(57)【要約】【課題】光音響トモグラフィを用いる被検体情報取得装置において、光音響像と被検体の位置関係の把握を容易にする技術を提供する。【解決手段】マーカーが配置された被検体を光学的に撮像した光学像を取得する光学像取得部と、被検体に光が照射されて発生した光音響波に由来する光音響像を取得する光音響像取得部と、光学像中の前記マーカーの位置情報に基づいてグラフィックを生成し、グラフィックを光音響像に重畳して重畳像を生成する重畳像生成部を有する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2020069312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マーカーが配置された被検体を光学的に撮像した光学像を取得する光学像取得部と、
前記被検体に光が照射されて発生した光音響波に由来する光音響像を取得する光音響像取得部と、
前記光学像中の前記マーカーの位置情報に基づいてグラフィックを生成し、当該グラフィックを前記光音響像に重畳して重畳像を生成する重畳像生成部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記光学像取得部は、前記光学像から前記マーカーの画像を抽出して位置情報を抽出し、
前記重畳像生成部は、前記光音響像と前記光学像の位置合わせを行い、前記光音響像における前記マーカーの位置に対応する位置に、前記グラフィックを重畳する
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。
【請求項３】
前記重畳像生成部は、前記マーカーの種類に応じて前記グラフィックの種類を決定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。
【請求項４】
前記重畳像生成部は、前記マーカーの形状とは異なる形状の前記グラフィックを、前記光音響像に重畳する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記マーカーの前記光の波長における吸収係数は、前記被検体の前記光の波長における吸収係数よりも小さい
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。
【請求項６】
前記光音響像取得部は、前記被検体内部のヘモグロビンから発生した前記光音響波に由来する前記光音響像を取得し、
前記マーカーの前記光の波長における吸収係数は、０．０５／ｍｍ以上、０．１／ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
光源からの光を前記被検体に照射する照射部と、
前記光音響波を受信する変換素子と、
前記被検体を光学的に撮像するカメラと、
をさらに有する
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記照射部、前記変換素子および前記カメラが支持部材に配置されて構成される測定ユニットと、
前記測定ユニットを前記被検体に対して移動させる走査制御部と、
をさらに有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。
【請求項９】
前記重畳像を表示する表示部をさらに有する
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。
【請求項１０】
前記表示部に表示される前記重畳像における前記グラフィックの有無を切り替えるための入力部をさらに有する
ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記表示部に表示される前記重畳像における前記グラフィックの種類を切り替えるための入力部をさらに有する
ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記重畳像を前記被検体に投影するプロジェクターをさらに有する
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。
【請求項１３】
マーカーが配置された被検体を光学的に撮像した光学像を取得する光学像取得ステップと、
前記被検体に光が照射されて発生した光音響波に由来する光音響像を取得する光音響像取得ステップと、
前記光学像中の前記マーカーの位置情報に基づいてグラフィックを生成し、当該グラフィックを前記光音響像に重畳して重畳像を生成する重畳像生成ステップと、
を有することを特徴とする被検体情報取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置および被検体情報取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被検体に光を照射して被検体の特性情報を取得する光イメージングの研究が進められている。その中でも、光を被検体に照射すると光吸収体から音響波（光音響波）が発生する光音響効果を利用した、光音響トモグラフィ（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる技術が注目されている。光音響トモグラフィ技術を用いた光音響装置は、光音響効果により被検体から発生した光音響波を検出し解析して、被検体内の光学特性値を示す特性情報を取得する。特性情報としては初期音圧や吸収係数などがある。また、光吸収体として血液中に多く含まれるヘモグロビンに注目し、オキシヘモグロビンまたはデオキシヘモグロビンの吸収係数や、血液中の酸素飽和度を取得できる。また、それらの情報に基づいて、被検体内部の血管分布を画像化することもできる。
