(57)【要約】【課題】変調周波数ごとの光学係数に対する位相の感度を考慮することで、高精度な光学係数を取得する。【解決手段】被検体を伝搬した光強度の変化を表す強度変調周波数が互いに異なる複数の強度変調光を検出して光検出信号を生成する光検出手段と、被検体に由来する光音響信号を生成する音響波検出手段と、光検出信号から、強度変調周波数ごとに、検出振幅減衰率および検出位相を取得し、被検体に関する所定の推定吸収係数および所定の推定散乱係数に基づいて強度変調光の推定振幅減衰率と推定位相を生成し、検出位相と推定位相との残差を示す位相残差に応じた加重をかけた加重位相残差を生成し、検出振幅減衰率と推定振幅減衰率との残差を示す振幅減衰率残差を生成し、加重位相残差および振幅減衰率残差から求められる値から被検体の吸収係数および散乱係数を生成する処理手段を有する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2015080604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射された、光強度の変化を表す強度変調周波数が互いに異なる複数の強度変調光のそれぞれを、被検体を伝搬したのちに検出して、光検出信号を生成する光検出手段と、
前記被検体にパルス光が照射されたことにより発生する光音響波を検出して光音響信号を生成する音響波検出手段と、
処理手段であって、
前記光検出信号から、前記強度変調周波数ごとに、検出振幅減衰率および検出位相を取得し、
前記強度変調周波数ごとに、前記被検体に関する所定の推定吸収係数および所定の推定散乱係数に基づいて、前記強度変調光の推定振幅減衰率と推定位相を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出位相と前記推定位相との残差を示す位相残差を生成し、当該位相残差に前記強度変調周波数に応じた加重をかけて加重位相残差を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出振幅減衰率と前記推定振幅減衰率との残差を示す振幅減衰率残差を生成し、
前記加重位相残差および前記振幅減衰率残差から求められる値を所定の閾値と比較することで、前記被検体の吸収係数および散乱係数を生成し、
前記光音響信号と、前記吸収係数および前記散乱係数に基づいて、前記被検体の特性情報を生成する、処理手段と、
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】
前記加重は、前記強度変調周波数が低いほど、小さい値である
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】
前記加重は、前記強度変調周波数に対して、線形に、または指数関数的に、または階段状に増加する
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】
前記強度変調光を照射する光源手段をさらに有する
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５】
前記光源手段は、複数の異なる周波数の変調信号を生成することにより、前記強度変調周波数が互いに異なる複数の前記強度変調光を発生させる
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】
前記光源手段は、レーザダイオードの駆動電流を前記変調信号で変調することにより、光の強度を変調する
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記光源手段は、音響光学変調器により光の強度を変調する
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記光源手段は、前記強度変調周波数を切り替えて、複数の前記強度変調光を照射することを特徴とする請求項４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】
前記光源手段は、複数の前記強度変調周波数を含む光を照射する
ことを特徴とする請求項４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１０】
前記処理手段は、前記推定吸収係数および前記推定散乱係数として、前記被検体の一般的な値を用いる
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】
前記処理手段は、前記加重位相残差および前記振幅減衰率残差を加算した残差Ｒを、前記所定の閾値と比較するものであり、前記残差Ｒが前記所定の閾値以上である場合、当該残差Ｒに基づいて前記推定吸収係数および前記推定散乱係数を更新する
ことを特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記被検体に前記パルス光を照射するパルス光源手段をさらに有する
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】
前記処理手段は、前記吸収係数および前記散乱係数を用いて前記被検体内の光量分布を取得し、前記光音響信号および前記光量分布に基づいて生成される前記被検体内の吸収係数分布を、前記特性情報とする
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。
【請求項１４】
前記パルス光源手段は、複数の周波数のパルス光を前記被検体に照射し、前記複数の周波数において得られる前記吸収係数分布から前記被検体内の酸素飽和度分布を生成して、前記特性情報とする
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。
【請求項１５】
光強度の変化を表す強度変調周波数が互いに異なる複数の強度変調光を被検体に照射する照射手段と、
前記被検体を伝搬した前記複数の強度変調光のそれぞれを検出して光検出信号を生成する光検出手段と、
処理手段であって、
前記光検出信号から、前記強度変調周波数ごとに、検出振幅減衰率および検出位相を取得し、
前記強度変調周波数ごとに、前記被検体に関する所定の推定吸収係数および所定の推定散乱係数に基づいて、前記強度変調光の推定振幅減衰率と推定位相を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出位相と前記推定位相との残差を示す位相残差を生成し、当該位相残差に前記強度変調周波数に応じた加重をかけて加重位相残差を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出振幅減衰率と前記推定振幅減衰率との残差を示す振幅減衰率残差を生成し、
