JP2014168631A - Subject information acquisition device, and control method of subject information acquisition device - Google Patents
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Abstract
【課題】被検体内で発生する光音響信号を精度よく取得できる被検体情報取得装置を提供する。
【解決手段】被検者の一部である被検体を挿入する開口部を備える被検者支持部材と、前記開口部に挿入された被検体に光を照射する光照射部と、前記被検体と前記光照射部との間に配置され、前記被検体を保持する保持部材と、前記光照射部を、被検体の挿入方向に対して平行な第一の軸に沿って移動させる走査機構と、前記被検体に照射された光に起因して発生する音響波を受信する探触子と、前記探触子で受信した音響波から前記被検体の特性情報を生成する処理部と、前記保持部材に対する前記光照射部の位置を、前記保持部材の位置と、前記光照射部から出射する光の出射方向に基づいて決定し、前記決定した位置に前記走査機構を用いて前記光照射部を移動させる制御部と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1An object information acquisition apparatus capable of accurately acquiring a photoacoustic signal generated in an object is provided.
A subject support member having an opening for inserting a subject which is a part of the subject, a light irradiation unit for irradiating light to the subject inserted in the opening, and the subject A holding member that holds the subject, and a scanning mechanism that moves the light irradiation unit along a first axis parallel to the insertion direction of the subject; A probe for receiving an acoustic wave generated due to light irradiated on the subject, a processing unit for generating characteristic information of the subject from the acoustic wave received by the probe, and the holding The position of the light irradiation unit with respect to the member is determined based on the position of the holding member and the emission direction of the light emitted from the light irradiation unit, and the light irradiation unit is moved to the determined position using the scanning mechanism. And a control unit to be moved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関し、特に被検体内で発生する信号の強度を向上させる技術に関するものである。 The present invention relates to a subject information acquisition apparatus and a control method thereof, and particularly relates to a technique for improving the intensity of a signal generated in a subject.
被検体内部の断層画像を非侵襲で撮像する技術に関して、これまでに多くの提案がなされている。その中の一つに、光と超音波を用いて生体機能情報を取得するPhotoacoustic Tomography(PAT:光音響トモグラフィ)がある。
光音響トモグラフィとは、光源で発生したパルス光(以下、計測光)を被検体に照射し、被検体内で光が吸収されることによって発生した音響波(典型的には超音波)を受信および解析し、被検体の内部組織を可視化する技術である。受信した音響波を解析することで、被検体内の光吸収体に起因した初期音圧分布を得ることができる。また、初期音圧分布に対して、光の分布を考慮した演算を行うことで、被検体内部の吸収係数など、光学特性に関連した情報を得ることができる。
Many proposals have been made so far regarding techniques for non-invasive imaging of tomographic images inside a subject. One of them is Photoacoustic Tomography (PAT: Photoacoustic Tomography) that acquires biological function information using light and ultrasonic waves.
Photoacoustic tomography is an acoustic wave (typically ultrasound) generated by irradiating a subject with pulsed light (hereinafter referred to as measurement light) generated by a light source and absorbing the light within the subject. It is a technology that receives and analyzes and visualizes the internal tissue of the subject. By analyzing the received acoustic wave, an initial sound pressure distribution caused by the light absorber in the subject can be obtained. Further, by calculating the initial sound pressure distribution in consideration of the light distribution, information related to optical characteristics such as the absorption coefficient inside the subject can be obtained.
PATにおいて被検体内で発生する音響波の音圧は、光吸収体に到達する局所的な光量に比例する。従って、生体内部の情報を精度良く得るためには、被検体に照射される計測光の光量を大きくする必要がある。 The sound pressure of the acoustic wave generated in the subject in PAT is proportional to the local light quantity that reaches the light absorber. Therefore, in order to obtain information inside the living body with high accuracy, it is necessary to increase the amount of measurement light emitted to the subject.
PATの技術を用いて乳がんの診断を行う装置に、例えば非特許文献1に記載の装置がある。当該装置では、乳房を二枚の保持部材で圧迫して保持することで、乳房の内部に到達する計測光の光量を確保している。
一方で、乳がんの診断は、乳房だけでなく、その根元の胸壁部分を含む領域を観察しなければ正確に行うことができない。すなわち、PAT装置を用いて乳がんの診断を行う場合、胸壁付近の情報を精度良く得るために、乳房だけでなく、胸壁付近に照射される計測光の光量を大きくする必要がある。
この課題を解決する発明に、特許文献1に記載の光音響撮影装置がある。当該装置では、被検体に照射される光が胸壁方向を向くように光照射部を配置することで、胸壁部に照射される計測光の光量を大きくしている。
As an apparatus for diagnosing breast cancer using the PAT technique, there is an apparatus described in Non-Patent Document 1, for example. In this apparatus, the amount of measurement light reaching the inside of the breast is secured by pressing and holding the breast with two holding members.
On the other hand, diagnosis of breast cancer cannot be performed accurately unless the region including not only the breast but also the base chest wall portion is observed. That is, when diagnosing breast cancer using a PAT device, it is necessary to increase the amount of measurement light emitted not only to the breast but also to the vicinity of the chest wall in order to accurately obtain information about the chest wall.
There exists a photoacoustic imaging device of patent document 1 in invention which solves this subject. In this apparatus, the light irradiation unit is arranged so that the light irradiated on the subject is directed toward the chest wall, thereby increasing the amount of measurement light irradiated on the chest wall.
