JP2017046762A - 被検体情報取得装置および被検体情報取得装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検体情報を高分解能に取得するために大きく寄与しない受信信号の取得を低減する。
【解決手段】 被検体情報取得装置は、被検体の一部である被検部を挿入するための開口を備える保持部材と、開口の形状を規定する開口規定部と、を有し、開口の形状に基づいて、トランスデューサを支持する支持体の移動領域を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検体情報取得装置および被検体情報駆動装置の駆動方法に関する。

レーザなどの光源から生体などの被検体に光を照射し、被検体に入射した光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が、医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ（ＰＡＩ：光音響イメージング）がある。光音響イメージングでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体組織から発生した音響波を受信し、その受信信号に基づき、被検体情報を画像化する。

光音響イメージングでは、腫瘍などの対象部位とそれ以外の組織との光エネルギーの吸収率の差を利用する。被検部位は照射された光エネルギーを吸収して、瞬間的に膨張する。その際に発生する弾性波（以下、光音響波とも称する）を探触子で受信する。この受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の情報、特に、発生した光音響波の初期音圧分布、光エネルギー吸収密度分布、あるいは光吸収係数分布などを得ることができる。これらの情報は、被検体内の特定物質、例えば、血液中の酸素飽和度などの定量的計測にも利用できる。近年、この光音響イメージングを用いて、小動物の血管像をイメージングする前臨床研究や、この原理を乳がんなどの診断に応用する臨床研究が積極的に進められている（非特許文献１）。

特許文献１には、半球上にトランスデューサが配置された探触子を用いて光音響イメージングを行う光音響装置が記載されている。この探触子によれば、特定の領域、具体的には半球の中心付近で発生した光音響波を高感度に受信することができる。そのため、特定の領域における被検体情報の分解能が高くなる。また、特許文献１には、この探触子をある平面内で走査し、次に走査平面に垂直な方向に探触子を移動させて別の平面内で走査し、このような走査を複数回行うことが記載されている。特許文献１に記載された走査によれば、広い範囲で分解能の高い被検体情報を取得できることが記載されている。

特開２０１２−１７９３４８号公報

"Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｅａｓｔ"， Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ． ３７， Ｎｏ． １１， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１０

しかしながら、特許文献１に記載された走査では、高感度となる領域が被検体情報を取得したい注目領域にない場合にも光音響波を受信する場合がある。このときに取得される受信信号は、注目領域における被検体情報を高分解能に取得するためには大きく寄与しない受信信号である。すなわち、特許文献１に記載された走査では、注目領域における分解能の高い被検体情報を取得するための受信信号を取得する効率が低くなる場合がある。

そこで本発明は、注目領域における被検体情報の分解能を高くするための受信信号を、効率良く取得することのできる光音響装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面である被検体情報取得装置は、光源と、前記光源から発生した光を被検体に照射することで発生する音響波を受信して、電気信号を出力する複数のトランスデューサと、前記複数のトランスデューサの指向軸が集まるように、前記複数のトランスデューサを支持する支持体と、前記被検体を保持する保持部材であって、前記被検体の一部である被検部を挿入するための開口を備える保持部材と、前記被検部と前記支持体とを相対的に移動させる移動部と、前記移動部の移動領域を設定する移動領域設定部と、前記開口の形状を規定する開口規定部と、を有し、前記移動領域設定部は、前記開口に係る情報に基づいて、前記移動領域を決定することを特徴とする。

本発明によれば、注目領域における被検体情報の分解能を高くするための受信信号を、効率良く取得できる。

第１実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る被検体情報取得装置の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る被検体情報取得装置の接続を示す概略図である。 第１の絞り部に対する支持体の移動領域を示す概略図である。 第２の絞り部に対する支持体の移動領域を示す概略図である。 第２実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示す概略図である。 第２実施形態に係る絞り部の構成を示す概略図である。 第２実施形態に係る被検体情報取得装置の動作を示すフローチャートである。

図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る被検体情報取得装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る被検体情報取得装置１００の構成を示す概略図である。

被検部Ｅは測定の対象である。具体例としては、***、手、足などの生体の部位である。本装置の校正や調整を行う場合においては、生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが被検部Ｅとなる。ここで、音響特性とは、音響波の伝搬速度及び減衰率などであり、光学特性とは、光の吸収係数及び散乱係数などである。光音響波の測定（以下、光音響測定とも称する）を行うためには、被検部Ｅの内部に、後述する光源１１７から照射される光の光吸収係数が大きい光吸収体が存在する必要がある。被検部Ｅが生体である場合には、ヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などが該当する。被検部Ｅがファントムである場合には、光学特性を模擬した物質を、光吸収体としてファントムの内部に封入する。

