(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を被検体に照射する複数の光照射部と、
前記複数の光照射部ごとに、照射される光の強度を変調させる強度変調部と、
前記光を照射された被検体から発生する音響波を検出する複数の音響検出部と、
前記音響波を用いて前記被検体内部の特性情報を生成する情報処理部と、
を有し、
前記情報処理部は、前記強度変調部により変調された、前記複数の光照射部それぞれの光の強度の組み合わせに応じて、前記特性情報の生成における前記複数の音響検出部ごとの比重の組み合わせを設定し、前記比重の組み合わせ毎に画像を生成し、前記比重の組み合わせ毎に生成された複数の画像を組み合わせた画像を生成する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記情報処理部は、前記複数の音響検出部のそれぞれが検出した音響波のうち、光を照射した前記光照射部に近い音響検出部が検出したものほど、前記特性情報の生成における比重を低くする
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】
前記情報処理部は、前記被検体内の光量分布に基づいて、前記特性情報の生成における前記複数の音響検出部ごとの比重を制御する
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】
前記光照射部から照射された後、前記被検体内を伝播した光の強度を測定する光量測定部をさらに有し、
前記被検体内の光量分布は、前記光量測定部の測定結果から推定されたものである
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】
前記強度変調部は、前記被検体内の光量分布に基づいて、前記複数の光照射部ごとの光の強度を変調させることにより、前記被検体内の光量のばらつきを低減させる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記強度変調部は、前記被検体内の光量分布に基づいて、前記複数の光照射部ごとの光の強度を変調させることにより、単位時間あたりに前記被検体に照射される光量を所定値以下とする
ことを特徴とする請求項３ないし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】
複数の光照射部が、光源からの光を被検体に照射する光照射ステップと、
強度変調部が、前記複数の光照射部ごとに、照射される光の強度を変調させる強度変調ステップと、
複数の音響検出部が、前記光を照射された被検体から発生する音響波を検出する音響検出ステップと、
情報処理部が、前記音響波を用いて前記被検体内部の特性情報を生成する情報処理ステップと、
を有し、
前記情報処理ステップは、前記強度変調部により変調された、前記複数の光照射部それぞれの光の強度の組み合わせに応じて、前記特性情報の生成における前記複数の音響検出部ごとの比重の組み合わせを設定し、前記比重の組み合わせ毎に画像を生成し、前記比重の組み合わせ毎に生成された複数の画像を組み合わせた画像を生成する
ことを特徴とする被検体情報取得方法。
【請求項８】
前記情報処理ステップは、前記複数の音響検出部のそれぞれが検出した音響波のうち、光を照射した前記光照射部に近い音響検出部が検出したものほど、前記特性情報の生成における比重を低くする
ことを特徴とする請求項７に記載の被検体情報取得方法。
【請求項９】
前記情報処理ステップは、前記被検体内の光量分布に基づいて、前記特性情報の生成における前記複数の音響検出部ごとの比重を制御する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の被検体情報取得方法。
【請求項１０】
光量測定部が、前記光照射部から照射された後、前記被検体内を伝播した光の強度を測定する光量測定ステップをさらに有し、
前記被検体内の光量分布は、前記光量測定部の測定結果から推定されたものである
ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得方法。
【請求項１１】
前記強度変調ステップは、前記被検体内の光量分布に基づいて、前記複数の光照射部ごとの光の強度を変調させることにより、前記被検体内の光量のばらつきを低減させる
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の被検体情報取得方法。
【請求項１２】
