(57)【要約】【課題】  光音響トモグラフィー装置において被検体に照射した光の一部が被検体外に向かって出射する。【解決手段】  光音響整合材が、水と増粘剤と光散乱部材とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と増粘剤と光散乱部材とを有する光音響整合材。
【請求項２】
前記光音響整合材は、前記水を主成分として有することを特徴とする請求項１に記載の光音響整合材。
【請求項３】
前記光音響整合材の光散乱係数が、０．１／ｍｍ以上且つ２．０／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光音響整合材。
【請求項４】
前記光散乱部材の平均粒径が、１ｎｍ以上且つ３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光音響整合材。
【請求項５】
前記光散乱部材が、酸化チタンであることを特徴とする請求項１に記載の光音響整合材。
【請求項６】
前記光音響整合材は、光吸収部材を有する請求項１に記載の光音響整合材。
【請求項７】
前記光吸収部材が、カーボンブラックであることを特徴とする請求項６に記載の光音響整合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響トモグラフィー装置等に用いられる音響整合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波（音響波）を利用して被検査物（被検体）の内部を画像化する装置として、例えば医療診断に用いられる光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置が提案されている。光音響トモグラフィー装置は、レーザパルス光を被検体に照射し、被検体内の組織が照射光のエネルギを吸収した結果生じる光音響波を探触子内に設けられた受信素子（ピエゾ素子等の電気機械変換素子）で受信し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を画像化する。
【０００３】
光音響トモグラフィー装置として、特許文献１には、受信素子と被検体との間に光音響整合材を設ける構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０７５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、被検体と受信素子との間に光音響整合材を設けることで、被検体と探触子との音響インピーダンスの整合（マッチング）がとられているが、光音響整合材については更なる改善が求められている。具体的には、光音響整合材について、音響インピーダンス特性を考慮するだけでなく、被検体に照射する光に対して、反射や透過等の光学特性をも考慮した光音響整合材が求められていた。また更には、光音響整合材は、人体等の被検体に直に接した状態で使用されることが多いため、被検体に対する触感等が良好であることも望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する、本願発明の光音響整合材は、水と増粘剤と光散乱部材とを有することを特徴とする。また、本発明の光音響整合材は、水と増粘剤と光散乱部材とのうち、水を主成分として有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、良好な音響インピーダンス特性を有するだけでなく、被検体に照射する光に対する良好な光学特性をも備えた光音響整合材の提供が可能となる。更には、被検体に対する触感等が良好な光音響整合材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を表す図。
【図２】本発明の実施形態を表す部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の光音響整合材の実施形態を説明するが、まず、この光音響整合材が使用ざれる光音響トモグラフィー装置のについて説明する。
【００１０】
本実施形態で用いられる光音響トモグラフィー装置は、被験体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生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光音響効果を利用した装置である。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、これら弾性波を含む。
【００１１】
図１において、光音響トモグラフィー装置は、不図示である光源、バンドルファイバ１０５、光照射部１０４、光音響整合材１０３、探触子１０１、不図示の信号処理部、不図示の表示部を備える。光音響整合材１０３は不規則に分散した、光散乱部材である光散乱体１０６を含んでおり、被検体表面に塗布される。探触子１０１は音響整合材１０３を介して被検体１０２からの音響波を受信する。
