(57)【要約】【課題】被検体情報を取得するまでの時間を短縮することのできる被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】被検体に光を照射する照射手段と、光を照射された前記被検体内で発生する弾性波を受信して受信信号に変換する複数の検出手段と、光が照射された前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得手段と、前記光強度分布を用いて、光強度が所定の閾値以上である最小構成単位を選択する設定手段と、前記受信信号を用いて前記設定手段により選択された前記最小構成単位の被検体情報を生成する生成手段と、を有する。【選択図】図２
2014113466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射する照射手段と、
光を照射された前記被検体内で発生する弾性波を受信して受信信号に変換する複数の検出手段と、
光が照射された前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得手段と、
前記光強度分布を用いて、光強度が所定の閾値以上である最小構成単位を選択する設定手段と、
前記受信信号を用いて前記設定手段により選択された前記最小構成単位の被検体情報を生成する生成手段と、
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】
前記被検体の光学特性値を設定する特性設定手段を更に有し、
前記分布取得手段は、前記特性設定手段により設定された前記光学特性値を用いて、前記光強度分布を取得する
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】
前記光学特性値は、前記被検体の吸収特性を示す吸収特性値と、散乱特性を示す散乱特性値である
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】
前記設定手段は、前記受信信号の雑音等価音圧を前記吸収特性値と前記被検体のグリュナイゼン係数とで除算した値を、前記所定の閾値とする
ことを特徴とする、請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記最小構成単位ごとに前記所定の閾値を算出する際に、当該最小構成単位と前記検出手段との間を前記弾性波が伝播する際の音圧の減衰比で前記雑音等価音圧を補正する
ことを特徴とする、請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記吸収特性値が前記被検体の平均的な値よりも大きな値となる最小構成単位から発生した弾性波を検出できるように、前記所定の閾値を設定する
ことを特徴とする、請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記特性設定手段は、前記光学特性値を入力する特性入力手段を含む
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８】
前記特性入力手段は、操作者による前記光学特性値の入力を受け付ける
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】
前記特性設定手段は、前記光学特性値を測定する特性測定手段を含む
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１０】
前記特性測定手段は、前記光学特性値を測定するための光学特性値測定光を前記被検体に照射する手段と、前記光学特性値測定光が前記被検体を伝播した光を検出する手段を含む
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】
予め取得された光強度分布を記憶する分布記憶手段を更に有し、
前記分布取得手段は、前記分布記憶手段から光強度分布を取得する
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１２】
前記被検体の光学特性値を設定する特性設定手段を更に有し、
前記分布取得手段は、前記分布記憶手段に記憶された複数の前記光強度分布から、前記特性設定手段により設定された前記光学特性値に対応する光強度分布を選択する
ことを特徴とする、請求項１１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
前記検出手段の指向角によって決まる指向性範囲領域に含まれる最小構成単位を選択する指向性設定手段を更に有し、
前記生成手段は、前記設定手段により選択された前記最小構成単位と前記指向性設定手段により選択された前記最小構成単位との両方に含まれる最小構成単位の被検体情報を生成する
ことを特徴とする、請求項１から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】
前記生成手段は、前記設定手段により選択された前記最小構成単位以外の最小構成単位の被検体情報を生成しない
