(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を被検体に照射する光照射部と、
前記光照射部から射出された光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を受信して電気信号を出力する音響波受信部と、
前記光照射部を制御する制御部と、
前記電気信号を処理する処理部と、
を有し、
前記制御部は、前記光照射部による複数回の光射出における射出位置の分布の密度が、前記射出位置の分布の外側よりも内側のほうが高くなるように前記光照射部を制御し、
前記音響波受信部は、前記複数回の光射出により発生した音響波を受信することにより、前記複数回の光射出に対応する複数の電気信号を出力し、
前記処理部は、前記複数の電気信号に基づいて画像データを取得することを特徴とする光音響装置。
【請求項２】
前記光照射部は、光を発する光源と、前記光源からの光を前記被検体へ照射する光学系と、前記被検体と前記光学系との相対位置を移動させる射出位置移動部と、を備え、
前記制御部は、前記射出位置移動部の駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
【請求項３】
前記光源は、所定の繰り返し周波数で光を発することを特徴とする請求項２に記載の光音響装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記射出位置移動部による前記光学系の移動の軌跡が渦巻き状となるように前記射出位置移動部を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の光音響装置。
【請求項５】
前記光照射部は、光を発する光源と、前記光源からの光を前記被検体へ照射する光学系と、を備え、
前記光学系は、複数の射出端を備え、
前記制御部は、前記複数回の光射出の第１の光射出と第２の光射出とで、前記光学系の前記複数の射出端のうち、光が射出される射出端を変更することを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
【請求項６】
前記被検体と前記音響波受信部との相対位置を移動させる計測位置移動部を更に有し、前記音響波受信部は、複数の音響波受信素子の指向軸が集まるように配置された前記複数の音響波受信素子を備え、
前記制御部は、前記複数回の光射出において前記光照射部からの光が前記指向軸の集まる領域に向けて射出されるように、前記光照射部および前記計測位置移動部の駆動を制御する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記射出位置によって光射出の回数が異なるように前記光照射部を制御する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項８】
光を被検体に照射する光照射部と、
前記光照射部からの光が前記被検体に照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号を出力する音響波受信部と、
前記被検体と前記音響波受信部との相対位置を移動させる計測位置移動部と、
前記計測位置移動部の駆動を制御する制御部と、
前記電気信号を処理する処理部と、
を有し、
前記制御部は、前記光照射部による複数回の光射出における前記音響波受信部の計測位置の分布の密度が、前記計測位置の分布の外側よりも内側のほうが高くなるように前記計測位置移動部を制御し、
前記音響波受信部は、前記複数回の光射出により発生した音響波を受信することにより、前記複数回の光射出に対応する複数の電気信号を出力し、
前記処理部は、前記複数の電気信号に基づいて画像データを取得することを特徴とする光音響装置。
【請求項９】
前記音響波受信部は、複数の音響波受信素子の指向軸が集まるように配置された前記複数の音響波受信素子を備えることを特徴とする請求項８に記載の光音響装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記計測位置移動部による前記音響波受信部の移動の軌跡が渦巻き状となるように前記計測位置移動部を制御することを特徴とする請求項８または９に記載の光音響装置。
【請求項１１】
前記音響波受信部は、複数の音響波受信素子の指向軸が集まるように配置された前記複数の音響波受信素子を備え、
前記制御部は、前記複数回の光射出において前記光照射部からの光が前記指向軸の集まる領域に向けて射出されるように、前記光照射部および前記計測位置移動部の駆動を制御する
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記計測位置によって発光回数が異なるように前記計測位置移動部を制御する
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１３】
曲面の保持面を有する、前記被検体を保持する保持部を更に有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１４】
光を被検体に照射することにより発生する光音響波を用いて被検体の情報を取得する情報取得装置であって、
前記被検体に光を照射するための光照射部と、
前記光照射部から射出される光の射出位置を、ある面内方向に、前記被検体に対して相対的に移動させる走査部と、
前記光照射部の前記射出位置から、前記被検体の表面の光照射位置までの、前記面内方向に垂直な方向の距離が、前記射出位置に応じて異なる箇所を前記被検体が有するように前記被検体を保持する保持部と、
前記光音響波を受信するための受信部と、
前記受信部から出力される信号を用いて、前記被検体に関する前記情報を取得するための処理部とを備え、
前記走査部により形成される前記射出位置は、少なくとも
前記射出位置から前記光照射位置までの距離が第１のレンジ内にある、複数の前記射出位置からなる第１の射出位置グループと、
前記射出位置から前記光照射位置までの距離が、前記第１のレンジ内のいずれの値よりも大きな値で構成される第２のレンジ内にある、複数の前記射出位置からなる第２の射出位置グループとを含み、且つ
前記第１の射出位置グループに属する射出位置の密度は、前記第２の射出位置グループに属する射出位置の密度よりも高くなるように前記走査部は制御されることを特徴とする情報取得装置。
【請求項１５】
前記光照射部は、パルス光を周期的に射出していることを特徴とする請求項１４に記載の情報取得装置。
【請求項１６】
前記保持部は、前記被検体を支持するために凹型形状をしている請求項１４または１５に記載の情報取得装置。
【請求項１７】
前記受信部は、前記光照射部と同期して、前記走査部により移動することを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１８】
前記走査部は、前記複数の射出位置が、螺旋状の移動軌跡を形成するように走査を行うことを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１９】
前記移動軌跡を構成する前記複数の射出位置の間隔は、前記螺旋状の移動軌跡の外側から内側に向かうにつれて、狭くなるように前記走査部は制御されることを特徴とする請求項１８に記載の情報取得装置。
【請求項２０】
前記移動軌跡を形成する複数の射出位置では、前記光照射部から、互いに異なる波長のパルス光が交互に射出されていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光を被検体に照射することにより発生する光音響波を受信し、被検体情報を取得する光音響装置に関する。本発明はまた、光を被検体に照射することにより発生する光音響波を用いて被検体の情報を取得する情報取得装置に関する。
【０００２】
光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。光イメージング装置は、レーザーなどの光源から生体などの被検体に光を照射し、照射された光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する。このような光イメージング技術の例として、光音響イメージング（ＰＡＩ）がある。光音響イメージングでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体組織（音源）から発生した音響波（典型的に超音波である）を受信する。そして、光音響イメージングでは、その受信信号に基づき被検体の内部情報をイメージング（画像化）するものである。すなわち、腫瘍などの対象部位とそれ以外の組織との光エネルギーの吸収率の差を利用し、被検部位が照射された光エネルギーを吸収して瞬間的に膨張する際に発生する弾性波（光音響波）を音響波受信器で受信する。この受信信号を数学的に処理することにより、発生音圧分布や吸収係数分布などの被検体内部の情報を得ることができる。近年、この光音響イメージングを用いて、小動物の血管像をイメージングする前臨床研究や、この原理を乳がんなどの診断に応用する臨床研究が積極的に進められている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】”Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ”、Ｍ．Ｘｕ、Ｌ．Ｖ．Ｗａｎｇ、ＲＥＶＩＥＷ  ＯＦ  ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ  ＩＮＳＴＵＲＵＭＥＮＴ、７７、０４１１０１、２００６］
