JP5541662B2 - 被検体情報取得装置およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。

近年、エックス線、超音波、MRI(核磁気共鳴法)などの技術を用いて生体内の情報を画像化する生体情報イメージング装置が医療分野で多く使われている。同様に、レーザーなどの光源から照射された光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、生体内の情報を得る光イメージング装置の研究も医療分野で積極的に進められている。このような光イメージング技術の一つとして、Photoacoustic Tomography(PAT:光音響トモグラフィー)が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。

光音響トモグラフィーにおいては、光源から発生したパルス光を被検体である生体などに照射し、生体内で伝播・拡散した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複数の場所で検出する。本明細書においては、上記音響波を「光音響波」と呼ぶこともある。そして、それらの信号を解析し、生体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する。これにより、生体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布の情報を見易い状態で取得することができる。

非特許文献1によれば、光音響トモグラフィーにおいて、光吸収により被検体内の特定位置にある吸収体から発生する光音響波の初期音圧(P0)は次式で表すことができる。
ここで、Γはグリューナイセン(Gruneisen)係数であり、体積膨張係数(β)と音速(c
)の二乗の積を定圧比熱(Cp)で除したものである。μaは吸収体の吸収係数である。Φは局所的な領域での光量(つまり、特定位置にある吸収体に照射された光量で、光フルエンスとも言う)である。Γは生体の組織に応じてほぼ一定の値となることが知られているので、音響波の大きさである音圧Pの時間的変化を複数の個所で測定及び解析することによりμaとΦとの積、すなわち、光エネルギー吸収密度の被検体内における分布を得るこ
とができる。

M,Xu,L.V.Wang "Photoacoustic imaging in biomedicine", Review of scientific instruments,77,041101(2006)

上記した従来技術における光音響トモグラフィーでは、式(1)から分かるように、音圧(P)の時間変化の計測により光エネルギー吸収密度分布だけを取得したのでは、被検体内の吸収係数(μa)の被検体内における分布を求めることはできない。すなわち、光
エネルギー吸収密度分布の他に、光音響波を発生する吸収体に照射された光量の分布(Φ)を何らかの方法で求める必要がある。

生体に照射された光は、生体内で減衰する。光源の照射光量(Φ0)を一定とし、かつ
、生体内における光の進達長に対して大きな領域で光を照射し、光が生体内を平面波のように伝播すると仮定した場合、生体内における光量の分布(Φ)は次式で近似することが
できる。
ここで、μeffは生体における平均的な有効減衰係数である。ここでいう“平均的な”有
効減衰係数とは、“生体内における光学特性が空間的に均一であると仮定した際の”有効減衰係数のことである。d1は生体において光源からの光が照射された領域(光照射領域
)から生体内における光吸収体までの距離、つまり深さである。

