(57)【要約】【課題】  表示装置のリフレッシュレートの周期で再構成画像を生成する従来技術では、光音響画像を取得する測定条件を、最適にすることはできなかった。【解決手段】  本発明に係る光音響装置は、被検体に第一の周期で光を照射し、照射により得られる受信信号を加算平均し、加算平均された信号を基に第二の周期のフレームレートで再構成画像データを生成し、さらに、前記第二の周期のフレームレートで生成された再構成画像データに基づく画像の表示レートを、第三の周期のフレームレートに変換する。【選択図】  図１
2018187234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を被検体に照射する光照射部と、
前記光が照射されたことによって前記被検体から発生した音響波を受信して受信信号を出力する音響波受信部と、
前記受信信号に基づいて前記被検体の内部の画像を生成する画像生成部と、を有する光音響装置であって、
前記光照射部は、前記光を前記被検体に第一の周期で繰り返し照射し、
前記画像生成部は、複数回の前記光の照射により得られる複数の前記受信信号を合成し、合成された信号を基に第二の周期のフレームレートで画像データを生成し、
さらに、前記第二の周期のフレームレートで生成された画像データに基づく画像の表示レートを、第三の周期のフレームレートに変換するフレームレート変換部を有することを特徴とする光音響装置。
【請求項２】
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に記載の光音響装置。
【請求項３】
前記第二の周期は、前記第三の周期以上の長さであることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響装置。
【請求項４】
前記第二の周期のフレームレートは、生体の周期的な活動に同期していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項５】
前記フレームレート変換部は、前記第三の周期で前記画像を表示部に表示させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項６】
前記第二の周期のフレームレートで生成された前記画像データを記憶する記憶部をさらに有し、
前記フレームレート変換部は、記憶された再構成画像データを第三の周期のフレームレートで前記表示部に出力することを特徴とする請求項５に記載の光音響装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第三の周期に関する情報を、表示部に表示させることを特徴とする請求項５または６に記載の光音響装置。
【請求項８】
前記第一の周期、前記第二の周期、および前記第三の周期の少なくとも一つの入力を受け付ける入力部をさらに有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項９】
光を被検体に照射する光照射ステップと、
前記光が照射されたことによって前記被検体から発生した音響波を受信して受信信号を出力する音響波受信ステップと、
前記受信信号に基づいて前記被検体の内部の画像を生成する画像生成ステップと、を有する光音響画像の生成方法であって、
前記光照射ステップは、前記光を前記被検体に第一の周期で繰り返し照射し、
前記画像生成ステップは、複数回の前記光の照射により得られる複数の前記受信信号を合成し、合成された信号を基に第二の周期のフレームレートで画像データを生成し、
さらに、前記第二の周期のフレームレートで生成された画像データに基づく画像を、第三の周期のフレームレートに変換するフレームレート変換ステップを有することを特徴とする光音響画像の生成方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の光音響画像の生成方法によって生成された画像を、
前記第三の周期で表示部に表示させることを特徴とする光音響画像の表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響装置および光音響効果を利用して得られた被検体情報の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響効果を利用して被検体の内部を画像化する光音響装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、超音波診断装置と同様に、ハンドヘルド型プローブを備えた光音響画像化装置が記載されている。特許文献１に記載の光音響画像化装置は、単位時間あたりに画面の書き換えを行う回数であるリフレッシュレートに対して、リフレッシュレートの周期よりも短いサンプリング周期で光放出半導体素子を発光させる。そのと、光が被検体に入射することで被検体から発せられる光音響波を受信して得られた検出信号を加算平均し、表示部に表示される画像を生成する。表示部に表示される画像は、リフレッシュレートの周期と同等の周期で生成される画像である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、画像を生成する周期がリフレッシュレートに制約を受けるため、光源の発光周期や、画像の生成に利用する信号の選択など、光音響画像を取得するための条件を変更することが困難であると考えられる。適当な条件で光音響信号が得られない場合には、生成した画像のＳ／Ｎ比が不十分であったり、被検体の動き等によって生じるボケが生じたりするおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、光音響画像を取得するための自由度を向上させ、得られる画像の画質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面である光音響装置は、光を被検体に照射する光照射部と、前記光が照射されたことによって前記被検体から発生した音響波を受信して受信信号を出力する音響波受信部と、前記受信信号に基づいて前記被検体の内部の画像を生成する画像生成部と、を有する光音響装置であって、前記光照射部は、前記光を前記被検体に第一の周期で繰り返し照射し、前記画像生成部は、複数回の前記光の照射により得られる複数の前記受信信号を合成し、合成された信号を基に第二の周期のフレームレートで画像データを生成し、さらに、前記第二の周期のフレームレートで生成された画像データに基づく画像の表示レートを、第三の周期のフレームレートに変換するフレームレート変換部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光音響画像を取得するための自由度を向上させ、得られる画像の画質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る光音響装置のブロック図
【図２】第１の実施形態に係るハンドヘルド型プローブの模式図
【図３】第１の実施形態に係るコンピュータと周辺構成を示すブロック図
【図４】第１の実施形態における動作を説明するためのタイミング図
【図５】第２の実施形態における動作を説明するためのタイミング図
【図６】第３の実施形態おける動作を説明するためのタイミング図
【図７】第４の実施形態おける動作を説明するためのタイミング図
【図８】第５の実施形態に係るコンピュータと周辺構成を示すブロック図
【図９】第５の実施形態おける動作を説明するためのタイミング図
【図１０】本発明の測定条件を表示する表示画面を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、被検体内部の特性情報を示す画像を生成し表示する表示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。
【００１２】
本発明の被検体情報取得装置には、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光音響イメージング装置を含む。この場合、特性情報とは、受信された光音響波に由来する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。
【００１３】
本発明に係る光音響画像データは、光照射により発生した光音響波に由来するあらゆる画像データを含む概念である。例えば、光音響画像データは、光音響波の発生音圧（初期音圧）、吸収エネルギー密度、及び吸収係数、被検体を構成する物質の濃度（酸素飽和度など）などの少なくとも１つの被検体情報の空間分布を表す画像データである。なお、互いに異なる複数の波長の光照射により発生する光音響波に基づいて、被検体を構成する物質の濃度などの、分光情報を示す光音響画像データが得られる。分光情報を示す光音響画像データは、酸素飽和度、酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、またはデオキシヘモグロビン濃度であってもよい。また、分光情報を示す光音響画像データは、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、または脂肪や水の体積分率であってもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
