(57)【要約】【課題】光音響画像およびドップラ画像を生成する装置において、光音響画像生成のフレームレートを高く保つ。【解決手段】光音響画像およびドップラ画像を生成する音響波画像生成装置（１０）において、ドップラ画像にて関心領域を設定する手段（２６、３４）と、音響波検出プローブ（１１）の光音響波を検出する受信開口を、設定された関心領域の大きさに基づいて、音響波検出プローブ（１１）が有する全部の受信開口よりも小さい開口に設定し、かつ、受信開口の位置を、設定された関心領域の位置に基づいて設定する受信開口制御手段（１９、３４）とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に向けて出射された光を受けることにより該被検体内から発生した光音響波を音響波検出プローブにより検出して得られた信号に基づいて光音響画像を生成し、かつ、前記被検体に関するドップラ画像を生成する音響波画像生成装置において、
前記ドップラ画像にて関心領域を設定する手段と、
前記音響波検出プローブの前記光音響波を検出する受信開口を、前記設定された関心領域の大きさに基づいて、該音響波検出プローブが有する全部の受信開口よりも小さい開口に設定し、かつ、前記音響波検出プローブの前記光音響波を検出する受信開口の位置を、前記設定された関心領域の位置に基づいて設定する受信開口制御手段と、
を有する音響波画像生成装置。
【請求項２】
前記音響波検出プローブとして、前記光音響波を検出可能な複数の音響波振動子が並設されてなる音響波検出プローブが用いられ、
前記受信開口制御手段は、受信開口とする音響波振動子以外の音響波振動子のうち少なくとも一部の音響波振動子から出力される光音響波検出信号を遮断する手段である請求項１記載の音響波画像生成装置。
【請求項３】
前記受信開口制御手段は、前記関心領域の全域と向かい合って並んでいる前記音響波振動子を全て受信開口に設定する請求項２記載の音響波画像生成装置。
【請求項４】
前記受信開口制御手段は、前記関心領域の全域と向かい合って並んでいる前記音響波振動子のうち、一部の音響波振動子のみを受信開口に設定する請求項２記載の音響波画像生成装置。
【請求項５】
前記受信開口制御手段は、前記一部の音響波振動子を、前記関心領域の端部に向かい合う位置と比べて、前記関心領域の中央部に向かい合う位置においてより密に存在する状態に設定する請求項４記載の音響波画像生成装置。
【請求項６】
前記関心領域の全域と向かい合って並んでいる複数の音響波振動子のうち、前記一部の音響波振動子以外の音響波振動子から出力された信号を、前記一部の音響波振動子から出力された信号を補間して求める手段をさらに有する請求項４または５記載の音響波画像生成装置。
【請求項７】
被検体に向けて出射された光を受けることにより該被検体内から発生した光音響波を音響波検出プローブにより検出して得られた信号に基づいて光音響画像を生成し、かつ、前記被検体に関するドップラ画像を生成する音響波画像生成方法において、
前記ドップラ画像にて関心領域を設定し、
前記音響波検出プローブの前記光音響波を検出する受信開口を、前記設定された関心領域の大きさに基づいて、該音響波検出プローブが有する全部の受信開口よりも小さい開口に設定し、かつ、前記音響波検出プローブの前記光音響波を検出する受信開口の位置を、前記設定された関心領域の位置に基づいて設定する音響波画像生成方法。
【請求項８】
前記音響波検出プローブとして、前記光音響波を検出可能な複数の音響波振動子が並設されてなる音響波検出プローブを用い、
受信開口とする音響波振動子以外の音響波振動子のうち少なくとも一部の音響波振動子から出力される光音響波検出信号を遮断することにより、前記受信開口の設定を行う請求項７記載の音響波画像生成方法。
【請求項９】
前記関心領域の全域と向かい合って並んでいる前記音響波振動子を全て受信開口に設定する請求項８記載の音響波画像生成方法。
【請求項１０】
前記関心領域の全域と向かい合って並んでいる前記音響波振動子のうち、一部の音響波振動子のみを受信開口に設定する請求項８記載の音響波画像生成方法。
【請求項１１】
前記一部の音響波振動子を、前記関心領域の端部に向かい合う位置と比べて、前記関心領域の中央部に向かい合う位置においてより密に存在する状態に設定する請求項１０記載の音響波画像生成方法。
【請求項１２】
前記関心領域の全域と向かい合って並んでいる複数の音響波振動子のうち、前記一部の音響波振動子以外の音響波振動子から出力された信号を、前記一部の音響波振動子から出力された信号を補間して求める請求項１０または１１記載の音響波画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響波画像を生成する装置および、音響波画像を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光音響効果を利用した非侵襲の計測法が注目されている。この計測法は、ある適宜の波長（例えば、可視光、近赤外光または中間赤外光の波長帯域）を有するパルス光を被検体に向けて出射し、被検体内の吸収物質がこのパルス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、その吸収物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の吸収物質とは、例えば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。また、このような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）あるいは光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれている。【０００３】
