JPWO2016147706A1 - 光音響計測装置及びプローブ - Google Patents

Abstract

光音響計測装置及びプローブにおいて、光音響計測の繰り返し周期が長くなることなく、被検体の表面部分で発生した光音響波によるアーチファクトを低減する。測定光出射部１２は、測定光を被検体に向けて出射する。音響波検出器１１は、測定光に起因して被検体内で発生した光音響波を検出する。補正用光源１３は、補正用光を被検体に向けて出射する。光強度検出器１４は、被検体に向けて出射された補正用光が被検体で反射することにより生じた反射光を検出する。プローブ１０では、補正用光源１３及び光強度検出器１４が測定光出射部１２と音響波検出器１１との間に配置されている。

Description

本発明は、光音響計測装置に関し、更に詳しくは、被検体への光出射後に被検体内で生じた光音響波を検出する光音響計測装置に関する。また、本発明は、そのような光音響計測装置に用いられるプローブに関する。

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、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子が用いられる。超音波探触子から生体（被検体）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。超音波探触子でその反射音波を受信し、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により、内部の様子を画像化することができる。

また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を被検体である生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響波）が発生する。この光音響波を超音波プローブなどで検出し、その検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。

光音響計測は、主に、被検体の表面にプローブを押し当てた状態で計測が実施される。プローブから測定光の照射を行う場合、測定光が入射する被検体の表面部分で強い光音響波が発生することが多い。この光音響波の主な発生源は皮膚表面のメラニンである。被検体の表面部分で発生した光音響波が、表面付近を伝ってくることや多重反射することにより、被検体内部の関心領域で生じた光音響波信号と一緒にプローブで検出され、アーチファクト（虚像）の発生原因となる。

上記問題に対し、特許文献１では、波長が相互に異なる第１の光と第２の光とを被検体に照射し、それぞれに対して光音響波の検出を行う。第１の光の波長及び第２の光の波長は、第１の光の照射による検体内部にある光吸収体に対応する検出信号の強度と、被検体表面部に対応する検出信号の強度との比が、第２の光の照射による被検体内部にある光吸収体に対応する検出信号の強度と、被検体表面部に対応する検出信号の強度との比よりも小さくなるように選択される。第１の光が照射されることにより得られる光音響画像と、第２の光が照射されることにより得られる光音響画像との差を算出することにより、被検体表面部などで発生した不要な信号を低減し、アーチファクトの少ない画像を得ることができる。

特開２０１３−５５９８８号公報

しかしながら、特許文献１では、アーチファクト低減のために、必ず２つの波長の測定光を照射し、光音響波の検出を２回行わなければならない。すなわち、１枚の光音響画像を得るためには、２つの測定光の照射が必要なため、１つの測定光の照射で１枚の光音響画像を得る場合に比べて、繰り返し光音響画像を生成する場合の繰り返し周期が長くなる問題がある。また、通常、光音響計測に用いられる測定光には高いエネルギーが必要であり、そのような測定光を出射する光源を、２波長分用意しなければならないため、コストが高くなるという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑み、単一の測定光を用いた場合でも、被検体の表面部分で発生した光音響波によるアーチファクトを低減できる光音響計測装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような光音響計測装置で用いられるプローブを提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、測定光を被検体に向けて出射する測定光出射部と、測定光に起因して被検体内で発生した光音響波を検出する音響波検出器と、補正用光を被検体に向けて出射する補正用光源と、被検体に向けて出射された補正用光が被検体で反射することにより生じた反射光を検出する光強度検出器とを備え、補正用光源及び光強度検出器が測定光出射部と音響波検出器との間に配置されているプローブを提供する。

本発明では、測定光出射部は測定光が出射する面である光出射面を含み、かつ、音響波検出器は光音響波が入射する面である音響波検出面を含み、補正用光源及び光強度検出器は光出射面及び音響波検出面と同じ面内に配置されていることが好ましい。

音響波検出器は一の方向に沿って配列された複数の検出器素子を含んでいてもよい。

本発明のプローブでは、測定光出射部が複数設けられ、それら複数の測定光出射部が検出器素子の配列方向と直交する方向に音響波検出部を挟んで互いに対向していてもよい。その場合、補正用光源及び光強度検出器は、測定光出射部と音響波検出器との間のそれぞれに配置されることが好ましい。

補正用光源は、検出器素子の配列方向に沿って配列された、第１の波長の第１の補正用光を出射する第１の補正用光源と、第１の波長とは異なる第２の波長の第２の補正用光を出射する第２の補正用光源とを含む構成であってよい。

