JP5654364B2 - 光音響画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、光音響画像診断装置に関し、更に詳しくは、被検体にレーザ光を照射し、レーザ光照射により被検体内で生じた超音波を検出する光音響画像診断装置に関する。

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、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射音波を受信し、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で、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（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。

ここで、光音響イメージングでは、比較的出力の高いレーザ光を生体内に照射する必要がある。安全性の観点からは、プローブが生体に接触していないときはパルスレーザ光の出射を抑止することが好ましい。これに関して、特許文献１には、プローブに接触圧力を検出する接触圧検出部を設け、接触圧検出部がプローブに接触する物体の圧力を検出しないときには、レーザ光がプローブから放射されないようにすることが記載されている。

特開２００５−１３５９７号公報

しかしながら、特許文献１では接触圧力に基づいて生体への接触を判断しているだけであるため、医師などの操作者が意図しないタイミングで、レーザ光が外部に放射されることを防ぎきることができない。例えば、操作者が顔の近くでプローブの先端を指で触っているときに、接触圧検出部が生体への接触を検出して、レーザ光が放射されるような事態も考えられる。

本発明は、上記に鑑み、操作者が意図しないタイミングでレーザ光が外部に放射されることを効果的に防止できる光音響画像診断装置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、本発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から導光されたレーザ光の照射及び少なくとも超音波の受信を行うプローブと、前記プローブが受信した超音波に基づいて断層画像を生成する画像生成手段と、前記プローブに設けられたスイッチと、前記スイッチが操作されたとき、前記プローブからレーザ光の放射を可能にする制御手段とを備えたことを特徴とする光音響画像診断装置を提供する。

本発明の光音響画像診断装置では、前記プローブが更に超音波の送信を行い、前記制御手段は、前記スイッチが操作されていないときは前記プローブから被検体内に超音波を送信させ、前記画像生成手段は、前記プローブが受信した超音波に基づいて前記断層画像を生成する構成を採用できる。

前記制御手段は、前記スイッチが操作されているとき、前記プローブからレーザ光を照射させると共に前記プローブから超音波を送信させ、前記画像生成手段は、前記プローブが受信した、前記レーザ光の照射により生体内で発生した超音波に基づいて第１の断層画像を生成すると共に、前記プローブが受信した、前記プローブから送信された超音波に対する反射超音波に基づいて第２の断層画像を生成してもよい。

前記制御手段は、前記スイッチが操作されたとき、前記レーザ光源にレーザ光を出射させる旨のトリガ信号を出力することとしてもよい。

前記光源は、前記スイッチが操作されていないときに前記トリガ信号をマスクする光照射抑止回路を含んでいてもよい。

本発明では、前記スイッチに、モーメンタリ動作のプッシュスイッチを用いることができる。

本発明では、前記プローブの互いに対向する２つの側面のそれぞれに前記スイッチが設けられており、前記制御手段は、双方のスイッチが操作されたとき、前記プローブからレーザ光の放射を可能にする構成を採用してもよい。

本発明の光音響画像診断装置は、プローブにスイッチを設け、そのスイッチが操作されたときにプローブからレーザ光の放射を可能にする。このようにすることで、操作者が意図しないタイミングでプローブからレーザ光が放射されることを防止でき、安全性を向上できる。

本発明の一実施形態の光音響画像診断装置を示すブロック図。 プローブの外観を示す図。 動作手順を示すフローチャート。 （ａ）は超音波画像を例示する図で、（ｂ）は超音波画像と光音響画像とを重畳した画像を例示する図。

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診断装置を示す。光音響画像診断装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、及びレーザ光源（レーザユニット）１３を備える。光音響画像診断装置１０は、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能である。レーザユニット１３は、光音響画像生成の際に、被検体に照射するレーザ光を生成する。レーザ光の波長は、観察対象物に応じて適宜設定すればよい。レーザユニット１３が出射するレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光される。