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、乳房と接する保持部材の全面から計測光を出射させなければならないため、膨大な数の光照射部が必要となり、非現実的な装置構成となってしまう。現実的な装置構成にするためには、被検体に対して小型の光照射部を設け、保持された乳房に計測光を照射しながら当該光照射部を移動させる構成にする必要がある。しかし、このような光照射部を走査させるタイプの測定装置では、被検体に対して垂直に計測光が入射するため、胸壁付近に十分な光量の光を照射することができない。すなわち、胸壁付近で発生する光音響信号を精度良く得られないという課題があった。 However, in the apparatus described in Patent Document 1, measurement light must be emitted from the entire surface of the holding member that is in contact with the breast, and thus an enormous number of light irradiation units are required, resulting in an unrealistic apparatus configuration. . In order to achieve a realistic apparatus configuration, it is necessary to provide a small light irradiation unit for the subject, and to move the light irradiation unit while irradiating the held breast with measurement light. However, in such a measurement apparatus that scans the light irradiation unit, measurement light is incident on the subject perpendicularly, and therefore, a sufficient amount of light cannot be irradiated near the chest wall. That is, there is a problem that a photoacoustic signal generated near the chest wall cannot be obtained with high accuracy.
この課題を解決するため、図9(a)のように、計測光の出射方向を胸壁側に傾けた状態で走査を行うという方法が考えられる。
しかし、この方法にも問題がある。可動保持部材の位置は、乳房を圧迫する際の厚みによって変わるため、光照射部と可動保持部材との距離が一定ではない。すなわち、計測光が被検体に対して垂直以外の角度で入射する場合、図9(b)のように、可動保持部材の位置によって、計測光が照射される位置が変わってしまうため、所望の領域(例えば丸印で示した領域)に計測光を照射できないケースが発生しうる。
In order to solve this problem, as shown in FIG. 9A, a method is conceivable in which scanning is performed with the measurement light emission direction tilted toward the chest wall.
However, this method also has problems. Since the position of the movable holding member varies depending on the thickness when the breast is pressed, the distance between the light irradiation unit and the movable holding member is not constant. That is, when the measurement light is incident on the subject at an angle other than perpendicular, the position to which the measurement light is irradiated changes depending on the position of the movable holding member as shown in FIG. There may occur a case in which measurement light cannot be irradiated to a region (for example, a region indicated by a circle).
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、被検体内で発生する光音響信号を精度よく取得できる被検体情報取得装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a subject information acquisition apparatus that can accurately acquire a photoacoustic signal generated in a subject.
上記課題を解決するために、本発明に係る被検体情報取得装置は、
被検者の一部である被検体を挿入する開口部を備える被検者支持部材と、前記開口部に挿入された被検体に光を照射する光照射部と、前記被検体と前記光照射部との間に配置され、前記被検体を保持する保持部材と、前記光照射部を、被検体の挿入方向に対して平行な第一の軸に沿って移動させる走査機構と、前記被検体に照射された光に起因して発生する音響波を受信する探触子と、前記探触子で受信した音響波から前記被検体の特性情報を生成する処理部と、前記保持部材に対する前記光照射部の位置を、前記保持部材の位置と、前記光照射部から出射する光の出射方向に基づいて決定し、前記決定した位置に前記走査機構を用いて前記光照射部を移動させる制御部と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a subject information acquisition apparatus according to the present invention includes:
A subject support member having an opening for inserting a subject which is a part of the subject, a light irradiation unit for irradiating light to the subject inserted into the opening, the subject and the light irradiation A holding member that holds the subject, a scanning mechanism that moves the light irradiation unit along a first axis parallel to the insertion direction of the subject, and the subject A probe for receiving an acoustic wave generated due to light irradiated on the probe, a processing unit for generating characteristic information of the subject from the acoustic wave received by the probe, and the light for the holding member A control unit that determines the position of the irradiation unit based on the position of the holding member and the emission direction of the light emitted from the light irradiation unit, and moves the light irradiation unit to the determined position using the scanning mechanism. It is characterized by having.
また、本発明に係る被検体情報取得装置の制御方法は、
被検者の一部である被検体を挿入する開口部を備える被検者支持部材と、前記開口部に挿入された被検体に光を照射する光照射部と、前記被検体と前記光照射部との間に配置され、前記被検体を保持する保持部材と、前記被検体に照射された光に起因して発生する音響波を受信する探触子と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、前記保持部材に対する前記光照射部の位置を、前記保持部材の位置と、前記光照射部から出射する光の出射方向に基づいて決定する制御ステップと、前記光照射部を、前記被検体の挿入方向に対して平行な第一の軸に沿って前記決定した位置に移動させ、光を照射する光照射ステップと、前記探触子によって音響波を受信する受信ステップと、前記受信した音響波から前記被検体の特性情報を生成する処理ステップと、を含むことを特徴とする。
In addition, the control method of the subject information acquisition apparatus according to the present invention includes:
A subject support member having an opening for inserting a subject which is a part of the subject, a light irradiation unit for irradiating light to the subject inserted into the opening, the subject and the light irradiation An object information acquisition apparatus having a holding member that holds the object and a probe that receives an acoustic wave generated due to light irradiated on the object A control method for determining a position of the light irradiation unit with respect to the holding member based on a position of the holding member and an emission direction of light emitted from the light irradiation unit, and the light irradiation unit. Moving to the determined position along a first axis parallel to the insertion direction of the subject and irradiating light, and receiving the acoustic wave by the probe; Generate characteristic information of the subject from the received acoustic wave Characterized in that it comprises a processing step.
