(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して照射すべき光を出射する光源ユニットと、
前記被検体に対して超音波の送信を行う超音波送信部と、
前記光の照射により前記被検体内で生じた光音響信号、及び前記送信された超音波に対する反射音響信号を検出する音響信号検出部と、
前記光源ユニットに対して光出射を指示する光トリガ信号を出力し、かつ、前記超音波送信部に対して超音波送信を指示する超音波トリガ信号を出力するトリガ制御手段と、
前記音響信号検出部が検出した光音響信号及び反射音響信号をサンプリングし、該サンプリングした光音響信号及び反射音響信号を両者に共通のメモリに格納するサンプリング手段と、
前記サンプリング手段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サンプリング制御手段と、
前記メモリに格納された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、
前記メモリに格納された反射音響信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段とを備え、
前記トリガ制御手段が、前記光トリガ信号と前記超音波トリガ信号のうちの一方を出力した後、前記サンプリング手段がサンプリングを継続している状態で、前記光トリガ信号と前記超音波トリガ信号のうちの他方を出力し、前記サンプリング手段が、サンプリングを中断することなく、前記光音響信号と前記反射音響信号とを連続的にサンプリングすることを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項２】
前記サンプリング制御手段が、前記光トリガ信号と前記超音波トリガ信号のうちの一方が出力されるタイミングと所定の時間関係にあるタイミングで前記サンプリングトリガ信号を出力し、前記トリガ制御手段が、前記サンプリングトリガ信号が出力されるタイミングから所定時間が経過したタイミングで前記光トリガ信号と前記超音波トリガ信号のうちの他方を出力するものであることを特徴とする請求項１に記載の断層画像生成装置。
【請求項３】
前記サンプリング手段が、前記光音響信号と前記反射音響信号とを同一のサンプリングレートでサンプリングするものであり、
前記超音波画像生成手段が、前記サンプリングされた反射音響信号を１／２にリサンプルする１／２リサンプル手段を含み、１／２にリサンプルされた反射音響信号に基づいて前記超音波画像を生成するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の断層画像生成装置。
【請求項４】
前記１／２リサンプル手段が、前記サンプリングされた反射音響信号を時間軸方向に１／２に圧縮するものであることを特徴とする請求項３に記載の断層画像生成装置。
【請求項５】
前記サンプリング手段におけるサンプリングレートを制御するサンプリングレート制御手段であって、前記サンプリング手段が前記反射音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートを、前記光音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートの半分にするサンプリングレート制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の断層画像生成装置。
【請求項６】
前記サンプリングレート制御手段が、前記超音波トリガ信号又は被検体に対する光照射に同期して、前記サンプリングレートを制御するものであることを特徴とする請求項５に記載の断層画像生成装置。
【請求項７】
前記トリガ制御手段が、前記光トリガ信号の出力に後続して前記超音波トリガ信号を出力することを特徴とする請求項１から６何れかに記載の断層画像生成装置。
【請求項８】
前記トリガ制御手段が、前記超音波トリガ信号の出力に後続して前記光トリガ信号を出力することを特徴とする請求項１から６何れかに記載の断層画像生成装置。
【請求項９】
前記超音波送信部から超音波の送信を行う範囲と、前記音響信号検出部が前記光音響信号及び反射音響信号の検出を行う範囲とがそれぞれ複数の領域に分割されており、該分割された領域ごとに、前記トリガ制御手段が前記光トリガ信号と前記超音波トリガ信号とを出力し、前記サンプリング制御手段がサンプリングトリガ信号を出力するものであることを特徴とする請求項１から８何れかに記載の断層画像生成装置。
【請求項１０】
前記メモリに格納された光音響信号と反射音響信号とを分離するデータ分離手段を更に備えることを特徴とする請求項１から９何れかに記載の断層画像生成装置。
【請求項１１】
前記光音響画像と前記超音波画像とを合成する画像合成手段を更に備えることを特徴とする請求項１から１０何れかに記載の断層画像生成装置。
【請求項１２】
前記光源ユニットが、相互に異なる複数の波長の光を出射するものであることを特徴とする請求項１から１１何れかに記載の断層画像生成装置。
【請求項１３】
前記光源ユニットが、レーザ媒質と、該レーザ媒質を励起する励起手段と、光共振器を構成する一対のミラーと、前記光共振器内に配置された波長選択素子とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の断層画像生成装置。
【請求項１４】
前記波長選択素子が、透過波長が相互に異なる複数のバンドパスフィルタを含んでおり、前記光源ユニットが、前記光共振器の光路上に挿入されるバンドパスフィルタが所定の順序で順次に切り替わるように前記波長選択素子を駆動する駆動手段を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の断層画像生成装置。
【請求項１５】
前記波長選択素子が、回転変位に伴って前記光共振器の光路上に選択的に挿入するバンドパスフィルタを切り替えるフィルタ回転体で構成され、前記駆動手段が前記フィルタ回転体を回転駆動するものであることを特徴とする請求項１４に記載の断層画像生成装置。
【請求項１６】
前記光音響画像生成手段が、被検体に照射された複数の波長の光に対して前記音響信号検出部で検出された、複数の波長のそれぞれに対応した光音響信号間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する２波長データ演算手段を含み、該２波長データ演算手段で抽出された相対的な信号強度の大小関係に基づいて光音響画像を生成するものであることを特徴とする請求項１２から１５何れかに記載の断層画像生成装置。
【請求項１７】
前記光音響画像生成手段が、複数の波長のそれぞれに対応した光音響信号に基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に含み、前記光音響画像の各画素の階調値を前記強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記相対的な信号強度の大小関係に基づいて決定するものであることを特徴とする特徴とする請求項１６に記載の断層画像生成装置。
【請求項１８】
前記光源ユニットが出射すべき光の波長が第１の波長と第２の波長を含み、
前記光音響画像生成手段が、前記第１の波長の光が被検体に照射されたときに前記音響信号検出部で検出された第１の光音響信号と、前記第２の波長の光が被検体に照射されたときに前記音響信号検出部で検出された第２の光音響信号とのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、前記複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する再構成手段とを更に含み、
前記２波長データ演算手段が、前記再構成画像から前記大小関係としての位相情報を抽出し、前記強度情報抽出手段が、前記再構成画像から前記強度情報を抽出するものであることを特徴とする請求項１７記載の光音響画像生成装置。
【請求項１９】
前記音響信号検出部の音響信号検出素子が、前記超音波送信部の超音波送信素子を兼ねることを特徴とする請求項１から１８何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項２０】
被検体に対する光の照射、及び、被検体に対する超音波の送信のうちの一方を実施するステップと、
前記光の照射又は超音波の送信タイミングに合わせてサンプリング手段におけるサンプリングを開始させるステップと、
前記サンプリング手段により、前記光の照射により前記被検体内で生じた光音響信号、又は、前記送信された超音波に対する反射音響信号の一方をサンプリングし、該サンプリングした光音響信号又は反射音響信号の一方をメモリに格納するステップと、
前記サンプリング手段がサンプリングを継続している状態で、被検体に対する光の照射、及び、被検体に対する超音波の送信のうちの他方を実施するステップと、
前記サンプリング手段により、前記光音響信号又は反射音響信号の一方のサンプリングと連続して、前記光音響信号又は前記反射音響信号の他方をサンプリングし、該サンプリングした前記光音響信号又は前記反射音響信号の他方を前記メモリに格納するステップと、
前記メモリに格納された光音響信号及び超音波信号に基づいて、光音響画像及び超音波画像を生成するステップとを有する断層画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断層画像生成装置及び方法に関し、更に詳しくは、反射超音波に基づく超音波画像と、光音響信号に基づく光音響画像とを生成する断層画像生成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
【０００３】
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。
【０００４】
光音響画像と超音波画像とを生成可能な装置が、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の生体情報映像装置は、光音響画像データの収集開始コマンドが入力されると、被検体に対するレーザ照射と、レーザ照射により生じた光音響信号の受信とを行う。生体情報映像装置は、受信信号に基づいて光音響画像を生成し、生成した光音響画像を、光音響画像データ用の画像データメモリＡに保存する。生体情報映像装置は、光音響画像の生成後、超音波画像データの収集開始コマンドが入力されると、超音波の送受信を行い、受信した超音波に基づいて超音波画像を生成する。生体情報映像装置は、生成した超音波画像を、超音波画像データ用の画像データメモリＢに保存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】２０１０−１２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、光音響画像と超音波画像との双方が生成可能な装置においては、特許文献１と同様に、光音響画像と超音波画像とを別個のメモリに格納する。例えば画像構築前の、受信した光音響信号及び超音波信号をメモリに格納する場合も、やはり光音響信号を格納するためのメモリと超音波信号を格納するためのメモリとを個別に設け、双方の信号を別個のメモリに格納する。この場合において、光音響信号の受信に続いて超音波信号の受信を行うことを考えると、光音響信号の受信が完了した後にメモリの切替えを行う必要があり、メモリの切替えが完了するまでは、超音波信号の受信を行うことができない。この場合、メモリの切替えに必要な時間だけ無駄な時間が生じ、この無駄な時間が処理高速化の妨げとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、光音響信号と超音波信号との受信完了まで要する時間を短縮し、処理を高速化できる断層画像生成装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体に対して照射すべき光を出射する光源ユニットと、前記被検体に対して超音波の送信を行う超音波送信部と、前記レーザ光の照射により前記被検体内で生じた光音響信号、及び前記送信された超音波に対する反射音響信号を検出する音響信号検出部と、前記光源ユニットに対して光出射を指示する光トリガ信号を出力し、かつ、前記超音波送信部に対して超音波送信を指示する超音波トリガ信号を出力するトリガ制御部と、前記音響信号検出部が検出した光音響信号及び反射音響信号をサンプリングし、該サンプリングした光音響信号及び反射音響信号を両者に共通のメモリに格納するサンプリング手段と、サンプリング手段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サンプリング制御手段と、メモリに格納された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、メモリに格納された反射音響信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段とを備え、トリガ制御手段が、光トリガ信号と超音波トリガ信号のうちの一方を出力した後、サンプリング手段がサンプリングを継続している状態で、光トリガ信号と超音波トリガ信号のうちの他方を出力し、サンプリング手段が、サンプリングを中断することなく、光音響信号と反射音響信号とを連続的にサンプリングすることを特徴とする断層画像生成装置を提供する。
【０００９】
本発明の断層画像生成装置では、サンプリング制御手段が、光トリガ信号と超音波トリガ信号のうちの一方が出力されるタイミングと所定の時間関係にあるタイミングでサンプリングトリガ信号を出力し、トリガ制御手段が、サンプリングトリガ信号が出力されるタイミングから所定時間が経過したタイミングで光トリガ信号と超音波トリガ信号のうちの他方を出力する構成を採用することができる。
【００１０】
本発明の断層画像生成装置は、サンプリング手段が、光音響信号と反射音響信号とを同一のサンプリングレートでサンプリングするものであり、超音波画像生成手段が、サンプリングされた反射音響信号を１／２にリサンプルする１／２リサンプル手段を含み、１／２にリサンプルされた反射音響信号に基づいて超音波画像を生成するものとすることができる。この場合、１／２リサンプル手段が、サンプリングされた反射音響信号を時間軸方向に１／２に圧縮することとしてもよい。
【００１１】
上記に代えて、本発明の断層画像生成装置が、サンプリング手段におけるサンプリングレートを制御するサンプリングレート制御手段であって、サンプリング手段が反射音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートを、光音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートの半分にするサンプリングレート制御手段を更に備える構成を採用することができる。この場合、サンプリングレート制御手段が、超音波トリガ信号又は被検体に対する光照射に同期して、サンプリングレートを制御することとすることができる。
【００１２】
トリガ制御手段が、光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こととしてもよい。あるいは、トリガ制御手段が、超音波トリガ信号の出力に後続して光トリガ信号を出力することとしてもよい。