例えば特許文献１および２には、光音響イメージングを行って光音響画像を生成する装置が示されている。この種の光音響画像生成装置は、特許文献２にも示されているように、いわゆる反射超音波画像も生成可能に構成されることが多い。【０００４】
反射超音波画像を生成する装置は一般に、被検体に向けて出射された音響波（多くは超音波）が被検体内で反射した反射音響波を検出して得られた信号に基づいて、被検体の内部の断層画像等を生成する。また、特許文献３に示されているように、反射超音波検出信号から速度情報を周波数解析し、ドップラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出して、例えば血流部を示すドップラ画像を生成する装置も公知となっている。このドップラ画像は、特許文献３にも示されている通り、光音響画像を生成する装置において作成可能されることも多い。【０００５】
一方、光音響画像生成装置は一般に、被検体に向けてレーザ光等の光を出射し、この光を吸収することにより被検体内から発生した光音響波を検出して得られた信号に基づいて、被検体の内部組織等を示す光音響画像を生成する。【０００６】
本明細書においては、反射超音波検出信号に基づいて生成される画像と、光音響波検出信号に基づいて生成される画像をまとめて音響波画像と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１５８５３１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８１６６０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１３６１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、反射超音波検出信号に基づいて生成される画像と、光音響波検出信号に基づいて生成される画像を共に生成可能とした従来の音響波画像生成装置においては、ドップラ画像と光音響画像を同時に観察可能とする要求がある。例えば、ドップラ画像においては血流部等を見ることが可能であり、光音響画像においては血液中のヘモグロビン等を可視化することで血管を見ることが可能である。【０００９】
このようにドップラ画像と光音響画像を同時に観察可能とする場合は、両画像ともリアルタイム性を確保して観察可能であることが望ましい。しかし、光音響画像はドップラ画像に比べてリアルタイム性が低い。つまり、ドップラ画像生成の繰り返し周波数は３０Ｈｚ（フレームレートは３０枚／秒）確保可能であるのに対し、光音響画像生成の繰り返し周波数は、被検体へ向けた光出射が必要なこともあって１０Ｈｚ（フレームレートは１０枚／秒）程度に制限されている。【００１０】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、反射超音波検出信号に基づいて生成される画像と、光音響波検出信号に基づいて生成される画像を共に生成可能とした音響波画像生成装置および方法において、光音響画像生成のフレームレートを高く確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による音響波画像生成装置は、
被検体に向けて出射された光を受けることにより被検体内から発生した光音響波を音響波検出プローブにより検出して得られた信号に基づいて光音響画像を生成し、かつ、被検体に関するドップラ画像を生成する音響波画像生成装置において、
ドップラ画像にて関心領域を設定する手段と、
音響波検出プローブの光音響波を検出する受信開口を、設定された関心領域の大きさに基づいて、音響波検出プローブが有する全部の受信開口よりも小さい開口に設定し、かつ、音響波検出プローブの光音響波を検出する受信開口の位置を、設定された関心領域の位置に基づいて設定する受信開口制御手段と、
を有するものである。【００１２】
なお、本発明の音響波画像生成装置においては、
音響波検出プローブとして、光音響波を検出可能な複数音響波振動子が並設されてなる音響波検出プローブが用いられ、
受信開口制御手段は、受信開口とする音響波振動子以外の音響波振動子のうち少なくとも一部の音響波振動子から出力される光音響波検出信号を遮断する手段であることが望ましい。【００１３】
また、本発明の音響波画像生成装置において、受信開口制御手段は、関心領域の全域と向かい合って並んでいる音響波振動子を全て受信開口に設定することが望ましい。【００１４】
また、本発明の音響波画像生成装置において、受信開口制御手段は、関心領域の全域と向かい合って並んでいる音響波振動子のうち、一部の音響波振動子のみを受信開口に設定するものであってもよい。【００１５】
また、本発明の音響波画像生成装置において、受信開口制御手段は、上記一部の音響波振動子を、関心領域の端部に向かい合う位置と比べて、関心領域の中央部に向かい合う位置においてより密に存在する状態に設定することが望ましい。【００１６】
また、本発明の音響波画像生成装置は、関心領域の全域と向かい合って並んでいる複数の音響波振動子のうち、上記一部の音響波振動子以外の音響波振動子から出力された信号を、上記一部の音響波振動子から出力された信号を補間して求める手段をさらに有することが望ましい。【００１７】
一方、本発明の音響波画像生成方法は、
被検体に向けて出射された光を受けることにより被検体内から発生した光音響波を音響波検出プローブにより検出して得られた信号に基づいて光音響画像を生成し、かつ、被検体に関するドップラ画像を生成する音響波画像生成方法において、
ドップラ画像にて関心領域を設定し、
