(57)【要約】【課題】光音響画像形成において、光音響波の反射波を受信したとしても、その影響による画像劣化を低減する。【解決手段】光を照射された被検体から発生する光音響波を検出する探触子と、光音響波から第一の検出信号を生成する信号収集部と、探触子のインパルス応答の微分信号を用いて、第一の検出信号から、光音響波に由来する成分とは位相が反転した成分を低減した第二の検出信号を生成する信号処理部と、第二の検出信号を用いて被検体内部の画像データを生成する画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
2014158548.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光音響波を検出する探触子と、
前記光音響波から第一の検出信号を生成する信号収集部と、
前記探触子のインパルス応答の微分信号を用いて、前記第一の検出信号から、前記光音響波に由来する成分とは位相が反転した成分を低減した第二の検出信号を生成する信号処理部と、
前記第二の検出信号を用いて前記被検体内部の画像データを生成する画像生成部と、
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】
前記被検体を保持する保持部材をさらに有し、
前記信号処理部は、前記位相が反転した成分を、前記保持部材により前記光音響波が反射した反射波に由来するものとして選択的に低減する
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】
前記反射波とは、前記被検体で発生した前記光音響波が前記保持部材に入射したときに、前記被検体と前記保持部材の界面で反射したものである
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】
前記信号処理部は、前記インパルス応答の微分信号により、前記第一の検出信号をスペクトル分解する
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】
前記信号処理部における前記スペクトル分解は、前記第一の検出信号を前記インパルス応答の微分信号でデコンボリューションすることにより行われる
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】
前記信号処理部における前記スペクトル分解は、前記第一の検出信号を前記インパルス応答の微分信号を基底とした基底変換することにより行われる
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７】
前記信号処理部は、前記スペクトル分解で得られたスペクトル信号に対して、負の係数を削除したのち再構築処理を行うことで、前記第二の検出信号を生成する
ことを特徴とする請求項４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】
前記信号処理部における前記再構築処理は、前記インパルス応答の微分信号を用いたコンボリューションにより行われる
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】
前記信号処理部における前記再構築処理は、前記インパルス応答の微分信号を用いた基底変換により行われる
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１０】
前記保持部材は、前記被検体を保持する板状の部材である
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１１】
前記探触子は、前記保持部材でもある
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１２】
前記インパルス応答は、デルタパルス信号を入力された前記探触子が出力する波形とし
て取得される
ことを特徴とする請求項１ないし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】
前記画像データを表示する表示装置をさらに有する
ことを特徴とする請求項１ないし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】
光を照射された被検体から発生する光音響波を検出する探触子と、信号収集部と、信号処理部と、画像生成部と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記信号収集部が、前記光音響波から第一の検出信号を生成するステップと、
前記信号処理部が、前記探触子のインパルス応答の微分信号を用いて、前記第一の検出信号から、前記光音響波に由来する成分とは位相が反転した成分を低減した第二の検出信号を生成するステップと、