本発明でいう音響波とは、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。トランスデューサ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は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。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。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。
【００１６】
以下の実施形態では、被検体情報取得装置として、被検体にパルス光を照射し、被検体からの光音響波を受信し、被検体内の血管画像（構造画像）を生成する光音響装置を取り上げる。以下の実施形態では、ハンドヘルド型プローブを有する光音響装置を取り上げているが、本発明は、機械ステージにプローブを設けて機械的にスキャンする光音響装置にも適用できる。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
（装置構成）
以下、図１のブロック図を用いて、本実施形態に係る光音響装置１の構成を説明する。光音響装置１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を有する。プローブ１８０には、光源部２００、光学系１１２、光照射部１１３と音響波受信部１２０が含まれる。コンピュータ１５０には、演算部１５１、記憶部１５２、制御部１５３、フレームレート変換部１５９、が含まれる。
【００１８】
光源部２００は、第一の周期で光ファイバ（バンドルファイバ）等の光学系１１２を経由して、光照射部１１３に光パルスを供給する。光照射部１１３は、供給された光を被検体１００に照射する。これにより、被検体１００からは、光音響波が第一の周期で発生する。音響波受信部１２０は、第一の周期で被検体１００から発生した光音響波を受信して、アナログ信号としての電気信号（以下では受信信号、あるいは光音響信号とも称する）を出力する。つまり、音響波受信部１２０は、第一の周期で規定される間隔で光音響波の受信を行う。信号収集部１４０は、音響波受信部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。
【００１９】
コンピュータ１５０は、演算部１５１、記憶部１５２、制御部１５３を用いて、複数回の光の照射によって第一の周期で信号収集部１４０から出力されたデジタル信号を、第二の周期（以下では、撮像フレームレートの周期とも称する）に従って合成し、光音響波に由来する電気信号（光音響信号）として記憶部１５２に記憶する。ここで、合成とは、単純な加算に限らず、重みづけ加算、加算平均、移動平均などを含む。以下では主に加算平均を例にとって説明するが、加算平均以外の合成方法を適用することもできる。コンピュータ１５０は、記憶部１５２に記憶されたデジタル信号に対して画像再構成などの処理を行うことにより、第二の周期（撮像フレームレートの周期）で規定される期間内に光音響画像データを生成する。すなわち、コンピュータ１５０は、受信信号に基づいて被検体内部の画像を生成する画像生成部としての機能を担う。
【００２０】
コンピュータ１５０は、生成した光音響画像データを、フレームレート変換部１５９に第二の周期に従って出力する。フレームレート変換器は第二の周期に従って生成された光音響画像データを、表示部１６０での表示に適した第三の周期（以下では、表示フレームレートの周期とも称する）の光音響画像データに変換する。つまり、コンピュータ１５０は、第二の周期で生成された画像データに基づく画像の表示レートを、第三の周期のフレームレートに変換すると言い換えることもできる。また、コンピュータ１５０は、制御部１５３を用いて、光音響装置１の全体の制御を行う。
【００２１】
表示部１６０は、第三の周期（表示フレームレートの周期）の光音響画像データに基づき、光音響画像を表示する。
【００２２】
コンピュータ１５０は、必要に応じて、得られた光音響画像データに対して表示のための画像処理やＧＵＩのためのグラフィックを合成する処理を行っても良い。この処理は、第二の周期で生成される光音響画像データに対して行ってもよいし、第三の周期で生成される光音響画像データに対して行ってもよい。
【００２３】
本発明では、第一の周期、第二の周期（撮像フレームレートの周期）、第三の周期（表示フレームレートの周期）という言葉を用いて、実施形態を説明するが、本発明で用いる「周期」は、「繰り返す時間が完全に一定」である必要はない。すなわち、本発明において、一定でない時間間隔で繰り返す場合であっても、「周期」という言葉を用いる。また、第一の周期においては、後述するように、休止期間がある場合などを含む。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。
【００２４】
ユーザー（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。表示部１６０に表示される画像は、ユーザーやコンピュータ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、光音響装置と通信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良い。入力部１７０は、ユーザーからの指示などを受け付ける。
【００２５】
（各ブロックの詳細構成）
続いて、各ブロックの好ましい構成について詳細に述べる。
【００２６】
（プローブ１８０）
図２（ａ）は、本実施形態に係るプローブ１８０の模式図である。プローブ１８０は、光源部２００、光学系１１２、光照射部１１３、音響波受信部１２０、及び、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及び音響波受信部１２０を囲う筺体である。ユーザーは、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により伝搬された光パルスを被検体に照射する。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。
【００２７】
図２（ａ）に示すプローブ１８０は、ケーブル１８２を介して、信号収集部１４０と繋がっている。ケーブル１８２は、光源部２００に電力を供給する配線や、発光制御信号配線や、音響波受信部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（不図示）を含む。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分離できる構成としてもよい。また、図２（ｂ）に示した様に、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を用いず直接、被検体に光パルスを照射しても良い。この場合、半導体レーザやＬＥＤ等の発光端部分（ハウジング先端）が光照射部１１３となる。
【００２８】
（光源部２００）
光源部２００は、被検体１００に照射するための光を発生させる。光源部２００としては、パルス光を発生させ、かつ、酸素飽和度などの物質濃度を取得する場合には、複数の波長を出力できる光源が好適である。また、プローブ１８０のハウジング内に実装する必要から、図２（ｂ）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のが好ましい。複数の波長を出力する場合には、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、切り換え発光することにより実現できる。
【００２９】
光源部２００が発する光のパルス幅は、例えば１０ｎｓ以上、１μｓ以下である。また、光の波長としては、４００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下が好適であるが、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良い。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。生体の深部をイメージングする場合には、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。本発明では、光源部２００の光源として半導体発光素子を用いるため、光量が不足する。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比に達しない。そのため、第一の周期で発光し、光音響信号を加算平均し、Ｓ／Ｎ比を向上し、加算平均した光音響信号を基に、第二の周期（撮像フレームレートの周期）で光音響画像を算出する。
