(57)【要約】【課題】複数の波長に対応した光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、物質の存在割合に応じた画像を簡易に表示可能とする。【解決手段】被検体は、光吸収性を有する物質を２種類含む。光吸収体は、含まれる２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する。第１の画像生成手段２４は、第１の波長の光が出射されたときの第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成する。第２の画像生成手段２５は、第２の波長の光が出射されたときの第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成する。画像合成手段２６は、第１の光音響画像と第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当て、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収性を有する物質を２種類含み、前記２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する光吸収体を含む被検体に対して第１の波長の光が出射された後に該光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成する第１の画像生成手段と、
前記被検体に対して前記第２の波長の光が出射された後に該光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成する第２の画像生成手段と、
前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当て、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させる画像合成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項２】
前記画像合成手段が、前記第１の光音響画像に第１の色を割り当て、かつ前記第２の光音響画像に第２の色を割り当て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】
前記画像合成手段が、前記第１の光音響信号及び前記第２の光音響信号の信号強度に応じた比率で前記第１の色と前記第２の色とを混色す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】
前記表示画面における各画素が複数の色に対応した複数のサブ画素を含んでおり、前記第１の色及び前記第２の色が前記複数の色の中から選択された色であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
前記表示画面における各画素が赤、青及び緑に対応したサブ画素を含んでおり、前記第１の色が、赤、青及び緑のうちの１つであり、前記第２の色が残り２つの色のうちの１つであることを特徴とする請求項４に記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
前記画像合成手段が、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当てるのに代えて、前記第１の光音響画像と、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像との差分画像とに互いに異なる表示色を割り当て、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させるのに代えて、前記第１の光音響画像と、前記差分画像とを合成して表示画面上に表示させ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７】
前記画像合成手段が、前記第１の光音響画像に第１の色を割り当て、かつ前記差分画像に第２の色又は第３の色を割り当てることを特徴とする請求項６に記載の光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記表示画面における各画素が３以上の色に対応した３以上のサブ画素を含んでおり、前記第１の色、前記第２の色、及び前記第３の色が前記３以上の色の中から選択された色であることを特徴とする請求項７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記表示画面における各画素が赤、青及び緑に対応したサブ画素を含んでおり、前記第１の色が、赤、青及び緑のうちの何れかであり、前記第２の色が残り２つの色のうちの何れかであり、前記第３の色が残り１つの色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】
前記画像合成手段が、前記第１の光音響画像の画素値が前記第２の光音響画像の画素値よりも大きいときは第２の色を割り当て、前記第１の光音響画像の画素値が前記第２の光音響画像の画素値よりも小さいときは第３の色を割り当てることを特徴とする請求項７から９何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記画像合成手段が、前記差分画像に係数を乗じた後に色の割り当てを行うものであることを特徴とする請求項６から１０何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記画像合成手段が、前記第１の光音響画像及び第２の光音響画像の少なくとも一方における画素値がしきい値以上の画素について表示色の割り当てを行うことを特徴とする請求項１から１１何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１３】
