JP2016096849A - 情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導波部として多関節アームを用いた情報取得装置において、照射部の位置による照射光分布の変化を抑制する。
【解決手段】 導波部１０３は、照射部１０５から被検体１２３に光を照射する照射方向と平行な方向に導波する複数の第１の導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋと、照射方向と垂直な面内方向に光を導波する少なくとも一つの第２の導波管１０３ａ、１０３ｅ、１０３ｉと、導波方向を略垂直に曲げるように配置されたミラーを内包する関節部と、を有し、複数の第１の導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋは、複数の第１の導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋそれぞれの中を導波する光の導波方向が同じになるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、情報取得装置に関する。

レーザなどの光源から被検体に光を照射し、入射した光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（以下、ＰＡＴという）がある。

ＰＡＴでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝搬、拡散した光が生体組織で吸収されて発生する音響波を検出し受信信号を得る。受信信号を解析処理することで、被検体である生体内部の光学特性に関連した情報を取得する技術である。この光音響波発生の現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。これにより、被検体内の光学特性分布、特に、光吸収係数分布を得ることができる。これらの情報は、被検体内の特定物質、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどの定量的計測にも利用できる。

光音響波又はその受信信号の強度は、光音響波の発生源の光吸収係数、及び、発生源に照射された光エネルギー密度に比例することが知られている。すなわち、被検体内の光吸収係数分布を画像化しようとした場合、被検体内の光エネルギー密度分布（以下、光分布という）を精度よく取得することが光吸収係数分布の定量性向上に有効である。

光源を被検体近傍に配置することは物理的な制約があるので、一般に、光源と被検体にパルス光を照射する照射部との間は導波部によって接続されている。

特許文献１では、レーザ治療装置において、光源と出射ユニット（照射部）との間を多関節アーム（導波部）で接続する例が開示されている。この多関節アームは、光を伝搬可能なように内部が中空となった複数の剛体管と、ミラーを内包した複数の関節部と、で構成されている。多関節アームによって、照射位置を変えることができる。また、特許文献１では、出射ユニットのレーザ透過率や照射スポット径などの情報を予め記憶しておき、取り付けられた出射ユニットに応じた情報を参照して照射光の条件を最適化するものである。

特開２００３−６１３号公報

多関節アームを用いた導波部では、照射部の照射位置によって、照射部によって照射された照射光分布が変化する場合がある。この照射光分布の変化を考慮しない場合、被検体内の光分布を精度よく取得できないため、光吸収係数分布を精度よく取得することができなくなってしまう。

本発明の目的は、導波部として多関節アームを用いた情報取得装置において、照射部の走査位置による照射光分布の変化を抑制することである。

本発明は、光源と、前記光源から発せられた光を被検体に照射する照射部と、前記光源から発せられた光を前記照射部まで導波する導波部と、前記照射部から前記被検体に光が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検出部と、前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有する情報取得装置であって、前記照射部は走査可能な構成であり、前記導波部は、前記照射部から前記被検体に光を照射する照射方向と平行な方向に導波する複数の第１の導波管と、前記照射方向と垂直な面内方向に光を導波する少なくとも一つの第２の導波管と、前記第１の導波管と前記第２の導波管とを連結し、前記第１の導波管と前記第２の導波管それぞれの中を導波する光の導波方向を略垂直に曲げるように配置されたミラーを内包する関節部と、を有し、前記複数の第１の導波管の少なくとも一つと前記第２の導波管とが、前記面内方向に移動可能に構成されており、前記複数の第１の導波管は、前記複数の第１の導波管それぞれの中を導波する光の導波方向が同じになるように構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、導波部として多関節アームを用いた情報取得装置において、照射部の位置による照射光分布の変化を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態１に係る情報取得装置の一例を示す模式図 比較例に係る導波部内の光分布の様子を説明する図 本発明の実施形態１に係る導波部内の光分布の様子を説明する図 本発明の実施形態１に係る照射部の走査軌跡を説明する図 本発明の実施形態２に係る情報取得装置の一例を示す模式図 本発明の実施形態２に係る情報取得装置において情報を取得する関心領域と走査軌跡を説明する図 本発明の実施形態３に係る情報取得装置の一例を示す模式図 本発明の実施形態４に係る情報取得装置に用いられる導波部の一例を示す模式図

