(57)【要約】【課題】ＰＡＴにおいて、界面光音響波の多重反射によるアーティファクトを低減するための技術を提供する。【解決手段】光源と、光源からの光を被検体に照射する照射手段と、被検体に接する保持部材を含み、被検体に圧力を加えることで、被検体を固定して保持する保持手段と、保持手段が被検体に加える圧力を制御する圧力制御手段と、照射手段が保持手段を介して被検体に光を照射することによって被検体から発生する音響波を、保持手段を介して受信して受信信号に変換する信号受信手段と、受信信号を用いて被検体内の特性情報を取得する信号処理手段を有し、保持手段に含まれる保持部材の厚さは、信号受信手段の受信帯域の中心周波数の音響波の波長よりも短い被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１Ｂ
2015016304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を被検体に照射する照射手段と、
前記被検体に接する保持部材を含み、前記被検体に圧力を加えることで、前記被検体を固定して保持する保持手段と、
前記保持手段が前記被検体に加える圧力を制御する圧力制御手段と、
前記照射手段が前記保持手段を介して前記被検体に光を照射することによって前記被検体から発生する音響波を、前記保持手段を介して受信して受信信号に変換する信号受信手段と、
前記受信信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理手段と、
を有する被検体情報取得装置であって、
前記保持手段に含まれる前記保持部材の厚さは、前記信号受信手段の受信帯域の中心周波数の音響波の波長よりも短い
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記信号受信手段の位置を走査する走査制御手段をさらに有する
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】
前記保持部材は、可とう性を有する材料から構成される
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】
前記保持部材は、前記被検体と音響インピーダンスが略等しい材料から構成される
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】
前記保持部材は、前記信号受信手段が配置される第一保持部材と、前記被検体を介して前記第一保持部材と対向する第二保持部材と、からなり、
前記圧力制御手段は、前記第一保持部材と前記第二保持部材の間隔を変えるものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記第一保持部材は、枠部材にシートを取り付けたものである
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記第一保持部材と前記信号受信手段の間に配置されたシール部材をさらに有し、
前記第一保持部材、前記信号受信手段および前記シール部材で形成された空間に音響マッチング液が充填されている
ことを特徴とする請求項５または６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
基台をさらに有し、
前記圧力制御手段は、前記基台に配置された前記被検体に前記保持部材を押し付けて圧力を加える
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記被検体を前記基台に固定する固定部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記保持部材は、枠部材にシートを取り付けたものである
ことを特徴とする請求項８または９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記保持手段は、音響マッチング液が充填された容器をさらに含み、
前記保持部材は、前記容器の上面に配置されている
ことを特徴とする請求項８または９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記容器に充填された音響マッチング液の容量を調節するポンプをさらに有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
光源と、
前記光源からの光を被検体に照射する照射手段と、
前記被検体に接する保持部材を含み、前記被検体に圧力を加えることで、前記被検体を固定して保持する保持手段と、
前記保持手段が前記被検体に加える圧力を制御する圧力制御手段と、