上記において、補正用光源は、第１の補正用光源と第２の補正用光源とをそれぞれ複数有していてもよい。それら複数の第１の補正用光源及び第２の補正用光源は、検出器素子の配列方向に沿って交互に並べられていてもよい。

光強度検出器は、検出器素子の配列方向に沿って配列された、第１の波長の補正用光を選択的に検出する第１の光強度検出器と、第２の波長の補正用光を選択的に検出する第２の光強度検出器とを含む構成であってよい。

第１の光強度検出器は、第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を透過しない第１の光学フィルタを含んでいてもよい。第２の光強度検出器は、第２の波長の光を透過し第１の波長の光を透過しない第２の光学フィルタを含んでいてもよい。

光強度検出器は、第１の光強度検出器と第２の光強度検出器とをそれぞれ複数有していてもよい。それら複数の第１の光強度検出器及び第２の光強度検出器は、検出器素子の配列方向に沿って交互に並べられていてもよい。

測定光の波長と補正用光の波長とが相互に異なっていてもよい。その場合、光強度検出器は、被検体に向けて出射された測定光が被検体で反射することにより生じた反射光を更に検出することとしてもよい。

補正用光源は発光ダイオードを含む構成であってもよい。

本発明は、また、上記本発明のプローブと、測定光を出射する光源と、音響波検出器が検出した光音響波の検出信号に基づいて信号処理を行う信号処理部、光強度検出器が検出した反射光の検出信号に基づいてメラニン量を推定するメラニン量推定部、及び信号処理部における信号処理を補正する補正部を有する信号処理装置とを備えた光音響計測装置を提供する。

本発明の光音響計測装置において、信号処理部は、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成することが好ましい。

プローブが第１の補正用光源と第２の補正用光源とを有する構成であるとき、メラニン量推定部は、光強度検出器で検出された第１の補正用光の反射光の検出信号と、第２の補正用光の反射光の検出信号とに基づいて、メラニン量の推定を行ってもよい。

あるいは、プローブが、光強度検出器が測定光の反射光を更に検出する構成であるとき、メラニン量推定部は、光強度検出器で検出された補正用光の反射光の検出信号と、測定光の反射光の検出信号とに基づいて、メラニン量の推定を行ってもよい。

本発明の光音響計測装置及びプローブは、単一の測定光でも光音響波を測定でき、かつ被検体の表面部分で発生した光音響波によるアーチファクトを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るプローブを含む光音響計測装置の概略を示すブロック図。 プローブを示す平面図。 信号処理装置を示すブロック図。 光音響計測の動作手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係るプローブを示す平面図。 本発明の第３実施形態に係るプローブを示す平面図。 第３実施形態における光音響計測の動作手順を示すフローチャート。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るプローブを含む光音響計測装置の概略構成を示す。光音響計測装置は、プローブ１０、超音波ユニット（信号処理装置）２０、及び光源３０を備える。

光源３０は、測定光を出射する。光源３０から出射した測定光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１０まで導光される。光源３０は、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）やアレキサンドライトなどを用いた固体レーザ光源である。測定光の波長は、計測対象に応じて適宜選択される。例えば、血液での吸収が筋肉脂肪など周辺組織に比べて強い波長が選択される。以下では、主に波長７５５ｎｍの光を測定光として用いた例を説明する。光源のタイプは特に限定されず、光源３０が、レーザダイオード光源（半導体レーザ光源）であってもよいし、或いはレーザダイオード光源を種光源とする光増幅型レーザ光源であってもよい。レーザ光源以外の光源を用いてもよい。

プローブ１０は、音響波検出器１１、測定光出射部１２、補正用光源１３、及び光強度検出器１４を有する。測定光出射部１２は、光源３０から出射された測定光を被検体に向けて出射する。音響波検出器１１は、音響波を検出し、検出した音響波を電気信号に変換する電気音響変換部である。音響波検出器１１は、測定光に起因して被検体内で発生した光音響波を検出する。音響波検出器１１は、例えば一の方向に沿って配列された複数の検出器素子を含む。音響波検出器１１が検出した音響波の検出信号は、信号処理装置２０に送信される。信号処理装置２０は、信号処理を行う装置であり、典型的にはプロセッサ、メモリ、及びバスなどを有する装置である。

補正用光源１３は、補正用光を被検体に向けて出射する。補正用光源１３は、例えば発光ダイオードを含む。補正用光源１３が出射する補正用光のエネルギーは、光源３０が出射する測定光のエネルギーよりも低くてよい。補正用光源１３の点灯は、例えば信号処理装置２０によって制御される。

