CN102307528A - 生物体观测装置以及生物体断层图像生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明的生物体观测装置具有：超声波产生部，其对被检体内部的规定区域输出超声波；照明光产生部，其向被入射了超声波的上述规定区域照射照明光；相位成分检测部，其从第1时刻至第N时刻对向规定区域照射的照明光的返回光进行时间分解，由此检测第1至第N个与各时刻相应的该返回光的相位成分进行；以及运算部，其根据相位成分检测部所检测出的各相位成分进行如下处理：从第N个相位成分中减去第1至第N-1个相位成分之和。

Description

生物体观测装置以及生物体断层图像生成方法

技术领域

本发明涉及一种生物体观测装置以及生物体断层图像生成方法，特别是涉及一种同时使用声波和光来获取生物体内部的信息的生物体观测装置以及生物体断层图像生成方法。

背景技术

近年来，作为实现生物体的光断层成像的技术，例如提出了光学CT、光学相干断层成像法(Optical Coherence Tomography：下面称为OCT)以及光声断层成像法等各种技术。

光学CT利用了在生物体内部的光散射的影响比较弱的波长域700nm～1200nm的近红外光，因此能够得到粘膜下几cm的生物体深部的断层图像。

另外，利用了干涉的OCT能够以高分辨率(几μm～几十μm)在短时间内获取2mm左右的深度的生物体断层图像。OCT是已经实际应用到眼科领域的网膜疾病诊断中的技术，其医学关注度非常高。

光学CT虽然能够得到深部的信息，但是空间分辨率非常低，低至几mm。另一方面，OCT难以观察生物体粘膜下大约2mm以深，并且对于癌等肿瘤组织难以得到良好的画质。

对此，在日本特开2007-216001号公报中公开了如下一种技术：通过将光与超声波在生物体粘膜内部相互作用的结果作为光的相位成分的变化量来进行检测，使正常组织和癌等肿瘤组织可视化。

另外，在C.Kim，K.H.Song，L.V.Wang、《Sentinellymph nodedetection ex vivo using ultrasound-modulated optical tomography.》、J.Biomed.Opt.13(2)、2008(以下称为非专利文献)中公开了一种与超声调制光学成像技术(Ultrasound-Modulated Optica1 Tomography)相关的技术，该技术能够通过检测由射出至生物体组织的超声波进行调制而得到的光，来获得具备与光CT相比更高的空间分辨率的生物体深部的断层图像。

另外，在对生物体介质内部的期望位置射出超声波以及照明光，并根据该期望位置处产生的物体光来获取生物体信息的情况下，该物体光的相位成分的观测量根据从存在于该照明光和该物体光的路径上的生物体介质受到的相位成分的变化量而发生变动。因此，例如日本特开2007-216001号公报中记载的技术那样，在仅使用物体光的相位成分的观测量来生成期望区域的断层图像的情况下，有时会生成难以辨别正常组织和癌等肿瘤组织的(模糊的)图像。并且，在日本特开2007-216001号公报所记载的技术中，没有任何针对这种问题的提案。

另外，上述非专利文献中记载的技术进行专用于各种生物体介质中的吸收光的对象物的成像。因此，根据上述非专利文献中记载的技术，产生如下问题：无法生成能够明确辨别正常组织和癌等肿瘤组织的图像。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够以高对比度使正常组织和癌等肿瘤组织可视化的生物体观测装置以及生物体断层图像生成方法。

发明内容

用于解决问题的方案

本发明的生物体观测装置的特征在于，具有：超声波产生部，其对被检体内部的规定区域输出超声波；照明光产生部，其向被入射了上述超声波的上述规定区域射出照明光；相位成分检测部，其从第1时刻至第N时刻对向上述规定区域射出的上述照明光的返回光进行时间分解，由此检测第1个至第N个与各时刻相应的该返回光的相位成分；以及运算部，其根据上述相位成分检测部所检测出的各相位成分进行如下处理：从第N个相位成分中减去第1个至第N-1个相位成分之和。

