(57)【要約】      （修正有）【課題】光音響波信号に基づいて、被検体の内部の検出対象物が動いている状態を示すように光音響波画像を生成することが可能な光音響画像化装置を提供する。【解決手段】光音響画像化装置は、光源部と、音響波を検出して光音響波信号ＳＡを生成する超音波振動子部および受信回路２６と、光音響波信号ＳＡのうちの検出された時間が互いに異なる複数の光音響波信号ＳＡに基づいて取得される信号の差異データＤを取得することにより、光音響波信号ＳＡの強度が時間的に変化する部分を抽出することによって、検出対象物の動いている状態を示す第１光音響波画像ＱＡを生成する画像化部２５とを備える。【選択図】図４
2016077712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射する光源部と、
前記光源部から前記被検体に照射された光が前記被検体の内部の検出対象物により吸収されることにより発生する音響波を検出して、光音響波信号を生成する検出部と、
前記光音響波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の前記光音響波信号に基づいて取得される信号の差異データを取得することにより、前記光音響波信号の強度が時間的に変化する部分を抽出することによって、前記検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像を生成する画像化部とを備える、光音響画像化装置。
【請求項２】
前記画像化部は、所定の時間間隔ごとに前記光音響波信号を取得するとともに、取得した前記光音響波信号に基づく信号と直前に取得した前記光音響波信号に基づく信号との差分処理を行うことにより前記差異データを取得して、取得した前記差異データに基づいて、前記光音響波画像を生成するように構成されている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
【請求項３】
前記所定の時間間隔は、０．１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下である、請求項２に記載の光音響画像化装置。
【請求項４】
前記検出部は、検出した前記音響波に基づいて、ＲＦ信号からなる前記光音響波信号を生成するように構成されており、
前記画像化部は、前記ＲＦ信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の前記ＲＦ信号に基づいて取得される前記差異データに基づいて、前記光音響波画像を生成するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項５】
前記検出部は、検出した前記音響波に基づいて、ＲＦ信号を生成するとともに、前記ＲＦ信号が検波処理された検波信号からなる前記光音響波信号を生成するように構成されており、
前記画像化部は、前記検波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の前記検波信号に基づいて取得される前記差異データに基づいて、前記光音響波画像を生成するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項６】
前記光音響波画像を表示する表示部をさらに備え、
前記画像化部は、所定の時間間隔ごとに前記光音響波信号を取得するとともに、互いに異なる時間間隔を有する複数の前記所定の時間間隔を設定して、複数の前記所定の時間間隔のそれぞれに対応する前記光音響波画像を生成して、生成された前記光音響波画像のうちの最も画像鮮明度が高い前記光音響波画像を選択して、選択された前記光音響波画像を前記表示部に出力するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項７】
前記画像化部は、複数の前記光音響波画像を生成するとともに、複数の前記光音響波画像のそれぞれの前記光音響波画像に含まれるノイズ成分を低減する処理、または、それぞれの前記光音響波画像に含まれるシグナル成分を増強する処理のうちの少なくとも一方の処理を行う非線形処理を行うとともに、非線形処理された複数の前記光音響波画像を互いに合成するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項８】
前記光音響波画像を表示する表示部をさらに備え、
前記画像化部は、前記差異データに基づいて生成された前記光音響波画像を互いに合成しない状態で前記所定の時間間隔ごとに前記表示部に出力するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項９】
前記光音響波画像を表示する表示部をさらに備え、
前記検出部は、前記被検体に照射するための超音波を生成するとともに、前記被検体に照射されて前記被検体の内部において反射された前記超音波を検出して、超音波検出信号を生成するように構成されており、
前記画像化部は、前記差異データに基づいて生成される第１光音響波画像と、前記光音響波信号を画像化処理することにより取得される第２光音響波画像、または、前記超音波検出信号を画像化処理することにより取得される超音波画像の少なくとも一方の画像とを重ねて前記表示部に出力するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項１０】
前記光源部は、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうちのいずれかの素子を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
【請求項１１】
光源部から被検体に光を照射するステップと、
前記光源部から前記被検体に照射された光が前記被検体の内部の検出対象物により吸収されることにより発生する音響波を検出して、光音響波信号を生成するステップと、
