(57)【要約】      （修正有）【課題】複数回に分けて検出された光音響信号に基づいてボリュームデータを生成する場合であっても、被検体内部の構造をより正確に表現することを可能とする。【解決手段】光音響画像生成装置１０において、複数の音響検出素子を有する音響検出部２０であって、画像化領域を複数の検出領域に分けて光音響波を検出領域ごとに検出する音響検出部２０と、座標を取得する座標取得部と、光音響波を検出する際の音響検出部２０の座標に基づいて、各検出領域の座標を代表する代表座標を検出領域ごとに設定する制御手段２９と、各検出領域を表示する部分画像データと、各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させてボリュームデータを生成する音響信号処理ユニット１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内で発生した光音響波を検出して、該光音響波の光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、
複数の音響検出素子を有する音響検出部であって、並列して光音響波を検出する一部の音響検出素子群を順次選択しながら、前記複数の音響検出素子に対応する画像化領域を複数の検出領域に分けて光音響波を前記検出領域ごとに検出する音響検出部と、
空間における前記音響検出部の座標を取得する座標取得部と
該座標取得部により取得された前記光音響波を検出する際の前記音響検出部の座標に基づいて、各検出領域の座標を代表する代表座標を前記検出領域ごとに設定する座標設定部と、
前記光音響信号に基づいて生成された光音響画像データのうち前記各検出領域を表示する部分画像データと、前記各検出領域に設定された前記代表座標とをそれぞれ対応させて光音響画像のボリュームデータを生成する音響信号処理ユニットとを備えることを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項２】
前記音響信号処理ユニットが、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号および他の検出領域で得られた光音響信号に基づいて行うものであることを特徴とする請求項１に記載の光音響画像生成装置。
【請求項３】
前記音響信号処理ユニットが、前記画像化領域に相当する一組の検出領域で得られた光音響信号に基づいて前記部分画像データの生成を行うものであることを特徴とする請求項２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項４】
前記音響信号処理ユニットが、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて行うものであることを特徴とする請求項１に記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
前記座標設定部が、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した複数の座標を使用して算出した算出座標を、前記代表座標として当該検出領域に設定するものであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
前記座標設定部が、ある検出領域で光音響波が検出される期間の前後の直近に取得した座標も使用して、前記算出座標を求めるものであることを特徴とする請求項５に記載の光音響画像生成装置。
【請求項７】
前記座標設定部が、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した座標の中の１つの座標を、そのまま前記代表座標として当該検出領域に設定するものであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記音響検出素子群を構成する複数の音響検出素子が連続していることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記座標取得部が、座標を読み取る読取点を複数有し、
前記座標設定部が、前記複数の読取点で読み取られた座標に基づいて前記代表座標を設定するものであることを特徴とする請求項８に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記複数の読取点が前記各音響検出素子群に対応して設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記音響検出素子群がＮ個あり、
それぞれの前記音響検出素子群に関して、ｎ番目の音響検出素子群が、ｎ、Ｎ＋ｎ、２Ｎ＋ｎ、…、（Ｑ−２）Ｎ＋ｎおよび（Ｑ−１）Ｎ＋ｎ番目の音響検出素子から構成されることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の光音響画像生成装置。
（Ｑは、前記音響検出部が有する複数の音響検出素子の総数をＮで割ったときの商を表す。）
【請求項１２】
前記音響検出部が、前記被検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出するものであり、
前記音響信号処理ユニットが、前記反射超音波の超音波信号に基づいて超音波画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から１１いずれかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１３】
被検体内で発生した光音響波を検出して、該光音響波の光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、
複数の音響検出素子を有する音響検出部を使用して、並列して光音響波を検出する一部の音響検出素子群を順次選択しながら、前記複数の音響検出素子に対応する画像化領域を複数の検出領域に分けて光音響波を前記検出領域ごとに検出し、
前記光音響波を検出する際の空間における前記音響検出部の座標に基づいて、各検出領域の座標を代表する代表座標を前記検出領域ごとに設定し、
前記光音響信号に基づいて生成された光音響画像データのうち前記各検出領域を表示する部分画像データと、前記各検出領域に設定された前記代表座標とをそれぞれ対応させて光音響画像のボリュームデータを生成することを特徴とする光音響画像生成方法。
【請求項１４】
ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号および他の検出領域で得られた光音響信号に基づいて行うことを特徴とする請求項１３に記載の光音響画像生成方法。
【請求項１５】
前記画像化領域に相当する一組の検出領域で得られた光音響信号に基づいて前記部分画像データの生成を行うことを特徴とする請求項１４に記載の光音響画像生成方法。
【請求項１６】
ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて行うことを特徴とする請求項１３に記載の光音響画像生成方法。
【請求項１７】
ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した複数の座標を使用して算出した算出座標を、前記代表座標として当該検出領域に設定することを特徴とする請求項１３から１６いずれかに記載の光音響画像生成方法。
【請求項１８】
ある検出領域で光音響波が検出される期間の前後の直近に取得した座標も使用して、前記算出座標を求めることを特徴とする請求項１７に記載の光音響画像生成方法。
【請求項１９】
ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した座標の中の１つの座標を、そのまま前記代表座標として当該検出領域に設定することを特徴とする請求項１３から１６いずれかに記載の光音響画像生成方法。
【請求項２０】