ことを特徴とする、請求項１から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】
前記生成手段は、前記設定手段により選択された前記最小構成単位と前記指向性設定手段により選択された前記最小構成単位との両方に含まれる前記最小構成単位以外の最小構成単位の被検体情報を生成しない
ことを特徴とする、請求項１３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１６】
被検体に光を照射する照射手段と、
光を照射された前記被検体内で発生する弾性波を受信して受信信号に変換する複数の検出手段と、
光が照射された前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得手段と、
前記光強度分布に基づいて、被検体情報を取得するための最小構成単位を設定する設定手段と、
前記受信信号を用いて前記設定手段により選択された前記最小構成単位の被検体情報を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近赤外光を用いた生体内イメージング技術の一つとして、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴにおいては、光源から発生したパルス光を生体等の被検体に照射することにより、被検体内で伝播・拡散した光が光吸収体で吸収されて弾性波が発生する。この弾性波発生の機序は光音響効果と呼ばれている。腫瘍は、その周辺組織に対して近赤外光の光エネルギーの吸収率が高いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張し弾性波を発生する。
【０００３】
特許文献１に記載された装置は、この弾性波を検出素子で検出して、受信信号に変換する。この受信信号を信号処理（再構成）することで、被検体内で光エネルギーを吸収した際に発生した弾性波の初期音圧の空間分布等の被検体情報を画像化できる。発生した音圧の空間分布は光の吸収係数に関係したものであるため、この光の吸収係数に関係した空間分布を用いて、被検体を診断することが研究されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４５２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置においては、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することが望まれている。
そこで、本発明は、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することの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】
【０００６】
本明細書が開示する被検体情報取得装置は、被検体に光を照射する照射手段と、光を照射された前記被検体内で発生する弾性波を受信して受信信号に変換する複数の検出手段と、光が照射された前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得手段と、前記光強度分布を用いて、光強度が所定の閾値以上である最小構成単位を選択する設定手段と、前記受信信号を用いて前記設定手段により選択された前記最小構成単位の被検体情報を生成する生成手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る被検体情報取得装置によれば、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。
【図２】第一の実施形態における光強度領域設定部の詳細を示す図である。
【図３】第一の実施形態における測定のフローを示す図である。
【図４】第二の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。
【図５】第二の実施形態における測定のフローを示す図である。
【図６】第三の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。
【図７】第三の実施形態における測定のフローを示す図である。
【図８】第四の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。
【図９】第四の実施形態における指向性範囲を示す図である。
【図１０】第四の実施形態における指向性範囲領域設定部の詳細を示す図である。
【図１１】第四の実施形態における再構成部の詳細を示す図である。
【図１２】第四の実施形態における測定のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１０】
