WO2016006188A1

WO2016006188A1 - 光音響画像生成装置及び挿入物

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Publication number: WO2016006188A1
Application number: PCT/JP2015/003220
Authority: WO
Inventors: 覚入澤
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2016-01-14
Also published as: US10786159B2; CN106470614A; JP6215470B2; CN106470614B; EP3167812B1; EP3167812A1; EP3167812A4; US20170112386A1; JPWO2016006188A1

Abstract

【課題】光音響画像生成装置及び挿入物において、液体の注入が可能な挿入物が被検体の表面から深い位置に穿刺された場合でも、光音響画像上で挿入物の位置を確認することを可能とする。【解決手段】中空管（１５５）は、開口を有し内部に内腔を有する穿刺針本体（１５１）の内腔に挿通される。中空管（１５５）は、内部に導光部材（１５２）を収容し、かつ先端部に光吸収部材を有する。基端部（１５６）は、液体の注入口（１５７）と、注入口（１５７）及び穿刺針本体（１５１）の内腔と連通するチャンバ（１５８）とを有する。穿刺針本体（１５１）の内腔の径は中空管（１５５）の外径よりも大きい。注入口（１５７）から注入された液体は、チャンバ（１５８）及び穿刺針本体（１５１）の内腔と中空管（１５５）との間の空間を通して穿刺針本体（１５１）の開口から流出させることが可能である。

Description

光音響画像生成装置及び挿入物

　本発明は、光照射に起因して生じた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装置に関する。また、本発明は、そのような光音響画像生成装置に用いられる、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物に関する。

　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を用いる。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。超音波探触子でその反射超音波を受信し、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で、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、レーザパルスなどのパルスレーザ光を生体内に照射する。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、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。

　ここで、特許文献１には、光音響を用いた生体情報イメージングと穿刺針を用いた処置との組み合わせが言及されている。特許文献１では、光音響画像を生成し、その画像を観察することで、腫瘍などの患部や、患部の疑いがある部位などを見つける。そのような部位をより精密に検査するために、或いは患部に注射などを行うために、注射針や細胞診針等の穿刺針を用いて、細胞の採取や患部への注射などを行う。特許文献１では、光音響画像を用いて、患部を観察しながら穿刺を行うことができるとしている。

特開２００９－３１２６２号公報

　一般に、穿刺針の穿刺では、その先端部分の位置を把握することが重要である。しかし、通常、被検体に対する光照射は被検体の表面から行われ、特に穿刺針の先端が深い位置（例えば、被検体表面から３ｃｍより深い位置）まで穿刺されると、被検体表面から照射された光が深い位置に穿刺された穿刺針まで十分に届かず、光音響画像で穿刺針の先端の位置を確認することが困難になる。例えば穿刺針が薬剤の注入が可能なものである場合に、先端の位置が明確に確認できないと、先端が薬剤を注入する所望の部位からずれているか否かを確認することが困難になる。これら問題は、穿刺針に限らず、薬剤の注入が可能な挿入物の位置を、光音響画像を用いて確認しようとするときに生じ得る。

　本願発明は、上記に鑑み、薬剤の注入が可能な挿入物が被検体の表面から深い位置に穿刺された場合でも、光音響画像上で挿入物の位置を確認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。

　また、本発明は、上記光音響画像生成装置に用いられる挿入物を提供する。

　上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも一部が被検体内に挿入される挿入物であって、開口を有し内部に内腔を有する挿入物本体と、挿入物本体の内腔に挿通され、光源から出射される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出射する光出射部と、光出射部から出射される光を吸収して光音響波を発生する光吸収部材と、液体の注入口と、注入口及び挿入物本体の内腔と連通するチャンバとを有する基端部とを備え、内腔は液体が流れるための空間を有しており、注入口から注入された液体は、チャンバ及び液体が流れるための空間を通して挿入物本体の開口から流出させることが可能な挿入物を提供する。

　本発明の挿入物は、内部に導光部材を収容し、かつ先端部に光吸収部材を有し、挿入物本体の内腔に挿通される中空管を更に備えていてもよい。挿入物本体の内腔の径は中空管の外径よりも大きく、注入口から注入された液体は、チャンバ及び挿入物本体の内腔と中空管との間の空間を通して挿入物本体の開口から流出させることが可能であってもよい。

　本発明の挿入物では、光吸収部材は、光吸収性を有する物質が混合された接着剤から成っていてもよい。その接着剤は、中空管の先端において導光部材を固定し、かつ中空管の先端を封止することが好ましい。

　本発明の挿入物において、可撓性を有する中空管を、基端部に設けられた挿入孔から、挿入物本体の延在方向に対して斜めに傾いた方向に挿入し、チャンバにおいて挿入物本体の延在方向に向きを変えて挿入物本体の内腔に挿通することとしてもよい。

　上記の挿入物において、チャンバは、少なくとも、挿入物本体の内腔に接続する地点から、挿入物本体の延在方向に延びる直線と挿入孔から傾いた方向に延びる直線とが交差する地点までの間に、傾いて挿入された中空管を挿入物本体の内腔方向にガイドする平坦面を有することが好ましい。

