(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、ファントムの表面形状に関する情報を有する識別タグとを有する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、
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行われる前記校正のために必要な情報を出力する出力手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記識別タグは、所定の温度における前記ファントムの表面形状に関する情報を格納する
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】
前記識別タグは、前記表面形状に関する情報として、前記母材の一部の欠落、前記母材の傷、および、前記母材の凹凸の、少なくともいずれかの情報を格納する
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】
前記出力手段からの出力を用いて校正を行う校正手段をさらに有する
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】
表示手段をさらに有し、
前記校正のために必要な情報とは、前記ファントムから伝播した音響波を用いて前記処理手段が生成した特性情報に基づく実際のファントム画像であり、
前記出力手段は、前記表示手段に前記ファントム画像を表示し、
前記校正手段は、ユーザが前記ファントム画像を確認しながら前記校正に用いるパラメータを調整すると、当該パラメータに基づいて前記校正を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記校正のために必要な情報とは、前記ファントムから伝播した音響波を用いて前記処
理手段が生成した特性情報に基づく実際のファントム画像であり、
前記校正手段は、前記実際のファントム画像を、前記ファントムの理想の画像と比較することにより、前記校正を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記被検体に光を照射して前記音響波を発生させる光源をさらに有し、
前記校正手段は、前記光源の光量、照射角度および照射位置の少なくともいずれかをパラメータとして前記校正を行う
ことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記探触子を走査する走査機構をさらに有し、
前記校正手段は、前記走査機構による走査の速度をパラメータとして前記校正を行う
ことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記校正手段は、前記探触子の検出感度、位置および角度の少なくともいずれかをパラメータとして前記校正を行う
ことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
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、
前記ファントムの表面形状に関する情報を有する識別タグと、
を有することを特徴とするファントム。
【請求項１１】
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、
前記母材の表面形状に関する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、
を有することを特徴とす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】
医療分野において、レーザ光などの光を生体などの被検体に照射し、その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部の情報を画像化する、被検体情報取得装置の研究が進められている。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できる。この現象は光音響効果と呼ばれ、発生した音響波は光音響波と呼ばれる。光音響波を用いた技術は、光音響トモグラフィ（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる。
【０００３】
このような被検体情報取得装置において、取得された画像の画質が悪いと適正な診断ができない。このため、被検体情報取得装置には、診断に十分な精度で音響波を受信し、被検体画像を取得することが要求される。そのためには、装置の仕様通りの精度で測定を行う必要がある。
また、被検体が生体である場合、被検体情報取得装置はレーザ光を生体へ照射するため、安全性が維持されなくてはならない。そのために、使用開始からある程度の期間が経過した後でも、出荷時の装置の動作状態を保持する必要がある。
【０００４】
これら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。校正は、必ずしも光音響測定の度に行われるとは限らないが、装置の設置時や、所定の使用回数ごと、あるいは所定の期間ごとに実行することが好ましい。
【０００５】
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、識別情報の保持手段を設ける場合がある。これにより、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が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
特許文献１に記載のＱＣファントムは、被検体画像を取得する点で、取得したファントム画像の画質に対して、以下のような課題があった。
