JP2015109948A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 様々な形状の被検体を所望の形状に保持することが困難である。
【解決手段】 光源と、被検者の一部である被検部を保持する保持部を備え、該被検者を支持する寝台と、前記光源から射出された光が前記保持部に保持された被検部に照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する複数の音響波検出素子と、
前記複数の音響波検出素子の少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向と前記少なくとも一部の音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向とが異なり且つ特定の領域に向かうように前記複数の音響波検出素子を支持する支持体と、前記電気信号に基づいて前記被検部の内部の情報を取得する信号処理手段と、を有する被検体情報取得装置であって、前記保持部は、前記被検部の形状に適応するように形状変更が可能である。
【選択図】 図3

Description

本発明は、生体等の被検体情報取得装置に関し、特に光音響効果を利用した装置に関する。
光源から発生したパルス光を被検部に照射し、被検部内で光の吸収により音響波が発生するという光音響効果を用いて、音響波の発生源となる内部組織を画像化する光音響トモグラフィー(PAT:Photoacoustic Tomography)という技術がある。この技術は、生体等の生理的情報、つまり機能情報のイメージングに用いる技術として提案されている。
光音響トモグラフィーで得られる分解能は音響波検出素子の配置に依存し、複数の音響波検出素子の向きが夫々の受信指向性の最も感度の高い方向が交わるように配置した場合に、分解能が良くなることが知られている。
特許文献1では、音響波検出素子を前記のように配置させ、音響波を受信している。その際に、音響波検出素子と被検部の間に保持部を設け、被検部を保持している。
US2011/0306865
しかしながら、特許文献1では保持部の形状が決まっているため、被検部位によって形状が異なる場合、例えば被検者毎に被検部の形状が異なると、保持部が被検部形状に適応しない場合がある。保持部が被検部形状に適応していないと、適切に保持することが出来ず、被検部内の正確な情報が取得できない場合がある。
上記課題を解決する本発明は、
光源と、
被検者の一部である被検部を保持する保持部を備え、該被検者を支持する寝台と、
前記光源から射出された光が前記保持部に保持された被検部に照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する複数の音響波検出素子と、
前記複数の音響波検出素子の少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向と前記少なくとも一部の音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向とが異なり且つ特定の領域に向かうように前記複数の音響波検出素子を支持する支持体と、
前記電気信号に基づいて、前記被検部の内部の情報を取得する信号処理手段と、
を有する被検体情報取得装置であって、
前記保持部は、前記被検部の形状に適応するように形状変更が可能であることを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明によれば、被検部毎に検形状が異なっても、形状に適応するように保持部の形状変更を行うことができ、結果、被検部内の正確な情報が取得することが可能となる。
実施形態1の構成図 実施例1の模式図 実施例2の模式図 実施形態2の構成図 実施例3の模式図 実施例3のフロー図 実施例4の構成図 実施例4の模式図 実施例4のフロー図 実施例5の構成図 実施例5の模式図 実施例5のフロー図 実施例6の構成図 実施例6の動作図 実施例7の構成図 走査軌跡の説明図 実施例8の構成図 実施例8の説明図 実施例8のフロー図
以下、本発明が適用される実施の形態について、図を用いて詳しく説明する。
(実施形態1)
本発明の実施の形態における被検体情報取得装置は、図1に示すように、光源108と、被検者100の一部である被検部101を保持する保持部103と、被検者100を支持する寝台102とを備える。また、光源108から射出された光が保持部103に保持された被検部101に照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する音響波検出素子104を複数備えている。また、更には、複数の音響波検出素子を支持する支持体105を備えている。そして支持体105は、複数の音響波検出素子104の少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向と、これらの音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向とが異なるように、音響波検出素子を支持している。また、支持体105は、上述の一部の音響波検出素子及びこれとは異なる音響波検出素子の受信感度の高い方向が特定の領域に向かうようにも、これら音響波検出素子を支持している。また、さらには、音響波検出素子が出力した電気信号に基づいて被検部101の内部の情報を取得する信号処理手段113も備えている。そして、保持部103は、被検部101の形状に適応するように形状変更が可能である。これによって、被検部101内の情報を正確に取得することが可能となる。これについて、以下、説明する。
光音響効果を利用した被検体情報取得装置においては、情報取得時(以下測定時という場合もあり)に、被検部の形状が整っているのが好ましい。その理由は、光の照射状態、音響波の受信状態(音響波の伝搬状態)は、被検部の形状に依存するため、被検部の形状によっては、所望の部位に光が照射出来ない場合や、発生した音響波が減衰し、受信出来ない場合が発生する。個人差、個体差のある被検部が、測定に適した形状であるとは限らないため、保持部材で被検部を保持し、形状を整えた状態で測定するのが好ましい。しかし、保持部材の形状が決まっている場合には、個人差、個体差のある様々な被検部に対応することが出来ず、被検部の大きさや硬さによっては、被検部の形状を整えることが出来ないことがある。また、形状が決まっている保持部材と被検部との形状(大きさや硬さを含む)が大きく異なる場合には、被検部の形が整わないだけなく、保持部材と被検部との間に隙間が生じる場合も有、音響波の伝搬を益々妨げかねない。そこで、本実施の形態の被検体情報取得装置においては、保持部が被検部の形状に適応するように形状変更が可能であるため、上述の不具合を解消し、結果、被検部内の情報を正確に取得することが可能となる。尚、保持部が被検部の形状に適応するように形状変更が可能であるとは、以下に具体例で詳述するように、例えば、保持部がカップ状部材からなり、互いにサイズの異なる複数のカップ状部材のうち、被検部の形状に応じるサイズのカップ状部材を寝台に配置する形態が該当する。また、保持部が伸縮性の部材からなることによって、被検部の形状に適応するように形状変更する形態も、保持部が被検部の形状に適応する一形態である。つまり、換言すると、本発明の被検体情報取得装置は、保持部が被検部の形状に適応するように、保持部の形状変更が可能であると言える。
