(57)【要約】【課題】  光音響効果により発生した音響波を用いて被検体の情報を取得する装置において、音響波の発生位置を算出し、良好なイメージを取得する。【解決手段】  光音響超音波イメージング装置は、光源と、光源から照射された光を吸収して、光音響効果で光音響超音波を発生させる光音響音源と、光音響音源からの音響波を受信して電気信号を出力する探触子と、電気信号を用いて光音響音源の位置情報を算出する情報処理部を有し、光音響音源からの送信音源位置は、光音響イメージングにより取得する。【選択図】  図１
2017131657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光が放出される光放出部と、
前記パルス光を吸光し被検体に向けて送信させる超音波を発生させる光音響音源と、
前記被検体で反射された超音波を受信し電気信号を出力する複数の探触子と、
前記電気信号を用いて前記被検体の光音響超音波エコー画像を出力する情報処理部と、
を有する光音響超音波イメージング装置であって、
前記情報処理部は、前記光音響音源の位置情報に基づいて前記光音響超音波エコー画像を算出するように構成されていることを特徴とする光音響超音波イメージング装置。
【請求項２】
前記光音響音源の前記位置情報は、前記光音響音源に対する前記パルス光の照射により得られる前記光音響音源の光音響画像から決定されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項３】
前記光音響画像は、前記光音響音源の形状情報を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項４】
前記光音響音源は、光吸収体を含有する部分がシート状に延在する光吸収体シートであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項５】
前記光吸収体シートは、前記光放出部と前記被検体とのいずれからも遠ざかるように延在している部分を有することを特徴とする請求項４に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項６】
前記光吸収体シートは、前記光放出部から見て前記被検体が直視されないように配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項７】
前記光音響音源は、前記光放出部から前記被検体をみたとき、点、線、面、またはそれらの組合せの形状を有して、前記光放出部から放出され前記パルス光の照射方向と交差する方向に延在していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項８】
前記探触子と前記被検体の間において、前記探触子と前記被検体のそれぞれに音響的に接するように音響マッチング液が貯留される液槽を有し、
前記光音響音源は、前記液槽に貯留された前記音響マッチング液に浸漬された状態で、前記探触子と前記被検体の間に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項９】
前記探触子と前記被検体の間において、前記探触子と前記被検体のそれぞれに音響的に接するように音響マッチング液が貯留される液槽を有し、
前記光音響音源は、シート状であって、シート面が前記パルス光の照射方向に対して交差するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１０】
前記シート状の光音響音源は、前記被検体または前記探触子の少なくともいずれかに固定された張架部材により前記シート面が張架されていることを特徴とする請求項９に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１１】
前記シート状の光音響音源は、前記音響マッチング液が前記探触子と音響的に接する側と、前記音響マッチング液が前記被検体と音響的に接する側とに仕切られるように前記液槽に設けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１２】
前記複数の探触子は、前記光放出部とともに、共通の支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１３】
前記光音響音源の位置は、前記光放出部から前記光音響音源に向かって照射される前記パルス光の照射方向において規定され、前記光音響波の発生重心で定義されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１４】
前記パルス光の光伝搬方向に沿った方向における前記光音響音源の厚さをｔ、前記光伝搬方向に沿った方向における前記光放出部からの前記パルス光の侵入長をλｐとしたとき、前記光音響音源は、以下の一般式（数１）を満たすことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