１つ目の課題は、レーザ光をファントムに照射したときに、識別情報の保持手段にもレーザ光が照射されると、レーザ光を吸収した保持手段からも光音響波が発生することである。この発生した光音響波は画像化した際にアーチファクトとなり、校正において用いるファントム画像の画質を劣化させる恐れがある。
【０００８】
２つ目の課題は、特許文献１に記載のＱＣファントムの識別情報として、ファントム出荷時の初期形状情報が考慮されていない点である。
本来、ファントムを同一条件で複数製作した場合、ファントム母材の形状などの初期は、同一型番内では、均一であることが好ましい。例えばファントムの表面形状に異常（傷や欠落の有無、凹凸の存在など）があると、ファントム内部への光の入射や拡散の状況が想定とは変わるため、吸収体から生じる光音響波の強度に影響を及ぼす。
【０００９】
しかし実際には、金型の状態や原材料の僅かな差異などの原因により、製作のロット毎にばらつきが生じて、初期形状情報の誤差となることがある。また、ファントムの一個体内においても、場所によって表面凹凸状態に分布が生じ、初期形状情報の誤差となることがある。このような誤差は、アーチファクトの出現など、ファントム画像の画質劣化を引き起こし、校正の精度が低下を招くおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、校正用ファントムを用いて取得した画像におけるアーチファクトの影響を低減することにより、校正の精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
母材と、前記母材の内部に配置された吸収体と、ファントムの表面形状に関する情報を有する識別タグとを有する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、
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行われる前記校正のために必要な情報を出力する出力手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【００１２】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
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、
前記ファントムの表面形状に関する情報を有する識別タグと、
を有することを特徴とするファントムである。
【００１３】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
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、
前記母材の表面形状に関する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、
を有することを特徴とするファントムの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、校正用ファントムを用いて取得した画像におけるアーチファクトの影響を低減することにより、校正の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】被検体情報取得装置用ファントムの構成を示す模式図
【図２】被検体情報取得装置の構成を示す模式図
【図３】被検体情報取得装置用ファントムの構成を示す模式図
【図４】被検体情報取得装置用ファントムを説明する断面図
【図５】被検体情報取得装置用ファントムの構成を示す模式図
【図６】校正の実行方法を示すフロー図
【図７】ファントム画像を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。本発明はまた、校正用ファントムやその製造方法、そのファントムを用いた校正方法としても捉えられる。
【００１８】
本発明の被検体情報取得装置は、被検体に光（電磁波）を照射し、光音響効果に従って被検体内または被検体表面の特定位置で発生して伝播した音響波を受信（検出）する、光音響トモグラフィ技術を利用した装置を含む。このような被検体情報取得装置は、光音響測定に基づき被検体内部の特性情報を画像データ等の形式で得ることから、光音響イメージング装置や、光音響画像形成装置と呼べる。このような被検体情報取得装置のことを、光音響トモグラフィ装置と呼んでも良い。
【００１９】
光音響装置における特性情報とは、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。具体的には、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布や、それらから求められる酸素飽和度分布などの血液成分分布、あるいは脂肪、コラーゲン、水分の分布などである。また、特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。
【００２０】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、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。探触子により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。
本発明における被検体としては主に生体の乳房を想定している。ただし被検体はこれに限られず、生体の他の部位や、非生体材料の測定も可能である。
【００２１】
［校正の実施方法］
まず、本発明に共通する、校正用ファントムを用いた装置構成の手順を説明する。校正対象項目の例を以下に示す。
（１）光源の照射光量、被検体への光照射角度、照射位置
（２）被検体の保持部材（プレートやカップなど）の透明度、位置精度
（３）音響波探触子（またはそれに含まれる素子）の検出感度、位置、角度
（４）走査機構の速度、位置精度
（５）信号処理部の処理能力（増幅率、Ａ／Ｄ変換周波数、画像再構成精度など）
