光音響撮像装置およびその作動方法
【課題】内視鏡を用いた光音響撮像において、広範囲かつ均一に測定光を照射することを可能とする。
【解決手段】光音響撮像装置１０において、光照射部５８ｂおよび電気音響変換部５６を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーン５７を先端部５５に有し、かつバルーン５７に音響整合液５９を供給する整合液供給手段５８ａを有する内視鏡５と、電気音響変換部５６により検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成して、光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段１２とを備え、バルーン５７が光を散乱させる光散乱構造を有するように構成する。
【解決手段】光音響撮像装置１０において、光照射部５８ｂおよび電気音響変換部５６を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーン５７を先端部５５に有し、かつバルーン５７に音響整合液５９を供給する整合液供給手段５８ａを有する内視鏡５と、電気音響変換部５６により検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成して、光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段１２とを備え、バルーン５７が光を散乱させる光散乱構造を有するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響画像を撮像することが可能な光音響撮像装置およびその作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの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と呼ばれる。
【０００３】
例えば特許文献１は、上記のような光音響イメージングを応用し、被検体の体表に超音波探触子を当てて超音波画像および光音響画像を同時に取得できる生体情報画像化装置を開示している。
【０００４】
また近年では、例えば特許文献２のようなカテーテル、または内視鏡に光音響イメージングを応用する試みもなされ始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２２９５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光音響イメージングをカテーテルや内視鏡に応用する場合には、その先端部の小型化に伴う空間的な制約によって、測定光を照射するため光照射部の配置場所が制限されてしまうという問題がある。このような場合、広範囲かつ均一に測定光を照射することが難しくなってしまい、分析範囲が制限されたり光音響の信号強度がばらついたりする原因となる。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、内視鏡を用いた光音響撮像において、広範囲かつ均一に測定光を照射することを可能とする光音響撮像装置およびその作動方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る光音響撮像装置は、
被検体内に測定光を照射し、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して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画像を生成する光音響撮像装置において、
被検体内に測定光を照射する光照射部、光音響波の検出を行う電気音響変換部、並びに、光照射部および電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡と、
電気音響変換部により検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成して、光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段と、
画像生成手段により生成された表示画像を表示する画像表示部とを備え、
バルーンが、光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とするものである。
【０００９】
そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光散乱構造は、バルーンの表面に設けられた散乱面であることが好ましい。この場合において、散乱面はバルーンの表面に凹凸構造を有することが好ましい。
【００１０】
そして、本発明に係る光音響撮像装置において、バルーンは多層構造を有するものであり、光散乱構造は、多層構造のうちの１つの層とこの１つの層に隣接する層との間に設けられた散乱液であることが好ましい。この場合において、上記１つの層は多層構造のうちの最表層であることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、
被検体内に測定光を照射し、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して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画像を生成する光音響撮像装置の作動方法において、
内視鏡の先端部に設けられた、被検体内に測定光を照射する光照射部が作動し、
内視鏡の先端部に設けられた、光音響波の検出を行う電気音響変換部が作動し、
内視鏡に設けられた、光照射部および電気音響変換部を取り囲むバルーンであって光を散乱させる光散乱構造を有するバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段が作動し、
電気音響変換部により検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成して、光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段が作動し、
画像生成手段により生成された表示画像を表示する画像表示部が作動することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る光音響撮像装置は、特に、光照射部および電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡を備え、バルーンが、光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とする。したがって、光照射部から照射された測定光はバルーンを透過して被検体に照射される構成となり、測定光がバルーンを透過する際に測定光はバルーンの光散乱構造により散乱される。これにより、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、上記の光音響撮像装置を作動させるものであるから、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光音響撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】実施形態の内視鏡を示す概略図である。
【図３】実施形態の内視鏡の先端部を示す概略的な切断部端面図である。
【図４】バルーン中に音響整合液を供給した場合における内視鏡の先端部を示す概略図である。
【図５】内視鏡を体空内に挿入し撮像を行う様子を示す概略図である。
【図６】他の実施形態の内視鏡の先端部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態の光音響撮像装置１０の基本構成を示すブロック図である。この光音響撮像装置１０は、超音波探触子１１、超音波ユニット１２、およびレーザユニット１３を備えている。なおこの光音響撮像装置１０は、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能に構成されている。
【００１７】