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光音響装置によって得られた光音響画像においては音源の画像が画像ノイズに埋もれてしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する光音響装置は、光を被検体に照射する光照射部と、光照射部から射出された光が被検体に照射されることにより発生した音響波を受信して電気信号を出力する音響波受信部と、光照射部を制御する制御部と、電気信号を処理する処理部と、を有する。制御部は、光照射部による複数回の光射出における射出位置の分布の密度が、射出位置の分布の外側よりも内側のほうが高くなるように光照射部を制御する。音響波受信部は、複数回の光射出により発生した音響波を受信することにより、複数回の光射出に対応する複数の電気信号を出力する。処理部は、複数の電気信号に基づいて画像データを取得する。
【０００６】
本発明の更なる特徴は、以下の、添付図面を参照した実施形態の記載から、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態に係る光音響装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本実施形態に係るある発光タイミングにおける計測位置および射出位置の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施形態に係る別の発光タイミングにおける計測位置および射出位置の一例を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施形態に係るある発光タイミングにおける被検体内の光量分布の一例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本実施形態における別の発光タイミングにおける被検体内の光量分布の一例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、比較例に係る計測位置または射出位置の分布の一例を示す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、比較例に係る光量の合計値の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施形態に係る計測位置または射出位置の分布の一例を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施形態に係る光量の合計値の一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る計測位置または射出位置の別の分布の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、実施例に係る光音響装置の構成の一部を模式的に示した図である。
【図８】図８は、実施例に係る光音響装置の構成の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、実施例に係る光音響装置の構成の一例を示す模式図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施例１に係る光音響装置で得られた光音響画像である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、比較例に係る光音響装置で得られた光音響画像である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本実施形態に係る情報取得装置に関して説明するための図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本実施形態に係る情報取得装置に関して説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態における光音響装置は、光音響効果により発生した光音響波の受信信号から被検体情報を取得する装置である。光音響波の受信信号から得られる被検体情報（光音響画像）としては、光音響波の初期音圧分布、光エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布、および被検体を構成する物質の濃度分布などがある。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度などである。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。
［光音響装置の構成］
【０００９】
図１を参照しながら本実施形態にかかる光音響装置の構成を説明する。
【００１０】
本実施形態の光音響装置は、基本的なハード構成として、光源１１、光学系１３、音響波受信部６０、スキャナー２１、入力部２４、制御部１９Ｃ、信号収集部２６、コンピュータ１９、を有する。図１において支持体２２については断面図を示した。光学系１３は、光を射出する光射出端（不図示）を有する。
【００１１】
以下、本実施形態に係る光音響装置の構成要素に関して説明する。
［光源１１］
【００１２】
光源１１は被検体に光エネルギーを供給し、光音響波を発生させる。被検体が被検体の場合、光源１１から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の光を照射する。光源は、本実施形態の光音響イメージング装置と一体として設けられていても良いし、光源を分離して別体として設けられていても良い。光源としては数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を照射光として発生可能なパルス光源であってもよい。具体的には効率的に光音響波を発生させるため、１０〜１００ナノ秒程度のパルス幅が使われる。光源としては高出力が得られるためレーザーであってもよい。レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、ファイバーレーザー、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。発光のタイミング、波形、強度などは不図示の光源制御部によって制御される。本発明において、使用する光源の波長は、被検体が生体の場合、生体内部まで光が伝搬する波長を使ってもよい。具体的には５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。
［光学系１３］
【００１３】
光源１１から照射されたパルス光１２は、典型的にはレンズやミラーなどの光学部品により、所望の光分布形状に加工されながら被検体に導かれる。あるいは、光ファイバやそれを束ねたバンドル光ファイバ、鏡筒にミラーなどを組み込んだ関節式アームなどの光導波路などを用いて伝搬させることも可能である。そのような装置も光学系１３とみなされる。その他の光学系１３は、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を拡散させる拡散板などである。このような光学部品は、光源から発せられたパルス光１２が被検体１５に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。光学系１３は、被検体の診断領域を広げられるという観点から光をある程度の面積に広げてもよい。典型的には光学系１３からの光の射出位置は光学系１３の光射出端の位置と一致する。
【００１４】
光源１１から所望のパルス光１２が射出できる場合、光音響装置は光学系１３を備えていなくてもよい。
［被検体１５］
【００１５】
被検体１５は本実施形態における光音響装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。本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１５としては人体や動物の乳房や指、手足などの診断の対象部位が想定される。被検体内部の光吸収体としては、被検体１５内で相対的に吸収係数が高いものを想定してもよい。例えば、光吸収体としては、人体が測定対象であれば酸化あるいは還元ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは新生血管などが該当する。被検体１５表面の光吸収体としてはメラニンなどである。ただし、光の波長を適切に選択することで、人体においても脂肪、水、コラーゲンなど、その他の物質も光吸収体となりえる。
［音響波受信素子１７］
【００１６】
音響波受信部６０は、複数の音響波受信素子１７および支持体２２を含む。音響波受信素子１７は、音響波を受信し、アナログ信号である電気信号に変換するものである。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音響波を検知できるものであれば、どのような音響波受信素子１７を用いてもよい。本実施形態において、音響波受信素子１７は複数配置される。このような多次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を受信することができる。そのため、受信時間を短縮できると共に、被検体１５の振動などの影響を低減できる。
［支持体２２］
【００１７】