０．１≦λｐ／ｔ≦６      （数１）
【請求項１５】
前記光音響音源は、以下の一般式（数２）を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の光音響超音波イメージング装置。
０．５≦λｐ／ｔ≦３      （数２）
【請求項１６】
前記複数の探触子を前記光音響音源に対して一体的に相対移動させる機構をさらに備え、前記光音響音源の位置は、前記光音響音源に対する前記複数の探触子の複数の位置条件に対応して同定されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１７】
前記パルス光は、近赤外〜赤外域にスペクトルを有し、前記光音響音源は、前記パルス光に対する吸光度１以上の吸光スペクトルを有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１８】
前記光音響画像は、前記光放出部から前記光音響音源に前記パルス光を照射することにより前記光音響音源で発生した光音響波のうち、前記被検体側に伝搬することなく前記複数の探触子の側に伝搬する光音響波を、前記複数の探触子が受信することにより得られることを特徴とする請求項２に記載の光音響超音波イメージング装置。
【請求項１９】
前記光音響画像は、前記光放出部から前記光音響音源に前記パルス光を照射することにより前記光音響音源で発生した光音響波のうち、前記複数の探触子の側に直接伝搬する光音響波を、前記複数の探触子が受信することにより得られることを特徴とする請求項２に記載の光音響超音波イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、超音波を用いて被検体情報を画像化する光音響超音波イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内の光吸収体（例えば、生体内部の血管）を画像化する技術として、光音響イメージング（ＰＡＩ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ）が知られている。光音響イメージングは、被検体に光が照射されると光音響効果により光吸収体から光音響波が発生することを利用し、光吸収体の分布を画像情報化する技術である。例えば、光吸収体としてヘモグロビンを利用する形態とした光音響イメージングは、非特許文献１に記載されているように、被検体内の血管を画像化できる。
【０００３】
一方、被検体内の構造情報を描出する方法として、超音波イメージングが知られている。超音波イメージングにおいては、複数の探触子（トランスデューサ）をアレイ化した音響波プローブから被検体に超音波を送信する。かかる被検体内に送信された超音波は、音響インピーダンス上の界面で反射波を発生させる。かかる反射波を音響波プローブで受信することで、被検体の音響インピーダンスに係る画像情報を生成する。
【０００４】
超音波イメージングにおいて、被検体に送信する超音波として、探触子から発生した音響波の代わりに、光音響効果により発生した光音響波を使用する光音響超音波イメージングが知られている。非特許文献２には、プローブ内に配置された点状吸光体にパルス光を照射し発生した光音響波を被検体に送信し、点状吸光体を音源として発生した光音響波を送信波として生体をイメージングする、ハンドヘルドプローブが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ９０，０５３９０１，ｐ．１・３  ２００７
【非特許文献２】Ｔｈｏｍａｓ  Ｆｅｌｉｘ  Ｆｅｈｍ，Ｘｏｓｅ  Ｌｕｉｓ  Ｄｅａｎ−Ｂｅｎ  ａｎｄ  Ｄａｎｉｅｌ  Ｒａｚａｎｓｋｙ，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．９３２３
【非特許文献３】Ｗａｎｇ  ｅｔ．ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．  Ｂｉｏｌ．２００４；４９；３１１７−３１２４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光音響超音波イメージングにおいて、超音波を送信する光音響音源は、被検体と励起用光源との間に配置された音響マッチング液に音響的に接するように配置される。かかる光音響超音波イメージングにおいて、被検体を画像化する場合、画像情報の位置精度が低下する場合があり、超音波イメージング、光音響イメージング、或いは、他のモダリティによるイメージング結果との画像融合に問題が生じる場合があった。
【０００７】
本願発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、光音響効果により発生した音響波を用いて被検体の情報を取得する装置において、位置精度の高い画像情報を取得することを目的とする。
【０００８】
