(57)【要約】【課題】被検体内部の光減衰係数を正確に取得することができる生体情報処理装置を提供する。【解決手段】被検体に光を照射する光源と、前記光源から被検体への光の照射部位から被検体を隔てて配置された、照射光に対する光学特性が予め分かっている第１の光吸収部材と、照射光が被検体を経て前記第１の光吸収部材に到達し吸収された時に前記第１の光吸収部材から発生する弾性波を検出する弾性波検出器と、照射光の強度と、前記第１の光吸収部材の光学特性と、検出した前記第１の光吸収部材から発生する弾性波の強度とに基づいて、被検体内部の光減衰係数を算出する演算部とを備える生体情報処理装置を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射する光源と、
前記光源から被検体への光の照射部位から被検体を隔てて配置された、照射光に対する光学特性が予め分かっている第１の光吸収部材と、
照射光が被検体を経て前記第１の光吸収部材に到達し吸収された時に前記第１の光吸収部材から発生する弾性波を検出する弾性波検出器と、
照射光の強度と、前記第１の光吸収部材の光学特性と、検出した前記第１の光吸収部材から発生する弾性波の強度とに基づいて、被検体内部の光減衰係数を算出する演算部と
を備える生体情報処理装置。
【請求項２】
前記弾性波検出器は、照射光が被検体内部の光吸収体に到達し吸収された時に前記光吸収体から発生する弾性波をさらに検出し、
前記演算部は、
検出した前記光吸収体から発生する弾性波の音響信号に基づいて前記光吸収体の位置を算出し、
算出した被検体の光減衰係数と、算出した前記光吸収体の位置から、前記光吸収体に到達する光の強度を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報処理装置。
【請求項３】
前記演算部は、検出した前記光吸収体から発生する弾性波の強度と、算出した前記光吸収体に到達する光の強度から、前記光吸収体の光学特性を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の生体情報処理装置。
【請求項４】
被検体への光の照射部位に配置され、照射光に対して所定の光学特性を持つ第２の光吸収部材をさらに備え、
前記弾性波検出器は、照射光が前記第２の光吸収部材に吸収された時に前記第２の光吸収部材から発生する弾性波をさらに検出し、
前記演算部は、前記第２の光吸収部材の光学特性と、検出した前記第２の光吸収部材から発生する弾性波の強度に基づいて、照射光の強度を算出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
【請求項５】
前記光源と被検体との間にあって被検体を圧迫するための圧迫板をさらに備え、
照射光は、被検体と前記圧迫板の接触面の全領域に照射される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
【請求項６】
前記光源と被検体との間にあって被検体を圧迫するための圧迫板をさらに備え、
照射光は、被検体と前記圧迫板の接触面のうち一部の領域に点光源として照射される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
【請求項７】
被検体へ照射される光の照射部位から被検体を隔てた位置に、照射光に対する光学特性が予め分かっている第１の光吸収部材を配置するステップと、
照射光が被検体を経て前記第１の光吸収部材に到達し吸収された時に前記第１の光吸収部材から発生する弾性波を検出するステップと、
照射光の強度と、前記第１の光吸収部材の光学特性と、検出した前記第１の光吸収部材から発生する弾性波の強度とに基づいて、被検体内部の光減衰係数を算出するステップとを含む生体情報処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内部の光学特性を計測する生体情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織内部の光学特性を計測する生体情報処理装置は、血液中のヘモグロビンなどの特定物質の光吸収特性から、腫瘍の成長に伴う新生血管の形成やヘモグロビンの酸素代謝などを判定し、診断に利用するものである。このような装置では、生体組織に対する透過特性が良い波長（６００−１５００ｎｍ程度）の近赤外光を用いている。
しかし、生体組織を透過した光は生体を構成する数十μｍサイズの細胞により強い散乱を繰り返しながら伝播するので多重散乱光（拡散光）となる。この拡散光は、光が伝播した全ての経路が特定できないので、生体組織内の局所的な光吸収特性を得るのは困難である。
