JP5613337B2

JP5613337B2 - 媒体を照射する装置

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Description

本発明は、媒体を照射する装置及び方法に関する。

光の散乱は、その散乱の過程が支配的な媒体の内部を見えにくくし、場合によっては媒体の内部をまったく見えなくしてしまう本質的な要因の１つである。これは、散乱光が媒体中を直線的に伝播せず、ランダムな光路をとるために、光の指向性及びそれに関連する情報が失われるからである。従って、散乱された可視光又は拡散された可視光を検出することによって媒体の内部に関する詳細な情報を抽出することは困難である。例えば、医療の分野で生物組織の検査に適用された場合、組織を透過する間に光が散乱すると、その散乱光の検出によって内部情報を取得することは困難になる。

更に、光線力学療法において病的組織の治療を可能にするために、及び、意図的無秩序ランダム物質（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌｌｙｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄｒａｎｄｏｍｍａｔｅｒｉａｌｓ）ではこれまで取得することが不可能であった独自の有用な機能を実現するために、散乱媒体中の目標位置に光エネルギーを集中できるようにすることが求められることも多くなっている。

散乱媒体の中の１つの場所に光を集束すること、或いは、散乱媒体を通して光を集束することは、ごく最近になるまで実現されていなかった。しかしながら、近年、散乱効果を抑制するために入射光の波面を最適化する技術が提案された。

Ｉ．Ｍ．Ｖｅｌｌｅｋｏｏｐ及びＡ．Ｐ．Ｍｏｓｋの論文「Ｆｏｃｕｓｉｎｇｃｏｈｅｒｅｎｔｌｉｇｈｔｔｈｒｏｕｇｈｏｐａｑｕｅｓｔｒｏｎｇｌｙｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｍｅｄｉａ」（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、第３２巻第１６号、２３０９〜２３１１ページ、２００７年）には、空間光変調器及び最適化アルゴリズムによって入射波面を制御する技術が開示されている。

弾性光散乱は確定的で時間反転可能な過程であるため、入射光の波面を最適化することによって散乱媒体を通して光を集束することが可能である。上述の論文に開示される方法は、この特徴を利用しており、散乱媒体の背後に位置する平面に光を集束し、且つ、光強度を向上させるのに有効である。

上述の論文に説明されている方法は、最適化に使用すべき光強度を監視する検出器が配置された散乱媒体のすぐ後の領域に光を集束することしかできない。従って、上述の論文に説明されている方法は、散乱媒体内部のいずれへの特定の場所に任意に光を集束することができない。

更に、Ｖｅｌｌｅｋｏｏｐ他（Ｉ．Ｍ．Ｖｅｌｌｅｋｏｏｐ、Ｅ．Ｇ．ｖａｎＰｕｔｔｅｎ、Ａ．Ｌａｇｅｎｄｉｊｋ及びＡ．Ｐ．Ｍｏｓｋ）の「Ｄｅｍｉｘｉｎｇｌｉｇｈｔｐａｔｈｓｉｎｓｉｄｅｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ」（Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ、第１６巻第１号、６７〜８０ページ、２００８年）は、蛍光プローブが使用される場合において、散乱物質中で蛍光プローブが配置されている特定の場所を照明するために、上述の波面最適化方法を使用可能であることを示唆している。

しかしながら、媒体中の特定の場所における集束ボリュームは、使用される蛍光プローブの位置又は大きさによって限定されるため、媒体中で任意に集束ボリュームの位置又は大きさを調整することは困難である。更に、媒体が人間の生体組織である場合には、蛍光プローブは、組織に対して多少の侵襲性を示す。

本発明の１つの側面によれば、装置は、電磁波を放射する電磁波源を含み、前記電磁波によって媒体を照射する照射部と、前記電磁波の波面を変調する空間光変調器と、前記電磁波を照射することによって、前記媒体の位置からの光音響信号を取得する超音波装置と、前記取得された光音響信号に基づいて、前記波面が変調された照射電磁波が前記媒体の前記位置に集束されるように、前記空間光変調器を制御する制御部と、を備える。

