(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体からの音響波を受信する複数の検出素子のうち少なくとも一部の検出素子の受信面がそれぞれ異なる角度となるように設けられた検出器を備える音響波取得装置であって、
前記被検体と、前記複数の検出素子の配置により定まる最高分解能領域と、の相対位置を変化させるため、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方を移動させる走査装置と、
前記被検体を保持する保持部材と、を備えることを特徴とする音響波取得装置。
【請求項２】
前記検出器は前記被検体側の面が球面の容器からなり、
前記複数の検出素子は、前記球面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の音響波取得装置。
【請求項３】
前記走査装置は、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方を２次元的に移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の音響波取得装置。
【請求項４】
前記走査装置は、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方を３次元的に移動させることを特徴とする請求項３に記載の音響波取得装置。
【請求項５】
前記走査装置の移動を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項６】
前記被検体と前記被検体以外の部分との境界位置を取得することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項７】
前記境界位置に基づいて、前記複数の検出素子から出力される受信信号に対して補正処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の音響波取得装置。
【請求項８】
前記被検体の外形を測定する形状測定装置を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項９】
前記複数の検出素子は半球面状に配置され、
前記複数の検出素子からなる半球面の直径は前記保持部材の外側の直径の２倍以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項１０】
前記保持部材は、凹部を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項１１】
前記保持部材は、厚みが０．１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記分解能の勾配がある方向に前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方を移動させるよう前記走査装置を制御することを特徴とする請求項５に記載の音響波取得装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方の移動と、前記音響波の受信とを所定の時間間隔で行わせることを特徴とする請求項１２に記載の音響波取得装置。
【請求項１４】
パルス光を発生させる光源を備え、前記音響波は前記被検体に前記光源が発生させたパルス光を照射することにより被検体で発生する音響波であり、
前記制御装置は、前記相対位置が、前記高分解能領域の大きさと等しい距離分だけ変化する間に、少なくとも一回は前記パルス光が前記被検体に照射されるよう、前記走査装置の移動を制御することを特徴とする請求項１３に記載の音響波取得装置。
【請求項１５】
前記パルス光は、５００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長の光であることを特徴とする請求項１４に記載の音響波取得装置。
【請求項１６】
前記光源は、レーザーあるいは発光ダイオードであることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の音響波取得装置。
【請求項１７】
前記複数の検出素子から出力される受信信号を用いて被検体内部の情報分布を生成する処理装置を備え、
前記処理装置は、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方の移動により各位置で得られた複数の受信信号を用いて前記情報分布を生成することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項１８】
前記複数の検出素子から出力される受信信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の音響波取得装置。
【請求項１９】
