(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号を処理する処理装置であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて生成された補正関数を取得し、
前記補正関数に基づいて、前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号及び前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号を補正することにより、補正された前記第一及び第二の電気信号を生成する
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記補正関数は、前記第三の周波数感度特性における周波数ごとの感度のばらつきが低減する関数である
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記補正関数は、前記第三の周波数感度特性の周波数感度特性を平坦化する関数であることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項４】
前記補正関数は、前記第三の周波数感度特性において感度がある周波数帯域で、所定の閾値に対する感度の強度を一定の割合で減少させた関数である
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項５】
前記第一及び第二の電気信号を周波数領域に変換し、
周波数領域の前記補正関数に基づいて、周波数領域に変換された前記第一及び第二の電気信号を補正する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項６】
周波数領域の前記補正関数を時間領域に変換し、時間領域の前記補正関数に基づいて、前記第一及び第二の電気信号を補正する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項７】
前記第一および第二の電気信号に画像再構成を行うことにより画像データを生成する
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項８】
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号に基づいて生成された画像データを処理する処理装置であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて作成された補正フィルタを取得し、
前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号に基づいて生成された第一の画像データを取得し、
前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号に基づいて生成された第二の画像データを取得し、
前記補正フィルタに基づいて、前記第一及び第二の画像データを補正することにより、補正された前記第一及び第二の画像データを生成する
ことを特徴とする処理装置。
【請求項９】
前記補正フィルタは、前記第三の周波数感度特性における周波数ごとの感度のばらつきが低減する関数を二次元または三次元の空間に変換して生成されたフィルタである
ことを特徴とする請求項８に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記補正フィルタは、前記第三の周波数感度特性の周波数感度特性を平坦化する関数を二次元または三次元の空間に変換して生成されたフィルタである
ことを特徴とする請求項８に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記補正フィルタは、前記第三の周波数感度特性において感度がある周波数帯域で、所定の閾値に対する感度の強度を一定の割合で減少させた関数を二次元または三次元の空間に変換して生成されたフィルタである
ことを特徴とする請求項８に記載の処理装置。
【請求項１２】
前記第一の周波数感度特性において感度がある周波数帯域と、前記第二の周波数感度特性において感度がある周波数帯域には重畳する部分がある
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項１３】
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号を処理する処理方法であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて生成された補正関数を取得し、
前記補正関数に基づいて、前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号及び前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号を補正することにより、補正された前記第一及び第二の電気信号を生成する
ことを特徴とする処理方法。
【請求項１４】
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号に基づいて生成された画像デ
ータを処理する処理方法であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて作成された補正フィルタを取得し、
前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号に基づいて生成された第一の画像データを取得し、
前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号に基づいて生成された第二の画像データを取得し、
前記補正フィルタに基づいて、前記第一及び第二の画像データを補正することにより、補正された前記第一及び第二の画像データを生成する
ことを特徴とする処理方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置および処理方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