【００１３】
前記超音波送信部から超音波の送信を行う範囲と、前記音響信号検出部が前記光音響信号及び反射音響信号の検出を行う範囲とがそれぞれ複数の領域に分割されており、分割された領域ごとに、トリガ制御手段が光トリガ信号と超音波トリガ信号とを出力し、サンプリング制御手段がサンプリングトリガ信号を出力することとしてもよい。
【００１４】
断層画像生成装置が、メモリに格納された光音響信号と反射音響信号とを分離するデータ分離手段を更に備えていてもよい。また、光音響画像と超音波画像とを合成する画像合成手段を更に備えていてもよい。
【００１５】
本発明の断層画像生成装置では、光源に、相互に異なる複数の波長の光を出射するものを用いてもよい。その場合、レーザ媒質と、レーザ媒質を励起する励起手段と、光共振器を構成する一対のミラーと、光共振器内に配置された波長選択素子とを含む光源を用いてもよい。
【００１６】
波長選択素子が、透過波長が相互に異なる複数のバンドパスフィルタを含んでおり、光源が、光共振器の光路上に挿入されるバンドパスフィルタが所定の順序で順次に切り替わるように波長選択素子を駆動する駆動手段を更に有する構成としてもよい。
【００１７】
波長選択素子が、回転変位に伴って光共振器の光路上に選択的に挿入するバンドパスフィルタを切り替えるフィルタ回転体で構成され、駆動手段がフィルタ回転体を回転駆動するものとしてもよい。
【００１８】
光音響画像生成手段が、被検体に照射された複数の波長の光に対して前記音響信号検出部で検出された、複数の波長のそれぞれに対応した光音響信号間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する２波長データ演算手段を含み、２波長データ演算手段で抽出された相対的な信号強度の大小関係に基づいて光音響画像を生成してもよい。
【００１９】
光音響画像生成手段が、複数の波長のそれぞれに対応した光音響信号に基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に含み、光音響画像の各画素の階調値を強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記相対的な信号強度の大小関係に基づいて決定することとしてもよい。
【００２０】
光源が出射すべき光の波長が第１の波長と第２の波長を含み、光音響画像生成手段が、第１の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに音響信号検出部で検出された第１の光音響信号と、第２の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに音響信号検出部で検出された第２の光音響信号とのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する再構成手段とを更に含み、強度比抽出手段が、再構成画像から前記大小関係としての位相情報を抽出し、強度情報抽出手段が、再構成画像から強度情報を抽出する構成を採用してもよい。
【００２１】
本発明の光音響画像生成装置では、音響信号検出部の音響信号検出素子が、超音波送信部の超音波送信素子を兼ねていてもよい。
【００２２】
本発明は、また、被検体に対する光の照射、及び、被検体に対する超音波の送信のうちの一方を実施するステップと、光の照射又は超音波の送信タイミングに合わせてサンプリング手段におけるサンプリングを開始させるステップと、サンプリング手段により、光の照射により被検体内で生じた光音響信号、又は、送信された超音波に対する反射音響信号の一方をサンプリングし、サンプリングした光音響信号又は反射音響信号の一方をメモリに格納するステップと、サンプリング手段がサンプリングを継続している状態で、被検体に対する光の照射、及び、被検体に対する超音波の送信のうちの他方を実施するステップと、サンプリング手段により、光音響信号又は反射音響信号の一方のサンプリングと連続して、光音響信号又は反射音響信号の他方をサンプリングし、サンプリングした光音響信号又は反射音響信号の他方をメモリに格納するステップと、メモリに格納された光音響信号及び超音波信号に基づいて、光音響画像及び超音波画像を生成するステップとを有する断層画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の断層画像生成装置及び方法では、被検体に対する光の照射、及び、被検体に対する超音波の送信のうちの一方を実施して光音響信号又は反射音響信号のサンプリングを開始し、サンプリング状態を維持したまま、光照射及び超音波送信のうちの他方を実施して反射音響信号又は光音響信号をサンプリングし、サンプリングされた光音響信号及び反射音響信号を、両信号に共通のメモリに格納する。本発明では、光音響信号及び反射音響信号のうちの一方のサンプリングから光音響信号及び反射音響信号の他方への移行に際してサンプリングを中断してメモリの切り替えを行わないため、光音響信号と超音波信号との受信完了まで要する時間を短縮することができ、処理を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態の断層画像生成装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態の断層画像生成装置の動作手順を示すフローチャート。
【図３】ブロックの分割例を示す図。
【図４Ａ】エリアＡにおける光照射を示す図。
【図４Ｂ】エリアＡにおける光音響信号の検出を示す図。
【図４Ｃ】エリアＡにおける超音波送信を示す図。
【図４Ｄ】エリアＡにおける反射音響信号の検出を示す図。
【図５】第１実施形態における動作例を示すタイミングチャート。
【図６】本発明の第２実施形態の断層画像生成装置を示すブロック図。
【図７】第２実施形態の断層画像生成装置の動作手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態における動作例を示すタイミングチャート。
【図９】本発明の第３実施形態の断層画像生成装置を示すブロック図。
【図１０】波長可変のレーザユニットを示すブロック図。
【図１１】波長選択素子、駆動手段、及び駆動状態検出手段の構成例を示すブロック図。
【図１２】第３実施形態における動作例を示すタイミングチャート。
【図１３】本発明の変形例における動作例を示すタイミングチャート。
【図１４】プローブと対向する位置に光照射部を有する例を示す図。
【図１５】対向する位置から光照射を行った状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の断層画像生成装置を示す。断層画像生成装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、及び光源ユニット（レーザユニット）１３を備える。断層画像生成装置１０は、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能である。レーザユニット１３は、被検体に照射すべき光を出射する。被検体に照射される光の波長は、観察対象物に応じて適宜設定すればよい。レーザユニット１３から出射した光は、例えば光ファイバなど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から被検体に照射される。
【００２６】
プローブ１１は、被検体に対する超音波の出力（送信）を行う超音波送信部と、被検体からの超音波の検出（受信）を行う超音波検出部（音響信号検出部）とを有する。ここで、超音波検出部の超音波検出素子は、超音波送信部の超音波送信素子を兼ねていてもよい。例えば１つの超音波振動子（素子）を、超音波の送信と検出との双方に用いてもよい。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有しており、それら複数の超音波振動子から超音波を出力し、出力された超音波に対する反射超音波（以下、反射音響信号とも呼ぶ）を複数の超音波振動子により検出する。また、プローブ１１は、被検体内の測定対象物がレーザユニット１３からの光を吸収することで生じた超音波（以下、光音響信号とも呼ぶ）を複数の超音波振動子により検出する。なお、１つのプローブ１１が超音波送信部と超音波検出部との双方を有している必要はなく、超音波送信部と超音波検出部とを分けて、超音波の送信と超音波の受信とを別の場所で行うこととしてもよい。
【００２７】
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、光音響画像生成手段２５、超音波画像生成手段２６、画像合成手段２７、トリガ制御回路２８、サンプリング制御回路２９、送信制御回路３０、及び制御手段３１を有する。制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。受信回路２１は、プローブ１１が検出した超音波（光音響信号又は反射音響信号）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が受信した光音響信号及び反射音響信号を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ＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で超音波信号をサンプリングする。
【００２８】
トリガ制御回路２８は、トリガ制御手段であり、レーザユニット１３に対して光出射を指示する光トリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、図示しないＹＡＧやチタン−サファイアなどのレーザ媒質を励起するフラッシュランプ３２と、レーザ発振を制御するＱスイッチ３３とを含む。レーザユニット１３は、トリガ制御回路２８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３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、例えばフラッシュランプ３２がレーザ媒質を十分に励起させると、Ｑスイッチトリガ信号を出力する。Ｑスイッチ３３は、Ｑスイッチトリガ信号を受けるとオンし、レーザユニット１３からレーザ光を出射させる。フラッシュランプ３２の点灯からレーザ媒質が十分な励起状態となるまでに要する時間は、レーザ媒質の特性などから見積もることができる。トリガ制御回路２８からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザユニット１３内において、レーザ媒質を十分に励起させた後にＱスイッチ３３をオンにしてもよい。その場合は、Ｑスイッチ３３をオン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。ここで、光トリガ信号とは、フラッシュランプトリガ信号とＱスイッチトリガ信号の少なくとも一方を含む概念である。トリガ制御回路２８からＱスイッチトリガ信号を出力する場合はＱスイッチトリガ信号が光トリガ信号に対応し、レーザユニット１３にてＱスイッチトリガのタイミングを生成する場合はフラッシュランプトリガ信号が光トリガ信号に対応していてもよい。
【００２９】
また、トリガ制御回路２８は、送信制御回路３０に、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を出力する。送信制御回路３０は、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。トリガ制御回路２８は、例えば先に光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、トリガ制御回路２８は、光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。光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及び光音響信号の検出が行われ、その後、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及び反射音響信号の検出が行われる。
【００３０】
サンプリング制御回路２９は、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。サンプリング制御回路２９は、例えばトリガ制御回路２８から光トリガ信号が出力されたタイミング以後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前に、サンプリングトリガ信号を出力する。サンプリング制御回路２９は、光トリガ信号が出力されたタイミング以後、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、サンプリングトリガ信号を出力する。例えばサンプリング制御回路２９は、トリガ制御回路２８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、サンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けると、プローブ１１にて検出された超音波（光音響信号）のサンプリングを開始する。
【００３１】
トリガ制御回路２８は、光トリガ信号の出力後、光音響信号の検出を終了するタイミングで超音波トリガ信号を出力する。このとき、ＡＤ変換手段２２は超音波信号のサンプリングを中断せず、サンプリングを継続して実施する。言い換えれば、トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２が超音波信号のサンプリングを継続している状態で、超音波トリガ信号を出力する。超音波トリガ信号に応答してプローブ１１が超音波送信を行うことで、プローブ１１で検出される超音波信号は、光音響信号から反射音響信号に変わる。ＡＤ変換手段２２は、検出された超音波信号のサンプリングを継続することで、光音響信号と超音波信号とを、連続的にサンプリングする。
【００３２】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした光音響信号及び超音波信号を、光音響信号と超音波信号とに共通の受信メモリ２３に格納する。受信メモリ２３には、例えば半導体記憶装置を用いることができる。あるいは、受信メモリ２３に、その他の記憶装置、例えば磁気記憶装置を用いてもよい。受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータは、ある時点までは光音響信号のデータであり、ある時点からは反射音響信号のデータとなる。データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された光音響信号と超音波信号とを分離する。データ分離手段２４は、分離した光音響信号を光音響画像生成手段２５に渡し、超音波信号を超音波画像生成手段２６に渡す。
【００３３】
