(57)【要約】【課題】シャッタを駆動してレーザ光を安定させるレーザ装置において、迷光の発生を抑制する。【解決手段】被検体にレーザ光を照射する照射手段と、照射手段からのレーザ光の出力を制限する制限手段と、レーザ光の照射および制限手段の駆動を制御する制御手段と、レーザ光を照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、音響波を用いて被検体の特性情報を生成する構成手段とを有し、制御手段は、制限手段が駆動中は前記レーザ光を照射しないものとする照射制御を行う被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2018020184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体にレーザ光を照射する照射手段と、
前記照射手段からのレーザ光の出力を制限する制限手段と、
前記レーザ光の照射および前記制限手段の駆動を制御する制御手段と、
前記レーザ光を照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、
前記音響波を用いて前記被検体の特性情報を生成する構成手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記制限手段が駆動中は前記レーザ光を照射しないものとする照射制御を行う
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記制限手段は、前記レーザ光の光路上に配置されたシャッタであり、
前記制御手段は、前記シャッタの開閉動作のときに、前記照射制御を行う
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】
前記照射手段は複数の波長から選択された波長のレーザ光を照射し、
前記制御手段は、前記レーザ光の波長を変更するときに、前記照射制御を行う
ことを特徴とする請求項１または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、パルスフォーミングネットワークで作成されたパルスを受信したフラッシュランプがレーザ媒質を励起し、Ｑ−スイッチが前記レーザ媒質をＱ−スイッチングすることによってレーザ光を照射するものである
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記パルスフォーミングネットワークへの電圧の投入を抑制することにより、前記照射制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記フラッシュランプへのパルスの投下を抑制することにより、前記照射制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記Ｑ−スイッチに対してＱ−スイッチングを禁止することにより、前記照射制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
レーザ光を照射する照射手段と、
前記照射手段からのレーザ光の出力を制限する制限手段と、
前記レーザ光の照射および前記制限手段の駆動を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記制限手段が駆動中は前記レーザ光を照射しないものとする照射制御を行う
ことを特徴とするレーザ装置。
【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レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いた光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ（ＰＡＩ：光音響イメージング）がある。光音響イメージングでは、パルス光を被検体である生体に照射し、パルス光のエネルギー吸収により腫瘍等の被検部位で発生した音響波を探触子で受信する。そして探触子から出力される受信信号を解析処理することにより、生体内の光学特性分布を画像データとして取得する。
【０００３】
特許文献１は、保持部材で両側から乳房を保持し、保持部材上を探触子が二次元的に走査しながら音響波を受信する装置について開示されている。探触子を二次元的に走査することで、被検体内の複数位置の特性情報を取得することができる。
【０００４】
また、レーザ装置から複数の波長の光を照射し得られた音響波からの信号を用いて、光吸収スペクトルが異なる物質の存在比率を算出する技術が研究されている。例えば、非特許文献１には、血液中に存在する酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで光吸収スペクトルが異なる点に注目し、複数の波長を用いることで血液中の酸素飽和度を算出する手法が記載されている。
【０００５】
特許文献２は、レーザ光源と生体組織との間のレーザ光の光路に、開閉動作して、レーザ光の通過を制御するシャッタを設置した光音響装置が開示されている。この装置は、レーザ光が安定するまでシャッタを閉じ、照射のタイミングでシャッタを開く制御を行うことで、安定してレーザ光を照射可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０２２８１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７３２４６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Journal of Biomedical Optics 14(5), 054007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２においては、シャッタを設けてレーザ光が熱的に安定するまで、シャッタを閉じ、光音響波を測定するときのみシャッタを開くことで、安定したレーザ光を照射している。
