(57)【要約】      （修正有）【課題】ハンドヘルド型超音波探触子を用いて光音響イメージングを行う場合に、被検体の体動の影響を低減する技術を提供する。【解決手段】光源１０１から発生した測定光を被検体１１３に照射する光学系と、被検体から発生する音響波１１４を受信して信号を出力するトランスデューサ１１５と、被検体の表面を撮像してテクスチャ画像を取得する撮像部１２２と、を含むハンドヘルド型の超音波探触子１２４と、撮像部が取得したテクスチャ画像を用いて、超音波探触子と被検体の相対位置を取得する位置情報検出部１２３と、被検体の複数の位置で受信された音響波に由来する複数の信号と、相対位置とを用いて、被検体の特性情報を示す３次元ボリュームデータを生成する画像処理部１１９を有する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2019010346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発生した測定光を被検体に照射する光学系と、前記被検体から発生する音響波を受信して信号を出力するトランスデューサと、前記被検体の表面を撮像してテクスチャ画像を取得する撮像部と、を含むハンドヘルド型の超音波探触子と、
前記撮像部が取得した前記テクスチャ画像を用いて、前記超音波探触子と前記被検体の相対位置を取得する位置情報検出部と、
前記被検体の複数の位置で受信された前記音響波に由来する複数の前記信号と、前記相対位置とを用いて、前記被検体の特性情報を示す３次元ボリュームデータを生成する画像処理部と、
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】
前記位置情報検出部は、複数の位置で撮像された前記テクスチャ画像を用いて、前記超音波探触子と前記被検体の表面の間の相対位置のシフト量を算出し、
前記画像処理部は、前記シフト量に基づいて、前記３次元ボリュームデータの各ボクセルに、前記複数の信号から生成された信号値を割り当てる
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】
前記超音波探触子は、前記被検体と接触する位置に配置され、前記撮像部が感度を有する波長の光を透過し、前記撮像部が撮像する範囲を覆う透明部材をさらに含む
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】
前記超音波探触子は、前記撮像部による撮像に用いられる照明光を発生させる照明部をさらに含む
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記超音波探触子は、前記撮像部を前記測定光から遮断する遮断部材をさらに含む
ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記撮像部は、前記測定光を用いて前記撮像を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記撮像部は、外光を用いて前記撮像を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記超音波探触子は、前記トランスデューサの角度を変える可動部をさらに含む
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記超音波探触子は、前記トランスデューサの傾きの角度を検出する角度検出部をさらに含む
ことを特徴とする請求項８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記撮像部は、当該撮像部の過焦点距離を示す情報を取得し、
前記位置情報検出部は、前記過焦点距離に基づいて前記トランスデューサの傾きの角度を取得する
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装置。
【請求項１１】
前記超音波探触子は、当該超音波探触子の進行方向を表すマーカーをさらに含み、
前記マーカーが示す進行方向において、前記トランスデューサは前記撮像部より前方に位置する
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記超音波探触子は、前記トランスデューサを挟むように複数の前記撮像部を含み、
前記位置情報検出部は、前記複数の撮像部が取得した前記テクスチャ画像に基づいて、前記超音波探触子の進行方向を算出する
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
前記光学系は、所定の間隔で前記測定光を照射するものであり、
前記撮像部は、前記光学系と同じ所定の間隔で、前記測定光を用いて前記テクスチャ画像を取得する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１４】
前記光学系は、所定の間隔で前記測定光を照射するものであり、
前記撮像部は、前記光学系と同じ所定の間隔で、前記測定光の照射に由来する前記信号のサンプリング期間と重ならないときに、前記測定光とは異なる照明光を用いて前記テクスチャ画像を取得する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１５】
前記光学系は、所定の間隔で前記測定光を照射するものであり、
前記撮像部は、前記測定光が照射される回数より少ない回数だけ前記テクスチャ画像を取得し、
前記位置情報検出部は、複数の前記テクスチャ画像に基づく補間処理を行って前記相対位置を示す情報を取得する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１６】
前記位置情報検出部は、複数の前記テクスチャ画像に基づいて、前記超音波探触子の移動速度を算出する
ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１７】
前記光学系は、前記超音波探触子の前記移動速度に基づいて算出される、前記超音波探触子が所定のデータ取得位置に到達するタイミングに合わせて、前記測定光を照射する
ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１８】
前記信号をサンプリングするデータ収集部をさらに有し、
前記光学系は、所定の間隔で前記測定光を照射するものであり、
前記データ収集部は、前記超音波探触子の前記移動速度に基づいて算出される、前記超音波探触子が所定のデータ取得位置に到達するタイミングに応じてサンプリングを行う
ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１９】
所定の間隔で前記信号をサンプリングして記録するデータ収集部をさらに有し、
前記光学系は、前記データ収集部と同じ所定の間隔で前記測定光を照射するものであり、
前記データ収集部は、前記超音波探触子の前記移動速度に基づいて算出される、前記超音波探触子が所定のデータ取得位置に到達するタイミングに応じて、サンプリングした後の前記信号を記録するか破棄するかを決定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２０】
前記位置情報検出部は、前記超音波探触子の移動量を算出し、
前記光学系は、前記移動量が予め定められた量に達するタイミングごとに、前記測定光を照射する
ことを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２１】
前記光学系は、前記移動量が予め定められた量に達するタイミングのうち、所定の符号信号により規定されたタイミングにおいて、前記測定光を照射する
ことを特徴とする請求項２０に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２２】
前記超音波探触子の移動速度を示す情報を操作者に通知する通知部をさらに有する
ことを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２３】
前記通知部は、画像または音声で前記操作者への通知を行う
ことを特徴とする請求項２２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２４】
前記通知部は、前記超音波探触子の移動速度が所定の閾値を超えたときに、前記操作者への通知を行う
ことを特徴とする請求項２２または２３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２５】
光源から発生した測定光を被検体に照射する光学系と、
前記被検体から発生する音響波を受信して信号を出力するトランスデューサと、
前記被検体の表面を撮像してテクスチャ画像を取得する撮像部と、
を有するハンドヘルド型超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置および超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響効果は、光を被検体に照射すると、被検体内や表面の光吸収体で光が吸収されることにより音響波が発生する現象である。この光音響効果によって生じる音響波（光音響波）を用いて、音響波の発生源となる内部構造を画像化する光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）という技術が知られている。この技術は、生体の生理的情報、つまり機能情報のイメージングに利用可能である。
【０００３】
例えば、ヘモグロビンが吸収する波長の光を照射することで、生体内の血管像を画像化できる。同様に画像化対象物が吸収する波長の光を照射することで、皮膚下のコラーゲンやエラスチンなどについても画像化できる。さらに、音響波を検知する超音波探触子を２次元走査することで、被検体内部を広範囲に３次元画像化して、３次元ボリュームデータを生成することも可能である。
【０００４】
