(57)【要約】【課題】反射波を検出したとしても、その影響による画像劣化を低減することが可能な被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】光を照射された被検体から発生する音響波を検出信号に変換する探触子と、検出信号から被検体内の情報を生成する信号処理部とを有し、信号処理部は、検出信号から、波形に関する条件である信号抽出条件に基づいて抽出信号を抽出し、抽出信号から基準信号を生成し、検出信号と基準信号の相関計算を行い、検出信号において基準信号と位相が反転している部分である位相反転信号を検出し、検出信号から位相反転信号の強度を抑制して抑制後信号を生成し、抑制後信号を用いて被検体内の情報を生成する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2014076153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射された被検体から発生する音響波を検出信号に変換する探触子と、
前記検出信号から前記被検体内の情報を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記検出信号から、信号の形状に関する条件である信号抽出条件に基づいて抽出信号を抽出し、
前記抽出信号から基準信号を生成し、
前記検出信号と前記基準信号の相関計算を行い、前記検出信号において前記基準信号と位相が反転している部分である位相反転信号を検出し、
前記検出信号から前記位相反転信号の強度を抑制して抑制後信号を生成し、
前記抑制後信号を用いて、前記被検体内の情報を生成する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
音響マッチング材を介して前記被検体を保持する保持部材をさらに有し、
前記位相反転信号は、前記被検体と前記音響マッチング材の境界面、または、前記音響マッチング材と前記保持部材の境界面において、前記被検体から発生した音響波が反射した反射波から生成されたものである
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】
前記基準信号は、前記反射波に由来する位相反転信号の形状を示すものである
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】
前記信号抽出条件は、前記被検体内の吸収体から発生する信号の形状に基づいて、吸収体に対応する信号を抽出するように決定される
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記信号抽出条件は、前記吸収体から発生する信号の出現時間、幅、強度の少なくともいずれかを含んでいる
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】
前記基準信号は、複数の抽出信号の平均により生成される
ことを特徴とする請求項１ないし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】
前記信号抽出条件は、前記複数の抽出信号の抽出ごとに変更される
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】
前記基準信号は、前記抽出信号における前記吸収体から発生する信号の周波数減衰を補うことにより生成される
ことを特徴とする請求項４または５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記信号抽出条件は、前記探触子の応答特性による信号の形状変化を補うように決定される
ことを特徴とする請求項４または５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記信号処理部は、前記検出信号の強度を参照して前記位相反転信号を検出する
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記信号処理部は、前記基準信号を用いて、前記位相反転信号の強度を抑制するための
抑制信号を作成し、当該抑制信号を位相反転信号から差し引くことで、抑制後信号を生成する
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
光を照射された被検体から発生する音響波を検出信号に変換する探触子と、前記検出信号から前記被検体内の情報を生成する信号処理部とを有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記信号処理部は、
前記検出信号から、波形に関する条件である信号抽出条件に基づいて抽出信号を抽出するステップと、
前記抽出信号から基準信号を生成するステップと、
前記検出信号と前記基準信号の相関計算を行い、前記検出信号において前記基準信号と位相が反転している部分である位相反転信号を検出するステップと、