そこで従来、生体組織内の局所的な光吸収特性を計測するために、光音響効果を用いる装置が開発されている。このような装置の例として、特許文献１には、生体組織内にパルス光を照射する生体情報処理装置が記載されている。そして、この装置は、照射された光エネルギーに基づく光音響効果によって発生した弾性波から、弾性波が発生した領域の光吸収係数μａ（Optical absorption coefficient）を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５８４００２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の生体組織内の光学特性を計測する生体情報処理装置は、次のような課題を有している。生体組織内にある球状の光吸収体において、光音響効果により発生する弾性波は式（１）で表すことができる。
【数１】
2011092631.tif 000003
ここで、Ｐは、光音響効果によって発生した弾性波の圧力であり、超音波トランスデューサなどで構成される弾性波検出手段で得ることができる。また、Γは、光吸収体のグリュナイゼンパラメーター（Gruneisen coefficient）である。生体組織内の部位により若
干値が異なるが一定値として扱うことができる。また、μａは、吸収体の光吸収係数である。また、Φは、光吸収体に照射された光強度である。また、αは、光吸収体から弾性波検出手段へ弾性波が伝搬した時の効率である。生体組織内の部位により若干値が異なるが一定値として扱うことができる。
【０００５】
このように、光吸収係数μａを定量的に取得するためには、Ｐ、Γ、Φ、αが必要となる。ここで、上述したように生体組織内で光は減衰する。そして、減衰の程度を示す光減衰係数は被検体の種類（または個体）により異なるので、特許文献１に示されている装置では、測定の深さでの光強度Φを正確に測定することができないと言う課題があった。その結果、光吸収係数が定量的に取得できず、光吸収体の正確な同定を妨げていた。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、被検体内部の光減衰係
数を正確に取得することができる生体情報処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の生体情報処理装置は以下の構成を採用する。すなわち、被検体に光を照射する光源と、前記光源から被検体への光の照射部位から被検体を隔てて配置された、照射光に対する光学特性が予め分かっている第１の光吸収部材と、照射光が被検体を経て前記第１の光吸収部材に到達し吸収された時に前記第１の光吸収部材から発生する弾性波を検出する弾性波検出器と、照射光の強度と、前記第１の光吸収部材の光学特性と、検出した前記第１の光吸収部材から発生する弾性波の強度とに基づいて、被検体内部の光減衰係数を算出する演算部とを備える生体情報処理装置である。
【０００８】
また、本発明の生体情報処理方法は以下の構成を採用する。すなわち、被検体へ照射される光の照射部位から被検体を隔てた位置に、照射光に対する光学特性が予め分かっている第１の光吸収部材を配置するステップと、照射光が被検体を経て前記第１の光吸収部材に到達し吸収された時に前記第１の光吸収部材から発生する弾性波を検出するステップと、照射光の強度と、前記第１の光吸収部材の光学特性と、検出した前記第１の光吸収部材から発生する弾性波の強度とに基づいて、被検体内部の光減衰係数を算出するステップとを含む生体情報処理方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の生体情報処理装置によれば、被検体内部の光減衰係数を正確に取得することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の装置の構成と音響信号を説明する図。
【図２】ＨｂＯ２とＨｂの吸収スペクトルを示す図。
【図３】実施例１〜３における別の構成を説明する図。
【図４】実施例２の装置の構成と音響信号を説明する図。
【図５】実施例２の被検体の測定例を説明する図。
【図６】音響信号から求めた圧力分布とμｅｆｆから求めた光吸収係数分布図。
【図７】実施例３の装置の構成を説明する図。
【図８】実施例３の別の構成を説明する図。
【図９】実施例４の装置の構成と音響信号を説明する図。
【図１０】実施例５の装置の構成を説明する図。
【図１１】実施例５の位置Ａと位置Ｂでの音響信号を示す図。
【図１２】実施例６の装置の構成を説明する図。
