JP6443851B2 - 被検体情報取得装置、被検体情報取得方法およびプログラム - Google Patents
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Description
μa(r)=P0(r)/{Г・Φ(r)} …(1)
光源と、
前記光源が出射した光を伝送して被検体に出射する光伝送部と、
前記光伝送部を走査する走査部と、
前記光源からの光を分岐する光分岐部と、
前記光伝送部の入射側に配置され、かつ、前記光分岐部で分岐された光の光量を測定する第一の光測定部と、
第二の光測定部と、
前記第一の光測定部が測定する光量と前記第二の光測定部が測定する光量との関係を示す換算情報を取得する取得部と、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する探触子と、
前記電気信号に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記走査部は、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査モードと、前記第二の光測定部が前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査モードとを実行可能とし、
前記取得部は、前記第二の走査モードが実行されたときに前記第一の光測定部及び前記第二の光測定部により測定された光量に基づいて、前記換算情報を取得し、
前記処理部は、前記第一の走査モードのときに前記探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定部により測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報を取得する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち
レーザーである光源と、
前記光源が出射した光を伝送して被検体に出射する光伝送部と、
前記光伝送部を走査する走査部と、
前記光伝送部の入射側に配置され、前記光源のリアミラーを透過する光量を測定する第一の光測定部と、
第二の光測定部と、
前記第一の光測定部が測定する光量と前記第二の光測定部が測定する光量との関係を示す換算情報を取得する取得部と、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する探触子と、
前記電気信号に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記走査部は、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査モードと、前記第二の光測定部が前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査モードとを実行可能とし、
前記取得部は、前記第二の走査モードが実行されたときに前記第一の光測定部及び前記第二の光測定部により測定された光量に基づいて、前記換算情報を取得し、
前記処理部は、前記第一の走査モードのときに前記探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定部により測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報を取得する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
光源から出射されて光伝送部により被検体に伝送された光を、前記光伝送部の入射側で分岐して測定する第一の光測定ステップと、
前記光伝送部から出射される光を測定する第二の光測定ステップと、
前記光伝送部を走査する走査ステップと、
前記第一の光測定ステップで測定される光量と前記第二の光測定ステップで測定される光量との関係を示す換算情報を取得する取得ステップと、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する変換ステップと、
前記電気信号に基いて前記被検体内の特性情報を取得する処理ステップと、
を有し、
前記走査ステップは、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査サブステップと、前記第二の光測定ステップにおいて前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査サブステップとを含み、
前記取得ステップでは、前記第二の走査サブステップが実行されたときに前記第一の光測定ステップ及び前記第二の光測定ステップにおいて測定された光量に基づいて、前記換算情報が取得され、
前記処理ステップでは、前記第一の走査サブステップが実行されたときに探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定ステップにおいて測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報が取得される
ことを特徴とする被検体情報取得方法である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
光源から出射されて光伝送部により被検体に伝送された光を、前記光伝送部の入射側で分岐して測定する第一の光測定ステップと、
前記光伝送部から出射される光を測定する第二の光測定ステップと、
前記光伝送部を走査する走査ステップと、
前記第一の光測定ステップで測定される光量と前記第二の光測定ステップで測定される光量との関係を示す換算情報を取得する取得ステップと、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する変換ステップと、
前記電気信号に基いて前記被検体内の特性情報を取得する処理ステップと、
を情報処理装置に実行させるプログラムであって、
前記走査ステップは、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査サブステップと、前記第二の光測定ステップにおいて前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査サブステップとを含み、
前記取得ステップでは、前記第二の走査サブステップが実行されたときに前記第一の光測定ステップ及び前記第二の光測定ステップにおいて測定された光量に基づいて、前記換算情報が取得され、