この場合、式(1)より発生する光音響波の初期音圧P1は次式で表すことができる。
よって平均的な有効減衰係数(μeff)を求めることにより、被検体内の吸収係数(μa)分布を得ることができる。生体内の平均的な有効減衰係数(μeff)は一部の部位に関し
ては既に知られているが、その有効減衰係数(μeff)には個人差がある。一方で光量の
分布(Φ)は式(2)のように平均的な有効減衰係数(μeff)に対して指数関数的に変
化するため、平均的な有効減衰係数(μeff)が異なると光量の分布(Φ)は大きく異な
る。得られた光量の分布(Φ)の値が誤っていると、被検体内の吸収係数(μa)の分布
についても本来の値と大きく異なった結果が得られてしまう。よって個人毎に平均的な有効減衰係数(μeff)を測定する必要がある。なお生体内の光学係数として吸収係数(μa)、等価散乱係数(μ´)、有効減衰係数(μeff)などがあるが、それらには以下の
ような関係が成り立つ。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものである。そして、その目的は、光音響トモグラフィーを用いた生体画像のイメージング装置において、被検体である各々の生体固有の平均的な有効減衰係数(μeff)を予め求めることで、被検体内の吸収係数(μa)の分布をより正確に取得する技術を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するため、以下の構成を採用する。すなわち、被検体を固定する固定部材と、第1の光が前記固定部材により固定された前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出し、第1の電気信号に変換する音響波検出器と、前記固定部材により固定された前記被検体の中を伝播した第2の光を検出し、第2の電気信号に変換する光検出器と、前記第2の電気信号と、前記固定部材により固定されることにより所定のモデル形状に合致させた前記被検体の形状に対応する光量分布に関する理論式に基づいて、前記被検体の平均的な光学特性値を取得し、前記第1の電気信号と前記平均的な光学特性値とに基づいて、前記被検体の光学特性値分布を取得する信号処理装置と、を備えることを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、固定部材により被検体を固定する工程と、第1の光を前記固定部材により固定された前記被検体に照射する工程と、前記第1の光が前記固定部材により固定された被検体に照射されることにより発生した音響波を検出し、第1の電気信号を取得する工程と、第2の光を前記固定部材により固定された前記被検体に照射する工程と、前記固定部材により固定された前記被検体の中を伝播した前記第2の光を検出し、第2の電気信号を取得する工程と、前記第2の電気信号と、前記固定部材により固定されることにより所定のモデル形状に合致させた前記被検体の形状に対応する光量分布に関する理論式とに基づいて、前記被検体の平均的な光学特性値を取得する工程と、前記第1の電気信号と前記被検体の平均的な光学特性値とに基づいて、前記被検体の光学特性値分布を取得する工程と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、被検体を固定する固定部材と、第1の光が前記固定部材により固定された前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出し、第1の電気信号に変換する音響波検出器と、前記固定部材により固定された前記被検体の中を伝播した第2の光を検出し、第2の電気信号に変換する光検出器と、前記第1の電気信号と、前記第2の電気信号と、前記固定部材により固定されることにより所定のモデル形状に合致させた前記被検体の形状に対応する光量分布に関する理論式に基づいて、前記被検体の光学特性値分布を取得する信号処理装置と、を備えることを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明の生体情報イメージング装置により、被検体であるそれぞれの生体固有の平均的な有効減衰係数(μeff)をより精度よく求めることができ、それにより、生体の中の吸
収係数(μa)分布を、より正確に取得することができる。

本発明の実施例1における生体情報イメージング装置の構成の概略図である。 本発明の実施例において、光照射位置と光検出器との距離を変化させるための構成について説明するための図である。 本発明の実施例において、光量Φ(ρ)を解析的に算出するために用いる光伝播モデルの一例を示す図である。 本発明における光伝播モデルを用いて解析的に算出した場合と、有限要素法を用いて算出した場合の光量Φ(ρ)を比較した図である。 本発明において解析的に算出した光量Φ(ρ)のグラフと光検出器で検出された光量とのフィッティングについて説明するための図である。 本発明の実施例1における生体情報イメージング装置が行う処理についてのフローチャートである。 本発明の実施例2における生体情報イメージング装置の構成の概略図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

<実施例1>
図1は、本発明の生体情報イメージング装置の実施例1について示したものである。本実施例で説明する生体情報イメージング装置は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目的として、生体内の光学特性値の分布及び、こ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。

本実施例における生体情報イメージング装置においては、2つの固定部材101によって生体である被検体100を挟持して固定する。また、第1の光源103から照射された第1の光102は、レンズなどからなる光学装置104を介して被検体100に導かれ、被検体100を照射する。そして、血管などの光吸収体105が第1の光102のエネルギーを吸収することで発生した音響波106は、音響波検出器107によって検出され第1の電気信号に変換される。

一方、第2の光源109から出射された第2の光108は、光導波路113を介して被検体100に照射される。被検体100内を伝播し、被検体100から放出される第2の光108は、第2の光108の照射部分と被検体100を挟んで互いに対向する位置に配置された光検出器110によって検出され第2の電気信号に変換される。第1の電気信号と第2の電気信号とは信号処理部111において解析され、これらの信号により被検体100の光学特性値の分布が演算される。また、信号処理部111において、演算された光学特性値の分布を表示するための画像データが構成される。この画像データを用いて表示装置112が、光学特性値の分布を画像として表示する。なお、固定部材101は、第1の光102及び第2の光108を透過可能な構成となっている。すなわち、第1の光102及び第2の光108を透過する材質で形成されていてもよいし、照射部分においては被検体100が露出しているような構成になっていてもよい。

