(57)【要約】【課題】画像データの解像度のばらつきを適切に補正できる被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】被検体に対して光を照射し、当該光に起因して前記被検体内で発生する音響波を受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に光を照射する光照射部と、前記被検体内で発生した音響波を受信する音響波探触子と、前記音響波探触子が受信した音響波に基づいて、前記被検体内の情報を表す第一の画像を生成する第一のデータ処理部と、前記第一の画像を、当該画像内の空間解像度に基づいて複数の領域に分割し、分割後の各領域の特性に応じた複数のテンプレートデータを取得するテンプレート取得部と、前記分割後の各領域に対して、対応するテンプレートデータを用いてデコンボリューション処理を行い、第二の画像を生成する第二のデータ処理部と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して光を照射し、当該光に起因して前記被検体内で発生する音響波を受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、
前記被検体に光を照射する光照射部と、
前記被検体内で発生した音響波を受信する音響波探触子と、
前記音響波探触子が受信した音響波に基づいて、前記被検体内の情報を表す第一の画像を生成する第一のデータ処理部と、
前記第一の画像を、当該画像内の空間解像度に基づいて複数の領域に分割し、分割後の各領域の特性に応じた複数のテンプレートデータを取得するテンプレート取得部と、
前記分割後の各領域に対して、対応するテンプレートデータを用いてデコンボリューション処理を行い、第二の画像を生成する第二のデータ処理部と、
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】
前記テンプレートデータは、対応する領域から到来した音響波に対する計測系の応答特性を表した点広がり関数である
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】
前記テンプレート取得部は、前記音響波探触子からの距離に基づいて前記画像内の空間解像度を推定する
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記音響波探触子は、前記被検体の表面に対して平行な複数の位置で音響波を受信し、
前記テンプレート取得部は、前記音響波探触子からの距離が近いほど、空間解像度が高い領域であると推定する
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５】
前記音響波探触子は、前記被検体の表面からの距離が略同一である複数の位置で音響波を受信し、
前記テンプレート取得部は、前記複数の位置からの距離が同一である点に近いほど、空間解像度が高い領域であると推定する
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６】
被検体の特性情報を取得する特性取得部をさらに有し、
前記テンプレート取得部は、前記取得した被検体の特性情報にさらに応じて前記テンプレートデータを取得する
ことを特徴とする、請求項１から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】
前記被検体の特性情報は、前記被検体内の音速あるいは減衰係数の少なくともいずれか一つである
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】
被検体に対して光を照射する光照射部と、前記被検体内で発生した音響波を受信する音響波探触子とを有し、前記音響波探触子が受信した音響波を解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記音響波探触子が受信した音響波に基づいて、前記被検体内の情報を表す第一の画像を生成する第一のデータ処理ステップと、
前記第一の画像を、当該画像内の空間解像度に基づいて複数の領域に分割し、分割後の各領域の特性に応じた複数のテンプレートデータを取得するテンプレート取得ステップと、
前記分割後の各領域に対して、対応するテンプレートデータを用いてデコンボリューション処理を行い、第二の画像を生成する第二のデータ処理ステップと、
を含むことを特徴とする、被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項９】
前記テンプレートデータは、対応する領域から到来した音響波に対する計測系の応答特性を表した点広がり関数である
ことを特徴とする、請求項８に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１０】
前記テンプレート取得ステップでは、前記音響波探触子からの距離に基づいて前記画像内の空間解像度を推定する
ことを特徴とする、請求項８または９に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１１】
前記音響波探触子は、前記被検体の表面に対して平行な複数の位置で音響波を受信し、
