(57)【要約】【課題】光音響計測装置及び光音響計測システムにおいて、血流の評価に有用な関心領域を設定する。【解決手段】被検体は、駆血状態と非駆血状態との間で駆血圧を変化させながら駆血される。受信回路（２１）は、被検体に対して実施された測定光の出射により被検体内で生じた光音響波を検出して得られた検出信号を受信する。光音響画像生成手段（２５）は、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。動き検出手段（３１）は、複数の時刻の光音響画像に基づいて、光音響画像内に設定された複数の制御点の動きを検出する。関心領域設定手段（３２）は、制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する。血流情報生成手段（２７）は、関心領域内の光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して測定光が出射され前記被検体内で生じた光音響波を検出して得られた検出信号を受信する受信回路と、
前記光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、
前記被検体に対して駆血状態と前記非駆血状態との間における複数の時刻にて前記測定光が出射されることにより生成された複数の前記光音響画像を用いて、該複数の光音響画像内に設定された複数の制御点の動きを検出する動き検出手段と、
前記制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記関心領域内の前記光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測装置。
【請求項２】
被検体に対して測定光が出射され前記被検体内で生じた光音響波の検出信号、及び、前記被検体に送信された音響波に対する反射音響波の検出信号を受信する受信回路と、
前記光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、
前記反射音響波の検出信号に基づいて反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成手段と、
前記被検体に対して駆血状態と前記非駆血状態との間における複数の時刻にて前記音響波が送信されることにより生成された複数の前記反射音響波画像を用いて、前記光音響画像内に設定された複数の制御点にそれぞれ対応する複数の位置において前記複数の反射音響波画像の動きを検出し、該検出した各位置の動きを、前記光音響画像内に設定された各制御点の動きとして検出する動き検出手段と、
前記制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記関心領域内の前記光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測装置。
【請求項３】
前記光音響画像内には複数の関心領域候補が格子状に設定されており、かつ各関心領域候補は前記制御点を複数含み、
前記関心領域設定手段は、前記複数の関心領域候補の中から前記関心領域として設定する領域を決定する請求項１又は２に記載の光音響計測装置。
【請求項４】
前記関心領域設定手段は、前記関心領域から除外する関心領域候補を決定し、残りの関心領域候補を関心領域とすることにより、前記関心領域を設定する請求項３に記載の光音響計測装置。
【請求項５】
前記関心領域設定手段は、各関心領域候補に含まれる制御点で検出された動きに基づいて、当該関心領域候補を前記関心領域から除外するか否かを決定する請求項４に記載の光音響計測装置。
【請求項６】
前記関心領域設定手段は、前記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、該判定の結果に基づいて前記除外する関心領域候補を決定する請求項４又は５に記載の光音響計測装置。
【請求項７】
前記関心領域設定手段は、前記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが前記条件を満たす場合、当該位置範囲に隣接する制御点を含めて複数の制御点で検出された動きが前記条件を満すか否かを判定し、前記条件が満たされなくなるまで、前記位置範囲を拡大する請求項６に記載の光音響計測装置。
【請求項８】
前記関心領域設定手段は、あらかじめ定められた時間範囲において、前記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが前記条件を満たすか否かを判定し、該判定の結果に基づいて前記除外する関心領域候補を決定する請求項６又は７に記載の光音響計測装置。
【請求項９】
前記関心領域設定手段は、前記時間範囲において前記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが前記条件を満たす場合、当該時間範囲の前及び後の時刻を含めて複数の制御点で検出された動きが前記条件を満すか否かを判定し、前記条件が満たされなくなるまで、前記時間範囲を拡大する請求項８に記載の光音響計測装置。
【請求項１０】
前記関心領域設定手段は、前記複数の制御点で検出された動きが前記条件を満たす位置範囲を含む関心領域候補を、前記除外する関心領域候補として決定する請求項６から９何れか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項１１】
前記条件は、前記複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値以上で、かつ複数の制御点で検出された動きの方向の差及び動きの量の差がそれぞれしきい値以内である条件、前記複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値よりも小さい条件、並びに前記複数の制御点で検出された動きの方向のばらつきを示す度合い及び動きの量のばらつきを示す度合いの少なくとも一方がしきい値以上である条件のうちの少なくとも１つを含む請求項１０に記載の光音響計測装置。
【請求項１２】
前記関心領域設定手段は、前記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、前記複数の制御点で検出された動きが前記条件を満たす位置範囲を含む関心領域候補を前記関心領域として設定する請求項３に記載の光音響計測装置。
【請求項１３】
前記血流情報生成手段は、前記関心領域内の前記信号強度の合計値又は平均値を血流情報として生成する請求項１から１２何れか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項１４】
前記血流情報生成手段は、前記血流情報と時間との関係を示すグラフを更に生成する請求項１から１３何れか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項１５】
前記被検体の駆血圧を計測する圧力計測手段を更に有し、
前記血流情報生成手段は、前記血流情報と前記駆血圧との関係を示すグラフを更に生成する請求項１から１４何れか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項１６】
前記血流情報生成手段は、前記血流情報に基づいて血流情報画像を更に生成する請求項１から１５何れか１項に記載の光音響計測装置。
【請求項１７】
測定光を出射する光源と、
駆血状態と非駆血状態との間で駆血圧を変化させながら被検体を駆血する駆血手段と、
前記駆血された被検体に対して実施された前記測定光の出射により前記被検体内で生じた光音響波を検出する音響波検出手段と、
前記音響波検出手段が検出した光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、
前記駆血状態と前記非駆血状態との間における複数の時刻にて前記測定光が出射されることにより生成された複数の前記光音響画像を用いて、該複数の光音響画像内に設定された複数の制御点の動きを検出する動き検出手段と、
前記制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記関心領域内の前記光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測システム。
【請求項１８】
測定光を出射する光源と、
駆血状態と非駆血状態との間で駆血圧を変化させながら被検体を駆血する駆血手段と、
