(57)【要約】【課題】  被検体内の光特性値分布、特に光吸収係数分布を精度よく求めることを目的とする。【解決手段】  被検体２０を保持する保持部２１と、保持された被検体２０に光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部２２と、電気信号から画像データを生成する処理部１９と、を有する光音響イメージング装置であって、被検体２０を保持する際に保持部２１と被検体２０とが接する保持部２１の表面のうち光が被検体２０に照射される側の表面に配置される光拡散部材１３に光を照射することにより光拡散部材１３で生じる光学パターンを撮像する撮像部１８を有し、処理部１９は、撮像部１８で撮像された光学パターンと音響波変換部２２で取得された電気信号とに基づいて被検体２０内の光吸収係数分布を画像データとして生成する。【選択図】  図１
2011229756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を保持する保持部と、保持された前記被検体に光源から光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、前記電気信号から画像データを生成する処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する撮像部を有し、
前記処理部は、前記撮像部で撮像された前記光学パターンと前記音響波変換部で取得された前記電気信号とに基づいて前記被検体内の光吸収係数分布を画像データとして生成することを特徴とする光音響イメージング装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記光学パターンから前記被検体内の光量分布を算出し、前記被検体内の前記光量分布と前記電気信号とに基づいて前記被検体内の光吸収係数分布を画像データとして生成することを特徴とする請求項１に記載の光音響イメージング装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記光学パターンから前記被検体に照射される光の相対光照射密度分布を算出して、前記相対光照射密度分布に基づいて前記被検体内の光量分布を算出することを特徴とする請求項２に記載の光音響イメージング装置。
【請求項４】
前記光源から発せられる光の一部の光量を測定する光量測定部を有することを特徴とする請求項３に記載の光音響イメージング装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記相対光照射密度分布と前記光量測定部で測定された光量とに基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出し、前記光照射密度分布に基づいて前記被検体内の光量分布を算出することを特徴とする請求項４に記載の光音響イメージング装置。
【請求項６】
前記光源がレーザー発生器であり、前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下であることを特徴とする請求項５に記載の光音響イメージング装置。
【請求項７】
前記処理部は、前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下でない場合には、前記光照射密度分布の最大値が前記最大許容露光量以下となるように前記被検体に照射される光の出力エネルギーを制御する制御部を有することを特徴とする請求項６に記載の光音響イメージング装置。
【請求項８】
被検体を保持する保持部と、保持された前記被検体に光源から光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、前記電気信号から画像データを生成する処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する撮像部を有し、
前記処理部は、前記撮像部で撮像された前記光学パターンに基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出することを特徴とする光音響イメージング装置。
【請求項９】
前記光源から発せられる光の一部の光量を測定する光量測定部を有し、前記処理部は、前記撮像部で撮像された前記光学パターンと前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出することを特徴とする請求項８に記載の光音響イメージング装置。
【請求項１０】
前記光源がレーザー発生器であり、前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の光音響イメージング装置。
【請求項１１】
