生体検査装置
【課題】生体組織の深部にある吸収体の境界から発生する光音響信号を、高いコントラストの信号で検出することにより、吸収体の位置と大きさを高精度に測定することが可能となる生体検査装置を提供する。
【解決手段】パルス光を発する光源手段と、前記光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、前記被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える生体検査装置であって、
前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向して配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段を備え、
前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されている構成とする。
【解決手段】パルス光を発する光源手段と、前記光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、前記被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える生体検査装置であって、
前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向して配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段を備え、
前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されている構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織内部の分光特性を計測するための生体検査装置に関し、特に光音響効果を利用した測定装置に適応するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体組織内部の分光特性を計測する生体検査装置は、血液中に含まれるヘモグロビンなどの特定物質の光吸収特性から、腫瘍の成長に伴う新生血管の形成やヘモグロビンの酸素代謝などを判定し、診断に利用するものである。
このような装置では、生体組織に対する透過特性が良い波長６００−１５００ｎｍ程度の近赤外光を用いている。
生体組織内の分光特性を計測する方法として、光音響効果を用いるものがある。この装置では、生体組織内にパルス光を照射し、光エネルギーに基づいて発生する光音響信号から局所的な領域の分光特性を計測することができる。
生体組織内に照射した光の強度は生体組織内を伝播する過程の吸収や散乱によって減衰するため、組織の深部に到達する光が僅かになる。
【０００３】
従来において、これらに対処するため、被検体に対して対向する位置に２つの照明光学系を設けて、両側から照明することにより深部に到達する光を増すようにする装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
また、生体組織に光を照射する光ファイバーと光音響信号を検出する圧電素子を交互に配置する、或いは照射する光が透過可能な透明な圧電素子を用いることにより、照明光学系と同じ側に光音響信号の検出器を設ける装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、生体組織に光を照射する光ファイバーと同じ側に光音響信号を検出するトランスデューサを設け、これらを被検体の表面に沿って走査駆動する装置が提案されている。（例えば、特許文献３参照。）。
さらに、乳房などの被検体を圧迫して板形状にし、板形状の被検体に対して光を照射する面を切替える装置が提案されている。（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１２７７８３号明細書
【特許文献２】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献３】米国特許第５８４００２３号明細書
【非特許文献１】Ｔｈｅ Ｔｗｅｎｔｅ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ：ｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．５０（２００５）２５４３．２５５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の生体組織内部の分光特性を計測する生体検査装置は、次のような課題を有している。生体組織内部を伝播する光は、異方性パラメータｇの影響を受ける。生体ではｇ＝０．９程度であり前方散乱が主となる。
この時、生体組織内部の吸収体で吸収される光エネルギーは、前方散乱の影響により光入射側ほど大きくなる。
このように吸収された光エネルギーの分布に偏りが生じた吸収体から発生する光音響信号は、吸収された光エネルギーが大きい光入射方向の境界から発生する信号が最大の強度となる。
【０００５】
特許文献１に記載のものでは、光音響信号を検出するトランスデューサが、２つの照明光学系とは異なる面に設けられている。すなわち、光の入射方向にトランスデューサが設けられていない。
以上のような構成で球状の吸収体から発生する光音響信号を検出する場合、トランスデューサに一番近い位置の境界から発生する信号を最初に受信し、最後に球状吸収体の一番遠い位置の境界から発生する信号を受信する。
このような信号プロファイルから球状吸収体を伝播した時間と生体内の音速を読み取り、吸収体の位置と大きさを算出することになる。
しかし、トランスデューサに一番近い位置と一番遠い位置は、光の入射方向と異なる位置にあるので、上述したような最大の強度の信号で伝播時間を検出することができない。
【０００６】
また、特許文献２及び特許文献３は、照明光学系と光音響信号を検出するトランスデューサが同じ面に設けられているが、照明光学系が一面にしか設けられていない。
このような構成の場合、吸収体で吸収される光エネルギーが光入射側で大きく、対向側で小さくなる。
このためトランスデューサに一番近い位置の境界から発生する信号は最大の強度で検出できるが、一番遠い位置の境界から発生する信号は最大の強度で検出することができない。
さらに、非特許文献１は、圧迫した被検体を片面毎に両面を照明するのもであるが、照明方向を切替えるので時間的な遅れが生じる。
このような構成では、両側から入射した光エネルギーが重ね合わされることはなく、組織の深部に到達する光を増すことができない。
従って、組織の深部にある吸収体から発生する光音響信号の強度が小さくなる。このように従来例として示したいずれの技術を用いても、生体組織の深部にある吸収体の位置と大きさを、高精度且つ高コントラストに検出する上で課題を有している。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、生体組織の深部にある吸収体の境界から発生する光音響信号を、高いコントラストの信号で検出することにより、吸収体の位置と大きさを高精度に測定することが可能となる生体検査装置の提供を目的とする。
【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生体検査装置を提供するものである。
本発明の生体検査装置は、パルス光を発する光源手段と、前記光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、前記被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える生体検査装置であって、
前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向して配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段を備え、
前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
生体組織の深部にある吸収体の境界から発生する光音響信号を、高いコントラストの信号で検出することにより、吸収体の位置と大きさを高精度に測定することが可能となる生体検査装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態の生体検査装置は、パルス光を発する光源手段と、光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える。
また、この前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段とにより構成されている。
そして、前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されている。
また、本発明の実施形態においては、前記音響信号検出手段が配置されている側の照明光学手段と、前記音響信号検出手段とが、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記音響信号検出手段が音響信号を検出する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されている。
また、本発明の実施形態においては、前記第一の照明光学手段と前記第二の照明光学手段とが、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記第二の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されている。
また、本発明の実施形態においては、前記第一及び第二の照明光学手段と前記音響信号検出手段の相互の位置関係を保ち、前記被検体に対して走査駆動する走査駆動手段を有する構成とすることができる。
また、本発明の実施形態においては、前記第一と第二の照明光学手段の間隔を変更する間隔変更手段を有する構成とすることができる。
また、本発明の実施形態においては、前記被検体と音響信号検出手段との間に、前記光源手段による光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する部材で構成されたスペーサが配置されている構成とすることができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、光ファイバーによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、光ファイバー、レンズによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、光ファイバー、レンズ、音響光ビームスプリッターによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、ミラー、ビームスプリッター、レンズによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記被検体を両側から保持する第一のプレート及び第二のプレートと、
前記第一のプレート及び第二のプレートとによる前記被検体の圧迫を制御するプレート駆動機構と、を有する構成とすることができる。
【実施例】
【００１１】
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においては、本発明を適用した生体検査装置の構成例について説明する。
図１は、本実施例における生体検査装置の概略構成を説明する図である。
本実施例の生体検査装置は、パルス光発生器１００（光源手段）、第一照明光学系２００（第一の照明光学手段）、第二照明光学系３００（第二の照明光学手段）を備えている。
また、超音波検出器４００（音響信号検出手段）、信号解析装置５００、制御装置６００、メモリー７００、ディスプレイ８００を備えている。
被検体Ｅは、例えば、乳房などの生体組織である。吸収体αは周囲の組織よりも吸収が大きく、形状としては例えば球状のものが挙げられる。
【００１２】
このような構成の生体検査装置で被検体Ｅを測定する概略の工程を説明する。
パルス光発生器１００からナノ秒オーダーのパルス光が発光され、第一照明光学系２００及び第二照明光学系３００によって被検体Ｅの表面にパルス光が導かれる。
被検体Ｅの表面から入射したパルス光は組織内部を伝播し吸収体αに到達する。吸収体αに到達した光エネルギーは吸収されて熱エネルギーに変換され、吸収体αに瞬間的な温度上昇が生じ、やがて上昇した温度は緩和される。
この時、温度上昇と緩和により吸収体αを含む組織では、膨張と収縮が生じ、これにより光音響信号Ｓとなる弾性波が発生する。吸収体αから発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの組織内を伝播して、超音波検出器４００で検出される。
【００１３】
図２に、被検体Ｅから発生する光音響信号Ｓのプロファイルを示す。
超音波検出器４００が接する被検体Ｅの表面と吸収体αの境界から発生する波形のピーク間隔から弾性波である光音響信号Ｓの伝播時間ｔｘが分かる。
また、吸収体αの境界から発生するピーク間隔から、吸収体αを伝播する光音響信号Ｓの伝播時間ｔαが分かる。生体組織中の音速をｖｓとすると、被検体Ｅの表面と吸収体αの間の距離及び吸収体αの大きさを算出することができる。即ち被検体Ｅ内の吸収体αの空間的な位置情報を得ることができる。
【００１４】
また、吸収体αから発生したスパイク形状の波形の振幅ΔＰは、吸収体αで発生した弾性波の強度Ｐαを現している。
吸収体αで発生する光音響効果による弾性波の強度Ｐαは、吸収体αの吸収係数をμａ、吸収体αに入射する光エネルギーフルエンスをＩα、生体組織に応じて決まるグリュナイゼンパラメーターをΓとすると、
Ｐα＝１／２μａ・Γ・Ｉα
で算出することができる。
生体組織のような吸収散乱媒質内を伝播する光エネルギーフルエンスは光拡散方程式や輸送方程式を用いることによって算出することができるので、Ｉαを算出することができる。
超音波検出器４００で測定したΔＰは、吸収体αで発生した弾性波が生体組織内部を伝播することによる減衰の影響を含むので、計算により減衰の影響を差し引くことでＰαを算出することができる。
以上から被検体Ｅ内の吸収体αの吸収係数μａを算出することができる。
【００１５】
信号解析装置５００は、検出した光音響信号の時間特性から吸収体αの位置を算出し、強度特性から吸収係数μａを算出する。
さらに、吸収体αとその周囲の吸収係数μａの空間分布を再構成することにより、被検体Ｅ内の吸収特性の画像を生成する。