前記加重位相残差および前記振幅減衰率残差から求められる値を所定の閾値と比較することで、前記被検体の吸収係数および散乱係数を生成する、処理手段と、
を有することを特徴とする光学特性測定装置。
【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光学特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体診断の技術領域において、生体による光の吸収が比較的少ない近赤外光を用いて診断を行う試みがなされている。この近赤外光診断により得られる生体組織の分光情報から、生体組織を構成する成分の比率や濃度を取得することが可能である。また、近赤外光診断は光を用いるため、Ｘ線を用いるＸ線イメージングとは異なり、被曝を伴わずに診断を実行できる。分光情報や成分比率、濃度は、正常組織と腫瘍組織とで異なることが知られていることから、近赤外光診断による非侵襲な腫瘍診断が期待されている。
【０００３】
分光情報として生体組織が光エネルギーを吸収する率（吸収係数μａで示される）が挙げられる。分光吸収係数に基づき、生体組織の構成成分である酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの濃度を取得できる。そして、それらの濃度比から、生体組織の酸素飽和度を取得できる。腫瘍組織は増殖するときに多くの酸素を消費するために、正常組織より酸素飽和度が低いと考えられており、それを検出することで腫瘍部位を診断できる可能性がある。
【０００４】
生体組織は、光を吸収する特性とともに、光を散乱する特性（組織が光を散乱する率、散乱係数μｓ’で示される）を有する。生体に照射された光は数ミリメートル程度で直進性を失い、その後は散乱されて生体内の広範囲に渡って伝搬するため、光エネルギーが分散する。すなわち、散乱によっても光の減衰が生じる。
このように、生体内を伝搬した光の強度の減衰には、吸収による減衰分と散乱による減衰分が混在している。よって、近赤外光診断では、検出した光から吸収係数と散乱係数（以後、吸収係数と散乱係数をまとめて光学係数と呼ぶ）を分離して取得することが重要となる。
【０００５】
そのような測定を行う方法として、短パルス光を用いた時間分解計測法や、強度変調光を用いた位相変調計測法がある。
時間分解計測法では、短パルス光を被検体に照射し、被検体内で散乱や吸収を受けた光の時間波形を検出する。そして、検出された時間波形と、別に計算した時間波形とが一致した時の吸収係数と散乱係数を、被検体の光学係数とする。
位相変調計測法では、正弦波等で強度変調された強度変調光を生体に照射し、生体内で散乱や吸収を受けた強度変調光の振幅減衰率と位相を検出する。そして、検出値と、別に計算した値とが一致した時の吸収係数と散乱係数を、被検体の光学係数とする。
【０００６】
いずれの方法でも、ある光学係数における計算には一般的に輸送方程式や拡散方程式を用いる。一般にピコ秒オーダーのパルス幅の光源と高時間分解能の光検出器を必要とする時間分解計測法に対し、位相変調計測法はメガヘルツオーダーの強度変調光で測定が可能であるため、装置が簡便、低コストという特徴を有する。
【０００７】
特許文献１は、位相変調計測法を用いた測定装置を開示している。
非特許文献１は、複数の強度変調周波数（基本周波数と高調波）を用いることで吸収係数と散乱係数の測定精度を改善できる可能性を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１５９２３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−８８６２７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Jun Hui Ho, Hooi Ling Chin, Jing Dong, Kijoon Lee, ”Multi-Harmonic homodyne approach for optical property measurement of trubid medium in tranmission geometry”, Optics Communications 285 (2012) 2007-2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
位相変調計測法において、光学係数に対する位相の感度は強度変調周波数により異なる。特許文献１および非特許文献１に記載の装置では、光学係数に対する位相の感度が低い変調周波数も計算に用いるため、光学係数の精度が低下していた。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、変調周波数ごとの光学係数に対する位相の感度を考慮することで、高精度な光学係数を取得することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に照射された、光強度の変化を表す強度変調周波数が互いに異なる複数の強度変調光のそれぞれを、被検体を伝搬したのちに検出して、光検出信号を生成する光検出手段と、
前記被検体にパルス光が照射されたことにより発生する光音響波を検出して光音響信号を生成する音響波検出手段と、
処理手段であって、
前記光検出信号から、前記強度変調周波数ごとに、検出振幅減衰率および検出位相を取得し、
前記強度変調周波数ごとに、前記被検体に関する所定の推定吸収係数および所定の推定散乱係数に基づいて、前記強度変調光の推定振幅減衰率と推定位相を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出位相と前記推定位相との残差を示す位相残差を生成し、当該位相残差に前記強度変調周波数に応じた加重をかけて加重位相残差を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出振幅減衰率と前記推定振幅減衰率との残差を示す振幅減衰率残差を生成し、
前記加重位相残差および前記振幅減衰率残差から求められる値を所定の閾値と比較することで、前記被検体の吸収係数および散乱係数を生成し、
前記光音響信号と、前記吸収係数および前記散乱係数に基づいて、前記被検体の特性情報を生成する、処理手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【００１３】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
