JP6548405B2

JP6548405B2 - phantom

Info

Publication number: JP6548405B2
Application number: JP2015037431A
Authority: JP
Inventors: 信人末平; 古川　幸生; 幸生古川; 卓司大石
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: WO2016136206A1; JP2016158673A

Description

本発明は、装置の評価用のファントムに関し、特に、光音響波による測定と、超音波エコーによる測定とを行える装置の評価用のファントムに関する。 The present invention relates to a phantom for evaluation of a device, and more particularly to a phantom for evaluation of a device capable of performing measurement by photoacoustic wave and measurement by ultrasonic echo.

光イメージング技術の一つとして、ＰＡＴ（ＰｈｏｔｏＡｃｏｕｓｔｉｃＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ；光音響トモグラフィー）が知られている。光音響トモグラフィーにおいては、被検査物に対してパルス光を照射することで、被検査物のうち、光のエネルギーを吸収した領域から発生した音響波（以下、光音響波とも記す）を検出する。検出された光音響波から、被検査物内部の光学特性値に関する情報を可視化することができる。 PAT (PhotoAcoustic Tomography; photoacoustic tomography) is known as one of the optical imaging techniques. In photoacoustic tomography, by applying pulsed light to an object to be inspected, an acoustic wave (hereinafter also referred to as photoacoustic wave) generated from a region of the object to be inspected that has absorbed light energy is detected. . From the detected photoacoustic wave, it is possible to visualize information on the optical characteristic value inside the inspection object.

ＰＡＴ技術は、超音波エコー技術と併用することが知られており、特許文献１には、光音響波の測定により、被検者の胸の組織の新生血管の分布を得るとともに、超音波エコーにより、被検者の形態学画像を得る装置が記載されている。 PAT technology is known to be used in combination with ultrasound echo technology, and Patent Document 1 discloses the distribution of neovessels in the chest tissue of a subject by measurement of photoacoustic waves, as well as ultrasound echo. Describes an apparatus for obtaining a morphological image of a subject.

また、一般に、ＰＡＴ装置の性能を評価するために、既知の内部構造を有するファントムが利用される。このファントムを被検査物として得られた光音響波による画像から、ＰＡＴ装置の性能を評価することができる。特許文献２には、人体組織を模したファントムが記載されている。 Also, in general, phantoms with known internal structures are used to evaluate the performance of PAT devices. The performance of the PAT apparatus can be evaluated from the image by the photoacoustic wave obtained by using this phantom as an inspection object. Patent Document 2 describes a phantom imitating human tissue.

特開２００５−０２１３８０号公報JP, 2005-021380, A 特開２０１１−２０９６９１号公報JP, 2011-209691, A

しかしながら、超音波エコーによる測定も行えるＰＡＴ装置を評価するのに好適なファントムの構成は、従来検討されていなかった。本発明は、超音波エコーによる測定も行えるＰＡＴ装置の評価に好適なファントムを提供することを目的とする。 However, the configuration of a phantom suitable for evaluating a PAT apparatus that can also perform measurement by ultrasonic echo has not been considered conventionally. An object of the present invention is to provide a phantom suitable for evaluation of a PAT apparatus which can also perform measurement by ultrasonic echo.

上記目的を達成する本発明の一つの側面であるファントムは、測定面を有する母材と、前記母材の中に設けられた第１のターゲットおよび第２のターゲットと、を有するファントムであって、前記第１のターゲットと前記母材との音響特性の差は、前記第２のターゲットと前記母材との音響特性の差よりも小さく、前記第２のターゲットと前記母材との光学特性の差は、前記第１のターゲットと前記母材との光学特性の差よりも小さく、さらに、前記第２のターゲットは、前記測定面から、前記測定面と直交する方向において、前記第１のターゲットよりも離れた位置に設けられたことを特徴とする。 A phantom, which is an aspect of the present invention to achieve the above object, is a phantom having a base material having a measurement surface, and a first target and a second target provided in the base material. The difference between the acoustic characteristics of the first target and the base material is smaller than the difference between the acoustic characteristics of the second target and the base material, and the optical characteristics of the second target and the base material the difference is smaller than the difference in optical characteristics between the first target and said base material, further, the second target, before Symbol measurement surface, in a direction perpendicular to the measuring surface, the first It is characterized in that it is provided at a position distant from the target of .

本発明の別の側面であるファントムは、測定面を有する母材と、前記母材の中に設けられた、第１のターゲットと第２のターゲットとを有するファントムであって、前記第１のターゲットは、前記第２のターゲットよりも光を吸収しやすく、前記第２のターゲットは、前記第１のターゲットよりも音響波を反射しやすく、さらに、前記第２のターゲットは、前記測定面から、前記測定面と直交する方向において、前記第１のターゲットよりも離れた位置に設けられたことを特徴とする。 A phantom according to another aspect of the present invention is a phantom including a base material having a measurement surface, and a first target and a second target provided in the base material, wherein the first target is a phantom . The target absorbs light more easily than the second target, the second target reflects the acoustic wave more easily than the first target, and the second target receives the light from the measurement surface. The device is characterized in that it is provided at a position farther from the first target in a direction orthogonal to the measurement surface .

超音波エコーによる測定も行えるＰＡＴ装置の評価に好適なファントムが得られる。 The phantom suitable for evaluation of the PAT apparatus which can also perform measurement by ultrasonic echo is obtained.

ファントムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a phantom. ＰＡＴ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a PAT apparatus. ファントムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a phantom. ＰＡＴ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a PAT apparatus. ファントムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a phantom.

本発明が解決しようとする課題の理解を容易にするために、まず、ＰＡＴ装置（以下では、光音響装置とも記す）用のファントムについて説明する。 In order to facilitate understanding of the problem to be solved by the present invention, first, a phantom for a PAT apparatus (hereinafter also referred to as a photoacoustic apparatus) will be described.

ＰＡＴ装置の評価に使われるファントムは、光音響波の測定に適したターゲットを有する。このターゲットは、トランスデューサによって検出できる程度の強度を持つ光音響波を生成するのに十分なだけの光の吸収率を有する。しかし、光音響波の生成に適したターゲット材料は、超音波エコーの測定には適さないことが多い。そのため、従来のＰＡＴ装置用のファントムでは、超音波エコーによる測定も行えるＰＡＴ装置の評価に適さないおそれがある。 The phantom used to evaluate the PAT apparatus has a target suitable for photoacoustic wave measurement. The target has an absorptivity for light sufficient to generate a photoacoustic wave having an intensity that can be detected by the transducer. However, target materials suitable for generating photoacoustic waves are often not suitable for measuring ultrasound echoes. Therefore, the phantom for the conventional PAT apparatus may not be suitable for evaluation of the PAT apparatus which can also perform measurement by ultrasonic echo.

そこで、光音響波の生成に適したターゲットを持つファントムと、超音波エコーによる測定に適したターゲットを持つファントムとを用意して、評価する対象に応じてファントムを交換する方法が考えられる。しかし、その場合には、測定に応じてファントムを交換することは、操作者にとって負担となる。 Therefore, a method is conceivable in which a phantom having a target suitable for generating a photoacoustic wave and a phantom having a target suitable for measurement by ultrasonic echo are prepared, and the phantom is exchanged according to an object to be evaluated. However, in that case, replacing the phantom according to the measurement is a burden on the operator.

そのため、本発明では、同一のファントムに、光音響波の測定に適したターゲットと、超音波エコーの測定に適したターゲットとをともに有するファントムとした。特に、ファントム内のターゲットの好適な配置を見出した。以下では、本発明の実施形態に係るファントムを説明する。以下では、光音響波の測定に適したターゲットを光音響測定用ターゲットと呼び、超音波エコーの測定に適したターゲットを超音波測定用ターゲットと呼ぶ。 Therefore, in the present invention, the same phantom is a phantom having both a target suitable for measuring a photoacoustic wave and a target suitable for measuring an ultrasonic echo. In particular, a preferred arrangement of targets in the phantom has been found. Hereinafter, a phantom according to an embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, a target suitable for measuring photoacoustic waves is referred to as a target for measuring photoacoustics, and a target suitable for measuring ultrasonic echoes is referred to as a target for measuring ultrasonic waves.

