(57)【要約】【課題】プレート状の部材で被検体を挟持して光音響測定を行う際に、プレートに接触していない被検体の部位から発生する音響波の影響を低減する。【解決手段】光を照射された被検体から伝播する音響波を受信する音響検出手段と、音響波に基づいて被検体内の特性情報を生成する信号処理手段と、被検体を挟持する挟持手段と、被検体のうち挟持手段に接していない部分に接触する接触部分を備え、接触部分と接している被検体の部分を所定の形状に規定する形状規定手段を有する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2013172896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射された被検体から伝播する音響波を受信する音響検出手段と、
前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を生成する信号処理手段と、
前記被検体を挟持する挟持手段と、
前記被検体のうち前記挟持手段に接していない部分に接触する接触部分を備え、前記接触部分と接している前記被検体の部分を所定の形状に規定する形状規定手段と、
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】
前記音響検出手段は受信面にトランスデューサを有しており、当該トランスデューサは前記受信面に垂直な方向である主軸方向を中心とした所定の指向角の範囲で有効に音響波を受信するものであり、
前記接触部分は平面形状を含んでおり、
前記主軸方向に対して、前記接触部分の平面形状の部分での垂線がなす角度が、前記主軸方向に対する前記指向角よりも大きい
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】
前記信号処理手段は、前記音響検出手段が受信した音響波から変換された受信信号に基づいて前記特性情報を生成するものであり、当該受信信号から、前記接触部分で発生した成分を低減する
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】
前記信号処理手段は、前記接触部分から前記音響検出手段までの距離に基づいて、前記接触部分で発生した音響波が前記音響検出手段に到達する時間を算出することにより、前記受信信号から低減する成分を求める
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記信号処理手段は、前記接触部分の形状と位置、および、前記音響検出手段の位置に基づいて、音響波の伝播を計算することにより、前記受信信号から低減する成分を求めることを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記接触部分の弾性率は、前記被検体の弾性率よりも大きい
ことを特徴とする請求項１ないし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】
前記形状規定手段は、前記挟持手段により挟持された前記被検体の厚さに応じて付け替えられる
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項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】
近赤外光を用いた生体内イメージング技術の一つとして、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴでは、光源から発生したパルス光を生体等の被検体に照射することにより、被検体内で伝播・拡散した光が光吸収体で吸収されて音響波が発生する。この音響波発生の機序は光音響効果と呼ばれている。腫瘍は、その周辺組織に対して近赤外光の光エネルギーの吸収率が高いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張し音響波を発生する。光音響イメージング装置は、この音響波を音響波検出素子で受信して電気信号（受信信号）に変換する。この受信信号を信号処理することにより、被検体内で発生した音響波の空間初期音圧分布等の情報を算出して画像化できる。発生した音圧の分布は、光の吸収係数に関係したものであるため、この光の吸収係数に関係した分布を用いて被検体を診断することが研究されている。
【０００３】
プレート状の部材を複数用いて被検体を挟持する機構を持つ光音響イメージング装置（プレート挟持型光音響イメージング装置）がある。挟持することにより、被検体の厚さを薄くできるので、被検体の内部まで光を到達させることができる。このため、プレート挟持型光音響イメージング装置は、被検体深部を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７８６３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プレート挟持型光音響イメージング装置では、被検体の一部がプレートに接触していない。このような、プレートに接触していない被検体の一部は、被検体を挟持するプレートの面を上下面あるいは左右面として見たときに、側面に位置すると言える。そこで本明細書では、かかるプレートに接触しない部位のことを、被検体側面部分と呼ぶ場合がある。
【０００６】
被検体側面部分に光が照射されると、被検体側面部分と空気との界面において光音響効果による音響波が発生する。本明細書では、このような被検体側面部分の界面で生じる音響波を側面界面音響波と呼ぶ。
側面界面音響波が音響波検出素子で検出されると、信号処理により求めた被検体内の画像に、側面界面音響波がアーティファクトとして現れる。
【０００７】