レーザユニット１３は、被検体に照射すべきレーザ光を測定光として出射する。レーザユニット１３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。例えば本実施形態においてレーザユニット１３は、励起光源であるフラッシュランプ３５とレーザ発振を制御するＱスイッチ３６とを含むＱスイッチパルスレーザ光源である。レーザユニット１３は、トリガ制御回路３２がフラッシュランプトリガ信号を出力すると、フラッシュランプ３５を点灯し、Ｑスイッチパルスレーザを励起する。
【００１８】
レーザユニット１３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（酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、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係数が異なる。たと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、生体内部の血管を撮像する場合）には、生体の光透過性が良く、かつ各種ヘモグロビンが光の吸収ピークを持つ６００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。さらに、被写体の深部まで届くという観点からも、上記レーザの波長は６００〜１０００ｎｍであることが好ましい。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／ｃｍ２〜数１０ｍＪ／ｃｍ２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。レーザユニット１３から出力されたレーザ光は、例えば光ファイバ、導光板、レンズおよびミラー等の導光手段を用いて超音波探触子１１の近傍まで導光され、超音波探触子１１の近傍から被検体に照射される。
【００１９】
超音波探触子１１は、被検体に向けて超音波を照射し、被検体内を伝搬する音響波を検出するものである。すなわち、超音波探触子１１は、被検体に対する超音波の照射（送信）、および被検体から反射して戻って来るその超音波の反射波の検出（受信）を行う。さらに超音波探触子１１は、被検体内の観察対象物がレーザ光を吸収することにより被検体内に発生した光音響波の検出も行う。なお本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。ここで、「超音波」とは電気音響変換部の振動により被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは測定光の照射による光音響効果により被検体内に発生した弾性波を意味する。そのために超音波探触子１１は、例えば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子から構成される振動子アレイを有する。この超音波振動子が本発明における電気音響変換部に相当する。超音波振動子は、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。超音波振動子は、音響波を受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有している。この電気信号は後述する受信回路２１に出力される。この超音波探触子１１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。
【００２０】
超音波探触子１１は、音響波を効率よく検出するために音響整合層を振動子アレイの表面に備えてもよい。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音響波を効率よく検出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、音響波を効率よく検出することができる。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。
【００２１】
本実施形態においては、レーザ光の導光手段および超音波探触子１１として例えば図２に示されるような内視鏡を使用した場合を例にして具体的に説明する。図２は、超音波探触子および上記レーザ光を導光するための光ファイバを備える内視鏡５を示す概略図であり、図３は、内視鏡５の挿入部の先端部を示す概略的な切断部端面図である。本実施形態の内視鏡５は、図２に示すように、挿入部５１、操作部５２、接続コード５３およびユニバーサルコード５４から構成される。本実施形態において、光ファイバ５８ｂは、挿入部５１、操作部５２およびユニバーサルコード５４に亘って通されており、ユニバーサルコード５４の上流側の接続部５４ａで、レーザユニット１３の図示しない出力部に接続される。
【００２２】
内視鏡５の挿入部５１は、患者の体空内に挿入することができるように細長い可撓性の管状となっている。操作部５２は、挿入部５１の基端に設けられている。内視鏡５は、接続コード５３を介して光音響撮像装置本体の電気系統に接続され、ユニバーサルコード５４を介してレーザユニット１３及び例えば図示しない光学観測装置に接続されている。
【００２３】
内視鏡５の挿入部５１の先端部５５には、図３に示されるように振動子アレイ５６、膨張収縮可能なバルーン５７、およびレーザ光を導光するための光ファイバ５８ｂの出射端が設けられている。
【００２４】
例えば本実施形態における挿入部５１の先端部５５ａには、コンベックス型の振動子アレイ５６が設けられている。振動子アレイ５６は、図３に示すように、例えば半円周状に並べられた第１〜第１２の超音波振動子Ｔ１〜Ｔ１２から構成される。振動子アレイ５６は、レーザ光の照射に起因して生じる光音響波を受信して複数の受信信号を光音響撮像装置本体の受信回路に出力する。また、内視鏡５の操作部５２には、例えば鉗子および穿刺針等の手術用の処置具が挿入される処置具挿入口５２ａが形成されている。処置具を通すための挿入孔は処置具挿入口５２ａから挿入部５１の先端部５５ａまで繋がっている。
【００２５】
バルーン５７は、振動子アレイ５６（電気音響変換部）および光ファイバ５８ｂの出射端（光照射部）を取り囲むように挿入部５１の先端部５５に設けられている。図４はある実施形態における先端部５５ａの構成を示す切断部端面図であり、図５は図４における内視鏡５の挿入部５１を被検体の体空８０内に挿入した様子を示す切断部端面図である。バルーン５７は、図４および図５に示されるように、振動子アレイ５６と体空内の管壁８１との間の空間を音響整合液５９で満たすことを可能にするために、音響整合液５９を保持する役割を果たす。これにより、振動子アレイ５６と被検体の音響インピーダンスが整合され、超音波および光音響波の検出を効率よく行うことができる。音響整合液５９の材料の例としては、振動子アレイ５６の材料と生体に対して中間的な音響インピーダンスを有する水が挙げられる。バルーン５７は音響整合液５９が供給された場合に膨張する。また、バルーン５７は、例えば低密度ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデンおよびゴム等の樹脂から構成することができる。さらに、バルーン５７は、光透過性を有するように構成され、光音響撮像において使用するレーザ光の透過率が８０％以上であることが好ましい。
【００２６】
さらに、バルーン５７には、光散乱構造が設けられている。光散乱構造は、レーザ光がバルーン５７を透過する際に、レーザ光を散乱させる機能を有する構造である。例えば図４では、バルーン５７の表面に設けられている凹凸構造を有する散乱面が光散乱構造である。例えば、このような構造は、例えば、樹脂フィルムを成型する時に樹脂表面に凹凸構造の型を押し付けて表面にエンボス加工を施す方法、および硬化前に樹脂フィルムを型押しする方法等により形成することができる。また、バルーンの表面に沿った幅が１０〜５０μｍ程度、当該表面からの高さ（或いは深さ）が１０〜５０μｍ程度の凸部および／または凹部を有する凹凸構造を当該表面に付けた場合には、２０度〜６０度程度の拡散角が得られるため、本発明の課題を解決するに際しより好ましい。この場合、上記凹凸構造の凸部および／または凹部の幅および高さ（或いは深さ）、並びに、各要素（凸部および凹部）の互いの間隔は、散乱した光が干渉を生じない程度にばらついていることが好ましい。また、散乱面は、下記のような散乱粒子を混ぜた樹脂フィルムによって構成することもできる。
