JP2016106961A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体と探触子との接触状態の判定及び被検体が光路上にあるか否かの判定を精度良く行うことが可能な光音響画像生成装置を提供する。【解決手段】光音響画像の生成に先立って、プローブから送信された超音波に対してプローブで受信された超音波による超音波エコー信号に基づいて、プローブと被検体との接触状態及び被検体が光路上に位置しているかを判断する判断手段と、判断手段での判断結果に基づいて、光照射手段から被検体に対して光を照射させる制御手段とを備え、判断手段は、プローブの複数の振動子から送信された超音波を複数の振動子で受信して得た複数の超音波エコー信号のうちの、互いに離間する複数の振動子が受信した複数の超音波エコー信号の情報に基づいて、プローブと被検体との接触状態を判断する被検体情報取得装置。【選択図】図４

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関するものである。

従来、パルス光を被検体に照射し、被検体内部から発生する光音響波を探触子（プローブ）で受信して被検体内部の形態や機能を画像化する光音響画像生成装置等の被検体情報取得装置が医療分野で多く研究されている。

このような光音響画像生成装置において、被検体内部から光音響波を発生させプローブで正しく取得するには、被検体と光路およびプローブの位置関係が正しいことが必要である。すなわち、被検体が光路上にあり、かつプローブに密着していることが好ましい。なぜなら、被検体が光路から外れていると弱い光音響波しか発生しなかったり、光音響波が発生しない場合もある。また、被検体と探触子が密着していないと光音響波が探触子と被検体との間で反射してしまい探触子まで届かない場合があるためである。

そこで、それらの位置関係を把握するための方法として、被検体とプローブとの接触状態を検出するセンサを備えた光音響画像生成装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１２−１８７３８９

上述の問題に対応するため、従来の光音響画像生成装置においては、センサで被検体と探触子の接触状態を検出していた。しかしこの方法では、接触センサを設けた箇所での接触状態しか検出できず、被検体が光路上にあるか否かの判定及び、被検体と探触子が接触しているか否かの判定に要する時間の短縮等に改善が必要であった。

上記課題を解決するための本発明は以下の構成を採用する。すなわち、光源と、
前記光源からの光を被検体に照射する手段と、
被検体に対する超音波の送受信を行う複数の振動子を備えるプローブと、
少なくとも、前記照射手段から被検体に対して照射された光に対して前記プローブで受信された超音波による光音響信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段と、
前記光音響画像の生成に先立って、前記プローブから送信された超音波に対して前記プローブで受信された超音波による超音波エコー信号に基づいて、前記プローブと被検体との接触状態及び被検体が光路上に位置しているかを判断する判断手段と、
前記判断手段での判断結果に基づいて、前記光照射手段から被検体に対して光を照射させる制御手段とを備え、
前記判断手段は、前記プローブの複数の振動子から送信された超音波を複数の振動子で受信して得た複数の超音波エコー信号のうちの、互いに離間する複数の振動子が受信した複数の超音波エコー信号の情報に基づいて、前記プローブと被検体との接触状態を判断す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、被検体が光路上にあるか否かの判定及び、被検体と探触子との接触状態の判定を精度よく短時間で行うことが可能な被検体情報取得装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態におけるブロック構成図 本発明の第一実施形態におけるコントローラの内部構成図 本発明の第一実施形態における被検体と探触子近傍の位置関係を示す図 本発明の第一実施形態における動作フローチャート 本発明の第一実施形態における受信信号の一例を示す図 本発明の第一実施形態における接触状態判定処理のフローチャート 本発明の第一実施形態における被検体と光路の位置関係を示す図 本発明の第一実施形態における被検体近傍の位置関係を示す図 本発明の第二実施形態における接触状態判定処理のフローチャート 本発明の第二実施形態における超音波ビームの送受信を示す図

（実施形態１）
以下に図１から図８を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。まず、図１及び図２を用いて、本実施形態の基本構成について説明する。

本実施形態においては、光源１０７と、光ファイバ１１２によって光源１０７から導かれた光を被検体１０１に照射する手段である光照射口１０４と、被検体に対する超音波の送受信を行う複数の振動子１０３を備えるプローブ１０２とを有する。また、少なくとも、照射手段である光照射口１０４から被検体１０１に対して照射された光に対してプローブ１０２で受信された超音波による光音響信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段である画像処理回路２０５を有する。また、光音響画像の生成に先立って、プローブ１０２から送信された超音波に対してプローブで受信された超音波による超音波エコー信号に基づいて、プローブ１０２と被検体１０１との接触状態及び被検体１０１が光路上に位置しているかを判断する判断手段であるコントローラ１０８を有する。また、判断手段であるコントローラ１０８での判断結果に基づいて、光照射手段である光照射口１０４から被検体１０１に対して光を照射させる制御手段である光照射制御回路２０４を有する。そして、判断手段であるコントローラ１０８は、プローブ１０２の複数の振動子１０３から送信された超音波を複数の振動子１０３で受信して得た複数の超音波エコー信号のうちの、互いに離間する複数の振動子１０３が受信した複数の超音波エコー信号の情報に基づいて、プローブ１０２と被検体１０１との接触状態を判断する。これによって、被検体が光路上にあるか否かの判定及び、被検体と探触子との接触状態の判定を精度よく短時間に行うことが可能となる。以下、この理由を説明する。