音響波検出プローブの光音響波を検出する受信開口を、設定された関心領域の大きさに基づいて、音響波検出プローブが有する全部の受信開口よりも小さい開口に設定し、かつ、音響波検出プローブの光音響波を検出する受信開口の位置を、設定された関心領域の位置に基づいて設定するものである。【００１８】
本発明の音響波画像生成方法においては、
音響波検出プローブとして、光音響波を検出可能な複数の音響波振動子が並設されてなる音響波検出プローブを用い、
受信開口とする音響波振動子以外の音響波振動子のうち少なくとも一部の音響波振動子から出力される光音響波検出信号を遮断することにより、受信開口の設定を行うことが望ましい。【００１９】
また、本発明の音響波画像生成方法においては、関心領域の全域と向かい合って並んでいる音響波振動子を全て受信開口に設定することが望ましい。【００２０】
あるいは、本発明の音響波画像生成方法においては、関心領域の全域と向かい合って並んでいる音響波振動子のうち、一部の音響波振動子のみを受信開口に設定するようにしてもよい。【００２１】
また、本発明の音響波画像生成方法においては、上記一部の音響波振動子を、関心領域の端部に向かい合う位置と比べて、関心領域の中央部に向かい合う位置においてより密に存在する状態に設定することが望ましい。【００２２】
また、本発明の音響波画像生成方法においては、関心領域の全域と向かい合って並んでいる複数の音響波振動子のうち、上記一部の音響波振動子以外の音響波振動子から出力された信号を、上記一部の音響波振動子から出力された信号を補間して求めることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の音響波画像生成装置によれば、光音響画像生成のフレームレートを高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響波画像生成装置の全体構成を示す概略図
【図２】音響波検出プローブの受信開口設定の一例を示す概略図
【図３】関心領域の設定例を示す概略図
【図４】音響波検出プローブの受信開口設定の別の例を示す概略図
【図５】音響波検出プローブの受信開口設定のさらに別の例を示す概略図
【図６】音響波検出プローブの受信開口設定のさらに別の例を示す概略図
【図７】音響波検出プローブの受信開口設定のさらに別の例を示す概略図
【図８】ドップラ画像と光音響画像の重畳表示状態を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係る音響波画像生成装置１０の全体構成を示す概略図である。なお図１において、音響波検出プローブ（以下、単にプローブという）１１の形状は概略的に示してある。本例の音響波画像生成装置１０は、一例として、光音響波検出信号に基づいて光音響画像を生成する機能を有するものであり、図１に概略的に示すように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、画像表示部１４、および入力部１５等を備えている。以下、それらの構成要素について順次説明する。
【００２７】
プローブ１１は、例えば生体である被検体Ｍに向けて測定光および超音波を出射する機能と、被検体Ｍ内を伝搬する音響波Ｕを検出する機能とを有する。すなわちプローブ１１は、被検体Ｍに対する超音波（音響波）の出射（送信）、および被検体Ｍで反射して戻って来た反射超音波（反射音響波）の検出（受信）を行うことができる。
【００２８】
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用語である。ここで、「超音波」とはプローブ１１により送信された弾性波およびその反射波（反射超音波）を意味し、「光音響波」とは吸収体６５が測定光を吸収することにより発する弾性波を意味する。また、プローブ１１が発する音響波は超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いてもよい。なお被検体Ｍ内の吸収体６５としては、例えば血管、金属部材等が挙げられる。
【００２９】
プローブ１１は一般に、セクタ走査対応のもの、リニア走査対応のもの、コンベックス走査対応のもの等が用意され、それらの中から適宜のものが撮像部位に応じて選択使用される。またプローブ１１には、後述するレーザユニット１３から発せられた測定光であるレーザ光Ｌを、光出射部４０まで導光させる接続部としての光ファイバ６０が接続されている。
【００３０】
プローブ１１は、音響波検出器である振動子アレイ２０と、この振動子アレイ２０を間に置いて、振動子アレイ２０の両側に各々１つずつ配設された合計２つの光出射部４０と、振動子アレイ２０および２つの光出射部４０等を内部に収容した筐体５０とを備えている。
【００３１】
本実施形態において振動子アレイ２０は、超音波送信素子としても機能する。振動子アレイ２０は、図示外の配線を介して、超音波送信用の回路および音響波受信用の回路等と接続されている。
【００３２】
振動子アレイ２０は、電気音響変換素子である音響波振動子（超音波振動子）が複数、一次元方向に並設されてなるものである。音響波振動子は、例えば圧電セラミクスから構成された圧電素子である。また音響波振動子は、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た圧電素子であってもよい。音響波振動子は、受信した音響波Ｕを電気信号に変換する機能を有している。なお、振動子アレイ２０は音響レンズを含んでもよい。
【００３３】
本実施形態における振動子アレイ２０は、上述の通り、複数の音響波振動子が一次元に並設されてなるものであるが、複数の音響波振動子が二次元に並設されてなる振動子アレイが用いられてもよい。