本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。本発明の被検体情報取得装置とは、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体内の特性情報を取得する光音響効果を利用した装置である。
【００１１】
被検体情報取得装置における被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の初期音圧や、あるいは、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、組織を構成する物質の濃度等を反映した特性情報である。物質の濃度とは、例えば酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの濃度や、酸素飽和度などである。特性情報は、数値データではなく、被検体内の各位置の分布情報であっても良い。つまり、初期音圧分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などを画像データとして生成しても良い。
【００１２】
本発明は、かかる被検体情報取得装置によって音響波を受信する際の、制御方法として捉えることもできる。以下の実施形態においては、被検体情報取得装置の具体例として、光音響イメージング装置について説明する。各図面で同一の構成要素については、基本的に同じ符合を付し、説明を省略する。
【００１３】
＜第一の実施形態＞
光音響効果により生じる弾性波の音圧と、被検体内の光強度の関係について述べる。光音響効果により生じる弾性波の音圧ｐ０［Ｐａ］は、式（１）で表される。
【数１】
2014113466.tif 000003
【００１４】
式（１）において、μaは光吸収体（腫瘍等）の吸収係数［／ｍｍ］である。Γはグリ
ュナイゼン係数である。Φは光吸収体の位置の光強度［Ｊ／ｍｍ２］である。グリュナイゼン係数Γは体積膨張係数に音速の２乗をかけた値を定圧比熱で除した値であって、生体では略一定値をとる。
式（１）からわかるように、発生する音圧は光強度に比例する。生体のような強い光散乱体が被検体である場合、光強度Φは、光が照射された位置からの距離に応じて指数的に減衰する。そのため、減衰によって光強度が低下してしまい、発生する弾性波の音圧を検出することが困難な領域が生じる。このような、光強度が低い領域に対して再構成を行っても、精度良く被検体情報を取得することは難しいので、再構成を行う意義は小さいことを本発明者は見出した。
第一の実施形態では、被検体の光学特性値を装置に入力し、その光学特性値から計算された光強度分布に基づいて被検体情報を取得する領域を限定することにより、被検体情報
の取得に要する時間を短縮する。光学特性値としては、吸収特性値である吸収係数と、散乱特性値である等価散乱係数とを用いる。
【００１５】
（装置構成）
図１は、本実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。以下、被検体の情報を取得するための構成を説明する。
【００１６】
本発明の光源は、コヒーレント、または、インコヒーレントのパルス光源を少なくとも一つは備える。光音響効果を発生させるため、パルス幅は数１００ナノ秒以下が好ましい。また、乳がん等を測定する場合は、生体を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を発生する。光源としては大きな出力が得られるレーザが好ましいが、レーザのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザー、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用することができる。
【００１７】
照射手段である照射部１０１は、光源からの照射光を、光音響測定に適した方法で被検体１００に照射する。受信信号のＳＮ比を高くするために、被検体の一部の面からだけでなく、複数の面から光を照射してもよい。例えば、被検体に対して探触子１０３と対向する側だけではなく、同じ側にも設けてもよい。照射部１０１は、ミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、又は、光を分散・屈折・反射するプリズムや、光ファイバーを含む。このような光学部品は、上記以外にも光源から発せられた光を被検体に所望の方法（照射方向、形状等）で照射することができればどのようなものを用いてもよい。
【００１８】
検出手段であるトランスデューサ１０２は、被検体１００に光が照射されることで発生した弾性波を受信して、受信信号である電気信号に変換する。圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなどで構成される。弾性波を受信して電気信号に変換できるものであればどのようなトランスデューサを用いてもよい。本実施形態においては、異なる位置で弾性波を受信するために、複数のトランスデューサ１０２が存在する。複数のトランスデューサ１０２は、例えば一次元や二次元に配列され、探触子１０３を形成する。探触子１０３は、複数のトランスデューサ１０２により生成された電気信号を再構成部１０９に出力する。
