JP2016097165A - Subject information acquisition device and probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体情報取得装置およびプローブに関する。 The present invention relates to an object information acquisition apparatus and a probe.
がんに起因して発生する血管新生を特異的に画像化する方法として、光音響トモグラフィ(以下、PAT:Photoacoustic tomography)が注目されている。PATとは、光を被検体に照射すると光音響効果により被検体内部から発生する光音響波を探触子で受信して、画像化する技術である。 Photoacoustic tomography (hereinafter referred to as PAT) has attracted attention as a method for specifically imaging angiogenesis caused by cancer. PAT is a technique for receiving a photoacoustic wave generated from the inside of the subject by the photoacoustic effect when light is irradiated on the subject and imaging it.
PATを用いた光音響装置において、光源から射出端までの光伝送にバンドルファイバを使うことがある。このような光伝送方式は、探触子と射出端を含んだ筺体を有し、技師がその筺体を手に持って被検体に押し当てながら測定する、ハンドヘルド型の光音響装置に好適である。しかし、バンドルファイバは200μm程度のファイバ素線が束状に加工されたものであるため、それぞれのファイバから発せられた光が互いに干渉し、局所的にエネルギ密度が高くなる場合がある。 In a photoacoustic apparatus using PAT, a bundle fiber may be used for light transmission from a light source to an emission end. Such an optical transmission system is suitable for a handheld photoacoustic apparatus having a housing including a probe and an emission end, and an engineer holding the housing in his hand and pressing it against a subject. . However, since the bundle fiber is obtained by processing fiber strands of about 200 μm into a bundle shape, the light emitted from each fiber interferes with each other, and the energy density may locally increase.
ここで、人体に光(特にレーザ光)を照射する場合、安全上の規格として最大許容露光量(以下、MPE:maximum permissible exposure)が規定されている(ANSI Z136.1−2000)。MPEは、波長に応じて、また皮膚や目のそれぞれの部位に応じて定められており、目の方が皮膚よりもMPEの値が低い。そして、バンドルファイバを用いた光音響装置が皮膚表面に光を照射したときに、上記のように局所的にエネルギ密度が高まっている場合、皮膚に対するMPEを超える可能性がある。 Here, when irradiating light (particularly laser light) to the human body, a maximum permissible exposure (MPE: maximum permissible exposure) is defined as a safety standard (ANSI Z136.1-2000). The MPE is determined according to the wavelength and according to each part of the skin and the eye, and the eye has a lower MPE value than the skin. And when the photoacoustic apparatus using a bundle fiber irradiates light on the skin surface, when the energy density is increasing locally as described above, it may exceed the MPE for the skin.
また、光量が皮膚に対するMPE以下の場合でも、その光が目に入ると、目に対するMPEの値を超える可能性がある。例えばハンドヘルド型の場合、筺体を持つ技師の手が動いて光が空中に射出され、技師や被検者の目に入る可能性がある。また、被検者がベッド状の支持部材に伏臥するような、射出端が固定されたタイプの光音響装置でも、射出端を技師や被検者が覗き込んだ場合は目に対するMPEを超える可能性がある。 Even when the amount of light is less than or equal to the MPE for the skin, if the light enters the eyes, the value of the MPE for the eyes may be exceeded. For example, in the case of the hand-held type, there is a possibility that an engineer's hand with a body moves and light is emitted into the air, and enters the eyes of the engineer or the subject. In addition, even with a photoacoustic device with a fixed exit end where the subject lies on a bed-like support member, the MPE for the eyes can be exceeded if the technician or the subject looks into the exit end. There is sex.
特許文献1には、バンドルファイバから発せられた光を拡散板に通し、さらにスペーサを配置し光路長を確保する技術が開示されている。これにより、エネルギ照射が均一化され、エネルギ密度の局所的な上昇を防ぎ、特に皮膚に対する安全性を向上させている。
特許文献1では、拡散板を用いることにより被検体表面における照射密度分布を制御し、被検体表面におけるエネルギ密度を均一化できるものの、光が空間に放射された場合の照射密度分布については配慮されていなかった。被検体にプローブが接触していない状態で光が射出されると、その光は約10度という狭い拡散角で空中に放射される。これは、拡散板と被検体との間にスペーサがあるという物理的な配置により、射出光の放射角度が制限を受けるためである。その結果、離れた位置にある物体(例えば技師や被検者の目)にも高いエネルギ密度の光が到達するおそれがある。
In
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光音響装置の光の照射密度を制御し、安全性を向上させることにある。 This invention is made | formed in view of the above subjects, The objective is to control the irradiation density of the light of a photoacoustic apparatus, and to improve safety | security.