被検体とプローブとが接触しているか否は、特許文献１に記載のように、プローブから超音波を送信し、この送信超音波が反射した反射超音波による信号である超音波エコー信号に基づいて接触の有無を確認することが出来る。具体的には、プローブが被検体と接触していない場合には、プローブ前面の空気によって反射超音波が発生するため、送信直後の極めて短い時間に、超音波エコー信号が受信される。そしてこの超音波エコー信号は、超音波の伝搬経路が極めて短いため（ほぼプローブ表面で反射しているため）、減衰が少なく、極めて強い超音波エコー信号として受信される。この特性に基づき、送信後極めて短時間で強い信号として超音波エコー信号が受信された場合、プローブは被検体と接触していないと考えられる。しかし、被検体とプローブとの間に被検体によって周囲が囲まれた空気の層が存在する場合、具体的には気泡等が存在する場合等は、その気泡の大きさにもよるが、そのような非接触部分があっても被検体の測定に問題がない場合がある。また、プローブの端部等の一部分が被検体と接触していない場合においても、プローブの向きによっては被検体の測定に問題がない場合がある。具体的には、プローブの一部分が被検体に接触していない場合でも、プローブの向きが被検体に向いている場合には、測定に問題ない場合がある。つまり特許文献１に記載の技術のように、光源からの光を被検体に照射するか否かの判断を、被検体とプローブとの接触有無の判定のみに基づくのでは、不十分である。また、接触判定においても、全体的な接触状態と部分的な接触状態とを考慮したうえで、光源からの光を被検体に照射するか否かの判断を速やかに行うべきである。

そこで本発明の実施形態においては、被検体への光の照射の可否を、被検体とプローブとの接触状態の情報と共に、被検体が光路上に位置しているか否かの情報にも基づいて決定する。そしてプローブと被検体の接触状態については、プローブの複数の振動子から送信された超音波を複数の振動子で受信して得た複数の超音波エコー信号のうちの、互いに離間する複数の振動子が受信した複数の超音波エコー信号の情報に基づいて判定する。

これによって、被検体とプローブとの接触状態を、部分的且つ全体的に短時間に把握することが出来る。よって、測定には問題のない、部分的な非接触、例えば気泡等に起因する被検体とプローブとの部分的な非接触等や、プローブの向きをも考慮した、短時間での精度の高い測定可否判定と光照射制御が可能となる。

以下、本実施の形態を更に説明する。尚、以下説明する本実施形態においては、好ましい形態として、上述の基本構成要素以外の様々な構成を備えており、それらについても説明する。また上述した基本構成要素についても、発明の理解のため、再度説明する場合もある。

図１は本実施形態に係る被検体情報取得装置である光音響画像生成装置を示すブロック構成図である。図１において、１０１は上述のとおり、光音響画像生成装置の測定対象となる被検体であり、被検者の体の一部である。ここでは乳房を例として説明する。１０２はプローブ（探触子という場合もあり）であり、被検体に超音波を送受信するための振動子１０３および、パルス光を照射するための手段である光照射口１０４を備えている。振動子１０３はＰＺＴ、ＣＭＵＴなどの超音波センサ素子をアレイ状に並べたものである。光照射口１０４は光ファイバの射出口であり、ミラーや拡散板などの光学部品を備えてもよい。

１０５は被検体内部に存在する光吸収の大きな部位（光吸収体）を表したものであり、例えば乳がんに起因する新生血管などがこれにあたる。光吸収体１０５にパルス光などの光が照射されると、光音響効果により光音響波１０６が生じる。光音響波１０６は探触子１０２内部の振動子１０３により電気信号に変換される。この電気信号を光音響信号と呼ぶ。

１０７はパルス光を発生させるための光源であり、ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザなどで構成される。パルスレーザ光源は内部のレーザ媒質を励起するための手段としてフラッシュランプをもち、外部から電気的に制御可能な構成になっている。また、パルスレーザ光源はＱスイッチを持ち、外部から電気的に制御可能な構成になっている。外部から一定周期でフラッシュランプを点灯させ、レーザ媒質に励起エネルギーを蓄積した後にＱスイッチをＯＮにするとジャイアントパルスと呼ばれる高いエネルギーをもつパルス光が出力される。

１０８は探触子１０２から出力された光音響信号を受信するとともに、パルスレーザ光源１０７および、探触子１０２の超音波送受信動作を制御するコントローラである。１０９は使用者が光音響画像生成装置で測定開始の指示をしたり、装置の設定を入力したりするためのキーボードである。１１０は使用者が被検体内部の画像を見るためのディスプレイである。なお、使用者とのインターフェースとしてキーボードとディスプレイ以外の適宜の手段を用いても構わない。

１１１はコントローラ１０８と振動子１０３を電気的に接続するためのケーブルである。１１２はパルス光源１０７からのパルス光を光照射口１０４へ導くための光ファイバである。また、振動子１０３はコントローラ１０８からの信号に基づいて、被検体１０１に超音波を照射するとともに、被検体１０１から反射した超音波を受信し、電気信号に変換し出力する。この電気信号は上述の光音響信号と区別するため、超音波エコー信号と呼ぶ。

光源１０７と光照射口１０４の間は、光ファイバ１１２のほかにも様々な光学部材で接続できる。光学部材としては、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を分散・屈折・反射するプリズム、光を伝搬させる光ファイバ、拡散板等が挙げられる。このような光学部材は、光源から発せられた光が被検体に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。