以下、引き続き図1を参照し、より好ましい構成を備える被検体情報取得装置の形態を説明する。
図1において、100は被検者であり、101が検査対象の被検部である。102は、被検者100をうつぶせ(伏臥位)に寝かせる寝台であり、被検部101を挿入するための開口部102aと、高さを維持する為の脚102bが設けられている。
103は被検部101を保持する保持部である。保持部103の材料としては、人体の音響インピーダンスに近い材料を選択すると、被検部101と保持部103との界面での音響波(以下、超音波という場合有)の反射を抑えることが可能となる。また、保持部103の厚みは、薄くすることで保持部103による超音波の反射を防止でき、有害なノイズを低減することが出来るため、保持部103は薄いものが良い。
更に、光音響効果を用いた装置では、保持部103を通して被検部101に光を照射するため、保持部103の材料としては、光の透過率が高いもの(好ましくは90%以上)が良い。これらの条件を満たすものは、例えばポリメチルペンテン、ポリエチレンテレフタレート等が好適な材料である。保持部103は、被検者100の被検部101の形状に適応するように形状変更が可能である。具体的構成については、実施例1、2にて後述する。
104は発生する音響波を検出して電気信号を出力する複数の音響波検出素子である。被検部101からの音響波を受信する音響波検出素子は感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましいが、具体的にはPZT、cMUTを用いた音響検出素子などが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
105は複数の音響波検出素子104を支持する支持体、106は音響マッチング液である。音響マッチング液106は人体の音響インピーダンスと近く、超音波の減衰が小さい材料を選定する必要がある。例えば水や油が好ましい。
支持体105は、音響波検出素子104を支持する面に曲率を有した容器であり、容器上部は寝台102、保持部103と支持体105の間が音響マッチング液106にて満たせる構造になっている。音響波検出素子104と被検部101との間に空気層があると、空気と被検部101の音響インピーダンスの相異により界面で超音波が反射するため、超音波の検出が妨げられる。そこで、図1のように音響波検出素子104を音響マッチング液106で満たされた支持体105に設置することで、超音波の減衰を低減できる。音響波検出素子104は、支持体105の音響マッチング液106と接する面に保持部103を取り囲むように設置されている。そして音響波検出素子104の受信面は夫々の受信指向性の最も感度の高い方向が特定の領域、具体的には被検部の所定の(注目する)領域に向かうように(好ましくは特定箇所で交わるよう)に支持体の表面に設置される。このように、受信素子の最も受信感度の高い方向が特定の領域に向いているので、最も受信感度の高い方向が平行であるときと比べて、特定の領域から発生した光音響波をより高感度に受信することができる。その結果、最も受信感度の高い方向が平行であるときと比べて、特定の領域における画像の分解能を高くすることができる。
尚、複数の音響波検出素子は、少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第一の方向と前記少なくとも一部の音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第二の方向とのなす角度が0度より大きく180度より小さくなるように支持体表面に配置されているとも言える。または、複数の音響波検出素子は、少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第一の方向と前記少なくとも一部の音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第二の方向とが異なり、且つ特定の領域からの音響波をこれらの音響波検出素子が最も高感度に受信できるように複数の音響波検出素子が支持体表面に配列されているともいえる。また、上述の図1の装置のように保持部を備える場合には、複数の音響波検出素子は、少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第一の方向と前記少なくとも一部の音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第二の方向とが異なり、且つ第一の方向と第二の方向とが保持部に向かうように複数の音響波検出素子が支持体表面に配列されているともいえる。または、凹部を有する支持体が該支持体の凹表面で、複数の音響波検出素子の少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第一の方向と前記少なくとも一部の音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向である第二の方向とが異なり且つ第一の方向と第二の方向とが前記凹部の内側に向かうように前記複数の音響波検出素子を支持しているともいえる。また、図1に示すように凹部表面が球面である場合には、球面の表面に、第一の方向と第二方向が球面の内側に向くように音響波検出素子が配列されていると言え、第一の方向と第二の方向とは球面の曲率中心に向かうことになる。なお、本明細書において、「球面」とは真球上の面以外の球面も含む。つまり、半球面等の開口がある球面を含む。また、「球面」と見なせる程度の表面上の凹凸がある面や、球面と見なせる程度の楕円体(楕円を三次元へ拡張した形であり、表面が二次曲面からなる形)上の面も含む。また、凹部表面は球面に限らず、曲面や、複数の平面の組み合わせ(好ましくは平面同士のなす角度が鈍角となるような組み合わせ)からなる面であっても構わない。また、最も受信感度の高い方向とは、典型的には音響波検出素子の受信面の法線方向といえる。この場合、第一の方向や第二方向が、特定の領域(または保持部、または凹部の内側、または球面の内側)に向かうことは、受信面が特定の領域(または保持部、または凹部の内側、または球面の内側)に向かうとも言える。
