JP5197779B2 - 生体情報イメージング装置、生体情報の解析方法、及び生体情報のイメージング方法 - Google Patents
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Description
比較的厚い組織を通った光源から照射された光は、強く散乱される結果、光の直進性などの波動性を失い、生体組織内を拡散的に伝播する。そのため、このような拡散光の強度を多点で光計測し、計算機で処理することで生体組織の光学特性値(吸収係数μa、等価散乱係数μs’)を求めることができる。さらには、それらの光学特性値を異なる波長で計測することで、生体組織を構成する物質の濃度分布を求めることができる。
この方法では、光源から発生したパルス光を生体に照射し、生体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波を検出する。この検出信号を解析処理することにより、生体内の光学特性分布、特に、光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。この光音響イメージングを用いることで、前述した拡散光イメージングに比べて、解像度の高い光学特性値分布が得られるとされている。
P=Γ・μa・Φ (1)
ここで、Γは弾性特性値であるグリューナイセン(Grunesen)係数であり、体積膨張係数βと音速cの二乗の積を比熱Cpで割ったものである。μaは吸収体の吸収係数、Φは吸収体に照射された光量である。
上記した拡散光イメージングによれば、吸収係数などの光学特性を測定し、生体組織を構成する物質の濃度分布を求めることができる。
そこで、非適切逆問題を計算するときに、予め光音響イメージングで得られた被対象物の光学特性分布情報(例えば、吸収係数分布)を使用する。これにより、上記拡散方程式に拘束条件を加え、解を限定することができ、計算時間を短縮化することが可能となる。
上記した光音響イメージングによれば、生体内での音響波の散乱が光に比べて少ないことから、数mm以下の空間的な生体情報を高解像度で得ることが可能である。
画像化に際しては、例えば拡散光イメージング装置により得られた各光検出器での検出結果と、上記のようにパラメータを推定して前記光拡散方程式から各検出器での出力結果を計算した結果とを比較する。両結果が一致しているのであれば、その結果を画像化する。
1)光音響イメージングにより吸収体の大きさ(d)と位置(x,y,z)を決定する。
2)拡散光イメージングにより、上記(1)により取得された位置と大きさの情報を使い、各場所での光量(Φ)・吸収係数(μa)、等価散乱係数(μs’)を逆問題計算により算出する。
3)光音響イメージングの結果に対して、上記の光量(Φ)を使い、吸収係数(μa)を計算する。
まず、本発明の実施形態1における生体情報イメージング装置について説明する。図1に、本実施形態における生体情報イメージング装置の構成例を説明する図を示す。本実施形態の生体情報イメージング装置は、乳癌などの腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などのため、生体内の光学特性値あるいは弾性特性値分布及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布の画像化を可能とするものである。
光源11は、生体を構成する成分のうち特性の成分に吸収される特定の波長の光を照射する手段として用いられる。
つぎに、本発明の実施形態2における生体情報イメージング装置について説明する。
つぎに、本発明の実施形態3における生体情報イメージング装置について説明する。
本実施形態では音響波検出器と光検出器とから得られた電気信号による生体情報の解析方法について説明する。
P=Γ・μa・Φ
ここで、Γはグリューナイセン係数、μaは吸収体の吸収係数、Φは光吸収体に照射された光量である。
次に図5を用いて、生体内の光学特性値分布である吸収係数(μa)と散乱係数(μs´)の分布を求めるためのフローチャートの一例を説明する。なお、図5において、実施形態4と同様のステップに関しては同じ符号を付している。
当該方法の骨子は、生体内に入射した光の拡散光を複数の箇所で測定することにより、該生体内のイメージング対象物の光学特性に関する分布情報を取得し、該分布情報を用いて、前記イメージング対象物に関する情報を画像化する際に、以下の工夫を行う。
以下、本発明について実施例を用いて説明する。
12 光導波路
13 音響波検出器
14 光検出器
17 画像表示部
18 生体
19 光吸収体
20 生体内を伝播している光
21 音響波
22 演算部
23 第二の光源
30 造影剤
31 生体内を伝播する第二の光
61 光
62 被検体
63 光吸収体
64、67 光吸収係数分布
65 光エネルギー吸収密度分布
66、68 イメージング画像
Claims (10)
- イメージング装置であって、
光源から被検体に照射された光のエネルギーの一部を吸収した被検体内の光吸収体から発生する音響波を検出し、第一の電気信号に変換する音響波検出器と、
前記光源から被検体に照射された光における被検体内を伝播した光の光強度を検出し、第二の電気信号に変換する光検出器と、
前記第二の電気信号の解析結果である前記光吸収体に照射された光量と、前記第一の電気信号の解析結果である該光吸収体の光エネルギー吸収密度から、該光吸収体の吸収係数を算出する演算部と、
を有することを特徴とするイメージング装置。 - 前記被検体内の光吸収体が、前記被検体内における腫瘍または血管であることを特徴とする請求項1に記載のイメージング装置。
- 前記音響波検出器は、複数の個所で音響波が検知可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載のイメージング装置。
- 前記光検出器は、複数の個所で光強度が検知可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載のイメージング装置。
- 前記光源は、一つまたは複数の光源によって構成され、少なくとも一つがパルス光を発生する光源であることを特徴とする請求項1に記載のイメージング装置。
- 前記光源は、パルス光を発生する第一の光源と、前記パルス光とは別の波形の光を発生する第二の光源による少なくとも2つの光源で構成され、
前記音響波検出器は前記第一の光源から被検体に照射された光により発生した音響波を前記第一の電気信号に変換可能に構成され、
前記光検出器は前記第二の光源から被検体に照射された光を前記第二の電気信号に変換可能に構成されていることを特徴とする請求項5に記載のイメージング装置。 - 前記光検出器は、前記光源から被検体に照射された光のエネルギーの一部を吸収した被検体内の光吸収体から発生する、前記光源の光とは波長の異なる光を検出可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載のイメージング装置。
- 前記被検体内の光吸収体が、前記被検体内に導入された造影剤であることを特徴とする請求項7に記載のイメージング装置。
- 前記光源の波長が、400nm以上、1600nm以下の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のイメージング装置。
- 光源から被検体に照射された光のエネルギーの一部を吸収した被検体内の光吸収体から発生する音響波を検出し、第一の電気信号に変換する音響波検出器と、
前記光源から被検体に照射された光における被検体内を伝播した光の光強度を検出し、第二の電気信号に変換する光検出器とから得られた電気信号を解析する解析方法であって、
前記第一の電気信号から、前記光吸収体の光エネルギー吸収密度を解析する工程と、
前記第二の電気信号から、前記光吸収体に照射された光量を解析する工程と、
前記光量と前記光エネルギー吸収密度から、前記光吸収体の吸収係数を算出する工程とを有することを特徴とする解析方法。
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