(57)【要約】      （修正有）【課題】音響波の多重反射に起因するアーティファクトを精度よく検出できる被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】被検体内３から到来する音響波を、前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層４を介して受信し、解析することで、前記被検体内３の情報を取得する被検体情報取得装置であって、音響波を受信し、電気信号に変換する音響波探触子５と、前記変換された電気信号に基づいて、前記被検体内３の情報を表す画像である全体画像を生成する全体画像生成手段６と、前記全体画像の一部である部分画像を抽出する部分画像生成手段７と、前記全体画像から前記部分画像と類似する領域を探索する類似像探索手段８と、を有することを特徴とする。【選択図】図２
2014213134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内から到来する音響波を、前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層を介して受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、
音響波を受信し、電気信号に変換する音響波探触子と、
前記変換された電気信号に基づいて、前記被検体内の情報を表す画像である全体画像を生成する全体画像生成手段と、
前記全体画像の一部である部分画像を抽出する部分画像生成手段と、
前記全体画像から前記部分画像と類似する領域を探索する類似像探索手段と、
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】
前記類似像探索手段は、探索結果に基づいて、前記全体画像上に現れた虚像を特定する
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】
前記全体画像を表示し、かつ、前記類似像探索手段が特定した虚像を強調表示する表示手段をさらに有する
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】
前記全体画像から、前記類似像探索手段が特定した虚像を除去する除去手段と、
前記除去手段が虚像を除去した後の全体画像を表示する表示手段と、
をさらに有する
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５】
前記類似像探索手段は、前記部分画像と類似する領域を、前記部分画像が抽出された位置から、前記被検体内から到来する音響波が前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層で反射する方向に向けて探索する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記部分画像生成手段は、部分画像を抽出する領域を、前記全体画像が有する画素の画素値に基づいて決定する
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記部分画像生成手段は、前記全体画像のうち、所定の値以上の輝度を持つ画素で構成される領域を部分画像として抽出する
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。
【請求項８】
前記部分画像生成手段は、部分画像を抽出する領域を、前記全体画像中の位置に基づいて決定する
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記部分画像生成手段は、前記全体画像のうち、被検体表面からの距離が所定の値より小さい領域から部分画像を抽出する
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。
【請求項１０】
前記全体画像は、受信した音響波の強度を表す画像であり、
前記全体画像に対して演算を行うことで画像を再構成する再構成手段と、
前記再構成した画像を表示し、かつ、前記類似像探索手段が特定した虚像を強調表示する表示手段と、
をさらに有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１１】
前記全体画像は、受信した音響波の強度を表す画像であり、
前記全体画像から、前記類似像探索手段が特定した虚像を除去する除去手段と、
虚像を除去した後の前記全体画像に対して演算を行うことで画像を再構成する再構成手段と、
前記再構成した画像を表示する表示手段と、
をさらに有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１２】
前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層は、被検体を保持する保持板であり、
前記音響波探触子は、前記被検体内から到来する音響波を、前記保持板を介して受信する
ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
前記被検体に光を照射する光照射部をさらに有し、
前記音響波は、前記光に起因して前記被検体内で発生した光音響波である
ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１４】
前記音響波探触子は、前記被検体に対して音響波を送信でき、
前記被検体内から到来する音響波は、前記被検体内で反射した音響波である
ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１５】
音響波を受信する音響波探触子を有し、被検体内から到来する音響波を、前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層を介して受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記音響波探触子によって音響波を受信し、電気信号に変換する受信ステップと、
前記変換された電気信号に基づいて、前記被検体内の情報を表す画像である全体画像を生成する全体画像生成ステップと、