　上記の平坦面は、挿入物本体の内腔に向かって幅が狭くなる溝を有することが好ましい。

　挿入物は被検体に穿刺される針であってもよい。挿入物本体は外針を構成し、中空管は内針を構成してもよい。

　挿入物本体は、内腔側に凸状に突き出す突起部を有していてもよい。

　挿入物本体は、挿入物本体の延在方向に沿って複数の突起部を有することも好ましい。

　本発明の挿入物は、突起部の裏側に、挿入物本体の外壁側から内腔側に凹状にへこむ凹部を有していてもよい。その場合、凹部を、挿入物本体に入射した音響波を、音響波の入射方向に反射する反射部として機能させることとしてもよい。反射部は、三角錐の頂点を底点とする窪みによって構成されていてもよい。

　導光部材は光ファイバであってもよい。その場合、光ファイバの光源から見て光進行側の端面が光出射部を構成してもよい。

　本発明は、また、上記本発明の挿入物と、挿入物の少なくとも一部が被検体内に挿入された後に、挿入物から発せられる光音響波を検出する音響波検出手段と、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手段とを備えた光音響画像生成装置を提供する。

　音響波検出手段は、被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を更に検出可能であってもよい。その場合、光音響画像生成装置は、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手段を更に備えていてもよい。

　本発明の光音響画像生成装置及び挿入物によれば、挿入物が被検体の表面から深い位置に穿刺された場合でも、液体の注入に際して、光音響画像上で挿入物の位置を確認することができる。

本発明の第１実施形態に係る光音響画像生成装置を示すブロック図。穿刺針の針部分を示す断面図。穿刺針の基端部を示す断面図。薬剤の注入に用いられるシリンジを示す断面図。光音響画像生成装置の動作手順を示すフローチャート。本発明の第２実施形態に係る穿刺針の基端部を示す断面図。図６のＡ－Ａ断面を示す断面図。第２実施形態に係る穿刺針の針部分を示す断面図。本発明の第３実施形態に係る挿入物の挿入物本体の延在方向に沿った方向の断面図。第３実施形態に係る挿入物の突起部が存在する部分の延在方向と直交する方向の断面図。穿刺針本体の外観を示す図。穿刺針本体の外観を示す図。本発明の変形例に係る挿入物の挿入物本体の延在方向に沿った方向の断面図。変形例に係る挿入物の突起部が存在する部分の延在方向と直交する方向の断面図。レーザユニットを含む光音響画像生成装置の外観を示す図。

　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実施形態に係る光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置（光音響画像診断装置）１０は、プローブ（超音波探触子）１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、及び穿刺針１５を含む。なお、本発明の実施形態では、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、被検対象や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は光源である。レーザユニット１３は、例えばレーザダイオード光源（半導体レーザ光源）である。あるいは、レーザユニット１３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。レーザユニット１３に用いられるレーザ光源のタイプは特に限定されず、レーザユニット１３に、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を用いてもよい。レーザユニット１３から出射したレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いて穿刺針１５まで導光される。レーザ光源以外の光源を用いてもよい。

　本実施形態では、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物として、被検体内に穿刺される穿刺針１５を考える。図２は、穿刺針１５の針部分の断面を示す。穿刺針１５は、穿刺針本体１５１、導光部材１５２、光出射部１５３、光吸収部材１５４、及び中空管１５５を有する。穿刺針本体１５１は、先端に開口を有し、内部に内腔を有する。穿刺針本体１５１は、例えばステンレスなどの金属から成る。穿刺針本体１５１は、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂材料から成っていてもよい。

　導光部材１５２は、光源から出射される光を導光する。導光部材１５２により導光された光は光出射部１５３から出射する。導光部材１５２は、例えば光ファイバで構成されており、その光ファイバのレーザユニット１３から見て光進行側の端面が光出射部１５３を構成する。光ファイバの直径は例えば１３０μｍである。光出射部１５３からは、例えば０．２ｍＪのレーザ光が出射する。

　光吸収部材１５４は、光出射部１５３から出射した光を吸収して光音響波を発生する。光吸収部材１５４には、例えば黒顔料を混合したエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂やシリコーンゴムなどを用いることができる。あるいは、光吸収部材１５４に、レーザ光の波長に対して光吸収性を有する金属又は酸化物を用いてもよい。例えば光吸収部材１５４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、酸化マンガンなどの酸化物を用いることができる。あるいは、Ｔｉ、Ｐｔ、ハンダや、溶接されたステンレスなどの金属を光吸収部材１５４として用いてもよい。

　中空管１５５は、例えばステンレスなどの金属から成る中空の管である。中空管１５５は、ポリイミドなどの樹脂材料から成る管でもよい。中空管１５５は、内部に導光部材１５２を収容し、先端の近傍に光吸収部材１５４を有する。光吸収部材１５４は、中空管１５５の先端において中空管１５５の内腔を塞ぎ、かつ、導光部材１５２の光出射側の端面（光出射部１５３）を中空管１５５の先端の近傍に固定する。

　中空管１５５は、穿刺針本体１５１の内腔に挿通される。中空管１５５の外径は、穿刺針本体１５１の内腔の径よりも小さい。穿刺針本体１５１は外針を構成し、中空管１５５は内針を構成する。外針のサイズは例えば２０Ｇ（ゲイジ）であり、内針のサイズは例えば２９Ｇ又は３０Ｇ程度である。

