(57)【要約】【課題】本発明は、被検体の特性情報の取得精度を向上させることができる被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】光源と、光源からの光を被検体まで導く照射光学系と、照射光学系を移動させることにより照射光学系に複数の照射位置で光を射出させる移動部と、照射光学系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する音響波を照射位置毎に受信して電気信号を出力する音響波受信部と、照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルが照射位置毎に予め記憶された記憶部と、照射位置の情報と記憶部から読み出した照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルとに基づいて、光が被検体に照射されて形成される被検体内の光量分布を取得するとともに、取得した光量分布と照射位置毎に出力された電気信号に基づいて被検体の特性情報を取得する取得部と、を有する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１
2016152879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を被検体まで導く照射光学系と、
前記照射光学系を移動させることにより前記照射光学系に複数の照射位置で光を射出させる移動部と、
前記照射光学系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する音響波を前記照射位置毎に受信して電気信号を出力する音響波受信部と、
前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルが前記照射位置毎に予め記憶された記憶部と、
前記照射位置の情報と前記記憶部から読み出した前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルとに基づいて、前記光が前記被検体に照射されて形成される前記被検体内の光量分布を取得するとともに、取得した前記光量分布と前記照射位置毎に出力された前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する取得部と、
を有する被検体情報取得装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源からの光を被検体まで導く照射光学系と、
前記照射光学系を移動させることにより前記照射光学系に複数の照射位置で光を射出させる移動部と、
前記照射光学系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する音響波を前記照射位置毎に受信して電気信号を出力する音響波受信部と、
前記光源から射出される光の断面の光強度プロファイルが予め記憶された記憶部と、
前記照射位置の情報と前記記憶部から読み出した前記光源から射出される光の断面の光強度プロファイルとを用いて所定の関係式に基づいて前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルを取得し、取得した前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルに基づいて前記照射位置毎の前記光が前記被検体に照射されて形成される前記被検体内の光量分布を取得するとともに、取得した前記光量分布と前記照射位置毎に出力された前記電気信号とに基づいて前記被検体の特性情報を取得する取得部と、
を有する被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記記憶部には、前記照射光学系における前記光源から射出された光の断面の光強度プロファイルの変化を考慮した、前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルが予め記憶されている請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記所定の関係式は、前記照射位置の関数である請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記音響波受信部および前記照射光学系を支持する支持体をさらに有する請求項１から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】
前記照射光学系は、前記光源からの光の断面の光強度プロファイルを前記光源から前記照射光学系の射出端まで進行方向を変化させながら導く請求項１から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】
前記照射光学系は、光を伝搬可能に内部が中空に構成される複数の導波管と、前記複数の導波管を接続するとともに、光の伝搬方向を曲げるミラーを有する複数の関節によって接続されて形成されるものであり、
前記複数の関節のうち少なくとも一部の関節は当該一部の関節に接続されている前記導波管を軸として回転可能に構成されている請求項１から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】
前記照射光学系は、前記照射位置に応じて形状が定まるものであり、
前記所定の照射位置で射出された前記光の断面の光強度プロファイルは前記照射光学系の形状に応じて定まるものである請求項１から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】
前記音響波受信部は、前記被検体からの音響波を前記音響波受信部まで伝搬させるマッチング剤を保持可能である請求項１から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】
前記音響波受信部は、複数の音響波受信素子を有する請求項１から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】
前記複数の音響波受信素子の最も受信感度の高い方向が集まるように前記複数の音響波受信素子は配置される請求項１０に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記複数の音響波受信素子は略半球面形状に沿って配置される請求項１０に記載の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】
レーザーなどの光源から被検体に光を照射し、その光の照射に基づいて得られる光音響波を用いて被検体内の情報を画像化する被検体情報取得装置である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。この光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ）がある。ＰＡＴでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝搬、拡散したパルス光のエネルギーを吸収した組織から発生した音響波を受信する。この光音響波が発生する現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。腫瘍や血管などの被検部位は、その周辺組織に対して光エネルギーの吸収率が高いことが多いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張する。この膨張の際に発生する光音響波を音響波受信素子で受信し、受信信号を得る。この受信信号を数学的に解析処理することにより、被検体内の、光音響効果により発生した光音響波の音圧分布を画像化（画像再構成）することができる。このように画像化して得られる画像を光音響波画像と呼ぶ。この光音響波画像に基づいて、被検体内の光学特性分布、特に、光吸収係数分布を得ることができる。これらの情報は、被検体内の特定物質、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどの定量的計測にも利用できる。
【０００３】
光音響波、或いはその受信信号の強度は、発生源の光吸収係数、および、発生源に照射された光エネルギー密度に比例することが知られている。すなわち、被検体内の光吸収係数分布を画像化しようとした場合、被検体内の光エネルギー分布を正しく知ることが光吸収係数分布の定量性向上に有効である。例えば、特許文献１では、走査型の光音響計測装置において、走査時の光量変化を予めテーブルとして記憶しておき、それに応じて光源の光量を調整する技術が開示されている。また、特許文献２では、走査型の光音響イメージング装置において、撮像部で撮像された照射光の光量分布と光音響波の受信信号とに基づいて被検体内の光吸収係数分布を画像データとして生成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７４２７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２９７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、照射光の光量分布については考慮されていない。また、特許文献２では、撮像部で撮像された照射光の光量分布は走査中に変化しないことを前提とするものであり、照射光学系の走査位置によって、照射光学系から射出された射出光の光量分布が変化することは考慮されていない。
したがって、照射光学系の走査位置によって照射光学系から射出された射出光の光量分布が変化する場合、被検体内の光吸収係数分布の取得精度が低下する、という課題がある。
