(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気音響変換手段により検出された音響波のうち、前記電気音響変換手段によって被検体に向けて出射され該被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、前記音響波のうち、光出射手段が前記被検体に向けて複数の測定光を切り換えて出射したことにより前記被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成する画像生成手段と、
管腔組織を表示する前記超音波画像中の管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行う判別手段と、
前記判別の結果に応じて前記管腔領域が色分けされた前記超音波画像を表示させる表示制御手段とを備え、
前記判別手段が少なくとも、脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域に属する第１の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第１のピークデータの有無、および、ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域に属する第２の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第２のピークデータの有無に基づいて前記判別を行うものであることを特徴とする音響画像生成装置。
【請求項２】
前記判別手段が、さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属する第３の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第３のピークデータの有無も考慮するものであることを特徴とする請求項１に記載の音響画像生成装置。
【請求項３】
前記判別手段が、
前記第１のピークデータがありかつ前記第２のピークデータがある場合に、前記管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
前記第１のピークデータがなくかつ前記第２のピークデータがある場合に、前記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
前記第１のピークデータがなくかつ前記第２のピークデータがない場合に、前記管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の音響画像生成装置。
【請求項４】
前記第１の波長が７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第２の波長が１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであることを特徴とする請求項１または３に記載の音響画像生成装置。
【請求項５】
前記判別手段が、
前記第１のピークデータがありかつ前記第３のピークデータがない場合に、前記管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
前記第１のピークデータがなくかつ前記第２のピークデータがある場合に、前記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
前記第２のピークデータがなくかつ前記第３のピークデータがある場合に、前記管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行うものであることを特徴とする請求項２に記載の音響画像生成装置。
【請求項６】
前記判別手段が、
前記第１のピークデータがあり、前記第２のピークデータがありかつ前記第３のピークデータがない場合に、前記管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
前記第１のピークデータがなく、前記第２のピークデータがありかつ前記第３のピークデータがない場合に、前記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
前記第１のピークデータがなく、前記第２のピークデータがなくかつ前記第３のピークデータがある場合に、前記管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行うものであることを特徴とする請求項２に記載の音響画像生成装置。
【請求項７】
前記第１の波長が７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第２の波長が１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第３の波長が９１０〜９３０ｎｍの波長帯域に属するものであることを特徴とする請求項２、５および６いずれかに記載の音響画像生成装置。
【請求項８】
前記第１の波長が７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第２の波長が１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第３の波長が１１５０〜１２５０ｎｍまたは１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属するものであることを特徴とする請求項２、５および６いずれかに記載の音響画像生成装置。
【請求項９】
前記判別手段が、さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属しかつ前記第３の波長と異なる第４の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第４のピークデータの有無も考慮するものであることを特徴とする請求項２に記載の音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記判別手段が、
前記第１のピークデータがあり、前記第２のピークデータがあり、前記第３のピークデータがなくかつ前記第４のピークデータがない場合に、前記管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
前記第１のピークデータがなく、前記第２のピークデータがあり、前記第３のピークデータがなくかつ前記第４のピークデータがない場合に、前記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
前記第１のピークデータがなく、前記第２のピークデータがなく、前記第３のピークデータがありかつ前記第４のピークデータがある場合に、前記管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行うものであることを特徴とする請求項９に記載の音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記第１の波長が７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第２の波長が１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第３の波長が９１０〜９３０ｎｍの波長帯域に属するものであり、
前記第４の波長が１１５０〜１２５０ｎｍまたは１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属するものであることを特徴とする請求項９または１０に記載の音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記画像生成手段が、測定光として出射されたパルス光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を、該パルス光に基づく光音響信号からデコンボリューションする光微分波形逆畳込み手段を有し、該光微分波形逆畳込み手段によってデコンボリューションされた信号に基づいて前記光音響データを再構成するものであることを特徴とする請求項１から１１いずれかに記載の音響画像生成装置。
【請求項１３】
前記光微分波形逆畳込み手段が、
前記光音響信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、
前記光微分波形を所定のサンプリングレートでサンプリングした信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、
フーリエ変換された前記光微分波形の逆数を逆フィルタとして求める逆フィルタ演算手段と、
フーリエ変換された前記光音響信号に前記逆フィルタを適用するフィルタ適用手段と、
前記逆フィルタが適用された前記光音響信号をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段とを有するものであることを特徴とする請求項１２に記載の音響画像生成装置。
【請求項１４】
検出された音響波のうち、被検体に向けて出射され該被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、
前記音響波のうち、複数の測定光が切り換えられて出射されたことにより前記被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成し、
少なくとも、脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域に属する第１の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第１のピークデータの有無、および、ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域に属する第２の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第２のピークデータの有無に基づいて、前記管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行い、
前記判別の結果に応じて前記管腔領域が色分けされた前記超音波画像を表示することを特徴とする音響画像生成方法。
【請求項１５】
さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属する第３の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第３のピークデータの有無も考慮することを特徴とする請求項１４に記載の音響画像生成方法。
【請求項１６】
さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属しかつ前記第３の波長と異なる第４の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第４のピークデータの有無も考慮することを特徴とする請求項１５に記載の音響画像生成方法。
【請求項１７】
電気音響変換手段により検出された音響波のうち、前記電気音響変換手段によって被検体に向けて出射され該被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、前記音響波のうち、光出射手段が前記被検体に向けて複数の測定光を切り替えて出射したことにより前記被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成する画像生成手段と、
生体組織を表示する前記超音波画像中の組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行う判別手段と、
前記判別の結果に応じて前記組織領域が色分けされた前記超音波画像を表示させる表示制御手段とを備え、
前記画像生成手段が、測定光として出射されたパルス光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を、該パルス光に基づく光音響信号からデコンボリューションする光微分波形逆畳込み手段を有し、該光微分波形逆畳込み手段によってデコンボリューションされた信号に基づいて前記光音響データを再構成するものであり、かつ
前記判別手段が、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第５のピークデータの有無、および、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属しかつ前記第５の波長と異なる第６の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第６のピークデータの有無に基づいて前記判別を行うものであることを特徴とする音響画像生成装置。
【請求項１８】
前記第５の波長が１７２５ｎｍであり、
前記第６の波長が１７３０ｎｍであることを特徴とする請求項１７に記載の音響画像生成装置。
【請求項１９】
検出された音響波のうち、被検体に向けて出射され該被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、
前記音響波のうち、複数の測定光が切り換えられて出射されたことにより前記被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成し、
１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第５のピークデータの有無、および、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属しかつ前記第５の波長と異なる第６の波長の測定光に関する前記光音響データ中の第６のピークデータの有無に基づいて、前記組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行い、
前記判別の結果に応じて前記組織領域が色分けされた前記超音波画像を表示し、
前記光音響データの再構成において、測定光として出射されたパルス光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を、該パルス光に基づく光音響信号からデコンボリューションし、該デコンボリューションされた信号に基づいて前記光音響データを再構成することを特徴とする音響画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波画像の生成および光音響データの再構成をすることが可能な音響画像生成装置および音響画像生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体の内部の断層画像を取得する方法としては、超音波が被検体内に照射されることにより被検体内で反射した超音波を検出して超音波画像を生成し、被検体内の形態的な断層画像を得る超音波イメージングが知られている。一方、被検体の検査においては形態的な断層画像だけでなく機能的な断層画像を表示する装置の開発も近年進められている。そして、このような装置の一つに光音響分析法を利用した装置がある。この光音響分析法は、所定の波長を有する光（例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光）を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこの光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の特定物質とは、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。このように光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）或いは光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Photo Acoustic Tomography）と呼ばれる。