　図３は、穿刺針１５の基端部の断面を示す。基端部１５６は、注入口１５７と、チャンバ１５８とを有する。基端部１５６は、例えばポリプロピレン、ポリカーボネートポリエステルなどの樹脂材料から成る。外針を構成する穿刺針本体１５１は、接着剤１５９により、基端部１５６の先端側に接着される。一方、内針を構成する中空管１５５は、接着剤１６０により、基端部１５６の後端側に接着される。接着剤１５９及び接着剤１６０には、エポキシ樹脂などを用いることができる。

　中空管１５５は、基端部１５６から後ろ側に露出し、露出した部分は被覆チューブ１６１で覆われる。被覆チューブ１６１は、例えばポリエステルから成る。被覆チューブ１６１は、エポキシ樹脂などの接着剤１６２を用いて中空管１５５に接着される。被覆チューブ１６１は、導光部材１５２を内部に収容し、中空管１５５とレーザユニット１３（図１を参照）との間で導光部材１５２を保護する。

　レーザユニット１３から出射した光は、導光部材１５２により穿刺針１５まで導光され、先端に設けられた光出射部１５３（図２を参照）から出射する。１本の導光部材１５２によってレーザユニット１３から穿刺針１５の先端まで光を導光するのに代えて、基端部１５６に光コネクタを設け、レーザユニット１３から基端部１５６まで光を導光する導光部材と、基端部１５６から穿刺針１５の先端まで光を導光する導光部材とを分けてもよい。

　光出射部１５３から出射した光の少なくとも一部は、その周囲に設けられた光吸収部材１５４に照射される。光吸収部材１５４が照射された光を吸収することで、穿刺針の先端において光音響波が発生する。光吸収部材１５４は穿刺針１５の先端近傍に存在しており、穿刺針１５の先端の一点で光音響波を発生させることができる。光音響波の発生源（音源）の長さは、穿刺針全体の長さに比べて十分に短く、音源は点音源とみなすことができる。ここで、穿刺針１５の先端近傍とは、その位置に光出射部１５３及び光吸収部材１５４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。例えば、穿刺針１５の開口を有する先端から基端部側へ０ｍｍ～３ｍｍの範囲内のことを指す。

　注入口１５７は、液体である薬剤の注入口である。用いられる薬剤としては、例えば麻酔薬、点滴、抗がん剤、エタノール、造影剤、生理食塩水などが考えられる。注入口１５７にはシリンジや輸液チューブなどが装着される。チャンバ１５８は、注入口１５７及び穿刺針本体１５１の内腔と連通している。注入口１５７から注入された薬剤は、チャンバ１５８から穿刺針本体１５１の内腔と中空管１５５との隙間に浸入し、その隙間を通って穿刺針本体１５１の開口から流出させることが可能になる。チャンバ１５８は、穿刺針の基端部１５６と一体成型されたものである必要はなく、チャンバ１５８と基端部１５６とが分割成型されていてもよい。注入口１５７と中空管１５５の延在方向とがなす角度は適宜設計される。注入口１５７と中空管１５５の延在方向とがなす角度は直角でもよい。

　図４は、薬剤の注入に用いられるシリンジの断面を示す。シリンジ２００は、シリンジ本体２０１内に薬剤収容スペースを有する。薬剤スペースは、シリンジの先端部２０３に連通している。薬剤注入に際して、シリンジの先端部２０３は、基端部１５６（図３を参照）に設けられた注入口１５７に装着される。この装着を強固にするために、シリンジの先端部２０３の周囲、及び基端部１５６の注入口１５７の周りにねじ山とそれに適合する凹部とを設け、両者をねじ止めしてもよい。薬剤収容スペースに収容された薬剤は、プランジャーロッド２０２によって押し出され、シリンジの先端部２０３を通して注入口１５７に注がれる。

　図１に戻り、プローブ１１は、音響波検出手段であり、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有している。プローブ１１は、被検体に穿刺針１５が穿刺された後に、光吸収部材１５４（図２を参照）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、被検体に対する音響波（超音波）の送信、及び送信した超音波に対する反射音響波（反射超音波）の受信を行う。

　超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、データ分離手段２４、光音響画像生成手段２５、超音波画像生成手段２６、画像合成手段２７、制御手段２８、及び送信制御回路２９を有する。受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響波の検出信号を受信する。また、プローブ１１で検出された反射超音波の検出信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１が受信した光音響波及び反射超音波の検出信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば所定の周期のサンプリングクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響波及び反射超音波の検出信号をサンプリングする。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした光音響波及び反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。

　データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された光音響波の検出信号のサンプリングデータと反射超音波の検出信号のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段２４は、光音響波の検出信号のサンプリングデータを光音響画像生成手段２５に入力する。また、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像生成手段（反射音響波画像生成手段）２６に入力する。

　光音響画像生成手段２５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。超音波画像生成手段２６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。超音波画像の生成も、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。

　画像合成手段２７は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段２７は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、ディスプレイなどの画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。

