(57)【要約】【課題】光音響による診断を容易にすること。【解決手段】実施形態に係る光音響診断装置は、音響波受信素子と、光照射部と、処理部とを備える。音響波受信素子は、光透過性及び可撓性を有する。光照射部は、前記音響波受信素子を介して被検体に対して光を照射可能である。処理部は、前記音響波受信素子により得られる信号を処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性及び可撓性のある音響波受信素子と、
前記音響波受信素子を介して被検体に対して光を照射可能な光照射部と、
前記音響波受信素子により得られる信号を処理する処理部と、
を備える、光音響診断装置。
【請求項２】
前記音響波受信素子は、ポリフッ化ビニリデンによる圧電部材を含む、
請求項１に記載の光音響診断装置。
【請求項３】
前記光照射部は、前記音響波受信素子と一体化される、
請求項１又は２に記載の光音響診断装置。
【請求項４】
前記音響波受信素子が装着される前記被検体の径を計測する計測部を備え、
前記処理部は、前記計測部により計測された径に応じて、前記光照射部から照射される光の強度又は波長を調整する、
請求項１〜３のいずれか一つに記載の光音響診断装置。
【請求項５】
前記音響波受信素子は、開口部の輪郭を特定可能なマーカを有し、
前記処理部は、撮像画像から前記マーカを介して前記開口部を識別し、前記光照射部により前記開口部に対して光照射を行わせる、
請求項１〜４のいずれか一つに記載の光音響診断装置。
【請求項６】
前記音響波受信素子は、受信面の両面それぞれの全面に渡る電極を有し、前記電極から前記信号が取得される、
請求項１〜５のいずれか一つに記載の光音響診断装置。
【請求項７】
前記光照射部は、前記音響波受信素子の受信面の全面又は一部に光照射を行う、
請求項６に記載の光音響診断装置。
【請求項８】
前記音響波受信素子は、受信面に分割されて形成される複数の電極を有し、前記複数の電極から前記信号が取得される、
請求項１〜５のいずれか一つに記載の光音響診断装置。
【請求項９】
内視鏡プローブに設けられた音響波受信素子と、
前記内視鏡プローブにあって、内視鏡画像撮影用の照明と兼用される、光音響波励起用の光照射部と、
前記音響波受信素子により得られる信号を処理する処理部と、
を備える、光音響内視鏡。
【請求項１０】
前記処理部は、内視鏡画像に前記音響波受信素子により得られる信号に基づく測定結果を重畳表示する、
請求項９に記載の光音響内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光音響診断装置及び光音響内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体に光が照射されると被検体内に存在する光吸収体が励起されて光音響波（光超音波とも呼ばれる）が発生することが光音響効果として知られており、光音響波の受信状態から光吸収体の有無や分布の把握が行われている。例えば、赤血球に含まれるヘモグロビンが光吸収体として利用されることで、微細な血管の有無や分布が把握され、リウマチ等の炎症疾患における新生血管の状態の診断に利用される。
【０００３】
光音響効果の利用において、光照射がどのように行われ、発生した光音響波の受信がどのように行われるかということが、診断の容易さにおいて重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８３０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、光音響による診断を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る光音響診断装置は、音響波受信素子と、光照射部と、処理部とを備える。音響波受信素子は、光透過性及び可撓性を有する。光照射部は、前記音響波受信素子を介して被検体に対して光を照射可能である。処理部は、前記音響波受信素子により得られる信号を処理する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る光音響診断装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、音響波プローブの構成例を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、音響波プローブの他の構成例を示す図（１）である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、音響波プローブの他の構成例を示す図（２）である。
【図４Ａ】図４Ａは、光照射部からの光照射の例を示す図（１）である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、光照射部からの光照射の例を示す図（２）である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、光照射部からの光照射の例を示す図（３）である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る光照射部及び音響波プローブの構成例を示す図である。
【図６】図６は、音響波プローブ付近の構成例を示す断面図である。
【図７】図７は、光吸収体の位置を特定する例を示す図である。
【図８】図８は、音響波プローブが腕等の被検体に巻き付けられた状態を示す断面図である。
