(57)【要約】【課題】悪性腫瘍の有無を正確に検出することができる腫瘍検出装置の提供。【解決手段】本発明に係る腫瘍検出装置は、生体内部の生体画像を取得する画像取得手段１と、前記生体画像に基づいて腫瘍の疑いがある部位を抽出する抽出手段２と、前記生体内部に良性腫瘍の光吸収帯の第１の波長を有する第１の光と、悪性腫瘍の光吸収帯の第２の波長を有する第２の光を照射する照射手段３と、前記照射手段３に基づく前記生体内部からの出射光を検出する検出手段４と、前記出射光の前記第１及び第２の波長における光強度変化を解析して、前記部位の細胞組織の種類を判定する判定手段５と、を備える。【選択図】図１
2008079835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信させて生体内部の生体画像を取得する画像取得手段と、
前記生体画像に基づいて腫瘍の疑いがある部位を抽出する抽出手段と、
前記生体内部に良性腫瘍の光吸収帯の第１の波長を有する第１の光と、悪性腫瘍の光吸
収帯の第２の波長を有する第２の光を照射する照射手段と、
前記照射手段に基づく前記生体内部からの出射光を検出する検出手段と、
前記出射光の前記第１及び第２の波長における光強度変化を解析して、前記部位の細胞
組織の種類を判定する判定手段と、を備えたことを特徴する腫瘍検出装置。
【請求項２】
前記抽出手段は、前記生体画像上のコントラスト差を解析し、低コントラスト部位を前
記部位として抽出することを特徴とする請求項１に記載の腫瘍検出装置。
【請求項３】
前記抽出手段は、前記生体画像上のテクスチャーの違いに基づいて、前記部位を抽出す
ることを特徴とする請求項１に記載の腫瘍検出装置。
【請求項４】
前記抽出手段は、前記生体画像上の皮膚近傍に発生する境界線の断絶の有無及び前記生体
画像の後方エコー領域における高コントラスト領域の有無を解析し、前記境界線の断絶及
び前記高コントラスト領域の両方が有る場合、前記境界線の断絶がある領域と前記高コン
トラスト領域との間を前記部位として抽出することを特徴とする請求項１に記載の腫瘍検
出装置。
【請求項５】
超音波を送受信させて生体内部の生体画像を取得する画像取得手段と、
前記生体画像を取得した前記生体内部に良性腫瘍の光吸収帯の第１の波長を有する第１の
光と、悪性腫瘍の光吸収帯の第２の波長を有する第２の光を照射する照射手段と、
前記照射手段に基づく前記生体内部からの出射光を検出する検出手段と、
前記出射光の前記第１及び第２の波長における光強度変化を解析して、前記部位の細胞組
織の種類を判定する細胞組織判定手段と、を備え、
前記細胞組織判定手段は、
前記生体画像に基づいて腫瘍の疑いがある部位の有無を解析する第１の解析手段と、
前記第１の解析手段において前記部位が有ると判断した場合に、少なくとも前記良性腫瘍
及び前記悪性腫瘍の各々の組織の光学定数を前記部位にあてはめ、前記検出手段で検出さ
れる光強度の各々の理論値を算出する理論値算出手段と、
前記理論値算出手段で算出された各々の理論値と前記検出手段で検出された前記第１及び
第２の波長での光強度の実測値との差分を算出する第１の差分算出手段と、
予め測定されている前記検出手段で検出される光強度の測定ばらつきの範囲を閾値として
、各々算出された前記差分と前記閾値とを比較する第１の閾値比較手段と、
前記第１の閾値比較手段で前記差分が前記閾値以下である場合には、この関係を満たす前
記良性腫瘍又は前記悪性腫瘍のいずれかが存在すると判定する第１の判定手段と、
前記第１の閾値比較手段で前記差分が前記閾値より大きい場合には、前記部位は前記良性
腫瘍又は前記悪性腫瘍では無いと判定する第２の判定手段と、を備えることを特徴とする
腫瘍検出装置。
【請求項６】
前記第１の解析手段において前記部位が無いと判断された場合に、前記生体画像上の皮膚
近傍に発生する境界線の断絶の有無及び前記生体画像の後方エコー領域における高コント
ラスト領域の有無を解析し、前記境界線の断絶及び前記高コントラスト領域の両方が有る
場合、前記境界線と前記高コントラスト領域との間を部位として抽出する第２の解析手段
と、
前記第２の解析手段において前記部位が有ると判断した場合に、少なくとも前記良性腫瘍
及び前記悪性腫瘍の各々の組織の光学定数を前記部位にあてはめ、前記検出手段で検出さ
れる光強度の各々の理論値を算出する理論値算出手段と、
前記理論値算出手段で算出された各々の理論値と前記検出手段で検出された前記第１及び
第２の波長での光強度の実測値との差分を算出する第２の差分算出手段と、
予め測定されている前記検出手段で検出される光強度の測定ばらつきの範囲を閾値として
、各々算出された前記差分と前記閾値とを比較する第２の閾値比較手段と、
前記第２の閾値比較手段で前記差分が前記閾値以下である場合には、この関係を満たす前
記良性腫瘍又は前記悪性腫瘍のいずれかが存在すると判定する第３の判定手段と、
前記第２の閾値比較手段で前記差分が前記閾値より大きい場合は、前記生体内部には、前
記良性腫瘍又は前記悪性腫瘍が存在しないと判定する第４の判定手段と、
