JP6351227B2 - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

がんに起因して発生する血管新生を特異的に画像化する方法として、光音響トモグラフィ（以下、ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）が注目されている。ＰＡＴは照明光（近赤外線）を被検体に照明し、被検体内部から発せられる光音響波を超音波探触子で受信して画像化する方式である。

図７に、非特許文献１で述べられているハンドヘルド型光音響装置の模式図を示す。光音響プローブ１０４は、バンドルファイバ１０３の出射端１０３ｂを含んだ照明光学系に、光音響波を受信するための受信部１０６が挟まれ固定された構成である。バンドルファイバ１０３の入射端１０３ａには、光源１０１からの照明光が入射する。そして、バンドルファイバ１０３を経由した照明光は、出射端１０３ｂから被検体に照射される。すると光音響効果により被検体から光音響波が発生し、受信部１０６により受信される。
受信信号から変換された電気信号に、超音波装置（ＵＳ）の処理装置１０７で増幅やディジタル化、画像再構成が行われる。構成された画像情報（ＩＭＧ）は、表示装置であるモニタ１０８に送られ、光音響画像として表示される。

S. A. Ermilov et al., "Development of laser optoacoustic and ultrasonic imaging system for breast cancer utilizing handheld array probes", Photons Plus Ultrasound: Imaging and Sensing 2009, Proc. of SPIE vol. 7177, 2009.

しかしながら従来の技術では以下のような課題があった。
光音響の測定を繰り返しているうちに、光源の劣化や光伝送系の不具合により光音響プローブ１０４の出射端から照射される総光量が低下したとしても、そのことを把握できない場合がある。
ここで、光源１０１の劣化に起因する光量低下に関しては、光源１０１から入射端１０３ａまでの間に不図示の光量センサを設けることで把握できる。

ところがこの方法では、バンドルファイバ１０３の一部の断線や、不図示の光学素子の位置ずれといった、光伝送系の不具合による総光量の低下は把握できない。そうすると、実際の総光量が低いにも関わらず、総光量が高いものとして光音響信号を取り扱うことになる。その結果、光音響波の信号源となる吸収体の吸収係数など、光音響信号を光量で補正して得られるデータや画像は、実際のものよりも小さくなる。そして、データや画像そのものの信頼性を損なうことになる。
これらは光音響だけでなく、ＤＯＩ（Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）などの比較的大きなエネルギ密度を用いる光イメージングにも共通の課題となっていた。

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、プローブの出射端から照射される光量を把握して、信頼性の高い光音響データを取得可能とすることにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、光源からの光を伝送する光伝送系と、前記光を被検体に照射する出射端、および、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する受信部を含む光音響プローブと、前記音響波に基づいて前記被検体内の情報を取得する処理装置と、前記出射端と対向して前記光音響プローブに対して着脱可能に配置され、前記出射端から照射される光の光量を測定する光量測定手段と、前記光量測定手段による測定値を記憶する記憶部と、提示手段と、を有し、前記処理装置は、前記測定値と、光量の基準値または前記記憶部に記憶された測定値の履歴とを比較し、前記測定値が基準範囲内かどうかを判断し、前記提示手段に判断の結果を提示するものであり、前記処理装置は、前記測定値と、光量の基準値または前記記憶部に記憶された測定値の履歴との差分が所定値以上の場合に、前記測定値が非正常である旨を前記提示手段に提示し、前記差分が前記所定値よりも小さい場合に、前記被検体の光音響測定を可能にするもの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、プローブの出射端から照射される光量を把握して、信頼性の高い光音響データを取得できるようになる。

本発明の実施の形態における光音響装置の構成を説明する図 本発明の実施の形態における光音響装置の動作を説明するフローチャート 本発明の実施例１における光音響プローブを説明する図 本発明の実施例１における光音響プローブを説明する図 本発明の実施例１における光音響プローブを説明する図 本発明の実施例２における動作を説明するフローチャート 本発明の実施例２における動作を説明するフローチャート 本発明の実施例３における光音響プローブを説明する図 本発明の実施例３における光音響プローブを説明する図 本発明の実施例３における提示手段を説明する図 本発明の実施例３における提示手段を説明する図 本発明の実施例４における動作を説明するフローチャート 本発明の実施例５における光音響プローブを説明する図 背景技術の光音響装置の構成を説明する図

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り、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。

本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波あるいは疎密波を含む。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で発生した音響波を受信して、被検体内部の特性情報を取得する光音響トモグラフィ装置である。

光音響トモグラフィにより取得される特性情報は、光照射によって生じた音響波の初期音圧、初期音圧から導かれる光エネルギ吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度等を反映した被検体情報である。
物質の濃度とは例えば、酸素飽和度またはオキシヘモグロビン濃度もしくはデオキシヘモグロビン濃度である。また、生成された特性情報は、数値データ、被検体内の各位置の分布情報、または画像を表示するための画像データとして保存や利用されても良い。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の
符号を付して、説明を省略する場合がある。本発明は被検体情報取得装置やその作動方法、制御方法としても捉えられる。本発明はまた、制御方法を情報処理装置等に実施させるプログラムとしても捉えられる。

