WO2012124336A1 - 光音響計測装置および光音響計測方法 - Google Patents

光音響計測装置および光音響計測方法 Download PDF

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WO2012124336A1
WO2012124336A1 PCT/JP2012/001809 JP2012001809W WO2012124336A1 WO 2012124336 A1 WO2012124336 A1 WO 2012124336A1 JP 2012001809 W JP2012001809 W JP 2012001809W WO 2012124336 A1 WO2012124336 A1 WO 2012124336A1
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photoacoustic
position coordinates
probe unit
measurement
unit
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PCT/JP2012/001809
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覚 入澤
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富士フイルム株式会社
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    • A61B5/14532Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement

Definitions

  • the present invention relates to a photoacoustic measurement apparatus and a photoacoustic measurement method used for examination and diagnosis of a subject using a photoacoustic analysis method.
  • an ultrasonic image is generated by detecting ultrasonic waves reflected in the subject by irradiating the subject with ultrasonic waves.
  • Ultrasonic imaging for obtaining a morphological tomographic image is known.
  • development of an apparatus that displays not only a morphological tomographic image but also a functional tomographic image has been advanced in recent years.
  • One of such devices is a device using a photoacoustic analysis method.
  • photoacoustic analysis method light having a predetermined wavelength (for example, visible light, near-infrared light, or mid-infrared light) is irradiated to a subject as measurement light, and a specific substance in the subject is irradiated with the measurement light.
  • a photoacoustic wave which is an elastic wave generated as a result of absorbing energy, is detected, and the concentration of the specific substance is quantitatively measured.
  • the specific substance in the subject is, for example, glucose or hemoglobin contained in blood.
  • Such a technique for detecting a photoacoustic wave and generating a photoacoustic image based on the detection signal is called photoacoustic imaging (PAI) or photoacoustic tomography (PAT).
  • the intensity of the measurement light is significantly attenuated by absorption and scattering in the process of propagating through the subject.
  • the intensity of the photoacoustic wave generated in the subject based on the measurement light is also attenuated by absorption and scattering in the process of propagating in the subject. Therefore, in photoacoustic measurement, it is difficult to obtain information on the deep part of the subject. In order to solve this problem, for example, it is conceivable to increase the generated photoacoustic wave by increasing the amount of measurement light energy in the subject.
  • MPE Maximum Permissible Exposure
  • Patent Document 1 As a method for suppressing the amount of light below MPE and detecting a photoacoustic wave having a high S / N, for example, as shown in Patent Document 1, measurement is performed using a bundle fiber including a plurality of optical fibers. A method of irradiating measurement light so that the light intensity distribution is uniform can be mentioned. For example, as shown in Patent Document 1, when a probe unit in which an optical system using a bundle fiber and an ultrasonic detection probe are combined together is used, the cord portion of the probe unit is flexible. Therefore, there is an advantage that the handling performance of the user is improved.
  • the handling performance is improved, but there is a problem that the measurement light is emitted in an unintended direction.
  • high-intensity measurement light is generally used to detect photoacoustic waves with sufficient intensity. Therefore, if measurement light is emitted in an unintended direction, for example, the measurement light enters a person's eyes and the person feels uncomfortable, or the measurement light is irradiated to a nearby measurement device and the device malfunctions. Or it may lead to an unexpected situation such as failure.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in photoacoustic measurement using a probe unit, a photoacoustic measurement apparatus and a light that can reduce the possibility of measurement light being emitted in an unintended direction.
  • the object is to provide an acoustic measurement method.
  • a first photoacoustic measurement device includes: In a photoacoustic measuring apparatus that irradiates measurement light into a subject, detects a photoacoustic wave generated in the subject, converts the photoacoustic wave into an electrical signal, and performs photoacoustic measurement based on the electrical signal ,
  • a probe unit including a light irradiating unit for irradiating measurement light and an electroacoustic converting unit for converting a photoacoustic wave into an electrical signal;
  • An acquisition means for acquiring position coordinates and posture information in a space of the probe unit in real time, and acquiring position coordinates of a non-emission specific space that is a space where measurement light is not desired to be emitted;
  • Estimating means for estimating the orientation of the detection surface of the probe unit based on the posture information; Determination means for determining whether or not measurement light may be emitted into the non-emission specific space based on the position coordinates
  • the determination unit calculates a distance between a straight line extending in the above direction from the position coordinate of the probe unit and the position coordinate of the non-emission specific space, and the distance is predetermined. It is preferable to determine that the above possibility exists when the value is equal to or less than the threshold value.
  • the determination means includes a line connecting the position coordinates of the probe unit and the position coordinates of the non-emission specific space, and a straight line extending in the above direction from the position coordinates of the probe unit. It is preferable that the angle formed is calculated, and when the angle is equal to or smaller than a predetermined threshold, it is determined that the above possibility exists.
  • the avoidance measure means changes the content of the measure in accordance with stepwise judgment.
  • an acquisition means acquires the position coordinate of non-releasing specific space in real time.
  • an acquisition means shall acquire the position coordinate of the non-release specific space registered previously.
  • the avoidance measure means is such that the distance between the position coordinates of the probe unit and the position coordinates of the non-emission specific space is a predetermined distance or more, and the detection surface is an obstacle. If it is recognized that the measurement light is not emitted into the space due to contact with the light, no action can be taken regardless of the determination result by the determination means.
  • the second photoacoustic measurement device is: In a photoacoustic measuring apparatus that irradiates measurement light into a subject, detects a photoacoustic wave generated in the subject, converts the photoacoustic wave into an electrical signal, and performs photoacoustic measurement based on the electrical signal ,
  • a probe unit including a light irradiating unit for irradiating measurement light and an electroacoustic converting unit for converting a photoacoustic wave into an electrical signal;
  • An acquisition means for acquiring the position coordinates in the space of this probe unit in real time and acquiring the position coordinates of a measurement place where photoacoustic measurement is desired,
  • a determination means for determining whether or not the position coordinates of the probe unit belong within a predetermined range based on the position coordinates of the measurement location; It is characterized by comprising emission control means for emitting measurement light from the probe unit only when a determination result indicating that the position coordinates of the probe unit are within the pre
  • an acquisition means acquires posture information in space of a probe unit in real time
  • the judging means judges whether or not the posture information belongs within a predetermined range based on the measurement specific posture of the probe unit. It is preferable that the emission control means emits measurement light only when a determination result that the posture information belongs to the predetermined range is further obtained.
  • the first photoacoustic measurement method includes: Photoacoustic generated in the subject by irradiating the subject with the measuring light using a probe unit that includes a light irradiating unit that irradiates the measuring light and an electroacoustic converting unit that converts the photoacoustic wave into an electrical signal.
  • a photoacoustic measurement method for detecting a wave, converting the photoacoustic wave into an electrical signal, and performing photoacoustic measurement based on the electrical signal, Obtain the position coordinates and orientation information in space of this probe unit in real time, Obtain the position coordinates of the non-emission specific space that is the space you do not want to emit the measurement light Estimate the orientation of the detection surface of the probe unit based on the posture information, Based on the position coordinates of the probe unit, the orientation of the detection surface, and the position coordinates of the non-emission specific space, it is determined whether there is a possibility that measurement light is emitted into the non-emission specific space In the case where a determination result indicating that there is the above possibility is obtained by the above determination, a measure is taken to avoid a situation in which the measurement light is emitted into the non-emission specific space.
  • the distance between the straight line extending in the above direction from the position coordinate of the probe unit and the position coordinate of the non-emission specific space is calculated, and this distance is equal to or less than a predetermined threshold value. In some cases, it is preferable to determine that the above possibility exists.
  • an angle formed by a line connecting the position coordinates of the probe unit and the position coordinates of the non-emission specific space and a straight line extending in the above direction from the position coordinates of the probe unit is calculated.
  • a stepwise determination is further made according to the high possibility. It is preferable to change the content of the measure according to this stepwise determination.
  • the position coordinate of non-release specific space in real time. Or in the 1st photoacoustic measuring method which concerns on this invention, the position coordinate of the non-release specific space registered previously can be acquired.
  • the first photoacoustic measurement apparatus acquires position coordinates and posture information in the space of the probe unit in real time, and acquires position coordinates of a non-emission specific space that is a space where measurement light is not desired to be emitted.
  • Obtaining means estimating means for estimating the orientation of the detection surface of the probe unit based on posture information, and the non-emission specific space based on the position coordinates of the probe unit, the orientation of the detection surface, and the position coordinates of the non-emission specific space
  • the determination means for determining whether or not there is a possibility of measurement light being emitted and the determination result that there is the possibility of the above is obtained by the above determination
  • the measurement light is emitted into the non-emission specific space
  • an avoidance measure means for taking measures to avoid the problem.
  • the geometric positional relationship between the direction of the detection surface of the probe unit that is, the direction in which the measurement light is most likely to be emitted in an unintended direction
  • the non-emission specific space can be determined in real time.
  • the second photoacoustic measurement apparatus acquires the position coordinates in the space of the probe unit in real time, acquires the position coordinates of the measurement place where the photoacoustic measurement is desired, and the position of the measurement place.
  • a determination means for determining whether or not the position coordinates of the probe unit belong within a predetermined range with reference to the coordinates, and the determination result that the position coordinates of the probe unit belong to the predetermined range is obtained by the above determination. Only in this case, it is characterized by comprising emission control means for emitting measurement light from the probe unit.
  • the present invention it is possible to determine in real time whether or not a probe unit exists within a predetermined range with respect to a measurement location, and measurement light can be emitted from the probe unit only when necessary. As a result, in the photoacoustic measurement using the probe unit, it is possible to reduce the possibility that the measurement light is emitted in an unintended direction.
  • the first photoacoustic measurement method particularly acquires the position coordinates and orientation information of the probe unit in the space in real time, and the position coordinates of the non-emission specific space which is a space where the measurement light is not desired to be emitted.
  • the direction of the detection surface of the probe unit is estimated based on the posture information, and the measurement light is transmitted to the non-emission specific space based on the position coordinate of the probe unit, the direction of the detection surface, and the position coordinate of the non-emission specific space.
  • Judgment is made whether there is a possibility of being emitted, and measures are taken to avoid a situation in which measuring light is emitted into a non-emission specific space when the above judgment results in the judgment that there is the possibility of the above. It is characterized by. As a result, in the photoacoustic measurement using the probe unit, it is possible to reduce the possibility that the measurement light is emitted in an unintended direction.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the discharge
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing how a subject is examined using the photoacoustic imaging apparatus 10 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the photoacoustic imaging apparatus 10.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the image generation unit in FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the avoidance determination unit 8a in FIG.