光源１１７は、パルス光を発生させる装置である。光源としては、大出力が得られるレーザが望ましいが、発光ダイオードやフラッシュランプなどでもよい。光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射しなければならない。被検体が生体の場合、光源１１７から発生するパルス光のパルス幅は数十ナノ秒以下にすることが望ましい。また、パルス光の波長は生体の窓と呼ばれる近赤外領域であり、７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度が望ましい。この領域の光は、生体の比較的深部まで到達することができ、生体深部の情報を得ることができる。生体の表面付近のみの測定を行うのであれば、５００〜７００ｎｍ程度の可視光から近赤外領域のパルス光を使用してもよい。特に、パルス光の波長は、観測対象が高い吸収係数を持つ領域であることが望ましい。

保持部１０６は、被検体を支持する支持台１０２の開口部に取り付けられ、開口部から挿入された被験体の一部である被検部Ｅを保持するとともに、被検部Ｅの形状を保つ保持部材である。異なる形状の保持部１０６を複数用意し、交換できるように構成しても良い。この場合には、被検体情報取得装置波、保持部１０６が着脱可能に取り付けられるための取付部を備えていることが好ましい。異なる形状の保持部１０６は、被検部Ｅの種類や大きさなどに応じて、適したものをユーザが選択すればよい。保持部１０６の材料としては、被検部Ｅの音響インピーダンスに近い材料とすると、被検部Ｅと保持部１０６との界面で音響波が反射することを低減することが可能となる。また、保持部１０６の厚みは、保持部１０６による音響波の反射を低減するために、薄いことが好ましい。本実施形態のように保持部１０６を介して被検部Ｅに光を照射したり、後述する撮像素子で被検部Ｅの外観画像を取得する場合には、保持部１０６は光の透過率が高いことが好ましい。例えば、ポリメチルペンテン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネートなどが好適である。被検部Ｅが***の場合、***形状の変形を少なくするとともに形状を一定に保つために、保持部１０６の形状は球をある断面で切った形状であることが好ましい。***を保持する保持部１０６としては、上述した材料を用いたカップ形状の保持部に限らず、シート状のフィルム、ゴムシートなど、被検部Ｅとの当接により変形するようなものであっても良い。さらに、保持部１０６を用いることなく測定を行ってもよい。

光学系１１４は光源１１７で発生するパルス光を伝送する。具体的には、レンズ、ミラー、プリズム、光ファイバー、拡散板などの光学機器である。また、光を導く際に、これらの光学機器を用いて、所望の光分布となるように形状や光密度を変更してもよい。光学機器はここに挙げたものに限定されず、上記の機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。また、生体組織に照射することが許される光の強度は、以下に示す安全規格によって最大許容露光量（ＭＰＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）が定められている。（ＩＥＣ ６０８２５−１：Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ、ＪＩＳ Ｃ ６８０２：レーザ製品の安全基準、ＦＤＡ：２１ＣＦＲ Ｐａｒｔ １０４０．１０、ＡＮＳＩ Ｚ１３６．１：Ｌａｓｅｒ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ、など）。最大許容露光量は、単位面積当たりに照射することができる光の強度を規定している。このため、光をレンズで集光させるよりも、図１の破線で示す様に、ある程度の面積に広げる方が好ましい。

トランスデューサ１０９は、光源１１７から射出された光が光学系１１４から被検部Ｅに照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する。被検部Ｅからの光音響波に対し、受信感度が高く、感度を持つ周波数帯域が広いものが望ましい。トランスデューサ１０９を構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックス材料や、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た圧電素子を用いることができる。また、圧電素子以外に、例えば、ｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）などの静電容量型の素子、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサ、などを用いることができる。ただし、ここに挙げたものに限定されず、上記の機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。

