(57)【要約】【課題】分解能の低下を抑えながら、サイドローブを抑制することができる光音響計測装置を提供する。【解決手段】光音響計測装置１００は、光源から発せられる光を被検体に照射する光照射部２０と、超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子３１を有し、光の照射によって被検体内に生じた光音響波を検出して、複数のトランスデューサ素子３１に対応する複数の受信信号を生成するトランスデューサアレイ３０と、受信信号に対して、整相加算処理を行うビームフォーム部５２と、受信信号に対して、整相加算処理の前又は後に、正側及び負側のいずれか一方の信号成分を抽出する抽出処理を行う抽出部５３とを備える。【選択図】図１
2018175751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられる光を被検体に照射する光照射部と、
超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を有し、前記光の照射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出して、前記複数のトランスデューサ素子に対応する複数の受信信号を生成するトランスデューサアレイと、
前記受信信号に対して、整相加算処理を行うビームフォーム部と、
前記受信信号に対して、前記整相加算処理の前又は後に、正側及び負側のいずれか一方の信号成分を抽出する抽出処理を行う抽出部とを備える
ことを特徴する光音響計測装置。
【請求項２】
前記ビームフォーム部が、前記複数の受信信号に対して前記整相加算を行って整相加算信号を生成し、
前記抽出部が、前記整相加算信号に対して前記抽出処理を行って抽出信号を生成する、
請求項１に記載の光音響計測装置。
【請求項３】
前記音響波に由来し不要成分を含まない理想信号に対する平均二乗誤差を最小とする復元信号を生成するウィナーフィルタによって、前記受信信号から前記不要成分を低減するフィルタ処理を行うフィルタ処理部を有し、
前記フィルタ処理後の前記復元信号に対して、前記整相加算処理及び前記抽出処理を行う、
請求項１又は２に記載の光音響計測装置。
【請求項４】
前記理想信号が、前記光音響波に含まれる圧縮波と膨張波とにそれぞれ対応する、正圧信号と負圧信号とを含む正弦波であり、
前記不要成分が、前記トランスデューサアレイにおいて、前記光音響波を検出して前記受信信号に変換する際に生じる成分である、
請求項３に記載の光音響計測装置。
【請求項５】
前記整相加算処理及び前記抽出処理を行った受信信号に対して包絡線検波を行い、輝度信号を含む光音響画像の画像データを生成する画像生成部を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項６】
前記整相加算処理及び前記抽出処理を行った複数の受信信号をコヒーレント加算して、コンパウンド信号を得るコンパウンド部を備える、
請求項５に記載の光音響計測装置。
【請求項７】
前記画像生成部が、前記コンパウンド信号に対して包絡線検波を行い、輝度信号を含む光音響画像のコンパウンド画像データを生成する、
請求項６に記載の光音響計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響波を検出する光音響計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響効果を利用して生体等の検査対象物の内部の撮像（光音響イメージング）を行う光音響計測装置が知られている。この撮像を行う際には、まず光音響計測装置が生体に対して所定の波長の光を照射する。すると、生体内部に含まれる物質が光エネルギーを吸収して、生体組織の熱膨張に伴い、弾性波である光音響波が発生する。そして、光音響計測装置が、この光音響波を超音波として検出する。さらに、検出した光音響信号に基づいて光音響計測装置が光音響画像を作成することで、光音響イメージングが行われる。
【０００３】
超音波を検出可能なトランスデューサ素子（以降、「素子」と称する場合がある。）を複数配置することで構成されたトランスデューサアレイ（以降、「アレイ」と称する場合がある。）が、光音響イメージングに用いられている。トランスデューサアレイを用いることで、受信ビームを電子的に偏向（ステアリング）することができる。中でも、素子が二次元に配置されている場合には、三次元にわたって受信ビームをステアリングすることで、検査対象物の内部を三次元撮像することができる。
【０００４】
トランスデューサによって超音波を検出する際において、トランスデューサが形成する受信ビームについて、受信感度の強度分布とアレイ中心からの距離との関係を、ビームプロファイルとして表すことができる。ビームプロファイルにはローブと呼ばれる受信感度のピークが表れる。通常、アレイ中心付近の領域に、メインローブと呼ばれるピークが主応答として表れる。さらに、アレイ中心から外側の領域に離れた位置に、サイドローブと呼ばれるメインローブ以外のピークが現れる。サイドローブは複数現れることがあり、メインローブに一番近いものが第１サイドローブと呼ばれ、以降、第２サイドローブ、第３サイドローブ・・・と順に呼ばれる。
【０００５】
サイドローブの存在に因って、メインローブのみで受信した場合には表れないアーチファクトが、光音響画像上に生じることがある。トランスデューサアレイにおいて、このようなサイドローブの影響を軽減する手法として、アポダイゼーションが用いられている。アポダイゼーションは、各トランスデューサ素子によって受信された信号に対して、重みづけをすることによって行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開第２０１５−２１３６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
受信された信号に対する重みづけは、例えばハミング窓、ハニング窓、ガウシアン窓などの重み関数を用いて行う手法が知られている。特許文献１の技術では、アレイの中央部の重みづけを大きくして、アレイの端部の重みづけを小さくする、ハミング窓により重みづけを行うことが記載されている。この場合、サイドローブ成分を抑えることが可能であるが、メインローブ成分の受信ビームの幅が広がっており、空間分解能が低下するという課題があった。なお、以降、空間分解能を、単に「分解能」と称することがある。
【０００８】
ここで、トランスデューサアレイのビームプロファイルの一例を、図１５に示す。図１５の実線で示したビームプロファイルは、アレイの中央付近にメインローブを有し、中心から±１．５ｍｍ付近の位置にサイドローブを有している。このとき、メインローブの分解能は、１２０μｍとなっている。また、サイドローブの感度は、メインローブに対して−１４ｄＢとなっている。一方、このトランスデューサアレイによって受信された信号に対して、ガウシアン窓を用いたアポダイゼーションを施した場合のビームプロファイルは、図１５の破線で示される。この場合、中心から±１．８ｍｍ付近の位置に表れたサイドローブの感度がメインローブに対して−１８ｄＢとなっており、サイドローブが抑制されている。しかしながら、メインローブが中央から広がっており、分解能は１４０μｍに低下していた。
【０００９】
このように、従来の技術では、サイドローブを抑制しようとした場合には、トランスデューサアレイの分解能が低下してしまうという課題があり、サイドローブの抑制と分解能の維持とを両立することが困難であった。