尚、音響波検出素子104をこのように配置する場合、音響波検出素子104の受信指向性が交わる点が最高分解能を有する。本実施形態では、最高分解能領域となる点近傍の高分解能の領域を高分解能領域(特定の領域)107として定義する。尚、高分解能領域(特定の領域)107は、例えば最高分解能領域の分解能(解像度)の半分の分解能となる領域とすると良い。
108はパルス光を発生させる光源である。具体的にはTiSレーザーからなるがこれに限定するものではない。被検部が生体の場合、光源108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、被検部内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、600nm以上1100nm以下である。109は光源108で発生するパルス光を伝送する導光部である光伝送部であり、具体的にはファイバーバンドルを使用する。110は光照射部(射出端に相当)であり、光伝送部109の射出部から出た光を拡散板(図中不指示)で拡散して保持部103に照射するものである。
111は支持体105の移動手段であり、Z(上下)方向移動機構部111aとXY方向(水平)移動機構部111bで構成されている。移動手段111は支持体105を保持部103に対して相対的に移動させるものであり、ステッピングモーターなどを搭載した電動のXYZステージを用いることで支持体105を移動させる。ただし、これに限らず、保持部103と支持体105を相対的に移動させるものであれば、どのようなものであってもよい。
112は電気信号収集部であり、音響波検出素子104からの複数の電気信号を時系列に収集するものである。113は信号処理手段であり、音響波検出素子104から出力されたアナログの電気信号を増幅し、デジタル信号へ変換し、被検部の内部の情報を取得する。
上述のような構成を備えた被検体情報取得装置において、保持部の構成について実施例を用いて説明する。
(実施例1)
本実施例においては、保持部がカップ状部材からなり、互いにサイズの異なる複数のカップ状部材のうち、被検部の形状に応じるサイズのカップ状部材を寝台に配置する形態を説明する。図2は本実施形態が適用できる保持部103の一例の模式図である。
本実施例では、保持部103はカップ状部材(以後保持カップ203と記載する)からなり、寝台102の開口部102aに設置される。保持カップ203を寝台102の開口部102aに固定する方法は、ネジ止め、勘合、接着など固定できればどのような方法でも良い。
保持カップ203は、被検部の容積が大きい、小さい等様々な被検部101に適応するために、複数の異なるサイズの保持カップ203を有する。保持カップ203の異なるサイズとは、保持カップ203の容積が異なるものである。例えば、保持カップの幅を一定として深さ方向(図1におけるZ方向)の大きさを変えることで容積を変化させたり、深さを一定にし、幅方向の大きさを変化させ容積を変化させるなどである。しかし、容積を変化させる方法はこれらに限ったものではない。
保持カップ203の形状は、円柱状や直方体やお椀状など、被検部103と接触し保持できるのであれば、どんな形状でも良い。より好適には、被検部103が伏臥位では釣鐘状となるために保持カップ203は被検部103の形に沿い、被検部103と保持カップ203の接触面積が増えるようなお椀状の形状が良い。
図2は保持カップ203の深さを一定にして、保持カップ203の曲率を制御することにより保持カップ203の容積を制御している例である。この場合は、被検者の被検部101が大きい場合(以下被検部大101bと記載する)には保持カップ203の容積を大きくするために保持カップ203の曲率を大きくする(以下、保持カップのサイズが大きいものを保持カップ大203bと記載する)。また被検者の被検部101が小さい場合(以下被検部小101a)には保持カップ203の曲率を小さくする(以下、保持カップのサイズが小さいものを保持カップ小203aと記載する)。これにより、被検者の被検部101の容積に合わせて保持カップ203の容積を選定することで被検部103を所望の形状に保持するとともに、被検部103と保持カップ203の接触面積を増やし、両者間に空隙を生じることなく被検部103を保持することが可能となる。また、保持カップ203の深さを一定にして曲率を制御するのではなく、幅を一定とし深さを制御しても同様の効果が得られる。
以上に記載したように、本実施例によれば、被検者100毎に被検部101の形状が異なっても、技師が、被検者100の被検部101に適応する保持カップ203を選択することにより、被検部101を保持部103で所望の形状に保持することが可能となる。そしてこの状態で被検部に光を照射し、発生した音響波を音響波検出素子で検出することで、被検部内の情報を正確に取得することが可能となる。
次に、深さを一定にし、曲率により容積を制御する保持カップ203を用いる場合のさらなる効果について説明する。深さ一定でサイズを変えた場合、高分解能領域(特定の領域)107の高さ方向の位置調整を行わなくても、常に被検部101を音響波検出素子105の高分解能領域107内で撮影することができる。そのため、被検者100毎に被検部101の形状が異なる場合でも、高さ方向の走査範囲は高分解能領域107を外れることなく走査することができ、高い分解能の再構成画像を得ることができる。
(実施例2)
本実施例では実施例1のように保持部をサイズの異なるカップ形状とするのではなく、伸縮性の部材を保持部として適用した例を示す。図3は本実施形態が適用できる保持部103の別の一例の模式図である。
保持部103は、寝台102の開口部102aに平面の伸縮性のシート部材303として配置される。シート部材303は伸縮性を有するゴム部材であることが好ましく、より好適にはゴム硬度が低い材料であることが好ましい。例えばゴム硬度は50以下であることが好ましい。また、被検者100の被検部101をシート部材303によって保持した際に、シート部材303は壊れない強度を有することが好ましい。