本実施形態に係る支持体１０７は、真球を略中心を通る平面で切った形状である略半球状の容器である。半球状の支持体１０７の内側には複数のトランスデューサ１０９が設けられており、半球の底部に光学系１１４が設けられている。また、支持体１０７は後述する音響マッチング材１０５を保持する容器としても機能し、支持体１０７の内側には、音響マッチング材１０５が充填される。支持体１０７は、これらの部材を支持するために、機械的強度が強い金属材料などを用いて構成することが望ましい。支持体１０７に設けられた複数のトランスデューサ１０９のそれぞれの受信面は、それぞれの受信指向性の感度が最も高い方向が、特定の領域に向かって配置されている。具体的には、複数のトランスデューサ１０９は、被検部Ｅの所定の注目する領域に、各トランスデューサ１０９の指向軸が特定の領域に集まるように配置されている。本実施形態では、特定個所（例えば、支持体の曲率中心）で指向軸が交わるように配置されている。複数のトランスデューサ１０９の指向軸が特定の領域に集まることにより、指向軸が平行になるように配置した場合に比べ、特定の領域から発生した音響波をより高感度に受信することができる。その結果、特定の領域における画像の分解能を高くすることができる。本実施形態においては、この特定の領域を「高感度領域」と呼び、「高感度領域」は、最も分解能が高い点から、最も高い分解能の半分の分解能となるまでの領域を指す。なお、所望の高感度領域を形成できる限り、複数のトランスデューサ１０９の配置はいかなる配置であってもよい。なお、複数のトランスデューサ１０９の指向軸が集まる高感度領域が形成される限り、全トランスデューサ１０９の指向軸は必ずしも１点で交わらなくてもよいし、どの２つのトランスデューサ１０９の指向軸も交わらなくてもよい。つまり、複数のトランスデューサ１０９の少なくとも一部の素子が、高感度領域で発生する光音響波を高感度に受信できるように、支持体１０７に配置されていればよい。支持体１０７の形状は、半球状に限らず、上述のように複数のトランスデューサ１０９を配置できる限り、いかなる形状であってもよい。支持体１０７は、真球上の面以外の曲面からなる形状でもよい。また、複数のトランスデューサ１０９の配置によって決定される高感度領域が、被検部Ｅが位置すると想定される位置に形成されるように、複数のトランスデューサ１０９を支持体１０７に配置するのが好ましい。本実施形態のように、被検部Ｅの形状を保持する保持部１０６がある場合は、高感度領域が保持部１０６付近に形成されるように複数のトランスデューサ１０９を支持体１０７に配置してもよい。また、本実施形態のように、被検部Ｅの形状を規定する絞り部１０１がある場合は、高感度領域が絞り部１０１付近に形成されるように複数のトランスデューサ１０９を支持体１０７に配置してもよい。

移動部としての走査ステージ１０８は、被検部Ｅに対する支持体１０７の相対位置を、図１のＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる。走査ステージ１０８は、不図示のＸ、Ｙ、Ｚ方向のガイド機構と、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の駆動機構、及び支持体のＸ、Ｙ、Ｚ方向の位置を検出する位置センサを備えている。図１に示すように、走査ステージ１０８の上に支持体１０７が載積されるため、ガイド機構は大きな荷重に耐えることが可能なリニアガイドなどを用いることが好ましい。また、駆動機構としては、リードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、油圧機構、などを用いることができる。駆動力はモータなどを用いることができる。また、位置センサとしては、光学式や磁気式のエンコーダなどを用いることができる。ただし、上述の構成に限らず、被検部Ｅと支持体１０７との相対位置を変えられるものであれば、どのようなものであってもよい。本実施形態では、被検部Ｅの位置が固定された状態で支持体１０７を移動させる場合を示しているが、移動部は、支持体１０７と被検部Ｅの少なくとも一方を移動させる構成であればよい。

電気信号取得部１１５は、複数のトランスデューサ１０９からの電気信号を時系列に収集するもので、典型的にはＣＰＵ、ＯＰアンプ、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。複数のトランスデューサ１０９から受信したアナログ信号のフィルタリング、増幅、Ａ／Ｄ変換を行い、後述する処理演算部１１０へ転送する。なお、電気信号取得部１１５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もよい。

処理演算部１１０は、演算部１１１及び記憶部１１２を有している。演算部１１１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。演算部１１１は、電気信号取得部１１５から出力された電気信号に対して信号処理を施し、被検部Ｅの内部の情報を取得する。また、制御部としての演算部１１１は、図３に示すように、バス１２０を介して被検体情報取得装置を構成する各構成の動作を制御することができる。記憶部１１２は、典型的にはＲＯＭ、ＲＡＭ、及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１１２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もよい。記憶部１１２は、演算部１１１に実行させるプログラムを保存しておくこともできる。但し、プログラムが保存されるのは、記憶部１１２の不揮発性記憶媒体である。また、処理演算部１１０は、同時に複数の信号をパイプライン処理できるように構成されていることが好ましい。これにより、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することができる。

表示部１１８は、処理演算部１１０から出力される被検部Ｅの情報を、分布画像や数値データなどとして表示する。典型的には液晶ディスプレイが利用されるが、プラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤなど他の方式のディスプレイでもよい。なお、表示部１１８は、被検体情報取得装置とは別に提供されていてもよい。