図１を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１Ａは光音響装置１００を模式的に図示したものである。光源１は、照明光（Ｌ）を発する。第一の照明光学系２は、照明光を成形してバンドルファイバ３の入射端３ａへ入射させる。バンドルファイバ３は、光音響プローブ４まで照明光を伝送し、その出射端３ｂから照明光を照射させる。

光音響プローブ４は、バンドルファイバ３の出射端３ｂと、出射端３ｂから照射した照明光を成形する第二の照明光学系５、ならびに光音響波を受信する受信部６からなる。第二の照明光学系５を介して被検体（ＯＢＪ）へ照射されたのち被検体内部で拡散した光を吸収した吸収体（ＡＢＳ）から、光音響波（ＰＡ）が発せられる。
光音響波は受信部６に内蔵されたピエゾ素子やＣＭＵＴなどの素子で電気信号（ＳＩＧ）に変換され、その電気信号が処理装置７へ送られる。処理装置７は電気信号を増幅し、ディジタル変換やフィルタを介して画像情報（ＩＭＧ）を生成し、表示装置８に表示させる。処理装置７としては、ＣＰＵやメモリ、処理回路などを有し、各種の処理を行う情報処理装置などを利用できる。

なお図１中では、バンドルファイバ３を途中で分岐し、その出射端３ｂと第二の照明光学系５を２箇所設けた。しかし分岐個数はこれに限定されない。また、分岐をせずに受信部６の片面にのみ出射端３ｂを隣接させてもよい。
また、光音響プローブ４は、図２Ａに示すように、ハウジング４ａで覆われていることが好ましい。
光源１としては、６００ｎｍから１１００ｎｍ程度の波長の近赤外線を発光するものが好ましい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやアレクサンドライトレーザなどのパルスレーザを用いる。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザやＯＰＯレーザを用いても良い。

図１では、光源１からの光を第一の照明光学系２とバンドルファイバ３を介して伝送した。ただし光伝送系はこれに限定されない。例えば、ミラーやプリズムなどを組み合わせ、その反射や屈折を利用した伝送でもよい。さらに、光源１を半導体レーザとし、出射端３ｂのところに置き換えてもよい。

照明光の照射と受信部６による光音響波の受信は同期をとる必要がある。そのために、光源１から第二の照明光学系５の間のいずれかの経路を一部分岐して不図示のセンサ、例えばフォトダイオードで検出する方法がある。その検出信号をトリガとして受信部６が受信を開始すれば良い。そのほか、不図示のパルス発生器を用いて、光源１の発光タイミングと処理装置７の受信タイミングを同期させてもよい。

光音響装置１００は、光音響プローブ４の出射端から照射される光量を測定するための光量測定手段１０を備える。光量測定手段１０としては、フォトダイオードのような光電変換方式や、サーモパイルのような熱交換方式のパワーメータを使用できる。
あるいは、光音響プローブ４の出射端から照射される光を拡散板で拡散させ、その拡散光を赤外線カメラで撮影しても良い。この場合、赤外線カメラの各画素の輝度値から光量を算出できる。

なお、光音響プローブ４はケーブルやバンドルファイバ３につながれているため、可動範囲に制限がある。そのため、光量測定手段１０を光音響プローブ４の可動範囲に設ける
ことが好ましい。あるいは、可動範囲外に設ける場合、不図示のワゴンやケースなどに光量測定手段１０を搭載し、光量測定時に可動範囲内まで移動させる。

光音響プローブ４の出射端が光量測定手段１０と対向したときに照明光を照射できるよう、照射スイッチ１９を設ける。照射スイッチ１９が押されると、制御装置１７は照射条件が整える制御を行う。照射条件が整った状態とは、光源１の内部シャッタや第一の光学系２内のシャッタ２ｃが開いた状態を指す。また光源１がＱスイッチレーザの場合には、Ｑスイッチが入った状態である。これにより、光音響プローブ４の出射端から照明光が照射される。
照射スイッチ１９としては、手動スイッチやフットスイッチのように術者が直接押すスイッチを利用できる。あるいは、図中点線で示したように、照射スイッチ１９を光量測定手段１０の近傍に設け、光量測定手段１０上に光音響プローブ４の出射端を対向させたときにスイッチが押されるようにしても良い。

光量測定手段１０で測定した光量（Ｑ）は記録部１３に保存される。そして、処理装置７は、記憶部１３に保存された光量が基準範囲以内であったか否かを判断し、基準範囲以上の場合は、提示手段１４に「非正常」であると提示する。その時のフローを図１Ｂで説明する。まず、術者が光音響プローブ４の出射端を光量測定手段１０と対向させる。そして引き続き、照射スイッチ１９を押す。

Ｓ１１：光音響装置１００は照射条件を整える。すなわち光源１内の内部シャッタや第一の光学系２内のシャッタ２ｃを開け、光源１がＱスイッチレーザの場合には、Ｑスイッチを入れ発光する。そして、光音響プローブ４の出射端から照射される光量を光量測定手段１０で測定し、記憶部１３に保存する。
Ｓ１２：基準光量との差分を比較する。
Ｓ１３：Ｓ１２の差分が基準範囲以内であれば、正常終了とする。
Ｓ１４：Ｓ１２の差分が基準範囲外であれば、非正常終了（異常終了）とする。

