JP6041832B2 - 光音響画像生成装置及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、光照射に起因して生じた光音響波に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置に関する。また、本発明は、そのような光音響画像生成装置における光源の制御方法に関する。

生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面において反射する。超音波探触子を用いてその反射超音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することにより、内部の様子を画像化することができる。

また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、レーザパルスなどのパルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響波）が発生する。この光音響波を超音波プローブなどを用いて検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することにより、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。

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

特開２００９−３１２６２号公報 特開２００８−２５３４８２号公報

通常、被検体に対する光照射は被検体の表面から行われる。特に、穿刺針の先端が深い位置まで穿刺されると、被検体表面からの照射光が深い位置に穿刺された穿刺針まで十分に届かず、光音響画像により穿刺針の位置を確認することが困難になる。また、針外部から光を照射するため、先端のみではなく針本体全体から光音響波が発生し、針先を視認することが難しくなる。

上記問題に対し、針先まで光を導光し、針先から光照射を行うことが考えられる。針先まで導光することにより、針先が被検体深くまで穿刺されたときであっても、針先に光を照射できる。このため、被検体表面から光照射を行う場合に比べて、深い位置に穿刺されたときでも、光音響波を発生させることができる。また、針先部分において選択的に光音響波を発生させることができるため、針先を視認しやすくなる。

しかしながら、針先まで導光する場合でも、針先が被検体深くまで穿刺されたときに針先から照射する光の強度が弱すぎると、針先からの光照射に起因する光音響波が十分な強度で検出されず、光音響画像により針先を確認しにくくなる。一方で、針先が被検体深くまで穿刺されたときに合わせて強い光を針先から照射すると、針先が浅い位置に穿刺されたときに強い光音響波が検出され、フレア状のアーチファクトが生じたり、多重反射によるアーチファクトが生じたりすることがあり、針先の視認性が低下する。このような問題は、穿刺針に限らず、被検体内に挿入される挿入物の先端の位置を光音響画像を用いて確認しようするときに生じ得る。

本発明は、上記に鑑み、挿入物の先端部分に光を導光して光音響波を発生させ、光音響画像を用いて挿入物の先端部分を視覚化する場合に、挿入物の先端部分の視認性を向上させることができる光音響画像生成装置及び光源制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光音響画像生成装置は、光源と、少なくとも先端部分が被検体内部に挿入される挿入物であって、光源からの光を導光する導光部材と、先端部分の近傍に設けられ、導光部材により導光された光を出射する光出射部とを含み、先端部分を用いて光出射部からの光に起因した光音響波を発生する挿入物と、挿入物の少なくとも先端が被検体内に挿入された状態において挿入物からの光音響波を検出する音響波検出手段と、検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、光音響画像に基づいて光出射部から出射する光の量を制御する光源制御手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。ここでいう「先端部分の近傍」とは、光出射部がその位置に配置された場合に、穿刺作業に必要な精度で挿入物の先端の位置を画像化できる光音響波を発生可能な位置をいうものである。例えば、挿入物の先端から基端側へ０ｍｍ〜３ｍｍの範囲内となる。以降の実施の形態においても、先端部分の近傍とは同様の意味とする。

光源制御手段は、光源を制御することにより、光音響画像に基づいて設定光量を演算し、光出射部から出射する光の量が設定光量とする構成であってもよい。

挿入物は、光出射部からの光を吸収して光音響波を発生する光吸収部材を更に有していてもよい。

挿入物は、連通した内腔を有し、かつ、先端に開口を有し被検体に穿刺される穿刺針であってもよい。その場合、導光部材及び光吸収部材の少なくとも一方は、穿刺針の内腔の少なくとも一部を封止する内針を構成してもよい。

上記の導光部材及び光吸収部材により構成された内針は、外針を構成する穿刺針本体から着脱可能であることが好ましい。

光吸収部材は、穿刺針の開口の位置に配置されていてもよい。

挿入物が穿刺針であり、かつ、導光部材が穿刺針の内腔の少なくとも一部を封止する内針を構成することとしてもよい。

光源制御手段は、挿入物の少なくとも先端部分が被検体内に挿入された状態において生成された光音響画像に基づいて光源を制御してもよい。

光源制御手段は、光音響画像中のピークの画素値が第１のしきい値以上であり、かつ、ピークの周囲において画素値が第２のしきい値以上となる幅が所定の幅以下となるように光源を制御してもよい。