前記画像生成部が、前記第二の検出信号を用いて前記被検体内部の画像データを生成するステップと、
を有する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１５】
請求項１４に記載の制御方法の各ステップを、被検体情報取得装置の情報処理装置に実行させるプログラム。
【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。
【０００３】
光音響イメージングにおいては、まず、光源からのパルス光が被検体に照射される。すると、被検体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体組織（光吸収体）が瞬間的に膨張して、音響波を発生させる。このとき、組織の種類や光の波長によって光エネルギーの吸収率に差があるため、腫瘍などの被検部位とそれ以外の組織とでは、生じる音圧に差がある。したがって、この音響波を探触子が受信して生成された電気信号を、情報処理装置が数学的に解析処理することにより、被検体情報をイメージングすることが可能になる。被検体情報としては、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が得られる。さらに、これらの情報や照射光の波長に関する情報に基づき、被検体内の特定物質濃度、例えば、血液中の酸素飽和度などの定量的計測も可能になる。
【０００４】
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。
【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、被検体外部の要因により、生成される画像に劣化が生じる場合がある。例えば被検体を保持する被検体保持部材によって光音響波が反射されると、反射した光音響波も探触子で受信される。その結果、反射波に由来する成分を含んだ電気信号が、被検体内の画像生成（画像再構成）に使用されてしまう。こうして生成された画像には、反射波に起因するアーティファクトが発生し、画像劣化が生じる。
【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、光音響画像形成において、光音響波の反射波を受信したとしても、その影響による画像劣化を低減することにある。
【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光音響波を検出する探触子と、
前記光音響波から第一の検出信号を生成する信号収集部と、
前記探触子のインパルス応答の微分信号を用いて、前記第一の検出信号から、前記光音
響波に由来する成分とは位相が反転した成分を低減した第二の検出信号を生成する信号処理部と、
前記第二の検出信号を用いて前記被検体内部の画像データを生成する画像生成部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【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光音響波を検出する探触子と、信号収集部と、信号処理部と、画像生成部と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記信号収集部が、前記光音響波から第一の検出信号を生成するステップと、
前記信号処理部が、前記探触子のインパルス応答の微分信号を用いて、前記第一の検出信号から、前記光音響波に由来する成分とは位相が反転した成分を低減した第二の検出信号を生成するステップと、
前記画像生成部が、前記第二の検出信号を用いて前記被検体内部の画像データを生成するステップと、
を有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、光音響画像形成において、光音響波の反射波を受信したとしても、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の一例を模式的に示した図。
【図２】検出信号処理の一例を説明するフロー図。
【図３】入射波に対して反射波の位相が反転する一例を示す模式図。
【図４】光音響波の解析例を示す模式図。
【図５】検出信号のスペクトル分解の例を示す模式図。
【図６】再構成した初期音圧分布を示す画像。
【図７】光音響画像形成装置の構成の一例を模式的に示した図。
【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。受信器（探触子）は、被検体内を伝播した音響波を受信する。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。
【００１４】