前記検出信号から前記位相反転信号の強度を抑制して抑制後信号を生成するステップと、
前記抑制後信号を用いて、前記被検体内の情報を生成するステップと
を行うことを特徴とする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する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーなどの光源から生体などの被検体に光を照射し、入射した光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ（ＰＡＩ：光音響イメージング）がある。光音響イメージングでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝搬・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体組織から発生した音響波（典型的には超音波）を検出し、その検出信号に基づき被検体情報をイメージング（画像化）する。
【０００３】
すなわち、腫瘍などの対象部位とそれ以外の組織との光エネルギーの吸収率の差を利用し、被検部位が照射された光エネルギーを吸収して瞬間的に膨張する際に発生する弾性波（光音響波）を探触子で受信する。この検出信号を数学的に解析処理することにより、被検体内の光学特性分布、特に、初期音圧分布、光エネルギー吸収密度分布あるいは吸収係数分布などを得ることができる。
【０００４】
これらの情報は、被検体内の特定物質、例えば、血液中の酸素飽和度などの定量的計測にも利用できる。近年、この光音響イメージングを用いて、小動物の血管像をイメージングする前臨床研究や、この原理を乳がんなどの診断に応用する臨床研究が積極的に進められている（非特許文献１）。光音響イメージングでは、通常、被検体内部にある光吸収体の光学特性分布を画像化することを目的とする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ”、Ｍ．Ｘｕ、Ｌ．Ｖ．Ｗａｎｇ、ＲＥＶＩＥＷ  ＯＦ  ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ  ＩＮＳＴＵＲＵＭＥＮＴ、７７、０４１１０１、２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、生体外部にある被検体を保持する部材などにより、光音響波は多重反射し、多重反射した光音響波も探触子に受信される。反射波を含む検出信号を用いて光学特性分布を作成すると、反射波によるアーチファクトが発生し、画像劣化が生じる課題がある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射波を検出したとしても、その影響による画像劣化を低減することが可能な被検体情報取得装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
光を照射された被検体から発生する音響波を検出信号に変換する探触子と、
前記検出信号から前記被検体内の情報を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記検出信号から、波形に関する条件である信号抽出条件に基づいて抽出信号を抽出し、
前記抽出信号から基準信号を生成し、
前記検出信号と前記基準信号の相関計算を行い、前記検出信号において前記基準信号と位相が反転している部分である位相反転信号を検出し、
前記検出信号から前記位相反転信号の強度を抑制して抑制後信号を生成し、
前記抑制後信号を用いて、前記被検体内の情報を生成する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０００９】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
光を照射された被検体から発生する音響波を検出信号に変換する探触子と、前記検出信号から前記被検体内の情報を生成する信号処理部とを有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記信号処理部は、
前記検出信号から、波形に関する条件である信号抽出条件に基づいて抽出信号を抽出するステップと、
前記抽出信号から基準信号を生成するステップと、
前記検出信号と前記基準信号の相関計算を行い、前記検出信号において前記基準信号と位相が反転している部分である位相反転信号を検出するステップと、
前記検出信号から前記位相反転信号の強度を抑制して抑制後信号を生成するステップと、
前記抑制後信号を用いて、前記被検体内の情報を生成するステップと
を実行することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射波を検出したとしても、その影響による画像劣化を低減することが可能な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】