本発明は上記に鑑み、被検体の特性情報の取得精度を向上させることができる被検体情報取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光源と、
前記光源からの光を被検体まで導く照射光学系と、
前記照射光学系を移動させることにより前記照射光学系に複数の照射位置で光を射出させる移動部と、
前記照射光学系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する音響波を前記照射位置毎に受信して電気信号を出力する音響波受信部と、
前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルが前記照射位置毎に予め記憶された記憶部と、
前記照射位置の情報と前記記憶部から読み出した前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルとに基づいて、前記光が前記被検体に照射されて形成される前記被検体内の光量分布を取得するとともに、取得した前記光量分布と前記照射位置毎に出力された前記電気信号に基づいて前記被検体の特性情報を取得する取得部と、
を有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、
光源と、
前記光源からの光を被検体まで導く照射光学系と、
前記照射光学系を移動させることにより前記照射光学系に複数の照射位置で光を射出させる移動部と、
前記照射光学系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する音響波を前記照射位置毎に受信して電気信号を出力する音響波受信部と、
前記光源から射出される光の断面の光強度プロファイルが予め記憶された記憶部と、
前記照射位置の情報と前記記憶部から読み出した前記光源から射出される光の断面の光強度プロファイルとを用いて所定の関係式に基づいて前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルを取得し、取得した前記照射位置で射出された光の断面の光強度プロファイルに基づいて前記照射位置毎の前記光が前記被検体に照射されて形成される前記被検体内の光量分布を取得するとともに、取得した前記光量分布と前記照射位置毎に出力された前記電気信号とに基づいて前記被検体の特性情報を取得する取得部と、
を有する被検体情報取得装置である。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように、本発明によれば、被検体の特性情報の取得精度を向上させることができる被検体情報取得装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の被検体情報取得装置の実施例１を示すブロック図
【図２】実施例１の光の断面の光強度プロファイルの回転を示す模式図
【図３】実施例１の光の断面の光強度プロファイルの位置ズレを示す模式図
【図４】実施例１における照射部１０５の光照射位置を示す模式図
【図５】実施例１の変動記憶部に記憶された変動情報を示す表
【図６Ａ】実施例１の被検体情報取得装置の機能の一例を示すフローチャート
【図６Ｂ】実施例１の被検体情報取得装置の機能の他の一例を示すフローチャート
【図７】本発明の被検体情報取得装置の実施例２を示すブロック図
【図８】実施例２における光の断面の光強度プロファイルの変化を示す図
【図９】実施例２における射出される光の変動量の計算結果を示す表
【図１０】実施例２の被検体情報取得装置の機能を示すフローチャート
【図１１】本発明の被検体情報取得装置の実施例３を示すブロック図
【図１２】実施例３の被検体情報取得装置における関心領域の設定を示す模式図
【図１３】実施例３の被検体情報取得装置の機能を示すフローチャート
【図１４】本発明の被検体情報取得装置の実施例４を示すブロック図
【図１５】本発明の被検体情報取得装置の実施例５を示すブロック図
【図１６】実施例５の被検体情報取得装置の機能を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。ただし、以下に記載されている詳細な計算式、計算手順などは、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。
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に近赤外線等の光（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装置を含む。
光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、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を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布、トータルヘモグロビン濃度分布、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
また、複数位置の被検体情報である特性情報を、２次元または３次元の特性分布として取得しても良い。特性分布は被検体内の特性情報を示す画像データとして生成され得る。
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音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。音響波受信素子（例えば探触子）は、被検体内で発生した音響波を受信する。
【００１０】
まず、以下に本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の各構成要素の概要を説明する。
【００１１】
（光源）
光源は、被検体が生体の場合、生体を構成する成分のうち特定の成分に主に吸収される波長の光を発生する。光源が発生する光は、パルス幅が１０〜１００ｎｓｅｃ程度のパルス光としても良い。このようにすることで、効率的に光音響波を発生させることができる。光源は、大出力が得られるレーザーが好ましいが、これに限られず、レーザーの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いるようにしても良い。光源に用いるレーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザ、色素レーザー、半導体レーザーなど種々のレーザーが適用できる。光源で発生する光の波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが好ましく、例えば、被検体が生体の場合、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下としても良い。
【００１２】
（光伝送部）
光伝送部は、光源から発せられた光を後述の照射部まで導くものである。光伝送部は、例えば、複数の中空の導波管を、ミラーを内包した関節によって接続してなり、この導波管内を光が伝搬可能に構成される多関節アームや、ミラーやレンズなどの光学素子により空間中を伝搬させて導光するものを用いるようにしても良い。
【００１３】
（照射部）
照射部は、光伝送部によって導かれた光を生体などの被検体に照射するものである。被検体への照射強度や光強度分布、位置が好適となるようにミラー、レンズ、プリズムなどの光学素子によって調整されるようにしても良い。
【００１４】
（音響波受信素子）
音響波受信素子は、照射部により照射されたパルス光のエネルギーを被検体表面或いは
被検体内部の吸収体が吸収することで発生する光音響波を受信してアナログの電気信号（受信信号）に変換するものである。音響波受信素子は、圧電現象を用いたもの、光の共振を用いたもの、静電容量の変化を用いたものを用いるようにしても良いし、これに限られず、音響波を受信できるものであれば、どのようなものを用いても良い。音響波受信素子は、複数の例えばピエゾ素子等を１次元、２次元、または立体的に配置して構成されるものであっても良い。このような複数のピエゾ素子等（音響波を受信可能な素子であればどのようなものでも良い）を多次元に配置して構成される音響波受信素子を用いることで、同時に複数の位置で音響波を受信することができるため、測定時間を短縮できる。音響波受信部では、複数の音響波受信素子を立体的に配置する場合は、それぞれの音響波受信素子の最も受信感度の高い方向が被検体内の一定の領域に向かう（集中する）ように配置するようにしても良い。例えば、複数の音響波受信素子を略半球面形状に沿って配置するようにしても良い。
【００１５】
（電気信号収集部）
電気信号収集部は、音響波受信素子で得られた電気信号を収集するものであり、効率よく処理するためにはアナログの電気信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有することが好ましい。
【００１６】
（保持部）
保持部は、被検体を保持するために用いるものであり、例えば、被検体の形状に合わせたカップ形状のものや、被検体を挟んで固定するように２枚の保持板で構成されているものであって、被検体を保持可能に構成されているものであっても良い。保持部は、被検体と音響波受信素子との間に位置する場合には、光の吸収および音響波の吸収が小さいものであって、被検体の音響インピーダンスと近い音響インピーダンスを有するものから構成されることが好ましい。例えば、保持部は、ポリメチルペンテン樹脂などの材料からなるものが好ましい。
【００１７】
（移動部）