また近年、光音響トモグラフィーを含む光音響イメージングの分野において、利便性を向上させる観点から、ハンドヘルド型の超音波探触子の利用が検討されている。ハンドヘルド型の超音波探触子を被検体に接触させて、超音波探触子を走査しながら光音響波を取得することで、被検体の広範囲を画像化できる。しかし、ハンドヘルド型超音波探触子は位置や向きが固定されないため、３次元ボリュームデータを精度良く生成するためには、光音響波を取得した位置を正確に把握する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、磁気センサを用いて超音波探触子の実空間における位置およびその向きを規定することで、広範囲の３次元ボリュームデータを生成する光音響撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５７２２１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のように、磁気センサを用いてハンドヘルド型超音波探触子の実空間における位置および向きを取得する場合、超音波探触子自身の位置や向きは把握できても、被検体の呼吸や拍動など、被検体の動き（体動）を把握することは難しい。したがって、体動の影響を考慮せずに３次元ボリュームデータを生成すると、画像の解像度が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、ハンドヘルド型超音波探触子を用いて光音響イメージングを行う場合に、被検体の体動の影響を低減する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光源から発生した測定光を被検体に照射する光学系と、前記被検体から発生する音響波を受信して信号を出力するトランスデューサと、前記被検体の表面を撮像してテクスチャ
画像を取得する撮像部と、を含むハンドヘルド型の超音波探触子と、
前記撮像部が取得した前記テクスチャ画像を用いて、前記超音波探触子と前記被検体の相対位置を取得する位置情報検出部と、
前記被検体の複数の位置で受信された前記音響波に由来する複数の前記信号と、前記相対位置とを用いて、前記被検体の特性情報を示す３次元ボリュームデータを生成する画像処理部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【００１０】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
光源から発生した測定光を被検体に照射する光学系と、
前記被検体から発生する音響波を受信して信号を出力するトランスデューサと、
前記被検体の表面を撮像してテクスチャ画像を取得する撮像部と、
を有するハンドヘルド型超音波探触子である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハンドヘルド型超音波探触子を用いて光音響イメージングを行う場合に、被検体の体動の影響を低減する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の装置の構成例を示す図
【図２】実施形態１の超音波探触子の構成例を示す図
【図３】実施形態１の超音波探触子の別の構成例を示す図
【図４】実施形態１の超音波探触子の別の構成例を示す図
【図５】実施形態１の超音波探触子の別の構成例を示す図
【図６】実施形態１の光吸収体の形状に対する測定方法例
【図７】実施形態１の測定シーケンス例を示す図
【図８】実施形態１のタイミングチャート例を示す図
【図９】実施形態１の別のタイミングチャート例を示す図
【図１０】実施形態１のテクスチャ画像による動きベクトル検出を示す図
【図１１】実施形態１の線形射影による画像変換の概念を示す図
【図１２】実施形態２の構成例を示す図
【図１３】実施形態２の動作シーケンスを示す図
【図１４】実施形態３の動作シーケンスを示す図
【図１５】実施形態４の動作シーケンスを示す図
【図１６】実施形態５の測定トリガと超音波探触子と被検部の相対位置を示す図
【図１７】実施形態６の超音波探触子の速度情報の表示例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明に係る画像データは、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。画像データは例えば、光音響波の初期音圧、吸収エネルギー密度、吸収係数、被検体を構成する物質の濃度などの少なくとも１つの特性情報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を示す画像データが得られる。濃度を示すデータには、酸素飽和度、酸素飽和度を吸収係数等の強度で重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度が含まれる。また画像データは、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を示すものであってもよい。
【００１７】
被検体内の各位置の特性情報に基づいて、２次元または３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。本発明では画像再構成による３次元ボリュームデータの生成を例として挙げるが、これに限られない。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である。
【００１８】
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信号（例えば電気信号）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。また、本明細書における超音波探触子という文言は、探触子の受信可能な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信号（例えば電気信号）を光音響信号とも呼ぶ。
【００１９】
以下の実施形態では、光音響波を取得するときに用いられる、ハンドヘルド型の超音波探触子について詳細に説明する。従って本発明は、超音波探触子やその制御方法としても捉えられるし、そのような超音波探触子を含む被検体情報取得装置やその制御方法、光音響イメージング装置やその制御方法としても捉えられる。
【００２０】
＜実施形態１＞
本実施形態に係る超音波探触子を含む被検体情報取得装置を、図１に示す構成例を用いて説明する。図１において、１０２は、被検体情報取得装置の構成要素を制御する測定制御部である。測定制御部１０２としては、専用に設計された制御回路や、プロセッサ、メモリおよび通信手段などの演算資源を備え、プログラムに従って動作する情報処理装置が好適である。１１３は、被検体である。１１２は、被検体内部の光吸収体である。１１４は、光吸収体１１２から発生する音響波である。被検体としてヒトや動物の生体組織が、光吸収体として腫瘍周辺に存在する新生血管が挙げられるが、これに限られない。
【００２１】
一点鎖線１２４は、超音波探触子である。１１５は、超音波探触子１２４内部のトランスデューサである。トランスデューサ１１５は音響波１１４を検知し、その音圧強度変化を電気信号に変換する。トランスデューサ１１５は、光音響波の周波数帯域に感度を持トランスデューサが好適である。トランスデューサとして例えば、圧電素子、ｃＭＵＴ、ファブリペロー探触子を利用できる。さらに、トランスデューサ１１５として、不図示の音
響波検出素子を１次元もしくは２次元に配置したものを用いると、広範囲の測定、測定時間の短縮、ノイズ低減などの効果を得られる。また、トランスデューサ１１５に音響レンズを備えさせると、音響レンズの焦点位置から発生した音波を感度良く検出できる。
【００２２】
１２２は、超音波探触子１２４内部に実装された撮像部である。撮像部１２２は、被検体１１３の表面を撮像することで、被検体表面の画像（以下、テクスチャ画像）を取得する。撮像部１２２として、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を備えた撮像装置を利用できる。１２５は、撮像部１２２が感度を有する光の波長を透過する光学特性を有する透明部材である。
【００２３】
１２３は、撮像部１２２の取得したテクスチャ画像から被検体１１３の表面と超音波探触子１２４の相対位置を算出する、位置情報検出部である。位置情報検出部１２３としては、専用に設計された制御回路や、プロセッサ、メモリおよび通信手段などの演算資源を備え、プログラムに従って動作する情報処理装置が好適である。
【００２４】
破線１０４は、被検体に向けて照射されるパルス光である。被検体が生体の場合、パルス光１０４としては、被検体内部まで伝搬できる波長（典型的には６００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下）が好ましい。また、効率的に光音響波を発生させるために、パルス幅は２００ｎｓ以下が好ましく、１００ｎｓ以下がより好ましい。ただし、本発明に利用される光はパルス光には限定されない。なお、パルス光１０４は、光学撮像に用いられる照明光と区別するために、測定光と呼ばれる場合もある。ただし測定光は、光学撮像用の照明光と同じ光源に由来するものであっても良い。
【００２５】
１０１は、測定制御部１０２の制御によりパルス光１０４を発光するパルス光源である。生体深部に光を照射するためには、パルス光源１０１として数１０ｍＪ／ｐｕｌｓｅ以上の出力が得られる固体レーザが好適である。ただし、フラッシュランプ、半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等も利用できる。光源自体をハンドヘルド型の超音波探触子に格納する場合、サイズや発熱量の関係から、ＬＤやＬＥＤが好ましい。なお、被検体の酸素飽和度分布を測定する場合、波長可変光源を用いたり、波長の異なる複数の光源を用いたりする必要がある。波長可変光源としては、チタンサファイアレーザや、光パラメトリック発振を利用したＯｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＰＯ）などを利用できる。
【００２６】
１０３は、被検体１１３にパルス光１０４を照射するための照射用光学系に導光するための光ファイバである。上記照射用光学系には、レンズ、ビームスプリッタおよびミラーなどを含む。１０５は、光ファイバ１０３から照射用光学系に入射したパルス光１０４をコリメートするレンズである。１０６は、レンズ１０５でコリメートされたパルス光１０４を反射、透過させることで２系統に分離するビームスプリッタである。１０８は、ビームスプリッタ１０６で反射されたパルス光１０４を集光するレンズである。１１１は、ビームスプリッタ１０６で透過されたパルス光１０４を反射するミラーである。ミラー１１１は、たとえばガラスのような透明部材を母材として、ミラー１１１とミラー１１１の外部（空気や、後述する水など）の界面でパルス光１０４を反射するように構成される。また、ミラー１１１の表面に金属膜を蒸着するなどして、パルス光１０４の反射率を高めてもよい。１２６は、ミラー１１１で反射されたパルス光１０４を被検体１１３に照射するレンズである。音響波１１４の光音響波測定時はミラー１１１によって反射されたパルス光１０４が、レンズ１２６を通して被検体１１３に照射されるように設定する。なお、図１に示した光学部材は一例であり、光を被検体１１３に所望の形状、強度、タイミングで照射できれば構成は問わない。