【００３０】
本実施形態で用いる光源部２００の波長の一例として、７９７ｎｍの波長が好適である。すなわち、被検体の深部まで届く波長であり、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。また、第２の波長として、７５６ｎｍの光源を用いれば、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。
【００３１】
（光照射部１１３）
光照射部１１３は、光を被検体に照射するための出射端である。光照射部１１３としては、光学系１１２としてバンドルファイバを使用した場合は、終端部を利用できる。また、生体の一部（乳房など）を被検体１００とする場合、パルス光のビーム径を広げて照射するために、光を拡散させる拡散板等を用いてもよい。また図２（ｂ）に示した光源部２００として半導体発光素子を用いる場合は、複数の半導体発光素子の発光端部分（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。
【００３２】
（音響波受信部１２０）
音響波受信部１２０は、第一の周期の発光に伴い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と、トランスデューサを支持する支持体とを含む。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：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを使用できる。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ある。
【００３３】
第一の周期で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。そのため、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る音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表している。
【００３４】
なお、トランスデューサとしては、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することも好ましい。
【００３５】
音響波受信部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、音響波受信部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、音響波受信部１２０が信号収集部１４０を備えてもよい。
【００３６】
なお、音響波を様々な角度から検出して画像精度を向上させるためには、被検体１００を全周囲から囲むようなトランスデューサ配置が好ましい。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。このような形状の音響波受信部１２０を備えるプローブ１８０は、ハンドヘルド型ではなく、プローブを被検体１００に対して相対移動させる機械走査型の光音響装置に好適である。プローブの移動には、ＸＹステージなどの走査部を用いれば良い。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。
【００３７】
音響波受信部１２０と被検体１００との間の空間には、光音響波を伝搬させる媒質を配置すると良い。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が整合する。媒質として例えば、水、油、超音波ジェルなどがある。
【００３８】
光音響装置１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良い。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。
【００３９】
本実施形態に係る装置が、光音響画像に加えて、音響波の送受信により超音波画像も生成する場合、トランスデューサは、音響波を送信する送信手段として機能してもよい。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とは、単一（共通）のトランスデューサでもよいし、別々の構成であってもよい。
【００４０】
（信号収集部１４０）
信号収集部１４０は、第一の周期での発光に伴い発生する、音響波受信部１２０から出力されたアナログ信号である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。
【００４１】
更に詳細に信号処理部１４０の動作を説明する。音響波受信部１２０の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倍以上で行う。前述した様に、光音響波を構成する周波数成分が１００ＫＨｚから１０ＭＨｚであれば、Ａ／Ｄ変換レートは２０ＭＨｚ以上、望ましくは４０ＭＨｚの周波数で変換を行う。なお、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化する。すなわち、第一の周期毎に発光時刻を基準にして、上述した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、第一の周期毎に発光時刻からＡ／Ｄ変換レート分の１の時間間隔（Ａ／Ｄ変換間隔）毎のデジタルデータ列が複数のトランスデューサ毎に取得できる。
【００４２】
信号収集部１４０は、Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＡＳ）とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。
【００４３】
上述したように、信号収集部１４０をプローブ１８０のハウジング１８１の内部に配置してもよい。このような構成であれば、プローブ１８０とコンピュータ１５０との間の情報がデジタル信号で伝搬されるため、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、高速デジタル信号を用いることによって、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。
【００４４】
また、後述する加算平均も信号収集部１４０で行っても良い。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。
【００４５】
（コンピュータ１５０）
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。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良いし、複数のプロセッサや演算回路から構成されても良い。
【００４６】
コンピュータ１５０は、第一の周期毎に信号収集部１４０から出力されるデジタルデータ列のうち、光源２００の発光時刻に対して同じ時間差を持つデータ同士を合成する。そして、コンピュータ１５０は、合成されたデジタルデータ列を、第二の周期（撮像フレームレートの周期）毎に、光音響波に由来する合成された電気信号（光音響信号）として、記憶部１５２に記憶する。
【００４７】
そして、演算部１５１は、第二の周期（撮像フレームレートの周期）毎に、記憶部１５２に記憶された加算平均光音響信号に基づいて、画像再構成による光音響画像データ（構造画像や機能画像）の生成や、その他各種の演算処理を実行する。演算部１５１は、入力部１７０から、被検体音速や保持部の構成などの各種パラメータ入力を受け付けて、演算に用いてもよい。
【００４８】
演算部１５１が電気信号を３次元のボリュームデータに変換するときの再構成アルゴリズムとしては、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、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ）、または整相加算（Ｄｅｌａｙ−ａｎｄ−Ｓｕｍ）などが挙げられる。
【００４９】
光源部２００が２波長の光を切り替えて射出できる構成である場合、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、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してもよい。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、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ことができる。なお、最終的に酸素飽和度分布が得られれば良いので、演算の内容や順序はこれに限られない。
