(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる複数の波長の光がそれぞれ照射されることにより被検体で発生する光音響波を変換素子が受信することにより得られた、前記複数の波長のそれぞれに対応する受信信号を用いて、前記複数の波長のそれぞれに対応する前記被検体内の光吸収に基づく特性分布を取得する第１分布取得部と、
前記特性分布に対して相対的な座標シフト処理または変形処理を複数回行うことにより、前記被検体の対象領域内の少なくとも一部の領域の物質の濃度関連分布を複数取得する第２分布取得部と、
前記複数の濃度関連分布のそれぞれのばらつきを示す、前記複数の濃度関連分布に対応する複数の統計情報を取得する統計情報取得部と、
を備え、
前記第２分布取得部は、前記複数の統計情報を基に、前記複数の波長間での前記対象領域と前記変換素子との間の位置ずれが抑制された濃度関連分布を取得することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記複数の波長は、互いに異なる第１波長と第２波長とを少なくとも含み、
前記第１分布取得部は、前記第１波長の光が照射されることにより前記被検体で発生する第１光音響波の受信により前記変換素子から出力される時系列の第１受信信号を用いて前記第１波長の光吸収に基づく特性分布を取得し、前記第２波長の光が照射されることにより前記被検体で発生する第２光音響波の受信により前記変換素子から出力される時系列の第２受信信号を用いて前記第２波長の光吸収に基づく特性分布を取得し、
前記第２分布取得部は、前記第１波長の光吸収に基づく特性分布に対する前記第２波長の光吸収に基づく特性分布の座標シフトまたは変形処理を複数回行なうことにより、前記複数の濃度関連分布を取得することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記対象領域内の一部の領域として、前記対象領域内に関心領域を設定する領域設定部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記領域設定部は、ユーザからの入力に基づき前記関心領域を設定することを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記領域設定部は、前記特性分布内の強度に基づき、前記関心領域を設定することを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記領域設定部は、前記対象領域内において互いに位置が異なる複数の前記関心領域を設定することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記第２分布取得部は、前記複数の統計情報のうち最小の統計情報に対応する濃度関連分布を、前記位置ずれが抑制された濃度関連分布として取得する請求項１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記第２分布取得部は、前記複数の統計情報のうち所定値よりも小さい統計情報に対応する濃度関連分布を、前記位置ずれが抑制された濃度関連分布として取得する請求項１から６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記位置ずれが抑制された濃度関連分布の画像を表示部に表示させる表示制御部を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記第１分布取得部は、前記特性分布として、前記被検体内に光が照射されることにより発生する音圧の分布を取得することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記第１分布取得部は、前記特性分布として、吸収係数分布を取得することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
前記第２分布取得部は、前記濃度関連分布として、酸素飽和度分布を取得することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１３】
前記統計情報取得部は、前記統計情報として、分散値を取得することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の信号処理装置と、
前記複数の波長の光を発生する光源と、
前記複数の波長の光がそれぞれ照射されることにより前記被検体で発生する光音響波を受信する変換素子と、
を有し、
前記処理装置は、前記変換素子から出力された前記受信信号を処理する
ことを特徴とする光音響装置。
【請求項１５】
互いに異なる複数の波長の光がそれぞれ照射されることにより被検体で発生する光音響波を変換素子が受信することにより得られた、前記複数の波長のそれぞれに対応する受信信号を用いて、前記複数の波長のそれぞれに対応する前記被検体内の光吸収に基づく特性分布を取得するステップと、
前記特性分布に対して相対的な座標シフト処理または変形処理を複数回行うことにより、前記被検体の対象領域内の少なくとも一部の領域の物質の濃度関連分布を複数取得するステップと、
前記複数の濃度関連分布のそれぞれのばらつきを示す、前記複数の濃度関連分布に対応する複数の統計情報を取得するステップと、
前記複数の統計情報を基に、前記複数の波長間での前記対象領域と前記変換素子との間の位置ずれが抑制された濃度関連分布を取得するステップと、
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【請求項１６】
前記複数の統計情報のうち最小の統計情報に対応する濃度関連分布を、前記位置ずれが抑制された濃度関連分布として取得することを特徴とする請求項１５に記載の信号処理方法。
【請求項１７】
前記複数の統計情報のうち所定値よりも小さい統計情報に対応する濃度関連分布を、前記位置ずれが抑制された濃度関連分布として取得することを特徴とする請求項１５に記載の信号処理方法。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか１項に記載の信号処理方法の各ステップ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、被検体内部の情報を取得する光音響装置、信号処理方法、及びプログラムに関する。特に、光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を用いた技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において生体の生理的情報である機能情報のイメージングの研究が近年行われている。機能情報のイメージング技術の一つとして光音響イメージング（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ：ＰＡＩ）がある。
【０００３】
光音響イメージングでは、まず、光源から発生したパルス光が被検体に照射される。照射光は被検体内で伝播・拡散し、被検体内の複数の位置でこの光のエネルギーを吸収して音響波（以降、光音響波と呼ぶ）が発生する。この光音響波を変換素子で受信し、プロセッサ内で受信信号を解析処理することで、被検体内部の光学特性値に関する分布が画像データとして取得される。
【０００４】
光学特性値に関する分布としては、光吸収により発生する音圧の分布（初期音圧分布）や、光の吸収係数分布などが得られる。また、互いに異なる波長を有する複数のパルス光を照射して、波長毎の光の吸収係数を求めることにより、被検体内に存在する物質の濃度関連分布（物質の濃度に関する値の分布）を、光学特性値に関する分布として得ることもできる。
【０００５】
濃度関連分布としては、血液中の全ヘモグロビンに対するオキシヘモグロビンの含有率の分布、つまり、血液中の酸素飽和度分布がある。デオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンの光吸収スペクトルが異なる。よって、非特許文献１に開示されているように酸素飽和度の算出は、異なる波長で測定したスペクトルを比較することによって、それぞれの含有率が分かるという原理を用いている。
【０００６】
光音響イメージングによる検査の際、被検体が生体である場合、呼吸や拍動、動作などによる体動が生じる。体動が発生すると、異なる波長で算出された初期音圧分布同士の間、もしくは異なる波長で算出された吸収係数分布同士の間、で位置ずれが生じる。また、波長間での位置ずれは、被検体の体動による要因以外にも、プローブの移動によっても生じる。このような、被検体とプローブと相対的な位置ずれは、酸素飽和度分布の算出精度を低下させる要因となる。
【０００７】
特許文献１には、超音波を送信して反射波を受信することにより得られる超音波画像に基づいて組織の動きを検出し、光音響画像同士の間の物体の変形を推定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１０−５１２９２９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｈａｏ  Ｆ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ  ａｌ．  “Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｎｏｎｕｎｖａｓｉｖｅ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｉｍａｇｉｎｇ”  Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２４，８４８−８５１（Ｊｕｌ．  ２００６）