本发明的生物体断层图像生成方法的特征在于，具有以下步骤：对被检体内部的规定区域输出超声波；向被入射了上述超声波的上述规定区域射出照明光；从第1时刻至第N时刻对向上述规定区域射出的上述照明光的返回光进行时间分解，由此检测第1个至第N个与各时刻相应的该返回光的相位成分；根据上述相位成分检测部所检测出的各相位成分进行如下处理：从第N个相位成分中减去第1个至第N-1个相位成分之和；以及通过将上述处理中的处理结果用作像素成分，来生成上述规定区域的断层图像。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的光学成像装置的主要部分的结构的一例的图。

图2是表示在图1的光学成像装置中所进行的处理的一例的流程图。

图3是表示在从生物体组织的表面数起第j+1个深度位置处产生物体光的情况的示意图。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的光学成像装置的主要部分的结构与图1不同的例子的图。

图5是表示图4的光耦合器外围的详细结构的图。

图6是表示图4的光学成像装置所具有的光纤的端部的结构的一例的图。

图7是表示在图4的光学成像装置中进行的处理的一例的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。

图1至图7是本发明的实施方式所涉及的图。图1是表示本发明的实施方式所涉及的光学成像装置的主要部分的结构的一例的图。图2是表示在图1的光学成像装置中进行的处理的一例的流程图。图3是表示在从生物体组织的表面数起第j+1个深度位置处产生物体光的情况的示意图。图4是表示本发明的实施方式所涉及的光学成像装置的主要部分的结构与图1不同的例子的图。图5是表示图4的光耦合器周围的详细结构的图。图6是表示图4的光学成像装置所具有的光纤的端部的结构的一例的图。图7是表示在图4的光学成像装置中进行的处理的一例的流程图。

如图1所示，作为生物体观测装置的光学成像装置1具有：单元2，其能够对作为被检体的生物体组织101射出超声波和照明光，并且接收该照明光在该生物体组织101中进行反射和散射而得到的光、即物体光；扫描驱动器3，其根据从扫描信号产生部9输出的扫描信号，一边改变单元2的位置(扫描位置)一边射出该超声波和该照明光；任意波形产生部4；放大部5；信号处理部6；终端装置7；由监视器等构成的显示部8；以及扫描信号产生部9。

单元2构成为具有：照明光产生部21、半透半反镜22、参考镜25、在中央部形成有开口部的超声波换能器26和声透镜26a、以及光检测部27。

照明光产生部21由能够发出作为能够到达生物体组织101内部的检查对象位置的照明光的相干光的激光光源、或SLD(Super Luminescent Diode：超辐射发光二极管)或白色光源和干涉滤光片的组合等构成。此外，从照明光产生部21发出的照明光不限于连续光，例如也可以是脉冲光。

半透半反镜22反射来自照明光产生部21的照明光的一部分来向参考镜25侧射出，并且使该照明光的另一部分向超声波换能器26侧透射。

从半透半反镜22向参考镜25侧射出的照明光在参考镜25中反射后，作为参考光入射到半透半反镜22。

从半透半反镜22向超声波换能器26侧透射的照明光在通过设置在超声波换能器26和声透镜26a的中央部的开口部之后，被射到生物体组织101。

此外，在本实施方式中，设在由光学成像装置1的各部进行用于获取生物体组织101的生物体信息的处理等之前，用水等超声波传播介质来填满单元2(的声透镜26a侧)与生物体组织101之间。

另一方面，超声波换能器26根据来自任意波形产生部4的超声波驱动信号，将作为连续波的规定的超声波沿着通过开口部的照明光的光轴射到生物体组织101。并且，从超声波换能器26射出的规定的超声波通过声透镜26a会聚，并且作为周期性的疏密波而在生物体组织101的内部传播，之后会聚在生物体组织101的深度方向(图1的z轴方向)上的规定的区域中。

声透镜26a例如具有以下结构：通过扫描驱动器3的控制，能够适当地变更规定的超声波在生物体组织101的深度方向(图1的z轴方向)上会聚的区域。

另一方面，从单元2射出的照明光在生物体组织101的深度方向(图1的z轴方向)的各位置中的、与规定的超声波会聚的区域相当的位置处进行反射，在通过超声波换能器26以及声透镜26a的开口部之后，作为物体光(返回光)入射到半透半反镜22。即，透过半透半反镜22的照明光在生物体组织101的内部的、因上述规定的超声波而密度变大的位置处进行反射之后，作为物体光入射到半透半反镜22。