本発明の別の側面によれば、装置は、電磁波を放射する電磁波源を含み、前記電磁波によって媒体を照射する照射部と、前記電磁波の波面を変調する空間光変調器と、前記電磁波の周波数がシフトされるように、前記媒体の位置に超音波を印加する超音波装置と、前記周波数がシフトされた電磁波を検出する検出器と、前記検出された電磁波に基づいて、前記波面が変調された照射電磁波が前記媒体の前記位置に集束されるように、前記空間光変調器を制御する制御部と、を備える。

本発明の別の側面によれば、装置は、印加される電磁波が媒体の位置に集束されるように、前記媒体からの第１の信号を監視することによって、前記媒体に印加すべき電磁波の波面を変調する空間光変調器と、前記波面が変調された電磁波を前記媒体に印加する印加部と、前記媒体の前記位置からの前記第１の信号と同一の種類である第２の信号を検出する検出器と、前記検出された第２の信号に基づいて、画像を生成する画像生成部と、を備える。

本発明の別の側面によれば、装置は、印加される電磁波が媒体の位置に集束されるように、前記媒体からの光音響信号及び音響光学信号のうち少なくとも一方の信号を監視することによって、前記媒体に印加すべき電磁波の波面を変調する空間光変調器と、前記波面が変調された電磁波を前記媒体に印加する印加部と、前記媒体の前記位置からの前記光音響信号を検出する第１のユニットと、前記媒体の前記位置からの前記音響光学信号を検出する第２のユニットと、前記検出された光音響信号及び音響光学信号に基づいて、画像を生成する画像生成部と、を備える。

本発明の更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される例示的な実施形態によって明らかにされるであろう。

図１は、例示的な実施形態において説明される照射装置を示す図である。図２は、第１の実施形態における例示的な動作を示すフローチャートである。図３は、散乱媒体中の複数の集光点を示す図である。図４は、例示的な第３の実施形態における照射装置を示す図である。図５は、第３の実施形態における別の例示的な動作を示すフローチャートである。

添付図面を参照して、以下に本発明の実施形態を説明する。

図１は、照射装置によって媒体を照射する装置の例示的な構成を第１の実施形態として示す。第１の実施形態において、波面制御は、光音響信号を使用することによって実行される。

光源１００は、光パルスを発射する。光音響効果を発生させるために、通常、パルス幅は、数ナノ秒であり、光源１００から放射される電磁波の波長は、可視光から近赤外線の範囲、例えば、３６０ｎｍ〜２，５００ｎｍの範囲である。放射された光は、ミラー１０１を透過し、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）などの空間光変調器（ＳＬＭ）１０２に入射する。ＳＬＭ１０２は、制御部１０５によって制御され、制御部１０５によって実行される最適化アルゴリズムに従って光の波面の位相を変化させる。このようにして空間変調された波面１０６は、レンズ系１０３を介して、散乱粒子１１１を含む散乱媒体１０７に入射する。制御部１０５は、超音波装置１０４を使用することによって、位置、ボリューム又は形状などの局所領域１０８の特性を設定する。超音波装置は、検出器として超音波を取得すると共に、超音波を送出する。

ここで、散乱媒体１０７は、例えば、生物組織、他の混濁媒体又は無秩序物質である。

散乱媒体１０７の中で、光は、複数回散乱し、光の一部は、媒体１０７の位置において局所領域１０８に吸収される。光を吸収することによって、局所領域１０８の温度が上昇する。局所領域１０８の体積が膨張することで、音波（光音響信号）１１０が生成される。式（１）によれば、光音響信号Ｐは、その場所の局所的な吸収係数μ_ａ及び光フルエンス率Φに比例する。

