(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と、前記母材の内部に配置された吸収体と、前記母材の少なくとも一部が有する光学特性値についての情報を格納する識別タグとを含むファントムを用いて校正を行う被検体情報取得装置であって、
音響波を受信して電気信号を出力する探触子と、
前記識別タグから情報を読み取る読み取り手段と、
被検体から伝播した音響波を前記探触子が受信して出力された電気信号を用いて前記被検体内部の特性情報を取得する処理手段と、
を備える被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記ファントムから伝播した音響波を前記探触子が受信して出力された電気信号と、前記読み取り手段が前記識別タグから読み取った情報を用いて校正を行う校正部をさらに備える請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記識別タグは前記一部が有する光学特性値についての情報と前記一部の前記母材における位置情報とを関連させて格納し、
前記読み取り手段は前記識別タグから前記関連させて格納された情報を読み取る請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記一部は前記吸収体を囲う請求項１乃至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】
前記光学特性値は前記吸収体の吸収係数、等価散乱係数、屈折率、反射率、および透過率、ならびに前記母材の屈折率、反射率、および透過率の少なくともいずれか一つである請求項１乃至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】
前記識別タグから読み取った情報に基づいて画像を表示する表示部をさらに備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
被検体から伝播した音響波に基づいて前記被検体内部の特性情報を取得する被検体情報取得装置の校正に用いるファントムであって、
母材と、
前記母材の内部に配置された吸収体と、
前記母材の少なくとも一部が有する光学特性値についての情報を格納する識別タグと、を備えるファントム。
【請求項８】
前記識別タグは前記一部が有する前記光学特性値についての情報と前記一部の前記母材における位置情報とを関連させて格納する請求項７に記載のファントム。
【請求項９】
前記光学特性値は前記吸収体の吸収係数、等価散乱係数、屈折率、反射率、および透過率、ならびに前記母材の屈折率、反射率、および透過率の少なくともいずれか一つである請求項７または８に記載のファントム。
【請求項１０】
前記光学特性値は前記一部が前記ファントム内の一点であるときは前記一点での光学特性値であり、前記一部が前記ファントム内の点でないときは前記一部の平均的な光学特性値である請求項７乃至９のいずれか１項に記載のファントム。
【請求項１１】
前記識別タグと前記母材との間に設けられるとともに所定の波長の光を反射する反射部材をさらに備える請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のファントム。
【請求項１２】
被検体から伝播した音響波に基づいて前記被検体内部の特性情報を取得する被検体情報取得装置の校正に用いるファントムの製造方法であって、
母材を形成するステップと、
前記母材の内部に吸収体を配置するステップと、
前記母材の少なくとも一部が有する光学特性値についての情報を識別タグに格納するステップと、
前記識別タグを前記母材に設けるステップと、
を備えるファントムの製造方法。
【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ならびにファントムおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光をはじめとする光を被検体に照射し、当該光に起因して被検体内部から発生する超音波を受信することで被検体内の情報を画像化する、被検体情報取得装置の研究が医療分野で積極的に進められている。照射光としてパルスレーザ光などを被検体に照射すると、照射光が被検体内の組織で吸収される際に音響波が発生する。この音響波（典型的には超音波）を受信し、解析することにより、被検体内部の光学特性に関連した情報を画像化することができる。このような音響波を光音響波と呼び、光音響波を用いた技術は、光音響トモグラフィ（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれている。
このような被検体情報取得装置において、取得された被検体情報画像の画質が悪いと、適正な診断を行うことができない。このため、被検体情報取得装置には、適正な精度で被検体情報を受信し、被検体情報画像を取得することが要求される。また、被検体情報取得装置はレーザ光を被検体へ照射するため、安全性の観点から出荷時の装置の動作状態を保持する必要がある。
この要求を満たすため、オペレータやサービスマンによって、被検体情報取得装置用ファントムの測定が実施され、得られる画像を基に校正（キャリブレーション）がなされている。
【０００３】
特許文献１には、放射線画像読み取り装置検査用のＱＣ（Quality Control）ファント
ムにおいて、ＱＣファントムの種類を識別する、識別情報の保持手段を有する構成が開示されている。この目的は、ＱＣファントム種類によって異なる、データ演算パラメータやデータ演算方法を入力する工数の削減である。
被検体情報取得装置用ファントムにおいても、特許文献１に記載の構成を設ける場合がある。この目的は、ファントム識別情報や製造時の初期情報をファントムに保持させ、被検体情報取得装置が読み取ることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、光音響波により被検体情報を取得する装置をファントムを用いて校正する際に、校正を良好に行うための技術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】
【０００６】
上記課題を達成するために、本発明に係る被検体情報取得装置は、母材と、前記母材の内部に配置された吸収体と、前記母材の少なくとも一部が有する光学特性値についての情報を格納する識別タグとを含むファントムを用いて校正を行う被検体情報取得装置であって、音響波を受信して電気信号を出力する探触子と、前記識別タグから情報を読み取る読み取り手段と、被検体から伝播した音響波を前記探触子が受信して出力された電気信号を用いて前記被検体内部の特性情報を取得する処理手段と、を備える。
