JP2018130367A - 光伝送装置、光伝送方法および被検体情報取得装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光の照射位置を簡便な構成で選択できる光伝送装置を提供する。【解決手段】ファイバ素線の集合である素線群を複数有して構成されたバンドルファイバを有し、前記バンドルファイバは、前記入射端側の断面において、複数の前記素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、出射端側において、前記素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置されている。【選択図】図１
Description
本発明は、バンドルファイバを用いた光伝送装置に関する。
近年、医療分野において、被検体内の構造情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための研究が進められている。このような技術の一つとして、近年、光音響トモグラフィ（ＰＡＴ：ＰｈｏｔｏＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）が提案されている。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。こ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。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。ＰＡＴでは、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。こ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。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。ＰＡＴでは、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。
光音響トモグラフィを利用した装置において、被検体内部において発生した光音響波信号を高感度に取得するためには、光を照射する位置と、探触子の配置位置を最適化することが必要であることが知られている。
非特許文献１には、光伝送部材にバンドルファイバを利用し、探触子の近傍でバンドルファイバの出射端を移動させることで最適な照射位置を選択する技術が開示されている。また、特許文献１には、光を所望の位置に効率良く導くために、探触子の近傍に光照射方向を変更する機構を設けることが開示されている。
BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS，vol5，No.11(2014) ，3765
光音響波測定において、最適な光の照射位置は測定対象である生体に依存する。よって、光音響測定を行う装置においては、光の照射位置を自由に選択できることが好ましい。しかし、非特許文献１に記載されているように、バンドルファイバの出射端を移動させる構成を採用した場合、複雑な移動機構を設ける必要が生じ、探触子周辺の構成や制御系等が複雑になるという課題が生じる。
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光の照射位置を簡便な構成で選択できる光伝送装置を提供することを目的とする。
本発明の第一の形態に係る光伝送装置は、
ファイバ素線の集合である素線群を複数有して構成されたバンドルファイバと、前記バンドルファイバの入射端側の断面における、光の入射位置を制御する光束制御部と、を有し、前記バンドルファイバは、前記入射端側の断面において、複数の前記素線群が、それ
ぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、前記バンドルファイバの光の出射端側の断面において、前記素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置され、前記光束制御部は、前記光の入射位置を制御することで、複数の前記入射領域のうち、伝送する光を入射させる領域を変えることが可能に構成されている。
ファイバ素線の集合である素線群を複数有して構成されたバンドルファイバと、前記バンドルファイバの入射端側の断面における、光の入射位置を制御する光束制御部と、を有し、前記バンドルファイバは、前記入射端側の断面において、複数の前記素線群が、それ
ぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、前記バンドルファイバの光の出射端側の断面において、前記素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置され、前記光束制御部は、前記光の入射位置を制御することで、複数の前記入射領域のうち、伝送する光を入射させる領域を変えることが可能に構成されている。
また、本発明の第二の形態に係る光伝送装置は、
ファイバ素線の集合である素線群を複数有して構成されたバンドルファイバを含む光伝送装置であって、前記バンドルファイバは、前記入射端側の断面において、複数の前記素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、出射端側において、前記素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置され、前記バンドルファイバは、前記入射領域が変わるのに応じて、前記出射端の位置を変えることなく、前記出射領域が変わるように構成されている。