【００１０】
本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、分解能の低下を抑えながら、サイドローブを抑制することができる光音響計測装置を提供することを目的とする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下に示す種々の具体的態様を提供する。
［１］光源から発せられる光を被検体に照射する光照射部と、超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子を有し、前記光の照射によって前記被検体内に生じた光音響波を検出して、前記複数のトランスデューサ素子に対応する複数の受信信号を生成するトランスデューサアレイと、前記受信信号に対して、整相加算処理を行うビームフォーム部と、前記受信信号に対して、前記整相加算処理の前又は後に、正側及び負側のいずれか一方の信号成分を抽出する抽出処理を行う抽出部とを備えることを特徴する光音響計測装置。
【００１２】
［２］前記ビームフォーム部が、前記複数の受信信号に対して前記整相加算を行って整相加算信号を生成し、前記抽出部が、前記整相加算信号に対して前記抽出処理を行って抽出信号を生成する、［１］に記載の光音響計測装置。
［３］前記音響波に由来し不要成分を含まない理想信号に対する平均二乗誤差を最小とする復元信号を生成するウィナーフィルタによって、前記受信信号から前記不要成分を低減するフィルタ処理を行うフィルタ処理部を有し、前記フィルタ処理後の前記復元信号に対して、前記整相加算処理及び前記抽出処理を行う、［１］又は［２］に記載の光音響計測装置。
［４］前記理想信号が、前記光音響波に含まれる圧縮波と膨張波とにそれぞれ対応する、正圧信号と負圧信号とを含む正弦波であり、前記不要成分が、前記トランスデューサアレイにおいて、前記光音響波を検出して前記受信信号に変換する際に生じる成分である、［３］に記載の光音響計測装置。
【００１３】
［５］前記整相加算処理及び前記抽出処理を行った受信信号に対して包絡線検波を行い、輝度信号を含む光音響画像の画像データを生成する画像生成部を有する、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の光音響計測装置。
［６］前記整相加算処理及び前記抽出処理を行った複数の受信信号をコヒーレント加算して、コンパウンド信号を得るコンパウンド部を備える、［５］に記載の光音響計測装置。
［７］前記画像生成部が、前記コンパウンド信号に対して包絡線検波を行い、輝度信号を含む光音響画像のコンパウンド画像データを生成する、［６］に記載の光音響計測装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に寄れば、分解能の低下を抑えながら、サイドローブを抑制することができる光音響計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の光音響計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態の光音響計測装置の処理を説明するための模式図である。
【図３】実施形態におけるトランスデューサアレイの模式図であり、（ａ）はトランスデューサアレイの平面図、（ｂ）はトランスデューサアレイの斜視図である。
【図４】実施形態の光音響計測装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】実施形態の光音響計測装置のメカニカルスキャンを説明するための図であり、（ａ）はイメージング領域を示す図であり、（ｂ）はイメージング領域の移動量を示す図である。
【図６】実施形態の光音響計測装置による画像コンパウンドを説明するための図であり、（ａ）は一点の光音響画像を示す図であり、（ｂ）はコンパウンド画像を示す図である。
【図７】第一変形例の光音響計測装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第二変形例の光音響計測装置の構成を示すブロック図である。
【図９】第三変形例の光音響計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）は参考例１の光音響画像データによる画像である。（ｂ）は実施例３の光音響画像データによる画像である。
【図１１】測定サンプルを対象とした実施例における、信号強度の変化を示すグラフである。
【図１２】測定サンプルを対象とした実施例における、分解能と、サイドローブの信号強度とを示すグラフである。
【図１３】（ａ）は比較例２の光音響画像データによる画像である。（ｂ）は実施例５の光音響画像データによる画像である。
【図１４】手のひらを対象とした実施例における、信号強度の変化を示すグラフである。
【図１５】アポダイゼーションを行っていない場合と、アポダイゼーションを行った場合とのビームプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態としての光音響計測装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１７】
以下の説明では、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、本明細書において、「〜」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前後の数値又は物性値を含むものとして用いることとする。例えば「１〜１００」との数値範囲の表記は、その上限値「１」及び下限値「１００」の双方を包含するものであり、「１以上１００以下」を表す。他の数値範囲の表記も同様である。
【００１８】
［１．構成］
一実施形態に係る光音響計測装置について、図１〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態では、検査対象物が生体の血管である場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の光音響計測装置１００は、光音響プローブ１０、制御部４１、プリアンプ部４２、ＡＤ変換部４３、信号処理部５０、表示部６１、機械走査部６２、及び位置検出部６３を備えている。光音響プローブ１０は、光照射部２０、及びトランスデューサアレイ３０を備えている。さらに、トランスデューサアレイ３０は、超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子３１を備えている。
【００２０】
制御部４１、及び信号処理部５０は、光音響計測装置１００が備える図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）による演算処理によりプログラムを実行することで実現される機能部位であり、各機能は個別のプログラムとして構成されている。信号処理部５０は、フィルタ処理部５１、ビームフォーム部５２、抽出部５３、画像生成部５４、及びコンパウンド部５５として機能する。ＣＰＵは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Device）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のデータやプログラムを格納するデータ記憶装置に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部４１、及び信号処理部５０の各機能部として機能する。なお、制御部４１、及び信号処理部５０における処理機能の実現手段はプログラムに限定されず、光音響計測装置１００に搭載されるハードウェアにより実現されてもよい。例えば、制御部４１、及び信号処理部５０を、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を内蔵したワンチップマイコンとして構成してもよいし、あるいは、ＤＰＳ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の電子回路として構成してもよい。
