(57)【要約】【課題】音響マッチング液における波の発生を低減する。【解決手段】被検体を保持する保持部材と、保持部材の下方に配置され、音響マッチング液を収容可能な液槽と、液槽に配置され、被検体から伝播する音響波を受信する探触子と、液槽と保持部材の相対位置を制御する位置制御部と、保持部材の種類に応じて位置制御部の駆動条件を決定する駆動条件決定部と、を備えることを特徴とする被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2019051224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を保持する保持部材と、
前記保持部材の下方に配置され、音響マッチング液を収容可能な液槽と、
前記液槽に配置され、前記被検体から伝播する音響波を受信する探触子と、
前記液槽と前記保持部材の相対位置を制御する位置制御部と、
前記保持部材の種類に応じて前記位置制御部の駆動条件を決定する駆動条件決定部と、を備えることを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記駆動条件決定部は、前記相対位置を制御するときの速度および加速度の少なくともいずれかを決定する
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】
前記駆動条件決定部は、前記音響マッチング液の液面高さと、前記保持部材の形状に応じて前記駆動条件を決定する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記駆動条件決定部は、前記音響マッチング液の液面と前記保持部材の接触角度が小さいほど、前記速度および前記加速度の少なくともいずれかが大きくなるように、前記駆動条件を決定する
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】
前記駆動条件決定部は、前記音響マッチング液の液面から前記保持部材の底面までの深さが浅いほど、前記速度および前記加速度の少なくともいずれかが大きくなるように、前記駆動条件を決定する
ことを特徴とする請求項３または４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記保持部材の種類を識別する識別部と、
前記音響マッチング液の液面高さを取得する液面センサと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記保持部材の種類と前記液面高さに応じた前記駆動条件を保存する記憶部をさらに備える
ことを特徴とする請求項６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記識別部は、前記保持部材に設けられた識別部材、前記保持部材を撮像した画像、または、ユーザが入力した情報に基づいて識別を行う
ことを特徴とする請求項６または７に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記音響マッチング液の挙動を観測する観測部と、
前記挙動に基いて前記駆動条件を補正する駆動条件補正部と、
をさらに備える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】
光源からの光を前記被検体に照射する照射光学系をさらに備え、
前記音響波は、前記光の照射により発生した光音響波である
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記音響波は、前記探触子から送信され、前記被検体で反射したものである
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
被検体を保持する保持部材と、前記保持部材の下方に配置され、音響マッチング液を収容可能な液槽と、前記液槽に配置され、前記被検体から伝播する音響波を受信する探触子と、位置制御部と、駆動条件決定部と、を備える被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記駆動条件決定部が、前記保持部材の種類に応じて前記位置制御部の駆動条件を決定する決定ステップと、
前記位置制御部が、前記駆動条件に応じて前記液槽と前記保持部材の相対位置を制御する制御ステップと、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１３】
前記決定ステップは、前記相対位置を制御するときの速度および加速度の少なくともいずれかを決定する
ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１４】
前記決定ステップは、前記音響マッチング液の液面高さと、前記保持部材の形状に応じて前記駆動条件を決定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１５】
前記決定ステップは、前記音響マッチング液の液面と前記保持部材の接触角度が小さいほど、前記速度および前記加速度の少なくともいずれかが大きくなるように、前記駆動条件を決定する
ことを特徴とする請求項１４に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１６】