制御装置６００は、算出した位置と吸収係数μａをメモリー７００に保存すると共に、吸収係数μａの空間分布画像をディスプレイ８００に表示する。
【００１６】
以下、各構成要素の詳細を説明する。
パルス光発生器１００は、被検体Ｅに照射する特定波長のナノ秒オーダーのパルス光を発する光源手段であり、レーザー光源１、レーザードライバー２から構成されている。
レーザー光源１が発する光の波長は、生体組織を構成する水、脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、などの吸収スペクトルに応じた波長を選定する。
一例としては、生体内部組織の主成分である水の吸収が小さいため光が良く透過し、脂肪、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンのスペクトルに特徴がある６００−１５００ｎｍ範囲が適当である。
また、生体組織では癌などの腫瘍が成長する際には新生血管の形成や酸素の消費量が増大することが知られている。
このような新生血管の形成や酸素消費量の増大を評価する方法として、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトルの特徴を利用することができる。
図３は、波長６００−１０００ｎｍ範囲におけるＨｂＯ2とＨｂの吸収スペクトルである。
【００１７】
生体検査装置では複数波長のＨｂＯ2とＨｂの吸収スペクトルから、生体組織内の血液中に含まれるＨｂとＨｂＯ2の濃度を測定する。
そして、複数の位置においてＨｂとＨｂＯ2の濃度を測定し、濃度分布の画像を作成することにより生体組織内で新生血管が形成されている領域を判別することができる。
また、ＨｂとＨｂＯ2の濃度から酸素飽和度を算出し、酸素飽和度から酸素の消費量が増大している領域を判別することができる。
このように生体検査装置で測定したＨｂとＨｂＯ2の分光情報を診断に利用することができる。
【００１８】
本実施例では、図３に示すようにＨｂとＨｂＯ2の吸収特性が入れ替わる８００ｎｍの前後の波長として、λ１＝７００ｎｍとλ２＝８５０ｎｍの２つの波長を用いるものとする。
具体的な光源の例としては、異なる波長を発生する半導体レーザー、波長可変レーザーなどで構成すると良い。
第一照明光学系２００及び第二照明光学系３００は、パルス光発生器１００から発したパルス光を被検体Ｅに導く照明光学手段である。
レーザー光源１から発したパルス光は、光ファイバー３によって第一ビームスプリッター４に導かれる。第一ビームスプリッター４に入射したパルス光は２つに分岐されて、夫々第一照明光学系２００及び第二照明光学系３００に導かれる。
【００１９】
第一照明光学系２００は、光ファイバー５、第二ビームスプリッター６、光ファイバー７及び８、レンズ９及び１０から構成されている。
光ファイバー５に入射したパルス光は第二ビームスプリッター６で２つに分岐されて、夫々光ファイバー７及び８に導かれる。
光ファイバー７に入射したパルス光は、超音波検出器４００に対して角度θ傾斜して設けられたレンズ９で拡大されて、超音波検出器４００の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
同様に、光ファイバー８に入射したパルス光は、超音波検出器４００に対してレンズ９と反対方向に角度θ傾斜して設けられたレンズ１０で拡大されて、超音波検出器４００の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
【００２０】
第二照明光学系３００は、被検体を挟んで第一照明光学系２００に対向して配置され、さらに第一照明光学系２００と第二照明光学系３００が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように設けられている。
このような構成にすると、双方の照明光学系から同時に照射された光エネルギーは被検体Ｅの内部で重畳されるので、深部に到達する光エネルギーフルエンスを増やすことができる。
第二照明光学系３００は、光ファイバー１１、レンズ１２から構成されている。光ファイバー１１に入射したパルス光はレンズ１２で拡大されて、被検体Ｅの表面に導かれる。
【００２１】
本実施例においては、１台の光源とビームスプリッターを用いて第一と第二照明光学系にパルス光を導くようにしているが、夫々の照明光学系に個別に光源を設けても良い。
この場合、光エネルギーフルエンスを重畳させるために２つの光源を同期して同時に駆動することが好ましい。
この時、２つの光源を完全に同時に駆動することが好ましいが、パルス光のパルス幅以内、或は被検体Ｅの熱緩和時間以内に２つの光源を駆動すれば光エネルギーフルエンスが重畳する効果が得られる。
このため本発明における「同時」の意味としては、被検体Ｅの熱緩和時間以内、好ましくはパルス光のパルス幅以内の間に２つの光源を駆動することを「同時」であるという意味で用いることとする。
【００２２】
また、夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致していることが好ましいが、各照明光強度分布の半値全幅の一部が重なっていれば、光エネルギーフルエンスが重畳する効果が得られる。
このため本発明における軸対象の中心軸が「一致」の意味としては、２つの照明領域の軸対象の照明光強度分布の半値全幅の一部が重なっている場合を「一致」しているという意味で用いることとする。
【００２３】
超音波検出器４００は、被検体Ｅの内部に発生した光音響信号Ｓを検出する音響信号検出手段である。第一照明光学系２００と同じ面に設けられている。つまり、第一照明光学系２００における被検体と向き合っている面（被検体と接触している面である場合もある。）に対向するように超音波検出器４００が設けられる。ここで、「対向」とは、超音波検出器４００のうち被検体にもっとも近接する面（検出面）が、上記した第一照明光学系２００における被検体と向き合っている面と一致している場合も含む。
超音波検出器４００は円形をしており、図１は円形の中心軸を含む面での断面図である。凹面形状の超音波振動子１３がバッキング材１４上に設けられ、超音波振動子１３の被検体Ｅ側には音響整合層１５が設けられている。
超音波振動子１３にはリード線１６が接続されている。
超音波振動子１３は、受信した光音響信号Ｓによる圧力変化を電圧に変換する圧電効果を有する圧電素子で構成される。
圧電素子としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。
また、超音波振動子１３の凹面の中心は吸収体αの位置に設定されており、これにより吸収体αの近傍から発生する光音響信号Ｓを選択的に受信することができる。
【００２４】
バッキング材１４は、超音波振動子１３の不必要な振動を抑制するためのものである。
バッキング材１４を構成する材料の例としては、ウレタン樹脂やシリコーンゴムなどがある。
音響整合層１５は、光音響信号Ｓを効率よく伝達するために設けられている。
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は、界面での反射が大きくなり光音響信号を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物質で構成した音響整合層１５を挿入して、界面での反射を小さくすることにより光音響信号Ｓを効率よく伝達している。
音響整合層１５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ある。
リード線１６は、超音波振動子１３が受信して電気信号に変換した光音響信号Ｓを信号解析装置５００に伝えるものである。
【００２５】
本実施例においては、凹面の超音波振動子を用いているが、平面の超音波振動子と音響レンズを用いても良い。また、超音波エコー装置や非破壊検査に用いられている複数個の超音波振動子をアレイ状に配列した超音波探触子を用いても良い。
上述したように、第一照明光学系２００と第二照明光学系３００が対向して配置され、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、超音波検出器４００が第一照明光学系２００と同じ面に設けられている。
このような構成にすると、前述した従来例に比べて、高いコントラストで光音響信号Ｓを検出することができる。
また、図１の構成では、第一照明光学系２００の軸対象の中心軸と超音波検出器４００の中心軸を一致させている。
【００２６】
図４に、超音波検出器４００が受信する球状吸収体αにおける光音響信号Ｓを説明する図を示す。
被検体Ｅに照射されたパルス光は、生体組織による吸収と散乱の影響により減衰しながら深部へと伝搬する。
図のＬ１は第一照明光学系２００から照射され被検体Ｅ内を伝播した光エネルギーフルエンスを示し、Ｌ２は第二照明光学系３００から照射されたものを示している。
一般に生体組織における散乱は前方散乱が強いため、照射された光エネルギーは主に光入射軸方向に散乱して伝搬する。
このため、被検体Ｅ内の吸収体αにおける光エネルギーの吸収は、光が入射する側での吸収が大きくなる。図示の吸収体αにおける位置ａ及びｅで光エネルギーの吸収が最も大きく、位置ｃとｇではこれよりも小さくなる。
また、吸収体αの表層付近で光エネルギーの吸収が大きくなるので、吸収体の深部に到達して吸収される光エネルギーは小さくなる。
このような光エネルギーの吸収分布を持つ吸収体αから発生する光音響信号の圧力強度は、光エネルギーの吸収が大きい場合に高くなり、小さい場合は低くなる。
【００２７】
このような吸収体αから発生する光音響信号Ｓを超音波検出器４００で受信すると、超音波検出器４００に対する距離が近い位置ａ、ｂ、ｈ付近から発生する高い圧力の信号が最初に検出される。
次いで、超音波検出器４００から等距離にある位置ｃ及びｇ付近から発生する低い圧力の信号が検出され、最後に位置ｄ、ｅ、ｆ付近から発生する高い圧力の信号が検出される。
４００Ｓは超音波検出器４００が受信した吸収体αから発生する光音響信号Ｓのプロファイルである。
光音響信号Ｓの最初のピークは光音響における圧縮フェーズで発生するものである。一方、二番目のピークは膨張フェーズで発生するものであり、吸収体αとその周辺組織の音響インピーダンスの差により圧縮フェーズで発生した波の位相が反転した反射波である。
【００２８】
図５に、超音波検出器４０１を第一照明光学系２００と異なる面に設ける一例として、第一照明光学系２００が設けられる面と直交する面に設けた従来例（特許文献１と類似）の構成を示す。
吸収体αには図４で説明したものと同様の光エネルギーの吸収分布が生じる。
このような吸収体αから発生する光音響信号Ｓを超音波検出器４０１で受信すると、超音波検出器４０１に対する距離が近い位置ｂ、ｃ、ｄ付近から発生する低い圧力の信号が最初に検出される。
次いで、超音波検出器４０１から等距離にある位置ａ及びｅ付近から発生する高い圧力の信号が検出され、最後に位置ｆ、ｇ、ｈ付近から発生する低い圧力の信号が検出される。
４０１Ｓは超音波検出器４０１が受信した吸収体αから発生する光音響信号Ｓのプロファイルである。
【００２９】
図６に、図４の構成から第二照明光学系３００を除いた従来例（特許文献２と類似）の構成を示す。
図示の吸収体αにおける光が入射する側の位置ａで光エネルギーの吸収が最も大きく、次いで、位置ｂ及びｈ、位置ｃ及びｇ、位置ｄ及びｆ、位置ｅの順に吸収体の深部になるほど吸収される光エネルギーは小さくなる。
このような吸収体αから発生する光音響信号Ｓを超音波検出器４０２で受信すると、超音波検出器４０２に対する距離が近い位置ａ、ｂ、ｈ付近から発生する高い圧力の信号が最初に検出される。
次いで、超音波検出器４００から等距離にある位置ｃ及びｇ付近から発生する低い圧力の信号が検出され、最後に位置ｄ、ｅ、ｆ付近から発生するさらに低い圧力の信号が検出される。
４０２Ｓは超音波検出器４０２が受信した吸収体αから発生する光音響信号Ｓのプロファイルである。
【００３０】
図７に、本実施例の図４の超音波検出器４００の検出信号プロファイル４００Ｓと、従来例である、図５の超音波検出器４０１の検出信号プロファイル４０１Ｓと図６の超音波検出器４０２の検出信号プロファイル４０２Ｓを比較した図を示す。
図示のように吸収体αの境界付近から発生した光音響信号Ｓの圧力は４００Ｓのものが最も大きくなる。
吸収体αの位置と大きさは、吸収体αの境界から発生する光音響信号のピークから読み取った時間を用いて算出される。
【００３１】
本発明は従来例と比べて高いコントラストの信号を用いて時間を読み取ることができるので、吸収体αの位置と大きさを高精度に算出することができる。
信号解析装置５００は、計算処理部１７と画像生成部１８から構成されている。
計算処理部１７は、検出した光音響信号Ｓの時間特性から吸収体αの位置を算出し、強度特性から吸収係数μａを算出する。
画像生成部１８は、算出した被検体Ｅ内の吸収体αの空間的な位置と吸収係数μａを基にして、被検体Ｅ内の吸収係数μａの分布画像を生成する。
制御装置６００は、パルス光発生器１００のレーザードライバー２に接続されており、パルス光の発光するタイミング及び光強度などを制御するものである。
【００３２】
また、制御装置６００は、信号解析装置５００、メモリー７００、ディスプレイ８００にも接続されている。
制御装置６００は、信号解析装置５００で算出した被検体Ｅ内の吸収体αの空間的な位置と吸収係数μａと吸収係数μａの分布画像をメモリー７００に保存し、ディスプレイ８００に被検体Ｅ内の吸収係数μａの分布画像を表示するように制御するものである。
【００３３】
メモリー７００としては、光ディスク、磁気ディスク、半導体メモリー、ハードディスク、などのデータ記録装置を用いることができる。
ディスプレイ８００としては、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ、有機ＥＬディスプレイ、などの表示デバイスを用いることができる。
【００３４】
つぎに、本実施例における生体検査装置で被検体Ｅの組織内部の分光特性画像を取得するステップについて説明する。
まず、第１のステップにおいて、被検体Ｅの表面に第一照明光学系２００、第二照明光学系３００、超音波検出器４００を接触させる。不図示の測定開始スイッチを動作させると、パルス光発生器１００が駆動され波長λ１＝７００ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
次に、第２のステップにおいて、第一照明光学系２００と第二照明光学系３００によって被検体Ｅにパルス光が照射される。
次に、第３のステップにおいて、被検体Ｅ内で発生した光音響信号Ｓが、超音波検出器４００によって検出される。