上記に代えて、光源制御手段が、光音響画像中のピークの画素値が第１のしきい値以上であり、かつ、ピークの周囲において画素値が第２のしきい値以上となる画素の面積が所定面積以下となるように光源を制御することとしてもよい。

第１のしきい値及び第２のしきい値の少なくとも一方は、被検体に挿入される挿入物の種類に応じて設定されてもよい。

光音響画像生成手段は、周期的に光音響画像を生成してもよい。その場合、光源制御手段は、光音響画像の複数フレームおきに光源を制御してもよい。

光源制御手段は、挿入物からの光音響波が検出されたときに光出射部から出射する光の量の制御を行うこととしてもよい。

光源制御手段は、挿入物からの光音響波が検出されないときは、光出射部から出射する光の量を、被検体に対する最大許容露光量に制御してもよい。なお、ここでいう「最大許容露光量（Maximum Permissible Exposure）」とは、レーザー製品の安全基準（JIS C 6802）に規定されている方法に準拠した「通常の環境下で，人体に照射しても有害な影響を与えることがないレーザ放射のレベル」をいうものである。

本発明の光音響画像生成装置は、音響波検出手段及び挿入物の少なくとも一方が被検体と接触していることを検知する接触検知手段を更に備える構成を採用できる。その場合、光源制御手段は、接触検知手段が接触を検知しているときに光源の制御を行うこととしてもよい。

音響波検出手段は、被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を更に検出してもよい。光音響画像生成装置は、反射音響波に基づいて反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成手段を更に備える構成でもよい。その場合、光音響画像生成装置が、光音響画像と反射音響波画像とを合成する画像合成手段を更に備えていてもよい。

本発明は、また、少なくとも先端部分が被検体内部に挿入される挿入物であって、光源からの光を導光する導光部材と、先端部分の近傍に設けられ、導光部材により導光された光を出射する光出射部とを含み、先端部分において光出射部からの光に起因した光音響波を発生する挿入物の少なくとも先端が被検体内に挿入された状態において挿入物からの光音響波を検出するステップと、検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成するステップと、光音響画像に基づいて光出射部から出射する光の量を制御するステップとを有する光源制御方法を提供する。

本発明の光音響画像生成装置及び光源制御方法では、挿入物に光源からの光を導光して先端部分において光音響波を発生させ、その光音響波を検出した光音響画像を生成し、光音響画像に基づいて挿入物の先端部分に照射する光の量を制御する。例えば、検出された光音響波が弱いときには、光源から出射する光の量を増やすことにより、挿入物の先端部分において発生する光音響波を強める。逆に、検出された光音響波が強いときは、光源から出射する光の量を減少させることにより、挿入物の先端部分において発生する光音響波を弱める。このようにすることにより、挿入物が被検体の深い位置に挿入されたときでも光音響画像による挿入物の先端の位置の確認が可能となる。また、挿入物の挿入位置が浅いときにフレア状のアーチファクトが生じたり、多重反射によるアーチファクトが生じたりすることを抑制することができ、挿入物の先端部分の視認性を向上させることができる。

本発明の一実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。 穿刺針の断面を示す断面図。 レーザユニットの構成を示すブロック図。 光音響画像を示す図。 光音響画像の画素値の分布を示すグラフ。 光音響画像を示す図。 アーチファクトが生じた光音響画像を示す図。 動作手順を示すフローチャート。 変形例の光音響画像生成装置を示すブロック図。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置（光音響画像診断装置）１０は、プローブ（超音波探触子）１１と、超音波ユニット１２と、レーザユニット１３とを含む。なお、本発明の実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。

レーザユニット１３は、挿入物まで導光される光を出射する光源であり、例えばレーザダイオード（半導体レーザ）を含む。レーザのタイプは特に限定されず、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）やアレキサンドライトなどを用いた固体レーザであってもよい。あるいは、レーザダイオードを種光源とする光増幅型レーザ光源であってもよい。

本実施形態では、少なくとも先端部分が被検体内に挿入される挿入物として、被検体内に穿刺される穿刺針を考える。穿刺針１５は、先端に開口を有し、中空形状に形成される。レーザユニット１３から出射したレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光部材を用いて穿刺針１５まで導光される。

