(57)【要約】【課題】二次元周期構造体を用いつつも集音性能に優れた新たな光音響イメージング装置を実現する手法の提案。【解決手段】集音効果を有する二次元周期構造体１０と、二次元周期構造体１０を透過した音波を検出する検出部と、音波透過方向に対する二次元周期構造体１０の音波収束方向を変化させるように二次元周期構造体１０の姿勢を変化させる駆動部と、二次元周期構造体１０が第１の姿勢において検出部が検出した第１の検出結果と第２の姿勢において検出部２０が検出した第２の検出結果とを少なくとも用いて、検出部の検出領域のうち、音源に対応する検出位置を絞り込んでイメージング画像を生成する演算制御部とを備えた光音響イメージング装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集音効果を有する二次元周期構造体と、
前記二次元周期構造体を透過した音波を検出する検出部と、
音波透過方向に対する前記二次元周期構造体の音波収束方向を変化させるように前記二次元周期構造体の姿勢を変化させる駆動部と、
前記二次元周期構造体が第１の姿勢において前記検出部が検出した第１の検出結果と、第２の姿勢において前記検出部が検出した第２の検出結果とを少なくとも用いて、前記検出部の検出領域のうち、音源に対応する検出位置を絞り込んでイメージング画像を生成する演算制御部と、
を備えた光音響イメージング装置。
【請求項２】
前記検出部は、トランスデューサーを配列して構成した前記音波透過方向に対向する検出面を有して前記検出領域を構成し、
前記二次元周期構造体は、前記音波収束方向が前記音波透過方向に対して直交する方向になるように配置されており、
前記駆動部は、前記音波収束方向と前記音波透過方向との直交関係を維持しつつ前記二次元周期構造体を回転させることで前記二次元周期構造体の姿勢を変化させる、
請求項１に記載の光音響イメージング装置。
【請求項３】
前記演算制御部は、前記検出領域のうち、音源に対応しない検出位置を除外することで音源に対応する検出位置を絞り込む、
請求項１又は２に記載の光音響イメージング装置。
【請求項４】
前記演算制御部は、音源に対応する検出位置の絞込条件に、前記二次元周期構造体の姿勢の変化に関わらず継続して検出レベルが所定の閾値条件を満たす位置であることを少なくとも含めて、音源に対応する検出位置を絞り込む、
請求項１〜３の何れか一項に記載の光音響イメージング装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記二次元周期構造体の姿勢を徐々に変化させることで、前記第１の姿勢および前記第２の姿勢を含む複数の姿勢に変化させ、
前記演算制御部は、前記検出領域のうち、何れかの姿勢において前記音源判定レベル条件を満たさない位置を音源に対応しない検出位置として除外することで音源に対応する検出位置を絞り込む、
請求項４に記載の光音響イメージング装置。
【請求項６】
集音効果を有する二次元周期構造体と、前記二次元周期構造体を透過した音波を検出する検出部とを備えた光音響イメージング装置の制御方法であって、
音波収束方向が音波透過方向に対して直交する関係を維持しつつ前記二次元周期構造体を回転させて前記二次元周期構造体の姿勢を変化させることと、
前記二次元周期構造体の複数の姿勢において前記検出部が検出した検出結果を用いて、前記検出部の検出領域のうち、音源に対応する検出位置を絞り込むことと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響イメージング装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に医療分野において光音響効果を利用したイメージング装置の研究が盛んである。
これまでは、造影ＣＴ（Computed Tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）等を利用したイメージング装置でしか機能イメージング（Functional Imaging）が実現されてこなかったが、研究が進むにつれて、光音響効果を利用したイメージングの有用性、特に機能イメージングの有用性が明らかとなりつつある。
【０００３】