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るファントムを示す図である。ファントムは、外枠１０１によって囲まれた領域に、母材１０２が充填されており、母材１０２の一部に、第１のターゲットである光音響測定用ターゲット１０３と第２のターゲットである超音波測定用ターゲット１０４とが設けられている。本実施形態においては、光音響測定用ターゲット１０３および超音波測定用ターゲット１０４はともに円柱形状で、ｘ軸に沿って設けられている。図１（ａ）では、理解を容易にするために、外枠１０１が母材１０２のｚ−ｙ面を覆わない例を示しているが、母材１０２のｚ−ｙ面を覆うようにしても良い。 First Embodiment
FIG. 1A is a view showing a phantom according to a first embodiment of the present invention. In the phantom, a base material 102 is filled in a region surrounded by an outer frame 101, and a part of the base material 102 is a first target, a photoacoustic target 103, and a second target, a second target. A sound wave measurement target 104 is provided. In the present embodiment, both the photoacoustic measurement target 103 and the ultrasonic measurement target 104 have a cylindrical shape and are provided along the x axis. Although FIG. 1A shows an example in which the outer frame 101 does not cover the z-y plane of the base material 102 for ease of understanding, it is preferable to cover the z-y plane of the base material 102. Also good.

外枠は、母材１０２の形状を保つための支持部材としての役割を果たすものである。本実施形態においては、ｚ軸と直交する面は、測定面１０５として母材１０２が露出する。支持部材は、母材よりも剛性が高いものを用いることで、特に母材１０２が柔らかい場合には、ファントムの取り扱いを容易にすることができる。また、母材１０２は、測定面とは異なる面を介して支持部材に固定されるが、図１（ａ）に示すように、母材１０２の測定面を露出させてもよいし、光音響測定に利用する光の波長に対して透明なものであれば、母材１０２の測定面を覆う保護部材を設けても良い。保護部材は、支持部材と一体的に構成されていても良い。なお、ＰＡＴ装置の評価を行う際には、測定面に近接するように探触子が配置される。 The outer frame serves as a support member for maintaining the shape of the base material 102. In the present embodiment, the base material 102 is exposed as the measurement surface 105 in the plane orthogonal to the z-axis. By using a support member having a rigidity higher than that of the base material, handling of the phantom can be facilitated particularly when the base material 102 is soft. Also, although the base material 102 is fixed to the support member via a surface different from the measurement surface, the measurement surface of the base material 102 may be exposed as shown in FIG. A protective member may be provided to cover the measurement surface of the base material 102 as long as it is transparent to the wavelength of light used for measurement. The protective member may be configured integrally with the support member. In addition, when evaluating a PAT apparatus, a probe is arrange | positioned so that a measurement surface may be approached.

光音響測定用ターゲット１０３は、光音響測定の際に検出されるとともに、超音波エコーによる測定の際には観察されにくいことを目的としている。このターゲットは、ＰＡＴ装置によって得られる初期音圧分布の画像コントラスト、酸素飽和度や解像度等を評価するためのものである。そのため、超音波エコーによる測定では観察されにくい構成となっている。具体的には、光音響測定用ターゲット１０３内部の音速や音響減衰のような音響特性が母材に近くて、光の吸収係数等の光学的特性が母材と異なるものである。 The photoacoustic measurement target 103 is intended to be detected at the time of photoacoustic measurement and difficult to be observed at the time of measurement by ultrasonic echo. This target is for evaluating the image contrast, oxygen saturation, resolution, etc. of the initial sound pressure distribution obtained by the PAT apparatus. Therefore, it is a structure which is hard to be observed by the measurement by an ultrasonic echo. Specifically, acoustic characteristics such as sound velocity and acoustic attenuation inside the photoacoustic measurement target 103 are close to the base material, and optical characteristics such as an absorption coefficient of light are different from the base material.

超音波測定用ターゲット１０４は、超音波エコー測定の際に観察されるとともに、光音響測定の際には観察されにくいことを目的としている。このターゲットは、超音波エコー測定によって得られる画像コントラストや解像度などを評価するためのものである。そのため、音速や減衰率等の音響特性が母材と異なり、光の吸収係数等の光学特性が母材に近くて低いものである。 The ultrasonic measurement target 104 is intended to be observed during ultrasonic echo measurement and difficult to be observed during photoacoustic measurement. This target is for evaluating the image contrast, resolution, etc. obtained by ultrasonic echo measurement. Therefore, the acoustic characteristics such as the sound velocity and the attenuation factor are different from the base material, and the optical characteristics such as the light absorption coefficient are close to the base material and low.

以上を踏まえると、光音響測定用ターゲット１０３と母材１０２との音響特性の差は、超音波測定用ターゲット１０４と母材１０２との音響特性の差よりも小さい。さらに、超音波測定用ターゲット１０４と母材１０２との光学特性の差は、光音響測定用ターゲット１０３と母材１０２との光学特性の差よりも小さいと言える。また、別の言い方をすると、光音響測定用ターゲット１０３は、超音波測定用ターゲットよりも光を吸収しやすく、超音波測定用ターゲット１０４は、光音響測定用ターゲット１０３よりも音響波を反射しやすいとも言える。 Based on the above, the difference between the acoustic characteristics of the photoacoustic measurement target 103 and the base material 102 is smaller than the difference between the acoustic characteristics of the ultrasonic measurement target 104 and the base material 102. Furthermore, it can be said that the difference in optical characteristics between the ultrasonic measurement target 104 and the base material 102 is smaller than the difference in optical characteristics between the photoacoustic measurement target 103 and the base material 102. In other words, the photoacoustic measurement target 103 absorbs light more easily than the ultrasonic measurement target, and the ultrasonic measurement target 104 reflects the acoustic wave more than the photoacoustic measurement target 103. It can be said that it is easy.

上述の特性を満たすための材料を次に説明する。 Materials for meeting the above-mentioned characteristics are described below.

本実施形態において、光音響測定用ターゲット１０３は、母材１０２と同様の材料で作製しても良い。母材１０２と共通の材料を使うことにより、音響特性を互いに近い値にすることができるので、光音響測定用ターゲット１０３が超音波測定時に観察されにくくなる。母材１０２は、ポリオールと、ポリオールに分散可能なフィラーから成ってもよい。ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール等を挙げることができる。このうち、ポリエーテルポリオールは、人体組織の音響伝播特性に関する相関性の点においてより好ましい。なお、ポリオールは通常では液体状態であり、必要に応じて硬化剤を含ませることにより固体状に樹脂を硬化させることが可能である。人体組織の音響伝播特性に近似させる上では、イソシアネート化合物を用いることが好ましい。 In the present embodiment, the photoacoustic measurement target 103 may be made of the same material as the base material 102. By using a material common to the base material 102, the acoustic characteristics can be made close to each other, so that the photoacoustic measurement target 103 becomes difficult to observe at the time of ultrasonic measurement. The matrix 102 may be composed of a polyol and a filler dispersible in the polyol. As a polyol, polyether polyol, polyester polyol, polycarbonate polyol etc. can be mentioned. Among these, polyether polyols are more preferable in terms of the correlation with respect to the sound propagation characteristics of human tissue. The polyol is usually in a liquid state, and it is possible to cure the resin in a solid state by adding a curing agent as needed. It is preferable to use an isocyanate compound in order to approximate the acoustic propagation characteristics of human tissue.