前記全体画像の一部である部分画像を抽出する部分画像生成ステップと、
前記全体画像から前記部分画像と類似する領域を探索する類似像探索ステップと、
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。
【請求項１６】
前記類似像探索ステップは、探索結果に基づいて、前記全体画像上に現れた虚像を特定する
ことを特徴とする、請求項１５に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１７】
前記全体画像を表示し、かつ、前記類似像探索ステップで特定した虚像を強調表示する表示ステップをさらに含む
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の制御方法。
【請求項１８】
前記全体画像から、前記類似像探索ステップで特定した虚像を除去する除去ステップと、
前記除去ステップで虚像を除去した後の全体画像を表示する表示ステップと、
をさらに含む
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の制御方法。
【請求項１９】
前記類似像探索ステップでは、前記部分画像と類似する領域を、前記部分画像が抽出された位置から、前記被検体内から到来する音響波が前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層で反射する方向に向けて探索する
ことを特徴とする、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２０】
前記部分画像生成ステップでは、部分画像を抽出する領域を、前記全体画像が有する画素の画素値に基づいて決定する
ことを特徴とする、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２１】
前記部分画像生成ステップでは、前記全体画像のうち、所定の値以上の輝度を持つ画素で構成される領域を部分画像として抽出する
ことを特徴とする、請求項２０に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２２】
前記部分画像生成ステップでは、部分画像を抽出する領域を、前記全体画像中の位置に基づいて決定する
ことを特徴とする、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２３】
前記部分画像生成ステップでは、前記全体画像のうち、被検体表面からの距離が所定の値より小さい領域から部分画像を抽出する
ことを特徴とする、請求項２２に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２４】
前記全体画像は、受信した音響波の強度を表す画像であり、
前記全体画像に対して演算を行うことで画像を再構成する再構成ステップと、
前記再構成した画像を表示し、かつ、前記類似像探索ステップで特定した虚像を強調表示する表示ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２５】
前記全体画像は、受信した音響波の強度を表す画像であり、
前記全体画像から、前記類似像探索ステップで特定した虚像を除去する除去ステップと、
虚像を除去した後の前記全体画像に対して演算を行うことで画像を再構成する再構成ステップと、
前記再構成した画像を表示する表示ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２６】
前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層は、被検体を保持する保持板であり、
前記音響波探触子は、前記被検体内から到来する音響波を、前記保持板を介して受信する
ことを特徴とする、請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２７】
前記被検体に光を照射する光照射部をさらに有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記音響波は、前記光に起因して前記被検体内で発生した光音響波である
ことを特徴とする、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２８】
前記音響波探触子から、前記被検体に対して音響波を送信できる被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記被検体内から到来する音響波は、前記被検体内で反射した音響波である
ことを特徴とする、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【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その制御方法に関し、特に音響波の多重反射に起因するアーティファクトを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、生体内部を非侵襲的にイメージングすることができる装置の一つとして、近年、Photoacoustic Tomography（ＰＡＴ：光音響トモグラフィ）と呼ばれる技術が提案され、開発が進んでいる。光音響トモグラフィとは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光の吸収によって音響波（典型的には超音波）が発生するという光音響効果を利用して、音響波の発生源となる内部組織を画像化する技術である。被検体内で発生した音響波を音響波探触子によって受信して、得られた信号を数学的に解析、再構成することで、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化することができる。このような装置は、光音響測定装置などと呼ばれている。
【０００３】
光音響測定装置のように、音響波を用いて被検体内の情報を取得する装置においては、音響波の伝播経路上の音響インピーダンスを整合させる必要がある。もし、被検体と音響波探触子との間に音響インピーダンスが異なる領域があると、当該領域で音響波が反射してしまい、正常に画像を再構成することができなくなるためである。