前記処理ステップでは、前記第一の走査サブステップが実行されたときに探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定ステップにおいて測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報が取得される
ことを特徴とするプログラムである。
響測定に基づき被検体内部の特性情報を画像データ等の形式で得ることから、光音響撮像装置や、光音響画像形成装置と呼べる。また、単に光音響装置と呼んでも良い。
本発明における被検体としては、生体の乳房が想定できる。ただし被検体はこれに限られず、生体の他の部位や、非生体材料の測定も可能である。
まず、本発明の各実施形態の光音響装置の基本的構成を説明する。光音響装置は、基本的なハード構成として、光源、光伝送部、第一の光測定部、第二の光測定部、算出部および格納部、被検体内で発生した光音響波を受信する探触子、探触子で受信した信号を用いて被検体内の情報を再構成する再構成部を有する。第一の光測定部は、光伝送部の入射端より光源側で光量の一部を測定する。第二の光測定部は、被検体に照射される光量を測定する。
出射光が第二の光測定部に導かれた場合、第一の光測定部での測定値と、第二の光測定部での測定値は算出部に送られる。ここで、第二の光測定部での測定値は被検体に照射される光量と等価だと見なされ、第一の光測定部での測定値から被検体への照射光量への換算係数が算出される。算出された換算係数は格納部に格納される。
被検体が生体の場合、光源からは、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される波長のパルス光が照射される。本発明においては、被検体の深部まで光が伝搬する波長を用いることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、600nm以上1100nm以下である。また効率的に光音響波を発生させるために、パルス幅は10〜100ナノ秒程度が好適である。光源としては大出力が得られるレーザーが好ましいが、レーザーの代
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。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できる。照射のタイミング、波形、強度等は光源制御部によって制御される。なお、この光源制御部は光源と一体化されていても良い。
光伝送部としては、光ファイバによる伝送や、複数のミラーまたはプリズムで構成される多関節アームによる伝送、レンズやミラー、プリズム、拡散板を用いた空間伝送、あるいはこれらを組み合わせたものが考えられる。
これらは本発明の光音響装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。光音響効果を用いた本発明の光音響装置は、血管の撮影、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する。被検体内部の光吸収体としては、使用する光の波長にもよるが、被検体内で相対的に吸収係数が高いものである。具体的には水や脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどが挙げられる。
被検体を板状や半球状(球冠状)の保持部材で保持することで、生体の微動を抑えて安定的な測定が可能になる。保持部材としては、少なくとも音響波を透過させる素材が好適であり、保持部材経由で被検体に光を照射する場合は、さらに光透過性が求められる。
探触子は、生体表面および生体内部で発生する光音響波を受信して、電気信号(アナログ信号)に変換する。探触子を構成する素子としては、圧電現象を用いた変換素子、光の共振を用いた変換素子、静電容量の変化を用いた変換素子など、音響波を受信できるものであればどのようなものでもよい。被検体や被検体の保持部の表面で反射した光や、被検体内部を散乱して被検体から出てきた光を再び被検体に戻すために、探触子の表面に金膜などの反射膜を設けていても良い。
上述したように半球状(球冠状)の保持部材によって被検体を保持する場合、探触子の各変換素子を、やはり半球状(球冠状)の支持体に配置すると、各素子の受信感度の高い角度範囲(指向軸)が揃った高感度領域を設けられる点で好ましい。このような支持体は、複数の変換素子の少なくとも一部の受信感度の高い方向と、前記少なくとも一部の変換素子とは異なる素子の受信感度の高い方向とが異なり、かつ特定の領域に向かうように、複数の変換素子を支持すると言える。
第一の光測定部は、光源から発せられたパルス光の光量の一部を測定する。第一の光測定部は、光伝送部に入射する光量の一部を測定しても良い。光源がレーザーの場合には、リアミラーを透過する光量を測定しても良い。
第二の光測定部は、被検体に照射される光量を測定する。第二の光測定部は光音響装置に常時設置されていても良く、接続部を介して着脱可能であっても良い。なお、光伝送部からの出射光の一部を第二の光測定部で測定し全体を推計する構成も考えられる。
算出部は、第一の光測定部での測定値と、第二の光測定部での測定値を用いて、第一の光測定部での測定値から被検体への照射光量への換算係数を算出する。換算係数は定数でも良いし、n次式(nは1以上の整数)でも良い。また、被検体が板等の保持部材と密着していたり水中にあったりするために、被検体への照射光量を実測することが難しい場合には、空気中で第二の光測定部で測定した値にフレネルロスを考慮して換算係数を算出しても良い。
格納部は、算出部で算出された換算係数を格納する。格納された換算係数は再構成部に送られ、被検体情報を再構成する際に用いられる。格納部としては情報を保存可能なメモリや記憶装置が利用できる。算出部や再構成部を情報処理装置で構成する場合、その装置の内部に備えられた、あるいは外部に接続された記憶装置が、格納部として好適に用いられる。
再構成部は、探触子で受信した信号から、被検体内の光学特性値分布情報に関連したデータを形成する。このようなデータの例として、被検体への光照射で発生した音響波の初期音圧分布がある。光学特性値分布の形成に関しては、例えばタイムドメインでの逆投影を用いることができる。
