(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検部位に測定光を照射する光照射部、および、前記測定光の照射により前記被検部位内で発生した光音響波を検出する超音波振動子が一次元に配列したアレイ振動子を有する超音波探触子と、
前記超音波探触子の実空間における位置およびその向きを規定する第１の空間情報を取得し、かつ、前記被検部位の前記実空間における軸の向き、前記超音波探触子の前記実空間における走査方向、および前記実空間の鉛直方向のうち少なくとも１つの方向を規定する第２の空間情報を取得する情報取得部と、
前記超音波探触子の走査によって検出された前記光音響波、および前記走査中に取得された前記第１の空間情報に基づいて、光音響画像データを生成する画像データ生成部と、
前記少なくとも１つの方向と前記光音響画像データに係る撮像部位との前記実空間における位置関係が保持された状態で、前記第２の空間情報を前記光音響画像データに関連付ける関連付け部と、
第２の空間情報が関連付けられた前記光音響画像データについて、該第２の空間情報によって規定される前記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択して、選択結果に基づいて視点とするべき方向を設定する視点設定部と、
前記視点とするべき方向から見られた画像として、前記光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、前記光音響画像データを変換するデータ変換部と、
変換された前記光音響画像データに基づく前記光音響画像を表示する前記表示部とを備えることを特徴とする光音響撮像装置。
【請求項２】
前記視点設定部が、前記選択された１つの方向について、さらに順方向か逆方向かの選択をし、この選択結果も踏まえるものであることを特徴とする請求項１に記載の光音響撮像装置。
【請求項３】
前記視点設定部が、複数生成された光音響画像データについて、前記複数の光音響画像データのそれぞれに関して前記視点とするべき方向として、同一の要素を選択するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光音響撮像装置。
【請求項４】
前記情報取得部が、１フレーム分の撮像ごとに前記第１の空間情報を取得するものであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の光音響撮像装置。
【請求項５】
前記第１の空間情報によって規定される前記位置および前記向きのそれぞれが、予め設定された位置および向きと略一致した場合に、１フレーム分の撮像を実施するものであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の光音響撮像装置。
【請求項６】
前記情報取得部が、磁気センサユニットを含み、該磁気センサユニットを用いて前記第１の空間情報および前記第２の空間情報を取得するものであることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の光音響撮像装置。
【請求項７】
光音響撮像用の超音波探触子を備える光音響撮像装置を用いて、
前記超音波探触子の実空間における位置およびその向きを規定する第１の空間情報を取得し、かつ、被検体の被検部位の前記実空間における軸の向き、前記超音波探触子の前記実空間における走査方向、および前記実空間の鉛直方向のうち少なくとも１つの方向を規定する第２の空間情報を取得し、
前記超音波探触子の走査によって検出された、測定光の照射により前記被検部位内で発生した光音響波、および前記走査中に取得された前記第１の空間情報に基づいて、光音響画像データを生成し、
前記少なくとも１つの方向と前記光音響画像データに係る撮像部位との前記実空間における位置関係が保持された状態で、前記第２の空間情報を前記光音響画像データに関連付け、
第２の空間情報が関連付けられた前記光音響画像データについて、該第２の空間情報によって規定される前記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択して、選択結果に基づいて視点とするべき方向を設定し、
選択された前記１つの方向から見られた画像として、前記光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、前記光音響画像データを変換し、
変換された前記光音響画像データに基づく前記光音響画像を表示することを特徴とする光音響撮像方法。
【請求項８】
前記選択された１つの方向について、さらに順方向か逆方向かの選択をし、この選択結果も踏まえることを特徴とする請求項７に記載の光音響撮像方法。
【請求項９】
複数生成された光音響画像データについて、前記複数の光音響画像データのそれぞれに関して前記視点とするべき方向として、同一の要素を選択することを特徴とする請求項７または８に記載の光音響撮像方法。
【請求項１０】
１フレーム分の撮像ごとに前記第１の空間情報を取得することを特徴とする請求項７から９いずれかに記載の光音響撮像方法。
【請求項１１】
前記第１の空間情報によって規定される前記位置および前記向きのそれぞれが、予め設定された位置および向きと略一致した場合に、１フレーム分の撮像を実施することを特徴とする請求項７から９いずれかに記載の光音響撮像方法。