【０００３】
光音響イメージングでは、周囲の媒質よりも光吸収係数が大きい光吸収体のイメージングが行われている。例えば、体内における血管の光吸収係数は周囲の媒質よりも大きく、健康管理、診断および手術等に利用することを目的として、この血管をイメージングする研究が広く行われている（特許文献１）。
【０００４】
また、近年美容やアンチエイジングの関心が高まっており、皮膚評価においてコラーゲンまたは脂肪の分布およびこれらの組織中の含有量が評価項目とされることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３６８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、超音波画像で撮像することができる生体内の管腔組織としては、前述した血管の他に、リンパ官および神経組織も挙げられる。リンパ管や神経の形態および位置に関する情報も、診断および治療並びに手術前や手術中での有用な情報となるため、これらの管腔組織を超音波画像上で正確に判別できることが望ましい。しかしながら、これらの管腔組織を超音波画像上で精度よく判別できる方法は報告されていない。
【０００７】
また、コラーゲンまたは脂肪の分布およびこれらの組織中の含有量を非接触で簡易に測定できれば、皮膚評価において非常に有用である。
【０００８】
本発明は上記要望に応えてなされたものであり、光音響分析法を用いた生体組織の判別において、超音波画像中に表された管腔組織を精度よく判別することを可能とする音響画像生成装置および音響画像生成方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
本発明は、光音響分析法を用いた生体組織の判別において、超音波画像中に表されたコラーゲンや脂肪を含有する組織を精度よく判別することを可能とする音響画像生成装置および音響画像生成方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の音響画像生成装置は、
電気音響変換手段により検出された音響波のうち、電気音響変換手段によって被検体に向けて出射され被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、上記音響波のうち、光出射手段が前記被検体に向けて複数の測定光を切り替えて出射したことにより被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成する画像生成手段と、
管腔組織を表示する超音波画像中の管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行う判別手段と、
上記判別の結果に応じて管腔領域が色分けされた超音波画像を表示させる表示制御手段とを備え、
判別手段が少なくとも、脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域に属する第１の波長の測定光に関する光音響データ中の第１のピークデータの有無、および、ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域に属する第２の波長の測定光に関する光音響データ中の第２のピークデータの有無に基づいて上記判別を行うものであることを特徴とするものである。
【００１１】
本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。「超音波」とは電気音響変換部の振動に起因して被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは測定光の吸収による光音響効果に起因して被検体内に発生した弾性波を意味する。
【００１２】
「第１の波長の測定光に関する光音響データ」とは、第１の波長の測定光の出射に起因する光音響波に基づく光音響データを意味する。また、「第２の波長の測定光に関する光音響データ」とは、第２の波長の測定光の出射に起因する光音響波に基づく光音響データを意味する。なお、後述するその他の波長の測定光についても同様である。
【００１３】
「光音響データ」とは、光音響波を検出して得られた生データに基づいて再構成された光音響信号に関するデータを意味し、再構成直後の信号波形データおよびこの信号波形データを基に加工されたデータを含む意味である。「信号波形データを基に加工されたデータ」とは、例えば、信号波形データが対数処理されたデータや、信号波形データから構築された画像データが挙げられる。
【００１４】
そして、本発明に係る第１の音響画像生成装置において、
判別手段は、さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属する第３の波長の測定光に関する光音響データ中の第３のピークデータの有無も考慮するものであることが好ましい。
【００１５】
「第３のピークデータの有無も考慮する」とは、第１のピークデータの有無、第２のピークデータの有無および第３のピークデータの有無に基づいて上記判別を行うことを意味する。
【００１６】
また、本発明に係る第１の音響画像生成装置において、判別手段は、
第１のピークデータがありかつ第２のピークデータがある場合に、上記管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
第１のピークデータがなくかつ第２のピークデータがある場合に、上記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
第１のピークデータがなくかつ第２のピークデータがない場合に、上記管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行うものであることが好ましい。
【００１７】
また、第１のピークデータの有無および第２のピークデータの有無に基づいて上記判別を行う場合には、第１の波長は７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、第２の波長は１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る第１の音響画像生成装置において第３のピークデータの有無も考慮する場合には、判別手段は、
第１のピークデータがありかつ第３のピークデータがない場合に、上記管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
第１のピークデータがなくかつ第２のピークデータがある場合に、上記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
第２のピークデータがなくかつ第３のピークデータがある場合に、上記管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行う構成を採用することができる。
【００１９】
或いは、本発明に係る第１の音響画像生成装置において、判別手段は、
第１のピークデータがあり、第２のピークデータがありかつ第３のピークデータがない場合に、上記管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
第１のピークデータがなく、第２のピークデータがありかつ第３のピークデータがない場合に、上記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
第１のピークデータがなく、第２のピークデータがなくかつ第３のピークデータがある場合に、上記管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行う構成を採用することができる。
【００２０】
また、第３のピークデータの有無も考慮する場合には、第１の波長は７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、第２の波長は１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであり、第３の波長は９１０〜９３０ｎｍの波長帯域に属するものであることが好ましい。或いは、この場合には、第１の波長は７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、第２の波長は１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであり、第３の波長は１１５０〜１２５０ｎｍまたは１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属するものであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る第１の音響画像生成装置において、判別手段は、さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属しかつ第３の波長と異なる第４の波長の測定光に関する光音響データ中の第４のピークデータの有無も考慮するものであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る第１の音響画像生成装置において第４のピークデータの有無も考慮する場合には、判別手段は、
第１のピークデータがあり、第２のピークデータがあり、第３のピークデータがなくかつ第４のピークデータがない場合に、管腔領域は血管領域に該当するとの判別を行い、
第１のピークデータがなく、第２のピークデータがあり、第３のピークデータがなくかつ第４のピークデータがない場合に、管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別を行い、
第１のピークデータがなく、第２のピークデータがなく、第３のピークデータがありかつ第４のピークデータがある場合に、管腔領域は神経領域に該当するとの判別を行う構成を採用することができる。
【００２３】
また、第４のピークデータの有無も考慮する場合には、第１の波長は７００〜８２０ｎｍの波長帯域に属するものであり、第２の波長は１０５５〜１０７５ｎｍの波長帯域に属するものであり、第３の波長は９１０〜９３０ｎｍの波長帯域に属するものであり、第４の波長は１１５０〜１２５０ｎｍまたは１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属するものであることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る第１の音響画像生成装置において、画像生成手段は、測定光として出射されたパルス光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を、このパルス光に基づく光音響信号からデコンボリューションする光微分波形逆畳込み手段を有し、光微分波形逆畳込み手段によってデコンボリューションされた信号に基づいて光音響データを再構成するものであることが好ましい。
【００２５】
この場合において、光微分波形逆畳込み手段は、
光音響信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、
光微分波形を所定のサンプリングレートでサンプリングした信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、
フーリエ変換された光微分波形の逆数を逆フィルタとして求める逆フィルタ演算手段と、
フーリエ変換された光音響信号に逆フィルタを適用するフィルタ適用手段と、
逆フィルタが適用された光音響信号をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段とを有するものであることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る第１の音響画像生成方法は、
検出された音響波のうち、被検体に出射され被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、
上記音響波のうち、複数の測定光が切り換えられて出射されたことにより被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成し、
少なくとも、第１の波長の測定光と、第２の波長の測定光とを切り換えて測定光として被検体内に出射することにより被検体内で発生した光音響波を検出し、
少なくとも、脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域に属する第１の波長の測定光に関する光音響データ中の第１のピークデータの有無、および、ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域に属する第２の波長の測定光に関する光音響データ中の第２のピークデータの有無に基づいて、上記管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行い、
上記判別の結果に応じて上記管腔領域が色分けされた超音波画像を表示することを特徴とするものである。
【００２７】
そして、本発明に係る第１の音響画像生成方法において、さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属する第３の波長の測定光に関する光音響データ中の第３のピークデータの有無も考慮することが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る第１の音響画像生成方法において、さらに、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属しかつ第３の波長と異なる第４の波長の測定光に関する光音響データ中の第４のピークデータの有無も考慮することが好ましい。
【００２９】
本発明に係る第２の音響画像生成装置は、
電気音響変換手段により検出された音響波のうち、電気音響変換手段によって被検体に出射され被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、上記音響波のうち、光出射手段が被検体に複数の測定光を切り替えて出射したことにより被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成する画像生成手段と、
生体組織を表示する超音波画像中の組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行う判別手段と、
上記判別の結果に応じて組織領域が色分けされた超音波画像を表示させる表示制御手段とを備え、
判別手段が、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５の波長の測定光に関する光音響データ中の第５のピークデータの有無、および、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属しかつ第５の波長と異なる第６の波長の測定光に関する光音響データ中の第６のピークデータの有無に基づいて上記判別を行うものであることを特徴とするものである。
【００３０】
そして、本発明に係る第２の音響画像生成装置において、第５の波長は１７２５ｎｍであり、第６の波長は１７３０ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
また、本発明に係る第２の音響画像生成装置において、画像生成手段は、測定光として出射されたパルス光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を、このパルス光に基づく光音響信号からデコンボリューションする光微分波形逆畳込み手段を有し、光微分波形逆畳込み手段によってデコンボリューションされた信号に基づいて光音響データを再構成するものであることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る第２の音響画像生成方法は、
検出された音響波のうち、被検体に出射され被検体内で反射した超音波に基づいて超音波画像を生成し、