【図１３】実施例６の第一及び第二圧迫板側から光を照射した場合の図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の生体情報処理装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
＜実施例１＞
実施例１では、本発明を適用した生体情報処理装置の構成例について説明する。
図１（ａ）に本実施例における生体情報処理装置の構成を説明する概略図を示す。図１（ａ）において、１は光源、２は第一圧迫板、３は第二圧迫板、４は光吸収部材、５は弾性波検出器、Ｅは被検体である。被検体Ｅは、例えば、乳房などの生体組織であり、所定距離Ｌの間隔で配置された第一圧迫板２と第二圧迫板３の間に保持されている。
本実施例の生体情報処理装置は、被検体Ｅに光を照射する光源１、被検体の光照射部位から所定距離Ｌに配置された光吸収部材４、光吸収部材４が発生する弾性波を検出する弾性波検出器５、演算部１４、及び表示装置１５を備える。
【００１３】
以下、各構成要素の詳細を説明する。
光源１は、被検体Ｅに照射する特定波長のナノ秒オーダーのパルス光を発する光源である。光源１が発する光の波長は、生体組織を構成する水、脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどの吸収スペクトルに応じた波長を選定する。一例としては、生体内部組織の主成分である水の吸収が小さいため光が良く透過し、脂肪、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンのスペクトルに特徴がある６００−１５００ｎｍ範囲が適当である。
また、生体組織では癌などの腫瘍が成長する際には新生血管の形成や酸素の消費量が増大することが知られている。このような新生血管の形成や酸素消費量の増大を評価する方法として、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトルの特徴を利用することができる。図２は、波長６００−１０００ｎｍ範囲におけるＨｂＯ２とＨｂの吸収スペクトルである。
生体情報処理装置は複数波長のＨｂＯ２とＨｂの吸収スペクトルから、生体組織内の血液中に含まれるＨｂＯ２とＨｂの濃度を測定する。そして、複数の位置においてＨｂＯ２とＨｂと濃度を測定し、濃度分布の画像を作成することにより生体組織内で新生血管が形成されている領域を判別することができる。また、ＨｂＯ２とＨｂの濃度から酸素飽和度を算出し、酸素飽和度から酸素の消費量が増大している領域を判別することができる。このように生体情報処理装置で測定したＨｂＯ２とＨｂの分光情報を診断に利用することができる。
具体的な光源１としては、例えば、異なる波長を発生する半導体レーザーや、波長可変レーザーなどを用いることができる。
【００１４】
また、光源１から射出された光を被検体Ｅに導くための光学系６が設けられている。光学系６は、光ファイバーやレンズから構成される。光源１から射出された光は光学系６により、第一圧迫板２と被検体Ｅの接触面の全領域が照明されるように拡大され、第一圧迫板２を介して被検体Ｅの表面に導かれる。
第一圧迫板２は、光源１が発する光に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。第一圧迫板２を構成する材料の例としては、ガラス、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリル、などがある。第一圧迫板２の光透過率をβとする。
第二圧迫板３は、光音響効果により被検体Ｅ及び光吸収部材４が発生した弾性波に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。第二圧迫を構成する材料の例としては、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリル、などがある。
【００１５】
光吸収部材４は、球状の光吸収体であり、第二圧迫板３の内部の被検体Ｅに接する面に埋設されている。光吸収部材４の大きさは、後述する弾性波検出器５の検出可能な周波数帯域に合せて数ｍｍ以下に設定する。光吸収部材４を構成する材料としては、着色したシリコンゴムや高分子樹脂材料などが利用できる。光吸収部材４は、本発明の第１の光吸収部材に相当する。
光吸収部材４の光源１が発する特定波長の光に対する光吸収係数μａｓと、グリュナイゼンパラメーターΓｓなどの光学特性は、光吸収部材４を構成する材料によって定まるものであり予め分かっている値である。
【００１６】
弾性波検出器５は、光音響効果により被検体Ｅ及び光吸収部材４から発生した弾性波を検出するものである。この弾性波（典型的には超音波）を、音響波とも呼ぶ。