前記第２の解析手段で部位が無いと判断された場合は、前記生体内部には、前記良性腫瘍
又は前記悪性腫瘍が存在しないと判定する第５の判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の腫瘍検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、悪性腫瘍の早期発見に用いることができる腫瘍検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体内の腫瘍を非侵襲的に測定する技術として、例えば、超音波エコーで得た生
体組織形態画像と、該生体組織に光照射／光音響信号の検出で得たヘモグロビン等の濃度
分布画像とを重ね、形態学的構造、又は、ヘモグロビンなどの濃度の分布等により前記生
体組織が腫瘍であるかどうかを判別する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−２１８６８４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、光照射を用いて生体内を画像化する技術は、生体は、屈折率の異なる微
小領域の集合体で構成されているため、生体内に入った光が強い散乱を起こす性質があり
、空間分解能が低くなるという問題がある。更に、反射光の検出結果から位置情報を演算
する場合に、正しい情報を得るためには、数多くのデータを複雑なアルゴリズムで演算す
る必要がある。更に、光音響を用いた技術は、通常、音響信号の検出にマイクロフォン或
いはＰＺＴ等の圧電振動子が用いられる。しかしながら、生体に損傷を与えないレベルの
音響信号は非常に微弱であり、繰り返し測定による加算平均化等の処理を施しても、十分
に信号検出能が得られないという問題がある。更に、形態学的構造、ヘモグロビンの濃度
分布においても、腫瘍かどうかを判別する点が過去の結果、経験等にどうしても依存され
てしまうため、正確に、悪性腫瘍のみを検出するには限界がある。  
そこで、本発明は、悪性腫瘍の有無を正確に検出することができる腫瘍検出装置を提供
することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る腫瘍検出装置は、超音波を送受信させて生体内部の生体画像を取得する画
像取得手段と、前記生体画像に基づいて腫瘍の疑いがある部位を抽出する抽出手段と、前
記生体内部に良性腫瘍の光吸収帯の第１の波長を有する第１の光と、悪性腫瘍の光吸収帯
の第２の波長を有する第２の光を照射する照射手段と、前記照射手段に基づく前記生体内
部からの出射光を検出する検出手段と、前記出射光の前記第１及び第２の波長における光
強度変化を解析して、前記部位の細胞組織の種類を判定する判定手段と、を備えたことを
特徴する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、悪性腫瘍の有無を正確に検出することができる腫瘍検出装置が提供さ
れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載
において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模
式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものと異なる
。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【０００７】
図１は、本発明の一実施形態に係る腫瘍検出装置全体の概略構成を示すブロック図であ
る。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る腫瘍検出装置は、図１に示すように、超音波を送受信させて
生体内部の生体画像を取得する画像取得手段１と、前記生体画像に基づいて腫瘍の疑いが
ある関心部位を抽出する抽出手段２と、前記生体画像を取得した前記生体内部に良性腫瘍
の光吸収帯の第１の波長を有する第１の光と、悪性腫瘍の光吸収帯の第２の波長を有する
第２の光を照射する照射手段３と、前記照射手段３に基づく前記生体内部からの出射光を
検出する検出手段４と、前記出射光の前記第１及び第２の波長における光強度変化を解析
して、前記関心部位の細胞組織の種類を判定する判定手段５と、を備えている。
【０００９】
画像取得手段１は、生体５０に超音波を送受信する超音波送受信部１０と、超音波送受
信部１０で受信した信号を解析して生体５０内部の生体画像を演算する第１演算回路１１
とを備えている。
【００１０】
抽出手段２は、画像取得手段１で取得した生体画像に基づいて腫瘍の疑いがある関心部
位を抽出する第２演算回路１２で構成されている。第２演算回路１２による生体画像の解
析は、生体画像上のコントラスト差により、周辺に比べてエコーレベルが低い領域（生体
画像において黒い領域、以下、低エコー領域という）の有無を解析する。
【００１１】