【００１２】
光音響トモグラフィー装置は、不図示である光源からパルス光を発生させ、そのパルス光をバンドルファイバ１０５と音響整合材１０３を通して光照射部１０４から被検体１０２に照射する。被検体１０２内に照射されたパルス光によって被検体１０２内の吸収体は光音響波を発生する。この光音響波は光音響整合材１０３を通り、探触子１０１に受信される。探触子１０１と後段の信号処理部は、信号を電気信号に変換、増幅、遅延処理、再構成などを行い被検体１０２内の吸収係数分布を作成する。再構成の方法として、例えば、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影などが利用できる。その後、表示部は作成された吸収係数分布を表示する。
【００１３】
光照射部１０４は、光源から出力され、バンドルファイバ１０５を通ったパルス光を照射する。照射光は波長７５０ｎｍから１１００ｎｍ程度の近赤外光とする。光照射部１０４から照射した光は光音響整合材１０３を通して被検体１０２に入射する。図１において光照射部１０４は探触子１０１の側面に接触しているが、光照射部１０４と探触子１０１は非接触でもよく、角度を持ち配置されていてもよい。
【００１４】
光音響整合材１０３は被検体表面に塗布される。光照射部１０４と探触子１０１は、光音響整合材１０３を通して、被検体１０２に光を照射もしくは被検体１０２からの音響波を取得する。光照射部１０４は被検体１０２に押し当てて光を照射する場合が多いため、光照射部１０４と被検体間の光音響整合材１０３がもつ厚みは、通常０．５ｍｍ程度以下になる。また、光照射部１０４は被検体表面に光音響整合材１０３が塗布されたのちに押しあてられ、光照射部周囲の光音響整合材１０３は光照射部周囲から１０ｍｍ程度以上の大きさを持って塗布される。図２に光照射部１０４と光音響整合材１０３、被検体１０２の配置置関係を示す。この光音響整合材の大きさは図２のＢの距離である。
【００１５】
本実施形態の光音響整合材は、水と増粘剤と光散乱部材とを有している。このため、
光照射部１０４から入射した光２０１の一部は光音響整合材１０３から外部に出射されるが、その光は光音響整合材１０３内の光散乱部材である光散乱体１０６により散乱されており、光はそのエネルギ密度を低減して、図２に示す散乱光２０２ように光音響整合材１０３の表面から出射されるため、術者と被験者の安全性がより向上する。これについて詳述する。
【００１６】
光音響トモグラフィー装置は、被検体に光を照射するため、一般にレーザを光源として使用する。レーザを用いた装置を取り扱う際の規定としてＪＩＳ  Ｃ６８０２が設けられている。この中で、レーザ光が眼や皮膚を照射した時に許容出来る安全なレベルとして、網膜に対するＭＰＥ（最大許容露光量：ｍａｘｉｍｕＭＰＥｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）と皮膚に対するＭＰＥがそれぞれ規定されている。レーザ装置は、このＭＰＥ以下のエネルギ密度で使用する必要がある。
【００１７】
ところが、網膜に対するＭＰＥは皮膚に対するＭＰＥを大きく下回るため、光音響波を取得するために被検体すなわち皮膚に対するＭＰＥ以下で被検体に光を照射させても、光音響整合材から漏れ出す光のエネルギ密度が網膜に対するＭＰＥを超える可能性がある。しかし、本実施形態の光音響整合材においては、光散乱体１０６によって光はそのエネルギ密度を十分低減されるため、つまり光音響整合材自体で、光のエネルギー密度を低減できるため、光音響トモグラフィー装置自体に特段の工夫を施すことなく、術者と被験者の安全性をより向上させることが出来る。
【００１８】
また、更には、本実施形態の光音響整合材は、水と増粘剤と光散乱部材とのうち、水を主成分として有している。これによって、被検体、特に人体に対して直に接触させても、触感や臭い等で、違和感なく使用することが出来る。
【００１９】
以下更に、音響整合材１０３について説明する。光音響整合材１０３の増粘剤としては、カルボキシビニルポリマー、カルボキシルメチルセルロース、アクリル酸メチルエステル共重合体、キサンタンガムなどが使用できる。また、光音響整合材１０３は光散乱部材である光散乱体１０６、増粘剤、水以外にも、保潤剤、防腐剤、ｐｈ調整剤などの組成物を含んでもよい。たとえば、グリセリン、パラヒドロキシ安息香酸エステル、水酸化ナトリウムである。添加する光散乱体１０６の粒子径は照射する波長と同程度以下がよく、平均粒径が１ｎｍ以上且つ３μｍ以下のものがよい。
【００２０】
光散乱体１０６は無機微粒子、および有機微粒子が使用できる。
【００２１】
無機微粒子としては、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、チタニア、ジルコニア、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、金、銀その他の無機粒子が挙げられる。