弾性波検出器５は、受信した弾性波による圧力変化を電気信号に変換する圧電効果を有する圧電素子で構成される。なお、本明細書においては、光音響効果によって発生した弾性波を圧電素子で電気信号に変換したものを音響信号とする。癌などの腫瘍の成長に伴う新生血管の形成は、腫瘍のサイズが約２ｍｍ以上になる場合に増大することが知られている。このため圧電素子としては、光音響効果により数ｍｍ以下の光吸収体から発生した０
．５ＭＨｚ−数１０ＭＨｚの弾性波の検出に適した材料を用いると良い。このための材料の例としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。
前述の通り、光吸収部材４が発生する弾性波の周波数を、被検体Ｅが発生する弾性波の周波数帯域と同じ帯域に設定している。このため、光吸収部材４と被検体Ｅのそれぞれから発生する弾性波を、共通の弾性波検出器５によって高感度に検出できる。
【００１７】
また、弾性波検出器５には音響レンズ７が設けられている。音響レンズを構成する材料は、被検体Ｅ及び第二圧迫板３に類似した音響特性を有する材料が好ましく、例としてシリコンゴムや高分子樹脂材料などがある。
音響レンズ７を被検体Ｅ及び第二圧迫板３の音速よりも遅い音速の材料で構成すると、形状は凸レンズとなる。その場合、凸面の曲率によって焦点距離が決まり、焦点距離とレンズの直径によって集束サイズと焦点深度が決まる。音響レンズ７は焦点深度がＬよりも長くなるように設定されており、音響レンズ７の中心軸上の被検体Ｅ及び吸収部材４から発生する弾性波を選択的に検出することができる。
本実施例においては、音響レンズを用いているが、凹面の圧電素子を用いても良い。また、超音波エコー装置や非破壊検査に用いられている複数個の圧電素子をアレイ状に配列したアレイ探触子を用いても良い。この場合、複数個の圧電素子から取得した複数の音響信号からSum And Delay Beamforming法を用いて所望の位置の信号を取得する。
また、演算部１４は、ＣＰＵ等により演算を行う情報処理装置により構成され、光源１における設定値、弾性波検出器５による検出値などを取得し、後述する数式を用いて様々な演算を行う。さらに必要に応じて、演算結果を利用して画像再構成を行う。また、表示装置１５は、演算部１４の演算結果や再構成された画像を表示可能なディスプレイであり、例えば液晶ディスプレイ等を用いることができる。
【００１８】
次に、図１（ａ）の構成の生体情報処理装置で、被検体Ｅの光吸収係数を定量的に取得する具体的な方法を説明する。
被検体Ｅへの照射光は、組織を構成する細胞により強い散乱を繰り返しながら伝播する。また、伝搬の過程で組織内の血液などにより吸収されるので、光強度は著しく減衰する。このような被検体Ｅの平均的な減衰特性を示す平均的な光減衰係数（Effective optical attenuation coefficient）をμｅｆｆとする。また、光学系６から射出された光束の
光強度をΦ１、厚さＬの被検体Ｅを伝搬して光吸収部材４に到達した光束の光強度をΦ２とすると、Φ２は式（２）で表すことができる。
【数２】
2011092631.tif 000004
【００１９】
図１（ｂ）は、照射光を受けた被検体Ｅ及び光吸収部材４から光音響効果により発生した弾性波を、弾性波検出器５が検出し、演算部１４が作成して表示装置１５に表示した音響信号のプロファイルである。音響信号は、第一圧迫板２と被検体Ｅの接触面と、光吸収部材４から発生したスパイク状の波形として取得される。
図の縦軸は、音響信号を弾性波検出器５に用いた圧電素子の特性から変換して得られた弾性波の圧力を示す。横軸は、時間と被検体Ｅの音速から変換した距離を示している。この時、光吸収部材４から弾性波検出器５への弾性波の伝搬効率をαｓとすると、光吸収部材４から発生した弾性波の圧力Ｐｓは、式（３）で表すことができる。
【数３】
2011092631.tif 000005
ここで、光透過率βは圧迫板の材料により、Γｓとμａｓとαｓは光吸収部材の材料により定まる。Φ１は光を照射する際の強度と光学系６の効率により定まる。Ｌは実測により求められる。したがって、弾性波の圧力Ｐｓが検出できれば、式（２）と式（３）からμｅｆｆを求めることができる。
【００２０】
以上に説明したように、本実施例における生体情報処理装置では、光吸収部材を配置して測定を行うことにより、被検体Ｅの平均的な光減衰係数μｅｆｆを取得することができる。
【００２１】
また、本実施例では、乳房などの被検体Ｅを所定距離Ｌで保持するために第一圧迫板２及び第二圧迫板３を用いる構成としているが、図３に示すように圧迫板を用いない構成も可能である。この場合、音響レンズ７と同じ材料で作成した光吸収部材４を音響レンズ７の内部の被検体Ｅに接する面に埋設することができる。
