(57)【要約】【課題】光音響画像において、被検体情報に重畳されるノイズを低減する。【解決手段】光が照射された被検体から発生した音響波を受信し、前記被検体に関する情報である被検体情報を生成する光音響装置であって、前記被検体上における前記光の照射領域を制御する照射制御手段と、前記被検体から発生した音響波を受信し、受信信号に変換する音響波受信手段と、前記受信信号に基づいて前記被検体情報を生成する生成手段と、前記被検体について、光エネルギーの吸収に関する値が所定値以上である高吸収領域を設定する設定手段と、を有し、前記照射制御手段は、前記高吸収領域の位置に基づいて、前記被検体上における前記光の照射領域を制御する。【選択図】図１
2019088346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が照射された被検体から発生した音響波を受信し、前記被検体に関する情報である被検体情報を生成する光音響装置であって、
前記被検体上における前記光の照射領域を制御する照射制御手段と、
前記被検体から発生した音響波を受信し、受信信号に変換する音響波受信手段と、
前記受信信号に基づいて前記被検体情報を生成する生成手段と、
前記被検体について、光エネルギーの吸収に関する値が所定値以上である高吸収領域を設定する設定手段と、
を有し、
前記照射制御手段は、前記高吸収領域の位置に基づいて、前記被検体上における前記光の照射領域を制御する
ことを特徴とする、光音響装置。
【請求項２】
前記照射制御手段は、前記高吸収領域に所定値以上の強度の光が照射されないように前記被検体上における前記光の照射領域を制御する
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】
第一の領域に前記光を照射した場合に前記高吸収領域に照射される光の強度が所定値を上回り、第二の領域に前記光を照射した場合に前記高吸収領域に照射される光の強度が前記所定値を下回る場合において、前記照射制御手段は、前記光の照射領域を前記第一の領域から前記第二の領域に変更する
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】
前記生成手段は、前記第二の領域に照射された前記光の、前記被検体内における光量分布を生成する
ことを特徴とする、請求項３に記載の光音響装置。
【請求項５】
前記音響波受信手段は、アレイ状に配置された複数の音響素子を含み、前記複数の音響素子から出力された信号のそれぞれに対して、前記第二の領域に基づいた重み付けを行う
ことを特徴とする、請求項３または４に記載の光音響装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記被検体の表面を撮像した画像に基づいて、前記高吸収領域を設定する
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項７】
前記設定手段は、前記画像から、所定の閾値を超えた濃度を有する領域を抽出し、前記高吸収領域とする
ことを特徴とする、請求項６に記載の光音響装置。
【請求項８】
前記設定手段による前記高吸収領域の設定は、前記音響波受信手段によって取得された前記受信信号に基づいて行われる
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項９】
前記光は、走査手段によって移動可能な光学系を介して前記被検体に照射され、
前記照射制御手段は、前記走査手段を用いて前記光学系を移動させることで前記被検体上における前記光の照射領域を制御する
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１０】
前記光は、前記光を円環状の領域に照射する光学系を介して前記被検体に照射され、
前記照射制御手段は、前記円環の外径および内径を変更することで前記被検体上における前記光の照射領域を制御する
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１１】
前記照射制御手段は、遮光部材を用いて前記被検体上における前記光の照射領域を制御する
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１２】
前記光は、発光素子アレイによって生成され、
前記照射制御手段は、前記発光素子アレイに含まれる複数の素子の発光状態を変更することで前記被検体上における前記照射領域を制御する
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１３】
光が照射された被検体から発生した音響波を受信し、前記被検体に関する情報である被検体情報を生成する光音響装置が行う被検体情報取得方法であって、
前記被検体上における前記光の照射領域を制御する照射制御ステップと、
前記被検体から発生した音響波を受信し、受信信号に変換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情報を生成する生成ステップと、
前記被検体について、光エネルギーの吸収に関する値が所定値以上である高吸収領域を設定する設定ステップと、
を含み、
前記照射制御ステップでは、前記高吸収領域の位置に基づいて、前記被検体上における前記光の照射領域を制御する
ことを特徴とする、被検体情報取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報を取得する光音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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技術として、光音響イメージング（Photoacoustic Imaging、以下ＰＡＩ）が知られている。