【００２７】
また、図６は他の実施形態における先端部５５ｂの構成を示す切断部端面図である。図６では、多層構造を有するバルーン６０の最表層６０ａとこれに隣接する層６０ｂ（最表層から２番目の層）との間に設けられた散乱液６２が光散乱構造である。なお、散乱液６２を設ける場所としては最表層６０ａとこれに隣接する層６０ｂとの間に限られない。また、さらに最表層６０ａの表面に凹凸構造を設けてもよい。散乱液６２としては散乱粒子を含有する音響整合液を挙げることができる。散乱粒子の屈折率は１．４０〜１．６０であることが好ましい。また、散乱粒子の粒径は０．１〜５．０μｍであり、音響整合液中における散乱粒子の濃度は０．０１〜０．３０ｗｔ％であることが好ましい。なお、上記のように散乱粒子の濃度が低く設定されていることにより散乱粒子による光の吸収の影響は無視できるため、散乱粒子を構成する材質の光吸収係数は特に限定されない。一方、前述した光音響波の透過率を実現する観点から、散乱粒子を構成する材質の音響インピーダンスは、音響整合液（特に水）の音響インピーダンスに近いことが好ましく、その値は１．２〜１．９×１０６ｋｇ／ｍ２／ｓであることが好ましい。或いは、散乱粒子の密度は０．９０〜１．１０ｇ／ｃｃであり、散乱粒子を構成する材質中の音速は１３００〜１７００ｍ／ｓであることが好ましい。なお、上記のように散乱粒子の濃度が低く設定されていることにより散乱粒子による光音響波の吸収の影響は無視できるため、散乱粒子を構成する材質の粘度は特に限定されない。
【００２８】
上記のような光散乱構造の存在により、レーザ光はバルーン５７を透過する際に散乱することとなる。具体的には、図４に示されるように、光ファイバ５８ｂの出射端から出射したレーザ光は、当初θ１の拡散角（レーザ光のビーム径が伝搬に伴い拡がる角度）で伝搬する（図４および図５のＬ１）が、バルーン５７を透過した後はθ１よりも大きいθ２の拡散角で伝搬するようになる（図４および図５のＬ２）。この結果、レーザ光がそのまま被検体に照射される場合に比べてレーザ光の照明範囲を拡大することが可能となる。さらに、レーザ光が散乱されたことによりレーザ光の強度分布を均一化することも可能となる。なお、図４および図５では、分岐された光ファイバ５８ｂのうちの一か所からしかレーザ光が出射していないが、これは便宜上そのように示したに過ぎず、実際はすべての出射端からレーザ光は出射する。
【００２９】
内視鏡５にはバルーン５７の内側に音響整合液５９を供給するための整合液供給手段５８ａが設けられている。整合液供給手段５８ａは、挿入部５１、操作部５２およびユニバーサルコード５４に亘って通されており、ユニバーサルコード５４の上流側の接続部５４ａでポンプ等の音響整合液の供給源に接続されている。
【００３０】
複数に分岐された光ファイバ５８ｂの端部は、光ファイバ５８ｂによるレーザ光の照明領域が振動子アレイ５６による超音波の受信領域（すなわち超音波に基づく画像化可能領域）と重なるように配置されている。本実施形態において、この光ファイバ５８ｂの出射端部が本発明の光照射部に相当する。
【００３１】
超音波ユニット１２は、本発明における画像生成手段に相当する。より具体的には超音波ユニット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、光音響画像再構成手段２５ａ、光音響画像再構成手段２５ａからの信号を受信する検波・対数変換手段２６ａ、光音響画像を構築する画像構築手段２７ａ、超音波画像再構成手段２５ｂ、超音波画像再構成手段２５ｂからの信号を受信する検波・対数変換手段２６ｂ、超音波画像を構築する画像構築手段２７ｂ、画像合成手段２８、表示画像生成手段２９、トリガ制御回路３２、送信制御回路３３および制御手段３４を有している。制御手段３４は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。
【００３２】
受信回路２１は、超音波探触子１１から出力された音響波の電気信号を受信する。ＡＤ変換手段２２はサンプリング手段であり、受信回路２１が受信した電気信号を例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号に同期してサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で上記電気信号をサンプリングする。
【００３３】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングしたデジタル信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータは、光音響波に関するデータ（光音響データ）、超音波に関するデータ（超音波データ）またはこれらの混合データである。
【００３４】
データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離する。サンプリングデータを分離する方法は特に限定されない。例えば、超音波の照射とレーザ光の照射とを時間的にずらして実施した場合には、サンプリングデータをある時刻で分けることによりサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離することができる。また例えば、光音響データおよび超音波データそれぞれに関する周波数や遅延量の違いを利用してもサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離することができる。データ分離手段２４は、分離された光音響データを光音響画像再構成手段２５ａに入力し、超音波データを超音波画像再構成手段２５ｂに出力する。
【００３５】
光音響画像再構成手段２５ａは、例えば超音波探触子１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記光音響データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この光音響画像再構成手段２５ａは、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは光音響画像再構成手段２５ａは、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。光音響画像再構成手段２５ａは、上記のようにして加算整合された光音響データを検波・対数変換手段２６ａに出力する。
【００３６】
検波・対数変換手段２６ａは、光音響画像再構成手段２５ａから出力された光音響データの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして、検波・対数変換手段２６ａは、上記のようにして信号処理した光音響データを画像構築手段２７ａに出力する。
【００３７】
画像構築手段２７ａは、対数変換が施された各ラインの光音響データに基づいて、断層画像（光音響画像）を構築する。画像構築手段２７ａは、例えば光音響データの時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して光音響画像を構築する。
【００３８】
一方、超音波画像再構成手段２５ｂは、例えば超音波探触子１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記超音波データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この超音波画像再構成手段２５ｂは、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは超音波画像再構成手段２５ｂは、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。超音波画像再構成手段２５ｂは、上記のようにして加算整合された超音波データを検波・対数変換手段２６ｂに出力する。
【００３９】
検波・対数変換手段２６ｂは、超音波画像再構成手段２５ｂから出力された超音波データの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして、検波・対数変換手段２６ｂは、上記のようにして信号処理した超音波データを画像構築手段２７ｂに出力する。
