(57)【要約】【課題】  本発明は、複数回の光照射により発生する光音響波を利用する光音響装置において、単位時間当たりに得られる光音響波の受信信号のＳ／Ｎの低下を抑制しつつ、各照射領域に対応する受信信号を分離することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る光音響装置は、第１の符号系列に対応する第１の強度変調光を被検体の第１の照射領域に照射し、第２の符号系列に対応する第２の強度変調光を被検体の第２の照射領域に照射する光照射手段と、第１及び第２の強度変調光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより第１の信号を出力する受信手段と、第１及び第２の符号系列に関する情報に基づいて、第１の信号に対して復号処理を行うことにより、第１の照射領域に対応する第１の復号信号または第２の照射領域に対応する第２の復号信号を取得する処理手段と、を有する。【選択図】  図７
2019000307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の符号系列に対応する第１の強度変調光を被検体の第１の照射領域に照射し、第２の符号系列に対応する第２の強度変調光を前記被検体の第２の照射領域に照射する光照射手段と、
前記第１及び第２の強度変調光が前記被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより第１の信号を出力する受信手段と、
前記第１及び第２の符号系列に関する情報に基づいて、前記第１の信号に対して復号処理を行うことにより、前記第１の照射領域に対応する第１の復号信号及び前記第２の照射領域に対応する第２の復号信号の少なくとも一方を取得する処理手段と、
を有する
ことを特徴とする光音響装置。
【請求項２】
前記第１の強度変調光の照射期間と前記第２の強度変調光の照射期間とが少なくとも一部重な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】
前記第１及び第２の符号系列のそれぞれは、正の符号要素及び負の符号要素を含む
ことを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項４】
前記光照射手段は、
半導体レーザまたは発光ダイオードで構成された光源と、
前記光源へ駆動電流を投入する駆動手段と、
を有し、
前記駆動手段は、前記正の符号要素に対応する基準タイミングに合わせて、前記正の符号要素に対応する正の強度変調光を発生させるための第１の駆動電流を前記光源に投入し、
前記駆動手段は、前記正の符号要素に対応する基準タイミングに合わせて、前記負の符号要素に対応する負の強度変調光を発生させるための第２の駆動電流を前記光源に投入する
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】
前記駆動手段は、前記第１の駆動電流を前記光源に投入する第１の駆動手段と、前記第２の駆動電流を前記光源に投入する第２の駆動手段とを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の光音響装置。
【請求項６】
前記光源は、前記第１の照射領域に照射する光を発する半導体レーザまたは発光ダイオードで構成された第１の光源と、前記第１の照射領域に照射する光を発する半導体レーザまたは発光ダイオードで構成された第２の光源とを含む
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光音響装置。
【請求項７】
前記光照射手段は、
第３の符号系列に対応する第３の強度変調光を前記第１の照射領域に照射し、
第４の符号系列に対応する第４の強度変調光を前記第２の照射領域に照射し、
前記受信手段は、
前記第３及び第４の強度変調光が前記被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより第２の信号を出力し、
前記処理手段は、
前記第１及び第３の符号系列に関する情報に基づいて、前記第１の信号及び前記第２の信号に対して復号処理を行うことにより、前記第１の照射領域に対応する前記第１の復号信号を取得し、
前記第２及び第４の符号系列に関する情報に基づいて、前記第１及び第２の信号に対して復号処理を行うことにより、前記第２の照射領域に対応する前記第２の復号信号を取得する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項８】
前記第１及び第３の符号系列は相補の関係を有する第１の相補符号であり、
前記第２及び第４の符号系列は相補の関係を有する第２の相補符号であり、
前記第１の符号系列及び前記第２の符号系列の相互相関関数と、前記第３の符号系列及び前記第４の符号系列の相互相関関数との和が０となる関係である
ことを特徴とする請求項７に記載の光音響装置。
【請求項９】
前記第１の強度変調光の照射期間と前記第２の強度変調光の照射期間とが少なくとも一部重なり、
前記第３の強度変調光の照射期間と前記第４の強度変調光の照射期間とが少なくとも一部重なり、
前記第１及び第２の強度変調光の照射期間と、前記第３及び第４の強度変調光の照射期間とは重ならない
ことを特徴とする請求項７または８に記載の光音響装置。
【請求項１０】
前記処理手段は、
符号要素に対応する基準タイミングの時間間隔をΔｔ、前記第１、第２、第３、及び第４の符号系列を｛ａｉ｝、｛ｂｉ｝、｛ｃｉ｝、｛ｄｉ｝（ｉ＝１からＮの整数、Ｎは符号長、符号要素は１もしくは−１）、前記第１の信号をＳ１（ｔ）、前記第２の信号をＳ２（ｔ）としたとき、以下の式にしたがった前記復号処理を行うことにより、前記第１の復号信号ＤＳ１（ｔ）、および、前記第２の復号信号ＤＳ２（ｔ）を取得する
ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の光音響装置。
【数１】
2019000307.tif 000017
【数２】
2019000307.tif 000018
【請求項１１】
複数の符号系列に対応する複数の強度変調光をそれぞれ複数の照射領域に照射する光照射手段と、
前記複数の強度変調光が照射されることにより発生する光音響波を受信することにより信号を出力する受信手段と、
前記複数の符号系列に関する情報に基づいて、前記信号に対して復号処理を行うことにより、前記複数の照射領域の少なくとも１つに対応する復号信号を取得する処理手段と、
を有する
ことを特徴とする光音響装置。
【請求項１２】
前記処理手段は、前記信号に対して、以下の式にしたがった前記復号処理を行うことにより、前記復号信号（ＤＳｍ（ｔ）は復号信号、ｍは１以上Ｍ以下の自然数、Ｍは前記複数の照射領域の数、ｔは時間）を取得する
ことを特徴とする請求項１１に記載の光音響装置。
【数３】
2019000307.tif 000019
（｛ａｉｋ｝はＫ個の符号系列、ｉは１以上の自然数、Ｎは符号長、Δｔは符号系列の符号要素の基準タイミングの時間間隔、｛ｇｍ（ｊ）｝は前記複数の照射領域のそれぞれに割り当てられた、前記Ｋ個の符号系列の順番を決める要素数がＫ個の順列、ｊは１以上の自然数、Ｋは順列の要素数、ＫはＫ≧Ｍを満たす２のべき乗数、Ｓｊ（ｔ）は順列の各要素に対応する前記信号）
【請求項１３】
前記複数の符号系列は、互いに直交する関係である
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光音響装置。
【請求項１４】
前記処理手段は、
前記複数の照射領域の少なくとも１つに対応する前記復号信号に基づいて、前記複数の照射領域の少なくとも一つに対応する少なくとも一つの光音響画像を生成し、
前記少なくとも一つの光音響画像を表示手段に表示させる
ことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１５】
前記処理手段は、
前記複数の符号系列に関する情報に基づいて、前記信号に対して前記復号処理を行うことにより、前記複数の照射領域に対応する複数の復号信号を取得し、
前記複数の復号信号に基づいて、前記複数の照射領域に対応する複数の光音響画像を生成し、
前記複数の光音響画像に重みを付けて合成した合成画像を表示手段に表示させる
ことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１６】
前記処理手段は、
前記複数の符号系列に関する情報に基づいて、前記信号に対して前記復号処理を行うことにより、前記複数の照射領域に対応する複数の復号信号を取得し、
前記複数の復号信号に基づいて、前記複数の照射領域に対応する複数の光音響画像を生成し、
前記複数の光音響画像の合成画像を表示手段に表示させ、
前記表示手段に表示された前記合成画像に対するユーザーの指示に基づいて決定された領域を示す情報に基づいて、当該領域に光を照射した照射領域に対応する光音響画像を決定し、
当該光音響画像に対する重みを、当該光音響画像以外の光音響画像に対する重みよりも小さくして、重みづけられた前記複数の光音響画像を合成する
ことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１７】
第１の符号系列に対応する第１の強度変調光が被検体の第１の照射領域に照射され、かつ、第２の符号系列に対応する第２の強度変調光が前記被検体の第２の照射領域に照射されることにより発生する光音響波の受信信号に対して、復号処理を行うことにより復号信号を取得する情報取得方法であって、
前記第１及び第２の符号系列に関する情報に基づいて、前記受信信号に対して復号処理を行うことにより、前記第１の照射領域に対応する第１の復号信号または前記第２の照射領域に対応する第２の復号信号を取得する
ことを特徴とする情報取得方法。
【請求項１８】
複数の符号系列に対応する複数の強度変調光がそれぞれ被検体の複数の照射領域に照射されることにより発生する光音響波の受信信号に対して、復号処理を行うことにより復号信号を取得する情報取得方法であって、
前記複数の符号系列に関する情報に基づいて、前記受信信号に対して復号処理を行うことにより、前記複数の照射領域の少なくとも１つに対応する前記復号信号を取得する
ことを特徴とする情報取得方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の情報取得方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響効果を利用した光音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体に光を照射し、照射光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ）がある。ＰＡＴでは、光源から発生した光を被検体に照射し、被検体内で伝搬、拡散した光のエネルギーを吸収した組織から発生した音響波を検出する。この音響波発生の現象を光音響効果と呼び、発生した音響波を光音響波と呼ぶ。音響波は一般には超音波である。
【０００３】
非特許文献１は、被検体のある領域への光照射により発生した光音響波の受信が完了した後に、被検体の異なる領域へ光照射を行い、次に発生する光音響波の受信を開始することを開示する。非特許文献１は、光照射により被検体内で発生した光音響波に基づいて、画像データを再構成することを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  ３Ｄ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｂｒｅａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ”，Ｋｒｕｇｅｒ  ＲＡ，Ｋｕｚｍｉａｋ  ＣＭ，Ｌａｍ  ＲＢ，Ｒｅｉｎｅｃｋｅ  ＤＲ，Ｄｅｌ  Ｒｉｏ  ＳＰ，Ｓｔｅｅｄ  Ｄ．，Ｍｅｄ  Ｐｈｙｓ．２０１３；４０：１１３３０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載の方法によれば、各照射領域に対応する受信信号を分離することができる。しかしながら、この方法では、単位時間当たりの光照射回数が制限されてしまうため、単位時間当たりに得られる光音響波の受信信号のＳ／Ｎが低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、複数回の光照射により発生する光音響波を利用する光音響装置において、単位時間当たりに得られる光音響波の受信信号のＳ／Ｎの低下を抑制しつつ、各照射領域に対応する受信信号を分離することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光音響装置は、第１の符号系列に対応する第１の強度変調光を被検体の第１の照射領域に照射し、第２の符号系列に対応する第２の強度変調光を被検体の第２の照射領域に照射する光照射手段と、第１及び第２の強度変調光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより第１の信号を出力する受信手段と、第１及び第２の符号系列に関する情報に基づいて、第１の信号に対して復号処理を行うことにより、第１の照射領域に対応する第１の復号信号または第２の照射領域に対応する第２の復号信号を取得する処理手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光音響装置によれば、単位時間当たりに得られる光音響波の受信信号のＳ／Ｎの低下を抑制しつつ、各照射領域に対応する受信信号を分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】正負の符号要素に対応する光強度、及び、光音響波の受信信号を模式的に示す図
【図２】符号系列に対応する光強度、及び、光音響波の受信信号を模式的に示す図
【図３】本実施形態に係る光音響装置を示すブロック図
【図４】本実施形態に係るコンピュータとその周辺の構成を示すブロック図
【図５】半導体レーザの特性を示す図
【図６】正の符号要素に対応する受信信号を説明するための図
【図７】実施例１に係る符号化のシーケンスを示す図
【図８】実施例１に係る照射領域と受信部の配置を示す図
【図９】実施例１に係る駆動電流、受信信号を示す図
【図１０】実施例１に係る雑音を考慮した受信信号を示す図
【図１１】実施例１に係る別の駆動電流、受信信号を示す図