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光を発生させる光源と、
前記光を伝搬する光学系と、
前記光学系を伝搬した前記光を射出する射出部と、
前記光を照射された被検体から発生する音響波を受信して、電気信号を出力する受信部と、
前記電気信号を用いて、前記被検体の内部の情報を取得する処理部と、
を有し、
前記射出部は、空気中において、前記光照射位置から14cm離れた位置における照射密度を、前記射出部の光照射位置における照射密度の0.5%以下に低減させる拡散機構を有する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
The present invention employs the following configuration. That is,
A light source that generates light;
An optical system that propagates the light;
An emission part for emitting the light propagated through the optical system;
A receiving unit that receives an acoustic wave generated from the subject irradiated with the light and outputs an electrical signal; and
A processing unit for acquiring information inside the subject using the electrical signal;
Have
The emission part has a diffusion mechanism that reduces the irradiation density at a
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に照射する光を射出する射出部と、
前記光を照射された被検体から発生する音響波を受信する受信部と、
を有し、
前記射出部は、空気中において、前記光照射位置から14cm離れた位置における照射密度を、前記射出部の光照射位置における照射密度の0.5%以下に低減させる拡散機構を有する
ことを特徴とするハンドヘルド型のプローブである。
The present invention also employs the following configuration. That is,
An emission unit for emitting light to irradiate the subject;
A receiver that receives an acoustic wave generated from the subject irradiated with the light;
Have
The emission part has a diffusion mechanism that reduces the irradiation density at a
本発明によれば、光音響装置の光の照射密度を制御し、安全性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the irradiation density of the light of a photoacoustic apparatus can be controlled and safety can be improved.
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. It is not intended to limit the following description.
本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をCPU等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。本発明はまた、音響波測定装置やその制御方法としても捉えられる。 The present invention relates to a technique for detecting acoustic waves propagating from a subject, generating characteristic information inside the subject, and acquiring the characteristic information. Therefore, the present invention can be understood as a subject information acquisition apparatus or a control method thereof, a subject information acquisition method, or a signal processing method. The present invention can also be understood as a program that causes an information processing apparatus including hardware resources such as a CPU to execute these methods, and a storage medium that stores the program. The present invention can also be understood as an acoustic wave measuring device and a control method thereof.
本発明の被検体情報取得装置は、被検体に光(電磁波)を照射し、光音響効果に従って被検体内または被検体表面で発生して伝播した音響波を受信(検出)する、光音響トモグラフィ技術を利用した装置を含む。このような被検体情報取得装置は、光音響測定に基づき被検体内部の特性情報を画像データ等の形式で得ることから、光音響トモグラフィ装置、光音響画像装置、あるいは単に光音響装置と呼べる。 The subject information acquiring apparatus of the present invention irradiates a subject with light (electromagnetic waves) and receives (detects) an acoustic wave generated and propagated in the subject or on the subject surface according to the photoacoustic effect. Includes equipment that uses graphic technology. Such an object information acquisition apparatus obtains characteristic information inside the object in the form of image data or the like based on photoacoustic measurement, and thus can be called a photoacoustic tomography apparatus, a photoacoustic image apparatus, or simply a photoacoustic apparatus. .
光音響装置における特性情報は、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギ吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を含む。具体的には、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布や、それらから求められる酸素飽和度分布などの血液成分分布、あるいは脂肪、コラーゲン、水分の分布などである。また、特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。 Characteristic information in the photoacoustic device is composed of the source distribution of acoustic waves generated by light irradiation, the initial sound pressure distribution in the subject, or the optical energy absorption density distribution, absorption coefficient distribution, and tissue derived from the initial sound pressure distribution. Concentration distribution of substances to be included. Specifically, it is a blood component distribution such as an oxygenated / reduced hemoglobin concentration distribution, an oxygen saturation distribution obtained therefrom, or a distribution of fat, collagen, and water. Further, the characteristic information may be obtained as distribution information of each position in the subject, not as numerical data. That is, distribution information such as an absorption coefficient distribution and an oxygen saturation distribution may be used as the subject information.
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。探触子により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼び、光音響波に由来する音響信号を特に光音響信号と呼ぶ。
本発明における被検体としては、生体の乳房や皮膚が想定できる。ただし被検体はこれに限られず、生体の他の部位や、非生体材料の測定も可能である。
The acoustic wave referred to in the present invention is typically an ultrasonic wave and includes an elastic wave called a sound wave or an acoustic wave. An acoustic wave generated by the photoacoustic effect is called a photoacoustic wave or an optical ultrasonic wave. An electrical signal converted from an acoustic wave by the probe is also called an acoustic signal, and an acoustic signal derived from the photoacoustic wave is particularly called a photoacoustic signal.
