JP6732054B2 - 光音響画像生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部を有し、少なくとも一部が被検体に挿入可能な挿入物を備えた光音響画像生成装置に関する。

生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信および受信が可能な超音波探触子が用いられる。超音波探触子から被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。その反射超音波を超音波探触子によって受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。

たとえば特許文献１には、上述したような超音波検査を行う超音波診断装置を用いて、穿刺針を利用した焼灼治療が提案されている。特許文献１においては、磁気センサにより取得した位置情報に基づいて、穿刺針の先端位置を決定し、穿刺針の先端位置を示す指標を超音波画像に重畳して表示させることが提案されている。

特開２０１３−１８８４２８号公報 特開２０１５−２３１５８３号公報

ここで、特許文献１では、上述したように磁気センサまたはエンコーダを用いて穿刺針の先端位置を検出している。また、特許文献２では、穿刺針の内部に設けられた導光部材により導光された光が、穿刺針の先端近傍にある光音響波発生部に照射されて光音響波を発生し、その光音響波をプローブで検出して画像化することにより、光音響画像において穿刺針の位置を確認している。

本来、組織内の音速は、部分的に異なる。しかしながら、穿刺針の先端位置の指標が重畳表示される超音波画像は、組織内の音速を一定の音速として演算処理を行って生成しているため、実際の組織内の位置と超音波画像内の位置とではズレが生じる。すなわち、上述したように磁気センサなどによって検出された穿刺針の先端位置を超音波画像上に重畳表示した場合、その先端位置は正確ではない。

また、特許文献１では、穿刺針に設けられたセンシング機器と超音波画像のフレームとの時相を合わせるために同期をとる必要があり、検出した穿刺針の先端位置をリアルタイムに表示させることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑み、穿刺針などの被検体に挿入可能な挿入物の先端の超音波画像上における位置を高精度に検出することができ、これにより挿入物の先端位置と超音波画像上における計測点との距離を高精度に検出することができる光音響画像生成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による光音響画像生成装置は、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物であって、先端部分まで光を導光する導光部材と、導光部材により導光された光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部とを有する挿入物と、光音響波発生部から発せられた光音響波と被検体に対する音響波の送信によって反射された反射音響波とを検出するプローブと、光音響波に基づいて、光音響画像を生成する光音響画像生成部と、反射音響波に基づいて、反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成部と、光音響画像に基づいて、光音響画像に含まれる挿入物の先端位置を検出する先端位置検出部と、反射音響波画像上における計測点と光音響画像上において検出された挿入物の先端位置との距離を計測する計測部とを備える。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置においては、反射音響波画像上において計測点の指定を受け付ける計測点指定受付部を備えることができる。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置において、計測点指定受付部は、先端位置検出部によって挿入物の先端位置が検出されている場合のみ計測点の指定を受け付けることができる。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置においては、反射音響波画像に基づいて、特徴点を検出する特徴点検出部を備えることができ、計測部は、挿入物の先端位置と指定された計測点との間の第１の距離と、挿入物の先端位置と特徴点との間の第２の距離とを計測することができる。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置においては、反射音響波画像に基づいて、特徴点を検出する特徴点検出部を備えることができ、計測部は、特徴点を計測点として距離の計測を行うことができる。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置においては、反射音響波画像と光音響画像とを用いて、挿入物の先端位置の動きを検出する動き検出部を備えることができる。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置において、計測部は、動き検出部によって挿入物の先端位置の動きが検出された場合に、距離を再計測することができる。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置において、プローブは、光音響波と反射音響波とを交互に検出することができる。

また、本発明の一態様による光音響画像生成装置においては、計測部によって計測された距離を表示部に表示させる表示制御部を備えることができ、表示制御部は、先端位置検出部によって挿入物の先端位置が検出された後、先端位置が検出されなくなった場合には、距離を非表示とすることができる。

本発明の一態様による光音響画像生成装置によれば、挿入物の先端部分に設けられた光音響波発生部から発せられた光音響波と被検体に対する音響波の送信によって反射された反射音響波との両方をプローブによって検出し、その検出した光音響波に基づいて生成された光音響画像に基づいて、挿入物の先端位置を検出するようにしたので、超音波画像上における挿入物の先端位置を高精度に検出することができる。そして、その光音響画像上において検出した挿入物の先端位置と反射音響波画像上における計測点との間の距離を計測するようにしたので、挿入物の先端位置と計測点との間の距離を高精度に計測することができる。

