(57)【要約】【課題】光音響装置において周期的に発生するノイズを抑制する。【解決手段】被検体に光を照射する光源と、前記光に起因して前記被検体で発生した音響波を受信し、電気信号に変換する音響波検出手段と、非周期的な第一の周期で前記光の照射および前記電気信号の取得を行い、前記第一の周期ごとに得られた時系列の電気信号同士を加算する信号処理手段と、前記加算された電気信号に基づいて、前記被検体の特性情報を表す画像を生成する画像生成手段と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射する光源と、
前記光に起因して前記被検体で発生した音響波を受信し、電気信号に変換する音響波検出手段と、
非周期的な第一の周期で前記光の照射および前記電気信号の取得を行い、前記第一の周期ごとに得られた時系列の電気信号同士を加算する信号処理手段と、
前記加算された電気信号に基づいて、前記被検体の特性情報を表す画像を生成する画像生成手段と、を有する
ことを特徴とする、被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記画像生成手段は、所定のフレームレートに対応する第二の周期で前記画像を生成し、
前記第一の周期は、前記第二の周期よりも短い
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】
所定のリフレッシュレートに対応する第三の周期で前記画像を表示する表示手段をさらに有し、
前記第一の周期は、前記第三の周期よりも短い
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】
前記信号処理手段は、前記第一の周期が定義された複数のパターンの中から使用するパターンを選択する
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】
前記第一の周期は、ランダムに変化する、
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】
前記第一の周期は、一周期ごとに単調増加または単調減少する、
ことを特徴とする、請求項１から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】
前記音響波検出手段は、複数の音響波検出素子と、
前記複数の音響波検出素子が前記音響波を受信することで生成した受信信号をデジタル信号に変換し、前記電気信号として出力するＡ／Ｄ変換手段と、を有する
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】
光を照射する照射ステップと、
前記光に起因して被検体で発生した音響波を受信し、電気信号に変換する音響波検出ステップと、
非周期的な第一の周期で前記光の照射および前記電気信号の取得を行い、前記第一の周期ごとに得られた時系列の電気信号同士を加算する信号処理ステップと、
前記加算された電気信号に基づいて、前記被検体の特性情報を表す画像を生成する画像生成ステップと、を含む
ことを特徴とする、被検体情報取得方法。
【請求項９】
前記画像生成ステップでは、所定のフレームレートに対応する第二の周期で前記画像を生成し、
前記第一の周期は、前記第二の周期よりも短い
ことを特徴とする、請求項８に記載の被検体情報取得方法。
【請求項１０】
所定のリフレッシュレートに対応する第三の周期で前記画像を表示する表示ステップをさらに含み、
前記第一の周期は、前記第三の周期よりも短い
ことを特徴とする、請求項８または９に記載の被検体情報取得方法。
【請求項１１】
前記信号処理ステップでは、前記第一の周期が定義された複数のパターンの中から使用するパターンを選択する
ことを特徴とする、請求項８から１０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、光音響効果を利用した被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野において、被検体内の構造情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための研究が進められている。このような技術の一つとして、近年、光音響トモグラフィ（ＰＡＴ：ＰｈｏｔｏＡｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）が提案されている。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。ＰＡＴでは、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。
【０００３】
光音響装置においても、超音波診断装置と同様に、ハンドヘルド型のプローブを用いて容易に観察部位にアクセスできる装置が研究および開発されている。さらに、ハンドヘルド型プローブの形状を有する光音響装置においては、リアルタイムに被検体内の構造画像や機能画像を観察できるような装置が研究および開発されている。
【０００４】
光音響装置は、被検体内で発生した微弱な音響波に基づいて画像を構成する装置であるため、Ｓ／Ｎ比を向上させるための手法が多く考案されている。例えば、特許文献１には、被検体に対して光を複数回照射して音響波を受信し、得られた複数の信号に対して加算平均を行う光音響装置が開示されている。加算平均を行った信号に基づいて光音響画像を生成することで、ノイズを低減し、画質を向上させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−４７１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の光音響装置では、サンプリング周期ごとに得られた信号を加算平均するため、ランダムに混入するノイズを抑制することができる。しかし、当該装置では、周期的に発生するノイズに対しては、十分な抑制効果を得ることができない。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光音響装置において周期的に発生するノイズを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る被検体情報取得装置は、
被検体に光を照射する光源と、前記光に起因して前記被検体で発生した音響波を受信し、電気信号に変換する音響波検出手段と、非周期的な第一の周期で前記光の照射および前記電気信号の取得を行い、前記第一の周期ごとに得られた時系列の電気信号同士を加算する信号処理手段と、前記加算された電気信号に基づいて、前記被検体の特性情報を表す画像を生成する画像生成手段と、を有することを特徴とすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る被検体情報取得方法は、