前記音響検出素子群を構成する複数の音響検出素子が連続していることを特徴とする請求項１３から１９いずれかに記載の光音響画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の吸収に起因して発生した光音響波に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置および光音響画像生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光音響分光法は、所定の波長（例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光の波長帯域）を有する光を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度または分布を計測するものである（例えば特許文献１）。被検体内の特定物質とは、例えば被検体が人体である場合には、血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。さらに、光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）或いは光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数の部分領域に分割された画像化対象範囲の光音響画像の生成において、各部分領域に対応した音響検出素子を使用して１フレームの光音響画像の生成に供する光音響波（或いは光音響信号）を複数回に分けて検出し、これらの光音響信号をすべて一旦メモリに保存し、並列にサンプリング可能なデータ数より多い数のデータを上記メモリから読み出して位相整合加算する方法が開示されている。特許文献１の方法によれば、並列にサンプリング可能なデータ数が制限されている場合であっても、より高い分解能で光音響画像を生成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−００５６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＰＡＩにおいて三次元のボリュームデータを生成する場合において、特許文献１にあるように複数回に分けて検出された光音響信号をどのように処理するかについては、詳細な議論はなされていない。例えば、生成された１フレームの光音響画像を単純に並べてボリュームデータを生成する方法が考えられる。しかしながら、特許文献１で生成された１フレームの光音響画像は、もともと複数回に分けて検出された光音響信号に基づいて生成された画像であるから、上記のような方法ではボリュームデータが被検体内部の構造を正確に表現できないという問題が生じ得る。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、複数回に分けて検出された光音響信号に基づいてボリュームデータを生成する場合であっても、被検体内部の構造をより正確に表現することを可能とする光音響画像生成装置および光音響画像生成方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る光音響画像生成装置は、
被検体内で発生した光音響波を検出して、この光音響波の光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、
複数の音響検出素子を有する音響検出部であって、並列して光音響波を検出する一部の音響検出素子群を順次選択しながら、複数の音響検出素子に対応する画像化領域を複数の検出領域に分けて光音響波を検出領域ごとに検出する音響検出部と、
空間における音響検出部の座標を取得する座標取得部と、
座標取得部により取得された光音響波を検出する際の音響検出部の座標に基づいて、各検出領域の座標を代表する代表座標を検出領域ごとに設定する座標設定部と、
光音響信号に基づいて生成された光音響画像データのうち各検出領域を表示する部分画像データと、各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させて光音響画像のボリュームデータを生成する音響信号処理ユニットとを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
そして、本発明に係る光音響画像生成装置において、音響信号処理ユニットが、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号および他の検出領域で得られた光音響信号に基づいて行うものである構成を採用できる。この場合において、音響信号処理ユニットが、画像化領域に相当する一組の検出領域で得られた光音響信号に基づいて上記部分画像データの生成を行うものである構成を採用できる。
【０００９】
或いは、本発明に係る光音響画像生成装置において、音響信号処理ユニットが、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて行うものである構成を採用できる。
【００１０】
また、本発明に係る光音響画像生成装置において、座標設定部が、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した複数の座標を使用して算出した算出座標を、代表座標として当該検出領域に設定するものである構成を採用できる。この場合において、座標設定部が、ある検出領域で光音響波が検出される期間の前後の直近に取得した座標も使用して、算出座標を求めるものである構成を採用できる。
【００１１】
或いは、本発明に係る光音響画像生成装置において、座標設定部が、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した座標の中の１つの座標を、そのまま代表座標として当該検出領域に設定するものである構成を採用できる。
【００１２】
また、本発明に係る光音響画像生成装置において、音響検出素子群を構成する複数の音響検出素子が連続している構成を採用できる。この場合において、座標取得部が、座標を読み取る読取点を複数有し、座標設定部が、複数の読取点で読み取られた座標に基づいて代表座標を設定するものである構成を採用できる。さらに、複数の読取点が各音響検出素子群に対応して設けられている構成を採用できる。
【００１３】
或いは、本発明に係る光音響画像生成装置において、音響検出素子群はＮ個あり、それぞれの前記音響検出素子群に関して、ｎ番目の音響検出素子群が、ｎ、Ｎ＋ｎ、２Ｎ＋ｎ、…、（Ｑ−２）Ｎ＋ｎおよび（Ｑ−１）Ｎ＋ｎ番目の音響検出素子から構成されてもよい。なお、Ｑは、音響検出部が有する複数の音響検出素子の総数をＮで割ったときの商を表す。
【００１４】
また、本発明に係る光音響画像生成装置において、音響検出部は、被検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出するものであり、
音響信号処理ユニットは、反射超音波の超音波信号に基づいて超音波画像を生成するものであることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る光音響画像生成方法は、
被検体内で発生した光音響波を検出して、この光音響波の光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、
複数の音響検出素子を有する音響検出部を使用して、並列して光音響波を検出する一部の音響検出素子群を順次選択しながら、複数の音響検出素子に対応する画像化領域を複数の検出領域に分けて光音響波を検出領域ごとに検出し、
光音響波を検出する際の空間における音響検出部の座標に基づいて、各検出領域の座標を代表する代表座標を検出領域ごとに設定し、
光音響信号に基づいて生成された光音響画像データのうち各検出領域を表示する部分画像データと、各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させて光音響画像のボリュームデータを生成することを特徴とするものである。
【００１６】