図２は、穿刺針１５の断面を示す。穿刺針１５は、鋭角に形成された先端に開口を有し内部に内腔が形成される中空形状の穿刺針本体５１と、レーザユニット１３からの光を穿刺針の開口の近傍に導光する導光部材５２と、開口の近傍において、導光部材５２の光出射部から出射した光が照射される位置に設けられた光吸収部材５３とを有する。導光部材５２は、例えば光ファイバにより構成されており、その光ファイバのレーザユニット１３から見て光進行側の端面が光出射部を構成する。光出射部からは、例えば０．２ｍＪのレーザ光が出射する。

光吸収部材５３は、導光部材５２の光出射部からの光を吸収して光音響波を発生する。光吸収部材５３は、例えば黒顔料を混合したシリコーンゴムや、レーザ光の波長に対して光吸収性が高い例えば黒色の塗料により形成される。これらに代えて、光吸収部材５３を、レーザ光の波長に対して光吸収性を有する金属膜又は酸化物の膜により形成してもよい。例えば光吸収部材５３として、レーザ光の波長に対して光吸収性が高い酸化鉄、酸化クロム、または酸化マンガンなどの酸化物の膜を用いることができる。あるいは、光吸収性は酸化物よりも低いが生体適合性が高いＴｉ、Ａｕ、またはＰｔなどの金属膜を光吸収部材５３として用いてもよい。

導光部材５２及び光吸収部材５３は、中空形状の穿刺針本体５１の内径とほぼ同じ大きさの外径を有する。導光部材５２及び光吸収部材５３は、穿刺針本体５１の内腔の少なくとも一部を封止する内針としても機能する。穿刺針本体５１の内腔は、導光部材５２と光吸収部材５３との少なくとも一方により封止されていればよい。導光部材５２及び光吸収部材５３は、中空の穿刺針本体５１に対して抜き差し（着脱）可能に構成される。

術者は、穿刺針本体５１内に内針である導光部材５２及び光吸収部材５３がセットされた状態において、穿刺針１５を被検体へ穿刺する。穿刺針本体５１の内腔が内針により塞がれるため、針を穿刺している途中に肉片などを巻き込むことを防止でき、術者の刺す感覚が妨げられることを防止できる。また、穿刺部位から穿刺針本体５１の内腔への水分の流入も防止できる。術者は、被検体への穿刺後、穿刺針本体５１から内針を抜去する。内針の抜去後、術者は図示しない外針基にシリンジなどを装着し、例えば麻酔薬などの薬剤の注入を行う。あるいは、被検体の穿刺針１５が穿刺された箇所から生検試料を採取する。

なお、図２では穿刺針が光吸収部材５３を有することとしたが、光吸収部材５３は必ずしも設けられていなくてもよい。光吸収部材５３を用いるのに代えて、導光部材５２からの光を穿刺針本体５１の内壁に照射するなどして、針先部分において光音響波を発生させてもよい。また、導光部材５２及び光吸収部材５３は、必ずしも内針を構成していなくてもよく、導光部材５２及び光吸収部材５３の外径が、穿刺針本体５１の内腔の内径よりも細くてもよい。

図１に戻り、プローブ１１は、音響波検出手段であり、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有している。プローブ１１は、被検体に穿刺針１５が穿刺された状態において、導光部材５２（図２）の光出射部から出射した光に起因して発生した光音響波を検出する。また、プローブ１１は、光音響波の検出に加えて、被検体に対する音響波（超音波）の送信、及び送信した超音波に対する被検体からの反射音響波（反射超音波）の受信を行う。

超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、データ分離手段２４、光音響画像生成手段２５、超音波画像生成手段２６、画像合成手段２７、制御手段２８、送信制御回路２９、及び光源制御手段３０を有する。受信回路２１は、プローブ１１により検出された光音響波の検出信号を受信する。また、プローブ１１により検出された反射超音波の検出信号を受信する。

ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１が受信した光音響波及び反射超音波の検出信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば所定の周期のサンプリングクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響波及び反射超音波の検出信号をサンプリングする。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした光音響波及び反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。

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

光音響画像生成手段２５は、プローブ１１により検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。超音波画像生成手段２６は、プローブ１１により検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像（反射音響波画像）を生成する。超音波画像の生成も、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。光音響画像生成手段２５及び超音波画像生成手段２６は、例えば周期的に光音響画像及び超音波画像を生成する。

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

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

制御手段２８は、超音波画像の生成時は、送信制御回路２９に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路２９は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。制御手段２８は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。