本フローでは、例えば光音響プローブ４の出射端から照射される総光量の基準値を５０ｍＪとして、その±５ｍＪの範囲内に測定値が収まる場合を正常終了とする。ただしここで述べた総光量の基準値（５０ｍＪ）や範囲（±５ｍＪ）は一例であり、これに限定されない。さらに、Ｓ１２において、規定の基準値に限らず、過去の光量データの履歴を記憶部１３に保存しておき、その光量データと比較しても良い。測定値の履歴としては、直前の履歴、あるいは複数回の履歴の平均値、特異値を除く等の統計的処理をした値などを利用できる。
提示手段１４としては、点灯や点滅で状態を提示するＬＥＤや、音声通知するユニットを利用できる。あるいは提示手段１４として表示装置８を利用し、文字や画像で状態を提示しても良い。

図１Ａでは、画像生成用の処理装置７と、光量の正常判断を行う処理装置７の二箇所に処理装置７を示した。ただし、一つの処理装置７でそれぞれの処理を行っても良い。

以上の構成によれば、光音響プローブ４から照射された光量の変化をいち早く見つけることができる。その結果、光伝送系の不良などに気付かずに光音響測定することによる不良測定を軽減できる。したがって、光量や、それを用いて算出される光学特性値を求める際の正確性を向上させ、信頼性の高い光音響データを取得できるようになる。

以上の記載では光音響測定を例として説明した。ただし本発明の適用対象はこれに限定されない。例えば、ＤＯＩ（Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）などの、比較的大きなエネルギ密度を用いる光イメージングにも適用できる。これは、以降の実
施例でも同様である。

［実施例１］
光量測定手段１０について，図２を用いてより詳細に説明する。
図２Ａでは、光音響プローブ４を保持するためのホルダ９を設けている。そして、上記の光量測定手段１０は、ホルダ９内の光音響プローブ４の出射端と対向する位置に設けられている。これは、術者が光音響プローブ４を把持した状態で光量を測定すると、術者の動きによって測定精度が低下する可能性があるため、この影響を軽減する目的である。さらに、術者が光音響プローブ４を把持せずホルダ９に固定し、かつ光音響プローブから離れた位置のスイッチで光照射することで、この影響を完全に防止することも可能となる。

図２Ａでは、光量測定手段１０としてパワーメータ１０ａを用いた。パワーメータ１０ａには、上述のように、光電変換方式や熱交換方式のものを利用できる。パワーメータ１０ａは、光音響プローブ４の出射端から照射される総光量を測定する。そして処理装置７は、この総光量を基準値（または過去の測定値）と比較し、差分が所定の範囲内か否かを判断し、結果を提示手段１４に提示させる。このように、光音響プローブ４の出射端と対向する位置に設けたパワーメータ１０ａを用いることで、光音響プローブ４の出射端から照射される総光量を一括で測定できる。

一方、図２Ｂでは、光量測定手段１０として赤外線カメラ１０ｂを用いている。ただし、光音響プローブ４の出射端から照射した照明光を、赤外線カメラ１０ｂで直接的に撮像することは難しい。そこで、光音響プローブ４の出射端と対向する位置に拡散板１１を設け、赤外線カメラ１０ｂの焦点を拡散板１１に合わせる。
なお、光音響プローブ４から照射した照明光の光量が強い場合には、赤外線カメラ１０ｂで撮像した各画素の輝度値が飽和したり、赤外線カメラ１０ｂの受像素子が損傷したりする可能性がある。それを防ぐため、拡散板１１と赤外線カメラ１０ｂの間にＮＤフィルタ１２を設けることが好ましい。

赤外線カメラ１０ｂで撮像した各画素の輝度値の合計が、光音響プローブ４の出射端から照射される総光量となる。処理装置７は、この総光量を基準値等と比較して所定の範囲内か否かを判断し、結果を提示手段１４に提示する。

また、赤外線カメラ１０ｂで撮像した各画素の輝度値の分布は，光音響プローブ４の出射端から照射される光量分布、すなわち被検体表面に照射される照明光の光量分布である。したがって処理装置７は、その光量分布に基づいて、照射光の状態が所定の範囲内か否かを判断しても良い。この場合、処理装置７は、各画素の輝度値に基づいて判断を行っても良いし、任意の画素を抽出したり、任意の画素領域の輝度値を平均化したりしても良い。
このように光量分布を用いることによって、上述のような総光量を用いた照射状態の把握という効果は享受しつつ、さらに高精度な光音響測定が実現できる。以下、この効果について説明する。

被検体表面に照射した照明光が被検体内部に拡散しながら入り込むことで発生する光音響波の強度（初期音圧ｐ）は、次の式（１）で表される。
ｐ＝Γμ_ａφ …（１）
ここで光量φ、生体組織の吸収係数μ_ａ、グリュナイゼン係数Γである。
つまり生体組織の吸収係数μ_ａを求めるには、音圧ｐに相当する受信部６の受信データと、０．５程度のグリュナイゼン係数、および生体内部の光量φが必要になる。生体内部の光量φは、被検体表面の光量分布を境界条件として、生体内部の既知のあるいは推定された等価減衰係数μ_ｅｆｆなどから、拡散方程式（輸送方程式）やモンテカルロ法を用い
て計算する。赤外線カメラ１０ｂを用いる構成であれば、この境界条件となる光音響プローブ４の出射端から照射される光量分布、すなわち被検体表面の光量分布がわかるため、生体内部の光量φの高精度な計算が可能となる。