図3に示すように、被検者100の被検部101を保持すると、シート部材303は伸縮性を有するために、被検者の被検部101から受ける圧力分布に従って変形する。このときシート部材303のゴム硬度を低い材料としておくことで、シート部材303の曲げ剛性を低くすることができ、被検部101に大きな反力が作用しないために被検者100への不快感や痛みを低減することができる。
また、保持部103を伸縮性のゴムのシート部材303とすることで、被検部101の大きさや形状が異なっても、シート部材303自体が被検部101の形状に沿って変形することが可能となり、被検部101を適切に保持することが可能となる。
なお、本実施例は、例えばお椀のようなカップ形状にしても同様の効果が得られるため、平面のシート部材に限定される必要はない。
以上より、本実施例によれば、被検部101の大きさや形状が被検部毎、例えば被検者100毎に異なっても、被検部101に沿ってシート部材が変形するために、被検部101を保持部103で適切に保持することができる。そしてこの状態で被検部に光を照射し、発生した音響波を音響波検出素子で検出することで、被検部内の情報を正確に取得することが可能となる。
また更なる効果としては、シート部材303を伸縮性のゴムとすることにより、被検者100毎に保持部103を交換する必要がないために、技師の作業容易性を向上させることができる。
(実施形態2)
以下においては、保持部103の形状に基づいて装置動作を制御する、本発明のより好ましい形態について、実施例に基づき説明する。まず、各実施例に共通する保持部材の形状の検知に関して、図を用いて説明する。尚、上記で説明した内容と重複する部分については省略する。
図4において、401は保持部103の形状を検知する形状検知手段である。保持部103が保持カップ203の場合について以下に記載する。具体的には、ICチップを保持カップ203に搭載し、リーダでICチップの情報を読み取る。また、図4に記載している形状検知手段の他にも、検査者が保持カップ203のサイズを装置入力部(不図示)に入力し、装置が保持カップ203のサイズを検知する方法もある。ただし、これらに限定されず装置がカップサイズを検知することが可能な構成であれば、どのようなものであってもよい。
尚、保持部103が前述の伸縮部材303からなる場合は、例えば、カメラを用いることで保持部材の形状情報を取得することができる。この場合、カメラで撮影した画像を見て術者が保持部材の形状情報を入力しても良いし、画像処理によって保持部材の形状情報を取得しても良い。その他、複数の方向から撮影した画像を基にステレオ法などの三次元計測技術を用いて保持部材の形状情報を取得しても良い。また、カメラの他に接触式プローブを用いても保持部材の形状情報を取得することができる。また、音響波検出素子から超音波の送受信をおこない、これによって得られた画像から保持部材の形状情報を取得してもよい。そして、取得した形状情報を装置入力部(不図示)に入力することで、保持部の形状を検知しても良い。
402は保持部判断部であり、上述の形状検知手段401等によって検知された保持部の形状情報をもとに、保持部の形状を判断するものである。
そして保持部判断部によって判断された保持部の形状に基づく、装置動作の制御について、実施例に基づき、以下に説明する。
(実施例3)
図4〜図6を用いて本実施例を説明する。本実施例においては、保持部の形状に基づいて支持体の移動範囲を制御する。
403は移動制御部であり、保持部判断部402で判断した保持部103の形状情報に基づき、移動手段111の移動範囲を制御する。保持部103の形状が異なると生体内情報を得るための適正な走査範囲が異なるため、保持部103の形状に適正な走査範囲に制御する。
尚、本実施例の説明では保持部103を保持カップ203とした場合について説明する。また、これまでの実施例と共通部分については同一番号を付加し、詳細の説明は省略する。
図5(a)は保持カップ小203aの走査範囲、(b)は保持カップ大203bの走査範囲を示した図である。本実施例では、サイズの種類を2種類(大サイズ、小サイズ)記載しているがこれに限定するものではない。
高分解能領域107を保持カップ203全域走査するには、Z方向とXY方向の走査において保持カップ小203aの走査範囲より保持カップ大203bの走査範囲の方が大きい。そのため、保持カップ大203bに対して音響波検出素子を走査せる場合に、保持カップ小203aの走査範囲で保持カップ大203bに対する走査が行われた場合、測定したい範囲から高分解能領域107の走査範囲が外れてしまう。つまり、走査範囲が狭いため、保持カップ大203bの一部の領域に対してしか音響波検出素子が走査されず、被検部内の一部の情報しか取得出来ない。逆に、保持カップ小203aに対して音響波検出素子を走査せる場合に、保持カップ大203bの走査範囲で保持カップ小203aに対する走査が行われた場合、必要以上に走査が行われるため測定時間が長くなってしまう。走査範囲を保持部103の形状に応じて制御することにより、測定したい範囲から高分解能領域107の走査範囲が外れることを防ぐことで、測定したい範囲の画を高画質で取得することが出来る。つまり保持部の形状に応じて、移動手段は、保持部の中心位置に対する支持体の中心位置のずれ量を制御することで、XY方向の移動範囲(走査範囲)の大きさを制御し、支持体を適正な走査範囲を走査させかつ、保持部103の形状に適した走査時間で測定を行うことが出来る。尚、移動手段は、支持体と保持部との距離を制御することで、Z方向の移動範囲を制御するとなお良い。
具体的には、保持カップ203に具備したICチップには保持カップの種類が記録され、保持部判断部402は2種類のサイズに対応した2種類の走査範囲が記憶されている。保持部判断部402は形状検知手段401によって検出されたカップ種類の情報をもとに2種類の走査範囲のいずれを用いるかを判定し、移動手段111を制御することで設置された保持カップ203に適合した走査範囲を走査する。