特許文献１には、光音響像に加えて光学像を取得する光音響装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９１１１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光音響像と光学像を取得する光音響装置において、光音響像と実際の被検体との位置関係を把握することが難しい場合がある。例えば、観察対象となる関心領域が、手のひらのように輪郭が分かりやすい箇所ではなく、大腿部や体幹部、乳房など体表形状に特徴点が少ない箇所にある場合である。このような場合、光音響像で得られた血管像が被検体のどの位置に対応するかを把握することは難しい。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光音響トモグラフィを用いる被検体情報取得装置において、光音響像と被検体の位置関係の把握を容易にする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
マーカーが配置された被検体を光学的に撮像した光学像を取得する光学像取得部と、
前記被検体に光が照射されて発生した光音響波に由来する光音響像を取得する光音響像取得部と、
前記光学像中の前記マーカーの位置情報に基づいてグラフィックを生成し、当該グラフィックを前記光音響像に重畳して重畳像を生成する重畳像生成部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０００７】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
マーカーが配置された被検体を光学的に撮像した光学像を取得する光学像取得ステップと、
前記被検体に光が照射されて発生した光音響波に由来する光音響像を取得する光音響像取得ステップと、
前記光学像中の前記マーカーの位置情報に基づいてグラフィックを生成し、当該グラフ
ィックを前記光音響像に重畳して重畳像を生成する重畳像生成ステップと、
を有することを特徴とする被検体情報取得方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光音響トモグラフィを用いる被検体情報取得装置において、光音響像と被検体の位置関係の把握を容易にする技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示すブロック図。
【図２】被検体にマーカーを配置した様子を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る被検体の測定箇所およびマーカーを示す図。
【図４】第１の実施形態に係る光学像を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る光音響像を示す図。
【図６】第１の実施形態に係る重畳像を示す図。
【図７】第１の実施形態の処理の流れを示すフローチャート。
【図８】第２の実施形態に係る表示画面を示す図。
【図９】表示画面の変形例を示す図。
【図１０】第３の実施形態に係る表示画面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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る。よって、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。
【００１１】
本発明は、被検体に光などの電磁波を照射し、被検体内部から発生した音響波に対する情報処理を行って被検体内部の特性情報（被検体情報）を取得し、表示する技術に関する。よって本発明は、光音響装置もしくはその制御方法、被検体情報取得装置もしくはその制御方法、被検体情報取得方法、情報処理装置もしくはその制御方法、信号処理方法、情報処理方法、または、表示方法として捉えられる。本発明はまた、上記の各方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。記憶媒体は、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体であってもよい。
【００１２】
光音響装置における特性情報とは、光音響波に由来する受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する、光エネルギーの吸収量や吸収率を反映した値である。この特性情報は、例えば、単一の波長の光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、または、初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数を含む。また、互いに異なる複数の波長に由来する特性情報から、組織を構成する物質の濃度を取得できる。物質濃度としてオキシヘモグロビン濃度とデオキシヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を取得できる。また、物質濃度として他にも、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率などを取得できる。
【００１３】
被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報として求めても良い。分布情報を示すデータは、光音響画像データ、超音波画像データ、再構成画像データなどとも呼ばれる。
【００１４】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を
含む。トランスデューサ等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。
【００１５】
本発明の被検体情報取得装置は、人や動物の血管疾患や悪性腫瘍などの診断や化学療法の経過観察に好適である。被検体の例として、被検者の乳房や手のような生体の一部、マウスなどヒト以外の動物、無生物、ファントムなどが挙げられる。光音響技術による画像化の対象として、被検体内部や被検体表面を構成する光吸収体の他に、導入された造影剤も利用可能である。