また、母材１０２および光音響測定用ターゲット１０３を人体組織の光伝播特性に近似させるためには、フィラーの分散により光の等価散乱係数と吸収係数を適当な値にする必要がある。光散乱性を有する光散乱性フィラーとしては、酸化チタン等の無機酸化物が挙げられる。また、光吸収性を有する光吸収性フィラーとしては、顔料を用いることが望ましい。顔料としてはカーボンブラックのような黒色顔料、銅フタロシアニン等のシアン顔料、モノアゾレーキ系顔料、モノアゾ系顔料等のマゼンダ顔料、およびジアリライドイエロー等のイエロー顔料などが挙げられる。 Further, in order to approximate the base material 102 and the photoacoustic measurement target 103 to the light propagation characteristics of human tissue, it is necessary to make the equivalent scattering coefficient and the absorption coefficient of light have appropriate values by dispersing the filler. As a light-scattering filler which has light-scattering property, inorganic oxides, such as a titanium oxide, are mentioned. Moreover, it is desirable to use a pigment as a light absorptive filler which has light absorbency. Examples of the pigment include black pigments such as carbon black, cyan pigments such as copper phthalocyanine, magenta pigments such as monoazo lake pigments and monoazo pigments, and yellow pigments such as diarylide yellow.

超音波測定用ターゲット１０４の一例として、主剤としてのポリブタジェンポリオールを希釈し、これに硬化剤としてのジフェニルメタンジイソシアネートを反応させて得たウレタン樹脂が考えられる。このウレタン樹脂に有機体フィラーを添加して、超音波の反射および散乱が均一になるようにする。なお、有機粉体フィラーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル、ビニルアルコール共重合体等の粉体を利用することができる。 As an example of the ultrasonic measurement target 104, a urethane resin obtained by diluting a polybutadiene polyol as a main agent and reacting diphenylmethane diisocyanate as a curing agent with it is conceivable. An organic filler is added to the urethane resin so that reflection and scattering of ultrasonic waves become uniform. As the organic powder filler, powders of polypropylene, polyethylene, ethylene / vinyl acetate, vinyl alcohol copolymer and the like can be used.

次に、母材１０２中の各ターゲットの形状および配置について説明する。図１（ｂ）は、本実施形態に係るファントムのｚ−ｙ平面における断面図である。 Next, the shape and arrangement of each target in the base material 102 will be described. FIG. 1B is a cross-sectional view of the phantom according to the present embodiment in the z-y plane.

本実施形態において、母材１０２はｘ、ｙ、ｚ各軸に沿う向きにそれぞれ６０ｍｍ、８０ｍｍ、６０ｍｍの大きさを持つ立方体である。一方、光音響測定用ターゲット１０３は、φ１ｍｍの円柱形状で、測定面１０５から１０ｍｍの深さに、ｘ軸に平行に設けられている。また、超音波測定用ターゲット１０４は、φ１ｍｍの円柱形状で、測定面から２０ｍｍの深さに、ｘ軸に平行に設けられている。本実施形態では、光音響測定用ターゲット１０３および超音波測定用ターゲット１０４は、ｙ座標は同じで、ｚ軸方向が異なるように配置されている。なお、各ターゲットの形状は円柱に限らず、球などでもよいが、型に樹脂を流して成型するため、円柱等の柱形状であると、再現性良く作製できる点で望ましい。 In the present embodiment, the base material 102 is a cube having dimensions of 60 mm, 80 mm, and 60 mm in directions along the x, y, and z axes, respectively. On the other hand, the photoacoustic measurement target 103 has a cylindrical shape with a diameter of 1 mm, and is provided parallel to the x-axis at a depth of 10 mm from the measurement surface 105. Further, the ultrasonic measurement target 104 has a cylindrical shape with a diameter of 1 mm, and is provided parallel to the x-axis at a depth of 20 mm from the measurement surface. In the present embodiment, the photoacoustic measurement target 103 and the ultrasonic measurement target 104 are arranged to have the same y-coordinate but different z-axis directions. The shape of each target is not limited to a cylinder, but may be a sphere or the like. However, since the resin is poured into a mold for molding, it is desirable that the shape of a column such as a cylinder can be manufactured with good reproducibility.

図１（ｂ）において、各ターゲットと測定面１０５との間に結ばれた点線は、ｘ軸方向に延在するリニアタイプの超音波プローブ（不図示）を用いた場合に、超音波プローブによって検知される音響波の範囲を示す音線である。一般的に、リニアタイプの超音波プローブは、探触子の中心線上にターゲットを置いたときに、解像度などの特性が良い。そのため、各ターゲットの配置を図１に示す構成にすることで、超音波プローブを動かすことなく、同じ位置において、超音波エコーおよび光音響波測定の両面から装置を評価することができる。 In FIG. 1B, the dotted line connected between each target and the measurement surface 105 is an ultrasonic probe when using a linear type ultrasonic probe (not shown) extending in the x-axis direction. It is a sound ray which shows the range of the acoustic wave detected. Generally, a linear type ultrasonic probe has good characteristics such as resolution when the target is placed on the center line of the probe. Therefore, by setting the arrangement of each target as shown in FIG. 1, the apparatus can be evaluated from both the ultrasonic echo and the photoacoustic wave measurement at the same position without moving the ultrasonic probe.

本実施形態においては、第１のターゲットである光音響測定用ターゲット１０３は、第２のターゲットである超音波測定用ターゲット１０４と比較して、母材１０２との音響特性の差を小さくしている。そのため、超音波測定の評価を行う場合に、超音波測定用ターゲット１０４で反射されて測定面に向かう音響波は、光音響測定用ターゲット１０３によって反射されにくい。つまり、超音波プローブの音響波受信面と超音波測定用ターゲット１０４との間に光音響測定用ターゲット１０３が存在しても、光音響測定用ターゲット１０３は超音波測定を妨害しにくい。仮に、光音響測定用ターゲット１０３が、超音波測定用ターゲット１０４よりも深い位置に設けられている場合を考えると、光音響測定用ターゲット１０３から発生した光音響波が、超音波測定用ターゲット１０４によって反射されるおそれがある。したがって、光音響測定用ターゲット１０３は、超音波測定用ターゲット１０４と同等あるいはより測定面に近く配置されることが望ましい。言い換えると、第２のターゲットは、第１のターゲットよりも測定面から遠い位置に設けられることが望ましい。 In the present embodiment, the photoacoustic measurement target 103 as the first target has a smaller difference in acoustic characteristics from the base material 102 as compared to the ultrasonic measurement target 104 as the second target. There is. Therefore, when the ultrasonic measurement is evaluated, the acoustic wave reflected by the ultrasonic measurement target 104 and traveling toward the measurement surface is unlikely to be reflected by the photoacoustic measurement target 103. That is, even if the photoacoustic measurement target 103 exists between the acoustic wave receiving surface of the ultrasonic probe and the ultrasonic measurement target 104, the photoacoustic measurement target 103 does not easily disturb the ultrasonic measurement. Assuming that the photoacoustic measurement target 103 is provided at a deeper position than the ultrasonic measurement target 104, the photoacoustic wave generated from the photoacoustic measurement target 103 is the ultrasonic measurement target 104. May be reflected by Therefore, it is desirable that the photoacoustic measurement target 103 be disposed to be equal to or more similar to the ultrasonic measurement target 104. In other words, it is desirable that the second target be provided at a position farther from the measurement surface than the first target.

また、評価対象となるＰＡＴ装置が、生体を被検査物とする場合には、ファントムの光学特性や音響特性も、生体を模することが望ましい。たとえば、母材１０２の光学定数を、生体の値の範囲内である吸収係数０．００５ｍｍ^−１、等価散乱係数を１ｍｍ^−１、母材１０２中における音速を１４５０ｍ／ｓ、減衰率を０．５ｄＢ／ｃｍＭＨｚとしてもよい。一方、光音響測定用ターゲット１０３の吸収係数は、血液相当の０．２ｍｍ^−１、等価散乱係数を１ｍｍ^−１とするとともに、超音波測定用ターゲット１０４の音速を１５３０ｍ／ｓ、減衰率を０．５ｄＢ／ｃｍＭＨｚ程度とする。なお、超音波測定用ターゲット１０４の吸収係数、等価散乱係数は、母材と同程度の小さい値とする。 Further, when the PAT apparatus to be evaluated uses a living body as an inspection object, it is desirable that the optical characteristics and the acoustic characteristics of the phantom also mimic the living body. For example, the optical constant of the base material 102 has an absorption coefficient of 0.005 mm ^-1 which is within the range of values of the living body, the equivalent scattering coefficient is 1 mm ^-1 , the speed of sound in the base material 102 is 1450 m / s, and the attenuation factor is 0. It may be 5 dB / cm MHz. On the other hand, the absorption coefficient of the photoacoustic measurement target 103 is 0.2 mm ^-1 equivalent to blood, the equivalent scattering coefficient is 1 mm ^-1 , the sound velocity of the ultrasonic measurement target 104 is 1530 m / s, and the attenuation factor is 0 .5 dB / cm MHz or so. The absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient of the ultrasonic measurement target 104 are as small as those of the base material.