【図９】図９は、被検体の径を測定する他の例を示す図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る音響波プローブの構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態に係る光音響診断装置の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、複数の音響波プローブによる診断の例を示す図である。
【図１３】図１３は、第４の実施形態に係る内視鏡プローブの構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、第４の実施形態に係る内視鏡に適用された光音響診断装置の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、第５の実施形態に係る音響波プローブの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、光音響診断装置及び光音響内視鏡の各実施形態を説明する。なお、実施形態は、以下の内容に限られるものではない。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光音響診断装置１の構成例を示す図である。図１において、光音響診断装置１は、装置本体１００と、光照射部１０１と、音響波プローブ１０２と、入力インターフェース１０３と、ディスプレイ１０４とを有する。光照射部１０１は、装置本体１００に光学的に接続される。音響波プローブ１０２、入力インターフェース１０３及びディスプレイ１０４は、装置本体１００に電気的に接続される。なお、音響波プローブ１０２が接する被検体Ｐは、光音響診断装置１の構成に含まれない。光音響診断装置１は光音響システムの一例である。
【００１０】
光照射部１０１は、光ファイバやレンズ等の光学系（光伝搬部材）により構成される。光照射部１０１には、所定の位置に光照射を行うために光出射口を移動させるアクチュエータ等の機構も必要に応じて含まれる。光照射部１０１は、後述する光源１１０により発生された光（パルス光）を照射するが、光源１１０が光照射部１０１に一体化されたものであってもよい。光照射部１０１は、光透過性のある音響波プローブ１０２を介して被検体Ｐに対して光を照射する。照射されたパルス光は、被検体Ｐ内を伝搬・拡散し、被検体Ｐ内に存在する光吸収体において吸収される。光吸収体は、各波長のパルス光のエネルギーをそれぞれ吸収して、光音響波（光超音波）をそれぞれ発生する。音響波プローブ１０２は、音響波受信素子の一例である。
【００１１】
光吸収体としては、例えば、生体内に含まれるヘモグロビンやグルコース（血糖）等の物質が挙げられる。各光吸収体は、特定の波長を有するパルス光のエネルギーを吸収して、光音響波をそれぞれ発生する。発生した光音響波は、被検体Ｐ内を伝搬し、被検体Ｐに貼り付けられた可撓性のある音響波プローブ１０２により受信される。なお、光吸収体としては、上記の物質に限らず、パルス光のエネルギーを吸収しうるあらゆる物質が適用可能である。例えば、体表面に存在するメラニンも光吸収体に含まれる。また、生体内物質に限らず、例えば、メチレンブルー、インドシニアングリーン等の色素や金微粒子、及び、それらを集積あるいは化学的に修飾した物質（若しくは薬剤）等も、被検体Ｐ内に投与されることで光吸収体として利用可能である。
【００１２】
図２は、音響波プローブ１０２の構成例を示す図であり、光音響波の受信が単一のセルにより行われる場合（シングルセル）の例を示している。図２において、上側の図は音響波プローブ１０２の平面図（ｘｙ平面内）、下側の図は音響波プローブ１０２の上下中央部付近で切断した端面図（ｘｚ平面内）である。図２において、音響波プローブ１０２は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ：polyvinylidene  fluoride）等による、光透過性及び可撓性のあるフィルム状の圧電部材１０２ａの両面に透明な膜状の可撓性のある電極１０２ｂ、１０２ｃが設けられ、電極１０２ｂ、１０２ｃにはリード線１０２ｅが接続されている。なお、一般的な圧電部材では、音波検出対象と反対側の面には音波を効率的に受け止めるためのバッキング材が設けられるが、本実施形態では、光透過性を考慮し、空気によりバッキングを行うエアーバッキングとなっている。また、音響波プローブ１０２の端部には可撓性のあるフレーム１０２ｄが設けられているが、フレーム１０２ｄは省略されてもよい。更に、電極１０２ｂの外側の面又は電極１０２ｃの外側の面には、着色膜が形成されてもよい。着色膜は特定の波長又は波長帯の光を透過又は遮断するものであり、着色膜により被検体Ｐに照射される光の波長が調整される。
【００１３】
図３Ａ及び図３Ｂは、音響波プローブ１０２の他の構成例を示す図であり、図２における透明な膜状の電極に代え、メッシュ状の電極１０２ｂ、１０２ｃとしたものである。メッシュ状の電極１０２ｂ、１０２ｃとすることで、光透過性及び可撓性のある電極としている。なお、音響波プローブ１０２の端部のフレームが必須でないのは、図２の場合と同様である。
【００１４】
図１に戻り、入力インターフェース１０３は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等に対応する。例えば、入力インターフェース１０３は、光音響診断装置１の操作者からの各種設定要求を受け付け、受け付けた各種設定要求を装置本体１００に対して転送する。
【００１５】
ディスプレイ１０４は、光音響診断装置１の操作者が入力インターフェース１０３を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical  User  Interface）を表示したり、装置本体１００において生成された診断結果画面や画像データ等を表示したりする。