【００５０】
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。また、記憶部１５２は、複数の記憶媒体から構成される。
【００５１】
記憶部１５２は、第二の周期（撮像フレームレートの周期）で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や、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。
【００５２】
制御部１５３は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部１５３は、光音響装置の各構成の動作を制御する。制御部１５３は、入力部１７０からの測定開始などの各種操作による指示信号を受けて、光音響装置の各構成を制御してもよい。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の動作を制御する。
【００５３】
また、制御部１５３は表示部１６０に対する画像の調整などを行う。これにより、プローブの移動と光音響測定に伴い順次、酸素飽和度分布画像が表示される。
【００５４】
フレームレート変換部１５９は、第二の周期のフレームレート（撮像フレームレート）で生成された光音響画像データ（構造画像や機能画像）を、第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）の画像信号として表示部に出力する。図１では、フレームレート変換部１５９は独立した構成としたが、記憶部１５２に第二の周期のフレームレート（撮像フレームレート）で再構成画像データを記憶し、記憶された再構成画像データを第三のフレームレート（表示フレームレート）で読み出すことにより実現しても良い。この場合には、制御部１５３および記憶部１５２がフレームレート変換部１５９の機能を兼ねると考えることができる。本発明では、この様に、他の機能を実現する構成を兼用し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。
【００５５】
第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）は、例えば、汎用のディスプレイが入力できる５０Ｈｚや６０Ｈｚや７２Ｈｚや１２０Ｈｚのフレームレートを選択すると好適である。このような構成をとることによって、測定に好適な第二の周期のフレームレート（撮像フレームレート）と、画像表示に好適な第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）を独立に選ぶことができる。言い方を変えれば、画像表示に好適な第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）によらず、測定に好適な第二の周期のフレームレート（撮像フレームレート）を自由に選ぶことができる。また、第二の周期のフレームレート（撮像フレームレート）を、例えばユーザーの指示により変更する構成も容易に実現できる。
【００５６】
表示部１６０は、表示部１６０に入力される第三の周期のフレームレート（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。この場合、第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）は実画面の書き換えするレート（リフレッシュレート）と同じになる。近年、液晶ディスプレイは、複数のフレームレート（フレーム周波数）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は、入力されるフレームレートを実画面の書き換えするレート（リフレッシュレート）に変換するフレームレート変換器が内蔵されているものもある。このような、表示部１６０を持つ構成の場合は、表示部１６０が、第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）を、さらに、実画面の書き換えするレート（リフレッシュレート）に変換するフレームレート変換器が表示部１６０に実装されている構成といえる。
【００５７】
また、この様なフレームレート変換器を内蔵した表示部１６０を使用する場合は、図１で示したフレームレート変換部１５９がコンピュータ１５０に有する構成を用いず、フレームレート変換部１５９が表示部１６０に有する構成で実現できる。本発明では、フレームレート変換部１５９はコンピュータ１５０に有せず、表示部１６０に有する構成であっても良い。表示部１６０にフレームレート変換部が有する構成の場合、コンピュータ１５０の構成を簡略化できる利点がある。
【００５８】
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。コンピュータ１５０はまた、汎用的なＰＣやワークステーションを、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たものであっても良い。また、コンピュータ１５０の各構成は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同一のハードウェアで構成されてもよい。
【００５９】
図３は、本実施形態に係るコンピュータ１５０の具体的な構成例を示す。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から構成される。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。
【００６０】
また、コンピュータ１５０および音響波受信部１２０は、共通の筺体に収められた構成で提供されてもよい。また、筺体に収められたコンピュータで一部の信号処理を行い、残りの信号処理を筺体の外部に設けられたコンピュータで行ってもよい。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が一つの筺体に収められていなくてもよい。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構わない。
【００６１】
コンピュータ１５１は、本発明の処理部に相当する。特に、演算部１５１が中心となって処理部の機能を実現する。
【００６２】
（表示部１６０）
表示部１６０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などのディスプレイである。コンピュータ１５０により得られた被検体情報等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部１６０は、前述した第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）の再構成画像データを入力して表示する。第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）は例えば、５０Ｈｚや６０Ｈｚや７２Ｈｚや１２０Ｈｚのフレームレートである。表示部１６０は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。表示部１６０またはコンピュータ１５０において画像処理（輝度値の調整等）を行ってもよい。
【００６３】
（入力部１７０）
入力部１７０としては、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードや専用のつまみ等で構成される操作コンソールを採用できる。また、表示部１６０をタッチパネルで構成し、表示部１６０を入力部１７０として利用してもよい。入力部１７０は、ユーザーからの指示や数値などの入力を受け付け、コンピュータ１５０に伝達する。
【００６４】
なお、光音響装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。
【００６５】
また、コンピュータ１５０は、制御部１５３により、光音響装置に含まれる構成の駆動制御も行う。また、表示部１６０は、コンピュータ１５０で生成された画像の他にＧＵＩなどを表示してもよい。入力部１７０は、ユーザーが情報を入力できるように構成されている。ユーザーは、入力部１７０を用いて測定開始や終了、後述する、第二の周期のフレームレート（撮像フレームレート）の指定や、作成画像の保存指示などの操作を行うことができる。
【００６６】
（被検体１００）
被検体１００は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良い。
【００６７】