【００１６】
本発明の被検体情報取得装置は、光音響像と光学像を取得する光音響装置に好ましく適用できる。本発明の技術により、光音響像と光学像の位置関係の把握や、光音響像が被検体のどの位置に対応するかの把握が良好に行えるようになる。その結果、医師や技師などが、光音響像を参照して被検体の関心領域における血管の位置を特定し、皮弁の採取手術等を良好に行えるようになる。
【００１７】
ここで、光音響像と光学像の位置関係の把握のために、被検体の関心領域にあらかじめ光吸収体からなるマーカーを配置してから光音響像と光学像を取得する方法が考えられる。これにより、光音響像および光学像の取得後、マーカーを目印として両者を重畳表示することが可能になる。
しかしながら、この方法では、重畳像の中に、被検体表面の肌の色や特徴点が映り込むことになり、ユーザによる読影の妨げになるおそれがある。さらにこの方法では、マーカーとして、光音響測定で用いる光の波長において吸収特性を有する光吸収体を利用する。これによりマーカーの位置を把握しやすくなるという利点がある反面、光音響像にマーカー由来のノイズが生じるおそれがある。
かかる事情に鑑みて発明者らが検討した結果、以下の各実施形態にかかる被検体情報取得装置を着想するに至った。
【００１８】
［第１の実施形態］
以下の各実施形態において、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、説明を簡略化する。本実施形態の被検体情報取得装置は、穿通枝皮弁の採取手術の際に用いられるものとする。一般に、穿通枝の位置の確認にはドップラー血流計が使用されている。しかし、上述したように、血管位置の把握には光音響測定が有効であるため、穿通枝皮弁の採取手術の前に光音響測定を実施して光音響像を取得することが検討されている。これにより、医師や技師、読影者などのユーザが、血管（とりわけ穿通枝）の位置や走行状態を把握して、採取する皮弁の位置と範囲の決定に役立つ情報を得られるようになると期待されている
【００１９】
ユーザは、光音響像を見ながら、光音響像中の血管像が被検体のどの部分に対応するかと、関心領域がどの箇所かを把握する。そして、光音響像中の穿通枝の位置を参照して手技を行う。しかし、皮弁採取には、大腿部や体幹部など、比較的広くかつ体表に特徴がない箇所が用いられる。そのため、光音響像と実際の被検体との位置関係の把握が難しい。そこで本実施形態においては、光音響像と被検体の対応関係の把握を容易にするため、関心領域が光音響画像のどの場所に位置するのかをユーザに分かりやすく表示する。これによりユーザは、穿通枝を容易に発見できるようになる。その結果、穿通枝を捜す時間や、採取する皮弁の位置と範囲の決定までの時間を短縮できる。
【００２０】
（装置の構成）
図１は、本実施形態に係る被検体情報取得装置１の構成を説明するブロック図である。
被検体情報取得装置は、光源１０１、測定ユニット１０２、信号取得部１０３、走査制御部１０５、処理部１０６、入力部１０７、表示部１０８、走査部１１９、光学制御部１２１、などを有する。以下、各構成要素について説明する。
【００２１】
<<光源>>
光源１０１は、被検体１０９に照射するパルス光を発生させる装置である。光源１０１は、大出力を得るためレーザ光源であることが望ましいが、レーザ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。光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザ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、光学制御部１２１によって制御される。光学制御部は、光源１０１と一体化されていても良い。本実施形態では、光源１０１としてアレキサンドライトレーザを用いるが、ＹＡＧレーザや、チタンサファイアレーザなどを用いてもよい。また、光源１０１は被検体情報取得装置の一部を構成していても良いし、被検体情報取得装置が外部の光源と連携しながら光を照射しても良い。
【００２２】
パルス光の波長は、被検体１０９を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、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１０９が生体である場合、６５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下であることが望ましい。なお、被検体情報として酸素飽和度を取得する場合、二波長以上を用いても構わない。
また、観察対象となる光吸収体の吸収係数に応じて照射波長を変更するために、波長可変光源を用いてもよい。波長可変光源を用いる場合、マーカー１１０の材質を決定したのち、マーカー１１０の吸収係数が被検体１０９の吸収係数と比べて低くなり、マーカー１１０が光音響像に映り込みにくいような波長を選択してもよい。
【００２３】
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体１０９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１０９が生体である場合、発生するパルス光のパルス幅は１０ナノから５０ナノ秒程度が好適である。
【００２４】
光源１０１から出射された光は、光学系１１８を経由して照射部１１６まで伝達されたのち、被検体１０９に照射される。光学系１１８および照射部１１６は、レンズやミラーなどの光学部品や、光ファイバなどの光導波路で構成される。光学系１１８および照射部１１６により、パルス光が所定の光学分布形状に加工されて被検体１０９に導かれる。
【００２５】
<<光学制御部>>