光吸収体が、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンとを含むことを特徴とする請求項１から１２何れか１項に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１４】
光吸収性を有する物質を２種類含み、前記２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する光吸収体を含む被検体に対して第１の波長の光が出射された後に該光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成するステップと、
前記被検体に対して前記第２の波長の光が出射された後に該光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成するステップと、
前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当て、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させるステップとを有することを特徴とする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、光音響画像生成装置及び方法に関し、光照射に起因して生じ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及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波が発生する。この音響波を超音波プローブなどで検出し、検出された信号（光音響信号）に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。光音響画像化方法では、特定の光吸収体において音響波が発生するため、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化することができる。
【０００３】
ところで、生体組織の多くは光吸収特性が光の波長に応じて変わり、また一般に、その光吸収特性も組織ごとに特有のものとなっている。例えば図７に、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)と、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の光波長ごとの分子吸収係数を示す。このような吸収特性の違いを利用することにより、生体内中の酸化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンを分離して定量化することが可能である（例えば特許文献２参照）。また、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの量を割り出し、酸素飽和度を計算することができる（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２２９５号公報
【特許文献３】特開２０１２−２１７５５４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、光吸収特性の波長依存性が異なる２つの物質（物質Ａ、物質Ｂ）が含まれる光吸収体に、第１の波長及び第２の波長の光を照射することを考える。［ＣＡ］を物質Ａの濃度、［ＣＢ］を物質Ｂの濃度とし、Ａｉλ１を第１の波長に光に対する物質Ａの吸収係数、Ｂｉλ１を第１の波長の光に対する物質Ｂの吸収係数とすると、第１の波長の光が照射されたときに検出される光音響信号の信号強度Ｉλ１は、下記式で表わすことができる。
Ｉλ１＝Ａｉλ１×［ＣＡ］＋Ｂｉλ１×［ＣＢ］
【０００７】
また、Ａｉλ２を第２の波長の光に対する物質Ａの吸収係数、Ｂｉλ２を第２の波長の光に対する物質Ｂの吸収係数とすると、第２の波長の光が照射されたときに検出される光音響信号の信号強度Ｉλ２は、下記式で表わすことができる。
Ｉλ２＝Ａｉλ２×［ＣＡ］＋Ｂｉλ２×［ＣＢ］
物質Ａ及び物質Ｂの各波長における光吸収係数が既知であれば、連立方程式を解くことにより、物質Ａの濃度［ＣＡ］と物質Ｂの濃度［ＣＢ］とを計算することができる。具体的には、下記式により、物質Ａの濃度［ＣＡ］及び物質Ｂの濃度［ＣＢ］を計算することができる。
【数１】
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【０００８】
上記のようにして計算した［ＣＡ］と［ＣＢ］を求め、その比に対して色を割り当てることで、物質の比率の分布を画像化することができる。しかしながら、その場合、計算により各物質の濃度を求めなければならないため、計算負荷が高くなる。例えば酸素飽和度の分布を画像化したい場合に、正確な酸素飽和度の値を求めることまでは必要なく、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの分布又は相対分布がわかればよいという場合もある。そのような場合、計算により各物質の濃度を求めなくても、簡易な方法で酸素飽和度に関連した表示ができることが望まれる。
【０００９】
