JP2014079485A - 被検体情報取得装置および被検体情報取得装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被検体に光を照射し、前記被検体内で発生する音響波を音響波探触子で受信し、当該音響波に基づいて、前記被検体内部の情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に照射される、少なくとも二種類の波長の照射光を選択的に出射する光源と、前記光源に対して、前記照射光の波長の切り替えを指示する波長切替え手段と、前記光源と接続され、前記照射光を被検体に導く照明光学系と、前記波長切替え手段が、前記光源に対して照射光の波長切り替え指示を行ってから、前記光源が照射光の波長切り替えを完了するまでの間、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する光照射制限手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
照射光の波長を変えて複数回の測定を行う場合、測定部位に対する超音波探触子の位置が異なると、取得したイメージにずれが生じてしまい、正しい比較を行うことができない。従って、被検体に対する超音波探触子の位置は、全ての測定において同じであることが望ましい。
そのため、複数の光音響データを取得して比較を行う場合は、プローブを被検体に押し付け、姿勢を維持した状態のままで、照射光の波長を切り替えて複数回の測定を一度に行うことが好ましい。
しかし、照射光の波長を切り替えるためにはある程度の時間が必要となるため、従来の光音響測定装置では、波長の切り替えを行う際に、測定に用いない不要な照射光が被検体に照射されてしまい、被検者に無用の身体的負担を与えてしまうという問題があった。
る。
被検体に光を照射し、前記被検体内で発生する音響波を音響波探触子で受信し、当該音響波に基づいて、前記被検体内部の情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に照射される、少なくとも二種類の波長の照射光を選択的に出射する光源と、前記光源に対して、前記照射光の波長の切り替えを指示する波長切替え手段と、前記光源と接続され、前記照射光を被検体に導く照明光学系と、前記波長切替え手段が、前記光源に対して照射光の波長切り替え指示を行ってから、前記光源が照射光の波長切り替えを完了するまでの間、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する光照射制限手段と、を有することを特徴とする。
被検体に光を照射し、前記被検体内で発生する音響波を音響波探触子で受信し、当該音響波に基づいて、前記被検体内部の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、前記被検体に照射する第一の波長の照射光を発生させ、前記照射光を、照明光学系を経由して前記被検体に照射する第一の光照射ステップと、前記照射光の波長の切り替えを開始する前に、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する光照射制限ステップと、前記被検体に照射する照射光の波長を、前記第一の波長とは異なる第二の波長に変更する波長変更ステップと、前記照射光の波長の切り替えが完了した後に、前記被検体に対する前記照射光の照射制限を解除する光照射制限解除ステップと、前記第二の波長の照射光を、照明光学系を経由して前記被検体に照射する第二の光照射ステップと、を含むことを特徴とする。
<システム構成>
まず、図1を参照しながら、第一の実施形態に係る光音響測定装置の構成を説明する。本発明の第一の実施形態に係る光音響測定装置は、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を目的として、被検体である生体の情報を画像化する、手動走査型の光音響イメージング装置である。生体の情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布であり、生体内の初期音圧分布、あるいはそこから導かれる光エネルギー吸収密度分布である。
レーザ光源1は、被検体である生体に照射する近赤外線を発生させる手段である。
レーザ光源1からは、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長の光を発生させることが好ましい。具体的には、数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源が好ましい。光源は、レーザ光を発生させる光源が好ましいが、レーザ光源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。レーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、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。
レーザ光源1が本発明における「光源」であり、レーザ光源1によって発せられた光(以下、レーザ光)が本発明における「照射光」である。
なお、本実施形態では単一の光源を用いているが、複数の光源を用いても良い。複数の光源を用いる場合は、生体に照射する光の照射強度を上げるため、同じ波長を発振する光源を複数用いても良いし、光学特性値分布の波長による違いを測定するために、発振波長の異なる光源を複数個用いても良い。なお、光源として、発振する波長の変換可能な色素やOPO(Optical Parametric Oscillators)を用いれば、光学特性値分布の波長による違いを測定することも可能になる。