近年、生体内部を非侵襲的にイメージングできる装置の一つとして、光と音響波を用いて生体機能情報を取得する光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ
Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の技術を用いた装置の開発が進んでいる。
【０００３】
光音響トモグラフィーとは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光の吸収によって音響波（光音響波）が発生するという光音響効果を用いて、生体内の吸収体となる内部組織をイメージングする技術である。受信された音響波の時間による変化を複数の場所で検出し、得られた信号を数学的に解析処理、すなわち再構成し、被検体内部の吸収係数など光学特性に関連した情報を三次元で可視化する。再構成とは、各場所で得られた時系列信号を、音響波の伝播速度（音速）を考慮して距離に換算し、空間上で重ね合わせることによって、空間分布を可視化する処理である。
【０００４】
近赤外光は生体の大部分を構成する水を透過しやすく、血液中のヘモグロビンで吸収されやすい性質を持つ。そのため、パルス光に近赤外光を用いることで、生体内の血管像をイメージングできる。さらに、異なる波長のパルス光による血管像を比較することによって、機能情報である血液中の酸素飽和度を測定できる。悪性腫瘍周辺の血液は良性腫瘍周辺の血液より酸素飽和度が低くなっていると考えられているので、測定された酸素飽和度に基づいて腫瘍の良悪を鑑別できると期待されている。
【０００５】
光音響波を音響検出器で検出すると電気信号（光音響信号）が出力される。縦軸を音圧、横軸を時間としたときに、吸収体に由来する光音響信号は典型的にはＮ字形状となる。この光音響信号の時間方向の幅は、吸収体の大きさに依存する。信号幅が長い光音響信号は低周波成分を多く含み、信号幅が狭い光音響信号は高周波成分を多く含む。したがって、光音響信号における支配的な周波数成分は、吸収体の大きさに応じて異なる。
【０００６】
一方で、音響検出器は通常、限定的な周波数帯域において感度を持つ。したがって、吸収体の大きさに応じて定まる光音響信号の周波数帯域において、音響検出器の感度が不十分な場合がある。この場合、再構成された画像において、音響検出器が感度を持つ周波数帯域に適した吸収体サイズよりも大きい吸収体は、輪郭部しか描出されない。逆に、音響検出器の感度に適した吸収体サイズより小さい吸収体の像はボケる。
【０００７】
しかし、生体内の吸収体の大きさを事前に知ることは難しい。そのため、音響検出器が感度を持つ周波数帯域（有感度周波数帯域）をできるだけ広くする必要がある。非特許文献１では、有感度周波数帯域を仮想的に広げるために、異なる周波数帯域に感度を持つ複数の音響検出器を用いて、複数の個所で音響波を検出している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Geng Ku, et. al., "Multiple-bandwidth photoacoustic tomography", PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY 49 (2004) 1329 1338
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１では、感度特性が互いに異なる複数種類の音響検出器を用いて、複数の個所で音響波を検出して画像を再構成する。しかしこの場合、吸収体から実際に発生する音響波の音圧が同じであったとしても、吸収体の大きさによって、再構成画像に示される強度が異なることがある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、異なる周波数感度特性を持つ複数の音響検出器を用いた際に、良好な再構成画像を取得することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号を処理する処理装置であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて生成された補正関数を取得し、
前記補正関数に基づいて、前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号及び前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号を補正することにより、補正された前記第一及び第二の電気信号を生成する
ことを特徴とする処理装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号に基づいて生成された画像データを処理する処理装置であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて作成された補正フィルタを取得し、
前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号に基づいて生成された第一の画像データを取得し、
前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号に基づいて生成された第二の画像データを取得し、
前記補正フィルタに基づいて、前記第一及び第二の画像データを補正することにより、補正された前記第一及び第二の画像データを生成する
ことを特徴とする処理装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号を処理する処理方法であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて生成された補正関数を取得し、
前記補正関数に基づいて、前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号及び前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号を補正することにより、補正された前記第一及び第二の電気信号を生成する