  • the photoacoustic imaging apparatus 10 generates a laser beam L including a specific wavelength component as measurement light, and irradiates the subject 7 with the laser beam L.
  • An image generation unit 2 that generates photoacoustic image data of an arbitrary cross section by detecting a photoacoustic wave U generated in the subject 7 by irradiating the subject 7 with the laser light L; and an acoustic signal;
  • An electroacoustic conversion unit 3 that converts an electric signal, a display unit 6 that displays the photoacoustic image data, an operation unit 5 for an operator to input patient information and imaging conditions of the apparatus, and an avoidance determination unit 8a
  • a system control unit 4 for comprehensively controlling these units.
  • the photoacoustic imaging method in the present embodiment uses a probe unit 70 including a light irradiation unit 1 that irradiates laser light L and an electroacoustic conversion unit 3 that converts a photoacoustic wave U into an electrical signal, and laser light.
  • the position coordinates of the non-release specific space which is a space where L is not desired to be released, are acquired and set, the position coordinates and posture information in the space of the probe unit 70 are acquired in real time, and the probe unit 70 is based on the posture information.
  • the direction of the detection surface is estimated, and based on the position coordinates of the probe unit 70, the direction of the detection surface, and the position coordinates of the non-emission specific space, it is determined whether or not measurement light may be emitted into the non-emission specific space.
  • a measure is taken to avoid a situation in which the laser light L is emitted into the non-emission specific space.
  • the subject 7 is irradiated with the laser light L, the photoacoustic wave U generated in the subject 7 is detected, the photoacoustic wave U is converted into an electric signal, and based on this electric signal. Photoacoustic measurement is performed.
  • the non-emission specific space is, for example, a space that includes a specific object that should avoid an unexpected situation caused by laser light (measurement light).
  • laser light measurement light
  • the probe unit 70 includes the electroacoustic conversion unit 3, the light irradiation unit 15, and the magnetic sensor 82.
  • the optical transmission unit 1 includes, for example, a light source unit 11 including a plurality of light sources that output laser beams L having different wavelengths, an optical combining unit 12 that combines the laser beams L having a plurality of wavelengths on the same optical axis, and the laser.
  • a multi-channel waveguide unit 14 that guides the light L to the body surface of the subject 7, an optical scanning unit 13 that performs scanning by switching channels used in the waveguide unit 14, and a laser supplied by the waveguide unit 14
  • a light irradiator 15 that emits light L toward the imaging region of the subject 7.
  • the light source unit 11 includes, for example, one or more light sources that generate light having a predetermined wavelength.
  • a light emitting element such as a semiconductor laser (LD), a solid-state laser, or a gas laser that generates a specific wavelength component or monochromatic light including the component can be used.
  • the light source unit 11 preferably outputs pulsed light having a pulse width of 1 to 100 nsec as laser light.
  • the wavelength of the laser light is appropriately determined according to the light absorption characteristics of the substance in the subject to be measured.
  • hemoglobin in a living body has different optical absorption characteristics depending on its state (oxygenated hemoglobin, deoxygenated hemoglobin, methemoglobin, carbon dioxide hemoglobin, etc.), it generally absorbs light of 600 nm to 1000 nm. Therefore, for example, when the measurement target is hemoglobin in a living body (that is, when imaging a blood vessel), it is generally preferable to set the thickness to about 600 to 1000 nm. Further, from the viewpoint of reaching the deep part of the subject 7, the wavelength of the laser light is preferably 700 to 1000 nm, and particularly preferably a near infrared wavelength (wavelength of 700 to 850 nm).
  • the output of the laser beam is 10 ⁇ J / cm 2 to several tens of mJ / cm 2 from the viewpoints of propagation loss of laser beam and photoacoustic wave, efficiency of photoacoustic conversion, detection sensitivity of the current detector, and the like. Is preferred. Further, the repetition of the pulsed light output is preferably 10 Hz or more from the viewpoint of image construction speed. Further, the laser light may be a pulse train in which a plurality of the above-mentioned pulse lights are arranged.
  • an Nd: YAG laser (emission wavelength: about 1000 nm) which is a kind of solid-state laser, or a He—Ne gas laser (emission light) which is a kind of gas laser.
  • a laser beam having a pulse width of about 10 nsec is formed using a wavelength of 633 nm.
  • a material such as InGaAlP (emission wavelength: 550 to 650 nm), GaAlAs (emission wavelength: 650 to 900 nm), InGaAs or InGaAsP (emission wavelength: 900 to 2300 nm) is used. Can be used.
  • a light-emitting element using InGaN that emits light with a wavelength of 550 nm or less is becoming available.
  • an OPO (Optical Parametrical Oscillators) laser using a nonlinear optical crystal capable of changing the wavelength can be used.
  • the optical multiplexing unit 12 is for superimposing laser beams having different wavelengths generated from the light source unit 11 on the same optical axis.
  • Each laser beam is first converted into parallel rays by a collimating lens, and then the optical axis is adjusted by a right-angle prism or a dichroic prism.
  • a commercially available multiple wavelength multiplexer / demultiplexer developed for optical communication may be used.
  • the optical multiplexing unit 12 is not necessarily required.
  • the waveguide section 14 is for guiding the light output from the optical multiplexing section 12 to the light irradiation section 15.
  • an optical fiber In order to carry out efficient light propagation, it is preferable to use an optical fiber, a thin-film optical waveguide or a light guide plate.
  • the waveguide section 14 is composed of a plurality of optical fibers. A predetermined optical fiber is selected from the plurality of optical fibers, and the subject 7 is irradiated with laser light by the selected optical fiber.
  • it can be used together with an optical system such as an optical filter or a lens.
  • the optical scanning unit 13 supplies light while sequentially selecting a plurality of optical fibers arranged in the waveguide unit 14. Thereby, the subject 7 is scanned with light.
  • the electroacoustic conversion unit 3 is composed of, for example, a plurality of minute conversion elements 54 arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner.
  • the conversion element 54 is a piezoelectric element made of a polymer film such as piezoelectric ceramics or polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the electroacoustic conversion unit 3 receives the photoacoustic wave U generated in the subject by the light irradiation from the light irradiation unit 15.
  • the conversion element 54 has a function of converting the photoacoustic wave U into an electric signal at the time of reception.
  • the electroacoustic conversion unit 3 is configured to be small and light, and is connected to a receiving unit 22 described later by a multi-channel cable.
  • the electroacoustic conversion unit 3 is selected according to the diagnostic region from among sector scanning, linear scanning, convex scanning, and the like.
  • the electroacoustic conversion unit 3 may include an acoustic matching layer in order to efficiently transmit the photoacoustic wave U.
  • the acoustic impedance of the piezoelectric element material and the living body are greatly different. Therefore, when the piezoelectric element material and the living body are in direct contact with each other, reflection at the interface is increased and the photoacoustic wave U cannot be efficiently transmitted. For this reason, the photoacoustic wave U can be efficiently transmitted by arranging an acoustic matching layer having an intermediate acoustic impedance between the piezoelectric element material and the living body.
  • the material constituting the acoustic matching layer include epoxy resin and quartz glass.
  • the image generation unit 2 of the photoacoustic imaging apparatus 10 selectively drives the plurality of conversion elements 54 constituting the electroacoustic conversion unit 3 and gives a predetermined delay time to the electric signal from the electroacoustic conversion unit 3 to adjust the electric signal.
  • a receiving unit 22 that generates a received signal by performing phase addition, a scanning control unit 24 that controls the selection drive of the conversion element 54 and the delay time of the receiving unit 22, and various types of received signals obtained from the receiving unit 22
  • a signal processing unit 25 for performing the above processing.
  • the receiving unit 22 includes an electronic switch 53, a preamplifier 55, a reception delay circuit 56, and an adder 57.
  • the electronic switch 53 selects a predetermined number of adjacent conversion elements 54 when receiving photoacoustic waves in photoacoustic scanning. For example, when the electroacoustic conversion unit 3 includes 192 conversion elements CH1 to CH192 of an array type, such an array conversion element is converted into an area 0 (area of conversion elements from CH1 to CH64 by an electronic switch 53). ), Area 1 (region of the conversion element from CH65 to CH128) and area 2 (region of the conversion element from CH129 to CH192) are handled by being divided.
  • the preamplifier 55 amplifies a minute electric signal received by the conversion element 54 selected as described above, and ensures sufficient S / N.
  • the reception delay circuit 56 forms a converged reception beam by matching the phase of the photoacoustic wave U from a predetermined direction with the electrical signal of the photoacoustic wave U obtained from the conversion element 54 selected by the electronic switch 53. Give a delay time to do.
  • the adder 57 adds together the electric signals of a plurality of channels delayed by the reception delay circuit 56, and combines them into one reception signal. By this addition, phasing addition of acoustic signals from a predetermined depth is performed, and a reception convergence point is set.
  • the scanning control unit 24 includes a beam focusing control circuit 67 and a conversion element selection control circuit 68.
  • the conversion element selection control circuit 68 supplies position information of a predetermined number of conversion elements 54 at the time of reception selected by the electronic switch 53 to the electronic switch 53.
  • the beam focusing control circuit 67 supplies delay time information for forming reception convergence points formed by a predetermined number of conversion elements 54 to the reception delay circuit 56.
  • the signal processing unit 25 includes a filter 66, a signal processor 59, an A / D converter 60, and an image data memory 62.
  • the electrical signal output from the adder 57 of the receiving unit 22 removes unnecessary noise in the filter 66 of the signal processing unit 25, and thereafter, the signal processor 59 performs logarithmic conversion of the amplitude of the received signal to make the weak signal relative. Stress.
  • the received signal from the subject 7 has an amplitude with a wide dynamic range of 80 dB or more, and a weak signal is emphasized in order to display it on a normal monitor having a dynamic range of about 23 dB. Amplitude compression is required.
  • the filter 66 has a band pass characteristic, and has a mode for extracting a fundamental wave in a received signal and a mode for extracting a harmonic component.
  • the signal processor 59 performs envelope detection on the logarithmically converted received signal.
  • the A / D converter 60 A / D converts the output signal of the signal processor 59 to form photoacoustic image data for one line.
  • the photoacoustic image data for one line is stored in the image data memory 62.