ファイバ素線の集合である素線群を複数有して構成されたバンドルファイバを含む光伝送装置であって、前記バンドルファイバは、前記入射端側の断面において、複数の前記素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、出射端側において、前記素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置され、前記バンドルファイバは、前記入射領域が変わるのに応じて、前記出射端の位置を変えることなく、前記出射領域が変わるように構成されている。
また、本発明に係る光伝送方法は、
入射端側の断面において、複数のファイバ素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、出射端側において、前記ファイバ素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置されたバンドルファイバを用いて光を伝送する方法であって、伝送する光を入射させる前記入射領域を選択するステップと、前記選択した入射領域に光を入射させることで光の伝送を行うステップと、を含み、前記選択した前記入射領域に応じて、前記出射端の位置を変えることなく、異なる光分布で前記出射端側から前記光を出射させる。
入射端側の断面において、複数のファイバ素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、出射端側において、前記ファイバ素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置されたバンドルファイバを用いて光を伝送する方法であって、伝送する光を入射させる前記入射領域を選択するステップと、前記選択した入射領域に光を入射させることで光の伝送を行うステップと、を含み、前記選択した前記入射領域に応じて、前記出射端の位置を変えることなく、異なる光分布で前記出射端側から前記光を出射させる。
本発明によれば、光の照射位置を簡便な構成で選択することができる。
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る。よって、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。
（第一の実施形態）
図１に、第一の実施形態に係る光伝送装置の形態を示す。
第一の実施形態に係る光伝送装置は、光源部１０１、光束制御部１０２、バンドルファイバ１０３を含んで構成される。また、バンドルファイバ１０３は、入射端１０３１、混合分岐部１０３２、複数の出射端１０３３を有している。なお、図１では、入射端１０３１が１カ所、出射端１０３３が３カ所となっているが、入射端および出射端の数はこれ以
外であってもよい。
図１に、第一の実施形態に係る光伝送装置の形態を示す。
第一の実施形態に係る光伝送装置は、光源部１０１、光束制御部１０２、バンドルファイバ１０３を含んで構成される。また、バンドルファイバ１０３は、入射端１０３１、混合分岐部１０３２、複数の出射端１０３３を有している。なお、図１では、入射端１０３１が１カ所、出射端１０３３が３カ所となっているが、入射端および出射端の数はこれ以
外であってもよい。
光源部１０１は、被検体に照射するパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためレーザ光源であることが望ましいが、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。光源として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ものが使用できる。
また、パルス光の波長は、被検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であって、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、被検体が生体である場合、６００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることが望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。
また、パルス光の波長は、被検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であって、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、被検体が生体である場合、６００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることが望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。被検体が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は２００ナノ秒以下、より好ましくは１００ナノ秒以下が好適である。
なお、光源として、１パルスあたり数１０ミリジュール以上の出力が得られる固体レーザを用いることで生体深部への光の照射が可能であるが、生体表面近傍を測定する場合、比較的照射エネルギーの低い半導体レーザや発光ダイオード等を用いてもよい。
なお、光源として、１パルスあたり数１０ミリジュール以上の出力が得られる固体レーザを用いることで生体深部への光の照射が可能であるが、生体表面近傍を測定する場合、比較的照射エネルギーの低い半導体レーザや発光ダイオード等を用いてもよい。
光源部１０１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、当該複数の光源は、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。
また、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。波長可変の光源としては、チタンサファイアレーザや光パラメトリック発振を利用したＯｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＰＯ）など、近赤外領域の波長を発振することが可能なレーザを好適に用いることができる。