その他、装置の測定能力に関わるような調整可能なパラメータであれば、校正対象として良い。これらのパラメータは、ＧＵＩや物理的な入力装置によってユーザが入力しても良いし、情報処理装置により自動的に制御されても良い。
【００２２】
一般的な校正手順について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
校正処理の開始後、ステップＳ１０１において、校正用ファントムを装置に設置する。例えば図２のような装置であれば、２枚のプレートの間にファントムを配置し、一方を移動させることによりファントムを圧迫保持する。また図３や図５のようなファントムであれば、ファントムを支持体（例えばカップ状またはお椀状の保持部材）に保持させる。ファントムに位置決め部材を設けておき、アライメントの精度を向上させることが好ましい。
【００２３】
ステップＳ１０２において、装置の読み取り手段によって識別タグに格納された情報を読み取る。ここでは少なくとも、装置が校正用ファントムの特徴を取得するために必要な情報を読み取る。情報としては、ファントムの特徴（サイズ、素材、分光特性、吸収体の情報、期待される再構成画像）を直接的に保持していても良いし、ファントムの型番情報だけを保持しておき、装置が別途その型番のファントムの特徴を取得しても良い。
【００２４】
ステップＳ１０３において、校正目標値の設定が行われる。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、信号処理部内のメモリないしは識別タグ内に格納されている。あるいは、識別情報に基づいて信号処理部が生成してもよい。この校正目標値データは、仮にそれに基づいて画像表示部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に表示されるものである。あるい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。
【００２５】
ステップＳ１０４において、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が設定される。これは、上に記した校正対象項目の具体的な値を設定する作業である。例えば、（１）の光源に関することであれば、次のステップＳ１０４で適用する光量、照射角度、照射位置などをそれぞれ決定する。
【００２６】
ステップＳ１０５において、光音響測定と画像再構成を行い、ファントムの画像を取得する。具体的には、光源からファントムに光を照射し、光音響効果によって発生した光音響波を探触子によって受信する。そして光音響波に由来する電気信号に基づいて、既知の手法による画像再構成を行う。
【００２７】
ステップＳ１０６において、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である。比較においては、画素値ヒストグラムの作成、エッジ検出やフィルタ処理など、既知の手法を利用できる。
【００２８】
そしてステップＳ１０７において、比較演算結果が所定の誤差範囲内に収まっているかどうかを判定する。否定判定の場合、装置パラメータを修正し、比較演算結果が所定の誤差範囲内に収まるまでＳ１０４〜Ｓ１０６を繰り返す。一方、肯定判定の場合、結果表示など所定の終了処理をして校正を終了する。定められた比較演算回数内で所定の誤差内に収まらない場合は、画像表示部にエラー表示を行い、処理を終了する。
【００２９】
なお、校正目標値を画像表示部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、再構成画像も画像表示部に表示させて、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校正を行う手法が考えられる。この場合は、装置パラメータを人間が手
動で入力してから光音響測定を行うとともに、実際のファントム画像と理想画像との比較を人間が目視によって行いパラメータ調整する。画像表示部は表示手段とも呼べる。
【００３０】
この校正フローに加えて、本発明の各実施形態においては、校正用ファントムの識別タグは、ファントムの外形形状に関する様々な情報を格納している。例えば、外形形状そのものを座標などの３次元データで格納しても良い。あるいは、特定の型番から期待される外形形状と、実際のファントムの外形の差異を格納しても良い。このような差異は、ファントム製造時の細かな条件（例えば、金型の精度、原材料の品質、母材を固める際の製造プロセス管理の精度）のばらつきにより生じ得る。また、ファントム製造後に欠落や傷、細かな凹凸が生じる場合もある。装置がこの外形形状情報を読み取ることで、後述する各実施形態のような精度向上のための処理が実現できる。
【００３１】
［第一の実施形態］
第一の実施形態に係る被検体情報取得装置用ファントムは、出荷時のファントム形状情報（典型的にはファントムの表面形状情報）を有する識別タグを備えている。ファントムの形状を特定する方法は、３次元形状を表現できればどのようなものでも良い。例えば、ファントムを所定の仮想的なメッシュに設置し、表面位置を座標で特定する方法がある。また、表面形状情報を情報処理可能なベクタイメージデータとして保持してもよい。あるいは、その型番のファントムの標準的な形状との差異を保持してもよい。
【００３２】
表面形状が想定と違っている場合、被検体内部への光の入射の仕方も想定から変化する。その結果、画像再構成の際に初期音圧から吸収係数を求めるときのターゲットボクセルにおける光量が正確に推定できなくなり、画質に悪影響を与えかねない。また、ファントムに欠落や傷、不均質な部分があると、再構成画像ではアーチファクトとなる。これらの現象が校正用ファントム測定時のファントム画像に発生すると、校正の精度が低下する。そのため、ファントムの表面形状を加味した上で画像再構成をしたり、ファントムの表面形状の異常を表示手段に出力して表示させたりすることは、正確な校正のために重要である。