本発明によれば、被検体内で発生する光音響信号を精度よく取得できる被検体情報取得装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the subject information acquisition apparatus which can acquire the photoacoustic signal which generate | occur | produces in a subject accurately can be provided.
(第一の実施形態)
以下、図面を参照しつつ、本発明の第一の実施形態を詳細に説明する。
第一の実施形態に係る光音響測定装置は、計測光を被検体に照射し、計測光に起因して被検体内で発生した音響波を受信および解析することで、被検体である生体内部の情報を画像化する装置である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The photoacoustic measurement apparatus according to the first embodiment irradiates a subject with measurement light, and receives and analyzes an acoustic wave generated in the subject due to the measurement light, so that the inside of the living body that is the subject This is an apparatus for imaging the information.
<システム構成>
まず、図1(a)を参照しながら、本実施形態に係る光音響測定装置の構成を説明する。
第一の実施形態に係る光音響測定装置は、胸壁支持部102aおよび102b、保持部材103、光源104、光伝送部105、光照射部106、走査機構107、回転機構108、制御部109、探触子113、処理部115、ポテンショメータ116からなる。また、保持部材103は、可動保持部材103aおよび固定保持部材103bからなる。
なお、装置を構成するものではないが、図1中、符号101aおよび101bは被検体、符号110は計測光、符号111aおよび111bは光吸収体、符号112aおよび112bは音響波、符号114は音響マッチング剤を表す。なお、実施形態の説明では、符号中のaおよびbについて、それぞれを特に区別する必要がない場合は省略して記載する。
<System configuration>
First, the configuration of the photoacoustic measurement apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The photoacoustic measurement apparatus according to the first embodiment includes chest
Although not constituting the apparatus, in FIG. 1,
測定は、胸壁支持部102(本発明における被検者支持部材)に開いた開口部に被検体である乳房を挿入し、挿入した乳房を可動保持部材103aおよび固定保持部材103bで挟んだ状態で行う。
まず、光照射部106から発せられたパルス光が、可動保持部材103a越しに被検体101に照射される。被検体内部を伝搬した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体に吸収されると、その光吸収体の熱膨張により音響波が発生する。被検体内で発生した音響波は、固定保持部材103b越しに探触子113で受信され、処理部115によって解析される。解析結果は、被検体内の特性情報を表す画像として出力されるため、本実施形態に係る光音響測定装置は、被検体情報取得装置とも呼べる。
以下、本実施形態に係る光音響測定装置を構成する各手段について説明する。
In the measurement, a breast as a subject is inserted into an opening opened in the chest wall support portion 102 (subject support member in the present invention), and the inserted breast is sandwiched between the
First, the subject 101 is irradiated with pulsed light emitted from the
Hereinafter, each means which comprises the photoacoustic measuring device which concerns on this embodiment is demonstrated.
<<光源104>>
光源104はパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためレーザー光源であることが望ましいが、レーザーの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いることもできる。光源としてレーザーを用いる場合、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なものが使用できる。照射のタイミング、波形、強度等は不図示の光源制御部によって制御される。この光源制御部は、光源と一体化されていても良い。
また、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させなければならない。被検体が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は10〜50ナノ秒程度が好適である。また、パルス光の波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、600nm以上1100nm以下であることが望ましい。
<<
The
In order to effectively generate photoacoustic waves, light must be irradiated in a sufficiently short time according to the thermal characteristics of the subject. When the subject is a living body, the pulse width of the pulsed light generated from the light source is preferably about 10 to 50 nanoseconds. Further, the wavelength of the pulsed light is preferably a wavelength at which the light propagates to the inside of the subject. Specifically, when the subject is a living body, the thickness is preferably 600 nm or more and 1100 nm or less.
<<光伝送部105>>
光伝送部105は、光源104で発生したパルス光を被検体101へ導く手段である。具体的には、所望のビーム形状、光強度分布を得られるように、光ファイバやレンズ、ミラー、拡散板などで構成された光学部材である。これらの光学部材を用いて、パルス光の照射形状、光密度、被検体への照射方向などの照射条件を任意のものに設定することができる。
<<
The
<<光照射部106>>
光照射部106は、被検体に対して計測光を出射させる手段である。光照射部106は、光源と一体となっていても良いし、レンズやミラー、拡散板、光ファイバ等の光学部材を介して光源と接続されていても良い。本実施形態では、光源104、光伝送部105、光照射部106が互いに接続されている。
また、光照射部106は、計測光の出射方向が被検者の胸壁側を向くように、斜め方向に傾けた状態で設置されている。傾ける角度は、例えば10度とすることができる。
<<
The
Moreover, the
<<走査機構107>>
走査機構107は、光照射部106を被検体101に沿って移動させるための手段である。走査機構107は、図1における上下方向、すなわち被検体の挿入方向のほか、紙面垂直方向に光照射部106を移動させることができる。すなわち、光照射部106は、走査機構107によって二次元方向に移動することができる。走査機構107上での光照射部106の位置は、以下で述べる制御部109によって制御される。走査機構107と制御部109とを組み合わせることで、光照射部を二次元的に走査させながら光音響測定を行うことができる。なお、図1における上下方向が、本発明における第一の軸である。実施形態の説明においても第一の軸と呼称する。
<<
The
<<制御部109>>
制御部109は、走査機構107を駆動することで光照射部106の位置を制御する手段である。具体的には、図1における上下方向のほか、紙面垂直方向における光照射部106の位置を決定する。
二枚の保持部材で乳房を挟んで保持する場合、乳房の大きさによって保持部材の位置が異なる。計測光は胸壁側に向けられているため、二枚の保持部材の間隔が広い場合には、光は胸壁から遠い場所に照射されるが、二枚の保持部材の間隔が狭い場合には、光は胸壁に近い場所に照射される。
以上の理由から、可動保持部材103a上の所望の範囲に計測光を照射したい場合、可動保持部材103aの位置に応じて、第一の軸上における光照射部106の移動範囲(以下、走査範囲と称する)を適宜決定する必要がある。制御部109は、光照射部106と保持部材103aとの距離を取得し、当該距離と計測光の出射方向に応じて走査範囲を決定する。走査範囲を決定する具体的な方法については後述する。
<<
The
When holding the breast between two holding members, the position of the holding member varies depending on the size of the breast. Since the measurement light is directed to the chest wall side, when the distance between the two holding members is wide, the light is irradiated to a place far from the chest wall, but when the distance between the two holding members is narrow, Light is applied to a place close to the chest wall.