前記強度変調ステップは、前記被検体内の光量分布に基づいて、前記複数の光照射部ごとの光の強度を変調させることにより、単位時間あたりに前記被検体に照射される光量を所定値以下とする
ことを特徴とする請求項９ないし１１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、被検体情報取得装置および被検体情報取得方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザーなどの光源から生体に照射した光を生体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、生体内の情報を得る光イメージング技術の研究が医療分野で積極的に進められている。このような光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている（非特許文献１）。光音響トモグラフィーとは、光源から発生したパルス光を生体に照射し、生体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波を複数の個所で検出し、それらの信号を解析処理し、生体内部の情報を可視化する技術である。これにより、生体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。このように生体内を画像化することを画像再構成とも呼ぶ。
【０００３】
非特許文献１によれば、光音響トモグラフィーにおいて、光吸収により生体内の吸収体から得られる音響波（光音響波）の音圧（Ｐ）は次式（１）で表すことができる。
Ｐ＝Γ・μａ・Φ  …（１）
ここで、Γは弾性特性値であるグリューナイセン（Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ）係数であり、体積膨張係数（β）と音速（ｃ）の二乗の積を比熱（Ｃｐ）で割ったものである。μａは吸収体の吸収係数、Φは局所的な領域での光量（吸収体に照射された光量）である。
グリューナイゼン係数Γは、組織が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られている。よって、音響波の大きさである音圧Ｐの変化を複数の個所で時分割測定することにより、吸収係数μａと光量Φの積、すなわち、光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
【０００４】
特許文献１には、光音響トモグラフィーを用いた装置の例が記載されている。この装置は、光音響波に基づく信号を解析して光学特性値分布を求めるときに、生体における光照射領域および光吸収体の相対的位置情報と、音響波の音圧とを用いる。これにより、解像度の高い生体内の光学的特性値分布、特に光吸収係数分布又や生体の平均的な等価減衰係数を得て、これらを正確に画像化しようとしている。
【０００５】
特許文献２には、光音響トモグラフィーを用いた装置の別の例が記載されている。この装置は、光音響波に基づく電気信号から生体内部の情報を取得するときに、生体の形状に基づいて決定される生体内の光量分布を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０１８１５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−０８８６２７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｍ，Ｘｕ，Ｌ．Ｖ．Ｗａｎｇ¨Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ¨，Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，７７，０４１１０１（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光音響トモグラフィーにおいて、画像再構成によって良好な画像を得るためには、演算過程での計算雑音を低減することが好ましい。そのためには、被写体中の光量分布を均一にすることが望まれる。また、生体中の光量分布を均一にすれば、単位時間当たりの入射光量を規定値以下に抑えて照射光による生体へのダメージを低減しつつ、規定値の範囲内で可及的に強い光を照射することができる。
【０００９】