【００１９】
特性入力手段である光学特性値入力部１０６は、操作者による被検体１００の光学特性値（吸収係数と等価散乱係数）の入力を受け付けるインターフェースを有する。例えば被検体１００が生体である場合は、吸収係数と等価散乱係数には、生体の一般値を入力してもよいし、被検体１００の特徴、例えば年齢に応じた既知の統計値を入力してもよい。あるいは年齢や性別の入力を受けると、自動的にそれに応じた値を設定しても良い。
【００２０】
特性設定手段である光学特性値設定部１０５は、光学特性値入力部１０６に入力された吸収係数と等価散乱係数とを、光強度分布計算部１０７に設定する。
【００２１】
光強度分布計算部１０７は、光学特性値設定部１０５により設定された吸収係数と等価散乱係数とを用いて、被検体１００内部の光強度分布を計算する。光強度分布計算部は、本発明の分布取得手段である。光強度分布の計算方法として、輸送方程式の数値解法、拡散近似方程式の数値解法、モンテカルロ法による数値解法などを用いることができる。光強度分布の計算には、照射光の強度分布パターンを反映させることが望ましい。これにより光強度分布の計算精度を向上させることができる。例えば、照射部１０１で照射光の強度分布パターンをモニターできるようにしておき、強度分布パターンを光強度分布計算部に入力するとよい。
【００２２】
設定手段である光強度領域設定部１０８は、所定の閾値以上の光強度を有する領域である光強度領域内の最小構成単位を抽出し、再構成部１０９に設定する。光強度の閾値としては、例えば、トランスデューサ１０２が検出することのできる最小の音圧を発生せしめる光強度を利用できる。
【００２３】
所定の閾値は、最小構成単位ごとに異なっていてもよい。以下にその算出方法を述べる。
式（２）は、後述する減衰補償雑音等価音圧値ｐＮＥＰ＿ｃ（ｒ）を表す。位置ベクトルｒの最小構成単位の光強度の閾値Φth（ｒ）は、式（１）から変形された式（３）で表わされる。
【数２】
2014113466.tif 000004
【数３】
2014113466.tif 000005
【００２４】
式（２）のｐＮＥＰは、受信信号である電気信号に含まれる雑音強度をトランスデューサ１０２が音圧を電気信号に変換する変換効率で除算した、雑音等価音圧である。変換効率の単位は、電気信号が電圧である場合、［Ｖ／Ｐａ］である。式（２）のＡ（α，ｍａｘ（｜ｄｉ−ｒ｜））は、位置ベクトルｄｉ（ｉは複数のトランスデューサ１０２の個々を示す番号）のトランスデューサ１０２と最小構成単位との間を弾性波が伝播する際の、音圧の減衰比である。
Ａは、被検体１００の減衰係数［／ｍｍ］と、ｉ番のトランスデューサ１０２と最小構成単位との距離｜ｄｉ−ｒ｜の内、最も大きいｍａｘ｜ｄｉ−ｒ｜とによって決まる。音圧の減衰は、減衰係数αによる距離依存の減衰と、球面波伝播、円筒波伝播等によるエネルギー散逸による距離依存の減衰を含む。
【００２５】
ｐＮＥＰ＿ｃ（ｒ）は、雑音等価音圧ｐＮＥＰを減衰比Ａで割って補正した、減衰補償雑音等価音圧値である。すなわち、位置ベクトルｒの最小構成単位がｐＮＥＰ＿ｃ（ｒ）の音圧の弾性波を発生させたならば、その弾性波はトランスデューサ１０２で検出されることとなる。そこで、音圧が最も減衰する、最も大きい距離ｍａｘ｜ｄｉ−ｒ｜での減衰比を用いて補正することで、ｍａｘ｜ｄｉ−ｒ｜より近い距離にあるトランスデューサが弾性波を検出できることが保証されている。
【００２６】
μａ＿ＢＧは、光学特性値設定部１０５から光強度分布計算部１０７に設定された、被検体１００の吸収係数である。被検体１００の平均的な吸収係数であるμａ＿ＢＧに対し、腫瘍の吸収係数は、より大きい値を持つと考えられる。腫瘍は、新生血管を引き込むため吸収係数の大きい血液が豊富だからである。式（１）より、吸収係数が小さいと発生する弾性波の音圧は小さい。よって、少なくともμａ＿ＢＧを用いて求めたΦｔｈ（ｒ）を閾値とすれば、画像化したい対象である腫瘍によって生じた弾性波を検出することができる。式（３）のΓはグリュナイゼン係数であり、例えば被検体１００が生体である場合、生体の典型的な値を入力するとよい。
【００２７】
以上のようにして、光強度領域設定部１０８は、最小構成単位ごとに光強度の閾値を算
出することができる。
【００２８】
次に、光強度領域について説明する。図２は、光強度領域設定部１０８の詳細を示した図である。図の左上における符号２０２は、光強度分布計算部１０７が算出した光強度分布を示している。照射部１０１に近いほど、光が強い。光強度分布２０２は、最小構成単位２０１ごとの光強度分布２０３として光強度領域設定部１０８に出力される。
【００２９】
図の右側の光強度領域設定部１０８において、最小構成単位ごとの光強度分布２０３に示されているΦｉは、番号ｉの最小構成単位の光強度を示す。ｉ番目の最小構成単位の位置ベクトルをｒｉとすれば、Φｉ＝Φ（ｒｉ）である（Φ（ｒｉ）は位置ベクトルｒｉの最小構成単位の光強度である）。符号２０４は、式（２）と式（３）によって最小構成単位ごとに算出された、最小構成単位ごとの光強度の閾値である。最小構成単位ごとの光強度の閾値２０４に示されているΦｔｉは、番号ｉの最小構成単位の光強度の閾値を示す。符号２０３と同様に、Φｔｉ＝Φｔｈ（ｒｉ）である。