前記ＡＤ変換部は、前記複数の検出素子と同数のＡＤ変換器を有することを特徴とする請求項１８に記載の音響波取得装置。
【請求項２０】
前記ＡＤ変換部は、前記複数の検出素子の数よりも少ない数のＡＤ変換器を有することを特徴とする請求項１８に記載の音響波取得装置。
【請求項２１】
前記ＡＤ変換器と前記複数の検出素子との接続を切り替えることを特徴とする請求項２０に記載の音響波取得装置。
【請求項２２】
被検体からの音響波を受信する複数の検出素子のうち少なくとも一部の検出素子の受信面がそれぞれ異なる角度となるように設けられた検出器を備える音響波取得装置であって、
前記被検体と、前記複数の検出素子の配置により定まる最高分解能領域と、の相対位置を変化させるため、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方を移動させる走査装置と、
前記被検体を保持する保持部材と、を備え、
前記検出器は前記被検体側の面が球面の容器からなり、
前記複数の検出素子は、前記球面に配置されていることを特徴とする音響波取得装置。
【請求項２３】
前記複数の検出素子から出力される受信信号を用いて被検体内部の情報分布を生成する処理装置を備え、
前記処理装置は、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方の移動により各位置で得られた複数の受信信号を用いて前記情報分布を生成することを特徴とする請求項２２に記載の音響波取得装置。
【請求項２４】
パルス光を発生させる光源を備え、前記音響波は前記被検体に前記光源が発生させたパルス光を照射することにより被検体で発生する音響波であることを特徴とする請求項２３に記載の音響波取得装置。
【請求項２５】
前記パルス光は、５００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長の光であることを特徴とする請求項２４に記載の音響波取得装置。
【請求項２６】
前記光源は、レーザーあるいは発光ダイオードであることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の音響波取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響波取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な超音波診断装置は、超音波を送信し生体内部で反射してきた超音波を受信することによって、生体内部の情報を得ることができる。これによってガン等の疾患部位を発見できるが、さらに発見効率を向上させるために、生体の生理的情報、つまり機能情報のイメージングが注目されている。機能情報のイメージング手段として、光と超音波を用いるＰｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。
【０００３】
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被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光の吸収によって音響波（典型的には超音波）が発生するという光音響効果を用いて、音響波の発生源となる内部組織を画像化する技術である。受信された音響波の時間による変化を複数の個所で検出し、得られた信号を数学的に解析処理、すなわち再構成し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を三次元で可視化する。
【０００４】
光音響トモグラフィーで得られる三次元画像の分解能は音響検出素子の配置によって、以下のものに依存する。複数の音響検出素子が平面上に配置されている場合、その配置平面と平行な方向の分解能（横分解能）は、一つ一つの音響検出素子の受信部の寸法と、音響検出素子の検出できる周波数と、の両方に依存し、配置平面と垂直な方向（奥行き分解能）の分解能は、音響検出素子の検出できる周波数のみに依存する。一般的に、音響検出素子の検出できる周波数を高めることは受信部の寸法を小さくすることに比べて簡単なために、配置平面に垂直な方向の分解能の方が平行な方向の分解能に比べて良い。複数の音響検出素子が球面上に配置されている場合は、全ての音響検出素子の奥行き方向の情報を重ね合わせることになるので、横分解能も奥行分解能と同等になる。つまり、全ての方向の分解能は周波数のみに依存し、分解能が良い配置となる。複数の音響検出素子を、異なる角度で設けられた複数の平面上に並べたような、平面と球面の中間の配置では、平面から球面に近づいていくに従って、分解能は音響検出素子の受信部の寸法への依存が少なくなり、高分解能になる。
【０００５】