For the above reasons, when it is desired to irradiate a desired range on the
<<被検体101(光吸収体111)>>
被検体101および光吸収体111は、本発明を構成するものではないが、ここで説明する。被検体101は、光音響測定を行う対象物であり、典型的には生体である。ここでは、人の乳房を被検体とする。
本実施形態に係る光音響測定装置では、被検体101の内部に存在する光吸収係数の大きい光吸収体111をイメージングすることができる。被検体が生体である場合、光吸収体111とは、具体的には水、脂質、メラニン、コラーゲン、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどである。光吸収体をイメージングすることで、本実施形態に係る光音響測定装置は、血管の造影、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行うことができる。
<< Subject 101 (Light Absorber 111) >>
The subject 101 and the light absorber 111 do not constitute the present invention, but will be described here. The subject 101 is an object for performing photoacoustic measurement, and is typically a living body. Here, a human breast is used as a subject.
In the photoacoustic measurement apparatus according to the present embodiment, the light absorber 111 having a large light absorption coefficient existing inside the subject 101 can be imaged. When the subject is a living body, the light absorber 111 is specifically water, lipid, melanin, collagen, protein, oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, or the like. By imaging the light absorber, the photoacoustic measurement apparatus according to the present embodiment can perform blood vessel contrast, diagnosis of human or animal malignant tumors or vascular diseases, follow-up of chemical treatment, and the like.
<<保持部材103>>
保持部材103は、被検体101を保持する手段であり、本実施形態では、保持部材103aと103bの二つからなる(以下それぞれ、可動保持部材103a、固定保持部材103bと称する)。二枚の保持部材のうち、探触子がある側の一枚(固定保持部材103b)は乳房に対して固定されているが、光照射部がある側の一枚(可動保持部材103a)は、乳房を圧迫するように、光照射部106とは独立して移動可能である。
探触子と被検体を音響的に結合させるため、保持部材103は、被検体と音響インピー
ダンスが近い素材であることが望ましい。ただし、本実施形態のように、二枚の保持部材で被検体を挟んで保持し、探触子と反対側の被検体表面に光を照射する場合、光を照射する側の可動保持部材103aは音響インピーダンスを考慮しなくても良く、計測光に対して透過率が高い素材であれば良い。典型的には、アクリルなどのプラスチックプレート、あるいはガラスプレート、ポリメチルペンテンなどが挙げられる。
<< Holding member 103 >>
The holding member 103 is means for holding the subject 101, and in the present embodiment, includes two holding
In order to acoustically couple the probe and the subject, the holding member 103 is preferably made of a material having an acoustic impedance close to that of the subject. However, when the object is sandwiched and held by two holding members and light is irradiated to the surface of the object opposite to the probe as in this embodiment, the
<<探触子113>>
探触子113は、被検体101の内部で発生した音響波(典型的には超音波)をアナログの電気信号に変換する手段である。探触子113は、単一の音響検出器からなってもよいし、複数の音響検出器からなってもよい。また、探触子113は、複数の受信素子が一次元、或いは二次元に配置されたものであってもよい。多次元配列素子を用いると、同時に複数の場所で音響波を受信することができるため、測定時間を短縮することができる。なお、探触子が被検体よりも小さい場合は、探触子を走査させて複数の位置で音響波を受信するようにしても良い。また、光照射部106と探触子113は、本実施形態のように被検体を挟むように配置してもよいし、共に同じ側に配置しても良い。
<< Probe 113 >>
The
また、探触子113は、感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましい。具体的にはPZT(圧電セラミックス)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン樹脂)、cMUT(容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ)、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子として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、探触子113は、音響波の反射、減衰の影響を排除するために、被検体101(および固定保持部材103b)と音響的に結合している必要がある。例えば、探触子113と固定保持部材103bの間には、音響マッチング材や水、オイルなどの音響整合材を設けることが望ましい。本実施形態では、探触子113と固定保持部材103bの間に音響マッチング材114を配置する。
Further, it is desirable that the
Further, the
<<処理部115>>
処理部115は、探触子113で得られた電気信号を増幅してデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を処理して画像を生成する手段である。処理部115によって、被検体内の光吸収体に起因した初期音圧の分布を表す画像や、吸収係数の分布を表す画像が生成される。処理部115は、CPUと主記憶装置、および補助記憶装置を有するコンピュータであってもよいし、専用に設計されたハードウェアであってもよい。
<<
The
<<ポテンショメータ116>>
ポテンショメータ116は、被検体101が保持された状態の当該被検体の厚さ(以下、保持厚)を測定する手段である。ポテンショメータ116により、被検体が保持された状態における、可動保持部材103aと光照射部106との距離を取得することができる。
<<
The
<測定処理の概要>