前記駆血された被検体に対して実施された前記測定光の出射により前記被検体内で生じた光音響波、及び、前記被検体に送信された音響波に対する反射音響波を検出する音響波検出手段と、
前記音響波検出手段で検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、
前記音響波検出手段で検出された反射音響波の検出信号に基づいて反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成手段と、
前記被検体に対して前記駆血状態と前記非駆血状態との間における複数の時刻で前記音響波が送信されることにより生成された複数の前記反射音響波画像を用いて、前記光音響画像内に設定された複数の制御点にそれぞれ対応する複数の位置において前記複数の反射音響波画像の動きを検出し、該検出した各位置の動きを、前記光音響画像内に設定された各制御点の動きとして検出する動き検出手段と、
前記制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記関心領域内の前記光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響計測装置及びシステムに関し、更に詳しくは、被検体への光出射後に被検体内で生じた光音響波を検出する光音響計測装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から血流を制限し、その制限を解除して血流の還流状態を評価する先行技術として、皮膚還流圧（ＳＰＰ:Skin Perfusion Pressure）測定装置が知られている（例えば特許文献１）。ＳＰＰ測定装置は、計測部位にレーザ光を照射する。照射したレーザ光に対する反射光の量及びドップラシフトは、血流に応じて変化する。ＳＰＰ測定装置は、カフ圧を高圧力から低圧力に変化させつつ反射光の量及びドップラシフトを計測し、血流が急激に増加するカフ圧を求め、そのカフ圧を“皮膚還流圧”として表示する。【０００３】
血流の観察に関して、特許文献２に血流画像の生成方法が記載されている。特許文献２では、反射型共焦点レーザ顕微鏡により皮膚を動画で撮影し、動画のフレーム同士の輝度差画像を複数生成し、複数の輝度差画像を加算することにより、血流画像が生成される。特許文献２には、被験者の上腕にカフを巻きつけて圧迫することで、心臓から見て遠位である前腕部（測定部位）の皮膚血流を一時的に止め（虚血）、その後、圧迫を解除して皮膚血流を戻す（再還流）ことも記載されている。特許文献２には、虚血前、虚血中、及び再還流直後のそれぞれにおいて血流画像を生成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５０６８７１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１３１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、被測定ポイントの一点において血流を測定しており、還流の空間的な分布、特に深さ方向に関して評価することができない。特許文献２では血流画像により還流の空間的な分布を評価することができる。しかしながら、特許文献２では、反射型共焦点レーザ顕微鏡で観察しており、皮膚表面付近しか主に観察することができない。【０００６】
ここで、生体内部の状態を非侵襲でかつ皮膚表面からより深いところまで検査できる画像検査法の一種として、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響波）が発生する。この光音響波を超音波探触子などによって検出し、検出信号に基づいて光音響画像を生成することにより、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。【０００７】
本発明は、上記光音響画像を用いて、血流の評価に有用な関心領域を設定することができる光音響計測装置及びシステム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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体に対して測定光が出射され被検体内で生じた光音響波を検出して得られた検出信号を受信する受信回路と、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、被検体に対して駆血状態と非駆血状態との間における複数の時刻にて測定光が出射されることにより生成された複数の光音響画像を用いて、複数の光音響画像内に設定された複数の制御点の動きを検出する動き検出手段と、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、関心領域内の光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測装置を提供する。【０００９】
また、本発明は、被検体に対して測定光が出射され被検体内で生じた光音響波の検出信号、及び、被検体に送信された音響波に対する反射音響波の検出信号を受信する受信回路と、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、反射音響波の検出信号に基づいて反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成手段と、被検体に対して駆血状態と非駆血状態との間における複数の時刻にて音響波が送信されることにより生成された複数の反射音響波画像を用いて、光音響画像内に設定された複数の制御点にそれぞれ対応する複数の位置において複数の反射音響波画像の動きを検出し、検出した各位置の動きを、光音響画像内に設定された各制御点の動きとして検出する動き検出手段と、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、関心領域内の光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測装置を提供する。【００１０】
本発明の光音響計測装置において、光音響画像内には複数の関心領域候補が格子状に設定されており、かつ各関心領域候補は制御点を複数含み、関心領域設定手段は、複数の関心領域候補の中から関心領域として設定する領域を決定してもよい。【００１１】
関心領域設定手段は、関心領域から除外する関心領域候補を決定し、残りの関心領域候補を関心領域とすることにより、関心領域の設定を実施してもよい。【００１２】
関心領域設定手段は、各関心領域候補に含まれる制御点で検出された動きに基づいて、その関心領域候補を関心領域から除外するか否かを決定してもよい。【００１３】
関心領域設定手段は、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づいて除外する関心領域候補を決定してもよい。【００１４】
上記において、関心領域設定手段は、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす場合、その位置範囲に隣接する制御点を含めて複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満すか否かを判定し、その条件が満たされなくなるまで、上記の位置範囲を拡大してもよい。【００１５】
関心領域設定手段は、あらかじめ定められた時間範囲において、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づいて除外する関心領域候補を決定することとしてもよい。
上記において、関心領域設定手段は、あらかじめ定められた時間範囲において上記の位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす場合、その時間範囲の前及び後の時刻を含めて複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、その条件が満たされなくなるまで、上記の時間範囲を拡大してもよい。【００１６】
関心領域設定手段は、複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす位置範囲を含む関心領域候補を、除外する関心領域候補として決定してもよい。【００１７】