球面上に音響検出素子を複数配置した装置として、特許文献１が挙げられる。特許文献１では、半球面にらせん状に音響検出素子を配置し、半球面の極と球の中心を結ぶ線を軸として回転させながら光照射と音響検出素子による音響波受信とを行う。音響波の受信により、音響受信素子から出力される信号を用いて画像再構成を行い、画像データを得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５７１３３５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示されている音響検出素子の球面配置の場合、分解能は球の中心で最もよく、周囲に行くに従って分解能は低下してしまい、位置によって、分解能がばらついてしまう。つまり、中心部分では全ての音響検出素子に対して垂直に音響波が入射し、同位相の信号が同時に入射するので、信号は鈍らない。しかしながら、中心以外の部分では一部の音響検出素子に対して斜めに音響波が入射することによって、同位相の信号が時間ずれして入射する。よって、中心部以外の部分の信号が鈍ってしまうことが原因の一つである。
【０００８】
さらに、音響検出素子の指向性がもう一つの原因である。中心以外の部分では音響波の進行方向は音響検出素子に対し角度がつくが、音響検出素子は指向性を持つので、角度がつくと感度が低下し、信号がノイズ以下になると失われてしまう。そのため、情報量が少なくなることによって分解能が低下する。平面型は、音響検出素子を測定範囲に対し十分広い平面に配置すると、測定範囲において分解能は均一となる。複数の平面を並べたような平面と球面の中間の配置では、平面から球面に遷移するに従って、分解能が均一な範囲が徐々に狭くなる。以上のように、高分解能と分解能の均一性とはトレードオフの関係にある。
【０００９】
本発明はこのような課題認識に基づいてなされたものであり、本発明は、位置による分解能のばらつきを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の音響波取得装置は、被検体からの音響波を受信する複数の検出素子のうち少なくとも一部の検出素子の受信面がそれぞれ異なる角度となるように設けられた検出器を備える音響波取得装置であって、前記被検体と、前記複数の検出素子の配置により定まる最高分解能領域と、の相対位置を変化させるため、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方を移動させる走査装置と、前記被検体を保持する保持部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来に比べて、位置による分解能のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る装置を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る走査方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】分解能の勾配と走査による効果を示した概念図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る装置の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る装置を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る装置の処理方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係る装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、被検体と、複数の音響検出素子を配列した音響アレイ検出器と、のうち少なくとも一方を移動させることにより、分解能のばらつきを低減することを特徴とする。以下では、図面を用いて本発明の各実施形態について説明する。
【００１４】
［実施形態１］
本実施形態は、本発明における基本的な実施形態である。まず、本実施形態の構成要素の説明を行い、次に本発明の特徴となる音響検出素子の配置方法及び走査方法について説明する。その後、本実施形態の実施方法を説明し、最後に考えられるバリエーションについて述べる。
【００１５】
図１は本実施形態の構成要素を示すブロック図である。本実施形態の音響波取得装置は、光源１、光照射装置２、音響アレイ検出器５、走査装置６、電気信号処理装置７、データ処理装置８、表示装置９を備える。以下、各構成及び被検体について説明する。
【００１６】
（光源）
光源１はパルス光を発生させる装置である。光源としては大出力を得るため、レーザーが望ましいが、発光ダイオードなどでもよい。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。被検体が生体の場合、光源１から発生するパルス光のパルス幅は数十ナノ秒以下にすることが望ましい。また、パルス光の波長は生体の窓と呼ばれる近赤外領域であり、７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度が望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。生体表面部の測定に限定すれば、５００〜７００ｎｍ程度の可視光から近赤外領域も使用してもよい。さらに、パルス光の波長は観測対象に対して吸収係数が高いことが望ましい。