  • the image data memory 62 is a storage circuit that sequentially stores the photoacoustic image data for one line generated as described above.
  • the system control unit 4 reads out data for one line of a certain section stored in the image data memory 62 and necessary for generating a one-frame photoacoustic image.
  • the system control unit 4 combines the data for one line while spatially interpolating to generate photoacoustic image data for one frame of the cross section. Then, the system control unit 4 stores the photoacoustic image data for one frame in the image data memory 62.
  • the display unit 6 includes a display image memory 63, a photoacoustic image data converter 64, and a monitor 65.
  • the display image memory 63 is a buffer memory that reads photoacoustic image data for one frame to be displayed on the monitor 65 from the image data memory 62 and temporarily stores it.
  • the photoacoustic image data converter 64 performs D / A conversion and television format conversion on the photoacoustic image data for one frame stored in the display image memory 63, and the output is displayed on the monitor 65.
  • the operation unit 5 includes a keyboard, a trackball, a mouse, and the like on the operation panel, and is used by an apparatus operator to input necessary information such as patient information, apparatus imaging conditions, and a display section.
  • the avoidance determination unit 8a detects information in the space of the probe unit using the magnetic sensor 82 provided in the probe unit 70 in order to avoid a situation in which laser light is emitted into the non-emission specific space. And processing of information necessary for grasping the positional relationship between the non-release specific space and whether or not the situation can occur is determined.
  • the avoidance determination unit 8a includes a magnetism generation unit 83 that generates magnetism in space, an information acquisition unit 81, and a determination unit 84a.
  • the magnetic sensor 82 and the magnetic generator 83 constitute a three-dimensional magnetic sensor unit for acquiring information in the space of the probe unit 70.
  • the three-dimensional magnetic sensor unit, a first information receiving unit 85 and a second information receiving unit 86a described later function as acquisition means in the present invention as a whole.
  • the three-dimensional magnetic sensor unit has a relative position coordinate (x, y, z) of the magnetic sensor 82 with respect to the magnetic generator 83 in the space on the pulse magnetic field formed by the magnetic generator 83, and posture information ( The angle (information of ⁇ , ⁇ , ⁇ ) can be acquired.
  • two magnetic sensors 82 are mounted on the probe unit 70, and the posture information of the probe unit 70 can be calculated from the position coordinates and posture information of each magnetic sensor 82.
  • the posture information of the probe unit 70 is, for example, information on the state of the probe unit 70 in the xyz-axis space with the magnetic generator 83 as the origin, and particularly includes information on tilt and rotation from the reference state in the space. .
  • the location of the magnet generator 83 is not particularly limited, and may be anywhere as long as the range in which the probe unit 70 is operated is included in the magnetic field space formed by the magnet generator 83.
  • the information acquisition unit 81 includes a first information reception unit 85, a second information reception unit 86a, and an estimation unit 87, as shown in FIG.
  • the first information receiving unit 85 receives position coordinates and posture information in the space of the probe unit 70 from the magnetic sensor 82 in real time. Using the three-dimensional magnetic sensor unit as described above, the first information receiving unit 85 receives in real time the position coordinates and posture information in the space of the probe unit 70 included in the signals of the two magnetic sensors 82. For the position coordinates in the space of the probe unit 70, for example, one of the two obtained by the two magnetic sensors 82 is selected, the average value thereof is adopted, or the other two magnetic sensors 82 have a predetermined relationship. Position can be adopted.
  • the position of the probe unit 70 in the space is a position having a predetermined relationship from the two magnetic sensors 82 and the position of the center of the detection surface of the probe unit 70 is employed.
  • the position coordinates and the posture information received by the first information receiving unit 85 are sent to the estimation unit 87.
  • the second information receiving unit 86a receives the position coordinates of the non-release specific space.
  • the second information receiving unit 86a receives, from the system control unit 4, position coordinates registered in advance for the head of the subject 7 in the space, for example, as position coordinates of the non-release specific space.
  • the position coordinates of the head are registered in advance in the system control unit 4, and the second information receiving unit 86a acquires the registered position coordinates.
  • Such a method is effective when the movement of the subject 7 is small.
  • the magnetic sensor 82 of the probe unit 70 is arranged in the vicinity of the head so that the initial setting can be performed with a switch or the like. It may be set manually.
  • the position coordinates of the head can be acquired in real time in the same manner as the position coordinates of the probe unit 70 by attaching another magnetic sensor to the head. Such a method is effective when the subject 7 moves a lot.
  • the position coordinates for the head are, for example, eye position coordinates. This is to more accurately determine whether or not the measurement light may be emitted into the non-emission specific space.
  • the extent to which the non-emission specific space is set is appropriately set according to a determination criterion in the determination unit 84a described later.
  • the estimation part 87 functions as the estimation means of this invention, and estimates the direction of the detection surface of the probe unit 70 based on attitude
  • the direction of the detection surface of the probe unit 70 can be, for example, a normal direction facing the outside of the probe unit 70 at the center of the detection surface.
  • the information acquisition unit 81 finally acquires the position coordinates of the probe unit 70 in the space, the orientation of the detection surface of the probe unit, and the position coordinates of the non-release specific space. Then, the information acquisition unit 81 transmits these three pieces of information to the determination unit 84a.
  • the determination unit 84a determines whether or not there is a possibility that the laser light is emitted into the non-emission specific space based on the three pieces of information acquired by the information acquisition unit 81.
  • the determination of the possibility is made as follows, for example.
  • FIG. 5A is a schematic diagram illustrating an example of a method for determining whether or not the above possibility exists.
  • the distance y between the straight line L1 extending from the position coordinate P1 of the probe unit 70 in the direction of the detection surface 3s and the position coordinate P2 of the non-emission specific space R1 is calculated, and this distance y is a predetermined threshold value.
  • a determination is made that the above possibility exists.
  • the distance between the straight line extending in the above-described direction and the position coordinates of the non-emission specific space R1 means the geometrical shortest distance.
  • the predetermined threshold regarding this distance y is set suitably.
  • FIG. 5B is a schematic diagram illustrating another example of a method for determining whether or not the above-described possibility exists.
  • a line L2 connecting the position coordinate P1 of the probe unit 70 and the position coordinate P2 of the non-release specific space R1 and a straight line L1 extending from the position coordinate P1 of the probe unit 70 toward the detection surface 3s are formed.
  • the angle ⁇ is calculated and the angle ⁇ is equal to or smaller than a predetermined threshold, it is determined that the above possibility exists.
  • the predetermined threshold regarding this angle (theta) is set suitably.
  • the determination unit 84a determines that there is the possibility according to the difference between the distance y or the angle ⁇ and the predetermined threshold, and then determines according to the possibility. Stage setting may be performed. Then, the determination result obtained by the determination unit 84 a is transmitted to the system control unit 4.
  • the system control unit 4 includes a CPU (not shown) and a storage circuit (not shown), and controls each unit such as the optical transmission unit 1, the image generation unit 2, and the display unit 6 according to a command signal from the operation unit 5 and the entire system. Supervised.
  • the input command signal of the operator sent via the operation unit 5 is stored in the internal CPU.
  • the system control unit 4 also functions as an avoidance measure of the present invention, and when the determination unit 84a obtains a determination result indicating that there is the above possibility, the laser light is emitted into the non-emission specific space R1. Take measures to avoid the situation.
  • the output of the laser light L is stopped by the light source unit 11, a warning screen is displayed on the display unit 6, or a sound or light for notifying a warning is given.
  • an avoidance measure corresponding to the stage can be taken. For example, when the possibility is high, the output of the laser light L is immediately stopped by the light source unit 11, while when the possibility is low, only a warning sound is used.
  • the distance between the position coordinate P1 of the probe unit 70 and the position coordinate P2 of the non-emission specific space R1 is a predetermined distance (for example, 10 cm) or more, and the detection surface is in contact with an obstacle. If it is recognized that the laser light L is not emitted into the space, it can be set so that no action is taken regardless of the determination result by the determination means. Actually, for example, even when the criteria as described in FIGS. 5A and 5B are simply satisfied, there is no possibility of the above, or when the operation of the probe unit 70 is necessary (for example, the back of the head or the lower jaw). This is because there may be a case where a part is inspected.
  • the reason why the lower limit of the predetermined distance is 10 cm is that the diffusion distance of the laser beam in the living body is about 5 cm at the most, so even if, for example, the examination of the occipital region or the lower jaw is performed, it may be 10 cm away. This is because the laser light is considered not to reach the eyeball or the fundus. If the setting as described above is performed, for example, when the occipital region and the mandibular region are inspected, it is possible to eliminate a situation in which the avoidance measure mechanism operates and the inspection cannot be performed. In addition, it can be determined whether or not the detection surface is in contact with an obstacle by performing, for example, ultrasonic image analysis as needed.
  • the geometrical relationship between the direction of the detection surface of the probe unit that is, the direction in which the measurement light is most likely to be emitted in an unintended direction
  • the non-emission specific space It is possible to determine a real positional relationship in real time.
  • the photoacoustic measurement using the probe unit it is possible to reduce the possibility that the measurement light is emitted in an unintended direction.
  • the position coordinates of the eyes of the person other than the subject are acquired in the same manner. Then, it is easy to take a similar avoidance measure and expand so as to avoid the situation where the measurement light is emitted for each person.
  • the position of the equipment should be such that high-intensity measurement light does not enter the optical sensor. Expansion such as setting coordinates in advance is also easy.
  • a device including an infrared sensor light receiving unit used for position and orientation control of other devices, a device including a remote control receiving unit, and the like can be given.
  • the specific object that should avoid an unexpected situation caused by the measurement light may be the space itself. For example, if a space with a lot of people is set, the possibility that an unexpected situation occurs for a person can be further reduced.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of the photoacoustic imaging apparatus 10.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the release determination unit 8b in FIG.
  • the photoacoustic imaging apparatus 10 includes an optical transmission unit 1, an image generation unit 2, an electroacoustic conversion unit 3, a display unit 6, an operation unit 5, and a release determination.
  • the photoacoustic imaging method uses a probe unit 70 including a light irradiation unit 1 that irradiates a laser beam L and an electroacoustic conversion unit 3 that converts a photoacoustic wave U into an electric signal.
  • the position coordinates of the measurement location to be measured are acquired and set, the position coordinates and posture information in the space of the probe unit 70 are acquired in real time, and the direction of the detection surface of the probe unit 70 is estimated based on the posture information.
