光音響計測装置
【課題】測定位置の違いによって発生する照明手段による光量を最適になるように制御することができ、高精度の計測が可能となる光音響計測装置を提供する。
【解決手段】被測定物を保持する保持手段と、パルス光源からの光を前記保持手段を介して前記被測定物に照明する照明手段と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段と、を備えた光音響計測装置であって、
前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に基づいて光量を調整する光量調整手段と、を有する構成とする。
【解決手段】被測定物を保持する保持手段と、パルス光源からの光を前記保持手段を介して前記被測定物に照明する照明手段と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段と、を備えた光音響計測装置であって、
前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に基づいて光量を調整する光量調整手段と、を有する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響効果を利用した計測装置に関し、特に生体等の拡散物体中における近赤外光に対する吸収係数の空間分布情報を高精度に取得するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体に対して非侵襲である光波、特に生体に対して透過率の高い近赤外光を用いて、生体内の情報を可視化するための研究開発が進められている。
生体の構成要素である水、脂肪、酸化・還元ヘモグロビン等は、近赤外の波長帯で特有のスペクトルを示すことが知られている。
これらに起因する吸収係数の空間分布を可視化することで生体内の代謝等の機能情報を取得する研究が注目を集めている。
【０００３】
生体内においては、近赤外光は強く散乱を受けるため、空間伝播光のようにレンズやミラーを用いて物体からの光を結像させることが難しい。
これに対して、光音響効果を利用する場合には、空間解像度の高いイメージングが可能となる。
この光音響効果による技術とは、物体をパルス光で照明し、照明された結果、被測定物内の吸収係数が高い領域で発生した超音波を光音響信号として超音波検出器で検出するという技術である。
検出された光音響信号を再構成することで、吸収係数の空間分布を表示手段に表示することが可能となる。
先に述べたように超音波は、生体中を直進するため空間解像度の高いイメージングが可能となる。
【０００４】
従来において、光音響効果を用いたイメージング装置として、非特許文献１のような装置が知られている。
この非特許文献１では、光音響効果を用いた乳房用の検査装置に関する研究内容が開示されている。
ここでは、大型の超音波検出器を用いて、広い範囲のイメージングを可能とされている。また、特許文献１では、生体内の音速分布を可視化するようにした光トモグラフィ装置用プローブが提案されている。
このプローブ型装置では、レーザ光を生体に対して照射し、そのときの音速変化を可視化することで、生体組織に関する情報を可視化するように構成されている。
【非特許文献１】Ｓｒｉｒａｎｇ Ｍａｎｏｈａｒ ｅｔ ａｌ，“Ｔｈｅ Ｔｗｅｎｔｅ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ：ｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ． ５０（２００５）
【特許文献１】特開２００８−０４９０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した非特許文献１に記載の光音響効果を用いた乳房用の検査装置では、乳房を２つの平板で圧迫し、その一方の平板側から照明光を入射し、もう一方の平板側に配置した超音波検出器で光音響信号を取得するように構成されている。
光音響信号は、光束に比例して発生するので、照明系（光源）から入射する照明の光量およびその分布を得ることは、内部の吸収係数の空間分布を高精度に推定するために重要で
ある。
しかしながら、非特許文献１に記載の装置では、光音響信号を大型の超音波検出器で取得するように構成されていることから、測定する領域が限られてしまうこととなる。
そのため、超音波検出器を順次走査する場合、照明光学系を移動することが必要になり、光学系を移動することに伴う光量変動等が測定誤差となってしまうという課題が発生する。
【０００６】
生体表面に照明する光量のエネルギー密度をあげることは安全性の観点などから制限されている。しかし、生体内の深い部分を光音響信号を得るためには生体に許容される範囲内でできるだけ大きな光エネルギーを与えることが必要になる。
特許文献１に記載の構成例では、超音波部と光源を含む照明部とが、一体とされたプローブ型に構成されている。
この特許文献１のものは、光音響計測装置ではないが、これを光音響装置に適用した場合、光源と照明部の相対関係が変化することがないため、生体への照明エリアが原理的に変化しないという面での優位性がある。
しかしながら、高出力のレーザを用いる場合、このようなプローブ型装置において走査部に照明手段から光源部までを配置することは、大きさの点において制約があり、このような配置にする場合には照明手段と光源部分の相対的な位置関係が変化する構成となる。そのため、相対位置変化などにより照明手段による被測定物表面の光量分布に変化が生じてしまうという課題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、測定位置の違いによって発生する照明手段による光量を最適になるように制御することができ、高精度の計測が可能となる光音響計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、つぎのように構成した光音響計測装置を提供するものである。
本発明の光音響計測装置は、被測定物を保持する保持手段と、パルス光源からの光を前記保持手段を介して前記被測定物に照明する照明手段と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段と、を備えた光音響計測装置であって、
前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に基づいて光量を調整する光量調整手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、測定位置の違いによって発生する照明手段による光量を最適になるように制御することができ、高精度の計測が可能となる光音響計測装置を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明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、被測定物を圧迫する平板により構成された圧迫保持手段を備える。
また、パルス光源からの光を前記圧迫保持手段を介して前記被測定物に照明する照明と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段を備える。
ここでの超音波検出手段は、前記光源から放射される光の波長の吸収係数に関する情報を光音響信号として捉える超音波検出手段により構成される。
そして、本実施形態の光音響計測装置は、前記圧迫保持手段、前記照明手段あるいは前記
超音波検出手段における機械的な変化と光量の変化との関係についての情報が、予め記憶された情報記憶手段を備えていることを特徴としている。
また、前記圧迫保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に対し、前記情報記憶手段による前記情報に基づいて光量を調整する光量調整手段を備えていることを特徴としている。
このような構成とすることにより、被測定物の被測定領域に対して最適な光量の調整が可能となる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記機械的な変化と光量の変化との関係についての情報として、上記した圧迫保持手段、照明手段あるいは超音波検出手段におけるこれらの相対的な位置の変化に関する情報を取得するように構成することができる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記機械的な変化と光量の変化との関係についての情報として、前記圧迫保持手段の変形に関する情報を取得するように構成することができる。