また、本発明に係るファントムは、被検体から伝播した音響波に基づいて前記被検体内部の特性情報を取得する被検体情報取得装置の校正に用いるファントムであって、母材と
、前記母材の内部に配置された吸収体と、前記母材の少なくとも一部が有する光学特性値についての情報を格納する識別タグと、を備える。
また、本発明に係るファントムの製造方法は、被検体から伝播した音響波に基づいて前記被検体内部の特性情報を取得する被検体情報取得装置の校正に用いるファントムの製造方法であって、母材を形成するステップと、前記母材の内部に吸収体を配置するステップと、前記母材の少なくとも一部が有する光学特性値についての情報を識別タグに格納するステップと、前記識別タグを前記母材に設けるステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように、本発明によれば、光音響波により被検体情報を取得する装置をファントムを用いて校正する際に、校正を良好に行うための技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るファントムの実施例１を示す模式図である。
【図２】実施例１のファントムにおける光学特性値の取得領域を示す模式図である。
【図３】実施例１の被検体情報取得装置を示す模式図である。
【図４】実施例１における被検体情報取得装置の校正を示すフローチャートである。
【図５】本発明のファントムの実施例２を示す模式図である。
【図６】実施例２の被検体情報取得装置を示す模式図である。
【図７】本発明のファントムの実施例３を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳しく説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。ただし、以下に記載されている詳細な計算式、計算手順などは、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。
本発明の被検体情報取得装置である音響波取得装置には、被検体に超音波を送信し、被検体内部で反射した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置を含む。また、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生し、伝播する音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。
前者の超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。後者の光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、光照射によって伝播する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。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。
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、音響波と呼ばれるものを含む。光音響効果により発生し、伝播する音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。音響検出器（例えば探触子）は、被検体内で発生または反射した音響波を受信する。
【００１０】
（実施例１）
図１は本発明の実施の形態に係るファントムの実施例１を示す図である。本発明に係る被検体情報取得装置用ファントム１００（以下「ファントム１００」と略称する）の利点は、比較技術との対比によって明確となる。そこで、ファントム１００の各構成を説明する前に、比較技術について説明する。比較技術に係るＱＣファントムでは、その識別情報として、ファントム出荷時の初期光学特性が考慮されていない。この比較技術に係るＱＣファントムでは、超音波画像を再構成する際に、ファントム測定で得られた情報を画像化するときに適切な光学特性値を反映できないため、ファントム画像の画質が劣化する恐れ
がある。
この比較技術に係るＱＣファントムは同一条件で複数製作した場合、初期状態として同じ光学特性値を持つはずであるが、実際には製作のロット毎にばらつきが生じて、初期光学特性値の誤差となる。
また、ファントムは、その一個体内の場所が異なれば、その場所ごとにその光学特性値も異なることがあり、それが初期光学特性値の誤差となる。本発明者らが鋭意検討した結果、上記の誤差は被検体情報取得装置においては、ファントム画像に対して、無視できない画質劣化を引き起こすことが判明した。
【００１１】
そこで本発明の実施例１に係るファントム１００は、母材と、前記母材の内部に配置された吸収体と、前記母材の少なくとも一部が有する光学特性値についての情報を格納する識別タグとを備える。そして、この識別タグは、上記初期情報として、ファントム内の少なくとも１箇所の光学特性値をその位置情報と関連させた状態で有する。なお、ここでいう光学特性値とは例えば、吸収係数、等価散乱係数、屈折率、反射率、または透過率等である。このような構成を取ることにより上記画質の劣化を抑制できる。以下詳しく説明する。
【００１２】
＜被検体情報取得装置用ファントムの構成＞
図１は本発明の実施の形態に係るファントムの実施例１を示す模式図である。図１（ａ）は本実施例のファントム１００の構成図の一例であり、図１（ｂ）は本実施例の識別タグの構成図の一例である。図１（ａ）のファントム１００は直方体の形状をしており、Ｘ方向１５ｃｍ、Ｙ方向１０ｃｍ、Ｚ方向５ｃｍの寸法で形成されている。このファントム１００は、識別タグ１３、母材１１、光を吸収する吸収体１２からなり、識別タグ１３は特に光音響波に基づいて被検体情報を取得する際に好適に用いることができる情報が格納されている。
【００１３】
≪母材１１≫