なお、音源の位置情報は、本願明細書において、観測系に対する音源位置に関する情報を意味し、観測系の基準に被検体または被検体載置部を採用する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の光音響超音波イメージング装置は、パルス光が放出される光放出部と、前記パルス光を吸光し被検体に向けて送信させる超音波を発生させる光音響音源と、前記被検体で反射された超音波を受信し電気信号を出力する複数の探触子と、前記電気信号を用いて前記被検体の光音響超音波エコー画像を出力する情報処理部と、を有する光音響超音波イメージング装置であって、前記情報処理部は、前記光音響音源の位置情報に基づいて前記光音響超音波エコー画像を算出するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、光音響音源を用いて被検体の音響インピーダンス像を取得する光音響超音波イメージング装置において、より位置精度の高い画像情報を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１の実施形態に係る光音響超音波イメージング装置の装置構成を示す図
【図２】１の実施形態に係る光音響超音波の発生を説明する概略図
【図３】１の実施形態に係るプローブの構成および探触子の配置を示す図
【図４】触子の受信感度の周波数依存性を示す特性図
【図５】１の実施形態に係るシート状光音響音源の光音響画像を示す図
【図６】１の実施形態に係る光音響超音波イメージング装置により取得した樹脂球部を含むファントムの超音波イメージング結果を示す図
【図７】１の実施形態に係る光音響超音波イメージング装置により取得した金属ワイヤを含むファントムの超音波イメージング結果を示す図
【図８】１の実施形態に係るシート状光音響音源から発生する超音波の伝搬を示す図
【図９】第２の実施形態に係る、湾曲部を有するシート状の光音響音源を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照しつつ、本願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る。よって、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。
【００１３】
本願発明は、被検体に向けて超音波を送信し、被検体内部の特性情報を含む超音波エコーを受信し、超音波エコー像を生成するイメージング技術に関する。よって本願発明は、超音波イメージング装置またはその制御方法として捉えられる。本願発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ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。
【００１４】
本願発明で用いられる音響波とは、典型的には周波数２０ｋＨｚ〜１ＧＨｚの範囲の超音波である。探触子等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。ただし、以下の記載における「超音波」または「音響波」という用語は、それらの波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。
【００１５】
以下の記載において、特に断りがなければ、被検体にパルス光を照射して発生した超音波を光音響波と呼ぶ。また、被検体に超音波を伝搬させ被検体から反射された反射波、光音響音源にパルス光を照射して被検体に光音響波を伝搬させ被検体から反射された超音波、をそれぞれ、超音波エコー、光音響超音波エコーと呼ぶ。
【００１６】
さらに、光音響波、超音波エコー、光音響波エコーのそれぞれにより被検体の画像情報を得ることを「光音響イメージング」、「超音波イメージング」、「光音響超音波イメージング」と呼ぶ。
【００１７】
なお、光音響波、超音波エコー、光音響波エコーのそれぞれにより得た画像情報を「超音波エコー画像」と呼び、被検体からの「光音響波」により得た被検体の画像情報を「光音響画像」、「超音波エコー画像」、「光音響超音波エコー画像」と呼ぶ。
【００１８】
光音響超音波イメージング装置は、光音響音源にパルス光を照射することにより光音響音源で発生した光音響波を被検体に伝搬（送信）させて、被検体の音響インピーダンス情報（特性情報）を画像情報として取得する。
【００１９】
［第１の実施形態］
本願発明の第１の実施形態について、図１〜図８を参照しつつ説明する。
【００２０】
（装置構成）
図１は、本実施形態に係る光音響超音波イメージング装置１００の概略の構成を示す図である。被検者の頭尾方向はＹ方向となる。
【００２１】
支持部材１０に複数の探触子２０（２０ａ、２０ｂ・・）を設けたものを探触子アレイ２５と呼ぶ。探触子アレイ２５に、さらに、光放出部１０１ｃを備えたものを、プローブ３０と称する。アレイ型のプローブ３０は、お椀型の支持部材１０の曲率が負の曲面上に、複数の探触子２０（２０ａ、２０ｂ・・）と探触子２１（２１ａ、２１ｂ・・）が互いに間隔を開けて配列されている。探触子２０および２１は、理解の為に一部を代表させて図示している。探触子２０、２１について詳しくは図３を用いて後述する。