【図１２】実施例１に係る雑音を考慮した別の受信信号を示す図
【図１３】実施例１に係る復号信号を示す図
【図１４】実施例１に係る別の復号信号を示す図
【図１５】実施例１に係る駆動部の構成を示す図
【図１６】実施例２に係る光音響装置を示すブロック図
【図１７】実施例２に係る照射領域と受信部の配置を示す図
【図１８】実施例２に係る符号化のシーケンスを示す図
【図１９】実施例２に係る受信信号を示す図
【図２０】実施例２に係る別の受信信号を示す図
【図２１】実施例２に係る別の受信信号を示す図
【図２２】実施例２に係る別の受信信号を示す図
【図２３】実施例２に係る復号信号を示す図
【図２４】実施例２に係る別の復号信号を示す図
【図２５】実施例２に係る別の復号信号を示す図
【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装置構成、画像の表示形態、並びに構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置などは一例にすぎず、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】
物質に光を照射すると光音響効果により音響波（光音響波とも呼ぶ）が発生することが知られている。一般に、吸収係数が大きいほど発生する光音響波は強く、また、照射される光が強いほど発生する光音響波は強くなる。例えば、皮膚表面に光を照射した場合、表面近傍の血管から光音響波が発生されるが、同時に皮膚表面のほくろや毛からも光音響波が発生される。典型的に血管よりもほくろや毛からのほうが、より高い音圧の光音響波が発生する。また、生体中の伝搬に伴い光が減衰するので、ほくろや毛などより深部に位置する血管からの光音響波は相対的に弱くなる。これらの理由から、画像化した際、ほくろや毛から発生した光音響波の再構成アーティファクトが深部の血管で発生した光音響波による像と干渉して、深部の血管の像が識別しづらくなる場合がある。すなわち、特定の照射領域での光照射に由来するアーティファクトにより光吸収体の像が視認しづらくなってしまう場合がある。そこで、照射領域を複数に分割して光音響波を取得し、ある照射領域にほくろや毛などの観察対象ではない強い吸収体がある場合は、その照射領域を照射した際に発生した光音響波の受信信号を画像再構成に用いない、といった方法が考えられる。
【００１２】
ところで、複数の照射領域に光を照射する場合に、ある照射領域への光照射の期間と別の照射領域への光照射の期間とが重なった場合、いずれの領域の光照射によって得られた光音響波の受信信号かを判別することができない場合がある。そこで、ある照射領域への光照射による光音響波を受信完了した後に別の照射領域の光照射による光音響波を受信する、というように時間的に受信信号を分離する手法が知られている。しかしながら、このように各照射領域への光照射により発生する光音響波の受信に十分な時間を確保する手法では、単位時間当たりに得られる光音響波の受信信号のＳ／Ｎが低下してしまう。
【００１３】
そこで、本発明者は、ある符号系列に対応する強度変調光をある照射領域へ照射し、別の符号系列に対応する強度変調光を別の照射領域へ照射することにより符号化を行うことを見出した。このように符号化された光音響波の受信信号を、符号化に利用した符号系列に関する情報を用いて復号することにより、複数の照射領域のそれぞれに対応する復号信号を得ることができる。このような符号化・復号化により、各照射領域の照射期間が重なる場合でも、各照射領域に対応する受信信号を分離することができる。そのため、単位時間当たりに得られる光音響波の受信信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００１４】
光音響波の受信信号を処理する光音響装置において、照射光の制御により正負それぞれの符号要素を含む符号系列に基づいた符号化を行う方法を説明する。図１は、照射光の強度、及び、その照射光により発生する光音響波の受信信号のレベルの時間変化を模式的に示した図である。典型的に、図１（ａ）に示すように、照射光の強度の時間変化を正とすると、正のレベルの受信信号を得ることができる。一方、図１（ｂ）に示すように照射光の強度の時間変化を負とすると、負のレベルの受信信号を得ることができる。さらに、単位時間当たりの照射光の強度変化が大きいほど、受信信号のレベルも大きくなる傾向がある。なお、図１においては、音源から受信手段までの光音響波の伝搬時間については無視している。
【００１５】
図１に示すように、照射光の強度の時間変化の正負を制御することにより、受信信号のレベルの正負を制御している。すなわち、照射光の強度の時間変化の正負を制御することにより、符号化における符号系列を構成する符号要素の正負を制御している。例えば、図１（ａ）に示す光照射のタイミングにおける符号要素を｛１｝とし、図１（ｂ）に示す光照射のタイミングにおける符号要素を｛−１｝とし、これらの光照射を組み合わせることにより、正負それぞれの符号要素を含む符号系列を定義することができる。本明細書において、正の符号要素に対応する光音響波を発生させるための光を「正の強度変調光」とする。また、負の符号要素に対応する光音響波を発生させるための光を「負の強度変調光」とする。
【００１６】
以下、いくつかのパターンの符号系列に対応する光照射のシーケンスの例を、図２を用いて説明する。図２中の点線は、各符号要素の基準タイミングを示す。
【００１７】
図２（ａ）は、符号系列｛１、１｝に対応する照射光の強度、及び、光音響波の受信信号のレベルの時間変化を模式的に示した図である。図２（ａ）に示す照射光のシーケンスは、強度が短時間に急上昇した後に、時間と共になだらかに下がっていく光（正の強度変調光）を２つ連続させたものである。また、強度が短時間に急上昇するタイミングが、正の符号要素に対応する基準タイミングに対応するように調整されている。例えば、強度が短時間に急上昇する期間の中心のタイミングを基準タイミングと一致させることができる。この場合、基準タイミングに、正の大きな受信信号が得られる。この正の大きな受信信号が、正の符号要素｛１｝に対応する信号となる。
【００１８】
図２（ｂ）は、符号系列｛−１、−１｝に対応する照射光の強度、及び、光音響波の受信信号のレベルの時間変化を模式的に示した図である。図２（ｂ）に示す照射光のシーケンスは、強度が時間と共になだらかに上がっていた後に、短時間に急降下する光（負の強度変調光）を２つ連続させたものである。また、強度が短時間に急降下するタイミングが、負の符号要素に対応する基準タイミングに合うように調整されている。具体的には、強度が短時間に急降下する期間の中心のタイミングを基準タイミングと一致させている。この場合、基準タイミングに、負の大きな受信信号が得られる。この負の大きな受信信号が、負の符号要素｛−１｝に対応する信号となる。
【００１９】
図２（ｃ）は、符号系列｛１、−１｝に対応する照射光の強度、及び、光音響波の受信信号のレベルの時間変化を模式的に示した図である。図２（ｃ）に示す照射光のシーケンスは、図２（ａ）に示す正の強度変調光を照射した後に、図２（ｂ）に示す負の強度変調光を照射するものである。正の強度変調光の強度が急上昇するタイミングが正の符号要素｛１｝の基準タイミングに対応し、負の強度変調光の強度が急降下するタイミングが負の符号要素｛−１｝の基準タイミングと対応するように照射タイミングは制御されている。この場合、各基準タイミングに、正の大きな受信信号、および、負の大きな受信信号が得られる。
【００２０】
なお、正の強度変調光の時間と共になだらかに下がっていく部分と、負の強度変調光の時間と共になだらかに上がっていく部分とが時間的に重なるので、重畳部分は結果的に矩形波となる。このように、符号系列の正負の符号要素が隣り合う場合に、これらの基準タイミング間の光強度をほぼ一定にすることにより、その期間に不要な光音響波が発生しない。これにより、精度良く光照射による符号化を実現することができる。図２（ｃ）では、符号系列｛１、−１｝の例を説明したが、符号系列｛−１、１｝の場合にも同様に基準タイミング間の光強度をほぼ一定としてもよい。なお、基準タイミング間の光強度の時間変化は、光音響波を受信するトランスデューサの受信帯域に基づいて、この受信帯域から外れる周波数を有する光音響波を発生させる程度の所定の範囲内であれば、ほぼ一定とみなしてもよい。図２においては、音源から受信手段までの光音響波の伝搬時間については無視している。
【００２１】
このようにして、正負それぞれの符号要素を含む符号系列に対応する光照射を行い、正負それぞれの符号要素を含む符号化を行うことにより、正負それぞれの符号要素を含む符号系列に基づいて復号化を行う際の復号精度を向上させることができる。特に、固体レーザ等の高出力光源と比較して出力される光強度が小さい半導体レーザやＬＥＤ等の場合、単位時間当たりの照射回数を増やして、受信信号のＳ／Ｎを向上させたい。このような場合に、正負それぞれの符号要素を含む符号系列に基づいて、先に発生した光音響波の受信が完了する前に、次の光照射を実行して符号化を行うことにより、Ｓ／Ｎの高い復号信号を精度良く取得することができる。
【００２２】
本発明に係る、光音響効果により発生する音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれるものを含む。本発明は、光音響効果により発生した光音響波に基づいて画像データを取得する光音響装置に適用することができる。
【００２３】
本発明に係る光音響装置により得られる光音響画像は、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を含む概念である。光音響画像は、光音響波の発生音圧（初期音圧）、光吸収エネルギー密度、及び光吸収係数、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。
【００２４】
以下、図３を用いて本実施形態に係る光音響装置の構成を説明する。図３は、光音響装置全体の概略ブロック図である。本実施形態に係る光音響装置は、光照射部１１０（第１の光照射部１１０ａ、第２の光照射部１１０ｂ）、受信部１２０、信号収集部１４０、コンピュータ１５０、表示部１６０、及び入力部１７０を有する。
【００２５】
第１の光照射部１１０ａが被検体１８０上の第１の照射領域１８１ａに光を照射し、第２の光照射部１１０ｂが被検体１８０上の第１の照射領域１８１ｂに光を照射し、被検体１８０から音響波が発生する。光に起因して光音響効果により発生する音響波を光音響波とも呼ぶ。受信部１２０は、光音響波を受信することによりアナログ信号としての電気信号（光音響信号）を出力する。
【００２６】
信号収集部１４０は、受信部１２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ１５０に出力する。コンピュータ１５０は、信号収集部１４０から出力されたデジタル信号を、光音響波に由来する信号データとして記憶する。
【００２７】
処理手段としてのコンピュータ１５０は、記憶されたデジタル信号に対して後述する処理を行うことにより、光音響画像を表す画像データを生成する。また、コンピュータ１５０は、得られた画像データに対して表示のための画像処理を施した後に、画像データを表示部１６０に出力する。表示部１６０は、光音響画像を表示する。ユーザーとしての医師や技師等は、表示部１６０に表示された光音響画像を確認することにより、診断を行うことができる。表示画像は、ユーザーやコンピュータ１５０からの保存指示に基づいて、コンピュータ１５０内のメモリや、モダリティと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る。
【００２８】
また、コンピュータ１５０は、光音響装置に含まれる構成の駆動制御も行う。また、表示部１６０は、コンピュータ１５０で生成された画像の他にＧＵＩなどを表示してもよい。入力部１７０は、ユーザーが情報を入力できるように構成されている。ユーザーは、入力部１７０を用いて測定開始や終了、作成画像の保存指示などの操作を行うことができる。
【００２９】
以下、本実施形態に係る光音響装置の各構成の詳細を説明する。
【００３０】
（光照射部１１０）
光照射部１１０は、第１の照射領域１８１ａに光を照射する第１の光照射部１１０ａ、と第２の照射領域１８１ｂに光を照射する第２の光照射部１１０ｂを含む。
【００３１】
第１の光照射部１１０ａは、第１の光源１１２ａおよび第１の光源１１２ａから射出された光を被検体１８０上の第１の照射領域１８１ａへ導く第１の光学系１１３ａを含む。また、第１の光照射部１１０ａは、第１の光源１１２ａの駆動を制御する第１の駆動部１１１ａを含む。
【００３２】
第２の光照射部１１０ｂは、第２の光源１１２ｂおよび第２の光源１１２ｂから射出された光を被検体１８０上の第２の照射領域１８１ｂへ導く第２の光学系１１３ｂを含む。また、第２の光照射部１１０ｂは、第２の光源１１２ｂの駆動を制御する第２の駆動部１１１ｂを含む。
【００３３】
第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂが発する光のパルス幅としては、１ｎｓ以上、１００ｎｓ以下のパルス幅であってもよい。また、光の波長として４００ｎｍから１６００ｎｍ程度の範囲の波長であってもよい。血管を高解像度でイメージングする場合は、血管での吸収が大きい波長（４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下）を用いてもよい。生体の深部をイメージングする場合には、生体の背景組織（水や脂肪など）において典型的に吸収が少ない波長（７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下）の光を用いてもよい。なお、異なる波長の光をそれぞれ発することのできる光源を用いてもよい。
【００３４】
第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂとしては、レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。また、波長の変更が可能な光源であってもよい。
【００３５】
例えば、第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂは、周波数１ＭＨｚ以上の鋸波状の駆動波形（駆動電流）に追随して光を発することのできる半導体レーザもしくはＬＥＤを採用してもよい。
【００３６】