これらにより、測定位置の違いによって発生する照明手段による光量を最適化でき、光吸収係数の空間分布の高精度な推定が可能となる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記圧迫保持手段が、１組の略平行平板により構成することができる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記１組の平行平板の一方の平板側に前記超音波検出手段が配置されると共に、該一方の平板を介して前記被測定物を照明する照明手段を備え、
前記照明手段と前記超音波検出手段とが一体的に前記平行平板に沿った面内を走査できるように構成することができる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記一方の平板を介して前記照明手段が前記被測定物を照明する照明領域が、前記一方の平板を介して前記超音波検出手段を前記被測定物表面に射影した領域を包含するように構成することができる。
【００１１】
上記した本実施例の構成によれば、前記圧迫保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段の位置関係あるいは変形といった機械的な変化に起因する光量変動を容易に補正することができる。
これにより、深達長の長いかつ高精度な音響光学計測装置を実現することが可能となる。
【実施例】
【００１２】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１では、本発明を適用した乳房用の光音響計測装置の構成例について説明する。図１に、本実施例の構成例を説明する概要図を示す。
図１（ａ）は、圧迫プレート１０３がある位置に乳房を圧迫した状態の図である。
被測定物１０１は、乳房であり、平板プレート（圧迫プレート）１０２，１０３という圧迫保持手段の間に、被測定物１０１は位置している。
圧迫保持手段中の圧迫プレート１０３には、接続部１０９を介してプレート位置駆動手段１０７が接続されている。
プレート位置検出手段１０８は、プレートの位置を検出するための手段であり、所定の位置になるようにプレート位置制御回路により制御されている。
【００１３】
照明手段１０４は、圧迫プレート１０２を介して被測定物を照明する照明手段１０４ａと圧迫プレート１０３を介して被測定物１０１を照明する照明手段１０４ｂ、１０４ｃとから構成されている。
被測定物１０１の光音響信号（超音波）１３８を検出するための超音波検出手段１０５は、照明手段１０４ｂと照明手段１０４ｃとの間に位置している。
照明手段１０４は本図では不図示のパルス光源からの照明光を所定の領域を照明させるよ
うにするための光学系からなる。
各照明手段１０４には、光量調整手段１１６、１１９が接続されており照明手段から射出する光量が調整できるように構成されている。
【００１４】
照明手段１０４ｂ、１０４ｃと超音波検出手段１０５は、圧迫プレート１０３に対して一体的に動けるように走査ユニット１０６として構成されている。
また、圧迫プレート１０２側の照明手段１０４ａも、照明手段駆動手段１１０に接続されており、照明手段駆動手段制御回路１１３により、走査ユニット駆動手段制御回路１１２と同期をとってその位置が制御されている。
【００１５】
照明手段１０４から不図示の光源からのパルス光が照明されると、被測定物１０１内部で光音響信号が発生する。
超音波検出手段１０５は、２次元アレイ型の超音波検出器であり、ＳＵＭ−ＡＮＤ−ＤＥＬＡＹ法などの既知の手法により光音響振信号が再構成される。
走査手段の位置を制御する手段の駆動回路１１３、走査ユニットの位置を制御する手段の駆動回路１１２、圧迫プレート位置を制御する手段の駆動回路１１５、 超音波検出器駆動回路１２０、光量調整手段１１６，１１９および光源は、制御回路１１７に電気的に接続されている。
そして、同期して制御され最終的に表示手段１１８に被測定物１０１の吸収係数の空間分布を出力する。
【００１６】
光量の調整に関して簡単な例を以下に説明する。
図１（ｂ）は、図１（ａ）とは異なる厚みに被測定物１０１である乳房が圧迫された状態を示している。
圧迫の量により照明領域１４１、１４２の照明手段１０４ｂ、１０４ｃからの光量が異なる場合、これを補正することが必要となる。
例えば、被測定物１０１がない状態で、圧迫プレート１０３と走査ユニット１０６の位置に関係する照明アリア１４１（図３参照）の光量分布を測定しておく。そして、制御手段中に参照テーブル等で記憶しておくことで、それぞれの位置に応じた最適な光量となるように、光量調整手段１１６，１１９により照明手段からの照明光量を制御する。
【００１７】
最適な光量に関しては、被測定物１０１の表面上での光量が所定の値を超えないように、かつ最大に設定することにより、深達長を長くすることが可能となる。
図２に、本実施例の照明光学系の概要を説明する図を示す。
図１と同一付番のものは同じ機能を表すものであり説明は省略する。
図２では、近赤外パルス光を発光する光源１２７，１３５から、照明エリア１２９，１４３までの概略照明光路を示している。
光源１２７，１３５から発光した光は、ビーム拡大光学系１２６，１３４を透過してビーム系が拡大される。
反射ミラー１２５，１３３で偏向され、反射ミラー１２４，１３０で再び偏向され照明手段１０４から射出する。
走査ユニット１０６内では、反射ミラー１２４で偏向され光は、光量分岐手段１２３で、２つの光路に分割され、それぞれ反射ミラー１４４ｂ、１４４ｃで所定の照明エリア１２９の方に向きを変えられる。
反射ミラー１２４と反射ミラー１２５、あるいは反射ミラー１３０と反射ミラー１３３の間は平行光となっている。
この２つのミラーの間隔１３９，１４０は、走査ユニット１０６、照明手段１０４ａの位置に応じて可変となっている。
圧迫プレート１０２，１０３に対して、平行な面内を走査するためには、反射ミラー１２４，１２５のような構成が必要であるが簡単のため省略して記載している。
また、図２には光路の説明を分かりやすくする為、超音波検出手段を省略している。しかし、圧迫プレート１０２上に超音波検出手段を設ける際には当該超音波検出手段が前記偏向光を実質的に遮ることがないように図１に示したように光の照射角度を調整して光路と光路との間に超音波検出手段が位置するように設置する。ここで偏向光を実質的に遮ることがないとは、偏向光を全く遮らない場合だけでなく、測定精度、均一性、感度等が大きく低下しない範囲内で遮る場合も含む。
【００１８】
この間隔１３９，１４０が変化する場合、光路長が変化することなどにより照明エリア（光が照射されている領域であって照明領域ともいう）１４３、１２９の光量が変化する。
走査ユニット１０６および照明手段１０４ａの位置に対しての照明エリア１２９，１４３の光量との関係をあらかじめ取得して、不図示の制御手段内部の記憶手段の中に記憶してある。
この記憶手段中の値に基づいて、照明エリア１２９，１４３の光量を設定するため光量調整手段１３１，１３２が同制御回路により駆動され所望の光量に設定する。
【００１９】
つぎに、光音響信号の取得に関して説明する。
図３に、本実施例における光音響信号の取得について説明する図を示す。
図３（ａ）は、図１と同様の概要構成図である。
照明手段１０４ａ、１０４ｂ，１０４ｃからのパルス照明光１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃが、被測定物１０１に入射する。
入射した照明光は被測定物１０１の内部で散乱する。吸収体１３７では、照明光が吸収され、光音響効果により音響波１３８を発生する。
超音波検出手段１０５は２次元のアレイ型超音波検出手段である。
図３（ａ）では、２次元アレイを構成する各ピクセルを簡単にするため１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅの５つのピクセルとして示している。
【００２０】
図３（ｂ）は、吸収体１３７から音響波（光音響信号）１３８が発生し、超音波検出器１０５の各ピクセル１０５ａ−１０５ｅと吸収体の位置関係を説明するための説明図である。
１０５ａと吸収体間の距離に比べて、１０５ｃと吸収体１３７の距離の方が短いため、光音響効果により発生した音響波は伝搬時間が長くなる。
図３（ｃ）は伝搬する信号の関係を説明するための図である。ｔ＝０は、基準時間である。
ｔ＝ｔ１において、ピクセル１０５ｃで、音響波による波形１４７が検出される。
１４８ａ−ｅはピクセル１０５ａ−ｅに対応する光音響波の信号である。
【００２１】
超音波検出手段１０５からの光音響信号を、超音波検出手段制御手段を介して、図１の制御手段１１７に記憶し、取得された信号データをもとに再構成し、吸収係数の空間分布に関する情報を表示手段に出力する。
