４１】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記反射部は、光音響信号を反射する反射材を有する前記容器の内壁とすることにより、前記反射部は前記容器と一体化し構成が簡易となり、本発明の生体画像化装置を経済化することができる。
【００４２】
本願発明の生体画像化装置においては、前記容器は、内部の一部に超音波の吸音材を有する構成としてもよい。
【００４３】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記容器は、内部の一部に超音波の吸音材を有することにより、前記被検体の測定対象とする部分以外の部分から放射される前記反射部により多重反射され雑音となる前記光音響信号を吸収するので、前記超音波検出部は前記被検体の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号を正確に検出することができる。さらに、前記容器の前記挿入口の近傍の前記容器の開口部に前記吸音材を含むことにより、前記被検体の測定対象とする部分以外の部分から放射される前記光音響信号が前記容器の前記楕円体又は前記楕円筒の形状を有していない部分から反射され雑音となるのを防止するので、前記超音波検出部は前記被検体の測定対象とする部分から放射される前記光音響信号を正確に検出することができる。
【００４４】
本願発明の生体画像化装置においては、前記光照射部は、前記パルス光を前記被検体へ照射するための光ファイバを含む構成としてもよい。
【００４５】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記光照射部は、前記パルス光を前記被検体へ照射するための光ファイバを含む構成とすることにより、前記光照射部が照射する前記パルス光を離れた位置にある前記被検体に対しても減衰の少ない状態で照射することができるので、本願発明の生体画像化装置の構成が容易になる。
【００４６】
本願発明の生体画像化装置においては、前記光発生部は、血液による吸収係数が１０ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させてもよい。
【００４７】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記光発生部は、血液による吸収係数が１０ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させることにより、前記光照射部が照射する前記パルス光は前記被検体の深い部分へ到達し、前記超音波検出部により前記被検体の深い部分から放射される前記光音響信号を検出することができるので、前記被検体の深い部分の成分の濃度分布の画像を得ることができる。
【００４８】
本願発明の生体画像化装置においては、前記光発生部は、水による吸収係数が１ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させてもよい。
【００４９】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記容器の内部に充填する前記液体を水とした場合、前記光発生部は、水による吸収係数が１ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させ、前記光照射部により前記被検体に前記パルス光を照射することにより、前記パルス光は前記容器の内部に充填される水による減衰が少ない状態で効率よく前記被検体に到達し、前記被検体の成分の正確な濃度分布の画像を得ることができる。
【００５０】
本願発明の生体画像化装置においては、前記容器の内部が前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体で充填される構成としてもよい。
【００５１】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記容器の内部が前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体で充填される構成とすることにより、前記光音響信号が前記被検体から前記液体へ効率よく伝達され、前記超音波検出部が前記光音響信号を正確に検出することができる。以後、「被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体」を「整合液」と略記する。
【００５２】
本願発明の生体画像化装置においては、前記液体は、水としてもよい。
【００５３】
上記のように、本願発明の生体画像化装置においては、前記液体は、前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する水とすることにより、経済的に前記光音響信号が前記被検体から前記液体へ効率よく伝達され、前記超音波検出部が前記光音響信号を正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００５４】
本願発明によれば、生体内部の血液成分の分布画像を高い分解能で得られる生体画像化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
添付の図面を参照して本願発明の実施の形態を説明する。
以下に説明する実施の形態は本願発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
【００５６】
本実施の形態の生体画像化装置は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部の発生させた光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部からの前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記被検体から放射される光音響信号を検出する超音波検出部と、前記被検体から放射される光音響信号を前記超音波検出部へ反射する反射部と、少なくとも前記光照射部、前記超音波検出部及び前記反射部を搭載し、内部に液体を充填する容器と、前記容器を支持し、水平方向及び垂直方向へ移動する可動台と、を備える生体画像化装置である。