前記照射手段が前記保持手段を介して前記被検体に光を照射することによって前記被検体から発生する音響波を、前記保持手段を介して受信して受信信号に変換する信号受信手段と、
前記受信信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理手段と、
を有する被検体情報取得装置であって、
前記保持手段に含まれる前記保持部材を伝搬する音響波の速度は、前記被検体を伝搬する音響波の速度よりも遅い
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項１４】
前記保持手段は、音響マッチング液が充填された容器をさらに含み、
前記保持部材は、前記容器の上面に配置され、
前記音響マッチング液を伝搬する音響波の速度は、前記保持部材を伝搬する音響波の速度よりも遅い
ことを特徴とする請求項１３に記載の被検体情報取得装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野で、光イメージング技術の研究が積極的に進められている。光イメージング技術は、レーザーなどの光源から生体等の被検体に光を照射することにより得られる生体内の情報を画像化する技術である。光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）がある。ここで、光源から発生したパルス光が生体に照射されると、生体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを生体組織が吸収し、音響波を発生させる。この光音響波発生機序は光音響効果と呼ばれる。光音響効果により発生した音響波を光音響波（ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ）とも呼ぶ。ＰＡＴでは、この光音響波が検出される。
【０００３】
腫瘍などの被検部位は、その周辺組織に対して光エネルギーの吸収率が高いことが多いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張する。ＰＡＴでは、この膨張の際に発生する音響波（光音響波）をトランスデューサで検出し、受信信号を得る。この受信信号をバックプロジェクションなどで数学的に解析処理することにより、被検体内での光音響波の音圧分布を画像化できる。ここで、バックプロジェクションとは、被検体中の音響波の伝播速度を考慮し、各受信信号を逆に伝搬させ、重ね合わせることにより信号源を特定する計算手法である。このようにして得られる光音響波の音圧分布の画像を基にして、生体内の光学特性分布、特に、吸収係数分布も取得できる。これらの情報は、被検体内の特定物質（例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなど）の定量的計測や、血液の酸素飽和度の計測にも利用できる。また、これら各種の分布情報や計測結果に基づく光音響画像データをディスプレイに表示できる。
【０００４】
また、血液を対象とした計測では、主に酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの光吸収特性に特徴がある波長６００−１５００ｎｍ範囲の光を照射している。しかし、照射光は生体組織内を伝播する過程での吸収や散乱によって減衰するため、組織の深部まで到達する光は僅かである。そこで、特許文献１では、被検体の深部まで光を到達させるために、被検体を保持板で圧迫することによって薄くする画像情報取得装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されている装置では、被検体の界面付近において発生する界面光音響波が保持板を伝搬すると、内部で多重反射を起こす。この状態で得られる受信信号を用いて被検体を画像化すると、画像にアーティファクトが発生する。この結果、腫瘍等の画像化対象がアーティファクトに埋もれてしまうという課題があり、その改善が求められている。
【０００７】
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、ＰＡＴにおいて、界面光音響波の多重反射によるアーティファクトを低減するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光源と、
前記光源からの光を被検体に照射する照射手段と、
前記被検体に接する保持部材を含み、前記被検体に圧力を加えることで、前記被検体を固定して保持する保持手段と、
前記保持手段が前記被検体に加える圧力を制御する圧力制御手段と、
前記照射手段が前記保持手段を介して前記被検体に光を照射することによって前記被検体から発生する音響波を、前記保持手段を介して受信して受信信号に変換する信号受信手段と、