なお処理装置７は、赤外線カメラ１０ｂの輝度値を較正する機能を持つことが好ましい。較正を行う場合、パワーメータなどであらかじめ光音響プローブ４の出射端から照射される総光量を測定し、赤外線カメラ１０ｂで測定した輝度値の合計と比較する。これにより、輝度値１階調あたりの光量を算出できる。例えば、各画素の輝度値を２５６階調とし、１２８０×９６０の画素それぞれの輝度値を合計する。

図２Ｃを用いて、光量測定手段１０のさらに別の例を説明する。図２Ａのパワーメータ１０ａは、光音響プローブ４の出射端の全体と対向できるように、大面積のものを用いた。いっぽう図２Ｃでは、小面積のパワーメータ１０ａを走査して用いる。そのため小面積のパワーメータ１０ａを、ＸＹステージ１５上に搭載している。こうすることで，赤外線カメラ１０ｂを使わなくても、比較的安価な小面積のパワーメータ１０ａを使用して、光音響プローブ４の出射端から照射される光の照射面内の光量分布を測定できる。

ここで、ANSI Z136.1-2000では、単位面積当たりの照明エネルギが皮膚に対するＭＰＥ（最大露光許容量）を超えているか否かを測定する方法として、直径３．５ｍｍの領域で測定する旨定めている。そのため、パワーメータ１０ａの測定領域を直径３．５ｍｍとするか、パワーメータ１０ａの上に直径３．５ｍｍの開口を持つアパーチャ１０ｃを設けることで、単位面積当たりの照射エネルギをANSI Z136.1-2000に準拠した方法で測定できる。

処理装置７は、皮膚に対する安全性を確保するために、パワーメータ１０ａで測定したエネルギ密度が所定値を超えているか否か判断する。この所定値としては、安全率を見込んで、皮膚に対するＭＰＥの０．８倍程度の値を用いた。そして照射エネルギ密度が所定値を超えたと処理装置７が判断した場合は、光源１の照明強度を下げるよう調整する（調整指示ＡＤＪ）。これにより光エネルギ密度を所定値以下にして、安全性を確保できる。
光エネルギ密度をＭＰＥ以下とする方法として他に、光源１から光音響プローブ４の出射端の間にフィルタを挿入する方法や、拡散角度の広い拡散板を第二の照明光学系５に挿入する方法などが適用できる。

図２ＣのＸＹステージ１５は、パワーメータ１０ａを走査するために設けられた。ＸＹステージ１５は処理装置７からの駆動指示（ＤＲＶ）で動作する。ただし走査機構はこれに限定されない。例えば、上の説明とは逆に、ホルダ９に収納された状態の光音響プローブ４を走査してもよい。すなわち、光音響プローブ４の出射端の面内方向と、パワーメータ１０ａの測定面が相対的に走査できれば良い。

図２Ｃでは小型のパワーメータ１０ａを走査しながら、光音響プローブ４の出射端から光が照射される面内での光量分布を測定した。したがって処理装置７は、その光量分布に応じて、所定の範囲内か否かを判断した結果を提示手段１４に提示する。処理装置７が判断する光量分布の変化は、各画素の輝度値から判断しても良いし、任意の画素だけ、あるいは任意の画素領域を平均化して判断しても良い。
この構成により、総光量を安全に測定することに加えて、被検体内部での光量分布の算出が可能となる。また比較的安価なパワーメータを利用することでコストの低減が可能となる。

［実施例２］
実施例２では、提示手段１４で提示する内容について説明する。
光音響プローブ４の出射端から照射される光量が低下する要因には、光源１の発光光量の低下、第一の照明光学系２から第二の照明光学系５の間の光学素子やバンドルファイバ３の端面への異物の付着、そして、光音響プローブ４の出射端への異物の付着がある。

ここで、図１Ａのように第一の照明光学系２の中に（または光源１の中に）、反射素子２ｂと、その反射光を測定する光量センサ２ａを設ける。反射素子２ｂは、照明光の数％を反射させる平行平板ガラスやミラーなどである。光量センサ２ａは、反射光を測定するためのフォトダイオードや光電子倍増管などである。このように、反射光量を光量センサ２ａでモニタすることによって、光源１の発光光量の低下を察知できる。この場合、提示手段１４には、光量エラーの表示とともに、光源１のメンテナンスを促す提示をする。
図３Ａに発光時のフローを示す。

Ｓ３１：発光時は光量センサ２ａをモニタする。
Ｓ３２：光量センサ２ａの値と基準値を比較し、基準範囲内であれば、発光中はＳ３１に戻る。光量が基準範囲外であれば、異常終了（Ｓ３３）となる。光量センサ２ａは反射素子２ｂの数％程度の反射光を測定するもので、光源１の発光光量を１００ｍＪとした場合、その５％の５ｍＪを測定する。そして判断時の基準範囲を５±０．５ｍＪとする。ただしここで示した光量やパーセンテージは一例であり、実際はこれに限定されるものではない。
Ｓ３３：異常終了の場合、光源１のメンテナンスをする旨を、提示手段１４が提示する。また安全上、光源１のメンテナンスは医師など術者が行うことは好ましくない。そこで本ステップでは、サービスエンジニアに連絡すべき旨を提示することが好ましい。