光強度検出器１４は、補正用光源１３から被検体に向けて出射された補正用光が被検体で反射することにより生じた反射光を検出する。光強度検出器１４は、例えばフォトダイオードを含む。光強度検出器１４が検出した反射光の検出信号は信号処理装置２０に送信される。光強度検出器１４は、入射光に応じた電気信号を出力可能なものであれば、その構成は特に限定されない。

補正用光源１３及び光強度検出器１４は、音響波検出器１１と測定光出射部１２との間のそれぞれに配置される。プローブ１０は、補正用光源１３及び光強度検出器１４を複数有していてもよい。複数の補正用光源１３及び光強度検出器１４は、それぞれ、音響波検出器１１における検出器素子の配列方向に沿って並べられていてもよい。

プローブ１０は、複数の測定光出射部１２を有していてもよい。プローブ１０は、例えば２つの測定光出射部１２を有する。複数の測定光出射部１２は、音響波検出器１１における検出器素子の配列方向と直交する方向に、音響波検出器１１を挟んで互いに対向するように配置されてもよい。その場合、補正用光源１３及び光強度検出器１４は、音響波検出器１１と測定光出射部１２との間のそれぞれに配置されていてもよい。

図２は、プローブ１０を被検体に接触する側から見た平面図である。プローブ１０のタイプは特に限定されず、リニアプローブであってもよいし、コンベクスプローブ、又はセクタープローブでもよい。プローブ本体を構成する筐体（カバー）の中央部に音響波検出器１１が配置される。音響波検出器１１の長手方向は、検出器素子の配列方向に一致する。図２では、２つの測定光出射部１２が、音響波検出器１１の長手方向に直交する方向に、音響波検出器１１を挟んで対向するように配置されている。また、プローブ１０は、複数の光強度検出器１４を有している。複数の光強度検出器１４は、音響波検出器１１の長手方向に沿って一列に配列されている。

補正用光源１３は、相互に異なる複数の波長の補正用光を出射する複数の光源を含むことが好ましい。図２においては、補正用光源１３は、第１の波長の第１の補正用光を出射する第１の補正用光源１３ａと、第２の波長の第２の補正用光を出射する第２の補正用光源１３ｂとを含む。第１の補正用光源１３ａは、例えば赤色光である波長６６０ｎｍの光（第１の補正用光）を出射し、第２の補正用光源１３ｂは、例えば近赤外光である８８０ｎｍの光（第２の補正用光）を出射する。

第１の補正用光源１３ａと第２の補正用光源１３ｂとは、音響波検出器１１の長手方向に沿って並べられる。図２では、補正用光源１３は、第１の補正用光源１３ａと第２の補正用光源１３ｂとをそれぞれ複数有する。複数の第１の補正用光源１３ａ及び第２の補正用光源１３ｂは、音響波検出器１１の長手方向に沿って交互に配置されている。補正用光源１３の位置と光強度検出器１４の位置とは逆であってもよい。

補正用光源１３及び光強度検出器１４は、音響波検出器１１において音響波が入射する面である音響波入射面、及び測定光出射部１２において測定光が出射する面である光出射面と、同じ面内に配置されている。同じ面内に配置されているとは、被検体に押し当てたときに被検体と接触する面に、補正用光源１３と光強度検出器１４と音響波入射面と光出射面とがある事を意味する。なお、プローブ１０の被検体に接触する側は、湾曲したり、傾斜していたり、スリットを有していたり、段差を有していたりすることがあるが、そのような場合も、補正用光源１３及び光強度検出器１４が音響波検出面及び光出射面と同じ面内に存在しているとする。図２に示す各要素の配置は例示であり、各要素の個数、形状、及び要素間の位置関係はこれには限定されない。

図３は、信号処理装置２０を示す。信号処理装置２０は、受信回路２１、受信メモリ２２、信号処理部２３、メラニン量推定部２４、補正部２５、及び光源制御部２６を有する。

受信回路２１は、プローブ１０の音響波検出器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２２に格納する。受信回路２１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、及びＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）を含む。音響波検出器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格納され、受信メモリ２２に格納される。受信回路２１は、例えば１つのＩＣ（Integrated Circuit）で構成される。受信メモリ２２には、例えば半導体記憶装置が用いられる。

