JP2016120158A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の特性情報を求める際の解像度を高めるための技術を提供する。【解決手段】光を被検体１００に照射する照射手段１２０，１２１と、光を照射された被検体から発生する音響波を受信して受信信号を出力するトランスデューサを複数有する探触子１１０と、受信信号を用いて被検体内の特性情報を取得する制御部１３０を有し、探触子は、複数の開口１１１を有し、かつ、複数のトランスデューサの配置面は球面形状である被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

従来、音響波を受信して生体などの被検体内部の情報を取得する技術として、光音響イメージング装置や超音波エコーイメージング装置などの被検体情報取得装置が提案されてきた。光音響イメージング装置は、特に皮膚がんや乳がんの診断での有用性が示されており、従来使用されてきた超音波エコー診断装置、Ｘ線装置、ＭＲＩ装置などを置き換えるものとして期待されている。

可視光や近赤外光等の計測光を生体組織に照射すると、生体内部の光吸収物質、例えば血液中のヘモグロビン等の物質が、計測光のエネルギーを吸収して瞬間的に膨張し、音響波が発生する。この現象を光音響効果といい、発生した音響波を光音響波とも呼ぶ。光音響イメージング（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＰＡＩ）は、この光音響波を計測することで生体組織の情報を可視化する技術である。光音響効果を利用した断層撮影の技術を光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）と呼ぶ。

光音響イメージングでは、被検体内部の吸収係数に関連した情報を画像化できる。吸収係数とは生体組織が光エネルギーを吸収する率である。吸収係数に関連した情報として、例えば、光音響波が発生した瞬間の音圧である初期音圧がある。初期音圧は光エネルギー（光強度）と吸収係数の積に比例する。したがって、初期音圧の値に適切な処理を施すことにより吸収係数を取得できる。

さらに、吸収係数は生体組織を構成する成分の濃度に依存する。したがって、吸収係数からそれらの構成成分の濃度を取得できる。特に、血液中のヘモグロビンに吸収されやすい波長の光を用いることで、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの濃度比や、生体組織の酸素飽和度を取得できる。酸素飽和度分布を分析することで、生体内の腫瘍組織と周辺組織を判別するなど、医療診断への応用が期待されている。

非特許文献１には、円筒面形状の超音波探触子が開示されている。また、光音響イメージングにおける解像度が平面、円筒面、球面の探触子形状ごとに示されている。さらに、球面形状探触子の曲率中心付近が高解像度領域であることが開示されている。

Minghua Xu and Lihong V. Wang, "Analytic explanation of spatial resolution related to bandwidth and detector aperture size in thermoacoustic or photoacoustic reconstruction", PHYSICAL REVIEW E 67, 056605 (2003)

光音響イメージングにおいて、被検体の状態を精度よく把握するために、被検体の特性情報を高解像度で取得することが求められていた。また、非特許文献１に開示されたような様々な探触子の種類に応じて解像度が異なる場合があり、対応が必要となる可能性がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体の特性情報を求める際の解像度を高めるための技術を提供することにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光を被検体に照射する照射手段と、
前記光を照射された前記被検体から発生する音響波を受信して受信信号を出力するトランスデューサを複数有する探触子と、
前記受信信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する制御部と、
を有し、
前記探触子は、複数の開口を有し、かつ、前記複数のトランスデューサの配置面は球面形状である
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、被検体の特性情報を求める際の解像度を高めるための技術を提供できる。

第１の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 第１の実施形態の制御部の構成を示す図。 探触子の詳細を示した図。 トランスデューサの詳細を示した図。 封止部の詳細を示した図。 バッグの詳細を示した図。 探触子の周辺の詳細を示した図。 第１の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。 第２の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 複数のバッグの詳細を示した図。 第２の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。 第３の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 切替器の詳細を示した図。 第３の実施形態における光照射の詳細を示した図。 第４の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 走査軌道を示した図。 第４の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。 走査と複数のバッグの関係を示した図。 第５の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 第５の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。 走査と光照射の関係を示した図。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣ
ＰＵ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。

本発明の被検体情報取得装置は、被検体に光（電磁波）を照射し、光音響効果に従って被検体内または被検体表面の特定位置で発生して伝搬した音響波を受信（検出）する、光音響トモグラフィー技術を利用した装置を含む。このような被検体情報取得装置は、光音響測定に基づき被検体内部の特性情報を画像データ等の形式で得ることから、光音響イメージング装置とも呼べる。

光音響装置における特性情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。具体的には、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布や、それらから求められる酸素飽和度分布などの血液成分分布、あるいは脂肪、コラーゲン、水分の分布などである。また、特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。

