(57)【要約】【課題】血管等の細かく立体的に入り組んだ組織を容易に観察可能で、アーチファクトが低減された光音響画像を生成できる光音響画像生成方法および装置を得る。【解決手段】光源から被写体に向けて光を出射し、この光を受けて被写体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を得、この光音響信号に基づいて被写体を画像化する光音響画像生成装置（１０）において、光の出射方向と被写体の表面とがなす角度を変えて生成された、被写体の複数の断面に関する光音響信号から、被写体中で不連続に現れる成分を示している信号を除去する手段（５１）と、この除去処理後の複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体の３次元画像を構築する手段（５２）とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から被写体に向けて光を出射し、前記光を受けて被写体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を得、該光音響信号に基づいて前記被写体を画像化する光音響画像生成方法において、
被写体の表面と前記光の出射方向とがなす角度を変えて、被写体の複数の断面に関する光音響画像を生成し、
前記複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体中で不連続に現れる成分を示している信号を除去し、
前記除去処理後の前記複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、前記被写体の３次元画像を生成することを特徴とする光音響画像生成方法。
【請求項２】
前記光の出射および光音響波の検出を、被写体の一つの断面毎に行うプローブを用い、
前記プローブの向きを変化させることにより、前記角度を変える請求項１に記載の光音響画像生成方法。
【請求項３】
前記プローブの光出射側の表面を前記被写体の表面に接触させておき、
前記プローブを、前記一つの断面に含まれて前記被写体の表面に沿って延びる軸の周りに揺動させることにより、前記角度を変える請求項２に記載の光音響画像生成方法。
【請求項４】
前記プローブに角度センサを取り付けておき、該角度センサによって前記角度を検出し、検出した前記角度に基づいて前記被写体を示す３次元画像を作成する請求項２または３に記載の光音響画像生成方法。
【請求項５】
光源から被写体に向けて光を出射し、前記光を受けて被写体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を得、該光音響信号に基づいて前記被写体を画像化する光音響画像生成装置において、
被写体の表面と前記光の出射方向とがなす角度を変えて生成された、被写体の複数の断面に関する光音響信号から、被写体中で不連続に現れる成分を示している信号を除去する手段と、
前記除去処理後の前記複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、前記被写体の３次元画像を構築する手段とを有することを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項６】
被写体の表面と前記光の出射方向とがなす角度を変えるように、被写体に対する前記光源の向きを変化させる光源角度変更手段を有する請求項５に記載の光音響画像生成装置。
【請求項７】
前記光の出射および光音響波の検出を、被写体の一つの断面毎に行うプローブを有し、
前記光源角度変更手段が、前記プローブの向きを変化させるものである請求項５または６に記載の光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記光源角度変更手段が、光出射側の表面が前記被写体の表面に接触する状態とされた前記プローブを、前記一つの断面に含まれて前記被写体の表面に沿って延びる軸の周りに揺動させるものである請求項７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記プローブに、前記角度を検出する角度センサが取り付けられており、検出した前記角度に基づいて前記被写体を示す３次元画像を作成する請求項７または８に記載の光音響画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響画像生成方法すなわち、被写体に向けて光を出射し、光を受けた被写体の部分から発生する音響波に基づいて被写体を画像化する方法、特に被写体を３次元画像化する方法に関するものである。【０００２】