光源制御手段３０は、光音響画像生成手段２５が生成した光音響画像に基づいて導光部材５２の光出射部から出射する光の量を制御する。光源制御手段３０は、穿刺針１５の少なくとも先端部分が被検体内に挿入された後に生成された光音響画像に基づいてレーザユニット１３を制御する。光源制御手段３０は、穿刺針１５からの光音響波が検出されていないときは、レーザユニット１３の制御を行わないことが好ましい。穿刺針１５からの光音響波が検出されているか否かは、光音響画像の画素値により判断できる。

光源制御手段３０は、例えば光音響画像に基づいて設定光量を演算し、光出射部から出射する光の量が設定光量となるようにレーザユニット１３を制御する。光源制御手段３０は、光音響画像生成手段２５が光音響画像を生成するたびに設定光量を演算してもよいし、複数フレームおきに設定光量を演算してもよい。複数フレームおきに設定光量を演算する場合は、複数フレームの光音響画像を加算平均し、加算平均された光音響画像に基づいて設定光量を演算してもよい。

図３は、レーザユニット１３の構成を示す。レーザユニット１３は、レーザダイオード６１、ミラー６２、光検出器６３、及びレンズ６４を有する。光源制御手段３０は、レーザダイオード６１を駆動する。ミラー６２は、レーザダイオード６１から出射した光の一部を光検出器６３方向へ反射し、残りを透過させる。ミラー６２を透過した光は、レンズ６４を介して導光部材５２へ入射される。

光検出器６３は、ミラー６２において反射した光を入射し、入射光の量に応じた信号を出力する。光源制御手段３０は、光検出器６３の出力信号に基づいてレーザダイオード６１の出力を制御する。光源制御手段３０は、例えば光検出器６３の出力信号が、設定光量に対応した信号の大きさになるように、レーザダイオード６１の出力を制御する。レーザダイオード６１の出力を制御するのに代えて、導光部材５２の光出射部までの光路において光を減衰させることにより、光出射部から出射する光の量を制御することとしてもよい。

ここで、穿刺針１５において光吸収部材５３（図２）に照射される光が強いと、針先において発生する光音響波が強くなり、光音響画像において針先部分が太く表現され、針先の位置が視認しにくくなる。超音波画像を背景に光音響画像を表示する場合、広がった光音響波により背景の超音波画像が隠れ、穿刺針の先端と穿刺の対象である血管などとの位置関係が分かりにくくなり、正確な穿刺の妨げとなる。光源制御手段３０は、光音響画像において針先が一定の太さ以下となるように、レーザユニット１３から出射する光の量を制御するとよい。

光源制御手段３０は、例えば光音響画像における画素値の分布に基づいてレーザユニット１３を制御する。光源制御手段３０は、光音響画像中のピークの画素値が第１のしきい値以上であり、かつ、ピークの周囲において画素値が第２のしきい値以上となる幅が所定の幅（μｍ、ｐｉｘｅｌなど）以下となるように、レーザユニット１３を制御する。第１のしきい値は、光音響波（光音響信号）が存在する部分の信号の下限値に対応し、第２のしきい値は、明るく表示される部分の信号の下限値に対応する。

図４は、光音響画像を示す。針先に存在する光吸収部材５３からの光音響波により、光音響画像では針先部分が明るく表示される。光源制御手段３０は、このような光音響画像から、例えば深さ方向に直交する方向に光音響画像を切り出し、切り出した光音響画像の分布に基づいて明るい部分の幅を求め、幅が所定の長さに収まるようにレーザダイオード６１の出力を制御する。

図５は、光音響画像の画素値の分布を示す。光音響画像の画素値は、穿刺針１５の先端部分において発生した光音響波の強度に関連する。光源制御手段３０は、画素値が第１のしきい値Ｔｈ１以上の画素を、光音響波が検出された画素とみなす。光源制御手段３０は、光音響波が検出された画素について、画素値が、所定の明るさに対応した第２のしきい値Ｔｈ２以上となる幅ｗを求める。この幅ｗが所定の幅、例えば１００μｍよりも広ければ、幅ｗが所定の幅以下となるように、設定光量を現在の設定光量よりも低下させる。更新した設定光量となるようにレーザダイオード６１の出力を低下させることにより、光吸収部材５３において発生する光音響波が弱くなり、画素値が第２のしきい値Ｔｈ２以上となる幅ｗが狭くなる。