母材１１は、材質としては被検体組織の音響特性と光学特性を模擬した材質が好ましく、例えば、ポリオール、ポリオールに光散乱性或いは光吸収性を有する化合物を分散させたものが挙げられる。本発明に使用するポリオールとしては、ポリエーテルポリオールを用いることが、被検体組織の音響特性に関する相関性の点において好ましい。また光散乱性を有する化合物は、光学特性の一つである被検体組織の等価散乱係数に近似させるために用いるが、ポリオールに対して分散均一性を高めるために粒子に表面修飾等を施す必要がある。光散乱性を有する化合物として酸化チタンを用いる場合には、酸化アルミニウムおよびヘキサメチルジシラザンによる表面処理を施すことが好ましい。
【００１４】
≪吸収体１２≫
吸収体１２は、腫瘍の音響特性と光学特性を模擬した部材が好ましく、母材１１の材質に加えて、光吸収性を有する化合物として顔料を分散させたものが挙げられる。顔料は、光学特性の一つである被検体組織の吸収係数に近似させるために用い、カーボンブラックなどを好適に用いることができる。本発明におけるファントム画像とは、吸収体１２から発生する光音響波を画像化したものであり、ファントム画像の輝度は母材１１と吸収体１２の吸収係数の差で調整することができる。
【００１５】
≪識別タグ１３≫
識別タグ１３は、無線ＩＣタグやＩＣメモリ、２次元バーコード、ＱＲコード（登録商標）などの公知の記憶媒体が用いられ、光学特性値を含んだファントム１００の出荷時の初期情報が格納されている。図１（ａ）ではファントム１００の上面に配置されているが、配置場所は他の場所でも構わない。識別タグ１３は、後述する被検体情報取得装置から照射される照射光の波長に対して、高い反射率を有する材質で構成されることが好ましく
、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属や誘電体多層膜が挙げられる。照射光として近赤外領域の波長を用いた場合に、上記の材料は８０％以上の反射率を有する。また、上記の材料で識別タグ１３を直接覆っても構わないし、識別タグ１３の表面に保護層を形成した後に覆っても構わない。
【００１６】
なお、識別タグ１３に格納されている光学特性値はファントム１００の一部ではなく全体が有する平均的な光学特性値であっても良い。また、その全体とは母材１１のみでも良いし、吸収体１２と母材１１とを含む全体でも良い。また、上記一部はファントム１００内の一点であっても良く、その場合には識別タグ１３に格納されている光学特性値は上記一点が有する光学特性値である。或いは、上記一部がファントム１００内での一点ではなく体積または面積を有する領域であるときは、識別タグ１３に格納されている光学特性値は、その領域における平均的な光学特性値としても良い。また上記一部は、母材１１の一部分であって、吸収体１２を囲う部分であっても良い。
【００１７】
≪反射部材１４≫
反射部材１４は、識別タグ１３の全面を覆うように配置されている。材質としては、上記の通り、被検体情報取得装置から照射される照射光の波長に対して、高い反射率を有する材質で構成されることが好ましい。反射部材１４によって識別タグ１３を覆う場合、必ずしも識別タグ１３は反射率の高い材質で構成する必要はない。また、識別タグ１３の情報は非接触にて読み取れることが好ましく、識別タグ１３として無線ＩＣタグを好適に用いることができる。使用周波数帯としては、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの範囲が挙げられるが、８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの範囲内で好適に選択される。
【００１８】
＜ファントム１００の製造方法＞
以下に、ファントム１００の製造方法を説明する。母材１１として、ポリオールを入れたビーカーに光散乱性或いは光吸収性を有する化合物を分散し、攪拌した後に真空脱泡を行う。光散乱性を有する化合物としては、酸化アルミニウムおよびヘキサメチルジシラザンにより表面処理を施した酸化チタン(平均粒子径 ０．２１μｍ)を、分散する。吸収体
１２として、上記の母材１１の材料に追加して、光吸収性を有する化合物として、カーボンブラック顔料および顔料との親和性を有するポリエーテル分散剤の混合物を分散する。使用するポリオールは、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのモル比率が１：１のポリエーテルポリオール共重合体(数平均分子量６０００)を用いる。
【００１９】
吸収体１２のサイズは直径３ｍｍの棒状とし、照射光により光音響波を発生しない透明のナイロンワイヤー（直径０．１３ｍｍ）を用いて、図１（ａ）に示すようにＹ方向に沿って母材１１内に配置した。その後、硬化剤となるヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）をポリオールに対して添加し攪拌した後、真空脱泡を行い、所定の金型に流し込み熱硬化を行う。
【００２０】
文献に記載のファントム構成物の物性値を以下に示す。すなわち、母材１１において文献上の音響特性は、３７℃において音速１３７９ｍ／Ｓ、音響インピーダンス１．４２ｒａｙｌ、音響減衰０．５２ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚとした。吸収体１２において、音響特性は、３７℃で音速１５０８ｍ／Ｓ、音響インピーダンス１．６３ｒａｙｌ、音響減衰１．０８ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚとした。
【００２１】
＜ファントム１００の初期情報（光学特性値）の取得＞
図２は、実施例１のファントムにおける光学特性値の取得領域を示す模式図である。図１に対応する部分には同一の番号を付して、必要のない限り説明を省略する。以下、図２を参照しながらファントム１００の光学特性値の取得について説明する。ファントム１００内の位置情報を規定するための基準点２０の座標は（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０ｃｍ，０ｃｍ
，０ｃｍ）とした。図２（ａ）において、図中でＡと示した一箇所について光学特性値を取得した。その取得方法として、時間分解分光法（ＴＲＳ：Ｔｉｍｅ−ＲｅＳｏｌｖｅｄ
ＳｐｅｃｔｒｏＳｃｏｐｙ）や強度変調法や分光光度計などを用いることができる。
【００２２】
本発明においては、ＴＲＳを用いた浜松ホトニクス社製の時間分解分光システムを用いて、光学特性値を取得した。すなわち、図２（ａ）中のＡに示す座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（７．５ｃｍ，５ｃｍ，０ｃｍ）を基準に、Ｘ方向５ｃｍ、Ｙ方向５ｃｍ、Ｚ方向２．５ｃｍの領域において光学特性値を取得した。