また本発明は、そのような光音響画像生成方法を実施する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１、２に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波を発生する。そこで、この音響波（光音響波）を超音波プローブなどの検出手段で検出し、それにより得られた電気的信号（光音響信号）に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。【０００４】
この光音響画像化装置は、特定の吸光体から放射される光音響波のみに基づいて画像を構築するようにしているので、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化するのに好適となっている。また特許文献３には、２次元の複数の光音響画像を担持する画像データから３次元光音響画像を構築、表示することも提案されている。特に血管等の細かく立体的に入り組んだ組織は、２次元の光音響画像上では観察し難くなっているが、３次元光音響画像においてはそのような組織も観察しやすく表示される。【０００５】
ところで、従来の光音響画像化装置においては、被写体に向けて出射させた光が被写体内の観察対象組織等で多重反射したり、観察対象以外の組織等で反射したりすることがあり、それらの反射光を受けた被写体内の部位から生じた光音響波が、本来検出すべき観察対象組織が発する光音響波から遅れて検出されることにより、光音響画像にアーチファクトが発生するという問題が認められている。【０００６】
または、被写体内の部位から生じた光音響波が、骨と組織の境界や、プローブ表面で反射されたものが、さらに被写体内の部位（発生した部位と同じとは限らない場所）で反射し、多重反射となり、光音響画像にアーチファクトが発生するという問題が認められている。【０００７】
特許文献４には、観察対象部位を示している２次元光音響画像と、上記のようなアーチファクトによる２次元光音響画像とを判別して、それらの画像を１つの画像表示装置に並べて、あるいは互いに時間差を置いて表示することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１７７６７号公報
【特許文献３】特開２０１２−２３１８７９号公報
【特許文献４】特開２０１３−１８８３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献４に示されるように、アーチファクトの無い２次元光音響画像を表示しても、その２次元光音響画像においては、血管等の細かく立体的に入り組んだ組織が観察し難いという問題がそのまま残されることになる。【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、アーチファクトが低減され、そして血管等の細かく立体的に入り組んだ組織も容易に観察可能な光音響画像を生成できる方法を提供することを目的とする。【００１１】
さらに本発明は、そのような光音響画像生成方法を実施することができる光音響画像化装置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】
本発明による光音響画像生成方法は、
光源から被写体に向けて光を出射し、この光を受けて被写体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を得、この光音響信号に基づいて被写体を画像化する光音響画像生成方法において、
被写体の表面と上記光の出射方向とがなす角度を変えて、被写体の複数の断面に関する光音響画像を生成し、
上記複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体中で不連続に現れる成分を示している信号を除去し、
この除去処理後の複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体の３次元画像を生成することを特徴とするものである。【００１３】
この本発明による光音響画像生成方法においては、上記光の出射および光音響波の検出を、被写体の一つの断面毎に行うプローブを用い、このプローブの向きを変化させることにより上記角度を変えることが望ましい。【００１４】
また本発明の光音響画像生成方法においては、プローブの光出射側の表面を被写体の表面に接触させておき、プローブを、上記一つの断面に含まれて被写体の表面に沿って延びる軸の周りに揺動させることにより、上述した角度を変えることが望ましい。【００１５】