また、レーザ光源は通常、照射周波数が決まっている。これは、所望の強度のパルス光を継続的に照射するために、設計値として定められる。照射周波数は、単位時間に行える光音響測定の回数に影響するため、高いほど好ましい。本実施形態においては、レーザ光源の照射周波数は10Hzとする。
さらに、本実施形態におけるレーザ光源1は、波長可変機構を有し、発生させるレーザ光の波長を変更することができる。具体的には、レーザ光の光路上に配置された複屈折フィルタやプリズムなどを、ステッピングモータ等の駆動手段によって回動させることによって、必要とする波長の光を取り出し、出射させる。
また、レーザ光源1は、発生させるレーザ光の波長を外部から指示するためのインタフェースを備える。インタフェースが送受信する信号は、発生させる光の波長が二種類の場合は二値(0,1)の信号であってもよいし、コマンドと応答で構成された対話型の信号であってもよい。
なお、本実施形態においては、レーザ光源1が波長可変機構を有している形態を例示したが、波長可変機構はレーザ光源1と別個の装置であってもよい。また、異なる波長のレーザ光を発する複数の光源を切り替える形態であってもよい。複数の波長のレーザ光を選択的に射出することができればよい。また、上述したレーザ光の波長変更方法、および波
長の変更完了を検知する方法は一例であり、発明の実施形態はこれに限られない。
レーザ光源1によって発せられた光は、接続されたバンドルファイバ2によって光音響プローブ7へ導かれる。
バンドルファイバ2は、光源で発生したレーザ光を光音響プローブ7まで導くための光ファイバの集合体である。本実施形態においては、レーザ光の伝達にバンドルファイバを使用しているが、レーザ光の伝達は、遮光筒と反射ミラーの組み合わせによって行ってもよい。光源によって発せられたレーザ光を光音響プローブまで導くことができれば、どのようなものが使用されてもよい。
照明光学系3は、入射されたレーザ光のビーム成形を行う手段である。具体的には、所望のビーム形状、光強度分布を得られるように、レンズや拡散板などで構成された光学部材である。本実施形態においては、照明範囲を広げる拡大光学系と、急激なレーザ強度分布を防止するための拡散板とで構成されている。なお、本発明における「照明光学系」とは、光源から発せられたレーザ光を被検体表面へ導く手段全てを指し、本実施形態においては、レーザ光が経由するバンドルファイバ2および照明光学系3の双方を含む。
本実施形態においては、光音響プローブ7の内部に照明光学系が配置されているが、バンドルファイバ2よりも光源側に照明光学系が配置される構成であっても良いし、複数箇所に照明光学系を配置し、ビーム成形工程を複数箇所に分けて行う構成であっても良い。
成形されたレーザ光は、ハウジング6に設けられた開口部である出射端5から出射され、被検体へ照射される。
音響波探触子4は、被検体である生体内部で発生または反射した音響波を検出し、アナログの電気信号に変換する手段である。生体から発生する音響波は、100KHzから100MHzの超音波であるため、超音波探触子4には上記の周波数帯を受信できる超音波検出器を用いる。具体的には、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である。音響波信号を検知できるものであれば、どのような検出器を用いてもよい。
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。本実施形態では、レーザ光の波長を変えて複数回の測定を行い、取得された複数の
測定データから画像データを生成する。生成された画像データは、モニタ11に表示され、利用者に提示される。
本実施形態に係る光音響測定装置は、上記構成に加えてさらに出射光制限部8を有する。出射光制限部8は、レーザ光源1とバンドルファイバ2の間に配置され、レーザ光を遮光する遮光機構であり、本発明における光照射制限手段である。第一の実施形態では、光路上に配置された遮光板を駆動し、光路を閉塞および開放することで、被検体に照射されるレーザ光を遮断する。
また、出射光制限部8は、照射制限の指示を外部から受信するためのインタフェースを備える。インタフェースが受信する信号は、例えば「照射制限なし」「照射制限あり」をそれぞれ表す二値(0,1)の信号とすることができる。
なお、第一の実施形態では、出射光制限部8がバンドルファイバ2の手前に配置されているが、出射光制御部は、本発明における照明光学系上に配置されていればよい。例えば、レーザ光源1に内蔵されていてもよいし、照明光学系3に内蔵されていてもよい。
制御装置9は、レーザ光源1を制御する手段であり、また、出射光制限部8に対して、被検体に対するレーザ光の照射制限の有無を指示する手段である。制御装置9が、本発明における波長切替え手段である。具体的な処理内容については後述する。
以下、図2に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る光音響測定装置が行うレーザ光照射処理について説明する。なお、本実施形態では、波長λ1であるレーザ光と、波長λ2であるレーザ光を二回に分けて照射する例を挙げるが、使用するレーザ光の波長は二種類以上であれば、何種類であってもよい。測定が開始されると、図2に示した処理が開始される。
次に、ステップS12で、制御装置9が、レーザ光源1に対して、レーザ光の波長を第一の波長であるλ1に設定する命令を発行する。