【００４０】
画像構築手段２７ｂは、対数変換が施された各ラインの超音波データに基づいて、断層画像（超音波画像）を構築する。画像構築手段２７ｂは、例えば超音波データの時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して超音波画像を構築する。
【００４１】
トリガ制御回路３２は、レーザユニット１３にフラッシュランプトリガ信号及びＱスイッチトリガ信号を出力し、レーザユニット１３からレーザ光を出射させる。また、トリガ制御回路３２は、送信制御回路３３に超音波送信トリガ信号を出力し、プローブ１１から超音波を出力させる。更に、トリガ制御回路３２は、レーザ光の照射又は超音波送信と同期してＡＤ変換手段２２に対してＡＤトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。
【００４２】
トリガ制御回路３２は、レーザユニット１３に対して光の出力を指示するフラッシュランプトリガ信号を出力する。これによりレーザユニット１３では、フラッシュランプトリガ信号に応答してフラッシュランプ３５が点灯し、レーザ励起が開始される。その後、トリガ制御回路３２は、所定のタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。これによりレーザユニット１３では、Ｑスイッチ３６がＱスイッチトリガ信号に応答してＯＮ状態となり、レーザ光が出力されて、被検体にレーザ光が照射される。フラッシュランプ３５の点灯からＱスイッチパルスレーザが十分な励起状態となるまでに要する時間は、Ｑスイッチパルスレーザの特性などから見積もることができる。トリガ制御回路３２からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザユニット１３内において、Ｑスイッチパルスレーザを十分に励起させた後にＱスイッチ３６をＯＮ状態にしてもよい。その場合は、Ｑスイッチ３６をＯＮ状態にした旨を示す信号を超音波ユニット１２側に通知してもよい。
【００４３】
またトリガ制御回路３２は、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を送信制御回路３３に出力する。送信制御回路３３は、上記超音波トリガ信号を受けると、超音波探触子１１から超音波を送信させる。トリガ制御回路３２は、先にフラッシュランプトリガ信号を出力し、その後超音波トリガ信号を出力する。つまりトリガ制御回路３２は、フラッシュランプトリガ信号の出力に後続して、超音波トリガ信号を出力する。フラッシュランプトリガ信号が出力されることで被検体に対するレーザ光の照射および光音響波の検出が行われた後、超音波トリガ信号が出力されることで被検体に対する超音波の送信およびその反射波の検出が行われる。
【００４４】
トリガ制御回路３２はさらに、ＡＤ変換手段２２に対して、サンプリング開始を指示するサンプリングトリガ信号を出力する。このサンプリングトリガ信号は、前記フラッシュランプトリガ信号が出力された後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前、より好ましくは被検体に実際にレーザ光が照射されるタイミングで出力される。そのためにサンプリングトリガ信号は、例えばトリガ制御回路３２がＱスイッチトリガ信号を出力するタイミングに同期して出力される。ＡＤ変換手段２２は上記サンプリングトリガ信号を受けると、超音波探触子１１にて検出された上記電気信号のサンプリングを開始する。
【００４５】
画像合成手段２８は、画像構築手段２７ａおよび２７ｂにそれぞれ構築された光音響画像および超音波画像を合成する。画像合成手段２８は、合成されて得られた画像を表示画像生成手段２９に出力する。なお、合成画像を表示しない場合には光音響画像および超音波画像はそれぞれ合成処理されないまま、画像合成手段２８から出力されてもよい。
【００４６】
表示画像生成手段２９は、画像合成手段２８により合成されて得られた画像に必要な処理を施して画像表示手段１４に表示するための最終的な画像（表示画像）を生成する。
【００４７】
画像表示手段１４は、表示画像生成手段２９により生成された表示画像を表示する。
【００４８】
以上のように、本発明に係る光音響撮像装置は、特に、光照射部および電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡を備え、バルーンが、光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とする。したがって、光照射部から照射された測定光はバルーンを透過して被検体に照射される構成となり、測定光がバルーンを透過する際に測定光はバルーンの光散乱構造により散乱される。これにより、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【００４９】
また、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、上記の光音響撮像装置を作動させるものであるから、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
５ 内視鏡
１０ 光音響撮像装置
１１ 超音波探触子
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 画像表示手段
２１ 受信回路
２２ ＡＤ変換手段
２３ 受信メモリ
２４ データ分離手段
２５ａ 光音響画像再構成手段
２５ｂ 超音波画像再構成手段
２８ 画像合成手段
２９ 表示画像生成手段
３２ トリガ制御回路
３３ 送信制御回路
３４ 制御手段
５１ 挿入部
５２ 操作部
５２ａ 処置具挿入口
５３ 接続コード
５４ ユニバーサルコード
５４ａ 接続部
５５、５５ａ、５５ｂ 挿入部の先端部
５６ 振動子アレイ
５７ バルーン
５８ａ 整合液供給手段
５８ｂ 光ファイバ
５９ 音響整合液
６０ バルーン
６２ 散乱液
８０ 体空
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響画像を撮像することが可能な光音響撮像装置およびその作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの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と呼ばれる。
【０００３】
例えば特許文献１は、上記のような光音響イメージングを応用し、被検体の体表に超音波探触子を当てて超音波画像および光音響画像を同時に取得できる生体情報画像化装置を開示している。
【０００４】
また近年では、例えば特許文献２のようなカテーテル、または内視鏡に光音響イメージングを応用する試みもなされ始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２２９５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光音響イメージングをカテーテルや内視鏡に応用する場合には、その先端部の小型化に伴う空間的な制約によって、測定光を照射するため光照射部の配置場所が制限されてしまうという問題がある。このような場合、広範囲かつ均一に測定光を照射することが難しくなってしまい、分析範囲が制限されたり光音響の信号強度がばらついたりする原因となる。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、内視鏡を用いた光音響撮像において、広範囲かつ均一に測定光を照射することを可能とする光音響撮像装置およびその作動方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る光音響撮像装置は、
被検体内に測定光を照射し、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して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画像を生成する光音響撮像装置において、
被検体内に測定光を照射する光照射部、光音響波の検出を行う電気音響変換部、並びに、光照射部および電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡と、