【００２３】
取得した光学特性値は、波長７５６ｎｍにおいて、吸収係数は０．００４／ｍｍ、等価散乱係数は１．１０／ｍｍであった。波長７９７ｎｍにおいて、吸収係数は０．００４／ｍｍ、等価散乱係数は０．９３／ｍｍであった。この光学特性値を母材１１の初期情報として、識別タグ１３へ格納した。
【００２４】
本発明においては、図２に示すファントム１００を１０個製作し、それぞれにおいて上記の方法により光学特性値の取得を行った。取得した特性値は、照射光の波長７５６ｎｍにおいて吸収係数は０．００２／ｍｍ〜０．００４／ｍｍ、等価散乱係数は０．９０／ｍｍ〜１．３０／ｍｍの範囲でばらついた。波長７９７ｎｍにおいて吸収係数は０．００２／ｍｍ〜０．００４／ｍｍ、等価散乱係数は０．７０／ｍｍ〜１．１０／ｍｍの範囲でばらついた。これらの光学特性値は、母材１１の初期情報として、それぞれのファントムに配置された識別タグ１３へ格納した。
【００２５】
また、吸収体１２の光学特性値を取得するため、吸収体１２を母材１１に配置する前の単体の状態で、日本分光製の分光光度計Ｖ−６７０を用いて透過率と反射率を求めた。また、島津製作所製の屈折率計ＫＰＲ−２０００を用いて屈折率を求めた。光学特性値を取得したファントム１００内における箇所は、母材１１へ吸収体１２を配置した際に、図２（ａ）中のＡに該当する箇所である。これらの結果をモンテカルロシミュレーションにより、測定値と計算値との差が最小となるように変数設定の最適化を行い、各波長における等価散乱係数と吸収係数を算出した。取得した光学特性値は、波長７５６ｎｍにおいて、吸収係数は０．０９８／ｍｍ、等価散乱係数は０．９２／ｍｍであった。波長７９７ｎｍにおいて、吸収係数は０．０９８／ｍｍ、等価散乱係数は０．９２／ｍｍであった。この光学特性値を吸収体１２の初期情報として、識別タグ１３へ格納した。
【００２６】
吸収体１２についても、１０個製作し、母材１１に配置する前に、それぞれにおいて上記の方法により光学特性値の取得を行った。取得した特性値は、波長７５６ｎｍにおいて吸収係数は０．０８／ｍｍ〜０．１２／ｍｍ、等価散乱係数は０．９０／ｍｍ〜１．３０／ｍｍの範囲でばらついた。波長７９７ｎｍにおいて吸収係数は０．０８／ｍｍ〜０．１２／ｍｍ、等価散乱係数は０．７０／ｍｍ〜１．１０／ｍｍの範囲でばらついた。
【００２７】
続いて、最初に光学特性値を取得した１個のファントム１００を用いて、図２（ｂ）中のＡ、Ｂに示す上下に２分割した二箇所において、同様の光学特性値の取得をおこなった。Ａは座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（７．５ｃｍ，７．５ｃｍ，０ｃｍ）を基準に、Ｘ方向５ｃｍ、Ｙ方向５ｃｍ、Ｚ方向２．５ｃｍの領域である。Ｂは座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（７．５ｃｍ，２．５ｃｍ，０ｃｍ）を基準に、Ｘ方向５ｃｍ、Ｙ方向５ｃｍ、Ｚ方向２．５ｃｍの領域である。母材１１の光学特性として、波長７５６ｎｍにおいて、図２（ｂ）中のＡの吸収係数は０．００３／ｍｍ、等価散乱係数は１．００／ｍｍであった。図２（ｂ）中のＢの吸収係数は０．００３／ｍｍ、等価散乱係数は１．２０／ｍｍであった。
【００２８】
吸収体１２の光学特性として、波長７５６ｎｍにおいて、図２（ｂ）中のＡの吸収係数は０．００３／ｍｍ、等価散乱係数は１．００／ｍｍであった。図２（ｂ）中のＢの吸収
係数は０．００４／ｍｍ、等価散乱係数は１．２０／ｍｍであった。これらの光学特性値を、母材１１、吸収体１２のそれぞれの初期情報として識別タグ１３へ格納した。このようにして、製作した１０個のファントム１００それぞれについて、図２（ｂ）中のＡ、Ｂに示す二箇所において光学特性値を取得した。結果としては、一つのファントム１００内でのＡのばらつきと，Ｂのばらつきは同じであるという結果となった。ただし、吸収体１２のＡ、Ｂにおける吸収係数には、ばらつきは確認できず、取得した吸収係数のばらつきはファントム個体間によるものであった。１０個それぞれのファントム１００で取得したそれぞれの光学特性値は、初期情報としてそれぞれの識別タグ１３へ格納した。なお、光学特性値の取得はファントム１００内の三箇所以上で実施しても良い。例えば、図２（ｃ）に示すように、ファントムを６分割した六箇所において、光学特性値の取得を実施しても良い。
【００２９】
識別タグ１３については、無線ＩＣタグを用い、出荷時の初期情報として、ファントム製造年月日、製造工場、製造ロットナンバー、装置校正許可情報を光学特性値と併せて格納した。そして、識別タグ１３の表面に保護層として窒化シリコン膜を５００ｎｍ形成した後、反射部材１４としてＡｇペーストを用いて全面を覆った。その後、ファントムのＺ方向上面に接着材にて固定した。
【００３０】
＜被検体情報取得装置３００の構成＞
図３は、実施例１の被検体情報取得装置を示す模式図である。図１に対応する部分には同一の番号を付して、必要のない限り説明を省略する。被検体情報取得装置３００（以下「装置３００」と略称する）は二枚の保持プレート３２ａ、３２ｂと、動力発生源３３を備える。保持プレート３２ａ、３２ｂのうちの少なくとも一枚すなわちここでは保持プレート３２ａを動力発生源３３で発生した動力によって移動させることで、直方体型のファントム１００を圧迫して保持する。
【００３１】
光源３４は、ファントム１００に照射する光を発生させ、光源３４からパルス光が保持プレート３２ａ越しにファントム１００に照射される。探触子３５は、ファントム１００から発生する光音響波を、保持プレート３２ｂを介して受信する。信号処理部３６は、探触子３５で受信された信号を処理して画像データを生成する。画像表示部３７は、信号処理部３６生成された画像データを表示する。読み取り手段３８は、識別タグ１３の情報を読み取る。校正部３０は、読み取り手段３８によって読み取られた、識別タグ１３の情報を基に装置校正の可否を判定する校正可否判定部３１ａを有する。さらに、校正部３０は、校正可であった場合に、読み取り手段３８で読み取った識別タグ１３の光学特性値に基づいて校正初期設定を行う校正制御部３１ｂを有する。ここではＣの領域の光学特性値がその位置情報（母材１１におけるＣの領域の位置に関する情報）と関連させて識別タグ１３に格納されているとする。上記位置情報とはたとえば母材１１における座標等である。
【００３２】