装置により取得される被検体内の特性情報とは、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被検体情報を示す。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度や酸化あるいは還元ヘモグロビン濃度などである。また、特性情報としては、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の特性を示す分布情報として取得しても良い。つまり、吸収係数分布や酸素飽和度分布等の分布情報を画像データとして取得しても良い。
【００１５】
以下の記載においては、被検体情報取得装置の一例として、光音響イメージングの１つである光音響トモグラフィーにより被検体内の特性情報を取得し画像化する、光音響画像
形成装置について説明する。代表的な被検体は生体の乳房であるが、これに限られない。本発明は、かかる光音響画像形成装置による光音響画像形成方法、または装置の制御方法としても捉えることができる。
【００１６】
（装置構成）
図１を参照しながら本実施形態にかかる光音響画像形成装置の構成を説明する。なお、以下の記載において、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、説明を省略する。
【００１７】
本実施形態の光音響画像形成装置は、基本的な構成として、光源１１、被検体保持部材２１、音響波の検出器としての探触子１７、信号処理部１９を有する。光源１１から発せられたパルス光１２は、レンズ、ミラー、光ファイバ、拡散板などの光学系１３により所望の光分布形状に加工されながら導かれ、生体などの被検体１５に照射される。被検体１５の内部を伝播した光のエネルギーの一部が血管などの光吸収体（結果的に音源となる）１４に吸収されると、その光吸収体１４の熱膨張により光音響波１６が発生する。発生した光音響波１６の一部は、探触子１７で受信される。このとき、光音響波１６の一部は被検体保持部材２１などによる反射などを経てから探触子１７に入射する。光音響波１６及びその反射波は、探触子１７により検出された後、信号収集部１８で増幅やデジタル変換され、さらに信号処理器１９で所定の処理を行い、最終的に被検体の画像データ（光学特性値情報データ）に変換され、表示装置２０に表示される。
【００１８】
（光源１１）
光源１１は被検体に光を照射する。被検体が生体の場合、光源１１からは被検体中の特定の成分に吸収される波長の光を照射する。本発明においては、被検体内部まで光が伝搬するように、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の波長が好ましい。光源は、装置本体と一体化しても良いし、分離していても良い。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発生可能なパルス光源が好ましい。効率的に光音響波を発生させるために、１０ナノ秒程度のパルス幅が特に好適に使われる。光源としては大出力が得られるレーザーが好ましいが、発光ダイオードなども使用可能である。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。
（光学系１３）
光学系１３は、光源１１から照射された光１２を、所望の光分布形状に加工しながら被検体に導く。光学系１３は、典型的にはレンズやミラー、光拡散板、光ファイバなどの光導波路などで構成される。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。
【００１９】
（被検体１５及び光吸収体１４）
これらは本発明の装置には含まれないが、以下に説明する。本発明の光音響画像形成装置は、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主な目的とする。よって、被検体１５としては生体、具体的には人体や動物の乳房や指、手足などの診断の対象部位が想定される。被検体内部の光吸収体１４としては、被検体内で相対的に吸収係数が高いものが想定される。例えば、人体が測定対象であれば酸化あるいは還元ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が該当する。また、被検体表面の光吸収体としては皮膚表面付近にあるメラニンなどである。
【００２０】
（探触子１７）
探触子１７は、被検体の表面及び内部で発生する音響波を検出し、アナログ信号である電気信号に変換する検出器である。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音響波を検知できるものであれば、どのようなものでも良い。探触子１７として、複数の受信素子が１次元あるいは２次元に配置された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できる。その結果、検出時間の短縮や、体動によるノイズの低減が可能になる。