ことを特徴とする処理方法である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
第一の周波数感度特性を有する第一の音響波検出器と前記第一の周波数感度特性と異なる第二の周波数感度特性を有する第二の音響波検出器とによって、光が照射された被検体から発生する音響波を検出することにより得られた電気信号に基づいて生成された画像データを処理する処理方法であって、
前記第一の周波数感度特性および前記第二の周波数感度特性の合計である第三の周波数感度特性に基づいて作成された補正フィルタを取得し、
前記第一の音響波検出器から出力された第一の電気信号に基づいて生成された第一の画像データを取得し、
前記第二の音響波検出器から出力された第二の電気信号に基づいて生成された第二の画像データを取得し、
前記補正フィルタに基づいて、前記第一及び第二の画像データを補正することにより、補正された前記第一及び第二の画像データを生成する
ことを特徴とする処理方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異なる周波数感度特性を持つ複数の音響検出器を用いた際に、良好な再構成画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】音響検出器の周波数と感度の関係を説明する図
【図２】装置構成を説明するための概略図
【図３】音響検出器の周波数感度特性を示す図
【図４】補正関数を示す図
【図５】音響検出器の周波数感度の補正結果を示す図
【図６】周波数感度特性の補正を説明する図
【図７】処理内容を説明するフローチャート
【図８】別の装置構成を説明するための概略図
【図９】別の処理内容を説明するフローチャート
【図１０】取得される画像の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１５】
本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報である被検体情報を生成する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。
【００１６】
本発明の被検体情報取得装置は、光（電磁波）を照射された被検体内において光音響効果により発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する装置を含む。このような装置は、光音響装置、光音響トモグラフィー装置、光音響イメージング装置などとも呼べる。被検体情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値情報である。
【００１７】
本発明により取得される被検体情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。また、物質濃度としてオキシヘモグロビン濃度とデオキシヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。また、被検体内の各位置の被検体情報に基づいて、２次元または３次元の被検体情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。
【００１８】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。
【００１９】
本発明の被検体情報取得装置は、例えば、人や動物などの生体や、生体以外のサンプル、ファントムなどの校正試料を測定対象にできる。被検体が生体の場合、血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などに利用できる。
【００２０】
（周波数感度特性）
ここで、音響検出器の周波数帯域に関する感度特性（周波数感度特性）についてさらに検討する。音響検出器の感度は、最も感度の高い周波数から周波数が離れるにつれて、徐々に下がっていく。したがって、有感度周波数帯域内であっても感度は一定ではない。前述のように、光音響信号の支配的周波数は吸収体の大きさによって変化する。そのため、音響検出器の感度が周波数によって相違すると、発生した音響波を再現する際の精度が低下してしまう。その結果、再構成画像が示す強度は吸収体の大きさに依存することになる。
【００２１】
感度を周波数によらず一定にするために、信号のデコンボリューション処理によって感度の落ちた周波数帯域の成分を回復する方法がある。しかし、異なる周波数帯域に感度を持つ複数の音響検出器を用いた場合には、単純にデコンボリューション処理を行っただけで感度を一定にすることは難しい。
【００２２】
＜実施形態１＞
本発明では、感度を持つ周波数帯域が互いに相違する複数の音響検出器の信号を、周波数帯域を考慮して補正する。これにより、再構成画像の吸収体の大きさへの依存性を低減させる。以下、発明の原理、構成要素、実施方法、補正方法の順に説明する。
【００２３】
（原理）
再構成画像における強度が吸収体の大きさに依存する原因は、音響検出器の感度の周波数への依存性である。そこで、音響検出器の感度を周波数によらず一定にすれば、再構成を良好に行える。しかし、感度を持つ周波数帯域が相違する複数の音響検出器を用いた場合、再構成において各音響検出器からの信号が足しあわされる。そのため、個々の音響検出器で周波数に対して感度を一定にしても、足しあわせ後の画像では感度が一定にならな
い場合がある。
【００２４】
図１を用いてさらに説明する。横軸は周波数、縦軸は感度を示す。図１（Ａ）において、実線は周波数ｆ１からｆ２に感度を持つ音響検出器Ａの感度特性、破線は周波数ｆ３からｆ４に感度を持つ音響検出器Ｂの感度特性を示す。有感度周波数帯域における各音響検出器の感度は等しいものとする。ここで、ｆ３＜ｆ２である場合、ｆ３からｆ２の周波数成分は両方の音響検出器で検出され、ｆ１からｆ３、および、ｆ２からｆ４の周波数成分は片方の音響検出器でしか検出されない。これは、ｆ３からｆ２の周波数成分が、ｆ１からｆ３、および、ｆ２からｆ４の周波数成分に対し、２倍の感度で検出されることと等価である。