ファントムの母材１０２、および各ターゲットの光伝播特性の評価は、たとえば、それらを作製した時に作った試験片を、分光光度計により透過率と反射率を測定することによって行う。測定した結果をモンテカルロシミュレーションによってこれらの測定値と計算値の差が最小となるように条件設定を行い、等価散乱係数と吸収係数を求めることができる。一方、音響伝播特性の測定は、送信用のトランスデューサと受信用のニードル型ハイドロフォンの間に、ファントム作製時に作った試験片などを配置して測定することができる。試験片の厚みを変えた場合の、超音波の到達時間の差から音速、超音波の振幅の差から減衰特性を測定することができる。 The evaluation of the light propagation characteristics of the phantom base material 102 and each target is carried out, for example, by measuring the transmittance and reflectance of a test piece prepared when they are manufactured using a spectrophotometer. By setting the measurement results by Monte Carlo simulation such that the difference between the measured value and the calculated value is minimized, the equivalent scattering coefficient and the absorption coefficient can be determined. On the other hand, the measurement of the sound propagation characteristics can be performed by disposing a test piece or the like produced at the time of producing a phantom between the transducer for transmission and the needle type hydrophone for reception. The attenuation characteristics can be measured from the difference between the speed of sound and the amplitude of the ultrasonic wave from the difference in arrival time of the ultrasonic wave when the thickness of the test piece is changed.

次に、本実施形態に係るファントムを用いて性能の評価を行うＰＡＴ装置およびその評価方法を説明する。 Next, a PAT apparatus that performs performance evaluation using the phantom according to the present embodiment and an evaluation method thereof will be described.

図２に、ＰＡＴ装置によってファントムの測定を行う様子を示す。本実施形態に係るＰＡＴ装置は、２つの光照射部２０１、光音響波の受信および超音波の送受信を行うハンドヘルド型の超音波プローブ２０２、光制御部２０３、超音波制御部２０４、装置制御部２０５、表示部２０６を含んでなる。このＰＡＴ装置では、光源２０１からの発せられる光２０７の出射タイミングに、超音波プローブ２０２による音響波のサンプリングタイミングを調整することで光音響測定が可能となる。タイミングの制御は装置制御部２０５によって行われる。また、超音波プローブ２０２により超音波の送受信を行うことで、超音波測定が可能となる。 FIG. 2 shows how a phantom is measured by the PAT apparatus. The PAT apparatus according to the present embodiment includes two light irradiation units 201, a handheld ultrasonic probe 202 that receives photoacoustic waves and transmits / receives ultrasonic waves, a light control unit 203, an ultrasonic control unit 204, and an apparatus control unit. 205 includes a display unit 206. In this PAT apparatus, photoacoustic measurement becomes possible by adjusting the sampling timing of the acoustic wave by the ultrasonic probe 202 to the emission timing of the light 207 emitted from the light source 201. The control of the timing is performed by the device control unit 205. Further, by performing transmission and reception of ultrasonic waves by the ultrasonic probe 202, ultrasonic measurement becomes possible.

ここで、光源２０１から照射された光２０７の一部は、母材１０２の中で拡散しながら伝搬し、光音響測定用ターゲット１０３で吸収される。光音響測定用ターゲット１０３は、光２０７を吸収すると光音響波２０８を発生する。一方、超音波測定用ターゲット１０４においては、光の吸収係数が母材に近く、その値も低いため光音響波は無視できる。また、超音波プローブ２０２から送信された超音波は、光音響測定用ターゲット１０３を透過し、超音波測定用ターゲット１０４により反射されて、超音波プローブ２０２で受信される。 Here, part of the light 207 emitted from the light source 201 propagates while diffusing in the base material 102 and is absorbed by the photoacoustic measurement target 103. The photoacoustic measurement target 103 generates a photoacoustic wave 208 when it absorbs the light 207. On the other hand, in the ultrasonic measurement target 104, since the light absorption coefficient is close to that of the base material and the value thereof is low, the photoacoustic wave can be ignored. The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 202 passes through the photoacoustic measurement target 103, is reflected by the ultrasonic measurement target 104, and is received by the ultrasonic probe 202.

装置の評価に際しては、ファントムの光音響測定および超音波測定を順次行う。そして、光音響測定用ターゲット１０３から発せられた光音響波に基づく画像から、初期音圧分布および解像度が所望の性能を発揮しているかを判断する。次に、超音波測定用ターゲット１０４によって反射された超音波に基づく画像から、コントラストの解像度が所望の性能を発揮しているかを判断する。判断は、ＰＡＴ装置の操作者が行っても良いし、ＰＡＴ装置が自動的に判断するようにしても良い。 In the evaluation of the device, photoacoustic measurement and ultrasonic measurement of the phantom are sequentially performed. Then, from the image based on the photoacoustic wave emitted from the photoacoustic measurement target 103, it is determined whether the initial sound pressure distribution and the resolution exhibit the desired performance. Next, from the image based on the ultrasonic wave reflected by the ultrasonic measurement target 104, it is determined whether the resolution of the contrast exhibits the desired performance. The determination may be made by the operator of the PAT apparatus, or the PAT apparatus may automatically make the determination.

光照射部２０１は、被検体に照射するパルス光を照射する装置である。本実施形態においては、ファントムに対して２方向から照射することで、できるだけ均一な光を照射するようにしている。パルス光の照射のタイミング、波形、強度等は、光制御部２０３によって制御される。光源としては、大出力を得るためにレーザー光源であることが望ましい。ただし、これに限るものではなく、レーザー光源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ても良い。なお、レーザー光源を用いる場合には、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なものが使用できる。 The light irradiation part 201 is an apparatus which irradiates the pulsed light irradiated to a test object. In the present embodiment, by irradiating the phantom from two directions, light as uniform as possible is irradiated. The light control unit 203 controls the timing, waveform, intensity and the like of the pulsed light irradiation. The light source is preferably a laser light source in order to obtain a large output. However, the present invention is not limited to this, and a light emitting diode or a flash lamp may be used instead of the laser light source. In addition, when using a laser light source, various things, such as a solid laser, a gas laser, a pigment laser, a semiconductor laser, can be used.

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することが好ましい。特に、被検体が生体である場合には、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搬する波長であることが望ましい。被検体が生体である場合を例にとると、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である。ここでは、固体レーザーであるチタンサファイアレーザーを用い、波長は８００ｎｍとする。 In order to effectively generate a photoacoustic wave, it is preferable to irradiate light for a sufficiently short time according to the thermal characteristics of the subject. In particular, when the subject is a living body, the pulse width of pulse light generated from the light source is preferably about 10 to 50 nanoseconds. The wavelength of the pulsed light is preferably a wavelength at which the light propagates to the inside of the subject. When the subject is a living body, for example, the wavelength is 700 nm or more and 1100 nm or less. Here, a titanium sapphire laser which is a solid-state laser is used, and the wavelength is 800 nm.

本実施形態に係るリニア型の超音波プローブ２０２は、トランスデューサが少なくとも一次元状に配列されたトランスデューサアレイを備え、光音響波の受信と超音波の送受信を行うために用いられる。一例として、１９２個のトランスデューサを１列に配列しても良い。超音波プローブ２０２は、超音波および光音響波を受信すると、アナログの電気信号を出力する。トランスデューサに利用される素子として、圧電セラミックスの一種であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）などが利用できる。 The linear ultrasonic probe 202 according to the present embodiment includes a transducer array in which transducers are arranged in at least one dimension, and is used to receive photoacoustic waves and transmit / receive ultrasonic waves. As an example, 192 transducers may be arranged in a line. The ultrasonic probe 202 outputs an analog electrical signal when receiving the ultrasonic wave and the photoacoustic wave. As an element used for a transducer, PZT (lead zirconate titanate) which is a kind of piezoelectric ceramic, CMUT (capacitive micromachine ultrasonic transducer), etc. can be used.