本発明の光音響画像生成装置の第１の実施形態の概略構成を示すブロック図 穿刺針の先端部分の構成を示す断面図 本発明の光音響画像生成装置の第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート 超音波画像上における穿刺針の先端位置と指定された計測点の一例を示す図 本発明の光音響画像生成装置の第２の実施形態の概略構成を示すブロック図 超音波画像上における穿刺針の先端位置と特徴点の一例を示す図 本発明の光音響画像生成装置の第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート 本発明の光音響画像生成装置の第３の実施形態の概略構成を示すブロック図 本発明の光音響画像生成装置の第３の実施形態の作用を説明するためのフローチャート 超音波画像上における穿刺針の先端位置と指定された計測点と特徴点の一例を示す図 本発明の光音響画像生成装置の第１の実施形態の変形例の作用を説明するためのフローチャート 本発明の光音響画像生成装置の第１の実施形態に動き検出部を設けた変形例の概略構成を示すブロック図 図１２に示す変形例の作用を説明するためのフローチャート

以下、本発明の光音響画像生成装置の第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態の光音響画像生成装置１０は、図１に示すように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、および穿刺針１５を備えている。穿刺針１５とレーザユニット１３とは、光ファイバを有する光ケーブル１６によって接続されている。穿刺針１５は、光ケーブル１６に対して着脱可能であり、ディスポーザブルに構成される。なお、本実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象または測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。

レーザユニット１３は、たとえばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）およびアレキサンドライトなどを用いた固体レーザ光源を備えている。レーザユニット１３の固体レーザ光源から出射されたレーザ光は、光ケーブル１６によって導光され、穿刺針１５に入射される。本実施形態のレーザユニット１３は、近赤外波長域のパルスレーザ光を出射する。近赤外波長域とは、およそ７００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域を意味する。なお、本実施形態においては、固体レーザ光源を用いるようにしたが、気体レーザ光源などその他のレーザ光源を用いるようにしてもよいし、レーザ光源以外の光源を用いるようにしてもよい。

穿刺針１５は、本発明の挿入物の一実施形態であり、被検体Ｍに穿刺される針である。図２は、穿刺針１５の長さ方向に延びる中心軸を含む断面図である。穿刺針１５は、鋭角に形成された先端に開口を有し、中空状に形成された穿刺針本体１５ａと、レーザユニット１３から出射されたレーザ光を穿刺針１５の開口の近傍まで導光する光ファイバ１５ｂ（本発明の導光部材に相当する）と、光ファイバ１５ｂから出射したレーザ光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部１５ｃとを含む。

光ファイバ１５ｂおよび光音響波発生部１５ｃは、穿刺針本体１５ａの中空部１５ｄに配置される。光ファイバ１５ｂは、たとえば穿刺針１５の基端部に設けられた光コネクタを介して光ケーブル１６（図１を参照）内の光ファイバに接続される。光ファイバ１５ｂの光出射端からは、たとえば０．２ｍＪのレーザ光が出射される。

光音響波発生部１５ｃは、光ファイバ１５ｂの光出射端に設けられており、穿刺針１５の先端近傍かつ穿刺針本体１５ａの内壁に設けられる。光音響波発生部１５ｃは、光ファイバ１５ｂから出射されるレーザ光を吸収して光音響波を発生する。光音響波発生部１５ｃは、たとえば黒顔料を混合したエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂およびシリコーンゴムなどから形成されている。なお、図２では、光ファイバ１５ｂよりも光音響波発生部１５ｃの方が大きく描かれているが、これには限定されず、光音響波発生部１５ｃは、光ファイバ１５ｂの直径と同程度の大きさであってもよい。

光音響波発生部１５ｃは、上述したものに限定されず、レーザ光の波長に対して光吸収性を有する金属膜または酸化物の膜を、光音響波発生部としてもよい。たとえば光音響波発生部１５ｃとして、レーザ光の波長に対して光吸収性が高い酸化鉄や、酸化クロムおよび酸化マンガンなどの酸化物の膜を用いることができる。あるいは、光吸収性は酸化物よりも低いが生体適合性が高いＴｉ（チタン）やＰｔ（白金）などの金属膜を光音響波発生部１５ｃとして用いてもよい。また、光音響波発生部１５ｃが設けられる位置は穿刺針本体１５ａの内壁には限定されない。たとえば光音響波発生部１５ｃである金属膜または酸化物の膜を、蒸着などにより光ファイバ１５ｂの光出射端上にたとえば１００ｎｍ程度の膜厚で製膜し、酸化物の膜が光出射端を覆うようにしてもよい。この場合、光ファイバ１５ｂの光出射端から出射されたレーザ光の少なくとも一部は、光出射端を覆う金属膜または酸化物の膜で吸収され、金属膜または酸化物の膜から光音響波が生じる。