プローブ１１は、レーザユニット１３から導光されたレーザ光を被検体に向けて照射する。また、プローブ１１は、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び被検体からの超音波の検出（受信）を行う。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有する。プローブ１１は、例えば超音波画像の生成時は複数の超音波振動子から超音波を出力し、出力された超音波に対する反射超音波（以下、反射音響信号とも呼ぶ）を検出する。プローブ１１は、光音響画像生成時は、被検体内の測定対象物がレーザユニット１３からのレーザ光を吸収することで生じた超音波（以下、光音響信号とも呼ぶ）を検出する。

プローブ１１には、スイッチ１５が設けられる。スイッチ１５には、例えばモーメンタリ動作のプッシュスイッチを用いることができる。スイッチ１５は、レーザ照射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるために使用される。医師などの操作者は、光音響画像の生成を希望するときは、スイッチ１５を押して操作状態とする。スイッチ１５が操作状態のとき、レーザユニット１３はレーザ出射を行い、超音波ユニット１２は光音響画像を生成する。一方、スイッチ１５が非操作状態（スイッチ１５から手が離れた状態）のときは、レーザユニット１３はレーザ出射を行わず、超音波ユニット１２は超音波画像を生成する。

超音波ユニット１２は、受信回路１６、ＡＤ変換手段１７、画像再構成手段１８、検波手段１９、対数変換手段２０、画像構築手段２１、制御手段２２、及び送信制御回路２３を有する。受信回路１６は、プローブ１１が有する複数の超音波振動子が検出した超音波（光音響信号又は反射音響信号）を受信する。ＡＤ変換手段１７は、受信回路１６が受信した超音波信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段１７は、例えば所定のサンプリング周期で超音波信号をサンプリングする。

画像再構成手段１８、検波手段１９、対数変換手段２０、及び画像構築手段２１は、プローブ１１が検出した超音波に基づいて断層画像を生成する画像生成手段に相当する。画像生成手段の機能は、コンピュータが所定のプログラムに従って処理を動作することで実現できる。画像生成手段は、プローブ１１が受信した光音響信号に基づいて第１の断層画像（光音響画像）を生成すると共に、プローブ１１が受信した反射音響信号に基づいて第２の断層画像（超音波画像）を生成する。

画像再構成手段１８は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された超音波信号に基づいて、断層画像の各ラインのデータを生成する。画像再構成手段１８は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。画像再構成手段１８は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは画像再構成手段１８は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。

検波手段１９は、画像再構成手段１８が出力する各ラインのデータの包絡線を出力する。対数変換手段２０は、検波手段１９が出力する包絡線を対数変換し、ダイナミックレンジを広げる。画像構築手段２１は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、断層画像を生成する。画像構築手段２１は、例えば超音波信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を、断層画像における深さ方向の位置に変換して断層画像を生成する。画像表示手段１４は、画像構築手段２１が生成した断層画像を、表示モニタなどに表示する。

制御手段２２は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。制御手段２２は、スイッチ１５が操作状態にあるか否かを判断する。制御手段２２は、スイッチ１５が操作状態にあるとき、プローブ１１からレーザの放射を可能にする。より詳細には、制御手段２２は、スイッチ１５が操作状態にあるとき、レーザユニット１３に対してレーザ発振トリガ信号を送る。レーザユニット１３は、トリガ信号を受けてレーザ発振を行い、レーザ光を出射する。一方、制御手段２２は、スイッチ１５が操作状態にないときは、送信制御回路２３に超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路２３は、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。

レーザユニット１３は、光照射抑止回路２４を含む。光照射抑止回路２４は、例えばレーザ発振トリガ信号とスイッチ１５の出力信号との論理積を取るＡＮＤ回路で構成される。光照射抑止回路２４は、スイッチ１５が操作状態にないとき、レーザ発振トリガ信号をマスクする。例えばレーザ発振トリガ信号が、所定の期間だけＨレベルとなるパルス信号であった場合、光照射抑止回路２４は、レーザ発振トリガ信号がＨレベルになっても、出力をＬレベルに保持する。スイッチ１５が操作状態にないとき、仮に制御手段２２がレーザユニット１３にレーザ発振トリガ信号を出力したとしても、光照射抑止回路２４がトリガ信号をマスクすることで、レーザユニット１３はレーザ出力を行わない。一方、光照射抑止回路２４は、スイッチ１５が操作状態にあるときは、レーザ発振トリガ信号を通過させ、レーザユニット１３は、トリガ信号に応答してレーザ光を出射する。