そして、本発明に係る光音響画像生成方法において、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号および他の検出領域で得られた光音響信号に基づいて行う構成を採用できる。この場合において、画像化領域に相当する一組の検出領域で得られた光音響信号に基づいて前記部分画像データの生成を行う構成を採用できる。
【００１７】
或いは、本発明に係る光音響画像生成方法において、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて行う構成を採用できる。
【００１８】
また、本発明に係る光音響画像生成方法において、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した複数の座標を使用して算出した算出座標を、代表座標として当該検出領域に設定する構成を採用できる。この場合において、ある検出領域で光音響波が検出される期間の前後の直近に取得した座標も使用して、算出座標を求める構成を採用できる。
【００１９】
或いは、本発明に係る光音響画像生成方法において、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した座標の中の１つの座標を、そのまま代表座標として当該検出領域に設定する構成を採用できる。
【００２０】
また、本発明に係る光音響画像生成方法において、音響検出素子群を構成する複数の音響検出素子が連続している構成を採用できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る光音響画像生成装置および光音響画像生成方法では、検出領域ごとに光音響波を検出しかつ代表座標を設定し、各検出領域を表示する部分画像データと各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させてボリュームデータを生成するから、検出領域ごとに（つまり異なる時間に）得られた光音響信号に基づいて生成された１フレームの光音響画像データを単に並べるよりも、ボリュームデータ内における光音響画像データの位置の精度を高めることができる。この結果、複数回に分けて検出された光音響信号に基づいてボリュームデータを生成する場合であっても、被検体内部の構造をより正確に表現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態の光音響画像生成装置の構成を示す概略図である。
【図２】音響検出部の構成を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態における部分画像データの生成過程を示す概念図である。
【図４】ボリュームデータに格納された部分画像データを示す概念図である。
【図５】第１の実施形態の光音響画像生成方法の工程を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態におけるレーザ光の出射、光音響信号の検出および座標の設定についてのタイミングチャートである。
【図７】第２の実施形態における部分画像データの生成過程を示す概念図である。
【図８】第２の実施形態の光音響画像生成方法の工程を示すフローチャートである。
【図９】第３の実施形態におけるレーザ光の出射、光音響信号の検出および座標の設定についてのタイミングチャートである。
【図１０】第４の実施形態の光音響画像生成装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２４】
「第１の実施形態」
まず、本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態の光音響画像生成装置の構成を示す概略ブロック図である。図２は、プローブ内の音響検出部の構成を示す概略図である。
【００２５】
本実施形態の光音響画像生成装置１０は、図１に示されるように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示手段１４、座標取得部（１５、４１および４２）並びに入力手段１６を備える。
【００２６】
一方、本実施形態における光音響画像生成方法は、１２８個の音響検出素子２０ｃを有する音響検出部２０を使用して、並列して光音響波を検出する一部の音響検出素子群を順次選択しながら、複数の音響検出素子２０ｃに対応する画像化領域を複数の検出領域に分けて光音響波を検出領域ごとに検出し、光音響波を検出する際の空間における音響検出部２０の座標に基づいて、各検出領域の座標を代表する代表座標を検出領域ごとに設定し、光音響信号に基づいて生成された光音響画像データのうち各検出領域を表示する部分画像データと、各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させて光音響画像のボリュームデータを生成するものである。
【００２７】
＜プローブ＞
プローブ１１は、例えば、レーザユニット１３から出力されたレーザ光Ｌを被検体Ｍまで導光する光ファイバ４０、および、被検体Ｍからの音響波Ｕを検出し、検出した音響波Ｕの強度に応じた電気信号（音響信号）を生成する音響検出部２０を有する。なお本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。ここで、「超音波」とは、圧電素子等の音響波発生装置の振動により被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは、光の照射による光音響効果により被検体内に発生した弾性波を意味する。プローブ１１は、例えばハンドヘルド型の探触子であり、使用者が手動で走査可能となるように構成されている。なお、走査は、手動による走査に限られず、メカニカル的な機構によって実施してもよい。プローブ１１は、セクタ走査タイプ、リニア走査タイプ、コンベックス走査タイプ等の中から診断対象となる被検体Ｍに応じて適宜選択される。なお、本実施形態では、座標取得部の一部を構成する磁気センサ４２がプローブ１１に内蔵されている。
【００２８】
音響検出部２０は、例えばバッキング材、検出素子アレイ２０ａ、検出素子アレイ２０ａの制御回路、マルチプレクサ２０ｂ、音響整合層および音響レンズから構成される。検出素子アレイ２０ａは、本実施形態では、１２８個の音響検出素子２０ｃが一次元的に配列したものであり、実際に検出した音響波を電気信号に変換する。なお、音響検出素子２０ｃの個数および配列についてはこれに限られず、例えば音響検出素子２０ｃの個数は１９２個でもよいし、音響検出素子２０ｃは二次元的に配列されてもよい。音響検出素子２０ｃは、例えば、圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。マルチプレクサ２０ｂは、並列して音響波を検出する一部の音響検出素子２０ｃごとに、当該音響検出素子２０ｃと超音波ユニット１２とを選択的に接続する。
【００２９】
音響検出部２０は、マルチプレクサ２０ｂによる選択的接続により、並列して光音響波を検出する音響検出素子群に対応させて、画像化領域を複数の検出領域に分割し、光音響画像データの生成に使用される光音響波を検出領域ごとに検出する。なお、音響検出素子群とは、複数の音響検出素子２０ｃのうち並列して光音響波を検出する音響検出素子の集合である。画像化領域とは、検出素子アレイ２０ａによって規定される１フレームの光音響画像に表示される対象となる被検体の領域である。
【００３０】
具体的には以下の通りである。１２８個の音響検出素子２０ｃは、マルチプレクサ２０ｂによる選択的接続により、音響検出素子群ごとに駆動が制御される。つまり、各検出領域は、画像化領域のうち、並列して超音波ユニット１２へ光音響信号の送信が可能な状態にある一部（１２８個未満）の音響検出素子２０ｃに対応する領域である。そして本実施形態では、音響検出素子群として検出素子アレイ２０ａは２つの素子領域（素子領域Ａまたは素子領域Ｂ）に分けられ、例えば図２ａに示されるように、それぞれの素子領域は６４個の音響検出素子２０ｃから構成される。なお、各素子領域は、他の素子領域と重複していてもよいが、本実施形態では重複していないものとする。また、各素子領域を構成する音響検出素子の個数は、均等であることが好ましいが、必ずしも厳密に均等である必要はない。