音響波検出器１１は、光音響波の検出信号を出力し、受信メモリ２２には、ＡＤ変換された光音響波の検出信号（サンプリングデータ）が格納される。信号処理部２３は、受信メモリ２２から光音響波の検出信号を読み出し、読み出した光音響波の検出信号に対して信号処理を行う。信号処理部２３は、例えば光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。生成された光音響画像は画像表示装置４０に表示される。信号処理部２３は、例えばＤＳＰ（digital signal processor）などのＬＳＩ（Large Scale Integration）で構成される。信号処理部２３の機能は、信号処理装置２０に含まれるプロセッサによるソフトウェア処理によって実現してもよい。

メラニン量推定部２４は、光強度検出器１４が出力する補正用光に対する反射光の検出信号に基づいて、被検体表面のメラニン量を推定する。メラニンは、可視から近赤領域での光吸収特性が、長波長化に伴って単調に減少するスペクトルを示し、メラニン量が増えれば波長領域全域でスペクトル強度が増加することが知られている。メラニン量は、複数波長の光に対する反射光の強度に基づいて推定できる。複数波長の反射光を用いたメラニン量の推定には、公知の手法を用いることができる。

メラニン量推定部２４は、第１の補正用光源１３ａ（図２を参照）が点灯したときの反射光の検出信号と、第２の補正用光源１３ｂが点灯したときの反射光の検出信号とに基づいて、メラニン量を推定する。図２の例のように、複数の光強度検出器１４が音響波検出器１１の長手方向に沿って配列されているときは、長手方向の各位置においてメラニン量を推定してもよい。なお、メラニン量推定部２４は、被検体表面のメラニン量が多いのか少ないのかを示す度合いを推定すればよく、メラニン量を正確に定量化する必要はない。補正用光の出射及び反射光の検出を複数回行い、複数回の反射光の検出信号の平均値や中央値などを用いてメラニン量の推定を行ってもよい。

補正部２５は、メラニン量推定部２４が推定したメラニン量に基づいて、信号処理部２３における信号処理を補正する。補正は、例えば信号処理部２３が生成する光音響画像における被検体の表面部分の輝度を推定されたメラニン量に応じて変化させることにより実施する。補正部２５は、例えば推定されたメラニン量が多いほど、被検体の表面部分の輝度を下げることにより、光音響画像を補正する。この場合、表面部分の輝度が下がることにより、被検体内部の観察がしやすくなる。

補正部２５は、光音響画像の補正を、推定されたメラニン量に応じて光音響画像の全体の輝度を変化させことにより実施してもよい。より詳細には、推定されたメラニン量が多いほど、光音響画像のゲインを上げてもよい。その場合は、表面部分の輝度が飽和する一方、内部部分が明るく描画されることにより、被検体内部の観察がしやすくなる。

さらには、補正部２５は、推定されたメラニン量と光音響画像の位置や深さに応じて輝度を変化させてもよい。より詳細には、推定されたメラニン量が多いほど、画像深部の輝度を下げてもよい。メラニン量が多いと、被検体の表面部分で発生した光音響波が強く、その光音響波が多重反射を起し、アーチファクトが大きくなる。深い部分の輝度を下げることで、アーチファクトの影響を低減した画像とすることができる。上記に代えて、表面部分の輝度を下げ、画像深部の輝度を上げてもよい。その場合は、画像全体の輝度を揃えて見やすい画像（観察のしやすい画像）とすることができる。

なお、メラニン量推定部２４及び補正部２５は、それぞれ、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのＬＳＩ（Large Scale Integration）で構成されていてもよい。あるいは、それらの機能は、信号処理装置２０に含まれるプロセッサによるソフトウェア処理によって実現してもよい。補正部２５は、信号処理部２３の一部であってもよい。

メラニン量推定部２４によるメラニン量の推定は、信号処理部２３が信号処理を行う前、又は信号処理を行った後に実施される。メラニン量の推定が信号処理の前に行われた場合、信号処理部２３は、補正部２５による補正内容に従った信号処理を実施すればよい。メラニン量の推定が信号処理の後に行われた場合、補正部２５は、信号処理部２３の信号処理の結果を補正すればよい。

光源制御部２６は、光源３０及び補正用光源１３の制御を行う。光源制御部２６は、例えば光音響画像を取得する場合は、光源３０に光トリガ信号を送信し、光源３０から測定光を出射させる。光源制御部２６は、測定光の出射に合わせて、受信回路２１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してもよい。光音響波を検出するエリアは複数のエリアに分割されていてもよい。その場合、被検体に対する光出射と光音響波の検出は、エリアごとに行えばよい。