【００１６】
装置本体１００は、音響波プローブ１０２が受信した光音響波に基づいて診断結果を生成する装置であり、光源１１０と、受信回路１２０と、信号処理回路１３０と、画像生成回路１４０と、記憶回路１５０と、処理回路１６０とを有する。光吸収体の分布データを取得せずに診断結果として分布の画像を出力しない場合、信号処理回路１３０及び画像生成回路１４０は省略可能である。光源１１０、受信回路１２０、信号処理回路１３０、画像生成回路１４０、記憶回路１５０及び処理回路１６０は、相互に通信可能に接続される。
【００１７】
光源１１０は、予め設定された波長を有する光（パルス光）を発する。例えば、光源１１０は、大出力の光を発生するレーザ光源である。レーザ光源の一例としては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなどが挙げられる。光源１１０としては、利用される光吸収体の種類に応じて、任意の波長の光を発することが可能な光源を適宜利用可能である。例えば、動脈中の酸素化されたヘモグロビンの吸収波長と、静脈中の脱酸素化されたヘモグロビンの吸収波長とに応じて照射光の波長を切り替えることで、動脈と静脈とを区別して認識することができる。また、光源１１０は、後述する処理回路１６０による制御により、光の照射タイミング、パルス幅、強度等を調節可能である。
【００１８】
なお、光源１１０は、出力が強く連続的に波長を変えられるものが好適であるが、波長が異なる複数の単波長レーザにより構成されてもよい。また、光源１１０は、レーザ光源に限らず、発光ダイオードやフラッシュランプ等により構成されてもよい。また、光源１１０は、例えば、装置本体１００の外部に設置された個別の筐体に備えられても良いし、前述のように光照射部１０１の内部に備えられていてもよい。
【００１９】
受信回路１２０は、プリアンプ及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換器等を有し、音響波プローブ１０２から出力されたアナログの電気信号からデジタルの受信データを生成する。プリアンプは、音響波プローブ１０２の出力信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、プリアンプにより増幅された光音響波をＡ／Ｄ変換し、デジタルの電気信号を出力する。なお、プリアンプ及びＡ／Ｄ変換器は、音響波プローブ１０２側に設けられるようにしてもよい。その場合、受信回路１２０は、音響波プローブ１０２と装置本体１００とを接続する入力インターフェースとなる。
【００２０】
信号処理回路１３０は、光源１１０による光照射位置と、受信回路１２０による音響波プローブ１０２からの受信データとを用いて、被検体Ｐ内の特性値の分布データを生成する。例えば、１次元的又は２次元的に順次に変えられた光照射位置と、光音響波の受信レベルとから、１次元的又は２次元的な特性値の分布データが得られる。また、光音響波の光照射からの遅延時間に相当する深さが対応付けられることにより、深さの次元が加わった分布データが得られる。なお、信号処理回路１３０は、処理回路１６０においてプログラム的に実行されるものとすることもできる。
【００２１】
画像生成回路１４０は、信号処理回路１３０により生成された分布データから画像データを生成する。例えば、画像生成回路１４０は、信号処理回路１３０が生成した分布データから、光音響波の強度を輝度で表した画像データを生成する。なお、画像生成回路１４０は、処理回路１６０においてプログラム的に実行されるものとすることもできる。
【００２２】
また、画像生成回路１４０は、画像データに対して各種の画像処理を実行可能である。例えば、画像生成回路１４０は、平滑化処理やエッジ強調処理等、各種の画像処理を操作者の求めに応じて実行する。また、画像生成回路１４０は、画像データに対して付帯情報（種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等）を付帯させ、記憶回路１５０に格納する。
【００２３】
記憶回路１５０は、画像生成処理、各種の画像処理、及び表示処理等を行うための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、記憶回路１５０は、画像生成回路１４０により生成された画像データを付帯情報とともに記憶する。また、記憶回路１５０が記憶するデータは、図示しない通信用インターフェースを介して、外部装置へ転送可能である。
【００２４】
処理回路１６０は、光音響診断装置１の処理全体を制御する。例えば、処理回路１６０は、入力インターフェース１０３を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶回路１５０から読み込まれた各種制御プログラム及び各種データに基づき、光源１１０、受信回路１２０、信号処理回路１３０及び画像生成回路１４０の処理を制御する。また、処理回路１６０は、記憶回路１５０が記憶する診断結果や画像データをディスプレイ１０４にて表示させる。処理回路１６０は、処理部の一例である。
【００２５】
また、処理回路１６０は、光照射制御機能１６１と、受信音響波処理機能１６２とを実行する。ここで、例えば、処理回路１６０の構成要素である光照射制御機能１６１及び受信音響波処理機能１６２が実行する各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で光音響診断装置１の記憶装置（例えば、記憶回路１５０）に記録されている。処理回路１６０は、各プログラムを記憶装置から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路１６０は、処理回路１６０内に示された各機能を有することとなる。
