(57)【要約】【課題】患者に苦痛を与えることなく、正確な乳がんの診断を行う。【解決手段】光音響式乳房画像撮影装置２は、乳房Ｃ１が載置される撮影台１６に検出部３０を備える。検出部３０は、複数の容量検出型超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）３１と光ファイバ３２の出射端面３３とをＸＹ方向に所定ピッチでマトリクス状に配列してなる。光ファイバ３２は、撮影台１６のＸ方向の被検者Ｈ側に所定角度傾けて配置され、その出射端面３３は被検者Ｈ側に向けられている。被検者Ｈ側の光ファイバ３２の出射端面３３から発せられた光は、乳房Ｃ１だけでなくその奥の胸壁部分Ｃ２にも達する。音響波を画像化した光音響画像にも、乳房Ｃ１だけでなく胸壁部分Ｃ２の情報が含まれる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する複数の光照射手段と、
光の照射により発生する音響波を受信する複数の音響波受信手段とが被検者の乳房が載置される撮影台に設けられ、
前記複数の光照射手段は、乳房の載置範囲外にある被検者の胸壁部分に向けて光が照射されるよう配置されていることを特徴とする光音響式乳房画像撮影装置。
【請求項２】
前記複数の光照射手段の光の出射面の少なくとも一部を被検者側に向けることを特徴とする請求項１に記載の光音響式乳房画像撮影装置。
【請求項３】
前記複数の光照射手段の光の出射面を全て被検者側に向けることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響式乳房画像撮影装置。
【請求項４】
前記複数の光照射手段のうち、被検者に近い位置に配置された光照射手段の光の出射面を被検者側に向けることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響式乳房画像撮影装置。
【請求項５】
前記複数の光照射手段の略全てを撮影台の乳房の載置面に、前記複数の光照射手段の残りを撮影台の被検者と対向する面にそれぞれ取り付け、
撮影台の被検者と対向する面に取り付けた光照射手段の出射面を被検者側に向けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光音響式乳房画像撮影装置。
【請求項６】
音響波の受信により前記複数の音響波受信手段から出力された電気音響変換信号を元に、乳房および胸壁部分を含む光音響画像を生成する画像処理部を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光音響式乳房画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響効果を利用して乳房の画像を取得する光音響式乳房画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光音響効果を利用して乳房の画像を撮影し、乳がんの診断に資する光音響式乳房画像撮影装置が注目されている。この装置では、乳房に所定の波長の光（可視光、近赤外光、または中間赤外光）を照射し、乳房が光のエネルギーを吸収した結果生じる音響波を検出して画像化している（特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１では、複数の電気音響変換素子と複数の光ファイバの端部を２次元状に配列して構成したアプリケータを被検者に接触させ、光ファイバの端部からの光照射により発生する音響波を検出している。かかる光照射は、アプリケータの被検者接触面に対して略垂直、すなわち電気音響変換素子および光ファイバのなす２次元配列平面に対して垂直な方向に行われる。特許文献２は、乳房に面状に光を照射する導光板と超音波トランスデューサとを同一面上に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１８６８４号公報
【特許文献２】特開２００９−０３１２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
乳がんの診断は、乳房そのものだけでなく、その根元の腋窩部位や胸壁部分も含む領域を撮影しないと正確に行うことができない。撮影台と圧迫板の間に乳房を挟んで撮影する形態では、乳房の根元部分も撮影範囲に収めるため、場合によっては乳房を無理矢理引き出して圧迫板で強く圧迫することがあった。こうした場合は患者が大変な苦痛を味わうことになるが、特許文献１、２はこの点について全く考慮していない。