また、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。波長可変の光源としては、チタンサファイアレーザや光パラメトリック発振を利用したＯｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＰＯ）など、近赤外領域の波長を発振することが可能なレーザを好適に用いることができる。
光束制御部１０２は、ファイバ入射端面における光束の入射位置を制御する手段である。
具体的には、光束の角度を変える反射鏡（ガルバノミラー等）、光束を平行移動させる透過光学部品（平行平板等）を用いて構成することができる。また、ステージなどの簡易的な移動手段を用いて入射位置を連続的に変更できるようにしてもよい。また、光束制御部１０２は、光束の形状を変更することでファイバ入射端面に対する光束の入射位置を制御する構成であってもよい。光束制御部１０２の一例として、光源から発せられる光を遮蔽する位置を変えることで、バンドルファイバへの入射位置を変えるような構造体が挙げられる。このような遮蔽構造体として例えば、光の進行方向に合わせて設けられた軸を中心として回転する回転体が挙げられる。回転体が軸の周りを回るに連れて、光路上で遮蔽される位置が変化し、入射位置も変化する。
具体的には、光束の角度を変える反射鏡（ガルバノミラー等）、光束を平行移動させる透過光学部品（平行平板等）を用いて構成することができる。また、ステージなどの簡易的な移動手段を用いて入射位置を連続的に変更できるようにしてもよい。また、光束制御部１０２は、光束の形状を変更することでファイバ入射端面に対する光束の入射位置を制御する構成であってもよい。光束制御部１０２の一例として、光源から発せられる光を遮蔽する位置を変えることで、バンドルファイバへの入射位置を変えるような構造体が挙げられる。このような遮蔽構造体として例えば、光の進行方向に合わせて設けられた軸を中心として回転する回転体が挙げられる。回転体が軸の周りを回るに連れて、光路上で遮蔽される位置が変化し、入射位置も変化する。
図１において、実線で示した矢印は、光束の進行方向を示す。
光源部１０１において発生した光束は、光束制御部１０２においてその形状や位置等が変更され、バンドルファイバ１０３の入射端に到達する。
光源部１０１において発生した光束は、光束制御部１０２においてその形状や位置等が変更され、バンドルファイバ１０３の入射端に到達する。
ここで、図２を参照して、光束とバンドルファイバの入射端面との関係を説明する。
バンドルファイバ２０１は、直径５０〜２００ｕｍのファイバ素線を複数束ねて構成される。バンドルファイバは、入射光サイズと直径に応じて、１００本〜１００００本、あるいは数１００〜数１０００本のファイバ素線を束ねることで構成される。ファイバの材料は、入射光源の波長に適合し、伝送損失が少ないものが好ましい。
バンドルファイバ２０１は、直径５０〜２００ｕｍのファイバ素線を複数束ねて構成される。バンドルファイバは、入射光サイズと直径に応じて、１００本〜１００００本、あるいは数１００〜数１０００本のファイバ素線を束ねることで構成される。ファイバの材料は、入射光源の波長に適合し、伝送損失が少ないものが好ましい。
本実施形態では、ファイバ素線の集合を束ねたひと固まりの単位を素線群と称する。本
実施形態に係るバンドルファイバは、素線群を複数有して構成される。
また、本実施形態では、素線群ごとに、バンドルファイバの入射端面において複数の領域が形成されるように素線群が配置される。図２の例では、バンドルファイバは、３つの素線群から構成され、それぞれの素線群が、符号２０２１〜２０２３で表した領域を構成している。なおここでは、領域２０２１に対応する素線群をＡ素線群、領域２０２２に対応する素線群をＢ素線群、領域２０２３に対応する素線群をＣ素線群と称する。
実施形態に係るバンドルファイバは、素線群を複数有して構成される。
また、本実施形態では、素線群ごとに、バンドルファイバの入射端面において複数の領域が形成されるように素線群が配置される。図２の例では、バンドルファイバは、３つの素線群から構成され、それぞれの素線群が、符号２０２１〜２０２３で表した領域を構成している。なおここでは、領域２０２１に対応する素線群をＡ素線群、領域２０２２に対応する素線群をＢ素線群、領域２０２３に対応する素線群をＣ素線群と称する。
各素線群は、混合分岐部２０３で素線群ごとに分岐され、Ａ素線群が出射端２０４１、Ｂ素線群が出射端２０４２、Ｃ素線群が出射端２０４３に繋がっている。
図３は、バンドルファイバの入射端面に光を照射した場合の例を示した図である。符号３０１が、光束制御部を介して入射端２０２に入射する光の位置を示す。このように、Ａ〜Ｃの各素線群に均一にまたがったパターンで光を照射すると、出射端２０４１〜２０４３から、ほぼ均一の強度（入射光の約１／３）の光がそれぞれ射出する。
図４は、伝送する光を照射した場合の他の例を示した図である。符号４０１が、光束制御部を介して入射端２０２に入射する光の位置を示す。このように、Ａ素線群およびＢ素線群に均一にまたがったパターンで光を照射すると、出射端２０４１および２０４２から、ほぼ均一の強度（入射光の約１／２）の光がそれぞれ射出する。
また、Ａ素線群、Ｂ素線群、Ｃ素線群のいずれかひとつに光を入射させると（不図示）、出射端２０４１〜２０４３のいずれかから光が出射するパターンを形成することができる。
なお、図２では、入射領域全体を円形にしておき、入射領域の各々は円が等分された形とした。しかし、このように、入射端面が円形であり、円形の中心部で３分割された扇型形状に入射領域を分割した形状は、本発明の一例として挙げたに過ぎない。分割数や入射領域の数、入射端面の形状等はこれに限られない。