并且，半透半反镜22使从参考镜25侧入射的参考光和从超声波换能器26侧入射的物体光这两束光分别进行干涉，并且将该两束光干涉之后产生的干涉光射到光检测部27侧。

光检测部27对从半透半反镜22射出的干涉光进行外差(heterodyne)检测，之后将所检测出的该干涉光转换为作为电信号的干涉信号而输出到信号处理部6。

扫描驱动器3在每次被输入来自扫描信号产生部9的扫描信号时，将超声波换能器26以及声透镜26a的位置变更为图1的x轴方向或y轴方向。

任意波形产生部4将用于从超声波换能器26和声透镜26a输出具有规定的波长(或者规定的频率)的规定的超声波的超声波驱动信号输出到放大部5。或者，任意波形产生部4将时刻信号输出到扫描信号产生部9，该时刻信号表示向放大部5输出了超声波驱动信号的时刻。并且，任意波形产生部4在到达扫描驱动器3的扫描范围的终端时，将触发信号输出到终端装置7和扫描信号产生部9。并且，任意波形产生部4将上述时刻信号延迟规定时间后输出到信号处理部6。

由功率放大器等构成的放大部5对从任意波形产生部4输出的超声波驱动信号进行放大，并且将放大后的超声波驱动信号输出到超声波换能器26。

具备未图示的光谱分析仪或数字示波器等的信号处理部6对从光检测部27输出的干涉信号进行检测。并且，信号处理部6对上述干涉信号的检测结果进行基于来自任意波形产生部4的时刻信号的时间分解，由此获取相位成分的观测量，之后将该相位成分的观测量输出到终端装置7。

由计算机等构成的终端装置7构成为具有进行各种运算和处理的CPU 7a以及存储器7b。

CPU 7a根据从信号处理部6输出的相位成分的观测量来分别算出生物体组织101的最表层部以外的深度方向的各位置处的相位成分的相对量。

另外，CPU 7a根据生物体组织101的最表层部的相位成分的观测量和上述相位成分的相对量的计算结果，逐行生成由沿着生物体组织101的深度方向的N个像素构成的图像数据，之后将生成的1行图像数据依次存储到存储器7b中。

并且，CPU 7a当根据从任意波形产生部4输出的触发信号检测到扫描结束时，通过读入从输入前一次触发信号时起至输入本次的触发信号时为止存储在存储器7b中的M行图像数据，生成具备垂直方向的像素数N以及水平方向的像素数M这一尺寸的相当于一个画面的图像数据。之后，CPU 7a将上述相当于一个画面的图像数据转换为影像信号并输出到显示部8。由此，在显示部8中，对图1所示的各坐标轴中的例如xz平面上的生物体组织101的内部图像(断层图像)进行图像显示。

扫描信号产生部9每当被输入来自任意波形产生部4的时刻信号和触发信号的时刻，向扫描驱动器3输出用于变更扫描位置的扫描信号。

接着，对本实施方式的光学成像装置1的作用进行说明。

首先，用户配置超声波换能器26(以及声透镜26a)，并且用水等的超声波传播介质填满超声波换能器26(以及声透镜26a)与生物体组织101之间，使得在接通光学成像装置1的各部的电源之后向一个扫描位置中的图1的z轴方向(生物体组织101的深度方向)射出超声波以及照明光。

之后，用户例如通过接通未图示的操作部所具有的开关等，来指示开始获取生物体组织101中的生物体信息。

任意波形产生部4根据来自未图示的操作部的上述指示，通过放大部5将用于输出规定的超声波的超声波驱动信号输出到超声波换能器26。

超声波换能器26以及声透镜26a根据所输入的超声波驱动信号，将规定的超声波沿着照明光的射出方向射到从生物体组织101的表面数起第j个(j＝1、2、...、N)深度位置(图2的步骤S1)。由此，从超声波换能器26以及声透镜26a射出的规定的超声波作为周期性的疏密波而在生物体组织101的内部传播之后，会聚在从生物体组织101的表面数起第j个深度位置处。此外，在本实施方式中，将从生物体组织101的表面数时的深度位置的索引值j设为对输出图像的每个像素逐一设定的值。