【００３０】
光強度領域設定部１０８は、さらに、被検体１００を構成する各最小構成単位に対応する値を記憶する光強度領域記憶部２０５を持つ。光強度領域設定部１０８は同じ番号ｉのΦｉとΦｔｉとを比較し、Φｉ≧Φｔｉならば、光強度領域記憶部２０５の、対応する最小構成単位の記憶領域に１を設定する。そして光強度領域設定部１０８は、対応する最小構成単位以外の記憶領域には０を設定する。光強度領域記憶部２０５に示された黒色の最小構成単位の領域が光強度領域である。光強度領域設定部１０８は、光強度領域記憶部２０５の値を再構成部１０９に出力することで、光強度領域内の最小構成単位を再構成部１０９に設定する。
【００３１】
生成手段としての再構成部１０９は、探触子１０３から出力された複数の電気信号を用いて光音響画像データを生成（再構成）する。再構成の方法として、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影法などを用いることができる。本発明における光音響画像データは、２次元または３次元を問わず、被検体内部の情報（生体内の初期音圧分布や光吸収係数分布や酸素飽和度等の生体情報）を示すデータのことを示す。光音響画像データは、２次元の場合は最小構成単位であるピクセルを複数並べたものとして構成され、３次元の場合は最小構成単位であるボクセルを複数並べたものとして構成される。
【００３２】
再構成部１０９は、被検体１００を構成する最小構成単位の内、設定手段である光強度領域設定部１０８で設定された光強度領域内の最小構成単位を選択的に再構成し、被検体１００内部を画像化したデータを生成する。
【００３３】
被検体１００内部を画像化したデータは、表示部１１０に転送され、操作者に対して表示される。
【００３４】
以上で説明した光強度分布計算部１０７、光強度領域設定部１０８、再構成部１０９は、コンピュータに実装されるプログラムであってもよいし、電子回路であってもよい。
なお、光強度領域設定部１０８は、被検体内の光量分布を用いることなく、照射光の光強度分布に基づき再構成部１０９により被検体情報が取得される領域を幾何学的に設定することもできる。すなわち、照射光の光強度分布から被検体内の光強度が高くなる領域を推定し、その領域について被検体情報を取得することができる。例えば、光強度領域設定部１０８は、被検体１００の表面における照射光の照射領域から被検体１００の表面の法線方向に向かう領域を被検体情報が取得される領域と設定することができる。
また、例えば、光強度領域設定部１０８は、被検体１００の表面における照射光の照射領域から照射光の入射方向に向かう領域を被検体情報が取得される領域と設定することが
できる。このとき、光強度領域設定部１０８が、複数の照射光より推定される複数の幾何学的な領域が記憶された記憶部から実際の照射光に対応する幾何学的な領域を読み出してもよい。また、記憶部は実際の照射光に対応する幾何学的な領域のみを記憶していてもよい。
【００３５】
本実施形態における測定のフローを図３に示す。
ステップＳ３０１では、測定を開始する。
【００３６】
特性設定ステップであるステップＳ３０２では、操作者が光学特性値入力部１０６から被検体１００の光学特性値（吸収係数と等価散乱係数）を入力する特性入力ステップを実行する。入力された吸収係数と等価散乱係数は、光強度分布計算部１０７と光強度領域設定部１０８とに設定される。
【００３７】
検出ステップであるステップＳ３０３では、被検体１００に対して照射部１０１から光を照射し、光の照射により被検体１００において発生した弾性波をトランスデューサ１０２で検出する。検出した弾性波を受信信号として探触子１０３から出力する。
【００３８】
分布取得ステップであるステップＳ３０４では、ステップＳ３０２で入力された吸収係数と等価散乱係数とを用いて、光強度分布計算部１０７において被検体１００内部の光強度分布を計算する。
【００３９】
設定ステップであるステップＳ３０５では、ステップＳ３０２で入力された吸収係数とステップＳ３０４で得た光強度分布を用いて光強度領域設定部１０８で光強度領域を算出し、光強度領域内部の最小構成単位を抽出する。抽出した最小構成単位は再構成部１０９に設定される。
【００４０】
生成ステップであるステップＳ３０６では、ステップＳ３０５で抽出、設定された最小構成単位をステップＳ３０３で得た受信信号を用いて再構成部１０９において再構成する。これにより被検体内部の画像データを得る。
【００４１】
ステップＳ３０７では、ステップＳ３０６で得た被検体内部の画像化データを表示部１１０に表示する。
ステップＳ３０８では、測定を終了する。
【００４２】
第一の実施形態では、入力された被検体の光学特性値から求めた十分な光強度を有する領域に含まれる最小構成単位を選択的に再構成することにより、再構成する最小構成単位を減らすことができ、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することができる。