前記受信信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理手段と、
を有する被検体情報取得装置であって、
前記保持手段に含まれる前記保持部材の厚さは、前記信号受信手段の受信帯域の中心周波数の音響波の波長よりも短い
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０００９】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
光源と、
前記光源からの光を被検体に照射する照射手段と、
前記被検体に接する保持部材を含み、前記被検体に圧力を加えることで、前記被検体を固定して保持する保持手段と、
前記保持手段が前記被検体に加える圧力を制御する圧力制御手段と、
前記照射手段が前記保持手段を介して前記被検体に光を照射することによって前記被検体から発生する音響波を、前記保持手段を介して受信して受信信号に変換する信号受信手段と、
前記受信信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する信号処理手段と、
を有する被検体情報取得装置であって、
前記保持手段に含まれる前記保持部材を伝搬する音響波の速度は、前記被検体を伝搬する音響波の速度よりも遅い
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＰＡＴにおいて、界面光音響波の多重反射によるアーティファクトを低減するための技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施例１における光音響情報取得装置の構成を表す図。
【図１Ｂ】実施例１における光音響情報取得装置の構成を表す図。
【図２Ａ】実施例２における光音響情報取得装置の構成を表す図。
【図２Ｂ】実施例２における光音響情報取得装置の構成を表す図。
【図３Ａ】実施例２の変形例における光音響情報取得装置の構成を表す図。
【図３Ｂ】実施例２の変形例における光音響情報取得装置の構成を表す図。
【図４】光音響波の屈折を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
本発明は、被検体に光を照射し、被検体内で光音響効果により発生し伝播した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する装置に適用できる。被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す特性情報である。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
【００１４】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。
【００１５】
以下の説明では、かかる被検体情報取得装置の代表的な例として、光音響効果を用いて被検体内の特性情報を取得する、光音響情報取得装置について記載する。
【００１６】
＜実施例１＞
本実施例にかかる光音響情報取得装置の構成の概略図を、図１Ａ及び図１Ｂに示す。
【００１７】
（装置の概略構成）
図１Ａ及びＢに示す光音響情報取得装置は、被検体Ｅ（例えば、乳房）の特性情報を、光音響効果を利用して取得する。光音響情報取得装置は、光照射手段１００、被検体保持手段２００、圧力制御手段３００、信号受信手段４００、信号処理手段５００、走査制御手段６００から構成されている。
【００１８】
被検体Ｅは、被検体保持手段２００に収められ、圧力制御手段３００によって圧迫して保持される。圧迫保持された被検体Ｅに被検体保持手段２００を介して光照射手段１００によって光が照射される。光照射手段１００によって照射された光によって被検体Ｅ内の被検部で発生した光音響波が、トランスデューサ等から成る信号受信手段４００によって受信される。受信された光音響波は、更に信号受信手段４００によって電気信号に変換され、信号処理手段５００に出力される。信号処理手段５００は、信号受信手段４００から入力された電気信号を用いて被検体Ｅの被検部の特性情報を生成し、特性情報に基づいて光音響画像データを生成する。
【００１９】
（光照射手段）
光照射手段１００は、特定波長のナノ秒オーダーのパルス光を発する光源１と、レンズや光ファイバーなどから成る光学系２を備える。光源１から発した光は光学系２によって導かれ、第一保持部材３を介して被検体Ｅに照射される。光照射手段は、本発明の照射手段に相当する。
【００２０】
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。具体的な光源１の例としては、異なる波長を発生する半導体レーザー、波長可変レーザーなどで構成すると良い。
【００２１】