【００２２】
有機微粒子としては、例えば、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エステル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート、セルロース及びこれらの混合物等の公知の有機樹脂微粒子が挙げられる。光音響整合材１０３に添加される光散乱体１０６は無機物、有機物に限らず使用でき、それらを組み合わせてもよい。
【００２３】
また、光音響整合材１０３が照射波長に対して吸収をもつ、もしくは、光音響整合材１０３に光吸収体が添加されている場合には入射した光は散乱しつつ、光強度が減衰して出射される。
【００２４】
光音響整合材１０３に添加される光吸収体としてはメチレンブルー、ＩＣＧなどの顔料、染料が挙げられる。また、光吸収体と光散乱体は同一物質でもよく、カーボンブラック、グラファイト、炭素色素、近赤外を吸収する混合原子価金属錯体などが挙げられる。
【００２５】
光音響整合材１０３を出射する光の散乱の程度は音響整合材１０３を光が伝搬する距離と光散乱係数によって決定される。この光散乱係数は光散乱体の大きさ、屈折率、濃度によって変化する。
【００２６】
光照射部１０４と被検体間の音響整合材１０３の厚み（図２のＡ）を０．５ｍｍ程度とすると、その距離を通過した光が等方散乱する散乱係数は２／ｍｍとなる。また、光照射部１０４周囲に光音響整合材１０３が１０ｍｍ程度の大きさ（図２のＢ）と、１ｍｍ程度の厚み（図２のＣ）をもつと、光照射部１０４から入射し、光音響整合材１０３から出射される光は１ｍｍから１０ｍｍ程度の距離を透過する。この１０ｍｍを透過する光を等方散乱させる散乱係数は０．１／ｍｍである。また、１ｍｍを透過する光を等方散乱させる散乱係数は１／ｍｍである。一般的に光音響整合材１０３から被検体１０２に向かう方向に出射する光（図２Ａの距離を通る光）は直進光であることが好ましく、被検体１０２に向かう方向以外に出射する光（具体的には図２Ｂおよび図２Ｃの距離を通る光）は十分に等方散乱されることが好ましい。このため、散乱係数は好ましくは０．１／ｍｍ以上且つ２．０／ｍｍ以下が好ましく、１．０／ｍｍ以上且つ２．０／ｍｍ以下がより好ましい。
【００２７】
光音響整合材１０３が吸収係数を持つ場合、光音響整合材１０３からの出射光は、光音響整合材１０３内を移動する距離と吸収係数の大きさに関係して減衰する。この光音響整合材１０３内を移動する距離は散乱係数が大きいほど増加する。光音響整合材１０３からの光の減衰は、光散乱係数と光吸収係数によって算出される減衰係数の値によって表わされる（式１）。
【００２８】
【数１】
2013056100.tif 000003
【００２９】
ここで、μｅｆｆは減衰係数、μａは吸収係数、μｓ’は散乱係数である。
【００３０】
ここで、光音響整合材１０３から被検体１０２方向に出射する光はあまり減衰しないことが好ましく、一方被検体１０２に向かう方向以外に出射する光は、網膜に対するＭＰＥ（最大許容露光量：ｍａｘｉｍｕＭＰＥｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）程度にまで強く減衰することがより好ましい。これは、網膜に対するＭＰＥと皮膚に対するＭＰＥの差は数〜数十万倍にもなるからである。
【００３１】
光音響トモグラフィー装置では被検体１０２からの大きな信号を得ることが望ましいため皮膚のＭＰＥを基準として被検体１０２に光を照射する。しかし、光音響整合材１０３から出射した光は術者及び被験者の網膜に対するＭＰＥ程度に弱められて出射することが望ましい。
【００３２】
波長７９７ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ、発光周波数１０Ｈｚの光源を用いる場合、皮膚のＭＰＥは３１３（Ｊ／ｍ２）となる。しかし、網膜に対するＭＰＥは一意的に決まらない。その原因は網膜に対するＭＰＥは拡散光源の範囲と験者までの距離によって変化するためである。網膜に対するＭＰＥは拡散光源が小さく、術者および被験者が拡散光源から離れている場合に高くなる。
【００３３】
例えば、光音響トモグラフィー装置を使用する際に、術者及び被験者が拡散光源から１ｍ程度はなれ、幅５ｍｍの拡散光源を６０度の方向から観察した場合、ＭＰＥは０．１４（Ｊ／ｍ２）となり、幅１０ｍｍの拡散光源を４５度の方向から観猿した場合にはＭＰＥは０．３９（Ｊ／ｍ２）となる。また、被験者が近づくおよび拡散光源の大きさが大きくなった時でもＭＰＥの上限値２．８（Ｊ／ｍ２）が設定されている。このように一般的に使用される状況下での光音響トモグラフィー装置の網膜に対するＭＰＥは０．１４（Ｊ／ｍ２）から２．８（Ｊ／ｍ２）となる。このように、網膜に対するＭＰＥは、拡散光源の大きさ、拡散光源と験者間の距離等の光音響トモグラフィー装置の使用状況によって、より詳しく設定することができる。この網膜に対するＭＰＥによって光音響整合材１０３の減衰係数の好ましい範囲０．４７／ｍｍ）から０．７７（／ｍｍ）、吸収係数の好ましい範囲０．０３６（／ｍｍ）から０．４０（／ｍｍ）が決定される。