生体中に照射される光を均一にするためには、光源からの光を、多方向から複数の照射部位において照射することが好ましい。しかし一方で、かかる照射部位のいずれかが音響波検出器の近傍に配置されると、音響波検出値に雑音が混入しやすくなる。これは、音響波検出器の電気回路におけるノイズや、音響波検出器の部材そのものの光音響効果に原因がある。かかる現象の結果、再構成結果にも雑音が混入することが知られており、画像にアーチファクトが発生するおそれがある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光音響トモグラフィーにおいて雑音を抑制するための技術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】
【００１１】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
光源からの光を被検体に照射する複数の光照射部と、
前記複数の光照射部ごとに、照射される光の強度を変調させる強度変調部と、
前記光を照射された被検体から発生する音響波を検出する複数の音響検出部と、
前記音響波を用いて前記被検体内部の特性情報を生成する情報処理部と、
を有し、
前記情報処理部は、前記強度変調部により変調された、前記複数の光照射部それぞれの光の強度の組み合わせに応じて、前記特性情報の生成における前記複数の音響検出部ごとの比重の組み合わせを設定し、前記比重の組み合わせ毎に画像を生成し、前記比重の組み合わせ毎に生成された複数の画像を組み合わせた画像を生成する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
複数の光照射部が、光源からの光を被検体に照射する光照射ステップと、
強度変調部が、前記複数の光照射部ごとに、照射される光の強度を変調させる強度変調ステップと、
複数の音響検出部が、前記光を照射された被検体から発生する音響波を検出する音響検出ステップと、
情報処理部が、前記音響波を用いて前記被検体内部の特性情報を生成する情報処理ステップと、
を有し、
前記情報処理ステップは、前記強度変調部により変調された、前記複数の光照射部それぞれの光の強度の組み合わせに応じて、前記特性情報の生成における前記複数の音響検出部ごとの比重の組み合わせを設定し、前記比重の組み合わせ毎に画像を生成し、前記比重の組み合わせ毎に生成された複数の画像を組み合わせた画像を生成する
ことを特徴とする被検体情報取得方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光音響トモグラフィーにおいて雑音を抑制するための技術を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る生体情報処理装置の構成を示す平面図。
【図２】第１実施形態に係る生体情報処理装置の構成を示す側面図。
【図３】第１実施形態に係る光量分布の再構成の様子の概念図。
【図４】第１実施形態に係る処理のフローチャート。
【図５】第１実施形態に係る光量強度変調のタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
ここで説明する生体情報処理装置は、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目的で用いられる。生体情報処理装置は、生体内の光学特性値分布および、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布などの特性情報を取得する。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビ
ン濃度分布などである。そして、特性情報に基づき、被検体内部の画像化、すなわち画像再構成を可能とする。すなわち、本発明の生体情報処理装置は、被検体情報取得装置と呼ぶこともできる。
【００１６】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。音響波検出器（例えば探触子）は、被検体内で発生又は反射した音響波を受信する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る生体情報処理装置の構成を示したものである。図１に基づいて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１８】
（装置の構成）
生体情報処理装置は、光源１０２と、光学カップラ１０３と、音響波検出器１０６と、光量測定部１０７と、再構成部１０８と、表示部１０９と、制御部１１０と、強度変調部１１１と、固定部材１１２を備える。またここでは、測定対象となる被検体（被写体）は生体１１０とする。
【００１９】
光源１０２は、光１０１を発する装置であり、本図では４つ示されている（符号１０２−１〜４）。