電気音響変換部により検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成して、光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段と、
画像生成手段により生成された表示画像を表示する画像表示部とを備え、
バルーンが、光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とするものである。
【０００９】
そして、本発明に係る光音響撮像装置において、光散乱構造は、バルーンの表面に設けられた散乱面であることが好ましい。この場合において、散乱面はバルーンの表面に凹凸構造を有することが好ましい。
【００１０】
そして、本発明に係る光音響撮像装置において、バルーンは多層構造を有するものであり、光散乱構造は、多層構造のうちの１つの層とこの１つの層に隣接する層との間に設けられた散乱液であることが好ましい。この場合において、上記１つの層は多層構造のうちの最表層であることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、
被検体内に測定光を照射し、測定光の照射により被検体内で発生した光音響波を検出して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画像を生成する光音響撮像装置の作動方法において、
内視鏡の先端部に設けられた、被検体内に測定光を照射する光照射部が作動し、
内視鏡の先端部に設けられた、光音響波の検出を行う電気音響変換部が作動し、
内視鏡に設けられた、光照射部および電気音響変換部を取り囲むバルーンであって光を散乱させる光散乱構造を有するバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段が作動し、
電気音響変換部により検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成して、光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段が作動し、
画像生成手段により生成された表示画像を表示する画像表示部が作動することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る光音響撮像装置は、特に、光照射部および電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡を備え、バルーンが、光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とする。したがって、光照射部から照射された測定光はバルーンを透過して被検体に照射される構成となり、測定光がバルーンを透過する際に測定光はバルーンの光散乱構造により散乱される。これにより、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、上記の光音響撮像装置を作動させるものであるから、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光音響撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】実施形態の内視鏡を示す概略図である。
【図３】実施形態の内視鏡の先端部を示す概略的な切断部端面図である。
【図４】バルーン中に音響整合液を供給した場合における内視鏡の先端部を示す概略図である。
【図５】内視鏡を体空内に挿入し撮像を行う様子を示す概略図である。
【図６】他の実施形態の内視鏡の先端部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態の光音響撮像装置１０の基本構成を示すブロック図である。この光音響撮像装置１０は、超音波探触子１１、超音波ユニット１２、およびレーザユニット１３を備えている。なおこの光音響撮像装置１０は、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能に構成されている。
【００１７】
レーザユニット１３は、被検体に照射すべきレーザ光を測定光として出射する。レーザユニット１３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。例えば本実施形態においてレーザユニット１３は、励起光源であるフラッシュランプ３５とレーザ発振を制御するＱスイッチ３６とを含むＱスイッチパルスレーザ光源である。レーザユニット１３は、トリガ制御回路３２がフラッシュランプトリガ信号を出力すると、フラッシュランプ３５を点灯し、Ｑスイッチパルスレーザを励起する。
【００１８】
レーザユニット１３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（酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、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係数が異なる。たと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、生体内部の血管を撮像する場合）には、生体の光透過性が良く、かつ各種ヘモグロビンが光の吸収ピークを持つ６００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。さらに、被写体の深部まで届くという観点からも、上記レーザの波長は６００〜１０００ｎｍであることが好ましい。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／ｃｍ２〜数１０ｍＪ／ｃｍ２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。レーザユニット１３から出力されたレーザ光は、例えば光ファイバ、導光板、レンズおよびミラー等の導光手段を用いて超音波探触子１１の近傍まで導光され、超音波探触子１１の近傍から被検体に照射される。
【００１９】
超音波探触子１１は、被検体に向けて超音波を照射し、被検体内を伝搬する音響波を検出するものである。すなわち、超音波探触子１１は、被検体に対する超音波の照射（送信）、および被検体から反射して戻って来るその超音波の反射波の検出（受信）を行う。さらに超音波探触子１１は、被検体内の観察対象物がレーザ光を吸収することにより被検体内に発生した光音響波の検出も行う。なお本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。ここで、「超音波」とは電気音響変換部の振動により被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは測定光の照射による光音響効果により被検体内に発生した弾性波を意味する。そのために超音波探触子１１は、例えば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子から構成される振動子アレイを有する。この超音波振動子が本発明における電気音響変換部に相当する。超音波振動子は、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。超音波振動子は、音響波を受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有している。この電気信号は後述する受信回路２１に出力される。この超音波探触子１１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。
【００２０】
超音波探触子１１は、音響波を効率よく検出するために音響整合層を振動子アレイの表面に備えてもよい。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音響波を効率よく検出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、音響波を効率よく検出することができる。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。
