(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する被検体情報取得装置であって、
第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体表面における照射光分布について、当該第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された照射光分布である規格化照射光分布を算出し、
前記規格化照射光分布を用いて、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、
前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、
前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得する処理手段を有する
ことを特徴とする、被検体情報取得装置。
【請求項２】
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する被検体情報取得装置であって、
第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、
前記光量分布について、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、
前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、
前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得する処理手段と、を有する
ことを特徴とする、被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記被検体にパルス光を照射する照射手段と、
前記照射手段からのパルス光が照射された前記被検体から発生した音響波を検出して検出信号としての電気信号を出力する音響波検出手段と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記照射手段から射出され、前記被検体に照射される前のパルス光の総光強度を測定する光強度測定手段を有し、
前記処理手段は、前記規格化光量分布と、前記光強度測定手段により測定された前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度と、を用いて、前記被検体内の光量分布を算出する
ことを特徴とする、請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記処理手段は、前記電気信号に基づいて初期音圧分布を取得し、前記初期音圧分布から前記光量分布を除算する演算を行うことにより、前記被検体の特性情報を取得する
ことを特徴とする、請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記光強度測定手段は、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の一部を測定し、
前記処理手段は、前記光強度測定手段の測定の結果に基づいて、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を推定する
ことを特徴とする、請求項４または５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記照射手段から照射されるパルス光の一部を分岐させ、前記光強度測定手段に導光することにより、前記光強度測定手段によって前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の一部を測定することを可能とする光学部材をさらに有する
ことを特徴とする、請求項６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記照射手段を走査させる走査機構をさらに有し、
前記照射手段は、前記走査機構によって走査されることにより、前記被検体に対するパルス光の照射位置を変えながら前記被検体にパルス光を複数回照射する
ことを特徴とする、請求項３から７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記処理手段は、前記被検体の形状に基づいて、前記規格化光量分布を補正し、
補正された前記規格化光量分布に、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出する
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記処理手段は、前記規格化光量分布の形状を前記被検体の形状に対応させるように、前記規格化光量分布の座標を補正することにより、補正された前記規格化光量分布を取得する
ことを特徴とする、請求項９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記処理手段は、前記規格化光量分布の形状を前記被検体の形状に対応させるように、前記規格化光量分布をアフィン変換することにより、前記規格化光量分布を補正する
ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記被検体の形状を計測する計測部を有し、
前記処理手段は、前記計測部により計測された前記被検体の形状に基づいて、前記規格化光量分布を補正する
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
前記第２のタイミングは、前記第１のタイミングよりも後のタイミングである
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１４】
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する処理方法であって、
第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体表面における照射光分布について、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された照射光分布である規格化照射光分布を算出し、
前記規格化照射光分布を用いて、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、
前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、
前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得する
ことを特徴とする、処理方法。
【請求項１５】
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する処理方法であって、
第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、
前記光量分布について、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、
前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、
前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得する
ことを特徴とする処理方法。
【請求項１６】
前記被検体の形状に基づいて、前記規格化光量分布を補正し、
補正された前記規格化光量分布に、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出する
ことを特徴とする、請求項１４または１５に記載の処理方法。
【請求項１７】
前記規格化光量分布の形状を前記被検体の形状に対応させるように、前記規格化光量分布の座標を補正することにより、補正された前記規格化光量分布を取得する
ことを特徴とする請求項１６に記載の処理方法。
【請求項１８】
前記規格化光量分布の形状を前記被検体の形状に対応させるように、前記規格化光量分布をアフィン変換することにより、前記規格化光量分布を補正する
ことを特徴とする請求項１６に記載の処理方法。
【請求項１９】
前記第２のタイミングは、前記第１のタイミングよりも後のタイミングである
ことを特徴とする請求項１４から１８のいずれか１項に記載の処理方法。
【請求項２０】
請求項１４または１９のいずれか１項に記載の処理方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光イメージング技術の一つとして、近年、光音響トモグラフィ（PAT：PhotoAcoustic Tomography）が提案されている。
パルスレーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。ＰＡＴでは、発生した光音響波を探触子で検出し、検出信号を数学的に解析することにより、被検体内の光学特性、特に、光エネルギー吸収密度の分布を画像化することができる。
【０００３】
被検体内で発生した音響波の初期音圧を算出するための主な手法として、バックプロジェクション法がある。 被検体内にある光吸収体から発生する音響波の初期音圧Ｐ０は、
式（１）で表すことができる。
Ｐ０＝Γ・μａ・Φ  ・・・式（１）
ここで、Γはグルナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速ｃの二乗の積を定圧比熱ＣＰで割ったものである。Γは被検体が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られている。また、μａは吸収体の光吸収係数、Φは被検体内の局所領域における光量（吸収体に照射された光量で、光フルエンス[J/m2 or J/m3]とも言う）である。