式（１）において、Γは、グリュンアイゼン係数（熱音響変換効率）である。

従って、光フルエンス率が高いほど、光音響信号は大きくなる。通常、Γ及びμ_ａは、位置に依存するパラメータであるが、時間の経過に対しては一定である。そのため、以下に説明する最適化手順の間の光音響信号の変化は、局所領域１０８における光フルエンス率の変化に対して比例する関係を有する。超音波が集束された局所領域１０８から光音響信号が発生するのは明らかであるため、局所領域１０８における集束効果を確認するために、光信号を直接監視するのではなく、光音響信号を監視する。従って、散乱媒体内部の特定の位置の光強度を監視することが可能である。

発生した音波１１０は、超音波装置１０４によって取得される。超音波装置１０４は、例えば、リニアアレイ探触子を含む。局所領域１０８は、かかるアレイ探触子を使用して、電子集束によって散乱媒体１０７中の所望の位置に設定される。また、局所領域１０８は、円形凹面超音波トランスデューサ又は音響レンズを含むトランスデューサなどの超音波トランスデューサを機械的に走査することによって所望の位置に設定されてもよい。このようなトランスデューサとしては、圧電現象を利用するトランスデューサ、光の共振を利用するトランスデューサ又は容量の変化を利用するトランスデューサが使用可能である。

図２は、第１の実施形態の例示的な動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１００において、局所領域１０８の位置又は大きさなどの超音波装置１０４によって規定される焦点位置に関するパラメータ条件が設定され、ステップＳ１１０において、光源１００は光パルスを発射する。局所領域１０８で発生した光音響信号は、超音波装置１０４によって選択的に取得され、監視され、メモリに記憶される。ステップＳ１２０において、監視及び記憶は、制御部１０５によって実行される。

制御部１０５が光音響信号の強度に関する情報を記憶した後、制御部１０５は、ＳＬＭ１０２を制御し、ステップＳ１３０の最適化処理を開始する。最適化処理Ｓ１３０は、幾つかのステップから構成される。ステップＳ１３１において、ＳＬＭ１０２のセグメントのうちの１つのセグメントに対する入射光の位相を変化させるために、そのセグメントが制御部１０５によって制御される。ここで、ＳＬＭ１０２のセグメントは、ＳＬＭ１０２の１つの画素又は複数の画素を含む。かかるセグメント分割の構成は、ステップＳ１００で決定されてもよい。ステップＳ１３１ａにおいて、全てのセグメントに対する処理が完了したか否かが判定される。全てのセグメントに対する処理が完了している場合（ｊ＞ＮがＹＥＳの場合）、図２の処理は終了する。全てのセグメントに対する処理がまだ完了していない場合、ステップＳ１３２において、処理中の現在のセグメントｊの位相φが０に設定される。ステップＳ１３３において、現在設定されている位相φにおけるセグメントの光音響信号が監視され、且つ、位相φと共に記憶される。ステップＳ１３３ａにおいて、現在のセグメントｊに関して０から２πまでの全ての位相の処理が完了したか否かが判定される。現在のセグメントに関して０から２πまでの全ての位相の処理がまだ完了していない場合（位相φ＜２πでＹＥＳの場合）、ステップＳ１３３ｂにおいて、現在のセグメントの位相が増加される。例えば、位相を０から２πまで連続的に又は不連続に変化させることができる。位相φを増加した後、処理はステップＳ１３３に戻り、現在設定されている位相φにおけるセグメントの光音響信号及び位相が監視され、且つ、記憶される。現在のセグメントに関して０から２πまでの全ての位相の処理が完了していた場合（位相φ＜２πでＮＯの場合）、ステップＳ１３４において、制御部１０５は、ステップＳ１３２及びＳ１３３の間に最大の光音響信号を発生させた位相を選択し、その位相をセグメントｊに割り当てる。そして、処理はステップＳ１３４ａに移行し、次のセグメントｊに対して上述の処理を繰り返す。この処理は、ＳＬＭ１０２の全てのセグメントの処理が完了するまで（ステップＳ１３１ａにおいてセグメントｊ＞ＮがＹＥＳになるまで）繰り返される。図２によれば、各セグメントは、上述のフローによって、連続的、且つ、個別に処理される。ステップＳ１３０の終了時（ステップＳ１３１ａにおいてセグメントｊ＞ＮがＹＥＳになった場合）において、局所領域１０８に対して光を集束可能にするためのＳＬＭ１０２の最適化位相分布が生成される。