移動部は、後述のＸＹステージ１１５および支持台１１３を有し、照射部を２次元方向に移動させるものである。移動部は、音響波受信時或いは光照射時の照射部の位置を検出する位置検出部が設けられていても良い。移動部は、音響波受信素子と照射部とを一体として移動するようにしても良い。
【００１８】
（駆動部）
駆動部は、制御部からの駆動指令信号に基づいて移動部を駆動するものである。駆動部は、移動部が照射部を２次元方向に移動させるように上記駆動を行うものである。駆動部は、照射部が等速運動で連続的に移動するように移動部を駆動させても良いし、照射部の移動と音響波の受信とを交互にステップアンドリピート方式で行うように移動部を駆動させるようにしても良い。また、駆動部は、照射部が円弧状や螺旋状に移動するように移動部を駆動させるようにしても良い。
【００１９】
（位置取得部）
位置取得部は、照射部が被検体にパルス光を照射した時の照射部の位置情報を取得するものである。位置取得部では、音響波受信素子と照射部とが一体化されている場合は、照射部の位置情報を取得すると同時に被検体にパルス光が照射された時の音響波受信素子の位置情報を取得するようにしても良い。なお、照射部の位置は、制御部が駆動部に与えた指令信号から特定できる場合には、位置取得部は必ずしも必要ではない。
【００２０】
（制御部）
制御部は、音響波受信素子が所望の位置、タイミングで光音響波の受信を行えるように
装置全体を制御するものであり、後述の光源制御部、駆動制御部、収集制御部、システム制御部（不図示）を有するものである。
【００２１】
（光源制御部）
光源制御部は、所望のタイミングでパルス光が発生されるように光源を制御するものである。光源制御部は、このように光源を制御することで所望のタイミングで照射部が被検体にパルス光を照射できるようにするものである。光源制御部では、例えば、所定の繰り返し周波数でパルス光が発生されるように光源を制御するようにしても良いし、照射部の位置情報に基づいてパルス光が発光されるように光源を制御するようにしても良い。
【００２２】
（駆動制御部）
駆動制御部は、駆動部に駆動指令信号を出力するものである。駆動部は、この駆動指令信号に基づいて上記のように照射部を移動させる。さらに、駆動制御部は、位置取得部に位置取得指令信号を出力する。位置取得部は、この位置取得指令信号に基づいて照射部が被検体にパルス光を照射した直後の照射部の位置情報を取得する。駆動制御部は、被検体の特定領域の光音響情報を取得できるように、術者が関心領域を指定する機能を別に設けておき、その関心領域に対応した走査指令を駆動部に与えても良い。
【００２３】
（収集制御部）
収集制御部は、電気信号収集部へ収集指令信号を出力するものである。電気信号収集部は、その収集指令信号を入力する。電気信号収集部は、その入力した収集指令信号に基づいて、被検体にパルス光を照射した瞬間から画像化（画像再構成）したい被検体の深さに相当する時刻までの電気信号を取得する。または、電気信号収集部は、被検体にパルス光を照射してから一定時間経過後から、画像化（画像再構成）したい被検体の深さに相当する時刻までの電気信号を取得する。収集制御部は、音響波受信素子が光音響波を受信して出力したアナログの電気信号を電気信号収集部が取得するタイミングおよびその取得時間を制御するものである。
【００２４】
（システム制御部）
システム制御部は、所望のタイミングで光音響波の受信が行えるように、光源制御部、駆動制御部、および収集制御部を制御するものである。
【００２５】
（分布記憶部）
分布記憶部は、照射部の射出端（照射光学系の射出端と一致するものである）から発せられた直後の光である射出光の断面の光強度プロファイル（２次元空間分布）情報を記憶するものである。光の断面の光強度プロファイルは、例えば、照射部から射出された直後の光の断面の光強度プロファイルであっても良い。しかしこれに限られず、光の断面の光強度プロファイルは、照射部の光が射出される射出端から被検体までの間における光の断面の光強度プロファイルであっても良い。分布記憶部は、照射部が所定の光照射位置（照射位置に対応する）に配置された場合の光の断面の光強度プロファイルに関する情報を記憶するようにしても良い。或いは、分布記憶部は、所定の光照射位置が複数ある場合は、その照射位置毎の光の断面の光強度プロファイルに関する情報を記憶するようにしても良い。なお、ここでいう光は、その断面が規定できるレーザー光等の光ビームであっても良い。なお、光の断面とは、例えば光の進行方向に対して垂直な平面で、この光を切断したときの断面であっても良いし、光の進行方向に対して斜め方向の平面で切断したときの断面であっても良い。
【００２６】
（変動記憶部）
変動記憶部は、照射部の位置の変化に基づく光の断面の光強度プロファイルの変動に関する情報である変動情報を記憶するものである。変動記憶部は、照射部の光照射位置全て
における変動情報を記憶するようにしても良いし、代表的な複数の光照射位置での変動情報のみを記憶するようにしても良い。変動情報は、光の断面の光強度プロファイルの並進方向の位置ズレ情報或いは回転ズレ情報を含むものであって、照射部の射出端の近傍、あるいは、その射出端から一定距離離れた位置に仮想スクリーンを置いた場合の照射光の変動情報であっても良い。変動記憶部は、変動情報を照射部の光照射位置と対応付けて記憶するようにしても良い。
【００２７】
（補間部）
補間部は、変動記憶部に記憶された変動情報と対応付けられた照射部の位置が、実際に被検体にパルス光を照射した時の照射部の位置と異なる場合、変動記憶部に記憶された変動情報を補間することで補間変動情報を生成するものである。
【００２８】
（変動情報生成部）
変動情報生成部は、照射部の位置と変動情報との関係式を予め取得しておき、その関係式と、実際に被検体にパルス光を照射した時の照射部の位置情報とに基づいて、その照射部の位置における変動情報を生成するものである。被検体情報取得装置では、この変動情報生成部を有するときは、必ずしも変動記憶部は必要ない。
【００２９】
（信号処理部）
信号処理部は、電気信号収集部により収集された電気信号から３次元の被検体内の光音響波画像、あるいは、光学特性分布を生成するものである。信号処理部は、例えば、ＵＢＰ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｂａｃｋ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）アルゴリズムやディレイアンドサム（Ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  Ｓｕｍ）アルゴリズムを用いて光音響波画像を生成するようにしても良い。信号処理部は、変動情報に基づいて、被検体内の３次元光量分布情報を生成するようにしても良い。この変動情報は、変動記憶部に記憶された変動情報、補間部により生成された補間変動情報、及び変動情報生成部の少なくとも一つと、分布記憶部に記憶された光の断面の光強度プロファイルに関する情報とに基づいて生成されたものであっても良い。
【００３０】
信号処理部は、２次元の光の断面の光強度プロファイルに関する情報から光拡散方程式を解くことにより被検体内の３次元光量分布情報を生成するようにしても良い。信号処理部では、光音響波画像を３次元光量分布情報で規格化することで、被検体内の光吸収係数分布を得ることができるようにしても良い。また、信号処理部では、複数の波長のパルス光が被検体に照射される場合には、それぞれの波長毎に画像再構成を行うようにしても良い。そうすることで、信号処理部では、それぞれの波長ごとの光吸収係数分布を求め、その波長ごとの光吸収係数分布に基づいて被検体内のヘモグロビンの酸素飽和度分布を取得するようにしても良い。
【００３１】
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の実施例１を示すブロック図である。実施例１の被検体情報取得装置１０００（以下、「装置１０００」と略称する）は、ベッド１１７、光源１０１、多関節アーム１０３、照射部１０５、音響波受信部１６６、制御部１５１、信号処理部１６５等をベースに構成される。
【００３２】
光源１０１は、波長８００ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数１０Ｈｚ、パルスエネルギー３０ｍＪのパルス光を発生するチタンサファイアレーザからなるものであっても良い。多関節アーム１０３は、水平導波管１０３ａ、１０３ｅ、１０３ｉ、垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ，１０３ｋ、４５度ミラーを内包した関節１０３ｂ、１０３ｄ、１０３ｆ、１０３ｈ、１０３ｊから構成される。導波管１０３ａ、１０３ｅ、１０３ｉ、１０３ｃ、１０３ｇ，１０３ｋを伝搬した光は、各関節１０３ｂ、１０３ｄ、１０３ｆ、
１０３ｈ、１０３ｊの前後で伝搬方向を９０度変える。
【００３３】
水平導波管１０３ａ、関節１０３ｂ、垂直導波管１０３ｃは、それぞれ移動不可能に接続され、かつ、固定されている。関節１０３ｄ、水平導波管１０３ｅ、および関節１０３ｆは、一体化されているとともに、それぞれの相対的な位置関係が固定されるように接続されている。関節１０３ｈ、水平導波管１０３ｉ、および関節１０３ｊは、一体化されているとともに、それぞれの相対的な位置関係が固定されるように接続されている。関節１０３ｄ、１０３ｆ、１０３ｈ、および１０３ｊは、それぞれ自身に接続されている垂直導波管１０３ｃ、１０３ｇ，１０３ｋをＺ軸と平行な回転軸として水平面内（ＸＹ平面内）で回転可能に構成されている。その結果、垂直導波管１０３ｋは、水平面内で平行移動或いは回転が可能となっている。なお、これに限られず、装置１０００に求められる要求に応じて、関節１０３ｄ、１０３ｆ、１０３ｈ、および１０３ｊの一部のみが回転可能に構成されても良い。