【０００４】
特許文献１には、被検体内を伝搬してきた音響波の音圧Ｐの時間変化を音響波検出器で測定し、その測定結果から初期音圧分布を算出する技術が開示されている。算出された初期音圧分布をグルナイゼン係数Γで除することにより、μａとΦの積、つまり光エネルギーの吸収密度を得ることができる。
また、グルナイゼン係数は被検体によってほぼ一定であるため、初期音圧Ｐ０の分布から、光吸収係数μａの分布を得るためには、被検体内の光量分布を求めることが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８８６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、被検体内の光吸収係数分布を正確に求めるためには、被検体内における光量分布を正確に求める必要がある。このとき、パルス光を照射するごとに光量分布を求める必要があるため、計算コストが増大する。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光音響効果を利用した被検体情報取得装置における計算コストを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る被検体情報取得装置は、
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する被検体情報取得装置であって、第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体表面における照射光分布について、当該第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された照射光分布である規格化照射光分布を算出し、前記規格化照射光分布を用いて、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得する処理手段を有することを特徴とする。
また、本発明の別形態に係る被検体情報取得装置は、
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する被検体情報取得装置であって、第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、前記光量分布について、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得する処理手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る処理方法は、
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する処理方法であって、第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体表面における照射光分布について、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された照射光分布である規格化照射光分布を算出し、前記規格化照射光分布を用いて、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得することを特徴とする。
また、本発明の別形態に係る処理方法は、
被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する処理方法であって、第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、前記光量分布について、前記第１のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を、単位光強度を基準として規格化することにより、規格化された光量分布である規格化光量分布を算出し、前記規格化光量分布に、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の総光強度を乗算することにより、前記第２のタイミングに前記被検体に照射されたパルス光の前記被検体内の光量分布を算出し、前記光量分布と、前記第２のタイミングに前記被検体にパルス光が照射されることにより前記被検体から発生した音響波の検出信号とを用いて、前記被検体の特性情報を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光音響効果を利用した被検体情報取得装置において、計算コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図。
【図２】光照射部および音響波検出部の、被検体に対する位置関係を説明する図。
【図３】第一の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図。
【図４】第二の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図。
【図５】第二の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図。
【図６】第三の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図。
【図７】光照射部および音響波検出部の、被検体に対する位置関係を説明する図。
【図８】第四の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図。
【図９】光照射部および音響波検出部の、被検体に対する位置関係を説明する図。
【図１０】規格化光量分布の補正方法を説明する図。
【図１１】第四の実施形態に係る光音響測定装置の処理フローチャート図。
【図１２】第四の実施形態の変形例を説明する図。
【図１３】総和平均照射光分布を用いた光量分布算出を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、実施形態の説明で用いる数値、材質、形状、配置等は、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り、発明の範囲を限定するものではない。
まず、第一の実施形態にて、発明を実施するための最低限の構成について述べ、次いで、第二〜第四の実施形態にて、具体的な装置についてのバリエーションを挙げる。
【００１３】
（第一の実施形態）
第一の実施形態に係る被検体情報取得装置は、パルス光を被検体に照射し、当該パルス光に起因して被検体内で発生した光音響波を検出および解析することで、被検体内の特性情報を可視化、すなわち画像化する装置である。本明細書において、特性情報とは、被検体内における光吸収係数に関連する情報であり、例えば、光吸収係数の分布、光吸収エネルギー密度分布、複数の波長で得られた光吸収係数から得られる分光情報（酸素飽和度など）などである。
本実施形態に係る被検体情報取得装置を、光音響測定装置と称する。
【００１４】
<システム構成>
図１を参照しながら、本実施形態に係る光音響測定装置１の構成を説明する。本実施形態に係る光音響測定装置１は、光照射部１０、音響波検出部２０、信号処理部３０を有し
ている。また、信号処理部３０は、光量分布計算領域決定部３１、規格化光量分布取得部３２、被検体情報算出部３３を含んでいる。なお、符号２は、被検体である生体の一部であり、符号３は、被検体内にある光吸収体である。
以下、本実施形態に係る光音響測定装置を構成する各手段を説明しながら、測定の方法について概要を説明する。
【００１５】
<<光照射部１０>>
光照射部１０は、パルス光を発生させ、被検体に照射する手段であり、光源と、照射光学系（いずれも不図示）からなる。
光源は、大出力を得るためレーザ光源であってもよいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。
出力が強く連続的に波長を変えられる、Ｎｄ：ＹＡＧ励起のＴｉ:ｓａレーザや、アレ
キサンドライトレーザを用いてもよい。また、異なる波長の単波長レーザを複数有していてもよい。
照射のタイミング、波形、強度等は不図示の光源制御部によって制御される。この光源制御部は、光源と一体化されていても良い。
また、パルス光の波長は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、被検体内部まで光が伝搬する波長であってもよい。具体的には、被検体が生体である場合、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であてもよい。
また、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なければならない。被検体が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は１０ナノ秒以上、５０ナノ秒以下であってもよい。なお、光源から発生するパルス光を以下、照射光と称する。
【００１６】
照射光学系は、光源から射出されたパルス光を被検体に照射する手段である。照射光学系は、典型的には、光を反射するミラーや光を拡大するレンズ、光を拡散させる拡散板などの光学部材を用いて、照射光を所望の照射光分布形状に加工しながら被検体に導くが、光ファイバなどの導波路などを用いて伝搬させることも可能である。このような光学部品は、光源から発せられた照射光を被検体２に所望の形状で照射できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が被検体への安全性ならびに診断領域を広げられるという観点で好ましい。また、照射光を照射する位置を変えるために、照射光学系に走査機構を設けるようにしてもよい。
【００１７】
<<音響波検出部２０>>