さらに、トランスデューサから出力されたアナログ電気信号は、超音波制御部２０４に伝送され、増幅器、Ａ／Ｄ変換器などを経てデジタル信号に変換され、その後、デジタル信号として装置制御部２０５に送られる。超音波プローブ２０２の帯域は、例えば２−５ＭＨｚである。また、サンプリング周波数は５０ＭＨｚで２０４８サンプリングを行う。データは符号付きの１２ビットとする。 Furthermore, the analog electrical signal output from the transducer is transmitted to the ultrasonic control unit 204, converted to a digital signal through an amplifier, an A / D converter, etc., and then sent to the device control unit 205 as a digital signal. The band of the ultrasonic probe 202 is, for example, 2-5 MHz. In addition, the sampling frequency is 20 MHz at 50 MHz. The data is 12 bits signed.

上述したファントムによれば、光音響測定と超音波エコー測定の評価を１個のファントムで実現することができる。特に、光音響測定用の第１のターゲットを、超音波測定用の第２のターゲットよりも測定面に近い位置に設けることにより、一方のターゲットが、他方の測定を妨害することを抑制できる。 According to the above-described phantom, evaluation of photoacoustic measurement and ultrasonic echo measurement can be realized with one phantom. In particular, by providing the first target for photoacoustic measurement at a position closer to the measurement surface than the second target for ultrasonic measurement, it is possible to suppress that one target interferes with the other measurement.

（第２の実施形態）
本実施形態に係るファントムは測定面が球面状のファントムであって、半球面上に配置された超音波探触子を用いるＰＡＴ装置の評価に利用される場合を想定している。このようなＰＡＴ装置は、たとえば乳房の測定に用いられる。 Second Embodiment
The phantom according to the present embodiment is a phantom whose measurement surface is spherical, and is assumed to be used for evaluation of a PAT apparatus using an ultrasound probe arranged on a hemispherical surface. Such a PAT device is used, for example, for measurement of the breast.

本実施形態に係るファントムは、母材の中に、第１のターゲットである光音響測定ターゲット、第２のターゲットである超音波測定用ターゲットに加えて、第３のターゲットである光音響測定と超音波測定の共用ターゲットが埋め込まれている。共用ターゲットは、光音響装置と超音波装置両方で観察されるものである。すなわち、音響特性も光学特性も母材と異なるものである。別の言い方をすると、第３のターゲットは、光音響波を発生する程度に光吸収係数が高く、かつ、入射した音響波の大部分が、母材との界面で反射するような特性を持つ。これは、光音響装置と超音波装置の画像の位置合わせを行うことに利用できる。 The phantom according to the present embodiment includes, in a base material, a photoacoustic measurement target as a first target, a target for ultrasonic measurement as a second target, and a photoacoustic measurement as a third target; A common target for ultrasound measurements is embedded. The shared target is one that is observed by both the photoacoustic apparatus and the ultrasonic apparatus. That is, both the acoustic characteristics and the optical characteristics are different from those of the base material. In other words, the third target has such a property that the light absorption coefficient is high enough to generate a photoacoustic wave, and most of the incident acoustic wave is reflected at the interface with the base material . This can be used to align the images of the photoacoustic device and the ultrasound device.

図３（ａ）に、本実施形態に係るファントム３０１を示す。このファントムは、半球状の容器に光音響用探触子が配置され、ＰＡＴ装置の評価に用いられる。本例において、母材３０２は、φ１２０ｍｍの円柱に曲面の測定面３０６が配置された構造である。測定面３０６を構成する曲面の頂点は、上記の円柱の中心軸上にある。局面は、たとえば上記の円柱の中心軸上に中心をもつ球の球面であってもよい。また、第３のターゲットである共用ターゲット３０５は測定面３０６の頂点から１０ｍｍの深さに配置されている。共用ターゲット３０５の太さはφ０．１ｍｍである。また、第１のターゲットである光音響測定用ターゲット３０３は、測定面の頂点から１５ｍｍの深さに配置されている。ターゲットの太さはφ１ｍｍで、２本の光音響測定用ターゲット３０３は、円柱の中心軸を挟んで３２ｍｍの間隔で配置される。さらに、超音波測定用ターゲット３０４が測定面３０６の頂点から２５ｍｍの深さに配置されている。ターゲットの太さはφ５ｍｍで、２本の超音波測定用ターゲット３０４は、円柱の中心軸を挟んで１６ｍｍ離れて配置されている。上記の各ターゲットは、互いに平行に設けられる。図３（ａ）に示すように、第１、第２、および第３のターゲットを異なる深さに設けることにより、その断面を測定したときに他のターゲットが映らないようにすることができる。 FIG. 3A shows a phantom 301 according to the present embodiment. In this phantom, a photoacoustic probe is placed in a hemispherical container and used for evaluation of a PAT apparatus. In the present example, the base material 302 has a structure in which a curved measurement surface 306 is disposed in a cylinder with a diameter of 120 mm. The apex of the curved surface that constitutes the measurement surface 306 is on the central axis of the above-mentioned cylinder. The aspect may be, for example, a spherical surface of a sphere centered on the central axis of the cylinder described above. In addition, the shared target 305 which is the third target is disposed at a depth of 10 mm from the top of the measurement surface 306. The thickness of the common target 305 is φ0.1 mm. Further, the photoacoustic measurement target 303, which is the first target, is disposed at a depth of 15 mm from the top of the measurement surface. The thickness of the target is φ1 mm, and the two photoacoustic measurement targets 303 are disposed at an interval of 32 mm across the central axis of the cylinder. Furthermore, the ultrasonic measurement target 304 is disposed at a depth of 25 mm from the top of the measurement surface 306. The thickness of the target is 5 mm, and the two ultrasonic measurement targets 304 are disposed 16 mm apart from each other across the central axis of the cylinder. Each of the above targets is provided in parallel with each other. As shown in FIG. 3A, by providing the first, second, and third targets at different depths, it is possible to prevent other targets from being reflected when the cross section is measured.

図３（ｂ）には、光音響測定用ターゲット３０３、超音波測定用ターゲット３０４、および共用ターゲット３０５から、光音響波の画像生成用の探触子に対する音線の例を点線で示した。光音響測定用ターゲット３０３および共用ターゲット３０５から発せられる光音響波は、ターゲットのすべての方向に伝搬し、曲面上に設けられた探触子で受信するため、音線の広がりが広くなっている。一方、超音波測定用ターゲット３０４によって反射される超音波は、焦点を形成させることができるため、音線の広がりが光音響波の音線よりも狭くなっている。共用ターゲット３０５は超音波と光音響の画像の位置合わせを行うためのターゲットとして利用できる。一方、光音響測定用ターゲット３０３は、ＰＡＴ装置の酸素飽和度測定の精度を評価するためのもので、２本の光音響測定用ターゲットのうち一方は酸素飽和度が７５％に、他方は酸素飽和度が９５％に対応するように作られている。また、超音波測定用ターゲット３０４は、超音波画像のコントラストを評価するために用いられる。 In FIG. 3B, an example of sound rays from the photoacoustic measurement target 303, the ultrasonic measurement target 304, and the shared target 305 to the probe for generating an image of the photoacoustic wave is shown by a dotted line. The photoacoustic wave emitted from the photoacoustic measurement target 303 and the shared target 305 propagates in all directions of the target and is received by the probe provided on the curved surface, so the spread of the sound ray is wide. . On the other hand, since the ultrasonic wave reflected by the ultrasonic measurement target 304 can form a focal point, the spread of the sound ray is narrower than the sound ray of the photoacoustic wave. The shared target 305 can be used as a target for aligning the ultrasonic and photoacoustic images. On the other hand, the photoacoustic measurement target 303 is for evaluating the accuracy of the oxygen saturation measurement of the PAT apparatus, and one of the two photoacoustic measurement targets has an oxygen saturation of 75% and the other is oxygen. The degree of saturation is made to correspond to 95%. Further, the ultrasonic measurement target 304 is used to evaluate the contrast of the ultrasonic image.