図２は、プローブの外観を示す。操作者は、プローブ１１を手で握って観察したい場所に超音波振動子が配列されている面を接触させる。スイッチ１５は、例えばプローブ１１を手で握ったときに、親指が位置する部分に設けられている。操作者は、光音響画像での観察を希望するときはスイッチ１５を押しっぱなしの状態にする。スイッチ１５が操作状態となることで、超音波ユニット１２からレーザユニット１３に対してレーザ発振トリガ信号が出力され、そのトリガ信号が光照射抑止回路２４を通過してレーザ光の照射が行われる。プローブ１１の互いに対向する２つの側面のそれぞれにスイッチ１５を設け、双方のスイッチ１５が操作されたときにプローブからレーザ光の照射が行われるようにしてもよい。操作者は、超音波画像での観察を希望するときは、スイッチ１５から手を離して観察したい場所にプローブ１１を接触させる。

図３は、動作手順を示す。画像生成に際し、制御手段２２は、スイッチ１５が押されているか否かを判断する（ステップＳ１）。制御手段２２は、スイッチ１５が押されていると判断すると、レーザ発振トリガ信号をレーザユニット１３へ出力する（ステップＳ２）。レーザユニット１３は、スイッチ１５が押されていることを条件に、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、プローブ１１から被検体に照射される（ステップＳ３）。プローブ１１は、レーザ光の照射により生体内で発生した光音響信号を受信する（ステップＳ４）。制御手段２２は、レーザ発振トリガ信号と同期して、ＡＤ変換手段１７における光音響信号のサンプリング開始タイミングを制御する。超音波ユニット１２内の画像生成手段は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する（ステップＳ５）。

続いて制御手段２２は、超音波送信トリガ信号を送信制御回路２３に出力する（ステップＳ６）。プローブ１１は、被検体内へ超音波を送信する（ステップＳ７）。プローブ１１は、被検体内で反射した反射音響信号を受信する（ステップＳ８）。制御手段２２は、超音波送信トリガ信号と同期して、ＡＤ変換手段１７における反射音響信号のサンプリング開始タイミングを制御する。超音波ユニット１２内の画像生成手段は、反射音響信号に基づいて超音波画像を生成する（ステップＳ９）。画像表示手段１４は、超音波ユニット１２で生成された光音響画像と超音波画像とを表示画面上に表示する（ステップＳ１０）。画像表示手段１４は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳表示する。なお、光音響画像の生成と超音波画像の生成とはどちらが先でもよい。また、スイッチ１５が操作されているときに、光音響画像のみを生成してもよい。

制御手段２２は、ステップＳ１でスイッチ１５が押されていないと判断すると、ステップＳ６へ進み、超音波送信トリガ信号を出力する。以降、ステップＳ７で超音波を送信し、ステップＳ８で反射音響信号を受信し、ステップＳ９で超音波画像を生成する。画像表示手段１４は、ステップＳ１０で、超音波画像を表示画面上に表示する。

図４（ａ）は超音波画像を示し、（ｂ）は超音波画像と光音響画像とを重畳した画像を示す。紙面横方向は超音波振動子が配列された方向に対応し、縦方向は深さ方向に対応している。操作者がスイッチ１５を押さずに画像生成を行うと、被検体へのレーザ光照射は行われず、画像表示手段１４は超音波画像を表示する。一方、操作者がスイッチ１５を押しながら画像生成を行うと、レーザ発振トリガ信号が出力されているときにスイッチ１５が押されていることを条件にレーザ光照射が行われ、光音響画像が生成される。画像表示手段１４は、光音響画像、或いは光音響画像に超音波画像を重ねた画像を表示する。