側面界面音響波と同様に、被検体とプレートの界面においても音響波が発生する。本明細書では、これをプレート界面音響波と呼ぶ。プレート界面音響波はアーティファクトの原因となる。しかしながら、プレートの形状と、プレートと音響波検出素子の位置関係とがわかっているので受信信号中のプレート界面音響波の検出時間を特定することができる。このため、受信信号からプレート界面音響波の成分を削除したり、プレート界面音響波の成分を抽出して受信信号から差し引いたりすることができる。その結果、プレート界面音響波による被検体画像中のアーティファクトは低減することができる。
【０００８】
側面界面音響波は、被検体側面部分の形状に依存した波面形状を持つ。被検体側面部分
の形状は、プレート等により保持されていないために振動や体動により変化し、不定である。よって、側面界面音響波の波面形状も不定であるため、受信信号中の側面界面音響波の検出時間を特定するのは困難である。このため、プレート界面音響波とは異なり、側面界面音響波を信号処理により除去することが難しい。
プレート挟持光音響イメージング装置は、側面界面音響波によりアーティファクトが生じるという課題を持つ。
【０００９】
特許文献１において、２つの平板により被検体を挟持する機構をもつ超音波画像形成装置が公開されている。特許文献１に記載の装置は、フレキシブルな材料からなる容器によって、平板に接していない被検体の面、すなわち被検体側面部分を取り囲んでいる。この容器は、フレキシブルな材料を用いているため、被検体側面部分の形状を規定することは難しく、不定の形状をとる。このため、プレート挟持光音響イメージング装置において側面界面音響波が生じ、画像中にアーティファクトを引き起こすという課題を解決することは難しい。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、プレート状の部材で被検体を挟持して光音響測定を行う際に、プレートに接触していない被検体の部位から発生する音響波の影響を低減することを目的とする。
【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、光を照射された被検体から伝播する音響波を受信する音響検出手段と、前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を生成する信号処理手段と、前記被検体を挟持する挟持手段と、前記被検体のうち前記挟持手段に接していない部分に接触する接触部分を備え、前記接触部分と接している前記被検体の部分を所定の形状に規定する形状規定手段と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プレート状の部材で被検体を挟持して光音響測定を行う際に、プレートに接触していない被検体の部位から発生する音響波の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図。
【図２】規定部材の大きさを示す図。
【図３】規定部材の構成の一例を示す図。
【図４】被検体側面部分の一部の構成を示す図。
【図５】規定部材が無い場合の被検体の様子を示す図。
【図６】規定部材が有る場合の被検体の様子を示す図。
【図７】トランスデューサの感度の角度分布を示すグラフ。
【図８】第一の実施形態における測定のフローを示す図。
【図９】複数の接触面を持つ規定部材の構成を示す図。
【図１０】第二の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図。
【図１１】第二の実施形態における規定部材周辺の構成を示す図。
【図１２】受信信号演算部の信号処理の一部を示す図。
【図１３】第二の実施形態における測定のフローを示す図。
【図１４】第三の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図。
【図１５】第三の実施形態における規定部材周辺の構成を示す図。
【図１６】第三の実施形態における測定のフローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
ここで説明する被検体情報取得装置は、悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などの目的で用いられる。被検体情報取得装置は、被検体の特性情報である被検体情報を取得する。被検体情報には、生体内の光学特性値分布および、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布、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などが含まれる。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。そして、被検体情報に基づき、被検体内部の画像化、すなわち画像再構成を可能とする。すなわち、本発明の被検体情報取得装置は、好ましくは光音響イメージング装置として機能する。
【００１６】
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。音響波検出器（例えば探触子）は、被検体内で発生した音響波を受信する。
【００１７】
＜第一の実施形態＞
本実施形態では、被検体のうちプレートに接触していない部分である被検体側面部分に対する形状規定手段を備える、プレート挟持型光音響イメージング装置の一例を説明する。本実施形態の形状規定手段は平面形状であり、被検体との接触面の垂線と、音響検出手段の感度主軸方向の成す角度が音響検出手段の有効感度角度よりも大きい。
【００１８】
（装置構成）
図１は、本発明の第一の実施形態である光音響イメージング装置の概要を示す図である。以下、被検体の画像情報を取得する構成を説明する。
【００１９】