しかし、シャッタを開いている途中にレーザを照射した場合、完全にシャッタが開ききっていないところにレーザが照射され、迷光が発生する可能性があった。迷光が発生すると装置を構成しているセンサなどの機器が故障する可能性があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、シャッタを駆動してレーザ光を安定させるレーザ装置において、迷光の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体にレーザ光を照射する照射手段と、
前記照射手段からのレーザ光の出力を制限する制限手段と、
前記レーザ光の照射および前記制限手段の駆動を制御する制御手段と、
前記レーザ光を照射された被検体から発生する音響波を受信する探触子と、
前記音響波を用いて前記被検体の特性情報を生成する構成手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記制限手段が駆動中は前記レーザ光を照射しないものとする照射制御を行う
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【００１１】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
レーザ光を照射する照射手段と、
前記照射手段からのレーザ光の出力を制限する制限手段と、
前記レーザ光の照射および前記制限手段の駆動を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記制限手段が駆動中は前記レーザ光を照射しないものとする照射制御を行う
ことを特徴とするレーザ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シャッタを駆動してレーザ光を安定させるレーザ装置において、迷光の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】被検体情報取得装置の構成を示すブロック図。
【図２】シャッタ駆動時に照射を制限する一例を示すフローチャート。
【図３】レーザ装置の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含み、受信器は、被検体内を伝播した音響波を受信する。つまり、本発明の被検体情報取得装置とは、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た音響波を受信して、被検体内の特性情報を取得する光音響効果を利用した装置を含む。
【００１６】
このとき取得される被検体内の特性情報とは、光照射によって生じた音響波の初期音圧や、あるいは、初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や、吸収係数、組織を構成する物質の濃度等を反映した被検体情報を示す。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度やオキシ・デオキシヘモグロビン濃度などである。また、特性情報としては、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として取得しても良い。つまり、吸収係数分布や酸素飽和度分布等の分布情報を画像データとして取得しても良い。
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の符号を付して、説明を省略する。本発明は被検体情報取得装置やレーザ装置の作動方法、制御方法としても捉えられる。本発明はまた、制御方法を情報処理装置等に実施させるプログラムとしても捉えられる。
詳細は各実施形態において説明するが、本発明はレーザ照射中にシャッタの駆動を行わないことを特徴とする。
【００１８】
＜実施形態＞
本実施形態では、光音響効果を利用した装置において、シャッタを駆動中にレーザの照射を行わない方法について説明する。
【００１９】
（装置の基本的な構成）
図１は、本実施形態における被検体情報取得装置の構成を示すブロック図である。
被検体情報取得装置は、生体等の被検体１０１を保持する保持部材１０２、光を照射する照射ユニット１０３、音響波を受信し受信信号に変換する受信器である探触子１０４を備える。装置はさらに、受信信号を増幅してデジタル信号に変換する計測部１０５、デジタル化された受信信号の積算処理等を行う信号処理部１０６、信号処理部からの出力信号を用いて画像データを生成する画像構成部１０７を備える。装置はさらに、画像構成部１０７で生成された画像を表示する画像表示部１０８、照射ユニット１０３および探触子１０４の移動させる、走査制御部１０９を備える。
以下、各ブロックの詳細を述べる。
【００２０】
（保持部材）
被検体１０１としては、例えば生体の乳房が考えられる。保持部材１０２は、被検体１０１を両側から保持する第一保持部材１０２Ａと第二保持部材１０２Ｂの２枚１対で構成される。両保持部材は、保持間隙と保持圧力を変更するために、図示しない保持機構によって相対位置が制御される。以降の説明において、保持部材１０２Ａと１０２Ｂとを区別する必要がない場合は、まとめて保持部材１０２と表記する。
【００２１】