【００２１】
光音響計測装置１００による処理を図２に示す。光音響計測装置１００は、まず、光照射部２０及びトランスデューサアレイ３１によって、被検体から発せられる光音響波の検出を行い、光音響信号としての受信信号を出力する（ステップＳ１）。次に、プリアンプ部４２及びＡＤ変換部４３を有する超音波送受信システム（この例では、Verasonics社製、Vantage 256 Systemを用いている。）を介して、増幅及びデジタル化された受信信号を出力する（ステップＳ２）。続いて、フィルタ処理部５１によって、ウィナーフィルタによるフィルタ処理を行う（ステップＳ３）。さらに、ビームフォーム部５２及び抽出部５３によって、整相加算処理と抽出処理とを行う（ステップＳ４）。またさらに、画像生成部によってワンショット光音響画像データを生成する（ステップＳ５）。続いて、機械走査部６２及び位置検出部６３によってポジショントラッキングを行いながら、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返す（ステップＳ６）。このようにして得られた複数点の信号のコヒーレント加算を行うことで、超解像度のコンパウンド光音響画像を得る（ステップＳ７）。なお、以降、ワンショット光音響画像を、「ワンショット画像」と称することがある。また、コンパウンド光音響画像を、「コンパウンド画像」と称することがある。
以下、光音響計測装置１００の各構成要素について詳述する。
【００２２】
＜光音響プローブ＞
光音響プローブ１０は、図示しない円筒形状の筐体を有している。光音響プローブ１０は、筐体の上面に、制御部４１及びプリアンプ部４２と接続される図示しないケーブルを有する。さらに、光音響プローブ１０は、筐体の底面に、被検体と接する開口部１１を有する。図３（ａ）に示すように、光照射部２０及びトランスデューサアレイ３０は、この開口部１１に設けられている。
【００２３】
（光照射部）
光照射部２０は、所定の波長の光を発する１以上の図示しない光源を有する。光源としては、検査対象物である被検体に照射光を発して、この照射光によって光音響波を発生させるものを用いることができる。このような光源としては、例えば、固体レーザー、ガスレーザー、半導体レーザー、化学レーザー等のレーザーや、発光ダイオード等を用いることができる。中でも、指向性や収束性に優れ、高出力が得られる点からレーザーが好ましく用いられる。また、光源としては、１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出力するパルス光源が好ましい。光源の発する照射光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質に伝播して、この物質の光吸収特性に応じて吸収されうる波長が選択される。例えば、生体内のヘモグロビンを対象として血管を撮像する場合には、近赤外波長域に属する波長が選択される。この場合、通常６００〜１０００ｎｍ、好ましくは７００〜８５０ｎｍの波長域である。
【００２４】
光源から出力された照射光は、例えば光ファイバ、導光板、レンズ及びミラー等の図示しない導光手段を用いて開口部１１まで導光されて、被検体に照射される。本実施形態では、光照射部２０が、トランスデューサアレイ３０と一体として設けられている場合を例に挙げて説明する。光照射部２０による光の照射、及び照射の条件は、制御部４１によって制御される。
【００２５】
（トランスデューサアレイ）
図３（ａ）に示すように、トランスデューサアレイ３０は、超音波を検出可能な複数のトランスデューサ素子３１を有する。トランスデューサ素子３１は、圧電効果を示す圧電体を有し、外部から加えられた光音響波による圧力変位を受けて電圧を生じて、受信信号を生成するものである。トランスデューサ素子３１は、圧電体を挟んで信号電極と共通電極が設けられている。さらに、トランスデューサ素子３１の信号電極側にはバッキング層が、共通電極側には音響整合層が設けられている。トランスデューサアレイ３０は、光照射部２０による光の照射によって被検体内に生じた光音響波を検出して、複数のトランスデューサ素子３１に対応する複数の受信信号を生成する。トランスデューサ素子３１から出力された受信信号は、信号電極を介してプリアンプ部４２に入力される。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、トランスデューサアレイ３０は、円の中心部を除いた環の部分を、７個の環に分割することで、７個の径の異なる環がそれぞれの外周と内周とを隣接させて配置されている。そして、それぞれの環を等分割することで形成された、扇形状のトランスデューサ素子３１が、この例では２５６個配列されている。さらに、環の中心に光照射部２０が配置されている。
【００２７】
図３（ｂ）に示すように、トランスデューサアレイ３０は、光音響プローブ１０の開口部１１において、部分球面をなして設けられる。部分球面は、半径３０ｍｍの球において、頂点が球の中心位置と一致して、頂角９０度で母線の長さが３０ｍｍである円錐の底面によって切り取られた球欠の側面部分である球冠の形状を有する。部分球面は、開口部１１の口径が４２．４ｍｍである。また、開口部１１のトランスデューサ素子３１が配置されていない中心部の口径が１０．４ｍｍである。トランスデューサ素子３１は、このような部分球面上の凹面部に配置されている。
【００２８】
なお、図１５を参照して説明したビームプロファイルは、トランスデューサアレイ３０についてシミュレーションによって得られた、アポダイゼーションを行っていないものと、アポダイゼーションを行っていないものとのビームプロファイルを示したものである。
【００２９】
＜制御部＞
制御部４１は、光照射部２０、トランスデューサアレイ３０、信号処理部５０、及び機械走査部６２を制御して、これらの動作が同期をとるための信号を出力する。例えば、制御部４１は、光照射部２０に照射光の出力タイミングを制御する出力タイミング信号を送信するとともに、トランスデューサアレイ３０の光音響波の検出タイミングを制御する検出タイミング信号を送信する。このように、制御部４１が光照射部２０とトランスデューサアレイ３０の動作タイミングを制御する信号を送信することで、光音響プローブ１０は、照射光の出力と同期して光音響波を検出することができる。
【００３０】
＜プリアンプ部＞
プリアンプ部４２は、複数のトランスデューサ素子３１から、それぞれ受信信号が入力される。プリアンプ部４２は、入力された複数の受信信号を増幅する増幅器である。プリアンプ部４２は、複数のトランスデューサ素子３１に対応してそれぞれ設けられている。プリアンプ部４２は、各トランスデューサ素子３１から入力された受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換部４３に出力する。