上記に代えて、光音響画像における針先からの光音響波に対応した部分の面積に基づいてレーザユニット１３を制御してもよい。この場合、光源制御手段３０は、例えば、光音響画像中のピークの画素値が第１のしきい値以上であり、かつ、ピークの周囲において画素値が第２のしきい値以上となる画素の面積が所定面積（μｍ^２、ｐｉｘｅｌ^２など）以下となるようにレーザユニット１３を制御すればよい。

図６は、光音響画像を示す。針先に存在する光吸収部材５３からの光音響波により、光音響画像では針先部分が明るく表示される点は図４と同様である。光源制御手段３０は、このような光音響画像において、光音響波が検出されている画素を求め、その画素について、明るい部分の面積Ｓを求める。光源制御手段３０は、この面積Ｓが、所定面積、例えば１００００μｍ^２以下となるようにレーザダイオード６１の出力を制御する。

図７は、アーチファクトが生じた光音響画像を示す。光音響波が検出された部分の分布は、円形に広がる場合には限られない。例えば光吸収部材５３において発生した光音響波が穿刺針本体５１において複数回反射した場合には、針から下へのアーチファクトとなり、正確な穿刺の妨げとなる。このような場合にも、上記した手法に従って光源制御手段３０が光音響画像に基づいてレーザダイオード６１の出力を下げることにより、アーチファクトを低減することが可能である。

ところで、レーザユニット１３から出射する光の量を一定とした場合でも、光吸収部材５３において発生する光音響波の強さは、穿刺される穿刺針の太さまたは用いられる光吸収部材５３の材料などに依存して変化し得る。第１のしきい値及び第２のしきい値の少なくとも一方は、被検体に挿入される穿刺針の種類に応じて設定されていてもよい。また、画素値が第２のしきい値Ｔｈ２以上となる画素の幅に基づいてレーザユニット１３を制御する場合の所定の幅、及び、画素値が第２のしきい値Ｔｈ２以上となる画素の面積に基づいてレーザユニット１３を制御する場合の所定の面積も、穿刺針の種類に応じて設定されていてもよい。例えば、第１のしきい値Ｔｈ１、第２のしきい値Ｔｈ２、及び所定の幅又は所定の面積などのパラメータと穿刺針の種類とを対応付けてテーブルに記憶しておき、そのテーブルを参照して、使用される穿刺針に対応したパラメータを取得するようにしてもよい。

図８は、動作手順を示す。医師などにより、穿刺針１５が被検体に穿刺される（ステップＳ１）。穿刺針１５の穿刺後、超音波ユニット１２の制御手段２８は、レーザユニット１３にトリガ信号を送る。レーザユニット１３は、トリガ信号を受けるとパルスレーザ光を出射する。レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は、導光部材５２（図２）によって穿刺針１５の先端の近傍まで導光され、光出射部から光吸収部材５３に照射される（ステップＳ２）。

プローブ１１は、光吸収部材５３がレーザ光を吸収することにより発生した光音響波を検出する（ステップＳ３）。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１を介して光音響波の検出信号を受け取り、光音響波の検出信号をサンプリングして受信メモリ２３に格納する。データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された光音響波の検出信号を光音響画像生成手段２５に渡す。光音響画像生成手段２５は、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する（ステップＳ４）。

光源制御手段３０は、ステップＳ４において生成された光音響画像に基づいてレーザユニット１３の設定光量を演算する（ステップＳ５）。光源制御手段３０は、次回のレーザ出射時にレーザダイオード６１（図３）から出射される光の量が設定光量となるようにレーザユニット１３を制御する。光源制御手段３０が参照する光音響画像は、少なくとも再構成された光音響画像であればよく、必ずしもディスプレイなどに表示される表示用の光音響画像であることまでは要しない。

光源制御手段３０は、ステップＳ３において光音響波が検出できた場合のみ、ステップＳ５を実施し、レーザユニット１３を制御してもよい。例えば、穿刺針１５の先端部分がプローブ１１において音響波が検出可能な範囲から外れている場合など、ステップＳ３において光音響波が検出できない場合は、ステップＳ５は実施せず、レーザユニット１３から出射する光の量を変化させなくてもよい。あるいは、光音響波が検出できない場合は、生体に対する最大許容露光量を、設定光量として設定してもよい。

制御手段２８は、送信制御回路２９に超音波トリガ信号を送る。送信制御回路２９は、それに応答してプローブ１１から超音波を送信させる（ステップＳ６）。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する（ステップＳ７）。なお、超音波の送受信は分離してもよい。例えばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１により受信してもよい。

プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。

データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された反射超音波の検出信号を超音波画像生成手段２６に渡す。超音波画像生成手段２６は、反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像を生成する（ステップＳ８）。画像合成手段２７は、ステップＳ４において生成された光音響画像とステップＳ７において生成された超音波画像とを合成する（ステップＳ９）。ステップＳ９において合成された画像は、画像表示手段１４に表示される（ステップＳ１０）。

本実施形態では、穿刺針１５の先端までレーザユニット１３からの光を導光し、穿刺針１５の先端部分において光音響波を発生させる。光源制御手段３０は、検出された光音響波に基づく光音響画像に基づいて、レーザユニット１３を制御する。光源制御手段３０が、検出された光音響波に基づいて穿刺針１５の先端まで導光される光の量を制御することにより、穿刺針１５の位置に応じて適切な量の光を穿刺針１５の先端部分まで導光することができ、先端部分において発生させる光音響波の強度を適切な強度に制御できる。例えば、穿刺が浅い場合は、レーザユニット１３から出射する光の量を少なくすることにより、穿刺針１５の先端部分からの光音響波が強すぎることに起因したアーチファクトを抑制することができる。逆に穿刺が深い場合は、レーザユニット１３から出射する光の量を多くすることにより、深い位置の先端部分から十分な強度の光音響波を発生させることができる。このようにすることにより、針先の視認性を向上して正確な穿刺をアシストすることができる。

ここで、特許文献２には、光音響波発生手段に向けて照射光を照射し、光音響波発生手段からの光音響信号が適切な大きさを有するか否かを判定し、その結果に応じて増幅器の増幅率や光源の光量を変化させることが記載されている。しかし、特許文献２では、光音響波発生手段に対する光照射は生体に対する測定を行っていない期間に行われるものであり、特許文献２において、穿刺される針の先端からの光音響波に応じて光源の光量を制御する構成は採り得ない。また、特許文献２の目的は音響波検出手段の劣化や故障を検出することにあり、光音響波発生手段と音響波検出手段との間の距離は一定になっている。従って、特許文献２において、光音響波発生手段を、被検体に穿刺される穿刺針の先端に配置することはあり得ない。

なお、上記実施形態では、穿刺針１５の先端部分に光照射を行うことを説明したが、これに加えて、被検体表面からの光出射を別途行い、その光照射に起因して発生した光音響波を検出して光音響画像を生成してもよい。その場合は、穿刺針１５の先端部分に光照射を行うことにより生じた光音響波を画像化した光音響画像と、被検体の表面からの光照射に起因した光音響波を画像化した光音響画像とを重ねて表示することとしてもよい。

穿刺針は、経皮的に被検体外部から被検体に穿刺されるものには限定されず、超音波内視鏡用の針であってもよい。また、上記実施形態では、挿入物として穿刺針を考えたが、これには限定されない。挿入物は、内部にラジオ波焼灼術に用いられる電極を収容するラジオ波焼灼用針であってもよいし、血管内に挿入されるカテーテルであってもよし、血管内に挿入されるカテーテルのガイドワイヤであってもよい。あるいは、レーザ治療用の光ファイバであってもよい。

図９は、変形例の光音響画像生成装置を示す。変形例の光音響画像生成装置１０ａは、超音波ユニット１２ａ内に接触検知手段３１を更に備える。接触検知手段３１は、プローブ１１と穿刺針１５の少なくとも一方が被検体と接触していることを検知する。接触検知手段３１は、例えば圧力センサなどを用いて被検体との接触を検知する。あるいは、磁気センサなどを用いてプローブ１１や穿刺針１５の空間的な位置を把握し、その位置情報に基づいて被検体の接触を検知してもよい。光源制御手段３０は、接触検知手段３１が接触を検知しているときに、レーザユニット１３の制御を行う。このようにすることにより、プローブ１１が被検体に接触しておらず従って光音響波の検出が行えないときや、穿刺針１５が被検体内に穿刺されておらず従って針先からの光音響波がプローブ１１により検出できないときに、レーザユニット１３から強いレーザ光が出射されることを防止できる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像生成装置及び光源制御方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

１０：光音響画像生成装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザユニット
１４：画像表示手段
１５：穿刺針
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：データ分離手段
２５：光音響画像生成手段
２６：超音波画像生成手段
２７：画像合成手段
２８：制御手段
２９：送信制御回路
３０：光源制御手段
３１：接触検知手段
５１：穿刺針本体
５２：導光部材
５３：光吸収部材
６１：レーザダイオード
６２：ミラー
６３：光検出器
６４：レンズ