【００１１】
【図１】光音響画像形成装置の構成を示す模式図。
【図２】光音響画像形成装置の信号処理部の構成を示す模式図。
【図３】音響波の反射の際に位相反転が起こる過程を説明する概念図。
【図４】光音響画像形成装置の信号処理部で反射信号を抑制する一例を示す概念図。
【図５】反射波を抑制する前と抑制した後の信号を示す図。
【図６】反射波を抑制する前と抑制した後の被検体内の画像を示す図。
【図７】信号処理部での処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
本発明の被検体情報取得装置には、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、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
【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、超音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。探触子は、被検体内で発生又は反射した音響波を受信する。
【００１５】
以下の記載においては、取得した被検体情報に基づき画像を生成する光音響画像形成装置を例として説明を行う。ただし本発明の実施形態はこれに限られず、必ずしも画像を形成する必要はなく、被検体情報をデータとして保持または出力しても良い。
【００１６】
＜基本的な実施形態＞
図１を参照しながら本実施形態の光音響画像形成装置の構成を説明する。
光音響画像形成装置は、基本的な構造として、光源Ｌ、保持部材１０５、音響波を受信する複数の素子を持つ探触子１０４、および、信号処理部１０９を有する。光源から出たパルス光（電磁波）を被検体１０１に照射するさいには、レンズ、ミラーなどの光学部品を経由しても良い。
【００１７】
被検体内の吸収体１０２は照射された光を吸収し音響波１０３を発生させる。音響波１０３は生体内を伝搬し、音響マッチング材１０６や保持部材１０５を通過して、探触子１０４によって検出される。また、音響波の一部は保持部材１０５の界面などでの反射などを経て、反射波１０７となる。探触子１０４は、反射波１０７をも検出する。
【００１８】
前段処理部１０８は、探触子１０４によって検出され電気信号に変換された音響波（および反射波）に対して、増幅やデジタル変換を施す。信号処理部１０９は、デジタル変換後の信号に画像再構成処理を施して被検体情報を画像データ化し、表示部１１０に表示させる。そして、本発明における信号処理部１０９は、保持部材１０５や音響マッチング材１０６における多重反射により発生する画像アーチファクトを軽減する処理を行う点が特徴である。
【００１９】
（反射による音響波の位相反転）
図３を用いて、反射成分の位相が１８０度反転する音響波の物理的現象を説明する。音響波を伝搬する物質は、音響波の通りやすさを示す音響インピーダンス値を持っている。ここで、ある物質中を伝搬してきた音響波が、音響インピーダンス値が異なる物質に入射すると、反射や屈折を起こす。音響インピーダンス値の低い物質から高い物質に入射した音響波の反射波は位相が１８０度反転することが知られている。
【００２０】
例えば、図３のように、吸収体１０２から発生した音響波１０３が被検体１０１、音響マッチング材１０６、保持部材１０５を伝搬する場合を考える。音響マッチング材１０６と保持部材１０５の境界面３０１、および、被検体１０１と音響マッチング材１０６の境界面３０２においては、音響インピーダンス変化があるために音響波が反射する。
【００２１】
保持部材１０５の音響インピーダンスをＺ３、音響マッチング材１０６の音響インピーダンスをＺ２、被検体の音響インピーダンスをＺ１とする。一般的に被検体よりも保持部材の音響インピーダンスは高い（Ｚ３＞Ｚ１）。また、音響マッチング材は被検体と保持部材の音響マッチングをとるために挿入されるので、音響インピーダンスはＺ３＞Ｚ２＞Ｚ１となる。すると、音響マッチング材１０６から保持部材１０５への音響波入射の際に、境界面３０１で反射した反射波１０７の位相は、１８０度反転している（Ｚ２＜Ｚ３であるため）。
【００２２】
その後、反射波は被検体１０１と保持部材１０６の境界面３０２でも反射する。このとき反射波は、音響インピーダンスが高い物質から低い物質に入射するため（Ｚ２＞Ｚ１であるため）、位相の反転は起こらない。このようにして、探触子に入射する反射波１０７
は吸収体からの音響波１０３と位相が１８０異なる信号となる。この反射波１０７は反射したために、音響波１０３より取得時間が遅れ、かつ、位相が１８０度反転しているという特徴を持つ。
【００２３】
（信号処理部１０９）
本発明の特徴である信号処理部１０９に関し、図２を参照して内部構成を説明する。同時に、図７のフローチャートを用いて具体的な処理を説明する。
【００２４】
＜ステップＳ１：抽出信号の作成＞