また、上述した照射パターンは一例であり、入射端面における光束の入射位置を選択する（変化させる）ことで、出射端側から出射される光の位置および光量を様々なパターンに制御することができる。
また、出射領域の側についても、分割数、出射領域全体の形状、出射領域の数などは、様々に構成できる。一例として、入射領域のときと同様に、複数の出射領域全体のなす形を円にしておき、出射領域の各々は円が等分された形にすることができる。
また、上述した照射パターンは一例であり、入射端面における光束の入射位置を選択する（変化させる）ことで、出射端側から出射される光の位置および光量を様々なパターンに制御することができる。
また、出射領域の側についても、分割数、出射領域全体の形状、出射領域の数などは、様々に構成できる。一例として、入射領域のときと同様に、複数の出射領域全体のなす形を円にしておき、出射領域の各々は円が等分された形にすることができる。
各素線群を構成する複数のファイバ素線は、各素線群の中で混ぜられ、出射端面においてランダムな位置に配置される。すなわち、入射領域内に配置された、あるファイバ素線に入射した光が、対応する出射領域内のランダムな位置から出射する。すなわち、バンドルファイバの光の出射端側の断面において、素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置される。また、このように入射領域が変わるのに応じて出射領域が変わるときにも、出射端の位置を変える必要はないような構成となっている。
このようにすることで、強い強度の光が入射する素線と、弱い強度の光が入射する素線が混ざり合うため、入射端面における光束の光分布が一様でなくても、各出射端面における光分布が均一になる。
このようにすることで、強い強度の光が入射する素線と、弱い強度の光が入射する素線が混ざり合うため、入射端面における光束の光分布が一様でなくても、各出射端面における光分布が均一になる。
以上に説明したように、第一の実施形態における光伝送装置では、入射端側の断面において、複数の入射領域が形成されるように複数の素線群を配置し、各素線群に対応する出射端を設ける。また、複数の入射領域のそれぞれについて、伝送する光を選択的に入射させる。これにより、入射端面における光の入射位置をわずかに変更することで、被検体に
照射される光の照射パターンを大きく変更することができる。
特に、光束制御部１０２の周辺は、出射端の周辺とは異なり、設置空間の自由度が大きく、空間的な制約を受けることが少ないため、自由度が高い照射パターンを形成することができる。
照射される光の照射パターンを大きく変更することができる。
特に、光束制御部１０２の周辺は、出射端の周辺とは異なり、設置空間の自由度が大きく、空間的な制約を受けることが少ないため、自由度が高い照射パターンを形成することができる。
なお、本実施形態では、３組の素線群を用いたが、素線群の数（すなわち入射領域および出射端の数）を増やすことにで、より複雑な照射パターンを形成する事もできる。また、入射端を複数設けるようにしてもよい。このようにすることで、更に多様な照射パターンを形成する事ができるようになる。
また、バンドルファイバが異なる複数の入射端を有する場合、光束制御部１０２で、光源から射出した光を入射端数と一致する数に分割し、分割した光の入射位置をそれぞれ制御するようにしてもよい。このため、偏光ビームスプリッター等の分岐光学素子を利用することもできる。また、入射端面における光の形状を変えるため、光源から射出した円形の光束をシリンドリカルレンズなどで楕円形に変えるようにしてもよい。
更に、点対象ではない光束を回転させてバンドルファイバの入射端面に入射させてもよい。
また、バンドルファイバが異なる複数の入射端を有する場合、光束制御部１０２で、光源から射出した光を入射端数と一致する数に分割し、分割した光の入射位置をそれぞれ制御するようにしてもよい。このため、偏光ビームスプリッター等の分岐光学素子を利用することもできる。また、入射端面における光の形状を変えるため、光源から射出した円形の光束をシリンドリカルレンズなどで楕円形に変えるようにしてもよい。
更に、点対象ではない光束を回転させてバンドルファイバの入射端面に入射させてもよい。
（第二の実施形態）
第二の実施形態は、第一の実施形態に係る光伝送装置を有する光音響装置である。
第二の実施形態は、第一の実施形態に係る光伝送装置を有する光音響装置である。
第二の実施形態に係る光音響装置は、被検体に光を照射することによって被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値に関する情報である。
光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。また、物質濃度として酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。
特性情報は、数値データとしてだけではなく、分布データとして取得してもよい。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取得してもよい。また、画像データ形式で取得してもよい。
特性情報は、数値データとしてだけではなく、分布データとして取得してもよい。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取得してもよい。また、画像データ形式で取得してもよい。
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。本実施形態に係る光音響装置は、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。
図５は、本実施形態に係る光音響装置の構成図である。
本実施形態に係る光音響装置は、第一の実施形態における光伝送装置、すなわち、光源部としてのレーザ装置５０１、光束制御部５０２、バンドルファイバ５０３を有する。バンドルファイバ５０３は、入射端５０４および出射端５０５を有している。