本発明は、上記に鑑み、複数の波長に対応した光音響画像を生成する光音響画像生成装置及び方法において、物質の存在割合に応じた画像を簡易に表示可能な光音響画像生成装置及び方法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】
上記目的を達成するために、本発明は、光吸収性を有する物質を２種類含み、２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と第１の波長とは異なる第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する光吸収体を含む被検体に対して第１の波長の光が出射された後にその光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成する第１の画像生成手段と、被検体に対して第２の波長の光が出射された後にその光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成する第２の画像生成手段と、第１の光音響画像と第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当て、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させる画像合成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００１１】
本発明では、画像合成手段が、第１の光音響画像に第１の色を割り当て、かつ第２の光音響画像に第２の色を割り当てる構成を採用できる。
【００１２】
上記の場合、画像合成手段が、第１の光音響信号及び第２の光音響信号の信号強度に応じた比率で第１の色と第２の色とを混色することが好ましい。
【００１３】
表示画面における各画素が複数の色に対応した複数のサブ画素を含むとき、複数のサブ画素に対応した複数の色の中から、第１の色及び第２の色を選択してもよい。例えば表示画面における各画素が赤、青及び緑に対応したサブ画素を含むとき、第１の色を赤、青及び緑のうちの１つとし、第２の色を残り２つの色のうちの１つとすることができる。
【００１４】
画像合成手段が、第１の光音響画像と第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当てるのに代えて、第１の光音響画像と、第１の光音響画像と第２の光音響画像との差分画像とに互いに異なる表示色を割り当て、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させるのに代えて、第１の光音響画像と、差分画像とを合成して表示画面上に表示させる構成を採用することもできる。
【００１５】
上記の場合、画像合成手段が、第１の光音響画像に第１の色を割り当て、かつ差分画像に第２の色又は第３の色を割り当てる構成を採用できる。
【００１６】
表示画面における各画素が３以上の色に対応した３以上のサブ画素を含むとき、３以上のサブ画素に対応した３以上の色の中から、第１の色、第２の色、及び第３の色を選択してもよい。例えば、表示画面における各画素が赤、青及び緑に対応したサブ画素を含むとき、第１の色を赤、青及び緑のうちの何れかとし、第２の色が残り２つの色のうちの何れかとし、第３の色を残り１つの色としてもよい。
【００１７】
画像合成手段が、第１の光音響画像の画素値が第２の光音響画像の画素値よりも大きいときは第２の色を割り当て、第１の光音響画像の画素値が第２の光音響画像の画素値よりも小さいときは第３の色を割り当てることとしてもよい。
【００１８】
差分画像に係数を乗じるスケーリング手段を更に備えた構成を採用してもよい。
【００１９】
画像合成手段が、第１の光音響画像及び第２の光音響画像の少なくとも一方における画素値がしきい値以上の画素について表示色の割り当てを行うこととしてもよい。
【００２０】
光吸収体は、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンとを含んでいてもよい。
【００２１】
本発明は、また、光吸収性を有する物質を２種類含み、２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と第１の波長とは異なる第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する光吸収体を含む被検体に対して第１の波長の光が出射された後にその光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成するステップと、被検体に対して第２の波長の光が出射された後にその光出射に起因して被検体内で発生した光音響波の検出信号である第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成するステップと、第１の光音響画像と第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当て、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させるステップとを有することを特徴とする光音響画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、第１の波長の光が出射されたときに検出された第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成し、第２の波長の光が出射されたときに検出された第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成する。被検体に含まれる光吸収体は、光吸収性を有する物質を２種類含んでおり、それら２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する。第１の光音響画像と第２の光音響画像とに異なる色を割り当て、それらを合成して表示することで、光吸収体に含まれる２種類の物質の存在割合に応じた画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成システムを示すブロック図。