光音響イメージング装置は、挟持手段である可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５により、被検体１０９を保持する。形状規定手段である規定部材１０６を、可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５との間に挟持された被検体１０９の被検体側面部分１１０に押し当てることで、被検体側面部分１１０を所定の形状に規定する。形状規定手段である規定部材１０７を、可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５との間に挟持された被検体１０９の被検体側面部分１１１に押し当てることで、被検体側面部分１１１を所定の形状に規定する。
【００２０】
光源から光を発生させ、照射手段である照射部１０１を介して被検体１０９に光を照射する。被検体１０９内の光吸収体（腫瘍等の検出対象）は光エネルギーを吸収して音響波を発生させる。発生した音響波は被検体内を伝播し、固定保持プレート１０５を介して、音響検出手段である超音波探触子１０２に到達する。超音波探触子１０２は音響波を受信して電気信号である受信信号に変換し、信号処理手段である演算部１０３に出力する。演算部１０３は、入力された受信信号を用いて光音響画像データを生成（画像再構成）する。
【００２１】
本発明の光源は、コヒーレント、または、インコヒーレントのパルス光源を少なくとも一つは備える。光音響効果を発生させるため、パルス幅は数１００ナノ秒以下が好ましく、５ナノから５０ナノ秒がより好ましい。また、乳がん等を測定する場合は、生体を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を発生する。光源としては大きな出力が得られるレーザが好ましいが、レーザのかわりに発光ダイ
オードなどを用いることも可能である。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザー、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用することができる。
【００２２】
照射手段である照射部１０１は、光源の光を光音響測定に適した方法で被検体１０９に照射する。例えば、被検体１０９を含む測定領域全体（例えば可動保持プレート１０４全体）を一度に照射してもよい。また、音響波の音圧は光の強度に比例するので、受信信号のＳＮ比を高くするために照射部１０１によって小さい領域に光を集中させてもよい。この時、測定領域全体を光で照射するために、照射部１０１は移動できることが望ましい。また、受信信号のＳＮ比を高くするために、被検体の一部の面からだけでなく、複数の面から光を照射してもよい。例えば、音響検出手段である超音波探触子１０２のある側にも、照射部１０１を設けてもよい。照射部１０１は、ミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、又は、光を分散・屈折・反射するプリズムや、光ファイバーを含む。上記以外にも、光源から発せられた光を被検体に所望の方法（照射方向、形状等）で照射することができれば、どのような光学部品を用いてもよい。
【００２３】
音響検出手段である超音波探触子１０２は、被検体１０９に光が照射されることで発生した音響波を、電気信号である受信信号に変換する。圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなど、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超音波探触子を用いてもよい。超音波探触子１０２は、測定領域全体（例えば固定保持プレート１０５に可動保持プレート１０４を投影した領域全体）の任意の位置で音響波を検出できることが好ましい。超音波探触子１０２は、測定領域全体で音響波を検出できるアレイトランスデューサであってもよいし、測定領域の一部において音響波を検出できるアレイトランスデューサまたは単一のトランスデューサであってもよい。後者の場合は、測定領域全体で音響波を測定するために超音波探触子１０２が移動できることが好ましい。超音波探触子１０２が出力した受信信号は、演算部１０３へ入力される。
【００２４】
信号処理手段である演算部１０３は、コンピュータに実装されるプログラムであってもよいし、電子回路であってもよい。演算部１０３は、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法などを用いて光音響画像データを生成（画像再構成）する。本発明における光音響画像データは、２次元または３次元を問わず、被検体内部の特性情報（生体内の初期音圧分布や光吸収係数分布や酸素飽和度等の生体情報）を画像化するために必要となるデータのことを指す。光音響画像データは、２次元の場合はピクセルデータを複数並べたものとして構成され、３次元の場合はボクセルデータを複数並べたものとして構成される。
【００２５】
挟持手段である可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５は、被検体を保持することで測定に適した状態にする。図１に示すように被検体１０９を両側から挟むようにすると、被検体１０９は測定中での位置が固定されるので、体動等による位置ずれを低減することができる。また、被検体１０９を圧迫することにより、被検体１０９の内部まで光を効率良く到達させることができるので、被検体１０９の内部を測定することができる。
【００２６】
照射部１０１の側にある可動保持プレート１０４には、光の透過率が高い部材を用いることが好ましい。超音波探触子１０２の側にある固定保持プレート１０５には、被検体１０９と、超音波探触子１０２との音響整合性が高い部材を用いることが好ましい。音響整合性を高めることを目的として、固定保持プレート１０５と被検体１０９との間や、固定保持プレート１０５と超音波探触子１０２との間にジェル等の音響整合材を介在させてもよい。また、固定保持プレート１０５の側にも照射手段をおく場合は、固定保持プレート１０５は光透過率の高い部材であることが好ましい。