前記光音響波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の前記光音響波信号に基づいて取得される信号の差異データを取得することにより、前記光音響波信号の強度が時間的に変化する部分を抽出することによって、前記検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像を生成するステップとを備える、光音響画像化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光音響画像化装置および光音響画像化方法に関し、特に、被検体に照射された光により発生する音響波を検出する検出部を備えた光音響画像化装置および光音響画像化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体に照射された光により発生する音響波を検出する検出部を備えた光音響画像化装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、被検体に照射されたレーザ光により発生する光音響波信号を検出する超音波探触子を備えた光音響画像生成装置が開示されている。この光音響画像生成装置には、レーザユニットと、超音波ユニットとが設けられている。そして、レーザユニットから被検体にレーザ光を照射して、被検体の内部の検出対象物から発生した光音響波信号を、超音波探触子により検出するように構成されている。また、超音波ユニットは、光音響画像生成手段を含み、光音響画像生成手段は、超音波探触子により検出された光音響波信号に基づいて光音響波画像を生成するように構成されている。これにより、この光音響画像生成装置は、光音響波信号に基づいて、検出対象物が被検体の内部に存在しているか否かを示す光音響波画像を生成することが可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７５０００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、上記特許文献１の光音響画像生成装置では、光音響波信号に基づいて、検出対象物が被検体の内部に存在しているか否かを示す光音響波画像を生成することが可能である一方、光音響波信号に基づいて、被検体の内部の検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像を生成することはできないという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、光音響波信号に基づいて、被検体の内部の検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像を生成することが可能な光音響画像化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光音響画像化装置は、被検体に光を照射する光源部と、光源部から被検体に照射された光が被検体の内部の検出対象物により吸収されることにより発生する音響波を検出して、光音響波信号を生成する検出部と、光音響波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の光音響波信号に基づいて取得される信号の差異データを取得することにより、光音響波信号の強度が時間的に変化する部分を抽出することによって、検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像を生成する画像化部とを備える。
【０００８】
この発明の第１の局面による光音響画像化装置では、上記のように、光音響波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の光音響波信号に基づいて取得される信号の差異データを取得することにより、検出対象物が動いていない部分のデータはなくなる一方、検出対象物が動いている部分のデータは残存するので、光音響波信号の強度が時間的に変化する部分を抽出することができる。これにより、光音響波信号に基づいて、被検体の内部の検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像を生成することができる。
【０００９】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、画像化部は、所定の時間間隔ごとに光音響波信号を取得するとともに、取得した光音響波信号に基づく信号と直前に取得した光音響波信号に基づく信号との差分処理を行うことにより差異データを取得して、取得した差異データに基づいて、光音響波画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、所定の時間間隔ごとに光音響波信号を取得するので、所定の時間の間に移動した被検体の内部の検出対象物の光音響波画像を、連続的に繰り返して生成することができる。なお、差分処理とは、一般的には２つの信号値同士の差の値を算出することを意味するが、本発明では、２つの信号値同士の差を算出することのみならず、信号値同士の比に基づいて得られた値を算出すること等も含める広い概念を意味する。
【００１０】
この場合、好ましくは、所定の時間間隔は、０．１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下である。ここで、人体（被検体）の内部の血液（検出対象物）の血流速度は、一般的に１ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下である。また、一般的な光音響画像化装置の画像化の分解能は、数１０μｍオーダから数ｍｍオーダである。この点を考慮して、本発明のように、所定の時間間隔を０．１ｍｓｅｃ以上にすれば、上記の血液が移動する距離は、０．１μｍ以上１００μｍ以下となる。これにより、比較的血流速度が大きい血液（たとえば、血流速度１０００ｍｍ／ｓ）を、一般的な光音響画像化装置の画像化の分解能に対応させた状態で、観測することができる。また、本発明のように、所定の時間間隔が１００ｍｓｅｃ以下にすれば、上記の血液が移動する距離は、１００μｍ以上１００ｍｍ以下となる。これにより、比較的血流速度が小さい血液（たとえば、血流速度１ｍｍ／ｓ）を、一般的な光音響画像化装置の画像化の分解能に対応させた状態で、観測することができる。したがって、所定の時間間隔を０．１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下にすれば、光音響画像化装置の画像化の分解能に対応させた状態で、適切に人体の血液の動きを示す光音響波画像を生成することができる。