As a subject in the present invention, a living body breast or skin can be assumed. However, the subject is not limited to this, and other parts of the living body and non-biological materials can be measured.
[装置構成と機能]
本発明は、光を拡散させることによって光射出後のエネルギ密度を短い距離で低減させるという原理に基づく。その結果、空中などを通った光がMPE(特に目に対する値)より低くなり、安全性が向上する。
[Device configuration and functions]
The present invention is based on the principle of reducing the energy density after light emission over a short distance by diffusing light. As a result, light passing through the air or the like becomes lower than MPE (particularly the value for the eyes), and safety is improved.
光音響装置の実施形態の一例について、図1を用いて説明する。装置は、探触子2と射出部8を含む光音響プローブ1、光源4、光学系5、処理装置6、モニタ7を備える。
An example of the embodiment of the photoacoustic apparatus will be described with reference to FIG. The apparatus includes a
光源4は、近赤外線を発生させる。光源4としては、波長700nm以上900nm以下のパルスレーザを用いることができる。具体的には、Nd:YAGレーザやアレクサンドライトレーザなどパルスレーザが好適である。このほか、Nd:YAGレーザ光を励起光とするTi:saレーザやOPOレーザを用いても良い。また、フラッシュランプやLED光源などの場合も、光強度と収束性によっては目への入射光量を低減すべき状況がある。そのため、これらの光源も本発明の適用対象となり得る。
The
光学系5は光をビーム成形し、被検体への射出端まで伝播させる。バンドルファイバ3は光を伝搬する部材であり、これを光学系5に含めても良い。図1の例では、射出部8の光の照射端を射出端とした。なお、光の伝搬のために、バンドルファイバ3に代えて、あるいはバンドルファイバ3とともに、遮光筒とミラーの組み合わせ構造物などの光学部材を用いても良い。
The optical system 5 forms a beam of light and propagates it to the exit end to the subject. The
光音響プローブ1は、被検体から発せられた光音響波を受信する探触子2と射出部8を
含む。探触子2は、光音響波をアナログ電気信号に変換する受信素子を少なくとも1つ含む、音響波の受信部である。ハンドヘルド型の光音響装置の場合、光音響プローブ1は通常、医者や検査技術者などの技師が手で把持可能な筺体に保持される。さらに、測定すべき被検体内部の深度や、主な測定対象となる物質や、被検体の表面形状、被検体サイズに応じて、光音響プローブ1を交換可能とすることが好ましい。交換の際には、探触子2のみを条件(例えば受信素子の中心周波数)に応じて交換する場合や、射出部8ごと交換する場合が考えられる。また、筺体ごと交換可能な接続部を設けても良い。
The
装置は、光の一部を分岐させてフォトダイオード(不図示)に導く。フォトダイオードが光を検出すると、トリガ信号(TRG)を出力する。なおトリガ信号の生成手段はフォトダイオードに限定されず、信号発生器で光源4の発光と処理装置6への入力トリガを同期させる方法でも良い。
The device branches part of the light and directs it to a photodiode (not shown). When the photodiode detects light, it outputs a trigger signal (TRG). The trigger signal generation means is not limited to the photodiode, and a method of synchronizing the light emission of the
処理装置6は、CPUや記憶手段等を備えてプログラムにしたがって動作する情報処理装置や、電気信号を処理する信号処理装置により構成される、処理部である。処理装置6は、探触子2から出力された電気信号をケーブル40を介して受信する。処理装置の各機能を別個の回路や装置で実現しても良い。処理装置6の機能の一つは、光音響波に由来するアナログ電気信号に対して必要に応じて増幅、AD変換、検波、補正などの信号処理を行い、デジタル電気信号を作成することである。処理装置6は別の機能は、デジタル電気信号に基づいて被検体内部の特性情報に基づく画像情報(IMG)を生成することである。画像情報生成には、整相加算など既知の手法を利用できる。上記のトリガ信号は、探触子2による光音響波の受信などのきっかけとして利用される。
モニタ7は、画像情報に基づいて特性情報を表示する。画像に加えて、数値情報や、図形、記号などを表示してもよい。
The
The monitor 7 displays characteristic information based on the image information. In addition to images, numerical information, graphics, symbols, etc. may be displayed.