上記音響波のうち、複数の測定光が切り換えられて出射されたことにより被検体内で発生した光音響波に基づいて光音響データを再構成し、
１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５の波長の測定光に関する光音響データ中の第５のピークデータの有無、および、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属しかつ第５の波長と異なる第６の波長の測定光に関する光音響データ中の第６のピークデータの有無に基づいて、上記組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行い、
上記判別の結果に応じて組織領域が色分けされた超音波画像を表示することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る第１の音響画像生成装置および第１の音響画像生成方法は、脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域に属する第１の波長の測定光と、ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域に属する第２の波長の測定光とが切り換えられて被検体に出射されたことにより被検体内で発生した光音響波を検出し、第１の波長の測定光に関する光音響データ中の第１のピークデータの有無、および、第２の波長の測定光に関する光音響データ中の第２のピークデータの有無に基づいて、上記管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行い、この結果を色分けして超音波画像に表示するものである。このように本発明では、少なくとも２つの異なる所定の波長を使用して取得した複数の光音響データを指標として管腔領域の判別を行うから、光音響分析法を用いた生体組織の判別において、超音波画像中に表された管腔組織を精度よく判別することが可能となる。
【００３４】
また、本発明に係る第２の音響画像生成装置および第２の音響画像生成方法は、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５の波長の測定光と、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属しかつ第５の波長と異なる第６の波長の測定光とが切り換えられて被検体に出射されたことにより被検体内で発生した光音響波を検出し、第５の波長の測定光に関する光音響データ中の第５のピークデータの有無、および、第６の波長の測定光に関する光音響データ中の第６のピークデータの有無に基づいて、上記組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行い、この結果を色分けして超音波画像に表示するものである。このように本発明では、２つの異なる所定の波長を使用して取得した複数の光音響データを指標として組織領域の判別を行うから、光音響分析法を用いた生体組織の判別において、超音波画像中に表された生体組織を精度よく判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態の音響画像生成装置の構成を示す概略図である。
【図２】酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、脂肪および水それぞれの吸収スペクトルを示すグラフである。
【図３】実施形態における超音波探触子の構成を示す概略斜視図である。
【図４】ポリエチレンの吸収スペクトルを示すグラフである。
【図５】第２の実施形態の音響画像生成装置の構成を示す概略図である。
【図６】第２の実施形態の音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。
【図７Ａ】再構成後の光音響信号を示す波形図である。
【図７Ｂ】ＦＦＴ後の光音響信号ＦＦＴを示す波形図である。
【図７Ｃ】光パルス微分波形（ｈ）を示す波形図である。
【図７Ｄ】ＦＦＴ後の光パルス微分波形ＦＦＴ（ｆｆｔ＿ｈ）を示す波形図である。
【図７Ｅ】光パルス微分波形ＦＦＴフィルタを示す波形図である。
【図７Ｆ】デコンボリューション後のＦＦＴ波形を示す波形図である。
【図７Ｇ】逆変換された光音響信号を示す波形図である。
【図８Ａ】再構成後デコンボリューション前の光音響信号に基づいて生成した光音響画像を示す図である。
【図８Ｂ】デコンボリューション後の光音響信号に基づいて生成した光音響画像を示す図である。
【図９】光音響画像生成の動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】第３の実施形態の音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。
【図１１Ａ】４００ＭＨｚのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示す波形図である。
【図１１Ｂ】４０ＭＨｚのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示す波形図である。
【図１２】第４の実施形態の音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。
【図１３Ａ】光音響信号（周波数領域）を示すグラフである。
【図１３Ｂ】ゼロパディング後の光音響信号を示すグラフである。
【図１４】第５の実施形態の音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。
【図１５Ａ】光パルス微分波形（周波数領域）を示すグラフである。
【図１５Ｂ】高周波成分サンプル点が除去された光パルス微分波形を示すグラフである。
【図１６】第６の実施形態の音響画像生成装置の構成を示す概略図である。
【図１７】ポリエチレンおよびトリメチルペンタンそれぞれの吸収スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００３７】
「第１の実施形態」
まず、本発明の第１の音響画像生成装置および方法の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の音響画像生成装置１０ａの基本構成を示すブロック図である。この音響画像生成装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、レーザ光源ユニット１３および表示手段１４を備えている。なおこの音響画像生成装置１０は、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能に構成されている。
【００３８】
そして、本実施形態の音響画像生成方法は、被検体に向けて出射され被検体内で反射した超音波を検出し、検出された超音波に基づいて超音波画像を生成し、管腔組織を表示する管腔領域を超音波画像から抽出し、第１の波長の測定光（中心波長７５６ｎｍ）と、第２の波長の測定光（中心波長１０６４ｎｍ）と、第３の波長の測定光（中心波長９２０ｎｍ）とを切り換えて測定光として被検体内に向けて出射させることにより被検体内で発生した光音響波を検出し、第１の波長の測定光に関する光音響データ中の第１のピークデータの有無、第２の波長の測定光に関する光音響データ中の第２のピークデータの有無、および第３の波長の測定光に関する光音響データ中の第３のピークデータの有無に基づいて、上記管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行い、上記判別の結果に応じて上記管腔領域が色分けされた超音波画像を表示することを特徴とするものである。
【００３９】
レーザ光源ユニット１３は、被検体に出射すべきレーザ光を測定光として出射する。このレーザ光源ユニット１３が本発明における光出射手段に相当する。レーザ光源ユニット１３は、例えば、血液、脂肪または水の吸収ピークに含まれる波長のレーザ光を発生させる１以上の光源を有する。光源として、特定の波長成分又はその成分を含む単色光を発生する半導体レーザ（ＬＤ）、固体レーザ、ガスレーザ等の発光素子を用いることができる。例えば本実施形態においてレーザ光源ユニット１３は、励起光源であるフラッシュランプ３５とレーザ発振を制御するＱスイッチレーザ３６とを含むものである。レーザ光源ユニット１３は、制御手段３４がフラッシュランプトリガ信号を出力すると、フラッシュランプ３５を点灯し、Ｑスイッチレーザ３６を励起する。
【００４０】
本発明では、レーザ光として、脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビン（酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビン）の吸収係数が大きい波長帯域に属する第１の波長の測定光（中心波長が第１の波長である測定光。以下同様である。）と、ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域に属する第２の波長の測定光と、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属する第３の波長の測定光とを使用する。第１の波長の測定光に関して「脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域」とは、言い換えれば、ヘモグロビン、脂肪および水のそれぞれの吸収係数に関して、ヘモグロビンの吸収係数が最も高い値を示す波長帯域ということである。第２の波長の測定光および第３の波長の測定光についても同様である。通常、測定光はスペクトル分布（例えばガウス分布等）を有し、ピークの半値幅は５〜１５ｎｍであることが好ましく、例えば１０ｎｍであることが好ましい。ヘモグロビン、脂肪および水の吸収係数の大小関係が異なる３つの波長を使用することにより、主として光音響効果を発現する生体物質（吸収物質）を変えるためである。図２は、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、脂肪および水それぞれの吸収スペクトルを示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は波長、縦軸は吸収係数（μａ）である。このグラフから、第１の波長は７００〜８２０ｎｍであることが好ましく、７４５〜７６５ｎｍまたは７９０〜８１０ｎｍであることが好ましい。また、第２の波長は１０５５〜１０７５ｎｍであることが好ましく、１０６０〜１０７０であることが好ましい。また、第３の波長は９１０〜９３０ｎｍであることが好ましく、９１５〜９２５ｎｍであることが好ましい。本実施形態では、例えば、第１の波長は７５６ｎｍであり、第２の波長は１０６４ｎｍであり、第３の波長は９２０ｎｍである。
【００４１】
レーザ光源ユニット１３は、レーザ光として１〜１００ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を出力するものであることが好ましい。そして、上記レーザ光の出力は、レーザ光と光音響波の伝搬ロス、光音響変換の効率および現状の検出器の検出感度等の観点から、１０μＪ／ｃｍ２〜数１０ｍＪ／ｃｍ２であることが好ましい。さらに、パルス光出力の繰り返しは、画像構築速度の観点から、１０Ｈｚ以上であることが好ましい。また、レーザ光は上記パルス光が複数並んだパルス列とすることもできる。レーザ光源ユニット１３から出力されたレーザ光は、図３に示されるように、例えば光ファイバ、導光板、レンズおよびミラー等の導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて出射される。
【００４２】
プローブ１１は、被検体に向けて超音波を出射し、被検体内を伝搬する音響波を検出するものである。このプローブ１１が本発明における電気音響変換手段に相当する。すなわち、プローブ１１は、被検体に対する超音波の照射（送信）、および被検体から反射して戻って来るその超音波の反射波の検出（受信）を行う。さらにプローブ１１は、被検体内の撮像対象物がレーザ光を吸収することにより被検体内で発生した光音響波の検出も行う。なお本明細書において、「音響波」とは超音波および光音響波を含む意味である。ここで、「超音波」とは電気音響変換部の振動により被検体内に発生した弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは測定光の吸収による光音響効果により被検体内に発生した弾性波を意味する。そのためにプローブ１１は、例えば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子１１ａから構成される振動子アレイを有する。超音波振動子１１ａは、例えば、圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。超音波振動子１１ａは、音響波を受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有している。この電気信号は後述する受信回路２１に出力される。このプローブ１１は、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等の中から診断部位に応じて選択される。
【００４３】
本実施形態のプローブ１１は、図３に示されるように、複数の超音波振動子１１ａ、光ファイバ５０および導光板５２を備える。光ファイバ５０は、レーザ光源ユニット１３からのレーザ光を導光板５２にまで導く。導光板５２は、振動子アレイの周囲に配置され、レーザ光はこの導光板５２から出射される。プローブ１１を上記のように構成することにより、同じ撮像範囲の超音波画像および光音響画像を精度よく生成することができる。これにより、超音波画像と光音響画像の位置合わせが不要となる場合もある。
【００４４】
レーザ光の照射は部分領域ごとに行ってもよい。例えば導光板５２は、領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃのそれぞれに対応して設けられる。その場合、領域Ａに対応する導光板５２ａは領域Ａの選択時にレーザ光を領域Ａに照射する。また、領域Ｂに対応する導光板５２ｂは領域Ｂの選択時にレーザ光を領域Ｂに照射する。そして、領域Ｃに対応する導光板５２ｃは領域Ｃの選択時にレーザ光を領域Ｃに照射する。例えばプローブ１１は、１９２ｃｈ分の超音波振動子１１ａを有している。１９２ｃｈ分の超音波振動子１１ａに対応する幅は、光音響画像生成に関連して例えば３つの部分領域（領域Ａ〜Ｃ）に分割されており、各部分領域の幅は６４ｃｈ分の超音波振動子１１ａに相当する幅であるとする。このような場合、１９２ｃｈの超音波振動子１１ａに対応する生体組織の幅が５７．６ｍｍであったとすると、各部分領域の幅は１９．２ｍｍとなる。つまり、音響画像生成装置１０は、光音響画像生成の際に、分割された１９．２ｍｍ幅の部分領域への光照射およびデータ収集を３回繰り返し行い、全１９２ｃｈ分のデータを取得する。
【００４５】
プローブ１１は、音響波を効率よく検出するために音響整合層を振動子アレイの表面に備えてもよい。一般に圧電素子材料と生体では音響インピーダンスが大きく異なるため、圧電素子材料と生体が直接接した場合には、界面での反射が大きくなり音響波を効率よく検出することができない。このため、圧電素子材料と生体の間に中間的な音響インピーダンスを有する音響整合層が配置されることにより、音響波を効率よく検出することができる。音響整合層を構成する材料の例としては、エポキシ樹脂や石英ガラスなどが挙げられる。
【００４６】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、データ分離手段２４、光音響画像再構成手段２５ａ、光音響画像再構成手段２５ａからの信号を受信する検波・対数変換手段２６ａ、光音響画像を構築する光音響画像構築手段２７ａ、超音波画像再構成手段２５ｂ、超音波画像再構成手段２５ｂからの信号を受信する検波・対数変換手段２６ｂ、超音波画像を構築する超音波画像構築手段２７ｂ、抽出手段２８、判別手段２９、画像合成手段３０、送信制御回路３３および制御手段３４を有している。制御手段３４は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。光音響画像再構成手段２５ａ、検波・対数変換手段２６ａ、光音響画像構築手段２７ａ、超音波画像再構成手段２５ｂ、検波・対数変換手段２６ｂ、超音波画像構築手段２７ｂが、全体として本発明における画像生成手段に相当する。