【００２２】
保持カップ１１は、検査台８に設けられた開口７を経て挿入された被検体４０を保持するように、検査台に固定されている。保持カップ１１は、被検体４０と保持カップの隙間の音響インピーダンス整合のために、上面が音響マッチング液４１で満たされ、液面１２は、保持カップ１１の上面側に配置された音響マッチング液の液面であり、被検体４０との喫水面に相当する。保持カップ１１を用いた場合、被検体４０の形状を保持して測定環境を安定化させる効果がある。保持カップ１１の下側の音響マッチング液４の液面を符号１３で示している。
【００２３】
音響マッチング液４１が、探触子２０または２１と被検体４０の間において、探触子２０または２１と被検体４０のそれぞれに音響的に接するように、音響マッチング液４１は液槽４２に貯留される。光音響音源１６は、図１に示すように、液槽４２に貯留された音響マッチング液４１に浸漬された状態で、探触子２０または２１と被検体４０の間に配置されている。光音響音源１６は、ポリエチレンのシート材が適用されたシート状光音響音源であって、不図示の張架部材によって、保持カップ１１とプローブ３０との間に介在するように液槽４２の内部に配置されている。被検体または撮影条件に応じて交換する目的において、複数の光音響音源１６を用意しておき、不図示の支持部材ごと光音響音源１６を交換できるような取付部が支持部材に設けた形態も本願発明に含まれる。
【００２４】
音響マッチング液４１は、水、生理食塩水、ジェル、ひまし油などが用いられる。なお、被検体４０は、例えば、生体の乳房、四肢等が含まれる。被検体４０がヒトの部分である場合、かかる音響マッチング液は、水、水溶液が適用される。
【００２５】
被検体４０と保持カップ１１、音響マッチング液４１との接触状態はカメラ１４で観察される。カメラ１４により得られた光学像は、様々な制御や情報処理に利用できる。
【００２６】
光源１０１ａから放出された光が、光学系１０１ｂを経て、光放出部１０１ｃから光音響光源１６に向けてパルス光１５が照射されるように、光源１０１ａ、光学系１０１ｂ、光照射部ｃが配置される。光放出部１０１ｃは、光ファイバー等を含む光学系１０１ｂを介して、光源１０１ａに光学的に結合されていると換言される。
【００２７】
光源１０１ａは出力などの観点からパルスレーザー装置（例えば波長８００ｎｍ付近のＴｉ：Ｓレーザー）が好適であるが、パルス光源の代わりに、フラッシュランプや発光ダイオードも適用される。パルス光１５の波長は、近赤外〜赤外域（波長８００ｎｍ〜１０μｍ）に発光スペクトルを有し、光音響音源１６の吸光スペクトルに応じて決定される。具体的には、パルス光１５の波長は、光音響音源１６の吸光度が１以上となるように選択される。換言すると、光音響音源１６の光学特性、光学距離（厚さ）は、パルス光１５に対する吸光度が１以上となるように選択される。光源１０１ａとして、複数の波長の光を照射できる波長可変レーザーなどを利用すれば、酸素飽和度の測定が可能になる。
【００２８】
光学系１０１ｂは、所望の形状や強度の光を照射するために設けられる。光学系として例えば、光ファイバ、レンズ、ミラー、プリズム、拡散板などを利用できる。図１では光放出部１０１ｃを、お椀型の支持部材１０の回転中心軸と支持部材１０との交点に設けたが、光音響音源１６に光を照射できる位置であればよい。
【００２９】
なお、本実施形態では、半球状のお椀型支持部材１０としたが、支持部材１０は、楕円、放物線、双曲線等を断面の一部に持つ回転二次曲面とする形態が含まれる。支持部材１０を回転二次曲面形態とし、負の曲率を有する内面側に探触子２０、および光放出部１０１ｃを配置すると、光照射領域、音響波伝搬領域、被検体の相互の対称性が担保され、観測域（ＦＯＶ）が広く担保される。
【００３０】
探触子（２０または２１）は、超音波を受信するとアナログ電気信号を出力する。信号処理部１０２はアナログ電気信号に対して、必要に応じて増幅、デジタル変換、補正処理を施して出力する。出力されたデジタル電気信号は、メモリ（不図示）を経由して、または直接に、情報処理部１０３に入力される。情報処理部はＣＰＵや記憶装置などの演算資源を備える情報処理装置であり、例えば処理回路、ワークステーション、ＰＣなどが用いられる。情報処理部はデジタル電気信号を再構成して画像情報を生成し、表示部１０４に出力する。画像再構成には、整相加算、フーリエ変換法、バックプロジェクションなど既知の手法を利用できる。なお、表示部は光音響超音波イメージング装置とは別に提供されてもよい。表示部としては液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示装置を利用できる。
【００３１】
光音響イメージングの画像再構成方法は、例えば以下の数式で示されている。