生物組織を使用する場合、最適化処理中に血流の変化又は温度変化などの環境変化によって、Γ又はμ_ａが変化することも考えられる。Γ又はμ_ａの変動の影響を低減するために、必要に応じて校正を実行することができる。このような変動を校正するために、システムは、ステップＳ１３０において、各画素ｊの最適化と各画素ｊ＋１の最適化との間で以下の式（２）を計算する。

式において、ｒは、媒体中の位置である。光フルエンス率Φは、ＳＬＭの各画素の位相を調整することによって変化する。しかしながら、位相最適化処理中のΓ又はμ_ａの変化は非常に小さいため、無視することができる。最終的に、光音響信号の変化は、その特定のボリュームの光フルエンス率の変化とみなすことができる。

散乱媒体中で集光効果が起こる媒体１０７の局所領域１０８は、媒体１０７の任意の位置又は所望の位置、或いは、任意の大きさ又は所望の大きさに設定される。

更に、超音波装置１０４（図３）の電子集束を使用して、散乱媒体１０７中の複数の局所領域１０８で光音響信号を同時に取得することによって、そのような複数の局所領域１０８が設定されてもよい。ステップＳ１３０の間、それらの局所領域は、複数の焦点として監視され、取得される光音響信号は、セグメントの位相を調整することによって同時に向上される。

例示的な構成を示す図は、図１と同一である。上述したように、図２に示す動作フローチャートによれば、散乱媒体１０７中で任意に規定される局所領域１０８に集束する最適化波面を生成するために、ＳＬＭ１０２は最適化される。

光音響信号は、最適化波面によって再び測定される。光エネルギーの大部分は局所領域１０８に集中するため、超音波装置１０４は、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）で光音響信号を検出し、この領域に関して高画質の画像を形成することができる。

画像生成処理は、この処理に続く。画像生成部は、制御部１０５に含まれる、或いは、制御部１０５に接続される。画像生成部は、超音波装置１０４から取得したデータを使用して、局所領域１０８の３次元画像を再構成する。画像生成部は、入射光が集束した局所領域１０８の位置に従って、光音響測定によって取得された吸収信号をマッピングする。画像は、表示装置１１２に表示される。本実施形態において、ＳＬＭを使用して特定の領域を照射するための波面制御は、第１の種類の信号としての光音響信号を監視することによって実行され、特定の領域の画像を形成するための撮像処理も、第１の信号と同一の種類である第２の信号としての光音響信号を検出することによって実行される。

また、光音響信号を測定するために、局所領域１０８の位置を別の位置へ移動し、且つ、各位置で波面を最適化することも可能である。

更に、上述の処理は、散乱媒体１０７の成分の割合、例えば、散乱媒体１０７が医療応用で使用される生物組織である場合には、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、水、脂肪、コラーゲンなどの割合、並びに、散乱媒体１０７の酸素飽和度などの機能情報を取得するために、光源１００の複数の所望の波長を使用して実行されてもよい。

また、ステップＳ１００の前に、更に別のステップを追加することも可能である。例えば、超音波装置１０４からパルス超音波を送り、反射波として機能する超音波エコーを超音波装置１０４によって取得してもよい。かかる超音波エコー測定は、パルス超音波を送る方向が散乱媒体１０７に対して変更されている間に実行される。これにより、散乱媒体１０７の内部に関する構造データを取得することができる。超音波エコー測定で取得された構造データを利用することによって、例えば、エコー画像中で特性の相違が見られた位置に設定することで、局所領域１０８を設定することができる。