【００４７】
受信回路２１は、プローブ１１から出力された音響波の電気信号を受信する。ＡＤ変換手段２２はサンプリング手段であり、受信回路２１が受信した電気信号を例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号に同期してサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば制御手段３４或いは外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で上記電気信号をサンプリングする。
【００４８】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングしたデジタル信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータは、光音響波に関するデータ（光音響データ）、超音波に関するデータ（超音波データ）またはこれらの混合データである。
【００４９】
データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離する。サンプリングデータを分離する方法は特に限定されない。例えば、超音波の照射とレーザ光の照射とを時間的にずらして実施した場合には、サンプリングデータをある時刻で分けることによりサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離することができる。また例えば、光音響データおよび超音波データそれぞれに関する周波数や遅延量の違いを利用してもサンプリングデータを光音響データと超音波データとに分離することができる。データ分離手段２４は、分離された光音響データを光音響画像再構成手段２５ａに入力し、超音波データを超音波画像再構成手段２５ｂに出力する。
【００５０】
光音響画像再構成手段２５ａは、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記光音響データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この光音響画像再構成手段２５ａは、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは光音響画像再構成手段２５ａは、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。光音響画像再構成手段２５ａは、上記のようにして加算整合された光音響データを検波・対数変換手段２６ａに出力する。
【００５１】
検波・対数変換手段２６ａは、光音響画像再構成手段２５ａから出力された光音響データの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして、検波・対数変換手段２６ａは、上記のようにして信号処理した光音響データを光音響画像構築手段２７ａに出力する。
【００５２】
光音響画像構築手段２７ａは、対数変換が施された各ラインの光音響データに基づいて、断層画像（光音響画像）を構築する。光音響画像構築手段２７ａは、例えば光音響データの時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して光音響画像を構築する。構築された光音響画像は抽出手段２８へ送信される。
【００５３】
一方、超音波画像再構成手段２５ｂは、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記超音波データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この超音波画像再構成手段２５ｂは、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは超音波画像再構成手段２５ｂは、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。超音波画像再構成手段２５ｂは、上記のようにして加算整合された超音波データを検波・対数変換手段２６ｂに出力する。
【００５４】
検波・対数変換手段２６ｂは、超音波画像再構成手段２５ｂから出力された超音波データの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして、検波・対数変換手段２６ｂは、上記のようにして信号処理した超音波データを超音波画像構築手段２７ｂに出力する。
【００５５】
超音波画像構築手段２７ｂは、対数変換が施された各ラインの超音波データに基づいて、断層画像（超音波画像）を構築する。超音波画像構築手段２７ｂは、例えば超音波データの時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して超音波画像を構築する。構築された超音波画像は抽出手段２８へ送信される。
【００５６】
制御手段３４は、レーザ光源ユニット１３にフラッシュランプトリガ信号及びＱスイッチトリガ信号を出力し、レーザ光源ユニット１３からレーザ光を出射させる。また、制御手段３４は、送信制御回路３３に超音波送信トリガ信号を出力し、プローブ１１から超音波を出力させる。更に、制御手段３４は、レーザ光の照射又は超音波送信と同期してＡＤ変換手段２２に対してサンプリングトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。
【００５７】
制御手段３４は、レーザ光源ユニット１３に対してレーザ光の出力を指示するフラッシュランプトリガ信号を出力する。これによりレーザ光源ユニット１３では、フラッシュランプトリガ信号に応答してフラッシュランプ３５が点灯し、レーザ励起が開始される。その後、制御手段３４は、所定のタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。これによりレーザ光源ユニット１３では、Ｑスイッチレーザ３６のＱスイッチがＱスイッチトリガ信号に応答してＯＮ状態となり、レーザ光が出力されて、被検体にレーザ光が照射される。フラッシュランプ３５の点灯からＱスイッチレーザ３６が十分な励起状態となるまでに要する時間は、Ｑスイッチレーザ３６の特性などから見積もることができる。制御手段３４からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザ光源ユニット１３内において、Ｑスイッチレーザ３６を十分に励起させた後にＱスイッチをＯＮ状態にしてもよい。その場合は、ＱスイッチをＯＮ状態にした旨を示す信号を超音波ユニット１２側に通知してもよい。制御手段３４は、上記の処理を７５６ｎｍ、１０６４ｎｍおよび９２０ｎｍの３つの波長のそれぞれにおいて実施するよう制御する。光源の制御方法は、レーザ光源の種類によって適宜選択される。このような方法としては、例えば、複数の波長を発信可能なレーザ光源の発信波長を切り替える方法や、波長の異なる複数種類のレーザ光源を順次駆動させる方法が挙げられる。
【００５８】
また制御手段３４は、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を送信制御回路３３に出力する。送信制御回路３３は、上記超音波トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。制御手段３４は、先にフラッシュランプトリガ信号を出力し、その後超音波トリガ信号を出力する。つまり制御手段３４は、フラッシュランプトリガ信号の出力に後続して、超音波トリガ信号を出力する。フラッシュランプトリガ信号が出力されることで被検体に対するレーザ光の照射および光音響波の検出が行われた後、超音波トリガ信号が出力されることで被検体に対する超音波の送信およびその反射波の検出が行われる。
【００５９】
制御手段３４はさらに、ＡＤ変換手段２２に対して、サンプリング開始を指示するサンプリングトリガ信号を出力する。光音響データを生成する場合には、このサンプリングトリガ信号は、上記フラッシュランプトリガ信号が出力された後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前、より好ましくは被検体に実際にレーザ光が照射されるタイミングで出力される。そのためにサンプリングトリガ信号は、例えば制御手段３４がＱスイッチトリガ信号を出力するタイミングに同期して出力される。ＡＤ変換手段２２は上記サンプリングトリガ信号を受けると、プローブ１１にて検出された上記電気信号のサンプリングを開始する。
【００６０】
また、制御手段３４は、光音響画像を様々な形態で表示手段１４に表示するように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザ光源ユニット１３および表示手段１４を制御する。
【００６１】
例えば、制御手段３４は、測定光が照射された領域と同じ領域に、超音波を照射するようにプローブ１１を制御し、被検体内で反射した超音波を検出してこの超音波を電気信号に変換するようにプローブ１１を制御し、この電気信号に基づいて超音波画像を生成するように超音波ユニット１２を制御し、光音響画像と超音波画像とを重畳して表示するように表示手段１４を制御することもできる。
【００６２】
なお、「測定光が照射された領域と同じ領域に」超音波を照射するとは、測定光を照射して得られた光音響画像の撮像範囲と、超音波を照射して得られた超音波画像の撮像範囲とが少なくとも一部において重畳するように、超音波を照射することを意味する。
【００６３】
抽出手段２８は、管腔組織を表示する管腔領域を超音波画像から抽出するものである。本発明では、管腔組織とは、血管、リンパ管および神経組織を意味する。管腔領域の抽出は特に限定されず公知の手法を使用することができる。超音波画像から注目すべき管腔領域を予め抽出することにより、光音響画像中のピークデータの有無を判断する領域を、その抽出された管腔領域に対応する領域に限定でき、演算処理が減らすことができるという利点がある。しかしながら、管腔領域の抽出は本発明において必須ではない。例えば、特定の管腔領域を抽出しない場合には、超音波画像と光音響データが取得できた範囲とが重畳する領域内の画素ごとに、ピークデータの有無を判断しかつ色分けすればよい。
【００６４】
判別手段２９は、抽出された管腔領域が、血管を表示する血管領域、リンパ管を表示するリンパ管領域および神経組織を表示する神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行う。
【００６５】
上記判別は具体的には次のようにして行われる。
【００６６】
まず、判別手段２９は、光音響画像構築手段２７ａから、７５６ｎｍ、１０６４ｎｍおよび９２０ｎｍの３つの波長のそれぞれに基づいた３つの光音響データを取得する。光音響データは、光音響画像再構成手段２５ａによって再構成された信号波形データ、検波・対数変換手段２６ａによって対数処理されたデータ、および光音響画像構築手段２７ａによって信号波形データから構築された画像データのいずれでもよい。ただし、本実施形態では光音響データは、光音響画像構築手段２７ａによって信号波形データから構築された画像データであるとする。次に判別手段２９は、波長が７５６ｎｍ（第１の波長）の光に関する画像データ（つまり光音響データ）の中に、上記管腔領域に対応する部分の第１のピーク輝度が存在するか否かを判断し、その判断結果を記憶する。なお、ピーク輝度は、周辺に比べて輝度が高い部分を意味し、本発明におけるピークデータに相当する。また、波長が１０６４ｎｍ（第２の波長）の光に関する画像データの中に、上記管腔領域に対応する部分の第２のピーク輝度が存在するか否かを判断し、その判断結果を記憶する。また、波長が９２０ｎｍ（第３の波長）の光に関する画像データの中に、上記管腔領域に対応する部分の第３のピーク輝度が存在するか否かを判断し、その判断結果を記憶する。
【００６７】
管腔領域に対応する画像データ部分は、超音波画像の画素位置と光音響画像の画素位置とを空間的に対比することにより判断される。本実施形態の場合、図３に示されるようなプローブを使用しているため、プローブを動かすことなく超音波画像および光音響画像を取得することができる。したがって、位置合わせをしなくても、超音波画像全体に対する管腔領域の位置と、光音響画像全体に対する当該管腔領域に対応する画像データ部分の位置とはほぼ一致している。
【００６８】
そして、ピーク輝度の有無についての３つの上記判断結果に基づいて、下記の表１で表されるテーブルデータを参照して、管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行う。
【００６９】
【表１】
0005810050.tif 000002
【００７０】
表１において、「＋」記号はその波長においてピーク輝度（ピークデータ）が存在したことを表し、「−」記号はその波長においてピーク輝度（ピークデータ）が存在しなかったことを表す。なお、ピークデータの有無の判断は、所定の閾値を基準に判断する。つまり、ピークデータと思われる信号があったとしても上記閾値未満の信号は、本発明においてピークデータとして取り扱わない。当該閾値は、血管、リンパ管および神経組織の項目間で同じ結果とならないように波長ごとに適宜設定される。
【００７１】
つまり、表１は、第１のピークデータがあり、第２のピークデータがありかつ第３のピークデータがない場合に、上記管腔領域は血管領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、血管中にヘモグロビンおよび水が存在することから、血管全体の吸収係数が、第１の波長帯域（脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域）および第２の波長帯域（ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域）において相対的に大きくなり、第３の波長帯域（水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域）において相対的に小さくなることを利用している。また、表１は、第１のピークデータがなく、第２のピークデータがありかつ第３のピークデータがない場合に、上記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、リンパ管中にヘモグロビンおよび脂肪が存在せず水が存在することから、リンパ管全体の吸収係数が、第２の波長帯域において相対的に大きくなり、第１および第３の波長帯域において相対的に小さくなることを利用している。また、表１は、第１のピークデータがなく、第２のピークデータがなくかつ第３のピークデータがある場合に、上記管腔領域は神経領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、神経組織中にヘモグロビンおよび水が存在せず神経鞘が脂肪から構成されていることから、神経組織全体の吸収係数が、第３の波長帯域において相対的に大きくなり、第１および第２の波長帯域において相対的に小さくなることを利用している。
【００７２】
或いは、ピーク輝度の有無についての３つの上記判断結果に基づいて、下記の表２で表されるテーブルデータを参照して、管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行うことも可能である。
【００７３】
【表２】
0005810050.tif 000003
【００７４】