次に、第４のステップにおいて、信号解析装置５００は、検出した光音響信号Ｓの時間特性から吸収体αの位置と大きさを算出し、強度特性から吸収係数μａを算出し、吸収体αとその周囲の吸収係数μａの空間分布を再構成した画像を生成する。
次に、第５のステップにおいて、制御装置６００は、算出した波長λ１の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第６のステップにおいて、制御装置６００は、パルス光発生器１００の発光する光の波長をλ２＝８５０ｎｍに設定する。パルス光発生器１００が駆動され波長λ２＝８５０ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
【００３５】
以下、第２のステップ、第３のステップ、第４のステップと同様の工程を経て、第７のステップにおいて、制御装置６００は、算出した波長λ２の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第８のステップにおいて、制御装置６００は、波長λ１及びλ２の吸収係数μａの分布画像を重ね合わせてディスプレイ８００に表示する。
最後に、第９のステップにおいて、測定を終了する。
【００３６】
図８から図１３は、第一照明光学系と超音波検出器に関する他の構成例を示す図である。
図１と同じ符号を付した部材は図１で説明したものと同じ機能を持つものである。
図８の第一照明光学系２０１は、図１で説明した第一照明光学系２００における角度θをφに変更し、被検体と超音波検出器（音響信号検出手段）との間にスペーサ１９を配置したものである。
スペーサ１９はパルス光発生器１００が発する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する部材で構成されている。
スペーサ１９を構成する材料の例としては、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリル、などがある。レンズ９及び１０から角度φで出射した光はスペーサ１９を介することにより被検体Ｅの表面で重畳することができる。
また、図８の構成では、図１の場合と同様に、第一照明光学系２０１の軸対象の中心軸と超音波検出器４００の中心軸を一致させることができる。
【００３７】
図９の第一照明光学系２０２は、光ファイバー５、レンズ２０、音響光ビームスプリッター２１から構成されている。
音響光ビームスプリッター２１は、パルス光発生器１００が発する光を反射し、光音響信号Ｓなどの音響波を透過するものである。
音響光ビームスプリッター２１は、照射する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する前述のような材料に、照射する光に対して高反射特性を有するアルミ、銀、などの薄膜層２２を設けたものである。
前述したような樹脂材料と薄膜層に用いる金属材料の音響インピーダンスの差が大きいが、金属材料の薄膜層は厚さ数μｍ程度であり音響波の波長に対しては十分に小さいので殆ど影響しない。
【００３８】
超音波検出器４０３は円形の２Ｄアレイ探触子であり、音響光ビームスプリッター２１に接して設けられている。
図９は円形の中心軸を含む面での断面図である。小さな角柱形の超音波振動子１３がバッキング材１４上に複数個配列されている。
超音波振動子１３の被検体Ｅ側には音響整合層１５が設けられている。
図１の超音波検出器４００では、円形凹面超音波振動子を用いたが、超音波検出器４０３では複数の超音波振動子１３が受信する光音響信号からＳｕｍ Ａｎｄ Ｄｅｌａｙ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ法を用いて所望の位置の信号を取得するようにしている。
【００３９】
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー５を通ってレンズ２０で拡大された後に音響光ビームスプリッター２１に導かれ、薄膜層２２で反射されて被検体Ｅの表面に導かれる。
被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅ及び音響光ビームスプリッター２１の内部を伝播して、超音波検出器４０３で検出される。
このように図９の構成では、音響光ビームスプリッター２１を用いることにより、第一照明光学系２０２の中心軸と超音波検出器４０３の中心軸を一致させることができる。
【００４０】
図１０の第一照明光学系２０３は、光ファイバー２３から構成されている。
光ファイバー２３の被検体Ｅ側では光ファイバーが複数に分岐されている。
超音波検出器４０４は、図９で説明したものと同様の２Ｄアレイ探触子である。複数個配列された超音波振動子１３には隙間が設けられ、分岐された光ファイバー２３がこの隙間に配置されている。
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー２３を通って被検体Ｅの表面に導かれる。被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの内部を伝播して、超音波検出器４０４で検出される。
このように図１０の構成では、アレイ探触子の隙間から被検体Ｅに光を導くことにより、第一照明光学系２０３の中心軸と超音波検出器４０４の中心軸を一致させることができる。
【００４１】
図１１の第一照明光学系２０４は、光ファイバー５とレンズ２４から構成されている。
超音波検出器４０５は中心部に円形開口を設けた円環形状をしており、図１１は円形の中心軸を含む面での断面図である。超音波振動子１３は凹面形状をしており、凹面の中心は吸収体αの位置に設定されている。
これにより吸収体αの近傍から発生する光音響信号Ｓを選択的に受信することができる。
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー５を通ってレンズ２４で拡大された後に、超音波検出器４０５の円形開口部を通して被検体Ｅの表面に導かれる。
被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの内部を伝播して、超音波検出器４０５で検出される。
このように図１１の構成では、超音波検出器４０５の円形開口部を通して被検体Ｅに光を導くことにより、第一照明光学系２０４の中心軸と超音波検出器４０５の中心軸を一致させることができる。
【００４２】
図１２の第一照明光学系２０４は、図１１で説明したものと同じである。
超音波検出器４０６は、超音波振動子２５、バッキング材２６、音響整合層２７から構成されている。
これらの構成部材は、パルス光発生器１００が発する光に対して高透過特性と低減衰特性を有している。
超音波振動子２５を構成する材料の例としては、ＰＺＮＴ（亜鉛ニオブ酸鉛チタン酸鉛）などを用いることができる。
バッキング材２６と音響整合層２７を構成する材料の例としては、図１で説明したものと同様の材料を用いることができる。
また、超音波振動子２５は凹面形状をしており、凹面の中心は吸収体αの位置に設定されている。これにより吸収体αの近傍から発生する光音響信号Ｓを選択的に受信することができる。
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー５を通ってレンズ２４で拡大された後に、超音波検出器４０６を透過して被検体Ｅの表面に導かれる。
被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの内部を伝播して、超音波検出器４０６で検出される。
このように図１２の構成では、超音波検出器４０６を透過して被検体Ｅに光を導くことにより、第一照明光学系２０４の中心軸と超音波検出器４０６の中心軸を一致させることができる。
【００４３】
このように図１及び図８から図１２の構成では、超音波検出器４００を第一照明光学系２００側に配置した。このように、被検体に対して複数の照明光学系から両面照射を行い、そのうちの一つの照明光学系が被検体と向き合う面に対向して検出器を配置した。さらに、対向して配置されている第一照明光学系と第二照明光学系の夫々の照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、さらに第一照明光学系と同じ面に設けられている超音波検出器の中心軸を一致させている。このため高いコントラストで信号を検出することができる。
また、照明領域の軸対象の中心軸と超音波検出器の中心軸が一致していることが好ましいが、照明光強度分布の半値全幅と超音波検出領域の半値全幅の一部が重なっていれば、高いコントラストの信号を検出する効果が得られる。
このため、本発明における夫々の中心軸が「一致」の意味としては、照明領域の軸対象の照明光強度分布の半値全幅と超音波検出領域の半値全幅の一部が重なっている場合を「一致」しているという意味で用いることとする。
【００４４】
図１３のように第一照明光学系２０４と同じ面の光路と干渉しない位置で、且つ光路の近傍に超音波検出器４０７を設けるようにしても、従来例と比べて高いコントラストの信号を検出することができる。このような場合でも、第一照明光学系２００が被検体と向き合う面に対向しているといえる。
さらに、本実施例では、波長６００−１５００ｎｍを利用する一例として、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸収スペクトルの特徴を利用する分光分析方法を示したが、この例に限定されるものではない。
例えば、生体組織の主要な構成物質である水、脂肪、タンパク質（コラーゲン）、等を分光分析の対象とすることも可能である。
【００４５】
以上説明したように、実施例１における生体検査装置では、第一照明光学系２００と第二照明光学系３００が対向して配置され、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、超音波検出器４００が第一照明光学系２００と同じ面に設けられている。
このような構成にすることにより、生体組織の深部にある吸収体αの境界から発生する光音響信号を高いコントラストの信号で検出することが可能となる。
従って、吸収体αの位置と大きさを高精度に測定する生体検査装置を提供できる。もちろん上記の実施形態において、第一照明光学系２００側ではなく、第二照明光学系３００側に超音波検出器４００を配置しても構わない。
【００４６】
［実施例２］
実施例２では、実施例１と異なる形態の生体検査装置の構成例について説明する。図１４に、本実施例における生体検査装置の概略構成を説明する図を示す。
本実施例における基本的な生体検査装置の構成は、実施例１に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例１で説明したものと同じ機能を有するものである。
本実施例では、第一駆動機構９０１と第二駆動機構９０２を新たに設けている。第一駆動機構９０１は被検体Ｅに対する第一照明光学系２０５と超音波検出器４０３の位置を変更し、第二駆動機構９０２は被検体Ｅに対する第二照明光学系３０１の位置を変更するものである。
これらの駆動機構を制御して各構成部材を被検体Ｅに対して走査駆動することにより、被検体Ｅの全体の測定を可能にするものである。
【００４７】
被検体Ｅは第一プレート２５と第二プレート２６の間に保持されている。第一プレート２５はパルス光発生器１０１が発する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。
第一プレート２５を構成する材料は、実施例１のスペーサ１９と同様の材料を用いることができる。
第二プレート２６はパルス光発生器１０２が発する光に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。第二プレート２６を構成する材料は、スペーサ１９と同様の材料及びガラスなど用いることができる。
【００４８】
第一照明光学系２０５は、ミラー２７、２９、３１、３２、ビームスプリッター２８、レンズ３０及び３３から構成されている。
パルス光発生器１０１が発したパルス光はミラー２７で反射された後にビームスプリッター２８で２つに分岐される。
分岐された光の一方はミラー２９で反射された後に、超音波検出器４０３に対して角度φ傾斜して設けられたレンズ３０で拡大されて、超音波検出器４０３の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
分岐された他方の光はミラー３１と３２で反射された後に、超音波検出器４０３に対してレンズ３０と反対方向に角度φ傾斜して設けられたレンズ３３で拡大されて、超音波検出器４０３の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
【００４９】
第一駆動機構９０１は、第一スライダー３４、第一スライドガイド３５と第一モーター３６で構成されている。
第一スライダー３４及び第一スライドガイド３５を構成する部材の例としては、ボールネジ、リニアガイド、などを用いることができる。
第一スライダー３４の中には、第一照明光学系２０５のミラー２９、３１、３２、ビームスプリッター２８、レンズ３０及び３３と超音波検出器４０３の一式が収められている。
第一スライダー３４と第一スライダー３４の中に収められた部材一式は、第一スライドガイド３５と第一モーター３６によって、図示の矢印の方向に駆動することができる。
【００５０】
実施例１と同様に、第二照明光学系３０１は、第一照明光学系２０５に対向して配置されている。
第二照明光学系３０１は、ミラー３７、３８、レンズ３９から構成されている。パルス光発生器１０２が発したパルス光は、ミラー３７と３８で反射された後にレンズ３９で拡大されて被検体Ｅの表面に導かれる。
【００５１】
第二駆動機構９０２は、第二スライダー４０、第二スライドガイド４１と第二モーター４２で構成され、第一駆動機構９０１と同様の部材を用いることができる。
第二スライダー４０の中には、第二照明光学系３０１のミラー３８とレンズ３９の一式が収められている。第二スライダー４０と第二スライダー４０の中に収められた部材一式は、第二スライドガイド４１と第二モーター４２によって、図示の矢印の方向に駆動することができる。
【００５２】
制御装置６０１は、パルス光発生器１０１及び１０２、第一駆動機構９０１及び第二駆動機構９０２に接続されている。
実施例１の制御装置６００で説明した機能の他に、第一駆動機構９０１及び第二駆動機構９０２を駆動する位置及びタイミングなどを制御するものである。
第一照明光学系２０５と第二照明光学系３０１が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように位置を駆動制御するとともに、パルス光発生器１０１及び１０２から同時にパルス光が発光されるように制御している