再構成部は、算出部とともに、プログラムに従って動作する情報処理装置によって構成できる。また、再構成部および算出部として専用の演算回路を用いても良い。再構成部は本発明の処理部に相当する。
本実施例の構成を、図1を用いて説明する。図1(a)は本実施例の構成図、図1(b)は本実施例における換算係数の算出方法を説明するための図である。
図1(a)において、符号1は光源、符号2は光、符号3は光分岐部、符号4は第一の光測定部、符号5は光伝送部、符号6は被検体、符号7は光吸収体、符号8は光音響波である。また、符号9は探触子、符号10は再構成部、符号11は第二の光測定部、符号12は算出部、符号13は格納部である。
ることと等価である。
本実施例の構成を、図2を用いて説明する。図2において、符号14は判断部である。判断部14は、格納部13に既に格納されている換算係数を、算出部12が新たに算出した換算係数で更新するかどうかを、両者を比較して判断する。本実施例では、算出部12が新たに算出した換算係数が、格納部13に既に格納されている換算係数と比較して±3%以上変動した場合に、判断部14は換算係数を更新することを判断し、格納部13に保存された換算係数を更新する。再構成部10が被検体6内の情報を再構成する際には、再構成部10は、被検体6を測定している間に第一の光測定部4で測定した光量に換算係数を乗じて、被検体6への照射光量を算出する。さらに再構成部10は、算出された照射光量と、探触子9で受信した信号とから、被検体6内の吸収係数分布を再構成する。
など、様々なタイミングが考えられる。
また、求めた換算係数の値に何らかの異常が見られる場合は、対応することが好ましい。換算係数の異常値とは、例えば、設計値から通常考えられる誤差の範囲から外れた値や、装置構成から想定できる範囲内から外れた値である。また、メモリ内に以前に測定された換算係数が保存されているとき、その既存の換算係数に対する新たに測定した換算係数の変動量が所定の閾値以上だった場合も、異常値が発生した場合に含まれる。換算係数の異常値が発生した場合、光伝送部などの構成物の劣化や故障が疑われる。そこで、その旨をユーザに提示する提示手段を設けることも好ましい。提示手段として例えば、装置と一体化したコンソール、装置外部の液晶ディスプレイ等の表示装置、アラーム等の音声出力手段が使用できる。
本実施例の構成を、図3を用いて説明する。図3(a)は被検体6を測定するときの図、図3(b)は光伝送部5から出射する光量を測定するときの図である。図3(a)、(b)において、符号15は接続部であり、図3(b)において符号11aは第二の光測定部である。
本実施例を適用する一場面として、メーカー等の整備担当者が装置の定期点検をするときが考えられる。整備担当者は、持参した第二の光測定部を使って光伝送部の劣化判定を行い、劣化していれば交換する。
本実施例の構成を、図4を用いて説明する。図4において、符号16は走査制御部である。走査制御部16はステージ機構を備えており、光伝送部5の出射端と探触子9を一体に走査する。走査制御部16により、光伝送部5の出射端と探触子9は、被検体6を測定するときは第一の走査モードにより被検体6の前に移動し、被検体への照射光量を測定するときは第二の走査モードにより第二の光測定部11の前に移動する。
本実施例の構成を、図5を用いて説明する。図5において、符号17は光源1の共振器のリアミラーである。リアミラーを透過した光量は、第一の光測定部4aで測定される。第一の光測定部4aでの測定値は算出部12に送られ、算出部12は、第一の光測定部4aでの測定値と第二の光測定部11での測定値とから換算係数を算出する。算出された換算係数は格納部13に格納される。再構成部10は、探触子9で受信した信号と、被検体6を測定している間の第一の光測定部4aでの測定値と、格納部13に格納された換算係数とから、被検体6内の吸収係数分布を再構成する。
上記各実施例では、装置が第二の光測定部を常に備えているか、装置が第二の光測定部を使用時に取り付ける構成について説明した。そして、第二の光測定部による測定結果に基づいて光伝送部から出射された光量が測定されていた。しかし、第二の光測定部を設けずとも、記憶装置に換算係数(関係式)を格納部に格納しておけば、第一の光測定部の測定光量と換算係数および電気信号に基づいて、被検体内部の特性情報を取得できる。この場合、換算係数の更新は、実施例3のように着脱可能な第二の光測定部を用いて行えば良い。
Claims (11)
- 光源と、
前記光源が出射した光を伝送して被検体に出射する光伝送部と、
前記光伝送部を走査する走査部と、
前記光源からの光を分岐する光分岐部と、
前記光伝送部の入射側に配置され、かつ、前記光分岐部で分岐された光の光量を測定する第一の光測定部と、
第二の光測定部と、
前記第一の光測定部が測定する光量と前記第二の光測定部が測定する光量との関係を示す換算情報を取得する取得部と、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する探触子と、
前記電気信号に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記走査部は、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査モードと、前記第二の光測定部が前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査モードとを実行可能とし、
前記取得部は、前記第二の走査モードが実行されたときに前記第一の光測定部及び前記第二の光測定部により測定された光量に基づいて、前記換算情報を取得し、
前記処理部は、前記第一の走査モードのときに前記探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定部により測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報を取得する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - レーザーである光源と、
前記光源が出射した光を伝送して被検体に出射する光伝送部と、
前記光伝送部を走査する走査部と、
前記光伝送部の入射側に配置され、前記光源のリアミラーを透過する光量を測定する第一の光測定部と、
第二の光測定部と、
前記第一の光測定部が測定する光量と前記第二の光測定部が測定する光量との関係を示す換算情報を取得する取得部と、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する探触子と、