上記説明では、保持カップ203に具備したICチップにはカップ種類が記録されているとして説明したが、ICチップに具体的な走査範囲の情報を記録し、この情報をもとに保持部判断部402で移動手段111を制御してもよい。さらに、保持カップ203に具備したICチップには、カップ深さ、曲率などのカップ形状の情報が記録され、これらをもとに保持部判断部402で走査範囲を算出するようにしてもよい。このような構成をとると、保持部判断部402にあらかじめ複数種類の保持カップと対応する走査範囲の情報を用意しておく必要がないため、保持カップ203の形状を自由に増加させられるという利点を有する。あるいは複数の走査範囲が移動手段111に記憶され保持部判断部402の選択により使用する走査範囲が決定されてもよい。尚、本実施例においては、保持カップに対する(換言すると被検部に対する)音響波検出素子の走査は、音響波検出素子を支持する支持体を保持カップに対して走査することで実施する。また、支持体を走査範囲内において走査させる際の走査経路は、走査範囲内を隈なく走査できれば、いかなる走査経路で走査しても構わないが、上述のように、保持部がカップ形状の場合には、保持カップの外形に類似した走査軌跡で走査するのが、走査効率の観点で好ましい。例えば、図1におけるXY平面内において渦巻き状の軌跡を辿るように走査すると(図16参照)、走査効率の観点で好ましいだけでなく、上述の図1で説明した通り、支持体内を音響マッチング液で満たした場合においては、以下の観点でも好ましい。つまり、支持体内を音響マッチング液で満たした場合に渦巻き状の軌跡で走査すると、走査時に音響マッチング液にかかる加速度の変化が小さくできるので、マッチング液の揺れを小さく抑えることが出来る。
以下に、実施例3の実施フローについて図6を用いて説明する。
S101では、被検部の形状に適応する保持カップ203のサイズを選択する。このとき被検部101の測定したい範囲が網羅される保持カップ203を選択する。次に選択した保持カップ203を寝台102に設置する(S102)。
次にS103へ進み、形状検知手段401により保持カップ203の形状を検知する。S104では、被検者100にうつ伏せで寝てもらい、保持カップ203内に被検部101を挿入してもらう。
保持カップ203内に被検部101を挿入したことを確認し、S105へ進み測定を開始する。
S106は、S103で検知した保持カップ103の形状情報を移動制御部403に伝え、走査範囲の制御を行いながら、S107で光照射部110からパルス光を照射する。照射されたパルス光により、被検部内の光吸収体で励起された音響波を音響検出素子104により受信する。移動制御部403にはあらかじめ保持カップ203の形状に適した走査範囲をインプットしておく。本実施例では保持部103が保持カップ203の場合について説明しているが、シート部材303の場合は、上述の通り、別途設けられたカメラ等の形状検知手段で測定した形状情報から移動制御部403にて必要走査範囲を算出し、走査を行う。
S108では、走査が完了したかどうかをチェックする。これは、事前に設定した走査範囲をすべて測定したかをチェックすることである。
走査終了の場合(S108=YES)、S109へ進み測定を終了する。
以上に記載したように、本実施例によれば、保持部の形状に適した走査範囲を走査することで、測定したい範囲の画を高画質で取得することができ、かつ保持部103の形状に適した走査時間で測定を行うことが出来る。
(実施例4)
本実施例においては、保持部の形状によって被検部101に照射するパルス光の強さが異なる(変化する)ため、保持部の形状に基づいて光照射部110の位置制御を行い、被検部101に照射するパルス光の強さ(照射強度)を調整する。保持部103の形状に基づいた適正な光照射部110の位置制御について図7を用いて説明する。尚、本実施例の説明では保持部103を保持カップ203とした場合について説明する。また、これまでの実施例と共通部分については同一番号を付加し、詳細の説明は省略する。
尚、本例においては、光照射部110は支持体105に保持されており、支持体105の移動と共にXYZ方向の移動を行っているが、光照射部を独立に動かしても良い。
音響波信号の音圧は、吸収体に到達する光量に比例する。そのため、信号強度を強めるためには被検部101に照射する照射光量を大きくする必要がある。
一方、光源としてレーザーを用いる場合、生体に照射される照射密度(単位面積当たりの照射光量)の最大値は、レーザー安全基準(JIS規格C6802およびIEC60825−1)で定められる最大許容露光量(MPE:Maximum Permissible Exposure)を超えないようにする必要がある。このため、信号強度を向上するにはMPEを超えない範囲で出来る限り照射光量を大きくする必要がある。
また、被検部101に対する光照射部110の位置が変わることで、光の拡散により被検部101に照射される光の照射密度が変わってしまう。光照射部110から被検部101までの距離が遠くなるほど照射密度が減少するため被検部内で生じる音響波の音圧は減衰する。
図8(a)は保持カップ小203aの場合、図8(b)は保持カップ大203bの場合における光照射の様子を示している。保持カップ小203aに保持された被検部に対して適正な照射密度となるように、射出端である光照射部110の出射光量を調整した状態で、保持カップ大203bに光を照射すると、光照射部110から保持部103までの距離が短いため、MPEを超えてしまう恐れがある。逆に、保持カップ大203bに保持された被検部に対して適正な照射密度となるように、射出端である光照射部110の出射光量を調整した状態で、保持カップ小203aに光を照射すると、光照射部110から保持部103までの距離が長いため照射密度が低下し、吸収体から発生する音響波の音圧が弱くなり、信号強度が減少してしまう。保持部103に到達する光量を保持部の形状が異なった場合でも一定にするには、図8のように光照射部110の位置制御を行う必要がある。そこで、本実施例においては、保持部への光の照射強度、換言すると被検部への光の照射強度を制御する照射強度制御手段によって、保持部の形状に基づいて、光照射部110の位置制御を行い、照射強度を制御する。尚、図7の構成においては、移動制御部403が照射強度制御手段を兼ねる。つまり、移動制御部403によって移動手段111を制御して、支持体105に配置された光の出射端である光照射部110と保持部103との距離を制御し、被検部に照射される光の照射強度を制御する。
尚、実施例3ではカップサイズに応じた走査範囲を保持部判断部402もしくは、保持カップ203に具備したICチップに記録しているが、同様に本実施例ではカップサイズに応じた光照射部110の位置情報をこれらに記録することも適用可能である。
以下に、実施例4の実施フローについて図9を用いて、実施例3と異なる部分を中心に説明する。
S201〜S205までは、S101〜S105と同様である。
支持体105を測定する範囲を走査させながら(S206)、S203で検知した保持カップ203の形状情報を移動制御部403に伝え、光照射部110の位置制御を行い、光照射部110からパルス光を照射し、照射されたパルス光により、被検部内の光吸収体で励起された音響波を音響検出素子104により受信する(S207)。移動制御部403にあらかじめ保持カップ203の形状に適した光照射部110の位置情報をインプットしておく。本実施例では保持部103が保持カップ203の場合について説明しているが、伸縮部材303の場合は、上述のカメラ等の形状検知手段で測定した形状情報から適した光照射部110の位置を算出し照射を行う。