【００３３】
＜被検体情報取得装置用ファントムの構成＞
図１を参照しながら、第一の実施形態に係る被検体情報取得装置用ファントムの構成を説明する。図１（ａ）はファントム構成図の一例、（ｂ）は識別タグ構成図の一例である。図１（ａ）のファントムは直方体の形状をしており、Ｘ方向１５ｃｍ、Ｙ方向１０ｃｍ、Ｚ方向５ｃｍの寸法で製作されている。以下、この形状のファントムを直方体型ファントムと呼ぶ。
【００３４】
符号１１はファントム母材である。ファントム母材の材質としては、被検体（例えば生体組織）の音響特性と光学特性を模擬した材質が好ましい。例えば、ポリオールや、ポリオールに光散乱性ある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、生体組織の音響特性に関する相関性の点で好ましい。また光散乱性を有する化合物は、光学特性の一つである等価散乱係数を生体組織に近似させるために用いる。化合物の粒子には、ポリオールに対して分散均一性を高めるために表面修飾等を施す。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、酸化アルミニウム及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。
【００３５】
ここではポリオールとして、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５０：５０、数平均分子量が６０００の共重合体を用いたが、他のポリオールを利用しても良い。またここでは、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）用いてポリオールを樹脂硬化したが、他のイソシアネート化合物及び硬化剤を用いても良い。
【００３６】
符号１２は吸収体で、腫瘍の音響特性と光学特性を模擬した部材が好ましい。吸収体１２の材質としては、ファントム母材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生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利用できる。ここでは、カーボンブラック顔料との親和性を有するポリエーテル分散剤を用いて調整を行うが、他の顔料および分散剤を使用してもよい。
【００３７】
従って、本来、ファントム画像の最も特徴的な部分は、吸収体１２から発生する光音響波に由来する部分となる。ファントム画像の輝度は、ファントム母材１１と吸収体１２の吸収係数の差によって調整できる。ただし、ファントムに傷や欠落があったり、識別タグが画像化されたりすると、理想的な画像とは異なる部分に特徴が生じる、コントラストが不鮮明になるなどの異常が生じる。
【００３８】
符号１３は識別タグであり、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る。本発明における識別タグ内には、ファントム出荷時の初期情報が格納されている。また、出荷後にファントムの形状が変化した場合に、その変化後の表面形状情報を識別タグに格納してもよい。
【００３９】
図１（ａ）では識別タグ１３がファントムのＺ方向上面に配置されているが、配置場所はこれに限定されない。後述する反射部材１４を設けない場合、識別タグ１３の表面は、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、前述の材料は８０％以上の反射率を有する。
【００４０】
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い。そのために、識別タグ１３として無線ＩＣタグを用いると良い。使用周波数帯としては、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの範囲が好適であり、８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの範囲内で特に好ましい。
【００４１】
符号１４は反射部材であり、識別タグ１３の全面を覆うように配置される。材質としては、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ものを用いる。また、反射部材は、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。
【００４２】
＜校正用ファントムの製作方法＞
続いて、本実施形態における校正用ファントムの製作方法を説明する。ファントム母材１１としてポリオールをビーカーに入れ、そこに光散乱性ある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。
【００４３】
ここでは、ポリオールとして、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。
光散乱性を有する顔料としては、酸化アルミニウム及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、母材、吸収体ともに、ポリオールに対して０．１２重量パーセント分散する。
【００４４】
光吸収体１２に用いる光吸収性化合物としては、カーボンブラック顔料と、その顔料と親和性のあるポリエーテル分散剤との混合物を用いる。この混合物を、母材を調整する場合にはポリオールに対して０．０００２重量パーセント、吸収体を調整する場合にはポリオールに対して０．００２重量パーセント分散する。
【００４５】
吸収体１２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）を用いて直方体ファントム製作用の金型に母材となるＨＤＩ添加ポリオールを流し込む前に配置する。
【００４６】