ここで、音響波の初期音圧は前記のように式(1)で表される。従ってグリューナイセン係数(Γ)は生体組織によって既知の一定値となると仮定すると、音響波検出器107により複数の位置で検出される音圧(P)の時間変化の計測及び解析によって初期音圧発生分布を求めることができる。また、吸収係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネ
ルギー吸収密度分布)も求めることができる。しかしながら、音響波検出器107により得られる第1の電気信号からは、吸収係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネルギ
ー吸収密度分布)を求めることができるのみである。よって、被検体内の吸収係数(μa
)分布(吸収係数分布)を得るためには光エネルギー吸収密度分布を光量(Φ)により補正する必要がある。

一方、被検体100内における光の進達長に対して充分に大きな領域に光を照射した場合は、光量(Φ)は式(2)のように表される。このため、被検体100内の平均的な有効減衰係数(μeff)を求めることにより光量(Φ)を求めることができ、結果として被
検体100内の吸収係数(μa)分布を得ることができる。

本実施例では、平均的な有効減衰係数(μeff)を求めるために第2の光108を検出
して得られた第2の電気信号を用いる。ここで、光検出器110は固定部材101上を走査することで、複数の個所で第2の光が検出可能となっている。一方、第2の光源109から照射された第2の光108は光導波路113を通じて、予め定められた位置に点照射される。この際、図2(a)に示すように、光検出器110を走査することにより、第2の光108の照射位置と光検出器110との距離を変化させることができる。この光の照射点と光検出器との距離を、“光の伝播距離”と呼ぶことにする。

そして、複数の位置で光検出を行い、検出光量を距離に応じてプロットする。この結果に対し、被検体100の形状に依存した被検体100内の光量の分布を表す理論式(被検体100に照射され被検体100内を伝播する光の被検体100内における強度分布についての理論式)によりフィッティングをかける。このことで、平均的な有効減衰係数(μeff)を求めることができる。本実施例では第2の光108の照射点と光検出器110と
の距離を変化させるために光検出器110を走査したが、図2(b)に示すように、光検出器110は固定し、光ファイバによる第2の光108の照射点を走査することで距離を変化させてもよい。すなわち、光照射点から光検出器110までの距離(光の伝播距離)が異なる複数の光を測定可能であればよい。なお、本実施例において、第2の光108の照射部分と光検出器110とが被検体100を挟んで互いに対向する位置に配置されるとは、図2(a)、(b)に示すような位置関係も含む意味である。

これにより生体内の平均的な有効減衰係数(μeff)が得られ、得られた平均的な有効
減衰係数(μeff)を用いて光量(Φ)を求める。そして、求められた光量(Φ)によっ
て、第1の電気信号により得られる吸収係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネル
ギー吸収密度分布)に補正をかけることで、被検体内の吸収係数(μa)分布を得ること
ができる。具体的には、被検体内の局所位置ごとに、光エネルギー吸収密度の値を光量で除すればよい。

次に、フィッティングのためのモデルの一例について図3を用いて説明する。ここでは被検体100の測定部位(測定対象とする部分)が平行平板状(スラブ状)の形状を有する場合について考える。なお、このことは、本実施例において、生体における測定部位(測定対象とする部分)の形状を、前記理論式が適用可能な所定のモデル形状に合致させることに相当する。生体のような散乱の強い媒体中での光の伝播は光拡散方程式によって表される。無限平行平板のような簡単な形状に対して、光拡散方程式は解析的に解くことが出来る。