光学制御部１２１は、光源１０１および照射部１１６を制御し、光の照射タイミング、光の波形、光の強度、パルス光のパルス長や繰り返し周波数などを制御する。光学制御部１２１は、ユーザから入力された制御情報や、予めメモリに保存されたプログラムおよび制御情報などに基づいて光源１０１や照射部１１６に制御信号を送信することにより光学制御を行う。光学制御部１２１としては、プロセッサ、メモリや通信手段などの演算資源を備え、プログラム等に従って動作する情報処理装置を利用できる。また、処理部１０６が光学制御部を兼ねていても良い。光学制御部１２１は、パルス光の照射タイミングに関する情報をメモリに保存する。測定中に光照射位置が移動する場合、光学制御部１２１は、パルス光の照射タイミングごとの照射位置に関する情報をメモリに保存する。
【００２６】
<<測定ユニット>>
測定ユニット１０２は、被検体１０９に対して光を照射し、被検体１０９から発生した光音響波を受信するユニットである。測定ユニット１０２は、半球状の部材である支持部材１１１の内面に、複数の変換素子１１２が配置された構造である。また、支持部材１１１の底部には、照射部１１６およびカメラ１１３が配置されている。
【００２７】
測定ユニット１０２は、走査制御部１０５および走査部１１９によって駆動されることにより、被検体との相対的な位置関係を変化させる。このような走査を行いながら音響波測定を行うことにより、被検体の様々な位置から発生する光音響波を受信できる。その結果、被検体を短時間で測定できる。支持部材１１１としては、ある程度の強度を持った材質、例えば金属や樹脂などが好適である。支持部材１１１の内部には、音響波が伝達しやすいように音響マッチング媒体を充填させてもよい。音響マッチング媒体としては、水、ゲル、ジェルなどがある。また、測定ユニット１０２全体を、音響マッチング媒体を保持可能な液槽の内部には位置してもよい。
【００２８】
変換素子１１２は、被検体内部や被検体表面から伝搬する音響波を受信して、電気信号に変換するユニットである。変換素子１１２には、感度が高く、周波数帯域が広いものを用いることが望ましい。例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いた圧電素子、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好適である。生体から発生する音響波の周波数帯は主として、１００ＫＨｚから１００ＭＨｚであるため、変換素子１１２として上記の周波数帯を受信できるものが好適である。
【００２９】
上記のように複数の変換素子１１２を用いることで、複数の位置で同時に音響波を受信できる。その結果、測定時間を短縮できるため、被検体の振動などの影響が低減される。また、ＳＮ比を向上させられる。図示したような半球状の支持部材１１１を用いる場合、半球の中心付近に、各変換素子の指向軸が集まる高感度領域を設けることができる。なお、複数の変換素子１１２を、リニア状や２次元アレイ状に配置してもよい。また、単素子の測定ユニットを用いても構わない。
【００３０】
測定ユニット１０２が一回の光照射で画像化できる領域は、装置構成や設定に応じて定まる。ユーザが所望する関心領域が画像か可能領域よりも広い場合、走査部１１９が測定ユニット１０２を走査しながら光音響測定を繰り返すことで、関心領域全体の光音響像を取得できる。
【００３１】
<<信号取得部>>
信号取得部１０３は、変換素子が取得した電気信号に対して増幅処理やデジタル変換処理を施して、光音響信号を出力する。信号取得部１０３は、典型的には、増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡ（ＦＩＥＬＤ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップなどで構成される。変換素子１１２から得られる信号が複数である場合は、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。また、信号に対する補正処理をしてもよい。
なお、信号取得部１０３は、音響波や光音響信号の受信制御を行う受信制御部を兼ねていても良い。ただし、処理部１０６が受信制御部の機能を兼ねてもよい。
【００３２】
以上の説明では、被検体情報取得装置が光を照射する対象として、被検体１０９だけを取り上げた。ただし実際には、光源１０１から発した光は、被検体１０９のみならずマーカー１１０にも照射される。そして変換素子１１２は、被検体由来の光音響波だけでなく、マーカー由来の光音響波も受信する。しかし、照射光の波長について、マーカー由来の光音響波の強度が、被検体由来の光音響波の強度よりも十分に小さければ、本実施形態の処理は実行可能である。典型的には、マーカー由来の光音響波の強度が被検体由来の光音響波の強度の１０分の１以下となることが好ましい。また、照射光の波長やマーカーの材質を決定するときは、このような条件を満たすように選択することが好ましい。
【００３３】
<<走査制御部・走査部>>
走査制御部１０５は、走査部１１９を制御して、測定ユニット１０２と被検体との相対的な位置関係を変化させる。走査部１１９は、駆動ステージ、ボールねじ等の駆動機構と
、モータなどの動力源で構成される。二次元的な走査の場合であれば、走査制御部１０５は、支持部材１１１を被検体の下方の移動面内で移動させる。移動経路は、スパイラルスキャンやラスタースキャンなど任意である。そして、走査中に、一定の周期で光音響測定（光照射および光音響信号の受信）が繰り返される。
【００３４】
走査制御部１０５は、走査部１１９を制御する際の走査開始時間や終了時間、走査経路、移動速度などを制御する。走査制御部１０５は、ユーザから入力された制御情報や、予めメモリに保存されたプログラムおよび制御情報などに基づいて走査部１１９に制御信号を送信することにより走査制御を行う。走査制御部１０５としては、プロセッサ、メモリや通信手段などの演算資源を備え、プログラム等に従って動作する情報処理装置を利用できる。また、処理部１０６が走査制御部を兼ねていても良い。