【００５７】
本実施形態において、前記光照射部と前記超音波検出部とは、前記容器の内部で対向するように配置される。前記反射部は、少なくとも一部が楕円体曲面の一部をなす形状であり、前記超音波検出部は、前記楕円体の一方の焦点に配置される。前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円体の他方の焦点に配置するための挿入口を有する。前記反射部は、前記光照射部と前記楕円体の前記他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部を有する。前記容器の内部で前記容器に充填する液体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出する温度に応じて前記容器に充填する液体の温度を調整する温度調整部と、をさらに備える。前記反射部は、光音響信号を反射する反射材を有する前記容器の内壁としてもよい。前記容器は、内部の一部に超音波の吸音材を有する。前記光照射部は、前記パルス光を前記被検体へ照射するための光ファイバを含む。前記光発生部は、血液による吸収係数が１０ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させ、及び／又は、水による吸収係数が１ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させることでもよい。前記容器の内部は、前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体で充填されている。
【００５８】
次に、本実施の形態の生体画像化装置の構成を説明する。
図１、図２に本実施の形態の生体画像化装置１０の構成を示す。図１は生体画像化装置１０の側面からの断面図であり、図２は生体画像化装置１０を上側の面から見た透視図である。図１、図２において、図内で可動台３５に搭載されているもの以外は形状や配置ではなく、機能と接続を模式的に表したものであって、可動台３５に搭載されてもよいし、可動台とは別体で構成されていてもよい。
【００５９】
図１、図２において、生体画像化装置１０は光発生部１１、光パルス変調部１２、光照射部１３、光ファイバ１４、超音波検出部２１、信号処理部２９、容器３１、反射部３４、可動台３５、温度検出部４１、温度調整部４２、支持体２５により構成されている。また、信号処理部２９は前置増幅器２２、波形観測器２３、画像演算器２４により構成され、さらに、容器３１は内部に液体３３を含み、上部に吸音材３６を含んでいる。ここで、図１、図２及び以下に示す図においては、生体画像化装置１０の動作を制御する回路及び電源などの通常の技術により実現できる部分は図示していない。
【００６０】
光発生部１１の光出力端子は光信号伝達手段により光パルス変調部１２の光入力端子に接続されている。ここで、光発生部１１としては、例えば、ランプ、半導体レーザ、固体レーザ、発光ダイオードなどの発光素子を使用できる。また、光発生部１１の発生する光の波長は水が特徴的な吸収を示さず、血液が吸収を呈する波長に設定することが好ましく、さらに、レーザや発光素子等により発光できる波長が好ましい。一例としては、波長８００ｎｍで水の吸収係数はおよそ０．０２３ｃｍ−１であり、血液の吸収係数はおよそ１．０ｃｍ−１であり、上記の条件に合致する。ここで、光信号伝達手段としては、光ファイバあるいは光導波路を使用してもよく、以下の説明においても同様である。
【００６１】
光パルス変調部１２の入力端子は光信号伝達手段により光発生部１１の出力端子に接続され、光パルス変調部１２の出力端子は光信号伝達手段により光照射部１３の入力端子に接続されている。さらに、光パルス変調部１２のパルス変調信号に同期した信号の出力端子は信号伝達手段により波形観測器２３の同期信号入力端子に接続されている。ここで、光パルス変調部１２としては光発生部１１から供給される光を電気的あるいは電気光学的に変調する方式がある。また、前記パルス光を被検体１に照射して、被検体１による吸収を適切に光音響信号１６に反映させるためには、前記パルス光のパルス幅は１０ｎｓ以下が好ましく、前記パルス光の繰り返し周波数は測定時間を短縮するために１ｋＨｚ以上であることが好ましい。
【００６２】
上記の光発生部１１と光パルス変調部１２の両方を一体化する構成として半導体レーザを直接変調する方法があり、１０ナノ秒以下のパルス幅のパルス光を発生させることができる。さらに、ＱスイッチＹＡＧレーザにより同様のパルス光を発生させることもできる。
【００６３】
光照射部１３の入力端子は光信号伝達手段により光パルス変調部１２の出力端子に接続され、光照射部１３の光出力端子は光ファイバ１４の一方の端部に接続されている。ここで、光照射部１３は前記パルス光に対して透明な材料で構成することが好ましく、例えば、ガラス、プラスチックなどの材料が適している。また、光照射部１３が前記整合液に接する場合は前記整合液と化学的に反応しない材料であることが好ましく、例えば、石英板、光学ガラス板、サファイア板などが適している。
【００６４】
光ファイバ１４の一方の端部は光照射部１３の光出力端子に接続され、光ファイバ１４の他方の端部は後述する容器３１の窓部３２の外側の面に接続されている。ここで、光ファイバ１４を省いて、光照射部１３の光出力端子を窓部３２の外側の面に接続してもよく、あるいは、窓部３２を取り除いて、光照射部１３を容器３１及び反射部３４の内部に設けてもよい。
【００６５】
図１、図２においては、光照射部１３から光ファイバ１４及び窓部３２を介して照射される光を照射光１５として示し、また、照射光１５により被検体１の内部で発生し、被検体１から全方向へ放射される光音響信号を光音響信号１６として示している。