支持体２２は複数の音響波受信素子１７を支持体２２に沿って配置する部材である。支持体２２は、被検体１５を取り囲む閉曲面上に複数の音響波受信素子１７を配置してもよい。ただし、被検体が人体などを対象とし、被検体を取り囲むすべての閉曲面上に複数の音響波受信素子１７を配置することが困難な場合は、図１のように半球状の支持体２２の表面に複数の音響波受信素子１７を配置してもよい。半球状の支持体に複数の音響波受信素子１７を配置することが困難な場合は、平面状の支持体に複数の音響波受信素子１７を配置してもよい。
【００１８】
一般に、複数の音響波受信素子１７のそれぞれはその受信面（表面）の法線方向に最も高い受信感度を有する。複数の音響波受信素子１７の指向軸を半球面形状の曲率中心付近へ集めることで、高精度に可視化可能な高解像度領域２３が形成される。
【００１９】
例えば、高解像度領域２３は、最高解像度を得る曲率中心を中心とした、式（１）で示す半径ｒを有する略球形状の領域として考えることができる。
【数１】
0006656229.tif 000002
【００２０】
Ｒは高解像度領域２３の下限解像度、ｒ０は半球形状の支持体２２の半径、φｄは音響波受信素子１７の直径である。Ｒはたとえば、曲率中心で得る最高解像度の半分の解像度とすればよい。
【００２１】
高解像度領域２３が支持体２２の曲率中心を中心とした略球形状で形成される場合を考える。この場合、コンピュータ１９は各計測位置での高解像度領域２３の範囲を式（１）に従って推定することができる。
【００２２】
本発明において、複数の音響波受信素子１７の配置は図１のような半球形状の例に限定されない。所定の領域に複数の音響波受信素子１７の指向軸が集まり、所定の高解像度領域２３を形成できる配置であればよい。すなわち、所定の高解像度領域２３が形成されるように、所定の領域にするよう曲面形状に沿って複数の音響波受信素子１７が配置されればよい。曲面の例は、真球形状や半球面等の開口がある球面を含む。曲面の例は、さらに、球面と見なせる程度の表面上の凹凸がある面や、球面と見なせる程度の楕円体（楕円を三次元へ拡張した形であり、表面が二次曲面からなる形）上の面も含む。
【００２３】
球を任意の断面で切った形状の支持体に沿って複数の音響波受信素子を配置する場合、その支持体の形状の曲率中心に指向軸が最も集まる。本実施形態で説明する半球形状の支持体２２も、球を任意の断面で切った形状の支持体の一例である。本明細書において、このように球を任意の断面で切った形状のことを球に基づく形状と呼ぶ。このように球に基づく形状の支持体に配置される複数の音響波受信素子は、球面上に配置されることとなる。
【００２４】
支持体２２は、その底面にパルス光１２を導光するための照射口が備えられている。光学系１３により導光された光が照射口から被検体１５へ照射される。光学系１３と照射口とを含めて本発明の光学系とすることができる。
［信号収集部２６］
【００２５】
本実施形態の光音響装置は、音響波受信素子１７より得られた電気信号を増幅し、その電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する信号収集部２６を有する。信号収集部２６は、典型的には増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）チップなどで構成される。探触子から得られる受信信号が複数の場合は、同時に複数の信号を処理してもよい。そうすることで、画像を形成するまでの時間を短縮できる。本明細書において「受信信号」とは、音響波受信素子１７から取得されるアナログ信号も、その後ＡＤ変換されたデジタル信号も含む概念である。受信信号は「光音響信号」ともいう。
［コンピュータ１９］
【００２６】
処理部としてのコンピュータ１９は、演算部１９Ａ、記憶部１９Ｂ、および制御部１９Ｃを備える。コンピュータ１９は、複数の音響波受信素子１７から出力された電気信号に対して所定の処理を施すことができる。コンピュータ１９が光音響装置を構成する各構成の作動を制御することができる。
【００２７】
演算部１９Ａは、典型的にはＣＰＵ、ＧＰＵ（グラフィックス  プロセッシング  ユニット）、Ａ／Ｄ変換器などの素子や、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの回路から構成される。演算部１９Ａは、１つの素子や回路から構成されるだけではなく、複数の素子や回路から構成されていてもよい。コンピュータ１９が行う各処理をいずれの素子や回路が実行してもよい。
【００２８】
た、記憶部１９Ｂ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。記憶部１９Ｂ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。
【００２９】
制御部１９Ｃは典型的にＣＰＵから構成されている。
【００３０】
コンピュータ１９は、同時に複数の信号をパイプライン処理できるように構成されていてもよい。そうすることで、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することができる。
【００３１】
演算部１９Ａは、記憶部１９Ｂに保存された受信信号データに対して画像再構成処理を行うことにより各ボクセルにおける被検体情報を取得する。画像再構成処理としては、例えば、トモグラフィー技術で一般に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、または整相加算処理などが用いられる。繰り返し処理による逆問題解析法などの画像再構成手法を用いることもできる。音響レンズなどで受信フォーカス機能を備えた探触子を用いることで、画像再構成を行わずに被検体情報を可視化してもよい。画像再構成処理を行う演算部１９Ａは、一般的に高性能な演算処理機能、グラフィック表示機能を有するＧＰＵなどにより構成される。これにより、画像再構成処理や表示画像の構成に掛かる時間を短縮することができる。
【００３２】
制御部１９Ｃは、記憶部１９Ｂに格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成の作動を制御する。例えば、制御部１９Ｃは、スキャナー２１の駆動や光源１１の発光タイミング等を制御する。制御部１９Ｃはスキャナー２１を制御することにより、支持体２２の移動速度、移動方向、移動範囲などの移動に関するパラメータを制御することができる。移動範囲は被検体の大きさに応じて変化させてもよい。例えば、被検体が小さい場合は小さい移動範囲で、被検体が大きい場合は大きい移動範囲で支持体２２の移動を制御することで、余分な測定時間を低減することができる。プログラムが保存されている記憶部は、非一時的な記録媒体である。
【００３３】
コンピュータ１９の各機能は異なるハードウェアによって構成されてもよい。音響波受信部６０、信号収集部２６、およびコンピュータ１９は、１つのハードウェアによって構成されてもよい。各構成の少なくとも一部が１つのハードウェアによって構成されてもよい。例えば、音響波受信部６０と信号収集部２６とが１つのハードウェアによって構成されてもよい。
［表示部２０］
【００３４】
表示部２０はコンピュータ１９から出力される画像データを表示する装置である。典型的には、表示部２０には、液晶ディスプレイが利用される。表示部２０は光音響装置から独立していてもよい。
［スキャナー２１］
【００３５】
移動部としてのスキャナー２１は、モータなどの駆動部とその駆動力を伝達する機械部品から構成される。
【００３６】
スキャナー２１は、制御部１９Ｃからの位置制御情報に従って、被検体１５に対する支持体２２の計測位置または光学系１３からの光の射出位置を移動させる。射出位置および計測位置を被検体１５に対して移動させながら受信信号データの取得を繰返すことで、目的とする広範囲の被検体情報を得るための受信信号データを取得することができる。
【００３７】
またスキャナー２１は、制御部１９Ｃによるパルス光１２の照射制御に同期して、光照射時、すなわち光音響波の受信時の支持体２２または光学系１３の位置情報をコンピュータ１９へ出力する。
【００３８】
スキャナー２１は、光学系１３、音響波受信素子１７、および被検体１５の少なくとも１つを移動させることができればよい。
【００３９】
スキャナー２１は、移動と制止を繰り返す、ステップアンドリピート式スキャナーでもよいし、連続的に移動させる連続移動式スキャナーでもよい。ただし、連続的に移動させる連続移動の方が、全体の移動時間も低減でき、被験者の負担を軽減することができる。さらに、移動の加速度の変化が少ない連続移動により、装置の揺れの影響を軽減することができる。
【００４０】
スキャナー２１は、光源１１から発生したパルス光１２の照射位置を移動させるために、支持体２２とともに光学系１３を移動させてもよい。すなわち、支持体２２と光学系１３とは同期して移動させられてもよい。そうすることで、音響波の受信位置と光の照射位置との関係が一定に保たれるため、より均質な被検体情報を取得することができる。本実施形態において、光学系１３と被検体１５との相対位置を移動させる手段を射出位置移動部と称し、音響波受信部６０と被検体１５との相対位置を移動させる手段を計測位置移動部と称する。
【００４１】
被検体へ照射できる照射面積は、被検体が人体の場合、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）の規格で制限される。そのため、被検体１５内への伝搬する光量を増加させるためには、照射強度と照射面積を大きくしてもよいが、光源のコストなどの観点から照射面積は制限される。受信素子の指向性から受信感度が小さい領域へ光を照射しても光量の利用効率が低い。そのため、大きな被検体全体へ光照射することは効率的ではない。つまり、音響波受信器の感度の高い領域にのみ光照射すれば効率が良いため、音響波受信器とともに光も移動してもよい。