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。ＰＡＩ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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Paul Beard, Biomedical Photoacoustic imaging, Interface Focus(2011)1,602-631
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光音響イメージングにおける応用例として、がんや炎症に起因した微細血管を画像化することが期待されている。
一方で、被検体の表面には、ほくろや母斑といった光エネルギーの吸収係数が高い部位が存在する場合がある。このような、吸収係数が高い部分に光を照射すると、音圧の高い光音響波が発生する。そうすると、生体内の微細血管から得られる光音響波よりも著しくレベルが強い音響波が発生することがある。
【０００５】
このように、被検体である生体の表面付近に光吸収体が存在する場合、表面付近で発生した強い音響波が被検体内で反射および散乱するため、深部に存在する光吸収体の観察が妨害されるケースがある。例えば、反射した音響波に起因して被検体の深部にノイズや虚像（アーチファクト）が出現し、これに起因して、観察対象の光吸収体について十分なコントラストが得られなくなるおそれがある。
【０００６】
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、光音響画像において、被検体情報に重畳されるノイズ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】
【０００７】
上記課題を解決するための、本発明に係る光音響装置は、
光が照射された被検体から発生した音響波を受信し、前記被検体に関する情報である被検体情報を生成する光音響装置であって、前記被検体上における前記光の照射領域を制御する照射制御手段と、前記被検体から発生した音響波を受信し、受信信号に変換する音響波受信手段と、前記受信信号に基づいて前記被検体情報を生成する生成手段と、前記被検体について、光エネルギーの吸収に関する値が所定値以上である高吸収領域を設定する設定手段と、を有し、前記照射制御手段は、前記高吸収領域の位置に基づいて、前記被検体上における前記光の照射領域を制御することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る被検体情報取得方法は、
光が照射された被検体から発生した音響波を受信し、前記被検体に関する情報である被検体情報を生成する光音響装置が行う被検体情報取得方法であって、前記被検体上における前記光の照射領域を制御する照射制御ステップと、前記被検体から発生した音響波を受信し、受信信号に変換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情報を生成する生成ステップと、前記被検体について、光エネルギーの吸収に関する値が所定値以上である高吸収領域を設定する設定ステップと、を含み、前記照射制御ステップでは、前記高吸収領域の位置に基づいて、前記被検体上における前記光の照射領域を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光音響画像において、被検体情報に重畳されるノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】各実施形態に共通する光音響装置の構成概略を説明する図。
【図２】第一の実施形態に係る光音響顕微鏡の構成を説明する図。
【図３】第一の実施形態に係る光音響顕微鏡の動作を説明する図。
【図４】第一の実施形態における処理の内容を説明するフローチャート図。
【図５】第二の実施形態に係る光音響顕微鏡の構成を説明する図。
【図６】第二の実施形態に係る光音響顕微鏡の動作を説明する図。
【図７】第三の実施形態に係る光音響顕微鏡の構成を説明する図。
【図８】第三の実施形態の変形例を説明する図。
【図９】第三の実施形態の変形例を説明する図。
【図１０】第三の実施形態に係る光音響顕微鏡の動作を説明する図。
【図１１】第四の実施形態における処理の内容を説明するフローチャート図。
【図１２】第五の実施形態における処理の内容を説明するフローチャート図。
【図１３】被検体内における光量分布の差を説明する図。
【図１４】アポダイゼーションを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施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。
【００１２】
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、光音響装置またはその制御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。
本発明はまた、光音響装置や被検体情報取得装置が取得した信号を処理する情報処理装置や、情報処理方法として捉えることもできる。
【００１３】
実施形態に係る光音響装置は、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。
【００１４】
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、異なる複数波長の光によって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といった分光情報が得られる。分光情報は、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、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。