光源は生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の光を発生する。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を少なくとも一つは備える。光源としてはレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、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。使用する波長に関しては、生体内において吸収が少ない７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下の近赤外領域の光が好ましい。ただし、比較的生体表面付近の生体組織の光学特性値分布を求める場合は、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下の波長領域を使用することも可能である。光源１０２が半導体レーザーである場合は、強度変調は電流或いは電圧制御により簡便に行うことができる。
【００２０】
光学カップラ１０３は、例えばレンズ、ミラー、光ファイバなどで構成される光学系である。光学カップラ１０３は、光源１０２から照射されたのち強度変調部１１１で強度変調された光を、固定部材１１２を経由して、光１０１として生体１００に導入する。本図では、光学カップラ（１０３−１〜４）は、光源の数に対応して４つ示されている。光学カップラは本発明の光照射部に相当する。
【００２１】
生体１００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１０４に吸収されると、その光吸収体１０４から音響波１０５が発生する。音響波検出器１０６は、光吸収体１０４から発生した音響波１０５を検出し、その音響波信号を電気信号に変換する。音響波検出器は、本発明の音響検出部に相当する。
【００２２】
固定部材１１２は、生体情報処理装置が生体１００を固定するための部材である。固定部材１１２は、光、特には近赤外光と音波を伝搬する材質で形成される。具体例としては、透明な樹脂や透明なガラスがある。生体１００と固定部材１１２に間隙が存在する場合には、充填材１１３が配置される。充填材１１３は、光、特には近赤外光と音波を伝搬する材質であり、例えば水などのマッチング液を用いることができる。生体１００と固定部材１１２に間隙が存在しないようにするために、生体１００と固定部材１１２を図示しない減圧器により減圧する、あるいは固定部材１１２を変形させることも可能である。
【００２３】
光量測定部１０７は、生体１００からの光量データを測定するための光検出器である。光量測定部１０７は、光学カップラから照射されたのち、生体内を伝播し、生体内組織での拡散や吸収を経て再度生体表面に到達した光の強度を測定する。本実施形態では、光量測定部１０７は複数配置され（本図では４つ）、測定結果として複数の光量データが得られる。制御部１１０において、測定結果の光量データに基づいて生体１００内の光量分布が推定される。光量分布の推定は、複数個ある光源１０２から同時に光を照射し、その時の各光量測定部における光量を測定することにより、行うことができる。また、複数個の光源の中の一つを照射させて、当該光源による光量分布を推定し、これを複数回繰り返すことによっても可能である。
【００２４】
表示部１０９は、再構成部１０８で再構成された画像情報を表示する装置である。なお、本発明の生体情報処理装置において、表示部１０９は必須の構成ではない。生体情報処理装置と接続された別の表示装置を、表示部１０９として用いても良い。
制御部１１０は、音響波検出器１０６、光量測定部１０７と強度変調部１１１の制御を行う。制御部１１０による制御方法は複数種類ある。本発明の情報処理部は、再構成部や制御部に相当するものであり、プロセッサを備えてプログラムに従って動作する情報処理装置等により実現可能である。
【００２５】
（処理のフロー）
図４に、本発明の概略的なフローチャートを示す。本図において、ステップＳ１００〜Ｓ１０３は準備段階の処理であり、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７において実際の光音響測定と生体内の画像化が行われる。
【００２６】
まず、生体１００を固定部材１１２に固定する（ステップＳ１００）。
次に、各光学カップラ１０３ごとに光量分布を測定する（ステップＳ１０１）。詳細な内容については後述するが、この処理において、各光学カップラから照射された光が、生体内を画像化する際の画素においてどの程度の光量になるかが推定される。