前記電気信号に基づいて前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記走査部は、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査モードと、前記第二の光測定部が前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査モードとを実行可能とし、
前記取得部は、前記第二の走査モードが実行されたときに前記第一の光測定部及び前記第二の光測定部により測定された光量に基づいて、前記換算情報を取得し、
前記処理部は、前記第一の走査モードのときに前記探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定部により測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報を取得する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記換算情報としての換算係数を格納する格納部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。 - 前記換算係数が所定の範囲に含まれるかどうかを判断する判断部をさらに有する
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。 - 前記格納部に格納された前記換算係数と前記取得部により新たに取得された換算係数とを比較し、変動が所定の範囲に含まれる場合に前記換算係数を更新する判断部をさらに有する
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。 - 前記判断部は、前記換算係数が前記所定の範囲に含まれないと判断した場合、その旨を提示手段に提示させる
ことを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。 - 前記判断部は、前記変動が前記所定の範囲に含まれないと判断した場合、その旨を提示手段に提示させる
ことを特徴とする請求項5に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第二の光測定部と前記取得部とを接続する接続部をさらに有し、
前記取得部は、前記接続部を介して前記第二の光測定部により測定された光量を取得する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記処理部は、
前記第一の走査モードのときに前記第一の光測定部により測定された光量、及び、前記換算情報に基づいて、前記第一の走査モードのときに前記光伝送部から出射された光の光量情報を取得し、
前記第一の走査モードのときに前記探触子により変換された前記電気信号、及び、前記第一の走査モードのときに前記光伝送部から出射された光の光量情報に基づいて、前記特性情報を取得する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 光源から出射されて光伝送部により被検体に伝送された光を、前記光伝送部の入射側で
分岐して測定する第一の光測定ステップと、
前記光伝送部から出射される光を測定する第二の光測定ステップと、
前記光伝送部を走査する走査ステップと、
前記第一の光測定ステップで測定される光量と前記第二の光測定ステップで測定される光量との関係を示す換算情報を取得する取得ステップと、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する変換ステップと、
前記電気信号に基いて前記被検体内の特性情報を取得する処理ステップと、
を有し、
前記走査ステップは、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査サブステップと、前記第二の光測定ステップにおいて前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査サブステップとを含み、
前記取得ステップでは、前記第二の走査サブステップが実行されたときに前記第一の光測定ステップ及び前記第二の光測定ステップにおいて測定された光量に基づいて、前記換算情報が取得され、
前記処理ステップでは、前記第一の走査サブステップが実行されたときに探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定ステップにおいて測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報が取得される
ことを特徴とする被検体情報取得方法。 - 光源から出射されて光伝送部により被検体に伝送された光を、前記光伝送部の入射側で分岐して測定する第一の光測定ステップと、
前記光伝送部から出射される光を測定する第二の光測定ステップと、
前記光伝送部を走査する走査ステップと、
前記第一の光測定ステップで測定される光量と前記第二の光測定ステップで測定される光量との関係を示す換算情報を取得する取得ステップと、
前記光伝送部が出射した光によって前記被検体から発生する音響波を受信して電気信号に変換する変換ステップと、
前記電気信号に基いて前記被検体内の特性情報を取得する処理ステップと、
を情報処理装置に実行させるプログラムであって、
前記走査ステップは、前記光伝送部から出射される光が前記被検体に照射されるように前記光伝送部を走査する第一の走査サブステップと、前記第二の光測定ステップにおいて前記光伝送部から出射される光を測定できるように前記光伝送部を走査する第二の走査サブステップとを含み、
前記取得ステップでは、前記第二の走査サブステップが実行されたときに前記第一の光測定ステップ及び前記第二の光測定ステップにおいて測定された光量に基づいて、前記換算情報が取得され、
前記処理ステップでは、前記第一の走査サブステップが実行されたときに探触子により変換された前記電気信号および前記第一の光測定ステップにおいて測定された光量、ならびに、前記換算情報に基づいて、前記特性情報が取得される
ことを特徴とするプログラム。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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