　制御手段２８は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。制御手段２８は、例えばレーザユニット１３にトリガ信号を送り、レーザユニット１３からレーザ光を出射させる。また、レーザ光の照射に合わせて、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送り、光音響波のサンプリング開始タイミングを制御する。

　制御手段２８は、超音波画像を取得する場合は、送信制御回路２９に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路２９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。制御手段２８は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。

　医師などの術者は、基端部１５６の注入口１５７に例えばシリンジを接続し、穿刺針１５を被検体へ穿刺する。穿刺針本体１５１の内腔が部分的に中空管１５５によって塞がれるため、針を穿刺している途中に肉片などを巻き込むことを防止でき、術者の刺す感覚が妨げられることを防止できる。このとき術者は、画像表示手段１４に表示された画像を観察することで、所望の部位に穿刺針１５の先端を穿刺できたか否かの確認が可能である。穿刺針本体１５１の開口部分が血管などに到達すると、血液などが穿刺針本体１５１の内腔と中空管１５５との間の隙間を通って基端部１５６側に逆流する。この逆流の有無により、針先が血管などへ到達したか否かの判断が可能である。術者は、針先が所望の部位へ到達したのち、穿刺針本体１５１の内腔と中空管１５５との間の隙間を通して、薬剤を被検体に注入する。

　図５は、光音響画像生成装置の動作手順を示す。医師などにより、穿刺針１５が被検体に穿刺される（ステップＳ１）。穿刺針１５の穿刺後、超音波ユニット１２の制御手段２８は、レーザユニット１３にトリガ信号を送る。レーザユニット１３は、トリガ信号を受けると、レーザ発振を開始し、パルスレーザ光を出射する。レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は、導光部材１５２（図２及び図３を参照）によって穿刺針１５の先端の近傍まで導光され、光出射部１５３から出射して、光吸収部材１５４に照射される（ステップＳ２）。

　プローブ１１は、レーザ光の照射により被検体内の光吸収部材１５４で発生した光音響波を検出する（ステップＳ３）。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１を介して光音響波の検出信号を受け取り、光音響波の検出信号を、サンプリングして受信メモリ２３に格納する。データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された光音響波の検出信号を光音響画像生成手段２５に送信する。光音響画像生成手段２５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（ステップＳ４）。

　制御手段２８は、送信制御回路２９に超音波トリガ信号を送る。送信制御回路２９は、それに応答してプローブ１１から超音波を送信させる（ステップＳ５）。プローブ１１は、超音波の送信後、反射超音波を検出する（ステップＳ６）。なお、超音波の送受信は分離した位置で行ってもよい。例えばプローブ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で受信してもよい。

　プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。ここで、プローブ１１から送信された超音波はプローブ１１と超音波反射位置との間を往復して伝播するのに対し、光音響波はその発生位置である穿刺針１５の先端近傍からプローブ１１までの片道を伝播する。従って、反射超音波の検出には、同じ深さ位置で生じた光音響波の検出に比して２倍の時間がかかるため、反射超音波サンプリング時のＡＤ変換手段２２のサンプリングクロックは、光音響波サンプリング時の半分としてもよい。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。

　データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された反射超音波の検出信号を超音波画像生成手段２６に送信する。超音波画像生成手段２６は、反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像を生成する（ステップＳ７）。画像合成手段２７は、ステップＳ４で生成された光音響画像とステップＳ７で生成された超音波画像とを合成する（ステップＳ８）。ステップＳ８で合成された画像は、画像表示手段１４に表示される（ステップＳ９）。

　ここで、被検体の表面から光照射を行う場合は、表面から２０ｍｍくらいが光音響画像による画像化が可能な範囲である。穿刺針１５が５０ｍｍの深さまで穿刺された場合は、表面から照射された光が穿刺針１５まで十分に届かず、表面から照射した光で穿刺針１５を画像化することは困難である。これに対し、本実施形態では、導光部材１５２によって穿刺針１５まで光を導光し、導光した光を光出射部１５３から光吸収部材１５４に照射する。光吸収部材１５４において発生した光音響波はプローブ１１により検出され、超音波ユニット１２において光音響画像が生成される。本実施形態では、穿刺針１５の先端近傍において光出射を行っているため、穿刺針が深い位置まで穿刺されたときでも、光吸収部材１５４に光を照射することができ、穿刺針１５の穿刺位置の確認が可能である。

　また、表面から光照射を行う場合で、かつ、穿刺針１５が垂直に近い角度で穿刺されたとき、穿刺針１５で発生した光音響波がプローブ１１の音響波検出面に対して傾いて入射することになり、穿刺針１５から発せられた光音響波が検出しにくくなる。これに対し、本実施形態では、穿刺針１５の先端の一点において光音響波を発生させており、穿刺針１５を垂直に近い角度で穿刺した場合でも、光音響画像において穿刺針１５の位置の確認が可能である。