図３（ａ）で、照明エリア（領域）１４１は、超音波検出器１０５の光音響信号受光面を圧迫プレート１０３と被測定物１０１との界面に射影（投影ともいう）した超音波検出手段射影エリア（投影領域ともいう）１４５を包含する形に設定している。即ち光路の幅及び角度と、超音波検出手段の位置とを調整することによって、照射した光が前記超音波検出手段によって遮られることなく前記照明エリアが形成される。ここで照明エリアとは何かに光が遮られることなく光が照射されている領域をいう。
この様にすることで、照明エリア１４１近傍の光音響信号の光量ムラを低減することが可能となる。
解析出力を表示手段に出力することで、被測定物内部の状態を不図示の観察者が見る。
【００２２】
つぎに、本実施例の計測のフローについて説明する。
図４に、本実施例における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図を示す。
まず、Ｓ１０１のステップにおいて、測定を開始する。
次に、Ｓ１０２のステップにおいて、被測定物に対して圧迫プレートの位置を設定する。次に、Ｓ１０３のステップにおいて、被測定物を走査する領域に合わせて、走査ユニットの位置を初期状態に設定する。
次に、Ｓ１０４のステップにおいて、走査ユニットに対向する照明光を発光させ走査手段に取り付けられた光検出手段により被測定物を透過する光量を確認する。
次に、Ｓ１０５のステップにおいて、走査ユニットの対向する側の光量を確認して、所定の光量であれば、Ｓ１０６のステップに進み、所定の光量以下あるいは検出されない場合は、圧迫プレートの位置を再設定する。
次に、Ｓ１０６のステップにおいて、走査ユニットに対向する照明手段からの光量が所定の量以上である場合、走査ユニットを走査開始点に設定する。
次に、Ｓ１０７のステップにおいて、圧迫プレートの位置および走査ユニットの位置を検出し、制御手段内の参照テーブルを参照して照明手段の光量を設定する。
Ｓ１０４で走査ユニットに対向する照明手段からの光量が多い場合は、この光量を考慮して照明手段からの照明光量を設定する。
【００２３】
次にＳ１０８のステップにおいて、照明手段から照明し、光音響信号を取得する。制御手段内の記憶手段にデータを格納する。
次に、Ｓ１０９のステップにおいて、設定された領域で、光音響信号の可否を判断し、最終的な走査位置であるかどうかで走査領域における信号取得が終了したか判断する。終了していない場合はＳ１０６で、順次走査ユニットを動かして行く。
次に、Ｓ１１０のステップにおいて、設定した走査領域の最終領域が終わった場合、記憶された光音響信号を解析して、被測定物内の光吸収係数の空間分布を解析する。
次に、Ｓ１１１のステップにおいて、Ｓ１１０の結果を表示手段に表示する。
最後に、Ｓ１１２のステップにおいて、測定を終了する。
以上のようなステップで、順次計測することで、走査ユニット１０６の位置および被測定物１０１の圧迫量等に光路中の光学系の変化があっても、最適な状態の光量を設定して被測定物１０１を照明することができる。
照明した光量の情報をＰＡＴ信号の解析に用いることで、より高精度な吸収係数の空間分布を得ることができる。
【００２４】
本実施例に説明したように、被測定物１０１を測定する際、圧迫プレート１０３の位置あるいは走査ユニット１０６の位置などの変化に伴い、被測定物１０１を照明する照明手段の位置等の条件が変化する。
このような変化に対して、圧迫プレート１０３の位置および走査ユニット１０６の位置などの変化による照明光量の変化をあらかじめ測定し、それらを制御手段中の参照テーブルに記憶しておく。
そして、そのデータに基づいて被測定物を測定することで、被測定物表面の光量を所定の値以下に抑え、最適な照明条件を設定することが可能となる。
【００２５】
本実施例で説明したように、被測定物を走査しながら光音響信号を取得する場合、走査に伴い照明光学系の光路を変化させることが必要になる。
照明光学系の光路変化に伴い被測定物の表面の照明条件が最適になるように、あらかじめ走査位置に依存した光量の変動を測定することで、照明領域の光量などの条件を適切な状態に設定することが可能となる。
本実施例においては、走査に伴う光路変化による補正の例を示したが、これに限らず、例えば被測定物の部位によって別な光学系を挿入する場合でも、対応することが可能である
。
【００２６】
［実施例２］
実施例２では、実施例１とは異なる形態の光音響計測装置の構成例について説明する。図５に、本実施例の構成例を説明する概要図を示す。
本実施例では、乳房を構成する物質による吸収係数の空間分布特性を可視化する装置が構成され、図５に示される被測定物２０１は、乳房である。
被測定物２０１は、圧迫保持手段である圧迫プレート２０２、２０３に挟まれている。
本実施例は実施例１と異なり、圧迫プレート２０３の側からのみ照明を行う装置構成である。
圧迫プレート２０３は、接続部２０９を介して圧迫プレート位置制御手段２０７に接続されている。
また、圧迫プレート位置制御駆動手段２０７には、圧迫プレート位置検出手段２０８が接続されおり、圧迫プレート２０３の位置を所望の値に移動し、その位置を検出することができるように圧迫プレート位置制御手段駆動回路２１５が電気的に接続されている。
対向する圧迫プレート２０２側については、本実施例では位置を駆動する機構を示していないが、圧迫プレート２０２と同様に位置制御手段を設けてもよい。
【００２７】
次に圧迫プレート２０２と平行な面内を走査して被測定物２０１を照明し、光音響信号を取得する超音波検出手段２０５を一体化した走査ユニット２０６について以下に説明する。
走査ユニット２０６には照明手段２０４が設置されており、照明手段２０４は被測定物２０１の所望の位置・分布で照明できるように構成されている。
照明手段２０４から被測定物２０１に対する照明は、圧迫プレート２０３を介して行われる。
照明光２３２により被測定物は照明され、たとえば内部の吸収体２３３から発した音波２３４は生体内を伝播し超音波検出手段２０５で検出される。
超音波検出手段２０５は、２次元のアレイ型の超音波検出器である。
超音波検出器２０５には、超音波検出器駆動回路２１２が電気的に接続されており、光音響効果により発生した光音響信号を制御手段（制御回路）２１７中の不図示の記憶手段に記憶させる。
光音響信号の取得に関しては、実施例１と同様である。
【００２８】
次に照明系に関して説明する。
光源２２０は高出力のパルスレーザ光源である。光源２２０は光源制御手段２２５に接続されており、制御手段２１７により制御される。
光源２２０から発振した照明光２３６は、ビーム拡大光学系２１９に入射する。光量調整手段２１６は、発振したビームの光量を調整するための手段である。
また、全反射プリズム２２２ｃ，２２２ｂ，２２２ａは偏向用のミラーであり光路を引き回している。
走査ユニット２０６に入射した光は、照明手段２２４に入射する。走査ユニット中には偏向手段２１４が配置されている。
走査ユニットがたとえば紙面内を走査するとき、偏向ミラー２１４と全反射ミラー２２２との間隔が変化する。この偏向ミラー２１４と全反射ミラー２２２ａの間の光路は略平行光と設定されているのでビームのロスは起こらない。
被測定物２０１は生体であるため圧迫プレート２０３により圧迫する場合、機械的な変形を伴う。圧迫プレート２０３の変形の一例を図中２２１ｂとして示す。走査ユニット２０６には、走査ユニット２０６が圧迫プレート２０３に対して、密着できるように押圧がかけられている。
押圧の検出には、走査ユニット２０６に接続された圧力ゲージ２１３が設置されている。
【００２９】
被測定物２０１は生体組織であるため、個人間などの個体差が大きいと考えられる。
例えば、図６に示すように、圧迫プレート２０３が、圧迫により変形した場合において、走査ユニット２０６の超音波検出器（超音波探触子）２０５が検出するエリア２２６ａ，２２６ｂといった領域を測定する際、圧迫プレートの変形の影響を照明手段２０４からの光束２２９ａ，２２９ｂが受けてしまう。
このため、変形が見込まれる場合、圧迫プレート２０３の変形量と走査ユニットの測定位置に関する情報を記録した参照テーブルを用い、照明手段からの照明光の光量を補正する。
圧迫プレート２０３の変形量を推定るために、走査ユニット２０６に配置された光検出手段２３１からの光量の情報を元にしたり、走査ユニット２０６に取り付けられた圧力センサ２１３の圧力などから算出することが可能である。
勿論、圧迫プレート２０３に直接ひずみゲージ等を取り付けても同様の効果が得られる。
【００３０】
このように構成することで、走査ユニット２０６の位置あるいは圧迫プレート２０３の変形といった照明光の光量の変化の要因をあらかじめ測定しておく。