【００３２】
【数１】
2017131657.tif 000003
【００３３】
ここで、Ａ（ｒ）は光吸収分布であり、左辺の積分は光吸収分布Ａ（ｒ）の超音波探触子から距離ｃｔの球面上への投影である。ｒは光吸収分布を求める被検体内の空間上の位置、ｒｉは超音波探触子の位置である。Ｃｐ，β，ｃ，ｋはそれぞれ熱容量、熱膨張係数、音速、照明条件に依存した比例係数である。ｐ０（ｔ）を点音源からの光音響信号の時間依存性、ｐｉ（ｔ）を被検体からの光音響信号の時間依存性とする。Ｐ０（ω）およびＰｉ（ω）はそれぞれ、ｐ０（ｔ）およびｐｉ（ｔ）のフーリエ変換である。
【００３４】
式１に示されるように、光音響イメージングは、探触子２０の位置ｒｉがイメージング結果に影響することが読み取れる。
【００３５】
（光音響超音波の発生）
図２は、光音響超音波の発生を説明する概略図である。光放出部１０１ｃから照射されたパルス光１５を吸収したシート状の光音響音源１６からは、光音響効果によって平面状の光音響超音波１７が発生する。
【００３６】
本実施形態の光音響音源１６は、カーボンブラックからなる光吸収体を含有する部分がシート状に延在する光吸収体シートである。光音響音源１６の材質としては、黒い塗料を含有する高密度ポリエチレンシートが好適である。このシートを０．１ｍｍ程度の厚みに形成してパルス光１５の光路上に設置するとパルス光１５を９９．９％以上吸光する。
【００３７】
光音響音源１６は、光放出部１０１ｃから放出されパルス光１５の照射方向と交差する方向に延在している。また、光音響音源１６は、光放出部１０１ｃから見て被検体４０が直視されないように配置されていることにより、光音響音源１６から発生する超音波１７に対して、被検体４０から発生する超音波（不図示）が妨害することを抑制できる。
【００３８】
また、光音響音源１６は、シート状音源のみならず、光放出部１０１ｃから被検体４０をみたとき、点、線、面、またはそれらの組合せの形状を有することが可能である。
【００３９】
シート状の光音響音源１６は、音響マッチング液４１が探触子２０または２１と音響的に接する側と、音響マッチング液４１が被検体４０と音響的に接する側とに仕切られるように液槽４２に、図２に示すように、張架部材４３により張られている。
【００４０】
なお、光音響音源１６は、光放出部１０１ｃから照射されたパルス光１５を吸光して膨張収縮し圧力波を発生させる機能を持っていればよい。すなわち、光放出部１０１ｃからの照射されるパルス光１５に対して、ランバート・ベール則で規定される吸光度０．１以上（分光透過率７９％以下）であれば良い。より好ましくは、吸光度０．５以上（分光透過率３１．６％以下）、さらにより一層好ましくは、吸光度１以上（分光透過率１０％以下）であることが望ましい。これは、有効な光音響変換層の厚みを担保し光音響出力を担保する為には、シート状の光音響音源１６のシート厚に下限が存在することを意味する。
【００４１】
また、光音響音源１６は、パルス光１５の侵入長λｐの深さに光音響変換層が対応している。従って、パルス光１５に対する侵入長λｐに対して、光音響音源１６の厚さが厚過ぎると、振動に寄与しない慣性重量となって光音響変換効率が低下する。すなわち、光放出部１０１ｃからの照射されるパルス光１５に対して、ランバート・ベール則で規定される吸光度６以下（分光透過率０．０００１％以下）であれば良い。より好ましくは、吸光度３以下（分光透過率０．１％以下）であることが望ましい。これは、有効な光音響変換層以外の振動体の重量を軽減し光音響出力を担保する為には、シート状の光音響音源１６は、シート厚に上限が存在することを意味する。
【００４２】
従って、パルス光１５の光伝搬方向に沿った方向における光音響音源１６の厚さをｔ、光伝搬方向に沿った方向における光放出部１０１ｃからのパルス光１５の侵入長をλｐとしたとき、光音響音源１６は、以下の一般式（数１）を満たすことが好ましい。
０．１≦λｐ／ｔ≦６      （数１）
【００４３】
光音響音源１６は、以下の一般式（数２）を満たすことがより一層好ましい。
０．５≦λｐ／ｔ≦３      （数２）
【００４４】
光音響音源１６に適用される材料は、ポリエチレンシート以外にも、アクリル、ポリエステル、ポリ塩化ビニルなど様々な材質が利用できる。図１のようにプローブ３０と被検体４０との間に光音響音源１６があるような位置関係の場合、光音響音源１６としては、被検体４０の内部で反射、散乱した超音波を透過させる音響インピーダンス特性を有する材料が好ましい。光音響音源１６が被検体４０内部で反射、散乱した超音波を吸収する場合、プローブ３０に到達する音響波エネルギーが低下してしまう。
【００４５】