表２は、第１のピークデータがありかつ第３のピークデータがない場合に、上記管腔領域は血管領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、血管中にヘモグロビンが存在し脂肪が存在しないことから、血管全体の吸収係数が、第１の波長帯域において相対的に大きくなり、第３の波長帯域において相対的に小さくなることを利用している。また、表２は、第１のピークデータがなくかつ第２のピークデータがある場合に、上記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、リンパ管中にヘモグロビンが存在せず水が存在することから、リンパ管全体の吸収係数が、第２の波長帯域において相対的に大きくなり、第１の波長帯域において相対的に小さくなることを利用している。また、表２は、第２のピークデータがなくかつ第３のピークデータがある場合に、上記管腔領域は神経領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、神経組織中に水が存在せず神経鞘が脂肪から構成されていることから、神経組織全体の吸収係数が、第３の波長帯域において相対的に大きくなり、第２の波長帯域において相対的に小さくなることを利用している。上記のように、管腔領域に対する判別は、各項目それぞれにおいて、２つの組み合わせの波長を考慮するだけで行うことも可能である。このような手法は、例えばある波長においてピークデータの有無の判断自体を行えなかった場合等に有効である。
【００７５】
或いは、ピーク輝度の有無についての３つの上記判断結果に基づいて、下記の表３で表されるテーブルデータを参照して、管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行うことも可能である。
【００７６】
【表３】
0005810050.tif 000004
【００７７】
表３は、第１のピークデータがありかつ第２のピークデータがある場合に、上記管腔領域は血管領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、血管中にヘモグロビンおよび水が存在することから、血管全体の吸収係数が、第１および第２の波長帯域において相対的に大きくなることを利用している。また、表３は、第１のピークデータがなくかつ第２のピークデータがある場合に、上記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、リンパ管中にヘモグロビンが存在せず水が存在することから、リンパ管全体の吸収係数が、第２の波長帯域において相対的に大きくなり、第１の波長帯域において相対的に小さくなることを利用している。また、表３は、第１のピークデータがなくかつ第２のピークデータがない場合に、上記管腔領域は神経領域に該当するとの判別が行われることを示す。これは、神経組織中にヘモグロビンおよび水が存在しないことから、神経組織全体の吸収係数が、第１および第２の波長帯域において相対的に小さくなることを利用している。上記のように、管腔領域に対する判別は、第１の波長の測定光および第２の波長の測定光それぞれに関するピーク輝度の有無の結果のみによって行うことも可能である。このような手法も、例えばある波長においてピークデータの有無の判断自体を行えなかった場合等に有効である。さらに、上記のことは、第３の波長の測定光に関する光音響データを取得せずとも、第１の波長の測定光および第２の波長の測定光それぞれに関する光音響データのみで、管腔領域についての判別を行えることを意味する。このような手法は、第３の波長の測定光を照射する必要がないためコストを低減する場合等に有効である。なお、２つの波長の組合せは第１の波長および第３の波長でもよく、上記同様に、２つの波長の測定光それぞれに関する光音響データのみで、管腔領域についての判別が行える。
【００７８】
画像合成手段３０は、画像構築手段２７ａおよび２７ｂにそれぞれ構築された光音響画像および超音波画像に基づいて、上記判別の結果に応じて上記管腔領域が色分けされた画像を生成する。或いは、予め管腔領域が抽出されていなければ、超音波画像の画素ごとに、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行って色分けすることができる。色分けは、特に限定されず、それぞれ異なる色度（色相および明度）を血管領域、リンパ管領域および神経領域に割り当てることにより実施される。さらに、画像合成手段３０は、上記で色分けが付された画像に必要な処理（例えばスケールの補正等）を施して表示手段１４に表示するための最終的な画像（表示画像）を生成する。画像合成手段３０は、本発明の表示制御手段に相当する。画像合成手段２８は、生成した表示画像を表示手段１４に表示させる。なお、本発明では、色分けされた超音波画像を表示できればよいため、光音響画像の表示は必要ではないが、対比観察するために超音波画像と共に光音響画像を表示してもよい。
【００７９】
以上より、本実施形態に係る音響画像生成装置および音響画像生成方法は、少なくとも、脂肪および水の吸収係数に比べてヘモグロビンの吸収係数が大きい波長帯域に属する第１の波長の測定光と、ヘモグロビンおよび脂肪の吸収係数に比べて水の吸収係数が大きい波長帯域に属する第２の波長の測定光とを切り換えて測定光として被検体内に照射することにより被検体内で発生した光音響波を検出し、少なくとも、第１の波長の測定光に関する光音響データ中の第１のピークデータの有無、第２の波長の測定光に関する光音響データ中の第２のピークデータの有無に基づいて、上記管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を上記管腔領域に対して行うものである。このように本発明では、少なくとも２つの異なる所定の波長を使用して取得した少なくとも２つの光音響データを指標として管腔領域の判別を行うから、光音響分析法を用いた生体組織の判別方法において、超音波画像中に表された管腔組織を精度よく判別することが可能となる。
【００８０】
＜設計変更＞
第１の実施形態では、３つの異なる波長を使用して管腔組織についての判別を行い、また、２つの異なる波長を使用しても管腔組織についての判別が可能であること説明した。しかしながら、本発明は下記のように、水およびヘモグロビンの吸収係数に比べて脂肪の吸収係数が大きい波長帯域に属しかつ第３の波長と異なる第４の波長の測定光を使用すれば、さらに判別の精度を向上させることができる。
【００８１】
図４は、脂肪と共通する構造（ＣＨ２ボンド）を有するポリエチレン（polyethilene）の吸収スペクトルを示すグラフである。このグラフを考慮すると、上記第４の波長としては、１１５０〜１２５０ｎｍまたは１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する波長を使用することができる。実際に、上記の波長帯域ではヘモグロビンおよび水の吸収係数は脂肪の吸収係数より小さい。例えば、第４の波長は１７３０ｎｍまたは１７６５ｎｍであることが好ましい。この場合に、ピーク輝度の有無についての４つの判断結果に基づいて、下記の表４で表されるテーブルデータを参照して、管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行うことが可能である。
【００８２】
【表４】
0005810050.tif 000005
【００８３】
つまり、表４は、第１のピークデータがあり、第２のピークデータがあり、第３のピークデータがなくかつ第４のピークデータがない場合に、上記管腔領域は血管領域に該当するとの判別が行われることを示す。また、表４は、第１のピークデータがなく、第２のピークデータがあり、第３のピークデータがなくかつ第４のピークデータがない場合に、上記管腔領域はリンパ管領域に該当するとの判別が行われることを示す。また、表４は、第１のピークデータがなく、第２のピークデータがなく、第３のピークデータがありかつ第４のピークデータがある場合に、上記管腔領域は神経領域に該当するとの判別が行われることを示す。これらは、表１における説明と同様の理由による。
【００８４】
「音響画像生成装置および方法の第２の実施形態」
次に音響画像生成装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、超音波ユニット１２が光微分波形逆畳込み手段３８および補正手段３９を有する点で第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素の説明は特に必要がない限り省略する。
【００８５】
図５は、本実施形態の音響画像生成装置１０ｂの構成を示す概略図である。この音響画像生成装置１０ｂは、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザ光源ユニット１３および表示手段１４を備えている。なおこの音響画像生成装置１０ｂも、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能に構成されている。
【００８６】
そして、本実施形態の音響画像生成方法は、被検体に向けて出射され被検体内で反射した超音波を検出し、検出された超音波に基づいて超音波画像を生成し、管腔組織を表示する管腔領域を超音波画像から抽出し、第１の波長の測定光（中心波長７５６ｎｍ）と、第２の波長の測定光（中心波長１０６４ｎｍ）と、第３の波長の測定光（中心波長９２０ｎｍ）とを切り換えて測定光として被検体内に向けて出射させることにより被検体内で発生した光音響波を検出し、再構成された光パルス微分波形をデコンボリューションした光音響信号を測定光ごとに生成し、デコンボリューションされた光音響信号に基づいて測定光ごとに光音響データを生成し、第１の波長の測定光に関する光音響データ中の第１のピークデータの有無、第２の波長の測定光に関する光音響データ中の第２のピークデータの有無、および第３の波長の測定光に関する光音響データ中の第３のピークデータの有無に基づいて、上記管腔領域が、血管領域、リンパ管領域および神経領域のいずれの領域に該当するのかの判別を行い、上記判別の結果に応じて上記管腔領域が色分けされた超音波画像を合成し、合成された超音波画像を表示することを特徴とするものである。
【００８７】
プローブ１１およびレーザ光源ユニット１３については、前述した通りである。
＜超音波ユニット＞
本実施形態の超音波ユニット１２は、第１の実施形態の超音波ユニットの構成に加えて、光微分波形逆畳込み手段３８、補正手段３９を有する。
【００８８】
光微分波形逆畳込み手段３８は、再構成された光音響信号から被検体に照射された光の光強度の時間波形の微分波形である光パルス微分波形（パルスレーザ光についての光微分波形）をデコンボリューションした光音響信号を生成する。光パルス微分波形をデコンボリューションすることで、ｔ≠０に再構成した圧力分布から、ｔ＝０に再構成した圧力分布、すなわち吸収分布を求めることができる。光微分波形逆畳込み手段３８は、再構成前の光音響信号に対してデコンボリューションを行ってもよい。デコンボリューションの詳細な説明は後述する。
【００８９】
補正手段３９は、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号を補正し、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号から、プローブ１１における超音波振動子の受信角度依存特性の影響を除去する。また、補正手段３９は、受信角度依存特性に加えて、又はこれに代えて、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号から被検体における光の入射光分布の影響を除去する。補正手段３９を省き、これらの補正を行わずに、光音響画像の生成を行ってもよい。
【００９０】
画像合成手段３０は、第１の実施形態で説明した機能の他、それぞれの位置で取得されかつ光パルス微分波形がデコンボリューションされた光音響信号および位置情報を使用して、ボリュームデータを生成する機能も有する。ボリュームデータの生成は、それぞれの光音響信号の信号値をこれに関連付けられた位置情報に従って、計算上の空間（仮想空間）に割り当てることにより行う。信号値を割り当てる際に、割り当てる場所が重複する場合には、その重複する場所の信号値として例えばそれらの信号値の平均値またはそれらのうちの最大値が採用される。また、必要に応じて、割り当てられる信号値がない場合には、その周辺の信号値を用いて補間することが好ましい。補間は、例えば、最近接点から順に４つの近接点の重み付き平均値を補間場所に割り当てることにより行う。これにより、より自然な形のボリュームデータを生成することができる。さらに、画像合成手段３０は、生成されたボリュームデータに必要な処理（例えばスケールの補正およびボクセル値に応じた色付け等）を施す。そして、例えばユーザから指定された観察方法（例えば２次元方式又は３次元方式）に従って生成された光音響画像が、表示手段１４に表示するための最終的な画像（表示画像）となる。
【００９１】
図６に、光微分波形逆畳込み手段３８の詳細な構成を示す。光微分波形逆畳込み手段３８は、フーリエ変換手段４１、４２と、逆フィルタ演算手段４３と、フィルタ適用手段４４と、フーリエ逆変換手段４５とを有する。フーリエ変換手段（第１のフーリエ変換手段）４１は、離散フーリエ変換により、再構成された光音響信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。フーリエ変換手段（第２のフーリエ変換手段）４２は、離散フーリエ変換により、光パルス微分波形を所定のサンプリングレートでサンプリングした信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。フーリエ変換のアルゴリズムにはＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）を用いることができる。
【００９２】
ここで、本発明におけるデコンボリューションの基本アルゴリズムについて概説する。
【００９３】
従来、圧力分布画像に代えて、吸収分布画像を生成する技術がこれまでにいくつか知られている。例えば特開平３−１５６３６２号公報（以下、特許文献２）には、試料の熱的インパルス応答から光音響画像の分解能劣化を修復する逆フィルタを求め、得られた光音響画像に逆フィルタを作用させることで、理想的な光音響画像、すなわち試料表面の点光源によって励起され、検出されるその点（無限小）における熱的インピーダンス情報（＝無限小なる点熱源の集合）を得ることが記載されている。
【００９４】
特許文献２では、より詳細には、まず、試料の熱インパルス応答ｈ（ｘ，ｙ）を計算し、次いで光音響画像ｐ（ｘ，ｙ）を構成する。熱的インパルス応答は、無限小なる一点の温度変化が試料表面の微小変位に変換されるまでの伝達関数と定義されている。その後、熱インパルス応答ｈ（ｘ，ｙ）と光音響画像ｐ（ｘ，ｙ）とをそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換像Ｈ（μ，υ）、Ｐ（μ，υ）を得る。１／Ｈ（μ，υ）を逆フィルタとして用い、Ｑ（μ，υ）＝Ｐ（μ，υ）・（１／Ｈ（μ，υ））により、Ｑ（μ，υ）を計算する。そのようにして計算されたＱ（μ，υ）をフーリエ逆変換することで、理想的な光音響画像ｑ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００９５】
上記特許文献の他にも、Yuan Xu, et al., IEEE Transactions on Medical Imaging, Volume 21 (2002), p.823-828（以下、非特許文献１）には、論理的には、有限の時間幅を持つ光パルスη（ｔ）をフーリエ変換したものη（ｋ）としたとき、その微分をｉη（ｋ）として考慮することが記載されている。実験的には、超音波検出素子であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）での検出帯域以内に励起光パルス波形が入るようにパルス幅を長くしたマイクロ波を被検体に照射し、通常のＰＺＴプローブで光音響信号を検出し、吸収分布を再構成している。
【００９６】