第１、第２の光学系１１３ａ、１１３ｂには、レンズ、ミラー、光ファイバ等の光学素子を用いることができる。乳房等を被検体１８０とする場合、パルス光のビーム径を広げて照射するために、光学系の光出射部は光を拡散させる拡散板等で構成されていてもよい。一方、光音響顕微鏡においては、解像度を上げるために、第１、第２の光学系１１３ａ、１１３ｂの光出射部はレンズ等で構成し、ビームをフォーカスして照射してもよい。なお、光照射部１１０ａ、１１０ｂが光学系１１３ａ、１１３ｂを備えずに、第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂから直接被検体１８０に光を照射してもよい。
【００３７】
第１、第２の駆動部１１１ａ、１１１ｂは、第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂを駆動する駆動電流（第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂに投入する電流）を生成するものである。第１、第２の駆動部１１１ａ、１１１ｂには、時間的に第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂへの投入電流を変化させることのできる電源を用いることができる。第１、第２の駆動部１１１ａ、１１１ｂが、第１、第２の光源１１２ａ、１１２ｂの出力を制御することにより、図１に示すような光を発生させて符号化を実現する。なお、第１、第２の駆動部１１１ａ、１１１ｂは、後述するコンピュータ１５０内の制御部１５３により制御されてもよい。また、第１、第２の駆動部１１１ａ、１１１ｂが電流値を制御する制御部を有し、この制御部が投入電流を制御してもよい。駆動電流と照射光の強度との関係については後述する。
【００３８】
（受信部１２０）
受信部１２０は、音響波を受信することにより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。
【００３９】
トランスデューサを構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを用いることができる。なお、音響波を受信することにより電気信号を出力できる限り、いかなるトランスデューサを採用してもよい。また、トランスデューサにより得られる信号は時間分解信号である。つまり、トランスデューサにより得られる信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表したものである。
【００４０】
光音響波を構成する周波数成分は、典型的には１００ＫＨｚから１００ＭＨｚであり、トランスデューサとして、これらの周波数を検出することのできるものを採用することができる。
【００４１】
支持体は、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２Ｄアレイと呼ばれるような平面又は曲面内に、複数のトランスデューサを並べて配置してもよい。曲面内に複数のトランスデューサが並べる場合、３次元に配置されたトランスデューサアレイ（３Ｄアレイ）ともいえる。
【００４２】
また、受信部１２０が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を増幅する増幅器を備えてもよい。また、受信部１２０が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を時系列のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えてもよい。すなわち、受信部１２０が後述する信号収集部１４０を備えてもよい。
【００４３】
なお、音響波を様々な角度で検出できるようにするために、理想的には被検体１８０を全周囲から囲むようにトランスデューサを配置してもよい。ただし、被検体１８０が大きく全周囲を囲むようにトランスデューサを配置できない場合は、半球状の支持体上にトランスデューサを配置して全周囲を囲む状態に近づけてもよい。なお、トランスデューサの配置や数及び支持体の形状は被検体に応じて最適化すればよく、本発明に関してはあらゆる受信部１２０を採用することができる。
【００４４】
受信部１２０と被検体１８０との間の空間は、光音響波が伝搬することができる媒質で満たしてもよい。この媒質には、音響波が伝搬でき、被検体１８０やトランスデューサとの界面において音響特性が整合する材料を採用する。例えば、この媒質には、水、超音波ジェルなどを採用することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る装置が、光音響画像に加えて、音響波の送受信により超音波画像も生成する場合、トランスデューサは、音響波を送信する送信手段として機能してもよい。受信手段としてのトランスデューサと送信手段としてのトランスデューサとは、単一（共通）のトランスデューサでもよいし、別々の構成であってもよい。
【００４６】
受信部１２０は、把持部を含むハンドヘルド型であってもよい。また、受信部１２０は、トランスデューサ１２１を機械的に移動させる駆動部を含む機械走査型であってもよい。
【００４７】
（信号収集部１４０）
信号収集部１４０は、受信部１２０から出力されたアナログ信号である電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含む。信号収集部１４０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップなどで構成されてもよい。信号収集部１４０から出力されるデジタル信号は、コンピュータ１５０内の記憶部１５２に記憶される。信号収集部１４０は、Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＡＳ）とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。なお、信号収集部１４０は、光照射部１１０の光射出部に取り付けられた光検出センサと接続されており、光が光照射部１１０から射出されたことをトリガーに、同期して処理を開始してもよい。また、信号収集部１４０は、フリーズボタンなどを用いてなされる指示をトリガーとして同期して、当該処理を開始してもよい。
【００４８】
（コンピュータ１５０）
情報処理装置としてのコンピュータ１５０は、演算部１５１、記憶部１５２、制御部１５３を含む。各構成の機能については処理フローの説明の際に説明する。
【００４９】
演算部１５１としての演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップ等の演算回路で構成されることができる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、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。演算部１５１は、入力部１７０から、被検体音速や保持部の構成などの各種パラメータを受けて、受信信号を処理してもよい。
【００５０】
記憶部１５２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体で構成することができる。また、記憶部１５２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性の媒体であってもよい。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。なお、記憶部１５２は、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。
【００５１】
記憶部１５２は、後述する方法で演算部１５１により生成される光音響画像を示す画像データを保存することができる。
【００５２】
制御部１５３は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部１５３は、光音響装置の各構成の動作を制御する。制御部１５３は、入力部１７０からの測定開始などの各種操作による指示信号を受けて、光音響装置の各構成を制御してもよい。また、制御部１５３は、記憶部１５２に格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成の作動を制御する。
【００５３】
コンピュータ１５０は専用に設計されたワークステーションであってもよい。また、コンピュータ１５０の各構成は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、コンピュータ１５０の少なくとも一部の構成は単一のハードウェアで構成されてもよい。
【００５４】
図４は、本実施形態に係るコンピュータ１５０の具体的な構成例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１５０は、ＣＰＵ１５４、ＧＰＵ１５５、ＲＡＭ１５６、ＲＯＭ１５７、外部記憶装置１５８から構成される。また、コンピュータ１５０には、表示部１６０としての液晶ディスプレイ１６１、入力部１７０としてのマウス１７１、キーボード１７２が接続されている。
【００５５】
また、コンピュータ１５０および受信部１２０は、共通の筺体に収められた構成で提供されてもよい。また、筺体に収められたコンピュータで一部の信号処理を行い、残りの信号処理を筺体の外部に設けられたコンピュータで行ってもよい。この場合、筺体の内部および外部に設けられたコンピュータを総称して、本実施形態に係るコンピュータとすることができる。すなわち、コンピュータを構成するハードウェアが一つの筺体に収められていなくてもよい。
【００５６】
（表示部１６０）
表示部１６０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などのディスプレイである。コンピュータ１５０により得られた被検体情報等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部１６０は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。なお、被検体情報の表示にあたっては、表示部１６０またはコンピュータ１５０において画像処理（輝度値の調整等）を行った上で表示することもできる。
【００５７】
（入力部１７０）
入力部１７０としては、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成される操作コンソールを採用することができる。また、表示部１６０をタッチパネルで構成し、表示部１６０を入力部１７０として利用してもよい。
【００５８】
なお、光音響装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。
【００５９】
（被検体１８０）
被検体１８０は光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体１８０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。
【００６０】
＜符号要素｛１｝に相当する光音響波の受信信号＞
本実施形態に係る光音響装置を用いたときの各符号要素に相当する照射光、および、光音響波の受信信号について考察する。まず、図５または図６を用いて、符号要素｛１｝に相当する照射光、及び、光音響波の受信信号について説明する。図５及び６に示すデータは、シミュレーションにより得られたデータである。
【００６１】
図５（ａ）は、第１の光源１１２ａあるいは第２の光源１１２ｂとして波長８０８ｎｍの半導体レーザを用いた場合の、半導体レーザの電流−光出力特性を示す図である。当該半導体レーザのしきい値電流は１Ａ、投入電流が３０Ａのときの光出力は５０Ｗとなる。半導体レーザの場合、典型的に閾値電流以上の電流の領域では、電流−光出力特性は略線形の関係となる。すなわち、半導体レーザの場合、投入電流の時間波形が光出力（照射光の強度）の時間波形となる。
【００６２】
図５（ｂ）は、正の符号要素に対応する光を発生させるための駆動電流（第１の駆動電流）を示しており、５０ｎｓの時間で電流値を０から２Ａまで上昇させ、９５０ｎｓの時間で電流値を２Ａから０Ａまで低下させている。すなわち、第１の駆動電流の中で、正の符号要素に対応するタイミングでの電流の時間変化に比べて、その他のタイミングの方が電流の時間変化が小さい。この結果、正の符号要素に対応する正の強度変調光は、正の符号要素に対応する基準タイミングでの光強度の時間変化が、その他のタイミングの光強度の時間変化よりも大きい。
【００６３】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）の駆動電流で半導体レーザを駆動した場合の光出力を示している。前述したように、駆動電流に対して光が略線形に出力されていることが理解される。
【００６４】
図６（ａ）は、点状の光吸収体に光を照射した場合に発生する光音響波を受信帯域が無限大のトランスデューサで受信した場合の受信信号を示している。これは、図５（ｃ）の光出力曲線を時間微分したものに等しい。このように、短時間に光出力が急上昇するときに対応じて正の大きな受信信号が得られる。
【００６５】
なお、実際には、トランスデューサの受信帯域が無限大であることはあり得なく、何らかの周波数特性を有している。図６（ｂ）は、中心周波数４ＭＨｚ，６ｄＢ帯域２−６ＭＨｚの周波数特性を持つトランスデューサの受信特性を示したものである。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す受信特性を有するトランスデューサで、図５（ｃ）の光照射により発生した光音響波を受信した場合の受信信号を示している。このように、トランスデューサの受信特性を考慮しても、短時間に光出力が急上昇するときに対応じて正の大きな受信信号が得られることになる。この正の大きな受信信号が、正の符号要素（例えば、符号要素｛１｝）に対応する受信信号となる。
【００６６】
図６においては、音源から受信手段までの光音響波の伝搬時間については無視している。
【００６７】
＜符号要素｛−１｝に相当する光音響波＞