音響波検出部２０は、被検体内部で発生した音響波を検出し、電気信号（光音響波信号）に変換する手段である。音響波検出部は、単に探触子あるいは音響波検出器、トランスデューサとも呼ばれる。なお、本発明における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。
生体から発生する音響波は、１００ＫＨｚから１００ＭＨｚの超音波であるため、音響波検出部２０には、上記の周波数帯を検出できる超音波検出器を用いる。具体的には、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなどを用いることができる。また、音響波検出部２０は、感度が高く、周波数帯域が広いものであってもよい。
また、音響波検出部２０は、複数の検出素子が一次元、或いは二次元に配置され、走査機構によって移動可能なものであってもよい。多次元配列素子を用いると、同時に複数の場所で音響波を検出することができるため、測定時間を短縮することができ、被検体の振動などの影響を低減することができる。また、音響レンズでフォーカスされた単一素子を用いてもよい。
【００１８】
また、音響波検出部２０は、得られた電気信号を増幅し、デジタル信号に変換する手段を有している。具体的には、増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡチップなどを有している。
なお、得られる検出信号が複数である場合は、同時に複数の信号を処理できてもよい。これにより、画像を形成するまでの時間を短縮することができる。
また、被検体に対して同じ位置で検出した音響波信号を積算し、一つの信号にしてもよい。積算の方法は、信号同士を足し合わせるものであってもよいし、平均を取るものであってもよい。また、信号にそれぞれ重みを付けて足しあわせるものであってもよい。
なお、本明細書における「検出信号」とは、音響波検出部から出力されるアナログ信号も、その後Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号も含む概念である。
【００１９】
<<信号処理部３０>>
信号処理部３０は、デジタル変換された信号を処理し、被検体内部の光学特性を表す画像を再構成する手段である。再構成の手法としては、フーリエ変換法、ユニバーサルバックプロジェクション法（ＵＢＰ法）やフィルタードバックプロジェクション法などがあるが、どのような手法を用いてもよい。生成された画像は、不図示の表示装置によって利用者に提示される。
また、信号処理部３０は、光量分布計算領域決定部３１と、規格化光量分布取得部３２と、被検体情報算出部３３とを含んでいる。それぞれの具体的な動作については後述する。
【００２０】
なお、信号処理部３０は、ＣＰＵと主記憶装置、および補助記憶装置を有する、独立したコンピュータであってもよいし、専用に設計されたハードウェアであってもよい。
信号処理部３０には、典型的にはワークステーションなどが用いられ、ソフトウェアによって前述した処理が行われる。例えば、前述した光量分布計算領域決定部３１、規格化光量分布取得部３２、被検体情報算出部３３が、それぞれ対応するソフトウェアによって実行されてもよい。また、それぞれの手段を、別々のハードウェアとしてもよい。この場合、それぞれのハードウェアを総じて信号処理部３０と称する。
【００２１】
<被検体の測定方法>
次に、本実施形態に係る光音響測定装置によって、被検体である生体を測定する方法について説明する。
まず、光照射部１０から発せられた照射光を被検体に照射する。被検体の内部へ入った照射光は、被検体内（被検体が生体である場合、生体組織内）で拡散および吸収しながら減衰し、照射位置からの距離などに応じた光量分布を形成する。
また、生体内部を伝搬した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体に吸収されると、熱膨張により当該光吸収体から音響波が発生する。例えば、生体内にがんが存在する場合は、がんの新生血管において他の正常部の血液と同様に光が特異的に吸収され、音響波が発生する。
【００２２】
発生した音響波は、被検体内を伝播し、音響波検出部２０で検出され、アナログの電気信号に変換される。なお、本実施形態における音響波検出部２０は、音響波が発生した位置を特定できるように、フォーカス型の音響レンズを備えた音響波検出素子（不図示）を有している。
また、音響波検出部２０は、電気信号を増幅およびデジタル変換し、検出信号を信号処理部３０内のメモリ３４（記憶部）に格納する。
【００２３】
次に、信号処理部３０に格納された検出信号から、被検体内の光学特性を取得する処理の概要について説明する。
前述したように、被検体内における初期音圧は、光吸収体が有する光吸収係数と、到達した照射光の光量に比例する。すなわち、被検体内の光吸収係数の分布を求めるためには
、当該被検体内における照射光の光量分布を取得する必要がある。
【００２４】
まず、光量分布計算領域決定部３１が、被検体内に照射された照射光の分布を計算するための領域（以下、光量分布計算領域）を決定する。光量分布計算領域は、照射光のプロファイル、被検体の平均光学係数、被検体の形状、想定される光吸収体の吸収係数を用いて決定される。
次に、規格化光量分布取得部３２が、照射光のプロファイルと、被検体の平均光学係数を用いて、照射光の光量を規格化した場合における、被検体内部の光量分布（以下、規格化光量分布）を取得する。
最後に、被検体情報算出部３３が、実際に被検体に照射された照射光の光強度[J]と、
規格化光量分布と、検出信号を用いて、被検体内の光学特性分布を取得する。取得された光学特性分布は、画像データに変換され、表示装置（不図示）に出力される。
光量分布計算領域決定部３１、規格化光量分布取得部３２、被検体情報算出部３３が行う具体的な処理と、その効果については後述する。
【００２５】
<光学特性分布の取得方法>
次に、照射光を複数回照射した場合において、被検体内の光学特性分布を取得する、従来の方法について説明する。
本例では、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示したように、光照射部１０および音響波検出部２０を、被検体に対して相対的に走査させ、複数の位置で照射光の照射および音響波の取得を行うものとする。なお、ここでは、被検体２、光吸収体３Ａ〜３Ｃと、光照射部１０、音響波検出部２０の相対的位置関係を「状態」と称する。具体的には、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）で示した位置関係を、それぞれ状態１、状態２、状態３と称する。以下の説明において、各状態を区別する場合は、状態を表す数字を使用する。
【００２６】
ここで、光吸収体３Ａ，３Ｂ，３Ｃの位置を、それぞれｒＡ，ｒＢ，ｒＣとし、それぞれの吸収係数を、μｔ（ｒＡ），μｔ（ｒＢ），μｔ（ｒＣ）とおく。
また、状態１，状態２，状態３における実際の光量分布を、それぞれ、Φ１ｔ（ｒ），Φ２ｔ（ｒ），Φ３ｔ（ｒ）とおく。
また、状態１〜状態３における、実際の初期音圧分布をそれぞれＰ１ｔ（ｒ），Ｐ２ｔ（ｒ），Ｐ３ｔ（ｒ）とおく。なお、ｒは被検体内の位置座標である。
また、状態１〜状態３における検出信号を、それぞれＳ１（ｒ），Ｓ２（ｒ），Ｓ３（ｒ）とおく。検出信号は、音響波検出部が複数の探触子素子を持つ場合は、複数の検出信号から成る検出信号群となるが、ここでは、検出信号群も含めて、Ｓ１（ｒ），Ｓ２（ｒ），Ｓ３（ｒ）と記載する。
また、それぞれの検出信号から、ＵＢＰ法などを用いて再構成して得た初期音圧分布を、Ｐｉ１（ｒ），Ｐｉ２（ｒ），Ｐｉ３（ｒ）とし、すべての検出信号を用いて再構成した初期音圧分布を、Ｐｉ（ｒ）とおく。
【００２７】
この時、各光吸収体における初期音圧は、式（１）を用いると、下記の式（２）〜式（４）で表すことができる。なお、ここでは説明を簡単にするため、グルナイゼン係数Γを１、検出信号から得られる初期音圧をＲ（Ｓ（ｒ））とする。すなわち、Ｐｉ（ｒ）＝Ｒ（Ｓ（ｒ））である。
【００２８】
Ｐｉ（ｒＡ）＝｛Ｐ１ｉ（ｒＡ）＋Ｐ２ｉ（ｒＡ）＋Ｐ３ｉ（ｒＡ）｝／３
＝｛Ｒ（Ｓ１（ｒＡ））＋Ｒ（Ｓ２（ｒＡ））＋Ｒ（Ｓ３（ｒＡ））｝／３
＝Ｒ（Ｓ１（ｒＡ），Ｓ２（ｒＡ），Ｓ３（ｒＡ））  ・・・式（２）
Ｐｉ（ｒＢ）＝｛Ｐ１ｉ（ｒＢ）＋Ｐ２ｉ（ｒＢ）＋Ｐ３ｉ（ｒＢ）｝／３
＝｛Ｒ（Ｓ１（ｒＢ））＋Ｒ（Ｓ２（ｒＢ））＋Ｒ（Ｓ３（ｒＢ））｝／３
＝Ｒ（Ｓ１（ｒＢ），Ｓ２（ｒＢ），Ｓ３（ｒＢ））  ・・・式（３）
Ｐｉ（ｒＣ）＝｛Ｐ１ｉ（ｒＣ）＋Ｐ２ｉ（ｒＣ）＋Ｐ３ｉ（ｒＣ）｝／３
＝｛Ｒ（Ｓ１（ｒＣ））＋Ｒ（Ｓ２（ｒＣ））＋Ｒ（Ｓ３（ｒＣ））｝／３
＝Ｒ（Ｓ１（ｒＣ），Ｓ２（ｒＣ），Ｓ３（ｒＣ））  ・・・式（４）
【００２９】
ここで、それぞれの状態で算出された光量分布を、Φ１ｉ（ｒ），Φ２ｉ（ｒ），Φ３ｉ（ｒ）とおいて、式（１）および式（２）を用いて、光吸収体Ａの吸収係数μｉ（ｒＡ）を算出すると、式（５）のようになる。
μｉ（ｒＡ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒＡ），Ｓ２（ｒＡ），Ｓ３（ｒＡ））／｛（Φ１ｉ（ｒＡ）＋Φ２ｉ（ｒＡ）＋Φ３ｉ（ｒＡ））／３｝  ・・・式（５）
【００３０】
また、式（１）および式（３）を用いて、光吸収体Ｂの吸収係数μｉ（ｒＢ）を算出すると、式（６）のようになる。
μｉ（ｒＢ）＝Ｐ（ｒＢ）／｛（Φ１（ｒＢ）＋Φ２（ｒＢ）＋Φ３（ｒＢ））／３｝＝Ｒ（Ｓ１（ｒＢ），Ｓ２（ｒＢ），Ｓ３（ｒＢ））／｛（Φ１ｉ（ｒＢ）＋Φ２ｉ（ｒＢ）＋Φ３ｉ（ｒＢ））／３｝  ・・・式（６）
【００３１】
また、式（１）および式（４）を用いて、光吸収体Ｃの吸収係数μｉ（ｒＣ）を算出すると、式（７）のようになる。
μｉ（ｒＣ）＝３・Ｐ（ｒＣ）／｛Φ１（ｒＣ）＋Φ２（ｒＣ）＋Φ３（ｒＣ）｝＝３・Ｒ（Ｓ１（ｒＣ），Ｓ２（ｒＣ），Ｓ３（ｒＣ））／｛（Φ１ｉ（ｒＣ）＋Φ２ｉ（ｒＣ）＋Φ３ｉ（ｒＣ））／３｝  ・・・式（７）