【００２７】
１０９は、音響信号のサンプリングタイミングを決定する測定トリガ信号を出力するフ
ォトデテクタである。フォトデテクタ１０９は、パルス光１０４を検知して測定トリガ信号を出力する。さらに、フォトデテクタ１０９は、測定トリガ信号の他にも光量変動に起因する音響信号の誤差補正のためのパルス光１０４強度を出力してもよい。
【００２８】
太線１１６は、光吸収体１１２から発生した音響波１１４をトランスデューサ１１５に伝える際に境界面での反射を低減する音響インピーダンスマッチング材である。音響インピーダンスマッチング材１１６は、パルス光１０４を透過する特性の材料で構成される。音響インピーダンスマッチング材１１６として、水、ゼリー状物質、油、超音波ジェルなどを利用できる。なお、音響インピーダンスマッチング材１１６を被検体１１３に塗布するときに、表面の凹凸を平坦に均すことが好ましい。これは、音響インピーダンスマッチング材１１６の厚みが増して凹凸が発生すると、テクスチャ画像から超音波探触子１２４の移動量を算出する際の誤差発生要因となるからである。
【００２９】
１１７は、トランスデューサ１１５から出力される電気信号を増幅する信号増幅部である。信号増幅部としてアンプ回路が利用できる。１１０は、信号増幅部１１７で増幅された電気信号をデジタル信号に変換し蓄積する、データ収集部（ＤＡＱ：Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）である。
【００３０】
１１８は、データ収集部に蓄積されたデジタル信号を基に、デコンボリューションや、包絡線検波を行う信号処理部である。信号処理部１１８としては、専用に設計された制御回路や、プロセッサ、メモリおよび通信手段などの演算資源を備え、プログラムに従って動作する情報処理装置が好適である。被検体情報取得装置が、信号処理部１１８で処理されたデジタル信号を保存する記憶手段を備えることも好ましい。
【００３１】
１１９は、信号処理部１１８において処理済みのデジタル信号と、位置情報検出部１２３で算出した相対位置情報を用いて画像処理を行い、３次元ボリュームデータを生成する画像処理部である。３次元ボリュームデータの生成には、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  （ＵＢＰ）やＦｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  （ＦＴＡ）  などの既存の技術を用いることが可能である。画像処理部１１９としては、専用に設計された制御回路や、プロセッサ、メモリおよび通信手段などの演算資源を備え、プログラムに従って動作する情報処理装置が好適である。なお、測定制御部１０２、位置情報検出部１２３、信号処理部１１８、画像処理部１１９の一部または全部を、同一の情報処理装置によって構成しても良い。
【００３２】
１２０は、光音響波測定に関する設定情報を操作者に提示するほか、画像処理部１１９が生成した画像データに基づいて３次元ボリュームデータを表示する表示部である。表示部１２０は、例えばタッチパネル一体型とすることで、操作者（医師や技師など）が情報を入力するための入力部と、表示部とを兼ねる構成としてもよい。あるいは入力部として、表示部とは別に、コンピュータに付属するマウスやキーボードなどの入力装置を用いてもよい。
【００３３】
（超音波探触子の構成）
図２〜図５は、本発明の実施形態１の超音波探触子１２４の構成例を示す図である。なお、図１と同じ番号は同一の意味で使用するため、説明を省略する。図２（ａ）の超音波探触子１２４は、撮像部１２２が感度を有する光の波長を透過する平板状の透明部材１２５を有する。透明部材１２５は測定時に被検体１１３の表面と接触する位置に設けられ、かつ、少なくとも被検体１１３の表面のうち撮像部１２２の撮影範囲の全域を覆う。また、透明部材１２５と撮像部１２２とトランスデューサ１１５の相対位置が固定されている。
【００３４】
この透明部材１２５により、撮像部１２２の位置と被検体１１３の表面の距離を常に一定に保つことが可能となる。その結果、テクスチャ画像から超音波探触子１２４と被検体１１３の表面の相対位置のシフト量を算出する際、注目点の移動量から一意に超音波探触子１２４の移動量を算出できる。
【００３５】
さらに、この透明部材１２５により被検体１１３の表面に塗布された音響インピーダンスマッチング材１１６の表面の凹凸を均すことが可能となる。
【００３６】
なお、超音波探触子１２４を移動する際に、透明部材１２５の端部から音響インピーダンスマッチング材１１６が乗りあげ、テクスチャ画像に映り込む場合がある。そこで、図２（ａ）では、透明部材１２５の端部に障壁１２５ａを設けることで、音響インピーダンスマッチング材１１６が透明部材１２５のうえに乗り上げることを防いでいる。障壁の例としては、透明部材１２５の端部に盛り上がった構造を設けるほかに、別部材で透明部材１２５の側面を覆う、透明部材１２５の上面に壁を設けるなどしてもよい。なお、この障壁は超音波探触子１２４の外装を兼ねてもよい。
【００３７】
さらに、本例では、パルス光１０４の直接光および被検体１１３の表面からの反射光が、撮像部１２２の光学系へ入射することを遮る位置に、トランスデューサ１１５が配置されている。これにより、パルス光１０４の固体撮像素子などの撮像部１２２への入射を防止し、撮像部１２２の部品の損傷を防ぐことができる。なお、透明部材１２５の厚さや、パルス光１０４の入射角度によっては、被検体表面で反射したパルス光１０４が撮像部１２２に入り込んで光音響波を発生させることがある。その場合、発生時間と光照射タイミングに基づいて、光音響信号から反射光に由来する成分を除去することが好ましい。
【００３８】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の超音波探触子１２４を被検体１１３に接触する面から見た図である。ここで、１２２２は、被検体１１３の表面における撮像部１２２の撮像範囲である。図２（ｂ）では、平板状の透明部材１２５を、被検体１１３の表面のうち撮像部１２２の撮影範囲の全域を覆い、かつ測定時に被検体１１３の表面と接触する位置に設け、かつ、透明部材１２５がトランスデューサ１１５を囲い込む構成とした。このように、透明部材１２５がトランスデューサ１１５を囲い込むことで、トランスデューサ１１５の被検体１１３の表面に対する傾き方向の安定性が高まり、生成される３次元ボリュームデータの位置精度が向上する。
【００３９】
透明部材１２５がトランスデューサ１１５を囲い込む構成を実現するには、トランスデューサ１１５が直接に被検体１１３に触れるよう、透明部材１２５に穴を設けるとよい。ただし、穴を設けることは必須ではなく、トランスデューサ１１５の形に合わせて透明部材１２５に切り欠き形状を設けてもよい。切り欠きの形状例としては、Ｕ字型、Ｌ字型、Ｈ型等が挙げられる。被検体１１３の表面とトランスデューサ１１５の接触範囲が広いほど、トランスデューサ１１５の傾き方向の安定性が増す。
【００４０】
次に、図３（ａ）の超音波探触子１２４は、特に、撮像部１２２が感度を有する光の波長で照明する撮像用照明部１２９を有する。また、撮像部１２２が感度を有する光の波長を透過する平板状の透明部材１２５を有する。透明部材１２５は測定時に被検体１１３の表面と接触する位置に設けられ、かつ、透明部材１２５は少なくとも被検体１１３の表面のうち撮像部１２２の撮影範囲の全域を覆う。また、撮像用照明部１２９は透明部材１２５の側面から照明する。
【００４１】
撮像用照明部１２９としては、白色ＬＥＤ等の色再現性の良い光源が好適である。色再現性の良い光源を用いることで、披検部表面のテクスチャ画像が鮮明に取得でき、相対位置情報を精度よく算出できる。さらに、撮像用照明部１２９を透明部材１２５の側面から
入射させ、被検体１１３の表面を水平に近い斜め方向から照らすことにより、被検体表面の凹凸で陰影を際立たせ、よりはっきりとしたテクスチャ画像を取得できる。
【００４２】
なお、テクスチャ画像を取得するための撮像用照明として、撮像用照明部１２９に代えて、または撮像用照明部１２９とともに、環境光等の外光を用いてもよい。外光を撮像用照明に用いる場合にも、透明部材１２５の側面から入射させることで、被検体表面の凹凸で陰影を際立たせ、よりはっきりとしたテクスチャ画像を取得できる。
【００４３】
図３（ｂ）の超音波探触子１２４は、特に、パルス光１０４の波長の光を遮断する遮断部材である、光学フィルタ１２７を備える。光学フィルタ１２７は、撮像部１２２が感度を有する、撮像用照明の波長の照明光を透過させる。超音波探触子１２４はまた、撮像部１２２が感度を有する光の波長を透過し、かつ、パルス光１０４の波長を透過する透明部材１２５を有する。透明部材１２５は被検体１１３の表面のうち撮像部１２２の撮影範囲の全域を覆い、かつ、被検体１１３の表面のうちパルス光１０４の照射範囲を覆う位置に設けられる。
【００４４】
光学フィルタ１２７のパルス光１０４の遮断方法としては、反射膜による反射や、パルス光１０４の波長を吸収する特性を有する材料による吸収が挙げられる。このような光学フィルタ１２７を撮像部１２２の前に設置することで、パルス光１０４の撮像部１２２への入射を低減し、光エネルギーによる撮像部１２２の損傷を抑制できる。さらに、光学フィルタ１２７に、透明部材１２５の被検体１１３に触れないような曲面部を設けることで、レンズ１２６の役割を兼ねさせることも可能である。
【００４５】
このような構成とすることで、トランスデューサ１１５の周囲に設置する撮像用光学系と照明用光学系を一つにまとめられるので、装置の小型化が可能となる。さらに、透明部材１２５を通じて周辺の環境光を取り込んでテクスチャ画像取得用の撮像用照明光を確保しても良い。さらに、光学フィルタ１２７を着脱可能にしておき、パルス光１０４のエネルギーが撮像部１２２を損傷しない程度に低い場合には、光学フィルタ１２７を取り除いても良い。これにより、パルス光１０４の一部を撮像用照明光として撮像部１２２に入射させられる。