【００３１】
＜ＡＤ変換部＞
ＡＤ変換部４３は、プリアンプ部４２から、増幅された受信信号が入力される。ＡＤ変換部４３は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器である。ＡＤ変換部４３は、複数のトランスデューサ素子３１及びプリアンプ部４２に対応してそれぞれ設けられている。ＡＤ変換部４３は、プリアンプ部４２から入力されたアナログの受信信号を、デジタル化された信号に変換する。ＡＤ変換部４３は、デジタル化された信号を、信号処理部５０に出力する。
【００３２】
＜信号処理部＞
図１に示すように、本実施形態の信号処理部５０は、フィルタ処理部５１、ビームフォーム部５２、抽出部５３、画像生成部５４、及びコンパウンド部５５を有している。この例では、ＡＤ変換部４３から出力された、デジタル化された受信信号は、フィルタ処理部５１に入力される。
【００３３】
（フィルタ処理部）
フィルタ処理部５１は、ＡＤ変換部４３から、デジタル化された受信信号が入力される。フィルタ処理部５１は、トランスデューサ素子３１に対応する複数のＡＤ変換部４３から入力された個々の信号に対して、ウィナーフィルタによって、受信信号から不要成分を低減するフィルタ処理を行う。ウィナーフィルタとは、入力信号から、理想信号に対する平均二乗誤差を最小とする復元信号を生成するフィルタである。本実施形態では、理想信号は、光音響波に含まれる圧縮波と膨張波とにそれぞれ対応する、正圧信号と負圧信号とを含む正弦波である。また、不要成分は、トランスデューサアレイ３０において、光音響波を検出して受信信号に変換する際に生じる成分である。そして、本実施形態のウィナーフィルタは、音響波に由来し不要成分を含まない理想信号に対する、平均二乗誤差を最小とする復元信号を生成する。フィルタ処理部５１は、フィルタ処理を施した受信信号（復元信号）を、ビームフォーム部５２に出力する。
【００３４】
光照射部２０から発せられた光を被検体に照射することで、光を受けた対象が熱膨張することで正圧信号からなる圧縮波が発生する、さらに対象が収縮することで、負圧信号からなる膨張波が発生する。光音響波は、このような圧縮波と膨張波とから成る正弦波となっている。フィルタ処理部５１は、ウィナーフィルタによって、本来の光音響波が有する信号波形に対する復元信号を、トランスデューサ素子３１によって生成された受信信号から復元するものである。
【００３５】
（ビームフォーム部）
ビームフォーム部５２は、フィルタ処理部５１から、復元信号が入力される。ビームフォーム部５２は、トランスデューサ素子３１に対応して入力された個々の信号に対して、受信焦点と各トランスデューサ素子３１との位置関係に応じた遅延時間を与える遅延処理と、遅延処理によって位相を合わせた信号を加算する加算処理との整相加算処理を行う。ビームフォーム部５２は、整相加算処理を施した信号（整相加算信号）を、抽出部５３に出力する。
【００３６】
（抽出部）
抽出部５３は、ビームフォーム部５２から、整相加算信号が入力される。抽出部５３は、入力された信号に対して、正側及び負側のいずれか一方の信号成分を抽出する抽出処理を行う。より具体的には、検出対象となる光音響波の波形に応じて、正側及び負側の成分のうち、時間的に先行する成分を抽出する。抽出部５３は、抽出処理を施した信号（抽出信号）を、画像生成部５４及びコンパウンド部５５に出力する。
【００３７】
本実施形態では、生体内の血液に含まれるヘモグロビンから生じる光音響波を検出対象として、先行する正側の信号成分を抽出する。このように、正側の信号成分を抽出する場合には、所定の閾値よりも低い値の信号成分を減衰させて、所定の閾値よりも高い値の信号成分を通過させることで、光音響波に含まれる正側の半波長の成分を出力することができる。このとき、所定の閾値は、サイドローブを生じさせる負側の信号成分を減衰させる値に設定されればよく、例えば０に設定される。また、抽出部５３は、入力された整相加算信号に対して、少なくとも正側の信号成分を含む信号を抽出する抽出処理を行うことで、負側の信号成分を減衰させるものであればよい。サイドローブを効果的に抑制する観点からは、負側の信号成分をカットして、負側の信号成分の信号強度が０の信号を出力することが好ましい。
【００３８】
他方、負側の成分が先行する光音響波を検出対象とする場合には、負側の信号成分を抽出する。この場合には、所定の閾値よりも高い値の信号成分を減衰させて、所定の閾値よりも低い値の信号成分を通過させることで、光音響波に含まれる負側の半波長の成分を出力することができる。このとき、所定の閾値は、サイドローブを生じさせる正側の信号成分を減衰させる値に設定されればよく、例えば０に設定される。また、抽出部５３は、入力された整相加算信号に対して、少なくとも負側の信号成分を含む信号を抽出する抽出処理を行うことで、正側の信号成分を減衰させるものであればよい。サイドローブを効果的に抑制する観点からは、正側の信号成分をカットして、正側の信号成分の信号強度が０の信号を出力することが好ましい。
【００３９】
本発明者らの検討により、光音響波に含まれる先行する信号成分がメインローブに対応して、この先行する信号成分から半波長ずれた信号成分がサイドローブの主因となっていることを見出した。抽出部５３は、受信信号から先行する信号成分を含む信号を抽出することで、光音響波に含まれる、先行する信号成分から半波長ずれた信号成分を減衰させるものである。なお、本実施形態では、光音響信号発生源が血管であり、計測対象が血液であるために、正側の信号成分が時間的に先行するが、負側の信号成分が時間的に先行するケースも考えられる。例えば、第一の光音響信号発生源によって第二の光音響信号発生源が囲まれており、第一の光音響信号発生源の光学的吸収係数が、第二の光音響信号発生源より大きい場合には、第二の光音響信号発生源から発生する光音響信号は負側の信号成分が先行すると推測される。
【００４０】
（画像生成部）
画像生成部５４は、抽出部５３から、抽出信号が入力される。また、画像生成部５４は、コンパウンド部５５から、後述するコンパウンド信号が入力される。画像生成部５４は、抽出信号及びコンパウンド信号に対して、少なくとも包絡線検波を行い、輝度信号を含む光音響画像の画像データ（光音響画像データ）を生成する。より具体的に、画像生成部５４は、入力された信号に対して、例えば、フィルタ処理、及び包絡線検波の処理を行い、さらに包絡線検波によって得られた輝度信号に対して、対数圧縮（ｌｏｇ圧縮）の処理を行う。そして、画像生成部５４は、上記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、光音響画像データを生成する。画像生成部５４は、生成した光音響画像データを表示部６１に出力する。なお、１点の抽出信号に基づいて生成される光音響画像データを、ワンショット光音響画像データ（ワンショット画像データ）と称する。また、コンパウンド信号に基づいて生成される光音響画像データを、コンパウンド光音響画像データ（コンパウンド画像データ）と称する。
【００４１】
（コンパウンド部）