詳細の説明は割愛するが、図５（ｂ）の駆動電流を時間軸で反転させた駆動電流（第２の駆動電流）で半導体レーザを駆動した場合に得られる光音響波の受信信号は、図６（ｃ）を時間軸で反転させ、かつ、信号レベルの正負を反転させた波形となる。すなわち、第２の駆動電流の中で、負の符号要素に対応するタイミングでの電流の時間変化に比べて、その他のタイミングの方が電流の時間変化が小さい。この結果、負の符号要素に対応する負の強度変調光は、負の符号要素に対応する基準タイミングでの光強度の時間変化が、その他のタイミングの光強度の時間変化よりも大きい。なお、このようにして得られる負の大きな受信信号が、負の符号要素（例えば、符号要素｛−１｝）に対応する受信信号となる。
【００６８】
＜光音響画像の生成フロー＞
次に、本実施形態に係る光音響装置を用いた符号化・復号化により光音響画像を生成する方法（情報取得方法）を説明する。
【００６９】
Ｓ１．第１の光照射部１１０ａが第１の符号系列で符号化された第１の強度変調光を被検体１８０の第１の照射領域１８１ａに照射する。また、第２の光照射部１１０ｂが第２の符号系列で符号化された第２の強度変調光を被検体１８０の第２の照射領域１８１ｂに照射する。
【００７０】
Ｓ２．符号化された光によって発生する光音響波を、受信部１２０に含まれる複数のトランスデューサが受信し、第１の受信信号を出力する。
【００７１】
Ｓ３．第１の光照射部１１０ａが第３の符号系列で符号化された第３の強度変調光を被検体１８０の第１の照射領域１８１ａに照射する。また、第２の光照射部１１０ｂが第４の符号系列で符号化された第４の強度変調光を被検体１８０の第２の照射領域１８１ｂに照射する。
【００７２】
Ｓ４．符号化された光によって発生する光音響波を、受信部１２０に含まれる複数のトランスデューサが受信し、第２の受信信号を出力する。
【００７３】
Ｓ５．演算部１５１は、複数のトランスデューサから出力された第１、第２の受信信号に対して復号処理を行い、トランスデューサ毎に復号された受信信号（復号信号）を生成する。
【００７４】
Ｓ６．演算部１５１は、複数のトランスデューサに対応する複数の復号信号を用いて、光音響画像を生成する。
【００７５】
具体的な符号化・復号化の方法に関しては、実施例で後述する。
【００７６】
＜再構成手法＞
演算部１５１は、複数の復号信号を計算空間に逆投影（単純逆投影）して、画像データを生成することができる。すなわち、演算部１５１は、時間信号である復号信号を空間分布データに変換してもよい。例えば、演算部１５１は、複数の復号信号を整相加算して深さ方向に直線状の画像データ（１ライン分の画像データ）を取得してもよい。また、演算部１５１は、この処理を複数のラインに対して実行することにより、二次元または三次元の画像データを生成してもよい。なお、整相加算により得られた空間分布データに対して包絡線処理を行って、画像データを生成してもよい。
【００７７】
ところで、ＰＡＴの画像再構成手法として、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｂａｃｋ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）法が知られている。これは、受信部で得られた受信信号を時間微分し、かつ正負を反転したデータを逆投影することで光音響画像を得る手法である。これは、インパルス状のパルス光を照射したときに発生する光音響波がＮ−ｓｈａｐｅと呼ばれるアルファベットのＮ字のような形状を持つ場合に採用できる手法である。
【００７８】
一方、本実施形態で発生する光音響波は、Ｎ−ｓｈａｐｅの前半部と後半部を分離し、前半部を符号要素｛１｝に相当する光音響波、後半部を符号要素｛−１｝に相当する光音響波としたものと便宜上理解できる。そのため、本実施形態のように符号化し、復号された受信信号では、ＵＢＰ法を適用しても正しい結果は得られない。そのため、本実施形態においては、演算部１５１は、復号された受信信号に対してＵＢＰ法で行われる前処理を行うことなく、位相を整合した後に加算する整相加算処理を行い、逆投影することが好ましい。本明細書では、復号された受信信号に対してＵＢＰ法で行われる前処理を実行することなく逆投影する再構成手法を、単純逆投影と称している。その他、信号データを３次元のボリュームデータに変換する再構成アルゴリズムとしては、タイムドメインでの逆投影法、フーリエドメインでの逆投影法、モデルベース法（繰り返し演算法）などのあらゆる手法を採用してもよい。
【実施例１】
【００７９】
＜相補符号を適用した符号化・復号化＞
相補符号を適用した、異なる２つの領域への光照射による符号化・復号化について説明する。
【００８０】
符号長Ｎの２つの符号系列｛ａｉ｝、｛ｃｉ｝、（ｉ＝１からＮ、Ｎは符号長、各符号要素は１もしくは−１）において、それぞれの自己相関関数の和が、ピークにおいて２Ｎとなり、ピーク以外のすべての点で０となる符号系列の組を相補符号と呼ぶ。
【００８１】
ここで、自己相関関数を、
【００８２】
【数１】
2019000307.tif 000003
のように表す。
【００８３】
例えば、｛ａｉ｝＝｛１，１｝、｛ｃｉ｝＝｛１，−１｝の組は相補符号である。
【００８４】
すなわち、（ａ＊ａ）＝｛１，２，１｝、（ｃ＊ｃ）＝｛−１，２，−１｝、（ａ＊ａ）＋（ｃ＊ｃ）＝｛０，４，０｝となる。
【００８５】
符号長が２のｎ乗、あるいは５×２のｎ乗の場合、相補符号が存在することが知られている（ｎは自然数）。
【００８６】
相補符号である、ある符号系列の組に対し、それぞれの相互相関関数の和が０となる相補符号が存在する。このように、２組の相補符号において、それぞれの相互相関関数の和が０となる関係のことを便宜上「完全直交の関係」と呼ぶ。
【００８７】
ここで、相互相関関数を、
【００８８】
【数２】
2019000307.tif 000004
のように表す。
【００８９】
例えば、相補符号である第１の符号系列｛ａｉ｝＝｛１，１｝、第３の符号系列｛ｃｉ｝＝｛１，−１｝の組に対し、第２の符号系列｛ｂｉ｝＝｛１，−１｝、第４の符号系列｛ｄｉ｝＝｛１，１｝の組は「完全直交の関係」を満たす。すなわち、（ａ＊ｂ）＝｛−１，０，１｝、（ｃ＊ｄ）＝｛１，０，−１｝、（ａ＊ｂ）＋（ｃ＊ｄ）＝０となる。このとき、（ｂ＊ａ）＋（ｄ＊ｃ）＝０も成立する。
【００９０】
符号長８の場合、
第１の符号系列｛ａｉ｝＝｛１，１，−１，１，−１，−１，−１，１｝
第２の符号系列｛ｂｉ｝＝｛１，１，−１，１，１，１，１，−１｝
第３の符号系列｛ｃｉ｝＝｛１，−１，−１，−１，−１，１，−１，−１｝
第４の符号系列｛ｄｉ｝＝｛１，−１，−１，−１，１，−１，１，１｝
とする。このとき、
（ａ＊ａ）＝｛１，０，−３，０，−１，０，−１，８，−１，０，−１，０，−３，０，１｝
（ｃ＊ｃ）＝｛−１，０，３，０，１，０，１，８，１，０，１，０，３，０，−１｝
（ａ＊ａ）＋（ｃ＊ｃ）＝｛０，０，０，０，０，０，０，１６，０，０，０，０，０，０，０｝
となり、第１の符号系列｛ａｉ｝と第３の符号系列｛ｃｉ｝の組は相補符号である。同様に、
（ｂ＊ｂ）＝｛−１，０，３，０，１，０，１，８，１，０，１，０，３，０，−１｝
（ｄ＊ｄ）＝｛１，０，−３，０，−１，０，−１，８，−１，０，−１，０，−３，０，１｝
（ｂ＊ｂ）＋（ｄ＊ｄ）＝｛０，０，０，０，０，０，０，１６，０，０，０，０，０，０，０｝
となり、第２の符号系列｛ｂｉ｝と第４の符号系列｛ｄｉ｝の組も相補符号である。また、
（ａ＊ｂ）＝｛−１，０，３，０，３，０，−１，０，−３，０，１，０，−３，０，１｝
（ｃ＊ｄ）＝｛１，０，−３，０，−３，０，１，０，３，０，−１，０，３，０，−１｝
（ａ＊ｂ）＋（ｃ＊ｄ）＝０
（ｂ＊ａ）＝｛１，０，−３，０，１，０，−３，０，−１，０，３，０，３，０，−１｝
（ｄ＊ｃ）＝｛−１，０，３，０，−１，０，３，０，１，０，−３，０，−３，０，１｝
（ｂ＊ａ）＋（ｄ＊ｃ）＝０
となり、第１の相補符号である符号系列｛ａｉ｝及び｛ｃｉ｝の組と、第２の相補符号である符号系列｛ｂｉ｝及び｛ｄｉ｝の組は「完全直交の関係」を満たす。
【００９１】
このように「完全直交の関係」を満たす符号系列の組を用いると、以下のようなことが実現できる。すなわち、
・第１の符号系列｛ａｉ｝で符号化した信号Ａと第３の符号系列｛ｃｉ｝で符号化した信号Ｃがあるとき、信号Ａを第１の符号系列｛ａｉ｝で復号化した信号と信号Ｃを第３の符号系列｛ｃｉ｝で復号化した信号との和はデルタ関数となる。
・信号Ａを第２の符号系列｛ｂｉ｝で復号化した信号と信号Ｃを第４の符号系列｛ｄｉ｝で復号化した信号との和は０となりキャンセルできる。
・第２の符号系列｛ｂｉ｝で符号化した信号Ｂと第４の符号系列｛ｄｉ｝で符号化した信号Ｄがあるとき、信号Ｂを第２の符号系列｛ｂｉ｝で復号化した信号と信号Ｄを第４の符号系列｛ｄｉ｝で復号化した信号との和はデルタ関数となる。
・信号Ｂを第１の符号系列｛ａｉ｝で復号化した信号と信号Ｄを第３の符号系列｛ｃｉ｝で復号化した信号との和は０となりキャンセルできる。
このような符号系列を異なる２つの領域への光照射を行う光音響装置に適用する。すなわち、第１の照射領域には第１の符号系列｛ａｉ｝および第３の符号系列｛ｃｉ｝で符号化した光を照射し、第２の照射領域には第２の符号系列｛ｂｉ｝および第４の符号系列｛ｄｉ｝で符号化した光を照射する。
【００９２】
この場合、光の照射時間が重複していても、復号処理により、第１の照射領域に照射された光に起因する信号と、第２の照射領域に照射された光に起因する信号とを分離して取得することができる。
【００９３】
図３に示す光音響装置を用いて、異なる２つの領域に光を照射した場合を説明する。本実施例では、第１の光源１１２ａ、第２の光源１１２ｂともに、波長８０８ｎｍ、光出力最大５０Ｗの半導体レーザを用いる。第１の光照射部１１０ａから発せられた光は被検体１８０上の第１の照射領域１８１ａを照射し、第２光照射部１１０ｂから発せられた光は被検体１８０上の第２の照射領域１８１ａを照射する。
【００９４】
受信部１２０には、中心周波数４ＭＨｚ，６ｄＢ帯域２−６ＭＨｚの周波数特性を持つ圧電素子からなるリニアアレイを用いる。受信部１２０と被検体１８０との間は音響マッチングのために超音波ジェルで埋められている。
【００９５】
本実施例では、符号長８の相補符号を用いる。具体的には、
第１の符号系列｛ａｉ｝＝｛１，１，−１，１，−１，−１，−１，１｝
第２の符号系列｛ｂｉ｝＝｛１，１，−１，１，１，１，１，−１｝
第３の符号系列｛ｃｉ｝＝｛１，−１，−１，−１，−１，１，−１，−１｝
第４の符号系列｛ｄｉ｝＝｛１，−１，−１，−１，１，−１，１，１｝
である。
【００９６】
本実施例では、図７に示すシーケンスで、第１の照射領域１８１ａへの強度変調光の照射、第１の照射領域１８１ｂへの強度変調光の照射により発生する光音響波の受信信号の取得を行い、符号化が行われる。
【００９７】
まず、第１の光照射部１１０ａが、第１の符号系列｛ａｉ｝に対応する強度変調光を第１の照射領域１８１ａに照射し、かつ、第２の光照射部１１０ｂが、第２の符号系列｛ｂｉ｝に対応する強度変調光を第２の照射領域１８１ｂに照射する。この２つの強度変調光の照射は所定のタイミングに実行される。そして、受信部１２０は、それらの強度変調光の照射により発生した光音響波を受信し、受信信号Ｓ１を出力する。
【００９８】
次に、第１の光照射部１１０ａが、第３の符号系列｛ｃｉ｝に対応する強度変調光を第１の照射領域１８１ａに照射し、かつ、第２の光照射部１１０ｂが、第４の符号系列｛ｄｉ｝に対応する強度変調光を第２の照射領域１８１ｂに照射する。この２つの強度変調光の照射は所定のタイミングに実行される。そして、受信部１２０は、それらの強度変調光の照射により発生した光音響波を受信し、受信信号Ｓ２を出力する。
【００９９】
以下、本実施例に係る符号化及び復号化について詳述する。
【０１００】
図８のように、第１の光照射部１１０ａから発せられた強度変調光を第１の照射領域１８１ａに照射し、第２の光照射部１１０ｂから発せられた強度変調光を第２の照射領域１８１ｂに照射する場合を考える。また、被検体１８０中、第１の照射領域１８１ａの内側の表面近傍に第１の光吸収体１９０ａがあり、第２の照射領域１８１ｂの内側の表面近傍に、第１の光吸収体１９０ａに比べ吸収係数の小さい第２の光吸収体１９０ｂがあると仮定する。波長８０８ｎｍの光に対する第１の光吸収体１９０ａおよび第２の光吸収体１９０ｂの吸収係数の比を１：０．５とする。また、受信部１２０から各光吸収体までの距離は等しいものとする。
【０１０１】
制御部１５３は、第１の符号系列｛ａｉ｝に関する情報を第１の駆動部１１１ａに送信し、第２の符号系列｛ｂｉ｝に関する情報を第２の駆動部１１１ｂに送信する。
【０１０２】
図９（ａ）は、第１の符号系列｛ａｉ｝に関する情報に基づいて、第１の駆動部１１１ａが生成した駆動電流である。ここで、基準タイミングの時間間隔（符号要素の周期に相当する）は１０００ｎｓである。正の符号要素に対応する第１の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ５０ｎｓ、９５０ｎｓである。負の符号要素に対応する第２の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ９５０ｎｓ、５０ｎｓである。
【０１０３】
図９（ａ）に示す駆動電流によって生成された変調光を第１の光吸収体１９０ａに照射した際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図９（ｂ）のような波形となる。実際には、第１の光吸収体１９０ａから受信部１２０まで光音響波が伝搬する時間の分だけ時間がずれるが、その時間は無視して表記している。
【０１０４】
また、図９（ｃ）は、第２の符号系列｛ｂｉ｝に関する情報に基づいて、第２の駆動部１１１ｂが生成した駆動電流である。ここで、図９（ａ）と同様、基準タイミングの時間間隔（符号要素の周期に相当する）は１０００ｎｓである。正の符号要素に対応する第１の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ５０ｎｓ、９５０ｎｓである。負の符号要素に対応する第２の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ９５０ｎｓ、５０ｎｓである。
【０１０５】
図９（ｃ）に示す駆動電流によって生成された変調光を第２の光吸収体１９０ｂに照射した際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図９（ｄ）のような波形となる。実際には、第２の光吸収体１９０ｂから受信部１２０まで光音響波が伝搬する時間の分だけ時間がずれるが、その時間は無視して表記している。