【０００６】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、患者に苦痛を与えることなく、正確な乳がんの診断を行うことができる光音響式乳房画像撮影装置を提供することを目的とする。
【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、本発明の光音響式乳房画像撮影装置は、光を照射する複数の光照射手段と、光の照射により発生する音響波を受信する複数の音響波受信手段とが被検者の乳房が載置される撮影台に設けられ、前記複数の光照射手段は、乳房の載置範囲外にある被検者の胸壁部分に向けて光が照射されるよう配置されていることを特徴とする。
【０００８】
前記複数の光照射手段の配置例としては、前記複数の光照射手段の光の出射面の少なくとも一部を被検者側に向ける。具体的には、前記複数の光照射手段の光の出射面を全て被検者側に向ける。前記複数の光照射手段のうち、被検者に近い位置に配置された光照射手段の光の出射面を被検者側に向けてもよい。
【０００９】
さらには、前記複数の光照射手段の略全てを撮影台の乳房の載置面に、前記複数の光照射手段の残りを撮影台の被検者と対向する面にそれぞれ取り付け、撮影台の被検者と対向する面に取り付けた光照射手段の出射面を被検者側に向けてもよい。
【００１０】
音響波の受信により前記複数の音響波受信手段から出力された電気音響変換信号を元に、乳房および胸壁部分を含む光音響画像を生成する画像処理部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、乳房の載置範囲外にある被検者の胸壁部分に向けて光が照射されるよう光照射手段を配置するので、患者に苦痛を与えることなく、正確な乳がんの診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】光音響式乳房画像撮影装置の概略を示す構成図である。
【図２】乳房の撮影姿勢を説明するための図である。
【図３】第一実施形態の検出部を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図５】光音響式乳房画像撮影装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】光走査の様子を示す説明図である。
【図７】第二実施形態の検出部を示す図である。
【図８】図７に示す検出部の断面図である。
【図９】第三実施形態の検出部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第一実施形態］
図１において、光音響式乳房画像撮影装置２は、撮影スタンド１０とプロセッサ部１１とを備える。撮影スタンド１０は、水平な床面に設置される土台１２と、土台１２上に垂直に立設された固定支柱１３と、固定支柱１３に軸着された可動支柱１４とからなる。固定支柱１３には鉛直方向にガイド溝１５が設けられており、可動支柱１４は、矢印で示すようにガイド溝１５に沿って鉛直方向に上下動する。また、可動支柱１４は、矢印で示すように固定支柱１３に対して回動可能である。
【００１４】
可動支柱１４には、直方体状の撮影台１６と圧迫板１７が対向して配置されている。圧迫板１７は、アーム１８を介して可動支柱１４のガイド溝１９に取り付けられ、矢印で示すようにガイド溝１９に沿って上下動する。可動支柱１４の上下動および回動、並びに圧迫板１７の上下動は、固定支柱１３に設けられた操作ボタン２０を操作することで自動的に実行される。
【００１５】
図２に示すように、撮影時は、互いに対面する撮影台１６の面（以下、載置面という）２１と圧迫板１７の面２２の間に被検者Ｈの乳房Ｃ１が挟まれる。（Ａ）は載置面２１を水平方向に対して約６０°傾けた状態として斜め横から乳房Ｃ１を挟んで撮影するＭＬＯ撮影（内外斜位方向撮影）を示し、（Ｂ）は載置面２１を水平状態として上から乳房Ｃ１を挟んで撮影するＣＣ撮影（頭尾方向撮影）をそれぞれ示す。撮影に際して、術者は、これらの撮影姿勢や被検者Ｈの体格、乳房Ｃ１の大きさ等に応じて、操作ボタン２０を操作して可動支柱１４や圧迫板１７の位置決めを行う。
【００１６】
図３において、撮影台１６の載置面２１には、検出部３０が設けられている。検出部３０は、複数の容量検出型超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ；Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）３１と光ファイバ３２の出射端面３３とをＸＹ方向に所定ピッチでマトリクス状に配列してなる。なお、Ｘ方向は撮影台１６の奥行き方向、Ｙ方向はこれに直交する撮影台１６の横方向、Ｚ方向は撮影台１６の厚み方向とする。