光を照射する照射ステップと、前記光に起因して被検体で発生した音響波を受信し、電気信号に変換する音響波検出ステップと、非周期的な第一の周期で前記光の照射および前記電気信号の取得を行い、前記第一の周期ごとに得られた時系列の電気信号同士を加算する信号処理ステップと、前記加算された電気信号に基づいて、前記被検体の特性情報を表す画像を生成する画像生成ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光音響装置において周期的に発生するノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一の実施形態に係る光音響装置の機能ブロック図である。
【図２Ａ】第一の実施形態に係るハンドヘルドプローブの模式図である。
【図２Ｂ】第一の実施形態に係るハンドヘルドプローブの模式図である。
【図３】第一の実施形態に係るコンピュータと周辺装置の構成図である。
【図４Ａ】第一の実施形態における動作タイミングを説明する図である。
【図４Ｂ】第一の実施形態における動作タイミングを説明する図である。
【図４Ｃ】第一の実施形態における動作タイミングを説明する図である。
【図５】第二の実施形態における動作タイミングを説明する図である。
【図６Ａ】本発明が解決する課題を説明する図である。
【図６Ｂ】課題の解決方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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る。よって、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。
【００１３】
本発明は、被検体から伝搬する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。
【００１４】
本発明に係る被検体情報取得装置は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。
【００１５】
光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。
また、物質濃度として酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。さらには、体内に投与されたＩＣＧ（インドシアニン・グリーン）等の造影剤等、光の吸収スペクトルが特徴的な物質も対象として挙げられる。
【００１６】
被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。
【００１７】
本明細書における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載には、それらの弾性波の波長を限定する意図はない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。なお、本明細書において、光音響信号とは、アナログ信号とデジタル信号の双方を含む概念である。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。
【００１８】
（第一の実施形態）
<装置の概要>
本発明が解決する課題について、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら説明する。
図６Ａは、従来技術における課題を説明するためのタイミング図である。図６Ａにおいて横軸は時間軸である。
【００１９】
まず、光音響装置に対する外来ノイズの影響について説明する。図６Ａにおいて、Ｔ１はデータのサンプリングに用いるクロックを表す。ここでは、サンプリング周期（本発明における第一の周期）をｔｗ１とする。本例では、サンプリングクロックＴ１の立ち上がりエッジで、光音響装置の光源が発光し、発光に伴って発生する光音響信号を、サンプリング周期毎に時系列データとして取得する。
【００２０】
図６ＡにおけるＴａは、Ａ／Ｄ変換クロックである。光音響装置においては、Ａ／Ｄ変換器が、Ａ／Ｄ変換クロックの立ち上がりエッジで、アナログ信号である光音響信号をデジタル信号に変換する。そして、Ｔｄで示したように、光源の発光タイミングを基準とする、時系列のデジタル信号（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・）を取得する。
【００２１】
一方、光（特に、レーザ光源ではなく、半導体発光素子による光）が照射されたことによって被検体の内部で発生する光音響波は非常に微弱である。そのため、一般的な光音響装置では、光音響信号のＳ／Ｎ比を向上させるために、一定の周期ごとに得られた時系列の電気信号同士（デジタル信号同士）を加算平均する。なお、光音響信号のＳ／Ｎ比を向上させるためには加算平均回数を多くする必要があるが、説明をわかりやすくするため、本例では、加算平均の回数を２回とする。すなわち、２回の発光に伴って発生した２回分の光音響信号を加算平均し、Ｓ／Ｎ比を向上させる。
【００２２】
具体的には、Ｔｄにおいて、同じ番号が付されたデジタル信号同士（Ｄ１とＤ１’，Ｄ２とＤ２’，Ｄ３とＤ３’，・・・）を加算平均し、当該加算平均された光音響信号を基に画像を再構成する。これにより、ノイズが低減された再構成画像を得ることができる。
【００２３】
このように、光音響信号に対して加算平均を行うことで、トランスデューサや増幅器等の回路において発生する熱雑音やショットキー雑音を低減することができる。これらのノイズはほぼランダムなタイミングで発生するノイズであるため、加算平均を行うことで、ノイズの低減を図ることができる。
【００２４】
しかし、光音響信号に混入するノイズには、装置内部で発生するノイズだけでなく、探触子とＡ／Ｄ変換器間のアナログ回路に混入する外来ノイズがある。外来ノイズとは、例えば、スイッチング電源のスイッチングノイズや、モータコントローラやモータのノイズ
、デジタル回路等のクロックを基準にして発生するノイズ等である。これらは、一般に、熱雑音やショットキー雑音と異なり、周期的に発生する。外来ノイズは、光音響装置の内部あるいは外部で発生し、前述したアナログ回路に混入する可能性がある。光音響装置においては、このような外部から混入するノイズを無くすことが容易ではない。
【００２５】
図６ＡにおけるＴｎは、Ａ／Ｄ変換器に入力される外来ノイズの一例である。ＳおよびＳ’は、外来ノイズを模式的に示した波形である。本例は、サンプリング周期が０．１ミリ秒であり、外来ノイズＳおよびＳ’が、同様に０．１ミリ秒おきに（１０ＫＨｚで）発生している場合を示している。
【００２６】
ここで、Ａ／Ｄ変換クロックは、例えば４０ＭＨｚ（２５ナノ秒周期）である。Ａ／Ｄ変換器は、入力されたアナログ信号Ｓ１をデジタル信号Ｄ６に変換し、同様に信号Ｓ２を信号Ｄ７に、信号Ｓ３を信号Ｄ８に、信号Ｓ４を信号Ｄ９に変換する。一方、次のサンプリング周期において、Ａ／Ｄ変換器は、入力されたアナログ信号Ｓ１’をデジタル信号Ｄ６’に変換し、同様に信号Ｓ２’を信号Ｄ７’ に、信号Ｓ３’を信号Ｄ８’ に、信号Ｓ４’を信号Ｄ９’に変換する。