以下に説明する実施形態では、ヘモグロビンを吸収体として想定した波長の光を被検体に照射することで、被検体内の血管の分布・形状のデータと、その血管における酸素飽和度分布のデータを取得し、画像化する光音響イメージング装置を想定する。
【００１５】
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。
【００１６】
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、光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。
【００１７】
本実施形態に係る光音響装置は、被検体にパルス光を照射し、被検体内において発生した光音響波を受信することで、被検体内の光学特性に関連した情報を生成する装置である。
【００１８】
（装置構成の概略）
まず、本明細書にて説明する複数の実施形態に共通する装置構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光音響装置１００の構成を説明する概略図である。実施形態に係る光音響装置１００は、プローブ１０１、処理部２、表示装置４、入力装置５、制御部６、記憶部７、被検体観察部８を有して構成される。また、プローブ１０１は、音響波探触子１および光照射部３を有して構成される。
【００１９】
プローブ１０１は、被検体に対して光を照射し、被検体から発生した音響波を受信するユニットである。プローブ１０１は、被検体に光を照射する光照射部３と、被検体で発生した音響波を受信する音響波探触子１とを有して構成される。プローブ１０１は、ゲルや水などの音響マッチング剤（不図示）を介して被検体に接触してもよい。
【００２０】
音響波探触子１は、被検部の内部から到来する音響波を受信して、電気信号に変換する手段である。音響波検出素子は、探触子、音響波探触子、音響波検出器、音響波受信器、音響波探触子とも呼ばれる。
生体から発生する音響波は、１００ＫＨｚから１００ＭＨｚの超音波であるため、音響波検出素子には、上記の周波数帯を受信できる素子を用いる。具体的には、圧電現象を用いた音響波探触子、光の共振を用いた音響波探触子、容量の変化を用いた音響波探触子などを用いることができる。
【００２１】
また、音響素子は、感度が高く、周波数帯域が広いものを用いることが望ましい。具体的にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いた圧電素子、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビ
ニリデン）などの高分子圧電膜材料、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波音響波探触子）、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子としての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。
【００２２】
光照射部３は、被検体に照射する光（典型的にはパルス光）を発生させる光源と、当該光を探触子ユニットまで導く光学系で構成される。
光源は、被写体に照射するパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るために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を用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、Ｎｄ：ＹＡＧやＴｉ：ｓａ、ＯＰＯ、アレクサンドライトなどの固体レーザ、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。
また、パルス光の波長は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、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、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であることが望ましい。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るため、被検体深部の情報を得ることができる。あるいは、撮影領域を被検体の浅部に限定すれば、上記以外の波長、例えば５３２ｎｍといった波長も用いることができる。
また、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は、光源から発生するパルス光のパルス幅は数ナノ〜数百ナノ秒程度が好適である。
また、パルス光は矩形であることが好ましいが、ガウス形状などであってもよい。
光照射のタイミング、波形、強度等は、後述する制御部６によって制御される。
【００２３】
光学系は、光源から発せられたパルス光を伝送する部材である。光源から出射された光は、レンズやミラーなどの光学部品により、所定の光分布形状に加工されながら被検体に導かれ、照射される。なお、光ファイバなどの光導波路などを用いて光を伝搬させることも可能である。
光学系は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、光ファイバ、拡散板、シャッター、フィルタなどの光学機器を含んでいてもよい。光源から発せられた光を被検体に所望の形状で照射できれば、光学系には、どのような光学部品を用いてもよい。
【００２４】
処理部２は、音響波探触子１が取得した電気信号を増幅してデジタル信号に変換する手段と、デジタル変換された信号（光音響信号）に基づいて、被検体の内部の光吸収係数や酸素飽和度等といった被検体情報を取得する手段（生成手段）である。
【００２５】