【００２１】
（信号収集部１８）
信号収集部１８は、探触子１７より得られた電気信号を増幅するとともに、アナログ信号からデジタル信号への変換を行う。信号収集部１８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。なお、本明細書において「検出信号」とは、探触子１７から取得されるアナログ信号も、その後ＡＤ変換されたデジタル信号も含む概念である。そして、検出信号は「光音響信号」ともいう。
【００２２】
（信号処理部１９）
信号処理部１９は、画像再構成により被検体内部の画像データを取得する。信号処理部１９には典型的にはワークステーションなどが用いられる。信号処理や画像再構成処理などは、ワークステーションの情報処理装置（ＣＰＵなど）を利用して、プログラミングされたプログラムにより実行される。図１の例では、信号処理部１９で使われるソフトウェアは、位相が反転した反射信号を選択的に低減する処理を行う信号処理モジュール１９ａと、画像データを生成する画像再構成モジュール１９ｂを含む。信号収集部１８と信号処理部１９は一体化される場合もある。この場合、ハードウェア処理により被検体の画像データを生成することもできる。信号処理モジュールと画像再構成モジュールはそれぞれ、本発明の信号処理部と画像生成部に相当する。
【００２３】
（表示装置２０）
表示装置２０は信号処理部１９から出力される画像データを表示する。例えば液晶ディスプレイなどが利用される。なお、表示装置２０は、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。
【００２４】
（被検体保持部材２１）
被検体保持部材２１は、被検体を保持する。また、被検体と探触子の音響インピーダンスをマッチングさせるための液体を保持する部材を含んでも良い。被検体保持部材あるいはマッチング液の保持部材は、光が通過する側においては、透明であることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンやアクリルなどのプラスチックプレート、あるいはガラスプレートなどが用いられる。一般的に、これらの部材は生体より硬いため、生体よりも音響インピーダンスが大きい。そのため、詳しくは後述するが、被検体１５から被検体保持部材２１からに光音響波が入射する際に、界面での反射波の位相は１８０°反転する。被検体保持部材の形状としては、典型的には被検体を保持する板状の部材が想定される。被検体保持部材は、本発明の保持部材に相当する。
また、探触子１７も被検体保持部材２１として考えることができる。通常、探触子の検出素子（例えば、ＰＺＴなど）の音響インピーダンスは被検体の音響インピーダンスよりも大きい。そのため、探触子から被検体へ入射した光音響波の反射波の位相は同様に１８０°反転するため、本発明の手法により低減することが可能となる。
図１においては、２枚の被検体保持部材２１ａと２１ｂを用いて被検体を挟持している。これにより、被検体が動かないよう固定される。また被検体の厚みが薄くなり、光が被検体深部に届くようになる。本明細書において、２枚の部材を区別する必要がないときは、まとめて被検体保持部材２１と記載する。
【００２５】
（光音響画像形成方法）
本発明の特徴である信号処理部１９で行う処理に関して、図２〜６を参照しつつ、詳細に説明する。ここでは、被検体内部で発生した光音響波１６が被検体保持部材２１で多重反射し、その多重反射信号を探触子１７で受信した場合について検討する。この場合、多重反射信号が被検体からの信号に含まれるような場合であっても、本説明にかかる光音響画像形成方法によれば、再構成画像における多重反射の影響によるアーティファクトを軽減できる。
【００２６】
（音響波の位相反転の数学的表現）
まず、前提として、音響波の反射の物理現象について説明する。図３において、領域３０１の音響インピーダンス（Ｚ）はＺ１であり（Ｚ＝Ｚ１）、領域３０２の音響インピーダンスはＺ２である（Ｚ＝Ｚ２）。そして、領域３０２の音響インピーダンスは、相対的に領域３０１より大きいものとする（Ｚ１＜Ｚ２）。この状況で領域３０１から領域３０２に音響波が入射すると、界面での反射波の位相は１８０°反転することが知られている。
この現象を、図１の被検体１５と被検体保持部材２１に当てはめて検討する。被検体１５と被検体保持部材２１を比較すると、通常、剛性の強い後者の方が、音響インピーダンスが高い。そのため、被検体内部で発生した光音響波１６が被検体保持部材２１に入射した場合、その界面で反射した光音響波の位相は入射波に対して１８０°変化する。そのため、単一周波数で構成された音響波を例に挙げると、図３に示したように形状が反転する。
【００２７】