【０１０６】
第１の光源１１２ａの光出力と第２の光源１１２ｂの光出力とを同期させた場合（略同じタイミング光照射した場合）、受信部１２０が受信して得られる受信信号は、図９（ｂ）と図９（ｄ）との和となる。得られた受信信号をＳ１（ｔ）とし、図１０に示す。ここで、雑音の抑圧効果を説明するため、平均値０、標準偏差０．２の雑音を付加している。
【０１０７】
続いて、制御部１５３は、第３の符号系列｛ｃｉ｝に関する情報を第１の駆動部１１１ａに送信し、第４の符号系列｛ｄｉ｝に関する情報を第２の駆動部１１１ｂに送信する。
【０１０８】
図１１（ａ）は、第３の符号系列｛ｃｉ｝に関する情報に基づいて、第１の駆動部１１１ａが生成した駆動電流である。ここで、基準タイミングの時間間隔（符号要素の周期に相当する）は１０００ｎｓである。正の符号要素に対応する第１の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ５０ｎｓ、９５０ｎｓである。負の符号要素に対応する第２の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ９５０ｎｓ、５０ｎｓである。
【０１０９】
図１１（ａ）に示す駆動電流によって生成された変調光を第１の光吸収体１９０ａに照射した際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図１１（ｂ）のような波形となる。実際には、第１の光吸収体１９０ａから受信部１２０まで光音響波が伝搬する時間の分だけ時間がずれるが、その時間は無視して表記している。
【０１１０】
また、図１１（ｃ）は、第４の符号系列｛ｄｉ｝に関する情報に基づいて、第２の駆動部１１１ｂが生成した駆動電流である。ここで、図１１（ａ）と同様、基準タイミングの時間間隔（符号要素の周期に相当する）は１０００ｎｓである。正の符号要素に対応する第１の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ５０ｎｓ、９５０ｎｓである。負の符号要素に対応する第２の駆動電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間はそれぞれ９５０ｎｓ、５０ｎｓである。
【０１１１】
第２の光吸収体１９０ｂに図１１（ｃ）に示す駆動電流によって生成された変調光を第２の光吸収体１９０ｂに照射した際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図１１（ｄ）のような波形となる。実際には、第２の光吸収体１９０ｂから受信部１２０まで光音響波が伝搬する時間の分だけ時間がずれるが、その時間は無視して表記している。
【０１１２】
第１の光源１１２ａの光出力と第２の光源１１２ｂの光出力とを同期させた場合（略同じタイミング光照射した場合）、受信部１２０が受信して得られる受信信号は、図１１（ｂ）と図１１（ｄ）との和となる。得られた受信信号をＳ２（ｔ）とし、図１２に示す。ここで、雑音の抑圧効果を説明するため、平均値０、標準偏差０．２の雑音を付加している。
【０１１３】
コンピュータ１５０内の演算部１５１が行う、符号化された受信信号の復号方法について説明する。
【０１１４】
基準タイミングの時間間隔をΔｔとしたとき、演算部１５１は、受信信号Ｓ１及びＳ２に対して（式３）にしたがった復号処理を行うことにより、第１の照射領域に対応する復号信号ＤＳ１（ｔ）を得る。また、演算部１５１は、受信信号Ｓ１及びＳ２に対して（式４）にしたがった復号処理を行うことにより、第２の照射領域に対応する復号信号ＤＳ２（ｔ）を得る。
【０１１５】
【数３】
2019000307.tif 000005
【０１１６】
【数４】
2019000307.tif 000006
【０１１７】
図１０の受信波形に対して（式３）の右辺第一項の復号処理を行った結果、図１３（ａ）のような復号された受信信号を得ることができる。また、図１１の受信波形に対して（式３）の右辺第二項の復号処理を行った結果、図１３（ｂ）のような復号された受信信号を得ることができる。そして、図１３（ａ）と図１３（ｂ）の和は、図１３（ｃ）の波形（復号信号ＤＳ１）となる。すなわち、（式３）により復号された信号ＤＳ１では、１回の光照射により得られる受信信号と比べてピーク値は１６倍になり、サイドローブは雑音以下に抑えられていることがわかる。
【０１１８】
また、図１０の受信波形に対して（式４）の右辺第一項の復号処理を行った結果、図１４（ａ）のような復号された受信信号を得ることができる。また、図１２の受信波形に対して（式４）の右辺第二項の復号処理を行った結果、図１４（ｂ）のような復号された受信信号を得ることができる。そして、図１４（ａ）と図１４（ｂ）の和は、図１４（ｃ）の波形（復号信号ＤＳ２）となる。すなわち、（式４）により復号された信号ＤＳ２では、１回の光照射により得られる受信信号と比べてピーク値は１６倍になり、サイドローブは雑音以下に抑えられていることがわかる。
【０１１９】
また、図１３（ｃ）、図１４（ｃ）を比較すると、吸収体の吸収係数の比が保存されていることがわかる。これは、受信信号に含まれる、被検体が有する光吸収に関する情報が、符号化・復号化を行っても保存されることを意味する。よって、復号信号ＤＳ１及びＤＳ２を解析することにより、被検体中の光吸収係数分布を得ることが可能となる。
【０１２０】
さらに、図１３（ｃ）または図１４（ｃ）の信号は、図１０または図１２の信号と比べ、雑音レベルが抑圧されていることがわかる。本実施例のように符号長８の符号系列の組を用いた場合、信号レベルは１６倍、雑音レベルは４倍となり、Ｓ／Ｎ比は４倍向上する。
【０１２１】
演算部１５１は、このようにして得られた復号信号を用いて光音響画像を生成することでＳ／Ｎ比を向上させた光音響画像を得ることが可能となる。受信部１２０が複数のトランスデューサを備える場合、各トランスデューサから出力された受信信号に対して復号処理を行い、トランスデューサ毎に復号信号が生成される。演算部１５１は、複数のトランスデューサに対応する複数の復号信号を用いて、前述した再構成手法等により光音響画像を生成することができる。本実施例によれば、コンピュータ１５０は、複数の照射領域のそれぞれに対応する復号信号に基づいて、複数の照射領域のそれぞれに対応する光音響画像を生成することができる。表示制御手段としてのコンピュータ１５０は、照射領域毎の画像を重畳して表示させたり、並列に表示させたり、切り替えて表示させたりすることができる。
【０１２２】
このように、本実施例においては、複数の照射領域のそれぞれに対応する画像を独立して表示制御できる。そのため、ある照射領域に対応する画像では被検体表面に位置する光吸収体に由来してノイズ成分が多いような場合であっても、ノイズ成分の少ない所望の照射領域に対応する画像を優先的に表示に利用することができる。
【０１２３】
なお、本実施例では、２つの照射領域のそれぞれに対応する復号信号を取得する例を説明したが、２つの照射領域の少なくとも一方に対応する復号信号を取得すればよい。すなわち、本実施例では、複数の照射領域の少なくとも一つに対応する復号信号を取得すればよい。この場合も、所望の照射領域に対応する復号信号を取得することができる。
【０１２４】
本実施例では、光照射による符号化の際に、負の符号要素に対応する光照射（負の強度変調光）を行っているため、負の符号要素を含む符号系列に基づいて精度良く符号化することができる。そのため、本実施例によれば、このように符号化された信号を、負の符号要素を含む符号系列に基づいた復号化（例えば、（式３）、（式４）に示す復号処理）によって精度良く復号することができる。このように、負の符号要素に対応する光照射を行うことにより、負の符号要素を０として光照射しない場合と比べて、精度良く復号することができる。
【０１２５】
また、本実施例では、第１の光源１１２ａからの照射光と第２の光源１１２ｂからの照射光とをほぼ同じタイミングに被検体に照射することで、受信時間を共通化している。その結果、２つの照射領域の光による光音響波を時間的に分離して受信する場合と比べ、より少ない時間でＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【０１２６】
本実施例において、２つの照射領域の光を同期して被検体に照射する場合を示したが、同じタイミングに光照射することは必須ではない。ただし、測定時間を短くするためには、２つの照射領域の光による光音響波の受信期間の少なくとも一部を重ねることが好ましい。
【０１２７】
また、２つの照射領域の光による光音響波を時間的に分離して受信する場合、その時間の間に被検体が動いたりすると信号に時間的なずれが発生する。一方、本実施例の手法によれば、２つの照射領域の光を照射する期間を重ねることで、被検体が動いた場合の信号の時間的なずれを小さくできる。
【０１２８】
本実施例に係る符号要素の基準タイミングの時間間隔の上限について説明する。
【０１２９】
１回の受信信号の取得に要する時間は、受信部から見て、被検体中の観察領域の最も遠い部分で発生した光音響波が受信部に到達するのに要する時間と等しい。この時間をＴｔｏｆとする。
【０１３０】
本実施例では、ひとつの照射領域において、符号長８の符号系列を２つ用いており、復号された受信信号においては、信号レベルは１６倍、雑音レベルは４倍となっている。そのため、Ｓ／Ｎ比は４倍向上することになる。
【０１３１】
一般的に知られるインパルス状のパルス光を照射して光音響波を発生させる手法で同じＳ／Ｎ比の向上を得るには、単純に受信信号を１６回取得しそれを平均する必要がある。被検体中の光の伝搬の時間は短いので無視すると、一般的な手法において、受信信号を１６回取得するのに要する時間は１６Ｔｔｏｆとなる。さらに、２つの照射領域分の受信信号を得る必要があるので、測定に要する時間は３２Ｔｔｏｆとなる。
【０１３２】
第１の符号系列｛ａｉ｝に相当する受信信号の取得に要する時間は、第１の符号系列｛ａｉ｝に相当する光を照射する時間に、最後の符号要素に対応する光によって発生した光音響波が受信部に到達するまでの時間を加えたものとなる。すなわち、その時間は７Δｔ＋Ｔｔｏｆとなる。第２〜第４の符号系列｛ｂｉ｝、｛ｃｉ｝、及び｛ｄｉ｝に相当する受信信号の取得に要する時間も同一である。そのため、第１〜第４の符号系列｛ａｉ｝、｛ｂｉ｝、｛ｃｉ｝、及び｛ｄｉ｝に対応する受信信号の取得を順番に（直列に）実行する場合、第１の照射領域の光及び第２の照射領域の光に起因する受信信号の取得に要する時間は２８Δｔ＋４Ｔｔｏｆとなる。
【０１３３】
本実施例では、第１の照射領域の光と第２の照射領域の光とを同時に照射し、受信信号の取得を同時に行っている。これにより、本実施例による受信信号の取得に要する時間は１４Δｔ＋２Ｔｔｏｆとなり、各照射領域に対応する信号を時間的に分離する手法と比べて、受信信号の取得に要する時間は削減される。
【０１３４】
本実施例による手法のほうが受信信号の取得に要する時間が短ければ、一般的な手法と比較してＳ／Ｎ比の向上の効果が高いといえる。この条件は、１４Δｔ＜３０Ｔｔｏｆである。符号長Ｎを用いて一般化すると、この条件は、
【０１３５】
【数５】
2019000307.tif 000007
となり、Ｎがある程度大きいとき、Δｔ＜２Ｔｔｏｆであることが望ましい。すなわち、基準タイミングの時間間隔は、受信部から見て被検体の観察領域の最も遠い部分で発生した光音響波が受信部に到達するのに要する時間の２倍よりも小さいことが好ましい。例えば、受信部と被検体の観察領域の最も遠い部分との距離が５ｃｍ、被検体内の音速が１５００ｍ／ｓの場合、被検体の観察領域の最も遠い部分で発生した光音響波が受信部に到達するまでの時間は３３μｓとなる。この場合、基準タイミングの時間間隔は６６μｓよりも短くすることが好ましい。符号長８の場合は、（式５）より、７１μｓよりも短くすることが好ましい。なお、制御部１５３は、ユーザーが入力部１７０を用いて指示した関心領域に応じて、最も遠い部分で発生した光音響波が受信部に到達するまでの時間よりも短い基準タイミングの時間間隔となるように変更してもよい。また、制御部１５３は、ユーザーの指示や計算により決定された被検体の音速に応じて、最も遠い部分で発生した光音響波が受信部に到達するまでの時間よりも短い基準タイミングの時間間隔となるように変更してもよい。
【０１３６】
＜駆動部の構成＞
正の強度変調光を発生させる駆動電流を「第１の駆動電流」と呼び、負の強度変調光を発生させる駆動電流を「第２の駆動電流」と呼ぶ。
【０１３７】
第１の駆動部１１１ａあるいは第２の駆動部１１１ｂは、第１の駆動電流と第２の駆動電流の双方を発生可能な１つの電源から構成されてもよい。また、第１の駆動部１１１ａあるいは第２の駆動部１１１ｂは、は、第１の駆動電流を発生可能な第１の電源と、第２の駆動電流を発生可能な第２の電源とで構成されてもよい。ここでは、各駆動電流を別々の電源で生成する例を、図１５を用いて説明する。
【０１３８】
図１５に示す第１の駆動部１１１ａは、第１の駆動電流を発生可能な第１の電源２１０ａ、及び、第２の駆動電流を発生可能な第２の電源２２０ａを含む。制御部１５３は、１と０からなる第１の制御信号２３０と−１と０からなる第２の制御信号２４０を第１の駆動部１１１ａに送信する機能を有する。
【０１３９】
例えば、上記した第１の符号系列｛ａｉ｝＝｛１，１，−１，１，−１，−１，−１，１｝に対応する光照射を行う場合、第１の制御信号｛１，１，０，１，０，０，０，１｝と、第２の制御信号｛０，０，−１，０，−１，−１，−１，０｝に分離し、それぞれを第１の駆動部１１１ａに送信する。すなわち、制御部１５３は、第１の制御信号２３０を第１の電源２１０ａに送信し、第２の制御信号２４０を第２の電源２２０ａに送信する。
【０１４０】
第１の電源２１０ａは、第１の制御信号の符号要素｛１｝のタイミングに合わせて第１の駆動電流を生成し、第１の制御信号の符号要素｛０｝のタイミングでは電流を０とする、もしくは光音響波の発生が抑制された電流を生成する。第２の電源２２０ａは、第２の制御信号の符号要素｛−１｝のタイミングに合わせて第２の駆動電流を生成し、第２の制御信号の符号要素｛０｝のタイミングでは電流を０とする、もしくは光音響波の発生が抑制された電流を生成する。その結果、第１の光源１１２ａには、第１の符号系列｛ａｉ｝に対応する駆動電流（図９（ａ））と同様の電流が投入される。
【０１４１】