そして、デジタル信号Ｄ６とデジタル信号Ｄ６’、信号Ｄ７と信号Ｄ７’、信号Ｄ８と信号Ｄ８’、信号Ｄ９と信号Ｄ９’をそれぞれ加算平均する。
しかしながら、Ｔｎで示したような周期的な外来ノイズＳおよびＳ’は、当然ながら加算平均しても低減することはない。
【００２７】
本例では、サンプリング周期と外来ノイズの発生周期が同一である場合を示したが、外来ノイズの繰り返し周波数がサンプリング周期の整数倍である場合、サンプリング周期毎に、発光制御信号を基準として同じ時刻にノイズが発生する。そのため、上記説明で示したように、加算平均によるノイズの抑制は期待できない。
また、サンプリング周波数が比較的低い場合、外来ノイズの繰り返し周波数が、サンプリング周波数の整数倍になる可能性が高い。例えば、スイッチング電源のノイズ（１０ｋＨｚから数１００ｋＨｚ）がこの周波数に合致する場合がある。そのため、加算平均によって抑制することができない外来ノイズが比較的多くなる。
【００２８】
第一の実施形態に係る光音響装置は、このような、周期的に発生する外来ノイズを抑制可能な装置である。図６Ｂを参照して、周期的な外来ノイズを低減する方法を説明する。
図６Ｂに示した例は、サンプリング周期が一定ではないという点において、図６Ａと相違する。
図６ＢのＴ１で示したように、サンプリング周期ｔｗ１−は、サンプリング周期ｔｗ１に比べて、Ａ／Ｄ変換クロックの４サイクル分短くなっている。また、サンプリング周期ｔｗ１＋は、サンプリング周期ｔｗ１に比べて、Ａ／Ｄ変換クロックの４サイクル分長くなっている。
【００２９】
被検体から到来する光音響波は、発光制御信号をトリガとして発生するため、このようにサンプリングのタイミングをずらしても、得られる光音響信号（デジタル信号）は、図６Ａの場合と変わらない。
一方、外来ノイズは以下のようにアナログデジタル変換される。すなわち、サンプリング周期ｔｗ１−が４サイクル分短くなっているため、２番目のサンプリング周期において外来ノイズＳ’がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号は、４サイクル分遅れる。
具体的には、入力されたアナログ信号Ｓ１’はデジタル信号Ｄ１０’に変換され、同様に、信号Ｓ２’はＤ１１’に、信号Ｓ３’は信号Ｄ１２’に、信号Ｓ４’は信号Ｄ１３’に変換される。そして、デジタル信号Ｄ６とデジタル信号Ｄ６’、信号Ｄ７と信号Ｄ７’、信号Ｄ８と信号Ｄ８’・・・信号Ｄ１３と信号Ｄ１３’をそれぞれ加算平均する。
その結果、それぞれの外来ノイズの振幅は１／２に小さくなる。また、加算平均する回
数をより多くすることによって、外来ノイズをさらに低減することができる。
【００３０】
本実施形態に係る光音響装置は、前述したように、光音響信号を取得する際のサンプリング周期を可変としたうえで加算平均を行う。これにより、光音響信号を劣化させることなく、外来ノイズを低減することが可能になる。
【００３１】
外来ノイズを低減させるためには、サンプリング周期をランダムに変化させるとよい。また、サンプリング周期の最小の時間は、トランスデューサと光吸収体が存在する距離値の最大値を、被検体内部の音速で割ったものに基づいて決定するとよい。例えば、トランスデューサから１５ｃｍ離れた光吸収体から発生した光音響波を受信したい場合、人体の音速を１５００ｍ／Ｓｅｃとすれば、サンプリング周期の最小の時間は、０．１ｍＳｅｃである。この場合、サンプリング周期０．１２ｍＳｅｃを中心に±０．０２ｍＳｅｃの幅でランダムに変化させるとよい。
【００３２】
この他にも、例えば、加算平均回数が４１回であれば、０．１ｍＳｅｃから、周期毎に０．００１ｍＳｅｃ刻みで０．１４ｍＳｅｃまでサンプリング周期を増加するような制御を行ってもよい。この場合は、サンプリング周期は一周期ごとに単調増加し、のこぎり波状の変化となる。また、逆に、サンプリング周期を単調減少させてもよい。このように、サンプリング周期は、ランダム以外のどのような方法で変化させてもよい。サンプリング周期の変化がランダムでない場合であっても、同様な外来ノイズの低減の効果がある。
【００３３】
また、サンプリング周期を変更する場合、Ａ／Ｄ変換クロックを基にサンプリング周期を決定するとよい。Ａ／Ｄ変換クロックを基に、発光制御信号を発生させることにより、発光とＡ／Ｄ変換のタイミングを固定できる。すなわち、Ａ／Ｄ変換クロックの１周期分のジッタを取り除くことができるため、さらに良好な再構成画像を得ることができる。
この場合、サンプリング周期を変更する回路は、Ａ／Ｄ変換クロックを入力とするプログラマブルカウンターを用いて実現するとよい。具体的には、プログラマブルカウンターのレジスタに、サンプリング周期に相当するＡ／Ｄ変換クロック数をサンプリング周期毎に設定することにより実現できる。プログラマブルカウンターは、レジスタの値とカウント値を比較し一致した場合に、カウント値をゼロクリアする信号を出力するので、このクリア信号を発光制御信号として用いるとよい。
例えば、Ａ／Ｄ変換クロックが４０ＭＨｚである場合、サンプリング周期０．１ｍＳｅｃとするためのレジスタの設定値は４０００となる。このように、Ａ／Ｄ変換クロックを入力するプログラマブルカウンターのレジスタの値を（例えばコンピュータ１５０で）適時設定することにより、所望のサンプリング周期を実現することができる。
【００３４】
<装置構成>
以下、図１を参照して、第一の実施形態に係る光音響装置の構成を説明する。第一の実施形態に係る光音響装置は、プローブ１８０、信号収集部１４０、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０を有して構成される。プローブ１８０は、光源部２００、光学系１１２、光照射部１１３、受信部１２０を含む。コンピュータ１５０は、演算部１５１、記憶部１５２、制御部１５３、フレームレート変換部１５９を含む。
【００３５】
ここで、被検体に対する測定方法の概要について説明する。
まず、光源部２００が、光ファイバ（バンドルファイバ）等によって構成された光学系１１２を介して、光照射部１１３にパルス光を供給する。また、光照射部１１３は、供給された光を被検体１００に照射する。
受信部１２０は、被検体１００から発生した光音響波を受信して、アナログの電気信号を出力する。そして、信号収集部１４０が、受信部１２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ１５０に出力する。
前述したように、パルス光は、非周期的な周期であるサンプリング周期ごとに照射され、パルス光によって発生した音響波に対応する電気信号も、サンプリング周期ごとに時系列形式で出力される。
【００３６】