【非特許文献２】Ｔ．Ｗ．Ｓｅｄｅｒｂｅｒｇ  “Ｆｒｅｅ  Ｆｏｒｍ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｍｏｄｅｌｓ，”  Ｐｒｏｃ．  ＳＩＧＧＲＡＰＨ’８６，ｖｏｌ．２０，ｎｏ．４，ｐｐ．１５１−１６０，１９８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示されている動きの検出方法は、超音波画像を基に行われている。超音波エコーにおいて得られる超音波画像は、音響インピーダンスの差を反映した分布の画像であり、音響波の反射率の高い構造が可視化される。一方、光音響画像が示す光学特性値に関する分布は、光の吸収率の高い構造が可視化される。このように、超音波画像と光音響画像とはイメージング対象が異なるため、超音波画像を基に検出した動きを光音響画像間の位置ずれに反映させた場合、高精度に位置ずれ補正できていない可能性がある。
【００１１】
本発明の一態様は、異なる波長の光を照射する間に、被検体とプローブとの間で相対的な位置ずれが生じる場合であっても、酸素飽和度分布などの濃度関連分布を高精度に取得する技術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】
【００１２】
本発明の信号処理装置は、互いに異なる複数の波長の光がそれぞれ照射されることにより被検体で発生する光音響波を変換素子が受信することにより得られた、複数の波長のそれぞれに対応する受信信号を用いて、複数の波長のそれぞれに対応する被検体内の光吸収に基づく特性分布を取得する第１分布取得部と、特性分布に対して相対的な座標シフト処理または変形処理を複数回行うことにより、被検体の対象領域内の少なくとも一部の領域の物質の濃度関連分布を複数取得する第２分布取得部と、複数の濃度関連分布のそれぞれのばらつきを示す、複数の濃度関連分布に対応する複数の統計情報を取得する統計情報取得部と、を備え、第２分布取得部は、複数の統計情報を基に、複数の波長間での対象領域と変換素子との間の位置ずれが抑制された濃度関連分布を取得する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、異なる波長の光を照射する間に、被検体とプローブとの間で相対的な位置ずれが生じる場合であっても、酸素飽和度分布などの濃度関連分布を高精度に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る光音響装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態の信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の表示画面の一例を示す模式図である。
【図４】分散の求め方を説明するための模式図である。
【図５】信号処理部の構成例を説明するための模式図である。
【図６】座標シフトと位置ずれの決定方法について説明するための模式図である。
【図７】７５６ｎｍの吸収係数分布内のピークと７９７ｎｍの吸収係数分布内のピークとのずれを示す図である。
【図８】位置ずれのある場合の、酸素飽和度分布内の分散を示す図である。
【図９】位置ずれがない場合の、酸素飽和度分布内の分散を示す図である。
【図１０】実施形態４に係る光音響装置の構成を示す模式図である。
【図１１】実施形態４の信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図１２】実施形態５に係る光音響装置の構成を示す模式図である。
【図１３】実施形態５の信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】実施形態５に係る撮像の様子を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。同一の構成要素には原則として同一の符号を付して、説明を省略する。
【００１６】
本発明の一態様の光音響装置は、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、被検体内の情報（光学特性値に関する情報）を取得する。本明細書において、「光音響波」とは、光を吸収することにより発生する音響波を示し、光吸収することにより発生する「音響波」、「超音波」、「音波」、「弾性波」、「光超音波」と呼ばれるものを含む。
【００１７】
本発明の一態様において取得される光学特性値に関する情報は、光エネルギーの吸収率を反映している。具体的な光学特性値としては、発生した音響波の「音圧（典型的には初期音圧）」、音圧から導かれる「光エネルギー吸収密度」、「吸収係数」、組織を構成する物質の「濃度に関する情報（濃度関連情報）」等の特性値がある。
【００１８】
「濃度関連情報」とは、複数波長分の「光吸収に基づく特性分布」を用いて求められる、被検体内に存在する物質の濃度に関係する値を含む。具体的には「濃度関連情報」は、「酸素飽和度」、「酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値」、「トータルヘモグロビン濃度」、「オキシヘモグロビン濃度」あるいは「デオキシヘモグロビン濃度」などである。さらに、「濃度関連情報」は、「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」などでもよい。
【００１９】
また、本発明の一態様の装置では、複数位置の光学特性値を得ることにより、２次元又は３次元の分布データを生成することができる。つまり、「音圧分布」、「光エネルギー吸収密度分布」、「吸収係数分布」、「濃度関連分布」等を得ることができる。得られた分布データは画像データとして生成され得る。
【００２０】
なお、本明細書では、「音圧分布」、「光エネルギー吸収密度分布」、「吸収係数分布」を、「光吸収に基づく特性分布」と称する。そして、「濃度関連分布」は、複数波長分の「光吸収に基づく特性分布」を基に求められる。
【００２１】
なお、以下の実施形態における光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。よって、被検体としては生体の一部、具体的には人や動物の一部位（乳房、臓器、循環器、消化器、骨、筋肉、脂肪等）の検査対象が想定される。また、検査対象の物質としては、ヘモグロビン、グルコース、また、体内に存在する水、メラニン、コラーゲン、脂質などを含む。さらには、体内に投与されたＩＣＧ（インドシアニン・グリーン）等の造影剤等、光の吸収スペクトルが特徴的な物質であればよい。
【００２２】
以下、本発明の各実施形態について説明する。なお、本発明は光音響装置のみに限定されるものではなく、光音響装置の制御方法や、それを実行ためのプログラムも包含される。
【００２３】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態の光音響装置の構成及び処理について説明する。
【００２４】
（全体的な装置構成）
図１は本実施形態の光音響装置の構成を示す模式図である。本実施形態の光音響装置は、光源１、光音響波を受信する変換素子３を備えるプローブ３０、変換素子３から出力される受信信号を用いて信号処理を行う信号処理部４０、を少なくとも備える。
【００２５】
光源１から出力された光は、ファイバーやレンズ等の光伝搬部材（不図示）を介して被検体２に照射される。なお、被検体には、互いに異なる波長を有する複数のパルス光が別々のタイミングで照射される。照射された光は被検体内を伝搬・拡散し、被検体内に存在する物質において吸収される。このような光を吸収する物質は、各波長の光のエネルギーをそれぞれ吸収して、光音響波をそれぞれ発生する。つまり、第１波長の光により第１光音響波が発生し、第２波長の光により第２光音響波が発生する。発生した各光音響波は、被検体内を伝搬し変換素子３に到達する。なお、変換素子３は、被検体と音響的にマッチングするよう設けられる。
【００２６】
複数の変換素子３の各々は、光音響波を受信することにより時系列の受信信号を出力する。つまり、第１光音響波を受信することにより時系列の第１受信信号を出力し、第２光音響波を受信することにより時系列の第２受信信号を出力する。出力された受信信号は、信号処理部４０に入力される。信号処理部４０には、照射されたパルス光毎に受信信号が、順次入力される。信号処理部４０は、入力された受信信号を用いて、被検体内の光吸収に基づく特性分布や濃度関連分布等の分布を生成する。また、信号処理部４０は、生成した分布を基に画像データを生成し、表示部８に画像を表示したり、入力部１２を介してユーザー（医師や技師等の術者）から領域設定等の入力を受け付けることができる。
【００２７】
なお、光音響装置が、光音響顕微鏡等の比較的小さな被検体を検査対象とする装置の場合は、プローブ３０が備える変換素子３は１つでもよい。ただし、光音響装置が、乳房等の比較的大きな被検体を検査対象とする装置の場合は、プローブ３０が備える変換素子３は複数設けられていることが好ましい。
【００２８】
（信号処理部４０の内部構成）
次に、本実施形態の信号処理部４０内の構成を説明する。本実施形態の信号処理部４０は、信号収集部９、第１分布取得部４、第２分布取得部５、表示制御部１０、制御部１１、を備える。制御部１１は、領域設定部１３、統計情報取得部６、シフト部７、決定部１４を備える。なお、信号処理部４０内での処理フローは図２を用いて後述するものとし、先に信号処理部４０内の各構成部について説明する。
【００２９】
信号収集部９は、複数の変換素子３のそれぞれから出力される時系列のアナログ受信信号をチャネル毎に収集し、受信信号の増幅や、アナログの受信信号のＡＤ変換、デジタル化された受信信号の記憶等の信号処理を行う。
【００３０】
第１分布取得部４は、信号収集部９から出力される受信信号を用いて、被検体内の光吸収に基づく特性分布を生成する。なお以降の説明では、光吸収に基づく特性分布として吸収係数分布を求める例について説明する。被検体内のある位置（ｉ、ｊ、ｋ）における吸収係数μａは、式１により求めることができる。なお、ｉ、ｌ、ｋはそれぞれ、被検体内の座標を示す整数である。
【００３１】
【数１】
0006498036.tif 000002