光音響画像生成手段２５は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像生成手段２５は、光音響画像再構成手段２５１、検波・対数変換手段２５２、及び光音響画像構築手段２５３を含む。超音波画像生成手段２６は、反射音響信号に基づいて超音波画像を生成する。超音波画像生成手段２６は、１／２リサンプル手段２６１、超音波画像再構成手段２６２、検波・対数変換手段２６３、及び超音波画像構築手段２６４を含む。光音響画像生成手段２５及び超音波画像生成手段２６内の各部の機能は、コンピュータが所定のプログラムに従って処理を動作することで実現できる。
【００３４】
光音響画像再構成手段２５１は、データ分離手段２４から光音響信号を受け取る。光音響画像再構成手段２５１は、光音響信号に基づいて、断層画像である光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段２５１は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、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）。光音響画像再構成手段２５１は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像再構成手段２５１は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。
【００３５】
検波・対数変換手段２５２は、光音響画像再構成手段２５１が出力する各ラインのデータの包絡線を生成し、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。光音響画像構築手段２５３は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響画像を生成する。超音波画像構築手段２５３は、例えば光音響信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を、断層画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を生成する。
【００３６】
１／２リサンプル手段２６１は、データ分離手段２４から反射音響信号を受け取り、受け取った反射音響信号を１／２にリサンプルする。１／２リサンプル手段２６１は、例えば反射音響信号を、時間軸方向に１／２に圧縮する。リサンプルを行う理由は、被検体内の深さ方向の同じ位置で光音響信号及び反射音響信号が発生したとすると、反射音響信号の場合は、プローブ１１から送信された超音波がその位置まで進むまでに要する時間が必要なため、超音波送信から反射音響信号検出までの時間が、光照射から光音響信号検出までの時間の倍の時間となるためである。つまり、光音響信号は片道分の時間で検出されるのに対し、反射音響信号は往復分の時間がかかるためである。
【００３７】
超音波画像再構成手段２６２は、リサンプルされた超音波信号に基づいて、断層画像である超音波画像の各ラインのデータを生成する。検波・対数変換手段２６３は、超音波画像再構成手段２６２が出力する各ラインのデータの包絡線を生成し、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。超音波画像構築手段２６４は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像生成手段２６における超音波画像の生成は、信号が１／２にリサンプルされた超音波信号に代わることを除けば、光音響画像生成手段２５における光音響画像の生成と同様でよい。
【００３８】
画像合成手段２７は、光音響画像生成手段２５で生成された光音響画像と、超音波画像生成手段２６で生成された超音波画像とを合成する。画像合成手段２７は、例えば超音波画像に対して光音響画像を重畳することで、画像合成を行う。画像表示手段１４は、画像合成手段２７で合成された画像を、表示モニタなどに表示する。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とのうちの何れか一方を表示してもよい。あるいは、光音響画像と超音波画像とを並べて表示してもよい。
【００３９】
図２は、動作手順を示す。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ステップＡ１）。レーザユニット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３２が点灯し、レーザ媒質の励起が開始される（ステップＡ２）。トリガ制御回路２８は、Ｑスイッチトリガ信号をレーザユニット１３に送り、Ｑスイッチ３３をオンさせることで、レーザユニット１３からパルスレーザ光を出射させる（ステップＡ３）。トリガ制御回路２８は、例えばフラッシュランプトリガ信号を出力するタイミングと所定の時間関係にあるタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。レーザユニット１３から出射したレーザ光は、被検体に照射される。被検体内では、照射されたパルスレーザ光による光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。
【００４０】
サンプリング制御回路２９は、レーザ出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（ステップＡ４）。サンプリング制御回路２９は、例えばトリガ制御回路２８がＱスイッチトリガ信号を出力するタイミングと同じタイミングでサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、プローブ１１で検出された光音響信号を、受信回路２１を介して入力し、光音響信号のサンプリングを開始する（ステップＡ５）。ＡＤ変換手段２２は、例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号に基づいて、１秒あたり４０Ｍ個（サンプル）のサンプリングレートで光音響信号をサンプリングする。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした光音響信号を受信メモリ２３に格納する（ステップＡ６）。
【００４１】
トリガ制御回路２８は、所定のタイミングで、超音波トリガ信号を出力する（ステップＡ７）。トリガ制御回路２８は、例えば、ＡＤ変換手段２２における、サンプリング開始からのサンプリングデータ数が所定のサンプル数に到達したタイミングに合わせて、超音波トリガ信号を出力する。言い換えれば、トリガ制御回路２８は、サンプリング制御回路２９がサンプリングトリガ信号を出力するタイミングから所定時間が経過したタイミングで超音波トリガ信号を出力する。このとき、ＡＤ変換手段２２は、サンプリングを中断せず、サンプリング状態を継続する。
【００４２】
プローブ１１は、送信制御回路３０を介して超音波送信を指示する超音波トリガ信号を受け取ると、被検体に対する超音波送信を行う（ステップＡ８）。プローブ１１は、超音波の送信後、送信した超音波に対する反射音響信号を検出する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号のサンプリングと連続して、反射音響信号をサンプリングする（ステップＡ９）。反射音響信号のサンプリングレートは、光音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートと同じである。ＡＤ変換手段２２は、受信メモリ２３に、サンプリングした反射音響信号を、格納済みの光音響信号に続けて格納する（ステップＡ１０）。ここで、光音響信号と反射音響信号とは、受信メモリ２３に論理的に連続して記録されればよく、必ずしも物理的に連続的に記録されている必要はない。例えば受信メモリ２３が複数の半導体メモリチップを含み、複数の半導体メモリチップで１つの論理的なメモリが形成されているとき、光音響信号と反射音響信号とが複数のチップにまたがって記録されていてもよい。ＡＤ変換手段２２が、反射音響信号を所定のサンプル数だけサンプリングすると、サンプリング終了となる。
【００４３】
データ分離手段２４は、光音響信号と超音波信号とが連続して格納された受信メモリ２３から光音響信号と超音波信号とを分離し、光音響信号を光音響画像生成手段２５に渡し、超音波信号を超音波画像生成手段２６に渡す（ステップＡ１１）。光音響画像生成手段２５は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する（ステップＡ１２）。超音波画像生成手段２６は、超音波信号を１／２にリサンプルした上で、超音波画像を生成する（ステップＡ１３）。画像合成手段２７は、光音響画像と超音波画像とを合成し（ステップＡ１４）、画像表示手段１４の表示画面上に合成画像を表示させる。
【００４４】
光音響信号の検出と超音波の送受信とは、プローブ１１が有する超音波振動子の範囲の全てで行ってもよく、或いは、光音響信号の検出と超音波の送受信を行う範囲を複数の領域（ブロック）に分割し、領域ごとに行ってもよい。領域に分割し、領域ごとに光音響信号の検出と超音波の送受信とを行う場合は、領域ごとに、光トリガ信号の出力、サンプリングトリガ信号の出力、及び超音波トリガ信号の出力を行い、各領域における光音響信号及び反射音響信号のサンプリングが終了した後に、次の領域に移るようにすればよい。
【００４５】
図３は、ブロックの分割例を示す。例えばプローブ１１が１９２個の超音波振動子を有しているとする。被検体５０は、プローブ１１の直下に、パルスレーザ光の照射により光音響波を発生させる光吸収体５１と、超音波が反射する反射体５２とを有している。例えば、プローブ１１の全１９２個の超音波振動子を６４素子ずつの領域に分割することで、全素子の範囲を、エリアＡ、エリアＢ、及びエリアＣの３つのエリアに分割する。この場合、光照射、光音響信号の検出、超音波送信、反射音響信号の検出を、３つのエリアのそれぞれで実行すればよい。
【００４６】
図４Ａ〜図４Ｄに、エリアＡにおける光照射から光音響信号の検出、及び超音波の送信から反射音響信号の検出を示す。まず、図２のステップＡ２で、被検体５０のエリアＡを含む全域にパルスレーザ光を照射する（図４Ａ）。光吸収体５１がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張を起こすことで、光吸収体５１の位置で光音響信号が発生する。プローブ１１は、全１９２素子のうち、エリアＡに対応する６４素子で光音響信号を検出する（図４Ｂ）。エリアＢ及びエリアＣに対応する残りの超音波振動子は休止状態とする。ＡＤ変換手段２２（図１）は、ステップＡ５で、エリアＡに対応する６４素子で検出された光音響信号をサンプリングし、ステップＡ６でサンプリングした光音響信号を受信メモリ２３に格納する。
【００４７】
次いで、ステップＡ８で、プローブ１１の全１９２素子のうち、エリアＡに対応する６４素子から超音波を送信する（図４Ｃ）。送信された超音波は反射体５２で反射し、反射音響信号が発生する。プローブ１１は、エリアＡに対応する６４素子で、反射音響信号を検出する（図４Ｄ）。ＡＤ変換手段２２は、ステップＡ９で、エリアＡに対応する６４素子で検出された反射音響信号をサンプリングし、ステップＡ１０で反射音響信号を受信メモリ２３に格納する。エリアＢ及びエリアＣについても、同様に、各エリアに対応する超音波振動子を用いて、光音響信号の検出と、超音波の送受信とを行う。
【００４８】
図５に、動作例のタイミングチャートを示す。制御手段３１は、フレームトリガ信号（ａ）を生成する。また、１フレームにつき、エリアＡ〜エリアＣに対応した３つのパルスを有するライントリガ信号（ｂ）を生成する。エリアの選択は、エリアＡ、エリアＢ、エリアＣの順で行うとする。制御手段３１は、時刻ｔ０で、フレームトリガ信号のパルスを出力すると共に、ライントリガ信号の１つ目のパルスを出力する。トリガ制御回路２８は、１つ目のライントリガ信号のパルスが出力されると、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。
【００４９】
トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ１で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間は、レーザの特性に合わせて設定すればよい。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。受信回路２１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。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、受信メモリ２３に、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を格納していく（ｆ）。
【００５０】
受信メモリ２３は、例えば被検体の表面から約４０ｍｍの深さ位置までに対応したデータ点数分の光音響信号及び反射音響信号のサンプリングデータを格納する。具体的には、受信メモリ２３は、深さ方向約４０ｍｍに対応した１０２４点の光音響信号のサンプリングデータと、深さ方向約４０ｍｍに対応した２０４８点の反射音響信号のサンプリングデータとを格納する。この場合、トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ２で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。超音波トリガ信号が出力されると、プローブ１１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。
【００５１】
光音響から超音波への切り替わりに際して、ＡＤ変換手段２２は、検出信号のサンプリングを中断せずに、サンプリング状態を維持する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＡにおける光音響信号と反射音響信号とを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に２０４８個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＡにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【００５２】
制御手段３１は、エリアＡにおける検出が終了すると、時刻ｔ３で、２つ目のライントリガ信号のパルスを出力する（ｂ）。これを受けて、トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ４で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。
【００５３】
受信回路２１は、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。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、受信メモリ２３に、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を格納していく（ｆ）。トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ５で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。
