(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の少なくとも２つの相対位置を制御可能な位置制御手段と、
それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子それぞれの位置情報をもとに、前記複数の振動子それぞれから前記測定対象の注目位置までの距離を求め、当該距離を用いて前記電気信号から前記測定対象の前記注目位置における特性情報を生成する処理手段と、
前記測定対象が点音源であるときに、前記点音源から前記複数の振動子それぞれへ向かう前記音響波の受信時刻と、前記音響波の経路における音速を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子それぞれの位置情報の補正データを求める補正手段と、を有し、
前記補正手段は、それぞれの前記相対位置における前記点音源の画像情報を合成した画像情報を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子の位置情報の補正データを求める
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記測定対象は生体またはファントムからなる被検体であり、
前記処理手段は、前記被検体内部の特性情報を生成するときに、前記補正手段が求めた前記補正データを用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子それぞれの位置情報を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記支持体は、前記複数の振動子の指向軸が高感度領域を形成するように、前記複数の振動子を支持する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記位置制御手段は、前記高感度領域が前記注目位置に重なるように、前記支持体を制御する
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】
前記支持体は略球冠形状または略球帯形状であり、
前記注目位置は、前記支持体の曲率中心に設定される
ことを特徴とする請求項１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】
前記補正手段は、前記複数の振動子の少なくとも一部の、前記支持体の機械設計上設定される設計点に対する位置情報を補正する補正データを求める
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】
前記複数の振動子は、前記位置制御手段により制御された前記少なくとも２つの相対位置において前記点音源から伝播する前記音響波を受信し、
前記処理手段は、それぞれの前記相対位置において取得された前記点音源に由来する前記音響波に基づいて、前記点音源の画像を生成し、
前記補正手段は、それぞれの前記相対位置における前記点音源の画像を合成した画像を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子の位置情報の補正データを求める
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】
前記補正手段は、前記合成した画像を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子の傾きを補正するための補正データを求める
ことを特徴とする請求項７に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
光源をさらに有し、
前記点音源は、前記光源からの光を受けて音響波を発する吸収体である
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】
前記点音源は、音響波を送信するものである
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１１】
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の少なくとも２つの相対位置を制御可能な位置制御手段と、
前記測定対象が点音源であるときに、それぞれの前記相対位置において取得された前記点音源に由来する前記音響波に基づいて、前記点音源の画像を生成する処理手段と、
それぞれの前記相対位置における前記点音源の画像を合成した画像を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子の位置情報の補正データを求める補正手段と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項１２】
光源と、
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の相対位置を制御可能な位置制御手段と、
前記複数の振動子それぞれの位置情報をもとに、前記複数の振動子それぞれから前記測定対象の注目位置までの距離を求め、当該距離を用いて前記電気信号から前記測定対象の前記注目位置における特性情報を生成する処理手段と、
前記測定対象が前記光源からの光を受けて音響波を発する吸収体である点音源であるときに、前記点音源から前記複数の振動子それぞれへ向かう前記音響波の受信時刻と、前記
音響波の経路における音速を用いて、前記複数の振動子それぞれの位置情報の補正データを求める補正手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項１３】
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の相対位置を制御可能な位置制御手段と、
前記複数の振動子それぞれの位置情報をもとに、前記複数の振動子それぞれから前記測定対象の注目位置までの距離を求め、当該距離を用いて前記電気信号から前記測定対象の前記注目位置における特性情報を生成する処理手段と、
前記測定対象が前記音響波を送信する点音源であるときに、前記点音源から前記複数の振動子それぞれへ向かう前記音響波の受信時刻と、前記音響波の経路における音速を用いて、前記複数の振動子それぞれの位置情報の補正データを求める補正手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
光と超音波を使用して生体の機能情報を取得する、光音響トモグラフィー（ＰＡＴ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる技術が提案されている。可視光や近赤外光などのパルス光を生体組織に照射すると、生体内部の光吸収物質、特に血液中のヘモグロビンなどの物質が、パルス光のエネルギーを吸収して瞬間的に膨張した結果、光音響波（典型的には超音波）を発生させる。この現象を光音響効果と呼ぶ。ＰＡＴは、光音響波を測定することで生体組織の情報を可視化する技術である。
【０００３】
生体組織の情報として、光音響波の発生源となった生体内の光吸収物質の密度分布を表す、光エネルギー吸収密度分布がある。この光エネルギー吸収密度分布を可視化することで、癌組織による活発な血管新生を画像化できる。また、光音響波の光波長依存性を利用して、血液の酸素飽和度などの機能情報を取得できる。
【０００４】
さらにＰＡＴの技術においては、生体情報の画像化に光と超音波を用いることから無被爆非侵襲での画像診断が可能であり、患者負担の点で大きな優位性を有している。したがって、繰り返し診断することが難しいＸ線装置に代わり、乳がんのスクリーニングと早期診断での活用が期待される。
【０００５】
特許文献１には、略球冠形状に沿って異なる位置に配置された、光音響波を検出する複数の振動子から構成される探触子を有する装置が開示されている。この装置は、探触子を機械的に走査することで、広範囲の被検体情報を取得できる。特許文献１の技術によれば、略球冠形状の探触子を用いることにより、被検体に対する光音響波の測定の立体角が大きくなるので、被検体情報を高精度に可視化できる。さらに、略球冠形状に沿って配置された複数の振動子の受信指向を所定の領域に指向させることで、その所定の領域を高感度に可視化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６１０４９４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
略球冠形状または略球帯形状に沿って多数の振動子を配置して構成される探触子では、多数の振動子の最も受信感度の高い軸を所定の領域に集めることで、その所定領域の被検体情報を高感度かつ高精度に可視化できる。この優位性を十分に活かすためには、多数の振動子の配置が高精度に管理されることが好ましい。また、被検体が発した音響波に由来する電気信号は、注目位置から振動子までの距離、および、音響伝達媒体の音速を用いて解析される。したがって注目位置と振動子の距離や角度などの位置関係を正確に把握することは重要である。