【図２】波長と光吸収係数との関係を示すグラフ。
【図３】合成した画像における色の変化を示す図。
【図４】光音響画像生成システムの動作手順を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態における画像合成の手順を示すフローチャート。
【図６】第１の光音響画像と差分画像とを合成した画像における色を示す図。
【図７】酸素化ヘモグロビン脱酸素化ヘモグロビンの光波長ごとの分子吸収係数を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光音響画像生成システムを示す。光音響画像生成システム１０は、超音波探触子（プローブ）１１と、超音波ユニット１２と、レーザ光源ユニット１３とを備える。レーザ光源ユニット１３は、被検体に照射される光を出射する光源である。レーザ光源ユニット１３は、例えばＱスイッチ固体レーザとして構成され、パルスレーザ光を出射する。レーザ光源ユニット１３は、第１の波長（λ１）のパルスレーザ光と第２の波長（λ２）のパルスレーザ光とを出射する。
【００２５】
レーザ光源ユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて照射される。パルスレーザ光の照射位置は特に限定されず、プローブ１１以外の場所からパルスレーザ光の照射を行ってもよい。
【００２６】
被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで超音波（音響波）が生じる。被検体には、光吸収性を有する物質を少なくとも２種類含む光吸収体が含まれる。光吸収体は、例えば酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとを含む。光吸収体に含まれる２種類の物質の光吸収係数の波長依存性は互いに異なる。例えばある波長範囲で、物質Ａは波長が長くなるに連れて光吸収係数が大きくなり、物質Ｂは波長が長くなるに連れて光吸収係数が小さくなる。光吸収体は、それに含まれる２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する。
【００２７】
プローブ１１は、超音波検出器を含む。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波検出器素子（超音波振動子）を有し、その一次元配列された超音波振動子により被検体内からの光音響波を検出する。プローブ１１は、第１の波長の光が被検体に照射された後に、その光照射に起因して発生した光音響波の検出信号である第１の光音響信号を出力する。また、プローブ１１は、第２の波長の光が被検体に照射された後に、その光照射に起因して発生した光音響波の検出信号である第２の光音響信号を出力する。
【００２８】
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、第１の画像生成手段２４、第２の画像生成手段２５、画像合成手段２６、トリガ制御回路２７、及び制御手段２８を有する。超音波ユニット１２は、光音響画像生成装置を構成する。
【００２９】
受信回路２１は、プローブ１１が出力した光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は検出手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングし、デジタルデータに変換する。ＡＤ変換手段２２は、ＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした光音響信号を受信メモリ２３に格納する。ＡＤ変換手段２２は、レーザ光源ユニット１３から出射されるパルスレーザ光の各波長に対応した光音響信号を受信メモリ２３に格納する。
【００３０】
第１の画像生成手段２４は、第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成する。第２の画像生成手段２５は、第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば光音響信号の再構成、検波・対数変換などの処理を含む。生成された光音響画像における画素値は、プローブ１１で検出された光音響信号の信号強度に対応する。
【００３１】
画像合成手段２６は、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを合成する。画像合成手段２６における画像合成は、第１の光音響画像（第１の光音響信号）と第２の光音響画像（第２の光音響信号）に基づいて光吸収体に含まれる２種類の物質の濃度を計算し、計算で求めた濃度に応じて色を割り当てることは含まない。画像合成手段２６は、画像合成に際して、第１の光音響画像と第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当てる。合成された画像の各画素の色は、第１の光音響画像に割り当てられた色と、第２の光音響画像に割り当てられた色とが混色した色となる。画像合成手段２６で合成された画像は、モニタなどの画像表示手段１４の表示画面上に表示される。
