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特表2024-507064光音響および超音波の撮像装置、ならびに画像形成方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-16

(54)【発明の名称】光音響および超音波の撮像装置、ならびに画像形成方法

(51)【国際特許分類】

A61B 8/13 20060101AFI20240208BHJP

【ＦＩ】

A61B8/13

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023543082

(86)(22)【出願日】2021-09-02

(85)【翻訳文提出日】2023-08-23

(86)【国際出願番号】 KR2021011871

(87)【国際公開番号】W WO2023017891

(87)【国際公開日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】10-2021-0105598

(32)【優先日】2021-08-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523268918

【氏名又は名称】オプティコインク．，リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000914

【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ

(72)【発明者】

【氏名】キム，チョルホン

(72)【発明者】

【氏名】チェ，ウォンソク

(72)【発明者】

【氏名】パク，ウンヨン

(72)【発明者】

【氏名】チョン，スンワン

(72)【発明者】

【氏名】イ，チャンヨプ

(72)【発明者】

【氏名】ハン，ムンギュ

【テーマコード（参考）】

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C601DD01

4C601DD10

4C601DD14

4C601DE16

4C601GB04

4C601JB28

4C601JB48

4C601JC09

(57)【要約】

光音響および超音波の撮像装置は、レーザを生成するように構成されたレーザ光源と、超音波生成信号を生成するように構成された超音波源と、レーザを受光し、このレーザを対象物に放射するように構成されたレーザ放射装置、ならびに、超音波生成信号を受信し、超音波を対象物に放射し、対象物から生成および反射された光音響信号および超音波信号を検出するように構成された超音波トランスデューサを含む撮像プローブと、超音波トランスデューサによって検出された光音響信号および超音波信号に基づいて、レーザから対象物内の組織の画像を形成し、超音波から対象物内の組織の画像を形成するように構成された演算ユニットとを備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザを生成するように構成されたレーザ光源と、
超音波生成信号を生成するように構成された超音波源と、
前記レーザを受光し、前記レーザを対象物に放射するように構成されたレーザ放射装置、ならびに、前記超音波生成信号を受信し、超音波を前記対象物に放射し、前記対象物から生成および反射された光音響信号および超音波信号を検出するように構成された超音波トランスデューサを含む撮像プローブと、
前記レーザから前記対象物内の組織の画像を形成し、前記超音波トランスデューサによって検出された前記超音波信号に基づいて、前記超音波から前記対象物内の組織の画像を形成するように構成された演算ユニットと
を備える、光音響および超音波の撮像装置。

【請求項2】

前記演算ユニットが、前記超音波トランスデューサから前記対象物に放射される前記超音波から、前記対象物の輪郭プロファイルを取得する、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項3】

前記光音響および超音波の撮像装置が、距離センサをさらに備え、
前記距離センサが、前記対象物までの距離を検出し、
前記演算ユニットが、前記距離センサによって検出される前記距離から、前記対象物の輪郭プロファイルを取得する、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項4】

前記撮像プローブが、前記対象物の前記輪郭プロファイルに沿って移動しながら、前記レーザおよび前記超音波を放射し、
前記演算ユニットが、前記輪郭プロファイルに従って前記画像の高さを調整することによって、前記対象物内の前記組織の前記画像を形成する、請求項２または３に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項5】

前記レーザ光源が、２つ以上の異なる波長のレーザを形成および供給する、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項6】

前記レーザからの前記対象物の前記組織の前記画像が、前記対象物の皮膚、背景組織、および血管のうちの１つまたは複数の画像を含む、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項7】

前記超音波からの、前記対象物内の前記組織の前記画像が、前記対象物内の血管の画像、前記対象物の皮膚の画像、および前記対象物の骨の画像のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項8】

前記超音波トランスデューサが、前記対象物に前記超音波を供給するように構成され、かつアレイ状に配置された複数のトランスデューサを備える、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項9】

【請求項10】

前記超音波源が、前記レーザ光源および前記超音波トランスデューサを制御して、前記レーザおよび前記超音波を互いに同期して放射する、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項11】

前記対象物を上部に配置するように構成された診察台をさらに備え、
前記診察台が、
前記対象物を固定するように構成された対象物固定部分と、
前記撮像プローブを前記対象物の上方に配置および移動させるように構成された移動構造体と、
前記対象物と前記撮像プローブの間に超音波信号および光音響信号を送出するための媒質で満たされた容器と
を備える、請求項１に記載の光音響および超音波の撮像装置。