次に、第一の実施形態に係る光音響測定装置が行う測定処理の概要について、図1(a)および図1(b)、図2を参照しながら説明する。図1(a)は、被検体の保持厚が薄い場合を示した図であり、図1(b)は、被検体の保持厚が厚い場合を示した図である。また、図2は、光照射部106の周辺を拡大した図である。
<Overview of measurement process>
Next, an outline of measurement processing performed by the photoacoustic measurement apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b), and 2. FIG. FIG. 1A is a diagram showing a case where the holding thickness of the subject is thin, and FIG. 1B is a diagram showing a case where the holding thickness of the subject is thick. FIG. 2 is an enlarged view of the periphery of the
被検体の保持厚はポテンショメータ116で測定される。測定された情報は制御部109に転送され、可動保持部材103aの位置に応じて、制御部109が、光照射部106の走査範囲、すなわち第一の軸上における移動範囲を決定する。
走査範囲を決定する方法をより具体的に説明する。ここでは、基準となる保持厚(例え
ば装置における最小保持厚)と、当該保持厚において、保持部材103aの所定の範囲に計測光を照射するための、光照射部106の走査範囲が予め定まっているものとする。可動保持部材103aに対する計測光110の出射角をθとすると、可動保持部材103aが光照射部106にΔLだけ近づくごとに、光照射部106の走査範囲の上端(胸壁に近い側の端部)を、ΔL・tanθだけ、胸壁側に移動させる。
The holding thickness of the object is measured by a
A method for determining the scanning range will be described more specifically. Here, the reference holding thickness (for example, the minimum holding thickness in the apparatus) and the scanning range of the
例えば、可動保持部材103aの可動方向に対する光照射部106の角度θが、図2のように10度である場合、保持厚が1mm厚くなるごとに、光照射部106の走査範囲の上端を、1mm×tan10°≒0.176mmだけ胸壁側に近づける制御を行う。この制御を行わない場合、保持厚が厚くなることによって、可動保持部材103a上で計測光が照射されない領域が発生してしまうが、本実施形態ではこれを防ぐことができる。なお、走査範囲はその上端と下端とで定義される。ここで決定する走査範囲の上端が本発明における第一の地点であり、走査範囲の下端が本発明における第二の地点である。
For example, when the angle θ of the
被検体101に照射された計測光110は、被検体101の中を拡散しながら伝搬し、その一部が血管などの光吸収体(図1の例では、光吸収体111)に吸収される。光を吸収した光吸収体は、光音響効果により音響波(図1の例では、音響波112)を発生する。発生した音響波は被検体101内を伝搬し、その一部が固定保持部材103bを通して探触子113に到達する。探触子113が受信した音響波は、電気信号となって処理部115に転送され、光吸収係数を表す画像といった、所望のデータに加工される。
The
<測定処理フローチャート>
次に、以上に説明した処理を行うためのフローについて、図3を参照しながら説明する。
まず、装置の利用者が被検体を装置に挿入する(S101)。被検者の胸は胸壁支持部102によって支持される。次に、挿入された被検体、すなわち乳房を保持手段103によって圧迫する。具体的には、可動保持部材103aが動き、固定保持部材103bに押し付ける形で乳房を圧迫する。
ステップS102の処理が完了すると、ポテンショメータ116が乳房の保持厚を取得し(S103)、その結果を制御部109に通知する(S104)。
保持厚の取得が完了すると、制御部109が、光照射部106の走査範囲を決定する(S105)。そして、制御部109が、決定した走査範囲を用いて計測光の照射を行い、処理部115が信号の取得を行う(S106)。
<Measurement processing flowchart>
Next, a flow for performing the processing described above will be described with reference to FIG.
First, a user of the apparatus inserts a subject into the apparatus (S101). The chest of the subject is supported by the chest wall support 102. Next, the inserted subject, that is, the breast is pressed by the holding means 103. Specifically, the
When the process of step S102 is completed, the
When acquisition of the holding thickness is completed, the
第一の実施形態によると、被検体の保持厚を検出することで、制御部が光照射部の走査範囲を自動的に補正する。これにより、被検体の保持厚にかかわらず、常に被検体上の同じ範囲に計測光を照射できるようになる。 According to the first embodiment, the control unit automatically corrects the scanning range of the light irradiation unit by detecting the holding thickness of the subject. Thereby, it becomes possible to always irradiate the measurement light to the same range on the subject regardless of the holding thickness of the subject.
なお、第一の実施形態では、ポテンショメータ116を用いて保持厚を取得したが、他の方法を用いてもよい。例えば、被検体の保持厚を手動で測定し、測定値を制御部に入力するようにしてもよい。また、本実施形態では、光照射部106が傾いた状態で固定されている例を示したが、他の方法を用いて計測光を傾けてもよい。図4は、光照射部106の別の構成例を示したものである。図4中、符号117aと117bは光反射部材である。図4のような構成とすることで、出射する計測光だけを被検者の胸壁方向に傾けることができる。
In the first embodiment, the holding thickness is acquired using the
(第二の実施形態)
第一の実施形態では、二枚の保持部材を用いて被検体を圧迫しながら測定を行った。これに対して、第二の実施形態は、半球状の保持部材を用いて被検体を保持し、測定を行う実施形態である。
(Second embodiment)
In the first embodiment, measurement was performed while pressing the subject using two holding members. On the other hand, the second embodiment is an embodiment that performs measurement by holding a subject using a hemispherical holding member.