本実施形態に係る光音響装置は、第一の実施形態における光伝送装置、すなわち、光源部としてのレーザ装置５０１、光束制御部５０２、バンドルファイバ５０３を有する。バンドルファイバ５０３は、入射端５０４および出射端５０５を有している。
また、本実施形態に係る光音響装置は、超音波プローブ（音響波検出器）である超音波検出部５０６を有しており、超音波検出部５０６を走査することにより、被検体である生体から光音響信号を取得する。また、本実施形態に係る光音響装置は、信号処理部５０７
、データ処理部５０８、表示部５０９、制御装置部５１０を有している。各装置部の詳細は後述する。
、データ処理部５０８、表示部５０９、制御装置部５１０を有している。各装置部の詳細は後述する。
光源によって発振されたレーザ光は、光伝送装置を経由して生体に照射される。本実施形態では、バンドルファイバの各出射端を予め所定の位置に配置する。
なお、被検体に対する光の照射位置は、ファイバ出射端の位置を固定することである程度限定することができる。これに対し、本実施形態では、光束制御部によって、入射端における光の入射位置を制御することで、所望の照射パターンを選択できるようにしている。
なお、被検体に対する光の照射位置は、ファイバ出射端の位置を固定することである程度限定することができる。これに対し、本実施形態では、光束制御部によって、入射端における光の入射位置を制御することで、所望の照射パターンを選択できるようにしている。
本実施形態では、超音波検出部５０６と、被検体に照射される光が出射する出射端５０５が近接されて配置され、超音波検出部と光の照射位置との位置関係を変えながら測定を行うことができる。これにより、測定対象である生体の状態に応じて最適な照射パターンを選択する事が可能となる。照射パターンの例については、後述する実施例１〜４にて説明する。
超音波検出部５０６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、容量の変化等を用いたトランスデューサで構成されるが、特にここに示すものに限定されない。トランスデューサは、単一素子またはアレイ状の複数素子のいずれを利用してもよい。特に複数センサ素子を用いる場合、各素子の感度、位置、向き等を適切に設定することが好ましい。容器形状の内壁に光伝送装置のファイバ出射端が直接取り付けてもよいし、被検体に応じて光束形状を成形するレンズや拡散板などの光学部材を介してファイバ出射端を取り付けるのも好ましい一実施形態である。
また、音響波の反射や減衰の影響を排除するために、被検体と超音波センサの間に、音響的に結合させるために音響マッチングジェルや水、オイルなどの音響整合材を設けてもよい。また、広範囲から音響波信号を検出するために、超音波検出部５０６をステージ上で移動可能な構成とし、被検体の表面上を走査しても構わない。
また、音響波の反射や減衰の影響を排除するために、被検体と超音波センサの間に、音響的に結合させるために音響マッチングジェルや水、オイルなどの音響整合材を設けてもよい。また、広範囲から音響波信号を検出するために、超音波検出部５０６をステージ上で移動可能な構成とし、被検体の表面上を走査しても構わない。
信号処理部５０７は、取得した電気信号を増幅してデジタル信号に変換する手段である。
信号処理部５０７は、受信信号を増幅する増幅器、アナログの受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、受信信号を記憶するＦＩＦＯ等のメモリと、ＦＰＧＡチップ等の演算回路を用いて構成されてもよい。また、信号処理部５０７は、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。
信号処理部５０７は、受信信号を増幅する増幅器、アナログの受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、受信信号を記憶するＦＩＦＯ等のメモリと、ＦＰＧＡチップ等の演算回路を用いて構成されてもよい。また、信号処理部５０７は、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。
データ処理部５０８は、デジタル変換された信号（以下、光音響信号）に基づいて、被検体の内部の光吸収係数や酸素飽和度等といった被検体情報を取得する手段である。具体的には、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、データ処理部５０８は、被検体に照射される光量に関する情報に基づいて、被検体内の３次元の光分布情報を生成する。３次元の光分布情報は、２次元の光強度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。また、光音響信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、照射部の光強度分布から生成された３次元光分布情報と、を用いて、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、被検体内の酸素飽和度分布を得ることができる。
また、データ処理部５０８は、被検体に照射される光量に関する情報に基づいて、被検体内の３次元の光分布情報を生成する。３次元の光分布情報は、２次元の光強度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。また、光音響信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、照射部の光強度分布から生成された３次元光分布情報と、を用いて、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、被検体内の酸素飽和度分布を得ることができる。
データ処理部５０８は、ＣＰＵとＲＡＭ、および不揮発メモリ、制御ポートを有するコ