【請求項12】

対象物の光音響画像および超音波画像を形成する方法であって、
（ａ）前記対象物の輪郭プロファイルを形成することと、
（ｂ）前記輪郭プロファイルに従って、レーザ光および超音波を前記対象物に供給することと、
（ｃ）前記レーザ光から生成された光音響信号、および前記超音波から生成された超音波信号を検出することによって、前記対象物の光音響画像および超音波画像を形成することと
を含む、方法。

【請求項13】

工程（ａ）が、超音波トランスデューサまたは距離センサを使用して、前記対象物までの距離を計算することによって、前記対象物の前記輪郭プロファイルを形成することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

工程（ｂ）が、前記対象物と超音波トランスデューサの間の距離、および前記対象物とレーザ放射装置の間の距離を一定に維持することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

工程（ｂ）が、前記対象物全体の前記輪郭プロファイルを形成した後に実行される、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

工程（ａ）が、前記対象物のある特定の領域に実行され、
工程（ｂ）が、前記領域の輪郭プロファイルに沿って移動しながら実行される、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記対象物の前記光音響画像を形成することが、
周辺組織の背景信号を検出することと、
前記背景信号の代表値を計算することと、
前記背景信号の前記代表値に基づいて、前記対象物の画像を補正することと
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項18】

前記代表値が、前記背景信号の平均輝度である、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記対象物の前記画像の前記補正が、前記光音響画像の画素輝度を、前記代表値で除算することを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

工程（ｃ）が、前記輪郭プロファイルに従って、前記画像の高さを調整することにより、前記対象物内の組織の画像を形成することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項21】

工程（ｂ）が、前記超音波と前記レーザを、互いに同期して放射することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項22】

工程（ｂ）が、異なる波長を有する２つ以上のレーザ・ビームを放射することを含み、
工程（ｃ）が、異なる波長を有する前記放射された２つ以上のレーザ・ビームから光音響画像を形成することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項23】

（ｄ）前記光音響画像および前記超音波画像から、ヘモグロビン濃度、血液酸素飽和度、血管分布密度、および血管深度を計算することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光音響および超音波の撮像装置、ならびに光音響画像および超音波画像を形成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

末梢動脈疾患のある患者において血液循環を評価するには、末梢血管の画像が重要である。ドップラー超音波画像、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、または磁気共鳴（ＭＲ）血管造影など、数多くの血管撮像技術が臨床用に実行されるが、微小血管を視覚化するための空間分解能は一般に低い。血管の画像を得るために造影剤を注入しなければならないので、ＣＴ血管造影およびＭＲ血管造影は定期健診には適していない。ドップラー超音波検査は、比較的安全ではあるが解像度が低い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

各実施形態は、超音波画像の構造情報に基づいて、高解像度のデュアルモード光音響（ＰＡ）画像／超音波画像から画像をもたらすことを対象とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一実施形態による光音響および超音波の撮像装置は、レーザを生成するように構成されたレーザ光源と、超音波生成信号を生成するように構成された超音波源と、レーザを受光し、このレーザを対象物に放射するように構成されたレーザ放射装置、ならびに、超音波生成信号を受信し、超音波を対象物に放射し、対象物から生成および反射された光音響信号および超音波信号を検出するように構成された超音波トランスデューサを含む撮像プローブと、レーザから対象物内の組織の画像を形成し、超音波トランスデューサによって検出された超音波信号に基づいて、超音波から対象物内の組織の画像を形成するように構成された演算ユニットとを備える。

【0005】

実施形態の一態様によれば、撮像プローブは、対象物の輪郭プロファイルに沿って移動しながら、レーザおよび超音波を放射してもよい。

【0006】

実施形態の一態様によれば、レーザ光源は、２つ以上の異なる波長を有するレーザを形成および供給してもよい。

【0007】

実施形態の一態様によれば、対象物内の組織の画像は、この対象物内の血管の画像でもよい。

【0008】

実施形態の一態様によれば、超音波からの対象物内の組織の画像は、この対象物内の血管の画像、対象物の皮膚の画像、および対象物の骨の画像のうち、少なくとも１つを含んでもよい。