ここで、Ｐは位置（ｉ、ｊ、ｋ）における初期音圧（発生音圧）、Γはグリューナイゼン定数、φは位置（ｉ、ｊ、ｋ）に届いた光量を示す。
【００３２】
なお、３次元空間座標上の位置（ｉ、ｊ、ｋ）における初期音圧Ｐは、信号収集部９から出力されたチャネル毎の受信信号を基に探触子の帯域補正用のフィルターをかけて、画像再構成により求められる。画像再構成手法としては、米国特許第５７１３３５６号明細書に記載されているＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｂａｃｋ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）や、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｂａｃｋ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ）等の公知の再構成手法を用いることができる。また、整相加算（Ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  Ｓｕｍ）処理を用いてもよい。
【００３３】
この画像再構成処理を各位置に対して行うことにより、各位置での初期音圧が求められるため、初期音圧分布が取得できる。初期音圧分布は、被検体内のある領域に対応する３次元分布データ（ボクセルの集合データ）でもよいし、そのうちの一断面に対応する２次元分布データ（ピクセルの集合データ）でもよい。
【００３４】
なお、光フォーカス型の光音響顕微鏡や、フォーカス型プローブを用いた音響フォーカス型の光音響顕微鏡の場合は、画像再構成処理を行わずに分布データを生成することもできる。具体的には、走査機構（不図示）により、プローブ３０と光照射スポットとを被検体２に対して相対移動させて、プローブ３０は複数の走査位置で光音響波を受信する。そして、第１分布取得部４は、得られた受信信号を時間変化に対して包絡線検波した後、光パルス毎の信号における時間軸方向を奥行き方向に変換して、空間座標上にプロットする。これを走査位置毎に行うことにより、分布データを構成することができる。
【００３５】
第１分布取得部４は、このようにして求められた初期音圧分布を基に、式１を用いて、吸収係数分布を求める。なお、グリューナイゼン定数は一定と見なすことができる。光量Φは被検体内で一定としてもよいが、より正確に濃度関連情報を求めるためには、被検体に入射する光量分布から被検体内部の光伝搬を考慮した計算により光量分布を求めることが好ましい。よって、第１分布取得部４は、吸収係数分布を初期音圧分布と光量分布とを用いて取得する。このようにして、本実施形態の第１分布取得部４は、光源１から出射される複数の波長毎に吸収係数分布を求め、第２分布取得部５に出力する。
【００３６】
第２分布取得部５は、第１分布取得部４から出力される波長毎の吸収係数分布を複数用いて、濃度関連分布を生成する。なお以降の説明では、濃度関連分布として酸素飽和度分布を求める例について説明する。
【００３７】
波長λ１と波長λ２では、ヘモグロビン以外の光吸収が無視できるほど低いと仮定すると、波長λ１と波長λ２の吸収係数はそれぞれ、オキシヘモグロビンのモル吸光係数とデオキシヘモグロビンのモル吸収係数を用いて式２、式３のように表わされる。
【００３８】
【数２】
0006498036.tif 000003
【数３】
0006498036.tif 000004
【００３９】
ここで、μａ（λ１）は、位置（ｉ、ｊ、ｋ）における波長λ１の光の吸収係数、μａ（λ２）は位置（ｉ、ｊ、ｋ）における波長λ２の光の吸収係数を示し、単位は［ｍｍ−１］で示すことができる。Ｃｏｘはオキシヘモグロビンの量［ｍｏｌ］、Ｃｄｅはデオキシヘモグロビンの量［ｍｏｌ］である。いずれも位置（ｉ、ｊ、ｋ）における値を示すものとする。
【００４０】
εｏｘ（λ１）とεｄｅ（λ１）はそれぞれ波長λ１におけるオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンのモル吸収係数［ｍｍ−１ｍｏｌ−１］を示す。εｏｘ（λ２）とεｄｅ（λ２）はそれぞれ波長λ２におけるオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンのモル吸収係数［ｍｍ−１ｍｏｌ−１］を示す。εｏｘ（λ１）、εｄｅ（λ１）、εｏｘ（λ２）、εｄｅ（λ２）はあらかじめ測定や文献値によって得ることができる。
【００４１】
よって、ＣｏｘとＣｄｅはそれぞれ、モル吸光係数と、μａ（λ１）及びμａ（λ２）と、を用いて式２、３の連立方程式を解くことにより求められる。用いる波長の数が多い場合は、最小二乗法を用いるとよい。また、酸素飽和度ＳＯ２は式４に示すように、全ヘモグロビン中のオキシヘモグロビンの割合で定義される。よって、酸素飽和度ＳＯ２は、式２、３、４に基づき、式５で示すことができる。
【００４２】
よって、第２分布取得部５は、式５を用いて、モル吸光係数と、μａ（λ１）及びμａ（λ２）とに基づき、位置（ｉ、ｊ、ｋ）における酸素飽和度ＳＯ２を得ることができる。
【００４３】
【数４】
0006498036.tif 000005
【数５】
0006498036.tif 000006
このような処理を各位置に対して行うことにより、各位置での酸素飽和度が求められるため、酸素飽和度分布が取得できる。図３に、波長λ１の吸収係数分布と波長λ２の吸収係数分布とから酸素飽和度分布を得た場合の表示画面の一例を示す。符号３０１が波長λ１の吸収係数分布、符号３０２が波長λ２の吸収係数分布、符号３０３が酸素飽和度分布の画像を示す。酸素飽和度分布は、被検体内のある領域に対応する３次元分布データ（ボクセルの集合データ）でもよいし、そのうちの一断面に対応する２次元分布データ（ピクセルの集合データ）でもよい。
【００４４】
統計情報取得部６は、第２分布取得部５で求められた酸素飽和度分布のうちの少なくとも一部の分布のばらつきを示す統計情報を求める。ばらつきを示す統計情報としては、分散値、標準偏差、ヒストグラムの半値幅、エントロピー（画素値の平均情報量）等、分布内の値のばらつき（特に中心値（典型的には平均値）からのばらつき）を示す評価指標であればよい。また、値が大きくなるほどばらつきが小さくなるような評価指標の場合は、評価指標に−１を積算等の演算処理を施すことで、値が小さくなるほどばらつきが小さくなるような評価指標として読み替えを行ってもよい。なお、統計情報の詳細な求め方は、図４を用いて後述する。
【００４５】
本実施形態では、この統計情報により、波長毎に求められた吸収係数分布間の位置ずれ（つまり、波長間におけるプローブと被検体との位置ずれ）が推定される。具体的には、この統計情報（例えば分散値）が小さい場合、波長間での位置ずれが小さく、統計情報が大きい場合は波長間での位置ずれが大きいと判断できる。なお、「プローブと被検体との位置ずれ」とは、「プローブと被検体内の一部の領域との位置ずれ」を含む。
【００４６】
以下、このように酸素飽和度分布のばらつきを示す統計情報から位置ずれが判断できる理由について説明する。一般的に、血管内部の血液の酸素飽和度の値は、血球やそれらのクラスターレベルのミクロな視点で見ると異なっている。しかし、血管内に含まれる血球（１０ｕｍ以下）を、数百ｕｍ程度か数ｍｍ程度（１００ｕｍ以上１０ｍｍ以下）の空間分解能を有する装置で観測する場合、血球やクラスターの酸素飽和度は、空間的に平均化されて見えることになる。また、空間分解能が高い（１０ｕｍ以下）の装置においても、時間分解能が低い場合は、血球や血球のクラスターの酸素飽和度は、時間的に平均化されているように見える。つまり、用いる装置が、血球それぞれの酸素飽和度が判別できない程度の空間分解能、もしくは時間分解能を持つ場合、血管内部の血液の酸素飽和度は平均化された値になる。
【００４７】
これは一般的に数百μｍ程度か数ｍｍの太い血管に当てはまるが、それら血管のみならず、血管部分の途中に血管以外の組織が無く、血液の還流する速度が早い血管部分にも同様のことが言えると考えられる。このような現象は、動脈や静脈の違いによらず成り立つと考えられる。
【００４８】
このため、吸収係数分布間にずれがなく、正しく酸素飽和度分布が求められていれば、酸素飽和度分布の分散値などの統計情報の値は、比較的小さな値に収まることとなる。よって、ばらつきを示す統計情報が大きな値をとる場合は、吸収係数分布同士がずれることにより、酸素飽和度分布内でのばらつきが大きくなっているものと考えられる。
【００４９】
領域設定部１３は、吸収係数分布内において酸素飽和度分布を求めるための対象領域を設定したり、酸素飽和度分布内において統計情報を求める関心領域を設定したりすることができる。つまり、本実施形態において、酸素飽和度分布は、吸収係数分布と同じ範囲の場合だけでなく、吸収係数分布内の一部の領域のみの酸素飽和度分布を求めてもよい。また、領域設定部１３は、第２分布取得部５により求められた対象領域内の酸素飽和度分布に対して、さらに統計情報を求めるための関心領域を設定してもよい。これは、血液以外の場所での酸素飽和度分布は統計情報として用いる必要がないためである。
【００５０】
領域設定部１３が対象領域や関心領域を設定する方法としては、ユーザが入力部１２を用いて入力した領域の情報に基づき設定する方法がある。また、初期音圧分布内や吸収係数分布内の強度を基に領域設定部１３が自動で設定する方法もある。設定する領域は、２次元領域を設定してもよいし、３次元領域を設定してもよい。また、設定する領域の形状は、構造体に合わせた形状でも、直方体でも、どのような形状でもよい。
【００５１】
ユーザからの入力に基づき領域が設定される方法としては、ユーザが図３に示すような表示画面を見ながら入力部１２を介して画像上で設定した範囲を基に、領域設定部１３が領域を設定する方法がある。例えば、対象領域を設定する場合は、λ１とλ２の吸収係数分布のうちいずれかの画像上において、血管と思われる構造体の一部又は全部をユーザが選択する（設定範囲として囲う）。領域設定部１３は、この設定範囲を、酸素飽和度分布を求めるための対象領域として設定するとよい。また、酸素飽和度分布の画像上においてユーザが一部の領域を選択することにより、さらに、関心領域が設定されてもよい。領域設定部１３は、分布が２次元の場合は２次元的に領域を囲み、分布が３次元の場合は３次元的に囲むように設定するとよい。
