(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が被検体に照射されることにより発生した光音響波、または、前記被検体に照射された超音波の反射波を受信することにより、複数の受信信号を出力する複数の受信素子と、前記複数の受信信号に基づいて、光音響画像または超音波画像を取得する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、
前記複数の受信素子の一部を第１の部分、前記複数の受信素子のうち前記第１の部分以外の少なくとも一部を第２の部分とした場合、前記第１の部分が出力した複数の受信信号に基づき前記光音響画像を取得し、前記第２の部分が出力した複数の受信信号に基づき前記超音波画像を取得する第１のモードと、
前記複数の受信素子のうち前記第１の部分以外の少なくとも一部を含む部分を第３の部分、前記複数の受信素子のうち前記第２の部分以外の少なくとも一部を含む部分を第４の部分とした場合、前記第３の部分が出力した複数の受信信号に基づき前記光音響画像を取得し、前記第４の部分が出力した複数の受信信号に基づき前記超音波画像を取得する第２のモードと、
を選択的に実行可能に構成されていることを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記複数の受信素子を移動させるための移動部を備え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】
前記信号処理部は、
前記移動部が行う前記複数の受信素子の移動の始点において前記第１のモードを実行し、前記移動の終点において前記第２のモードを実行す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、前記第２の部分が出力した複数の受信信号、または、前記第４の部分が出力した複数の受信信号に対して整相加算を行うことを特徴とする請求項１から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】
前記信号処理部は、前記第１の部分が出力した受信信号、または、前記第３の部分が出力した受信信号に基づき、前記光音響画像を生成するための画像再構成を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記画像再構成は、逆投影法であることを特徴とする請求項５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、前記複数の受信素子から出力される複数の受信信号を加算することを特徴とする請求項１から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】
前記信号処理部は、前記第１の部分、または、前記第３の部分に対応する前記の受信素子のうち、隣り合う受信素子から出力される受信信号を加算す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】
前記信号処理部は、前記複数の受信素子から出力された前記複数の受信信号をデジタル信号に変換することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記複数の受信素子は静電容量型超音波トランスデューサであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記第３の部分は前記第２の部分と同一であり、前記第４の部分は前記第１の部分と同一であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記信号処理部が前記第１の部分または第３の部分から出力された複数の受信信号に基づく前記光音響画像を取得するための処理を行っている間に、
前記第２の部分または前記第４の部分が前記超音波の反射波を受信することを特徴とする請求項１から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】
前記複数の受信素子は２次元アレイで構成されていることを特徴とする請求項１から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】
前記超音波を送信する送信素子と、前記光を照射する光照射部と、を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１５】
前記送信素子は、前記複数の受信素子の少なくとも一部から構成されることを特徴とする請求項１４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１６】
前記光音響画像または前記超音波画像を表示する画像表示部を備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１７】
前記信号処理部はさらに、
前記複数の受信素子の、前記第１の部分および前記第２の部分を含む複数の受信素子が出力した複数の受信信号に基づき、前記超音波画像または光音響画像を取得する第３のモードを選択的に実行可能に構成されていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１８】
複数の受信素子の一部である第１の部分から出力された複数の受信信号に基づき光音響画像を形成する工程と、