光強度の変化を表す強度変調周波数が互いに異なる複数の強度変調光を被検体に照射する照射手段と、
前記被検体を伝搬した前記複数の強度変調光のそれぞれを検出して光検出信号を生成する光検出手段と、
処理手段であって、
前記光検出信号から、前記強度変調周波数ごとに、検出振幅減衰率および検出位相を取得し、
前記強度変調周波数ごとに、前記被検体に関する所定の推定吸収係数および所定の推定散乱係数に基づいて、前記強度変調光の推定振幅減衰率と推定位相を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出位相と前記推定位相との残差を示す位相残差を生成し、当該位相残差に前記強度変調周波数に応じた加重をかけて加重位相残差を生成し、
前記強度変調周波数ごとに、前記検出振幅減衰率と前記推定振幅減衰率との残差を示す振幅減衰率残差を生成し、
前記加重位相残差および前記振幅減衰率残差から求められる値を所定の閾値と比較することで、前記被検体の吸収係数および散乱係数を生成する、処理手段と、
を有することを特徴とする光学特性測定装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、変調周波数ごとの光学係数に対する位相の感度を考慮することで、高精度な光学係数を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】被検体の光学係数を求める逆問題計算のアルゴリズムのフローを示す図。
【図２】変調周波数ごとの、光学係数変化に対する位相の感度を示す図。
【図３】光学係数と残差Ｒの関係を示す図。
【図４】第一の実施形態に係る光学特性測定装置を示す図。
【図５】変調信号発生部１０２の詳細を示す図。
【図６】光源部１０３の詳細を示す図。
【図７】加重ｗ（ｆｉ）の例を示す図。
【図８】第一の実施形態に係る光学特性測定方法のフロー図。
【図９】第二の実施形態に係る光学特性測定装置を示す図。
【図１０】変調信号発生部２０１の詳細を示す図。
【図１１】複数の変調周波数を有する光を発生させる方法を示す図。
【図１２Ａ】検波部２０２の詳細を示す図。
【図１２Ｂ】検波部２０２の詳細を示す図。
【図１２Ｃ】検波部２０２の詳細を示す図。
【図１２Ｄ】検波部２０２の詳細を示す図。
【図１３】第二の実施形態に係る光学特性測定方法のフロー図。
【図１４】第三の実施形態に係る光学特性測定装置を示す図。
【図１５Ａ】第三の実施形態に係る光学特性測定方法のフロー図。
【図１５Ｂ】第三の実施形態に係る光学特性測定方法のフロー図。
【図１６】第三の実施形態に係る光学特性方法のタイミングを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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り、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。
【００１７】
本発明の光学特性測定装置は、上述したように強度変調光を用いて光学係数を測定する装置である。本発明はまた、測定した光学特性を用いる被検体情報取得装置にも適用できる。すなわち、被検体に光（電磁波）を照射し、光音響効果に従って被検体内で発生した音響波を受信し、その音響波の強度と測定した光学特性とを用いて被検体内部の特性情報を取得する、光音響イメージング装置である。
本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波（疎密波）を含む。
【００１８】
光音響イメージング装置により取得される特性情報は、光照射によって生じた音響波の
初期音圧、初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度等を反映した被検体情報である。組織を構成する物質は機能を反映することから、光音響特性分布は被検体の機能分布情報を表すと言える。物質の濃度とは例えば、酸化ヘモグロビン濃度や還元ヘモグロビン濃度、それらから求まる酸素飽和度である。また、生成された特性情報は、数値データ、被検体内の各位置の分布情報、または画像を表示するための画像データとして保存や利用されても良い。
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の符号を付して、説明を省略する場合がある。本発明は光学特性測定装置または被検体情報取得装置の作動方法、制御方法としても捉えられる。本発明はまた、作動方法や制御方法を情報処理装置等に実施させるプログラムとしても捉えられる。
【００２０】
＜第一の実施形態＞
本発明の光学特性測定装置は、複数の強度変調周波数の振幅減衰率と位相を用いて光学係数を算出する際、位相の測定値と計算推定値の残差に対して変調周波数ごとに加重をかけて計算を行い、被検体の光学係数を算出する。ここで残差とは、主に測定値と計算値（推定値）との差分を指す。
【００２１】
第一の実施形態では、強度変調周波数を変えて複数回の測定を行う光学特性測定装置を示す。これ以降、強度変調周波数のことを単に変調周波数と呼ぶことがある。ただしこの場合でも、変調周波数とは強度の時間変化に依存する周波数を指す用語であって、光（電磁波）の周波数を指すものではない点に注意を要する。強度変調周波数とは、被検体を伝搬した光強度の変化を表している。
【００２２】
生体などの被検体に正弦波（または余弦波）で強度変調された光源の光を照射すると、光源の変調周波数と同じ周波数で強度が変化し、照射点から等方的に拡がる光エネルギーの波が被検体内を伝搬する。光が伝搬の過程で散乱と吸収を受けることで、波の振幅には減衰が、波の位相には遅れが生じる。被検体上のある点で検出される波の振幅減衰率と位相は、光学係数と変調周波数に依存して変化する。
【００２３】
Ｎ個の変調周波数をｆｉ（ｉ＝０，１，・・・，Ｎ−１）とする。各変調周波数について測定した振幅減衰率と位相をそれぞれＡｍ（ｆｉ）とΦｍ（ｆｉ）、計算により推定した振幅減衰率と位相をそれぞれＡｃ（ｆｉ）とΦｃ（ｆｉ）とする。このとき、測定と計算の残差Ｒを式（１）で定義する。
【数１】
2015080604.tif 000003
【００２４】
μａとμｓ’を変化させてＡｃ（ｆｉ）とΦｃ（ｆｉ）の計算を繰り返し、残差Ｒが十分小さくなった時のμａとμｓ’を被検体の光学係数とする（逆問題計算）。この時、式（１）は測定値で規格化しているので、振幅減衰率と位相の計算への寄与が同等になる。その結果、一方が計算に寄与しないために光学係数の解が複数存在してしまう、という事態を防ぐことができる。
このように複数の周波数を用いることで、変調周波数依存の曲線に回帰できるため、変調周波数ごとの誤差の影響を小さくできる。このため、単一の変調周波数で計算を行う場合よりも、光学係数の精度を改善できる。