另一方面，在从超声波换能器26以及声透镜26a射出规定的超声波后，对半透半反镜22射出来自照明光产生部21的照明光(图2的步骤S2)。

从照明光产生部21射出的照明光经过半透半反镜22以及参考镜25等后，从设置在超声波换能器26以及声透镜26a的开口部向图1的z轴方向(生物体组织101的深度方向)射出。此外，以后将从上述开口部射出的照明光的相位设为0来进行说明。

对生物体组织101射出的照明光在从生物体组织101的表面数起第j个深度位置处进行反射，在通过超声波换能器26以及声透镜26a的开口部后作为物体光入射到半透半反镜22。

从超声波换能器26侧入射的物体光在半透半反镜22中与从参考镜25侧入射的参考光发生干涉后，作为干涉光入射到光检测部27。

光检测部27对从半透半反镜22射出的干涉光进行外差检测后，将检测到的该干涉光转换为作为电信号的干涉信号并输出到信号处理部6。

并且，具有相位成分检测部的功能的信号处理部6获取在从生物体组织101的表面数起第j个深度位置处产生的物体光的相位成分，将该相位成分设为φ_j(图2的步骤S3)，通过进行与来自任意波形产生部4的时刻信号的输入时刻相应的时间分解来使该相位成分φ_j与深度位置的索引值j相关联，之后暂时存储该相位成分φ_j的值。

之后，在获取在从生物体组织101的表面数起第N个深度位置处产生的物体光的相位成分φ_N之前，光学成像装置1的各部反复进行图2的步骤S1至步骤S3的动作(图2的步骤S4以及步骤S5)。

即，通过反复进行图2的步骤S1至步骤S3的动作，对从生物体组织101的表面数起第1个至第N个各不相同的深度位置入射超声波，在从第1个至第N个各不相同的时刻依次从照明光产生部21射出照明光，并将与深度位置的索引值1、2、...、N-1、N相关联的相位成分φ₁、φ₂、...、φ_N-1、φ_N的各值暂时存储到信号处理部6中。

在此，从在生物体组织101的表面数起第1个深度位置、即生物体组织101的最表层部反射的照明光作为具备相位成分φ₁的物体光而入射到半透半反镜22。在将从生物体组织101的表面数起第1个深度位置的折射率设为n₁，将从生物体组织101的表面与第1个深度位置之间的距离(物理长度)设为l₁，将照明光的波长设为λ的情况下，相位成分φ₁如下面的式(1)所示。

${\mathrm{\φ}}_1=2\·2\mathrm{\π}\frac{n_1{l}_1}{\mathrm{\λ}}\·\·\·\left(1\right)$

遵循此公式，例如图3所示那样，在将从生物体组织101的表面数起第j+1个深度位置的折射率设为n_j+1，将从生物体组织101的表面数起第j个深度位置与第j+1个深度位置之间的距离(物理长度)设为l_j+1，将照明光(以及物体光)的波长设为λ的情况下，来自从生物体组织101的表面数起第j+1个深度位置的返回光、即物体光所具备的相位成分φ_j+1如下面的式(2)所示。

${\mathrm{\φ}}_{j+1}=2\·2\mathrm{\π}(\frac{n_1{l}_1}{\mathrm{\λ}}+\frac{n_2{l}_2}{\mathrm{\λ}}+\·\·\·+\frac{n_j{l}_j}{\mathrm{\λ}}+\frac{n_{j+1}{l}_{j+1}}{\mathrm{\λ}})\·\·\·\left(2\right).$

即，通过信号处理部6获取的相位成分φ_j+1包含相当于相位成分φ₁、φ₂、...、φ_j的值。

并且，信号处理部6在获取在从生物体组织101的表面数起第N个深度位置处产生的物体光所具备的相位成分φ_N之后，通过进行上述时间分解来使该相位成分φ_N与索引值N相关联。之后，信号处理部6将与深度位置的索引值1、2、...、N-1、N相关联的相位成分φ₁、φ₂、...、φ_N-1、φ_N的各值作为相位成分的观测量的获取结果输出到终端装置7。