前記決定ステップは、前記音響マッチング液の液面から前記保持部材の底面までの深さが浅いほど、前記速度および前記加速度の少なくともいずれかが大きくなるように、前記駆動条件を決定する
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１７】
前記被検体情報取得装置は、前記保持部材の種類を識別する識別部と、前記音響マッチング液の液面高さを取得する液面センサと、をさらに備えるものである
ことを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１８】
前記被検体情報取得装置は、前記保持部材の種類と前記液面高さに応じた前記駆動条件を保存する記憶部をさらに備えるものである
ことを特徴とする請求項１７に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項１９】
前記識別部が、前記保持部材に設けられた識別部材、前記保持部材を撮像した画像、または、ユーザが入力した情報に基づいて識別を行う識別ステップをさらに有する
ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２０】
前記被検体情報取得装置は、前記音響マッチング液の挙動を観測する観測部と、前記挙動に基いて前記駆動条件を補正する駆動条件補正部と、をさらに備えるものである
ことを特徴とする請求項１９に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【請求項２１】
前記被検体情報取得装置は、光源からの光を前記被検体に照射する照射光学系をさらに備えるものであり、
前記音響波は、前記光の照射により発生した光音響波である
ことを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制
御方法。
【請求項２２】
前記音響波は、前記探触子から送信され、前記被検体で反射したものである
ことを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
【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その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザなどの光源から被検体に照射した光を生体（被検体）内に伝播させ、被検体内の情報を得る光音響装置の研究が医療分野を中心に積極的に進められている。このような光音響イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ
ｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。ＰＡＴとは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内を伝播・拡散した光が生体組織で吸収されて発生する音響波を受信し、受信した音響波を解析処理することで、被検体である生体内部の光学特性に関連した情報を可視化する技術である。超音波を用いた生体組織の診断には、数ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚの周波数帯が用いられる。生体内部では、超音波が伝播する過程において超音波が減衰する。超音波の減衰は高周波ほど大きく発生し、大きな減衰が起きると生体の深いところを診断できない。そこで超音波診断装置においては、光の透過率が高い材料であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などで成型されたカップにて被検体を保持する。更にカップと超音波探触子間は、生体に近い固有音響インピーダンス（音速と密度の積）を持つ音響マッチング液で満たして超音波を取得する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０９９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被検体を保持するカップの種類によっては、カップと超音波探触子を相対駆動させた際に音響マッチング液が波立ち、音響マッチング液中に気泡が発生する恐れがあった。音響マッチング液中の気泡が、カップと超音波探触子間に入り込み空気層が出来てしまうと、空気と音響マッチング液の音響インピーダンスの相異により界面で超音波が反射する。その結果、超音波の検出が妨げられるという課題があった。光音響イメージング装置以外にも、被検体に音響波を照射し、その反射波を受信することで被検体内の情報を得る装置においても、同様の課題がある。
【０００５】
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、音響マッチング液における波の発生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】
【０００６】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体を保持する保持部材と、
前記保持部材の下方に配置され、音響マッチング液を収容可能な液槽と、
前記液槽に配置され、前記被検体から伝播する音響波を受信する探触子と、