前記テンプレート取得ステップでは、前記音響波探触子からの距離が近いほど、空間解像度が高い領域であると推定する
ことを特徴とする、請求項１０に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１２】
前記音響波探触子は、前記被検体の表面からの距離が略同一である複数の位置で音響波を受信し、
前記テンプレート取得ステップでは、前記複数の位置からの距離が同一である点に近いほど、空間解像度が高い領域であると推定する
ことを特徴とする、請求項１０に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１３】
被検体の特性情報を取得する特性取得ステップをさらに含み、
前記テンプレート取得ステップでは、前記取得した被検体の特性情報にさらに応じて前記テンプレートデータを取得する
ことを特徴とする、請求項８から１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１４】
前記被検体の特性情報は、前記被検体内の音速あるいは減衰係数の少なくともいずれか一つである
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し、特に被検体内部の情報を精度よく取得する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光をはじめとする光を生体に照射し、当該光に起因して生体内部から発生する超音波を受信および解析することで生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。パルスレーザ光などの計測光を被検体に照射すると、計測光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波が発生する。この音響波（典型的には超音波）を受信し、解析することにより、生体内部の光学特性に関連した情報を画像化することができる。このような技術は、光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）と呼ばれている。
【０００３】
光音響イメージング装置では、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を得ることができる。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計測にも利用できる。近年、この光音響イメージング技術を用いて、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１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Photoacoustic imaging in biomedicine”，M.XU, L.V.Wang，Review of Scientific Instrument，77，041101，2006
【非特許文献２】“Improved in vivo photoacoustic microscopy based on a virtual-detector concept”，M.Li, H.Zhang and L.V.Wang，Optocs Letters，31(4)，474，2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、光音響イメージング装置では、音響波探触子に設けられた検出素子によって音響波を受信し、受信した音響波に基づいて被検体内の情報を生成する。
このような音響波を検出する素子は、光吸収体に対する角度によって受信感度が異なるという特性がある。これは、検出素子の指向性と呼ばれている。また、発生した音響波のエネルギーを受信できる領域を開口幅と呼ぶが、開口幅に制限があることで、解像度が低下する場合がある。
このように、検出素子の指向性や、開口幅の制限により、被検体内の位置によって、当該箇所を画像化する際の解像度が大きく変化してしまうことが知られている（非特許文献２参照）。例えば、受信感度が高く、かつ、開口幅の大きな領域では、光吸収体の像を高解像度でイメージングできるのに対し、受信感度が低く、開口幅の小さな領域では、光吸収体が低解像度、すなわちぼやけた像として現れてしまう。この結果、同じサイズの光吸収体であるにも関わらず、被検体内の位置によって異なるサイズの像として画像化されてしまい、診断能が低下してしまうという問題が従来の光音響イメージング装置にはあった。
この問題を解決するためには、光吸収体の検出感度が被検体内の領域ごとに異なる場合であっても、像の解像度が変化しないような技術を提供する必要がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、画像データの解像度のばらつきを適切に補正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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る被検体情報取得装置は、