また、Yi Wang, et al., Physics in Medicine and Biology, Volume 49 (2004), p.3117-3124（以下、非特許文献２）には、被写体中の微小要素からの圧力波形と光パルス微分関数と装置インパルス応答関数とを合わせたミクロ波形と、吸収分布とを、観測圧力波形に関連付けることが記載されている。吸収像再構成は、光微分とシステム応答とを含むｐｄ０を測定して、各素子の圧力波形からｐｄ０をデコンボリューションしたのちに、フィルタ補正逆投影法（Filtered Backprojection法）を用いて行う。実験的には、パルス幅の短いパルスレーザ光で励起し、超音波の検出帯域を通常の超音波診断装置よりも広げて、ハイドロホン＋オシロスコープで光音響信号を検出し、吸収分布を再構成する。
【００９７】
しかしながら、非特許文献１では、光パルスをフーリエ変換したη（ｋ）を位置依存の関数η（ｒ，ｋとして扱っていない。このため、ｔ＝０に再構成できる（検出した波形を基に時間を遡って光が入射した瞬間（ｔ＝０）に発生した圧力分布を推定する計算を行うことができる）場合には正確な吸収分布を得ることができるものの、ｔ≠０に再構成した場合（光が入射した瞬間（ｔ＝０）の圧力分布を再構成できずに、時刻ｔ＝０からしばらく時間が経った後の圧力分布を推定することになる場合）には、光パルス幅成分が除去できず、圧力分布となる。
【００９８】
また、非特許文献１及び２では、励起レーザと超音波検出装置とのどちらかを実用的な範囲から外してレーザ発光時間と超音波検出時とを合わせて再構成している。このため、非特許文献１及び２では問題は明確には現れないものの、実用的な装置構成を考えた場合、非特許文献１及び２の手法では、ｔ＝０とする再構成が困難である。すなわち、例えば実用的な装置構成として、
・サンプリング周波数１００ＭＨｚ以下で、ＰＺＴなどを利用した狭帯域プローブを用いた超音波検出装置
・強い光音響信号が出る１−１００ｎｓオーダーの光パルス幅を持つ励起レーザ
を用いた場合、レーザパルス発光が超音波検出時間と比較して短時間の現象のため、ｔ＝０に相当する状態（吸収分布と圧力分布とが比例する時間帯）に正確に再構成できない。
【００９９】
ここで、「時刻ｔ＝０の圧力分布」は「吸収分布」を表すので、時刻ｔ＝０圧力分布が求められれば吸収分布を得ることができる。しかし、一般的な超音波検出装置のサンプリング間隔は２５ｎｓ程度であり、光が当たった瞬間の時刻ｔ＝０のつもりで計算しても、実際はｔ＝±１２．５ｎｓ程度の時間幅でずれが生じる。例えば光パルス幅が１００ｎｓと長い場合には、上記のずれ（±１２．５ｎｓ）は誤差と考えればよいものの、光パルス幅が１０ｎｓであれば、上記のずれは誤差とは呼べなくなり、光が当たった瞬間の圧力分布というよりも圧力波の伝播過程の圧力分布に移行することとなる。その「圧力波の伝播過程の圧力分布」は、「吸収分布」に一致しない。
【０１００】
更に、実験的な生体等のサンプルにおいては、ｔ＝０の圧力分布を定義することが困難である。生体内の音速を例えば１５３０ｍ／ｓと仮定し、検出時刻とレーザ照射時刻との差を伝播時間とすると、伝播時間から伝播距離が求める。生体内の音速が１５３０ｍ／ｓで一定であれば、伝播時間から求めた伝播距離は実際の伝播距離と一致する。しかし、実際には、音速は生体内で一様ではなく、計算上の伝播距離と実際の伝播距離とにずれが生じる。従って、検出信号から伝播距離を推定する場合には、音速差に起因する伝搬距離のあいまいさが残る。生体内の伝播距離のあいまいさを伝播時間のあいまいさと捉えると、時刻ｔ＝０も曖昧性を持つことになり、ｔ＝０の圧力分布というのもあいまいになり、定義が困難となる。ｔ＝０の分布が吸収分布であるのに対し、ｔ＞０の分布は伝播時の圧力分布であり、これらが混ざると吸収分布とは言えなくなる。
【０１０１】
そこで、本発明者は、実用的な装置においても検出信号から吸収分布を求めることを試みた。
【０１０２】
光吸収体であるミクロ吸収粒子を考え、このミクロ吸収粒子がパルスレーザ光を吸収して圧力波（光音響圧力波）が生じることを考える。時刻をｔとして、位置ｒにあるあるミクロ吸収粒子から発生する光音響圧力波を、位置Ｒで観測した場合の圧力波形ｐｍｉｃｒｏ（Ｒ，ｔ）は、[Phys. Rev. Lett. 86(2001)3550.]より、以下の球面波となる。
【数１】
0005810050.tif 000006
【０１０３】
ここで、Ｉ（ｔ）は励起光の光強度の時間波形であり、係数ｋは、粒子が光を吸収して音響波を出力する際の変換係数であり、ｖｓは被検体の音速である。また、位置ｒ、Ｒは、空間上の位置を示すベクトルである。ミクロ吸収粒子から発生する圧力は、上記式に示すように、光パルス微分波形に比例した球面波となる。
【０１０４】
実際にイメージングする対象から得られる圧力波形は、よりマクロな吸収体のサイズを有しているため、上記のミクロ吸収波形を重ね合わせた波形になると考える（重ね合わせの原理）。ここで、マクロな光音響波を発する粒子の吸収分布をＡ（ｒ−Ｒ）とし、そのマクロな吸収体からの圧力の観測波形をｐｍａｃｒｏ（Ｒ，ｔ）とする。観測位置Ｒでは、各時刻において、観測位置Ｒから半径ｖｓｔに位置する吸収粒子からの光音響波が観測されることになるため、観測波形ｐｍａｃｒｏ（Ｒ，ｔ）は、以下の圧力波形の式で示される。
【数２】
0005810050.tif 000007
【０１０５】
上記式（１）からわかるように、観測波形は、光パルス微分のコンボリューション型を示す。
【０１０６】
非特許文献２では、上記式に更に装置インパルス応答をコンボリューションした式を基本に考え、観測波形ｐｍａｃｒｏから、光パルス微分と装置インパルス応答をデコンボリューション操作後に、吸収分布Ａ（ｒ−Ｒ）の再構成をフィルタ補正逆投影法で行うことを提案している。非特許文献２では、光パルス微分の影響よりも装置インパルス応答を考慮することを重視しており、それゆえに、装置として十分Ｓ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が取れていない周波数帯域まで強調され、処理後の画像ノイズが増加する。そのため、非特許文献２では、高周波フィルタを含めて処理することが必要になる。
【０１０７】
非特許文献２のように帯域が広い超音波プローブを用いるならば上記の方法でもよい。しかし、実用的な狭帯域プローブを用いた場合には、装置のインパルス応答に対して検出する超音波信号の周波数が低いため、通常の超音波プローブで検出する信号（低周波）に対してデコンボリューションする波形の帯域が広くなり、適切にデコンボリューションすることができず、画像として破たんが生じる。そこで、吸収分布を得る上で重要なのは光パルス微分項を考慮することであるため、本発明では、デコンボリューション処理において、光パルス微分項のみを考慮してデコンボリューションを行うこととする。
【０１０８】
更に、本発明では、従来の超音波システムにおいても用いられている圧力分布を求める再構成（ＦＴＡ法、ＤｎＳ法、ＢＰ法など）を適用後に、再構成後の画像がｔ≠０の圧力分布、すなわち圧力波の伝播過程の圧力分布であることを認識の上で、これを吸収分布に変換することを考えた。圧力分布再構成の基本的な考え方としては、検出位置Ｒ＝（ｘ，ｙ，０）の再構成後の圧力分布ｐｒｅｃ（Ｒ，ｔ）は、各時刻ｔにおける、Ｒの検出軸（ｒ−Ｒ）上の｜ｒ−Ｒ｜位置に存在する吸収体から発生する球面波を、周囲の圧電素子の信号も含めて足し合わせてその位置における圧力強度を計算して得られる。従って、検出軸（ｒ−Ｒ）に存在するミクロの吸収体から発生し、伝播する光音響波を重ねあわせたｐｒｅｃ（Ｒ，ｔ）は以下のように表記できる。
【数３】
0005810050.tif 000008
【０１０９】
このように吸収分布を１次元で考えて良くなることで、上記式のような圧力表記が可能となる。上記式（２）は、検出軸（ｒ−Ｒ）をｚ軸、検出素子からの距離｜ｒ−Ｒ｜をｚとすると、下記のように表すことができる。
【数４】
0005810050.tif 000009
【０１１０】
更に、式（３）から積分とは関係ないｘ，ｙは表記を省略し、ｚ軸を時間で表記すると、上記式は、下記式のように表すことができる。
【数５】
0005810050.tif 000010
【０１１１】
このように、（ｘ，ｙ，０）に位置する検出素子における１軸（時間軸又はｚ’軸）のコンボリューション表記が可能となる。
【０１１２】
上記式（４）の両辺をフーリエ変換し、周波数軸において、圧力分布のフーリエ係数を光パルスの時間微分のフーリエ係数で割ることで、光パルス微分をデコンボリューションすることができる。
【数６】
0005810050.tif 000011
【０１１３】
デコンボリューション後、得られた式を、フーリエ逆変換することで、Ａ（ｘ，ｙ，ｖｓｔ）を求め、吸収分布を画像化することができる。ここで求めたＡ（ｘ，ｙ，ｖｓｔ）には、検出素子受信角度依存性Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）や、プローブ帯域の固有振動が重畳されている可能性がある。例えば、装置関数Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）を事前に求めておいた上でその逆数をＡ（ｘ，ｙ，ｖｓｔ）に掛けることで、検出素子受信角度依存性の影響を除去できる。また、帯域の固有振動に関してはヒルベルト変換や直交検波処理により強度画像化すれば、その影響を除去することができる。更に、検体に入射する光空間分布Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）を別に観測やシミュレーションにより求め、吸収係数に比例する画素値μ（ｘ，ｙ，ｚ）を、μ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ａ（ｘ，ｙ，ｖｓｔ）／Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）により求めてもよい。この場合、より生体組織と密接な関係のある物理量である吸収係数の分布画像を得ることができる。
【０１１４】
以上を踏まえ、光パルス微分波形のデコンボリューションの手順について説明する。
【０１１５】
まず、再構成後の光音響信号を入力し、再構成後の光音響信号をフーリエ変換手段４１においてＦＦＴによりフーリエ変換する。図７Ａに再構成後の光音響信号を示し、図７ＢにＦＦＴ後の光音響信号ＦＦＴを示す。フーリエ変換することで、図７Ａに示す時間領域の信号が、図７Ｂに示すような周波数領域の信号に変換される。なお、図７Ｂでは、光音響信号ＦＦＴの絶対値を示しているが、実際の処理では複素数のまま処理される。
【０１１６】
そして、光パルス微分波形ｈをフーリエ変換手段４２においてＦＦＴによりフーリエ変換する。図７Ｃに光パルス微分波形（ｈ）を示し、図７ＤにＦＦＴ後の光パルス微分波形ＦＦＴ（ｆｆｔ＿ｈ）を示す。フーリエ変換することで、図７Ｃに示す時間領域の信号（波形）が、図７Ｄに示す周波数領域の信号に変換される。なお、図７Ｃにおける黒丸は、光パルス微分波形におけるサンプリング点を表している。また、図７Ｄでは、光パルス微分波形ＦＦＴの絶対値を示しているが、実際の処理では複素数のまま処理される。
【０１１７】
そして、逆フィルタ演算手段４３によって、上記で得られたＦＦＴ後の光パルス微分波形ＦＦＴ（ｆｆｔ＿ｈ）の逆数を、光パルス微分波形ＦＦＴフィルタ（逆フィルタ）として求める。光パルス微分波形ＦＦＴフィルタは、具体的にはconj(fft_h)/abs(fft_h)2で求めることができる。ここで、conj(fft_h)はfft_hの共役複素数、abs(fft_h)はfft_hの絶対値を表す。図７Ｅに、光パルス微分波形ＦＦＴフィルタを示す。図７Ｄに示す光パルス微分波形ＦＦＴの逆数を求めることで、図７Ｅに示すような光パルス微分波形ＦＦＴフィルタを得ることができる。
【０１１８】
上記のようにして求めた光パルス微分ＦＦＴフィルタと、再構成後の光音響信号ＦＦＴとをフィルタ適用手段４４によって要素ごとに乗算し、光音響信号ＦＦＴから光パルス微分波形をデコンボリューションする。図７Ｆに、デコンボリューション後のＦＦＴ波形を示す。図７Ｂに示す光音響信号ＦＦＴと図７Ｅに示す光パルス微分波形ＦＦＴフィルタとの乗算を行うことで、図７Ｆに示すＦＦＴ波形が得られる。
【０１１９】
そして、光パルス微分波形をデコンボリューションしたＦＦＴ波形を、フーリエ逆変換手段４５において逆ＦＦＴによりフーリエ逆変換し、周波数領域の信号を時間領域の信号に戻す。図７Ｇは、逆変換された光音響信号を示す。図７Ｆに示すＦＦＴ波形（周波数領域の信号）を逆ＦＦＴすることで、図７Ｇに示すデコンボリューション後の光音響信号（時間領域の信号）が得られる。このデコンボリューション後の光音響信号は、光吸収分布に光パルス微分波形（図７Ｃ）がコンボリューションされた再構成後の光音響信号（図７Ａ）から、光パルス微分波形をデコンボリューションした吸収分布に相当する。
【０１２０】
図８Ａに、再構成後デコンボリューション前の光音響信号（図７Ａ）に基づいて生成した光音響画像を示し、図８Ｂに、デコンボリューション後の光音響信号（図７Ｇ）に基づいて生成した光音響画像を示す。図８Ａに示す、再構成後の光音響信号に基づいて生成した光音響画像は、実質的に圧力分布を画像化したものであり、１本の血管が二重に表示されるなど、画像判定上、血管の位置が確認しづらい。これに対し、図８Ｂに示すデコンボリューション後の光音響信号に基づいて生成した光音響画像は、光パルス微分波形をデコンボリューションしていることで吸収体の分布を画像化できており、血管の位置を確認しやすくなっている。これにより、超音波画像中の管腔領域について血管領域であるとする判別の精度も向上することになる。
【０１２１】
本実施形態においては、光音響信号のサンプリングレートと光パルス微分波形のサンプリングレートとは等しいものとする。例えば光音響信号はＦｓ＝４０ＭＨｚのサンプリングクロックに同期してサンプリングされており、光微分パルスも、Ｆｓ＿ｈ＝４０ＭＨｚのサンプリングレートでサンプリングされている。フーリエ変換手段４１は、４０ＭＨｚでサンプリングされた光音響信号を、例えば１０２４点のフーリエ変換でフーリエ変換する。また、フーリエ変換手段４２は、４０ＭＨｚでサンプリングされた光パルス微分波形を１０２４点のフーリエ変換でフーリエ変換する。
【０１２２】
図９は、本実施形態における音響画像生成方法における動作手順を示す。
【０１２３】
制御手段３４は、レーザ光源ユニット１３に対してフラッシュランプトリガ信号を出力する。レーザ光源ユニット１３は、フラッシュランプトリガ信号を受けてフラッシュランプ３５を点灯する。制御手段３４は、所定のタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。レーザ光源ユニット１３は、Ｑスイッチトリガ信号が入力されると、Ｑスイッチレーザ３６をＯＮにし、パルスレーザ光を出射する。出射したパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される（Ｓｔｅｐ１）。
【０１２４】
プローブ１１は、レーザ光の照射後、レーザ光の照射により被検体内で発生した光音響信号を検出し、この時のプローブ１１の位置情報を例えば磁気センサ等の位置センサで取得する（Ｓｔｅｐ２）。超音波ユニット１２の受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。そして、プローブ１１が走査され（Ｓｔｅｐ３）、光音響画像として撮像する対象となる領域すべてに対して走査を行った場合には、光音響信号の検出および位置情報の取得を終了する（Ｓｔｅｐ４）。制御手段３４は、被検体に対する光照射のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送る。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて光音響信号のサンプリングを開始し、光音響信号のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する（Ｓｔｅｐ５）。このとき、位置情報も一緒に受信メモリ２３に格納される。
【０１２５】