【０００８】
しかしながら、略球冠形状または略球帯形状といった滑らかに変化する理想的な曲面を造形することや、その曲面上に多数の振動子の全てを精度高く機械的に実装することは、容易ではない。
【０００９】
また、振動子の設計位置と実際の位置の間のずれは、上述したような製造時のほかに、装置を使用する中での経時変化によっても発生しうる。すなわち、機械的な動作の繰り返しなどに起因して振動子位置の経時変化が起こる可能性がある。このような位置ずれに対応するためには、定期的にキャリブレーションを行って正確な振動子位置を把握し、補正データを作成することが望ましい。しかし、曲面上に配置された全ての振動子の位置を測定することは容易ではないため、位置測定を定期的に繰り返すことが難しかった。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、略球冠形状または略球帯形状に沿って多数の振動子を配置して構成される探触子を用いて、高精度な被検体情報を取得することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の少なくとも２つの相対位置を制御可能な位置制御手段と、
それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子それぞれの位置情報をもとに、前記複数の振動子それぞれから前記測定対象の注目位置までの距離を求め、当該距離を用いて前記電気信号から前記測定対象の前記注目位置における特性情報を生成する処理手段と、
前記測定対象が点音源であるときに、前記点音源から前記複数の振動子それぞれへ向かう前記音響波の受信時刻と、前記音響波の経路における音速を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子それぞれの位置情報の補正データを求める補正手段と、を有し、
前記補正手段は、それぞれの前記相対位置における前記点音源の画像情報を合成した画像情報を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子の位置情報の補正データを求める
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
また、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の少なくとも２つの相対位置を制御可能な位置制御手段と、
前記測定対象が点音源であるときに、それぞれの前記相対位置において取得された前記点音源に由来する前記音響波に基づいて、前記点音源の画像を生成する処理手段と、
それぞれの前記相対位置における前記点音源の画像を合成した画像を用いて、それぞれの前記相対位置における前記複数の振動子の位置情報の補正データを求める補正手段と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
また、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光源と、
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の相対位置を制御可能な位置制御手段と、
前記複数の振動子それぞれの位置情報をもとに、前記複数の振動子それぞれから前記測定対象の注目位置までの距離を求め、当該距離を用いて前記電気信号から前記測定対象の前記注目位置における特性情報を生成する処理手段と、
前記測定対象が前記光源からの光を受けて音響波を発する吸収体である点音源であるときに、前記点音源から前記複数の振動子それぞれへ向かう前記音響波の受信時刻と、前記音響波の経路における音速を用いて、前記複数の振動子それぞれの位置情報の補正データを求める補正手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
また、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
測定対象からの音響波を受信して電気信号を生成する複数の振動子と、
前記複数の振動子の少なくとも一部の振動子の指向軸が集まるように前記複数の振動子を支持する支持体と、
前記測定対象と前記支持体の相対位置を制御可能な位置制御手段と、
前記複数の振動子それぞれの位置情報をもとに、前記複数の振動子それぞれから前記測定対象の注目位置までの距離を求め、当該距離を用いて前記電気信号から前記測定対象の前記注目位置における特性情報を生成する処理手段と、
前記測定対象が前記音響波を送信する点音源であるときに、前記点音源から前記複数の振動子それぞれへ向かう前記音響波の受信時刻と、前記音響波の経路における音速を用いて、前記複数の振動子それぞれの位置情報の補正データを求める補正手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、略球冠形状または略球帯形状に沿って多数の振動子を配置して構成される探触子を用いて、高精度な被検体情報を取得することができる。
本発明のさらなる特徴は、以降の実施例の記載と添付された図面により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態における被検体情報取得装置の構成の概略図
【図２】第１の実施形態における探触子の構成の概略図
【図３】第１の実施形態における振動子配置データの概略図
【図４】第１の実施形態における被検体情報取得装置の信号データ取得のフロー図
【図５】第１の実施形態における被検体情報の可視化のフロー図
【図６】第１の実施形態における補正のフロー図
【図７】第１の実施形態における補正量を算出するための信号データ取得の概略図
【図８】第２の実施形態における補正のフロー図
【図９】第２の実施形態における補正量を算出するための信号データ取得の概略図
【図１０】第２の実施形態における補正量の算出に使用する点音源の画像の概略図
【図１１】第２の実施形態における補正量の算出の概略図
【図１２】第３の実施形態における補正量を算出するための信号データ取得の概略図
【図１３】第３の実施形態における補正量の算出に使用する点音源の画像の概略図
【図１４】第３の実施形態における補正量の算出のフロー図
【図１５】第４の実施形態における補正量を算出するための信号データ取得の概略図
【図１６】第５の実施形態における補正量を算出するための信号データ取得の概略図
【図１７】第５の実施形態における補正量の算出のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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り、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。
【００１５】
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。本発明はまた、音響波測定装置やその制御方法としても捉えられる。
【００１６】
本発明は、被検体に光（電磁波）を照射し、光音響効果に従って被検体内または被検体表面の特定位置で発生して伝播した音響波を受信（検出）する、光音響トモグラフィー技術を利用した被検体情報取得装置に適用できる。このような装置は、光音響測定に基づき被検体内部の特性情報を画像データや特性分布情報などの形式で得ることから、光音響撮像装置、光音響画像形成装置、あるいは単に光音響装置とも呼べる。
【００１７】
光音響装置における特性情報は、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布などである。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。また、脂肪、コラーゲン、水分の分布なども対象となる。また、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、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。
【００１８】
本発明は、被検体に超音波を送信し、被検体内部で反射した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置にも適用できる。超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。
【００１９】
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。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。探触子により音響波から変換された電気信号（受信信号）を音響信号とも呼び、光音響波に由来する音響信号を特に光音響信号と呼ぶ。