超音波測定用ターゲット３０４は、音響波を反射しやすい性質を持つ。そのため、光音響測定用ターゲット３０３または共用ターゲット３０５と測定面３０６とを結ぶ音線の範囲内に配置すると、音響波の伝搬を妨害するので、たとえば光音響波に基づく画像に、アーチファクトが現れるおそれがある。したがって、超音波測定用ターゲット３０４は、光音響測定用ターゲット３０３および共用ターゲット３０５よりも測定面から遠く設けるか、同じ深さとして、光音響測定の妨害をしないようにすることが好ましい。 The ultrasonic measurement target 304 has a property of easily reflecting acoustic waves. Therefore, if it is disposed within the range of the sound ray connecting the photoacoustic measurement target 303 or the shared target 305 and the measurement surface 306, the propagation of the acoustic wave is interrupted, so that an artifact may appear in the image based on the photoacoustic wave, for example. There is. Therefore, it is preferable that the ultrasonic measurement target 304 be provided farther from the measurement surface than the photoacoustic measurement target 303 and the common target 305 or have the same depth so as not to disturb the photoacoustic measurement.

共用ターゲット３０５は、光音響測定用ターゲット３０３とは音響特性を異ならせることで、母材との音響特性の差を大きくすることで作製することができる。また、超音波測定用ターゲット３０４に色材を加えることによって、母材との光学特性の差を大きくすることで作製してもよい。この他、色材を添加したナイロンワイヤを共用ターゲットとして利用することもできる。一般に、ナイロンワイヤはウレタン系の樹脂とは違い、細くて硬くすることができるので、ＰＡＴ装置の解像力を評価するのに好適である。共用ターゲットは、光音響測定および超音波エコー測定のそれぞれの分解能より細くしておく。こうすることによって、例えば、光音響波の解像度が０．３ｍｍ、超音波の解像度が０．２ｍｍと異なる場合であっても、元の太さのより太く見えるため、光音響波、超音波の解像度を評価することができる。 The common target 305 can be manufactured by making the difference in acoustic characteristics with the base material large by making the acoustic characteristics different from the photoacoustic measurement target 303. In addition, by adding a coloring material to the ultrasonic measurement target 304, it may be produced by increasing the difference in optical characteristics with the base material. In addition to this, a nylon wire to which a coloring material is added can also be used as a common target. In general, nylon wires can be made thin and hard unlike urethane resins, and therefore they are suitable for evaluating the resolution of a PAT apparatus. The common target is made thinner than the resolution of photoacoustic measurement and ultrasonic echo measurement. By doing this, for example, even if the resolution of the photoacoustic wave is 0.3 mm and the resolution of the ultrasonic wave is different from 0.2 mm, it looks thicker than the original thickness. The resolution can be evaluated.

また、本実施形態において、酸素飽和度を評価するための２個の光音響測定用ターゲット３０３は、８００ｎｍ、７６０ｎｍの２つの波長を使った場合に、それぞれの波長における吸収係数の比が、酸素飽和度７５％および９５％の比と同じになるように材料設計されている。 Further, in the present embodiment, when using two wavelengths of 800 nm and 760 nm, the two photoacoustic measurement targets 303 for evaluating oxygen saturation have a ratio of absorption coefficient at each wavelength of oxygen The material is designed to have the same degree of saturation as 75% and 95%.

本実施形態においては、第１のターゲットとして、互いに光学特性が異なるターゲット一対のターゲットを設けた。しかし、別の構成として、ファントムがこの対を二組以上有するようにしてもよい。その場合には、異なる一組のターゲットは、互いに太さが異なるようにすると、ＰＡＴ装置の解像度を評価する上で有用である。また、第２および第３のターゲットについても同様に、それぞれが互いに太さが異なるターゲットを設けることで、互いに光学特性や音響波の反射率のような音響特性を異ならせても良い。第１から第３のターゲットのそれぞれは、異なる太さのターゲットを含む場合に、より細いターゲットを測定面に近接して設けることが好ましい。 In the present embodiment, a target pair of targets having different optical characteristics is provided as the first target. However, as another configuration, the phantom may have two or more pairs. In that case, different sets of targets may be useful in assessing the resolution of the PAT device if they have different thicknesses. Similarly, with respect to the second and third targets, acoustic characteristics such as the optical characteristics and the reflectance of acoustic waves may be made different from each other by providing targets having different thicknesses. When each of the first to third targets includes targets of different thicknesses, it is preferable to provide thinner targets closer to the measurement surface.

また、第１のターゲットは、同じ太さの１組のターゲットと、この１組のターゲットとは異なる太さの別のターゲットを有しても良い。その場合には、同じ太さのターゲットどうしは、異なる太さの別のターゲットよりも近接して設けることが好ましい。第２および第３のターゲットについても同様である。 Also, the first target may have one target of the same thickness and another target of a different thickness from the one set of targets. In that case, it is preferable to provide targets of the same thickness closer to each other than other targets of different thicknesses. The same applies to the second and third targets.

本実施形態に係る乳房測定用のＰＡＴ装置の一部を図４に示す。図４（ａ）は、ＰＡＴ装置のうち、被検体を保持する部分の構成を示した断面図である。また、図４（ｂ）は、被検体を保持する部分の構成のｘ−ｙ平面と平行な面における上面図である。半球状の容器４０１の内面に、複数の超音波トランスデューサ４０２が、でスパイラル状に５１２個配置されている。 A part of a PAT apparatus for breast measurement according to the present embodiment is shown in FIG. FIG. 4A is a cross-sectional view showing the configuration of a portion for holding a subject in the PAT apparatus. FIG. 4B is a top view on a plane parallel to the xy plane of the configuration of the portion holding the subject. On the inner surface of the hemispherical container 401, 512 ultrasonic transducers 402 are arranged in a spiral shape.

ＰＡＴ装置は、被検体を保持するための保持部材４０５を有する。保持部材４０５は、たとえばポリエチレンテレフタラートからなる。保持部材４０５を構成する材料はポリエチレンテレフタラートに限らず、音響波および光照射部４０３から発せられる光を透過させることができるようなものであればよい。図４（ａ）および図４（ｂ）には、保持部材４０５上に載置されたファントム４０６を点線で示している。ファントム４０６は、図３からも分かるように、測定面が球面状になっており、球面状の保持部材４０５と接触する。また、保持部材４０５には、水のような、音響の整合層となる溶液が満たされていてもよい。 The PAT apparatus has a holding member 405 for holding a subject. The holding member 405 is made of, for example, polyethylene terephthalate. The material constituting the holding member 405 is not limited to polyethylene terephthalate, and may be any material that can transmit the acoustic wave and the light emitted from the light irradiation unit 403. In FIG. 4A and FIG. 4B, the phantom 406 placed on the holding member 405 is shown by a dotted line. The phantom 406 has a spherical measurement surface, as shown in FIG. 3, and contacts the spherical holding member 405. In addition, the holding member 405 may be filled with a solution to be an acoustic matching layer, such as water.

さらに、半球状の容器４０１も、保持部材４０５と同様に、水のような、音響の整合層となる溶液が満たされる。さらに、半球状の容器４０１と保持部材４０５との間にも整合層が存在するように、両者の間を密閉する構成を持っても良いし、測定時に、空隙が生じないように、容器４０１を保持部材４０５に近づけても良い。容器４０１には、光照射部４０３からの光が通過する空間が設けられている。そして、被検体にｚの負の方向から光が照射することができる。 Furthermore, the hemispherical container 401 is also filled with a solution to be an acoustic matching layer, such as water, like the holding member 405. Furthermore, the matching layer may be sealed between the hemispherical container 401 and the holding member 405 so that there is no gap between the two containers. May be brought close to the holding member 405. The container 401 is provided with a space through which the light from the light irradiation unit 403 passes. Then, light can be irradiated to the subject from the negative direction of z.

