(57)【要約】【課題】光音響装置本体と、複数の光源と複数の通信インターフェースを備える光音響プローブとの間で好適な通信を行う技術を提供する。【解決手段】複数の光源部からいずれかの光源部を選択する光源選択部と、光源部から発せられた光が被検体に照射されることで発生する光音響波を受信して光音響信号を出力する受信部と、光音響信号のデータ量の低減処理を行う低減処理部と、第１の通信レートで通信が可能な第１の通信手段と、通信レートの高い第２の通信レートでの通信が可能な第２の通信手段を含み、光音響装置本体と通信を行って光音響信号を送信する通信部と、第１の通信手段および第２の通信手段から通信手段を選択する通信手段選択部を備え、低減処理部は、光源選択部により選択された光源部と、通信手段選択部により選択された通信手段に応じて、低減処理の内容を決定する光音響プローブを用いる。【選択図】図１
2019187689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源部からいずれかの光源部を選択する光源選択部と、
前記光源部から発せられた光が被検体に照射されることで発生する光音響波を受信して光音響信号を出力する受信部と、
前記光音響信号のデータ量の低減処理を行う低減処理部と、
第１の通信レートで通信が可能な第１の通信手段と、前記第１の通信レートよりも通信レートの高い第２の通信レートでの通信が可能な第２の通信手段を含み、光音響装置本体と通信を行って前記光音響信号を送信する通信部と、
前記第１の通信手段および前記第２の通信手段から通信手段を選択する通信手段選択部と、
を備え、
前記低減処理部は、前記光源選択部により選択された前記光源部と、前記通信手段選択部により選択された前記通信手段に応じて、前記低減処理の内容を決定する
ことを特徴とする光音響プローブ。
【請求項２】
前記低減処理部は、前記通信手段の通信レートが低いほど、前記低減処理の低減率を大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の光音響プローブ。
【請求項３】
前記光源部は、第１の照射間隔で光を照射する第１の光源部と、前記第１の照射間隔より短い第２の照射間隔で光を照射する第２の光源部を含み、
前記低減処理部は、前記光の照射間隔が短いほど、前記低減処理の低減率を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響プローブ。
【請求項４】
前記第１の光源部は固体レーザであり、前記第２の光源部は半導体発光素子である
ことを特徴とする請求項３に記載の光音響プローブ。
【請求項５】
前記低減処理部は、前記第１の通信手段の単位時間あたりの通信量と、選択された前記光源部からの光の照射により前記単位時間に発生する前記光音響信号のデータ量とに基づいて、前記低減処理の内容を決定する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光音響プローブ。
【請求項６】
前記低減処理の内容は、前記光音響信号に対して平均化、圧縮、及び間引きの少なくともいずれか１つの処理を含む
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光音響プローブ。
【請求項７】
前記光音響装置本体は、ユーザーからの指示を入力される入力部を備え、
前記低減処理部は、前記指示の内容に応じて前記低減処理の内容を決定する
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光音響プローブ。
【請求項８】
前記指示がフレームレートを優先するものである場合、前記低減処理部は前記光音響信号に対して圧縮を行い、前記指示が画質を優先するものである場合、前記低減処理部は前記光音響信号に対して平均化または間引きを行う
ことを特徴とする請求項７に記載の光音響プローブ。
【請求項９】
前記第１の通信手段と前記第２の通信手段の組み合わせは、無線通信とＬＡＮ、無線通信と光通信、および、ＬＡＮと光通信のいずれかである
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光音響プローブ。
【請求項１０】
前記通信部は、前記第２の通信レートよりも通信レートの高い第３の通信レートでの通信が可能な第３の通信手段をさらに含む
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光音響プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を利用したイメージング技術として、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研究・開発されている。光音響装置は、被検体に照射された光のエネルギーを吸収した光吸収体から光音響効果により発生する超音波（光音響波）に基づいて、吸収係数分布画像を形成する。そして、吸収係数分布画像から、被検体内の構造画像や機能画像を生成する装置である。
【０００３】
光音響装置においても超音波診断装置と同様に、ハンドヘルド型プローブの形状を成し、容易に観察部位にアクセスできる装置が研究・開発されている。
特許文献１には、超音波プローブと装置本体間の通信を、ケーブル通信と、操作性が向上する無線通信との間で切り替え可能な超音波診断装置が開示されている。
また、特許文献２には、データ圧縮回路を用いて送信帯域幅を低減する無線超音波プローブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２８６９８号公報