【００４６】
また上述したように、透明部材１２５の存在により、音響インピーダンスマッチング材１１６の表面を平坦にならし、撮像部１２２と被検体１１３の表面の距離を常に一定に保つことで、良好なテクスチャ画像を取得可能である。
【００４７】
図４（ａ）の超音波探触子１２４は、特に、トランスデューサ１１５の透明部材１２５に対する傾き角度を変更する可動部１２８を備える。可動部１２８は、透明部材１２５に対するトランスデューサ１１５の傾き角度を検出して位置情報検出部１２３に出力する角度検出部を兼ねてもよい。また、撮像部１２２が感度を有する光の波長を透過する平板状の透明部材１２５を有する。透明部材１２５は測定時に被検体１１３の表面と接触する位置に設けられ、透明部材１２５と撮像部１２２の相対位置が固定される。
【００４８】
トランスデューサ１１５は、可動部１２８を回転軸として、被検体１１３に表面に接した状態で傾くように回転する。このように、被検体１１３の表面に接触する透明部材１２５に対するトランスデューサ１１５の傾き角度を変えることで、様々な角度から、被検体１１３の表面由来の音響波を受信できる。
【００４９】
特に光吸収体１１２が被検体１１３の内部で複雑に入り組んでいる血管の場合は、特定の方向に対してのみ強い音響波が発生する場合がある。このことを、光吸収体１１２の形状に応じた測定方法の例を示した図６を用いて説明する。ここで、被検体１１３表面をＸ
Ｙ平面とし、被検体１１３の深さ方向をＺ軸とする。
【００５０】
図６（ａ）は、球体の光吸収体１１２が被検体１１３内部（０，０，Ｚ１）に存在し、光吸収体１１２からの音響波をトランスデューサ１１５で受信する様子を示す。光吸収体１１２が球体の場合は球面波状の音響波１１４が発生する。このため、音響波１１４の強度は全方向で同程度となる。さらに、一般的にトランスデューサ１１５の感度は方向に依って変化する。したがって、トランスデューサ１１５の受信強度が最も強くなるのは、光吸収体１１２からの距離が最短となり、かつ光吸収体１１２にトランスデューサ１１５の感度が最も高い方向が向けられる場合である。このため、トランスデューサ１１５の最も受信感度が高い方向を、被検体１１３表面に対して垂直方向（Ｚ軸正方向）に向けて測定することが望ましい。
【００５１】
このように、光吸収体１１２が球体の場合は、トランスデューサ１１５を被検体表面に垂直に保ち、ＸＹ平面に平行に移動させることが望ましい。図６（ｂ）は、このような条件で測定した断層画像データを、被検体１１３を基準とした座標の各位置に配置して３次元ボリュームデータを生成する様子を示す。
【００５２】
一方、図６（ｃ）のように、血管などの円柱に近い形状の光吸収体１１２にパルス光１０４を照射すると、円柱の半径方向（Ｒ方向）と長手方向（Ｌ方向）で音響波１１４の強度が異なる。ここでは、円柱はＸＺ平面内に存在し、円柱の一端が座標（１，１、Ｚ２）に位置し、もう一端が座標（Ｘ３，０，Ｚ３）に位置し、円柱とＺ軸のなす角がφであるとしている。方向によって音響波１１４の強度が異なる理由は、長手方向（Ｌ方向）の音響波１１４は球面波状に半径方向に（２次元的に）拡散しながら伝搬する一方で、Ｒ方向の音響波１１４は円周方向に（１次元的に）拡散しながら伝搬するためである。
【００５３】
このような場合、トランスデューサ１１５をＺ軸から角度φだけ傾けることで、音響波１１４の強く出ている方向とトランスデューサ１１５の感度の高い方向を一致させ、注目する光吸収体１１２からの信号をより強く受信できる。このような条件で測定したデータを、可動部１２８から取得した傾き角度φの情報を考慮して、図３（ｄ）に示すように被検体１１３を基準とした座標の各位置に配置することで、３次元ボリュームデータを得ることが可能となる。
【００５４】
このように、トランスデューサ１１５の傾き角度を考慮した測定と３次元ボリュームデータを作成すれば、トランスデューサ１１５の傾き角度がＺ軸に固定されている場合に比べて、よりＳＮ比の良い３次元ボリュームデータを作成できる。
【００５５】
図４（ｂ）の超音波探触子１２４は、撮像部１２２が感度を有する光の波長を透過する平板状の透明部材１２５を有する。透明部材１２５は測定時に被検体１１３の表面と接触する位置に設けられ、トランスデューサ１１５と撮像部１２２の相対位置が固定される。また、透明部材１２５に対してトランスデューサ１１５と撮像部１２２の傾き角度を変える可動部を有し、透明部材１２５に対するトランスデューサ１１５の傾き角度を検出する角度検出部を有する。ここで、撮像部１２２は、被検体１１３の表面にピントが合うように撮像部１２２の過焦点距離を調節するとともに、過焦点距離情報を位置情報検出部１２３へ出力する機能を備える。
【００５６】
図４（ｂ）では、図４（ａ）のトランスデューサ１１５と比較して、撮像部１２２も傾き角度も可変になっている。これにより、撮像部１２２の過焦点距離位置情報からトランスデューサ１１５の傾き角度を検出できる。具体的には、過焦点距離が小さくなれば撮像部１２２側にトランスデューサが傾き、過焦点距離が大きくなれば撮像部１２２と反対側にトランスデューサが傾いたことが判る。トランスデューサ１１５と撮像部１２２が同様
に傾くことで、過焦点距離をもとにトランスデューサ１１５の角度を求めることが可能となる。このため、可動部１２８が角度検出部を兼ねる必要が無くなる。したがって、可動部１２８に角度検出部を設けることなく、このトランスデューサ１１５の傾き角度を考慮した測定と３次元ボリュームデータを生成できる。また、トランスデューサ１１５の傾き角度が固定されている場合に比べて、よりＳＮ比の良い３次元ボリュームデータを作成可能という利点は享受できる。
【００５７】
図５（ａ）は、透明部材１２５を用いない超音波探触子１２４の例である。また特に、超音波探触子１２４は、進行方向を表すマーカー１６０を有し、マーカー１６０の指示する進行方向において、トランスデューサ１１５が撮像部１２２より前方に位置する。また、トランスデューサ１１５と撮像部１２２は固定されている。また、撮像部１２２は、被検体１１３の表面にピントが合うように撮像部１２２の過焦点距離を調節するとともに、過焦点距離情報を位置情報検出部１２３へ出力する。
【００５８】
図５（ａ）に示すように、パルス光１０４の照射面と、撮像部１２２の撮影範囲は、トランスデューサ１１５により仕切られている、このため、パルス光１０４がトランスデューサ１１５により遮断されるので、撮像部１２２に入力しない。その結果、撮像部１２２の損傷を抑制できる。さらに、トランスデューサ１１５によって音響インピーダンスマッチング材１１６の凹凸が均されるため、透明部材を用いない簡易な構成であっても良好なテクスチャ画像を取得できる。なお、超音波探触子１２４の進行方向をユーザが判別できるよう、超音波探触子１２４の筺体に矢印を示してもよい。
【００５９】
図５（ｂ）も、透明部材１２５を用いない超音波探触子１２４の例である。また、トランスデューサ１１５と撮像部１２２の位置は固定されている。超音波探触子１２４は進行方向を表すマーカー１６０を有し、マーカー１６０の指示する進行方向において、トランスデューサが撮像部より前に位置する。撮像部１２２は、被検体１１３の表面にピントが合うように、撮像部１２２の過焦点距離を調節するとともに、過焦点距離情報を位置情報検出部１２３へ出力する。
【００６０】
図５（ｂ）の場合、トランスデューサ１１５は撮像部１２２が有る側と逆方向、すなわち紙面右方向に動くものとする。ただし本図が示す位置関係では、パルス光１０４の出力が撮像部１２２に入射する可能性がある。そこで、撮像部１２２に光学フィルタ１２７を設けてパルス光１０４を遮断することが好ましい。なお光学フィルタ１２７には、撮像部１２２が感度を有する光の波長と撮像用照明の波長を透過する材質を用いる。
【００６１】
超音波探触子１２４の進行方向において、トランスデューサ１１５が撮像部１２２より前方に位置する構成とすることで、トランスデューサ１１５によって、音響インピーダンスマッチング材１１６の凹凸が均される。したがって、透明部材を用いない簡易な構成で良好なテクスチャ画像を取得することができる。なお、この例においても、超音波探触子１２４の進行方向をユーザが判別できるよう、筺体などに矢印を示してもよい。
【００６２】
図５（ｃ）の超音波探触子１２４は、トランスデューサ１１５を挟むように、複数の撮像部１２２を備えている。これにより、探触子を両方の方向のどちら側に動かしても、良好な光音響イメージングが可能になる。具体的には、複数の撮像部１２２はテクスチャ画像を位置情報検出部１２３に出力し、位置情報検出部１２３は各撮像部から相対位置情報を算出する。各測定点において上記の動作を行った後に、測定点間の相対位置情報から、超音波探触子１２４の進行方向を求める。求められた超音波探触子１２４の進行方向に対して、トランスデューサ１１５の後方に位置する撮像部１２２のテクスチャ画像から得られた相対位置情報を基にすることで、音響インピーダンスマッチング材１１６の凹凸が均された画像から３次元ボリュームデータを生成できる。なお、撮像部１２２の数は２個に
限られない。
【００６３】
（動作シーケンス）
次に、図７のフローチャートを用いて、実施形態１の動作シーケンスについて説明する。操作者が超音波探触子１２４を被検体１１３の表面に接触させ、装置が動作できる状態になった時点で光音響測定が開始する。
【００６４】
ステップＳ３０１では、不図示の入力部から操作者が入力した情報に従って、測定制御部１０２が、光音響波測定における測定パラメータを設定する。測定パラメータの具体例は、超音波探触子１２４の被検体表面に対する初期の相対位置、角度、傾きなどである。他の具体例は、光音響波測定の測定ピッチ、１箇所あたりの光音響信号の保存サンプリング周波数、保存時間などである。また他の具体例は、パルス光源１０１の発光タイミング、発光周波数、光量、波長などである。また他の具体例は、撮像部１２２の絞り値、ゲイン、撮像時間、撮像タイミング、テクスチャ画像の出力タイミングなどである。これらは、予め操作者の入力で決定してもよいし、初期値を装置側で定めておいてもよい。
【００６５】
ステップＳ３１１〜Ｓ３１３では、光音響波測定中における超音波探触子１２４と被検体１１３の相対位置情報が算出される。ステップＳ３１１は、撮像部１２２がテクスチャ画像を取得する撮像ステップである。撮像部１２２は、光音響波測定範囲の被検体１１３の表面をステップＳ３０１で設定した条件に基づいて露光し、光学的に撮像して、テクスチャ画像を生成する。
【００６６】