本発明における光音響プローブ1の構造を図2に図示する。図2においては、筺体は省略している。射出部8は、少なくともバンドルファイバ3の先端3aを覆う部材30と、バンドルファイバ3の先端3aに設けられた光拡散機構9と、を有する。図3に示すように、ファイバ先端3aから射出したレーザ光は、光拡散機構9によってある程度ランダムに散乱され拡散する。このように光の射出方向をランダム化することで、プローブ1を被検体10から離した状態で光が射出された場合に、空気中での光照射密度の減衰量が大きくなる。一方、被検体10の表面にプローブ1が接触している状態であれば、光拡散機構9と被検体10の間にスペーサのような構造物が無いので、散乱した光のほとんどが結局は被検体10の表面まで到達できる。その結果、照射密度が高く保たれ、コントラストの高い光音響画像が得られる。
The structure of the
このようなプローブ構成により、意図せず光が被検体以外に照射されても、空間を経由した光照射密度を抑制できるので、安全性が改善される。なお、安全性を多重に確保するため、少なくとも技師と被検者はレーザ安全ゴーグルを着用し、被検者の目と光音響プローブ1との間に遮光カーテンを設置することが好ましい。
With such a probe configuration, even if light is unintentionally irradiated on a subject other than the subject, the light irradiation density via the space can be suppressed, so that safety is improved. In order to ensure multiple safety, it is preferable that at least the engineer and the subject wear laser safety goggles and install a light shielding curtain between the subject's eyes and the
射出端8aの正面での光量をなるべく低減するという観点からは、散乱光11の散乱角度はなるべく大きいことが好ましい。より具体的には、散乱角度は、技師がプローブを持った場合の取り回し、技師や被検者の目からプローブまでの距離、被検体への光入射量等によって決定される。典型的な場合として技師がハンドヘルド型の光音響プローブ1を使って手技を行う場合、上腕の長さとひじの曲げ角により射出部8の射出端8aと目の距離は決定される。そこで、射出端8aと目の距離が最も近い場合でも、目に入射する光の照射密度がMPE以下となるように、散乱角度は設定される。
From the viewpoint of reducing the amount of light in front of the
光拡散機構9として例えば、酸化チタンなどの散乱体を含んだ樹脂が利用できる。また
、レンズ拡散板(LSD)等の光拡散板を用いると、散乱角度をさらに精度よく制御できる。一般に上記の散乱デバイスを用いた場合には散乱分布がガウシアンとなることが多く、射出端8a正面には高い光密度、射出端8a側面方向には低い光密度分布を持つ。
As the
光拡散機構9としては、レンズ光学系も利用できる。光拡散機構9にレンズ系を用いた場合の光路を図4に示す。レンズ光学系を用いた場合、適切な光学素子を選択することによって等方的に光を拡散させることが可能である。これにより、光照射密度を効率よく低減させられる。
A lens optical system can also be used as the
また光源4から射出端8aまでの光伝送にバンドルファイバ3を使うと、ファイバ先端3aから射出した光のエネルギ密度が局所的に高まることがある。この密度分布は、光が光拡散機構9を通過することによって低減する。さらに、光拡散機構9として上記のレンズ光学系とレンズ拡散板の組み合わせを用いると、局所的な光分布はさらに低減できる。
When the
以上の構成に加えて、図5に示すようにプローブ先端部に遮蔽機構12を設けることはさらに好ましい。これは、技師や被検者の目が射出端8aに接近することを物理的に防ぐための機構である。これにより、各種の安全機構も外された状態でも、目に入る光量を低減できる。図5の遮蔽機構12は、被検体に押し付けられたときは射出口と同じ高さまで引っ込むように構成されると良い。さらに不図示のロック機構を設け、被検体にプローブを接触するもしくは操作者の操作等によりロック機構を解除した場合にのみ遮蔽機構12が稼働するようにすると、安全性がさらに向上する。
In addition to the above configuration, it is more preferable to provide a
安全性の観点では上記の光散乱による光照射密度だけでなく、他の光照射制御方法との組み合わせも有効である。例えば、被検体への接触検知機構、光照射スイッチ等によるレーザ光のシャッタ制御などはが有効である。 From the viewpoint of safety, not only the light irradiation density by the light scattering described above but also a combination with other light irradiation control methods is effective. For example, a mechanism for detecting contact with a subject, shutter control of laser light by a light irradiation switch, and the like are effective.