図3の被検体を無限平板に近似すると、光照射点300から照射された光の光検出器110での光量Φ(ρ)は擬似的な無限個の正負の双極子光源を仮定することによって、次式のように表すことができる。(参考文献: M.S.Patterson et.al. “Time resolved reflectance and transmittance for the noninvasive measurement of tissue optical properties”, Applied Optics,28,2331(1989))

ここで、ρは被検体100を挟んで照射点300と互いに対向する点から光検出器110までの距離、Cは拡散に依存する係数である。rはi番目の擬似光源と光検出器110間の距離でρと拡散係数の関数である。今回近似のため拡散係数は定数とした。

この式(5)を用いて導出した光量分布Φ(ρ)と、光拡散方程式を有限要素法によって解くことで導出した光量分布Φ(ρ)を比較したものが図4である。2つの結果がほぼ一致しており、式(5)のモデルによってこのような平行平板状(スラブ状)の被検体100の光量分布Φ(ρ)を表すことが出来ることがわかる。

このことよりρを変化させて光量検出を行い、図5に示すように、式(5)を用いて測定結果をフィッティングすることにより、被検体内の平均的な有効減衰係数μeffを求め
られる。

次に、本実施例についてより具体的に説明する。図1において、第1の光源103と第2の光源109は被検体100である生体を構成する特定の成分に吸収される波長の光を照射する。また第1の光源103と第2の光源109は同一波長の光を照射する。また、第1の光源103は、光音響波を発生させるための光源であり、数ナノ秒〜数百ナノ秒オーダーのパルス幅のパルス光を発生可能なパルス光源を少なくとも一つ備える。第1の光源103としてはレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。

なお、本実施例においては、第1の光源103の数が一個である例を示しているが、複数の光源を用いても良い。その場合は、生体に照射する光の照射強度を上げるため、同じ波長を発振する光源を複数用いても良いし、光学特性値の分布の波長による違いを測定するために、発振波長の異なる光源を複数個用いても良い。なお、第1の光源103として、発振する波長の変換可能な色素やOPO(Optical Parametric Oscillators)やチタンサファイヤレーザーを用いてもよい。そうすることができれば、光学特性値の分布について波長による違いを測定することも可能になる。使用する第1の光源103の波長に関しては、生体内において吸収が少ない700nmから1100nmの領域が好ましい。また、比較的生体表面付近の生体組織の光学特性値の分布を求める場合は、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば400nm以上且つ1600nm以下の波長領域を使用することも可能である。第2の光源109の波長領域に関しても同様の領域を用いるとよい。

第2の光源は、光検出器110で検出する光を照射するためのものである。第2の光源109としては強度変調光を発生可能な光源が好ましい。第2の光源109は、連続光のようにパルス光とは別の波形の光を発生するものであってもよいし、第1の光源103と同様にパルス光を発生するものであってもよい。具体的にはレーザーを用いることが好ま
しいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、半導体レーザーが好ましいが、ガスレーザー、色素レーザー、固体レーザーなど様々なレーザーを使用することが可能である。

第1の光源103から照射された第1の光102は光学装置104のみを用いて被検体に照射してもよいし、光導波路などを用いて伝搬させることも可能である。この光導波路としては、光ファイバが好ましい。光ファイバを用いる場合は、それぞれの光源に対して、複数の光ファイバを使用して、生体表面に光を導くことも可能であるし、複数の光源からの光を一本の光ファイバに導き、すべての光を一本の光ファイバのみを用いて生体に導いても良い。図1における光学装置104は、ミラーやレンズなどの一般的な光学部品から構成されており、第1の光源103から出射した第1の光102の方向を変更する機能や、第1の光102の集光、拡大、整形などの機能を有する。光学装置104を構成する光学部品は、第1の光102が所望の形状及び面積で被検体100に照射されれば、どのような組合せであってもよい。