図２は、抽出手段２の解析方法を説明するための参考生体画像である。
【００１２】
画像取得手段１により取得した生体画像を、エコーレベルが高い領域Ｈｃ（生体画像に
おいて白い領域、以下、高エコー領域という）と、低エコー領域Ｌｃとの境界線を検出し
て、低エコー領域Ｌｃを抽出する。ここで、高エコー領域Ｈｃは、超音波のエコーレベル
が高い領域であり、低エコー領域Ｌｃは、エコーレベルが低い領域である。特に、乳癌等
の腫瘍の場合は、周辺の乳腺と比較すると、超音波のエコーレベルが低く、その周辺のコ
ントラストと異なることが多い。そのため、超音波測定における生体画像において、低エ
コー領域Ｌｃは、腫瘍の疑いがある関心部位として抽出することができる（図２中点線部
）。
【００１３】
また、超音波測定における生体画像においては、腫瘍とその周辺においては、組織形状
の違いから画像上のテクスチャーが異なることが多い。そのため、超音波測定による生体
画像上のテクスチャーの違いにより、周辺と異なる領域を解析し、その領域を腫瘍の疑い
がある関心部位として抽出しても良い。
【００１４】
なお、抽出手段２で抽出された関心部位は、現段階では何の組織か断定することが出来
ない。この時点では、抽出されたこの関心部位は、脂肪細胞良性腫瘍（嚢胞、腺腫など）
、悪性腫瘍（硬癌、充実腺管癌など）のいずれかに分類される。
【００１５】
なお、抽出手段２での関心部位の抽出は、コントラストやテクスチャーの違いだけでは
関心部位が抽出できない場合がある。前述した超音波測定は、生体の組織毎の音響インピ
ーダンスの違いから画像のコントラスト差を発生させる方法である。しかしながら、腫瘍
によっては周りの正常組織と音響インピーダンスが近い値のものが存在する場合がまれに
存在する。この場合には、超音波測定における生体画像上のコントラスト差やテクスチャ
ーの違いでは抽出することが出来ない。また、腫瘍を形成しないタイプの乳癌も同様に超
音波測定の生体画像上ではコントラスト差やテクスチャーの違いからは抽出されない場合
が存在する。
【００１６】
このように、生体画像上のコントラスト差やテクスチャーの違いから関心部位が抽出さ
れない場合は、生体画像上の皮膚近傍の界面に発生する境界線の断絶の有無と、生体画像
内の後方エコー領域における高エコー領域の有無をそれぞれ解析する。
【００１７】
図３は、生体画像上の皮膚近傍の界面に発生する境界線の断絶の有無の解析を説明する
ための参考生体画像である。
【００１８】
境界線の断絶の有無の解析は、生体画像上の皮膚近傍に発生する線状高エコー部６０、
６１の横方向に対するエコーレベルの変化によって判断する
図３（ａ）に示す線状高エコー部６０は、その横方向において、エコーレベルの変化が
少ない。なお、図３（ｂ）に示す線状高エコー部６１は、その横方向において、エコーレ
ベルの変化が大きい（特に、Ｂ近傍）。この場合において、図３（ｂ）に示すように、横
方向におけるエコーレベルの変化が大きい場合には、生体画像上の皮膚近傍の界面に発生
する境界線の断絶が有ると判断する。
【００１９】
図４は、生体画像内の後方エコー領域における高エコー領域の有無の解析を説明するた
めの参考生体画像である。生体画像内の後方エコー領域Ｃにおける高エコー領域の有無の
解析は、後方エコー領域Ｃ内のコントラスト差を解析し、周辺に比べてエコーレベルが高
い部分の有無を解析する。
【００２０】
このように、生体画像の皮膚近傍の界面に発生する境界線の断絶と、後方エコー領域Ｃ
に高エコー部がある場合には、その間の領域を関心部位として判断して抽出する（図５中
点線領域）。
【００２１】
このように、生体画像上の皮膚近傍の界面に発生する境界線の断絶及び後方エコー領域
における高エコー領域の存在の有無を評価し、両方存在する場合は、その間の領域を関心
部位として判断するのは以下の理由による。
【００２２】
腫瘍は、その周辺の生体の組織と音響インピーダンスが同じである場合でも、その腫瘍
の存在する領域の周辺は、正常細胞と比べると何らかの影響が発生する。例えば、腫瘍は
、生体内の栄養素を吸収し、肥大化していく。この肥大化は、周りの正常細胞の配置状態
に応力を与え、その配置状態に変化を与える。そのため、腫瘍の周辺に位置する部分の状
況を解析することで、音響インピーダンスが周りの生体細胞のものと同じ腫瘍においても
、その存在を検出することができる。
【００２３】
なお、上述したように、ここで抽出された関心部位は、乳腺に対してコントラストが無
いことから脂肪は除外され、良性腫瘍と悪性腫瘍の２種類に分類される。
【００２４】
照射手段３は、光信号発信部１３と、光源部１４と、光合波部１５と、光導波部１６と
、光照射部１７とで構成されている。
【００２５】
光信号発信部１３は、生体に照射する光の波長、強度等を制御する信号を発信する機能
を備えており、例えば、信号発信器で構成されている。
【００２６】
光源部１４は、光信号発信部１３から発信された信号を検出して、良性腫瘍の光吸収帯
の第１の波長を有する第１の光を発生させる第１の光源１４ａと、悪性腫瘍の光吸収帯の