媒体の測定領域に光を集束することによって、光音響撮像の測定深度及びＳＮＲを向上させることができる。参考として内容全体が本明細書に取り入れられている技術文献は、１９８３年５月３１日発行のＢｏｗｅｎの米国特許第４，３８５，６３４号公報、１９９８年１１月２４日発行のＯｒａｅｖｓｋｙ他の米国特許第５，８４０，０２３号公報及び１９９８年２月３日発行のＫｒｕｇｅｒの米国特許第５，７１３，３５６号公報である。

本発明の第２の実施形態における照射装置及び照射方法を説明する。このシステムの図は、図１と同一であるが、光源１００は、必要に応じて光音響信号を発生するパルスレーザーを含む少なくとも２種類のレーザーを有する。照射装置は、無秩序散乱物質のある特定の位置に光を照射できる。

上述した通り、図２に示す動作フローチャートによれば、ＳＬＭ１０２は、散乱媒体１０７中に任意に規定された局所領域１０８に光を集束できるように最適化された波面を生成するために、最適化される。

ＳＬＭ１０２の位相が最適化された後、例えば、生物組織の光線力学療法などの治療又は処置を実行する目的で、特定のボリューム１０８に向けて相対的に高いパワーを照射するために、パルスレーザーから相対的に強い出力を有する第２のレーザーに光源を切り替えることができる。光源としての第２のレーザーは、最適化処理で使用されるパルスレーザーとは異なる出力を有する。従って、治療又は処置の目的に応じて、多くの種類のレーザーを適用可能である（例えば、フェムト秒パルスレーザーからピコ秒、ナノ秒、マイクロ秒レーザーまで）。第２の光源の光出力は、治療に応じて制御することができる。

ＳＬＭ１０２によって位相を制御された治療用の最適化光束１０６は、治療が必要とされている組織領域に光エネルギーを供給するように局所領域１０８に到達する。局所領域１０８の位置は、他の診断結果を参照することによって設定されてもよい。

本発明における第２の実施形態を使用することによって、散乱媒体１０７中の他の領域に対する損傷を抑えながら、ある特定のポイントに効率よく高密度の光エネルギーを供給することができる。

組織の異常などの生化学情報を取得するために化学的プローブ（分子）を使用する蛍光画像形成にも、上述した実施形態を適用することが可能であり、その場合、例えば、蛍光プローブが配置されるポイントに局所領域が設定される。照射光の波面の最適化処理は、上述した処理と同一である。化学的プローブの場所が確定していない場合には、散乱媒体内の位置を一度に１つずつ照射することで、単純に局所領域が走査されればよい。蛍光プローブが配置される位置に光を集束することによって、例えば、腫瘍などのターゲットの高コントラスト画像を取得することが可能である。

次に、本発明の第３の実施形態における照射装置及び照射方法を説明する。図４は、照射装置を有するシステムの第３の例示的な構成を示す。第３の実施形態において、波面制御は、周波数シフト光信号（音響光学信号）を使用することによって実行される。

光源２００は、光を発射する。通常、かかる光は連続波（ＣＷ）であり、光源２００から発射される波長は、可視光から近赤外線の範囲である。発射された光は、ミラー２０１を透過し、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）などのＳＬＭ２０２に入射する。ＳＬＭ２０２は、制御部２０５によって制御され、制御部２０５によって実行される最適化アルゴリズムに従って光の波面の位相を変化させる。かかる空間変調波面２０６は、レンズ系２０３を介して、散乱媒体２０７に入射する。