【００２５】
音響検出器Ａと音響検出器Ｂが空間的に同じ場所にあれば、前述のことは当然成り立つ。さらに、音響検出器Ａと音響検出器Ｂは相違する場所に設置されている場合でも、前述のことは成り立つ。これは、音響検出器Ａと音響検出器Ｂの信号を用いた足し合わせが、再構成によって行われるためである。したがって、音響検出器Ａと音響検出器Ｂの感度を足し合わせた合計感度を用いて、音響検出器Ａと音響検出器Ｂが再構成に寄与する空間（すなわち再構成画像）における周波数感度を考えることが可能である。
【００２６】
図１の場合、再構成画像において、ｆ３からｆ２の周波数成分が支配的となる大きさの吸収体が、強い強度で現れる。本発明では、複数の音響検出器の感度の重なりを考慮したうえで、感度が周波数に依存しないように一定にする。具体的には、各音響検出器の合計感度が一定になるように、各音響検出器の信号を補正する。
【００２７】
（構成要素）
本発明の構成要素について、図２を用いて説明する。本発明の構成要素は、光源１、光照射装置２、音響検出器Ａ（４）、音響検出器Ｂ（５）、信号処理装置１４、画像再構成装置１２、表示装置１３である。測定対象は、被検体３である。また、信号処理装置１４には、合計感度作成部８、補正基準関数作成部９、補正関数決定部１０、補正処理部１１が含まれる。また、音響検出器Ａの周波数感度６、音響検出器Ｂの周波数感度７が、不図示のメモリなどに保存されている。
【００２８】
（光源）
光源１はパルス光を発生させる装置である。光源としては大出力を得るため、レーザーが望ましいが、発光ダイオードなどでもよい。光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させると良い。被検体が生体の場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は数十ナノ秒以下にすることが望ましい。また、パルス光の波長は吸収体まで届きやすいものを使用することが望ましく、生体中でヘモグロビンを測定する際には、生体の窓と呼ばれる近赤外領域の、７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度が望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達するので、深部の情報を取得できる。さらに、パルス光の波長は観測対象に対して吸収係数が高いことが望ましい。また、酸素飽和度など分光情報を得るためには、波長が相違する複数の光源を用い、それぞれの光音響信号を得る必要がある。この時、計算上の誤差伝播を少なくするために、分光する成分の吸収係数が大きく異なる波長を使用することが望ましい。
【００２９】
（光照射装置）
光照射装置２は、光源１で発生させたパルス光を被検体３へ導く装置である。具体的には光ファイバーやレンズ、ミラー、拡散板などの光学機器である。また、広い範囲のデータを取得するために、光照射装置２を走査させることによりパルス光の照射位置を走査させてもよい。このとき、音響検出器（４、５）と連動して走査を行っても良い。信号の取得効率を高めるために、光を照射する領域は、音響検出器が感度を有する範囲と合わせる
ことが望ましい。また、分光情報を得るときは、異なる波長による光音響信号を取得する必要があるので、異なるタイミングで各波長のパルス光を被検体に照射する。光学機器はここにあげたものだけに限定されず、このような機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
【００３０】
（被検体）
被検体３は測定対象である。被検体３として、生体または、生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが考えられる。光音響装置では被検体内部に存在する光吸収係数の大きい吸収体をイメージングできる。生体の場合、ヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などが挙げられる。ファントムの場合、上記のものの光学特性を模擬した物質を吸収体として内部に封入する。また、生体は形状、特性に個人差、個体差がある。さらに被検体として、造影剤や分子プローブなどを、生体またはファントム中に注入したものを対象としても良い。
【００３１】
（音響検出器）
音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）はそれぞれ、音響波を電気信号に変換する素子を含む。音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の周波数感度は互いに異なる。なお周波数感度とは、図１のように示される周波数ごとの感度特性である。実際には、製作過程での限界により、同種の素子でも周波数感度は多少ばらつく。しかし以下の記載では、同種の素子内での設計値からのばらつきは、測定精度で許容される範囲に収まるものとする。一方、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の間では、設計した周波数感度がそもそも異なる。
【００３２】
また、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）は、互いに異なる周波数帯域に感度を持ち、なおかつ一部の周波数帯域は両方とも感度を持つことが望ましい。言い換えると、双方の音響検出器の有感度周波数帯域が重畳部分を持つことが好ましい。この状態を簡易的に示したのが図１である。ここで「感度を持つ」とは、ある閾値よりも感度が高い状態のことを意味する。閾値はノイズレベル、ユーザの指定、感度がピークとなる周波数との比較などで決定される。例えば感度がピークとなる周波数と比べて５０％以上の感度がある周波数を、有感度周波数としてもよい。ただし、双方の音響検出器の有感度周波数帯域が重畳していない場合や、双方の音響検出器の有感度周波数帯域が同じであるが、各周波数における感度が異なる場合でも、本発明は適用し得る。
【００３３】