［入力部２４］
【００４２】
入力部２４は、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成されることができる。表示部２０をタッチパネルで構成し、表示部２０を入力部２４としてもよい。例えばユーザーは、撮像に関するパラメータ設定、撮像開始の指示、関心領域の範囲や形状などの観察パラメータ設定、その他画像に関する画像処理操作などを、入力部２４により行うことができる。
【００４３】
光音響装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。あるいは、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。
［音響整合材２７］
【００４４】
被検体１５と支持体２２の間は光音響波の伝播経路であるため、水や超音波測定用のジェル、またはジェルシートなどの音響整合材２７を配置して空隙を生じないように配慮してもよい。音響整合材２７はパルス光１２の伝播経路でもあるため、パルス光１２に対して透明な媒質であってもよい。例えば音響整合材２７としては水などが使用される。
［保持部４０］
【００４５】
保持部４０は被検体１５の形状を測定中に保持するために使用される。持部４０により被検体１５を保持することによって、被検体の動きの抑制および被検体１５の位置を保持部４０内に留めることができる。保持部４０の材料には、ＰＥＴ−Ｇ等を用いることができる。
【００４６】
保持部４０は、被検体１５を保持できる硬度を有する材料であることが好ましい。保持部４０は、測定に用いる光を透過する材料であってもよい。保持部４０は、インピーダンスが被検体１５と同程度の材料で構成されていてもよい。乳房等の曲面を有するものを被検体１５とする場合、凹型に成型した保持部４０であってもよい。この場合、保持部４０の凹部分に被検体１５を挿入することができる。
［撮像装置５０］
【００４７】
撮像装置５０は、被検体の画像データを生成し、生成した画像データをコンピュータ１９に出力する。撮像装置５０は、撮像素子５１および画像生成部５２を有する。画像生成部５２は、撮像素子５１から出力された信号を解析することにより被検体の画像データを生成し、生成された画像データは記憶部１９Ｂに記憶される。
【００４８】
例えば、撮像素子５１には、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどの光学撮像素子を採用することができる。撮像素子５１には、ピエゾ素子やＣＭＵＴなどの音響波を送受信するトランスデューサなどを採用することができる。複数の音響波受信素子１７の一部の素子を撮像素子５１として採用してもよい。画像生成部５２が撮像素子５１から出力された信号に基づいて被検体の画像を生成できる限り、撮像素子にはいかなる素子を採用してもよい。
【００４９】
画像生成部５２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、またはＡ／Ｄ変換器などの素子や、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの回路から構成される。コンピュータ１９が画像生成部５２の機能を兼ねてもよい。すなわち、コンピュータ１９内の演算部１９Ａを画像生成部５２として用いてもよい。
［光音響装置の作動］
【００５０】
次に、本実施形態における光音響装置の作動を説明する。制御部１９Ｃはコンピュータ１９の指示に従ってスキャナー２１を駆動させ、音響波受信部６０（支持体２２）を所望の移動経路で移動させる。このとき、あるタイミングにおいて、光源１１から発せられたパルス光１２は、光学系１３により導かれ、生体などの被検体１５に照射される。パルス光１２を照射したタイミングにおいて、パルス光１２は被検体１５の内部全体にほぼ同時に到達する。被検体１５の内部を伝播したパルス光１２のエネルギーの一部がヘモグロビンを多く含む血管などの光吸収体（結果的に音源となる）に吸収されると、その光吸収体の熱膨張により光音響波（典型的には超音波）が発生する。複数の音響波受信素子１７は、この光音響波を受信して電気信号に変換する。
【００５１】
典型的にスキャナー２１が音響波受信部６０を移動させる速度に比べ光音響波の伝播速度は早いため、パルス光１２の発光タイミングに複数の音響波受信素子１７が取る位置で光音響波は受信される。このように、パルス光１２を被検体１５に照射してから複数の音響波受信素子１７が光音響波を受信するまでの音響波受信部６０の移動は無視してもよい。そのため、本実施形態においてはパルス光１２の発光タイミングが光音響波を受信するタイミングとなる。パルス光１２の発光タイミングにおける被検体１５に対する支持体２２の相対位置を「支持体２２の計測位置（音響波受信部６０の計測位置）」とする。本実施形態では、支持体２２の中心位置を支持体２２の取る位置とする。パルス光１２の発光タイミングに被検体１５に対する光学系１３の相対位置を「光学系１３から光の射出位置」とする。
【００５２】
本実施形態においては、支持体２２は複数の音響波受信素子１７を有している。そのため、各発光タイミングにおける支持体２２の計測位置から各発光タイミングにおける複数の音響波受信素子１７の取る位置を把握することができる。本実施形態において、スキャナー２１は、支持体２２と光学系１３との位置関係を維持させてそれぞれを移動させている。そのため、各発光タイミングにおける光学系１３からの光の射出位置と支持体２２の計測位置との位置関係は一定となっている。以下、「支持体２２の計測位置」のことを単に「計測位置」とも呼ぶ。「光学系１３からの光の射出位置」のことを単に「射出位置」とも呼ぶ。
【００５３】
続いて、制御部１９Ｃはコンピュータ１９の指示に従ってスキャナー２１を駆動させ、光学系１３および支持体２２を移動させる。このとき、別のタイミングでパルス光１２を照射し、複数の音響波受信素子１７は新たに発生した光音響波を受信する。このようにして、先のタイミングにおける射出位置および計測位置とは異なる射出位置および計測位置で光音響波を受信することができる。本実施形態においては光源１１がパルス光１２を所定の繰り返し周波数で周期的に発生させているため、スキャナー２１の制御により射出位置および計測位置を制御することができる。この場合、光照射部は、光源１１、光学系１３、およびスキャナー２１から構成され、制御部１９Ｃは、光照射部としてのスキャナー２１を制御することにより、射出位置を制御することができる。
【００５４】
制御部１９Ｃが光源１１の発光タイミングを変更してもよい。この場合、制御部１９Ｃが光源１１の発光タイミングとスキャナー２１の駆動を制御することにより、射出位置および計測位置が制御される。この場合、光照射部は、光源１１、光学系１３、およびスキャナー２１から構成され、制御部１９Ｃは、光照射部としての光源１１およびスキャナー２１を制御することにより、射出位置を制御することができる。
【００５５】
光学系１３が複数の光の射出端を有し、制御部１９Ｃがいずれの射出端から光を射出させるのかを制御することにより、射出位置を制御してもよい。この場合、光照射部は光源１１および光学系１３から構成され、制御部１９Ｃは光照射部としての光学系１３を制御することにより、射出位置を制御することができる。例えば、光学系１３は、光を低減する光学フィルターや光を分岐するビームスプリッタ―などを含むことにより、光が射出される射出端を変更することができる。光源１１の出力は有限であるため、１回の発光で多くの射出端から光を射出させると、それぞれの射出端からの光の強度が小さくなってしまう。この場合、被検体内で、いずれの発光タイミングにおいても到達する光量が少ない位置が存在してしまう。この位置を精度よく画像化するのは困難である場合がある。そこで、光源１１からの１回の光射出においては、光を複数の射出端の一部に分岐し、一部の射出端から被検体を照射してもよい。第１の発光タイミング（第１の光射出）と第２の発光タイミング（第２の光射出）とで光が分岐される射出端を変更し、複数回の光射出により設定された全ての射出位置から光が射出されるようにしてもよい。
【００５６】
続いて、複数の音響波受信素子１７から出力された電気信号は、信号収集部（ＤＡＳ）２６で増幅処理やデジタル変換処理が施される。
【００５７】
続いて、コンピュータ１９は、被検体情報に基づく画像を表示する領域である関心領域を設定する。コンピュータ１９は、ユーザーが入力部２４を用いて任意に指定した領域を関心領域として設定してもよい。あるいは、コンピュータ１９は、他の画像形成装置（例えば、撮像装置５０）で得られた画像の中からユーザーが指定した領域を関心領域として設定してもよい。あるいは、コンピュータ１９が他の画像形成装置（例えば、撮像装置５０）で得られた画像を解析することにより関心領域を設定してもよい。あるいは、コンピュータ１９は、記憶部１９Ｂに予め記憶された領域の情報を読み出すことにより関心領域を設定してもよい。例えば、被検体の全領域を関心領域として設定する場合、保持部４０内の全領域を含む領域を関心領域として予め設定されていてもよい。
【００５８】