【請求項１２】
磁気センサユニットを用いて前記第１の空間情報および前記第２の空間情報を取得することを特徴とする請求項７から１１いずれかに記載の光音響撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響撮像装置および光音響撮像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】
例えば特許文献１には、バンドルファイバを用いた光学系と超音波検出用の検出素子とが一体的に組み合わされた超音波探触子を使用して、三次元の光音響画像を生成可能な光音響撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光音響画像を三次元で表示する場合には、従来、超音波探触子の走査開始位置における最初の１ラインの断層画像データを基準にして、取得された順に画像データが表示される。
【０００６】
しかしながら、このような場合、表示された光音響画像の視点が、ユーザと被検体との位置関係、或いは超音波探触子の走査方向と無関係に決定されるため、ユーザにとって光音響画像の内容を把握するのに煩わしいという問題が生じうる。そこで、光音響画像をどの方向から見るかによって見え方が異なるため、ユーザが画像内容を容易に把握できるように、当該画像が最初に表示される段階で一定の方向に揃えるか、またはその画像を見る方向を指定できることが好ましい。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、三次元の光音響画像を表示する場合において、ユーザにとって光音響画像の内容を容易に把握しやすくすることを可能とする光音響撮像装置および光音響撮像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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る光音響撮像装置は、
被検部位に測定光を照射する光照射部、および、測定光の照射により被検部位内で発生した光音響波を検出する超音波振動子が一次元に配列したアレイ振動子を有する超音波探触子と、
超音波探触子の実空間における位置およびその向きを規定する第１の空間情報を取得し、かつ、被検部位の実空間における軸の向き、超音波探触子の実空間における走査方向、および実空間の鉛直方向のうち少なくとも１つの方向を規定する第２の空間情報を取得する情報取得部と、
超音波探触子の走査によって検出された光音響波、および走査中に取得された第１の空間情報に基づいて、光音響画像データを生成する画像データ生成部と、
上記少なくとも１つの方向と光音響画像データに係る撮像部位との実空間における位置関係が保持された状態で、第２の空間情報を光音響画像データに関連付ける関連付け部と、
第２の空間情報が関連付けられた光音響画像データについて、当該第２の空間情報によって規定される上記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択して、この選択結果に基づいて視点とするべき方向を設定する視点設定部と、
上記視点とするべき方向から見られた画像として、光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、当該光音響画像データを変換するデータ変換部と、
変換された光音響画像データに基づく光音響画像を表示する表示部とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
そして、本発明に係る光音響撮像装置において、視点設定部は、上記選択された１つの方向について、さらに順方向か逆方向かの選択をし、この選択結果も踏まえるものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る光音響撮像装置において、視点設定部は、複数生成された光音響画像データについて、複数の光音響画像データのそれぞれに関して上記視点とするべき方向として、同一の要素を選択するものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る光音響撮像装置において、情報取得部は、１フレーム分の撮像ごとに第１の空間情報を取得するものであることが好ましい。
【００１２】
或いは、本発明に係る光音響撮像装置は、第１の空間情報によって規定される位置および向きのそれぞれが、予め設定された位置および向きと略一致した場合に、１フレーム分の撮像を実施するものとすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る光音響撮像装置において、情報取得部は、磁気センサユニットを含み、この磁気センサユニットを用いて第１の空間情報および第２の空間情報を取得するものであることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る光音響撮像方法は、
光音響撮像用の超音波探触子を備える光音響撮像装置を用いて、
超音波探触子の実空間における位置およびその向きを規定する第１の空間情報を取得し、かつ、被検部位の実空間における軸の向き、超音波探触子の実空間における走査方向、および実空間の鉛直方向のうち少なくとも１つの方向を規定する第２の空間情報を取得し、