次に、照射される光量の組合せＰｍを決定する（ステップＳ１０２）。すなわち、各光学カップラにより実際に生体に照射される光量が決定される。
次に、各Ｐｍに対する再構成重み係数Ａｍを決定する（ステップＳ１０３）。
【００２７】
この後に実際のデータ収集を開始する。まず、光量Ｐｍの光の照射と、被検体から伝播した音響波の受信と、音響波に基づく画像再構成が行われる（ステップＳ１０４）。このとき、各光学カップラから光量Ｐｍの光が照射されるようにするための制御は、強度変調部によって行われる。また再構成においては上述の重み係数Ａｍが適用される。これにより、再構成画像Ｉｍが計算される。
次に、再構成画像Ｉｍを光量分布推定に従って補正する。具体的には、再構成画像Ｉｍを推定した光量分布で割ることにより光量分布を補正する（ステップＳ１０５）。
そして、光量Ｐｍを変えつつ、Ｓ１０４、Ｓ１０５を規定回数であるＭ回繰り返す（ステップＳ１０６）。
サイドに、補正された再構成画像Ｉｍを平均化することで最終再構成画像が得られる（ステップＳ１０７）。
【００２８】
（比重の制御）
上記フロー中の個別処理について、より詳細に検討する。
本発明の課題である、音響波検出器の近傍で光照射が行われることによる雑音の混入への対策として、単純な方法としては、光照射する光学カップラ近傍の音響波検出器が取得した音響データを画像再構成に使用しないやり方がある。あるいは、光学カップラ近傍の音響検出器による音響データの再構成画像に対する寄与度を下げるやり方がある。
【００２９】
まず、光学カップラ近傍の音響検出器の音響データを全く使用しない方法を説明する。図１において、光学カップラ１０３−１から光照射する場合は、音響データに雑音が混入する可能性がある音響波検出器１０６−１や音響波検出器１０６−８の音響データを使用せずに画像再構成する（表１のＴ＝１）。このとき得られた再構成画像１は雑音が低減されている。
一方、光学カップラ１０３−３から光照射する場合は、近傍の音響波検出器１０６−４や音響波検出器１０６−５の音響データを使用せずに画像再構成する（表１のＴ＝３）。光学カップラ１０３−２、１０３−４から光照射するときも同様に、近傍の音響検出器の音響データを使用しない。
【００３０】
上述の制御の方法をまとめると表１のようになる。
【表１】
0005988598.tif 000002
【００３１】
そして、再構成画像１から再構成画像４を加算平均して、最終的な再構成画像を生成する。このように加算を行うことにより、複数の再構成画像の間で、光量が弱く画像のＳＮ比が低い部分を互いに補いあい、良好な画像を得ることができる。
【００３２】
続いて、光学カップラ近傍の音響波検出器の音響データの再構成画像への寄与度を下げる方法を説明する。この場合、表２に示すように、再構成画像ごとに、各音響波検出器が取得した音響データに重み付けを行う。重みとは、再構成画像を加算する場合の重み係数である。
なお上記表１の例では、再構成に使用する音響波検出器の重み＝１、再構成に使用しない音響波検出器の重み＝０と解釈できる。例えばＴ＝１では、音響波検出器１０６−１と１０６−８が重み０、音響波検出器１０６−２〜７は重み１であると解釈できる。
【００３３】
そして重みの付け方として、例えば０から１の間で重み付けをすることも可能である。
表２ではこのような重みの付け方を示している。重みの決定の判断材料の一つに、光照射する光学カップラから各音響波検出器までの距離を用いることができる。すなわち、光学カップラからの距離が近い音響波検出器は雑音が入りやすいため重みを下げる（Ｔ＝１のときの１０６−１と１０６−８）。別の判断材料として、光学カップラから入射する光の到達距離がある。すなわち、光学カップラから距離が離れるほど到達する光量が少なくなるため、そのような部位の重みを低くする（Ｔ＝１のときの１０６−４と１０６−５）。そして、複数の再構成画像を加算するときに互いに画像を補う。
【表２】
0005988598.tif 000003
【００３４】
具体的な重み付け係数を決める場合、光照射する光学カップラから各音響波検出器までの距離のみを考慮して決定しても良い。また、光学カップラと各音響波検出器までの距離に比例するように重み付け係数を決定してもよい。あるいは、光照射する光学カップラから雑音が、距離の２乗則、あるいは指数則で減衰することを仮定して決定しても良い。
【００３５】
さらに、同時に複数個の光学カップラから光を照射することも可能である。例えば、表３に示す方法では、対向する光学カップラから光照射を行っている。重み付け係数は、光照射する光学カップラから各音響波検出器までの距離を考慮して決定される。表３では、光照射する光学カップラに近い音響波検出器の重み係数を０にしているが、非ゼロの小さい値を設定しても良い。その場合、光照射する光学カップラに近い音響波検出器に到達するデータを若干でも再構成に反映させることができる。