【００２５】
図２は、光学係数を変えた時の、周波数と位相の関係を示す図である。図２（Ａ）にはμｓ’を変化させた複数のグラフを、図２（Ｂ）にはμａを変化させた複数のグラフを記載している。変調周波数が低いほど、位相が変化した時の光学係数の変化が大きいことが分かる。すなわち、同じ量の位相ノイズが有った場合、変調周波数が低いほど光学係数の誤差が大きい。
【００２６】
本発明では、変調周波数が低いほど、より小さい加重を位相残差にかけることで、位相ノイズによる光学係数誤差を低減する。本発明で用いる残差Ｒは、式（２）で示される。
【数２】
2015080604.tif 000004
式（２）のＲＡ＿ｉは振幅減衰率残差、ＲΦ＿ｉは位相残差である。ｗ（ｆｉ）は変調周波数ｆｉにより変化させる加重である。
【００２７】
図３（Ａ）と図３（Ｂ）は、光学係数と残差Ｒの関係を示す図である。２つの横軸はそれぞれμａとμｓ’、縦軸は残差Ｒである。また、想定する条件は以下のとおりとする。
変調周波数の個数：Ｎ＝６
各周波数（単位は［ＭＨｚ］）：ｆ０＝２０，ｆ１＝４０，ｆ２＝６０，ｆ３＝８０，ｆ４＝１００，ｆ５＝１２０
吸収係数：μａ＝０．００５［／ｍｍ］
散乱係数：μｓ’＝１［／ｍｍ］
この条件下で、振幅減衰率と位相を式（２）のＡｍ（ｆｉ）とΦｍ（ｆｉ）に代入し、残差Ｒを求めている。このとき、測定の位相ノイズとして、Φｍ（ｆｉ）（ｉ＝０〜５）の全てに、Φｍ（ｆ０）×０．０５のノイズを加えている。
【００２８】
図３（Ａ）は、位相の項に加重をかけない式（１）による残差である。図３（Ｂ）は本実施形態に対応し、変調周波数ｆｉに対して線形の加重をかけた式（２）により求めた残差である。残差が最小になる点が得られる光学係数となる。具体的な加重は以下のとおりとする。
ｗ（ｆ０）＝０，ｗ（ｆ１）＝０．２，ｗ（ｆ２）＝０．４，ｗ（ｆ３）＝０．６，ｗ（ｆ４）＝０．８，ｗ（ｆ５）＝１
【００２９】
図３（Ａ）の場合、μａ＝０．００４４［／ｍｍ］，μｓ’＝１．０６５［／ｍｍ］となる。図３（Ｂ）では、μａ＝０．００４６，μｓ’＝１．０４となる。したがって図３（Ｂ）の方が、実際の被検体の値であるμａ＝０．００５［／ｍｍ］、μｓ’＝１［／ｍｍ］に近い。このように、位相の項に加重をかけることで、位相にノイズが有る場合でも、より高い精度で光学係数を取得できる。
【００３０】
（装置構成）
図４を参照しつつ、本実施形態に係る光学特性測定装置の装置構成を説明する。
装置は、光源手段である変調信号発生部１０２及び光源部１０３、光検出手段である光
検出器１０６、振幅位相を測定する手段である検波部１０７を有する。装置はさらに、光学係数を算出する手段である光学係数算出部１０８、位相残差に加重をかける手段である位相残差算出部１１０を有する。
【００３１】
変調信号発生部１０２は、強度変調光を発生させるための、複数の異なる周波数の変調信号を生成する。変調信号発生部１０２の詳細を図５に示す。Ｎ個の異なる周波数（ｆ０〜ｆＮ−１）で発振する複数の発振器（ＯＳＣ）を有し、切り替え器（ＳＷ）で出力する周波数を選択する。図５は一例であり、周波数が可変な発振器を用いて周波数を変更しても良い。変調信号は、光源部１０３と検波部１０７に出力され、それぞれ強度変調光の生成と検波に用いられる。
【００３２】
光源部１０３は、変調信号発生部１０２の変調信号波形で光源を強度変調する。図６（Ａ）は、レーザダイオードの駆動電流を変調信号で直接変調することで光を強度変調する場合である。レーザドライバは、レーザヘッドを介してレーザダイオードに直流電流を供給する。レーザヘッドは、変調信号発生部１０２からの変調信号を電流に変換して直流電流に重畳する。
【００３３】
図６（Ｂ）は、光強度変調素子である音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＡＯＭ）により光を強度変調する場合である。ＡＯＭドライバ内の駆動信号発生器（ＤＲＶ）からは、駆動信号が出力される。このＡＯＭドライバからの駆動信号は、ＡＯＭ内のトランスデューサに供給されて音響光学結晶内に粗密波を発生させる。粗密波は屈折率分布を生じさせるので、入射した光は回折される。このとき駆動信号の振幅を変調することで、回折効率が変化し回折光の強度が変調される。図６（Ｂ）では、変調信号発生部１０２からの変調信号でＡＯＭドライバの駆動信号の振幅を変調している。
【００３４】
一般にＡＯＭではブラッグ回折の領域を用いるので、光源からの光をＡＯＭに対してブラッグ角（θｂ）で入射させるＡＯＭ光学系を設ける。また、ＡＯＭ光学系はＡＯＭに適したビーム径にする機能も有している。図６（Ｂ）では、ＡＯＭからの１次回折光を出力としている（１次回折角θ１）。ただし、０次光を用いても良い。ＡＯＭからの出力光は、レンズにより照射導光部１０４に結合される。
【００３５】
照射導光部１０４は、光源部１０３からの光を導き被検体１０１に照射する。検出導光部１０５は、被検体１０１内を伝搬した光を光検出器１０６に導く。照射導光部１０４、検出導光部１０５として、光ファイバや、レンズ、プリズム等の光学素子を使用できる。
【００３６】
光検出器１０６は、検出導光部１０５からの光を電気信号などの検出信号（光検出信号とも呼ぶ）に変換し、検波部１０７に出力する。光検出信号は、時系列の光の強度を記録した信号である。光検出器１０６には、フォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等を使用できる。
【００３７】
検波部１０７は、光検出信号から各変調周波数の振幅減衰率と位相を測定する。本実施形態では、測定の一例として、変調信号発生部１０２から出力された同期信号を用いてホモダイン検波を行う。変調信号発生部１０２から出力された変調信号を用いて検波を行い、各変調周波数の測定ごとに振幅減衰率と位相を測定する。これら測定された振幅減衰率および位相は、本発明の検出振幅減衰率および検出位相に相当する。
このとき、被検体１０１に照射される光の振幅（基準振幅）と位相（基準位相）を予め取得しておく。そして、測定振幅を基準振幅で割ることで振幅減衰率を、測定位相から基準位相を引くことで位相を、それぞれ取得できる。
【００３８】
検波部１０７として、ロックインアンプを利用できる。ロックインアンプは電気回路により検波する方式でも良いし、光検出信号と同期信号をデジタル値に変換してからソフトウェア等により検波する方式でも良い。本実施形態では変調信号発生部１０２から同期信号を得ている。しかし、検波部１０７の内部に発振器を設けて検波してもよい。
