(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより得られた前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する被検体情報取得装置であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正する補正部と、
前記補正部により補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記補正部は、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたとき、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正部は、前記他の波長の前記パルス光に由来する前記受信信号に、前記基準波長の前記パルス光の前記パルス形状および前記他の波長の前記パルス光の前記パルス形状を用いた演算を行うことにより前記補正を行う
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより得られた前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する被検体情報取得装置であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正する補正部と、
前記補正部により補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記補正部は、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたと
き、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正部は、前記パルス形状として前記パルス光のパルス幅を利用するものであり、前記基準波長は、前記複数の波長のうち前記パルス幅がもっとも大きい波長である
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記他の波長の前記パルス光に由来する前記受信信号が、前記他の波長の前記パルス光の前記パルス幅が、前記基準波長の前記パルス光の前記パルス幅であった場合に得られる形状となるように、前記補正を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記情報取得部は、
前記他の波長の前記パルス光に対応する前記受信信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得し、
前記特性情報を用いて前記分光情報をマスキングする
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】
前記補正部は、前記パルス形状をガウス関数で近似することにより前記パルス幅を取得する
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記被検体信号は、前記被検体から伝搬する光音響波である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記被検体信号は、前記パルス光が照射されたのち、前記被検体における吸収および散乱を経て伝搬してきた光である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記情報取得部は、前記分光情報として、前記被検体の酸素飽和度を取得する
ことを特徴とする請求項１ないし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】
前記パルス形状は、前記パルス光の時間強度変化を示す
ことを特徴とする請求項１ないし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】
前記補正部は、前記複数の受信信号から、前記複数の波長のそれぞれのパルス光の前記パルス形状の影響を差し引くことにより、前記補正を行う
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記補正部は、前記補正を周波数領域で行う
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記補正部は、前記複数の波長のそれぞれのパルス光の前記パルス形状に起因する、前記複数の受信信号のパルス幅の差を小さくするように、前記補正を行う
ことを特徴とする請求項１ないし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】
前記複数の波長のそれぞれのパルス光を前記被検体に照射する照射部と、
前記被検体信号を受信することにより前記複数の受信信号に変換する受信部と、
を有することを特徴とする請求項１ないし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】
前記補正部は、前記複数の波長のそれぞれのパルス光に対する前記受信部のインパルス応答を取得して前記補正に用いる
ことを特徴とする請求項１３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１５】
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより取得された前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する信号処理方法であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正するステップと、