具有作为运算部的功能的CPU 7a根据从信号处理部6输出的相位成分的观测量，从在第j+1个深度位置处获得的相位成分φ_j+1减去在与该第j+1个深度位置相邻的第j个深度位置处获得的相位成分φ_j，由此通过下述式(3)所示的公式来计算出相对于第j个深度位置的第j+1个深度位置的相位成分φ_j+1，j(图2的步骤S6)。换言之，CPU 7a进行如下处理：从在相当于检查对象位置的第j+1个深度位置处获得的相位成分φ_j+1中减去相位成分φ_j，该相位成分φ_j相当于照明光在从生物体组织101的表面入射后直到到达第j个深度位置为止的期间所受到的相位成分的变化量与物体光在通过该第j个深度位置后直到到达生物体组织101的表面为止的期间所受到的相位成分的变化量的总和。其结果，算出相当于相位成分的相对量的φ_2，1、φ_3，2、...、φ_N，N-1的各值。

${\mathrm{\φ}}_{j+1,j}={\mathrm{\φ}}_{j+1}-{\mathrm{\φ}}_j$

$=2\·2\mathrm{\π}\{(\frac{n_1{l}_1}{\mathrm{\λ}}+\frac{n_2{l}_2}{\mathrm{\λ}}+\·\·\·+\frac{n_j{l}_j}{\mathrm{\λ}}+\frac{n_{j+1}{l}_{j+1}}{\mathrm{\λ}})-(\frac{n_1{l}_1}{\mathrm{\λ}}+\frac{n_2{l}_2}{\mathrm{\λ}}+\·\·\·+\frac{n_j{l}_j}{\mathrm{\λ}})\}$

$=2\·2\mathrm{\π}\frac{n_{j+1}{l}_{j+1}}{\mathrm{\λ}}\·\·\·\left(3\right)$

并且，CPU 7a将从生物体组织101的表面数起第1个深度位置的相位成分φ₁的值和从生物体组织101的表面数起第二个～第N个深度位置的相位成分φ_2，1、φ_3，2、...、φ_N，N-1的各值用作像素成分，生成由沿着生物体组织101的深度方向的N个像素构成的1行图像数据(图2的步骤S7)，之后将该1行图像数据依次存储到存储器7b中。

此外，本实施方式的CPU 7a不限于通过将相位成分φ₁的值和相位成分φ_2，1、φ_3，2、...、φ_N，N-1的各值用作像素成分来生成1行图像数据，CPU 7a也可以通过将该相位成分各自所包含的折射率n₁、n₂、...n_N-1、n_N的值用作像素成分来生成1行图像数据。

CPU 7a根据是否被输入了来自任意波形产生部4的触发信号，来判断在图2的步骤S7的处理中获取1行图像数据时的一个扫描行是否为扫描驱动器3的扫描范围的终端(图2的步骤S8)。

并且，在上述扫描行不是扫描驱动器3的扫描范围的终端的情况下(扫描还未结束的情况下)，CPU 7a对扫描信号产生部9进行如下控制：使扫描行从上述的一个扫描行改变为(针对图1的x轴方向或y轴方向不同的)其它扫描行(图2的步骤S9)。并且，自此以后，在扫描行到达扫描驱动器3的扫描范围的终端之前的期间，在光学成像装置1的各部中反复进行如上所述的动作来发挥作用。

另外，当CPU 7a根据触发信号的输入来检测到扫描已结束时，读入从输入前一次的触发信号时起到输入本次的触发信号时为止存储在存储器7b中的M行图像数据，生成具备垂直方向的像素数N以及水平方向的像素数M这一尺寸的相当于一个画面的图像数据。之后，CPU 7a将上述相当于一个画面的图像数据转换为影像信号并输出到显示部8(图2的步骤S10)。由此，在显示部8中，对图1所示的各坐标轴中的例如xz平面上的生物体组织101内部的图像(断层图像)进行图像显示。

如上所述，本实施方式的光学成像装置1具有如下结构和作用：在对生物体介质内部的期望位置射出超声波和照明光并根据该期望位置处产生的物体光来获得生物体信息的情况下，能够去除从存在于该照明光和该物体光的路径上的生物体介质受到的相位成分的变化量，能够获取该期望位置的生物体信息。因此，根据本实施方式的光学成像装置1，能够以高对比度使作为光折射率各不相同的生物体介质的正常组织和癌等肿瘤组织可视化。

此外，本实施方式的光学成像装置1在获取生物体组织101的深度方向的一个扫描行上的相位成分φ₁、φ₂、...、φ_N-1、φ_N的各值的情况下，也可以不构成为从生物体组织101的表面侧到深部侧依次射出超声波以及照明光的结构。