制御部２０５は、超音波系２０４の位置、ボリューム又は形状などの局所領域２０８の特性を設定する。散乱粒子２５１を含む散乱媒体２０７は、局所領域２０８で集束超音波パルスによって照射され、そこで散乱媒体２０７の屈折率が変調される。更に、印加された超音波の周波数によって散乱媒体２０７中の散乱物質の変位が誘起されるが、これは音響光学撮像（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃｉｍａｇｉｎｇ）又は超音波変調断層撮影（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｍｏｄｕｌａｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる技術で使用される変化である。

散乱媒体２０７の中で、光は、複数回散乱し、光の一部は、局所領域２０８に入射する。入射した光２０６の一部が媒体２０７中の局所領域２０８の位置で超音波照射ボリュームに到達すると、超音波の周波数によって光の光学的位相が変調されるため、光の周波数シフトが起こる。

この周波数シフト光は、集光レンズ系２１１を介して、光検出器系２１２によって検出される。光検出器系２１２に関して説明すると、周波数シフト光の強度を監視するために、通常、光電子増倍管（ＰＭＴ）又はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの単一センサが、ロックイン増幅器系又は帯域フィルタと共に使用される。或いは、変調光の強度を監視するために、超音波変調度に関連する、超音波オンと超音波オフとの間の条件の下でのスペックルコントラスト差を測定するために、ＣＣＤ又はＣＭＯＳなどのマルチセンサ、イメージ増強管を有するエリアセンサ、又は、ＥＭＣＣＤ（電子増倍ＣＣＤ）を使用することができる。また、周波数シフト光を検出するために、フォトリフラクティブ素子を有する光検出器又はファブリ−ペロー干渉計検出システムも適用することができる。

変調光の強度は、変調されるまでに複数回の散乱を経て局所ボリューム２０８に到達する前の、元々の光の強度に依存する。生じる集光効果が大きいほど、より多くの周波数シフト光が発生する。この変調光は明らかに散乱媒体２０７中の局所領域２０８から射出したものであるため、最適化処理に際して、局所領域２０８における光の強度を監視するために周波数シフト光信号（音響光学信号）を使用することができる。従って、最適化処理中の音響光学信号の変化は、局所領域２０８における光強度の変化に対して比例する関係にある。

超音波装置２０４は、光集束局所領域２０８を形成するために、超音波２１０を送信する。局所領域２０８の大きさ及び位置は、予め決定される。小さく細長い集束ボリュームを実現するために、パルス状超音波を放射することが可能である。超音波のパルス幅は、局所領域２０８の大きさ、及び、散乱媒体２０７中における超音波２１０の速度に応じて設定される。更に、ストロボ照射も使用可能であり、その場合、光を集束すべき位置に、超音波パルスが位置している時間にのみ散乱媒体２０７を照射するように、光源２００からの照射のタイミングが同期される。局所領域２０８を散乱媒体２０７中の位置に設定するために、集束超音波が採用される。

図５は、このシステムの例示的な動作フローチャートを示す。まず、ステップＳ２００において、集束ボリューム２０８の位置又は大きさなどの超音波装置２０４の焦点に関するパラメータ条件が設定され、ステップＳ２１０において、光源２００はＣＷ光を照射する。局所領域２０８で発生した音響光学信号は、光検出器２１２によって選択的に検出され、ステップＳ２２０において、信号の強度は、制御部２０５によって監視され、且つ、メモリに記憶される。