保持部材１０２で被検体１０１を挟むことで被検体１０１が固定され、被検体１０１が動くことによる計測誤差が低減される。また、光の浸達深度に合わせて、被検体１０１を所望の厚さに調整することができる。なお、保持部材１０２Ｂは、光の光路上に位置するため、ポリメチルペンテン等、使用する光に対して高い透過率を有する材料が好ましい。また、探触子１０４側の保持部材１０２Ａは、探触子１０４との音響整合性が高い部材であることが好ましい。
ユーザは筐体に設けられた不図示の扉を開けて被検体１０１を保持する手技を行った後、保持部材１０２を固定し、扉を閉めて撮影を開始する。
【００２２】
（照射ユニット）
被検体１０１に対して光を照射する照射ユニット１０３は、光を発生する光源と、光源からの光を被検体へ導き照射する照射部から構成される。照射ユニットは、本発明の照射手段に相当する。
光源としては、５３０〜１３００ｎｍの近赤外領域に中心波長を有するパルス光（パルス幅１００ｎｓｅｃ以下）を発生可能な固体レーザが好ましい。例えば、Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ＧａｒｎｅｔレーザやＴｉｔａｎ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザが使用される。なお、発光波長は、計測対象とする被検体内の光吸収物質（例えばヘモグロビンやグルコース、コレステロールなど）に応じて５３０ｎｍから１３００ｎｍの間で切り替えられる。
【００２３】
光源は、パルスフォーミングネットワーク、フラッシュランプ、レーザ媒質、Ｑ−スイッチ、波長切り替え手段、可変電圧電源、電圧制御手段、光照射制限手段、光照射制限駆動手段、光照射制限制御手段から構成される。
【００２４】
電圧制御手段では可変電圧電源を制御し、パルスフォーミングネットワークで可変電圧
電源の電圧に応じて電荷を蓄積し、蓄積した電荷から高電流パルスを作成する。さらにパルスフォーミングネットワークからの高電流パルスを、フラッシュランプへと送りレーザ媒質を励起させることでレーザ光を発光する。
Ｑ−スイッチはＱ−スイッチングすることで励起されたレーザ媒質から、ジャイアントパルスを出力する。
【００２５】
光照射制限手段（ここではシャッタ）は、後述の照射部からのレーザの出力を防ぐために、光路上の出射端側に配置され、閉じているときには光を完全に遮光し、開いているときには光が出力される。光照射制限手段は、本発明の制限手段に相当する。
光照射制限手段は光照射制限駆動手段によって制御される。光照射制限制御手段では光照射駆動手段を監視する、また、電圧制御手段、もしくはＱ−スイッチへレーザの出力を抑制する通知を行う。光照射制限駆動手段は、シャッタを駆動する動力源に相当する。光照射制限制御手段は、動力源に駆動指示を与える情報処理装置または回路等に相当する。光照射制限制御手段は、本発明の制御手段の一機能に相当する。
【００２６】
波長切り替え手段において使用する波長を変更する。使用する波長を変更するときに生じる不安定なレーザ光は光照射制限手段によって遮断し、有効なレーザ光のみを使用する。そのため、波長を変更するときには光照射制御手段を閉じた状態にし、レーザの出力を制限する。光照射制限手段はまた、光照射開始時の不安定な状態での出力制御にも用いられる。
【００２７】
これら構成要素のうち、主要な部分について図３に示す。制御コントローラ３０３は装置全体を制御する。レーザ媒質３０１にフラッシュランプ（不図示）からの励起光が照射され反転分布状態となったのち、制御コントローラ３０３からのレーザ照射指示Ｓ１を受けてレーザが照射される。照射指示は例えばＱ−スイッチングにより行われる。
このとき、波長切り替え手段３０２に波長変更指示Ｓ２を出力しておくことにより、所望の波長が選択される。波長の選択はフィルタやプリズム等、既知の手法を利用できる。また、シャッタである光照射制限手段３０４が開閉指示Ｓ３によって閉じられていた場合、光はアウトプットカプラ３０５から出力されない。
【００２８】
ただし、光照射制限手段がメカニカルシャッタであれば、開閉動作に一定の時間を要する。そのため、シャッタが開閉指示を受信してから開き切る前、あるいは閉じ切る前に光が照射されると、光の少なくとも一部が迷光となる可能性がある。例えば、パルスレーザ光の照射周波数が２０Ｈｚであり、シャッタを開く動作に１００ｍｓの時間がかかるとすると、シャッタを開く途中にレーザが照射されてしまう。そこで、本発明の制御が必要となる。
【００２９】
以下で図２のフローチャートを参照し、使用するレーザの波長を切り替える時に、光照射制限手段を駆動し、レーザの出力を制限する手法を説明する。
図２は波長を切り替えるところから開始される。
【００３０】
まずステップＳ２０１において、現在、光照射制限制御手段が光照射制限手段を駆動中かをチェックする。このとき、駆動中かを判断する方法としては、光照射制限駆動手段が光照射制御手段を駆動しているかを、センサなどを用いて監視する方法がある。また、周期的に光照射制限駆動手段が光照射制御手段を駆動している場合は、その周期間隔を光照射制限制御手段がチェックする方法などがある。
【００３１】
次にステップＳ２０２において、光照射制限手段を駆動中であるか否かを判定する。
判定結果がＮＯ（駆動中ではない）であれば、ステップＳ２０３に進み、電圧制御手段では可変電圧電源を制御して、レーザを出力する。
一方、判定結果がＹＥＳ（駆動中）であれば、ステップＳ２０４に進み、レーザの出力を抑制する制御を行う。まず、光照射制限制御手段では、電圧制御手段、もしくはＱ−スイッチへレーザの出力を止める通知を行う。通知を受けた電圧制御手段もしくはＱ−スイッチではレーザ出力を抑制する制御を行う。
【００３２】