另外，图1所示的光学成像装置1作为用于获得与上述效果相同的效果的结构，例如也可以构成为图4所示的光学成像装置1A。

具体地说，光学成像装置1A构成为除了具有扫描驱动器3、任意波形产生部4、放大部5、信号处理部6、终端装置7、显示部8、扫描信号产生部9、照明光产生部21、参考镜25、超声波换能器26、声透镜26a以及光检测部27之外，还具有光纤52a、52b、52c、52d、光耦合器53以及准直透镜56。

另外，如图5所示，光耦合器53构成为具有第一耦合器部53a和第二耦合器部53b。

如图5以及图6所示，光纤52a的一端侧与照明光产生部21相连接，并且另一端侧与第一耦合器部53a相连接。

如图6所示，光纤52b具有用于接收光的纤维束60a和用于射出光的纤维束60b。另外，纤维束60a的一端侧连接在第二耦合器部53b上，并且另一端侧插通形成在超声波换能器26以及声透镜26a的中央部上的开口部且与该开口部相连接。并且，纤维束60b的一端侧连接在第一耦合器部53a上，并且另一端侧插通形成在超声波换能器26以及声透镜26a的中央部上的开口部且与该开口部相连接。此外，纤维束60a以及纤维束60b的各端部在形成在超声波换能器26以及声透镜26a的中央部上的开口部中配置成例如图6所示的状态。

如图5所示，光纤52c具有用于接收光的纤维束60c和用于射出光的纤维束60d。另外，纤维束60c的一端侧连接在第二耦合器部53b上，并且另一端侧被配置在来自准直透镜56的光所能够入射的位置。并且，纤维束60d的一端侧连接在第一耦合器部53a上，并且另一端侧被配置在能够向准直透镜56射出光的位置。

如图4以及图5所示，光纤52d的一端侧连接在第二耦合器部53b上，并且另一端侧连接在光检测部27上。

并且，根据上述光学成像装置1A的结构，从照明光产生部21发出的照明光通过光纤52a、第一耦合器部53a以及纤维束60b射至生物体组织101，并且通过光纤52a、第一耦合器部53a以及纤维束60d射至准直透镜56。

入射到准直透镜56的照明光被射成具有平行光束的光，在参考镜25上进行反射，在再次通过准直透镜56之后，作为参考光入射到纤维束60c。另外，入射到纤维束60c的参考光被射至第二耦合器部53b。

另一方面，通过纤维束60b照射的照明光在生物体组织101的深度方向(图4的z轴方向)的各位置中的、与从超声波换能器26以及声透镜26a射出的规定的超声波会聚的区域相当的位置(从生物体组织101的表面数起第j个深度位置)处进行反射之后，作为物体光入射到纤维束60a。

从纤维束60a入射的物体光在第二耦合器部53b中与从纤维束60c入射的参考光发生干涉，由此成为干涉光。并且，上述干涉光经过光纤52d入射到光检测部27。

此外，光学成像装置1A不限于使用内置有图6所示的纤维束60a和纤维束60b的光纤52b来构成，也可以使用兼用于发送和接收光的一根光纤来构成。

之后，通过进行与图2的流程图所示的一系列处理相同的处理来逐行生成由N个像素构成的图像数据，生成具备垂直方向的像素数N以及水平方向的像素数M这一尺寸的相当于一个画面的图像数据。

通过具有上述结构和作用，在光学成像装置1A中也能够与光学成像装置1同样地，能够以高对比度将正常组织和癌等肿瘤组织可视化。

此外，不仅在图1以及图4所例示的干涉型系统中能够获得上述效果，在非干涉型系统中也能同样地获得上述效果。

另外，根据本实施方式，从超声波换能器26以及声透镜26a射出的规定的超声波不限于连续波，也可以是脉冲波。

在此，在图4所示的光学成像装置1A中，以如下情况为例进行说明：从照明光产生部21射出的照明光是连续光，并且从超声波换能器26以及声透镜26a射出的规定的超声波是脉冲波。

首先，用户配置超声波换能器26(以及声透镜26a)，并且用水等的超声波传播介质填满超声波换能器26(以及声透镜26a)与生物体组织101之间，使得在接通光学成像装置1A的各部的电源之后向一个扫描位置中的图4的z轴方向(生物体组织101的深度方向)射出超声波以及照明光。