前記補正するステップで補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得するステップと、
を有し、
前記補正するステップは、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたとき、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正するステップは、前記他の波長の前記パルス光に由来する前記受信信号に、前記基準波長の前記パルス光の前記パルス形状および前記他の波長の前記パルス光の前記パルス形状を用いた演算を行うことにより前記補正を行う
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１６】
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより取得された前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する信号処理方法であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正するステップと、
前記補正するステップで補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得するステップと、
を有し、
前記補正するステップは、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたとき、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正するステップは、前記パルス形状として前記パルス光のパルス幅を利用するものであり、前記基準波長は、前記複数の波長のうち前記パルス幅がもっとも大きい波長である
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の信号処理方法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、被検体情報取得装置および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーなどの光源から被検体に照射した複数の波長のパルス光を被検体内に伝播させ、被検体内の情報を得る装置の研究が、医療分野を中心に積極的に進められている。このようなパルス光を使った分光情報取得技術の一つとして、特許文献１では、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（以下ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。また、特許文献２では、Ｄｉｆｆｕｓｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（以下ＤＯＴ：拡散光トモグラフィー）が提案されている。どちらの技術でも、複数の波長のパルス光を照射することにより、被検体内部の酸素飽和度、成分濃度、機能情報などを算出できる。ただし、これらの情報を正確に求めるためには、デルタ型の短パルス光を、複数の波長の間で同じパルス波形で照射する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５７１３３５６号明細書
【特許文献２】米国特許第８０００７７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、デルタ型の短パルス光を複数の波長の間で同じパルス波形で出射することは難しい場合がある。そのため、波長ごとにパルス形状が異なり、波長間の比を使って算出する成分濃度、酸素飽和度、または機能情報の算出精度が悪くなる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、複数の波長の光を被検体に照射して被検体内部の情報を得る装置において、情報取得の精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより得られた前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する被検体情報取得装置であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正する補正部と、
前記補正部により補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記補正部は、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたとき、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正部は、前記他の波長の前記パルス光に由来する前記受信信号に、前記基準波長の前記パルス光の前記パルス形状および前記他の波長の前記パルス光の前記パルス形状を用いた演算を行うことにより前記補正を行う
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより得られた前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する被検体情報取得装置であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正する補正部と、