第２の波長を有する第２の光を発生させる第２の光源１４ｂとを備えている。光源１４ａ
、１４ｂとしては、半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、固体レーザ、ガ
スレーザ等の発光素子が好適に用いられる。なお、ここでいう良性腫瘍の光吸収帯の第１
の波長は、例えば、９８０ｎｍの波長帯である。また、ここでいう悪性腫瘍の光吸収帯の
第２の波長は、例えば、７６０ｎｍの波長帯である。
【００２７】
光合波部１５は、複数個（本実施形態では２個）の光源部１４で発生した第１及び第２
の光を同一光軸上に重ね合わせる機能を備えており、例えば、コリメートレンズ及び、直
角プリズム又はダイクロイックプリズムで構成されている。
【００２８】
光導波部１６は、光合波部１５で合波された第１及び第２の光を生体５０まで導くため
のものであり、例えば、効率のよい光伝播を行うために光ファイバや薄膜光導波路で構成
されているが、直接空間伝播することも可能である。
【００２９】
光照射部１７は、光導波部１６の端部で構成されており、光導波部１６から伝播された
光を生体５０に直接、又は、間接的に接触させて照射する。
【００３０】
検出手段４は、光検出部１８と、光導波部１９と、光解析部２０とを備えている。
【００３１】
光検出部１８は、光照射部１７からの光照射に基づく生体５０からの出射光を直接的に
接触させて、又は、間接的に検出する。光検出部１８は、例えば、複数の光ファイバの端
部で構成されている。
【００３２】
光導波部１９は、光検出部１８で検出した出射光を後述する光解析部２０まで導くため
のものであり、例えば、効率のよい光伝播を行うために光ファイバや薄膜光導波路で構成
されているが、直接空間伝播することも可能である。
【００３３】
超音波送受信部１０、光照射部１７及び光検出部１８で測定部３０を構成している。
【００３４】
図６に、測定部３０における具体的な構成の断面構成図を示す。
【００３５】
超音波送受信部１０は、図６に示すように、バッキング部材５１と、バッキング部材５
１上に設けられ、所望のスペース５２を有し、２次元方向に配列された複数のチャンネル
５３とで構成されている。複数のチャンネル５３は、バッキング部材５１上に設けられた
複数の圧電素子５４と、圧電素子５４上に設けられた音響整合層５５と、音響整合層５５
上に設けられた音響レンズ５６とを備える。なお、バッキング部材５１と圧電素子５４と
の間、圧電素子５４と音響整合層５５との間、及び音響整合層５５と音響レンズ５６との
間は、図示しないエポキシ樹脂系接着剤により接着、固定されている。
【００３６】
圧電素子５４は、例えば、ジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）系圧電セラミック材料やリラ
クサ系単結晶材料からなる圧電体５４ａと、この圧電体５４ａの両面に形成された第１の
電極５４ｂ及び第２の電極５４ｃとで構成されている。
【００３７】
音響整合層５５は、例えば、圧電素子５４から音響レンズ５６にかけて、音響インピー
ダンスが徐々に減少するように、圧電素子５４の第２の電極５４ｃ上に設けられ、音響イ
ンピーダンスが２５℃で１０〜１５ＭＲａｙｌｓの第１音響整合層（図示せず）、第１音
響整合層上に設けられ、音響インピーダンスが２５℃で２．７〜８．０ＭＲａｙｌｓの第
２音響整合層（図示せず）、第２音響整合層上に設けられ、かつ、音響レンズ５６と接触
し、音響インピーダンスが２５℃で１．６〜２．５ＭＲａｙｌｓであり第３音響整合層（
図示せず）の３層構造で構成されている。
【００３８】
また、複数のチャンネル５３には圧電素子５４の駆動タイミングを制御する制御回路（
図示せず）と、圧電素子５４に受信された受信信号を増幅するためのアンプ回路を含む信
号処理回路（図示せず）とが接続されている。また、圧電素子５４の第１及び第２の電極
５４ｂ、５４ｃには、延出された信号線及びアース線（図示せず）が接続されており、こ
れらは、音響レンズ５６と反対側の方向に延出され、制御回路（図示せず）に接続されて
いる。
【００３９】
このような構成の超音波送受信部１０において、圧電素子５４の第１の電極５４ｂと第
２の電極５４ｃとの間に電圧を印加して、圧電体５４ａを共振させることにより各チャン
ネル５３の音響整合層５５、音響レンズ５６を通して、生体５０内に超音波を送信する。
生体５０内に送信された超音波を、生体５０から受信する場合には、各チャンネル５３の
音響レンズ５６、音響整合層５５を通して受信された超音波を各チャンネル５３の圧電体
５４ａを振動させて、この振動を電気信号に変換して第１演算回路１１に伝送される。な
お、図示はしていないが、スペース５２内には、例えば、低音響インピーダンス、高減衰
性のシリコーンゴムのような比較的に柔らかい樹脂を充填して超音波送受信部１０の機械
的な強度を保持してもよい。
【００４０】
光導波部１６及び光照射部１７は、図６に示すように、超音波送受信部１０のスペース