ステップＳ３１２では、撮像部１２２がテクスチャ画像を位置情報検出部１２３に出力する。なお、トランスデューサ１１５の傾き角度が可変な場合には、テクスチャ画像と一緒に、撮像部１２２の過焦点距離情報を出力する。これにより、位置情報検出部１２３がトランスデューサ１１５の傾き角度を算出可能となる。
ステップＳ３１３では、位置情報検出部１２３は、光音響波測定開始時の位置を基準として、超音波探触子１２４と被検体１１３の相対位置情報を後述の方法で算出する。
【００６７】
一方、ステップＳ３２１〜Ｓ３２３では、音響波１１４が受信され、光音響信号が取得される。ステップＳ３２１では、パルス光源１０１が、測定制御部１０２の制御によりパルス光１０４を発光する。パルス光１０４は、光ファイバ１０３を通りレンズ１０５でコリメートされ、一部はビームスプリッタ１０６を透過するとともに、別の一部はビームスプリッタ１０６により反射される。ビームスプリッタ１０６を透過したパルス光１０４は、ミラー１１１に入射する。被検体１１３の内部で拡散したパルス光１０４は、被検体１１３内部の光吸収体１１２に吸収される。そして、光吸収体１１２に固有の吸収係数に応じて音響波１１４が発生する。一方、ビームスプリッタ１０６で反射されたパルス光１０４は、レンズ１０８で集光されてフォトデテクタ１０９に入射する。
【００６８】
ステップＳ３２２では、パルス光１０４を検知したフォトデテクタ１０９が、測定トリガ信号をデータ収集部１１０に出力する。
ステップＳ３２３では、測定トリガ信号を受信したデータ収集部１１０が音響波１１４のサンプリングを行う。トランスデューサ１１５で検知された音響波１１４は電気信号に変換された後、信号増幅部１１７に送られる。信号増幅部１１７で信号強度が増幅された後に、データ収集部１１０によってデジタル信号に変換され、データ収集部１１０の内部メモリに蓄積される。
【００６９】
ステップＳ３０２では、測定制御部１０２が、光音響測定を終了するか否かを判断する。例えば、不図示の入力部より操作者から測定終了の入力があった場合や、所定の測定時間が経過した場合などに、測定制御部１０２は測定終了と判断し、パルス光源１０１や撮
像部１２２の動作を停止する。一方、測定を終了しない場合（Ｓ３０２＝ＮＯ）、処理はステップＳ３１１およびステップＳ３２１に戻り、超音波探触子１２４の相対位置情報の算出と、音響波１１４の取得を繰り返す。この繰り返しの間に、操作者が超音波探触子１２４の被検体１１３に対する位置をずらしながら測定を行うことで、被検体１１３の広範囲の３次元ボリュームデータを生成するための光音響波を検出できる。
【００７０】
測定終了後（Ｓ３０２＝ＹＥＳ）、ステップＳ３０３では、信号処理部１１８が、各測定箇所で取得した音響波１１４に基づく電気信号、すなわちデータ収集部１１０に蓄積されたデジタル信号を処理する。具体的には、パルス光源１０１のパルス幅を考慮したデコンボリューションや、包絡線検波などが行われる。また、デジタル信号に付加されているノイズの周波数についての特徴が分かっている場合には、フィルタ処理によって、ノイズに起因する特定の周波数成分を音響波１１４の主たる周波数と分離しても良い。また、被検体１１３の表面やトランスデューサ１１５の表面などで反射した後にトランスデューサ１１５に到達した、音響波１１４の多重反射成分などをデジタル信号から除去してもよい。さらに、被検体１１３の表面で発生した音響波１１４を除去してもよい。
【００７１】
ステップＳ３０４では、画像処理部１１９が、各測定位置における被検体１１３の２次元のデジタル信号の強度分布と、トランスデューサ１１５の角度を含む相対位置情報から導き出される測定位置座標とを対応させ、３次元ボリュームデータの仮想空間に割り当てることにより、３次元ボリュームデータを生成する。例えば、測定トリガ信号４０２が送信された時の座標、実際にパルス光１０４が出力された時の座標、および音響波１１４のサンプリングが開始された時の座標等が、各測定位置における２次元のデジタル信号の強度分布ごとに関連付けられる。
【００７２】
３次元ボリュームデータの各ボクセルに信号値を割り当てる際に、割り当てる座標が重複する場合には、その重複する場所の信号値として、重複する信号値の平均値または最大値が採用される。
また、割り当てられる信号値がない場合には、必要に応じてその座標の周辺の信号値を用いて補間することが好ましい。補間は、例えば、最近接点から順に４つの近接点の重み付き平均値を補間場所に割り当てることにより行ってもよい。これにより、より自然な形の３次元ボリュームデータを生成できる。
【００７３】
既知のアーティファクトがある場合、３次元ボリュームデータから除去してもよい。また、例えば、光吸収体１１２として血中ヘモグロビンを想定し、血中ヘモグロビンが主に吸収する波長のパルス光１０４を用いて光音響測定を行い、血管を画像化した３次元ボリュームデータを生成してもよい。また、波長の異なるパルス光１０４を照射して発生した音響波１１４を用いた複数の３次元ボリュームデータから、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を算出してもよい。
【００７４】
ステップＳ３０５は、ステップＳ３０４で生成された３次元ボリュームデータを、操作者の希望する表示方法で表示部１２０に表示するステップである。例えば、３次元の各軸に垂直な断面を表示する方法や、各軸の方向についての３次元ボリュームデータの最大値、最小値または平均値の２次元分布として表示する方法がある。また、操作者が３次元ボリュームデータ内で注目領域を設定して、注目領域内の光吸収体１１２の形状に関する統計的な情報や、酸素飽和度情報を表示しても良い。
【００７５】
なお、ステップＳ３０３、Ｓ３０４で行う３次元ボリュームデータ生成までの信号処理は、ステップＳ３２３で光音響信号取得毎に行っても良い。
【００７６】
（動作タイミング）
図８，図９は、本発明の実施形態１のタイミングチャート例を示す図である。なお、ここでは説明を簡単に行うために信号形状やタイミングを簡略的に示している。
【００７７】
図８（ａ）は、撮像部１２２が周期的に撮像を行い、かつ、撮像期間内のみにパルス光１０４の照射を行うときのチャートである。まず、各信号を上から順に説明する。
４０１は、パルス光１０４の発光タイミングである。本実施形態においては、測定制御部１０２が発光タイミング４０１を制御する。他にも、等時間間隔で出力されるトリガ信号に基づいて発光タイミング４０１を制御してもよい。
４０２は、音響波１１４のサンプリングを開始するための測定トリガ信号である。測定トリガ信号４０２は、パルス光１０４を検知したフォトデテクタ１０９から出力される。他にも、測定制御部１０２が出力する発光タイミング４０１が、測定トリガ信号４０２を兼ねてもよい。
１１４は、パルス光１０４の照射に応じた音響波の発生を示す。
【００７８】
４０４は、トランスデューサ１１５が音響波１１４を取得するタイミングを示す、音響波サンプリング信号である。
４０５は、撮像部１２２の撮像タイミングを示す撮像信号である。ここでは、パルス光１０４を撮像用照明光として利用することを想定している。したがって、パルス光１０４が被検体１１３に照射されている期間のうち少なくとも一部が、撮像部１２２の撮像期間と重なる必要がある。
【００７９】
４０６は、撮像信号４０５に従って撮像部１２２が取得したテクスチャ画像を、位置情報検出部１２３に出力する際の画像出力信号である。なお、一般的な撮像部１２２に使用されるＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子は、撮像後の読み出し動作と、テクスチャ画像の出力動作時にノイズを発生し易いことが知られている。そこで、撮像後の読み出し期間と、テクスチャ画像の出力期間を、音響波１１４のサンプリング期間と重ならないように設定することが好ましい。これにより、撮像部１２２の動作ノイズの、音響波１１４に基づく電気信号への重畳を防止できる。
【００８０】
続いて、各タイミング（ｔ１０１〜ｔ１０４）における動作を説明する。
ｔ１０１において、測定制御部１０２の制御によってパルス光源１０１がパルス光１０４を発光する。パルス光１０４はフォトデテクタ１０９で検出され、フォトデテクタ１０９から測定トリガ信号４０２がデータ収集部１１０に出力される。また、測定制御部１０２は、撮像信号４０５を出力し、撮像部１２２にテクスチャ画像取得のための撮像を開始させる。
【００８１】
ｔ１０２において、撮像を終え、画像出力信号４０６を受けた撮像部１２２は、撮像後の読み出し動作を行うとともにテクスチャ画像を位置情報検出部１２３に出力する。位置情報検出部１２３はテクスチャ画像から相対位置情報を算出する。
【００８２】
ｔ１０４において、データ収集部１１０は、測定トリガ信号に対して任意の時間遅延した時刻から音響波１１４のサンプリングを開始し、３次元ボリュームデータの生成に必要な期間にわたってサンプリングを行う。本実施形態では、パルス光源１０１の発光から光音響波のトランスデューサ１１５への到来までの時間差を考慮して、上記の遅延時間を設けている。しかし、データ収集部１１０のメモリが十分であるならば、発光後すぐにサンプリングを開始しても良い。なお、サンプリング周波数は、音響波１１４の帯域に対して二倍以上の周波数に設定することが望ましい。
【００８３】
ｔ１０５において、光吸収体１１２から発生した音響波１１４がトランスデューサ１１５に到達し始める。パルス光の発光タイミング４０１から音響波１１４の到達に遅延が生
じるのは、光吸収体１１２から発生した音響波１１４がトランスデューサ１１５に到達するまでに、被検体１１３と音響インピーダンスマッチング材１１６を伝搬する間の伝搬時間がかかるためである。伝搬時間は、想定される光吸収体１１２の被検体１１３の表面からの深さ、音響インピーダンスマッチング材１１６の厚み、およびそれぞれ媒質内での音響波１１４の伝搬速度から算出可能である。なお、透明部材１２５を設ける場合はその厚みと音速も考慮する。
【００８４】
ｔ１０６において、光吸収体１１２から発生した音響波１１４が、全てトランスデューサ１１５に到達する。
ｔ１０７において、データ収集部１１０は音響波サンプリング信号４０４を停止し、その測定点における音響波１１４のサンプリングを終了する。
【００８５】