【００６６】
容器３１の内部には、後述する反射部３４が設けられ、あるいは容器３１の内壁により反射部３４を構成してもよい。図１、図２に示す構成例においては、容器３１の内壁は反射部３４に密着している。容器３１の内部は吸音材で構成され、容器３１の上側の面の外面は吸音材３６で構成されている。ここで、容器３１の内部を構成する前記吸音材３６の材料としては、例えば、エポキシ樹脂に酸化チタンや酸化タングステンなどの金属酸化物の粉末を含む材料が適している。また、容器３１の上側の面には支持体２５が設けられ、容器３１の一方の側面には、温度検出部４１及び温度調整部４２が設けられ、他方の側面には窓部３２が設けられ、上側の面の一部には被検体１を挿入して前記楕円体の他方の焦点に配置するための挿入口３７が設けられ、さらに吸音材３６にも容器３１と同様な挿入口３７が設けられ、容器３１は可動台３５の上に配置され、容器３１の内側の面で囲まれる空間は液体３３を充填されている。
【００６７】
ここで、液体３３は前記整合液であり、水でもよい。一方、容器３１の前記内壁が反射部３４を構成する場合は、容器３１の内壁は光音響信号１６に対して反射率が高く、内部の液体３３に対して安定なステンレスやアルミなどの材料により作製することが好ましい。
【００６８】
反射部３４は容器３１の内部に設けられ、あるいは反射部３４は容器３１の内壁により構成してもよいが、図１、図２に示す構成例においては、反射部３４は容器３１の内壁に密着して配置されている。さらに、反射部３４は少なくとも一部が楕円体曲面をなす形状であり、図１、図２に示す構成例においては、反射部３４の底面、側面及び上側の面の一部が楕円体曲面をなす形状であり、また、反射部３４の上側の面の他の一部で、容器３１の挿入口３７の位置の近傍は開口部分である。さらに図１、図２において、反射部３４の上側の面には支持体２５が貫通して設けられ、反射部３４の一方の側面には、温度検出部４１及び温度調整部４２が貫通して設けられ、他方の側面には窓部３２が貫通して設けられている。ここで、反射部３４の表面は光音響信号１６の波長の４分に１以下の滑らかさとすることが好ましい。また、反射部３４の材料としては水と化学的に反応しない安定なステンレス又はアルミにより作製することが好ましい。
【００６９】
支持体２５の一方の端部は容器３１の上側の面に反射部３４、容器３１及び吸音材３６を貫通して設けられ、支持体２５の他方の端部には超音波検出部２１が設けられ、支持体２５の内部には信号伝達手段を配置する空間がある。ここで、支持体２５は光音響信号１６を反射しない吸音材３６と同様の材料で作製することが好ましい。
【００７０】
超音波検出部２１は、被検体１から放射され直線的に伝搬する光音響信号１６が到達し、かつ被検体１から放射され反射部３４により反射された光音響信号１６が集められる位置に支持体２５により固定されるが、図１、図２に示す生体画像化装置１０においては、超音波検出部２１は前記楕円体の一方の焦点に固定されている。
【００７１】
また、超音波検出部２１の出力端子は支持体２５の中を貫通する信号伝達手段により前置増幅器２２の入力端子へ接続されている。ここで、超音波検出部２１としては、例えば、圧電効果又は電歪効果を利用したセラミックマイクロフォン、セラミック超音波センサ等、あるいは電磁誘導を利用したダイナミックマイクロフォン、リボンマイクロフォン等、静電効果を利用したコンデンサーマイクロフォン等、磁歪効果を利用した磁歪振動子等、光反射・回折効果を利用した光マイクロフォン等が使用できる。また、圧電効果を利用する場合としてはＰＺＴの結晶又はＰＶＤＦの結晶等により構成してもよい。さらに、超音波検出部２１は前記整合液を伝わる光音響信号１６を検出するので、超音波検出部２１としてはハイドロフォン等の水中マイクロフォンを使用することが好ましく、例えば、ニードロハイドロフォンの使用も有効である。さらに、超音波検出部２１の表面には、前記整合液とのインピーダンス整合のために、例えばシリコンゴムの整合層を設けることが好ましい。
【００７２】
前置増幅器２２の入力端子は信号伝達手段により超音波検出部２１の出力端子に接続され、前置増幅器２２の出力端子は波形観測器２３の入力端子接続されている。ここで、信号伝達手段としては、銅ケーブルを使用してもよく、以下の説明においても同様である。
波形観測器２３の入力端子は信号伝達手段により前置増幅器２２の出力端子に接続され、波形観測器２３の出力端子は信号伝達手段により画像演算器２４の入力端子に接続され、また波形観測器２３の同期信号入力端子は信号伝達手段により光パルス変調部１２の同期信号出力端子に接続されている。
【００７３】
画像演算器２４の出力端子は可動台３５の駆動信号入力端子へ接続されている。
【００７４】
温度検出部４１は容器３１の一方の内側の側面に液体３３に接して設けられ、温度検出部４１の出力端子は図示していない信号伝達手段により温度調整部４２の入力端子に接続されている。
【００７５】
温度調整部４２は容器３１の一方の内側の側面に液体３３に接して設けられ、温度調整部４２の入力端子は図示していない信号伝達手段により温度検出部４１の出力端子に接続されている。また、図２において、温度調整部４２は温度検出部４１に隠れており、図示していない。
【００７６】
次に、生体画像化装置１０を構成する各部の機能を説明する。
光発生部１１は光を発生させ、光信号伝達手段を介して発生させた光を光パルス変調部１２へ供給する機能を有する。
【００７７】
光パルス変調部１２は、光発生部１１から光信号伝達手段を介して供給された光を所定の周期でパルス状に変調し、光信号伝達手段を介してパルス変調されたパルス光を光照射部１３へ供給する機能を有する。
【００７８】
光照射部１３は光信号伝達手段を介して光パルス変調部１２から供給されたパルス光を光ファイバ１４へ送出する機能を有する。
【００７９】
光ファイバ１４は窓部３２を介して光照射部１３から送出されるパルス光を被検体１へ照射する機能を有する。光照射部１３から送出されるパルス光を光ファイバ１４により窓部３２へ送出することにより、光発生部１１及び光パルス変調部１２の配置場所の自由度を大きくする効果がある。