【００５２】
領域設定部１３が自動で領域を設定する場合は、まず吸収係数分布と同じ範囲の領域において血管等の対象領域を抽出する処理を行い、その後、対象領域内の少なくとも一部の領域を関心領域として設定することが好ましい。対象領域の設定方法としては、吸収係数分布内において所定値（閾値）よりも強度が高い部分を抽出する方法等がある。また、対象とする構造体に特有の画像テンプレートを用いてテンプレートマッチング処理を行う方法や、ＳＮＡＫＥ法、レベルセット法などの画像処理を施すことにより抽出を行ってもよい。また対象とする構造体部分のＳ／Ｎが高い分布であれば、構造体全体の抽出処理を行わなくてもよい。関心領域の設定方法としては、先に設定された対象領域内の酸素飽和度分布の端点から走査を行い、構造体がひと続きで存在する部分のラベリング処理を行って関心領域を設定することができる。
【００５３】
シフト部７は、第２分布取得部５に対して、酸素飽和度分布を算出するために用いる吸収係数分布同士の座標を相対的にずらす座標シフト処理を行う。座標シフト処理は、設定された関心領域内において吸収係数分布をコピーし、シフト先の吸収係数分布と置き換えることで行うことができる。ただし、シフト先の吸収係数分布と適切な割合でアルファブレンドを行ってもよい。また、分布の置き換えやアルファブレンドを行わずに、アフィン変換や、統計情報を評価関数として最適化計算を行うことにより非剛体変換等を行ってもよい。また最適化計算を行う際は、最急降下法や共役勾配法などの勾配法のアルゴリズムを用いてもよい。具体的なシフト方法に関しては、図６を用いて後述する。シフト部７は、このような相対的な座標シフト処理を複数回行う。また、第２分布取得部５は、このシフト毎に酸素飽和度分布を求め、統計情報取得部６は求められた酸素飽和度分布毎に関心領域の統計情報を求める。つまり、複数回の座標シフト処理に基づき、第２分布取得部５は関心領域内の濃度関連分布を複数求め、統計情報取得部６は統計情報を複数求める。
【００５４】
決定部１４は、複数回の座標シフト処理により求められる複数の統計情報を基に、位置ずれ量を決定する。例えば、関心領域内の酸素飽和度分布の分散値が最小になった場合の座標シフトのベクトルを、吸収係数分布間の位置ずれと決定する。つまり、分散値が最小となった場合における相対位置関係の吸収係数分布同士が、位置ずれ補正後の吸収係数分布同士となる。具体的な決定方法に関しては、図６を用いて後述する。
【００５５】
ただし、決定部１４は、統計情報が最小値の場合だけでなく、統計情報がある所定値よりも小さい場合の座標シフトを基に位置ずれを決定してもよい。つまり、最小値でなくとも、ばらつきとして許容できる値を閾値と設定し、その閾値より小さい統計情報となれば、その際の座標シフトのベクトルを位置ずれとして決定してもよい。このような設定によっても、位置ずれの影響が抑制（低減）された酸素飽和度分布を取得することができる。
【００５６】
また、複数の統計情報のうち、座標シフトしない場合の統計情報よりも小さい統計情報になっている場合は、吸収係数分布同士の相対位置関係は位置ずれが抑制（低減）された状態である。よって、上記所定値は座標シフトしない場合の統計情報値でもよい。このように、本実施形態では位置ずれが完全に補正されなくても、位置ずれが抑制されればよい。つまり、座標シフトにより、位置ずれの影響が完全に無くならなくとも、位置ずれの影響が低減されていれば、従来よりも高精度な酸素飽和度分布が得られるという効果がある。
【００５７】
表示制御部１０は、第１分布取得部４により生成された吸収係数分布や、第２分布取得部５により生成された酸素飽和度分布等の分布データを基に、表示部８に表示するための画像データを生成する。具体的には、分布データを基に、輝度変換、歪補正、対数圧縮処理などの画像処理を行う。さらに、分布データと共に各種表示アイテムを並べて表示することや、入力部１２からの指示を基に表示の更新を行う等の表示制御を行う。
【００５８】
制御部１１は、領域設定部１３、統計情報取得部６、シフト部７、決定部１４を備えると共に、光音響装置内の各構成ブロックを制御するため、各構成ブロックに必要な制御信号やデータを供給する。具体的には、光源１へ発光を指示する信号や、プローブ３０内の変換素子３へ制御信号を供給する。また、信号収集部９の信号増幅制御、ＡＤ変換タイミング制御、受信信号の記憶制御などを行う。また、第１及び第２分布取得部に分布データ生成に関わる制御信号を送信することや、分布データの受信を行う。表示制御部１０には画像生成に関わる制御信号を送信し、表示制御部１０からは画像データの受信を行う。さらに、制御部１１は、ユーザが各種の操作や指示を入力するための入力部１２に接続され、ユーザからの入力情報を、入力部１２を介して受け付ける。また、プローブ３０を移動させる場合は移動制御を行ってもよい。さらに、制御部１１は、受信信号、生成された分布データ、表示画像データ、各種測定パラメーター等を保存してもよい。
【００５９】
（信号処理部４０の処理フロー）
次に、信号処理部４０の処理フローを説明する。図２は、本実施形態の信号処理部４０の処理フローを示すフローチャートである。なお、図２のフローは、信号処理部４０内の信号収集部９に、照射された光の波長毎にプローブから順次受信信号が入力され、信号収集部９においてＡＤ変換や増幅等の処理が行なわれた状態からスタートしている。
【００６０】
Ｓ１０１のステップでは、第１分布取得部４が、波長λ１の光による受信信号を用いて波長λ１における吸収係数分布を取得し、波長λ２の光による受信信号を用いて波長λ２における吸収係数分布を取得する。
【００６１】
Ｓ１０２のステップでは、第２分布取得部５が、波長λ１における吸収係数分布と、波長λ２における吸収係数分布と、を用いて対象領域内の酸素飽和度分布を生成する。なお、対象領域は、領域設定部１３により吸収係数分布内の一部の領域が設定されてもよいし、吸収係数分布の範囲と同じ範囲が対象領域であってもよい。
【００６２】
Ｓ１０３のステップでは、領域設定部１３が、第２分布取得部５が求めた酸素飽和度分布内の少なくとも一部の領域を関心領域として設定する。ここでは、ユーザからの入力に基づき関心領域が設定される例を説明する。この場合、第２分布取得部５が求めた酸素飽和度分布のデータに基づき表示制御部１０が画像データを生成する。そして、表示制御部１０により表示部８に図３に示すような酸素飽和度分布の画像が表示される。ユーザは入力部１２を用いて、表示された酸素飽和度分布の画像上における所定の領域を指示すると、領域設定部１３はその指示された領域を関心領域として設定する。
【００６３】
Ｓ１０４のステップでは、統計情報取得部６が、関心領域内における酸素飽和度分布のばらつきを示す統計情報を求める。ここでは、統計情報として分散を求める例を説明する。分散は下記式６で示すことができる。
【００６４】
【数６】
0006498036.tif 000007
式６において、ｍ個のデータ（ｘ１・・・ｘｍ）からなる母集団に対し、その平均値がＭで表される時、相加平均で表されるσ２が分散を示す。なお、本実施形態では、ｘｉが各ボクセル値（もしくはピクセル値）に対応し、Ｍはその平均値に対応する。
【００６５】
図４を用いてさらに詳細に説明する。図４は、関心領域として４×４の分布を示す模式図である。なお、図４では簡単化のためＺ座標は描写せずＸＹ座標のみで説明する。図４において、各ボクセル内に記載されている値がそのボクセルの強度を示す。ここで、平均値Ｍ＝（各要素の合計）／１６＝７．２５であり、分散値σ２＝Σ（各要素−７．２５）２／１６＝１９．１９である。このようにして求められた分散値は、制御部１１内のメモリに保存される。
【００６６】
Ｓ１０５のステップでは、シフト部７が、波長λ１における吸収係数分布と波長λ２における吸収係数分布との相対位置をずらすための処理を行う。図６は座標シフトと分散の求め方とを説明するための模式図である。図６において、左側の分布は波長λ１の吸収係数分布を示し、右側の分布は波長λ２の吸収係数分布を示し、どちらも６×６のボクセルの集合を示している。なお、簡略化のためＺ座標は描写せずＸＹ座標のみで説明する。各ボクセル内に記載されている値がそのボクセルの強度（この場合は吸収係数の値）を示す。
【００６７】
ここで、波長λ１の吸収係数分布内における中央の４×４の分布ａの位置が、Ｓ１０３において関心領域として設定された領域を示すものとする。シフト部７は、この波長λ１の関心領域内の吸収係数分布を基準として、波長λ２の吸収係数分布を、縦・横・高さ方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）のいずれかに１ボクセル分（１座標ずつ）平行移動させる。
【００６８】
図６では、波長λ１の関心領域（分布ａ）に対して同じ位置にある波長λ２の分布ｂ（０，０）を基準位置とし、基準位置からＸ方向に−１、Ｙ方向に＋１移動した分布を、ｂ（−１，１）で示している。なお、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ−１〜＋１ずらすとすると、座標シフトのパターンは計９パターンある。
【００６９】
Ｓ１０６では、相対的に座標シフトされた波長λ１と波長λ２の吸収係数分布を用いて、第２分布取得部５が、関心領域の酸素飽和度を取得する。例えば図６において、波長λ１の関心領域（分布ａ）と座標シフト後の波長λ２の分布ｂ（−１，１）とを用いて酸素飽和度分布が求められる。
【００７０】
Ｓ１０７では、統計情報取得部６が、Ｓ１０６で求められた関心領域内における酸素飽和度分布のばらつきを示す統計情報を求める。図６の下部に、統計情報である分散の分布を示す。例えば、波長λ１の関心領域（分布ａ）と座標シフト後の波長λ２の分布ｂ（−１，１）とを用いて求められた酸素飽和度分布の分散がｃ（−１，−１）で示される。このステップにおいてもＳ１０４と同様に統計情報として求められた分散値は、制御部１１内のメモリに保存される。