超音波探触子の走査によって検出された光音響波、および走査中に取得された第１の空間情報に基づいて、光音響画像データを生成し、
上記少なくとも１つの方向と光音響画像データに係る撮像部位との実空間における位置関係が保持された状態で、第２の空間情報を光音響画像データに関連付け、
第２の空間情報が関連付けられた光音響画像データについて、当該第２の空間情報によって規定される上記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択して、この選択結果に基づいて視点とするべき方向を設定し、
上記視点とするべき方向から見られた画像として、光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、当該光音響画像データを変換し、
変換された光音響画像データに基づく光音響画像を表示することを特徴とするものである。
【００１５】
そして、本発明に係る光音響撮像方法において、上記選択された１つの方向について、さらに順方向か逆方向かの選択をし、この選択結果も踏まえることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る光音響撮像方法において、複数生成された光音響画像データについて、複数の光音響画像データのそれぞれに関して上記視点とするべき方向として、同一の要素を選択することが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る光音響撮像方法において、１フレーム分の撮像ごとに第１の空間情報を取得することが好ましい。
【００１８】
或いは、本発明に係る光音響撮像方法は、第１の空間情報によって規定される位置および向きのそれぞれが、予め設定された位置および向きと略一致した場合に、１フレーム分の撮像を実施するものとすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る光音響撮像方法において、磁気センサユニットを用いて第１の空間情報および第２の空間情報を取得することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る光音響撮像装置および方法は、第２の空間情報によって規定される少なくとも１つの方向と光音響画像データに係る撮像部位との実空間における位置関係が保持された状態で、第２の空間情報を光音響画像データに関連付け、第２の空間情報が関連付けられた光音響画像データについて、上記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択して、選択結果に基づいて視点とするべき方向を設定し、上記視点とすべき方向から見られた画像として、光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、当該光音響画像データを変換するから、三次元の光音響画像は常に実空間と関連付けられた特定の方向から見た画像として表示される。この結果、三次元の光音響画像を表示する場合において、ユーザにとって光音響画像の内容を容易に把握しやすくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態における光音響撮像装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施形態における信号処理部の構成を示す概略図である。
【図３】実施形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。
【図４】１フレーム分の画像データが順次空間座標上に並べられる様子を示す概略図である。
【図５】撮像部位ごとの軸の例を示す概略図である。
【図６Ａ】モデル化された三次元の光音響画像を示す概略図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図である。
【図６Ｂ】モデル化された三次元の光音響画像を示す概略図である。（ｅ）は左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は実施形態における光音響撮像装置の構成を示す概略図であり、図２は実施形態における信号処理部の構成を示す概略図であり、図３は実施形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。
【００２４】
本実施形態の光音響撮像装置１０は、図１に示されるように、超音波探触子２０、システム制御部１１、レーザ光源１２、信号受信部１３、情報取得部１４、表示部１５および操作部１６（ユーザインタフェース）を備えるものである。
【００２５】
本実施形態において、信号受信部１３は、受信回路３０、ＡＤ変換部３１、処理選択部３２、遅延加算部３３、生データメモリ３４、位相整合加算部３５、検波・対数変換部３６、フレーム構築部３７、ボリュームデータ構築部３８、関連付け部３９、視点設定部４０およびデータ変換部４１から構成される。
【００２６】
また、受信回路３０、ＡＤ変換部３１、処理選択部３２、遅延加算部３３、生データメモリ３４、位相整合加算部３５、検波・対数変換部３６、フレーム構築部３７およびボリュームデータ構築部３８が全体として本発明における画像データ生成部４２に相当する。
【００２７】
そして、本実施形態の光音響撮像方法は、光音響撮像装置１０を使用して、