【0009】

実施形態の一態様によれば、超音波トランスデューサは、超音波を対象物に供給するように構成されて、アレイ状に配置された、複数のトランスデューサを備えてもよい。

【0010】

実施形態の一態様によれば、光音響および超音波の撮像装置は、距離センサをさらに備えてもよく、この距離センサは、レーザが対象物に放射される前に、この対象物までの距離を検出することによって、対象物の輪郭プロファイルを形成してもよい。

【0011】

実施形態の一態様によれば、超音波源は、レーザ光源および超音波トランスデューサを制御して、レーザと超音波を互いに同期して放射してもよい。

【0012】

実施形態の一態様によれば、光音響および超音波の撮像装置は、対象物を上部に配置するように構成された診察台をさらに備えてもよく、この診察台は、対象物を固定するように構成された対象物固定部分と、撮像プローブを対象物上に配置および移動させるように構成された移動構造体と、対象物と撮像プローブの間に超音波信号および光音響信号を送出するための媒質で満たされた容器とを備えてもよい。

【0013】

一実施形態による、対象物の光音響画像および超音波画像を形成する方法は、（ａ）対象物の輪郭プロファイルを形成することと、（ｂ）この輪郭プロファイルに従って、レーザ光および超音波を対象物に供給することと、（ｃ）レーザ光から生成された光音響信号、および超音波から生成された超音波信号を検出することによって、対象物の光音響画像および超音波画像を形成することとを含む。

【0014】

実施形態の一態様によれば、工程（ａ）は、超音波トランスデューサまたは距離センサを使用して、対象物までの距離を計算することによって、対象物の輪郭プロファイルを形成することを含んでもよい。

【0015】

実施形態の一態様によれば、工程（ｂ）は、対象物と超音波トランスデューサの間の距離、および対象物とレーザ放射装置の間の距離を一定に維持することを含んでもよい。

【0016】

実施形態の一態様によれば、工程（ｂ）は、対象物全体の輪郭プロファイルを形成した後に実行されてもよい。

【0017】

実施形態の一態様によれば、工程（ａ）は、対象物のある特定の領域に実行されてもよく、工程（ｂ）は、この領域の輪郭プロファイルに沿って移動しながら実行されてもよい。

【0018】

実施形態の一態様によれば、対象物の光音響画像の形成は、周辺組織の背景信号を検出することと、この背景信号の代表値を計算することと、この背景信号の代表値に基づいて、対象物の画像を補正することとを含んでもよい。

【0019】

実施形態の一態様によれば、代表値は、背景信号の平均輝度でもよい。

【0020】

実施形態の一態様によれば、対象物の画像の補正は、光音響画像の画素輝度をこの代表値で除算することを含んでもよい。

【0021】

実施形態の一態様によれば、超音波とレーザは、互いに同期して放射されてもよい。

【0022】

実施形態の一態様によれば、工程（ｂ）は、異なる波長を有する２つ以上のレーザ・ビームによって実行されてもよく、工程（ｃ）は、異なる波長を有する２つ以上の放射されたレーザ・ビームから光音響画像を形成することを含んでもよい。

【0023】

実施形態の一態様によれば、この方法は、（ｄ）光音響画像および超音波画像から、ヘモグロビン濃度、血液酸素飽和度、血管分布密度、および血管深度を計算することをさらに含んでもよい。

【0024】

【発明の効果】

【0025】

各実施形態は、光音響血管画像を用いて、様々な構造体（たとえば、皮膚、骨、血管）の画像の組合せから抽出された複数構造画像をもたらす。さらに、輪郭走査技法を使用して、対象物の輪郭に沿って走査を実行することによって、画像の解像度を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、一実施形態による光音響／超音波撮像装置（１）の概要のブロック図である。

【図2】図２は、一実施形態による光音響および超音波の撮像法の概要の流れ図である。

【図3】図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）は、一実施形態による光音響／超音波撮像装置の動作を示す概略図である。

【図4】図４（ａ）は、超音波３次元画像（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｉｍａｇｅ）から得られる皮膚の画像の一例である。図４（ｂ）は、超音波３次元画像から得られる骨の画像の一例である。図４（ｃ）は、超音波３次元画像から得られる血管画像の一例である。