【００８０】
窓部３２は光ファイバ１４から照射されるパルス光を通過させる機能を有する。また、窓部３２を設けることにより、容器３１内の凹凸が減少し、容器３１内における光音響信号１６の不要な反射を低減することができる。
【００８１】
容器３１は反射部３４、支持体２５、温度検出部４１及び温度調整部４２、を保持し、挿入口３７により被検体１を前記楕円体の他の焦点を含む位置に配置する機能を有し、さらに内部に液体３３を充填する機能を有する。ここで、容器３１の内側の面が反射部３４を構成する場合は、容器３１が後述する反射部３４の機能も有する。また、容器３１の上側の面の吸音材３６は容器３１の挿入口３７付近から侵入する外部雑音を防止する機能を有する。
【００８２】
反射部３４は、被検体１の内部の前記楕円体の他の焦点に相当する部分から放射される光音響信号１６を反射して超音波検出部２１に集める機能を有する。
【００８３】
液体３３は被検体１と略等しい音響インピーダンスを有し、被検体１との音響インピーダンスを整合させ、被検体１から放射される光音響信号を効率よく超音波検出部２１へ到達させる機能を有する。
【００８４】
支持体２５は超音波検出部２１を前記楕円体の一方の焦点に固定する機能を有する。
【００８５】
超音波検出部２１は被検体１から放射される直接到達する光音響信号１６と、被検体１から放射され反射部３４により反射され集められた光音響信号１６を検出し、信号伝達手段を介して検出した信号を前置増幅器２２へ送信する機能を有する。
【００８６】
前置増幅器２２は超音波検出部２１から信号伝達手段を介して送信される光音響信号１６を検出した信号を受信し、増幅し、信号伝達手段により波形観測器２３に送信する。
【００８７】
波形観測器２３は前置増幅器２２から送信される光音響信号１６を検出した信号を同一時間軸上に複数回重ねて表示し、平均化して雑音を軽減した信号を信号伝達手段を介して画像演算器２４へ送信する機能を有する。
【００８８】
画像演算器２４は信号伝達手段により波形観測器２３から送信される信号を記憶し、予め記憶している手順に従って、可動台３５の移動させる信号を信号伝達手段を介して送信する機能を有する。
【００８９】
可動台３５は画像演算器２４から信号伝達手段を介して送信される可動台３５の移動させる信号を受信して、受信した信号に従って、水平面上で容器３１を移動させる機能を有する。
【００９０】
温度検出部４１は液体３３の温度を検出し、検出した結果の信号を信号伝達手段を介して制御部へ送信する機能を有する。
【００９１】
温度調整部４２は温度検出部４１から信号伝達手段を介して送信される液体３３の温度を検出した結果の信号を受信し、受信した信号から液体３３の温度を判定し、液体３３の温度が所定の温度に一致するように液体３３を加熱又は冷却する機能を有する。
【００９２】
次に、本実施の形態の生体画像化装置の動作について説明する。
光発生部１１で発生され、光パルス変調部１２で変調された前記パルス光は、光照射部１３から、あるいは光ファイバ１４を介して、あるいは光ファイバ１４及び窓部３２を介して、図１、図２に照射光１５として示すように、被検体１に照射される。
【００９３】
被検体１に照射された照射光１５は被検体１の内部で吸収され、図１、図２に示す光音響信号１６を発生させ、発生させた光音響信号１６は被検体１から全方向へ放射される。
【００９４】
被検体１から放射される光音響信号１６の中から、被検体１の内部の測定対象とする部分から放射される光音響信号１６のみを選択的に反射部３４により反射して超音波検出部２１に集めて検出し、次に超音波検出部２１、反射部３４及び容器３１を搭載する可動台３５を所定の方向へ移動させて、被検体１の内部の次の測定対象とする部分から放射される光音響信号１６のみを選択的に反射部３４により反射して超音波検出部２１に集めて検出し、さらに上記の測定を順次繰り返し、被検体１の内部の測定対象とする領域の全ての測定対象とする部分から放射される光音響信号１６を検出し、検出した光音響信号１６を被検体１の内部の測定対象のする部分と対応させて合成し、被検体１の内部の測定対象とする領域の成分、例えばヘモグロビンの濃度分布の画像を得ることができる。
【００９５】
さらに、反射部３４は少なくとも一部が前記楕円体曲面の一部をなす形状とした場合、被検体１の内部の測定対象とする部分を前記楕円体の他方の焦点の位置に配置することにより、被検体１の内部の測定対象とする部分から放射される光音響信号１６が反射部３４により反射され、前記楕円体の一方の焦点の位置に配置されている超音波検出部２１に集められるので、超音波検出部２１は被検体１の内部の測定対象とする部分から放射される光音響信号１６を効率よく検出することができる。上記の測定の過程においては被検体１を固定する必要があるので、被検体１の固定機構を設けることが望ましい。
【００９６】
ここで、被検体１の内部の測定対象とする部分における前記パルス光の吸収量Ａは数式１を全ての放射角について積分した値に等しく、次式で表すことができる。
【数２】
2006208050.tif 000004
ここで、ａは楕円の長軸の半径、βは熱膨張係数、ｖｓは音速、Ｃｐは比熱である。
【００９７】
さらに、前記測定点と超音波検出部２１との距離は、超音波検出部２１に集められる全ての光音響信号１６に関して等しく、超音波検出部２１に到達する時刻はｔ＝２ａ／ｖｓであるので、
【数３】
2006208050.tif 000005
となる。従って、光音響信号１６の時間波形を微分解析することにより、被検体１の内部の測定対象とする部分における吸収量Ａを求めることができる。
【００９８】
例えば、被検体１の内部の１ｃｍ２の領域を０．２ｍｍの分解能で、吸収量の分布画像を得るためには、およそ、２５０点の測定点が必要である。さらに、被検体１の振動等を考慮すると光音響信号１６の測定値を記憶装置内に蓄積し、まとめて画像処理することが望ましい。被検体１の内部の測定対象とする各部分における測定時間はおよそ１ミリ秒程度で可能であり、全ての測定時間は数秒程度と概算できる。また、被検体１の内部の２５ｃｍ２の領域を０．２ｍｍの分解能で、吸収量の分布画像を得るためには、前述の例のおよそ２５倍の測定時間となり、少なくとも１分以内の測定を完了できる。