【００２６】
光照射制御機能１６１は、光源１１０及び光照射部１０１による光照射を制御する。光照射の制御には、光源１１０のＯＮ／ＯＦＦ、光の波長、強度、照射位置等の制御が含まれる。これらの制御には、条件が満たされた場合に自動的に行われるものと、操作者からの指示に基づいてその都度に行われるものとが含まれる。
【００２７】
受信音響波処理機能１６２は、音響波プローブ１０２、受信回路１２０、信号処理回路１３０及び画像生成回路１４０による光音響波の受信、診断結果の生成及び出力を制御する。
【００２８】
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple  Programmable  Logic  Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex  Programmable  Logic  Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路１５０に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路１５０にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。更に、各図における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
【００２９】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【００３０】
また、上記の実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００３１】
図４Ａは、光照射部１０１からの光照射の例を示す図である。図４Ａにおいて、光照射部１０１は、コーン状の光により音響波プローブ１０２の全面をカバーする範囲に光照射を行っている。音響波プローブ１０２を通して照射された音響波プローブ１０２の全面をカバーする光により、音響波プローブ１０２の直下の被検体内の光吸収体Ａ１、Ａ２が光音響波を発生し、この光音響波が音響波プローブ１０２により受信される。音響波プローブ１０２は光透過性があるため、被検体に貼り付けられた音響波プローブ１０２の上から光照射が可能である。また、音響波プローブ１０２は可撓性があるため、凹凸のある被検体の表面に密着しやすく、光音響波の効率的な受信が可能である。
【００３２】
音響波プローブ１０２は、ここではシングルセルとされており、光照射が音響波プローブ１０２の全面に行われ、音響波プローブ１０２の全面で光音響波の受信が行われているため、光吸収体Ａ１、Ａ２の位置は特定されないが、音響波プローブ１０２の直下の被検体内に光吸収体が存在するか否かが受信信号から判断される。また、受信信号の強度から光吸収体の個数（密集度、濃度）に関する情報が得られるとともに、パルス光の照射から光音響波の受信までの遅延時間から光吸収体Ａ１、Ａ２の深さが求められる。
【００３３】
図４Ｂは、光照射部１０１からの光照射の他の例を示す図である。図４Ｂにおいて、光照射部１０１は、ライン状の光により音響波プローブ１０２の一部の範囲に光照射を行っている。音響波プローブ１０２を通して照射されたライン状の光により、音響波プローブ１０２の直下の被検体内のライン状の光が照射された部分に存在する光吸収体Ａ１、Ａ２が光音響波を発生し、この光音響波が音響波プローブ１０２により受信される。音響波プローブ１０２はシングルセルであるが、光照射がライン状に行われるため、受信される光吸収体Ａ１、Ａ２の位置はライン状の光照射位置内に特定され、音響波プローブ１０２の直下の被検体内のライン状の光照射位置内に光吸収体が存在するか否かが受信信号から判断される。ライン状の光照射位置のスキャンとともに受信信号が監視されることで、どのラインの直下に光吸収体が存在するかが把握される。ライン状の光照射位置のスキャンは、例えば、光照射部１０１自体がアクチュエータにより移動されるか、光照射部１０１にライン状の光照射を行う光照射口が複数設けられ、その中から１つ又は複数がＯＮ（残りはＯＦＦ）されることで行われる。なお、光照射部１０１と音響波プローブ１０２との相対的な位置関係は既知であるものとし、アクチュエータは既知の位置関係に基づいて光照射部１０１の位置を駆動する。また、受信信号の強度からライン状の光照射位置内の光吸収体の個数（密集度、濃度）に関する情報が得られるとともに、パルス光の照射から光音響波の受信までの遅延時間から光吸収体Ａ１、Ａ２の深さが求められる。
【００３４】
図４Ｃは、光照射部１０１からの光照射の他の例を示す図である。図４Ｃにおいて、光照射部１０１は、スポット状の光により音響波プローブ１０２の一部の範囲に光照射を行っている。音響波プローブ１０２を通して照射されたスポット状の光により、音響波プローブ１０２の直下の被検体内のスポット状の光が照射された部分に存在する光吸収体Ａ２が光音響波を発生し（光吸収体Ａ１は光音響波を発生しない）、この光音響波が音響波プローブ１０２により受信される。音響波プローブ１０２はシングルセルであるが、光照射がスポット状に行われるため、受信される光吸収体Ａ２の位置はスポット状の光照射位置内に特定され、音響波プローブ１０２の直下の被検体内のスポット状の光照射位置内に光吸収体が存在するか否かが受信信号から判断される。スポット状の光照射位置のスキャンとともに受信信号が監視されることで、どのスポットの直下に光吸収体が存在するかが把握される。スポット状の光照射位置のスキャンは、例えば、光照射部１０１自体がアクチュエータにより移動されるか、光照射部１０１にスポット状の光照射を行う光照射口が複数設けられ、その中から１つ又は複数がＯＮ（残りはＯＦＦ）されることで行われる。なお、光照射部１０１と音響波プローブ１０２との相対的な位置関係は既知であるものとし、アクチュエータは既知の位置関係に基づいて光照射部１０１の位置を駆動する。また、受信信号の強度からスポット状の光照射位置内の光吸収体の個数（密集度、濃度）に関する情報が得られるとともに、パルス光の照射から光音響波の受信までの遅延時間から光吸収体Ａ２の深さが求められる。