上記の条件は、複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値以上で、かつ複数の制御点で検出された動きの方向の差及び動きの量の差がそれぞれしきい値以内である条件、複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値よりも小さい条件、並びに複数の制御点で検出された動きの方向のばらつきを示す度合い及び動きの量のばらつきを示す度合いの少なくとも一方がしきい値以上である条件のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。【００１８】
上記とは逆に、関心領域設定手段は、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす位置範囲を含む関心領域候補を関心領域として設定してもよい。【００１９】
血流情報生成手段は、関心領域内の信号強度の合計値又は平均値を血流情報として生成してもよい。【００２０】
血流情報生成手段は、血流情報と時間との関係を示すグラフを更に生成してもよい。【００２１】
本発明の光音響計測装置は、被検体の駆血圧を計測する圧力計測手段を更に有していてもよい。血流情報生成手段は、血流情報と駆血圧との関係を示すグラフを更に生成してもよい。【００２２】
血流情報生成手段は、血流情報に基づいて血流情報画像を更に生成してもよい。【００２３】
本発明は、また、測定光を出射する光源と、駆血状態と非駆血状態との間で駆血圧を変化させながら被検体を駆血する駆血手段と、駆血された被検体に対して実施された測定光の出射により被検体内で生じた光音響波を検出する音響波検出手段と、音響波検出手段が検出した光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、被検体に対して駆血状態と非駆血状態との間における複数の時刻にて測定光が出射されることにより生成された複数の光音響画像を用いて、複数の光音響画像内に設定された複数の制御点の動きを検出する動き検出手段と、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、関心領域内の光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測システムを提供する。【００２４】
本発明は、測定光を出射する光源と、駆血状態と非駆血状態との間で駆血圧を変化させながら駆血する駆血手段と、駆血された被検体に対して実施された測定光の出射により被検体内で生じた光音響波、及び、被検体に送信された音響波に対する反射音響波を検出する音響波検出手段と、音響波検出手段で検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段と、音響波検出手段で検出された反射音響波の検出信号に基づいて反射音響波画像を生成する反射音響波画像生成手段と、被検体に対して駆血状態と非駆血状態との間における複数の時刻にて音響波が送信されることにより生成された複数の反射音響波画像を用いて、光音響画像内に設定された複数の制御点にそれぞれ対応する複数の位置において複数の反射音響波画像の動きを検出し、検出した各位置の動きを、光音響画像内に設定された各制御点の動きとして検出する動き検出手段と、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定する関心領域設定手段と、関心領域内の光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する血流情報生成手段を備えた光音響計測システムを提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光音響計測装置及びシステムは、血流の評価に有用な関心領域を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光音響計測装置を含む光音響計測システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】光音響計測システムの詳細な構成を示すブロック図。
【図３】プローブで被検体を圧迫して光音響波を検出する例を示す図。
【図４】プローブで被検体を圧迫して光音響波を検出する別の例を示す図。
【図５】光音響画像内に設定された関心領域候補を示す図。
【図６】光音響画像内に設定された制御点を示す図。
【図７】制御点と複数の制御点を含む位置範囲とを示す図。
【図８Ａ】制御点とその制御点の動きベクトルを示す図。
【図８Ｂ】制御点とその制御点の動きベクトルを示す図。
【図８Ｃ】制御点とその制御点の動きベクトルを示す図。
【図９Ａ】あらかじめ定められた位置範囲を示す図。
【図９Ｂ】拡大された位置範囲を示す図。
【図１０】関心領域設定手段によって設定された関心領域を示す図。
【図１１】血流情報の時間変化を示すグラフ。
【図１２】全ての関心領域候補を関心領域とした場合の血流情報の時間変化を示すグラフ。
【図１３】血流情報とプローブの接触圧との関係を示すグラフ。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る光音響計測システムを示すブロック図。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る光音響計測システムを示すブロック図。
【図１６】超音波画像と関心領域候補とを示す図。
【図１７】超音波画像と関心領域とを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明者は、上記光音響画像を用いて血液の還流を評価することを考えた。血液での吸収が筋肉や脂肪などの周辺組織に比べて強い波長の短パルスレーザ光を測定光として用い、吸収によって発生する光音響波をプローブを用いて検出することで、血液（ヘモグロビン）の信号を検出し画像化できる。光音響画像を用いることで、特に超音波ドップラでは描出が困難な細かい血管を描出できる。駆血状態と非駆血状態との間で駆血圧を変化させながら被検体を駆血し、その被検体に対して測定光を出射し、測定光の出射により被検体内で生じた光音響波を検出し、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成し、光音響画像においてある関心領域内の信号強度の時系列変化を観察することで、糖尿病のステージ診断や糖尿病細小血管合併症など、細小血管の病変から始まる症状の診断に応用できると考えられる。
【００２８】
上記の作業において、光音響画像の画像全体を一定の間隔で格子状に分割し、分割された各領域を関心領域とすることを考える。その場合、画像の分割数が多いほど、多数の関心領域が設定されることになる。関心領域が多数設定された場合、全ての関心領域における信号強度の時系列変化をグラフ化して表示すると、情報量が多くなりすぎ、評価が困難になることが考えられる。分析したい関心領域を手動で設定することも考えられるが、光音響画像は被検体の構造情報が少なく、目印となる特徴があまりないため、どこに関心領域を設定すればよいかの判断が難しいという事情もある。そこで、血流の評価に有用な関心領域を設定する光音響計測装置及びシステムが要望される。
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光音響計測装置を含む光音響計測システムの概略構成を示す。光音響計測システム１０は、プローブ（超音波探触子）１１、超音波ユニット（信号処理ユニット）１２、光源１３、及びステージ１５を有する。
【００３０】
光源１３は、測定光を出射する。光源１３から出射した測定光は、例えば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から被検体に向けて出射される。光源１３は、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）やアレキサンドライトなどを用いた固体レーザ光源である。測定光の波長は、血液での吸収が筋肉や脂肪など周辺組織に比べて強い波長が好ましい。以下では、主に波長７５５ｎｍの光を用いた例を説明する。光源のタイプは特に限定されず、光源１３が、レーザダイオード光源（半導体レーザ光源）であってもよいし、或いはレーザダイオード光源を種光源とする光増幅型レーザ光源であってもよい。レーザ光源以外の光源を用いてもよい。
【００３１】
プローブ１１は、音響波検出手段であり、例えば一次元的に配列された複数の検出器素子（超音波振動子）を有している。各検出器素子には、例えば圧電セラミクスが用いられる。各検出器素子に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成された圧電素子が用いられてもよい。プローブ１１は、リニアプローブに限定されず、コンベクスプローブ、又はセクタープローブでもよい。プローブ１１は、エコーゲルや水などを介して、被検体の血液還流を計測する部位（計測部位）に配置される。プローブ１１は、体毛や皮膚メラニン量が少ない掌側に配置されることが好ましい。