なお、穿刺針１５の先端近傍とは、その位置に光ファイバ１５ｂの先端および光音響波発生部１５ｃが配置された場合に、穿刺作業に必要な精度で穿刺針１５の先端の位置を画像化できる光音響波を発生可能な位置であることを意味する。たとえば穿刺針１５の先端から基端側へ０ｍｍ〜３ｍｍの範囲内のことを指す。以降の実施の形態においても、先端近傍とは同様の意味とする。

図１に戻り、プローブ１１は、超音波探触子であって、一次元状または二次元状に配列された複数の超音波振動素子を有している。超音波振動子は、たとえば圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。

プローブ１１は、被検体Ｍに穿刺針１５が穿刺された後に、光音響波発生部１５ｃから発せられた光音響波を検出する。また、プローブ１１は、光音響波の検出に加えて、被検体Ｍに対する超音波（音響波）の送信、およびその送信した超音波に対する反射超音波（反射音響波）を検出する。

本実施形態のプローブ１１は、光音響波と反射超音波とを交互に検出する。これにより光音響画像のフレームと超音波画像のフレームとが交互に生成される。

なお、超音波の送信と受信とは分離した位置で行ってもよい。たとえばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１によって受信してもよい。プローブ１１としては、リニア超音波探触子、コンベクス超音波探触子、またはセクター超音波探触子などを用いることができる。

超音波ユニット１２は、受信回路２０、受信メモリ２１、データ分離部２２、光音響画像生成部２３、超音波画像生成部２４、先端位置検出部２５、表示制御部２６、送信制御回路２７、制御部２８および計測点指定受付部２９を有する。超音波ユニット１２は、典型的にはプロセッサ、メモリ、およびバスなどを有する。超音波ユニット１２には、光音響画像生成処理、超音波画像生成処理、光音響画像における穿刺針１５の先端位置検出処理および後述する計測処理などに関するプログラムがメモリに組み込まれている。プロセッサによって構成される制御部２８によってそのプログラムが動作することで、データ分離部２２、光音響画像生成部２３、超音波画像生成部２４、先端位置検出部２５、表示制御部２６、計測部２８ａおよび計測点指定受付部２９の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとプロセッサにより構成されている。

なお、超音波ユニット１２のハードウェアの構成は特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Integrated Circuit）、プロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、およびメモリなどを適宜組み合わせることによって実現することができる。

受信回路２０は、プローブ１１が出力する検出信号を受信し、受信した検出信号を受信メモリ２１に格納する。受信回路２０は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、ローパスフィルタ、およびＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）を含む。プローブ１１の検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで穿刺針１５の先端の深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされた後にＡＤ変換器でデジタル信号に変換され、受信メモリ２１に格納される。受信回路２０は、例えば１つのＩＣ（Integral Circuit）で構成される。

プローブ１１は、光音響波の検出信号と反射超音波の検出信号とを出力し、受信メモリ２１には、ＡＤ変換された光音響波および反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）が格納される。

データ分離部２２は、光音響画像を生成する場合には、受信メモリ２１から光音響波の検出信号を読み出し、光音響画像生成部２３に送信する。また、データ分離部２２は、超音波画像を生成する場合には、受信メモリ２１から反射超音波の検出信号を読み出し、超音波画像生成部２４に送信する。

光音響画像生成部２３は、プローブ１１で検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成処理は、たとえば位相整合加算などの画像再構成、検波および対数変換などを含む。

超音波画像生成部２４（本発明の反射音響波画像生成部に相当する）は、プローブ１１で検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像（反射音響波画像）を生成する。超音波画像の生成処理も、位相整合加算などの画像再構成、検波および対数変換などを含む。なお、超音波画像の生成処理において用いられる音速と光音響画像の生成処理において用いられる音速とは同じである。

先端位置検出部２５は、光音響画像生成部２３によって生成された光音響画像に基づいて、穿刺針１５の先端位置を検出する。穿刺針１５の先端位置の検出方法としては、たとえば光音響画像における最大輝度点の位置を、穿刺針１５の先端位置として検出するようにすればよい。

なお、上述したように光音響画像に基づいて穿刺針１５の先端位置検出を行った場合、実際には、光のアーティファクトや音のアーティファクトが生じ、あたかも複数の位置から光音響波が検出されたかのような光音響画像が生成される場合があり、本来の穿刺針１５の先端位置を特定できない場合がある。