【０００４】
しかし、実際には、音響波探触子と被検体との間に反射層が介在する場合が多く、音響波の伝搬経路上の音響インピーダンスを完全に整合させることは難しい。反射層とは、例えば、被検体を固定するために用いられる保持板などである。このような保持板は、生体とは異なる音響インピーダンスを持っているため、その界面において音響波の反射が発生する。反射した音響波は、反対側の界面でも同様の反射を起こし、探触子と被検体との間で繰り返し反射しながら減衰する。すなわち、音響波が繰り返し探触子に入射するため、音響波の送信方向に誤った像となって画像上に表れてしまう。このような虚像をアーティファクトと呼ぶ。反射が鏡面反射に近ければ近いほど、アーティファクトは強い強度で現れる。この問題は、光音響測定装置だけでなく、超音波エコーを利用した超音波測定装置のように、音響波によって被検体内の情報を取得する装置において同様に発生する。
【０００５】
音響波が多重反射することで発生するアーティファクトを除去する技術には、以下のようなものがある。例えば、特許文献１には、保持板の界面で反射した信号を抽出し、得られた画像から当該信号を減算することによって反射信号の除去を行う撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８２４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の撮像装置は、被検体内に超音波を送信し、被検体内で反射した超音波エコーを受信することで、被検体内の情報を画像化する装置である。当該撮像装置では、送信した音響波信号と形状が一致する信号を多重反射信号とみなして除去を行っている。
【０００８】
しかしながら、当該撮像装置には、既知の信号に起因するアーティファクトしか除去す
ることができないという欠点がある。
光音響測定装置においては、被検体内で発生した音響波が、被検体と音響波探触子との間で多重反射を起こす。被検体内で発生する音響波は、被検体内の情報を示しているため、どのような信号となるかを予測することができない。特に、光音響測定装置は、生体表面の血流に起因する信号を取得するために用いられることが多いため、アーティファクトも、被検者の血管像を表した複雑な形状となる。
一方、特許文献１に記載の撮像装置は、多重反射信号が常に同じ形状をしていることを前提としているため、被検体に向けて送信された音響波信号に起因するアーティファクトしか除去することができない。すなわち、当該撮像装置の技術を光音響測定装置に適用しても、アーティファクトを除去することができない。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、音響波の多重反射に起因するアーティファクトを精度よく検出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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、
被検体内から到来する音響波を、前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層を介して受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、音響波を受信し、電気信号に変換する音響波探触子と、前記変換された電気信号に基づいて、前記被検体内の情報を表す画像である全体画像を生成する全体画像生成手段と、前記全体画像の一部である部分画像を抽出する部分画像生成手段と、前記全体画像から前記部分画像と類似する領域を探索する類似像探索手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る被検体情報取得装置の制御方法は、
音響波を受信する音響波探触子を有し、被検体内から到来する音響波を、前記被検体と異なる音響インピーダンスを持つ層を介して受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、前記音響波探触子によって音響波を受信し、電気信号に変換する受信ステップと、前記変換された電気信号に基づいて、前記被検体内の情報を表す画像である全体画像を生成する全体画像生成ステップと、前記全体画像の一部である部分画像を抽出する部分画像生成ステップと、前記全体画像から前記部分画像と類似する領域を探索する類似像探索ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、音響波の多重反射に起因するアーティファクトを精度よく検出できる被検体情報取得装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】測定画像にアーティファクトが現れる原理を説明する図。
【図２】第一の実施形態に係る光音響測定装置の構成図。
【図３】部分画像の抽出方法を説明する図。
【図４】全体画像と部分画像のマッチング方法を説明する図。
【図５】第一の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図。
【図６】第二の実施形態に係る光音響測定装置の構成図。
【図７】第二の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図。
【図８】第三の実施形態に係る光音響測定装置の構成図。
【図９】信号画像から多重反射信号を除去する説明図。
【図１０】第四の実施形態における部分画像の探索方法を説明する図。
【図１１】各実施形態に対応する実施例によって得られた画像。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（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。また、音響波が、探触子と被検体との間で多重反射することによるアーティファクトを検出して操作者に通知する機能を有する。
【００１５】
<アーティファクトの検出概要>
まず、図１を参照しながら、アーティファクトが出現する原理とその検出方法の概要について説明する。
本実施形態に係る光音響測定装置は、図１（Ａ）に示したように、被検体を被検体保持板で圧迫保持し、その状態でパルス光を照射することで光音響測定を行う。