之后，用户例如通过接通未图示的操作部所具有的开关等来指示开始获取生物体组织101的生物体信息。

照明光产生部21根据来自未图示的操作部的上述指示，将连续光作为照明光射出(图7的步骤S21)。

从照明光产生部21射出的照明光通过光纤52a、第一耦合器部53a以及纤维束60b之后，向图4的z轴方向(生物体组织101的深度方向)射出。

另一方面，在从照明光产生部21照射照明光之后，任意波形产生部4通过放大部5将用于以脉冲方式输出规定的超声波的超声波驱动信号输出到超声波换能器26。

超声波换能器26以及声透镜26a根据所输入的超声波驱动信号，将规定的超声波沿着照明光的射出方向以脉冲方式输出到从生物体组织101的表面数起第j个(j＝1、2、...N)深度位置(图7的步骤S22)。

由此，从超声波换能器26以及声透镜26a以脉冲方式输出的规定的超声波作为周期性的疏密波而在生物体组织101的内部传播之后，会聚在从生物体组织101的表面数起第j个深度位置。

另一方面，对生物体组织101射出的照明光在生物体组织101的表面数起第j个深度位置处进行反射之后，作为物体光入射到纤维束60a。

从纤维束60a入射的物体光在第二耦合器部53b中与从纤维束60c入射的参考光发生干涉而成为干涉光。并且，上述干涉光通过光纤52d入射到光检测部27。

光检测部27对从光纤52d射出的干涉光进行外差检测后，将检测到的该干涉光转换为作为电信号的干涉信号并输出到信号处理部6。

并且，信号处理部6获取在从生物体组织101的表面数起第j个深度位置处产生的物体光的相位成分，将该相位成分设为φ_j(图7的步骤S23)。之后，信号处理部6通过进行与来自任意波形产生部4的时刻信号的输入时刻相应的时间分解来使相位成分φ_j与深度位置的索引值j相关联，并且暂时存储该相位成分φ_j的值。

之后，在获取在从生物体组织101的表面数起第N个深度位置处产生的物体光的相位成分φ_N之前，光学成像装置1A的各部反复进行图7的步骤S22以及步骤S23的动作(图7的步骤S24以及步骤S25)。

即，通过反复进行图7的步骤S22以及步骤S23的动作，在对从生物体组织101的表面数起第1个至第N个各不相同的深度位置入射脉冲超声波的每个时刻发出物体光，将与深度位置的索引值1、2、...、N-1、N相关联的相位成分φ₁、φ₂、...、φ_N-1、φ_N的各值暂时存储到信号处理部6中。

并且，信号处理部6获取在从生物体组织101的表面数起第N个深度位置处产生的物体光所具备的相位成分φ_N，通过进行上述时间分解而使该相位成分φ_N与索引值N相关联。之后，信号处理部6将与深度位置的索引值1、2、...、N-1、N相关联的相位成分φ₁、φ₂、...、φ_N-1、φ_N的各值作为相位成分的观测量的获取结果输出到终端装置7。

具有作为运算部的功能的CPU 7a根据从信号处理部6输出的相位成分的观测量，从在第j+1个深度位置处获得的相位成分φ_j+1减去在与该第j+1个深度位置相邻的第j个深度位置处获得的相位成分φ_j，由此通过上述式(3)所示的公式来计算出相对于第j个深度位置的第j+1个深度位置的相位成分φ_j+1，j(图7的步骤S26)。

并且，CPU 7a将从生物体组织101的表面数起第1个深度位置的相位成分φ₁的值和从生物体组织101的表面数起第2～第N个深度位置的相位成分φ_2，1、φ_3，2、...、φ_N，N-1的各值用作像素成分，生成由沿着生物体组织101的深度方向的N个像素构成的1行图像数据(图7的步骤S27)，之后将该1行图像数据依次存储到存储器7b中。

CPU 7a根据是否被输入了来自任意波形产生部4的触发信号，来判断在图7的步骤S27的处理中获取1行图像数据时的一个扫描行是否为扫描驱动器3的扫描范围的终端(图7的步骤S28)。