【００２１】
本実施形態においては、レーザ光の導光手段および超音波探触子１１として例えば図２に示されるような内視鏡を使用した場合を例にして具体的に説明する。図２は、超音波探触子および上記レーザ光を導光するための光ファイバを備える内視鏡５を示す概略図であり、図３は、内視鏡５の挿入部の先端部を示す概略的な切断部端面図である。本実施形態の内視鏡５は、図２に示すように、挿入部５１、操作部５２、接続コード５３およびユニバーサルコード５４から構成される。本実施形態において、光ファイバ５８ｂは、挿入部５１、操作部５２およびユニバーサルコード５４に亘って通されており、ユニバーサルコード５４の上流側の接続部５４ａで、レーザユニット１３の図示しない出力部に接続される。
【００２２】
内視鏡５の挿入部５１は、患者の体空内に挿入することができるように細長い可撓性の管状となっている。操作部５２は、挿入部５１の基端に設けられている。内視鏡５は、接続コード５３を介して光音響撮像装置本体の電気系統に接続され、ユニバーサルコード５４を介してレーザユニット１３及び例えば図示しない光学観測装置に接続されている。
【００２３】
内視鏡５の挿入部５１の先端部５５には、図３に示されるように振動子アレイ５６、膨張収縮可能なバルーン５７、およびレーザ光を導光するための光ファイバ５８ｂの出射端が設けられている。
【００２４】
例えば本実施形態における挿入部５１の先端部５５ａには、コンベックス型の振動子アレイ５６が設けられている。振動子アレイ５６は、図３に示すように、例えば半円周状に並べられた第１〜第１２の超音波振動子Ｔ１〜Ｔ１２から構成される。振動子アレイ５６は、レーザ光の照射に起因して生じる光音響波を受信して複数の受信信号を光音響撮像装置本体の受信回路に出力する。また、内視鏡５の操作部５２には、例えば鉗子および穿刺針等の手術用の処置具が挿入される処置具挿入口５２ａが形成されている。処置具を通すための挿入孔は処置具挿入口５２ａから挿入部５１の先端部５５ａまで繋がっている。
【００２５】
バルーン５７は、振動子アレイ５６（電気音響変換部）および光ファイバ５８ｂの出射端（光照射部）を取り囲むように挿入部５１の先端部５５に設けられている。図４はある実施形態における先端部５５ａの構成を示す切断部端面図であり、図５は図４における内視鏡５の挿入部５１を被検体の体空８０内に挿入した様子を示す切断部端面図である。バルーン５７は、図４および図５に示されるように、振動子アレイ５６と体空内の管壁８１との間の空間を音響整合液５９で満たすことを可能にするために、音響整合液５９を保持する役割を果たす。これにより、振動子アレイ５６と被検体の音響インピーダンスが整合され、超音波および光音響波の検出を効率よく行うことができる。音響整合液５９の材料の例としては、振動子アレイ５６の材料と生体に対して中間的な音響インピーダンスを有する水が挙げられる。バルーン５７は音響整合液５９が供給された場合に膨張する。また、バルーン５７は、例えば低密度ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデンおよびゴム等の樹脂から構成することができる。さらに、バルーン５７は、光透過性を有するように構成され、光音響撮像において使用するレーザ光の透過率が８０％以上であることが好ましい。
【００２６】
さらに、バルーン５７には、光散乱構造が設けられている。光散乱構造は、レーザ光がバルーン５７を透過する際に、レーザ光を散乱させる機能を有する構造である。例えば図４では、バルーン５７の表面に設けられている凹凸構造を有する散乱面が光散乱構造である。例えば、このような構造は、例えば、樹脂フィルムを成型する時に樹脂表面に凹凸構造の型を押し付けて表面にエンボス加工を施す方法、および硬化前に樹脂フィルムを型押しする方法等により形成することができる。また、バルーンの表面に沿った幅が１０〜５０μｍ程度、当該表面からの高さ（或いは深さ）が１０〜５０μｍ程度の凸部および／または凹部を有する凹凸構造を当該表面に付けた場合には、２０度〜６０度程度の拡散角が得られるため、本発明の課題を解決するに際しより好ましい。この場合、上記凹凸構造の凸部および／または凹部の幅および高さ（或いは深さ）、並びに、各要素（凸部および凹部）の互いの間隔は、散乱した光が干渉を生じない程度にばらついていることが好ましい。また、散乱面は、下記のような散乱粒子を混ぜた樹脂フィルムによって構成することもできる。
【００２７】
また、図６は他の実施形態における先端部５５ｂの構成を示す切断部端面図である。図６では、多層構造を有するバルーン６０の最表層６０ａとこれに隣接する層６０ｂ（最表層から２番目の層）との間に設けられた散乱液６２が光散乱構造である。なお、散乱液６２を設ける場所としては最表層６０ａとこれに隣接する層６０ｂとの間に限られない。また、さらに最表層６０ａの表面に凹凸構造を設けてもよい。散乱液６２としては散乱粒子を含有する音響整合液を挙げることができる。散乱粒子の屈折率は１．４０〜１．６０であることが好ましい。また、散乱粒子の粒径は０．１〜５．０μｍであり、音響整合液中における散乱粒子の濃度は０．０１〜０．３０ｗｔ％であることが好ましい。なお、上記のように散乱粒子の濃度が低く設定されていることにより散乱粒子による光の吸収の影響は無視できるため、散乱粒子を構成する材質の光吸収係数は特に限定されない。一方、前述した光音響波の透過率を実現する観点から、散乱粒子を構成する材質の音響インピーダンスは、音響整合液（特に水）の音響インピーダンスに近いことが好ましく、その値は１．２〜１．９×１０６ｋｇ／ｍ２／ｓであることが好ましい。或いは、散乱粒子の密度は０．９０〜１．１０ｇ／ｃｃであり、散乱粒子を構成する材質中の音速は１３００〜１７００ｍ／ｓであることが好ましい。なお、上記のように散乱粒子の濃度が低く設定されていることにより散乱粒子による光音響波の吸収の影響は無視できるため、散乱粒子を構成する材質の粘度は特に限定されない。
【００２８】
上記のような光散乱構造の存在により、レーザ光はバルーン５７を透過する際に散乱することとなる。具体的には、図４に示されるように、光ファイバ５８ｂの出射端から出射したレーザ光は、当初θ１の拡散角（レーザ光のビーム径が伝搬に伴い拡がる角度）で伝搬する（図４および図５のＬ１）が、バルーン５７を透過した後はθ１よりも大きいθ２の拡散角で伝搬するようになる（図４および図５のＬ２）。この結果、レーザ光がそのまま被検体に照射される場合に比べてレーザ光の照明範囲を拡大することが可能となる。さらに、レーザ光が散乱されたことによりレーザ光の強度分布を均一化することも可能となる。なお、図４および図５では、分岐された光ファイバ５８ｂのうちの一か所からしかレーザ光が出射していないが、これは便宜上そのように示したに過ぎず、実際はすべての出射端からレーザ光は出射する。
【００２９】
内視鏡５にはバルーン５７の内側に音響整合液５９を供給するための整合液供給手段５８ａが設けられている。整合液供給手段５８ａは、挿入部５１、操作部５２およびユニバーサルコード５４に亘って通されており、ユニバーサルコード５４の上流側の接続部５４ａでポンプ等の音響整合液の供給源に接続されている。
【００３０】
複数に分岐された光ファイバ５８ｂの端部は、光ファイバ５８ｂによるレーザ光の照明領域が振動子アレイ５６による超音波の受信領域（すなわち超音波に基づく画像化可能領域）と重なるように配置されている。本実施形態において、この光ファイバ５８ｂの出射端部が本発明の光照射部に相当する。
【００３１】
超音波ユニット１２は、本発明における画像生成手段に相当する。より具体的には超音波ユニット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、光音響画像再構成手段２５ａ、光音響画像再構成手段２５ａからの信号を受信する検波・対数変換手段２６ａ、光音響画像を構築する画像構築手段２７ａ、超音波画像再構成手段２５ｂ、超音波画像再構成手段２５ｂからの信号を受信する検波・対数変換手段２６ｂ、超音波画像を構築する画像構築手段２７ｂ、画像合成手段２８、表示画像生成手段２９、トリガ制御回路３２、送信制御回路３３および制御手段３４を有している。制御手段３４は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。