【００４３】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、被検体の光学特性値を実際に測定して取得し、その光学特性から計算された光強度分布に基づいて被検体情報を取得する領域を限定することにより、被検体情報の取得に要する時間を短縮する。光学特性値としては、吸収特性値である吸収係数と、散乱特性値である等価散乱係数とを測定する。
【００４４】
（装置構成）
図４は、本発明の第二の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。第二の実施形態では、第一の実施形態と比較して、光学特性値入力部が、光学特性値測定部４０３に置き換わり、光源４０１と光検出部４０２が追加されている。これら以外の構成要素は第一の実施形態と同じであるため、同一の用語に関しては、説明を省略する。以下、第一の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
【００４５】
光学特性値測定用の光を照射する手段である光源４０１は、被検体１００の光学特性値（吸収特性値である吸収係数と、散乱特性値である等価散乱係数）を測定するための光（光学特性値測定光）を被検体１００に照射する。照射する光の波長は、照射部１０１が照射する光の波長に近いことが望ましい。
光源４０１には、パルス光、または、強度変調光のいずれかを発生する光源を用いることができる。例えば、レーザダイオードを用いることができる。パルス光である場合、パルス幅は数〜数百ｐｓ（ピコセカンド）であることが望ましい。強度変調光である場合、強度変調の周波数は数〜数百ＭＨｚであることが望ましい。
【００４６】
光学特性値測定用の光を検出する手段である光検出器４０２は、光源４０１により照射され、被検体１００内部を伝播した光学特性値測定光を検出する。少なくとも前記パルス幅、または、前記強度変調の周波数に対して速い応答を持つ検出器であることが望ましい。例えば、フォトマルチプライヤ、アバランシェフォトダイオード、フォトダイオード等を用いることができる。光学特性値測定光を検出して得た検出光信号は、特性測定手段である光学特性値測定部４０３に出力される。
【００４７】
光学特性値測定部４０３は、光検出器４０２から出力された検出光信号を用いて、被検体１００の吸収係数と等価散乱係数とを算出する。算出には、輸送方程式の解析解または数値解法、拡散近似方程式の解析解または数値解法、モンテカルロ法による数値解法等を用いることができる。
【００４８】
光源４０１がパルス光を生成する場合、解析解と検出光信号の時間波形が一致するように吸収係数と等価散乱係数を変化させ、十分一致した時の吸収係数、等価散乱係数を被検体の吸収係数、等価散乱係数とする。同様に、数値解法による時間波形の数値解が検出光信号の時間波形と一致するようにしてもよい。
【００４９】
光源４０１が強度変調光を生成する場合、被検体１００入射時の強度変調振幅に対する検出光信号の強度変調振幅の減衰率（振幅減衰率）と、検出光信号の強度変調の位相遅れとが解析解と検出光信号とで一致するようにする。数値解法による振幅減衰率と位相遅れを用いてもよい。
【００５０】
このようにして光学特性値測定部４０３により測定された被検体の吸収係数と等価散乱係数は、光学特性値設定部４０４によって光強度分布計算部１０７と光強度領域設定部１０８とに設定される。
【００５１】
第二の実施形態における測定のフローを図５に示す。図５において、図３と同じ処理を行うステップは、説明を省略する。
ステップＳ５０１は、第一の実施形態におけるステップＳ３０１と同じである。
【００５２】
ステップＳ５０２では、光学特性値測定光照射光源４０１から被検体１００に光学特性値測定光を照射する。
ステップＳ５０３では、被検体１００を伝搬した光学特性値測定光を、光学特性値測定光検出器４０２で検出し、検出光信号を得る。
ステップＳ５０４では、ステップＳ５０３で得た検出光信号を用いて、光学特性値測定部４０３において被検体１００の吸収係数と等価散乱係数とを算出する。
【００５３】
ステップＳ５０５は、第一の実施形態におけるステップＳ３０３と同じである。
【００５４】
分布取得ステップであるステップＳ５０６では、ステップＳ５０３で測定して得た吸収
係数と等価散乱係数とを用いて、光強度分布計算部１０７において被検体１００内部の光強度分布を計算する。
設定ステップであるステップＳ５０７では、ステップＳ５０３で測定して得た吸収係数とステップＳ５０６で得た光強度分布を用いて光強度領域設定部１０８で光強度領域を算出し、光強度領域内部の最小構成単位を抽出する。抽出した最小構成単位は再構成部１０９に設定される。
【００５５】
ステップＳ５０８は、第一の実施形態におけるステップＳ３０６と同じである。
【００５６】
ステップＳ５０９は、第一の実施形態におけるステップＳ３０７と同じである。  ステップＳ５１０では、測定を終了する。