[実施例1]
上記で説明した光音響装置において、本実施例では図1で説明した光音響装置によって光音響画像を取得した。光源4にはNd:YAGレーザとそれを励起光とするTi:saレーザを使用した。光の伝搬にはバンドルファイバ3を用い、図2に示すようにファイバ先端3aには拡散板を設けた。光音響プローブ1は、探触子2と射出部8を一体にハウジングした。
[Example 1]
In the photoacoustic apparatus described above, in this example, a photoacoustic image was acquired by the photoacoustic apparatus described in FIG. As the
光拡散機構9には拡散角度60度の拡散板(LSD)として、株式会社渋谷光学製のレンズ拡散板を用いた。ファイバ先端3aおよび拡散板9の大きさは1cmx1cmとした。なお、ここで言う拡散角度とは、それ以上の角度には絶対に拡散しないという意味ではない。また、拡散角度以内の光照射密度の均一性を保証するものでもない。具体的構成において光が拡散される範囲やその中での光密度分布は、射出時の光の形状や強度、拡散板の種類や性能、光の通過距離などに応じて個別に定まる。
For the
図6に、射出端8aから3cm離れた位置における光の散乱の様子を示す。横軸は拡散角度、縦軸は光強度の装置固有値を示す。実線は拡散板を設けない場合、破線は10度散乱、一点鎖線は60度散乱である。図が示すように、60度の散乱角を持たせることによってプローブ正面における光密度を大幅に低減できる。よって拡散板としては、拡散角度が60度以上のものが好適である。本実施例におけるファイバ先端3aからの射出光は約10度の射出角を持つため、拡散板を設置した効果によって、光強度が数分の一に減衰している。
FIG. 6 shows how light is scattered at a
ハンドヘルド型の本実施例においては、技師がプローブを操作する。その際の被検者と技師それぞれの体位や操作の仕方は様々であるが、一例として、技師が手に持ったプロー
ブを、仰臥位または座位の被検者の乳房に押し当てながら測定する場合について検討する。この場合、技師の上腕と前腕の曲がり角は90度より大きく、首は直立状態〜やや前かがみ状態と想定される。この状態におけるプローブ先端と技師の目の間の距離を推定する。成人の上腕部の長さは平均160〜170mm、短い場合においても140mmである。したがって、プローブを手技操作中に意図せずプローブが被検者の皮膚から外れたときに、プローブ先端と技師の目の距離は140mmよりは大きいと想定される。
In this handheld type embodiment, an engineer operates the probe. There are various positions and operation methods of the subject and the technician at that time, but as an example, when the probe held by the technician is pressed against the breast of the subject in the supine or sitting position To consider. In this case, the bend angle between the upper arm and the forearm of the engineer is greater than 90 degrees, and the neck is assumed to be in an upright state or slightly bent forward. The distance between the probe tip and the technician's eyes in this state is estimated. The average length of the upper arm of an adult is 160 to 170 mm, and 140 mm when it is short. Accordingly, when the probe is unintentionally removed from the subject's skin during the procedure operation, the distance between the probe tip and the technician's eyes is assumed to be greater than 140 mm.
ここで、波長756nmの光において、生体一般のMPEは25.9[mJ/cm2]、目のMPEは1.29[mW/cm2]である。レーザが10Hzとすると、皮膚と目のMPE比は、1.29/10/25.9より、ほぼ0.005となる。すなわち、目のMPEは、皮膚のMPEの0.5%程度に相当する。したがって、光照射位置である射出端8aにおける照射密度が皮膚のMPE値と等しい場合、その光が目に入るときの照射密度が射出時とくらべて0.5%以下になっていれば、安全性を確保できる。
Here, in light with a wavelength of 756 nm, the MPE of a living body is 25.9 [mJ / cm 2 ], and the MPE of the eye is 1.29 [mW / cm 2 ]. Assuming that the laser is 10 Hz, the MPE ratio between the skin and the eyes is approximately 0.005 from 1.29 / 10 / 25.9. That is, the MPE of the eye corresponds to about 0.5% of the MPE of the skin. Therefore, when the irradiation density at the
図7に、プローブ表面からの距離(横軸、単位はcm)と光密度の減衰量(縦軸、射出時との比)の関係を示す。図より、14cm離れた位置での射出時との光量比が0.005より小さいことは明らかである。したがって、射出時の光量が皮膚に対するMPE値と等しかったとしても、プローブから目に光が到達する間に、目に対するMPE以下の値となることが分かる。
FIG. 7 shows the relationship between the distance from the probe surface (horizontal axis, unit is cm) and the attenuation of light density (vertical axis, ratio with emission). From the figure, it is clear that the light quantity ratio at the time of emission at a
本実施例によれば、意図せずに光がプローブから空気中に射出された場合でも、その光が短い距離で広角に散乱し、エネルギ密度が低下する。その結果、装置の安全性が向上する。一方、プローブが被検体に接触している場合には、特性情報を得るために必要なエネルギ密度が確保される。 According to the present embodiment, even when light is unintentionally emitted from the probe into the air, the light is scattered at a wide angle over a short distance, and the energy density is lowered. As a result, the safety of the device is improved. On the other hand, when the probe is in contact with the subject, the energy density necessary for obtaining the characteristic information is ensured.