光源１から発した光は、光学系２によって第一保持部材３を介して被検体Ｅに導かれる。光学系２を構成する部材としては、レンズ、ミラー、プリズム、光ファイバー、拡散板、マスク、などを使用できる。
【００２２】
また、被検体Ｅを広範囲にわたって一括して照明することにより、光音響情報取得にか
かる時間を短くすることができると共に、被検体Ｅの体動などにより光音響画像がぼけてしまう不具合を低減することができる。このため、光源１が十分に大きな出力を備えている場合は、被検体Ｅの全体を一括して照明することが好ましい。しかし、光源１の出力が小さく被検体Ｅの一部領域しか照明できない場合においては、照明領域を被検体Ｅに対して走査駆動することによって、被検体Ｅの全体の光音響情報を取得できる。
【００２３】
また、図１Ａ及びＢでは、第一保持部材３側から光を照射するようにしている。しかし、光は第一保持部材３及び第二保持部材５の両側から照射されてもよい。生体組織に照射することが許される光の強度は、安全規格によって最大許容露光量（ＭＰＥ：ｍａｘｉｍｕｍ  ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）が定められている。安全規格の例として、ＩＥＣ  ６０８２５−１：Ｓａｆｅｔｙ  ｏｆ  ｌａｓｅｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ、がある。他にも、ＪＩＳ  Ｃ  ６８０２：レーザー製品の安全基準、ＦＤＡ：２１ＣＦＲ
Ｐａｒｔ  １０４０．１０、ＡＮＳＩ  Ｚ１３６．１：Ｌａｓｅｒ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ、などがある。このため両側から被検体Ｅに光を照射する場合、片面から照射する場合に比べて多くの光を照射できる。その結果、被検体Ｅの深部の光音響波を高いＳＮ比で受信できるという利点がある。
【００２４】
（被検体保持手段の第一保持部材）
図１Ｂに示すように、被検体Ｅは、光音響測定時には、被検体Ｅを介して対向配置された一対の板状部材によって圧迫保持される。被検体保持手段２００は、第一保持部材３、枠部材４、第二保持部材５から構成されている。一対の板状部材である第一保持部材３と第二保持部材５のうち、いずれか一方は、後述する圧力制御手段３００により、第一保持部材３と第二保持部材５との間隔を変えるように移動可能である。被検体保持手段は、本発明の保持手段に相当する。
【００２５】
第一保持部材３は薄いシートで構成され、剛体で構成された枠部材４に取付けられることにより、板状の圧迫保持部材となっている。また、枠部材４は基台１２に取付けられている。第一保持部材３の両面のうち、一方の面には被検体Ｅが接触し、もう一方の面には信号受信手段４００が設けられている。信号受信手段４００は第一保持部材３越しに、被検体Ｅから光音響波を受信する。また、第一保持部材３と信号受信手段４００との間や、第一保持部材３と被検体Ｅの間に、音響整合性を高めるための不図示の超音波ジェルなどの音響整合剤（マッチング剤）を設けることが好ましい。
【００２６】
第一保持部材３を構成する部材としては、被検体Ｅや信号受信手段４００との音響整合性が高い部材が好ましい。具体的には、被検体Ｅと音響インピーダンス（１．５〜１．６×１０６ｋｇ／ｍ２ｓｅｃ）が略等しい部材を用いる。第一保持部材３としてはまた、光源１の光の透過率が高い（好ましくは９０％以上）部材を用いることが好ましい。材料としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、などが好適である。なお、これらの材料名で入手するものは乳白色や白濁しているものが一般的であるが、同じ材料名であっても特別に光の透過率を高くしたものがあるのでそれらを用いると良い。また、ゴムなどの可とう性を有する材料は、被検体を保持する時にしわになり難いという利点がある。
【００２７】
また、被検体Ｅと第一保持部材３との音響インピーダンスに差があったとしても、第一保持部材３の厚さを光音響波の波長よりも短くすることにより、光音響波の反射を低減できる。このため第一保持部材３を信号受信手段４００が受信する光音響波の波長λよりも短い（例えば、λ／４程度。更に好ましくは、λ／２０程度）厚さにすれば、上述の材料に限定されない。
【００２８】
ここで、光音響波の周波数帯域は発生部位の大きさに依存する。このため後述する信号
受信手段４００の受信信号の帯域が広ければ広いほどよいが、実際には上限がある。また、受信帯域が高周波数になるほど解像度は高くなるが、一方で大きな対象から発生する光音響波は受信し難くなる。さらに、被検体Ｅ内を伝搬する光音響波の減衰は周波数依存性があり、高周波数になるほど減衰が大きくなるので被検体Ｅの深部で発生する光音響波は受信できなくなる。このため、数ミリ程度の被検体Ｅの深部の腫瘍や血管構造の光音響情報を取得するために適当な周波数帯域の中心は、数ＭＨｚ程度となる。