【００３４】
音響波受信部１６６は、複数の音響波受信素子１０９および照射部１０５が略半球面形状の支持体１０７により支持されるようにして構成しても良い。音響波受信部１６６は、支持体１０７や照射部１０５と一体となって、音響マッチング剤１１１を保持可能に構成されるようにしても良い。
【００３５】
照射部１０５は、光ビームを拡大するための凹レンズ（不図示）を内包しているとともに、垂直導波管１０３ｋの終端部に接続可能に構成されている。なお、これに限られず、凹レンズは、照射部１０５に内包されずに別体として設けられても良い。本実施形態では、多関節アーム１０３及び照射部１０５を合わせて照射光学系とする。照射部１０５は、照射光学系の射出端ともいえる。
【００３６】
音響波受信素子１０９は、支持体１０７に略半球面形状に沿って複数支持されており、各音響波受信素子１０９の最も受信感度が高い方向は、略球面形状の曲率中心に向かうものである。そのため、支持体１０７の略半球面形状の曲率中心とその曲率中心の近傍では、各音響波受信素子１０９により高感度に光音響波を受信可能な高感度領域が形成されている。音響波受信素子１０９は、素子サイズ３ｍｍ角、検出可能な音響波の中心周波数が２ＭＨｚの圧電素子からなるトランスデューサであっても良い。音響波受信素子１０９は、略半球面形状に５００個配列されて設けられても良く、この略半球面形状の半径は、１０ｃｍとしても良い。
【００３７】
支持体１０７は、照射部１０５及び音響波受信素子１０９を支持するものである。支持体１０７は、略半球面形状に構成されており、音響波受信素子１０９を略半球面上に沿って支持している。支持体１０７は、音響波受信素子１０９及び照射部１０５と一体となって音響マッチング剤１１１を保持可能に構成されるようにしても良い。なお、照射部１０５および音響波受信素子１０９は単一の支持体１０７に支持されるだけでなく、別体で構成されていてもよい。
【００３８】
支持台１１３は、支持体１０７を支えるものであり、ＸＹ平面方向に移動可能に構成されている。支持台１１３は、ＸＹ平面方向に移動することにより支持体１０７を同方向に移動可能に構成されている。支持台１１３は、ＸＹステージ１１５上に設置されており、このＸＹステージ１１５によりＸＹ平面方向に移動可能に構成されている。ＸＹステージ１１５は、駆動部１５３によって移動可能に構成されているものである。ＸＹステージ１１５は、さらに、位置センサー（不図示）を有している。この位置センサーは、照射部１０５の位置を検出し、その検出結果である位置情報を後述の位置取得部へ送出するものである。この位置センサーは、ＸＹステージ１１５がどれくらい駆動されたかに基づいてＸ座標とＹ座標に基づいた位置情報を検出するようにしても良い。なお、駆動部１５３は、
ＸＹステージを駆動するものであるモータードライバーであっても良い。また、駆動部１５３は、制御部１５１からの指令に基づいてＸＹステージを駆動するものであっても良い。
【００３９】
音響マッチング剤１１１は、保持カップ１１９と音響波受信素子１０９との間に設けられるとともに、保持カップ１１９と音響波受信素子１０９とを音響結合するものである。しかしこれに限られず、音響マッチング剤１１１は、保持カップ１１９を設けない場合は、被検体１２３と音響波受信素子１０９とを音響結合するように設けても良い。また、音響マッチング剤１１１は、被検体１２３から発生する光音響波を効率よく伝搬できるものであればどのようなものでも良い。音響マッチング剤１１１は、例えば水や油等である。
【００４０】
ベッド１１７は、例えば人１２１がうつ伏せになり、開口に乳房等の被検体１２３を挿入できるように構成されている。
【００４１】
保持カップ１１９は、ベッド１１７の開口にはめ込むように設けられるようにしても良い。保持カップ１１９と被検体１２３との間には音響結合剤である超音波ジェルが設けられ、保持カップ１１９は、この超音波ジェルにより被検体１２３と音響結合されている。
【００４２】
光源１０１から発せられたパルス光は、多関節アーム１０３中を伝搬し、照射部１０５、音響マッチング剤１１１、保持カップ１１９、および超音波ジェルを介して被検体１２３に照射されるものである。音響マッチング剤１１１、保持カップ１１９、および超音波ジェルは、パルス光を透過するように構成するのが好ましい。
【００４３】
制御部１５１は、光源制御部、駆動制御部、収集制御部、および全体を制御するシステム制御部（これらは不図示）を有している。光源制御部は、所望のタイミングでパルス光を発するように光源１０１を制御する。光源制御部は、例えば、１０Ｈｚの繰り返し周波数で光源１０１がパルス光を発するように光源１０１を制御するようにしても良い。駆動制御部は、駆動部１５３を制御し、照射部１０５に所望の動きを与えるものである。駆動制御部は、例えば、照射部１０５を螺旋状に移動させるように駆動部１５３を制御するようにしても良い。駆動制御部は、また、位置取得部１５５に指令を与え、被検体１２３にパルス光を照射する瞬間の照射部１０５の位置情報を上記位置センサーから取得する。本実施例においては、照射部１０５は、音響波受信素子１０９と支持体１０７により一体化されているので、取得された照射部１０５の位置情報は、音響波受信素子１０９の電気信号の取得位置情報を兼ねるようにしても良い。なお、位置取得部１５５は、ＸＹステージの位置を取得するものであっても良い。位置取得部１５５は、例えばＸＹステージにエンコーダが設けられており、エンコーダの情報に基づいてＸＹステージの位置情報を得るようにしても良い。また、これに限られず、駆動部１５３は、この位置取得部１５５の機能を含むようにしても良い。
【００４４】
そのようにすることで、音響波受信素子１０９の電気信号の取得位置情報を照射部の位置情報と別のものとして取得する手間を省くことができ、装置１００が、被検体情報を取得する際の信号処理にかかる時間を短縮することができる。しかしこれに限られず、この各音響波受信素子１０９の電気信号の取得位置情報を、照射部の照射位置に基づいて演算により求めるようにしても良い。収集制御部は、被検体１２３にパルス光を照射した時刻を時刻０ｕｓｅｃ（マイクロ秒）として、時刻５０ｕｓｅｃから時刻１００ｕｓｅｃまでの時間に音響波受信素子１０９に到達した信号を収集するように電気信号収集部１５７に指令を与える。時刻０ｕｓｅｃから時刻５０ｕｓｅｃに音響波受信素子１０９に到達した信号は音響マッチング剤１１１から発生した信号でありデータとしては意味がないので収集を行わない。時刻５０ｕｓｅｃから時刻１００ｕｓｅｃに音響波受信素子１０９に到達した信号は被検体１２３からの信号を含んでいるので収集を行う。
【００４５】
なお、制御部１５１は、制御プログラムを有するＣＰＵであっても良い。制御部１５１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）を稼働するものであっても良い。
【００４６】
また、なお、電気信号収集部１５７は、音響波受信素子１０９のそれぞれが生成した電気信号を一括で或いは別々に増幅してデジタルの信号データに変換するものであっても良い。電気信号収集部１５７は、生成したアナログ信号を増幅する信号増幅部（オペアンプ等）と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部から構成されても良い。電気信号収集部１５７は、データが膨大である場合は、ＦＰＧＡなどの専用ＩＣ（Ｄａｔａ
Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍとも称する）で構成されても良い。
【００４７】
分布記憶部１６１は、光の断面の光強度プロファイルに関する情報を記憶している。光の断面の光強度プロファイルに関する情報は、以下のような情報としても良い。すなわち、照射部１０５を光の照射およびその照射に基づく音響波の取得が可能な範囲の中央に置く。そして、照射部１０５から１０ｃｍの位置にスクリーンを配置した場合にそのスクリーンに照射されて形成される光の断面の光強度プロファイルを計測して取得した情報としても良い。音響波の取得が可能な範囲の中央は、例えば保持カップ１１９の最深部直下である。なお、光源１０１から射出された光は、照射光学系を通過することで光の断面の光強度プロファイルが変化する。よって、分布記憶部１６１は、照射光学系の射出端から、この通過後の光が射出された時の光の断面の光強度プロファイルを、全ての光照射位置毎に記憶しているものであっても良い。照射光学系の射出端から、この通過後の光が射出された時の光の断面の光強度プロファイルは、上記の変化を考慮して形成される光の断面の光強度プロファイルであっても良い。
【００４８】
変動記憶部１６３は、照射部１０５が光を照射する位置ごとの光の断面の光強度プロファイルの変動についての情報を上記変動情報として記憶している。
【００４９】
信号処理部１６５は、まず、照射部１０５が光の照射を行う位置ごとに、電気信号収集部１５７により収集された電気信号に対し、ＵＢＰアルゴリズムを用いた信号処理を施して形成される３次元の被検体１２３内の光音響波画像を生成する。照射部１０５が光の照射を行う位置は、電気信号の取得位置としても良い。信号処理部１６５は、さらに、以下の情報に基づき光拡散方程式を用いて被検体１２３内の３次元光量分布（光量分布）情報を生成する。すなわちその情報とは、照射部１０５の光照射位置ごとに、分布記憶部１６１に記憶された光の断面の光強度プロファイルに関する情報、および、変動記憶部１６３に記憶された変動情報である。信号処理部１６５は、さらに、光音響波画像を３次元光量分布情報で規格化することで、照射部１０５の光照射位置ごとの被検体１２３内の光吸収係数分布を得る。信号処理部１６５は、上記の各工程を照射部１０５の全光照射位置で実施する。信号処理部１６５は、上記の処理が終わった後に、得られた光音響波画像データに得られた光吸収係数分布データを重畳することで、被検体１２３全体の３次元の光音響波画像データおよび光吸収係数分布データを得るものである。