以下に、本発明に係る情報取得装置について説明する。なお、本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する弾性波のことを示す。また、本発明の情報取得装置は、人や動物の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主な目的とし、被検体の内部の被検体情報を取得する装置である。よって、被検体としては生体、具体的には人体や動物が想定され、その一部、例えば乳房や指、手足などが診断の対象部位として想定される。

本実施形態に係る被検体情報とは、光音響効果により発生した光音響波の発生音圧（初期音圧）、光エネルギー吸収密度、光吸収係数、および組織を構成する物質の濃度等である。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度等である。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。

また、本実施形態における被検体情報は、数値データとしてだけではなく、分布データであってもよい。すなわち、光吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布データを被検体情報としてもよい。被検体情報は、画像データという形式であってもよい。

本発明の情報取得装置は、光源と、光源から発せられた光を被検体に照射する照射部と、光源から発せられた光を照射部まで導波する導波部と、を有している。さらには、情報取得装置は、照射部から被検体に光が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検出部と、電気信号に基づいて被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有している。

（光源）
被検体が生体の場合、光源は、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される波長のパルス光を射出する。効率的に光音響波を発生させるため、パルス幅は１０乃至１００ｎｓ程度が好適である。光源としては大出力が得られるレーザが好ましいが、レーザ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ることもできる。レーザとしては、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できる。本発明において使用する光源の波長は、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。具体的には被検体が生体の場合、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。

光源は、単一の光源で構成されていてもよいし、複数の光源で構成されていてもよい。また、複数の光源で構成される場合、その複数の光源が同じ波長帯域の光を発する光源のみで構成されていてもよいし、異なる波長帯域の光を発する光源を含んで構成されていてもよい。光源は、中心波長を変えることができる、いわゆる波長可変の光源であってもよい。

（照射部）
照射部は、光源から発せられたパルス光を生体などの被検体に照射するものである。照射部は、被検体上での照射強度や光分布、位置が好適になるようにミラー、レンズ、プリズムなどの光学素子によって調整されていることが望ましい。照射部は１次元又は２次元的に走査可能に構成されており、その照射位置を変えることができる。

（導波部）
導波部は、光源から発せられた光を照射部にまで導波させる。導波部は、複数の中空の導波管が、ミラーを内包した関節によって接続された光学系で構成されている。導波部は、光源と接続され、また照射部とも接続されている。また、導波部を構成する一部の導波管は移動可能な構成である。詳細な構成は後述する。

（検出部）
検出部は、照射されたパルス光により被検体表面及び被検体内部で発生する光音響波を受信し、アナログ信号である電気信号（受信信号）に変換するものである。検出部としては、圧電現象を用いたもの、光の共振を用いたもの、静電容量の変化を用いたもの等、音響波信号を受信できるものであれば、どのような検出器を用いてもよい。検出部として、典型的には複数の受信素子が１次元、２次元、又は立体的に配置されたものがよい。このような多次元配列素子を用いることで、同時に複数の位置で音響波を検出することができ、測定時間を短縮できる。検出器が立体的に配置される場合は、それぞれの検出器の受信感度が強い指向領域が被検体の位置で重なるように、例えば、球面に沿って配置することが望ましい。

（取得部）
取得部は、後述する電気信号収集部により収集された電気信号と、後述する記憶部に記憶された照射部の１つの走査位置に対応する射出光分布に関する情報と、に基づいて、被検体の内部の被検体情報を取得する。具体的には、取得部は、電気信号収集部により収集された電気信号から３次元の被検体内の初期音圧分布を生成する。初期音圧分布の生成に関しては、例えば、ユニバーサルバックプロジェクション（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ、以下ＵＢＰ）アルゴリズムやディレイアンドサム（Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍ）アルゴリズムを用いることができる。また、取得部は、記憶された照射部の射出光分布に関する情報を基に、被検体内の３次元の光分布情報を生成する。これは、２次元の射出光分布に関する情報から光拡散方程式を解くことで取得できる。電気信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、照射部の射出光分布から生成された３次元光分布情報で規格化することで、被検体情報である被検体内の光吸収係数分布を得ることができる。また、複数の波長における光吸収係数分布を演算することで、被検体内のヘモグロビンの酸素飽和度分布を得ることができる。

なお、上記以外にも、情報取得装置としては以下の構成要素を有している。

（電気信号収集部）
電気信号収集部は、検出部で得られた電気信号を収集するものである。電気信号収集部は、効率よく処理するためにはアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有することが望ましい。