さらに、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の有感度周波数帯域の一部が重畳することによって、装置全体として感度を有する周波数帯域が連続的に広くなる。その結果、合計感度の下限周波数から上限周波数までに対応する大きさの全ての吸収体で、本発明の効果が得られる。なお、音響検出器は、３種類以上でもよい。
【００３４】
再構成を精度よく行うためには、なるべく多くの場所で音響波を検出することが望ましい。それにより虚像を抑制できる。さらに、画質を均一にするために、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）それぞれを複数の場所に設置することがより望ましい。また、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）を合わせた部材を複数の場所に設置してもよい。また、ＸＹステージなどの走査機構を用いて音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）を移動させることで、複数の場所での音響波を検出してもよい。
【００３５】
また、画質を均一にするために、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の設置場所は、偏りを避け、均一に混在させることが望ましい。具体的には、ある面上に交互に設置することが考えられる。また通常、音響検出器は指向性を持つので、正面方向に対し感度が高く、正面から外れるに従って感度が低くなる。そこで、各音響検出器の感度のある方向が、再構成の対象となる空間（再構成空間）に向くように、各音響検出器を設置するこ
とが望ましい。これにより、各音響検出器が再構成空間を観測可能となるので、画質の向上や均一化が果たされる。これらの条件を満たすために、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）を球面上に設置し、音響検出器の正面方向を球の中心に向けるとよい。このような設置方法は、半球状や球冠状の支持体に各音響検出器を配置することで実行できる。
【００３６】
光音響装置では被検体３の内部から発生した音響波を音響検出器Ａ（４）、音響検出器Ｂ（５）で受信するので、発生した音響波の反射、減衰がないようにするために、音響検出器Ａ（４）、音響検出器Ｂ（５）は、被検体３と音響的に結合されるように設置される必要がある。音響検出器と被検体３の間には音響マッチングＧＥＬや水、オイルなどの音響整合材を設けることが望ましい。音響検出器は感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましいが、具体的にはＰＺＴ、ＰＶＤＦ、ｃＭＵＴ、ファブリペロー干渉計を用いた音響検出器などが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
【００３７】
（信号処理装置）
信号処理装置１４は音響検出器で得られた信号を処理する装置である。信号処理は、柔軟な処理が可能なデジタル信号処理で行うことが望ましい。そこで、音響検出器の素子から出力されたアナログ信号を、不図示のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によりデジタル信号に変換してから処理する。一方、アナログ信号処理の場合は、信号処理装置１４の出力に対してデジタル変換を行う。信号処理装置１４は具体的には、デジタルの場合はＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）や、プログラムに従ってＣＰＵやメモリなどの演算資源を利用して動作するコンピュータなどである。アナログの場合は電気回路である。信号処理装置１４に含まれる各ユニットと処理の内容については後述する。信号処理装置は、本発明の信号処理部に相当する。
【００３８】
（画像再構成装置）
画像再構成装置１２は、デジタル信号を再構成して初期音圧分布を作成する。再構成の手法としては、ユニバーサルバックプロジェクション法、整相加算、フーリエ変換法など、既知の任意の手法を採用できる。画像再構成の際には、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の位置から、信号処理装置１４からの出力を逆伝搬させ、一つの画像を作成する。また、被検体内での光量分布と初期音圧分布に基づいて、吸収係数分布を作成してもよい。さらに、複数の波長の光による測定結果に基づいて、酸素飽和度分布などの成分情報を取得してもよい。画像再構成装置１２も、ＦＰＧＡ、コンピュータ、電気回路などで構成できる。画像再構成装置は、本発明の情報処理部に相当する。
【００３９】
（表示装置）
表示装置１３は、画像再構成装置１２によって得られた画像を表示するものである。表示装置１３として、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを利用できる。表示装置１３は、本発明の光音響装置の一部に含まれていてもよいし、光音響装置とは別々に提供されてもよい。
【００４０】
次に、信号処理装置１４に含まれる各ユニットについて説明する。
（音響検出器の周波数感度）
図３（Ａ）に音響検出器Ａの周波数感度６の例を、図３（Ｂ）に音響検出器Ｂの周波数感度７の例を、それぞれ示す。これらは補正関数作成に用いられる。これらの感度は、事前の測定値、設計情報値、音響検出器で取得した信号に対しブラインドデコンボリューションなどの最適化計算を行って得られた値、などに基づいて取得され、メモリに格納される。音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）がそれぞれ複数ある場合には、音響検出器ごとに周波数感度を用意してもよい。ただし処理の煩雑化を避けるためには、共通の値を用いることが好ましい。
【００４１】
（合計感度作成部）
合計感度作成部８は、音響検出器Ａの周波数感度６と音響検出器Ｂの周波数感度７を足しわせる処理を行う。図３（Ｃ）に足し合わせた結果の例を示す。足し合わせは、式（１）で示される処理である。
ＳＳＵＭ（ｆ）＝ＳＡ（ｆ）×ＤＡ＋ＳＢ（ｆ）×ＤＢ  …（１）