【００３１】
そして、光音響波の検出は、マルチプレクサ２０ｂによる選択的接続により、各素子領域が順次超音波ユニット１２に接続されて素子領域ごとに順番に行われる。例えば本実施形態の場合には、マルチプレクサ２０ｂのチャンネル（ｃｈ）数も６４であり、６４ｃｈ分のデータが並列にサンプリング可能である。そして、まず素子領域Ａで光音響波が検出され、マルチプレクサ２０ｂが接続を素子領域Ｂに切り替えた後、素子領域Ｂで光音響波が検出さる。各素子領域で検出された光音響波の信号（光音響信号）は順次超音波ユニット１２の受信回路２１へ送信される。このように、並列して光音響波を検出する音響検出素子の個数、つまり受信におけるチャンネル（ｃｈ）数を減らすことにより、ＡＤ変換手段２２のｃｈ数を減らすことができ、コストを削減することが可能となる。そして、プローブ１１が走査される場合には、上記のような素子領域ごとの光音響波の検出が順番に繰り返される。したがって、プローブ１１が移動していることにより同じ素子領域であっても複数の検出領域で光音響波の検出が行われる。
【００３２】
なお、素子領域の分割は、図２ａのように音響検出素子全体を２つに分ける態様の他、図２ｂのように音響検出素子全体を３つ或いは４つ以上に分ける態様でもよい。この場合、光音響波の検出は、マルチプレクサ２０ｂによる選択的接続により、例えば素子領域Ａ、素子領域Ｂおよび素子領域Ｃの順番に行われる。また、素子領域の分割は、図２ａや図２ｂのように各素子領域を構成する音響検出素子が配列した方向に連続している態様の他、図２ｃのように１組の音響検出素子群が他の音響検出素子群によって離間されている態様でもよい。すなわち、検出素子アレイ２０ａがＮ分割されて素子領域（音響検出素子群）がＮ個あり、それぞれの素子領域に関して、ｎ番目の素子領域が、ｎ、Ｎ＋ｎ、２Ｎ＋ｎ、…、（Ｑ−２）Ｎ＋ｎおよび（Ｑ−１）Ｎ＋ｎ番目の音響検出素子から構成から構成される態様でもよい。なお、Ｑは、音響検出部が有する複数の音響検出素子の総数をＮで割ったときの商を表す。もし余りが生じたときには、各素子領域に可能な限り均等に組み入れればよい。この場合には例えば、あるタイミングでは１、Ｎ＋１、２Ｎ＋１、…の素子領域で音響信号を検出し、次のタイミングでは２、Ｎ＋２、２Ｎ＋２、…の素子領域で音響信号を検出することになる。例えば図２ｃは、素子領域が２つであり、素子領域Ａ（ｎ＝１）が奇数ｃｈ（左から１、３、５、…、１２５および１２７番目）の音響検出素子から構成され、素子領域Ｂ（ｎ＝２）が偶数ｃｈ（左から２、４、６、…１２６および１２８番目）の音響検出素子から構成される態様を表す。また、素子領域が３つである場合には、例えば、１番目の素子領域は左から１、４、７、…、１２１および１２４番目の音響検出素子並びに余りの１２７番目の音響検出素子から構成され、２番目の素子領域は左から２、５、８、…、１２２および１２５番目の音響検出素子並びに余りの１２８番目の音響検出素子から構成され、３番目の素子領域は左から３、６、９、…、１２３および１２６番目の音響検出素子から構成される。
【００３３】
光ファイバ４０は、レーザユニット１３から出力されたレーザ光Ｌを検出素子アレイ２０ａの近傍まで導光する。光ファイバ４０は、特に限定されず、石英ファイバ等の公知のものを使用することができる。レーザ光Ｌは、検出素子アレイ２０ａの近傍まで導光された後、少なくとも選択的に接続されている素子領域に対向している検出領域を含む範囲に照射される。なお、レーザ光Ｌを検出素子アレイ２０ａの近傍まで導光するための光学素子としては、レーザ光Ｌが均一に被検体に出射するように、光ファイバの他に導光板や拡散板を使用することもできる。
【００３４】
＜レーザユニット＞
レーザユニット１３は、例えばレーザ光Ｌを発する光源を有し、被検体Ｍに照射する光としてレーザ光Ｌを出力する。レーザユニット１３は、例えば、超音波ユニット１２の制御手段２９からのトリガ信号を受けてレーザ光Ｌを出力するように構成されている。レーザユニット１３が出力するレーザ光Ｌは、例えば光ファイバ４０などの導光部を用いてプローブ１１の検出素子アレイ２０ａ近傍まで導光される。レーザユニット１３は、レーザ光として１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出力するものであることが好ましい。
【００３５】
例えば本実施形態では、レーザユニット１３は、Ｑスイッチアレキサンドライトレーザである。この場合、レーザ光Ｌのパルス幅は、例えばＱスイッチによって制御される。レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、血管を撮像する場合）には、一般的にはその波長は近赤外波長域に属する波長であることが好ましい。近赤外波長域とはおよそ７００〜８５０ｎｍの波長域を意味する。しかしながら、レーザ光の波長は当然これに限られるものではない。また、レーザ光Ｌは、単波長でもよいし、複数の波長（例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ）を含んでもよい。さらに、レーザ光Ｌが複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に被検体Ｍに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。レーザユニット１３は、アレキサンドライトレーザの他、同様に近赤外波長域のレーザ光を出力可能なＹＡＧ−ＳＨＧ−ＯＰＯレーザやＴｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザとすることもできる。
【００３６】
＜座標取得部＞
座標取得部は、常に或いはプローブ１１が走査されている間に、プローブ１１（つまり音響検出部２０）の実空間における位置およびその姿勢を規定する座標（以下、単に座標ともいう。）を順次取得する。
【００３７】
例えば本実施形態では、座標取得部は磁気センサユニットであり、この磁気センサユニットは、座標取得制御部１５、トランスミッタ等の磁場発生部４１および磁気センサ４２から構成される。磁気センサユニットは、磁場発生部系の空間（磁場発生部が形成するパルス磁場上の空間）に対する相対的な磁気センサの位置（ｘ，ｙ，ｚ）および姿勢（角度）（α，β，γ）を取得することができる。そして、この磁気センサの位置および姿勢がプローブの位置および姿勢と関連付けられる。「磁気センサの位置」とは、磁気センサが取得した磁場情報に基づいて定められる磁気センサの基準点の位置を意味する。また、「磁気センサの姿勢」とは、例えば、磁気センサに関する上記基準点を原点とする空間（磁気センサ系の空間）の傾きを意味する。なお、プローブ１１の走査が平行移動のみである場合には、取得する情報は相対位置のみでもよい。
【００３８】
座標取得制御部１５は、プローブ１１の走査の前に原点リセットの走査が行われると、例えばその時のプローブ１１の座標を磁場発生部系の空間における原点に設定する。この空間は、例えば、平行移動のみを考える場合には（ｘ，ｙ，ｚ）の３軸系の空間であり、回転移動も考える場合には（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ）の６軸系の空間となる。検出素子アレイ２０ａのアレイ方向（音響検出素子２０ｃが配列した方向）またはエレベーション方向（アレイ方向に垂直で検出素子アレイ２０ａの検出面に平行な方向）に空間の軸が沿うように原点を設定することが好ましい。座標取得部は、磁気センサユニットの他、加速度センサや赤外線センサ等を使用して座標を取得するように構成してもよい。
【００３９】