続いて、コンピュータ１９は、信号収集部２６から出力されたデジタル信号に対して、画像再構成などの所定の処理を施し、関心領域における初期音圧分布や吸収係数分布などの被検体情報を取得する。例えば、米国特許５７１３３５６号公報に記載された画像再構成処理で、複数の発光タイミングで得られた電気信号から各ボクセルの被検体情報を取得することができる。典型的にはコンピュータ１９が複数の電気信号を重ね合わせることにより各ボクセルの被検体情報を取得する。計算に用いられた電気信号の数がボクセル毎に異なる場合、重ね合わせ値を計算に用いられた信号の数で割ってもよい。そうすることで、信号数のばらつきによる被検体情報のばらつきを抑制することができる。計算に用いられた電気信号の数がボクセル毎に変わらない場合は重ね合わせ値をそのまま用いてもよい。
【００５９】
続いて、コンピュータ１９は、取得した被検体情報に基づいて、表示部２０に表示させるための画像データを生成する。そして、コンピュータ１９は生成された画像データに基づく光音響画像を表示部２０に表示させる。
【００６０】
医師などのユーザーは、以上のようにして表示部２０に表示された被検体情報の光音響画像を診断などに用いることができる。
【００６１】
例えば、図２Ａと図２Ｂは、ある発光タイミングＡおよびＢにおける光学系１３および支持体２２の位置の一例を示している。すなわち、図２Ａと図２Ｂは、発光タイミングＡおよびＢにおける射出位置および計測位置を示している。図２Ａと図２Ｂにおいて矢印の方向（パルス光１２の照射方向）を被検体１５の深さ方向としている。関心領域３２を含む領域の光音響画像が最終的に表示部２０に表示されることとなる。
【００６２】
図２Ａと図２Ｂに示したように、半球形状の支持体２２に配置された音響波受信素子１７は、その半球の曲率中心付近に球状の高解像度領域２３を形成する。ここで高解像度領域２３とは、最大解像度の半分までの画像を取得できる領域のことを示している。
【００６３】
本実施形態においてコンピュータ１９は、この高解像度領域２３あるいはそれを含む領域を、画像化する画像再構成領域３３として設定する。各発光タイミングに対応する画像再構成領域３３が関心領域３２を満たすように、コンピュータ１９は各発光タイミングに対応する画像再構成領域３３を設定する。本実施形態ではコンピュータ１９が発光タイミング毎に画像再構成処理を行う例を説明するが、コンピュータ１９は複数の発光タイミングで得られた電気信号に対して画像再構成処理を行ってもよい。
【００６４】
本実施形態では、コンピュータ１９は関心領域３２、および各発光タイミングにおける画像再構成領域３３を設定し、その中をボクセル３５に分割する。図２Ａにおいては便宜上一部のボクセル３５のみを示している。本実施形態では、３次元の空間領域の被検体情報を取得するため、再構成される最小領域をボクセルと称する。ただし、２次元の空間領域の被検体情報を取得してもよい。この場合、再構成される最小領域をピクセルと称する。
【００６５】
あるいはユーザーが入力部２４を用いて任意の領域を指定し、ユーザーにより指定された領域をコンピュータ１９が関心領域３２または画像再構成領域３３として設定することができる。あるいは、関心領域３２または画像再構成領域３３は、予め設定されていてもよい。
【００６６】
以下、本実施形態に係る射出位置または計測位置の分布について説明する。なお前述したように、本実施形態において射出位置と計測位置との位置関係は一定であるため、それぞれは同様の分布となる。
［射出位置の分布］
【００６７】
光音響装置では、被検体内の光量分布に応じて、発生する光音響波の音圧が変化する。典型的に光音響波の発生音圧は光量の値に比例する。すなわち、同じ吸収係数を有する血管（血液）であっても、光照射方法や被検体形状等により、被検体内部の光量に分布があるため、被検体内で発生する音圧が大きく異なる。光音響波の発生音圧が低い場合、その光音響波の受信信号の強度も低い。そのため、その受信信号から画像再構成処理により得られる光音響画像の中には画像ノイズに埋もれて発生音圧が表現されない領域が存在しうる。すなわち、発生音圧の低い領域については発生音圧を表現できる画像ノイズレベルとなっていない領域が存在しうる。
【００６８】
そこで本実施形態においては、関心領域３２内の各ボクセルに対応する、複数の発光タイミングの光照射による光量の合計値が閾値以上となるように、射出位置が設定される。すなわち、制御部１９Ｃは、関心領域３２をボクセルに分割したときに、複数回の光照射による各ボクセルの光量の合計が閾値以上となるような射出位置の分布となるようにスキャナー２１を制御する。
【００６９】
このような射出位置の分布とすることで、音源が存在するボクセルで発生する光音響波の発生音圧を所定の水準以上とすることができる。そのため、音源の画像が画像ノイズに埋もれてしまうことを抑制することができる。以下、本実施形態に係る射出位置の分布について詳述する。本実施形態では光源１１が各発光タイミングにおいて一定の光強度でパルス光１２を発することを前提に説明する。
【００７０】
図３Ａと図３Ｂは、ある発光タイミングＡ及びＢにおけるパルス光１２の被検体１５内での光量分布の一例を示したものである。図中の黒色は光量が高い領域で、白色は光量の低い領域を示している。図中の矢印の方向（パルス光１２の照射方向）を被検体１５の深さ方向としている。
【００７１】
複数のタイミング間で射出位置を変化させることで、被検体１５に照射される光照射位置が変化する。その結果、各発光タイミングの光照射による対象ボクセルの光量値、つまり、被検体１５内の光量分布は図３Ａと図３Ｂに示すように異なる。特に被検体１５が半球状の場合、被検体１５の深部では拡散減衰により光量が低減するため、相対的に光量値が低くなる。すなわち、図３Ａと図３Ｂから理解されるように、パルス光１２の照射位置で光量は高く、照射位置から離れるにつれて光量は小さくなる傾向がある。各発光タイミングにおける被検体１５内での光量分布は、例えば各発光タイミングにおける光照射パターン、被検体１５の光学定数、および被検体１５の表面の座標情報などに基づいて、コンピュータ１９により取得することができる。
【００７２】
各発光タイミングでの対象ボクセルに対する光量を足し合わせると、各ボクセルの光量の合計値を求めることができる。射出位置の分布によって各ボクセルの光量の合計値が異なる。
【００７３】
例えば、図４Ａは非特許文献２：“Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  ３Ｄ  Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｂｒｅａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ”、Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．  Ｋｒｕｇｅｒ，  Ｃｈｅｒｉｅ  Ｍ．  Ｋｕｚｍｉａｋ，  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｂ．  Ｌａｍ，  Ｄａｎｉｅｌ  Ｒ．  Ｒｅｉｎｅｃｋｅ，  Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｐ．  Ｄｅｌ  Ｒｉｏ，  ａｎｄ  Ｄｏｒｅｅｎ  Ｓｔｅｅｄ、Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ４０，  １１３３０１  （２０１３）に記載された比較例に係る射出位置の分布を示す。図４Ａの各点は、各発光タイミングにおける射出位置をプロットしたものである。非特許文献２では、半球面上に複数の音響波受信素子を配置した音響波受信器を均等な間隔で移動させることで、画像再構成による再構成アーティファクトによる画像ノイズを均等に低減する方法が提案されている。非特許文献２では、光学系は音響波受信器との位置関係を保って走査されるため、射出位置の分布密度は図４Ａに示すように一定となる。図４Ｂは、図４Ａに示すように射出位置の分布密度を一定とした場合の各ボクセルの光量の合計値を示す。図４Ｂから理解されるように、被検体１５の同じ深さにおいて被検体１５の中心部のボクセルの光量の合計値は、被検体１５の周辺部のボクセルの光量の合計値と比較して低くなる。
【００７４】
前述したように、光量の低い領域については音源の画像が画像ノイズに埋もれてしまう場合がある。そこで、非特許文献２に記載の射出位置の分布密度を一定とする方法で、被検体１５の中心部のボクセルの光量の合計値を高くしようとすると、光量の合計値が十分に大きい被検体１５の周辺部のボクセルに対しても追加の計測（光照射）を行わなければならない。そのため、非特許文献２の方法で各ボクセルに含まれる画像ノイズを所望のノイズレベルとしようとすると計測時間を多く要してしまう。
【００７５】
これに対して、本実施形態では、被検体１５の中心部のボクセルの光量の合計値を高くするために、図５Ａで示すような射出位置の分布が設定されている。すなわち、射出位置の分布密度を異ならせ、関心領域３２内の各ボクセルに対応する、複数の発光タイミングの光照射による光量の合計値が閾値以上となるように、射出位置の分布が設定されている。
【００７６】
本実施形態では、射出位置の分布密度は一定ではなく、射出位置の分布の外側よりも内側の方が高くなっている。本実施形態においてスキャナー２１は、各射出位置について隣接する射出位置との間隔が変化するように光学系１３を移動させている。図５Ａでは、渦巻き状の移動軌跡の場合において外周から内周に行くに従い隣接する射出位置の間隔が減少するように、スキャナー２１は光学系１３を移動させる。