ここで、「イメージング」とは画像化、可視化のことであり、「機能イメージング」とは、単純Ｘ線や超音波といった信号を基にした解剖学的な画像化ではなく、代謝情報や成分等を画像化する機能的な画像化手法を指す。しかしながら、光音響効果を利用したイメージング手法（以下「光音響イメージング」という）を医療分野に適用する場合には、人体に照射できる光強度に制限があるため、信号強度が非常に微弱となる。また、光音響イメージングの原理は、光を照射することで被測定体内で光吸収を起こさせ、この吸収光に応じた周期的な体積変化によって生じる弾性波（音波）を検出する、というものである。したがって、微弱な照射光によって生じるほんの僅かな弾性波（音波）を高感度に検出する必要がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に記載されているような二次元のフォノニック構造を用いて集音する手法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１２−５１９０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された二次元のフォノニック構造は、二次元周期構造体の一例であり、確かに集音効果が期待できる。しかしながら、二次元周期構造体は、１点に音波を収束させることができず、一方向に音波を収束させる。そのため、そのまま二次元周期構造体を透過した音波からイメージング画像を得ようとすると、音源に対応する位置が不鮮明なぼやけた画像となり得た。すなわち集音性能・集音精度を十分高くすることができなかった。
【０００７】
本発明は上述した課題に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、二次元周期構造体を用いつつも集音性能に優れた新たな光音響イメージング装置または制御方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための第１の発明は、集音効果を有する二次元周期構造体と、前記二次元周期構造体を透過した音波を検出する検出部と、音波透過方向に対する前記二次元周期構造体の音波収束方向を変化させるように前記二次元周期構造体の姿勢を変化させる駆動部と、前記二次元周期構造体が第１の姿勢において前記検出部が検出した第１の検出結果と、第２の姿勢において前記検出部が検出した第２の検出結果とを少なくとも用いて、前記検出部の検出領域のうち、音源に対応する検出位置を絞り込んでイメージング画像を生成する演算制御部と、を備えた光音響イメージング装置である。
【０００９】
この第１の発明によれば、音波透過方向に対する二次元周期構造体の音波収束方向を変化させるように二次元周期構造体の姿勢を変化させ、第１の姿勢において検出部が検出した第１の検出結果と、第２の姿勢において検出部が検出した第２の検出結果とを少なくとも用いて、検出部の検出領域のうち、音源に対応する検出位置を絞り込むことができる。二次元周期構造体は、音波を１点に収束させることができず、一方向に収束させる特性を有する。そこで、二次元周期構造体の姿勢を変化させて、音波収束方向を変化させることで、音源に対応する検出位置を絞り込むことが可能となる。結果、音源に対応する位置を鮮明化したイメージング画像を得ることができる。すなわち、二次元周期構造体を用いつつも集音性能に優れた新たな光音響イメージング装置を実現することができる。
【００１０】
より具体的な構成としては、例えば、第２の発明として、前記検出部が、トランスデューサーを配列して構成した前記音波透過方向に対向する検出面を有して前記検出領域を構成し、前記二次元周期構造体が、前記音波収束方向が前記音波透過方向に対して直交する方向になるように配置されており、前記駆動部が、前記音波収束方向と前記音波透過方向との直交関係を維持しつつ前記二次元周期構造体を回転させることで前記二次元周期構造体の姿勢を変化させる、第１の発明の光音響イメージング装置を構成することができる。
【００１１】
この第２の発明によれば、音波収束方向と音波透過方向との直交関係を維持しつつ二次元周期構造体が回転されることで二次元周期構造体の姿勢が変化する。従って、二次元周期構造体の姿勢が変化したとしても、検出部の検出面を常に音波透過方向に対向するように維持できる。そのため、音源に対応する検出位置を効率的に絞り込む機構を実現することができる。
【００１２】
第３の発明は、前記演算制御部が、前記検出領域のうち、音源に対応しない検出位置を除外することで音源に対応する検出位置を絞り込む、第１又は第２の発明の光音響イメージング装置である。
【００１３】