図１５に示す第２の駆動部１１１ｂは、第１の駆動電流を発生可能な第３の電源２１０ｂ、及び、第２の駆動電流を発生可能な第４の電源２２０ｂを含む。制御部１５３は、１と０からなる第３の制御信号２５０と−１と０からなる第４の制御信号２６０を第２の駆動部１１１ｂに送信する機能を有する。
【０１４２】
例えば、上記した第２の符号系列｛ｂｉ｝＝｛１，１，−１，１，１，１，１，−１｝に対応する光照射を行う場合、第３の制御信号｛１，１，０，１，１，１，１，０｝と、第４の制御信号｛０，０，−１，０，０，０，０，−１｝に分離し、それぞれを第２の駆動部１１１ｂに送信する。すなわち、制御部１５３は、第３の制御信号２５０を第３の電源２１０ｂに送信し、第４の制御信号２６０を第４の電源２２０ｂに送信する。
【０１４３】
第３の電源２１０ｂは、第３の制御信号の符号要素｛１｝のタイミングに合わせて第１の駆動電流を生成し、第３の制御信号の符号要素｛０｝のタイミングでは電流を０とする、もしくは光音響波の発生が抑制された電流を生成する。第４の電源２２０は、第４の制御信号の符号要素｛−１｝のタイミングに合わせて第２の駆動電流を生成し、第４の制御信号の符号要素｛０｝のタイミングでは電流を０とする、もしくは光音響波の発生が抑制された電流を生成する。その結果、第２の光源１１２ｂには、第３の符号系列｛ｂｉ｝に対応する駆動電流（図９（ｃ））と同様の電流が投入される。
【０１４４】
異なる駆動電流をひとつの電源で発生することに比べ、駆動電流毎に別々の電源を用いる装置の方が、第１の駆動部１１１ａあるいは第２の駆動部１１１ｂの設計を簡略化できる。また、駆動電流毎に別々の電源を用いる場合、異なる駆動電流を高速に切り替えるときの応答性が高い。その結果、異なる符号要素の光を時間的に重複して被検体に照射することができる。これにより、光の照射効率を高めることができ、短時間で高いＳ／Ｎの復号信号を取得することができる。
【０１４５】
本実施例において、第１の光源１１２ａと第２の光源１１２ｂのピーク光出力の最大強度を同一としたがそれに限ったものではない。本実施例において、第１の光源１１２ａにおける｛１｝のレベルと｛−１｝のレベルはある程度揃っている必要があり、第２の光源１１２ｂにおける｛１｝のレベルと｛−１｝のレベルもある程度揃っている必要がある。ここで、ある程度、とは、平均化することでそのばらつきは無視できる程度に揃っている、という意味である。しかし、第１の光源１１２ａにおける｛１｝のレベルと第２の光源１１２ｂにおける｛１｝のレベルは一致している必要はない。例えば、光源の個体差により、同じ投入電流でもその時の光出力が異なる場合がある。その場合、光出力の最大強度が一致するように投入電流を光源ごとにかえてもよい。また、ピーク光出力の最大強度が異なる場合でも、復号された受信信号をそれぞれの光出力の最大ピーク強度で規格化することで補正できる。あるいは、受信信号をそれぞれの光出力の最大強度で規格化したのちに復号処理を施してもよい。
【０１４６】
また、本実施例において、符号長、基準タイミングの時間間隔はここに示したものに限らず、被検体中の観察領域の深さや光源駆動部の性能などに合わせて、Ｓ／Ｎ比の向上が図れるよう適切なものを用いればよい。
【０１４７】
本実施例では、横に並んだ２つの照射領域を説明したが、互いに異なる領域に光を照射する限り、複数の照射領域のそれぞれはいかなる態様であってもよい。例えば、複数の照射領域が半径の異なる同心のリング状となっていたりしてもよい。
【実施例２】
【０１４８】
＜直交符号を適用した符号化・復号化＞
「完全直交の関係」を満たす２組の相補符号は存在するが、互いに「完全直交の関係」を満たす３組以上の相補符号は存在しない。よって、実施例１で述べた手法を３つ以上の照射領域に適用することはできない。
【０１４９】
本実施例では、３つ以上の照射領域に適用する場合の符号化・復号化の手法について以下に説明する。
【０１５０】
以下に示す、符号長４の互いに直交する４つの符号系列｛ａｉｋ｝（ｋ＝１から４、ｉ＝１から４）を考える。
第１の符号系列｛ａｉ１｝＝｛１，−１，−１，１｝
第２の符号系列｛ａｉ２｝＝｛１，−１，１，−１｝
第３の符号系列｛ａｉ３｝＝｛１，１，−１，−１｝
第４の符号系列｛ａｉ４｝＝｛１，１，１，１｝
さらに、以下に示す、この４つの符号系列を重複なく順次並べるための順番を表す互いに異なる４つの順列｛ｇｍ｝（ｍ＝１から４、各要素は１から４のいずれか）を考える。
第１の順列｛ｇ１｝＝｛｛ａｉ１｝，｛ａｉ２｝，｛ａｉ３｝，｛ａｉ４｝｝
第２の順列｛ｇ２｝＝｛｛ａｉ２｝，｛ａｉ１｝，｛ａｉ４｝，｛ａｉ３｝｝
第３の順列｛ｇ３｝＝｛｛ａｉ３｝，｛ａｉ４｝，｛ａｉ１｝，｛ａｉ２｝｝
第４の順列｛ｇ４｝＝｛｛ａｉ４｝，｛ａｉ３｝，｛ａｉ２｝，｛ａｉ１｝｝
ここで、順列ｇｐおよびｇｑ従って４つの符号系列を並べた場合の、それぞれの相互相関関数の総和を考える。式で表すと以下のように表現できる。
【０１５１】
【数６】
2019000307.tif 000008
【０１５２】
（ｐ，ｑは１から４の整数）
ここで、ｐ＝ｑのとき、（式６）は自己相関関数の総和となり、ピークにおいて１６となり、ピーク以外のすべての点で０となる。すなわち、
（ａ１＊ａ１）＝｛１，−２，−１，４，−１，−２，１｝
（ａ２＊ａ２）＝｛−１，２，−３，４，−３，２，−１｝
（ａ３＊ａ３）＝｛−１，−２，１，４，１，−２，−１｝
（ａ４＊ａ４）＝｛１，２，３，４，３，２，１｝
であり、任意のｐにおいて、
【０１５３】
【数７】
2019000307.tif 000009
が成立する。
【０１５４】
また、ｐ≠ｑのとき、（式６）は相互相関関数の総和となり、ｐ≠ｑであるすべての組み合わせにおいて、すべての点で０となる。例えば、ｐ＝１、ｑ＝２の場合、
（ａ１＊ａ２）＝｛−１，２，−１，０，１，−２，１｝
（ａ２＊ａ１）＝｛１，−２，１，０，−１，２，−１｝
（ａ３＊ａ４）＝｛１，２，１，０，−１，−２，−１｝
（ａ４＊ａ３）＝｛−１，−２，−１，０，１，２，１｝
であり、
【０１５５】
【数８】
2019000307.tif 000010
が成立する。
【０１５６】
このような特性を有する符号系列の組を用いると、以下のようなことが実現できる。すなわち、
・ある順列ｇｐで決まる順番の４つの符号系列に従って、符号化した信号を順次取得し、取得した信号を同じ順列ｇｐで決まる順番の４つの符号系列に従って順次復号化した場合、復号化した信号の総和はデルタ関数となる。
・ある順列ｇｐで決まる順番の４つの符号系列に従って、符号化した信号を順次取得し、取得した信号をそれと異なる順列ｇｑで決まる順番の４つの符号系列に従って順次復号化した場合、復号化した信号の総和は０となりキャンセルできる。
このような符号系列とその順番を示す順列を互いに異なる複数の照射領域に光を照射する光音響装置に適用した場合を考える。この場合、光の照射時間が重複していても、ある照射領域の光に起因する信号と、その他の照射領域の光に起因する信号とを分離して取得することができる。
【０１５７】
照射領域の数、符号長、及び互いに直交する符号系列の数の好適な関係について説明する。照射領域数が２から４の場合、符号長は４、直交する符号の数は４とするのが好ましい。照射領域数が５から８の場合、符号長は８、直交する符号の数は８とするのが好ましい。直交する符号系列の数は照射領域の数以上の２のべき乗数とするのが好ましい。
【０１５８】
本実施例では、図１６に示す光音響装置を用いて、異なる３つの照射領域に光を照射する場合を説明する。図１６は、光音響装置全体の概略ブロック図である。図３と共通する部材には同じ番号を付し、説明は省略する。本実施形態に係る光音響装置は、光照射部３１０（第１の光照射部３１０ａ、第２の光照射部３１０ｂ、第３の光照射部３１０ｃ）、受信部１２０、信号収集部１４０、コンピュータ１５０、表示部１６０、及び入力部１７０を有する。
【０１５９】
光照射部３１０は、第１の照射領域３８１ａに光を照射する第１の光照射部３１０ａ、第２の照射領域３８１ｂに光を照射する第２の光照射部３１０ｂ、および、第３の照射領域３８１ｃに光を照射する第３の光照射部３１０ｃを含む。
【０１６０】
第１の光照射部３１０ａは、第１の光源３１２ａおよび第１の光源３１２ａから射出された光を被検体１８０上の第１の照射領域３８１ａへ導く第１の光学系３１３ａを含む。また、第１の光照射部３１０ａは、第１の光源３１２ａの駆動を制御する第１の駆動部３１１ａを含む。
【０１６１】
第２の光照射部３１０ｂは、第２の光源３１２ｂおよび第２の光源３１２ｂから射出された光を被検体１８０上の第２の照射領域３８１ｂへ導く第２の光学系３１３ｂを含む。また、第２の光照射部３１０ｂは、第２の光源３１２ｂの駆動を制御する第２の駆動部３１１ｂを含む。
【０１６２】
第３の光照射部３１０ｃは、第３の光源３１２ｃおよび第３の光源３１２ｃから射出された光を被検体１８０上の第３の照射領域３８１ｃへ導く第３の光学系３１３ｃを含む。また、第３の光照射部３１０ｃは、第３の光源３１２ｃの駆動を制御する第３の駆動部３１１ｃを含む。
【０１６３】
本実施例では、第１の光源３１２ａ、第２の光源３１２ｂ、第３の光源３１２ｃとして、波長８０８ｎｍ、光出力最大５０Ｗの半導体レーザを用いる。
【０１６４】
受信部１２０には、中心周波数４ＭＨｚ，６ｄＢ帯域２−６ＭＨｚの周波数特性を持つ圧電素子からなるリニアアレイを用いる。受信部１２０と被検体１８０との間は音響マッチングのために超音波ジェルで埋められている。
【０１６５】
本実施例では、符号長４の互いに直交する４つの符号系列を用いる。具体的には、
第１の符号系列｛ａｉ１｝＝｛１，−１，−１，１｝
第２の符号系列｛ａｉ２｝＝｛１，−１，１，−１｝
第３の符号系列｛ａｉ３｝＝｛１，１，−１，−１｝
第４の符号系列｛ａｉ４｝＝｛１，１，１，１｝
である。また、第１、第２、第３の照射領域への光それぞれに割り当てた順列を
第１の順列｛ｇ１｝＝｛｛ａｉ１｝，｛ａｉ２｝，｛ａｉ３｝，｛ａｉ４｝｝
第２の順列｛ｇ２｝＝｛｛ａｉ２｝，｛ａｉ１｝，｛ａｉ４｝，｛ａｉ３｝｝
第３の順列｛ｇ３｝＝｛｛ａｉ３｝，｛ａｉ４｝，｛ａｉ１｝，｛ａｉ２｝｝
とする。
【０１６６】
すなわち、第１の順列で決まる順番で４つの符号系列を第１の照射領域に照射する光に割り当てる。また、第２の順列で決まる順番で４つの符号系列を第２の照射領域に照射する光に割り当てる。また、第３の順列で決まる順番で４つの符号系列を第３の照射領域に照射する光を割り当てる。
【０１６７】
本実施例に係る光音響装置の符号化・復号化のフローを説明する。ここで、図１７に示す場合を考える。すなわち、図１７に示すように、第１の光照射部３１０ａから発せられた強度変調光を第１の照射領域３８１ａに照射する。また、図１７に示すように、第２の光照射部３１０ｂから発せられた強度変調光を第２の照射領域３８１ｂに照射する。また、図１７に示すように、第３の光照射部３１０ｃから発せられた強度変調光を第３の照射領域３８１ｃに照射する。また、被検体１８０内に光吸収体３９０ａ、３９０ｂ、及び３９０ｃがある場合を仮定する。ここでは、第１の照射領域３８１ａの内側の被検体１８０の表面近傍に第１の光吸収体３９０ａがある。また、第２の照射領域３８１ｂの内側の被検体１８０の表面近傍に第２の光吸収体３９０ｂがある。また、第３の照射領域３８１ｃの内側の被検体１８０の表面近傍に第３の光吸収体３９０ｃがある。波長８０８ｎｍの光に対する第１の光吸収体３９０ａ、第２の光吸収体３９０ｂ、第３の光吸収体３９０ｃの吸収係数の比を１：０．５：０．７５とする。また、受信部１２０から各光吸収体までの距離は等しいものとする。
【０１６８】
本実施例では、図１８に示すシーケンスで、各順列の同じ番号の要素の強度変調光を同期して被検体１８０に照射し、符号化が行われる。
【０１６９】
まず、１番目の順列要素については、光照射部１１０が、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光、及び第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光を同期して照射する。このとき、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。そして、受信部１２０は、その光照射により発生した光音響波を受信し、受信信号Ｓ１を出力する。
【０１７０】
次に、２番目の順列要素については、光照射部１１０が、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光、及び第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光を同期して照射する。このとき、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。そして、受信部１２０は、その光照射により発生した光音響波を受信し、受信信号Ｓ２を出力する。
【０１７１】
次に、３番目の順列要素については、光照射部１１０が、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光、第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光、及び第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光を同期して照射する。このとき、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。そして、受信部１２０は、その光照射により発生した光音響波を受信し、受信信号Ｓ３を出力する。
【０１７２】
次に、４番目の順列要素については、光照射部１１０が、第４の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光、及び第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光を同期して照射する。このとき、第４の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。そして、受信部１２０は、その光照射により発生した光音響波を受信し、受信信号Ｓ４を出力する。
【０１７３】
なお、各順列要素の各照射領域への光照射を完全に同期させずに行ってもよい。ただし、単位時間当たりの取得信号のＳ／Ｎ向上のために、複数の照射領域への強度変調光の照射期間が互いに少なくとも一部重なっていることが好ましい。
【０１７４】
＜Ｓ１．１番目の順列要素に対応する強度変調光照射＞