５２に、例えば、単数配置された構成を備えている。
【００４１】
光検出部１８及び光導波部１９は、図６に示すように、超音波送受信部１０のスペース
５２に、例えば、複数配置された構成を備えている。
【００４２】
光解析部２０は、光検出部１８で検出された光の第１及び第２の波長の光強度変化を解
析する。光解析部２０で解析された光強度変化情報は、後述する判定手段５に出力される
。
【００４３】
判定手段５は、第３演算回路２１で構成されている。
【００４４】
第３演算回路２１では、光解析部２０から出力された光強度変化情報を解析して、前記
関心部位の細胞（正常細胞、良性腫瘍、悪性腫瘍のいずれか）を判定する。
【００４５】
具体的には、光検出部１８で検出した光の第１の波長における光強度変化が大きい（詳
しくは照射時よりも光強度が小さい）場合には、抽出した関心部位は「良性腫瘍」と判断
され、光検出部１８で検出した光の第２の波長における光強度変化が大きい（詳しくは照
射時よりも光強度が小さい）場合には、抽出した関心部位は「悪性腫瘍」と判断される。
また、光検出部１８で検出した光の第１及び第２の波長における光強度変化がいずれも小
さい場合には、抽出した関心部位は、「脂肪」と判断される。
【００４６】
なお、ここでいう「光強度変化が大きい」、「光強度変化が小さい」とは、測定者個人
毎に、また、測定部位毎によっても大きく変動する。そのため、良性腫瘍及び悪性腫瘍そ
れぞれの光強度変化を、生体５０とは異なるサンプルにて予め測定、ないし、生体５０自
身の脂肪、良性腫瘍及び悪性腫瘍が存在しない部分において、その光強度の変化量を予め
測定して、それを基準値とすることで個人差のばらつきを考慮して、その基準値を上回る
光強度変化が検出された場合には「光強度変化が大きい」として、その基準値を下回る光
強度変化が検出された場合には「光強度変化が小さい」としてそれぞれ定義してもよい。
さらに良性腫瘍と悪性腫瘍の両者で吸収が起こり、その吸収の大小によって両者を区別す
ることができる波長も存在する。
【００４７】
以上の方法により光強度変化を解析することで、前記抽出した関心部位の細胞組織が判
定される。
【００４８】
判定された関心部位の細胞組織は、例えば、関心部位が抽出された生体画像上に文字と
して腫瘍検出装置の内又は外部に取り付けられた表示部２２に、腫瘍検査結果として表示
される。
【００４９】
また、図１に示すように、光解析部２０に接続され、光検出部１８で検出された生体５
０からの出射光の第１及び第２の波長における光強度の時間的変化を検出し、その時間的
変化を相殺するように、光源部１４の光源１４ａ、１４ｂの第１及び第２の光の強度を調
整する光強度調整部２３を設けても良い。
【００５０】
なお、本発明の実施形態に係る腫瘍検出装置では、前述した光合波部１５、及び、光強
度調整部２３に関しては必須の構成ではないが、本実施形態においては、本構成を備えた
ほうがより高精度に腫瘍を検出できることは言うまでもない。
【００５１】
次に、本実施形態に係る腫瘍判定プロセスを説明する。図７は、本実施形態に係る腫瘍
判定プロセスを説明するプロセスフロー図である。
【００５２】
図７に示すように、最初に、画像取得手段１により生体画像を取得する（Ｓ１００）。
次に、取得した生体画像上のコントラスト差、又は、テクスチャーの違い等を用いて、腫
瘍の疑いがある関心部位の有無を解析する（第１の解析手段：Ｓ１０１）。この第１の解
析手段において、生体画像に関心部位が有ると判断した場合は、良性腫瘍、悪性腫瘍の各
々の組織の光学定数を関心部位にあてはめ、下記に示す拡散方程式または、モンテカルロ
シュミレーションなどの統計的な手法を用いて光検出手段で検出される光強度の理論値を
計算する（理論値算出手段：Ｓ１０２）。
【００５３】
理論値算出手段Ｓ１０２の一例を下記に示す。図８から図１０に、理論値算出手段Ｓ１
０２を説明するための説明図を示す。なお、これら図中は、説明を分かりやすくするため
Excelテスト版とは添字を変えている。座標方向は、図８に倣う）
周囲組織（添字１）の中に着目組織（添字２）が存在し，それぞれの方程式は
【数１】
2008079835.tif 000003
【数２】
2008079835.tif 000004
【００５４】
Dは拡散係数，φは光強度［W/mm2］，μaは吸収係数［mm-1］，Sは光源に対応する項で，
単位体積，単位時間あたりの放射エネルギー［W/mm3］（着目組織にはS無し）である。拡
散係数Dは以下の式で表す。
【数３】
2008079835.tif 000005
【数４】
2008079835.tif 000006
【００５５】
gは非等方散乱パラメータ［無次元］と称する係数，μsは散乱係数［mm-1］である。今回
，周囲組織と着目組織の散乱係数は等しいとする。  
（1）式のSは以下の式で表される。
【数５】
2008079835.tif 000007
【００５６】
Ｉ 0は入射放射束［W］（今回は連続光），aは入射光半径［mm］（光ファイバ半径），δ