【００５４】
プローブ１１は、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＢにおける光音響信号と反射音響信号とを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に２０４８個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＢにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【００５５】
制御手段３１は、エリアＢにおける検出が終了すると、時刻ｔ６で、３つ目のライントリガ信号のパルスを出力する（ｂ）。これを受けて、トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ７で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。
【００５６】
受信回路２１は、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。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、受信メモリ２３に、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を格納していく（ｆ）。トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ８で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。
【００５７】
プローブ１１は、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＣにおける光音響信号と反射音響信号とを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に２０４８個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＣにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【００５８】
エリアＡ〜エリアＣの３つのエリアにおいて光音響信号及び反射信号の検出を行うことで、受信メモリ２３に、１枚の光音響画像及び超音波画像の生成に必要なデータが揃う。データ分離手段２４は、受信メモリ２３から、光音響信号と反射音響信号とを分離する。データ分離手段２４は、例えば受信メモリ２３に格納された各素子の全３０７２個のサンプリングデータのうち、特定のアドレス範囲にある１０２４個のサンプリングデータを光音響信号として読み出し、残りの２０４８個のサンプリングデータを反射音響信号として読み出すことで、光音響信号と反射音響信号とを分離する。あるいは、光音響信号と反射音響信号との間にデータ区切りとなるデリミタを記録しておき、そのデリミタを用いて光音響信号と反射音響信号とを分離してもよい。また、受信メモリ２３中の光音響信号及び反射音響信号にヘッダ情報を付加しておき、ヘッダ情報を参照して両者を分離するようにしてもよい。光音響画像生成手段２５は、１素子あたり１０２４個のデータ点を有する光音響信号に基づいて、光音響画像を生成する。一方、超音波画像生成手段２６は、１／２リサンプル手段２６１を用いて、１素子あたり２０４８個のデータ点を有する反射音響信号を１０２４個のデータ点にリサンプルした上で、超音波画像を生成する。
【００５９】
制御手段３１は、エリアＣにおける光音響信号及び反射音響信号の検出（サンプリング）が終了すると、時刻ｔ９で、フレームトリガ信号のパルスを出力する（ａ）。以降の動作は、時刻ｔ０でフレームトリガ信号の１つ目のパルスが出力された以降の動作と同じである。断層画像生成装置１０は、各フレームにおいて、エリアごとに、光照射、光音響信号の検出、超音波の送信、及び反射音響信号の検出を行い、光音響画像と超音波画像とを生成する。
【００６０】
なお、領域分割を行わない場合は、被検体に対するレーザ光の照射後、１９２素子で光吸収体５１からの光音響信号を検出すればよい。また、１９２素子から被検体内に超音波を送信し、１９２素子で反射体５２からの反射音響信号を検出すればよい。エリア分割については、上記した分割に限定されるわけではなく、エリアの分割数は３より少なくてもよいし、多くてもよい。上記では、エリア間にオーバーラップが生じていないが、エリア間をオーバーラップさせてもよい。
【００６１】
本実施形態では、被検体に対する光照射を行って被検体からの超音波信号（光音響信号）のサンプリングを開始し、サンプリングした光音響信号を受信メモリ２３に格納する。また、超音波信号のサンプリング状態を継続したまま超音波送信を行い、被検体からの超音波信号（反射音響信号）をサンプリングして受信メモリ２３に格納する。本実施形態では、受信メモリ２３を、光音響信号と反射音響信号とに共通のメモリとして用い、ＡＤ変換手段２２は、光音響信号のサンプリング後、サンプリングを中断することなく反射音響信号のサンプリングを行う。このようにすることで、光音響信号と反射音響信号とをシームレスに取得することができ、光音響信号の取得開始から反射音響信号の取得終了までに要する時間を短縮できる。
【００６２】
比較例として、光音響信号を光音響信号用のメモリに格納し、反射音響信号を反射音響信号用のメモリに格納する場合を考える。この場合、ＡＤ変換手段２２は、光音響信号のサンプリングから反射音響信号のサンプリングへの移行に際して、サンプリングデータを格納すべきメモリを、光音響信号用のメモリから反射音響信号用のメモリに切り替える必要がある。メモリを切り替えるためには、光音響信号の取得が終了した時点で一度サンプリングを中断する必要があり、光音響信号のサンプリング開始から反射音響信号のサンプリング終了までに要する時間が無駄に長くなる。本実施形態では、両信号に共通のメモリを用い、サンプリング状態を維持したまま超音波送信を行うため、比較例に比して、データ取得の所要時間を短縮でき、処理を高速化できる。処理高速化が可能となることで、例えば繰り返し光音響画像及び超音波画像を生成して動画表示する際に、フレームレートを向上してなめらかな動画像を表示することができる。
【００６３】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図６は、本発明の第２実施形態の断層画像生成装置を示す。本実施形態の断層画像生成装置１０は、超音波ユニット１２ａ内の構成が、図１に示す第１実施形態の断層画像生成装置１０と相違する。超音波ユニット１２ａは、ＡＤクロック制御回路（サンプリングレート制御手段）３４を更に有する。また、本実施形態における超音波画像生成手段２６ａの構成は、第１実施形態における超音波画像生成手段２６の構成から１／２リサンプル手段２６１を省いた構成である。
【００６４】
ＡＤクロック制御回路３４は、例えばＡＤ変換手段２２に入力するＡＤクロック信号の周波数を制御することで、ＡＤ変換手段２２におけるデータサンプリングのサンプリングレートを制御する。ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤ変換手段２２が反射音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートを、光音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートの半分に制御する。例えば、ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤ変換手段２２が光音響信号をサンプリングしているときは、クロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号を出力し、ＡＤ変換手段２２に１秒あたり４０Ｍサンプルのサンプリングレートで光音響信号をサンプリングさせる。ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤ変換手段２２が反射音響信号をサンプリングしているときは、クロック周波数２０ＭＨｚのＡＤクロック信号を出力し、ＡＤ変換手段２２に１秒あたり２０Ｍサンプルのサンプリングレートで光音響信号をサンプリングさせる。ＡＤクロック制御回路３４は、例えばトリガ制御回路２８が超音波トリガ信号を出力するタイミングに同期して、ＡＤクロック信号の周波数を半分に下げる。
【００６５】
図７は、第２実施形態の断層画像生成装置１０ａの動作手順を示す。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ステップＢ１）。レーザユニット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３２が点灯し、レーザ媒質の励起が開始される（ステップＢ２）。トリガ制御回路２８は、Ｑスイッチトリガ信号をレーザユニット１３に送り、Ｑスイッチ３３をオンさせることで、レーザユニット１３からパルスレーザ光を出射させる（ステップＢ３）。レーザユニット１３から出射したレーザ光は、被検体に照射される。被検体内では、照射されたパルスレーザ光による光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。
【００６６】
サンプリング制御回路２９は、レーザ出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（ステップＢ４）。ＡＤ変換手段２２は、プローブ１１で検出された光音響信号を、受信回路２１を介して入力し、光音響信号のサンプリングを開始する（ステップＢ５）。ＡＤクロック制御回路３４は、例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号をＡＤ変換手段２２に入力している。ＡＤ変換手段２２は、ＡＤクロック信号に基づいて、１秒あたり４０Ｍサンプルのサンプリングレートで光音響信号をサンプリングする。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした光音響信号を受信メモリ２３に格納する（ステップＢ６）。
【００６７】
トリガ制御回路２８は、所定のタイミングで、超音波トリガ信号を出力する（ステップＢ７）。トリガ制御回路２８は、例えば、ＡＤ変換手段２２における、サンプリング開始からのサンプリングデータ数が所定のサンプル数に到達したタイミングに合わせて、超音波トリガ信号を出力する。言い換えれば、トリガ制御回路２８は、サンプリング制御回路２９がサンプリングトリガ信号を出力するタイミングから所定時間が経過したタイミングで超音波トリガ信号を出力する。このとき、ＡＤ変換手段２２は、サンプリングを中断せず、サンプリング状態を継続する。ここまでのステップは、図２に示す第１実施形態における動作手順と同様でよい。
【００６８】
ＡＤクロック制御回路３４は、超音波送信が行われるタイミングに合わせて、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングレートを、光音響信号サンプリング時のサンプリングレートの半分に制御する（ステップＢ８）。言い換えれば、反射音響信号の検出が開始されるタイミングに合わせて、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングレートを半分に落とす。ＡＤクロック制御回路３４は、例えばＡＤ変換手段２２に入力されるＡＤクロック信号のクロック周波数を、４０ＭＨｚから２０ＭＨｚに変更することで、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングレートを半分に落とす。
【００６９】
プローブ１１は、送信制御回路３０を介して超音波送信を指示する超音波トリガ信号を受け取ると、被検体に対する超音波送信を行う（ステップＢ９）。プローブ１１は、超音波の送信後、送信した超音波に対する反射音響信号を検出する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号のサンプリングと連続して、反射音響信号をサンプリングする（ステップＢ１０）。このとき、ＡＤクロック制御回路３４がＡＤ変換手段２２のサンプリングレートを半分に制御しているため、ＡＤ変換手段２２は、光音響信号をサンプリングする際のサンプリングレートの半分のサンプリングレートで、反射音響信号をサンプリングする。ＡＤ変換手段２２は、受信メモリ２３に、サンプリングした反射音響信号を、格納済みの光音響信号に続けて格納する（ステップＢ１１）。ＡＤ変換手段２２が、反射音響信号を所定のサンプル数だけサンプリングすると、サンプリング終了となる。
【００７０】
データ分離手段２４は、光音響信号と超音波信号とが連続して格納された受信メモリ２３から光音響信号と超音波信号とを分離し、光音響信号を光音響画像生成手段２５に渡し、超音波信号を超音波画像生成手段２６に渡す（ステップＢ１２）。光音響画像生成手段２５は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する（ステップＢ１３）。データの分離及び光音響画像の生成は、第１実施形態における動作と同様でよい。超音波画像生成手段２６ａは、反射音響信号に基づいて超音波画像を生成する（ステップＢ１３）。本実施形態では、反射音響信号のサンプリングレートが光音響信号のサンプリングレートの半分になっているため、超音波画像の生成に際して、１／２リサンプル手段２６１（図１）を用いてデータ点数を半分にリサンプルする必要がない。画像合成手段２７は、光音響画像と超音波画像とを合成し（ステップＢ１４）、画像表示手段１４の表示画面上に合成画像を表示させる。
【００７１】
図８に、動作例のタイミングチャートを示す。ここでは、図３に示すように、プローブ１１の超音波振動子が配列された範囲をエリアＡ〜エリアＣの３つの領域に分割し、エリアＡ、エリアＢ、エリアＣの順に、光音響信号及び反射音響信号の検出を行うものとする。制御手段３１は、フレームトリガ信号（ａ）を生成する。また、１フレームにつき、エリアＡ〜エリアＣに対応した３つのパルスを有するライントリガ信号（ｂ）を生成する。制御手段３１は、時刻ｔ１０で、フレームトリガ信号のパルスを出力すると共に、ライントリガ信号の１つ目のパルスを出力する。トリガ制御回路２８は、１つ目のライントリガ信号のパルスが出力されると、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。
【００７２】
トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ１１で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの時間は、レーザの特性に合わせて設定すればよい。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。受信回路２１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。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、受信メモリ２３に、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を格納していく（ｆ）。このとき、ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤ変換手段２２に、例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号を出力している。
【００７３】
受信メモリ２３は、例えば被検体の表面から約４０ｍｍの深さ位置までに対応したデータ点数分の光音響信号のサンプリングデータを格納する。具体的には、受信メモリ２３は、深さ方向約４０ｍｍに対応した１０２４点の光音響信号のサンプリングデータを格納する。この場合、トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ１２で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。超音波トリガ信号が出力されると、プローブ１１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。このとき、ＡＤクロック制御手段３４は、ＡＤ変換手段２２に出力するＡＤクロック信号のクロック周波数を、４０ＭＨｚから２０ＭＨｚに変更する。
【００７４】
光音響から超音波への切り替わりに際して、ＡＤ変換手段２２は、検出信号のサンプリングを中断せずに、サンプリング状態を維持する。ただし、ＡＤクロック信号が光音響信号サンプリング時のクロック周波数の半分になっているため、サンプリングレートは半分となる。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射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（ｆ）。
【００７５】
反射音響信号のサンプリングレートは、光音響信号のサンプリングレートの半分になっているため、光音響信号と同じ点数のサンプリングデータを得るためには、光音響信号のサンプリング時間の倍の時間がかかる。光音響信号と反射音響信号とを同一のサンプリングレートでサンプリングする場合、深さ方向約４０ｍｍに対応した反射音響信号のデータ点数は、光音響信号のデータ点数の倍の２０４８点となる（図５参照）。本実施形態では、サンプリングレートが半分になることで、深さ方向約４０ｍｍに対応した反射音響信号のデータ点数は、光音響信号のデータ点数と同じ１０２４点となる。受信メモリ２３に１０２４個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＡにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【００７６】
制御手段３１は、エリアＡにおける検出が終了すると、時刻ｔ１３で、２つ目のライントリガ信号のパルスを出力する（ｂ）。これを受けて、トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ１４で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニットは、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。
【００７７】
受信回路２１は、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。このとき、ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤ変換手段２２にクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号を出力している。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて、１秒あたり４０Ｍサンプルのサンプリングレートで光音響信号のサンプリングを開始し、受信メモリ２３に、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を格納していく（ｆ）。トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ１５で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。このとき、ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤクロック信号のクロック周波数を４０ＭＨｚから２０ＭＨｚに変更する。
【００７８】
プローブ１１は、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、１秒あたり２０Ｍサンプルのサンプリングレートで、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号のサンプリングを行い、サンプリングデータを受信メモリ２３に格納する（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＢにおける光音響信号と反射音響信号とを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に１０２４個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＢにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【００７９】
制御手段３１は、エリアＢにおける検出が終了すると、時刻ｔ１６で、３つ目のライントリガ信号のパルスを出力する（ｂ）。これを受けて、トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ１７で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。
【００８０】
受信回路２１は、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。このとき、ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤ変換手段２２にクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号を出力している。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて、１秒あたり４０Ｍサンプルのサンプリングレートで光音響信号のサンプリングを開始し、受信メモリ２３に、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を格納していく（ｆ）。トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ１８で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。このとき、ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤクロック信号のクロック周波数を４０ＭＨｚから２０ＭＨｚに変更する。
【００８１】
プローブ１１は、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、１秒あたり２０ＭＨｚのサンプリングレートで、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号のサンプリングを行い、サンプリングデータを受信メモリ２３に格納する（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＣにおける光音響信号と反射音響信号とを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に１０２４個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＣにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【００８２】
エリアＡ〜エリアＣの３つのエリアにおいて光音響信号及び反射信号の検出を行うことで、受信メモリ２３に、１枚の光音響画像及び超音波画像の生成に必要なデータが揃う。データ分離手段２４は、受信メモリ２３から、光音響信号と反射音響信号とを分離する。データ分離手段２４は、例えば受信メモリ２３に格納された各素子の全１０２４個のサンプリングデータのうち、特定のアドレス範囲にある１０２４個のサンプリングデータを光音響信号として読み出し、残りの１０２４個のサンプリングデータを反射音響信号として読み出すことで、光音響信号と反射音響信号とを分離する。光音響画像生成手段２５は、１素子あたり１０２４個のデータ点を有する光音響信号に基づいて、光音響画像を生成する。一方、超音波画像生成手段２６は、同じく１素子あたり１０２４個のデータ点を有する反射音響信号に基づいて、超音波画像を生成する。
【００８３】
制御手段３１は、エリアＣにおける光音響信号及び反射音響信号の検出（サンプリング）が終了すると、時刻ｔ１９で、フレームトリガ信号のパルスを出力する（ａ）。以降の動作は、時刻ｔ１０でフレームトリガ信号の１つ目のパルスが出力された以降の動作と同じである。断層画像生成装置１０は、各フレームにおいて、エリアごとに、光照射、光音響信号の検出、超音波の送信、及び反射音響信号の検出を行い、光音響画像と超音波画像とを生成する。
【００８４】
本実施形態では、ＡＤクロック制御回路３４は、ＡＤ変換手段２２における反射音響信号の検出時のサンプリングレートを、光音響信号検出時のサンプリングレートの半分に制御する。このようにすることで、受信メモリ２３に格納する光音響信号及び反射音響信号のデータ点数を同じ数にしながらも、光音響画像と超音波画像とで同じ深さ方向の位置まで画像化することができる。本実施形態では、第１実施形態に比して、受信メモリ２３に格納する反射音響信号のサンプリングデータ点数を半分にすることができ、受信メモリ２３に必要な容量を減らすことができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００８５】
引き続き、本発明の第３実施形態を説明する。図１０は、本発明の第３実施形態の光音響画像生成装置を示す。断層画像生成装置１０ｂは、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２ｂ、及び光源（レーザユニット）１３を備える。超音波ユニット１２ｂ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、光音響画像生成手段２５ｂ、超音波画像生成手段２６、画像合成手段２７、トリガ制御回路２８、サンプリング制御回路２９、送信制御回路３０、及び制御手段３１を有する。本実施形態では、レーザユニット１３から、相互に異なる複数の波長のレーザ光を被検体に照射する。光音響画像生成手段２５ｂは、被検体内の光吸収体における光吸収特性の波長依存性を利用して、例えば動脈と静脈とが判別可能な光音響画像を生成する。
【００８６】
本実施形態におけるレーザユニット１３は、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を切り替えて出射する。レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えば光ファイバなど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照射される。以下の説明においては、主に、レーザユニット１３が、第１の波長のパルスレーザ光と第２の波長のパルスレーザ光とを順次に出射するものとして説明する。
【００８７】
例えば、第１の波長（中心波長）として約７５０ｎｍを考え、第２の波長として約８００ｎｍを考える。ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも高い。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも低い。この性質を利用し、波長８００ｎｍで得られた光音響信号に対して、波長７５０ｎｍで得られた光音響信号が相対的に大きいのか小さいのかを調べることで、動脈からの光音響信号と静脈からの光音響信号とを判別することができる。
【００８８】
プローブ１１は、被検体内からの超音波信号（光音響信号又は反射音響信号）を検出する。受信回路２１は、プローブ１１が検出した超音波信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１が受信した超音波信号をサンプリングする。ＡＤ変換手段２２は、例えばＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で超音波信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２は、反射音響信号をサンプリングした反射超音波データと、光音響信号をサンプリングした光音響データとを、受信メモリ２３に格納する。
【００８９】
トリガ制御回路２８は、レーザユニット１３に対して光出射を指示する光トリガ信号を出力する。トリガ制御回路２８は、まずフラッシュランプトリガ信号を出力し、それに後続して、Ｑスイッチトリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、フラッシュランプトリガ信号に応答してレーザ媒質の励起を行い、Ｑスイッチトリガ信号に応答してパルスレーザ光を出射する。トリガ制御回路２８からＱスイッチトリガ信号をレーザユニット１３に送信するのに代えて、レーザユニット１３内においてＱスイッチトリガのタイミングを生成してもよい。その場合は、Ｑスイッチをオンにした旨を示す信号をレーザユニット１３から超音波ユニット１２ｂ側に通知してもよい。ここで、光トリガ信号とは、フラッシュランプトリガ信号とＱスイッチトリガ信号の少なくとも一方を含む概念である。トリガ制御回路２８からＱスイッチトリガ信号を出力する場合はＱスイッチトリガ信号が光トリガ信号に対応し、レーザユニット１３にてＱスイッチトリガのタイミングを生成する場合はフラッシュランプトリガ信号が光トリガ信号に対応していてもよい。
【００９０】