　本実施形態では、外径が穿刺針本体１５１の内腔の径よりも小さい中空管１５５が穿刺針本体１５１の内腔に挿通される。基端部１５６は注入口１５７を有し、注入口１５７から注入された薬剤は、チャンバ１５８から穿刺針本体１５１の内腔と中空管１５５との間の隙間を通って穿刺針本体１５１の開口から被検体に注入される。本実施形態では、穿刺針本体１５１の内腔に中空管１５５が挿通されているため、穿刺針１５の穿刺をスムーズに実施することができる。また、穿刺針１５の先端が血管などに到達したときに、血液などが穿刺針本体１５１の内腔と中空管１５５との間の隙間を基端部１５６側に逆流するため、血液などの逆流の有無によって穿刺針１５を血管などに穿刺できたか否かの確認が可能である。本実施形態では、光音響画像を観察することで、穿刺針１５の穿刺位置の確認が可能であり、画像を観察しながら、穿刺針１５を、薬剤を注入したい所望の位置に穿刺し、所望の位置への穿刺後に薬剤の注入が可能である。

　次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る穿刺針の基端部の断面を示す。本実施形態に係る穿刺針では、その製造工程において、中空管１５５は、基端部１５６ａに設けられた挿入孔１６３から、穿刺針本体１５１の延在方向に対して斜めに傾いた方向にチャンバ１５８に挿入される。その他の点は、第１実施形態と同様でよい。

　中空管１５５は、可撓性を有している。中空管１５５は、基端部１５６ａに設けられた挿入孔１６３から、チャンバ１５８へ挿入される。挿入孔１６３は、穿刺針本体１５１の延在方向に対して傾いており、中空管１５５は、穿刺針本体１５１の延在方向に対して傾いた方向にチャンバ１５８へ挿入される。チャンバ１５８へ挿入された中空管１５５は、チャンバ１５８において穿刺針本体１５１の延在方向に徐々に向きをかえ、穿刺針本体１５１の内腔に挿通される。挿入孔１６３の、穿刺針本体１５１の延在方向に対する傾き（角度）は、中空管１５５をスムーズに穿刺針本体１５１の内腔に挿通するという観点からは、４５°以下が好ましい。

　チャンバ１５８は、挿入孔１６３から挿入された中空管１５５の進行方向に、傾いて挿入された中空管１５５を穿刺針本体１５１の内腔方向にガイドする平坦面１６４を有する。挿入孔１６３から挿入された中空管１５５は、平坦面１６４に突き当たることでたわみ、穿刺針本体１５１の延在方向へと向きを変える。チャンバ１５８は、例えば、少なくとも、チャンバ１５８が穿刺針本体１５１の内腔に接続する地点から、穿刺針本体１５１の延在方向に延びる直線と挿入孔１６３から傾いた方向に延びる直線とが交差する地点までの間に平坦面１６４を有する。中空管１５５を挿入孔１６３に挿入するときは、中空管の長辺端部（先端の尖っているところ）が平坦面１６４に引っかかるのを防ぐために、長辺側が上向きになるように挿入するとよい。中空管１５５の先端が穿刺針本体１５１の内腔に入ったら、中空管１５５を回転させて長辺が下に位置するようにするとよい。

　図７は、図６のＡ－Ａ断面を示す。平坦面１６４により、チャンバ１５８の底面と、穿刺針本体１５１の内腔の下端とが同じ高さに揃えられる。チャンバ１５８の底面に突き当たった中空管１５５の先端部分は、平坦面１６４上を滑り、穿刺針本体１５１の内腔側へ進行する。平坦面１６４を設けることで、チャンバ１５８と穿刺針本体１５１の内腔とを段差なく接続でき、挿入孔１６３から挿入した中空管１５５を穿刺針本体１５１の内腔に挿通する作業が容易になる。

　平坦面１６４は、中空管１５５の先端をガイドするための溝１６５を有することが好ましい。溝１６５の深さは、例えば中空管１５５の外径の半分以上が好ましい。溝１６５の幅は、例えば注入口１５７側から穿刺針本体１５１の内腔側に向かって徐々に狭くなることが好ましい。平坦面１６４に溝１６５を設ける場合には、溝１６５の底部が穿刺針本体１５１の内腔の下端と一致するようにすることが好ましい。平坦面１６４が溝１６５を有する場合、挿入孔１６３から傾いて挿入された中空管１５５の先端は、溝１６５に沿って穿刺針本体１５１の内腔にガイドされるため、中空管１５５を穿刺針本体１５１の内腔に挿通する作業がより容易になる。溝１６５の断面形状は矩形状には限定されず、半円形であってもよい。

　図８は、本実施形態に係る穿刺針の針部分の断面を示す。中空管１５５をチャンバ１５８に対して斜めに挿入し、チャンバ１５８においてたわませて穿刺針本体１５１の内腔に挿通すると、中空管１５５の穿刺針本体１５１に挿通された部分には復元力が働く。この復元力により、中空管１５５は、穿刺針本体１５１の内腔の、基端部１５６ａにおいて挿入孔１６３が設けられた側と反対側に押し付けられる。このようにすることで、中空管１５５を、穿刺針本体１５１の内腔に固定することができる。本実施形態においては、基端部１５６ａは、先端が鋭角に形成された穿刺針本体１５１の短辺側に挿入孔１６３を有することが好ましい。この場合、図８に示すように、中空管１５５を穿刺針本体１５１の長辺側に押しつけることができる。その結果、穿刺針のより先端において光音響波を発生させることができる。その他の効果は第１実施形態と同様である。