【００２２】
＜実施例２＞
実施例２では、実施例１とは異なる構成を取る生体情報処理装置について説明する。図４（ａ）に本実施例における生体情報処理装置の構成を説明する概略図を示す。基本的な生体情報処理装置の構成は実施例１に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例１で説明したものと同じ機能を有する。本実施例では、被検体Ｅの内部に光吸収体８が存在するので、その光学特性値である光吸収係数μａを定量的に取得する手順を述べる。被検体が人体であるとき、光吸収体としては例えば、腫瘍に伴う新生血管中のＨｂＯ２や、造影剤が考えられる。
【００２３】
図４（ｂ）は、光音響効果により被検体Ｅ、光吸収部材４および光吸収体８が発生した弾性波を弾性波検出器５により検出した音響信号のプロファイルである。音響信号は、第一圧迫板２と被検体Ｅの接触面、光吸収部材４、光吸収体８から発生したスパイク状の波形として取得される。図の縦軸は弾性波の圧力であり、横軸は距離を示す。従って、プロファイルを解析することにより、照射部位から、被検体内部にあり周囲とは光学特性の異なる光吸収体までの距離ｘを取得できる。具体的には、平均的な光減衰係数μｅｆｆが求まっていることから、光吸収体８から発生する弾性波の強度である圧力ＰＸから距離ｘを求めることができる。また、単に図４（ｂ）に示される音響信号の検出時刻から距離ｘを求めることもできる。
この時、被検体Ｅを距離ｘだけ伝搬して光吸収体８に到達した光束の光強度Φｘは、式（４）で表すことができる。
【数４】
2011092631.tif 000006
【００２４】
また、光吸収体８のグリュナイゼンパラメーターをΓ、光吸収体８から弾性波検出器５への弾性波の伝搬効率をαとすると、光吸収体８が発生した弾性波の圧力Ｐｘは、式（５）で表すことができる。
【数５】
2011092631.tif 000007
ここで、光透過率βは圧迫板の材料により定まる。Φ１は光を照射する際の強度と光学系６の効率により定まる。μｅｆｆは実施例１の方法により求められ、距離ｘは上記のように音響信号のプロファイルから求められる。αは光吸収部材の特性により定まる。従って、弾性波の圧力Ｐｘが求められれば、式（４）と式（５）から光吸収係数μａを定量的に求めることができる。
【００２５】
図５〜図６を用いて、本実施例における被検体の測定例を示す。図５〜図６の矢印は光の照射方向を示している。
図５は、被検体Ｅの測定例における装置の概略の構成であり、図１（ａ）及び図４（ａ）で説明したものと同じ構成である。被検体Ｅの内部には同じ光吸収係数μａを持つ光吸収体８ａ，８ｂが存在している。図６（ａ）は、図５の測定例の音響信号から求めた圧力をプロットした圧力の分布画像であり、大きな圧力ほど高い濃度で表示されている。図６（ｂ）は、図５の測定例の音響信号とμｅｆｆから求めた定量的な光吸収係数μａをプロットした光吸収係数μａの分布画像であり、大きな光吸収係数μａほど高い濃度で表示されている。
ここで、図６（ａ）の圧力の分布画像は、光の照射部位に近い８ａ’の像は高いコントラストが得られているが、光の照射部位から遠い８ｂ’の像はコントラストが低く周囲との境界を判別しにくい。一方、図６（ｂ）の光吸収係数μａの分布画像は、光の照射部位に近い８ａ’’と光の照射部位から遠い８ｂ’’の像は、どちらも同じ濃度で高いコントラストが得られており、周囲との境界を良好に判別することができる。
【００２６】
以上に説明したように、本実施例における生体情報処理装置では、被検体Ｅの平均的な光減衰係数μｅｆｆを取得することができ、被検体Ｅの内部にある光吸収体８の光吸収係数μａを定量的に取得することができる。例えば被検体が人体の場合に、かかる装置によってＨｂＯ２の光吸収係数が検出できれば、新生血管の生成に気づくことができる。
【００２７】
また、本実施例では、乳房などの被検体Ｅを所定距離Ｌで保持するために第一圧迫板２及び第二圧迫板３を用いる構成としているが、図３に示すように圧迫板を用いない構成も可能である。
【００２８】
＜実施例３＞
実施例３では、上記の実施例とは異なる構成を取る生体情報処理装置について説明する。図７に本実施例における生体情報処理装置の構成を説明する概略図を示す。基本的な生体情報処理装置の構成は実施例２に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例１で説明したものと同じ機能を有するものである。
【００２９】
本実施例では、光源１からの照射光を被検体Ｅに導くための光学系として、実施例１で説明した光学系６の代わりに光学系９を設けている。