S208、S209はS108、S109と同様である。
以上に記載したように、本実施例によれば、保持部103の形状に基づいた光照射部の位置制御を行うことで、適正な信号強度を得るという効果を奏することができる。
(実施例5)
図10は実施例5の構成説明図である。尚、本実施例の説明では保持部103を保持カップ203とした場合について説明する。また、これまでの実施例と共通部分については同一番号を付加し、詳細の説明は省略する。
501は、光源108から発生するパルス光の光量を制御する照射強度制御手段としての光量制御部であり、予め保持部の形状に応じた適正な光量情報を格納している。
実施例3、4では、保持部判断部402から移動制御部403へ保持部103の形状情報を伝達して支持体105の移動制御を行っているが、実施例5は保持部103の形状情報により光源108から発生するパルス光の光量を制御する。制御方法について以下に記載する。
図11(a)は保持カップ小203a、図11(b)は保持カップ大203bにおける出射端である光照射部110との位置関係を示した図である。光照射部110のZ方向の位置を変えない場合、光照射部110から保持部103までの距離は保持カップ大203bに比べ保持カップ小203aは長い。そのため、光照射部10から同じ光量の光をそれぞれの保持カップに照射すると、保持カップ小203aに照射する光量は保持カップ大203bよりも減少する。そのため、光照射部110から出射させる光量を、保持カップ大203bに適正な照射密度の光量に設定した場合、実際に保持カップ小203aに照射する光の照射密度は低下するため信号強度が減少する。逆に、光照射部110から出射させる光量を、保持カップ小203aに適正な照射密度の光量に設定した場合、実際に保持カップ大203bに照射する光の照射密度は増加するためMPEを超えてしまう恐れがある。保持部103に照射される照射密度の光量を保持部の形状が異なった場合でも適正に保つには、保持部の形状に合わせて照射する光量を調整する必要がある。そこで、本実施例においては、保持部への光の照射強度、換言すると被検部への光の照射強度を制御する照射強度制御手段によって、保持部の形状に基づいて、光源の光量を制御して光照射部110から射出する光量を適正に制御し、被検部への光の照射強度を制御する。
尚、実施例3ではカップサイズに応じた走査範囲を保持部判断部402もしくは、保持カップ203に具備したICチップに記録しているが、同様に本実施例ではカップサイズに応じた照射する光量情報をこれらに記録することも適用可能である。
以下に、実施例5の実施フローについて図12を用いて、実施例3と異なる部分を中心に説明する。
S301〜S305までは、S101〜S105と同様である。
支持体105を測定する範囲を走査させながら(S306)、S303で検知した保持カップ203の形状情報を光量制御部501に伝え、形状に適正な光量情報を光源108に伝達する。光照射部110からパルス光を照射し、照射されたパルス光により、被検部内の光吸収体で励起された音響波を音響検出素子104により受信する(S307)。本実施例では保持部103が保持カップ203の場合について説明しているが、伸縮部材303の場合は、上述のカメラ等の形状検知手段で測定した形状情報から光量制御部501で適した光量を算出し、算出データを基に光量を制御し、照射を行う。
S308、S309はS108、S109と同様である。
以上に記載したように、本実施例によれば、保持部103の形状に基づいた光量制御を行うことで、安全かつ適正な信号強度を得るという効果を奏することができる。
(実施例6)
図13を用いて第6の実施例を説明する。これまでの実施例と共通部分については同一番号を付加し、詳細の説明は省略する。
本実施例では、被検部に照射される光の該被検部内における光量分布情報を推定する推定手段を有しており、この推定手段が保持部の形状に基づいて、光量分布を推定することが特徴である。
図13中、601は光量分布記憶部であり、保持部103および支持体105の位置情報ごとの光量分布情報が格納されている。611は支持体105の移動手段であり、Z(上下)方向移動機構部611aとXY方向(水平)移動機構部611bで構成されている。(本実施例において、Z(上下)方向移動機構は必須ではない。)
603は移動制御部であり、保持部判断部402で判断した保持部103の形状情報に基づき、移動手段611の移動範囲を制御する。
信号処理手段613は、複数の電気信号および光分布データから被検体内部の光吸収分布情報を演算し、複数の電気信号からDelay and Sumなどの手法によって被検体内部の情報である初期音圧分布情報を取得する。さらに、保持部判断部402による保持部103の形状情報および移動制御部603による支持体105の位置情報を元に、光量分布記憶部601に記録された光量分布情報を参照し、参照された光量分布情報で規格化することで被検体内部の光吸収分布情報を得る。光量分布記憶部601に格納されている保持部103ごとの光量分布情報について、図14を用いて説明する。ここでは、保持部103として保持カップ大203bを用いているものとする。
保持カップ大203bの最下部に照射光が当たる場合の支持体105の位置を図14(a)、保持カップ大203bの辺縁部に照射光が当たる場合の支持体105の位置を図14(b)で示す。図中、605、607は光照明領域であり、光が被検部101に到達する様子を模式的に示したものである。この例のように、光照明領域は、保持カップ大203bの最下部に照射光が当たる場合と辺縁部に照射光が当たる場合とで異なる。これは、カップは曲率を有するため照射時の支持体の位置によってカップ上に照射される面積が異なるためである。また、支持体105の位置が同じ場合でも保持カップのサイズが異なると光照明領域は異なる。よって、支持体の位置情報および保持部の形状情報ごとに光量分布を記憶しておくことが望ましい。本実施例では、典型的な光吸収係数および光散乱係数を有する被検体が保持部の形状で保持されていると仮定して、保持部の形状情報および支持体の位置情報ごとに3次元の被検体内の光量分布情報を計算する。これらの光量分布情報は予め計算され、光量分布記憶部601に格納されている。
本実施例によれば、保持部の形状に応じた光量分布を考慮して被検体内部の光吸収分布情報を得ることができるので、光吸収分布情報の定量性を向上することができる。
(実施例7)