ｔ１０８以降においては、超音波探触子１２４を移動したうえで、測定点ｔ１０１以降と同様の動作を行う。そして、２度目以降の発光および音響波取得が行われる。このような測定動作を、超音波探触子１２４を被検体１１３の表面を移動させながら行うことで、各測定位置で被検体１１３と超音波探触子１２４間の相対位置情報を算出しつつ、音響波１１４を取得できる。さらに、各測定位置で取得された音響波１１４に由来するデジタル信号と、被検体１１３と超音波探触子１２４間の相対位置に基づいて、３次元ボリュームデータを生成できる。
【００８６】
また、図８（ａ）においては、撮像部１２２による光学的な撮像と、光音響波を発生させるためのパルス光照射がほぼ同時に行われる。したがって、例えば図３（ｂ）に示したような、パルス光１０４の照射機構が光学撮像用の光照射機構を兼ねる超音波探触子１２４を採用することで、光学撮像の専用光源や環境光を取り込むような構成が不要となり、装置構成を簡素化できる。
【００８７】
図８（ｂ）は、撮像部１２２が周期的に撮像を行い、かつ、撮像期間外のみにパルス光１０４の照射を行うときのチャートである。各信号は図８（ａ）と同じであり、各タイミング（ｔ２０１〜ｔ２１６）における動作について、図８（ａ）と異なる部分を中心に説明する。
【００８８】
ｔ２０１において、パルス光１０４の発光、および、フォトデテクタ１０９による光の検出と測定トリガ信号４０２の出力が行われる。一方、図８（ａ）とは異なり、撮像信号４０５や、それに伴う画像出力信号４０６は出力されない。
ｔ２０３におけるサンプリング開始処理、ｔ２０４〜ｔ２０５における音響波１１４のトランスデューサ１１５への到達、ｔ２０６におけるサンプリング終了処理は、図８（ａ）のｔ１０４〜１０７と同様である。
【００８９】
図８（ｂ）では、ｔ２０６において、上述したサンプリング終了時の処理に加えて、測定制御部１０２が撮像信号４０５を出力し、サンプリング期間と重ならないように、撮像部１２２にテクスチャ画像取得のための撮像を開始させる。
ｔ２０７において、撮像を終え、画像出力信号４０６を受けた撮像部１２２は撮像後の読み出し動作を行うとともにテクスチャ画像を位置情報検出部１２３に出力する。
ｔ２０８において、撮像部１２２はテクスチャ画像の出力を終了し、位置情報検出部１２３はテクスチャ画像から相対位置情報を算出する。ｔ２０６〜ｔ２０８におけるテクスチャ画像に関連する処理は、図８（ａ）のｔ１０１〜ｔ１０３で行われた処理と同等であり、タイミングが異なる。
ｔ２０９以降においては、超音波探触子１２４を移動したうえで、測定点ｔ２０１以降と同様の動作を行う。そして、２度目以降の発光および音響波取得が行われる。
【００９０】
図８（ｂ）のチャートによれば、さらに、撮像部１２２の駆動期間と音響波サンプリング期間が時間的に重ならないため、撮像部１２２の撮像後の読み出し動作やテクスチャ画像出力で発生するノイズの、データ収集部１１０の入力信号への重畳を抑止できる。
【００９１】
なお、図８（ｂ）の場合、パルス光１０４の発光タイミングと超音波探触子１２４間の相対位置取得タイミングが時間的にずれるため、３次元ボリュームデータの生成時にデータの位置精度が低下するおそれがある。そこで、パルス光１０４の発光タイミングにおける超音波探触子１２４間の相対位置情報を補間により算出してもよい。たとえば、３次元ボリュームデータの生成時には補間により算出された超音波探触子１２４間の相対位置情報を基に、３次元ボリュームデータの生成を行うことで、より位置精度のよい３次元ボリュームデータを生成することが可能となる。
【００９２】
また図８（ｂ）の例では、撮像部１２２が周期的に撮像を行い、かつ、パルス光１０４の非照射期間に撮像を行っている。そのため、撮像用照明としては外光や、光学撮像専用の照明が利用される。このように、光学撮像において単波長光源ではなく、色再現性の良い光源を使えることにより、披検部表面の画像が鮮明に取得でき、相対位置情報を精度よく算出できる。
【００９３】
また図８（ｂ）の例では、パルス光１０４を撮像部１２２の照明光としては使用しないため、必ずしも撮像タイミングとパルス光１０４の発光タイミングを同期させる必要がない。したがって、光の撮像部への照射を抑止する必要が無いため、図２（ａ）のような簡易な構成の超音波探触子１２４を利用できる。ただし、撮像部１２２の駆動期間と、音響波サンプリング期間が時間的に重ならないことが前提である。
【００９４】
図９（ａ）は、撮像部１２２は周期的に撮像を行い、かつ、撮像期間内にパルス光１０４の照射を含む撮像と撮像期間内にパルス光１０４の照射を含まない撮像を交互に行うときのチャートである。各信号は図８（ａ），図８（ｂ）と同じであり、各タイミング（ｔ３０１〜ｔ２１８）における動作について、図８（ａ），図８（ｂ）と異なる部分を中心に説明する。
【００９５】
ｔ３０１において、パルス光１０４の発光、および、フォトデテクタ１０９による光の検出と測定トリガ信号４０２の出力が行われる。また、同じくｔ３０１において、撮像部１２２にテクスチャ画像取得のための撮像を開始させるために、測定制御部１０２が撮像信号４０５を出力する。これらの処理は、図８（ａ）のｔ１０１での処理と同じである。
ｔ３０２において、撮像部１２２によるテクスチャ画像の位置情報検出部１２３への出力と、位置情報検出部１２３による相対位置情報の算出が行われる。これらの処理は、図８（ａ）のｔ１０２での処理と同じである。
【００９６】
ｔ３０４におけるサンプリング開始処理、ｔ３０５〜ｔ３０６における音響波１１４のトランスデューサ１１５への到達、ｔ３０７におけるサンプリング終了処理は、図８（ａ）のｔ１０４〜１０７と同様である。
ｔ３０７においてはさらに、図８（ｂ）のｔ２０６と同様に、上述したサンプリング終了時の処理に加えて、測定制御部１０２が撮像信号４０５を出力し、撮像部１２２にテクスチャ画像取得のための撮像を開始させる。ｔ３０８〜ｔ３０９における、撮像部１２２によるテクスチャ画像取得と、位置情報検出部１２３による位置情報の取得は、図８（ｂ）のｔ２０７〜ｔ２０８と同様である。
【００９７】
ｔ３１０以降においては、超音波探触子１２４を移動したうえで、測定点ｔ３０１以降と同様の動作を行う。そして、２度目以降の発光および音響波取得が行われる。このような動作を、超音波探触子１２４を被検体１１３の表面を移動させながら行うことで、被検
体１１３と超音波探触子１２４間の相対位置情報と音響波１１４が得られる。
【００９８】
図９（ａ）の例では、パルス光１０４の照射期間（ｔ３０１〜ｔ３０２）と非照射期間（ｔ３０７〜ｔ３０８）の両方で、テクスチャ画像が取得される。その結果、露出の異なる２種類のテクスチャ画像が取得される。位置情報検出部１２３は、互いに撮像量の異なる二つのテクスチャ画像を合成することで画像のダイナミックレンジを拡大して、精度の良い相対位置情報を算出可能になる。なお、本例では、撮像部１２２から撮像量の異なる二種類のテクスチャ画像を交互に出力する構成とした。しかし、撮像部１２２が、撮像量の異なる二種類のテクスチャ画像を合成して広ダイナミックレンジのテクスチャ画像を生成し、位置情報検出部１２３に出力してもよい。
【００９９】
図９（ｂ）は、パルス光１０４の発光回数に対して、超音波探触子１２４の相対位置情報取得のためのテクスチャ画像取得回数を減らしたときのチャートである。各信号は図８（ａ），図８（ｂ），図９（ａ）と同じであり、各タイミング（ｔ４０１〜ｔ４２０）における動作について、上記各図と異なる部分を中心に説明する。
【０１００】
ｔ４０１〜ｔ４０７において、図８（ａ）のｔ１０１〜ｔ１０７と同様に、テクスチャ画像取得を伴う光音響測定が行われる。すなわち、ｔ４０１でパルス光１０４が発光されるとともに、テクスチャ画像取得のための処理が開始される。そして、ｔ４０４〜ｔ４０７で、音響波受信とサンプリングによるデジタル信号取得が行われる。
【０１０１】
ｔ４０８〜ｔ４１３においては、テクスチャ画像取得を伴わない光音響測定が行われる。すなわち、ｔ４０８においてパルス光１０４が発光され、ｔ４１０〜ｔ４１３で、音響波受信とサンプリングによるデジタル信号取得が行われる。
【０１０２】
続いて、ｔ４１４〜ｔ４２０においては、再びテクスチャ画像取得を伴う光音響測定が行われる。すなわち、ｔ４１４でパルス光１０４が発光されるとともに、テクスチャ画像取得のための処理が開始される。そして、ｔ４１７〜ｔ４２０で、音響波受信とサンプリングによるデジタル信号取得が行われる。
このような動作を、超音波探触子１２４を被検体１１３の表面を移動させながら行うことで、被検体１１３と超音波探触子１２４間の相対位置情報と音響波１１４のデジタル信号を得ることが可能となる。
【０１０３】
図９（ｂ）の例では、音響波１１４に由来するデジタル信号の取得が、テクスチャ画像取得よりも高頻度で行われる。言い換えると、光学撮像のフレームレートが、光音響信号取得のフレームレートよりも低い。本例は、超音波探触子１２４の移動速度が比較的遅く、テクスチャ画像の取得頻度が低くても充分な精度の３次元ボリューム画像を生成できる場合に好適である。
【０１０４】
図９（ｂ）では光音響測定２回につき、光学撮像１回の割合で処理を行っているが、割合はこれに限定されない。また、測定制御部１０２が、超音波探触子１２４の移動速度を検出し、当該移動速度に応じて光学撮像のフレームレートを変化させることも好ましい。移動速度は、テクスチャ画像の特徴点移動量をフレームレートで割って求める他に、例えば加速度センサ、磁気センサ、ジャイロなどを用いても取得できる。ただし、加速度センサ、磁気センサ、ジャイロなどを用いた場合は、体動に依る誤差が重畳されるため、相対速度の検出精度は低下する。光学撮像のフレームレートは、３次元ボリューム画像を所望の精度で生成するために必要なテクスチャ画像の取得間隔に応じて決定される。
【０１０５】
本例では、音響波１１４を取得した際の超音波探触子１２４の相対位置情報を補間処理で求めてもよい。また本例では、テクスチャ画像のフレームレートを低減させられるので
、撮像部１２２の発熱量を低下させて、超音波探触子１２４への熱の伝搬に由来するノイズを低減できる。
【０１０６】
（超音波探触子の相対位置情報の算出方法）
好適な超音波探触子１２４の相対位置情報の算出方法として、各測定点のテクスチャ画像から特徴点を抽出し、特徴点のシフト量から実空間での超音波探触子１２４と被検体１１３の表面とのシフト量を算出する方法の一例を説明する。特徴点の抽出と相対位置情報の算出には、オプティカルフローやモーションキャプチャ、複数のカメラを用いたステレオ法のほか、ベクトルを用いた座標変換などの既存の方法を用いてもよい。
【０１０７】
図１０は、本発明の実施形態１のテクスチャ画像による超音波探触子の動きベクトル検出方法を説明するための概念図である。