【００３５】
図１に戻り、処理回路１６０の光照射制御機能１６１は、光源１１０及び光照射部１０１による光照射を制御し、コーン状の光（図４Ａ）、ライン状の光（図４Ｂ）又はスポット状の光（図４Ｃ）の照射を行う。受信音響波処理機能１６２は、音響波プローブ１０２、受信回路１２０、信号処理回路１３０及び画像生成回路１４０による光音響波の受信、診断結果の生成及び出力を制御する。例えば、コーン状の光（図４Ａ）を用いた場合、音響波プローブ１０２の貼り付けられた被検体Ｐの直下に光吸収体が存在するか否か、存在するとすれば光吸収体の個数（密集度、濃度）はどの程度か、更に、深さはどの程度かを求めて出力する。ライン状の光（図４Ｂ）又はスポット状の光（図４Ｃ）を用いた場合、ライン状の光又はスポット状の光の直下に光吸収体が存在するか否か、存在するとすれば光吸収体の個数（密集度、濃度）はどの程度か、更に、深さはどの程度かを求めて出力する。更に、ライン状の光又はスポット状の光をスキャンして照射する場合、スキャンされた位置（深さを含まない場合と深さを含む場合）に対する光吸収体の分布を求め、必要であれば画像化を行って出力する。
【００３６】
また、音響波プローブ１０２の受信面の各位置における受信信号の感度を調整（校正）するために、次のような構成を付加してもよい。例えば、光照射により励起されて光音響波を発生する色付きの物体をリファレンスマーカとして音響波プローブ１０２の各箇所に貼り付けておく。そして、受信音響波処理機能１６２は、リファレンスマーカを励起した時の光音響波の受信信号の強度を使用して、音響波プローブ１０２の受信面の各位置における受信信号を校正する。受信信号の校正は、音響波プローブ１０２の受信面の各位置への照射光の強度が調整されるか、受信面の各位置に応じた受信信号への補正係数（増幅率又は減衰率）が設定される等により行われる。
【００３７】
第１の実施形態によれば、光透過性のある音響波プローブ１０２を介して光照射が行えるため、光照射が容易である。また、可撓性のある音響波プローブ１０２を被検体Ｐに貼り付けたり接触させたりするため、密着性がよく、光音響波の受信が効率的に行われる。例えば、リウマチの患者の手や足は変形により皮膚の表面の凹凸が激しく、超音波診断に用いられる一般的なプローブでは皮膚に密着することが困難であるが、本実施形態における可撓性のある音響波プローブ１０２によれば、容易に密着させることができる。これらにより、光音響による診断を容易にすることができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る光照射部１０１及び音響波プローブ１０２の構成例を示す図である。第２の実施形態は、シングルセルの音響波プローブ１０２をベースとしつつ、光照射部１０１と音響波プローブ１０２とを一体化し、両者が連動して変形可能とするとともに、スポット状の光照射位置を切り替えて光吸収体の位置を特定可能にしている。光照射部１０１と音響波プローブ１０２との一体化は、製造過程に行われてもよいし、使用過程において行われてもよい。光音響診断装置１の構成は図１に示されたものと同様である。以下に説明される光ケーブル１０１ａ、光スイッチ１０１ｂ、光ケーブル１０１ｃ及び接合部１０１ｄが光照射部１０１に対応する。
【００３９】
図５において、光源１１０（図１）に一端が接続された光ケーブル１０１ａの他端は光スイッチ１０１ｂの入力端に接続され、光スイッチ１０１ｂの複数の出力端はそれぞれ光ケーブル１０１ｃの一端に接続され、光ケーブル１０１ｃの他端はテープ状（帯状）の音響波プローブ１０２の光透過面の長軸に沿って一列に固定されている。音響波プローブ１０２にはリード線１０２ｅが接続されている。
【００４０】
図６は、音響波プローブ１０２付近の構成例を示す断面図である。図６において、音響波プローブ１０２は、ポリフッ化ビニリデン等による光透過性及び可撓性のあるフィルム状の圧電部材１０２ａの両面に透明な膜状の可撓性のある電極１０２ｂ、１０２ｃが設けられ、電極１０２ｂ、１０２ｃにはリード線１０２ｅが接続されている。また、電極１０２ｂの外面には複数のスペーサ１０２ｆを介して光透過性及び可撓性のあるフィルム状の接合用部材１０２ｇが電極１０２ｂに対して空隙を隔てて配置され、接合用部材１０２ｇの外面（上面）に複数の光ケーブル１０１ｃの端部が接合部１０１ｄにより固定されている。複数のスペーサ１０２ｆにより空隙が設けられているのは、光ケーブル１０１ｃの接合部１０１ｄにより圧電部材１０２ａの振動特性を悪化させないためである。なお、電極１０２ｂ、１０２ｃは、透明な膜状のものに代え、図３Ａ又は図３Ｂに示されたような、メッシュ状の電極としてもよい。また、電極１０２ｂの外側の面又は電極１０２ｃの外側の面には、着色膜が形成されてもよい。着色膜は特定の波長又は波長帯の光を透過又は遮断するものであり、着色膜により被検体Ｐに照射される光の波長が調整される。
【００４１】