図２にコントローラ１０８の内部の構成を示す。２０１は光音響画像生成装置の全体の動作を制御するＣＰＵであり、組み込みマイコンおよびソフトウェアで構成される。また、ＣＰＵ２０１は使用者の指示をキーボード１０９経由で受け付け、装置の動作に反映させる。２０２は振動子に対して高電圧のパルス信号を送信するための送信回路であり、パルサおよび送信メモリを備えている。次に、超音波の送信について説明する。ＣＰＵ２０１は、送信条件を設定し送信開始指示を行う。そして、複数の振動子１０３に同時あるいは時間差を設けたパルス信号が加えられ、振動子１０３より超音波が発生する。この時に発生する超音波のうち、振動子１０３に同時にパルス信号を加えた際に送信された超音波を平面波（平面超音波）といい、時間差を設けたパルス信号を加えた際に送信された超音波を収束超音波という。以下においては収束超音波については超音波ビームと呼ぶ場合もある。尚、本実施形態においては、１度の送信で例えば３２個の振動子を使用し、駆動する素子群を１素子ずつずらして収束超音波である超音波ビームをリニアスキャンさせる。

２０３は振動子１０３からの超音波エコー信号および光音響信号を受信する受信回路であり、プリアンプ、Ａ／Ｄコンバータ、受信メモリ、ＦＰＧＡ等を備える。超音波エコー信号および光音響信号はプリアンプで増幅される。この際に信号の入力時刻に応じてプリアンプのゲインを変化させ、被検体内部の奥深くから発生する微弱な信号も取得することができる。増幅された信号はＡ／Ｄコンバータにてデジタル値に変換され、ＦＰＧＡへ入力される。ＦＰＧＡでは受信メモリへのデータの読み書きおよびノイズ除去処理や整相加算などの信号処理を行う。整相加算の際に振動子１０３ごとに位相をずらして加算することにより、任意の方向の超音波エコー信号データを生成する。受信回路で信号処理を施された超音波エコー信号および光音響信号はコントローラ１０８内部のメモリ２０６へ保存される。メモリ２０６に保存されているデータをそれぞれ超音波エコー信号データおよび光音響信号データと呼ぶ。

２０４は光源１０７のフラッシュランプやＱ−スイッチの制御信号を発生させる光照射制御回路である。ＣＰＵ２０１からパルス光の照射指示を行うと、一定の周波数でフラッシュランプおよびＱ−スイッチの制御パルスを発生させ、光源１０７にてパルス光を発生させる。ＣＰＵ２０１からパルス光の停止指示を受け付けると、フラッシュランプおよびＱ−スイッチの制御パルスを停止しパルス光を停止させる。

２０５は画像生成手段である画像処理回路であり、光音響信号データから画像再構成処理を行い、被検体１０１のパルス光に対する吸収係数分布を示す画像を生成する。また、画像生成手段（画像処理回路）は、超音波エコー信号データを用いてＢモード画像等の被検体内部の画像データも生成する。これらの画像をそれぞれ、超音波エコー画像、光音響画像と呼ぶ。これらの画像を例えば重畳し、ディスプレイ１１０へ表示させる。なお、画像処理回路２０５で行う処理は使用者に表示するための画像の前段階の画像データを生成することにとどめても良い。

２０６は受信回路２０３から出力された信号データおよび画像処理回路２０５から出力されたデータを一時的に保存するメモリである。２０７はそれぞれの回路を接続し、ＣＰＵ２０１からの指示や、各回路からのデータをやり取りするためのバスである。

図３は、被検体１０１と探触子１０２近傍の位置関係を示す図である。３０１、３０２は探触子の各振動子を表していて、本実施例においては、１（３０１）からＮ（３０２）個までの振動子が順番に並んでいるものとする。３０３、３０４は振動子から送受信される超音波ビームである。コントローラ１０８は超音波ビーム送受信のたびに送信回路２０２および受信回路２０３内部の送信メモリおよび受信メモリの値を変え、超音波ビームをリニアスキャンさせる。例えば、初めに振動子３０１から連続した３２個の振動子を使用して超音波ビーム３０３を生成する。この超音波ビームは、被検体１０１の深さ３０６に届く強度になるように、送信回路の電圧を設定する。次に、振動子３０１の隣の振動子から連続した３２個の振動子を使用して超音波ビームを生成する。それを１振動子ずつずらして繰り返し、超音波ビームを生成する。そして、（Ｎ−３２）個目の振動子からＮ個目の振動子３０２を使用して超音波ビーム３０４を生成し、送受信を行うことでリニアスキャンを行う。これを被検体１０１の全体にわたって繰り返すことにより、広い範囲の超音波エコー信号を取得する。３０５は光照射口１０４から照射されるパルス光の光路である。図示の通り、光を被検体１０１に照射する手段である光照射口１０４はプローブである探触子に取り付けられており、光照射口１０４から照射される光の光路の向きは光照射口１０４の位置とプローブ本体への取り付け角度によって定まる。

図４にコントローラ１０８で実行される光音響画像生成装置の動作フローを示す。

ステップＳ４０１においてＣＰＵ２０１は送信回路２０２へ送信指示を行い、超音波ビーム３０３を送信する。

続いてステップＳ４０２において、発生した超音波エコー信号を探触子１０２および受信回路２０３で受信し、増幅、デジタル化、整相加算などの処理を行いメモリ２０６へ保存する。

ステップＳ４０３において、その前にパルス光を発光させてから所定の時間が経過している場合にはステップＳ４０４に進む。まだ所定の時間が経過していない場合にはステップＳ４０１に戻り、再び超音波ビームを送信する。ステップＳ４０３における所定時間は光源１０７がパルス光を発光させる周期であり、本実施形態では１００ミリ秒とする。ステップＳ４０３で、前回パルス光を発生させてから１００ミリ秒経過している場合には、光源１０７では次のパルス光を照射する準備ができているのでステップＳ４０４へ進む。