【００１７】
（光照射装置）
光照射装置２は、光源１で発生させたパルス光を被検体３へ導く装置である。具体的には光ファイバーやレンズ、ミラー、拡散板などの光学機器である。また導く際に、これらの光学機器を用いて、形状や光密度を変更することもある。光学機器はここにあげたものだけに限定されず、このような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。
【００１８】
（被検体）
被検体３は測定の対象となるものである。具体例としては、乳房等の生体や、装置の調整などにおいては生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが挙げられる。音響特性とは具体的には音響波の伝搬速度および減衰率であり、光学特性とは具体的には光の吸収係数および散乱係数である。被検体の内部には、光吸収係数の大きい光吸収体が存在する必要があり、生体では、ヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などが光吸収体となる。ファントムでは、光学特性を模擬した物質を光吸収体として内部に封入する。また、本発明において、音響波を受信することにより生成する被検体内部の情報分布とは、光照射によって生じた音響波の初期音圧分布、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、組織を構成する物質の濃度分布を示す。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。
【００１９】
（整合層）
整合層４は、被検体３と音響アレイ検出器５との間の空間を満たし、被検体３と音響アレイ検出器５を音響的に結合させるためインピーダンスマッチング材である。材料は、被検体３と音響検出素子に音響インピーダンスが近く、パルス光を透過する液体が望ましい。具体的には水、ひまし油、ジェルなどが用いられる。後で述べるように被検体３と音響アレイ検出器５の相対位置が変化するため、被検体３、音響アレイ検出器５ともに整合層４をなす溶液中に設置すると良い。
【００２０】
（音響アレイ検出器）
音響アレイ検出器５は音響波を電気信号に変換する音響検出素子が複数集まった検出器である。音響アレイ検出器５は整合層４をなす溶液と接する面に、被検体３を取り囲むように設置される。被検体からの音響波を受信する音響検出素子は感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましいが、具体的にはＰＺＴ、ＰＶＤＦ、ｃＭＵＴ、ファブリペロー干渉計を用いた音響検出素子などが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、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。
【００２１】
（走査装置）
走査装置６は、音響アレイ検出器５を３次元的に走査（移動）させる装置である。本実施形態では、被検体３は固定であり、走査装置６としてＸＹＺステージを用いることで、音響アレイ検出器を移動（走査）させ、被検体３と音響アレイ検出器５の相対的な位置を変える。ただし、本発明においては、被検体３と音響アレイ検出器５の相対的な位置が変わればよく、音響アレイ検出器を固定し、被検体を走査してもよい。被検体を走査する場合は、被検体を支持する支持部（不図示）を動かすことで被検体を走査する構成が考えられる。さらに、被検体３と音響アレイ検出器５の両方を走査してもよい。また、走査は連続的に行うのが望ましいが、一定のステップで繰り返しても良い。走査装置はステッピングモーターなどを搭載した電動ステージであることが望ましいが、手動ステージでも良い。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、被検体３と音響アレイ検出器５のうち少なくとも一方を移動可能に構成させているものであれば、どのようなものであってもよい。
【００２２】
（走査制御装置）
走査制御装置６０１は、走査装置の制御を行い、被検体３と音響アレイ検出器５とを相対的に移動させる。具体的には、走査制御装置６０１は、走査装置６の移動速度や方向を決定し、走査装置６に指示する。また、走査装置６の移動速度や方向に関する情報をデータ処理装置８に出力する。
【００２３】
（電気信号処理装置）