前記補正部により補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記補正部は、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたとき、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正部は、前記パルス形状として前記パルス光のパルス幅を利用するものであり、前記基準波長は、前記複数の波長のうち前記パルス幅がもっとも大きい波長である
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０００７】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより取得された前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する信号処理方法であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正するステップと、
前記補正するステップで補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得するステップと、
を有し、
前記補正するステップは、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたとき、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正するステップは、前記他の波長の前記パルス光に由来する前記受信信号に、前記基準波長の前記パルス光の前記パルス形状および前記他の波長の前記パルス光の前記パルス形状を用いた演算を行うことにより前記補正を行う
ことを特徴とする信号処理方法である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光が照射された被検体から伝搬する被検体信号を受信することにより取得された前記複数の波長に対応する複数の受信信号を処理する信号処理方法であって、
前記複数の波長のそれぞれのパルス光のパルス形状に応じて、前記複数の受信信号の少なくともいずれかを補正するステップと、
前記補正するステップで補正された前記複数の受信信号を用いて、前記被検体の分光情報を取得するステップと、
を有し、
前記補正するステップは、前記複数の波長（波長１〜ｎ）のそれぞれのパルス光の前記パルス形状をＰ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とし、前記複数の受信信号をＳ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）としたとき、前記複数の波長のうち基準波長の前記パルス光の前記パルス形状と、他の波長の前記パルス光の前記パルス形状の違いが、前記複数の受信信号に及ぼす影響を低減するような補正を行い、
前記補正するステップは、前記パルス形状として前記パルス光のパルス幅を利用するものであり、前記基準波長は、前記複数の波長のうち前記パルス幅がもっとも大きい波長である
ことを特徴とする信号処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の波長の光を被検体に照射して被検体内部の情報を得る装置において、情報取得の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態を説明するための装置図
【図２】本発明の実施形態を説明するためのフローチャート
【図３】実施例１を説明するための装置図
【図４】実施例１を説明するためのフローチャート
【図５】実施例２を説明するための装置図
【図６】実施例３を説明するための装置図
【図７】実施例３を説明するためのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、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る。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１１】
本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。
【００１２】
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した光音響イメージング装置を含む。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。
【００１３】
光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、単一の波長の光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数を含む。また、互いに異なる複数の波長により得られる特性情報から取得される情報を分光情報と呼ぶ。分光情報の典型例としては、組織を構成する物質の濃度が挙げられる。物質濃度として酸素化ヘモグロビン濃度と脱酸素化ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、物質濃度としては、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。
【００１４】