本発明における被検体としては、生体の乳房が想定できる。ただし被検体はこれに限られず、生体の他の部位や、非生体材料の検査も可能である。
【００２０】
本発明の被検体情報取得装置は、複数の振動子が配置された探触子を備える。各振動子の最も受信感度の高い方向に沿った軸（指向軸）は、少なくとも１つの所定の領域に集まるように構成される。このように複数の振動子が配置されることにより、探触子は、一部または全ての振動子の指向軸が集まる少なくとも１つの所定領域で発生した音響波を高感度に受信できる。
【００２１】
本発明の被検体情報取得装置は、探触子と被検体との相対位置を変更しながら複数回にわたって音響波を受信し、探触子から出力された時系列の受信信号を信号データとして記憶媒体に記憶する。そして、この複数回にわたって得られた信号データを用いて関心領域
（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）、すなわち画像化領域内の各注目位置の被検体情報を取得する。
【００２２】
探触子により音響波を受信して得られる信号データから、注目位置での被検体情報を可視化した場合、典型的には、一部または全ての振動子の指向軸が最も集まる少なくとも１つの所定位置で分解能が最も高くなる。そして、その所定位置から離れるに従って被検体情報の分解能が低下する。このとき、最も分解能が高い所定位置から、例えば分解能が半分となる所定領域で発生した音響波については、探触子が比較的高感度に受信できると推定される。そこで本明細書においては、最も分解能が高い所定位置から分解能が半分となるまでの領域を「高感度領域」と表記する。例えば、半球形状に沿って複数の振動子が支持される探触子の場合、指向軸が最も集まる所定位置は半球形状の曲率中心に相当する。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、実施形態における装置の装置構成の概略図である。
【００２４】
（装置構成と機能）
本実施形態における被検体情報取得装置は、探触子１０２、位置制御機構１０４、光源１０５、照射光学系１０６、信号受信部１０７、制御プロセッサ１０９、システムバス１１０、入力部１１１、画像構成部１１２、表示部１１３、記憶部１１４を備える。
【００２５】
被検体１０１は撮像対象である。具体例としては、乳房等の生体や、装置の調整などにおいては生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが挙げられる。音響特性とは具体的には音響波の伝播速度および減衰率であり、光学特性とは具体的には光の吸収係数および散乱係数である。被検体としての生体内の光吸収体としてはヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などが挙げられる。ファントムでは、これらの光学特性を模擬した物質を光吸収体として内部に封入する。
【００２６】
本実施形態では、被検体１０１は保持部１２１に保持される。保持部１２１は取り付け部１２２に取り付けられている。取り付け部１２２は様々な形状の保持部１２１を取り換え可能に構成されており、被検体１０１に適応した保持部１２１を取り付け可能である。保持部１２１は乳房の形状を安定させたり、乳房深部に光が到達するように乳房を薄く引き伸ばしたりする。保持部１２１は光や音響波に対する透過特性を持つことが好ましい。
【００２７】
探触子１０２は、複数の振動子２１１およびその支持体１２３から構成される。支持体１２３は、本実施形態においては図２で示すように略半球の球冠形状であり、この半球形状に沿って複数の振動子２１１が配置される。図２（ａ）は探触子１０２をｚ軸方向上部から、図２（ｂ）は側面から見た断面図をそれぞれ示している。
これらの振動子２１１が、被検体１０１に光１３１が照射されたときに被検体内部で生じる光音響波を受信して電気信号に変換し、受信信号として出力する。本実施形態において、振動子の方式に特に制限はない。例えば、一般的な超音波診断装置で使用されている圧電セラミックス（ＰＺＴ）を利用した振動子が使用できる。また、静電容量型のＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、磁性膜を用いるＭＭＵＴ（ＭａｇｎｅｔｉｃＭＵＴ）も利用できる。また、圧電薄膜を用いるＰＭＵＴ（ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭＵＴ）も利用できる。
【００２８】
点２０１は、支持体１２３の半球面形状の機械設計点である曲率中心点を示している。一般に、複数の振動子２１１のそれぞれは、その受信面（表面）の法線方向において、最も高い受信感度を持つ。そして、その法線方向を中心とした所定角度範囲において、有効な受信感度を持つ。この所定の角度範囲を指向角とする。そして振動子２１１の指向方向を半球面形状の曲率中心点２０１付近へ集めることで、曲率中心点２０１を中心に高感度
かつ高精度に可視化可能な高感度領域２０２が形成される。なお、位置制御機構１０４により探触子１０２を走査する、すなわち被検体１０１に対して高感度領域２０２を移動させることで、広い範囲の被検体情報を高感度高精度に可視化できる。
【００２９】
なお、本発明において複数の振動子２１１の配置は図２のような半球形状の例に限定されない。機械設計上の点を中心とした所定の領域に指向軸が集まり、所定の高感度領域を形成できる配置であればよい。すなわち、所定の高感度領域が形成されるように曲面形状に沿って複数の振動子２１１が配置されればよい。さらに、本明細書において曲面とは、真球形状や半球面、その他球冠や球帯などの開口がある球面形状を含む。また、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３次元へ拡張した形であり、表面が二次曲面からなる形状の面も含む。
また、球を任意の断面で切った球冠形状または球帯形状の支持体に沿って複数の振動子を配置する場合においても、その支持体の形状の曲率中心に指向軸が最も集まる。本実施形態での説明に用いる半球形状の支持体１２３も球を任意の断面で切った形状の支持体の一例である。
【００３０】
また、複数の振動子２１１の配置は、図３（ａ）に示すような支持体１２３の機械設計上の点である曲率中心点２０１を中心とした半径ｒと極角θ、方位角φによる球座標系で設計される。そして、全ての振動子の位置情報は振動子配置データとして記憶部１１４に記憶される。なお説明のため、振動子配置データの座標系をＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＧｅｏｍｅｔｒｙ座標系（ＴＧｘ、ＴＧｙ、ＴＧｚ）として表記する。振動子配置データは例えば、振動子２１１の個々を識別する固有の番号と球座標上の座標値とが対応付けられた図３（ｂ）に示すようなテーブル構造のデータである。本発明は後述する方法により、この振動配置データを更新する、または振動子配置データを補正するための補正データを生成するものである。
【００３１】
上述の通り、複数の振動子２１１の指向性もまた曲率中心点２０１へ向いている。そのため、同座標系による振動子位置の情報に基づいて、振動子２１１の指向方向を容易に求められる。そのため同座標系による振動子位置の情報を使用することで、２次元または３次元の空間的なデータである被検体情報を構成する各注目位置（ピクセルまたはボクセル）の生成に、振動子２１１のそれぞれの信号データが寄与するかどうかを容易に判定できる。
【００３２】
探触子１０２にはまた、図２（ｂ）に示すように、その底面に光１３１を導光するための照射口２３１が備えられている。照射光学系１０６により導光された光１３１は、照射口２３１から高感度領域２０２方向へ出射される。なお、照射光学系１０６と照射口２３１とを一体化して本発明の光学系としても良い。
【００３３】
さらに、探触子１０２は連結部２４１を介して位置制御機構１０４上に固定されている。位置制御機構１０４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。移動制御機構１０４は、制御プロセッサ１０９からの位置制御情報に従って探触子１０２を移動させることにより、被検体１０１に対する光１３１の照射位置と光音響波の受信位置を移動させる。さらに２次元（ＸＹ平面）内の移動だけでなく、３次元（ＸＹＺ空間）内での位置制御が可能なことが好ましい。このような構成により、位置制御機構１０４は、支持体（すなわちそれぞれの振動子も）と測定対象（点音源または被検体）との相対位置を制御可能である。
【００３４】
光１３１の照射位置と探触子１０２による光音響波の受信位置を被検体１０１に対して移動させながら信号データの取得を繰返すことで、広範囲の被検体情報の生成に必要な信号データを取得できる。