【００３４】
この光音響整合材１０３の散乱係数、吸収係数および減衰係数は、光音響装置の使用する波長、験者に対する拡散光源（光音響整合材１０３の表面範囲）の大きさ、距離の予想値により、適時好適な範囲が設定されることが望ましい。
【００３５】
以下に実施例を記述するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、材料、組成、反応条件等、同様な機能、効果を有する光音響整合材１０３が得られる範囲で自由に変えることができる。
【００３６】
実施例１
本実施例における光音響整合材及びこれを使用した光音響トモグラフィー装置を図１に示す。光音響トモグラフィー装置は、光照射部１０４と被検体１０２の間に光音響整合材１０３が用いられている。
【００３７】
本実施例では光源として、波長７９７ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ、発光周波数１０Ｈｚのレーザパルス光源を用いた。光音響整合材１０３の母材としては、超音波ジェル（ＧＥ横川メディカル社，ＬＯＧＩＣＬＥＡＮ）を用いた。この超音波ジェルは、水と増粘剤とを有しており、主成分は水である。故に無臭であり、べた付きを感じることもなく、被検体に直に接触させて使用しても、違和感を持つことはない。この超音波ジェルに光散乱部材である光散乱体１０６として粒子径０．２１μｍの酸化チタンを０．３ｗｔ％で添加し、分散させた。その結果、散乱係数は１．０（／ｍｍ）、吸収係数は０．００８１（／ｍｍ）で、減衰係数は０．１６（ｍ−１）となった。また、光散乱部材である光散乱体１０６を添加した後も、臭いや触感に大きな変化はなかった。
【００３８】
被検体表面の拡散光源（光音響整合材）を１ｍはなれた場所で４５度の角度から術者及び被験者が観察している場合を想定した。拡散光源は光照射部１０４と被検体間（図２のＡ）から漏れ出す光を想定し、大きさは０．５ｍｍとした。また光音響整合材１０３は１０ｍｍの大きさを持ち（図２のＢ）、光照射部の周囲で１０ｍｍ程度の厚みに塗布した（図２のＣ）。
【００３９】
光散乱体１０６が含まれていない光音響整合材１０３を使用した場合と、本実施例の光音響整合材１０３を使用した場合とを比較検討した。
【００４０】
各場合の吸収係数と減衰係数、光の出射面積も考慮すると、実施例１の光音響整合材１０３を用いると、光拡散体１０６が含まれない光音響整合材に比べて、光のエネルギ密度は約０．００７倍となった。そのため、実施例１の光音響整合材１０３を用いることで、照射光のエネルギ照射は３１３（Ｊ／ｍ２）から２．３（Ｊ／ｍ２）になり、より術者および被験者に対して安全性を向上させることができた。
【００４１】
実施例２
実施例１では水を主成分とし、更に増粘剤を含んだ超音波ジェルに、光散乱体１０６である酸化チタンを添加した光音響整合材１０３について説明した。本実施例では光音響整合材１０３に光散乱体１０６だけではなく光吸収部材である光吸収体を添加した音響整合材１０３について説明する。本実施例における光音響整合材１０３及びこれを用いた光音響トモグラフィー装置を図２に示す。本実施例においては、光音響整合材１０３に光散乱体１０６であり、且つ光吸収部材である吸収体でもあるカーボンブラックを０．０１ｗｔ％添加した。その結果、散乱係数は１．０（／ｍｍ）、吸収係数は０．１３３（／ｍｍ）、減衰係数は０．６７（／ｍｍ）となった。実施例１と比べて、吸収体を添加することによって、光音響整合材１０３から出射する光エネルギ密度の減少を行うことができた。
【００４２】
光音響整合材１０３の減衰係数は、実施例１の場合０．１６（／ｍｍ）、実施例２の場合、減衰係数は０．１３３（／ｍｍ）となる。そのため、本実施例の光音響整合材１０３から照射される光のエネルギ密度は、実施例１に比べて０．００６倍となる。そのため、網膜に対するＭＰＥは０．３９（Ｊ／ｍ２）であるのに対し、本実施例の光音響整合材１０３から照射される光エネルギ密度は最大０．０１３（Ｊ／ｍ２）となり、術者および被験者に対して安全性を向上できた。
【００４３】
尚、本実施例においては、光拡散機能と光吸収機能の両方を備えるカーボンブラックを用いることで、光拡散部材と光吸収部材を同一の部材で実現したが、これに限らず、光拡散部材と光吸収部材とを別々の部材で構成しても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  探触子
１０２  被検体
１０３  音響整合材
１０４  光照射部
１０６  光散乱体
【図１】
2013056100.tif 000004
【図２】
2013056100.tif 000005