本実施形態では、位置情報検出部１２３は、予め決定されたテンプレート配置に基づいて、テンプレートマッチング方式を用いることにより、入力された２枚のテクスチャ画像間の動きベクトルを検出する。ステップＳ３０１において、被検体１１３と超音波探触子１２４の位置関係の基準となる位置情報である基準位置が決定され。位置情報検出部１２３は、この基準位置において光学撮像されたテクスチャ信号を原画像とし、その後の測定時のテクスチャ画像を参照画像とする。
【０１０８】
図１０には、原画像２０１におけるテンプレート配置の例が示されている。原画像２０１中の任意の位置にテンプレート２０２が配置される。テンプレート２０２の水平サイズはＴＸ個分の画素に相当し、テンプレート２０２の垂直サイズはＴＹ個分の画素に相当する。動きベクトルの探索範囲２０３のサイズは、テンプレート２０２を基準として、左右方向においてＳＸ個分の画素で、上下方向にＳＹ個分の画素で示される。隣り合うテンプレート２０２同士の距離（間隔）は、水平方向においてＤＸ個分の画素で、垂直方向においてＤＹ個分の画素で設定される。図１０では、複数のテンプレート２０２が格子状に配置されているが、配置方法はこれに限定されない。また、ＴＸ、ＴＹ、ＤＸ、ＤＹ、ＳＸ、ＳＹの各パラメータ値は、所望のマッチング精度に応じて任意に変更できる。
【０１０９】
位置情報検出部１２３は、テンプレート２０２の画像と、参照画像における各領域との相関値を算出する。参照画像の全領域に対して相関値を算出すると演算量が膨大となるため、現実的には、参照画像上に、相関値を算出するための矩形領域である探索範囲２０３を設定する。探索範囲２０３の位置や大きさについては特に制限は無いが、正しい動きベクトルを検出するためには、探索範囲２０３の内部にテンプレート２０２の移動先に相当する領域が含まれている必要がある。
【０１１０】
本実施形態では、相関値として差分絶対値和（ＳＡＤ：Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を使用する。ＳＡＤの計算式を下記の式（１）に示す。
【数１】
2019010346.tif 000003
式（１）において（ｉ，ｊ）はテンプレート２０２内の画像に対して設定される２次元座標を表す。ｆ（ｉ，ｊ）は座標（ｉ，ｊ）における画素値を表し、ｇ（ｉ，ｊ）は探索範囲２０３において相関値算出の対象となる領域内の座標（ｉ，ｊ）での画素値を表す。相関値算出の対象領域は、テンプレート２０２のサイズと同じ大きさである。ＳＡＤ演算では、テンプレートのブロック内の各画素値ｆ（ｉ，ｊ）と、対象領域のブロック内の各画素値ｇ（ｉ，ｊ）との差分の絶対値が計算され、その絶対値の総和を求めることで相関値Ｓ＿ＳＡＤが得られる。従って、相関値Ｓ＿ＳＡＤの値が小さいほど、両ブロック間の
画素値（輝度値）の差分が小さい。これは、テンプレート２０２と相関値算出の対象領域との間でテクスチャが類似していることを表している。なお、相関値としてＳＡＤ以外に、差分二乗和（ＳＳＤ）や正規化相互相関（ＮＣＣ）等を用いてもよい。
【０１１１】
次に、図１１を参照しつつ、撮像部１２２の角度がＺ軸方向から傾いている場合の、相対位置情報の検出方法について述べる。位置情報検出部１２３はこのような場合、射影変換による画像変換を行うことで、被検体１１３の表面と平行なＸＹ平面画像を作成する。そして、各測定位置で取得されたテクスチャ画像に対応するＸＹ平面画像を作成し、その動きベクトルを検出することで、各測定位置の撮像部１２２と被検体１１３の表面の相対位置情報を算出する。
【０１１２】
図１１は、線形射影による画像変換の概念を示す図である。図１１（ａ）はテクスチャ画像内の入力画像２０５を示し、図１１（ｂ）は被検体１１３の表面と平行なＸＹ平面画像に変換された出力画像２０６を示す。位置情報検出部１２３が射影変換を行う場合、入力画像２０５の画素を順次スキャンし、入力画像２０５の画素座標（Ｘａ，Ｙａ）を出力画像上の画素座標（Ｘａ’，Ｙａ’）に変換する。
【０１１３】
次に、幾何変形量算出処理を詳細に説明する。位置情報検出部１２３は、測定制御部１０２から入力される座標演算情報（それぞれの幾何変形パラメータと幾何変換前座標）から、座標移動ベクトルと、幾何変換処理後の座標を算出する。
【０１１４】
まず位置情報検出部１２３は、幾何変換前座標（Ｘa，Ｙa）と幾何変形パラメータＰｈを取得し、射影変換の座標移動ベクトル（ｄｈｘ，ｄｈｙ）と、射影変換後の座標（Ｘｈ，Ｙｈ）を算出する。座標移動ベクトル（ｄｈｘ，ｄｈｙ）と射影変換後の座標（Ｘｈ，Ｙｈ）は下記計算式（２）〜式（５）で算出される。
【数２】
2019010346.tif 000004
式中では、射影変換行列Ｈと、変換の中心座標（Ｘ０ｈ，Ｙ０ｈ）が、幾何変形パラメータＰｈにあたる。射影変換行列Ｈについては、例えば、光軸に対する３軸（ヨー方向，ピッチ方向，ロール方向）に関する撮像部１２２の回転をモーションパラメータとして算出する方法で取得できる。式（２）および式（３）中のｍは実数値をとり、［Ｘ／ｍ，Ｙ／ｍ］＝［Ｘ，Ｙ，ｍ］で定義される。式（２）ではｍ値が１に設定されている。このような座標表現は同次座標（もしくは斉次座標）と呼ばれ、表現しようとする空間の次元より１つ多い数の組で座標を表わす。本実施形態では、２次元空間を表現するために３組の数である、［Ｘ，Ｙ，ｍ］を用いる。
【０１１５】
なお、ここでは、傾いている画像を被検体１１３の表面に平行な画像に変換した。しかし、予め特徴点を決めておき、その特徴点の座標を射影変換した値のみを、各測定点での超音波探触子１２４と被検体１１３の表面の相対位置のシフト量の算出に使用してもよい。
【０１１６】
本例において、幾何変換後座標（Ｘｈ，Ｙｈ）は、被検体１１３の表面に水平な座標である、ＸＹ平面上の座標に相当する。撮像部１２２が被検体１１３の表面に垂直な方向から傾いて撮像を行う場合、このような線形変換を行うことで、被検体１１３の表面と平行なＸＹ平面に変換されたテクスチャ画像を取得できる。さらに、このＸＹ平面に変換されたテクスチャ画像をもとに、各測定点の画像から移動量を算出できる。
【０１１７】
以上のように、本実施形態によれば、ハンドヘルド型の超音波探触子を使用した場合でも、音響波に基づく広範囲の３次元ボリュームデータを生成における呼吸や拍動などの被検体の動きの影響を低減できる。
【０１１８】
＜実施形態２＞
本実施形態においては、被検体１１３と超音波探触子１２４の相対位置情報に基づき光音響信号の測定を行うことが可能な被検体情報取得装置について説明する。図１２は本実施形態の装置構成を示す。図１２の図１との違いは、位置情報検出部１２３から測定制御部１０２に測定トリガ信号が送信されることである。かかる装置構成で以下のフローに従って処理を行うことにより、被検体１１３内の空間に対して所望の空間密度でデータ（光音響信号）を取得できる。
【０１１９】
図１３は本実施形態の動作シーケンスを示すフローチャートである。図７との相違点を中心として説明する。本実施形態の装置は、超音波探触子１２４の移動速度を用いて、超音波探触子１２４の移動量が予め定められた任意の量を超えるタイミング、または、超音波探触子１２４が所望の位置に略等しい位置に入るタイミングを予測する。そして、当該タイミングでパルス光１０４を発光し、データを取得する。なお、超音波探触子１２４の移動方向を用いて、さらに精度良く超音波探触子１２４の動きを予測しても良い。
【０１２０】
まず、操作者が超音波探触子１２４を被検体１１３の表面に接触させ、装置が動作できる状態になった時点で光音響測定が開始する。
ステップＳ３００１では、図７のＳ３０１と同様に、不図示の入力部から操作者が入力した情報に従って、測定制御部１０２が、光音響波測定における測定パラメータを設定する。
【０１２１】
ステップＳ３０１１〜Ｓ３０１３では、図７のＳ３１１〜Ｓ３１３と同様に、光音響波測定中における超音波探触子１２４と被検体１１３の相対位置情報が算出される。
特に本実施形態のステップＳ３０１３においては、位置情報検出部１２３は、繰り返し複数回取得した相対位置情報に基づいて、超音波探触子１２４の移動速度や移動方向を算出する。さらに、移動速度および移動方向をもとに、所望の位置（データ取得位置）に超音波探触子１２４が到達するタイミングを予測して予測値を算出する。
【０１２２】
ステップＳ３０３１では、位置情報検出部１２３は、超音波探触子１２４が、データを取得するべき所定の位置に達するか否かを判断する。「Ｓ３０３１＝ＹＥＳ」の場合、すなわち、超音波探触子１２４がデータ取得位置に達した、または、近い将来データ取得位置に達する場合、処理はステップＳ３０２１に進む。一方、「Ｓ３０３１＝ＮＯ」の場合、処理はステップＳ３００２にすすむ。
【０１２３】
ステップＳ３０２１〜Ｓ３０２３では、図７のステップＳ３２１〜Ｓ３２３と同様に、音響波１１４が受信され、光音響信号が取得される。特に本実施形態においては、「Ｓ３０３１＝ＹＥＳ」の場合に位置情報検出部１２３から測定制御部１０２に測定トリガ信号が送信されることによって、超音波探触子１２４が予め定められた所定のデータ取得位置に到達した時点で光音響測定が行われる。
【０１２４】
ステップＳ３００２では、図７のステップＳ３０２と同様に、測定制御部１０２が、光音響測定を終了するか否かを判断する。またステップＳ３００３〜Ｓ３００５では、図７のステップＳ３０３〜Ｓ３０５と同様に、信号処理、画像再構成および表示制御が行われる。
【０１２５】
このように、位置情報検出部１２３が、超音波探触子１２４の相対位置情報の時間変化に基づき超音波探触子１２４の位置の予測値を算出し、超音波探触子１２４がデータ取得位置に略等しい位置に入るタイミングで測定トリガ信号を発生させる。これにより、所望のデータ取得位置でパルス光１０４が発光し、光音響波が発生するので、被検体内部を所望の精度で画像化できる。
【０１２６】
なお、位置情報検出部１２３は、前回の発光時の相対位置を記憶しておき、前回の発光以降の超音波探触子１２４の移動量が予め定められた量を超えるタイミングで、測定トリガ信号を測定制御部に送信しても良い。このような構成によっても、所望の空間密度でデータを取得できる。
【０１２７】
＜実施形態３＞
本実施形態においては、パルス光１０４は一定の時間間隔で発光する。そして、超音波探触子１２４の移動量が予め定められた所望の量を超える、または、超音波探触子１２４の相対位置が所望の位置に略等しい位置に入ったときに音響波の取得と音響波信号の記録を行う。
【０１２８】