【００５０】
なお、信号処理部１６５は、情報処理量が膨大であるため、高性能な演算処理機能を有することが好ましい。また、上記理由から、信号処理部１６５は、マルチコアＣＰＵなどから構成されることが好ましい。
【００５１】
図２は、実施例１の光の断面の光強度プロファイルの回転を示す模式図である。図１に対応する部分には同一の番号を付して、必要にない限り説明を省略する。なお、図２では、ベッド１１７より上部は省略している。
【００５２】
図２（ａ）は、照射部１０５を所定の中心位置（例えば照射部１０５の螺旋移動の回転中心）から＋Ｘ方向に動かした状態を示している。多関節アーム１０３は、このとき、肘を伸ばした状態と呼ぶことにする。例えば、図２（ａ）は、多関節アーム１０３の３つの垂直導波管中に仮想的にスクリーン（図中Ａ、Ｂ、Ｃで表記）を置き、そこに照射された光の断面の光強度プロファイルをベッド側から観察した場合を考えるものである。スクリーンＡ，Ｂ，Ｃでの光の断面の光強度プロファイルは、それぞれ図中円内に示すようなものである。スクリーンＡでの光の断面の光強度プロファイルは、水平導波管１０３ｅの断面を対称面として、スクリーンＢでの光の断面の光強度プロファイルと鏡像の関係にある。したがって、スクリーンＢでの光の断面の光強度プロファイルは、スクリーンＡでの光の断面の光強度プロファイルに比べて光の断面の光強度プロファイルが水平導波管１０３ｅの断面について反転し、さらに、肘の角度に依存して回転しているものである。さらに、スクリーンＢでの光の断面の光強度プロファイルの形状は、水平導波管１０３ｉを導波しても保存されたまま（回転しない）であるため、スクリーンＣでの光の断面の光強度プロファイルの形状と変わらない。
【００５３】
図２（ｂ）は、照射部１０５を図２（ａ）の状態から−Ｘ方向に動かした状態を示している。多関節アーム１０３は、この場合、肘を４５度に曲げた状態である。図２（ｂ）においても、図２（ａ）と同様に、スクリーンＡ、Ｂ、Ｃにおける光の断面の光強度プロファイルを図中円内に示す。
【００５４】
図２（ｃ）は、照射部１０５を図２（ｂ）の状態からさらに−Ｘ方向に動かした状態を示している。この場合、多関節アーム１０３は、肘を４５度を超えて曲げた状態である。図２（ｃ）においても、図２（ａ）と同様に、スクリーンＡ、Ｂ、Ｃにおける光の断面の光強度プロファイルを図中円内に示す。図２（ａ）−図２（ｃ）に示すように、スクリーンＣでの光の断面の光強度プロファイル（最終的な光の断面の光強度プロファイル）は、多関節アーム１０３の肘を曲げていくにしたがって、時計周りに回転するものである。
【００５５】
図３は、実施例１の光の断面の光強度プロファイルの位置ズレを示す模式図である。図１に対応する部分には同一の番号を付して、必要のない限り説明を省略する。図３は、３つの光照射位置で照射された光の断面の光強度プロファイルの位置ズレの様子を説明するものである。なお、図３では、ベッド１１７より上部は省略している。
【００５６】
図３（ａ）は、照射部１０５を所定の中心位置（例えば照射部１０５の螺旋移動の回転中心）から＋Ｘ方向に移動させた状態を示す。照射部１０５は、光源１０１からの光（光ビーム）を広げる凹レンズ２０１を有している。凹レンズ２０１は、光源１０１からの光をある程度広げて（発散させて）被検体１２３に照射できるように設けられている。このようにすることにより、より効率的に吸収体からの光音響波を発生させることができるため、より効率的に被検体情報を取得できる。凹レンズ２０１は、照射部１０５に内包されるように設けられても良いし、照射部１０５の外部に別体として設けられても良い。図３（ａ）において、凹レンズ２０１には、光源１０１からの光が右側に入射している。このため、この光は、その重心２０３が凹レンズ２０１の曲率に応じて右寄りに屈折されて進んでいく。なお、ここで言う光の重心ｇは、例えば光ビームの断面の光強度分布からなる２次元の図形Ｄ（及びその周辺）の各点ｒが光強度の密度ｆ（ｒ）を有する場合に、体積要素をｄＶとして、
oＤ（ｇ−ｒ）＊ｆ（ｒ）ｄＶ＝０
をみたす点ｇと定義しても良い。
【００５７】
図３（ｂ）は、照射部１０５を図３（ａ）の状態から−Ｘ方向に動かした状態を示している。図３（ｂ）では、光の重心２０７が、凹レンズ２０１の中心に入射する場合を示しており、このため、この入射光の重心２０７は屈折しない。したがって、凹レンズ２０１
から射出された光２０９はそのまま屈折せずに凹レンズ２０１により拡大される。
【００５８】
図３（ｃ）は、照射部１０５を図３（ｂ）の状態からさらに−Ｘ方向に動かした状態を示している。図３（ｃ）において、光源１０１からの光が、凹レンズ２０１の左側に入射している。凹レンズ２０１は、左側に入射してくる光を発散させるため、光の重心２１１は、左寄りに屈折される。このようにして、照射部１０５から射出される光２１３は、左寄りに屈折するとともに広げられて被検体１２３に照射される。
【００５９】
図２で説明したように、凹レンズ２０１へ入射する光の重心は、多関節アーム１０３の肘が曲げられることで回転移動するものである。したがって、凹レンズ２０１へ入射する光の重心は、多関節アーム１０３の肘の曲がり具合に応じて回転する。このため、凹レンズ２０１へ入射する光の重心の位置は、多関節アーム１０３の肘の曲がり具合に応じた回転により、凹レンズ２０１の中心位置からズレ得る。そして、照射部１０５から射出された光の断面の光強度プロファイルは、凹レンズ２０１へ入射する光の重心の位置と凹レンズ２０１の中心位置とがズレている場合は、光の重心も含めて回転する。このため、凹レンズ２０１を通過した後の光の進行方向は、多関節アーム１０３が図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）の順に肘を曲げていくことにより、右寄りから左寄りにシフトする。なお、説明の便宜上、２次元的に動きを表現したが、実際にはこの動きは３次元的に起こるものである。
【００６０】
図４は、実施例１における照射部１０５の光照射位置を示す模式図である。図４では、走査可能範囲１７１および照射部１０５の移動の軌跡１７３を示している。図４の黒丸は、被検体１２３にパルス光を照射する瞬間の照射部１０５の各位置を示すものである。本実施例では、照射部１０５から被検体１２３側に１０ｃｍ離れた位置にスクリーンを配置する。そして、照射部１０５を５１２ヶ所の位置（各黒丸の位置）に移動させた際に光を照射して形成されるスクリーン上に現れる光の断面の光強度プロファイルを予め計測する。そして、その計測結果に基づいて各光照射位置（各黒丸の位置）での変動情報を算出している。
【００６１】
音響波受信部１６６は、例えば螺旋状に移動しながら一体化されている照射部１０５によりパルス光を１０Ｈｚの繰り返し周波数で５１２回照射するように制御されるようにしても良い。この場合、被検体１２３にパルス光を照射した瞬間の照射部１０５の位置は、全部で５１２ヶ所である。
【００６２】
変動記憶部１６３は、このようにして算出された変動情報を記憶しているものである。
【００６３】
図５は、実施例１の変動記憶部１６３に記憶された変動情報を示す表である。図５において、左から第１、２、３、４、５、６列目は、それぞれ照射部の位置番号、照射部のｘ座標、ｙ座標（ｍｍ）、光の断面の光強度プロファイルの重心位置のｘ座標、ｙ座標、（ｍｍ）、光の断面の光強度プロファイルの回転角（ｄｅｇ）である。変動記憶部１６３では、このように各要素を対応づけた形式でそれぞれの情報を格納するようにしても良い。しかし、これに限られず、変動記憶部１６３では、種々の格納方法を適用可能である。
【００６４】
以上説明したように、本実施例においては、分布記憶部１６１に記憶された光の断面の光強度プロファイルに関する情報および変動記憶部１６３に記憶された変動情報に基づき、光拡散方程式を用いて被検体１２３内の３次元光量分布情報を生成する。これにより、照射部１０５の光照射位置ごとの被検体１２３内の３次元光量分布をより正確に生成することができる。
【００６５】
さらに、同じ光照射位置で得られた光音響波画像を３次元光量分布情報で規格化するこ
とで、照射部１０５の光照射位置ごとの被検体１２３内の光吸収係数分布をより正確に得ることが可能となる。
【００６６】
これらの工程を画像化しようとする領域全体について実施し、最後に、得られた光吸収係数分布を重畳することで、被検体１２３全体の３次元の光吸収係数分布を精度よく得ることが可能となる。なお、演算の順番はこれに限ったものではなく、まず、被検体１２３全体の３次元の光音響波画像を取得し、さらに、被検体１２３全体の３次元光量分布情報を取得し、これらから被検体１２３全体の３次元の光吸収係数分布を求めるようにしても良い。
【００６７】
なお、保持カップ１１９は、被検体１２３を保持することにより、被検体１２３の形状を保持カップ１１９の形状（例えばカップ形状）に形成可能なものであっても良い。したがって、装置１０００は、上記光照射位置で照射部１０５が光を照射したときに形成される被検体１２３内の３次元光量分布を、以下のようにして算出するようにしても良い。すなわち、パルス光が保持カップ１１９の表面に当たって形成される保持カップの表面での光強度プロファイルに基づいて算出するようにしても良い。
【００６８】