入力部１１９は、ユーザが処理演算部１１０に所望の情報を入力可能なように構成されている。入力部１１９としては、キーボード、マウス、ダイヤル、押しボタン、タッチパネルなどを用いることができる。入力部１１９にタッチパネルを採用する場合、表示部１１８が入力部１１９を兼ねてもよい。所望の情報は、注目領域の指定や保持部１０６の種類などの情報が含まれうる。なお、入力部１１９は、本発明の被検体情報取得装置とは別に提供されていてもよい。

音響マッチング材１０５は、被検部Ｅと保持部１０６、及び保持部１０６とトランスデューサ１０９との間の空間を満たし、被検部Ｅとトランスデューサ１０９とを音響的に結合させるものである。被検部Ｅと保持部１０６との間、保持部１０６とトランスデューサ１０９との間にそれぞれ異なる材料の音響マッチング材１０５を配置してもよい。音響マッチング材１０５は、被検部Ｅ及びトランスデューサ１０９の音響インピーダンスに近く、音響波の減衰が小さい材料を選定する必要がある。さらに、光源１１７で発生するパルス光を透過する材料であることが好ましい。例えば、水、ひまし油、ジェルなどを用いることができる。なお、音響マッチング材１０５は、被検体情報取得装置とは別に提供されていてもよい。

開口規定部としての絞り部１０１は、支持台１０２の開口部の周囲に配置され、保持部１０６内における被検部Ｅの位置と開口の形状を規定する部材である。また、被検部Ｅと開口部との隙間の少なくとも一部を塞ぎ、光学系１１４から射出された光が被検者の方に漏れることを低減させる部材である。絞り部１０１を備えることにより、被検体の被検部Ｅではない部分に光が照射されることを低減できる。絞り部１０１は、被検部Ｅの容積の大小や形状など、様々な被検部Ｅに適応できるものが好ましい。そこで、開口の形状が互いに異なる複数の絞り部１０１を用意しておくとよい。開口の形状は、円や楕円、多角形、涙型など、被検部と開口部との隙間の少なくとも一部を塞げるのであれば、どのような形状でもよい。なお、本明細書において、開口の大きさが異なる相似形の開口も開口の形状が異なると称する。つまり、開口の形状情報は、開口の大きさも含む情報である。絞り部１０１は、支持台１０２に設けられた取付部１０３に取り付けられている。取付部１０３に固定する方法は、ネジ止め、勘合、接着など、測定時に絞り部１０１の位置を固定できればどのような方法でもよい。

検出部１０４は、取付部１０３に取り付けられた絞り部１０１の種類を検出する。検出部１０４は、例えば、絞り部１０１に搭載された絞り部１０１の種類を表すＩＤチップやバーコード等から情報を読み取るリーダーを採用することができる。但し、これに限らず、絞り部１０１の種類を検出できるものであれば、どのようなものであってもよい。また、絞り部１０１から読みだされる情報は、絞り部の形状を直接示す情報でなくともよい。たとえば、異なる種類の絞り部１０１に割り当てられた固有の番号や記号といった情報をＩＤチップやバーコード等に記録してもよい。この場合、被検体情報取得装置は、たとえば記憶部１１２にあらかじめ記憶された、絞り部１０１に割り当てられた固有の番号や記号とその絞り部１０１の形状とを対応付けたデータを参照することにより、取付部１０３に取り付けられた絞り部１０１の開口形状を認識することができる。さらにまた、検出部１０４を利用しなくとも、ユーザが入力部１１９により取付部１０３に設置した絞り部１０１に係る情報を入力することで、被検体情報取得装置に絞り部１０１の開口形状を認識させてもよい。

被検体情報取得装置１００は、撮像部１１３を備えていてもよい。撮像部１１３は、被検部Ｅ及び絞り部１０１の外観を撮影し、信号を処理演算部１１０に出力する。処理演算部１１０では、撮像部１１３から出力された信号を解析し、画像データを生成する。撮像部１１３には、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどの光学撮像素子を採用することができる。また、撮像部１１３にはピエゾ素子やＣＭＵＴなどの音響波を送受信するトランスデューサなどを採用することができる。なお、複数のトランスデューサ１０９の一部の素子を撮像部１１３として兼用してもよい。音響波の送受信が行えるトランスデューサを撮像部１１３として用いる場合には、音響波を被検部Ｅに送信して、被検部Ｅからの反射波を受信することにより、開口の形状情報を取得できる。また、撮像部１１３から出力された信号に基づいて被検部Ｅの画像を生成できる限り、撮像部１１３にはいかなる素子を採用してもよい。なお、撮像部１１３と画像生成部としての処理演算部１１０は、被検体情報取得装置とは別に提供されてもよい。また、撮像部１１３は、被検部Ｅ及び絞り部１０１を撮影できる場所であれば、どこに設置されてもよい。