図１４のフローチャートでは、まず、操作者が超音波探触子１２４を被検体１１３の表面に接触させ、装置が動作できる状態になった時点で光音響測定が開始する。ステップＳ３００１では、図１３と同様に測定パラメータが設定される。なお、本実施形態では、ステップＳ３０２１におけるパルス光発光が定期的に行われる。
ステップＳ３０１１〜Ｓ３０１３では、図１３と同様に、光音響波測定中における超音波探触子１２４と被検体１１３の相対位置情報が算出される。また、Ｓ３０１３においても図１３と同様に、位置情報検出部１２３は、繰り返し複数回取得した相対位置情報に基づいて、超音波探触子１２４の移動速度や移動方向を算出する。さらに、移動速度および移動方向をもとに、所望の位置（データ取得位置）に超音波探触子１２４が達するタイミングを予測して予測値を算出する。
【０１２９】
ステップＳ３０３１では、図１３と同様に、位置情報検出部１２３は、超音波探触子１２４が、データ取得位置に達するか否かを判断する。「Ｓ３０３１＝ＹＥＳ」の場合、すなわち、超音波探触子１２４がデータ取得位置に達した、または、近い将来データ取得位置に達する場合、処理はステップＳ３０２２に進む。一方、「Ｓ３０３１＝ＮＯ」の場合、処理はステップＳ３００２にすすむ。ここで本実施形態では、パルス光１０４は周期的に発光しているので、フォトデテクタ１０９が当該パルス光を検知して測定トリガ信号を発生させる（ステップＳ３０２２）ことにより、光音響データを取得できる（ステップＳ３０２３。
そして、ステップＳ３００２〜Ｓ３００５の処理が、図１３のフローと同様に実行される。
【０１３０】
このように本実施形態では、一定の時間間隔でパルス光１０４が発光されるので、発行タイミングの制御のための構成を簡易化できる。また、実施形態２と同様に、所望のデータ取得位置で光音響波を受信できるので、被検体内部を所望の精度で偏り無く画像化できる。さらに本実施形態によれば、所望の画質の画像を得るために適正な量の光音響信号が取得されるので、装置の簡素化が期待できる。
【０１３１】
＜実施形態４＞
本実施形態では、一定の時間間隔で、パルス光１０４の発光および音響波１１４の受信が行われる。そして、超音波探触子１２４の移動量が予め定められた所望の量を超える、または、超音波探触子１２４の相対位置が所望の位置に略等しい位置に入ったときに、光音響波に基づく電気信号の記録を行う。
【０１３２】
図１５のフローチャートでは、ステップＳ３００１における測定パラメータ設定、ステップＳ３０１１〜Ｓ３０１３における相対位置情報の算出、ステップＳ３０２１〜Ｓ３０２３におけるパルス光発光から光音響信号サンプリング処理の内容は、上記各実施形態と同様である。本実施形態では、パルス光発光および光音響信号のサンプリングが、超音波探触子１２４の位置を問わず、一定の周期で行われる。
【０１３３】
ステップＳ３０３１では、位置情報検出部１２３は、超音波探触子１２４がデータ取得位置に達するか否かを判断する。「Ｓ３０３１＝ＹＥＳ」の場合、すなわち、超音波探触子１２４がデータ取得位置に達した、または、近い将来データ取得位置に達する場合、処理はステップＳ３０３３に進む。一方、「Ｓ３０３１＝ＮＯ」の場合、処理はステップＳ３０３２に進む。
【０１３４】
ステップＳ３０３２では、データ収集部１１０が、ステップＳ３０２３で取得されたデータを破棄する。一方、ステップＳ３０３３では、ステップＳ３０２３で取得されたデータをデータ収集部１１０が記録する。これらのステップでの処理によって、所望のデータ取得位置で得られたデータのみが保存される。ステップＳ３００２〜Ｓ３００５の処理は、上記各実施例と同様である。
【０１３５】
このように、一定の時間間隔でパルス光１０４を発光するとともに音響波の取得を行い、超音波探触子１２４の移動量が予め定められた所望の量を超える、または、超音波探触子１２４の相対位置が所望の位置に略等しい位置に入ったときに音響波信号の記録を行うことで、記録するデータ量や、信号処理の演算量を低減できる。
【０１３６】
＜実施形態５＞
本実施形態では、測定トリガと、超音波探触子１２４と被検部の相対位置との好ましい関について、例を挙げつつ説明する。
【０１３７】
図１６（ａ）は、被検体１１３の表面の水平面において、パルス光１０４の発光位置およびデータ取得位置が等間隔となるように、測定トリガの発生タイミングを設定する例である。上側のグラフは超音波探触子１２４のＸ方向移動量を、下側のチャートは測定トリガの発生タイミングを示す。
【０１３８】
位置情報検出部１２３は、Ｘ方向の移動量が予め定められた値に達したところで、測定トリガを測定制御部１０２に出力する。測定トリガを受けた測定制御部１０２は、パルス光１０４の発光とデータ取得を実施する。ここでは、移動量がＸ３，Ｘ５，Ｘ７に達した時点で、測定トリガが出力される。この動作を繰り返すことで、被検体表面の水平面に対して、実空間上のデータ取得密度を一定に保つことが可能となる。その結果、３次元ボリュームデータの合成時に、データ欠損領域の発生を抑止できる。このように、パルス光１
０４の発光位置とデータ取得位置を、被検体表面の水平面において等間隔となるように測定トリガ発生タイミングを設定することで、空間上のデータの測定密度を一定に保つことが可能となり、データ欠損領域の発生を抑制できる。
【０１３９】
図１６（ｂ）は、パルス光１０４の発光位置とデータ取得位置を規定する測定トリガを、所定の符号信号に従って設定する例である。この符号信号に含まれる個々の信号は、被検体表面の水平面における移動量（または位置情報そのもの）に対応している。符号としては数列が好適だが、これに限定されない。図１６（ｂ）の場合、移動量［Ｘ１〜Ｘ７］に対応する符号信号として、［１１０１００１］という数列を設定した。位置情報検出部１２３は、符号「１」の位置では測定トリガを生成し、「０」の位置では生成しない。
【０１４０】
位置情報検出部１２３は、超音波探触子１２４が、Ｘ１、Ｘ２，Ｘ４，Ｘ７それぞれの位置に来た際に測定トリガを測定制御部１０２に出力する。この動作を繰り返すことで、被検体表面の水平面における測定間隔の密度を、一定のルールに従って設定可能となる。図１６（ｂ）の例では、もっとも測定間隔が開いているのは移動量が［Ｘ４，Ｘ７］の間であるので、最低限でもこの間隔から期待される以上の測定密度を確保できる。さらに、［Ｘ１，Ｘ２］間などの高密度部分のデータを３次元ボリュームデータ生成に使用できるため、全ての間隔を［Ｘ４，Ｘ７］間の低密度で測定した場合に比べてエイリアシングを低減できる。
【０１４１】
図１６（ｂ）のタイミング制御によれば、パルス光１０４の発光位置とデータ取得位置を規定する測定トリガを符号信号に従って設定することで、互いに異なる周期で取得された複数の信号を合成した場合と同等の結果が得られるため、エイリアシングを低減できる。また、［Ｘ１〜Ｘ７］全ての位置で光音響測定を行った場合と比べてサンプリング位置を少なくできる。
【０１４２】
本実施形態において、パルス光１０４の発光タイミングとデータ取得タイミングを、被検体１１３の表面の水平面に対して、ランダムな間隔となるように設定してもよい。この場合でも、測定間隔の上限値を決め、その範囲内でランダムな位置で測定を行うことが好ましい。
【０１４３】
＜実施形態６＞
図１７を参照しつつ、超音波探触子１２４の移動速度情報を画像または音声で操作者に通知する通知部について説明する。図１７（ａ）は、測定可能な超音波探触子１２４の速度範囲と、実際の超音波探触子１２４の移動速度を表示部に表示した様子である。ここで、９００１は、表示部に表示されている３次元ボリュームデータである。９００２は、速度を表すバーである。バー９００２の示す意味としては、たとえば、一番下を停止状態、一番上を測定可能な上限速度としてもよい。９００３は、現在の速度を示すマークである。本実施形態では、超音波探触子１２４の速度を、バー９００２とマーク９００３を含むインジケータで表現する。この際、適正な速度範囲を色分けで表示することが好ましい。このような表示方法によれば、操作者が、表示部のインジケータを見ながら、超音波探触子１２４の速度を適正な範囲に調整できる。なお、速度の表現方法はインジケータに限定されず、デジタルの数字やタコメータ等を用いてもよい。
【０１４４】
このように、測定可能な超音波探触子１２４の速度範囲と実際の超音波探触子１２４の移動速度を表示部に表示することで、操作者が超音波探触子１２４の移動速度と、測定に使用できる速度範囲を認識でき、結果、超音波探触子１２４を測定に適した速度で動かすことが可能となる。
【０１４５】
図１７（ｂ）は、実際の超音波探触子１２４の相対移動速度を可聴域の音声で表現する
例である。ここでは、超音波探触子１２４または被検体情報取得装置本体に、可聴域の音声（例えばパルス音）を発生させるスピーカーを備え付ける。位置情報検出部１２３は、超音波探触子１２４の相対速度に応じてパルス音のピッチを変化させる。たとえば、速度が遅い場合は（ｂ−１）のように粗いピッチで音を出し、速度が上がるにつれ（ｂ−２）、（ｂ−３）のようにピッチを細かくする。操作者は、パルス音のピッチによって直感的に超音波探触子１２４の速度を把握し、適正な範囲に調整できる。なお、移動速度を表現するために、パルス音のピッチの代わりに音程の高低を用いてもよい。
【０１４６】
このように、実際の超音波探触子１２４の移動速度を音で表現することで、操作者が超音波探触子１２４の移動速度と、測定に使用できる速度範囲を認識し、超音波探触子１２４を測定に適した速度で動かすことが可能となる。
【０１４７】
なお、超音波探触子１２４の相対移動速度が早くなりすぎると、相対移動速度から求められるパルス発光周期やデータ収集周期が装置の性能から定まる所定の閾値を超えてしまい、測定に支障をきたす場合がある。このような場合、被検体の測定領域に対して充分な密度のデータを取得できず、３次元ボリュームデータにデータ欠損領域を発生させるおそれがある。そこで、位置情報検出部１２３は、速度が早すぎることを操作者に警告する。具体的には、図１７（ａ）の例では、インジケータ９００３に速度が早すぎる旨を示したり、表示部に警告を表示したりすると良い。また、図１７（ｂ）の例では、（ｂ−４）のような連続音としてもよい。そして、操作者が警告を認識して速度を低下させることにより、データ欠損領域の発生を抑制できる。
【符号の説明】
【０１４８】
１０１：パルス光源、１１５：トランスデューサ、１１９：画像処理部、１２３：位置情報検出部、１２６：レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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