＜検討＞
上述のとおり、非特許文献１には、平面、円筒面、球面などの形状を持つ探触子が記載されている。ここで、非特許文献１の円筒面形状探触子を用いて長手方向を有する被検体に光音響イメージングを適用した場合、被検体の長手方向の解像度が低下するおそれがあることが分かった。長手方向を有する被検体としては、例えば腕、脚、指などが挙げられる。これは、円筒面に配置されたトランスデューサの指向軸（受信感度の高い方向）が円筒の中心軸（すなわち被検体の長手方向の軸）と垂直な方向に揃っているせいで、他の方向において音響波を高感度で受信できないためである。

また、非特許文献１に記載の球面形状探触子は被検体を完全に囲んでいるため、長手方向を有する被検体を探触子の測定可能領域内に設置することが困難な場合がある。特に生体の腕のように、長手方向を有する被検体から連続する部分がある場合は特に、被検体の探触子内への配置が難しい。

また、探触子の測定可能領域内に高解像度領域が設けられている場合、長手方向を有する被検体の注目領域を装置の高解像度領域と重ねあわせることが難しい。その結果、特に長手方向における解像度が低下するおそれがある。

［第１の実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の符号を付して説明を省略する。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図１は、本実施形態の被検体情報取得装置の模式図である。以下、装置の各構成要素について説明する。装置は、探触子１１０、光源１２０、光学系１２１、制御部１３０、表示部１４０を有する。測定対象は、被検体１００である。

測定の際にはまず、光源１２０からの光が光学系１２１を介して被検体１００に照射される。すると光音響効果により被検体１００内で光音響波が発生する。続いて探触子１１
０が、伝搬した音響波を受信して時系列の電気信号を取得し、受信信号とする。受信信号を制御部内の信号処理部が解析することで、被検体内部の特性情報が得られる。

図２は、制御部１３０の詳細、および、制御部１３０の周辺の構成を示す模式図である。制御部１３０は、信号処理部１３１、記憶部１３２を備えている。制御部１３０は、バス２００を介して被検体情報取得装置の各構成要素の動作を制御する。また、制御部１３１は、記憶部１３２に保存された被検体情報取得方法が記述されたプログラムを信号処理部１３１へ読み出し、被検体情報取得装置に被検体情報取得方法を実行させている。

記憶部１３２は、被検体情報取得方法が記述されたプログラムを格納する。記憶部１４２はまた、装置全体の撮像動作を行う際に各部からの入出力データを一時格納し、各部間のデータ交換を可能にする。ただし、各部が記憶部１３２と独立して各処理を行うためのデータ格納手段を有してもよい。制御部は、プロセッサやメモリを備えた情報処理装置によって実現できる。

図１に示すように、本実施形態の探触子１１０は球体様の外観を持つ球面形状であり、かつ、少なくとも２つ以上の開口１１１が設けてある。このため、長手方向を有する被検体１００を２つの開口１１１に通すことで、球体を貫通させることができる。その結果、被検体１００の注目領域を、高解像度領域である探触子１１０の曲率中心付近に配置できるので、注目領域の特性情報を高解像度で取得できる。

なお、球面形状とは必ずしも厳密な球形を意味しない。長手方向を有する被検体を周囲から取り囲むようにトランスデューサを配置できる限りにおいて、多少の変形や歪みは許容される。例えば楕円体形状の探触子であれば、スペース効率の点で有利である。したがって探触子形状を決定する際は、必要な解像度と、スペース効率その他の条件とを勘案して適切な形状を選択する。

また、探触子において、トランスデューサが配置される内部表面が球面形状であれば良いので、外装が球形であることは必須ではない。すなわち本発明で言う球面形状の探触子とは、球面形状のトランスデューサ配置面を持つ探触子のことを指す。さらに、被検体または探触子自体の位置を安定させたり、被検者のユーザビリティを高めたりする目的で、探触子の外部に各種の部材や筺体を配置してもよい。

（被検体１００）
これらは本発明の被検体情報取得装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。本発明は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。よって、被検体としては生体、具体的には人体や動物などの診断の対象部位が想定される。特に、長手方向を有するような部位、例えば腕部、脚部、頸部、手、指等が被検体として好適である。

また、被検体内部にある光吸収体は、被検体内部で相対的に光吸収係数が高いものとする。例えば、人体が測定対象であればオキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンや、それらを含む多く含む血管、あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が光吸収体となる。その他、頸動脈壁のプラークなども測定対象となる。また、被検体内部の注目領域は、医療者等の希望に応じて設定すれば良い。

（光源１２０）
光源１２０としては、数ナノから数マイクロ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源が好ましい。効率的に光音響波を発生させるためには、１０ナノ秒程度のパルス幅の光が好ましい。パルス光の波長としては、被検体内部まで光が伝搬する波長が好ましい。
具体的には、被検体が生体の場合、５００ｎｍ以上、１２００ｎｍ以下の波長が好適である。ただし、比較的生体表面付近の生体組織を測定する場合は、減衰量が少ないため、より広範囲の波長領域（例えば４００ｎｍから１６００ｎｍ）の光を使用できる。