パルス光が、被検体保持板越しに被検体に照射されると、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、当該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、被検体保持板越しに音響波探触子で受信され、処理手段によって解析され、画像化される。この結果、図１（Ｂ）に示すような画像（測定領域全体を表す画像。以下、全体画像と称する）が得られる。
図１（Ｂ）に示した光吸収体像は、測定によって得られるべき像である。しかし、光吸収体から発生した音響波は、被検体保持板を通過する際にその界面で反射を起こすため、反射した音響波が繰り返し音響波探触子に入射する。これにより、入射した音響波が画像化され、アーティファクト（虚像）となって全体画像中に現れてしまう。
【００１６】
アーティファクトの特性について説明する。被検体保持板の両面が略平行であるとすると、多重反射した音響波は、同じ距離を何回も往復するため、一定の時間差をもって音響波探触子に繰り返し入射する。取得した音響波を画像化した場合、時間遅れはそのまま空間的な距離となるため、アーティファクトは、光吸収体像から一定の距離だけ離れた位置に出現する（図１（Ｃ））。従って、反射の回数が同じである像を一つのグループとすると、それぞれのグループ内の空間的配置及び強度関係は類似したものとなる（図１（Ｄ））。
【００１７】
本実施形態に係る光音響測定装置は、生成した全体画像の一部を部分画像として抽出し、部分画像と全体画像との類似度計算を全体画像全域にわたって行う。この結果、類似度が高い領域にはアーティファクトが含まれる可能性が高いことがわかるため、これを利用して、アーティファクトの位置を操作者に通知することができる。部分画像を抽出する方法、および画像間の類似度を計算する具体的な方法については後述する。
【００１８】
<システム構成>
図２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、光源１、光照射部２、音響波探触子５、データ処理部６、部分画像抽出部７、類似像探索部８、表示装置９からなる。なお、装置を構成するものではないが、図２中、符号３は被検体を、符号４は反射層を表す。
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。
【００１９】
<<光源１>>
光源１は、被検体に照射する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、７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２０】
<<光照射部２>>
光照射部２は、光源１で発生したパルス光を被検体３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機器である。これらの光学機器を用いて、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。
また、広い範囲のデータを取得するために、光照射部を走査させることによってパルス光の照射位置を変更してもよい。またこのとき、後述する音響波探触子と連動して動くようにしてもよい。また、光学機器はここに挙げたものだけに限定されず、このような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。
【００２１】
<<被検体３>>
被検体３および反射層４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３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が、被検体は生体の特性を模したファントムであってもよい。
本実施形態に係る光音響測定装置では、被検体３の内部に存在する光吸収係数の大きい光吸収体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。また、被検体がファントムである場合、光吸収体として、前述した物質の光学特性を模した物質を内部に封入する。生体内部の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。
【００２２】
<<反射層４>>
反射層４は、被検体３と音響波探触子５との間に存在する層であり、本実施形態では、被検体３を保持するための被検体保持板である。被検体保持板は、ポリメチルペンテンやアクリルなどの樹脂材料が用いられる。また、音響インピーダンスを整合させるための音響マッチングジェルや、水、オイルなどの音響整合材が介在していてもよい。
音響波の反射を抑えるため、被検体と音響波探触子との間の音響インピーダンスは整合していることが好ましい。しかし、被検体と音響波探触子との間に、被検体保持板、空気、水などの物質が存在する以上、完全に音響インピーダンスを一致させることはできず、反射層に起因する多重反射が多少なりとも発生してしまう。
【００２３】
反射層における音響波反射面が略平行である場合、全ての領域において光吸収体像とアーティファクトの距離が同程度になる。このようなケースでは像の探索が簡単に行えるため、反射層の音響波反射面は略平行であることが望ましい。また、反射層の音響波伝播速度が被検体中のものと異なる場合、その界面で屈折が発生するため、反射層の音響波伝播速度は被検体中の音響波伝播速度と近い方が望ましい。
【００２４】
<<音響波探触子５>>
音響波探触子５は、被検体３の内部で発生した音響波をアナログの電気信号に変換する手段である。なお、本発明における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。音響波探触子５は、単一の音響波探触子からなってもよいし、複数の音響波探触子からなってもよい。
また、音響波探触子５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。
【００２５】
また、音響波探触子５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。
【００２６】