そこで、光音響画像生成部２３によって生成された光音響画像をそのまま用いるのではなく、平滑化処理などを施すことによって、上述したアーティファクトによる誤検出を防止するようにしてもよい。具体的には、検波および対数変換後の光音響画像に対して平滑化処理を行う。平滑化処理としては、たとえばガウシアンフィルタによるフィルタ処理を用いることができる。ガウシアンフィルタのフィルタサイズは、穿刺針１５の先端部分より小さいことが好ましい。

次いで、平滑化処理後の光音響画像に対して２値化処理を施して２値画像を生成する。そして、２値画像から、白画素が連続して分布する領域を検出することによって、穿刺針１５の先端位置を検出する。このように穿刺針１５の先端位置検出を行うことによって、より高精度に検出することができる。

本実施形態においては、先端位置検出部２５によって検出された穿刺針１５の先端位置の情報は、表示制御部２６および計測部２８ａに出力される。

表示制御部２６は、光音響画像と超音波画像とをディスプレイ装置などを備えた画像表示部３０に表示させる。また、表示制御部２６は、光音響画像に基づいて検出された穿刺針１５の先端位置を示す指標と、ユーザによって超音波画像上において指定された計測点を示す指標とを超音波画像上に表示させる。なお、超音波画像および光音響画像を重ね合わせて表示するようにしてもよい。

制御部２８は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。制御部２８は、光音響画像を取得する場合は、レーザユニット１３にトリガ信号を送信し、レーザユニット１３からパルスレーザ光を出射させる。また、レーザ光の出射に合わせて、受信回路２０にサンプリングトリガ信号を送信し、光音響波のサンプリング開始タイミングなどを制御する。受信回路２０によって受信され、デジタル信号に変換された光音響波の検出信号は、受信メモリ２１に格納される。

制御部２８は、超音波画像を取得する場合は、送信制御回路２７に対して超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送信する。送信制御回路２７は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。制御部２８は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路２０にサンプリングトリガ信号を送信し、反射超音波のサンプリングを開始させる。受信回路２０によって受信され、デジタル信号に変換された超音波の検出信号は、受信メモリ２１に格納される。

制御部２８は、計測部２８ａを備えている。計測部２８ａは、光音響画像において検出された穿刺針１５の先端位置と、超音波画像上においてユーザによって指定された計測点との間の距離を計測する計測処理を行う。

計測点指定受付部２９は、超音波画像上においてユーザによって指定された計測点の位置情報を取得する。具体的には、ユーザは、画像表示部３０に表示された超音波画像上において、入力部４０を用いて計測点を指定する。入力部４０から入力された計測点の位置情報が計測点指定受付部２９によって取得され、計測部２８ａに出力される。なお、入力部４０は、マウスまたはキーボードなどを備える。

計測部２８ａは、計測点指定受付部２９によって取得された計測点の位置情報と、先端位置検出部２５から出力された穿刺針１５の先端位置の情報とが入力され、これらの位置情報に基づいて、計測点と穿刺針１５の先端位置との間の距離を計測する。

本実施形態においては、上述したように光音響波と反射超音波とを共通のプローブ１１を用いて検出するので、光音響画像と超音波画像の座標軸を共通の座標軸とすることができる。そして、先端位置検出部２５において、光音響画像を用いて穿刺針１５の先端位置を検出するようにしたので、穿刺針１５の先端の超音波画像上における位置を高精度に検出することができる。これにより穿刺針１５の先端位置と超音波画像上の計測点との間の距離を高精度に計測することができる。

また、本実施形態においては、上述したようにプローブ１１によって光音響波と反射超音波とを交互に検出し、光音響画像のフレームと超音波画像のフレームとを交互に生成する。このため、超音波画像のフレームの直前のフレームの光音響画像を用いて穿刺針１５の先端位置を検出するようにすれば、穿刺針１５の先端の超音波画像上における位置をリアルタイムに、より高精度に検出することができる。

次に、本実施形態の光音響画像生成装置１０の作用について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、穿刺針１５の先端から発せられた光音響波と被検体Ｍ内において反射された反射超音波波とが共通のプローブ１１によって検出される（Ｓ１０）。そして、光音響波の検出信号に基づく光音響画像と反射超音波の検出信号に基づく超音波画像とが生成され、表示制御部２６によって画像表示部３０に表示される（Ｓ１２）。

そして、先端位置検出部２５によって光音響画像内における穿刺針１５の先端位置の検出処理が行われ、穿刺針１５の先端位置が検出された場合には（Ｓ１４，ＹＥＳ）、その先端位置を表す指標が表示される（Ｓ１６）。具体的には、図４に示すような穿刺針１５の先端位置Ｐ１を表す×印が、超音波画像上に表示される。