【００３２】
プローブ１１は、駆血状態と非駆血状態との間で駆血圧を変化させながら駆血された被検体に対して実施された測定光の出射により被検体内で生じた光音響波を検出する。ここで、駆血状態とは、被検体の計測部位における血流が少なくとも部分的に止められた状態を指す。好ましくは、収縮期血圧以上の圧力で被検体を圧迫した状態を指す。非駆血状態とは、被検体の計測部位における血流が妨げられない状態を指す。好ましくは、被検体を圧迫しないか、又は拡張期血圧以下の圧力で被検体を圧迫した状態を指す。
【００３３】
ステージ１５は、被検体が載せられるステージである。ステージ１５は、プローブ１１を把持する把持部５１と、把持部５１を介してプローブ１１を被検体に押し当てる方向及び被検体から離れる方向に移動させる移動機構５２と、プローブ１１の被検体に対する接触圧を計測（検出）する圧力計測手段５３とを含む。本実施形態では、移動機構５２によってプローブ１１を移動させることにより、プローブ１１の被検体に対する接触圧（駆血圧）を変化させる。
【００３４】
超音波ユニット１２は、プローブで検出された光音響波の検出信号を信号処理する。超音波ユニット１２は、光音響計測装置を構成する。超音波ユニット１２は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及びバスなどを有する。
【００３５】
図２は、光音響計測システムの詳細な構成を示す。なお、図２では、ステージ１５の把持部５１、移動機構５２、及び圧力計測手段５３を省略して図示している。超音波ユニット１２は、受信回路２１、受信メモリ２３、光音響画像生成手段２５、血流情報生成手段２７、トリガ制御手段２８、駆血圧制御手段３０、動き検出手段３１、及び関心領域設定手段３２を有する。
【００３６】
受信回路２１は、プローブ１１が出力する検出信号を受信し、受信した検出信号を受信メモリ２３に格納する。受信回路２１は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、ローパスフィルタ、及びＡＤ変換器（Analog to Digital convertor）を含む。プローブ１１の検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされた後にＡＤ変換器でデジタル信号に変換され、受信メモリ２３に格納される。受信回路２１は、例えば１つのＩＣ（Integrated Circuit）で構成される。受信メモリ２３には、例えば半導体記憶装置が用いられる。
【００３７】
プローブ１１は、光音響波の検出信号を出力し、受信メモリ２３には、ＡＤ変換された光音響波の検出信号（サンプリングデータ）が格納される。光音響画像生成手段２５は、受信メモリ２３から光音響波の検出信号を読み出し、読み出した光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。光音響画像生成手段２５は、例えばＤＳＰ（digital signal processor）などのＬＳＩ（Large Scale Integration）で構成される。光音響画像生成手段２５の機能は、超音波ユニット１２に含まれるプロセッサによるソフトウェア処理によって実現してもよい。
【００３８】
動き検出手段３１は、駆血状態と非駆血状態との間における複数の時刻の光音響画像に基づいて、光音響画像の動きを検出する。本実施形態において、「駆血状態と非駆血状態との間」は、そのような範囲の端部の少なくとも一方、つまり駆血状態又は非駆血状態を含む。別の言い方をすれば、本実施形態において、「駆血状態と非駆血状態との間における複数の時刻」は、被検体が駆血状態にある場合の時刻又は被検体が非駆血状態にある場合の時刻を含む。光音響画像には複数の制御点があらかじめ設定されており、動き検出手段３１はその複数の制御点において動きを検出する。検出された動きは、動きの方向と、動きの量とを含む。動き検出手段３１は、例えば、制御点ごとに、駆血圧変化の前後の時刻（フレーム）間の動きベクトルを算出する。各制御点の動きベクトルの算出には、ブロックマッチングなどの一般的なオプティカルフロー算出手法を用いることができる。動き検出手段３１は、例えばＤＳＰで構成される。動き検出手段３１の機能は、超音波ユニット１２に含まれるプロセッサによるソフトウェア処理によって実現してもよい。
【００３９】
関心領域設定手段３２は、動き検出手段３１によって検出された制御点の動きに基づいて関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）を設定する。関心領域設定手段３２は、例えば光音響画像内に設定された複数の関心領域候補の中から、関心領域として設定する領域を決定する。各関心領域候補は、光音響画像内に格子状に設定されている。また、各関心領域は複数の制御点を含む。関心領域設定手段３２は、例えば複数の関心領域候補のうち、関心領域から除外する関心領域候補を決定し、残りを関心領域とすることにより、関心領域を設定する。関心領域の設定において、関心領域設定手段３２は、各関心領域候補に含まれる制御点で検出された動きに基づいて、その関心領域候補を関心領域から除外するか否かを決定する。関心領域設定手段３２は、例えばＤＳＰで構成される。関心領域設定手段３２の機能は、超音波ユニット１２に含まれるプロセッサによるソフトウェア処理によって実現してもよい。
【００４０】
血流情報生成手段２７は、関心領域設定手段３２によって設定された関心領域内の光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する。血流情報生成手段２７は、例えば光音響画像の関心領域内の信号強度をスコア化することにより、血流情報を生成する。具体的には、関心領域内の光音響画像の信号強度の合計値又は平均値を算出し、その値に基づくスコア値を血流情報として生成する。血流情報生成手段２７は、血流情報と時間との関係を示すグラフを更に生成してもよい。血流情報生成手段２７は、例えばＤＳＰで構成される。血流情報生成手段２７の機能は、超音波ユニット１２に含まれるプロセッサによるソフトウェア処理によって実現してもよい。
【００４１】
ここで、光音響画像の信号強度は、検出された光音響波の検出信号の大きさに応じた値であり、必ずしも表示用の光音響画像の画素値と同一である必要はない。光音響画像生成段階における何れの信号も、光音響画像の信号強度として用いることができる。具体的には、再構成後の光音響波の検出信号、検波後の光音響波の検出信号、及び対数変換後の光音響波の検出信号を、光音響画像の信号強度として用いてもよい。
【００４２】
血流情報生成手段２７は、生成した血流情報をディスプレイ装置などの画像表示手段１４に出力する。血流情報生成手段２７は、血流情報と時間との関係を示すグラフを画像表示手段１４に出力してもよい。血流情報生成手段２７は、光音響画像と関心領域とを画像表示手段１４に表示させてもよい。
【００４３】
トリガ制御手段２８は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。トリガ制御手段２８は、例えば光音響画像を取得する場合は、光源１３に光トリガ信号を送信し、光源１３から測定光を出射させる。また、測定光の出射に合わせて、受信回路２１にサンプリングトリガ信号を送信し、光音響波のサンプリング開始タイミングなどを制御する。光音響波を検出するエリアは複数のエリアに分割されていてもよい。その場合、被検体に対する光出射と光音響波の検出は、エリアごとに行う。トリガ制御手段２８は、例えばＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのＰＬＤ（programmable logic device）で構成される。
【００４４】
駆血圧制御手段３０は、圧力計測手段５３（図１を参照）が検出した接触圧に基づいて移動機構５２を駆動する。駆血圧制御手段３０は、移動機構５２を駆動して、プローブ１１の接触圧を変化させる。また、移動機構５２を駆動して、プローブ１１の接触圧を一定の圧力に保つ。駆血圧制御手段３０には例えばＦＰＧＡが用いられる。
【００４５】