なお、本実施例においては光拡散にLSDを用いたが、酸化チタンを練りこんだ樹脂など、他の光拡散デバイスを用いても良い。
また本実施例においては、波長756nmのパルスレーザを用いた場合の皮膚と目のMPE比を想定したが、他の条件においても、適切な光拡散板を用いることにより同様の効果が得られる。
In this embodiment, LSD is used for light diffusion, but other light diffusion devices such as a resin kneaded with titanium oxide may be used.
In this embodiment, the MPE ratio of the skin and eyes when a pulse laser with a wavelength of 756 nm is used is assumed, but the same effect can be obtained by using an appropriate light diffusion plate even under other conditions.
[実施例2]
実施例2では光拡散機構にレンズ系を用いる。光音響装置の構成概略は図1の通りであり、図4に示すように、ファイバ端3aに凹レンズ9を設置する。凹レンズ9の働きにより、バンドルファイバ3から射出した光は等方的に拡散する。
[Example 2]
In the second embodiment, a lens system is used for the light diffusion mechanism. The schematic configuration of the photoacoustic apparatus is as shown in FIG. 1, and a
本実施例における光が空間伝搬した場合の光密度分布を図8に示す。図中、横軸はプローブ表面からの距離(cm)、縦軸は光密度の減衰量(射出時との比)を示す。図より、皮膚に照射された光量が0.005倍(0.5%)になる距離は、およそ5cm先であることが分かる。すなわち、皮膚と目のMPE比(0.005)を考慮すると、皮膚にMPE光量が照射された場合、プローブと目の間が5cm以上であれば目の安全性が保たれることが分かる。 FIG. 8 shows a light density distribution when the light in this embodiment propagates in space. In the figure, the horizontal axis indicates the distance (cm) from the probe surface, and the vertical axis indicates the attenuation of light density (ratio with respect to the time of emission). From the figure, it can be seen that the distance at which the amount of light irradiated to the skin is 0.005 times (0.5%) is about 5 cm away. In other words, considering the MPE ratio (0.005) of the skin and eyes, it can be seen that when the skin is irradiated with the MPE light amount, the safety of the eyes is maintained if the distance between the probe and the eyes is 5 cm or more.
またプローブからの距離140mmにおける光の散乱角度(横軸)と光の減衰量(縦軸、射出時との比)の関係を図9に示す。この結果によると散乱角度を30度以上とすることにより、実施例1に記載したプローブ手技条件であれば、光が空気中へ意図せず射出されたとしても、目に入る光量をMPE以下に抑制できる。 FIG. 9 shows the relationship between the light scattering angle (horizontal axis) at a distance of 140 mm from the probe and the light attenuation (ratio between vertical axis and emission). According to this result, by setting the scattering angle to 30 degrees or more, the light amount entering the eye is less than or equal to MPE even if light is unintentionally emitted into the air under the probe procedure conditions described in the first embodiment. Can be suppressed.