保持カップ１１９の形状は、既知である。そのため、パルス光が保持カップ１１９の表面に当たって形成される光の照射位置毎における保持カップの表面での光強度プロファイルは、以下のように算出可能である。すなわち、照射部１０５の光の照射位置と、その光の照射位置での上記光の断面の光強度プロファイルと、凹レンズ２０１の光の拡大率と、保持カップの既知の形状から算出可能である。凹レンズ２０１の光の拡大率は、あらかじめ計測等により求めておくようにしても良い。光の照射位置での上記光の断面の光強度プロファイルおよび照射部１０５の光の照射位置も上記より既知である。よって、上記より保持カップ１１９の表面での光強度プロファイルも既知となる。よって、装置１０００は、保持カップ１１９の表面での光強度プロファイルの基づき演算により３次元光量分布情報を求めるようにしても良い。なお、これに限られず、保持部は、保持カップ１１９以外にも被検体１２３を所定の形状に保つことができる種々の形態のものが適用可能である。
【００６９】
こうすることにより、３次元光量分布情報の演算量を削減することができるとともに、被検体の特性情報の取得時間を短縮可能である。
【００７０】
装置１０００は、さらに、このようにして求めた３次元光量分布情報を予めメモリ等に格納しておくようにしても良い。装置１０００では、次に３次元光量分布情報を求める際には、このメモリに格納された３次元光量分布情報を読み出して被検体情報取得時に用いるようにすることで、被検体の特性情報の取得時間をさらに短縮可能である。
【００７１】
なお、予めメモリに格納しておくための３次元光量分布情報を求める際には、例えば被検体１２３の換わりに既存のファントムを用いるようにしても良い。また、ファントムを用いる以外に、保持カップ１１９内に例えば脂肪が満たされていると仮定して、予めメモリに格納しておくための３次元光量分布情報を求めるようにしても良い。このようにすることで、予めメモリに格納しておくための３次元光量分布情報を容易に取得可能である。なお、上記のことは、保持部（例えば保持カップ１１９）を有する後述の他の実施例においても同様である。
【００７２】
図６Ａは、実施例１の装置１０００の機能の一例を示すフローチャートである。フローは装置１０００に給電されてスタートする。ステップＳ２で、被検体１２３がベッド１１７に設けられた開口に挿入される。そして、被検体１２３が保持カップ１１９に保持されることにより装置１０００にセットされ、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４で、被検体１２３に光を照射する位置まで照射部１０５が移動され、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６で、その移動された後の位置で照射部１０５により光が照射され、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８で、その光の照射によって被検体１２３から伝播してきた音響波が音響波受信部１６６により受信され、その音響波が電気信号に変換されて電気信号収集部１５７により取得され、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０で、あらかじめ定められている光照射位置全てにおいて、電気信号が取得されたか否かが判断される。そして、５１２箇所の全ての光照射位置で電気信号が取得されたと判断されたときは、ステップ１２に移行し、全ての光照射位置で電気信号が取得されていないときは、再びステップＳ４に移行する。そして、ステップＳ１０で、５１２箇所の全ての光照射位置で電気信号が取得されたと判断されるまでステップＳ４からステップＳ８の処理が繰り返し実行される。
【００７３】
ステップＳ１２で、取得された電気信号に基づいて信号処理部１６５により画像再構成されることで、３次元光音響波画像データが取得される。この場合、ＵＢＰアルゴリズムを用いた画像再構成処理により光照射位置毎の３次元ボクセルデータがそれぞれ形成される。そして、それらの３次元ボクセルデータが結合される。そして、被検体１２３全体を含む３次元光音響波画像データが取得され、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４で、分布記憶部１６１から光照射位置毎の光の断面の光強度プロファイルに関する情報が読み出され、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６で、信号処理部３６５により、光照射位置ごとに、読み出された光の断面の光強度プロファイルに関する情報に基づき光拡散方程式を用いて被検体１２３内の３次元光量分布情報が取得される。そして、ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８で、取得された３次元光量分布情報に基づいて信号処理部１６５により３次元光音響波画像データが規格化（補正）されることで規格化後の３次元光音響波画像データが取得され、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０で、信号処理部により、この規格化後の３次元光音響波画像データに３次元光吸収係数分布が重畳されることで、被検体１２３の３次元光吸収係数分布データが取得され、フローを終了する。なお、この場合は、必ずしも変動記憶部１６３を用いる必要はない。
【００７４】
図６Ｂは、実施例１の装置１０００の機能の他の一例を示すフローチャートである。図６Ａにとの違いは、以下のようなものである。すなわち、分布記憶部１６１に光照射位置の内、中央一か所のみの、光の断面の光強度プロファイルが格納されていること。そして、その中央の光の断面の光強度プロファイルからのズレについての情報を変動記憶部１６３から適宜読み出すこと。そして、その中央の光の断面の光強度プロファイルに、その読み出したズレ情報を加味することで、他の光照射位置での光の断面の光強度プロファイルが取得されることである。以上に対応する処理は、ステップＳ１４０からステップＳ１４２までの処理であり、それ以外は図６Ａにおけるフローと同様であるため説明を省略する。
【００７５】
すなわち、図６Ａでの処理と同様のステップＳ２からステップＳ１２での処理が終了すると、ステップＳ１４０へ移行する。ステップＳ１４０で、分布記憶部１６１から中央の光照射位置での光の断面の光強度プロファイルが読み出され、ステップＳ１４１へ移行する。ステップＳ１４１で、変動記憶部１６３から光照射位置に対応した変動情報が光照射位置毎に読み出され、ステップＳ１４２へ移行する。ステップＳ１４２で、信号処理部１６５により、光照射位置毎に、中央の光照射位置での光の断面の光強度プロファイルおよび中央以外の光照射位置に対応する変動情報に基づいて、その中央以外の光照射位置での光の断面の光強度プロファイルが算出される。この算出処理が全光照射位置について実行され、ステップＳ１６へ移行する。そして、図６Ａでの処理と同様のステップＳ１６からステップＳ２０での処理が実行され、フローを終了する。
【００７６】
なお、これに限られず、分布記憶部１６１では、中央の光照射位置一か所からのズレでなくとも、例えば２箇所からのズレや、中央でなく他の光照射位置における光の断面の光
強度プロファイルからのズレ情報を記憶するようにしても良い。
【００７７】
＜実施例２＞
図７は、本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の実施例２を示すブロック図であり、実施例１と共通の構成については同一の番号を付して説明を省略する。本実施例の被検体情報取得装置２０００（以下「装置２０００」と略称する）は、被検体１２３に光を照射するためのすべての光照射位置での変動情報を記憶せず、代表的な複数の光照射位置での変動情報のみを記憶する。そして、装置２０００は、その他の光照射位置での変動情報は補間により生成するものである。装置２０００は、この点で実施例１の装置１０００と異なる。これを実現するために、装置２０００は、変動記憶部２６３および補間部２５９を有するものである。
【００７８】
変動記憶部２６３は、代表的な１７箇所の光照射位置での変動情報を記憶している。
【００７９】
図８は、実施例２における光の断面の光強度プロファイルの変化を示す図である。図８は、実際に測定した光の断面の光強度プロファイルの変化を示すものであり、位置（Ｘ座標、Ｙ座標）＝（−６８，０）、（−３４，０）、（０，０）、（３４，０）、（６８，０）、（０、−６８）、（０、−３４）、（０，３４）、（０，６８）、（−４８，−４８）、（−２４，−２４）、（２４，２４）、（４８，４８）、（−４８，４８）、（−２４，２４）、（−２４，２４）、（−４８，４８）（単位：ｍｍ）で照射部１０５が光を照射した場合における光の断面の光強度プロファイルのそれぞれを示すものである。図８からわかるように、光の断面の光強度プロファイルは、座標に応じてその形状が回転している。光の断面の光強度プロファイルは、多関節アーム１０３の肘の曲げ具合によって光の断面の光強度プロファイルが回転していることがわかる。図８において、最も＋Ｘ側にある光の断面の光強度プロファイルの図は、肘を最も伸ばした状態のものであり、最も−Ｘ側にある光の断面の光強度プロファイルの図は、左端は肘を最も曲げた状態のものである。図８において、光の断面の光強度プロファイルは、＋Ｘ側から−Ｘ側に向かうにつれて、すなわち、多関節アーム１０３の肘を曲げていくにつれて、時計回りに回転するものである。このことは、図２で説明したとおりの結果である。
【００８０】
図９は、実施例２における射出される光の変動量の計算結果を示す表である。左の列から順に、照射部１０５のｘ座標（ｍｍ）、照射部１０５のｙ座標（ｍｍ）、光の断面の光強度プロファイルの重心位置のｘ座標、光の断面の光強度プロファイルの重心位置のｙ座標（ｍｍ）、光の断面の光強度プロファイルの回転角（ｄｅｇ）である。
【００８１】
変動記憶部２６３は、この図９に示した表を変動情報として記憶しているものである。
【００８２】