処理部２は、受信信号を増幅する増幅器、アナログの受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、受信信号を記憶するＦＩＦＯ等のメモリと、ＦＰＧＡチップ等の演算回路を用いて構成されてもよい。また、処理部２は、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。
【００２６】
処理部２は、収集された電気信号に基づいて三次元の被検体内における初期音圧分布を生成する。また、処理部２は、被検体に照射される光量に関する情報に基づいて、被検体内における三次元の光強度分布を生成する。三次元の光強度分布は、二次元の光強度分布に関する情報から光拡散方程式を解くことで取得できる。また、光音響信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、三次元の光強度分布とを用いて、被検体内の吸収係数分布を得ることができる。また、複数の波長における吸収係数分布を演算することで、被検体内の酸素飽和度分布を得ることができる。
なお、処理部２は、光量分布の計算や背景の光学係数取得に必要な情報処理、信号補正など所望の処理を実施する機能を有していてもよい。
【００２７】
制御部６は、光音響装置１００が有する各構成要素の制御を行う手段（照射制御手段）である。例えば、被検体に対する光照射の制御、音響波や光音響信号の受信制御、装置全体の制御に関する指令を行う。処理部２および光照射部３は、制御部６が発行するトリガ信号に同期したタイミングで、光の照射および光音響信号の取得を行う。
【００２８】
また、制御部６は、入力装置５を介して、測定パラメータ、測定の開始・終了、画像の処理方法の選択、患者情報や画像の保存、データの解析などに関する指示を取得し、当該指示に基づいて装置の制御を行う。
【００２９】
入力装置５は、例えば、マウスやトラックボール、タッチパネルなどのポインティングデバイス、キーボードなどであるが、これらに限られない。
表示装置４は、処理部２が取得した情報およびその加工情報を表示する手段であり、典型的にはディスプレイ装置である。
【００３０】
記憶部７は、装置が取得した被検体情報（光音響画像）や、付随するデータを記憶する手段である。記憶部７はローカルストレージであってもよいし、ネットワーク接続された外部記憶手段であってもよい。また、外部記憶手段とのインタフェースを備えた記憶装置であってもよい。例えば、インタフェース（不図示）を介して、医療施設内のコンピュータとネットワーク接続、あるいはメモリやハードディスクなど不図示の外部記録装置と接続されており、記憶したデータを送信できるように構成してもよい。
【００３１】
被検体観察部８は、被検体の表面を光学的に観察する手段であり、典型的にはカメラである。被検体観察部８は、取得した画像に基づいて、被検体の表面に存在するほくろや母斑といった光エネルギーの吸収係数が高い領域（以下、高吸収領域）を検出する。具体的な方法については後述する。
【００３２】
次に、光音響装置１００が、被検体である生体を測定する方法について説明する。
まず、光照射部３から発せられたパルス光が、光学系を介して被検体に照射される。被検体の内部を伝搬した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体に吸収されると、熱膨張により当該光吸収体から音響波が発生する。生体内にがんが存在する場合は、がんの新生血管において他の正常部の血液と同様に光が特異的に吸収され、音響波が発生する。生体内で発生した光音響波は、音響波探触子１によって受信される。
【００３３】
音響波探触子１が受信した信号は、処理部２で変換されたのち解析される。解析結果は、生体内の特性情報（例えば、初期音圧分布や吸収係数分布）を表すボリュームデータとなり、二次元の画像に変換されたのちに表示装置４を介して出力される。
【００３４】
光音響装置１００は、測定に先立って、被検体観察部８が被検体を撮像したうえで高吸収領域を検出し、当該高吸収領域に所定値を上回る強度の光が照射されないよう、高吸収領域を避けて被検体に光を照射する。被検体観察部８が高吸収領域を検出する方法、および、高吸収領域を避けて光を照射する方法については、後述する各実施形態において具体的に述べる。
【００３５】
（第一の実施形態）
第一の実施形態は、前述した光音響装置１００を光音響顕微鏡に適用した実施形態である。なお、図１を参照して説明した要素については説明を省略する。
【００３６】
図２は、第一の実施形態に係る光音響顕微鏡の構成図である。
第一の実施形態では、図１に示した光照射部３が、光源３ｂ、光ファイバ３ｃ、コリメ
ータ３ｄ、コニカルレンズ３ｅ、ミラー３ｆ、ビームスプリッタ３ｇを有して構成される。
光源３ｂから発せられた照射光３ａは、光ファイバ３ｃによってプローブ１０１まで伝送され、コリメータ３ｄによって平行光となる。次いで、コニカルレンズ３ｅによってリング状に広げられ、ミラー３ｆを介して被検体である生体に照射される。ミラー３ｆは、ガラスやアクリルなど透明部材を母材として、母材と空気の屈折率の差から側面を全反射させる、もしくは側面に金属膜や誘電体膜を成膜して光を反射させる部材である。
【００３７】
本実施形態では、音響波探触子１の先端に音響レンズが備えられており、焦点位置から発生した光音響波を高感度かつ高分解能に検出することができる。
また、本実施形態では、プローブ１０１に、プローブ１０１と被検体との間隔を調整し、被検体の面内方向に対して二次元走査を行うための走査ステージ９ａが接続されている。被検体に対して二次元走査を行うことにより、被検体内の３次元の光音響情報を取得することができる。
【００３８】
本実施形態では、被検体観察部８としてのカメラ８ａを用いて被検体表面の画像を取得する。そして、取得した画像を所定の閾値で二値化し、所定値以上の濃度である領域を、ほくろや母斑などの吸収係数が高い領域（高吸収領域）として抽出する。抽出された高吸収領域に関する情報は、制御部６へ伝送される。なお、高吸収領域の座標は、走査ステージ９ａを基準とする座標系（走査座標系）によって表されてもよい。
【００３９】