ここでは、複数の照射をした際の初期音圧を算出する手法として、式（２）（３）（４）のように、各照射において算出した初期音圧を加算平均する手法を用いた。そのため、吸収係数を算出する式（５）（６）（７）における分母（光量）を照射回数で割っている。しかし、複数の照射をした際の初期音圧を算出する手法として、以下の式を用いてもよい。
Ｐ‘ｉ（ｒＡ）＝｛Ｐ１ｉ（ｒＡ）＋Ｐ２ｉ（ｒＡ）＋Ｐ３ｉ（ｒＡ）｝
＝｛Ｒ（Ｓ１（ｒＡ））＋Ｒ（Ｓ２（ｒＡ））＋Ｒ（Ｓ３（ｒＡ）））｝
＝Ｒ‘（Ｓ１（ｒＡ），Ｓ２（ｒＡ），Ｓ３（ｒＡ））
この場合、以下の式を用いて吸収係数を算出することができる。
μｉ（ｒＡ）＝Ｒ‘（Ｓ１（ｒＡ），Ｓ２（ｒＡ），Ｓ３（ｒＡ））／｛（Φ１ｉ（ｒＡ）＋Φ２ｉ（ｒＡ）＋Φ３ｉ（ｒＡ））｝
なお、本明細書に記載の全ての実施形態では、どちらの手法をも採用することができるが、簡単のため、ここでは積算平均の手法を用いて説明する。
【００３２】
光量分布Φｉ（ｒ）は、予め、被検体２の表面における照射光分布Ｏを測定し、照射光分布Ｏ（ｒ）をソースとして、拡散方程式や輸送方程式を、有限要素法や有限体積法、差分法などを使って計算することで求めることができる。
また、光量分布Φｉ（ｒ）は、拡散光伝搬の解析解や、光伝搬を、モンテカルロ法を用いて解くことで求めることもできる。光量を計算できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。そのため、光照射部１０は、最終的に算出する被検体情報の許容誤差を逸脱しない程度に、被検体２の表面位置における照射光分布Ｏ（ｒ）が同じになるようにパルス光を照射してもよい。
【００３３】
次に、実際の値を当てはめて説明する。ここでは、被検体が、縦５０ｍｍ、横１２０ｍｍ、奥行き１２０ｍｍの直方体であるものと仮定して説明を行う。また、被検体の平均吸収係数μａＭを０．００５／ｍｍ、平均等価散乱係数μｓ’Ｍを０．８５／ｍｍとおく。平均吸収係数は、被検体２の全領域で均一とした吸収係数であり、平均等価散乱係数は、被検体２の全領域で均一とした等価散乱係数である。
【００３４】
また、照射光は、被検体２の表面に、直径３０ｍｍの円形状で均一に照射されるものとし、その光強度は、状態１において１００ｍＪ、状態２において１２５ｍＪ、状態３において８０ｍＪであるものとする。また、光吸収体Ａ、光吸収体Ｂ、光吸収体Ｃは血管であるものとし、吸収係数μを１５０／ｍとする。
【００３５】
以上の値を用いた場合の、各吸収体位置における実際の光量は、それぞれ以下のようになる。
Φ１ｔ（ｒＡ）＝５０Ｊ／ｍ２，Φ１ｔ（ｒＢ）＝３Ｊ／ｍ２，Φ１ｔ（ｒＣ）＝０．００３Ｊ／ｍ２
Φ２ｔ（ｒＡ）＝０．０２Ｊ／ｍ２，Φ２ｔ（ｒＢ）＝５００Ｊ／ｍ２，Φ２ｔ（ｒＣ）＝０．０３Ｊ／ｍ２
Φ３ｔ（ｒＡ）＝０．０００７Ｊ／ｍ２，Φ３ｔ（ｒＢ）＝４Ｊ／ｍ２，Φ３ｔ（ｒＣ）＝２０Ｊ／ｍ２
【００３６】
また、各吸収体位置における実際の初期音圧は、それぞれ以下のようになる。
Ｐ１ｔ（ｒＡ）＝７５００Ｐａ，Ｐ１ｔ（ｒＢ）＝４５０Ｐａ，Ｐ１ｔ（ｒＣ）＝０．４５Ｐａ
Ｐ２ｔ（ｒＡ）＝３Ｐａ，Ｐ２ｔ（ｒＢ）＝７５０００Ｐａ，Ｐ２ｔ（ｒＣ）＝４．５Ｐａ
Ｐ３ｔ（ｒＡ）＝０．１０５Ｐａ，Ｐ３ｔ（ｒＢ）＝６００Ｐａ，Ｐ３ｔ（ｒＣ）＝３０００Ｐａ
【００３７】
以上に説明した実際の光量分布と、初期音圧分布を演算によって求める例を挙げる。光量分布は、被検体の平均吸収係数、平均散乱係数、被検体表面の照射光分布Ｏ、被検体の形状に基づいて、光の伝搬を計算することで得ることができる。また、初期音圧分布は、検出信号を再構成することで得ることができる。
【００３８】
ここでは、光量分布および初期音圧分布を正確に算出できるものとし、それぞれの値を以下のようにおく。
Φ１ｉ（ｒＡ）＝５０Ｊ／ｍ２，Φ１ｉ（ｒＢ）＝１．５Ｊ／ｍ２，Φ１ｉ（ｒＣ）＝０．００３Ｊ／ｍ２
Φ２ｉ（ｒＡ）＝０．０２Ｊ／ｍ２，Φ２ｉ（ｒＢ）＝５００Ｊ／ｍ２，Φ２ｉ（ｒＣ）＝０．０３Ｊ／ｍ２
Φ３ｉ（ｒＡ）＝０．０００７Ｊ／ｍ２，Φ３ｉ（ｒＢ）＝２Ｊ／ｍ２，Φ３ｉ（ｒＣ）＝２０Ｊ／ｍ２
【００３９】
Ｐ１ｉ（ｒＡ）＝７５００Ｐａ，Ｐ１ｉ（ｒＢ）＝２２５Ｐａ，Ｐ１ｉ（ｒＣ）＝０．４５Ｐａ
Ｐ２ｉ（ｒＡ）＝３Ｐａ，Ｐ２ｉ（ｒＢ）＝７５０００Ｐａ，Ｐ２ｉ（ｒＣ）＝３Ｐａ
Ｐ３ｉ（ｒＡ）＝０．１０５Ｐａ，Ｐ３ｉ（ｒＢ）＝３００Ｐａ，Ｐ３ｉ（ｒＣ）＝３０００Ｐａ
【００４０】
次に、各光吸収体の吸収係数を算出する。式（５），式（６），式（７）に対して、前述した値を適用すると、吸収係数は以下のようになる。
μ（ｒＡ）＝｛（７５００＋３＋０．１０５）／３｝／｛（５０＋０．０２＋０．００７）／３｝＝１５０／ｍ
μ（ｒＢ）＝｛（２２５＋７５０００＋３００）／３｝／｛（１．５＋５００＋２）／３｝＝１５０／ｍ
μ（ｒＣ）＝｛（０．４５＋４．５＋３０００）／３｝／｛（０．００３＋０．０３＋２０）／３｝＝１５０／ｍ
【００４１】
以上に説明した方法によって、被検体内における吸収係数（真値：１５０／ｍ）を算出することができる。
【００４２】
しかし、前述した方法では、各状態において、被検体２の一部のみに照射光が照射されている場合であっても、全領域（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×５０ｍｍ）に対する光量分布を算出する必要がある。例えば、解像度を１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍのボクセルとすると、１２０×１２０×５０＝７２０，０００個のボクセルについて演算を行う必要があり、膨大な計算コストがかかってしまう。つまり、第一の問題として、不必要な領域に対して演算が行われてしまうという問題がある。
【００４３】
また、前述したように、光量分布を、拡散方程式や輸送方程式などによって求めなければならないため、多大な計算コストがかかる。また、パルス光の照射回数が多くなると、比例して演算量も増大する。つまり、第二の問題として、光量分布を求めるための演算量がそもそも多いという問題がある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、下記の（１）と（２）で説明する構成を採用することによって、前述した二つの問題を解決する。
【００４５】
（１）光量分布計算領域を限定することによる演算量の削減
本実施形態では、到達する照射光が十分弱く、吸収係数の算出に大きく影響しない領域を省いた領域、すなわち、吸収係数の算出に大きく寄与する領域（光量分布計算領域）を設定し、光量分布を計算する。光量分布計算領域は、光量分布計算領域決定部３１によって決定される。
光量分布計算領域は、例えば、照射光が被検体に入射する際の表面における光量分布、被検体の形状、平均吸収係数や平均散乱係数から想定される光量分布などに基づいて決定することができる。また、探触子の指向性や感度などを用いた空間感度分布、または、予め実測された空間感度分布に基づいて決定してもよい。また、観察を所望する光吸収体の吸収係数と、その形状に基づいて決定してもよい。
【００４６】
例えば、観察を所望する光吸収体が、直径５００μｍの血管であり、波長７９７ｎｍにおける吸収係数μtargetが０．２／ｍｍ相当であるものとする。また、照射光の照射密度Φ０を、２００Ｊ／ｍ2とする。また、当該血管から、中心周波数３ＭＨｚの音響波が発
生した場合の、音響波検出部の１素子のＮＥＰ（Noise Equivalent Pressure）を、１Ｐ
ａとする。ここで、音響波検出部からの距離ｒｏｖが３５ｍｍであり、照射光が入射する表面からの距離ｒｖｄが３０ｍｍであるボクセルＨについて考えると、式（８）より、Φ（ｒｏｖ）＝０．６Ｊ／ｍ2となる。
Φ（ｒｏｖ）＝Φ０ｅｘｐ（−ｕeff・ｒｏｖ）／ｒｏｖ  ・・・式（８）
【００４７】
Φ（ｒｏｖ）は、照射光の入射位置から対象ボクセルまでの距離ｒｏｖにおける光量であり、Φ０は照射光の入射面（皮膚）における光量、ｕeffは光減衰係数である。被検体
が人の乳房である場合、ｕeffは０．０８／ｍｍ程度である。吸収係数が０．２／ｍｍで
ある光吸収体に、０．６Ｊ／ｍ2の光量が届いた場合に発生する音響波の初期音圧は、１
２０Ｐａとなる。このボクセルから音響波検出部までは、ｒｖｄ＝３５ｍｍの距離がある。一方、音響波は、１／√ｒｖｄの減衰率で減衰するため、音響波検出部には２０．２８Ｐａの音圧が届く。
【００４８】
ここで、対象のボクセルが、音響波検出部の正面方向に対して３０°の位置にあり、ボクセルＨから到来する音響波が、探触子の正面に対して３０°傾いて入射するものとする。周波数３ＭＨｚにおける、指向角３０°での音響波検出部の感度は、正面の１／２０で
あるため、２０．２８Ｐａの音圧を持つ音響波は、約１Ｐａの信号として検出される。一方、ＮＥＰは１Ｐａであるため、ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ比）は１となる。また、探触子が１０個の素子を持っており、ノイズがホワイトノイズである場合、ＳＮ比は１／（１／√１０）＝３．１６となる。
このように、式（９）より、あるボクセルにおけるＳＮ比が簡易的に求まる。
ＳＮ比＝（μtarget・Φ０・ｅｘｐ（−ｕeff・ｒｏｖ）／ｒｏｖ）／√ｒｖｄ・ＡＳ
（θ）／（ＮＥＰ（ｆ）／√Ｎ）  ・・・式（９）
ここで、ＡＳ(θ）は、音響波検出部の正面方向に対して、角度θで音響波が入射した
場合の、正面に対する検出感度である。また、Ｎは探触子の数または測定回数である。また、ＮＥＰ（ｆ）は、中心周波数ｆにおけるＮＥＰである。
【００４９】
観察を所望する光吸収体を、直径５００μｍ、吸収係数が０．２／ｍｍの血管とした場合に、３ＭＨｚにおけるＮＥＰが１Ｐａ、指向感度がｃｏｓθである探触子を利用し、ＳＮ比＝３を得たいとする。この場合、式（９）より、光量分布計算領域を、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさとすればよいことがわかる。