　続いて本発明の第３実施形態を説明する。図９Ａは、本発明の第３実施形態に係る挿入物の挿入物本体の延在方向に沿った断面を示し、図９Ｂは、突起部が存在する部分の延在方向と直交する方向の断面を示す。本実施形態に係る穿刺針１５ａは、穿刺針本体１５１ａが、内腔側に凸状に突き出す突起部１６６を有する点で第１実施形態に係る穿刺針１５と相違する。その他の点は第１実施形態と同様でよい。

　穿刺針本体１５１は、内腔側に凸状に突き出す突起部１６６を有する。穿刺針本体１５１は、図９Ａに示すように、例えばその延在方向に沿って複数の突起部１６６を有する。複数の突起部１６６は、例えば穿刺針本体１５１の延在方向に沿って等間隔に並べられる。例えば穿刺針本体１５１の長さが１０ｃｍのとき、穿刺針本体１５１は、１ｃｍ～２ｃｍ程度の間隔で並べられた複数の突起部１６６を有する。また、穿刺針本体１５１は、例えば図９Ｂに示すように、周方向に沿って複数の突起部１６６を有する。周方向に沿った突起部１６６の数は３つ以上が好ましく、４つ以上が更に好ましい。突起部１６６が存在する部分は、穿刺針本体１５１の内腔の径が、突起部１６６が突出す分だけ小さくなる。

　突起部１６６は、例えば穿刺針本体１５１を外側から内腔側に凹状にへこませることで作製できる。例えば、穿刺針本体１５１に外部から凸状の型を押し当て、穿刺針本体１５１を部分的にへこませることで、内腔側に突起部１６６を作製する。穿刺針本体１５１の外側の凹状にへこませた箇所は凹部１６７となる。穿刺針本体１５１への凸状の型の押し当ては、内腔に中空管１５５を挿通する前に行うとよい。あるいは、中空管１５５の代わりに、中空管１５５の外径よりも少し外径が大きく、かつ型の押し当てにより変形しない程度に硬い中空管を模擬した管を内腔に挿通した状態で、穿刺針本体１５１に凸状の型を押し当てて突起部１６６と凹部１６７を作製してもよい。

　上記の穿刺針本体１５１の外側に作製した凹部１６７は、穿刺針本体１５１に対して入射した超音波を、その超音波が入射してきた方向に反射する反射部として機能させてもよい。図１０Ａ及び図１０Ｂは、穿刺針本体１５１の外観を示す。図１０Ａは、穿刺針本体１５１を短辺側から見た図であり、図１０Ｂは、穿刺針本体１５１を側方から見た図である。例えば、反射部として機能する凹部１６７を、三角錐の頂点を底点とする窪みによって構成する。この場合、凹部１６７は、コーナーキューブリフレクタとして働き、入射した超音波を入射方向へ反射する。この場合、プローブ１１（図１を参照）から送信された超音波は、凹部１６７においてプローブ１１方向へ反射するため、プローブ１１で検出される反射超音波が増強され、超音波画像において凹部１６７が強調される。

　本実施形態では、穿刺針本体１５１が内腔側に突起部１６６を有する。突起部１６６が存在する箇所では突起部１６６が突出す分だけ内腔の径が小さくなり、内腔に挿通される中空管１５５が動く範囲が制限される。特に、周方向に沿って突起部１６６を好ましくは３つ以上、更に好ましくは４つ以上設けることで、穿刺針１５ａの穿刺に際して、或いは薬剤の注入に際して、中空管１５５が穿刺針本体１５１の内腔内で動くことを抑制できる。さらに、穿刺針本体１５１の延在方向に沿って例えば等間隔で複数の突起部１６６を作製することで、中空管１５５の動きをより制限できる。

　穿刺針本体１５１の内腔側に突き出す突起部１６６を、穿刺針本体１５１を部分的に凹状にへこませることで作製する場合は、突起部１６６に反対側に凹部１６７が作製される。その凹部１６７を、プローブ１１において検出される反射超音波が増強される形状で作製することで、超音波画像において凹部１６７を強調表示できる。例えば穿刺針本体１５１の延在方向に沿って複数の凹部１６７を作製することで、超音波画像において強調された部分が離散的に並び、穿刺針本体１５１の視認が容易となる。

　なお、上記各実施形態では、プローブ１１が光音響波と反射超音波の双方を検出するものとして説明したが、超音波画像の生成に用いるプローブと光音響画像の生成に用いるプローブとは、必ずしも同一である必要はない。光音響波と反射超音波とを、それぞれ別個のプローブで検出してもよい。また、光音響波の検出（サンプリング）と、反射超音波の検出（サンプリング）とは、どちらを先に行ってもよい。

　穿刺針は、経皮的に被検体外部から被検体に穿刺されるものには限定されず、超音波内視鏡用の針であってもよい。超音波内視鏡用の針に導光部材１５２と光吸収部材１５４とを設け、針先端部分に設けられた光吸収部材１５４に対して光を照射し、光音響波を検出して光音響画像を生成してもよい。その場合、光音響画像を観察して超音波内視鏡用の針の先端部の位置を確認しながら穿刺することができる。超音波内視鏡用の針の先端部で発生した光音響波は、体表用プローブを用いて検出してもよいし、内視鏡に組み込まれたプローブを用いて検出してもよい。