被検体に対して光を照射し、当該光に起因して前記被検体内で発生する音響波を受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に光を照射する光照射部と、前記被検体内で発生した音響波を受信する音響波探触子と、前記音響波探触子が受信した音響波に基づいて、前記被検体内の情報を表す第一の画像を生成する第一のデータ処理部と、前記第一の画像を、当該画像内の空間解像度に基づいて複数の領域に分割し、分割後の各領域の特性に応じた複数のテンプレートデータを取得するテンプレート取得部と、前記分割後の各領域に対して、対応するテンプレートデータを用いてデコンボリューション処理を行い、第二の画像を生成する第二のデータ処理部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る被検体情報取得装置の制御方法は、
被検体に対して光を照射する光照射部と、前記被検体内で発生した音響波を受信する音響波探触子とを有し、前記音響波探触子が受信した音響波を解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、前記音響波探触子が受信した音響波に基づいて、前記被検体内の情報を表す第一の画像を生成する第一のデータ処理ステップと、前記第一の画像を、当該画像内の空間解像度に基づいて複数の領域に分割し、分割後の各領域の特性に応じた複数のテンプレートデータを取得するテンプレート取得ステップと、前記分割後の各領域に対して、対応するテンプレートデータを用いてデコンボリューション処理を行い、第二の画像を生成する第二のデータ処理ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画像データの解像度のばらつきを適切に補正できる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】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光音響測定装置の構成図。
【図２】本発明の一実施形態において、画像を分割する方法を説明する図。
【図３】画像の分割を行う例と、再構成画像の例を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図。
【図５】本発明の変形例に係る光音響測定装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、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。
本実施形態に係る光音響測定装置は、レーザ光を被検体に照射し、当該レーザ光に起因して被検体内で発生した光音響波を受信して解析することで、被検体内の光学特性に関連した情報を画像化する装置である。光学特性に関連した情報とは、一般的には、初期音圧分布や、光吸収エネルギー密度分布、吸収係数分布、あるいは、組織を構成する物質の濃度分布、例えば酸素飽和度分布などである。
【００１２】
<システム構成>
図１を参照しながら、本実施形態に係る光音響測定装置の構成を説明する。
本実施形態に係る光音響測定装置は、光源１１、光学系１３、保持部材１６、音響波探触子１７、信号取得部１８、データ処理部１９、表示装置２０、入力部２１を有する。な
お、装置を構成するものではないが、図１中、符号１２は被検体に照射されるパルス光を、符号１５は被検体を、符号１４は光吸収体を表す。
以下、本実施形態に係る光音響測定装置を構成する各手段について説明する。
【００１３】
<<光源１１>>
光源１１は、被検体に照射するパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためレーザ光源であることが望ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。照射のタイミング、波形、強度等は不図示の光源制御部によって制御される。この光源制御部は、光源と一体化されていても良い。また、光源は、光音響測定装置と一体であっても良いし、分離して別体として設けられていても良い。
また、パルス光の波長は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であることが望ましい。
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。被検体が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は１０ナノ秒程度が好適である。
【００１４】
<<光学系１３>>
光学系１３は、光源１１で発生したパルス光を被検体１５へ導く手段である。具体的には、所望のビーム形状、光強度分布を得られるように、光ファイバやレンズ、ミラー、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で構成された光学部品である。これらの光学部品を用いて、パルス光の照射形状、光密度、被検体への照射方向などの照射条件を任意のものに設定することができる。
光学系１３を構成する光学部品は、光源から発せられたパルス光１２が被検体１５に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。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。