光音響音源１６が含有する光吸収体は、グラファイト（カーボンブラック）が好適であるが、他の顔料でもよい。光音響音源１６の厚さは、光音響超音波１７の中心周波数、探触子２０の受信感度の周波数特性に応じて決定される。光音響音源１６が本実施形態のとおりシート状であった場合、シート厚が厚くなるほど低周波側にシフトし、シート厚が薄くなるほど高周波側にシフトする。以上のように、光音響音源１６の形状（厚さ）を調整するは、光音響イメージングの受信特性を変化させることから、被検体４０または観測条件に応じて異なる音響、光学特性を有する複数の光音響音源１６を交換用として用意してもよい。
【００４６】
光音響超音波は、従前の超音波イメージングと同様に、生体内部を伝搬し、生体内部の音響インピーダンスに差がある界面で反射・散乱する。反射体・散乱体として、図２に示す様に、乳がんの前駆状態である微小石灰１８が含まれる。
【００４７】
本実施形態では上述の通り、光音響音源１６から発生させた平面状の光音響超音波１７に由来する反射散乱超音波を探触子アレイ２５が実装されたプローブ３０で受信する。プローブ３０により、個々の探触子の受信指向範囲に対応した有効受信領域に対応するエリア画像を一括して、１回のパルス光励起による光音響超音波の送信で取得できる。
【００４８】
（プローブおよび探触子）
続いて、プローブ３０の構成について説明する。被検体内での反射・散乱超音波を再構成して被検体の三次元画像を生成する装置では、音圧分布を正確に求めるために、被検体を取り囲む回転二次曲面上に探触子を配置することが望ましい。
【００４９】
特に球面状に複数の探触子を配置できれば、どの方向からでも均等に音響波を検出できる領域を被検体内に形成できるため、再構成画像コントラストの均質性が向上する。プローブ内の探触子の配列は、プローブ３０の走査方法等との関係で適宜選択される。
【００５０】
図３はプローブ３０の検出面を保持カップ１１の側から見た上面図である。検出面には複数の探触子（トランスデューサ）２０および２１が設けられる。複数の探触子２０は、らせん状に配置されており、２ＭＨｚの中心周波数をもつ探触子である。複数の探触子２１は、らせん状に配置されており、５ＭＨｚの中心周波数をもつ探触子である。探触子として、圧電素子、ｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペローセンサ等を利用できる。
【００５１】
本実施形態の探触子（２０または２１）は、中心周波数±５０％程度の周波数帯域の超音波を受信するように構成されている。そこで本実施形態では、互いに異なる中心周波数を持つ２種類の探触子（２０及び２１）を、検出面上で回転対称に配置している。これにより、幅広い周波数帯域の超音波が受信できるとともに、３次元再構成の処理が簡便になる。
【００５２】
図４に、互いに異なる中心周波数を持つ２種類の探触子（２０及び２１）の組み合わせによりカバーできる周波数帯域を示す。探触子２０の感度は点線で示し、探触子２１の感度は破線で示す。実線が、これらの組み合わせによりカバーできる帯域である。さらに、探触子の感度が周波数領域によって異なっても、電気信号変換時の出力のゲインを調整することで、広い周波数帯域で比較的均一な感度が得られる。例えば図４では高周波側の探触子の感度が低いため、高周波側の探触子の電気信号変換時の出力ゲインを高める（例えば２倍）とよい。不図示のゲイン制御部がこのような出力ゲインの調整により、探触子の感度を一定にできる。ゲイン制御部としては、既存のゲイン制御用の回路を利用できる。なお、探触子の種類は３つ以上でもよい。
【００５３】
光音響超音波イメージングの再構成には、前述の光音響イメージングと共通の再構成アルゴリズムを使用することができる。ただし、光音響超音波が光音響音源から反射体・散乱体まで伝搬するのにかかる時間と、反射体・散乱体から探触子までの伝搬時間を考慮する必要があり、以下の式となる。
【００５４】
【数２】
2017131657.tif 000004
【００５５】
Ｒ（ｒ）は超音波の反射・散乱の分布であり、左辺の積分は分布Ｒ（ｒ）のｒｉとｒ０を焦点とする楕円面上への投影である。ここでｒ光吸収分布を求める被検体内の空間上の点、ｒｉは超音波探触子の位置、ｒ０は超音波の送信音源位置である。Ｃｐ，β，ｃ，ｋはそれぞれ熱容量、熱膨張係数、音速、照明条件に依存した比例係数である。ｓ０（ｔ）を点音源をターゲットとした場合の反射・散乱超音波信号の時間依存性、ｓｉ（ｔ）を被検体からの反射・散乱超音波信号の時間依存性とする。Ｓ０（ω）およびＳｉ（ω）はそれぞれ、ｓ０（ｔ）およびｓｉ（ｔ）のフーリエ変換である。
【００５６】
式２に示されるように、超音波イメージングは超音波探触子の位置および送信音源の位置ｒ０がイメージングの性能に影響する。超音波探触子の位置ｒｉは、光音響超音波イメージングの前後のいずれかで同定した位置情報を使用することができ、即ち、既知の数値として取り扱い可能である。一方で、光音響音源１６は、音源として重量が小さく、音響マッチング液中に浸漬されている為、光音響超音波イメージングの観測期間内に変動する可能性があり、送信音源位置ｒ０の位置を同定する校正方法が求められている。本願発明の目的とするところは、は、音響マッチング液中に配置された光音響音源の位置を同定し、光音響超音波画像の位置精度を担保することにある。