本実施形態では、プローブ１０１が走査ステージ９ａによって移動可能に構成されており、これにより、被検体上における光の照射位置を移動させながら測定を行うことができる。また、照射位置ステージ９ｂによって、コニカルレンズ３ｅが被検体と垂直方向に移動可能に構成されており、これによりリング状の照射光３ａの内外径を調整可能な構成となっている。
なお、本明細書において、光の照射位置とは、光の照射を行う目標点と、光が照射される場所（照射領域）の双方を含む概念である。
【００４０】
本実施形態では、測定中において、光の照射位置が高吸収領域にかかる場合に、制御部６がこれを判定し、照射位置ステージ９ｂを駆動することで、リング状の照射光３ａの内外径を調整し、光を分散させる。これにより、吸収係数の高い領域に照射される照射光の強度を下げることができる。
【００４１】
なお、図２の例では、カメラ８ａがビームスプリッタ３ｇを介して被検体の表面を撮像しているが、カメラ８ａの位置はこれに限られない。例えば、音響波探触子１に隣接した位置にカメラを設けてもよい。なお、照射光がカメラ８ａに直接入射しないよう、光学フィルタ８ｂを設けるとなおよい。光学フィルタ８ｂとして、照射光の波長をカットするフィルタを設けることで、照射光によるカメラ８ａへの影響を抑制することができる。
【００４２】
第一の実施形態において制御部６が行う制御の詳細を、図３を参照しながら説明する。
図３（Ａ）〜（Ｃ）は撮影領域を示し、グリッドは撮影時における座標（以下、撮影座標）を示す。撮影領域内の表面にほくろがあると、カメラ８ａによって図３（Ａ）のような画像が撮像される。
本例の場合、高吸収領域は、図３（Ｂ）のハッチングで示した領域に存在するものとして制御部６に記録される。
【００４３】
ここで、走査ステージ９ａによってプローブ１０１が移動し、図３（Ｃ）に示した撮影座標Ａに対して測定を行う場合を考える。この場合、制御部６は、高吸収領域に照射される光の強度が所定値を下回るように、照射位置ステージ９ｂの位置を制御して照射領域を
広げる。本例の場合、照射領域Ａで示されたリング状の領域に分散して光が照射される。
一方、撮影座標Ｂに対して測定を行う場合、照射位置ステージ９ｂの位置を制御して照射領域を狭める。この結果、照射領域Ｂに光が照射される。
【００４４】
次に、本実施形態に係る光音響顕微鏡が行う処理のフローについて、図４を参照して説明する。
まず、ステップＳ１１にて、撮影パラメータを設定する。本ステップでは、光音響画像を撮影するためのパラメータを取得し、設定する。具体的には、光音響信号を取得する際の撮影ピッチや撮影範囲、撮影１箇所あたりの光音響信号の保存サンプリング周波数、保存時間、走査ステージ９ａの走査速度、加速度、光源３の発光周波数、光量、波長などを設定し、処理部２や制御部６に記録する。なお、これらのパラメータはプリセットされたものから選択してもよいし、装置のユーザに入力させてもよい。
【００４５】
次に、ステップＳ１２で、カメラ８ａを用いて被検体表面の画像を撮像する。撮像する範囲は、光音響画像の撮影範囲を含んでいることが好ましい。このとき、カメラ８ａの位置と音響波探触子１の位置との差を考慮することが好ましい。カメラ８ａで撮像された画像は制御部６へ送られる。
【００４６】
なお、本実施形態では、走査ステージ９ａの移動とともにカメラ８ａの撮影位置も移動する。従って、ステップＳ１２で、設定された撮影範囲全体の画像が取得できるよう、走査ステージ９ａの位置を制御してもよい。
【００４７】
ステップＳ１３では、取得した画像から吸収係数が高い領域を抽出する。本ステップでは、制御部６が、ステップＳ１２で撮像された画像を解析し、被検体表面に存在するほくろや母斑など、その吸光量が、可視化対象である光吸収体（血中ヘモグロビンなど）に対して無視できない組織を抽出し、画像中における位置を検出する。より具体的には、所定の閾値を用いてカメラ８ａの画像を二値化し、所定値以上の濃度を持つ領域を、ほくろや母斑などの吸収係数が高い領域（高吸収領域）として抽出する。
【００４８】
次に、ステップＳ１４で、光の照射を行う目標座標（以下、照射位置座標）を算出する。本ステップでは、制御部６が、ステップＳ１３で抽出された高吸収領域を避けるように照射位置の座標を算出し、記録する。なお、プローブ１０１を移動させながら光の照射を複数回行う場合、複数の照射位置座標が算出される。
【００４９】
次に、ステップＳ１５で、光音響信号を取得する。本ステップでは、制御部６が、ステップＳ１１で設定した撮影パラメータと、ステップＳ１４で記録した照射位置座標に従って、被検体への光の照射を制御する。また、処理部２が、パラメータとして設定された撮影ピッチや撮影範囲に従って、走査ステージ９ａを走査させながら光音響信号を取得する。光音響信号は、照射光の発光と同期したタイミングで取得される。
【００５０】
ステップＳ１６では、取得した光音響信号を処理し、光音響画像を生成する。
具体的には、処理部２が、プリアンプやＡ／Ｄコンバータを用いて、取得したアナログ信号をデジタル化し、メモリに蓄積する。なお、蓄積されたデータに対して、増幅、フィルタリングなどを行ってもよい。さらに好ましくは、音響波探触子１のインパルス応答の特性を考慮した補正などを行ってもよい。
そして、処理部２が、処理された光音響信号と対応する座標に基づいて画像を生成する。画像の生成においては、一般的に超音波診断装置で使われている整相加算（ディレイアンドサム）を用いてもよいし、ユニバーサルバックプロジェクションに代表される画像再構成法を用いてもよい。また、アーチファクト除去などの既知の画像処理を行ってもよい。
【００５１】
ステップＳ１７では、生成された光音響画像を表示装置４に出力する。この際、記憶部７に、生成された画像を記録してもよい。さらに、光音響画像や各種撮影条件などを、外部インタフェースを介して、ネットワーク接続された医療施設内の他のコンピュータや、メモリやハードディスクなどの不図示の外部記録装置へ送信してもよい。
【００５２】