音響波受信部１６６は、第１の実施例と同様に、螺旋状に移動しながら一体化されている照射部１０５によりパルス光を１０Ｈｚの繰り返し周波数で５１２回照射されるように制御するようにしても良い。すなわち、実際に被検体１２３にパルス光を照射した瞬間の照射部１０５の位置は、全部で５１２ヶ所であるようにしても良い。
【００８３】
補間部２５９は、変動記憶部２６３に記憶されており、図９に示されている１７ヶ所の代表的な光照射位置での変動情報から実際の上記５１２ヶ所の光照射位置での各変動情報をスプライン補間により生成するようにしても良い。しかしこれに限られず、実際の５１２ヶ所の光照射位置での各変動情報の生成に用いる補間方法は、種々の補間方法が適用できる。なお、補間部２５９は、信号処理部１６５に比べると情報処理量が小さい。よって、信号処理部１６５は、補間部２５９の機能を有するように構成しても良い。この場合、補間部２５９は、信号処理部１６５に含まれるものであって、マルチコアＣＰＵで構成されても良い。
【００８４】
被検体情報の一つである光音響波画像の取得方法については、第１の実施例と同様の方法であっても良い。本実施例において、変動記憶部２６３では、予め代表的な１７箇所の光照射位置での変動情報を格納しておくだけで良いので、容易に被検体情報の取得が可能である。
【００８５】
図１０は、実施例２の装置２０００の機能を示すフローチャートである。ステップＳ２からステップＳ１２までの処理およびステップＳ１６からステップＳ２０までの処理は、図６Ａまたは図６Ｂのフローと同様であるため、説明を省略する。すなわち、図６Ａでの処理と同様のステップＳ２からＳ１２の処理が終了するとステップＳ２１４へ移行する。ステップＳ２１４で、分布記憶部１６１から代表的な１７箇所の光照射位置での光の断面の光強度プロファイルが読み出され、ステップＳ２１５へ移行する。
【００８６】
ステップＳ２１５で、４９５箇所の非代表光照射位置（代表的な１７箇所の光照射位置以外の光照射位置）での光の断面の光強度プロファイルが補間部２５９により算出される。この場合、代表的な１７箇所の光照射位置は、螺旋状にほぼ等間隔で設けられているようにしても良い。そして、非代表光照射位置が、この代表的な光照射位置の一つ一つの間に略２９箇所ずつ等間隔に配置されているようにしても良い。この場合に、補間部２５９により、その略２９箇所の非代表光照射位置を挟むとともに上記螺旋形状に沿って配置される２箇所の代表的な光照射位置に対してスプライン補間（内挿補間）が行われる。そうされることで、螺旋状に連続して配置された約２９箇所の非代表光照射位置での各光強度プロファイルが算出される。他の螺旋状に連続して配置された略２９箇所の非代表光照射位置での各光強度プロファイルも同様にして算出される。このようにして、代表および非代表の光照射位置での光の断面の光強度プロファイルが取得され、ステップ１６へ移行し、その後は図６Ａ、Ｂの処理と同様である。なお、この場合には、必ずしも変動記憶部２６３は用いる必要はない。
【００８７】
なお、他の例として、分布記憶部１６１に光照射位置の内、中央一か所のみの、光の断面の光強度プロファイルが格納されているようにしても良い。この場合、ステップＳ２１４では、その中央一か所のみの、光の断面の光強度プロファイルが読み出され、ステップＳ２１５へ移行するようにしても良い。ステップＳ２１５では、補間部２５９により、その中央の光の断面の光強度プロファイルからのズレ情報が変動記憶部１６３から適宜読み出される。そして、その中央の光の断面の光強度プロファイルに、その読み出されたズレ情報を加味する。そうして他の代表的な１６箇所の光照射位置（１７箇所の代表光照射位置のうち１箇所は上記中央の光照射位置とする）での光の断面の光強度プロファイルが取得されるようにしても良い。その後は、上記と同様である。
【００８８】
＜実施例３＞
図１１は、本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の実施例３を示すブロック図であり、図１または図７に対応する部分には同一の番号を付して、必要のない限り説明を省略する。本実施例の被検体情報取得装置３０００（以下「装置３０００」と略称する）は、超音波エコーやＭＲＩなど他のイメージング装置を用いて生成した画像や、触診などによって関心領域が予め分かっている場合を想定するものである。装置３０００は、関心領域設定部を設けた点で実施例２の装置２０００と異なるものである。装置３０００は、関心領域設定部２７１および制御部２７３を有する。
【００８９】
関心領域設定部２７１は、被検体３１５（或いはその周辺も含む）に対して画像再構成を行う領域である関心領域を設定するものである。装置３０００は、モニタ（不図示）を有しており、このモニタは、操作者が関心領域を指定可能に構成されている。関心領域設定部２７１では、このモニタからの指定結果に基づいて関心領域を設定するものである。
【００９０】
制御部２７３は、駆動制御部を有する。駆動制御部は、関心領域設定部２７１により設定された関心領域に基づいて、照射部１０５の移動範囲、移動および光の照射の方法を決定するようにしても良い。駆動制御部は、さらに、この決定結果である信号を駆動部１５３に入力する。駆動部１５３は、この入力結果である信号に基づいて照射部１０５を上記決定された移動範囲、移動方法、光の照射方法で駆動させる。
【００９１】
図１２は、実施例３の被検体情報取得装置における関心領域の設定を示す模式図である。図１２では、走査可能範囲１７１および関心領域２７５に基づいて決定された照射部１０５の移動の軌跡２７７が示されている。関心領域２７５の設定箇所は、操作者が被検体１２３の形状等を見て操作者が決定するようにしても良い。関心領域２７５の設定箇所は、この場合、被検体１２３の形状等に依存する。照射部１０５は、この関心領域２７５を画像化できるように光の照射を行うため、光の照射位置もこの関心領域２７５に依存したものとなり、この関心領域２７５に依存した移動パターンで移動するようにしても良い。すなわち、照射部１０５の駆動および関心領域設定部２７１の処理は、被検体１２３の形状等に依存して決定されるものである。このため、照射部１０５の駆動および関心領域設定部２７１の処理は、被検体１２３の形状等の個体間のばらつき等に応じて無限のパターンが存在する。なお、この関心領域設定部２７１は、関心領域２７５を被検体１２３に対して略立方体形状、すなわち、図１２において、ＸＹ平面への関心領域２７５の射影が略正方形となるように設定するようにしても良い。
【００９２】
このような場合、変動記憶部２６３では、すべての照射部１０５の光照射位置における変動情報を予め記憶しておくよりも、第２の実施例と同様に、代表的な複数の光照射位置での変動情報のみを記憶しておくようにするほうが好ましい。補間部２５９では、変動記憶部２６３により記憶されている変動情報を用いて実際の照射部１０５の光照射位置における変動情報を補間により生成するようにしても良い。
【００９３】
このようにすることで、上記無限のパターンに対して容易に光音響測定が可能となる。
【００９４】
なお、関心領域設定部２７１は、モニタを介して操作者からの指令を入力するものである。しかし、これに限られず、装置３０００により自動的に被検体１２３の形状等を取得して、その取得結果に基づいて関心領域設定部２７１に指令を出力するようにしても良い。例えば、装置３０００では、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置を用いて被検体１２３の形状等を撮像するとともに、この撮像結果に基づいた信号を上記指令として関心領域設定部２７１に送出するようにしても良い。
【００９５】
図１３は、実施例３の装置３０００の機能を示すフローチャートである。ステップＳ３０３及びステップＳ３０５以外は図６Ａのフローと同様であるため、説明を省略する。すなわち、図６Ａでの処理と同様のステップＳ２が終了するとステップＳ３０３へ移行する。ステップＳ３０３で、関心領域設定部２７１により被検体３１５（或いはその周辺も含む）に対して関心領域２７５が設定される。この場合、装置３０００の操作者が手入力により付属のモニタ（不図示）を介して関心領域設定部２７１が制御されることで関心領域２７５が設定され、ステップＳ３０５へ移行する。
【００９６】
ステップＳ３０５で、上記付属のモニタ上での操作者の手入力により、光照射パターンが設定される。この光照射パターンは、関心領域２７５全域を画像再構成するに足りるものであることが好ましい。この場合、この光照射パターンとして、照射部１０５の移動すべき軌跡２７７が、走査可能範囲１７１および関心領域２７５に基づいて決定される。すなわち、図１０に示すように、照射部１０５の螺旋移動の軌跡の中心が関心領域２７５の略中心と一致し、かつ、螺旋移動の軌跡の大半が図１０の関心領域２７５のＸＹ平面への
射影の内部に包含されるように設定される。このようにすることで、関心領域２７５の全範囲が画像再構成し易くなるからである。そして、以後の処理は図６Ａのものと同様である。
【００９７】
＜実施例４＞
図１４は、本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の実施例４を示すブロック図である。本実施例の被検体情報取得装置４０００（以下「装置４０００」と略称する）は、光伝送部として、空間伝送系を採用可能である。装置４０００は、光源３０１、空間伝送系であるプリズム３０３、３０５、３０７、照射部３０９、保持板３１１，３１３、音響波受信素子３１７、Ｚ軸ステージ３１９、Ｘ軸ステージ３２１、および支持部３２３、３２５等をベースに構成される。
【００９８】