計測は、以下の手順で行う。ステージ１５上に被検体が載せられた後、駆血圧制御手段３０は、移動機構５２を駆動してプローブ１１を被検体に押し当てる。駆血圧制御手段３０は、例えば圧力計測手段５３が検出する接触圧が収縮期血圧以上の圧力、例えば２００ｍｍＨｇとなるまでプローブ１１を被検体に押し当てる方向に移動させる。被検部位の駆血後、トリガ制御手段２８は、測定光の出射及び光音響波の検出を開始させる。駆血状態を一定の期間保ち、測定光の出射及び光音響波の検出を継続して行う。駆血状態を一定の期間継続した後、駆血圧制御手段３０は、移動機構５２を駆動してプローブ１１を被検体から離れる方向へ段階的に移動させる。接触圧の変化の前後を通じて、測定光の照射及び光音響波の検出を継続して行う。各時刻で検出した光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成し、血流情報を生成する。例えば関心領域内の光音響画像の信号強度の平均値を血流情報として生成する。本実施形態では、プローブ１１（駆血手段の一例）により被検体の駆血を行うため、別途駆血帯（駆血手段の他の一例）を用いることなく還流状態の評価が可能である。
【００４６】
駆血状態では、毛細血管などの血流が止まることで、光吸収体である血液が関心領域内に存在しなくなる。関心領域内に存在する光吸収体が少ないため、関心領域の光音響画像の信号強度は低くなる。プローブ１１の接触圧を段階的に低下させ、駆血状態から非駆血状態へと段階的に変化させた場合、毛細血管に血液が徐々に還流していき、関心領域内に存在する血液が徐々に増加する。その結果、関心領域内の信号強度は、駆血時に比べて上昇する。非駆血状態とすると、毛細血管に血液が還流し、関心領域内に存在する血液の量は、駆血前と同レベルとなる。関心領域内の信号強度は更に上昇し、あるレベルで落ち着く。
【００４７】
ここで、被検体内で発生する光音響波の強度は、ヘモグロビン濃度と酸素飽和度とに依存して変化する。測定光として波長７５５ｎｍの光を用いた場合は、血量が減少すると光音響波は弱くなり、血量が増加すると光音響波は強くなる。また、酸素飽和度が減少すると光音響波は強くなり、酸素飽和度が増加すると光音響波は弱くなる。非駆血状態から駆血状態にされると、血量と酸素飽和度とが減少する。一方、駆血状態から非駆血状態にされると、血量と酸素飽和度とが増加する。駆血状態時に関心領域の光音響画像の信号強度が減少するのは、血量の減少に伴う光音響波の検出信号の低下が、酸素飽和度の減少に伴う光音響波の検出信号の増加よりも大きいためであると考えられる。また、非駆血時に関心領域の光音響画像の信号強度が増加するのは、血量の増加に伴う光音響波の検出信号の増加が、酸素飽和度の増加に伴う光音響波の検出信号の低下よりも大きいためであると考えられる。
【００４８】
図３は、プローブで被検体を圧迫して光音響波を検出する例を示す。把持部５１は例えばアームであり、プローブ１１を把持する。移動機構５２は、例えばボールねじとボールねじを回転させるモーターとを含む。圧力計測手段５３は、例えば圧力センサであり、ボールねじにより移動する移動部分と把持部５１との間に設けられる。圧力センサには、例えばひずみゲージ、ロードセル、ピエゾフィルムなど種々公知のものを用いることができる。圧力計測手段５３は、把持部５１において、プローブ１１の被検体に対する接触圧を検出する。より詳細には、把持部５１と移動機構５２との接続部分において、プローブ１１の被検体に対する接触圧を検出する。圧力計測手段５３の検出信号は、超音波ユニット１２に送信される。
【００４９】
図４は、プローブで被検体を圧迫して光音響波を検出する別の例を示す。この例では、把持部５１のリブとアームとの間に、圧力計測手段５３が設けられる。移動機構５２によりプローブ１１が被検体方向へ移動されると、リブがアームを押すことで、圧力計測手段５３の検出信号が変化する。圧力計測手段５３の位置は特に限定されず、プローブ１１の被検体に対する接触圧を検出可能であれば、位置は問わない。圧力計測手段５３をプローブ１１に設ける構成とすることも可能である。
【００５０】
以下、動き検出と関心領域の設定について詳細に説明する。図５は、光音響画像内に設定された関心領域候補を示す。各関心領域候補（ＲＯＩ候補）は、例えば光音響画像内のある領域を一定の間隔で分割した領域である。各関心領域候補は、光音響画像全体を一定の間隔で分割した領域であってもよい。図５の例では、光音響画像内に、横１１×縦９個の関心領域候補が設定されている。関心領域は、関心領域候補の中から設定される。関心領域候補の縦横比は１：１である必要はなく、関心領域候補は長方形の領域であってもよい。さらには、関心領域候補は矩形状である必要はなく、その形状は任意である。
【００５１】
図６は、光音響画像内に設定された制御点を示す。制御点ＣＰは、例えば光音響画像内に、縦方向及び横方向に一定の間隔で設定される。制御点ＣＰの間隔は、画像の縦方向及び横方向で異なっていてもよい。また、制御点ＣＰの間隔は、画像内で一様である必要はない。各関心領域候補は、その領域内に複数の制御点ＣＰを含んでいる。動き検出手段３１は、制御点ＣＰのそれぞれについて、連続して取得された光音響画像間の動きベクトルを算出する。制御点ＣＰの各々の大きさは、図６に示された大きさに限らず、１画素でも数画素でもよい。また、制御点ＣＰと関心領域候補の大きさ及び位置との対応関係は、図５と図６との対応関係に限らず任意の対応関係でよく、個々の関心領域候補が少なくとも１つの制御点を含んでいる事が好ましい。
【００５２】
関心領域設定手段３２は、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づいて、関心領域から除外する関心領域候補を決定してもよい。この位置範囲の大きさは、関心領域候補の大きさよりも小さいことが好ましい。あるいは、上記位置範囲の大きさは、関心領域候補の大きさと同じであってもよいし、関心候補領域の大きさより大きくてもよい。関心領域設定手段３２は、あらかじめ定められた時間範囲において、上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づいて関心領域から除外する関心領域候補を決定してもよい。
【００５３】
図７は、制御点と上記位置範囲とを示す。上記位置範囲Ｒの大きさ、つまり位置範囲Ｒに含まれる制御点の数はあらかじめ設定されている。図６の例では、位置範囲Ｒは、画像の横方向及び縦方向にそれぞれ３つの制御点を含む。関心領域設定手段３２は、この３×３の制御点を含む位置範囲Ｒを画像に対してスキャンしながら、各スキャン位置において、位置範囲Ｒに含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定する。関心領域設定手段３２は、例えば、３×３の制御点を含む位置範囲Ｒを、画像の紙面向かって左上から右下まで位置範囲Ｒの中心の制御点の位置を１つずつずらしながらラスタースキャンすることで、位置範囲Ｒを画像全体にわたってスキャンする。
【００５４】
関心領域設定手段３２は、例えば複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす位置範囲を含む関心領域候補を、関心領域から除外する関心領域候補として決定する。これとは逆に、上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす位置範囲を含む関心領域候補を関心領域として設定してもよい。
【００５５】
上記あらかじめ定められた条件は、例えば、上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値以上で、かつ複数の制御点で検出された動きの方向の差及び動きの量の差がそれぞれしきい値以内である条件(条件Ａ)、複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値よりも小さい条件(条件Ｂ)、並びに複数の制御点で検出された動きの方向のばらつきを示す度合い及び動きの量のばらつきを示す度合いの少なくとも一方がしきい値以上である条件（条件Ｃ）のうちの少なくとも１つを含む。条件Ａに含まれる動きの量のしきい値と、条件Ｂに含まれる動きの量のしきい値とは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
【００５６】