【図5】図５は、対象物（Ｔ）である足の微小血管の光音響画像の一例である。

【図6】図６（ａ）は、関連技術に基づいて、撮像プローブを直線的に移動させることによって得られる超音波画像（ＵＳ）および光音響画像（ＰＡ）の表示である。図６（ｂ）は、一実施形態による、対象物の輪郭プロファイルに従って撮像プローブを移動させることによって得られる超音波画像（ＵＳ）および光音響画像（ＰＡ）の表示である。図６（ｃ）は、左の図は、関連技術に基づいて、撮像プローブを直線的に移動させることによって光音響画像の形式で得られる血管画像（ＰＡ）であり、右の図は、酸素飽和度（ＰＡ－ｓＯ_２）を示す光音響画像である。図６（ｄ）は、左の図は、一実施形態による、対象物の輪郭プロファイルに従って撮像プローブを移動させることによって光音響画像の形式で得られる血管画像（ＰＡ）であり、右の図は、酸素飽和度（ＰＡ－ｓＯ_２）を示す光音響画像である。

【図7】図７（ａ）は、関連技術の光音響画像（ＰＡ）技法によって得られる、ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）、および皮下血管深度（Ｄｅｐｔｈ）を示す図である。図７（ｂ）は、一実施形態による、対象物（Ｔ）での組織の画像を補正するための光音響画像（ＰＡ）技法によって得られる、ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）、および皮下血管深度（Ｄｅｐｔｈ）を示す図である。

【図8】図８は、一実施形態による、５回測定された異なる４人の人たちの総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）、血管密度、および平均深度の平均値を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に、添付図面を参照して、各実施形態を説明する。

【0028】

図１は、一実施形態による光音響／超音波撮像装置１の概要のブロック図である。図１を参照すると、光音響／超音波撮像装置１は、レーザを形成するためのレーザ光源１２０と、超音波生成信号を形成するための超音波源１４２と、レーザを受光し、このレーザを対象物Ｔに放射するためのレーザ放射装置２２０、ならびに、超音波生成信号を受信し、超音波を対象物に放射し、対象物から生成される光音響画像および超音波信号を検出するための超音波トランスデューサ２４０を含む撮像プローブ２００と、レーザによって対象物Ｔ内の組織の画像を形成し、超音波トランスデューサ２４０によって検出された超音波信号に基づいて、超音波による対象物Ｔ内の組織の画像を形成するように構成された演算ユニット１４６とを備える。

【0029】

図１を参照すると、この実施形態による光音響／超音波撮像装置１は、レーザ光源１２０および超音波ユニット１４０を備える。レーザ光源１２０は、所定の波長を有するレーザを形成する。たとえば、レーザ光源１２０から供給されるレーザは、パルス繰返し率が１Ｈｚ～２０Ｈｚのパルス・レーザでもよい。たとえば、レーザ光源２０は、供給される光を制御してもよく、たとえば、ＯＰＯＴＥＫＩｎｃ．製のＰｈｏｃｕｓＭｏｂｉｌｅ製品でもよい。レーザ光源１２０は、様々な波長を有する複数のレーザ・ビームを形成および供給してもよい。

【0030】

超音波ユニット１４０は、超音波トランスデューサ２４０によって検出された信号を受信し、画像化を実行するように構成された、超音波源１４２および演算ユニット１４６を備えてもよい。図１に示す実施形態では、演算ユニット１４６は、超音波ユニット１４０に含まれる。しかし、本明細書に示されていない実施形態においては、演算ユニットは、超音波トランスデューサによって検出された信号を受信し、この信号に演算を実行した後に画像化を実行して、画像を形成するように構成された別個の構成要素でもよい。

【0031】

超音波源１４２は、所定の周波数の超音波を形成および供給する。一実施形態では、超音波源１４２によって供給される超音波は、中心周波数が５．５ＭＨｚ～１１．５ＭＨｚの超音波でもよい。たとえば、超音波源１４２は、ＡｌｐｉｎｉｏｎＭｅｄｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓＣｏ．Ｌｔｄ．製の超音波システムＥＣＵＢＥ１２Ｒでもよい。

【0032】

レーザのパルス繰返し率が１０Ｈｚのとき、１つまたは複数の連続したレーザ・パルスから、１つの光音響画像を得ることができ、利用可能なフレーム・レートは、光音響画像と超音波画像（ＵＳ）の両方において１０Ｈｚ以下でもよい。しかし、これはほんの一例であり、利用可能なフレーム・レートは、１０Ｈｚより高くても低くてもよい。