被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。
【００１５】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。トランスデューサ等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。た
だし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。
【００１６】
本発明にかかる光音響イメージング装置の一種として、音を集束させたり、パルス光を集光させたりすることで、光音響イメージングの分解能を上げる、光音響顕微鏡がある。光音響顕微鏡によれば、分解能を向上させて、より微細な光吸収体を画像化できる。
【００１７】
本発明の被検体情報取得装置は、また、被検体に照射されたのち、被検体内部を伝搬した光を検出し、その強度から被検体内部の光学特性値分布を求める装置も含む。この場合の被検体情報は、被検体内部の平均光学係数、吸収係数や散乱係数、さらには酸素飽和度等の機能情報となる。このような光学特性値を取得したり、光学特性値から被検体内部の画像データを生成したりすることを、拡散光トモグラフィー（ＤＯＴ）と呼ぶ。
【００１８】
すなわち、本発明の被検体情報取得装置は、パルス光を被検体に照射して、被検体から出てきた信号を解析することにより被検体内の分光情報を取得する。そして、分光情報として、物質の濃度分布や酸素飽和度、機能情報などを取得する装置である。従って本発明の対象は、分光情報取得装置または分光情報取得方法とも言える。被検体から出てきた信号は、照射した同じ波長の光でもよいし、異なる波長の光でもよい。また、光音響効果により出てきた音響信号でもよい。本発明は、特に、複数の波長の光を用いる分光情報取得装置に好適である。例えば、複数の波長の光を用いる近赤外光イメージング装置なども適用対象となる。
【００１９】
＜本発明の実施の形態＞
（装置の構成の概要）
図１は、本実施形態に係る分光情報取得装置の模式図である。本実施形態における分光情報取得装置は、被検体に少なくとも２種類以上の波長のパルス光を照射する光照射部１、受信部４、パルス形状差補正部５、分光情報取得部６を含む。測定対象は被検体３であり、その内側には光吸収係数分布や光散乱係数分布が存在する。光音響イメージングにおいて生体を被験体とする場合、生体組織に含まれるヘモグロビン、それを含む血管、多くの新生血管を伴う腫瘍などが光吸収体として好適である。
【００２０】
照射部１は、パルス光を発する光源と、発せられたパルス光を被検体に照射する照射光学系からなる。パルス光は、照射パルス光２として被検体３に照射される。被検体内部に入った照射パルス光２は被検体内部で拡散・吸収される。その結果、発生した信号は被検体内部を伝搬し、受信部４で検出され、アナログの電気信号に変換される。電気信号はさらに増幅や、デジタル変換を施されたのち、受信データとしてメモリ（不図示）に格納される。
【００２１】
パルス形状差補正部５（補正部）は、予め測定した各波長のパルス形状やパルス幅、各波長のパルス形状を鑑みた受信部のインパルス応答にしたがって、各波長の受信データ間のパルス形状差に起因した差異を吸収するための補正を行う。パルス形状は、光パルスの時間強度変化、すなわち時間に応じた強度の変化を表す。さらに分光情報取得部６（情報取得部）は、補正された受信データを使って、各波長の吸収係数や散乱係数を算出し、それらの波長間の比から分光情報を算出する。
【００２２】
（照射部）
照射部１は光源と照射光学系からなる。光源には、５ナノ秒乃至５０ナノ秒のパルス光を発生可能なものが好ましい。光源としては大きな出力が得られるレーザーが好ましい。ただし、発光ダイオードやフラッシュランプなども利用できる。レーザーとしては、固体
レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用できる。理想的には、出力が強く連続的に波長を変えられる、Ｎｄ：ＹＡＧ励起のＴｉ:ｓａ
レーザーや、アレキサンドライトレーザーがよい。異なる波長の単波長レーザーを複数保有していてもよい。
【００２３】
光源から出射されたパルス光は、照射光学系を用いて被検体に照射される。照射光学系は、光を反射するミラー、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品である。照射光学系は、パルス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。照射光学系には、光ファイバなど、光を伝搬させる導波路も含まれる。光源から発せられたパルス光が被検体３に所望の形状で照射されれば、どのような照射光学系を用いてもよい。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。パルス光を被検体の広い領域に照射するために、光照射光学系に光照射部走査機構を設けてもよい。また、照射光学系が、照射位置を選択可能な複数の光出射口を有してもよい。
【００２４】
（受信部）
受信部４は、被検体信号を物理的に受信する受信器と、信号処理機構とを有している。光音響装置の場合、被検体信号は被検体の表面及び内部で発生する光音響波であり、受信部は音響波を検出してアナログ信号である電気信号に変換する音響波受信器である。音響波受信器として例えば、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利用できる。
【００２５】