上記に加えて、トリガ制御回路２８は、送信制御回路３０に、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を出力する。送信制御回路３０は、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。トリガ制御回路２８は、例えば先に光トリガ信号を出力し、次いで超音波トリガ信号を出力する。つまり、トリガ制御回路２８は、光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。光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及び光音響信号の検出が行われ、その後、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及び反射音響信号の検出が行われる。
【００９１】
サンプリング制御回路２９は、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。サンプリング制御回路２９は、例えばトリガ制御回路２８から光トリガ信号が出力されたタイミング以後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前に、サンプリングトリガ信号を出力する。サンプリング制御回路２９は、光トリガ信号が出力された後、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、サンプリングトリガ信号を出力する。例えばサンプリング制御回路２９は、トリガ制御回路２８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、サンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けると、プローブ１１にて検出された超音波（光音響信号）のサンプリングを開始する。
【００９２】
トリガ制御回路２８は、光トリガ信号の出力後、光音響信号の検出を終了するタイミングで超音波トリガ信号を出力する。このとき、ＡＤ変換手段２２は超音波信号のサンプリングを中断せず、サンプリングを継続して実施する。言い換えれば、トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２が超音波信号のサンプリングを継続している状態で、超音波トリガ信号を出力する。超音波トリガ信号に応答してプローブ１１が超音波送信を行うことで、プローブ１１で検出される超音波信号は、光音響信号から反射音響信号に変わる。ＡＤ変換手段２２は、検出された超音波信号のサンプリングを継続することで、光音響信号と反射音響信号とを、連続的にサンプリングする。
【００９３】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした光音響信号及び反射音響信号を、光音響信号と反射音響信号とに共通の受信メモリ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、ある時点までは光音響信号のデータであり、ある時点からは反射音響信号のデータとなる。
【００９４】
光音響信号のサンプリング及び反射音響信号のサンプリングは、例えばレーザユニット１３が出射する光の波長の数だけ繰り返し行う。例えばまずレーザユニット１３から第１の波長の光を被検体に照射し、被検体に第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された第１の光音響信号（第１の光音響データ）を受信メモリ２３に格納する。その第１の光音響データと連続して、受信メモリ２３に反射超音波データを格納する。次いで、レーザユニット１３から第２の波長の光を被検体に照射し、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された第２の光音響信号（第２の光音響データ）を受信メモリ２３に格納する。その第２の光音響データと連続して、受信メモリ２３に反射超音波データを格納する。
【００９５】
データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された超音波データと、第１及び第２の光音響データとを分離する。データ分離手段２４は、第１及び第２の光音響データを、光音響画像生成手段２５ｂに渡す。また、反射超音波データを、超音波画像生成手段２６に渡す。超音波画像生成手段２６における超音波画像の生成は、第１実施形態における超音波画像の生成と同様でよい。
【００９６】
光音響画像生成手段２５ｂは、光音響画像再構成手段２５１、検波・対数変換手段２５２、及び光音響画像構築手段２５３に加えて、２波長データ複素数化手段２５４、強度情報抽出手段２５５、及び２波長データ演算手段２５６を有する。２波長データ複素数化手段２５４は、第１の光音響信号と第２の光音響信号のうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する。以下では、２波長データ複素数化手段２５４が、第１の光音響信号を実部とし、第２の光音響信号を虚部とした複素数データを生成するものとして説明する。
【００９７】
光音響画像再構成手段２５１は、２波長データ複素数化手段２５４から光音響データである複素数データを入力し、光音響データの再構成を行う。光音響画像再構成手段２５１は、入力された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う。フーリエ変換法による画像再構成には、例えば文献”Photoacoustic Image Reconstruction-A Quantitative Analysis”Jonathan I.Sperl et al. SPIE-OSA Vol.6631 663103  等に記載されている従来公知の方法を適用することができる。光音響画像再構成手段２５１は、再構成画像を示すフーリエ変換のデータを強度情報抽出手段２５５と２波長データ演算手段２５６とに入力する。
【００９８】
２波長データ演算手段２５６は、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する。本実施形態では、２波長データ演算手段２５６は、光音響画像再構成手段２５１で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、実部と虚部とを比較したときに、相対的に、どちらがどれくらい大きいかを示す位相情報を抽出する。２波長データ演算手段２５６は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として生成する。なお、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°とする。実部を構成する第１の光音響データ（Ｘ）と虚部を構成する第２の光音響データ（Ｙ）とが等しいとき、位相情報はθ＝４５°となる。位相情報は、相対的に第１の光音響データが大きいほどθ＝０°に近づいていき、第２の光音響データが大きいほどθ＝９０°に近づいていく。
【００９９】
強度情報抽出手段２５５は、各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する。本実施形態では、強度情報抽出手段２５５は、光音響画像再構成手段２５１で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、強度情報を生成する。強度情報抽出手段２５５は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を、強度情報として抽出する。検波・対数変換手段２５２は、強度情報抽出手段２５５で抽出された強度情報を示す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。
【０１００】
光音響画像構築手段２５３は、２波長データ演算手段２５６から位相情報を入力し、検波・対数変換手段２５２から検波・対数変換処理後の強度情報を入力する。光音響画像構築手段２５３は、入力された位相情報と強度情報とに基づいて、光吸収体の分布画像である光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２５３は、例えば入力された強度情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定する。また、光音響画像構築手段２５３は、例えば位相情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の色（表示色）を決定する。光音響画像構築手段２５３は、例えば例えば位相０°から９０°の範囲を所定の色に対応させたカラーマップに用いて、入力された位相情報に基づいて各画素の色を決定する。
【０１０１】
ここで、位相０°から４５°の範囲は、第１の光音響データが第２の光音響データよりも大きい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍの光に対する吸収よりも波長７５６ｎｍの光に対する吸収の方が大きい酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている動脈であると考えられる。一方、位相４５°から９０°の範囲は、第２の光音響データが第１の光音響データよりも小さい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍの光に対する吸収よりも波長７５６ｎｍの光に対する吸収の方が小さい脱酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている静脈であると考えられる。
【０１０２】
そこで、カラーマップとして、例えば位相が０°が赤色で、位相が４５°に近づくに連れて無色（白色）になるように色が徐々に変化すると共に、位相９０°が青色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化するようなカラーマップを用いる。この場合、光音響画像上で、動脈に対応した部分を赤色で表わし、静脈に対応した部分を青色で表わすことができる。強度情報を用いずに、階調値は一定として、位相情報に従って動脈に対応した部分と静脈に対応した部分との色分けを行うだけでもよい。
【０１０３】
画像合成手段２７は、光音響画像構築手段２５３で生成された光音響画像と、超音波画像構築手段２６４で生成された超音波画像とを合成する。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示することも可能である。
【０１０４】
続いて、レーザユニット１３の構成を詳細に説明する。図１０は、レーザユニット１３の構成を示す。レーザユニット１３は、レーザロッド６１、フラッシュランプ６２、ミラー６３、６４、Ｑスイッチ６５、波長選択素子６６、駆動手段６７、駆動状態検出手段６８、及びＢＰＦ制御回路６９を有する。フラッシュランプ６２及びＱスイッチ６５は、それぞれ図１におけるフラッシュランプ３２及びＱスイッチ３３に対応する。
【０１０５】
レーザロッド６１は、レーザ媒質である。レーザロッド６１には、例えばアレキサンドライト結晶やＣｒ：ＬｉＳＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＳｒＡｌＦ６），Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＣａＡｌＦ６）結晶，Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ結晶を用いることができる。フラッシュランプ６２は、レーザ媒質を励起する励起手段であり、レーザロッド６１に励起光を照射する。フラッシュランプ６２以外の光源、例えば半導体レーザや固体レーザを、励起光源として用いてもよい。
【０１０６】
ミラー６３、６４は、レーザロッド６１を挟んで対向しており、ミラー６３、６４により光共振器が構成される。ここでは、ミラー６４が出力側のミラーであるとする。光共振器内には、Ｑスイッチ６５が挿入される。Ｑスイッチ６５により、光共振器内の挿入損失を損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化させることで、パルスレーザ光を得ることができる。
【０１０７】
波長選択素子６６は、透過波長が相互に異なる複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）を含む。波長選択素子６６は、複数のバンドパスフィルタを光共振器の光路上に選択的に挿入する。波長選択素子６６は、例えば波長７５０ｎｍ（中心波長）の光を透過させる第１のバンドパスフィルタと、波長８００ｎｍ（中心波長）の光を透過させる第２のバンドパスフィルタとを含む。光共振器の光路上に第１のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を７５０ｎｍとすることができ、光共振器の光路上に第２のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を８００ｎｍとすることができる。
【０１０８】
駆動手段６７は、光共振器の光路上に挿入されるバンドパスフィルタが所定の順序で順次に切り替わるように波長選択素子６６を駆動する。例えば波長選択素子６６が、回転変位に伴って光共振器の光路上に選択的に挿入するバンドパスフィルタを切り替えるフィルタ回転体で構成されているとき、駆動手段６７は、波長選択素子６６を構成するフィルタ回転体を回転駆動する。駆動状態検出手段６８は、波長選択素子６６の駆動状態を検出する。駆動状態検出手段６８は、例えばフィルタ回転体である波長選択素子６６の回転変位を検出する。駆動状態検出手段６８は、フィルタ回転体の回転変位位置を示すＢＰＦ状態情報を出力する。
【０１０９】
図１１は、波長選択素子６６、駆動手段６７、及び駆動状態検出手段５８の構成例を示す。この例では、波長選択素子６６は２つのバンドパスフィルタを含むフィルタ回転体であり、駆動手段６７はサーボモータである。また、駆動状態検出手段５８はロータリーエンコーダーである。波長選択素子６６は、サーボモータの出力軸の回転に従って回転する。波長選択素子６６を構成するフィルタ回転体の半分（例えば回転変位位置０°から１８０°）は波長７５０ｎｍの光を透過させる第１のバンドパスフィルタであり、残りの半分（例えば回転変位位置１８０°から３６０°）は波長８００ｎｍの光を透過させる第２のバンドパスフィルタである。このようなフィルタ回転体を回転させることで、光共振器の光路上に、第１のバンドパスフィルタと第２のバンドパスフィルタとを、フィルタ回転体の回転速度に応じた切り替え速度で交互に挿入することができる。
【０１１０】
駆動状態検出手段６８を構成するロータリーエンコーダーは、サーボモータの出力軸に取り付けられたスリット入りの回転板と透過型フォトインタラプタとで、波長選択素子６６であるフィルタ回転体の回転変位を検出し、ＢＰＦ状態情報を生成する。駆動状態検出手段６８は、フィルタ回転体の回転変位位置を示すＢＰＦ状態情報をＢＰＦ制御回路６９に出力する。
【０１１１】