ステップS13は、レーザ光源1による波長の設定が完了するまで待機するステップである。レーザ光源1は、波長の設定が完了すると、その旨を制御装置9に通知する。例えば、レーザ光源1が、波長の変更に用いるプリズムの角度が所定の値となったことを通知することで、制御装置9は、波長の設定が完了したことを知ることができる。制御装置9は、設定が終わっていない場合は待機し、設定が完了していた場合は、ステップS14へ処理を遷移させる。
ステップS14では、制御装置9が、出射光制限部8に対してシャッタを開放する命令を発行する。これにより、レーザ光の光路が開かれ、被検体に対するレーザ光の照射が開始される。
ステップS15では、制御装置9および処理装置10が、波長λ1のレーザ光を用いて光音響測定を行う。ステップS15が、本発明における第一の光照射ステップである。測定が終了したら、処理はステップS16に遷移し、制御装置9が、出射光制限部8に対してシャッタを閉鎖する命令を発行する。これにより、レーザ光の光路が閉じられ、被検体に対するレーザ光の照射が停止する。ステップS16が、本発明における光照射制限ステップである。
波長であるλ2に設定する命令を発行する。
ステップS18は、レーザ光源1による波長の設定が完了するまで待機するステップである。ステップS12と同様に、レーザ光源1は、波長の設定が完了すると、その旨を制御装置9に通知する。制御装置9は、設定が終わっていない場合は待機し、設定が完了していた場合は、ステップS19へ処理を遷移させる。ステップS17およびS18が、本発明における波長変更ステップである。
ステップS19では、制御装置9が、出射光制限部8に対してシャッタを開放する命令を発行する。これにより、レーザ光の光路が開かれ、被検体に対するレーザ光の照射が開始される。ステップS19が、本発明における光照射制限解除ステップである。
ステップS20では、制御装置9および処理装置10が、波長λ2のレーザ光を用いて光音響測定を行う。ステップS15およびS20にて取得された光音響信号は、処理装置10で画像化され、モニタ11に表示される。ステップS20が、本発明における第二の光照射ステップである。
本実施形態は、特に手動で走査を行う光音響測定装置において好適である。従来は、波長の切り替えに伴う不要なレーザ光照射を防ぐために、光音響プローブを被検体に当て直す必要があったため、位置ずれの原因となっていたが、レーザ光の照射を抑止する機構を採用することで、この問題を解決することができる。
また、光路の閉鎖を物理的な手段によって行うため、レーザ光の波長が変更され次第ただちに次の測定を開始することができ、全体の測定時間を短くすることができる。
また、本実施形態では、レーザ光の波長をλ1に設定する際と、λ2に設定する際の双方で照射制限を実施しているが、被検体に対して、測定に用いない不要なレーザ光の照射を防ぐことができれば、照射制限を行うタイミングは例示したタイミングに限られない。
第二の実施形態は、出射光制限部8が、遮光板ではなくND(Neutral Density:減光
)フィルタのように、光を減衰させる光学部材を用いて、被検体へのレーザ光の照射を制限する実施形態である。第二の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図および処理フローチャートは、第一の実施形態と同様である。
路上から退避させることで照射制限を解除する。
なお、レーザ光がNDフィルタを通過することができれば、フィルタはどのように配置および駆動されてもよい。例えば、図5(a)のように、レーザ光の光路上にNDフィルタを移動させてもよいし、図5(b)のように、レーザ光がNDフィルタを通過するように光路を切り替えるようにしてもよい。
このように、出射光制限部8が用いる遮光機構は、被検体に照射されるレーザ光のエネルギーを減衰させられるものであれば、レーザ光を完全に遮断するものでなくてもよい。
第三の実施形態は、出射光制限部8が、光を拡散させる光学部材を用いて、被検体へのレーザ光の照射を制限する実施形態である。本例では、拡散レンズを用いて照射光を拡散させる例を挙げるが、拡散板などの他の光学部材を使用してもよい。第三の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図および処理フローチャートは、第一の実施形態と同様である。
なお、レーザ光が、拡散レンズや拡散板などの光学部材に到達することができれば、当該光学部材はどのように配置および駆動されてもよい。例えば、図5で示した例と同様に、光路上に拡散レンズや拡散板を移動させてもよいし、レーザ光が拡散レンズまたは拡散板を通過するように光路を切り替える方式であってもよい。
第四の実施形態は、出射光制限部8を配置するかわりに、制御装置9がレーザ光源1を制御し、レーザ光の発光を停止させる実施形態である。第三の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図を図6に示す。なお、第三の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャートは、第一の実施形態と同様である。
なお、本実施形態ではトリガ信号の発行を停止することでレーザ光の発光を停止させたが、レーザ光の発光を停止させることができれば、他の方法を用いてもよい。例えば、QSW信号を発行しないようにしてもよい。また、発光を抑制するための制御信号または制
御コマンドが定義されている場合には、当該信号または制御コマンドを発行するようにしてもよい。
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置の制御方法として実施することもできるし、これらの方法を被検体情報取得装置に実行させるプログラムとして実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