情報取得部１４によって、超音波探触子２０の実空間における位置およびその向きを規定する第１の空間情報を取得し、かつ、被検部位Ｍの実空間における軸の向き、超音波探触子２０の実空間における走査方向、および実空間の鉛直方向のうち少なくとも１つの方向を規定する第２の空間情報を取得し、
画像データ生成部４２によって、超音波探触子２０の走査によって検出された光音響波Ｕ、および走査中に取得された第１の空間情報に基づいて、三次元の光音響画像データを生成し、
関連付け部３９によって、上記少なくとも１つの方向と光音響画像データに係る撮像部位との実空間における位置関係が保持された状態で、第２の空間情報を光音響画像データに関連付け、
視点設定部４０によって、第２の空間情報が関連付けられた光音響画像データについて、当該第２の空間情報によって規定される上記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択し、かつこの１つの方向について順方向か逆方向かの選択をして、２つの選択結果に基づいて視点とするべき方向を設定し、
データ変換部４１によって、選択された上記１つの方向から見られた画像として、光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、当該光音響画像データを変換し、
表示部１５によって、変換された光音響画像データに基づく光音響画像を表示するものである。
【００２８】
超音波探触子２０は、光照射部２１およびアレイ振動子２２から構成され、被検部位からの光音響波を検出するものである。なお、本実施形態では、情報取得部１４の一部を構成する磁気センサが超音波探触子２０に内蔵されている。
【００２９】
光照射部２１は、アレイ振動子２２の近傍からレーザ光Ｌを被検部位に向けて照射する光学要素である。例えば図３に示されるように、光照射部２１は、レーザ光源１２から出力されたレーザ光Ｌをアレイ振動子２２の近傍に導光する光ファイバ５０の先端部に接続された導光板５２である。また、光ファイバ５０の先端部から出射したレーザ光Ｌをそのまま被検部位に照射する場合には、光照射部２１は光ファイバ５０の当該先端部となる。光照射部２１は、例えばアレイ振動子２２の周囲に沿って配列される。
【００３０】
アレイ振動子２２は、被検部位内で発生した光音響波Ｕを検出する検出素子である。アレイ振動子２２は、図３に示されるように、１次元状に配列された複数の超音波振動子２２ａから構成される。超音波振動子２２ａ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２２ａは、光音響波Ｕを検出した場合にその音響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３０に出力される。超音波探触子２２ａは、セクタ走査タイプ、リニア走査タイプ、コンベックス走査タイプ等の中から診断対象となる被検部位に応じて適宜選択される。
【００３１】
レーザ光の照射は、例えば光照射部２１全体（図３においてすべての導光板５２）によって同時に行われる。この場合、レーザ光の照射は、１ライン分の撮像（光音響画像の生成）ごとに行われる。このような検出方法によって音響信号に基づくデータは後述する遅延加算部３３において遅延加算処理がなされる。
【００３２】
或いは、レーザ光の照射は例えば被検部位の部分領域ごとに行うこともできる。このような場合、例えば導光板５２は、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃのそれぞれに対応して複数設けられる（図３）。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。そして、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。さらに、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。例えばアレイ振動子２２が１９２ｃｈ分の超音波振動子２２ａから構成される場合を考える。アレイ振動子２２の配列方向の幅は、光音響画像の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２２ａの幅に相当する幅であるとする。光音響撮像装置１０は、部分領域への光照射および信号検出をそれぞれの部分領域に対して１回ずつ（計３回）繰り返し行い、全１９２ｃｈ分のデータを取得することにより、１フレーム分の撮像を実施する。このような検出方法によって音響信号に基づくデータは、後述する生データメモリ３４に一旦保存された後、位相整合加算部３５において位相整合加算処理がなされる。
【００３３】
超音波探触子２０は、光音響波を効率よく検出するために音響整合層をアレイ振動子２２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光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、光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、エポキシ樹脂やシリコーンゴムなどが挙げられる。
【００３４】
システム制御部１１は、レーザ光源１２、信号受信部１３、情報取得部１４、表示部１５および操作部１６を制御するものである。システム制御部１１は、例えばこれらが同期をとるためのトリガ信号を出力する。