【0033】

撮像プローブ２００は、レーザを受光し、このレーザを対象物Ｔに供給するように構成されたレーザ放射装置２２０と、超音波を受信し、この超音波を対象物Ｔに供給するように構成された１つまたは複数の超音波トランスデューサ２４０とを備える。一実施形態では、レーザ放射装置２２０は、レーザ光源１２０に接続された複数の光ファイバ・バンドルを備えてもよく、対象物Ｔに線形レーザを放射してもよい。超音波トランスデューサ２４０は、アレイ状に配置された１つまたは複数のトランスデューサ、たとえば、アレイ状に配置された１２８個のトランスデューサを備えてもよい。これは、ほんの例示的なことである。超音波トランスデューサ２４０は、超音波源１４２から供給される超音波生成信号を受信し、この超音波生成信号に対応する超音波を形成し、この超音波を対象物Ｔに供給する。超音波トランスデューサ２４０およびレーザ放射装置２２０は、それぞれ、制御装置によって制御されるモータ駆動装置（図示せず）によって移動されてもよい。

【0034】

撮像プローブ２００に含まれる超音波トランスデューサ２４０およびレーザ放射装置２２０は、レーザ放射装置２２０からのレーザ・ビーム、および超音波トランスデューサ２４０からの超音波が、撮像プローブ２００の下方の所定の位置で画像平面に一致するように設けられる。一実施形態では、レーザ・ビームおよび超音波は、撮像プローブ２００の下方１０～５０ｍｍにおいて互いに一致するように供給され、たとえば、対象物Ｔでの深さ３０ｍｍの位置で互いに一致してもよい。

【0035】

超音波トランスデューサ２４０からの超音波は、対象物Ｔに供給される。供給されたこの超音波から、対象物Ｔ内の組織および構造に対応する超音波信号が生成され、この信号が対象物Ｔの外側に供給される。

【0036】

レーザ放射装置２２０から対象物Ｔに供給されるレーザ光は、対象物Ｔ内の組織に吸収される。レーザ光を吸収する、対象物Ｔ内の組織に対応する超音波帯域での信号が形成され、この信号が対象物Ｔの外側に供給される。

【0037】

対象物Ｔから供給される超音波信号は、超音波トランスデューサ２４０によって検出される。超音波トランスデューサ２４０によって検出された超音波信号は、演算ユニット１４６に供給される。演算ユニット１４６は、対象物Ｔに供給されるレーザから生成された信号を検出し、たとえば、フーリエ領域再構築（Ｆｏｕｒｉｅｒｄｏｍａｉｎｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）技法を使用して、光音響画像を形成する。

【0038】

演算ユニット１４６は、対象物Ｔに供給される超音波から、対象物Ｔにおいて形成される信号を検出し、たとえば、遅延和ビームフォーミング（ｄｅｌａｙ－ａｎｄ－ｓｕｍｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を実行することによって超音波画像を再構築する。一実施形態では、再構築された光音響画像および超音波画像は、それぞれ、演算ユニット１４６によって、画像信号の形式で生成、表示、および記憶されてもよい。

【0039】

本明細書に示されていない実施形態においては、撮像プローブは、対象物までの距離を測定することによって、対象物の輪郭プロファイルを得るように構成された距離センサをさらに備えてもよい。

【0040】

上記構成を有する光音響／超音波撮像装置１の動作を以下に述べる。図２は、一実施形態による光音響および超音波の撮像法の概要の流れ図である。図２を参照すると、この実施形態による、光音響画像および超音波画像を形成する方法は、（ａ）対象物の輪郭プロファイルを形成することと（Ｓ１００）、（ｂ）この輪郭プロファイルに従って、レーザ光および超音波を対象物に供給することと（Ｓ２００）、（ｃ）レーザ光から生成された光音響信号、および超音波から生成された超音波信号を検出することによって、対象物の光音響画像および超音波画像を形成することと（Ｓ３００）を含む。

【0041】

超音波トランスデューサ２４０を用いて対象物Ｔを走査することによって、対象物Ｔの輪郭が得られる。一実施形態では、超音波トランスデューサ２４０を使用して、皮膚の超音波画像が得られる。輪郭を得るために皮膚の画像を得るプロセスを迅速に実行するために、皮膚を検出するプロセスは簡略化されることが好ましい。一実施形態では、超音波の強度によって閾値を設定し、ボックスカー・フィルタリング（ｂｏｘｃａｒｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）またはメディアン・フィルタリングを使用して平滑化プロセスを実行することによって、皮膚を検出するプロセスを実行してもよい。皮膚の取得された超音波画像のＸ軸方向での中央値を選択することによって、対象物Ｔの高さに対応する輪郭プロファイルが得られる。