【００１１】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部は、検出した音響波に基づいて、ＲＦ信号からなる光音響波信号を生成するように構成されており、画像化部は、ＲＦ信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数のＲＦ信号に基づいて取得される差異データに基づいて、光音響波画像を生成するように構成されている。ここで、一般的に、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を検波処理する際に、ＲＦ信号に含まれる微細な情報（信号の位相を示す情報など）が消失してしまう場合がある。これに対して、本発明のように、ＲＦ信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数のＲＦ信号に基づいて取得される差異データに基づいて、光音響波画像を生成するように構成すれば、ＲＦ信号に含まれる微細な情報が消失されることなく、光音響波画像を生成することができるので、検出対象物の動きが忠実に示された光音響波画像を生成することができる。なお、ＲＦ信号とは、一般的には高周波の信号を意味するが、本明細書では、ＲＦ信号を検波処理されていない状態の高周波の信号を意味するものとして記載する。
【００１２】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部は、検出した音響波に基づいて、ＲＦ信号を生成するとともに、ＲＦ信号が検波処理された検波信号からなる光音響波信号を生成するように構成されており、画像化部は、検波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の検波信号に基づいて取得される差異データに基づいて、光音響波画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、検波信号は、ＲＦ信号に比べて、データの容量が小さいので、差異データの容量を小さくすることができる。その結果、差異データを格納するための画像化部のメモリの容量の大型化を抑制することができる。
【００１３】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光音響波画像を表示する表示部をさらに備え、画像化部は、所定の時間間隔ごとに光音響波信号を取得するとともに、互いに異なる時間間隔を有する複数の所定の時間間隔を設定して、複数の所定の時間間隔のそれぞれに対応する光音響波画像を生成して、生成された光音響波画像のうちの最も画像鮮明度が高い光音響波画像を選択して、選択された光音響波画像を表示部に出力するように構成されている。このように構成すれば、検出対象物の動き（速度など）によって最も画像鮮明度が高くなる時間間隔が異なる場合でも、最も画像鮮明度が高い状態で、光音響波画像を、ユーザに視認させることができる。
【００１４】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、画像化部は、複数の光音響波画像を生成するとともに、複数の光音響波画像のそれぞれの光音響波画像に含まれるノイズ成分を低減する処理、または、それぞれの光音響波画像に含まれるシグナル成分を増強する処理のうちの少なくとも一方の処理を行う非線形処理を行うとともに、非線形処理された複数の光音響波画像を互いに合成するように構成されている。このように構成すれば、非線形処理により、光音響波画像におけるノイズ成分に対するシグナル成分を大きくした状態で、光音響波画像を生成することができる。そして、非線形処理された複数の光音響波画像を互いに合成することにより、検出対象物の動きの軌跡がより強調された状態の光音響波画像を生成することができる。
【００１５】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光音響波画像を表示する表示部をさらに備え、画像化部は、差異データに基づいて生成された光音響波画像を互いに合成しない状態で所定の時間間隔ごとに表示部に出力するように構成されている。このように構成すれば、光音響波画像を互いに合成する処理を行わない分、画像化部の処理の負担を軽減することができる。
【００１６】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光音響波画像を表示する表示部をさらに備え、検出部は、被検体に照射するための超音波を生成するとともに、被検体に照射されて被検体の内部において反射された超音波を検出して、超音波検出信号を生成するように構成されており、画像化部は、差異データに基づいて生成される第１光音響波画像と、光音響波信号を画像化処理することにより取得される第２光音響波画像、または、超音波検出信号を画像化処理することにより取得される超音波画像の少なくとも一方の画像とを重ねて表示部に出力するように構成されている。このように構成すれば、検出対象物が被検体の内部に存在しているか否かを示す画像である第２光音響波画像および超音波画像の少なくとも一方の画像と、検出対象物が動いている状態を示す画像である第１光音響波画像とが重ねて表示部に表示されるので、被検体の内部における検出対象物の位置と、検出対象物の動きとを対応させてユーザに視認させることができる。