光源１１および光学系１３が、本発明における光照射部である。
【００１５】
<<被検体１５（光吸収体１４）>>
被検体１５および光吸収体１４は、光音響測定装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。被検体１５は、光音響測定を行う対象物であり、典型的には生体である。ここでは、人の乳房を被検体とするが、被検体は生体の特性を模したファントムであってもよい。本実施形態に係る光音響測定装置では、被検体１５の内部に存在する光吸収係数の大きい光吸収体をイメージングすることができる。被検体が生体である場合、光吸収体とは、具体的には水、脂質、メラニン、コラーゲン、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどである。
また、被検体がファントムである場合、光吸収体として、前述した物質の光学特性を模した物質を内部に封入する。生体内部の光吸収体をイメージングすることで、本実施形態に係る光音響測定装置は、血管の造影、人や動物の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行うことができる。
【００１６】
<<保持部材１６>>
保持部材１６は、被検体１５を保持する板状の部材である。二枚の保持部材が対向して配置されており、間隔を変更することで被検体を保持することができる。保持部材１６は、光源から照射される光、および、被検体内で発生した音響波に対して、高透過性と低減衰特性を有する材質であることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどの樹脂部材が挙げられる。ただし、保持部材が薄い場合は音響波の減衰を無視できるので、ＰＥＴ（
ポリエチレンテレフタラート）などのプラスチック材料でも良い。
【００１７】
<<音響波探触子１７>>
音響波探触子１７は、被検体１５の内部で発生した音響波をアナログの電気信号に変換する手段である。音響波探触子は、単に探触子あるいは音響波検出器、トランスデューサとも呼ばれる。なお、本発明における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。音響波探触子１７は、単一の音響波探触子からなってもよいし、複数の音響波探触子からなってもよい。
また、音響波探触子１７は、感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましい。具体的にはＰＺＴ（圧電セラミックス）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン樹脂）、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子としての機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
また、音響波探触子１７は、複数の受信素子が一次元、或いは二次元に配置されたものであってもよい。多次元配列素子を用いると、同時に複数の場所で音響波を受信することができるため、測定時間を短縮することができ、被検体の振動などの影響を低減することができる。なお、探触子が被検体よりも小さい場合は、探触子を走査させて複数の位置で音響波を受信するようにしても良い。
【００１８】
<<信号取得部１８>>
信号取得部１８は、音響波探触子１７によって得られた電気信号を増幅し、デジタル信号に変換する手段である。信号取得部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。
なお、探触子から得られる検出信号が複数である場合は、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。これにより、画像が形成されるまでの時間を短縮することができる。
本明細書において、「検出信号」とは、音響波探触子１７から取得されるアナログ信号も、その後Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号も含む概念である。検出信号は、光音響信号とも呼ばれる。
【００１９】
<<データ処理部１９>>
データ処理部１９は、信号取得部１８によって得られたデジタル信号を処理することによって、画像データを生成（画像再構成）する手段であり、本発明における第一および第二のデータ処理部、テンプレート取得部である。データ処理部１９は、典型的にはワークステーションなどが用いられ、画像を再構成する処理がソフトウェアによって行われる。当該ソフトウェアは、例えば、受信信号のノイズ低減処理を行う信号処理モジュールと、信号処理モジュールで処理された信号を用いて画像再構成を行う画像再構成モジュールと、再構成された画像を処理する画像処理モジュールとで構成される。
また、データ処理部１９は、本発明の特徴であるテンプレートデータを保存するメモリ１９ａを有している。テンプレートデータについては後述する。
また、信号取得部１８およびデータ処理部１９は一体化されていれもよい。また、ソフトウェア処理ではなく、ハードウェア処理によって画像データを生成するようにしてもよい。
【００２０】