次いで、上述したように穿刺針１５の先端位置が検出された場合には、計測点指定受付部２９が、計測点の指定の受け付けを開始する（Ｓ１８）。具体的には、ユーザが、入力部４０を用いて超音波画像上の点を指定した場合には、計測点指定受付部２９は、その指定した点を計測点として認識し、その計測点の位置情報を取得する。なお、計測点指定受付部２９は、光音響画像上において穿刺針１５の先端が検出されていない場合には（Ｓ１４，ＮＯ）、ユーザによる計測点の指定を受け付けない。具体的には、ユーザが、入力部４０を用いて超音波画像上の点を指定したとしても、穿刺針１５の先端が検出されていない場合には、計測点指定受付部２９は、その点を計測点として認識しない。逆に言えば、計測点指定受付部２９は、光音響画像上において穿刺針１５の先端が検出されている場合のみ計測点の指定を受け付ける。これにより無駄に計測点が指定されるのを防止することができる。

そして、計測点指定受付部２９によって受け付けられた計測点の位置情報は、表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、図４に示すような計測点Ｐ２を表す×印を超音波画像上に表示させる。

そして、穿刺針１５の先端位置Ｐ１の情報とユーザにより指定された計測点Ｐ２の位置情報とが計測部２８ａによって取得され、計測部２８ａは、穿刺針１５の先端位置Ｐ１と計測点Ｐ２との間の距離Ｄ（図４参照）を計測する（Ｓ２０）。

計測部２８ａによって計測された距離Ｄは、表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、計測された距離Ｄを画像表示部３０にテキスト表示させる（Ｓ２２）。

次に、本発明の光音響画像生成装置１０の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態の光音響画像生成装置１０の概略構成を示すブロック図である。第１の実施形態の光音響画像生成装置１０においては、ユーザが計測点を指定するようにしたが、第２の実施形態の光音響画像生成装置１０は、計測点を自動的に検出する。これによりユーザが計測点を指定する手間を省くことができ、またより適切な計測点を特定することができる。

第２の実施形態の光音響画像生成装置１０は、図５に示すように、第１の実施形態の計測点指定受付部２９の代わりに、特徴点検出部３１を備えている。その他の構成は、第１の実施形態の光音響画像生成装置１０と同様である。

本実施形態の特徴点検出部３１は、超音波画像上に含まれる病変部上の点を特徴点として検出する。病変部としては、たとえば腫瘤および嚢胞などがある。図６は、特徴点検出部３１によって検出された病変部を点線の円で示している。そして、特徴点検出部３１は、たとえば病変部を示す円上の点のうち、穿刺針１５の先端位置Ｐ１と最短距離の点を計測点Ｐ３として検出する。なお、特徴点としては、病変部上の点に限らず、所定の血管および神経束など解剖学的な特徴点を検出するようにしてもよい。

そして、第２の実施形態の光音響画像生成装置１０における計測部２８ａは、上述したように特徴点検出部３１によって検出された計測点Ｐ３と、穿刺針１５の先端位置Ｐ１との間の距離Ｄを計測する。

次に、第２の実施形態の光音響画像生成装置１０の作用について、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、第１の実施形態と同様に、穿刺針１５の先端から発せられた光音響波と被検体Ｍ内において反射された反射超音波波とがプローブ１１によって検出される（Ｓ３０）。そして、光音響波の検出信号に基づく光音響画像と反射超音波の検出信号に基づく超音波画像とが生成され、表示制御部２６によって画像表示部３０に表示される（Ｓ３２）。

そして、先端位置検出部２５によって光音響画像内における穿刺針１５の先端位置の検出処理が行われ（Ｓ３４）、その先端位置を表す指標が表示される（Ｓ３６）。具体的には、図６に示すような穿刺針１５の先端位置Ｐ１を表す×印が、超音波画像上に表示される。

次いで、超音波画像に含まれる病変部が特徴点検出部３１によって検出され、その病変部上の１点が特徴点として検出される（Ｓ３８）。そして、特徴点の位置情報が表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、図６に示すような計測点（特徴点）Ｐ３を表す×印を超音波画像上に表示させる（Ｓ４０）。

そして、穿刺針１５の先端位置Ｐ１の情報と計測点Ｐ３の位置情報とが計測部２８ａによって取得され、計測部２８ａは、穿刺針１５の先端位置Ｐ１と計測点Ｐ３との間の距離Ｄ（図６参照）を計測する（Ｓ４２）。

計測部２８ａによって計測された距離Ｄは表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、計測された距離Ｄを画像表示部３０にテキスト表示させる（Ｓ４４）。