コンパウンド部５５は、抽出部５３から、抽出信号が入力される。コンパウンド部５５は、複数の抽出信号に対して、コヒーレント加算を行い、コンパウンド信号を得る。コヒーレント加算は、公知の手法を用いて行うことができる。例えば、コヒーレント加算は、２以上の異なる角度及び／又は位置において光音響波を検出することで得られた複数の受信信号に基づいて生成された、複数点の信号（本例では抽出信号）を合成して、少なくとも１つのコンパウンド信号を得ることによって行われる。このとき、複数点の抽出信号から得られるそれぞれの光音響画像の特徴の相関関係から、光音響画像の位置関係を判定して、抽出信号の位置を整合させて、コヒーレント加算を行う。コンパウンド部５５は、生成したコンパウンド信号を画像生成部５４に出力する。なお、本明細書において、コヒーレント加算を行い、コンパウンド画像信号を得ることを、「画像コンパウンド」又は単に「コンパウンド」と称する場合がある。
【００４２】
コヒーレント加算に用いられる複数点の抽出信号は、光音響プローブ１０をメカニカルスキャン等により移動させることで、光音響波を検出する角度及び／又は位置を変化させることで得ることができる。または、光音響プローブ１０を移動させずに、被検者の心拍や呼吸といった体動によるずれによって生じる、光音響波を検出する角度及び／又は位置の変化を利用して得てもよい。または、これらを組み合わせて複数点の抽出信号を得てもよい。
【００４３】
＜表示部＞
表示部６１は、画像生成部５４から入力された光音響画像データを受信して、光音響画像を表示する。表示部６１は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）又はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレイである。表示部６１は、画像生成部５４での処理に応じて、二次元の光音響画像を表示してもよく、三次元の光音響画像を表示してもよい。また、表示部６１は、入力される光音響画像データに応じて、ワンショット画像を表示してもよく、コンパウンド画像を表示してもよい。ワンショット画像は、１点の抽出信号に基づいて画像生成部５４によって生成されるワンショット画像データによる画像である。コンパウンド画像は、コンパウンド信号に基づいて画像生成部５４によって生成されるコンパウンド画像データによる画像である。
【００４４】
＜機械走査部＞
機械走査部６２は、１次元方向、２次元方向、又は３次元方向に光音響プローブ１０を移動させることで、被検体と、光照射部２０及びトランスデューサアレイ３０との位置を変化させるものである。機械走査部６２としては、例えば、永久磁石ローター式誘導電動機を有し、互いに直角な３方向に光音響プローブ１０を微動させる自動微動台が用いられる。機械走査部６２によって、トランスデューサアレイ３０が光音響波を検出する位置を機械的に走査することができる。機械走査部６２の動作は、制御部４１によって制御される。
【００４５】
＜位置検出部＞
位置検出部６３は、光音響プローブ１０の位置を検出する。位置検出部６３としては、例えば、磁気式、赤外線式、超音波式、又は光学式等の位置センサが用いられる。位置検出部６３によって、光音響プローブ１０の移動量を検出して、被検体と光音響プローブ１０との位置関係を調整することができる。位置検出部６３により検出された光音響プローブ１０の位置情報は、制御部４１に出力される。
【００４６】
［２．動作］
以下、図４を参照して、本実施形態の光音響計測装置１００の動作を説明する。
まず、光照射部２０が検体に光源からの光を照射する（ステップＳ１１）。
トランスデューサアレイ３０は、光の照射によって被検体内に生じた光音響波を検出する（ステップＳ１２）。このとき、２５６個の各トランスデューサ素子３１がそれぞれ受信信号を生成して、プリアンプ部４２に受信信号を出力する。
【００４７】
プリアンプ部４２は、入力された受信信号を増幅して、増幅した２５６ｃｈの受信信号をＡＤ変換部４３に出力する（ステップＳ１３）。
ＡＤ変換部４３は、入力された受信信号をデジタル信号に変換して、変換した２５６ｃｈの受信信号をフィルタ処理部５１に出力する（ステップＳ１４）。
【００４８】
フィルタ処理部５１は、入力された受信信号に対してフィルタ処理を施して、得られた２５６ｃｈの復元信号をビームフォーム部５２に出力する（ステップＳ１５）。
ビームフォーム部５２は、入力された復元信号に対して整相加算処理を施して、得られた整相加算信号を抽出部５３に出力する（ステップＳ１６）。
抽出部５３は、入力された整相加算信号に対して抽出処理を施して、得られた抽出信号を画像生成部５４及びコンパウンド部５５に出力する（ステップＳ１７）。
【００４９】
画像生成部５４は、入力された抽出信号に対して包絡線検波等を行い、ワンショット画像データを生成する（ステップＳ１８）。画像生成部５４は、得られたワンショット画像データを表示部６１に出力する。
【００５０】
光音響計測装置１００は、所望の抽出信号を取得することができたかどうかの判定を行う（ステップＳ１９）。この判定は、画像コンパウンドにより高解像度の画像が得られる程度に十分な点数の、異なる角度及び／又は位置において検出された光音響波に基づく抽出信号を得ることができたかどうかによって行われる。この条件は特に限定されないが、３以上が好ましく、１０以上がより好ましく、２０以上がさらに好ましい。上記下限以下であると、画像コンパウンドによる解像度の向上が望めない場合がある。ここで、臨床上での使用を考えた際に、被験者が静止に耐えうる時間は、およそ５秒間、長くとも３０秒間程度である。このとき、システムのフレームレートを２０ｆｐｓとした場合には、被験者が静止している間に、最小で１００フレーム分、最大で６００フレーム分の抽出信号を得ることができる。このような観点から、画像コンパウンドのために取得する抽出信号の点数の上限は、６００以下が好ましく、３００以下がより好ましく、１００以下が好ましい。上記上限以上であると、光音響波の検出中の被験者の動作によって、画像コンパウンドに適さない抽出信号が含まれることがある。なお、システムのフレームレートの向上に応じて、取得可能な抽出信号の点数の上限が増加することは言うまでもない。
【００５１】
抽出信号の取得が完了していない場合には、機械走査部６２及び位置検出部６３を介したメカニカルスキャンにより、光音響波の検出位置を移動させる（ステップＳ２０）。そして、ステップＳ１に戻り、光音響計測装置１００は、光音響波の検出と、抽出信号及び光音響画像データの生成とを繰り返し行う。
【００５２】
抽出信号の取得が完了した場合には、コンパウンド部５５は、入力された複数の抽出信号に対してコヒーレント加算を行い、コンパウンド信号を生成する（ステップＳ２１）。コンパウンド部５５は、得られたコンパウンド信号を画像生成部５４に出力する。
【００５３】
画像生成部５４は、入力されたコンパウンド信号に対して包絡線検波等を行い、コンパウンド画像データを生成する（ステップＳ２２）。画像生成部５４は、得られたコンパウンド画像データを表示部６１に出力する。
【００５４】
光音響計測装置１００は、表示部６１に入力されたコンパウンド画像データによるコンパウンド画像を表示する（ステップＳ２３）。
なお、上記説明では、ステップＳ２３においてコンパウンド画像を表示する場合を例に挙げて説明したが、ステップＳ１８において生成されたワンショット画像データが表示部６１に出力されて、光音響計測装置１００は、ワンショット画像を表示してもよい。
【００５５】