【特許文献２】特表２００２−５３０１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、光音響装置においては、観察部位に応じて好ましい光源が異なる。また、観察を行う通信環境に応じて好ましい通信インターフェースも異なる。そこで、複数の光源と複数の通信インターフェースを有し、それらを切り替え可能な光音響プローブが求められている。しかしながら、特許文献１および特許文献２は超音波診断装置を想定しており、光音響装置とした場合の光源の種類および、その光源の波長とプローブと装置本体間の通信速度による課題についての知見はなかった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光音響装置本体と、複数の光源と複数の通信インターフェースを備える光音響プローブとの間で好適な通信を行う技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
複数の光源部からいずれかの光源部を選択する光源選択部と、
前記光源部から発せられた光が被検体に照射されることで発生する光音響波を受信して光音響信号を出力する受信部と、
前記光音響信号のデータ量の低減処理を行う低減処理部と、
第１の通信レートで通信が可能な第１の通信手段と、前記第１の通信レートよりも通信レートの高い第２の通信レートでの通信が可能な第２の通信手段を含み、光音響装置本体と通信を行って前記光音響信号を送信する通信部と、
前記第１の通信手段および前記第２の通信手段から通信手段を選択する通信手段選択部と、
を備え、
前記低減処理部は、前記光源選択部により選択された前記光源部と、前記通信手段選択部により選択された前記通信手段に応じて、前記低減処理の内容を決定する
ことを特徴とする光音響プローブである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光音響装置本体と、複数の光源と複数の通信インターフェースを備える光音響プローブとの間で好適な通信を行う技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の光音響装置の構成を示すブロック図
【図２】実施例１の光音響プローブの構成を示す概略図
【図３】実施例１の光音響装置のコンピュータの構成を示すブロック図
【図４】実施例１の全体的な処理を示すフロー図
【図５】実施例１の特徴的な処理を示すフロー図
【図６】実施例１の光源と通信手段の組み合わせを説明する図
【図７】実施例１の低減処理の内容を示すタイミング図
【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装置を含む。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。
【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】
なお、以下の実施形態における被検体情報取得装置は、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主な目的とする。よって、被検体としては生体の一部、具体的には人や動物の一部位（乳房、臓器、循環器、消化器、骨、筋肉、脂肪等）の検査対象が想定される。また、検査対象の物質としては、ヘモグロビン、グルコース、また、体内に存在する水、メラニン、コラーゲン、脂質などを含む。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であればよい。また、ファントムなどの無生物を被検体としても良い。
【００１７】
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また、ハンドヘルド型の光音響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、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。
【００１８】
＜光源と通信インターフェースに関する検討＞
一般的に、光音響測定に必要となる光量は、観察部位の深度に応じて異なる。例えば観察部位が皮膚など表層から浅い深度の部位である場合、光量は比較的少なくても良い。このような場合、光源としては半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子を利用すると良い。また、通信インターフェースとしては、電源とともにプローブ内部に配置された無線通信インターフェースを用いると良い。これによりケーブルレス構成を実現し、プローブの操作性を向上させられる。
【００１９】
ここで、半導体レーザや半導体発光素子のような光源は、固体レーザなどと比べて発光周期を短くできる。したがって、半導体発光素子を比較的短い発光間隔で発光させ、光音響プローブで光音響波を受信した場合、固体レーザ等と比べて光音響信号のデータ量が大きくなり、光音響装置本体との通信量も増大する。一方で、無線通信の通信速度は一般的に有線通信よりも遅い（通信レートが低い）。そのため、半導体発光素子を光源として得られた光音響信号すべてを装置本体に送ることが困難な場合がある。そのような場合、得られた光音響信号に対してデータ量低減処理を施したり、発生する光音響信号のデータ量自体を低減したりといった、通信量の低減処理が必要になる。
【００２０】
また、乳房や太腿など表層から深い深度の部位が対象の場合、光源としては光量が比較的多い固体レーザが望ましい。ここで、固体レーザは一般的に、半導体発光素子等と較べて発光間隔を長くする必要がある。これは、比較的光量が大きい固体レーザから皮膚への照射光量が、最大露光許容量（ＭＰＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）を超えないようにするためである。その結果、固体レーザの発光周期は長くなり、時間当たりに発生する光音響信号は少なくなるため、半導体発光素子などと比較して通信量を少なくできる。従って固体レーザに由来する光音響信号を送信する場合、半導体発光素子に由来する光音響信号を送信する場合に比べて、送信データの低減率は少なくても良い。
【００２１】