ステップＳ４０４においてＣＰＵ２０１はメモリ２０６に保存された超音波エコー信号データを解析し、被検体１０１と探触子１０２の接触状態を判定する。また、被検体１０１が光路３０５上にあるか否かを判定する。この判定処理の詳細は後述する。

次にステップＳ４０５において、被検体１０１と探触子１０２とが良好に接触しており、且つ被検体１０１が光路３０５上にあると判定された場合には、ステップＳ４０６に進む。一方、被検体１０１が光路３０５上に無いと判定された場合には、ステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０６では、ＣＰＵ２０１は光照射制御回路２０４に光照射指示を行い、光源１０７にパルス光を発生させる。パルス光は光照射口１０４から被検体１０１に向けて照射される。

続いてステップＳ４０７において受信回路２０３は光音響信号を受信し、増幅、デジタル化、ノイズ除去などの処理を行い、メモリ２０６へ保存する。

一方ステップＳ４０５において被検体１０１と探触子１０２との接触状態が良好でない、または、被検体１０１が光路３０５上にないと判定した場合には、ステップＳ４０８にて使用者への警告を表示すると共に、光源のＱスイッチを停止することによりパルス光の照射を停止し、ステップＳ４０９に進む。警告の表示方法はディスプレイ１１０に警告メッセージを表示してもよいし、ディスプレイとは別にＬＥＤなどの表示手段をもち点灯させてもよい。

ステップＳ４０９では、画像処理回路２０５はそれぞれ、ステップＳ４０２およびステップＳ４０７においてメモリ２０６に保存された超音波エコー信号および光音響信号をもとに画像再構成処理、スキャン変換処理などの画像処理を行う。尚、この時ステップＳ４０４において、被検体１０１と接触していないと判定した振動子１０３（プローブと被検体との部分的な非接触箇所に該当する振動子）から受信した超音波エコー信号及び光音響信号は、アーティファクトの原因になるため使用しない。そして、超音波エコー画像および光音響画像を生成し、ディスプレイ１１０に超音波エコー画像および光音響画像を表示する。この際に使用者の設定により、どちらか一方の画像のみを生成し、ディスプレイ１１０に表示してもよい。ただし、ステップＳ４０５で光音響信号を正しく取得可能な位置に被検体１０１がセットされていないと判定し、光音響信号データがメモリ２０６に保存されていない場合には、超音波エコー画像のみを表示する。

続いてステップＳ４１０において使用者からの信号取得終了指示があるか否かを判定する。信号取得終了の指示がある場合には処理を終了する。信号取得終了の指示がない場合にはステップＳ４０１に戻り、超音波エコー信号および光音響信号の取得を繰り返す。

続いて、ステップＳ４０４における被検体１０１と探触子１０２との接触状態、及び、被検体１０１が光路３０５上に位置するか否かの判定処理（以下、被検体の位置の判定処理という場合もある）について詳細を説明する。本実施形態においては、メモリ２０６から読み出した超音波信号データに基づく判定処理について説明するが、メモリ保存前の信号（超音波信号）に基づく判定も可能である。図５は、被検体１０１と探触子１０２が接触している場合としていない場合に対応する超音波エコー信号データを表している。図６は判定処理の詳細を示したフローチャートである。図７は、被検体１０１と光路３０５の関係を示した図である。図８は被検体１０１と探触子１０２の位置関係の例を示す図である。

図５は、被検体１０１と特定の振動子１０３が接触している場合としていない場合について、この特定の振動子１０３で受信した超音波エコー信号データを、グラフ化した物である。図において縦軸が超音波エコー信号の電圧Ｖを表し、横軸が時刻を表している。この時刻は、超音波ビームを送信開始した時刻を０としている。次に時刻ｔ５０１について説明する。被検体１０１と探触子１０２が接触していない場合、探触子と空気の間でほとんどの超音波が反射され大きな超音波エコー信号が受信される。時刻ｔ５０１は、この大きな超音波エコー信号の受信が完了した時の時刻とする。ここで、時刻ｔ５０１は、探触子の構造と音速を元に予め計算され、メモリ２０６に保存されているものとする。図５（ａ）は、被検体１０１と特定の振動子１０３とが接触している場合の図である。被検体１０１と特定の振動子１０３とが接触している場合、時刻ｔ５０１までの期間において、超音波エコー信号は、非常に小さい値となる。図５（ｂ）は、被検体１０１と特定の振動子１０３とが接触していない場合の図である。接触していない場合、時刻ｔ５０１までの期間において、振動子と空気の間でほとんどの超音波が反射され大きな超音波エコー信号が受信されるため、超音波エコー信号は、非常に大きな値となる。

図６は、被検体１０１と探触子１０２との接触状態及び、被検体１０１が光路３０５上にあるか否かの判定フローを示したフローチャートである。

ステップＳ６０１において、ｔ５０１を読み出す。次に、被検体１０１と探触子１０２との接触状態を判定するための時刻の範囲を求める。この時刻の範囲を判定時刻範囲と呼ぶ。本実施形態では、判定時刻範囲を０からｔ５０１とする。また、判定時刻範囲の超音波データを判定用超音波エコー信号データと呼ぶ。

続いて、ステップＳ６０２においてＣＰＵ２０１はメモリ２０６より１番目の振動子３０１の判定用超音波エコー信号データを読み出す。

続いて、ステップＳ６０３において、判定用超音波エコー信号データを予め設定された閾値と比較する。そして、判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータがＭ個未満の場合は、被検体１０１とこの振動子が接触していると判定しステップＳ６０４に進む。そして、この振動子１０３から取得した超音波エコー信号データは、利用可能として保存しておくと共に、接触情報を１としてメモリに保存しておく。また、判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータがＭ個以上ある場合は、被検体１０１とこの振動子が接触していないと判定されステップＳ６０５に進む。そして、この振動子から取得した超音波エコー信号データは、利用不可能データとして保存しておくか、もしくは、この利用不可能データは削除してもよい。また、接触情報を０としてメモリに保存しておく。ここで、Ｍは予め設定された自然数であり、閾値Ｖ１は被検体内部からの超音波エコー信号よりも大きな値である。