（保持部）
保持部は、被検体を保持するために用いるものであり、例えば、被検体の形状に合わせたカップ状で構成されていたり、被検体を挟んで固定するように２枚の保持板で構成されていたりする。被検体と検出器との間に位置する保持部や保持板は、光の吸収が小さく、音響波の吸収が小さいかつ被検体との音響インピーダンス差が小さいことが望ましく、ポリメチルペンテン樹脂などが好適である。

（走査部）
走査部は、照射部を２次元走査が可能なようにするものである。走査部には、走査時の照射部の走査位置を検出する位置検出部が設けられていてもよい。走査部は、必要に応じて検出部と照射部とを一体化して同時に走査する構成であってもよい。

（走査駆動部）
走査駆動部は、後述する制御部からの命令により、走査部を制御して、照射部に所望の走査を与えるものである。走査駆動部は、走査部による走査が等速運動で連続的に行うように走査部を駆動してもよいし、移動とデータの受信をステップアンドリピートで行うように走査部を駆動してもよい。また、走査駆動部は、走査部が円弧状やらせん状に走査するように走査部の駆動を行ってもよい。

（走査位置取得部）
走査位置取得部は、被検体にパルス光を照射した時の照射部の走査位置を取得するものである。制御部が走査駆動部に与えた命令から照射部の位置が認識できる場合は、位置検出部及び走査位置取得部は必ずしも必要なわけではない。検出部と照射部とが一体化されている場合は、走査位置取得部によって、被検体にパルス光を照射した時の検出部の位置情報も同時に取得できる。

（制御部）
制御部は、所望のタイミングで音響波の検出が行えるように制御するものである。制御部は、後述する、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部及びシステム制御部を有する。

（光源制御部）
光源制御部は、パルス光の発光タイミング、すなわち被検体にパルス光を照射するタイミングを制御するものである。例えば、光源制御部は、ある特定の繰り返し周波数でパルス光を発光させたり、又は、照射部の位置情報を基準としてパルス光を発光させたりするものである。

（走査制御部）
走査制御部は、走査駆動部を制御して、照射部に所望の動きを与えるものである。また、走査制御部は、被検体にパルス光を照射する瞬間の照射部の位置情報を取得するように走査位置取得部に命令を与える。走査制御部は、被検体の特定領域の音響情報を取得できるように、術者が関心領域を指定する機能を別に設けておき、その関心領域に対応した走査命令を走査駆動部に与えてもよい。

（電気信号収集制御部）
電気信号収集制御部は、被検体内で発生した音響波を検出部が検出するタイミング及び検出時間を制御するものである。被検体にパルス光を照射した瞬間から、又は、一定時間経過した後から、画像化したい被検体深さに相当する時間までの電気信号を収集させるように電気信号収集部に命令を与える。

（システム制御部）
所望のタイミングで音響波の検出が行えるように、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部を連動させて制御するものである。

（記憶部）
記憶部は、照射部から発せられた、例えば２次元空間分布で表される射出光分布に関する情報を記憶するものである。照射部を所定の位置に配置した際の射出光分布に関する情報があればよい。射出光分布は、照射部近傍、又は、一定距離離れた位置に仮想スクリーンを置いた場合の射出光の光分布とする。

以上が本発明における情報取得装置の構成である。より詳細の構成については、以下の実施形態の中で述べる。

（実施形態１）
図１（ａ）は本実施形態に係る情報取得装置の一例を説明する模式図である。情報取得装置は、光源１０１と、光源１０１から発せられた光を被検体（乳房１２３）に照射する照射部１０５と、光源１０１から発せられた光を照射部１０５まで導波する導波部１０３と、を有している。さらに、情報取得装置は、照射部１０５から被検体に光が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検出部１０９と、電気信号に基づいて被検体の内部の情報を取得する取得部１６５と、を有している。また、照射部１０５は走査可能な構成である。

導波部１０３は多関節アームを有している。多関節アームは、複数の第１の導波管（本実施形態では、垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋに対応）と、少なくとも一つの第２の導波管（本実施形態では、水平導波管１０３ａ、１０３ｅ、１０３ｉに対応）を有している。さらに、多関節アームは、関節部（１０３ｂ、１０３ｄ、１０３ｆ、１０３ｈ、１０３ｊ）を有している。垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋは、照射部１０５から被検体に光を照射する照射方向（＋Ｚ方向）と平行な方向に導波する機能を有している。水平導波管１０３ａ、１０３ｅ、１０３ｉは、照射方向（＋Ｚ方向）と垂直な面内方向（ＸＹ面内方向）に光を導波する機能を有している。関節部は、垂直導波管と水平導波管とを連結し、垂直導波管と水平導波管それぞれの中を導波する光の導波方向を略垂直に曲げるように配置されたミラーを内包している。ここで「略垂直に曲げる」とは、８５度以上９５度以下の角度で曲げることをいう。