移動領域設定部としてのステージ制御部１１６は、絞り部１０１の開口に係る情報に基づいて、走査ステージ１０８の移動領域Ｓ、移動経路、及び駆動を制御する。絞り部１０１の開口形状によって、被検部Ｅ内の情報を得るための適正な移動領域Ｓが異なるため、絞り部１０１の開口形状に応じて適正な走査範囲を設定する。なお、ステージ制御部１１６を設けずに、処理演算部１１０が走査ステージ１０８の制御を行ってもよい。また、被検体情報取得装置１００が、検出部１０４を備える場合には、ステージ制御部１１６は、あらかじめ記憶部１１２に記憶された開口に係る情報の中から、検出部１０４の検出結果に対応する情報を読み出す。そして、読みだされた情報に基づいて、移動領域Ｓの設定を行うことができる。

次に、本実施形態に係る動作を説明する図２は、本実施形態に係る動作のフローチャートを示す図である。

ステップＳ１００では、取付部１０３に取り付けられた絞り部１０１の種類を検出部１０４が検出し、絞り部１０１の種類の情報を処理演算部１１０に出力する。あるいは、撮像部１１３により出力された信号を元に、処理演算部１１０が画像データを生成し、画像から絞り部１０１の種類を検出してもよい。例えば、絞り部１０１に記載されたバーコード、ＩＤ、または絞り部１０１の形状を認識することで検出する。あるいは、ユーザが入力部１１９を用いて、被検体情報取得装置に設置された絞り部１０１の種類を入力し、絞り部１０１の種類の情報を処理演算部１１０に出力する。先述の通り、ここで検出部１０４あるいは入力部１１９から入力される情報は、開口の形状を直接的に示す情報でなくともよい。

ステップＳ１０１では、走査ステージ１０８の移動領域Ｓを設定する。処理演算部１１０の記憶部１１２は、予め複数の絞り部１０１の開口に係る情報を格納している。処理演算部１１０は、ステップＳ１００で検出した、あるいはユーザが入力した種類の絞り部１０１の情報を記憶部１１２から読み出し、演算部１１１は、読み出した開口に係る情報に基づいて走査ステージ１０８の移動領域Ｓを算出する。算出された移動領域Ｓに基づいて、ステージ制御部１１６の設定を行う。この時、移動経路、走査速度、加速プロファイルなども設定してもよい。また、処理演算部１１０は、設定された移動領域Ｓ内の音響波の信号取得位置を適宜設定するようにしてもよい。また、ユーザが入力部１１９を用いて、移動領域Ｓ内における音響波の信号取得位置や間隔を設定するようにしても良い。高感度領域Ｇの位置や大きさは、複数のトランスデューサ１０９の配置により決定される。そこで、演算部１１１は、絞り部１０１の開口の形状情報と、支持体１０７上の複数のトランスデューサ１０９の配置情報とに基づいて、高感度領域Ｇが絞り部１０１の開口の内側に形成されるように移動領域Ｓを設定する。また、複数の異なるサイズの保持部１０６を交換可能な場合、保持部１０６のサイズ情報、絞り部１０１により規定される開口に係る情報、及びトランスデューサ１０９の配置情報に基づいて、移動領域Ｓを決定する。なお、予め記憶部１１２に、高感度領域、保持部１０６、絞り部１０１に対応した移動領域Ｓ、音響波の信号取得位置の情報を格納しておいてもよい。