図15を用いて第7の実施例を説明する。これまでの実施例と共通部分については同一番号を付加し、詳細の説明は省略する。
本実施例では、被検体の光吸収係数および光散乱係数を考慮して光量分布情報を推定する推定手段を有していることが特徴である。
図15中、701は生体情報入力部であり、予め測定された被検体の光吸収係数および光散乱係数を入力するものである。702は光量分布演算部であり、入力された光吸収係数および光散乱係数を有する被検体が保持部の形状で保持されていると仮定して(つまり、被検部の外形形状が保持部の形状と一致していると仮定して)、3次元の被検体内の光量分布情報を計算するものである。その際、保持部判断部402による保持部103の形状情報および移動制御部603による支持体105の位置情報を元に被検体内の光量分布情報計算を行う。信号処理手段713では、複数の電気信号からDelay and Sumなどの手法によって被検体内部の初期音圧分布情報を取得する。さらに、光量分布演算部702により計算された光量分布情報で規格化することで被検体内部の光吸収分布情報を得る。
本実施例によれば、被検体の光吸収係数および光散乱係数を考慮した光量分布情報を用いて被検体内部の光吸収分布情報を得ることができるので第6の実施例に比べ、さらに光吸収分布情報の定量性を向上することができる。
(実施例8)
本実施例では、被検体に対して超音波画像を生成するため超音波探触子を設置すると共に、カップサイズ及び超音波探触子の位置に応じて超音波の送信フォーカスを制御していることが特徴である。
本実施例では、移動手段111に搭載した超音波探触子を2次元的に移動しながら、超音波走査を繰り返すことで、目的とする3次元超音波画像の生成に必要な超音波データを取得する。ここで、超音波走査とは、超音波探触子で生成した超音波ビームの電子走査により被検体を走査することで、Bモードの断層画像データを生成するための超音波信号を取得するまでの処理を示す言葉とする。
図17を用いて本実施例を説明する。図17は、本実施例の構成図である。これまでの実施例と共通部分については、同一番号を付加し、詳細の説明は省略する。
1701は、超音波の送受信を行う超音波探触子である。1702は、超音波探触子1701に駆動信号を印加する超音波送信部である。1703は、超音波探触子1701が検出した信号を増幅してデジタル信号に変換する超音波受信部である。1704は、検出した超音波信号から受信フォーカス処理を行う信号処理部である。1705は、超音波ビームの形状や超音波ビームの走査を制御する走査制御部である。また、移動手段111には、図示しないエンコーダが搭載されている。移動制御部403は、エンコーダの値を取得し、現在の移動手段111の位置、即ち超音波探触子1701の位置を取得できる。
超音波探触子1701は、複数の音響素子が配列して構成され、被検体に対して超音波ビームの送信を行って、被検体内部において反射された超音波エコーを受信して電気信号に変換する。本実施例において、超音波探触子1701はどのような方式のものも用いることができきる。一般的な超音波診断装置で使用されている圧電セラミックス(PZT)を利用した変換素子やマイクロフォン静電容量型の変換素子などが使用される(以下、超音波を計測する探触子を単に探触子と記述する)が使用される。また、静電容量型のCMUT(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer)、磁性膜を用いるMMUT(MagneticMUT)、圧電薄膜を用いるPMUT(PiezoelectricMUT)なども用いることができる。
また、本実施例では、説明のため音響素子が直線状に一列に配列した一次元超音波探触子を使用して超音波走査を行う例について説明する。ただし本発明の適用をそれに限るものではなく、2次元上に配列されたアレイ型探触子(1.5D探触子も含む)を使用する構成でもよい。
走査制御部1705は、超音波探触子1701を構成する各々の音響素子に印加する駆動信号を生成して、送信される超音波の周波数及び音圧を制御する。また、超音波ビームの送信方向を設定して、送信方向に対応して送信フォーカスを選択する送信制御機能と、超音波エコーの受診方向を設定して、受信方向に対応して受信フォーカスを選択する受信制御機能とを備えている。
送信フォーカスは、複数の音響素子から送信される超音波によって所定の方向に超音波ビームを形成するために、複数の駆動信号に与えられる遅延時間のパターンの設定にて行う。送信フォーカスをどのように決定するかの詳細は、後述する。また、受信遅延パターンは、複数の音響素子によって検出される超音波信号に対して任意の方向からの超音波エコーを抽出するために、複数の受信信号に与えられる遅延時間のパターンである。これらの送信フォーカスと受信遅延パターンは図示しない記憶媒体に記憶されている。
超音波送信部1702は、走査制御部1705によって生成された駆動信号を、超音波探触子1701を構成する個々の音響素子に対して印加する。
超音波受信部1703は、超音波探触子1701を構成する複数の音響素子が検出したアナログ信号を増幅する信号増幅部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部から構成され、受信した信号をデジタル信号に変換する。
信号処理部1704は、走査制御部1705により選択された受信遅延パターンに基づいて、超音波受信部1701により生成された信号に対してそれぞれの遅延時間に対応させて、各々の信号を加算することにより受信フォーカス処理を行う。この処理により焦点が絞り込まれた超音波信号が生成される。
ここで、移動手段111に搭載した超音波探触子1701を2次元的に移動しながら、超音波走査を繰り返すことで、目的とする3次元超音波画像の生成に必要な超音波データを取得する。