座標取得部は、例えば所定の周期（座標取得周期）でプローブ１１の座標を取得する。この座標取得周期が小さいほどプローブ１１の正確な位置の把握が可能となる。例えば磁気センサユニットの座標取得周期は５ｍｓである。取得された座標は、制御手段２９に送信される。この座標は、音響信号に基づいて三次元のボリュームデータを生成したり、当該ボリュームデータから断層データを生成したり、二次元の音響画像を位置に応じて順番に並べたりする際に使用される。
【００４０】
本実施形態では、座標取得部において座標を読み取る読取点となる磁気センサ４２がプローブ１１内に２つ設けられており（図１）、例えば１つは素子領域Ａの近傍にもう１つは素子領域Ｂの近傍に配置されている。制御手段２９は、読取タイミングごとに、複数の磁気センサで読み取られた座標に基づいて代表座標を設定し、例えば各素子領域について、近い方の磁気センサ４２によって読み取られた座標を採用したり、２つの磁気センサ４２で読み取られた座標の加重平均を取ったりする。このように、複数の磁気センサが各素子領域に対応して設けられていることにより、代表座標と検出領域の実際の位置との整合の精度がより向上する。なお、磁気センサ４２は１つでもよい。
【００４１】
＜超音波ユニット＞
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２７、光音響画像構築手段２８、制御手段２９、画像合成手段３８および観察方式選択手段３９を有する。超音波ユニット１２は、本発明における音響信号処理ユニットに相当する。
【００４２】
制御手段２９は、光音響画像生成装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態では例えばトリガ制御回路３０を備える。トリガ制御回路３０は、例えば光音響画像生成装置の起動の際に、レーザユニット１３に光トリガ信号を送る。これによりレーザユニット１３で、フラッシュランプが点灯し、レーザロッドの励起が開始される。そして、レーザロッドの励起状態は維持され、レーザユニット１３はレーザ光を出力可能な状態となる。
【００４３】
そして、制御手段２９は、その後トリガ制御回路３０からレーザユニット１３へＱｓｗトリガ信号を送信する。つまり、制御手段２９は、このＱｓｗトリガ信号によってレーザユニット１３からのレーザ光の出力タイミングを制御している。Ｑｓｗトリガ信号の送信は、一定の時間間隔で送信してもよいし、座標取得部から得られる座標に基づいて一定の座標間隔で送信してもよい。また本実施形態では、制御手段２９は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をＡＤ変換手段２２に送信する。サンプリングトリガ信号は、ＡＤ変換手段２２における光音響信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響信号をサンプリングすることが可能となる。
【００４４】
さらに、制御手段２９は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時に座標取得制御部１５からプローブ１１の座標（より正確には、磁気センサと検出素子アレイ２０ａとの距離も考慮した素子領域の座標）を取得し、その座標に基づいてその時光音響波の検出が行われている検出領域に代表座標を設定する。つまり制御手段２９は、本発明における座標設定部に相当する。これにより、レーザ光の出力、検出領域ごとの光音響波の検出および座標の設定の３つのタイミングの同期が可能となる。なお、座標取得部の動作にラグがある場合には、制御手段２９は、Ｑｓｗトリガ信号の送信よりも前に、座標を取得するべき旨の座標取得部への命令を行う。代表座標は、検出領域の空間的な位置を代表して示す座標であり、上記のようにして検出領域ごとに設定される。設定された代表座標の情報は、受信メモリ２３へ送信され、その検出領域で得られた光音響信号と関連付けられて記憶される。代表座標は、光音響波を検出する際に座標取得部により取得された音響検出部２０の座標に基づいて決定される。例えば、代表座標は、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した複数の座標を使用して算出した算出座標（例えば、平均値、加重平均値、中央値および最頻値など）とすることができる。また、代表座標は、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した座標の中の１つの座標そのものとすることもできる。なお、本実施形態では後者を採用するものとし、前者の代表座標については第３の実施形態で詳細に説明する。
【００４５】
例えば、制御手段２９は、プローブ１１に設けられた所定のスイッチが押された時に、Ｑｓｗトリガ信号の送信を開始するように構成することができる。このように構成すれば、スイッチが押された時のプローブ１１の位置をプローブ走査の開始地点として取り扱うことができる。さらに次に当該スイッチが押された時にＱｓｗトリガ信号の送信を終了するように構成すれば、その時のプローブ１１の位置をプローブ走査の終了地点として取り扱うことができる。
【００４６】
受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。受信回路２１で受信された光音響信号はＡＤ変換手段２２に送信される。
【００４７】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリング手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。例えば、ＡＤ変換手段２２は、サンプリング制御部およびＡＤ変換器を有する。受信回路２１によって受信された受信信号は、ＡＤ変換器によってデジタル化されたサンプリング信号に変換される。ＡＤ変換器は、サンプリング制御部によって制御されており、サンプリング制御部がサンプリングトリガ信号を受信したときに、サンプリングを行うように構成されている。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力する所定周波数のＡＤクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で受信信号をサンプリングする。
【００４８】
受信メモリ２３は、ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号（つまり上記サンプリング信号）と制御手段２９から送信された代表座標の情報とを関連付けて記憶する。そして、受信メモリ２３は、プローブ１１によって検出された光音響信号を光音響画像再構成手段２４に出力する。
【００４９】
光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から検出領域ごとに得られた光音響信号を順次読み出し、この光音響信号に基づいて検出領域ごとに、検出領域を表示する部分画像データの各ラインの信号データを生成する。具体的には光音響画像再構成手段２４は、検出領域ごとに得られた６４ｃｈのデータを、音響検出素子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分の信号データを生成する（遅延加算法）。光音響画像再構成手段２４は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像再構成手段２４は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。
【００５０】
検波・対数変換手段２７は、各ラインの信号データの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。
【００５１】