【００９９】
上記のように、本実施の形態の生体画像化装置１０は、被検体１に前記パルス光を照射し、前記楕円体の一部をなす形状の反射部３４の一方の焦点に超音波検出部２１を配置し、被検体１を前記楕円体の他方の焦点を含む位置に配置し、被検体１の内部の測定対象とする部分を前記楕円体の他方の焦点の位置に配置し、被検体１から放射される光音響信号１６の中で測定対象とする部分から放射される光音響信号１６のみを検出し、次に、反射部３４、超音波検出部２１及び容器３１を移動させ、被検体１の内部の次の測定対象とする部分を前記楕円体の他方の焦点の位置に配置し、同様に光音響信号１６を検出し、上記の測定を被検体１の内部の測定対象とする全ての部分について、順次同様に光音響信号１６を検出し、検出した光音響信号１６を合成し、被検体１の内部における前記光パルスを吸収する成分の分布画像を高い解像度で得ることができる。
【０１００】
次に、本実施の形態の生体画像化装置の実施例について説明する。
本実施例の生体画像化装置の構成を図３、図４に示す。図３は本実施例の生体画像化装置１０の側面からの断面図であり、図４は本実施例の生体画像化装置１０の水平断面図である。本実施例の構成が図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と異なるのは、図３、図４に示す左斜線部分全体で反射部３４を構成している点のみであり、各部の動作、各部の機能及び測定原理は図１及び図２で説明した実施の形態の生体画像化装置と同様である。図３、図４において、図内で可動台３５に搭載されているもの以外は形状や配置ではなく、機能と接続を模式的に表したものであって、可動台３５に搭載されてもよいし、可動台とは別体で構成されていてもよい。
【０１０１】
以下に、本実施例の生体画像化装置の構成と各部の機能を説明する。
光発生部１１と光パルス変調部１２は、一体化した構成として半導体レーザを直接変調する構成を採用し、波長８００ｎｍでパルス幅１０ナノ秒以下のパルス光を発生させている。
【０１０２】
光照射部１３はレンズにより構成し、光ファイバ１４は省いて前記レンズから窓部３２を介して被検体１としての指に照射し、被検体１の測定領域全体に１０ｍＪ／ｃｍ２以下の光パワーを照射している。
【０１０３】
窓部３２の材料としては石英板、光学ガラス、サファイアを使用している。
【０１０４】
超音波検出部２１としては、先端が直径３００ミクロンの針状のニードロハイドロフォンを使用し、表面には水との音響インピーダンスの整合のために、シリコンゴムによる整合層を設けることにより、反射を９％低減している。
【０１０５】
反射部３４の挿入口３７の近傍以外の部分は前記楕円体曲面を構成しており、反射部３４となる前記楕円体曲面以外の部分は吸音材３６により覆っている。
【０１０６】
容器内の反射部３４の外側は効率よく超音波を反射するために反射材を充填してもよい。反射材には水と化学的に反応しない安定した金属、例えばステンレスやアルミニウムを用いることが好ましい。
【０１０７】
容器３１の内部は前記整合液としての水を満たしている。
【０１０８】
温度調整部４２はヒーターで構成し、液体３３は体温に近い３６°Ｃに保たれている。
【０１０９】
被検体１としての指を挿入口３７へ挿入して、光照射部１３からパルス幅７ナノ秒のパルス光を１ｋＨｚの繰り返し周波数で照射し、可動台３５を０．１ｍｍ刻みで直交する水平面上のＸ、Ｙ方向へ移動させ、およそ１ｃｍ２の範囲を測定した。この測定において、前置増幅器２２で得られた最大信号は１０マイクロＶ程度であり、およそ２０マイクロ秒で最大電圧を観測した。さらに、波形観測器２３でおよそ１０、０００点の波形値をメモリに蓄積し、画像演算器２４により最大電圧値近傍で微分演算を行い、１００ピクセル×１００ピクセルの画像に変換し、高解像度の生体内の血液成分の分布画像を得た。
【０１１０】
以上説明したように、本実施例の生体画像化装置は生体内部の光を吸収する成分の分布を示す画像を高解像度で得られる生体画像化装置を提供することができた。
【０１１１】
他の実施形態を説明する。本実施の形態の生体画像化装置は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部の発生させた光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部からの前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記被検体から放射される光音響信号を検出する超音波検出部と、前記被検体から放射される光音響信号を前記超音波検出部へ反射する反射部と、少なくとも前記光照射部、前記超音波検出部及び前記反射部を搭載し、内部に液体を充填する容器と、前記容器を支持し、水平方向及び垂直方向へ移動する可動台と、を備える生体画像化装置である。
【０１１２】
本実施の形態において、前記光照射部と前記超音波検出部とは、前記容器の内部で対向するように配置される。前記反射部は、少なくとも一部が楕円体曲面の一部をなす形状であり、前記超音波検出部は、前記楕円体の一方の焦点に配置される。前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円体の他方の焦点に配置するための挿入口を有する。前記反射部は、前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有する。前記容器の内部で前記容器に充填する液体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出する温度に応じて前記容器に充填する液体の温度を調整する温度調整部と、をさらに備える。前記反射部は、光音響信号を反射する反射材を有する前記容器の内壁としてもよい。前記容器は、内部の一部に超音波の吸音材を有する。前記光照射部は、前記パルス光を前記被検体へ照射するための光ファイバを含む。前記光発生部は、血液による吸収係数が１０ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させ、及び／又は、水による吸収係数が１ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させることでもよい。前記容器の内部は、前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体で充填されている。