并且，在上述扫描行不是扫描驱动器3的扫描范围的终端的情况下(扫描还未结束的情况下)，CPU 7a对扫描信号产生部9进行如下控制：使扫描行从上述的一个扫描行改变为(针对图4的x轴方向或y轴方向不同的)其它扫描行(图7的步骤S29)。并且，自此以后，在扫描行到达扫描驱动器3的扫描范围的终端之前的期间，在光学成像装置1A的各部中反复进行如上所述的动作来发挥作用。

另外，CPU 7a当根据触发信号的输入而检测到扫描已结束时，读入从输入前一次的触发信号时起到输入本次的触发信号时为止存储在存储器7b中的M行图像数据，生成具备垂直方向的像素数N以及水平方向的像素数M这一尺寸的相当于一个画面的图像数据。之后，CPU 7a将上述相当于一个画面的图像数据转换为影像信号并输出到显示部8(图7的步骤S30)。由此，在显示部8中，对图4所示的各坐标轴中的例如xz平面上的生物体组织101的内部图像(断层图像)进行图像显示。

并且，在进行图7所示的一系列处理的情况下，也能够以高对比度将正常组织和癌等肿瘤组织可视化。

当然，本发明并不限于上述各实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够进行各种变更、应用。

本申请是将于2009年2月23日在日本申请的专利申请2009-39709号作为要求优先权的基础而进行申请的，本说明书、权利要求书、附图引用上述的公开内容。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种生物体观测装置，其特征在于，具有：

超声波产生部，其对被检体内部的规定区域输出超声波；

照明光产生部，其向被入射了上述超声波的上述规定区域射出照明光；

相位成分检测部，其从第1时刻至第N时刻对向上述规定区域射出的上述照明光的返回光进行时间分解，由此检测第1个至第N个与各时刻相应的该返回光的相位成分；以及

运算部，其根据上述相位成分检测部所检测出的各相位成分进行如下处理：该处理用于从第N个相位成分中减去第1个至第N-1个相位成分之和。

2.根据权利要求1所述的生物体观测装置，其特征在于，

上述运算部通过将上述处理中的处理结果用作像素成分，来生成上述规定区域的断层图像。

3.根据权利要求1或2所述的生物体观测装置，其特征在于，

上述照明光是相干光。

4.(修改后)一种生物体断层图像生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

对被检体内部的规定区域输出超声波；

向被入射了上述超声波的上述规定区域射出照明光；

从第1时刻至第N时刻对向上述规定区域射出的上述照明光的返回光进行时间分解，由此检测第1个至第N个与各时刻相应的该返回光的相位成分；

根据上述相位成分检测部所检测出的各相位成分进行如下处理：该处理用于从第N个相位成分中减去第1个至第N-1个相位成分之和；以及

通过将上述处理中的处理结果用作像素成分，来生成上述规定区域的断层图像。

5.根据权利要求4所述的生物体断层图像生成方法，其特征在于，

上述照明光是相干光。

Claims (5)

1.一种生物体观测装置，其特征在于，具有：

超声波产生部，其对被检体内部的规定区域输出超声波；

照明光产生部，其向被入射了上述超声波的上述规定区域射出照明光；

相位成分检测部，其从第1时刻至第N时刻对向上述规定区域射出的上述照明光的返回光进行时间分解，由此检测第1个至第N个与各时刻相应的该返回光的相位成分；以及

运算部，其根据上述相位成分检测部所检测出的各相位成分进行如下处理：从第N个相位成分中减去第1个至第N-1个相位成分之和。

2.根据权利要求1所述的生物体观测装置，其特征在于，

上述运算部通过将上述处理中的处理结果用作像素成分，来生成上述规定区域的断层图像。

3.根据权利要求1或2所述的生物体观测装置，其特征在于，

上述照明光是相干光。

4.一种生物体断层图像生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

对被检体内部的规定区域输出超声波；

向被入射了上述超声波的上述规定区域射出照明光；

从第1时刻至第N时刻对向上述规定区域射出的上述照明光的返回光进行时间分解，由此检测第1个至第N个与各时刻相应的该返回光的相位成分；

根据上述相位成分检测部所检测出的各相位成分进行如下处理：从第N个相位成分中减去第1个至第N-1个相位成分之和；以及

通过将上述处理中的处理结果用作像素成分，来生成上述规定区域的断层图像。

5.根据权利要求4所述的生物体断层图像生成方法，其特征在于，

上述照明光是相干光。

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