【００３２】
受信回路２１は、超音波探触子１１から出力された音響波の電気信号を受信する。ＡＤ変換手段２２はサンプリング手段であり、受信回路２１が受信した電気信号を例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号に同期してサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で上記電気信号をサンプリングする。
【００３３】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングしたデジタル信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータは、光音響波に関するデータ（光音響データ）、超音波に関するデータ（超音波データ）またはこれらの混合データである。
【００３４】
データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離する。サンプリングデータを分離する方法は特に限定されない。例えば、超音波の照射とレーザ光の照射とを時間的にずらして実施した場合には、サンプリングデータをある時刻で分けることによりサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離することができる。また例えば、光音響データおよび超音波データそれぞれに関する周波数や遅延量の違いを利用してもサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離することができる。データ分離手段２４は、分離された光音響データを光音響画像再構成手段２５ａに入力し、超音波データを超音波画像再構成手段２５ｂに出力する。
【００３５】
光音響画像再構成手段２５ａは、例えば超音波探触子１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記光音響データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この光音響画像再構成手段２５ａは、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは光音響画像再構成手段２５ａは、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。光音響画像再構成手段２５ａは、上記のようにして加算整合された光音響データを検波・対数変換手段２６ａに出力する。
【００３６】
検波・対数変換手段２６ａは、光音響画像再構成手段２５ａから出力された光音響データの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして、検波・対数変換手段２６ａは、上記のようにして信号処理した光音響データを画像構築手段２７ａに出力する。
【００３７】
画像構築手段２７ａは、対数変換が施された各ラインの光音響データに基づいて、断層画像（光音響画像）を構築する。画像構築手段２７ａは、例えば光音響データの時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して光音響画像を構築する。
【００３８】
一方、超音波画像再構成手段２５ｂは、例えば超音波探触子１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記超音波データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この超音波画像再構成手段２５ｂは、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは超音波画像再構成手段２５ｂは、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。超音波画像再構成手段２５ｂは、上記のようにして加算整合された超音波データを検波・対数変換手段２６ｂに出力する。
【００３９】
検波・対数変換手段２６ｂは、超音波画像再構成手段２５ｂから出力された超音波データの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして、検波・対数変換手段２６ｂは、上記のようにして信号処理した超音波データを画像構築手段２７ｂに出力する。
【００４０】
画像構築手段２７ｂは、対数変換が施された各ラインの超音波データに基づいて、断層画像（超音波画像）を構築する。画像構築手段２７ｂは、例えば超音波データの時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して超音波画像を構築する。
【００４１】
トリガ制御回路３２は、レーザユニット１３にフラッシュランプトリガ信号及びＱスイッチトリガ信号を出力し、レーザユニット１３からレーザ光を出射させる。また、トリガ制御回路３２は、送信制御回路３３に超音波送信トリガ信号を出力し、プローブ１１から超音波を出力させる。更に、トリガ制御回路３２は、レーザ光の照射又は超音波送信と同期してＡＤ変換手段２２に対してＡＤトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。
【００４２】
トリガ制御回路３２は、レーザユニット１３に対して光の出力を指示するフラッシュランプトリガ信号を出力する。これによりレーザユニット１３では、フラッシュランプトリガ信号に応答してフラッシュランプ３５が点灯し、レーザ励起が開始される。その後、トリガ制御回路３２は、所定のタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。これによりレーザユニット１３では、Ｑスイッチ３６がＱスイッチトリガ信号に応答してＯＮ状態となり、レーザ光が出力されて、被検体にレーザ光が照射される。フラッシュランプ３５の点灯からＱスイッチパルスレーザが十分な励起状態となるまでに要する時間は、Ｑスイッチパルスレーザの特性などから見積もることができる。トリガ制御回路３２からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザユニット１３内において、Ｑスイッチパルスレーザを十分に励起させた後にＱスイッチ３６をＯＮ状態にしてもよい。その場合は、Ｑスイッチ３６をＯＮ状態にした旨を示す信号を超音波ユニット１２側に通知してもよい。
【００４３】
またトリガ制御回路３２は、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を送信制御回路３３に出力する。送信制御回路３３は、上記超音波トリガ信号を受けると、超音波探触子１１から超音波を送信させる。トリガ制御回路３２は、先にフラッシュランプトリガ信号を出力し、その後超音波トリガ信号を出力する。つまりトリガ制御回路３２は、フラッシュランプトリガ信号の出力に後続して、超音波トリガ信号を出力する。フラッシュランプトリガ信号が出力されることで被検体に対するレーザ光の照射および光音響波の検出が行われた後、超音波トリガ信号が出力されることで被検体に対する超音波の送信およびその反射波の検出が行われる。
【００４４】
トリガ制御回路３２はさらに、ＡＤ変換手段２２に対して、サンプリング開始を指示するサンプリングトリガ信号を出力する。このサンプリングトリガ信号は、前記フラッシュランプトリガ信号が出力された後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前、より好ましくは被検体に実際にレーザ光が照射されるタイミングで出力される。そのためにサンプリングトリガ信号は、例えばトリガ制御回路３２がＱスイッチトリガ信号を出力するタイミングに同期して出力される。ＡＤ変換手段２２は上記サンプリングトリガ信号を受けると、超音波探触子１１にて検出された上記電気信号のサンプリングを開始する。
【００４５】
画像合成手段２８は、画像構築手段２７ａおよび２７ｂにそれぞれ構築された光音響画像および超音波画像を合成する。画像合成手段２８は、合成されて得られた画像を表示画像生成手段２９に出力する。なお、合成画像を表示しない場合には光音響画像および超音波画像はそれぞれ合成処理されないまま、画像合成手段２８から出力されてもよい。