電気信号処理装置７は音響アレイ検出器５から出力されたアナログの電気信号（受信信号）を増幅し、デジタル信号（デジタルの受信信号）へと変換する機能を備える。効率的にデータを取得するため、音響アレイ検出器に設けられた検出素子数と同じだけＡｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＡＤＣ）があることが望ましいが、一つのＡＤＣを順々につなぎ換えて使用してもよい。
【００２４】
（データ処理装置）
データ処理装置８は電気信号処理装置７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）するものである。データ処理装置として、具体的にはコンピュータ、電気回路などが挙げられる。画像再構成手法としては、例えば、フーリエ変換法、ユニバーサルバックプロジェクション法やフィルタードバックプロジェクション法、逐次再構成法（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｍｅｔｈｏｄ）などがある。本発明においてはどのような画像再構成手法を用いても構わない。
【００２５】
（表示装置）
表示装置９はデータ処理装置８で生成された画像データを画像として表示するものである。具体的には液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等が挙げられる。なお、表示装置は、本発明の音響波取得装置とは別に提供されていても良い。
【００２６】
次に本発明の特徴となる音響検出素子５０１の配置方法及び、音響アレイ検出器５の走査方法について述べる。本発明を実施するときの配置方法について図２を用いて説明する。複数の音響検出素子５０１は、内壁（被検体側）が半球面の容器に固定され、受信面は半球の中心に向いている。図２のような配置の場合、ユニバーサルバックプロジェクションを行い得られる画像では、半球の中心点が最高分解能を持ち、中心からの距離に応じて分解能は低下する。複数の音響検出素子５０１が球面に配置されていない場合でも、最高分解能領域は、複数の音響検出素子５０１の配置により一意に定まる。
【００２７】
ここで、本発明では、最高分解能領域となる中心点近傍の高分解能の領域を高分解能領域３０１として定義する。高分解能領域３０１の範囲としては、最高分解能に対しどの程度の違いまで許容するかによって決定される。例えば音響検出素子の配置が球面状である場合、高分解能領域３０１の直径ｒは、下記式（１）で表わされる。
【００２８】
【数１】
0005939786.tif 000002
【００２９】
ここで、Ｒは許容できる分解能、ＲＨは最高分解能、ｒ０は音響検出素子を配置する球の直径、Φｄは音響検出素子５０１の直径である。この高分解能領域と被検体との相対的な位置を変化させ、再構成を行うことによって分解能の均一化を図る。本発明では、最高分解能領域と被検体との相対的な位置を変化させることにより、結果的に、高分解能領域と被検体との相対的な位置を変化させる。
【００３０】
また、本発明において、球とは、完全な真球だけでなく、下記式（２）で表される楕円体（楕円を三次元へ拡張した形であり、表面が二次曲面からなる形）も含む。
【００３１】
【数２】
0005939786.tif 000003
【００３２】
ここでａ，ｂ，ｃはそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の径の半分の長さに相当する。なおａ＝ｂ＝ｃである楕円体は真球である。またａ，ｂ，ｃのうちいずれか２つが等しい楕円体は楕円の軸を中心に楕円を回転して得られる回転楕円体であり、本発明の球は、回転楕円体も含む。楕円体は球と同様にｘｙ平面、ｙｚ平面、ｚｘ平面に関して対称である。
【００３３】
測定では、音響アレイ検出器５の半球面上の内側に整合層４となる溶液を満たし、被検体を溶液中に設置する。レーザー光２０１は、半球容器の下部（極）から被検体に当たるように照射する。音響アレイ検出器５は走査装置６であるＸＹＺステージで走査され、被検体との位置が相対的に変化する。これにより、高分解能領域３０１が被検体中を走査することとなる。この時、分解能を均一にするためには、分解能が均一でない方向、つまり分解能に勾配がある方向に向かって走査することが望ましい。この効果については後述する。
【００３４】
図３に具体的な走査方法を示す。図３（ａ）が初期位置であり、ＸＹＺステージを用いて音響アレイ検出器５全体を矢印の方向（紙面左）へ走査しながら受信信号を取得する。図３（ｂ）の位置まで来たら、音響アレイ検出器５全体を紙面下へ走査し、図３（ｃ）の状態になる。続いて、走査と信号取得を図３（ｄ）の位置関係になるまで行う。これを一つの平面内（ＸＺ平面内）全域で行った後、紙面奥行き方向（Ｙ方向）に音響アレイ検出器５の位置をずらし、同様に走査と信号取得を行う。
【００３５】