水平導波管１０３ｅの両側には、関節部１０３ｄを介して垂直導波管１０３ｃと、関節部１０３ｆを介して垂直導波管１０３ｇが連結されている。また、水平導波管１０３ｉの両側には、関節部１０３ｈを介して垂直導波管１０３ｇと、関節部１０３ｊを介して垂直導波管１０３ｋが連結されている。

水平導波管１０３ａ、関節部１０３ｂ、垂直導波管１０３ｃはそれぞれＸＹ面内で移動不可能に接続され、固定されている。関節部１０３ｄ、水平導波管１０３ｅ、関節部１０３ｆはそれぞれが独立には移動できないように接続されており、関節部１０３ｈ、水平導波管１０３ｉ、関節部１０３ｊもそれぞれが独立には移動できないように接続されている。関節部１０３ｄは、垂直導波管１０３ｃの中心軸を回転中心としてＸＹ面内で回転可能な構成である。関節部１０３ｆ、１０３ｈは、垂直導波管１０３ｇの中心軸を回転中心としてＸＹ面内で回転可能な構成である。関節部１０３ｊは垂直導波管１０３ｋの中心軸を回転軸としてＸＹ面内で回転可能な構成である。この構成により、水平導波管１０３ｅ、１０３ｉ、垂直導波管１０３ｇ、１０３ｋはＸＹ面内で移動が可能となっている。

また、複数の垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋは、それぞれの中を導波する光の導波方向が同じになるように構成されている。具体的には、垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋの中を導波する光の向きはすべて＋Ｚ方向である。なお、本発明において、＋Ｚ方向と−Ｚ方向とは区別される。この構成の技術的な意味について、以下で詳細に述べる。

図２は比較例の情報取得装置の導波部２０３を示しており、図３は本実施形態の情報取得装置の導波部１０３を示している。本実施形態では、上述したように、垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋは全て、その導波管内を導波する光の方向が同じ方向（＋Ｚ方向）である。これに対して、比較例では、垂直導波管２０３ｃの中を導波する光は−Ｚ方向であり、垂直導波管２０３ｇ、２０３ｋの中を導波する光の方向は＋Ｚ方向である。つまり、比較例の導波部２０３では、垂直導波管２０３ｃ、２０３ｇ、２０３ｋの中を導波する光の方向が、一つの垂直導波管で異なった構成である。この構成の違いにより、照射部１０５を動かした場合の照射光の射出光分布の様子の違いを以下に説明する。なお、それ以外は、本実施形態と比較例は同じ構成である。

なお、光源１０１は、光源１０１から射出された光を導波部１０３で導波する光路上において最も光源１０１に近い第１の導波管（垂直導波管１０３ｃ）を導波する光が、垂直導波管１０３ｃの中心軸に対して非対称な射出光分布を有するような構成である。

図２（ａ）は、多関節アームである導波部２０３は「肘を曲げた状態」である。これを基準として、図２（ｂ）は、照射部１０５を右側（＋Ｘ方向）に動かした場合を示している。導波部２０３は「肘を伸ばした状態」である。ただし、図２（ｂ）では、導波部２０３は「肘を伸ばしきった状態」ではない。図２（ｃ）は、照射部１０５を左側（−Ｘ方向）に動かした場合を示している。導波部２０３は「肘をかなり曲げた状態」である。

図２（ａ）乃至（ｃ）において、導波部２０３の３つの垂直導波管２０３ｃ、２０３ｇ、２０３ｋ中に仮想的にスクリーン（図中Ａ、Ｂ、Ｃで表記）を置き、そこに照射される射出光分布をベッド側から観察した場合を考える。射出光分布の例を図中円内に示す。スクリーンＡ、Ｂの射出光分布は、その間の水平導波管２０３ｅの断面を対称面として鏡像の関係にある。したがって、スクリーンＢではスクリーンＡに対して射出光分布が反転する。また、ベッド側から観察した場合、その対称面（水平導波管２０３ｅの断面）は垂直導波管２０３ｃを中心として「肘の角度」に依存して回転する。その結果、スクリーンＢの射出光分布は、スクリーンＡの射出光分布に対して反転と回転が加わった分布となる。一方、スクリーンＢ、Ｃの射出光分布はその間の水平導波管２０３ｉを導波されても、射出光分布は保存されたままで向きが変わることがない。