【００１７】
光ファイバ３２の出射端面３３は、四つのｃＭＵＴ３１で囲まれる間隙の中心に形成された略矩形状の開口３４から覗いている。光ファイバ３２は、撮影台１６のＸ方向の被検者Ｈ側に所定角度傾けて開口３４に配置されている。光ファイバ３２の出射端面３３から乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２（図６参照）に向けて所定の波長の光（可視光、近赤外光、または中間赤外光）を斜めに照射し、乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２が光のエネルギーを吸収した結果生じる音響波をｃＭＵＴ３１で受信する。
【００１８】
図３のＡ−Ａ断面を示す図４（Ａ）において、ｃＭＵＴ３１は、ＭＥＭＳ技術にてシリコン基板４０上に作製される半導体デバイスである。シリコン基板４０には、第一保護層４１、ｃＭＵＴ３１の下部電極４２、第二保護層４３、第三保護層４４、ｃＭＵＴ３１の上部電極４５、第四保護層４６が順にＺ方向に積層されている。第四保護層４６は載置面２１を構成し、光ファイバ３２の出射端面３３から発せられる光および乳房Ｃ１からの音響波を透過する透明な材料からなる。なお、図３では第四保護層４６の図示を省略している。
【００１９】
下部電極４２と第二保護層４３との間には空洞層４７が形成され、空洞層４７上部の第二保護層４３がｃＭＵＴ３１の振動膜（メンブレン）として機能する。振動膜は載置面２１と平行に配置され、音響波を受信することで振動する。ｃＭＵＴ３１は、この振動膜の振動による各電極４２、４５間の容量変化に応じた電気音響変換信号を各電極４２、４５を通じて出力する。また、ｃＭＵＴ３１は、各電極４２、４５間に電圧を印加することで振動膜を振動させて超音波を送信することも可能である。
【００２０】
図３のＢ−Ｂ断面を示す図４（Ｂ）において、光ファイバ３２は、開口３４に続く貫通孔５０に挿通されている。貫通孔５０は、例えば半導体製造プロセスで用いられるエッチング技術で作製される。
【００２１】
光ファイバ３２の貫通孔５０以降の後端部分は、シリコン基板４０の裏面にスタッド５１を介して取り付けられた保持プレート５２に保持される。保持プレート５２は、被検者Ｈ側に所定角度傾けて穿たれた保持孔５３を有する。光ファイバ３２の貫通孔５０以降の後端部分は、この保持孔５３に挿通され、被検者Ｈ側に所定角度傾き、且つ開口３４から出射端面３３が覗いた状態で保持孔５３に固定される。
【００２２】
図５において、プロセッサ部１１は、主制御部６０、ＲＯＭ６１、ＲＡＭ６２、操作部６３、画像処理部６４、表示制御部６５、およびモニタ６６を備える。また、撮影スタンド１０は、前述の操作ボタン２０および検出部３０と、光源部６７、走査制御部６８、受信部６９、並びに可動支柱１４および圧迫板１７の位置を制御する位置制御部７０とを備える。主制御部６０は、光音響式乳房画像撮影装置２全体の動作を統括的に制御する。主制御部６０は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ６１には、プロセッサ部１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。主制御部６０は、ＲＯＭ６１から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ６２に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、主制御部６０は、撮影スタンド１０の操作ボタン２０やキーボード等の操作部６３から操作入力信号を受け、これに応じた動作を各部に実行させる。
【００２３】
光源部６７は、所定の波長の光を発生する半導体レーザ、発光ダイオード、固体レーザ、ガスレーザ等の発光素子からなり、所定の波長の光を光ファイバ３２の入射端面（図示せず）に導入する。走査制御部６８は、主制御部６０の制御の下、使用する光ファイバ３２を順次選択して乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２に光を走査させる。光の走査方法は、例えば、光ファイバ３２のＹ方向に平行な列毎に、被検者Ｈ側から装置側に向けてＸ方向に順次走査する（図６の矢印上の番号参照）。
【００２４】