【００３５】
レーザ光源１２は、被検部位に照射すべきレーザ光Ｌを測定光として出力するものである。レーザ光源１２は、例えば、血液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１２は、励起光源であるフラッシュランプとレーザ発振を制御するＱスイッチレーザとを含むものとする。レーザ光源１２は、システム制御部１１がフラッシュランプトリガ信号を出力すると、フラッシュランプを点灯し、Ｑスイッチレーザを励起する。
【００３６】
本発明では、レーザ光の波長は、撮像対象となる被検体内の物質の光吸収特性に合わせて適宜決定される。生体内のヘモグロビンは、その状態（酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、メトヘモグロビン、炭酸ガスヘモグロビン、等）により光学的な吸収係数が異なる。例えば撮像対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、生体内部の血管を撮像する場合）には、生体の光透過性が良く、かつ各種ヘモグロビンが光の吸収ピークを持つ６００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００３７】
レーザ光源１２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１２から出力されたレーザ光は、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超音波探触子２０のアレイ振動子２２の近傍まで導光され、アレイ振動子２２の近傍から被検部位に照射される。
【００３８】
信号受信部１３は、検出した音響信号から光音響画像を生成するものである。この光音響画像の生成は、受信回路３０、ＡＤ変換部３１、処理選択部３２、遅延加算部３３、生データメモリ３４、位相整合加算部３５、検波・対数変換部３６、フレーム構築部３７、ボリュームデータ構築部３８、関連付け部３９、視点設定部４０およびデータ変換部４１によって実現される。
【００３９】
受信回路３０は、超音波探触子２０から出力された光音響波の電気信号を受信するものである。受信された電気信号はＡＤ変換部３１に出力される。
【００４０】
ＡＤ変換部３１は電気信号をデジタル信号に変換するサンプリング手段である。例えばＡＤ変換部３１は、受信回路３０が受信した電気信号を、例えばシステム制御部１１が出力するクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号に同期してデジタル信号に変換する。
【００４１】
処理選択部３２は、ＡＤ変換部３１においてサンプリングしたデジタル信号（サンプリングデータ）を再構成するための処理を選択するものである。処理選択部３２は、サンプリングデータを再構成する処理として、遅延加算処理または位相整合加算処理を選択し、遅延加算処理を選択した場合にはサンプリングデータを遅延加算部３３へ送信し、位相整合加算処理を選択した場合にはサンプリングデータを生データメモリ３４へ送信する。
【００４２】
遅延加算部３３は、例えば超音波振動子２２ａのそれぞれが検出した信号から得られたそれぞれのサンプリングデータを、超音波振動子２２ａの位置に応じた遅延時間で加算し、再構成された１ライン分の信号データを生成する（遅延加算法）。遅延加算処理が行われる場合には、レーザ光の照射は超音波探触子２０の位置を固定した状態で複数回行われるため、照射ごとに超音波振動子２２ａのチャンネルをずらしながら１ライン分の信号データが生成される。なお、この遅延加算部３３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。あるいは遅延加算部３３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。
【００４３】
さらに、１ライン分の信号データには、後述する情報取得部１４によって取得された超音波探触子２０の実空間における位置およびその向きを規定する空間情報であってその１ライン分の信号データの基となった音響信号が検出された時の空間情報（第１の空間情報）が関連付けられる。これにより、その１ライン分の信号データが実空間におけるどのライン部分に位置するものなのかを決定することができる。遅延加算部３３は、上記のようにして再構成された信号データを検波・対数変換部３６に出力する。
【００４４】
生データメモリ３４は、例えば超音波振動子２２ａのそれぞれが検出した信号から得られたそれぞれの生のサンプリングデータをすべて一旦記憶するものである。
【００４５】
位相整合加算部３５は、生データメモリ３４に記憶された生のサンプリングデータに基づいて、それぞれのサンプリングデータを位相整合加算することにより、超音波振動子２２ａのチャンネルごとに１ライン分の信号データを生成するものである。位相整合加算部３５は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含むことが好ましい。位相整合加算部３５は、上記のようにして再構成された信号データを検波・対数変換部３６に出力する。
【００４６】