信号処理部１０９が前段処理部１０８からデジタル化された検出信号を受け取ると、まず、検出信号抽出部２０２が、信号抽出条件メモリ２０３に記録された条件に基づいて各検出信号の一部を抽出し、抽出信号とする。また同時に、検出信号が検出信号メモリ２０１に格納される。
【００２５】
信号抽出条件としては、抽出する信号の位置、幅および信号形状が考えられる。
抽出する信号の位置（光照射後の出現時間）は、注目する吸収体の位置によって決定される。探触子から吸収体までの距離と、音響波が通過する部分の音速を用いて抽出信号位置を計算できる。吸収体位置が計算によって定まらない場合には、検出信号の特徴を確認して吸収体位置を決定する。
信号幅は、探触子応答信号程度の幅が望ましい。抽出信号幅が適切でない場合、Ｓ３における位相反転信号特定で誤判定が多くなる。
【００２６】
信号形状は、注目する吸収体の大きさや形体に依存する。典型的には、球体の吸収体から発生する信号形状を信号抽出条件として設定し、似ている形状を検出する。例えば、検出信号から抽出信号を抽出する際に、検出信号と設定形状で相関をとり、設定形状と相関の高い信号を抽出する。
信号形状はまた、探触子の応答特性にも依存する。探触子の応答特性に応じて、受信した光音響波の周波数帯域に制限がかかり、検出信号の形状が変化する。この形状変化を補うことで、精度よい処理が可能となる。信号形状はさらに、光音響信号の減衰にも依存する。すなわち、減衰係数は光音響波の周波数に比例して大きくなるため、光音響波の周波数成分を変化させ、信号形状を変化させる。そこで、信号抽出条件に探触子の応答関数や伝搬による周波数減衰を設定することで、より精度の高い抽出処理が可能となる。
【００２７】
元となる検出信号が複数である場合には、複数の抽出信号が抽出できる。このような場合、各検出信号に対応する複数の抽出信号を作成してもよいし、任意の検出信号から１つ抽出してもよい。また、全検出信号から複数の検出信号を選択し、抽出信号としてもよい。信号抽出条件は検出信号に応じて変更してもよいし、一律の条件を使用してもよい。
【００２８】
＜ステップＳ２：基準信号の作成＞
基準信号作成部２０４が、Ｓ１で作成された抽出信号をもとに基準信号を作成する。
基準信号は、後段の相関計算時に参照信号として用いられる。反射信号の特定精度を向上させるために、反射信号形状を予想して基準信号を作成することが望ましい。
【００２９】
基準信号の作成方法の例を挙げる。まず、単純に抽出信号を基準信号とする方法がある。
また、抽出信号のＳＮ比が悪い場合、ＳＮ比を改善するために、複数の抽出信号の平均を基準信号とする方法もある。その際、単純平均でなく、何らかの基準に応じて重みづけ平均を行ってもよい。
【００３０】
さらに、反射信号は抽出信号よりも長い距離を伝搬する間に周波数減衰により形状が変
化することを考慮して、抽出信号の周波数成分を減衰分だけ調整して補い、基準信号を作成する方法も考えられる。この場合、減衰の程度によって基準信号を複数作成することも可能である。他にも、抽出信号を時間軸方向に引き延ばす方法や、振幅を時間の関数で変化させる方法などがある。
【００３１】
＜ステップＳ３：相互相関の計算と、位相反転信号の特定＞
相関計算部２０５が、各検出信号と基準信号の相互相関を計算し、相関結果メモリ２０６に格納する。続いて位相反転信号特定部２０７が、計算結果から、基準信号と位相が１８０度異なる信号部分（位相反転部分）を特定する。
【００３２】
相関計算部は、基準信号の長さの時間窓関数を検出信号に適用し、当該窓関数を時間方向にずらしながら、基準信号と検出信号との相互相関を計算する。このとき、相関計算を行う時間に対応して周波数成分を調整した基準信号を用いること、もしくは、基準信号の周波数成分を調整しながら相関計算を行うことが望ましい。なぜならば、長い距離を伝搬した反射信号には周波数減衰が生じているので、伝搬距離の指数関数に比例して周波数成分が変化するためである。
【００３３】
位相反転信号特定部は、相関結果から基準信号の反射成分を持つ信号部分を特定する。相関結果は、検出信号が基準信号と似た形状である場合、正に大きな値となり、検出信号の位相が１８０度反転した形状である場合、負に大きな値となる。そこで、負の相関が高い信号を、基準信号の反射成分として特定する。反射信号の受信時間範囲を設定することによって、特定する信号範囲を選択することも可能である。信号特定範囲を複数設定することで複数の反射位置を特定できる。この反射信号の強度は基準信号強度と反射面での反射率によって決定される。反射率が既知であり反射信号の強度が予想できる場合には、特定条件として反射信号の強度を追加することが望ましい。
【００３４】
＜ステップＳ４：位相反転信号の抑制＞
位相反転信号抑制部２０８が、Ｓ３で特定された位相反転部分に、位相反転による効果を抑制するように補正を加え、抑制後信号を生成する。
【００３５】
反射信号の抑制方法として、まず、位相反転部分の信号振幅をゼロとする方法がある。この場合、Ｓ３で特定された位相反転信号部分の平均値をその部分に代入する。また強度はゼロではなくとも、任意の適切な値に低減しても良い。