【０１１３】
図５、図６に本実施の形態の生体画像化装置１０の構成を示す。図５は生体画像化装置１０の側面からの断面図であり、図６は生体画像化装置１０を上側の面から見た透視図である。図５、図６において、図内で可動台３５に搭載されているもの以外は形状や配置ではなく、機能と接続を模式的に表したものであって、可動台３５に搭載されてもよいし、可動台とは別体で構成されていてもよい。
【０１１４】
図５、図６において、本実施の形態の生体画像化装置１０は図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０の窓部３２を取り除き、新たに支持体２６を設け、さらに光ファイバ１４を支持体２６の中を貫通させ、光ファイバ１４の先端を超音波検出部２１に隣接して配置し、光ファイバ１４の先端に散乱板１７を配置し、さらに、反射部３４に前記パルス光に対する反射特性を持たせた構成であり、上記以外の部分の構成は図１、図２により説明した前述の実施の形態の生体画像化装置１０と同様である。従って、ここでは、本実施の形態の生体画像化装置１０の構成について、図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と異なる部分について説明する。
【０１１５】
図５、図６において、本実施の形態の生体画像化装置１０の支持体２６の一方の端部は容器３１と吸音材３６を貫通して設けられ、支持体２６の内部は空洞であり、支持体２６の内部の空洞には光ファイバ１４が配置され、光ファイバ１４の他方の端部は支持体２６の他方の端部において散乱板１７に接続され、散乱板１７は超音波検出部２１に隣接して配置されている。ここで、支持体２６は光音響信号１６を反射しない吸音材３６と同様の材料で作製することが好ましい。また、散乱板１７は、例えば半透明はガラスにより作製することができる。
【０１１６】
さらに、反射部３４は光音響信号１６及び前記パルス光を反射する材料で作製されている。
【０１１７】
次に、本実施の形態の生体画像化装置１０の構成において、図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と異なる部分の機能を説明する。
【０１１８】
支持体２６は、光ファイバ１４及び散乱板１７を保持し、散乱板１７が超音波検出部２１に隣接する位置に配置されるように、容器３１に固定する機能を有する。
【０１１９】
光ファイバ１４は、光照射部１３から送出される前記パルス光を散乱板１７に照射する機能を有する。
【０１２０】
散乱板１７は、光ファイバ１４から照射される前記パルス光を散乱させ、図５、図６に示す照射光１５を全方向へ照射する機能を有する。
【０１２１】
反射部３４は、光音響信号１６及び前記パルス光としての照射光１５を反射する機能を有する。
【０１２２】
次に、本実施の形態の生体画像化装置１０の動作について、図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と異なる部分を説明する。
【０１２３】
本実施の形態の生体画像化装置１０の散乱板１７は、光ファイバ１４から照射される前記パルス光を全方向へ散乱させ、照射光１５として照射する。
【０１２４】
散乱板１７は、前記楕円体の一方の焦点に配置されており、散乱板１７から照射される照射光１５は反射部３４により反射され、前記楕円体の他方の焦点を含む位置に配置されている被検体１に集められて照射される。
【０１２５】
被検体１に照射された照射光１５は、被検体１の内部の成分に吸収され、光音響信号１６を発生する。
【０１２６】
上記以外の動作と測定原理は図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と同様である。
【０１２７】
上記のように、本実施の形態の生体画像化装置１０は、前記楕円体の一方の焦点に配置した散乱板１７から前記パルス光を照射し、前記パルス光を前記楕円体の一部をなす反射部３４により反射し、前記楕円体の他方の焦点を含む位置に配置した被検体１へ集めて照射し、被検体１から放射される光音響信号１６の中の測定対象とする部分から放射される光音響信号１６のみを反射部３４により反射し、前記楕円体の一方の焦点に配置する超音波検出部２１へ集めて検出し、次に、反射部３４、超音波検出部２１及び容器３１を移動させ、被検体１の内部の次の測定対象とする部分を前記楕円体の他方の焦点の位置に配置し、同様に光音響信号１６を検出し、検出した光音響信号１６を合成し、被検体１の内部における前記光パルスを吸収する成分の分布画像を高い解像度で得ることができる。
【０１２８】
以上説明したように、本願発明の生体画像化装置は生体内部の光を吸収する成分の分布を示す画像を高解像度で得られる生体画像化装置を提供することができる。
【０１２９】
さらに、他の実施の形態を説明する。本実施の形態の生体画像化装置は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部の発生させた光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部からの前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記被検体から放射される光音響信号を検出する超音波検出部と、前記被検体から放射される光音響信号を前記超音波検出部へ反射する反射部と、少なくとも前記光照射部、前記超音波検出部及び前記反射部を搭載し、液体を充填する容器と、前記容器を支持し、水平方向及び垂直方向へ移動する可動台と、を備える生体画像化装置である。