【００７７】
図５Ａに示す射出位置の分布とすることにより、図５Ｂに示すような各ボクセルの光量の合計値とすることができる。図５Ｂにおいては被検体１５の同じ深さにおいて、ほぼ均一な光量の合計値となっている。射出位置の分布を一定としないことにより、光量の合計値が所定の閾値よりも低いボクセルに対して選択的に光を射出することができる。そのため、各ボクセルの光量の合計値を所定の閾値以上とするために行う計測の時間を短縮することができる。
【００７８】
本発明においては各ボクセルの光量の合計値が所定の閾値以上となっている限り、被検体１５の同じ深さに対して不均一な光量の合計値となっていてもよい。
【００７９】
以上、本実施形態によれば、計測時間を短縮しつつ、各ボクセルに照射された光の光量の合計値を所定の閾値以上とすることができる。それゆえ、各ボクセルで発生する光音響波の発生音圧を所定の水準以上とすることができるため、音源の画像が画像ノイズに埋もれてしまうことを抑制することができる。
【００８０】
図６の星印で示した位置でその他の位置と比べて発光回数を多くすることで各ボクセルの光量の合計値を所定の閾値以上としてもよい。すなわち、被検体１５の中心部に光を照射できる射出位置での発光回数を、その他の射出位置での発光回数よりも多くしてもよい。具体的には、制御部１９Ｃは、ある射出位置に光学系１３を移動させたときに、そこで移動を停止させ複数回同じ射出位置で光源１１に光を発生させる。あるいは、制御部１９Ｃは、光学系１３を連続的に移動させ、光学系１３を過去の射出位置に移動させその位置で光源１１に光を発生させてもよい。そうすることで、同じ射出位置で光を被検体１５に複数回照射することができる。
【００８１】
この場合も、光量の合計値は図５Ｂに示されたように、被検体１５の同じ深さに対してほぼ均一な光量の合計値にすることができる。射出位置によって発光回数を異ならせることは、射出位置の分布密度を異ならせていることに含まれる。すなわち、単位面積または単位体積当たりの射出位置の数（分布密度）は、図５Ａの場合も図６の場合も一定ではなく、異なっている。
【００８２】
ここで光量に対する閾値とは、装置固有に決まる値であり、各ボクセルで異なる。具体的には、画像化したい対象が血管だとすると、血液と同等の吸収係数を有する物体を被検体内に仮定し、光照射や各計測位置を模擬したシミュレーションを行い、その対象物が視認できる光量の合計値のことである。つまり、装置特性や被検体特性を考慮して決められる値である。ただし、シミュレーションが困難な場合では、経験的な値を使ってもよい。この光量の合計値に対する閾値が決まると、コンピュータ１９は関心領域３２内の各ボクセルの光量の合計値が閾値以上となるように射出位置の分布を決定することができる。
【００８３】
光学系１３および支持体２２の移動に伴って音響整合材２７の揺れが生じると、被検体１５と音響波受信素子１７との間に音響整合材２７が満たされない場合が生じ得る。この場合、被検体１５内で発生した光音響波が音響波受信素子１７に十分な強度で到達できない可能性がある。この理由により、スキャナー２１は、複数の発光タイミングの間に渦巻き状の移動軌跡となるように光学系１３および支持体２２を移動させている。このように光学系１３および支持体２２に加速度の変化の小さい移動をさせることで、音響整合材２７の揺れを抑制することができる。光学系１３および支持体２２に、音響整合材２７の揺れを抑制できるような加速度の変化の小さい移動をさせることができるならば、渦巻き状の移動以外の移動を行ってもよい。
［計測位置の分布］
【００８４】
本実施形態においては、音源の画像が画像ノイズに埋もれることを抑制するように計測位置の分布が設定されることができる。以下、本実施形態に係る計測位置の分布について説明する。
【００８５】
前述したように光量の合計値が図４Ｂの場合、前述したように被検体１５の中心部では光音響波の発生音圧が低いため、音源の画像はシステムノイズによる画像ノイズに埋もれてしまう場合がある。さらに、光音響装置において、各ボクセルの光量の合計値以外にも再構成画像の画像ノイズに影響を与える要因が存在する。例えば、音源を全方位から音響波受信素子１７で取り囲むことができないために生じる画像再構成アーティファクトが画像ノイズの原因となる。すなわち、高解像度領域２３以外の領域には画像再構成アーティファクトによる画像ノイズが発生しやすい。さらに、光音響波が伝搬過程で減衰することにより光音響波の受信信号が低下することにより、音源の画像がシステムノイズによる画像ノイズに埋もれてしまう場合もある。
【００８６】
本実施形態においては、図２Ａと図２Ｂで示したように、支持体２２の計測位置によって高解像度領域２３の位置が一意に決定される。支持体２２に配置された複数の音響波受信素子１７は、高解像度領域２３で発生した光音響波を高感度に受信することができる。
【００８７】
そこで、本実施形態では再構成画像に含まれる画像ノイズが所定の閾値以下となるように計測位置の分布が設定される。具体的には図５Ａに示したように計測位置の分布密度が、計測位置の分布の外側よりも内側の方が高くなるように設定される。本実施形態においてスキャナー２１は、各計測位置について隣接する計測位置との間隔が変化するように支持体２２を移動させている。渦巻き状の移動軌跡の場合においては、外周から内周に行くに従い隣接する計測位置の間隔が減少するように、スキャナー２１は支持体２２を移動させる。
【００８８】
このように様々な位置で音響波を受信することで、画像再構成後の光音響画像において再構成アーティファクトによる画像ノイズを低減することができる。さらに、被検体１５の中心部に高解像度領域２３が位置するときの計測回数を増やすことにより、被検体１５の中心付近のボクセルに含まれるシステムノイズによる画像ノイズを低減することができる。
【００８９】
ここで画像ノイズに対する閾値とは、装置固有に決まる値であり、各ボクセルで異なる。具体的には、画像化したい対象が血管だとすると、血液と同等の吸収係数を有する物体を被検体内に仮定し、光照射や各計測位置を模擬したシミュレーションを行い、その対象物が視認できる画像ノイズレベルのことである。つまり、装置特性や被検体特性を考慮して決められる値である。ただし、シミュレーションが困難な場合では、経験的な値を使ってもよい。この画像ノイズの値が決まると、コンピュータ１９は関心領域３２内の各ボクセルに含まれる画像ノイズがこの閾値以下となるように計測位置の分布を決定することができる。
【００９０】
図６の星印で示した位置でその他の位置と比べて計測回数を多くすることで各ボクセルに含まれる画像ノイズを所定の閾値以下としてもよい。すなわち、被検体１５の中心部に高解像度領域２３が位置する計測位置での計測回数を、その他の計測位置での計測回数よりも多くしてもよい。具体的には、制御部１９Ｃは、ある計測位置に支持体２２を移動させたときに、そこで移動を停止させ複数回同じ計測位置で支持体２２に光を発生させる。あるいは、制御部１９Ｃは、支持体２２を連続的に移動させ、支持体２２を過去の計測位置に移動させその位置で光源１１に光を発生させる。そうすることで、光音響波を同じ計測位置で受信することができる。
【００９１】
計測位置によって計測回数を異ならせることは、計測位置の分布密度を異ならせていることに含まれる。すなわち、単位面積または単位体積当たりの計測位置の数（分布密度）は、図５Ａの場合も図６の場合も一定ではなく、異なっている。
【００９２】
関心領域３２内の各ボクセルに含まれる画像ノイズが所定の閾値以下となるように射出位置および計測位置の両方の分布密度が一定でなくてもよい。この場合、スキャナー２１は、高解像度領域２３に向かってパルス光１２が照射されるような射出位置と計測位置との位置関係を保った状態で光学系１３および支持体２２を移動させてもよい。そうすることで、光音響波を高感度に受信できる領域と、光量が高くなる領域とが重なるため、受信信号の信号強度が高く、１回の計測で対象領域の画像ノイズを大きく低減することができる。
【００９３】
被検体の形状、被検体の光学係数（例えば、吸収係数、散乱係数、減衰係数など）、または音響整合材の光学係数などによって、光が被検体に照射されたときの関心領域内の各ボクセルにおける光量値や画像ノイズレベルは変化する。そこで、制御部１９Ｃは、被検体の形状に基づく情報を用いて射出位置または計測位置を決定してもよい。すなわち、制御部１９Ｃは、被検体の形状に基づく情報に基づいて、関心領域３２内の各ボクセルに対応する、複数の発光タイミングの光照射による光量の合計値が閾値以上となるように、射出位置を決定してもよい。制御部１９Ｃは、被検体の形状に基づく情報に基づいて、再構成画像に含まれる画像ノイズレベルが所定の閾値以下となるように計測位置を決定してもよい。
【００９４】
制御部１９Ｃは、被検体の形状、被検体の光学係数（例えば、吸収係数、散乱係数、減衰係数など）、または音響整合材の光学係数などの情報を取得し、取得された情報に対応する照射位置パターンまたは計測位置パターンを読み出してもよい。制御部１９Ｃは、射出位置および計測位置が、このようにして得られた射出位置パターンまたは計測位置パターンとなるように、スキャナー２１、光源１１などを制御する。例えば、まず制御部１９Ｃは、被検体の形状に基づく情報を取得する。そして、制御部１９Ｃは、複数の被検体の形状に対応付けられた複数の射出位置パターンまたは計測位置パターンが記憶された記憶部１９Ｂから、被検体の形状に基づく情報に対応する射出位置パターンまたは計測位置パターンを読み出す。
【００９５】