【００３６】
別の抑制方法として、基準信号を用いて抑制信号を作成し、位相反転信号の強度に抑制信号の強度を合わせるように差し引くことで、振幅を抑制する方法がある。位相反転信号と抑制信号の強度を合わせる方法としては、両者の最大強度同士を合わせる方法や、抑制信号の振幅に適切な倍率のゲインを掛けて、強度の差を最小にする方法が考えられる。基準信号が反射成分の周波数減衰を考慮していない場合は、抑制信号作成時に抑制信号の周波数を調整して作成すると良い。抑制信号を用いて位相反転信号を抑制する場合には、反射成分以外の信号を残すことができる。
【００３７】
反転信号抑制の様子を図４に示す。図の上部に示したのが元となる受信信号であり、反射波１０７に対応する成分を含んでいる。この反射成分は受信信号の音響波１０３と比べて位相が反転している。そこでこの例では、抽出信号をそのまま用いた基準信号から、位相反転信号の強度に合わせるように抑制信号４０１を作成し、抑制信号を位相反転信号から差し引いている。これにより、図の下部に示したような抑制後信号が生成される。
【００３８】
＜ステップＳ５：画像再構成＞
再構成部２０９が、抑制後信号を用いて画像再構成を行い、被検体情報を表す画像デー
タを生成する。生成された画像データは表示部１１０に送られて表示される。
再構成の方法として、例えば、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などが利用できる。出力された画像は表示部１１０に表示される。
【００３９】
本フローチャートにおいて、Ｓ１で作成された抽出信号には、吸収体から発生した光音響信号（光音響波に由来するデジタル信号）が含まれている。また、Ｓ３で特定された位相反転信号には、アーチファクトの原因となる反射信号（反射波に由来するデジタル信号）が含まれている。そこで、この位相反転信号を抑制することによって、光音響信号のうちの反射信号成分を抑制することができる。本発明の信号処理部は、注目する吸収体の位置や形状に応じて信号抽出条件を設定することにより、その吸収体が発生する音響波の反射成分を抑制できる。
【００４０】
なお、上記の説明では、保持部材１０５と音響マッチング材１０６の境界面３０１での反射信号抑制を例にとって説明したが、音響インピーダンスが段階的に増減している場合には、同様の位相が反転した反射波が生じる。そのような構成の光音響画像形成装置においても本発明の処理は有効である。
本説明では反射成分の抑制を再構成の前としたが、抑制は画像化された後であってもかまわない。このときは信号処理部の再構成部に信号が入力された後に検出信号抽出部へと出力され、処理ステップはＳ５，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の順となる。
【００４１】
以下、装置の主要な構成要素について説明する。
【００４２】
（光源Ｌ）
光源は被検体に光を照射する。光源からの所定の波長の光が、その波長に対応する被検体中の成分である吸収体に吸収されると、光音響波が発生する。光源としては数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を照射光として発生可能なパルス光源が好ましい。具体的には効率的に光音響波を発生させるため、１０ナノ秒程度のパルス幅が使われる。
【００４３】
光源としては大出力が得られるためレーザーが好ましいが、レーザー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。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、ファイバーレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。照射のタイミング、波形、強度などは不図示の光源制御部によって制御される。
本発明において、使用する光源の波長は、被検体が被検体の場合、被検体内部まで光が伝搬する波長を使うことが望ましい。具体的には５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。
【００４４】
（光学系）
光学系（不図示）は、光源から照射された光を所望の光分布形状に加工して被検体に導く。光学系としては、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を拡散させる拡散板などの光学部品、光ファイバなどの光導波路などを利用できる。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が、被検体への安全性ならびに診断領域を広げられるという観点で好ましい。
【００４５】
（探触子１０４）