また、ホモダイン検波に限らず、ヘテロダイン検波を行ってもよい。さらに、ロックインアンプ以外に、スペクトルアナライザを用いて所望の変調周波数成分を測定しても良い。
【００３９】
光学係数算出部１０８は、測定した振幅減衰率と位相から被検体１０１の光学係数を算出する。光学係数算出部１０８は、振幅位相計算部１０９、光学係数更新部１１０、位相残差算出部１１１、振幅減衰率残差算出部１１２から構成される。
【００４０】
なお、検波部１０７および光学係数算出部１０８は、一体化した処理手段として構成しても良いし、別々の構成としても構わない。処理手段として構成する場合、所定のプログラムにしたがって動作する情報処理装置を利用できる。光学係数算出部１０８の内部の各構成要素に関しても、本実施形態のようにまとめても良く、別々に設けても構わない。例えば、それぞれの構成要素を回路により実現する方法や、情報処理装置により実現する方法がある。
【００４１】
振幅位相計算部１０９は、ある光学係数（推定光学係数）での振幅減衰率（推定振幅減衰率）と位相（推定位相）を計算する。計算は変調周波数ごとに行い、式（２）のＡｃ（ｆｉ）とΦｃ（ｆｉ）を算出する。計算には、拡散方程式の解析解や、拡散方程式や輸送方程式やモンテカルロ法を用いた数値解等を利用できる。このとき、被検体１０１の形状や光の照射位置及び検出位置等の測定系のモデルを計算に取り込むことで、計算の精度を向上させることが望ましい。推定振幅減衰率と推定位相はそれぞれ、振幅減衰率残差算出部１１２と位相残差算出部１１１に出力される。
【００４２】
振幅減衰率残差算出部１１２は、振幅位相計算部からの推定振幅減衰率と検波部１０７からの測定振幅減衰率とを用いて、式（２）の振幅減衰率残差ＲＡ＿ｉを算出する。
位相残差算出部１１１は、振幅位相計算部からの推定位相と検波部１０７からの測定位相とを用いて、式（２）の位相残差ＲΦ＿ｉを算出する。このとき、変調周波数に応じて式（２）のｗ（ｆｉ）を加重する。ｗ（ｆｉ）は、変調周波数が低いほどより小さくなるような加重である。
【００４３】
図７は、加重ｗ（ｆｉ）の例である。例えば、前述した変調周波数に対して線形増加する加重（図７の符号Ａ）、変調周波数に対して指数関数的に増加する加重（図７の符号Ｂ）、変調周波数に対して階段状の加重（図７の符号Ｃ）を使用できる。このような加重により、位相のノイズによる光学係数の算出誤差を低減できる。
振幅減衰率残差と位相残差は加算され、式（２）の残差Ｒとして光学係数更新部１１０に出力される。
【００４４】
光学係数更新部１１０は、振幅位相計算部１０９で計算に用いる推定光学係数を出力する。ニュートン法や共役勾配法のような勾配法、シンプレックス法のような非勾配法、遺伝的アルゴリズムのような大域探索法など、各種探索法を用いて、残差Ｒがより小さくなるように推定光学係数を更新する。
【００４５】
図１に、光学係数算出部１０８で実行される、入力された振幅減衰率（入力振幅減衰率）と位相（入力位相）から被検体の光学係数を求める逆問題計算のアルゴリズムのフローを示す。
【００４６】
（Ａ１０１：振幅減衰率と位相の入力）
Ａ１０１では、複数の異なる変調周波数の振幅減衰率Ａｍ（ｆｉ）及び位相Φｍ（ｆｉ）を入力する。図１では、変調周波数がＮ個の場合を示している（Ｎ＝０〜Ｎ−１）。
（Ａ１０２：推定振幅減衰率と推定位相の計算）
Ａ１０２では、推定吸収係数μａ＿ｃと推定散乱係数μｓ’＿ｃ（推定光学係数）を用いて、各変調周波数の推定振幅減衰率と推定位相とを計算する。推定光学係数の初期値には、生体の一般的な光学係数（例えばμａ〜０．０１／ｍｍ、μｓ’〜１／ｍｍ）を用いるとよい。
【００４７】
（Ａ１０３：変調周波数ごとの位相の残差の計算）
Ａ１０３では、変調周波数ごとに、入力位相Φｍ（ｆｉ）とＡ１０２で得た推定位相Φｃ（ｆｉ）の残差を算出する。
（Ａ１０４：変調周波数ごとの振幅減衰率の残差の計算）
Ａ１０４では、変調周波数ごとに、入力振幅減衰率Ａｍ（ｆｉ）とＡ１０２で得た推定振幅減衰率Ａｃ（ｆｉ）の残差を算出する。
【００４８】
（Ａ１０５：入力位相と推定位相の残差への加重）
Ａ１０５では、Ａ１０３で得た各変調周波数の入力位相と推定位相の残差に、変調周波数に応じた加重をかける。これは本発明の、加重位相残差に相当する。
（Ａ１０６：残差の計算）
Ａ１０６では、位相残差ＲΦと振幅減衰率残差ＲＡを加算して、残差Ｒを計算する。
【００４９】
（Ａ１０７：推定光学係数の更新）
Ａ１０６で得た残差Ｒが、十分小さなε以上の場合（すなわち比較結果が所定の閾値以上の場合）、推定光学係数を更新する。推定光学係数を更新する量は、残差Ｒから算出することができる。この比較に用いられる所定の閾値εは、必要とされる計算の精度や従来の知見に基づいて、適正に定められる。
残差Ｒがεより小さくなるまで、ステップＡ１０２からステップＡ１０７を繰り返す。残差Ｒがεより小さくなったところで繰り返しを中断し、その時の推定吸収係数μａ＿ｃと推定散乱係数μｓ’＿ｃとを、被検体１０１の吸収係数μａと散乱係数μｓ’とする。
【００５０】
以上のアルゴリズムは、コンピュータ等のプログラムとして実行することができる。また、本実施形態では振幅減衰率と位相とを測定するものとした。しかし、別途取得した振幅減衰率と位相のデータをコンピュータに入力し、上記アルゴリズムを実行することでも、測定した振幅減衰率と位相を用いた場合と同様に被検体の光学係数を算出できる。
【００５１】
光学係数算出部１０８は、振幅位相計算部１０９による振幅減衰率と位相の計算、振幅減衰率残差算出部１１２と位相残差算出部１１１による残差の計算、光学係数更新部１１０による計算用光学係数の更新を、繰り返し行う。残差Ｒが十分小さくなった時の計算用光学係数を、被検体１０１の光学係数として表示部１１３に出力する。
表示部１１３は、算出された被検体１１３の光学係数を測定者に表示する。
【００５２】
（光学特性測定方法）
次に、図８のフロー図を参照しつつ、本実施形態に係る光学特性測定方法を説明する。
【００５３】
（Ｓ１０１：強度変調光を照射する工程）
本工程では、変調信号発生部１０２の切替器を変調周波数ｆｉの発振器に切り替えて、光源部１０３に変調周波数ｆｉの変調信号を出力する。光源部１０３は、この変調信号を用いて変調周波数ｆｉで強度変調された光を出力し、照射導光部１０４を用いて被検体１０１に照射する。
（Ｓ１０２：被検体を伝搬した光を検出する工程）
本工程では、Ｓ１０１で被検体１０１に照射され内部を伝搬した光を、光検出器１０６で検出する。時系列で光の強度を検出することで、光検出信号を取得する。
【００５４】
（Ｓ１０３：振幅減衰率と位相を得る工程）
本工程では、Ｓ１０３で取得した光検出信号から、検波部１０７において変調周波数ｆｉの光の振幅減衰率と位相を取得する。