また、光源が同じでも、通信インターフェースを無線通信から通信速度が速い（通信レートが高い）有線通信（例えば光通信）に変えた場合は、通信量の低減率を少なくすることができる。以上のように、光源の発光周期と通信インターフェースの組み合わせに応じて、通信量の低減率を最適化する必要がある。
【００２２】
［実施例１］
＜装置構成＞
以下、図１のブロック図を用いて、本実施例に係る光音響装置の構成を説明する。光音響装置１は、光音響装置本体１００と、光音響プローブ２００を有する。本実施例では、被検体２は被検者の手の皮膚と乳房の２種類であり、手を測定する際には半導体レーザを、乳房を測定する際には固体レーザを用いるものとする。なお、第１の光源部３は、光音響装置１に含まれてもよいし、光音響装置１とは別に提供されてもよい。
【００２３】
（光音響装置本体）
光音響装置本体１００は、本体側コンピュータ１１０、本体側インターフェース群、入力部１８０、表示部１９０を備える。本体側インターフェース群には、本体側無線インターフェース１３１、本体側ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）インターフェース１３２、本体側光インターフェース１３３が含まれ、本体側の通信部を構成する。本体側コンピュータは、演算部１１１，記憶部１１２，本体制御部１１３を含んで構成される。
【００２４】
（本体側コンピュータ）
本体側コンピュータ１１０は、プロセッサや処理回路、メモリなどで構成できる。コンピュータ内部の各ブロックは、物理的な実体を持った処理回路で構成されても良いし、プログラムモジュール等により機能的なブロックとして実現されても良い。
【００２５】
本体制御部１１３は、光音響装置本体の各ブロックの制御を行う。本体制御部１１３は、入力部１８０を介してユーザーから設定された情報に基づいて装置の制御条件を決定して、通信インターフェースを介してプローブ側に送信する。入力される情報の種類および制御条件には様々な方式があり得る。例えば、本体側では被検体の種類と所望の画質だけを設定する方式でもよい。この場合、プローブ側コンピュータは、被検体の種類に応じて光源を選択し、指定された画質を実現するためのデータ送信能力を持つ通信手段を選択する。画質としては解像度だけでなく、動画像のフレームレートや色数などを指定しても良い。
【００２６】
本体制御部１１３はまた、入力部１８０からの入力の受け付けや、表示部１９０への表示制御、各通信インターフェースの制御なども行う。
記憶部１１２は、通信インターフェースを介して受信した光音響信号を保存する。演算部１１１は、その光音響信号を利用して画像再構成を行う。光音響信号から再構成された画像データは、表示部にリアルタイム表示されてもよいし、記憶部に記憶されても良い。
【００２７】
（光照射から表示までの処理周期）
ここで、光音響プローブでの光照射の周期（照射間隔）、光音響プローブから光音響装置本体への光音響信号送信の周期（送信間隔）、画像再構成の周期、および、表示部への画像表示の周期の関係について述べる。
【００２８】
通信手段が十分なデータ送信能力を有する場合、照射間隔と送信間隔を一致させることができる。一方、単位時間あたりの通信手段のデータ送信能力が、同じ時間内に出力される光音響信号のデータ量よりも小さい場合、低減処理部がデータ量を低減する。
また、本体側コンピュータが十分な演算能力を有する場合、画像再構成の周期を光音響信号送信の周期と一致させることができる。一方、本体側コンピュータの演算能力が不十分である場合、リアルタイム画像表示をせずに記憶部に再構成された画像データを保存したり、再構成において後述する合成を行ったりするなどの対応が必要になる。
【００２９】
さらに、表示部の表示フレームレートと画像再構成の周期が一致している場合、再構成された画像データをそのまま表示すれば良い。そうでない場合は、本体側コンピュータが、光音響画像データを表示部での表示フレームレートに変換する。
あるいは、画像再構成の際に合成処理を行い、再構成データの周期を表示フレームレートに合わせても良い。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。
【００３０】
なお、光照射、データ送信、画像再構成および画像表示における「周期」、「間隔」および「フレームレート」という文言は、必ずしも、繰り返す時間が完全に一定であることを意味しない。すなわち、一定でない時間間隔で繰り返す場合であっても、「周期」等の文言を用いる場合がある。例えば、ある周期の中に休止期間がある場合や、実用上問題のない範囲で時間間隔が変化する場合でも、これらの文言を用いる。
【００３１】
（本体側インターフェース群）
本体側インターフェース群に含まれるそれぞれのインターフェースは、対応するプローブ側のインターフェースから光音響信号を受信する。プローブ側と本体側の双方向の通信を可能にすることが好ましい。
【００３２】
本体側無線インターフェース１３１は、プローブ側無線インターフェース２３１との通信を確立し、光音響信号を受信する。例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）等の無線ＬＡＮ規格に準拠した無線インターフェースが好適である。
【００３３】
本体側ＬＡＮインターフェース１３２は、プローブ側ＬＡＮインターフェース２３２との通信を確立し、光音響信号を受信する。例えば、ＬＡＮケーブルを挿入するためのコネクタや、ＬＡＮ経由で送受信される信号の変換回路などを含むＬＡＮインターフェースが好適である。また、工業用ＬＡＮの規格に準拠するＬＡＮインターフェースを用いてもよい。本体側ＬＡＮインターフェース１３２は、ＬＡＮケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
【００３４】