探触子はトランスデューサとも呼ばれ、音響波を検出し、アナログの電気信号に変換する。圧電現象を用いた探触子、光の共振を用いた探触子、容量の変化を用いた探触子など、音響波信号を検知できるものであれば、どのような音響波探触子を用いてもよい。探触子としては、典型的には複数の受信素子が１次元あるいは２次元に配置されたものが良い
。このような多次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を検出することができ、検出時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。
【００４６】
（前段処理部１０８）
前段処理部は、アナログの電気信号を増幅しデジタル変換する。前段処理部は、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。探触子から得られる検出信号が複数の場合は、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。それにより、画像を形成するまでの時間を短縮できる。
【００４７】
（表示部１１０）
表示部は信号処理部から出力される画像データを表示する装置であり、典型的には液晶ディスプレイなどが利用される。なお、本発明の光音響画像形成装置とは別に提供されていても良い。
【００４８】
（保持部材１０５及び音響マッチング材１０６）
保持部材は被検体の形状を安定させるために配置され、音響マッチング材は被検体と保持部材の音響インピーダンスを整合させるために配置される。音響インピーダンスとは物質内の音響波の通りやすさを示す値である。音響インピーダンスが変わる境界では音響波の反射、屈折が発生する。音響インピーダンス差が大きい境界で反射するほど、反射波のエネルギー強度は大きくなり、透過する屈折波のエネルギー強度は減少する。
【００４９】
被検体から発生する音響波のエネルギー強度をできるだけ減少させずに探触子に受信させるためには、境界の音響インピーダンスを緩やかに変化させる音響マッチング材を挿入することが一般的である。よって、音響マッチング材と、それを挟む両物質の音響インピーダンス値を比較したときに、音響マッチング材の音響インピーダンス値を中間値として単一減少もしくは単一増加をする値を取ることが望ましい。したがって、一般的には被検体より保持部材の音響インピーダンス値が大きいことを考えると、被検体、音響マッチング材、保持部材の順に値が大きくなることが望ましい。
【００５０】
保持部材や音響マッチング材は、必要な機能を満たせばどのようなものでも構わないが、少なくとも光を照射する側では透過性のある素材を用いる。典型的にはポリメチルペンテンもしくはアクリルなどのプラスチックプレート、またはガラスプレートなどである。一般的にこれらの部材は生体より硬く、生体との音響インピーダンス差が大きいため、音響マッチング材を用いることが望ましい。
【００５１】
上述のように、被検体、音響マッチング材、保持部材の順に音響インピーダンスが大きくなる構成では、音響マッチング材の両境界面で多重反射した音響波の位相は１８０度反転する。また、吸収体で発生した音響波が音響マッチング材で反射した場合も、音響インピーダンスが高い部材から低い部材への反射となるため、反射波の位相は１８０度反転する。この場合も、本発明の処理により位相反転を抑制することができる。
【００５２】
＜実施例１＞
本発明を適用した光音響画像形成装置の一例を説明する。装置としては、図１に示したものを用いる。
【００５３】
本実施例においては、光源ＬとしてＹＡＧレーザー励起のＴｉ：Ｓａレーザーシステムを用いた。このレーザーシステムでは被検体に７００−９００ｎｍの波長を照射することができる。なお、レーザー光はミラーとビームエキスパンダー等の光学系を用いて照射面積を広げられた後に被検体に照射される。探触子１０４は素子幅１ｍｍ、２０×３０素子
の２次元配列型探触子を用いた。前段処理部１０８では、探触子からの６００ｃｈの信号を同時に受信し、増幅処理と、デジタル変換処理を施す。信号処理部１０９がこのデジタル信号を処理する。
【００５４】
被検体１０１として、ヒトふくらはぎを測定した。保持部材１０５にはポリメチルペンテンで作成した平板を用いた。音響マッチング材１０６として、ゲル性の音響マッチング部材を用いた。
【００５５】
続いて、図２、図５を用いて信号処理部１０９での処理を説明する。図５は、光音響画像形成装置の取得した音響波信号と、反射波を抑制した後の信号を対比する図であり、横軸は光照射後の時間（マイクロ秒）、縦軸は規格化された信号強度（最大振幅に対する比率）を示す。
【００５６】
被検体に波長８００ｎｍの光を照射して発生した光音響波と、その反射波は、探触子により検出され、前段処理を経て信号処理部に入力された。信号処理部内の検出信号抽出部２０２は、複数ある素子信号それぞれから抽出信号５０１を抽出した（図５左側の囲み枠）。このときの抽出条件として、信号幅は探触子の応答長さである６マイクロ秒、発生時間は１０マイクロ秒と設定した。すべての検出信号においてこの抽出条件は共通する。そして、抽出信号の平均を計算し、基準信号を作成した。