図４（ａ）および５（ａ）は、取付部１０３、両図間で互いに開口の形状が異なる絞り部１０１と、高感度領域Ｇが移動する走査範囲とを、Ｚ軸の正の方向から見た投影図である。図４（ａ）は、開口の形状が円形である第１の絞り部１０１ａを用いた場合を示す図である。また、図５（ａ）は、開口の形状が涙形の第２の絞り部１０１ｂを用いた場合を示す図である。図４（ａ）に示すように、第１の絞り部１０１ａの開口は、第２の絞り部１０１ｂの開口よりも大きい。そのため、第２の絞り部１０１ｂを用いる場合にも、第１の絞り部１０１ａの開口の全領域を走査するような移動領域Ｓを設定すると、被検部Ｅのない領域（開口の外側の領域）も走査することになる。これにより、必要以上測定時間が長くなり、さらに、被検部Ｅ内部の情報を取得するためには不要な信号や、被検部Ｅにおける被検体情報を高分解能に取得するには大きく寄与しないような信号も受信してしまう。逆に、第１の絞り部１０１ａを用いて信号の取得を行う場合に、第２の絞り部１０１ｂの移動領域Ｓの全領域を走査するような移動領域を設定すると、被検部Ｅの一部からしか情報を取得できない。そこで、移動領域Ｓを、絞り部１０１の形状に応じて制御することにより、高感度領域Ｇが測定したい範囲（すなわち注目領域）から外れることを防ぐとともに、測定したい範囲の情報を効率よく取得することができる。 図４（ａ）及び図５（ａ）では、直線運動と方向転換によって移動させているが、これに限らず、渦巻き運動、螺旋運動など、設定した移動領域Ｓの全信号取得位置に移動できれば、どのような経路でもよい。本実施形態のように、支持体１０７が音響マッチング材１０５を保持する構成の場合には、急速な速度変化や方向変化を伴わないように移動させることで、音響マッチング材１０５の表面が乱れることを抑制できる。また、どちらの絞り部１０１ａ、１０１ｂを用いた場合でも高感度領域Ｇが重なるように光源１１７、および走査ステージ１０８の駆動が制御されることが好ましい。本実施形態においては、高感度領域Ｇは球形状であるため、支持体１０７が高感度領域Ｇの半径と等しい距離だけ移動するまでに少なくとも一回は信号が取得されることが好ましい。第一のパルス光照射からその次の第二のパルス光照射までの時間に支持体１０７を移動させる距離が小さいほど、分解能を均一にすることができる。しかし、移動距離が小さい（つまり移動速度が遅い）と、全信号取得に時間がかかる。よって、移動速度と受信信号の取得時間の間隔は、所望の分解能と測定時間を加味して、適宜設定するのが好ましい。所望の分解能は、入力部１１９によりユーザが設定しても良いし、あらかじめ設定された分解能でも良い。

図４（ｂ）及び図５（ｂ）において、各測定位置における高感度領域Ｇの中心Ｏは十字（＋）で示される。この中心Ｏが絞り部１０１ａ、１０１ｂの開口の内側に形成されるときに、光音響測定を行うように支持体１０７の移動領域Ｓを設定することが好ましい。すなわち、各測定位置における半球状の支持体１０７の曲率中心が絞り部１０１の開口の内側に存在するときに、音響波を受信するように移動領域Ｓを設定することが好ましい。さらには、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、移動領域Ｓの最外周に対応する高感度領域Ｇの中心Ｏが絞り部の開口の外縁と一致するときにも、信号を受信するように移動領域Ｓを設定することがより好ましい。なお、ここでは、開口の形状が異なる２種類の絞りを例示しているが、これに限定するものではない。開口の形状および開口の大きさの少なくとも一方が異なる２以上の絞り部１０１があれば、上記を適用できる。

ステップＳ１０２では、被検部Ｅが保持部１０６に挿入されたことを確認し、測定を開始する。被検部Ｅが保持部１０６に挿入されたことは、ユーザが目視で確認しても良いし、被検体情報装置が、被検部Ｅの挿入状況を検知する手段を備え、自動的に検知しても良い。

ステップＳ１０３では、支持体１０７をステップＳ１０１で設定した移動領域Ｓ内の測定位置に移動させる。この時、走査ステージ１０８が支持体１０７の座標情報を処理演算部１１０に逐次送信することにより、処理演算部１１０は、支持体１０７の位置を把握できる。

ステップＳ１０４では、光源１１７がパルス光を照射し、照射されたパルス光により、被検部Ｅ内の光吸収体で音響波が励起される。発生した音響波は音響マッチング材１０５内を伝播し、これを複数のトランスデューサ１０９が受信する。複数のトランスデューサ１０９で受信された音響波は電気信号に変換され、電気信号取得部１１５に送られる。電気信号取得部１１５で取得した複数の電気信号は、処理演算部１１０に送られ、ステップＳ１０３の支持体の座標位置における電気信号として保存される。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０１で設定した移動領域Ｓ内の全ての測定位置で電気信号を取得したかを判断する。全ての測定位置で電気信号を取得し終えていない場合（ステップＳ１０５の判断がＮＯとなる場合）には、ステップＳ１０３に戻り、移動領域Ｓ内の第一の測定位置とは異なる第二の測定位置に支持体１０７を移動させ、第二の測定位置における信号取得を行う（ステップＳ１０４）。以下、ステップＳ１０１で設定された移動領域Ｓ内の全ての測定位置における電気信号が取得されるまで、同様の工程を繰り返す。