コンピュータ１５０は、信号収集部１４０からサンプリング周期ごとに出力されるデジタル信号を加算平均する処理を、撮像フレームレートに対応する周期（以下、撮像周期。本発明における第二の周期）ごとに行い、メモリに記憶する。そして、記憶されたデジタル信号に対して画像再構成処理を行い、光音響画像データを生成する。
また、コンピュータ１５０は、得られた光音響画像データを、撮像周期ごとにフレームレート変換部１５９に出力する。フレームレート変換部１５９は、撮像周期ごとに入力された光音響画像データを、表示部１６０に対応するリフレッシュレート（以下、表示周期。本発明における第三の周期）に変換する。詳細な方法については後述する。
そして、表示部１６０が、表示周期ごとに光音響画像データをリフレッシュして表示する。
【００３７】
装置のユーザ（医師や技師等）は、表示部１６０に表示された光音響画像を確認することにより、診断を実施できる。表示画像は、ユーザやコンピュータ１５０からの保存指示に基づいて、コンピュータ１５０内のメモリや、光音響装置とネットワークで接続されたデータ管理システムなどに保存されてもよい。装置のユーザは、入力部１７０を介して装置に対する入力を行うことができる。
【００３８】
続いて、各構成要素の詳細について説明する。
<プローブ１８０>
図２Ａは、本実施形態に係るプローブ１８０の模式図である。音響波検出部の一部でもあるプローブ１８０は、光源部２００、光学系１１２、光照射部１１３、受信部１２０、ハウジング１８１を含む。
ハウジング１８１は、光源部２００、光学系１１２、光照射部１１３、受信部１２０を収納する筺体である。ユーザは、ハウジング１８１を把持することにより、プローブ１８０をハンドヘルド型プローブとして利用できる。
光照射部１１３は、光学系１１２により伝搬されたパルス光を被検体に照射する手段である。なお、図中のＸＹＺ軸は、プローブを静置した場合の座標軸を示すものであり、プローブ使用時の向きを限定するものではない。
図２Ａに示すプローブ１８０は、ケーブル１８２を介して、信号収集部１４０と接続されている。ケーブル１８２は、光源部２００に電力を供給する配線や、発光制御信号を伝送する配線、受信部１２０から出力されたアナログ信号を信号収集部１４０に出力する配線などを含む（いずれも不図示）。なお、ケーブル１８２にコネクタを設け、プローブ１８０と光音響装置のその他の構成とを脱着可能な構成としてもよい。
また、図２Ｂに示したように、光源部２００として半導体レーザや発光ダイオード等を用い、光学系１１２を用いずに、被検体に直接パルス光を照射してもよい。この場合、半導体レーザやＬＥＤ等の発光端部分（ハウジングの先端）が光照射部１１３となる。
【００３９】
<光源部２００>
光源部２００は、被検体１００に照射する光を発生させる手段である。
光源は、大出力を得るためレーザ光源であることが望ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。照射のタイミング、波形、強度等は不図示の光源制御部によって制御される。この光源制御部は、光源と一体化されていてもよい。
また、酸素飽和度などの物質濃度を取得する場合、複数の波長を出力できる光源を利用することが好ましい。また、光源部２００をハウジング１８１内に実装する場合、図２Ｂ
に示したような、半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることが好ましい。また、複数の波長を出力する場合、異なる波長の光を発生する複数の種類の半導体レーザや発光ダイオードを用いて波長を切り換えるようにしてもよい。
【００４０】
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。被検体が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は１０ナノ〜１マイクロ秒程度が好適である。また、パルス光の波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下であることが望ましい。もちろん、画像化したい光吸収体の光吸収特性に応じて波長を決定してもよい。
なお、血管を高解像度でイメージングする場合は、血管での吸収が大きい波長（４００ｎｍ以上、８００ｎｍ以下）を用いてもよい。また、生体の深部をイメージングする場合は、生体の背景組織（水や脂肪など）において吸収が少ない波長（７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下）の光を用いてもよい。
【００４１】
なお、本実施形態では、光源として半導体発光素子を用いるため、被検体に大光量を照射することができない。すなわち、一回の照射で得られる光音響信号が所望のＳ／Ｎ比に達しづらくなる。そのため、光源を第一の周期で発光させ、光音響信号を加算平均することで、Ｓ／Ｎ比を向上させる。
本実施形態で用いる光源部２００の好適な波長の例として、７９７ｎｍが挙げられる。この波長は、被検体の深部まで届く波長であり、かつ、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの吸収係数が略等しいため、血管構造の検出に適している。この他にも、第２の波長として、７５６ｎｍを用いれば、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの吸収係数差を用い、酸素飽和度を求めることができる。
【００４２】
<光照射部１１３>
光照射部１１３は、被検体に照射する光が出射する部位（出射端）である。光学系１１２としてバンドルファイバを使用した場合、終端部が光照射部１１３となる。また、光照射部１１３に、光を拡散させる拡散板等を配置してもよい。このようにすることで、パルス光のビーム径を広げて被検体を照射することができる。
また、図２Ｂに示したように、光源部２００として複数の半導体発光素子を用いる場合、各素子の発光端部分（ハウジング先端）を並べ、光照射部１１３とすることによって、広範囲にわたり被検体を照射することが可能となる。
【００４３】
<受信部１２０>
受信部１２０は、パルス光に起因して発生する光音響波を受信して電気信号を出力するトランスデューサ（音響波検出素子）と、トランスデューサを支持する支持体と、からなるユニットである。
トランスデューサを構成する部材として例えば、圧電材料、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどが挙げられる。また、圧電材料として、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電膜材料が挙げられる。
トランスデューサにより得られる電気信号は時間分解信号である。すなわち、得られた電気信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信された音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）となる。