本体側光インターフェース１３３は、プローブ側光インターフェース２３３との通信を確立し、光音響信号を受信する。例えば、光ファイバを挿入するためのコネクタや、光ケーブル経由で送受信される信号の変換回路などを含む光通信インターフェースが好適である。本体側光インターフェース１３３は、光ケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
【００３５】
（入力部）
入力部１８０は、ユーザーからの指示入力を受け付ける。本体制御部は、ユーザーからの指示や光音響装置本体からの設定値を、無線インターフェースを介してプローブに送出する。設定値には、発光周期、繰り返し回数、光源の光量、Ａ／Ｄ変換レート等、プローブ側の制御に必要なあらゆるデータを含めて良い。
【００３６】
（表示部）
表示部１９０は、本体制御部１１３の制御に従い再構成された光音響画像を表示する。必要に応じて、得られた光音響画像データに対して表示画像化処理や、ＧＵＩグラフィックの合成処理を行っても良い。表示部としては液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ
などを利用できる。表示部は、光音響装置本体に一体でもよく、別に提供されてもよい。医師や技師などのユーザーは、表示部上で光音響画像を確認する。表示部に表示される画像は、ユーザーやコンピュータからの保存指示に基づいて、コンピュータ内のメモリや、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。
【００３７】
（（光音響プローブ））
光音響プローブ２００は、受信部２１０，信号処理部２２０、プローブ側インターフェース群、プローブ側コンピュータ２５０、電源部２６０、第１の光照射部に関する構成、第２の光照射部に関する構成を備える。プローブ側インターフェース群には、プローブ側無線インターフェース２３１，プローブ側ＬＡＮインターフェース２３２、プローブ側光インターフェース２３３が含まれ、プローブ側の通信部を構成する。プローブ側コンピュータ２５０は、通信手段選択部２５１、光源選択部２５２，プローブ制御部２５３、低減処理部２５４を含んで構成される。第１の光照射部に関する構成として、第１の光源部インターフェース２８１，第１の光照射部２８２がある。第２の光照射部に関する構成として、第２の光源部ドライバ２９１，第２の光源部２９２、第２の光照射部２９３がある。
【００３８】
（受信部）
受信部２１０は、光を照射された被検体から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。支持体に複数のトランスデューサを並べて配置しても良い。支持体は平面でも良いし、半球状でも良い。ただし、ハンドヘルド型の光音響プローブを用いる場合は、光音響プローブの取り回しやすさをそこなわないような構成とする。また、光音響顕微鏡のように、単一のトランスデューサを用いる構成でも良い。トランスデューサとして、圧電材料を用いたトランスデューサや静電容量型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。
【００３９】
受信部２１０と被検体の間の空間には、界面における音響インピーダンスを整合させるために、光音響波を伝搬させる媒質を配置すると良い。媒質として例えば、水、油、超音波ジェルなどがある。
光音響装置１は、被検体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材料（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）が好ましい。
【００４０】
（信号処理部）
信号処理部２２０は、受信部が取得した受信信号（時間分解信号）を処理する。受信信号の振幅は、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を表している。信号処理部２２０は、受信部２１０から出力されたアナログ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。アンプはゲイン可変アンプであってもよい、信号処理部は、ＦＰＧＡチップなどで構成されてもよい。受信部２１０が複数のトランスデューサを含む場合、信号処理部２２０も、各トランスデューサに対応する複数のアンプを備えると良い。
【００４１】
（プローブ側コンピュータ）
プローブ側コンピュータ２５０は、プロセッサや処理回路、メモリなどで構成できる。コンピュータ内部の各ブロックは、物理的な実体を持った処理回路で構成されても良いし、プログラムモジュール等により機能的なブロックとして実現されても良い。
【００４２】
通信手段選択部２５１は、光音響装置本体と光音響プローブ間の適切な通信手段を選択
する。通信手段はそれぞれ中心となる通信レートが異なる。例えば光通信、ＬＡＮ通信、無線通信の３つを比べると、光通信は通信レートが最も高い（第１の通信レート）であり、ＬＡＮ通信は中程度（第２の通信レート）であり、無線通信は最も低い（第３の通信レート）である。通信手段選択部２５１は、単位時間当たりに送信すべき情報量や、周囲の通信環境に応じて通信レートを決定し、その通信レートを実現可能な通信手段を選択する。通信環境として例えば、周辺の電子機器からのノイズや電波干渉、屋外使用時の天候、プローブや装置本体の部品の劣化状態、プローブと装置の距離などがある。周囲の通信環境は、例えば、予めメモリの保存されたテストデータを対応するインターフェース同士で送受信して、遅延量、データ再現率、誤り比率などを算出することで求められる。
【００４３】
光源選択部２５２は、適切な光源を選択する。本実施例では乳房測定時には第１の光源部（固体レーザ）を、皮膚測定時には第２の光源部（半導体レーザ）を選択する。
【００４４】