吸収体の配置後、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３．２重量パーセント添加し攪拌した後、真空脱泡を行い、所定の金型に流し込み熱硬化（９０℃、１時間）を行う。
【００４７】
以下に、文献等により既知の、ファントム構成物の物性値を記載する。ファントム母材１１において、文献上の音響特性は、３７℃に於いて音速１３７９ｍ／ｓ、音響インピーダンス１．４２ｒａｙｌ、音響減衰０．５２ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚである。文献上の光学特性は、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である。また、吸収体１２において、文献上の音響特性は、３７℃に於いて音速１５０８ｍ／ｓ、音響インピーダンス１．６３ｒａｙｌ、音響減衰１．０８ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚである。文献上の光学特性は、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である。
【００４８】
識別タグ１３としては無線ＩＣタグを使用する。ＩＣタグ内に、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、基準温度（２５℃）におけるファントム外形情報、吸収体外形情報、ファントム表面凹凸情報、光分布補正情報を格納する。その他、表面形状情報とみなせる情報であれば、ＩＣタグ内に格納して良い。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う。その後、ファントムのＺ方向上面に接着材にて固定する。なお、基準温度とは、例えばファントム製造時の温度などに対応する温度である。ファントムの音響特性や光学特性は温度に応じて変化するため、基準温度を校正の条件として用いることで、精度の向上が可能となる。
【００４９】
＜被検体情報取得装置の構成＞
図２を参照しながら、第一の実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を説明する。図２は測定対象として直方体型ファントムを用いた場合の構成例を示した模式図である。
符号２０は直方体型ファントム、２１は直方体型ファントムに備えられた識別タグである。符号２０ａはファントム２０内に配置された吸収体である。
【００５０】
符号２２ａおよび２２ｂは二枚の保持プレートであル。符号２３は動力発生源である。二枚のうちの少なくとも一枚の保持プレートを動力発生源２３で発生した動力によって移動させることで、直方体型ファントム２０を圧迫して保持する。
符号２４は直方体型ファントム２０に照射する光を発生させる光源である光源２４から照射された光（パルス光）が保持プレート２２ａ越しに直方体型ファントム２０に照射される。
【００５１】
符号２５は直方体型ファントム２０から発生する光音響波を、保持プレート２２ｂを介して受信する音響波探触子である。符号２６は音響探触子２５で受信された信号を処理して画像データを生成する信号処理部である。符号２７は信号処理部２６で生成された画像データを表示する画像表示部である。符号２８は識別タグ２１の情報を読み取る、読み取り手段である。符号２９は、読み取り手段２８によって読み取られた識別タグ２１の情報を基に装置校正の可否を判定する、校正可否判定部である。
【００５２】
以下、本実施形態に係る装置の構成要素について説明する。
＜＜保持プレート２２＞＞
保持プレート２２ａおよび２２ｂは、被検体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２３で発生した動力で移動することで、被検体を圧迫保持できる。
【００５３】
光源２４側に位置する保持プレート２２ａの材質は、光源２４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、音響波探触子２５側に位置する保持プレート２２ｂは、直方体型ファントム２０内で発生した音響波を通過させる必要があるため、直方体型ファントム２０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、本装置の測定対象である被検体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。
【００５４】
保持プレート２２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てる厚さであることが好ましく、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２２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２３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。
【００５５】
＜＜光源２４＞＞
光源２４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播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。
【００５６】
＜＜音響波探触子２５＞＞
音響波探触子２５は、被検体および直方体型ファントム２０に照射された光に起因して内部で発生し伝播した光音響波を受信し、アナログの電気信号に変換する。
音響波探触子２５は、単に探触子、またはトランスデューサとも呼ばれる。音響波探触子２５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、音響波探触子２５は、複数の受信素子が一次元、ある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、前述した光源２４が、走査機構によって走査可能である場合、音響波探触子２５も走査機構によって光源２４と同期して走査可能であることが好ましい。