そして、圧迫プレート２０３の位置や圧迫プレート２０３の変形といったものを計測しそれらの量に基づいて光源２２０からの発光光量を光量調整手段２１６に基づいて設定することで、安全性といった所定の上限を満たしかつ適切な光量分布を得られる。
本実施例においては、偏向手段２１４と全反射ミラー２２２ａの間の感覚を調整することで、走査ユニット２０６の位置を変更したが、紙面垂直内にも同様の１対の反射ミラーを配置すれば面内の垂直方向にも対応することができる。
【００３１】
つぎに、本実施例の計測のフローについて説明する。
図７に、本実施例における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図を示す。
ます、Ｓ２０１のステップにおいて、測定を開始する。
次に、Ｓ２０２のステップにおいて、光量測定ポイントに走査ユニットを設定する。圧迫プレートを設定し、走査ユニットを初期状態に設定する。
次に、Ｓ２０３のステップにおいて、光量を確認する。
被測定物を走査する領域に合わせて、走査ユニットの位置を初期状態に設定する。
圧迫プレートからの表面反射光の光量と圧迫プレートの変形に起因する光量の変化をあらかじめ測定しておく。
次に、Ｓ２０４のステップにおいて、光量が所定の光量の場合、実際の走査測定のステップへとつながる。光量が確認されない場合はエラーとしてＳ２０２に戻る。
次に、Ｓ２０５のステップにおいて、光音響信号を取得する領域の初期位置に設定する。次に、Ｓ２０６のステップにおいて、上記Ｓ２０３での圧迫プレートの変形量などの情報から照明光量を設定する。光量調整手段によって所望の光量に設定する。
次に、Ｓ２０７のステップにおいて、光音響信号を取得する。
次に、Ｓ２０８のステップにおいて、信号の可否を判断して取れていたら次のステップに進む。
Ｓ２０９のステップにおいて、全信号取得領域が終了していなければ走査ユニットを次の位置に動かす。
次に、Ｓ２１０のステップにおいて、光音響信号（ＰＡＴ信号）を解析・再構成を行う。次に、Ｓ２１１のステップにおいて、測定結果を可視化する。
次に、Ｓ２１２のステップにおいて、測定を完了する。
という手順になる。
【００３２】
本実施例１，２で説明したように、照明系の機械的移動あるいは圧迫プレートによる変形に対して、それらの条件を基にして光音響信号を得るための最適な光量に設定すること
で、被測定物に対して所定の光量以下でかつ最適な値で照明することが可能となる。
実施例１，２では、近赤外光の光源として示したが生体透過性の高い７００ｎｍ−１０００ｎｍの波長範囲であるのが望ましいが、波長に対しては、これに限定されるものではない。
また、複数の波長を用いることで、吸収係数の分光空間情報を得ることができる。
走査ユニットに対向する照明光を発光させ走査手段に取り付けられた光検出手段により被測定物を透過する光量を確認する。
【００３３】
上記した実施例の説明では、光量調整手段を光路中に配置して光量を調整するように示したがこれに限定するものでなく、パルス光源自体で光量を設定してもよい。
また、本実施例で、走査ユニットの位置によって変化するものの例として、照明光の光量の例を示したが、これに限定するものではない。
光量だけでなく、ビームの形状自体を補正するように構成してもよい。
本実施例では、走査位置や変形情報からあらかじめ測定された参照テーブルから照明光量を設定するように構成したが、参照テーブルの代わりに関数式を用いるなどを行っても同様の結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１における乳房用の光音響計測装置の構成例について説明する概要図。
【図２】本発明の実施例１における照明光学系の概要を説明する図。
【図３】本発明の実施例１における光音響信号の取得について説明する図。
【図４】本発明の実施例１における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図。
【図５】本発明の実施例２における乳房用の光音響計測装置の構成例について説明する概要図。
【図６】本発明の実施例２における圧迫プレートの変形により照明光が受ける影響等について説明する図。
【図７】本発明の実施例２における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図。
【符号の説明】
【００３５】
１０１：被測定物
１０２：圧迫プレート
１０３：圧迫プレート
１０４：照明手段（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）
１０５：超音波検出手段
１０６：走査ユニット
１０７：プレート位置駆動手段
１０８：プレート位置検出手段
１０９：接続部
１１０：光源位置制御手段
１１１：走査ユニット位置制御手段
１１２：走査ユニット位置制御手段駆動回路
１１３：走査手段位置制御手段駆動回路
１１４：光量検出手段
１１５：プレート位置制御手段駆動回路
１１６：光量制御手段駆動回路
１１７：制御手段
１１８：表示手段４
１１９：光量制御手段駆動回路
１２０：超音波検出手段制御手段
１２１：照明光
１２２：拡散光エリア
１２３：光量分岐手段
１２４：反射ミラー
１２５：反射ミラー
１２６：ビーム拡大手段
１２７：パルス光源１
１２８：光源制御手段
１２９：照明エリア
１３０：反射ミラー
１３１：光量調整手段
１３２：光量調整手段
１３３：反射ミラー
１３４：ビーム拡大手段
１３５：パルス光源２
１３６：光源制御手段
１３７：吸収体
１３８：音波
１３９：距離
１４０：距離
１４１：照明エリア
１４２：照明エリア
１４３照：明エリア
１４４ｂ、ｃ：反射ミラー
１４５：超音波検出素子射影エリア
１４６：伝搬距離
１４７：Ｎ字波形（光音響信号）
１４８：検出手段１０５中のエレメントごとの光音響信号の例
２０１：被測定物
２０２：圧迫プレート
２０３：対向圧迫プレート
２０４：照明光学系
２０５：超音波探触子
２０６：走査ユニット
２０７：圧迫プレート位置制御手段
２０８：圧迫プレート位置検出手段
２０９：接続部
２１０：走査ユニット駆動手段
２１１：走査ユニット制御手段駆動回路
２１２：超音波探触子駆動回路
２１３：ロードセル
２１４：全反射プリズム
２１５：圧迫プレート制御手段駆動回路
２１６：光量調整手段
２１７：制御回路
２１８：表示装置
２１９：ビーム拡大系
２２０：パルス光源
２２１：圧迫プレオート、ａ変形前、ｂ変形時
２２２：偏向プリズム
２２３：光量調整手段駆動回路
２２４：光路変換手段
２２５：光源駆動回路
２２６：信号取得位置ａ，ｂ
２２７：照明エリア
２２８：吸収体
２２９：照明光
２３０：音波
２３１：光量検出手段
２３２：照明光
２３３：吸収体
２３４：音響波
２３５：照明光
２３６：照明光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響効果を利用した計測装置に関し、特に生体等の拡散物体中における近赤外光に対する吸収係数の空間分布情報を高精度に取得するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体に対して非侵襲である光波、特に生体に対して透過率の高い近赤外光を用いて、生体内の情報を可視化するための研究開発が進められている。
生体の構成要素である水、脂肪、酸化・還元ヘモグロビン等は、近赤外の波長帯で特有のスペクトルを示すことが知られている。
これらに起因する吸収係数の空間分布を可視化することで生体内の代謝等の機能情報を取得する研究が注目を集めている。
【０００３】
生体内においては、近赤外光は強く散乱を受けるため、空間伝播光のようにレンズやミラーを用いて物体からの光を結像させることが難しい。
これに対して、光音響効果を利用する場合には、空間解像度の高いイメージングが可能となる。
この光音響効果による技術とは、物体をパルス光で照明し、照明された結果、被測定物内の吸収係数が高い領域で発生した超音波を光音響信号として超音波検出器で検出するという技術である。
検出された光音響信号を再構成することで、吸収係数の空間分布を表示手段に表示することが可能となる。
先に述べたように超音波は、生体中を直進するため空間解像度の高いイメージングが可能となる。
【０００４】
従来において、光音響効果を用いたイメージング装置として、非特許文献１のような装置が知られている。
この非特許文献１では、光音響効果を用いた乳房用の検査装置に関する研究内容が開示されている。
ここでは、大型の超音波検出器を用いて、広い範囲のイメージングを可能とされている。また、特許文献１では、生体内の音速分布を可視化するようにした光トモグラフィ装置用プローブが提案されている。
このプローブ型装置では、レーザ光を生体に対して照射し、そのときの音速変化を可視化することで、生体組織に関する情報を可視化するように構成されている。