なお、光量分布計算領域以外の領域については、到達するパルス光の光量は０であるものとして扱う。
【００５０】
図２中の点線が、光量分布計算領域決定部３１が決定した光量分布計算領域である。ここで、このように光量分布計算領域を設定した場合における、演算結果の誤差について説明する。図２の光吸収体Ａ〜Ｃについて算出された光量は、それぞれ以下のようになる。なお、初期音圧は同一であるものとする。
Φ１ｉ（ｒＡ）＝５０Ｊ／ｍ２，Φ１ｉ（ｒＢ）＝３Ｊ／ｍ２，Φ１ｉ（ｒＣ）＝０Ｊ／ｍ２
Φ２ｉ（ｒＡ）＝０Ｊ／ｍ２，Φ２ｉ（ｒＢ）＝５００Ｊ／ｍ２，Φ２ｉ（ｒＣ）＝０Ｊ／ｍ２
Φ３ｉ（ｒＡ）＝０Ｊ／ｍ２，Φ３ｉ（ｒＢ）＝４Ｊ／ｍ２，Φ３ｉ（ｒＣ）＝２０Ｊ／ｍ２
【００５１】
次に、各光吸収体の吸収係数を算出する。式（５），式（６），式（７）に対して、前述した値を適用すると、吸収係数は以下のようになる。
μｉ（ｒＡ）＝｛（７５００＋３＋０．１０５）／３｝／｛（５０＋０＋０）／３｝＝１５０．０６２１／ｍ
μｉ（ｒＢ）＝｛（２２５＋７５０００＋３００）／３｝／｛（０＋５００＋０）／３｝＝１５１．０５／ｍ
μｉ（ｒＣ）＝｛（０．４５＋４．５＋３０００）／３｝／｛（０＋０＋２０）／３｝＝１５０．０２／ｍ
すなわち、真値１５０／ｍに対して、１％以下の誤差で吸収係数を算出することができることがわかる。
【００５２】
さらに、初期音圧分布の算出方法を工夫し、光量分布計算領域外の初期音圧を０として、各光吸収体の吸収係数を算出すると、以下のようになる。
μｉ（ｒＡ）＝｛（７５００＋０＋０）／３｝／｛（５０＋０＋０）／３｝＝１５０／ｍ
μｉ（ｒＢ）＝｛（０＋７５０００＋０）／３｝／｛（０＋５００＋０）／３｝＝１５０／ｍ
μｉ（ｒＣ）＝｛（０＋０＋３０００）／３｝／｛（０＋０＋２０）／３｝＝１５０／ｍ
【００５３】
以上に説明したように、本実施形態では、光量分布計算領域を設定することにより、７
２０，０００個ある演算対象ボクセルを、５０×５０×５０＝１２５，０００個に減らすことができる。すなわち、計算速度を、（７２００００／１２５０００）2≒３３倍に高
速化することができる。
【００５４】
なお、観察を所望する光吸収体の吸収係数や形状、探触子のＮＥＰや指向性は、装置のオペレータが入力部から入力してもよいし、予め装置に記憶されていてもよい。また、本例では、被検体内の光量分布と探触子の感度から、光量分布算出領域を決定したが、光量分布のみを用いてもよいし、探触子の感度のみを用いてもよい。
【００５５】
（２）規格化光量分布を用いることによる演算量の削減
一方、光量分布は、前述したように拡散方程式や輸送方程式などによって求めなければならないため、多大な計算コストがかかる。また、パルス光の照射回数が多くなると、比例して演算量も増大する。そこで、本実施形態では、規格化された光量分布を事前に用意しておき、パルス光の出力を乗算することで、各照射における光量分布を算出する。
【００５６】
具体的には、まず、照射光のプロファイルに基づいて、照射光分布Ｏの総光強度を１ｍＪに規格化した照射光分布Ｏ’（以降、規格化照射光分布）を算出する。そして、規格化照射光分布と被検体の光学係数（例えば、平均吸収係数と平均散乱係数）とに基づいて、光量分布計算領域における、規格化された光量分布（以下、規格化光量分布）ΦＮ（ｒｒ）を算出する。ここでｒｒは、規格化光量分布に対応する座標系における、光の照射領域に対する相対座標である。
算出は、規格化光量分布取得部３２によって、測定開始時（例えば、最初のパルス光照射時）に行われ、算出された規格化光量分布が測定中において繰り返し利用される。規格化光量分布は、使用する照射光と、測定対象の被検体が同じである限り、同じデータとなる。すなわち、規格化光量分布を用いることで、パルス光を照射するごとに一から光量分布を演算せずとも、被検体内の光量分布を得ることができる。
【００５７】
ここで、状態１〜３における、光吸収体Ａ〜Ｃの位置に対応する規格化光量は、以下のように表すことができる。
Φ１Ｎ（ｒＡ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＡ，ＳＰ１））＝０．５Ｊ／ｍ２，Φ１Ｎ（ｒＢ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＢ，ＳＰ１））＝０．０３Ｊ／ｍ２，Φ１Ｎ（ｒＣ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＣ，ＳＰ１））＝０Ｊ／ｍ２
Φ２Ｎ（ｒＡ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＡ，ＳＰ２））＝０Ｊ／ｍ２，Φ２Ｎ（ｒＢ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＢ，ＳＰ２））＝５Ｊ／ｍ２，Φ２Ｎ（ｒＣ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＣ，ＳＰ２））＝０Ｊ／ｍ２
Φ３Ｎ（ｒＡ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＡ，ＳＰ３））＝０Ｊ／ｍ２，Φ３Ｎ（ｒＢ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＢ，ＳＰ３））＝０．０５Ｊ／ｍ２，Φ３Ｎ（ｒＣ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒＣ，ＳＰ３））＝０．２５Ｊ／ｍ２
となる。ここで、ΦＮは規格化光量分布であり、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、照射領域の位置座標である。ＦＳは、吸収体の絶対座標ｒＡ、ｒＢ、ｒＣと、光の照射領域の位置座標ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を、規格化光量分布の座標系に変換する関数である。すなわち、関数ＦＳは、規格化光量分布に対応する座標系ｒｒにおける規格化光量値を、照射領域に対応する座標系における規格化光量値に変換するための関数である。
【００５８】
ここで得られた規格化光量に、実際の照射光の総光強度を乗算することで、被検体内における光量分布を得ることができる。本実施形態では、被検体情報算出部３３が、規格化光量分布ΦＮ（ｒｒ）に照射光の光強度Ｅを乗算し、得られた光量分布と、検出信号を用いて吸収係数を算出する。なお、照射光の光強度Ｅは、光照射部１０から出射したパルス光の光強度を測定することで取得してもよいし、光源から取得した情報に基づいて推定してもよい。
各状態における照射光の光強度をＥ１，Ｅ２，Ｅ３とすると、吸収係数は、以下のように算出することができる。
【００５９】
μｉ（ｒＡ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒＡ），Ｓ２（ｒＡ），Ｓ３（ｒＡ））／｛（Φ１Ｎ（ｒＡ）×Ｅ１＋Φ２Ｎ（ｒＡ）×Ｅ２＋Φ３Ｎ（ｒＡ）×Ｅ３）／３｝  ・・・式（１０）
μｉ（ｒＢ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒＢ），Ｓ２（ｒＢ），Ｓ３（ｒＢ））／｛（Φ１Ｎ（ｒＢ）×Ｅ１＋Φ２ｉ（ｒＢ）×Ｅ２＋Φ３ｉ（ｒＢ）×Ｅ３）／３｝  ・・・式（１１）
μｉ（ｒＣ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒＣ），Ｓ２（ｒＣ），Ｓ３（ｒＣ））／｛（Φ１Ｎ（ｒＣ）×Ｅ１＋Φ２ｉ（ｒＣ）×Ｅ２＋Φ３ｉ（ｒＣ）×Ｅ３）／３｝  ・・・式（１２）
【００６０】
なお、式（１０）、式（１１）、式（１２）では、照射光の光強度Ｅを規格化光量に乗算したが、式（１３）、式（１４）、式（１５）のように、検出信号から照射光の光強度Ｅを除算しても、演算後に同じ結果が得られる。
μｉ（ｒＡ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒＡ）／Ｅ１，Ｓ２（ｒＡ）／Ｅ２，Ｓ３（ｒＡ）／Ｅ３）／｛（Φ１Ｎ（ｒＡ）＋Φ２Ｎ（ｒＡ）＋Φ３Ｎ（ｒＡ））／３｝  ・・・式（１３）
μｉ（ｒＢ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒＢ）／Ｅ１，Ｓ２（ｒＢ）／Ｅ２，Ｓ３（ｒＢ）／Ｅ３）／｛（Φ１Ｎ（ｒＢ）＋Φ２ｉ（ｒＢ）＋Φ３ｉ（ｒＢ））／３｝  ・・・式（１４）
μｉ（ｒＣ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒＣ）／Ｅ１，Ｓ２（ｒＣ）／Ｅ２，Ｓ３（ｒＣ）／Ｅ３）／｛（Φ１Ｎ（ｒＣ）＋Φ２ｉ（ｒＣ）＋Φ３ｉ（ｒＣ））／３｝  ・・・式（１５）
【００６１】
次に、前述した値を当てはめて、各光吸収体の吸収係数を算出する。式（１０）、式（１１）、式（１２）に対して、前述した値を適用すると、吸収係数は以下のようになる。
μｉ（ｒＡ）＝｛（７５００＋３＋０．１０５）／３｝／｛（０．５×１００＋０×１２５＋０×８０）／３｝＝１５０．０６２１／ｍ
μｉ（ｒＢ）＝｛（２２５＋７５０００＋３００）／３｝／｛（０×１００＋４×１２５＋０×８０）／３｝＝１５１．０５／ｍ
μｉ（ｒＣ）＝｛（０．４５＋４．５＋３０００）／３｝／｛（０×１００＋０×１２５＋０．２５×８０）／３｝＝１５０．０２／ｍ
すなわち、真値１５０／ｍに対して、１％以下の誤差で算出することが可能であることがわかる。
【００６２】
さらに、初期音圧分布の算出方法を工夫し、光量分布計算領域外の初期音圧を０として、各光吸収体の吸収係数を算出すると、以下のようになる。
μｉ（ｒＡ）＝｛（７５００＋０＋０）／３｝／｛（０．５×１００＋０×１２５＋０×８０）／３｝＝１５０／ｍ
μｉ（ｒＢ）＝｛（０＋７５０００＋０）／３｝／｛０×１００＋４×１２５＋０×８０）／３｝＝１５０／ｍ