このような物理現象により、通常の光音響波である入射波とその反射波の位相が１８０°異なる場合、本発明の方法により、正常な光音響波とその反射波を区別することができる。以下に詳細に説明する。
光音響波の伝搬を記述する方程式は、式（１）のような波動方程式である。
【数１】
2014158548.tif 000003
ここで、ｐ（ｒ、ｔ）は各位置ｒでの音響波音圧の時間変化、ｖは音速（ここでは一定とする）、Γはグリューナイセン係数、Ｈｒ（ｒ）は光吸収密度分布、Ｈｔ（ｔ）は光の入力パルスである。また、Ｈ（ｒ、ｔ）＝Ｈｒ（ｒ）・Ｈｔ（ｔ）である。
この式（１）において、グリーン関数の解、つまり、デルタ音源・デルタパルスでの解ｐδ（ｒ、ｔ）は、以下の式（２）で表現される。なお、この解は球面状に広がる球面波を示している。
【数２】
2014158548.tif 000004
この解を全空間の音源において積分すれば、ある位置ｒで検出される音圧ｐ（ｒ、ｔ）になる。それは以下の式（３）で表現される。
【数３】
2014158548.tif 000005
Ｈｔ（ｔ）である光パルスをデルタパルスと仮定すると、上記の式は式（４）のように単純化できる。
【数４】
2014158548.tif 000006
一方、実際に観測される信号は検出器である探触子の影響を受けるため、上記の式を探触子のインパルス応答Ｐｉｍｐ（ｔ）でコンボリューションしたものになるので、式（５）のように表現できる。インパルス応答は、探触子応答とも呼ばれ、デルタパルス信号を入力した際に探触子が出力する波形として取得できる。
【数５】
2014158548.tif 000007
この式において、右辺のＰｉｍｐ（ｔ）の後の記号は、コンボリューションを表している。さらに微分演算子∂／∂ｔは線形演算子であるため、インパルス応答Ｐｉｍｐ（ｔ）に作用させることが可能である。微分演算子をインパルス応答Ｐｉｍｐ（ｔ）に作用させると以下の式（６）になる。
【数６】
2014158548.tif 000008
これが探触子で受信される検出信号を数学的に表現したものである。この右辺において、微分したインパルス応答以外の項は速度ポテンシャルを意味しており、正の発生音圧から発生された光音響波に対応する成分は理論上、正の値となる。つまり、周囲より高い吸収係数を有する光吸収体から発生した通常の光音響波に対応する速度ポテンシャル成分は正となる。
【００２８】
（インパルス応答の微分信号による判別方法）
図４と式（６）を用いて、通常、受信される光音響波（入射波）と位相が反転した反射光音響波の違いを考察する。ここで、図４（ａ）は、反射などにより位相反転していない「正常な光音響波」の解析の一例を示す模式図である。図４（ｂ）は、「正常な光音響波」が反射して位相が反転した光音響波の解析の一例を示す模式図である。
式（６）から、「正常な光音響波」の受信信号（Ａ）は、インパルス応答の微分（Ｂ）（すなわち、インパルス応答微分信号）と、正の値の速度ポテンシャル（Ｃ）のコンボリューションで表現できることが分かる。図４（ａ）は、この様子を模式的に示したものである。
一方、「反射により位相反転した光音響波」の受信信号（Ａ’）は、インパルス応答微分信号（Ｂ）と、負の値の速度ポテンシャル（Ｃ’）のコンボリューションとなる。図４（ｂ）は、この様子を模式的に示したものである。
つまり、反射により光音響波の位相が１８０°反転することは、信号をインパルス応答微分信号と分離すれば、速度ポテンシャルの位相が反転することに相当すると考えられる。したがって、信号をインパルス応答微分信号で分離した後に得られる速度ポテンシャル成分の値（正と負）を比較することにより、「正常な光音響波」と「反射により位相反転した光音響波」を区別することができる。
【００２９】
また、式（６）から、インパルス応答微分信号を用いて受信信号をスペクトル分解して
、スペクトル信号、すなわち、速度ポテンシャルに変換できることが分かる。なお、ここでの受信信号のスペクトル分解とは、受信信号をインパルス応答微分信号でデコンボリューションすること、あるいは、受信信号をインパルス応答微分信号の基底で展開することと等価である。
【００３０】
（位相反転の典型例）
図５に、図１の光音響画像形成装置で受信された典型的な検出信号（第一の検出信号）をスペクトル分解した例を示す。図５中、縦軸は音圧の強度である。横軸はサンプリング回数であり、検出時間に対応する。図５（ａ）は探触子から出力される受信信号の一例で、これを第一の検出信号とする。図５（ａ）中の矢印は、探触子表面への光照射により発生した光音響波１６のうち、被検体保持部材２１と被検体１５との界面における反射により位相が反転した成分に由来する受信信号の位置を示している。