前記複数の受信素子のうち前記第１の部分以外の少なくとも一部である第２の部分から出力された複数の受信信号に基づき超音波画像を形成する工程と、
前記複数の受信素子のうち前記第１の部分以外の少なくとも一部を含む第３の部分から出力された複数の受信信号に基づき光音響画像を形成する工程と、
前記複数の受信素子のうち前記第２の部分以外の少なくとも一部を含む第４の部分から出力された複数の受信信号に基づき超音波画像を形成する工程と、を備えることを特徴とする被検体情報取得方法。
【請求項１９】
前記第２の部分が出力した複数の受信信号、または、前記第４の部分が出力した複数の受信信号に対して整相加算を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の被検体情報取得方法。
【請求項２０】
前記第１の部分、または、前記第３の部分に対応する前記の受信素子のうち、隣り合う受信素子から出力される受信信号を加算する工程をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の被検体情報取得方法。
【請求項２１】
前記第１の部分または第３の部分から出力された複数の受信信号に基づく前記光音響画像を取得するための処理を行っている間に、前記第２の部分または前記第４の部分が前記超音波の反射波を受信する工程を有することを特徴とする請求項１８から２０のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検体に光または超音波を照射し、被検体からの超音波を受信して、光音響画像または超音波画像を形成する被検体情報取得装置および被検体情報取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、生体に光を照射すると、生体の光吸収に伴う生体組織の温度上昇・熱膨張により光音響波（典型的には超音波）が発生することが知られている。この光音響波の受信信号である光音響信号を用いて、非侵襲で生体内を可視化しようとする光音響イメージングの臨床現場への適用が試みられている。超音波の周波数の下限の定義は必ずしも明確でないが、本発明では２０ｋＨｚ以上の弾性波のことを「超音波」と呼ぶ。
【０００３】
また、光音響イメージングと、被検体に送信した超音波の反射波の受信信号である超音波信号を用いて超音波画像を形成する超音波イメージングとを組み合わせることで、臨床現場における診断精度を大きく向上させることができると期待されている。
【０００４】
このように光音響イメージングと超音波イメージングを組み合わせることができるプローブとして、光音響波を受信するトランスデューサアレイと、超音波を送受信するトランスデューサアレイとを並べて配置するプローブが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２８１６号公報
【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、特許文献１に記載のプローブでは、光音響波を受信する受信領域と超音波を送受信する受信領域とに差異が生じてしまう。これにより、光音響画像および超音波画像の画質の低下を招いてしまっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、光音響波の受信領域と超音波の受信領域との差異を低減することのできる、新規な構成の被検体情報取得装置および被検体情報取得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】
【０００８】
上記の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、複数の受信素子の一部を第１の部分、第１の部分以外の前記複数の受信素子のうち少なくとも一部を第２の部分とした場合、第１の部分が出力した受信信号に基づき光音響画像を取得し、第２の部分が出力した受信信号に基づき超音波画像を取得する第１のモードと、複数の受信素子のうち第１の部分とは少なくとも一部が異なる部分を第３の部分、第３の部分以外の複数の受信素子のうち少なくとも一部を第４の部分とした場合、第３の部分が出力した受信信号に基づき光音響画像を取得し、第４の部分が出力した受信信号に基づき前記超音波画像を取得する第２のモードと、を選択的に実行可能に構成された信号処理部を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光音響波の受信領域と超音波の受信領域との差異を低減することのできる、新規な構成の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】本発明の第１の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る、信号処理部の一構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る、素子アレイの一構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る、信号処理モジュールの一構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る、信号処理モジュールの別の構成例を示す図である。