光学系９は、光学系６と同様に光ファイバーやレンズから構成される。光学系６は、光源１から射出された光を第一圧迫板２と被検体Ｅの接触面の全領域を照明するように拡大していた。一方、光学系９は被検体Ｅに照射する光束径を光学系６よりも細くして接触面の一部の領域から照明するようにして、単位面積当たりの光エネルギー密度を高くするように倍率を設定している。この場合、被検体Ｅの光の照射部位を起点とする点光源の伝搬として考えると、Φ２は式（６）で表すことができる。また、Φｘは式（７）で表すことができる。
【数６】
2011092631.tif 000008
この時、光吸収部材４が発生した弾性波の圧力Ｐｓは、実施例１と同様に式（３）で表すことができる。また、光吸収体８が発生した弾性波の圧力Ｐｘは、実施例２と同様に式（５）で表すことができる。よって、式（３）と式（６）からμｅｆｆを求めることができる。さらに、求めたμｅｆｆと式（５）と式（７）から光吸収係数μａを定量的に求めることができる。
【００３０】
以上に説明したように、本実施例における生体情報処理装置では、被検体Ｅの光照射部位を起点とする点光源を用いた場合においても被検体Ｅの平均的な光減衰係数μｅｆｆを取得することができる。また、被検体Ｅの内部にある光吸収体８の光吸収係数μａを定量的に取得することができる。
【００３１】
また、本実施例では、乳房などの被検体Ｅを所定距離Ｌで保持するために第一圧迫板２及び第二圧迫板３を用いる構成としているが、図３に示すように圧迫板を用いない構成も可能である。さらに、本実施例では、光源１と弾性波検出器５が同軸上に配置される構成としているが、図８に示すように同軸上に配置しない構成も可能である。
【００３２】
＜実施例４＞
実施例４では、上記の実施例とは異なる構成を取る生体情報処理装置について説明する。図９（ａ）に本実施例における生体情報処理装置の構成を説明する概略図を示す。基本的な生体情報処理装置の構成は実施例２に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例２で説明したものと同じ機能を有するものである。
本実施例では、第二光吸収部材１０を新たに設けている。第二光吸収部材１０は、球状の光吸収体であり第一圧迫板２の内部の被検体Ｅに接する面に埋設されている。第二光吸収部材１０の大きさは、前述の光吸収部材４と同様に弾性波検出器５の検出可能な周波数帯域に合せて数ｍｍ以下に設定する。また、第二光吸収部材１０を構成する材料も光吸収部材４と同様に着色したシリコンゴムや高分子樹脂材料などが利用できる。第二光吸収部材１０は、本発明の第２の光吸収部材に相当する。
第二光吸収部材１０の光源１が発する特定波長の照射光に対する光吸収係数μａｓ２と、グリュナイゼンパラメーターΓｓ２などの光学特性は、第二光吸収部材１０を構成する材料によって定まるものである。
【００３３】
図９（ｂ）は、光音響効果により光吸収部材４、光吸収体８、第二光吸収部材１０が発生した弾性波を弾性波検出器５により検出した音響信号のプロファイルである。音響信号は、光吸収部材４、光吸収体８、第二光吸収部材１０から発生したスパイク状の波形として取得される。図の縦軸は圧力であり、横軸は距離を示す。
この時、第二光吸収部材１０から弾性波検出器５への弾性波の伝搬効率をαｓ２とすると、第二光吸収部材１０が発生した弾性波の圧力Ｐｓ２は、式（８）で表すことができる。
【数７】
2011092631.tif 000009
前記の実施例では、Φ１は光源１が発する光強度値と光学系６或いは光学系９の効率によって定まる値としていたが、本実施例では式（８）によってΦ１を求めるようにしている。光源１を構成する半導体レーザーや波長可変レーザーなどは、周囲の温度変化などにより出力する光強度値が変化することがある。そこで本実施例のように第二光吸収部材１０を設けてＰｓ２を取得すれば、Γｓ２，μａｓ２，αｓ２は第二光吸収部材の材質により定まるので、式（８）からΦ１を求めることが可能になる。その結果、光源１が発する光強度値が変化する場合にも正確な測定を行うことができる。
【００３４】
実施例１で説明した式（２）と式（３）及び式（８）からμｅｆｆを求めることができる。さらに、求めたμｅｆｆと実施例２で説明した式（４）と式（５）から光吸収係数μａを定量的に求めることができる。
【００３５】
以上に説明したように、本実施例における生体情報処理装置では、第二光吸収部材１０を設けて、光源１が発する光強度値が変化した場合にも被検体Ｅの平均的な光減衰係数μｅｆｆを取得することができる。また、被検体Ｅの内部にある光吸収体８の光吸収係数μａを定量的に取得することができる。
【００３６】
＜実施例５＞