<<その他の構成手段>>
その他の構成手段を説明する。
表示装置２０は、データ処理部１９が生成した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である。なお、表示装置２０は、必ずしも光音響測定装置の一部である必要は無く、外部に接続されていてもよい。
また、入力部２１は、被検体の特性情報を操作者から取得する手段であり、典型的にはキーボードや、表示装置２０と一体化したタッチパネルなどである。なお、被検体の特性
情報とは、被検体内の音速や減衰係数、あるいはこれらを算出するための、被検者の年齢、体重、身長などのデータである。入力部２１は、データ処理部１９に送信する被検体の特性情報を取得することができれば、どのような装置であってもよい。なお、入力部２１が、本発明における特性取得部である。
【００２１】
<画像形成処理の概要>
次に、本実施形態に係る光音響測定装置が行う処理の概要について説明する。
まず、光源１１から発せられたパルス光１２が、光学系１３を経由して被検体１５に照射される。被検体内部を伝搬した光のエネルギーの一部が、ヘモグロビンを多く含む血管などの光吸収体に吸収されると、熱膨張により当該光吸収体から音響波が発生する。被検体内で発生した音響波は、音響波探触子１７で受信され、信号取得部１８およびデータ処理部１９で処理される。解析結果は、被検体内の特性情報を表す第一の画像（光学特性値情報）に変換される。
【００２２】
このような方法で画像を再構成すると、検出素子の指向性や音響波探触子の開口幅の違いにより、画像中の位置（すなわち被検体内の位置）によって、空間解像度が変わってしまう。
空間解像度がどのように変化するかは、計測系の配置によって大きく異なる。
例えば、図１に示したような平行平板系、すなわち、音響波探触子が被検体の表面に対して平行な位置で音響波を受信するような場合を考える。このような場合、再構成された画像の平面方向（探触子面方向）の空間解像度は、図２（ａ）のように、音響波探触子の検出面に近い領域ほど高くなる。一方、音響波探触子の検出面から離れると、音響波の検出感度が低下するため、対象箇所が被検体の深部であるほど空間解像度が低下する。
【００２３】
また、図５のような、半球状の音響波探触子が被検体を包み込んでおり、被検体表面からの距離が略同一である複数の位置で音響波を受信するような測定系の場合、再構成された画像の空間解像度は、図２（ｂ）のように、被検体の中心に近い領域ほど高くなる。被検体の中心とは、音響波探触子からの距離が同一である点である（図５では光吸収体１４の位置）。これは、音響波探触子を構成する音響素子の感度が、当該音響素子が向いている方向において最も高くなるためである。被検体の中心部は、音響波探触子からの距離はあるものの、個々の音響素子が被検体の中心を向いているため、総合的な音響波の検出感度は最も高くなる。一方、被検体の中心部から離れると、音響波の検出感度が低下するため、対象箇所が被検体の中心から離れるほど空間解像度が低下する。
【００２４】
空間解像度が低下すると、光吸収体の像がよりぼけた状態で画像化されてしまう。
図３（ａ）は、異なる深さにそれぞれ配置された同サイズの三つの光吸収体を画像化した例である。符号１６は被検体を保持する保持部材であり、音響波探触子１７は保持部材１６に隣接している。
三つの白いコントラスト画像は、同じサイズの点状の光吸収体を表している。音響波探触子１７から離れるに従って、空間解像度が低下するため、図３（ａ）では、三つの光吸収体がそれぞれ同じ大きさであるにも関わらず、異なるサイズの像として画像構成されてしまっている。
【００２５】
そこで、本実施形態に係る光音響測定装置は、低下した空間解像度を補正するために、メモリ１９ａに記憶されたテンプレートデータを用いて、第一の画像に対してデコンボリューション処理を実行し、第二の画像を生成するという手法をとった。
ただし、部分的に空間解像度が低い画像に対して、同一のテンプレートデータを適用してデコンボリューション処理を行うと、空間解像度が高い領域の画質まで変化してしまう。そこで、データ処理部１９は、第一の画像を複数の領域に分割し、分割した複数の領域に対して、それぞれ適合するテンプレートデータを使用してデコンボリューション処理を
実施する。これにより、対象領域全域にわたって解像度のばらつきを補正することができ、鮮明な画像データを得ることができる。テンプレートデータの詳細については後述する。
【００２６】
<画像形成処理の詳細>
次に、具体的な画像形成処理の内容について説明する。ここでは、特に音響波探触子から離れるに従って空間解像度が低下するという計測条件において、画像内の解像度のばらつきを抑える処理について、処理フローチャートである図４を参照しながら説明する。
【００２７】
ステップＳ１１は、取得した音響波から、被検体内部の光学特性値に関する情報を再構成し、第一の画像を生成する工程である。
本ステップでは、検出信号に基づいて、被検体内部の光学特性値情報に関連した、第一の画像を生成する。光学特性値情報とは、具体的には初期音圧分布、光吸収エネルギー密度分布あるいは吸収係数分布である。画像の生成には、従来から使われている様々な画像再構成アルゴリズムを用いることができる。例えば、非特許文献１に記載されているバックプロジェクション法、フーリエ変換法、タイムリバーサル法などを用いることができる。