検波・対数変換部３６は、遅延加算部３３または位相整合加算部３５から出力された１ライン分の信号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・対数変換部３６は、上記のようにして信号処理した１ライン分の信号データをフレーム構築部３７に出力する。
【００４７】
フレーム構築部３７は、複数の１ライン分の信号データを組み合わせて、１フレーム（１断面）分の画像データを生成するものである。フレーム構築部３７は、例えば１ライン分の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１フレーム分の画像データを構築する。構築された１フレーム分の画像データはボリュームデータ構築部３８へ出力される。
【００４８】
ボリュームデータ構築部３８は、超音波探触子２０の走査位置ごとに生成された１フレーム分の画像データに基づいて、１フレーム分の画像データを重畳させて空間座標に並べたり、取得したデータの間を補間しながら三次元の光音響画像用のボリュームデータを構築したりするものである。上記のようにしてボリュームデータ構築部３８によって作成された三次元的な視覚効果を有する画像データを光音響画像データと称する。
【００４９】
関連付け部３９は、後述する情報取得部１４によって取得された第２の空間情報（被検部位の実空間における軸の向き、超音波探触子の実空間における走査方向、および実空間の鉛直方向のうち少なくとも１つの方向を規定する空間情報）を光音響画像データに関連付けるものである。第２の空間情報の関連付けは、上記少なくとも１つの方向と光音響画像データに係る撮像部位との実空間における位置関係が保持された状態で行う。「光音響画像データに係る撮像部位」とは、光音響画像データに基づく光音響画像に実際に表される被検部位の部分を意味する。
【００５０】
視点設定部４０は、第２の空間情報が関連付けられた光音響画像データについて、当該第２の空間情報によって規定される上記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択して、この選択結果に基づいて視点とするべき方向を設定するものである。なお、視点設定部４０は、上記選択された１つの方向について、ユーザからの指示を受けて順方向か逆方向かの選択をするように構成してもよい。つまりこの場合には、この選択された１つの方向とその方向に対して順方向か逆方向かの選択結果に基づいて、その光音響画像データに基づく光音響画像を表示する際の視点の方向が決められる。
【００５１】
このように視点とするべき方向が設定されると、三次元の光音響画像は常に実空間と関連付けられた特定の方向から見た画像として表示される。視点設定部４０において、方向の選択は、初期値として設定された方向またはユーザが操作部１６を使用して入力した情報に従って行われる（図２）。これにより、ユーザは、必要に応じて、光音響画像が表示される際の視点を変更することが可能である。なお、光音響画像データを構築した仮想空間の中で、光音響画像データと視点との距離は、光音響画像の縮尺に応じて適宜調整される。つまり、光音響画像データと視点との距離は、画像の表示手段の画面上での縮尺に影響するものであるから、光音響画像が画面の中で適切な大きさで表示されるようにする。
【００５２】
また、光音響画像を画面に表示する際に、画像のどの方向を画面上での「上方向」に設定するかについては、例えば被検部位と超音波探触子２０とが接触している面を画面上での「上方向」とするよう基本設定しておく。このように基本設定しておくことで、ユーザは常に被検部位の表面が画面の中で上として表示された光音響画像を見ることができる。なお、画面上での「上方向」をどのように設定するかは、予め操作部１６によって変更することも可能である。
【００５３】
視点設定部４０は、三次元の光音響画像データが複数生成された場合には、複数の光音響画像データのそれぞれに関して上記視点とするべき方向として、同一の要素を選択するものであることが好ましい。「要素」とは、第２の空間情報を構成する要素、並びに、順方向か逆方向かの要素を意味する。つまり、視点設定部４０は、複数の光音響画像データのそれぞれについての上記視点とするべき方向が同一となるように、上記１つの方向を選択し、順方向か逆方向かの選択を行うことになる。なお、「同一」とは、実空間において物理的に同一であるという意味ではなく、例えば「超音波探触子の実空間における走査方向」のような選択された項目が同一であるという意味である。
【００５４】
データ変換部４１は、選択された上記１つの方向から見られた画像として、光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、当該光音響画像データを変換するものである。変換方法としては、例えば座標変換等の公知の方法により行うことができる。変換された光音響画像データは表示部１５へ出力される。
【００５５】