制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第１の符号系列｛ａｉ１｝に関する情報を第１の駆動部３１１ａに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第２の符号系列｛ａｉ２｝に関する情報を第２の駆動部３１１ｂに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第３の符号系列｛ａｉ３｝に関する情報を第の駆動部３１１ｃに送信する。
【０１７５】
第１の光源３１２ａは、第１の符号系列｛ａｉ１｝に関する情報に基づいて第１の駆動部３１１ａが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第１の光学系３１３ａを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ａに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図１９（ａ）のような波形となる。
【０１７６】
第２の光源３１２ｂは、第２の符号系列｛ａｉ２｝に関する情報に基づいて第２の駆動部３１１ｂが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第２の光学系３１３ｂを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｂに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図１９（ｂ）のような波形となる。
【０１７７】
第３の光源３１２ｃは、第３の符号系列｛ａｉ３｝に関する情報に基づいて第３の駆動部３１１ｃが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第３の光学系３１３ｃを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｃに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図１９（ｃ）のような波形となる。
【０１７８】
＜Ｓ２．１番目の順列要素に対応する受信信号の取得＞
第１の光源３１２ａ、第２の光源３１２ｂ、第３の光源３１２ｃの光出力を同期させた場合（略同じタイミングに照射した場合）、受信部１２０が受信して得られる受信信号は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）の和となる。このとき得られる受信信号をＳ１（ｔ）とし、図１９（ｄ）に示す。すなわち、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光、及び第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光を略同じタイミングに照射することによりＳ１（ｔ）が得られる。このとき、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。ここで、雑音の抑圧効果を説明するため、平均値０、標準偏差０．２の雑音を付加している。
【０１７９】
＜Ｓ３．２番目の順列要素に対応する強度変調光照射＞
制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第２の符号系列｛ａｉ２｝に関する情報を第１の駆動部３１１ａに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第１の符号系列｛ａｉ１｝に関する情報を第２の駆動部３１１ｂに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第４の符号系列｛ａｉ４｝に関する情報を第３の駆動部３１１ｃに送信する。
【０１８０】
第１の光源３１２ａは、第２の符号系列｛ａｉ２｝に関する情報に基づいて第１の駆動部３１１ａが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第１の光学系３１３ａを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ａに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２０（ａ）のような波形となる。
【０１８１】
第２の光源３１２ｂは、第１の符号系列｛ａｉ１｝に関する情報に基づいて第２の駆動部３１１ｂが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第２の光学系３１３ｂを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｂに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２０（ｂ）のような波形となる。
【０１８２】
第３の光源３１２ｃは、第４の符号系列｛ａｉ４｝に関する情報に基づいて第３の駆動部３１１ｃが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第３の光学系３１３ｃを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｃに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２０（ｃ）のような波形となる。
【０１８３】
＜Ｓ４．２番目の順列要素に対応する受信信号の取得＞
第１の光源３１２ａ、第２の光源３１２ｂ、第３の光源３１２ｃの光出力を同期させた場合（略同じタイミングに照射する場合）、受信部１２０が受信して得られる受信信号は、図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２０（ｃ）の和となる。このとき得られる受信信号をＳ２（ｔ）とし、図２０（ｄ）に示す。すなわち、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光、及び第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光を略同じタイミングに照射することによりＳ２（ｔ）が得られる。このとき、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。ここで、雑音の抑圧効果を説明するため、平均値０、標準偏差０．２の雑音を付加している。
【０１８４】
＜Ｓ５．３番目の順列要素に対応する強度変調光照射＞
制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第３の符号系列｛ａｉ３｝に関する情報を第１の駆動部３１１ａに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第４の符号系列｛ａｉ４｝に関する情報を第２の駆動部３１１ｂに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第１の符号系列｛ａｉ１｝に関する情報を第３の駆動部３１１ｃに送信する。
【０１８５】
第１の光源３１２ａは、第３の符号系列｛ａｉ３｝に関する情報に基づいて第１の駆動部３１１ａが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第１の光学系３１３ａを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ａに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２１（ａ）のような波形となる。
【０１８６】
第２の光源３１２ｂは、第４の符号系列｛ａｉ４｝に関する情報に基づいて第２の駆動部３１１ｂが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第２の光学系３１３ｂを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｂに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２１（ｂ）のような波形となる。
【０１８７】
第３の光源３１２ｃは、第１の符号系列｛ａｉ１｝に関する情報に基づいて第３の駆動部３１１ｃが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第３の光学系３１３ｃを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｃに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２１（ｃ）のような波形となる。
【０１８８】
＜Ｓ６．３番目の順列要素に対応する受信信号の取得＞
第１の光源３１２ａ、第２の光源３１２ｂ、第３の光源３１２ｃの光出力を同期させた場合（略同じタイミングに照射する場合）、受信部１２０が受信して得られる受信信号は、図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）の和となる。このとき得られる受信信号をＳ３（ｔ）とし、図２１（ｄ）に示す。すなわち、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光、第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光、及び第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光を略同じタイミングに照射することによりＳ３（ｔ）が得られる。このとき、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第４の符号系列｛ａｉ４｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第１の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。ここで、雑音の抑圧効果を説明するため、平均値０、標準偏差０．２の雑音を付加している。
【０１８９】
＜Ｓ７．４番目の順列要素に対応する強度変調光照射＞
制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第４の符号系列｛ａｉ４｝に関する情報を第１の駆動部３１１ａに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第３の符号系列｛ａｉ３｝に関する情報を第２の駆動部３１１ｂに送信する。また、制御部１５３は、割り当てられた順列に従い、第２の符号系列｛ａｉ２｝に関する情報を第３の駆動部３１１ｃに送信する。
【０１９０】
第１の光源３１２ａは、第４の符号系列｛ａｉ４｝に関する情報に基づいて第１の駆動部３１１ａが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第１の光学系３１３ａを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ａに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２２（ａ）のような波形となる。
【０１９１】
第２の光源３１２ｂは、第３の符号系列｛ａｉ３｝に関する情報に基づいて第２の駆動部３１１ｂが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第２の光学系３１３ｂを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｂに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２２（ｂ）のような波形となる。
【０１９２】
第３の光源３１２ｃは、第２の符号系列｛ａｉ２｝に関する情報に基づいて第３の駆動部３１１ｃが生成した駆動電流によって駆動される。発生した光は、第３の光学系３１３ｃを通して、点状の光吸収体（音源）３９０ｃに照射される。その際に発生する光音響波を受信部１２０で受信して得られる受信信号は、図２２（ｃ）のような波形となる。
【０１９３】
＜Ｓ８．４番目の順列要素に対応する受信信号の取得＞
第１の光源３１２ａ、第２の光源３１２ｂ、第３の光源３１２ｃの光出力を同期させた場合（略同じタイミングに照射する場合）、受信部１２０が受信して得られる受信信号は、図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２２（ｃ）の和となる。すなわち、第４の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光、及び第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光を略同じタイミングに照射することによりＳ４（ｔ）が得られる。このとき、第４の符号系列｛ａｉ１｝に対応する強度変調光は、第１の照射領域に照射される。また、第３の符号系列｛ａｉ３｝に対応する強度変調光は、第２の照射領域に照射される。また、第２の符号系列｛ａｉ２｝に対応する強度変調光は、第３の照射領域に照射される。このとき得られる受信信号をＳ４（ｔ）とし、図２２（ｄ）に示す。ここで、雑音の抑圧効果を説明するため、平均値０、標準偏差０．２の雑音を付加している。
【０１９４】
図１９から２２において、実際には、点状の光吸収体から受信部１２０まで光音響波が伝搬する時間の分だけ時間がずれるが、その時間は無視して表記している。
【０１９５】
＜Ｓ９．復号化＞
コンピュータ１５０内の演算部１５１が行う、符号化された受信信号の復号方法について説明する。
【０１９６】
基準タイミングの時間間隔をΔｔとしたとき、演算部１５１は、（式９）から（式１１）にしたがった復号処理を行うことにより、それぞれの照射領域への強度変調光に対する復号信号ＤＳ１（ｔ）、ＤＳ２（ｔ）、ＤＳ３（ｔ）を得る。ここで、第１、第２、第３の照射領域の光それぞれに割り当てたのと同じ順列で決まる順番で、４つの符号系列を復号処理に用いている。
【０１９７】
【数９】
2019000307.tif 000011
【０１９８】
【数１０】
2019000307.tif 000012
【０１９９】
【数１１】
2019000307.tif 000013
【０２００】