なお、複数の位置で音響波を検出するために、音響波受信素子が１次元または２次元に並べて複数配列されたアレイ探触子や、半球状の容器の内周面に音響波検出素子が複数配列された３次元探触子を用いることが好ましい。また、受信器と被検体の相対位置を変化させるための機械的な走査機構を備えることが好ましい。これらの構成により、被検体の広い位置を測定できるので、測定精度の向上、ＳＮ比の向上、測定時間の短縮などが期待できる。また、音響波発生源の位置が特定できるために、音響レンズでフォーカスされた単一素子でもよい。
【００２６】
一方、拡散光などを用いる装置における被検体信号は、被検体から伝搬する、照射部が照射した照射パルス光と同じ波長または異なる波長の光である。受信部は、被検体信号である光を検出し、アナログ信号である電気信号に変換する光検出器である。例えば、光電効果を用いたフォトマルチプライヤーや半導体フォトダイオード、熱効果を用いた焦電検出器、ゴーレイセル、ボロメータなどを利用できる。
【００２７】
信号処理機構は、受信器で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。典型的には増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップなどで構成される。音響波受信器や光受信器から得られる検出信号が複数の場合は、処理時間短縮のため、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。また被検体に対して同じ位置で受信した受信信号を積算して一つの信号にしてもよい。積算の方法は、信号同士の単純な積算、信号の平均値の取得、重み付けした信号の足し合わせなど様々である。なお、本明細書における「受信信号」とは、音響波受信器または光検出器から出力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。
【００２８】
（パルス形状差補正部）
本実施形態では、パルス光の波長ごとに時系列の受信信号が得られる。パルス形状差補正部５は、これら複数の受信信号から、波長間のパルス形状の違いが及ぼす影響を低減するような補正を行い、補正受信信号を取得する。すなわち、パルス形状差補正部５は、複
数の受信信号のパルス幅の差が小さくなるような補正を行い、補正受信信号を取得する。パルス形状差補正部は、プログラムやＦＰＧＡチップとして前記信号処理機構に含まれていてもよいし、後述する分光情報取得部であるワークステーションにプログラムとして含まれてもよい。受信信号の波長間のパルス形状の違いが及ぼす影響を低減するような補正が可能であれば、どのような補正方法でも良い。
【００２９】
（信号の補正方法）
次に、パルス形状差補正部が行う、受信信号波長間でのパルス形状差を補正する方法について述べる。Ｎ個の波長（波長１〜ｎ）で測定した場合の、それぞれの波長におけるパルス形状を、Ｐ１（ｔ）〜Ｐｎ（ｔ）とする。ここで、ｔは時間である。予め、オシロスコープなどで波長ごとの光パルス形状を測定しておくことが望ましい。パルス形状が完全に測定できなくても、パルス幅が分かる測定だけでも良い。パルスは、典型的にはデルタ型の短パルス光であるが、これに限られない。また、各波長の光を用いて被検体を測定することで得られる受信信号をそれぞれ、Ｓ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）とする。以下に、５つの補正手法を説明する。
【００３０】
（補正方法１）第一に、ある基準となる波長のパルス形状に対して、他の波長の受信信号を補正する手法について述べる。基準波長をｋ番目とすると、基準となる波長のパルス形状はＰｋ（ｔ）、基準波長のパルス光に由来する信号はＳｋ（ｔ）となる。基準となる波長はどれでも良い。ただし、補正の際にノイズなどをあげてしまわないように、もっともパルス幅の大きい波長を選択することが望ましい。
【００３１】
ここで、ｎ番目（ｎ≠ｋ）の受信信号を補正する方法について述べる。ｎ番目のパルス形状をＰｎ（ｔ）、ｋ番目とｎ番目のパルス形状をフーリエ変換したものをそれぞれ、ＦＴ（Ｐｋ（ｔ））、ＦＴ（Ｐｎ（ｔ））とする。関数ＦＴ（ｘ）はｘをフーリエ変換する関数である。さらに受信信号Ｓｎ（ｔ）をフーリエ変換したものはＦＴ（Ｓｎ（ｔ））となる。信号Ｓｎ（ｔ）を、基準となるｋ番目の波長のパルス形状Ｐｋ（ｆ）とｎ番目の波長のパルス形状Ｐｎ（ｆ）を用いて補正すると、補正済み受信信号は次式（１）のような、周波数領域を用いた演算により取得される。
【数１】
0006682282.tif 000002
ＳＮはノイズの閾値で、ノイズの上げすぎや、ゼロ除算を抑制する項である。またｉＦＴ［ｘ］はｘを逆フーリエ変換する関数である。ｋ番目以外の受信信号Ｓ１（ｔ）〜Ｓｎ（ｔ）に式（１）を適用することにより、ｃｏｒｒ1（Ｓ１（ｔ））〜ｃｏｒｒ1（Ｓｎ（ｔ））を取得する。
【００３２】
（補正方法２）第二に、ある基準となる波長のパルス幅に対して、他の波長の受信信号を補正する別の手法について述べる。基準となる波長をｋ番目とすると、基準となる波長のパルス形状はＰｋ（ｔ）となる。このパルス形状をガウス関数で近似したものをＧ（Ｐｋ（ｔ））とし、その半値幅をＨＷＧ（Ｐｋ（ｔ））とする。この半値幅ＨＷＧ（Ｐｋ（ｔ））をｋ番目の波長のパルス幅とする。ここではガウス関数で近似したが、パルス形状Ｐｋ（ｔ）を近似できる関数であれば何でもよい。
【００３３】
また、基準となる波長は、パルス幅が一番大きい波長がもっともよい。なぜならば、基