光音響画像構築手段２８は、対数変換が施された各ラインの信号データに基づいて、光音響画像データを構築する。つまり、光音響画像構築手段２８は、各ラインの信号データを画像データに変換し、検出領域ごとに部分画像データを生成する。本実施形態では、上記のように、部分画像データの基となる各ラインの信号データの再構成が、当該部分画像データに係る検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて行われる。つまり、ある検出領域を表示する部分画像データの生成は、当該検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて行われる。図３は、素子領域Ａによって所定の検出領域で得られた６４ｃｈの光音響信号Ｓａから当該検出領域を表示する部分画像データＩＭａが生成され、素子領域Ｂによって他の検出領域で得られた６４ｃｈの光音響信号Ｓｂから当該検出領域を表示する部分画像データＩＭｂが生成される過程を概念的に示す。なお、図３においては、図３ａの光音響信号から図３ｂの部分画像データを生成する際における再構成の過程の図示は省略している。
【００５２】
そして、光音響画像構築手段２８は、順次生成された各部分画像データと各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させてボリュームデータを生成する。図４は、ボリュームデータに格納された部分画像データを示す概念図である。図４では、画像化領域に相当する一組の検出領域Ｒごとに部分画像データが順に並べられている。本実施形態では、図４に示されるように１組の検出領域であっても、素子領域Ｂに対向していた検出領域に係る部分画像データＩＭｂが、素子領域Ａに対向していた検出領域に係る部分画像データＩＭａに比べ、ボリュームデータ内でプローブ１１の走査方向にずれて格納される。これは、プローブ１１が走査されているため、素子領域Ｂで検出する時の検出領域の位置が素子領域Ａで検出する時の検出領域の位置に対してプローブ１１の走査方向にずれるためである。画像化領域に相当する一組の検出領域とは、各検出領域に係る素子領域が異なるものの組合せをいう。例えば本実施形態では、一組の検出領域Ｒは、素子領域Ａに対応する検出領域および素子領域Ｂに対応する検出領域の組合せである。光音響画像構築手段２８は、例えば光音響信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を光音響画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を構築する。
【００５３】
観察方式選択手段３９は、光音響画像の表示態様を選択するものである。光音響信号についてのボリュームデータの表示態様としては、例えば三次元画像としての態様、断面画像としての態様および所定の軸上のグラフとしての態様が挙げられる。いずれの態様によって表示するかは、初期設定或いは使用者による入力手段１６からの入力に従って選択される。
【００５４】
画像合成手段３８は、画像合成手段３８は、生成されたボリュームデータに必要な処理（例えばスケールの補正およびボクセル値に応じた色付け等）を施す。
【００５５】
選択された観察方法に従って生成された光音響画像データが、表示手段１４に表示するための最終的な画像（表示画像）となる。なお、上記の光音響画像データの生成方法において、一旦光音響画像データが生成された後、使用者が必要に応じて当該画像を回転させたり移動させたりすることも当然可能である。
【００５６】
以下、図５および図６を用いて光音響画像生成方法の手順について説明する。図５は、本実施形態の光音響画像生成方法の工程を示すフローチャートである。図６は、本実施形態におけるレーザ光の出射、光音響信号の検出および座標の設定についてのタイミングチャートである。図６において、ＬＴはレーザ光の出射のタイミング（繰り返し周波数１５Ｈｚ、つまり繰り返し周期１５ｍｓ）、ＡＴ１、ＡＴ２、…、ＡＴｎは素子領域Ａにおける光音響波の検出のタイミングおよび検出期間、ＢＴ１、ＢＴ２、…、ＢＴｎは素子領域Ｂにおける光音響波の検出のタイミングおよび検出期間、ＰＴは座標取得部による座標の取得のタイミングを表す。
【００５７】
まず、装置１０の使用者が、プローブ１１を被検体Ｍに当て、プローブ１１の所定のスイッチを押すことにより、この地点がプローブ１１の走査開始地点に設定されるとともに、１番目（ｉ＝１）の１組の検出領域において、１フレーム分の光音響画像データの生成に使用される光音響波の検出が開始される（ＳＴＥＰ１および２）。
【００５８】
まず、素子領域Ａに対向している１番目（ｊ＝１）の検出領域で、レーザ光が出射され、これに同期して光音響波が検出されおよび座標が１回取得される（ＳＴＥＰ３および４、並びに図６のｉ＝１およびｊ＝１）。本実施形態では、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した座標の中の１つの座標を、そのまま代表座標として当該検出領域に設定するため、上記の取得した座標が１番目の検出領域に設定される代表座標となる。例えば図６では、光音響波の検出期間ＡＴ１の間にレーザ光の出射タイミングＬＴに同期したタイミングＰＴにおいて１回座標が取得されている。次に、１番目の検出領域で検出された光音響信号と上記代表座標が関連付けられてメモリに保存され（ＳＴＥＰ５）、１番目の検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて当該検出領域を表示する部分画像データが生成される（ＳＴＥＰ６）。その後、１番目の検出領域を表示する部分画像データと１番目の検出領域に設定された代表座標が対応されてボリュームデータに格納される（ＳＴＥＰ７）。そして、検出素子アレイ２０ａにおいて音響検出素子群が素子領域Ｂに属する素子に切り替わり（ＳＴＥＰ８および９）、素子領域Ｂに対向している２番目（ｊ＝２）の検出領域における光音響波の検出が行われる。１番目の検出領域と同様に、ＳＴＥＰ４から７までを繰り返した後、プローブ１１の走査が終了していない場合には、検出素子アレイ２０ａにおいて音響検出素子群が素子領域Ａに属する素子に切り替わり（ＳＴＥＰ１０および１１）、２番目（ｉ＝２）の１組の検出領域において、１フレーム分の光音響画像データの生成に使用される光音響波の検出が開始される（ＳＴＥＰ２）。上記の手順をプローブ１１の走査が終了するまで繰り返し、プローブ１１の走査が終了した場合には、光音響波の検出が終了する。例えば図６では、ｎ番目（ｉ＝ｎ）の１組の検出領域まで、光音響波の検出が行われた状態が示されている。プローブ１１の走査の終了は、例えばプローブ１１の所定のスイッチが次に押されたことや、プローブ１１の走査速度を自動検知してその速度がゼロになったこと等を基準に判断することができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る光音響画像生成装置および光音響画像生成方法では、検出領域ごとに光音響波を検出しかつ代表座標を設定し、各検出領域を表示する部分画像データと各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させてボリュームデータを生成するから、検出領域ごとに（つまり異なる時間に）得られた光音響信号に基づいて生成された１フレームの光音響画像データを単に並べるよりも、ボリュームデータ内における光音響画像データの位置の精度を高めることができる。これは、本発明により、プローブ１１の走査に起因する各検出領域のずれを反映させて正確なボリュームデータの生成が可能となるためである。例えば、図６の例では、５ｍｓの座標取得周期の磁気センサユニットを使用すれば、部分画像データに対応する代表座標とこの部分画像データに係る検出領域の実際の座標とを５ｍｓ以内で整合させることが可能となる。一方、検出領域ごとに得られた光音響信号に基づいて生成された１フレームの光音響画像データを単に並べた場合には、図６の例では、上記整合の精度がおよそ３５ｍｓ以内となる。この結果、複数回に分けて検出された光音響信号に基づいてボリュームデータを生成する場合であっても、被検体内部の構造をより正確に表現することが可能となる。
【００６０】