プローブ制御部２５３は、第１の光源部３および第１の光照射部２８２を用いた発光タイミングや、第２の光源部２９２および第２の光照射部２９３を用いた発光タイミングを制御する。プローブ制御部２５３はまた、Ａ／Ｄ変換の変換レートや変換タイミング等を制御し、第１および第２の光源部の発光ごとに光音響信号を取得する。プローブ制御部２５３はまた、プローブ側インターフェース群を介して光音響装置本体に光音響信号を送信する。プローブ制御部２５３はまた、メモリコントローラの機能も有し、第１および第２の光源部の発光ごとに取得したメモリ２７０に光音響信号を書き込む。なお、プローブがハンドヘルド型でなく、ＸＹステージ等の走査機構を用いた機械走査式の場合、プローブ制御部２５３は所定の経路に従ってプローブを移動させる。
【００４５】
低減処理部２５４は、光音響信号のデータ量の低減処理を行う。低減処理部２５４は、光源および通信手段の種類に応じて低減処理の内容を決定する。
【００４６】
（電源部）
電源部２６０は、光音響プローブのハウジング（筐体）の内部に実装され、プローブ内の各ブロックに電力を供給する。光源を発光させる際の大きな電力を供給するために、エネルギー密度の高いニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等の二次電池を用いるとよい。特に、充電可能な電池を用いると好ましい。ただし、光音響プローブと、光音響装置本体または電源装置との間を不図示の電源ケーブルで接続しても良い。この場合、プローブ操作の自由度は低下するものの、電力不足による測定中止を回避できる。また、電源ケーブルと電池を併用しても良い。
【００４７】
光音響プローブは、現在の通信品質や、選択中の通信手段と光源の組み合わせをユーザーに通知する通知手段（不図示）を備えてもよい。特に、通信品質が悪化している場合や、選択中の通信手段や通信レートを満たすようなデータ送信が不可能となる可能性がある場合に通知を行うと良い。通知には、音声スピーカーやＬＥＤなど任意の手段を利用できる。
【００４８】
（プローブ側インターフェース群）
プローブ側インターフェース群に含まれるそれぞれのインターフェースは、対応する本体側のインターフェースに光音響信号を送信する。なお、プローブ側と本体側の双方向の通信を可能にすることが好ましい。これにより、光音響装置本体からの設定データ等をプローブ側コンピュータに入力できる。なお、以下の実施例では、平均化、圧縮、間引きなど各種のデータ量低減処理を経たデータが、プローブ側インターフェース群から送信されている。しかし、可能であれば信号処理部から出力されたＲＡＷデータを送信しても構わない。その場合、データ量が等倍の低減処理が施されたとも言える。
【００４９】
プローブ側無線インターフェース２３１は、本体側無線インターフェース１３１との通信を確立し、光音響信号を送信する。例えば、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線ＬＡＮ規格に準拠した無線インターフェースが好適である。
【００５０】
プローブ側ＬＡＮインターフェース２３２は、本体側ＬＡＮインターフェース１３２との通信を確立し、光音響信号を送信する。例えば、ＬＡＮケーブルを挿入するためのコネクタや、ＬＡＮ経由で送受信される信号の変換回路などを含むＬＡＮインターフェースが好適である。また、工業用ＬＡＮの規格に準拠するＬＡＮインターフェースを用いてもよい。プローブ側ＬＡＮインターフェース２３２は、ＬＡＮケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
【００５１】
プローブ側光インターフェース２３３は、本体側光インターフェース１３３との通信を確立し、光音響信号を送信する。例えば、光ファイバを挿入するためのコネクタや、光ケーブル経由で送受信される信号の変換回路などを含む光通信インターフェースが好適である。プローブ側光インターフェース２３３は、光ケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
【００５２】
（光源部・光照射部に関する構成）
第１の光源部３は、固体レーザ装置である。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを励起源としたチタンサファイアレーザ、ＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザなどを利用できる。また、特性情報として酸素飽和度などの物質濃度を取得するために、波長可変レーザを用いるとよい。第１の光源部と光音響プローブの間は、光ファイバ、ミラー、プリズム、レンズなどの光学部材で接続されている。また、照射光は、典型的にはパルス幅が１０ｎｓ〜１μｓのパルス光である。
【００５３】
第１の光源部インターフェース２８１は、コンピュータからの指令に従って第１の光源部に制御信号を送信し、第１の光源部から光学部材を介して光を受信して第１の光照射部２８２に出力する。第１の光照射部２８２は出射端であり、レーザ光を所望の形状に加工して被検体に照射する。上述したように、固体レーザは出力が大きいため、被検体深部まで光を到達させてＳ／Ｎ比の高い画像を得られる反面、パルス光のパルス同士の照射間隔を比較的長くする必要がある（典型的には数十Ｈｚ程度）。第１の光照射部からの発光間隔を第１の照射間隔と呼ぶ。
【００５４】
光音響プローブの筐体内に配置される第２の光源部２９２は、半導体レーザである。なお、発光ダイオードを用いても構わない。半導体レーザに関しても、複数の波長の光を照射できる構成が好ましい。第２の光源部ドライバ２９１は、プローブ制御部２５４からの指令にしたがって第２の光源部２９２に制御信号を送信し、第２の光照射部２９３から被検体にレーザ光を照射させる。第２の光照射部２９３は、所望の形状で光を被検体に照射するための出射端である。半導体レーザや発光ダイオードなどの半導体発光素子は、光量が比較的小さいため、光の照射間隔（発光間隔）を比較的短くできる（典型的には数百ＭＨｚ）。なお、光量不足を補償してＳ／Ｎ比を向上させるために、加算平均処理を行っても良い。この加算平均処理はデータ量低減処理を兼ねても良い。第２の光照射部からの発光間隔を第２の照射間隔と呼ぶ。第２の照射間隔は、第１の照射間隔よりも短い。