はデルタ関数［mm-1］，θはヘビサイド関数［無次元］である。z0  ［mm］は以下の式で
表される。
【数６】
2008079835.tif 000008
【００５７】
kaは補正係数である。 
解析領域（周囲組織）から外への境界条件は
【数７】
2008079835.tif 000009
【００５８】
kbは補正係数である。尚，nにおいては，周囲組織内側から解析領域外部への方向を正と
する。
【００５９】
また，周囲組織と着目組織の境界条件は以下の式で表される。
【数８】
2008079835.tif 000010
【数９】
2008079835.tif 000011
【００６０】
以上から，検出箇所の放射束Ｉ  は次式で求められる。
【数１０】
2008079835.tif 000012
【００６１】
Bは検出位置座標を中心とする入射光半径aの円板領域である。
【００６２】
（10）式を用いてR＝[検出箇所の放射束Ｉ］／［入射放射束Ｉ 0 ］を計算する。
【００６３】
＜代表的入力値＞            
着目組織の吸収係数           μa１=0.0041 ［mm-1］   
周囲組織の吸収係数           μa2=0.01 ［mm-1］      
散乱係数                     μs=11 ［mm-1］
光ファイバ直径                     2a=0.8 ［mm］
非等方散乱パラメータ         g=0.75
補正係数ka                   ka=0.7
補正係数kb                   kb=1
＜参考：無限空間領域における解析解＞
代表的入力値において着目組織が無い場合＝着目組織の吸収係数を0.01 ［mm-1］とし
た場合
入射−検出間距離        Ｒ
10mm            9.16×10-6
20mm            3.00×10-7
次に、理論値算出手段Ｓ１０２で算出された良性腫瘍及び悪性腫瘍の各々の理論値と検
出手段で検出された第１及び第２の波長での光強度の実測値との差分を計算する（差分算
出手段：Ｓ１０３）。次に、予め測定されている光検出手段で検出される光強度の測定ば
らつきの範囲を閾値として、計算された各々の差分と閾値との比較を行う（第１の閾値比
較手段：Ｓ１０４）。なお、ここで記載した「予め測定されている光検出手段で検出され
る光強度の測定ばらつきの範囲」とは、同装置における固有の測定値の「測定ばらつきの
範囲」（最大値−最小値）のことを示す。なお、「測定ばらつきの範囲」とは、最大値−
最小値に限定されるものではなく、例えば、リファレンスサンプル等において、同箇所に
対して連続で測定を行って、その測定値の平均値に対して３σ（σ：標準偏差）の範囲内
の最大値−最小値であってもよい。この測定ばらつきの範囲は、被検体個人別、装置等で
変化する機械固有のばらつきであるため、好ましくは、測定者個人において、脂肪、腫瘍
等が存在しない部分で予め測定しておくことが好ましい。
【００６４】
次に、第１の閾値比較手段（Ｓ１０４）で差分が閾値以下である場合（差分≦閾値）に
は、計算した各々の理論値が実測値と一致したと判定し、この関係を満たす該当組織（良
性腫瘍又は悪性腫瘍）のいずれかが存在すると判定する（第１の判定手段：Ｓ１０５）。
また、第１の閾値比較手段（Ｓ１０４）でいずれの組織においても差分が閾値よりも大き
い場合（差分＞閾値）には、関心部位は該当組織（良性腫瘍又は悪性腫瘍）では無いと判
定する（第２の判定手段：Ｓ１０６）。
【００６５】
次に、第１の解析手段において、生体画像に関心部位が無いと判断した場合、又は、第
１の閾値比較手段でいずれの組織においても差分が閾値よりも大きい場合には、生体画像
の被検体の皮膚近傍に発生する境界線の断絶の有無及び生体画像の後方エコー領域におけ
る高エコー領域の有無を解析（第２の解析手段：Ｓ１０７）し、境界線の断絶及び高コン
トラスト領域がある場合には、前記境界線と前記高エコー領域の間を関心部位として抽出
する（Ｓ１０８）。この際の高エコー領域の横方向の幅が関心部位の幅となる。この時点
で抽出された関心部位は良性腫瘍と悪性腫瘍のどちらかである。
【００６６】
次に、第２の解析手段において前記関心部位があると判断した場合に、良性腫瘍及び悪
性腫瘍の各々の組織の光学定数を前記関心部位にあてはめ、前述した拡散方程式または、
モンテカルロシュミレーションなどの統計的な手法を用いて光検出手段で検出される光強
度の各々の理論値を計算する（理論値算出手段：Ｓ１０９）。
【００６７】
次に、理論値算出手段１０９で算出された各々の理論値と光検出手段で検出された第１
及び第２の波長での光強度の実測値との差分を計算する（差分算出手段：Ｓ１１０）。次
に、予め測定されている光検出手段で検出される光強度の測定ばらつきの範囲を閾値とし
て、各々計算された差分と閾値との比較を行う（第２の閾値比較手段：Ｓ１１１）。
【００６８】
第２の閾値比較手段で差分が閾値以下である場合（差分≦閾値）には、計算した各々の