【００４４】
なお、トランスデューサには、光音響波を構成する周波数成分（典型的には１００ＫＨｚから１０ＭＨｚ）を検出できるものを用いることが好ましい。また、支持体に複数のトランスデューサを並べて配置して、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、または２Ｄアレイと呼ばれるような平面や曲面を形成してもよい。
また、受信部１２０が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を増幅する増幅器を備えてもよい。また、受信部１２０が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を時系列のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えてもよい。すなわち、受信部１２０が信号収集部１４０を兼ねていてもよい。
【００４５】
なお、本実施形態では、ハンドヘルド型のプローブを例示したが、画像精度を向上させるためには、音響波を様々な角度から検出できるよう、被検体１００を全周囲から囲むようなトランスデューサを用いることが好ましい。また、全周囲を囲めないほど被検体１００が大きい場合は、半球状の支持体上にトランスデューサを配置してもよい。プローブがこのような形状の受信部を備える場合、プローブを被検体１００に対して機械的に相対移動させるようにしてもよい。プローブの移動には、ＸＹステージなどの機構を用いることができる。なお、トランスデューサの配置および数、ならびに支持体の形状は、上記に限定されず、被検体１００に応じて最適化すればよい。
【００４６】
受信部１２０と被検体１００との間には、光音響波を伝搬させる媒質（音響マッチング材）を配置するとよい。これにより、被検体１００とトランスデューサの界面における音響インピーダンスを整合させることができる。音響マッチング材として例えば、水、油、超音波ジェルなどがある。
また、本実施形態に係る光音響装置は、被検体１００を保持して形状を安定させる保持部材を備えていてもよい。保持部材としては光透過性と音響波透過性がともに高いものが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンやポリエチレンテレフタレート、アクリルなどを利用できる。
【００４７】
なお、本実施形態に係る装置が、光音響画像に加えて、超音波を送受信することで超音波画像を生成する機能を有する場合、トランスデューサを、音響波を送信する送信手段として機能させてもよい。受信手段としてのトランスデューサと送信手段としてのトランスデューサは、共通であってもよいし、別々であってもよい。
【００４８】
<信号収集部１４０>
音響波検出部の一部でもある信号収集部１４０は、受信部１２０から出力されたアナログの電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含む。信号収集部１４０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップなどで構成されてもよい。
【００４９】
受信部１２０にアレイ状に配置された複数のトランスデューサが出力したアナログ信号は、各々に対応する複数のアンプにより増幅され、各々に対応する複数のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換のレートは、入力される信号の帯域の少なくとも２倍以上であることが好ましい。前述したように、光音響波を構成する周波数成分が１００ＫＨｚから１０ＭＨｚである場合、Ａ／Ｄ変換レートは２０ＭＨｚ以上、望ましくは４０ＭＨｚ以上となる。
【００５０】
前述したように、信号収集部１４０は、発光制御信号を用いることにより、光照射のタイミングと信号収集処理のタイミングを同期させる。すなわち、第一の周期（サンプリング周期）毎に訪れる発光時刻を基準にして、前述したＡ／Ｄ変換レートで、Ａ／Ｄ変換を開始し、アナログ信号をデジタル信号に変換する。その結果、Ａ／Ｄ変換レート分の１の間隔（Ａ／Ｄ変換クロックの周期）で、トランスデューサ毎にデジタル信号列が取得できる。すなわち、第一の周期が非周期的であっても、発光時刻を基準とする光音響信号が正確に取得できる。信号収集部１４０は、Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＡＳ）とも呼ばれる。
【００５１】
前述したように、信号収集部１４０は、プローブ１８０のハウジング１８１の内部に配置してもよい。このような構成とすることで、プローブ１８０とコンピュータ１５０との間の情報をデジタル信号で伝搬できるため、耐ノイズ性が向上する。また、アナログ信号を伝送する場合に比べ、配線数を少なくすることが可能となり、プローブ１８０の操作性が向上する。また、後述する加算平均も信号収集部１４０で行ってもよい。この場合ＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて加算平均を行うと好適である。
【００５２】
<コンピュータ１５０>
コンピュータ１５０は、演算部１５１（本発明における画像生成手段）、記憶部１５２、制御部１５３、フレームレート変換部１５９を含む演算手段である。演算部１５１としての演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップ等の演算回路で構成できる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されてもよいし、複数のプロセッサや演算回路から構成されてもよい。
【００５３】
コンピュータ１５０は、複数のトランスデューサの各々について、以下のような処理を行う。
コンピュータ１５０は、まず、第一の周期毎に信号収集部１４０から出力されたデジタル信号について、発光時刻を基準とした同時刻のデータをそれぞれ加算し、平均化する。そして、加算平均されたデジタル信号を、撮像周期ごとに、加算平均後の光音響信号として、記憶部１５２に記憶する。
そして、演算部１５１が、記憶部１５２に記憶された（加算平均後の）光音響信号に基づいて画像の再構成を行い、光音響画像（構造画像や機能画像）の生成や、その他の演算処理を実行する。なお、演算部１５１は、入力部１７０から、被検体内部における音速や、保持部の構成などに関する各種パラメータ入力を受け付け、演算に用いてもよい。
【００５４】
演算部１５１が光音響信号を光音響画像（例えば３次元のボリュームデータ）に変換する際の再構成アルゴリズムには、タイムドメインでの逆投影法、フーリエドメインでの逆投影法、モデルベース法（繰り返し演算法）など、任意の手法を採用できる。タイムドメインでの逆投影法として、ユニバーサルバックプロジェクション（ＵＢＰ）、フィルタードバックプロジェクション（ＦＢＰ）、または整相加算（ディレイアンドサム）などが挙げられる。