前記液槽と前記保持部材の相対位置を制御する位置制御部と、
前記保持部材の種類に応じて前記位置制御部の駆動条件を決定する駆動条件決定部と、を備えることを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０００７】
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体を保持する保持部材と、前記保持部材の下方に配置され、音響マッチング液を収容可能な液槽と、前記液槽に配置され、前記被検体から伝播する音響波を受信する探触子
と、位置制御部と、駆動条件決定部と、を備える被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記駆動条件決定部が、前記保持部材の種類に応じて前記位置制御部の駆動条件を決定するステップと、
前記位置制御部が、前記駆動条件に応じて前記液槽と前記保持部材の相対位置を制御するステップと、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、音響マッチング液における波の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響装置の構成を示す図
【図２】光音響装置での課題を示す図
【図３】本発明で使用するパラメータ（角度・深さ）の説明図
【図４】本発明のカップ識別部の説明図
【図５】本発明の角度情報取得部の説明図
【図６】本発明の深さ情報取得部の説明図
【図７】本発明の駆動条件決定部の説明図
【図８】本発明の走査パターンを示す図
【図９】本発明の第２実施形態の光音響装置の構成を示す図
【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、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報（被検体情報）を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、音響波装置またはその制御方法、被検体情報取得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、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、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】
光音響装置により取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布、トータルヘモグロビン濃度分布、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
【００１４】
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に超音波を送信し被検体内部で反射した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置を含む。超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報と
は、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。
【００１５】
また、複数位置の被検体情報である特性情報を、２次元または３次元の特性分布として取得してもよい。特性分布は被検体内の特性情報を示す画像データとして生成され得る。画像データは例えば、画像再構成による３次元ボリュームデータとして生成される。
【００１６】
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）を音響信号または受信信号とも呼ぶ。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信号（例えば電気信号）を光音響信号とも呼ぶ。
【００１７】
［第１実施形態］
以下に図面を参照しつつ、第１実施形態を詳しく説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００１８】
（装置の概略構成）
図１は、第１実施形態に係る光音響装置１００（以下「装置１００」と略称する）を示すブロック図である。装置１００は概略、以下の構成要素を備える。
【００１９】
保持部材であるカップ２は、測定対象である被検体３を保持する。支持部１は、カップ２を支持する。複数の超音波探触子６（探触子）はそれぞれ、被検体３から伝播する光音響波を受信する。位置制御部１８は、被検体３と超音波探触子６の相対位置を制御する。光源１１は、光を生成する。照射光学系１９は、生成された光を伝送して被検体３に照射する。超音波探触子６からの光音響信号は、微弱な高周波アナログ信号であり、ノイズなど他からの影響を受けないようにするために、同軸ケーブル８などを介して信号受信部１０に伝送される。
【００２０】
信号受信部１０は、光音響信号を増幅するとともにＡ／Ｄ変換して得られた光音響デジタル信号を、信号処理部９に送出する。信号処理部９は、光音響デジタル信号に積算処理などを行い、被検体情報を生成する。操作部１６は、ユーザ（たとえば、医療従事者などの検査を実施する操作者）による装置１００に対する指示情報やパラメータの入力を受け付ける。指示情報としては撮像開始・終了指示などがあり、パラメータとしては撮像条件などがある。画像構成部１５は、取得された被検体情報を画像化する。表示部１４は、生成された画像や、装置を操作するためのユーザインターフェース（ＵＩ）を表示する。