【００３４】
上記音響波振動子は、上述した通り超音波を送信する機能も有する。すなわち、この音響波振動子に交番電圧が印加されると、音響波振動子は交番電圧の周波数に対応した周波数の超音波を発生させる。なお、超音波の送信と受信は互いに分離させてもよい。つまり、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で受信するようにしてもよい。
【００３５】
光出射部４０は、光ファイバ６０によって導光されたレーザ光Ｌを被検体Ｍに向けて出射させる部分である。本実施形態において光出射部４０は、光ファイバ６０の先端部、つまり測定光の光源であるレーザユニット１３から遠い方の端部によって構成されている。図１に示されるように、本実施形態では２つの光出射部４０が、振動子アレイ２０を間に置いて、振動子アレイ２０の例えばエレベーション方向の両側に配置されている。このエレベーション方向とは、複数の音響波振動子が一次元に並設された場合、その並び方向に対して直角で、振動子アレイ２０の検出面に平行な方向である。
【００３６】
なお光出射部は、光ファイバ６０の先端に光学的に結合させた導光板および拡散板から構成されてもよい。そのような導光板は、例えばアクリル板や石英板から構成することができる。また拡散板としては、マイクロレンズが基板上にランダムに配置されているレンズ拡散板を使用することができる。また、例えば拡散微粒子が分散された石英板等を使用することができる。さらにレンズ拡散板としてはホログラフィカル拡散板を用いてもよいし、エンジニアリング拡散板を用いてもよい。
【００３７】
図１に示されるレーザユニット１３は、例えばＱスイッチアレキサンドライトレーザ等のフラッシュランプ励起Ｑスイッチ固体レーザを有し、測定光としてのレーザ光Ｌを発する。レーザユニット１３は、例えば超音波ユニット１２の制御部３４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は、１〜１００ｎｓｅｃ（ナノ秒）のパルス幅を有するパルスレーザ光Ｌを出力するものであることが好ましい。
【００３８】
レーザ光Ｌの波長は、計測の対象となる被検体Ｍ内の吸収体６５の光吸収特性に応じて適宜選択される。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、一般的にその波長は、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、レーザ光Ｌ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、単波長のものでもよいし、例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ等の複数波長を含むものでもよい。レーザ光Ｌが複数の波長を含む場合、これらの波長の光は、同時に出射されてもよいし、交互に切り替えながら出射されてもよい。
【００３９】
なおレーザユニット１３は、上に述べた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（Second harmonic generation：第二次高調波発生）−ＯＰＯ（Optical Parametric Oscillation：光パラメトリック発振）レーザを用いた、あるいはＴｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ（チタン−サファイア）レーザ等を用いて構成することもできる。
【００４０】
光ファイバ６０は、レーザユニット１３から出射されたレーザ光Ｌを、２つの光出射部４０まで導く。光ファイバ６０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。例えば１本の太い光ファイバが用いられてもよいし、あるいは複数の光ファイバが束ねられてなるバンドルファイバが用いられてもよい。一例としてバンドルファイバが用いられる場合、１つにまとめられたファイバ部分の光入射端面から上記レーザ光Ｌが入射するようにバンドルファイバが配置され、そしてバンドルファイバの２つに分岐されたファイバ部分の各先端部が前述した通り光出射部４０を構成する。
【００４１】
超音波ユニット１２は、マルチプレクサ１９、受信回路２１、受信メモリ２２、データ分離手段２３、光音響画像生成部２４、ドップラ画像生成部２５、関心領域設定部２６、画像表示制御部２７、送信制御回路３３および制御部３４を有する。超音波ユニット１２は、典型的にはプロセッサ、メモリ、およびバス等を有する。超音波ユニット１２には、光音響画像生成およびドプラ画像生成に関するプログラムがメモリに組み込まれている。プロセッサによって構成される制御部３４によって上記プログラムが動作することで、光音響画像生成部２４、ドップラ画像生成部２５、関心領域設定部２６および画像表示制御部２７の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとプロセッサにより構成されている。
【００４２】
なお、超音波ユニット１２のハードウェアの構成は特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Integrated Circuit）、プロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-programmable Gate Array）、メモリなどを適宜組み合わせることによって実現することができる。
【００４３】