準となる波長よりも短いパルス幅の波長の信号を補正する場合は、ぼかす、または、ガウス関数をコンボリューションすることで対応できるからである。一方、基準となる波長よりも長いパルス幅の波長の信号を補正する場合は、デコンボリューションする必要があり、ノイズを上げてしまう可能性が大きい。その他の波長についてもガウス関数で近似したものをそれぞれＧ（Ｐ１（ｔ））〜Ｇ（Ｐｎ（ｔ））、その半値幅をＨＷＧ（Ｐ１（ｔ）〜ＨＷＧ（Ｐｎ（ｔ））とする。各波長の近似パルス幅から、補正パルス幅は、次式（２）により算出される。
【数２】
0006682282.tif 000003
【００３４】
半値幅ｃＨＷＧ（Ｐｎ（ｔ））で中心値０の正規分布関数をＮＤＦ（ｃＨＷＧ（Ｐｎ（ｔ）））とすると、下式（３）により受信信号の波長間パルス形状差が補正される。
【数３】
0006682282.tif 000004
【００３５】
（補正方法３）第三に、すべての信号から、各波長のパルス形状の影響を差し引く手法について述べる。補正された各波長の補正信号をｃｏｒｒ３（Ｓ１（ｔ））〜ｃｏｒｒ３（Ｓｎ（ｔ））とする。下式（４）により、各波長において、受信信号の波長間パルス形状差が補正される。
【数４】
0006682282.tif 000005
【００３６】
（補正方法４）第四に、すべての信号から、各波長のパルス幅の影響を差し引く別の手法について述べる。各波長のパルス形状をガウス関数で近似したものをＧ（Ｐ１（ｔ））〜Ｇ（Ｐｎ（ｔ））とする。また、補正された各波長の補正信号をｃｏｒｒ４（Ｓ１（ｔ））〜ｃｏｒｒ４（Ｓｎ（ｔ））とする。下式（５）により、各波長において、受信信号の波長間パルス幅差が補正される。
【数５】
0006682282.tif 000006
【００３７】
（補正方法５）第五に、予め各波長でパルス形状の影響も含めた検出器のインパルス応答を測定し、それらのインパルス応答を使い、各波長の受信信号を補正する手法について述べる。各波長におけるパルス形状の影響も含めた検出器のインパルス応答をＩＲ１（ｔ）〜ＩＲｎ（ｔ）、補正された各波長の補正信号をｃｏｒｒ５（Ｓ１（ｔ））〜ｃｏｒｒ５（Ｓｎ（ｔ））とする。下式（６）により、各波長において、受信信号のインパルス応答兼パルス形状が補正される。インパルス応答は、予め測定し、テーブルや数式の形式でメモリに保存しておくことが好ましい。
【数６】
0006682282.tif 000007
【００３８】
（分光情報取得部）
図１に戻って説明を続ける。分光情報取得部６は、光量分布の算出や画像再構成などを行うことにより、被検体内部の分光情報を取得する。分光情報取得部として、ＣＰＵやメモリなどの演算資源を備えるＰＣやワークステーションが好適である。画像再構成処理は、予めプログラミングされたソフトウェアに従って行われる。
【００３９】
分光情報取得部６は、パルス形状差補正部により補正された受信信号を使って初期音圧分布Ｐ０（ｒ）を算出する。初期音圧分布の算出方法は、ユニバーサルバックプロジェクション（ＵＢＰ）法でも、整相加算（Ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  Ｓｕｍ）でも、繰り返し逆問題手法でも、モデルベース再構成でも良い。波長間で定量性を損なわなければどのようの方法でもよい。
【００４０】
分光情報取得部６はさらに、各波長の照射時の被検体内部の光量分布Φ（ｒ）を算出し、Ｐ０（ｒ）からグルナイゼン係数も含めて除算することにより吸収係数分布μａ（ｒ）を各波長で算出する。また、各波長の吸収係数分布を用いて、成分濃度分布や酸素飽和度分布を算出する。
【００４１】
＜処理手順＞
本実施形態の分光情報取得方法を、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００４２】
（ステップＳ１１：照射工程）
光照射部１が、少なくとも２波長以上のパルス光をそれぞれ被検体に照射する。
【００４３】
（ステップＳ１２：信号受信工程）
受信部４が、Ｓ１１において被検体にパルス光が照射された結果、被検体から発生する信号（光または音響波）を受信する。光または音響波は電気信号に変換され、メモリなどに格納される。
【００４４】
（ステップＳ１３：信号補正工程）
パルス形状差補正部５が、Ｓ１２において受信した各波長の受信信号を、各波長のパルス形状差に従って補正し、補正受信信号を取得する。
【００４５】
（ステップＳ１４：分光データ算出工程）
分光情報取得部６が、Ｓ１３において算出された補正受信信号を使い、各波長における初期音圧分布や吸収係数分布などの特性情報を算出する。また、処理の内容によっては、複数の波長における特性情報を用いて、最終的な分光情報（酸素飽和度分布など）を算出する。
【００４６】
上記フローの分光情報取得方法によれば、ステップＳ１３において複数の波長のパルス形状の相違が補正された補正受信信号が取得される。その結果、ステップＳ１４で生成される画像データの精度や分解能が向上する。
【００４７】
＜実施例１＞
続いて、より具体的な実施例を説明する。まず実施例１では、お椀型の探触子で人間の乳房を測定し、乳房内部の血管情報や、血液の酸素飽和度分布を取得するＰＡＴ診断装置
について述べる。実施例１での信号補正は、パルス幅差に基づく補正処理である。
【００４８】
（構成）
図３を用いて、本実施例の構成に関して説明する。アレキサンドライトレーザー１１は、波長７５６ｎｍと７９７ｎｍのパルス光を出射する。パルス光は多関節アーム１２を通って、照射光学系１３に入り、ミラーとレンズと拡散板を通って拡大されて、被検体である人間の乳房１６にパルス光１４として照射される。アレキサンドライトレーザー１１は照射部の光源に相当する。
【００４９】