（動作の説明）
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における動作をわかりやすく説明するためのタイミング図である。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）において横軸は時間軸である。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、本発明の第１の実施形態を説明する。これらの制御は、コンピュータ１５０あるいはＦＰＧＡあるいは専用のハードウェアが行う。
【００６８】
初めに図４（ａ）を用いて、本発明の光音響装置の光音響信号の取得と、取得された光音響信号に基づく光音響画像を生成する方法について詳細に説明する。図４（ａ）は説明をわかりやすくするため、第二の周期のフレームレート（撮像フレームレート）と、第三の周期のフレームレート（表示フレームレート）が同じ周波数の場合について図示している。
【００６９】
図４（ａ）Ｔ１に示すように、光音響装置は、光源部２００が第一の周期（第一の周期：ｔｗ１）で発光し、発光に伴う光音響信号を第一の周期：ｔｗ１で取得する。
【００７０】
なお、第一の周期：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、設定することがよい。なぜならば、第一の周期ｔｗ１の長さが短くなるほど、ＭＰＥ値が小さくなるからである。たとえば、測定波長が７５０ｎｍ、パルス光のパルス幅が１μｓｅｃであり、第一の周期ｔｗ１が０．１ｍｓｅｃである場合には、皮膚に対するＭＰＥ値は、約１４Ｊ／ｍ２である。一方、光出射部１１３から照射されるパルス光のピークパワーが２ｋＷで、光出射部１１３からの照射面積が１５０ｍｍ２である場合は、光源部２００から人体などの被検体１００に照射される光エネルギーは、約１３．３Ｊ／ｍ２になる。この場合は、光出射部１１３から照射される光エネルギーがＭＰＥ値以下になる。このように、第一の周期ｔｗ１が０．１ｍｓｅｃ以上であれば、ＭＰＥ値以下であることが保証できる。このように、第一の周期ｔｗ１とパルス光のピークパワーと照射面積からＭＰＥ値を超えない範囲で設定する。
【００７１】
図４（ａ）Ｔ１からＴ３に示すように、第一の周期：ｔｗ１で光照射部から被検体への光の照射を８回行い、各光の照射に伴って被検体から発生する光音響信号をする（（１）〜（８））。得られた光音響信号を加算平均し、加算平均された光音響信号Ａ１を撮像フレームレートの周期：ｔｗ２毎に得る。なお、先述のとおり、加算平均に代えて単純平均や移動平均や重み付け平均等を行ってもよい。具体的な数値の例を挙げると、第一の周期ｔｗ１の時間が０．１ｍｓｅｃ、撮像フレームレートが６０Ｈｚの場合は、撮像フレームレートの周期：ｔｗ２が１６．７ｍｓｅｃとなり、撮像フレームレートの周期内で加算平均回数を１６７回にすることができる。
【００７２】
第二の周期ｔｗ２で規定される時間間隔の間に、加算平均された光音響信号Ａ１を基に、再構成のための処理を行うことで、再構成画像データＲ１が得られる。ここでは、再構成画像データは、撮像フレームレートｔｗ２の周期で演算部によって順次算出される。
【００７３】
その後、演算部が算出した再構成画像データＲ１は、画像１として第三のフレームレートに従ってフレームレート変換部１５９から表示部に出力される。先述の通り、図４（ａ）に示した例では、撮像フレームレートと、表示フレームレートが同じ周波数の場合とした。そのため、フレームレート変換部１５９は、Ｔ３で求めた再構成画像データＲ１を表示フレームレートの周期：ｔｗ３で表示画像データとして出力する。そして、表示部１６０は表示フレームレートの周期：ｔｗ３で入力された表示画像データを表示する。
【００７４】
ここで、第一の周期ｔｗ１や撮像フレームレートの周期ｔｗ２の設定の仕方の一例を説明する。前述したように、ＭＰＥ値による制限により、パルス光のピークパワーと被検体上の照射面積から第一の周期ｔｗ１が決まる。そして、パルス光１回の照射で得られる光音響信号のＳ／Ｎ比と、ユーザーから要求される画質から決定された光音響信号のＳ／Ｎ比の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、要求される光音響信号のＳ／Ｎの１／１０倍であるなら、１０倍、Ｓ／Ｎ比を向上する必要がある。よって、１００回、平均を行う必要がある。例えば、第一の周期ｔｗ１が０．１ｍｓｅｃであれば、撮像フレームレートの周期は１０ｍｓｅｃ以上、すなわち、撮像フレームレートは１００Ｈｚ以下となる。
【００７５】
また、第一の周期ｔｗ１は、半導体発光素子の発熱からも制限される。すなわち、プローブの熱抵抗が決まれば、半導体発光素子の消費電力から温度が決まる。半導体発光素子の温度が許容温度を超えない様に第一の周期ｔｗ１を長くする必要がある。
【００７６】
一方、加算平均回数を多くすると、長い時間にわたり光音響信号を加算平均化するので、被検体に体動等ある場合には、動きによるボケが発生する。動きボケを少なくするには、なるべく加算平均回数を少なくした方が有利となる。具体的には要求される解像度の１／２以下に動きボケを抑えるように設計すると好適である。例えば、要求される解像度が０．２ｍｍとし、被検体の体動が５ｍｍ／ｓｅｃとすれば、第一の周期ｔｗ１が０．１ｍｓｅｃの場合、加算平均化回数は２００回以下すなわち撮像フレームレートの周期ｔｗ２を２０ｍｓｅｃ以下とする。このような複数の条件を考えた上で、第一の周期ｔｗ１、撮像フレームレートの周期ｔｗ２を決定するとよい。もちろん、すべての条件が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する。また、入力部を介してユーザーが解像度やＳ／Ｎ比等の所望の条件を入力できるようにし、入力された条件に応じて第一の周期および第２の周期を制御部が決定するように光音響装置を構成してもよい。
【００７７】
図４（ｂ）および４（ｃ）は、撮像フレームレートと、表示フレームレートが異なる周波数である場合の、本発明の第一の実施形態のタイミング図である。図４（ｂ）を基に、本発明の第１の実施形態である光音響装置の光音響信号の取得と、取得された光音響信号に基づいて光音響画像データの生成する方法の詳細を説明する。
【００７８】
図４（ｂ）および４（ｃ）は、図４（ａ）とＴ１〜Ｔ３に示す各動作は同じである。つまり、光パルスの照射から再構成画像データの取得までは、図４（ｂ）および４（ｃ）に示す動作は、図４（ａ）に示す動作と同一の取得条件（同一の測定条件）で行うことができる。したがって、表示部の表示フレームレートによらず、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。
【００７９】
図４（ｂ）Ｔ４は、表示フレームレート７２Ｈｚの例であり、表示フレームレートの周期ｔｗ３は約１３．８ｍｓｅｃである。つまり、第二の周期である撮像フレームレートの周期の方が、第三の周期である表示フレームレートの周期よりも長い場合の例である。一方、図４（ｃ）Ｔ４は、表示フレームレート５０Ｈｚの例であり、表示フレームレートの周期ｔｗ３は２０ｍｓｅｃである。つまり、第二の周期である撮像フレームレートの周期の方が、第三の周期である表示フレームレートの周期よりも長い場合の例である。前述したように、同じ測定条件で取得された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（６０Ｈｚ）から表示フレームレート（７２Ｈｚや５０Ｈｚ）に変換される。ここでは、第二の周期である撮像フレームレートの周期が２０ｍｓである場合を例にとって説明したが、本発明はこの条件に限られるものではない。実際には、受信部から観察する対象までの距離、言い換えると光音響波を受信する距離、で決まる時間よりも第一の周期を長くする必要があるため、第一の周期は０．１から数ｍｓｅｃ程度が現実的である。また、光音響信号のＳ／Ｎ比を向上させるために、数１０回以上の光パルスの照射による光音響信号を取得し加算平均するとすれば、撮像フレームレートは２４０Ｈｚ以下に設定することが好ましい。簡便には、フレームレート変換部は、複数フレーム間の画像の合成や、フレーム間引き、フレームの重ね書きにより、フレームレートを変換する。プローブの動きが速い場合、妨害感が目立つようであれば、フレームレート変換部は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良いと良い。
【００８０】
簡便なフレームレート変換では、フレーム間引きや、フレームの重ね書き処理をおこなうため、撮像フレームレート周期ｔｗ２より表示フレームレートの周期ｔｗ３が短い場合、表示を行わない再構成画像データが生じることがある。そのため、再構成画像データの表示のみ行う場合、再構成画像データが無駄になる場合がある。そのため、この様な場合は、再構成画像データの生成に無駄が無いように、