光音響画像再構成手段２５ａは、受信メモリ２３から光音響信号のサンプリングデータを読み出し、読み出した光音響信号のサンプリングデータに基づいて、光音響信号を再構成する（Ｓｔｅｐ６）。光微分波形逆畳込み手段３８は、再構成された光音響信号から、被検体に照射されたパルスレーザ光の光強度の時間波形を微分した光パルス微分波形をデコンボリューションする（Ｓｔｅｐ７）。このデコンボリューションにより、吸収分布を示す光音響信号が得られる。
【０１２６】
補正手段３９は、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号を、検出素子受信角度依存性や被検体における光の入射分布で補正する。検波・対数変換手段２６ａは、補正手段３９で補正された光音響信号の包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段２７ａは、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、ある断面における光音響画像を生成する。この光音響画像は、吸収分布をデータ化した吸収分布画像である。つまり本実施形態では、管腔領域についての判別は、この吸収分布をデータ化した光音響データに基づいて行われる。
【０１２７】
一方、画像合成手段３０はこれらの光音響画像および位置情報を使用してボリュームデータを生成する（Ｓｔｅｐ８）。さらに、ボリュームデータの表示態様が決められる（Ｓｔｅｐ９）。表示手段１４は、表示画面上に、所定の表示態様による吸収分布を表す光音響画像を表示する（Ｓｔｅｐ１０）。
【０１２８】
本実施形態では、ひとまず、光音響画像再構成手段２５ａにて、通常の再構成法により発光時刻(ｔ＝０)の圧力分布として光音響信号（光音響画像）を再構成する。つぎに、実際は、光の発光時間は有限の長さであることから、再構成時にｔ＝０としていた時刻を、有限の時間と考え、光微分波形逆畳込み手段３８にて、再構成後の光音響画像から光パルス微分波形をデコンボリューションする。光パルス微分波形をデコンボリューションすることで、吸収分布を得ることができ、吸収分布画像を生成することができる。このような手法を採用することで、実用的な光パルス幅と実用的な超音波システム、或いは実際の生体を観測した場合でも、吸収分布を画像化することができる。これは、現状システムの検出器の帯域やＡＤサンプリングを使用できる利点がある。また、本実施形態においては光音響画像の再構成で圧力分布を一度出しているため、既存の超音波アルゴリズム、装置との親和性が高い。
【０１２９】
以上のように、本発明に係る音響画像生成装置および音響画像生成方法は、特に、測定光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を光音響波の光音響信号からデコンボリューションし、デコンボリューションされた光音響信号と空間情報とを使用して、光音響信号についてのボリュームデータを生成することを特徴とする。したがって、従来の圧力波の伝搬過程における圧力分布を表す光音響信号を、光吸収体の吸収分布を表す光音響信号に変換することができる。この結果、光音響イメージングにおいて、光吸収体の吸収分布を表す光音響画像を光音響信号から生成することが可能となる。この結果、超音波画像中の管腔領域について血管領域であるとする判別の精度が向上する。
【０１３０】
「音響画像生成装置および方法の第３の実施形態」
次に、本発明の音響画像生成装置の第３の実施形態を詳細に説明する。第２の実施形態では、光音響信号のサンプリングレートと光パルス微分波形のサンプリングレートとが一致しており、双方の信号を同じデータ点数でフーリエ変換した。本実施形態では、光音響信号を低速サンプリングする一方で、光パルス微分波形を高速サンプリングする。つまり、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートよりも高く設定する。例えば光音響信号のサンプリング間隔（サンプリングレートの逆数）は、被検体に照射される光のパルス時間幅よりも長く設定される。フーリエ変換に際しては、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号を、光パルス微分波形のサンプリングレートと同じサンプリングレートでリサンプル（アップサンプル）した上で、フーリエ変換を行う。したがって、音響画像生成装置の構成自体は、光微分波形逆畳込み手段を除き、第２の実施形態と同様である。本実施形態の説明では、光微分波形逆畳込み手段以外の要素については、図５に示された符号を援用している。第２の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
【０１３１】
図１０は、本実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８ａを示す。本実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８ａは、図６に示す第２実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８の構成に加えて、リサンプル手段４６及び４７を有する。リサンプル手段４６は、アップサンプル手段であり、低いサンプリングレートでサンプリングされた光音響信号のサンプリングデータを、光パルス微分波形のサンプリングレートと同じサンプリングレートでリサンプルする（アップサンプル）。リサンプル手段４６は、例えば、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号のサンプル点間にゼロを付加し、アップサンプル前のナイキスト周波数でカットするローパスフィルタをかけることでアップサンプルを行う。
【０１３２】
例えば、ＡＤ変換手段２２における光音響信号のサンプリングレート（第１のサンプリングレート）が４０ＭＨｚであり、光パルス微分波形のサンプリングレート（第２のサンプリングレート）が４００ＭＨｚであったとする。この場合、リサンプル手段４６は、４０ＭＨｚの光音響信号を４００ＭＨｚの信号にアップサンプルする。フーリエ変換手段４１は、リサンプル手段４６でアップサンプルされた光音響信号をフーリエ変換する。光音響信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段４１と、光パルス微分波形をフーリエ変換するフーリエ変換手段４２とは、同じデータ点数でフーリエ変換を行う。例えばフーリエ変換手段４１は光音響信号を８１９２点の周波数領域の信号に変換し、フーリエ変換手段４２は光パルス微分波形を８１９２点の周波数領域の信号に変換する。
【０１３３】
フィルタ適用手段４４は、アップサンプルされた光音響信号をフーリエ変換した信号に対して逆フィルタを適用する。フーリエ逆変換手段４５は、逆フィルタが適用された信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号（吸収分布）へと変換する。時間領域の信号に戻された吸収分布信号は、例えば４００ＭＨｚにアップサンプルされた状態の信号となっている。リサンプル手段４７は、吸収分布信号が、光音響信号の元のサンプルリングレートに、吸収信号をダウンサンプルする。リサンプル手段４７は、例えば４００ＭＨｚの吸収信号を４０ＭＨｚの吸収信号にダウンサンプルする。ダウンサンプリングは、例えばダウンサンプル後のナイキスト周波数でカットするローパスフィルタをかけた後に、サンプル点を間引くことで行う。
【０１３４】
図１１Ａに、４００ＭＨｚのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示し、図１１Ｂに、４０ＭＨｚのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示す。サンプリングレート４００ＭＨｚでは、図１１Ａに示すように、光パルス微分波形を正確に再現できる。一方、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートに合わせ、４０ＭＨｚでサンプリングすると、図１１Ｂに示すように、光パルス微分波形を正確に再現できなくなる。
【０１３５】
フィルタ適用手段４４にて光音響信号をフーリエ変換した信号に逆フィルタを適用する際には、双方のデータ点数が揃っている必要がある。光音響信号のサンプリングレートに合わせて光パルス微分波形のサンプリングレートを設定すると、図１１Ｂに示したように、波形変化に対してサンプリング周波数が低すぎ、光パルス微分波形が正確に再現できない。このような光パルス微分波形から求めた逆フィルタを適用した場合、光パルス微分項を正確にデコンボリューションできずに、吸収分布を正しく求められないこともある。
【０１３６】
一方、光パルス微分波形を正確に再現するために光パルス微分波形のサンプリングレートを例えば４００ＭＨｚに設定し、光音響信号のサンプリングレートを４００ＭＨｚに合わせるとした場合は、光パルス微分項を正確にデコンボリューションでき、吸収分布を正しく求めることができる。しかしながら、その場合、ＡＤ変換手段２２には高速なＡＤ変換器が要求され、また、サンプリングデータの総数が増えることから、受信メモリ２３に要求されるメモリ容量が増大する。更に、光音響画像再構成手段２５ａで取り扱うデータが増えるため、再構成に要する時間も長くなる。
【０１３７】
本実施形態では、リサンプル手段４６で、事後的に光音響信号のサンプリングデータをリサンプルする。本実施形態では、検出後の光音響信号を信号処理でアップサンプルしているため、光音響の検出から再構成までは低速サンプリングしつつも、光パルス微分項を正確にデコンボリューションすることができる。本実施形態では、ＡＤ変換手段２２に高速なＡＤ変換器は不要であり、受信メモリ２３に必要なメモリ容量も増大しない。また、光音響信号の再構成に要する時間も増大せず、光音響信号の検出時に高いサンプリングレートでサンプリングする場合に比して、処理時間を短縮することができる。
【０１３８】
「音響画像生成装置および方法の第４の実施形態」
次に、本発明の音響画像生成装置の第４の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、第３の実施形態と同様に、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートよりも高く設定する。第３の実施形態では、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号をアップサンプルし、双方の信号を同じデータ点数でフーリエ変換した。本実施形態では、光パルス微分波形のフーリエ変換を、光音響信号のフーリエ変換のデータ点数よりも多いデータ点数で行い、フーリエ変換された光音響信号に対して、データ点数の差の分だけ中央（高周波成分領域）にゼロ点を付加する。したがって、音響画像生成装置の構成自体は、光微分波形逆畳込み手段を除き、第２の実施形態と同様である。本実施形態の説明では、光微分波形逆畳込み手段以外の要素については、図５に示された符号を援用している。第２の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
【０１３９】
図１２は、本実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８ｂを示す。本実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８ｂは、図６に示す第２の実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８の構成に加えて、ゼロパディング手段４８とゼロ点除去手段４９とを有する。例えば、光音響信号のサンプリングレート（第１のサンプリングレート）は４０ＭＨｚであり、光パルス微分波形のサンプリングレート（第２のサンプリングレート）は３２０ＭＨｚであるとする。フーリエ変換手段４１は、例えば４０ＭＨｚの光音響信号を１０２４点（第１のデータ点数）の周波数領域の信号に変換し、フーリエ変換手段４２は、３２０ＭＨｚの光パルス微分波形を８１９２点（第２のデータ点数）の周波数領域の信号に変換する。第２のデータ点数は、第１のデータ点数に、第２のサンプリングレートと第１のサンプリングレートとの比を乗じたデータ点数と等しいか、又はそれよりも多い。
【０１４０】
ゼロパディング手段４８は、フーリエ変換手段４１から周波数領域の信号に変換された光音響信号を入力する。ゼロパディング手段４８は、フーリエ変換された光音響信号に対して、フーリエ変換後の光音響信号と光パルス微分波形のデータ点数の差の分だけ中央にゼロ点（信号値ゼロの点）を付加する。ゼロパディング手段４８は、例えば周波数領域で表されたデータ点数１０２４点の光音響信号を、ナイキスト周波数(サンプリング周波数の１／２)で２つに分割し、分割した２つの周波数領域の間にデータ点数の差の分だけゼロ点を付加し、周波数領域で表された光パルス微分波形のデータ点数と同じデータ点数８１９２点の光音響信号を生成する。ゼロ点の付加は、周波数領域におけるアップサンプリングに相当する。
【０１４１】
フィルタ適用手段４４は、ゼロパディング手段４８でゼロパディングが施された信号に対して逆フィルタを適用する。ゼロ点除去手段４９は、逆フィルタが適用された信号からゼロパディング手段４８で“０”が付加された周波数帯域を除去する。例えばゼロパディング手段４８にてデータ点数１０２４点の光音響信号（周波数領域）がデータ点数８１９２点の信号に変換されていたとき、ゼロ点除去手段４９は、フィルタ適用後の信号（データ点数８１９２点）をデータ点数１０２４点の信号に戻す。ゼロ点の除去は、周波数領域におけるダウンサンプリングに相当する。フーリエ逆変換手段４５は、データ点数１０２４点に戻された信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号へと変換する。
【０１４２】
図１３Ａに、フーリエ変換された光音響信号を示し、図１３Ｂに、ゼロパディング後の光音響信号を示す。例えば、ＡＤ変換手段２２における光音響信号のサンプリングレートが４０ＭＨｚであるとき、その光音響信号をフーリエ変換した信号は、図１３Ａに示すように、０ＭＨｚから４０ＭＨｚまでの周波数帯域の信号となる。この信号を、中心周波数である２０ＭＨｚを境に２つの領域Ａ、Ｂに２分割する。ゼロパディング手段４８は、図１３Ｂに示すように、２つの領域の間にゼロ点を８１９２−１０２４＝７１６８個挿入する。ゼロ点が付加された結果、領域Ｂの信号は、３００ＭＨｚから３２０ＭＨｚの周波数領域に対応した信号となる。
【０１４３】
本実施形態では、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号を周波数領域の信号に変換し、変換された周波数領域の信号の高周波成分の領域のゼロ点を付加する。本実施形態と第３の実施形態との相違点は、第３の実施形態では、光音響信号をアップサンプルするのに対し、本実施形態では、光音響信号を周波数領域でアップサンプルする点である。時間領域に代え、周波数領域において、双方の信号の帯域差を埋めるようにリサンプル（アップサンプル）を行う場合も、第３の実施形態と同様に、光音響の検出から再構成までは低速サンプリングしつつも、光パルス微分項を正確にデコンボリューションすることができる。
【０１４４】
「音響画像生成装置および方法の第５の実施形態」
次に、本発明の音響画像生成装置の第５の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においても、第３及び第４の実施形態と同様に、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートよりも高く設定する。本実施形態では、光パルス微分波形を、光音響信号のフーリエ変換のデータ点数よりも多いデータ点数で行い、フーリエ変換された光微分波形から高周波成分サンプル点を除去し、その逆数を逆フィルタとして求める。したがって、音響画像生成装置の構成自体は、光微分波形逆畳込み手段を除き、第２の実施形態と同様である。本実施形態の説明では、光微分波形逆畳込み手段以外の要素については、図５に示された符号を援用している。第２の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
【０１４５】