  • the position coordinates of the probe unit 70 Based on the position coordinates of the probe unit 70, the orientation of the detection surface, and the position coordinates of the measurement location, it is determined whether or not the position coordinates of the probe unit 70 belong to a predetermined range based on the position coordinates of the measurement location (position).
  • position The determination result that the position coordinate of the probe unit 70 belongs to the predetermined range is obtained by the above determination. Only in case performs photoacoustic measurement by emitting a laser beam L from the probe unit 70, in other cases, those which do not emit the laser beam L from the probe unit 70.
  • the measurement location is, for example, a part of the subject for which a photoacoustic image is to be captured by irradiating laser light (measurement light).
  • measurement light irradiating laser light
  • the probe unit 70, the optical transmission unit 1, the image generation unit 2, the electroacoustic conversion unit 3, the display unit 6, and the operation unit 5 are the same as those in the photoacoustic imaging apparatus according to the first embodiment.
  • the emission determination unit 8b uses a magnetic sensor 82 provided in the probe unit 70 to emit the laser beam L only when the position coordinate of the probe unit 70 belongs to a predetermined range with reference to the position coordinate of the measurement location. Using this, information in the space of the probe unit is detected, processing of information necessary for grasping the positional relationship between the probe unit 70 and the measurement place, and determination of belonging to the position coordinates.
  • the release determination unit 8b includes a magnetism generation unit 83 that generates magnetism in space, an information acquisition unit 81, and a determination unit 84b.
  • the magnetic sensor 82 and the magnetism generator 83 are the same as those in the photoacoustic imaging apparatus according to the first embodiment.
  • the information acquisition unit 81 includes a first information reception unit 85, a second information reception unit 86b, and an estimation unit 87 as shown in FIG.
  • the first information receiving unit 85 is the same as that of the photoacoustic imaging apparatus in the first embodiment.
  • the second information receiving unit 86b receives the position coordinates of the measurement location.
  • the second information receiving unit 86b receives, from the system control unit 4, position coordinates registered in advance for the chest of the subject 7 in the space, for example, as the position coordinates of the measurement location.
  • the position coordinates of the chest are registered in advance in the system control unit 4, and the second information receiving unit 86b acquires the registered position coordinates.
  • Such a method is effective when the movement of the subject 7 is small.
  • the magnetic sensor 82 of the probe unit 70 is arranged in the vicinity of the chest so that it can be initialized by a switch or the like, or manually by the operation unit 5. You may make it set with.
  • the position coordinates of the chest can be acquired in real time in the same manner as the position coordinates of the probe unit 70 by attaching another magnetic sensor to the chest. Such a method is effective when the subject 7 moves a lot.
  • the position coordinates for the chest are, for example, the position coordinates of the representative point of the area. In the present invention, it is not necessary to strictly define the contour of the measurement place, and it is sufficient to set the position of the representative point included in the approximate region to be set as the measurement place.
  • the estimation part 87 is the same as that of the photoacoustic imaging device in 1st Embodiment.
  • the information acquisition unit 81 finally acquires the position coordinates of the probe unit 70 in the space, the orientation of the detection surface of the probe unit, and the position coordinates of the measurement location. Then, the information acquisition unit 81 transmits these three pieces of information to the determination unit 84b.
  • the determination unit 84b determines whether or not the position coordinate belongs based on the three pieces of information acquired by the information acquisition unit 81.
  • the affiliation determination with respect to the position coordinates is performed as follows, for example.
  • FIG. 8A is a schematic diagram illustrating an example of a method for determining whether a position coordinate belongs.
  • the distance between the position coordinate P1 of the probe unit 70 and the position coordinate P3 of the measurement area is calculated, and when this distance is equal to or less than a predetermined threshold value r, the probe unit is within the predetermined range R2.
  • the predetermined threshold value r relating to this distance is preferably about 10 cm, for example, but is appropriately set in consideration of actual measurement conditions and the like.
  • the determination unit 84b determines whether or not the posture information belongs to a predetermined range based on the preset measurement specific posture of the probe unit 70 in addition to the above-described determination of whether or not the position coordinate belongs. It may also be possible to determine whether or not the position information belongs.
  • the affiliation determination for the posture information is performed as follows, for example.
  • FIG. 8B is a schematic diagram illustrating an example of a method for determining whether or not a pose belongs to posture information.
  • the measurement specific posture is a posture that serves as a reference for the posture of the probe unit 70 that should emit the measurement light, and is usually an ideal posture of the probe unit that performs photoacoustic measurement. It is set in advance before performing photoacoustic measurement.
  • this setting may be performed by setting the probe unit 70 on the chest in an attitude for actually performing photoacoustic sound measurement and performing initial setting with a switch or the like, or setting manually with the operation unit 5. Then, an angle ⁇ (for example, an angle when intersecting at the point P1) formed by the detection surface orientation 71a of the probe unit 71 in the measurement specific posture and the actual detection surface orientation 70a of the probe unit 70 is obtained.