光源制御部２６は、メラニン量の推定を行うときは、補正用光源１３から補正用光を出射させる。光源制御部２６は、補正用光源１３が複数の波長の補正用光を出射する光源を有するときは、それらから選択的に補正用光を出射させる。例えば、図２に示すように補正用光源１３が第１の補正用光源１３ａと第２の補正用光源１３ｂとを有するときは、それらから選択的に補正用光を出射させる。光源制御部２６は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）で構成される。

以下、動作手順を説明する。図４は、光音響計測の手順を示す。医師などは、プローブ１０を被検体の被検部位に押し当てる。光源制御部２６は、第１の補正用光源１３ａを点灯させ、被検体に対して第１の補正用光を出射させる（ステップＡ１）。光強度検出器１４は、第１の補正用光の反射光を検出し、その検出信号を信号処理装置２０に送信する（ステップＡ２）。

次いで、光源制御部２６は、第２の補正用光源１３ｂを点灯させ、被検体に対して第２の補正用光を出射させる（ステップＡ３）。光強度検出器１４は、第２の補正用光の反射光を検出し、その検出信号を信号処理装置２０に送信する（ステップＡ４）。第１の補正用光の出射と第２の補正用光の出射は、どちらを先に行ってもよい。メラニン量推定部２４は、光強度検出器１４から受信した第１の補正用光の反射光の検出信号と、第２の補正用光の反射光の検出信号とに基づいて、プローブ１０が押し当てられている部分のメラニン量を推定する（ステップＡ５）。

続いて、光源制御部２６は、光源３０に測定光を出射させる（ステップＡ６）。音響波検出器１１は、測定光の出射に起因して被検体内で発生した光音響波を検出する（ステップＡ７）。光音響波の検出信号は、受信回路２１及び受信メモリ２２を経て、信号処理部２３に入力される。信号処理部２３は、光音響波の検出信号に対して信号処理を行う（ステップＡ８）。信号処理部２３は、例えば光音響画像を生成する。補正部２５は、ステップＡ５で推定されたメラニン量に応じて、信号処理部２３による信号処理、例えば画像生成処理を補正する（ステップＡ９）。

本実施形態では、補正用光源１３及び光強度検出器１４をプローブに設ける。補正用光源１３から出射した補正用光の反射光を光強度検出器１４で検出し、その反射光の検出信号に基づいてメラニン量の推定を行い、光音響波の検出信号に対する信号処理を補正する。被検体の表面部分で発生する光音響波は主に被検体の表面部分に存在するメラニンに起因して発生する。推定されたメラニン量に応じて光音響波に対する信号処理の補正を行うことにより、被検体の表面部分で発生した光音響波によるアーチファクトを低減できる。本実施形態では、特許文献１とは異なり、１回の光音響計測につき複数の測定光を出射する必要がないことから、繰り返し光音響計測を行う場合の繰り返し周期を延ばすことなく、被検体の表面部分で発生した光音響波によるアーチファクトを低減できる。

また、本実施形態では、補正用光源１３及び光強度検出器１４を、音響波検出器１１と測定光出射部１２との間に配置している。このような配置とすることにより、音響波検出器１１及び測定光出射部１２の近傍におけるメラニン量を推定することができる。また、図２に示すように、複数の補正用光源１３（第１の補正用光源１３ａと第２の補正用光源１３ｂ）及び光強度検出器１４を、音響波検出器１１の長手方向に沿って並べることにより、推定されたメラニン量のデータが、一次元の分布データとして得られる。この場合、面内の位置に応じた補正が可能となる。

プローブ１０に測定光出射部１２を設けた構成の場合、測定光出射部１２の近傍においてプローブ本体を構成する筐体が測定光の一部を吸収することで光音響波が発生することがある。その光音響波が筐体の表面部分を伝って音響波検出器１１で検出され、アーチファクトが生じることがある。本実施形態では、音響波検出器１１と測定光出射部１２との間に補正用光源１３及び光強度検出器１４が存在することにより、音響波検出器と測定光出射部１２との間に音響インピーダンスが異なる界面が形成され、測定光出射部１２の近傍で発生した光音響波がその界面で反射及び散乱することが期待できる。これにより、測定光出射部１２の近傍で発生した光音響波が音響波検出器１１に入射しにくくなり、その光音響波に起因するアーチファクトの低減が可能である。

続いて、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るプローブを示す。本実施形態は、プローブ１０ａに配置される光強度検出器１４が複数の波長の補正用光を選択的に検出する複数の光強度検出器を含む点で、第１実施形態と相違する。その他の点は第１実施形態と同様でよい。