【００２８】
ステップＳ１２は、ステップＳ１１で得られた第一の画像を、画像の空間解像度に応じて複数の領域に分割する工程である。画像の空間解像度は、画像中の位置に基づいて推定する。
例えば、図２（ａ）のように、音響波探触子の検出面から離れるほど、画像の平面方向の空間解像度が低下する場合、被検体内の深さ位置に基づいて画像を分割する。例えば、第一の画像が、０〜３０ｍｍの深さ位置に対応するものであって、空間解像度が線形に変化する場合、第一の画像を１０ｍｍおきに三つの領域（ａ，ｂ，ｃ）に分割する。図３（ａ）における白色の点線が、分割を行う境界を表す。
また、図２（ｂ）のように、被検体の中心から離れるほど、画像の平面方向の空間解像度が低下する場合、被検体中心からの距離に基づいて画像を分割すればよい。
【００２９】
なお、本例では第一の画像を均等な幅で分割したが、空間解像度の変化は、探触子の指向性及び探触子配置により異なるため、分割の幅は必ずしも均等である必要は無い。例えば、図２（ｂ）のように、空間解像度が非線形に変化する場合、空間解像度の変化率が分割後の領域内で均等になるように分割することが望ましい。
また、分割を行う際の幅は、得られた空間解像度にもよるが、数十μｍから数ｍｍ程度であることが望ましい。また、分割後の各領域は、若干のオーバーラップ領域を含んでいることが望ましい。
【００３０】
ステップＳ１３は、ステップＳ１２で分割した領域ごとに、対応するテンプレートデータを選択する工程である。
ここで、テンプレートデータについて説明する。テンプレートデータとは、デコンボリューション処理を行うためのＰＳＦ（点広がり関数：Point Spread Function）を表すデ
ータである。ＰＳＦとは、信号の入出力特性（ここでは計測系の応答特性）を表す点分布強度関数である。
この入出力特性は、被検体自体の特性や、検出素子の指向性、開口幅などの条件によって変化し、空間解像度の低下要因となる。すなわち、分割した領域ごとに、当該領域における入出力特性を模したＰＳＦを選択し、デコンボリューション処理を行うことで、劣化した画質を回復させることができる。
【００３１】
本実施形態では、メモリ１９ａに、様々な条件に対応するＰＳＦがテンプレートデータとして記憶されている。これらのＰＳＦは、開口幅や検出素子の指向性などのシステム特
性に基づいて、予め分割された領域内の任意の点音源から発生する光音響波をシミュレーションすることによって求めたものである。すなわち、メモリ１９ａには、空間解像度ごとに対応するＰＳＦが予め記憶されており、ステップＳ１３では、当該複数のテンプレートデータから、領域ごとに適したテンプレートデータを取得する。
【００３２】
例えば、図３（ａ）にように、三つの領域に画像を分割した場合、それぞれの画像の空間解像度に応じてテンプレートデータを選択する。ここで、図３（ｂ）は、分割された三つの領域に対応するテンプレートデータの一例を示している。
具体的な選択方法の一例を示す。例えば、分割した領域の平面方向の空間解像度が、１．０〜１．３ｍｍの範囲で分布していると推定できる場合、中間の解像度（ここでは１．１５ｍｍ）に対応するＰＳＦを選択する。
【００３３】
ステップＳ１４は、ステップＳ１３で選択したテンプレートデータを用いて、各領域をデコンボリューションする工程である。
ここでは、前述したように、各領域の空間解像度に対応するテンプレートデータを用いてデコンボリューション処理を行う。デコンボリューション処理の方法は、従来から用いられているウィナーデコンボリューション、目的関数の最適化処理に基づくデコンボリューションなどを用いることができる。もし、ステップＳ１３で選択したテンプレートデータでは精度が不十分な場合、当該テンプレートデータを初期値として、テンプレートデータの修正を行いながら処理を行ってもよい。このような手法は、ブラインドデコンボリューションと呼ばれている。
【００３４】
ステップＳ１５は、分割した領域を一つの画像に統合する工程である。
ここでは、ステップＳ１２で分割した領域を結合し、一つの画像データに戻す。画像の結合は、分割された領域同士を単純に連結してもよいし、各領域にオーバーラップ領域がある場合は、オーバーラップ領域に対して平均化（例えば単純平均化やウェイトつき平均化）処理を行ってもよい。これにより、画像同士のつながりがスムーズになる。
図３（ｃ）は、分割した各領域に対して、図３（ｂ）に示したテンプレートデータを用いてデコンボリューション処理を行い、得られた画像を結合した結果である。このように、各領域の特性に応じたテンプレートデータを用いて画像をデコンボリューションすることで、解像度のばらつきが低減された画像を得ることができる。
【００３５】
このように、本実施形態に係る光音響測定装置によると、開口幅や検出素子の指向性などの装置特性に起因した、画像中の位置ごとの解像度のばらつきを低減することができ、診断能を向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、複数のＰＳＦを予め記憶した中からテンプレートデータを選択したが、入力部２１から被検体の特性に関する情報を取得し、当該情報を用いてテンプレートデータをその都度生成するようにしてもよい。