【非特許文献１】Ｓｒｉｒａｎｇ Ｍａｎｏｈａｒ ｅｔ ａｌ，“Ｔｈｅ Ｔｗｅｎｔｅ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ：ｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ． ５０（２００５）
【特許文献１】特開２００８−０４９０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した非特許文献１に記載の光音響効果を用いた乳房用の検査装置では、乳房を２つの平板で圧迫し、その一方の平板側から照明光を入射し、もう一方の平板側に配置した超音波検出器で光音響信号を取得するように構成されている。
光音響信号は、光束に比例して発生するので、照明系（光源）から入射する照明の光量およびその分布を得ることは、内部の吸収係数の空間分布を高精度に推定するために重要で
ある。
しかしながら、非特許文献１に記載の装置では、光音響信号を大型の超音波検出器で取得するように構成されていることから、測定する領域が限られてしまうこととなる。
そのため、超音波検出器を順次走査する場合、照明光学系を移動することが必要になり、光学系を移動することに伴う光量変動等が測定誤差となってしまうという課題が発生する。
【０００６】
生体表面に照明する光量のエネルギー密度をあげることは安全性の観点などから制限されている。しかし、生体内の深い部分を光音響信号を得るためには生体に許容される範囲内でできるだけ大きな光エネルギーを与えることが必要になる。
特許文献１に記載の構成例では、超音波部と光源を含む照明部とが、一体とされたプローブ型に構成されている。
この特許文献１のものは、光音響計測装置ではないが、これを光音響装置に適用した場合、光源と照明部の相対関係が変化することがないため、生体への照明エリアが原理的に変化しないという面での優位性がある。
しかしながら、高出力のレーザを用いる場合、このようなプローブ型装置において走査部に照明手段から光源部までを配置することは、大きさの点において制約があり、このような配置にする場合には照明手段と光源部分の相対的な位置関係が変化する構成となる。そのため、相対位置変化などにより照明手段による被測定物表面の光量分布に変化が生じてしまうという課題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、測定位置の違いによって発生する照明手段による光量を最適になるように制御することができ、高精度の計測が可能となる光音響計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、つぎのように構成した光音響計測装置を提供するものである。
本発明の光音響計測装置は、被測定物を保持する保持手段と、パルス光源からの光を前記保持手段を介して前記被測定物に照明する照明手段と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段と、を備えた光音響計測装置であって、
前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に基づいて光量を調整する光量調整手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、測定位置の違いによって発生する照明手段による光量を最適になるように制御することができ、高精度の計測が可能となる光音響計測装置を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明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、被測定物を圧迫する平板により構成された圧迫保持手段を備える。
また、パルス光源からの光を前記圧迫保持手段を介して前記被測定物に照明する照明と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段を備える。
ここでの超音波検出手段は、前記光源から放射される光の波長の吸収係数に関する情報を光音響信号として捉える超音波検出手段により構成される。
そして、本実施形態の光音響計測装置は、前記圧迫保持手段、前記照明手段あるいは前記
超音波検出手段における機械的な変化と光量の変化との関係についての情報が、予め記憶された情報記憶手段を備えていることを特徴としている。
また、前記圧迫保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に対し、前記情報記憶手段による前記情報に基づいて光量を調整する光量調整手段を備えていることを特徴としている。
このような構成とすることにより、被測定物の被測定領域に対して最適な光量の調整が可能となる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記機械的な変化と光量の変化との関係についての情報として、上記した圧迫保持手段、照明手段あるいは超音波検出手段におけるこれらの相対的な位置の変化に関する情報を取得するように構成することができる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記機械的な変化と光量の変化との関係についての情報として、前記圧迫保持手段の変形に関する情報を取得するように構成することができる。
これらにより、測定位置の違いによって発生する照明手段による光量を最適化でき、光吸収係数の空間分布の高精度な推定が可能となる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記圧迫保持手段が、１組の略平行平板により構成することができる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記１組の平行平板の一方の平板側に前記超音波検出手段が配置されると共に、該一方の平板を介して前記被測定物を照明する照明手段を備え、
前記照明手段と前記超音波検出手段とが一体的に前記平行平板に沿った面内を走査できるように構成することができる。
また、本実施形態の光音響計測装置においては、前記一方の平板を介して前記照明手段が前記被測定物を照明する照明領域が、前記一方の平板を介して前記超音波検出手段を前記被測定物表面に射影した領域を包含するように構成することができる。
【００１１】
上記した本実施例の構成によれば、前記圧迫保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段の位置関係あるいは変形といった機械的な変化に起因する光量変動を容易に補正することができる。
これにより、深達長の長いかつ高精度な音響光学計測装置を実現することが可能となる。
【実施例】
【００１２】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１では、本発明を適用した乳房用の光音響計測装置の構成例について説明する。図１に、本実施例の構成例を説明する概要図を示す。
図１（ａ）は、圧迫プレート１０３がある位置に乳房を圧迫した状態の図である。
被測定物１０１は、乳房であり、平板プレート（圧迫プレート）１０２，１０３という圧迫保持手段の間に、被測定物１０１は位置している。
圧迫保持手段中の圧迫プレート１０３には、接続部１０９を介してプレート位置駆動手段１０７が接続されている。
プレート位置検出手段１０８は、プレートの位置を検出するための手段であり、所定の位置になるようにプレート位置制御回路により制御されている。
【００１３】
照明手段１０４は、圧迫プレート１０２を介して被測定物を照明する照明手段１０４ａと圧迫プレート１０３を介して被測定物１０１を照明する照明手段１０４ｂ、１０４ｃとから構成されている。
被測定物１０１の光音響信号（超音波）１３８を検出するための超音波検出手段１０５は、照明手段１０４ｂと照明手段１０４ｃとの間に位置している。
照明手段１０４は本図では不図示のパルス光源からの照明光を所定の領域を照明させるよ
うにするための光学系からなる。
各照明手段１０４には、光量調整手段１１６、１１９が接続されており照明手段から射出する光量が調整できるように構成されている。
【００１４】
照明手段１０４ｂ、１０４ｃと超音波検出手段１０５は、圧迫プレート１０３に対して一体的に動けるように走査ユニット１０６として構成されている。
また、圧迫プレート１０２側の照明手段１０４ａも、照明手段駆動手段１１０に接続されており、照明手段駆動手段制御回路１１３により、走査ユニット駆動手段制御回路１１２と同期をとってその位置が制御されている。