次に、本発明の光音響画像生成装置１０の第３の実施形態について説明する。図８は、第３の実施形態の光音響画像生成装置１０の概略構成を示すブロック図である。第３の実施形態の光音響画像生成装置１０は、実質的に、第１の実施形態の光音響画像生成装置１０の構成と第２の実施形態の光音響画像生成装置１０の構成とを合わせた構成である。すなわち、第３の実施形態の光音響画像生成装置１０は、図８に示すように、計測点指定受付部２９と、特徴点検出部３１との両方を備えている。その他の構成は、第１および第２の実施形態の光音響画像生成装置１０と同様である。

次に、本実施形態の光音響画像生成装置１０の作用について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、第１および第２の実施形態と同様に、穿刺針１５の先端から発せられた光音響波と被検体Ｍ内において反射された反射超音波波とがプローブ１１によって検出される（Ｓ５０）。そして、光音響波の検出信号に基づく光音響画像と反射超音波の検出信号に基づく超音波画像とが生成され、表示制御部２６によって画像表示部３０に表示される（Ｓ５２）。

そして、先端位置検出部２５によって光音響画像内における穿刺針１５の先端位置の検出処理が行われ、穿刺針１５の先端位置が検出された場合には（Ｓ５４，ＹＥＳ）、その先端位置を表す指標が表示される（Ｓ５６）。具体的には、図１０に示すような穿刺針１５の先端位置Ｐ１を表す×印が、超音波画像上に表示される。

次いで、上述したように穿刺針１５の先端位置が検出された場合には、計測点指定受付部２９が、計測点の指定の受け付けを開始する（Ｓ５８）。具体的には、ユーザが、入力部４０を用いて超音波画像上の点を指定した場合には、計測点指定受付部２９は、その指定した点を計測点として認識し、その計測点の位置情報を取得する。なお、第１の実施形態と同様に、計測点指定受付部２９は、光音響画像上において穿刺針１５の先端が検出されていない場合には（Ｓ５４，ＮＯ）、ユーザによる計測点の指定を受け付けない。具体的には、ユーザが、入力部４０を用いて超音波画像上の点を指定したとしても、穿刺針１５の先端が検出されていない場合には、計測点指定受付部２９は、その点を計測点として認識しない。逆に言えば、計測点指定受付部２９は、光音響画像上において穿刺針１５の先端が検出されている場合のみ計測点の指定を受け付ける。

計測点指定受付部２９によって受け付けられた計測点の位置情報は、表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、図１０に示すような計測点Ｐ２を表す×印を超音波画像上に表示させる。

そして、穿刺針１５の先端位置Ｐ１の情報とユーザによって指定された計測点Ｐ２の位置情報とが計測部２８ａによって取得され、計測部２８ａは、穿刺針１５の先端位置Ｐ１と計測点Ｐ２との間の第１の距離Ｄ１（図１０参照）を計測する（Ｓ６０）。

計測部２８ａによって計測された第１の距離Ｄ１は表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、計測された第１の距離Ｄ１を画像表示部３０にテキスト表示させる（Ｓ６８）。

一方、Ｓ５２における超音波画像の表示の後、光音響画像に含まれる穿刺針１５の先端位置の検出処理と並行して、特徴点検出部３１による特徴点の検出が行われる（Ｓ６２）。具体的には、特徴点検出部３１によって超音波画像に含まれる病変部が検出され、その病変部上の１点が特徴点として検出される。そして、特徴点の位置情報が表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、図１０に示すような計測点（特徴点）Ｐ３を表す×印を超音波画像上に表示させる（Ｓ６４）。

そして、穿刺針１５の先端位置Ｐ１の情報と計測点Ｐ３の位置情報とが計測部２８ａによって取得され、計測部２８ａは、穿刺針１５の先端位置Ｐ１と計測点Ｐ３との間の第２の距離Ｄ２（図１０参照）を計測する（Ｓ６６）。

計測部２８ａによって計測された第２の距離Ｄ２は表示制御部２６に出力され、表示制御部２６は、計測された第２の距離Ｄ２を画像表示部３０にテキスト表示させる（Ｓ６８）。なお、光音響画像において穿刺針１５の先端位置が検出されない場合には、第２の距離Ｄ２のみが画像表示部３０にテキスト表示される。