前記処理部は、前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下でない場合には、前記光照射密度分布の最大値が前記最大許容露光量以下となるように前記被検体に照射される光の出力エネルギーを制御する制御部を有することを特徴とする請求項１０に記載の光音響イメージング装置。
【請求項１２】
保持部によって被検体を保持し、保持された前記被検体に光源から光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換し、前記電気信号から画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する工程と、
撮像された前記光学パターンと取得された前記電気信号とに基づいて前記被検体内の光吸収係数分布を画像データとして生成する工程と、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。
【請求項１３】
前記光吸収係数分布を画像データとして生成する工程は、前記光学パターンから前記被検体内の光量分布を算出する工程と、前記被検体内の前記光量分布と前記電気信号とに基づいて前記被検体内の光吸収係数分布を画像データとして生成する工程と、を有することを特徴とする請求項１２に記載の光音響イメージング方法。
【請求項１４】
前記光量分布を算出する工程は、前記光学パターンから前記被検体に照射される光の相対光照射密度分布を算出する工程と、前記相対光照射密度分布に基づいて前記被検体内の光量分布を算出する工程と、を有することを特徴とする請求項１３に記載の光音響イメージング方法。
【請求項１５】
前記光源から発せられる光の一部の光量を測定する工程を有することを特徴とする請求項１４に記載の光音響イメージング方法。
【請求項１６】
前記光量分布を算出する工程は、前記相対光照射密度分布と前記光量測定部で測定された光量とに基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出する工程と、前記光照射密度分布を用いて前記光量分布を算出する工程と、を有することを特徴とする請求項１５に記載の光音響イメージング方法。
【請求項１７】
前記光源がレーザー発生器であり、前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下であることを判定する工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の光音響イメージング方法。
【請求項１８】
前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下でない場合には、前記光照射密度分布の最大値が前記最大許容露光量以下となるように前記被検体に照射される光の出力エネルギーを制御する工程を有することを特徴とする請求項１７に記載の光音響イメージング方法。
【請求項１９】
保持部によって被検体を保持し、保持された前記被検体に光源から光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換し、前記電気信号から画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する工程と、
前記撮像部で撮像された前記光学パターンに基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出する工程と、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。
【請求項２０】
前記光源から発せられる光の一部の光量を測定する工程を有し、
光照射密度分布を算出する工程は、前記撮像部で撮像された前記光学パターンと前記光量測定部で測定された光量とに基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出する工程であることを特徴とする請求項１９に記載の光音響イメージング方法。
【請求項２１】
前記光源がレーザー発生器であり、前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下であることを判定する工程を有することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の光音響イメージング方法。
【請求項２２】
前記光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量以下でない場合には、前記光照射密度分布の最大値が前記最大許容露光量以下となるように前記被検体に照射される光の出力エネルギーを制御する工程を有することを特徴とする請求項２１に記載の光音響イメージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響イメージング装置、光音響イメージング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザーなどの光源から被検体に照射した光を被検体内に伝播させ、被検体内の情報を得るイメージング装置の研究が医療分野を中心に積極的に進められている。このようなイメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている
ＰＡＴとは、光源から発生したパルス光を生体（被検体）に照射し、生体内を伝播・拡散した光が生体組織で吸収されて発生する音響波を受信し、受信した音響波を解析処理することで、被検体である生体内部の光学特性に関連した情報を可視化する技術である。これにより、被検体内の光学特性値分布等の生体情報、特に、光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
【０００３】
ＰＡＴでは、被検体内における光吸収体から発生する音響波の初期音圧Ｐ０は次式で表すことができる。
Ｐ０＝Γ・μａ・Φ・・・式１
ここで、Γはグルナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速ｃの二乗の積を定圧比熱ＣＰで割ったものである。Γは被検体が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られており、μａは吸収体の光吸収係数、Φは局所的な領域での光量（吸収体に照射された光量で、光フルエンスとも言う）である。
【０００４】
被検体中を伝播してきた音響波の大きさである音圧Ｐの時間変化を測定し、その測定結果から初期音圧分布を算出する。算出された初期音圧分布をグルナイゼン係数Γで除することにより、μａとΦの積の分布、つまり光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
【０００５】
式１で示されるように、初期音圧Ｐ０の分布から光吸収係数μａの分布を得るためには、被検体内の光量Φの分布を求めることが必要である。被検体の厚さに対して十分大きな領域に、一様な照射光量が照射された時、被検体内を光が平面波のように伝播すると仮定すると被検体内の光量の分布Φは次式であらわすことができる。
Φ＝Φ０・ｅｘｐ（−μｅｆｆ・ｄ）・・・式２
ここで、μｅｆｆは被検体の平均的な等価減衰係数、Φ０は光源から被検体内に入射する光量（被検体の表面における光量）である。また、ｄは光源からの光が照射された被検体表面の領域（光照射領域）から被検体内における光吸収体までの距離である。特許文献１によれば、生体に均一な光を複数の条件で照射し、被検体の平均的な等価減衰係数μｅｆｆを算出し、式２から被検体内の光量分布Φを算出し、その光量分布Φを用いて式１から被検体内の光吸収係数分布μａを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光源から被検体に照射される光量が一様でない場合には、被検体表面での光照射密度分布が均一でなくなる。このため、被検体内の光量分布は照射面に対して面内方向に不均一となり、式２を用いることができなくなる。このため、被検体内の光吸収係数分布を精度よく求めるためには、この不均一性を考慮することが求められる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、被検体内の光特性値分布、特に光吸収係数分布を精度よく求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、被検体を保持する保持部と、保持された前記被検体に光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、前記電気信号から画像データを生成する処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する撮像部を有し、前記処理部は、前記撮像部で撮像された前記光学パターンと前記音響波変換部で取得された前記電気信号とに基づいて前記被検体内の光吸収係数分布を画像データとして生成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、被検体を保持する保持部と、保持された前記被検体に光源から光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、前記電気信号から画像データを生成する処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する撮像部を有し、前記処理部は、前記撮像部で撮像された前記光学パターンに基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、保持部によって被検体を保持し、保持された前記被検体に光源から光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換し、前記電気信号から画像データを生成する光音響イメージング方法であって、前