【００１５】
照明手段１０４から不図示の光源からのパルス光が照明されると、被測定物１０１内部で光音響信号が発生する。
超音波検出手段１０５は、２次元アレイ型の超音波検出器であり、ＳＵＭ−ＡＮＤ−ＤＥＬＡＹ法などの既知の手法により光音響振信号が再構成される。
走査手段の位置を制御する手段の駆動回路１１３、走査ユニットの位置を制御する手段の駆動回路１１２、圧迫プレート位置を制御する手段の駆動回路１１５、 超音波検出器駆動回路１２０、光量調整手段１１６，１１９および光源は、制御回路１１７に電気的に接続されている。
そして、同期して制御され最終的に表示手段１１８に被測定物１０１の吸収係数の空間分布を出力する。
【００１６】
光量の調整に関して簡単な例を以下に説明する。
図１（ｂ）は、図１（ａ）とは異なる厚みに被測定物１０１である乳房が圧迫された状態を示している。
圧迫の量により照明領域１４１、１４２の照明手段１０４ｂ、１０４ｃからの光量が異なる場合、これを補正することが必要となる。
例えば、被測定物１０１がない状態で、圧迫プレート１０３と走査ユニット１０６の位置に関係する照明アリア１４１（図３参照）の光量分布を測定しておく。そして、制御手段中に参照テーブル等で記憶しておくことで、それぞれの位置に応じた最適な光量となるように、光量調整手段１１６，１１９により照明手段からの照明光量を制御する。
【００１７】
最適な光量に関しては、被測定物１０１の表面上での光量が所定の値を超えないように、かつ最大に設定することにより、深達長を長くすることが可能となる。
図２に、本実施例の照明光学系の概要を説明する図を示す。
図１と同一付番のものは同じ機能を表すものであり説明は省略する。
図２では、近赤外パルス光を発光する光源１２７，１３５から、照明エリア１２９，１４３までの概略照明光路を示している。
光源１２７，１３５から発光した光は、ビーム拡大光学系１２６，１３４を透過してビーム系が拡大される。
反射ミラー１２５，１３３で偏向され、反射ミラー１２４，１３０で再び偏向され照明手段１０４から射出する。
走査ユニット１０６内では、反射ミラー１２４で偏向され光は、光量分岐手段１２３で、２つの光路に分割され、それぞれ反射ミラー１４４ｂ、１４４ｃで所定の照明エリア１２９の方に向きを変えられる。
反射ミラー１２４と反射ミラー１２５、あるいは反射ミラー１３０と反射ミラー１３３の間は平行光となっている。
この２つのミラーの間隔１３９，１４０は、走査ユニット１０６、照明手段１０４ａの位置に応じて可変となっている。
圧迫プレート１０２，１０３に対して、平行な面内を走査するためには、反射ミラー１２４，１２５のような構成が必要であるが簡単のため省略して記載している。
また、図２には光路の説明を分かりやすくする為、超音波検出手段を省略している。しかし、圧迫プレート１０２上に超音波検出手段を設ける際には当該超音波検出手段が前記偏向光を実質的に遮ることがないように図１に示したように光の照射角度を調整して光路と光路との間に超音波検出手段が位置するように設置する。ここで偏向光を実質的に遮ることがないとは、偏向光を全く遮らない場合だけでなく、測定精度、均一性、感度等が大きく低下しない範囲内で遮る場合も含む。
【００１８】
この間隔１３９，１４０が変化する場合、光路長が変化することなどにより照明エリア（光が照射されている領域であって照明領域ともいう）１４３、１２９の光量が変化する。
走査ユニット１０６および照明手段１０４ａの位置に対しての照明エリア１２９，１４３の光量との関係をあらかじめ取得して、不図示の制御手段内部の記憶手段の中に記憶してある。
この記憶手段中の値に基づいて、照明エリア１２９，１４３の光量を設定するため光量調整手段１３１，１３２が同制御回路により駆動され所望の光量に設定する。
【００１９】
つぎに、光音響信号の取得に関して説明する。
図３に、本実施例における光音響信号の取得について説明する図を示す。
図３（ａ）は、図１と同様の概要構成図である。
照明手段１０４ａ、１０４ｂ，１０４ｃからのパルス照明光１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃが、被測定物１０１に入射する。
入射した照明光は被測定物１０１の内部で散乱する。吸収体１３７では、照明光が吸収され、光音響効果により音響波１３８を発生する。
超音波検出手段１０５は２次元のアレイ型超音波検出手段である。
図３（ａ）では、２次元アレイを構成する各ピクセルを簡単にするため１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅの５つのピクセルとして示している。
【００２０】
図３（ｂ）は、吸収体１３７から音響波（光音響信号）１３８が発生し、超音波検出器１０５の各ピクセル１０５ａ−１０５ｅと吸収体の位置関係を説明するための説明図である。
１０５ａと吸収体間の距離に比べて、１０５ｃと吸収体１３７の距離の方が短いため、光音響効果により発生した音響波は伝搬時間が長くなる。
図３（ｃ）は伝搬する信号の関係を説明するための図である。ｔ＝０は、基準時間である。
ｔ＝ｔ１において、ピクセル１０５ｃで、音響波による波形１４７が検出される。
１４８ａ−ｅはピクセル１０５ａ−ｅに対応する光音響波の信号である。
【００２１】
超音波検出手段１０５からの光音響信号を、超音波検出手段制御手段を介して、図１の制御手段１１７に記憶し、取得された信号データをもとに再構成し、吸収係数の空間分布に関する情報を表示手段に出力する。
図３（ａ）で、照明エリア（領域）１４１は、超音波検出器１０５の光音響信号受光面を圧迫プレート１０３と被測定物１０１との界面に射影（投影ともいう）した超音波検出手段射影エリア（投影領域ともいう）１４５を包含する形に設定している。即ち光路の幅及び角度と、超音波検出手段の位置とを調整することによって、照射した光が前記超音波検出手段によって遮られることなく前記照明エリアが形成される。ここで照明エリアとは何かに光が遮られることなく光が照射されている領域をいう。
この様にすることで、照明エリア１４１近傍の光音響信号の光量ムラを低減することが可能となる。
解析出力を表示手段に出力することで、被測定物内部の状態を不図示の観察者が見る。
【００２２】
つぎに、本実施例の計測のフローについて説明する。
図４に、本実施例における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図を示す。
まず、Ｓ１０１のステップにおいて、測定を開始する。
次に、Ｓ１０２のステップにおいて、被測定物に対して圧迫プレートの位置を設定する。次に、Ｓ１０３のステップにおいて、被測定物を走査する領域に合わせて、走査ユニットの位置を初期状態に設定する。
次に、Ｓ１０４のステップにおいて、走査ユニットに対向する照明光を発光させ走査手段に取り付けられた光検出手段により被測定物を透過する光量を確認する。
次に、Ｓ１０５のステップにおいて、走査ユニットの対向する側の光量を確認して、所定の光量であれば、Ｓ１０６のステップに進み、所定の光量以下あるいは検出されない場合は、圧迫プレートの位置を再設定する。
次に、Ｓ１０６のステップにおいて、走査ユニットに対向する照明手段からの光量が所定の量以上である場合、走査ユニットを走査開始点に設定する。
次に、Ｓ１０７のステップにおいて、圧迫プレートの位置および走査ユニットの位置を検出し、制御手段内の参照テーブルを参照して照明手段の光量を設定する。
Ｓ１０４で走査ユニットに対向する照明手段からの光量が多い場合は、この光量を考慮して照明手段からの照明光量を設定する。
【００２３】
次にＳ１０８のステップにおいて、照明手段から照明し、光音響信号を取得する。制御手段内の記憶手段にデータを格納する。
次に、Ｓ１０９のステップにおいて、設定された領域で、光音響信号の可否を判断し、最終的な走査位置であるかどうかで走査領域における信号取得が終了したか判断する。終了していない場合はＳ１０６で、順次走査ユニットを動かして行く。
次に、Ｓ１１０のステップにおいて、設定した走査領域の最終領域が終わった場合、記憶された光音響信号を解析して、被測定物内の光吸収係数の空間分布を解析する。
次に、Ｓ１１１のステップにおいて、Ｓ１１０の結果を表示手段に表示する。
最後に、Ｓ１１２のステップにおいて、測定を終了する。
以上のようなステップで、順次計測することで、走査ユニット１０６の位置および被測定物１０１の圧迫量等に光路中の光学系の変化があっても、最適な状態の光量を設定して被測定物１０１を照明することができる。
照明した光量の情報をＰＡＴ信号の解析に用いることで、より高精度な吸収係数の空間分布を得ることができる。
【００２４】