撮像フレームレートの周期ｔｗ２≧表示フレームレートの周期ｔｗ３
であるタイミングがより望ましい。
【００８１】
また、撮像フレームレートの周期が表示フレームレートの周期よりも長い場合には、複数フレーム分の再構成処理を並行して実行することで、実効的に、撮像フレームレートの周期を表示フレームレートの周期よりも短くすることができる。つまり、画像Ｒ１に関する再構成処理を行っている期間に、演算部は画像Ｒ２に関する再構成処理を開始することで、表示フレームレートの周期内に１フレーム分の再構成画像データを取得できるようになる。
【００８２】
一方、取得した再構成画像データを表示すると同時に、記憶部１５２逐次記憶し、記憶部１５２に逐次記憶した再構成画像データを別の時間に表示する方法もある。すなわち、記憶部１５２から再構成画像データを撮像フレームレート周期ｔｗ２で読み出しフレームレート変換部１５９でフレームレート変換を行い、表示フレームレートの周期ｔｗ３で表示部２００に表示データとして出力することにより、記憶部１５２に記憶された再構成画像データを表示することができる。一方、記憶部１５９逐次記憶した再構成画像データを記憶部１５９から再構成画像データを表示フレームレートの周期ｔｗ３で読み出し表示部２００に表示データとして出力することも可能である。本発明ではこの様な処理もフレームレート変換と呼ぶ。この場合、表示される時間が延びたり縮んだりする（スローモーション撮影やハイスピード撮影になる）が、画像として表示されない再構成画像データが無くなるため、上述した撮像フレームレート周期ｔｗ２と表示フレームレートの周期ｔｗ３の条件は必ずしも必要でなくなる。
【００８３】
上記で説明した図４（ａ）〜４（ｃ）の動作は、ユーザーの指示により、あるいは、コンピュータ１５０が行う所定の判断に基づいて、切り替えることができる。つまり、ユーザーは、画像をリフレッシュしたい周波数に応じて、動作モードを切り替えられる。
【００８４】
特許文献１に記載された装置では、再構成画像データを得るためのタイミング、すなわち測定条件は、ディスプレイのリフレッシュレートにより決まる。これに対して、本実施形態によれば、撮像フレームレートと表示フレームレートが独立した構成とし、撮像フレームレートの再構成画像データを表示フレームレートにフレームレート変換部１５９によりフレームレートの変換を行う構成である。そのため、どのような表示フレームレートのディスプレイを用いた場合であっても、同一の測定条件で再構成画像データを取得することができる。その結果、使用するディスプレイによらず、同一の測定条件で再構成画像データを得ることができ、複数の再構成画像データの比較が容易となる。また、ディスプレイのリフレッシュレートによらず、表示フレームレートＴ４以外は同じタイミングで動作するので、光音響装置の装置構成が簡単になる利点もある。また、ディスプレイのみ変更する場合であっても、測定条件の変更を伴うことなく容易に行うことができる利点がある。
【００８５】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００８６】
特許文献１に記載の装置では、ディスプレイのリフレッシュレートの周期毎に再構成画像データを生成するため、測定条件を変更することが容易ではなかった。本実施形態では、表示フレームレートが固定のディスプレイに再構成画像を表示する場合であっても、ユーザーの指定あるいは自動で被検体や注目する領域に応じて測定条件を変更できる構成を説明する。
【００８７】
図４（ａ）、図５（ａ）および５（ｂ）を参照しながら、本発明第２の実施形態に係る光音響装置の動作について詳細に説明する。
【００８８】
図５（ａ）は本実施形態の動作の一例を示すためのタイミング図である。図５（ａ）のタイミング図は、図４（ａ）で示したタイミング図と、とはＴ１からＴ３に示したタイミングチャートが異なる。一方で、表示フレームレートＴ４は図４（ａ）と同一である。図５（ａ）のタイミング図で示す動作は、再構成画像のＳ／Ｎ比を向上させるのに有効である。また、注目する領域がより感体内の比較的深い位置にある場合にも有効である。
【００８９】
図５（ａ）のＴ１に示すように、光音響装置は、光源部２００が第一の周期：ｔｗ１で発光し、発光に伴う光音響信号を第一の周期：ｔｗ１で取得する。この第一の周期ｔｗ１は、図４（ａ）Ｔ１に示した時間と同一である。前述したように、第一の周期：ｔｗ１の長さは、皮膚に対する最大露光許容量（ＭＰＥ）と関係するので、ここでは、図４（ａ）Ｔ１に示した時間と同一としている。ＭＰＥを超えない範囲で、第一の周期：ｔｗ１の長さを変更してもかまわない。再構成画像のＳ／Ｎ比をより高くするために、加算平均の回数を、第１の実施形態の８回から１０回に増加した。図５（ａ）に示すように、信号収集部は、第一の周期：ｔｗ１で光音響信号を１０回取得し（（１）〜（１０））、演算部は、得られた光音響信号を加算平均し、撮像フレームレートの周期：ｔｗ２毎に加算平均された光音響信号Ａ１を得る。そして、撮像フレームレートの周期ｔｗ２毎に、演算部は再構成画像データを計算する。その結果、撮像フレームレートの周期：ｔｗ２は、図４（ａ）の場合と比べて長くなるが、フレームレート変換部１５９は、再構成画像データＲ１、Ｒ２、・・・の出力周期を表示フレームレートの周期：ｔｗ３に変換し、表示画像データとして出力する。そして、表示部１６０は表示フレームレートの周期：ｔｗ３で入力された表示画像データを表示する。
【００９０】
一方、図５（ｂ）のタイミング図で示す動作は、被検体の動きや、プローブの動きが速い場合に有効な動作である。図５（ｂ）のＴ１に示すように、この動作では、加算平均を行う光音響信号の数を、図４（ａ）の８回から６回に減らしている。加算平均の回数を少なくすることにより、光音響データを平均する時間幅（サンプリング有効時間）が短くなるため、図５（ａ）に示す動作と比べて動きボケを少なくすることができる。
【００９１】
図５（ｂ）に示す例では、信号収集部は、第一の周期：ｔｗ１で光音響信号を６回取得し（（１）〜（６））、演算部は、得られた光音響信号を加算平均し、撮像フレームレートの周期：ｔｗ２毎に加算平均された光音響信号Ａ１を得る。そして、撮像フレームレートの周期ｔｗ２毎に、演算部は再構成画像データを計算する。その結果、撮像フレームレートの周期：ｔｗ２は図４（ａ）と比べて短くなるが、フレームレート変換部１５９は、再構成画像データＲ１、Ｒ２、・・・の出力周期を表示フレームレートの周期：ｔｗ３に変換し、表示画像データとして出力する。そして、表示部１６０は表示フレームレートの周期：ｔｗ３で入力された表示画像データを表示する。図５（ｂ）に示す動作は、図５（ａ）と比較して、動きボケの低減に有効である。
【００９２】
本実施形態においても、動きボケの低減と光音響画像のＳ／Ｎ比のどちらを優先するかに応じて、ユーザーが動作モードを選択できるようにしてもよい。また、コンピュータ１５０が自動で動作モードを決定する構成としても良い。
【００９３】
コンピュータ１５０が自動的に動作モードを設定する場合、例えば制御部がプローブの動きを、プローブ内に設けられた加速度センサ等で検出して、その結果に応じて動作モードを切り替えることができる。プローブの動きが所定の閾値よりも速い場合は、動きボケの低減をするべく、図５（ｂ）のタイミング図で示す動作モードでの測定を実行する（加算平均する光音響信号の数を少なくする）。一方、プローブの動きが所定の閾値よりも遅い場合は、光音響画像のＳ／Ｎ比を向上させるべく、図５（ａ）のタイミング図で示す動作モードでの測定を実行する。（加算平均する光音響信号の数を多くする）。このように、プローブの動きをセンスすることによって、自動的に決定しても良い。
【００９４】
また、動作モードをコンピュータ１５０が自動的に切り替える別の方法としては、注目領域の深さを利用することが考えられる。注目領域の深さが所定の閾値よりも深い場合は、光音響画像のＳ／Ｎ比を優先し、図５（ａ）のタイミング図に示す動作モードでの測定を実行する（加算平均する光音響信号の数を多くする）。一方、注目領域の深さが所定の閾値よりも浅い場合は、動きボケの低減を優先し、図５（ｂ）のタイミング図に示す動作モードでの測定を実行する（加算平均する光音響信号の数を少なくする）。このように、注目領域の深さによって、自動的に決定しても良い。
【００９５】
また、プローブに圧力センサを付加し、プローブの押しつけ力により、光音響画像のＳ／Ｎ比を優先するか、動きボケの低減を優先するか、を切り換えてもよい。すなわち、プローブの押しつけ力が所定の閾値よりも大きい場合には、注目領域が深く、プローブの移動速度も遅いと考えられるため、光音響画像のＳ／Ｎ比を優先し、加算平均する光音響信号の数を多くする。一方、プローブの押しつけ力が所定の閾値よりも小さい場合には、注目領域が浅く、プローブの移動速度も速いと考えられるため、動きボケの低減を優先し、加算平均する光音響信号の数を少なくする。このように、プローブの押しつけ力をセンスすることによって自動的に決定しても良い。