また、各実施形態で説明した被検体とは、乳房などの生体であるが、本発明は、生体以外の様々なものを測定対象とする被検体情報取得装置に適用することもできる。
Claims (14)
- 被検体に光を照射し、前記被検体内で発生する音響波を音響波探触子で受信し、当該音響波に基づいて、前記被検体内部の情報を取得する被検体情報取得装置であって、
前記被検体に照射される、少なくとも二種類の波長の照射光を選択的に出射する光源と、
前記光源に対して、前記照射光の波長の切り替えを指示する波長切替え手段と、
前記光源と接続され、前記照射光を被検体に導く照明光学系と、
前記波長切替え手段が、前記光源に対して照射光の波長切り替え指示を行ってから、前記光源が照射光の波長切り替えを完了するまでの間、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する光照射制限手段と、
を有することを特徴とする、被検体情報取得装置。 - 被検体表面を手動で走査するためのプローブをさらに有し、
前記照射光が前記プローブから被検体に照射され、
前記被検体内で発生する音響波を、前記プローブに内蔵された音響波探触子で受信する
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。 - 前記光照射制限手段は、前記照明光学系上に配置された遮光機構によって、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する
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。 - 前記遮光機構は、照射光を遮断するシャッタである
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。 - 前記遮光機構は、照射光を減衰させるフィルタである
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。 - 前記遮光機構は、照射光を拡散させる拡散板もしくは拡散レンズである
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。 - 前記光照射制限手段は、前記光源に対して、照射光の発生を停止させる制御を行うことで、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する
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。 - 被検体に光を照射し、前記被検体内で発生する音響波を音響波探触子で受信し、当該音響波に基づいて、前記被検体内部の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記被検体に照射する第一の波長の照射光を発生させ、前記照射光を、照明光学系を経由して前記被検体に照射する第一の光照射ステップと、
前記照射光の波長の切り替えを開始する前に、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する光照射制限ステップと、
前記被検体に照射する照射光の波長を、前記第一の波長とは異なる第二の波長に変更する波長変更ステップと、
前記照射光の波長の切り替えが完了した後に、前記被検体に対する前記照射光の照射制限を解除する光照射制限解除ステップと、
前記第二の波長の照射光を、照明光学系を経由して前記被検体に照射する第二の光照射ステップと、
を含むことを特徴とする、被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記第一および第二の光照射ステップでは、前記照射光が、被検体表面を手動で走査するためのプローブから被検体に照射され、
前記被検体内で発生する音響波を、前記プローブに内蔵された音響波探触子で受信する受信ステップをさらに含む
ことを特徴とする、請求項8に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記光照射制限ステップでは、前記照明光学系上に配置された遮光機構によって、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する
ことを特徴とする、請求項8または9に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記遮光機構は、照射光を遮断するシャッタである
ことを特徴とする、請求項10に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記遮光機構は、照射光を減衰させるフィルタである
ことを特徴とする、請求項10に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記遮光機構は、照射光を拡散させる拡散板もしくは拡散レンズである
ことを特徴とする、請求項10に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記光照射制限ステップでは、前記照射光の発生を停止させる制御を行うことで、前記被検体に対する前記照射光の照射を制限する
ことを特徴とする、請求項8または9に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
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