【００３２】
画像合成手段２６は、例えば第１の光音響画像に第１の色を割り当て、かつ第２の光音響画像に第２の色を割り当てる。通常、カラー表示を行うモニタの表示画面における各画素は、複数の色に対応した複数のサブ画素を含んでいる。複数のサブ画素に対応した複数の色から選択された２色を、第１の色及び第２の色としてもよい。例えば、一般にモニタの表示画面は、光の三原色である赤、青及び緑に対応した３つのサブ画素で１つの画素が構成されている。この場合、画像合成手段２６は、こられ３色のうちの何れか１つを第１の光音響画像に割り当て、残り２色のうちの１つを第２の光音響画像に割り当ててもよい。１つの画素が、赤、青及び緑に、シアン（水色）や黄色を加えた４色又は５色のサブ画素で構成される場合は、それら４色又は５色から選択された２色を、第１の色及び第２の色としてもよい。画像合成手段２６は、例えば第１の光音響信号及び第２の光音響信号の信号強度に応じた比率で第１の色と第２の色とを混色する。
【００３３】
制御手段２８は、超音波ユニット１２内の各部の制御を行う。トリガ制御回路２７は、レーザ光源ユニット１３に対して、フラッシュランプトリガ信号及びＱスイッチトリガ信号を送る。レーザ光源ユニット１３は、フラッシュランプトリガ信号を受けるとフラッシュランプを点灯してレーザ媒質を励起し、Ｑスイッチトリガ信号を受けるとＱスイッチをオンにしてパルスレーザ光を出射する。また、トリガ制御回路２７は、パルスレーザ光が出射するタイミングでＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号（ＡＤトリガ信号）を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号に基づいて光音響信号のサンプリングを開始する。
【００３４】
図２は、波長と光吸収係数との関係を示す。横軸は波長を表し、縦軸は光吸収係数を表す。光吸収係数は、検出される光音響信号の強度及び光音響画像における画素値に対応する。光吸収体には、光吸収性を有する物質Ａと物質Ｂとが含まれているとする。図２において、グラフ（ａ）は物質Ａの光吸収係数の波長依存性を示し、グラフ（ｂ）は物質Ｂの光吸収係数の波長依存性を示す。
【００３５】
グラフ（ｃ）は、光吸収体が物質Ａと物質Ｂとをほぼ同じ割合で含む場合に、その光吸収体から検出される光音響信号の波長依存性を示す。光吸収体が物質Ａと物質Ｂとをほぼ同じ割合で含む場合、波長λ１のときに検出される光音響信号の信号強度は、物質Ａのみを含むとした場合の信号強度と物質Ｂを含むとした場合の信号強度の中間の値となる。波長λ２のときに検出される光音響信号の信号強度も、物質Ａのみを含むとした場合の信号強度と物質Ｂのみを含むとした場合の信号強度の中間の値となる。
【００３６】
一方、グラフ（ｄ）は、光吸収体に含まれる物質Ｂの濃度が物質Ａの濃度よりも十分に高いとき、その光吸収体から検出される光音響信号の波長依存性を示す。光吸収体に含まれる物質Ｂの濃度が物質Ａの濃度よりも十分に高い場合、波長λ１のときに検出される光音響信号の信号強度は、物質Ｂを含むとした場合の信号強度よりも少し高い値となる。また、波長λ２のときに検出される光音響信号の信号強度は、物質Ｂのみを含むとした場合の信号強度よりも少し低い値となる。
【００３７】
光吸収体に含まれる物質Ａと物質Ｂの和が一定であるとすれば、得られる信号強度は、物質Ａが１００％に近ければグラフ（ａ）に近い波長依存性を持ち、物質Ｂが１００％に近ければグラフ（ｂ）に近い波長依存性を持つ。そこで、第１の光音響画像と第２の光音響画像とに異なる色を割り当てて表示すると、第１の波長と第２の波長での信号強度比に応じて、アナログ的に色相が変化していく画像を表示することが可能である。例えば第１の光音響画像に青を割り当て第２の光音響画像に赤を割り当てると、物質Ａと物質Ｂの存在割合に応じて赤色と青色との間で色相が変化する画像が得られる。
【００３８】
図３に、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを合成した画像における色の変化を示す。縦軸は第２の光音響画像の画素値を表し、横軸は第１の光音響画像の画素値を表す。第１の波長は７５０ｎｍで、第２の波長は８００ｎｍであったとする。波長７５０ｎｍの光を照射したときに対応した第１の光音響画像に対しては青を割り当て、波長８００ｎｍの光を照射したときに対応した第２の光音響画像に対しては赤を割り当てる。合成された画像では、図２中に示す角度θに応じて青から赤の間で色相が変化する。例えば第２の光音響画像の画素値が第１の光音響画像の画素値よりも大きければ、合成された画像の画素における色は赤みが強くなる。色の割り当ては任意であり、色相が異なる２つの色を第１の光音響画像と第２の光音響画像とに割り当てることで、２つの色の間で色相が変化する画像が得られる。
【００３９】
なお、検出される光音響信号が信号強度が弱い場合、ノイズ等のばらつきによって信号強度が変動する。その場合、画素ごとに色相が大きく変動し、多色のモザイク状に表示されて見にくくなることが考えられる。そのような事態を避けるために、信号強度をしきい値処理し、一定の信号強度以下の場合はカラー表示の演算対象から除外してもよい。つまり、画像合成手段にて、第１の光音響画像及び第２の光音響画像の少なくとも一方における画素値がしきい値以上の画素について表示色の割り当てを行うようにしてもよい。
【００４０】