本実施形態では、制御手段２２は、プローブ１１に設けられたスイッチ１５が押されていないときはレーザ発振トリガ信号をレーザユニット１３に出力しない。このようにすることで、操作者が意図しないタイミングでレーザ光が外部に放射されることを効果的に防止することができる。また、本実施形態では、スイッチ１５の操作状態に応じて、レーザ光照射を伴わない超音波画像の生成と、レーザ光照射を伴う光音響画像の生成とを切り替える。このようにすることで、操作者は、表示画像を簡易に切り替えることができる。

本実施形態では、レーザユニット１３に光照射抑止回路２４を設けており、光照射抑止回路２４は、スイッチ１５が押されていないときはレーザ発振トリガ信号をマスクする。このような回路を設けることで、スイッチ１５が押されていないときにレーザ光が被検体に照射されるのをより効果的に防ぐことができ、安全性を向上できる。また、仮に超音波ユニット１２が故障などを起こし、レーザ発振トリガ信号が出力されつづけたとしても、スイッチ１５を離すことでレーザ発振トリガ信号をマスクすることができ、レーザ光が出力されつづける危険を回避することができる。

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診断装置は、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：光音響画像診断装置
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：スイッチ
１６：受信回路
１７：ＡＤ変換手段
１８：画像再構成手段
１９：検波手段
２０：対数変換手段
２１：画像構築手段
２２：制御手段
２３：送信制御回路
２４：光照射抑止回路

Claims (6)

1. レーザ光源を含む光源ユニットと、
   前記レーザ光源から導光されたレーザ光の照射及び少なくとも超音波の受信を行うプローブと、
   前記プローブが受信した超音波に基づいて断層画像を生成する画像生成手段を含む信号処理ユニットと、
   前記プローブに設けられたスイッチとを備え、
   前記信号処理ユニットが、前記スイッチが操作されたとき、前記プローブからレーザ光の放射を可能にする制御手段であって、前記スイッチに接続され、該スイッチが操作状態にあるとき、前記光源ユニットに対してレーザ発光を指示する信号を出力する制御手段を更に含み、
   前記光源ユニットが、前記スイッチに接続され、該スイッチが操作状態にあり、かつ前記制御手段がレーザ発光を指示する信号を出力したときは前記光源から光を出射させ、前記スイッチが操作状態にないときは前記レーザ発光を指示する信号をマスクする光照射抑止回路を更に含むことを特徴とする光音響画像診断装置。
2. 前記プローブが更に超音波の送信を行い、前記制御手段は、前記スイッチが操作されていないときは前記プローブから被検体内に超音波を送信させ、前記画像生成手段は、前記プローブが受信した超音波に基づいて前記断層画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の光音響画像診断装置。
3. 前記制御手段は、前記スイッチが操作されているとき、前記プローブからレーザ光を照射させ、かつ、前記プローブから超音波を送信させ、前記画像生成手段は、前記プローブが受信した、前記レーザ光の照射により生体内で発生した超音波に基づいて第１の断層画像を生成し、かつ、前記プローブが受信した、前記プローブから送信された超音波に対する反射超音波に基づいて第２の断層画像を生成することを特徴とする請求項２に記載の光音響画像診断装置。
4. 前記スイッチが、モーメンタリ動作のプッシュスイッチであることを特徴とする請求項１から３何れかに記載の光音響画像診断装置。
5. 前記プローブの互いに対向する２つの側面のそれぞれに前記スイッチが設けられており、前記制御手段は、双方のスイッチが操作されたとき、前記プローブからレーザ光の放射を可能にすることを特徴とする請求項１から４何れかに記載の光音響画像診断装置。
6. 前記スイッチの出力信号は分岐され、前記制御手段と前記光照射抑止回路とに送信される請求項１から５何れか１項に記載の光音響画像診断装置。