。このような構成で照射された光エネルギーは被検体Ｅの内部で重畳されるので、深部に到達する光エネルギーフルエンスを増やすことができる。
【００５３】
つぎに、本実施例における生体検査装置で被検体Ｅの組織内部の分光特性画像を取得するステップについて説明する。
まず、第１のステップにおいて、
被検体Ｅを第一プレート２５と第二プレート２６の間に保持する。不図示の測定開始スイッチを動作させる。
次に、第２のステップにおいて、パルス光発生器１０１及び１０２が駆動され波長λ１＝７００ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
次に、第３のステップにおいて、第一照明光学系２０５と第二照明光学系３０１によって被検体Ｅにパルス光が照射される。
次に、第４のステップにおいて、被検体Ｅ内で発生した光音響信号Ｓが、超音波検出器４０３によって検出される。
次に、第５のステップにおいて、信号解析装置５００により、検出した光音響信号Ｓの時間特性から吸収体αの位置と大きさ、吸収係数μａを算出する。吸収体αとその周囲の吸収係数μａの空間分布を再構成した画像を生成する。
次に、第６のステップにおいて、制御装置６０１は、算出した波長λ１の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第７のステップにおいて、制御装置６０１は、パルス光発生器１０１及び１０２の発光する光の波長をλ２＝８５０ｎｍに設定し、波長λ２＝８５０ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
次に、第８のステップにおいて、上記第３、第４、第５のステップと同様の工程を行なう。制御装置６０１は、算出した波長λ２の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第９のステップにおいて、制御装置６０１は、第一駆動機構９０１及び第二駆動機構９０２を駆動し、被検体Ｅに対して第一スライダー３４と第二スライダー４０の位置を次の測定位置へ変更する。
次に、第１０のステップにおいて、全ての測定位置の測定が終了するまで上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９のステップと同様の工程を行なう。
次に、第１１のステップにおいて、全ての測定位置の測定が終了したら制御装置６０１は、波長λ１及びλ２の吸収係数μａの分布画像を重ね合わせてディスプレイ８００に表示する。
最後に、第１２のステップにおいて、測定を終了する。
【００５４】
図１５、図１６は実施例２の他の実施例における生体検査装置の概略構成図である。図１５は側面図、図１６は上面図である。
図１から図１４と同じ符号を付した部材は、上述したものと同じ機能を持つものである。
本実施例では、円筒形状の被検体Ｅに対して回転駆動機構９０３を設けている。回転駆動機構９０３は、被検体Ｅに対する第一照明光学系２０６、超音波検出器４０５、第二照明光学系３０２の位置を変更するものである。
回転駆動機構９０３を制御して各構成部材を被検体Ｅに対して回転走査駆動することにより、円筒形状の被検体Ｅの測定を可能にするものである。
【００５５】
被検体Ｅは円筒形状のハウジング４３の中に保持されている。被検体Ｅとハウジング４３の隙間はマッチング剤４４が充填されている。
ハウジング４３とマッチング剤４４はパルス光発生器１００が発する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有するものである。
ハウジング４３を構成する材料は、実施例１のスペーサ１９と同様の材料を用いることができる。マッチング剤４４を構成する材料は、水、ひまし油、超音波検査用ジェル、など用いることができる。
第一照明光学系２０６は、ミラー４６、４７、レンズ４８から構成されている。パルス光発生器１００が発したパルス光はビームスプリッター４５で２つに分岐され、一方は第一照明光学系２０６に導かれ、ミラー４６と４７で反射されレンズ４８で拡大される。
その後、超音波検出器４０５の円形開口部を通って、ハウジング４３とマッチング剤４４を介して被検体Ｅの表面を照明する。超音波検出器４０５は図１１で説明したものと同様のものである。
【００５６】
実施例１と同様に、第二照明光学系３０２は、第一照明光学系２０６に対向し、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように配置されている。超音波検出器４０５はハウジング４３の第一照明光学系２０６と同じ面に設けられている。
第二照明光学系３０２は、ミラー４９、５０、レンズ５１から構成されている。ビームスプリッター４５で２つに分岐されたパルス光の他方は、第二照明光学系３０２に導かれ、ミラー４９と５０で反射された後にレンズ５１で拡大され、ハウジング４３とマッチング剤４４を介して被検体Ｅの表面を照明する。
【００５７】
回転駆動機構９０３は、回転ステージ５２と回転ステージ５２を駆動するモーター５３で構成されている。回転ステージ５２の中には、ビームスプリッター４５、第一照明光学系２０６、超音波検出器４０５、第二照明光学系３０２の一式が収められている。
回転ステージ５２と回転ステージ５２の中に収められた部材一式は、モーター５３によって、図示の矢印の方向に回転駆動することができる。
制御装置６０２は、上述の制御装置６０１で説明した機能の他に、回転駆動機構９０３を駆動する位置及びタイミングなどを制御するものであり、回転駆動機構９０３に接続されている。
【００５８】
以上説明したように、実施例２における生体検査装置では、第一照明光学系と第二照明光学系が対向して配置され、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、超音波検出器が第一照明光学系と同じ面に設けられている。
このような位置関係を保って各構成部材を被検体Ｅに対して走査駆動することにより、被検体Ｅの全体において、深部にある吸収体αの境界から発生する光音響信号を高いコントラストの信号で検出することが可能となる。
従って、吸収体αの位置と大きさを高精度に測定する生体検査装置を提供できる。
【００５９】
［実施例３］
図１７は本発明を適用できる実施例３における生体検査装置の概略構成図である。
基本的な生体検査装置の構成は実施例２の図１４に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例２で説明したものと同じ機能を有するものである。
本実施例では、プレート駆動機構９０４を新たに設けている。
プレート駆動機構９０４は、スライドガイド５４とモーター５５で構成されている。
スライドガイド５４の一端は被検体Ｅに接している第二プレート２６に結合されており、第二プレート２６の位置を図示の矢印の方向に駆動することができる。スライドガイド５５を構成する部材の例としては、ボールネジ、リニアガイド、などを用いることができる。
被検体Ｅに照射された光エネルギー強度は、生体組織内の吸収と散乱の影響を受けて著しく減衰するため深部の測定が困難となる。
このため、乳房などの被検体では、圧迫することにより被検体の内部に到達する光エネルギーを増やすことが考えられる。
【００６０】
本実施例では、プレート駆動機構９０４を制御して、第一プレート２５と第二プレート２６の間に保持されている被検体Ｅを圧迫する機能を設けている。
第二照明光学系３０１は第一照明光学系２０５に対向し、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように配置されている。
超音波検出器４０３は第一プレート２５上の第一照明光学系２０５と同じ面に設けられている。
制御装置６０３は、実施例２の制御装置６０１で説明した機能の他に、プレート駆動機構９０４を駆動する位置などを制御するものである。
このような装置で被検体Ｅを圧迫すると、内部にある球状の吸収体αは、圧迫方向に扁平になるような変形が生じる。
このように変形した吸収体αから発生する光音響信号Ｓの強度は異方性を持ち、扁平な領域からより強く放射される。
このため、超音波検出器４０３はより強く放射された光音響信号Ｓを検出するために、被検体Ｅを圧迫している第一プレート２５の第一照明光学系２０５と同じ面に設けている。
【００６１】
以上説明したように、実施例３における生体検査装置では、被検体を圧迫して照明する第一照明光学系と第二照明光学系が対向し、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように配置されている。
また、超音波検出器が被検体の圧迫方向となる第一照明光学系と同じ面に設けられている。このような構成にすることにより、生体組織の深部にある吸収体αの境界から発生する光音響信号を高いコントラストの信号で検出することが可能となる。
従って、吸収体αの位置と大きさを高精度に測定する生体検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１における生体検査装置の概略構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例１における被検体Ｅから発生する光音響信号Ｓのプロファイルを示す図。
【図３】本発明の実施例１における波長６００−１０００ｎｍ範囲におけるＨｂＯ2とＨｂの吸収スペクトルを示す図。
【図４】本発明の実施例１における超音波検出器が受信する球状吸収体における光音響信号Ｓを説明する図。
【図５】超音波検出器を第一照明光学系と異なる面に設ける一例として、第一照明光学系と直交する面に設けた従来例（特許文献１と類似）の構成を示す図。
【図６】図４の構成から第二照明光学系を除いた従来例（特許文献２と類似）の構成を示す図。
【図７】本発明の実施例１における図４の超音波検出器の検出信号プロファイルと、従来例の図５及び図６の超音波検出器の検出信号プロファイルを比較した図。
【図８】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図９】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１０】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１１】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１２】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１３】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１４】本発明の実施例２における生体検査装置の概略構成を説明する図。
【図１５】本発明の実施例２における他の構成例を示す図。
【図１６】本発明の実施例２における他の構成例を示す図。
【図１７】本発明の実施例３における生体検査装置の概略構成を説明する図。
【符号の説明】
【００６３】
１：レーザー光源
２：レーザードライバー
３、５、７、８、１１、２３：光ファイバー
４：第一ビームスブリッター
６：第二ビームスブリッター
９、１０、１２：レンズ
１３、２５：超音波振動子
１４、２６：バッティング材
１５、２７：音響整合層
１６：リード線
１７：計算処理部
１８：画像生成部
１９：スペーサ
２５：第一プレート
２６：第二プレート
１００、１０１、１０２：パルス光発生器
２００、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６：第一照明光学系
３００、３０１、３０２：第二照明光学系
４００、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７：超音波検出器
５００：信号解析装置
６００、６０１、６０２、６０３：制御装置
７００：メモリー
８００：ディスプレイ
９０１：第一駆動機構
９０２：第二駆動機構
９０３：回転駆動機構
９０４：プレート駆動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織内部の分光特性を計測するための生体検査装置に関し、特に光音響効果を利用した測定装置に適応するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体組織内部の分光特性を計測する生体検査装置は、血液中に含まれるヘモグロビンなどの特定物質の光吸収特性から、腫瘍の成長に伴う新生血管の形成やヘモグロビンの酸素代謝などを判定し、診断に利用するものである。
このような装置では、生体組織に対する透過特性が良い波長６００−１５００ｎｍ程度の近赤外光を用いている。
生体組織内の分光特性を計測する方法として、光音響効果を用いるものがある。この装置では、生体組織内にパルス光を照射し、光エネルギーに基づいて発生する光音響信号から局所的な領域の分光特性を計測することができる。
生体組織内に照射した光の強度は生体組織内を伝播する過程の吸収や散乱によって減衰するため、組織の深部に到達する光が僅かになる。
【０００３】
従来において、これらに対処するため、被検体に対して対向する位置に２つの照明光学系を設けて、両側から照明することにより深部に到達する光を増すようにする装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
また、生体組織に光を照射する光ファイバーと光音響信号を検出する圧電素子を交互に配置する、或いは照射する光が透過可能な透明な圧電素子を用いることにより、照明光学系と同じ側に光音響信号の検出器を設ける装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、生体組織に光を照射する光ファイバーと同じ側に光音響信号を検出するトランスデューサを設け、これらを被検体の表面に沿って走査駆動する装置が提案されている。（例えば、特許文献３参照。）。
さらに、乳房などの被検体を圧迫して板形状にし、板形状の被検体に対して光を照射する面を切替える装置が提案されている。（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１２７７８３号明細書
【特許文献２】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献３】米国特許第５８４００２３号明細書
【非特許文献１】Ｔｈｅ Ｔｗｅｎｔｅ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ：ｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．５０（２００５）２５４３．２５５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の生体組織内部の分光特性を計測する生体検査装置は、次のような課題を有している。生体組織内部を伝播する光は、異方性パラメータｇの影響を受ける。生体ではｇ＝０．９程度であり前方散乱が主となる。