光音響計測装置１００によって光音響波を検出する際には、ビームフォーム部５２によって、複数のトランスデューサ素子３１からの受信信号の遅延時間を制御することで、受信ビームの焦点位置を、幾何学的焦点位置から電子的に偏向（ステアリング）させることができる。また、機械走査部６２によって光音響プローブ１０を移動させることで、照射光の照射位置と光音響波の検出位置とを機械的に走査（メカニカルスキャン）することができる。さらに、位置検出部６３によって光音響プローブ１０の位置を検出することで、制御部４１を介して機械走査部６２による移動方向、移動量、及び移動速度が制御される。また、制御部４１によって、光照射部２０、トランスデューサアレイ３０、信号処理部５０、及び機械走査部６２の動作を連携させることで、所望の位置及びタイミングでの照射光の照射と光音響波の検出とを行うことができる。これにより、光音響計測装置１００では、機械的走査による撮像と、電子フォーカスによる撮像とを組み合わせて、光音響イメージングを行うことができる。
【００５６】
ここで、図５（ａ），図５（ｂ），図６（ａ），図６（ｂ）を参照して、ステップＳ１１〜１８の抽出信号及び光音響画像データの生成と、ステップＳ２０のメカニカルスキャンと、ステップＳ２１〜２３のコヒーレント加算及びコンパウンド画像との関係について説明する。
【００５７】
図５（ａ）では、１ボリュームデータの光音響画像データ生成を行うイメージング領域を実線の枠で示している。また、画像コンパウンドを行うことで得られる、トータルのイメージング領域を一点鎖線の枠で示している。このように、本実施形態では、１回の撮像により約２ｍｍ四方の領域の光音響画像データを得て、メカニカルスキャンによって約３ｍｍ四方の領域を移動させて、この領域内のコンパウンド信号を得る。図５（ｂ）では、図５（ａ）中に示したＸ軸方向、及びＹ軸方向、並びに紙面に対して垂直なＸ軸方向それぞれの方向への、撮像するフレーム数とイメージング領域の中心部の移動距離との関係の一例を示している。
【００５８】
図６（ａ）は、図５（ａ）に示す格子状の模様を撮像した、１ボリュームデータの光音響画像データによるワンショット画像を示している。そして、図５（ｂ）に示したようにメカニカルスキャンを行うと共に、複数点の信号を得て、コンパウンドした光音響画像データによるコンパウンド画像は、図６（ｂ）となる。コンパウンドを行った図６（ｂ）では、図６（ａ）よりも全体的にコントラストが向上していることが分かる。また、Ｘ軸方向：３ｍｍ，Ｙ軸方向：３ｍｍ付近の位置では、図６（ａ）では本来繋がっている格子の一部が薄れて途切れているように見えるのに対して、図６（ｂ）では格子が繋がって観察されるようになっている。
【００５９】
［３．作用及び効果］
（１）上記の光音響計測装置１００では、抽出部５３が受信信号に対して、正側及び負側のいずれか一方の信号成分を抽出する抽出処理を行う。これにより、サイドローブの主因となる、光音響波に含まれる信号成分を減衰させることで、受信信号のサイドローブを抑制することができる。このとき、従来のアポダイゼーションによるサイドローブを抑制する場合と比して、空間分解能の低下を抑えることができる。
【００６０】
（２）上記の光音響計測装置１００では、ビームフォーム部５２による整相加算によって生成された整相加算信号に対して、抽出部５３が抽出処理を行う。これにより、サイドローブの抑制効果を向上させることができる。またこのとき、空間分解能を維持しながら、サイドローブを抑制することができる。
【００６１】
（３）上記の光音響計測装置１００では、フィルタ処理部５１がウィナーフィルタによって、受信信号から不要成分を低減するフィルタ処理を行う。そして、フィルタ処理後の復元信号に対して、整相加算処理及び抽出処理を行う。これにより、フィルタ処理によって得られる復元信号は光音響波により近い信号波形を有するものとなるため、光音響波に含まれる正側及び負側のいずれか一方の信号成分を抽出する抽出処理に適した信号波形となる。したがって、サイドローブの抑制効果をより一層向上させることができると共に、空間分解能を高めることができる。
【００６２】
（４）上記の光音響計測装置１００では、ウィナーフィルタにおける理想信号を光音響波に対応する正弦波とする。そして、受信信号から、トランスデューサアレイ３０において光音響波を検出して受信信号に変換する際に生じる不要成分を低減する。これにより、フィルタ処理後の復元信号を、元来の光音響波に含まれる圧縮波と膨張波とにそれぞれ対応する、正圧信号と負圧信号とを含む信号波形に近づけることができる。これにより、抽出処理によって、光音響波に含まれる先行する正圧信号に対応する信号成分を抽出して、半波長遅れた負圧信号に対応する信号成分を減衰させることで、さらに効果的にサイドローブを抑制することができる。
【００６３】
（５）上記の光音響計測装置１００では、コンパウンド部５５が、受信信号をコヒーレント加算して、コンパウンド信号を得る。これにより、Ｓ／Ｎ比が大きくなると共に、サイドローブが抑制されて、コントラストが向上したコンパウンド画像を得ることができる。
【００６４】
＜用途＞
光音響計測装置１００の用途としては、主に生体中の血管、臓器、組織、細胞等の観察に用いられる。中でも、血管の観察に好適に用いられる。例えば、生体の血管を観察する場合、動脈と静脈とが寄り添うようにして生体中に存在するため、光音響の検出を行う際にサイドローブに起因するアーチファクトが生じると、動脈と静脈とを判別することが困難になることがある。光音響計測装置１００によれば、サイドローブを抑制することによって、このような２つ以上の像が近接して存在する対象物を分離して観察することができる。また、本発明によって分解能の向上効果も得られたために、今まで分類困難であった毛細血管や細動静脈といった微小血管の可視化も可能である。加えて、動静脈だけではなく、リンパ管といった微小な血管構造の可視化に応用が可能である。また、他の例としては、血行に作用する物質を作用させた際に、血管に生じる変化を観察するために用いることができる。また、アトピー性皮膚炎等のアレルギー反応に関連して、どのような細胞が働いているかを観察するために用いることができる。
【００６５】
［４．その他］
＜信号処理部の構成と信号処理部における処理の順序＞
上記実施形態の光音響計測装置１００では、信号処理部５０が、フィルタ処理部５１、ビームフォーム部５２、抽出部５３、画像生成部５４、及びコンパウンド部５５を有する場合を例に挙げて説明した。光音響計測装置１００は、少なくともビームフォーム部５２と抽出部５３とを備えて、受信信号に対して少なくとも整相加算処理と抽出処理とを施すものであればよい。また、上記実施形態の光音響計測装置１００では、信号処理部５０が、受信信号に対して、フィルタ処理、整相加算処理、抽出処理をこの順で施す場合を例に挙げて説明した。信号処理部５０による処理の順序はこれに限定されず、変更して行うことができる。
【００６６】
例えば、図７に示すように、光音響計測装置１００ａは信号処理部５０ａを備えており、信号処理部５０ａが受信信号に対して、フィルタ処理を省略して、整相加算処理、抽出処理をこの順で行ってもよい（第一変形例）。第一変形例では、抽出処理後の抽出信号に対してコヒーレント加算を行う。また、第一変形例では、抽出信号及びコンパウンド信号に基づいて光音響画像データを生成する。
【００６７】
また、図８に示すように、光音響計測装置１００ｂは信号処理部５０ｂを備えており、信号処理部５０ｂが受信信号に対して、フィルタ処理を省略して、抽出処理、整相加算処理をこの順で行ってもよい（第二変形例）。第二変形例では、整相加算処理後の整相加算信号に対してコヒーレント加算を行う。また、第二変形例では、整相加算信号及びコンパウンド信号に基づいて光音響画像データを生成する。
【００６８】