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する工程と、撮像された前記光学パターンと取得された前記電気信号とに基づいて前記被検体内の前記光量分布とを用いて前記被検体内の光吸収係数分布を画像データとして生成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、保持部によって被検体を保持し、保持された前記被検体に光源から光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換し、前記電気信号から画像データを生成する光音響イメージング方法であって、前記被検体を保持する際に前記保持部と前記被検体とが接する前記保持部の表面のうち前記光が前記被検体に照射される側の表面に配置される光拡散部材に、光を照射することにより前記光拡散部材で生じる光学パターンを撮像する工程と、前記撮像部で撮像された前記光学パターンに基づいて前記被検体に照射される光の光照射密度分布を算出する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被検体内の光特性値分布、特に光吸収係数分布を精度よく求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る光音響イメージング装置の構成の一例を示す模式図
【図２】本発明の実施形態１に係る光音響イメージング装置の動作の一例を示すフローチャート
【図３】本発明の実施形態１に係る光音響イメージング装置で撮像される相対光照射密度分布を示す図
【図４】本発明の実施形態１に係る光音響イメージング装置の動作の一部を説明する図
【図５】本発明の実施形態２に係る光音響イメージング装置の動作の一例を示すフローチャート
【図６】本発明の実施形態３に係る光音響イメージング装置の動作の一例を示すフローチャート
【図７】本発明の実施形態４に係る光音響イメージング装置の動作の一例を示すフローチャート
【図８】本発明の実施形態５に係る光音響イメージング装置の構成の一例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。なお、本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する弾性波のことを示す。また、本発明の光音響イメージング装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とし、被検体の内部の生体情報を取得して画像データを生成する装置である。よって、被検体としては生体、具体的には人体や動物の乳房や指、手足などの診断の対象部位が想定される。被検体内部の光吸収体としては、被検体内で相対的に光吸収係数が高いものであり、例えば、人体が測定対象であれば酸化あるいは還元ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管、あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が該当する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の光音響イメージング装置の構成を示した模式図である。本実施形態の光音響イメージング装置は、保持部２１と、音響波変換部２２と、処理部１９とを有している。保持部２１は、被検体２０を所定の位置に保持するために、移動可能な構成である。
【００１７】
図１（ａ）を用いて本実施形態に係る光音響イメージング装置を用いて行われるＰＡＴ測定を説明する。光源１０から発せられた光１１は例えばレンズ、ミラー、光ファイバなどの光学系１２を介して、生体などの被検体２０に照射される。なお、光学系１２は光１１の照射領域を拡大する拡大レンズを有していることが好ましく、拡大レンズによって光１１は光１６となって被検体２０に照射される。被検体２０の内部を伝播した光のエネルギーの一部が血管内又は血液内などの光吸収体（結果的に音源となる）に吸収されると、その光吸収体の熱膨張により音響波（典型的には超音波）が発生する。音響波は、音響波変換部２２により受信されて電気信号に変換される。そして、処理部１９は、電気信号から得られる被検体２０内の初期音圧分布と被検体２０内の光量分布とを用いて被検体２０内の光吸収係数分布を画像データとして生成する。そして、この画像データは液晶ディスプレイなどの表示装置（不図示）に画像として表示される。
【００１８】