図７は、光吸収体の位置を特定する例を示す図である。図７において、光スイッチ１０１ｂは、処理回路１６０の光照射制御機能１６１（図１）による制御のもと、光源１１０から供給された光を複数の光ケーブル１０１ｃに所定時間おきに切り替えて供給する。所定時間は、光照射によって発生する光音響波の受信を待機する時間よりも長く設定される。検出動作としては、例えば、図７における音響波プローブ１０２のいちばん右側の光ケーブル１０１ｃから順に光を供給し、光音響波の受信を監視していて、１２番目の光ケーブル１０１ｃから光照射を行った直後に光吸収体Ａ１からの光音響波を受信したとすると、その位置の下方に光吸収体Ａ１が存在することが把握される。また、受信信号の強度からスポット状の光照射位置内の光吸収体の個数（密集度、濃度）に関する情報が得られるとともに、パルス光の照射から光音響波の受信までの遅延時間から光吸収体Ａ１の深さが求められる。
【００４２】
図８は、音響波プローブ１０２が腕等の被検体Ｐに巻き付けられた状態を示す断面図である。音響波プローブ１０２は可撓性があるため、凹凸のある被検体の表面に密着しやすく、光音響波の効率的な受信が可能である。また、音響波プローブ１０２に固定された光ケーブル１０１ｃから光照射が行われるため、光照射に際して位置決め等は不要である。
【００４３】
なお、光音響波の受信レベルを他の測定時における受信レベルと比較可能にするために、感度のキャリブレーションが重要となる場合がある。感度のキャリブレーションは、例えば、被検体の皮膚厚みに応じて照射光の強度を変化させることで実現できる。皮膚厚みが厚い場合は、被検体の内部に伝搬する光の量が減り、光音響波の発生量も減るため、照射光の強度を高めることが望ましい。また、照射光の強度の制御に代え、又は、照射光の強度の制御とともに、照射光の波長を制御することもできる。被検体の内部では種々の物質により光が減衰するが、波長によって減衰の度合いが異なるため、波長を適切に選択することで、より深い部分まで光を届かせることが可能になる。このような制御を行う場合、皮膚厚みの情報が必要となるが、皮膚厚みは腕等の径と相関があるため（径が大きいと皮膚厚みも大きい）、腕等の径の測定結果から皮膚厚みを推定することができる。
【００４４】
例えば、図８における音響波プローブ１０２を構成する圧電部材は、受信だけではなく通常の音響波（超音波）の送受信も行えるため、音響波プローブ１０２から音響波を送信し、被検体Ｐを貫通した音響波又はその反射波を同じ音響波プローブ１０２で受信することで、送信から受信までの遅延時間から被検体Ｐの径を求めることができる。径から皮膚厚みの算出には、予め実験等で求められた計算式が用いられる。音響波プローブ１０２は計測部の一例である。
【００４５】
図９は、被検体Ｐの径を測定する他の例を示す図である。図９においては、音響波プローブ１０２の一端に目盛の付いたスリップ１０２ｈが設けられており、腕等の被検体に音響波プローブ１０２が巻き付けられた状態で、スリップ１０２ｈと音響波プローブ１０２の他端とが交差する位置の目盛値から腕等の径を求めることができる。読み取られた径は入力インターフェース１０３を介して光音響診断装置１に入力され、光照射制御機能１６１の制御のもと、照射光の強度や波長の調整に用いられる。スリップ１０２ｈを含めた音響波プローブ１０２は計測部の一例である。
【００４６】
なお、音響波プローブ１０２の長軸方向に沿って一列に複数の位置から光照射が行われる場合について説明したが、更に長軸方向に対して直交する方向における複数の位置からも光照射が行われるようにしてもよい。
【００４７】
また、スポット状の光照射位置を切り替えて光吸収体の位置を特定可能にする場合について説明したが、位置を特定する必要がない場合や、他の手法により位置を特定できる場合には、光照射位置を切り替えることなく、音響波プローブ１０２の全面に光照射を行うようにしてもよい。
【００４８】
第２の実施形態によれば、光照射部１０１と音響波プローブ１０２とが一体化されたことで、光音響による診断がよりいっそう容易になる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る音響波プローブ１０２の構成例を示す図である。第３の実施形態は、外観から音響波プローブ１０２を識別可能にし、複数の音響波プローブ１０２を同時に使用した診断が行えるようにしている。
【００５０】
図１０において、音響波プローブ１０２の透明な開口部の四隅にはマーカ１０２ｉが設けられている。マーカ１０２ｉは、特徴的な画像を有しており、音響波プローブ１０２の開口部の輪郭を画像処理により特定できるようになっている。なお、マーカ１０２ｉには、音響波プローブ１０２の固体を識別する情報（例えば、デバイスＩＤ等）を含ませてもよい。
【００５１】
図１１は、第３の実施形態に係る光音響診断装置１の構成例を示す図である。図１１において、光音響診断装置１には、図１の構成に比べて、音響波プローブ１０２を視野内に収めて撮像を行うイメージセンサ（カメラ）１０５が追加されている。なお、光照射部１０１には、前述したように、光照射位置を移動するためのアクチュエータが含まれるか、異なる位置に光照射を行う複数の光照射口のＯＮ／ＯＦＦが行えるようになっており、光照射制御機能１６１の制御のもと、イメージセンサ１０５により撮像された音響波プローブ１０２の光照射部１０１との位置関係に基づいて、光照射位置の制御が行われる。受信音響波処理機能１６２は、光照射制御機能１６１による光照射位置の制御に連動して、光音響波の受信状態から被検体Ｐにおける光吸収体の分布等を集計する。
【００５２】
図１２は、複数の音響波プローブ１０２による診断の例を示す図である。図１２において、手の指等の被検体Ｐには複数の音響波プローブ１０２が貼り付けられている。各音響波プローブ１０２には、図１０で示されたように、四隅にマーカ１０２ｉが設けられている。また、図１２において、被検体Ｐの上方にはイメージセンサ１０５が設けられ、被検体Ｐ上の複数の音響波プローブ１０２を視野に入れて撮像を行っている。