そのようにして上記角度を変える場合は、プローブに角度センサを取り付けておき、この角度センサによって角度を検出することが望ましい。【００１６】
他方、本発明による光音響画像生成装置は、
光源から被写体に向けて光を出射し、この光を受けて被写体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を得、この光音響信号に基づいて被写体を画像化する光音響画像生成装置において、
被写体の表面と光の出射方向とがなす角度を変えて生成された、被写体の複数の断面に関する光音響信号から、被写体中で不連続に現れる成分を示している信号を除去する手段と、
この除去処理後の複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体の３次元画像を構築する手段とを有することを特徴とするものである。【００１７】
なお、本発明の光音響画像生成装置においては、被写体の表面と光の出射方向とがなす角度を変えるように、被写体に対する光源の向きを変化させる光源角度変更手段が設けられていることが望ましい。【００１８】
また、本発明の光音響画像生成装置においては、上記光の出射および光音響波の検出を、被写体の一つの断面毎に行うプローブが設けられ、そして上記光源角度変更手段が、プローブの向きを変化させるものであることが望ましい。【００１９】
上記の光源角度変更手段は、光出射側の表面が被写体の表面に接触する状態とされたプローブを、上記一つの断面に含まれて被写体の表面に沿って延びる軸の周りに揺動させるものであることが望ましい。【００２０】
光源角度変更手段が上述のような構成のものである場合は、プローブに、上記角度を検出する角度センサが取り付けられていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光音響画像生成方法によれば、複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体中で不連続に現れる成分を示している信号を除去し、この除去処理後の複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体の３次元画像を生成するようにしたので、アーチファクトが低減あるいは無い状態とされ、そして血管等の細かく立体的に入り組んだ組織も容易に観察可能な３次元光音響画像を生成可能となる。【００２２】
他方、本発明の光音響画像生成装置は、
光源から被写体に向けて光を出射し、この光を受けて被写体から発せられた光音響波を検出して光音響信号を得、この光音響信号に基づいて被写体を画像化する光音響画像生成装置において、
被写体の表面と光の出射方向とがなす角度を変えて生成された、被写体の複数の断面に関する光音響信号から、被写体中で不連続に現れる成分を示している信号を除去する手段と、
この除去処理後の複数の断面をそれぞれ示す光音響信号から、被写体の３次元画像を構築する手段とを有するので、上に説明した本発明の光音響画像生成方法を実施できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１の装置においてなされる３次元画像生成処理を示すフローチャート
【図３】図１の装置においてなされる被写体撮影の様子を示す概略図
【図４】図１の装置においてなされる画像削除を説明する模式図
【図５】本発明の方法によって生成される３次元画像の一例を示す概略図
【図６】本発明外の方法によって生成される３次元画像の一例を示す概略図
【図７】本発明の別の実施形態に係る光音響画像化装置の一部を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光音響画像生成装置１０の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像生成装置１０は、光音響画像と超音波画像の双方を生成可能とされたもので、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、および画像表示手段１４を備えている。
【００２５】
上記レーザユニット１３としては、例えば中心波長７５６ｎｍのレーザ光を発するものが適用されている。レーザユニット１３からは、被検体に向けてパルスレーザ光（以下、単にレーザ光という）が出射される。このレーザ光は、図１中ではその経路を概略的に示してあるが、例えば複数の光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１の部分から被検体に向けて出射させるのが望ましい。以下では、このようにして光出射を行うものとして説明する。