つぎに，第一の照明光学系２から第二の照明光学系５の間の異物付着に関しては、この経路は通常、カバーで覆われているため、発生頻度は少ない。またカバーに異常があった場合は容易に外部から視認できる。

最後の光音響プローブ４への出射端の異物付着は頻繁に起こる。それは主に、光音響測定時の際に受信部６と被検体との間にソナーゲル（音響整合剤）を使うことに起因する。すなわち、ソナーゲルに混入した異物や、ソナーゲルのふき取り不足などにより光音響プローブ４の出射端面に乾いて残った白濁物などが、付着物となる。
したがって、図１Ｂのフローにおいて非正常終了となった場合、クリーニングの実施を術者に促すことが好ましい。以下で説明する図３Ｂのフローは、非正常終了後の処理手順を示している。

Ｓ３４：光音響プローブ４の出射端のクリーニングを促すメッセージを、提示手段１４が提示する。
メッセージを確認した術者は、光音響プローブ４の出射端を拭き取り、再度光音響プローブ４を光量測定手段１０と対向させ、照射スイッチ１９を押す。
Ｓ３５：光音響装置１００は照射条件を整える。すなわち光源１内の内部シャッタ（不図示）と第一の光学系２内のシャッタ２ｃを開け、光源１がＱスイッチレーザの場合には、Ｑスイッチを入れ発光する。そして、光音響プローブ４の出射端から照射される光量を光量測定手段１０で測定し、記憶部１３に保存する。

Ｓ３６：基準光量と測定値の差分を比較する。
Ｓ３７：Ｓ３６の差分が基準範囲以内であれば、正常終了とする。
Ｓ３８：Ｓ３６の差分が基準範囲外であれば、異常終了とする。その場合、クリーニングしても光量変化が基準範囲内に回復しなかったことを意味しているので、メンテナンスが必要である旨を、提示手段１４が提示する。この場合、第一の照明光学系２から第二の照明光学系５の間の異物付着や、光学系の変動または損傷など、原因発見や修理が容易で
はない可能性が高い。そのため、医師などの術者が対応するのではなく、サービスエンジニアに連絡して対応させるべき旨を表示する方が好ましい。
なお、Ｓ３８においてすぐに異常終了メッセージを出すのではなく、再度のクリーニングを促すメッセージを提示手段１４が提示しても良い。

以上示したように、総光量が正常な範囲から外れる場合でも、光音響プローブ４の出射端をクリーニングするという簡易な操作で良好な測定ができるようになる場合がある。本実施例によれば、そのような場合に、エンジニア等によるメンテナンスを実施する前に、クリーニングによって正常な状態に戻る可能性があることを術者に提示できるので、照射光量を容易に基準範囲に回復させることができる。その結果、光音響装置１００の稼働率を向上させることが可能となる。

［実施例３］
光音響プローブ４の出射端においては、数十ｍＪから百数十ｍＪ程度の高エネルギな照明光が、比較的小さな面積から照射される。その照射エネルギ密度が、実施例１で説明した皮膚に対するＭＰＥを超えないとしても、より基準値の小さい網膜に対するＭＰＥを超える可能性がある。したがって、被検者や術者の安全性の保護のため、光音響プローブ４の出射端近傍に、被検体と非接触の状態では光を照射しないような機構を設けることが好ましい。

本実施例では図４Ａのように、光音響プローブ４の出射端の外側に、接触状態を判定するための接触検知センサ１６を設けた。接触検知センサ１６としては、光学式、静電式または機械式のセンサ、もしくは歪ゲージを使用できる。また、受信部６（図１）で超音波を送受信することで接触判定しても良い。接触検知センサ１６は、出射端が被検体に接触している時は接触情報（ＣＯＮＴ）、接触していない時は非接触情報（ＮＣＮＴ）を出力する。

制御装置１７は、接触／非接触情報に応じてシャッタ開閉指示（ＯＰ／ＣＬ）を出力する。すなわち制御装置１７は、非接触情報が出力されたときは、第一の照明光学系２内のシャッタ２ｃを閉じたり、光源１内の内部シャッタ（不図示）を閉じたりする制御を行う。あるいは、光源１がＱスイッチレーザの場合にはＱスイッチを止めるなどの制御を行う。制御装置１７は、これらの方法により、光音響プローブ４の出射端から照明光（Ｌ）が照射されないようにする。

その反対に接触情報が出力されたときは、制御装置１７は、光音響プローブ４の出射端から照明光を照射可能な状態に制御する。すなわち、制御装置１７は、シャッタ２ｃや光源１内の内部シャッタを開ける制御や、光源１がＱスイッチレーザの場合にはＱスイッチを入れる制御を行う。