【0042】

撮像プローブ２００が、Ｙ軸方向に一定速度で走査を実行し、対象物Ｔの高さによってＺ軸方向に移動するようにモータ駆動装置（図示せず）を制御するために、対象物Ｔの高さに対応する、取得済みの輪郭プロファイルが使用される。

【0043】

この実施形態による輪郭の取得は、対象物Ｔを光音響／超音波撮像する前に実行されてもよい。一実施形態では、光音響／超音波撮像は、輪郭を取得した後に実行されてもよい。すなわち、対象物Ｔの輪郭が取得された後、取得されたこの輪郭に従って光音響／超音波撮像を実行してもよい。別の実施形態では、対象物Ｔの所定部分の輪郭を取得してもよく、この輪郭に従って所定部分に光音響／超音波撮像を実行してもよく、輪郭の取得および光音響／超音波撮像の実行を繰り返し実行してもよい。本明細書に示されていない実施形態においては、輪郭の取得は、距離センサによって実行されてもよい。

【0044】

図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）は、一実施形態による光音響／超音波撮像装置の動作を示す概略図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）の実施形態では、対象物Ｔが人間の足である場合が示してある。しかし、この場合はほんの一例であり、検出される物体、たとえば、足、手、大腿部、ふくらはぎ、上腕、前腕、または胴体を、対象物Ｔとして設定してもよい。

【0045】

対象物Ｔは、この対象物Ｔに撮像プロセスを実行するための診察台（図示せず）に配置されてもよい。この診察台は、撮像プロセス中に対象物Ｔを固定するための、対象物固定部分（図示せず）を備えてもよい。この診察台は、撮像プローブ２００が、対象物Ｔ上を移動しながら撮像を実行できるようにするためのレールおよびフレームを含む移動構造体（図示せず）を備えてもよい。この移動構造体は、撮像プローブ２００を、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の方向に移動させるための電気移動構造体でもよい。

【0046】

診察台は、対象物Ｔを媒質に浸漬するための容器（図示せず）を備えてもよく、この容器は、超音波信号および光音響信号を送出するための媒質で満たされる。一実施形態では、対象物固定部分は、対象物Ｔを容器に浸漬することによって対象物Ｔを固定してもよく、対象物Ｔが浸漬される液体は水でもよい。

【0047】

図３（ａ）および図３（ｃ）の実施形態では、撮像プローブ２００はＹ軸に沿って移動し、演算ユニット１４６は、撮像プローブ２００が移動するそれぞれの位置で得られる光音響／超音波画像を積み重ねることによって、３次元画像を形成する。

【0048】

撮像プローブ２００が電気ステージ（図示せず）によってＹ軸方向に移動するステップ・サイズは、超音波トランスデューサアレイの－６ｄＢビーム幅よりも小さくてよい。たとえば、撮像プローブ２００がＹ軸方向に移動するステップ・サイズは、０．５ｍｍよりも小さくてよい。

【0049】

撮像プローブ２００が、レーザおよび超音波を対象物Ｔに供給することによって対象物Ｔを走査する幅ｗは、対象物Ｔの幅よりも小さくてよい。この場合、対象物Ｔが固定されている間に複数回の走査を実行することによって、対象物Ｔ全体の光音響画像および超音波画像を得ることができる。

【0050】

図３（ｃ）に示すように、レーザおよび超音波を供給し、撮像プローブ２００を用いて走査を実行するプロセスは、対象物の輪郭プロファイルに対応するように撮像プローブ２００の高さを調整することによって実行されてもよい。したがって、図３（ｃ）の右側部分に示すように、輪郭プロファイルに対応するように撮像プローブ２００の焦点を調整することによって、撮像を実行する。それに応じて、関連技術での解像度よりも高い解像度を有する画像を得ることが可能である。

【0051】

対象物Ｔ全体の画像を得るために、走査が実行され、この走査によって得られる光音響画像および超音波画像が、コンピュータ・ソフトウェアによって合成されて、３次元（３Ｄ）画像を形成する。一実施形態では、走査を複数回実行することによって、対象物Ｔ全体の画像を得てもよい。一実施形態では、コンピュータ・ソフトウェアによって、３Ｄ画像を得てもよい。