この時、生体組織内部の吸収体で吸収される光エネルギーは、前方散乱の影響により光入射側ほど大きくなる。
このように吸収された光エネルギーの分布に偏りが生じた吸収体から発生する光音響信号は、吸収された光エネルギーが大きい光入射方向の境界から発生する信号が最大の強度となる。
【０００５】
特許文献１に記載のものでは、光音響信号を検出するトランスデューサが、２つの照明光学系とは異なる面に設けられている。すなわち、光の入射方向にトランスデューサが設けられていない。
以上のような構成で球状の吸収体から発生する光音響信号を検出する場合、トランスデューサに一番近い位置の境界から発生する信号を最初に受信し、最後に球状吸収体の一番遠い位置の境界から発生する信号を受信する。
このような信号プロファイルから球状吸収体を伝播した時間と生体内の音速を読み取り、吸収体の位置と大きさを算出することになる。
しかし、トランスデューサに一番近い位置と一番遠い位置は、光の入射方向と異なる位置にあるので、上述したような最大の強度の信号で伝播時間を検出することができない。
【０００６】
また、特許文献２及び特許文献３は、照明光学系と光音響信号を検出するトランスデューサが同じ面に設けられているが、照明光学系が一面にしか設けられていない。
このような構成の場合、吸収体で吸収される光エネルギーが光入射側で大きく、対向側で小さくなる。
このためトランスデューサに一番近い位置の境界から発生する信号は最大の強度で検出できるが、一番遠い位置の境界から発生する信号は最大の強度で検出することができない。
さらに、非特許文献１は、圧迫した被検体を片面毎に両面を照明するのもであるが、照明方向を切替えるので時間的な遅れが生じる。
このような構成では、両側から入射した光エネルギーが重ね合わされることはなく、組織の深部に到達する光を増すことができない。
従って、組織の深部にある吸収体から発生する光音響信号の強度が小さくなる。このように従来例として示したいずれの技術を用いても、生体組織の深部にある吸収体の位置と大きさを、高精度且つ高コントラストに検出する上で課題を有している。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、生体組織の深部にある吸収体の境界から発生する光音響信号を、高いコントラストの信号で検出することにより、吸収体の位置と大きさを高精度に測定することが可能となる生体検査装置の提供を目的とする。
【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生体検査装置を提供するものである。
本発明の生体検査装置は、パルス光を発する光源手段と、前記光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、前記被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える生体検査装置であって、
前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向して配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段を備え、
前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
生体組織の深部にある吸収体の境界から発生する光音響信号を、高いコントラストの信号で検出することにより、吸収体の位置と大きさを高精度に測定することが可能となる生体検査装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態の生体検査装置は、パルス光を発する光源手段と、光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える。
また、この前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段とにより構成されている。
そして、前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されている。
また、本発明の実施形態においては、前記音響信号検出手段が配置されている側の照明光学手段と、前記音響信号検出手段とが、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記音響信号検出手段が音響信号を検出する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されている。
また、本発明の実施形態においては、前記第一の照明光学手段と前記第二の照明光学手段とが、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記第二の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されている。
また、本発明の実施形態においては、前記第一及び第二の照明光学手段と前記音響信号検出手段の相互の位置関係を保ち、前記被検体に対して走査駆動する走査駆動手段を有する構成とすることができる。
また、本発明の実施形態においては、前記第一と第二の照明光学手段の間隔を変更する間隔変更手段を有する構成とすることができる。
また、本発明の実施形態においては、前記被検体と音響信号検出手段との間に、前記光源手段による光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する部材で構成されたスペーサが配置されている構成とすることができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、光ファイバーによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、光ファイバー、レンズによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、光ファイバー、レンズ、音響光ビームスプリッターによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記照明光学手段を、ミラー、ビームスプリッター、レンズによって構成することができる。
また、本発明の実施形態においては、前記被検体を両側から保持する第一のプレート及び第二のプレートと、
前記第一のプレート及び第二のプレートとによる前記被検体の圧迫を制御するプレート駆動機構と、を有する構成とすることができる。
【実施例】
【００１１】
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においては、本発明を適用した生体検査装置の構成例について説明する。
図１は、本実施例における生体検査装置の概略構成を説明する図である。
本実施例の生体検査装置は、パルス光発生器１００（光源手段）、第一照明光学系２００（第一の照明光学手段）、第二照明光学系３００（第二の照明光学手段）を備えている。
また、超音波検出器４００（音響信号検出手段）、信号解析装置５００、制御装置６００、メモリー７００、ディスプレイ８００を備えている。
被検体Ｅは、例えば、乳房などの生体組織である。吸収体αは周囲の組織よりも吸収が大きく、形状としては例えば球状のものが挙げられる。
【００１２】
このような構成の生体検査装置で被検体Ｅを測定する概略の工程を説明する。
パルス光発生器１００からナノ秒オーダーのパルス光が発光され、第一照明光学系２００及び第二照明光学系３００によって被検体Ｅの表面にパルス光が導かれる。
被検体Ｅの表面から入射したパルス光は組織内部を伝播し吸収体αに到達する。吸収体αに到達した光エネルギーは吸収されて熱エネルギーに変換され、吸収体αに瞬間的な温度上昇が生じ、やがて上昇した温度は緩和される。
この時、温度上昇と緩和により吸収体αを含む組織では、膨張と収縮が生じ、これにより光音響信号Ｓとなる弾性波が発生する。吸収体αから発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの組織内を伝播して、超音波検出器４００で検出される。
【００１３】
図２に、被検体Ｅから発生する光音響信号Ｓのプロファイルを示す。
超音波検出器４００が接する被検体Ｅの表面と吸収体αの境界から発生する波形のピーク間隔から弾性波である光音響信号Ｓの伝播時間ｔｘが分かる。
また、吸収体αの境界から発生するピーク間隔から、吸収体αを伝播する光音響信号Ｓの伝播時間ｔαが分かる。生体組織中の音速をｖｓとすると、被検体Ｅの表面と吸収体αの間の距離及び吸収体αの大きさを算出することができる。即ち被検体Ｅ内の吸収体αの空間的な位置情報を得ることができる。
【００１４】
また、吸収体αから発生したスパイク形状の波形の振幅ΔＰは、吸収体αで発生した弾性波の強度Ｐαを現している。
吸収体αで発生する光音響効果による弾性波の強度Ｐαは、吸収体αの吸収係数をμａ、吸収体αに入射する光エネルギーフルエンスをＩα、生体組織に応じて決まるグリュナイゼンパラメーターをΓとすると、
Ｐα＝１／２μａ・Γ・Ｉα
で算出することができる。
生体組織のような吸収散乱媒質内を伝播する光エネルギーフルエンスは光拡散方程式や輸送方程式を用いることによって算出することができるので、Ｉαを算出することができる。
超音波検出器４００で測定したΔＰは、吸収体αで発生した弾性波が生体組織内部を伝播することによる減衰の影響を含むので、計算により減衰の影響を差し引くことでＰαを算出することができる。
以上から被検体Ｅ内の吸収体αの吸収係数μａを算出することができる。
【００１５】
信号解析装置５００は、検出した光音響信号の時間特性から吸収体αの位置を算出し、強度特性から吸収係数μａを算出する。
さらに、吸収体αとその周囲の吸収係数μａの空間分布を再構成することにより、被検体Ｅ内の吸収特性の画像を生成する。
制御装置６００は、算出した位置と吸収係数μａをメモリー７００に保存すると共に、吸収係数μａの空間分布画像をディスプレイ８００に表示する。
【００１６】
以下、各構成要素の詳細を説明する。
パルス光発生器１００は、被検体Ｅに照射する特定波長のナノ秒オーダーのパルス光を発する光源手段であり、レーザー光源１、レーザードライバー２から構成されている。
レーザー光源１が発する光の波長は、生体組織を構成する水、脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、などの吸収スペクトルに応じた波長を選定する。
一例としては、生体内部組織の主成分である水の吸収が小さいため光が良く透過し、脂肪、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンのスペクトルに特徴がある６００−１５００ｎｍ範囲が適当である。
また、生体組織では癌などの腫瘍が成長する際には新生血管の形成や酸素の消費量が増大することが知られている。
このような新生血管の形成や酸素消費量の増大を評価する方法として、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトルの特徴を利用することができる。
図３は、波長６００−１０００ｎｍ範囲におけるＨｂＯ2とＨｂの吸収スペクトルである。
【００１７】
生体検査装置では複数波長のＨｂＯ2とＨｂの吸収スペクトルから、生体組織内の血液中に含まれるＨｂとＨｂＯ2の濃度を測定する。
そして、複数の位置においてＨｂとＨｂＯ2の濃度を測定し、濃度分布の画像を作成することにより生体組織内で新生血管が形成されている領域を判別することができる。
また、ＨｂとＨｂＯ2の濃度から酸素飽和度を算出し、酸素飽和度から酸素の消費量が増大している領域を判別することができる。
このように生体検査装置で測定したＨｂとＨｂＯ2の分光情報を診断に利用することができる。
【００１８】
本実施例では、図３に示すようにＨｂとＨｂＯ2の吸収特性が入れ替わる８００ｎｍの前後の波長として、λ１＝７００ｎｍとλ２＝８５０ｎｍの２つの波長を用いるものとする。
具体的な光源の例としては、異なる波長を発生する半導体レーザー、波長可変レーザーなどで構成すると良い。
第一照明光学系２００及び第二照明光学系３００は、パルス光発生器１００から発したパルス光を被検体Ｅに導く照明光学手段である。
レーザー光源１から発したパルス光は、光ファイバー３によって第一ビームスプリッター４に導かれる。第一ビームスプリッター４に入射したパルス光は２つに分岐されて、夫々第一照明光学系２００及び第二照明光学系３００に導かれる。
【００１９】
第一照明光学系２００は、光ファイバー５、第二ビームスプリッター６、光ファイバー７及び８、レンズ９及び１０から構成されている。
光ファイバー５に入射したパルス光は第二ビームスプリッター６で２つに分岐されて、夫々光ファイバー７及び８に導かれる。
光ファイバー７に入射したパルス光は、超音波検出器４００に対して角度θ傾斜して設けられたレンズ９で拡大されて、超音波検出器４００の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
同様に、光ファイバー８に入射したパルス光は、超音波検出器４００に対してレンズ９と反対方向に角度θ傾斜して設けられたレンズ１０で拡大されて、超音波検出器４００の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
【００２０】
第二照明光学系３００は、被検体を挟んで第一照明光学系２００に対向して配置され、さらに第一照明光学系２００と第二照明光学系３００が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように設けられている。
このような構成にすると、双方の照明光学系から同時に照射された光エネルギーは被検体Ｅの内部で重畳されるので、深部に到達する光エネルギーフルエンスを増やすことができる。
第二照明光学系３００は、光ファイバー１１、レンズ１２から構成されている。光ファイバー１１に入射したパルス光はレンズ１２で拡大されて、被検体Ｅの表面に導かれる。
【００２１】
本実施例においては、１台の光源とビームスプリッターを用いて第一と第二照明光学系にパルス光を導くようにしているが、夫々の照明光学系に個別に光源を設けても良い。
この場合、光エネルギーフルエンスを重畳させるために２つの光源を同期して同時に駆動することが好ましい。