図１０に戻り、ＢＰＦ制御回路６９は、駆動手段６７を制御する。ＢＰＦ制御回路６９は、例えば所定時間の間に駆動状態検出手段６８が検出した回転変位の量が、フィルタ回転体の所定の回転速度に応じた量になるように駆動手段６７に供給する電圧などを制御する。トリガ制御回路２８は、ＢＰＦ制御信号を通じて、ＢＰＦ制御回路６９に、フィルタ回転体の回転速度を指示する。ＢＰＦ制御回路６９は、例えばＢＰＦ状態情報をモニタし、所定時間の間に駆動状態検出手段６８で検出される波長選択素子６６の変位量が、指示された回転速度に対応した量に保たれるように、サーボモータに供給する電圧などを制御する。ＢＰＦ制御回路６９を用いるのに代えて、トリガ制御回路２８がＢＰＦ状態情報をモニタし、波長選択素子６６が所定の速度で駆動されるように、駆動手段６７を制御するようにしてもよい。
【０１１２】
図９に戻り、制御手段３１は、超音波ユニット１２ｂ内の各部の制御を行う。トリガ制御回路２８は、前述の動作に加え、レーザユニット１３内の波長選択素子６６が光共振器の光路上に挿入するバンドパスフィルタが所定の切替え速度で切り替わるように、ＢＰＦ制御回路６９を制御する。トリガ制御回路２８は、例えば、波長選択素子６６を構成するフィルタ回転体を、所定の方向に所定の回転速度で連続的に回転させる旨のＢＰＦ制御信号を、ＢＰＦ制御回路６９に出力する。フィルタ回転体の回転速度は、例えばレーザユニット１３から出射すべきパルスレーザ光の波長の数（バンドパスフィルタの透過波長の数）と、単位時間当たりのパルスレーザの個数とに基づいて決定できる。
【０１１３】
トリガ制御回路２８は、レーザユニット１３に、フラッシュランプ６２（図１０）からレーザロッド６１へ励起光を照射させる旨のフラッシュランプトリガ信号を出力する。フラッシュランプ６２は、フラッシュランプトリガ信号に応答してレーザロッド６１に励起光を照射する。トリガ制御回路２８は、ＢＰＦ状態信号に基づいて、フラッシュランプトリガ信号を出力する。例えばトリガ制御回路２８は、ＢＰＦ状態情報が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応したバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入される波長選択素子６６の駆動位置から、レーザロッド６１の励起に要する時間の間に波長選択素子６６が変位する量を差し引いた位置を示す情報になるとフラッシュランプトリガ信号を出力し、レーザロッド６１に対して励起光を照射させる。トリガ制御回路２８は、例えば所定の時間間隔で周期的にフラッシュランプトリガ信号を出力する。
【０１１４】
トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、レーザユニット１３のＱスイッチ６５にＱスイッチトリガ信号を出力する。トリガ制御回路２８は、波長選択素子６６が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応した透過波長のバンドパスフィルタを光共振器の光路上に挿入しているタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。例えば波長選択素子６６がフィルタ回転体で構成されるとき、トリガ制御回路２８は、ＢＰＦ状態情報が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応したバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入されていることを示す位置となっているときに、Ｑスイッチトリガ信号を出力する。Ｑスイッチ６５が、Ｑスイッチトリガ信号に応答して光共振器内の挿入損失を損失大から損失小に急激に変化させることで、出力側のミラー６４からパルスレーザ光が出射する。
【０１１５】
図１２に、動作例のタイミングチャートを示す。ここでは、プローブ１１が超音波信号を検出する範囲が、図３に示すように、エリアＡ、エリアＢ、及びエリアＣの３つのエリアに分割されているものとする。制御手段３１は、フレームトリガ信号（ａ）を生成する。フレームレートは、例えば１０フレーム／秒である。また、制御手段３１は、７５０ｎｍと８００ｎｍの各波長に対し、１フレームにつき、エリアＡ〜エリアＣに対応した３つのパルスを有するライントリガ信号（ｂ）を生成する。被検体に照射する光の波長が２つあるため、１フレームあたりのライントリガのパルスは６つになる。エリアの選択は、エリアＡ、エリアＢ、エリアＣの順で行うとする。また、被検体に対して、７５０ｎｍ、８００ｎｍの光を交互に照射するこことする。
【０１１６】
制御手段３１は、時刻ｔ２０で、フレームトリガ信号のパルスを出力すると共に、ライントリガ信号の１つ目のパルスを出力する。トリガ制御回路２８は、１つ目のライントリガ信号のパルスが出力されると、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ６２を点灯し、レーザ媒質を励起する。
【０１１７】
トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ２１で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。このとき、波長選択素子６６は、波長７５０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを光共振器の光路上に挿入している（ｇ）。時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの時間は、レーザの特性に合わせて設定すればよい。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出力する（ｈ）。
【０１１８】
受信回路２１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。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、受信メモリ２３に、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号のサンプリングデータ（第１の光音響データ）を格納していく（ｆ）。
【０１１９】
受信メモリ２３は、例えば被検体の表面から約４０ｍｍの深さ位置までに対応したデータ点数分の光音響信号及び反射音響信号のサンプリングデータを格納する。具体的には、受信メモリ２３は、深さ方向約４０ｍｍに対応した１０２４点の光音響信号のサンプリングデータと、深さ方向約４０ｍｍに対応した２０４８点の反射音響信号のサンプリングデータとを格納する。この場合、トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ２２で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。超音波トリガ信号が出力されると、プローブ１１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。
【０１２０】
光音響から超音波への切り替わりに際して、ＡＤ変換手段２２は、検出信号のサンプリングを中断せずに、サンプリング状態を維持する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＡにおける第１の光音響データと反射超音波データとを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に２０４８個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＡにおける波長７５０ｎｍの光に対する光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【０１２１】
制御手段３１は、波長７５０ｎｍでの検出が終了すると、時刻ｔ２３で、２つ目のライントリガ信号のパルスを出力する（ｂ）。これを受けて、トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ６２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ２４で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。このとき、波長選択素子６６は、波長８００ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを光共振器の光路上に挿入している（ｇ）。Ｑスイッチ６５がオンすることで、レーザユニット１３は、波長８００ｎｍのパルスレーザ光を出力する（ｈ）。
【０１２２】
受信回路２１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、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出力する。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、受信メモリ２３に、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号のサンプリングデータ（第２の光音響データ）を格納していく（ｆ）。トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から１０２４個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ２５で、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。
【０１２３】
プローブ１１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。ＡＤ変換手段２２は、光音響信号に続けて、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＡにおける第２の光音響データと反射超音波データとを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に２０４８個の反射音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＡにおける波長８００ｎｍの光に対する光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。２つの波長の光に対する光音響信号の検出が終わると、エリアＡにおける検出が終了する。
【０１２４】
エリアＡにおける検出が終了すると、次いで、エリアＢの検出に移る。エリアＢにおける検出は、エリアＡにおける検出と同様である。すなわち、波長選択素子６６が光共振器の光路上に波長７５０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを挿入しているタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力し、波長７５０ｎｍの光を被検体に照射して第１の光音響データを受信メモリ２３に格納する。それと連続して超音波の送受信を行い、第１の光音響データと連続して反射超音波データを受信メモリ２３に格納する。続いて、波長選択素子６６が光共振器の光路上に波長８００ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを挿入しているタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力し、波長８００ｎｍの光を被検体に照射して第２の光音響データを受信メモリ２３に格納する。それと連続して超音波の送受信を行い、第２の光音響データと連続して反射超音波データを受信メモリ２３に格納する。
【０１２５】
エリアＢにおける検出が終了すると、続いて、エリアＣの検出に移る。エリアＣにおける検出もエリアにおける検出と同様である。エリアＡ〜エリアＣの各エリアにおいて、波長７５０ｎｍと波長８００ｎｍに対して光音響信号及び反射信号の検出を行うことで、受信メモリ２３に、光音響画像及び超音波画像の生成に必要なデータが揃う。データ分離手段２４は、受信メモリ２３から、光音響データと反射超音波データとを分離する。データ分離手段２４は、例えば受信メモリ２３に格納された各素子の全３０７２個のサンプリングデータのうち、特定のアドレス範囲にある１０２４個のサンプリングデータを第１又は第２の光音響データとして読み出し、残りの２０４８個のサンプリングデータを反射超音波データとして読み出すことで、光音響データと反射超音波データとを分離する。光音響画像生成手段２５は、各波長につき、１素子あたり１０２４個のデータ点を有する第１及び第２の光音響データに基づいて、光音響画像を生成する。一方、超音波画像生成手段２６は、１／２リサンプル手段２６１を用いて、１素子あたり２０４８個のデータ点を有する反射超音波データを１０２４個のデータ点にリサンプルした上で、超音波画像を生成する。
【０１２６】
制御手段３１は、エリアＣにおける光音響信号及び反射音響信号の検出（サンプリング）が終了すると、２つ目のフレームトリガ信号のパルスを出力する（ａ）。以降の動作は、時刻ｔ２０でフレームトリガ信号の１つ目のパルスが出力された以降の動作と同じである。断層画像生成装置１０は、各フレームにおいて、エリアごとに、２つの波長の光の照射、光音響信号の検出、超音波の送信、及び反射音響信号の検出を行い、光音響画像と超音波画像とを生成する。
【０１２７】
本実施形態では、レーザユニット１３が波長選択素子６６を含んでおり、レーザユニット１３から、相互に異なる複数の波長のレーザ光を被検体に照射することができる。例えば、透過波長が異なる２つのバンドパスフィルタを含む波長選択素子６６を連続的に駆動することで、２つのバンドパスフィルタを連続的、かつ選択的に光共振器の光路上に挿入することができ、レーザユニット１３から複数波長のレーザ光を連続的に切り換えて出射することができる。複数の波長のパルスレーザ光を照射したときの光音響信号（光音響データ）を用いることで、各光吸収体の光吸収特性が波長に応じて異なることを利用した機能イメージングを行うことができる。
【０１２８】
また、本実施形態では、２つの波長で得られた第１の光音響データと、第２の光音響データとの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成し、その複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成している。このようにする場合、再構成は一度で済むため、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成する場合に比して、再構成を効率的に行うことができる。光音響データと反射超音波データとを一連のデータとしてサンプリングすることで、光音響信号の取得開始から反射音響信号の取得終了までに要する時間を短縮できる点は、第１実施形態と同様である。
【０１２９】
なお、上記各実施形態では、光音響信号のサンプリングを先に行い、それに後続して反射音響信号のサンプリングを行うこととしたが、反射音響信号のサンプリングを先に行い、それに続いて光音響信号のサンプリングを行うこととしてもよい。例えば図１に示す第１実施形態の断層画像生成装置１０において、超音波の送受信を先に行い、それに後続して被検体に対する光照射及び光音響信号の検出を行ってもよい。図１３は、その場合の動作例を示す。ここでも、図５の例と同様に、１つのフレームトリガ信号のパルス（ａ）に対して、エリアＡ〜エリアＣに対応した３つのライントリガ信号のパルス（ｂ）が出力されるものとする。