第2の光源109から第2の光108を生体内に導く光導波路113は光ファイバが好ましい。また第2の光108は被検体100に点状に照射されることが好ましい。被検体100の内部における光吸収体105は、被検体100内において吸収係数が高い部位を示し、例えば人体が測定対象であれば、ヘモグロビンやそれを多く含む血管あるいは悪性腫瘍を示す。音響波検出器(あるいは探触子)107は生体内を伝播した第1の光102のエネルギーの一部を吸収した物体105から発生した音響波106を検知し、第1の電気信号に変換する。この音響波検出器107は圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなど音響波信号を検知できるものであれば、どのような音波検出器を用いてもよい。また、トランスデューサーはアレイ状のものを用いることも、単一素子のものを用いることも可能である。

また、本実施例では、複数の場所で音響波106を検知するために、1個の音響波検出器107を固定部材101表面上で2次元に走査することで複数の個所で音響波106が検出可能となっている。しかし、複数の場所で音響波106を検知できれば同じ効果が得られるため、複数の音響波検出器を固定部材101表面に配置させても良い。また、音響波検出器107と固定部材101との間には、音響波106の反射を抑えるためのジェルや水などの音響インピーダンスマッチング剤を介在させることが望ましい。

光検出器110は、被検体100(生体)内を伝播、透過した第2の光108を検知し、第2の電気信号に変換する。光検出器110は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、CCDなど光を検知できるものであれば、どのような光検出器であってもよい。また、本実施例では、第2の光108の照射点と光検出器110の距離を変化させ複数の場所で光を検知するために、1個の光検出器110を固定部材101表面上で走査する。しかし、複数の場所で光を検知できれば同じ効果が得られるため、前述のように複数の光検出器110を固定部材101表面に配置させても良い。

また、第1の光102を照射して音響波検出器107で音響波106の検出を行うことを第1の測定、第2の光108を照射して光検出器110で光の検出を行うことを第2の測定とすると、第1の測定と第2の測定は同時に行わないのが好ましい。この際、互いの測定を交互に行うことも、どちらかの測定を全て完了してから他方の測定を行うことも可能である。

信号処理部111は、第1の電気信号と第2の電気信号とを解析し、これにより被検体100(生体)における光学特性値の分布情報を算出する。信号処理部111は、音響波
検出器107より得られた第1の電気信号と、光検出器110により得られた第2の電気信号とに基づいて、吸収係数(μa)分布あるいは光エネルギー吸収密度分布などの光学
特性値の分布を計算する。また、被検体100(生体)内の吸収体105の位置や大きさを算出する。なお、信号処理部111は第1の電気信号と第2の電気信号とを記憶し、それを演算手段により、光学特性値の分布のデータに変換できるものであればどのようなものを用いてもよい。例えば、オシロスコープとオシロスコープに記憶されたデータを解析できるコンピューターなどが使用できる。

この場合には、コンピューターに記憶されたプログラムによって、演算装置(CPU)において第1の電気信号と第2の電気信号に演算を加えて光学特性値の分布のデータに変換するようにしてもよい。さらに、当該プログラムによって表示装置112に表示するための画像データまで構成するようにしてもよい。あるいは、信号処理部111に独自のメモリを備えるようにし、第1の電気信号と第2の電気信号とを当該メモリに記憶し、信号処理部111のメモリに別途記憶されたプログラムによって、演算装置(CPU)において第1の電気信号と第2の電気信号に演算を加えて光学特性値の分布のデータに変換し、さらに画像データを構成するようにしてもよい。

信号処理部111は第1の電気信号から、初期音圧(P0)の発生分布、あるいは吸収
係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネルギー吸収密度分布)を求める。また、信
号処理部111は第2の電気信号から、前述したフィッティングを用いて平均的な有効減衰係数(μeff)を求める。さらに信号処理部111は、吸収係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネルギー吸収密度分布)に対して、求めた平均的な有効減衰係数(μeff
)を用いて光量の補正を行うことで、被検体100内の吸収係数(μa)分布を得る。ま
た、信号処理部111は、初期音圧(P0)の発生分布、吸収係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネルギー吸収密度分布)、吸収係数(μa)分布などの各情報を画像表示
装置112に表示させるための画像データを作成する。この画像データは、本実施例において生体の光学特性値分布画像に相当する。