【表３】
0005988598.tif 000004
【００３６】
（生体内の光量分布の推定）
続いて、本発明のさらなる課題である、生体内での光量の均一化について述べる。このときの光量推定処理は実際の光音響測定に先立って行われる（Ｓ１０１）が、必ず実施されるとは限らない。実際の測定値から光量を推定する代わりに、生体における標準的な光伝播に基づいて光量値を定めても良い。単純に上記の重み処理を行うだけでも、本発明の雑音低減の効果は得られる。
【００３７】
まず、複数の光学カップラ１０３の中の一つを選択して光を照射させ、その光学カップラによる生体内での光量分布を推定する。そして、この光量推定を複数個の光学カップラに対して繰り返す。
実際の光音響測定時には、複数の光学カップラから同時に光を照射しても良いし、個別に照射することもできる。前者の場合、各光学カップラについて推定した光量を合わせることにより、同時に照射した場合の生体内での光量分布を求められる。各光学カップラから照射される光量は、強度変調部１１１で制御することが可能である。従って生体内での光量についても、推定値に基づいて強度変調部を制御することにより、補正することが可能である。
【００３８】
選択された生光学カップラから入射された光は、生体内部を伝播して各光量測定部に到達する。入射された光量と各光量測定部に到達する光は比例関係を示す。しかし、あまりにも光量が少ないと、光量測定部として使用される光検出器自体が持つ固定雑音により検出が不可能となる。そのような場合、強度変調部により光の強度を変化させて、当該光量測定部の固定雑音以上の光を照射する。なお、光の減衰は、各生体の特性に依存する。よって、生体中の光分布を一定にするには、各生体に合わせた強度変調を行うことが好ましい。ただし標準的な減衰率や、同種の生体についてあらかじめ測定しておいた値を用いることも可能である。
【００３９】
生体内での光量の均一化における、制御部１１０による制御方法を述べる。生体内光量分布は、各光学カップラから照射された光による生体内光量分布の和として求めることができる。そこでまず、光学カップラのうち一つを選択して生体に光を照射させる。そして、各光量測定部１０７それぞれの測定値を求める。光量測定部は、本実施形態では４カ所に配置されている（１０７−１〜４）。各光量測定部は、１次元あるいは２次元の光検出器であるので、各光量測定部１０７で複数点の光量が計測される。
【００４０】
ここで、生体を伝播したあとの光量は、次式（２）に示すように、生体内で指数的に減衰することが知られている。
Φ＝Φ０・ｅｘｐ（−μ・ｄ１）  …（２）
ここで、Φ０は入射光量、μは光入射位置から光量測定部までの生体の平均減衰係数、ｄ１は光入射位置から光量測定部までの距離である。
【００４１】
そこで制御部は、各光量測定部の測定値に基づいて、生体内の光量分布を推定する。光量分布推定は、３次元メモリへの逆投影、補間処理とローパスフィルター処理で行う。３次元メモリは、図示しない制御部内部のメモリ等で構成可能である。
【００４２】
図２は、図１の側面図である。固定部材１１２を包含する立体の体積は、一辺が２０ｃｍの立体である。一辺が２０ｃｍの立体を、２００ｘ２００ｘ２００の画素で分解すると、３次元メモリの画素の一辺は１ｍｍに相当する。光を照射した光学カップラの位置と、光量測定部の位置は、３次元メモリ上で既知である。そこで、制御部は、光量測定部と光学カップラを結ぶ直線上の画素に、入射光量Φ０、計測された光量Φと、式（２）から計算される光量を代入（逆投影）する。この逆投影を全ての光量測定部１０７に対して行う。これにより、当該直線上の画素の光量が推定される。
【００４３】
本実施形態では、固定部材の外表面すべてを光量測定部が覆っているわけではない。よって、上述の直線上の画素に対して逆投影を行った後でも、光量推定が済んでいない画素が残存する。かかる画素の光量は補間処理で求めることができる。本実施形態では、種々の補間処理アルゴリズムの中で線形補間を用いる。
【００４４】
図３を使用して線形補間の方法を説明する。生体を模擬する立方体の表面に、光学カッ
プラ１０３と光量測定部１０７が配置されている。中心付近にある画素Ｘの光量は未だに推定されていない。光量測定部１０７から光学カップラ１０３に逆投影したラインを光線Ｒｎ（ｎ＝１．．Ｎであり、Ｎは光量測定部に含まれる光検出器の数）と置く。ある光学カップラ１０３から照射した場合の光線は、光量測定部１０７を構成する光検出器の数だけあるものとする。