この時、２つの光源を完全に同時に駆動することが好ましいが、パルス光のパルス幅以内、或は被検体Ｅの熱緩和時間以内に２つの光源を駆動すれば光エネルギーフルエンスが重畳する効果が得られる。
このため本発明における「同時」の意味としては、被検体Ｅの熱緩和時間以内、好ましくはパルス光のパルス幅以内の間に２つの光源を駆動することを「同時」であるという意味で用いることとする。
【００２２】
また、夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致していることが好ましいが、各照明光強度分布の半値全幅の一部が重なっていれば、光エネルギーフルエンスが重畳する効果が得られる。
このため本発明における軸対象の中心軸が「一致」の意味としては、２つの照明領域の軸対象の照明光強度分布の半値全幅の一部が重なっている場合を「一致」しているという意味で用いることとする。
【００２３】
超音波検出器４００は、被検体Ｅの内部に発生した光音響信号Ｓを検出する音響信号検出手段である。第一照明光学系２００と同じ面に設けられている。つまり、第一照明光学系２００における被検体と向き合っている面（被検体と接触している面である場合もある。）に対向するように超音波検出器４００が設けられる。ここで、「対向」とは、超音波検出器４００のうち被検体にもっとも近接する面（検出面）が、上記した第一照明光学系２００における被検体と向き合っている面と一致している場合も含む。
超音波検出器４００は円形をしており、図１は円形の中心軸を含む面での断面図である。凹面形状の超音波振動子１３がバッキング材１４上に設けられ、超音波振動子１３の被検体Ｅ側には音響整合層１５が設けられている。
超音波振動子１３にはリード線１６が接続されている。
超音波振動子１３は、受信した光音響信号Ｓによる圧力変化を電圧に変換する圧電効果を有する圧電素子で構成される。
圧電素子としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。
また、超音波振動子１３の凹面の中心は吸収体αの位置に設定されており、これにより吸収体αの近傍から発生する光音響信号Ｓを選択的に受信することができる。
【００２４】
バッキング材１４は、超音波振動子１３の不必要な振動を抑制するためのものである。
バッキング材１４を構成する材料の例としては、ウレタン樹脂やシリコーンゴムなどがある。
音響整合層１５は、光音響信号Ｓを効率よく伝達するために設けられている。
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は、界面での反射が大きくなり光音響信号を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物質で構成した音響整合層１５を挿入して、界面での反射を小さくすることにより光音響信号Ｓを効率よく伝達している。
音響整合層１５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ある。
リード線１６は、超音波振動子１３が受信して電気信号に変換した光音響信号Ｓを信号解析装置５００に伝えるものである。
【００２５】
本実施例においては、凹面の超音波振動子を用いているが、平面の超音波振動子と音響レンズを用いても良い。また、超音波エコー装置や非破壊検査に用いられている複数個の超音波振動子をアレイ状に配列した超音波探触子を用いても良い。
上述したように、第一照明光学系２００と第二照明光学系３００が対向して配置され、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、超音波検出器４００が第一照明光学系２００と同じ面に設けられている。
このような構成にすると、前述した従来例に比べて、高いコントラストで光音響信号Ｓを検出することができる。
また、図１の構成では、第一照明光学系２００の軸対象の中心軸と超音波検出器４００の中心軸を一致させている。
【００２６】
図４に、超音波検出器４００が受信する球状吸収体αにおける光音響信号Ｓを説明する図を示す。
被検体Ｅに照射されたパルス光は、生体組織による吸収と散乱の影響により減衰しながら深部へと伝搬する。
図のＬ１は第一照明光学系２００から照射され被検体Ｅ内を伝播した光エネルギーフルエンスを示し、Ｌ２は第二照明光学系３００から照射されたものを示している。
一般に生体組織における散乱は前方散乱が強いため、照射された光エネルギーは主に光入射軸方向に散乱して伝搬する。
このため、被検体Ｅ内の吸収体αにおける光エネルギーの吸収は、光が入射する側での吸収が大きくなる。図示の吸収体αにおける位置ａ及びｅで光エネルギーの吸収が最も大きく、位置ｃとｇではこれよりも小さくなる。
また、吸収体αの表層付近で光エネルギーの吸収が大きくなるので、吸収体の深部に到達して吸収される光エネルギーは小さくなる。
このような光エネルギーの吸収分布を持つ吸収体αから発生する光音響信号の圧力強度は、光エネルギーの吸収が大きい場合に高くなり、小さい場合は低くなる。
【００２７】
このような吸収体αから発生する光音響信号Ｓを超音波検出器４００で受信すると、超音波検出器４００に対する距離が近い位置ａ、ｂ、ｈ付近から発生する高い圧力の信号が最初に検出される。
次いで、超音波検出器４００から等距離にある位置ｃ及びｇ付近から発生する低い圧力の信号が検出され、最後に位置ｄ、ｅ、ｆ付近から発生する高い圧力の信号が検出される。
４００Ｓは超音波検出器４００が受信した吸収体αから発生する光音響信号Ｓのプロファイルである。
光音響信号Ｓの最初のピークは光音響における圧縮フェーズで発生するものである。一方、二番目のピークは膨張フェーズで発生するものであり、吸収体αとその周辺組織の音響インピーダンスの差により圧縮フェーズで発生した波の位相が反転した反射波である。
【００２８】
図５に、超音波検出器４０１を第一照明光学系２００と異なる面に設ける一例として、第一照明光学系２００が設けられる面と直交する面に設けた従来例（特許文献１と類似）の構成を示す。
吸収体αには図４で説明したものと同様の光エネルギーの吸収分布が生じる。
このような吸収体αから発生する光音響信号Ｓを超音波検出器４０１で受信すると、超音波検出器４０１に対する距離が近い位置ｂ、ｃ、ｄ付近から発生する低い圧力の信号が最初に検出される。
次いで、超音波検出器４０１から等距離にある位置ａ及びｅ付近から発生する高い圧力の信号が検出され、最後に位置ｆ、ｇ、ｈ付近から発生する低い圧力の信号が検出される。
４０１Ｓは超音波検出器４０１が受信した吸収体αから発生する光音響信号Ｓのプロファイルである。
【００２９】
図６に、図４の構成から第二照明光学系３００を除いた従来例（特許文献２と類似）の構成を示す。
図示の吸収体αにおける光が入射する側の位置ａで光エネルギーの吸収が最も大きく、次いで、位置ｂ及びｈ、位置ｃ及びｇ、位置ｄ及びｆ、位置ｅの順に吸収体の深部になるほど吸収される光エネルギーは小さくなる。
このような吸収体αから発生する光音響信号Ｓを超音波検出器４０２で受信すると、超音波検出器４０２に対する距離が近い位置ａ、ｂ、ｈ付近から発生する高い圧力の信号が最初に検出される。
次いで、超音波検出器４００から等距離にある位置ｃ及びｇ付近から発生する低い圧力の信号が検出され、最後に位置ｄ、ｅ、ｆ付近から発生するさらに低い圧力の信号が検出される。
４０２Ｓは超音波検出器４０２が受信した吸収体αから発生する光音響信号Ｓのプロファイルである。
【００３０】
図７に、本実施例の図４の超音波検出器４００の検出信号プロファイル４００Ｓと、従来例である、図５の超音波検出器４０１の検出信号プロファイル４０１Ｓと図６の超音波検出器４０２の検出信号プロファイル４０２Ｓを比較した図を示す。
図示のように吸収体αの境界付近から発生した光音響信号Ｓの圧力は４００Ｓのものが最も大きくなる。
吸収体αの位置と大きさは、吸収体αの境界から発生する光音響信号のピークから読み取った時間を用いて算出される。
【００３１】
本発明は従来例と比べて高いコントラストの信号を用いて時間を読み取ることができるので、吸収体αの位置と大きさを高精度に算出することができる。
信号解析装置５００は、計算処理部１７と画像生成部１８から構成されている。
計算処理部１７は、検出した光音響信号Ｓの時間特性から吸収体αの位置を算出し、強度特性から吸収係数μａを算出する。
画像生成部１８は、算出した被検体Ｅ内の吸収体αの空間的な位置と吸収係数μａを基にして、被検体Ｅ内の吸収係数μａの分布画像を生成する。
制御装置６００は、パルス光発生器１００のレーザードライバー２に接続されており、パルス光の発光するタイミング及び光強度などを制御するものである。
【００３２】
また、制御装置６００は、信号解析装置５００、メモリー７００、ディスプレイ８００にも接続されている。
制御装置６００は、信号解析装置５００で算出した被検体Ｅ内の吸収体αの空間的な位置と吸収係数μａと吸収係数μａの分布画像をメモリー７００に保存し、ディスプレイ８００に被検体Ｅ内の吸収係数μａの分布画像を表示するように制御するものである。
【００３３】
メモリー７００としては、光ディスク、磁気ディスク、半導体メモリー、ハードディスク、などのデータ記録装置を用いることができる。
ディスプレイ８００としては、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ、有機ＥＬディスプレイ、などの表示デバイスを用いることができる。
【００３４】
つぎに、本実施例における生体検査装置で被検体Ｅの組織内部の分光特性画像を取得するステップについて説明する。
まず、第１のステップにおいて、被検体Ｅの表面に第一照明光学系２００、第二照明光学系３００、超音波検出器４００を接触させる。不図示の測定開始スイッチを動作させると、パルス光発生器１００が駆動され波長λ１＝７００ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
次に、第２のステップにおいて、第一照明光学系２００と第二照明光学系３００によって被検体Ｅにパルス光が照射される。
次に、第３のステップにおいて、被検体Ｅ内で発生した光音響信号Ｓが、超音波検出器４００によって検出される。
次に、第４のステップにおいて、信号解析装置５００は、検出した光音響信号Ｓの時間特性から吸収体αの位置と大きさを算出し、強度特性から吸収係数μａを算出し、吸収体αとその周囲の吸収係数μａの空間分布を再構成した画像を生成する。
次に、第５のステップにおいて、制御装置６００は、算出した波長λ１の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第６のステップにおいて、制御装置６００は、パルス光発生器１００の発光する光の波長をλ２＝８５０ｎｍに設定する。パルス光発生器１００が駆動され波長λ２＝８５０ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
【００３５】
以下、第２のステップ、第３のステップ、第４のステップと同様の工程を経て、第７のステップにおいて、制御装置６００は、算出した波長λ２の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第８のステップにおいて、制御装置６００は、波長λ１及びλ２の吸収係数μａの分布画像を重ね合わせてディスプレイ８００に表示する。
最後に、第９のステップにおいて、測定を終了する。
【００３６】
図８から図１３は、第一照明光学系と超音波検出器に関する他の構成例を示す図である。
図１と同じ符号を付した部材は図１で説明したものと同じ機能を持つものである。
図８の第一照明光学系２０１は、図１で説明した第一照明光学系２００における角度θをφに変更し、被検体と超音波検出器（音響信号検出手段）との間にスペーサ１９を配置したものである。
スペーサ１９はパルス光発生器１００が発する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する部材で構成されている。
スペーサ１９を構成する材料の例としては、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリル、などがある。レンズ９及び１０から角度φで出射した光はスペーサ１９を介することにより被検体Ｅの表面で重畳することができる。
また、図８の構成では、図１の場合と同様に、第一照明光学系２０１の軸対象の中心軸と超音波検出器４００の中心軸を一致させることができる。
【００３７】
図９の第一照明光学系２０２は、光ファイバー５、レンズ２０、音響光ビームスプリッター２１から構成されている。
音響光ビームスプリッター２１は、パルス光発生器１００が発する光を反射し、光音響信号Ｓなどの音響波を透過するものである。
音響光ビームスプリッター２１は、照射する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する前述のような材料に、照射する光に対して高反射特性を有するアルミ、銀、などの薄膜層２２を設けたものである。
前述したような樹脂材料と薄膜層に用いる金属材料の音響インピーダンスの差が大きいが、金属材料の薄膜層は厚さ数μｍ程度であり音響波の波長に対しては十分に小さいので殆ど影響しない。
【００３８】
超音波検出器４０３は円形の２Ｄアレイ探触子であり、音響光ビームスプリッター２１に接して設けられている。
図９は円形の中心軸を含む面での断面図である。小さな角柱形の超音波振動子１３がバッキング材１４上に複数個配列されている。
超音波振動子１３の被検体Ｅ側には音響整合層１５が設けられている。
図１の超音波検出器４００では、円形凹面超音波振動子を用いたが、超音波検出器４０３では複数の超音波振動子１３が受信する光音響信号からＳｕｍ Ａｎｄ Ｄｅｌａｙ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ法を用いて所望の位置の信号を取得するようにしている。
【００３９】
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー５を通ってレンズ２０で拡大された後に音響光ビームスプリッター２１に導かれ、薄膜層２２で反射されて被検体Ｅの表面に導かれる。
被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅ及び音響光ビームスプリッター２１の内部を伝播して、超音波検出器４０３で検出される。
このように図９の構成では、音響光ビームスプリッター２１を用いることにより、第一照明光学系２０２の中心軸と超音波検出器４０３の中心軸を一致させることができる。
【００４０】
図１０の第一照明光学系２０３は、光ファイバー２３から構成されている。
光ファイバー２３の被検体Ｅ側では光ファイバーが複数に分岐されている。