なお、校正する項目は、光源３４の照射光量、被検体への光照射角度、保持部である保持プレート３２ａ，３２ｂの透明度もしくは位置精度が考えられる。さらに、探触子３５の検出感度、位置、もしくは角度、走査機構の速度もしくは位置精度、または信号処理部３６の増幅率等も考えられる。
以下、本実施形態に係る光音響測定装置を構成する各手段について説明する。
【００３３】
≪保持プレート３２≫
保持プレート３２ａ、３２ｂは、被検体である生体またはファントム等を保持するための二枚の板状の保持部材であり、少なくともどちらか一枚が動力発生源３３で発生した動力で移動することで、被検体を圧迫保持することができる構成となっている。光源３４側に位置する保持プレート３２ａの材質は、光源３４から照射される光に対して、高透過性と低減衰特性を有する材質であることが好ましい。例えば、ガラス、ポリメチルペンテン
、ポリカーボネート、アクリルなどが挙げられる。また、探触子３５側に位置する保持プレート３２ｂは、被検体内で発生した音響波を通過させる必要があるため、被検体との界面において音響波が反射しにくい材質であることが好ましい。具体的には、装置３００の測定対象である被検体すなわち生体またはファントム等との音響インピーダンスの差が小さい材質が好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどの樹脂材料が挙げられる。保持プレート３２ａ，３２ｂは、保持圧によってプレートが変形しないように、ある程度の強度を保つことができる厚さを有していることが好ましく、典型的には１０ｍｍ程度の厚さであることが好ましい。また、保持プレート３２ａ，３２ｂは、被検体を保持できればどのようなサイズであってもよいが、被検体と同程度のサイズであることが好ましい。動力発生源３３は、モーターで構成されるのが好ましく、ＤＣモーター、ＡＣモーター、ステッピングモーターなどを用いることができる。なお、ここでは被検体としてファントム１００を用いる。
【００３４】
≪光源３４≫
光源３４は、被検体に照射されるパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためレーザ光源であることが望ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いることもできる。光源３４としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。被検体へ照射する場合、光源３４から発生するパルス光のパルス幅は１０〜５０ナノ秒程度が好適である。また、パルス光の波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体である場合、６５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であることが望ましい。さらに、パルス光の波長は、観測対象に対して吸収係数が高いものであることが望ましい。
【００３５】
≪音響波探触子３５≫
音響波探触子３５（以下、探触子３５と略称する）は、被検体である生体およびファントム１００に照射された光に起因して内部で発生した光音響波を受信し、アナログの電気信号に変換する手段である。なお、本発明における光音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。探触子３５は、被検体である生体内およびファントム１００内で発生したこれらの弾性波を受信する。また、探触子３５は、探触子またはトランスデューサとも呼ばれる。探触子３５は、単一の音響検出器からなってもよいし、複数の音響検出器からなってもよい。また、探触子３５は、複数の受信素子が一次元、或いは二次元に配置されたものであってもよい。多次元配列素子を用いると、同時に複数の場所で音響波を受信することができるため、測定時間を短縮することができると共に、被検体の振動などの影響を低減することができる。また、上記した光源３４が、走査機構によって走査可能である場合、探触子３５も走査機構によって光源３４と同期して走査可能であることが好ましい。
【００３６】
≪信号処理部３６≫
信号処理部３６は、探触子３５で得られたアナログの電気信号を増幅し、デジタル信号に変換する手段であり、本発明におけるデータ処理手段である。信号処理部３６は、典型的には増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップなどで構成される。探触子３５から得られる検出信号が複数である場合は、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。なお、増幅器は探触子３５に内蔵されていてもよい。また、信号処理部３６は、得られたデジタル信号を処理することによって、画像データを生成（再構成）する。信号処理部３６が実行する画像再構成方法には、例えば、フーリエ変換法、ユニバーサルバックプロジェクション法やフィルタードバックプロジェクション法、逐次再構成法などがあるが、どのような画像再構成方法を用いても構わない。なお、本発明の識別タグ１３内の光学特性値に関する情報はこの画像
再構成に用いられる。すなわち製造ロットにおける全てのファントムに一律に決められた光学特性値ではなくファントム１個体毎または１個体のファントム内の少なくとも一部における光学特性値を画像再構成に用いる。
【００３７】
≪画像表示部３７≫
画像表示部３７は、信号処理部３６で生成された再構成画像を表示する。画像表示部３７には、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤなどを利用することができる。
【００３８】
≪読み取り手段３８≫
読み取り手段３８は、識別タグ１３の情報を読み取る。識別タグ１３の種類に対応して、公知の読み取り手段が適宜選択される。例えば、識別タグ１３として無線ＩＣタグを使用した場合、読み取り手段３８として無線ＩＣタグリーダーが好適に選択される。
【００３９】
≪校正部３０≫
校正部３０は校正可否判定部３１ａと校正制御部３１ｂから成り、まず校正可否判定部３１ａにおいて、読み取り手段３８にて読み取られた識別タグ１３の情報を基に装置校正の可否を判定する。例えば、装置３００の校正が実施される場合、読み取り手段３８にて読み取られた光学特性値が、校正制御部３１ｂにおいて初期パラメータとして設定され、信号処理部３６に送られる。また、装置校正が実施される場合、識別タグ１３のファントム出荷時の初期情報は、信号処理部３６を経由して画像表示部３７に表示される。なお、ファントム出荷時の初期情報は信号処理部３６を経由せずに、画像表示部３７に表示されてもよい。なお、校正の可否判定方法は例えば、識別タグ１３内に所定の校正許可情報を格納しておく。そして被検体情報取得装置は識別タグ１３との無線通信等によりその校正許可情報の読み取りを行い、所定の校正許可情報であると判断できれば校正許可できるファントムであると判定し、校正を開始する。校正をこの被検体情報取得装置が許可できるファントムであるか否かを照合する際には共通鍵暗号方式や公開鍵暗号方式を適用しても良い。なお、この照合する工程は本発明には必ずしも必要でない。