以上、第一の実施形態によれば、光音響測定を行う範囲の表面に存在する、ほくろや母斑などの吸収係数が高い領域への光照射を抑制することができる。すなわち、当該領域から発せられる光音響波のレベルを下げることができる。
また、当該光音響波が被検体内部で反射および散乱し、本来の観察対象（例えば微細血管など）から生じた光音響波と混ざることを抑制できるため、光音響画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。それにより、観察対象のコントラストを向上させることができる。また、ほくろや母斑などの吸収係数が高い部位よりも深い位置で発生した信号を精度よく取得できるため、所望の撮影領域に対して精度のよい光音響画像を取得できる。
【００５３】
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、円環状に照射される光の内径および外径を調整することによって、高吸収領域に対する光の照射を回避した。これに対し、第二の実施形態は、光ファイバによって照射光を伝送し、照射光が出射する出射端の位置を一時的にシフトさせることで、高吸収領域に対する光の照射を回避する実施形態である。
【００５４】
図５は、第二の実施形態に係る光音響顕微鏡の構成図である。
第二の実施形態では、光照射部３が、光源３ｂ、光ファイバ３ｃ、出射端３ｈを有して構成される。出射端３ｈの内部には、拡散板などの光学素子が設けられていてもよい。また、第二の実施形態では、プローブ１０１内に、出射端３ｈを平行移動させる手段である照射位置ステージ９ｃが設置されている。
また、第二の実施形態では、走査ステージ９ａの走査範囲を撮影できる位置にカメラ８ａが設置されている。
【００５５】
第二の実施形態では、走査中において光の照射位置が高吸収領域に接近した場合に、当該高吸収領域を回避するように、照射位置ステージ９ｃを駆動し、出射端３ｈの位置を一時的にシフト（音響波探触子１に対して相対的に移動）させる。
【００５６】
第二の実施形態において制御部６が行う制御の詳細を、図６を参照しながら説明する。
図６（Ａ）〜（Ｃ）は撮影領域を示し、グリッドは撮影座標を示す。撮影領域内の表面にほくろがあると、カメラ８ａによって図６（Ａ）のような画像が得られる。
本例の場合、高吸収領域は、図６（Ｂ）のハッチングで示した領域に存在するものとして制御部６に記録される。
【００５７】
ここで、走査ステージ９ａによってプローブ１０１が移動し、図６（Ｃ）に示した撮影座標Ａに対して測定を行う場合を考える。この場合、制御部６は、高吸収領域に照射される光の強度が所定値を下回るように、照射位置ステージ９ｃの位置を制御して照射領域を一時的に平行移動（シフト）させる。本例の場合、照射領域Ａで示された領域に光が照射される。
一方、撮影座標Ｂに対して測定を行う場合は、照射領域のシフトは行わない。この結果、照射領域Ｂに光が照射される。
【００５８】
第二の実施形態では、光の照射位置を一次元方向にシフトさせるため、照射光の強度分布を変えずに、第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。これにより、後述する光量分布の補正を精度よく行うことができる。さらに、第一の実施形態よりも、高吸収領
域の近傍に光を照射することができるため、高吸収領域より深部側に照射光がより強く到達する。すなわち、被検体深部の情報をより精度よく得ることができる。
【００５９】
（第三の実施形態）
第一ないし第二の実施形態では、照射位置ステージ９ｂおよび９ｃを駆動することで光の照射位置を調整した。これに対し、第三の実施形態は、照射光の一部を遮光することで光の照射位置を調整する実施形態である。
【００６０】
図７は、第三の実施形態に係る光音響顕微鏡の構成図である。
第三の実施形態に係る光音響顕微鏡は、第二の実施形態に係る光音響顕微鏡から照射位置ステージ９ｃを省き、遮光手段９ｄを加えて構成される。遮光手段９ｄは、出射端から照射される照射光３ａの少なくとも一部を遮光する手段（遮光部材）である。
【００６１】
第三の実施形態では、走査中において、光の照射位置が高吸収領域に近接していない場合、音響波探触子１と対向する位置へ照射光３ａを照射する。このとき、照射光の照射範囲は、音響波探触子１の受信範囲と略同一となる。また、光の照射位置が高吸収領域に接近した場合に、当該高吸収領域に照射される光の強度が所定値を下回るように、遮光手段９ｄを駆動し、照射光の一部を遮光する。
【００６２】
遮光手段９ｄは、例えば、透過型の液晶デバイスを用いてもよい。この場合、遮光したい領域に相当する画素をＯＮにすることで、照射光の一部を遮光することができる。
なお、遮光手段９ｄは、他のデバイスであってもよい。例えば、図８に示したように、デジタルミラーアレイなどの反射型デバイスを用いてもよい。この場合、遮光したい領域に相当する画素を駆動することで、当該画素に入射した光をダンパ９ｅへ反射させることができる。
【００６３】
また、照射光を遮光するだけでなく、光源として発光素子アレイを用い、任意の素子の発光を停止させてもよい。例えば、図９に示したように、ＬＥＤなどの発光アレイ素子を光源３ｂに用いてもよい。この場合、制御部６によって、対象となる素子の発光状態を変更（例えば発光を停止、あるいは光量を低下させる等）してもよい。
【００６４】
第三の実施形態において制御部６が行う制御の詳細を、図１０を参照しながら説明する。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は撮影領域を示し、グリッドは撮影座標を示す。撮影領域内の表面にほくろがあると、カメラ８ａによって図１０（Ａ）のような画像が得られる。
本例の場合、高吸収領域は、図１０（Ｂ）のハッチングで示した領域に存在するものとして制御部６に記録される。
【００６５】
ここで、図１０（Ｃ）に示した撮影領域に対して撮影を行う場合を考える。この場合、制御部６が、高吸収領域に照射される光の強度が所定値を下回るように、遮光手段９ｄを制御して、黒抜きで示した領域を遮光する。本例の場合、黒抜きの領域を除いた照射領域に光が照射される。この状態で、音響波探触子１が撮影領域を走査しながら撮影を行う。