図５（ｂ）は使用した探触子のインパルス応答を時間微分したものである。本発明の特徴は、図５（ａ）で示した第一の検出信号を図５（ｂ）で示したインパルス応答微分信号でスペクトル分解することにある。図５（ｃ）にスペクトル分解で得られたスペクトル信号を示す。図５（ｃ）で示されているように、スペクトル信号、すなわち、対応する速度ポテンシャル成分は正負の値を含んでおり、負の値は主に位相が１８０°反転した反射波によるものである。図５（ｄ）、図５（ｅ）については後述する。
【００３１】
（信号処理の概要）
以上のような音響波の反射時に起こる現象を前提として、図２のフロー図を参照しつつ、信号処理部１９における処理の概要を説明する。
［処理１］（ステップＳ２０１）：第一の検出信号をインパルス応答微分信号でスペクトル分解する工程：
この処理では、上で説明したように、スペクトル分解によってスペクトル信号が得られる。
［処理２］（ステップＳ２０２）：スペクトル信号において、負の値の係数を削除する工程：
この処理では、図５（ｃ）に示されるようなスペクトル信号において、負の信号を選択的に削除する。これは上記で述べたように、スペクトル分解した後の係数は、速度ポテンシャルと同じであるため、その負の値は反射により位相が反転した光音響信号に基づく係数を示している。そのため、その負の値を消すことで、反射により位相が反転した光音響信号に関係したスペクトル成分を削除できる。図５（ｄ）は、負の係数をゼロにしたスペクトル信号である。
［処理３］（ステップＳ２０３）：処理２で生成されたスペクトル信号を再構築処理して第二の検出信号に変換する工程：
処理２で負の係数を削除したスペクトル信号を時間信号に変換する、再構築処理を行う。その方法としては例えば、インパルス応答微分信号でコンボリューションすることや、基底変換することがある。これにより、位相が１８０°変換した反射信号を低減した第二の検出信号（光音響波信号）を生成できる。図５（ｅ）に上記の処理で得られた第二の検出信号を示す。図５（ｅ）中の矢印は、界面反射により位相が反転した成分に由来する受信信号の位置であるが、図５（ａ）と比較するとその値が大きく低減されていることが分かる。
このように、インパルス応答微分信号を用いたスペクトル分解を行い、スペクトル信号の負の値を低減し、再び、時間領域に戻すことで、インパルス応答に対して位相が１８０°反転した反射光音響信号のみを低減することが可能になる。
［処理４］（ステップＳ２０４）：処理３で再構築処理された第二の検出信号を用いて被検体の光学特性値分布を推定する工程：
処理３で得られた第二の検出信号を用いて画像再構成処理を行い、被検体の光学特性値分布を推定して画像データを形成する。この際、第二の検出信号においては、位相反転し
た反射光音響波が低減されているので、被検体内部にある光吸収体のみを画像データ化でき、画像劣化のない診断画像を形成できる。
画像再構成方法はどのようなものでも良い。例えば、一般的な光音響トモグラフィーで利用さ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や、モデルベース法（繰り返し再構成法）などが適応できる。なお、フォーカス探触子を用いた光音響イメージングのように画像再構成処理が必要ない場合は、処理３で得られたデジタル検出信号データをそのまま画像に変換する。
【００３２】
（再構成画像の例）
図６を用いて、従来の手法による再構成画像と、本発明の手法による再構成画像を比較する。ここでは再構成手法としてバックプロジェクション法を用いた。
図６（ａ）は、反射信号を低減していない光音響信号から得られた初期音圧分布ｐｏの一例である。すなわち図６（ａ）は、図５（ａ）に示したような第一の検出信号を用いた再構成画像である。図中、黒い領域が音圧の高い領域を示し、白い領域が音圧の低いところを示している。白い領域（特に破線で囲まれた領域）は、主に反射信号によるアーティファクトであり、不要な画像である。
図６（ｂ）は、反射信号を低減した光音響信号から得られた初期音圧分布ｐｏの一例である。すなわち図６（ｂ）は、図５（ｅ）に示したような、位相反転した反射信号を低減した第二の検出信号を用いた再構成画像である。図６（ａ）と比べて、反射信号によるアーティファクトが低減されており、反射光音響信号による画像劣化が低減されていることが分かる。
従って、本発明の手法により、被検体保持部材２１での反射波に由来するアーティファクトの影響による画像劣化を低減できる。
なお、本説明では被検体保持部材２１による多重反射の抑制を例にとって説明した。しかし、被検体保持部材に限らず、被検体より音響インピーダンスが高い部材が被検体に接触している場合には、反射波のせいでアーティファクトが発生する。本発明は、そのようなアーティファクトについても有効に適用出来る。
【００３３】
＜実施例１＞