超音波検出器４０４は、図９で説明したものと同様の２Ｄアレイ探触子である。複数個配列された超音波振動子１３には隙間が設けられ、分岐された光ファイバー２３がこの隙間に配置されている。
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー２３を通って被検体Ｅの表面に導かれる。被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの内部を伝播して、超音波検出器４０４で検出される。
このように図１０の構成では、アレイ探触子の隙間から被検体Ｅに光を導くことにより、第一照明光学系２０３の中心軸と超音波検出器４０４の中心軸を一致させることができる。
【００４１】
図１１の第一照明光学系２０４は、光ファイバー５とレンズ２４から構成されている。
超音波検出器４０５は中心部に円形開口を設けた円環形状をしており、図１１は円形の中心軸を含む面での断面図である。超音波振動子１３は凹面形状をしており、凹面の中心は吸収体αの位置に設定されている。
これにより吸収体αの近傍から発生する光音響信号Ｓを選択的に受信することができる。
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー５を通ってレンズ２４で拡大された後に、超音波検出器４０５の円形開口部を通して被検体Ｅの表面に導かれる。
被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの内部を伝播して、超音波検出器４０５で検出される。
このように図１１の構成では、超音波検出器４０５の円形開口部を通して被検体Ｅに光を導くことにより、第一照明光学系２０４の中心軸と超音波検出器４０５の中心軸を一致させることができる。
【００４２】
図１２の第一照明光学系２０４は、図１１で説明したものと同じである。
超音波検出器４０６は、超音波振動子２５、バッキング材２６、音響整合層２７から構成されている。
これらの構成部材は、パルス光発生器１００が発する光に対して高透過特性と低減衰特性を有している。
超音波振動子２５を構成する材料の例としては、ＰＺＮＴ（亜鉛ニオブ酸鉛チタン酸鉛）などを用いることができる。
バッキング材２６と音響整合層２７を構成する材料の例としては、図１で説明したものと同様の材料を用いることができる。
また、超音波振動子２５は凹面形状をしており、凹面の中心は吸収体αの位置に設定されている。これにより吸収体αの近傍から発生する光音響信号Ｓを選択的に受信することができる。
パルス光発生器１００から発したパルス光は、光ファイバー５を通ってレンズ２４で拡大された後に、超音波検出器４０６を透過して被検体Ｅの表面に導かれる。
被検体Ｅの吸収体αで発生した光音響信号Ｓは、被検体Ｅの内部を伝播して、超音波検出器４０６で検出される。
このように図１２の構成では、超音波検出器４０６を透過して被検体Ｅに光を導くことにより、第一照明光学系２０４の中心軸と超音波検出器４０６の中心軸を一致させることができる。
【００４３】
このように図１及び図８から図１２の構成では、超音波検出器４００を第一照明光学系２００側に配置した。このように、被検体に対して複数の照明光学系から両面照射を行い、そのうちの一つの照明光学系が被検体と向き合う面に対向して検出器を配置した。さらに、対向して配置されている第一照明光学系と第二照明光学系の夫々の照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、さらに第一照明光学系と同じ面に設けられている超音波検出器の中心軸を一致させている。このため高いコントラストで信号を検出することができる。
また、照明領域の軸対象の中心軸と超音波検出器の中心軸が一致していることが好ましいが、照明光強度分布の半値全幅と超音波検出領域の半値全幅の一部が重なっていれば、高いコントラストの信号を検出する効果が得られる。
このため、本発明における夫々の中心軸が「一致」の意味としては、照明領域の軸対象の照明光強度分布の半値全幅と超音波検出領域の半値全幅の一部が重なっている場合を「一致」しているという意味で用いることとする。
【００４４】
図１３のように第一照明光学系２０４と同じ面の光路と干渉しない位置で、且つ光路の近傍に超音波検出器４０７を設けるようにしても、従来例と比べて高いコントラストの信号を検出することができる。このような場合でも、第一照明光学系２００が被検体と向き合う面に対向しているといえる。
さらに、本実施例では、波長６００−１５００ｎｍを利用する一例として、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸収スペクトルの特徴を利用する分光分析方法を示したが、この例に限定されるものではない。
例えば、生体組織の主要な構成物質である水、脂肪、タンパク質（コラーゲン）、等を分光分析の対象とすることも可能である。
【００４５】
以上説明したように、実施例１における生体検査装置では、第一照明光学系２００と第二照明光学系３００が対向して配置され、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、超音波検出器４００が第一照明光学系２００と同じ面に設けられている。
このような構成にすることにより、生体組織の深部にある吸収体αの境界から発生する光音響信号を高いコントラストの信号で検出することが可能となる。
従って、吸収体αの位置と大きさを高精度に測定する生体検査装置を提供できる。もちろん上記の実施形態において、第一照明光学系２００側ではなく、第二照明光学系３００側に超音波検出器４００を配置しても構わない。
【００４６】
［実施例２］
実施例２では、実施例１と異なる形態の生体検査装置の構成例について説明する。図１４に、本実施例における生体検査装置の概略構成を説明する図を示す。
本実施例における基本的な生体検査装置の構成は、実施例１に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例１で説明したものと同じ機能を有するものである。
本実施例では、第一駆動機構９０１と第二駆動機構９０２を新たに設けている。第一駆動機構９０１は被検体Ｅに対する第一照明光学系２０５と超音波検出器４０３の位置を変更し、第二駆動機構９０２は被検体Ｅに対する第二照明光学系３０１の位置を変更するものである。
これらの駆動機構を制御して各構成部材を被検体Ｅに対して走査駆動することにより、被検体Ｅの全体の測定を可能にするものである。
【００４７】
被検体Ｅは第一プレート２５と第二プレート２６の間に保持されている。第一プレート２５はパルス光発生器１０１が発する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。
第一プレート２５を構成する材料は、実施例１のスペーサ１９と同様の材料を用いることができる。
第二プレート２６はパルス光発生器１０２が発する光に対して高透過特性と低減衰特性を有する平板である。第二プレート２６を構成する材料は、スペーサ１９と同様の材料及びガラスなど用いることができる。
【００４８】
第一照明光学系２０５は、ミラー２７、２９、３１、３２、ビームスプリッター２８、レンズ３０及び３３から構成されている。
パルス光発生器１０１が発したパルス光はミラー２７で反射された後にビームスプリッター２８で２つに分岐される。
分岐された光の一方はミラー２９で反射された後に、超音波検出器４０３に対して角度φ傾斜して設けられたレンズ３０で拡大されて、超音波検出器４０３の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
分岐された他方の光はミラー３１と３２で反射された後に、超音波検出器４０３に対してレンズ３０と反対方向に角度φ傾斜して設けられたレンズ３３で拡大されて、超音波検出器４０３の片脇から被検体Ｅの表面を照明する。
【００４９】
第一駆動機構９０１は、第一スライダー３４、第一スライドガイド３５と第一モーター３６で構成されている。
第一スライダー３４及び第一スライドガイド３５を構成する部材の例としては、ボールネジ、リニアガイド、などを用いることができる。
第一スライダー３４の中には、第一照明光学系２０５のミラー２９、３１、３２、ビームスプリッター２８、レンズ３０及び３３と超音波検出器４０３の一式が収められている。
第一スライダー３４と第一スライダー３４の中に収められた部材一式は、第一スライドガイド３５と第一モーター３６によって、図示の矢印の方向に駆動することができる。
【００５０】
実施例１と同様に、第二照明光学系３０１は、第一照明光学系２０５に対向して配置されている。
第二照明光学系３０１は、ミラー３７、３８、レンズ３９から構成されている。パルス光発生器１０２が発したパルス光は、ミラー３７と３８で反射された後にレンズ３９で拡大されて被検体Ｅの表面に導かれる。
【００５１】
第二駆動機構９０２は、第二スライダー４０、第二スライドガイド４１と第二モーター４２で構成され、第一駆動機構９０１と同様の部材を用いることができる。
第二スライダー４０の中には、第二照明光学系３０１のミラー３８とレンズ３９の一式が収められている。第二スライダー４０と第二スライダー４０の中に収められた部材一式は、第二スライドガイド４１と第二モーター４２によって、図示の矢印の方向に駆動することができる。
【００５２】
制御装置６０１は、パルス光発生器１０１及び１０２、第一駆動機構９０１及び第二駆動機構９０２に接続されている。
実施例１の制御装置６００で説明した機能の他に、第一駆動機構９０１及び第二駆動機構９０２を駆動する位置及びタイミングなどを制御するものである。
第一照明光学系２０５と第二照明光学系３０１が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように位置を駆動制御するとともに、パルス光発生器１０１及び１０２から同時にパルス光が発光されるように制御している
。このような構成で照射された光エネルギーは被検体Ｅの内部で重畳されるので、深部に到達する光エネルギーフルエンスを増やすことができる。
【００５３】
つぎに、本実施例における生体検査装置で被検体Ｅの組織内部の分光特性画像を取得するステップについて説明する。
まず、第１のステップにおいて、
被検体Ｅを第一プレート２５と第二プレート２６の間に保持する。不図示の測定開始スイッチを動作させる。
次に、第２のステップにおいて、パルス光発生器１０１及び１０２が駆動され波長λ１＝７００ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
次に、第３のステップにおいて、第一照明光学系２０５と第二照明光学系３０１によって被検体Ｅにパルス光が照射される。
次に、第４のステップにおいて、被検体Ｅ内で発生した光音響信号Ｓが、超音波検出器４０３によって検出される。
次に、第５のステップにおいて、信号解析装置５００により、検出した光音響信号Ｓの時間特性から吸収体αの位置と大きさ、吸収係数μａを算出する。吸収体αとその周囲の吸収係数μａの空間分布を再構成した画像を生成する。
次に、第６のステップにおいて、制御装置６０１は、算出した波長λ１の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第７のステップにおいて、制御装置６０１は、パルス光発生器１０１及び１０２の発光する光の波長をλ２＝８５０ｎｍに設定し、波長λ２＝８５０ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光が発光する。
次に、第８のステップにおいて、上記第３、第４、第５のステップと同様の工程を行なう。制御装置６０１は、算出した波長λ２の吸収係数μａの位置情報と画像をメモリー７００に保存する。
次に、第９のステップにおいて、制御装置６０１は、第一駆動機構９０１及び第二駆動機構９０２を駆動し、被検体Ｅに対して第一スライダー３４と第二スライダー４０の位置を次の測定位置へ変更する。
次に、第１０のステップにおいて、全ての測定位置の測定が終了するまで上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９のステップと同様の工程を行なう。
次に、第１１のステップにおいて、全ての測定位置の測定が終了したら制御装置６０１は、波長λ１及びλ２の吸収係数μａの分布画像を重ね合わせてディスプレイ８００に表示する。
最後に、第１２のステップにおいて、測定を終了する。
【００５４】
図１５、図１６は実施例２の他の実施例における生体検査装置の概略構成図である。図１５は側面図、図１６は上面図である。
図１から図１４と同じ符号を付した部材は、上述したものと同じ機能を持つものである。
本実施例では、円筒形状の被検体Ｅに対して回転駆動機構９０３を設けている。回転駆動機構９０３は、被検体Ｅに対する第一照明光学系２０６、超音波検出器４０５、第二照明光学系３０２の位置を変更するものである。
回転駆動機構９０３を制御して各構成部材を被検体Ｅに対して回転走査駆動することにより、円筒形状の被検体Ｅの測定を可能にするものである。
【００５５】
被検体Ｅは円筒形状のハウジング４３の中に保持されている。被検体Ｅとハウジング４３の隙間はマッチング剤４４が充填されている。
ハウジング４３とマッチング剤４４はパルス光発生器１００が発する光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有するものである。
ハウジング４３を構成する材料は、実施例１のスペーサ１９と同様の材料を用いることができる。マッチング剤４４を構成する材料は、水、ひまし油、超音波検査用ジェル、など用いることができる。
第一照明光学系２０６は、ミラー４６、４７、レンズ４８から構成されている。パルス光発生器１００が発したパルス光はビームスプリッター４５で２つに分岐され、一方は第一照明光学系２０６に導かれ、ミラー４６と４７で反射されレンズ４８で拡大される。
その後、超音波検出器４０５の円形開口部を通って、ハウジング４３とマッチング剤４４を介して被検体Ｅの表面を照明する。超音波検出器４０５は図１１で説明したものと同様のものである。
【００５６】
実施例１と同様に、第二照明光学系３０２は、第一照明光学系２０６に対向し、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように配置されている。超音波検出器４０５はハウジング４３の第一照明光学系２０６と同じ面に設けられている。
第二照明光学系３０２は、ミラー４９、５０、レンズ５１から構成されている。ビームスプリッター４５で２つに分岐されたパルス光の他方は、第二照明光学系３０２に導かれ、ミラー４９と５０で反射された後にレンズ５１で拡大され、ハウジング４３とマッチング剤４４を介して被検体Ｅの表面を照明する。