お椀型探触子１５は水で満たされており、乳房１６は水に浸っている。乳房１６から光音響効果により出てきた音響波は、お椀型探触子１５上にフィボナッチ配列状に並んだ複数のピエゾ素子により受信され、電気信号に返還される。電気信号は、増幅処理とデジタル変換処理を施されて、データ取得システム１７内部のメモリ（不図示）に格納される。お椀型探触子１５は受信部に相当する。
【００５０】
データ取得システム１７内部のメモリに格納された各波長に由来する受信信号は、ＰＣ１８を構成する波長間パルス幅差補正機構１９において、所定のプログラムに従って波長間パルス幅差補正受信信号に変換される。波長間パルス幅差補正機構１９は、予め測定された７５６ｎｍと７９７ｎｍの波長のパルス幅データを、メモリや外部装置などから取得し、補正に使用する。波長間パルス幅差補正機構１９は、パルス形状差補正部に相当する。
【００５１】
酸素飽和度算出機構２０は、波長間パルス幅差補正受信信号を使って、ヘモグロビン濃度分布と酸素飽和度分布を算出する。ＰＣ１８は、ヘモグロビン濃度分布を明度に、酸素飽和度分布を色相にそれぞれ割り当てた画像を、ディスプレイ２１に表示させる。ここでは、ヘモグロビン濃度分布を明度に割り当てたが、明度・彩度・色相のどれかに割り当てられればよい。酸素飽和度算出機構２０は、分光情報取得部に相当する。
【００５２】
（補正方法）
本実施例の波長間パルス幅差補正について詳しく述べる。波長７５６ｎｍの光のパルス幅は６０ｎｓｅｃ、波長７９７ｎｍの光のパルス幅は９０ｎｓｅｃである。ここでいうパルス幅とは、各波長のパルス形状をガウス関数でフィッティングして、得られたガウス関数の半値幅である。ここでは、波長７５６ｎｍの光に由来する受信信号Ｓ７５６（ｔ）を、パルス幅が９０ｎｓｅｃで照射したように補正したい。そのためには、半値幅√（９０＾２−６０＾２）＝６７ｎｓｅｃのガウス分布でぼかせばよい。
【００５３】
なお、波長７９７ｎｍの光に由来する受信信号Ｓ７９７（ｔ）をパルス幅が６０ｎｓｅｃのパルス光で取得したように補正してもよい。その場合、半値幅６７ｎｓｅｃの半値幅のガウス関数でデコンボリューションする。ただし、デコンボリューションによるノイズの増加を可及的に抑制する必要がある。そのため、分光情報を取得するときに解像度よりも定量性を重視する場合、パルス幅の小さい方の波長の受信信号をパルス幅の大きい方の波長の受信信号に合わせる方が好ましい。そして、得られた分光情報をパルス幅の小さいほうの波長で得られた特性情報（例えば、初期音圧分布や吸収係数分布）を用いてマスキングすることにより定量性と解像度の両方が担保された分光情報を取得することができる。例えば、上述したようにパルス幅の小さいほうの波長で得られた特性情報の値を、分光情報の色相、彩度、明度のいずれかに割り当てることによりマスキングすることができる。
【００５４】
（処理フロー）
本実施例の分光情報取得方法を、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００５５】
（ステップＳ２１）
２波長のパルス光を乳房に照射することにより光音響信号を取得する。すなわち、照射光学系１３が、波長７５６ｎｍと７９７ｎｍそれぞれのパルス光１４を乳房１６に照射する。お椀型探触子１５上に並んだピエゾ素子は、各波長の光に由来する光音響波を受信し、電気信号に変換してデータ取得システム１７に格納する。
【００５６】
（ステップＳ２２）
各波長の受信信号を各波長のパルス幅に従って、パルス幅差補正する。すなわち、波長間パルス幅差補正機構１９は、波長７５６ｎｍと７９７ｎｍそれぞれのパルス光のパルス幅に基づいて、補正受信信号を生成する。ここでは、パルス幅が比較的大きい波長７９７ｎｍの側に、波長７５６ｎｍの受信信号を合わせる。
【００５７】
（ステップＳ２３）
パルス幅差補正受信信号で吸収係数分布を算出し、さらに酸素飽和度分布を算出する。すなわち、酸素飽和度算出機構２０は、波長７５６ｎｍの光に由来する補正受信信号と、波長７９７ｎｍの光に由来する受信信号それぞれに基づいて、ＵＢＰ法を用いて初期音圧分布を算出する。具体的には、数式（μａ＝Ｐ０／ΓΦ）より、初期音圧分布から光量分布Φとグルナイゼン係数を除算する事で吸収係数を算出する。そして、波長７５６ｎｍと７９７ｎｍそれぞれにおける吸収係数分布から、ヘモグロビン濃度分布と酸素飽和度分布を算出する。ＰＣ１８は、ヘモグロビン濃度分布を明度、酸素飽和度分布を色相に割り当てて、ヘモグロビン酸素飽和度分布として、ディスプレイ２１に表示させる。
【００５８】
本実施例の分光情報取得装置を用いた処理によれば、複数の波長の光を用いて物質濃度や酸素飽和度を取得する光音響装置において、波長ごとのパルス幅の違いを補正できる。その結果、被検体内部の特性情報分布を精度よく画像化できる。
【００５９】
＜実施例２＞
本実施例は、光フォーカス型光音響顕微鏡でマウスの脳を測定し、刺激によるマウスの脳の血液量や酸素飽和度変化を観察する装置について説明する。
【００６０】
（構成）
図５を用いて、本実施例の構成に関して説明する。Ｔｉ：ｓａレーザー３１は、７５６ｎｍ、７８０ｎｍ、７９７ｎｍ、８２５ｎｍの４波長のパルス光を出射可能である。出射したパルス光は、光バンドルファイバ３２を通って、照射光学系３３に入る。パルス光は照射光学系３３内のミラーやレンズを通ったのち、これらの波長の光に対して透明な音響ミラー４２を透過し、マウスの脳３６の内部へ集光する。Ｔｉ：ｓａレーザー３１は、照射部の光源に相当する。
【００６１】
マウスの脳３６から発生した光音響波は、音響ミラー４２で反射され、静電容量型の音響波探触子であるｃＭＵＴ３５で受信される。受信された信号は、電気信号に変換され、増幅されて、検出信号としてデータ取得システム３７のメモリ３９に格納される。このような光音響顕微鏡測定を各波長で実施することで、受信信号Ｓ７５６（ｔ）、Ｓ７８０（ｔ）、Ｓ７９７（ｔ）、Ｓ８２５（ｔ）が得られる。ｃＭＵＴ３５は、受信部に相当する。