この第３の発明によれば、音源に対応する検出位置を絞り込む手法として、音源に対応しない検出位置を除外していく、いわば消去法の手法を採用することができる。
【００１４】
第４の発明は、前記演算制御部が、音源に対応する検出位置の絞込条件に、前記二次元周期構造体の姿勢の変化に関わらず継続して検出レベルが所定の閾値条件を満たす位置であることを少なくとも含めて、音源に対応する検出位置を絞り込む、第１〜第３の何れかの発明の光音響イメージング装置である。
【００１５】
この第４の発明によれば、音源に対応する検出位置を絞り込むための条件として、二次元周期構造体の姿勢の変化に関わらず継続して検出レベルが所定の閾値条件を満たす位置であることを含めることができる。二次元周期構造体の姿勢が変化して音波収束方向が変わったとしても、音源に対応する検出位置であれば、検出レベルが所定の閾値条件を満たすからである。
【００１６】
第５の発明は、前記駆動部が、前記二次元周期構造体の姿勢を徐々に変化させることで、前記第１の姿勢および前記第２の姿勢を含む複数の姿勢に変化させ、前記演算制御部が、前記検出領域のうち、何れかの姿勢において前記音源判定レベル条件を満たさない位置を音源に対応しない検出位置として除外することで音源に対応する検出位置を絞り込む、第４の発明の光音響イメージング装置である。
【００１７】
この第５の発明によれば、音源に対応する検出位置を絞り込む手法として、音源に対応しない検出位置を除外していく、いわば消去法の手法を採用することができる。
【００１８】
第６の発明は、集音効果を有する二次元周期構造体と、前記二次元周期構造体を透過した音波を検出する検出部とを備えた光音響イメージング装置の制御方法であって、音波収束方向が音波透過方向に対して直交する関係を維持しつつ前記二次元周期構造体を回転させて前記二次元周期構造体の姿勢を変化させることと、前記二次元周期構造体の複数の姿勢において前記検出部が検出した検出結果を用いて、前記検出部の検出領域のうち、音源に対応する検出位置を絞り込んでイメージング画像を生成することと、を含む制御方法である。
【００１９】
この第６の発明によれば、上述した第１の発明や第２の発明の作用効果を奏する制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】周期構造体の基本的な構造を説明するための図。
【図２】周期構造体と検出部との位置関係を説明するための図。
【図３】周期構造体と検出部との位置関係を説明するための図。
【図４】周期構造体と検出部との位置関係を説明するための図。
【図５】周期構造体と検出部との位置関係を説明するための図。
【図６】光音響イメージング装置の全体機能構成を示すブロック図。
【図７】検出器の具体的な構造の一例を示す図。
【図８】検出処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。なお、以下説明において、説明の文脈上、用語として適宜“音”、“音波”、“弾性波”を使用するが、技術的な意味はともに同じである。音は可聴周波数だけでなく、弾性体を伝播するあらゆる弾性波を含む。
【００２２】
［本実施形態の原理］
まず、本実施形態の原理について説明する。本実施形態で用いる周期構造体は二次元周期構造体であり、音響インピーダンスの異なる複数の材料を集音効果を有するように二次元状に周期的に配列した構造を有する。フォノニック結晶やメタマテリアル等と呼ばれる構造を有する。図１〜３では、音響インピーダンスが異なる２種類の材料を白色と灰色とで示している。なお、図１〜３では、簡明化のために２種類の材料の配置密度を小さくして概略表記としている。
【００２３】
図１〜４は、本実施形態の原理を説明するための図である。二次元周期構造体１０には向きがあるため、まず、二次元周期構造体１０自体の個別座標系を定義する。図１に示すように、音響インピーダンスの異なる材料が配列された二次元配列方向をＸＬ−ＺＬ平面（以下適宜「二次元配列平面」ともいう）とし、ＸＬ−ＺＬ平面に対して直交する方向をＹＬ方向とした、ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ軸の直交三軸座標系とする。なお、直交三軸の方向を説明するための座標系であり、図面上の三軸表記の交点は原点を表しているわけではない。また、音源Ｓから音波が入射される面を入射面としてＸＬ−ＹＬ平面とする。入射面から入射された音波は二次元周期構造体１０を透過するが、この音波の透過方向がＺＬ方向となる。