理論値が実測値と一致したと判定し、この関係を満たす該当組織（良性腫瘍又は悪性腫瘍
）のいずれかが存在すると判定する（第３の判定手段：Ｓ１１２）。また、第２の閾値比
較手段でいずれの組織においても差分が閾値よりも大きい場合（差分＞閾値）には、関心
部位は該当組織（良性腫瘍又は悪性腫瘍）では無いと判定する（第４の判定手段：Ｓ１１
３）。
【００６９】
また、第２の解析手段（Ｓ１０７）で関心部位が無いと判断された場合は、被測定領域
には、該当組織（良性腫瘍又は悪性腫瘍）が無いと判定する（第５の判定手段：Ｓ１１４
）。
【００７０】
このように、本発明に係る腫瘍検出装置は、超音波を送受信して生体画像を取得して、
取得した生体画像から腫瘍の疑いがある関心部位を抽出し、抽出された関心部位を有する
測定領域に対して、良性腫瘍の光吸収帯の第１の波長を有する第１の光と、悪性腫瘍の光
吸収帯の第２の波長を有する第２の光を照射して、被検体内部からの出射光の第１及び前
記第２の波長の光強度変化を解析することで、抽出した関心部位の細胞組織の種類を判定
することができるため、マンモグラフィー等の診断を行う必要がなく、生体の測定箇所へ
の物理的なダメージが少ない状態で、非侵襲的に腫瘍の有無を検出することができる。
【００７１】
さらに、検出した関心部位の細胞組織の種類を判定する際に、予め光学的な光強度の理
論値を計算して、実際の実測値との差分を計算し、装置特有の測定ばらつきの差分を閾値
として、前記計算した差分と閾値とを比較して、その比較に応じて、細胞組織の種類を判
定するため、光診断装置特有の測定ばらつきを考慮にいれて判定処理できるため、正確に
細胞組織の種類を判別することができる。
【００７２】
なお、前述した光照射手段では、良性腫瘍の光吸収帯の第１の波長を有する第１の光と
、悪性腫瘍の光吸収帯の第２の波長を有する第２の光を照射する点で説明したが、これに
加え、脂肪の光吸収帯の第３の波長を有する第３の光を更に加えて、関心部位判定手段に
おいて、前記第３の光強度変化を解析して、前記関心部位の細胞組織の種類を判定しても
よい。
【００７３】
すなわち、理論値算出手段で脂肪においても理論値を算出し、第１及び第２の差分算出
手段で脂肪においても差分を算出し、第１及び第２の閾値比較手段で脂肪においても差分
と閾値を比較し、第１から第５の判定手段でも脂肪の有無について判定してもよい。この
場合、脂肪の光吸収帯の第３の波長は、例えば、９３０ｎｍの波長帯である。
【実施例】
【００７４】
（実施例１）
測定対象として脂肪・良性腫瘍・悪性腫瘍をモデル化したファントムを作製した。
【００７５】
寒天を母材とし、散乱体（１０％脂肪球分散液、製品名：イントラリピッド）と吸収体
（炭粉および墨汁）を分散させた後に硬化させ、乳腺と同じ音響特性・光学定数を持つブ
ロックとした。このブロックを５ｍｍにスライスした薄板を用意する一方、ブロック表面
に幅と長さが５ｍｍから２５ｍｍ（５ｍｍ刻み）で、深さ５ｍｍの溝を作製した。
【００７６】
モデル腫瘍成分として、ヘモグロビン還元体、ヘモグロビン酸化体の近赤外領域（８０
０ｎｍ付近）の吸収スペクトルと一致するスペクトルを示す色素を各々選び、２種類の水
溶液を作製した（モデル１：ヘモグロビン還元体の水溶液、モデル２：ヘモグロビン酸化
体の水溶液）。この２種類のモデルは文献値に従ってモデル水溶液１とモデル水溶液２の
濃度を調整した。寒天をこれらの水溶液に分散させた後にブロック上の溝に流し込んで硬
化させ脂肪・良性腫瘍・悪性腫瘍それぞれのモデルとした。ブロック上に薄板を乗せた後
に空気層ができないように密着させた。
【００７７】
測定波長をヘモグロビン還元体とヘモグロビン酸化体の吸収帯と合わせて７６０nm、８
４０nmとし、光源として２本の近赤外ＬＤ（連続発振ＬＤを６００ｋHzと７００ｋHzの正
弦波で強度変調したもの）を選んだ。各ＬＤから出力する変調光をフィルター上で合波し
、１本の光ファイバー（石英シングルコア、２５０μｍ径）を介してサンプル上に光照射
する形状とした。一方、光ファイバ（プラスチックマルチコア、５００μｍ径）で出射光
を転送し、高速応答Ｓｉフォトダイオードに対数アンプを接続したシステム（ＯＥ検出器
、サブｎW〜１０ｍＷまでの出力を検出可能）にて光検出した。中心周波数８ＭＨｚの超
音波プローブの音響素子に添う形に光ファイバを設置して図２に示す一体化プローブを作
製した。入射ファイバと出射ファイバ間の距離によって得られる深さ情報が異なるため、
出射ファイバは入射ファイバから５ｍｍ刻みで１０本並べて保護チューブでまとめてテー
プ状にした。音響素子の端と入射ファイバ、出射ファイバを揃えて位置を固定した。ＯＥ
出力を、ＬＤドライバーへの信号で外部トリガーをかけることにより各ＬＤの出力を独立
して検出できるようにした。ロックインアンプからの出力をメインアンプで更に増幅した
後にＡＤ変換してＰＣに取り込むようにした。
【００７８】
まず溝のない位置の上にプローブを合わせた状態で各ＬＤからの光出力をロックインア