【００２１】
制御プロセッサ１２は、操作部１６を介したユーザの各種操作を受け付け、目的とする被検体情報を生成するのに必要な制御情報を生成し、システムバス１３を介して各機能を制御する。記憶部１７は、取得した光音響デジタル信号データや生成した画像データ、その他動作に関する情報を記憶する。なお、撮像対象である被検体３は、たとえば乳腺科における乳がん診断では乳房であり、皮膚科や整形外科における血管診断では手・足である。生体の他の部位や、ファントムのような生体以外の試料も測定対象にできる。
【００２２】
（詳細構成）
以下、装置１００の各構成要素について詳しく説明する。ただし、以下に挙げる具体的な材質・材料・形状・配置・相対位置関係などはあくまでも例示であり、各構成要素に要求される機能を達成できるのであれば、以下の例には限定されない。
【００２３】
≪カップ≫
カップ２は、被検体３を保持する保持手段であり、測定中の被検体３の形態や位置を安定させる。そのため、カップ２にはある程度の強度が求められる。カップ２はまた、照射光学系１９から被検体３に対して発せられたパルス光２８を透過させるために、透過率が高い材料で構成されることが好ましい。カップ２として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アクリル、ポリメチルペンテンなどの材料を成型加工したものが好適である。先に述べたように、被検体３は乳房・手・足など多岐に渡る。そこで、形状の異なる複数種類のカップを用意しておき、被検体３に合わせて最適な形状（大きさ・深さ）のカップに付け替えて使用する。
【００２４】
≪センサタブ≫
センサタブ４は、カップ２の下方に配置され、超音波探触子６を支持するとともに、液槽（タブ）として液体を収容可能な部材である。センサタブ４は、被検体３からの光音響波を効率的に受信するために、超音波探触子６が配置された半球（お椀）形状のプローブを備えている。画質向上や測定時間短縮のために、複数個の超音波探触子６を用いることも好ましい。その場合、プローブに複数個の超音波探触子６を、一次元（リニア）、二次元（平面）または三次元（立体）に配置してもよい。三次元配置の場合、同心円状またはスパイラル状の配置が好適である。超音波探触子６は、音響波を受信して電気信号に変換する変換素子であればよく、圧電現象を用いたもの、光の共振を用いたもの、容量の変化を用いたものなどを利用できる。
【００２５】
センサタブ４は、被検体３と超音波探触子６を音響的に結合させて音響波の減衰を抑えるための音響マッチング液５を収容可能な容器状の部材である。音響マッチング液５としては、水や油などを利用できる。また、カップ２と被検体３の間にも音響マッチング液を配置してよい。センサタブ４は位置制御部１８により１次元もしくは２次元に走査され、カップ２と超音波探触子６の相対位置が制御される。なお、超音波探触子と液槽とを一体化させず、別々の構成要素としてもよい。センサタブ４の走査は、３次元的な走査でもよいが、その場合にも、音響マッチング液５が超音波探触子６とカップ２との間に満たされるようにすることが望ましい。
【００２６】
≪信号受信部≫
信号受信部１０は、照射光学系１９から入力される同期信号に従って、超音波探触子６が受信した光音響信号を増幅して、デジタル信号である光音響デジタル信号に変換する。信号受信部１０は、超音波探触子６からのアナログ信号を増幅する信号増幅部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部から構成される。
【００２７】
≪信号処理部≫
信号処理部９は、信号受信部１０により生成された光音響デジタル信号に対して、超音波探触子６の感度ばらつき補正や、物理的または電気的に欠損した振動子の補完処理などを行う。さらに信号処理部９は、ノイズ低減のための積算処理などを行うこともできる。被検体３の内部の光吸収物質が発する光音響波を検出して得られる光音響信号は、一般的に微弱な信号である。積算処理により、被検体に対して同じ位置で繰り返し取得した光音響信号に積算平均処理を適用することでシステムノイズを低減して光音響信号のＳ／Ｎを向上させることができる。信号受信部１０や信号処理部９は例えば、Ａ／Ｄ変換器、信号増幅器、加算器などの素子や、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの回路により構成できる。
【００２８】
≪光源≫
光源１１として一般的に、近赤外領域に中心波長を有するパルス発光（幅１００ｎｓｅｃ以下）が可能な固体レーザ（例えば、Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ−ＧａｒｎｅｔレーザやＴｉｔａｎ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ）が使用される。ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなどのレーザも使用できる。またレーザのかわりに発光ダイオードやフ
ラッシュランプなど使用してもよい。