図1の画像表示装置112は信号処理部111で作成された画像データを表示できれば、どのようなものでもよい。例えば、液晶ディスプレイなどを利用できる。なお、複数の波長の光を用いた場合は、それぞれの波長について、上記のシステムにより被検体100内の吸収係数(μa)分布を算出してもよい。そうすると、各波長についての吸収係数(
μa)分布と生体組織を構成する物質(グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビ
ンなど)固有の波長依存性とを比較することによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。

図6に本発明における生体情報イメージング装置の処理のフローチャートを示す。本フローチャートにおける信号処理部111の処理に係る部分は、信号処理部111に記憶されたプログラムによって実行される。本フローチャートが実行されると、まずS101において、音響波検出器107によって第1の電気信号が取得される。その際、音響波検出器107は固定部材101上を走査しつつ複数の位置において音響波を検出する。S101の処理が終了するとS102に進む。

S102においては、S101で取得された第1の電気信号に対してフィルタ処理を行う。S102の処理が終了するとS103に進む。

S103においては、フィルタ処理後の第1の電気信号より、吸収係数(μa)と光量
(Φ)の積の分布である光エネルギー吸収密度分布が算出される。S103の処理が終了するとS104に進む。

S104においては、光検出器110によって第2の電気信号が取得される。その際、光検出器110は固定部材101上を走査しつつ複数の位置によって被検体100を透過する光を検出する。これは、生体内を伝播する光(生体内を伝播した後に生体から放出する光)の複数の伝播距離に係る強度を検出することに相当する。S104の処理が終了するとS105に進む。

S105においては、フィッティングの処理が実行される。具体的にはS104で取得された第2の電気信号(複数の位置によって取得された複数の値)が、式(5)で示した光量(Φ)分布の理論式にフィットするように、各パラメータの値が設定される。S105の処理が終了するとS106に進む。

S106においては、S105において、第2の電気信号(複数の位置によって取得された複数の値)が、式(5)で示した光量(Φ)分布の理論式に最も良くフィットさせた状態における平均的な有効減衰係数(μeff)を算出する。この値が、本計測における被
検体100(生体)の平均的な有効減衰係数(μeff)となる。S106の処理が終了する
とS107に進む。

S107においては、S106において算出された平均的な有効減衰係数(μeff)と
式(2)とから光量(Φ)が求られ、この光量(Φ)によって光エネルギー吸収密度分布が補正されて、吸収係数(μa)分布が算出される。すなわち、吸収係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネルギー吸収密度分布)が光量(Φ)で補正されて吸収係数(μa
分布が算出される。S107の処理が終了するとS108に進む。

S108においては、S107で得られた吸収係数(μa)分布から、表示装置112
に表示するための画像データが構成される。S108の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。第1の電気信号と第2の電気信号の処理は必ずしもこのフローチャートの順に行う必要はない。先に第2の電気信号の処理(S104〜S106)を行ってから第1の電気信号の処理(S101〜S103)を行ってもよい。また、第1と第2の電気信号の取得(S101とS104)を先に行ってから、その他の処理を行っても良い。

以上、説明したように、本実施例に示された生体情報イメージング装置を用いることで、生体内の光学特性値分布、特に吸収係数(μa)分布をより正確に求めることができる
とともに、これを画像化することが可能になる。

なお、本実施例において光源装置は、第1の光源103、光学装置104、第2の光源109、光導波路113を含んで構成される。また、本実施例において信号処理部111は、信号処理装置と画像構成装置とに相当する。

また、上記のフローチャートにおいて、S101の処理は音響波検出工程に相当する。また、S103の処理は吸収密度分布算出工程に相当する。S104の処理は光検出工程に相当する。S106の処理は平均的な減衰係数導出工程に相当する。S107の処理は光学特性値分布導出工程に相当する。S108の処理は画像構成工程に相当する。なお、上記フローチャートのこれらのステップのうち、一部を信号処理部111に記憶されたプログラムによって実行し、一部はマニュアル処理によって実行するようにしてもよいことは当然である。