光源としては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなどのレーザ光源が好適である。例えば、アレキサンドライトレーザ、Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−Ｇａｒｎｅｔレーザ、Ｔｉｔａｎ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザなどが使用できる。また、発光ダイオードやフラッシュランプ等も使用できる。

（光学系１２１）
光源１２０から出射された光は、各種の光学部品を含む光学系１２１により、所望の光分布形状に成型され、所望の強度で被検体１００に導かれる。光学部品としては、光を反射するミラー、光を集めたり拡大したり形状を変化させたりするレンズ、光を分散・屈折・反射するプリズム、光ファイバなどの光導波路、光を拡散させる拡散板などがある。光を被検体に所望の形状・強度で照射できれば、どのような光学部品を用いても構わない。

光学系１２１から被検体１００へ照射される光の強度をあらかじめ設定し、記憶部１３２に格納しておいてもよい。制御部１３１は、設定された強度で照射光を照射するように光源１２０を駆動する。あるいは光源１２０や光学系１２１に光センサを設け、実際に射出する光の一部を計測して照射光の強度を求め記憶部１３２に格納しても良い。光強度は、特性情報の光強度に依存する部分の定量性を向上させる補正量として利用できる。なお、光源１２０そのものが所望の形状・強度の光を照射可能な場合、光学系１２０は必要ない。光学系１２０または光源１１０、あるいはこれらを合わせたものが、本発明の照射手段に相当する。

（探触子１１０）
探触子１１０は、音響波を受信してアナログの電気信号を出力するトランスデューサ１１２と、トランスデューサを囲う筺体とを備えている。トランスデューサ１１２は、感度の高い方向（指向軸）が球体の内部に向かうように配置される。トランスデューサ１１２としては、圧電現象、光の共振、静電容量の変化を利用したものなど、何を用いてもよい。ただし、光音響波の周波数成分は典型的には１００ＫＨｚから１００ＭＨｚなので、トランスデューサ１１２はこれらの周波数の音響波を検出可能なことが好ましい。

高解像度な画像を得るためには、探触子がトランスデューサを複数有し、複数の測定位置に配置することが好ましい。これにより、一度の光照射で生じる光音響波を複数の位置で取得できるため、画像化に用いる情報量が増加し、画質が改善する。その場合、球体の内部に、各トランスデューサの指向軸が集まる高解像度領域が形成される。ただし、単一のトランスデューサを複数の測定位置に移動させてもよい。トランスデューサ１１２が出力したアナログ電気信号は、必要に応じて増幅処理やデジタル変換処理を施された後、特性情報として再構成される。

本実施形態における探触子１１０は球面形状であり、開口部１１１を複数有している。図３（ａ）のように２つの開口部１１１を対面に配置した探触子１１０は、椀部、脚部、頸部等の測定に適する。図３（ｂ）のような開口配置の探触子１１０は、膝、肘、足首、手首、股関節、肩等の関節部の測定に適する。図３（ｃ）のような開口配置の探触子１１０は、掌の測定に適する。探触子１１０の形状はこれらに限定されるものではなく、開口部１１１を少なくとも２つ以上有していればよい。

以上のように少なくとも２つ以上の開口部を有する探触子１１０を用いることで、図３（ｄ）に示すように、被検体１００の注目領域１０１を高解像度領域である探触子１１０
の曲率中心１１３付近に配置できる。開口部１１１は、本発明の開口に相当する。

図４は、トランスデューサ１１２を複数有する探触子１１０の詳細図である。図４（ａ）では、探触子１１０内部の球面上で複数のトランスデューサ１１２が螺旋を描くように配置されている。図４（ｂ）では、複数のトランスデューサ１１２が放射状に配置されている。図４（ｃ）では、タイル形状のトランスデューサ１１２が敷き詰められている。いずれの場合も、被検体１００で生じた光音響波を様々な角度方向から受信できる。トランスデューサの配置は螺旋状、放射状またはタイル状に限られない。例えば格子状配置やランダム配置でもよい。

探触子１１０のトランスデューサ配置面と被検体１００の間の空間は、光音響波が伝搬できる媒質で満たす。この媒質は、被検体１００やトランスデューサ１３１との界面における音響特性の変化がなるべく小さいこと、および、光音響波の透過率がなるべく高いことが好ましい。また、光学系１２１からの光が被検体１００に効率的に照射されるように、媒質の光透過率が高いことが好ましい。

図５に示すように、非測定時は媒質をタンク５０３に貯蔵しておいても良い。この場合、測定時にポンプ５０２が媒質を探触子１１０内の空間へ注入し、測定終了後はポンプ５０２が媒質をタンク５０３へ戻す。ポンプ５０２は、図２のバス２００に接続され、制御部１３０の制御に従って媒質を注入・排出する。または、ポンプ５０２を作業者が直接操作してもよい。媒質は、本発明の整合媒質に相当する。ポンプ５０２は、媒質供給手段に相当する。