続いて、ステップＳ６０６において、探触子１０２の振動子がＮ番目である振動子３０２まですべて接触判定が完了したかを判定し、完了した場合はステップＳ６０７に進み、完了していない場合はステップＳ６０１に戻り、引き続き次の振動子に対しても同様に接触判定を行う。そして、互いに離間した振動子のデータに基づいて、プローブ（探触子）１０２と被検体１０１の接触状態を判定する。尚、振動子の離間状態は、注目する被検体の大きさに基づき設定された、問題とする気泡等の大きさによって、適宜設定すればよい。そして、超音波画像生成に際しては、互いに離間する複数の振動子が受信した複数の超音波エコー信号のうち、電圧が所定の閾値Ｖ１を超えた超音波エコー信号の情報を使用せずに被検体内部の画像データを生成するのが良い。

続いて、ステップＳ６０７において、光路３０５上に被検体１０１があるか否かを判定する。この判定方法は、図７を用いて説明する。図７は、被検体１０１と光路３０５の関係を表している。図７（ａ）は、被検体１０１の測定しようとしている深さに対応する被検体表面の位置で被検体１０１と光路３０５が交わっている場合を表している。図７（ｂ）は、被検体１０１が光路３０５上にある場合を表している。図７（ｃ）は、被検体１０１が光路３０５上に無い場合を表している。７０１は、被検体１０１の深さ（測定したい深さ）を表していて、以下Ｄと記載する。ここでＤは、予め計測して記憶手段であるメモリ２０６に保存しておく。７０２は、光照射口１０４のプローブである探触子に対する取付け角度を表していて、以下θと記載する。ここでθは、予め計測してメモリ２０６に記憶（保存）しておく。７０３は、探触子面に沿った光照射口１０４から被検体１０１までの距離を表していて、以下、光照射接触距離Ｗ１として記載する。７０４は、探触子面に沿った光照射口１０４から最も近い振動子３０２までの距離を表していて、以下Ｗ２と記載する。ここでＷ２は、予め計測してメモリ２０６に保存しておく。７０５は、探触子面に沿った振動子３０２から被検体１０１までの距離を表していて、以下Ｗ３と記載する。ここで、Ｗ３の算出方法について説明する。初めに、振動子３０２から接触情報が１の振動子との間の振動子の個数を数える。その振動子の個数に振動子間距離を掛けてやることで、Ｗ３は算出される。振動子間距離は、予め計測してメモリ２０６に保存しておく。Ｗ１は、Ｗ２とＷ３を足すことで算出される。図７（ａ）の振動子７０６と７０７は、被検体１０１と接触している振動子と接触していない振動子の境目の振動子を表している。振動子７０６は、被検体１０１と接触していない側の境目の振動子を表している。振動子７０７は、被検体１０１と接触している側の境目の振動子を表している。

また、図７（ａ）におけるＷ１（７０３）を光照射接触距離閾値と呼び、以下Ｔと記載する。Ｔは、図７（ａ）から以下の式で算出できる。また、Ｔは予め算出されメモリ２０６に保存しておく。尚、このことは、振動子７０６または７０７の振動子番号をメモリに保存することと同じことを意味する。

被検体１０１と光照射口１０４までの距離であるＷ１が、Ｔより小さい場合、被検体１０１と光照射口１０４の距離が、被検体１０１の最も奥で光路３０５と交わっていた時よりも、近いということになる。即ち、被検体１０１が光路３０５上にあると判定できる。逆に、被検体１０１と光照射口１０４までの距離であるＷ１が、Ｔより大きい場合、被検体１０１と光照射口１０４の距離が、被検体１０１の最も奥で光路３０５と交わっていた時よりも、遠いということになる。即ち、被検体１０１が光路３０５上に無いと判定できる。よって、Ｗ１の長さをＴと比較することで、被検体１０１が光路３０５上にあるか否かを判定できる。

次に、被検体１０１が光路３０５上にある場合について、図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ｂ）において、振動子７０８は、被検体１０１と探触子１０２との間で、接触している振動子と接触していない振動子との境目の、接触していない側の振動子を表している。また振動子７０８は、上述の被検体の測定したい深さに該当する被検体上の表面と光路とが交わる際の境界であった振動子７０６と、振動子３０２との間の振動子となる。このことは、図７（ａ）のＷ３（７０５）よりも、図７（ｂ）のＷ３（７０９）の方が小さくなることを意味し、図７（ｂ）のＷ１（７１０）とＴは、以下の関係式（１）になる。
Ｗ１＜Ｔ・・（１）
この場合、被検体１０１が光路３０５上にあると判定され、ステップＳ６０８に進み、処理を終了する。