【００６６】
以上、第三の実施形態によれば、照射光の形状を変更したり、照射位置を一時的にシフトせずとも、高吸収領域への光の照射を回避することができる。すなわち、第一および第二の実施形態よりも簡便な制御で照射位置の調整を行うことができる。
【００６７】
（第四の実施形態）
第一ないし第三の実施形態では、被検体表面を撮像して得られた画像に基づいて高吸収領域を抽出した。これに対し、第四の実施形態は、事前に取得した光音響画像を用いて高
吸収領域を抽出する実施形態である。
【００６８】
第四の実施形態に係る光音響顕微鏡の構成は、第一ないし第三の実施形態と同様であるが、被検体観察部８（カメラ８ａ）が必須構成ではないという点において相違する。第四の実施形態に係る光音響顕微鏡が行う処理のフローについて、図１１を参照して説明する。
【００６９】
第四の実施形態では、ステップ１２Ａにおいて、被検体に光を照射し、光音響信号を取得する。当該ステップでは、制御部６が、ステップＳ１１で取得した撮影パラメータを用いて、ステップＳ１５と同様の方法で光音響信号を取得する。なお、高吸収領域の位置は未知であるため、本ステップでは、被検体を含む所定の位置に光を照射する。そして、ステップＳ１６と同様の方法で信号を処理し、画像の生成を行う。
以降、ステップＳ１２Ａで行う処理をプレ測定と称する。
【００７０】
なお、プレ測定において生成する画像の解像度は、メインの測定を行う際より低くしてもよい。また、画像化する範囲を、被検体の浅い部分に限定してもよい。これにより、所要時間を短縮させることができる。
【００７１】
ステップＳ１３Ａでは、プレ測定で得られた光音響画像に基づいて高吸収領域を抽出する。高吸収領域を考慮せずに光音響測定を行った場合、ほくろや母斑が存在する領域からは強い音響波が発生するため、得られた光音響画像において、当該領域の輝度が高くなる。すなわち、プレ測定で得られた光音響画像を所定の閾値で二値化することで、高吸収領域を抽出することができる。
以降のステップは、図４を参照して説明したものと同様であるため説明は省略する。
【００７２】
第四の実施形態によると、被検体の表面を撮像するカメラを用いずに高吸収領域を抽出することが可能となる。さらに、皮下の太い血管のように、被検体表面の画像では判別することが難しい部位についても、高吸収領域として抽出することができる。第四の実施形態によると、このような、病態を評価するには必ずしも必要がない部位を効率よく除外することができる。
【００７３】
（第五の実施形態）
第一ないし第三の実施形態では、事前に被検体表面を撮像して得られた画像に基づいて高吸収領域を抽出した。これに対し、第五の実施形態は、事前に高吸収領域の抽出を行わずに、測定中に被検体表面を観察しながら照射位置をリアルタイムで制御する実施形態である。
【００７４】
第五の実施形態に係る光音響顕微鏡が行う処理のフローについて、図１２を参照して説明する。
第五の実施形態では、撮影位置を移動させながら被検体に対して複数回の撮影を行う際に、撮影のインターバルにおいて、カメラ８ａを用いて被検体表面の画像を取得する（ステップ２１）。本ステップでは、照射光３ａを停止し、次の撮影位置へ走査ステージ９ａを移動させたのちに、カメラ８ａによる撮像を行う。なお、ここでは「次の撮影位置」としたが、これに限定されない。例えば、二つ先でもよいし、それ以上先であってもよい。
【００７５】
ステップＳ２２およびＳ２３では、ステップＳ２１で取得した画像に基づいて高吸収領域を抽出し、照射位置の座標を算出したうえで記録する。ここで記録する座標は、次の撮影において光照射を行う座標である。
次に、ステップＳ２４で、ステップＳ２３で記録した座標に従い、次の撮影における照射位置を制御する。
次に、ステップＳ２５で、被検体に対して光の照射を行い、光音響信号を取得する。
次に、ステップＳ２６で、データの取得が完了したか否か（すなわち、全ての撮影位置において撮影が完了したか否か）を判定し、完了していなければ、処理をステップＳ２１へ遷移させる。データの取得が完了していた場合、処理をステップＳ１６へ遷移させる。
【００７６】
以上説明したように、第五の実施形態では、測定を行いながらリアルタイムで高吸収領域を抽出する。かかる形態によると、光音響画像の撮影全体に要する時間を短縮できる。
【００７７】
（第六の実施形態）
第一ないし第五の実施形態では、抽出した高吸収領域に基づいて、被検体に対する光の照射位置を変更した。しかし、照射位置を変更すると、被検体内部の光量分布が変わるため、これに起因して被検体情報の精度が低下するおそれがある。
【００７８】
図１３は、被検体の上面および側面からの断面を示した図である。白ヌキのＸ印は、被検体内に存在する撮影対象の位置を示す。
被検体の表面に高吸収領域が存在しない場合、図１３左図のように、撮影対象を含むような照射位置が決定される。一方、被検体の表面に高吸収領域が存在する場合、図１３右図のように、当該領域を避けて照射位置が決定される（第二の実施形態の場合）。
なお、断面図のドットの濃さは被検体内部で拡散した照射光の強度を表している。このように、照射位置が変わると、被検体内部の光量分布も変わるため、同一の光吸収体から発せられる光音響波の強度が変わってしまう。すなわち、得られた光音響画像の定量性が低下するおそれがある。
【００７９】
そこで、第六の実施形態では、被検体内部の光量分布を補正し、光音響画像の定量性を向上させる。
具体的には、制御部６が、被検体の撮影位置座標と照射位置座標の双方を処理部２へ伝送する。また、処理部２が、照射位置座標ごとに、被検体表面に照射される光の光量分布を算出し、光音響画像を生成する際に利用する。
【００８０】
被検体内における光量分布は、例えば、被検体内の平均的な吸収係数や散乱係数と、被検体表面に照射される光量分布に基づいて、輸送拡散方程式もしくはモンテカルロ法によって得ることができる。これにより、撮影位置と照射位置が同一である場合とそうでない場合のいずれにおいても、被検体内における光量分布を正確に求めることができる。