図5は、第二の実施形態を説明するための図である。図5(a)は、乳房が小さい場合を示した図であり、図5(b)は、乳房が大きい場合を示した図である。本実施形態では、可動部材による圧迫ではなく、乳房の大きさに合った半球状の保持部材を装置に装着し、乳房を挿入して保持する。すなわち、乳房が大きい場合は、大きい保持部材を使用し、乳房が小さい場合は、小さい保持部材を使用する。なお、第一の実施形態と同一の構成要素には、原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。 FIG. 5 is a diagram for explaining the second embodiment. FIG. 5A shows a case where the breast is small, and FIG. 5B shows a case where the breast is large. In this embodiment, rather than compression by a movable member, a hemispherical holding member suitable for the size of the breast is attached to the apparatus, and the breast is inserted and held. That is, when the breast is large, a large holding member is used, and when the breast is small, a small holding member is used. In principle, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
保持部材203aおよび203bは、半球状の保持部材である。保持部材を半球状にする長所は、乳房を圧迫しないため、被験者への負担を軽減できることにある。乳房と保持部材の間の隙間を無くすために、被検者の乳房の大きさに応じたサイズの保持部材を用いることが望ましい。
また、第二の実施形態では、ポテンショメータ116のかわりに入力部216が使用される。入力部216は、使用する保持部材のサイズを入力する手段であり、これにより、制御部109は、光照射部106と保持部材203との距離を取得することができる。
半球状の保持部材を使用した場合、乳房の大きさに応じて保持部材203の大きさが変わるため、計測光が照射される位置が変わってしまう。具体的には、保持部材203が小さい場合には光が胸壁付近に照射されるのに対して、保持部材103が大きい場合には光が胸壁から遠い場所に照射されてしまう。そこで、第二の実施形態では、保持部材の大きさに応じて光照射部106の走査範囲を決定する。
The holding
In the second embodiment, the
When a hemispherical holding member is used, since the size of the holding member 203 changes according to the size of the breast, the position where the measurement light is irradiated changes. Specifically, when the holding member 203 is small, the light is irradiated near the chest wall, whereas when the holding member 103 is large, the light is irradiated to a place far from the chest wall. Therefore, in the second embodiment, the scanning range of the
第二の実施形態においても、第一の実施形態と同様に、基準となる保持部材のサイズ(例えば使用可能な最小サイズの保持部材)と、当該保持部材を使用した場合における、光照射部106の走査範囲が予め定められている。そして、保持部材の半径が基準のサイズよりも1mm大きくなるごとに、制御部109が、光照射部106の走査範囲の上端を、1mm×tan10°≒0.176mmだけ胸壁側に近づける制御を行う。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the size of the holding member serving as a reference (for example, a holding member having the smallest usable size) and the
図6は、第二の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローである。
第二の実施形態では、被検体を挿入するステップS101の前に、被検体に適合するサイズの保持部材を装置に装着するステップS101Aが追加される。また、ステップS102およびS103は省略され、代わりに、装着した保持部材のサイズを入力するステップS104Aが実行される。ステップS105において、制御部109が光照射部106の走査範囲を決定する方法は前述した通りである。
FIG. 6 is a processing flow of the photoacoustic measurement apparatus according to the second embodiment.
In the second embodiment, before step S101 for inserting a subject, step S101A for attaching a holding member having a size suitable for the subject to the apparatus is added. Further, steps S102 and S103 are omitted, and instead, step S104A for inputting the size of the attached holding member is executed. In step S105, the method by which the
このように、第二の実施形態では、半球状の保持部材を使用する場合であっても、第一の実施形態と同様に、胸壁付近に照射される光量を大きくすることができ、その結果、胸壁付近の情報を精度良く取得することができる。特に第二の実施形態によると、乳房に対する圧迫保持を行わないため、被検者に対する身体的な負担を軽減させることができる。 Thus, in the second embodiment, even when a hemispherical holding member is used, the amount of light irradiated to the chest wall can be increased, as in the first embodiment, and as a result, In addition, information near the chest wall can be obtained with high accuracy. In particular, according to the second embodiment, since the pressure on the breast is not held, the physical burden on the subject can be reduced.
なお、第二の実施形態では、保持部材の大きさを装置の利用者が入力したが、他の方法を用いてもよい。例えば、ポテンショメータを用いて保持部材の大きさを測定し、測定した値を制御部109に転送することにより、光照射部106の走査範囲を決めても良い。
また、第二の実施形態においても、図4と同様に、光照射部106自体を傾けるのではなく、内部機構を用いて計測光だけを被検者の胸壁方向に向けるようにしてもよい。
In the second embodiment, the user of the apparatus inputs the size of the holding member, but other methods may be used. For example, the scanning range of the
Also in the second embodiment, as in FIG. 4, instead of tilting the
(実施例1)
次に、第一の実施形態に対応する実施例1について述べる。
実施例1では、第一の胸壁支持部102aおよび第二の胸壁支持部102bとして、厚さ3mmのタングステンカーバイドを用いた。被検体である乳房は、可動保持板103aと固定保持板103bに挟んで保持される。光源104には、波長が可変なチタン・サフ
ァイアレーザーを用いた。用いたレーザーのパルス幅は10ナノ秒、周波数は10Hzであり、波長は797nmである。光照射部106から照射される計測光110は、略平行光である。
Example 1
Next, Example 1 corresponding to the first embodiment will be described.