ンピュータで構成することができる。不揮発メモリに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより、各モジュールの制御が行われる。データ処理部は汎用コンピュータや専用に設計されたワークステーションであってもよい。ＣＰＵとしてはマルチコアＣＰＵなどを用いることができる。
ンピュータで構成することができる。不揮発メモリに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより、各モジュールの制御が行われる。データ処理部は汎用コンピュータや専用に設計されたワークステーションであってもよい。ＣＰＵとしてはマルチコアＣＰＵなどを用いることができる。
表示部５０９は、データ処理部で取得した情報及びその加工情報を表示する手段であり、典型的にはディスプレイ装置である。表示部５０９は、複数の表示部を備え、並列表示が可能な構成であってもよい。
図６は、本実施形態に係る光音響装置の変形例である。本変形例では、被検体（典型的には乳房）を覆う容器形状の内壁に配置された複数の超音波センサによって、超音波検出部６０６を構成している。本変形例に係る光音響装置は、この他に、レーザ装置６０１、光束制御部６０２、入射端６０４および出射端６０５を有するバンドルファイバ６０３、信号処理部６０７、データ処理部６０８、表示部６０９、制御装置部６１０を有している。各手段については前述したため、詳細な説明は省略する。
（実施例１）
次に、第二の実施形態に係る光音響装置によって、被検体に光を照射する具体的な例について説明する。図７は、ファイバ入射端面における光の入射位置と、ファイバ出射端における光の出射位置との関係を示した図である。
図７の上段は、バンドルファイバの断面を表す図である。本例では、ファイバ入射端面において三つの入射領域が構成されるように、ファイバ素線群が、Ａ素線群７０１、Ｂ素線群７０２、Ｃ素線群７０３にそれぞれグループ化されている。
次に、第二の実施形態に係る光音響装置によって、被検体に光を照射する具体的な例について説明する。図７は、ファイバ入射端面における光の入射位置と、ファイバ出射端における光の出射位置との関係を示した図である。
図７の上段は、バンドルファイバの断面を表す図である。本例では、ファイバ入射端面において三つの入射領域が構成されるように、ファイバ素線群が、Ａ素線群７０１、Ｂ素線群７０２、Ｃ素線群７０３にそれぞれグループ化されている。
図７の下段は、超音波検出部７０４を被検体に押し当てる方向から当該超音波検出部を観察した図である。本例では、ファイバ出射端において、Ａ素線群７０１に対応する出射端面７０５、Ｂ素線群７０２に対応する出射端面７０６、Ｃ素線群７０３に対応する出射端面７０７が、それぞれ超音波検出部７０４の長軸方向に積層される形で配置されている。
本例によると、例えば、レーザ装置から放出される光束がＡ素線群７０１のみに入射する（符号７０８）ように光束制御部が制御を行うことで、超音波検出器７０４に最も近い領域（領域７０５）から光を照射させることができる。
また、Ａ素線群７０１とＢ素線群７０２に跨る位置（符号７０９）に光束を入射させることで、領域７０５よりも広い領域（領域７０５，７０６）から同時に光を照射させることができる。
また、Ａ素線群７０１とＢ素線群７０２に跨る位置（符号７０９）に光束を入射させることで、領域７０５よりも広い領域（領域７０５，７０６）から同時に光を照射させることができる。
同様に、Ｂ素線群７０２のみに光束を入射させる（符号７１０）ことで、超音波検出器７０４から離れた領域（領域７０６）のみから光を照射させることができる。
また、Ｂ素線群７０２とＣ素線群７０３に跨る位置（符号７１１）に光束を入射させることで、領域７０６よりも広い領域（領域７０６，７０７）から同時に光を照射させることができる。
なお、図７においては、複数の入射領域全体のなす形は円であり、複数の出射領域全体のなす形、すなわち、出射端面７０５〜７０７を合計した領域の形は略矩形である。しかし、複数の出射領域全体のなす形は略矩形に限られない。
また、Ｂ素線群７０２とＣ素線群７０３に跨る位置（符号７１１）に光束を入射させることで、領域７０６よりも広い領域（領域７０６，７０７）から同時に光を照射させることができる。
なお、図７においては、複数の入射領域全体のなす形は円であり、複数の出射領域全体のなす形、すなわち、出射端面７０５〜７０７を合計した領域の形は略矩形である。しかし、複数の出射領域全体のなす形は略矩形に限られない。
（実施例２）
図８は、実施例２における光の入射位置と出射位置との関係を示した図である。
実施例２では、実施例１と同様に、ファイバ入射端面において三つの入射領域が構成されるようにファイバ素線群がグループ化されているが、出射端面の配置が実施例１と異な
る。
図８は、実施例２における光の入射位置と出射位置との関係を示した図である。
実施例２では、実施例１と同様に、ファイバ入射端面において三つの入射領域が構成されるようにファイバ素線群がグループ化されているが、出射端面の配置が実施例１と異な
る。
本例では、ファイバ出射端において、Ａ素線群８０１に対応する出射端面８０５、Ｂ素線群８０２に対応する出射端面８０６、Ｃ素線群８０３に対応する出射端面８０７が、それぞれ超音波検出部８０４の長軸方向に沿って配置されている。
本例によると、例えば、レーザ装置から放出される光束がＡ素線群８０１のみに入射する（符号８０８）ように光束制御部が制御を行うことで、紙面上方に配置された領域（領域８０５）から光を照射させることができる。
また、Ａ素線群８０１とＢ素線群８０２に跨る位置（符号８０９）に光束を入射させることで、領域８０５よりも広い領域（領域８０５，８０６）から同時に光を照射させることができる。
また、Ａ素線群８０１とＢ素線群８０２に跨る位置（符号８０９）に光束を入射させることで、領域８０５よりも広い領域（領域８０５，８０６）から同時に光を照射させることができる。