【００８１】
光音響波の音圧は、グリュナイゼン係数と、撮影対象の吸収係数と、光量との積である。よって、被検体内における光量を正確に求めることで、吸収係数をより精度よく求めることが可能となる。また、波長ごとに得られた吸収係数に基づいて算出できる、酸素飽和度や血管内のプラークなどの精度を高めることができる。
このように、第六の実施形態によると、光量分布の補正（再生成）を行うことによって、取得した光音響画像の定量性を向上させることが可能となる。
なおここでは、被検体内の平均的な吸収係数や散乱係数と、被検体表面に照射される光分布強度から、輸送拡散方程式もしくはモンテカルロ法を用いて光分布強度を求める方法について説明した。しかし、これに限定されず、処理部２があらかじめ簡易式あるいはテーブルを有し、これらの何れかを参照して光分布強度を求め、光量補正を行う方法も有効である。こうすることによって、短時間で光量補正の計算が可能となる。
【００８２】
（第七の実施形態）
第一ないし第三の実施形態では、光音響顕微鏡を例示したが、本発明は、乳房用の光音響マンモグラフィなどにも適用できる。特に被検体が乳房である場合、ほくろなどに加え、乳頭まわりも吸収係数が高い領域となるため、本発明が好適に適用できる。
【００８３】
第七の実施形態は、音響波探触子１として、例えば、音響素子が並べて配置された、１Ｄアレイ、２Ｄアレイ、半球型アレイなどの探触子を利用する。本実施形態は、特に乳房用の光音響マンモグラフィのようなＣＴ型に適用することができる。
【００８４】
音響素子がアレイ状に配置された音響波探触子を利用する場合、光の照射位置に応じて、音響素子に重み付け（アポダイゼーション）を行うことが一般的に行われている。例えば、図１４（Ａ）のように、ハニング関数などに代表される窓関数に従って、アレイ状に配置された音響素子に対してアポダイゼーションをかける。通常のアポダイゼーションでは、アレイ状に配置された素子のうち、中央に配置された素子に対してより大きい重みを与えることが一般的である。
【００８５】
一方、被検体表面に高吸収領域がある場合、図１４（Ｂ）のように、当該領域を外して光の照射が行われる。この場合、通常の場合よりも照射位置側に寄った音響素子に対して大きい重みを与える。また、図１４（Ｃ）のように、円環状の領域に光が照射される場合も、照射位置側に寄った音響素子に対して大きい重みを与える。このように、アポダイゼーションは高次の関数で表せてもよい。
【００８６】
このように、照射位置に応じたアポダイゼーションを行うことによって、音響波の発生源に近い素子に対してより大きい重みを与えることができるようになる。すなわち、光音響信号を画像化した際に、よりコントラストを向上させることができる。
また、アポダイゼーションを行う場合、被検体表面の照射位置から所定上離れた素子の重みをゼロ、もしくは著しく小さくすることも可能である。すなわち照射光の強い領域から発せられた光音響波の発生源から遠い素子の受信信号の寄与をなくすことができるので、よりコントラストを向上させることが可能となる。
【００８７】
（変形例）
なお、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、上記手段の少なくとも一部を含む光音響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。
【００８８】
また、実施形態の説明では、光音響測定のみを行う装置を例示したが、光音響装置１００に超音波（超音波エコー）測定を行う機能を付加してもよい。例えば、音響波探触子１が被検体に対して超音波を送受信し、受信した反射波に基づいて処理部２が超音波画像を生成するようにしてもよい。なお、音響波探触子１が複数のトランスデューサを有している場合、処理部２がビームフォーミング処理を行ってもよい。
なお、光音響測定と超音波測定を併用する場合、光音響波と超音波エコーが生体内で干渉しないように、光源３を発光させるタイミングと、音響波探触子１から超音波を送信するタイミングを分離する必要がある。
そのため、例えば、通常はリアルタイムで超音波を送受信して画像の生成を行い、ユーザによって操作が行われた場合に、超音波の送受信を止め、光音響モードに遷移させるようにしてもよい。
超音波画像を取得する際は、Ｂモード断層像、カラードプラ、パワードプラなど、任意の撮影モードを選択できるようにしてもよい。また、被検体内におけるフォーカス設定などを外部から取得し、設定内容に応じて処理部２がビームフォーミングを行い、画像生成を行うようにしてもよい。
【００８９】
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、上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１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】
【００９０】
１：音響波探触子、２：処理部、６：制御部
【図１】
2019088346.tif 000003
【図２】
2019088346.tif 000004
【図３】
2019088346.tif 000005
【図４】
2019088346.tif 000006
【図５】
2019088346.tif 000007
【図６】
2019088346.tif 000008
【図７】
2019088346.tif 000009
【図８】
2019088346.tif 000010
【図９】
2019088346.tif 000011
【図１０】
2019088346.tif 000012
【図１１】
2019088346.tif 000013
【図１２】
2019088346.tif 000014
【図１３】
2019088346.tif 000015
【図１４】
2019088346.tif 000016