【００２９】
そこで、信号受信手段４００の受信帯域の中心を、例えば１ＭＨｚに設定する場合を考えて、第一保持部材３の好適な条件を検討する。第一保持部材３の中を光音響波が伝搬する速度は、樹脂材料などを想定して２０００ｍ／ｓｅｃとすると、光音響波の波長λは２．０ｍｍとなる。この場合の第一保持部材３の厚さは、０．５ｍｍ程度にすると良い。更に好ましくは、第一保持部材３の厚さを０．１ｍｍ程度にすると良い。これらの条件を満たすために、材料としては、光源１の光の透過率が高いアクリル、ポリカーボネート、シリコーンゴム、ウレタンゴム、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、などが好適である。
【００３０】
光音響波は第一保持部材３の中を伝搬することによって減衰するが、第一保持部材３の厚さを光音響波の波長よりも短くする場合は、このような減衰が著しく低減されるという利点がある。
【００３１】
また、上述の例では、受信帯域の中心周波数を１ＭＨｚとしたが、例えば、解像度を高くするために周波数を高くする場合がある。この場合、受信する光音響波の波長がさらに短くなる。この波長に合わせて第一保持部材の厚さを薄くすると、被検体Ｅを保持するために必要な機械的強度が不足することがある。このような場合においては、第一保持部材３として、被検体Ｅと音響インピーダンスが略等しい材料を用いて、被検体Ｅを保持するために必要な機械的強度が得られるような厚さを選定すると良い。
【００３２】
このように、第一保持部材３を、光音響波の波長よりも短い厚さの部材で構成するか、または、被検体Ｅの音響インピーダンスと略等しい部材で構成するかは、必要な周波数帯域や被検体Ｅを保持するために必要な機械的強度などに基づき選定すると良い。
【００３３】
また、第一保持部材３の厚さが光音響波の波長よりも大きくなる場合は、腫瘍などの被検部位から発した光音響波がスネルの法則によって、被検体Ｅと第一保持部材３の界面で屈折する。腫瘍などの被検部位で発生した光音響波は、腫瘍の位置を発生源として全方向に伝搬する。しかし、装置を構成する部材を配置するときの制約により、信号受信手段４００の受信面の方向に伝搬した一部の光音響波が受信されることになる。
【００３４】
図４に、被検体Ｅと第一保持部材３と信号受信手段４００の配置の一例を示す。ここで、被検体内を光音響波が伝搬する時の音速をＣ１、第一保持部材３を光音響波が伝搬する時の音速をＣ２、第一保持部材３に入射した光音響波の角度をθ１、第一保持部材３で屈折した光音響波の角度をθ２とする。このとき、スネルの法則によって下記の条件式（１）が満たされる。
【数１】
2015016304.tif 000003
【００３５】
バックプロジェクションを用いて光音響波の音圧分布を画像化する場合、光音響波を受信する視野角が狭いとアーティファクトが多く含まれた画像になってしまう。このため可
能な限り広い視野角で光音響波を受信することが好ましい。θ２＞９０°となると光音響波は信号受信手段４００に受信されなくなってしまう。このためθ１＞θ２となるように、Ｃ１＞Ｃ２の関係を満たすようにすると良い。一例として、被検体が生体組織の場合、代表的な音速が〜１５３０ｍ／ｓｅｃとなり、第一保持部材３に代表的な音速が〜１０００ｍ／ｓｅｃのシリコーンゴムを用いると良い。なお、前述したようにシリコーンゴムは乳白色や白濁しているものが一般的であるが、特別に光の透過率を高くしたものがあるのでこれを用いると良い。このようにＣ１＞Ｃ２の関係を満たすようにすることにより、アーティファクトを低減した画像を取得することができる。
【００３６】
（被検体保持手段の枠部材）
剛体から成る枠部材４は開口部を有するフレーム構造となっており、開口部には第一保持部材３が取り付けられ、板状の圧迫保持部材となっている。このような枠部材４を設ける理由としては、上述した樹脂やゴム材料から製作される第一保持部材３を板状にした時に形状を維持することがある。また、第一保持部材３に枠部材４の外側方向に張力を負荷した（ぴんと張った）状態で、枠部材４に第一保持部材３を取付けすると、被検体Ｅを保持する圧力によって第一保持部材３に生じるたわみを小さくできる。第一保持部材３に生じるたわみが小さくなると、後述するような多くの利点を得られる。
【００３７】
枠部材４に第一保持部材３を取付ける方法としては、接着やネジによる締結、二つの部材の間に挟んでクランプする、などの方法がある。また、枠部材４は基台１２に取付けられている。枠部材４及び基台１２を構成する材料としては、第一保持部材３よりも十分に剛性が高く、音響マッチング剤による腐食の影響が少ないステンレス、アルミニウム、防錆処理を施した鉄、などの金属材料が好ましい。