【００２７】
可動保持プレート１０４は、固定保持プレート１０５に対して可動である。符号１１８は固定保持プレート１０５に固定されたアクチュエータである。符号１１９はねじであり、アクチュエータにより回転する。符号１２０はナットであり、可動保持プレート１０４に固定されている。ねじ１１９とナット１２０を構成する際には、ボールねじを用いることができる。アクチュエータ１１８を駆動してねじ１１９を回転させることにより、可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５の間隔を変えることができる。これにより、被検体１０９の特性（硬さ、大きさ等）に応じて適切な保持厚を選択することができる。保持厚を固定するために、アクチュエータ１１８にはブレーキ特性を持つステッピングモータを用いることが好ましい。また、ねじ１１９とナット１２０とを固定するブレーキ機構を備えることが好ましい。以上により調節できる保持厚の範囲は、例えば被検体１０９が乳房の場合、０ｍｍから１００ｍｍが好ましい。
【００２８】
符号１０８は、演算部１０３で生成された光音響画像データを表示する表示部である。表示部１０８は、光音響画像データを例えば数値情報や画像情報として測定者に提示する。
【００２９】
（被検体の形状規定方法）
形状規定手段である規定部材１０６と規定部材１０７について説明する。被検体側面部分１１０と被検体側面部分１１１は、被検体１０９において、可動保持プレート１０４および固定保持プレート１０５のいずれにも接していない部分である。１０６ａと１０７ａはそれぞれ、被検体側面部分１１０と被検体側面部分１１１に接触する規定部材１０６と規定部材１０７の接触部であり、平面形状である。規定部材１０６と１０７はそれぞれ、被検体側面部分を接触部１０６ａと１０７ａの平面形状に規定する。説明を容易にするため、本実施形態では被検体側面部分は紙面と垂直な平面に規定されている。ただし被検体と接触してその形状を規定する規定部材の面は、必ずしも平面形状とは限らない。
【００３０】
規定部材１０６と規定部材１０７は、被検体側面部分１１０と１１１の形状を規定するために、被検体１０９より弾性率が大きい材料からなる。接触面１０６ａと接触面１０７ｂの形状が既定の形状から変化しないためには、縦弾性率が大きい必要があるので、縦弾性率について考える。被検体１０９が乳房である場合を考える。乳房の縦弾性率を磁気共鳴弾性測定により測定した文献によれば、乳房の縦弾性率は１００ｋＰａ以下である。規定部材１０６と規定部材１０７には、この乳房の縦弾性率より十分大きい材料を用いる。また、音響波の不要な反射を抑制する等の目的で、被検体１０９との音響整合性が高い部材であることが好ましい。例えば、１ＧＰａ以上の縦弾性率を有し、被検体の一つである乳房との音響整合性が高い、ポリメチルペンテンが好適である。
【００３１】
規定部材１０６と規定部材１０７は、可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５により決まる保持厚の変化に対応できるようにすることが好ましい。例えば、図２に示すように、図２中に示した幅が異なる複数の大きさを用意するとよい。図２（ａ）のように保持厚が大きい場合は２０１ａと２０２ａのような大きい規定部材を、図２（ｃ）のように保持厚が小さい場合は２０１ｂと２０２ｂのような小さい規定部材を用いることができる。さらに図２（ｃ）のように、最適な保持厚に近い大きさの規定部材１０６と１０７を選択することで、最適な保持厚に近い状態で測定を行うことができる。図２は簡単のために３種類の幅を示したものであり、実際には幅の異なるより多くの種類を用意することが好ましい。例えば、前記した保持厚の範囲０〜１００ｍｍを５ｍｍ間隔で刻んだ２０種類を用意することが望ましい。
【００３２】
規定部材１０６により被検体側面部分の形状を規定する方法を説明する。コネクタ１２１を用いて、ねじ１１４に規定部材１０６を取り付けることができる。異なる大きさの規
定部材１０６をねじ１１４に着脱することにより、被検体の保持厚に応じて、規定部材１０６を付け替えることができる。ねじ１１４はナット１１６に通っている。ねじ１１４とナット１１６の構成には、ボールねじを用いることができる。１１２はアクチュエータであり、固定保持プレート１０５に固定され、また、ナット１１６を回転させることができる。規定部材１０６の一つの面を固定保持プレート１０５に沿わせてアクチュエータ１１２を駆動することで、規定部材１０６を被検体１０９に押し当てることができる。その結果、規定部材１０６の形状に合わせて被検体１０９が変形して、被検体側面部分１１０の形状を規定できる。
【００３３】
規定部材１０７についても、アクチュエータ１１３、ねじ１１５、ナット１１７、コネクタ１２２の構成により、規定部材１０６の場合と同じ方法で被検体側面部分１１１の形状を規定できる。規定部材１０６と規定部材１０７を固定するために、アクチュエータ１１２とアクチュエータ１１３にはブレーキ特性を持つステッピングモータを用いることが好ましい。また、ねじ１１４とナット１１６とを固定するブレーキ機構と、ねじ１１５とナット１１７とを固定するブレーキ機構を備えることが好ましい。
【００３４】
また、図３にあるように、規定部材１０６と規定部材１０７の他に、規定手段として規定部材３０１を用いてもよい。図３は、図１の固定保持プレート１０５の面に垂直な軸方向から図１を斜め俯瞰した時の、規定部材１０６、規定部材１０７、規定部材３０１のみを示した図である。規定部材３０１により、図４に示した被検体側面部分の一部である４０１の形状を規定することができる。規定部材３０１は、規定部材１０６と規定部材１０７の間隔に応じて複数の大きさを準備しておくとよい。