次に、被検体１０１が光路３０５上に無い場合について、図７（ｃ）を用いて説明する。図７（ｃ）において、接触と非接触の境目となる振動子の、非接触側の振動子７１１は、上述の被検体の測定したい深さに該当する被検体上の表面と光路とが交わる際の境界であった振動子７０６と振動子３０１の間の振動子となる。よって、図７（ａ）のＷ３（７０５）よりも、図７（ｃ）のＷ３（７１２）の方が大きくなるので、図７（ｃ）のＷ１（７１３）とＴは、以下の関係式（２）になる。
Ｗ１＞Ｔ・・（２）
この場合、被検体１０１が光路３０５上に無いと判定され、ステップＳ６０９に進み、処理を終了する。このように、Ｗ１とＴとの関係、つまり、記憶手段であるメモリに記憶された、光を被検体に照射する手段である光照射口のプローブに対する取り付け角度の情報に基づいて、被検体が光路上に位置しているかを判断する。尚、接触と非接触との境界になる振動子である振動子７０８や振動子７１１の特定は、互いに離間する振動子が受信した超音波エコー信号のうち、接触と非接触に該当した振動子間に位置する振動子の超音波エコー信号のみを順次確認することで特定できる。

次に、図８を用いて、被検体１０１と探触子１０２の位置関係によって、被検体１０１と探触子１０２の接触状態判定及び被検体１０１が光路３０５上にあるか否かの判定が、どのようになるかを詳細に説明する。

図８（ａ）は被検体１０１が探触子１０２の全面に接触しており、光が被検体１０１に入射している場合の一例である。図８（ｂ）は被検体１０１が探触子１０２の正面にない場合の一例である。図８（ｃ）は被検体１０１が探触子１０２の正面にあるが、位置がずれており光が被検体１０１に照射されない場合の一例である。図８（ｄ）は被検体１０１が探触子１０２の正面にあり、一部が接触していないが光は被検体に入射している場合である。図８（ｅ）は、被検体１０１と探触子１０２の間に気泡６０８が入り込んでいる場合である。

図８（ａ）では、被検体１０１と探触子１０２の間に空気がなく、被検体１０１と探触子１０２が接触している。そのため、超音波ビームの大部分は被検体内部へ伝播し、徐々に減衰していく。よって、判定用超音波エコー信号が判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータは、互いに離間する振動子の全てにおいてＭ個以下である。その結果、ステップＳ６０３において、探触子１０２の受信面全面が被検体１０１に接触していると判定される。また、ステップＳ６０７において、振動子３０２が被検体１０１に接触しているため、図８（ａ）のＷ３は０になる。よって、図８（ａ）のＷ１（８０１）とＴの関係は、Ｗ１＜Ｔが成り立つため、被検体１０１が光路３０５上にあり、光音響信号取得可能と判定される。

図８（ｂ）では、被検体１０１がないため、被検体１０１と探触子１０２は接触していない。そのため、超音波ビーム３０３から３０４のほとんどが探触子表面と空気との境界で反射される。そのため、図５（ｂ）が示すように、超音波エコー信号は、受信開始直後の時刻ｔ５０１付近に大きな電圧の信号が現れる。その結果、ステップ６０３において、互いに離間する振動子の全てにおいて被検体１０１に接触していないと判定され、探触子１０２は被検体１０１接触していないと判定される。また、ステップＳ６０７において、すべての振動子が非接触となっているため、図８（ｂ）のＷ３（８０２）は、探触子の幅全体であり、本実施例において最大値となる。よって、図８（ｂ）のＷ１（８０３）も本実施形態において最大値となるため、Ｗ１（８０３）とＴの関係は、Ｗ１＞Ｔが成り立つ。よって、被検体１０１が光路３０５上になく、光音響取得不可能と判定される。

図８（ｃ）では、被検体１０１と探触子１０２が一部接触している。そのため、探触子の振動子３０１から振動子８０４までの互いに離間する振動子において、判定用超音波エコー信号が判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータは、互いに離間する各振動子においてそれぞれＭ個未満となる。よってステップＳ６０３において、振動子３０１から振動子８０４までの振動子は、被検体１０１と接触していると判定される。一方、探触子１０２の振動子８０５から振動子３０２までの互いに離間する振動子においては、判定用超音波エコー信号が判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータは、互いに離間する各振動子においてそれぞれＭ個以上である。よってステップ６０３において、探触子の振動子８０５から振動子３０２までの振動子は、被検体１０１に接触していないと判定され、探触子は振動子８０５から振動子３０２までの部分で被検体と接触していないと判定される。そしてここで、接触と非接触の境目となる非接触側の振動子８０５は、振動子３０１と上述の振動子７０６の間にあり、振動子３０２も接触していないことから、探触子と被検体との接触状態は好ましくないと判定される。また、接触と非接触の境目となる非接触側の振動子８０５は、振動子３０１と上述の振動子７０６の間にあるので、ステップＳ６０７において、図８（ｃ）のＷ３（８０６）は図７（ａ）のＷ３（７０５）よりも大きくなる。従って、図８（ｃ）のＷ１（８０７）とＴは、Ｗ１＞Ｔが成り立つので被検体１０１が光路３０５上に無く、光音響取得不可能と判定される。

図８（ｄ）では、被検体１０１と探触子１０２が一部接触している。そのため、探触子１０２の振動子３０１から振動子８０８までの互いに離間する振動子において、判定用超音波エコー信号が判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータは、互いに離間する各振動子においてそれぞれＭ個未満となる。よってステップＳ６０３において、振動子３０１から振動子８０８までの振動子は、被検体１０１と接触していると判定される。一方、探触子１０２の振動子８０９から振動子３０２までの互いに離間する振動子においては、判定用超音波エコー信号が判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータは、互いに離間する各振動子においてそれぞれＭ個以上である。よってステップ６０３において、探触子１０２は、振動子８０９から振動子３０２までの部分では、被検体１０１に接触していないと判定される。しかし、接触と非接触の境目となる非接触側の振動子８０９は、上述の振動子７０６と振動子３０２の間にあるので、非接触部分は問題ない（十分に小さい）と判断し、被検体と探触子との接触状態は良好と判定される。また、接触と非接触の境目となる非接触側の振動子８０９は、上述の振動子７０６と振動子３０２の間にあるので、ステップＳ６０７において、図８（ｄ）のＷ３（８１０）は図７（ａ）のＷ３（７０５）よりも小さくなる。したがって、図８（ｄ）のＷ１（８１１）とＴは、Ｗ１＜Ｔが成り立つので、被検体１０１が光路３０５上にあり、光音響取得可能と判定される。