【００５７】
＜＜信号処理部２６＞＞
信号処理部２６は、音響波探触子２５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。信号処理部２６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。同時処理のためには、複数のチャネルを有すると良い。なお、増幅器は音響
波探触子２５に内蔵されていてもよい。
【００５８】
また、校正可否判定部、信号処理部は同じ情報処理装置に実装されていても良いし、別々の回路で構成されても良い。画像表示部にファントム画像を表示してユーザがパラメータを調整することにより校正が実行される場合、信号処理部が画像データを画像表示部に出力することが、本発明の出力手段の機能の実現に当たる。一方、情報処理装置内の画像比較によって校正が実行される場合、信号処理部内の画像再構成モジュールから画像比較モジュールに画像データを出力することが、本発明の出力手段の機能の実現に当たる。
【００５９】
また、信号処理部２６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２６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挙げられる。信号処理部２６としては、コンピュータやワークステーションなど、プログラムに従って動作する情報処理装置などが利用できる。信号処理部が実現する機能は、本発明の校正手段や処理手段が行う機能に相当する。校正手段として機能する信号処理部は、画像比較アルゴリズムに基づくパラメータ制御によって自動的に校正を行っても良いし、ユーザによる画像を確認しながらのパラメータの調整に基づいて校正を行っても良い。
【００６０】
＜＜画像表示部２７＞＞
画像表示部２７は、信号処理部２６で生成された再構成画像と読み取り手段２８によって読み取られたファントム内有形物の位置情報を表示する手段である。画像表示部２７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などを利用できる。
【００６１】
＜＜読み取り手段２８＞＞
読み取り手段２８は、識別タグ２１の情報を読み取る。識別タグ２１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２１として無線ＩＣタグを使用した場合、読み取り手段２８として無線ＩＣタグリーダーが好適に選択される。
【００６２】
＜＜校正可否判定部２９＞＞
校正可否判定部２９は、読み取り手段２８にて読み取られた識別タグ２１の情報を基に、装置校正の可否を判定する。なお、校正可否判定部２９は、識別タグ内部の情報を利用して校正を行う上で必ずしも必須ではない。ただし後述するように、校正可否判定部２９を用いることにより、無駄な処理を省略して校正の簡易な実施が可能となる。
【００６３】
ここで識別タグ２１から読み取られる情報の一例として、校正許可情報／校正不許可情報がある。すなわち、予め校正用ファントムが所定の条件を満たしている場合は識別タグ内に校正許可情報を格納しておき、満たしていない場合は校正不許可情報を格納しておく。そして、読み取り手段２８が校正許可情報を読み取った場合、校正可否判定部２９にて校正可の判定がなされ、引き続き装置校正が実施される。一方、校正不許可情報が読み取られた場合、校正不可判定がなされ、装置校正が実施されない。校正許可または不許可の判定材料は様々であり、例えば著しく大きい傷や欠落は不許可の原因となる。
【００６４】
識別タグ内の情報の別の例として、校正用ファントムが所定の条件を満たしているかを判定するために必要な情報がある。そして、許可または不許可のいずれであるかの判定自体を、校正可否判定部２９が行う。
装置校正が実施される場合、識別タグ２１のファントム出荷時の初期情報は、信号処理部２６を経由して画像表示部２７に表示される。また、ファントム出荷時の初期情報は信号処理部２６を経由せずに、画像表示部２７に表示されてもよい。
【００６５】
＜測定方法＞
次に、本実施形態における測定方法について説明する。まず、保持プレート２２にて被検体（校正においては校正用ファントム、診断においては被検体の乳房）を圧迫保持する。次に、光源２４から発せられたパルス光が被検体に照射される。被検体内部を伝播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、熱膨張により光吸収体から光音響波が発生する。被検体内にがんが存在する場合は、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、音響波探触子２５で受信される。
【００６６】
音響波探触子２５が出力した電気信号は、信号処理部２６で解析される。解析結果は、被検体内の特性情報を表す画像データに変換され、画像表示部２７を通して出力される。
被検体がファントムの場合も、校正許可判定がなされていれば、同様の測定方法によりファントム内の吸収体の情報が画像化されて、画像表示部２７に表示される。
【００６７】
＜測定結果＞
図７を用いて測定結果について説明する。図７は、図２の構成で測定されたファントム画像を示している。符号７０は画像表示部２７に表示されるファントム画像である。符号７１は吸収体から生じた信号で、吸収係数に応じた輝度を持って表示される。ファントム表面における欠落が、領域７２のように黒抜きで表示される。これは、穴状となった欠落部分がプレートに接触しないため、音響波が伝達せず、再構成画像にも異常が生じたことを示している。
【００６８】
読み取り手段２８が識別タグ２１より読み取った外形形状情報を基に、画像表示部２７は、符号７３で示すように、欠落部分に相当する位置に、アーチファクトであることを示す「Ａ」という文字を表示する。これにより、ユーザは黒抜き領域７２がアーチファクトであると認識できる。