【００３５】
図１の規定部材１０６周辺において規定部材１０６が無い場合を示した図５と、図１における規定部材１０６の周辺を示した図６とを用いて、規定部材１０６と規定部材１０７の詳細を説明する。図５、図６において、同じ構成要素については同じ符号を用いている。
【００３６】
図５の符号を説明する。符号５０１は、照射部１０１により被検体側面部分１１０に光が照射されることで発生する側面界面音響波である。符号５０２は、被検体側面部分１１０を構成する面の一つである接平面である。説明を容易にするため紙面に垂直な接平面を示している。符号５０３は、接平面５０２の垂線である。符号５０４は、超音波探触子１０２を構成するトランスデューサの感度主軸方向である。感度主軸方向は通常、トランスデューサ振動面（音響波の受信面）の垂直方向である。符号５０５は、超音波探触子１０２を構成するトランスデューサが有効な感度を有する、前記感度主軸方向に対する角度、すなわち指向角である。一般に、指向角５０５は感度が感度主軸方向の半分となる角度である。あるいは、感度主軸方向を中心に任意の所定の角度を指向角として決定できる。従ってトランスデューサは、感度主軸方向を中心として指向角の範囲から到来する音響波を有効に受信できる。符号５０６は、垂線５０３と感度主軸方向５０４の成す角度である。
【００３７】
図７は、一辺が１ｍｍのトランスデューサに２ＭＨｚの超音波が入射した場合の、感度の角度分布を示したグラフである。横軸はトランスデューサ振動面（音響波の受信面）の垂直方向（感度主軸方向）からの角度（単位は度）、縦軸は感度主軸方向の感度を１とした場合の規格化感度である。規格化感度が０．５となる角度は図７より約１３度なので、この場合は、指向角５０５は１３度となる。
【００３８】
図６の符号を説明する。符号６０２は、規定部材１０６の接触面１０６ａの垂線である。被検体側面部分１１０は接触面１０６ａと同じ平面に規定されているため、垂線６０２は被検体側面部分１１０の垂線でもある。符号６０１は、被検体側面部分１１０から発生する側面界面音響波である。符号６０３は、垂線６０２と感度主軸方向５０４の成す角度
である。規定部材１０６は、角度６０３が指向角５０５より大きい角度となる接触面１０６ａを持つ。
【００３９】
規定部材１０６が無い場合、図５のように、被検体側面部分１１０の形状が規定されていないため、角度５０６が指向角５０５以下であるような接平面５０２が存在する。このような接平面から生じた側面界面音響波５０１は、被検体１０９や固定保持プレート１０５を伝播後、超音波探触子１０２の指向角内で検出されるので、受信信号は側面界面音響波５０１の成分を強く含む。このため、演算部３０１で生成される光音響画像データには、界面音響波５０１によるアーティファクトが現れる。
【００４０】
規定部材１０６が有る場合、図６のように、接触面１０６ａによって被検体側面部分１１０の形状は、その垂線６０２に関する角度６０３が指向角５０５より大きい角度となる平面形状に規定される。このような面から生じた側面界面音響波６０１は、超音波探触子１０２から見ると指向角５０５より大きい角度から入射する。このため、受信信号に含まれる側面界面音響波６０１の成分は微弱となるので、演算部３０１で生成される光音響画像データのアーティファクトを低減することができる。
【００４１】
規定部材１０７についても、接触面１０６ａの垂線６０２に関する角度特性を接触面１０７ａに持たせることにより、上記した規定部材１０６に関する説明と同じ原理で光音響画像データのアーティファクトを低減することができる。
【００４２】
本実施形態における測定のフローを図８に示す。図８の各ステップの詳細を説明する。
ステップＳ８０１では、測定を開始する。
ステップＳ８０２、すなわち挟持ステップでは、可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５により被検体１０９を保持する。可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５の間に被検体１０９を配置し、アクチュエータ１１８を駆動して可動保持プレート１０４を固定保持プレート１０５側へ動かして被検体１０９を圧迫保持する。このとき、被検体１０９の内部まで光を到達させるためにできるだけ保持厚を小さくすることが好ましい。
【００４３】
ステップＳ８０３では、ステップＳ８０２での保持厚に対応した規定部材１０６と規定部材１０７をそれぞれ、コネクタ１２１とコネクタ１２２を介してねじ１１４とねじ１１５に取り付ける。ステップＳ８０２において被検体１０９の保持厚は可能な最小の値となっているため、規定部材１０６と規定部材１０７は、保持厚以上で、かつ、保持厚に最も近い幅（図２）を持つものを選択する。
【００４４】
ステップＳ８０４、すなわち形状規定ステップでは、可動保持プレート１０４と固定保持プレート１０５の間に規定部材１０６と規定部材１０７とを挿入して被検体側面部分１１０と被検体側面部分１１１に押し当て、被検体の形状を規定する。まず、アクチュエータ１１８を駆動してステップＳ８０２での保持厚を、ステップＳ８０３で選択した規定部材１０６と規定部材１０７の幅に変更する。次に、アクチュエータ１１２とアクチュエータ１１３を駆動して規定部材１０６と規定部材１０７を被検体側面部分に押し当てる。
【００４５】
ステップＳ８０５、すなわち照射ステップでは、照射部１０１から被検体１０９に光を照射する。
ステップＳ８０６、すなわち音響波検出ステップでは、ステップＳ８０５の光照射により被験体内で発生し伝播した音響波を、超音波探触子１０２で検出して受信信号を得る。
【００４６】
ステップＳ８０７、すなわち信号処理ステップでは、ステップＳ８０６で得た受信信号を用いて、演算部１０３で光音響画像データを生成する。