図８（ｅ）では、被検体１０１と探触子１０２が気泡８１２を除いて接触している。そのため、探触子１０２の振動子３０１から振動子８１３及び振動子８１４から振動子３０２までの互いに離間する振動子において、判定用超音波エコー信号が判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータは、互いに離間する各振動子においてそれぞれＭ個未満となる。よって、ステップＳ５０３において、振動子３０１から振動子８１３及び振動子８１４から振動子３０２までの振動子は、被検体１０１と接触していると判定される。一方、探触子１０２の振動子８１５から振動子８１６までの互いに離間する振動子において、判定用超音波エコー信号が判定時刻範囲内に閾値Ｖ１を超えるデータは、互いに離間する各振動子においてそれぞれＭ個以上となる。よって、ステップ５０３において、探触子１０２の振動子８１５から振動子８１６までの部分では、被検体１０１に接触していないと判定される。しかし、振動子３０２が接触と判定しているため、非接触部は被検体によって囲まれている（気泡等である）と判断し、探触子と被検体とは接触状態が良好であると判定される。このように、ある程度の大きさの非接触部が存在しても、光照射に問題のない場合は、接触良好と判断することが出来る。勿論、被検体で囲まれた非接触部（例えば気泡）であっても、その大きさによっては、測定不能と判断する場合もあり、測定したい対象物の大きさ等によって、適宜設定を変えればよい。また、ステップＳ６０７において、振動子３０２が接触と判定しているため、図８（ｅ）におけるＷ３は０になる。したがって、図８（ｅ）のＷ１（８１７）とＴは、Ｗ１＜Ｔが成り立つので、被検体１０１が光路３０５上にあり、光音響取得可能と判定される。

このように、互いに離間する複数の振動子が受信した複数の判定用超音波エコー信号データを用いて、被検体１０１と探触子１０２の接触状態を判定することにより、例えば乳房の辺縁部や腕などの細かい部分などのように被検体を探触子全面に接触させることが難しい場合にも、部分的な接触状態と全体的な接触状態とを判定することが出来るため、被検体と探触子との接触状態が良好であるか否かを判定できる。具体的には、被検体１０１と探触子１０２の間に気泡８１２等が入り込んでいたとしても、探触子１０２の接触状態を判定することで、気泡部分の振動子は非接触として判定でき、気泡以外の部分の振動子は接触として判定できる。また、被検体１０１が光路３０５上にあるか否かも判定でき、これらに基づいて、被検体への光照射を制御できる。尚、超音波画像及び光超音波画像を生成する際、接触していない振動子の超音波エコー信号データ及び光音響信号データを未使用とすることで、アーチファクトの少ない画像を提供することができる。

また、本実施形態では先に受信回路２０３で超音波エコー信号データをメモリ２０６へ書き込み、ＣＰＵ２０１はメモリに保存された超音波エコー信号データを読み出してから被検体の位置の判定処理を行っている。しかし、本発明の判定処理のタイミングはこれに限るものではない。例えばメモリ読み書きの時間を削減するために受信回路２０３がメモリ２０６に書き込む際に被検体の位置の判定処理を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、説明の簡略化のため１次元アレイの探触子について説明したが、２次元アレイの探触子についても、被検体と探触子の接触状態を判定し、接触と非接触の情報を元に被検体が光路上にあるか否かを判定することができる。

また、本実施形態では光音響信号取得不可能と判定された場合に光源のＱスイッチを停止することによりパルス光の照射を停止したが、本発明のパルス光の照射方法はこれに限定されるものではない。例えば、光源外部にシャッターを設け、シャッターを閉じることにより被検体へのパルス光の照射を停止する構成にしても良い。

また、本実施形態では、光照射口は振動子の横に一つ設置されている例を用いて説明したが、本発明における光音響装置の光照射口の位置および個数はこれに限定されるものではない。例えば、探触子の両側に光照射口がある場合である。この場合は、被検体と探触子の接触判定において本実施形態と同様の方法で判定できる。また、被検体が光路上にあるか否かの判定は、探触子の両側端の振動子の接触状態を用いることで、被検体が両側の光路上にあるか否かの判定をすることができる。

以上説明してきたように、本実施形態の光音響装置では超音波ビームを用いて被検体と探触子の部分的かつ全体的な接触関係および光路の位置関係を判定し、正しく光音響信号を取得できる状態にあるか否かを事前に判定することができる。その結果、取得した光音響信号の精度を高めることができ診断精度の向上につながる。また、正しく光音響信号が取得できない状況ではパルス光を照射しないことにより、装置の長寿命化が可能になる。このような効果は、ハンドヘルド型の探触子に光照射口と探触子が設置されている場合でも、ベッド型の光音響装置の場合でも同様に得られる。また、被検体と探触子との接触状態の判定に、互いに離間する一部の振動子が受信した信号の情報を使用することで、すべての振動子を使用する場合よりも、光音響信号の取得までに要する時間を短縮できる。この結果、被検体の動き等による、被検体１０１と探触子１０２の相対位置の変化の発生を抑制出来、良好な診断画像を得ることが出来る。