また、ＸＹステージ（不図示）によって容器４０１の位置を被検体であるファントム４０６に対して相対的に変えることができる。そして、ＸＹステージにより走査しながら被検体にパルス光を照射し、発生した音響波を超音波トランスデューサ４０２で検出をする。そのデータを再構成することによって３次元の光超音波画像を得ることができる。さらに、超音波画像はリニア型の超音波プローブ４０４によって行う。リニア型の超音波プローブ４０４は、ＸＹステージによって走査することができる。 Further, the position of the container 401 can be changed relative to the phantom 406 which is the subject by the XY stage (not shown). Then, while scanning with the XY stage, the object is irradiated with pulse light, and the generated acoustic wave is detected by the ultrasonic transducer 402. A three-dimensional photoacoustic image can be obtained by reconstructing the data. Furthermore, ultrasound imaging is performed by a linear ultrasound probe 404. The linear ultrasonic probe 404 can be scanned by an XY stage.

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。被検体が生体である場合、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。一例としては、固体レーザーであるチタンサファイアレーザーがあり、酸素飽和度を計測するために７６０ｎｍ、８００ｎｍの２つの波長の光を用いる。 In order to effectively generate a photoacoustic wave, light must be emitted for a sufficiently short time according to the thermal characteristics of the subject. When the subject is a living body, the pulse width of pulse light generated from the light source is preferably about 10 to 50 nanoseconds. One example is a titanium sapphire laser which is a solid-state laser, and light of two wavelengths of 760 nm and 800 nm is used to measure oxygen saturation.

超音波トランスデューサ４０２は、被検体から発せられた光音響波を受信して、電気信号を出力するものである。ここでは、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波探触子）を用いる。このトランスデューサは単素子で、φ３ｍｍの開口を持ち、帯域は０．５−５ＭＨｚの帯域である。低周波数を含むことによって３ｍｍ程度の血管であっても中が抜けてリング状に見えるような状況が発生し難くなる。サンプリング周波数は５０ＭＨｚで２０４８サンプリングを行う。また、データは符号付きの１２ビットとする。 The ultrasonic transducer 402 receives the photoacoustic wave emitted from the subject and outputs an electrical signal. Here, a CMUT (capacitive micromachined ultrasound probe) is used. This transducer is a single element, has an aperture of φ3 mm, and a band of 0.5-5 MHz. By including the low frequency, it becomes difficult to generate a situation where even a blood vessel of about 3 mm can be seen through like a ring. The sampling frequency is 20 MHz sampling at 50 MHz. Also, the data is 12 bits with a sign.

リニア型超音波プローブ４０４は、超音波の送受信を行い、形態画像を得ることができる。このような素子として、ＰＺＴ（圧電セラミックス）を用いる。素子数は２５６であり、その帯域は５−１０ＭＨｚである。また、サンプリング周波数は５０ＭＨｚで２０４８サンプリングを行う。また、データは符号付きの１２ビットとする。 The linear ultrasonic probe 404 can transmit and receive ultrasonic waves to obtain a morphological image. As such an element, PZT (piezoelectric ceramic) is used. The number of elements is 256, and its band is 5-10 MHz. In addition, the sampling frequency is 20 MHz at 50 MHz. Also, the data is 12 bits with a sign.

ＰＡＴ装置の評価は、ファントムの超音波測定および光音響測定を順次行う。そして、光音響測定用ターゲットの画像から酸素飽和度が所望の性能を発揮しているかを判断する。次に、超音波測定用ターゲット３０４の画像から、コントラストの分解能が所望の性能を発揮しているかを判断する。さらに、共用ターゲット３０５から光音響画像と超音波画像を重畳させた時に、その画像の位置にずれがないかを評価する。また、共用ターゲット３０５は、光音響用装置の分解能および超音波装置の分解能を評価にも利用できる。実施形態１と同じく、ＰＡＴ装置が所望の性能を発揮しているか否かの判断は、操作者が行っても良いし、ＰＡＴ装置に、判断する機能を持たせても良い。 The evaluation of the PAT apparatus sequentially performs ultrasonic measurement and photoacoustic measurement of the phantom. Then, it is determined from the image of the photoacoustic measurement target whether the oxygen saturation exhibits a desired performance. Next, from the image of the ultrasonic measurement target 304, it is determined whether the resolution of the contrast exhibits the desired performance. Furthermore, when the photoacoustic image and the ultrasonic image are superimposed from the common target 305, it is evaluated whether or not there is a shift in the position of the image. The common target 305 can also be used to evaluate the resolution of the photoacoustic apparatus and the resolution of the ultrasonic apparatus. As in the first embodiment, the determination of whether or not the PAT apparatus exhibits desired performance may be performed by the operator, or the PAT apparatus may have a determination function.

なお、共用ターゲットは、光学特性とともに音響特性を母材と異ならせたターゲットとすると、光音響と超音波画像の評価に有効である。一方、光音響の画像化自体の評価を行う際には、音響特性を母材と同様のターゲットを用意することで、音響散乱の効果を受けない光音響画像の評価が可能になるという効果がある。 In addition, a common target is effective for evaluation of a photoacoustic and an ultrasonic image, when it is set as the target which made acoustic characteristics different from a base material with optical characteristics. On the other hand, when evaluating the photoacoustic imaging itself, by preparing a target having the same acoustic characteristics as the base material, it is possible to evaluate a photoacoustic image that is not affected by acoustic scattering. is there.

実施形態１と同様に、本実施形態に係るファントムによっても、光音響測定と超音波エコー測定の評価を１個のファントムで実現することができる。特に、光音響測定用の第１のターゲットを、超音波測定用の第２のターゲットよりも測定面に近い位置に設けることにより、一方のターゲットが、他方の測定を妨害することを抑制できる。さらに、光音響測定と超音波エコー測定の双方に利用できる第３のターゲットである共用ターゲットを設けることで、ＰＡＴ装置の光音響測定による画像と超音波エコーによる画像とのずれを評価することが可能となる。 As in the first embodiment, the evaluation according to the photoacoustic measurement and the ultrasonic echo measurement can be realized with a single phantom according to the phantom according to the present embodiment. In particular, by providing the first target for photoacoustic measurement at a position closer to the measurement surface than the second target for ultrasonic measurement, it is possible to suppress that one target interferes with the other measurement. Furthermore, by providing a shared target, which is a third target that can be used for both photoacoustic measurement and ultrasonic echo measurement, it is possible to evaluate the deviation between an image by photoacoustic measurement of the PAT apparatus and an image by ultrasonic echo. It becomes possible.

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係るファントムは、実施形態２で示した、乳房用の光音響装置の評価に用いるものである。 Third Embodiment
The phantom according to the third embodiment is used for evaluating the photoacoustic apparatus for breasts described in the second embodiment.

図５に、本実施形態に係るファントムを示す。本実施形態に係るファントムは、外枠５０１に光音響測定用ターゲット５０２、超音波測定用ターゲット５０３を有している。外枠５０１は、アクリルなどの透明体で、光を吸収しないため、光音響波をほとんど発生しない。光音響測定用ターゲット５０２および超音波測定用ターゲット５０３は、外枠５０１にあけた穴を通して固定されている。光音響測定用ターゲット５０２はφ０．５ｍｍ、超音波測定用ターゲット５０３はφ５ｍｍなどである。測定面から近い位置に光音響測定用ターゲット５０２を、遠い位置に超音波測定用ターゲット５０３をそれぞれ配置した。 FIG. 5 shows a phantom according to the present embodiment. The phantom according to the present embodiment has a photoacoustic measurement target 502 and an ultrasonic measurement target 503 in an outer frame 501. The outer frame 501 is a transparent body such as acrylic and does not absorb light, so it hardly generates photoacoustic waves. The photoacoustic measurement target 502 and the ultrasonic measurement target 503 are fixed through holes formed in the outer frame 501. The photoacoustic measurement target 502 has a diameter of 0.5 mm, and the ultrasonic measurement target 503 has a diameter of 5 mm. The photoacoustic measurement target 502 was disposed at a position close to the measurement surface, and the ultrasonic measurement target 503 was disposed at a distant position.