符号長をＮ、互いに直交する符号系列の数（すなわち順列の要素数）をＫ個として（式９）から（式１１）を一般化すると、（式１２）のようになる。
【０２０１】
【数１２】
2019000307.tif 000014
ここで、ＤＳｍは復号信号、ｉは１以上の自然数、｛ｇｍ（ｊ）｝は複数の照射領域への光それぞれに割り当てられた順列、Ｓｊは順列要素に対応する受信信号、ｊは１以上の自然数、ＫはＫ≧Ｍを満たす２のべき乗数である。また、ｍは１以上Ｍ以下の自然数、Ｍは複数の照射領域の数、ｔは時間、Δｔは符号系列の符号要素の基準タイミングの時間間隔、である。
【０２０２】
第１の照射領域に対応する復号の様子を、図２３を用いて説明する。
【０２０３】
図１９（ｄ）の受信波形（Ｓ１）に対して（式９）の右辺第一項の復号処理を行った結果、図２３（ａ）のような復号された受信信号を得ることができる。また、図２０（ｄ）の受信波形（Ｓ２）に対して（式９）の右辺第二項の復号処理を行った結果、図２３（ｂ）のような復号された受信信号を得ることができる。また、図２１（ｄ）の受信波形（Ｓ４）に対して（式９）の右辺第三項の復号処理を行った結果、図２３（ｃ）のような復号された受信信号を得ることができる。また、図２２（ｄ）の受信波形（Ｓ４）に対して（式９）の右辺第四項の復号処理を行った結果、図２３（ｄ）のような復号された受信信号を得ることができる。そして、図２３（ａ）〜（ｄ）の和は、第１の照射領域への強度変調光に対応する復号信号ＤＳ１を示す図２３（ｅ）となる。すなわち、（式９）により復号された信号ＤＳ１では、１回の光照射により得られる受信信号と比べてピーク値は１６倍になり、サイドローブは雑音以下に抑えられていることがわかる。
【０２０４】
同様に、第２の照射領域の光照射に対応する復号の様子を図２４（ａ）〜（ｅ）に、第３の照射領域の光照射に対応する復号の様子を図２５（ａ）〜（ｅ）に示す。これらより、（式１０）、（式１１）により復号された信号ＤＳ２またはＤＳ３では、１回の光照射により得られる受信信号と比べてピーク値は１６倍になり、サイドローブは雑音以下に抑えられていることがわかる。
【０２０５】
また、図２３（ｅ）、図２４（ｅ）、図２５（ｅ）を比較すると、吸収体の吸収係数の比が保存されていることがわかる。これは、受信信号に含まれる、被検体が有する光吸収に関する情報が、符号化・復号化を行っても保存されることを意味する。よって、複数の照射領域への強度変調光に対応する復号信号ＤＳ１、ＤＳ２、及びＤＳ３を解析することにより、被検体中の光吸収係数分布を得ることが可能となる。
【０２０６】
また、復号信号ＤＳ１、ＤＳ２、及びＤＳ３を解析することで、実施例１と同様に、照射領域ごとに光音響画像を複数生成することができる。コンピュータ１５０は、照射領域毎の画像を重畳して表示させたり、並列に表示させたり、切り替えて表示させたりすることができる。このように、本実施例においては、複数の照射領域のそれぞれに対応する画像を独立して表示制御できる。
【０２０７】
なお、本実施例では、３つの照射領域のそれぞれに対応する復号信号を取得する例を説明したが、３つの照射領域の少なくとも一方に対応する復号信号を取得すればよい。すなわち、本実施例では、複数の照射領域の少なくとも一つに対応する復号信号を取得すればよい。この場合も、所望の照射領域に対応する復号信号を取得することができる。
【０２０８】
なお、実施例１と同様に、制御部１５３は、観察領域（関心領域）や被検体の音速などに応じて、短時間で高Ｓ／Ｎの信号を取得することができるように、基準タイミングの時間間隔を設定してもよい。また、再構成手法に関しても、実施例１と同様の手法を採用してもよい。また、本実施例においても、実施例１で説明した駆動部の構成を採用してもよい。
【０２０９】
本実施例では、横に並んだ３つの照射領域を説明したが、互いに異なる領域に光を照射する限り、複数の照射領域のそれぞれはいかなる態様であってもよい。例えば、複数の照射領域が半径の異なる同心のリング状となっていたりしてもよい。
【実施例３】
【０２１０】
＜少ない符号系列数での符号化・復号化＞
実施例２で説明した手法において、例えば、符号長を４ではなく８にすることで、よりＳ／Ｎ比を向上させることが可能である。しかしながら、その場合、互いに直交する符号系列の数も８となり、符号化するための光照射と光音響波の受信についても８回繰り返す必要があり、測定時間が増加する。
【０２１１】
本実施例では、符号系列の数を少なくすることにより、測定時間の増大を抑えつつ、Ｓ／Ｎ比を向上させる例を説明する。
【０２１２】
以下に示す、符号長８の互いに直交する４つの符号系列｛ａｉｋ｝（ｋ＝１から４、ｉ＝１から８）を考える。
第１の符号系列｛ａｉ１｝＝｛１，１，−１，−１，−１，−１，１，１｝
第２の符号系列｛ａｉ２｝＝｛１，１，−１−１，１，１，−１，−１｝
第３の符号系列｛ａｉ３｝＝｛１，１，１，１，−１，−１，−１，−１｝
第４の符号系列｛ａｉ４｝＝｛１，１，１，１，１，１，１，１｝
これは、実施例２で説明した各符号系列の｛１｝に｛１，１｝を割り当て、｛−１｝に｛−１，−１｝を割り当てたものである。すなわち、互いに直交する４つの符号系列の各符号要素を２回ずつ繰り返すことにより、符号要素の数を２倍としている。なお、各符号要素の繰り返し回数は、２以上の自然数であればいかなる値を採用してもよい。
【０２１３】
さらに、以下に示す、この４つの符号系列を重複なく順次並べるための順列を表す互いに異なる４つの順列を考える。
第１の順列｛ｇ１｝＝｛｛ａｉ１｝，｛ａｉ２｝，｛ａｉ３｝，｛ａｉ４｝｝
第２の順列｛ｇ２｝＝｛｛ａｉ２｝，｛ａｉ１｝，｛ａｉ４｝，｛ａｉ３｝｝
第３の順列｛ｇ３｝＝｛｛ａｉ３｝，｛ａｉ４｝，｛ａｉ１｝，｛ａｉ２｝｝
第４の順列｛ｇ４｝＝｛｛ａｉ４｝，｛ａｉ３｝，｛ａｉ２｝，｛ａｉ１｝｝
ここで、（式６）で示したように、順列ｇｐおよびｇｑ従って４つの符号系列を並べた場合の、それぞれの相互相関関数の総和を考える。
【０２１４】
ｐ＝ｑのとき、（式６）は自己相関関数の総和となり、ピーク近傍において１６、３２、１６、それ以外のすべての点でＯとなる。すなわち、
（ａ１＊ａ１）＝｛１，−２，−１，−４，−３，−２，３，８，３，−２，−３，−４，−１，２，１｝
（ａ２＊ａ２）＝｛−１，−２，１，４，−１，−６，１，８，１，−６，−１，４，１，−２，−１｝
（ａ３＊ａ３）＝｛−１，−２，−３，−４，−１，２，５，８，５，２，−１，−４，−３，−２，−１｝
（ａ４＊ａ４）＝｛１，２，３，４，５，６，７，８，７，６，５，４，３，２，１｝
であり、任意のｐにおいて、
【０２１５】
【数１３】
2019000307.tif 000015
が成立する。
【０２１６】
また、ｐ≠ｑのとき、（式６）は相互相関関数の総和となり、ｐ≠ｑであるすべての組み合わせにおいて、すべての点で０となる。例えば、ｐ＝１、ｑ＝２の場合、
（ａ１＊ａ２）＝｛−１，−２，１，４，１，−２，−１，０，１，２，−１，−４，−１，２，１｝
（ａ２＊ａ１）＝｛１，２，−１，−４，−１，２，１，０，−１，−２，１，４，１，−２，−１｝
（ａ３＊ａ４）＝｛１，２，３，４，３，２，１，０，−１，−２，−３，−４，−３，−２，−１｝
（ａ４＊ａ３）＝｛−１，−２，−３，−４，−３，−２，−１，０，１，２，３，４，３，２，１｝
であり、
【０２１７】
【数１４】
2019000307.tif 000016
が成立する。
【０２１８】
このような符号系列とその順番を示す順列を互いに異なる複数の照射領域への光を用いた光音響装置に適用した場合を考える。この場合、光の照射時間が重複していても、ある照射領域への強度変調光に起因する信号と、その他の照射領域への強度変調光に起因する信号とを分離して取得することができる。このようにして分離された複数の照射領域への強度変調光に対応する復号信号を解析することにより、複数の照射領域のそれぞれに対応する画像を生成することができる。コンピュータ１５０は、照射領域毎の画像を重畳して表示させたり、並列に表示させたり、切り替えて表示させたりすることができる。このように、本実施例においては、複数の照射領域のそれぞれに対応する画像を独立して表示制御できる。
【０２１９】
実施例２と比べると、Δｔ＜＜Ｔｔｏｆの場合、測定時間をほとんど増加させずに、各照射領域に対応する復号信号のピーク強度を増加させることが可能となる。その際、サイドローブも増大するが、そのパターンは既知であるので必要に応じ、復号した受信信号に所望の補正をかければよい。例えば、復号した受信信号のうち、あるしきい値以上の信号のみを有効としたりしてもよい。また、復号した受信信号はΔｔの間隔で１：２：１の信号比を有することがわかっているので、これを０：１：０の信号に補正するデコンボリューションフィルタを重畳してもよい。
【０２２０】
なお、本実施例では、複数の照射領域のそれぞれに対応する復号信号を取得する例を説明したが、複数の照射領域の少なくとも一つに対応する復号信号を取得すればよい。この場合も、所望の照射領域に対応する復号信号を取得することができる。
【実施例４】
【０２２１】
本実施例では、実施例１〜実施例３で説明したように複数の照射領域のそれぞれに対応する復号信号が取得された場合の光音響画像の表示制御方法を説明する。
【０２２２】
前述したように、本発明によれば、コンピュータ１５０は、複数の照射領域のそれぞれに対応する復号信号に基づいて、複数の照射領域のそれぞれに対応する光音響画像を生成することができる。そして、コンピュータ１５０は、複数の照射領域に対応する複数の光音響画像を重畳して表示させたり、並列に表示させたり、切り替えて表示させたりすることができる。
【０２２３】
このとき、コンピュータ１５０は、複数の照射領域のそれぞれに対応する画像に重みをづけて表示させてもよい。コンピュータ１５０は、ある照射領域に対応する画像に対する重みと、別の照射領域に対応する画像に対する重みとを変更して重みづけして重畳画像を表示させてもよい。また、コンピュータ１５０は、各照射領域に対応する画像のうち、画像値がある閾値よりも高い領域を選択的に重畳するように各画像の各位置に重みをつけて重畳画像を表示させてもよい。また、各照射領域に対応する画像について、予め決定された部分を選択的に重畳することにより重畳画像を表示させてもよい。このように、画像間で重みを変更するだけでなく、画像内でも重みを変更することにより、各照射領域に対応する画像のうち、画質の高い部分を選択的に重畳することができる。本実施例では、符号化・復号化により高いＳ／Ｎの画像が照射領域毎に生成されているため、照射領域毎の画像に対して重みをつけることができる。
【０２２４】
なお、重みづけされた画像を重畳表示する以外にも、重みづけされた画像を並列表示したり、切り換えて表示してもよい。
【０２２５】
また、ユーザーが入力部１７０を用いて、各画像や画像中の各位置に与える重みを指定してもよい。コンピュータ１５０は、ユーザーの指示に基づいて決定された重みを示す情報を用いて、複数の照射領域のそれぞれに対応する光音響画像の重みを決定することができる。
【０２２６】
また、コンピュータ１５０は、複数の照射領域に対応する複数の光音響画像を合成した合成画像（例えば、平均処理や加算平均処理が施された画像）を表示させてもよい。そして、コンピュータ１５０が、合成画像のうち、画像値の高い領域を画像処理により決定し、当該領域に光を照射した照射領域に対応する光音響画像の重みを小さくした合成画像を生成してもよい。典型的に、光音響画像においては、被検体表面に存在する光吸収体（体毛やほくろなど）の画像値が高くなる傾向がある。また、それらの画像が含まれる光音響画像には、光吸収体から発生した光音響波に由来するノイズが含まれる傾向がある。そのため、それらの光吸収体に光を照射した照射領域に対応する光音響画像の重みを小さくすることにより、合成画像に含まれるノイズ成分を低減することができる。なお、表示部１６０に表示された合成画像に対して、ユーザーが入力部１７０を用いて、ほくろや体毛などの不要な画像を指定してもよい。コンピュータ１５０は、ユーザーの指示に基づいて決定された不要な画像を示す情報を用いて、当該不要な画像に光を照射した照射領域に対応する光音響画像に対する重みを決定してもよい。すなわち、コンピュータ１５０は、不要な画像に光を照射した照射領域に対応する光音響画像に対する重みを、その光音響画像以外の光音響画像に対する重みよりも小さくして、合成画像を再生成してもよい。
【０２２７】
実施例１〜４では、複数の照射領域のそれぞれに対応する復号信号を取得する例を説明したが、複数の照射領域の少なくとも一つに対応する復号信号を取得する形態であってもよい。この場合も、複数の照射領域に光を照射したときに、所望の照射領域に対応する復号信号を取得することができ、所望の照射領域に対応する光音響画像を生成することができる。
【０２２８】
（その他の実施例）
また、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、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（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（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０２２９】
１１０  光照射部
１２０  受信部
１５０  コンピュータ
【図１】
2019000307.tif 000020
【図２】
2019000307.tif 000021
【図３】
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【図４】
2019000307.tif 000023
【図５】
2019000307.tif 000024
【図６】
2019000307.tif 000025
【図７】
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【図８】
2019000307.tif 000027
【図９】
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【図１０】
2019000307.tif 000029
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019000307.tif 000033
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2019000307.tif 000044