  • is equal to or less than a predetermined threshold value
  • a determination is made that the posture information belongs within a predetermined range based on the measured specific posture.
  • the predetermined threshold value related to the angle ⁇ is preferably set to about 45 °, for example, but is appropriately set in consideration of actual measurement conditions and the like.
  • the system control unit 4 also functions as the emission control unit of the present invention, and the laser light L is emitted from the probe unit 70 only when the determination unit 84b obtains the determination result of the affiliation determination regarding the position coordinates and the posture information. For example, the output of the light source is switched on or the shutter is opened so that the light is emitted.
  • the present embodiment it is possible to determine in real time whether or not the probe unit exists within a predetermined range based on the measurement location, and the measurement light is emitted from the probe unit only when necessary. Can be made. As a result, in the photoacoustic measurement using the probe unit, it is possible to reduce the possibility that the measurement light is emitted in an unintended direction.
  • the direction in which the measurement light is emitted can be limited by determining whether the posture information belongs within a predetermined range based on the measurement specific posture. It is possible to further reduce the possibility of being released into the water.
  • the present invention is not limited to photoacoustic imaging but can be similarly applied to examination and diagnosis of a subject using a photoacoustic analysis method.

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Abstract

光音響計測装置(10)において、測定光(L)を照射する光照射部(15)を備えたプローブユニット(70)と、このプローブユニット(70)の空間における位置座標(P1)および姿勢情報をリアルタイムで取得し、非放出特定空間の位置座標(P2)を取得する取得手段と、姿勢情報に基づいてプローブユニット(70)の検出面(3S)の向きおよび非放出特定空間の位置座標(P2)に基づいて、非放出特定空間に測定光(L)が放出される可能性の有無を判断する判断手段(84a)と、上記判断により上記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、非放出特定空間に測定光(L)が放出される事態を回避する措置をとる回避手段(4)とを備える。

Description

光音響計測装置および光音響計測方法
 本発明は、光音響分析法を利用した被検体の検査および診断等に用いられる光音響計測装置および光音響計測方法に関するものである。
 従来、被検体の内部の断層画像を取得する方法としては、超音波が被検体内に照射されることにより被検体内で反射した超音波を検出して超音波画像を生成し、被検体内の形態的な断層画像を得る超音波イメージングが知られている。一方、被検体の検査においては形態的な断層画像だけでなく機能的な断層画像を表示する装置の開発も近年進められている。そして、このような装置の一つに光音響分析法を利用した装置がある。この光音響分析法は、所定の波長を有する光(例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光)を測定光として被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの測定光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の特定物質とは、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。このように光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング(PAI:Photoacoustic Imaging)或いは光音響トモグラフィー(PAT:Photo Acoustic Tomography)と呼ばれる。
 従来、上記のような光音響効果を利用した光音響計測において、次のような課題がある。測定光の強度は、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって著しく減衰する。また、測定光に基づいて被検体内で発生した光音響波の強度も、被検体内を伝播する過程で吸収や散乱によって減衰する。したがって、光音響計測では、被検体の深部の情報を得ることが難しい。この課題を解決するため、例えば被検体内に測定光のエネルギー量を増やすことにより、発生する光音響波を大きくすることが考えられる。
 しかし、被検体が生体である場合、測定光のエネルギーにより生体組織に損傷を与えないために、生体に照射することができる単位面積当たりの最大許容露光量(MPE:Maximum Permissible Exposure)が定められている。そのため、光量を増すとしてもMPEが上限となる。
 そこで、光量をMPE以下に抑えかつS/Nの高い光音響波を検出できるようにする方法として、例えば特許文献1に示されるように、複数の光ファイバを包含するバンドルファイバを使用して測定光の強度分布が均一となるように測定光を照射する方法が挙げられる。また、例えば特許文献1に示されるように、バンドルファイバを用いた光学系と超音波検出用のプローブとが一体的に組み合わされたプローブユニットを使用した場合、プローブユニットのコード部分に可撓性を持たせることができるため、使用者のハンドリング性能が向上するという利点もある。
特開2010-12295号公報
 しかしながら、上記のようなプローブユニットを使用した場合、ハンドリング性能が向上する反面、測定光が意図しない方向に放出されるという問題が生じうる。光音響計測では充分な強度の光音響波を検出するために一般的に高強度の測定光を使用する。したがって、測定光が意図しない方向に放出されると、例えば測定光が人の眼に入ってその人が不快な思いをしたり、測定光が近くの測定機器に照射されてその機器が誤作動もしくは故障したりする等の不慮の事態に繋がる可能性がある。
 本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、プローブユニットを使用した光音響計測において、測定光が意図しない方向に放出される可能性を低減することを可能とする光音響計測装置および光音響計測方法を提供することを目的とするものである。
 上記課題を解決するために、本発明に係る第1の光音響計測装置は、
 被検体内に測定光を照射し、被検体内で発生した光音響波を検出してこの光音響波を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて光音響計測を行う光音響計測装置において、
 測定光を照射する光照射部と光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部とを備えたプローブユニットと、
 このプローブユニットの空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、測定光を放出させたくない空間である非放出特定空間の位置座標を取得する取得手段と、
 姿勢情報に基づいてプローブユニットの検出面の向きを推定する推定手段と、
 プローブユニットの位置座標、検出面の向きおよび非放出特定空間の位置座標に基づいて、非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をする判断手段と、
 上記判断により上記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、非放出特定空間に測定光が放出される事態を回避する措置をとる回避措置手段とを備えたことを特徴とするものである。
 そして、本発明に係る第1の光音響計測装置において、判断手段は、プローブユニットの位置座標から上記方向に伸びる直線と、非放出特定空間の位置座標との距離を算出し、この距離が所定の閾値以下である場合に上記可能性が有る旨の判断をするものであることが好ましい。
 或いは、本発明に係る第1の光音響計測装置において、判断手段は、プローブユニットの位置座標および非放出特定空間の位置座標を結ぶ線と、プローブユニットの位置座標から上記方向に伸びる直線とが成す角度を算出し、この角度が所定の閾値以下である場合に上記可能性が有る旨の判断をするものであることが好ましい。
 そして、本発明に係る第1の光音響計測装置において、判断手段は、上記可能性が有る旨の判断をした場合において、さらに上記可能性の高さに応じた段階的な判断をするものであり、
 回避措置手段は段階的な判断に応じて措置の内容を変化させるものであることが好ましい。
 そして、本発明に係る第1の光音響計測装置において、取得手段は非放出特定空間の位置座標をリアルタイムで取得するものであることが好ましい。或いは、本発明に係る第1の光音響計測装置において、取得手段は予め登録された非放出特定空間の位置座標を取得するものとすることができる。
 そして、本発明に係る第1の光音響計測装置において、回避措置手段は、プローブユニットの位置座標と非放出特定空間の位置座標との距離が所定距離以上離れており、かつ検出面が障害物に接触していることにより測定光が空間に放出されないと認められる場合には、判断手段による判断結果に関わらず措置をとらないものとすることができる。
 一方、本発明に係る第2の光音響計測装置は、
 被検体内に測定光を照射し、被検体内で発生した光音響波を検出してこの光音響波を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて光音響計測を行う光音響計測装置において、
 測定光を照射する光照射部と光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部とを備えたプローブユニットと、
 このプローブユニットの空間における位置座標をリアルタイムで取得し、光音響計測を行いたい計測場所の位置座標を取得する取得手段と、
 計測場所の位置座標を基準とした所定範囲内にプローブユニットの位置座標が属するか否かの判断をする判断手段と、
 上記判断によりプローブユニットの位置座標が上記所定範囲内に属する旨の判断結果が得られた場合にのみ、プローブユニットから測定光を放出する放出制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
 そして、本発明に係る第2の光音響計測装置において、取得手段は、プローブユニットの空間における姿勢情報をリアルタイムで取得するものであり、
 判断手段は、プローブユニットの計測特定姿勢を基準とした所定範囲内に姿勢情報が属するか否かの判断をするものであり、
 放出制御手段は、上記姿勢情報が上記所定範囲内に属する旨の判断結果がさらに得られた場合にのみ、測定光を放出するものであることが好ましい。
 さらに、本発明に係る第1の光音響計測方法は、
 測定光を照射する光照射部と光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部とを備えたプローブユニットを用いて、被検体内に測定光を照射し、被検体内で発生した光音響波を検出してこの光音響波を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて光音響計測を行う光音響計測方法において、
 このプローブユニットの空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、
 測定光を放出させたくない空間である非放出特定空間の位置座標を取得し、
 姿勢情報に基づいてプローブユニットの検出面の向きを推定し、
 プローブユニットの位置座標、検出面の向きおよび非放出特定空間の位置座標に基づいて、非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をし、
 上記判断により上記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、非放出特定空間に測定光が放出される事態を回避する措置をとることを特徴とするものである。