【００４５】
画素Ｘから光学カップラ１０３までの距離をＬとする。ここで、画素Ｘから光線Ｒｎに下ろした垂線の長さＰｎが最短の２本の光線Ｒｉ、Ｒｊを選択する。光線Ｒｉ、Ｒｊの距離Ｌでの光量をＲｉ（Ｌ）、Ｒｊ（Ｌ）とすると、画素Ｘの光量ＸＬは式（３）で表すことができる。
ＸＬ＝（Ｒｉ（Ｌ）＋Ｒｊ（Ｌ））／２  …（３）
光量の代入がされていない画素全てに対して、式（３）が計算される。ただし、画素によっては、Ｒｎ（Ｌ）を外挿によって便宜的に求める必要がある。また、光量推定の精度をより向上させたい場合、光学カップラから画素までの線と光学カップラから光検出器までの線がなす角度に応じて数式を適宜変更しても良い。
【００４６】
続いて、補間処理後の３次元メモリに対して、３次元のローパスフィルターを掛ける。式（２）は、光が減衰しつつ直進する場合を記述している。しかし、生体内では光は散乱し、散乱した光も光量測定部に到達する。光の散乱は、コントラストを低下させるローパスフィルターと考えられる。そこで、３次元メモリに対して、３次元のローパスフィルターを掛ける。このローパスフィルターの例としては、１１ｘ１１ｘ１１画素のような比較的大きなカーネルを使用する。ローパスフィルター処理により、一つの光学カップラに対する光量分布推定が完了する。全ての光学カップラについて同じ処理を繰り返し、各光学カップラにおける各画素の光量を合算することにより、複数光源から同時に光が照射された場合の光量分布を求めることが可能になる。このように推定された光量は、強度変調部による補正にも、画像再構成時の補正にも用いることができる。
【００４７】
（光量の補正）
続いて、複数光源から同時に光を照射する場合に、生体内での光量分布を均一化する手段を説明する。光量分布の均一化に際しては、厳密な解を求める必要はなく、近似的な解で十分である。これは、図１および図２の構造から分かるように、生体の中心部は光量が必然的に小さくなり、厳密に均一化することは難しいからである。ところで、光量分布を均一化した場合においても、音響波検出器が光学カップラから受ける雑音を考慮する必要がある。生体内での光量分布の均一性を評価する評価関数には種々の式が考えられる。この実施形態では、３次元メモリ内の特定の場所（複数個）の光量と平均光量との差分を最小にする評価関数を使用する。
【００４８】
光学カップラ１０３−１から１０３−４までの光量をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とすると、３次元メモリ内の特定の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の光量Ｂｘｙｚは、式（４）で表わされる。
Ｂｘｙｚ＝Ｆｘｙｚ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）  …（４）
ここで、Ｆｘｙｚは、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）での光量を決める関数で、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の一次関数である。この一次関数の係数は、各光学カップラ１０３に対する光量分布推定で決定される。
【００４９】
式（４）を使用すると、生体１００内での平均光量Ｂａは式（５）で表わされる。
Ｂａ＝１／Ｎ・ΣＦｉ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）  …（５）
ここで、ｉ＝１．．Ｎで、Ｎは生体１００内に含まれる座標である。
【００５０】
評価関数Ｈは、式（６）で表わされる。
Ｈ＝Σ（Ｂａ―Ｆｊ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４））２  …（６）
ここで、ｊ＝１．．Ｋで、生体１００内の特定の座標を表している。特定の座標は、生体１００内に均等に分布するように選択される。Ｋは光学カップラの個数に合わせる。本実施形態では光学カップラが４つであるので、Ｋ＝４とすれば、評価関数Ｈを最小にするＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を決定できる。
【００５１】
式（７）は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を最小にする連立方程式である。
Ｈ／∂Ｐｊ＝０，  （ｊ＝１．．Ｋ）  …（７）