次に、送信フォーカスとカップサイズ及び超音波探触子1701の位置との関係について、図18を用いて説明する。図18(a)は、カップサイズが小の場合であり、超音波探触子1701の中心がカップの中心にある場合である。図18(b)は、カップサイズが大の場合である。1801は、保持板103と同様の面を表している。また、面1801は乳房の最深部、即ち測定の最深部を表していることにもなる。1802は、超音波探触子1701から測定の最深部1801に垂線を下ろし、カップと交わった交点である。1803は、垂線とカップの交点1802から測定の最深部1801までの距離となる。以下、この距離を測定距離1803と呼ぶ。測定距離1803は、カップサイズ及び超音波探触子1701の位置により変化する。また、測定距離1803は、カップサイズ、カップの曲率及び超音波探触子の位置から予め算出し不図示の記憶媒体に保存しておく。また、保持部103が伸縮部材303の場合は、上述のカメラ等の形状検知手段で測定した形状情報及び超音波探触子の位置から測定距離1803を算出し不図示の記憶媒体に保存しておく。1804は、超音波探触子が超音波探触子1701の位置にある場合の送信フォーカスの位置であり、本実施例においては、測定距離1803の半分とする。1805は、カップサイズが小の場合でかつ超音波探触子1701の位置に応じて変化する送信フォーカスの位置を表している。例えば、超音波探触子1701が1806の位置にある場合の送信フォーカス位置は、1807となる。また、超音波探触子1701が1808の位置にある場合の送信フォーカス位置は、1809となる。これからも分かる通り、超音波探触子1701の位置に応じて、測定距離1803が変化することで、送信フォーカス位置1805も変化していく。1810は、図18(a)と同様にして算出したカップサイズが大の場合の送信フォーカスの位置を表している。ここで、送信フォーカスの位置は、カップサイズ及び測定距離から予め算出し不図示の記憶媒体に保存しておく。
次に、本実施例における実施フローについて図19のフローチャートを用いて説明する。
ステップS1901からS1906は、ステップS101からステップS106と同様のため、説明を省略する。
ここで、本実施例における光源から照射するパルス光の照射周波数は、1Hzとする。
ステップS1907では、パルス光を照射するタイミングか否かを判定し、照射するタイミングの場合はステップS1908に進み、照射しないタイミングの場合はS1909に進む。
ステップS1908は、ステップS107と同様のため、説明を省略する。
ステップS1909は、超音波探触子1701の位置を不図示のエンコーダから取得する。
ステップS1910は、ステップS1903で検知したカップサイズ及び、ステップS1909で取得した超音波探触子の位置を元に、不図示の記憶媒体から送信フォーカスの位置を読み出す。
ステップS1911では、ステップS1910で読み出した送信フォーカス位置の情報を元に、超音波の送受信を行う。
ステップS1912は、ステップS108と同様のため説明を省略する。
本実施例によれば、カップサイズもしくは伸縮部材の形状情報及び、超音波探触子の位置を元に送信フォーカスを制御して超音波の送受信を行うことで、高解像度な超音波データを取得することができる。

Claims (11)

  1. 光源と、
    被検者の一部である被検部を保持する保持部を備え、該被検者を支持する寝台と、
    前記光源から射出された光が前記保持部に保持された被検部に照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する複数の音響波検出素子と、
    前記複数の音響波検出素子の少なくとも一部の音響波検出素子の最も受信感度の高い方向と前記少なくとも一部の音響波検出素子とは異なる音響波検出素子の最も受信感度の高い方向とが異なり且つ特定の領域に向かうように前記複数の音響波検出素子を支持する支持体と、
    前記電気信号に基づいて、前記被検部の内部の情報を取得する信号処理手段と、
    を有する被検体情報取得装置であって、
    前記保持部は、前記被検部の形状に適応するように形状変更が可能であることを特徴とする被検体情報取得装置。
  2. 前記保持部はカップ状部材からなり、互いにサイズの異なる複数のカップ状部材のうち、被検部の形状に応じるサイズのカップ状部材を前記寝台に配置することにより、保持部を被検部の形状に適応するように形状変更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。
  3. 前記保持部は伸縮性の部材からな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。
  4. 前記支持体を前記保持部に対して相対的に移動させる移動手段を更に備え、前記移動手段は、前記保持部の形状に基づいて、前記支持体の移動範囲を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  5. 前記移動手段は、前記支持体と前記保持部との距離を制御することで、前記移動範囲を制御することを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。
  6. 前記移動手段は、前記保持部の中心位置に対する前記支持体の中心位置のずれ量を制御することで、前記移動範囲を制御することを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。
  7. 前記光源からの光を前記保持部に向けて射出させる出射端を備える導光部と、前記出射端から射出された光の前記保持部への照射強度を制御する照射強度制御手段とを更に有し、前記照射強度制御手段は、前記保持部の形状に基づいて、前記照射強度を制御することを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。
  8. 前記照射強度制御手段は、前記出射端と前記保持部との距離を制御することで、前記照射強度を制御することを特徴とする請求項7に記載の被検体情報取得装置。
  9. 前記照射強度制御手段は、前記光源の光量を制御することで、前記照射強度を制御することを特徴とする請求項7に記載の被検体情報取得装置。
  10. 前記被検部に照射される光の該被検部内における光量分布情報を推定する推定手段を更に有し、前記信号処理手段は前記電気信号と前記光量分布情報とに基づいて前記被検部の内部の情報を取得し、前記推定手段は、前記保持部の形状に基づいて、前記光量分布を推定することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  11. 光源と、
    被検者の一部である被検部を保持する保持部を備え、該被検者を支持する寝台と、
    前記光源から射出された光が前記保持部に保持された被検部に照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する複数の音響波検出素子と、
    前記電気信号に基づいて、前記被検部の内部の情報を取得する信号処理手段と、
    を有する被検体情報取得装置であって、
    被検体情報取得装置は、前記保持部が前記被検部の形状に適応するように該保持部の形状変更が可能であることを特徴とする被検体情報取得装置。
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