【００２４】
また、二次元周期構造体１０が配置される実空間の絶対座標系をＸＧ，ＹＧ，ＺＧ軸の直交三軸座標系とする。本実施形態では、実空間に配置された二次元周期構造体１０の姿勢を変化させる。但し、ＺＬ軸周りに二次元周期構造体１０を回転させて姿勢を変化させる。そのため、説明を簡明化するために、ＺＧ軸とＺＬ軸とを同じ方向とする。図１には、２つの姿勢を示した。第１姿勢はＹＬ軸方向を絶対座標系のＸＧ軸方向に平行とした姿勢であり、第２姿勢はＸＬ軸方向を絶対座標系のＸＧ軸方向に平行とした姿勢であり、第１姿勢から二次元周期構造体１０をＺＬ軸周りに９０度回転した姿勢が第２姿勢となっている。
【００２５】
二次元周期構造体１０は、透過する音波を一方向に収束させる特性を有する。二次元周期構造体１０を透過した音波を、検出した音圧レベル（強度あるいは振幅レベルともいえる）に応じた濃淡着色としたイメージング画像４１，４２を図１に示す。また、イメージング画像の座標系をＸＳ−ＹＳ座標系で示す。図１において、第１姿勢のイメージング画像４１では音圧分布が縦長（ＸＧ軸に沿った棒状）となっており、第２姿勢のイメージング画像４２では音圧分布が横長（ＹＧ軸に沿った棒状）となっている。イメージング画像４１，４２は、後述する検出部２０が検出する検出データに相当する。
【００２６】
二次元周期構造体１０の音波収束特性を、図２を参照してより詳細に説明する。図２は、二次元周期構造体１０の音波収束特性を説明するための図であり、図１の第１姿勢について、二次元配列平面（ＸＬ−ＺＬ平面）で俯瞰した図を示している。音源Ｓから発生した音波は拡散しつつ入射面から二次元周期構造体１０内に入射する。このときの入射面に達した音波の音圧レベル（強度あるいは振幅レベルともいえる）は、一様な円状である。二次元周期構造体１０は、透過する音波を二次元配列平面方向に収束させる。すなわち、二次元配列平面において音波透過方向に直交する方向が音波収束方向となる。音波収束方向を、図２中、白色の大きな矢印で示す。そして、二次元周期構造体１０から出射した音波は、検出部２０によって検出されて検出データとなるが、この検出データは、例えば音圧レベルに応じた濃淡着色を施すことでイメージング画像４１とすることができる。図２に示すように、二次元周期構造体１０の入射面では、一様な円状であった音圧レベルは、二次元周期構造体１０の特性によって、音波収束方向に収束されて、音圧分布が縦長となって表れる。入射面における音圧レベルの分布に比べて、図２のイメージング画像４１では、音波は左右方向に収束されている。
このように、二次元周期構造体１０は、透過する音波を、二次元配列平面における透過方向に直交する方向（音波収束方向）に収束させる特性を有する。
【００２７】
図１に戻る。二次元周期構造体１０の音波収束特性によって、二次元周期構造体１０を第１姿勢とした場合に得られた検出データは、イメージング画像４１に示すような音圧分布が縦長となり、二次元周期構造体１０を第２姿勢とした場合に得られた検出データは、イメージング画像４２に示すような音圧分布が横長となる。すなわち、二次元周期構造体１０の姿勢に応じた音波収束方向に音波が収束されるため、得られる検出データの音圧分布に差が生じる。しかし、検出データのうち、音源Ｓに対応する位置は、二次元周期構造体１０の姿勢が変わっても同じ位置であり、必ず音圧が検出される。図１のイメージング画像４３の中央の黒色部分が、音源Ｓに対応する位置である。
【００２８】
本実施形態では、第１姿勢で得られた検出データと、第２姿勢で得られた検出データとを組み合わせて、音源に対応する位置を絞り込んでイメージング画像を生成する。
【００２９】
絞り込みの演算処理としては幾つか考えられる。第１の絞込処理は、二次元周期構造体１０の姿勢の変化に関わらず継続して音圧レベルが所定値以上である等の第１の閾値条件を満たす位置であれば、その位置を音源に対応する可能性がある位置として絞り込む処理である。換言すると、音圧レベルが第１の閾値条件を満たさない検出位置を除外することを、二次元周期構造体１０の各姿勢において実施する。結果、図１のイメージング画像４３に示すように、第１姿勢のイメージング画像４１と第２姿勢のイメージング画像４２とを重ねると、イメージング画像４３中の破線で示すような音圧分布が得られるはずであるが、第１の閾値条件を満たさない検出位置を除外することで、音圧レベルの高い検出位置のみが残り、中央の黒色部分のみとなる。
【００３０】