ここで、被検体２０内の光量分布は、被検体２０の表面に照射される光の相対光照度密度分布を用いて算出される。相対光照射密度分布は、被検体２０の表面の光照射領域における相対的な光強度分布のことである。これは、被検体２０を保持する際に保持部２１と被検体２０とが接する保持部２１の表面のうち光が被検体２０に照射される側の表面に配置される光拡散部材１３（図１（ｂ））に光を照射することにより光拡散部材１３の表面で生じる光学パターン（拡散光パターン）を撮像することで得られる。具体的には、相対照射密度分布は、撮像された光学パターンを処理部により解析処理され算出される。そのために、本実施形態の光音響イメージング装置は、撮像部１５を備えている。図１（ｂ）で示すように被検体２０が保持部２１に保持されず、２つの保持部２１が対向する２つの面のうち光が照射される側（光源に近い方）に光拡散部材１３が配置された状態で、光源１０から光が光拡散部材１３に照射される。そして、その光拡散部材１３上に生じる光学パターンを撮像部１５で撮像する。なお、撮像部１５には、ＮＤフィルターやレンズ等の光学系１４が配置される。このレンズは、撮像部１５が光拡散部材１３上で拡散された照射光１６の光学パターン全体を撮像できる焦点距離を持ち、ＮＤフィルターは、撮像部１５が光拡散部材１３上で拡散された照射光１６の光学パターン全体を撮像できるＮＤを有していればよい。
【００１９】
また、光学パターンを撮像する際は、音響波変換部２２は撮像の邪魔にならない位置に配置される。このために音響波変換部２２は移動可能な構成であり、具体的には、保持部２１の被検体２０を挟持しない面に沿って走査する走査機構を備えている。また、処理部１９は、音響波変換部２２や光源１０、光量測定部１８とデータや命令の送受信ができるように配線等でつながっている。
【００２０】
また、光学系１２は、光１１を保持部２１に照射する照射光１６と光量を測定する光量測定部１８に照射する参照光１７とに分岐させる光学系、例えばハーフミラーを有している。照射光１６と参照光１７との光量の比率はハーフミラー等によって予め調整することができる。このため、参照光１７の光量を光量測定部１８によって測定することによって、照射光１６の全光量を知ることができる。照射光１６の全光量を知るのは、以下の理由からである。それは、相対光照射密度分布は分布内で相対的な強度を示すものであり、絶対的な強度の情報を有していない。このため、絶対的な強度の情報を有する光照射密度分布を得るために、相対光照射密度分布内の全光量の情報を得る必要がある。なお、必ずしも光量測定部１８は必要ではなく、光学系１２として所望の光量だけを透過させるような光学系を用いたり、光音響イメージング装置の製造時に設定した比率を用いたりしてもよい。
【００２１】
次に、図２を用いて本実施形態の生体情報光イメージング装置の動作を説明する。まず、図１（ｂ）で示すように、保持部２１内に被検体２０が配置される代わりに光拡散部材１３が、照射光１６が照射される方の保持部２１に接して配置され、光拡散部材１３に光源１０からの光１１が光学系１２を介して照射光１６として照射される（Ｓ１０）。光拡散部材１３に照射された照射光１６は、光拡散部材１３上で拡散され、その拡散光パターンが光学系１４を介して撮像部１５に受信され、第１の電気信号に変換される（Ｓ１１）。そして、第１の電気信号は処理部１９に取り込まれる。第１の電気信号は光量に比例した値である必要がある。つまり、ガンマ値が１以外の値の状態である、非線形なゲインをかけてはいけない。そして、処理部１９によって、第１の電気信号から光拡散部材１３上の相対光照射密度分布が算出される（Ｓ１２）。具体的には、相対光照射密度分布は、撮像部１５で撮像された拡散光パターンと、予め測定した１ピクセルあたりの撮像対象（ここでは光拡散部材１３）の大きさを基に算出される。撮像部１５で撮像された拡散光パターンは図３に示されている。
【００２２】
一方、光学系１２によって照射光１６とは分岐された参照光１７は光量測定部１８によって受信され、第２の電気信号に変換される（Ｓ１３）。そして、第２の電気信号は処理部１９に取り込まれ、参照光１７の光量が算出される（Ｓ１４）。ここで、参照光１７の光量と照射光１６との光量はある一定の比率になるように調整され、あるいは、予めその比率が測定されているので、処理部１９は、参照光１７の光量から照射光１６の全体の光量を算出する。そして、その照射光１６の全体の光量と相対光照射密度分布から、光拡散部材１３上の光照射密度分布を算出する（Ｓ１５）。この光照射密度分布は、光拡散部材１３への光照射時と被検体２０への光照射時とで光源１０にほぼ同じ電力を供給している限り、被検体２０の表面の光照射密度分布と同じものと推定される。
【００２３】
次に、図１（ａ）で示すように、保持部２１で被検体２０を保持し、音響波変換部２２が被検体２０上の照射光１６が照射される面と対向する位置に配置される状態で、光源１０から被検体２０に照射光１６が照射される（Ｓ１６）。そして、照射光１６の光エネルギーの一部が被検体２０内の光吸収体に吸収されて発生される音響波を音響波変換部２２が受信し、第２の電気信号に変換する（Ｓ１７）。第２の電気信号は処理部１９に取り込まれ、処理部１９によって解析処理されて初期音圧分布が算出される（Ｓ１８）。
【００２４】