制御部２０５が音響光学信号の強度を記憶した後、制御部２０５はＳＬＭ２０２を制御し、ステップＳ２３０の最適化処理を開始する。処理Ｓ２３０は、幾つかのステップから構成される。ステップＳ２３１において、ＳＬＭ２０２のセグメントのうちの１つのセグメントに対する光の位相を変化させるために、そのセグメントは、制御部２０５によって制御される。ここで、セグメントは、ＳＬＭ２０２の１つの画素であってもよいし、複数の画素であってもよい。ステップＳ２３１ａにおいて、ＳＬＭ２０２の全てのセグメントに対する処理が完了したか否かが判定される。全てのセグメントに対する処理が完了している場合（ｊ＞ＮがＹＥＳの場合）、図５の処理は終了する。一方、全てのセグメントに対する処理がまだ完了していない場合（ｊ＞ＮがＮＯの場合）、ステップＳ２３２において、セグメントの位相が０に設定される。ステップＳ２３３において、音響光学信号（ＡＯ信号）が監視され、且つ、位相φと共に記憶される。ステップＳ２３３ａにおいて、セグメントの位相が２πよりも小さいか否かが判定される。セグメントの位相が２πよりも小さい場合、ステップＳ２３３ｂにおいて、位相が増加される。例えば、位相は、連続的に又は不連続に０から２πまで変更される。そして、処理は、ステップＳ２３３に戻る。このようにして、セグメントの位相は０から２πまで連続的に変更され、変更されるたびに、ステップＳ２３３において、音響光学信号（ＡＯ信号）が監視され、且つ、位相φと共に記憶される。ステップＳ２３３ａで位相が２πよりも小さくないと判定された場合、ステップＳ２３４において、制御部２０５は、ステップＳ２３２及びＳ２３３の間に最大の音響光学信号を発生させた位相を選択し、その位相を当該セグメントに割り当てる。次に、ステップＳ２３４ａにおいて、かかる処理が次のセグメントに対して繰り返されるように設定されるため、ＳＬＭ２０２の全てのセグメントの処理が完了するまで、上述の処理が繰り返される。このように、各セグメントは、独立して処理される。ステップＳ２３０の終了時において、局所領域２０８に光を集束可能にするためのＳＬＭ２０２における最適化位相分布が生成される。

最適化波面が生成された後、かかる最適化波面によって音響光学信号が再び測定される。光エネルギーは、集束ボリューム２０８に集中するため、光検出器２１２は、高いＳＮＲで音響光学信号を検出し、この局所領域に関する高画質の画像を形成することができる。

画像生成処理は、上述の測定に準ずる。画像生成部は、制御部２０５に含まれ、或いは、制御部２０５に接続され、上述のデータを使用して３次元画像を再構成する。画像生成部は、局所領域２０８の位置に従って吸収信号又は散乱信号に関連する音響光学信号をマッピングする。画像は、表示装置２１３に表示される。

また、音響光学信号を測定するために、局所領域２０８の位置を他のポイントへ移動し、且つ、各位置で波面を最適化することも可能である。本実施形態において、ＳＬＭを使用して特定の領域を照射するための波面制御は、第１の種類の信号としての音響光学信号を監視することによって実行され、特定の領域の画像を形成するための画像生成処理も、第１の信号と同一の種類である第２の信号として音響光学信号を検出することによって実行される。

次に、本発明の第４の実施形態における装置及び方法を説明する。本実施形態は、音響光学システム及び光音響システムを備えた組み合わせ装置である。本実施形態における組み合わせ装置の構成は、図４に示す第３の実施形態の構成と同一である。また、光源２００は、少なくとも２種類のレーザーによって異なる種類の光を発射するように変更される。一方の光源は、音響光学システムに対応するレーザーであり、他方の光源は、光音響システムに対応するレーザーである。これらのレーザーは、一方から他方へ切り替え可能である。

図２又は図５に示す動作フローチャートによれば、ＳＬＭによって最適化された位相変調を生成することができる。最適化は、少なくとも第１の実施形態で説明した処理又は第３の実施形態で説明した処理によって実行される。最適化は、それら２つの処理を使用することによって実行されてもよい。最適化の後、光音響信号（又は音響光学信号）は、最適化波面によって再び測定される。更に、レーザー光源を切り換えることによって、音響光学信号（又は光音響信号）を最適化波面によって測定することも可能である。