音圧レベルが第１の閾値条件を満たさない検出位置は音源に対応しない位置であるため、第１の絞込処理は、音源に対応しない位置を除外していく消去法の処理ともいえる。
【００３１】
第２の絞込処理は、検出データの検出位置ごとの音圧レベルを、各姿勢について互いに乗算し、乗算した結果の最終的な値（累積乗算値）が第２の閾値条件を満たす位置を、音源に対応する可能性がある位置として絞り込む処理である。図１に示すように、二次元周期構造体１０の姿勢を変化させることで、二次元周期構造体１０の二次元配列平面（ＸＬ−ＺＬ平面）の向きが変化し、収束方向が変化する。音源に対応する検出位置であればどの姿勢であっても一定以上の音圧レベルが検出される一方、音源に対応しない検出位置では、何れかの姿勢で音圧レベルがゼロに近くなる。
【００３２】
そこで、検出データの検出位置ごとの音圧レベルを、各姿勢について互いに乗算することで、音源に対応しない検出位置の累積乗算値をゼロに近づけることができ、音源に対応する検出位置を効果的に絞り込むことができる。
【００３３】
なお、図１では、第１姿勢と第２姿勢との２つの姿勢の例を図示したが、３以上の姿勢としてもよい。その場合も、第１の絞込処理や第２の絞込処理は有効に機能する。また、第２の絞込処理では、検出データの検出位置ごとの音圧レベルを、各姿勢について互いに乗算することとしたが、加算としてもよいことは勿論である。
【００３４】
また、図１，２では、音源を１つとしたが、音源が複数の場合も同様である。すなわち、二次元周期構造体１０は、音源の数に関わらず、透過する音波を音波収束方向に収束させる。したがって、図３に示すように、２つの音源Ｓ１，Ｓ２から音波が同時に発せられたとしても、二次元周期構造体１０内を透過する音波に対して、音波収束方向の収束特性が働く結果、検出部２０では、各音源Ｓ１，Ｓ２に対応するそれぞれの音圧分布が得られる。
【００３５】
よって、図４に示すように、音源が複数あるとしても、二次元周期構造体１０が第１姿勢のときにはイメージング画像４１ａのような検出データが得られ、第２姿勢のときにはイメージング画像４２ａのような検出データが得られる。そのため、第１の絞込処理や第２の絞込処理を実施することで、最終的に各音源に対応する検出位置が絞り込まれて、イメージング画像４３ａのような画像を得ることができる。
【００３６】
［全体構成］
図５は、本実施形態の光音響イメージング装置１の全体機能構成を示すブロック図である。
光音響イメージング装置１は、被測定体に向けてレーザー光を照射するレーザー光照射部６０と、照射された光を吸収して被測定体に生じる周期的な体積変動によって現れた弾性波（音波）を検出する検出器１００と、レーザー光照射部６０及び検出器１００を制御する演算制御部７０と、演算制御部７０に検出処理（図７参照）を実行させるための検出プログラム８２や各種データを記憶する記憶部８０を備えて構成され、一種のコンピューター制御装置や電子機器ともいえる装置である。また、光音響イメージング装置１は、操作部９２と、表示部９４と、音出力部９６と、通信部９８とを備える。
【００３７】
検出器１００は、二次元周期構造体１０と、検出部２０と、駆動部３０とを備える。駆動部３０は、二次元周期構造体１０を音波透過方向（ＺＬ軸方向）周りに回転させることができる。
【００３８】
検出器１００の概略的な構造の一例を図６に示す。検出器１００は全体として筒状の形状を有し、先端側が音波の入射側となっており、先端側に二次元周期構造体１０が配置される。二次元周期構造体１０は、音波入射面（ＸＬ−ＹＬ平面）が検出器１００の先端側に向けられた円柱形状を有しており、円柱形状の側面方向は、音波透過方向（ＺＬ軸方向）となる。従って、二次元周期構造体１０は、音波収束方向が音波透過方向に対して直交する方向となるように配置されており、音波透過方向周りに回転されたとしても、音波収束方向と音波透過方向との直交関係が維持された状態で二次元周期構造体１０の姿勢が変化する構成となっている。
【００３９】
検出部２０は、音響（音圧）を電気信号に変換する音響・電気変換トランスデューサーによって構成される。二次元周期構造体１０と検出部２０間の音波伝播媒体を空気とするならば、検出部２０はいわゆるマイクロフォンを利用して構成することができる。また、二次元周期構造体１０と検出部２０間の音波伝播媒体を水とするならば、検出部２０はいわゆる水中聴音器を利用して構成することができる。検出部２０は、音波伝播媒体に応じた超小型の音響・電気変換トランスデューターをアレイ状に配列することで検出面を構成し、画像のピクセルよろしく、各ピクセルでの音波の検出レベル（音圧レベル）を検知する。以下、検出面を構成する検出点１つ１つのことを「ピクセル」と称する。