【００３８】
（被検体保持手段の第二保持部材）
第二保持部材５は、被検体Ｅを介して第一保持部材３の対向側に設けられ、後述する圧力制御手段３００により移動可能になっている。被検体Ｅは、このような機構によって圧力が加えられることにより適度につぶされて第一保持部材３と第二保持部材５の間に圧迫保持される。第二保持部材５を構成する部材としては、ある程度の剛性を有する部材が好ましく、樹脂材料や金属材料が好適である。また、光を第一保持部材３及び第二保持部材５の両側から被検体Ｅに光を照射する場合、第二保持部材５を構成する部材にも、第一保持部材３と同様に、光源１の光の透過率が高い部材を用いることが好ましい。このような条件を満たす材料として、光の透過率が高い、ガラス、アクリル、ポリカーボネート、などが好適である。
【００３９】
（圧力制御手段）
圧力制御手段３００は、基台１２に固定されたガイド軸６、軸受７、スクリュー８、ナット９から構成されている。図１Ｂに示すように、スクリュー８を回転することにより、第二保持部材５がガイド軸６に沿って移動する。一方、第一保持部材３は固定されており移動しない。第二保持部材５を圧力制御手段３００によって移動し、第一保持部材３と第二保持部材５の間隔を変えることにより、被検体Ｅを圧迫保持または圧迫解除できる。このように保持手段２００と圧力制御手段３００により圧迫保持装置を構成している。
【００４０】
圧迫保持装置の働きにより、測定中の被検体Ｅの位置が固定されるので、体動などにより光音響画像がぼけてしまう不具合を低減することができる利点がある。また、被検体Ｅを圧迫して薄くすることで、被検体Ｅの深部まで光が到達し、効率良く光音響波を受信できる。その結果、深部の画像情報が取得できる。
【００４１】
本実施例では、リードスクリューによる機構を用いているが、油圧機構やギア機構を用いても良い。動力は電動でも手動でもどちらでも良い。電動の場合はＤＣモータやブラシ
レスモータなどを使用できる。手動の場合はハンドルやグリップなど手の動きを動力に変換するリンク機構などを使用できる。
【００４２】
（信号受信手段）
信号受信手段４００は、被検体内で発生した光音響波を、第一保持部材３を介して受信する。信号受信手段４００は、第一保持部材３に接触して配置しても良いし、信号受信手段４００と第一保持部材３の間に不図示の音響マッチング剤を介して配置しても良い。信号受信手段４００の受信器は、光音響波を受信して電気信号に変換する一つ以上の変換素子を有する。
【００４３】
変換素子としては、圧電現象を用いたもの、静電容量の変化を用いたもの、などを利用できる。信号受信手段４００の受信器は、光音響波を受信して電気信号に変換できるものであれば、どのようなものを用いても良い。具体的には、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使用できる。また、ＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）などの静電容量型の素子も使用できる。
【００４４】
また、変換素子を一次元または二次元に複数配列することにより、複数の変換素子で光音響波を同時に受信できる。こうすることで、受信時間を短縮できると共に、被検体Ｅの体動などにより光音響画像がぼけてしまう不具合を低減できる。
また、後述する走査制御手段６００を用いて、変換素子を一次元または二次元に走査駆動することによっても、同様の効果が得られる。
【００４５】
また、信号受信手段４００と信号処理手段５００の間に、変換素子から出力されるアナログの電気信号を増幅する増幅器や、アナログ信号をデジタル変換するＡＤ変換器を設けることが好ましい。
【００４６】
（信号処理手段）
信号処理手段５００は、信号受信手段４００から入力された電気信号を用いて被検体の光学特性などの特性情報を生成し、特性情報に基づいて光音響画像データを生成する。信号処理手段５００は、また、光照射手段１００の光源１、圧力制御手段３００、走査制御手段６００の駆動制御など光音響情報取得装置を動作させる処理を行う。信号処理手段５００としては、例えば、ワークステーションなどの情報処理装置が用いられ、記憶装置に格納されたプログラムに従って本発明の制御方法を実行する。
【００４７】
（走査制御手段）
走査制御手段６００は、信号受信手段４００を一次元または二次元に走査駆動する。この走査駆動によって、被検体Ｅの全体から光音響情報を取得できる。走査制御手段６００は、基台１２に固定されたガイド軸１０、軸受１１、不図示の駆動機構から構成されている。軸受１１に取付けられた信号受信手段４００は、不図示の駆動機構により、ガイド軸１０に沿って走査する。
【００４８】