図２（ａ）乃至（ｃ）の各スクリーンの射出光分布の変化から、導波部２０３の「肘を曲げていく」に従い（図２（ｂ）、（ａ）、（ｃ）の順）、照射部１０５の射出光分布と同等であるスクリーンＣの射出光分布は時計の回転方向に回転することがわかる。さらに、照射部１０５中の凹レンズ（不図示）の光軸と、照射部１０５に到達した光ビームの中心がずれている場合がある。その場合には、導波部２０３の「肘の曲げ伸ばし」によって、照射部１０５からの照射光は、光ビームの中心とは異なる位置を中心として回転することになる。つまり、比較例の導波部２０３の構成では、照射部１０５の走査位置ごとに射出光分布が異なってしまう。射出光分布が異なると、実際に被検体に照射される照射光分布を異なることを意味している。この場合、射出光分布の変化を考慮せずに、ある照射位置に対応する照射部１０５の射出光分布だけを用いると、取得部１６５は被検体内の光分布を精度良く算出することができず、結果として、被検体情報を精度よく取得することができない。

一方、図３は、本実施形態における導波部１０３の垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋ内の射出光分布の様子を示している。図３（ａ）乃至（ｃ）は、図２（ａ）乃至（ｃ）のそれぞれに対応している。

図３（ａ）乃至（ｃ）の各スクリーンの射出光分布から、導波部１０３の「肘を曲げて」も、照射部１０５における射出光分布と同等であるスクリーンＣの射出光分布は変動しないことがわかる。さらに、照射部１０５中の凹レンズ（図中不指示）の光軸と、の光軸と照射部１０５に到達した光ビームの中心がずれている場合、照射部１０５からの光は鉛直から傾いた方向に照射される。しかし、導波部１０３の「肘の曲げ伸ばし」に関係なく、その傾きの方向は維持されるので射出光分布は変化しない。そのため、ある照射位置での照射部１０５の射出光分布だけを用いて、取得部１６５は被検体内の光分布を精度良く算出することができ、被検体情報を精度よく取得することができる。

記憶される照射部１０５の射出光分布は、照射部１０５を走査可能範囲の中央である保持カップ１１９の最深部直下に置き、照射部１０５から１０ｃｍ上方（＋Ｚ方向）の位置にスクリーンを配置した場合に照射された射出光分布を計測した情報である。この１０ｃｍという距離は検出部１０９を支持する半球の支持部材の半径に合わせたものである。なお、上述したように、導波部１０３は、各走査位置における照射部１０５の射出光分布はほぼ同じであるため、記憶部３０１に記憶される射出光分布情報は、他の走査位置で同様に射出光分布を計測した情報であっても構わない。例えば、記憶される射出光分布に関する情報は、照射部１０５が保持カップ１１９の周辺部に対応する位置で、照射部１０５から１０ｃｍ上方（＋Ｚ方向）の位置にスクリーンを配置した場合に照射された射出光分布を計測した情報であってもよい。また、照射部１０５からの高さを１０ｃｍ上方の位置以外の任意の位置にスクリーンを配置した場合に照射された射出光分布を計測するようにしてもよい。このように計測した射出光分布が、記憶部３０１に記憶される。すなわち、記憶部３０１は、照射部１０５が走査される複数の走査位置の中の一つの走査位置における照射部１０５から射出された射出光の射出光分布に関する情報を予め記憶している。この構成により、記憶部３０１の容量の使用を抑えることができる。

図１（ｂ）は、本実施形態の導波部の他の一例を示す模式図である。この導波部７０３は、光源１０１の上部から光が導波部１０３に導入され、図１（ａ）で示した導波部１０３に対して水平導波管１０３ａ、関節部１０３ｂがない構成である。また、垂直導波管１０３ｃは固定されている。図１（ａ）と同様、複数の垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋは、それぞれの中を導波する光の導波方向が同じ方向（＋Ｚ方向）になるように構成されている。