【００５３】
処理回路１６０の光照射制御機能１６１（図１１）は、イメージセンサ１０５により撮像された画像から画像処理により各音響波プローブ１０２のマーカ１０２ｉを認識し、複数の音響波プローブ１０２それぞれの被検体Ｐ上の位置を特定する。その上で、光照射制御機能１６１は、光照射部１０１の移動、又は光照射部１０１からの光照射口のＯＮ／ＯＦＦにより、被検体Ｐ上の音響波プローブ１０２のいずれかに選択的に光照射を行い、光吸収体からの光音響波の受信を行う。この際、各音響波プローブ１０２には、照射光の強度が均一になるように、照射光の強度が調整される。照射光の強度の調整に際しては、音響波プローブ１０２及び被検体Ｐへの照射光の角度についても併せて調整してもよい。
【００５４】
なお、１つの音響波プローブ１０２に選択的に光照射が行われる場合について説明したが、被検体Ｐ上の音響波プローブ１０２の全てに光照射部１０１から光照射を行い、光吸収体からの光音響波の受信を並行して行ってもよい。この場合、複数の音響波プローブ１０２のうちどれから光音響波が受信されたかによって、光吸収体が存在する位置を把握することができる。
【００５５】
第３の実施形態によれば、複数の音響波プローブ１０２を同時に使用した診断が行え、光音響による診断がよりいっそう容易になる。
【００５６】
（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態に係る内視鏡プローブ１０６の構成例を示す図である。第４の実施形態は、内視鏡に光音響効果による診断機能を付加したものである。
【００５７】
例えば、脳外科では外科的切除を行いながら目標物まで切り進む場合がある。このとき、動脈を切断しないことが重要であるが、現状は内視鏡画像で血管の有無を視認しながら処置を行うため、作業が煩雑であるとともに目標物到達までに時間がかかる。光音響効果を用いることで、動脈と静脈を容易に判断することができるが、内視鏡のようにプローブの形状や大きさに大きな制限が設けられているものでは、プローブの形状や大きさを大きく変更することが難しい。そのため、機能を追加する際は、構成がシンプルであることが望ましい。本実施形態では、一般的な内視鏡のプローブの構成に大きな変更を加えることなく、光音響効果による診断機能の付加を可能としている。
【００５８】
図１３において、内視鏡プローブ１０６の先端部には、照明レンズ１０６ａと、対物レンズ１０６ｂと、鉗子・吸引兼用口１０６ｃと、送気・送水ノズル１０６ｄとが設けられている。照明レンズ１０６ａは、撮影のための照明光を照射するレンズである。対物レンズ１０６ｂは、内視鏡撮影のためのレンズであり、内視鏡プローブ１０６の内部に小型のイメージセンサが設けられるか、光ファイバにより外部のイメージセンサに接続される。鉗子・吸引兼用口１０６ｃは、鉗子の出し入れを行うとともに、血液等の吸引を行うための口である。送気・送水ノズル１０６ｄは、送気または送水を行うための口である。
【００５９】
ここで、照明レンズ１０６ａには、通常の照明光に、光音響波の発生のための光パルスを混入させて供給することで、光照射部を構成することができる。また、内視鏡プローブ１０６の先端部の領域のうち、鉗子・吸引兼用口１０６ｃや送気・送水ノズル１０６ｄといった物理的な開口となっていなければならない部分を除いた領域には、ポリフッ化ビニリデン等による光透過性のある圧電部材を設けることができる。例えば、照明レンズ１０６ａの上に圧電部材を設けてもよいし、対物レンズ１０６ｂの上に圧電部材を設けてもよいし、鉗子・吸引兼用口１０６ｃや送気・送水ノズル１０６ｄ以外の領域の全部又は一部に圧電部材を設けてもよい。
【００６０】
図１４は、第４の実施形態に係る内視鏡に適用された光音響診断装置１の構成例を示す図である。図１４において、内視鏡プローブ１０６の光照射部１０６ｅは、撮影のための照明光の照射と光音響波の発生のための光照射とを兼ねており、装置本体１００の光源１１０に光学的に接続されている。光源１１０は、撮影のための照明光を光照射部１０６ｅに供給するとともに、光音響波の発生のためのパルス光を光照射部１０６ｅに供給する。内視鏡プローブ１０６の音響波受信部１０６ｆは、内視鏡プローブ１０６の先端部に設けられた圧電部材（リード線を伴う）であり、装置本体１００の受信回路１２０に電気的に接続されている。内視鏡プローブ１０６のイメージセンサ１０６ｇは、内視鏡撮影のためのカメラであり、装置本体１００の内視鏡画像処理回路１７０に接続されている。内視鏡プローブ１０６側から光ファイバにより画像が装置本体１００側に送られる場合には、イメージセンサ１０６ｇは装置本体１００側に設けられる。内視鏡画像処理回路１７０は、イメージセンサ１０６ｇの出力から内視鏡画像を取得する。
【００６１】
処理回路１６０の内視鏡画像処理機能１６３は、イメージセンサ１０６ｇ及び内視鏡画像処理回路１７０を制御して内視鏡画像を取得し、ディスプレイ１０４への表示や画像信号の外部出力を制御する。他の構成要素は図１におけるものと同様である。
【００６２】
内視鏡画像処理機能１６３は、撮像中の内視鏡画像に、受信音響波処理機能１６２により得られた光音響効果による診断結果（測定結果）を重畳表示する。例えば、撮像されている内視鏡画像に映っている組織から、血液の光吸収体であるヘモグロビンによる光音響波を受信している場合、血管の存在の有無を重畳表示する。また、ヘモグロビンの酸素化及び脱酸素化に伴う吸収スペクトルの変化を利用して、動脈からの光音響波を区別して受信する場合、動脈の存在の有無を重畳表示することができる。
【００６３】