<<データ処理部６>>
データ処理部６は、音響波探触子５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。データ処理部６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。
画像化処理で得られる画像は二種類ある。一つが、逆問題を解いて音響波の発生源を画像化した再構成画像である。また、もう一つは、受信信号を検出位置に応じて並べた信号画像である。第一の実施形態では、再構成画像を用いてアーティファクトを検出する例を述べる。再構成画像は二次元画像データであってもよいし、三次元画像データであってもよい。
データ処理部６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。また、効率的にデータを取得するため、音響波探触子の受信素子数と同じだけのAnalog-digital Converter（ＡＤＣ）を備えていることが望ましいが、一つのＡＤＣを順々につなぎ換えて使用してもよい。
【００２７】
また、再構成の方法は、微分処理した信号を重ね合わせるユニバーサルバックプロジェクション法が望ましいが、画像を再構成できる方法ならどのような方法を用いてもよい。再構成した画像は、被検体内で発生した音響波の音圧である初期音圧分布を表す。初期音圧分布は、反射による音響波の減衰情報がそのまま含まれたデータである。
一方、光音響診断装置では、光の減衰に応じて音圧が低下するため、被検体の内部から発生する信号の強度は、深部であるほど弱くなる。そのため、初期音圧分布を光強度の分布で除算するようにしてもよい。このようにすることで、光吸収体の吸収係数を示す吸収係数分布を得ることができる。
光強度の分布は、被検体への照射分布を測定し、被検体内の光伝播を計算することによって算出してもよいし、被検体への照射分布と被検体から外に出る光の分布を測定し、両者の関係から計算してもよい。被検体への照射分布は、照射条件が変わらない限り同じであるため、あらかじめ測定し、記憶したものを使用してもよい。データ処理部６が、本発明における全体画像生成手段である。
【００２８】
<<その他の構成手段>>
その他の構成手段を説明する。部分画像抽出部７は、データ処理部６で得られた全体画像の一部を抽出し、部分画像を生成する手段であり、本発明における部分画像生成手段である。部分画像は二次元画像データであってもよいし、三次元画像データであってもよい。また、類似像探索部８は、部分画像と類似する領域を全体画像から探索する手段である。部分画像の抽出方法、および部分画像と類似する領域を探索する方法の詳細については後述する。部分画像抽出部７および類似像探索部８についても、データ処理部６と同様に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。
【００２９】
また、表示装置９は、類似像探索部８によって得られた探索結果を画面表示する手段で
ある。例えば、部分画像と類似した像、すなわちアーティファクトの場所を示すグラフィックを、全体画像に重畳して表示する。また、表示の際に、透明度の変更、表示強度の変更など、画像を加工して表示するようにしてもよい。表示装置９は、具体的には、入力装置を備えたモニタや、タッチパネルディスプレイなどである。コンピュータの一部であってもよい。
【００３０】
<部分画像の抽出方法>
次に、全体画像から部分画像を抽出する方法について述べる。部分画像は、一つ以上の像を含むように抽出する必要がある。また、像自身の形状または像同士の位置関係、強度関係が複雑であればあるほど、探索の精度が向上するので、部分画像中の像の形状は複雑であることが望ましい。
また、部分画像に含まれる像は、反射回数が同じ信号によるものであることが好ましいが、部分画像の中に異なる反射回数の信号を含んでいる場合でも、さらなる反射によるアーティファクトを探索できるので、一定の効果はある。また、全体画像が三次元ボリュームデータである場合、部分画像も三次元ボリュームデータであることが望ましい。なお、部分画像の抽出は自動で行うことが望ましいが、手動で行ってもよい。
【００３１】
部分画像の抽出を自動で行う方法について、二通りの方法を挙げて説明する。
（１）輝度を利用する方法
第一の方法は、画素の輝度（画素値）を利用して部分画像を抽出する方法である。
光音響測定装置で生体を測定する場合、最も強度の強い信号は、被検体の表面近くにある血管に対応する信号である。これに比べ、アーティファクトは、反射層の中を伝播した後に音響波探触子に入射した音響波によって生成された信号であるため、相対的に強度が弱くなっている。従って、輝度が高い（すなわち信号強度が強い）領域を選択すれば、多重反射を一度も経ていない信号の像が得られる。具体的には、全体画像の画素の輝度に所定の閾値を設け、閾値以上の画素からなる像の最大座標と最小座標で囲まれる矩形領域を部分画像の領域として決定し、全体画像から抽出する。
図３（Ａ）は、得られた全体画像を表した図であり、図の上方が、音響波探触子側である。従って、反射によるアーティファクトは、音響波探触子から見て吸収体の像より遠い位置に現れている。ここでは、図中の色が濃いほど輝度が高いものとする。本手法を用いると、図３（Ｂ）のように部分画像が抽出される。
【００３２】
なお、部分画像を抽出した後で、全体画像に対して、吸収体の像を強調するような画像処理を行うことが望ましい。これによって抽出精度を向上させることができ、結果的に探索精度を向上させることができるためである。具体的には、平滑化や先鋭化などのフィルタ処理、吸収体像の特徴パターン抽出などである。また、閾値以上となったボクセルのうち、小さい塊はノイズである可能性が高いので、モルフォロジーなどの画像処理を用いて取り除き、この画像の最大座標と最小座標で囲まれる矩形領域を全体画像から抜き出して部分画像としてもよい。
また、閾値以上となったボクセルの最大座標と最小座標からある程度のマージンを取った領域を部分画像としてもよい。また、閾値による処理は、判別分析やサポートベクターマシンなどのクラス分けの処理に基づいて実施してもよい。以上に説明した処理を組み合わせることで、部分画像抽出の精度を向上させることができ、探索精度を向上させることができる。
【００３３】
（２）位置を利用する方法