【図６】モードを切り替えなかった場合の受信状況を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る、被検体情報取得装置における受信状況を示す図である。
【図８】図７のＳｔａｔｅ１における、被検体情報取得装置の動作シーケンスを示す図である。
【図９】図７のＳｔａｔｅ２〜Ｓｔａｔｅ４のおける、被検体情報取得装置の動作シーケンスを示す図である。
【図１０】図７のＳｔａｔｅ５における、被検体情報取得装置の動作シーケンスを示す図である。
【図１１】図７のＳｔａｔｅ２〜４における、被検体情報取得装置の動作シーケンスの別の例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る、接続切替え部とその接続状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
通常、超音波イメージングにおいては、超音波を１ライン（２次元ではピクセルを、３次元ではボクセルを被検体深度方向に１次元的に並べたもの）に相当する領域に送信することにより、１ライン分の情報を有した反射波を受信する。そして、この受信信号に基づき１ライン分の超音波画像を形成する。このとき、超音波の反射波を受信する受信領域の正面の１ライン分の領域の超音波画像が形成される。そのため、受信領域の正面以外の領域の超音波画像を取得することは難しい。
【００１２】
一方、光音響イメージングにおいては、複数のラインに相当する領域から発生した光音響波を受信し、この受信信号に基づき、複数のラインに相当する領域を画像化して、光音響画像を形成する。ところが、光音響波を受信する受信素子は指向性をもっているため、受信素子の検出面に対して角度をもって入射してきた光音響波の受信信号は低減されてしまう。そのため、光音響波を受信する受信領域の正面以外の領域の光音響画像の定量性が低下してしまう。
【００１３】
以上より、光音響画像の取得に用いられた受信領域と、超音波画像の取得に用いられた受信領域とに差異が生じる場合、光音響画像および超音波画像の劣化や欠落が起こってしまう。
【００１４】
そのため、光音響波を受信する受信領域と超音波の反射波を受信する受信領域との差異が低減されることが望まれている。
【００１５】
そこで、本発明者は、ある受信素子が出力した受信信号に対して、光音響画像を取得するため信号処理を行うのか、超音波画像を取得するための信号処理を行うのかを、任意のタイミングで切り替え可能に構成した被検体情報取得装置を見出した。
【００１６】
以下、図面を用いて本発明に係る被検体情報取得装置の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る被検体情報取得装置１の構成を示す図である。
【００１８】
図１における、被検体情報取得装置１は、複数の受信素子を備える探触子（プローブ）２、信号処理部５、画像表示部７、制御用ＣＰＵ１０、複数の送信素子を備える超音波送信部１１、光照射部１２、移動部としての機械走査機構５０から構成される。なお、信号処理部５は、探触子２に内蔵されていてもよい。
【００１９】
光照射部１２は、制御用ＣＰＵ１０等の制御に従ってある一定のタイミングで検体Ｅに光を照射する。光照射部１２によって検体Ｅに光が照射されると、検体Ｅ内で光音響波が発生する。
【００２０】
一方、超音波送信部１１は、制御用ＣＰＵ１０等の制御に従って検体Ｅに超音波を送信する。
【００２１】
そして、探触子２に備えられた複数の受信素子は、検体Ｅ内で発生した光音響波、および、検体Ｅに送信された超音波の反射波を受信してアナログ電気信号に変換する。本実施形態では、超音波送信部１１と探触子２とを別々に設けているが、探触子２が超音波を送信してもよい。
【００２２】
次に、信号処理部５は、受信素子が出力したアナログ電気信号を、デジタル化された電気信号へと変換する。そして、信号処理部５は、デジタル化された電気信号に整相加算、フィルタ処理、対数圧縮、包絡線検波等の処理を行う。
【００２３】
次に、信号処理部５は、受信信号に対して以上のような処理を行った信号に対して、画像生成に必要な処理を行い、画像データ（光音響画像および超音波画像）を生成する。
【００２４】
なお、信号処理部５は、光音響波の受信信号であるか、反射波の受信信号であるかに応じて適切な処理を施す。
【００２５】
また、信号処理部５が施す信号処理の順序は本実施形態の順序に限らない。例えば、整相加算処理を行った後に、デジタル変換を行うことなどもできる。
【００２６】
そして、画像表示部７には、信号処理部５によって生成された画像データに基づき、光音響画像及び超音波画像が表示される。
【００２７】
なお、制御用ＣＰＵ１０は、各ブロックをコントロールするのに必要なデータ、コントロール信号を供給する。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態に係る信号処理部５を示す図である。信号処理部５は、信号処理モジュール２０−１〜２０−Ｚから構成される。以下、信号処理モジュールのいずれかを特定することなく、これらの信号処理モジュール２０−１〜２０−Ｚのうちのいずれかを示す場合には、「信号処理モジュール２０」と示す。
【００２９】