上記の構成により、被検体とプローブが接触しない場合の安全性は確保できる。しかし、本発明における、光音響プローブ４のホルダ９への格納時の総光量測定に関しては、ホルダ９の形状によっては問題が起こり得る。
すなわち、ホルダ９内の接触検知センサ１６と対向する部分に空間（隙間）があると、接触検知センサ１６は非接触情報を出力する。この場合、術者が照射スイッチ１９を押しても、制御装置１７の制御によって、光音響プローブ４の出射端から照明光が照射されない。そのため、ホルダ９内に設けた光量測定手段１０による測定ができない。したがってホルダ９への収納が正常に行われている状態では、接触検知センサ１６には接触情報を出力させる必要がある。以下、そのための構成および方法の例を述べる。

最初の例では、ホルダ９内の接触検知センサ１６と対向する部分に空間があっても、照
射スイッチ１９が押されたときは強制的に光を照射するような制御が行われる。すなわち、照射スイッチ１９が押されると、照射指示（ＩＲＤ）が制御装置１７に出力される。

ただしこの場合、光音響プローブ４がホルダ９に正常に収納されていなくても、照射スイッチ１９を押すと照明光が照射されてしまう。そこで、照射スイッチ１９をホルダ９に隣接させ、その収納を術者に注意を促すことが好ましい。
あるいは図４Ｂのように、音響プローブ４をホルダ９に収納したときだけ照射スイッチ１９の操作を可能とし、収納されていない場合は操作を不可能とするような、カバー２０を設けるとなお好ましい。光音響プローブ４がホルダ９に収納されているときは、照射スイッチ１９が押されない限り、照明光は照射されない。

次の例では、接触検知センサ１６と、当該接触検知センサ１６と対向するホルダ９内部の部分と、の隙間を、接触検知センサ１６が接触と検知できる程度に小さくする。この方法を採る場合、光音響プローブ４とホルダ９との隙間が弾性体９ａで塞がれ、遮光されるように、ホルダ内部、プローブのハウジング４ａおよび弾性体９ａそれぞれの形状を調整する。
そうすれば、光音響プローブ４の収納状態が不十分である場合には接触情報が出力されず、照明光が照射されない。そして、光音響プローブ４の収納が適正であれば、照明光が照射されても、光音響プローブ４とホルダ９との隙間が弾性体９ａで塞がれ、遮光されているため、ホルダ９の外部へ漏れる光量は抑制される。

また別の例では、図４Ａに示すように、接触検知センサ１６と対向するホルダ９内部に可動部１８を設ける。そして、照射スイッチ１９が押されたときに接触検知センサ１６が接触と検知できる位置まで、可動部１８を移動させる（可動部動作指示ＭＶ）。こうしておけば、光音響プローブ４がホルダ９に収納されているときは、照射スイッチ１９が押されない限り、照明光が照射されることはない。

以上の構成や方法により、光音響プローブ４がホルダ９に正常に収納された状態での照明光の照射が可能となる。そしてここまでに説明した通り、光量測定手段１０を用いることで、光音響プローブ４の出射端から照射される総光量の測定が可能となる。

また、ホルダ９の内部あるいは光量測定手段１０の隣接部に、光音響プローブ４がホルダ９に保持（収納）されたことを検知すると、制御装置１７に保持情報を出力する、保持検知センサ９ｂを設けても良い。制御装置１７は保持情報を受信したら、照明光の照射が可能な状態にする（例えばシャッタ２ｃを開く）。保持検知センサ９ｂとしては、機械式、光学式または静電式のスイッチを好適に使用できる。
こうすることで、光音響プローブ４がホルダ９内の所定位置に保持されたときだけ光量測定手段１０で総光量を測定できる。さらに保持検知センサ９ｂを複数設けることで、光音響プローブ４の出射端と光量測定手段が平行のときにのみその総光量を測定するようにでき、光量測定手段１０の測定条件が再現できるとともに、測定精度が向上する。

以上説明した各種の構成や制御方法は、単独でも組み合わせて用いても良い。こうすることで、光音響プローブ４の出射端が被検体に非接触のときには照明光が照射されないので、被検者や術者の安全性の保護ができる。一方で光音響プローブ４がホルダ９の所定の位置に収納されたときは光を照射し、光量を測定できるようになる。

なお図４Ａでは、ホルダ９の内周の、光音響プローブ４と接触する部分に、弾性体９ａを設けた。弾性体９ａとしては、各種ゴムやウレタンなどの変形しやすい樹脂が好適である。さらに、ホルダ９本体は、金属、プラスチックなどの樹脂、あるいはセラミックスなど、比較的剛性の高い材料で構成した。弾性体９ａを設けることによって、光音響プロー
ブ４をホルダ９へ保持した際、両者の隙間を埋めることができる。こうすることで、光音響プローブ４の出射端からの光量を光量測定手段１０で測定する際に、ホルダ９の外へ漏れる光を低減させられる。その結果、被検者や術者に対する安全性が向上する。

本実施例では、提示手段１４をホルダ９の側面に設けた。図４Ｃは、術者への提示内容に対応するＬＥＤを設けた提示手段１４の例である。そして、ＬＥＤの点灯や点滅により通知が行われる。
図４Ｄは、提示手段１４に液晶モニタを設け、術者に提示する内容を文字で表示する。これらの方法により、装置の現在の状況や術者への指示内容を分かりやすく提示できる。