【００４０】
＜測定方法＞
次に、装置３００によって、被検体を測定する方法について説明する。被検体情報の測定は、まず、保持プレート３２ａ，３２ｂにて被検体（本例では乳房、不図示）を圧迫保持する。次に、光源３４から発せられたパルス光が被検体に照射される。被検体内部を伝搬した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体に吸収されると、熱膨張により当該光吸収体から光音響波が発生する。被検体内に癌が存在する場合は、がんの新生血管において他の正常部の血液と同様に光が特異的に吸収され、光音響波が発生する。被検体内で発生した光音響波は、探触子３５で受信される。探触子３５が受信した信号は、信号処理部３６で解析される。解析結果は、被検体内の特性情報（吸収係数）を表す画像データに変換され、画像表示部３７を通して出力される。乳房等の被検体をファントム１００に置き換えても、同様の測定方法により、ファントム１００内の吸収体１２の情報（吸収係数）が画像化されて、画像表示部３７に表示される。
【００４１】
ここで、装置３００において、ファントム１００の初期情報である光学特性値を用いることによる、ファントム画質の劣化抑制効果について説明する。
装置３００を用いて、被検体である生体やファントム１００の内部の情報を取得する場合、光学特性値である吸収係数と等価散乱係数は、以下の式（１）に示されるように生体内やファントム１００内に到達する光量へ影響する。すなわち、光源３４から吸収体１２までの距離ｄ、距離ｄにおける光量φ、光源３４の照射光量φ０、吸収係数μa、および
等価散乱係数μＳ’は以下の式（１）を満たす。
【数１】
0006373085.tif 000002
【００４２】
先に述べたように、吸収係数と等価散乱係数がファントム１００の個体間、またはファントム１００内の位置でばらつく。ファントム１００の吸収係数および等価散乱係数として、共通に設定された初期値を利用した場合、実際の光学特性値との間に誤差が生じる。この誤差があった場合、式（１）にあるように吸収体１２へ照射される光量が変動する。この光量の変動は、吸収体１２に光が到達する経路の実際のファントム構成物の光学特性値（吸収係数および等価散乱係数）と、その経路において共通に設定された初期値としての光学特性値との誤差により生じる。すなわち、本実施例においては、光学特性値に実際のファントム構成物（母材１１と吸収体１２のいずれか、または両方）の光学特性値と上記共通に設定された光学特性値との間に誤差が生じる。その生じた誤差に基づき吸収体１２へ到達する光量が所望の値からずれる。そして、吸収体１２で発生する光音響波の大きさが所望の値からずれ、その光音響波に基づき画像再構成した場合には、吸収体１２の吸収係数を表すファントム画像の輝度が所望の値からずれる。すなわち、実際の吸収体１２の吸収係数と、装置３００で取得した吸収体１２の吸収係数（輝度）とが異なる結果となり、校正対象であるファントム画像の画質劣化を引き起こす。
【００４３】
そこで、初期情報としてファントム出荷時の光学特性値を用いることにより、上記のような画質劣化を抑制することができる。
【００４４】
＜測定結果＞
上記の測定方法にて、ファントム１００を測定したところ、識別タグ１３によるアーチファクトの影響を受けずに、画質の劣化しないファントム画像を取得できる。
また、識別タグ１３に格納された光学特性値を用いて画像再構成したファントム画像から、吸収体１２の吸収係数、等価散乱係数を抽出し、識別タグ１３に格納された値と一致することを確認できる。逆にＡ以外の領域では、一致しないことを確認できる。また、画像表示部３７に識別タグ１３から読み取った、出荷時の初期情報が表示されていることを確認できる。
【００４５】
＜被検体情報取得装置の校正を示すフロー＞
図４は、実施例１における被検体情報取得装置の校正を示すフローチャートである。フローは装置３００の給電を開始することによりスタートする。フローは装置３００の給電を開始することによりスタートする。ステップＳ１で、二枚の保持プレート３２ａ、３２ｂのうちの少なくとも一枚を動力発生源３３で発生した動力によって移動させることで、ファントムを圧迫して保持する。ステップＳ２で、識別タグ１３に格納されているファントムの光学特性値（例えば吸収係数、等価散乱係数、屈折率、反射率、または透過率等）に関する情報およびこの光学特性値と併せて格納した校正許可情報の読み取りを開始する。具体的には、校正の可否判定方法として識別タグ１３内に所定の校正許可情報を格納しておく。そして被検体情報取得装置は識別タグ１３との無線通信等によりその校正許可情報の読み取りを行い、所定の校正許可情報であると判断できれば校正許可できるファントムであると判定し、校正を開始する。校正をこの被検体情報取得装置が許可できるファントムであるか否かを照合する際には共通鍵暗号方式や公開鍵暗号方式を適用しても良い。なお、この照合する工程は本発明には必ずしも必要でない。ステップＳ３で、校正の可否を判定する。校正を許可すると判定するときはステップＳ５に移行し、校正を許可しないと判定するときはステップＳ４に移行する。ステップＳ４で、校正不可のアラートをたとえば画像表示部３７に表示してただちにフローを終了する。ステップＳ５で、校正を開始する。ステップＳ６で、校正目標値を設定する。この校正目標値とは例えば、理想とするファントム画像を形成するデータであり、信号処理部３６内のメモリないしは識別タグ１
３内に格納されている。すなわちこのデータは、仮にそれに基づいて画像表示部３７にファントム画像を表示したときには、校正後の理想とするファントム画像が画像表示部３７に表示されるものである。或いは校正目標値として理想とするファントム画像を画像表示部３７に実際に表示しても良い。この場合の校正手法については後述する。
【００４６】