図３は、本実施形態に係る探触子２が備える素子アレイ３０を示す図である。図３に示すように、素子アレイ３０は、複数の受信素子（１，１）〜（Ｚ，３２）から構成されている。受信素子には、圧電素子、半導体プロセスを応用した静電容量型超音波トランスデューサ、ファブリペロー共振器などを用いることができる。なお、素子アレイ３０が光音響波、超音波の反射波のいずれも受信することを考慮すると、周波数受信帯域が広い素子を素子アレイに用いることが好ましい。
【００３０】
以下、受信素子のいずれかを特定することなく、受信素子（１，１）〜（Ｚ，３２）のうちいずれかを示す場合には「受信素子」と示す。素子アレイ３０は２次元アレイで構成されていることが好ましい。
【００３１】
図３に示す複数の受信素子（１，１）〜（Ｚ，３２）は、いくつかのグループに振り分けられ、それぞれのグループに対応する信号処理モジュールに接続される。例えば、受信素子（１，１）〜（１，３２）は信号処理モジュール２０−１に接続される。また、受信素子（２，１）〜（２，３２）は信号処理モジュール２０−２に、受信素子（Ｚ，１）〜（Ｚ，３２）は信号処理モジュール２０−Ｚに接続される、といった具合である。
【００３２】
なお、受信素子と信号処理モジュールの接続状態はこれに限定されるものではない。例えば、素子アレイ３０の受信素子それぞれに信号処理モジュール２０を接続することや、素子アレイ３０の全ての受信素子を１つの信号処理モジュール２０に接続することなど、必要に応じて最適の接続状態を選択して良い。
【００３３】
本発明の第１の特徴は、複数の受信素子をいくつかの部分に分割して用いる点にある。
【００３４】
本発明の第２の特徴は、素子アレイの任意の受信素子が音響波を受信したときの受信信号に対して、施す信号処理を切り換える点にある。例えば、本実施形態においては、図２の制御用ＣＰＵ１０が信号処理モジュール２０を制御することによって、素子アレイのある受信領域で受信した信号に対する信号処理の切り換え（モードの切り替え）が行われる。
【００３５】
本実施形態に係る第１のモードにおいては、図３の領域Ａで受信した信号に対して光音響波に対応した信号処理を行い、領域Ｂで受信した信号に対して検体Ｅからの超音波の反射波に対応した信号処理を行う。
【００３６】
一方、第２のモードにおいては、領域Ａで受信した信号に対して反射波に対応した信号処理を行い、領域Ｂで受信した信号に対して光音響波に対応した信号処理を行う。なお、これらのモードは、制御用ＣＰＵ１０によって選択的に実行可能に制御されている。
【００３７】
上記の例では、信号処理モジュール単位で領域をモードの切り替えを行うことを説明したが、後述するように、各信号処理モジュール内の動作の切り換えによって、より細かい単位で領域の切り換えが可能である。
【００３８】
図４は、信号処理モジュール２０の構成を示す図である。ここでは、信号処理モジュール２０が３２チャンネル（ｃｈ）で構成される場合の例を示す。
【００３９】
本実施形態に係る信号処理モジュール２０は、複数のＡＤ変換器３−１〜３−３２、遅延メモリ制御回路８、重み付け係数供給回路９、加算回路１３、データメモリ１４−１〜１４−３２、アポダイゼーション用の乗算器１５−１〜１５−３２、マルチプレクサ１６から構成される。
【００４０】
図３に示す素子アレイ３０の各受信素子は、図４に示すＡＤ変換器３−１〜３−３２と接続される。例えば、図４に示す信号処理モジュール２０が図２に示す信号処理モジュール２０−１であった場合、図３の受信素子（１，１）〜（１，３２）がそれぞれＡＤ変換器３−１〜３−３２と接続される。そして、ＡＤ変換器３−１〜３−３２によってデジタル化された受信信号は、対応するデータメモリ１４−１〜１４−３２に取り込まれる。
【００４１】
次に、受信信号に基づいて整相加算を行うことにより画像データを取得する方法を説明する。
【００４２】
まず、遅延メモリ制御回路８は、制御用ＣＰＵ１０から供給された遅延情報に基づき、整相加算に必要なデータメモリアドレスを算出し、算出されたデータメモリアドレスを各データメモリ１４−１〜１４−３２に供給する。そして、遅延メモリ制御回路８が供給したデータメモリアドレスにしたがって、検体Ｅ内の任意のピクセルまたはボクセルに対応する受信デジタルデータがデータメモリ１４−１〜１４−３２より読み出される。そして、読み出された受信デジタル信号がそれぞれ乗算器１５−１〜１５−３２に出力される。このようにして、位相のそろった受信信号が乗算器１５−１〜１５−３２に出力される。
【００４３】
重み付け係数供給回路９は、検体Ｅ内の任意のピクセルまたはボクセル座標に基づき、最適な窓関数重み係数を乗算器１５−１〜１５−３２に供給する。そして、乗算器１５−１〜１５−３２に供給された受信デジタル信号は、チャンネル毎に重み付け係数供給回路９が算出した窓関数重み係数を付され、加算回路１３へ出力される。
【００４４】
そして、加算回路１３が上記の処理が行われることにより位相のそろった受信信号を加算することにより、３２ｃｈ分の整相加算が行われた出力Ａが出力される。
【００４５】
そして、図示しない上位のＣＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、その他ハードウェアが、整相加算された信号に輝度値変換などの処理を施すことにより、整相加算が行われた信号に基づく画像データが生成される。
【００４６】
なお、信号処理モジュール２０において、整相加算処理を行わないチャンネルに対しては、重み付け係数供給回路９より乗算器１５−１〜１５−３２に対し、０を供給するようにしてもよい。こうすることにより、整相加算処理を行いたいチャンネルのみを用いて整相加算を行うことが可能となる。これは、素子アレイ３０の領域分割を、信号処理モジュール単位ではなく、さらに細かいチャンネル単位で行えるということを意味し、素子アレイ３０の領域分割を任意の様式で行うことが可能となる。