第二の方法は、位置に基づいて部分画像を抽出する方法である。
この方法では、全体画像のうち、被検体表面と、被検体表面から一定距離にある面で囲まれる領域を部分画像として抜き出す。多重反射信号の遅延は、反射層の厚さ及び反射層中の音響波の伝搬速度によって決まる。従って、反射層の厚さと、音響波の伝搬速度が分
かっていれば遅延時間が求まり、これにより最初の反射信号が全体画像のどこに現れるかを算出することができる。この最初の反射信号よりも音響波探触子に近い領域の信号は全て反射を経ていない吸収体の像であるため、当該領域から部分画像を抜き出すことができる。本実施形態では、当該領域の全域を部分画像とする。
【００３４】
この方法では、図３（Ｃ）のように部分画像が抽出される。部分画像を抽出するための被検体表面からの距離は、反射層厚さや音響波伝搬速度の情報を得て、適応的に変化させてもよい。これにより、反射層の厚さや音響波伝搬速度が測定ごとに変化する場合であっても対応することができる。また、被検体表面と、被検体表面から一定距離にある面は曲面であっても良い。これにより、生体など平面化するのが難しい被検体であっても、精度よく部分画像を抽出することができる。第二の方法を用いると、輝度の低い吸収体像であっても、部分画像に含むような抽出を行うことができる。
また、第一の方法と第二の方法とを組み合わせて部分画像を抽出してもよい。これによって、図３（Ｄ）のように、吸収体像のみを精度よく抽出することができる。
【００３５】
<探索方法>
次に、全体画像から、部分画像と一致する領域を探索する方法について述べる。探索処理は、全体画像の中から部分画像と類似した形状を持っている像の場所を探すことで行う。これを実現するためには多くの方法があるが、本実施形態では、部分画像をテンプレート画像としたテンプレートマッチングを行う。テンプレートマッチングは、図４（Ａ）に示すように、部分画像の場所を変えながら全体画像との相互相関を計算し、両者の相関、すなわち類似度を求めるものである。
このように部分画像をスキャンして類似度を計算する場合、計算した類似度をその位置の部分画像の基準点（以下、部分画像基準点と称する）にプロットして類似度の分布を得る。部分画像基準点は、部分画像の原点であっても良いし、最大が輝度である点であっても良い。通常、アーティファクトは輝度が低くなっているので、数式１で表わされるような、輝度のオフセットを合わせた正規化相互相関(ＺＮＣＣ：Zero-mean Normalized Cross-Correlation) を計算することが望ましい。また、この他にも、数式２で表されるＮＣ
Ｃ(Normalized Cross-Correlation)や、数式３で表されるＳＳＤ(Sum of Squared Difference)等の手法を用いてもよい。また、数式４で表されるＳＡＤ(Sum of Absolute Difference)等を用いてもよい。
【数１】
2014213134.tif 000003
【数２】
2014213134.tif 000004
【数３】
2014213134.tif 000005
【数４】
2014213134.tif 000006
【００３６】
ここで、Ｒ（Ｉ１，Ｉ２）はベクトル化した画像Ｉ１とＩ２の類似度である。また、Ｉａｖｇ１はＩ１の平均輝度値、Ｉａｖｇ２はＩ２の平均輝度値である。また、探索処理として、部分画像をゼロパディングして全体画像と大きさを合わせた上で、部分画像と全体画像の畳み込み演算を行ってもよいし、全体画像と部分画像を位相画像に変換して相互相関を計算してもよい（位相限定相関法）。また、画像処理のパターン認識などで行われる他の手法を用いてもよい。探索処理を行うことによって、図４（Ｂ）のように、部分画像と全体画像の類似度を表わした分布が得られる。
【００３７】
<測定処理フローチャート>
図５は、本実施形態に係る光音響測定装置の処理を示したフローチャート図である。まず、光源１から光照射部２を通して被検体にパルス光を照射し（Ｓ１）、被検体内で発生した光音響波を音響波探触子５で受信し、データ処理部６が信号データを取得する（Ｓ２）。次に、得られた信号データを用いて再構成処理などのデータ処理を行い、全体画像を生成する（Ｓ３）。
そして、部分画像抽出部７が、得られた全体画像から、前述した方法によって部分画像を抽出する（Ｓ４）。次に、類似像探索部８が、全体画像から部分画像と類似している領域を前述した方法によって探索する（Ｓ５）。探索は、例えば類似度Ｒが閾値以上となる箇所を全て特定することで行ってもよい。これにより、アーティファクトの存在が推定される矩形領域を特定することができる。
【００３８】
最後に、表示装置９が探索結果を表示する（Ｓ６）。表示の方法は、図４（Ｃ）に示すように、全体画像上にアーティファクトを示すインジケータを重畳して表示する方法が好ましい。これにより、アーティファクトの位置を強調表示でき、操作者に直感的に通知することができる。図４（Ｃ）の例では、像を囲っている点線がインジケータである。インジケータは、部分画像から像の輪郭を予め抽出しておき、探索処理によって得られた部分画像と全体画像の類似度の分布に対し微分を行って極大値の座標を求め、全体画像中の当該座標に部分画像基準点を合わせ、像の輪郭を重畳することで表示できる。
【００３９】
また、インジケータは、点線や線で囲む方法以外の方法で表示してもよい。例えば、矢印を重畳表示させてもよいし、全体画像と色が異なる部分画像を重畳表示させてもよい。また、極大値を求める代わりに、計算や実験で得られた類似度の分布のモデルでフィッティングするなどして座標を同定してもよい。
また、類似度の分布に対して閾値を設け、閾値以上となる座標全てについて、輪郭を抽出した部分画像を重畳表示してもよい。また、インジケータは、表示と非表示を切り替えられるようにしてもよい。
なお、インジケータは必ずしも全体画像に重畳表示させる必要はない。例えば、類似度の分布を表す画像を独立して表示させてもよいし、座標のみを表示させてもよい。部分画像と類似した像が、全体画像中のどこにあるかを示すことができれば、どのような方法で表示を行ってもよい。
【００４０】
このように第一の実施形態に係る光音響測定装置は、多重反射に起因するアーティファクトの位置を操作者に通知することができ、これにより、光音響測定の精度を向上させることができる。