図４は、光音響画像生成システムの動作手順を示す。トリガ制御回路２７は、レーザ光源ユニット１３にフラッシュランプトリガ信号を送り、次いで、Ｑスイッチトリガ信号を送る。レーザ光源ユニット１３は、フラッシュランプトリガ信号に応答してフラッシュランプを点灯し、Ｑスイッチトリガ信号に応答してＱスイッチをオンにし、第１の波長のパルスレーザ光を出射する（ステップＳ１）。
【００４１】
被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響波が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した第１の光音響波を検出する（ステップＳ２）。検出された第１の光音響波は、受信回路２１を経てＡＤ変換手段２２でサンプリングされ、第１の光音響信号が受信メモリ２３に格納される。第１の画像生成手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響信号を読み出し、読み出した第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成する（ステップＳ３）。
【００４２】
続いて、トリガ制御回路２７は、レーザ光源ユニット１３にフラッシュランプトリガ信号とＱスイッチトリガ信号とを送る。レーザ光源ユニット１３は、フラッシュランプトリガ信号に応答してフラッシュランプを点灯し、Ｑスイッチトリガ信号に応答してＱスイッチをオンにし、第２の波長のパルスレーザ光を出射する（ステップＳ４）。
【００４３】
被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響波が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した第２の光音響波を検出する（ステップＳ５）。検出された第２の光音響波は、受信回路２１を経てＡＤ変換手段２２でサンプリングされ、第２の光音響信号が受信メモリ２３に格納される。第２の画像生成手段２５は、受信メモリ２３から第２の光音響信号を読み出し、読み出した第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成する（ステップＳ６）。なお、被検体のレーザ光が照射される領域を複数の部分領域に分割し、部分領域ごとに光照射と光音響信号の検出とを行うこととしてもよい。
【００４４】
画像合成手段２６は、第１の光音響画像に第１の色を割り当て（ステップＳ７）、第２の光音響画像に第２の色を割り当てる（ステップＳ８）。画像合成手段２６は、第１の色を割り当てた第１の光音響画像と、第２の色を割り当てた第２の光音響画像とを合成する（ステップＳ９）。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。
【００４５】
例えばカラー画像の画素を（Ｒ，Ｇ，Ｂ）（Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれ赤、青、緑の強度）で表現する。第１の光音響画像における画素値（信号強度）をＩλ１としたとき、第１の光音響画像を青に割り当てた画像の画素値は（０，０，Ｉλ１）と表すことができる。また、第２の光音響画像における画素値（信号強度）をＩλ２としたとき、第２の光音響画像を赤に割り当てた画像の画素値は（Ｉλ２，０，０）で表わすことができる。それらを合成した画像の画素値は、（Ｉλ２，０，Ｉλ１）で表わされる。
【００４６】
本実施形態では、第１の波長の光を照射したときに検出された第１の光音響信号に基づいて第１の光音響画像を生成し、第２の波長の光を照射したときに検出された第２の光音響信号に基づいて第２の光音響画像を生成する。被検体に含まれる光吸収体は、光吸収性を有する物質を２種類含んでおり、それら２種類の物質の存在割合に応じて、第１の波長の光に対する光吸収係数と第２の波長の光に対する光吸収係数とが変化する。第１の光音響画像と第２の光音響画像とに異なる色を割り当て、それらを合成して表示することで、光吸収体に含まれる２種類の物質の存在割合に応じた画像を表示することができる。例えば、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとを含む光吸収体を画像化する場合に、計算により酸素飽和度を計算しなくても、酸素飽和度に関連した画像を表示することができる。
【００４７】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態では、画像合成手段２６は、第１の光音響画像と第２の光音響画像とに互いに異なる色を割り当てた。本実施形態では、これに代えて、第１の光音響画像と第２の光音響画像との差分画像を生成し、第１の光音響画像又は第２の光音響画像と、差分画像とに互いに異なる表示色を割り当てる。また、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを合成して表示画面上に表示させるのに代えて、第１の光音響画像又は第２の光音響画像と差分画像とを合成して表示画面上に表示させる。以下では、第１の光音響画像と差分画像とを合成する例について説明する。
【００４８】
画像合成手段２６は、例えば、第１の光音響画像に第１の色を割り当て、かつ差分画像に第２の色又は第３の色を割り当てる。モニタの表示画面における各画素が３以上の色に対応した３以上のサブ画素を含むとき、それら３以上の色から選択された３色を、第１の色、第２の色、及び第３の色としてもよい。画像合成手段２６は、例えば光の三原色である赤、青、緑のうちの１つを第１の色とし、残り２つのうちの１つを第２の色とし、残り１つを第３の色とする。具体的には、緑を第１の色とし、第２の色を青とし、第３の色を赤とすることができる。
【００４９】