【００５５】
なお、第１の光照射部は、第２の光照射部を兼ねていてもよい。また、第１の光源部インターフェースは、第２の光源部ドライバを兼ねていてもよい。第１の光源部インターフェース２８１は、第１の光源部がプローブに接続されているかどうかを検出する。光源選択部は、第１の光源部がプローブに接続されている場合、光音響装置本体側からの測定指示を表す制御信号に基づき、第１の光源部と第２の光源部のどちらを用いるか選択する。
もし第１の光源部が未接続であれば、そのことを光音響装置本体に通知するか、通知部を介してユーザーに通知する。
【００５６】
（被検体）
被検体２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。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２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。上述したように、ここでは乳房と手の皮膚を被検体とする。
【００５７】
＜光音響プローブの構成例＞
図２（ａ）は、光音響プローブの構成の一例を示す模式断面図であり、特に、光照射と光音響波受信に関する主な構成要素を記載している。光音響プローブ２００の筐体２０１の内部には概略、受信部２１０、第１の光源部インターフェース２８１、第１の光照射部２８２、第２の光源部２９２、第２の光照射部２９３が配置されている。なお、簡略化のためそのたの構成要素、例えば第２の光源部ドライバやプローブ側コンピュータなどは省略している。ユーザーは、筐体を把持することにより、光音響プローブをハンドヘルド型光音響プローブとして利用できる。
【００５８】
図２（ｂ）は、筐体２０１の先端側（被検体に接する側）の受信面における、光出射端および受信部２１０の配置の一例である。受信面において、受信部２１０は二次元アレイ構造である。受信部の周囲には、半導体レーザからなる第２の光源部２９２からの光を分岐させて被検体に導く第２の光照射部の、複数の出射端が配置されている。さらに第２の光照射部の周囲には、光源部からの光を分岐させて被検体に導く第１の光照射部の、複数の出射端が配置されている。この構成によれば、広範囲に光を照射できる。また、出射端ごとに照射光の波長を変えてもよい。なお、共通の光照射部に書く光源からの光を導く構成でも良い。
【００５９】
＜コンピュータの構成例＞
図３（ａ）は、本体側コンピュータの具体的な構成例を示す。図３（ａ）には、コンピュータおよびそれに関連する主な構成要素のみを示す。本体側コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１０１、ＧＰＵ１１０２、ＲＡＭ１１０３、ＲＯＭ１１０４を含む。本体側コンピュータには、表示部１９０として機能する液晶ディスプレイ１９０１、ならびに、入力部１８０として機能するマウス１８０１およびキーボード１８０２が接続されている。本体側コンピュータにはさらに、本体側無線インターフェース１３１として機能する無線ＬＡＮインターフェース１３１１、本体側ＬＡＮインターフェース１３２として機能する有線ＬＡＮインターフェース１３２１、本体側光インターフェース１３３として機能する光通信インターフェース１３３１、が接続されている。また、複数の情報処理装置を連携させて本体側コンピュータを実現してもよい。また、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。
【００６０】
図３（ｂ）は、プローブ側コンピュータの具体的な構成例を示す。プローブ側コンピュータ２５０は、ＣＰＵ２５０１、ＲＡＭ２５０２、ＲＯＭ２５０３を含む。プローブ側コ
ンピュータには、プローブ側無線インターフェース２３１として機能する無線ＬＡＮインターフェース２３１１、プローブ側ＬＡＮインターフェース２３２として機能する有線ＬＡＮインターフェース２３２１、プローブ側光インターフェース２３３として機能する光通信インターフェース２３３１、が接続されている。
【００６１】
＜全体的な処理の流れ＞
図４を参照しながら、全体的な処理フローを説明する。ステップＳ１０１において、光音響装置本体は、入力部を介してユーザーから光音響測定の指示入力を受け付ける。ここでは被検体の種類（乳房または皮膚）と、所望の画質が指定されるものとする。本体側コンピュータは、入力された情報を、通信が確立済みの任意の通信インターフェースを用いて光音響プローブに送信する。なお、プローブ側にユーザーからの指示を受け付ける機能を持たせても良い。
【００６２】
プローブに指示が受信されたのち、ステップＳ１０２において、通信手段選択部は、通信品質や、各通信手段の接続状態を確認する。また光源選択部は、各光源の接続状態を確認する。もし通信が確立していない通信手段や利用できない光源部があれば、その情報をメモリに記憶する。
【００６３】
ステップＳ１０３において、プローブ側コンピュータが光源と通信手段を選択する。また、低減処理部が低減処理の有無や内容を決定する。この処理については後に詳述する。
ステップＳ１０４において、選択された光源部が光を被検体に照射する。
ステップＳ１０５において、受信部が被検体から発生した光音響波を受信して光音響信号を出力する。続いて信号処理部が増幅処理やデジタル変換処理を行う。
【００６４】
ステップＳ１０６において、Ｓ１０３の結果に基づいてプローブ側コンピュータがデータ量低減処理の必要かどうかを判定する。必要であればステップＳ１０７に進み、低減処理部が処理を実行する。
ステップＳ１０８において、Ｓ１０３で選択された通信手段に対応するプローブ側の通信インターフェースが、本体側に光音響信号を送信する。
ステップＳ１０９において、本体側コンピュータの演算部が、受信した光音響信号を再構成して特性情報を示す光音響画像を生成する。そして、表示部が、所定のフレームレートで被検体内部の光音響画像を表示する。