【0052】

一実施形態では、輪郭を走査することによって、対象物Ｔと同じ高さで得られる光音響／超音波画像の元の輪郭の構造情報を再構築するために、この輪郭の高さに従ってこの画像の高さを調整してもよく、コンピュータ・ソフトウェアによって、複数の走査結果を合成してもよい。

【0053】

対象物Ｔ全体の光音響／超音波画像から３次元画像が取得されてもよく、この対象物Ｔの不可欠な成分が抽出される。対象物の超音波３次元画像には、皮膚（高エコー）、骨（高エコーであるが、その下部は非エコー）、および血管（高エコーであるが、その内部は非エコー）など、明るさに従って様々な構造が示してある。

【0054】

図４（ａ）は、超音波３次元画像から得られる皮膚の画像の一例である。輝度情報から平滑面を検出して皮膚の位置を検出することによって、皮膚の超音波画像を得る。たとえば、この平滑面の検出は、前述の通りコンピュータ・ソフトウェアを用いて実行されてもよい。

【0055】

図４（ｂ）は、超音波３次元画像から得られる骨の画像の一例である。超音波画像では、骨は皮膚よりも暗いが、明るい点のように表示される。皮膚についての情報が得られた後、皮膚の輝度を下げ、骨の輝度を上げるための画素輝度調整プロセスが実行され、その後、ソフトウェアによって骨を検出することができる。たとえば、Ｌｏｇ－Ｇａｂｏｒフィルタ（Ｌｏｇ－Ｇａｂｏｒｆｉｌｔｅｒ）によって骨の境界を検出することによって、または画素輝度を反転させ、コンピュータ・ソフトウェアを用いて骨の下部の輪郭を検出することによって、骨の画像を取得してもよい。

【0056】

図４（ｃ）は、超音波３次元画像から得られる血管画像の一例である。超音波画像では、血管の内部が暗く（輝度が低く）表示される。色反転によって、ブロック血管（ｂｌｏｃｋｖｅｓｓｅｌ）の内部は明るく見え、血管内の血液に対応する画素が血管の形で連結されているかどうかを、Ｆｒａｎｇｉフィルタ（Ｆｒａｎｇｉｆｉｌｔｅｒ）を使用して判定することによって、血管画像を得ることができる。

【0057】

図５は、対象物（Ｔ）である足の微小血管の光音響画像の一例である。レーザ放射装置２２０から供給されるレーザ光が、対象物Ｔに供給され、この対象物Ｔを透過する。対象物Ｔ内の組織は、透過するレーザ光を吸収し、超音波帯域での信号を外部に供給する。演算ユニット１４６は、前述の通り形成された超音波帯域での信号を検出して、光音響画像を形成する。

【0058】

しかし、対象物Ｔに供給されるレーザ光は散乱することがあり、また、このレーザ光が皮膚を透過する深さが増すにつれて、レーザ光の強度が低下するので、信号強度が十分な画像を形成するように、背景信号に信号処理が実行される。対象物Ｔに供給されるレーザ光から、血管周辺の組織の背景信号が形成され、この背景信号を形成するレーザは、血管周辺の組織に供給されるレーザと同じ傾向で減衰することになると予想される。

【0059】

したがって、血管信号を除いた背景信号を抽出することによって代表値を計算してもよく、対象物Ｔ内の位置の代表値の傾向を特定することによって、光が減衰する際の傾向を特定してもよい。たとえば、背景信号の代表値は、ある特定の領域内での背景信号の強度の平均値でもよい。

【0060】

したがって、この代表値の傾向は、対象物Ｔを透過するレーザ光の減衰の傾向に対応し、対象物Ｔ内の組織の画像を補正することによって形成される画像は、図５に示す対象物Ｔ内の血管の画像と実質的に同じである。たとえば、組織の光音響画像での画素輝度を、代表値の傾向で除算することによって、対象物Ｔ内の組織の画像を補正する方法を実行してもよい。

【0061】

実験例
以下に、添付図面を参照して、一実施形態の実験例を説明する。図６（ａ）は、関連技術に基づき、撮像プローブを直線的に移動させることによって得られる超音波画像（ＵＳ）および光音響画像（ＰＡ）の表示であり、図６（ｂ）は、一実施形態による、対象物の輪郭プロファイルに従って撮像プローブを移動させることによって得られる超音波画像（ＵＳ）および光音響画像（ＰＡ）の表示である。図６（ａ）および図６（ｂ）を参照すると、関連技術によれば、黄色の破線で示される焦点面の下方の対象物に撮像が実行された。しかし、一実施形態によれば、対象物の輪郭プロファイルに従って撮像プローブを移動させることによって、この対象物に撮像が実行され、したがって、焦点面に従って対象物が撮像された。