測定に際しては、外枠５０１と保持部材４０５によって規定される領域に、光音響波および超音波が伝搬するような液体を入れて測定する。つまり、本実施形態においては、この液体が母材となる。液体としては、たとえば、水や静脈の栄養管理に用いる脂肪乳剤（ダイズ油を含有する液体）を薄めたものが利用できる。この場合、保持部材４０５が測定面としての機能を担う。なお、保持部材４０５に液体を入れ、その中に外枠５０１を沈めるような場合でも、保持部材４０５が測定面となる。 In the measurement, in a region defined by the outer frame 501 and the holding member 405, a liquid in which the photoacoustic wave and the ultrasonic wave propagate is put and measured. That is, in the present embodiment, this liquid is a base material. As the liquid, for example, one obtained by diluting a fat emulsion (a liquid containing soybean oil) used for nutritional management of water and veins can be used. In this case, the holding member 405 functions as a measurement surface. Even in the case where the liquid is put into the holding member 405 and the outer frame 501 is sunk in the liquid, the holding member 405 becomes the measurement surface.

図５（ｂ）は、ターゲットとセンサの関係を模式的に示したものである。図のように配置することによって、光音響波の音線５０４は、超音波測定用ターゲット５０３に妨害されることなく半球状の容器４０１上にある探触子に到達することができる。一方、超音波測定用ターゲット５０３から超音波プローブ４０４の検知面に描いた音線５０５によって囲まれた範囲は、光音響測定用ターゲット５０２を含む。しかし、光音響測定用ターゲット５０２の音響特性が周辺の液体と同程度であれば、光音響測定用ターゲット５０２の影響を無視することができる。 FIG. 5 (b) schematically shows the relationship between the target and the sensor. By arranging as shown in the figure, sound rays 504 of the photoacoustic wave can reach the probe located on the hemispherical container 401 without being disturbed by the ultrasonic measurement target 503. On the other hand, the range surrounded by the sound ray 505 drawn from the ultrasonic measurement target 503 on the detection surface of the ultrasonic probe 404 includes the photoacoustic measurement target 502. However, if the acoustic characteristic of the photoacoustic measurement target 502 is comparable to that of the surrounding liquid, the influence of the photoacoustic measurement target 502 can be ignored.

なお、複数の光音響測定用の探触子がある場合において、超音波測定用ターゲットが、光音響測定用ターゲット５０２と光音響測定用ターゲット５０３の音線上にある場合であっても、妨害する音線の場所と数によって、画像への影響が小さい場合がある。例えば、光軸に近い方の探触子から７０％の音線を含めば良い。 In addition, when there are a plurality of probes for photoacoustic measurement, even if the targets for ultrasonic measurement are on the sound lines of the target for photoacoustic measurement 502 and the target for photoacoustic measurement 503, interference occurs. Depending on the location and number of rays, the impact on the image may be small. For example, 70% of sound rays may be included from the probe closer to the optical axis.

以上のようなファントムの配置をすることにより、超音波測定用ターゲットがあっても光音響測定用ターゲットおよび共用ターゲットからの音響波が妨害されることなく、検出することができる。 By arranging the phantom as described above, even if there is an ultrasonic measurement target, acoustic waves from the photoacoustic measurement target and the shared target can be detected without being disturbed.

実施形態１と同様に、本実施形態に係るファントムによっても、光音響測定と超音波エコー測定の評価を１個のファントムで実現することができる。特に、光音響測定用の第１のターゲットを、超音波測定用の第２のターゲットよりも測定面に近い位置に設けることにより、一方のターゲットが、他方の測定を妨害することを抑制できる。 As in the first embodiment, the evaluation according to the photoacoustic measurement and the ultrasonic echo measurement can be realized with a single phantom according to the phantom according to the present embodiment. In particular, by providing the first target for photoacoustic measurement at a position closer to the measurement surface than the second target for ultrasonic measurement, it is possible to suppress that one target interferes with the other measurement.

上記の各実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で互いに組み合わせることができる。 The above embodiments are merely illustrative and can be combined with one another without departing from the scope of the present invention.

１０３、３０３、５０２光音響測定用ターゲット（第１のターゲット）
１０４、３０４、５０３超音波測定用ターゲット（第２のターゲット）
３０５共用ターゲット（第３のターゲット）
１０５、３０６測定面 103, 303, 502 Target for photoacoustic measurement (first target)
104, 304, 503 Target for ultrasonic measurement (second target)
305 shared target (third target)
105, 306 Measurement plane

Claims

A base material having a measurement surface;
Wherein provided in the base material, a first target and the second target, a phantom having,
The difference in acoustic characteristics between the first target and the base material is smaller than the difference in acoustic characteristics between the second target and the base material,
The difference in optical properties between the second target and the base material is smaller than the difference in optical properties between the first target and the base material, and
The phantom second target, to the previous SL measurement surface, in a direction perpendicular to the measuring surface, characterized in that provided at a position away than the first target.

The phantom according to claim 1, wherein the first target comprises a polyol in which a filler is dispersed.

The phantom according to claim 2, wherein the polyol comprises any of a polyether polyol, a polyester polyol, and a polycarbonate polyol.

The phantom according to claim 2 or 3, wherein the filler comprises a light scattering filler and a light absorbing filler.

The phantom according to claim 4, wherein the light absorbing filler is a pigment.

The phantom according to any one of claims 1 to 5, wherein the second target is a urethane resin containing an organic powder filler.

The phantom according to claim 6, wherein the organic powder filler comprises any of polypropylene, polyethylene, ethylene, vinyl acetate, and a vinyl alcohol copolymer.

The phantom according to any one of claims 1 to 7, wherein the first and second targets have a pillar shape.

The phantom according to claim 8, wherein the first and second targets are provided parallel to each other.

It further has a support member that is more rigid than the base material,
The phantom according to any one of claims 1 to 9, wherein the base material is fixed to the support member via a surface different from the measurement surface.

The phantom according to any one of claims 1 to 10, wherein the measurement surface is covered by a transparent protective member.

The phantom according to any one of claims 1 to 11, wherein the measurement surface is a curved surface.

13. A phantom according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a plurality of first targets which differ from one another in optical properties.

The phantom according to claim 13, wherein the plurality of first targets have two or more pairs of targets having different optical characteristics, and the pairs of targets having different sets have different thicknesses. .

The phantom according to claim 12 or 13, wherein the optical property is an absorption coefficient of light at different wavelengths.

A phantom according to any of the preceding claims, comprising a plurality of said second targets which differ in acoustic properties from one another.

Have a third target,
The difference between the acoustic characteristics of the third target and the base material is larger than the difference between the acoustic characteristics of the first target and the base material, and
17. The optical characteristic difference between the third target and the base material is that the optical characteristic difference between the second target and the base material is large. phantom.

18. The phantom according to claim 17, wherein the third target includes at least two targets of a first thickness and a target of a second thickness thicker than the first thickness. .

The phantom according to claim 18, wherein the at least two first thick targets are provided closer to each other than the second thick targets.

The phantom according to any one of claims 1 to 19, wherein the first to third targets are provided at different depths of the base material with respect to the measurement surface.

The phantom according to claim 17, wherein the first, second and third targets include targets different in thickness from one another.

22. The phantom according to claim 21, wherein among the targets different in thickness from each other, a thinner target is provided closer to the measurement surface.

A base material having a measurement surface;
A phantom having a first target and a second target provided in the matrix ;
The first target absorbs light more easily than the second target,
Said second target, the first rather easy to reflect the acoustic waves than the target, further,
The phantom, wherein the second target is provided at a position farther from the measurement surface in the direction orthogonal to the measurement surface than the first target .