【００６２】
本実施例ではまた、あらかじめ厚さ３０ｎｍの薄膜を標準サンプルとして各波長で光音響測定しておく。これにより、ｃＭＵＴ３５のインパルス応答と各波長のパルス形状の影響を含めた補正データＩＲ（ｔ）が取得できる。取得された補正データＩＲ（ｔ）は、メモリ３９に保存しておく。本実施例では、この補正データＩＲ（ｔ）を用いて、第五の補
正方法により、補正受信信号を算出する。第五の補正方法を実行するパルス形状差補正部は、データ取得システム３７とワークステーション３８のどちらであってもよい。
【００６３】
算出された補正受信信号を転送されたワークステーション３８の酸素飽和度算出機構４０は、あらかじめ実装されたプログラムにより補正受信信号から酸素飽和度やヘモグロビン濃度を算出する。算出された酸素飽和度分布とヘモグロビン濃度分布や、それらの経時変化は、モニター４１に表示される。酸素飽和度算出機構４０は、分光情報取得部に相当する。
【００６４】
（処理フロー）
本実施例の分光情報取得方法を説明する。本実施例のフローは、基本的に図４と同様である。ステップＳ２１では、波長７５６ｎｍ、７８０ｎｍ、７９７ｎｍ、８２５ｎｍのパルス光３４がそれぞれマウスの脳３６に照射される。ｃＭＵＴ３５は各波長に由来する光音響波を受信し、データ取得システム３７のメモリ３９に受信信号を格納する。ステップＳ２２では、各波長のパルス光のパルス形状の影響も含めたインパルス応答を用いて、各波長の受信信号からインパルス応答をデコンボリューションする。これにより、波長間パルス形状差補正され、補正受信信号を取得できる。ステップＳ２３では、酸素飽和度算出機構４０が、各波長での補正受信信号を用いて酸素飽和度分布とヘモグロビン濃度分布を算出し、ディスプレイ４１に表示する。
【００６５】
本実施例によれば、複数の波長の光を用いる光音響顕微鏡においても、波長ごとのパルス幅の違いを補正して被検体内部の特性情報分布を精度よく画像化できるようになる。本実施例の手法は、光をフォーカスする光学部材を備える光フォーカス型の顕微鏡にも、光音響波をフォーカスする音響部材を備える音響フォーカス型の顕微鏡にも適用できる。
【００６６】
＜実施例３＞
本実施例は、時間分解拡散光トモグラフィー装置について説明する。これは、人間の乳房などの内部の、ヘモグロビン濃度分布、ヘモグロビンの酸素飽和度分布、水や脂肪の分布を測定する装置である。
【００６７】
図６を用いて、本実施例の構成に関して説明する。Ｔｉ：ｓａレーザー５１は、波長７５０〜８５０ｎｍのパルス光を連続的に出射できる。波長としては近赤外領域が好適であるが、これに限られない。出射されたパルス光は光ファイバ５２を通って、複数の出射口５３のうち一か所から乳房５６へパルス光５４として出射される。パルス光５４は、乳房５６内部で吸収および散乱され、乳房組織を伝搬して、複数のフォトマル５５（光電子増倍管）によって検出される。受信信号は増幅処理を経て信号取得システム５７のメモリに格納される。Ｔｉ：ｓａレーザー５１は、照射部の光源に相当する。
【００６８】
ＰＣ５８のパルス形状差補正機構５９は、各波長のパルス形状を用いて、メモリ内の受信信号を補正受信信号に変換する。予め、出射口５３とフォトマル５５を直接光ファイバなどでつないで各波長のパルス形状は取得し、ＰＣのメモリに格納しておくことが好ましい。成分濃度分布算出機構６０は、補正受信信号を用いた逆問題解析により、乳房５６内部の水分濃度分布や、脂肪濃度分布、ヘモグロビン濃度分布、ヘモグロビンの酸素飽和度分布を算出する。成分濃度分布算出機構６０は、分光情報取得部に相当する。
【００６９】
本実施例の分光情報取得方法を、図７のフローチャートを用いて説明する。
【００７０】
（ステップＳ３１）
各波長のパルス光を照射することにより得られた光受信信号を取得する。すなわち、波長７５０〜８５０ｎｍのパルス光５４を、１ｎｍ刻みで乳房５６に照射する。光検出素子
であるフォトマル５５は、受信信号をデータ取得システム５７に格納する。
【００７１】
（ステップＳ３２）
光受信信号を各波長のパルス波形で補正する。すなわち、あらかじめ測定しておいた波長７５０〜８５０ｎｍのパルス光のパルス形状を用いて、各波長での受信信号にデコンボリューション処理を施す。これにより、波長間パルス形状差が補正された、補正受信信号が取得できる。
【００７２】
（ステップＳ３３）
成分分布を算出する。すなわち、補正受信信号を使った逆問題解析により、被検体内部のヘモグロビン濃度やヘモグロビンの酸素飽和度、水や脂肪の濃度分布を算出し、ディスプレイ６１に表示する。
【００７３】
本実施例によれば、複数の波長による拡散光トモグラフィーを用いた分光情報取得装置において、波長ごとのパルス形状の違いを補正して被検体内部の特性情報分布を精度よく画像化できる。
【００７４】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１：照射部、２：照射パルス光、３：被検体、４：受信部、５：受信データ波長間パルス形状差補正、６：分光情報取得部
【図１】
0006682282.tif 000008
【図２】
0006682282.tif 000009
【図３】
0006682282.tif 000010
【図４】
0006682282.tif 000011
【図５】
0006682282.tif 000012
【図６】
0006682282.tif 000013
【図７】
0006682282.tif 000014