【００２９】
光の波長は、測定対象とする被検体内の光吸収物質に応じて選択される。光吸収物質としては、酸素化ヘモグロビンあるいは脱酸素化ヘモグロビンやそれらを多く含む血管あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍など、その他グルコース、コレステロールなどがある。例えば乳がんの新生血管中のヘモグロビンを計測対象とする場合を考える。ヘモグロビンは一般的に６００〜１０００ｎｍの光を吸収する。一方、生体を構成する水の光吸収が８３０ｎｍ付近でほぼ極小となるため７５０〜８５０ｎｍでヘモグロビンによる光吸収が相対的に大きくなる。また、ヘモグロビンの状態、一例としては、ヘモグロビンと酸素との結合状態、により光の波長ごとに光の吸収率が変化するため、この波長依存性を利用することで生体の機能的な変化も測定できる。酸素飽和度や物質濃度を測定する場合、複数波長の光を照射可能な光源（例えば波長可変レーザ光源や、互いに出射波長の異なる複数のレーザを組み合わせた光源）を用いるとよい。
【００３０】
≪制御プロセッサ≫
制御プロセッサ１２は、プログラム動作における基本的なリソースの制御と管理などを行うオペレーティングシステム（ＯＳ）を稼働させるとともに、記憶部１７に格納されたプログラムコードを読み出し、以後記述する機能を実行する。制御プロセッサ１２はまた、操作部１６を介したユーザからの撮像開始などの各種操作により発生するイベント通知を受けて、被検体情報の取得動作を管理するとともに、システムバス１３を介して各ハードウェアを制御する。制御プロセッサ１２はさらに、目的とする被検体情報を生成するのに必要なパルス光２８の照射制御および、位置制御部１８による超音波探触子６の位置制御を行う。
【００３１】
≪表示部≫
表示部１４は、画像構成部１５により構成された光音響画像や、画像や装置を操作するためのＵＩを表示する。表示部１４として例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどを利用できる。
【００３２】
≪画像構成部≫
画像構成部１５は、光音響デジタル信号に基づいて被検体内の組織情報を画像化する。そして、３Ｄ表示画像や任意断面での断層画像などを表示部１４に表示させるための画像データを構成する。また構成した画像に対して、輝度の補正や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種補正処理を適用して、より診断に好ましい情報を構成する。また操作部１６を介したユーザの操作に従って、光音響画像の構成に関するパラメータや表示画像の調整などを行う。
【００３３】
光音響画像は、超音波探触子６より生成された３次元の光音響波のデジタル信号に対して画像再構成処理を行うことで得られ、音響インピーダンスなどの特性分布や、光学特性値分布などの被検体情報を可視化できる。画像再構成処理としては、例えば、タイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、整相加算処理、繰り返し処理による逆問題解析法などの手法を利用できる。音響レンズなどで受信フォーカス機能を備えた探触子を用いることで、画像再構成を行わずに被検体情報を可視化することもできる。
【００３４】
≪操作部≫
操作部１６は、ユーザが被検体情報の可視化範囲などの撮像に関するパラメータ設定や、撮像開始の指示など、その他、画像に関する画像処理操作を行うための入力装置である。一般的に、マウスやキーボード、タッチパネルなどで構成され、ユーザの操作に従って制御プロセッサ１２上で動作しているＯＳなどのソフトウェアに対するイベント通知を行う。
【００３５】
≪記憶部≫
記憶部１７は、制御プロセッサ１２が動作するのに必要なメモリ、被検体情報取得動作の中で一時的にデータを保持するメモリ、生成した光音響画像データ、関連する被検体情報や診断情報などを記憶保持するハードディスクなどの記憶媒体から構成される。そして、装置の各種機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納している。
【００３６】
≪位置制御部≫
位置制御部１８は、モータ、ＸＹステージ、ボールねじなど、駆動機構と駆動力伝達機構などの機械部品から構成される機構である。位置制御部１８は、制御プロセッサ１２からの加速度・速度・位置などの制御情報に従って、センサタブ４に取り付けられた超音波探触子６の位置を制御する。被検体３に対してパルス光２８を発しながら、超音波探触子６を２次元走査しながら信号取得を繰返すことで、広範囲な被検体情報を得ることができる。また位置制御部１８は、照射光学系１９による１回のパルス光２８の出射制御に同期して、現在の位置制御情報を制御プロセッサ１２へ出力する。
【００３７】
上述の画像構成部１５、ならびに、後述するカップ識別部２０（識別部）、角度情報取得部２１、深さ情報取得部２２および駆動条件決定部２３は、制御プロセッサ１２や記憶部１７などの演算資源を備えた情報処理装置により実装できる。各構成要素を別々の情報処理装置（例えばコンピュータやワークステーション）や処理回路により実装しても良いし、各構成要素を、同一の情報処理装置や処理回路で実行される別々のプログラムモジュールとして実現しても良い。表示部１４や操作部１６は、情報処理装置のディスプレイや入力装置を用いて実現できる。画像構成部１５として、高性能な演算処理機能、グラフィック表示機能を有するＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を使用すれば、画像再構成処理や表示画像生成の所要時間を短縮できる。情報処理装置を画像構成部、カップ識別部、角度情報取得部、深さ情報取得部および駆動条件決定部として機能させるプログラムや、そのプログラムを記録した情報処理装置により読み取り可能な非一時的な記憶媒体は、本発明の範疇に含まれる。