そして、処理部１９はＳ１５で算出された光照射密度分布を基に被検体２０内の光量分布を算出する（Ｓ１９）。具体的には、計算空間内の被検体の表面上に、上述した光照射密度分布と同じ光照射密度分布を持つ仮想の光源を配置して、光拡散方程式、輸送方程式またはモンテカルロ・光伝播シミュレーション等を用いて光量分布が算出される。なお、図４（ａ）に計算空間内の被検体の表面に仮想の光源を配置した概念図を示す。この図を上面から見たものが図３の相対光照射密度分布に対応している。図４（ｂ）は算出された光量分布の断面模式図を示す。
【００２５】
次に、Ｓ１８で算出された初期音圧分布とＳ１９で算出された光量分布とを用いて、処理部１９は光吸収係数分布を算出する（Ｓ２０）。具体的には、式１に従い、初期音圧分布（画像として図４（ｃ）に対応）を光量分布（画像として図４（ｂ）に対応）で除することで光吸収係数分布（画像として図４（ｄ）に対応）が算出される。なお、図４の２３は光吸収体を表している。
【００２６】
最後に、処理部１９はＳ２０で算出された光吸収係数分布を画像データとして生成する。そして、その画像データは表示装置（不図示）によって表示される（Ｓ２１）。
【００２７】
このように光拡散部材を使用して光照射密度分布を推定することで、被検体の光量分布をより精度よく求めることができ、光吸収係数分布を精度よく求めることが可能となる。
【００２８】
以下に、本実施形態に係る光音響イメージング装置の構成を具体的に説明する。光源は、生体を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を照射するものである。具体的に、光の波長は５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下が好ましい。光源としては５ナノ秒乃至５０ナノ秒のパルス光を発生可能な光源を少なくとも一つは備えている。光源としては大きな出力が得られるレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやＴｉ：サファイアレーザーを用いることができる。また、波長可変であってもよい。
【００２９】
光学系は、例えば、光を反射するミラーや、参照光と照射光を分岐するためのハーフミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズなどである。このような光学系は、ミラーやレンズ以外にも、光導波路などが挙げられ、光源から発せられる光を被検体に所望の形状で照射することができればどのようなものでもよい。なお、光はレンズで拡散させることにより、ある程度の面積に広げる方が好ましい。また、光を被検体に照射する領域は被検体上を移動可能であることが好ましい。言い換えると、光源から発せられる光が被検体上を移動可能となるように構成されていることが好ましい。移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、可動式ミラー等を用いる方法や、光源自体を機械的に移動させる方法などがある。該保持部と一体となっていてもよい。
【００３０】
光量測定部は、光パワーメーターで、フォトダイオードを利用した光学センサー、熱伝対素子を利用したサーマルセンサー、焦電気物質を利用したパイロエレクトリックセンサーなどがある。本発明の光源は単パルスであるため、パイロエレクトリックセンサーが望ましい。
【００３１】
光拡散部材は、散乱体や拡散板、酸化チタンなどが入った薄いウレタンシートなどが望ましい。また、等方円拡散で拡散角が面内均一で撮像部とレンズの画角よりも十分大きいことが望ましい。例えば画角が２０度の場合、その±１０度の角度の中で、拡散光の強度が変化しないように、拡散角６０度以上の光拡散部材が望ましい。光拡散部材は、取り外し可能でもよいし、保持部と一体になっていてもよい。また、その厚さは、０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍ程度が好ましい。
【００３２】
撮像部は、光を検出して電気信号に変換する１つ以上の素子を有し、フォトマル、フォトダイオードなどで構成される。光を検出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。光を検出する素子は１次元又は２次元に複数配列することにより、同時に複数の場所で光を検出することができ、検出時間を短縮することが出来る。なお、一つの素子を移動させることで、複数の素子を２次元あるいは１次元に配置したものと同様の信号を得ることも可能である。また、照射される光の波長領域に感度のある素子でなければならない。
【００３３】
音響波変換部は、音響波を受信して電気信号に変換する１つ以上の素子を有し、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなどで構成される。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。音響波を受信する素子は１次元又は２次元に複数配列することにより、同時に複数の場所で音響波を受信することができ、受信時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。なお、１つの素子を移動させることで、複数の素子を２次元あるいは１次元に配置したものと同様の信号を得ることも可能である。