受信部６９は電子スイッチおよびレシーバからなり、主制御部６０の制御の下、光を照射した光ファイバ３２に隣接するｃＭＵＴ３１を順次選択して乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２からの音響波を受信させる。また、受信部６９は、乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２からの音響波を受信してｃＭＵＴ３１から出力された電気音響変換信号を増幅してＡ／Ｄ変換し、さらに検波や受信フォーカス処理を施して音線信号を生成し、これを画像処理部６４に出力する。なお、音響波だけでなく、ｃＭＵＴ３１に超音波および反射波の送受信を行わせてもよく、この場合は受信部６９に加えて、ｃＭＵＴ３１に超音波を発するための励振信号を入力する送信部が設けられる。
【００２５】
画像処理部６４は、受信部６９からの音線信号に対して、補間等の画像処理を施して乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２の光音響画像を生成する。
【００２６】
光音響画像は、光ファイバ３２のＹ方向に平行な列毎に切り出した複数の断層像からなるボリュームデータである。表示制御部６５は、画像処理部６４で生成された光音響画像を元に、操作部６３からの指定に応じて、光ファイバ３２のＹ方向に平行な列に沿った上記断層像や、光音響画像をボリュームレンダリングして得られた任意の方向の断層像をモニタ６６に表示させる。ｃＭＵＴ３１で超音波および反射波の送受信も行う場合は、これにより得られた超音波画像と光音響画像を並べたり重畳したりしてモニタ６６に表示させてもよい。なお、任意の方向の断層像には、例えばＸ線マンモグラフィと同じＸＺ平面に平行な切り口の断層像も含む。ＸＺ平面に平行な切り口の断層像を表示すれば、Ｘ線マンモグラフィで得られた画像との比較を容易にすることができる。
【００２７】
次に、図６を参照して、上記構成の光音響式乳房画像撮影装置２で乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２の診断を行う手順を説明する。まず、操作ボタン２０を操作して、乳房Ｃ１を撮影台１６と圧迫板１７の間に位置決めして挟み、検査開始を指示する。
【００２８】
検査開始の指示を受けて、主制御部６０は、光源部６７を駆動して光ファイバ３２の入射端面に光を導入し、且つ走査制御部６８を駆動制御して乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２に光を走査させる。また、主制御部６０は、受信部６９を駆動制御して、乳房Ｃ１および胸壁部分Ｃ２からの音響波をｃＭＵＴ３１に順次選択的に受信させる。
【００２９】
音響波の受信によりｃＭＵＴ３１から出力された電気音響変換信号は、受信部６９で増幅、Ａ／Ｄ変換、検波および受信フォーカス処理を施され、これにより音線信号が生成される。そして、画像処理部６４で補間等の画像処理を施されて光音響画像が生成され、表示制御部６５により所望の表示形式に変換されて光音響画像としてモニタ６６に表示される。
【００３０】
図６において、光走査の際、光ファイバ３２が被検者Ｈ側に所定角度傾けて配置され、出射端面３３は被検者Ｈ側に向いているので、番号１、２といった被検者Ｈ側の光ファイバ３２の出射端面３３から発せられた光は斜めに入射し、乳房Ｃ１だけでなくその奥の胸壁部分Ｃ２にも達する。このため、番号１、２の光によって発生した音響波は胸壁部分Ｃ２の情報を多く含んでおり、従って当然ながら音響波を画像化した光音響画像にも、乳房Ｃ１だけでなく胸壁部分Ｃ２の情報が含まれる。乳房Ｃ１を無理矢理引き出して圧迫板１７で強く圧迫するようなことをしなくとも、乳がんの診断に必要とされる胸壁部分Ｃ２の情報も含んだ光音響画像を容易に得ることができる。
【００３１】
全ての光ファイバ３２を被検者Ｈ側に所定角度傾けるので、検出部３０の構造をシンプルにすることができ、製造も簡単にすることができる。また、光の照射部位が重複しないので、光吸収による熱励起が過度になるおそれがなく、被検者Ｈへの負担が軽減される。
【００３２】
第一実施形態では、全ての光ファイバ３２を被検者Ｈ側に所定角度傾けているが、本発明はこれに限定されない。以下に示す第二、第三実施形態を採用してもよい。なお、第一実施形態と同一の部材には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
［第二実施形態］
図７において、本実施形態の検出部７５は、被検者Ｈ側の２列の光ファイバ３２のみを被検者Ｈ側に所定角度傾け、その他の光ファイバ３２はＺ方向に平行に立設し、乳房Ｃ１に対して垂直に向けている。この場合の光走査の順番は、矢印上の番号で示すように、所定角度傾けた光ファイバ３２の列から先に行う。
【００３４】