また、図９に示すように、光音響計測装置１００ｃは信号処理部５０ｃを備えており、信号処理部５０ｃが受信信号に対して、フィルタ処理、抽出処理、整相加算処理をこの順で行ってもよい（第三変形例）。第三変形例では、整相加算処理後の整相加算信号に対してコヒーレント加算を行う。また、第三変形例では、整相加算信号及びコンパウンド信号に基づいて光音響画像データを生成する。
【００６９】
さらにまた、図示していないが、受信信号に対して、整相加算処理、フィルタ処理、抽出処理をこの順で行ってもよく、整相加算処理、抽出処理、フィルタ処理をこの順で行ってもよく、抽出処理、フィルタ処理、整相加算処理をこの順で行ってもよく、抽出処理、整相加算処理、フィルタ処理をこの順で行ってもよい。これらの場合、フィルタ処理をフィルタ処理部５１で、整相加算処理をビームフォーム部５２で、抽出処理を抽出部５３で行うため、例えば、整相加算処理、フィルタ処理、抽出処理をこの順で行う場合には、図１又は図９において、ビームフォーム部５２、フィルタ処理部５１、抽出部５３の順に接続すればよい。他の場合も同様の要領で、各処理の順序にあわせて、フィルタ処理部５１、ビームフォーム部５２、抽出部５３を接続すればよい。
【００７０】
なお、サイドローブを効果的に抑制する観点からは、整相加算処理を行った後に、抽出処理を行うことが好ましい。これは、以下の作用が影響している。抽出処理を行った後に整相加算処理を行った場合には、強いサイドローブに隠れたメインローブの信号が減衰又は消失する場合がある。これは、例えば、太い像と細い像とが分岐している箇所を撮像した場合において、太い像のサイドローブに細い像のメインローブが隠れてしまうことで、分岐の交点が消えてしまうケースとして生じる。また、抽出処理を行う前に整相加算処理を行う場合には、複数の受信信号から整相加算処理を行う際に、受信信号に含まれる負側の信号成分によって打ち消し効果が生じることで、整相加算処理がサイドローブの軽減に寄与するものとなる。
【００７１】
また、サイドローブを効果的に抑制する観点からは、フィルタ処理を行った後に、整相加算処理、及び抽出処理を行うことが好ましい。これは、以下の作用が影響している。まず、フィルタ処理によって受信信号から不要成分を低減することで、本来の光音響波により近い波形を有する信号を得ることができる。そして、この信号に対して整相加算処理、及び抽出処理を行うことで、受信信号に含まれてサイドローブの要因となる、光音響波の負側の信号成分に由来する成分を軽減することができる。このとき、光音響波の正側の信号成分に由来する成分が過度に軽減されて分解能が低下することを防ぐことができる。
【００７２】
＜トランスデューサアレイの形状＞
上記の実施形態では、トランスデューサ素子３１が部分球面状に配置されて、トランスデューサアレイ３０が部分球面をなして設けられる例を説明した。トランスデューサアレイ３０の形状はこれに限定されず、トランスデューサ素子３１が平面状に配置されて、トランスデューサアレイ３０が２次元平面アレイであってもよい。また、トランスデューサ素子３１の個数も適宜変更することができる。
【００７３】
＜検査対象物＞
上記の実施形態では、検査対象物として、生体の血管を例に挙げて説明した。検査対象物はこれに限定されず、生体の臓器、組織、細胞等を対象としてもよい。又は、金属、樹脂、ゴム、木材、ガラス、セラミック等を対象としてもよい。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例に示す構成、処理内容、処理条件、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７５】
＜参考例１＞
外形３００μｍ，内径１００μｍのチューブに豚の血液を充填した測定サンプルを用意した。この測定サンプルに対して、光照射部２０から波長５３２ｎｍの光を照射して、トランスデューサアレイ３０によって光音響波を検出した。受信信号に対して、プリアンプ部４２による増幅と、ＡＤ変換部４３によるデジタル信号への変換とを行った。そして、信号処理部５０に入力された受信信号に対して、ビームフォーム部５２による整相加算処理を行い、得られた信号を用いて、画像生成部５４により参考例１のワンショット画像データを生成した。参考例１のワンショット画像データによるワンショット画像を図１０（ａ）に示す。参考例１のワンショット画像データにおいて、アレイ中央部付近を通り、測定サンプルと略直交する向きのＡ−Ａの線で示した領域における信号強度の変化を包絡線で表したものを図１１に示す。なお、図１１では横軸に測定サンプルを横断するＡ−Ａ方向の位置を、縦軸に信号の強度を示している。また、図１１では、メインローブの信号強度を０ｄＢとして、メインローブの信号強度に対する相対値を表している。さらに、図１１において、信号強度の変化から分解能を算出した。結果を図１２に示す。なお、本実施形態では、メインローブのピークにおいて、ピーク頂点から６ｄＢダウンした位置のピークの幅である半値全幅を分解能としている。またさらに、図１２では、サイドローブの信号強度を、参考例１を０ｄＢとした相対値で示している。
【００７６】
＜実施例１＞
参考例１において、信号処理部５０に入力された受信信号に対して、ビームフォーム部５２による整相加算処理と、抽出部５３による抽出処理とをこの順で行い、得られた信号を用いて、ワンショット画像データを生成する以外は同様にして、実施例１の信号強度の変化を得た。さらに、信号強度の変化から分解能を算出した。結果を図１１，図１２に示す。
【００７７】
＜実施例２＞
参考例１において、信号処理部５０に入力された受信信号に対して、抽出部５３による抽出処理と、ビームフォーム部５２による整相加算処理とをこの順で行い、得られた信号を用いて、ワンショット画像データを生成する以外は同様にして、実施例２の信号強度の変化を得た。さらに、信号強度の変化から分解能を算出した。結果を図１１，図１２に示す。
【００７８】
＜参考例２＞
参考例１において、信号処理部５０に入力された受信信号に対して、フィルタ処理部５１によるフィルタ処理と、ビームフォーム部５２による整相加算処理とをこの順で行い、得られた信号を用いて、ワンショット画像データを生成する以外は同様にして、参考例２の信号強度の変化を得た。さらに、信号強度の変化から分解能を算出した。結果を図１１，図１２に示す。
【００７９】
＜実施例３＞
参考例２において、フィルタ処理部５１によって得られた復元信号に対して、ビームフォーム部５２による整相加算処理と、抽出部５３による抽出処理とをこの順で行い、得られた信号を用いて、ワンショット画像データを生成する以外は同様にして、実施例３の信号強度の変化を得た。さらに、信号強度の変化から分解能を算出した。結果を図１１，図１２に示す。また、実施例３のワンショット画像データによるワンショット画像を図１０（ｂ）に示す。参考例１と同様に、図１０（ｂ）のＢ−Ｂの線で示した領域における信号強度の変化を図１１に示した。
【００８０】
＜実施例４＞
参考例２において、フィルタ処理部５１によって得られた復元信号に対して、抽出部５３による抽出処理と、ビームフォーム部５２による整相加算処理とをこの順で行い、得られた信号を用いて、ワンショット画像データを生成する以外は同様にして、実施例４の信号強度の変化を得た。さらに、信号強度の変化から分解能を算出した。結果を図１１，図１２に示す。
【００８１】
＜比較例１＞