なお、２次元状に照射部を走査する場合には、情報取得装置は、ＸＹ面内を移動できる水平導波管は２本以上有する必要がある。垂直導波管は水平導波管と交互に設けられているため、ＸＹ面内を移動できる第１の導波管である垂直導波管も２本以上必要である。また、導波部１０３を構成する導波管の数が増えると、構成が複雑になるため、第１の導波管である垂直導波管は５本以下が好ましい。

光源１０１は、例えば、波長８００ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ、繰り返し周波数１０Ｈｚ、パルスエネルギー３０ｍＪのパルス光を発生するチタンサファイアレーザからなるパルス光源である。

照射部１０５は光ビームを拡大するための凹レンズ（不図示）を内包している。垂直導波管１０３ｋの終端部は照射部１０５に接続されている。

検出部１０９として、例えば、素子サイズ３ｍｍ角、中心検出周波数２ＭＨｚの圧電素子からなるトランスデューサを５００個、半球面上に並べたものを用いる。半球の半径は１０ｃｍである。

これ以外に、情報取得装置は、照射部１０５と検出部１０９を一体で支持するキャリッジ（支持体）１０７、キャリッジ１０７を支持する支持台１１３を有している。支持台１１３はＸＹステージ（走査部に相当）１１５上に設置されており、ＸＹ面内を２次元に走査が可能である。ＸＹステージ１１５は走査駆動部１５３によって走査される。また、ＸＹステージ１１５は位置センサー（不図示）を備えている。

キャリッジ１０７と被検者１２１の被検体（乳房１２３）を保持する保持カップ１１９の間には音響マッチング剤１１１が配置される。この音響マッチング剤１１１としては水が用いられる。

被検者１２１を支持するベッド１１７には開口部が設けられており、その開口部から乳房１２３を保持カップ１１９に保持させるようにする。なお、乳房１２３と保持カップ１１９の間は音響マッチングのため超音波ジェル（不図示）で埋められている。保持カップ１１９は移動しない構成である。

光源１０１から発せられた光は多関節アームで構成される導波部１０３中を伝搬し、照射部１０５、音響マッチング剤１１１、保持カップ１１９を介して乳房１２３に照射される。そして、乳房１２３にて光音響波が発生し、その光音響波を検出部１０９で検出し、電気信号に変換する。

そして、取得部１６５では、照射部１０５の位置、すなわち、電気信号取得位置ごとに、電気信号収集部１５７により収集された電気信号からＵＢＰアルゴリズムを用いて３次元の被検体内の初期音圧分布を生成する。そして、記憶部３０１に記憶された射出光分布に関する情報を基に、照射部１０５の位置ごとに光拡散方程式を用いて被検体内の３次元光分布情報を生成する。さらに、初期音圧分布を３次元光分布情報で規格化することで、照射部１０５の位置ごとの被検体内の光吸収係数分布を得る。これらの工程を照射部１０５の走査範囲全体で実施し、最後に、照射部１０５の位置ごとに得られた初期音圧分布、光吸収係数分布をそれぞれ重畳することで、被検体全体の３次元の初期音圧分布、光吸収係数分布を得る。

なお、演算の順番はこれに限ったものではなく、まず、被検体全体の３次元の初期音圧分布を取得し、さらに、被検体全体の３次元光分布情報を取得し、これらから被検体全体の３次元の光吸収係数分布を求めてもよい。

制御部１５１は、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部、及び全体を制御するシステム制御部を備えている。制御部１５１の光源制御部は、所望のタイミングでパルス光を発するように光源１０１を制御する。本実施形態では１０Ｈｚの繰り返し周波数で光源１０１は制御される。

制御部１５１の走査制御部は、走査駆動部１５３を制御し、照射部１０５に所望の動きを与えるものである。また、走査制御部は、走査位置取得部１５５に命令を与え、被検体にパルス光を照射する瞬間の照射部１０５の位置情報を取得する。本実施形態においては、照射部１０５と検出部１０９は一体化されているので、取得された照射部１０５の位置情報は検出部１０９の電気信号取得位置情報を兼ねている。

例えば、走査駆動部１５３は、走査制御部からの命令を受けて、照射部１０５と検出部１０９とが一体で支持するキャリッジ１０７をらせん状に走査する。光源制御部は光源に命令を出し、光源１０１は、走査に合わせて、パルス光を１０Ｈｚの繰り返し周波数で５１２回照射する。乳房１２３にパルス光を照射した瞬間の照射部１０５の位置は５１２ヶ所である。