ここで、上記第１〜３の実施形態の光音響画像生成装置１０のように、光音響画像を用いて穿刺針１５の先端位置を検出し、その先端位置と計測点との間の距離を計測する場合において、いわゆる交差法によって光音響画像を取得する場合、プローブ１１の直下に穿刺針１５の先端が存在する場合には、光音響画像上に現れる穿刺針１５の先端位置と計測点との位置関係は実際の位置関係と一致する。このため、計測部２８ａによって計測された距離は正しい値である。穿刺針１５の先端が、プローブ１１の直下を通り過ぎた後にまでその計測結果を継続して表示したままとした場合、その計測結果は正しい距離ではなく、誤診につながるおそれがある。なお、交差法とは、穿刺針１５の長さ方向に直交する方向に沿ってプローブ１１の圧電素子が配置されるようにして穿刺を行う方法である。平行法によって取得された光音響画像には、穿刺針１５の画像が線状に現れるが、交差法によって取得された光音響画像には、穿刺針１５の画像が点状に現れる。

そこで、上記第１〜第３の実施形態の光音響画像生成装置１０において、穿刺針１５の先端が、プローブ１１の直下を通り過ぎた後は、計測結果を非表示としてもよい。

図１１は、第１の実施形態の光音響画像生成装置１０において、上述したように計測結果を非表示とする場合を説明するためのフローチャートである。

図１１に示すＳ１０〜Ｓ２２までの処理は、上記第１の実施形態の説明と同様である。そして、Ｓ２２において計測した距離が表示された後、引き続き、先端位置検出部２５によって光音響画像上における穿刺針１５の先端位置の検出を行う。光音響画像上において穿刺針１５の先端が検出されている場合には（Ｓ２４，ＹＥＳ）、計測結果の距離を継続して表示する。一方、光音響画像上において穿刺針１５の先端が検出されなくなった場合には（Ｓ２４，ＮＯ）、すなわち穿刺針１５の先端がプローブ１１の直下を通り過ぎてしまった場合には、現在表示されている計測結果の距離を非表示とする（Ｓ２６）。これにより、医師などの誤診を防止することができる。

なお、上記説明では、第２および第３の実施形態の光音響画像生成装置１０においても、同様に、光音響画像上において穿刺針１５の先端が検出されなくなった場合に、現在表示されている計測結果の距離を非表示としてもよい。

また、上記第１〜３の実施形態の光音響画像生成装置１０において、穿刺針１５の先端位置と計測点との間の距離計測は、必ずしも光音響画像および超音波画像を撮像するフレーム毎に毎回行わなくてもよい。穿刺針１５の先端位置が変化していないのにも関わらず、距離計測を行ったのでは、計測結果は同じであり、演算処理の負担が無駄となるからである。そこで、上記第１〜３の実施形態の光音響画像生成装置１０において、穿刺針１５の先端位置が被検体Ｍ内において動いたか否かを検出し、穿刺針１５の先端位置が動いた場合に、距離の再計測を行い、計測結果の表示を更新するようにしてもよい。

図１２は、第１の実施形態の光音響画像生成装置１０において、穿刺針１５の先端位置が被検体Ｍ内において動いた場合にのみ距離の再計測を行う場合の変形例を示すブロック図であり、図１３は、その作用を説明するためのフローチャートである。図１２に示すように、上述した第１の実施形態の変形例においては、穿刺針１５の先端位置の動きを検出する動き検出部３２をさらに備えている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

図１３に示すＳ１０〜Ｓ２２までの処理は、上記第１の実施形態の説明と同様である。そして、Ｓ２２において計測した距離が表示された後、引き続き、先端位置検出部２５によって光音響画像における穿刺針１５の先端位置の検出を行い、動き検出部３２は、先端位置検出部２５によって検出された先端位置が変化したか否かを確認する。そして、光音響画像上において、穿刺針１５の先端位置が変化しない場合には（Ｓ７０，ＮＯ）、距離の再計測を行わず、測定結果を更新しない（Ｓ７８）。

一方、光音響画像上において、穿刺針１５の先端位置が変化した場合には（Ｓ７０，ＹＥＳ）、動き検出部３２は、その光音響画像の直後のフレームで撮像された超音波画像に変化があるか否かを確認する（Ｓ７２）。なお、このように光音響画像において穿刺針１５の先端位置が変化した場合において、さらに超音波画像の変化を確認するのは、穿刺針１５ではなく、プローブ１１が被検体Ｍに対して動いた場合にも光音響画像における穿刺針１５の先端位置が動くからである。そして、プローブ１１が被検体に対して動いた場合には、光音響画像だけでなく、超音波画像内の画像情報にも変化が生じるので、超音波画像内の画像情報の変化を確認することによって、被検体Ｍに対して穿刺針１５の先端位置が動いたのか、プローブ１１が動いたのかを識別することができる。