【００１７】
上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部は、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうちのいずれかの素子を含む。このように構成すれば、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子は、パルス光の照射の繰り返し周波数が約１０Ｈｚの固体レーザ光源と異なり、比較的高い繰り返し周波数（たとえば、１ｋＨｚ以上）により光を照射することができる。その結果、光を照射する時間間隔を小さくすることができるので、比較的短い時間で大きな距離を移動する（移動速度が大きい）検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像も生成することができる。
【００１８】
この発明の第２の局面による光音響画像化方法は、光源部から被検体に光を照射するステップと、光源部から被検体に照射された光が被検体の内部の検出対象物により吸収されることにより発生する音響波を検出して、光音響波信号を生成するステップと、光音響波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の光音響波信号に基づいて取得される信号の差異データを取得することにより、光音響波信号の強度が時間的に変化する部分を抽出することによって、検出対象物が動いている状態を示す光音響波画像を生成するステップとを備える。
【００１９】
この発明の第２の局面による光音響画像化方法では、上記のように、光音響波信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数の光音響波信号に基づいて取得される信号の差異データを取得することにより、光音響波信号の強度が時間的に変化する部分を抽出する。これにより、第２の局面による光音響画像化方法においても、光音響波信号に基づいて、被検体の内部の検出対象物が動いている状態を示すように光音響波画像を生成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上記のように、光音響波信号に基づいて、被検体の内部の検出対象物が動いている状態を示すように光音響波画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の全体構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による超音波振動子部の検出信号の取得を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態による受信回路の光音響波信号の生成を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光音響画像化装置の光音響波画像の生成に関与する部分のブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態による画像化部の差異データの生成を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態による画像化部の差異データの生成および再構成処理を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による画像化部の非線形処理を説明するための図（１）である。
【図８】本発明の第１実施形態による画像化部の非線形処理を説明するための図（２）である。
【図９】本発明の第１実施形態による複数の時間間隔を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による画像化部による画像分析処理を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による画像表示部に表示される表示画像を説明するための図（１）である。
【図１２】本発明の第１実施形態による画像表示部に表示される表示画像を説明するための図（２）である。
【図１３】本発明の第１実施形態による光音響波画像の画像化処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態による光音響画像化装置の光音響波画像の生成に関与する部分のブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による光音響画像化装置の光音響波画像の生成に関与する部分のブロック図である。
【図１６】本発明の第４実施形態による光音響画像化装置の光音響波画像の生成に関与する部分のブロック図である。
【図１７】本発明の第１実施形態の第３変形例による画像化部による非線形処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１〜図１２を参照して、本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００の全体構成について説明する。第１実施形態では、光音響画像化装置１００は、被検体Ｐ（人体など）の内部の検出対象物Ｐａ（血液など）が動いている状態を示す第１光音響波画像ＱＡを生成する機能を有する。
【００２４】
本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００には、図１に示すように、プローブ部１と装置本体部２とが設けられている。また、光音響画像化装置１００には、プローブ部１と装置本体部２とを接続するケーブル３が設けられている。
【００２５】
プローブ部１は、操作者により把持されながら被検体Ｐの表面（人体の体表など）上に配置されるように構成されている。そして、プローブ部１は、被検体Ｐに光を照射することが可能に構成されているとともに、被検体Ｐの内部の検出対象物Ｐａからの後述する音響波Ａおよび超音波Ｂ２を検出して、ケーブル３を介して、音響波Ａおよび超音波Ｂ２を検出信号Ｓとして装置本体部２に伝達するように構成されている。