【００５７】
第二の実施形態では、測定して得た被検体の光学特性値から求めた十分な光強度を有する領域に含まれる最小構成単位を選択的に再構成することにより、再構成する最小構成単位を減らすことができ、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することができる。また、測定して得た被検体の吸収係数と等価散乱係数とを用いることで、より高精度に十分な光強度の領域を指定することができる。
【００５８】
＜第三の実施形態＞
第三の実施形態では、予め用意された被検体内部の光強度分布に基づいて画像化する領域を限定する。これにより、他の実施形態と比較して光強度分布を取得する時間を短縮することができるため、被検体情報の取得に要する時間をより短縮することができる。
【００５９】
図６は、本発明の第三の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。第三の実施形態では、第一の実施形態と比較して、光強度分布計算部１０７が光強度分布記憶部６０１に置き換わっている。これら以外の構成要素は第一の実施形態と同じであるため、同一の用語に関しては、説明を省略する。以下、第一の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
【００６０】
光強度分布記憶部６０１は、予め計算された光強度分布を記憶している。例えば、光強度分布は被検体１００内部を示すボリュームデータとして記憶することができる。光強度分布記憶部６０１としては、ハードディスクや不揮発性メモリ等を用いることができる。生体の一般的な光学特性値を用いて記憶する光強度分布を予め計算することができる。また、記憶する光強度分布を予め計算するに当たっては、事前に測定した照射光の強度分布パターンを反映させることができる。
【００６１】
なお、光強度分布記憶部６０１は、複数の光強度分布を記憶できることが好ましい。すなわち、光学特性値設定部１０５から設定される被検体の光学特性値に対応した光強度分布を選択することができる。このとき、光学特性値のパターンは無限にあるためその全てに対応した光強度分布を記憶するのは難しいので、有限個の光学特性値のパターンについて光強度分布を記憶するとよい。ある光学特性値が入力された場合、有限個の光学特性値の内その光学特性値に最も近いものを選択し、選択された光学特性値に対応した光強度分布を用いる。
また、設定される光学特性値は、生体の一般値、被検体１００の特徴に応じた統計値、被検体１００を測定して得た測定値等を用いることができる。本実施形態では光強度分布記憶部６０１に光強度分布を記憶したが、光強度領域設定部１０８を光強度分布記憶部６０１に内包し、光強度領域を記憶してもよい。
【００６２】
本実施形態における測定のフローを図７に示す。図７において、図３と同じ処理を行うステップは、説明を省略する。
【００６３】
ステップＳ７０１は、ステップＳ３０１と同じである。
特性設定ステップであるステップＳ７０２では、操作者が光学特性値入力部１０５から被検体１００の光学特性値（吸収係数と等価散乱係数）を入力する特性入力ステップを実行する。入力された吸収係数と等価散乱係数は、光強度分布記憶部６０１と光強度領域設定部１０８に設定される。または、被検体１００を測定して得た光学特性値を光強度分布記憶部６０１と光強度領域設定部１０７に設定する。
【００６４】
分布取得ステップであるステップＳ７０４では、ステップＳ７０３で設定された光学特性値に対応する光強度分布を光強度分布記憶部６０１から読み出し、被検体１００内部の光強度分布を取得する。または、光強度分布記憶部６０１に光強度領域を記憶する場合は光強度領域を読み出す。この場合、ステップＳ７０５での光強度領域の算出は省略する。
ステップＳ７０５からＳ７０８はそれぞれ、ステップＳ３０５からステップＳ３０８と同じである。
【００６５】
第三の実施形態では、予め計算された光強度分布から取得した十分な光強度を有する領域に含まれる最小構成単位を選択的に再構成する。これにより、再構成する最小構成単位の数を減らし、かつ光強度分布の取得に要する時間を短縮することができるため、被検体情報を取得するまでの時間をより短縮することができる。
【００６６】
＜第四の実施形態＞
第四の実施形態では、トランスデューサの指向性範囲の領域と十分な光強度を有する領域との両方に含まれる最小構成単位を選択的に再構成することにより、他の実施形態と比べて再構成する最小構成単位の数をより減らすことができる。また、被検体情報を取得するまでの時間をより短縮することができる。
【００６７】
（装置構成）
図８は、本発明の第四の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。第四の実施形態では、第一の実施形態と比較して、指向性範囲領域設定部８０１が追加され、また、再構成部１０９の動作が異なる。これら以外の構成要素は第一の実施形態と同じであるため、同一の用語に関しては、説明を省略する。以下、第一の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