【００９６】
本実施形態によれば、フレームレート変換部を備えることにより、ディスプレイの表示フレームレートを変更することなく、ユーザーの指定あるいは自動で再構成画像データを取得する測定条件を変更することが容易に行える。
【００９７】
＜第３の実施形態＞
本発明に係る第３の実施形態は、再構成画像を生成するに際して加算平均する光音響信号の対象が第１の実施形態で示した動作とは異なる。
【００９８】
図６は、図４（ａ）とＴ１からＴ４のタイミングは同一である。図４（ａ）に示した動作では、撮像フレームレートの周期ｔｗ２と等しい時間内に取得される光音響信号を加算平均したが、本実施形態では、撮像フレームレートの周期よりも長い期間にわたって取得された光音響信号（（１）〜（１０））を加算平均する。このように加算平均を行うことによって、撮像フレームレートの周期ｔｗ２よりも長い期間にわたり、光音響信号の加算平均を行うことができ、Ｓ／Ｎ比を良好とすることができる。なお、撮像フレームレートの周期ｔｗ２よりも長い期間にわたって得られた光音響信号を用いるため、再構成画像データＲ１が生成されるタイミングは、図４（ａ）に示した動作と比べると遅くなる。つまり、被検体への光照射を行ってから画像が表示されるまでの待ち時間が、図４（ａ）に示す動作よりも長くなる。
【００９９】
また、図６の動作とは逆に、撮像フレームレートの周期ｔｗ２の間に取得された光音響の一部のみを加算平均して、再構成画像データを生成してもよい。たとえば、図６に示す光音響信号のうち、（１）〜（６）は用いずに（７）〜（１０）を加算平均しても良い。このようにすることによって、撮像フレームレートの周期より短い時間、光音響信号の加算平均を行うことができ、動きボケを少なくすることができる。
【０１００】
この様な処理をすることで、第２の実施形態で示したような、再構成画像データを取得する測定条件を変更することがより容易に行える、すなわち、装置構成がより簡単化できる利点がある。
【０１０１】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態は、光音響信号を取得するタイミングを変更した実施形態である。図７に本実施形態に係る動作を説明するためのタイミング図を示す。
【０１０２】
図７は第１の実施形態の図４（ａ）と同様に、撮像フレームレートと、表示フレームレートが同じ周波数の場合について図示している。もちろん図４（ｂ）（ｃ）に示した、撮像フレームレートと表示フレームレートが異なる周波数の場合にも適応できる。
【０１０３】
図７に示した第４の実施形態は、加算平均する光音響信号のサンプリング時刻すなわち光源２００の発光時刻が第１の実施形態と大きく異なる。第１の実施形態では、第一の周期が固定であった。第４の実施形態では、図７のＴ１に示すように、光音響信号の取得を行う時間を撮像フレームレートの周期のある時間に集中させている、すなわち、撮像フレームレートの周期のうち、被検体への光照射が行われない休止期間がある。この例においても、前述したＭＰＥを満たす条件で、第一の周期等を決定されることが好ましい。
【０１０４】
図７に示す動作では、撮像フレームレートの周期の前半で、光音響装置は、光源部２００が第一の周期：ｔｗ１で発光し、発光に伴う光音響信号を第一の周期：ｔｗ１で取得する。次に、本例では、演算部は、８回取得した光音響信号（（１）〜（８））を加算平均して加算平均された光音響信号Ａ１取得する。演算部はさらに、加算平均された光音響信号Ａ１を基に、第二の周期で規定される期間に従って再構成画像データＲ１、Ｒ２、・・・を順次算出する。そして、フレームレート変換部１５９は、再構成画像データＲ１、Ｒ２、・・・を表示フレームレートの周期：ｔｗ３に変換して表示画像データとして出力する。そして、表示部１６０は表示フレームレートの周期：ｔｗ３で入力された表示画像データを表示する。
【０１０５】
本実施形態に係る動作によれば、撮像フレームレート内のある時間に集中して光音響信号を取得して加算平均するので、第１の実施形態で示した動作と比べて、光音響画像における動きボケを少なくできる。また、第３の実施形態で生じた無駄な光音響信号が生じることは無い。また図７に示した様に、光照射お行って光音響信号を取得する時間が、撮像フレームレートの周期の一部のみになり、撮像フレームレートの周期の中で光音響信号を取得しない時間が生じる。その結果、撮像フレームレートの周期内で、光音響信号を所得し、加算平均を行い、さらに再構成処理を行うことができる。その結果、光音響信号の取得から再構成画像データの出力までの遅延を少なくすることができる。
【０１０６】
第４の実施形態は光音響データを平均する時間幅を短くすることが可能なため、動きボケを少なくすることができる。
【０１０７】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態では、測定条件を被検体に合わせて決定する構成を説明する。具体的には、フレームレートの周期を生体の周期的な活動、例えば、心臓の鼓動すなわち心電波形と同期して動作する光音響装置を説明する。
【０１０８】
図８に、第５の実施形態に係るコンピュータと周辺構成を示すブロック図を示す。図８は前述した図３の構成と同じコンポーネントには図３と共通の符号を付す。図８において、心電計１７３は、被検体である患者の心臓を伝わる電気信号を検出し、コンピュータ１５０に出力する。コンピュータ１５０は心電計の出力（心電波形）に同期するように撮像フレームレートを決定し、光音響信号を取得し、再構成画像データを算出する。図９を用いてより詳細に説明する。
【０１０９】
図９において、撮像フレームレートの周期ｔｗ２と表示フレームレートの周期ｔｗ３は異なっている。コンピュータ１５０は、心電計１７３で検出した心電波形Ｔ５のＲＲ周期：ｔｗ４に撮像フレームレートの周期ｔｗ２を同期させる。具体的には心電波形Ｔ５の最大振幅であるＲ波を基準に撮像フレームレートの周期ｔｗ２を開始する。
【０１１０】
図９に示すように、光音響装置は、光源部２００が第一の周期：ｔｗ１で発光し、発光に伴う光音響信号を第一の周期：ｔｗ１で取得する。ただし、光音響信号を取得する期間はＲ波を基準に遅延時間ＤＬＹ経った後、サンプリング有効期間ＳＷの間に取得する。サンプリング有効期間ＳＷは第一の周期ｔｗ１に発光回数（この場合８回）を乗じた値となる。第一の周期ｔｗ１は前述したようにＭＰＥの制限等に応じて決定されることが好ましい。
【０１１１】
次に、信号収集部は、第一の周期：ｔｗ１で光音響信号を８回取得し（（１）〜（８））、得られた光音響信号を、演算部が加算平均して加算平均された光音響信号Ａ１を算出する。演算部はさらに、再構成のための処理を行う。再構成画像データＲ１は撮像フレームレートの周期ｔｗ２に従って順次算出される。フレームレート変換部１５９は、算出した撮像フレームレートの周期：ｔｗ２の再構成画像データＲ１、Ｒ２、・・・を、表示フレームレートの周期：ｔｗ３の表示画像データとして出力する。そして、表示部１６０は、表示フレームレートの周期：ｔｗ３で入力された表示画像データを表示する。
【０１１２】
なお、図９に示すタイミングは例示的なものに過ぎず、実際の装置では、第一の周期は０．１から数ｍｓｅｃ程度、撮像フレームレートの周期は０．４から２ｓｅｃ程度、表示フレームレートは５０から２４０Ｈｚ程度となることが考えられる。
【０１１３】
前述したように、遅延時間ＤＬＹと、サンプリング有効時間ＳＷは、例えば、ユーザーが入力部１７０を介して自由に設定できるようにすると好適である。
【０１１４】
血管は心臓の鼓動により周期的に動く。そのため、心電波形、すなわち心臓の鼓動に同期して光音響信号を受信し、再構成画像を得ることによって、心臓の鼓動による血管の収縮や動きによる動きボケを少なくすることが可能となる。図９心電波形Ｔ５において、ＱＲＳ波において心室が収縮しＳ波からＴ波間で血液が駆出される。すなわち、動脈の血圧が高い期間である。このような期間の血管の再構成画像を見る場合は、図９に示した様に、Ｓ波からＴ波までの間に光音響信号を取得するように、遅延時間ＤＬＹと、サンプリング有効時間ＳＷを設定する。そして、設定された期間の光音響信号を再構成することにより、動きボケの無い鮮明な再構成画像を取得することができる。
【０１１５】
また、光音響画像を取得する部位によって、心臓からの距離が異なるので、心電波形に対して血圧の変化する時刻（ｔｗ４に対する位相）が異なる。また、血圧の変化も異なる（心臓から離れれば血圧変化も少なくなる）。そこで、ユーザーが、遅延時間ＤＬＹと、サンプリング有効時間ＳＷを調整できるようにし、再構成画像を見ながら良好な値に設定できるようにすると好適である。また、遅延時間ＤＬＹと、サンプリング有効時間ＳＷを調整できるようにすることによって、例えば、心房の膨張のタイミングでの血管像等、タイミングを変えた（測定条件を変えた）再構成画像データを得ることができる。
【０１１６】