Claims (18)

1. 光源と、
   少なくとも先端部分が被検体内部に挿入される挿入物であって、前記光源からの光を導光する導光部材と、前記先端部分の近傍に設けられ、前記導光部材により導光された光を出射する光出射部とを含み、前記先端部分において前記光出射部からの光に起因した光音響波を発生する挿入物と、
   前記挿入物の少なくとも先端が被検体内に挿入された状態において前記挿入物からの光音響波を検出する音響波検出手段と、
   前記検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、
   前記光音響画像に基づいて前記光出射部から出射する光の量を制御する光源制御手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
2. 前記光源制御手段は、前記光源を制御することにより、前記光音響画像に基づいて設定光量を演算し、前記光出射部から出射する光の量が前記設定光量とする請求項１に記載の光音響画像生成装置。
3. 前記挿入物が、前記光出射部からの光を吸収して光音響波を発生する光吸収部材を更に有する請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
4. 前記挿入物は、連通した内腔を有し、かつ、先端に開口を有し被検体に穿刺される穿刺針であり、
   前記導光部材及び前記光吸収部材の少なくとも一方が前記穿刺針の内腔の少なくとも一部を封止する内針となる請求項３に記載の光音響画像生成装置。
5. 前記内針が、外針を構成する前記穿刺針の本体から着脱可能である請求項４に記載の光音響画像生成装置。
6. 前記光吸収部材が前記穿刺針の開口に位置する請求項４又は５に記載の光音響画像生成装置。
7. 前記挿入物は、連通した内腔を有し、かつ、先端に開口を有し被検体に穿刺される穿刺針であり、
   前記導光部材が前記穿刺針の内腔の少なくとも一部を封止する内針となる請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
8. 前記光源制御手段は、前記挿入物の少なくとも先端部分が被検体内に挿入された状態において生成された光音響画像に基づいて光源を制御する請求項１から７何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
9. 前記光源制御手段は、前記光源を制御することにより、前記光音響画像中のピークの画素値が第１のしきい値以上であり、かつ、前記ピークの周囲において画素値が第２のしきい値以上となる幅が所定の幅以下とする請求項１から８何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
10. 前記光源制御手段は、前記光源を制御することにより、前記光音響画像中のピークの画素値が第１のしきい値以上であり、かつ、前記ピークの周囲において画素値が第２のしきい値以上となる画素の面積が所定面積以下とする請求項１から８何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
11. 前記第１のしきい値及び第２のしきい値の少なくとも一方が、被検体に挿入される前記挿入物の種類に応じて設定される請求項９又は１０に記載の光音響画像生成装置。
12. 前記光音響画像生成手段が周期的に光音響画像を生成し、前記光源制御手段が複数フレームおきに前記光源を制御する請求項１から１１何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
13. 前記光源制御手段は、前記挿入物からの光音響波が検出されたときに前記光出射部から出射する光の量の制御を行う請求項１から１２何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
14. 前記光源制御手段は、前記挿入物からの光音響波が検出されないときは、前記光出射部から出射する光の量を、被検体に対する最大許容露光量に制御する請求項１から１３何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
15. 前記音響波検出手段及び前記挿入物の少なくとも一方が被検体と接触していることを検知する接触検知手段を更に備え、前記光源制御手段は、前記接触検知手段が接触を検知しているときに前記光源の制御を行う請求項１から１４何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
16. 前記音響波検出手段が、被検体に向けて送信された音響波に対する反射音響波を更に検出し、
    前記反射音響波に基づいて反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成手段を更に備えた請求項１から１５何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
17. 前記光音響画像と前記反射音響波画像とを合成する画像合成手段を更に備えた請求項１６に記載の光音響画像生成装置。
18. 少なくとも先端部分が被検体内部に挿入される挿入物であって、光源からの光を導光する導光部材と、前記先端部分の近傍に設けられ、前記導光部材により導光された光を出射する光出射部とを含み、前記先端部分において前記光出射部からの光に起因した光音響波を発生する挿入物の少なくとも先端が被検体内に挿入された状態において前記挿入物からの光音響波を検出するステップと、
    前記検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成するステップと、
    前記光音響画像に基づいて前記光出射部から出射する光の量を制御するステップとを有する光音響画像生成装置の作動方法。