この場合、ステップＳ１２を実行した後で、被検体の特性に応じてテンプレートデータを生成する処理（ステップＳ１２ａ（不図示））を実行する。具体的には、被検体の特性情報（例えば、被検体内での音速あるいは減衰係数）を取得し、当該特性情報を用いて、分割された領域内の点音源から発生する光音響波のシミュレーションを行う。これにより、当該領域における入出力特性を取得することができ、対応するＰＳＦを生成することができる。この方法を用いると、対象領域の特性に応じた精度の高いＰＳＦをテンプレートデータとして使用することができる。
【００３７】
（実施例１）
本発明の実施形態に係る光音響測定装置の効果を実験にて確認した。本実施例では、光源１１に、２倍波のＹＡＧレーザ励起のＴｉ：ｓａレーザーシステムを用いた。当該レー
ザーシステムでは、７００〜９００ｎｍの波長を持つ光を被検体へ照射することができる。なお、レーザ光は、ミラーとビームエキスパンダー等からなる光学システムを用いて、半径約１ｃｍ程度まで広げた後に、被検体に照射されるようにした。
また、音響波探触子１７には、１８×１８素子の２次元配列型ピエゾ探触子を用いた。信号取得部１８は、音響波探触子１７から取得した全３２４ｃｈの信号を同時に受信し、増幅してデジタル変換を行った後にデータ処理部１９へ転送する機能を有する。なお、本実施例では、データ処理部としてＰＣを使用した。メモリ１９ａは、ＰＣに内蔵された記憶媒体である。
被検体１５は、生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直方体に固めたものを利用した。また、当該ファントム内には、光吸収体として、直径０．３ｍｍのワイヤ状の黒色ゴムを３本埋め込んだ。なお、当該黒色ゴムは、音響波探触子の検出面に対して平行となるように、探触子面からそれぞれ深さ５ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍの位置に配置した。
【００３８】
まず、ファントムにパルス光を照射し、音響波探触子１７で受信した音響波に基づいて生成された信号をＰＣ内に保存した。次に、デジタル化した信号に対してノイズ処理を行った後、ステップＳ１１で説明したように、画像の再構成及び光量分布の補正を行い、ファントム内の吸収係数の分布を表す画像（第一の画像）を得た。ここで得られた画像は、図２（ａ）のように、音響波探触子の検出面から離れるに従って空間解像度が低下していた。
次に、ステップＳ１２で説明したように、空間解像度に応じて、画像を三つの領域に分割し、ステップＳ１３で説明したように、それぞれの領域に適したテンプレートデータを選択した。メモリ１９ａに記憶されたテンプレートデータは、ファントム内の音速や音響波の減衰係数、装置特性である開口幅、指向性や帯域の探触子特性を考慮して、検出信号を予めシミュレーションし、それを再構成することによって求めた複数のＰＳＦである。
次に、ステップＳ１４で説明したように、分割した各領域に対して、デコンボリューション処理を行った。ここでは、選択したテンプレートデータを初期値として用いるブラインドデコンボリューション法を用いた。そして、処理後の各画像を結合し、一つの画像を得た。この結果得られた画像が、図３（ｃ）である。
【００３９】
ここで、比較のために、画像を分割せずに、一つのテンプレートデータで画像全体をデコンボリューションした結果を図３（ｄ）に示す。図３（ｃ）では、測定対象領域内にある同じサイズの光吸収体がほぼ同じ大きさで画像化されている。つまり、再構成画像内の空間解像度は、被検体内の位置に関わらずほぼ一定に補正されている。一方、図３（ｄ）では、デコンボリューション前の画像（図３（ａ））と比べると全体の解像度は向上しているものの、同じサイズの光吸収体が場所によって異なったサイズで画像化されている。つまり、解像度のばらつきが解消されていない。
【００４０】
以上の結果より、本実施形態に係る光音響測定装置では、画像内の複数の領域に対して、それぞれ適したＰＳＦでデコンボリューション処理を行うことにより、解像度変化の少ない画像を生成できることが確認できた。
【００４１】
（実施例２）
実施例１では、複数のテンプレートデータを記憶し、空間解像度に応じて使用するテンプレートデータを選択した。これに対し、実施例２は、光音響波のシミュレーションを行うことでＰＳＦを演算し、テンプレートデータを都度生成する例である。
実施例２に係る光音響測定装置の構成、および被検体として用いたファントムは、実施例１と同一である。
【００４２】
まず、受信信号をバックプロジェクション法で再構成し、第一の画像を生成した（ステ
ップＳ１１）。その後、空間解像度に応じて、第一の画像を三つの領域に分割した（ステップＳ１２）。本実施例では、実施例１と同様のサイズで画像分割を行ったが、各領域の端部にはオーバーラップ領域を設けた。
【００４３】
次に、ファントム内の音速である１５００ｍ／ｓと、減衰係数である０．５ｄＢ／（ＭＨｚ／ｃｍ）を、入力部２１であるキーボードからデータ処理部１９であるＰＣに入力し、グリーン関数を用いた点音源の光音響シミュレーションを行った。そして、シミュレーション結果を再構成することで、分割後の各領域の中心におけるＰＳＦを生成し、テンプレートデータとしてメモリに保存した（ステップＳ１２ａ）。