媒質としては、被検体１００の形状に合わせて変形可能な材質、例えば液体やゲル等が好ましい。例えば、水、ひまし油、超音波マッチングジェル等が利用できる。この場合、媒質が探触子１１０の開口部１１１から漏出することを抑えるための封止手段を設けることが好ましい。

封止手段の一つとして、図５に封止部５０１を示す。封止部５０１はゴム等の伸縮可能な材質で構成され、被検体１００を挿入するための穴があいている。穴に被検体１００を挿入すると、図５（ｂ）のように被検体１００に封止部５０１が密着し、媒質の漏出を防ぐ。被検体１００を挿入するための穴が十分小さく媒質の漏出量が小さい場合は、探触子１１０内を常時媒質で満たしておいてもよい。この場合、ポンプ５０２とタンク５０３を省略できる。

他の封止手段として、図６にバッグ６０１を示す。探触子内に設けられたバッグ６０１は、ゴム等の伸縮可能な材質でできている。図６（ａ）のように縮んだ状態のバッグ６０１の内部にポンプ５０２が媒質を注入すると、バッグ６０１は図６（ｂ）のように膨張する。図６（ｂ）のように被検体１００及び探触子１１０の全域と十分密着する状態までバッグを膨張させることで、探触子１１０内部が媒質で満たされる。また、媒質はバッグ内部に封止されるので、開口から漏出しない。また、膨張時に被検体１００を保持するようなバッグ形状とすることで、被検体１００を安定的に保持、固定する効果が得られる。

図６（ｃ）はバッグ６０１が一つの場合を示しており、この場合バッグ６０１は被検体１００を囲みこむように膨張する。また、バッグ６０１は図６（ｄ）のように複数設けてもよい。この場合、それぞれのバッグ内の空間にはポンプ５０２から媒質が供給される。これにより、バッグ６０１が被検体１００を無理なく包み込む。

バッグ６０１を膨張させた際、被検体１００や探触子１１０とバッグ６０１の間等に僅かな隙間ができる可能性がある。このため、あらかじめ探触子１１０内に少量の媒質を入
れておき、バッグ６０１の膨張時に隙間が媒質で埋められるようにするとよい。また、常時膨張した状態のバッグ６０１を用いてもよい。この場合、被検体１００の形状に合わせて変形可能なバッグ６０１を用いる。この構成であれば、ポンプ５０２とタンク５０３を省略できる。

バッグ６０１としては、被検体１００やトランスデューサ１３１との界面において音響特性が整合し、できるだけ光音響波の透過率が高い材質が好ましい。また、光学系１２１からの光の透過率が高い材質であることが好ましい。バッグ６０１は、探触子１１０から取り外せることが衛生上好ましい。これにより、複数の被検体１００を測定する際、被検体ごとバッグを細部まで消毒できる。また、バッグ６０１を使い捨て可能にしても良い。これにより、被検体ごとにバッグ６０１を交換することで測定を効率化できる。

開口１１１の外部には、図７に示すように被検体１００を保持する保持部７０１を設けてもよい。保持部７０１により、注目領域１０１を探触子１１０の曲率中心１１３付近に安定的に配置できる。さらに、保持部７０１と探触子１１０との相対的な位置関係を調節する機構を設けることで、注目領域の配置精度が向上する。このような機構の例として、図７（ａ）に示す保持手段移動部７０２がある。保持手段移動部７０２は、保持手段７０１を探触子１１０に対して並進及び回転させることができる。

また、図７（ｂ）に示す探触子移動部７０３を設けても良い。探触子移動部７０３は、探触子１１０を保持部７０１に対して並進及び回転させる。高い精度で位置調節をするために並進、回転の軸は多い程良いが、装置の複雑さやコストとのトレードオフを考慮して軸数を調節すると良い。探触子移動部７０３は、本発明における移動手段に相当する。

探触子１１０は、図７（ｃ）に示すように分割できても良い。分割することで注目領域１０１を目視できるため、注目領域１０１の曲率中心１１３への配置が容易になる。探触子１１０が大きい場合や重い場合は、ヒンジ７０４を設けるとよい。

探触子１１０には、図７（ｄ）のように、カメラ等の位置測定部７０５を設けても良い。位置測定部７０５により取得した被検体１００または注目領域１０１の位置を用いることで、注目領域１０１を曲率中心１１３付近により高精度に配置できる。注目領域１０１と曲率中心１１３の空間位置関係を把握するためには、３台以上のカメラを互いの光軸ができるだけ直交するように、かつ、光軸が曲率中心１１３を向くように配置すると良い。位置測定部７０５としてカメラ以外に、レーザ変位計やレーザ形状測定器等も利用できる。