【００３４】
処理部には典型的にはワークステーションなどが用いられ、光照射密度分布を算出し、その結果から照射光にフィードバックする処理などがあらかじめプログラミングされたソフトウェアにより行われる。また、処理部は、音響波変換部から取り込まれた電気信号に対してノイズ低減処理などを行う。
【００３５】
保持部は、被検体を保持するように、容器や２つの平板で構成される。保持部が２つの平板で構成される場合には少なくとも一方が移動可能な構成とし、ＰＡＴ測定時にその一方を移動させて被検体を保持する構成にすればよい。また、被検体はポリメチルペンテンポリマーなどの人間の乳房等に近い音響インピーダンスを有する材料からなることが好ましい。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態は、光音響イメージング装置の構成は実施形態１と同じであるが、より精度よく光吸収係数分布を求めるために、ＰＡＴ測定時に光源の光量を算出し、その値を用いて光照射密度分布を算出するものである。つまり、実施形態１では、光が光拡散部材に照射される際の光量から光照射密度分布が算出されるのに対し、本実施形態では、光が被検体に照射される際の光量から光照射密度分布が算出される。
【００３７】
図５を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。まず、Ｓ１０乃至Ｓ１２までは実施形態１と同様に行う。
【００３８】
次に、図１（ａ）で示すように、保持部２１で被検体２０を保持し、音響波変換部２２が被検体２０上の照射光１６が照射される面と対向する位置に配置される状態で、光源１０から被検体２０に照射光１６を照射する（Ｓ１６）。そして、Ｓ１７，Ｓ１８も実施形態１と同様に行う。
【００３９】
一方、図１（ｂ）で示すように、Ｓ１６で被検体２０に照射される照射光１６とは分岐された光１１の一部（参照光１７）は光量測定部１８によって受信され、その参照光１７は電気信号に変換される（Ｓ２２）。そして、電気信号は処理部１９に取り込まれ、参照光１７の光量が算出される（Ｓ２３）。ここで、参照光１７の光量と照射光１６との光量はある一定の比率になるように調整され、あるいは、予めその比率が測定されているので、処理部１９は、参照光１７の光量から照射光１６の全体の光量を算出する。そして、その照射光１６の全体の光量と相対光照射密度分布から、被検体２０の表面上の光照射密度分布を算出する（Ｓ２４）。実施形態１で上述したＳ１９と同様に、処理部１９は光照射密度分布を用いて被検体２０内の光量分布を算出する（Ｓ２５）。
【００４０】
そして、Ｓ１８で算出された初期音圧分布とＳ２５で算出された光量分布とを用いて、処理部１９は光吸収係数分布を算出する（Ｓ２０）。最後に、処理部１９はＳ２０で算出された光吸収係数分布を画像データとして生成する。そして、その画像データは表示装置（不図示）によって表示される（Ｓ２１）。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態は、光音響イメージング装置の構成は実施形態１と同じであるが、光源がレーザー発生器であり、被検体が人間である場合に、安全性の観点を考慮したものである。具体的にはＰＡＴ測定の前に、照射される光の光照射密度分布の最大値が生体表面に照射可能な最大許容露光量（ＭＰＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）以下であるかどうかを判定する。光照射密度分布の最大値がＭＰＥを越える場合には、光源出力の調整を行うものである。なお、ＭＰＥを標す規定の一つは、国際電気標準会議（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ、略称ＩＥＣ）の６０８２５−１「レーザー機器及びその使用者のための安全指針」である。また、ＩＥＣに準じる日本工業規格（ＪＩＳ）のＪＩＳＣ６８０２「レーザー製品の安全基準」にも規定がある。
【００４２】
図６を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。まず、Ｓ１０乃至Ｓ１５までは実施形態１と同様に行う。
【００４３】
次に、Ｓ１５で算出された光照射密度分布の最大値（最大光照射密度）が、上記の最大許容露光量以下（ＭＰＥ以下）であるかを判定する（Ｓ２６）。最大光照射密度がＭＰＥを越える場合には、光源１０の出力エネルギーを調整する（Ｓ２７）。具体的には、光源（レーザー）の励起ランプへの投入電力を所望の値（例えば０．５Ｊ）だけ下げる。このために処理部１９は被検体２０に照射される光の出力エネルギーを制御する制御部を有している。そして、調整した光源１０を用いてＳ１０乃至Ｓ１５までの動作を順に行い、再びＳ２６で最大光照射密度がＭＰＥ以下であるかどうかを判定する。そして、最大光照射密度がＭＰＥ以下になるまで、Ｓ２７、Ｓ１０乃至Ｓ２６の動作を順に繰り返す。