次に、本実施形態における測定方法について図４を用いて説明する。最初に、光照射装置２によりパルス光を被検体に照射する（Ｓ１）。照射されたパルス光により、被検体内の光吸収体で励起された音響波を、音響検出素子５０１によって受信して受信信号に変換する。そして、電気信号処理装置７により、デジタル信号へ変換する（Ｓ２）。同時に、データ処理装置８は、得られたデジタル信号に対応する走査位置情報を走査制御装置６０１から取得する（Ｓ３）。
【００３６】
次に、走査制御装置６０１は、高分解能領域３０１が全測定領域を走査し終わっているかどうかを判断する（Ｓ４）。なお、全測定領域とは被検体３全体のことではなく、測定の対象領域は任意に指定してよい。走査が終わっていない場合、音響検出素子５０１同士の位置関係を固定したまま音響アレイ検出器を走査させ（Ｓ５）、パルス光の照射と音響波の信号取得を繰り返す。「音響検出素子同士の位置関係を固定」とは、音響アレイ検出器５上における複数の音響検出素子５０１の配置位置を動かさないことを意味する。
【００３７】
Ｓ５においては、走査と受信信号の取得は一定の時間間隔で行われることが好ましい。特に、高分解能領域３０１と被検体３との相対位置が、高分解能領域の大きさ（直径）と等しい距離分だけ変化する間に、少なくとも一回はパルス光が照射されるよう、音響アレイ検出器５を移動させることが好ましい。これは、高分解能領域が、高分解能領域の大きさと等しい距離を移動する間に、少なくとも１回は受信信号を取得することを意味する。
【００３８】
ある１回の光照射から次の光照射までの時間に走査する距離が小さいほど、分解能は均一にすることができるが、走査距離が小さい（つまり走査速度が遅い）と、測定に時間がかかる。よって、走査速度と受信信号の取得時間間隔に関しては、所望の分解能と測定時間を加味して、適宜設定すると良い。
【００３９】
また、走査は３次元的に、且つ、分解能の勾配がある方向に行われる。走査を測定領域全体で行い、走査が終了すると、データ処理装置８は、得られたデジタル信号と走査位置情報を元に画像再構成を実行する（Ｓ６）。画像再構成に用いるユニバーサルバックプロジェクションは、得られたデジタル信号に対し微分やノイズフィルタなどの前処理を行い、これを音響検出素子５０１の位置から逆方向に伝播させる逆投影を行う。これを、すべての走査位置の音響アレイ検出器について行い、伝播させた処理信号を重ね合わせるものである。この処理により、吸収係数分布等の被検体内情報分布を画像データとして取得する。最後に、データ処理装置８は、得られた画像データを表示装置９に出力し、表示装置９は画像を表示する（Ｓ７）。
【００４０】
図５は走査方向による分解能均一化の効果を示した模式図である。色の濃淡はその位置で得られる分解能を表わしており、濃い方が高い分解能、薄い方が低い分解能を示している。図５（ａ）では横方向に分解能の勾配がある。分解能に勾配がある方向に走査を行うと、図５（ｂ）のように横方向の分解能は、走査の終了地点で、ある右端の領域を除いて高い分解能で均一化される。
【００４１】
一方で、図５（ｃ）は縦方向に分解能の勾配があるが、分解能に勾配がない方向に走査を行うと、図５（ｄ）のように縦方向の分解能は均一化されない。本実施形態では音響検出素子５０１が球面に配置されているので、分解能の勾配は球の中心から全ての方向にあり、走査の方向はどの方向でも良い。
【００４２】
次に、本発明の、考えられるバリエーション（本実施形態における変形例）について述べる。走査装置６は３次元的な走査が行えるものであればよく、直線走査だけでなく、回転を含めてもよい。具体的には、図２に示すレーザー光の光軸を中心に音響アレイ検出器５を回転させる運動と、直線走査を組み合わせてもよい。また、走査は経路が短くなるように行うことが望ましい。
【００４３】
被検体全体の分解能を均一化するためには、被検体全体を高分解能領域が走査できるように、音響アレイ検出器５としての半球容器の大きさは、被検体の大きさの二倍以上であることが望ましい。つまり、被検体を保持する保持部材（後述の図８に示す被検体保持具１０）を用いた際、音響アレイ検出器５の内側の直径（音響検出素子が設けられた半球面の直径）が、保持部材の外側の直径の２倍以上であることが好ましい。
【００４４】
さらに、３次元的な走査を行った際、整合層である溶液中の被検体の体積が変化するため、整合層溶液の液面を一定に保つように、溶液を注入する注入口と、溶液を排出する排出口を設け、溶液の量を調整することが望ましい。
【００４５】
複数の音響検出素子５０１の配置は球面状であることが望ましいが、球面状に限定されず、複数の音響検出素子の配置が、分解能（空間分解能）にばらつきを有する配置の検出器であれば適用できる。具体的には、複数の音響検出素子は被検体側に受信面が向くように配置され、所定の最高分解能領域が得られるように曲面又は平面上に配置されていれば良い。つまり、本発明では、複数の音響検出素子のうち少なくとも一部の音響検出素子の受信面がそれぞれ異なる角度となるよう配置されていればよい。言い換えると、複数の音響検出素子５０１のうち一部の音響検出素子の配置は、被検体に対し凹面状であり、受信面同士が異なる角度となるよう配置されているとよい。もちろん、複数の音響検出素子の配置が球面に近づいていくに従って、分解能は音響検出素子の受信部の寸法への依存が少なくなり、高分解能になる。