ここで、ＳＳＵＭ（ｆ）は周波数ｆの関数である合計感度（第三の周波数感度特性）である。ＳＡ（ｆ）は音響検出器Ａの周波数感度（第一の周波数感度特性）、ＳＢ（ｆ）は音響検出器Ｂの周波数感度（第二の周波数感度特性）である。ＤＡは再構成空間に寄与する音響検出器Ａの指向性による感度、ＤＢは再構成空間に寄与する音響検出器Ｂの指向性による感度である。音響検出器Ａと音響検出器Ｂが複数ある場合、場所ごとに指向性による感度が異なる。そこで、それぞれの周波数感度と指向性による感度の積を式（１）に加える。なお、指向性について、音響波受信面の法線方向などに基づいて簡易的に設定してもよい。
【００４２】
再構成を厳密に行う場合は、ボクセルごとに、音響検出器からの角度に応じた処理を行う必要がある。しかし、この処理は煩雑であり演算負荷が大きい。そこで、再構成空間から音響検出器をある程度離して設置することによって、各音響検出器における指向性による感度を同程度にするとよい。その場合、式（２）によって合計感度を算出できる。
ＳＳＵＭ（ｆ）＝ＳＡ（ｆ）＋ＳＢ（ｆ）  …（２）
【００４３】
さらに、音響検出器Ａや音響検出器Ｂが複数ある場合には、式（３）で合計感度を算出する。ここで、ＮＡは音響検出器Ａの個数、ＮＢは音響検出器Ｂの個数である。
ＳＳＵＭ（ｆ）＝ＳＡ（ｆ）×ＮＡ＋ＳＢ（ｆ）×ＮＢ  …（３）
【００４４】
簡易的な方法として、音響検出器Ａの周波数感度６と音響検出器Ｂの周波数感度７を平均処理した平均感度を算出し、合計感度の代わりに用いても良い。この場合、式（１）〜（３）に対応する平均感度の算出方法を、式（４）〜（６）に示す。ここでＳｍｅａｎ（ｆ）は、周波数ｆの関数として表される、平均感度である。
【数１】
0006562800.tif 000002
【００４５】
（補正基準関数作成部）
後述する補正関数決定部１０では、合計感度が平坦になるように補正関数を決定する。補正基準関数作成部９は、補正の目標となる、合計感度を平坦化した周波数感度関数を決定する。補正基準関数は、合計感度の有感度周波数帯域がテーブルトップ状に平坦になっていることが望ましい。ただし、完全なテーブルトップ状でなくても構わず、補正前の合計感度と比べて補正基準関数の方が平坦化していればよい。本発明における平坦化とは、感度のばらつきが低減されたことであり、感度の標準偏差や分散が小さい状態を指す。また、「ある周波数で感度を持つ」ということは、その周波数における感度が、音響検出器のノイズレベルなどから決定される所定の閾値（第１の閾値）よりも高いことを意味する。閾値決定には、ノイズのみを測定し、その周波数スペクトルの平均値を閾値とする方法
がある。また、ノイズの強調を避けるために、補正基準関数は合計感度からの変化が少ないことが望ましい。
【００４６】
補正基準関数作成部９が、上記の条件を満たすような補正基準関数を生成する様々な方法（Ｉ）〜（ＶＩ）を説明する。
【００４７】
（Ｉ）補正基準関数作成部９は、合計感度における有感度周波数帯域の上限周波数と下限周波数を算出し、その範囲内において、微分値などを用いて感度が谷になっている部分を検出する。そして、谷底よりも感度が高い部分の値を、谷底の値まで低下させる。図６（Ａ）に実線で示した補正基準関数は、この方法によって破線で示した合計感度から生成された。
【００４８】
（ＩＩ）補正基準関数作成部９は、合計感度の有感度周波数帯域において、ある閾値（第１の閾値よりも大きい、第２の閾値）よりも高い値を、第２の閾値と同じ値にする。この方法で得られた補正基準関数を図６（Ｂ）に示す。
【００４９】
（ＩＩＩ）補正基準関数作成部９は、方法（ＩＩ）に加え、合計感度の有感度周波数帯域における全ての値を、第２の閾値と同じ値にする。この方法で得られた補正基準関数を図６（Ｃ）に示す。
【００５０】
（ＩＶ）補正基準関数作成部９は、合計感度の有感度周波数帯域の範囲内において、合計関数のばらつきを低減させるように、閾値に対する合計感度の強度を一定の割合で減少させる。この方法で得られた補正基準関数を図６（Ｄ）に示す。
【００５１】
（Ｖ）音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の有感度周波数帯域が重畳していない場合、合計感度において、ある閾値よりも高い感度を持つ周波数における値を、当該閾値の値にする方法が考えられる。この場合の閾値は、感度の有無を区別する閾値でもよく、それより高い別の値でもよい。この方法で得られた補正基準関数を図６（Ｅ）に示す。
【００５２】
（ＶＩ）上記各補正基準関数はフラットトップの両端が崖状になっており、信号に歪みを発生させる可能性がある。そこで、上記各補正基準関数にガウス分布などを畳み込んで滑らかな関数としてもよい。一例として、図６（Ａ）の補正基準関数にガウス分布を畳み込んで得られた補正基準関数を図６（Ｆ）に示す。また、以上の補正基準関数を得る処理は、操作者が手動で行ってもよいし、ルールに従って自動で行ってもよい。
【００５３】
（補正関数決定部）
補正関数決定部１０では、合計関数が補正基準関数になるように、音響検出器Ａと音響検出器Ｂに対する補正関数を決定する。すべての周波数帯域で補正基準関数が合計関数を超えていない場合、式（７）により補正関数を作成できる。ここで、ＣＡ，Ｂ（ｆ）は、音響検出器Ａと音響検出器Ｂに共通の補正関数であり、Ｓｔ（ｆ）は補正基準関数である。
【数２】
0006562800.tif 000003
【００５４】
この方法によって算出した補正関数を図４に示す。ここでは、音響検出器Ａと音響検出器Ｂに対する補正関数を共通のものとした。これにより、周波数感度が異なる音響検出器が多くある場合でも、処理を簡便にできる。なお、式（７）を満たすように音響検出器Ａ
と音響検出器Ｂに対する補正関数ＣＡ（ｆ），ＣＢ（ｆ）を決めれば、補正関数が別々であってもよい。例えば、後述する式（８）、式（９）を用いる方法で補正関数を決定してもよい。
ＳＡ（ｆ）×ＣＡ（ｆ）＋ＳＢ（ｆ）×ＣＢ（ｆ）＝Ｓｔ（ｆ）  …（８）
【００５５】