ンプで検出し、吸収体がない状態で乳腺モデルを通過してくる光強度を計測した。ＬＤに
供給する電流値を調整し、２本のＬＤ出力が同程度（１０ｎW〜サブμWレベル）になるよ
うにした。この状態で生体画像にはコントラストの濃淡は見られなかった。
【００７９】
溝のある位置の上をプローブが通過して再び溝のない位置の上に来るまで、プローブを
光源ファイバの位置を中心にして回転させた。これは光源の位置を変えずに検出器の位置
だけを変化させることに対応し、光の入射条件をできるだけ一定に保つために行った。プ
ローブは１５度刻みに回転させた。０度と１８０度の場合の測定値を平均した値を吸収体
がない場合の光計測結果（基準値）とし、各位置での計測結果をこの基準値で除した値を
、吸収体を透過した光強度とした。
【００８０】
溝に脂肪モデルをいれた部分では生体画像に溝が低コントラスト像として観測された。
溝周囲とのコントラスト差を用いて溝部分の画像を抽出した。光学定数として７６０ｎｍ
・８４０ｎｍにおける乳腺・脂肪・良性腫瘍・悪性腫瘍の吸収係数・等価散乱係数の文献
値（参考文献：Phys. Med. Biol. Vol.35, 1317-1334 1990のグラフから読み取り）を用
い、背景を乳腺、溝に脂肪・良性腫瘍・悪性腫瘍の化合物がそれぞれあると仮定して光拡
散方程式を解き、５ｍｍ〜５０ｍｍの各検出位置における光強度を計算した。これらの計
算値と実測値（それぞれ基準値に対する相対値、実測の場合の基準値：吸収体がない位置
での測定値、計算の場合の基準値：溝部分にも乳腺の光学定数をあてはめて計算した値）
を比較したところ、脂肪と仮定した場合の計算値との差分がもっとも小さいという結果を
得た。そしてこの差分は、一致したと判定するためのしきい値よりも小さくなったので、
計算値と実測値は一致したと判定し、溝にある化合物は脂肪であると判定した。
【００８１】
（実施例２）
実施例１で用いたプローブを用いてボランティア（４４歳、女性、ＢＭＩ＝１９、乳癌に
罹患していないとの診断を受けている健常者）の乳房の計測を行った。両乳房に対して０
度から４５度刻みで8ヶ所の計測を行った。プローブの先端（入射ファイバーがある側）
を乳頭直下に合わせ、放射方向にプローブを置いた。生体画像では乳腺内に低エコー部位
（円形）が観測された。コントラストによる違いから低エコー部位を画像抽出し、周囲は
一様な乳腺であると仮定した。光学定数として７６０ｎｍ・８４０ｎｍにおける乳腺・脂
肪・良性腫瘍・悪性腫瘍の吸収係数・等価散乱係数の文献値を用い、背景を乳腺、円形部
位に脂肪・良性腫瘍・悪性腫瘍の化合物がそれぞれあると仮定して光拡散方程式を解き、
５ｍｍ〜５０ｍｍの各検出位置における光強度を計算した。これらの計算値と実測値（そ
れぞれ基準値に対する相対値、実測の場合の基準値：吸収体がない位置での測定値、計算
の場合の基準値：円形部位にも乳腺の光学定数をあてはめて計算した値）を比較したとこ
ろ、良性腫瘍と仮定した場合の計算値との差分がもっとも小さいという結果を得た。そし
てこの差分は、一致したと判定するためのしきい値よりも小さくなったので、計算値と実
測値は一致したと判定し、円形部位にある化合物は良性腫瘍であると判定した。なお医師
による診断は良性腫瘍である嚢胞であり、光計測による判定と合致した。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態に係る腫瘍検出装置全体の概略構成を示すブロック図。
【図２】抽出手段２の解析方法を説明するための参考生体画像。
【図３】生体画像上の皮膚近傍の界面に発生する境界線の断絶の有無の解析を説明するための参考生体画像。
【図４】生体画像内の後方エコー領域における高コンタクト領域の有無の解析を説明するための参考生体画像。
【図５】生体画像内の後方エコー領域における高コンタクト領域の有無の解析を説明するための参考生体画像。
【図６】測定部３０における具体的な構成の断面構成図。
【図７】本実施形態に係る腫瘍判定プロセスを説明するプロセスフロー図。
【図８】理論値算出手段Ｓ１０２を説明するための説明図。
【図９】理論値算出手段Ｓ１０２を説明するための説明図。
【図１０】理論値算出手段Ｓ１０２を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００８３】
１  画像取得手段
２  抽出手段
３  照射手段
４  検出手段
５  判定手段
【図１】
2008079835.tif 000013
【図６】
2008079835.tif 000014
【図７】
2008079835.tif 000015
【図８】
2008079835.tif 000016
【図９】
2008079835.tif 000017
【図１０】
2008079835.tif 000018
【図２】
2008079835.tif 000019
【図３】
2008079835.tif 000020
【図４】
2008079835.tif 000021
【図５】
2008079835.tif 000022