（実施形態２）
続いて本発明の実施形態２を説明する。実施形態２が実施形態１と異なる点は、被検体１０１の位置を判定する際に、それまでに受信した超音波エコー信号データを読み出して解析するのではなく、新たに超音波を送受信して取得された超音波エコー信号データに基づいて判定を行う点である。すなわち、光音響波を受信するための光の照射に先立って、判定用の超音波ビームの送受信が行われる。

本発明の実施形態２のブロック構成および動作フローは実施形態１と同じであるため説明を省略する。図９に本実施形態の被検体１０１と探触子１０２の接触状態判定及び被検体１０１が光路３０５上にあるか否かの判定を行うフローを示す。

ステップＳ９０１においてＣＰＵ２０１は実施形態１と同様にｔ５０１の時刻を読み出す。

続いてステップＳ９０２においてＣＰＵ２０１は送信回路２０２に指示を送り、被検体１０１へ向けて超音波ビームを送信する。この際に超音波ビームは被検体の表面まで届くだけの強さで十分なので、送信回路の電圧を低くすることで超音波ビームの送受信にかかる時間を短縮することができる。

続いてステップＳ９０３において受信回路２０３において超音波ビームの超音波エコー信号を受信し、デジタル化する。超音波ビームの送受信の詳細は後述する。

続いてステップＳ９０４において受信された超音波エコー信号データのうち、ステップＳ９０１で計算された判定時刻範囲内の超音波エコー信号データを、実施形態１と同様に予め設定された閾値Ｖ１と比較する。

続いてステップＳ９０５からステップＳ９１０にかけて、実施形態１のステップＳ６０４からステップＳ６０９までの処理と同様の処理を行い、光路３０５上に被検体１０１があるか否かを判定する。

次に、図１０を用いて、本実施形態における被検体と探触子の接触状態判定を行う際の超音波ビームの送受信について説明する。１００１、１００２、１００３、１００４、は探触子の振動子を表している。１００５、１００６、１００７、１００８は、超音波ビームを表している。

本実施形態においては、１回目の送受信に使用する振動子を、振動子３０１から振動子１００１のうちの互いに離間した振動子とする。この時に生成する超音波ビームが１００５である。そして、次の送受信に使用する振動子は振動子１００１の隣の振動子１００２から振動子１００３のうちの互いに離間した振動子とする。この時に生成される超音波ビームが１００６となる。これを繰り返して、振動子１００４から振動子３０２までのすべての振動子のうちの互いに離間した振動子に対して１回の送受信のみを行い接触状態判定を行うことで、判定処理の高速化を図っている。ここで、１００７から１００８は超音波ビームであり、振動子１００４から振動子３０２の間の振動子により生成されたものである。ただし、発明の範囲は、上記の送受信の方法に限定されず、例えば、１度にすべての振動子のうちの互いに離間した振動子を使用して送受信を行い接触状態判定しても良い。また、互いに離間する各振動子のそれぞれについて、複数回の送受信を行い接触状態判定をしても良いし、一部の振動子のみ複数回の送受信を行い接触状態判定しても良い。

本実施形態では、パルス光照射直前に超音波ビームを照射し取得した超音波エコー信号データを用いて判定を行う。これにより、ステップＳ４０１からＳ４０３で行っていた超音波の送受信からステップＳ４０７での光音響信号の取得までに時間がかかり、被検体１０１と探触子１０２の相対位置が変化してしまった場合にも、被検体１０１と探触子１０２の位置関係を精度よく判定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１０１ 被検体
１０２ 探触子
１０３ 振動子
１０４ 光照射口
１０７ 光源
２０１ ＣＰＵ
２０４ 光照射制御回路
２０５ 画像処理回路

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源からの光を被検体に照射する手段と、
   被検体に対する超音波の送受信を行う複数の振動子を備えるプローブと、
   少なくとも、前記照射手段から被検体に対して照射された光に対して前記プローブで受信された超音波による光音響信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段と、
   前記光音響画像の生成に先立って、前記プローブから送信された超音波に対して前記プローブで受信された超音波による超音波エコー信号に基づいて、前記プローブと被検体との接触状態及び被検体が光路上に位置しているかを判断する判断手段と、
   前記判断手段での判断結果に基づいて、前記光照射手段から被検体に対して光を照射させる制御手段とを備え、
   前記判断手段は、前記プローブの複数の振動子から送信された超音波を複数の振動子で受信して得た複数の超音波エコー信号のうちの、互いに離間する複数の振動子が受信した複数の超音波エコー信号の情報に基づいて、前記プローブと被検体との接触状態を判断することを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記判断手段は、前記超音波エコー信号の電圧が所定の閾値を超えたか否かに基づいて前記プローブと被検体との接触状態を判断する
   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. 前記画像生成手段は、前記超音波エコー信号を用いて前記被検体内部の画像データも生成する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。
4. 前記画像生成手段は、互いに離間する複数の振動子が受信した複数の超音波エコー信号のうち、前記電圧が所定の閾値を超えた超音波エコー信号の情報を使用せずに前記被検体内部の画像データを生成す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。
5. 前記プローブから送信された超音波が、平面波であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記プローブから送信された超音波が、収束超音波であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記プローブは、前記収束超音波をリニアスキャンさせることを特徴とする請求項６に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記光を被検体に照射する手段は、前記プローブに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記光を被検体に照射する手段の前記プローブに対する取り付け角度を記憶する記憶手段を更に有する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。
10. 前記判断手段は、前記記憶手段に記憶された前記光を被検体に照射する手段の前記プローブに対する取り付け角度の情報に基づいて、前記被検体が光路上に位置しているかを判断することを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。

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