図４は、照射部１０５の走査位置を説明する図であり、ベッド１１７側から観測した照射部１０５の走査軌跡の模式図である。図４において、３０３は走査可能範囲を示しており、３０５は照射部１０５の走査の軌跡を示している。また、乳房１２３にパルス光を照射する瞬間の照射部１０５の走査位置を黒丸で示し、（ｘ１，ｙ１）などはＸＹ座標を表している。このような走査を行うことで、被検体全体の被検体情報を取得できる。

制御部１５１の電気信号収集制御部は、被検体にパルス光を照射した瞬間を０μｓとして、６０μｓ乃至１１０μｓまでの時間に検出部１０９に到達した信号を収集するように電気信号収集部１５７に命令を与える。この時間範囲は被検体中７５ｍｍの距離に相当する。

本実施形態では、多関節アームを用いた導波部であっても、第１の導波管の中を導波される光の方向がすべて同じ方向であるため、照射部の走査位置に対する射出光分布の変化を抑制することができる。このため、被検体内の光分布を精度よく算出でき、さらに被検体情報を精度よく取得することを可能にする情報取得装置を提供することができる。

なお、本実施形態の光源１０１は、垂直導波管１０３ｃを導波する光が、垂直導波管１０３ｃの中心軸に対して非対称な射出光分布を有する構成である。しかし、これに限らず以下のような場合にも、本発明は効果を発揮する。すなわち、垂直導波管１０３ｃを導波する光の射出光分布の重心位置が垂直導波管１０３ｃの中心軸からずれている場合、垂直導波管１０３ｃを導波する光の導波方向が垂直導波管１０３ｃの中心軸の方向と完全に平行ではない場合などである。

また、照射部１０５は、光源１０１から射出された光を導波部１０３で導波する光路上において被検体に最も近い第１の導波管（垂直導波管１０３ｋ）と兼ねていてもよい。

（実施形態２）
図５は、本実施形態に係る情報取得装置の一例を示す模式図である。本実施形態に係る情報取得装置は、実施形態１の情報取得装置とは、被検体の関心領域を設定する領域設定部４０１を有する点で異なっている。これ以外は実施形態２の情報取得装置と同じである。図５では、図１（ａ）と同一の部分には同じ番号を付加し、説明は省略する。本実施形態は、超音波エコーやＭＲＩなど他のイメージング装置による画像や、触診などによって被検体内の関心領域が予め分かっている場合に対応したものである。

制御部１５１中の走査制御部は、領域設定部４０１による関心領域に基づいて照射部１０５の走査範囲や走査パターンを設定し、走査駆動部１５３を制御して照射部１０５に所望の動きを与える。

領域設定部４０１は、術者がモニタ（不図示）上で指定することで被検体内の関心領域を設定されてもよいし、自動で関心領域を設定する構成であってもよい。

関心領域及び照射部１０５の走査範囲について図６を用いて説明する。図６において、３０３は走査可能範囲を示しており、４０５は設定された関心領域を示している。４０７は関心領域４０５に基づいて決定された照射部１０５の走査軌跡を示している。

関心領域がどこに設定されるかは被検体に依存しており、無限に取りうる。したがって照射部１０５の走査パターンも無限に取りうる。このような場合においても、照射部１０５からの照射光分布は走査位置によって略変化しないので、関心領域４０５がどこに設定されるかによらず、実施形態１と同様に、被検体情報を精度よく算出することができる。

（実施形態３）
図７は、本実施形態に係る情報取得装置の一例を示す模式図である。本実施形態に係る情報取得装置は、実施形態１の情報取得装置とは、導波部１０３を支持する支持部５００を有する点で異なっている。これ以外は実施形態１の情報取得装置と同じである。図１（ａ）と同一の部分には同じ番号を付加し、説明は省略する。

具体的には、導波部１０３を支持する支持部５００は、床５０１の上に、床の面内に沿って移動可能なボール５０３、５０９、ボール５０３、５０９を支持するボール受け部５０５、５１１を有している。さらに、支持部５００は、ボール受け部５０５、５１１と導波部１０３とを接続する接続体５０７、５１３で構成されている。ボール５０３、５０９によって、支持部は、鉛直方向に垂直な面内で移動可能である。この支持部により、照射部１０５を走査した時に機械的なずれが発生しにくくなり、より安定に照射部１０５を走査することが可能になる。なお、図７には示されていないが、接続体５０７、５１３の長さを調節可能とする機構が備わっている。