ステップＳ８０８では、ステップＳ８０７で得た光音響画像データを、数値情報や画像情報として表示部１０８に表示する。
ステップＳ８０９では、測定を終了する。
【００４７】
第一の実施形態では、被検体接触面の垂線と音響検出手段の感度主軸方向の成す角度が音響検出手段の有効感度角度よりも大きい平面形状である形状規定手段を設けることで、側面界面音響波のアーティファクトを低減できる。
【００４８】
＜変形例＞
第一の実施形態において、接触面１０６ａの形状は１つの平面であったが、これは１つの平面に限定するものではない。規定部材１０６に関する説明からわかるように、角度６０３が指向角５０５より大きければよいので、形状規定手段は図９に示した規定部材９０１のような形状でもよい。すなわち、被検体との接触面が、接触面１０６ａ１と接触面１０６ａ２から構成される。接触面１０６ａ２では、被検体１０９内を伝播した光によって側面界面音響波が発生する。符号７０３は、感度主軸方向５０４と同じ方向である。符号７０４は、接触部１０６ａ２の垂線である。符号７０５は、垂線７０４と感度主軸方向７０３の成す角度である。規定部材１０６は角度６０３と角度７０５がともに指向角５０５より大きくなるように被検体側面部分１１０の形状を規定するので、第一の実施形態における説明と同様にして光音響画像データのアーティファクトを低減できる。
【００４９】
＜第二の実施形態＞
本実施形態では、被検体側面部分を平面形状に規定する形状規定手段と、形状規定手段と被検体側面部分との接触部分と、音響検出手段とを結ぶ音線の長さを形状情報として用いる信号処理手段とを有するプレート挟持光音響イメージング装置を説明する。
【００５０】
（装置構成）
図１０は、本発明の第二の実施形態である光音響イメージング装置の概要を示す図である。第二の実施形態において、形状規定手段に対応する構成要素の特性の一部と、信号処理手段に対応する構成要素以外の構成要素は、第一の実施形態と同じである。そのため、同一の用語に関しては、説明を省略する。
【００５１】
形状規定手段である規定部材１０６と規定部材１０７は、一部を除いて第一の実施形態と共通の特性を有する。以下では、第一の実施形態と異なる特性についてのみ説明する。図１０と、図１０の規定部材１０６周辺を示した図１１を用いて説明する。
【００５２】
規定部材１０６は、被検体側面部分１１０との接触部分である接触面１００５を有する。接触面１００５は平面形状であるので、接触面１００５が押し当てられた被検体側面部分１１０は平面形状に規定される。接触面１００５は、超音波探触子１０２の検出面と、１１１４で示される角度を成す。第一の実施形態における接触面１０６ａは、角度６０３が指向角５０５より大きい角度となる必要があったが、第二の実施形態における接触面１００５は、角度１１１４が既知であればよい。
【００５３】
光照射部１０１から平面形状の被検体側面部分１１０に光が照射されると、波面が略平面である波、すなわち略平面波である側面界面音響波１１０１が発生する。側面界面音響波１１０１は被検体側面部分１１０と略垂直な方向に伝播し、超音波探触子１０２で検出される。トランスデューサ１１０２とトランスデューサ１１０３はそれぞれ、超音波探触子１０２を構成するアレイトランスデューサの１つの素子である。１１０４は、トランスデューサ１１０２に入射する側面界面音響波１１０１の音線の長さである。距離１１０５は、トランスデューサ１１０３に関する音線の長さである。
【００５４】
信号処理手段である演算部１００１について説明する。演算部１００１は、形状情報演算部１００２と、受信信号演算部１００３と、画像再構成部１００４と、からなる。
【００５５】
形状情報演算部１００２は、形状情報である、超音波探触子１０２を構成するアレイトランスデューサの素子と接触面１００５とを結ぶ音線の長さを算出する。
【００５６】
（音線の算出）
形状情報演算部１００２が音線の長さを算出する方法を、トランスデューサ１１０３の場合を用いて説明する。座標系は、図１１に示された、固定保持プレート１０５の右端を原点とするｘ座標を用いる。
【００５７】
図１１において、アクチュエータｘ座標１１０６は、装置諸元値として既知である。符号１１０７は、接触面１００５が固定保持プレートに接する位置とアクチュエータｘ座標１１０６との距離、すなわち送り出し量である。アクチュエータ１１２にはねじ１１４の回転量を測るエンコーダ１００７が取り付けられており、送り出し量１１０７を測定することができる。測定した送り出し量１１０７は、形状情報演算部へ入力される。符号１１１４は、固定保持プレート１０５と接触面１００５とのなす角度である。符号１１０８は、接触面１００５が固定保持プレートに接する位置と接触面１００５の延長面が固定保持プレート１０５の超音波探触子１０２側の面と接触する位置Ａとのｘ軸上での距離である。図より明らかなように、符号１１０８は装置諸元値である固定保持プレート１０５の厚さに角度１１１４の正接をかけることで計算できる。Ａのｘ座標である１１０９は、アクチュエータｘ座標１１０６と送り出し量１１０７の和から、計算により求められた１１０８を引くことで計算できる。
【００５８】
次に、トランスデューサ１１０３の位置Ｂのｘ座標を求める。Ｂのｘ座標１１１３は、装置諸元値であるアレイトランスデューサの右端のトランスデューサのｘ座標１１１０に、右端のトランスデューサとトランスデューサ１１０３の距離１１１２を加算することで得られる。１１１２は、右端のトランスデューサを０番とする、トランスデューサ１１０３のトランスデューサ番号に、装置諸元値であるトランスデューサのピッチ１１１１をかけることで計算できる。
【００５９】
次に、音線１１０５の長さを算出する。音線１１０５の長さは、線分ＡＢの長さに角度１１１５の余弦をかけて計算できる。線分ＡＢの長さは、Ｂのｘ座標１１１３から、Ａのｘ座標１１０９を引くことで計算できる。角度１１１５は、図１１から明らかなように、π／２から角度１１１４を引いて得ることができる。