制御部３４は、音響波画像生成装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態では図示外のトリガ制御回路を備える。このトリガ制御回路は、例えば光音響画像を生成する場合には、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のＱスイッチ固体レーザにおいて励起源の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。このレーザロッドの励起状態が維持されている間、レーザユニット１３はレーザ光Ｌを出力可能な状態となる。
【００４４】
制御部３４は、その後トリガ制御回路からレーザユニット１３へＱスイッチトリガ信号を送信する。つまり制御部３４は、このＱスイッチトリガ信号によって、レーザユニット１３からのレーザ光Ｌの出力タイミングを制御する。また制御部３４は、Ｑスイッチトリガ信号の送信と同時に、サンプリングトリガ信号を受信回路２１に送信する。このサンプリングトリガ信号は、受信回路２１のＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）における光音響波検出信号のサンプリングの開始タイミングを規定する。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Ｌの出力と同期して光音響波検出信号をサンプリングすることが可能となる。
【００４５】
制御部３４は、超音波画像を生成する場合は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する超音波トリガ信号を送信する。送信制御回路３３は、超音波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。制御部３４は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路２１にサンプリングトリガ信号を送信し、反射超音波検出信号のサンプリングを開始させる。
【００４６】
以上述べた光音響画像あるいは超音波画像を生成する際、プローブ１１は、被検体Ｍに対して例えば前述したエレベーション方向に少しずつ位置が変えられて、レーザ光Ｌあるいは超音波により被検体Ｍが走査される。そこで上記光音響波検出信号あるいは反射超音波検出信号のサンプリングはこの走査と同期して、音響波検出ラインを一ラインずつずらしながらなされる。なお上記走査は、術者がプローブ１１を手操作で動かすことによってなされてもよいし、あるいは自動走査機構を用いてなされてもよい。
【００４７】
受信回路２１は、プローブ１１の振動子アレイ２０が出力する光音響波検出信号を受信し、受信した検出信号を受信メモリ２２に格納する。なお、上記光音響波検出信号はマルチプレクサ１９を通して受信回路２１に伝えられるが、このマルチプレクサ１９については後に詳しく説明する。
【００４８】
受信回路２１は典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、ローパスフィルタ、およびＡＤ変換器を含んで構成される。プローブ１１が出力する光音響波検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされた後にＡＤ変換器でデジタル信号に変換され、受信メモリ２２に格納される。
【００４９】
受信回路２１は、例えば１つのＩＣ（Integrated Circuit）で構成される。なお、上記ローパスフィルタによる高周波成分のカットは、ＡＤ変換時に折り返し雑音が発生することを防止するためのものであり、一般にそのカットオフ周波数は、ＡＤ変換のサンプリング周波数の半分程度の１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ程度とされる。
【００５０】
本実施形態においてプローブ１１は、光音響波の検出信号と反射超音波の検出信号とを出力する。そこで受信メモリ２２には、デジタル化された光音響波検出信号および反射超音波検出信号が格納される。なお、詳しくいえば、上記光音響波検出信号は被検体Ｍに向けて出射されたレーザ光Ｌを吸収することにより被検体Ｍ内から発生した光音響波を検出して得られた信号である。一方上記反射超音波検出信号は、被検体Ｍに向けて出射された音響波である超音波が被検体Ｍ内で反射した反射音響波を検出して得られた信号である。
【００５１】
データ分離手段２３は、受信メモリ２２から光音響画像用のデータ、つまりデジタル化された光音響波検出信号を読み出して、光音響画像生成部２４に送信する。またデータ分離手段２３は、受信メモリ２２から反射超音波画像用のデータ、つまりデジタル化された反射超音波検出信号を読み出して、ドップラ画像生成部２５に送信する。
【００５２】
光音響画像生成部２４は、受信メモリ２２ からデータ分離手段２３を経て受信した光音響波検出信号を再構成して、光音響画像を生成する。具体的には、光音響画像生成部２４は、振動子アレイ２０の各音響波振動子の位置に応じた遅延時間で各音響波振動子からの信号に基づく光音響波検出信号を加算し、１ライン分の光音響波検出信号を生成する（遅延加算法）。光音響画像生成部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生成部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。再構成された複数ライン分の光音響波検出信号は、検波処理および対数変換処理等の信号処理を受けてから、被検体Ｍのある断面に関する光音響画像（断層画像）を表示する信号として、画像表示制御部２７を経て画像表示部１４に送られる。
【００５３】