μｉ（ｒＣ）＝｛（０＋０＋３０００）／３｝／｛（０×１００＋０×１２５＋０．２５×８０）／３｝＝１５０／ｍ
【００６３】
以上に説明したように、本実施形態では、予め算出された規格化光量分布を用いて光量分布を算出することで、照射光の照射ごとに、高コストな方法で光量分布を計算する必要がなくなる。例えば、図２の例では、状態１、状態２、状態３の３状態において、それぞれ光量分布を計算する必要がなくなるため、光量分布の計算速度を約３倍に向上させることができる。なお、本例では３つの状態を例示したが、状態が増えれば増えるほど、計算時間を短縮することができる。
なお、本実施形態では、照射光のプロファイルが各パルス光において一定であることを仮定したうえで、規格化光量分布を算出する例を説明した。なお、照射光のプロファイルに加えて照射光の総光強度も各パルス光において一定であると仮定した場合、従来技術のように、算出された光量分布そのものを規格化光量分布として取得してもよい。すなわち
、規格化光量分布取得部３２が、照射光のプロファイルと被検体の光学係数とに基づいて光量分布を算出し、算出された光量分布を規格化光量分布としてメモリ３４に記憶してもよい。この場合、被検体情報算出部３３が、規格化光量分布を、各パルス光が被検体に照射された際の光量分布として扱ってもよい。
また、各パルス光の照射位置が異なる場合、図２に示すように、照射位置に対して光量分布が相対的に変化するため、被検体内部での光量分布Φ（ｒ）は被検体内部の各位置ｒと照射領域の位置座標ＳＰを規格化光量分布ΦＮ（Ｒ）の座標系に変換する関数ＦＳ（ｒ，ＳＰ）を用いて、光量分布Φ（ｒ）＝ΦＮ（ＦＳ（ｒ，ＳＰ））と算出できる。
【００６４】
<処理フローチャート>
以上に説明した処理を実現するための処理フローチャートを説明する。図３は、本実施形態に係る光音響測定装置が実行する処理のフローチャート図である。
【００６５】
まず、ステップＳ１０で、光照射部１０から被検体にパルス光（照射光）を照射する。
次に、ステップＳ２０で、音響波検出部２０で、被検体から発生した音響波を検出し、電気信号に変換して、信号処理部３０が有するメモリ３４に格納する。なお、照射光の照射が複数回行われる場合、パルス光の照射と信号取得（ステップＳ１およびＳ２）が繰り返し実行される。そのため、照射光の照射と、音響波検出のタイミングは同期している必要がある。
【００６６】
次に、ステップＳ３０で、光量分布計算領域決定部３１が、光量分布を計算する対象の領域（光量分布計算領域）を決定する。当該ステップでは、前述したように、照射光が被検体に入射する際の、被検体表面での分布、被検体の形状、被検体の平均吸収係数、平均散乱係数に基づいて、照射光量が十分強いと判定された領域を決定し、光量分布計算領域とする。なお、光量分布計算領域は、探触子の指向性や帯域感度などから得られる空間感度分布に基づいて設定してもよいし、観察を所望する光吸収体の吸収係数や大きさから、ＳＮ比を算出し、当該ＳＮ比と閾値との比較結果に基づいて設定してもよい。
【００６７】
次に、ステップＳ４０で、規格化光量分布取得部３２が、規格化された照射光の分布（規格化照射光分布Ｏ’）と、被検体の平均吸収係数、平均散乱係数に基づいて、光量分布計算領域における規格化光量分布を算出する。
次に、ステップＳ５０で、被検体情報算出部３３が、被検体情報を算出する。具体的には、ステップＳ４０で算出された規格化光量分布に、照射光の総光強度を乗算し、光量分布を取得する。そして、検出信号に、任意の再構成手法を適用して初期音圧分布を取得し、式（１）に基づいて吸収係数分布を取得する。なお、本例では吸収係数分布を取得したが、異なる波長に対応する吸収係数分布をそれぞれ取得することで、任意の成分の濃度分布（例えば酸素飽和度など）を算出してもよい。
算出された吸収係数分布は、不図示の表示装置を通して、装置のオペレータに提示される。
【００６８】
なお、本実施形態では、測定開始時に、規格化照射光分布および規格化光量分布を算出し、以降の測定において利用したが、予め照射光や被検体の特性がわかっている場合、規格化照射光分布や規格化光量分布を予め記憶しておき、用いるようにしてもよい。また、異なる照射光や被検体に対応する、複数の規格化照射光分布や規格化光量分布を予め記憶しておき、選択して用いるようにしてもよい。
規格化照射光分布は、被検体に照射光が入射する位置における照射光の2次元プロファ
イルを、カメラなどを用いて予め測定し、２次元プロファイルのピクセルの総和が１になるように規格化することで取得する。また、規格化照射光分布から拡散方程式や輸送方程式を用いて規格化光量分布を算出する。
【００６９】
また、規格化光量分布の算出においては、拡散方程式や輸送方程式を用いて光量分布を算出し、得られた結果を規格化してもよい。例えば、初回のパルス光照射において、従来の方法で光量分布を取得し、当該光量分布を規格化したうえで保持し、２回目以降の照射において利用するようにしてもよい。すなわち、規格化光量分布を求めるために照射されたパルス光以外のパルス光に由来する信号に基づいて、被検体の特性情報を取得してもよい。
規格化された光量分布を用いて被検体内の光量分布を算出することができれば、どのような方法を用いてもよい。
なお、規格化照射光分布と照射光強度の積から算出した、各照射における照射光分布を足し合わせたデータである総和平均照射光分布を使って総和平均光量分布を算出してもよい。その手法について図１３を用いて説明する。
図１３（Ａ）は、規格化照射光分布ＩＬＤ＿Ｎ（ｒｒ）を示す図である。図２に示すように、状態１、状態２、状態３の３か所で測定する場合、図１３（Ｂ）で示したような、照射３回分の照射光分布の総和平均ＩＬＤは下記の式のように表わされる。
ＩＬＤ（ｒ）＝（ＩＬＤ＿Ｎ（ＦＳ（ｒ，ＳＰ１））ｘＥ1＋ＩＬＤ＿Ｎ（ＦＳ（ｒ，
ＳＰ２）ｘＥ２＋ＩＬＤ＿Ｎ（ＦＳ（ｒ，ＳＰ３））ｘＥ３）／３
このようにして求めた総和平均照射光分布ＩＬＤ（ｒ）から、拡散方程式や輸送方程式を用いて、光量分布Φ（ｒ）を算出することができる（図１３（Ｃ））。  
【００７０】
（第二の実施形態）
第二の実施形態に係る光音響測定装置は、二枚の保持板を用いて被検者の乳房を圧迫保持し、当該乳房中の酸素飽和度の分布を画像化する装置である。
図４は、第二の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。なお、第一の実施形態で述べた構成と同一の構成については、同一の参照符号を付し、説明は省略する。
【００７１】
第二の実施形態に係る光音響測定装置は、光照射部１０として、光源１１、導波路１２、照射光学系１３、第一の走査機構１４を有している。
光源１１は、Ｎｄ：ＹＡＧ励起のＴｉ：ｓａレーザであり、３０ナノ秒のパルス幅を持つパルス光を１０Ｈｚで照射できる。なお、光源１１は、出射するパルス光の波長を、７５６ｎｍと７９７ｎｍの二種類に切り替えることができる。
導波路１２は、光バンドルファイバであり、光源１１から出射したパルス光を照射光学系１３へ導光する手段である。
照射光学系１３は、照射光を被検体に照射する手段である。具体的には、拡大レンズと拡散板で構成され、導波路１２から出射したパルス光を、所定の照射密度で被検体２に照射できるようになっている。
第一の走査機構１４は、パルスモータを用いて、レールに沿って照射光学系１３を水平に移動させるための走査機構である。レールは、第一の保持板１４に対して平行に設置されており、照射光学系１３を、図の上下方向と奥行き方向の二次元方向に移動させることができる。  
なお、第一の走査機構には、照射光学系１３の位置を検出するための機構（例えば、照射光を検出する光検出器）が備わっており、検出した位置を、信号処理部３０へ送信する。また、光源１１から出射される照射光のエネルギーについての情報も、信号処理部３０へ送信される。これにより、１パルスあたりの総光強度を算出することができる。
【００７２】
本実施形態では、被検体を、平行平板である第一の保持板４１および第二の保持板４２によって、挟み込む形で保持する。これにより、保持板に接している位置の被検体表面の形状が保持板の形状に規定される。第一の保持板４１および第二の保持板４２は、光と音響波の両方に対する透過性を有するポリメチルペンテンを材料とする。
また、第一の保持板４１または第二の保持板４２は、互いの間隔が変わるように移動可
能に構成されている。なお、移動する保持板は、どちらか片方であってもよいし、両方であってもよい。また、第一の保持板４１と第二の保持板４２の間隔は、計算処理部４へ送信され、被検体の形状情報として利用される。
【００７３】
また、第二の実施形態に係る光音響測定装置は、音響波検出部２０として、探触子２１、信号変換部２２、第二の走査機構２３を有している。
探触子２１は、１×１ｍｍサイズの、中心周波数２ＭＨｚの帯域１００％のｃＭｕｔ素子を２０×３０個並べた二次元アレイ探触子である。探触子２１と第二の保持板４２との間は、音響インピーダンスの整合をとるため、ひまし油で満たされている。
信号変換部２２は、探触子２１が取得した検出信号を増幅し、電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する手段である。変換された信号は、信号処理部３０へ送信される。
第二の走査機構２３は、パルスモータを用いて、レールに沿って探触子２１を水平に移動させるための走査機構である。レールは、第二の保持板４２に対して平行に設置されており、探触子２１を、図の上下方向と奥行き方向の二次元方向に移動させることができる。また、第二の走査機構２３は、第一の走査機構１４と連動している。すなわち、照射光が被検体に当たる位置の裏側に探触子２１が来るように制御される。
【００７４】
本実施形態における信号処理部３０は、第一の実施形態と同様に、光量分布計算領域決定部３１、規格化光量分布取得部３２、被検体情報算出部３３を有している。本実施形態では、信号処理部３０は、ワークステーションであり、光量分布計算領域決定部３１、規格化光量分布取得部３２、被検体情報算出部３３は、当該ワークステーションで動作するプログラムである。