【００４６】
表示画像生成手段２９は、画像合成手段２８により合成されて得られた画像に必要な処理を施して画像表示手段１４に表示するための最終的な画像（表示画像）を生成する。
【００４７】
画像表示手段１４は、表示画像生成手段２９により生成された表示画像を表示する。
【００４８】
以上のように、本発明に係る光音響撮像装置は、特に、光照射部および電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつバルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡を備え、バルーンが、光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とする。したがって、光照射部から照射された測定光はバルーンを透過して被検体に照射される構成となり、測定光がバルーンを透過する際に測定光はバルーンの光散乱構造により散乱される。これにより、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【００４９】
また、本発明に係る光音響撮像装置の作動方法は、上記の光音響撮像装置を作動させるものであるから、内視鏡を用いた光音響撮像において、測定光をそのまま被検体に照射する場合に比べてより広範囲かつ均一に測定光を照射することが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
５ 内視鏡
１０ 光音響撮像装置
１１ 超音波探触子
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 画像表示手段
２１ 受信回路
２２ ＡＤ変換手段
２３ 受信メモリ
２４ データ分離手段
２５ａ 光音響画像再構成手段
２５ｂ 超音波画像再構成手段
２８ 画像合成手段
２９ 表示画像生成手段
３２ トリガ制御回路
３３ 送信制御回路
３４ 制御手段
５１ 挿入部
５２ 操作部
５２ａ 処置具挿入口
５３ 接続コード
５４ ユニバーサルコード
５４ａ 接続部
５５、５５ａ、５５ｂ 挿入部の先端部
５６ 振動子アレイ
５７ バルーン
５８ａ 整合液供給手段
５８ｂ 光ファイバ
５９ 音響整合液
６０ バルーン
６２ 散乱液
８０ 体空
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に測定光を照射し、該測定光の照射により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画像を生成する光音響撮像装置において、
被検体内に測定光を照射する光照射部、光音響波の検出を行う電気音響変換部、並びに、前記光照射部および前記電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつ前記バルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡と、
該電気音響変換部により検出された前記光音響波に基づいて光音響画像を生成して、該光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された前記表示画像を表示する画像表示部とを備え、
前記バルーンが光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とする光音響撮像装置。
【請求項２】
前記光散乱構造が、前記バルーンの表面に設けられた散乱面であることを特徴とする請求項１に記載の光音響撮像装置。
【請求項３】
前記散乱面が前記バルーンの表面に凹凸構造を有することを特徴とする請求項２に記載の光音響撮像装置。
【請求項４】
前記バルーンが多層構造を有するものであり、
前記光散乱構造が、前記多層構造のうちの１つの層と該１つの層に隣接する層との間に設けられた散乱液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撮像装置。
【請求項５】
前記１つの層が前記多層構造のうちの最表層であることを特徴とする請求項４に記載の光音響撮像装置。
【請求項６】
被検体内に測定光を照射し、該測定光の照射により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画像を生成する光音響撮像装置の作動方法において、
内視鏡の先端部に設けられた、被検体内に測定光を照射する光照射部が作動し、
内視鏡の先端部に設けられた、光音響波の検出を行う電気音響変換部が作動し、
内視鏡に設けられた、前記光照射部および前記電気音響変換部を取り囲むバルーンであって光を散乱させる光散乱構造を有する前記バルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段が作動し、
前記電気音響変換部により検出された前記光音響波に基づいて光音響画像を生成して、該光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段が作動し、
前記画像生成手段により生成された前記表示画像を表示する画像表示部が作動することを特徴とする光音響撮像装置の作動方法。
【請求項１】
被検体内に測定光を照射し、該測定光の照射により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画像を生成する光音響撮像装置において、
被検体内に測定光を照射する光照射部、光音響波の検出を行う電気音響変換部、並びに、前記光照射部および前記電気音響変換部を取り囲みかつ膨張収縮可能なバルーンを先端部に有し、かつ前記バルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段を有する内視鏡と、
該電気音響変換部により検出された前記光音響波に基づいて光音響画像を生成して、該光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された前記表示画像を表示する画像表示部とを備え、
前記バルーンが光を散乱させる光散乱構造を有することを特徴とする光音響撮像装置。
【請求項２】
前記光散乱構造が、前記バルーンの表面に設けられた散乱面であることを特徴とする請求項１に記載の光音響撮像装置。
【請求項３】
前記散乱面が前記バルーンの表面に凹凸構造を有することを特徴とする請求項２に記載の光音響撮像装置。
【請求項４】
前記バルーンが多層構造を有するものであり、
前記光散乱構造が、前記多層構造のうちの１つの層と該１つの層に隣接する層との間に設けられた散乱液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撮像装置。
【請求項５】
前記１つの層が前記多層構造のうちの最表層であることを特徴とする請求項４に記載の光音響撮像装置。
【請求項６】
被検体内に測定光を照射し、該測定光の照射により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画像を生成する光音響撮像装置の作動方法において、
内視鏡の先端部に設けられた、被検体内に測定光を照射する光照射部が作動し、
内視鏡の先端部に設けられた、光音響波の検出を行う電気音響変換部が作動し、
内視鏡に設けられた、前記光照射部および前記電気音響変換部を取り囲むバルーンであって光を散乱させる光散乱構造を有する前記バルーンに音響整合液を供給する整合液供給手段が作動し、
前記電気音響変換部により検出された前記光音響波に基づいて光音響画像を生成して、該光音響画像に基づいて表示画像を生成する画像生成手段が作動し、
前記画像生成手段により生成された前記表示画像を表示する画像表示部が作動することを特徴とする光音響撮像装置の作動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４９７３９（Ｐ２０１２−２４９７３９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３２２７（Ｐ２０１１−１２３２２７）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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