　上記各実施形態では、挿入物として穿刺針を考えたが、これには限定されない。挿入物は、血管内に挿入されるカテーテルであってもよい。また、挿入物は、留置針であってもよい。内針を構成する中空管１５５は、必ずしも基端部１５６に接着剤を用いて固定されている必要はなく、中空管１５５を基端部１５６に対して抜き差し可能にしてもよい。抜き差し可能とする場合、薬剤の注入は、中空管１５５を抜いた状態で実施してもよい。中空管１５５の挿入口には栓を取り付けられる構造としておくとよい。中空管１５５を基端部１５６から抜いた後に、中空管１５５の挿入口を別の薬剤の注入口として用いてもよい。

　第１実施形態では、中空管１５５が穿刺針本体１５１の中央に配置される例を示したが、これには限定されない。中空管１５５の中心と穿刺針本体１５１の中心の位置は一致している必要はなく、第２実施形態と同様に、中空管１５５を、穿刺針本体１５１の長辺側に配置してもよい。第３実施形態においても、同様に、中空管１５５の中心と穿刺針本体１５１の中心の位置は一致している必要はない。

　図１１Ａは、本発明の変形例に係る挿入物の挿入物本体の延在方向に沿った断面を示し、図１１Ｂは、突起部が存在する部分の延在方向と直交する方向の断面を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂに示す変形例では、穿刺針１５ｂは、穿刺針本体が、その周方向に沿って１か所あたり２つの突起部１６６を有する。その他の点は第３実施形態と同様でよい。

　穿刺針本体１５１の短辺側に突起部１６６を設けることで、中空管１５５を、穿刺針本体１５１の内腔の中央よりも長辺側に保持することができる。特に、中空管１５５のたわみを利用して中空管１５５を穿刺針本体１５１の長辺側に押しつける第２実施形態に係る挿入物において突起部１６６を設ける場合には、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、穿刺針本体１５１の内腔の片側に突起部１６６を設け、中空管１５５の動きを制限するとよい。

　上記各実施形態では、穿刺針１５が、穿刺針本体１５１の内腔に挿通される中空管１５５を有する例を説明したが、これには限定されない。導光部材１５２を、中空管１５５の内部に収容した状態で穿刺針本体１５１の内腔に挿通するのに代えて、導光部材１５２そのものを穿刺針本体１５１の内腔に挿通してもよい。この場合、導光部材１５２が内針となる。導光部材１５２の外径は、穿刺針本体１５１の内腔の径よりも小さく、注入口１５７から注入された薬剤は、穿刺針本体１５１の内腔と導光部材１５２との間の空間を通って、開口から流出可能である。穿刺針本体１５１の内腔に中空管１５５を用いずに導光部材１５２を挿通する場合は、中空管１５５を用いる場合に比べて、径が太い光ファイバを導光部材１５２として用いることができる。

　最後に、図１２に、光音響画像生成装置の外観を示す。超音波ユニット１２にはプローブ１１が接続される。超音波ユニット１２は、画像表示手段１４を含む一体型の装置として構成されている。超音波ユニット１２は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及びバスなどを有する。超音波ユニット１２には、光音響画像生成に関するプログラムが組み込まれている。

　超音波ユニット１２は、ＵＳＢポート３５を有する。レーザユニット１３の電源入力端子４１及びトリガ入力端子４２を含むＵＳＢコネクタは、ＵＳＢポート３５に挿し込まれる。レーザユニット１３を、カードサイズの小型・軽量な装置とした場合、ＵＳＢコネクタを超音波ユニット１２のＵＳＢポートに挿し込むことでその保持が可能である。ＵＳＢポート３５は、形状が通常のＵＳＢコネクタを差し込む形状であればよく、通常のＵＳＢ規格に則った信号を送受信するポートである必要はない。ＵＳＢポートに、デジタル信号ラインに代えてトリガ信号用の信号ラインを含ませてもよい。つまり、ＵＳＢポート３５を、電源２ライン及びトリガ用２ラインの計４端子コネクタとしたＵＳＢ型ポートとしても構わない。デジタル信号ラインに代えてトリガ用の信号ラインを用いることで、レーザユニット１３とトリガ同期が取り易くなる。

　穿刺針１５の導光部材を構成する光ファイバの一端は、レーザユニット１３の光出力端子４７に接続される。光ファイバは、光出力端子４７に挿入され、ばね力などにより保持される。術者が穿刺針１５を引っ張るなどして光出力端子４７に強い力が働くと、光ファイバが光出力端子４７から抜け、光ファイバが折れることが防止できる。また、光出力端子４７に対して光ファイバを直接抜き差し可能とすることで、穿刺針１５から延びる光ファイバにはコネクタを設ける必要がなく、コストを低減できる効果がある。

　レーザユニット１３から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、導光部材１５２を構成する光ファイバのコア直径が２００μｍであれば、６．４μＪとすることができる。光ファイバのコア直径が１００μｍであれば、２．０μＪとすることができる。パルス時間幅については、８０ｎｓとすることができる。