【００６９】
ユーザにアーチファクト位置を知らせる他の方法として、ファントム画像に座標軸を付けた上で表示部内にアーチファクトの座標を記載しても良い。ポインタがアーチファクトを示す黒抜き領域７２の上にくるとアーチファクトであると表示されても良い。アーチファクトの領域を、点線等で囲っても良い。また、アーチファクトの種類が併せて表示されても良い。あるいは、画像表示部２７に、識別タグ２１から読み取った情報（出荷時の初期情報、表面形状情報など）をそのまま表示してもよい。その他、ユーザがアーチファクトの位置を認識できるような表示方法ならば、どのような方法を採用しても構わない。
【００７０】
このようにアーチファクト位置を示すことで、ユーザが校正用ファントムの再構成画像を目視確認しながら制御パラメータを調整する際に、画像中の特徴的な部分がアーチファクトであることを認識できるようになる。その結果、校正の精度が向上する。
また、装置が画像比較による自動校正を行う場合でも、アーチファクトの位置を認識しておくことで、正確な比較が可能になる。
【００７１】
また、アーチファクトの位置を画面に示すのではなく、ファントムの画像を生成する際に、表面形状の異常を補完しても良い。これにより、校正を行うユーザには表面形状の差異を意識させず、ファントムの型番に基づいた校正を行わせることができる。
【００７２】
このような表面形状の異常によるアーチファクトの位置情報は、例えば校正時の装置パラメータ設定に利用できる。すなわち、フロー中のＳ１０３における校正目標値や理想ファントム像として、アーチファクトを含んだものを用いることにより、設定した装置パラメータにより得られる実際のファントム計測データ（あるいはファントム像）と理想値と
の差が小さくなる。その結果、正確なパラメータ設定が行われる。例えば、フロー中で装置パラメータを修正しつつ行うループにおいて、アーチファクトの位置を考慮した数値の修正を行う。
【００７３】
あるいは、Ｓ１０６における比較演算の際に、アーチファクトの位置情報を加味した演算を行うことにより比較の精度が向上し、正確なパラメータ設定を実現できる。例えば識別タグに型番情報が格納されており、信号処理部は型番をカタログ情報に照らし合わせてファントムの情報を得るような場合、本実施形態であればカタログ情報からは得られない情報が得られる。その結果、光量や音響波探触子の感度などのパラメータを正確に設定できるようになる。
【００７４】
さらに、上述したように識別タグ２１が構成されているため、直方体型ファントム２０を測定したところ、識別タグ２１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。
【００７５】
以上より、本実施形態の装置を用いた測定方法によれば、識別情報の保持手段から生じるアーチファクトを低減できる。また、ファントム外形に起因するアーチファクトの位置を表示したり、信号処理部に認識させたりできる。また、識別タグ２１に格納したファントム外形情報、吸収体外形情報、ファントム表面凹凸情報、光分布補正情報に基づき画像再構成を行い、吸収体の吸収係数に関してファントム測定値と計算値が一致することが確認できる。これにより、ファントムを用いた装置校正の正確性が向上し、実際に生体を測定した画像の信頼性が向上するため、より良好な診断が可能になる。
【００７６】
［第二の実施形態］
以下、本発明の第二の実施形態について説明する。
【００７７】
＜被検体情報取得装置用ファントムの構成＞
図３を参照しながら、校正用ファントムの構成を説明する。ファントム内部には、ファントム母材３１、吸収体３２を有し、ファントムのＺ方向上面には識別タグ３３が配置されている。符号３４は、ファントムの製造工程に起因するクラックを示す。
【００７８】
本実施形態のファントムが第一の実施形態と異なる点は、ファントム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である。以下、この形状のファントムを半球型ファントムと呼ぶ。識別タグ３３には直方型ファントムと同様の情報に加え、半球状に成型したことによる表面形状の歪みや凹凸、欠けに関する情報も格納する。なお本実施形態においても、信号処理部２６などの構成は、図２で示したものと同じである。
【００７９】
このようなファントム形状は、被検体情報取得装置の被検体保持方法に対応している。すなわち本実施形態の装置は、二枚のプレートで乳房を圧迫保持するのではなく、カップ状やお椀状の保持部材で乳房を支持する。
なお、ここではファントムの半球体としたが、実際の形状はこれに限定されず、乳房保持部材の形状や、想定する乳房の大きさに応じて定めて良い。例えばファントムは、半球よりも浅い球冠形状でも良い。また、楕円体の一部を切り取った形状でもよい。その他、乳房やその保持部材の形状に応じてファントム形状を決定できる。
【００８０】
＜ファントムの製作方法＞
以下に、図４の断面図を参照しつつ、半球形ファントムの製作方法を説明する。
符号４０は半球型ファントム、符号４１は識別タグである。吸収体４５がファントム内に配置されている。符号４２は球面型保持部であり、半球型ファントム４０の球面全体を
保持するように構成されている。球面保持部４２の材質としては、被検体および球面型ファントム４０を支持できる強度を持つ部材が選択される。本実施形態においては、球面型保持部４２として、直径１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアクリル材質を使用する。
【００８１】
符号４３は光源であり、球面型保持部４２の下部に配置され、鉛直上向きに光を照射する。球面型保持部４２の上に黒く表示された複数の部材（符号４４）は音響波探触子である。音響波探触子４４は、球面型保持部４２の生体と接触する面に半球状に並べて配置される。ここでは受信部の直径が２ｍｍの音響波探触子４４を、５ｍｍ間隔で配置する。
【００８２】
＜測定結果＞