 そして、本発明に係る第1の光音響計測方法において、プローブユニットの位置座標から上記方向に伸びる直線と、非放出特定空間の位置座標との距離を算出し、この距離が所定の閾値以下である場合に上記可能性が有る旨の判断をするものであることが好ましい。
 或いは、本発明に係る第1の光音響計測方法において、プローブユニットの位置座標および非放出特定空間の位置座標を結ぶ線と、プローブユニットの位置座標から上記方向に伸びる直線とが成す角度を算出し、この角度が所定の閾値以下である場合に上記可能性が有る旨の判断をするものであることが好ましい。
 そして、本発明に係る第1の光音響計測方法において、上記可能性が有る旨の判断をした場合において、さらに上記可能性の高さに応じた段階的な判断をし、
 この段階的な判断に応じて措置の内容を変化させることが好ましい。
 そして、本発明に係る第1の光音響計測方法において、非放出特定空間の位置座標をリアルタイムで取得することが好ましい。或いは、本発明に係る第1の光音響計測方法において、予め登録された非放出特定空間の位置座標を取得することができる。
 本発明に係る第1の光音響計測装置は、特に、プローブユニットの空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、測定光を放出させたくない空間である非放出特定空間の位置座標を取得する取得手段と、姿勢情報に基づいてプローブユニットの検出面の向きを推定する推定手段と、プローブユニットの位置座標、検出面の向きおよび非放出特定空間の位置座標に基づいて、非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をする判断手段と、上記判断により上記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、非放出特定空間に測定光が放出される事態を回避する措置をとる回避措置手段とを備えたことを特徴とするものである。本発明によれば、プローブユニットの検出面の向き(つまり、測定光が意図しない方向に放出される可能性が最も高いと推定される方向)と非放出特定空間との幾何学的な位置関係をリアルタイムに判断することができる。この結果、プローブユニットを使用した光音響計測において、測定光が意図しない方向に放出される可能性を低減することが可能となる。
 本発明に係る第2の光音響計測装置は、特に、プローブユニットの空間における位置座標をリアルタイムで取得し、光音響計測を行いたい計測場所の位置座標を取得する取得手段と、計測場所の位置座標を基準とした所定範囲内にプローブユニットの位置座標が属するか否かの判断をする判断手段と、上記判断によりプローブユニットの位置座標が上記所定範囲内に属する旨の判断結果が得られた場合にのみ、プローブユニットから測定光を放出する放出制御手段とを備えたことを特徴とするものである。本発明によれば、計測場所を基準とした所定範囲内にプローブユニットが存在する否かをリアルタイムに判断することができ、必要な場合にのみプローブユニットから測定光を放出させることができる。この結果、プローブユニットを使用した光音響計測において、測定光が意図しない方向に放出される可能性を低減することが可能となる。
 また、本発明に係る第1の光音響計測方法は、特に、プローブユニットの空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、測定光を放出させたくない空間である非放出特定空間の位置座標を取得し、姿勢情報に基づいてプローブユニットの検出面の向きを推定し、プローブユニットの位置座標、検出面の向きおよび非放出特定空間の位置座標に基づいて、非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をし、上記判断により上記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、非放出特定空間に測定光が放出される事態を回避する措置をとることを特徴とするものである。この結果、プローブユニットを使用した光音響計測において、測定光が意図しない方向に放出される可能性を低減することが可能となる。
本発明の光音響計測装置を用いて被検体の診察を行う様子を示す概略図である。 光音響計測装置の第1の実施形態の構成を示す概略図である。 図2における画像生成部の構成を示すブロック図である。 図2における回避判断部の構成を示すブロック図である。 非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をする方法の例を示す概略図である。 非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をする方法の他の例を示す概略図である。 光音響計測装置の第2の実施形態の構成を示す概略図である。 図6における放出判断部の構成を示すブロック図である。 計測場所の位置座標を基準とした所定範囲内にプローブユニットの位置座標が属するか否かの判断をする方法の例を示す概略図である。 計測特定姿勢を基準とした所定範囲内にプローブユニットの姿勢情報が属するか否かの判断をする方法の例を示す概略図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
 「光音響計測装置の第1の実施形態」
 まず、光音響計測装置の第1の実施形態について説明する。本実施形態の光音響計測装置は、例えば光音響画像を生成することができる光音響撮像装置10である。図1は、本実施形態の光音響撮像装置10を用いて被検体の診察を行う様子を示す概略図である。図2は、光音響撮像装置10の構成を示す概略図である。図3は、図2における画像生成部の構成を示すブロック図である。図4は、図2における回避判断部8aの構成を示すブロック図である。
 本実施形態における光音響撮像装置10は、図1および2に示されるように、特定波長成分を含むレーザ光Lを測定光として発生させこのレーザ光Lを被検体7に照射する光送信部1と、このレーザ光Lが被検体7に照射されることにより被検体7内で発生する光音響波Uを検出して任意断面の光音響画像データを生成する画像生成部2と、音響信号と電気信号の変換を行う電気音響変換部3と、この光音響画像データを表示する表示部6と、操作者が患者情報や装置の撮影条件を入力するための操作部5と、回避判断部8aと、これら各ユニットを統括的に制御するシステム制御部4とを備えている。
 一方、本実施形態における光音響撮像方法は、レーザ光Lを照射する光照射部1と光音響波Uを電気信号に変換する電気音響変換部3とを備えたプローブユニット70を用い、レーザ光Lを放出させたくない空間である非放出特定空間の位置座標を取得および設定し、このプローブユニット70の空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、その姿勢情報に基づいてプローブユニット70の検出面の向きを推定し、プローブユニット70の位置座標、検出面の向きおよび非放出特定空間の位置座標に基づいて、非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をし、上記判断により上記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、非放出特定空間にレーザ光Lが放出される事態を回避する措置をとり、それ以外の場合には、被検体7内にレーザ光Lを照射し、被検体7内で発生した光音響波Uを検出してこの光音響波Uを電気信号に変換し、この電気信号に基づいて光音響計測を行うものである。
 非放出特定空間は、例えば、レーザ光(測定光)に起因する不慮の事態を回避すべき特定対象を包含する空間とする。以下本実施形態においては、例として非放出特定空間が被検体7の頭部近傍の空間と設定された場合について説明を行う。
 そして、本実施形態においてプローブユニット70は、電気音響変換部3、光照射部15、および磁気センサ82を備えている。
 光送信部1は、例えばそれぞれ波長の異なるレーザ光Lを出力する複数の光源を備える光源部11と、複数の波長のレーザ光Lを同一光軸上に合成する光合波部12と、このレーザ光Lを被検体7の体表面まで導く多チャンネルの導波部14と、この導波部14において使用するチャンネルを切り換えて走査を行う光走査部13と、導波部14によって供給されるレーザ光Lが被検体7の撮像部位に向けて出射する光照射部15とを備えている。
 光源部11は、例えば所定の波長の光を発生する1以上の光源を有する。光源として、特定の波長成分又はその成分を含む単色光を発生する半導体レーザ(LD)、固体レーザ、ガスレーザ等の発光素子を用いることができる。光源部11は、レーザ光として1~100nsecのパルス幅を有するパルス光を出力するものであることが好ましい。レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。生体内のヘモグロビンは、その状態(酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、メトヘモグロビン、炭酸ガスヘモグロビン、等)により光学的な吸収特性が異なるが、一般的には600nmから1000nmの光を吸収する。したがって、例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合(つまり、血管を撮像する場合)には、一般的には600~1000nm程度とすることが好ましい。さらに、被検体7の深部まで届くという観点から、上記レーザ光の波長は700~1000nmであることが好ましく、近赤外波長(700~850nmの波長)であることが特に好ましい。そして、上記レーザ光の出力は、レーザ光と光音響波の伝搬ロス、光音響変換の効率および現状の検出器の検出感度等の観点から、10μJ/cm~数10mJ/cmであることが好ましい。さらに、パルス光出力の繰り返しは、画像構築速度の観点から、10Hz以上であることが好ましい。また、レーザ光は上記パルス光が複数並んだパルス列とすることもできる。
 より具体的には例えば、被検体7のヘモグロビン濃度を測定する場合には、固体レーザの一種であるNd:YAGレーザ(発光波長:約1000nm)や、ガスレーザの一種であるHe-Neガスレーザ(発光波長:633nm)を用い、10nsec程度のパルス幅を有したレーザ光を形成する。また、LD等の小型発光素子を用いる場合には、InGaAlP(発光波長:550~650nm)、GaAlAs(発光波長:650~900nm)、InGaAsもしくはInGaAsP(発光波長:900~2300nm)などの材料を用いた素子を使用することができる。また最近では、波長が550nm以下で発光するInGaNを用いた発光素子も使用可能になりつつある。更には、波長可変可能な非線形光学結晶を用いたOPO(Optical Parametrical Oscillators)レーザを用いることもできる。
 光合波部12は、光源部11から発生する波長の異なるレーザ光を同一光軸に重ね合わせるためのものである。それぞれのレーザ光は、まずコリメートレンズによって平行光線に変換され、次に直角プリズムやダイクロイックプリズムにより、光軸が合わせられる。このような構成により比較的小型の合波光学系とすることができる。また、光通信用に開発されている市販の多重波長合波・分波器を用いてもよい。また光源部11に前述の波長が連続的に変更可能なOPOレーザ等の発生源を使用する場合は、この光合波部12は必ずしも必要ではない。
 導波部14は、光合波部12から出力された光を光照射部15まで導光するためのものである。効率のよい光伝搬を行うために光ファイバ、薄膜状の光導波路または導光板を用いることが好ましい。本実施形態では、導波部14は、複数の光ファイバから構成される。これらの複数の光ファイバの中から所定の光ファイバを選択して、当該選択された光ファイバによって被検体7に対するレーザ光の照射を行う。なお、図2では、明確に示してはいないが、光学フィルタやレンズ等の光学系と合わせて使用することもできる。
 光走査部13は、導波部14において配列される複数の光ファイバを順次選択しながら光の供給を行う。これにより、被検体7に対して光による走査が行われる。
 電気音響変換部3は、例えば1次元状或いは2次元状に配列された微小な複数の変換素子54から構成される。変換素子54は、例えば、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。電気音響変換部3は、光照射部15からの光の照射により被検体内に発生する光音響波Uを受信する。この変換素子54は、受信時において光音響波Uを電気信号に変換する機能を有している。電気音響変換部3は、小型、軽量に構成されており、多チャンネルケーブルによって後述する受信部22に接続される。この電気音響変換部3は、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等の中から診断部位に応じて選択される。電気音響変換部3は、光音響波Uを効率よく伝達するために音響整合層を備えてもよい。一般に圧電素子材料と生体では音響インピーダンスが大きく異なるため、圧電素子材料と生体が直接接した場合には、界面での反射が大きくなり光音響波Uは効率よく伝達することができない。このため、圧電素子材料と生体の間に中間的な音響インピーダンスを有する音響整合層が配置されることにより、光音響波Uは効率よく伝達することができる。音響整合層を構成する材料の例としては、エポキシ樹脂や石英ガラスなどが挙げられる。
 光音響撮像装置10の画像生成部2は、電気音響変換部3を構成する複数の変換素子54を選択駆動するとともに、また電気音響変換部3からの電気信号に所定の遅延時間を与え、整相加算を行うことにより受信信号を生成する受信部22と、変換素子54の選択駆動や受信部22の遅延時間を制御する走査制御部24と、受信部22から得られる受信信号に対して各種の処理を行う信号処理部25とを備えている。
 受信部22は、図3に示すように、電子スイッチ53と、プリアンプ55と、受信遅延回路56と、加算器57とを備えている。