【００５５】
光源部２００が、異なる２波長の光を発生させる場合、演算部１５１は、画像再構成処理によって、第１の波長の光に由来する光音響信号から第１の初期音圧分布を生成し、第２の波長の光に由来する光音響信号から第２の初期音圧分布を生成する。さらに、第１の初期音圧分布を、第１の波長の光の光量分布で補正することによって、第１の吸収係数分布を取得し、第２の初期音圧分布を、第２の波長の光の光量分布で補正することによって第２の吸収係数分布を取得する。さらに、第１および第２の吸収係数分布から、酸素飽和度分布を取得する。なお、最終的に酸素飽和度分布を得ることができれば、演算の内容や順序はこれに限られない。
【００５６】
記憶部１５２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性のメモリや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体により構成される。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。記憶部１５２は、複数の記憶媒体から構成されてもよい。
記憶部１５２は、撮像周期ごとに加算平均された光音響信号や、演算部１５１により生成される光音響画像データ、光音響画像データに基づいた再構成画像データなど、各種のデータを保存できる。また、サンプリング周期の変化パターンを複数個設定可能である場
合、当該パターン（ランダム、単調増加、単調減少等）や、それらの各々に対するデータ（例えば、Ａ／Ｄ変換クロックを入力するプログラマブルカウンターのレジスタの値等）も記憶できる。
【００５７】
制御部１５３は、光音響装置の各構成要素の動作を制御する手段であり、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部１５３は、入力部１７０を介して入力された指示信号（例えば測定開始信号など）に基づいて、光音響装置の各構成要素を制御してもよい。
また、制御部１５３は、記憶部１５２に格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成要素の動作を制御する。前述したように、サンプリング周期の変化がどのように設定されていても、Ａ／Ｄ変換クロックを入力とするプログラマブルカウンターを用い実現することができる。プログラマブルカウンターのレジスタの値を、制御部１５３が設定することにより、サンプリング周期を所望の周期に設定できる。
【００５８】
また、この際、複数のサンプリング周期の時間の合計が、撮像周期以下になるように設定すると、撮像周期内で平均化を行うことができる。なお、当該時間の合計が撮像周期を超えた場合、加算平均するデータが一部重なることになるが、加算平均自体は可能であり、本発明の効果を得ることができる。
また、制御部１５３は、生成した画像の調整などを行うこともできる。
【００５９】
フレームレート変換部１５９は、撮像周期に対応する所定のフレームレート（撮像フレームレート）で生成された光音響画像を、表示周期に対応する所定のフレームレート（以下、表示フレームレート）に変換し、表示部１６０に出力する手段である。
なお、図１の例では、フレームレート変換部１５９が独立した構成となっているが、フレームレート変換部１５９は必ずしも独立していなくてもよい。例えば、撮像フレームレートごとに光音響画像を記憶部１５２に記憶させ、記憶された光音響画像を、表示フレームレートに従って読み出すようにしてもよい。
本発明では、このように、他の方法によってフレームレート変換を実現した場合であっても、対応する部分をフレームレート変換部とも呼ぶことにする。
【００６０】
表示フレームレートは、汎用ディスプレイに対応したフレームレート（例えば５０Ｈｚ，６０Ｈｚ，７２Ｈｚ，１２０Ｈｚ等）とするとよい。このように、撮像周期と表示周期をそれぞれ独立させることで、測定に好適なフレームレートと、画像の表示に好適なフレームレートを個別に設定できる。換言すると、画像表示に好適なフレームレートとは無関係に、測定に好適なフレームレートを自由に設定することができる。また、撮像周期のみを、例えばユーザの指示により自由に変更することも可能となる。
【００６１】
表示部１６０は、光音響画像を表示する手段である。表示部１６０は、表示フレームレートに同期して実画面の書き換えを行う。なお、表示フレームレートと、実画面の書き換えを行うレート（リフレッシュレート）は同じであってもよい。
【００６２】
近年の液晶ディスプレイの中には、複数のフレームレート（フレーム周波数）での入力に対応する機能を有したものがある。このような液晶ディスプレイの中には、入力されたフレームレートを実画面の書き換えレート（リフレッシュレート）に変換する機能を持つものもある。表示部１６０がこのような機能を持つ場合、表示部１６０が、表示フレームレートを実際のリフレッシュレートに変換するフレームレート変換器を内蔵しているといえる。
また、このようなフレームレート変換器を内蔵した表示部１６０を使用する場合、図１で示したフレームレート変換部１５９をコンピュータ１５０に持たせる必要はない。表示部１６０にフレームレート変換部の機能を持たせる場合、コンピュータ１５０の構成を簡略化できる。
また、表示フレームレートとリフレッシュレートの変換は、必ずしも必要な構成ではない。例えば、両者が同一である場合、フレームレート変換部１５９は省略できる。もちろん、この場合であっても、本発明の要旨である外来ノイズの低減を行うことが可能である。
【００６３】
コンピュータ１５０は、専用に設計されたワークステーションであってもよいし、汎用的なＰＣやワークステーションであってもよい。コンピュータ１５０は、記憶部１５２に格納されたプログラムの指示に従って動作させてもよい。また、コンピュータ１５０が有する各構成は、それぞれ異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、コンピュータ１５０の少なくとも一部の構成は単一のハードウェアで構成されてもよい。
【００６４】
図３は、本実施形態に係るコンピュータ１５０の具体的な構成例である。本実施形態に係るコンピュータ１５０は、ＣＰＵ１５４、ＧＰＵ１５５、ＲＡＭ１５６、ＲＯＭ１５７、外部記憶装置１５８、フレームレート変換部１５９を有して構成される。また、コンピュータ１５０には、表示部１６０としての液晶ディスプレイ１６１、入力部１７０としてのマウス１７１、キーボード１７２が接続されている。
【００６５】
コンピュータ１５０および受信部１２０は、共通の筺体に収めた構成としてもよい。また、筺体に収められたコンピュータで信号処理の一部を行い、筺体の外部に設けられたコンピュータで残りの信号処理を行ってもよい。この場合、筺体の内部および外部に設けられたコンピュータを総称して、本実施形態に係るコンピュータとすることができる。すなわち、コンピュータを構成するハードウェアは分散していてもよい。また、コンピュータ１５０として、クラウドコンピューティングサービスなどで提供される、遠隔地に設置された情報処理装置を用いてもよい。