走査制御部１０５は、パルス光照射時の照射位置や、光学像取得時の撮像位置など、光音響測定に関するイベント時の測定ユニット１０２の位置情報を、タイミングを特定可能な時間情報と関連付けて処理部１０６に送信する。
【００３５】
光学像取得部１０６ｂ、走査制御部１０５、光学制御部１２１、および信号取得部（受信制御部）が連動することで、光の照射位置と照射タイミング、光音響波の受信位置と受信タイミング、光学像の撮像位置と撮像タイミングが保存される。処理部１０６は、これらの情報を用いて、光学像の接合処理、光音響像の接合処理、および、光学像と光音響像の位置関係の把握を行うことができる。
【００３６】
<<処理部>>
処理部１０６は、光音響像取得部１０６ａ、光学像取得部１０６ｂ、重畳像生成部１０６ｃを含む。
【００３７】
<<光音響像取得部>>
光音響像取得部１０６ａは、信号取得部１０３が生成した光音響信号を処理し、被検体内部の特性情報を表す画像を生成する。再構成の手法としては、フーリエ変換法、ユニバーサルバックプロジェクション法（ＵＢＰ法）やフィルタードバックプロジェクション法などがあるが、どのような手法を用いてもよい。光音響像取得部は、照射光の光量から被検体内部での光量分布を求めることで、吸収係数分布を取得してもよい。光音響像取得部は、複数波長の照射光を照射して得られた光音響信号を処理することで、酸素飽和度など被検体内の機能情報を算出してもよい。光音響像取得部は、再構成された光音響像を、光学像との対比処理、光学像との重畳処理、ユーザへの表示処理などに適した形式にするための画像処理を行っても良い。
【００３８】
<<光学像取得部>>
光学像取得部は、カメラ１１３と連動して被検体およびマーカー１１０の光学像を取得する。カメラ１１３は被検体１０９の表面を光学的に撮像する可視光カメラである。ただし、被検体１０９の表面の情報を取得できるものであれば、どのようなカメラであってもよい。例えば、可視光領域ではなく赤外領域の光を用いた撮像装置であっても良い。本実施形態では、支持部材１１１の被検体１０９と対向する位置に、関心領域全体を捉えることができるカメラ１１３を配置する。光学像取得部は、カメラ１１３からの光学像信号を受信し、画像データとして保存する。画像データは動画像データであっても良い。光学像取得部が撮像した画像を以降、光学像と呼ぶ。
なお、カメラ１１３は支持部材１１１に配置されていなくても構わない。その場合、光学像を取得する際に、カメラ１１３の光学撮像範囲から測定ユニット１０２を退避させる構成としてもよい。
【００３９】
なお、一回の光学撮像で光学像を取得できる領域が関心領域よりも狭い場合には、光学
像取得部は、複数枚の光学像を接合させることで、関心領域全体の光学像を生成する。図１のように測定ユニット１０２にカメラ１１３が搭載される構成において光学像の接合を行う場合、走査制御部１０５が保持する測定ユニット１０２の位置制御情報と、光学制御部１２１が保持する光学像の撮像タイミング情報を利用する。
【００４０】
光学像取得部は、カメラ１１３からの信号から得られた光学像に対して、さらに画像処理を行う。具体的には、光学像からマーカー１１０の位置情報を検出する。マーカーの位置情報の検出には、マーカー１１０の色や形などの特徴点画像を検出する方法や、ユーザが表示部に表示された画像を見ながら指定したマーカー位置を用いる方法などを利用できる。トラッキングの方法も公知の方法でよい。また、光学像取得部も、光音響像取得部と同様に、光学像取得部が生成した光学像を、光音響像との対比処理、光音響像との重畳処理、ユーザへの表示処理などに適した形式にするための画像処理を行っても良い。
【００４１】
重畳像生成部は、後述する表示部１０８への表示に必要な合成処理や重畳処理などの画像処理を行う。例えば重畳像生成部は、マーカー１１０の位置情報に基づき、光音響像取得部が生成した光音響像にマーカーの位置を示すグラフィック（アイテム）を表示した重畳像を生成し、表示部１０８に表示する。
【００４２】
また、処理部１０６は、表示部１０８や入力部１０７を介して入力される様々な指示を受け付けるための機能ブロックを有していてもよい。指示には例えば、測定パラメータの設定や変更、測定の開始や終了、光学像の取得、画像の処理方法の選択、マーカーの表示方法の選択、患者情報や画像の保存、データの解析などに関する指示がある。
【００４３】
処理部１０６は、ＣＰＵとＲＡＭ、不揮発メモリ、制御ポートを有するコンピュータで構成してもよい。不揮発メモリ（記憶部）に格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより制御が行われる。処理部１０６は、汎用コンピュータや、専用に設計されたワークステーションによって実現されても良い。また、演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサ、ＦＰＧＡチップ等の演算回路で構成されていても良い。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されているだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。また、処理部１０６は、ＲＯＭ，磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記録媒体やＲＡＭなどの揮発性の媒体を備えていても構わない。
【００４４】
なお、処理部１０６、走査制御部１０５、光学制御部１２１、信号取得部１０３などの各構成要素は、図示したように各々が別体として構成されてもよいし、同一の情報処理装置の機能ブロックとして実装されても良い。また、処理部１０６に含まれる各機能ブロックは、図示したように同一の情報処理装置に実装されても良いし、別々の情報処理装置に実装され、互いに連動して動作してもよい。被検体情報取得装置が全体として本実施形態の処理を実行できるのであれば、機能ブロックの構成は問わない。