画像生成部は、制御部２０５に含まれ、或いは、制御部２０５に接続され、光音響信号及び音響光学信号の双方を使用して３次元画像を再構成する。画像生成部は、局所領域２０８の位置に従って光音響測定によって取得された吸収信号をマッピングする。また、音響光学信号は、散乱分布画像を生成するために、同様に使用される。光音響画像は吸収に対する感度に優れ、一方、音響光学信号は散乱に対する感度に優れているため、これら２つの測定結果を組み合わせることによって、吸収分布画像及び散乱分布画像を生成することができる。それらの画像は、表示装置２１３の画面に表示される。

また、図２に示す最適化フローチャートにおいて、超音波集束ボリュームにおける吸収が非常に少ないために、位相最適化に使用される光音響信号が弱まり、監視できない状況が起こることも考えられる。このような状況では、装置は、光音響画像を形成するためのパルスレーザーから音響光学測定用のＣＷレーザーに光源を切り替えることができる。更に、超音波装置２０４は、受信モードで使用された焦点合わせ設定を変更することなく、音響光学信号を検出するために、受信モードから送信モードに動作モードを変更することができる。また、図５に示す動作フローチャートが実行されてもよい。光音響信号は、光音響信号が大きくなる相対的に吸収率の高い領域で使用され、一方、音響光学信号は、吸収率が低く、且つ、散乱が大きい領域で使用され、その領域において、光音響信号は小さくなり、音響光学信号は大きくなる。この装置では、このような相補的な方法を実現することができる。

上述した通り、本発明に係る実施形態は、光を散乱媒体中の特定のポイントに制御可能に集中させることを目的として種々の光学撮像、治療又は装置に適用可能である。

本発明に係る実施形態について例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解すべきである。添付の特許請求の範囲の範囲は、全ての変形や同等の構造及び機能を含むように、最も広い意味で解釈されるべきである。

Claims

装置であって、
電磁波を放射する電磁波源を含み、前記電磁波によって媒体を照射する照射部と、
前記電磁波の波面を変調する空間光変調器と、
前記電磁波を照射することによって前記媒体の位置からの光音響信号を取得する超音波装置と、
前記取得した光音響信号に基づいて、前記波面が変調された照射電磁波が前記媒体の前記位置に集束されるように、前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする装置。
前記電磁波源とは異なる出力を有する第２の光源を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
装置であって、
電磁波を放射する電磁波源を含み、前記電磁波によって媒体を照射する照射部と、
前記電磁波の波面を変調する空間光変調器と、
前記電磁波の周波数がシフトされるように、前記媒体の位置に超音波を印加する超音波装置と、
前記周波数がシフトされた電磁波を検出する検出器と、
前記検出された電磁波に基づいて、前記波面が変調された照射電磁波が前記媒体の前記位置に集束されるように、前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする装置。
装置であって、
印加される電磁波が媒体の位置に集束されるように、前記媒体からの第１の信号を監視することによって、前記媒体に印加すべき電磁波の波面を変調する空間光変調器と、
前記波面が変調された電磁波を前記媒体に印加する印加部と、
前記媒体の前記位置からの前記第１の信号と同一の種類である第２の信号を検出する検出器と、
前記検出された第２の信号に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を備えることを特徴とする装置。
前記第１の信号及び前記第２の信号は、光音響信号であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
前記第１の信号及び前記第２の信号は、音響光学信号であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
装置であって、
印加される電磁波が媒体の位置に集束されるように、前記媒体からの光音響信号及び音響光学信号のうち少なくとも一方の信号を監視することによって、前記媒体に印加すべき電磁波の波面を変調する空間光変調器と、
前記波面が変調された電磁波を前記媒体に印加する印加部と、
前記媒体の前記位置からの前記光音響信号を検出する第１のユニットと、
前記媒体の前記位置からの前記音響光学信号を検出する第２のユニットと、
前記検出された光音響信号及び音響光学信号に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を備えることを特徴とする装置。