【００７１】
Ｓ１０８では、制御部１１が、シフト部７による座標シフトが全て終了したかを判定する。例えば、図６においては、上述した計９パターンの座標シフトが全て終了したら、座標シフト終了と判定する。なお、一般的には静止した状態で光音響波を受信する装置の場合、発生する位置ずれは２ｍｍ以下程度である。よって、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ最大８ボクセルの平行移動を行う場合、座標シフトのパターンは４，９１３通りある。詳細に説明すると、Ｘ方向には、８＋１＋８＝１７通り（プラス方向に８通り＋ずらしを行わない１通り（Ｘ＝０のまま）＋マイナス方向に８通り）の組み合わせがある。この組み合わせがＹ座標、Ｚ座標にもあるため、座標シフトの全ての組み合わせパターンは、（８＋１＋８）×（８＋１＋８）×（８＋１＋８）＝４，９１３通りとなる。
【００７２】
このように、予め設定された上記組み合わせパターンが全て終了したら、座標シフト終了と判定する。座標シフトが全て終了したと判定された場合は、Ｓ１０９に進み、座標シフトが終了していない場合は、Ｓ１０５に戻る。
【００７３】
このように、Ｓ１０５からＳ１０８を繰り返すことにより、波長λ１の関心領域（分布ａ）と波長λ２の分布ｂ（ｉ，ｊ）とに基づく酸素飽和度分布が複数求められる。さらにその複数の酸素飽和度分布のそれぞれに対応する分散が求められる。
【００７４】
Ｓ１０９では、Ｓ１０４及びＳ１０７において算出された複数の統計情報を基に、決定部１４が、プローブと被検体との位置ずれを決定する。ここでは、複数の分散のうち、最小の分散となる場合の座標シフトを、吸収係数分布間の位置ずれ（波長λ１の吸収係数分布と波長λ２の吸収係数分布との相対的な位置ずれ）と決定する。分散が最小値となるということは、分散を求めた酸素飽和度分布内のばらつきが最も少ないと考えられるためである。
【００７５】
つまり、分散が最小値となる座標シフトのベクトルが、プローブと被検体との相対的な位置ずれに対応する。言い換えると、分散が最小となった場合の吸収係数分布同士の相対位置関係が、位置ずれ補正後の吸収係数分布同士となる。図６では、全９パターンの座標シフトのうち、波長λ２の分布ｂ（−１，１）で示される座標シフトの際の分散（ｃ（−１，−１）で示される）が最小の分散となる。決定部１４は、このようにして決定された座標シフトのベクトル（位置ずれに関する情報）を第２分布取得部５に送信する。
【００７６】
Ｓ１１０では、決定部１４からの位置ずれに関する情報に基づき、第２分布取得部５は、位置ずれ補正後の吸収係数分布同士を用いて求めた酸素飽和度分布のデータを表示制御部１０に出力する。なお、複数回の座標シフト毎に酸素飽和度分布は求められているため、それらの酸素飽和度分布を制御部１１内のメモリに保存されていれば、第２分布取得部５は、メモリから該当する酸素飽和度分布を読み出して表示制御部１０に送信することもできる。また、第２分布取得部５は、位置ずれ補正後の吸収係数分布を用いて新たに酸素飽和度分布を求めてもよい。
【００７７】
Ｓ１１１では、表示制御部１０は、第２分布取得部５から出力された酸素飽和度分布のデータを基に画像データを生成し、表示部に表示する。
【００７８】
このように、本実施形態では、イメージング対象の酸素飽和度分布を基に位置ずれを求めるため、より正確な位置ずれ検出ができ、より高精度な酸素飽和度分布を取得することが可能となる。
【００７９】
なお、上述の例では第２分布取得部は、濃度関連分布として酸素飽和度分布を取得したが、本実施形態はこれに限定されない。先に説明したように、複数波長分の「光吸収に基づく特性分布」を用いて求められる「物質の濃度に関係する値の分布（濃度関連分布）」であればよい。つまり、「酸素飽和度に重み付けした値」、「トータルヘモグロビン濃度」、「オキシヘモグロビン濃度」、「デオキシヘモグロビン濃度」、「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」などの分布でもよい。
【００８０】
また、上述の例では、第１分布取得部４は、光吸収に基づく特性分布として、吸収係数分布を取得したが、本実施形態はこれに限定されず、「音圧分布（典型的には初期音圧分布）」や「光エネルギー吸収密度分布」でもよい。例えば、式１よりμａはＰ／（Γ・Φ）で表すことができるため、式５のμａをＰ／（Γ・Φ）で置換すると、酸素飽和度は、初期音圧から直接求めることができる。つまり、第１分布取得部４が、初期音圧分布を求めた後に吸収係数分布を一旦求めなくても、第２分布取得部５は、初期音圧分布のデータから酸素飽和度分布を直接求めることができる。
【００８１】
また、上述の例では、対象領域としての構造体として、血管内の血液部分を例に説明したが本実施形態はこれに限定されない。血管壁やリンパ管、筋肉組織、乳腺組織、脂肪組織など、造影剤としての分子標的薬など外部から注入された物質の集合体、でも良い。濃度を求める対象とする物質により対象領域は選択されるとよい。
【００８２】
次に、本実施形態の各構成部の具体的な構成例について説明する。
【００８３】
（光源１）
光源１は、ナノ秒からマイクロ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源が好ましい。具体的なパルス幅としては、１ナノ秒以上１００ナノ秒以下程度のパルス幅が使われる。また、波長としては４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲の波長が使われる。特に、生体の深部をイメージングする際には、「生体の窓」と呼ばれる波長帯域（生体の背景組織において吸収が少ない波長帯域）の光を用いる。具体的には、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域が好ましい。一方、生体表面近傍の血管を高解像度でイメージングする際は可視光領域を用いることが好ましい。ただし、テラヘルツ波、マイクロ波、ラジオ波領域の使用も可能である。
【００８４】
具体的な光源１としては、レーザーが好ましく、本実施形態では複数波長の光を用いるため、発振する波長の変換が可能なレーザーがより好ましい。ただし、複数波長を被検体に照射できればよいため、互いに異なる波長の光を発振する複数台のレーザーを、それぞれ発振切り替えを行いながら、用いることも可能である。また、互いに異なる波長の光を発振する複数台のレーザーを、交互に発光させながら用いることも可能である。複数台のレーザーを用いた場合もそれらをまとめて光源として表現する。
【００８５】
レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。特に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやアレクサンドライトレーザーなどのパルスレーザーが好ましい。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザーやＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザーを用いてもよい。また、レーザーの代わりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。
【００８６】
なお、光源から出力されたパルス光は、光ファイバー、レンズ、ミラー、拡散板等の光を伝搬する部材（光学部材）により被検体に導かれることが好ましい。また、パルス光を導く際に、これらの光学部材を用いて、パルス光のスポット形状や光密度を変更することもできる。
【００８７】
（プローブ３０）
プローブ３０は１つ以上の変換素子３を備える。変換素子３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電現象を用いた圧電素子、光の共振を用いた変換素子、ＣＭＵＴ等の静電容量型の変換素子など、音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような変換素子を用いてもよい。複数の変換素子３を備える場合は、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２Ｄアレイ、と呼ばれるような平面又は曲面内に並ぶように配置されることが好ましい。
【００８８】
また、プローブ３０は、被検体に対して機械的に移動するよう構成されていてもよく、ユーザがプローブ３０を把持して動かすハンドヘルド型のプローブ３０でもよい。光音響顕微鏡の場合は、プローブ３０はフォーカス型プローブとすることが好ましく、プローブ３０は被検体の表面に沿って機械的に移動することが好ましい。また、照射光の照射位置とプローブ３０とは同期して移動することが好ましい。また、プローブ３０内には、変換素子３から出力されるアナログ信号を増幅する増幅器を設けてもよい。
【００８９】
（入力部１２）
入力部としては、マウス、キーボード、タッチパネル、音声入力部、などを用いることができる。なお、入力部１２は、本実施形態の光音響装置が備える構成とはせずに、別に用意して光音響装置に接続してもよい。
【００９０】
（表示部８）
表示部８は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）、有機ＥＬディスプレイ等のディスプレイを用いることができる。なお、表示部８は、本実施形態の光音響装置が備える構成とはせずに、別に用意して光音響装置に接続しても良い。
【００９１】
（信号処理部４０）
信号収集部９は、一般的にＤＡＳ（Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる回路を用いることができる。具体的には、信号収集部９は、受信信号を増幅する増幅器、アナログの受信信号をデジタル化するＡＤ変換器、受信信号を記憶するＦＩＦＯ、ＲＡＭ等のメモリ等を含む。
【００９２】