特定の座標の組合せ（本実施形態では要素は４個）毎に、式（７）を満たすＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を決定することができる。
特定の座標の組合せとして、複数組を選択しておく。各組合せをＳｍ（ｍ＝１．．Ｍ）と置くと、各Ｓｍに対して、４つの光学カップラそれぞれからの出力強度Ｐｍ＝（Ｐｍ１、Ｐｍ２、Ｐｍ３、Ｐｍ４）が決定される。
【００５２】
組合せＳｍごとに光量（Ｐ１〜Ｐ４）が決定され、決定された光量により光音響測定が行われる。１回の光音響測定につき再構成画像Ｉｍが生成され、Ｉｍ（ｍ＝１．．Ｍ）の平均を求めることで最終的な再構成画像が決定される。よって、Ｍは各再構成画像ＩｍのＳＮ比と、最終再構成画像の目標ＳＮ比によって決定される。本実施形態では、Ｍ＝１００である。Ｍ＝１００であれば、各再構成画像Ｉｍの約１０倍のＳＮ比を得ることができる。
【００５３】
Ｐｍ（ｍ＝１．．Ｍ）が決定された後に、光学カップラからの雑音量を考慮して、音響波検出器の重み係数Ａｍが決定される。本実施形態では、音響波検出器を８個使用するので、音響波検出器の重み係数は、Ａｍ＝（Ａｍ１．．Ａｍ８）で表わされる。Ａｍｉ（ｉ＝１．．８）の決定方法は、本実施形態においては、光学カップラの存在による音響波検出器の雑音量が、距離の２乗則で減少することを前提として決定される。光学カップラ１０３−ｉから音響波検出器１０６−ｊまでの距離をＬｉｊと表記すると、Ａｊは式（８）であらわされる。
Ａｊ＝Ｃ・ΣＰｉ・（Ｌｉｊ２）  …（８）
ここで、Ｊ＝１．．８である。Ｃは係数で、ΣＡｊ＝１になるように決定される。Ｐｍ、Ａｍが決定された後に、Ｐｍ（ｍ＝１．．Ｍ）が時系列に駆動されて、決定されたＡｍに依存した再構成画像Ｉｍが作成される。
【００５４】
（処理のタイムチャート）
図５は、光量分布推定Ｓ１０１、異なる光量Ｐｍで光照射して、再構成画像Ｉｍが再構成されるタイムチャートを表している。
本タイムチャートの左側は、実際の光音響測定の前の準備段階であり、上述のフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０３に対応している。まず、各光学カップラ１０３−１〜４のそれぞれが強度の定まった光を照射し、光量測定部による測定と、制御部による光量分布推定が行われる。各光学カップラによる測定後、光量の組み合わせＰｍと重み係数Ａｍが求められる。
【００５５】
またタイムチャートの右側は実際の光音響測定であり、フローチャートのＳ１０４以降に対応している。決定された光量Ｐｍによって各光学カップラが制御され、Ｍ回の光照射、それに伴う音響波検出と、音響波に基づく画像再構成が行われる。各回の再構成画像を平均することで、最終再構成画像が作成される。
【００５６】
＜第２実施形態＞
特に光源としてレーザー光源を用いた場合、生体の安全を確保するために照射される光量や出力を把握する必要がある。本発明の第２実施形態として、光による生体へのダメー
ジを抑制する方法について述べる。
【００５７】
上記第１実施形態の生体情報処理装置においては、光量の測定値に基づき、生体内での光量分布が推定できる。これは光の出力、すなわち生体に与えるエネルギー量に対応した値となる。したがって、この光量分布推定を用いて、光による生体へのダメージも計算することが可能になる。
光量Ｐｍから予定される光量分布推定をもとに制御部で制御を行うことにより、単位時間当たりの入射光量を所定値以下抑制することが可能になる。所定値とは例えば安全基準の規定に基づく値がある。また光量を平均化することにより、安全基準に従いながらも、可及的に光量を強められるので、より良好な再構成画像を得ることができる。
【００５８】
上記のように、本発明によれば、複数の光源と複数の音響波検出部を制御して、各光量と各音響波検出部の再構成比重を最適化できる。また被検体中の光量分布を概略均一にすることが可能になる。その結果、再構成画像における雑音を抑制することができる。
また、光量を適切に制御することにより、被写体に与えるダメージを抑制することもできる。
したがって本発明は、光音響効果を利用する技術、とりわけ人間や動物の生体情報イメージング分野で好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０２：光源、１０３：光学カップラ、１０６：音響波検出器、１０７：光量測定部、１０８：再構成部、１１０：制御部、１１１：強度変調部
【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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