【００７５】
第二の実施形態では、信号処理部３０が、光源１１から、出射する照射光のエネルギーについての情報を取得し、被検体に照射されるパルス光の総光強度に変換したうえで、これを、取得した規格化光量分布に乗算し、吸収係数の計算に用いる光量分布を取得する。
また、信号処理部３０は、被検体２の平均吸収係数、平均散乱係数を、入力部６０経由で取得し、規格化光量分布取得部３２が光量分布を計算する際に用いる。
さらに、信号処理部３０は、第一の保持板４１と第二の保持板４２との距離を取得し、二つの保持板の間にすべて被検体２があるものと仮定して、光量分布を取得する。
【００７６】
第一の実施形態では、一波長のみを用いて吸収係数分布を取得したが、第二の実施形態に係る信号処理部３０は、二つの波長を用いて、吸収係数分布をそれぞれ取得し、式（１６）を用いて、被検体内における酸素飽和度の分布を算出する。
ＳｔＯ＝（μｉ756（ｒ）×εＨｂＲ756−μｉ797（ｒ）×εＨｂＲ797）／（μｉ756
（ｒ）×（εＨｂＲ756−εＨｂＯ756）−μｉ797（ｒ）×（εＨｂＲ797−εＨｂＯ797
））  ・・・式（１６）
【００７７】
ここで、εＨｂＲ756は、還元ヘモグロビンの、波長７５６ｎｍにおける吸収係数であ
り、εＨｂＲ797は、還元ヘモグロビンの、波長７９７ｎｍにおける吸収係数である。ま
た、εＨｂＯ756は、酸化ヘモグロビンの波長７５６ｎｍにおける吸収係数であり、εＨ
ｂＯ797は、酸化ヘモグロビンの波長７９７ｎｍにおける吸収係数である。また、μｉ756（ｒ）は、波長７５６ｎｍのパルス光で測定して得られた吸収係数分布であり、μｉ797
（ｒ）は、波長７９７ｎｍのパルス光で測定して得られた吸収係数分布である。
【００７８】
第二の実施形態に係る信号処理部３０が行う処理のフローチャートを図５に示す。
図５のフローチャートは、ステップＳ１０の完了後に、被検体に対して照射されたパルス光の光量を取得するステップ（ステップＳ１５）が追加されるという点において、第一の実施形態（図３）と相違する。
ステップＳ１５では、光源への投入エネルギーと、予め与えられた係数（当該エネルギーを照射光の総光強度に変換するための係数）を用い、各位置における照射光の総光強度を算出する。算出された光強度は、ステップＳ５０において、規格化光量分布を、実際の光量分布に変換する際に用いられる。
また、第二の実施形態では、ステップＳ１０〜Ｓ５０の処理を波長ごとに実行し、得られた複数の吸収係数分布に基づいて、酸素飽和度を算出する。算出された酸素飽和度は、モニタ５０を通して、装置のオペレータに提示される。
【００７９】
第二の実施形態に係る光音響測定装置では、被検体の形状が保持板によって規定されており、照射光が、被検体の表面に対してほぼ同じパターンで照射される。すなわち、規格化照射光分布を予めひとつ求めておけば、全ての照射において利用することができる。
なお、平均吸収係数と平均散乱係数は、オペレータによって入力させてもよいし、予め測定した値を保持しておき、それを用いてもよい。
【００８０】
（第三の実施形態）
第三の実施形態に係る光音響測定装置は、乳房中の吸収係数分布を画像化する装置であって、探触子２１と照射光学系１３を一つの筐体８０内に格納し、被検体に押し付けて測定を行う、ハンドヘルド型の装置である。
図６は、第三の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。なお、第一の実施形態で述べた構成と同一の構成については、同一の参照符号を付し、説明は省略する。
【００８１】
第三の実施形態に係る光音響測定装置は、光照射部１０として、光源１１、導波路１２、照射光学系１３、パワーメータ１５を有している。
光源１１は、アレキサンドライトレーザであり、１００ナノ秒のパルス幅を持つパルス光を、波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で、２０Ｈｚで照射できる。
導波路１２は、光バンドルファイバであり、光源１１から出射したパルス光を、照射光学系１３に導光する手段である。また、光源から出射したパルス光の一部を分岐させ、パワーメータ１５に導光する手段である。
照射光学系１３は、照射光を被検体に照射する手段である。具体的には、拡大レンズと拡散板で構成され、導波路１２から出射されたパルス光を、所定の照射密度で被検体２に照射できるようになっている。
パワーメータ１５は、光源から出射したパルス光の一部の光強度を検出し、計測する手段（照射光強度取得手段）である。検出結果は、信号処理部３０へ送信される。
【００８２】
また、第三の実施形態に係る光音響測定装置は、音響波検出部２０として、探触子２１、信号変換部２２を有している。探触子２１は、図面奥行き方向に、１ｍｍのピエゾ素子を２０個並べ、音響レンズを追加した一次元アレイ探触子である。探触子２１は、素子の配列方向（図面奥行き方向）と、図面上下方向からなる、二次元面の信号のみを検出可能な構成となっている。
信号変換部２２は、探触子２１が取得した検出信号を増幅し、電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する手段である。変換された信号は、信号処理部３０へ送信される。
【００８３】
第三の実施形態においても、信号処理部３０は、光量分布計算領域決定部３１、規格化光量分布取得部３２、被検体情報算出部３３を有している。
【００８４】
本実施形態では、探触子２１が有する音響素子が一次元配列であるため、音響波を検出できるのは、探触子正面の領域（以下、被検体情報取得領域）のみである。そのため、当該被検体情報取得領域についてのみ光量分布を取得すれば、処理を行うことができる。
しかし、光量分布を計算する為には、照射光が被検体表面に照射される位置を含んだ領域を計算する必要がある。また、光量分布計算領域の境界における境界条件が、算出された光量に大きく影響を与える領域が、境界から数ｍｍ程度ある。そのため、本実施形態では、被検体情報取得領域よりも若干大きい領域を光量分布計算領域として設定する。具体的には、被検体情報取得領域より１０ｍｍ大きい領域を、光量分布計算領域とする。
【００８５】
本実施形態では、第二の実施形態と同様に、規格化光量分布取得部３２が、照射光の総光強度を規格化した場合の、光量分布計算領域における光量分布（規格化光量分布）を算出する。
【００８６】
次に、図６を参照して、本実施形態における被検体情報算出部３３が行う処理について説明する。本実施形態では、照射光学系１３および探触子２１の位置を変化させずに、パルス光を複数回照射する。
例えば、パルス光を３回照射する場合、各照射に対する状態を、状態１、状態２、状態３とすると、図７（Ａ）〜（Ｃ）のように、それぞれの位置関係は変わらない。
ここで、各状態における照射光の光強度をＥ１，Ｅ２，Ｅ３とすると、位置ｒにある光吸収体３の吸収係数の算出方法は、式（１０）より、以下のようになる。
μｉ（ｒ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒ），Ｓ２（ｒ），Ｓ３（ｒ））／｛（ΦＮ（ｒ）×Ｅ１＋ΦＮ（ｒ）×Ｅ２＋ΦＮ（ｒ）×Ｅ３）／３｝
または、式（１３）により、以下のようになる。
μｉ（ｒ）＝Ｒ（Ｓ１（ｒ）／Ｅ１，Ｓ２（ｒ）／Ｅ２，Ｓ３（ｒ）／Ｅ３）／｛（ΦＮ（ｒ）＋ΦＮ（ｒ）＋ΦＮ（ｒ））／３｝
【００８７】
なお、本実施形態における規格化光量分布取得部３２は、筐体が接した面から奥行き方向に被検体が無限に続くものと仮定して、規格化光量分布を算出する。また、被検体２の平均吸収係数、平均散乱係数は、人間の乳房の統計データの平均値を、予め記憶させておき、用いるものとする。
【００８８】
第三の実施形態に係る信号処理部３０が行う処理のフローチャートは、第二の実施形態（図５）と同様であるが、パワーメータ１５が取得したパルス光の光強度に基づいて、照射光の総光強度を算出するステップが追加されるという点において相違する。具体的には、ステップＳ１５にて、パワーメータ１５が取得したパルス光の光強度に、予め与えられた係数（計測した光強度を、照射光総光強度に変換するための係数）を乗算し、各位置における照射光の総光強度を算出する。算出された光強度は、ステップＳ５０において、規格化光量分布を、実際の光量分布に変換する際に用いられる。
また、ステップＳ３０の処理において、前述した方法によって光量計算領域を設定するという点において相違する。他のステップは、第二の実施形態で示したものと同様である。
なお、第三の実施形態では、第二の実施形態と同様に、最初に、規格化した照射光分布ＩＬＤ＿Ｎ（ｒｒ）と照射光強度を使って、総和平均照射光分布ＩＬＤ（ｒ）を算出してから、初期音圧Ｒ（Ｓ１（ｒ），Ｓ２（ｒ），Ｓ３（ｒ））を除するための光量を算出してもよい。
【００８９】
（第四の実施形態）
第四の実施形態に係る光音響測定装置は、乳房中の相対的なヘモグロビン濃度分布を画像化する装置であって、お椀状の形状をした探触子を用いて測定を行う装置である。
図８は、第四の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。なお、第一の実施形態で述べた構成と同一の構成については、同一の参照符号を付し、説明は省略する。
【００９０】
第四の実施形態に係る光音響測定装置は、光照射部１０として、光源１１、導波路１２、照射光学系１３、パワーメータ１５を有している。
光源１１は、アレキサンドライトレーザであり、１００ナノ秒のパルス幅を持つ、波長７９７ｎｍのパルス光を、２０Ｈｚで照射できる。
導波路１２は、レーザ光を空間伝播させるための、反射ミラー付きのアームであり、光源１１から出射したパルス光を、照射光学系１３に導光する手段である。また、光源から出射したパルス光の一部を分岐させ、パワーメータ１５に導光する手段である。