（実施形態４）
実施形態１乃至３では、光走査部をＸＹ面内に沿って動かす例を示したが、本発明はそれに限ったものではない。図８は、本実施形態に係る情報取得装置の導波部の一例を示す模式図である。それ以外は、実施形態１乃至３と同じ構成を適用できる。本実施形態のように、例えば、被検者を伏臥位で寝かせた状態で乳房１２３を２枚の保持板６０１、６０２で保持しておき、保持板６０１、６０２に沿ってＹＺ面内で、多関節アームである導波部６０３、照射部１０５を動かすような構成としてもよい。

導波部６０３は、水平導波管６０３ａ、６０３ｅ、６０３ｉ、垂直導波管６０３ｃ、６０３ｇ、関節部６０３ｂ、６０３ｄ、６０３ｆ、６０３ｈで構成された多関節アームである。本実施形態では、照射部１０５から被検体（乳房１２３）に光を照射する照射方向は＋Ｘ方向であるため、第１の導波管は、水平導波管６０３ａ、６０３ｅ、６０３ｉであり、第２の導波管は、垂直導波管６０３ｃ、６０３ｇである。本実施形態では、水平導波管６０３ａ、６０３ｅ、６０３ｉ内を導波する光の導波方向は、全て同じであり、＋Ｘ方向である。

この構成により、照射部１０５から照射される照射光分布は、照射部１０５の走査位置によらないものとなる。そのため、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態でも、実施形態１と同様に、２次元状の照射部を走査するためには、情報取得装置は、ＸＹ面内で移動可能な構成の第１の導波管は２本以上必要である。また、導波部１０３を構成する導波管の数が増えると、構成が複雑になるため、第１の導波管は５本以下が好ましい。

１０１ 光源
１０３ 導波部
１０３ａ、１０３ｅ、１０３ｉ 第２の導波路
１０３ｂ、１０３ｄ、１０３ｆ、１０３ｈ、１０３ｊ 関節部
１０３ｃ、１０３ｇ、１０３ｋ 第１の導波路
１０５ 照射部
１０９ 検出部
１６５ 取得部

Claims (8)

1. 光源と、前記光源から発せられた光を被検体に照射する照射部と、前記光源から発せられた光を前記照射部まで導波する導波部と、前記照射部から前記被検体に光が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検出部と、前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有する情報取得装置であって、
   前記照射部は走査可能な構成であり、
   前記導波部は、前記照射部から前記被検体に光を照射する照射方向と平行な方向に導波する第１の導波管と、前記照射方向と垂直な面内方向に光を導波する第２の導波管と、前記第１の導波管と前記第２の導波管とを連結し、前記第１の導波管と前記第２の導波管それぞれの中を導波する光の導波方向を略垂直に曲げるように配置されたミラーを内包する関節部と、を有し、
   前記第２の導波管の両側には、前記関節部を介して前記第１の導波管がそれぞれ連結されており、
   前記第２の導波管の両側に位置する２つの第１の導波管それぞれの中を導波する光の導波方向が同じになるように構成されていることを特徴とする情報取得装置。
2. 前記照射部が走査される複数の走査位置の一つの走査位置における前記照射部から照射された照射光の射出光分布に関する情報が予め記憶された記憶部を有し、
   前記取得部は、前記電気信号と前記記憶部に記憶された前記射出光分布に関する情報とに基づいて、前記被検体の内部の情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
3. 前記導波部と前記検出部とを一体で支持する支持体を有し、
   前記導波部が前記検出部と一体で走査可能な構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報取得装置。
4. 前記被検体の関心領域を設定する領域設定部と、
   前記関心領域に基づいて前記照射部の走査パターンと走査範囲を設定する走査制御部と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報取得装置。
5. 前記導波部を支持する支持部を有し、
   前記支持部は、鉛直方向に垂直な面内で移動可能な構成であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報取得装置。
6. 前記第１の導波管は、前記面内方向に移動可能な２本以上の第１の導波管を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報取得装置。
7. 前記照射部は、前記光源から射出された光を前記導波部で導波する光路上において最も前記被検体に近い第１の導波管を兼ねることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報取得装置。
8. 前記光源は、前記光源から射出された光を前記導波部で導波する光路上において最も前記光源に近い第１の導波管を導波する光が、前記最も前記光源に近い第１の導波管の中心軸に対して非対称な射出光分布を有する構成であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の情報取得装置。

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