【００６５】
上記フローにおいて、Ｓ１０１〜Ｓ１０３は光音響測定開始前に実行される事前処理セットである。通信環境や装置の状況の変換に対応するために、かかる事前処理を定期的に実行しても良い。
【００６６】
また、Ｓ１０４〜Ｓ１０８は光音響測定に関する測定処理セット、Ｓ１０９は情報生成と提示に関する生成処理セットである。図４では、測定処理セットと生成処理セットを一連の処理として実行している。このような一連の処理は、１回または所定回数の光照射に対応する所定の単位時間内に行われる。さらに、このような一連の処理を連続的に行うことで、ハンドヘルド型光音響プローブを用いてリアルタイムに被検体内を観察できる。ただし、測定処理セットのみを先に行う場合でも、本発明による効果は得られる。
【００６７】
＜選択・低減処理の流れ＞
図５を参照しながら、Ｓ１０３における処理の内容を説明する。なお、これらの処理は一例に過ぎず、通信手段、光源および低減率を求められるのであれば処理の内容は限定されない。再構成処理は演算能力の高いハードウェアを必要とするため、通常は光音響装置本体側で行われる。したがって、光音響プローブは、光照射間隔によって規定される単位時間内に、光音響信号を光音響装置本体に送信する。このときプローブ側コンピュータは
、選択された光源と通信手段の組み合わせに応じて最適なデータ量低減処理を行う。低減処理としては平均化、圧縮、間引きなどがある。
【００６８】
本フローでの光源と通信手段の組み合わせと、データ量低減率との関係について説明する。本フローの例では、光源として、照射の周波数が数百ＭＨｚ程度の半導体発光素子（第２の光源部に相当）と、周波数が数十Ｈｚ程度の固体レーザ（第１の光源部に相当）とを用いる。説明を簡略化するために、通信手段は、ＬＡＮと無線通信の２種類とする。この例では、無線通信は第１の通信手段に相当し、その通信レートは第１の通信レートに相当する。また、ＬＡＮは第２の通信手段に相当し、その通信レートは第２の通信レートに相当する。第２の通信レートの単位時間当たりの通信量（通信レート）は、第１の通信レートより多い。なお、通信部がさらに光通信機能を有する場合、光通信を第３の通信手段と呼べる。光通信の第３の通信レートは、第２の通信レートよりもさらに通信量が多い。
【００６９】
図５のステップＳ２０１において、光源選択部は、本体側から受信した指示内容に基づいて光源を選択する。ここでは被検体が乳房であれば固体レーザを選択し、被検体が皮膚であれば半導体発光素子を選択する。
ステップＳ２０２において、通信手段選択部は、図４のＳ１０２の結果を参照して、本体とプローブの間のＬＡＮ接続が確立されているかどうかを確認する。ＬＡＮ接続されていなければ、ステップＳ２０３に進み、通信手段として無線通信が選択される。
【００７０】
ステップＳ２０４において、通信手段選択部は、本体側から受信した指示内容に基づいて、単位時間当たりの基本通信量を算出する。単位時間当たりの基本通信量は、Ｓ２０１で選択された光源による光照射周期と、１回の光照射によって発生する光音響波を信号処理部が処理して生成された光音響信号のデータ量と、に基づいて決定される。
【００７１】
ステップＳ２０５において、通信手段選択部は、基本通信量を閾値Ｔｈ１と比較する。ここで閾値Ｔｈ１は、無線通信が単位時間当たりに送信可能な通信量の最大値とする。もし基本通信量が閾値Ｔｈ１以下であれば、無線通信のデータ送信能力で十分であるため、Ｓ２０６に進んで無線通信を選択する。これにより、プローブ操作中に誤ってＬＡＮケーブルが外れたとしても、データ送信を途切れさせずに測定を続行できる。一方、基本通信量が閾値Ｔｈ１より大きければ、Ｓ２０７に進んでＬＡＮ通信を選択する。
【００７２】
ステップＳ２０３およびＳ２０７の後は、ステップＳ２０８に進み、低減処理部がデータ通信量の低減が必要かどうかを判断する。Ｓ２０３の後続処理の場合は、Ｓ２０５の場合と同様に、単位時間当たりの基本通信量と閾値Ｔｈ１を比較する。一方、Ｓ２０７の後続処理の場合は、単位時間あたりの基本通信量を閾値Ｔｈ２と比較する。ここで閾値Ｔｈ２は、ＬＡＮ通信が単位時間当たりに送信可能な通信量の最大値とする。各閾値は、メモリに保存しておいても良い。低減処理部は、生成された全ての光音響信号を選択された通信手段が送信しきれない場合にデータ低減が必要だと判断し、Ｓ２０９に進む。
【００７３】
Ｓ２０９において低減処理部は、閾値と基本通信量の比率に基づいて、なるべく多くの情報を送信できるように低減率を決定する。ただし、測定中に通信環境が悪化する可能性を考慮して、ある程度余裕のある低減率としてもよい。また、ユーザーの指示内容に応じて低減方法を決定する。例えばユーザーがフレームレートを優先している場合は、それぞれの光照射ごとにデータ量を圧縮する。一方、ユーザーが画質を優先している場合は、間引き処理や平均化処理を行う。
【００７４】
上記フローでは通信手段が２種類の場合について説明したが、例えば光通信が追加された場合であっても同様である。すなわち、光源の種類、装置状態、指示内容等に基づいて通信手段を選択し、低減処理の有無や低減率を決定すれば良い。
【００７５】
＜低減処理＞
図７は、本実施例のデータ量低減方法の例を示すタイミング図である。
【００７６】
図７（ａ）は、データ量を低減する必要がない場合のチャートであり、図５のＳ２０６の場合や、Ｓ２０８＝Ｎｏの場合に当たる。選択された光源からの光を光照射部が照射する都度、受信部が受信した光音響波から、信号処理部が光音響信号を生成する。そして、選択された通信手段が光音響信号を送信する。
【００７７】
図７（ｂ）は、送信データを間引きすることでデータ量を低減する場合を示す。すなわち、偶数回の照射（ｔｂ２，ｔｂ４，…）に由来する光音響信号は本体側に送信されない。図７（ｂ）の場合の低減率は５０％であり、間引きのタイミングを変えることで低減率を変化させられる。また、光音響装置本体と光音響プローブの間で、あらかじめ間引きのパターンを共有しておくことが好ましい。これにより、プローブ側で等間隔ではない間引き処理を行った場合でも、本体側で表示タイミングを調整して、スムーズなリアルタイム表示を実現できる。