Ｓ１０１からＳ１０３を、測定する変調周波数の数Ｎだけ繰り返し、各変調周波数ｆｉ（ｉ＝０〜Ｎ−１）の振幅減衰率と位相を取得する。Ｎ回の測定が終了したら（Ｄ１０１＝Ｙｅｓ）、Ｓ１０４に進む。
【００５５】
（Ｓ１０４：被検体の光学係数を算出する工程）
本工程では、Ｓ１０３で取得したＮ個の振幅減衰率と位相を用いて、光学係数算出部１０８で被検体１０１の光学係数を取得する。取得した光学係数は、表示部１１３を通して測定者に表示する。
【００５６】
以上述べたように、本実施形態にかかる光学特性測定装置によれば、変調周波数に応じた加重を用いることで、精度よく光学係数を取得できる。さらに、このような光学係数を用いて光音響トモグラフィーの計算を行うことで、被検体情報をより正確に算出できる。
【００５７】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、複数の変調周波数を含む光を用いて１回測定を行う光学特性測定装置を示す。
【００５８】
（装置構成）
図９を参照しつつ、本実施形態に係る光学特性測定装置の装置構成を説明する。図９において第一の実施形態と同じ要素については図４と同じ符号を示し、また、説明を省略する。
【００５９】
装置は、光源手段である変調信号発生部２０１及び光源部１０３、光検出手段である光検出器１０６、振幅位相を測定する手段である検波部２０２を有する。装置はさらに、光学係数を算出する手段である光学係数算出部１０８、位相残差に加重をかける手段である位相残差算出部１１０を有する。
【００６０】
変調信号発生部２０１は、強度変調光を発生させるための１つの変調信号を生成する。変調信号発生部２０１の詳細を図１０に示す。
図１０（Ａ）は、複数の発振器からの出力を加算した１つの変調信号を光源部１０３に出力する場合の構成である。この場合、検波部２０２で各変調周波数ごとに検波を行うために、発振器ごとの信号を検波部２０２に出力する。
図１０（Ｂ）は、単一の変調周波数（ｆ０）を光源部１０３および検波部２０２に出力する場合の構成である。この場合、光源部１０３においてｆ０の高調波を発生させる。
【００６１】
光源部１０３は、第一の実施形態と同じく、変調信号発生部１０２からの変調信号を用いて複数の変調周波数を有する光を発生させる。変調信号発生部２０１が図１０（Ａ）の構成である場合、すなわち、複数の変調周波数が混合された変調信号が供給される場合は、図６（Ａ）（レーザダイオードの駆動電流変調）または図６（Ｂ）（ＡＯＭによる外部変調）を使用できる。この場合、出力される光には図１０（Ａ）の各発振器の変調周波数が含まれている。
【００６２】
一方、変調信号発生部２０１が図１０（Ｂ）の構成である場合、図６（Ａ）の構成を使
用できる。この場合に複数の変調周波数を有する光を発生させる方法を、図１１を用いて以下に説明する。図１１（Ａ）は、図６（Ａ）と同じ構成の光源部１０３である。図１１（Ｂ）は、本実施形態でのレーザダイオードの駆動電流を示す。
【００６３】
図１１の構成において、レーザドライバからレーザヘッドに供給される直流駆動電流を、レーザダイオードのレーザ発振閾値近傍に設定する（図１１（Ｂ）の符号（１））。ここに変調信号発生部１０２からの周波数ｆ０の変調信号を重畳する（図１１（Ｂ）の符号（２））と、変調信号がレーザ発振閾値を超えた時のみ十分な強度でレーザダイオードが発光する。直流駆動電流がレーザ発振閾値近傍であるため、レーザダイオードの発光波形は周波数ｆ０のほぼ片振幅部のみとなる。このような波形は変調周波数ｆ０の高調波を含むため、複数の変調周波数を含む光を発生させることができる。
【００６４】
検波部２０２は、光検出信号に含まれる複数の変調周波数の振幅減衰率と位相を測定する。
まず、変調信号発生部２０１の構成が図１０（Ａ）の場合の検波部２０２の構成を説明する。図１２Ａの構成では、光検出器１０６からの光検出信号と、切替器で選択した同期信号を用いて、検波部２０２内の検波処理部で振幅減衰率と位相を測定する。全ての変調周波数について測定が終了するまで、被検体への光照射を続ける。
【００６５】
図１２Ｂの構成では、光検出信号を保存するバッファを設けている。バッファの信号に対して検波処理を行うので、１つの変調周波数に対する検波処理に必要な最低限の時間だけ被検体へ光照射を行えばよい。このため、図１２Ａの構成よりも測定時間を短縮できる。
ここで、生体へ照射してよい光量はＭＰＥ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｅｒｍｉｓｓｉｖｅ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）で制限されており、照射時間が短いほど許容される光量が大きい。被検体が生体の場合、図１２Ｂの構成を用いることにより光の照射時間を短くできるため、光の強度を強くすることが可能になる。その結果、測定のＳＮ比を改善できる。
【００６６】
図１２Ｃの構成では、変調周波数の個数分だけ検波処理部を設けている。これにより、各変調周波数の振幅減衰率と位相を同時に取得できる。
【００６７】
次に、変調信号発生部２０１の構成が図１０（Ｂ）の場合の検波部２０２の構成を、図１２Ｄを用いて説明する。検波部２０２は、変調信号発生部２０１の周波数ｆ０とその高調波（ｆ０，ｆ１，・・・，ｆＮ−１）に対応するローカル発振器を内蔵している。図１０（Ｂ）に示した周波数ｆ０を歪ませた強度変調光を照射するので、高調波の周波数は予め決定することができる。また、変調信号発生部２０１のｆ０が可変である場合、図１２Ｄに破線矢印で示したように周波数ｆ０の情報を与えて、ローカル発振器の周波数を変更するとよい。この場合、ローカル発振器は周波数が可変なものを用いる。
なお、図１２Ｄにおいても、図１２Ｂのようにバッファを設けたり、図１２Ｃのようにローカル発振器の数だけ検波処理部を設けたりすることができる。
【００６８】
検波部２０２では、被検体１０１に照射される光の各変調周波数の振幅（基準振幅）と位相（基準位相）を予め取得しておく。測定振幅を基準振幅で割ることで振幅減衰率を、測定位相から基準位相を引くことで位相を取得できる。本実施形態において、これらの処理は、検波部２０２内の検波処理部が行う処理に含まれている。
位相残差算出部１１１では、第一の実施形態同様に位相残差ＲΦ＿ｉに対して変調周波数に応じて図７の加重をかけることで、位相のノイズによる光学係数の算出誤差を低減することができる。
【００６９】
（光学特性測定方法）
次に、図１３に示す光学特性測定方法のフロー図を参照しつつ、本実施形態に係る光学特性測定方法を説明する。
【００７０】
（Ｓ２０１：強度変調光を照射する工程）
本工程では、複数の変調周波数を有する光を光源部１０３から照射導光部１０４を通して被検体に照射する。