第１分布取得部４及び第２分布取得部５は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサを用いることができる。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップ等の演算回路を用いてもよい。なお、第１分布取得部４や第２分布取得部５は、１つのプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。
【００９３】
また、第１分布取得部４や第２分布取得部５は、信号収集部９から出力される受信信号を記憶するメモリを備えていてもよい。メモリは、典型的にはＲＯＭ、ＲＡＭ、およびハードディスクなどの記憶媒体から構成される。なお、メモリは、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。
【００９４】
表示制御部１０、シフト部７、統計情報取得部６、領域設定部１３、決定部１４、制御部１１についても同様に、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサ、ＦＰＧＡチップ等の回路を１つ又は複数組み合わせて構成することができる。また、受信信号、分布データ、表示画像データ、各種測定パラメーター等を記憶するメモリを備えていてもよい。メモリは、典型的には１つ以上のＲＯＭ、ＲＡＭ、およびハードディスクなどの記憶媒体から構成される。
【００９５】
図５は、信号処理部４０の一具体例と外部装置との関係を示す模式図である。図５の例では、信号処理部４０は、ＤＡＳ２０１、メモリ２０２、ＣＰＵ２０３、ＧＰＵ２０４を備える。
【００９６】
ＤＡＳ２０１は、本実施形態における信号収集部９の一機能を担う。ＤＡＳ２０１から転送されたデジタル信号はメモリ２０２に記憶される。
【００９７】
ＣＰＵ２０３は、本実施形態における、第１分布取得部４、第２分布取得部５、表示制御部１０、シフト部７、統計情報取得部６、領域設定部１３、決定部１４、制御部１１のうちの機能の一部を担う。具体的にはＣＰＵ２０３は、入力部１２を介してユーザからの各種のパラメーターや操作に関する指示を受け付けて、必要な制御情報を生成し、システムバス２００を介して各構成ブロックを制御する。また、ＣＰＵ２０３は、メモリ２０２に記憶されたデジタル信号に対して積算処理や補正処理などの信号処理を行うことができる。さらに、ＣＰＵ２０３は、信号処理後のデジタル信号をメモリ２０２に再度書き込み、ＧＰＵ２０４による分布データの生成に供される。
【００９８】
ＧＰＵ２０４は、本実施形態における、第１分布取得部４、第２分布取得部５、表示制御部１０、シフト部７、統計情報取得部６、領域設定部１３、決定部１４、制御部１１のうちの機能の一部を担う。具体的には、ＣＰＵ２０３により信号処理されメモリ２０２に書き込まれたデジタル信号を用いて分布データを作成する。また、ＧＰＵ２０４は、作成された分布データに対して、輝度変換や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種画像処理を適用して、画像データを作成することができる。なお、同様の処理は、ＣＰＵ２０３でも可能である。
【実施例１】
【００９９】
以下、図１を用いてより具体的な実施例について説明する。本実施例では、乳房を被検体とし、被検体を保持するポリメチルペンテンからなる保持部材越しに光が照射され、保持部材越しにプローブ３０は光音響波を受信する。プローブ３０は１ＭＨｚ±４０％の周波数帯域の変換素子を複数有する２Ｄアレイプローブである。
【０１００】
本実施例では、まず、被検体に対して光源１から波長７９７ｎｍのパルス光を照射し、プローブ３０によって光音響波を受信する。図５で示された構成からなる信号処理部４０は、受信により得られた受信信号を基にユニバーサルバックプロジェクションを用いて画像再構成を行う。そして、求められた初期音圧分布と、光量分布と、グリューナイゼン定数と、を用いて吸収係数分布を作成する。吸収係数分布の値は、ボクセルデータとなっており、１ボクセルは１辺が０．２５ｍｍの立方体である。得られた吸収係数分布は、縦１８５ボクセル、横４８１ボクセル、高さが２８１ボクセルとなっている。
【０１０１】
次に、位置ずれを生じさせるため、被検体を１ｍｍずらす。その後被検体に対して光源１から波長７５６ｎｍのパルス光を照射し、プローブ３０によって光音響波を受信する。信号処理部４０は、受信により得られた受信信号を基にユニバーサルバックプロジェクションを用いて画像再構成を行う。そして、信号処理部４０は、求められた初期音圧分布と、光量分布と、グリューナイゼン定数と、を用いて吸収係数分布を作成する。
【０１０２】
ここで、波長間で吸収係数分布同士に位置ずれが生じていることを示す様子を図７に示す。図７において、右側のピークが７５６ｎｍの吸収係数分布のある断面の位置の信号強度であり、図７において、左側のピークが７９７ｎｍの吸収係数分布の同じ断面での信号強度を示す。図７より、左側のピークに対して、右側のピークの位置がずれているのがわかる。
【０１０３】
信号処理部４０は、このような７５６ｎｍの吸収係数分布と７９７ｎｍの吸収係数分布とを基に、酸素飽和度分布を算出する。酸素飽和度の算出は、各波長の対応するボクセル同士で行い、酸素飽和度分布は、吸収係数分布と同じ縦１８５ボクセル横４８１ボクセル高さが２８１ボクセルとなる。この酸素飽和度分布内は、被検体とプローブとの間で位置ずれが状態で生成されているため、適切に算出されていない。図８にこの酸素飽和度分布のある断面の酸素飽和度の信号強度を示す。図８では、酸素飽和度が正しく算出されていないため、酸素飽和度分布内の血液部分に対応すると思われる領域の値に、ばらつきが生じていることが分かる。酸素飽和度分布は０％以上１００％以内の範囲にあるとする。なお、図９に、波長毎の吸収係数分布同士で位置ずれが存在しない理想的な場合を示す。図９では、酸素飽和度分布の血液部分に対応する酸素飽和度が適切に算出されるため、酸素飽和度にばらつきがないことがわかる。
【０１０４】
次に、ユーザからの入力を受け、信号処理部４０は、算出された酸素飽和度分布の一部の３次元領域を関心領域として設定する。関心領域としては、血液部分に対応する７９７ｎｍの初期音圧分布において強度が高い部分を設定している。設定された関心領域内で、酸素飽和度のヒストグラムを算出する。そして、算出されたヒストグラムより分散を算出する。この場合に求められる分散の値は、被検体の位置ずれの影響により高い値となる。
【０１０５】
次に、７９７ｎｍの吸収係数分布を基準として、７５６ｎｍの吸収係数分布内の関心領域を縦・横・高さ方向にそれぞれ１ボクセルずつ、最大８ボクセルまで平行移動する。また、それぞれのずらし方のパターンにおいて関心領域内の酸素飽和度分布と、酸素飽和度分布の分散を算出する。ずらし方のパターンはずらしを行わない状態も含めて（８＋１＋８）×（８＋１＋８）×（８＋１＋８）＝４，９１３通りある。
【０１０６】
上記方法で算出した４，９１３通りの分散値の中で最小の分散値をとる場合のずらし方を、座標シフトのベクトルとする。そして、信号処理部４０は、得られた座標シフトのベクトルを基に７５６ｎｍの吸収係数分布の座標シフトを行い、酸素飽和度分布を取得する。これにより、本実施例では、波長間の位置ずれ補正が行われた酸素飽和度分布を取得することができる。これによる効果は、超音波装置を用いることなく光音響装置で取得した初期音圧分布や吸収係数分布から、多波長間での相対的な位置のずれを補正し、酸素飽和度の算出精度を向上することである。
【０１０７】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態の光音響装置は、第１の実施形態の光音響装置と同様の装置構成を用いため、各構成の詳細説明は省略する。ただし、信号処理部４０における処理内容に第１の実施形態とは異なる部分があるため、以下では、第１の実施形態とは異なる部分に絞って説明する。
【０１０８】
本実施形態の光音響装置は、領域設定部１３が関心領域を自動で設定することを特徴とする。図２のステップにおいて、Ｓ１０２までは第１の実施形態と同様の処理を行う。そして、Ｓ１０３において、本実施形態では、まず領域設定部１３は、酸素飽和度分布内における血管部分のマスキングを行う。領域設定部１３は、一方の波長の吸収係数分布内において強度が所定値より低い位置に対応する酸素飽和度分布内における位置の強度を０とする。そして、領域設定部１３は、強度が所定値以上の領域のうち連続する少なくとも一部の領域を関心領域として設定する。これにより、領域設定部１３は、血管部分（つまり吸収係数分布における強度が高い部分）を関心領域として設定できる。なお、マスキングを行う際、吸収係数分布ではなく、初期音圧分布を用いてもよい。
【０１０９】
Ｓ１０４以降の処理は、第１の実施形態と同じである。本実施形態では、領域設定部１３が、吸収係数分布等の光吸収に基づく特性分布内の強度に基づいて自動で関心領域を設定するため、ユーザの手間が減り、より使い勝手の良い装置となる。
【０１１０】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態の光音響装置は、第１及び第２の実施形態の光音響装置と同様の装置構成を用いため、各構成の詳細説明は省略する。ただし、信号処理部４０における処理内容に第１及び第２の実施形態とは異なる部分があるため、以下では、異なる部分に絞って説明する。
【０１１１】
本実施形態の光音響装置は、領域設定部１３が、互いに位置が異なる複数の関心領域を設定することを特徴とする。まず、図２のステップにおいて、Ｓ１０２までは第１の実施形態と同様の処理を行う。そして、Ｓ１０３において、本実施形態では、まず領域設定部１３は、第２の実施形態と同様に酸素飽和度分布内における２値化を行う。なお、２値化の際、吸収係数分布ではなく、初期音圧分布を用いてもよい。
【０１１２】