【００２６】
プローブ１１は、被写体としての被検体に対する超音波の出力（送信）、および被検体から反射して戻って来る反射超音波の検出（受信）を行う。そのためにプローブ１１は、例えば１次元に配列された複数の超音波振動子を有する。またプローブ１１は、被検体内の観察部位がレーザユニット１３からのレーザ光を吸収することで生じた光音響波を、複数の超音波振動子によって検出する。プローブ１１は、上記光音響波を検出して光音響波検出信号を出力し、また上記反射超音波（反射音響波）を検出して超音波検出信号を出力する。
【００２７】
なお、このプローブ１１に上述した導光手段が結合される場合は、その導光手段の端部つまり複数の光ファイバの先端部等が、上記複数の超音波振動子の並び方向に沿って配置され、そこから被検体に向けてレーザ光が出射する。以下では、このように導光手段がプローブ１１に結合される場合を例に取って説明する。
【００２８】
被検体の光音響画像あるいは超音波画像（反射音響波画像）を生成する際、プローブ１１は複数の超音波振動子が並ぶ１次元方向に対してほぼ直角な方向に移動され、あるいはプローブ１１が後述のように揺動され、それにより被検体がレーザ光および超音波によって２次元走査される。この走査は、検査者が手操作でプローブ１１を動かして行ってもよいし、あるいは、走査機構を用いてより精密な２次元走査を実現するようにしてもよい。
【００２９】
なおプローブ１１には、上記揺動がなされる際のプローブ１１の角度を検出する角度センサ１５が取り付けられている。このプローブ１１の角度については、後に詳しく説明する。
【００３０】
また、上述のような超音波に代えて、可聴域の周波数を持つ音響波を用い、その反射音響波による画像を生成するようにしてもよい。
【００３１】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、データ分離手段２４、光音響画像生成手段２５、および超音波画像生成手段２６を有している。光音響画像生成手段２５の出力は、後述する画像合成手段５０を経由して、例えばＣＲＴや液晶表示装置等からなる画像表示手段１４に入力される。さらに超音波ユニット１２は、送信制御回路３０、超音波ユニット１２内の各部等の動作を制御する制御手段３１、画像合成手段５０、および画像削除手段５１を有している。
【００３２】
上記受信回路２１は、プローブ１１が出力した光音響波検出信号および超音波検出信号を受信する。ＡＤ変換手段２２はサンプリング手段であり、受信回路２１が受信した光音響波検出信号および超音波検出信号をサンプリングして、それぞれデジタル信号である光音響データおよび超音波データに変換する。このサンプリングは、ＡＤクロック信号に同期して、予め定められたサンプリング周期でなされる。なお受信回路２１は、ＡＤ変換手段２２を含むような形態として構成されてもよい。
【００３３】
レーザユニット１３は、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザや、ＹＡＧレーザの第２高調波励起によるＯＰＯ（光パラメトリック発振）レーザや、アレキサンドライトレーザ等からなるＱスイッチパルスレーザなどから構成されている。このレーザユニット１３には、前記制御手段３１から、光出射を指示するレーザ発振トリガ信号が入力される。レーザユニット１３はこのレーザ発振トリガ信号を受けると、波長７５６ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。なおレーザユニット１３は、その他の例えば半導体レーザ等から構成されてもよい。
【００３４】
また制御手段３１は、送信制御回路３０に、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を入力する。送信制御回路３０はこの超音波トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。制御手段３１は、先に前記レーザ発振トリガ信号を出力し、その後、超音波トリガ信号を出力する。レーザ発振トリガ信号が出力されることで被検体に向けたレーザ光の出射、および光音響波の検出が行われ、その後、超音波トリガ信号が出力されることで被検体に対する超音波の送信、および反射超音波の検出が行われる。
【００３５】