なお、前述のように固定部材101が第2の光を透過する材質の場合には、光検出器110は固定部材101に装着してもよい。この場合には光検出器110は生体の表面近傍における光の強度を検知することとなる。一方、光検出器110を被検体100に直接装着した場合には、生体表面における光の強度を検知することとなる。

また、本実施例においては、光吸収体105は血管あるいは悪性腫瘍などとして説明をしたが、本発明における光吸収体105はこれらに限られない。例えば、前記生体内に導入された造影剤なども光吸収体105として扱うことができる。なお、上記においては、生体の平均的な光学特性値として有効減衰係数(μeff)を算出し、この値を用いて吸収
係数(μa)の分布を求めた。これに対し、有効減衰係数(μeff)の他に、散乱係数(μs)、等価散乱係数(μs')などと、吸収係数(μa)の関係に着目し、散乱係数(μs
、等価散乱係数(μs')の値を用いて吸収係数(μa)の分布を求めることも考えられる

<実施例2>
次に、本発明の実施例2について図面を参照しながら説明する。本実施例は、有効減衰係数(μeff)を求めるための第2の電気信号についても、第1の光102を用いて検出
する例である。図7は、本実施例における生体情報イメージング装置について示したものである。本実施例における生体情報イメージング装置は、第2の光源109、光導波路113を備えておらず、第2の光108を使用しない点で実施例1における装置と異なる。以下、実施例1において説明した構成については、実施例1と同じ符号を付すとともに説明は省略し、実施例1との相違点についてのみ説明する。

本実施例においては、被検体の平均的な有効減衰係数(μeff)を求めるためにも、第
1の光源103から照射され被検体101(生体)を透過した第1の光102を光検出器110で検出することで得られた第2の電気信号を用いる。そして、複数の位置で光検出を行い、検出光量を光照射位置と光検出器110の距離に応じてプロットする。この結果に対し、実施例1と同様、被検体101(生体)の形状に依存した理論式によりフィッティングをかけることで、平均的な有効減衰係数(μeff)を求める。

この平均的な有効減衰係数(μeff)を用いて第1の電気信号により得られる吸収係数
(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネルギー吸収密度分布)に光量(Φ)の補正をか
けることで、被検体内の吸収係数(μa)分布を得ることができる。音響波検出器107
は、実施例1と同様、被検体100(生体)内を伝播した光102のエネルギーの一部を吸収した吸収体105から発生した音響波106を検知し、第1の電気信号に変換する。

また、光102を照射して音響波検出器107で音響波106の検出を行うことを第1の測定、光102を照射して光検出器110で光の検出を行うことを第2の測定とすると、本実施例においては第1の測定と第2の測定を同時に行ってもよい。あるいは、互いの測定を交互に行うことも、どちらかの測定を全て完了してから他方の測定を行うことも可能である。得られた第1の電気信号と第2の電気信号の処理やその他の装置構成は、実施例1と同様である。

以上、説明したように、本実施例の生体情報イメージング装置においては、第1の光源103から出射した第1の光102を用いて、第1の電気信号と第2の電気信号の両方を取得することとした。すなわち、第1の光源103のみを光源として用いて、吸収係数(μa)と光量(Φ)の積の分布(光エネルギー吸収密度分布)と、生体内の平均的な有効
減衰係数(μeff)の両方を求めることとした。

これにより、装置の構成を簡略化できてコストダウンを推進することが可能となるとともに、上記の第1の測定と第2の測定とを同時に行うことが可能となり、測定タイミングの自由度を増加させることができる。なお、本実施例において光源装置は、第1の光源103と光学装置104とから構成され、光源装置が単数の光源を含む場合に相当する。

100・・・被検体(生体)
101・・・固定部材
102・・・第1の光
103・・・第1の光源
104・・・光学装置
105・・・光吸収体
106・・・音響波
107・・・音響波検出器
108・・・第2の光
109・・・第2の光源
110・・・光検出器
111・・・信号処理部
112・・・表示装置
113・・・光導波路
300・・・光照射点