さらに、曲率中心を向いた目標投影部を設け、被検体１００に目印を投影することでより位置関係を掴みやすくしても良い。目標投影部としてレーザポインターやレーザグリッドを利用できる。

（信号処理部１３０）
制御部１３０は、図２に示すように信号処理部１３１、記憶部１３２を備えている。記憶部１３２を除く制御部１３０は、典型的にはＣＰＵ、ＧＰＵ、Ａ／Ｄ変換器などの素子や、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの回路から構成される。また、信号増幅器を含んでもよい。トランスデューサ１１２により音響波から変換された電気信号はアナログ信号であるため、通常、デジタル信号に変換するとともに、増幅処理を施す。なお、信号処理部１３１は、１つの素子や回路から構成されるだけではなく、複数の素子や回路から構成されていてもよい。また、被検体情報取得を取得するための各処理をいずれの素子や回路が実行してもよい。各処理を実行する装置を総称して本実施形態に係る信号処理部とする。

記憶部１３２は、典型的にはＲＯＭ、ＲＡＭ、およびハードディスクなどの記憶媒体から構成される。なお、記憶部１３２は、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。また、信号処理部１３１は、処理時間を短縮するために、同時に複数の信号をパイプライン処理できることが好ましい。特性情報の取得処理を、信号処理部１３１に実行させるプログラムとして記憶部１３２に保存しておくことができる。ただし、プログラムが保存される記憶部１３２は、非一時的な記録媒体である。

信号処理部１３１および複数のトランスデューサ１１２は、共通の筺体に収められていてもよい。ただし、筺体に収められた信号処理部で一部の信号処理を行い、残りの信号処理を筺体の外部に設けられた信号処理部で行ってもよい。この場合、筺体の内部および外部に設けられた信号処理部を総称して、本実施形態に係る信号処理部とする。

（表示部１４０）
表示部１４０は、信号処理部１３０から出力される特性情報を表示する装置である。表示部１４０としては例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤなどを利用できる。なお、表示部１４０は必須ではなく、被検体情報取得装置とは別に提供されてもよい。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図８を参照して説明する。なお、各工程は、制御部１３０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。

（Ｓ１１０：被検体を配置する工程）
本工程では、被検体１００の注目領域１０１を、高解像度領域である探触子１１０の曲率中心１１３付近に配置する。２つの開口１１１を貫通するように被検体１００を探触子１１０内に挿入し、探触子１１０と被検体１００の位置関係を調節する。被検体１００の配置が完了した後、ポンプ５０２が媒質を注入する。

（Ｓ１２０：被検体に光を照射し光音響波を発生させる工程）
本工程では、光源１２０で発生させた光を光学系１２１を介して被検体１００に照射する。すると被検体１００内部で光が吸収され、光音響効果により光音響波が生じる。

（Ｓ１３０：光音響波を受信して受信信号を取得、保存する工程）
本工程では、探触子１１０により光音響波を受信（検出）して、受信信号を出力する。出力された受信信号を、記憶部１３２に格納する。

（Ｓ１４０：注目領域の被検体情報を取得する工程）
本工程では、Ｓ１３０で取得した受信信号を用いて注目領域１０１の特性情報を取得する。特性情報として光音響波の発生源分布、すなわち初期音圧分布を取得する場合、一般的な画像再構成手法である時間領域または周波数領域の逆投影法を利用できる。また、時間を逆にして波動方程式を解くタイムリバーサル法や、測定の系をモデル化して最適化問題を解くモデルベース法を用いても良い。

特性情報として吸収係数分布に関連した情報を取得する場合は、光音響波が生じた瞬間の注目領域１０１の光強度分布を取得し、前述した初期音圧分布を光強度分布で除算する。光強度分布は、輸送方程式や光拡散方程式を、モンテカルロ法、有限要素法、差分法等で解いて取得する。このとき、記憶部１３２に保存した照射光の光強度の値を用いることで、より高精度に光強度分布を算出できる。

（Ｓ１５０：被検体情報を表示する工程）
本工程では、Ｓ１４０で取得した注目領域の特性情報を表示部１４０に表示する。表示部１４０に表示された注目領域１０１の被検体情報は高い解像度を有するため、医師等の作業者による診断等に好適である。なお、本工程は本発明に必須ではなく、高精度な特性情報を取得して別途利用するために記憶装置に格納しておいても良い。

以上、本実施形態の被検体情報取得方法によれば、高解像度領域で発生した光音響波から受信信号を生成し、注目領域１０１の特性情報を高解像度で取得できる。特に被検体が長手方向を有する場合でも、様々な方向から光音響波を検出できるため、長手方向の解像度が低下しない。

［第２の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態と比較して、被検体の注目領域の高解像度領域への配置精度が向上する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明を省略する。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図９は、本実施形態にかかる被検体情報取得装置の模式図である。