図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ制御点とその制御点の動きベクトルを示す。図８Ａ〜図８Ｃでは、各制御点ＣＰの動きベクトルＭＶを各制御点から延びる矢印で表している。ここでは、画像の横方向に制御点を８点含み、かつ縦方向に制御点を４点含む位置範囲において、複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定するものとする。この位置範囲は、図７においてラスタースキャンされる位置範囲に対応する。関心領域設定手段３２は、そのような位置範囲において、各制御点ＣＰの動きベクトルＭＶがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定する。
【００５７】
各制御点がフレーム間で同じ方向に同じ量だけ平行移動する場合、図８Ａに示すように、各制御点ＣＰの動きベクトルＭＶは同じ方向を向き、かつ各制御点ＣＰの動きベクトルＭＶの大きさはほぼ同じになる。このようにフレーム間で平行移動する制御点が存在する光音響画像の領域には、プローブ１１の接触圧が変化することに伴って変位する骨などの硬い物質が存在していると考えられる。硬い物質が存在する部分は血流が存在しないと考えられるため、平行移動する制御点ＣＰが存在する位置範囲は、血流情報の生成を行う関心領域から除外することが好ましい。
【００５８】
関心領域設定手段３２は、上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが上記条件Ａを満たすか否かを判定する。つまり、複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値以上で、かつ複数の制御点で検出された動きの方向の差及び動きの量の差がそれぞれしきい値（許容範囲）以内であるか否かを判定する。上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが上記条件Ａを満たす場合、その位置範囲は平行移動している位置範囲であるとして、その位置範囲を含む関心領域候補を関心領域から除外する。
【００５９】
一方、各制御点がフレーム間で移動しない場合、図８Ｂに示すように、各制御点ＣＰにおいて動きベクトルＭＶがほぼ０（ゼロベクトル）になる。このようにフレーム間で移動しない制御点が存在する光音響画像の領域は、プローブ１１による接触圧が加わらない領域であると考えられる。そのような領域では駆血の前後で血流が変化しないため、フレーム間で移動しない制御点ＣＰが存在する位置範囲は、血流情報の生成を行う関心領域から除外することが好ましい。
【００６０】
関心領域設定手段３２は、上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが上記条件Ｂを満たすか否かを判定する。つまり、複数の制御点で検出された動きの量がそれぞれしきい値よりも小さいか否かを判定する。上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが上記条件Ｂを満たす場合、その位置範囲はプローブ１１による接触圧が加わらない位置範囲であるとして、その位置範囲を含む関心領域候補を関心領域から除外する。
【００６１】
また、各制御点において検出された光音響波の検出信号の信号強度が弱い場合、図８Ｃに示すように、各制御点ＣＰ間の動きベクトルＭＶの変動が大きく、各制御点において検出された動きの方向及び動きの量がランダムとなる。このように制御点ＣＰ間の動きベクトルの変動が大きくなる理由は、ノイズ成分が大きく、動きベクトルの算出においてマッチングに失敗したためと考えられる。制御点ＣＰ間の動きベクトルＭＶの変動が大きい位置範囲は、プローブ１１により光音響波が有意に検出できていないと考えられるため、血流情報の生成を行う関心領域から除外することが好ましい。
【００６２】
関心領域設定手段３２は、上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが上記条件Ｃを満たすか否かを判定する。つまり、複数の制御点で検出された動きの方向のばらつき及び動きの量のばらつきの少なくとも一方がしきい値以上であるか否かを判定する。関心領域設定手段３２は、例えば上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動き（動きベクトル）の分散値や、座標軸及び／又は時間軸方向に隣接する制御点同士の動きベクトルの関係に基づいてばらつきの度合いをスコア化し、そのスコアをしきい値と比較することで条件Ｃが満たされるか否かを判定する。上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きが上記条件Ｃを満たす場合、その位置範囲はプローブ１１により優位に光音響波が検出できない位置範囲であるとして、その位置範囲を含む関心領域候補を関心領域から除外する。
【００６３】
関心領域設定手段３２は、上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす場合、その位置範囲に隣接する制御点を含めて複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満すか否かを判定し、その条件が満たされなくなるまで、位置範囲を拡大してもよい。図９Ａはあらかじめ定められた位置範囲を示し、図９Ｂは拡大された位置範囲を示す。例えば、図９Ａに示すように、横方向８×縦方向４の制御点から成る位置範囲において、上記条件Ａ（平行移動）が満たされていたとする。関心領域設定手段３２は、横方向８×縦方向４の制御点よりも外側の制御点を含めて条件Ａが満たされるか否かを判定し、条件Ａが満たされなくなるまで、位置範囲を拡大する。
【００６４】
関心領域設定手段３２は、ある位置範囲において条件Ａが満たされると判定すると、その位置範囲に縦方向及び／又は横方向に隣接する制御点を含めて、条件Ａが満たされるか否かを判定する。具体的には、条件Ａが満たされていると判定された位置範囲に含まれる制御点の動きベクトルの大きさ及び向きと、隣接する制御点の動きベクトルの大きさ及び向きとを比較し、差が許容範囲以内であるか否かを判定する。許容範囲以内である場合は、更に隣接する制御点を含めて条件Ａが満たされるか否かを判定する。この作業を、条件Ａが満たされなくなるまで繰り返すことで、例えば図９Ｂに示すように、元の位置範囲を超えて、平行移動している範囲を探すことができる。
【００６５】
関心領域設定手段３２は、あらかじめ定められた条件が満たされる位置範囲が関心領域候補に一致する場合は、その関心領域候補を関心領域から除外すればよい。あらかじめ定められた条件が満たされる位置範囲が関心領域候補の全体ではなく一部と重なる場合、その関心領域候補を関心領域から除外してもよい。あるいは、関心領域候補の面積と、あらかじめ定められた条件が満たされる位置範囲と関心領域候補とが重なる部分の面積とを比較し、重なる部分の面積の割合が一定以上である場合に、その関心領域候補を関心領域から除外してもよい。
【００６６】
時間軸方向についても同様に、関心領域設定手段３２は、あらかじめ定められた時間範囲において上記位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たす場合、その時間範囲の前及び後の時刻を含めて複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満すか否かを判定し、条件が満たされなくなるまで、時間範囲を拡大してもよい。位置範囲又は時間範囲の拡大を行う場合、特定の制御点のマッチングミスに起因する判定ミスを防ぐために、ロバスト推定などにより外れ値を除外する処理を加えることが好ましい。
【００６７】
図１０は、関心領域設定手段３２によって設定された関心領域を示す。関心領域設定手段３２は、例えば初期状態では、図５に示す関心領域候補の全てを関心領域として設定する。関心領域設定手段３２は、動き検出手段３１によって検出された光音響画像内の制御点の動きに基づいて、関心領域候補のうち、関心領域から除外するものを決定する。関心領域設定手段３２は、関心領域候補のうちで除外されずに残ったものを、関心領域ＲＯＩとして設定する。図１０では、関心領域設定手段３２があらかじめ定められた条件が満たされる位置範囲を含む関心領域候補を関心領域から除外していった結果として、横６×縦３個の関心領域候補がそれぞれ関心領域ＲＯＩとして設定されている。
【００６８】
図１１は、血流情報の時間変化を示すグラフである。血流情報生成手段２７は、図１０に示す関心領域ＲＯＩのそれぞれについて、関心領域ＲＯＩの信号強度の平均値（ＲＯＩ信号値）を計算し、そのＲＯＩ信号値の時間変化を示すグラフを生成する。関心領域ＲＯＩとグラフとを表示する場合は、関心領域ＲＯＩの表示色とグラフの表示色とを同じ色とし、どのグラフがどの関心領域ＲＯＩのものであるかを区別可能とするとよい。ＲＯＩ信号値の時間変化を観察することで、血流情報の評価が可能である。