【００４５】
<<入力部>>
入力部１０７は、ユーザが指示情報を入力するための装置である。例えば、マウスやトラックボール、タッチパネルなどのポインティングデバイス、キーボードなどを用いることができるが、これらに限定されない。
【００４６】
<<表示部>>
表示部１０８は、処理部１０６が取得した情報およびその加工情報を表示する装置である。表示部１０８としては例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤなどを使用できる。また、表示部１０８としてプロジェクターを用いてもよい。プロジェクターは画像をスクリーンに投影してもよい。また、プロジェクタ
ーから被検体に直接、位置合わせを行った画像を投影してもよい。表示部１０８は、光音響装置とは別に提供されてもよい。例えば、取得した光音響像、光学像、重畳画像を有線または無線によって外部の表示部１０８に伝送してもよい。
【００４７】
<<保持部材>>
保持部材１１４は、測定対象である被検体を保持する部材である。保持部材１１４としては、ポリエチレンテレフタレート、アクリルなど、光と音響波を透過させる特性を有する材質を用いることが好ましい。また、保持部材１１４は、被検体１０９を支える強度を持つことが好ましい。強度を確保するために、保持部材として所定の厚さ以上のものを用いたり、リブ状や網目状の支持部材を用いたりすると良い。また、被検体１０９と保持部材１１４の間には、音響波が伝達しやすいように音響マッチング媒体を充填させてもよい。音響マッチング媒体としては、水、ゲル、ジェルなどがある。
【００４８】
なお、被検体情報取得装置は、上記それぞれの構成要素のうち、少なくとも測定ユニット１０２を格納する筐体を備えることが好ましい。筐体は、被検者の体を支持する強度があることが好ましい。例えば、筐体の上面に寝台状の被験者支持面を設けてもよい。その場合、被験者支持面に、被検者の一部である被検体を挿入するための開口部を設けることが好ましい。例えば被検体が大腿部や乳房であれば、被検者が被験者支持面に腹臥位で横たわり、開口部から被検体を挿入する。また、被検体保持のために保持部材を使用する場合、開口部の縁に保持部材を固定するための固定部材を設けることも好ましい。
【００４９】
（処理フロー）
図７のフローチャートを用いて、本実施形態の処理の流れを説明する。
ステップＳ１０１において、ユーザが入力部を介して、測定パラメータと関心領域を設定する。測定パラメータは、照射光に関する設定値、走査に関する設定値、光音響像に関する設定値、表示に関する設定値など、いかなるパラメータを含んでもよい。例えば、装置の動作に関するパラメータとして、走査制御部１０５による走査の経路や速度、光音響測定時の光照射の強度や間隔、光音響画像や光学像の画質、マーカー１１０の情報など、重畳画像作成に関する種々の情報が含まれる。関心領域については、数値で指定してもよいし、デフォルトで設定された領域から選択してもよいし、表示部の画面を見ながらタッチペン等で指定を行っても良い。
【００５０】
ステップＳ１０２において、ユーザが、関心領域にマーカー１１０を設置する。図２は、関心領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）にマーカーが設置された様子を示す。図２（ａ）では大腿部に、図２（ｂ）では体幹部に、図２（ｃ）では乳房に、それぞれ関心領域が設定されている。
【００５１】
図２（ａ）は、関心領域内の穿通枝の位置にバツ印のマーカーを配置した様子を示す。本実施形態では、ユーザはドップラー血流計を用いて予備的な測定を行って穿通枝の位置を確認し、その位置にマーカーを配置する。なお、ユーザは、マーカーの位置を決定する際に、被検体表面の解剖学的な目印に基づいて血管などの注目位置を決定してもよい。例えば、皮弁ごとに穿通枝の位置はおおよそ決まっているため、体表解剖学的目印に基づいて位置を推定可能である。
【００５２】
なお、複数のマーカー１１０を配置する場合に、同一の種類のマーカー１１０を用いても良いし、複数の種類のマーカー１１０を組み合わせて用いてもよい。例えば、穿通枝と通常の血管とで別種のマーカー１１０を使用してもよい。例えば、後述する図２（ｂ）では、穿通枝の位置には図２（ａ）と同様のバツ印のマーカーを配置している。一方、体表解剖学的目印を元に位置を推定された注目位置には、ライン状マーカーを配置している。
【００５３】
また、図２（ｃ）では診断や経過観察のために、関心領域内の注目位置に対応する、円形のマーカー１１０を配置している。マーカー１１０の形状は、用途や対象領域のサイズに応じて適宜選択できる。例えば、図２に示した形状の他に、マトリックス、放射、三角、矩形でも良い。
【００５４】
マーカー１１０としては、光学像で確認可能であり、かつ、光音響像には略描出されないものが好ましい。すなわち、マーカー１１０としては、光音響測定で用いる波長においては吸収特性を略持たない材質を用いる。これにより光音響像中のノイズを低減できる。少なくとも、マーカーから発生する音響波の強度は、被検体内の光吸収体から発生する音響波の強度に対して実質的に無視できる程度とすることが好ましい。
【００５５】
例えば、光音響測定で７９７ｎｍの波長の照射光を用いる場合、マーカー１１０として、当該波長の吸収率が少ない赤色インクを用いるとよい。また、光音響測定に８５０ｎｍの波長の照射光を用いる場合、マーカー１１０として、当該波長の吸収率が少ない紫色インクを用いると良い。このように、光音響測定で撮影する波長に応じて、使用するマーカー１１０の色や種類を選択することが好ましい。例えば、紫色インクは、波長８５０ｎｍに由来する光音響像には映らないが、波長７９７ｎｍに由来する光音響像には映ってしまう。
なお、ここで言う７９７ｎｍという波長は、厳密にその数値に限定する意図ではなく、７９７ｎｍを中心として、赤色インクが同じような吸収特性を示す波長の代表として挙げたものである。また波長８５０ｎｍと紫色インクの関係についても同様である。