プリズム３０３、３０５、３０７は、光源３０１から発せられたパルス光の進行方向を９０度曲げるものである。Ｚ軸ステージ３１９は、Ｘ軸ステージを上下方向（Ｚ方向）に移動させることが可能に構成される。保持板３１１，３１３は、一対のプレートからなり、被検体（例えば乳房）３１５を保持可能に構成される。音響波受信素子３１７は、ピエゾ素子等（なお、これに限られず音響波を受信可能な素子であればどのようなものでも良い）を２次元上に配列して構成されるようにしても良い。また、探触子の少なくとも一部が音響波受信素子３１７であっても良い。音響波受信素子３１７は、Ｘ軸ステージ３２１およびＺ軸ステージ３１９によって２次元方向（ＸＺ平面方向）に移動可能としても良いし、照射部３０９と同期して移動するようにしても良いし、照射部３０９の動きに追従して移動するようにしても良い。しかしこれに限られず、音響波受信素子３１７は、移動させずに最も受信感度の高い方向（指向性）の向きを変えるようにしても良いし、位置を固定するとともに２次元状に複数配列するようにしても良い。支持部３２３は、光源３０１からのパルス光を遮らないように、パルス光が貫通できる穴を設けられて構成されているようにしても良い。支持部３２５は、プリズム３０７および照射部３０９を支持するものであり、Ｘ軸ステージ３２１により水平方向に移動可能に構成される。
【００９９】
制御部３５１は、光源制御部、駆動制御部、収集制御部、および全体を制御するシステム制御部（これらは不図示）を有している。光源制御部は、所望のタイミングでパルス光を発するように光源３０１を制御する。光源制御部は、パルス光の繰り返し周波数が１０Ｈｚになるように光源３０１を制御する。駆動制御部は、駆動部３５３が照射部３０９に所望の動きを与えるように駆動部を制御するものである。駆動制御部は、また、位置取得部３５５に指令を与え、位置取得部３５５は、この指令に基づいてＸ軸ステージ３２１、Ｚ軸ステージ３１９の位置情報を取得する。この位置情報は、照射部３０９の光照射位置についての情報に相当するものであっても良い。位置取得部３５５では、Ｘ軸ステージ３２１、Ｚ軸ステージ３１９がどれぐらい駆動されたかの情報に基づき位置情報を取得するようにしても良い。または、あらかじめ定められている所定の光照射位置情報をメモリ等で記憶しておき、光を照射する時刻に基づいて、記憶されている光照射位置情報を参照することにより位置情報を取得するようにしても良い。
【０１００】
収集制御部は、被検体３１５にパルス光を照射した時刻を時刻０ｕｓｅｃとして、時刻０ｕｓｅｃから時刻５０ｕｓｅｃまでの時間に音響波受信素子３１７に到達した信号を収集するように電気信号収集部３５７に指令を与える。この時刻０ｕｓｅｃから時刻５０ｕｓｅｃまでの時間に取得される音響波は、保持板３１１および被検体３１５の表面から被検体３１５内深度７０ｍｍ強までの各位置で発生したものである。
【０１０１】
分布記憶部３６１は、光の断面の光強度プロファイルに関する情報を記憶している。この光強度分布に関する情報は、以下のようにして取得されたデータであっても良い。すなわち、照射部３０９を移動が可能な範囲の中央に置く。そして、保持板３１１の被検体３
１５が位置する側にスクリーンを配置した場合において、照射部３０９により照射された光がこのスクリーン上に形成される光の断面の光強度プロファイルを計測する。その計測結果に基づいて取得されたデジタルまたはアナログのデータを光強度分布に関する情報としても良い。
【０１０２】
変動記憶部３６３は、照射部３０９の光照射位置ごとの変動情報をそれぞれ記憶している。この変動情報は、例えば、走査時において光の伝搬距離が異なることに起因する光の断面の光強度プロファイルの拡がりを含むものであっても良い。或いは、各プリズム３０３、３０５、３０７の取り付け誤差に起因する光の断面の光強度プロファイルの位置ズレ量についての情報を含むものであっても良い。
【０１０３】
信号処理部３６５は、照射部３０９の光照射位置、すなわち、音響波取得位置ごとに、電気信号収集部３５７により収集された光音響波に基づく電気信号からＵＢＰアルゴリズムを用いて３次元の被検体３１５内の光音響波画像（被検体情報の一つ）を生成する。そして、信号処理部３６５は、照射部３０９の光照射位置ごとに、以下の情報に基づき光拡散方程式を用いて被検体３１５内の３次元光量分布情報を生成する。その情報は、分布記憶部３６１に記憶された光の断面の光強度プロファイルに関する情報、および、変動記憶部３６３に記憶された変動情報である。この３次元光量分布情報は、被検体情報の一つである。信号処理部３６５は、さらに、生成した光音響波画像を３次元光量分布情報で規格化することで、照射部３０９の光照射位置ごとの被検体３１５内の光吸収係数分布を得る。信号処理部３６５は、これらの工程を照射部３０９の走査範囲全体で実施し、最後に、得られた光音響波画像、光吸収係数分布を重畳することで、被検体３１５の全体の３次元の光音響波画像および光吸収係数分布を得る。
【０１０４】
その結果、被検体３１５の全体の３次元の光吸収係数分布を精度よく得ることが可能となる。
【０１０５】
＜実施例５＞
図１５は、本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の実施例５を示すブロック図であり、図１、６、または９に対応する部分には同一の番号を付して、必要のない限り説明を省略する。本実施例の被検体情報取得装置５０００（以下、「装置５０００」と略称する）は、照射部１０５の光照射位置と変動情報との関係式を予め取得しておく。その関係式を用いて変動情報を生成するという点で、予め求めた全ての照射部の光照射位置での変動情報を記憶しておくように構成された実施例１の装置１０００と異なるものである。装置５０００は、変動情報生成部４０１を有しており、変動情報生成部４０１は、照射部１０５の光照射位置（座標）と変動情報との関係式を有している。変動情報生成部４０１は、位置取得部１５５で得られた照射部１０５の光照射位置についての情報に基づき、変動情報を生成するものである。
【０１０６】
以下に照射部１０５の位置と変動情報との関係式について説明する。
【０１０７】
図２を用いて説明したように、垂直導波管１０３ｃ内の光の断面の光強度プロファイルは、水平導波管１０３ｅの断面を対称面として垂直導波管１０３ｇ内の光の断面の光強度プロファイルと鏡像の関係にある。上記対称面のＸＹ平面における傾きは、水平導波管１０３ａのＸＹ平面への射影の長手方向と、水平導波管１０３ｅのＸＹ平面への射影の長手方向との間の角度によって決まるものである。多関節アーム１０３の各腕の長さは、それぞれ決まっている。このため、上記対称面のＸＹ平面における傾きは、照射部１０５の位置が決まれば一意に決まる。よって、光の断面の光強度プロファイルの回転角は、照射部１０５の光照射位置の関数として定義できる。また、光の断面の光強度プロファイルの重心の位置ズレ量は、以下のようにして取得可能である。まず、照射部１０５が有する凹レ
ンズの光軸と実際の射出光の重心とのズレ量と、照射部１０５の光の拡大率とを実験的に求める。その上で、光の断面の光強度プロファイルの回転角が取得できれば、所定の量に基づき算出可能である。所定の量とは、光の拡大率、実際の射出光の重心とのズレ量、および光の断面の光強度プロファイルの回転角である。したがって、光の断面の光強度プロファイルの位置ズレ量および光の断面の光強度プロファイルの回転角は、照射部１０５の光照射位置の関数として定義できる。変動情報生成部４０１は、この光照射位置の関数を関係式として保持しておくようにするとともに、照射部１０５の光照射位置情報を入力するようにし、この関係式および光照射位置情報とに基づき変動情報を生成するようにしても良い。なお、変動情報生成部４０１は、信号処理部１６５に比べると情報処理量は小さい。よって、信号処理部１６５は、変動情報生成部４０１の機能を有するように構成しても良い。
【０１０８】
このようにすることで、被検体１２３全体の３次元の光吸収係数分布を精度よく得ることが可能となる。
【０１０９】
図１６は、実施例５の装置５０００の機能を示すフローチャートである。ステップＳ５１４およびステップＳ５１５以外の処理は、図６Ａのフローと同様であるため、説明を省略する。すなわち、図６Ａでの処理と同様のステップＳ２からＳ１２の処理が終了するとステップＳ５１４へ移行する。ステップＳ５１４で、分布記憶部１６１から光源１０１から射出された光の断面の光強度プロファイルが読み出され、ステップＳ５１５へ移行する。
【０１１０】
ステップＳ５１５で、照射部１０５が光を照射した位置が光照射位置情報として変動情報生成部４０１に入力される。そして、読み出された光源１０１から射出された光の断面の光強度プロファイルが変動情報生成部４０１に入力される。そして、この入力された光照射位置情報および上記光強度プロファイルを上記関係式のパラメータとしてこの関係式の演算処理が変動情報生成部４０１により行われる。そして、この演算結果が照射部１０５から射出された光の断面の光強度プロファイルとして取得される。以上の処理が全ての光照射位置について実行され、ステップＳ１６へ移行する。その後の処理は図６Ａの場合と同様である。
【０１１１】
＜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、上記方法、上記プログラム、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。上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含むものである。上記プログラムは、プログラムコード、プログラムプロダクトを含むものである。
【符号の説明】
【０１１２】
１０１  光源、１０３  多関節アーム、１０５  照射部、１６１  分布記憶部、１６５  信号処理部、１６６  音響波受信部
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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