また位置制御機構１０４は、照射光学系１０６による光１３１の照射制御に同期して、光照射時、すなわち光音響波の発生時の探触子１０２の位置データを制御プロセッサ１０９へ出力する。なお、測定対象として超音波送信源を使用する場合には、外部装置である超音波送信源から送出される同期信号を受けて、超音波送信時の探触子１０２の位置データを制御プロセッサ１０９へ出力する。
【００３５】
光源１０５はパルス光を発する。パルス幅は例えば１００ｎｓｅｃ以下である。光源１０５は、一般的に、近赤外領域に中心波長を有するパルス発光が可能な固体レーザである。レーザの種類は例えば、Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ＧａｒｎｅｔレーザやＴｉｔａｎ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザなでである。他に、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなどのレーザも使用できる。また、レーザのかわりに発光ダイオードなども使用できる。
【００３６】
なお、光の波長は、測定対象とする生体内の光吸収物質に応じて選択される。光吸収物質には例えば、酸素化ヘモグロビンあるいは脱酸素化ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管、あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍などがある。その他グルコース、コレステロールなども光吸収物質となる。
乳がん新生血管中のヘモグロビンを測定対象とする場合、一般的に波長６００〜１０００ｎｍの光を吸収する。一方、生体を構成する水の光吸収が８３０ｎｍ付近でほぼ極小となる。そのため、７５０〜８５０ｎｍでヘモグロビンの光吸収が相対的に大きくなる。また、ヘモグロビンの酸素飽和度により波長ごとの光吸収率が変化するため、この波長依存性を利用することで生体の機能的な変化も測定できる。
【００３７】
照射光学系１０６は、光源１０５が発したパルス光を被検体１０１に向けて導き、信号取得に好適な光１３１を形成して出射する。照射光学系１０６は、典型的には光を集光または拡大するレンズやプリズム、光を反射するミラー、光を拡散する拡散板などの光学部品により構成される。また、光源１０５からの導光には光ファイバなどの光導波路などを使用できる。
【００３８】
なお、皮膚や目に対するレーザ光などの照射に関する基準として、一般に光の波長や露光持続時間、パルスの繰り返しなどの条件により最大許容露光量（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）がＩＥＣ６０８２５−１で定められている。照射光学系１０６は、被検体１０１に対して同基準を満たす光１３１を生成する。
【００３９】
また、照射光学系１０６は、光１３１の被検体１０１への出射を検知し、それと同期して光音響波の受信および記憶を制御するための同期信号を生成する光学構成（不図示）を備えることが好ましい。光１３１の出射は例えば、光源１０５が生成したパルス光の一部をハーフミラーなどの光学系により分割して光センサへ導光し、光センサが生成する検出信号を使用することで検知できる。パルス光の導光にバンドルファイバを使用する場合には、ファイバの一部を分岐させて光センサに導光することで検知できる。この検知により生成された同期信号は信号受信部１０７と位置制御機構１０４へ入力される。
照射光学系１０６はさらに、光１３１のエネルギーを測定するための光学構成（不図示）を備え、光１３１の出射と同期して光エネルギーのデータを制御プロセッサ１０９へ出力する。
【００４０】
信号受信部１０７は、探触子１０２が生成したアナログ信号を増幅する信号増幅部や、探触子１０２から出力されたアナログの受信信号をデジタルの受信信号に変換するＡ／Ｄ変換部などから構成される。信号受信部１０７は生成されたデジタル受信信号を記憶部１１４に出力する。記憶部１１４は、デジタル受信信号を信号データとして保存する。
信号受信部１０７は、照射光学系１０６からの同期信号をきっかけに、探触子１０２か
ら出力される信号の受信動作を開始する。なお、同期信号が入力されてから受信動作を開始するまでの遅延を、個々の振動子、または一部の振動子をまとめたグループごとに制御することもできる。
なお、測定対象として超音波送信源を使用する場合には、外部装置である超音波送信源から送出される同期信号を受けて、探触子１０２から出力される信号の受信動作を開始する。
【００４１】
制御プロセッサ１０９は、プログラム動作における基本的なリソースの制御と管理などを行うオペレーティングシステム（ＯＳ）を稼働させる。制御プロセッサ１０９は、記憶部１１４に格納されたプログラムコードを読み出し、以後記述する実施形態の機能を実行する。また入力部１１１を介したユーザの各種操作により発生するイベント通知を受けてシステムバス１１０を介して各ハードウェアを制御する。
さらに制御プロセッサ１０９は、本発明における、振動配置データを更新する、または振動子配置データの補正するための補正手段としての機能を備える。
【００４２】
入力部１１１は、ユーザ（主に医療従事者などの検査者）からの各種入力を受け付け、入力された情報を、システムバス１１０を介して制御プロセッサ１０９などの構成に送信する。例えば、入力部１１１により、ユーザが撮像に関するパラメータ設定や撮像開始の指示、そして関心領域、すなわち画像化領域の範囲や形状などの観察パラメータ設定など、その他、画像に関する画像処理操作を行うことができる。一般的に、入力部１１１は、マウスやキーボード、タッチパネルなどで構成され、ユーザの操作に従って制御プロセッサ１０９上で動作しているＯＳなどのソフトウェアに対するイベント通知を行う。
【００４３】
画像構成部１１２は、記憶部１１４に保存された信号データと振動子配置データなどの付属データを使用して被検体情報を取得する。すなわち、画像構成部１１２は、振動子配置データが有する複数の振動子２１１の３次元位置とその指向方向などの空間的情報に基づいて、時系列のデータである信号データを２次元または３次元の空間的なデータである被検体情報に変換する。画像化領域が２次元領域である場合注目位置はピクセルであり、画像化領域が３次元領域である場合注目位置はボクセルである。さらに画像構成部１１２は、画像化領域に応じて任意の断層画像などの表示画像を生成する。
画像構成部１１２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（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などを使用して構成される。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できる。
【００４４】
表示部１１３は、画像構成部１１２により生成された被検体情報の表示画像、そして画像や装置を操作するためのＵＩなどを表示する。表示部１１３には、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）など、どの方式のディスプレイでも使用できる。
【００４５】
記憶部１１４は、制御プロセッサ１０９が動作するのに必要な揮発性または不揮発性メモリ、被検体情報の取得動作の中で一時的にデータを保持する揮発性メモリを含む。また、記憶部１１４は、生成された信号データや振動子配置データなどの信号データに付属するデータ、そして可視化した被検体情報などを記憶保持するハードディスクなどの不揮発性の記憶媒体を含む。記憶部１１４としての不揮発性の記憶媒体は、以後記述する実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納している。
【００４６】
被検体１０１と保持部１２１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伝達媒体１２４を配置して空隙を生じないように配慮することが好ましい。
また、保持部１２１と支持体１２３の間も光音響波の伝播経路であるため、音響波の伝
播効率の高い媒体で充填されることが好ましい。媒体は光１３１の伝播経路でもあるため、光１３１に対して透明な材質であることが好ましく、例えば水などが使用される。
なお、被検体１０１と保持部１２１との間に配置される音響伝達媒体１２４と、保持部１２１と支持体１２３との間に配置される音響伝達媒体とは異なる材料から構成されていてもよい。
【００４７】
（信号データ取得処理）
図４を参照して、第１の実施形態における被検体情報装置の信号データ取得の流れを説明する。ここで説明するのは、実際の被検体を測定して被検体内部の特性情報を取得する一連の処理である。ただし、後述するようなキャリブレーション処理についても、測定対象が被検体から点音源に変更されるだけで、本フローと同様の手順で実施できる。