ドップラ画像生成部２５は、受信メモリ２２からデータ分離手段２３を経て受信した反射超音波検出信号から速度情報を周波数解析し、ドップラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出して、例えば血流部を示すドップラ画像を表示するドップラ画像信号を取得する。このドップラ画像信号も、画像表示制御部２７を経て画像表示部１４に送られる。
【００５４】
上記のドップラ画像信号を取得する範囲は、術者によって設定される。この範囲を関心領域と称する。この関心領域の位置および大きさは、関心領域設定部２６によって設定される。本実施形態では、一例として、まず受信メモリ２２ から受信した全ての反射超音波検出信号から生成し得るドップラ画像が画像表示部１４に表示される。術者はこのドップラ画像を観察しながら、それよりも狭い、例えば血流部を示す画像範囲を関心領域として設定する。
【００５５】
この設定をする際には、画像表示部１４に表示されたドップラ画像上で、術者が例えばマウス等の入力部１５を用いて領域を指定し、その指定された領域が制御部３４に入力される。そして制御部３４が、指定された関心領域を示す情報を関心領域設定部２６に送って、該関心領域設定部２６を制御することによってなされる。
【００５６】
なお関心領域の設定は、上述のようにまず広い範囲のドップラ画像を生成し、その上で領域を指定する他、受信メモリ２２ が出力する反射超音波検出信号から超音波Ｂモード画像を生成して画像表示部１４に表示させ、そのＢモード画像上で領域を指定することによって行うこともできる。
【００５７】
画像表示制御部２７は、上記の光音響画像を表示する信号に基づいて光音響画像を、上記ドップラ画像信号に基づいてドップラ画像をそれぞれ画像表示部１４に表示させる。これら２種類の画像は別々に、あるいは合成されて合成画像として画像表示部１４に表示される。後者の場合、画像表示制御部２７は、例えば光音響画像とドップラ画像とを重畳させて画像合成を行う。
【００５８】
なお図８に、光音響画像Ｉｐａとドップラ画像Ｉｄｐとが、画像表示部１４の表示画面１４ａに重畳表示された状態を概略的に示す。光音響画像Ｉｐａは、被検体Ｍの表皮Ｓに比較的近い部分に存在する毛細血管Ｃｖ等を示すものとなっている。一方ドップラ画像Ｉｄｐは、上記毛細血管Ｃｖよりも深い位置にある血流部Ｖｅ等を示すものとなっている。
【００５９】
以上述べた２種類の音響波画像は、互いに時間を置いて生成される。特に本実施形態では、ドップラ画像が生成されてから光音響画像が生成される。それらの音響波画像を重畳表示するために、例えば画像表示制御部２７は各画像を示す画像信号を一時的に記憶するバッファメモリを備えている。
【００６０】
次に、光音響画像を作成する際に、図１に示したプローブ１１の受信開口を制御する点について説明する。図２はこの説明をするための概略図であり、ここではプローブ１１を、複数の音響波振動子Ｇ１〜Ｇ１６が一次元アレイ状に並設されてなるものとして示している。つまり本例では、プローブ１１を１６ｃｈ（チャンネル）のものとして示している。なお、これらの音響波振動子Ｇ１〜Ｇ１６が、図１に示した振動子アレイ２０である。また、図２では音響波振動子Ｇ１〜Ｇ１６のうち、一部のものにだけ附番を与えているが、図中の左側から右側に向かって音響波振動子Ｇ１、音響波振動子Ｇ２、・・・音響波振動子Ｇ１６という順序で並んでいるものとする。
【００６１】
また、Ｆはドップラ画像を生成可能な領域を示し、ＲＯＩはその領域Ｆの中に設定された関心領域を示している。なお、ここでは、プローブ１１の位置を上記領域Ｆに対する相対位置として示しているが、この相対位置は、光音響画像を生成する際のプローブ１１と被検体Ｍとの位置関係と対応している。
【００６２】
また２１Ｃは、図１に示した受信回路２１の受信チャンネルを概念的に示している。ここでは、受信回路２１がＣ１〜Ｃ８の８つの受信チャンネルを有しているものとする。そして１９は、受信チャンネル２１Ｃとプローブ１１との間に介設されたマルチプレクサ（図１を参照）を示している。
【００６３】
以上の構成において、１６ｃｈの音響波振動子Ｇ１〜Ｇ１６から発せられる信号を全て受信回路２１で受信する場合は、まず８ｃｈの音響波振動子Ｇ１〜Ｇ８から発せられた信号が、８ｃｈの受信チャンネルＣ１〜Ｃ８から受信回路２１に受信される。その後、マルチプレクサ１９が切り換えられて、残りの８ｃｈの音響波振動子Ｇ９〜Ｇ１６から発せられた信号が、８ｃｈの受信チャンネルＣ１〜Ｃ８から受信回路２１に受信される。
【００６４】
ここで、光音響画像を生成する際にはマルチプレクサ１９が図示の通りの状態とされる。そして、被検体Ｍのある１つの断面の光音響画像を生成するに当たり、この状態下で１回だけレーザ光Ｌが被検体Ｍに向けて出射される。こうしてレーザ光Ｌが１回出射された際、８ｃｈの音響波振動子Ｇ４〜Ｇ１１から出力される信号（光音響波検出信号）だけが、８ｃｈの受信チャンネルＣ１〜Ｃ８から受信回路２１に受信される。その後、マルチプレクサ１９の切り換えはなされず、以上で、１つの断面の光音響画像を生成するための光音響波検出信号の受信が完了する。
【００６５】
以上のようにして本例では、１６ｃｈの音響波振動子Ｇ１〜Ｇ１６のうち一部のチャンネル、すなわち８ｃｈの音響波振動子Ｇ１〜Ｇ３およびＧ１２〜Ｇ１６から出力される信号（光音響波検出信号）はマルチプレクサ１９において遮断され、受信回路２１では受信されない。それにより、光音響画像生成のフレームレートを上げて、光音響画像のリアルタイム性を向上させることができる。なお図２では、受信開口となる音響波振動子を、ハッチングを付して示してある（図４〜図７でも同様）。
【００６６】