【００６０】
以上は、固定保持プレート１０５と被検体１０９の音速が略同一で、それらの界面で音線が屈折しない場合についての説明である。界面で音線が屈折する場合は、音線の一端がＢに一致することと、もう一端において接触面１００５と直交するという条件の下で、音の伝播時間を最小とする音線を求めればよい。このとき、被検体１０９内の音線の長さと、固定保持プレート１０５内の音線の長さをそれぞれ求めておく。
【００６１】
以上のようにして、形状情報演算部１００２は、超音波探触子１０２を構成するアレイトランスデューサの素子一つ一つの音線の長さを計算する。
【００６２】
（側面界面音響波成分の低減）
受信信号演算部１００３は、形状情報演算部１００２で得た音線の長さを用いて、超音波探触子１０２の受信信号に含まれる側面界面音響波１１０１の成分を低減する処理を行う。以下、２つのトランスデューサ１１０２と１１０３を例にとり、処理の詳細を説明する。図１２は、受信信号演算部１００３の信号処理の一部を示した図である。図１２の左
上図と左下図はそれぞれ、トランスデューサ１１０２と１１０３の受信信号の模式図である。
【００６３】
受信信号演算部１００３は、形状情報演算部１００２で計算した音線の長さを用いて、トランスデューサ１００２とトランスデューサ１００３それぞれの、側面界面音響波１００１の検出時間を計算する。検出時間は、それぞれの音線の長さを被検体１０９の音速で割ることで得られる。
なお、被検体１０９と固定保持プレート１０５の音速が略同一でない場合もあり得る。この場合は、被検体１０９内の音線の長さを被検体１０９の音速で割った時間と、固定保持プレート１０５内の音線の長さを固定保持プレート１０５の音速で割った時間とを足すことで、検出時間を算出できる。
【００６４】
次に、図１２に示すように、トランスデューサ１１０２とトランスデューサ１１０３それぞれの受信信号を、それぞれの検出時間分だけオフセットさせる。これにより、図１２の中上図と中下図に示すように、トランスデューサ１１０２とトランスデューサ１１０３の側面界面音響波１１０１の成分が、互いに同じ時間に位置するようになる。
【００６５】
検出時間分だけオフセットした２つの信号を同時刻で加算することで、側面界面音響波１１０１の成分のみが抽出され、抽出信号が得られる。これは、略平面波である側面界面音響波１１０１の成分のみが加算され、その他の略平面波ではない信号、例えばノイズや被検体内部の吸収体から生じる音響波は加算されないことによるものである。抽出信号の様子を図１２の右図に示す。
【００６６】
次に、抽出信号を、検出時間分遅延させ、さらに、その振幅を各トランスデューサの側面界面音響波１１０１の成分の振幅に一致させて、各トランスデューサの受信信号から同時刻で減算する。これにより、受信信号から側面界面音響波１１０１の成分のみが低減された信号が得られる。
【００６７】
以上は、簡単のためにトランスデューサ１１０２とトランスデューサ１１０３の２つの場合について説明した。実際には、超音波探触子１０２を構成するさらに他のトランスデューサの受信信号を利用することで、前述した側面界面音響波１１０１の成分の抽出効果を高めることができる。
【００６８】
受信信号演算部１００３での上記処理は一例であり、側面界面音響波１１０１の成分を低減する処理であれば何を用いても良い。例えば、側面界面音響波１１０１の成分が持続する時間がわかっているのであれば、前記検出時間から持続時間の間の信号を０とする処理によっても、側面界面音響波１１０１の成分を低減することができる。
【００６９】
画像再構成部１００４は、受信信号演算部１００３からの信号を用いて、光音響画像データを生成する。受信信号演算部１００３からの信号は側面界面音響波１１０１の成分が低減された信号であるので、生成される光音響画像データのアーティファクトが低減される。
【００７０】
規定部材１０７についても、規定部材１０６の接触面１００５に対応する接触面１００６と、エンコーダ１００７に対応するエンコーダ１００８とにより、光音響画像データのアーティファクトを低減することができる。アーティファクト低減の原理は上記した規定部材１０６に関する説明と同じである。
【００７１】
（処理フロー）
本実施形態における測定のフローを図１３に示す。図１３の各ステップの詳細を説明す
る。ステップＳ１３０１からステップＳ１３０６はそれぞれ、第一の実施形態のステップＳ８０１からステップＳ８０６のそれぞれと同一であるので説明を省略する。ステップＳ１３１０は第一の実施形態のステップＳ８０８と、ステップＳ１３１１は第一の実施形態のステップＳ８０９と同一であるので説明を省略する。
【００７２】
信号処理ステップの一つであるステップＳ１３０７では、形状情報演算部１００２において、超音波探触子１０２を構成するアレイトランスデューサの素子一つ一つの音線の長さを計算する。ステップＳ１３０７は、ステップＳ１３０５およびステップＳ１３０６とは独立した処理なので、これらのステップと並行して行うことができる。これにより全体の測定時間の短縮が可能となる。
【００７３】
信号処理ステップの一つであるステップＳ１３０８では、受信信号演算部１００３において、ステップＳ１３０６で得た受信信号に含まれる側面界面音響波１１０１の成分を低減する。その際、形状情報演算部１００２で計算した形状情報である音線の長さが用いられる。
信号処理ステップの１つであるステップＳ１３０９では、画像再構成部１００４において、ステップＳ１３０８で得た側面界面音響波１１０１の成分が低減された信号を用いて光音響画像データを生成する。
【００７４】
第二の実施形態では、被検体側面部分を平面形状に規定する規定手段と、規定部材の接触部分と音響検出手段とを結ぶ音線の長さを形状情報として用いる信号処理手段とを設けることで、側面界面音響波によるアーティファクトを低減することができる。