（バッグ９０１）
本実施形態の装置は、第１の実施形態で説明したバッグ６０１と同様のバッグ９０１を、複数有する。さらに、バッグ内部への媒質の注入量は個別に調節可能である。これにより、図１０に示すように、バッグ９０１を膨張させた際の互いの相対的な体積比を変えられる。本実施形態ではバッグ９０１が６つの場合を示しているが、少なくとも２個以上であれば個数は限定されない。

（ポンプ９０２）
ポンプ９０２は、第１の実施形態で説明したポンプ５０２と同様の機能を有し、それに加えて、複数のバッグ９０１への媒質注入量を個別に調節できる。一台のポンプ９０２が複数のバッグ９０１へ媒質注入を行っても良いし、バッグの個数に応じた数のポンプ９０２を用意してもよい。ポンプ９０２は、図２のバス２００に接続し、制御部１３０の制御に従って個々のバッグに媒質を注入・排出する。または、ポンプ９０２を作業者が個別に直接操作してもよい。ポンプ９０２は、媒質供給手段に相当する。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図１１を参照して説明する。なお、各工程は、制御部１３０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。図１１のＳ２１０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０、Ｓ２６０は、それぞれ図８のＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０と同一であり、説明を省略する。

（Ｓ２２０：媒質を注入する工程）
本工程では、ポンプ９０２によりバッグ９０１へ媒質を注入する。個別のバッグ９０１への媒質の注入量は、被検体１００の曲率中心１１３に対する位置関係や被検体１００の形状に基づいて決定される。例えば、Ｓ２１０において作業者が位置関係や形状を目視等により把握し、被検体１００の表面から曲率中心１１３までの距離が長い（深い）側にあるバッグ９０１ほど注入媒質量を少なくする。図１０においては、被検体１００の右下表面から曲率中心１１３までの距離が長い。よって、探触子１１０の右下に存在するバッグの媒質量を少なくしている。これにより、適切な位置に配置済みの被検体１００が、バッ
グに押されて動くことを抑制できる。

個別のバッグ９０１への媒質注入量を、作業者によらずに調節することもできる。第１の実施形態で説明した位置測定部７０５（レーザ形状測定器等）を本実施形態の探触子１１０に設け、媒質を注入する前の状態で被検体１００の形状や位置を測定する。これら形状や位置に基づいて、制御部１３０がポンプ９０２を個別に制御して個々のバッグ９０２への媒質注入量を調節することで、前述した作業者による調節を自動化できる。

以上、本実施形態の被検体情報取得方法によれば、注目領域１０１を高解像度領域により高い精度で配置できるため、注目領域１０１の特性情報をより高解像度で取得できる。

［第３の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態と比較して、被検体の注目領域の特性情報を高解像度、かつ、より高いコントラストで取得できる。なお、第１の実施形態、及び、第２の実施形態と同一の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明をする。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図１２は、本実施形態の被検体情報取得装置の模式図である。

（光学系１２０１）
図１２において、符号１２０１を付した破線で囲まれた領域内にある複数の円柱形が、本実施形態の光学系１２０１である。光学系１２０１は、第１の実施形態で説明した光学系１２１と同様の材質や機能を有する。本実施形態では、このような光学系が複数存在し、かつ、その中から光を照射する光学系を選択可能である。本実施形態では６個の場合を示しているが、個数は限定されない。

光を照射する光学系１２０１は、切替器１２０２が選択する。切替器１２０２の例を図１３に示す。切替器１２０２は複数の可動ミラー１２０３を有し、それぞれの可動ミラーは光学系１２０１のそれぞれと対応している。図１３に破線四角形で示したように、可動ミラー１２０３のうち一つを光源１２０からの光路上へ移動させることで、対応する光学系１２０１から光が照射される。切替器１２０２は、バス２００に接続して制御部１３０の制御に従って動作する。なお、切替器の構造はこれに限定されず、例えばシャッタ機構や透過度変更機構を用いてもよい。

光学系１２０１は、それぞれの光軸が被検体１００の長軸方向と直交し、かつ、被検体１００を囲むように配置されることが好ましい。これにより、被検体１００上の任意の位置に、高い照射密度で光を照射できる。このような構成により、注目領域に必要な光量を届けられるので、光音響波のＳＮ比が高まる。なお、特にレーザ光源を用いる場合、照射光の強度がＭＰＥ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）などの安全基準を満たすように制御する。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を説明する。なお、各工程は、制御部１３０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。処理フロー自体は図８と同様であり、Ｓ１２０の光照射工程の内容が異なる。