「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、超音波ユニット（音響信号処理ユニット）が、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号および他の検出領域で得られた光音響信号に基づいて行うものである点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要のない限り省略する。図７は、本実施形態における部分画像データの生成過程を示す概念図である。
【００６１】
本実施形態の光音響画像生成装置１０も、図１に示されるように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示手段１４、座標取得部（１５、４１および４２）並びに入力手段１６を備える。
【００６２】
＜プローブ＞
本実施形態では、検出素子アレイ２０ａの領域分割は、図２ａ又は図２ｂのように各素子領域は明確に分離されていることが好ましい。
【００６３】
＜超音波ユニット＞
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、光音響画像再構成手段２４、検波・対数変換手段２７、光音響画像構築手段２８、制御手段２９、画像合成手段３８および観察方式選択手段３９を有する。そして、超音波ユニット１２は、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号および他の検出領域で得られた光音響信号に基づいて行う。
【００６４】
検出領域ごとに光音響波の検出を行うことは第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では光音響画像再構成手段２４は、１組の検出領域全体で光音響波の検出が終了するまで光音響信号の再構成を行わない。図７に示されるように、光音響画像再構成手段２４は、１組の検出領域全体（素子領域Ａに対向する検出領域および素子領域Ｂに対向する検出領域）で光音響信号ＳａおよびＳｂ（それぞれ６４ｃｈである。）が得られてから（図７ａ）、これらの光音響信号を素子領域の並びに合わせて並べて１つにまとめる（図７ｂ）。そして、光音響画像再構成手段２４は、１フレーム分の光音響画像の基となる信号データを生成するように、上記まとめられた光音響信号全体（１２８ｃｈ）を使用して光音響信号を再構成する。具体的には、上記まとめられた光音響信号全体（１２８ｃｈ）のうち光音響信号Ｓａの部分を１〜６４ｃｈとし、光音響信号Ｓｂの部分を６５〜１２８ｃｈとすると、例えば１〜６４ｃｈ、２〜６５ｃｈ、３〜６６ｃｈ、…、６５〜１２８ｃｈのようなチャンネルの組合せで再構成を行う。なお、図７においては、図７ｂの光音響信号から図７ｃの光音響画像データを生成する際における再構成の過程の図示は省略している。
【００６５】
なお、ある検出領域における再構成された信号データを生成する際に、必ずしも１組の検出領域で得られた光音響信号すべてを１つにまとめる必要はない。例えば、ある検出領域における再構成された信号データを生成する際に、当該検出領域を基準に時系列的に直近の前後に得られた光音響信号を含めて光音響信号を１つにまとめる態様が考えられる。つまり、素子領域が図２ｂのように３つに分かれている場合には、素子領域Ａに対向する検出領域において再構成された信号データを生成する場合には、素子領域Ａおよび素子領域Ｂに対向する検出領域で得られた光音響信号を１つにまとめ、素子領域Ｂに対向する検出領域において再構成された信号データを生成する場合には、素子領域Ａ、素子領域Ｂおよび素子領域Ｃに対向する検出領域で得られた光音響信号を１つにまとめ、素子領域Ｃに対向する検出領域において再構成された信号データを生成する場合には、素子領域Ｂおよび素子領域Ｃに対向する検出領域で得られた光音響信号を１つにまとめる態様でもよい。
【００６６】
このように、上記まとめられた光音響信号全体を使用して光音響信号を再構成することにより、検出領域同士の境界付近の信号データをより正確に生成することができる。光音響画像再構成手段２４は、これらの再構成で得られた各ラインの信号データを検波・対数変換手段２７に送信する。
【００６７】
光音響画像構築手段２８は、検波・対数変換手段２７から受信した信号データに基づいて、１フレーム分の光音響画像データＩＭを生成する（図７ｃ）。ただし、光音響画像構築手段２８は、部分画像データＩＭａおよびＩＭｂを検出領域ごとに処理および管理するため、ボリュームデータに画像データを格納する際に、１フレーム分の光音響画像データＩＭを部分画像データＩＭａおよびＩＭｂに分割する（図７ｄ）。これにより、第１の実施形態と同様に、各検出領域を表示する部分画像データと各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させてボリュームデータを生成することができる。
【００６８】
以下、図８を用いて光音響画像生成方法の手順について説明する。図８は、本実施形態の光音響画像生成方法の工程を示すフローチャートである。なお、本実施形態におけるレーザ光の出射、光音響信号の検出および座標の設定についてのタイミングチャートは図６と同様である。
【００６９】
まず、装置１０の使用者が、プローブ１１を被検体Ｍに当て、プローブ１１の所定のスイッチを押すことにより、この地点がプローブ１１の走査開始地点に設定されるとともに、１番目（ｉ＝１）の１組の検出領域において、１フレーム分の光音響画像データの生成に使用される光音響波の検出が開始される（ＳＴＥＰ２１および２２）。
【００７０】
まず、素子領域Ａに対向している１番目（ｊ＝１）の検出領域で、レーザ光が出射され、これに同期して光音響波が検出されおよび座標が１回取得される（ＳＴＥＰ２３および２４、並びに図６のｉ＝１およびｊ＝１）。次に、１番目の検出領域で検出された光音響信号と上記代表座標が関連付けられてメモリに保存される（ＳＴＥＰ２５）。そして、検出素子アレイ２０ａにおいて音響検出素子群が素子領域Ｂに属する素子に切り替わり（ＳＴＥＰ２６および２７）、素子領域Ｂに対向している２番目（ｊ＝２）の検出領域における光音響波の検出が、１番目の検出領域と同様に行われる（ＳＴＥＰ２４および２５）。１番目の１組の検出領域における検出が一通り終わったら、当該１組の検出領域において得られた光音響信号全体に基づいて１フレームの光音響画像データが構築される（ＳＴＥＰ２６および２８）。その後、この１フレームの光音響画像データは各検出領域に応じて部分画像データに分割され、各部分画像データと各検出領域に設定された代表座標がそれぞれ対応されてボリュームデータに格納される（ＳＴＥＰ２９および３０）。そして、プローブ１１の走査が終了していない場合には、検出素子アレイ２０ａにおいて音響検出素子群が素子領域Ａに属する素子に切り替わり、２番目（ｉ＝２）の１組の検出領域において、１フレーム分の光音響画像データの生成に使用される光音響波の検出が開始される（ＳＴＥＰ３１、３２、２２および２３）。上記の手順をプローブ１１の走査が終了するまで繰り返し、プローブ１１の走査が終了した場合には、光音響波の検出が終了する。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係る光音響画像生成装置および光音響画像生成方法においても、検出領域ごとに光音響波を検出しかつ代表座標を設定し、各検出領域を表示する部分画像データと各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させてボリュームデータを生成するから、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
「第３の実施形態」
次に、本発明の第３の実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、制御手段２９（座標設定部）が、ある検出領域で光音響波が検出されている間に取得した複数の座標を使用して算出した算出座標を、代表座標として当該検出領域に設定するものである点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要のない限り省略する。図９は、本実施形態における実施形態におけるレーザ光の出射、光音響信号の検出および座標の設定についてのタイミングチャートである。