また、上述した実施形態では、心電波形を基に心臓の鼓動に同期して光音響信号を取得しているが、本発明の第５の実施形態は心電波形以外に心臓の鼓動に同期した生体信号を用いることができる。具体的には、心電波形の代わりとして動脈圧の波形や心臓が発する音波（心音）等を用いても良い。また、心臓の鼓動以外の生体の周期的な活動に対しても、第５の実施形態を適応できる。
【０１１７】
以上説明した様に、本発明の第５の実施形態によれば、表示フレームレートの周期と異なる心電波形等に同期した撮像フレームレートの周期で再構成画像データを生成し、フレームレート変換部１５９により表示フレームレートに周期に変換し、表示部１６０により表示する。このような構成によって、心電波形等の生体に依存する周期的な生理現象による血管の動きボケを少なく良好な再構成画像を取得することができる。とくに、動脈の動きボケを少なくし、動脈の光音響画像を明瞭に取得することが可能となる。
【０１１８】
＜第６の実施形態＞
本発明に係る第６の実施形態では、測定条件を表示する表示画面を中心とするユーザーインターフェイス（ＵＩ）について具体的に説明する。ユーザーからの入力を受け付ける入力部の一例であるこのユーザーインターフェイスである測定条件を表示する表示画面は、前述した表示部１６０の液晶ディスプレイ１６１に、再構成画像とともに表示しても良い。また、液晶ディスプレイ１６１に複数のウィンドウを表示し、再構成画像と測定条件を表示する表示画面とを別々のウィンドウに表示しても良い。さらに、異なる液晶ディスプレイ等を追加し、追加した液晶ディスプレイ等をユーザーインターフェイス専用の表示用に割り当てて使用しても良い。ユーザーは、ユーザーインターフェイスを介して、第一の周期、第二の周期、第三の周期を含む各種測定パラメータを設定することができる。これらの撮像パラメータをユーザーがすべて入力するような構成でもよいし、一部の撮像パラメータのみをユーザーが設定するようにしてもよい。
【０１１９】
図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて、表示画面の例を具体的に説明する。
【０１２０】
図１０（ａ）は本実施形態に係る表示画面の一例である。図１０（ａ）において、Ｕ１はディスプレイ上に表示する画像を模式的に示した図である。Ｕ１０１は表示フレームレートのタイミングを模式的に示した波形、Ｕ１０２は表示フレームレートの周期ＤＴを示す数字（単位はｍｓｅｃ）である。Ｕ１０３は撮像フレームレートを模式的に示した波形、Ｕ１０４は撮像フレームレートの周期ＦＴを示す数字（単位はｍｓｅｃ）である。Ｕ１０５は遅延時間ＤＬＹとサンプリング有効時間ＳＷを示している波形である。Ｕ１０６は撮像フレームレートＵ１０３の開始からサンプリング有効時間ＳＷが始まるまでの遅延時間ＤＬＹを示す数字（単位はｍｓｅｃ）、Ｕ１０７はサンプリング有効時間ＳＷを示す数字（単位はｍｓｅｃ）である。
【０１２１】
ユーザーは、画面に表示されたこのＵ１に示された画面を見ながら、マウスやキーボードを用いて各々の数値を変更し、測定条件を変更できる。マウスやキーボードの代わりに各々のパラメータを変更する専用のつまみを設け調整できるようにしても良い。このような調整を行う場合、インタラクティブにユーザーの指示に対してＵ１の画面の波形や数値が変化するようにソフトウエアを設計する。
【０１２２】
図１０（ｂ）は、表示画面の別の例である。図１０（ｂ）において、Ｕ２はディスプレイ上に表示する画像を模式的に示した図である。Ｕ２０１は表示フレームレートのタイミングを模式的に示した波形、Ｕ２０２は表示フレームレートＤＲを示す数字（単位はＨｚ）である。Ｕ２０３は撮像フレームレートを模式的に示した波形、Ｕ２０４は撮像フレームレートＦＲを示す数字（単位はＨｚ）である。Ｕ２０５は遅延時間ＤＬＹとサンプリング有効時間ＳＷを示す波形である。Ｕ２０６は撮像フレームレートＵ２０３の周期に対してフレームレートの開始からサンプリング有効時間が始まるまでの遅延時間ＤＬＹの割合を位相ＰＨで示す数字（単位は°、１周期は３６０°）、Ｕ２０７はサンプリング有効時間ＳＷを撮像フレームレートＵ２０３の周期ＦＴの割合で示した数字（単位は％）である。このような、表示画面であれば、撮像フレームレートをユーザーが変換しても、光音響信号の取得を開始する時刻やサンプリング有効時間が直感的にわかる。表示画面はこれらの組み合わせや、他の表現方法であっても良い。
【０１２３】
ユーザーは表示されたこのＵ２で示した画面を見ながら、インタラクティブに測定条件を変更できる。
【０１２４】
また、表示フレームレートは、一般に表示部１６０が決まれば固定となる。そのため、図１０（ａ）（ｂ）で示した表示する画像（Ｕ１、Ｕ２）に示した、表示フレームレートのタイミングを模式的に示した波形（Ｕ１０１、Ｕ２０１）や、表示フレームレートを示す数字（Ｕ１０２、Ｕ２０２）を表示しなくても良い。このようにすると、表示内容が少なくなり、ユーザーが測定条件をより設定・把握しやすくなる。
【０１２５】
図１０（ｃ）は表示画面のさらに別の例である。図１０（ｃ）は、第５の実施形態で示した測定条件（撮像フレームレート）を被検体に合わせて決定する実施形態である。さらに具体的には、フレームレートの周期を生体の周期的な活動、例えば、心臓の鼓動すなわち心電波形と同期した光音響装置に好適な測定条件を表示する場合の表示画面である。
【０１２６】
図１０（ｃ）において、Ｕ３はディスプレイ上に表示する画像を模式的に示した図である。Ｕ３０１は撮像フレームレートを模式的に示した波形、Ｕ３０２は撮像フレームレートの周期ＦＴを示す数字（単位はＳｅｃ）である。Ｕ３０３は遅延時間ＤＬＹとサンプリング有効時間ＳＷを示す波形である。Ｕ３０４は撮像フレームレートＵ３０１の周期に対してフレームレートの開始からサンプリング有効時間ＳＷが始まるまでの時間の割合を位相ＰＨで示した数字（単位は°、１周期は３６０°）、Ｕ３０５はサンプリング有効時間ＳＷを撮像フレームレートＵ３０３の周期ＦＴの割合で示した数字（単位は％）である。Ｕ３０６は心電波形を示す波形である。Ｕ３０７は心電波形Ｕ３０６に対して、設定されたトリガレベルを示す線である。トリガレベルは、ユーザーがマウスやキーボードあるいは専用つまみで設定できる。他の方法として、振幅のピーク値の９０％と決めることによって、コンピュータ１５０が自動で設定することもできる。図１０（ｃ）で示した例の場合、設定されたトリガレベルの振幅を超えた心電波形の立ち上がり時刻でトリガがかかる。トリガがかかると、次のトリガまでを１周期とする撮像フレームレートをコンピュータ１５０が生成する。すなわち、撮像フレームレートの設定はユーザーが行うことはできない。ユーザーは、心電波形を見ながら、測定条件であるサンプリング開始位相とサンプリング有効時間ＳＷを所望の値に調整し、再構成画像を得ることができる。
【０１２７】
以上で説明した第６の実施形態によれば、ユーザーが測定条件を把握しやすく、かつ設定しやすくなる。そのため、被検体である生体の状況に応じてユーザーは最適な測定条件を容易に設定できる利点がある。
【０１２８】
（その他）
光源部２００は、前述したように複数の波長を照射できるように構成しても良い。複数の波長の光を用いた場合、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、撮像フレームレート毎に２つの波長を交互に被検体に照射することで光音響信号を取得して、波長ごとに再構成画像データを算出した上で、２つの撮像フレームレートで算出した再構成画像データより酸素飽和度を計算することができる。酸素飽和度の算出については、特開２０１５−１４２７４０号公報他、既知の手法を利用できる。
【０１２９】
また、上記で説明した複数の実施形態を１つの光音響装置で実現し、切り換えて使用できるようにしても良い。また、光音響装置に、トランスデューサから超音波を送信し反射波による測定を行う機能を追加実現しても良い。その場合には、超音波のエコー像と光音響画像とを並べて表示したり、位置合わせして重畳して表示したりするとよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１００  被検体
１１２  光学系
１１３  光出射部
１２０  音響波受信部
１４０  信号収集部
１５０  コンピュータ
１５１  演算部
１５２  記憶部
１５３  制御部
１５９  フレームレート変換部
１６０  表示部
１７０  入力部
１８０  プローブ
１８１  ハウジング
２００  光源部
【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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【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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