【００７８】
図７（ｃ）は、そもそも光照射の回数を間引くことにより、送信データの量を低減する場合を示す。すなわち、偶数回の光照射を行わないことにより、５０％の低減率を実現している。この方法によってもデータ通信量を通信手段の能力の範囲に収めることができる。
【００７９】
（圧縮）
図７（ｄ）は、送信データを圧縮する場合を示す。この方法においては、各光照射のデータ量が圧縮されるため、フレームレートを低下させずにデータ量を低減できる。圧縮を行う構成として、例えば、光音響プローブが信号処理部からの出力に対して加算処理を行う加算回路を備える構成を採用できる。加算回路は、複数の近接するトランスデューサ（素子）から出力された信号を加算したり、Ａ／Ｄ変換器から所定のサンプリング間隔で出力されたデジタル信号を加算したりすることで、データ量を削減する。あるいは、単にトランスデューサを間引いても良い。トランスデューサの加算数や間引き率を変化させることにより、データ低減率を調整できる。
【００８０】
また、各トランスデューサの出力である光音響信号は、時間軸方向で相関が高い。この関係を利用して、例えばＤＰＣＭ（差分パルス符号変調）等を行うことによっても、圧縮処理を実行できる。また、発光周期ごとに送る同時刻のデータ間でＤＰＣＭを行い、データを圧縮しても良い。このとき、非可逆的な圧縮を行っても良い。また、撮像フレームレートの周期ごとに送る同時刻のデータ間でＤＰＣＭを行い、データを圧縮してもよい。このときも、非可逆的な圧縮を行っても良い。その他、任意の既知のデータ圧縮方法を利用できる。
【００８１】
（平均化）
図７（ｅ）は、送信データを平均化する場合を示す。ここでは、３回の光照射（ｔｅ１〜ｔｅ３）により得られたデータを加算平均している。これにより、データ通信量を１／３に低減できる。加算データ数は、必要な低減率に応じて決定する。加算の対象としては、同じトランスデューサに由来する信号を用いるとよい。
【００８２】
以上述べたように、本実施例の処理を行うことで、ハンドヘルド型の光音響プローブと光音響装置本体が通信を行ってデータを送受信する場合に、通信手段と光源の種類を適切に決定し、必要に応じてデータ通信量を低減することが可能になる。
【００８３】
（変形例１）
上の説明では、基本通信量と閾値に基づいて通信手段を選択し、低減の有無および低減率を決定していた。しかし、より簡便に、装置固有の情報に基づいて低減処理の内容を決定してもよい。図６（ａ）は、図５のフローと同じ構成に対して本変形例を適用した時の低減処理の内容を示している。すなわち本変形例では、光源と通信手段の組み合わせ、言い換えると、光源の発光周期と通信手段の通信レートに応じて、機械的に低減率を決定する。例えば、発光間隔が短い半導体発光素子と、通信レートが遅い無線通信の組み合わせの場合、低減率を大きくする。具体的な低減率については、装置固有の構成に基づいて予め決定し、メモリに保存しておくとよい。
【００８４】
（変形例２）
図６（ｂ）は、さらに通信レートの速い光通信が追加された場合の低減処理の内容を示している。高速な光通信を利用し、かつ発光間隔が長い固体レーザを利用する場合は、データ量を低減しない。この場合も、等倍の低減処理を行っていると考えても良い。また、発光間隔が短い半導体発光素子を用いる場合でも、低減処理を最小限にとどめられる。図６（ｂ）の場合、「無線通信が第１の通信手段であり、ＬＡＮが第２の通信手段である」と考えても良い。また、「無線通信が第１の通信手段であり、光通信が第２の通信手段である」と考えても良い。また、「ＬＡＮが第１の通信手段であり、光通信が第２の通信手段である」と考えても良い。あるいは、「無線通信が第１の通信手段であり、ＬＡＮが第２の通信手段であり、光通信が第３の通信手段である」と考えてもよい。
【００８５】
このように、変形例１および２によれば、簡便にデータ送信時の処理を決定できる。なお、図６の低減処理の内容は一例であり、各光源の発光周期、各通信手段のデータ送信能力、ユーザーからの指示内容などのパラメータに応じて、低減方法や低減率を変更して構わない。また、各パラメータに対応する低減方法や低減率を、予めメモリ内に保存しておくことが好ましい。
【００８６】
上記実施例では、光源として半導体発光素子と固体レーザを用いたが、発光周期が異なるものであれば光源の種類や組み合わせは問わず、本発明を適用できる。また上記実施例では、通信手段として光通信、ＬＡＮおよび無線を用いたが、通信レートが異なるものであれば通信手段の種類や組み合わせは問わず、本発明を適用できる。以上のように、本発明によれば、光源の発光周期と通信インターフェースの組み合わせに応じて、光音響プローブから装置本体へ送る光音響の受信信号の量を最適化することができる。
【００８７】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又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出し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、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００８８】
２００：光音響プローブ、２５２：光源選択部、２８２：第１の光照射部、２９３：第２の光照射部、２１０：受信部、２５４：低減処理部、２３１：プローブ側無線インターフェース、２３２：プローブ側ＬＡＮインターフェース、２３３：プローブ側光インターフェース
【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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