［実施例４］
図５のフローチャートを用いて、光音響プローブ４とホルダ９を有する光音響装置１００の使用方法について説明する。なお、本実施例における光量測定手段１０としては、図２Ｂに示すような赤外線カメラ１０ｂを用いた。

装置立上げ時あるいは非測定時は、光音響プローブ４はホルダ９に保持されている。
Ｓ５１：装置立上げ時、制御装置１７は自動照射のシーケンスを行う。あるいは、非測定時に術者が音響プローブ４をホルダ９に保持したときは、術者が照射スイッチ１９を押すことで、制御装置１７が照射のためのシーケンス（Ｓ５２）を行う。

Ｓ５２：光音響プローブ４に接触検知センサ１６を設けている場合には、接触検知センサ１６が接触と検知できる条件にする。例えば、図４Ａのように可動部１８を移動させる。そして、制御装置１７は照射条件を整える。また、ホルダ９内に保持検知センサ９ｂがある場合には、保持検知センサ９ａが光音響プローブ４を検知したら制御装置１７は照射条件を整える。接触検知センサ１６と保持検知センサ９ａがいずれもない場合でも、Ｓ５１の後、制御装置１７は照射条件を整える。
制御装置１７が整える照射条件とは、光源１内の内部シャッタと第一の光学系２内のシャッタを開け、光源１がＱスイッチレーザの場合には、Ｑスイッチを入れることである。これにより、光音響プローブ４の出射端から照明光が照射される。照射時間や照射回数は制御装置１７にプログラムされており、本実施例では１００回照射（１０秒×１０Ｈｚ）とした。

Ｓ５３：光音響プローブ４の出射端から照射された照明光は拡散板１１で拡散され、赤外線カメラ１０ｂで撮影される。そして赤外線カメラ１０ｂの各画素の輝度値が、記憶部１３に保存される。
Ｓ５４：Ｓ５３と並行して第二の光学系２に設けた光量センサ２ａ（図１Ａ）で照明光を測定する。なお、光量センサ２ａは予め総光量を換算するための較正がなされているものとする。
較正の際には、光量センサ２ａが測定する光量と、光音響プローブ４の出射端から照射される総光量が比例関係にあることを利用する。すなわち、図１Ａにおいて光量測定手段１０で測定した総光量と、その時の光量センサ２ａの光量とから、あらかじめ換算式作成のための較正を行う。

Ｓ５５：処理装置７は、Ｓ５３で撮影した各画素の輝度値の合計を算出し、Ｓ５４の光量センサ２ａの測定値とから、その輝度値を較正する。これにより、赤外線カメラ１０ｂで撮影する輝度の較正ができ、輝度値から光量を算出することが可能となる。そして、光量センサ２ａまたは赤外線カメラ１０ａの輝度値を用いて、光音響プローブ４の出射端からの総光量を求める。
Ｓ５６：処理装置７は、Ｓ５５で求めた総光量と被検体に照射される領域に基づき、あるいは較正された輝度値から分かる被検体表面に照射される光量分布に基づき、境界条件
を求める。そしてこの境界条件を用いて、吸収、散乱しながら被検体内部に入り込む光量分布を計算し、光量分布補正データを作成する。

Ｓ５７：総光量や輝度データ、生体内部の光量分布データのいずれかのデータと、前回までの同データ、あるいは設定基準値を比較する。本実施例では設定値として総光量を５０ｍＪとし、所定の基準範囲を５０±５ｍＪとした。その差分が所定値より大きい場合、すなわち総光量が４５ｍＪ以下、または５５ｍＪ以上の場合、非正常終了（異常終了）として提示手段１４または表示装置８に提示する。

総光量低下の場合、光音響プローブ４の出射端や拡散板１１（光量測定手段１０）の汚れで総光量が変化した疑いがあるので、提示内容は、まず「クリーニングと再測定」の旨、注意を促す。そして再測定の場合はＳ５１から実施するよう提示する。さらに、光源１やバンドルファイバ３など光伝送にトラブルが生じた場合もあるので、再測定しても改善しない場合は「異常終了」とする。
いっぽう、差分が所定未満の場合は、術者が光音響プローブ４を把持し、被検体に対して光音響測定を行う。このように、総光量あるいはそれに起因する輝度データや生体内部の光量分布データの変動を小さくすることが可能なため、安定した光音響の測定結果が得られる。

Ｓ５８：取得した光音響信号から光音響画像を作成し、表示装置８にその画像を示す。そして、光音響信号取得時の総光量は光量センサ２ａの測定値から換算する。そして換算された総光量とＳ５６の光量分布補正データから、光音響信号取得時の被検体内部の光量分布を補正して作成する。

なお、上でも述べたように、光音響は次の式（１）で示される。
ｐ＝Γμ_ａφ …（１）
ここで、ｐ：光音響の初期音圧、Γ：グリュナイゼン係数、μ_ａ：吸収係数、φ：光量で示され、光音響信号（ｐ）と、補正された被検体内部の光量分布（φ）、グリュナイゼン係数Γを０．５程度から、吸収係数μ_ａを求めることが可能となる。
そしてさらに、光源１が発光する波長を可変にすると、光音響の音源である吸収体の分光特性がわかる。例えば、吸収体を血液（ヘモグロビン）とした場合には、ヘモグロビンの酸素飽和度も測定できる。こうすることで、被検体内部の光量分布を精度良く求めるための境界条件である被検体表面の光量分布を高精度に測定することができるため、吸収係数μ_ａや酸素飽和度などの測定性能をさらに向上させることができる。