【００４０】
検出部２０は、音波透過方向に沿って二次元周期構造体１０の後方に配置され、二次元周期構造体１０から出射した音波を検出する。本実施形態では、検出部２０は、検出面を、二次元周期構造体１０の音波入射面と同様、円形状に構成することとする。したがって、二次元周期構造体１０の姿勢角を変化させたとしても、検出部２０の検出面を常に音波透過方向に対向するように維持できる。そのため、二次元周期構造体１０の配置構成と相俟って、音源に対応する検出位置を効率的に絞り込む機構を実現している。
【００４１】
駆動部３０は、二次元周期構造体１０を音波透過方向（ＺＬ軸方向）周りに回転させるモーターや回転角を検出するロータリーエンコーダーなどを有して構成される。ステッピングモーターを採用して、指示した回転角度分の回転駆動を行わせる構成とするならば、ロータリーエンコーダーなどの回転角検出部は省略することができる。駆動部３０は、演算制御部７０から入力される回転指示信号に応じた角度分、二次元周期構造体１０を回転させる。
【００４２】
図５に戻る。操作部９２は、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、ペダルスイッチ等の各種スイッチや、タッチパネル等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作信号を演算制御部７０に出力する。
【００４３】
表示部９４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬディスプレイ（Electroluminescence display）等の表示装置によって実現されるものであり、演算制御部７０から入力される表示信号をもとに表示画面等の各種画面を表示する。
【００４４】
音出力部９６は、スピーカーで実現されるものであり、演算制御部７０から入力される音声信号に従った音声を出力する。
【００４５】
通信部９８は、光音響イメージング装置１と外部装置とを通信接続して情報のやり取りを行う装置である。通信方式は無線であるか有線であるかを問わない。記憶部８０に記憶されるプログラムは、この通信部９８を介して外部から入力・更新される構成とすることができ、また、記憶部８０に記憶される検出結果のデータは、この通信部９８を介して外部に出力する構成とすることができる。
【００４６】
演算制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサー、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の制御装置及び演算装置によって実現されるものであり、光音響イメージング装置１の各部を統括的に制御する。
【００４７】
記憶部８０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーやハードディスク等の記憶媒体により実現されるものである。記憶部８０には、光音響イメージング装置１を動作させ、この光音響イメージング装置１が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が記憶され、また処理後のデータが記憶される。
【００４８】
記憶部８０には、演算制御部７０に検出処理（図７参照）を実行させるための検出プログラム８２の他、変更単位角度８３、絞込条件８４、除外ピクセルデータ８５、音波検出データ８６、イメージング画像データ８９が記憶される。
【００４９】
変更単位角度８３は、二次元周期構造体１０の姿勢を変える単位量として、二次元周期構造体１０の回転角を格納する。検出処理では、変更単位角度８３分の姿勢角が変更されるたびに、光照射および音波検出が行われる。例えば、変更単位角度８３を９０度とし、二次元周期構造体１０の姿勢を最大９０度変更させることで検出処理を終了する構成とするならば、図１に示したような、第１姿勢（姿勢角＝０度）と第２姿勢（姿勢角＝９０度）との２つの姿勢で光照射および音波検出が行われることとなる。また、変更単位角度８３を１０度とし、二次元周期構造体１０の姿勢を最大９０度変更させることで検出処理を終了する構成とするならば、姿勢角を０度、１０度、２０度・・・９０度とした１０個の姿勢で光照射および音波検出が行われることとなる。