【００５７】
相関計算部２０５により基準信号と検出信号の相関計算を行った。算出した相関結果から、負の大きな相関値を持つ信号位置を反射信号位置５０２とした（図５右側の囲み枠）。反射信号の幅は基準信号と同じ６マイクロ秒とした。反射信号は抽出信号から２０マイクロ〜４０マイクロ秒遅れて出現すると予想されるので、反射信号位置はその予想範囲内にあるものを選択した。
【００５８】
反射信号の最大強度に合うように、位相を反転した基準信号の強度を調整して抑制信号を作成した。作成した抑制信号を用いて、位相反転信号を抑制した。図５に受信信号（実線）と抑制後信号（破線）を示す。反射信号位置５０２において、実線で示された受信信号の反射波が、破線で示された抑制後信号においては低減されていることが分かる。
【００５９】
図６（ａ）は、反射信号を抑制せず、受信信号から再構成した画像である。図６（ｂ）は、抑制後の受信信号から再構成された画像である。図６（ａ）の反射信号によるアーチファクト像６０２が図６（ｂ）では抑制されている一方、吸収体像６０１は抑制されていない。このように、本発明の信号処理によって反射信号によるアーチファクトを選択的に抑制できる。
【００６０】
＜実施例２＞
本実施例に係る装置の基本構成は実施例１と同じである。ただし、信号処理部１０９での処理が実施例１と異なる。実施例１では抽出信号を平均しただけで基準信号を作成したが、本実施例では平均した抽出信号にフィルターをかけて高周波数成分を減衰させ基準信号を作成した。
【００６１】
信号の周波数別の強度はｅｘｐ（−ａｘ）に比例して変化する。ここでａは減衰係数、ｘは伝搬した距離である。よって、抽出信号が反射し、距離δｘだけ余分に伝搬して探触子に受信される位相反転信号の周波数強度は、抽出データに比べてｅｘｐ（−ａδｘ）だけ減衰している。この減衰光をフィルターとして抽出信号にかけて基準信号とした。
【００６２】
本実施例の構成では、減衰係数は０．３［ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ］で、反射伝搬の距離は２ｃｍであった。抽出信号のサンプリング点数を検出信号と同等の長さに伸ばした後、フ
ーリエ変換して周波数成分を取り出し減衰のフィルターをかけた。減衰を考慮した信号を基準信号として、検出信号と相関を計算した。相関結果から、位相反転信号位置を特定し、位相反転信号を抑制した。その結果、実施例１よりも位相反転した反射信号からのアーチファクト強度を低減することが確認できた。
【００６３】
本実施例では、基準信号を反射成分である位相反転信号形状に似せることによって、位相反転信号を正確に検出できるので、反転信号抑制の効果を向上させることができる。
【００６４】
＜実施例３＞
本実施例に係る装置の基本構成は実施例１、２と同じである。本発明のように、検出信号内の注目する吸収体から発生する光音響信号の反射信号を抑制するためには、注目する吸収体が発生する光音響波を抽出信号として抽出する必要がある。しかし、検出信号には注目する吸収体以外の波形も多く含まれている。そこで本実施例では、検出信号内の注目する吸収体からの信号をより精度よく抽出するために、抽出条件として信号波形を追加した。
【００６５】
抽出条件に追加した波形は、探触子応答波形を用いた。探触子応答は、インパルス応答とも呼ばれ、１つのパルス信号を入力した際に探触子が出力する波形である。この探触子応答と似ている波形は、単一の光音響信号に由来する信号であるといえる。一方、複数の信号が入り混じった信号は、信号波形が探触子応答と異なる波形となる。
【００６６】
本実施例では、抽出条件に基づき検出信号から抽出された信号と、探触子応答を表す条件信号波形との間で、形状の相関を作成し、所定の閾値以上の相関を有する波形を抽出波形とした。ここでは、抽出条件として信号の位置と幅を利用し、所定の閾値は０．５とした。このように得られた複数の抽出波形を平均し基準信号を作成した。
【００６７】
このように、探触子応答波形形状と似た抽出信号を抽出し、基準信号を作成することで、基準信号波形を反射信号波形と近づけることができる。その結果、実施例１と比べて、位相反転した反射信号からのアーチファクト強度が低減されることが確認できた。
【００６８】
本実施例では抽出信号の形状を注目する吸収体からの光音響信号形状に近づけることによって、位相反転信号を正確に検出でき、抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
１０４：探触子，１０５：保持部材，１０６：音響マッチング材，１０９：信号処理部，２０１：検出信号抽出部，２０４：基準信号作成部，２０５：相関計算部，２０７：位相反転信号特定部，２０８：位相反転信号抑制部，２０９：再構成部
【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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