In Example 1, tungsten carbide having a thickness of 3 mm was used as the first chest
また、被検体からの音響波を効率よく受信するために、可動保持部材103aとして、アクリルで作られた厚さ20mmの可動保持部材を用いた。
In order to efficiently receive the acoustic wave from the subject, a movable holding member made of acrylic and having a thickness of 20 mm was used as the
固定保持部材103bには、ポリメチルペンテンで作られた厚さ7mmの部材を用いた。また、探触子113には、PZT(ジルコン酸チタン亜鉛)で作られた圧電型の探触子を用いた。また、固定保持部材103bと探触子113との音響マッチングを取るために、固定保持部材103bと探触子113との間に、ひまし油からなる音響マッチング剤114を配置した。
As the fixed holding
光照射部106の角度θは10度とし、保持厚が1mm厚くなるごとに、光照射部106の走査範囲の上端を、1mm×tan10°≒0.176mmだけ胸壁側に近づける制御を行った。
The angle θ of the
図7(a)は、保持厚が20mmのときに被検体に照射される光照射密度分布を示したものである。図7(a)のX軸は、図1(a)の紙面垂直方向であり、原点は乳房の中心である。また、図7(a)のY軸は、第二の胸壁支持部102bに対して垂直な方向であり、原点は第二の胸壁支持部の支持面である。
また、図7(b)は、Y=−10mmにおける光照射密度をX方向に積分した値である。図7(b)における点線は、光照射部106の走査範囲の上端を保持厚に応じて補正しなかった場合を示している。一方、図7(b)における実線は、光照射部106の走査範囲の上端を保持厚に応じて補正した場合を示している。この結果、光照射部106の走査範囲の上端を保持厚に応じて補正することにより、保持厚の大小に関わらず胸壁付近に照射される計測光の光量を確保できることが確認できた。
FIG. 7A shows the light irradiation density distribution irradiated to the subject when the holding thickness is 20 mm. The X axis in FIG. 7A is the direction perpendicular to the plane of FIG. 1A, and the origin is the center of the breast. Further, the Y axis in FIG. 7A is a direction perpendicular to the second chest
FIG. 7B is a value obtained by integrating the light irradiation density at Y = −10 mm in the X direction. A dotted line in FIG. 7B indicates a case where the upper end of the scanning range of the
(実施例2)
次に、第二の実施形態に対応する実施例2について述べる。実施例2では、保持部材のみが実施例1と異なり、他の条件は実施例1と同様である。
実施例2では、保持部材203に、ポリメチルペンテンで作られた厚さ1mmの半球状の部材を用いた。保持部材の開口部は円形である。保持部材の大きさは被験者の乳房の大きさに応じて適切なものを選ぶことができる。また、保持面内における保持部材の中心位置は、保持部材の大きさに依らず一定とした。選択した保持部材の大きさは、入力部216に操作者が直接入力する。入力された保持部材の大きさは制御部109に転送され、その大きさに応じて光照射部106の走査範囲が決められる。
光照射部106の角度θは、実施例1と同様に10度とし、保持部材の半径が1mm大きくなるごとに、光照射部106の走査範囲の上端を、1mm×tan10°≒0.176mmだけ胸壁側に近づける制御を行った。
(Example 2)
Next, Example 2 corresponding to the second embodiment will be described. In the second embodiment, only the holding member is different from the first embodiment, and other conditions are the same as those in the first embodiment.
In Example 2, a 1 mm thick hemispherical member made of polymethylpentene was used as the holding member 203. The opening of the holding member is circular. An appropriate size of the holding member can be selected according to the size of the breast of the subject. In addition, the center position of the holding member in the holding surface is constant regardless of the size of the holding member. The size of the selected holding member is directly input to the
The angle θ of the
図8(a)は、保持部材の半径が10mmのときに被検体に照射される光照射密度分布を示したものである。図8(a)のX軸は、図5(a)および図5(b)の紙面垂直方向であり、原点は乳房の中心である。また、図8(a)のY軸は、胸壁支持部102の支持面に垂直な方向であり、原点は支持面である。図8(b)は、Y=−10mmにおける光照射密度をX方向に積分した値である。図8(b)における点線は、光照射部106の走査範囲の上端を保持部材の大きさに応じて補正しなかった場合を示している。
一方、図8(b)における実線は、光照射部106の走査範囲の上端を保持部材の大きさに応じて補正した場合を示している。この結果、光照射部106の走査範囲の上端を補正することにより、保持部材の大小に関わらず胸壁付近に照射される計測光の光量を確保
できることが確認できた。
FIG. 8A shows the light irradiation density distribution with which the subject is irradiated when the radius of the holding member is 10 mm. The X axis in FIG. 8A is the direction perpendicular to the plane of FIG. 5A and FIG. 5B, and the origin is the center of the breast. 8A is a direction perpendicular to the support surface of the chest wall support 102, and the origin is the support surface. FIG. 8B shows a value obtained by integrating the light irradiation density at Y = −10 mm in the X direction. A dotted line in FIG. 8B indicates a case where the upper end of the scanning range of the
On the other hand, the solid line in FIG. 8B shows a case where the upper end of the scanning range of the
104・・・光源、105・・・光伝送部、106・・・光照射部、107・・・走査機構、109・・・制御部、113・・・探触子、115・・・処理部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記開口部に挿入された被検体に光を照射する光照射部と、
前記被検体と前記光照射部との間に配置され、前記被検体を保持する保持部材と、
前記光照射部を、被検体の挿入方向に対して平行な第一の軸に沿って移動させる走査機構と、
前記被検体に照射された光に起因して発生する音響波を受信する探触子と、
前記探触子で受信した音響波から前記被検体の特性情報を生成する処理部と、
前記保持部材に対する前記光照射部の位置を、前記保持部材の位置と、前記光照射部から出射する光の出射方向に基づいて決定し、前記決定した位置に前記走査機構を用いて前記光照射部を移動させる制御部と、
を有することを特徴とする、被検体情報取得装置。 A subject support member having an opening for inserting a subject which is a part of the subject; and
A light irradiation unit for irradiating light to the subject inserted into the opening;
A holding member that is disposed between the subject and the light irradiation unit and holds the subject;
A scanning mechanism for moving the light irradiation unit along a first axis parallel to the insertion direction of the subject;
A probe for receiving an acoustic wave generated due to light irradiated on the subject; and
A processing unit for generating characteristic information of the subject from an acoustic wave received by the probe;
The position of the light irradiation unit with respect to the holding member is determined based on the position of the holding member and the emission direction of light emitted from the light irradiation unit, and the light irradiation is performed using the scanning mechanism at the determined position. A control unit for moving the unit,