以上のフローは、光量測定手段１０としてパワーメータ１０ａを用いた場合にも適用できる。ただし、パワーメータ１０ａ自身が較正されている場合には、Ｓ５５で説明した光測定手段１０の較正は不要であり、Ｓ５４と同じく、実施例１で説明した方法で光量センサ２ａを較正することができる。

［実施例５］
実施例５では、光音響プローブ４に光量測定手段１０を設ける。図６において、状態１（光音響非測定時）では、光音響プローブ４の出射端をプローブカバー４ｂが覆い、状態２（光音響測定時）はプローブカバー４ｂが開く構成になっている。つまり、カバーが開いている時に測定可能な状態となる。そして、プローブカバー４ｂの内側、すなわち光音響プローブ４の出射端側に光量測定手段１０を設ける。
このような構成によれば、光音響プローブ４を光量測定手段１０と一体化させることが可能となる。

１：光源，３：バンドルファイバ，４：光音響プローブ，５：第二の照明光学系，６：受信部，７：処理装置，１０：光測定手段，１３：記憶部，１４：提示手段

Claims (19)

1. 光源からの光を伝送する光伝送系と、
   前記光を被検体に照射する出射端、および、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する受信部を含む光音響プローブと、
   前記音響波に基づいて前記被検体内の情報を取得する処理装置と、
   前記出射端と対向して前記光音響プローブに対して着脱可能に配置され、前記出射端から照射される光の光量を測定する光量測定手段と、
   前記光量測定手段による測定値を記憶する記憶部と、
   提示手段と、
   を有し、
   前記処理装置は、前記測定値と、光量の基準値または前記記憶部に記憶された測定値の履歴とを比較し、前記測定値が基準範囲内かどうかを判断し、前記提示手段に判断の結果を提示するものであり、
   前記処理装置は、前記測定値と、光量の基準値または前記記憶部に記憶された測定値の履歴との差分が所定値以上の場合に、前記測定値が非正常である旨を前記提示手段に提示し、前記差分が前記所定値よりも小さい場合に、前記被検体の光音響測定を可能にするものである
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 術者による光の照射指示を可能にする照射スイッチと、
   前記照射スイッチが押されたときに、前記出射端から光が照射される条件を設定する制御装置と、
   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. 前記処理装置は、前記提示手段に非正常である旨を提示する際に、前記被検体情報取得装置のメンテナンスを促す提示を行う
   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。
4. 前記メンテナンスとは、前記出射端のクリーニングである
   ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記光量測定手段はパワーメータである
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記出射端から照射される光を拡散する拡散板をさらに有し、
   前記光量測定手段は、前記拡散板により拡散した光を撮影するカメラであり、
   前記処理装置は、前記カメラでの撮影により得られた各画素の輝度値から、前記出射端から照射される光の総光量と、前記光が照射される面内の光量分布の少なくともいずれかを求める
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記処理装置は、前記カメラの各画素の輝度値を、前記出射端から照射される光の総光量に換算するための較正を行う
   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. 前記光量測定手段と前記出射端を相対的に走査させるステージをさらに有する
   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. 前記処理装置は、前記出射端から照射される光のエネルギ密度が所定の値を超えている場合に、前記出射端から照射される光のエネルギ密度を低下させる
   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。
10. 前記光音響プローブを保持するためのホルダをさらに有する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記ホルダは、その内部において、前記光音響プローブを保持したときに遮光するための弾性体を含む
    ことを特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記ホルダが前記光音響プローブを保持していない状態では、術者が光の照射指示をする照射スイッチの操作を不可能とし、保持した状態では前記照射スイッチの操作を可能とするためのカバーをさらに有する
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の被検体情報取得装置。
13. 前記光音響プローブは、当該光音響プローブが前記被検体と接触しているかどうかを検知する接触検知センサを有し、
    前記照射スイッチが押されたときは、前記接触検知センサに接触と判定させる制御装置をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置。
14. 前記光音響プローブを前記ホルダに収納したときに前記接触検知センサと対向する前記ホルダ内部の位置に設けられた可動部をさらに有し、
    前記制御装置は、前記照射スイッチが押されたときに、前記接触検知センサが接触していると検知できる位置まで前記可動部を移動させる
    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。
15. 前記ホルダは、前記光音響プローブが当該ホルダに保持されているかどうかを検知する保持検知センサを有し、
    前記制御装置は、前記保持検知センサが、前記光音響プローブが保持されていると検知したときに、前記出射端から光が照射される条件を設定する
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の被検体情報取得装置。
16. 前記被検体内の情報を表示する表示装置をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
17. 前記提示手段は、前記表示装置である
    ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
18. 前記提示手段は、ＬＥＤにより提示を行う
    ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
19. 前記光量測定手段は、前記光音響プローブの外部に位置していることを特徴とする請求項１なしい１８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

Images