演算部１９Ａが、仮の射出位置パターンまたは仮の計測位置パターンを仮定したときに、被検体の形状、被検体の光学係数、または音響整合材の光学係数などのパラメータに基づいて、各ボクセルにおける光量値または画像ノイズレベルを推定する。続いて、演算部１９Ａは、各ボクセルにおける光量値が所定の閾値以上であるか否か、あるいは画像ノイズが所定の閾値以下であるか否かを判定する。演算部１９Ａは、各ボクセルにおける光量値が所定の閾値以上である場合、制御部１９Ｃに仮定した射出位置パターンの情報を送信する。そして、制御部１９Ｃは、演算部１９Ａから受け取った射出位置パターンの情報に基づいて光照射部を制御することにより射出位置を制御する。演算部１９Ａは、各ボクセルにおける画像ノイズレベルが所定の閾値以下である場合、制御部１９Ｃに仮定した計測位置パターンの情報を送信する。そして、制御部１９Ｃは、演算部１９Ａから受け取った計測位置パターンの情報に基づいてスキャナーを制御することにより計測位置を制御する。一方、演算部１９Ａは、各ボクセルにおける光量値が所定の閾値よりも小さい場合、新たな射出位置パターンを仮定し、各ボクセルにおける光量値を推定し、光量値と閾値との比較を行う。演算部１９Ａは、各ボクセルにおける画像ノイズレベルが所定の閾値よりも大きい場合、新たな計測位置パターンを仮定し、各ボクセルにおける画像ノイズレベルを推定し、画像ノイズレベルと閾値との比較を行う。
【００９６】
本発明において「被検体の形状に基づく情報」とは、被検体の表面の位置座標の情報または保持部の種類の情報のことを指す。「被検体の形状に基づく情報を取得する」とは、制御部１９Ｃが被検体の形状に基づく情報を受け取ることを指す。
【００９７】
以下、制御部１９Ｃが被検体の形状に基づく情報を取得する方法の例を説明する。
【００９８】
制御部１９Ｃは、撮像装置５０により取得された被検体の画像データに基づいて、被検体の形状に基づく情報を取得してもよい。まず、演算部１９Ａは、撮像装置５０により取得された被検体の画像データを記憶部１９Ｂから読み出す。続いて、演算部１９Ａが被検体の画像データに基づいて被検体の表面の座標情報を算出し、制御部１９Ｃに出力する。例えば、演算部１９Ａが、複数の画像データを基にステレオ法などの三次元計測技術を用いて被検体の表面の座標情報を算出してもよい。そして、制御部１９Ｃは、演算部１９Ａから出力された被検体の表面の位置座標の情報を受け取り、被検体の形状情報として取得することができる。
【００９９】
予め分かっている保持部４０の表面の位置座標の情報を記憶部１９Ｂに格納しておいてもよい。そして、制御部１９Ｃは、記憶部１９Ｂから保持部４０の表面の位置座標の情報を読み出し、被検体の表面の位置座標の情報として取得することができる。
【０１００】
取り付け部４１に取り付けられた保持部４０の種類を検知し、コンピュータ１９に保持部４０の種類の情報を出力する検知部４２を設けてもよい。そして、制御部１９Ｃは、検知部４２から出力された保持部４０の種類の情報を受け取り、被検体の形状に基づく情報として取得することができる。例えば、検知部４２は、保持部４０に搭載された、保持部４０の種類を表すＩＤチップ、を読み取るリーダーを採用することができる。そうすることで、計算をおこなうことなく、被検体の形状に基づく情報を取得することができる。
【０１０１】
ユーザーが入力部２４を用いて使用する保持部４０の種類を入力することにより、入力部２４は入力された情報をコンピュータ１９に出力してもよい。そして、制御部１９Ｃは、入力部２４から出力された保持部４０の種類の情報を受け取り、被検体の形状に基づく情報として取得してもよい。そうすることで、計算をおこなうことなく、被検体の形状に基づく情報を取得することができる。
【０１０２】
保持部４０の種類が変わることなく、装置の仕様上、保持部４０のサイズが変わることが想定されていない場合、制御部１９Ｃが使用する被検体の形状に基づく情報は一定であってもよい。
【０１０３】
制御部１９Ｃは、時間分解スペクトル法などの公知の手法により算出された被検体の光学係数または音響整合材の光学係数を取得することができる。ユーザーが、被検体の形状に基づく情報、被検体の光学係数、または音響整合材の光学係数を、入力部２４を用いて入力することにより、制御部１９Ｃがこれらの情報を受け取ってもよい。
［情報取得装置］
【０１０４】
次に、被検体への光照射によって生じる光音響波を用いて、該被検体に関する情報を取得する情報取得装置について、図１１Ａと図１１Ｂを用いて説明する。
【０１０５】
当該情報取得装置は、既述の光照射部、走査部、保持部、受信部、及び処理部を用いて構成することができる。
【０１０６】
ここで、被検体に光を照射するための光照射部（図１１Ｂの１５１）は、例えば、既述した光源から光導波路により導かれる光を射出するための光射出端を有するものである。
【０１０７】
光照射部は、例えば、パルス光を周期的に射出することできるように構成する。
【０１０８】
走査部は、光照射部１５１から射出される光の射出位置１５０を、ある面内方向（例えば図１１Ｂに示すＸＹ平面の面内方向）に、被検体に対して相対的に移動させる。勿論、被検体を動かしても、光照射部１５１を動かしても、その両方を動かしてもよい。被検体が、例えば乳房等の場合は、被検者への負担を考慮すると、光照射部１５１を移動させる構成が好ましい。
【０１０９】
保持部は、被検体を保持する。具体的には、保持部は、被検体が、光照射部の射出位置１５０から、被検体の表面の光照射位置１５２までの距離Ｌが、射出位置１５０に応じて異なる箇所を有するように、被検体を保持する。ここで、距離Ｌは、前記面内方向に垂直な方向の長さである。
【０１１０】
保持部は半球状などの凹部形状を有しており、例えば被検体の例となる乳房を支持する形状である。保持部は、乳房等を入れる為の開口部を有していれば、必ずしも乳房等を重力の反対方向（−Ｚ方向）押し上げるように支持する構成である必要はない。
【０１１１】
光の射出位置１５０とは、光照射部から光が射出される位置であり、光照射位置１５２は、被検体表面で、光が照射されている位置のことである。
【０１１２】
図１１Ａのドットは、光射出位置１５０の移動軌跡の例であるが、光射出位置から照射する光の強度はドット間で一定となるように制御することもできる。複数の波長、例えば二波長（λ１、λ２）の光を照射させる場合は、移動軌跡に従って、λ１、λ２、λ１、λ２、λ１、・・・・と交互に照射することができる。１つの射出位置から、λ１とλ２の２つの波長のパルス光を照射することもできる。
【０１１３】
受信部は、光音響波を受信するためのものであり、例えば、静電容量型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を含み構成される。
【０１１４】
処理部は、既述したように、受信部から出力される信号を用いて、被検体に関する情報を取得する。
【０１１５】
この受信部は、光照射部と同期して、走査部により移動可能に構成することができる。例えば、光照射部と受信部とを備えた支持体を用意し、当該支持体を被検体に対して相対的に移動させる。
【０１１６】
走査部により形成される複数の射出位置は、少なくとも第１の射出位置グループ（例えば図１１Ａの領域１００内の射出位置）と第２の射出位置グループ（例えば図１１Ａの領域２００内の射出位置）とを含む。
【０１１７】
ここで、第１の射出位置グループは、射出位置１５０から光照射位置１５２までの距離が、第１のレンジ内にある、複数の射出位置からなる。
【０１１８】
同様に、第２の射出位置グループは、射出位置１５０から光照射位置１５２までの距離が、第１のレンジ内のいずれの値よりも大きな値で構成される第２のレンジ内にある、複数の射出位置からなる。
【０１１９】
図１１Ａでは、１つの領域内１００（あるいは２００）に多数の射出位置が描かれているが、少なくとも数点の射出位置を含む領域で考えることもできる。
【０１２０】
１つのグループ内での射出位置の間隔が徐々に変化してもよい。
【０１２１】
第１の射出位置グループに属する射出位置の密度は、第２の射出位置グループに属する射出位置の密度よりも高くなるように走査部は制御される。
【０１２２】
ここでいう、射出位置の密度とは、所定のエリア内における射出位置の個数の密度であり、面密度ということもできる。但し、１つの射出位置で二回のパルス照射を行う場合には射出位置の個数を２個として数える。
【０１２３】
本装置では、複数の射出位置が所定エリア内で分布している様子が、光照射部が移動する面内方向に応じて異なる部分がある。
【０１２４】
射出位置の分布の密度の制御は、照射されるパルス光の繰り返し周波数を一定にしておき、走査部のスキャン速度変調によりおこなうことができる。あるいは、射出位置の分布の密度の制御は、走査部のスキャン速度を一定にして、照射されるパルス光の繰り返し周波数を変調することに行うこともできる。あるいは、スキャン速度の変調及びパルス光の繰り返し周波数の変調の両方を使用することもできる。
【０１２５】
走査部は、複数の射出位置が、螺旋状の移動軌跡を形成するように走査することができる。移動軌跡を形成する複数の射出位置では、光照射部から、互いに異なる波長のパルス光が交互に射出するように、情報取得装置を構成できる。
【０１２６】
ここで、移動軌跡を構成する複数の射出位置の間隔は、螺旋状の移動軌跡の外側から内側に向かうにつれて、狭くなるように走査部は制御されることも可能である。
【０１２７】
光照射部が複数の射出端を有し、制御部が光の射出される射出端を切り替えることにより射出位置を移動させてもよい。
［その他の実施形態］
【０１２８】