　なお、図１２においては、電源入力端子４１及びトリガ入力端子４２を含むＵＳＢコネクタが存在する面と対向する面に光出力端子４７が設けられているが、光出力端子４７は、ＵＳＢコネクタが存在する面と直交する面に設けられていることが好ましい。ＵＳＢコネクタと光出力端子４７とが互いに対向する面に設けられている場合、術者が穿刺針１５を動かしたときにレーザユニット１３が引っ張られると、ＵＳＢコネクタがＵＳＢポート３５から抜けることがある。これに対し、ＵＳＢコネクタと光出力端子４７とが互いに直交する面に設けられている場合、レーザユニット１３が引っ張られても、ＵＳＢコネクタがＵＳＢポート３５から抜けにくくなる。

　図１２においては、ＵＳＢポート３５にレーザユニット１３が直接に接続されているが、これには限定されず、延長ケーブルなどを用いてＵＳＢポート３５とレーザユニット１３とを接続してもよい。トリガ入力端子４２は、ＵＳＢコネクタに含まれている必要はなく、レーザユニット１３は、ＵＳＢポート３５とは異なるコネクタ（端子）からトリガ信号を取得してもよい。例えば通常の超音波システムに附属しているＥＣＧ（心電図：Electrocardiogram）同期用のコネクタなどからトリガ信号を取得してもよい。あるいは、プローブのコネクタの一部の端子からトリガ信号を取得してもよい。

　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、本発明の光音響画像生成装置及び挿入物は、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。

Claims

　少なくとも一部が被検体内に挿入される挿入物であって、
　開口を有し内部に内腔を有する挿入物本体と、
　前記挿入物本体の内腔に挿通され、光源から出射される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出射する光出射部と、
　前記光出射部から出射される光を吸収して光音響波を発生する光吸収部材と、
　液体の注入口と、該注入口及び前記挿入物本体の内腔と連通するチャンバとを有する基端部とを備え、
　前記内腔は前記液体が流れるための空間を有しており、前記注入口から注入された液体は、前記チャンバ及び前記液体が流れるための空間を通して前記挿入物本体の開口から流出させることが可能な挿入物。
　内部に前記導光部材を収容し、かつ先端部に前記光吸収部材を有し、前記挿入物本体の内腔に挿通される中空管を更に備え、前記挿入物本体の内腔の径は前記中空管の外径よりも大きく、前記注入口から注入された液体は、前記チャンバ及び前記挿入物本体の内腔と前記中空管との間の空間を通して前記挿入物本体の開口から流出させることが可能な請求項１に記載の挿入物。
　前記光吸収部材は、光吸収性を有する物質が混合された接着剤から成り、該接着剤は、前記中空管の先端において前記導光部材を固定し、かつ前記中空管の先端を封止する請求項２に記載の挿入物。
　前記中空管は可撓性を有しており、前記基端部に設けられた挿入孔から、前記挿入物本体の延在方向に対して斜めに傾いた方向に前記チャンバに挿入され、前記チャンバにおいて前記挿入物本体の延在方向に向きを変えて前記挿入物本体の内腔に挿通される請求項２又は３に記載の挿入物。
　前記チャンバは、少なくとも、前記挿入物本体の内腔に接続する地点から、前記挿入物本体の延在方向に延びる直線と前記挿入孔から前記傾いた方向に延びる直線とが交差する地点までの間に、前記傾いて挿入された中空管を前記挿入物本体の内腔方向にガイドする平坦面を有する請求項４に記載の挿入物。
　前記平坦面は、前記挿入物本体の内腔に向かって幅が狭くなる溝を有する請求項５に記載の挿入物。
　前記挿入物は被検体に穿刺される針であり、前記挿入物本体は外針を構成し、前記中空管は内針を構成する請求項２から６何れか１項に記載の挿入物。
　前記挿入物本体は、前記内腔側に凸状に突き出す突起部を有する請求項１から７何れか１項に記載の挿入物。
　前記挿入物本体は、該挿入物本体の延在方向に沿って複数の突起部を有する請求項８に記載の挿入物。
　前記突起部の裏側に、前記挿入物本体の外壁側から前記内腔側に凹状にへこむ凹部を有する請求項８又は９に記載の挿入物。
　前記凹部は、前記挿入物本体に入射した音響波を、該音響波の入射方向に反射する反射部として機能する請求項１０に記載の挿入物。
　前記反射部は、三角錐の頂点を底点とする窪みによって構成される請求項１１に記載の挿入物。
　前記導光部材は光ファイバであり、該光ファイバの前記光源から見て光進行側の端面は前記光出射部を構成する請求項１から１２何れか１項に記載の挿入物。
　請求項１から１３何れか１項に記載の挿入物と、
　前記挿入物の少なくとも一部が前記被検体内に挿入された後に、前記挿入物から発せられる光音響波を検出する音響波検出手段と、
　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手段とを備えた光音響画像生成装置。
　前記音響波検出手段は、被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を更に検出可能であり、
　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手段を更に備えた請求項１４に記載の光音響画像生成装置。