【００４１】
なお、第一の実施形態では、被検体保持板の界面を略平行であるものとしたが、界面が
略平行でない場合は、アーティファクトが現れる位置にずれが発生してしまう。これに対応するため、被検体保持板の形状に応じて部分画像を変形させるなどの加工を行い、加工した部分画像を用いて探索を行うようにしてもよい。
【００４２】
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、全体画像とインジケータを重畳表示させることで、アーティファクトの存在を操作者に通知した。これに対して、第二の実施形態は、全体画像からアーティファクトを自動的に除去する実施形態である。
【００４３】
第二の実施形態に係る光音響測定装置の構成を図６に示す。第二の実施形態では、類似像探索部８が類似像除去部１０に置き換わる。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。
類似像除去部１０は、全体画像から、部分画像と類似している像を除去し、多重反射に起因したアーティファクトを除去した画像を作成する手段である。
【００４４】
第二の実施形態に係る類似像除去部１０が行う、アーティファクトの除去動作について、処理フローチャート図である図７を参照しながら説明する。
全体画像は、反射を経ていない信号による像と、アーティファクトと、それ以外の像を足し合わせた画像である。すなわち、反射を経ていない信号による像とアーティファクトは部分画像の重ね合わせで表わすことができると考えられる。従って、数式５のような目的関数Ｊを定義し、Ｊを最小化する最適化演算を行うことによって、反射を経ていない信号による像と、アーティファクトの分布を示す画像Ｘを得ることができる（ステップＳ７）。ここで、Ｂは全体画像であり、Ａは部分画像である。また、Ｘは、部分画像をどの座標にどの位の強度で重ね合わせればよいかを表す変数となる画像である。
【数５】
2014213134.tif 000007
【００４５】
次に、数式６のように、全体画像から、抽出された画像を差し引くことによって、反射を経ていない信号による像とアーティファクトを除去した画像Ｉｒを得る（ステップＳ８）。ここで、ＸＪ→minは、目的関数Ｊを最小化するＸである。
【数６】
2014213134.tif 000008
【００４６】
数式６によって得られた画像は、反射を経ていない信号による像も除去された画像であるため、最後に、部分画像抽出部７で抽出した部分画像を元の座標に貼りつける処理を行う。これにより、アーティファクトのみを除去した画像を得ることができる（ステップＳ９）。
【００４７】
第二の実施形態における処理フローは、第一の実施形態と同様であるが、第一の実施形態におけるステップＳ５の処理が、図７に示したステップＳ７〜Ｓ９の処理に置き換わるという点において相違する。また、ステップＳ６において表示される画像が、類似像除去部１０が生成した画像であるという点において相違する。
【００４８】
このように、第二の実施形態に係る光音響測定装置は、多重反射に起因するアーティファクトを除去した測定画像を操作者に提供することができる。
なお、アーティファクト除去後の画像を操作者に提供する際は、アーティファクト除去前の画像を並べて表示するようにしてもよい。これにより、アーティファクト除去の成否
を操作者が確認することができる。
【００４９】
（第三の実施形態）
第三の実施形態は、第二の実施形態と同様にアーティファクトを除去する実施形態であるが、再構成後の画像ではなく、信号画像を用いて多重反射信号を除去し、除去後に画像を再構成することでアーティファクトの無い画像を得る実施形態である。
信号画像とは、受信した音響波信号の強度を表す画像であり、音響波信号の振幅を色の濃淡で表した画像である。信号画像は、図９（Ａ）に示したように、音響波探触子が受信した音響波信号の強度を、その検出位置ごとに並べることで生成される。信号画像は、時間と位置とで表された画像であるため、第二の実施形態と同様の方法で多重反射信号を除去することができる。また、信号画像に対して多重反射信号の除去を行った後、画像の再構成を行うことで、アーティファクトが除去された再構成画像を得ることができる。
【００５０】
第三の実施形態に係る光音響測定装置の構成を図８に示す。第三の実施形態に係る光音響測定装置は、画像の再構成を行う再構成部１１を有するという点と、データ処理部６が行う処理が異なるという点において第二の実施形態と相違する。以下、相違点について説明する。
【００５１】
第三の実施形態に係るデータ処理部６では、前述したように、異なる位置で得られた信号を、検出位置に応じて並べることで信号画像を作成する（図９（Ａ））。図１（Ａ）に示した測定体系の信号画像は、図９（Ｂ）のようになる。ここでは信号の波高（振幅）を色の濃淡で表している。信号画像であっても、多重反射によって現れる信号は、再構成画像上に現れるアーティファクトと類似した空間配置及び強度関係となる。従って、第二の実施形態と同様の方法によって、多重反射信号を除去することができる。
再構成部１１は、多重反射信号を除去した信号画像に基づいて画像再構成処理を行い、画像を再構成する手段である。再構成処理の内容は、第二の実施形態と同様である。
【００５２】
このように、第三の実施形態では、画像を再構成する前の信号画像を用いて多重反射信号の除去を行うため、再構成画像を用いてのアーティファクト除去がうまくいかない場合であっても、自然な画像を得ることができる。
なお、本実施形態では、信号画像を用いて多重反射信号を除去しているが、第一の実施形態のように多重反射信号の判別のみを行い、再構成画像中のアーティファクトの位置が分かるようなインジケータを生成してもよい。
【００５３】
（第四の実施形態）
第一ないし第三の実施形態では、図４（Ａ）に示したように、部分画像の場所を変えながら全体画像とのマッチングを行い、類似度を算出した。しかし、アーティファクトは、音響波が反射する方向にのみ現れるため、これ以外の領域とのマッチングを行うことは、無駄な処理になるだけでなく、誤検出の原因にもなる。第四の実施形態は、部分画像の探索方向を限定することによって、判定の精度を向上させる実施形態である。
【００５４】
第四の実施形態に係る光音響測定装置は、第一の実施形態と比較して、類似像探索部８が行う処理のみが相違する。