光強度検出器１４は、第１の補正用光の反射光を選択的に検出する第１の光強度検出器１４ａと、第２の補正用光の反射光を選択的に検出する第２の光強度検出器１４ｂとを含む。第１の光強度検出器１４ａと第２の光強度検出器１４ｂとは、音響波検出器１１の長手方向に沿って並べられる。図５では、光強度検出器１４は、第１の光強度検出器１４ａと第２の光強度検出器１４ｂとをそれぞれ複数有する。複数の第１の光強度検出器１４ａと第２の光強度検出器１４ｂとは、音響波検出器１１の長手方向に沿って交互に配置されている。

第１の光強度検出器１４ａは、例えば、第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を透過しない光学フィルタを含む。つまり、第１の補正用光を透過し、第２の補正用光を透過しない第１の光学フィルタを含む。第２の光強度検出器１４ｂは、例えば、第２の波長の光を透過し、第１の波長の光を透過しない光学フィルタを含む。つまり、第２の補正用光を透過し、第１の補正用光を透過しない光学フィルタを含む。そのような光学フィルタを用いることにより、第１の補正用光又は第２の補正用光を選択的に検出できる。

例えば第１の補正用光の波長が６６０ｎｍであり、第２の補正用光の波長が８８０ｎｍであった場合、第１の光強度検出器１４ａは、波長６６０ｎｍの光を透過し、波長８８０ｎｍの光を透過しない光学フィルタを含む。そのような光学フィルタとしては、波長６６０ｎｍが透過帯域に含まれ、かつ８８０ｎｍが透過帯域に含まれないバンドパスフィルタや、波長８８０ｎｍよりも短くかつ波長６６０ｎｍよりも長い波長以下の光のみを透過するショートパスフィルタなどが考えられる。また、第２の光強度検出器１４ｂは、波長８８０ｎｍの光を透過し、波長６６０ｎｍの光を透過しない光学フィルタを含む。そのような光学フィルタとしては、波長８８０ｎｍが透過帯域に含まれ、かつ６６０ｎｍが透過帯域に含まれないバンドパスフィルタや、波長６６０ｎｍよりも長くかつ波長８８０ｎｍよりも短い波長以上の光のみを透過するロングパスフィルタなどが考えられる。この説明において、「透過する」あるいは「透過しない」は、夫々光の大部分を「透過する」あるいは「透過しない」場合を含むのはもちろんである。

本実施形態では、プローブ１０ａに配置される光強度検出器１４は、波長が相互に異なる複数の補正用光に対する反射光を選択的に検出する複数の光強度検出器を含む。例えば、第１の光強度検出器１４ａは第２の補正用光の反射光を検出せず、かつ第２の光強度検出器１４ｂは第１の補正用光の反射光を検出しない。このような構成のプローブ１０ａを用いた場合、補正用光源１３から複数の補正用光を同時に出射することができる。例えば、第１の補正用光と第２の補正用光を同時に出射し、それらの反射光を同時に検出できる。このようにすることで、メラニン量の推定に要する時間を短縮できる効果がある。その他の効果は第１実施形態と同様である。

引き続き、本発明の第３実施形態を説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係るプローブを示す。本実施形態は、プローブ１０ｂに配置される光強度検出器１４が、補正用光源１３から出射した補正用光の反射光を検出するのに加えて、測定光出射部１２から出射した測定光の反射光を検出する点で、第１実施形態と相違する。本実施形態では、光源３０（図１）が出射する測定光の波長と補正用光源１３が出射する補正用光の波長は相互に異なる。その他の点は第１実施形態と同様でよい。

図７は、本実施形態における光音響計測の動作手順を示す。医師などは、プローブ１０ｂを被検体の被検部位に押し当てる。光源制御部２６（図３を参照）は、補正用光源１３を点灯させ、被検体に対して補正用光を出射させる（ステップＢ１）。光強度検出器１４は、補正用光の反射光を検出し、その検出信号を信号処理装置２０に送信する（ステップＢ２）。

次いで、光源制御部２６は、光源３０（図１を参照）に測定光を出射させる（ステップＢ３）。音響波検出器１１は、測定光の出射に起因して被検体内で発生した光音響波を検出する（ステップＢ４）。光音響波の検出信号は、受信回路２１及び受信メモリ２２を経て、信号処理部２３に入力される。信号処理部２３は、光音響波の検出信号に対して信号処理を行う（ステップＢ５）。信号処理部２３は、例えば光音響画像を生成する。