本実施形態では、ユーザは、選択されたインクを使ってペンにより、被検体に直接マーカーを記入する。
【００５６】
なお、マーカー１１０はインクには限定されない。光学像で描出され、光音響画像には描出されないものであれば、マーカー１１０として利用できる。例えば、マーカー１１０としてシールを用いたり、接着剤を用いてマーカーを被検体に貼付したりしてもよい。
【００５７】
図３は、図２（ａ）の大腿部を拡大したものである。図中に、光学像および光音響像の取得対象となる関心領域と、当該関心領域に配置されたマーカーが示されている。図３においては、被検体の皮膚表面の色をハッチングで示している。また、本実施形態では、光音響像および光学像は同じ視野で撮影されており、光学像取得領域と光音響像取得領域は一致している。さらに、光学像取得領域と光音響像取得領域はいずれも、関心領域と一致している。
【００５８】
ステップＳ１０３において、光学像取得部が、カメラ１１３を制御して被検体の光学撮像を行い、被検体１０９の表面およびマーカー１１０の像が映り込んだ光学像を取得する。関心領域が広い場合は、走査制御部１０５が走査部１１９を制御して広範囲の光学像を取得する。
図４は、Ｓ１０３で取得された関心領域の光学像である。図４では、マーカーが光学像として描出されている。また、被検体の皮膚の色も描出されている。
【００５９】
ステップＳ１０４において光音響測定が行われる。光学制御部１２１は、光源１０１および照射部１１６を制御して被検体に光を照射する。これにより被検体内部や被検体表面から光音響波が発生する。信号取得部１０３は、被検体から伝搬する光音響波を検出した変換素子１１２から出力される光音響信号を受信する。光音響像取得部１０６ａが、信号取得部１０３から出力された光音響信号と、走査制御部１０５から出力された位置情報に基づいて、画像再構成処理を行う。これにより、光音響像が、特性情報分布を示す画像データとして取得される。関心領域が広い場合は、走査制御部１０５が走査部１１９を制御して広範囲の光音響像を取得する。
図５は、Ｓ１０４で取得された関心領域の光音響像であり、血管の走行の様子が描出されている。
なお、Ｓ１０３の光学撮像とＳ１０４の光音響測定は、どちらを先に実施しても良いし、並行して実施してもよい。
【００６０】
ステップＳ１０５において、光学像取得部１０６ｂが光学像からマーカー１１０の位置情報を抽出する。本実施形態においては、ユーザが、表示部１０８に表示された光学像を見ながら、入力部１０７を用いて光学像のマーカー１１０の位置を指定する。光学像取得部１０６ｂが、指定されたマーカー位置の２次元的な座標を取得して、マーカー位置情報とする。
【００６１】
なお、マーカーの位置情報を取得する方法は、ユーザによる指定には限定されない。例えば、ユーザが１つのマーカーの位置だけを指定し、光学像取得部１０６ｂが、指定済みのマーカーのＲＧＢ値を読み取り、ＲＧＢ値を利用して他のマーカーを抽出してもよい。
また、光学像取得部が、多次元スレショールド法を用いた色抽出処理を実施してもよい。この場合光学像取得部は、色の３属性（ＨＳＶ）から色抽出を実施し、マーカー１１０の色の各原色成分（ＲＧＢ）または色の３属性（ＨＳＶ）などに対して、上下の閾値を設定し、すべての閾値の条件を満たした画像を抜き出す。
また、不要な背景画像をカットし、マーカー１１０のみを検出する方法も用いてもよい。この場合は、ユーザは、光学像を見ながら、背景としてカットしたい濃度の上限値と下限値を設定する。下限値以下の画像は消去し、上限値以上の画像は上限値の明るさに変換させて表示することで、マーカー１１０のみが映った光学像を取得できる。
【００６２】
ステップＳ１０６において、重畳像生成部１０６ｃは、光音響像にマーカーの位置情報に基づくグラフィックを重畳表示させた重畳像を生成する。そして重畳像をメモリに保存するとともに表示部１０８に表示する。本実施形態では、グラフィックとして、抽出されたバツ印のマーカー光学像をそのまま用いる。重畳像の作成に当たり、重畳像生成部は、光音響像と光音響像の画像の位置合わせを実施する。位置合わせを行うには、光音響像と光学像の位置関係を把握する必要があり、各画像の視野に関する情報、走査制御部により制御に関する座標情報、光照射及び光音響波受信のタイミングに関する情報、光学撮像のタイミングに関する情報を利用できる。
【００６３】
図６は、Ｓ１０５で取得された関心領域の重畳像である。本実施形態のように抽出したマーカー光学像のみを重畳することで、被検体の皮膚の色が光音響像を隠すことがないため、ユーザが読影をしやすくなる。これにより、ユーザは、関心領域が光音響画像のどの部分に対応するのかを容易に把握することができ、その部分を詳しく解析することが可能となる。
【００６４】
［第２の実施形態］
本実施形態にかかる被検体情報取得装置は、図１に示した第１の実施形態のものと同様である。また、本実施形態の処理フローは、基本的には図７に示した第１の実施形態のものと同様である。以下、第１の実施形態とは異なる部分を中心に説明する。
【００６５】
ステップＳ１０１における関心領域の設定において、本実施形態では、光音響像と光学像の間で視野が異なるものとする。
本実施形態の被検体１０９は、図２（ｂ）に示すような体幹部である。ステップＳ１０２でマーカーを設置する際に、ユーザは関心領域内の注目位置の違いに応じて異なるマーカー１１０を配置する。すなわち、穿通枝の位置にはバツ印のマーカーを配置し、体表解剖学的目印を元に位置を推定された注目位置には、ライン状のマーカーを配置する。
続くＳ１０３〜Ｓ１０５は、第１の実施形態と同様に行われる。本実施形態では、光音
響測定と光学撮像との間で関心領域の形状が異なるため、光音響像と光学像の形状も異なる。
【００６６】
Ｓ１０６にて画像が表示される。図８は、表示部１０８に表示される画像の一例である。この例では、光学像８０２、光音響像８０４および重畳像８０６が並置されている。また、光学像と光音響像の視野は互いに異なっており、光学像のほうが狭い。