また、データ変換部４１は、光音響画像データとして、三次元のボリュームデータを一括して出力してもよいし、１フレーム分の画像データを順次出力するようにしてもよい。前者の場合には、超音波探触子２０の１回の走査が終了した時点で所定の視点となるように画像が表示される。一方、後者の場合には、図４に示されるように、超音波探触子２０の走査の進捗に合わせて１フレーム分の画像データが順次表示されるようになる。例えば、視点とするべき方向として超音波探触子２０の走査方向の順方向が設定されている場合には、表示手段１５の画面上では、１フレーム分の画像データが、仮想空間の中で奥から手前に向かって重畳されながら表示される。一方、視点とするべき方向として超音波探触子２０の走査方向の逆方向が設定されている場合には、表示手段１５の画面上では、１フレーム分の画像データが、仮想空間の中で手前から奥に向かって重畳されながら表示される。例えば、図４は、手前に行くに従って細くなる血管Ｖを撮像した場合において、後方にある画像が透けるように画像の中心がずらされながら、１フレーム分の画像データ５５が空間座標上で手前に順次並べられる様子を示す。
【００５６】
情報取得部１４は、超音波探触子２０の実空間における位置およびその向きを規定する第１の空間情報を取得し、かつ、被検部位Ｍの実空間における軸の向き、超音波探触子２０の実空間における走査方向、および実空間の鉛直方向のうち少なくとも１つの方向を規定する第２の空間情報を取得するものである。「被検部位Ｍの実空間における軸の向き」とは、被検部位を包含する頭部、胴体または四肢の中心軸を意味する。例えば、図５に示されるように、胴体Ｄの中心軸とは胴体の長さ方向に沿って中心を通る軸αであり、上肢Ｅの中心軸とは上肢の長さ方向に沿って中心を通る軸βであり、下肢Ｆの中心軸とは下肢の長さ方向に沿って中心を通る軸γである。なお、軸の正負の取り方は任意である。また、上肢および下肢が関節で屈曲している場合には、関節で分離した上腕、前腕、大腿および下腿のそれぞれで同様に中心軸を求めることもできる。「超音波探触子２０の実空間における走査方向」とは、図３に示されるように、超音波探触子２０を走査する方向を意味し、通常は、超音波振動子２２ａの配列方向に垂直で、かつ被検部位の表面に沿った方向となる。
【００５７】
情報取得部１４は、磁場発生部１７および複数の磁気センサ１８を有する磁気センサユニットを含み、この磁気センサユニットを使用して空間情報を取得する。磁気センサユニットは、磁場発生部１７が形成するパルス磁場上の空間において、磁場発生部１７に対する磁気センサ１８の相対的位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）、および磁気センサ１８の姿勢情報（角度（α、β、γ）の情報）を取得することができる。
【００５８】
したがって、超音波探触子２０の実空間における位置は、例えば２つの磁気センサ１８が取得した自身が存在する位置に基づいて、その中間位置として求めることができる。また、超音波探触子２０の実空間における向きは、２つの磁気センサ１８のうち一方磁気センサ（例えば超音波探触子２０の裏側のセンサ）から他方の磁気センサ（例えば超音波探触子２０の表側のセンサ）へ向かうベクトルを算出することにより求めることができる。また、被検部位Ｍの実空間における軸の向きは、磁気センサユニットを用いて被検部位を包含する頭部、胴体または四肢の中心軸を規定する２点を決定することにより求めることができる。具体的には、例えば上肢の場合には、肩の位置に超音波探触子２０を配置してその位置を情報取得部１４に記憶させ、その後手先の位置に超音波探触子２０を配置してその位置を情報取得部１４に記憶させれば、上肢の中心軸βを規定する２点が得られる。また、超音波探触子２０の実空間における走査方向は、超音波探触子２０の実空間における位置の時間的な変化に基づいて求めることができる。また、実空間の鉛直方向は、例えば磁場発生部１７によって規定される座標系のｚ軸とすることができる。
【００５９】
磁気センサ１８は、超音波探触子２０の実空間における位置およびその向きを正確に取得するために、超音波振動子２２ａの配列方向を規定するために２つ、超音波振動子２２ａの配列方向に垂直で、かつ被検部位の表面と交わる方向を規定するために２つの少なくとも４つ必要である。
【００６０】
例えば、第１の空間情報は１フレーム分の撮像ごとに取得される。具体的には、情報取得のタイミングをレーザ光源１２の出力に同期させることにより、撮像ごとの情報取得が可能である。
【００６１】
表示部１５は、データ変換部４１によって変換された光音響画像データに基づく光音響画像を表示するものである。図６Ａおよび５Ｂは、モデル化された三次元の光音響画像を示す概略図である。そして、図６Ａａは当該光音響画像の斜視図、図６Ａｂは当該光音響画像の平面図、図６Ａｃは当該光音響画像の正面図、図６Ａｄは当該光音響画像の右側面図、図６Ｂｅは当該光音響画像の右側面図である。図６Ａおよび５Ｂでは、撮像部位として例えば３つの立方体が表現されている。また、当該光音響画像データには、直交系のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が関連付けられており、例えばｘ軸は超音波探触子の実空間における走査方向、ｙ軸は被検部位の実空間における軸の向き、ｚ軸は実空間の鉛直方向であるとする。なお、上記の例では、光音響画像データに３つの方向が関連付けられているが、関連付けられる方向は１つでもよい。また、上記の例では、３つの方向が直交系を成すように設定されているが、これらの方向は必ずしも直交系である必要はない。
【００６２】