【００５７】
回転駆動機構９０３は、回転ステージ５２と回転ステージ５２を駆動するモーター５３で構成されている。回転ステージ５２の中には、ビームスプリッター４５、第一照明光学系２０６、超音波検出器４０５、第二照明光学系３０２の一式が収められている。
回転ステージ５２と回転ステージ５２の中に収められた部材一式は、モーター５３によって、図示の矢印の方向に回転駆動することができる。
制御装置６０２は、上述の制御装置６０１で説明した機能の他に、回転駆動機構９０３を駆動する位置及びタイミングなどを制御するものであり、回転駆動機構９０３に接続されている。
【００５８】
以上説明したように、実施例２における生体検査装置では、第一照明光学系と第二照明光学系が対向して配置され、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致し、超音波検出器が第一照明光学系と同じ面に設けられている。
このような位置関係を保って各構成部材を被検体Ｅに対して走査駆動することにより、被検体Ｅの全体において、深部にある吸収体αの境界から発生する光音響信号を高いコントラストの信号で検出することが可能となる。
従って、吸収体αの位置と大きさを高精度に測定する生体検査装置を提供できる。
【００５９】
［実施例３］
図１７は本発明を適用できる実施例３における生体検査装置の概略構成図である。
基本的な生体検査装置の構成は実施例２の図１４に示したものと同様の構成であり、同じ番号を付した構成部材は実施例２で説明したものと同じ機能を有するものである。
本実施例では、プレート駆動機構９０４を新たに設けている。
プレート駆動機構９０４は、スライドガイド５４とモーター５５で構成されている。
スライドガイド５４の一端は被検体Ｅに接している第二プレート２６に結合されており、第二プレート２６の位置を図示の矢印の方向に駆動することができる。スライドガイド５５を構成する部材の例としては、ボールネジ、リニアガイド、などを用いることができる。
被検体Ｅに照射された光エネルギー強度は、生体組織内の吸収と散乱の影響を受けて著しく減衰するため深部の測定が困難となる。
このため、乳房などの被検体では、圧迫することにより被検体の内部に到達する光エネルギーを増やすことが考えられる。
【００６０】
本実施例では、プレート駆動機構９０４を制御して、第一プレート２５と第二プレート２６の間に保持されている被検体Ｅを圧迫する機能を設けている。
第二照明光学系３０１は第一照明光学系２０５に対向し、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように配置されている。
超音波検出器４０３は第一プレート２５上の第一照明光学系２０５と同じ面に設けられている。
制御装置６０３は、実施例２の制御装置６０１で説明した機能の他に、プレート駆動機構９０４を駆動する位置などを制御するものである。
このような装置で被検体Ｅを圧迫すると、内部にある球状の吸収体αは、圧迫方向に扁平になるような変形が生じる。
このように変形した吸収体αから発生する光音響信号Ｓの強度は異方性を持ち、扁平な領域からより強く放射される。
このため、超音波検出器４０３はより強く放射された光音響信号Ｓを検出するために、被検体Ｅを圧迫している第一プレート２５の第一照明光学系２０５と同じ面に設けている。
【００６１】
以上説明したように、実施例３における生体検査装置では、被検体を圧迫して照明する第一照明光学系と第二照明光学系が対向し、さらに夫々が照明する領域の軸対象の中心軸が一致するように配置されている。
また、超音波検出器が被検体の圧迫方向となる第一照明光学系と同じ面に設けられている。このような構成にすることにより、生体組織の深部にある吸収体αの境界から発生する光音響信号を高いコントラストの信号で検出することが可能となる。
従って、吸収体αの位置と大きさを高精度に測定する生体検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１における生体検査装置の概略構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例１における被検体Ｅから発生する光音響信号Ｓのプロファイルを示す図。
【図３】本発明の実施例１における波長６００−１０００ｎｍ範囲におけるＨｂＯ2とＨｂの吸収スペクトルを示す図。
【図４】本発明の実施例１における超音波検出器が受信する球状吸収体における光音響信号Ｓを説明する図。
【図５】超音波検出器を第一照明光学系と異なる面に設ける一例として、第一照明光学系と直交する面に設けた従来例（特許文献１と類似）の構成を示す図。
【図６】図４の構成から第二照明光学系を除いた従来例（特許文献２と類似）の構成を示す図。
【図７】本発明の実施例１における図４の超音波検出器の検出信号プロファイルと、従来例の図５及び図６の超音波検出器の検出信号プロファイルを比較した図。
【図８】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図９】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１０】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１１】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１２】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１３】本発明の実施例１における第一照明光学系と超音波検出器の他の構成例を示す図。
【図１４】本発明の実施例２における生体検査装置の概略構成を説明する図。
【図１５】本発明の実施例２における他の構成例を示す図。
【図１６】本発明の実施例２における他の構成例を示す図。
【図１７】本発明の実施例３における生体検査装置の概略構成を説明する図。
【符号の説明】
【００６３】
１：レーザー光源
２：レーザードライバー
３、５、７、８、１１、２３：光ファイバー
４：第一ビームスブリッター
６：第二ビームスブリッター
９、１０、１２：レンズ
１３、２５：超音波振動子
１４、２６：バッティング材
１５、２７：音響整合層
１６：リード線
１７：計算処理部
１８：画像生成部
１９：スペーサ
２５：第一プレート
２６：第二プレート
１００、１０１、１０２：パルス光発生器
２００、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６：第一照明光学系
３００、３０１、３０２：第二照明光学系
４００、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７：超音波検出器
５００：信号解析装置
６００、６０１、６０２、６０３：制御装置
７００：メモリー
８００：ディスプレイ
９０１：第一駆動機構
９０２：第二駆動機構
９０３：回転駆動機構
９０４：プレート駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を発する光源手段と、前記光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、前記被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える生体検査装置であって、
前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向して配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段を備え、
前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されていることを特徴とする生体検査装置。
【請求項２】
前記音響信号検出手段が配置されている側の照明光学手段と、前記音響信号検出手段とは、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記音響信号検出手段が音響信号を検出する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の生体検査装置。
【請求項３】
前記第一の照明光学手段と前記第二の照明光学手段とは、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記第二の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体検査装置。
【請求項４】
前記第一及び第二の照明光学手段と前記音響信号検出手段の相互の位置関係を保ち、前記被検体に対して走査駆動する走査駆動手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項５】
前記第一と第二の照明光学手段の間隔を変更する間隔変更手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項６】
前記被検体と音響信号検出手段との間に、前記光源手段による光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する部材で構成されたスペーサが配置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項に記載の生体検査装置。
【請求項７】
前記照明光学手段が、光ファイバーによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項８】
前記照明光学手段が、光ファイバー、レンズによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項９】
前記照明光学手段が、光ファイバー、レンズ、音響光ビームスプリッターによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項１０】
前記照明光学手段が、ミラー、ビームスプリッター、レンズによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項１１】
前記被検体を両側から保持する第一のプレート及び第二のプレートと、
前記第一のプレート及び第二のプレートとによる前記被検体の圧迫を制御するプレート駆動機構を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項１】
パルス光を発する光源手段と、前記光源手段によるパルス光を被検体内に導く照明光学手段と、前記被検体内に導かれたパルス光によって発生した光音響信号を検出する音響信号検出手段と、を備える生体検査装置であって、
前記照明光学手段は、前記被検体の両側に対向して配置された第一の照明光学手段と第二の照明光学手段を備え、
前記音響信号検出手段が、前記第一及び第二の照明光学手段における前記被検体と向き合っている面のうち、いずれか一方と同じ面に対向して配置されていることを特徴とする生体検査装置。
【請求項２】
前記音響信号検出手段が配置されている側の照明光学手段と、前記音響信号検出手段とは、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記音響信号検出手段が音響信号を検出する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の生体検査装置。
【請求項３】
前記第一の照明光学手段と前記第二の照明光学手段とは、
前記第一の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
前記第二の照明光学手段が被検体を照明する領域の軸対称の中心軸と、
を一致させて配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体検査装置。
【請求項４】
前記第一及び第二の照明光学手段と前記音響信号検出手段の相互の位置関係を保ち、前記被検体に対して走査駆動する走査駆動手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項５】
前記第一と第二の照明光学手段の間隔を変更する間隔変更手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項６】
前記被検体と音響信号検出手段との間に、前記光源手段による光と音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有する部材で構成されたスペーサが配置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項に記載の生体検査装置。
【請求項７】
前記照明光学手段が、光ファイバーによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項８】
前記照明光学手段が、光ファイバー、レンズによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項９】
前記照明光学手段が、光ファイバー、レンズ、音響光ビームスプリッターによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項１０】
前記照明光学手段が、ミラー、ビームスプリッター、レンズによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【請求項１１】
前記被検体を両側から保持する第一のプレート及び第二のプレートと、
前記第一のプレート及び第二のプレートとによる前記被検体の圧迫を制御するプレート駆動機構を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の生体検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１７４２６（Ｐ２０１０−１７４２６Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８２０６０（Ｐ２００８−１８２０６０）
【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２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【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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