制御手段３１はさらに、ＡＤ変換手段２２に対して、サンプリング開始を指示するサンプリングトリガ信号を出力する。このサンプリングトリガ信号は、前記レーザ発振トリガ信号が出力された後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前、より好ましくは被検体に向けて実際にレーザ光が出射するタイミングで出力される。そのためにサンプリングトリガ信号は、例えば制御手段３１がレーザ発振トリガ信号を出力するタイミングに同期して出力される。ＡＤ変換手段２２は上記サンプリングトリガ信号を受けると、プローブ１１が出力して受信回路２１が受信した光音響波検出信号のサンプリングを開始する。
【００３６】
制御手段３１は、レーザ発振トリガ信号を出力した後、光音響波の検出を終了するタイミングで超音波トリガ信号を出力する。このとき、ＡＤ変換手段２２は光音響波検出信号のサンプリングを中断せず、サンプリングを継続して実施する。言い換えれば、制御手段３１は、ＡＤ変換手段２２が光音響波検出信号のサンプリングを継続している状態で、超音波トリガ信号を出力する。超音波トリガ信号に応答してプローブ１１が超音波送信を行うことで、プローブ１１の検出対象は、光音響波から反射超音波に変わる。ＡＤ変換手段２２は、検出された超音波検出信号のサンプリングを継続することで、光音響波検出信号と超音波検出信号とを、連続的にサンプリングする。なお、ＡＤ変換手段２２が光音響波検出信号のサンプリングを中止してから、超音波トリガ信号が出力されるようにしてもよい。
【００３７】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングして得られた光音響データおよび超音波データを、共通の受信メモリ２３に格納する。受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータは、ある時点までは光音響データであり、ある時点からは超音波データとなる。データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された光音響データと超音波データとを分離する。
【００３８】
以下、光音響画像並びに超音波画像の生成および表示について説明する。図１のデータ分離手段２４には、受信メモリ２３から読み出された超音波データおよび光音響データが入力される。データ分離手段２４は、光音響画像の生成時には光音響データのみを後段の光音響画像生成手段２５に入力する。光音響画像生成手段２５はこの光音響データに基づいて、レーザ光により走査された走査面（走査断面）に関する光音響画像を生成する。ここで光音響画像の生成は、例えば位相整合加算等の画像再構築や、検波、対数変換等を含む処理によってなされる。
【００３９】
本実施形態の光音響画像生成装置１０は、上記走査面の一つに関する２次元の光音響画像を表示することも、また、複数の走査面に関する光音響画像に基づいて被検体の３次元画像を生成して表示することも可能となっている。２次元の光音響画像を表示する場合、光音響画像生成手段２５が生成した光音響画像を示すデータは、画像合成手段５０において必要に応じて後述の合成処理がなされた後、画像削除手段５１および３次元画像構築手段５２を素通りさせて画像表示手段１４に入力される。それにより画像表示手段１４には、上記走査面に関する被検体の２次元光音響画像が表示される。
【００４０】
一方、３次元の光音響画像を表示する場合、光音響画像生成手段２５が生成した光音響画像を示すデータは、画像合成手段５０において必要に応じて後述の合成処理がなされた後、画像削除手段５１において後述の削除処理が施されてから３次元画像構築手段５２に入力される。３次元画像構築手段５２は、複数の相異なる走査面に関する光音響画像を示すデータに基づいて、被検体の３次元光音響画像を構築し、構築した画像を示す画像データを画像表示手段１４に入力する。それにより画像表示手段１４に、被検体の３次元光音響画像が表示される。
【００４１】
またデータ分離手段２４は、超音波画像の生成時には超音波データのみを後段の超音波画像生成手段２６に入力する。超音波画像生成手段２６はこの超音波データに基づいて、超音波により走査された走査面に関する超音波画像を生成する。この超音波画像の生成も、例えば位相整合加算等の画像再構築や、検波、対数変換等を含む処理によってなされる。
【００４２】