 電子スイッチ53は、光音響走査における光音響波の受信に際して、連続して隣接する所定数の変換素子54を選択する。例えば、電気音響変換部3がアレイ型の192個の変換素子CH1~CH192から構成される場合、このようなアレイ型変換素子は、電子スイッチ53によってエリア0(CH1~CH64までの変換素子の領域)、エリア1(CH65~CH128までの変換素子の領域)およびエリア2(CH129~CH192までの変換素子の領域)の3つの領域に分割されて取り扱われる。このようにN個の変換素子から構成されるアレイ型変換素子をn(n<N)個の隣接する振動子のまとまり(エリア)として取り扱い、このエリアごとにイメージング作業を実施した場合には、すべてのチャンネルの変換素子にプリアンプやA/D変換ボードを接続する必要がなくなり、プローブユニット70の構造を簡素化できコストの増大を防ぐことができる。また、それぞれのエリアを個別に光照射することができるように、複数の光ファイバを配置した場合には、1回あたりの光出力が大きくならずに済むので、大出力の高価な光源を用いる必要がないといった利点もある。そして、変換素子54によって得られるそれぞれの電気信号はプリアンプ55に供給される。
 プリアンプ55は、上記のように選択された変換素子54によって受信された微小な電気信号を増幅し、充分なS/Nを確保する。
 受信遅延回路56は、電子スイッチ53によって選択された変換素子54から得られる光音響波Uの電気信号に対して、所定の方向からの光音響波Uの位相を一致させて収束受信ビームを形成するための遅延時間を与える。
 加算器57は、受信遅延回路56により遅延された複数チャンネルの電気信号を加算することによって1つの受信信号にまとめる。この加算によって所定の深さからの音響信号は整相加算され、受信収束点が設定される。
 走査制御部24は、ビーム集束制御回路67と変換素子選択制御回路68とを備える。変換素子選択制御回路68は、電子スイッチ53によって選択される受信時の所定数の変換素子54の位置情報を電子スイッチ53に供給する。一方、ビーム集束制御回路67は、所定数個の変換素子54が形成する受信収束点を形成するための遅延時間情報を受信遅延回路56に供給する。
 信号処理部25は、フィルタ66と、信号処理器59と、A/D変換器60と、画像データメモリ62とを備えている。受信部22の加算器57から出力された電気信号は、信号処理部25のフィルタ66において不要なノイズを除去した後、信号処理器59にて受信信号の振幅を対数変換し、弱い信号を相対的に強調する。一般に、被検体7からの受信信号は、80dB以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しており、これを23dB程度のダイナミックレンジをもつ通常のモニタに表示するためには弱い信号を強調する振幅圧縮が必要となる。なお、フィルタ66は、帯域通過特性を有し、受信信号における基本波を抽出するモードと高調波成分を抽出するモードを有している。また、信号処理器59は、対数変換された受信信号に対して包絡線検波を行う。そして、A/D変換器60は、この信号処理器59の出力信号をA/D変換し、1ライン分の光音響画像データを形成する。この1ライン分の光音響画像データは、画像データメモリ62に保存される。
 画像データメモリ62は、前述のように生成された1ライン分の光音響画像データを順次保存する記憶回路である。システム制御部4は、画像データメモリ62に保存されたある断面についての1ライン分のデータであって1フレームの光音響画像を生成するのに必要なデータを読み出す。システム制御部4は、空間的に補間しながらそれら1ライン分のデータを合成して当該断面の1フレーム分の光音響画像データを生成する。そして、システム制御部4は、この1フレーム分の光音響画像データを画像データメモリ62に保存する。
 表示部6は、表示用画像メモリ63と、光音響画像データ変換器64と、モニタ65を備えている。表示用画像メモリ63は、モニタ65に表示する1フレーム分の光音響画像データを画像データメモリ62から読み出し、それを一時的に保存するバッファメモリである。光音響画像データ変換器64は、表示用画像メモリ63に保存された1フレーム分の光音響画像データに対してD/A変換とテレビフォーマット変換を行い、その出力はモニタ65において表示される。
 操作部5は、操作パネル上にキーボード、トラックボール、マウス等を備え、装置操作者が患者情報、装置の撮影条件、表示断面など必要な情報を入力するために用いられる。
 回避判断部8aは、非放出特定空間にレーザ光が放出される事態を回避するために、プローブユニット70に備えられた磁気センサ82を用いてプローブユニットの空間における情報を検出し、プローブユニット70と非放出特定空間との位置関係を把握するために必要な情報の処理、およびその事態が生じ得るか否かの判断を行う。この回避判断部8aは、空間に磁気を発生させる磁気発生部83と、情報取得部81と、判断部84aとを備える。
 磁気センサ82および磁気発生部83は、プローブユニット70の空間における情報を取得するための3次元磁気センサユニットを構成する。本実施形態ではこの3次元磁気センサユニット、後述する第1の情報受信部85および第2の情報受信部86aが全体として本発明における取得手段として機能する。3次元磁気センサユニットは、磁気発生部83が形成するパルス磁場上の空間において、磁気発生部83に対する磁気センサ82の相対的位置座標(x、y、z)、および磁気センサ82の姿勢情報(角度(α、β、γ)の情報)を取得することができる。そして、本実施形態ではプローブユニット70に2つの磁気センサ82を搭載しており、それぞれの磁気センサ82の位置座標および姿勢情報からプローブユニット70の姿勢情報を算出することができる。プローブユニット70の姿勢情報とは、例えば磁気発生部83を原点とするxyz軸空間における当該プローブユニット70の状態に関する情報であって、特に当該空間における基準状態からの傾きや回転の情報を含むものである。磁気発生部は83の配置場所は特に限定されず、プローブユニット70を操作する範囲が磁気発生部83の形成する磁場空間に含まれればどこでもよい。
 情報取得部81は、図4に示されるように第1の情報受信部85と、第2の情報受信部86aと、推定部87とを備えている。
 第1の情報受信部85は、プローブユニット70の空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで磁気センサ82から受信するものである。上記のような3次元磁気センサユニットを用いて第1の情報受信部85は、2つの磁気センサ82の信号に含まれるプローブユニット70の空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで受信する。プローブユニット70の空間における位置座標は、例えば2つの磁気センサ82によって得られたうちのいずれかを選択したり、それらの平均値を採用したり、その他2つの磁気センサ82から所定の関係を有する位置を採用したりすることができる。本実施形態では、プローブユニット70の空間における位置座標として、2つの磁気センサ82から所定の関係を有する位置であってプローブユニット70の検出面の中心の位置を採用している場合について説明する。第1の情報受信部85によって受信された当該位置座標および当該姿勢情報は推定部87に送られる。
 第2の情報受信部86aは非放出特定空間の位置座標を受信するものである。本実施形態では第2の情報受信部86aは、例えば非放出特定空間の位置座標として、空間における被検体7の頭部について予め登録された位置座標をシステム制御部4から受信する。本実施形態においては、当該頭部の位置座標はシステム制御部4に予め登録されており、第2の情報受信部86aはこの登録された位置座標を取得する。このような方法は、被検体7の動きが少ない場合に有効であり、例えば、プローブユニット70の磁気センサ82を頭部近傍に配置してスイッチ等で初期設定できるようにしたり、操作部5により手動で設定したりするようにしてもよい。その他、当該頭部の位置座標は、当該頭部に別の磁気センサを取り付けて、プローブユニット70の位置座標と同様にリアルタイムで取得することもできる。このような方法は、被検体7の動きが多い場合に有効である。当該頭部についての位置座標は、例えば眼の位置座標とする。非放出特定空間に測定光が放出される可能性の有無の判断をより正確に行うためである。なお、本発明において、非放出特定空間の輪郭を厳密に規定する必要はなく、非放出特定空間として設定したいおおよその領域に含まれる代表点の位置(本実施形態においては、上記頭部の眼の位置)を設定すれば充分である。どの程度の範囲を非放出特定空間とするかは、後述する判断部84aにおける判断基準により適宜設定される。
 そして、推定部87は、本発明の推定手段として機能し、姿勢情報に基づいてプローブユニット70の検出面の向きを推定するものである。プローブユニット70の検出面の向きは、レーザ光が主に放出される方向ということもできる。したがって、プローブユニット70の検出面の向きは、レーザ光Lが意図しない方向に放出される可能性が最も高い方向であると推定される。プローブユニット70の検出面の向きは、例えば検出面の中心におけるプローブユニット70の外側を向いた法線方向とすることができる。
 上記の結果、情報取得部81は最終的に、プローブユニット70の空間における位置座標、プローブユニットの検出面の向き、および非放出特定空間の位置座標を取得する。そして、情報取得部81はこれら3つの情報を判断部84aに送信する。
 判断部84aは、情報取得部81により取得された3つの情報に基づいて、非放出特定空間にレーザ光が放出される可能性の有無の判断をする。当該可能性の有無の判断は例えば次のように行う。
 図5Aは、上記可能性の有無の判断をする方法の例を示す概略図である。図5Aに示される場合では、プローブユニット70の位置座標P1から検出面3sの向きに伸びる直線L1と非放出特定空間R1の位置座標P2との距離yが算出され、この距離yが所定の閾値以下である場合に、上記可能性が有る旨の判断が行われる。上記方向に伸びる直線と非放出特定空間R1の位置座標との距離とは、幾何学的な最短距離を意味する。ここで、この距離yに関する所定の閾値は適宜設定される。
 また、拡がり角を持って放射するレーザ光Lの場合には以下のような方法が有効である。図5Bは、上記可能性の有無の判断をする方法の他の例を示す概略図である。図5Bに示される場合では、プローブユニット70の位置座標P1および非放出特定空間R1の位置座標P2を結ぶ線L2とプローブユニット70の位置座標P1から検出面3sの向きに伸びる直線L1とが成す角度θが算出され、この角度θが所定の閾値以下である場合に、上記可能性が有る旨の判断が行われる。ここで、この角度θに関する所定の閾値は適宜設定される。
 判断部84aは、例えば上記距離yまたは上記角度θと上記所定の閾値との差に応じて、上記可能性が有る旨の判断を行った上で、その可能性の高さに応じてその判断に段階設定を行ってもよい。そして、判断部84aにより得られた判断結果はシステム制御部4に送信される。
 システム制御部4は、図示しないCPUと図示しない記憶回路を備え、操作部5からのコマンド信号に従って光送信部1、画像生成部2、表示部6などの各ユニットの制御やシステム全体の制御を統括して行う。特に、内部のCPUには、操作部5を介して送られる操作者の入力コマンド信号が保存される。また、システム制御部4は、本発明の回避措置手段としても機能し、判断部84aにより上記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に非放出特定空間R1にレーザ光が放出される事態を回避する措置をとる。このような措置としては、例えばレーザ光Lの出力を光源部11に停止させたり、警告画面を表示部6に表示させたり、警告を知らせる音や光を出したりすることが挙げられる。判断結果に段階設定がある場合には、その段階に応じた回避措置をとるようにすることもできる。例えば上記可能性が高い場合には即時にレーザ光Lの出力を光源部11に停止させ、一方上記可能性が低い場合には警告音のみとする措置が挙げられる。
 システム制御部4は、プローブユニット70の位置座標P1と非放出特定空間R1の位置座標P2との距離が所定距離(例えば10cm)以上離れており、かつ検出面が障害物に接触していることによりレーザ光Lが空間に放出されないと認められる場合には、判断手段による判断結果に関わらず措置をとらないように設定することもできる。実際には、例えば図5Aおよび5Bで説明したような判断基準を単純に満たす場合であっても、上記可能性がない場合やそのようなプローブユニット70の操作が必要な場合(例えば後頭部や下顎部の検査を行う場合)もありうるためである。このような設定にすることで、より柔軟に非放出特定空間R1にレーザ光が放出される事態を回避する措置をとることができる。ここで、上記所定距離の下限が10cmである理由は、レーザ光の生体内の拡散距離が高々5cm程度であるため、例えば後頭部や下顎部の検査を行う場合であっても、10cm離れていればレーザ光は眼球や眼底部に届かないと考えられるためである。上記のような設定を行えば、例えば後頭部や下顎部の検査を行う場合に回避措置機構が作動して検査が履行できないという事態を排除することができる。また、検出面が障害物に接触しているか否かの判断は、例えば超音波画像分析を随時行うことによりすることができる。
 以上より、本発明によれば、プローブユニットの検出面の向き(つまり、測定光が意図しない方向に放出される可能性が最も高いと推定される方向)と非放出特定空間との幾何学的な位置関係をリアルタイムに判断することができる。この結果、プローブユニットを使用した光音響計測において、測定光が意図しない方向に放出される可能性を低減することが可能となる。
 なお、被検体以外の者(例えば検査者および検査観察者等)の眼も保護したい場合には、被検体以外の者の眼の位置座標も同様に取得する。そして、同様の回避措置をとり、それぞれの者について測定光が放出される事態を回避するように拡張することは容易である。また、プローブユニットと同一の閉空間(例えば検査室)内にあり光センサを備えた機器の誤作動もしくは故障を防ぐため、高強度の測定光がその光センサに入らないようにその機器の位置座標を予め設定するなどの拡張も容易である。例えば、このような機器としては、他の機器の位置姿勢制御に利用されている赤外センサ受光部を備えた機器や、リモコン受信部を備えた機器等が挙げられる。
 また、測定光に起因する不慮の事態を回避すべき特定対象は空間そのものであってもよい。例えば、人通りの多い空間を設定すれば、人について不慮の事態が発生する可能性をより低減できる。
 「光音響計測装置の第2の実施形態」
 次に、光音響計測装置の第2の実施形態について説明する。本実施形態の光音響計測装置も、例えば光音響画像を生成することができる光音響撮像装置10である。図6は、光音響撮像装置10の構成を示す概略図である。図7は、図6における放出判断部8bの構成を示すブロック図である。