検出部７５の断面図を示す図８において、所定角度傾けた光走査が１番目、２番目の光ファイバ３２と、Ｚ方向に平行に立設された光走査の順番が３番目、４番目の光ファイバ３２とは、Ｙ方向にずらして同じ開口３４および貫通孔５０にそれぞれ配置されている。保持プレート５２には、所定角度傾けた光ファイバ３２用の保持孔５３の他に、Ｚ方向に平行に立設された光ファイバ３２用の保持孔７６が形成されている。所定角度傾けた光ファイバ３２とＺ方向に平行に立設された光ファイバ３２を別の開口３４および貫通孔５０に配置する場合に比べて、省スペース化および製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３５】
所定角度傾けた光ファイバ３２とＺ方向に平行に立設された光ファイバ３２を同じ開口３４および貫通孔５０に近接配置すると、図７の番号２、３を付した矢印で示すように光の照射部位が重複する。この場合、光の照射部位が重複した領域に対しては、互いに重複する電気音響変換信号の単純平均をとるか、あるいは胸壁部分Ｃ２の情報を多く含む電気音響変換信号を優先的に重み付けした加重平均をとって光音響画像を生成することが好ましい。
【００３６】
［第三実施形態］
図９において、本実施形態の検出部８０は、ｃＭＵＴ３１およびＺ方向に平行に立設された光ファイバ３２とは独立して、撮影台１６の被検者Ｈに対向する側面８１に、被検者Ｈ側に所定角度傾けた光ファイバ３２を配置している。撮影台１６の側面８１には、光ファイバ３２の出射端面３３が覗く開口、および第４保護層４６と同じ透明層が設けられている（ともに図示せず）。
【００３７】
ｃＭＵＴ３１およびＺ方向に平行に立設された光ファイバ３２と独立して被検者Ｈ側に所定角度傾けた光ファイバ３２を設けることにより、ｃＭＵＴ３１およびＺ方向に平行に立設された光ファイバ３２の部分の構造をシンプルにすることができ、製造も簡単にすることができる。また、光の照射部位が重複しないので、第一実施形態と同様の効果が得られる。さらに、撮影台１６の被検者Ｈに対向する側面８１に被検者Ｈ側に所定角度傾けた光ファイバ３２を配置するので、より胸壁部分Ｃ２に出射端面３３を近付けることができ、比較的少ない光エネルギーで胸壁部分Ｃ２の情報を効率よく得ることができる。
【００３８】
なお、第一実施形態と第三実施形態を複合し、全ての光ファイバ３２を被検者Ｈ側に傾け、且つ側面８１に光ファイバ３２を配置してもよい。
【００３９】
ｃＭＵＴの列と光ファイバの列とを別々のブロックにて作製し、各ブロックを交互に複数結合して検出部を作製してもよい。この場合、光ファイバのブロックにはシリコン基板や第一〜第三保護層はいらず、保持プレートのみでよい。
【００４０】
上記各実施形態では、ｃＭＵＴを音響波受信手段として用いているが、ｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）でもよく、ＰＺＴ等の圧電セラミックス厚膜やＰＶＤＦ等の高分子圧電材料でも構わない。また、超音波トランスデューサに限らず、例えば磁歪素子を音響波の受信に用いてもよい。
【００４１】
ｃＭＵＴおよび光ファイバの出射端面の配置、個数、配列ピッチ、光ファイバの傾き角度等は、装置の仕様に応じて適宜変更可能である。また、光走査の順番や音響波を受信するｃＭＵＴの選択の仕方も同様である。例えば、撮影台だけでなく圧迫板にも検出部を設け、乳房の両側から光走査および音響波の受信を行ってもよいし、光ファイバを１本単位で選択して光走査を行ってもよい。あるいは、被検者Ｈの体格や術者の好み等に応じて、被検者Ｈ側の光ファイバの傾き角度を所定範囲で変更可能なアクチュエータを設けてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
２  光音響式乳房画像撮影装置
１０  撮影スタンド
１１  プロセッサ部
１６  撮影台
２１  載置面
３０、７５、８０  検出部
３１  容量検出型超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）
３２  光ファイバ
３３  出射端面
６０  主制御部
６４  画像処理部
６８  走査制御部
６９  受信部
８１  側面
【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】
2011183057.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011183057.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011183057.tif 000011