【００６８】
指向性設定手段である指向性範囲領域設定部８０１は、被検体１００を構成する最小構成単位のうち、トランスデューサ１０２の指向性範囲内の最小構成単位を抽出し、再構成部１０９に設定する。指向性範囲とは、トランスデューサ１０２が弾性波を受信することができる角度であり、指向角によって決まる領域である。指向性範囲について図９を用いて説明する。
【００６９】
図９において、符号９０１は１つのトランスデューサ１０２の指向角を示している。ここでは、指向角が２０°の場合を示している。指向角９０１の内側の範囲で発生した弾性波は、トランスデューサ１０２で検出することができる。よって、探触子１０３を構成する複数のトランスデューサ１０２のいずれかの指向角の内側の範囲で発生した弾性波は受信信号として探触子１０３から出力することができる。すなわち、最小構成単位２０１のうち、図２中に黒色で示されたものは、受信信号から再構成することができる。この黒色で示された領域が、指向性範囲である。なお、指向角は、測定に求める精度やトランスデューサの特性に応じて様々に定めることができる。例えばトランスデューサの法線方向において受信感度が最大となる場合、最大感度の半分の強度で受信できる半値幅の範囲を指向角としても良い。
【００７０】
指向性領域設定部８０１は、図１０に示すように、被検体１００を構成する各最小構成単位に対応する値を記憶する指向性範囲記憶部１００１を持つ。指向性範囲記憶部１００１のうち、指向性範囲内の最小構成単位に対応する記憶領域には１を設定し、それ以外の最小構成単位に対応する記憶領域には０を設定する。指向性範囲領域設定部８０１は、指向性範囲記憶部１００１の値を再構成部１０９に出力することで、指向性範囲の内部に存在する最小構成単位を再構成部１０９に設定する。
再構成部１０９は、被検体１００を構成する最小構成単位の内、設定手段である光強度領域設定部１０８と、指向性設定手段である指向性範囲領域設定部８０１との両方で設定された最小構成単位を選択的に再構成する。以下で詳細を説明する。
【００７１】
図１１は、再構成部１０９の詳細を示した図である。符号１１０１は光強度領域設定部１０７により設定された光強度領域内の最小構成単位を示すデータ、符号１１０２は指向性範囲領域設定部８０１により設定された指向性範囲領域内の最小構成単位を示すデータである。再構成部１０９は、符号１１０１と符号１１０２の対応する最小構成単位ごとに積演算を行う。積演算の結果は、再構成領域記憶部１１０３の、対応する最小構成単位の記憶領域に保存される。再構成処理部１１０４は、再構成領域記憶部で１が設定されている最小構成単位の再構成を行い、被検体内部を画像化したデータを生成する。
【００７２】
本実施形態における測定のフローを図１２に示す。図１２において、図３と同じ処理を行うステップは、説明を省略する。
【００７３】
ステップＳ１２０１からステップＳ１２０５はそれぞれ、ステップＳ３０１からステップＳ３０５と同じである。
指向性設定ステップであるステップＳ１２０６では、トランスデューサ１０２の指向性範囲内の領域に含まれる最小構成単位を抽出する。抽出した最小構成単位は、再構成部１０９に設定される。
生成ステップであるステップＳ１２０７では、ステップＳ１２０５とステップＳ１２０６との両方で抽出、設定された最小構成単位をステップＳ１２０３で得た受信信号を用いて再構成部１０９において再構成する。これにより被検体内部の画像データを得る。
ステップＳ１２０８とステップＳ１２０９はそれぞれ、ステップＳ３０７とステップＳ３０８と同じである。
【００７４】
以上、第四の実施形態では、トランスデューサの指向性範囲の領域と十分な光強度を有する領域との両方に含まれる最小構成単位を選択的に再構成することにより、他の実施形態と比べて再構成する最小構成単位の数をより減らすことができる。また、被検体情報を取得するまでの時間をより短縮することができる。
【００７５】
なお、トランスデューサの指向性範囲の領域に含まれる最小構成単位を選択的に再構成してもよい。すなわち、トランスデューサの指向性の範囲の領域に含まれない最小構成単位を再構成しないようにしてもよい。これにより、被検体情報を取得するまでの時間を短縮させることができる。
【００７６】
以上述べたように、本発明によれば、光音響イメージングにおいて、被検体内の光強度分布も考慮して、再構成する被検体内の領域が設定される。その結果、十分な音圧の弾性波を発生せしめる光強度の領域が選択されて再構成されるので、被検体情報を取得するまでの時間を短縮できる。
【符号の説明】
【００７７】
１０１：照射部，１０２：トランスデューサ，１０７：光強度分布計算部，１０８：光強度領域設定部，１０９：再構成部，２０１：最小構成単位
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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