【００５０】
絞込条件８４は、上述した第１の絞込処理に係る第１の閾値条件と、第２の絞込処理に係る第２の閾値条件とを格納する。測定対象物や照射する光の波長に応じた異なる複数の閾値条件を格納しておき、これらに対応する閾値条件を選択して検出処理で利用する構成としてもよい。
【００５１】
除外ピクセルデータ８５は、第１の絞込処理および第２の絞込処理によって、音源に対応する検出位置ではないとされた位置（ピクセル）の識別情報を格納する。除外ピクセルデータ８５は、検出処理において随時更新される。
【００５２】
音波検出データ８６は、検出部２０が検出処理において検出した検出データ８７と、第２の絞込処理のために、各検出データ８７を累積的に乗算した各ピクセルの値（累積乗算値）を格納した累積乗算データ８８とを格納する。検出データ８７は、二次元周期構造体１０の姿勢角と対応付けて格納され、姿勢角毎に記憶部８０に記憶される。
【００５３】
イメージング画像データ８９は、検出処理で最終的に生成され、表示部９４に表示される画像データである。
【００５４】
［処理の流れ］
図７は、光音響イメージング装置１の演算制御部７０が行う検出処理の流れを示すフローチャートである。演算制御部７０は、レーザー光照射部６０にレーザー光の照射を行わせ（ステップＡ２）、検出部２０により検出された検出データ８７を二次元周期構造体１０の姿勢角と対応付けて記憶部８０に記憶される（ステップＡ４）。
【００５５】
次いで、今回の検出データ８７について第１の絞込処理を適用する（ステップＡ６）。すなわち、検出音圧レベルが第１の閾値条件を満たさないピクセルを除外ピクセルと判定して、除外ピクセルデータ８５に登録する。
【００５６】
そして、今回の検出が１回目であれば（ステップＡ８：ＮＯ）、今回の検出データ８７を累積乗算データ８８にコピーして（ステップＡ１０）、演算制御部７０は、駆動部３０に単位角度８３分、二次元周期構造体１０を回転させて、二次元周期構造体１０の姿勢を変更させる（ステップＡ１２）。二次元周期構造体１０は、音波収束方向が音波透過方向に対して直交する方向になるように配置されているため、駆動部３０は、音波収束方向と音波透過方向との直交関係を維持しつつ二次元周期構造体１０を回転させ、二次元周期構造体１０の姿勢を変化させることとなる。単位角度８３分の回転が完了したら、演算制御部７０は、ステップＡ２に処理を移行して、ステップＡ２〜Ａ８の処理を繰り返す。
【００５７】
ステップＡ８において、今回の検出が２回目以降の検出であるならば（ステップＡ８：ＹＥＳ）、演算制御部７０は、第２の絞込処理を実行する（ステップＡ２２〜Ａ２４）。具体的には、各ピクセルについて、累積乗算データ８８と、今回の検出データ８７との検出音圧レベルの値を乗算し、乗算結果を累積乗算データ８８として累積乗算データ８８を更新する（ステップＡ２２）。
【００５８】
次いで、累積乗算データ８８のうち、累積乗算値が第２の閾値条件を満たさないピクセルを除外ピクセルデータ８５に追加登録する（ステップＡ２４）。
【００５９】
第２の絞込処理の後、演算制御部７０は、二次元周期構造体１０の姿勢変更が終了したか否かを判定する（ステップＡ２６）。例えば、９０度分の回転をした場合に姿勢変更終了と判定してもよいし、所定回数の回転がなされた場合に姿勢変更終了と判定してもよい。
【００６０】
姿勢変更が終了でない場合には（ステップＡ２６：ＮＯ）、演算制御部７０は、駆動部３０に単位角度８３分、二次元周期構造体１０を回転させて、二次元周期構造体１０の姿勢を変更させ（ステップＡ１２）、処理をステップＡ２に移行する。
【００６１】
姿勢変更が終了である場合には（ステップＡ２６：ＹＥＳ）、演算制御部７０は、累積乗算データ８８のうち、除外ピクセルデータ８５に登録されているピクセルの累積乗算値をゼロとしたものを最終検出データとして、イメージング画像データ８９を生成し、表示部９４に表示させる（ステップＡ２８）。具体的には、最終検出データの各ピクセルの値を正規化したり、値の大小に応じた濃淡色とするなどの、数値の画像化を施してイメージング画像データ８９を生成する。なお、イメージング画像データ８９の元となるデータを累積乗算データ８８としたが、検出データ８７の何れかから選択することとしてもよい。
【００６２】
イメージング画像データ８９を生成・表示すると、演算制御部７０は検出処理を終了する。
【００６３】