【００５７】
まず、光音響超音波を発生させる部材（光音響音源１６）を、パルス光１５の光路上から取り除いた状態で、プローブ３０内の探触子２０または２１の位置を測長する等により校正する。
【００５８】
次に光音響音源１６をパルス光路上に挿入する。本実施形態の光音響音源１６は、ポリエチレンシートで構成されている。光音響超音波イメージング装置として光音響音源１６自体を撮像する。シート状の光音響音源１６からの光音響波は、図８のように、被検体方向に向かう光音響波１７と、プローブ３０の方に向かう光音響波４４が存在する。光音響波４４のようにプローブ３０で被検体４０と相互作用することなく、直接検出されるものもある。この光音響波４４を用いて、光音響超音波イメージング装置１００を光音響イメージングモードで動作させ得られた光音響画像から、光音響音源１６の音源位置を特定する。
【００５９】
図５（ａ）は、音響マッチング液４１中に浸漬されたシート状の光音響音源１６と、光音響音源１６に対向して音響マッチング液４１中に配置された光放出部１０１ｃを備えたお椀状のプローブ３０を示すものである。図５（Ｂ）は、光音響音源１６を本実施形態の光音響超音波イメージング装置で光音響画像を撮像した結果である。この撮像結果より、光音響音源１６の音源中心１６ｃが校正される。換言すると、図５に示す光音響画像には、光音響音源１６の音源中心１６ｃを含む光音響音源１６の形状情報が含まれている。
【００６０】
光音響音源１６の音源中心１６ｃは、必ずしも、光音響音源１６のシート厚方向の物理的中心に一般に一致しない。光音響音源１６のシート厚が十分厚く（λｐ／ｔ＜＜１）、パルス光１５が光放出部１０１ｃの側の表面近傍で全て吸収される場合を考える。この場合、超音波は光の吸収された場所から発生する。超音波イメージングの再構成では光音響音源１６のシート厚の物理的中心ではなく、音波の発生位置を再構成のパラメータとして使用する。光音響超音波の発生重心の位置は、光音響超音波の強度の重心位置と定義される。
【００６１】
光音響音源１６のシート厚は、光がほぼ全て吸収される厚みが必要であり、パルス光１５に対する吸光度が０．８３であれば、約８５％が吸光され１５％が透過される。光音響音源１６のシート厚がパルス光の線吸収係数に対して薄すぎる場合、例えば光の吸収係数程度の場合、パルス光がシートを透過して生体へと到達する。生体に到達した光は、望ましくない音響波を発生させ、撮像性能を低下させる。少なくとも線吸収係数の１／１０程度の厚みが必要である。好ましくは少なくとも１／２程度の厚みである。
図６（ａ）は、音響マッチング液４１中に浸漬された樹脂整の球体８０と、シート状の光音響音源１６と、光音響音源１６に対向して音響マッチング液４１中に配置された光放出部１０１ｃを備えたお椀状のプローブ３０を示すものである。樹脂製の球体８０、シート状の光音響音源１６、及び、お椀状のプローブ３０はいずれも音響マッチング液４１中に浸漬された状態にある。
【００６２】
図６（Ｂ）は、生体を模したファントム内に設置された点散乱体を、本実施形態の光音響超音波イメージング装置で撮像した結果である。図７（Ｂ）は、点散乱体に代えてワイヤ散乱体（図７（Ａ）に示す１２本のワイヤ９０）を撮像した結果である。それぞれの散乱体は、枠部材、ワイヤ、支持膜など任意の支持機構で位置を固定できる。図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示すように、本実施形態のように光音響効果によって発生した平面波状の光音響超音波を用いて、被検体の特性情報を示す画像情報を生成できる。
【００６３】
光音響音源１６のシート厚位置の校正は被検体を撮像する前とは限らない。生体撮像時に同時に行うこともできる。上記の通り、シート状の光音響音源１６からの光音響波は図８に示す光音響波１７のように、被検体方向に向かい、被検体内の散乱体で散乱された後に超音波探触子に検出されるものに加え、光音響波４４ように直接検出されるものもある。超音波探触子で検出されるこれらの信号は時間的に十分な差があるため、分離可能である。光音響波４４の信号を光音響イメージングで画像化することで、シート状の光音響音源１６の位置を常時算出し、超音波イメージングの再構成に使用することができる。
【００６４】
図８は、シート状の光音響音源１６と、光音響音源１６に対向して音響マッチング液４１中に配置された光放出部１０１ｃを備えたお椀状のプローブ３０を示すものである。シート状の光音響音源１６、及び、お椀状のプローブ３０はいずれも音響マッチング液４１中に浸漬された状態にある。
【００６５】
ここで、図５（Ｂ）に示す光音響画像は、図８に示すように光放出部１０１ｃから光音響音源１６にパルス光を照射することにより光音響音源１６で発生した光音響波１７、４０のうち、被検体側に伝搬することなく複数の探触子２１の側に伝搬する光音響波４０に基づく。
【００６６】