【００３８】
≪照射光学系≫
照射光学系１９は、光源１１が発したパルス光を被検体に向けて導光し、信号取得に好適なパルス光２８を形成して出射端より出射する。照射光学系１９は、典型的には、レンズ、プリズム、ミラー、光拡散板、光ファイバその他の光導波路などの光学部品により構成される。図１では、半球プローブの底部に出射端が固定されている。この構成であれば、被検体上の光照射領域と、超音波探触子による音響波受信領域とを連動させることができる。
【００３９】
照射光学系１９は、パルス光２８の出射を検知し、それと同期して光音響信号の受信および記録を制御するための同期信号を生成する。パルス光２８の出射は、例えば光源１１が生成したパルス光の一部をハーフミラーなどの光学系により分割して光センサに導光し、光センサがその導光に基づき生成する検出信号を使用することで検知できる。パルス光の導光にバンドルファイバを使用する場合には、ファイバの一部を分岐させて光センサに導光することで検知できる。この検知により生成された同期信号は信号受信部１０と位置制御部１８へ入力される。
【００４０】
（波立ちの発生する状況）
図２を用いて、超音波探触子６を走査して光音響画像を取得する際の課題を説明する。先に述べたように、被検体は乳房・手・足など多岐に渡るため、形状の異なる複数種類のカップを用意しておき、撮像中に被検体３が動かないように被検体３に合わせて最適な形状（大きさ・深さ）のカップに付け替えて使用する。図２（ａ）は、径が大きく浅い形状
のカップ２にて被検体３を保持し、超音波探触子６を走査しながら画像を取得する場合を示す。この場合、カップ２の端面（側面）と音響マッチング液５の液面の接触角度が小さいため、走査時にカップ２が音響マッチング液５から受ける流体抵抗が小さい。そのため、ある程度速い速度で走査しても音響マッチング液５が波立つことはない。
【００４１】
一方、図２（ｂ）は、径が小さく深い形状のカップ２にて被検体３を保持し、超音波探触子６を走査しながら画像を取得する場合を示す。この場合、カップ２の端面（側面）と音響マッチング液５の液面の接触角度が大きいため、走査時にカップ２が音響マッチング液５から受ける流体抵抗が大きくなる。この場合、速い速度で走査すると音響マッチング液５が大きく波立ち、音響マッチング液中に気泡７が発生する恐れがある。さらに、音響マッチング液中に発生した気泡７が、カップ２と超音波探触子６の間に入り込み空気層が出来てしまう恐れがある。空気層が出来てしまうと、空気と音響マッチング液の音響インピーダンスの相異により界面で超音波が反射するため、超音波の検出が妨げられ、結果として良好な光音響画像が得られないという課題があった。
【００４２】
（本発明に特徴的な構成と制御）
本発明では図３に示すように、音響マッチング液５の液面と、該液面におけるカップ２の端面（側面）の接線と、がなす角度ａ（接触角度とも呼ぶ）と、該液面から被検体３を保持するカップ２の底面までの深さｄをパラメータとして制御を行う。被検体３に最適なカップ２に付け替えられ、形状（大きさ・深さ）が変更された際にも、パラメータ(角度
ａ、深さｄ)に応じて走査条件を制御することで音響マッチング液５の波立ちを抑えるこ
とが可能となる。
【００４３】
なお、被検体３の保持部材の形状としては、半球状のカップ形状以外にも矩形形状や台形形状などでもよい。これらの形状の場合でも、音響マッチング液５の液面と、該液面における保持部材の側面の接線と、がなす角度を角度ａ（接触角度）とする。角度ａは例えば、液面における保持部材の接平面を取得し、該接平面を垂直面により切断した断面から求めることができる。また、音響マッチング液５の液面から、保持部材の底面までの深さを深さｄとする。深さｄは例えば、図３に示すように、保持部材の底面（最下端）を含む平面と、音響マッチング液の液面を含む平面との距離として求めることができる。
【００４４】
本実施形態の装置は、図１に示すように、カップ２を識別するためのカップ識別部２０と、角度情報取得部２１と、深さ情報取得部２２と、角度ａと深さｄの情報より駆動条件を決定する駆動条件決定部２３を備える。
【００４５】
≪カップ識別部２０≫
図４にカップ識別部２０の詳細を示す。図４（ａ）では、カップの種類を識別するためにカップ２に保持部材識別部材２４を設ける。保持部材識別部材２４として例えば、データを記録するＩＣチップと無線通信用のアンテナで構成される非接触型ＩＣタグを利用できる。ＩＣチップにはカップの種類を識別するための保持部材ＩＤが記録されている。カップ識別部２０はＩＣチップからの信号を解析して保持部材ＩＤを出力する。なお、保持部材識別部材２４は接触型のセンサによりカップの種類を識別できる構成としてもよい。例えば、事前に重量とカップ種類との対応表を作成し、この対応関係を記憶部に参照テーブルとして記憶しておく。そして、カップ識別部２０として、ロードセルなどの荷重センサを設けることにより、被検体３を収容前のカップの重量から、制御プロセッサ１２が参照テーブルを参照して保持部材ＩＤを出力できる。