【0062】

したがって、図６（ｂ）の画像の解像度および信号強度は、関連技術による図６（ａ）の画像の解像度および信号強度よりも大きいことがわかる。

【0063】

図６（ｃ）の左の図は、関連技術に基づき、撮像プローブを直線的に移動させることによって光音響画像の形式で得られる血管画像（ＰＡ）であり、図６（ｃ）の右の図は、酸素飽和度（ＰＡ－ｓＯ_２）を示す光音響画像である。図６（ｄ）の左の図は、一実施形態による、対象物の輪郭プロファイルに従って撮像プローブを移動させることによって光音響画像の形式で得られる血管画像（ＰＡ）であり、図６（ｄ）の右の図は、酸素飽和度（ＰＡ－ｓＯ_２）を示す光音響画像である。

【0064】

図６（ｃ）および図６（ｄ）を参照すると、この実施形態によって得られる、血管の光音響画像および酸素吸収率の画像がより詳細に示されており、したがって、各画像は、関連技術と比較して、相対的に高い解像度、および実際の酸素飽和度に近い値を有することがわかる。

【0065】

図７（ａ）は、関連技術の光音響画像（ＰＡ）の技法によって得られる、総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）、および皮下血管深度（Ｄｅｐｔｈ）を示し、図７（ｂ）は、一実施形態による、対象物（Ｔ）での組織の画像を補正するための光音響画像（ＰＡ）技法によって得られる、ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）、および皮下血管深度（Ｄｅｐｔｈ）を示す。

【0066】

たとえば、酸化ヘモグロビンまたは非酸化ヘモグロビンの光吸収率が、レーザの波長によって変化するという事実に基づいて、総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）および酸素飽和度（ｓＯ_２）を測定した。２波長以上（一実施形態では４波長）を有するレーザ光を放射することによって形成および取得される、光音響画像の画素での酸化／非酸化ヘモグロビン濃度を１次方程式によって計算してもよく、この酸化／非酸化ヘモグロビン濃度を加算することによって総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）を計算してもよく、酸化ヘモグロビン濃度を総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）で除算することによって酸素飽和度（ｓＯ_２）を計算してもよい。

【0067】

たとえば、超音波画像および光音響画像から皮膚の位置を検出することによって、皮下血管深度（Ｄｅｐｔｈ）を計算してもよく、各血管に対応する画素の位置を計算し、これを皮膚の画素の位置からの垂直距離として表してもよく、光音響画像から皮膚の位置が検出されるときには、２波長以上を有するレーザ光から得られる光音響画像での皮膚内のメラニン成分の光吸収率を、ヘモグロビンについての上記説明と同様の１次方程式を使用して計算することによって、メラニン分布形から皮膚の位置を検出してもよい。

【0068】

図７（ａ）および図７（ｂ）を参照すると、総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）を示す図、ならびに酸素飽和度（ｓＯ_２）および皮下組織深度を示す図からは、一実施形態による対象物Ｔ内の組織の画像を補正することによって形成される画像の解像度が、相対的に高いことがわかる。

【0069】

図８は、一実施形態による、５回測定された異なる４人の人たちの総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）、血管密度および平均深度の平均値を示すグラフである。たとえば、ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）および平均深度は、総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）の画像に基づいて予め決定された閾値以上の値をそれぞれが有する画素を選択し、選択されたこの画素の位置でのヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）、酸素飽和度（ｓＯ_２）および深度の平均を計算することによって、計算されてもよい。たとえば、ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）の画像に基づいて予め決定された閾値以上の値をそれぞれが有する画素が占める総面積を、対象物Ｔの総面積で除算することによって、血管密度を計算してもよい。

【0070】

図８に示すように、異なる４人の人たちから測定される結果のずれは大きくない。したがって、この結果からは、この実施形態において再現する可能性は高いことがわかる。

【0071】

本開示の理解を助けるため、各図面に示す実施形態を参照してこれまで本開示を説明してきたが、各実施形態は、例示的なものに過ぎず、様々な修正を加えてもよく、同等な実施形態を実施してもよいことが、当業者には理解されよう。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるべきである。

【図1】