なお、音響波受信部１０６ｆがシングルセルの場合、プローブ前方の圧電素子の接触する組織（被検体）から光音響波が受信されるかどうかしか分からないが、音響波受信部１０６ｆをマルチセルで構成することで、動脈等の存在する方向についての情報も得ることができ、その情報を内視鏡画像に重畳表示することができる。
【００６４】
第４の実施形態によれば、従来の内視鏡のプローブの形状や大きさを大きく変更することなく、光音響効果による診断機能を付加することができる。
【００６５】
（第５の実施形態）
図１５は、第５の実施形態に係る音響波プローブ１０２の構成例を示す図である。第５の実施形態は、音響波プローブ１０２を、シングルセルに代えて、マルチセルに拡張したものである。マルチセルの場合、光照射の位置をスキャンすることなく、マルチセルの受信信号からの再構成処理により光音響波の発生位置が特定される。
【００６６】
図１５において、音響波プローブ１０２は、ポリフッ化ビニリデン等による光透過性及び可撓性のあるフィルム状の圧電部材１０２ａの一方の面（上面）にｘ軸方向に沿って分割された透明な膜状の可撓性のある電極１０２ｂが設けられ、他方の面（下面）にｙ軸方向に沿って分割された透明な膜状の可撓性のある電極１０２ｃが設けられている。ｘ軸方向に沿って分割された圧電部材１０２ａとｙ軸方向に沿って分割された電極１０２ｃとについては、例えば、それぞれの分割部分にリード線が接続されるか、ｘ軸方向に沿って分割された圧電部材１０２ａとｙ軸方向に沿って分割された電極１０２ｃとからそれぞれ１つの分割部分を選択するセレクタを介してリード線が接続される。圧電部材１０２ａの分割部分の１つ（ｘ軸方向位置）と電極１０２ｃの分割部分の１つ（ｙ軸方向位置）とが決まることで、音響波プローブ１０２上での光音響波を受信する位置が特定される。なお、電極１０２ｂの外側の面又は電極１０２ｃの外側の面には、着色膜が形成されてもよい。着色膜は特定の波長又は波長帯の光を透過又は遮断するものであり、着色膜により被検体Ｐに照射される光の波長が調整される。
【００６７】
光音響診断装置１の構成例は図１に示されたものと同様であるが、処理内容に若干の相違がある。すなわち、受信回路１２０は、更に受信遅延部及び加算器等を有し、音響波プローブ１０２から取得されたデジタルの電気信号に対して各種処理を行う。例えば、受信遅延部は、受信指向性を決定するために必要な遅延時間をデジタルの電気信号に与える。加算器は、受信遅延部によって処理された電気信号の加算処理を行って受信データを生成する。なお、受信遅延部及び加算器による処理は、信号処理回路１３０において行われるようにしてもよい。
【００６８】
信号処理回路１３０は、受信回路１２０から取得した受信データを用いて、被検体Ｐ内の特性値の分布データを生成する。例えば、信号処理回路１３０は、チャネル毎の時系列の受信データを用いて画像再構成を行うことにより、画像化の対象領域（２次元又は３次元の領域）の空間座標上の各位置に対応する特性値の分布データを求める。
【００６９】
画像生成回路１４０は、信号処理回路１３０により生成された分布データから画像データを生成する。例えば、画像生成回路１４０は、信号処理回路１３０が生成した分布データから、光音響波の強度を輝度で表した画像データを生成する。なお、画像生成回路１４０は、画像化の対象領域が２次元領域である場合、２次元の画像データを生成し、３次元領域である場合、３次元の画像データを生成する。
【００７０】
なお、ｘ軸方向とｙ軸方向とに沿ってそれぞれ分割された電極による例を示したが、圧電部材１０２ａの両面に、複数の領域に分割された両面で対をなす電極が形成され、それぞれの電極にリード線が接続されるか、複数の電極から一の電極を選択するセレクタを介してリード線が接続されるものとしてもよい。
【００７１】
第５の実施形態によれば、光音響波の発生位置の特定が容易になる。
【００７２】
なお、上述した各実施形態において図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【００７３】
また、上述した各実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００７４】
以上説明された少なくとも１つの実施形態によれば、光音響による診断を容易にすることができる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１  光音響診断装置
１０１  光照射部
１０２  音響波プローブ
１１０  光源
１２０  受信回路
１３０  信号処理回路
１５０  記憶回路
１６０  処理回路
Ｐ  被検体
【図１】
2019216951.tif 000003
【図２】
2019216951.tif 000004
【図３Ａ】
2019216951.tif 000005
【図３Ｂ】
2019216951.tif 000006
【図４Ａ】
2019216951.tif 000007
【図４Ｂ】
2019216951.tif 000008
【図４Ｃ】
2019216951.tif 000009
【図５】
2019216951.tif 000010
【図６】
2019216951.tif 000011
【図７】
2019216951.tif 000012
【図８】
2019216951.tif 000013
【図９】
2019216951.tif 000014
【図１０】
2019216951.tif 000015
【図１１】
2019216951.tif 000016
【図１２】
2019216951.tif 000017
【図１３】
2019216951.tif 000018
【図１４】
2019216951.tif 000019
【図１５】
2019216951.tif 000020