超音波画像生成手段２６が生成した超音波画像は、前記光音響画像と合成して表示することも、あるいは単独で表示することも可能となっている。前者の場合は、超音波画像を示す画像データが、画像合成手段５０において光音響画像を示す画像データと合成される。それにより画像表示手段１４において、前述した２次元あるいは３次元の光音響画像に超音波画像が例えば重畳して表示される。後者の場合は、超音波画像を示す画像データが、画像合成手段５０、画像削除手段５１、および３次元画像構築手段５２を素通りさせて画像表示手段１４に入力される。それにより画像表示手段１４に、超音波画像が単独で表示される。
【００４３】
ここで、３次元の光音響画像を生成、表示する処理について、図２〜図５を参照して詳しく説明する。図２に示すフローチャートは、例えば図１の制御手段３１によって一部の制御がなされるこの処理の流れを示すものである。同図に示すようにステップＰ１でこの処理が開始すると、次にステップＰ２において、前述したレーザ光の送光および光音響波の受信がなされ、次にステップＰ３において、光音響画像生成手段２５による光音響画像の生成がなされる。
【００４４】
光音響画像の生成がなされると、次にステップＰ４において、予め定められた回数（ｎ回）の光音響画像生成が完了したか否かが判定される。すなわち、この３次元の光音響画像を生成する場合は、先に述べたようにプローブ１１を揺動させてその角度を変える毎に、光音響画像生成手段２５において１回の光音響画像生成、つまり１枚の２次元光音響画像の生成がなされ、ステップＰ４ではこの生成の回数がｎに達したか否かが判定される。
【００４５】
ここで図３を参照して、上記プローブ１１の揺動について説明する。この図３では、例えば血管ＢＶを含む被検体（被写体）をＨとして示し、該被写体Ｈに対するプローブ１１の向きを３通りだけ示している。なお同図では、煩雑化を避けるために図示を省略してあるが、図１に示す通りプローブ１１には角度センサ１５が取り付けられている。図３に示すようにプローブ１１は、その光出射側の表面（図中の下端面）を被写体Ｈの表面に接触させた状態で、レーザ光の送光および光音響波の受信に供せられる。
【００４６】
なお、プローブ１１における複数の超音波振動子の１次元配列方向は、図３の図示面に対して直交する方向である。よって各回の光音響画像の生成は、プローブ１１の中心軸（一点鎖線で表示）を含む、図３の図示面に対して直交する断面毎になされる。つまり、各２次元光音響画像はこの断面に関する断層画像となる。
【００４７】
プローブ１１の揺動は、図３に示す通り、上記断面に含まれて被写体Ｈの表面に沿って延びる軸の周りに、角度範囲θに亘ってなされる。そしてこの角度範囲θの中で、プローブ１１の揺動位置、つまり被写体Ｈの表面と光の出射方向とがなす角度αをあるピッチ角度Δαだけ変える毎に、レーザ光の送光および光音響波の受信がなされる。上記ピッチ角度Δαは、３次元光音響画像を構築する上で求められる２次元光音響画像の枚数（＝ｎ）、および角度範囲θに基づいて予め適当な値に定められる。
【００４８】
本実施形態において、プローブ１１の揺動は例えば検査者の手操作によってなされる。この場合、上記ピッチ角度Δαを厳密に一定に揃えるのは困難であるが、複数の２次元光音響画像が各々生成されたときのプローブ１１の角度が角度センサ１５によって求められていれば、それらの角度に基づいて３次元光音響画像の生成を正常に行うことができる。なお、プローブ１１の揺動を、後述するように自動操作によって行うことも可能である。その場合は、プローブ１１の揺動のピッチ角度Δαを厳密に一定に揃えることも容易となる。
【００４９】
ステップＰ４において、２次元光音響画像の生成回数がｎに達していないと判定された場合は、次にステップＰ５において、プローブ１１の揺動角度がピッチ角度Δαだけ変更される。通常、２次元光音響画像の生成は、最初にプローブ１１を角度範囲θの一端側に配置した状態で開始され、それ以降、角度範囲θの他端側に向けてプローブ１１をピッチ角度Δαだけ揺動させる毎に、２次元光音響画像の生成がなされる。ステップＰ５におけるプローブ１１の角度変更も検査者の手操作によってなされるが、この角度変更が必要である場合は、図１の制御手段３１により、例えば画像表示手段１４に「プローブの角度を５度変えて次の撮影を行って下さい」といった表示を発生させて、検査者の操作を補助するのが望ましい。
【００５０】
以上の通りにして２次元光音響画像の生成およびプローブ１１の角度変更が逐次なされて、ｎ枚の２次元光音響画像が生成済みであるとステップＰ４において判定されると、処理の流れは次にステップＰ６に移る。このステップＰ６では、ｎ枚の２次元光音響画像の各々の中の不連続部を削除する処理、つまり、ｎ枚の２次元光音響画像を各々示す画像信号の組から、被写体Ｈの中に不連続に現れる成分を示している信号を除去する処理がなされる。