［作用効果］
以上、本実施形態によれば、音波透過方向に対する二次元周期構造体の音波収束方向を変化させるように二次元周期構造体の姿勢を変化させ、各姿勢において検出部が検出した検出結果を用いて、検出部２０の検出領域のうち、音源に対応する検出位置を絞り込むことができる。二次元周期構造体１０の姿勢を変化させて、音波収束方向を変化させることで、音源に対応する検出位置を絞り込むことが可能となる。結果、音源に対応する位置を鮮明化したイメージング画像を得ることができる。すなわち、二次元周期構造体１０を用いつつも集音性能に優れた新たな光音響イメージング装置１を実現することができる。
【００６４】
また、検出器１００は、音波収束方向と音波透過方向との直交関係を維持しつつ二次元周期構造体１０を回転可能とする構成を有する。そのため、二次元周期構造体１０の姿勢を変化させたとしても、検出部２０の検出面を常に音波透過方向に対向するように維持でき、音源に対応する検出位置を効率的に絞り込む機構を実現している。
【００６５】
［変形例］
本発明を適用した実施形態の一例を説明したが、本発明の適用可能な形態が上述した実施形態に限られるものではない。
例えば、上述した実施形態では、検出処理において第１の絞込処理と第２の絞込処理との両方を実行することとして説明したが、一方のみを実行する構成としてもよい。
【００６６】
また、二次元周期構造体１０と、検出部２０との配置間隔を一定として説明したが、可変としてもよい。
【００６７】
具体的には、二次元周期構造体１０は負の屈折率を有することが知られている。そのため、二次元周期構造体１０から、被測定体内のターゲット位置までの距離に応じて、二次元周期構造体１０と検出部２０との間の距離を特定の位置とするように可変とする。
【００６８】
図８は、この位置関係を説明するための図である。音源Ｓと、二次元周期構造体１０と、検出部２０との位置関係を俯瞰した概要図を示している。音源Ｓからの音波の伝達方向及び範囲は一点鎖線で示す通りである。
【００６９】
二次元周期構造体１０に入射する前の音波は発散波であり、その伝達方向は音源Ｓから発散する方向である。しかし、二次元周期構造体１０は負の屈折率を有するため、二次元周期構造体１０の内外境界面において、発散／収束の方向が変わる。従って、二次元周期構造体１０内に伝播した音波は入射面において一旦、収束波となる。ターゲット位置である音源Ｓの位置から二次元周期構造体１０までの距離ＤＳを、二次元周期構造体１０の音波透過方向（＝ＺＧ方向＝ＺＬ方向）の長さＷＡ未満とすると、二次元周期構造体１０内に収束点が位置するため、音波が一旦、収束点で収束し、その後発散波となる。しかし、二次元周期構造体１０から抜ける（出射する）ときに負の反射率によって収束波となる。よって、二次元周期構造体１０と検出部２０間の距離ＤＤを適切に定めることで、ターゲット位置である音源Ｓの音波を検出部２０の検出面で収束させることができる。
【００７０】
換言すると、二次元周期構造体１０と検出部２０間の距離ＤＤを変えることで、ターゲット位置を変化させることができるようになる。例えば、二次元周期構造体１０と検出部２０間の距離ＤＤを変化させ、音波が集音されたか否かを判定することで、音源が音波透過方向のどの位置（検出部２０からみるとどの深さ位置）にあるかを判断することができる。具体的には、検出部２０を音波透過方向に移動させつつ音波検出範囲の大きさを判断する。音波検出範囲の大きさが最小となった位置が最適位置である。二次元周期構造体１０のＺＬ方向（＝ＺＧ方向）の長さＷＡは既知である。そのため、長さＷＡから、最適位置における二次元周期構造体１０と検出部２０間の距離ＤＤを減算することで音源Ｓの音波透過方向の位置（ターゲット位置；距離ＤＳに相当）を判断することができる。
【００７１】
具体的な光音響イメージング装置１の構成としては、図５の光音響イメージング装置１の全体構成において、検出部２０を音波透過方向に移動させる駆動部を更に備える構成とすればよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  光音響イメージング装置、１０  二次元周期構造体、２０  検出部、３０  駆動部、７０  演算制御部
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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