【００４６】
図４（ｂ）は、カップ２をカメラ２５で撮影し、カップ識別部２０が画像処理を行ってカップ２の種類を識別し、保持部材ＩＤを出力する例である。
他にも、医師や技師などのユーザがカップを交換したときに、操作部１６を用いて手動
で保持部材のサイズや保持部材ＩＤを入力しても良い。あるいは、操作部１６から、手動で液面高さ、接触角度、深さ、駆動条件やその補正値などを入力してもよい。
保持部材識別部材２４をバーコードとし、カップ識別部２０をバーコードリーダーとすることで、カップの種類を識別するような構成であってもよい。
【００４７】
≪角度情報取得部２１≫
図５に角度情報取得部の詳細を示す。角度情報取得部２１は、図５（ａ）に示すように、カップ識別部２０からの保持部材ＩＤ情報と、液面センサ２６からの液面高さ情報より、液面と、カップ２の該液面における接線とがなす角度ａを求める。
【００４８】
ここで、図５（ｂ）に示すような、カップの各部位のサイズ、例えば半球プローブの曲率半径ｒや、支持部１に支持される面２ａから底面（最下端）２ｂまでの距離などは既知である。また、装置の設計値より、カップ２を設置したときの、センサタブの底面４ａ（超音波探触子を支持する部分を除く、液槽部分の底面）と、カップの底面２ｂとの距離も既知である。また、音響マッチング液５の液面５ａを検知することで液面高さＬが分かれば、該液面５ａが、カップ２の側面のどの位置にあるかを算出できる。したがって角度情報取得部２１は、図５（ｃ）に示すように、液面高さＬと保持部材ＩＤより求まる曲率半径ｒより、角度ａを求めることが出来る。ここでは１つの液面高さＬについて例示したが、音響マッチング液５の量に応じて定まる様々な液面高さごとに予め角度ａを算出しておき、テーブルや数式の形で記憶部１７に保存しておいてもよい。
【００４９】
なお、保持部材がカップ形状でない場合でも、角度情報取得部２１は同様の手法で液面高さＬに応じた角度ａを取得できる。すなわち、保持部材の形状は既知であるため、液面高さＬに応じて角度ａを算出するための数式を記憶部１７に保存しておいたり、液面高さＬごとの角度ａをテーブルとして記憶部１７に保存したりすることは容易である。
【００５０】
≪深さ情報取得部２２≫
深さ情報取得部２２は、図６（ａ）に示すようにして深さｄを取得する。すなわち、図６（ｂ）のように支持部１にカップ２を取り付けた際に、カップ２の底面２ｂからセンサタブ４の底面までの距離（カップ高さｃ）は、装置とカップの設計値に基いて一意に決まる。そこで、保持部材ＩＤとカップ高さｃとの対応表を事前に作成して、記憶部１７に格納しておく。そして、液面センサ２６の検出値より音響マッチング液５の液面高さＬが決まれば、音響マッチング液５の液面からカップ２の底面までの深さｄを取得出来る。
【００５１】
≪駆動条件決定部２３≫
駆動条件決定部２３は、図７（ａ）に示すようにして、角度情報取得部２１からの角度ａと深さ情報取得部２２からの深さｄにより、カップ２と超音波探触子６との相対駆動条件を決定する。ここで、駆動条件の、特に速度と加速度を設定する際に考慮すべき点を検討する。カップ端面と音響マッチング液面との角度が浅ければ、音響マッチング液５から受ける流体抵抗が小さくなるため、ある程度速い速度で走査しても音響マッチング液が波立つことは少ない。また、マッチング液面からカップ底面までの深さが浅ければ、音響マッチング液５からの流体抵抗が小さくなるため、ある程度速い速度で走査しても、音響マッチング液が波立つことは少ない。逆に、カップ側面と液面の角度が深かったり、液面からカップ底面までの深さが深かったりすると、流体抵抗が大きくなるため、速度や加速度を抑制する必要が出てくる。
【００５２】
図３を例にとると、図３（ａ）のカップにおける角度ａ１と、図３（ｂ）のカップにおける角度ａ２との関係は、ａ２＞ａ１であるため、図３（ａ）のほうが走査速度を速く出来る。また、図３（ａ）のカップにおける深さｄ１と、図３（ｂ）のカップにおける深さｄ２との関係は、ｄ２＞ｄ１であるため、図３（ａ）の浅いカップのほうが走査速度を速
く出来る。
【００５３】
つまり、カップ端面とマッチング液面との角度が鋭く（小さく）なればなるほど、保持部材とプローブとの相対速度・加速度を大きくして走査することが可能となる。更に、マッチング液面からカップ底面までの深さが浅い（距離が小さい）ほど、保持部材とプローブとの相対速度・加速度を大きくして走査することが可能となる。そこで、図７に示すように角度ａと深さｄをパラメータとして、音響マッチング液５の挙動（波立ち具合）を事前に観測して、駆動条件テーブルを作成しておく。観測は、カメラ等の観測部によって行うことができる。被検体３に最適なカップ２が付け替えられて形状（大きさ・深さ）が変更された際にも、駆動条件テーブルを参照して駆動条件を決定すれば、音響マッチング液５の波立ちを抑えることが可能となる。駆動条件は、実際に観測を行った複数の条件に基づいてテーブル形式で作成し、記憶部１７に保存しておいても良い。また、実際に観測を行った条件の間の値を補間処理により算出し、数式として作成しておいても良い。
【００５４】