【０１３０】
本実施の形態において、前記光照射部と前記超音波検出部とは、前記容器の内部で対向するように配置される。前記反射部は、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状であり、前記超音波検出部は、前記楕円筒の一方の焦点に配置されている。前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円筒の他方の焦点に配置するための挿入口を有する。前記反射部は、前記光照射部と前記楕円筒の前記他方の焦点との間に、前記光照射部の照射する前記パルス光を通過させる窓部をさらに有する。前記容器の内部で前記容器に充填する液体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出する温度に応じて前記容器に充填する液体の温度を調整する温度調整部と、をさらに備える。前記反射部は、光音響信号を反射する反射材を有する前記容器の内壁としてもよい。前記容器は、内部の一部に超音波の吸音材を有する。前記光照射部は、前記パルス光を前記被検体へ照射するための光ファイバを含む。前記光発生部は、血液による吸収係数が１０ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させ、及び／又は、水による吸収係数が１ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させることでもよい。前記容器の内部は、前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体で充填されている。
【０１３１】
次に、本実施の形態の生体画像化装置の構成を説明する。
図７、図８に本実施の形態の生体画像化装置１０の構成を示す。図７は生体画像化装置１０の側面からの断面図であり、図８は生体画像化装置１０を上側の面から見た透視図である。図７、図８において、図内で可動台３５に搭載されているもの以外は形状や配置ではなく、機能と接続を模式的に表したものであって、可動台３５に搭載されてもよいし、可動台とは別体で構成されていてもよい。
【０１３２】
図７、図８において、本実施の形態の生体画像化装置１０は図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０の反射部３４を楕円筒とし、さらに容器３１の内部の超音波検出部２１と同一の水平位置に、反射部３４の周囲を取り巻くように反射体３８を設けた構成であり、その他の部分の構成は図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と同様である。従って、ここでは、本実施の形態の生体画像化装置１０の構成について、図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と異なる部分について説明する。
【０１３３】
反射部３４の水平面による断面は楕円形であり、反射部３４の上側の面には容器３１の吸音材３６が設けられ、底面は容器３１である。ここで、吸音材３６には図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０の吸音材３６と同様な挿入口３７が設けられている。
【０１３４】
反射部３４の前記楕円体の一方の焦点に超音波検出部２１が配置され、他方の焦点を含む位置に被検体１が配置されているので、反射部３４は超音波検出部２１を含む水平面上において、被検体１の内部で前記他方の焦点の位置にある部分から放射される光音響信号１６を反射して、前記一方の焦点に配置されている超音波検出部２１へ集める機能を有する。
【０１３５】
反射体３８は容器３１の内部の超音波検出部２１と同一の水平位置に反射部３４の周囲を取り巻くように設けられ、反射体３８は反射部３４の光音響信号１６に対する反射特性を改善する機能を有する。反射体３８には水と化学的に反応しない安定した金属、例えばステンレスやアルミニウムを用いることが好ましい。
【０１３６】
本実施の形態の生体画像化装置１０の動作は、反射部３４が超音波検出部２１を含む水平面上において、被検体１の内部で前記他方の焦点の位置にある部分から放射される光音響信号１６を反射して、前記一方の焦点に配置されている超音波検出部２１へ集める点以外は、図１、図２により説明した実施の形態の生体画像化装置１０の動作と同様である。
【０１３７】
以上説明したように、本実施の形態の生体画像化装置は生体内部の光を吸収する成分の分布を示す画像を高解像度で得られる生体画像化装置を提供することができる。
【０１３８】
さらに、他の実施の形態を説明する。本実施の形態の生体画像化装置は、光を発生させる光発生部と、前記光発生部の発生させた光をパルス変調してパルス光を出力する光パルス変調部と、前記光パルス変調部からの前記パルス光を被検体に照射する光照射部と、前記被検体から放射される光音響信号を検出する超音波検出部と、前記被検体から放射される光音響信号を前記超音波検出部へ反射する反射部と、少なくとも前記光照射部、前記超音波検出部及び前記反射部を搭載し、内部に液体を充填する容器と、前記容器を支持し、水平方向及び垂直方向へ移動する可動台と、を備える生体画像化装置である。
【０１３９】