第一の実施形態と同様の測定方法にて球面型ファントム４０を測定したところ、識別タグ４１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。
【００８３】
さらに本実施形態においても、校正のフローにファントムの外形形状情報を利用することで校正の精度を向上させられることは、実施形態１と同様である。
例えば、画像表示部に識別タグ４１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。また、識別タグ２１に格納したファントム外形情報、ファントム表面凹凸情報、光分布補正情報に基づき画像再構成を行い、吸収体の吸収係数に関してファントム測定値と計算値が一致することが確認できる。
【００８４】
また、ファントム表面に製造工程に起因するクラックが生じている場合、初期情報としてファントムのクラック位置を読み取り、クラック位置から生じるアーチファクトを削除するように補正する。これにより、吸収体の吸収係数に関してアーチファクトの影響を受けず、ファントム測定値と計算値が一致することが確認できる。
【００８５】
［第三の実施形態］
＜被検体情報取得装置の構成＞
図５を参照しつつ、他の実施形態との相違点を考慮しながら、第三の実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を説明する。本実施形態の装置の特徴は、被検体の保持方法およびファントムの形状である。
【００８６】
ファントム５０において、符号５１は模擬皮膚層、符号５２は模擬脂肪層、符号５３は模擬乳腺層、符号５４は吸収体である。符号５５は識別タグであり、ファントムのＺ方向上面に配置されている。第一、第二の実施形態都の相違点は、ファントムが乳房型の形状をしており、ファントム母材が複数の材質からなる層構造をしている点である。以下、この形状のファントムを乳房型ファントムと呼ぶ。
識別タグ５５には直方型ファントムおよび半球型ファントムと同様の情報に加え、乳房型に成型したことによる各構成成分に関する表面形状の歪みや凹凸、欠けに関する情報も格納する。
【００８７】
＜ファントムの製作方法＞
本実施形態に係る被検体情報取得装置用ファントムの製作方法を説明する。模擬皮膚層５１については、第一の実施形態におけるファントム母材１１と同様に製作する。続いて所定の乳房型に成型した凹型金型の上に、外形が凹型金型よりも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み、熱硬化させる。これにより厚さ１０ｍｍの模擬脂肪層５２が形成される。続いて、模擬脂肪層５２が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、熱硬化することにより、模擬乳腺層５３を形成する。
【００８８】
吸収体５４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５３内に配置する。
【００８９】
ファントム構成物の物性値は文献値を参考にした。模擬皮膚層５１において、音響特性は、３７℃において音速１５３４ｍ／ｓ、音響インピーダンス１．６０ｒａｙｌ、音響減衰３．３５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚである。光学特性は、波長７９７ｎｍにおいて、吸収係数は０．０４１／ｍｍ、等価散乱係数は２．１２／ｍｍである。模擬脂肪層５２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である。光学特性は、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である。模擬乳腺層５３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である。光学特性は、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である。また、吸収体５４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である。光学特性は、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である。
【００９０】
＜測定結果＞
本実施形態における校正時のフローや、識別タグ情報の利用方法は、上記各実施形態と同様である。本実施形態の乳房型ファントム５５を光音響測定すると、識別タグ５５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、画像表示部に識別タグ５５から読み取った、出荷時の初期情報が表示することもできる。また、識別タグ５５に格納したファントム外形と各構成成分の形状情報、吸収体の形状情報、および光分布補正情報に基づき画像再構成を行い、吸収体の吸収係数に関してファントム測定値と計算値が一致することが確認できる。
【００９１】
［変形例］
各実施形態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。例えば、識別タグからの光音響波の低減と、識別タグ中の外形形状情報を用いたアーチファクト位置特定は、同時に行っても良いし、どちらか一方を行ってもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１１：ファントム母材，１３：識別タグ，２４：光源，２５：探触子，２６：信号処理部，２８：読み取り手段
【図１】
0006373084.tif 000002
【図２】
0006373084.tif 000003
【図３】
0006373084.tif 000004
【図４】
0006373084.tif 000005
【図５】
0006373084.tif 000006
【図６】
0006373084.tif 000007
【図７】
0006373084.tif 000008