ここで、酸素飽和度分布における血管部分に対応する領域が大きい場合、その領域内の各部分で位置ずれのベクトル（位置ずれ量や位置ずれ方向）が異なる可能性がある。よって本実施形態では、領域設定部１３は、２値化により得られる酸素飽和度分布内において、複数の関心領域を設定する。なお、各関心領域は血管部分に対応する領域内に含まれることが好ましい。各関心領域の大きさは、２次元であれば２０×２０の正方形や、３次元であれば２０×２０×２０ボクセルの立方体など、装置に予め設定されている大きさとなる。ユーザにより設定可能となっていてもよい。
【０１１３】
その後、複数の関心領域のそれぞれに対して、Ｓ１０４以降の処理を適用する。なお、夫々の関心領域において、吸収係数分布同士の相対的な座標シフトを行った際、ある関心領域内の吸収係数分布とその隣の関心領域内の吸収係数分布との間にギャップが生じることがある。これは、関心領域ごとにプローブ３０との位置ずれが異なる場合があるためである。この場合、領域設定部１３は、各関心領域間で重なり部分が生じるように、関心領域を設定することが好ましい。また、一つの関心領域においてＳ１０９まで終了した後、この関心領域と重なりやギャップが生じないように隣の関心領域を設定してもよい。つまり、関心領域の設定から位置ずれの決定までのフローを、関心領域を変更しながら繰り返してもよい。Ｓ１１０以降の処理は、第１及び第２の実施形態と同じである。
【０１１４】
以上のように、本実施形態では、領域設定部１３が、複数の関心領域を設定するため、より高精度な位置ずれ補正が可能となる。なお、上述の例では、領域設定部１３が自動で関心領域を設定したが、第１の実施形態のように、ユーザからの入力に基づいて領域設定部１３が複数の関心領域を設定してもよい。
【０１１５】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態の光音響装置を図１０に示す。第１、第２及び第３の実施形態の光音響装置と変形部１７の部分が異なっている。それ以外の部分では同様の装置構成を用いるため、同様な部分に関する詳細説明は省略する。ただし、信号処理部４０における処理内容にも第１、第２及び第３の実施形態とは異なる部分があるため、以下では、異なる部分に絞って説明する。
【０１１６】
本実施形態の光音響装置は、波長ごとに求めた複数の画像から画像間のずれを酸素飽和度の分散値が最小になるように拘束条件を設けてアフィン変換や非剛体変換を行うことで、精度よく変形位置合わせを行うことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０１１７】
第１の実施形態と同様に７５６ｎｍと７９７ｎｍの光に対して、被検体の吸収係数分布を作成する。これら２波長の吸収係数分布間で位置ずれ補正を行う。まず図１１のステップにおいて、Ｓ２０２までは第１の実施形態と同様の処理を行う。そして、Ｓ２０３において、本実施形態では酸素飽和度分布の領域全体での酸素飽和度の分散値を算出する。その際に酸素飽和度値は吸収係数分布の強度で重み付けをする。
【０１１８】
その後Ｓ２０４において、変形部１７が７５６ｎｍの吸収係数分布の変形を行う。変形の方法としては、輝度情報の類似性に基づく公知の方法を用いて行う。例えば、７５６ｎｍの吸収係数分布上にグリッド状の画素間の対応点を設定し、輝度情報の類似性を利用して７９７ｎｍの吸収係数分布上における対応点の位置を推定する。この処理には、例えば非特許文献２にあるＦＦＤ（Ｆｒｅｅ  Ｆｏｒｍ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）法を利用することができる。その際、変形位置合わせの評価方法としては、式７のコスト関数Ｅを最小にする条件付き最適化問題を解く必要がある。
【０１１９】
【数７】
0006498036.tif 000008
この式７で、右辺第一項目は正規化相互相関係数によるコスト関数であり、第二項目のｆ（Ｉ，Ｔ）は制約条件項あるいはペナルティー項と呼ばれるものである。第二項は、第一項の正規化相互相関コスト関数の解に制約条件を付与して、より適切な解に絞る項（正則化項）である。また、λは任意の定数であり、最小二乗項と制約条件項とのバランスを取るためのもので、経験的に決められる値である。ここで、Ｉ、Ｔはそれぞれ７５６ｎｍと７９７ｎｍの吸収係数分布の関心領域内部の分布である。また、正規化相互相関（ＺＮＣＣ：Ｚｅｒｏ−ｍｅａｎ  Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）は、以下の式８で与えられる。
【０１２０】
【数８】
0006498036.tif 000009
ここで、Ｌ、Ｍ、Ｎは算出した吸収係数分布の縦・横・高さ方向のボクセル数、Ｉ（ｉ，ｊ，ｋ）は７５６ｎｍの吸収係数分布の関心領域の分布、
【０１２１】
【数９】
0006498036.tif 000010
は７５６ｎｍの関心領域の分布の平均値、Ｔ（ｉ，ｊ，ｋ）は７９７ｎｍの吸収係数分布の関心領域の分布、
【０１２２】
【数１０】
0006498036.tif 000011
は７９７ｎｍの関心領域の分布の平均値である。これによりＩ、Ｔに対する正規化相互相関係数が算出できる。ここで変形手法としてＦＦＤを用いたが、その他放射基底関数（Ｒａｄｉｕｓ  Ｂａｓｉｓ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）など、公知の補間方法を用いて行ってよい。
【０１２３】
コスト関数として正規化相互相関係数を用いたが、画像の類似度を表す統計量であれば、ＳＳＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  ｓｑｕａｒｅｄ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）や相互情報量などでもよく、その際コスト関数の値が小さくなるほど画像同士が一致しているように統計量の換算を行ってもよい。コスト関数を計算する領域に関しては、吸収係数分布全域でもよいし、ユーザが特定領域を抽出したり、装置固有に領域を設定していても良い。ここでは算出した吸収係数分布の全域を関心領域と設定する。
【０１２４】
正則化項ｆ（Ｉ，Ｔ）として、酸素飽和度の分散値を用いた。この計算方法としては、７５６ｎｍの吸収係数分布Ｉと７９７ｎｍの吸収係数分布Ｔから式５に従い、酸素飽和度を算出し、酸素飽和度分布の分散を算出することで得られる。しかし、ここで算出した酸素飽和度分布には、血液の含まれていない生体組織部分も存在するため、吸収係数分布全領域に対応する酸素飽和度の分散値を算出した際、その値の精度が悪くなる可能性がある。その課題に対しては、血管に対応する部分を２値化して算出したり、酸素飽和度分布を吸収係数の強度で重み付けしたりすることで、血管部分に対応する酸素飽和度の分散値を算出することができる。ここでは、吸収係数の強度で酸素飽和度分布を重み付けした。またコスト関数Ｅとして式７を用いたが、酸素飽和度のばらつきが低下するように正則化項をつけられた式であれば、どのような形式をとってもよい。その際、酸素飽和度分布は０％以上１００％以内の範囲にあるものとし、分散値が最小になる変形位置合わせを行った際に算出した酸素飽和度の値が前記範囲内にない場合は変形位置合わせのエラーとする。よって、正則化項として算出した酸素飽和度分布が前記範囲にあるための項を追加してもよい。また、正則化項として体積変化を抑えるような項を追加することで、吸収係数分布が大きく変形しすぎないようにしてもよい。
【０１２５】
ここで７５６ｎｍの吸収係数分布をＦＦＤにより変形してゆき、Ｓ２０６で変形された７５６ｎｍの吸収係数分布と７９７ｎｍの吸収係数分布間でコスト関数を算出する。コスト関数が小さくなるように繰り返し７５６ｎｍの吸収係数分布を変形していき、Ｓ２０７あらかじめ定めた閾値未満の場合には、位置合わせが十分になされているものとして変形位置合わせを終了する。一方、コスト関数があらかじめ定めた閾値以上の場合には、位置合わせ処理を繰り返すことで、変形位置合わせを行う。また、この判断は、繰り返し処理を行った回数をカウントし、そのカウント値があらかじめ設定した回数以上になった場合に繰り返し処理を終了することで行ってもよい。この方法によれば、ある一定時間以内に一連の繰り返し計算が終了することが期待でき、システム全体の実時間性の確保ができるなどの効果がある。Ｓ２０９以降の処理は、第１、第２及び第３の実施形態と同じである。
【０１２６】
この実施形態では２波長の吸収係数分布を用いたが、２波長以上の複数波長で撮像する場合にも用いることができる。その場合は、２波長の吸収係数分布に対して上記手法で変形位置合わせを行った後、変形位置合わせを完了した吸収係数分布とその他の波長の吸収係数分布に変形位置合わせを行うことで、目的を達成できる。
【０１２７】
またこの実施形態において、吸収係数分布としてプローブを走査して各パルスの吸収係数分布を加算平均した吸収係数分布を用いることで、加算平均された吸収係数分布間での変形位置合わせを行うことも可能である。
【０１２８】
なお、複数の分布データに対して実施形態１、２、または３で説明した座標シフト処理と、本実施形態で説明した変形処理との両方を実行してもよい。すなわち、座標シフト処理および変形処理の少なくとも一方を実行することができる。
【０１２９】
これにより本実施形態では、酸素飽和度の分散を正則化項として用いることで、酸素飽和度の分散値が小さくなるように多波長の吸収係数分布間の位置ずれの補正を行っている。
【０１３０】
本実施形態の効果は、多波長の初期音圧分布や吸収係数分布において相対的なずれや変形が生じている場合、超音波装置を用いることなく、相対的なずれや変形を生体組織が持つ性質を踏まえて補正することができることである。これにより、ずれや変形の補正の際に平行移動のみでなく、より複雑なずれや変形に対して補正することができる。また、変形位置合わせの際に生体組織には起こりえないような変形を行うことがなく、酸素飽和度の算出精度において良好な結果が得られる。
【０１３１】