【００６６】
なお、コンピュータ１５０は、必要に応じて、得られた光音響画像に対して画像処理を行ったり、ＧＵＩグラフィック等を合成する処理を行ってもよい。また、これらの処理は、フレームレートの変換を行う前に行ってもよいし、後に行ってもよい。
【００６７】
<表示部１６０>
表示部１６０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬなどの表示装置である。表示部１６０によって、コンピュータ１５０により生成された画像や、特定位置における数値等が表示される。表示部１６０には、前述したように、表示周期に対応するフレームレート（例えば、５０Ｈｚ，６０Ｈｚ，７２Ｈｚ，１２０Ｈｚ等）で画像が入力される。表示部１６０は、入力されたフレームレートで画像を表示してもよいし、フレームレートをさらに変換してもよい。また、表示部１６０は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを画面上に表示してもよい。
【００６８】
<入力部１７０>
入力部１７０は、指示や数値などの入力をユーザから取得する手段である。ユーザは、入力部１７０を介して、測定開始や終了、サンプリング周期の変化パターンの指定や、生成した画像の保存指示操作などを行うことができる。
入力部１７０は、例えば、ユーザが操作可能なマウスやキーボード、専用のつまみ等で構成される操作コンソールであってもよい。なお、表示部１６０としてタッチパネルを利用する場合、表示部１６０が入力部１７０を兼ねてもよい。
【００６９】
以上に説明した、光音響装置の各構成要素は、それぞれ別の装置として構成されてもよいし、全てが一体となった構成であってもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となり、残りが別の装置によって構成されてもよい。
【００７０】
<被検体１００>
被検体１００は、本発明に係る光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響装置は、人や動物の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として使用できる。よって、被検体１００としては、生体、具体的には人体や動物の乳房や各臓器、血管網、頭部、頸部、腹部、手指および足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー（ＭＢ）、インドシニアングリーン（ＩＣＧ）などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。また、穿刺針や穿刺針に付された光吸収体を観察対象としてもよい。被検体は、ファントムや試験対象物などの無生物であってもよい。
【００７１】
<処理の詳細>
次に、第一の実施形態に係る光音響装置の動作を説明するためのタイミング図である図４Ａ〜４Ｃを参照して、処理の詳細について説明する。なお、各図において横軸は時間軸である。
【００７２】
まず、図４Ａを参照して、光音響信号の取得方法と、取得した光音響信号に基づいて光音響画像を生成する方法について説明する。なお、図示する例では、説明を簡単にするため、撮像フレームレートと表示フレームレートは同一であるものとする。
【００７３】
図４ＡのＴ１で示したように、本実施形態に係る光音響装置は、非周期的なサンプリング周期（ｔｗ１）で光源部２００が発光し、発光に伴う光音響信号を、サンプリング周期ごとに取得する。なお、図では明示されていないが、サンプリング周期ｔｗ１はそれぞれ異なる。
【００７４】
なお、サンプリング周期ｔｗ１の長さは、皮膚に対する最大露光許容量（ＭＰＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）を考慮して設定すればよい。例えば、測定波長が７５０ｎｍ、パルス光のパルス幅が１マイクロ秒であり、サンプリング周期ｔｗ１が０．１ミリ秒である場合、皮膚に対するＭＰＥ値は約１４Ｊ／ｍ2となる
。一方、光照射部１１３から照射されるパルス光のピークパワーが２ｋＷで、光照射部１１３からの照射面積が１５０ｍｍ2である場合、被検体１００に照射される光エネルギー
は、約１３．３Ｊ／ｍ2になる。この場合、光照射部１１３から照射される光エネルギー
はＭＰＥ値以下になる。
このように、サンプリング周期が変化する場合であっても、サンプリング周期ｔｗ１が０．１ミリ秒以上という条件を満たせば、光エネルギーがＭＰＥ値を超えないことを保証できる。このように、サンプリング周期ｔｗ１の値、パルス光のピークパワー、照射面積を用いて、被検体に照射される光エネルギーを算出することができる。
【００７５】
ここでは、時系列の光音響信号をサンプリング周期ごとに８回取得し、加算平均するものとする。ここで、加算平均された光音響信号Ａ１が、撮像周期ｔｗ２ごとに得られる（Ｔ２）。なお、加算平均には、単純平均や移動平均、重み付け平均等を用いることができる。例えば、サンプリング周期ｔｗ１の平均値が０．１ミリ秒、撮像フレームレートが６０Ｈｚである場合、ｔｗ２は１６．７ミリ秒となり、撮像フレームレートの周期内に１６７回の加算を行うことができる。
【００７６】
次に、加算平均された光音響信号Ａ１に基づいて、前述した再構成処理を行い、再構成後の画像データＲ１を求める（Ｔ３）。画像データは、撮像周期ごとに順次生成される。
【００７７】
前述したように、本例では、撮像フレームレートと表示フレームレートが同一である。よって、フレームレート変換部１５９は、Ｔ３で生成した画像データＲ１を、表示フレームレートに対応する周期（表示周期）ｔｗ３で出力する。そして、表示部１６０が、表示周期ｔｗ３で入力された画像データを表示する。
【００７８】
ここで、サンプリング周期ｔｗ１および撮像周期ｔｗ２の決め方について説明する。
前述したように、サンプリング周期ｔｗ１の最小値は、ＭＰＥ値による制限に基づいて決まる。また、パルス光１回の照射で得られる光音響信号のＳ／Ｎ比と、要求される画質を得るためのＳ／Ｎ比から、加算平均回数が決まる。
例えば、パルス光１回の照射で得られる光音響信号のＳ／Ｎ比が、要求されるＳ／Ｎ比の１０分の１である場合、Ｓ／Ｎ比を１０倍にする必要がある。よって、平均を１００回行う必要がある。例えば、サンプリング周期ｔｗ１の平均値が０．１ミリ秒である場合、撮像周期は１０ミリ秒以上必要になる。すなわち、撮像フレームレートは１００Ｈｚ以下となる。
【００７９】
なお、サンプリング周期ｔｗ１の平均値は、半導体発光素子の発熱によっても制限される。すなわち、半導体発光素子の温度が許容温度を超えないように、サンプリング周期ｔｗ１の平均値を長くする必要がある。