同様に、Ｂ素線群８０２のみに光束を入射させる（符号８１０）ことで、中間に配置された領域（領域８０６）のみから光を照射させることができる。
また、Ｂ素線群８０２とＣ素線群８０３に跨る位置（符号８１１）に光束を入射させることで、領域８０６よりも広い領域（領域８０６，８０７）から同時に光を照射させることができる。
また、Ｂ素線群８０２とＣ素線群８０３に跨る位置（符号８１１）に光束を入射させることで、領域８０６よりも広い領域（領域８０６，８０７）から同時に光を照射させることができる。
（実施例３）
図９は、実施例３における光の入射位置と出射位置との関係を示した図である。
実施例３では、ファイバ入射端面において６つの入射領域が構成されるようにファイバ素線群がグループ化されている。また、ファイバ出射端面において、６つの出射領域が配置されている。
図９は、実施例３における光の入射位置と出射位置との関係を示した図である。
実施例３では、ファイバ入射端面において６つの入射領域が構成されるようにファイバ素線群がグループ化されている。また、ファイバ出射端面において、６つの出射領域が配置されている。
本例では、ファイバ入射端面において６つの入射領域が構成されるように、ファイバ素線群がＡ素線群９０１、Ｂ素線群９０２、Ｃ素線群９０３、Ｄ素線群９０４、Ｅ素線群９０５、Ｆ素線群９０６にそれぞれグループ化されている。
また、ファイバ出射端において、素線群９０１〜９０６に対応する出射端面９０８〜９１３が、それぞれ超音波検出部８０４の長軸方向に沿って両側に配置されている。
また、ファイバ出射端において、素線群９０１〜９０６に対応する出射端面９０８〜９１３が、それぞれ超音波検出部８０４の長軸方向に沿って両側に配置されている。
本例によると、例えば、レーザ装置から放出される光束が素線群９０１〜９０３に入射する（符号９１４）ように光束制御部が制御を行うことで、超音波検出部の左側（領域９０８〜９１０）から光を照射させることができる。
また、Ｂ素線群９０２〜Ｄ素線群８０４に跨る位置（符号９１５）に光束を入射させることで、領域９０９，９１０，９１１から同時に光を照射させることができる。
同様に、Ｃ素線群９０３〜Ｅ素線群８０５に跨る位置（符号９１６）に光束を入射させることで、領域９１０，９１１，９１２から同時に光を照射させることができる。
また、Ｂ素線群９０２〜Ｄ素線群８０４に跨る位置（符号９１５）に光束を入射させることで、領域９０９，９１０，９１１から同時に光を照射させることができる。
同様に、Ｃ素線群９０３〜Ｅ素線群８０５に跨る位置（符号９１６）に光束を入射させることで、領域９１０，９１１，９１２から同時に光を照射させることができる。
このように、実施例１〜３によると、バンドルファイバの入射端面に入射する光束の形状を変える（すなわち、入射端面において光束が入射する位置を変える）ことにより、超音波検出部に対する光の照射位置を制御することができる。これにより、例えば、測定の妨げになるような強い光音響信号が発生する領域（例えば、ほくろ等が存在する領域）を避けて光を照射することができるようになり、光音響測定の精度が向上する。
（実施例４）
図１０は、実施例４における光の入射位置と出射位置との関係を示した図である。
図１０の上段は、バンドルファイバの入射端の断面を表す図であり、図１０の下段は、バンドルファイバの出射端の断面を表す図である。
実施例４では、ファイバ入射端面において二つの入射領域が構成されるように、ファイ
バ素線群がＡ素線群１００１およびＢ素線群１００２にそれぞれグループ化されている。
図１０は、実施例４における光の入射位置と出射位置との関係を示した図である。
図１０の上段は、バンドルファイバの入射端の断面を表す図であり、図１０の下段は、バンドルファイバの出射端の断面を表す図である。
実施例４では、ファイバ入射端面において二つの入射領域が構成されるように、ファイ
バ素線群がＡ素線群１００１およびＢ素線群１００２にそれぞれグループ化されている。
また、ファイバ出射端面において、二つの出射領域が配置されている。本例では、ファイバ出射端において、Ａ素線群１００１に対応する出射端面１００３と、Ｂ素線群１００２に対応する出射端面１００４が、それぞれ同心円状に配置されている。すなわち、入射領域と出射領域が異なるレイアウトで配置される。具体的には、複数の入射領域全体のなす形状は円であり、複数の出射領域全体のなす形状も円であり、かつ、複数の出射領域は同心円状に配置されている。
実施例４においても、光束の入射位置を制御することで、被検体に対する光の照射位置を変更することができる。例えば、レーザ装置から放出される光束が素線群１００１のみに入射する（符号１００５）ように光束制御部が制御を行うことで、環状の領域１００３から光を照射させることができる。また、光束が素線群１００２のみに入射する（符号１００７）ように光束制御部が制御を行うことで、中心領域１００４から光を照射させることができる。同様に、素線群１００１および１００２の双方に光束を入射させることで、全ての領域から光を照射させることができる。
実施例４は、特に、図６に示したような形態の光音響装置によって実施することが好ましい。乳がんの検診を行う光音響装置においては、乳頭周辺部の色素組織から強い光音響信号が発生し、測定の妨げになる場合がある。このようなケースにおいて、必要に応じてドーナツ状の照射パターンを選択することで、乳頭に対する光の照射を避け、これにより、光音響測定の精度を向上させることができる。
（その他の実施形態）
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。
例えば、本発明は、上記構成の少なくとも一部を含む光伝送装置として実施することもできる。また、本発明は、上記構成の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置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。
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。