Ｓ２０４における具体的な電圧制御手段の制御には、可変電圧電源からパルスフォーミングネットワークへの電圧の投入を抑制する方法、フラッシュランプへのパルスの投下を抑制する方法がある。また、Ｑ−スイッチの制御としては、レーザ出力のためのＱ−スイッチングを禁止する方法が考えられる。光照射制限制御手段レーザの出力を止める通知を行うのは、電圧制御手段とＱ−スイッチのどちらかだけでも良いし、両方に通知する構成でも良い。
特に、可変電圧電源からパルスフォーミングネットワークへの電圧の投下を抑制する方法は、そもそもレーザ媒質の励起が行われないため、より確実にレーザの出力を制限可能である。
【００３３】
また、上述のようなレーザの出力をまったく行わない制御をするのではなく、例えば、可変電圧電源からパルスフォーミングネットワークへの電圧の投下を少なくすることでレーザの出力を小さくすることで迷光を弱める制御をおこなう構成でもかまわない。
本実施形態では波長切り替え時の光照射制御手段の開閉動作時にレーザ発光を制限する制御を行う例を記載したが、波長切り替え時以外でも光照射制御手段の開閉動作を行う際に、以上のようなレーザ発光を制限する制御を行ってもよい。
【００３４】
光源は、通常、照射周波数が決まっている。これは、所望の強度のパルス光を継続的に照射するために、設計値として定められる。この照射周波数は、単位時間に行える光音響測定の回数に影響するため、高ければ高いほど好ましい。
【００３５】
照射部としては、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を分散・屈折・反射するプリズム、光を伝搬させる光ファイバ、拡散板等が挙げられる。照射部は、光源から発せられた光が被検体の所望の領域に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。
【００３６】
（探触子）
探触子１０４は、音響波を受信して電気信号（受信信号）に変換する素子を備える。探触子１０４の素子としては、圧電現象を用いた変換素子、光の共振を用いた変換素子、静電容量の変化を用いた変換素子などが考えられる。音響波を受信して電気信号に変換できるものであれば、どのような素子を用いてもよい。複数の素子を１次元または２次元に配置した探触子を用いれば、測定面積の拡大、測定時間の短縮、ＳＮ比向上などの点で好ましい。
【００３７】
なお、発生する音響波の音圧は光の光強度に比例するため、受信信号のＳＮ比を向上させるには、探触子の前面の領域を照射することが好ましい。そのため、照射ユニット１０３の光の出射端と探触子１０４とは被検体を挟んで対向する位置に配置することが好ましい。そして走査制御部１０９により、光の出射端と探触子１０４とは両者の位置関係を保つように同期して走査されることが好ましい。また、照射部が探触子１０４側にも光を導くことで、被検体１０１に対して探触子１０４と同じ側からも光を照射できる。
【００３８】
（計測部）
計測部１０５は、探触子１０４から入力されるアナログ信号（アナログの受信信号）を増幅する信号増幅部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部から構成される。信号増幅部では、被検体内の深度によらずに均一なコントラストをもつ画像データ
を得るために、光の照射から音響波が探触子の素子に到達するまでの時間に応じて増幅利得を増減する制御などを行う。
【００３９】
（信号処理部）
信号処理部１０６は、計測部１０５から出力されたデジタルの受信信号に対して素子の感度ばらつき補正や、物理的または電気的に欠損した素子の補完処理、図示しない記録媒体への記録動作、ノイズ低減のための積算処理などを行う。積算処理は、被検体１０１に対して同じ走査位置で音響波の受信を繰り返し行い、受信信号の加算平均処理を行うことでシステムノイズを低減して、受信信号のＳＮ比を向上するために行う。
【００４０】
（画像構成部）
画像構成部１０７は、信号処理部１０６から出力された信号を用いて、被検体１０１内の各位置の光学的な特性情報を示す分布（吸収係数分布や酸素飽和度分布等の特性分布）を画像データとして取得する。また、生成した画像データに対して、輝度の調整や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種補正処理を適用して、より診断に好ましい画像データを取得してもよい。画像構成部は、本発明の構成手段に相当する。本発明の構成手段には更に、上記の計測部や信号処理部の機能を含め得る。
【００４１】
（画像表示部）
画像表示部１０８は、画像構成部１０７より画像データが入力され、特性分布の画像を表示する。
【００４２】
（走査制御部）
走査制御部１０９は、上述したように、光の出射端と探触子１０４の走査位置を制御する。被検体１０１に対して二次元走査して各走査位置で音響波の受信を行うことで、小型の探触子でも広い範囲の特性情報を取得できる。
本実施形態では、保持部材１０２上を、照射ユニット１０３および探触子１０４を走査して音響波を受信する構成としたが、複数の波長を用いて、手動で探触子を走査し光音響測定を行う装置においても本実施形態を適用可能である。
手動で探触子を走査し光音響測定を行う装置に適用した場合、波長切り替えに伴い、測定に用いない不要な照射光を被検体に照射してしまうことを防ぐことができる。被検体が生体の場合は特に、不要な光の照射は抑制する必要がある。
【符号の説明】
【００４３】
１０３：照射ユニット，１０４：探触子，１０７：画像構成部，３０１：レーザ媒質，３０２：波長切り替え手段，３０３：制御コントローラ，３０４：光照射制限手段
【図１】
2018020184.tif 000003
【図２】
2018020184.tif 000004
【図３】
2018020184.tif 000005