【００４６】
図６に、本発明に適用可能な音響検出素子の配置として、いくつかの例を示す。図６（ａ）、（ｂ）では、複数の音響検出素子５０１は球面の一部の曲面に沿うように配置されている。ここで、本発明において曲面とは、完全に滑らかな曲面だけでなく、一部に凹凸が含まれているものも含む。図６（ａ）（ｂ）のような構成により、光照射装置２などの設置を柔軟に行うことができる。図６（ｃ）では、複数の音響検出素子５０１は球面ではない曲面に沿うように配置されている。このような例の場合、分解能と分解能の均一性のトレードオフを調整することができる。図６（ｄ）では、複数の音響検出素子５０１は２つの直線状（平面状）に配置されている。このような例の場合、被検体を囲うように、異なる２つの角度の直線状に音響波検出素子が配置されていることにより、分解能が均一な領域が広く、走査のステップを大きくすることができる。
【００４７】
また、図６（ｂ）（ｄ）では、音響検出素子が配置されている曲面もしくは平面の数が２つの例を示したが、本発明はそれ以上の数の面上に配置してもよく、もちろん、１つの連続した面としても良い。音響検出素子の数も所望の数だけ設ければよい。
【００４８】
本実施形態では、以上の構成及び処理方法によって、測定領域全域で得られる画像の分解能は高分解能以上、最高分解能以下となるが、その分解能のバラツキの範囲を狭くすることができる。つまり分解能が均一な領域を増やすことができる。
【００４９】
［実施形態２］
（信号減衰補正）
本実施形態では、受信信号を補正する形態について説明する。音響波が被検体中や整合層中を伝播する場合、音響波の強度が減衰する。また、音響アレイ検出器５の走査位置によって、発生した音響波の発生位置から音響検出素子５０１までの経路中における被検体中を伝搬する距離と整合層中を伝搬する距離が異なる。被検体と整合層とが、生体と水とから夫々構成される場合など、夫々の減衰率が異なる場合、コントラストが正しく算出されないことがある。よって、本実施形態では、異なる強度減衰を補正する手法について述べる。
【００５０】
本実施形態の音響波取得装置の各構成を図７に示す。実施形態１で示した各構成とは、被検体を保持する保持部材として被検体保持具１０が加わった点が異なる。また、データ処理装置８中での処置方法が異なる。それ以外の構成は実施形態１と同じであるため説明を省略する。被検体保持具１０は図８に示すように、被検体３を保持し、被検体の形状を規定するものである。保持部材としては、薄くて硬く、音響インピーダンスが被検体か整合層４に近いものが望ましい。音響インピーダンスが被検体と整合層との間の値であるとより良い。具体的には、ポリメチルペンテンなどが考えられる。保持部材の厚みとしては、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。
【００５１】
本実施形態の測定方法は、データ処理装置８での画像再構成の処理（図４のＳ６）が実施形態１と異なる。本実施形態では、被検体保持具１０の形状から被検体３と整合層４の境界を知ることができ、距離を時間に換算して、取得した信号においても被検体領域と整合層領域を知ることができる。ここでは、被検体保持具１０は十分に薄いため、被検体保持具１０中における音響波の伝搬は無視できるものとする。
【００５２】
通常、一つの音響検出素子５０１に注目した場合、領域ごとに対応する信号を、領域毎の音響減衰率で除算すれば、減衰が正しく補正できる。しかしながら、図９に示したように、一つの音響検出素子５０１で得られる信号は複数ボクセルからの信号の重ね合わせである。注目するボクセルによって境界の時刻が異なり、信号では境界の位置が一意に定まらない。よって、注目ボクセル１を再構成する場合、そのボクセルと音響検出素子５０１の位置関係から導出される境界１を設定し、それに基づいて信号をそれぞれの領域に対応する減衰率で除算し補正する。他の音響検出素子の信号も同様に補正を行い、それらを微分などの前処理を行い、重ね合わせを行って注目ボクセル１のボクセルデータを生成する。注目ボクセル２の場合も同様に境界２を設定し、それに基づいて補正を行う。
【００５３】
本実施形態により、同じ受信信号に対して、異なる境界が設定される場合であっても、複数の音響検出素子５０１の受信信号の重ね合わせを行うことによって、正しく補正される。よって、被検体と整合層の音響減衰率が異なる場合でも、コントラストを正しく算出することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、被検体保持具１０の形状から、被検体３と整合層４の境界を把握したが、代わりに図１０に示すように被検体の外形を形状測定装置１１で測定して、境界位置を取得し、コントラストを補正する方法も考えられる。この方法では、被検体保持具１０による被検体への接触がないので、被検者への負担が少なくなる。