なお、実施例2においては凹レンズによって光を散乱させたが、この場合バンドルファイバ3からの射出光のむらが射出光に反映される。そこで、凹レンズの先にさらに拡散板
を配置することにより、光分布の均一性を向上させられる。
In the second embodiment, the light is scattered by the concave lens. In this case, the unevenness of the emitted light from the
[実施例3]
本実施例では、上記各実施例の方法に追加して、さらに安全性を向上させる方法について説明する。すなわち、目がプローブの射出端8aに近づき、他の安全機構も外された状態にて、光の射出を防止する方法を述べる。
[Example 3]
In the present embodiment, a method for further improving the safety will be described in addition to the methods of the above embodiments. That is, a method for preventing the emission of light with the eyes approaching the
図5に示すプローブは、射出部8の先端に遮蔽機構12が配置されている。遮蔽機構12は探触子2、光拡散機構9より前面(被検体側)に突出している。そのため、測定対象物(例えば皮膚)にプローブを近づけた場合、光拡散機構9より先に遮蔽機構12が測定対象物に突き当たる。したがって、仮に目とプローブが近づいたとしても、射出端8aから目までの距離が確保される。その結果、安全性が向上する。なお、遮蔽機構12の長さは、射出された光が目に対するMPE以下になるような値が好ましい。例えば実施例2で説明した光拡散機構の場合、遮蔽機構12の長さは50mmとすると良い。
In the probe shown in FIG. 5, a
また遮蔽機構12には不図示の可動機構を設け、プローブが被検体に押し付けられたときは、射出端8aと同じ高さまで後退させると良い。これにより皮膚に照射される光量が確保できるので、安全性と画質向上が両立できる。
さらに、不図示のロック機構を設け、被検体にプローブを接触するもしくは操作者の操作等によりロック機構を解除した場合にのみ遮蔽機構11が可動となるようにしても良い。
The
Further, a locking mechanism (not shown) may be provided so that the
[実施例4]
本実施例では、光拡散機構9による散乱に加えて、光の照射を制御することにより安全性を向上させる。本実施例では、図10に示すように、プローブ1の被検体との接触面に接触センサ13を配置した。光音響装置は、接触センサ13はオン/オフに連動させて、光源4の前面に配置されたシャッタ(不図示)を開閉制御する。すなわち、プローブと何らかの物体との接触が検知された場合にのみシャッタが開かれて光照射が可能になる。一方、プローブとの接触物が無い場合、言い換えると射出端8aが空気中に向いている場合は、シャッタが閉じて光照射が不可能になる。
[Example 4]
In this embodiment, in addition to scattering by the
本実施例の構成により、射出後の光が拡散するだけでなく、光照射そのものが制御されるため、安全性がさらに向上した。なお、本実施例の要点は接触状態が検知されなければ光射出を停止することにあるため、光制御機構はシャッタには限定されない。光制御機構は例えば、レーザ装置のQスイッチ制御や電源制御によって光射出の有無を制御してもよい。 According to the configuration of the present embodiment, not only the light after emission is diffused but also the light irradiation itself is controlled, so that the safety is further improved. The main point of the present embodiment is that the light emission is stopped unless the contact state is detected, and therefore the light control mechanism is not limited to the shutter. For example, the light control mechanism may control the presence or absence of light emission by Q switch control or power supply control of the laser device.
[実施例5]
本実施例では、ハンドヘルド型のプローブの代わりに、ボウル型の探触子20を持つプローブに本発明の原理を適用する。図11に、本実施例におけるプローブ近傍の断面構成を示す。なお、光源部分の構成や、処理装置の動作などは上記各実施例と同様である。
[Example 5]
In this embodiment, the principle of the present invention is applied to a probe having a bowl-
本実施例の探触子20は、ボウル型または半球型とよばれるタイプである。お椀状の面の内側には、受信素子が半球中心近傍に高感度領域を形成するように配置されている。探触子20の中心にはバンドルファイバ3の先端を覆う部材30が配置されている。バンドルファイバ3からの射出光は、音響マッチング材14(例えば水)を経由して被検体10に到達する。なお、ここではプローブ形状の代表例としてボウル型を挙げているが、複数の受信素子を有し、少なくともその一部の素子の受信感度の高い方向(指向軸)が交わって高感度領域を形成するようなプローブであれば、本実施例は適用できる。
The
本実施例では、音響マッチング材14と被検体10の間に、光拡散機構9が配置されている。これにより、バンドルファイバ3からの射出光が拡散される。光拡散機構の材質としては、光を拡散しながら透過させるもの、かつ、被検体から発生する光音響波を探触子まで透過させるものが好ましい。光拡散機構として例えば、酸化チタンを樹脂に練りこんだ材料を使用できる。好ましくは、光拡散機構は被検体10を保持する役割も兼ねる。
In this embodiment, a
なお、光拡散機構とは別に被検体用の保持部材を設け、光拡散機構をその保持部材に塗布、貼り付け、組み合わせなどにより設置しても良い。保持部材は光および音響波を透過させる材質が好ましい。被検体が乳房であればカップ状の保持部材が好ましく、被検体のサイズに応じてカップを交換可能としても良い。 In addition, a holding member for an object may be provided separately from the light diffusing mechanism, and the light diffusing mechanism may be installed on the holding member by application, pasting, combination or the like. The holding member is preferably made of a material that transmits light and acoustic waves. If the subject is a breast, a cup-shaped holding member is preferable, and the cup may be exchanged according to the size of the subject.