【００６９】
比較例として、図５に示す関心領域候補を全て関心領域とした場合の血流情報の時間変化を示すグラフを図１２に示す。比較例では、多数の光音響画像内に関心領域が設定されており、それらのそれぞれについて血流情報の時間変化を示すグラフを生成して表示すると、一度に多数の情報が表示され、表示が見づらい。これに対して、本実施形態では、限られた関心領域について血流情報の時間変化を示すグラフを生成して表示できるため、血流情報の評価が容易である。
【００７０】
血流情報生成手段２７は、血流情報とプローブ１１の接触圧（駆血圧）との関係を示すグラフを更に生成してもよい。図１３に、血流情報（ＲＯＩ信号値）とプローブ１１の接触圧との関係を示すグラフを示す。ＲＯＩ信号値をプローブ１１の接触圧に対してプロットすると、図１３に示すグラフが得られる。このグラフは、関心領域ごとに生成される。このグラフを参照することで、血液が還流し始める接触圧、接触圧に対するＲＯＩ信号値の傾き、血流が駆血状態とされる前のレベルに到達する接触圧などが分かり、被検体の還流の評価が可能である。
【００７１】
上記では、関心領域内の光音響画像の信号強度の平均値又は合計値（ＲＯＩ信号値）を血流情報とする例について説明したが、血流情報はこれには限定されない。ＲＯＩ信号値そのものを血流情報とするのに代えて、ＲＯＩ信号値をルックアップテーブルや関数などを用いてスコア値に変換したものを血流情報としてもよい。
【００７２】
また、血流情報生成手段２７は、一定の期間内におけるＲＯＩ信号値の最小値と最大値との差に基づくスコア値を血流情報として生成してもよい。あるいは、血流情報生成手段２７は、駆血状態におけるＲＯＩ信号値と、非駆血状態におけるＲＯＩ信号値との差に基づくスコア値を血流情報として生成してもよい。さらには、血流情報生成手段２７は、駆血状態から非駆血状態へと変化させた場合のＲＯＩ信号値の時間変化率に基づくスコア値を血流情報として生成してもよい。時間変化率は、例えばＲＯＩ信号値を時間で微分することで計算することができる。
【００７３】
さらに、血流情報生成手段２７は、駆血状態から非駆血状態へと変化させた場合の、基準となる時刻からＲＯＩ信号値が一定のレベルに到達する時刻までの間の時間に基づくスコア値を血流情報として生成してもよい。または、血流情報生成手段２７は、駆血状態から非駆血状態へと変化させた場合に、基準となる時刻から一定の時間経過した時刻のＲＯＩ信号値に基づくスコア値を血流情報として生成してもよい。基準となる時刻は、例えば駆血状態から非駆血状態へと変化させた時刻としてもよい。あるいは、プローブ１１の接触圧を段階的に変化させ始めた時刻を基準となる時刻としてもよい。これら血流情報を用いることにより、還流による血液の増加の程度やその速度を評価することができる。
【００７４】
血流情報生成手段２７は、更に、血流情報に基づいて血流情報画像を生成してもよい。血流情報生成手段２７が生成する血流情報画像は、各関心領域にその関心領域の血流情報を表示する空間マップ画像である。血流情報画像において、各関心領域は血流情報に応じた輝度で表示される。血流情報をマップ表示することにより、複数の関心領域間で血流情報を比較することが容易となる。
【００７５】
血流情報生成手段２７は、例えば時系列に沿って血流情報画像を生成する。その場合、血流情報生成手段２７は、第１の時刻における血流情報が第１の時刻よりも以前である第２の時刻における血流情報よりも大きい場合と、第１の時刻における血流情報が第２の時刻における血流情報よりも小さい場合とで、血流情報画像における各関心領域の表示色を異なる表示色としてもよい。第１の時刻の１つの例としては例えば現時刻であり、より詳細な例としては、血流情報画像が画面に表示されている（現在の）時刻であるが、これに限定されない。例えば血流が増加傾向にあり、第１の時刻の血流情報が第２の時刻の血流情報よりも大きくなっている部分については表示色を赤色とし、血流が減少傾向にあり、第１の時刻の血流情報が第２の時刻の血流情報よりも小さくなっている部分について表示色を青色にしてもよい。その場合、血流情報画像を参照することで、どの部分において血液が増え、どの部分において血液が減少したかがわかりやすくなる。
【００７６】
ここで、ＲＯＩ信号値は光音響波の検出信号の信号強度に依存するため、血流の多い（信号強度の強い）比較的太い血管などの影響が強い。組織を栄養する細かい血管の血液還流状態を評価するには、信号強度に依存しない量、例えば２値化量で評価することが好ましい。２値化は、下側しきい値から上側しきい値までの範囲内のものと、範囲外のものとを区別するように行うことが好ましい。血流情報生成手段２７は、例えば光音響画像の信号強度が第１のしきい値（下側しきい値に対応）以上でかつそれより大きな第２のしきい値（上側しきい値に対応）以下の場合を第１の値（例えば信号値１）とし、光音響画像の信号強度が第１のしきい値未満又は第２のしきい値よりも大きい場合を第２の値（例えば信号値０）とすることによって光音響画像の信号強度を２値化し、２値化された光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成してもよい。より詳細には、血流情報生成手段２７は、関心領域内の２値化値を加算し、関心領域の面積で規格化した値に基づいて血流情報として生成してもよい。
【００７７】
本実施形態では、駆血状態と非駆血状態の間で駆血圧を変化させながら光出射及び光音響波の検出を行って光音響画像を生成し、光音響画像内の制御点の動きを検出する。制御点で検出された動きに基づいて関心領域を設定し、関心領域内の光音響画像の信号強度に基づいて血流情報を生成する。制御点の動きに基づいて関心領域の設定を行うことで、被検体の構造情報が少なく、目印となる特徴があまりない光音響画像を用いた場合でも、血流の評価に有用な関心領域を設定することができる。
【００７８】
本実施形態では、複数かつ格子状に設定された関心領域候補の中から関心領域を設定する。関心領域の設定では、各関心領域候補に含まれる制御点で検出された動きに基づいて、複数の関心領域候補のうちで関心領域から除外する関心領域候補を決定する。特に、制御点を複数含んで成る位置範囲に含まれる複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づいて関心領域から除外する関心領域候補を決定する。例えば、ある位置範囲を構成する制御点で検出された動きが、平行移動している、動きがない、及び／又は動きがランダムであることを示す場合に、その位置範囲を含む関心領域候補を関心領域から除外する。このようにすることで、不必要な関心領域候補を関心領域から除外することができ、関心領域が多すぎることによって評価が困難になることを回避できる。
【００７９】
なお、上記では、主に波長７５５ｎｍの光を測定光とする例について説明したが、測定光の波長はこれには限定されない。例えば波長１０６４ｎｍや８００ｎｍの光を測定光として用いることも可能である。
【００８０】
測定光の波長は１つには限定されず、複数の波長の測定光を用いてもよい。前述のように、被検体内で発生する光音響波の強度はヘモグロビン濃度と酸素飽和度とに依存して変化し、その変化の仕方は測定光の波長に応じて異なる。例えば測定光の波長が７５５ｎｍの場合、動脈と静脈のうち、酸素飽和度が低い静脈からより強い光音響波が発生し、測定光の波長が１０６４ｎｍの場合は、酸素飽和度が高い動脈からより強い光音響波が発生する。別の言い方をすれば、測定光の波長が７５５ｎｍの場合は、酸素飽和度が低い場合に光音響波の検出信号は増加し、測定光の波長が１０６４ｎｍの場合は、酸素飽和度が高い場合に光音響波の検出信号は増加する。測定光の波長が８００ｎｍの場合は、発生する光音響波は酸素飽和度によってほとんど変化しない。測定光として、波長７５５ｎｍの光と波長１０６４ｎｍの光を用いて光音響波の検出を行い、光音響波の検出信号の波長依存性を調べることで、血流と酸素飽和度とを分離することができる。波長の組み合わせは上記したものには限定されず、例えば波長７５５ｎｍの光と波長８００ｎｍの光とを測定光としてもよい。このように、複数波長の測定光を用いることで血流と酸素飽和度とを分離することができ、血流情報生成手段２７は、血流に関連した血流情報に代えて又はこれに加えて、酸素飽和度に関連した血流情報を生成することができる。
【００８１】