【００４８】
ステップ４０１では、制御プロセッサ１０９が、ユーザが入力部１１１を介して指定した目的とする被検体情報の取得に必要なパラメータに応じて、探触子１０２の位置や光１３１の照射回数、すなわち信号データの取得回数などの制御情報を生成する。また、２次元平面（ＸＹ平面内）上または３次元（ＸＹＺ空間）内における複数の位置制御点と、それらを結ぶ走査線の移動速度などの制御情報を生成することで、走査制御が可能となる。そして制御プロセッサ１０９は、それらの制御情報を位置制御機構１０４と光源１０５、そして信号受信部１０７へ出力する。
【００４９】
ステップ４０２では、位置制御機構１０４が位置制御情報に従って、探触子１０２を次の光音響波の信号データ取得位置まで移動させる。
ステップ４０３では、制御プロセッサ１０９からの照射制御情報に従って、光源１０５がパルス光の発光を行う。光源１０５から発光されたパルス光は照射光学系１０６を介して光１３１に成形されて被検体１０１に照射される。照射光学系１０６は、被検体１０１への光１３１の照射と同時に同期信号を生成して位置制御機構１０４と信号受信部１０７へ送出する。
【００５０】
ステップ４０４では、探触子１０２が、光を照射された被検体１０１から発生し伝播する光音響波を検出する。また、信号受信部１０７が、照射光学系１０６から入力される同期信号に同期して探触子１０２による受信信号をデジタル変換する。なお、同期信号を受けた信号受信部１０７は、その時刻から、所定のサンプリングレートで所定のサンプル数だけ光音響波信号を受信する。また、位置制御機構１０４は、照射光学系１０６の同期信号を受けて光１３１の照射に同期した位置データを制御プロセッサ１０９へ伝達する。
【００５１】
ステップ４０５では、制御プロセッサ１０９は、全ての信号データの取得が完了したかどうかを判定する。全ての信号データの取得が完了していない場合にはステップ４０２へ処理を移行して光音響波信号の取得を繰返す。完了している場合にはステップ４０６へ処理を移行する。
【００５２】
ステップ４０６では、制御プロセッサ１０９がこれまでに取得した全ての信号データおよび付属データを記憶部１１４に保存する。付属データは、信号データ取得時の探触子位置データや光１３１のエネルギーデータ、ユーザに指定されたパラメータなどであり、さらに信号データ取得時の振動子配置データおよびその補正データの複製を含む。
【００５３】
（被検体情報取得処理）
続いて図５を参照して、第１の実施形態における被検体情報の可視化の流れを説明する。
ステップ５０１では、制御プロセッサ１０９が、信号データ取得時に信号データと一緒に保存された振動子配置データを読み込む。その際制御プロセッサ１０９は、読み込んだ
振動子配置データの補正データが存在する場合には、その補正データを使用した補正を行う。
【００５４】
ステップ５０３では、制御プロセッサ１０９が、図４の流れに従って取得した信号データとその付属データを読み込んで画像構成部１１２へ入力する。
【００５５】
ステップ５０４では、画像構成部１１２が付属データの１つである探触子の位置データに沿って、次の信号データ取得位置での被検体情報の画像化を行う。なお、被検体情報は、信号データに対して画像再構成処理を行うことで得られる、光学特性値などの特性情報を可視化したデータである。本発明においては、画像再構成の際に用いる振動子配置データに対して補正データが適用される。
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。時間制約が厳しくない場合には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も使用できる。
【００５６】
ステップ５０５では、画像構成部１１２は、ステップ５０４で画像化された被検体情報を、画像化領域での位置を考慮してピクセル値またはボクセル値に加算する。この工程により、異なる位置で取得した個々の信号データから生成される複数の被検体情報を合成できる。また、最終的に生成する被検体情報のＳ／Ｎを高くできる。
【００５７】
ステップ５０６では、画像構成部１１２は、画像化領域に寄与する被検体情報の画像化および合成が完了したかどうかを判定する。完了していない場合にはステップ５０４へ処理を移行して、次の信号データ取得位置での被検体情報の画像化および合成を繰り返す。完了している場合にはステップ５０７へ処理を移行する。
なお、１つの信号データ取得位置での信号データに基づく被検体情報が画像化領域に寄与するかどうかは、例えば、その信号データ取得位置での高感度領域２０２が画像化領域に重なるかどうかで判定することができる。
【００５８】
ステップ５０７では、画像構成部１１２がこれまでのステップで生成された被検体情報に基づいて表示画像を生成して、被検体情報の可視化完了を制御プロセッサ１０９へ通知する。通知を受けた制御プロセッサ１０９は、表示画像を表示部１１３に表示する。画像表示形式は任意であるが、画像診断を支援できる形式が望ましい。
【００５９】
なお、本実施形態では、探触子の位置データに沿って被検体情報を画像化して、複数の被検体情報を合成することにより最終的な被検体情報を取得する例を説明した。しかし本発明はこれに限られず、得られた全信号データを用いて適当な被検体情報を取得できれば、いかなる方法を用いてもよい。例えば、ステップ５０４、ステップ５０５、ステップ５０６の繰返しの工程を行わずに、全受信信号データを一括に使用した１回の画像化工程により被検体情報を取得してもよい。
【００６０】
一方、信号データの取得と被検体情報の可視化を図４と図５を用いてそれぞれ独立した処理として説明したが、図５で示した画像再構成処理などは画像構成部１１２、すなわちＧＰＵに処理を委託できるため信号データ取得動作と並列に行うこともできる。そのため、図５のステップ５０１を図４のステップ４０１の前または後に、ステップ５０２−５０５をステップ４０４と４０５の間に行う形態で、信号データ取得と被検体情報の可視化を一体化した１つの流れの中で実施することもできる。
【００６１】
（データ補正）
次に、図６を参照して第１の実施形態における振動子配置データの補正の流れを説明す
る。本処理は、装置の設置時や定期的なキャリブレーション時などに行うことが好ましい。本処理により取得されて記憶された補正データが、実際の被検体を測定した信号データに基づいて特性情報を生成する際に用いられる。ただし処理実行のタイミングはこれに限定されない。
【００６２】
ステップ６００では、図７に示すように、点音源７０１を探触子１０２の半球形状の機械設計点である曲率中心点２０１に設置する。なお、点音源７０１と探触子１０２の相対的な位置合わせは、ユーザが点音源７０１の位置を調整すること、または位置制御機構１０４が探触子１０２の位置を調整することにより行われる。
【００６３】
なお、点音源７０１の設置に併せて、保持部１２１の上部には、既知で安定した音速特性を有する音響伝達媒体７１１が設置される。さらに好ましくは保持部１２１と支持体１２３の間に使用される音響伝達媒体と同じ媒体を使用する。なお、曲率中心点２０１が取り付け部１２２よりも探触子１０２側に設計されている場合には、保持部１２１を取り外した状態で、保持部１２１と支持体１２３の間に供給される音響伝達媒体でのみ補正を行うこともできる。
【００６４】
ステップ６０１では、制御プロセッサ１０９が、振動子配置データ補正用の信号データの取得に必要な制御情報を生成する。点音源７０１として光音響波を発する光吸収体を使用する場合には少なくとも１回の光１３１の照射制御情報を生成する。
ステップ６０２では、探触子１０２が、点音源７０１により発せられ、上記音響伝達媒体を伝播した音響波を検出する。また、信号受信部１０７が、照射光学系１０６または超音波送信源から入力される同期信号に応じて、探触子１０２から出力される受信信号をデジタル信号に変換する。信号受信部１０７は、同期信号を受けた時刻から、所定のサンプリングレートで所定のサンプル数だけ光音響波信号の受信を行って、それらを信号データとして保存する。
なお、本実施形態において点音源７０１は、超音波送信源であっても、光音響波を発する点形状の光吸収体であってもよい。光吸収体を使用する場合には、光吸収体７０１へ光１３１を照射した結果生じる光音響波を検出する。
【００６５】
ステップ６０３では、制御プロセッサ１０９が、ステップ６０２で取得した信号データに対して、点音源７０１が発する音響波と同じ中心周波数を有するフィルタを適用する。これにより、点音源７０１に起源を持つ音響波に由来するもの以外の信号成分が除去されるので、補正精度が向上する。
また、ステップ６０１および６０２において、点音源からの音響波の発生と信号データの取得を複数回行うように制御して、複数の信号データを積算することで点音源７０１由来の信号成分を強めるような信号処理を行うこともできる。これにより補正精度を向上できる。
【００６６】