ステップＳ１０１で設定された移動領域Ｓ内の全ての測定位置における光音響波の受信が終了した場合（ステップＳ１０５の判断がＹＥＳとなる場合）には、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６で測定が終了する。測定終了後に、ステージ制御部１１６は支持体１０７を初期位置に移動させてもよいし、最後の測定位置で移動を停止させてもよい。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０２からＳ１０６で取得した受信信号に対し、画像再構成アルゴリズムに基づく処理を施すことにより、被検部Ｅ内部の情報を取得する。被検体情報を取得するための画像再構成アルゴリズムの例としては、トモグラフィー技術で用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影などがある。また、繰り返し処理による逆問題解析法などの画像再構成手法を用いることもできる。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で取得した被検部Ｅ内部の情報を、表示部１１８に表示する。

以上で説明したように、本実施形態においては、絞り部１０１の開口の形状情報に基づいて、複数のトランスデューサ１０９の指向軸が集まって形成される高感度領域Ｇが、被検部Ｅの内部にあるように走査ステージ１０８の移動領域Ｓを決定する。これにより、測定したい範囲の情報を高画質で効率よく取得することができ、かつ、絞り部１０１の開口形状に適した走査時間で測定を行うことが出来る。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る被検体情報取得装置について説明する。第１実施形態と共通する部分については説明を省略する。図６は、第２実施形態に係る被検体情報取得装置２００の構成を示す概略図である。第２実施形態では、第１実施形態のように複数の絞り部を用意するのではなく、開口形状が可変な構成の絞り部を適用した例を示す。

図７は、第２実施形態に係る絞り部２０１の構成を示す図である。第２実施形態に係る絞り部２０１は、複数（ここでは８枚）の羽２０２を駆動させることにより、開口形状を変形させる。羽２０２は、支柱２０６を中心に回転し、羽２０２に設けられた長穴２０８には、駆動リング２０３に設けられた軸２０７が嵌められている。絞り部２０１は、駆動機構２０４および位置センサ２０５を備えている。駆動機構２０４としては、ギア機構などを用いることができる。駆動力はモータなどを用いることができる。また、位置センサ２０５としては、光学式や磁気式のエンコーダなどを用いることができる。駆動リング２０３のギア部２０９と駆動機構２０４のギアとが噛み合っており、駆動機構２０４のモータを駆動することで、絞り部２０１の中心Ｘに対して回転する。駆動リング２０３を回転させることで、羽２０２が支柱２０６を中心に回転し、開口の形状が変形する。位置センサ２０５は、駆動リング２０３の回転量を検出し、処理演算部１１０に信号を出力する。絞り部２０１は処理演算部１１０に接続され、処理演算部１１０がモータの駆動量の制御を行う。絞り部２０１は、モータの通電が遮断されると、開口が自動的に開く構成とするのが好ましい。なお、絞り部２０１は開口を変形させることが可能な構成であれば、どのようなものであってもよい。例えば、伸縮性のゴム、スポンジ、又は布などを用いてもよい。また、位置センサ２０５は、駆動機構２０４に設けられ、モータの回転数を検出するようにしてもよい。

図８は第２実施形態における動作のフローチャートを示す図である。第１実施形態に係るフローチャートとは、ステップＳ２００〜Ｓ２０２のみが異なるので、ここではステップＳ２００〜Ｓ２０２についてのみ説明を行う。

ステップＳ２００では、距離検知部による検知結果に基づいて被検部Ｅと絞り部２０１の開口端との間の距離を計測する。被検部と絞り部２０１との間の距離を検知する距離検知部として、たとえば撮像部１１３を用いることができる。撮像部１１３が出力した信号を基に、処理演算部１１０で画像データを生成する。続いて、処理演算部１１０は、生成した画像データを基に、被検部Ｅと絞り部２０１の開口端との距離を算出する。例えば、撮像部１１３により複数方向から撮像された画像データに基づいて、処理演算部１１０がステレオ法などの三次元計測技術を用いて被検部Ｅと絞り部の座標情報を算出し、距離を計測してもよい。あるいは、ユーザが表示部１１８に表示された、被検部Ｅと絞り部２０１の開口端の画像を基に、入力部１１９を用いて絞り部２０１のモータの駆動量を入力し、処理演算部１１０に出力する。あるいは、例えば、ファイバーセンサなどセンサを別途設けて被検部Ｅと開口端との距離を検知してもよい。

ステップＳ２０１では、ステップＳ２００で計測した被検部Ｅと開口端との距離情報に基づき、絞り部２０１の複数の羽２０２の駆動量を算出し、絞り部２０１のモータを駆動させ、絞り部２０１の開口の形状を変更する。絞り部２０１によって規定される開口は、被検部Ｅと絞り部２０１との間の隙間ができるだけ少なくなるような開口形状であることが好ましい。