【００４７】
また、複数の信号処理モジュール２０−１〜２０−Ｚにおいて整相加算処理が行われ、信号処理モジュール２０−１〜２０−Ｚの整相加算データ出力を全て加算する必要がある場合は、システム構成に応じて適切に加算処理を行えば良い。
【００４８】
次に、受信信号に基づいて整相加算以外の任意のアルゴリズムを適用して画像再構成を行い、画像を取得する方法を説明する。
【００４９】
まず、制御用ＣＰＵ１０からマルチプレクサ１６を制御し、各データメモリ１４−１〜１４−３２に格納された受信デジタル信号のうち、任意のピクセルまたはボクセルに対応する受信デジタル信号を読み出す。
【００５０】
そして、図示しない上位のＣＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、その他ハードウェアが、読みだされた受信デジタル信号に基づき、任意の画像再構成を行うことにより、画像データ信号を生成する。そして、この上位のＣＰＵなどがこの画像データ信号に輝度値変換などの処理を施すことにより、任意の画像再構成を行うことによって得られた画像データ信号に対応する画像が生成される。
【００５１】
この構成により、取得した受信信号に対して整相加算処理だけでなく、任意のアルゴリズムを適用して画像再構成を行うことができる。このようにして、受信信号に基づき光音響画像と超音波画像とを任意に取得することができる。
【００５２】
典型的に、超音波画像を生成する際には整相加算が行われ、光音響画像を生成する際には、整相加算とは別のアルゴリズムを適用した画像再構成が行われる。例えば、光音響画像を生成する画像再構成方法としては、トモグラフィー技術で通常に用いら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などがある。
【００５３】
もちろん、超音波画像、光音響画像を取得する際に、整相加算処理、任意のアルゴリズムを適用した画像再構成のどちらを適用してもよい。
【００５４】
また、データメモリ１４とマルチプレクサ１６との間に乗算器１５を設け、重みづけ係数供給回路９が、画像再構成に用いないチャンネルの乗算器に対して０を供給することにより、任意のチャンネルからの信号のみを用いて画像データ信号を生成することができる。
【００５５】
また、図５に示すように、データメモリ１４と乗算器１５との間にマルチプレクサ１７が設けられることにより、任意のチャンネルの信号を整相加算に用いてもよい。図５においては、制御用ＣＰＵ１０から供給されたチャンネル分割信号に基づき、マルチプレクサ１７−１〜１７−３２の切り替えを行う。この方法により、素子アレイ３０の領域分割をチャンネル単位で行うことが可能である。すなわち、乗算器１５に入力されるチャンネルをマルチプレクサ１７により選択することができる。
【００５６】
なお、マルチプレクサ１７は、乗算器１５と加算回路１３との間にそれぞれ配置されてもよい。また、データメモリ１４とマルチプレクサ１６との間にマルチプレクサ１７を設けることにより、任意のチャンネルからの信号を用いて整相加算以外の信号処理により画像データを生成してもよい。
【００５７】
本発明において、信号処理モジュールの構成は上述した構成に限らない。許容されるシステム規模に応じて、それぞれの構成を複数並列に配置し、整相加算処理能力をさらに高める構成にしてもよい。
【００５８】
ところで、本実施形態では、先に説明したように、モードに応じて図３に示す素子アレイ３０の領域Ａと領域Ｂとが受信した信号に対して行うそれぞれの信号処理を切り替える。このようにモードを切り替えて信号処理を行う理由を以下に説明する。
【００５９】
図６は、モードを切り替えなかった場合の音響波の受信状況を示す模式図である。ここでは、機械走査機構５０が素子アレイ３０を走査することにより、素子アレイ３０を移動させている。また、信号処理部５が、領域Ａから出力された受信信号に基づき光音響画像を取得し、領域Ｂから出力された受信信号に基づき超音波画像を取得するように設定する。
【００６０】
図６は、スタート地点（１）から、領域Ａと領域Ｂが相対的位置を一定に保ちつつ、中間地点（２）を経由し、終了地点（３）まで移動して受信を行う様子を示している。この場合、領域Ａに対応する受信領域５８と、領域Ｂに対応する受信領域５９は同一にはならない。
【００６１】
すなわち、領域６０においては、領域Ａからの受信信号は得られるが、領域Ｂからの受信信号は得られない。また、領域６１では、領域Ｂからの受信信号は得られるが、領域Ａからの受信信号は得られない。
【００６２】
このような場合、前述したように受信信号が得られなかった受信領域に対応する画像の画質は低下してしまう。
【００６３】
一方、被検体情報取得装置は、光音響画像と超音波画像とを統合することで被検体情報をより正確に取得することを目的のひとつとする装置である。したがって、領域６０や領域６１のように片方の領域からしか受信信号を取得できない領域に対応する画像は、装置の目的を達することができない。
【００６４】
そこで、本発明は、以下に説明するようにモードを切り替えて、音響波を受信する。
【００６５】
図７は、第１の実施形態に係る被検体情報取得装置における受信状況を示す。
【００６６】