（Ｓ２０２：被検体を伝搬した光を検出する工程）
本工程では、Ｓ２０１で被検体１０１に照射され内部を伝搬した光を、光検出器１０６で検出する。時系列で光の強度を検出し、光検出信号を取得する。
【００７１】
（Ｓ２０３：振幅減衰率と位相を得る工程）
本工程では、Ｓ２０２で取得した光検出信号から、検波部２０２において変調周波数ｆｉの光の振幅減衰率と位相を取得する。検波に用いる同期信号を変更して検波を行い、変調周波数の数Ｎだけ振幅減衰率と位相を取得したら（Ｄ２０１＝Ｙｅｓ）、Ｓ２０４に進む。なお、検波部２０２の構成が、複数の検波処理部を有する図１２Ｃの場合、同期信号の変更を行う必要はない。
（Ｓ２０４：被検体の光学係数を算出する工程）
本工程は、Ｓ１０４と同じである。
【００７２】
＜第三の実施形態＞
第三の実施形態では、光を用いて被検体内を画像化する装置、特に光音響イメージング装置に本発明を適用した装置を示す。
【００７３】
光音響イメージング装置は、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織等から発生した弾性波（光音響波）を複数箇所で検出する。それらの信号を解析処理することで、被検体内部で弾性波が発生した瞬間の音圧分布（初期音圧分布）を示す画像データが得られる。
初期音圧分布は被検体内の光エネルギー吸収率分布、すなわち吸収係数分布と関連している。さらに、複数の波長で計測を行い、それぞれの波長における吸収係数分布から、酸素飽和度分布等の機能情報画像が得られる。酸素飽和度は腫瘍に特徴的な新生血管分布に対応するため、機能情報画像を癌診断に利用できる可能性がある。
【００７４】
光音響イメージング装置で吸収係数分布を取得するためには、特許文献２で述べられているように、初期音圧分布を被検体内の光量分布で補正する必要がある。光量分布は、被検体の空間平均的な吸収係数μａと散乱係数μｓ’（平均光学係数）がわかれば、拡散方程式やモンテカルロ法等により算出できる。
【００７５】
そこで本実施形態では、強度変調光を用いて被検体の平均光学係数を取得し、その平均光学係数を用いて算出した光量分布で初期音圧分布を補正して、吸収係数分布を取得する。複数の変調周波数を用いて平均光学係数を取得する際に、位相残差に対して変調周波数に応じた加重をかけることで、平均光学係数を高い精度で取得できる。その結果、吸収係数分布を得る際の補正の精度が改善される。
【００７６】
（装置構成）
図１４を参照しつつ、本実施形態に係る光学特性測定装置の装置構成を説明する。図１４において第一の実施形態と同じ要素については図４と同じ符号を示し、また、説明を省略する。本実施形態の光学特性測定装置は、光音響トモグラフィー技術を用いた被検体情報取得装置でもある。
【００７７】
装置は、光源手段である変調信号発生部３０７及び光源部１０３、光検出手段である光
検出器１０６、振幅位相を測定する手段である検波部１０７、光学係数を算出する手段である光学係数算出部１０８を有する。装置はさらに、位相残差に加重をかける手段である位相残差算出部１１０、パルス光源手段であるパルス光源部３０１、音響波検出手段である探触子３０２、初期音圧を算出する手段である画像再構成部３０３を有する。装置はさらに、光量を算出する手段である光量算出部３０４、補正を行う手段である補正部３０５を有する。
【００７８】
パルス光源部３０１は、被検体１０１に照射するパルス光を発生させ、被検体１０１内に光音響波を励起する。パルス光源として、フラッシュランプ等のインコヒーレント光源、レーザ等のコヒーレント光源を利用できる。光音響信号の強度は光量に比例するため、パルス光源３０１の出力は高いことが好ましい。例えば、チタンサファイアレーザやアレキサンドライトレーザ等の大出力パルスレーザ光源が好適である。光音響波を励起するために十分な光量を被検体１０１内の広い範囲に到達させるため、ビーム径を拡大する光学系を設け照射面積を拡げるとよい。
【００７９】
探触子３０２は、被検体１０１内で発生した光音響波を受信して受信信号を生成し、再構成部３０３に出力する。探触子３０２としては、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなどを利用できる。複数のトランスデューサ（素子）が１次元または２次元に配列された探触子を用いれば、広範囲の測定、時間短縮、ＳＮ比向上などの効果が得られる。より広い領域を測定するためには、探触子３０２を被検体１０１に対して走査する機構を設けると良い。
【００８０】
画像再構成部３０３は、探触子３０２からの受信信号を用いて画像再構成処理を行うことにより、被検体１０１内の初期音圧分布を取得する。画像再構成処理としては、例えば、タイムドメインでの逆投影法、タイムリバーサルによる再構成法、フーリエドメインでの再構成法、モデルベース再構成法等を用いることができる。初期音圧分布は、補正部３０５に出力される。
【００８１】
光量算出部３０４は、光学係数算出部１０８で算出した平均光学係数を用いて、被検体１０１内の光量分布を算出する。光量の算出には、光のエネルギー挙動を記述した方程式（拡散方程式や輸送方程式）を有限要素法や差分法等で解く方法や、光エネルギーの挙動を光子の統計的な挙動とみなして計算を行うモンテカルロ法等を使用できる。光量分布は、補正部３０５に出力される。
【００８２】
補正部３０５は、画像再構成部３０３で算出した初期音圧分布を、光量算出部３０４で算出した光量分布で補正し、被検体１０１内の吸収係数分布を算出する。補正には、以下の式（３）を用いる（特許文献２を参照）。
【数３】
2015080604.tif 000005
ここで、ｒは位置ベクトル、Ｐ０（ｒ）は初期音圧分布、Γはグリュナイゼン係数、μａ（ｒ）は吸収係数分布、Φ（ｒ）は光量分布である。位置ｒごとに初期音圧をグリュナイゼン係数と光量で割ることで、吸収係数を取得できる。グリュナイゼン係数は被検体の体積膨張係数と音速の２乗の積を定圧比熱で割ったものであり、生体では略一定の既知の値を取るといわれている。
【００８３】
表示部３０６は、補正部３０５で算出した被検体１０１内の吸収係数分布を測定者に表示する。複数の波長の吸収係数分布から酸素飽和度分布等の機能情報を算出して表示して
も良い。なお本実施形態においても、被検体情報の画像としての表示は必須ではなく、数値として表示したり、解析データとして保存したりしても構わない。
【００８４】
変調信号発生部３０７としては、第一の実施形態の変調信号発生部１０２、または、第二の実施形態の変調信号発生部２０１を使用できる。変調信号発生部３０７は、強度変調光を発生するための変調信号を光源部１０３に出力する。
【００８５】