実施例５では、上記の実施例とは異なる構成を取る生体情報処理装置について説明する。図１０に本実施例における生体情報処理装置の構成を説明する概略図を示す。基本的な生体情報処理装置の構成は実施例３に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例３で説明したものと同じ機能を有するものである。
【００３７】
本実施例では、光源１、光学系９、光吸収部材４、弾性波検出器５、音響レンズ７の一式が、図示の位置Ａから位置Ｂにｙ軸方向へ移動可能な構成としている。駆動機構としては、モーターの回転運動を直線運動に変換するラック・アンド・ピニオンやリードスクリューなどの機構を用いることができる。また、図３で説明したものと同様に、音響レンズ７と同じ材料で作成した光吸収部材４を音響レンズ７の内部の被検体Ｅに接する面に埋設する構成としている。
光源１と弾性波検出器５を結ぶ軸上に光吸収体８が存在した場合、光吸収部材４への照射光の光強度Φ２は光吸収体８の影響を受ける。特に実施例３で説明した、被検体Ｅの光照射部位を起点とする点光源の伝搬として考えた場合にこの影響が顕著となる。
高精度に被検体Ｅの光吸収係数μａを取得するためには、このような光吸収体８の影響を排除した平均的な光減衰係数μｅｆｆを取得することが好ましい。このため複数の位置で音響信号のプロファイルを取得し、光照射部位から光吸収部材４の間に光吸収体が存在しないプロファイルを選択して、平均的な光減衰係数μｅｆｆを求めることが考えられる。
【００３８】
図１１（ａ）は、位置Ａにおいて弾性波検出器５が検出した音響信号のプロファイルである。音響信号は、第一圧迫板２と被検体Ｅの接触面、光吸収部材４から発生したスパイク状の波形として取得される。図１１（ｂ）は、位置Ｂにおいて弾性波検出器５が検出した音響信号のプロファイルである。音響信号は、第一圧迫板２と被検体Ｅの接触面、光吸収体８、光吸収部材４から発生したスパイク状の波形として取得される。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）の縦軸は圧力であり、横軸は距離を示す。
光照射部位から光吸収部材４の間に光吸収体が存在していないと考えられる図１１（ａ
）の音響信号のプロファイルを用いて、平均的な光減衰係数μｅｆｆを求める。
音響レンズ７の内部を弾性波が伝搬する際の減衰を無視できるとした場合、位置Ａで測定した光吸収部材４が発生した弾性波の圧力ＰｓＡは、式（９）で表すことができる。
【数８】
2011092631.tif 000010
実施例３で説明した式（６）と本実施例の式（９）からμｅｆｆが求められる。
また、位置Ｂで測定した光吸収体８が発生した弾性波の圧力ＰｘＢは、式（１０）で表すことができる。
【数９】
2011092631.tif 000011
上で求めたμｅｆｆと実施例３で説明した式（７）と本実施例の式（１０）から光吸収係数μａを定量的に求めることができる。
【００３９】
以上に説明したように、本実施例における生体情報処理装置では、光照射部位から光吸収部材４の間に光吸収体が存在しないプロファイルを選択して被検体Ｅの平均的な光減衰係数μｅｆｆを取得することができる。また、被検体Ｅの内部にある光吸収体８の光吸収係数μａを定量的に取得することができる。
【００４０】
＜実施例６＞
実施例６では、上記の実施例とは異なる構成を取る生体情報処理装置について説明する。
図１２に本実施例における生体情報処理装置の構成を説明する概略図を示す。基本的な生体情報処理装置の構成は実施例４に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例４で説明したものと同じ機能を有するものである。
本実施例では、図９（ａ）で説明した実施例４の構成に対して、第二圧迫板３の代わりに第二圧迫板１１を設け、さらに、第二圧迫板１１側に第二光源１’及び第二光学系６’、音響光ビームスプリッター１２を追加して設けている。第二圧迫板１１は、光源１が発する光と光音響効果により被検体Ｅ、光吸収部材４、第二光吸収部材１０が発生した弾性波に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。このような光と音響の双方に対して高透過特性と低減衰特性を有する材料の例としては、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリル、などの樹脂材料がある。
音響光ビームスプリッター１２は、第二光源１’が発する光を反射し、光音響効果により発生した弾性波を透過する。前述の第二圧迫板１１と同様に光と音響に対して高透過特性と低減衰特性を有する樹脂材料に、第二光源１’が発する光に対して高反射特性を有するアルミ、銀、などの薄膜層１３を設けて構成される。樹脂材料と薄膜層１３に用いる金属材料の音響インピーダンスの差は大きいが、薄膜層１３は厚さ数μｍ程度であり音響の波長に対しては十分に小さいので殆ど影響しない。また、第二圧迫板１１と音響光ビームスプリッター１２の双方を合せた時の光の利用効率をβｎとする。