ステップＳ７で、ファントムについての被検体情報取得装置の種々のパラメータすなわち校正項目を設定する。パラメータとしては例えば、光源３４については、その照射光量、被検体への光照射角度、またはその照射位置が考えられる。保持プレート３２ａ、３２ｂについては、その透明度または位置精度が考えられる。探触子３５については、検出感度、位置、または角度が考えられる。走査機構については、速度または位置精度が考えられる。信号処理部３６については、その増幅率等が考えられる。この設定の仕方は種々のものが用いられる。例えばモンテカルロ法または遺伝的アルゴリズム等によって設定してもよい。ステップＳ８で、光源３４から被検体であるファントムにパルス光を照射する。ステップＳ９で、上記照射によりファントムの母材１１がパルス光を吸収して発生させる光音響波および円柱状の吸収体１２がパルス光を吸収して発生させる光音響波を探触子３５により受信する。そしてその受信結果であるアナログ電圧を出力する。
【００４７】
ステップＳ１０で、上記アナログ電圧をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号および識別タグ１３から読み込んだ光学特性値（例えば吸収係数、等価散乱係数、屈折率、反射率、または透過率等）に基づいて画像再構成を行う。すなわち、識別タグ１３内の光学特性値データは画像再構成時に音源である吸収体１２の位置を算出するためのパラメータとして用いるもので、ここではステップＳ６における校正目標値の設定には用いない。ステップＳ１１で、上記校正目標値と再構成画像データとの比較演算を行う。この比較演算とは例えば双方の輝度値の比較演算等である。上記比較演算結果が所定の誤差範囲内すなわち許容範囲内に収まっているとき（ＹＥＳ）にはステップＳ１４に移行する。一方、上記比較演算結果が所定の誤差範囲内すなわち許容範囲内に収まらないとき（ＮＯ）には、ステップＳ１２に移行する。
【００４８】
ステップＳ１０で、それまでに行った比較演算の回数が所定の回数内に収まっているか否かを判定する。所定の回数内に収まっているときは再度ステップＳ５に移行する（ＹＥＳ）。一方、所定の回数内に収まっていないときはステップＳ１１に移行する（ＮＯ）。ステップＳ１１では校正エラーの表示を画像表示部２７に表示させた後、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２で、校正が終了する。そしてステップＳ１２の処理が終了するとフローを終了する。
【００４９】
なお、上記の校正目標値を画像表示部３７に表示される理想とするファントム画像とした場合には、以下のような手法により校正することが考えられる。すなわち、再構成画像も画像表示部３７に表示させて、理想のファントム画像と表示された再構成画像とを見比べながら上記ステップＳ７〜ステップＳ１１を行う手法である。すなわちこの場合はステップＳ７の装置パラメータを人間が手入力してからステップＳ８〜ステップＳ１０を経て、ステップＳ１１を被検体情報取得装置で自動的に行わずに、人間が目視によって行う。そして再構成画像と理想のファントム画像との誤差が許容の範囲内に入れば上記校正を終了させる。
【００５０】
なお、上記画像再構成についてさらに述べると、識別タグ１３に格納されている光学特性値データを用いて画像再構成を実施する方法は、例えば以下のような方法である。すなわち、信号処理部３６は、識別タグ１３から読み込んだ個別（各ファントム１００毎の）光学特性値データと、ファントム１００から受信した音響波とに基づき、画像再構成処理を行って３次元画像情報を得る。なお、画像再構成のアルゴリズムとしては、タイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影を適応する。
【００５１】
また、上記校正方法についてさらに述べると、ファントム１００の測定から得られた信号および識別タグ１３から読み込んだファントム１００毎の固有の光学特性値を用いて画像再構成を行う。そうしてファントム１００の画像を得る。この得られたファントム１００の画像と、信号処理部３６内のメモリまたは識別タグ１３内に格納された理想とするファントム１００の画像とを比較演算する。その演算結果が所定の誤差範囲内に収まるまで装置３００の種々のパラメータの再設定と再測定を繰り返すことで装置３００の校正を行う。この比較演算に用いる実際の測定により形成されるファントム画像は、画像データ標準の光学特性値（個々のファントムの光学特性値ではなく、工場生産の際の目標値）ではなく、識別タグ１３から読み込んだファントム毎の固有の光学特性値を用いる。
【００５２】
そうすることで、画像再構成に用いる光学特性値（個々のファントムの光学特性値ではなく、工場生産の際の目標値）とファントム内部の実際の光学特性値とが異なることによって生じる画像のコントラストや空間分解能の低下を低減することができる。すなわち、誤った比較対象を演算に用いることによる誤った校正を行うことが抑制出来る。換言すると、誤った光学特性値（工場生産の際の目標値）に基づいて得られた再構成画像に基づいて、誤った装置３００の校正を行ってしまうことが防止出来る。
【００５３】
なお、ここでいう誤った校正とは以下のようなものである。すなわち、まず、画一的にファントムの光学特性値（個々のファントムの光学特性値ではなく、工場生産の際の目標値）を決めて、その光学特性値に基づいて校正を行うものである。すなわち、理想とするファントム画像に近いか或いは等しい画像を表示できるように装置３００の校正を行うものである。そのような校正を行うと実際にはファントム毎、或いは一つのファントム内の箇所ごとに光学特性値が異なっているため、却って誤差の生じた校正が行われていることになる。
【００５４】
（実施例２）
＜被検体情報取得装置用ファントム５００の構成＞
図５は、本発明のファントムの実施例２を示す模式図である。被検体情報取得装置用ファントム５００（以下「ファントム５００」と略称する）は、母材５１、吸収体５２、ファントム５００の上面に配置されている識別タグ５３を備える。実施例１のファントム１００と異なる点は、ファントム５００が半球型の形状をしており、直径１５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの寸法で製作されている点と、吸収体５２が直径５ｍｍの球体となっている点である。実施例１と同様に、図５のＤの領域について光学特性値を取得し、母材５１の光学特性値として識別タグ５３へ格納した。また、吸収体５２についても光学特性値を取得し、識別タグ５３へ格納した。
【００５５】
＜被検体情報取得装置６００の構成＞