光源部１０３に関しても、第一および第二の実施形態と同一の構成を使用できる。ただし、光源部１０３が発生する光の波長は、できるだけパルス光源部３０１の波長に近いことが望ましい。そうすることにより、パルス光源部３０１による被検体１０１内の光量分布をより正確に算出できる。あるいは、単一の光源がパルス光源部３０１と光源部１０３を兼ねる構成を取り得る。
【００８６】
検波部３０８は、変調信号発生部３０７が第一の実施形態の変調信号発生部１０２の構成ならば、第一の実施形態の検波部１０７の構成を採る。一方、変調信号発生部３０７が第二の実施形態の変調信号発生部２０１の構成ならば、第二の実施形態の検波部２０２の構成を採る。検波部３０８は、複数の変調周波数の振幅減衰率と位相を光学係数算出部１０８に出力する。
【００８７】
光学係数算出部１０８は、被検体１０１の平均光学係数を算出し、光量分布算出部３０４に出力する。平均光学係数の算出では、第一および第二の実施形態同様に位相残差算出部１１１で変調周波数に応じた加重を行い、位相ノイズによる平均光学係数の誤差を低減し精度を改善する。
【００８８】
以上の構成により、より高い精度の平均光学係数を用いて得られた光量分布で、初期音圧分布を補正することができる。その結果、取得される吸収係数分布の精度が改善する。
【００８９】
（光学特性測定方法）
次に、図１５Ａおよび図１５Ｂのフロー図を参照しつつ、本実施形態に係る光学特性測定方法を説明する。
【００９０】
図１５Ａは、変調信号発生部３０７と検波部３０８の構成が、それぞれ第一の実施形態の変調信号発生部１０２と検波部１０７の構成である場合のフロー図である。
【００９１】
（Ｓ３０１：パルス光を照射する工程）
本工程では、パルス光源部３０１で発生させたパルス光を被検体１０１に照射する。
（Ｓ３０２：光音響波を検出する工程）
本工程では、Ｓ３０１のパルス光照射により生じた光音響波を探触子３０２で検出し、受信信号を取得する。
受信信号が十分なＳＮになるまで（Ｄ３０１＝Ｙｅｓ）、Ｓ３０１とＳ３０２を繰り返して受信信号を積算する。
（Ｓ３０３：初期音圧分布を取得する工程）
本工程では、Ｓ３０２で取得した受信信号を用いて、画像再構成部３０３において被検体１０１内の初期音圧分布を取得する。
【００９２】
（Ｓ３０４からＳ３０７：被検体の平均光学係数を取得する工程）
Ｓ３０４からＳ３０７の各工程は、それぞれ図８の第一の実施形態におけるＳ１０１からＳ１０４と同じ工程である。これらの工程により、被検体の平均光学係数を取得する。
Ｓ３０４からＳ３０６で行われる振幅減衰率と位相の測定は、Ｓ３０１とＳ３０２が行われていない時間に実行する（Ｄ３０２＝Ｙｅｓ）。これは、光音響波測定のためのパル
ス光と、振幅減衰率と位相の測定のための強度変調光が、互いの測定に影響しないようにするためである。
【００９３】
（Ｓ３０８：光量分布を取得する工程）
本工程では、Ｓ３０７で取得した被検体１０１の平均光学係数を用いて、パルス光が被検体に照射された時の被検体１０１内の光量分布を、光量分布算出部３０４で取得する。
（Ｓ３０９：吸収係数分布を取得する工程）
本工程では、補正部３０４において、Ｓ３０３で取得した初期音圧分布をＳ３０８で取得した光量分布で補正し、被検体１０１内の吸収係数分布を取得する。取得した吸収係数分布は表示部３０６に送られ、測定者に被検体１０１内の機能情報分布が表示される。
【００９４】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、Ｓ３０１及びＳ３０２の光音響波測定と、Ｓ３０４からＳ３０６の振幅減衰率・位相測定のタイミングを示した図である。
【００９５】
一般に、光音響波測定のためのパルス光には大出力が求められるので、Ｑスイッチレーザを用いる。Ｑスイッチレーザは十分な強度で光を照射するために、長い照射周期を要する。Ｓ３０１とＳ３０２の繰り返し間隔は、実質的にこの照射周期で規定される。光音響波測定に一般に用いられるような、パルス幅が数１０ナノ秒、パルスエネルギーが数１０〜数１００ｍＪのＱスイッチレーザでは、周期は、数１０〜数１００ミリ秒である。
【００９６】
一方、強度変調光・位相測定において、被検体１０１の平均光学係数が、生体の一般値であるμａ〜０．０１／ｍｍ、μｓ’〜１／ｍｍであり、光の照射点と検出点の間隔が一般に用いられる〜３、４ｃｍであるとした場合、１０ミリ秒程度で検波を実行できる。このため光音響波測定の合間に振幅減衰率・位相測定を行うことができる。例えば、図１６（Ａ）のように複数の変調周波数の測定を逐次行うことができる。
また、図１６（Ｂ）のように、光音響波測定の積算回数が多く、振幅減衰率・位相測定を行える時間が多い場合は、１回の振幅減衰率・位相測定の時間を増やして検波のＳＮを改善してもよい。
【００９７】
図１５Ｂは、変調信号発生部３０７と検波部３０８の構成が、それぞれ第一の実施形態の変調信号発生部２０１と検波部２０１の構成である場合のフロー図である。Ｓ４０１からＳ４０３、及び、Ｓ４０８、Ｓ４０９の各工程は、それぞれ図１５ＡにおけるＳ３０１からＳ３０３、及び、Ｓ３０８、Ｓ３０９の各工程と同じ工程である。また、Ｓ４０４からＳ４０７の各工程は、それぞれ図１３の第二の実施形態におけるＳ２０１からＳ２０４と同じ工程である。
【００９８】
図１６（Ｃ）及び図１６（Ｄ）は、Ｓ４０１及びＳ４０２の光音響波測定と、Ｓ４０４及びＳ４０５の振幅減衰率・位相測定のタイミングを示した図である。
図１６（Ｃ）及び図１６（Ｄ）に示されているΣｆｉは、複数の変調周波数を含む強度変調光を意味している。強度変調光に複数の変調周波数が含まれているため、図１６（Ｃ）のように初めの光音響波測定の後に振幅減衰率・位相測定を一度行えばよい。また、図１６（Ｄ）のように、振幅減衰率・位相測定の時間を増やして検波のＳＮを改善してもよい。
【００９９】
以上述べたように、本実施形態の被検体情報取得装置によれば、精度の高い光学係数を用いて光量分布を測定し、光音響トモグラフィーにおける吸収係数分布の算出に利用できる。その結果、被検体内の特性情報をより正確に取得可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１０２：変調信号発生部，１０３：光源部，１０６：光検出器，１０７：検波部，１０
８：光学係数算出部，１０９：振幅位相計算部，１１１：位相残差算出部，１１２：振幅減衰率残差算出部
【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】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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