【００６７】
ここで、図８の重畳像８０６を見て分かるように、本実施形態で光音響像に重畳されるグラフィックは、被検体に配置されるマーカーとは形状をしている。すなわち、バツ印のマーカーの位置には四角形のグラフィックが、ライン状のマーカーの位置には丸いグラフィックが表示される。このように、重畳像にグラフィックを表示する際には、マーカー１１０の色や形を再現してもよいし、マーカー１１０とは異なるグラフィックを用いてもよい。ユーザが皮弁手術に必要な情報を得られるのであれば、どのような形式でも良い。グラフィックとして、入力部１０７を用いてユーザが指定した目印を用いてもよい。また、ユーザが記入したマーカーに基づいて、光学像取得部がグラフィックに補足情報を追加して表示してもよい。例えば、ユーザは血管の端点のみをマーカーで記入し、表示画像では端点の間を結ぶ線も表示してもよい。
【００６８】
光学像としては、光学像取得部が取得した光学像をそのまま表示しても良いし、光学像取得部１０６ｂが抽出したマーカー像のみを表示してもよい。図８のようにマーカー像のみを表示することで、ユーザが被検体表面の色や構造物に邪魔されずに読影することができる。
また、各画像を、１つのウインドウ内に並べて表示してよいし、別々のウインドウに表示しても構わない。
また、各画像を並置するのではなく、所定の時間間隔で順次表示したり、物理的なボタンやＧＵＩ上のアイコンにより切り替え可能にしたりすることも好ましい。
【００６９】
また、重畳像を読影する際にグラフィックが邪魔になる場合には、グラフィックを非表示とするためのボタンやアイコンを設けてもよい。図９には、表示切り替え用のＧＵＩとして、マーカー表示をＯＮにするアイコン８０８ａと、ＯＦＦにするアイコン８０８ｂが表示されている。ユーザがラジオボタンを用いて何れかのアイコンを選択することにより、グラフィックの有無を切り替えることができる。
【００７０】
本実施形態により、ユーザは、関心領域が光音響画像のどの部分に対応するのかを容易に把握することができ、また、関心領域の種類に応じた解析が容易になる。特に、マーカーを配置する際にユーザが把握した注目位置の特徴を、重畳像に表現することが可能になる。
【００７１】
［第３の実施形態］
本実施形態にかかる被検体情報取得装置は、図１に示した第１の実施形態のものと同様である。また、本実施形態の処理フローは、基本的には図７に示した第１の実施形態のものと同様である。以下、第１の実施形態とは異なる部分を中心に説明する。
【００７２】
本実施形態で説明する被検体情報取得装置は、光音響測定を実施し、悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学療法の経過観察などを目的とする。図２（ｃ）に示すように、被検体１０９は乳房である。
そこでユーザは、本実施形態のステップＳ１０２において、前回撮影した光音響像と光学像を参考に腫瘍位置を推定し、被験者の乳房表面にマーカーである赤色のシールを貼る。なお、ユーザがマーカーの設置場所を決定する方法は、これに限られない。例えば、超音波装置、ＣＴ、ＭＲＩなど別のモダリティの機器を用いて腫瘍位置を決定しても良い。
また、乳房形状や特徴点から腫瘍の位置を予想してもよい。また、化学療法など経過観察を目的とする場合においては、前回の撮影のマーカーの位置を参考にしてもよい。
【００７３】
なお、光音響測定時にマーカーからの光音響波の発生をゼロにすることは難しい。しかし、光音響像に現れるノイズを可及的に低減するためには、光音響測定に用いる波長の光に対する吸収の程度が可及的に小さいマーカーを用いることが好ましい。例えば、マーカーから発生する光音響波の強度を、被検体１０９から発生する音響波の強度より一桁以上小さくする。
ヘモグロビンを例に挙げると、ヘモグロビンの吸収係数はおよそ、０．３／ｍｍから０．９／ｍｍである。そのため、マーカー１１０の吸収係数は、例えば、０．０５／ｍｍ以上、０．１／ｍｍ以下とする。これにより、マーカーから発生する光音響波によるノイズを、ユーザの読影への影響がほぼ生じない程度にまで低減できる。
【００７４】
Ｓ１０３〜Ｓ１０５にて、光学撮像、光音響測定、および光学像からのマーカーの抽出が行われる。本実施形態においては、予め、マーカーであるシールの光学特性と、光学撮像を行うカメラの装置特性に基づき、光学像中に描出されるマーカーの色の特徴を、メモリ内に保存しておく。光学像取得部は、当該保存された情報を用いて光学像からマーカー１１０のみを抽出する。
【００７５】
図１０は本実施形態で表示される重畳像の一例である。図１０（ａ）では、重畳像に表示するグラフィックとして、抽出したマーカー（ここではシール）の光学像を用いている。また図１０（ｂ）では、グラフィックとして、シールが貼付されている位置に、矢印を表示させている。なお、入力部を介したユーザからの指示により、グラフィックの種類を図１０（ａ）の図１０（ｂ）の間で切り替え可能としてもよい。本実施形態によっても、読影者は、関心領域が光音響画像のどの部分に対応するのかを容易に把握することができ、また、関心領域の種類に応じた解析が容易になる。
【００７６】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１０６：処理部、１０６ａ：光音響像取得部、１０６ｂ：光学像取得部、１０６ｃ：重畳像生成部
【図１】
2020069312.tif 000003
【図２】
2020069312.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020069312.tif 000009
【図８】
2020069312.tif 000010
【図９】
2020069312.tif 000011
【図１０】
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