光音響画像形成装置の実施例について説明する。装置構成は、上記の図１で説明したものと同じである。本実施例においては、光源１１として、２倍波の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は、波長７００−９００ｎｍの光を照射できる。照射されたレーザー光は、ミラー、ビームエキスパンダーなどの光学システム１３により半径約１ｃｍ程度まで広げられた後に、被検体に照射される。探触子１７としては、１５×２３素子の２次元配列型ピエゾ探触子を用いた。また、信号収集部１８は、探触子１７からの３４５ｃｈ全データを同時に受信し、アナログ信号を増幅し、デジタル変換した後に、信号処理部１９であるＰＣへ転送する機能を有する。被検体１５は被検体を模擬したファントムであり、１％のイントラリピッドと希釈したインクを寒天で固めたものである。また、このファントム内には、光吸収体１４として、直径２ｍｍの球状のインクで着色した物体が埋め込まれている。また、ファントムを保持する被検体保持部材２１として、ファントム１５と探触子１７の間には、ポリメチルペンテンで作成した平板状のファントム用保持板を配置した。
【００３４】
ファントムの装置へのセットが完了したのち、光源が波長８００ｎｍの光を照射した。探触子による検出と、信号収集部による処理を経て、第一の検出信号が出力される。続いて信号処理モジュール１９ａが、そのときに得られた第一の検出信号を、探触子のインパルス応答を微分した信号を用いてスペクトル分解した。ここでは、受信信号の微分インパルス応答によるデコンボリューションによって、スペクトル信号を生成した。さらに、そのスペクトル信号のうち、値が負のスペクトル係数をゼロにした。そして、負の係数が削除されたスペクトル信号に微分インパルス応答をコンボリューションすることで、インパ
ルス応答に対して位相反転した反射信号を低減した信号（第二の検出信号）を生成した。
その後、画像再構成モジュール１９ｂにおいて、図２のステップＳ２０４のように画像再構成を行い、初期音圧分布データを算出した。ここでは、バックプロジェクション法を用いた。そのときに得られる再構成画像は、図６（ｂ）のようになった。一方、比較のために、反射信号を低減してない第一の検出信号から得られる再構成画像は、図６（ａ）のようになった。
【００３５】
図６（ａ）と（ｂ）を比較する。上述したように、図６（ａ）では、被検体外部の保持板による多重反射に起因して、実際の光吸収体以外の場所に大きなアーティファクトが生じている（白い破線で囲まれた部分）。一方、図６（ｂ）においては、多重反射信号に起因したアーティファクトはほとんど見られない。その結果、図６（ａ）に比べて、ファントム内部の光吸収体に対応した画像が、よりはっきりと表示されていた。
このように、被検体保持部材による反射により位相反転した反射光音響信号を選択的に低減することで、再構成された画像内のアーティファクトを低減できることが可能となった。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例２では、光音響画像形成装置において、探触子１７を被検体保持部材とした例について、図７を参照して説明する。図１との相違点は、探触子１７と被検体１５の間に被検体保持部材である保持板が存在せず、探触子が直接、被検体に接していることである。被検体１５としては、実施例１と同様のファントムを用いる。
【００３７】
ファントムの装置へのセットが完了したのち、光源が波長８００ｎｍの光を照射した。続いて信号処理モジュール１９ａが、そのときに得られた第一の検出信号から、探触子とファントム界面で反射し、位相反転した光音響波のみを選択的に低減した。ここでは、微分インパルス応答信号を基底として、基底展開法によりスペクトル分解を行った。また、各基底の係数を求めるときには、ある基底が支配的であると仮定し、係数がスパースになるような制約条件を付けて求めた。さらに、そのスペクトル信号のうち、値が負のスペクトル係数をゼロにした。そして、負の係数が削除されたスペクトル信号を時間空間へ基底変換することで、インパルス応答に対して位相反転した反射信号を低減した信号を生成した。そのときに得られる再構成画像は、図６（ｂ）のようになり、反射信号によるアーティファクトが低減されていた。一方、反射信号の低減を行っていない受信信号から得られる再構成画像は、図６（ａ）のようになり、反射信号によるアーティファクトがはっきりと確認された。
このように、探触子が被検体保持部材であるような場合でも、本発明の手法により、再構成画像内の反射によるアーティファクトを低減できることが分かった。
【符号の説明】
【００３８】
１７：探触子，１９：信号処理部，１９ａ：信号処理モジュール，１９ｂ：画像再構成モジュール，２１：被検体保持部材
【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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