【００４４】
Ｓ２６で最大光照射密度がＭＰＥ以下であると判定された場合には、被検体２０に光を照射して、実施形態１で述べたＳ１６乃至Ｓ１８の動作を行う。次に、Ｓ２０の動作を行うが、このときに使用する光量分布は、Ｓ２６で最大光照射密度がＭＰＥ以下と判定された際の光照射密度分布から算出される（Ｓ２８）。そして、最後に、処理部１９はＳ２０で算出された光吸収係数分布を画像データとして生成する。そして、その画像データは表示装置（不図示）によって表示される（Ｓ２１）。
【００４５】
なお、Ｓ２６の最大光照射密度がＭＰＥ以下であるかを判定する工程の代わりに、Ｓ２６の最大光照射密度がＭＰＥ以下であり、かつ、ある値（例えば、ＭＰＥの半分の値）以上であるかを判定するようにしてもよい。この場合、被検体２０に照射される光の強度が小さくなりすぎて、被検体２０の深部に光が伝播しないことを防ぐことができる。そして、Ｓ２７では、最大光照射密度がＭＰＥを越える場合には、投入電力を所望の値（例えば０．５Ｊ）だけ下げ、最大光照射密度がある値を越えない場合には、投入電力を所望の値（例えば０．５Ｊ）だけ上げるように光源１０の出力を調整する。そして、最大光照射密度がＭＰＥ以下であり、かつ、ある値（例えば、ＭＰＥの半分の値）以上になるまでＳ２７、Ｓ１０乃至Ｓ２６の動作を順に繰り返せばよい。
【００４６】
（実施形態４）
本実施形態は、光音響イメージング装置の構成は実施形態３と同じ（すなわち実施形態１の光音響イメージング装置の構成と同じ）であるが、実施形態２と同様に、ＰＡＴ測定時に光源の光量を算出する点が異なる。
【００４７】
図７を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。まず、Ｓ１０乃至Ｓ１５、Ｓ２６、Ｓ１６乃至Ｓ１８、必要であればＳ２７の動作を実施形態３と同様に行う。
【００４８】
そして、実施形態２と同様に、被検体２０に光照射を行う際に、光１１の一部（参照光１７）は光量測定部１８によって受信され、その参照光１７は電気信号に変換される（Ｓ２２）。そして、実施形態２で述べたＳ２３乃至Ｓ２５の動作を行う。なお、Ｓ２４で用いる相対光照射密度分布は、Ｓ２６で最大光照射密度がＭＰＥ以下と判定された際のＳ１２で算出された相対光照射密度分布である。
【００４９】
そして、Ｓ１８で算出された初期音圧分布とＳ２５で算出された光量分布とを用いて、処理部１９は光吸収係数分布を算出する（Ｓ２０）。最後に、処理部１９はＳ２０で算出された光吸収係数分布を画像データとして生成する。そして、その画像データは表示装置（不図示）によって表示される（Ｓ２１）。
【００５０】
なお、本実施形態のＳ２４で算出された光照射密度分布の最大値がＭＰＥ以下であるか判定を行う動作を、Ｓ２４とＳ２５の間に行ってもよい。この場合、光照射密度分布の最大値がＭＰＥを越えないか監視でき、光照射密度分布の最大値がＭＰＥを越えた場合に、光源１０への電力の投入を停止するように構成してもよく、より安全性が高まる。
【００５１】
（実施形態５）
図８は、本実施形態に係る光音響イメージング装置の構成の一例を示す模式図である。実施形態１の光音響イメージング装置とは、保持部２１の一部に光拡散部材１３が設けられる点が異なる。このため、保持部２１が被検体２０を保持した状態で、光拡散部材１３が被検体２０の表面と同等の位置、つまり、光学系１２から被検体２０の表面までの距離と光学系１２から光拡散部材１３までの距離が略等しい位置に配置される。よって、光拡散部材１３に光を照射して表れる拡散パターンから算出される相対光照射密度分布、さらには、光照射密度分布は、実際に被検体２０の表面に照射されるものと分布が近くなる。したがって、より精度よく、被検体２０内の光量分布、光吸収係数分布を算出することができる。
【００５２】
なお、光学系１２は、光拡散部材１３と被検体２０とに別々の位置で光を照射するために移動可能に構成され、具体的には、保持部２１の被検体２０を挟持しない面に沿って走査する走査機構を備えている。なお、光源１０や光量測定部１８も移動可能に構成されていてもよい。また、本実施形態の動作としては実施形態１乃至４で述べた動作を行うことが可能であるが、Ｓ１０の光拡散部材１３への光照射は、被検体２０が保持部２１に保持された状態で行われる点が異なる。
【符号の説明】
【００５３】
１３  光拡散部材
１５  撮像部
１９  処理部
２１  保持部
２２  音響波変換部
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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