例えば、本発明は、上記構成の少なくとも一部を含む光伝送装置として実施することもできる。また、本発明は、上記構成の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置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。
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータにおける一つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
また、実施形態の説明では、複数の出射端と超音波検出部との位置関係を固定したが、簡易的な移動手段を用いて出射端を移動可能にすることで、更に多様な照射パターンを形成することもできる。
１０２：光束制御部、１０３：バンドルファイバ、１０３１：入射端、１０３３：出射端
Claims (15)
- ファイバ素線の集合である素線群を複数有して構成されたバンドルファイバと、
前記バンドルファイバの入射端側の断面における、光の入射位置を制御する光束制御部と、を有し、
前記バンドルファイバは、
前記入射端側の断面において、複数の前記素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、前記バンドルファイバの光の出射端側の断面において、前記素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置され、
前記光束制御部は、前記光の入射位置を制御することで、複数の前記入射領域のうち、伝送する光を入射させる領域を変えることが可能に構成されている
ことを特徴とする、光伝送装置。 - 前記複数の出射領域が、互いに離れた位置に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。 - 前記バンドルファイバの出射端側の断面において、複数の前記素線群が、それぞれ複数の出射領域を形成するように配置される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。 - 前記光束制御部は、二つ以上の前記入射領域に対して、前記光を同時に照射できる
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 前記入射領域内に配置されたファイバ素線に入射した光が、対応する前記出射領域内のランダムな位置から出射する
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 前記バンドルファイバは、前記入射領域が変わるのに応じて、前記出射端の位置を変えることなく、前記出射領域が変わるように構成されている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 前記光束制御部は、光源から発せられる光を遮蔽する位置を変えることで、前記入射位置を制御する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 前記複数の入射領域全体のなす形は円であり、前記入射領域の各々は前記円が等分された形である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 前記複数の出射領域全体のなす形は円であり、前記出射領域の各々は前記円が等分された形である
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 前記複数の入射領域全体のなす形は円であり、前記複数の出射領域全体のなす形は略矩形である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 前記複数の入射領域全体のなす形状は円であり、前記複数の出射領域全体のなす形状は円であり、かつ、前記複数の出射領域は同心円状に配置されている
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光伝送装置。 - 請求項１から１１のいずれか１項に記載の光伝送装置と、
前記光伝送装置から出射された光が被検体に照射されて生じる音響波を検出する音響波検出器と、
を有することを特徴とする、被検体情報取得装置。 - 複数の前記出射領域が、前記音響波検出器に対してそれぞれ異なる位置に配置される
ことを特徴とする、請求項１２に記載の被検体情報取得装置。 - ファイバ素線の集合である素線群を複数有して構成されたバンドルファイバを含む光伝送装置であって、
前記バンドルファイバは、
前記入射端側の断面において、複数の前記素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、出射端側において、前記素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置され、
前記バンドルファイバは、前記入射領域が変わるのに応じて、前記出射端の位置を変えることなく、前記出射領域が変わるように構成されている
ことを特徴とする、光伝送装置。 - 入射端側の断面において、複数のファイバ素線群が、それぞれ複数の入射領域を形成するように配置され、かつ、出射端側において、前記ファイバ素線群にそれぞれ対応する複数の出射領域が、前記複数の入射領域とは異なるレイアウトで配置されたバンドルファイバを用いて光を伝送する方法であって、
伝送する光を入射させる前記入射領域を選択するステップと、
前記選択した入射領域に光を入射させることで光の伝送を行うステップと、
を含み、
前記選択した前記入射領域に応じて、前記出射端の位置を変えることなく、異なる光分布で前記出射端側から前記光を出射させる
ことを特徴とする、光伝送方法。
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