第四の実施形態に係る類似像探索部８は、反射層の形状と、画像上にアーティファクトが現れる方向を予め記憶している。アーティファクトが現れる方向は、音響波伝搬のシミュレーションを行うことで算出することが望ましいが、解析的、幾何学的に算出してもよい。
第四の実施形態においては、ステップＳ５の処理を行う際に、図１０に示したように、全体画像中から抽出した部分画像を、その抽出位置から、音響波が反射する方向に沿ってずらしながら類似度の算出を行う。図１０の例では、音響波が反射する方向は、表層から
深部に向けた方向、すなわち図の上部から下部に向けた方向である。
【００５５】
第四の実施形態では、アーティファクトが現れない領域とのマッチングを行わないため、アーティファクトの探索に要する時間を短縮することができる。また、誤検出を低減させ、検出精度を向上させることができる。
【００５６】
（実施例）
本発明の効果を実験にて確認した。本実施例では、被検体は生体の乳房であり、被検体の両側を厚さ１０ｍｍのポリメチルペンテン二枚で挟み込んで被検体の両側に密着させ、さらに片側の保持板の向こう側に１ｍｍの油層を設け、その油層を通して音響波探触子を密着させた。油層に用いたのはひまし油であり、音響波探触子の素子には受信部の直径が２ｍｍ、中心周波数１ＭＨｚで帯域８０％のＰＺＴを用い、平面方向に１５×２３個を並べ、一つの音響波探触子とした。
また、音響波探触子はＸ−Ｙステージに接続されており、音響波探触子の面と同じ面方向に走査可能な構成とした。被検体に照射する光は、ＴｉＳレーザーを用いた波長７９７ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光である。このパルス光を、音響波探触子と同じ面と、被検体を挟んで逆の面から同時に被検体に照射し、音響波信号の収集、走査を繰り返し、全信号データを得た。Ａ／Ｄコンバータには、サンプリング周波数２０ＭＨｚ、分解能１２ｂｉｔのものを使用し、バックプロジェクションを用いて再構成画像を得た。
【００５７】
得られた再構成画像の一部を図１１に示す。再構成画像は三次元画像データであるが、ここでは三次元画像データをＸ−Ｙ平面でスライスした二次元画像（スライス画像）を用いて説明する。図１１中のスケールの単位はボクセルである。
図１１（Ａ）は、表面血管の像が観察できる深さで再構成画像をスライスした画像であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）よりも深い位置で再構成画像をスライスした画像である。表面血管の像に起因したアーティファクトが、非常に類似した形状で現れていることが分かる。また、図１１（Ｃ）は、抽出された部分画像をスライスした画像である。部分画像は、像を強調する処理を行ったうえで、像の位置および信号強度（輝度）を利用して抽出した。
【００５８】
部分画像の探索手法には正規化相互相関（ＺＮＣＣ）を用いた。図１１（Ｄ）は、第一の実施形態に対応した画像であり、図１１（Ｂ）中に現れたアーティファクトをインジケータによって図示した画像である。アーティファクトを示すインジケータ（白枠）が、図１１（Ｂ）と同じ場所に表示されていることがわかる。このように、インジケータを全体画像上に表示することによって、アーティファクトを容易に判別できることが確認できた。
また、図１１（Ｅ）は、第二の実施形態に対応した画像であり、図１１（Ｂ）の画像からアーティファクトを除去した全体画像である。図１１（Ｂ）と比較すると、アーティファクトが明確に低減されていることがわかる。
また、図１１（Ｆ）は、第三の実施形態に対応する画像である。すなわち、信号画像を用いてアーティファクトを判別し、除去を行った全体画像である。図１１（Ｂ）と比較すると、同様にアーティファクトが明確に低減されていることがわかる。
【００５９】
以上に示した例では、アーティファクトが分かりやすい形状をしているが、形状がシンプルな像や、多重反射を重ねたアーティファクトは、人が見てもアーティファクトであるか否かの判断が難しい。そのような場合でも、本発明に係る光音響測定装置では、部分画像を用いて全体画像から類似する領域を抽出することで、アーティファクトを判別することができる。
【００６０】
（変形例）
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置の制御方法として実施することもできるし、これらの方法を被検体情報取得装置に実行させるプログラムとして実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
【００６１】
また、各実施形態では、部分画像をずらしながら類似度の計算を行ったが、必ずしも全領域に対して類似度の計算を行う必要は無い。例えば、表層から深部に向けて探索を行い、最も類似度が高い領域（すなわち最も信号強度が強いアーティファクト）を検出した後、部分画像と当該領域の距離を整数倍した距離を用いて、更に深部側に出現するアーティファクトの位置を推定してもよい。
【００６２】
また、各実施形態では、光音響測定装置を例に説明を行ったが、本発明は、超音波を被検体に送信し、被検体内で反射した超音波を受信することで被検体内の情報を可視化する、超音波測定装置に適用してもよい。被検体内より到来する音響波を解析することで被検体内の情報を可視化する装置であれば、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
５・・・音響波探触子、６・・・データ処理部、７・・・部分画像抽出部、８・・・類似像探索部
【図１】
2014213134.tif 000009
【図２】
2014213134.tif 000010
【図３】
2014213134.tif 000011
【図４】
2014213134.tif 000012
【図５】
2014213134.tif 000013
【図６】
2014213134.tif 000014
【図７】
2014213134.tif 000015
【図８】
2014213134.tif 000016
【図９】
2014213134.tif 000017
【図１０】
2014213134.tif 000018
【図１１】
2014213134.tif 000019