 本実施形態における光音響撮像装置10は、図6に示されるように、光送信部1と、画像生成部2と、電気音響変換部3と、表示部6と、操作部5と、放出判断部8bと、これら各ユニットを統括的に制御するシステム制御部4とを備えている。つまり、本実施形態の光音響撮像装置10は、回避判断部8aに代えて放出判断部8bを有する点で、第1の実施形態における光音響計測装置と異なる。したがって、第1の実施形態と同様の構成についての詳細な説明は、必要のない限り省略する。
 一方、本実施形態における光音響撮像方法は、レーザ光Lを照射する光照射部1と光音響波Uを電気信号に変換する電気音響変換部3とを備えたプローブユニット70を用い、光音響計測を行いたい計測場所の位置座標を取得および設定し、このプローブユニット70の空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、その姿勢情報に基づいてプローブユニット70の検出面の向きを推定し、プローブユニット70の位置座標、検出面の向きおよび計測場所の位置座標に基づいて、計測場所の位置座標を基準とした所定範囲内にプローブユニット70の位置座標が属するか否かの判断(位置座標についての属否判断)をし、上記判断によりプローブユニット70の位置座標が上記所定範囲内に属する旨の判断結果が得られた場合にのみ、プローブユニット70からレーザ光Lを放出して光音響計測を行い、それ以外の場合には、プローブユニット70からレーザ光Lを放出させないものである。
 計測場所は、例えば、レーザ光(測定光)を照射して光音響画像を撮像したい被検体の部位とする。以下本実施形態においては、例として計測場所が被検体7の胸部と設定された場合について説明を行う。
 プローブユニット70、光送信部1、画像生成部2、電気音響変換部3、表示部6、操作部5は、第1の実施形態における光音響撮像装置の場合と同様である。
 放出判断部8bは、計測場所の位置座標を基準とした所定範囲内にプローブユニット70の位置座標が属する場合にのみレーザ光Lを放出するために、プローブユニット70に備えられた磁気センサ82を用いてプローブユニットの空間における情報を検出し、プローブユニット70と計測場所との位置関係を把握するために必要な情報の処理、および位置座標についての属否判断を行う。この放出判断部8bは、空間に磁気を発生させる磁気発生部83と、情報取得部81と、判断部84bとを備える。
 磁気センサ82および磁気発生部83は、第1の実施形態における光音響撮像装置の場合と同様である。
 情報取得部81は、図7に示されるように第1の情報受信部85と、第2の情報受信部86bと、推定部87とを備えている。
 第1の情報受信部85は、第1の実施形態における光音響撮像装置の場合と同様である。
 第2の情報受信部86bは計測場所の位置座標を受信するものである。本実施形態では第2の情報受信部86bは、例えば計測場所の位置座標として、空間における被検体7の胸部について予め登録された位置座標をシステム制御部4から受信する。本実施形態においては、当該胸部の位置座標はシステム制御部4に予め登録されており、第2の情報受信部86bはこの登録された位置座標を取得する。このような方法は、被検体7の動きが少ない場合に有効であり、例えば、プローブユニット70の磁気センサ82を胸部近傍に配置してスイッチ等で初期設定できるようにしたり、操作部5により手動で設定したりするようにしてもよい。その他、当該胸部の位置座標は、当該胸部に別の磁気センサを取り付けて、プローブユニット70の位置座標と同様にリアルタイムで取得することもできる。このような方法は、被検体7の動きが多い場合に有効である。当該胸部についての位置座標は、例えばその領域の代表点の位置座標とする。なお、本発明において、計測場所の輪郭を厳密に規定する必要はなく、計測場所として設定したいおおよその領域に含まれる代表点の位置を設定すれば充分である。
 推定部87は、第1の実施形態における光音響撮像装置の場合と同様である。
 上記の結果、情報取得部81は最終的に、プローブユニット70の空間における位置座標、プローブユニットの検出面の向き、および計測場所の位置座標を取得する。そして、情報取得部81はこれら3つの情報を判断部84bに送信する。
 判断部84bは、情報取得部81により取得された3つの情報に基づいて、位置座標についての属否判断をする。位置座標についての属否判断は例えば次のように行う。
 図8Aは、位置座標についての属否判断をする方法の例を示す概略図である。図8Aに示される場合では、プローブユニット70の位置座標P1と計測領域の位置座標P3との距離が算出され、この距離が所定の閾値r以下である場合に、上記所定範囲R2内にプローブユニット70の位置座標が属する旨の判断が行われる。ここで、この距離に関する所定の閾値rは、例えば10cm程度とすることが好ましいが、実際の計測条件等を考慮して適宜設定される。
 また、判断部84bは、上記の位置座標についての属否判断に加えて、プローブユニット70の予め設定された計測特定姿勢を基準とした所定範囲内にその姿勢情報が属するか否かの判断(姿勢情報についての属否判断)をしてもよい。例えば、この姿勢情報についての属否判断は例えば次のように行う。図8Bは、姿勢情報についての属否判断をする方法の例を示す概略図である。計測特定姿勢は、測定光を放出すべきプローブユニット70の姿勢の基準となる姿勢であり、通常は光音響計測を行うプローブユニットの理想的な姿勢とする。光音響計測を行う前に予め設定される。例えばこの設定は、実際に光音音響計測を行う姿勢でプローブユニット70を胸部の上に配置してスイッチ等で初期設定したり、操作部5により手動で設定したりするようにしてもよい。そして、この計測特定姿勢にあるプローブユニット71における検出面の向き71aと実際のプローブユニット70の検出面の向き70aとの成す角φ(例えばP1の点で交わるときの角度)を求め、この角度φが所定の閾値以下である場合に、計測特定姿勢を基準とした所定範囲内にその姿勢情報が属する旨の判断が行われる。ここで、この角度φに関する所定の閾値は、例えば45°程度とすることが好ましいが、実際の計測条件等を考慮して適宜設定される。
 システム制御部4は、本発明の放出制御手段としても機能し、判断部84bにより位置座標および姿勢情報についての属否判断の判断結果が得られた場合にのみ、レーザ光Lがプローブユニット70から放出されるように、例えば光源の出力のスイッチを入れたりシャッターを開いたりして制御を行う。
 以上のように、本実施形態によれば、計測場所を基準とした所定範囲内にプローブユニットが存在する否かをリアルタイムに判断することができ、必要な場合にのみプローブユニットから測定光を放出させることができる。この結果、プローブユニットを使用した光音響計測において、測定光が意図しない方向に放出される可能性を低減することが可能となる。
 さらに、本実施形態において、計測特定姿勢を基準とした所定範囲内にその姿勢情報が属するか否かの判断も行えば、測定光が放出される方向も限定できるため、測定光が意図しない方向に放出される可能性をさらに低減することが可能となる。
 (設計変更)
 なお、第1の実施形態および第2の実施形態を組み合わせることも可能である。つまり、非放出特定空間を設定し、非放出特定空間にレーザ光が放出される可能性の有無の判断をするとともに、さらにプローブユニットの位置座標および姿勢情報についての属否判断も行えば、それぞれ単独で判断する場合に比べて、測定光が意図しない方向に放出される可能性をより低減することが可能となる。
 本発明は、光音響イメージングに限らず、光音響分析法を利用した被検体の検査および診断等においても同様に適用することができる。

Claims (15)

  1.  被検体内に測定光を照射し、前記被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて光音響計測を行う光音響計測装置において、
     前記測定光を照射する光照射部と前記光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部とを備えたプローブユニットと、
     該プローブユニットの空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、前記測定光を放出させたくない空間である非放出特定空間の位置座標を取得する取得手段と、
     前記姿勢情報に基づいて前記プローブユニットの検出面の向きを推定する推定手段と、
     前記プローブユニットの前記位置座標、前記検出面が向いている前記方向および前記非放出特定空間の前記位置座標に基づいて、前記非放出特定空間に前記測定光が放出される可能性の有無の判断をする判断手段と、
     前記判断により前記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、前記非放出特定空間に前記測定光が放出される事態を回避する措置をとる回避措置手段とを備えたことを特徴とする光音響計測装置。
  2.  前記判断手段が、前記プローブユニットの前記位置座標から前記方向に伸びる直線と、前記非放出特定空間の前記位置座標との距離を算出し、該距離が所定の閾値以下である場合に前記可能性が有る旨の判断をするものであることを特徴とする請求項1に記載の光音響計測装置。
  3.  前記判断手段が、前記プローブユニットの前記位置座標および前記非放出特定空間の前記位置座標を結ぶ線と、前記プローブユニットの前記位置座標から前記方向に伸びる直線とが成す角度を算出し、該角度が所定の閾値以下である場合に前記可能性が有る旨の判断をするものであることを特徴とする請求項1に記載の光音響計測装置。
  4.  前記判断手段が、前記可能性が有る旨の判断をした場合において、さらに前記可能性の高さに応じた段階的な判断をするものであり、
     前記回避措置手段が前記段階的な判断に応じて前記措置の内容を変化させるものであることを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の光音響計測装置。
  5.  前記取得手段が前記非放出特定空間の前記位置座標をリアルタイムで取得するものであることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の光音響計測装置。
  6.  前記取得手段が予め登録された前記非放出特定空間の前記位置座標を取得するものであることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の光音響計測装置。
  7.  前記回避措置手段が、前記プローブユニットの前記位置座標と前記非放出特定空間の前記位置座標との距離が所定距離以上離れており、かつ前記検出面が障害物に接触していることにより前記測定光が空間に放出されないと認められる場合には、前記判断手段による前記判断結果に関わらず前記措置をとらないものであることを特徴とする請求項1から6いずれかに記載の光音響計測装置。
  8.  被検体内に測定光を照射し、前記被検体内で発生した光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて光音響計測を行う光音響計測装置において、
     前記測定光を照射する光照射部と前記光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部とを備えたプローブユニットと、
     該プローブユニットの空間における位置座標をリアルタイムで取得し、光音響計測を行いたい計測場所の位置座標を取得する取得手段と、
     前記計測場所の前記位置座標を基準とした所定範囲内に前記プローブユニットの前記位置座標が属するか否かの判断をする判断手段と、
     前記判断により前記プローブユニットの前記位置座標が前記所定範囲内に属する旨の判断結果が得られた場合にのみ、前記プローブユニットから前記測定光を放出する放出制御手段とを備えたことを特徴とする光音響計測装置。
  9.  前記取得手段が、前記プローブユニットの空間における姿勢情報をリアルタイムで取得するものであり、
     前記判断手段が、前記プローブユニットの計測特定姿勢を基準とした所定範囲内に前記姿勢情報が属するか否かの判断をするものであり、
     前記放出制御手段が、前記姿勢情報が前記所定範囲内に属する旨の判断結果がさらに得られた場合にのみ、前記測定光を放出するものであることを特徴とする請求項8に記載の光音響計測装置。
  10.  測定光を照射する光照射部と光音響波を電気信号に変換する電気音響変換部とを備えたプローブユニットを用いて、被検体内に前記測定光を照射し、前記被検体内で発生した前記光音響波を検出して該光音響波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて光音響計測を行う光音響計測方法において、
     前記プローブユニットの空間における位置座標および姿勢情報をリアルタイムで取得し、
     前記測定光を放出させたくない空間である非放出特定空間における位置座標を取得し、
     前記姿勢情報に基づいて前記プローブユニットの検出面の向きを推定し、
     前記プローブユニットの前記位置座標、前記検出面が向いている前記方向および前記非放出特定空間の前記位置座標に基づいて、前記非放出特定空間に前記測定光が放出される可能性の有無の判断をし、
     前記判断により前記可能性が有る旨の判断結果が得られた場合に、前記非放出特定空間に前記測定光が放出される事態を回避する措置をとることを特徴とする光音響計測方法。
  11.  前記プローブユニットの前記位置座標から前記方向に伸びる直線と、前記非放出特定空間の前記位置座標との距離を算出し、該距離が所定の閾値以下である場合に前記可能性が有る旨の判断をすることを特徴とする請求項10に記載の光音響計測方法。
  12.  前記プローブユニットの前記位置座標および前記非放出特定空間の前記位置座標を結ぶ線と、前記プローブユニットの前記位置座標から前記方向に伸びる直線とが成す角度を算出し、該角度が所定の閾値以下である場合に前記可能性が有る旨の判断をすることを特徴とする請求項10に記載の光音響計測方法。
  13.  前記可能性が有る旨の判断をした場合において、さらに前記可能性の高さに応じた段階的な判断をし、
     前記段階的な判断に応じて前記措置の内容を変化させることを特徴とする請求項10から12いずれかに記載の光音響計測方法。
  14.  前記非放出特定空間の前記位置座標をリアルタイムで取得することを特徴とする請求項10から13いずれかに記載の光音響計測方法。
  15.  予め登録された前記非放出特定空間の前記位置座標を取得することを特徴とする請求項10から13いずれかに記載の光音響計測方法。
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