【００５１】
以下、図４を参照して、この信号除去処理について説明する。図４は、上述したように被写体表面に対するプローブ１１の角度をピッチ角度Δαずつ変更して生成された、一例として４枚の２次元光音響画像を模式的に示すものである。より詳しくは、同図の１が生成されたときのプローブ１１の角度に対して、同図の２はプローブ角度を＋Δα変更して、同図の３はプローブ角度を＋２Δα変更して、同図の４はプローブ角度を＋３Δα変更して各々生成されたものである。以下、同図の１、２、３および４に示す画像をそれぞれ、第１画像、第２画像、第３画像および第４画像と称することとする。
【００５２】
また第１〜第４画像において、１つのマス目が１画素を示すものとし、塗りつぶされたマス目は、高輝度で何かを示している画素であるとする。この例では第１〜第４画像の各上部に、それぞれ３０画素からなる、例えば血管を示す高輝度部が示されている。ここで、上記第１〜第４画像において、ある共通位置にある画素Ａと、それとは別の共通位置にある画素Ｂに注目して、各画素に関する画像信号を考える。なお、この場合の画像信号は、各画素の輝度値や濃度値を担持したデジタル画像データである。そのようなデジタル画像データは、通常、階調を示す多値のデータであるが、ここでは説明を簡単にするために、高輝度データと低輝度データの２値だけを取るものとする。つまり、図中で塗りつぶされた画素に関する画像データは高輝度データであり、それ以外の画素に関する画像データは低輝度データであると考える。
【００５３】
画素Ａに関する画像データは、第１画像および第２画像では共に高輝度データであって連続しているが、次の第３画像では低輝度データとなっていて、第２画像と第３画像との間で不連続になっている。そして画素Ｂに関する画像データも、第１画像と第２画像との間、および第２画像と第３画像との間で不連続になっている。
【００５４】
ここで、画素Ａに関する高輝度データは、第１〜第４画像において画素Ａ近辺の複数画素に関する画像データを参照すれば、被写体の中で連続している物体を示しているとみなせる。そこで図１の画像削除手段５１は、このような画素Ａに関する高輝度データは削除しない。それに対して画素Ｂに関する高輝度データは、第１〜第４画像において画素Ｂ近辺の複数画素に関する画像データを参照すれば、被写体の中に不連続に現れる成分を示すものであるので、画像削除手段５１は、この画素Ｂに関する高輝度データを削除する。
【００５５】
なお上述のように、ある画像データが、被写体の中で連続している物体を示しているか、あるいは被写体の中に不連続に現れる成分を示しているかは、例えば従来公知のブロックマッチングのように、注目画素およびその近辺画素を含むある領域ごとに比較して、相関の高い信号が存在するかどうかを調べる手法によって判別することができる。
【００５６】
上述のように、被写体の中に不連続に現れる成分を示す高輝度データは、基本的に、アーチファクト（偽画像）によるものであると考えられる。そのようなアーチファクトは、被写体に向けて出射されたレーザ光、もしくは被写体内で発生した光音響波が、例えば観察対象の血管で多重反射したり、あるいはその他の骨等において反射したりすることに起因する。つまり、そのような多重反射、あるいは反射後のレーザ光を受けた被写体の部分から発生した光音響波が、本来の観察対象部位で発生した光音響波よりも遅れてプローブ１１に検出されることによって、アーチファクトが発生し得る。このようなアーチファクトは基本的に、被写体に対してある特定の方向にレーザ光が出射した場合のみ発生し、その他の方向にレーザ光が出射した場合は発生しない。
【００５７】
以上のように、注目画素およびその近辺画素の画像データに基づいて、注目画素に関する画像データが、被写体中に不連続に現れる成分を示しているものであると判断された場合に、その注目画素に関する画像データを削除すれば、アーチファクトによる画像データのみを正確に除去することが可能になる。それに対して、単純に２つの画像間での画像データの連続、不連続を調べ、不連続の画像データを削除すると、ある特定の向きの走査断面内を連続的に延びていて、それ以外の向きの走査断面内には存在しない実在の小組織等を示す画像データも削除してしまう可能性がある。
【００５８】
以上の削除処理を受けた後の画像データは、次に図２のステップＰ７において、図１に示した３次元画像構築手段５２による３次元化処理にかけられる。なお、この３次元化処理においては、複数の２次元光音響画像を各々生成した際に逐次角度センサ１５から送られたプローブ１１の角度を示す情報が、各２次元光音響画像と対応付けて利用される。そしてこの３次元化処理を受けた画像データが次のステップＰ８において、図１に示した画像表示手段１４に送られ、その画像データに基づいて３次元光音響画像が表示される。そして、ステップＰ９において一連の処理が終了する。