例えば、視点設定部４０が３つの方向の中から「実空間の鉛直方向」を選択し、かつ順方向か逆方向かの選択において「順方向」を選択した結果、視点とするべき方向としてｚ軸正方向を設定した場合には、図６Ａｂに示されるように、立方体の面のうち「Ｚ」と記載された面が見えるように、ｘ−ｙ平面Ｐｘｙに投影された当該光音響画像が表示される。また、視点設定部４０が３つの方向の中から「被検部位の実空間における軸の向き」を選択し、かつ順方向か逆方向かの選択において「順方向」を選択した結果、視点とするべき方向としてｙ軸正方向を設定した場合には、図６Ａｃに示されるように、立方体の面のうち「Ｙ」と記載された面が見えるように、ｚ−ｘ平面Ｐｚｘに投影された当該光音響画像が表示される。また、視点設定部４０が３つの方向の中から「超音波探触子の実空間における走査方向」を選択し、かつ順方向か逆方向かの選択において「順方向」を選択した結果、視点とするべき方向としてｘ軸正方向を設定した場合には、図６Ａｄに示されるように、立方体の面のうち「Ｘ」と記載された面が見えるように、ｙ−ｚ平面Ｐｙｚに投影された当該光音響画像が表示される。
【００６３】
さらに、視点設定部４０が３つの方向の中から「超音波探触子の実空間における走査方向」を選択し、かつ順方向か逆方向かの選択において「逆方向」を選択した結果、視点とするべき方向としてｘ軸負方向を設定した場合には、図６Ｂｅに示されるように、立方体の面のうち「Ｘ」と記載された面が裏側から見えるように、ｙ−ｚ平面Ｐｙｚに投影された当該光音響画像が表示される。
【００６４】
このように、三次元の光音響画像が常に実空間と関連付けられた特定の方向から見た画像として表示されるため、ユーザは光音響画像の内容を容易に把握しやすくなる。
【００６５】
なお、上記の表示方法は、光音響画像が表示部に表示された初期段階における表示方法であるため、一旦光音響画像が表示された後、ユーザが必要に応じて当該画像を回転させたり移動させたりすることも当然可能である。つまり、視点とするべき方向としてｘ軸正方向を設定して三次元画像を見た後に、ユーザがｙ軸正方向からの画像も見たくなった場合には、ユーザが操作部１６を介してその旨を入力することにより、その情報が視点設定部４０に送信される。この際には、視点設定部４０は、視点とするべき方向としてｙ軸正方向を設定する。そして、データ変換部４１は、既に記録された光音響画像データとそれに関連付けられた第２の空間情報を再取得して、視点がｙ軸正方向にある光音響画像を再計算することになる。例えば、基本設定として被検部位の横断面を遠位側（心臓から遠い側）から見た画像を常に表示するなどの設定が考えられる。
【００６６】
操作部１６は、ユーザが撮像に必要な情報を入力するためのものである。例えば、ユーザは、操作部１６を用いて、光音響画像が表示される際の視点方向を指定したり、患者の情報や撮像条件についての情報を入力する。
【００６７】
以上のように、本発明に係る光音響撮像装置および方法は、第２の空間情報によって規定される少なくとも１つの方向と光音響画像データに係る撮像部位との実空間における位置関係が保持された状態で、第２の空間情報を光音響画像データに関連付け、第２の空間情報が関連付けられた光音響画像データについて、上記少なくとも１つの方向の中から１つの方向を選択し、選択された上記１つの方向から見られた画像として、光音響画像データに基づく光音響画像が表示部に表示されるように、当該光音響画像データを変換するから、三次元の光音響画像は常に実空間と関連付けられた特定の方向から見た画像として表示される。この結果、三次元の光音響画像を表示する場合において、ユーザにとって光音響画像の内容を容易に把握しやすくすることが可能となる。
【００６８】
（設計変更）
上記の実施形態では、レーザ光源１２に同期して情報取得部１４が必要な情報を取得する場合（つまり、レーザ光源１２が上位である場合）について、説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、本発明に係る光音響撮像装置および方法は、第１の空間情報によって規定される位置および向きのそれぞれが、予め設定された位置および向きと略一致した場合に、１フレーム分の撮像を実施するものとすることができる。このように、情報取得部１４が取得した第１の空間情報に従ってレーザ光源１２からレーザ光を出力させる場合（つまり、情報取得部１４が上位である場合）には、超音波探触子２０の走査速度によらず、等間隔に光音響画像データを収集することが可能となる。予め設定される位置および向きは、例えばユーザが操作部１６を用いて設定する。
【符号の説明】
【００６９】
１０   光音響撮像装置
１１   システム制御部
１２   レーザ光源
１３   信号受信部
１４   情報取得部
１５   表示部
１６   操作部
１７   磁場発生部
１８   磁気センサ
２０   超音波探触子
２１   光照射部
２２   アレイ振動子
２２ａ 超音波振動子
３０   受信回路
３１   変換部
３２   処理選択部
３３   遅延加算部
３４   生データメモリ
３５   位相整合加算部
３６   検波・対数変換部
３７   フレーム構築部
３８   ボリュームデータ構築部
３９   関連付け部
４０   視点設定部
４１   データ変換部
４２   画像データ生成部
Ｌ     レーザ光
Ｍ     被検部位
Ｕ     光音響波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図４】
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