A subject information acquisition apparatus characterized by comprising:
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。 The control unit moves the light irradiation unit so that the light is irradiated to a predetermined range along the first axis of the holding member, and the movement range of the light irradiation unit is the light irradiation The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the object information acquiring apparatus is determined based on a distance between a portion and the holding member and an emission direction of light emitted from the light irradiation unit.
前記制御部は、前記光照射部と前記保持部材との距離が近いほど、前記第一の地点を前記開口部により近い位置に配置する
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。 The moving range of the light irradiation unit is defined using a first point and a second point farther from the opening than the first point,
The subject information according to claim 2, wherein the control unit arranges the first point closer to the opening as the distance between the light irradiation unit and the holding member is shorter. Acquisition device.
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。 The said holding member contains two holding plates hold | maintained on both sides of a test object, At least 1 sheet | seat can move between the said test object and the said light irradiation part, It is characterized by the above-mentioned. 2. The object information acquiring apparatus according to 1.
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。 The said holding member is a hemispherical member that covers and holds the subject, at least a part of which is located between the subject and the light irradiation unit. Subject information acquisition apparatus.
前記開口部に挿入された被検体に光を照射する光照射部と、
前記被検体と前記光照射部との間に配置され、前記被検体を保持する保持部材と、
前記被検体に照射された光に起因して発生する音響波を受信する探触子と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記保持部材に対する前記光照射部の位置を、前記保持部材の位置と、前記光照射部から出射する光の出射方向に基づいて決定する制御ステップと、
前記光照射部を、前記被検体の挿入方向に対して平行な第一の軸に沿って前記決定した位置に移動させ、光を照射する光照射ステップと、
前記探触子によって音響波を受信する受信ステップと、
前記受信した音響波から前記被検体の特性情報を生成する処理ステップと、
を含むことを特徴とする、被検体情報取得装置の制御方法。 A subject support member having an opening for inserting a subject which is a part of the subject; and
A light irradiation unit for irradiating light to the subject inserted into the opening;
A holding member that is disposed between the subject and the light irradiation unit and holds the subject;
A probe for receiving an acoustic wave generated due to light irradiated on the subject; and
A method for controlling a subject information acquisition apparatus comprising:
A control step of determining the position of the light irradiation unit with respect to the holding member based on the position of the holding member and the emission direction of light emitted from the light irradiation unit;
A light irradiation step of moving the light irradiation unit to the determined position along a first axis parallel to the insertion direction of the subject and irradiating light; and
A receiving step of receiving an acoustic wave by the probe;
A processing step of generating characteristic information of the subject from the received acoustic wave;
A method for controlling a subject information acquiring apparatus.
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の制御方法。 In the control step, the light irradiation unit is moved so that the light is irradiated to a predetermined range along the first axis of the holding member, and the movement range of the light irradiation unit is the light irradiation. The method for controlling a subject information acquiring apparatus according to claim 6, wherein the control method is determined based on a distance between the light source and the holding member and an emission direction of light emitted from the light irradiation unit.
前記制御ステップでは、前記光照射部と前記保持部材との距離が近いほど、前記第一の地点を前記開口部により近い位置に配置する
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の制御方法。 The moving range of the light irradiation unit is defined using a first point and a second point farther from the opening than the first point,
The subject information according to claim 7, wherein, in the control step, the first point is arranged closer to the opening as the distance between the light irradiation unit and the holding member is shorter. Control method of acquisition device.
ことを特徴とする、請求項8に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 9. The holding member includes two holding plates that hold a subject with at least one of them being movable between at least one of the subject and the light irradiation unit. 2. A method for controlling the subject information acquiring apparatus according to 1.
ことを特徴とする、請求項8に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 9. The holding member according to claim 8, wherein the holding member is a hemispherical member that covers and holds the subject, and at least a part of the holding member is located between the subject and the light irradiation unit. A method for controlling an object information acquiring apparatus.
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