駆動条件決定部２３からの駆動条件は、システムバス１３を介して制御プロセッサに送られ、最終的にはモータなどを備えた位置制御部１８にて駆動を行う。駆動条件の一例として、カップと超音波探触子との相対速度・加速度が挙げられる。
【００５５】
（走査軌跡）
超音波探触子６が被検体３を走査する駆動パターンの例を示す。図８（ａ）は螺旋状の軌跡を描くスパイラル走査である。図８（ｂ）は、主走査と副走査を繰り返すラスター走査である。いずれも、カップ２を上方（被検体側）から見たときの、複数の超音波探触子６の中心点が描く軌跡を図示しており、開始点は符号Ａ、終了点は符号Ｂで示される。ただしいずれの図においても、開始点および終了点はこれに限定されない。また、回転方向や走査方向も限定されない。求められる画像の解像度や走査時間などを考慮して両者を使い分ける。スパイラル走査の場合、周速度が大きな外周部では走査速度が音響マッチング液の波立ちに大きく影響する。そこで、外周部ではカップ種類による走査速度の制御を行い、中心部ではカップ種類による制御を行なわない、という制御方法も取り得る。また、ラスター走査の場合は、駆動条件設定の際に、方向転換のとき加速度が大きく変化することを考慮する。
【００５６】
以上述べたように、本実施形態の手法によれば、カップ等の保持部材の形状と、液面の高さとに応じて駆動条件が制御される。したがって、保持部材の種類が変更された場合にも、保持部材と超音波探触子との相対駆動条件を最適に制御することが可能となり、音響マッチング液の波立ちを低減できる。その結果、音響マッチング液中の気泡発生を抑制できるので、保持部材と超音波探触子間に気泡が入り込むことによる画質の劣化を抑制できる。
【００５７】
［第２実施形態］
以下に図面を参照しつつ、第２実施形態を詳しく説明する。図９は、本発明の第二の実施の形態に係る光音響装置１０１（以下「装置１０１」と略称する）を示すブロック図である。装置１０１において、第１実施形態で示した装置１００と同じ参照番号の各部の動作は、装置１００での動作に準ずる。図９の装置１０１は、観測部としてのカメラ２５と、駆動条件補正部２７を備える。また、複数個の液面センサ２６が配置されている。
【００５８】
本実施形態でも、駆動条件決定部２３は、角度情報取得部２１からの角度情報と、深さ情報取得部２２からの深さ情報に基いて駆動条件を決定する。すなわち、図７に示すように、予め音響マッチング液５の挙動（波立ち具合）を観測して、角度ａと深さｄをパラメータとする駆動条件テーブルを作成しておく。これにより、被検体３に応じた形状（大きさ・深さ・角度）のカップ２に変更された際にも、駆動条件テーブルを参照して最適な駆
動条件を決定し、音響マッチング液５の波立ちを抑えることが可能となる。
【００５９】
ここで、撮像中に予期せぬエラーなどで撮像を一時中断した後、撮像を再開した場合などは、音響マッチング液５の挙動（波立ち具合）が事前の想定とは異なる場合がある。そこで本実施形態では、駆動条件補正部２７が、音響マッチング液５の挙動（波立ち具合）を観測するカメラ２５からの情報や、複数の液面センサ２６からの液面高さの情報を基に、駆動条件を補正する。カメラ２５からの情報や複数の液面センサ２６からの情報を処理した結果、音響マッチング液５の波立ちが事前に設定したものよりも大きいと判断される場合には、相対速度を落とすなどしてリアルタイムに駆動条件を補正することが可能となる。
【００６０】
本実施形態によれば、第１実施形態の効果を享受した上で、走査が一時中断するなどのトラブルがあった場合でも駆動条件を補正して波の発生を低減し、良好な光音響画像を取得できる。
【００６１】
［第３実施形態］
第３実施形態を説明する。第３実施形態の被検体情報取得装置は、光音響装置ではなく超音波エコー装置である。したがって、被検体情報取得装置は、光源や照射光学系などの構成要素を備えていない。その代わりに、超音波探触子６が被検体３に超音波を送信し、被検体表面や内部で反射したエコー波を受信する。本実施形態の画像構成部１５は、エコー波から変換された電気信号に基づいて、被検体の特性情報を生成する。
【００６２】
このような超音波エコー装置においても、走査時にセンサタブ４内部の音響マッチング液５が波立つことによる気泡の発生が問題となり得る。そこで、本実施形態でも、保持部材の形状やサイズに応じて予め駆動条件（速度・加速度など）を設定したり、リアルタイムで駆動条件を設定したりしている。これにより、保持部材を交換した場合でも、撮像を妨げるような気泡の発生を抑制して良好な光音響画像を取得できる。
【００６３】
以上述べたように、本発明によれば、音響波取得時にカップと超音波探触子との相対駆動条件を最適に制御し、音響マッチング液の波立ちを防止できる。その結果、音響マッチング液における気泡の発生を低減して良好な被検体情報を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
２：カップ、４：センサタブ、６：超音波探触子、１８：位置制御部、２３：駆動条件決定部
【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】
2019051224.tif 000009
【図８】
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【図９】
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