Ｓ７２において、超音波画像内の画像情報の変化が確認された場合には（Ｓ７２，ＹＥＳ）、穿刺針１５の先端位置ではなく、プローブ１１が被検体Ｍに対して動いたと判断して、距離の再計測は行わず、測定結果を更新しない（Ｓ７８）。一方、Ｓ７２において、超音波画像内の画像情報の変化が確認されなかった場合には（Ｓ７２，ＮＯ）、プローブ１１ではなく、穿刺針１５の先端位置が動いたと判断し、移動後の穿刺針１５の先端位置と計測点との間の距離を再計測する（Ｓ７４）。そして、現在表示されている計測結果を再計測結果に更新して表示させる（Ｓ７６）。

なお、上記説明では、第１の実施形態の光音響画像生成装置１０に対して動き検出部３２を設けるようにしたが、第２および第３の実施形態の光音響画像生成装置１０に対して動き検出部３２を設け、同様の処理を行うようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、挿入物の一実施形態として穿刺針１５を用いるようにしたが、これには限定されない。挿入物は、内部にラジオ波焼灼術に用いられる電極を収容するラジオ波焼灼用針であってもよいし、血管内に挿入されるカテーテルであってもよいし、血管内に挿入されるカテーテルのガイドワイヤであってもよい。あるいは、レーザ治療用の光ファイバであってもよい。

また、本発明の挿入物は、注射針のような針には限定されず、生体検査に用いられる生検針であってもよい。すなわち、生体の検査対象物に穿刺して検査対象物中の生検部位の組織を採取可能な生検針であってもよい。その場合には、生検部位の組織を吸引して採取するための採取部（吸入口）において光音響波を発生させればよい。また、針は、皮下および腹くう内臓器など、深部までの穿刺を目的とするガイディングニードルとして使用されてもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の挿入物および光音響計測装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

１０ 光音響画像生成装置
１１ プローブ
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１５ 穿刺針
１５ａ 穿刺針本体
１５ｂ 光ファイバ
１５ｃ 光音響波発生部
１５ｄ 中空部
１６ 光ケーブル
２０ 受信回路
２１ 受信メモリ
２２ データ分離部
２３ 光音響画像生成部
２４ 超音波画像生成部
２５ 先端位置検出部
２６ 表示制御部
２７ 送信制御回路
２８ 制御部
２８ａ 計測部
２９ 計測点指定受付部
３０ 画像表示部
３１ 特徴点検出部
３２ 動き検出部
４０ 入力部
Ｍ 被検体
Ｐ１ 穿刺針の先端位置
Ｐ２，Ｐ３ 計測点

Claims (6)

1. 少なくとも先端部分が被検体内に挿入可能な挿入物であって、前記先端部分まで光を導光する導光部材と、前記導光部材により導光された光を吸収して光音響波を発生する光音響波発生部とを有する挿入物と、
   前記光音響波発生部から発せられた光音響波と前記被検体に対する音響波の送信によって反射された反射音響波とを検出するプローブと、
   前記光音響波に基づいて、光音響画像を生成する光音響画像生成部と、
   前記反射音響波に基づいて、反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成部と、
   前記光音響画像に基づいて、前記光音響画像に含まれる前記挿入物の先端位置を検出する先端位置検出部と、
   前記反射音響波画像上における計測点と前記光音響画像上において検出された前記挿入物の先端位置との距離を計測する計測部と、
   前記反射音響波画像上において前記計測点の指定を受け付ける計測点指定受付部を備え、
   前記計測点指定受付部が、前記先端位置検出部によって前記挿入物の先端位置が検出されている場合のみ前記計測点の指定を受け付ける光音響画像生成装置。
2. 前記反射音響波画像に基づいて、特徴点を検出する特徴点検出部を備え、
   前記計測部が、前記挿入物の先端位置と前記指定された計測点との間の第１の距離と、前記挿入物の先端位置と前記特徴点との間の第２の距離とを計測する請求項１記載の光音響画像生成装置。
3. 前記反射音響波画像と前記光音響画像とを用いて、前記挿入物の先端位置の動きを検出する動き検出部を備えた請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
4. 前記計測部が、前記動き検出部によって前記挿入物の先端位置の動きが検出された場合に、前記距離を再計測する請求項３記載の光音響画像生成装置。
5. 前記プローブが、前記光音響波と前記反射音響波とを交互に検出する請求項１から４いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
6. 前記計測部によって計測された距離を表示部に表示させる表示制御部を備え、
   前記表示制御部が、前記先端位置検出部によって前記挿入物の先端位置が検出された後、前記先端位置が検出されなくなった場合には、前記距離を非表示とする請求項１から５いずれか１項記載の光音響画像生成装置。