なお、図６（Ｃ），図６（Ｄ）では、補正基準関数の感度が合計感度よりも高い周波数帯域がある（合計感度の谷底部分に相当）。この場合、当該谷底部分のＳＡ（ｆ）とＳＢ（ｆ）を考慮して、ＣＡ（ｆ）、ＣＢ（ｆ）を決めることが望ましい。これは、当該部分では信号が強調されるので、ＳＡ（ｆ）とＳＢ（ｆ）を考慮せずにＣＡ（ｆ）、ＣＢ（ｆ）を決めると、ＳＡ（ｆ）とＳＢ（ｆ）のいずれかの感度が低かった場合、ノイズが強調されてしまうためである。そこで、音響検出器の周波数感度を補正関数の重みとして考え、音響検出器の感度が高い周波数帯域では補正関数を大きくするとよい。すなわち、式（９）を考慮し、式（８）との連立方程式を解くことによって、ＣＡ（ｆ）、ＣＢ（ｆ）を決定する。
【数３】
0006562800.tif 000004
【００５６】
また、各音響検出器の有感度周波数帯域以外の周波数成分はノイズ成分である。そこで、各音響検出器の補正関数は、この周波数帯域における値をゼロにすることが望ましい。これにより再構成画像のＳＮ比が向上する。この際、信号のゆがみによる画質低下を避けるため、遷移区間は滑らかにすることが望ましい。
【００５７】
また、周波数感度の異なる音響検出器が３種だった場合、式（１０）、式（１１）を用いて連立方程式で補正関数を算出できる。ここで、Ｓｃ（ｆ）は３個目の音響検出器Ｃの周波数感度、Ｃｃ（ｆ）は音響検出器Ｃの補正関数である。音響検出器の種類が４つ以上の場合も同様である。
【数４】
0006562800.tif 000005
【００５８】
（補正処理部）
補正処理部１１は、音響検出器Ａ（４）、音響検出器Ｂ（５）で得られた音響信号を、補正関数決定部１０で得られた補正関数でそれぞれ補正する。具体的には、式（１２）で示すように、補正処理部１１は、得られた信号を周波数領域に変換し、補正関数をかけ、時間領域に戻す周波数フィルタで処理を行う。ここで、ＳｉｇＡ（ｔ）音響検出器Ａ（４）から出力される補正前信号、Ｓｉｇ’Ａ（ｔ）は補正処理によって得られる補正済み信号、Ｆはフーリエ演算子、Ｆ−１は逆フーリエ演算子を示す。
Ｓｉｇ’Ａ（ｔ）＝Ｆ−１（Ｆ（ＳｉｇＡ（ｔ））×ＣＡ（ｆ））  …（１２）
【００５９】
また、補正処理部１１は時間領域での補正処理を行っても良い。すなわち、補正関数を時間領域に変換し、時間領域で信号と畳みこみ処理を行う。補正関数が音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）に共通であれば、音響検出器Ａ（４）、音響検出器Ｂ（５）で得られた音響信号に同じ補正関数を適用する。一方、補正関数が音響検出器ごとに別々であ
れば、それぞれに対応した補正関数を適用する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）はそれぞれ、音響検出器Ａ（４）、音響検出器Ｂ（５）の周波数感度に補正関数をかけた結果である。
【００６０】
（処理フロー）
次に、本実施形態の処理方法について、図７を用いて説明する。まず、光源１が被検体にパルス光を照射する（ステップＳ１）。続いて、各音響検出器が被検体から発生した音響波を受信する（ステップＳ２）。次に、合計感度作成部８が、各音響検出器の周波数感度から合計感度を作成する（ステップＳ３）。続いて、補正基準関数作成部９が補正基準関数を作成する（ステップＳ４）。次に、補正関数決定部１０が、補正関数を作成する（ステップＳ５）。
【００６１】
次に、補正処理部１１が、音響信号を補正関数で補正する（ステップＳ６）。次に画像再構成装置１２が、補正済み信号を用いて再構成を行う（ステップＳ７）。最後に、表示装置１３が再構成画像を表示する（ステップＳ８）。なお、Ｓ３からＳ５の操作は、開始前にあらかじめ行っておいてもよい。音響検出器の周波数感度を、音響信号のブラインドデコンボリューションによって得る場合や、ノイズレベルを音響信号から見積もる場合は、測定開始前に予備的測定を行っておいてもよいし、Ｓ２で得られた信号を用いてもよい。
【００６２】
本実施形態の光音響装置によれば、画像強度における吸収体の大きさ依存性が低減され、定量的な評価を行いやすい再構成画像が得られる。
【００６３】
＜実施形態２＞
実施形態１では、信号に対して補正を行った。本実施形態では、補正処理を再構成画像に対して行って発明の効果を得る。本実施形態の構成要素を、図８を用いて説明する。実施形態１と比較して、信号処理装置１４に含まれるユニットに補正画像フィルタ作成部１５が加わっている。また、画像再構成装置１２と補正処理部１１の順序が入れ替わっており、それぞれの処理内容が実施形態１とは違う。その他の構成要素は、実施形態１と同じであるため、説明を簡略化する。
【００６４】
（画像再構成装置）
画像再構成装置１２は、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）のそれぞれが出力した信号に、実施形態１と同様の再構成処理を施し、画像Ａと画像Ｂを得る。なお、各音響検出器がそれぞれ複数ある場合には、音響検出器Ａ群の信号に基づいて画像Ａを生成し、音響検出器Ｂ群の信号に基づいて画像Ｂを生成してもよい。また、本実施形態における再構成処理装置１２は、初期音圧分布を生成後、吸収係数分布などを生成せずに後続ユニットに出力する。
【００６５】
（補正画像フィルタ作成部）
補正画像フィルタ作成部１５は、補正関数決定部１０で得られた音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の信号に対する補正関数を、画像Ａと画像Ｂに対する補正画像フィルタに変換するものである。補正画像フィルタ作成部１５は、他の構成要素と同様に、回路や情報処理装置により実装できる。
【００６６】
補正関数から補正画像フィルタへの変換は、補正関数を、二次元もしくは三次元の空間に同心円状に投影することによって行われる。直交座標系で考えた場合、補正画像フィルタは長方形もしくは直方体の形状である。そして、長方形または直方体のその各頂点が最も低周波な成分（直流成分）を表しており、各頂点から離れるに従って高周波成分になる。したがって補正画像フィルタ作成部１５は、各頂点を中心として信号に対する補正関数を回転させ、対応する座標の画素に補正関数の強度を与える。
【００６７】