本実施例に説明したように、被測定物１０１を測定する際、圧迫プレート１０３の位置あるいは走査ユニット１０６の位置などの変化に伴い、被測定物１０１を照明する照明手段の位置等の条件が変化する。
このような変化に対して、圧迫プレート１０３の位置および走査ユニット１０６の位置などの変化による照明光量の変化をあらかじめ測定し、それらを制御手段中の参照テーブルに記憶しておく。
そして、そのデータに基づいて被測定物を測定することで、被測定物表面の光量を所定の値以下に抑え、最適な照明条件を設定することが可能となる。
【００２５】
本実施例で説明したように、被測定物を走査しながら光音響信号を取得する場合、走査に伴い照明光学系の光路を変化させることが必要になる。
照明光学系の光路変化に伴い被測定物の表面の照明条件が最適になるように、あらかじめ走査位置に依存した光量の変動を測定することで、照明領域の光量などの条件を適切な状態に設定することが可能となる。
本実施例においては、走査に伴う光路変化による補正の例を示したが、これに限らず、例えば被測定物の部位によって別な光学系を挿入する場合でも、対応することが可能である
。
【００２６】
［実施例２］
実施例２では、実施例１とは異なる形態の光音響計測装置の構成例について説明する。図５に、本実施例の構成例を説明する概要図を示す。
本実施例では、乳房を構成する物質による吸収係数の空間分布特性を可視化する装置が構成され、図５に示される被測定物２０１は、乳房である。
被測定物２０１は、圧迫保持手段である圧迫プレート２０２、２０３に挟まれている。
本実施例は実施例１と異なり、圧迫プレート２０３の側からのみ照明を行う装置構成である。
圧迫プレート２０３は、接続部２０９を介して圧迫プレート位置制御手段２０７に接続されている。
また、圧迫プレート位置制御駆動手段２０７には、圧迫プレート位置検出手段２０８が接続されおり、圧迫プレート２０３の位置を所望の値に移動し、その位置を検出することができるように圧迫プレート位置制御手段駆動回路２１５が電気的に接続されている。
対向する圧迫プレート２０２側については、本実施例では位置を駆動する機構を示していないが、圧迫プレート２０２と同様に位置制御手段を設けてもよい。
【００２７】
次に圧迫プレート２０２と平行な面内を走査して被測定物２０１を照明し、光音響信号を取得する超音波検出手段２０５を一体化した走査ユニット２０６について以下に説明する。
走査ユニット２０６には照明手段２０４が設置されており、照明手段２０４は被測定物２０１の所望の位置・分布で照明できるように構成されている。
照明手段２０４から被測定物２０１に対する照明は、圧迫プレート２０３を介して行われる。
照明光２３２により被測定物は照明され、たとえば内部の吸収体２３３から発した音波２３４は生体内を伝播し超音波検出手段２０５で検出される。
超音波検出手段２０５は、２次元のアレイ型の超音波検出器である。
超音波検出器２０５には、超音波検出器駆動回路２１２が電気的に接続されており、光音響効果により発生した光音響信号を制御手段（制御回路）２１７中の不図示の記憶手段に記憶させる。
光音響信号の取得に関しては、実施例１と同様である。
【００２８】
次に照明系に関して説明する。
光源２２０は高出力のパルスレーザ光源である。光源２２０は光源制御手段２２５に接続されており、制御手段２１７により制御される。
光源２２０から発振した照明光２３６は、ビーム拡大光学系２１９に入射する。光量調整手段２１６は、発振したビームの光量を調整するための手段である。
また、全反射プリズム２２２ｃ，２２２ｂ，２２２ａは偏向用のミラーであり光路を引き回している。
走査ユニット２０６に入射した光は、照明手段２２４に入射する。走査ユニット中には偏向手段２１４が配置されている。
走査ユニットがたとえば紙面内を走査するとき、偏向ミラー２１４と全反射ミラー２２２との間隔が変化する。この偏向ミラー２１４と全反射ミラー２２２ａの間の光路は略平行光と設定されているのでビームのロスは起こらない。
被測定物２０１は生体であるため圧迫プレート２０３により圧迫する場合、機械的な変形を伴う。圧迫プレート２０３の変形の一例を図中２２１ｂとして示す。走査ユニット２０６には、走査ユニット２０６が圧迫プレート２０３に対して、密着できるように押圧がかけられている。
押圧の検出には、走査ユニット２０６に接続された圧力ゲージ２１３が設置されている。
【００２９】
被測定物２０１は生体組織であるため、個人間などの個体差が大きいと考えられる。
例えば、図６に示すように、圧迫プレート２０３が、圧迫により変形した場合において、走査ユニット２０６の超音波検出器（超音波探触子）２０５が検出するエリア２２６ａ，２２６ｂといった領域を測定する際、圧迫プレートの変形の影響を照明手段２０４からの光束２２９ａ，２２９ｂが受けてしまう。
このため、変形が見込まれる場合、圧迫プレート２０３の変形量と走査ユニットの測定位置に関する情報を記録した参照テーブルを用い、照明手段からの照明光の光量を補正する。
圧迫プレート２０３の変形量を推定るために、走査ユニット２０６に配置された光検出手段２３１からの光量の情報を元にしたり、走査ユニット２０６に取り付けられた圧力センサ２１３の圧力などから算出することが可能である。
勿論、圧迫プレート２０３に直接ひずみゲージ等を取り付けても同様の効果が得られる。
【００３０】
このように構成することで、走査ユニット２０６の位置あるいは圧迫プレート２０３の変形といった照明光の光量の変化の要因をあらかじめ測定しておく。
そして、圧迫プレート２０３の位置や圧迫プレート２０３の変形といったものを計測しそれらの量に基づいて光源２２０からの発光光量を光量調整手段２１６に基づいて設定することで、安全性といった所定の上限を満たしかつ適切な光量分布を得られる。
本実施例においては、偏向手段２１４と全反射ミラー２２２ａの間の感覚を調整することで、走査ユニット２０６の位置を変更したが、紙面垂直内にも同様の１対の反射ミラーを配置すれば面内の垂直方向にも対応することができる。
【００３１】
つぎに、本実施例の計測のフローについて説明する。
図７に、本実施例における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図を示す。
ます、Ｓ２０１のステップにおいて、測定を開始する。
次に、Ｓ２０２のステップにおいて、光量測定ポイントに走査ユニットを設定する。圧迫プレートを設定し、走査ユニットを初期状態に設定する。
次に、Ｓ２０３のステップにおいて、光量を確認する。
被測定物を走査する領域に合わせて、走査ユニットの位置を初期状態に設定する。
圧迫プレートからの表面反射光の光量と圧迫プレートの変形に起因する光量の変化をあらかじめ測定しておく。
次に、Ｓ２０４のステップにおいて、光量が所定の光量の場合、実際の走査測定のステップへとつながる。光量が確認されない場合はエラーとしてＳ２０２に戻る。
次に、Ｓ２０５のステップにおいて、光音響信号を取得する領域の初期位置に設定する。次に、Ｓ２０６のステップにおいて、上記Ｓ２０３での圧迫プレートの変形量などの情報から照明光量を設定する。光量調整手段によって所望の光量に設定する。
次に、Ｓ２０７のステップにおいて、光音響信号を取得する。
次に、Ｓ２０８のステップにおいて、信号の可否を判断して取れていたら次のステップに進む。
Ｓ２０９のステップにおいて、全信号取得領域が終了していなければ走査ユニットを次の位置に動かす。
次に、Ｓ２１０のステップにおいて、光音響信号（ＰＡＴ信号）を解析・再構成を行う。次に、Ｓ２１１のステップにおいて、測定結果を可視化する。
次に、Ｓ２１２のステップにおいて、測定を完了する。
という手順になる。
【００３２】
本実施例１，２で説明したように、照明系の機械的移動あるいは圧迫プレートによる変形に対して、それらの条件を基にして光音響信号を得るための最適な光量に設定すること
で、被測定物に対して所定の光量以下でかつ最適な値で照明することが可能となる。
実施例１，２では、近赤外光の光源として示したが生体透過性の高い７００ｎｍ−１０００ｎｍの波長範囲であるのが望ましいが、波長に対しては、これに限定されるものではない。
また、複数の波長を用いることで、吸収係数の分光空間情報を得ることができる。
走査ユニットに対向する照明光を発光させ走査手段に取り付けられた光検出手段により被測定物を透過する光量を確認する。
【００３３】
上記した実施例の説明では、光量調整手段を光路中に配置して光量を調整するように示したがこれに限定するものでなく、パルス光源自体で光量を設定してもよい。
また、本実施例で、走査ユニットの位置によって変化するものの例として、照明光の光量の例を示したが、これに限定するものではない。
光量だけでなく、ビームの形状自体を補正するように構成してもよい。