例えば、まず、スタート地点（１）において、制御用ＣＰＵ１０からの制御信号に基づき、信号処理部５が、領域Ａから出力された受信信号に基づき光音響画像を取得し、領域Ｂから出力された受信信号に基づき超音波画像を取得するように設定する（Ｓｔａｔｅ１）。
【００６７】
次に、スタート地点（１）において、制御用ＣＰＵ１０からの制御信号に基づき、信号処理部５が、領域Ａから出力された受信信号に基づき超音波画像を取得し、領域Ｂから出力された受信信号に基づき光音響画像を取得するように設定する（Ｓｔａｔｅ２）。
【００６８】
更に、信号処理部５がＳｔａｔｅ２と同様の状態に設定されたまま、素子アレイ３０を移動させて、音響波の受信を行う（Ｓｔａｔｅ３）。図７のＳｔａｔｅ３は、素子アレイ３０が中間地点（２）を通過している様子を示したものである。そして、素子アレイ３０が終了地点（３）に到着するまで、信号処理部５はＳｔａｔｅ２と同様の設定がされる（Ｓｔａｔｅ４）。
【００６９】
最後に、終了地点（３）において、制御用ＣＰＵ１０からの制御信号に基づき、領域Ｂから出力された受信信号に基づき超音波画像を取得するように設定する（Ｓｔａｔｅ５）。
【００７０】
ここで、「第１のモード」は、Ｓｔａｔｅ１のときの信号処理部５の設定に相当し、「第２のモード」とは、Ｓｔａｔｅ２のときの信号処理部５の設定に相当する。
【００７１】
そして、Ｓｔａｔｅ１のときの領域Ａに配列された受信素子が「第１の部分」に相当し、領域Ｂに配列された受信素子が「第２の部分」に相当する。また、Ｓｔａｔｅ２のときの領域Ｂに配列された受信素子が「第３の部分」に相当し、領域Ａに配列された受信素子が「第４の部分」に相当する。
【００７２】
図７に示すように、信号処理部５が第１のモードと第２のモードとを選択的に実行可能に構成されていることにより、光音響波を受信する受信領域３６と超音波の反射波を受信する受信領域３７との差異を低減することができる。
【００７３】
本実施形態においては、Ｓｔａｔｅ５に示すように、領域Ｂから出力された受信信号に基づき超音波画像を取得し、領域Ａは画像取得に使用しないモードが存在する。本発明において、第１のモードと第２のモードを選択的に実行可能とは、Ｓｔａｔｅ５のときの信号処理部５の設定に相当するような更なるモードを信号処理部が実行可能であることを包含するものである。
【００７４】
また、超音波信号処理と光音響信号処理を行う受信領域は、必ずしも図７に示した手法に限定されない。第１のモードと第２のモードとを選択的に実行可能とし、超音波画像の受信領域３６と光音響画像の受信領域３７の差異を低減することができる限り、どのような動作を行ってもよい。
【００７５】
すなわち、第２のモードにおいて光音響信号処理に対応する第３の部分が、第１のモードにおいて光音響信号処理に対応する第１の部分以外の少なくとも一部を含んでいればよい。また、第２のモードにおいて超音波信号処理に対応する第４の部分が、第１のモードにおいて超音波信号処理に対応する第２の部分以外の少なくとも一部を含んでいればよい。
【００７６】
また、受信する範囲が限られている場合には、素子アレイ３０を走査することなく、固定して受信を行ってもよい。
【００７７】
また、本実施形態においては、探触子２を移動させるための機械走査機構５０を設け、生体の皮膚表面上を機械的に走査させているが、検査者が探触子２を把持し探触子２を移動させてもよい。
【００７８】
図８〜図１１は、第１の実施形態に係る被検体情報取得装置における、光照射と、光音響画像を取得するための処理（光音響信号処理）と、超音波画像を取得するための処理（超音波信号処理）の動作シーケンスの関係を示す図である。
【００７９】
図８は、図７のＳｔａｔｅ１のときの動作シーケンスを示す。図８（ａ）は領域Ａにおける動作シーケンスを、図８（ｂ）は領域Ｂにおける動作シーケンスを示す。
【００８０】
図８（ａ）においては、まず、測定サイクル開始とともに、光音響画像を取得するために光照射部１２が検体へ光を照射する。次に、光音響信号処理Ａでは、光を吸収した検体で発生した光音響波を素子アレイ３０が受信し、素子アレイ３０のうち領域Ａから出力された受信信号に基づき、光音響画像が生成される。
【００８１】
一方、図８（ｂ）においては、光音響信号処理Ａで光音響画像を生成する信号処理を行っている間に、超音波送信部１１が検体に超音波の送信し、その超音波の反射波を受信する。この超音波の送受信をＮ回繰り返し行うことにより得られた受信信号に基づき、超音波画像を取得する。すなわち、Ｓｔａｔｅ１においては、光音響信号処理Ａと超音波信号処理Ｂとが同時に行われている。
【００８２】
次に図９は、図７のＳｔａｔｅ２〜Ｓｔａｔｅ４のときの領域ＡおよびＢにおける動作シーケンスを示す。ここでは、図９（ａ）に示す領域Ａにおいては、超音波信号処理Ｂが行われ、図９（ｂ）に示す領域Ｂにおいては、光音響信号処理Ａが行われる。
【００８３】
そして、図１０は、図７のＳｔａｔｅ５のときの領域ＡおよびＢにおける動作シーケンスを示す。ここでは、図１０（ａ）に示す領域Ａにおいては、受信信号から画像を取得しない。一方、図１０（ｂ）に示す領域Ｂにおいては、超音波信号処理Ｂが行われる。
【００８４】
このように、光音響信号処理と超音波信号処理を並列して、かつ各々の測定サイクルを順次行うことにより、光音響画像と超音波画像の同時取得を行う。加えて、素子アレイ３０の光音響画像の取得に用いる受信領域と超音波画像の取得に用いる受信領域の分割様式を適宜変更する。