一方、光強度検出器１４は、ステップＢ３で出射された測定光の反射光を検出し、その検出信号を信号処理装置２０に送信する（ステップＢ６）。メラニン量推定部２４は、光強度検出器１４から受信した補正用光の反射光の検出信号と、測定光の反射光の検出信号とに基づいて、プローブ１０ｂが押し当てられている部分のメラニン量を推定する（ステップＢ７）。メラニン量推定部２４は、補正用光の反射光の検出信号と測定光の反射光の検出信号とに大きなレベル差があるときは、そのレベル差を補正した上でメラニン量の推定を行うとよい。

補正部２５は、ステップＢ７で推定されたメラニン量に応じて、信号処理部２３による信号処理、例えば画像生成を補正する（ステップＢ８）。この補正は、第１実施形態で説明したものと同様でよい。

本実施形態では、光強度検出器１４は、補正用光源１３から出射した補正用光の反射光に加えて、測定光出射部１２から出射した測定光の反射光を検出する。本実施形態では、メラニン量の推定に用いられる複数の波長のうちの１波長を、光音響計測用の測定光により得ている。このようにした場合、補正用光源１３は複数の波長の補正用光を出射する必要が無くなり、プローブ１０ｂに配置する必要がある補正用光源の種類（波長）を減らすことができる。また、光音響波の検出と反射光の検出とを並列に行った場合は、メラニン量の推定に要する時間を短縮できる効果がある。その他の効果は第１実施形態と同様である。

なお、図４では、メラニン量の推定の後に測定光の出射と光音響波の検出とを行っているが、測定光の出射と光音響波の検出とを行うタイミングは特に限定されない。第１の補正用光の出射の前に測定光の出射及び光音響波の検出を行ってもよいし、第１の補正用光の出射と第２の補正用光の出射との間に、測定光の出射と光音響波の検出を行ってもよい。光音響波の検出信号に対する信号処理（ステップＡ８）と推定されたメラニン量に応じた補正（ステップＡ９）とは分離している必要はなく、ステップＡ９の補正内容に従ってステップＡ８の信号処理を実施してもよい。

また、図７では、補正用光の出射及びその反射光の検出後に、測定光の出射と光音響波の検出及び反射光の検出とを行っているが、順序は特に限定されない。測定光の出射を先に行い、光音響波の検出と測定光の反射光の検出を行った後に、補正用光を出射してその反射光を検出してもよい。上記と同様に、光音響波の検出信号に対する信号処理（ステップＢ５）と推定されたメラニン量に応じた補正（ステップＢ８）とは分離している必要はなく、ステップＢ８の補正内容に従ってステップＢ５の信号処理を実施してもよい。

さらに図７では、ステップＢ３で測定光を出射した後、光音響波の検出（ステップＢ４）と反射光の検出（ステップＢ６）を並列に行っているが、必ずしもこれには限定されない。１回の測定光の出射につき、光音響波の検出と反射光の検出との何れか一方を行うこととしてもよい。ただし、通常、光音響計測に用いる光源３０の繰り返し周波数は１０Ｈｚ−３０Ｈｚ程度であるため、反射光の検出のために別途測定光を出射しない方が、光音響計測の繰り返し周期を短くするという観点からは有利である。

メラニン量の推定は、光音響波の検出と１対１の関係でなくてもよい。例えばプローブ１０の移動を検出できる手段を設け、プローブ１０の移動が検出されたときに補正用光の出射及び反射光の検出を行ってメラニン量を推定してもよい。プローブ１０の移動がないときは、その位置で推定されたメラニン量に応じた補正を、複数回の光音響波の検出信号に対する信号処理に適用してもよい。

上記では、主に２つの波長の反射光に基づいてメラニン量を推定することとしたが、３以上の波長の反射光に基づいてメラニン量を補正してもよい。例えば、補正用光源１３が、３以上の波長の補正用光を出射する光源を含み、光強度検出器１４が、それら３以上の波長の補正用光の反射光を検出し、メラニン量推定部２４が３以上の波長の補正用光の反射光の検出信号に基づいてメラニン量を推定してもよい。推定に用いる反射光の波長の数が増えることにより、メラニン量推定の精度を向上できる。

上記各実施形態は適宜組み合わせて使用することができる。例えば、第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、光強度検出器１４が、第１の補正用光の反射光と、第２の補正用光の反射光と、測定光の反射光とを検出し、メラニン量推定部２４がそれら反射光の検出信号に基づいてメラニン量を推定してもよい。また、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、光強度検出器１４を、第１の補正用光の反射光を選択的に検出する光強度検出器と、第２の補正用光の反射光を選択的に検出する光強度検出器と、測定光の反射光を選択的に検出する光強度検出器とを含む構成としてもよい。