【０１３０】
制御手段３１は、時刻ｔ３０で、フレームトリガ信号のパルス（ａ）を出力すると共に、ライントリガ信号の１つ目のパルス（ｂ）を出力する。トリガ制御回路２８は、１つ目のライントリガ信号のパルスが出力されると、送信制御回路３０に、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。超音波トリガ信号が出力されると、プローブ１１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。
【０１３１】
受信回路２１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、超音波送信のタイミングに同期してＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて反射音響信号のサンプリングを開始し、受信メモリ２３に、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号のサンプリングデータを格納していく（ｆ）。
【０１３２】
トリガ制御回路２８は、超音波トリガ信号の出力後、時刻ｔ３１で、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、フラッシュランプトリガ信号の出力後、時刻ｔ３２で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｄ）。時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの時間は、レーザの特性に合わせて設定すればよい。Ｑスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。
【０１３３】
レーザユニット１３がパルスレーザ光を出射するタイミングは、反射音響信号のサンプリング終了のタイミングと一致している。例えばトリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から２０４８個目のデータをサンプリングするタイミングでパルスレーザ光が被検体に照射されるように、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する。
【０１３４】
被検体に対する光の照射後、受信回路２１は、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。超音波から光音響への切り替わりに際して、ＡＤ変換手段２２は、検出信号のサンプリングを中断せずに、サンプリング状態を維持する。ＡＤ変換手段２２は、反射音響信号に続けて、エリアＡに対応する６４個の超音波振動子で検出された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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＡにおける反射超音波データと光音響データとを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に１０２４個の光音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＡにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【０１３５】
制御手段３１は、エリアＡにおける検出が終了すると、時刻ｔ３３で、２つ目のライントリガ信号のパルスを出力する（ｂ）。これを受けて、トリガ制御回路２８は、送信制御回路３０に超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。プローブ１１は、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。
【０１３６】
受信回路２１は、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、超音波送信のタイミングに同期してＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて反射音響信号のサンプリングを開始し、受信メモリ２３に、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号のサンプリングデータを格納していく（ｆ）。
【０１３７】
トリガ制御回路２８は、超音波トリガ信号の出力後、時刻ｔ３４で、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から２０４８個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ３５で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｅ）。Ｑスイッチトリガ信号に応答してＱスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。
【０１３８】
被検体に対する光の照射後、受信回路２１は、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は、反射音響信号に続けて、エリアＢに対応する６４個の超音波振動子で検出された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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＢにおける反射超音波データと光音響データとを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に１０２４個の光音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＢにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【０１３９】
制御手段３１は、エリアＢにおける検出が終了すると、時刻ｔ３６で、３つ目のライントリガ信号のパルスを出力する（ｂ）。これを受けて、トリガ制御回路２８は、送信制御回路３０に、超音波トリガ信号を出力する（ｅ）。プローブ１１は、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子から超音波の送信を行い、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で反射音響信号を検出する。
【０１４０】
受信回路２１は、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号を受信する。サンプリング制御回路２９は、超音波送信のタイミングに同期してＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて反射音響信号のサンプリングを開始し、受信メモリ２３に、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された反射音響信号のサンプリングデータを格納していく（ｆ）。
【０１４１】
トリガ制御回路２８は、超音波トリガ信号の出力後、時刻ｔ３７で、フラッシュランプトリガ信号をレーザユニット１３に出力する（ｃ）。レーザユニット１３は、フラッシュランプ３２を点灯し、レーザ媒質を励起する。トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２がサンプリング開始から２０４８個目のデータをサンプリングするタイミングである時刻ｔ３８で、Ｑスイッチトリガ信号を出力する（ｅ）。Ｑスイッチトリガ信号に応答してＱスイッチ３３がオンすることで、レーザユニット１３は、パルスレーザ光を出力する（ｇ）。
【０１４２】
被検体に対する光の照射後、受信回路２１は、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は、反射音響信号に続けて、エリアＣに対応する６４個の超音波振動子で検出された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（ｆ）。受信メモリ２３は、エリアＣにおける反射超音波データと光音響データとを、一連のデータとして格納する。受信メモリ２３に１０２４個の光音響信号のサンプリングデータが格納されると、エリアＣにおける光音響信号及び反射音響信号の検出が終了する。
【０１４３】
エリアＡ〜エリアＣの３つのエリアにおいて光音響信号及び反射信号の検出を行うことで、受信メモリ２３に、１枚の光音響画像及び超音波画像の生成に必要なデータが揃う。制御手段３１は、エリアＣにおける光音響信号及び反射音響信号の検出（サンプリング）が終了すると、時刻ｔ３９で、フレームトリガ信号のパルスを出力する（ａ）。以降の動作は、時刻ｔ３０でフレームトリガ信号の１つ目のパルスが出力された以降の動作と同じである。以上のような動作でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。第２実施形態において超音波の送受信を先に行う場合は、光照射のタイミングに同期して、サンプリングレートを反射音響信号検出時の倍のサンプリングレートに制御すればよい。
【０１４４】
また、図４Ａでは、プローブ１１から光照射を行う例を示したが、光の照射場所は任意であり、これには限定されない。図１４に、プローブ１１と対向する位置から光照射する例を示す。被検体５０は、プローブ１１の直下に、パルスレーザ光の照射により光音響波を発生させる光吸収体５１と、超音波が反射する反射体５２とを有している。プローブ１１と被検体５０を挟んで対向する位置には、光照射部としての導光板５３が設けられる。導光板５３には、光ファイバ５４などの導光手段を用いて、レーザユニット１３からの光が導光される。
【０１４５】
図１５は、光照射の様子を示す。この例では、光ファイバ５４などを用いて導光板５３に導光された光は、プローブ１１と対向する位置から被検体５０に向けて照射される。図４Ａに示した例との違いは、図４Ａでは超音波検出面と同じ面から光が照射されるのに対し、図１５では超音波検出面とは対向する位置から光が照射される点である。光音響信号及び反射音響信号の検出は、第１実施形態で説明したものと同様でよい（図４Ｂ〜図４Ｄ）。
【０１４６】
第３実施形態では、第１の光音響データと第２の光音響データとを複素数化する例について説明したが、複素数化せずに、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成してもよい。また、再構成の手法は、フーリエ変換法には限定されない。さらに、第３実施形態においては、複素数化して位相情報を用いて第１の光音響データと第２の光音響データの比を計算しているが、両者の強度情報から比を計算しても同様の効果が得られる。また、強度情報は、第１の再構成画像における信号強度と、第２の再構成画像における信号強度とに基づいて生成できる。
【０１４７】
光音響画像の生成に際して、被検体に照射されるパルスレーザ光の波長の数は２つには限られず、３以上のパルスレーザ光を被検体に照射し、各波長に対応する光音響データに基づいて光音響画像を生成してもよい。その場合、例えば２波長データ演算手段２５６は、各波長に対応する光音響データ間での相対的な信号強度の大小関係を位相情報として生成すればよい。また、強度情報抽出手段２５５は、例えば各波長に対応する光音響データにおける信号強度を１つにまとめたものを強度情報として生成すればよい。
【０１４８】
第３実施形態では、主に、波長選択素子６６が、２つのバンドパスフィルタ領域を含むフィルタ回転体で構成される例を説明したが、波長選択素子６６は、光共振器内で発振する光の波長を変化させるものであればよく、フィルタ回転体の構成には限定されない。例えば、波長選択素子６６を、複数のバンドパスフィルタを円周状に配置した回転体で構成してもよい。波長選択素子６６は回転体である必要はなく、例えば、複数のバンドパスフィルタを一列に並べたものでもよい。その場合、複数のバンドパスフィルタが循環的に光共振器の光路上に挿入されるよう波長選択素子６６を駆動してもよいし、一列に並べられた複数のバンドパスフィルタが光共振器の光路上を横切るように波長選択素子６６を往復駆動させてもよい。バンドパスフィルタに代えて、複屈折フィルタなどの波長選択素子を用いることも可能である。また、２波長選択において、両者のゲインが異なる場合は、バンドパスフィルタの代わりにロングパスフィルタ又はショートパスフィルタを使用してもよい。例えばアレキサンドライトレーザで、８００ｎｍと７５０ｎｍとを切り替えて出射する場合、７５０ｎｍの方が高ゲインであるため、８００ｎｍと７５０ｎｍのロングパスフィルターの組み合わせでも、それぞれの波長の選択が可能である。
【０１４９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の断層画像生成装置及び方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５０】
１０：断層画像生成装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザユニット
１４：画像表示手段
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
２５：光音響画像生成手段
２６：超音波画像生成手段
２７：画像合成手段
２８：トリガ制御回路
２９：サンプリング制御回路
３０：送信制御回路
３１：制御手段
３２：フラッシュランプ
３３：Ｑスイッチ
３４：ＡＤクロック制御回路
５０：被検体
５１：光吸収体
５２：反射体
５３：導光板
５４：光ファイバ
６１：レーザロッド
６２：フラッシュランプ
６３、６４：ミラー
６５：Ｑスイッチ
６６：波長選択素子
６７：駆動手段
６８：駆動状態検出手段
６９：ＢＰＦ制御回路
２５１：光音響画像再構成手段
２５２：検波・対数変換手段
２５３：光音響画像構築手段
２５４：２波長データ複素数化手段
２５５：強度情報抽出手段
２５６：２波長データ演算手段
２６１：１／２リサンプル手段
２６２：超音波画像再構成手段
２６３：検波・対数変換手段
２６４：超音波画像構築手段
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005796896.tif 000006
【図８】
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【図９】
0005796896.tif 000008
【図１０】
0005796896.tif 000009
【図１１】
0005796896.tif 000010
【図１２】
0005796896.tif 000011
【図１３】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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