補正画像フィルタの大きさは、補正対象の画像と同じとすることが好ましい。したがって、再構成画像のスケールから画像フィルタのスケールが決定される。再構成画像の一辺あたりの大きさ（単位数）をｒ［ｖｏｘｅｌ］、スケールをｓ［ｍ／ｖｏｘｅｌ］、音響波の伝搬速度をｖ［ｍ／ｓ］とする。このとき、画像フィルタの最大周波数ｆＭＡＸ［Ｈｚ］は式（１３）となり、画素当たりの周波数ｆｕ［Ｈｚ／ｖｏｘｅｌ］は式（１４）となる。なお、ｖｏｘｅｌは三次元の画素のことであり、二次元で画像処理をする場合、ｐｉｘｅｌに置き換えて考えればよい。このように補正画像フィルタ作成部１５は、スケール変換と、同心円状の投影を用いて、補正関数から補正画像フィルタへの変換を行う。
【数５】
0006562800.tif 000006
【００６８】
（補正処理部）
補正処理部１１は、画像再構成装置１２から得られた画像Ａと画像Ｂに対し、補正画像フィルタ作成部１５で得られた対応する補正画像フィルタを適応し、その結果を重畳するものである。
【００６９】
作成される補正画像フィルタは、空間周波数領域で表されている。そこで、本実施形態の補正処理部１１は、画像Ａと画像Ｂを二次元もしくは三次元フーリエ変換を用いて空間周波数領域に変換し、その結果と補正画像フィルタを乗算し、その後空間領域に戻す。さらに、空間領域での画像を足し合わせることが好ましい。画像Ａと画像ＢをそれぞれＩＡ，ＩＢとし、それぞれの補正画像フィルタをＣＩＡ，ＣＩＢとすると、補正処理部の結果Ｉは、式（１５）で得られる。ここで、Ｆはフーリエ演算子、Ｆ−１は逆フーリエ演算子を示す。
Ｉ＝Ｆ−１（Ｆ（ＩＡ）×ＣＩＡ）＋Ｆ−１（Ｆ（ＩＢ）×ＣＩＢ）  …（１５）
【００７０】
これによって、補正済みの初期音圧分布が得られる。さらに、補正済み初期音圧分布および光量分布に基づく吸収係数分布の取得や、複数の波長の光を用いた分光情報分布や物質濃度分布の取得も可能になる。なお、実施形態１と同様に、補正処理部１１は時間領域での補正処理を行っても良い。この場合補正処理部１１は、空間周波数領域で表現された補正画像フィルタを時間領域に変換し、再構成画像に適用する。画像Ａと画像Ｂそれぞれに適した補正画像フィルタを用いる方法と、全音響検出器からの出力信号から作成した画像に適した補正画像フィルタを用いる方法が考えられる。また、電気信号を時系列に配置して被検体情報を取得する場合、補正の対象は再構成された画像ではなく、そのように得られた被検体情報となる。
【００７１】
本実施形態の処理方法を、図９を用いて説明する。本実施形態では、ステップＳ２の後に、音響検出器Ａ（４）と音響検出器Ｂ（５）の信号を用いて再構成処理を行う（ステップＳ７）。続いて、ステップＳ３〜Ｓ５を実施形態１と同様に行った後に、補正画像フィルタ作成部１５が補正画像フィルタを作成する（ステップＳ９）。その後、補正処理部１１が、補正画像フィルタを用いて各再構成画像を補正し、足し合わせる（ステップＳ１０）。最後に画像が表示される（ステップＳ８）。なお、ステップＳ３〜Ｓ９の操作は、再構成画像のスケールなどが決まっていれば、測定開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、Ｓ１０の前であればいつ行ってもよい。
【００７２】
本実施形態の装置を用いることによって、画像強度における吸収体の大きさ依存性が低減され、定量的な評価を行いやすい画像が得られる。
【００７３】
＜実施例＞
本発明の効果をシミュレーションにて確認した。被検体として、三次元空間上に４つの球状の吸収体を設置した。吸収体の直径はそれぞれ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．３３ｍｍ、０．２５ｍｍである。音響検出器は、吸収体を囲む半径１００ｍｍの半球面上に設置した。吸収体と音響検出器の間は、水で満たしている。
【００７４】
また、図３に示すような感度特性を持つ音響検出器を用いた。すなわち、音響検出器Ａの特性は、２ＭＨｚを中心とし半値全幅が２ＭＨｚとなるガウス分布である。また音響検出器Ｂの特性は、８ＭＨｚを中心とし半値全幅が８ＭＨｚとなるガウス分布である。また、音響検出器Ａと音響検出器Ｂの検出面は直径３ｍｍの円盤状である。各音響検出器の個数は２５６個ずつである。合計５１２個の音響検出器を、半球面上に均一になるように交互に配置した。このような構成で、被検体から発生する光音響波を受信し、デジタル化して音響信号を取得した。
【００７５】
本実施例では、補正基準関数作成部９は、方法（Ｉ）のように、各音響検出器のピーク間の谷部の値を基準として補正基準関数を作成した。補正関数決定部１０は、式（７）によって補正関数を取得した。補正処理部１１は、この補正関数を用いて信号を補正した。そして画像再構成装置１２が生成した画像を図１０（Ａ）に示す。
【００７６】
一方、図１０（Ｂ）は、信号の補正を行わずに再構成を行った結果である。また、図１０（Ｃ）は、それぞれの音響検出器でデコンボリューションし再構成を行った結果である。さらに、理想的な場合として、音響検出器の感度に周波数依存性を持たせない信号を用いて再構成を行った結果を図１０（Ｄ）に示す。
【００７７】
図１０（Ｂ）では、０．５ｍｍが強く、０．３３ｍｍは中抜けしている。図１０（Ｃ）では、０．５ｍｍが強く、１．０ｍｍの中心部付近が弱くなっている。これらに対して、本発明の結果である図１０（Ａ）では０．２５ｍｍでは少し中心部が暗くなっているが、そのほかは同程度の強度になっている。理想的な場合である図１０（Ｄ）は、どの吸収体も同じ強度になっている。このように、本発明の装置を用いることによって、吸収体の強度の大きさ依存が低減できることが示された。
【符号の説明】
【００７８】
１：光源、４：音響検出器Ａ、５：音響検出器Ｂ、８：合計感度作成部、１０：補正関数決定部、１１：補正処理部、１２：画像再構成装置、１４：信号処理装置
【図１】
0006562800.tif 000007
【図２】
0006562800.tif 000008
【図３】
0006562800.tif 000009
【図４】
0006562800.tif 000010
【図５】
0006562800.tif 000011
【図６】
0006562800.tif 000012
【図７】
0006562800.tif 000013
【図８】
0006562800.tif 000014
【図９】
0006562800.tif 000015
【図１０】
0006562800.tif 000016