Claims (18)

  1. 被検体を固定する固定部材と、
    第1の光が前記固定部材により固定された前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出し、第1の電気信号に変換する音響波検出器と、
    前記固定部材により固定された前記被検体の中を伝播した第2の光を検出し、第2の電気信号に変換する光検出器と、
    前記第2の電気信号と、前記固定部材により固定されることにより所定のモデル形状に合致させた前記被検体の形状に対応する光量分布に関する理論式に基づいて、前記被検体の平均的な光学特性値を取得し、前記第1の電気信号と前記平均的な光学特性値とに基づいて、前記被検体の光学特性値分布を取得する信号処理装置と、
    を備えることを特徴とする被検体情報取得装置。
  2. 前記平均的な光学特性値は前記被検体の平均的な有効減衰係数であ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. 前記平均的な光学特性値は前記被検体の散乱係数であ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。
  4. 前記平均的な光学特性値は前記被検体の等価散乱係数であ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。
  5. 前記信号処理装置によって取得された前記光学特性値分布に基づいて、前記光学特性値分布画像を取得する画像構成装置を更に備える
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  6. 前記固定部材は、前記被検体の形状を平行平板に固定す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項に記載の被検体情報取得装置。
  7. 前記固定部材は、前記被検体を挟む2枚の平行平板から構成されている
    ことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  8. 前記固定部材は、前記第2の光を透過するように構成され、
    前記第2の光は、前記固定部材を介して前記被検体に照射され、
    前記光検出器は、前記固定部材を介して、前記第2の光を検出する
    ことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  9. 前記信号処理装置は、前記第2の電気信号を、前記固定部材により固定されることにより所定のモデル形状に合致させた前記被検体の形状に対応する光量分布に関する理論式にフィッティングすることにより、前記平均的な光学特性値を取得する
    ことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  10. 前記光学特性値分布は、前記被検体の吸収係数分布である
    ことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  11. 前記第2の光の照射部分と前記光検出器とが、前記被検体の測定対象とする部分を挟んで互いに対向する位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  12. 前記第1の光および前記第2の光はそれぞれ異なる波形の光である
    ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  13. 前記第1の光および前記第2の光は同じ波形の光である
    ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  14. 前記光検出器は、前記被検体の表面または表面近傍における複数の個所で前記第2の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から13のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  15. 前記音響波検出器は、前記被検体の表面または表面近傍における複数の個所で音響波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から14のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
  16. 固定部材により被検体を固定する工程と、
    第1の光を前記固定部材により固定された前記被検体に照射する工程と、
    前記第1の光が前記固定部材により固定された被検体に照射されることにより発生した音響波を検出し、第1の電気信号を取得する工程と、
    第2の光を前記固定部材により固定された前記被検体に照射する工程と、
    前記固定部材により固定された前記被検体の中を伝播した前記第2の光を検出し、第2の電気信号を取得する工程と、
    前記第2の電気信号と、前記固定部材により固定されることにより所定のモデル形状に合致させた前記被検体の形状に対応する光量分布に関する理論式とに基づいて、前記被検体の平均的な光学特性値を取得する工程と、
    前記第1の電気信号と、前記平均的な光学特性値とに基づいて、前記被検体の光学特性値分布を取得する工程と、
    を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
  17. コンピューターに、請求項16に記載の被検体情報取得装置の制御方法を実行させる
    ことを特徴とするプログラム。
  18. 被検体を固定する固定部材と、
    第1の光が前記固定部材により固定された前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出し、第1の電気信号に変換する音響波検出器と、
    前記固定部材により固定された前記被検体の中を伝播した第2の光を検出し、第2の電気信号に変換する光検出器と、
    前記第1の電気信号と、前記第2の電気信号と、前記固定部材により固定されることにより所定のモデル形状に合致させた前記被検体の形状に対応する光量分布に関する理論式に基づいて、前記被検体の光学特性値分布を取得する信号処理装置と、
    を備えることを特徴とする被検体情報取得装置。
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