本実施例では、走査位置や変形情報からあらかじめ測定された参照テーブルから照明光量を設定するように構成したが、参照テーブルの代わりに関数式を用いるなどを行っても同様の結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１における乳房用の光音響計測装置の構成例について説明する概要図。
【図２】本発明の実施例１における照明光学系の概要を説明する図。
【図３】本発明の実施例１における光音響信号の取得について説明する図。
【図４】本発明の実施例１における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図。
【図５】本発明の実施例２における乳房用の光音響計測装置の構成例について説明する概要図。
【図６】本発明の実施例２における圧迫プレートの変形により照明光が受ける影響等について説明する図。
【図７】本発明の実施例２における光音響計測装置による計測のフローについて説明する図。
【符号の説明】
【００３５】
１０１：被測定物
１０２：圧迫プレート
１０３：圧迫プレート
１０４：照明手段（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）
１０５：超音波検出手段
１０６：走査ユニット
１０７：プレート位置駆動手段
１０８：プレート位置検出手段
１０９：接続部
１１０：光源位置制御手段
１１１：走査ユニット位置制御手段
１１２：走査ユニット位置制御手段駆動回路
１１３：走査手段位置制御手段駆動回路
１１４：光量検出手段
１１５：プレート位置制御手段駆動回路
１１６：光量制御手段駆動回路
１１７：制御手段
１１８：表示手段４
１１９：光量制御手段駆動回路
１２０：超音波検出手段制御手段
１２１：照明光
１２２：拡散光エリア
１２３：光量分岐手段
１２４：反射ミラー
１２５：反射ミラー
１２６：ビーム拡大手段
１２７：パルス光源１
１２８：光源制御手段
１２９：照明エリア
１３０：反射ミラー
１３１：光量調整手段
１３２：光量調整手段
１３３：反射ミラー
１３４：ビーム拡大手段
１３５：パルス光源２
１３６：光源制御手段
１３７：吸収体
１３８：音波
１３９：距離
１４０：距離
１４１：照明エリア
１４２：照明エリア
１４３照：明エリア
１４４ｂ、ｃ：反射ミラー
１４５：超音波検出素子射影エリア
１４６：伝搬距離
１４７：Ｎ字波形（光音響信号）
１４８：検出手段１０５中のエレメントごとの光音響信号の例
２０１：被測定物
２０２：圧迫プレート
２０３：対向圧迫プレート
２０４：照明光学系
２０５：超音波探触子
２０６：走査ユニット
２０７：圧迫プレート位置制御手段
２０８：圧迫プレート位置検出手段
２０９：接続部
２１０：走査ユニット駆動手段
２１１：走査ユニット制御手段駆動回路
２１２：超音波探触子駆動回路
２１３：ロードセル
２１４：全反射プリズム
２１５：圧迫プレート制御手段駆動回路
２１６：光量調整手段
２１７：制御回路
２１８：表示装置
２１９：ビーム拡大系
２２０：パルス光源
２２１：圧迫プレオート、ａ変形前、ｂ変形時
２２２：偏向プリズム
２２３：光量調整手段駆動回路
２２４：光路変換手段
２２５：光源駆動回路
２２６：信号取得位置ａ，ｂ
２２７：照明エリア
２２８：吸収体
２２９：照明光
２３０：音波
２３１：光量検出手段
２３２：照明光
２３３：吸収体
２３４：音響波
２３５：照明光
２３６：照明光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を保持する保持手段と、パルス光源からの光を前記保持手段を介して前記被測定物に照明する照明手段と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段と、を備えた光音響計測装置であって、
前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に基づいて光量を調整する光量調整手段と、
を有することを特徴とする光音響計測装置。
【請求項２】
前記機械的な変化を取得する変化取得手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光音響計測装置。
【請求項３】
前記パルス光源をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光音響計測装置。
【請求項４】
前記機械的な変化が、前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段におけるこれらの相対的な位置の変化を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項５】
前記機械的な変化が、前記保持手段の変形を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項６】
前記保持手段が、１組の平行平板から構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項７】
前記１組の略平行平板の一方の平板側に前記超音波検出手段が配置されると共に、該一方の平板を介して前記被測定物を照明する前記照明手段を備え、
前記照明手段と前記超音波検出手段とが一体的に前記平行平板に沿った面内を走査できる構成とされていることを特徴とする請求項６に記載の光音響計測装置。
【請求項８】
前記一方の平板を介して前記照明手段が前記被測定物を照明する照明領域が、前記一方の平板を介して前記超音波検出手段を前記被測定物表面に射影した領域を包含することを特徴とする請求項６または７に記載の光音響計測装置。
【請求項１】
被測定物を保持する保持手段と、パルス光源からの光を前記保持手段を介して前記被測定物に照明する照明手段と、前記照明手段から被測定物に入射した光による超音波を光音響信号として検出する超音波検出手段と、を備えた光音響計測装置であって、
前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段における機械的な変化に基づいて光量を調整する光量調整手段と、
を有することを特徴とする光音響計測装置。
【請求項２】
前記機械的な変化を取得する変化取得手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光音響計測装置。
【請求項３】
前記パルス光源をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光音響計測装置。
【請求項４】
前記機械的な変化が、前記保持手段、前記照明手段あるいは前記超音波検出手段におけるこれらの相対的な位置の変化を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項５】
前記機械的な変化が、前記保持手段の変形を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項６】
前記保持手段が、１組の平行平板から構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項７】
前記１組の略平行平板の一方の平板側に前記超音波検出手段が配置されると共に、該一方の平板を介して前記被測定物を照明する前記照明手段を備え、
前記照明手段と前記超音波検出手段とが一体的に前記平行平板に沿った面内を走査できる構成とされていることを特徴とする請求項６に記載の光音響計測装置。
【請求項８】
前記一方の平板を介して前記照明手段が前記被測定物を照明する照明領域が、前記一方の平板を介して前記超音波検出手段を前記被測定物表面に射影した領域を包含することを特徴とする請求項６または７に記載の光音響計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９９５６６（Ｐ２０１３−９９５６６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−８９２８（Ｐ２０１３−８９２８）
【出願日】平成２５年１月２２日（２０１３．１．２２）
【分割の表示】特願２００８−１８２０６７（Ｐ２００８−１８２０６７）の分割
【原出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月２２日（２０１３．１．２２）
【分割の表示】特願２００８−１８２０６７（Ｐ２００８−１８２０６７）の分割
【原出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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