本実施形態において、前記光照射部と前記超音波検出部とは、前記容器の内部で対向するように配置される。前記反射部は、少なくとも一部が楕円筒の一部をなす形状であり、前記超音波検出部は、前記楕円筒の一方の焦点に配置される。前記容器は、前記被検体を挿入して前記楕円筒の他方の焦点に配置するための挿入口を有する。前記反射部は前記光照射部の照射する前記パルス光に対しても反射特性を有し、前記光照射部は、前記超音波検出部に隣接して配置されている。前記容器の内部で前記容器に充填する液体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出する温度に応じて前記容器に充填する液体の温度を調整する温度調整部と、をさらに備える。前記反射部は、光音響信号を反射する反射材を有する前記容器の内壁としてもよい。前記容器は、内部の一部に超音波の吸音材を有する。前記光照射部は、前記パルス光を前記被検体へ照射するための光ファイバを含む。前記光発生部は、血液による吸収係数が１０ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させ、及び／又は、水による吸収係数が１ｃｍ−１以下となる波長の光を発生させることでもよい。前記容器の内部は、前記被検体と略等しい音響インピーダンスを有する液体で充填されている。
【０１４０】
図９、図１０に本実施の形態の生体画像化装置１０の構成を示す。図９は生体画像化装置１０の側面からの断面図であり、図１０は生体画像化装置１０を上側の面から見た透視図である。図９、図１０において、図内で可動台３５に搭載されているもの以外は形状や配置ではなく、機能と接続を模式的に表したものであって、可動台３５に搭載されてもよいし、可動台とは別体で構成されていてもよい。
【０１４１】
図９、図１０において、本実施の形態の生体画像化装置１０は図５、図６により説明した実施の形態の生体画像化装置１０の反射部３４を楕円筒とし、さらに容器３１の内部の超音波検出部２１と同一の水平位置に反射部３４の周囲を取り巻くように反射体３８を設けた構成であり、その他の部分の構成は図５、図６により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と同様である。従って、ここでは、本実施の形態の生体画像化装置１０の構成について、図５、図６により説明した実施の形態の生体画像化装置１０と異なる部分について説明する。
【０１４２】
反射部３４の水平面による断面は楕円形であり、反射部３４の上側の面には容器３１の吸音材３６が設けられ、底面は容器３１である。ここで、吸音材３６には本願第２発明の実施の形態の生体画像化装置１０の吸音材３６と同様な挿入口３７が設けられている。
【０１４３】
反射部３４の前記楕円体の一方の焦点に超音波検出部２１が配置され、他方の焦点を含む位置に被検体１が配置されているので、反射部３４は超音波検出部２１を含む水平面上において、被検体１の内部で前記他方の焦点の位置にある部分から放射される光音響信号１６を反射して、前記一方の焦点に配置されている超音波検出部２１へ集める機能を有する。
【０１４４】
反射体３８は容器３１の内部の超音波検出部２１と同一の水平位置に反射部３４の周囲を取り巻くように設けられ、反射体３８は反射部３４の光音響信号１６に対する反射特性を改善する機能を有する。反射体３８には水と化学的に反応しない安定した金属、例えばステンレスやアルミニウムを用いることが好ましい。
【０１４５】
本実施の形態の生体画像化装置１０の動作は、反射部３４が超音波検出部２１を含む水平面上において、被検体１の内部で前記他方の焦点の位置にある部分から放射される光音響信号１６を反射して、前記一方の焦点に配置されている超音波検出部２１へ集める点以外は、図５、図６により説明した実施の形態の生体画像化装置１０の動作と同様である。
【０１４６】
以上説明したように、本願発明の生体画像化装置は生体内部の光を吸収する成分の分布を示す画像を高解像度で得られる生体画像化装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明の生体画像化装置は、医療診断に用いられるだけでなく、日常の健康管理や美容上の診断に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本実施の形態の生体画像化装置の側面からの断面図である。
【図２】本実施の形態の生体画像化装置の上側の面から見た透視図である。
【図３】本発明の実施例の側面からの断面図である。
【図４】本発明の実施例の水平断面図である。
【図５】本実施の形態の生体画像化装置の側面からの断面図である。
【図６】本実施の形態の生体画像化装置の上側の面から見た透視図である。
【図７】本実施の形態の生体画像化装置の側面からの断面図である。
【図８】本実施の形態の生体画像化装置の上側の面から見た透視図である。
【図９】本実施の形態の生体画像化装置の側面からの断面図である。
【図１０】本実施の形態の生体画像化装置の上側の面から見た透視図である。
【図１１】従来の生体画像化装置の側面からの断面図である。
【図１２】従来の生体画像化装置の上側の面から見た透視図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１  被検体
１０  生体画像化装置
１１  光発生部
１２  光パルス変調部
１３  光照射部
１４  光ファイバ
１５  照射光
１６  光音響信号
１７  散乱体
２１  超音波検出部
２２  前置増幅器
２３  波形観測器
２４  画像演算器
２５  支持体
２６  支持体
２９  信号処理部
３１  容器
３２  窓部
３３  液体
３４  反射部
３５  可動台
３６  吸音材
３７  挿入口
３８  反射体
３９  反射材
４１  温度検出部
４２  温度調整部
【図１】
2006208050.tif 000006
【図２】
2006208050.tif 000007
【図３】
2006208050.tif 000008
【図４】
2006208050.tif 000009
【図５】
2006208050.tif 000010
【図６】
2006208050.tif 000011
【図７】
2006208050.tif 000012
【図８】
2006208050.tif 000013
【図９】
2006208050.tif 000014
【図１０】
2006208050.tif 000015
【図１１】
2006208050.tif 000016
【図１２】
2006208050.tif 000017