ステップ６０４では、制御プロセッサ１０９が、ステップ６０３までに取得した信号データを使用して、全ての振動子において点音源７０１が発した音響波の信号のサンプル位置を探索する。
振動子２１１の曲率中心点２０１からの設計距離は機械設計上既知であるため、設計距離と音響伝達媒体の音速から設計上の音響波のサンプル位置を推定できる。この推定サンプル位置を中心とした所定のサンプル範囲において、受信信号のピーク値を示すサンプルの位置を探索することで、探索処理の負荷を低減できる。
【００６７】
ステップ６０５では、制御プロセッサ１０９が、ステップ６０４で探索した点音源７０１の信号データサンプル位置Ｓｎから、式（１）により振動子２１１ｎの点音源７０１からの距離、すなわち曲率中心点２０１からの実際の距離ｒｎを算出する。
【数１】
0006632257.tif 000002
ここで、ｃは音響伝達媒体中の音響波の音速、Ｔｎは音響波の受信時刻、Ｆは信号受信部１０７のサンプリングレートである。なお、信号受信部１０７の動作において、同期信号の入力から受信動作を開始するまでの遅延を設定されている場合には、その遅延量に相当するサンプル数をＳｎに加算する。
以下同様にして、振動子２１１ｎ＋ｍにおいても曲率中心点２０１からの実際の距離ｒｎ＋ｍを算出できる。
【００６８】
ステップ６０６では、ステップ６０５で算出した複数の振動子２１１の曲率中心点２０１からの実際の距離を使用して、記憶部１１４に記憶保持している振動子配置データを更新する。すなわち、図３（ｂ）で示したデータの値を更新する。なお、振動子配置データを直接修正するのではなく、機械設計上の振動子配置データとの差分値などの形態で、別に記憶保持してもよい。その場合にはステップ５０１において、制御プロセッサ１０９または画像構成部１１２がこの差分値を使用して振動子配置データを補正演算すればよい。
【００６９】
本発明の構成によれば、略球冠形状または略球帯形状に沿って多数の振動子を配置して構成される探触子１０２の信号受信特性、特に機械設計上設定された設計点である曲率中心点２０１から振動子２１１までの距離のばらつきに起因する受信特性を補正できる。これにより全振動子による音源の位置の推定精度が向上するため、より高解像度な被検体情報の画像データ生成が可能になる。
また、本実施形態では１つの点音源２０１を使用した簡易な信号データの取得のみで、複数の振動子２１１の全ての信号受信特性を一括に補正することができる。
【００７０】
なお、レーザ光の反射光が振動子の表面に到達することにより、振動子表面の部材により比較的大きな音響波が発せられる場合がある。この音響波が検出されると画像上のノイズとして顕在化する。そこで、かかるノイズを防ぐため、振動子表面に反射光を吸収しないような反射部材を設置することが効果的である。反射部材として例えば、近赤外光に対して高い反射率を有する金の膜などが好適である。
【００７１】
さらに、本実施形態のような実際の受信信号を使用した補正を行うことで、曲率中心点２０１を中心とした半径方向の振動子２１１の物理的な位置ばらつき以外の補正も可能である。すなわち本実施形態によれば、振動子２１１表面に設置される部材の厚さのばらつきや、振動子２１１に接続されている信号受信回路の応答特性のばらつきなども含めた補正が可能である。
【００７２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態で用いる装置自体は、図１で説明したものと同じである。
上記の第１の実施形態では、探触子１０２の機械設計上の設計点である曲率中心点２０１を中心とした振動子２１１の半径方向の位置を補正した。振動子配置座標系が、装置が設置される空間の座標系（ｘ、ｙ、ｚ）（説明の便宜上、グローバル座標系と表記する）と一致するように装置内に設置されることが好ましいが、完全な一致を保って装置を組み立てることは容易ではない。そこで本実施形態では、ｘｙ平面上における振動子配置座標系の傾きの補正方法について説明する。以下、本実施形態に特徴的な部分を中心に説明する。
【００７３】
図８を用いて第２の実施形態における振動子配置データの補正方法の流れを説明する。
ステップ８００では、位置制御機構１０４の２次元位置制御の原点にある探触子１０２の曲率中心点２０１に、図７と同様に点音源７０１を設置する。なお、点音源７０１の設置に併せて、保持部１２１の上部には、既知で安定した音速特性を有する音響伝達媒体７１１が設置される。
ステップ８０１では、制御プロセッサ１０９が、振動子配置データ補正用の信号データの取得に必要な制御情報を生成する。後述のように探触子１０２の位置制御に関して少なくとも２回の移動制御情報を生成する。また、点音源７０１として光音響波を発する光吸収体を使用する場合には少なくとも２回の光１３１の照射制御情報を生成する。
ステップ８０２では、位置制御機構１０４が、図９（ａ）のように、探触子１０２の位置を位置制御軸のＰｘ軸に沿って原点から正方向に所定距離だけ移動させる。なお、図９（ａ）において、点線で描かれた輪郭は２次元位置制御の原点位置における探触子１０２を示している。
【００７４】
ステップ８０３では、探触子１０２が点音源７０１により発せられ伝播した音響波を検出する。また信号受信部１０７が、照射光学系１０６または超音波送信源から入力される同期信号に応じて、探触子１０２から出力される受信信号のデジタル信号への変換を開始する。なお、本実施形態においても、点音源７０１は超音波送信源であっても、光音響波を発する点形状の光吸収体であってもよい。光吸収体を使用する場合には、光吸収体７０１へ光１３１を照射した結果生じる光音響波を検出する。
【００７５】
ステップ８０４では、制御プロセッサ１０９が、ステップ８０３で取得した信号データに対して、点音源７０１が発する音響波と同じ中心周波数を有するフィルタを適用する。これにより、点音源７０１に起源を持つ音響波に由来するもの以外の信号成分が除去されるので、補正精度が向上する。
また、ステップ８０１および８０２において、１つの信号データ取得位置において点音源からの音響波の発生と信号データの取得を複数回行うように制御して、複数の信号データを積算することで点音源７０１由来の信号成分を強めるような信号処理を行うこともできる。これにより補正精度を向上できる。
【００７６】
ステップ８０５では、制御プロセッサ１０９が、ステップ８０４までに取得した信号データとその付属データを画像構成部１１２へ入力する。そして、画像構成部１１２が再構成処理を行うことで、図１０（ａ）に示すような点音源７０１の像を画像化する。なお図１０（ａ）は、この時の曲率中心点の位置９０１を中心とした、補正用に生成するボリュームデータ９０２の１つのｘｙ断面画像を示している。なお、ｚ軸位置の異なる複数のｘｙ断面画像を使用した最大値投影による画像を使用する形態でもよい。
【００７７】
ステップ８０６では、制御プロセッサ１０９が、２つの位置で画像を取得したかどうかを判定する。２つの位置で画像を取得していない場合にはステップ８０２へ処理を移行して、信号データの取得および画像化を繰り返す。完了している場合にはステップ８０７へ処理を移行する。
２回目のステップ８０２では、位置制御機構１０４が探触子１０２の位置を図９（ｂ）のように、原点を挟んで反対側に等距離だけ移動させる。この第２の位置で、ステップ８０３からステップ８０５までを行うことで、図１０（ｂ）の点音源７０１の像を取得できる。図１０（ｂ）は、この時の曲率中心点の位置９１１を中心とした、補正用に生成するボリュームデータ９１２の１つのｘｙ断面画像を示している。なお、ｚ軸位置の異なる複数のｘｙ断面画像を使用した最大値投影による画像を使用する形態でもよい。
【００７８】
ステップ８０７では、制御プロセッサ１０９が、これまでのステップで得られた図１０
（ａ）と図１０（ｂ）の画像を、探触子１０２の位置制御を考慮せずに単純にそのまま画像として合算することにより、図１０（ｃ）の画像を生成する。
【００７９】
ステップ８０８では、制御プロセッサ１０９が、図１０（ｃ）に示される２つの点音源の像がそれぞれ示す最高輝度値位置の座標１１０１（ＸＬ、ＹＬ）、１１０２（ＸＲ、ＹＲ）を算出する。
なおここでは、探触子１０２の位置をｘ軸方向にのみ制御した。そのため、位置制御機構１０４の位置制御軸が画像化領域における座標系と一致している場合にはＹＬとＹＲは一致して、２つの像が真横に並んで画像化される。一方、位置制御軸がグローバル座標系に対して傾いている場合は、図１１で示すように２点を結ぶ直線が傾きをもって画像化される。
【００８０】
ステップ８０９では、制御プロセッサ１０９が、ステップ８０８で算出した２点の最高輝度値位置の座標に基づいて２点を結ぶ直線の傾き、すなわち図１１で示す偏角γを、ｄｘ＝ＸＲ−ＸＬ、ｄｙ＝ＹＲ−ＹＬとして式（２）より算出する。
【数２】
0006632257.tif 000003
【００８１】