続いて、本発明の第２実施形態を説明する。図１４は、本発明の第２実施形態に係る光音響計測システムを示す。本実施形態の光音響計測システム１０ａは、図２に示す第１実施形態に係る光音響計測システムの構成に加えて、圧力計測手段１６と駆血帯１７とを有する。本実施形態は、別途駆血帯１７を用いて駆血を行う。その他の点は、第１実施形態と同様でよい。本実施形態において、ステージ１５（図１及び図２を参照）は省略してもよい。
【００８２】
駆血帯１７は、カフ圧が可変な駆血帯である。駆血帯１７は、計測に際して、被検体の計測部位よりも心臓に近い側の位置に、例えば被検体の上腕に配置される。駆血帯１７に付随するポンプなどにより駆血帯１７に空気を送り込むことでカフ圧を上昇させ、排気弁を開くことによりカフ圧を低下させることが可能である。圧力計測手段１６は、例えば圧力センサであり、駆血帯１７のカフ圧を検出する。
【００８３】
駆血圧制御手段３０は、駆血帯１７のカフ圧を制御する。駆血圧制御手段３０は、圧力計測手段１６が検出したカフ圧に基づいて、駆血帯１７のカフ圧を所望の圧力に制御する。駆血圧制御手段３０は、計測が開始されると、駆血帯１７のカフ圧を上昇させて被検体を駆血状態とする。その後、一定の期間駆血状態を保った後に、段階的にカフ圧を低下させて被検体を非駆血状態とする。その間、被検体に対する測定光の出射と光音響波の検出を継続して行う。段階的にカフ圧を低下させるのに代えて、非駆血状態までカフ圧を急激に低下させてもよい。
【００８４】
本実施形態では、被検体の駆血に駆血帯１７（駆血手段の他の一例）を用いる。血流の評価に有用な関心領域を設定することができることを含めて、第１実施形態に係る光音響計測装置で得られる効果と同様な効果が得られる。なお、本実施形態において、駆血圧制御手段３０が駆血圧を制御するのに代えて、駆血圧を手動で制御することとしてもよい。
【００８５】
引き続き、本発明の第３実施形態を説明する。図１５は、本発明の第３実施形態の光音響計測システムを示す。本実施形態の光音響計測システム１０ｂは、超音波ユニット１２ｂがデータ分岐手段２４、超音波画像生成手段２６、及び送信制御回路２９を更に有する点で、図２に示す第１実施形態の光音響計測システム１０と相違する。その他の点は、第１実施形態又は第２実施形態と同様でよい。なお、本発明の実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いてもよい。
【００８６】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響波の検出に加えて、被検体に対する音響波（超音波）の送信、及び送信した超音波に対する反射音響波（反射超音波）の受信を行う。音波の送受信は分離した位置で行ってもよい。例えばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。
【００８７】
プローブ１１は、光音響波の検出信号と反射超音波の検出信号とを出力し、受信メモリ２３には、ＡＤ変換された光音響波及び反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）が格納される。データ分岐手段２４は例えば切替えスイッチであり、受信メモリ２３から読み出された光音響波の検出信号のサンプリングデータを光音響画像生成手段２５に送信する。また、受信メモリ２３から読み出された反射超音波のサンプリングデータを超音波画像生成手段２６に送信する。
【００８８】
超音波画像生成手段（反射音響波画像生成手段）２６は、プローブ１１で検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像（反射音響波画像）を生成する。超音波画像の生成も、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。生成された超音波画像を画像表示手段１４に表示してもよい。超音波画像生成手段２６は、例えばＤＳＰで構成される。超音波画像生成手段２６の機能は、超音波ユニット１２ｂに含まれるプロセッサによるソフトウェア処理によって実現してもよい。
【００８９】
トリガ制御手段２８は、超音波画像を取得する場合は、送信制御回路２９に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送信する。送信制御回路２９は、超音波送信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。プローブ１１は、例えば音響ラインを一ラインずつずらしながら走査して反射超音波の検出を行う。トリガ制御手段２８は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路２１にサンプリングトリガ信号を送信し、反射超音波のサンプリングを開始させる。光音響画像の取得と超音波画像の取得とは、同期して行ってもよい。
【００９０】
動き検出手段３１は、超音波画像生成手段２６が生成した複数の時刻の超音波画像に基づいて、光音響画像内に設定された複数の制御点にそれぞれ対応する複数の位置において超音波画像の動きを検出する。便宜上、光音響画像内に設定された複数の制御点にそれぞれ対応する超音波画像の複数の位置も制御点と呼ぶ。動き検出手段３１は、検出した超音波画像における各制御点の動きを、光音響画像内に設定された各制御点の動きと擬制する。関心領域設定手段３２における関心領域の設定は、第１実施形態と同様でよい。光音響画像と超音波画像とは、公知の手法を用いて位置合わせしておくことが好ましい。
【００９１】
図１６は、超音波画像と関心領域候補とを示す。図１６に示す超音波画像内に設定された関心領域候補（ＲＯＩ候補）の位置は、図５に示す光音響画像内に設定された関心領域候補（ＲＯＩ候補）の位置に対応している。超音波画像には、光音響画像内に設定された制御点と対応する位置に制御点が設定されており、超音波画像における関心領域候補も、複数の制御点を含む。動き検出手段３１が行う動き検出は、検出に用いる画像が光音響画像から超音波画像に変わった点を除けば、第１実施形態と同様である。
【００９２】
図１７は、超音波画像と関心領域とを示す。関心領域設定手段３２は、例えば、初期状態ではすべての関心領域候補を関心領域として設定し、複数の制御点で検出された動きがあらかじめ定められた条件を満す位置範囲に含まれる関心領域候補を関心領域から除外していく。図１７では、横６×縦３個の関心領域候補がそれぞれ関心領域ＲＯＩとして設定されている。血流情報生成手段２７は、このようにして設定された関心領域ＲＯＩの血流情報を生成する。
【００９３】
本実施形態では、動きの検出に、光音響画像と同期して取得される超音波画像を用いる。動きの検出を超音波画像で実施しているため、関心領域の設定を超音波画像により実施しているのと同等となる。光音響画像と超音波画像とを比較すると、超音波画像は光音響画像よりも信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）が高い。加えて、被検体の構造情報をより多く持つ。このため、超音波画像を用いた場合、光音響画像を用いた場合に比べて、高精度に動きを検出できる。従って、本実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態に比べて、関心領域設定をより適切に行うことができる。他の効果は第１実施形態又は第２実施形態と同様である。
【００９４】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響計測装置及びシステムは、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１０：光音響計測システム
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：光源
１４：画像表示手段
１５：ステージ
１６：圧力計測手段
１７：駆血帯
２１：受信回路
２３：受信メモリ
２４：データ分岐手段
２５：光音響画像生成手段
２６：超音波画像生成手段
２７：血流情報生成手段
２８：トリガ制御手段
２９：送信制御回路
３０：駆血圧制御手段
３１：動き検出手段
３２：関心領域設定手段
５１：把持部
５２：移動機構
５３：圧力計測手段
【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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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