駆動機構としては、信号受信手段４００を走査させられる機構であれば何を用いても良い。例えば、前述した圧力制御手段３００と同様のリードスクリュー機構や、油圧機構、ギア機構、などを使用できる。
【００４９】
前述したように、第一保持部材３は、被検体Ｅを保持する圧力によって、たわむことがある。信号受信手段４００と第一保持部材３が接触して配置している場合は、第一保持部材３にたわみが生じると、たわみを考慮して走査駆動しなければならない。たわみを考慮
した走査駆動の一例として、走査制御手段６００が第一保持部材３に生じているたわみに沿って走査駆動するように、信号受信手段４００の位置を調節する機構を設ける方法がある。
【００５０】
また、信号受信手段４００と第一保持部材３が音響マッチング剤を介して配置されている場合は、信号受信手段４００と第一保持部材３の間に、音響マッチング剤を保持するシール部材を設ける方法が考えられる。信号受信手段４００と第一保持部材３とシール部材で形成された空間に音響マッチング剤を充填すれば、充填された音響マッチング剤を適当な状態で保持しながらの走査駆動が可能になる。このようなシール部材には、ゴム材料を使用できる。第一保持部材３に生じるたわみが小さければ、そのたわみ分だけシール部材が変形することによって、信号受信手段４００をたわみに沿って走査駆動できる。
【００５１】
シール部材が変形可能な量はシール部材の形状によるが、被検体Ｅが乳房などの場合、概ね２〜５ｍｍ程度となる。このため、前述した枠部材４によって第一保持部材３に生じるたわみを２〜５ｍｍ程度に低減すれば、信号受信手段４００の位置を調節する機構が不要となる。その結果、構造が簡素になり、装置を低価格にできる利点がある。また、信号受信手段４００の位置を調節する場合は、受信した光音響波から画像を生成する際に、信号受信手段４００の位置を考慮した解析処理が必要となる。信号受信手段４００の位置を調節する機構が不要となれば、このような解析処理が不要となり、画像生成にかかる時間を短くできる利点がある。このように被検体Ｅを保持する圧力によって第一保持部材３に生じるたわみを小さくすることにより、多くの利点を得ることができる。
【００５２】
以上述べたように、第一保持部材３は、被検体Ｅの音響インピーダンスと略等しい部材、または、信号受信手段４００が受信する光音響波の波長λよりも短い厚さの部材で構成する。これにより、被検体Ｅと第一保持部材３との界面で反射する界面光音響波が著しく低減されるので、界面光音響波の多重反射によるアーティファクトを低減することができる。
【００５３】
＜実施例２＞
実施例１においては、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、対向配置された一対の板状部材により圧迫して保持している。実施例２の光音響情報取得装置では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、剛体から成る基台１２に固定された被検体Ｅの片面に、一枚の第一保持部材３と枠部材４を備えた被検体保持手段２０１を、圧力制御手段３０１によって押し付けている。これにより、被検体Ｅが押圧されて適度に薄くなり、被検体Ｅの深部の画像情報を取得できるようになる。尚、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、図１Ａ及び図１Ｂと同じ番号を付したブロックは、実施例１で説明したものと同じ機能を有する。
【００５４】
被検体Ｅを基台１２に固定する方法としては、バンドによって固定する方法や、被検体Ｅを押圧している面と対向する面（図２Ａ及び図２ＢのＥｓ面）を剛体から成る部材で支持する方法などがある。また、被検体Ｅが伏臥位の被検者である場合は、被検者の体重よりも小さな荷重で第一保持部材３を被検体Ｅに押圧するようにすれば、固定部材は省略可能である。
【００５５】
実施例２の光音響情報取得装置には、被検体保持手段２０１と走査制御手段６００を載せたキャリッジ１３が設けられている。キャリッジ１３が圧力制御手段３０１のスクリュー８を回転させることにより、第一保持部材３がガイド軸６に沿って移動する。
【００５６】
実施例２の第一保持部材３を構成する部材としては、光を第一保持部材３側から照射するので、被検体Ｅと音響インピーダンスが略等しく、且つ、光源１の光の透過率が高い部材を用いることが好ましい。これらを製作する材料としては、前述の通り光の透過率を高
くしたシリコーンゴム、ウレタンゴム、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、などが好適である。
また、信号受信手段４００が受信する光音響波の波長λよりも短い厚さの第一保持部材３を製作するための材料としては、アクリル、ポリカーボネート、シリコーンゴム、ウレタンゴム、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、などが好適である。