ステップ８１０では、制御プロセッサ１０９は、ステップ８０９で算出した補正角度γを補正データとして保存する。保存の形態は、記憶部１１４に記憶保持されている振動子配置データの方位角φに補正角度γを加算して直接更新する形態であっても、振動子配置データを直接更新せず別に保存する形態でもよい。ここで保存された補正データは、図５で示した被検体情報の可視化の流れにおけるステップ５０１で参照される。
【００８２】
探触子１０２は連結部２４１を介して位置制御機構１０４上に固定されているため、その基礎である位置制御機構１０４の座標軸（Ｐｘ、Ｐｙ）の回転は振動子配置座標系（ＴＧｘ、ＴＧｙ）にも含まれる。そのためステップ５０１において、補正データγを参照して振動子配置データのφに加減算することで振動子位置を装置設置上の正しい位置に補正できる。
なお、各振動子の座標値は式（３）に従って補正角度γを使用して変換できる。
【数３】
0006632257.tif 000004
【００８３】
本実施形態における振動子配置データの補正方法として、ｘ軸方向に沿った位置制御を用いる例を説明した。しかし、位置制御機構１０４の２次元位置制御のもう一つの軸であるｙ軸方向に沿って位置制御することでも同様に補正データγを取得できる。
【００８４】
以上の構成を有する補正方法によれば、位置制御機構１０４の設置精度に起因する振動子配置座標軸の傾きを補正できる。これにより略球冠形状または略球帯形状に沿って多数の振動子を配置して構成される探触子１０２の信号受信特性を補正できる。特に、機械設計上の設計点である曲率中心点２０１を中心とし、ｚ軸を中心軸とするｘｙ平面上における、方位角φ方向の傾きに起因する受信特性を好適に補正できる。
また、本実施形態においても１つの点音源２０１を使用した２回の簡易な位置制御および信号データの取得のみで、複数の振動子２１１の全ての信号受信特性を一括に補正できる。
【００８５】
［第３の実施形態］
図１で説明した装置と図８の補正方法を使用した本発明の第３の実施形態を説明する。
上記の第２の実施形態では、探触子１０２の機械設計上の設計点である曲率中心点２０１を中心に、ｚ軸を中心軸とする方位角φ方向の傾きを補正した。図８の補正方法で取得したボリュームデータを使用して、２つの点音源の像をｘｚ断面画像またはｙｚ断面画像に評価することで、それぞれｙ軸またはｘ軸を中心軸とする振動子配置座標系の傾きを算出できる。本実施形態では、振動子配置座標系（ＴＧｘ、ＴＧｙ、ＴＧｚ）のグローバル座標（ｘ、ｙ、ｚ）に対する極角方向の傾きの補正方法について説明する。以下、本実施形態に特徴的な部分を中心に説明する。
【００８６】
極角方向に傾いた状態で連結部２４１により固定されてしまった探触子１２０３による補正量算出のための信号データ取得の様子を図１２に示している。図８の補正の流れを参照しつつ説明する。
【００８７】
図１２（ａ）は、ステップ８０２において、位置制御機構１０４が探触子１２０３をＰｘ軸に沿って原点から正方向に所定距離だけ移動させた状態を示している。ステップ８０３からステップ８０５により、曲率中心点の位置１２０１を中心としたボリュームデータを生成すると、グローバル座標（ｘ、ｙ、ｚ）とは異なる座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）をもつボリュームデータ１２０２が生成される。この座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）の傾きは振動子配置座標系の傾きに起因するため、この傾きを算出することで実際の振動子配置データを得ることができる。
なお、補正用ボリュームデータ１２０２の点音源７０１の像を含むｘ’ｚ’断面画像を図１３（ａ）に示している。１つのｚ軸位置における断面画像に限らず、ｚ軸位置の異なる複数のｘｙ断面画像を使用した最大値投影による画像を使用してもよい。
【００８８】
図１２（ｂ）は、２回目のステップ８０２において、位置制御機構１０４が探触子１２０３をＰｘ軸に沿って原点から負方向に等距離だけ移動させた状態を示している。この探触子位置で、ステップ８０３からステップ８０５までを繰り返すことで、曲率中心点の位置１２１１を中心としたボリュームデータ１２１２が生成される。補正用ボリュームデータ１２１２の点音源７０１の像を含むｘ’ｚ’断面画像を図１３（ｂ）に示す。なお、ｚ軸位置の異なる複数のｘｙ断面画像を使用した最大値投影による画像を使用してもよい。
ステップ８０７において、これまでのステップで得られた図１３（ａ）と図１３（ｂ）の画像を、探触子１０２の位置制御を考慮せずに単純にそのまま画像として合算して生成することで図１３（ｃ）が得られる。
【００８９】
ステップ８０８において、制御プロセッサ１０９が、図１３（ｃ）における２つの点音源の像がそれぞれ示す最高輝度値位置の座標１４０１（ＸＬ、ＺＬ）、１４０２（ＸＲ、ＺＲ）を算出する。なお、探触子１０２の位置をｘ軸方向にのみ位置制御を行ったため、画像座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）、すなわち探触子１０２の振動子配置座標系（ＴＧｘ、ＴＧｙ、ＴＧｚ）がグローバル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）と一致している場合にはＺＬとＺＲは一致する。そして、２つの像は真横に並んで画像化される。
もし振動子配置座標系がグローバル座標系に対して極角方向に傾いている場合には、図１４のように２点を結ぶ直線が傾きをもって画像化される。
【００９０】
ステップ８０９において、制御プロセッサ１０９が、２点の最高輝度値位置の座標に基づいて２点を結ぶ直線の傾き、すなわち図１４で示す偏角θyを、ｄｘ＝ＸＲ−ＸＬ、ｄ
ｚ＝ＺＲ−ＺＬ
として式（４）より算出する。
【数４】
0006632257.tif 000005
【００９１】
以上のように、ｘ軸に沿って探触子１２０３の位置制御を行い、点音源７０１に対してｘ軸上の２つの異なる位置で点音源７０１の画像を取得することで、ｙ軸を中心とした極角方向の傾き補正データθyが得られる。
一方、ｙ’ｚ’断面画像を使用して傾きを評価することで、同様に、式（５）によりｘ軸を中心とした極角方向の傾き補正データθxが得られる。
【数５】
0006632257.tif 000006
ここで、ＹＲおよびＹＬは、ｙ’ｚ’断面画像上における点音源７０１の２つの像の位置を示している。
なお、実際の傾きはθxとθyの複合で構成されるため、各成分の算出精度を向上するために、ｘ軸に沿った探触子１２０３の位置制御に加えてｙ軸方向の位置制御も行って同様に算出してもよい。
【００９２】
ステップ８１０において、制御プロセッサ１０９は、ステップ８０９で算出した補正角度θxおよびθyを補正データとして保存する。ここで保存された補正データは、図５で示した被検体情報の可視化の流れにおけるステップ５０１で参照される。
極角方向の傾きの２成分である補正データθｘとθｙに基づいて、ｚ軸を中心軸とする方位角φ方向の回転角度αと、角度αの回転により得られる新しいｘ軸を中心とした極角θ方向の回転角度βを算出できる。これらの角度と、第２の実施形態で算出した補正データγを使用して、ステップ５０１において式（６）により振動子配置データを補正できる。
【数６】
0006632257.tif 000007
【００９３】
本発明の構成によれば、装置内での探触子１０２の位置制御機構１０４への設置精度に起因する探触子１０２の振動子配置座標系の傾きを補正できる。すなわち、略球冠形状または略球帯形状に沿って多数の振動子を配置して構成される探触子１０２の信号受信特性
を補正できる。特に、機械設計上の設計点である曲率中心点２０１を中心とし、極角θ方向の傾きに起因する受信特性を好適に補正できる。
また、本実施形態においても１つの点音源２０１を使用した簡易な２回の位置制御および信号データ取得のみで、複数の振動子２１１の全ての信号受信特性を一括に補正ができる。
【００９４】
［第４の実施形態］
上記の第３の実施形態の変形例を説明する。上記の第３の実施形態では、１つの点音源７０１に対して、位置制御機構１０４の制御軸に沿って探触子１２０３を位置制御して、２つの画像を得ることで極角方向の補正データθxおよびθyを取得した。本実施形態は、位置が高精度に管理された少なくとも２つの点音源を使用して、探触子１２０３の位置を制御せずに、１回の画像取得で、全く等価な効果を得るものである。
【００９５】
第４の実施形態における補正量を算出するための信号データ取得を図１５に示す。機械的支持体により位置が高精度に管理された２つの点音源１５１１と１５１２が、探触子１２０３の曲率中心点１５０１を中心にｘ軸方向に沿って配置される。
【００９６】
ステップ８０３からステップ８０５に沿って、２つの点音源１５１１と１５１２から発せられた音響波を検出して一括に信号データを得ることで、図１３（ｃ）と同等な画像を生成することができる。そのため、位置制御に応じた複数回にわたる信号データの取得および画像化の工程を繰り返すことなく、１回の処理でｙ軸を中心軸とする極角方向の傾き補正データθy、ｘ軸を中心軸とする傾き補正データθxを取得できる。