次に、分割した各領域に対して、対応するテンプレートデータを選択し（ステップＳ１３）、それぞれの領域に対して、ウィナーデコンボリューション法を用いてデコンボリューション処理を行った（ステップＳ１４）。さらに、オーバーラップ領域の平均化を行い、各領域を結合した画像を生成した（ステップＳ１５）。
【００４４】
この結果、得られた画像は、図３（ｃ）と同等の画像であった。すなわち、測定対象領域内の同じサイズの光吸収体が、被検体内の位置に関わらずほぼ同じ大きさで画像化されており、実施例１と同等の効果を得られることが確認できた。
【００４５】
（実施例３）
実施例１および２は、音響波探触子を被検体表面に対して平行に配置した。これに対し、実施例３は、被検体を包み込む形で配置された半球状の音響波探触子を用いた例である。
実施例３に係る光音響測定装置の構成を図５に示す。本実施例に係る光音響測定装置の基本構成は実施例１と同様であるが、音響波探触子１７の形状のみが相違する。本実施例における音響波探触子１７は、半球状のお椀型であり、様々な方向から到来する音響波を受信できる構造となっている。
実施例３では、球状のファントムを被検体として使用した。当該ファントムの内部には、直径２ｍｍの球状の光吸収体を、ファントムの中心から離れる方向に沿って三つ埋め込んだ。なお、光吸収体には、血液を固めたものを使用した。
【００４６】
まず、受信信号をバックプロジェクション法で再構成し、その後、光量で補正することで、第一の画像を生成した（ステップＳ１１）。ここで得られた第一の画像は、ファントムの中心から離れるに従って空間解像度が低下していた。
次に、画像中の空間解像度に応じて、第一の画像を三つの領域に分割した（ステップＳ１２）。ここでは、被検体中心部・その周辺部・さらにその周辺部といったように、同心円状に三つの領域に分割した。また、各領域の端部にはオーバーラップ領域を設けた。
次に、ファントム内の音速である１５００ｍ／ｓと、減衰係数である０．５ｄＢ／（ＭＨｚ／ｃｍ）を、入力部２１であるタッチパネルからデータ処理部１９であるＰＣに入力し、グリーン関数を用いた点音源の光音響シミュレーションを行った。そして、シミュレーション結果を再構成することで、分割後の各領域に対応する典型的なＰＳＦを生成し、複数のテンプレートデータとしてメモリに保存した（ステップＳ１２ａ）。
次に、分割した各領域に対して、対応するテンプレートデータを選択し（ステップＳ１３）、それぞれの領域に対してデコンボリューション処理を行った（ステップＳ１４）。
ここでは、求める画像に対してテンプレートデータをコンボリューションしたデータと各領域の画像データの２乗誤差が最小、かつ、求める画像のスパースであるという条件において求める画像を最適化するデコンボリューション法を用いた。さらに、オーバーラップ領域の平均化を行い、各領域を結合した画像を生成した（ステップＳ１５）。
【００４７】
この結果、他の実施例と同様に、解像度変化の少ない画像が得られた。すなわち、測定対象領域内の同じサイズの光吸収体が、その位置に関わらずほぼ同じ大きさで画像化され
ており、被検体中心からの距離に応じて空間解像度が劣化するようなケースであっても、他の実施例と同等の効果を得られることが確認できた。
【００４８】
また、実施例３ではさらに、被検体に照射する光の波長を、７５６ｎｍと７９７ｎｍの二通りに切り替えて吸収係数分布を取得し、その差分を用いて酸素飽和度を算出した。この結果、デコンボリューション処理の前後で酸素飽和度の値の変化は確認できなかった。このことから、デコンボリューション処理も行っても、光音響イメージングの特徴の一つである酸素飽和度などの組成分析に対する影響が発生しないことが確認できた。
【００４９】
（変形例）
なお、実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置の制御方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
【００５０】
また、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ（又はＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイス）によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。
この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体（つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体）から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含む）、上記方法、上記プログラム（プログラムコード、プログラムプロダクトを含む）、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
５・・・音響波探触子、６・・・データ処理部、７・・・部分画像抽出部、８・・・類似像探索部
【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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