画像合成手段２６は、例えば第１の光音響画像と第２の光音響画像の差分の正負に応じて、第２の色又は第３の色を割り当てる。画像合成手段は、例えば第１の光音響画像の画素値が第２の光音響画像の画素値よりも大きいときは（Ｉλ１＞Ｉλ２）、差分画像に第２の色を割り当てる。一方、第１の光音響画像の画素値が第２の光音響画像の画素値よりも小さいときは（Ｉλ１＜Ｉλ２）、差分画像に第３の色を割り当てる。差分画像に対して所定の係数を乗じてスケーリングを行い、スケーリング後の差分画像に対して色の割り当てを行うようにしてもよい。
【００５０】
光吸収体に含まれる物質が、光吸収係数が図２に示すグラフ（ａ）の波長依存性を持つ物質Ａと、光吸収係数がグラフ（ｂ）に示す波長依存性を持つ物質Ｂであった場合を考える。第１の波長（λ１）では物質Ａの光吸収係数が物質Ｂの光吸収係数よりも高く、第２の波長（λ２）では物質Ｂの光吸収係数が物質Ａの光吸収係数よりも高い。この場合、相対的に物質Ａが物質Ｂよりも多く含まれていれば、第１の光音響信号の信号強度（第１の光音響画像の画素値）は第２の光音響信号（第２の光音響画像の画素値）よりも高くなる。逆に、相対的に物質Ｂが物質Ａよりも多く含まれていれば、第１の光音響信号の信号強度は第２の光音響信号の信号強度よりも低くなる。従って、第１の光音響画像と第２の光音響画像との差分を取り、その正負を調べることで、相対的にどちらの物質が多く含まれているかが判別可能である。
【００５１】
図５は、画像合成の手順を示す。画像合成手段２６は、第１の光音響画像５１と第２の光音響画像５２との差分を演算する（ステップＳ１１）。画像合成手段２６は、例えば第１の光音響画像５１の画素値から第２の光音響画像５２の画素値を減算する。画像合成手段２６は、演算した差分に所定の係数を乗じる（ステップＳ１２）。差分に乗じる係数は、見たい酸素飽和度の範囲、被検体における部位の情報、疾患情報などに応じて決定すればよい。係数を乗じてスケーリングすることで、例えば差分が小さい範囲における物質濃度の変化が観察しやすくなる。
【００５２】
画像合成手段２６は、スケーリングされた差分画像５３において、差分が正であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。画像合成手段２６は、差分が正であれば、つまり第１の光音響画像５１における画素値が第２の光音響画像５２における画素値よりも大きければ、差分画像５３に対して青を割り当てる（ステップＳ１４）。差分が負のとき、つまり第１の光音響画像５１における画素値が第２の光音響画像５２における画素値よりも小さければ、差分画像５３に対して赤を割り当てる（ステップＳ１５）。
【００５３】
画像合成手段２６は、第１の光音響画像５１に対しては緑を割り当てる（ステップＳ１６）。画像合成手段２６は、緑が割り当てられた第１の光音響画像５１と、青又は赤が割り当てられた差分画像５３とを合成し、合成画像５４を生成する（ステップＳ１７）。合成画像５４は、画像表示手段１４に表示される。画像表示に際しては、第２の色と第３の色との間で変化するカラーバーを表示し、カラーバーの隣に酸素飽和度の範囲との関係の目安となる数値を表示するようにしてもよい。目安となる数値は、スケーリングの際の係数に応じて変化させればよい。
【００５４】
図６は、第１の光音響画像と差分画像とを合成した画像における色を示す。第１の波長は７５０ｎｍで、第２の波長は８００ｎｍであったとする。波長７５０ｎｍの光を照射したときに対応した第１の光音響画像に対しては緑を割り当てる。また、両者の差分画像（ΔＩ＝Ｉλ１−Ｉλ２）に対しては、差分が正の範囲は赤を、差分が負の範囲は青を割り当てる。このような色の割り当てを行うことで、差分が正の範囲では赤と緑との間で色相が変化する合成画像が得られる。また、差分が負の範囲では青と緑との間で色相が変化する合成画像が得られる。
【００５５】
ここで、第１の光音響画像と第２の光音響画像との差分が小さいときは、色相の変化が小さくなり、酸素飽和度などが判別しづらくなる。差分が小さい範囲を重点的にみたい場合には、差分に対して１よりも大きな係数を乗じて図６中に点線の矢印で示すように差分を拡大し（スケーリングし）、スケーリング後の差分に対して青又は赤を割り当てるようにすればよい。スケーリングを行うことで、例えば酸素飽和度の特定の範囲に関連した画像表示を行うことができる。第１実施形態と同様に、第１の光音響画像の画素値及び第２の光音響画像の画素値の少なくとも一方をしきい値処理し、第１の光音響画像及び第２の光音響画像の少なくとも一方における画素値がしきい値以上の画素について表示色の割り当てを行うようにしてもよい。
【００５６】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像生成装置及び方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１０：光音響画像生成システム
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザ光源ユニット
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：第１の画像生成手段
２５：第２の画像生成手段
２６：画像合成手段
２７：トリガ制御回路
２８：制御手段
５１：第１の光音響画像
５２：第２の光音響画像
５３：差分画像
５４：合成画像
【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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