【００５７】
＜変形例＞
図３Ａ及び図３Ｂに、実施例２の変形例にかかる光音響情報取得装置を示す。この例では、保持部材１４と容器１５を備えた被検体保持手段２０２を、音響マッチング液１６とポンプ１７を備えた圧力制御手段３０２によって、被検体Ｅの片面に押圧する。保持部材１４は、可とう性を有する材料から成る。保持部材１４を構成する部材としては、可とう性が良く、光源１の光の透過率が高いものが好ましい。例えば光の透過率を高くしたシリコーンゴム、ウレタンゴム、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、などが好適である。
【００５８】
保持部材１４で上面を塞いだ容器１５の中には、音響マッチング液１６が充填される。そして、信号処理手段５００の制御により、ポンプ１７が容器１５内の音響マッチング液１６の容量を調節可能となっている。ポンプ１７で容器１５内の音響マッチング液１６の容量を増やして可とう性を有する材料から成る保持部材１４に圧力をかけてたわませることにより、被検体Ｅを片面から押圧できる。
【００５９】
このように、片面押圧タイプの光音響情報取得装置においても、第一保持部材３（または保持部材１４）を被検体Ｅの音響インピーダンスと略等しい部材、または、信号受信手段４００が受信する光音響波の波長λよりも短い厚さの部材で構成できる。
【００６０】
また、実施例１及び実施例２では、第一保持部材３と信号受信手段４００を接触させることもできる。この場合、第一保持部材３と信号受信手段４００の間に音響マッチング剤を充填するものに比べて、信号受信手段４００が受信する光音響波の減衰を低減できるという利点がある。この場合、第一保持部材３と信号受信手段４００の音響インピーダンスを整合させることが好ましい。
【００６１】
一方、変形例では、保持部材１４と信号受信手段４００の間に音響マッチング液１６が満たされ、かつ、ポンプ１７により液量の調節が可能な構造になっている。このため、保持部材１４のたわみに沿って信号受信手段４００を走査駆動するための位置調節機構が不要となる。したがって構造が簡素になり、装置を低価格にできる。さらに、光音響波から画像を生成する際に、信号受信手段４００の位置を考慮した解析処理が不要となるので、画像生成にかかる時間を短くできる。
【００６２】
また変形例では、実施例１で説明したものと同様に、第一保持部材１４の厚さが光音響波の波長よりも大きくなる場合、腫瘍などの被検部位から発した光音響波は、スネルの法則に従って被検体Ｅと第一保持部材１４と音響マッチング液１６の各界面で屈折する。ここで、被検体内を光音響波が伝搬する時の音速をＣ１、第一保持部材１４を光音響波が伝搬する時の音速をＣ２、音響マッチング液１６を光音響波が伝搬する時の音速をＣ３とする。本変形例の図３Ａ，３Ｂでは、保持部材が撓んだ状態（保持部材が湾曲した状態）で該保持部材を介して光音響波を受信する場合が示されている。このような場合に可能な限り広い視野角で光音響波を受信してアーティファクトを低減した画像を取得するためには、Ｃ１＞Ｃ２（より好ましくはＣ１＞Ｃ２＞Ｃ３）の関係を満たすようにすると特に良い。
【００６３】
以上に説明したように、本発明を適用した光音響情報取得装置では、被検体を保持する保持部材は、被検体の音響インピーダンスと略等しい部材、または、信号受信手段が受信する光音響波の波長λよりも短い厚さの部材で構成している。このような保持部材を用いて被検体を圧迫し、薄くすることによって、被検体の深部を画像化できる。
【００６４】
加えて、被検体の界面付近において発生する界面光音響波が保持部材を伝搬する時に発生する多重反射波を、著しく低減することもできる。この結果、受信信号のＳＮ比が高くなる。このような信号を用いて画像化された光音響情報は、界面光音響波の多重反射によるアーティファクトが低減される。このように本発明の光音響情報取得装置によれば、界面光音響波の多重反射によるアーティファクトを低減可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１００：光照射手段，２００：被検体保持手段，３００：圧力制御手段，４００：信号受信手段，５００：信号処理手段，１：光源，３：第一保持部材
【図１Ａ】
2015016304.tif 000004
【図１Ｂ】
2015016304.tif 000005
【図２Ａ】
2015016304.tif 000006
【図２Ｂ】
2015016304.tif 000007
【図３Ａ】
2015016304.tif 000008
【図３Ｂ】
2015016304.tif 000009
【図４】
2015016304.tif 000010