なお、実際の傾きはθxとθyの複合で構成されるため、各成分の算出精度を向上するために、ｘ軸に沿った点音源の配置の他に、ｙ軸方向に沿った配置で同様に信号データを取得して算出してもよい。
２つの点音源の組み合わせを直交するように配置した４つの点音源を使用する形態であってもよい。
【００９７】
以上の構成を有する補正方法の場合には、位置が高精度に管理された少なくとも２つの点音源を使用した、簡易な１回の位置制御および信号データ取得のみで、極角方向の傾きに起因する複数の振動子２１１の全ての信号受信特性を一括に取得できる。
【００９８】
［第５の実施形態］
図１で説明した装置を使用した本発明の第５の実施形態を説明する。
これまでの実施形態ではそれぞれ、探触子１０２の機械設計上の設計点である曲率中心点２０１を中心とした、振動子配置座標系における半径方向および各軸を中心軸とする傾きに対する振動子位置の補正方法を提供した。本実施形態では、グローバル座標における複数の振動子２１１の位置を測位する方法について説明する。以下、本実施形態に特徴的な部分を中心に説明する。
【００９９】
なお、第５の実施形態における振動子配置データの補正方法の流れは、第２の実施形態における図８で示したフローを一部変更するのみで実施できる。
すなわち、ステップ８０１において、制御プロセッサ１０９が少なくとも３つの位置で信号データを取得するための制御情報を生成する。そしてステップ８０６において、制御プロセッサ１０９が、少なくとも３つの位置で画像を取得したかどうかを判定する。３つの位置で画像を取得していない場合にはステップ８０２へ処理を移行して、信号データの取得および画像化を繰り返し、完了している場合にはステップ８０７へ処理を移行する形態とする。
【０１００】
図１６を参照して、第５の実施形態における補正量を算出するための信号データ取得を
説明する。また、図８の補正の流れに沿って説明する。
ステップ８００において、位置制御機構１０４の３次元位置制御の原点に配置された探触子１０２の曲率中心点２０１に、図７と同様に点音源７０１を設置する。なお、点音源７０１の設置に併せて、保持部１２１の上部には、既知で安定した音速特性を有する音響伝達媒体７１１が設置される。
ステップ８０１で、制御プロセッサ１０９が、探触子１０２の位置制御に関して少なくとも３回の移動制御情報と、点音源７０１として光音響波を発する光吸収体を使用する場合には少なくとも３回の光１３１の照射制御情報を生成する。
【０１０１】
３回実施されるステップ８０２において、位置制御機構１０４が探触子１０２の位置をそれぞれ、図１６（ａ）の第１の位置、図１６（ｂ）の第２の位置、図１６（ｃ）の第３の位置に移動させる。なお、図１６において点線で描かれた輪郭は３次元位置制御の原点位置における探触子１０２を示している。
【０１０２】
ステップ８０８において、制御プロセッサ１０９が、ステップ８０２からステップ８０７までの処理を経て得られる３つの点音源の像を図１７（ａ）と（ｂ）に示す。それぞれの像の最高輝度値位置の座標１７０１（ＸＡ、ＹＡ、ＺＡ）、１７０２（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）、１７０３（ＸＣ、ＹＣ、ＺＣ）を算出する。この３点の最高輝度値位置の座標から、振動子２１１ｎの３次元位置（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）を式（７）によって示すことができる。
【数７】
0006632257.tif 000008
ここで、ＭはＡ、Ｂ、Ｃの各座標の符号を示し、ｃは音響伝達媒体中の音響波の音速、ＲｎＭはそれぞれ振動子２１１ｎから点音源７０１までの距離、ＴｎＭはそれぞれ音響波の受信時刻、ＳｎＭはそれぞれ音響波信号のサンプル位置である。なお座標１７０１と１７０２、１７０３の位置関係は位置制御機構１０４の位置制御量から既知である。
【０１０３】
ステップ８１０において、制御プロセッサ１０９は、測位した全振動子の振動子位置を使用して振動子配置データを更新する。
なお、本実施形態では、３つの相対位置での点音源７０１の画像を取得し、その画像から各振動子の３次元位置を測位する。このとき、３つの点音源の像はそれらを結ぶ１つの平面上に位置する。略球冠形状または略球帯形状に沿って複数の振動子２１１が配置された場合、方位角φ方向のほぼ全周に配置された複数の振動子が３つの点音源を観測する。そのため、振動子の位置によっては点音源が重なるまたは接近する場合があり、測位精度の低下につながる。そこで、測位精度をより高めるためにはより多くの点音源の像を用いて測位することが有効である。
【０１０４】
以上の構成を有する補正方法によれば、略球冠形状または略球帯形状に沿って多数の振動子を配置して構成される探触子１０２の位置を測位できる。また、本実施形態においても、１つの点音源７０１を使用した３回程度の簡易な位置制御および信号データ取得のみで、複数の振動子２１１の全ての３次元位置を一括に補正できる。
【０１０５】
［第６の実施形態］
上記の第５の実施形態の変形例を説明する。第５の実施形態では、１つの点音源７０１に対して、位置制御機構１０４により探触子１０２を３次元に位置制御して、少なくとも３つの画像を得ることで複数の振動子２１１の３次元位置を測位した。しかし、振動子の
位置を決定するためには、必ずしも探触子位置制御が必要とは限らない。
すなわち、本実施形態では、位置が高精度に管理された少なくとも３つの点音源を使用して、探触子位置を制御せずに、３つの点音源の画像を１回で取得する。これにより、第５の実施形態と同様の効果を得られる。
【０１０６】
［第７の実施形態］
また、本発明の目的は、以下によって達成されることはいうまでもない。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１０７】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行う。その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれたとする。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【０１０８】
上記各実施形態における様々な技術を適宜組み合わせて新たなシステムを構成することは当業者であれば容易に相当し得るものであるので、このような様々な組み合わせによるシステムもまた、本発明の範疇に属するものである。
【０１０９】
［その他の実施形態］
記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ（又はＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイス）によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体（つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体）から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含む）、上記方法、上記プログラム（プログラムコード、プログラムプロダクトを含む）、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。
【０１１０】
以上、典型的な実施形態を参照して本発明を記述したが、本発明は典型的な実施形態に開示された範囲に限定されないことは理解されるべきである。後述する請求の範囲は、それら全ての変形や等価な構造および機能を含むような最も広い解釈が許容されるべきである。
【符号の説明】
【０１１１】
２１１：振動子、１２３：支持体、７０１：点音源、１０４：位置制御機構、１０９：制
御プロセッサ、１１２：画像再構成部
【図１】
0006632257.tif 000009
【図２】
0006632257.tif 000010
【図３】
0006632257.tif 000011
【図４】
0006632257.tif 000012
【図５】
0006632257.tif 000013
【図６】
0006632257.tif 000014
【図７】
0006632257.tif 000015
【図８】
0006632257.tif 000016
【図９】
0006632257.tif 000017
【図１０】
0006632257.tif 000018
【図１１】
0006632257.tif 000019
【図１２】
0006632257.tif 000020
【図１３】
0006632257.tif 000021
【図１４】
0006632257.tif 000022
【図１５】
0006632257.tif 000023
【図１６】
0006632257.tif 000024
【図１７】
0006632257.tif 000025