本実施形態のＳ１２０では、まず複数の光学系１２０１の中から光を照射する光学系が選択される。そして、選択された光学系１２０１を介して光源１２０からの光が被検体１００に照射される。光学系は、被検体１００の曲率中心１１３に対する位置関係や被検体１００の形状に基づいて選択される。例えば、作業者が位置関係や形状を目視等により把
握し、被検体１００の表面から曲率中心１１３までの距離が短い（浅い）側にある光学系１２０１を選択する。図１４においては、被検体１００の左上表面から曲率中心１１３までの距離が短いので、探触子１１０の左上に存在する、太線で示した光学系１２０１を選択する。これにより光の減衰を補償できる。

光学系１２０１の選択を、作業者によらずに行うこともできる。第１の実施形態で説明した位置測定部７０５（レーザ形状測定器等）を本実施形態の探触子１１０に設け、媒質を注入する前の状態で被検体１００の形状や位置を測定する。これら形状や位置に基づいて、制御部１３０が複数の光学系１２０１の中から一つを選択することで、光量調節を自動化できる。また、選択される光学系は一つには限られない。さらに、光学系ごとに光量調整を可能としても良い。

生体等の被検体１００は、一般に光を強く散乱、吸収するため、照射された光の強度は被検体の深さ方向に指数的に減衰することが知られている。よって、被検体表面から浅い領域ほど光強度が強い。本実施形態では、曲率中心１１３までの距離が短い被検体１００の表面に選択的に光が照射されるため、曲率中心１１３付近に一致している注目領域に効率的に光が到達する。これにより、到達した光強度に比例して光音響波の振幅が大きくなり、受信信号のＳＮ比を改善できる。高解像度領域で発生させたＳＮの高い受信信号を用いることで、注目領域の特性情報を高解像度かつ高コントラストで取得できる。

［第４の実施形態］
本実施形態では、被検体に対して探触子を走査することで、より広い注目領域の特性情報を高解像度で取得可能な被検体情報取得装置について説明する。なお、第１の実施形態、または、第２の実施形態と同一の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明を省略する。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図１５は、本実施形態の被検体情報取得装置の模式図であり、図９の第２の実施形態の被検体情報取得装置に、図７（ｂ）に示した探触子移動部が取り付けられている。

（探触子移動部１５０１）
本実施形態の探触子移動部１５０１は、第１の実施形態で説明した探触子移動部７０３と同じ機能を有している。さらに探触子移動部１５０１は、制御部１３０の制御に従って被検体１００に対して相対的に探触子１１０を移動させる、走査機能を有する。

図１６に走査軌道の一例を示す。図１６（ａ）は螺旋軌道の走査を、図１６（ｂ）は円軌道の操作を、図１６（ｃ）は直線軌道の走査を示す。これは、注目領域の形状等に応じて適宜選択することができる。また図１６は一例であり、他の走査軌道を用いても良い。なお、図示していないが、探触子１１０内部には図９（ｂ）に示した複数のバッグ９０１が設置されており、それぞれに対しポンプ９０２から媒質を注排出できる。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図１７を参照して説明する。なお、各工程は、制御部１３０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。ステップＳ４４０、Ｓ４５０、Ｓ４７０は図８のＳ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１５０と同様のため、説明は省略する。

（Ｓ４１０：被検体を配置する工程）
本工程では、高解像度領域である探触子１１０の曲率中心１１３付近が注目領域１０１の内部に位置するように被検体１００を配置する。２つの開口１１１を貫通するように被
検体１００を探触子１１０内に挿入し、探触子１１０と被検体１００の位置関係を調節する。被検体の配置後、制御部１３０において探触子１１０を走査する軌道を設定する。軌道の設定は、作業者が行っても良いし、制御部１３０が自動で行っても良い。この時、探触子１１０内部に位置測定部７０５を設けて被検体１００の位置及び、または形状を取得して、走査軌道の設定に用いてもよい。

（Ｓ４２０：探触子を走査する工程）
本工程では、Ｓ４１０の走査軌道に基づいて、複数の測定位置に順次探触子１１０を移動させる。走査は連続的に行っても良いし、ステップアンドリピート方式で行っても良い。

（Ｓ４３０：媒質を注入・排出する工程）
本工程では、測定位置ごとの被検体１００の曲率中心１１３に対する位置関係に基づいて、個別のバッグ９０１への媒質注入量を調節する。第２の実施形態と同様に、被検体１００の表面から曲率中心１１３までの距離が長い（深い）側にあるバッグ９０１は注入媒質量を少なくする。この時、走査による測定位置の移動により被検体１００の表面から曲率中心１１３までの距離が変化するので、その都度ポンプ９０２が注入媒質量を変える。距離の変化は、Ｓ４１０で取得した被検体１００の位置や形状と、設定した走査軌道を用いて、測定位置ごとに算出できる。また、測定位置以外においても、走査軌道に従って媒質の注入・排出制御を常時行ってバッグ９０１により被検体１００が押されるのを抑制してもよい。