バンドルファイバ3から射出した光は16.7度の射出角度で広がり被検体に照射される。このとき、被検体10の無い状態で誤ってレーザ光が射出されることは好ましくない。具体的には、光拡散機構が無い場合、光照射密度が目に対するMPE以下まで減衰するのは、光拡散機構の底面から73cmの距離である。したがって、技師や被検者が底面から73cm以内の距離から射出端を覗きこんだ場合、目の安全上の問題が生じるおそれがある。
The light emitted from the
そこで本実施例では光拡散機構9を設けることで、バンドルファイバから射出した光をさらに70度散乱させた。その結果、光照射密度が目のMPE以下となる距離は光拡散機構9の底面より約10cmとなり、安全性が向上した。
Therefore, in this embodiment, the
以上述べたように、本発明によれば、照射光が照射口から射出後広角に散乱するため、意図しないエネルギ放出があった場合でも短い距離にてエネルギ密度を低減できる。一方、被検体とプローブが接触している場合には所望の画像を得るために必要なエネルギ密度を確保できる。その結果、光音響装置により良好な被検体画像を取得しつつ、安全性が高められる。 As described above, according to the present invention, the irradiated light is scattered from the irradiation port to a wide angle after being emitted, so that the energy density can be reduced at a short distance even when unintended energy is emitted. On the other hand, when the subject and the probe are in contact, the energy density necessary for obtaining a desired image can be ensured. As a result, safety can be improved while obtaining a good subject image by the photoacoustic apparatus.
1:光音響プローブ,2:探触子,3:バンドルファイバ,4:光源,5:光学系,6:処理装置,8:射出部,9:光拡散機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Photoacoustic probe, 2: Probe, 3: Bundle fiber, 4: Light source, 5: Optical system, 6: Processing apparatus, 8: Injecting part, 9: Light diffusion mechanism
Claims (13)
前記光を伝搬する光学系と、
前記光学系を伝搬した前記光を射出する射出部と、
前記光を照射された被検体から発生する音響波を受信して、電気信号を出力する受信部と、
前記電気信号を用いて、前記被検体の内部の情報を取得する処理部と、
を有し、
前記射出部は、空気中において、前記光照射位置から14cm離れた位置における照射密度を、前記射出部の光照射位置における照射密度の0.5%以下に低減させる拡散機構を有する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 A light source that generates light;
An optical system that propagates the light;
An emission part for emitting the light propagated through the optical system;
A receiving unit that receives an acoustic wave generated from the subject irradiated with the light and outputs an electrical signal; and
A processing unit for acquiring information inside the subject using the electrical signal;
Have
The emission part has a diffusion mechanism that reduces the irradiation density at a position 14 cm away from the light irradiation position in air to 0.5% or less of the irradiation density at the light irradiation position of the emission part. A subject information acquisition apparatus.
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。 The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the diffusion mechanism is a diffusion plate.
ことを特徴とする請求項2に記載の被検体情報取得装置。 The object information acquiring apparatus according to claim 2, wherein a diffusion angle of the diffusion plate is 60 degrees or more.
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。 The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the diffusion mechanism is a concave lens.
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light is a pulse laser having a wavelength of 700 nm to 900 nm.
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the optical system includes a bundle fiber.
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The object information acquiring apparatus according to claim 1, further comprising a shielding mechanism protruding from an emission end of the emission unit.
前記接触センサが接触状態ではないと検知した場合、前記光の射出を停止する光制御機構と、
をさらに有することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 A contact sensor that detects whether or not the injection end of the emission unit and the subject are in contact with each other;
A light control mechanism that stops emission of the light when the contact sensor detects that it is not in a contact state;
The object information acquiring apparatus according to claim 1, further comprising:
前記光を照射された被検体から発生する音響波を受信する受信部と、
を有し、
前記射出部は、空気中において、前記光照射位置から14cm離れた位置における照射密度を、前記射出部の光照射位置における照射密度の0.5%以下に低減させる拡散機構を有する
ことを特徴とするハンドヘルド型のプローブ。 An emission unit for emitting light to irradiate the subject;
A receiver that receives an acoustic wave generated from the subject irradiated with the light;
Have
The emission part has a diffusion mechanism that reduces the irradiation density at a position 14 cm away from the light irradiation position in air to 0.5% or less of the irradiation density at the light irradiation position of the emission part. A handheld probe.
ことを特徴とする請求項9に記載のハンドヘルド型のプローブ。 The handheld probe according to claim 9, wherein the diffusion mechanism is a diffusion plate.
ことを特徴とする請求項10に記載のハンドヘルド型のプローブ。 The handheld probe according to claim 10, wherein a diffusion angle of the diffusion plate is 60 degrees or more.
ことを特徴とする請求項9に記載のハンドヘルド型のプローブ。 The handheld probe according to claim 9, wherein the diffusion mechanism is a concave lens.
ことを特徴とする請求項9ないし12のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The object information acquiring apparatus according to claim 9, wherein the emission unit includes a member that covers at least a tip of the bundle fiber.
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