【００７５】
＜第三の実施形態＞
本実施形態では、被検体側面部分を所定の形状に規定する形状規定手段と、信号処理手段とを有するプレート挟持光音響イメージング装置を説明する。特に信号処理手段は、被検体側面部分と形状規定手段の接触部分の形状と位置、音響検出手段の位置を用いて、接触部分で発生した側面界面音響波の成分を計算するものである。
【００７６】
（装置構成）
図１４は、本発明の第三の実施形態である光音響イメージング装置の概要を示す図である。第三の実施形態において、形状規定手段に対応する構成要素の特性の一部と、信号処理手段に対応する構成要素以外の構成要素は、第二の実施形態と同じである。そのため、同一の用語に関しては、説明を省略する。
【００７７】
形状規定手段である規定部材１４０１と１４０２はそれぞれ、接触部分である接触部１４０３と１４０４を有する。接触部１４０３と１４０４は、任意の形状をとってよい。例えば本実施形態のように、図１４に示すような滑らかな曲面とすることができる。
【００７８】
照射部１０１から曲面形状の被検体側面部分１１０，１１１に光が照射されると、図１５に示すように、接触部分の形状に応じた波面を持つ側面界面音響波１５０１が発生する。側面界面音響波は、伝播して超音波探触子１０２により検出される。
【００７９】
信号処理手段である演算部１４０７は、側面界面音響波１５０１の伝播計算を行う伝播計算部１４０５と、受信信号演算部１４０６と、画像再構成部１００４を有する。以下、伝播計算部１４０５と受信信号演算部１４０６について説明する。
【００８０】
（側面界面音響波の伝播計算）
伝播計算部１４０５は、側面界面音響波１５０１の伝播計算を行う。伝播計算部１４０５は、装置諸元値として接触部１４０３と１４０４の形状に関するデータを保持している
。また、伝播計算部１４０５は、アクチュエータ１１２と１１３の送り出し量をエンコーダ１００７と１００８から取得して、規定部材１４０１と１４０２の位置を算出することができる。さらに、伝播計算部１４０５は超音波探触子１０２の位置を装置諸元値として保持している。これらの位置と形状についての情報を使い、伝播計算部１４０５は、側面界面音響波１５０１の伝播計算を行い、超音波探触子１０２で検出される側面界面音響波１５０１の計算時間波形を算出する。伝播計算には、音響ＦＤＴＤ法、有限要素法などを用いることができる。いずれの伝播計算方法によっても、音響波の伝播シミュレーションを行うことができる。
【００８１】
（側面界面音響波成分の低減）
受信信号演算部１４０６は、伝播計算部１４０５で算出した側面界面音響波１５０１の計算時間波形を用いて、超音波探触子１０２の受信信号に含まれる側面界面音響波１５０１の成分を低減する処理を行う。すなわち、超音波探触子１０２の受信信号から、同一時刻の計算時間波形を減算する。計算時間波形には側面界面音響波の成分のみが含まれているため、超音波探触子１０２の受信信号からは側面界面音響波１５０１の成分が主に減算される。このようにして、受信信号演算部１４０６は、受信信号から側面界面音響波１５０１の成分を低減することができる。
【００８２】
（処理フロー）
本実施形態における測定のフローを図１６に示す。図１６の各ステップの詳細を説明する。ステップＳ１６０１からステップＳ１６０６はそれぞれ、第二の実施形態のステップＳ１３０１からステップＳ１３０６のそれぞれと同一であるので説明を省略する。ステップＳ１６０９からステップＳ１６１１はそれぞれ、第二の実施形態のステップＳ１３０９からステップＳ１３１１と同一であるので説明を省略する。
【００８３】
信号処理ステップの一つであるステップＳ１６０７では、伝播計算部１４０５において、側面界面音響波１５０１の伝搬計算を行い、超音波探触子１０２で検出される側面界面音響波１５０１の計算時間波形を算出する。
【００８４】
信号処理ステップの一つであるステップＳ１６０８では、受信信号演算部１４０６において、受信信号に含まれる側面界面音響波１５０１の成分を低減する。その際、ステップＳ１６０７で得た側面界面音響波１５０１の計算時間波形を用いる。
【００８５】
以上説明したように、第三の実施形態における装置は、被検体側面部分を所定の形状に規定する形状規定手段と、信号処理手段とを備えている。そして、信号処理手段は、被検体側面部分と形状規定手段の接触部分の形状と位置、音響検出手段の位置を用いて、接触部分で発生した側面界面音響波の成分を計算する。これにより、側面界面音響波によるアーティファクトを低減することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０１：照射部，１０２：超音波探触子，１０３：演算部，１０４：可動保持プレート，１０５：固定保持プレート，１０６：規定部材，１０６ａ：接触部，１０７：規定部材，１０９：被検体，１１０：被検体側面部，１１１：被検体側面部
【図１】
2013172896.tif 000003
【図２】
2013172896.tif 000004
【図３】
2013172896.tif 000005
【図４】
2013172896.tif 000006
【図５】
2013172896.tif 000007
【図６】
2013172896.tif 000008
【図７】
2013172896.tif 000009
【図８】
2013172896.tif 000010
【図９】
2013172896.tif 000011
【図１０】
2013172896.tif 000012
【図１１】
2013172896.tif 000013
【図１２】
2013172896.tif 000014
【図１３】
2013172896.tif 000015
【図１４】
2013172896.tif 000016
【図１５】
2013172896.tif 000017
【図１６】
2013172896.tif 000018