上記の受信開口とする８ｃｈの音響波振動子Ｇ４〜Ｇ１１は、ドップラ画像信号を取得する範囲である関心領域ＲＯＩの大きさおよび位置に基づいて定められる。すなわち本例では、関心領域ＲＯＩの全域と向かい合って並んでいる音響波振動子を全て受信開口に設定できるように、８ｃｈの音響波振動子Ｇ４〜Ｇ１１が受信開口に設定される。
【００６７】
ここで、受信開口の設定を、図３に示す実際の超音波画像を用いて説明する。この図において、黒の背景の中にある扇状部分が例えばＢモード画像等の超音波画像であり、その中に、ドップラ画像の表示範囲である関心領域ＲＯＩが設定される。なおこの図３の例では、Ａで示す関心領域ＲＯＩの中央部近辺に血流部が示され、Ｂで示す関心領域の図中左右の端部に近い部分には、表示したい対象物は存在していない。
【００６８】
ドップラ画像においては、一般に血流部が表示される。また光音響画像は多くの場合、レーザ光Ｌ等の光を良く吸収して光音響波を発する血管部分を表示するために用いられる。したがって、上記血流部が含まれるように関心領域ＲＯＩが設定されていることを前提として、少なくともこの関心領域ＲＯＩについて光音響波検出信号を生成可能にプローブ１１の受信開口を設定しておけば、受信開口が小さく制限されていても、生成される光音響画像は上述のように血管部分を表示できるものとなる。
【００６９】
なおマルチプレクサ１９の状態は、関心領域ＲＯＩを示す情報に基づいて制御部３４によって制御される。つまり本実施形態では、マルチプレクサ１９および制御部３４が受信開口制御手段を構成している。また、関心領域設定部２６および制御部３４が、関心領域を設定する手段を構成している。
【００７０】
次に図４に、プローブ１１の受信開口設定の別の例を示す。この例では、受信開口の大きさは図２の例と同様に８ｃｈとされるが、関心領域ＲＯＩの位置が図２の例と異なるので、その位置に対応して、音響波振動子Ｇ８〜Ｇ１５が受信開口とされている。
【００７１】
以下、上述した効果を、実際の装置に即した例を用いてより詳しく説明する。本例では、プローブ１１の音響波振動子が１２８ｃｈ、受信回路２１の受信チャンネルが６４ｃｈ、レーザ光Ｌの出射の繰り返し周波数が１０Ｈｚであるとする。この例では、1枚の光音響画像を生成するために通常、
（１）レーザ光Ｌの出射（１回目）
（２）６４ｃｈの音響波振動子により光音響波を検出（１回目）
（３）レーザ光Ｌの出射（２回目）
（４）残りの６４ｃｈの音響波振動子により光音響波を検出（２回目）
（５）光音響画像生成部２４（図１を参照）により光音響画像を生成
というように、レーザ光Ｌの出射を２回行う必要がある。すると、レーザ光Ｌの出射の繰り返し周波数が１０Ｈｚであることから、光音響画像生成の繰り返し周波数は５Ｈｚ（フレームレートは５枚／秒）となってしまう。
【００７２】
それに対して、基本的に図２の例と同じようにして、プローブ１１の音響波振動子が本来１２８ｃｈであるところ、半分の６４ｃｈを受信開口とする場合は、1枚の光音響画像を生成するために、
（１）レーザ光Ｌの出射（１回目）
（２）６４ｃｈの音響波振動子により光音響波を検出（１回目）
（３）光音響画像生成部２４（図１を参照）により光音響画像を生成
というように、レーザ光Ｌの出射を１回だけ行えばよいことになる。これにより、光音響画像生成の繰り返し周波数を、レーザ光Ｌの出射の繰り返し周波数と同じ１０Ｈｚ（フレームレートは１０枚／秒）とすることができる。
【００７３】
一般的に、関心領域ＲＯＩは、プローブ１１によって超音波画像を取得できる範囲の中の一部領域に設定されることが多い。したがって、プローブ１１の受信開口を、本来プローブ１１が備えている受信開口の１／２程度まで制限しても、血管部分等の所望部分を表示できる光音響画像を生成可能であることが多い。そこで本発明によれば、多くの場合、上に述べた通り光音響画像生成において、本来プローブ１１が備えている受信開口を全て使用する場合と比べて、フレームレートを向上させることができる。
【００７４】
また一般に、光音響画像は画像化可能領域が浅い。つまり、被検体の光照射側の表面から比較的近い所に有る部分しか画像化できない。そのため、ドップラ画像の関心領域ＲＯＩから離れた部分と向き合う音響波振動子が出力する光音響波検出信号は、音響波振動子の受信指向角が深いことから画質の向上に寄与せず、むしろノイズを増やすことで光音響画像の画質を劣化させることも多い。それに対して、図２に示す例あるいは図４に示す例では、主に受信指向角が浅い音響波振動子が出力する信号に基づいて光音響画像を生成することになるので、光音響画像の画質向上も期待できる。
【００７５】
なお、関心領域ＲＯＩが比較的小さく、設定されたプローブ１１の受信開口に対応する音響波振動子のチャンネル数が６４ｃｈより小さい場合は、受信開口を、フレームレートが低下しない範囲内で広げてもよい。例えば、ドップラ画像の関心領域ＲＯＩに基づいて定められたプローブ１１の受信開口に対応する音響波振動子のチャンネル数が３２ｃｈの場合、受信開口を６４ｃｈまで広げてもよい。
【００７６】
次に図５を参照して、プローブ１１の受信開口設定の別の例を示す。図２に示した例および図４に示した例では、関心領域ＲＯＩの全域と向かい合って並んでいる音響波振動子を全て受信開口に設定している。しかし、関心領域ＲＯＩが比較的大きい（音響波振動子の並び方向に長い）場合は、上記２つの例のように受信開口を設定すると、それらの受信開口の数が、受信回路２１の受信チャンネルＣ１〜Ｃ８の数よりも大きくなることがある。そうなった場合は、光音響画像生成のフレームレートが低下することになる。
【００７７】