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、本発明の光音響計測装置及びプローブは、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：プローブ
１１：音響波検出器
１２：測定光出射部
１３：補正用光源
１４：光強度検出器
２０：信号処理装置
２１：受信回路
２２：受信メモリ
２３：信号処理部
２４：メラニン量推定部
２５：補正部
２６：光源制御部
３０：光源
４０：画像表示装置

Claims (17)

1. 測定光を被検体に向けて出射する測定光出射部と、
   前記測定光に起因して前記被検体内で発生した光音響波を検出する音響波検出器と、
   補正用光を前記被検体に向けて出射する補正用光源と、
   前記被検体に向けて出射された補正用光が前記被検体で反射することにより生じた反射光を検出する光強度検出器とを備え、
   前記補正用光源及び前記光強度検出器が前記測定光出射部と前記音響波検出器との間に配置されているプローブ。
2. 前記測定光出射部は前記測定光が出射する面である光出射面を含み、かつ、前記音響波検出器は前記光音響波が入射する面である音響波検出面を含み、
   前記補正用光源及び前記光強度検出器は前記光出射面及び前記音響波検出面と同じ面内に配置されている請求項１に記載のプローブ。
3. 前記音響波検出器は一の方向に沿って配列された複数の検出器素子を含む請求項１又は２に記載のプローブ。
4. 前記測定光出射部が複数設けられ、該複数の測定光出射部が前記一の方向と直交する方向に前記音響波検出部を挟んで互いに対向しており、
   前記補正用光源及び前記光強度検出器は、前記測定光出射部と前記音響波検出器との間のそれぞれに配置される請求項３に記載のプローブ。
5. 前記補正用光源は、前記一の方向に沿って配列された、第１の波長の第１の補正用光を出射する第１の補正用光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の補正用光を出射する第２の補正用光源とを含む請求項３又は４に記載のプローブ。
6. 前記補正用光源は、前記第１の補正用光源と前記第２の補正用光源とをそれぞれ複数有する請求項５に記載のプローブ。
7. 前記複数の第１の補正用光源及び第２の補正用光源は前記一の方向に沿って交互に並べられている請求項６に記載のプローブ。
8. 前記光強度検出器は、前記一の方向に沿って配列された、前記第１の波長の補正用光を選択的に検出する第１の光強度検出器と、前記第２の波長の補正用光を選択的に検出する第２の光強度検出器とを含む請求項３から７何れか１項に記載のプローブ。
9. 前記第１の光強度検出器は、前記第１の波長の光を透過し、前記第２の波長の光を透過しない第１の光学フィルタを含み、前記第２の光強度検出器は、前記第２の波長の光を透過し前記第１の波長の光を透過しない第２の光学フィルタを含む請求項８に記載のプローブ。
10. 前記光強度検出器は、前記第１の光強度検出器と前記第２の光強度検出器とをそれぞれ複数有する請求項８又は９に記載のプローブ。
11. 前記複数の第１の光強度検出器及び第２の光強度検出器は前記一の方向に沿って交互に並べられる請求項１０に記載のプローブ。
12. 前記測定光の波長と前記補正用光の波長とが相互に異なり、前記光強度検出器は、前記被検体に向けて出射された測定光が前記被検体で反射することにより生じた反射光を更に検出する請求項１から１１何れか１項に記載のプローブ。
13. 前記補正用光源は発光ダイオードを含む請求項１から１２何れか１項に記載のプローブ。
14. 請求項１から１３何れか１項に記載のプローブと、
    前記測定光を出射する光源と、
    前記音響波検出器が検出した光音響波の検出信号に基づいて信号処理を行う信号処理部、前記光強度検出器が検出した反射光の検出信号に基づいてメラニン量を推定するメラニン量推定部、及び前記信号処理部における信号処理を補正する補正部を有する信号処理装置とを備えた光音響計測装置。
15. 前記信号処理部は、前記光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する請求項１４に記載の光音響計測装置。
16. 前記プローブが請求項５から１１何れか１項に記載のプローブであり、
    前記メラニン量推定部は、前記光強度検出器で検出された前記第１の補正用光の反射光の検出信号と、前記第２の補正用光の反射光の検出信号とに基づいて、メラニン量の推定を行う請求項１４又は１５に記載の光音響計測装置。
17. 前記プローブが請求項１２に記載のプローブであり、
    前記メラニン量推定部は、前記光強度検出器で検出された前記補正用光の反射光の検出信号と、前記測定光の反射光の検出信号とに基づいて、メラニン量の推定を行う請求項１３から１５何れか１項に記載の光音響計測装置。