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、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（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（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【実施例１】
【０１２９】
光音響イメージングを実現する光音響装置の一例について説明する。ここでは被検体として人間の乳房を計測する場合の例を示す。
【０１３０】
図７は乳房を計測する光音響装置であり、被験者が横たわるテーブル（Ｔ）と、０．０２インチ厚の半球状プラスチックカップ（Ｃ）と、から構成されている。半球状のプラスチックカップ（Ｃ）は、乳房を保持するための被検体保持部としての乳房保持カップである。被検体保持部としての乳房カップ（Ｃ）は曲面の保持面を有しており、乳房を曲面の保持面に沿った形状に保持する。乳房と、乳房保持カップ（Ｃ）との間の音響マッチングをとるために、少量の水を乳房保持カップ内に導入する。
【０１３１】
図８は乳房保持カップの下に配置された半球状のアレイ受信器（Ａ）、アレイ受信器（Ａ）を動かす２軸ステージ（ＸＹ）を示している。２軸ステージはコンピュータ１９により制御される。アレイ受信器（Ａ）はＡＢＳプラスチックから成る半球状の支持体（半径１２７ｍｍ）と５１２ｃｈの音響波受信素子からなる。音響波受信素子は直径３ｍｍ幅であり、中心周波数２ＭＨｚのピエゾ材料で構成されている。
【０１３２】
アレイ受信器（Ａ）とアレイ受信器（Ａ）を保持するプラスチックのタライ（Ｅ）の内側には、５１２ｃｈの音響波受信素子と乳房保持カップの音響マッチングを取るために、逆浸透膜を通した水で満たされる。アレキサンドライトレーザーから出力されたパルス化したレーザー光（７５ｎｓ、３００ｍＪ／ｐｕｌｓｅ）は７ｍｍ幅であり、可動アームを通して被検体に照射される。可動アームはアレイ受信器（Ａ）とともに移動し、探触子の底面から垂直にレーザー光（Ｌ）を放射する。アレイ受信器（Ａ）の底面におかれた直径１２ｍｍの凸型レンズでレーザー光は広げられ、最終的には直径６０ｍｍで乳房保持カップ（Ｃ）の底面に照射される。光量のピーク強度は中心で〜１０ｍＪ／ｃｍ２であり、ＡＮＳＩで推奨されたＭＰＥよりも低くなっている。
【０１３３】
図９は光音響装置の断面図を模式的に示したもので、アレイ受信器（Ａ）、タライ（Ｅ）、テーブル（Ｔ）、乳房保持カップ（Ｃ）の関係を示している。タライ（Ｅ）はアレイ受信器（Ａ）を保持し、アレイ受信器（Ａ）を乳房表面に沿って平行に移動できるようになっている。タライ（Ｅ）はアレイ受信器と乳房との音響マッチングが満たされるように水も満たすように構成されている。最大のイメージング体積は乳房保持カップ（Ｃ）の曲率半径、乳房を入れる開口幅（１８４ｍｍ）、カップの深さで規定されている（１３３５ｍＬ）。図９には最大イメージング体積が示されている。
【０１３４】
このシステムにおいて、装置特性を考慮したシミュレーションにより、コントラストファントム内の赤いドットパターンがコントラスト５で認識できる画像ノイズを各ボクセルに算出した。その画像ノイズを満たす計測位置および射出位置の分布として、本実施例に於いては図５Ａで示した分布を採用した。移動軌跡としては渦巻き状の移動軌跡を用いた。比較例として図４Ａで示したように計測位置及び射出位置をほぼ等間隔でサンプリングした。実施例でも比較例でも２０４８箇所の計測位置および射出位置とし、スキャナー２１による最大移動半径は１００ｍｍとした。各光照射での５１２ＣＨの音響波受信素子からのデータは、２０ＭＨｚｄ，２０４８サンプリング、１２ｂｉｔでデジタル変換される。その後、その受信信号データに基づいて、３次元の光音響画像がバックプロジェクションアルゴリズムにより再構成される。
【０１３５】
次に、コントラストファントムを使って本実施例の効果を検証した結果を説明する。コントラストファントムは２０ｃｍの領域に赤いドットを分散したものであり、それを画像化した。この赤いドットアレイは深さ３０ｍｍの位置でポリウレタンの中に埋め込まれており、乳房保持カップ（Ｃ）の中心に配置されている。図１０Ａと図１０Ｂは、実施例に係る図５Ａと比較例に係る図４Ａで示された射出位置及び計測位置で取得したコントラストファントムの厚さ３０ｍｍ付近の光音響画像である。すなわち、図１０Ａは計測位置および射出位置の分布密度が分布の中心に向かうに従って大きくなるようにしたスパイラルスキャンパターンで撮影された光音響画像である。一方、図１０Ｂは、計測位置及び射出位置の分布密度がほぼ一定であるスパイラルスキャンパターンで撮影された光音響画像である。
【０１３６】
図１０Ａと図１０Ｂを比較すると、図１０Ａはすべてのドットパターンを同様の輝度で認識できる。一方、図１０Ｂの画像は中心部分においてドットパターンの認識が困難となっている。この理由は、以下の通りである。本実施例の光音響装置に於いては、図９で示されたように乳房保持カップが半球型をしている。そのため、その中に配置されたファントムは中心部が厚く、周囲で薄くなる。このようなファントムに対して、図１に示すように下側からレーザー光を照射すると、ファントム中心部が厚いため、同じ厚さの面内で比較すると中心部の光量は低くなる。その結果、コントラストファントムである赤いドットから発生する発生音圧は、中心部で低くなり、周辺分で高くなる。つまり、ファントム内の光量分布のために同じ吸収係数を持つドットに於いても発生音圧に差が生じる。そのため、画像ノイズを一定にした画像を作成すると、図１０Ｂに示すように、中心部のドットの輝度が図１０Ｂのように低くなる画像が形成される。一方、発生音圧の低い中心部の画像ノイズをより低減するために、中心部へ行くほど計測位置及び射出位置の分布密度が高くなるようにした場合を考える。この場合、計測位置及び射出位置の分布密度が高い領域では画像再構成アーティファクトによる画像ノイズおよびシステムノイズによる画像ノイズが低減される。そのため、画像再構成により画像を形成すると、図１０Ａのように赤いドットが均質に表示される画像が形成される。すなわち、赤いドットの輝度をＳ、その周囲の画像の輝度をＮとすると、図１０Ａの画像は同じ深さでほぼ一定のＳ／Ｎ（画像コントラスト比）を保つことができる。
【０１３７】
以上、本実施例における光音響装置によれば、関心領域内の各ボクセルに対して、そこに含まれる画像ノイズレベルを閾値以下まで低減することができた。
【０１３８】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明は上記特定の形態に限定されず、本発明の精神と範囲を逸脱しない範囲で実施形態の修正をすることができる。
他の実施形態
【０１３９】
本発明の実施形態は、記憶媒体（より詳しくは「非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体」とも呼ぶ）に記録されて本発明の上記実施形態のうち一またはそれ以上の機能を実行するコンピュータ実行可能な指示（例えば、１以上のプログラム）を、読み出して実行する、及び／又は、上記実施形態のうち一またはそれ以上の機能を実行する１以上の回路（例えば、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ））を備える、システムまたは装置のコンピュータによって、及び、そのシステムまたは装置のコンピュータにより実行される方法によって、例えば、上記実施形態のうち一またはそれ以上の機能を実行するコンピュータ実行可能な指示を記憶媒体から読み出して実行すること、及び／又は、上記１以上の回路を制御して上記実施形態のうち一またはそれ以上の機能を実行すること、によっても、実現可能である。コンピュータは、１以上の処理装置（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、超小型演算処理装（ＭＰＵ）を含んでもよく、コンピュータ実行可能な指示を読み出して実行するための別々のコンピュータまたは別々の処理装置のネットワークを含んでもよい。コンピュータ実行可能な指示は、例えばネットワークまたは記憶媒体からコンピュータに与えられてもよい。記憶媒体は、例えば、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、分散型コンピューティングシステムの記憶装置、光学ディスク（コンパクトディスク（ＣＤ）、ディーヴィディー（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク（登録商標）など）、フラッシュメモリ装置、メモリカード等のうち一またはそれ以上を含んでもよい。
【０１４０】
実施形態に基づいて本発明を述べてきたが、本発明は開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。下記の請求項の範囲は、あらゆる変形例及び同等の構成と機能を包含するように最も広く解釈されるべきである。
【０１４１】
本出願は、２０１４年９月５日に出願された米国特許出願第６２／０４６３６４号の利益を主張するものであり、その全内容は参照することにより本出願に組み込まれる。
【図１】
0006656229.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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