一方、加算平均回数を多くすると、長い時間にわたって光音響信号を加算平均するため、被検体の動きに起因したボケが発生する。動きボケを少なくするためには、なるべく加算平均回数を少なくした方が有利となる。具体的には、動きボケを、要求される解像度の１／２以下に抑えるように設計するとよい。例えば、要求される解像度が０．２ミリであり、被検体の体動が５ミリ／秒であり、サンプリング周期ｔｗ１の最大値が０．２ミリ秒である場合、加算平均回数を１００回以下、すなわち撮像周期ｔｗ２を２０ミリ秒以下とすればよい。
【００８０】
サンプリング周期ｔｗ１の平均値、撮像周期ｔｗ２は、このような複数の条件を考慮して決定すればよい。また、すべての条件を満たすことができない場合、優先度を決め、これらのパラメータを決定してもよい。
【００８１】
図４Ｂおよび図４Ｃは、撮像フレームレートと表示フレームレートが異なる場合の例である。図４Ｂおよび図４Ｃの例は、図４Ａの例と比較して表示フレームレートＴ４のみが異なる。すなわち、図４Ａの例と同一の測定条件で同じ再構成画像データを得ることができる。
【００８２】
図４Ｂは、表示フレームレート（Ｔ４）を６０Ｈｚから７２Ｈｚに変更した例である。すなわち、表示周期ｔｗ３は約１３．８ミリ秒である。一方、図４Ｃは、Ｔ４を６０Ｈｚから５０Ｈｚに変更した例である。すなわち、表示周期ｔｗ３は２０ミリ秒である。
前述したように、再構成画像データは、フレームレート変換部１５９により撮像フレームレート（例えば６０Ｈｚ）から表示フレームレート（例えば７２Ｈｚ，５０Ｈｚ）に変換される。フレームレートの変換は、フレームの間引きや重ね書きにより行うことができる。プローブの動きが速くて妨害感が目立つようであれば、動きベクトル等を用いたフレーム間補間を行い、内挿フレームを生成する等のフレームレート変換を行うとよい。
【００８３】
以上説明したように、第一の実施形態では、光音響信号に対して加算平均を行う光音響装置において、光の照射と光音響信号の取得を行う周期を非周期的に設定する。これにより、ランダムノイズ以外の周期的な外来ノイズを低減することができる。その結果、得られる再構成画像の画質を向上させることが可能になる。
【００８４】
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、サンプリング周期ｔｗ１の時間の平均値に加算平均回数を乗じた時間が、撮像周期と同じである必要があるため、サンプリング周期の設定に制限が生じる。第二の実施形態は、サンプリング周期に休止期間を設けることで、当該制限を回避した実施形態である。
【００８５】
図５は、第二の実施形態に係るタイミング図である。図５の例は、図４Ａの例と比較してサンプリング周期Ｔ１のみが異なる。すなわち、Ｔ２からＴ４についての動作タイミングは同じである。
第二の実施形態に係る光音響装置は、サンプリング周期ｔｗ１の最大値に加算平均回数を乗じた時間が撮像周期未満になるよう設計を行い、余った時間を休止期間とする。
このように設計することによって、撮像周期内に全てのサンプリングクロックを収めることができる。すなわち、光の照射と光音響信号の取得を撮像周期内で完了させることができる。このような設計を行うことで、サンプリング周期の変化のさせ方に対する条件を緩和することができる。
【００８６】
以上説明したように、第二の実施形態では、第一の実施形態に加え、休止期間を設けることによって、非周期的なサンプリング周期の設定自由度を上げることができる。
【００８７】
（第三の実施形態）
第三の実施形態は、サンプリング周期の変化パターンを事前に定義しておき、ユーザによって選択可能とした実施形態である。
サンプリング周期の変化パターンとして、例えば、ランダム、単調増加、単調減少といったものがある。第三の実施形態では、ユーザや、光音響装置を設置する技術者が、表示部１６０に表示された再構成画像を見ながら、採用するパターンを選択および設定できるようにする。その結果、光音響装置が設置された環境において発生するノイズを良好に低減できるパターンを選ぶことができるようになる。
【００８８】
なお、パターンを選択する際には、被検体を設置せずに（すなわち光音響波が発生しない状態で）測定を行い、取得した再構成画像を表示部１６０に表示するとよい。例えば、被検体が無い状態や、光源部２００の発光を禁止した状態で再構成画像を取得するとよい。外来ノイズは、光音響装置が設置される場所や、隣接している他装置の状態により変化する可能性があるため、このようにすることで、外来ノイズを効果的に抑制できるパターンを選ぶことができる。
【００８９】
（その他の実施形態）
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば、本発明は、上記処理の少なくとも一部を実施する被検体情報取得装置として実施することもできる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
【００９０】
また、実施形態の説明では、第一の周期（サンプリング周期）、第二の周期（撮像周期）、第三の周期（表示周期）という言葉を用いたが、これらの周期は完全に一定である必要はない。すなわち、本明細書における周期とは、一定でない時間間隔で繰り返す場合を含む。また、第一の周期（サンプリング周期）においては、前述したように、休止期間を設けてもよい。休止期間を含まない時間における繰り返し時間を、本発明では周期と呼ぶ。
【００９１】
また、光源部２００で発生させる光の波長は、前述したように複数であってもよい。複
数の波長を用いた場合、機能情報としての酸素飽和度を算出することができる。例えば、撮像周期ごとに２波長を交互に切り換えて光音響信号を取得し、再構成画像データを算出し、さらに、算出した再構成画像データに基づいて酸素飽和度を計算するようにしてもよい。酸素飽和度の算出方法については公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
また、例示した複数の実施形態を一つの光音響装置に実装し、切り換え可能としてもよい。また、本発明に係る光音響装置に、トランスデューサから超音波を送信する機能と、被検体にて反射した超音波エコーを受信し、当該超音波エコーに基づいて測定を行う機能を追加してもよい。
【００９３】
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、前述した各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータにおける一つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１２０：受信部、１４０：信号収集部、１５１：演算部、２００：光源部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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