ステップＳ２０２では、走査ステージ１０８の移動領域Ｓを設定する。処理演算部１１０は、演算部１１１により、ステップＳ２０１で算出した絞り部２０１の駆動量から、絞り部２０１の開口形状を算出する。あるいは、撮像部１１３で絞り部２０１の開口の形状を撮影し、処理演算部で生成された画像データから絞り部２０１の開口形状情報を算出する。算出した形状情報に基づいて、走査ステージ１０８の移動領域Ｓを算出し、ステージ制御部１１６の設定を行う。

以上で記載したように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、絞り部の脱着が不要となる。

上記の各実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で様々に変更を加えてもよい。

１００ 被検体情報取得装置
１０１、１０１ａ、１０１ｂ 絞り部
１０２ 支持台
１０７ 支持体
１０８ 走査ステージ
１０９ トランスデューサ
１１０ 処理演算部
１１１ 演算部
１１２ 記憶部
１１６ ステージ制御部

Claims (14)

1. 光源と、
   前記光源から発生した光を被検体に照射することで発生する音響波を受信して、電気信号を出力する複数のトランスデューサと、
   前記複数のトランスデューサの指向軸が集まるように、前記複数のトランスデューサを支持する支持体と、
   前記被検体を保持する保持部材であって、前記被検体の一部である被検部を挿入するための開口を備える保持部材と、
   前記被検部と前記支持体との相対位置が変わるように前記被検部および前記支持体の少なくとも一方を移動させる移動部と、
   前記移動部の移動領域を設定する移動領域設定部と、
   前記開口の形状を規定する開口規定部と、を有し、
   前記移動領域設定部は、前記開口に係る情報に基づいて、前記移動領域を決定する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記開口規定部は、前記開口の形状が可変であ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. 前記開口規定部は、前記被検部の形状に応じて前記開口の形状を変化させる
   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. 撮像部をさらに有し、
   前記移動領域設定部は、前記撮像部から出力された信号に基づき、前記開口規定部により規定される開口の形状情報を取得すること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記撮像部は、前記複数のトランスデューサのうちの少なくとも１つのトランスデューサであり、
   前記少なくとも１つのトランスデューサは、音響波を前記被検部に送信し、該音響波の反射波を受信することにより前記開口規定部の開口の形状情報を取得すること
   を特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記開口規定部が着脱可能に取り付けられる取付部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記開口規定部により規定される開口の形状情報が格納された記憶部を有し、
   前記移動領域設定部は、前記取付部に取り付けられた開口規定部に対応した形状情報を前記記憶部から読み出すことにより前記移動領域を設定すること
   を特徴とする請求項６に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記取付部に取り付けられた開口規定部に係る情報をユーザが入力可能に構成された入力部をさらに有し、
   前記移動領域設定部は、前記ユーザから入力された情報に基づいて、前記前記取付部に取り付けられた開口規定部に対応した形状情報を前記記憶部から読み出すこと
   を特徴とする請求項７に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記取付部に取り付けられた前記開口規定部の種類を検出する検出部をさらに有し、
   前記移動領域設定部は、前記検出部による検出結果に基づいて、前記前記取付部に取り付けられた開口規定部に対応した形状情報を前記記憶部から読み出すこと
   を特徴とする請求項７に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記被検体と、前記開口規定部との間の距離を検知する距離検知部を有し、
    前記距離検知部による検知結果に基づいて、前記開口規定部の開口形状情報を取得する
    を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記移動領域設定部は、前記開口規定部によって規定される開口の形状と、前記支持体に支持された前記複数のトランスデューサの配置とに基づいて、前記移動領域を設定すること
    を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記被検部を保持する保持部をさらに有し、
    前記移動領域設定部は、さらに前記保持部の形状に基づいて、前記移動領域を設定すること
    を特徴とする請求項１１に記載の被検体情報取得装置。
13. 被検体に光が照射されたことで発生する音響波を受信して、電気信号を出力する複数のトランスデューサと、
    前記複数のトランスデューサの指向軸が集まるように、前記複数のトランスデューサを支持する支持体と、
    前記被検体を保持する保持部材であって、前記被検体の一部である被検部を挿入するための開口を備える保持部材と、
    前記被検部と前記支持体との相対位置が変わるように前記被検部および前記支持体の少なくとも一方を移動させる移動部と、を有する被検体情報取得装置の駆動方法であって、
    前記開口に係る情報に基づいて、前記移動部が移動する移動領域を決定する工程を有すること
    を特徴とする被検体情報取得装置の駆動方法。
14. 前記開口と前記被検部との間の距離を前記開口に係る情報とすることを特徴とする請求項１３に記載の被検体情報取得装置の駆動方法。
    

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