［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態について説明する。本実施形態の光音響装置を図１２に示す。第１、第２及び第３の実施形態の光音響装置と走査部２０の部分が異なっている。それ以外の部分では同様の装置構成を用いるため、同様な部分に関する詳細説明は省略する。また、信号処理部４０における処理内容にも第１〜第４の実施形態とは異なる部分があるため、以下では、異なる部分に絞って説明する。
【０１３２】
第５の実施形態では、プローブを走査させた際に呼吸や体動などによって生じる吸収係数分布のずれを吸収係数分布算出部において補正する。その後、生成した吸収係数分布に対してパルスの吸収係数分布波長間でのずれを酸素飽和度の分散値が最小になるように変形位置合わせを行って補正する方法を述べる。生成した７５６ｎｍの吸収係数分布は、全走査位置において各パルスに対応する吸収係数分布片が変形位置合わせされた状態になっている。この７５６ｎｍの吸収係数分布に対して７９７ｎｍの吸収係数分布片を変形位置合わせすることで、７５６ｎｍの吸収係数分布と７９７ｎｍの吸収係数分布をそれぞれ独立に生成するよりも、波長間で吸収係数値の違いが大きくなることはない。
【０１３３】
その７５６ｎｍの吸収係数分布に７９７ｎｍの吸収係数分布片を変形位置合わせする際に、酸素飽和度の分散値が小さくなるような拘束条件を設定する。
【０１３４】
走査部２０は、光源１やプローブ３０を走査する。光源１のみを走査してもよいし、プローブ３０のみを走査してもよいし、両方を独立に走査してもよいし、同時に走査してもよい。
【０１３５】
まず図１３のステップにおいて、Ｓ３０１において、７５６ｎｍ、７９７ｎｍ両方の波長のパルス光を被検体に照射し、音響波探触子でとある走査位置での音響波を取得しデジタル信号に変換する。他の走査位置でもその位置で照射したパルスによって発生する音響波を取得し、それぞれデジタル信号に変換する。それぞれのデジタル信号の画像再構成を行い、走査位置近傍でのそれぞれのパルスに対する吸収係数分布片を生成する。本実施形態では、各吸収係数分布片の生成をこのステップで一度に行っているが、片方の波長の吸収係数分布片に関してはＳ３０３からＳ３０９までの変形位置合わせのプロセスと平行して生成してもよい。次にＳ３０２では、プローブの走査速度により、７５６ｎｍの波長を照射して得られた各信号に対する各吸収係数分布片はそれぞれ重なる部分が存在し、それぞれの走査位置での吸収係数分布片を相加平均することで、一つの大きな吸収係数分布を生成できる。一つの大きな吸収係数分布を算出する際に、各吸収係数分布片の位置合わせを行ってもよい。ここで各パルスに対応する吸収係数分布片の大きさは、各パルスの照射光があたっている範囲が望ましい。なお、位置合わせを行いたい血管などの画像特徴が適切に変形位置合わせを行えるのであれば、照射光が当たっている範囲よりも小さい領域でも良いし、生成したい吸収係数分布全体の大きさであってもよい。この実施形態では各パルスの照射位置を中心として１辺４０ｍｍの立方体領域を吸収係数分布片の大きさとした。各吸収係数分布片として生成したい吸収係数分布全体の大きさを取る場合には、パルスの走査位置近傍の画像特徴のみを用いて変形位置合わせが行われるのがよい。
【０１３６】
位置合わせ方法としては、各吸収係数分布片の重なり部分でＦＦＤ法やＲＢＦ法など、どのような変形位置合わせ手法でもよい。評価関数としては正規化相互相関、相互情報量、またはＳＳＤなど、画像の類似度を表す統計量であればどのようなものでもよい。
【０１３７】
ここで正規化相互相関係数が最大になるように各吸収係数分布片の重なり部分を変形位置合わせし、重なる部分は相加平均などを行うことで吸収係数分布を生成する。このようにして一つの波長に対する吸収係数分布が生成できる。
【０１３８】
図１４において、７５６ｎｍの波長で各パルスによる吸収係数分布片を統合した吸収係数分布の外周５０と、レーザーの走査軌道５１、各パルスの照射位置５２と、各パルスの吸収係数分布片５３が描かれている。ここでは、２次元的な画像になっているが、紙面奥行方向に深さがあり、３次元の吸収係数分布片と吸収係数分布が生成される。各パルスの吸収係数分布片５３は、隣接するパルス間で重なりがあり、この重なっている部分同士で相関などの類似度を用いて変形位置合わせを行う。
【０１３９】
次に、Ｓ３０３からＳ３０９までのステップにおいて、生成した７５６ｎｍの統合した吸収係数分布に対して、７９７ｎｍの各走査位置での吸収係数分布片の酸素飽和度の分散値を用いた変形位置合わせを行う。酸素飽和度の分散値を用いた変形位置合わせは次の方法で行う。まず７５６ｎｍの統合した吸収係数分布と各パルスの照射位置を第１分布取得部４に保存しておく。次に７９７ｎｍのとあるパルスに対する吸収係数分布片とそのパルスの照射位置から、７５６ｎｍの統合した吸収係数分布内部で、前記７９７ｎｍのとあるパルスに対する吸収係数分布片と対応する領域を切り出す。その切り出した領域同士で、変形位置合わせを行う。
【０１４０】
変形位置合わせの際に、実施形態４と同様に式７を用いて酸素飽和度の分散値が最小となるようにする。ここで、血管に対応する部分を２値化して算出したり、酸素飽和度分布を吸収係数の強度で重み付けしたりすることで、血管部分に対応する酸素飽和度の分散値を算出することができる。ここでは、吸収係数の強度で酸素飽和度分布を重み付けした。またコスト関数Ｅとして式７を用いたが、酸素飽和度のばらつきが低下するように正則化項をつけられた式であれば、どのような形式をとってもよい。また正則化項として体積変化を抑えるような項を追加することで、吸収係数分布が大きく変形しすぎないようにしてもよい。
【０１４１】
ここでＳ３０７において、７９７ｎｍの吸収係数分布をＦＦＤにより変形してゆき、変形された７９７ｎｍの吸収係数分布片と７５６ｎｍの吸収係数分布間でコスト関数を算出する。Ｓ３０８において、コスト関数が小さくなるように繰り返し７５６ｎｍの吸収係数分布を変形していき、あらかじめ定めた閾値未満の場合には、位置合わせが十分になされているものとして変形位置合わせを終了する。一方、コスト関数があらかじめ定めた閾値以上の場合には、位置合わせ処理を繰り返すことで、変形位置合わせを行う。また、この判断は、繰り返し処理を行った回数をカウントし、そのカウント値があらかじめ設定した回数以上になった場合に繰り返し処理を終了することで行ってもよい。この方法によれば、ある一定時間以内に一連の繰り返し計算が終了することが期待でき、システム全体の実時間性の確保ができるなどの効果がある。
【０１４２】
Ｓ３０８で吸収係数分布片に関する変形位置合わせが終了した場合、変形位置合わせを行った７９７ｎｍの吸収係数分布片を、７９７ｎｍの吸収係数分布の一部として保持し、次の走査位置での吸収係数分布片でＳ３０３からＳ３０８までのステップを繰り返す。次の走査位置での７５６ｎｍの吸収係数分布に対する７９７ｎｍの吸収係数分布編の変形位置合わせが終了した場合、一つ前の走査位置で生成した７９７ｎｍの吸収係数分布に相加平均を行い、吸収係数分布片を統合する。
【０１４３】
Ｓ３０９までで生成したい走査数分変形位置合わせが終了した場合、７５６ｎｍの統合した吸収係数分布と７９７ｎｍの統合した吸収係数分布が生成できている状態である。よってＳ３１１において、得られた複数波長の吸収係数分布間で比較演算を行い、酸素飽和度分布の画像を生成する。Ｓ３１１以降の処理は、第１、第２、第３及び第４の実施形態と同じである。
【０１４４】
この実施形態では２波長の吸収係数分布を用いたが、実施形態４と同様に２波長以上の複数波長で撮像する場合にも用いることができる。その場合は、２波長の吸収係数分布に対して上記手法で変形位置合わせを行った後、変形位置合わせを完了した吸収係数分布とその他の波長の吸収係数分布に変形位置合わせを行うことで、目的を達成できる。
【０１４５】
この変形位置合わせを行うことで、変形が補正された７５６ｎｍの吸収係数分布に対して、７９７ｎｍの吸収係数分布を変形位置合わせすることができた。これにより、７５６ｎｍの波長での吸収係数分布片を位置合わせせずに足しあわせた吸収係数分布と、同様に７９７ｎｍの波長での吸収係数分布片を位置合わせせずに足しあわせた吸収係数分布同士で算出した酸素飽和度分布と比較し、波長内での吸収係数分布片間でのずれが補正される。また、波長間で対応する吸収係数分布値の位置のずれを低減することができ酸素飽和度の算出精度が向上する。
【０１４６】
本実施形態によれば、走査部を持つ光音響装置において、生成した多波長の初期音圧分布や吸収係数分布において相対的なずれや変形が生じている場合、超音波装置を用いることなく、相対的なずれや変形を生体組織が持つ性質を踏まえて補正することができる。これにより、走査を行う光音響装置で生成した初期音圧分布や吸収係数分布において、片方の波長の吸収係数分布算出精度が向上する。また、その吸収係数分布に対してもう片方の吸収係数分布片の合わせこみを行うため、ずれや変形の補正の際に平行移動のみでなく、より複雑なずれや変形に対して補正するだけでなく、パルス毎に生体組織が持つ性質を踏まえた補正を行うことができる。また、変形位置合わせの際に生体組織には起こりえないような変形を行うことがなく、酸素飽和度の算出精度において良好な結果が得られる。
【０１４７】
［その他の実施形態］
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【図１】
0006498036.tif 000012
【図２】
0006498036.tif 000013
【図３】
0006498036.tif 000014
【図４】
0006498036.tif 000015
【図５】
0006498036.tif 000016
【図６】
0006498036.tif 000017
【図７】
0006498036.tif 000018
【図８】
0006498036.tif 000019
【図９】
0006498036.tif 000020
【図１０】
0006498036.tif 000021
【図１１】
0006498036.tif 000022
【図１２】
0006498036.tif 000023
【図１３】
0006498036.tif 000024
【図１４】
0006498036.tif 000025