即ち、光音響音源の位置情報は、図８に示すような光音響音源１６で発生した光音響波１７、４０のうち、被検体側に伝搬することなく複数の探触子２１の側に伝搬する光音響波４０を、複数の探触子２１が受信することで得られる光音響画像から決定される。換言すると、光音響音源の位置情報は、図８に示すような光音響音源１６で発生した光音響波１７、４０のうち、複数の探触子２１の側に直接伝搬する光音響波４０を、複数の探触子２１が受信することで得られる光音響画像から決定される。
【００６７】
音源として使用するシート状の光音響音源１６は必ずしも、完全な平面とは限らない。
【００６８】
図９は、彎曲したシート状の光音響音源１６と、光音響音源１６に対向して音響マッチング液４１中に配置された光放出部１０１ｃを備えたお椀状のプローブ３０を示すものである。シート状の光音響音源１６、及び、お椀状のプローブ３０はいずれも音響マッチング液４１中に浸漬された状態にある。図９のようにシート面が湾曲して配置されている形態、または、シート面に微細な凹凸を有する形態（不図示）とすることがある。光音響音源のシート面の形状を反映して超音波イメージングの再構成を行うことで、より一層高性能な超音波イメージングが可能となる。
【００６９】
本実施形態ではシート状の光音響音源１６をパルス光の吸収体としたが、吸収体の形状はシートに限らない。球形や円柱形状であっても、本願発明の手法でその音源位置を校正することができる。また光音響音源はシートの一部だけが光を吸収する構成や、複数の球や円柱の組み合わせでもよい。
【００７０】
なお、本願発明の光音響超音波イメージング装置は、パルス光の照射経路に光音響音源が配置されないようにして、被検体の光音響画像を取得する光音響イメージングモードを備えた形態とすることが可能である。超音波イメージングと光音響イメージングの両方のイメージングモードを備えるイメージング装置においては、画像融合により異なる特性情報を関連づけることが可能となる。本願発明によれば、画像情報に含まれる位置精度が担保された光音響超音波画像と光音響画像の画像融合を行うことが可能となる。
【００７１】
［第２の実施形態］
シート状の光音響音源１６を用いた場合、光音響超音波は平面波である。光音響超音波が照射される領域の外側は画像化できない。この領域の広さは、シート状の光音響音源１６のサイズに対応して定まる。しかし、プローブ３０、光放出部１０１ｃ、およびシート状の光音響音源１６を被検体に対して走査することで、撮像領域を拡大できる。
【００７２】
従って、撮像領域を拡大する為に、国際特許出願公報ＷＯ２０１５−１６２８９６号公報に記載の測定ユニット３のように、走査機構を設ける形態も、本願発明の態様に含まれる。走査機構としては公知のＸＹステージが適用可能であり、走査軌跡としては、スパイラル走査、ラスタスキャン走査、牛耕式走査などが含まれる。
【００７３】
シート状の光音響音源１６は音響インピーダンス整合の為に、音響マッチング液の中に設置している。よって、光音響超音波イメージングを取得するスキャン動作中に、シート状の光音響音源１６の位置および形状が音響マッチング液のイナーシャ（慣性重量）で変動する可能性がある。スキャンと撮像を繰り返して撮像領域を拡大する場合、撮像ごとにシート状の光音響音源１６の音源中心位置を校正することで、高性能な超音波イメージングが可能となる。複数の探触子２０を光音響音源１６に対して一体的に相対移動させる機構をさらに備えていても良い。このとき、光音響音源１６の位置は、光音響音源１６に対する複数の探触子２０の複数の位置条件に対応して同定することにより、光音響音源１６の位置情報の同定精度がより一層向上される。
【００７４】
［その他の実施形態］
本願発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、前述の各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置の計算機における１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現される。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１６  光音響音源
２０、２１  探触子
１０１ｃ  光放出部
１０３  情報処理部
１００  光音響超音波イメージング装置
【図１】
2017131657.tif 000005
【図２】
2017131657.tif 000006
【図３】
2017131657.tif 000007
【図４】
2017131657.tif 000008
【図５】
2017131657.tif 000009
【図６】
2017131657.tif 000010
【図７】
2017131657.tif 000011
【図８】
2017131657.tif 000012
【図９】
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