【００７３】
本実施形態の光音響画像生成装置１０も、図１に示されるように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示手段１４、座標取得部（１５、４１および４２）並びに入力手段１６を備える。
【００７４】
制御手段２９は、例えば素子領域Ａにおける光音響波の検出の検出期間ＡＴ１内のタイミングｐ１〜ｐ４において取得した座標に基づいて、例えばこれらの座標の平均値、加重平均値、中央値および最頻値などを算出し、この算出値（算出座標）を代表座標として設定する。このように、複数の座標に基づいて代表座標を求めることにより、座標情報中のノイズが除去されて代表座標と検出領域の実際の位置との整合の精度がより向上する。
【００７５】
また、制御手段２９は、ある検出領域で光音響波が検出される期間の前後の直近（例えば図９のタイミングｐ０）に取得した座標も使用して、算出座標を求めてもよい。このように、算出に使用する座標情報を増やすことにより、座標情報中のノイズがより除去されて代表座標と検出領域の実際の位置との整合の精度がより向上する。光音響波が検出される期間の前の座標情報を取得するには、座標取得のタイミングを例えばレーザ出射のためのＱｓｗトリガ信号に同期させることが好ましい。
【００７６】
また、上記の説明では、超音波ユニット（音響信号処理ユニット）が、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号のみに基づいて行うものである場合について説明したが、本実施形態は、超音波ユニット（音響信号処理ユニット）が、ある検出領域を表示する部分画像データの生成を、当該検出領域で得られた光音響信号および他の検出領域で得られた光音響信号に基づいて行うものである場合についても適用可能である。
【００７７】
「第４の実施形態」
次に、本発明の第４の実施形態を詳細に説明する。図１０は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態は、光音響画像に加えて超音波画像も生成する点で、第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
【００７８】
本実施形態の光音響画像生成装置１０も、図１に示されるように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示手段１４、座標取得部（１５、４１および４２）並びに入力手段１６を備える。
【００７９】
＜超音波ユニット＞
本実施形態の超音波ユニット１２は、図１に示す光音響画像生成装置の構成に加えて、送信制御回路３３、データ分離手段３４、超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、および超音波画像構築手段３７を備える。
【００８０】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。超音波の送受信を行う音響検出素子としては、前述した音響検出素子アレイを使用してもよいし、超音波の送受信用に別途プローブ１１中に設けられた新たな音響検出素子アレイを使用してもよい。また、超音波の送受信は分離してもよい。例えばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。
【００８１】
トリガ制御回路３０は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３３は、このトリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００８２】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路３０は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ここで、反射超音波はプローブ１１と超音波反射位置との間を往復するのに対し、光音響信号はその発生位置からプローブ１１までの片道である。反射超音波の検出には、同じ深さ位置で生じた光音響信号の検出に比して２倍の時間がかかるため、ＡＤ変換手段２２のサンプリングクロックは、光音響信号サンプリング時の半分、例えば２０ＭＨｚとしてもよい。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリング信号を受信メモリ２３に格納する。光音響信号のサンプリングと、反射超音波のサンプリングとは、どちらを先に行ってもよい。
【００８３】
データ分離手段３４は、受信メモリ２３に格納された光音響信号のサンプリング信号と反射超音波のサンプリング信号とを分離する。データ分離手段３４は、分離した光音響信号のサンプリング信号を光音響画像再構成手段２４に入力する。光音響画像の生成は、第１の実施形態と同様である。一方、データ分離手段３４は、分離した反射超音波のサンプリング信号を、超音波画像再構成手段３５に入力する。
【００８４】
超音波画像再構成手段３５は、プローブ１１の複数の音響検出素子で検出された反射超音波（そのサンプリング信号）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。各ラインのデータの生成には、光音響画像再構成手段２４における各ラインのデータの生成と同様に、遅延加算法などを用いることができる。検波・対数変換手段３６は、超音波画像再構成手段３５が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。
【００８５】
超音波画像構築手段３７は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。
【００８６】
画像合成手段３８は、例えば光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３８は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示することも可能である。
【００８７】
以上のように、本実施形態に係る光音響画像生成装置および光音響画像生成方法においても、検出領域ごとに光音響波を検出しかつ代表座標を設定し、各検出領域を表示する部分画像データと各検出領域に設定された代表座標とをそれぞれ対応させてボリュームデータを生成するから、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
さらに本実施形態の光音響計測装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。したがって、超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０   光音響画像生成装置
１１   プローブ
１２   超音波ユニット
１３   レーザユニット
１４   表示手段
１５   座標取得制御部
１６   入力手段
２０   音響検出部
２０ａ 検出素子アレイ
２０ｂ マルチプレクサ
２０ｃ 音響検出素子
２１   受信回路
２２   変換手段
２３   受信メモリ
２４   光音響画像再構成手段
２７   検波・対数変換手段
２８   光音響画像構築手段
２９   制御手段
３０   トリガ制御回路
４０   光ファイバ
４１   磁場発生部
４２   磁気センサ
Ｒ     １組の検出領域
ＩＭ   １フレームの光音響画像データ
ＩＭａ、ＩＭｂ        部分画像データ
Ｌ     レーザ光
ＬＴ   出射タイミング
Ｍ     被検体
Ｓａ、Ｓｂ    光音響信号
Ｕ     音響波
【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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