【００５５】
［実施形態３］
（屈折補正）
本実施形態では、界面での音響波の屈折を考慮して信号を補正することを特徴とする。整合層４は被検体３と近い音響インピーダンスを持つことが望ましいが、実際には完全に一致させることは難しい。よって、音響インピーダンスは音響波の伝播速度と密度との積であるために、整合層４と被検体３は音響波の伝搬速度が異なることがある。その場合、音響波の屈折が起こり、分解能を低下させてしまう。ここでは、屈折を補正し分解能を向上させる方法について述べる。
【００５６】
本実施形態の構成は図７に示した実施形態２の構成と同様であり、被検体を保持する保持部材として被検体保持具１０が設けられる。また、実施形態１、２とは、データ処理装置８中での処置方法が異なる。それ以外の構成は実施形態１、２と同じであるため説明を省略する。
【００５７】
本実施形態の測定方法は、データ処理装置８での画像再構成の処理（図４のＳ６）が異なる。画像再構成処理における、前処理を行った信号を検出素子から逆方向に伝播させて重ね合わせを行う逆投影が、逆投影の際に被検体と整合層との界面での起こる屈折を考慮した補正を行う。本屈折の補正には、被検体と整合層の音速が必要なので、あらかじめ測定しておくと良い。
【００５８】
実施形態２と同様に、被検体保持具１０の形状から被検体と整合層の境界（界面）が分かり、そこから入射角が分かる。さらに、被検体と整合層の音速が既知であるので、音速比から屈折率が導出される。屈折率と入射角が分かっているので、スネルの法則から屈折角が分かる。よって、処理信号を逆投影させる際に、直進ではなく、境界で計算された屈折角で伝播させ、重ね合わせを行って画像データを生成する。本実施形態においても、被検体保持具１０は十分に薄いため、被検体保持具１０中における音響波の伝搬は無視できるものとする。
【００５９】
本実施形態により、音速の違いによって生じる屈折による分解能低下を補正することができる。また、実施形態２と同様に被検体保持具１０の代わりに形状測定装置１１を用いて被検体３と整合層４の境界を測定することもできる。
【００６０】
［実施形態４］
（リアルタイムに表示）
実施形態１で示した再構成は全信号を取得した後にまとめて再構成を行うものであったが、測定時間が長いと測定結果は最後になるまで確認できない。また、測定を失敗している場合には時間を無用に消費してしまう。そこで、本実施形態では、リアルタイムに結果を表示させる手法について述べる。
【００６１】
本実施形態の構成は図１に示した実施形態１の構成と同じであるが、データ処理装置８中での処理が異なる。
【００６２】
本実施形態の測定方法について、図１１を用いて説明する。最初にパルス光を被検体に照射する（Ｓ１）。パルス光により励起された音響波を音響検出素子５０１により受信してアナログの受信信号に変換し、電気信号処理装置７によりデジタル信号へ変換する（Ｓ２）。また、データ処理装置８は、得られたデジタル信号に対応する走査位置情報を走査制御装置６０１から取得する（Ｓ３）。データ処理装置８は、得られた信号を用いて、高分解能領域の再構成を行う（Ｓ８）。また、データ処理装置８は、その時点での高分解能領域に該当する位置に再構成された画像データを表示装置に出力し、表示装置は画像を表示する（Ｓ９）。
【００６３】
次に、走査制御装置６０１は、高分解能領域が全測定領域を走査し終わっているかどうかを判断する（Ｓ４）。終わっていない場合は、音響アレイ検出器５を走査する（Ｓ５）。その後は、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ８、Ｓ９を繰り返す。走査ステップが高分解能領域より小さいので一度目の測定と二度目の測定では画像の表示領域が重なる。よって、重畳した領域は平均値を取って画像データを生成することが望ましい。これを繰り返すことで、リアルタイムに画像を表示させることができる。ただし、再構成に用いる信号が少なく、情報量が少ないので、画質は実施形態１より劣る。よって、走査を完了した後、データ処理装置８は、全信号を用いて再構成を行い（Ｓ６）、画像データを上書きして、表示させる（Ｓ７）。
【００６４】
本実施形態により、リアルタイムで結果を確認しながら測定することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  光源
２  光照射装置
３  被検体
４  整合層
５  音響アレイ検出器
６  走査装置
７  電気信号処理装置
８  データ処理装置
９  表示装置
１０  被検体保持具
１１  形状取得装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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