【００８５】
本発明において、光音響信号処理と超音波信号処理の時系列は、必ずしも図８〜１０の通りである必要はない。一方の信号処理動作が、他方の信号取得動作に悪影響を及ぼさない限り、どのような時的関係であっても良い。
【００８６】
例えば、図１１は、Ｓｔａｔｅ２〜Ｓｔａｔｅ４のときの動作シーケンスの変形例を示す。図１１（ｂ）に示す領域Ｂにおいて、光音響信号処理Ａの終了後に、超音波の送受信を行い超音波信号処理Ｂにより領域Ｂに対応する超音波画像を取得している。なお、Ｓｔａｔｅ２〜Ｓｔａｔｅ４のときに限らず、信号処理能力によっては、検体内を伝搬する光音響波が十分減衰するとただちに、超音波の送受信を開始し、光音響信号処理Ａと超音波信号処理Ｂとを同時に行ってもよい。
【００８７】
また、診断上特に気になる領域では、全ての素子アレイからの受信信号を用いて光音響画像、または超音波画像を取得するモードが存在してもよい。この場合、素子アレイ３０の一部を使用して音響波を受信した場合と比べ、コントラストの向上した光音響画像または超音波画像を診断に用いることができる。
【００８８】
また、光音響画像または超音波画像に求められる画質に応じ、素子アレイ３０の分割様式を調整しても良い。例えば、より高いコントラストを得たい画像に対しては、信号取得に際し、受信素子を多く割り当てるといった処理が可能である。
【００８９】
また、光音響信号処理に際しては、検体Ｅに照射された光の、検体Ｅ内での拡散度合いに応じて、適切に光音響波の受信領域を設定する必要がある。そこで、制御用ＣＰＵ１０が、光照射部１２の特性に応じ、光音響波の受信領域が適切となるよう、信号処理部５が行う処理を制御してもよい。
【００９０】
このように本実施形態によれば、探触子の素子アレイを光音響信号処理用と超音波信号処理用とに分割し、かつ領域分割様式を柔軟に変更できる。このため、光音響波の受信領域と超音波の受信領域との差異を低減することができる。また、取得したい画像の種類に応じ、装置の信号処理手法を柔軟に変更することによって、様々なニーズに対応可能である。
【００９１】
（第２の実施形態）
図１２は、本実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示す図である。
【００９２】
図１２の被検体情報取得装置７０は、探触子２と信号処理部５の間に、接続切替え部７１が挿入されている点が、第１の実施形態と異なる。本実施形態では、受信する音響波の周波数特定に応じて、接続切替え部７１の接続状態を切り替える。図１２において図１と同一の部材には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９３】
以下、接続切替え部７１の動作について具体的に説明する。
【００９４】
超音波イメージング装置の分野において、整相加算による受信ビーム形成時にサイドローブを抑制するために、受信素子ピッチが受信する超音波の波長の１／２以下であればよいことが一般的に知られている。また、超音波装置の場合、超音波信号の周波数は数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲が多く用いられている。
【００９５】
一方、光音響イメージング装置の場合、人体への光照射によって発生する光音響波の周波数は１ＭＨｚ程度である。
【００９６】
例えば、本実施形態において、光音響波の中心周波数が１ＭＨｚ、超音波の中心周波数が３ＭＨｚであったとする。それに伴い、本実施形態においては、超音波の中心周波数に合わせて、中心周波数帯域が３ＭＨｚの探触子を用いることとする。
【００９７】
ところが、光音響波に対しては、中心周波数帯域が３ＭＨｚの探触子の素子ピッチでは必要以上に細かくなってしまう。
【００９８】
そこで、本実施形態においては、接続切り替え部７１を用いて、他方に比べて周波数が数倍低い音響波を受信する場合には、隣り合う複数の受信素子をまとめて１素子と見なし、実効的に素子ピッチを広げる。
【００９９】
図１３は、本実施形態における接続切替え部の接続状況を説明するための図である。図１３において、探触子２の複数の受信素子２−１〜２−９は、それぞれ３個を一組として、複数の接続切替え部７１−１〜７１−３を介して、複数のＡＤ変換器３−１〜３−９に接続されている。ここで、受信素子２−１〜２−９は、超音波信号の中心周波数の３ＭＨｚに合わせた素子ピッチで設けられている。
【０１００】
例えば、３ＭＨｚの超音波を受信する場合には、図１３（ａ）に示すように探触子２に配置された受信素子２−１〜２−９をそれぞれＡＤ変換器３−１〜３−９に別個に接続する。各受信素子２−１〜２−９で受信された超音波の受信信号は、ＡＤ変換器３−１〜３−９でデジタル化され、複数のデータメモリ１４−１，・・・に格納される。そして、データメモリ１４−１，・・・に格納された超音波デジタル受信信号は、加算回路１３に出力されて整相加算される。
【０１０１】
一方、１ＭＨｚの光音響波を受信する場合には、図１３（ｂ）に示すように接続切替え部７１−１により受信素子２−１〜２−３を互いに接続する。そして、接続切り替え部７１−１とＡＤ変換器３−１〜３−３のそれぞれと接続する。
【０１０２】
すなわち、受信素子２−１〜２−３から出力された各受信信号は、接続切り替え部７１−１により加算される。そして、接続切り替え部７１−１により加算された信号が、それぞれのＡＤ変換器３−１〜３−３に供給される。このように、各受信信号を接続切り替え部７１−１が加算することにより、信号のＳＮ比は高くなる。