（Ｓ４６０：注目領域の特性情報を取得する工程）
本工程では、Ｓ４５０で取得した受信信号を用いて、第１の実施形態と同様の手法により、注目領域１０１内部のうち曲率中心１１３付近の特性情報を取得する。特性情報は、走査に応じて逐次、記憶部１３２に保存される。注目領域全体の走査が終了した時点で処理が完了する。ただし、注目領域全体での走査と電気信号取得が完了してから、最後にまとめて特性情報を算出しても良い。

判定ブロックＳ４８０において、走査が終了したかどうか判定される。走査軌道の終端に到達するまで、Ｓ４２０からＳ４６０を繰り返す。走査軌道の終端に到達して走査が終了したら、Ｓ４７０へ進む。

本実施形態では、Ｓ４３０において図１８に示すように走査の測定位置ごとにバッグ９０１の媒質注入量を個別に変更することで、バッグ９０１により被検体１００が押されて動くことを抑制できる。これにより、広い注目領域１０１内部を曲率中心１１３付近の高解像度領域で走査、測定できる。このようにして取得した受信信号を用いることで、注目領域１０１全体の特性情報を高解像度で取得できる。

［第５の実施形態］
本実施形態では、被検体に対して探触子を走査することで、より広い注目領域の特性情報を高解像度、かつ、高コントラストで取得する。なお、第１の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態と同一の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明を省略する。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図１９は、本実施形態の被検体情報取得装置の模式図であり、図１２の第３の実施形態の被検体情報取得装置に、図７（ｂ）に示した探触子移動部７０３を取り付けた装置である。第４の実施形態同様、被検体１００に対して相対的に探触子１１０を走査できる。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図２０を参照して説明する。なお、各工程は、制御部１３０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。図２０のＳ５１０、Ｓ５２０、Ｓ５４０、Ｓ５５０、Ｓ５６０はそれぞれ、図１７のＳ４１０、Ｓ４２０、Ｓ４５０、Ｓ４６０、Ｓ４７０と同一であり、説明を省略する。

（Ｓ５３０：被検体に光を照射し光音響波を発生させる工程）
本工程では、切替器１２０２により選択された光学系１２０１から被検体１００に光が照射される。そして、被検体１００内部で光が吸収され、光音響効果により光音響波が生じる。

本実施形態における光学系の選択も、第３の実施形態と同様、測定位置ごとの被検体１００の曲率中心１１３に対する位置関係に基づいて行われる。すなわち、被検体１００の表面から曲率中心１１３までの距離が短い（浅い）側にある光学系１２０１が選択される。この時、走査による測定位置の移動により被検体１００の表面から曲率中心１１３までの距離が変化するので、その都度選択する光学系を変える。距離の変化は、Ｓ５１０で取得した被検体１００の位置や形状と、設定した走査軌道を用いて、測定位置ごとに算出できる。光学系の選択は、制御部１３０の制御に従い切替器１２０２が行う。

本実施形態では、広い注目領域１０１内部を曲率中心１１３付近の高解像度領域で走査、測定しつつ、Ｓ５３０において図２２に示すように走査の測定位置ごとに光照射を行う光学系１２０１を変更する。これにより、第３の実施形態同様に受信信号のＳＮ比を改善できる。この受信信号を用いることで、注目領域１０１全体の特性情報を高解像度かつ高コントラストで取得できる。

１１０：探触子，１１１：開口部，１１２：トランスデューサ，１２１：光学系，１３０：制御部

Claims (9)

1. 光を被検体に照射する照射手段と、
   前記光を照射された前記被検体から発生する音響波を受信して受信信号を出力するトランスデューサを複数有する探触子と、
   前記受信信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する制御部と、
   を有し、
   前記探触子は、複数の開口を有し、かつ、前記複数のトランスデューサの配置面は球面形状である
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記音響波を伝搬させる整合媒質を、前記探触子内に封止する封止手段と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
3. 前記封止手段は、前記開口に設けられており、前記被検体を挿入する穴を有する伸縮可能な材質で構成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記封止手段は、前記探触子内に設けられており、内部に前記整合媒質を保持する空間を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記探触子内には複数の前記封止手段が設けられる
   ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記封止手段により封止された空間の内部に前記整合媒質を供給する媒質供給手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 複数の前記封止手段の内部へ個別に前記整合媒質を供給する媒質供給手段をさらに有し、
   前記制御部は、前記被検体の表面と前記探触子の曲率中心との距離に基づいて、複数の前記封止手段それぞれに供給される前記整合媒質の量を制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記照射手段は、複数の位置で前記光を前記被検体に照射することが可能であり、
   前記制御部は、前記被検体の表面と前記探触子の曲率中心との距離に基づいて、複数の前記位置から前記光を照射する位置を選択する
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記探触子を被検体に対して相対的に移動させる移動手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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