【００５９】
こうして画像表示手段１４に表示される３次元光音響画像の一例を、概略的に図５に示す。この３次元光音響画像Ｆ１においては、３次元の各方向を示す表示Ｎ等と共に、観察対象の例えば血管ＢＶを含む被写体Ｈの３次元画像が示されている。細い血管ＢＶは複雑に入り組んだ形状となっているので、２次元光音響画像に表示するよりも、３次元光音響画像に表示すれば、その複雑な形状を良好に観察可能となる。
【００６０】
もし上述の画像削除処理を行わないで、光音響画像生成手段２５が生成した複数の２次元光音響画像を示す画像データをそのまま用いて３次元光音響画像を生成、表示すると、一例として図６に示すような３次元光音響画像Ｆ２が表示される。つまりこの３次元光音響画像Ｆ２においては、先に説明したようなアーチファクトＡＦが、被写体Ｈと共に表示されてしまう。
【００６１】
なお、画像表示手段１４に３次元光音響画像を表示する際に、それと併せて２次元光音響画像を表示するようにしてもよい。そのように表示する２次元光音響画像は、前述の画像削除処理を施した後の画像データによる画像でもよいし、あるいは画像削除処理を施す前の画像データによる画像でもよいし、さらには前述の超音波画像が重畳された画像でもよい。
【００６２】
以上説明した実施形態においては、プローブ１１に取り付けた角度センサ１５によってプローブ１１の角度を検出しているが、プローブ１１とは別の位置に設置した例えば磁気センサ等によってプローブ１１の角度を検出するようにしてもよい。
【００６３】
また、以上説明した実施形態においては、プローブ１１が手操作によって揺動されて、レーザ光の出射方向と被写体の表面とがなす角度（図３に示す角度α）が変えられるようになっているが、この角度を、光源角度変更手段を用いて自動的に変化させることも可能である。図７は、そのような光源角度変更手段６０の一例を示すものである。図示のようにこの手段は、上下に延びる板状のプローブ保持板６１と、一端がこのプローブ保持板６１に連結され、図示外の他端が床上のスタンド等に連結される連結部材６２と、プローブ１１の光出射側の表面（図中の下端面）近くにおいてプローブ１１の側面に連結されてプローブ保持板６１に回動自在に挿通された揺動軸６３と、この揺動軸６３を回動させるアクチュエータ６４と、プローブ１１の上端近くにおいてプローブ１１の側面に連結されたガイド軸６６とから構成されている。
【００６４】
ガイド軸６６と揺動軸６３とは、互いに平行に延びる状態に配置されている。そしてガイド軸６６は、プローブ保持板６１に設けられた弧状のガイド溝６５に挿通されている。なおプローブ１１の光出射側の表面（図中の下端面）には、先に述べた複数の光ファイバなどの導光手段の先端部（図示せず）が、上記揺動軸６３が延びる方向と平行な向きに並べて配置されており、これらの先端部が光源の一部を構成している。
【００６５】
上記の構成においては、アクチュエータ６４によって揺動軸６３を回動させることにより、ガイド軸６６をガイド溝６５に沿って移動させながら、プローブ１１を図３に示したように、つまり揺動軸６３の周りに揺動させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月21日(2017.3.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
さらに本発明は、そのような光音響画像生成方法を実施することができる光音響画像生成装置を提供することを目的とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光音響画像生成装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１の装置においてなされる３次元画像生成処理を示すフローチャート
【図３】図１の装置においてなされる被写体撮影の様子を示す概略図
【図４】図１の装置においてなされる画像削除を説明する模式図
【図５】本発明の方法によって生成される３次元画像の一例を示す概略図
【図６】本発明外の方法によって生成される３次元画像の一例を示す概略図
【図７】本発明の別の実施形態に係る光音響画像生成装置の一部を示す斜視図
【国際調査報告】
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