参考例１において、信号処理部５０に入力された受信信号に対して、ガウシアン窓を用いたアポダイゼーションを行い、アポダイゼーションを施した信号に対してビームフォーム部５２による整相加算処理を行った以外は同様にして、比較例１の信号強度の変化を得た。さらに、信号強度の変化から分解能を算出した。結果を図１１，図１２に示す。
【００８２】
図１０（ａ）に示すように、受信信号に対して整相加算処理のみを行った参考例１では、測定サンプルに対応する像に加えて、サイドローブに起因するアーチファクトが測定サンプルに対応する像の左右に１本ずつ生じている。このように、本来１本の像が得られるところ、３本の像が観察されている。一方、図１０（ｂ）に示すように、受信信号に対してフィルタ処理、整相加算処理、及び抽出処理を行った実施例３では、サイドローブに起因するアーチファクトが大幅に軽減されて、測定サンプルに対応する像を観察することができた。
【００８３】
また、図１１から明らかなように、０．２５μｍ付近に実施例１〜４、参考例１，２、比較例１のメインローブのピークが生じている。また、０．１２μｍ付近と０．３６μｍ付近に実施例１〜４，参考例１，２のサイドローブのピークが生じている。さらに、０．０８μｍ付近と０．３８μｍ付近に比較例１のサイドローブのピークが生じている。図１２から明らかなように、整相加算処理に加えてアポダイゼーションを行った比較例１では、参考例１よりもサイドローブの強度が−５．２ｄＢに抑制されていたものの、メインローブが広がり、分解能が大幅に低下していた。一方、整相加算処理に加えて抽出処理を行った実施例１〜４では、サイドローブを抑制しながら、比較例１よりも分解能の低下を抑えたものとなっていた。中でも、整相加算処理の後に、抽出処理を行った実施例１，３では、サイドローブ抑制の効果が顕著であった。また、整相加算処理に加えてフィルタ処理を行った実施例３，４及び参考例２では、いずれもサイドローブの抑制と分解能の向上が見られた。特には、サイドローブの抑制効果に関して、参考例２では−０．８ｄＢであり、実施例１では−５．１ｄＢであるのに対して、さらにフィルタ処理を行った実施例３では、−７．３ｄＢとなっている。これらの結果から、フィルタ処理と抽出処理とを併用することで、サイドローブの抑制効果が相乗的に表れることが分かる。
【００８４】
＜比較例２＞
人の手のひらに対して、光照射部２０から波長５３２ｎｍの光を照射して、トランスデューサアレイ３０によって光音響波を検出した。受信信号に対して、プリアンプ部４２による増幅と、ＡＤ変換部４３によるデジタル信号への変換とを行った。そして、信号処理部５０に入力された受信信号に対して、フィルタ処理部５１によるフィルタ処理と、ビームフォーム部５２による整相加算処理とをこの順で行い、得られた整相加算信号を用いて、画像生成部５４により比較例２のワンショット画像データを生成した。比較例２のワンショット画像データによるワンショット画像を図１３（ａ）に示す。比較例１のワンショット画像において、Ｃ−Ｃの線で示した領域における信号強度の変化を包絡線で表したものを図１４に示す。なお、図１４では横軸に血管を横断するＣ−Ｃ方向の位置を、縦軸に信号の強度を示している。また、図１４では、最も信号強度の強い位置の信号強度を０ｄＢとした相対値を表している。なお、図１４において、０．４０ｍｍ付近のピークから、分解能は１１０μｍと算出された。また、１０．５ｍｍ付近のピークから、分解能は１０７μｍと算出された。
【００８５】
＜比較例３＞
比較例２と同様の処理を繰り返すことで、１００点の整相加算信号を生成した。これらの整相加算信号に対して、被験者の心拍や呼吸といった体動によるずれを検出して、コンパウンド部５５によるコヒーレント加算を行い、コンパウンド信号を作成した。さらに、このコンパウンド信号から、画像生成部５４によって、比較例３のコンパウンド画像データを生成した。得られたコンパウンド画像に対して、比較例２と同様にして、信号強度の変化を包絡線で表したものを図１４に示す。
【００８６】
＜実施例５＞
比較例２において、信号処理部５０に入力された受信信号に対して、フィルタ処理部５１によるフィルタ処理と、ビームフォーム部５２による整相加算処理と、抽出部５３による抽出処理とをこの順に行い、得られた抽出信号を用いて、画像生成部５４によりワンショット画像データを生成した。さらに、これらの処理を繰り返すことで、１００点の抽出信号を生成した。これらの抽出信号に対して、被験者の心拍や呼吸といった体動によるずれを検出して、コンパウンド部５５によるコヒーレント加算を行い、コンパウンド信号を作製した。さらに、このコンパウンド信号から、画像生成部５４によって、実施例５のコンパウンド画像データを生成した。実施例５のコンパウンド画像データによるコンパウンド画像を図１３（ｂ）に示す。得られたコンパウンド画像に対して、比較例２と同様にして、Ｄ−Ｄの線で示した領域における信号強度の変化を包絡線で表したものを図１４に示す。なお、図１４において、０．４０ｍｍ付近のピークから、分解能は１００μｍと算出された。また、１０．５ｍｍ付近のピークから、分解能は９５μｍと算出された。
【００８７】
図１３（ａ），図１３（ｂ）から、抽出処理と画像のコンパウンドにより、サイドローブに起因する、血管の周囲に現れるアーチファクトが軽減されていることが分かる。さらに、バックグラウンドの信号強度が抑えられて、Ｓ／Ｎ比が大きくなると共に、コントラストが向上して、血管部分の像を明瞭に観察することが可能になったことが分かる。
【００８８】
また、図１４から明らかなように、実施例５と比較例３との比較から、抽出処理によって引き起こされる、サイドローブに起因するピークの信号強度の減少が、画像コンパウンドを行った際にも有効であることが分かる。また、比較例２と比較例３との比較から、画像コンパウンドを行うこともサイドローブの抑制に寄与することが分かる。そして、抽出処理と画像コンパウンドとを併用することにより、実施例５では、比較例２よりも分解能が向上するとともに、０．４０ｍｍ付近のピークの左右に現れるサイドローブに起因するピーク、及び１．０５ｍｍ付近のピークの左右に現れるサイドローブに起因するピークの信号強度が大幅に減少することが確認された。
【符号の説明】
【００８９】
１００  光音響計測装置
１０  光音響プローブ
２０  光照射部
３０  トランスデューサアレイ
３１  トランスデューサ素子
４１  制御部
４２  プリアンプ部
４３  ＡＤ変換部
５０  信号処理部
５１  フィルタ処理部
５２  ビームフォーム部
５３  抽出部
５４  画像生成部
５５  コンパウンド部
６１  表示部
６２  機械走査部
６３  位置検出部
【図１】
2018175751.tif 000003
【図２】
2018175751.tif 000004
【図３】
2018175751.tif 000005
【図４】
2018175751.tif 000006
【図５】
2018175751.tif 000007
【図６】
2018175751.tif 000008
【図７】
2018175751.tif 000009
【図８】
2018175751.tif 000010
【図９】
2018175751.tif 000011
【図１０】
2018175751.tif 000012
【図１１】
2018175751.tif 000013
【図１２】
2018175751.tif 000014
【図１３】
2018175751.tif 000015
【図１４】
2018175751.tif 000016
【図１５】
2018175751.tif 000017