このように対向して配置した光源１および第二光源１’から被検体Ｅに同時に光を照射することにより、双方の光源からの照射光の光エネルギーが被検体Ｅの内部で重畳されるので、深部に到達する光強度を高くすることができる。本実施例では、２つの光源を用いる場合に光吸収体８の光吸収係数μａを定量的に取得する手順を説明する。
【００４１】
図１３（ａ）は第一圧迫板２側からのみ光を照射した場合を説明する概略図である。
この場合、実施例１で説明したものと同様に、第一圧迫板２側の光学系６から射出された光束の光強度をΦ１ｍ、厚さＬの被検体Ｅを伝搬して光吸収部材４に到達した光束の光強度をΦ２ｍとすると、Φ２ｍは式（１１）で表すことができる。また、被検体Ｅを距離ｘ伝搬して光吸収体８に到達した光束の光強度をΦｘｍは、式（１２）で表すことができる。
【数１０】
2011092631.tif 000012
【００４２】
一方、図１３（ｂ）は第二圧迫板１１側からのみ光を照射した場合を説明する図である。この場合も図１３（ａ）の場合と同様に考えることができる。第二圧迫板１１側の第二光学系６’から射出された光束の光強度をΦ２ｎ、厚さＬの被検体Ｅを伝搬して第二光吸収部材１０に到達した光束の光強度をΦ１ｎとすると、Φ１ｎは式（１３）で表すことができる。また、被検体Ｅを距離（Ｌ−ｘ）伝搬して光吸収体８に到達した光束の光強度をΦｘｎは、式（１４）で表すことができる。
【数１１】
2011092631.tif 000013
【００４３】
次に光源１および第二光源１’が同時に光を照射した場合を考える。この時、光吸収部材４が発生した弾性波の圧力Ｐｓは、式（１５）で表すことができる。また、第二光吸収部材１０が発生した弾性波の圧力Ｐｓ２は、式（１６）で表すことができる。また、光吸収体８が発生した弾性波の圧力Ｐｘは、式（１７）で表すことができる。
【数１２】
2011092631.tif 000014
以上、式（１１）〜式（１７）までの７個の式が独立に成り立つ。Φ１ｍは光源１が発する光の強度と、光学系６の効率によって定まる。Φ２ｎは第二光源１’が発する光の強度と、第二光学系６’の効率によって定まる。また、ＰｓとＰｓ２とＰｘとｘは、音響信号のプロファイルから取得できる。上述の式における未知数は、Φ２ｍ、Φｘｍ、Φ１ｎ、Φｘｎ、μｅｆｆ、μａの６個であるので、式（１１）〜式（１７）を用いてμｅｆｆと光吸収係数μａを定量的に求めることができる。
【００４４】
以上に説明したように、本実施例における生体情報処理装置では、複数個の光源で被検体Ｅを照射する場合においても被検体Ｅの平均的な光減衰係数μｅｆｆを取得することができる。その結果、被検体Ｅの内部にある光吸収体８の光吸収係数μａを定量的に取得す
ることができる。
【００４５】
また、実施例１〜６においては、被検体の光吸収係数分布を測定する探触子により、既知の吸収体から発生する弾性波を検出したが、既知の吸収体からの弾性波を検出するために別の検出手段を配置しても同様の効果が得られる。
また、実施例１〜６においては、光吸収部材が所定の位置に設ける場合を示したが、光吸収部材が発生する弾性波を検出するときのみ光吸収部材を配置すればよく、被検体を測定する際に光吸収部材を退避させても同様の効果が得られる。
また、実施例１〜６においては、光吸収部材を第一或いは第二圧迫板に埋設する場合を示したが、材料固有の光吸収係数及びグリュナイゼンパラメーターを有する第一あるいは第二圧迫板を光吸収部材として利用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１  ：光源
４  ：光吸収部材
５  ：弾性波検出器
１４：演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011092631.tif 000019
【図６】
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【図７】
2011092631.tif 000021
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011092631.tif 000024
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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