図６は、実施例２の被検体情報取得装置を示す模式図である。ただし、図６では、実施例１の装置３００と異なる点のみを示している。また、図５に対応する部分には同一の番号を付して、必要のない限り説明を省略する。被検体情報取得装置６００（以下「装置６００」と略称する）について、球面型保持部６２はファントム５００の球面全体を保持するように形成されている。球面型保持部６２の材質としては特に制約はないが、被検体である生体やファントム５００を支持できる強度を持つ部材が選択される。本実施例においては、直径１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアクリルをその材質とした。さらに母材５１の上面に識別タグ５３が設けられている。光源６３は、球面型保持部６２の下部に配置され、鉛直上向きすなわちＹ方向に光を照射する。音響波探触子６４は、球面型保持部６２の被検体と接触する面に半球状に並べて配置した。本実施例においては、音響波探触子６４は受信部の直径が２ｍｍのものを用い、５ｍｍ間隔で球面型保持部６２の被検体と接触する面側に配置した。
【００５６】
＜測定結果＞
実施例１と同様の測定方法にてファントム５００を測定することで、識別タグ５３によるアーチファクトの影響を受けずに、画質の劣化しないファントム画像を取得することができる。また、識別タグ５３に格納された光学特性値を用いて画像再構成したファントム画像から、吸収体５２の吸収係数、等価散乱係数を抽出したところ、識別タグ５３に格納された値と一致することを確認できる。また、図示しない画像表示部に識別タグ５３から読み取った出荷時の初期情報が表示されていることを確認できる。
【００５７】
（実施例３）
＜被検体情報取得装置用ファントム７００の構成＞
図７は、本発明のファントムの実施例３を示す模式図である。本実施例の被検体情報取得装置用ファントム７００（以下「ファントム７００」と略称する）は、模擬脂肪層７１と、模擬乳腺層７２と、吸収体７３と、ファントムの上面に配置されている識別タグ７４とを備える。実施例１、２のファントム１００，５００と異なる点は、ファントム７００が乳房型の形状をしており、母材が複数の材質すなわち模擬脂肪層７１および模擬乳腺層７２からなる層構造をしている点である。
【００５８】
＜ファントム７００の製造方法＞
以下に、本実施例に係るファントム７００の製造方法を説明する。模擬脂肪層７１については、実施例１における母材１１と同様の製造方法を用いる。すなわち、所定の乳房型に成型した凹型金型の上に凹型の金型に対して外形が１０ｍｍ小さい凸型の金型を配置し、凹型と凸型金型の隙間にＨＤＩを添加しないポリオールを流し込む。そして、熱硬化により厚さ１０ｍｍの模擬脂肪層７１を形成した。模擬乳腺層７２については、模擬脂肪層７１形成された凹型金型の上に、ＨＤＩを添加したポリオールを流し込み、熱硬化により模擬乳腺層７２を形成した。吸収体７３のサイズは直径５ｍｍの球体とし、照射光により光音響波を発生しない透明のナイロンワイヤー（直径０．１３ｍｍ）を用いて模擬乳腺層７２内に配置した。ファントム構成物の音響特性値は文献値を参考に次のように任意に設定した。模擬脂肪層７１において、音響特性は、３７℃において音速１３７９ｍ／Ｓ、音響インピーダンス１．４２ｒａｙｌ、音響減衰０．５２ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚとした。模擬乳腺層７２において、音響特性は、３７℃において音速１４９６ｍ／Ｓ、音響インピーダンス１．５２ｒａｙｌ、音響減衰０．８４ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚとした。また、吸収体１２において、音響特性は、３７℃において音速１５０８ｍ／Ｓ、音響インピーダンス１．６３ｒａｙｌ、音響減衰１．０８ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚとした。
【００５９】
＜ファントム７００の初期情報（光学特性値）取得＞
図７のＤの領域について光学特性値を取得したところ、波長７５６ｎｍにおいて、吸収係数は０．００４／ｍｍ、等価散乱係数は１．１０／ｍｍであった。波長７９７ｎｍにおいて、吸収係数は０．００４／ｍｍ、等価散乱係数は０．９３／ｍｍであった。この光学特性値を模擬脂肪層７１の初期情報として、識別タグ７４へ格納した。また、Ｂの領域についても光学特性値を取得したところ、波長７５６ｎｍにおいて、吸収係数は０．０１１／ｍｍ、等価散乱係数は１．２０／ｍｍであった。波長７９７ｎｍにおいて、吸収係数は０．０１１／ｍｍ、等価散乱係数は１．０２／ｍｍであった。この光学特性値を模擬乳腺層７２の初期情報として、識別タグ７４へ格納した。吸収体７３についても光学特性値を取得し、識別タグ７４へ格納した。
【００６０】
（変形例）
上記各実施例の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。本発明は、上記被検体情報取得装置用ファントムと被検体情報取得装置を備える被検体情報取得システムとし
て実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
また、本発明は上記各実施例の被検体情報取得装置用ファントム、その製造方法、およびそのファントムを用いた被検体情報取得装置の校正方法として捉えられる。本発明はまた、上記被検体情報取得装置の構成要素が各ステップを実行する校正方法や、上記被検体情報取得装置の制御方法としても捉えられる。なお、本発明の種々の特徴は上記の実施例に限られるものではなく、広く応用可能なものである。また、上記の各実施例の被検体情報取得装置は、例えば、プログラム（ソフトウェア）に従って動作するＣＰＵやメモリ等を備えた情報処理装置を用いて実現できる。或いは、この被検体情報取得装置の各構成要素を情報の入出力や演算が可能な回路等のハードウェアにより構成しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１１  母材、１２  吸収体、１３  識別タグ、３５  音響波探触子、３６  信号処理部、３８  読み取り手段
【図１】
0006373085.tif 000003
【図２】
0006373085.tif 000004
【図３】
0006373085.tif 000005
【図４】
0006373085.tif 000006
【図５】
0006373085.tif 000007
【図６】
0006373085.tif 000008
【図７】
0006373085.tif 000009