照射光学系１３は、照射光を被検体に照射する手段である。具体的には、拡大レンズと拡散板で構成され、導波路１２から出射されたパルス光を、所定の照射密度で被検体２に照射できるようになっている。
パワーメータ１５は、光源から出射したパルス光の一部の光強度を検出し、計測する手段である。検出結果は、信号処理部３０へ送信される。
【００９１】
また、第四の実施形態に係る光音響測定装置は、音響波検出部２０として、探触子２１、信号変換部２２を有している。
探触子２１は、半球状の形状をしたお椀型の保持部材の内側表面に、球の中心を向いたピエゾ素子を５１２個、フィボナッチ配列によって配列したものである。
信号変換部２２は、探触子２１が取得した検出信号を増幅し、電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する手段である。変換された信号は、信号処理部３０へ送信される。
【００９２】
第四の実施形態に係る光音響測定装置では、探触子２１と照射光学系１３が一体になっており、図８に示すように、お椀型探触子の底面から、球の中心側方向にパルス光を照射する構成となっている。また、探触子２１と照射光学系１３は水槽９１の中に配置されており、水槽９１内を水９２で満たすことで、被検体２との音響インピーダンスを整合させている。また、探触子２１および照射光学系１３は、第三の走査機構２４によって、被検体に対する相対的な位置を変更できるようになっている。
【００９３】
第四の実施形態では、照射光学系１３が被検体と密着していないため、被検体の照射面が変わると、被検体内の光量分布が変化してしまう。すなわち、前述した方法では、規格化光量分布を正しく算出することができない。
そこで、本実施形態では、被検体形状取得部２５によって、被検体の形状を計測し、計測結果を用いて、規格化光量分布を補正する。被検体形状取得部２５は、被検体の形状を取得することができれば、どのような手法を用いてもよい。例えば、複数の位置にカメラを設置して、被検体の投影形状から形状を算出してもよい。また、Time of Flightカメラを用いてもよいし、プロジェクタでパターンを投影し、カメラで撮像することによって形状を取得してもよい。この他にも、超音波を送受信して、被検体と水の音響インピーダンスの違いから形状を抽出してもよいし、光音響特性を使って、被検体表面の光の吸収により出る信号から形状を抽出してもよい。
取得した形状を用いて、規格化光量分布を補正する方法については後述する。
【００９４】
第四の実施形態においても、信号処理部３０は、光量分布計算領域決定部３１、規格化光量分布取得部３２、被検体情報算出部３３を有している。また、被検体の形状に応じて、規格化光量分布を補正するための光量分布補正部３５を有している。
【００９５】
まず、光量分布計算領域決定部３１が、光量分布計算領域とは別に、被検体領域を決定する。被検体領域とは、被検体形状全体が入るように直方体形状で囲われた領域である。被検体領域は、なるべく被検体で満たされるように、また、照射光が垂直に入射できるような面を持っていてもよい。本実施形態では、図面横方向をＸ軸、奥行き方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とした場合に、Ｘ軸方向に２４ｍｍ、Ｙ軸方向に２４ｍｍ、Ｚ軸方向に１０
ｍｍの直方体の領域を被検体領域とした。
【００９６】
また、光量分布計算領域決定部３１は、第二の実施形態と同様の方法で光量分布計算領域を決定する。本実施形態では、光量分布計算領域を、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさとする。また、規格化光量分布取得部３２が、規格化光量分布を、第二の実施形態と同様の方法で算出する。
【００９７】
前述したように、本実施形態では、探触子および照射光学系が、被検体に対して密着していないため、照射光が被検体に入射する際の被検体表面の形状が、照射ごとに変わってしまう。すなわち、前述した方法では、規格化光量分布を正確に算出することができない。
そこで、本実施形態では、生成した規格化光量分布を、被検体の形状に基づいて補正し、補正後の規格化光量分布を用いて、被検体内の光量分布を推定する。
【００９８】
図９は、探触子２１および照射光学系１３が、被検体に対して、異なる位置にある場合を示した図である。ここでは、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）で示した位置関係を、それぞれ、状態１、状態２、状態３とする。
本実施形態では、光量分布補正部３５が、光量分布算出領域において求めた規格化光量分布を、被検体の形状に基づいて補正（変形）させる。すなわち、光量分布補正部３５が、規格化光量分布の座標が被検体の外形の座標に対応するように、規格化光量分布の座標を補正する。
【００９９】
まず、図１０（Ａ）に示したように、規格化光量分布をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行に切った１ｍｍの立法メッシュによって分割する。次に、図１０（Ｂ），図１０（Ｃ），図１０（Ｄ）で示したように、１ｍｍの立法メッシュで分割した規格化光量分布を、Ｚ方向へ１ｍｍ単位でスライドさせ、状態ごとに、被検体の形状に合わせる。この時、スライドによって光量分布計算領域からはみ出した部分（符号１００１Ａ、１００１Ｂ、１００１Ｃ）は削除し、スライドによって値が無くなった部分（符号１００２Ａ、１００２Ｂ、１００２Ｃ）には、規格化光量分布の最大値を入れる。
このような処理を行うと、図１０（Ｅ），図１０（Ｆ），図１０（Ｇ）のように、補正後の規格化光量分布が得られる。
そして、被検体情報算出部３３は、第二の実施形態における規格化光量分布の代わりに、補正後の規格化光量分布を用いて、第二の実施形態と同様の方法で、被検体内の吸収係数を算出する。
【０１００】
第四の実施形態に係る信号処理部３０が行う処理のフローチャートは、第二の実施形態（図５）と同様であるが、被検体の形状を測定するステップが追加されるという点において相違する。具体的には、ステップＳ２５にて、前述した方法によって、パルス光が照射される面の形状を測定する。なお、被検体の形状測定は、被検体の形状や位置が前回の測定から変わった場合にのみ行う。
また、光量分布計算領域に存在する被検体の形状に合わせて、規格化光量分布を補正するステップ（ステップＳ４５）が追加されるという点において相違する。補正の方法は、例えば前述したように、照射光の照射方向から被検体奥行き方向に向かって、各メッシュに対応する値をずらす方法を用いることができる。この他にも、アフィン変換などを使って補正を行ってもよい。光量分布計算領域からはみ出した値は削除してもよい。また、値がなくなったメッシュには、規格化光量分布の最大値を代入してもよい。
他のステップは、第二の実施形態で示したものと同様である。
【０１０１】
なお、被検体を挿入する部分に、被検体の形状を規定するための部材を設けてもよい。例えば、図１２に示したカップ９３のように、測定中に被検体を押し付けて保持するため
の保持部材を設ける。これにより、照射面の形状が、予め定められた形状となるため、被検体の形状測定を省略することができる。なお、保持部材の形状は、被検体形状取得部２５に予め記憶させてもよい。
【０１０２】
また、保持部材の形状が予め定まっている場合、規格化光量分布の補正を毎回実行する必要はない。例えば、使用する保持部材ごとに補正済みの規格化光量分布を記憶しておき、対応するものを用いるようにしてもよい。
また、第四の実施形態では、第一の実施形態と同様に、最初に、規格化した照射光分布ＩＬＤ＿Ｎ（ｒｒ）と照射光強度を使って、総和平均照射光分布ＩＬＤ（ｒ）を算出してから、初期音圧Ｒ（Ｓ１（ｒ），Ｓ２（ｒ），Ｓ３（ｒ））を除するための光量を算出し、図１０のように形状に沿わせてもよい。
【０１０３】
（変形例）
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば、本発明は、前述した手段の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置として実施することもできる。また、当該被検体情報取得装置が行う処理方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
【０１０４】
本発明は、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ（又はＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイス）によっても実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によって実行することもできる。この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体（つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体）から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含む）、上記方法、上記プログラム（プログラムコード、プログラムプロダクトを含む）、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０・・・光照射部、２０・・・音響波検出部、３０・・・信号処理部
【図１】
0006532351.tif 000002
【図２】
0006532351.tif 000003
【図３】
0006532351.tif 000004
【図４】
0006532351.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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