図１４は、本実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８ｃを示す。本実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８ｃは、図６に示す第２の実施形態における光微分波形逆畳込み手段３８の構成に加えて、高周波成分サンプル点除去手段５０を有する。例えば、光音響信号のサンプリングレート（第１のサンプリングレート）は４０ＭＨｚであり、光パルス微分波形のサンプリングレート（第２のサンプリングレート）は３２０ＭＨｚであるとする。フーリエ変換手段４１は、例えば４０ＭＨｚの光音響信号を１０２４点（第１のデータ点数）の周波数領域の信号に変換し、フーリエ変換手段４２は、３２０ＭＨｚの光パルス微分波形を８１９２点（第２のデータ点数）の周波数領域の信号に変換する。第２のデータ点数は、第１のデータ点数に、第２のサンプリングレートと第１のサンプリングレートとの比を乗じたデータ点数と等しいか、又はそれよりも多い。
【０１４６】
高周波成分サンプル点除去手段５０は、フーリエ変換手段４２から周波数領域の信号に変換された光パルス微分波形を入力する。高周波成分サンプル点除去手段５０は、フーリエ変換された光パルス微分波形から、フーリエ変換後の光音響信号と光パルス微分波形のデータ点数の差の分だけ高周波成分サンプル点を除去する。高周波成分サンプル点除去手段５０は、例えば周波数領域で表されたデータ点数８１９２点の光パルス微分波形から高周波成分に相当する中央のデータ点を削除し、周波数領域で表された光音響信号のデータ点数と同じデータ点数１０２４点の光パルス微分波形を生成する。高周波成分サンプル点の除去は、周波数領域における光パルス微分波形のダウンサンプリングに相当する。
【０１４７】
図１５Ａに、フーリエ変換された光パルス微分波形を示し、図１５Ｂに、高周波成分サンプル点が除去された光パルス微分波形を示す。例えば、光パルス微分波形のサンプリングレートが３２０ＭＨｚであるとき、その光パルス微分波形をフーリエ変換した信号（データ点数８１９２点）は、図１５Ａに示すように、０ＭＨｚから３２０ＭＨｚまでの周波数帯域の信号となる。この信号を、１番目のデータ点から５１２番目までの領域（領域Ａ）、５１３番目のデータ点から７６８０番目のデータ点までの領域（領域Ｂ）、及び、７６８１番目のデータ点から８１９２番目のデータ点までの領域（領域Ｃ）の３つの領域に分け、領域Ｂのデータ点を除去する。図１５Ｂに示すように、領域Ａと領域Ｃとをつなげることで、０ＭＨｚから４０ＭＨｚまでの周波数帯域に対応したデータ点数１０２４点の光パルス微分波形が得られる。
【０１４８】
逆フィルタ演算手段４３は、周波数領域で表されかつ高周波成分サンプル点が除去された光パルス微分波形の逆数を逆フィルタとして求める。逆フィルタ演算手段４３は、例えばデータ点が８１９２点から１０２４点に削減された光パルス微分波形の逆数を逆フィルタとして求める。フィルタ適用手段４４は、例えば周波数領域で表されたデータ点数１０２４点の光音響信号と逆フィルタとを要素ごとに乗算する。フーリエ逆変換手段４５は、逆フィルタが適用された信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号へと変換する。
【０１４９】
ここで、第５の実施形態では、フィルタ適用手段４４は、図１３Ｂに示す高周波成分の領域にゼロ点が付加された光音響信号と、図１５Ａに示す光パルス微分波形の逆数とを乗算する。光音響信号の高周波成分領域の値は“０”であるため、光パルス微分波形の高周波成分（図１５Ａの領域Ｂ）は、逆フィルタ適用後の光音響信号に影響を与えない。従って、本実施形態のように、光パルス微分波形の周波数領域の信号から高周波成分サンプル点を除去し、高周波成分を除去した光パルス微分波形から逆フィルタを求め、求めた逆フィルタを周波数領域で表された光音響信号に適用しても、得られる結果は第４の実施形態と同じ結果となる。つまり、本実施形態においても、第４の実施形態と同様な効果が得られる。
【０１５０】
なお、上記各実施形態では、光音響信号及び光パルス微分波形を周波数領域の信号に変換し、周波数領域でデコンボリューション後に時間領域の信号に戻しているが、これには限定されない。光パルス微分波形のデコンボリューションを時間領域で行うことも可能である。また、光微分波形逆畳込み手段３８は、デコンボリューション時に、光音響信号に対して何らかのフィルタをかける処理をおこなってもよい。例えば光微分波形逆畳込み手段３８が、デコンボリューション時に、ノイズ増幅周波数帯をフィルタリングするようにしてもよい。
【０１５１】
上記各実施形態では、光音響信号から光微分波形をデコンボリューションした後に光音響データ（または光音響画像）を生成することとしているが、これに加えて、又はこれに代えて、光微分波形をデコンボリューションせずに光音響データを生成してもよい。例えば、ユーザが、スイッチや表示モニタ上で操作を行うことで、デコンボリューション処理の有無を選択できるようにしておき、ユーザがデコンボリューション処理の実施を選択したときには光微分波形のデコンボリューションを行った上で光音響データを生成し、ユーザがデコンボリューション処理の不実施を選択したときは光微分波形のデコンボリューションを行わずに光音響データを生成してもよい。例えば、光音響画像を表示手段１４に表示する場合において、光微分波形のデコンボリューションを行ったときは、光音響信号を赤・黒の色に対応付けて表示し、デコンボリューションなしのときは、光音響信号を青・黒の色に対応付けて表示してもよい。
【０１５２】
また、デコンボリューションなしの場合の光音響データを生成し、コンピュータがその光音響データを解析することで、血管部分が２本に分かれているか否かを判定し、血管が２本に分かれていると判定されたときに、その血管部分のみを対象に光微分波形のデコンボリューション処理を行うようにしてもよい。
【０１５３】
「音響画像生成装置および方法の第６の実施形態」
次に、本発明の音響画像生成装置の第６の実施形態を詳細に説明する。本実施形態の音響画像生成装置１０ｃは、判別手段６２が、生体組織を表示する超音波画像中の組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行う点で、第１の実施形態の装置と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
【０１５４】
図１６は、本実施形態の音響画像生成装置１０ｃの基本構成を示すブロック図である。この音響画像生成装置１０ｃは、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザ光源ユニット１３および表示手段１４を備えている。なおこの音響画像生成装置１０ｃは、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能に構成されている。
【０１５５】
そして、本実施形態の音響画像生成方法は、被検体に向けて出射され被検体内で反射した超音波を検出し、検出された超音波に基づいて超音波画像を生成し、生体組織を表示する組織領域を超音波画像から抽出し、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５の波長の測定光と、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属しかつ第５の波長と異なる第６の波長の測定光とを切り換えて測定光として被検体内に向けて出射させることにより被検体内で発生した光音響波を検出し、第５の波長の測定光に関する光音響データ中の第５のピークデータの有無、および、第６の波長の測定光に関する光音響データ中の第６のピークデータの有無に基づいて、上記組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行い、上記判別の結果に応じて上記組織領域が色分けされた超音波画像を合成し、合成された超音波画像を表示することを特徴とするものである。
【０１５６】
図１７は、脂肪と共通する構造（ＣＨ２ボンド）を有するポリエチレン（polyethilene）およびコラーゲンと共通する構造（ＣＨ３ボンド）を有するトリメチルペンタン（trimethylpentane）それぞれの吸収スペクトルを示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は波長、縦軸は吸収係数（μａ）である。このグラフから、ＣＨ２ボンド構造を有する脂肪は、およそ１７３０ｎｍでコラーゲンの吸収係数よりも大きな吸収係数を有し、ＣＨ３ボンド構造を有するコラーゲンは、およそ１７２５ｎｍで脂肪の吸収係数よりも大きな吸収係数を有することがわかる。本実施形態の音響画像生成装置１０ｃは、この波長ごとの吸収係数の違いを利用するものである。
【０１５７】
レーザ光源ユニット１３は、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５および第６の波長を出力可能なＱスイッチレーザを有する点で、第１の実施形態のものと異なる。第５および第６の波長は互いに異なり、例えば本実施形態では第５の波長が１７２５ｎｍであり、第６の波長が１７３０ｎｍである。Ｑスイッチレーザは、第５および第６の波長の光を別個に出力する２つの光源であってもよく、第５および第６の波長を包含する広帯域の光を出力する１つの光源であってもよい。
【０１５８】
抽出手段６１は、形態的に特徴的な生体組織（例えば真皮や皮下組織等）を表示する組織領域を超音波画像から抽出するものである。組織領域の抽出は特に限定されず公知の手法を使用することができる。超音波画像から組織領域を予め抽出することにより、光音響画像中のピークデータの有無を判断する領域を、その抽出された組織領域に対応する領域に限定できるという利点がある。しかしながら、組織領域の抽出は本発明において必須ではない。
【０１５９】
判別手段６２は、抽出された組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行う。
【０１６０】
上記判別は具体的には次のようにして行われる。
【０１６１】
まず、判別手段６２は、光音響画像構築手段２７ａから、１７２５ｎｍおよび１７３０ｎｍの２つの波長のそれぞれに基づいた２つの画像データ（つまり光音響データ）を取得する。次に判別手段６２は、波長が１７２５ｎｍ（第５の波長）の光に関する画像データの中に、抽出された上記組織領域に対応する部分の第５のピーク輝度が存在するか否かを判断し、その判断結果を記憶する。また、波長が１７３０ｎｍ（第６の波長）の光に関する画像データの中に、抽出された上記組織領域に対応する部分の第６のピーク輝度が存在するか否かを判断し、その判断結果を記憶する。
【０１６２】
上記組織領域に対応する画像データ部分は、超音波画像の画素位置と光音響画像の画素位置とを空間的に対比することにより判断される。本実施形態の場合、図３に示されるようなプローブを使用しているため、プローブを動かすことなく超音波画像および光音響画像を取得することができる。
【０１６３】
そして、ピーク輝度の有無についての２つの上記判断結果に基づいて、下記の表５で表されるテーブルデータを参照して、抽出された組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行う。
【０１６４】
【表５】
0005810050.tif 000012
【０１６５】
表５において、「＋」記号はその波長においてピーク輝度（ピークデータ）が存在したことを表し、「−」記号はその波長においてピーク輝度（ピークデータ）が存在しなかったことを表す。なお、ピークデータの有無の判断は、所定の閾値を基準に判断する。つまり、ピークデータと思われる信号があったとしても上記閾値未満の信号は、本発明においてピークデータとして取り扱わない。当該閾値は、コラーゲンおよび脂肪の項目間で同じ結果とならないように波長ごとに適宜設定される。
【０１６６】
つまり、表５は、第５のピークデータがなくかつ第６のピークデータがある場合に、上記組織領域は、脂肪をより多く含有する組織を表示するものであるとの判別が行われることを示す。また表５は、第５のピークデータがありかつ第６のピークデータがない場合に、上記組織領域は、コラーゲンをより多く含有する組織を表示するものであるとの判別が行われることを示す。これは、脂肪の吸収係数が、１７２５ｎｍにおいてコラーゲンの吸収係数よりも小さく、１７３０ｎｍにおいてコラーゲンの吸収係数よりも大きいためである。また、第５のピークデータおよび第６のピークデータがどちらも所定の閾値以上である場合には、上記組織領域は、同程度の量のコラーゲンおよび脂肪を含有する組織を表示するものであるとの判別が行われてもよい。
【０１６７】
画像合成手段３０は、画像構築手段２７ａおよび２７ｂにそれぞれ構築された光音響画像および超音波画像に基づいて、上記判別の結果に応じて上記組織領域が色分けされた画像を生成する。さらに、それぞれのピークデータ値の大きさに応じてコラーゲンおよび脂肪がどれだけ含有されているかを色分けによって超音波画像上に表示してもよい。
【０１６８】
以上より、本実施形態に係る音響画像生成装置および音響画像生成方法は、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属する第５の波長の測定光と、１７００〜１８００ｎｍの波長帯域に属しかつ第５の波長と異なる第６の波長の測定光とが切り換えられて被検体に向けて出射されたことにより被検体内で発生した光音響波を検出し、第５の波長の測定光に関する光音響データ中の第５のピークデータの有無、および、第６の波長の測定光に関する光音響データ中の第６のピークデータの有無に基づいて、上記組織領域が、コラーゲンおよび／または脂肪を含有する組織を表示するものであるか否かの判別を行い、この結果を色分けして超音波画像に表示するものである。このように本発明では、２つの異なる所定の波長を使用して取得した複数の光音響データを指標として組織領域の判別を行うから、光音響分析法を用いた生体組織の判別において、超音波画像中に表された生体組織を精度よく判別することが可能となる。
【符号の説明】
【０１６９】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ       音響画像生成装置
１１   超音波探触子（プローブ）
１２   超音波ユニット
１３   レーザ光源ユニット
１４   表示手段
２１   受信回路
２２   ＡＤ変換手段
２３   受信メモリ
２４   データ分離手段
２５ａ 光音響画像再構成手段
２５ｂ 超音波画像再構成手段
２６ａ 検波・対数変換手段
２６ｂ 検波・対数変換手段
２７ａ 光音響画像構築手段
２７ｂ 超音波画像構築手段
２８、６１    抽出手段
２９、６２    判別手段
３０   画像合成手段
３３   送信制御回路
３４   制御手段
３８、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ 光微分波形逆畳込み手段
３９   補正手段
【図１】
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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７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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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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【図１７】
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【図２】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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