【０１０３】
ここで、接続切り替え部７１−１が行う加算は、位相がそろえられた信号を加算しているわけではないので、整相加算とは異なる。また、ＡＤ変換器３−１〜３−３に供給される信号はすべて同じ信号である。
【０１０４】
同様に、受信素子２−４〜２−６、２−７〜２−９と、接続切替え部７１−２、７１−３と、ＡＤ変換器３−４〜３−６、３−７〜３−９とを接続する。
【０１０５】
図１３（ｂ）のような構成とすることで、隣り合う３つの受信素子を１グループとし、その１グループをまとめて１素子と見なし、実効的に素子ピッチを広げることができる。ＡＤ変換器３−１〜３−３、３−４〜３−６、３−７〜３−９からは、実質的に各々同一の信号が出力され、データメモリ１４−１，・・・に格納される。
【０１０６】
そして、このように実効的に素子ピッチを広げて取得した信号を用いて画像再構成を行うことにより、光音響画像を生成する。このようにして、１ＭＨｚの光音響波に適した光音響画像を形成することができる。
【０１０７】
本実施形態においては、接続切り替え部が隣り合う３つの受信素子を結合して３つのＡＤ変換器と接続したが、この構成に限定されない。接続切り替え部が、１つ、２つ、または４つ以上のＡＤ変換器と接続される構成としてもよい。
【０１０８】
ここで、１グループとしてまとめる素子数は必ずしも３つである必要はない。サイドローブを抑制できる限り、いくつの素子をまとめても良い。
【０１０９】
また、必ずしも光音響波の受信の場合のみに素子をまとめるわけではない。状況に応じて、超音波の受信のときに素子をまとめても良い。また、接続切替え部７１は、探触子２に内蔵されていてもよい。
【０１１０】
また、接続切り替え部７１は、実質的に１素子と見なされる受信素子に接続されている複数のＡＤ変換器３の出力を加算し、データメモリ１４に入力するようにしても良い。例えば、接続切替え部７１をＡＤ変換器３−１〜３−９とデータメモリ１４−１，・・・との間に挿入し、ＡＤ変換器３−１〜３−３の出力を加算し、加算結果を３つのデータメモリにそれぞれ入力する。同様に、ＡＤ変換器３−４〜３−６及び３−７〜３−９の出力をそれぞれ加算し、加算結果をそれぞれに対応した３つずつのデータメモリに入力する。この構成により、３つのＡＤ変換器に入力された受信信号が重畳されて、ＳＮ比が向上する。
【０１１１】
本実施形態においても、探触子の素子アレイを光音響信号処理用と超音波信号処理用とに分割し、かつ領域分割様式を柔軟に変更できる。このため、光音響波の受信領域と超音波の受信領域との差異を低減することができる。また、取得したい画像の種類に応じ、装置の信号処理手法を柔軟に変更することによって、様々なニーズに対応可能である。
【０１１２】
さらに、隣り合う受信素子を結合して、各受信信号を加算することにより、光音響波と超音波の中心周波数が異なる場合でも、同一のプローブを用いてそれぞれの画像でのサイドローブの発生を抑えることができる。
【０１１３】
図示はしないが、本発明の第１及び第２の実施形態における画像表示には様々な方法が存在する。例えば、生成された光音響画像と超音波画像は、重畳表示しても、別個に片方のみ表示しても良い。また、２つの画像をモニタ上に別個に並べて表示できるようにしても良い。さらに、光音響画像データと超音波画像データを合成処理して重畳表示する際に微妙な画像情報が失われてしまう恐れがある場合、光音響画像と超音波画像をモニタ上の同一領域上で交互表示させ、両画像の対応を観察しても良い。この場合、検査者が診断に最適と感じる両画像の交互表示割合は、検査対象や生成された画像のコントラストによって異なる。そこで、検査時に、交互表示割合を連続して変化させ、各々の検査者が最適と感じる交互表示割合を選択可能なテストモードを設けても良い。また、画像の交互表示割合は画像データとともに装置に記録し、再現可能にしておくことが望ましい。
【０１１４】
以上、好適な実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限らず、特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて、種々の変形例、応用例も包含するものである。
【符号の説明】
【０１１５】
１  被検体情報取得装置
２  探触子
５  信号処理部
７  画像表示部
１１  超音波送信部
１２  光照射部
５０  機械走査機構
Ｅ  検体
【図１】
0006000678.tif 000002
【図２】
0006000678.tif 000003
【図３】
0006000678.tif 000004
【図４】
0006000678.tif 000005
【図５】
0006000678.tif 000006
【図６】
0006000678.tif 000007
【図７】
0006000678.tif 000008
【図８】
0006000678.tif 000009
【図９】
0006000678.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0006000678.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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