そのようなことを防ぐために図５の例では、関心領域ＲＯＩの全域と向かい合って並んでいる音響波振動子のうち、一部の音響波振動子のみを受信開口に設定するようにしている。つまり本例では具体的に、関心領域ＲＯＩの全域と向かい合って並んでいる１４個の音響波振動子のうち、８個の音響波振動子Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ８、Ｇ９、Ｇ１１、Ｇ１３およびＧ１５のみを受信開口としている。こうすることにより、プローブ１１の受信開口の数を受信回路２１の受信チャンネルＣ１〜Ｃ８の数と一致させ、光音響画像生成のフレームレートが低下することを防止できる。この効果は、後述する図６の例でも同様に得られる。
【００７８】
以上のようなプローブ１１の受信開口の設定は、先に述べた実際の装置に即した例、つまりプローブ１１の音響波振動子が１２８ｃｈ、受信回路２１の受信チャンネルが６４ｃｈ、レーザ光Ｌの出射の繰り返し周波数が１０Ｈｚである例においても適用可能である。そうした場合は、光音響画像生成の繰り返し周波数を、レーザ光Ｌの出射の繰り返し周波数と同じ１０Ｈｚとすることができる。
【００７９】
図６に、プローブ１１の受信開口設定のさらに別の例を示す。この図６に示す例は、図５に示した例と基本的に同じで、受信開口とする音響波振動子の並び方が一部異なるだけのものである。
【００８０】
上述した図５の例および図６の例では、関心領域ＲＯＩの全域と向かい合って並んでいる複数の音響波振動子のうち、受信開口に設定されない音響波振動子から出力された信号（光音響波検出信号）を、受信開口に設定された音響波振動子から出力された信号を補間して求めるのが望ましい。その補間して求めた信号に基づいて光音響画像を生成すれば、輝度や濃度の分布等において違和感の無い光音響画像を生成可能となる。
【００８１】
上記の補間は、光音響画像を再構成した後の信号に対して行ってもよいし、再構成の前の信号に対して行ってもよい。例えば前者のようにする場合は、図１に示した光音響画像生成部２４に補間機能を持たせて、この光音響画像生成部２４を補間手段として用いてもよい。
【００８２】
図７に、プローブ１１の受信開口設定のさらに別の例を示す。この図７に示す例は、上述した図５の例および図６の例と同様に、関心領域ＲＯＩの全域と向かい合って並んでいる音響波振動子のうち、一部の音響波振動子Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９、Ｇ１１およびＧ１３のみを受信開口に設定するものである。それにより、図５の例および図６の例におけるのと同様の効果が得られる。
【００８３】
それに加えて図７の例では、受信開口とする音響波振動子として、音響波振動子Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９、Ｇ１１およびＧ１３を選択することにより、受信開口となる音響波振動子が、関心領域ＲＯＩの端部に向かい合う位置と比べて、関心領域ＲＯＩの中央部に向かい合う位置においてより密に存在する状態に設定している。
【００８４】
ここで、一般に関心領域ＲＯＩは、血流部等が中央部近くに有るように設定されることが多い。そうした場合、光音響波検出信号は、関心領域ＲＯＩの周辺部ほど信号強度が低く、そのため、再構成後の光音響画像におけるノイズ発生の原因となることもある。そこで、本例のようにプローブ１１の受信開口を設定して、関心領域ＲＯＩの端部近くから発生する光音響波を検出した信号は光音響画像生成のために余り利用しないようにすれば、光音響画像の画質向上の効果が得られる。
【００８５】
以上、プローブ１１のチャンネル数（音響波振動子の数）が１２８ｃｈで、受信回路２１側の受信チャンネル数が６４ｃｈの場合を例に挙げて詳しく説明したが、本発明ではそれらのチャンネル数は例示したものに限定されない。例えば、プローブ１１のチャンネル数は１９６ｃｈ、２５６ｃｈ、あるいは５１２ｃｈ等であってもよく、受信回路２１側の受信チャンネル数は１２８ｃｈ、あるいは２５６ｃｈ等であってもよい。
【００８６】
また、マルチプレクサ１９（図１を参照）は、３以上の入力系を備えるものであっても構わない。さらに、プローブ１１の受信開口を設定する手段としては、このマルチプレクサ１９以外の手段が用いられても構わない。
【符号の説明】
【００８７】
１０    音響波画像生成装置
１１    プローブ
１２    超音波ユニット
１３    レーザユニット
１４    画像表示部
１４ａ  表示画面
１５    入力部
２０    振動子アレイ
２１    受信回路
２１Ｃ  受信回路の受信チャンネル
２２    受信メモリ
２３    データ分離手段
２４    光音響画像生成部
２５    ドップラ画像生成部
２６    関心領域設定部
２７    画像表示制御部
３３    送信制御回路
３４    制御部
４０    光出射部
５０    筺体
６０    光ファイバ
６５    吸収体
Ｆ      ドップラ画像を生成可能な領域
Ｇ１、Ｇ２、・・・Ｇ１６    音響波振動子
Ｉｄｐ    ドップラ画像
Ｉｐａ    光音響画像
Ｌ    レーザ光（測定光）
Ｍ    被検体
Ｕ    音響波
【図１】
2017138459.tif 000003
【図２】
2017138459.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017138459.tif 000008
【図７】
2017138459.tif 000009
【図８】
2017138459.tif 000010
【国際調査報告】
2017138459.tif 000011
2017138459.tif 000012
2017138459.tif 000013
2017138459.tif 000014