【００２６】
装置本体部２は、プローブ部１により検出された検出信号Ｓ（後述する光音響波信号ＳＡおよび超音波信号ＳＢ）を処理して画像化するとともに、画像化された音響波Ａ（後述する第１光音響波画像ＱＡおよび第２光音響波画像ＱＣ）および超音波Ｂ２（超音波画像ＱＢ）を表示するように構成されている。
【００２７】
そして、第１実施形態では、光音響画像化装置１００は、光音響波信号ＳＡのうちの検出された時間が互いに異なる複数の光音響波信号ＳＡに基づいて取得される信号の差異データＤを取得することにより、光音響波信号ＳＡ（音響波Ａ）の強度が時間的に変化する部分を抽出することによって、検出対象物Ｐａが動いている状態を示す光音響波画像ＱＡを生成するように構成されている。
【００２８】
次に、光音響画像化装置１００の装置構成について詳細に説明する。
【００２９】
プローブ部１には、光源部１１が設けられている。ここで、第１実施形態では、光源部１１は、複数の発光ダイオード素子１１ａを含む。発光ダイオード素子１１ａは、後述する光源駆動部２１から電力を供給されることにより赤外域の波長（たとえば、約８５０ｎｍの波長）を有するパルス光を発光することが可能に構成されている。そして、光源部１１は、複数の発光ダイオード素子１１ａから発光された光を被検体Ｐに照射するように構成されている。
【００３０】
装置本体部２には、光源駆動部２１が設けられている。光源駆動部２１は、外部電源（図示せず）から電力を取得するように構成されている。そして、光源駆動部２１は、後述する制御部２２からの光トリガ信号に基づいて、光源部１１に電力を供給するように構成されている。光トリガ信号は、たとえば、周波数が１ｋＨｚの信号として構成されている。これにより、光源部１１は、繰り返し周波数が１ｋＨｚのパルス光を被検体Ｐに照射するように構成されている。なお、光源駆動部２１は、周波数が１ｋＨｚ以上の光トリガ信号を取得した場合でも周波数が１ｋＨｚ以上の電力を光源部１１に供給することが可能に構成されている。
【００３１】
また、装置本体部２には、制御部２２と画像表示部２３と操作部２４とが設けられている。制御部２２は、光音響画像化装置１００の各部の動作の制御を行うように構成されている。画像表示部２３は、後述する画像化部２５により生成された第１光音響波画像ＱＡ、第２光音響波画像ＱＣおよび超音波画像ＱＢを表示することが可能に構成されている。操作部２４は、光音響画像化装置１００に対する操作者からの入力操作を受け付けるように構成されている。たとえば、制御部２２は、操作部２４からの操作者による入力操作情報に基づいて、後述するように画像表示部２３に表示される画像の種類を切り替える処理などを行うように構成されている。
【００３２】
また、プローブ部１には、超音波振動子部１２が設けられている。図２に示すように、超音波振動子部１２は、Ｎチャンネル（Ｎ個）の圧電素子（たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））を含む。なお、超音波振動子部１２のチャンネル数Ｎは、たとえば、６４、１２８、１９２または２５６となるように構成されている。また、超音波振動子部１２の素子間隔は、数１０μｍ〜１ｍｍである。これにより、たとえば、光音響画像化装置１００の画像化の分解能は、数１０μｍオーダから数ｍｍオーダとなる。なお、超音波振動子部１２は、本発明の「検出部」の一例である。
【００３３】
ここで、プローブ部１から被検体Ｐに照射されたパルス光は、被検体Ｐ内の検出対象物Ｐａ（たとえば、血液中のヘモグロビン等）により吸収される。そして、検出対象物Ｐａが、パルス光の照射強度（吸収量）に応じて、膨張および収縮する（膨張した大きさから元の大きさに戻る）ことによって、検出対象物Ｐａから音響波Ａが生じる。
【００３４】
そして、第１実施形態では、超音波振動子部１２は、光源部１１から被検体Ｐに照射された光が被検体Ｐの内部の検出対象物Ｐａにより吸収されることにより発生する音響波Ａを検出して、検出信号Ｓを取得するように構成されている。
【００３５】
具体的には、超音波振動子部１２のＮチャンネルの圧電素子は、音響波Ａを取得した際に、それぞれ振動して検出信号Ｓ（ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号）を取得するように構成されている。したがって、検出信号Ｓ（ＲＦ信号）には、圧電素子のチャンネルの情報と、信号強度、信号周波数および検出時間ｔの情報とが含まれる。なお、圧電素子のチャンネルの情報は、超音波振動子部１２の幅方向の位置情報に対応し、検出時間ｔは、検出物Ｐの深さ方向の位置情報に対応する。そして、超音波振動子部１２は、取得した検出信号Ｓ（ＲＦ信号）を各チャンネルごとに、信号線Ｌ１〜ＬＮを介して、それぞれ受信回路２６に伝達するように構成されている。
【００３６】
また、第１実施形態では、図１に示すように、超音波振動子部１２は、被検体Ｐに照射するための超音波Ｂ１を生成するとともに、被検体Ｐに照射されて被検体Ｐの内部において反射された超音波Ｂ２を検出して、検出信号Ｓを生成するように構成されている。
【００３７】
超音波振動子部１２は、制御部２２からの振動子駆動信号に応じた周波数で振動することにより超音波Ｂ１を発生させるように構成されている。そして、超音波振動子部１２により発生した超音波Ｂ１は、被検体Ｐの内部の音響インピーダンスが高い物質により反射される。超音波Ｂ２（超音波Ｂ１が反射されたもの）は、超音波振動子部１２により検出され、超音波振動子部１２は、超音波Ｂ２により振動するように構成されている。そして、超音波振動子部１２は、超音波Ｂ２により振動した場合も、音響波Ａにより振動した場合と同様に、検出信号Ｓを受信回路２６に伝達するように構成されている。なお、本明細書では、説明の都合上、被検体Ｐの内部の検出対象物Ｐａが光を吸収することにより発生する超音波を「音響波Ａ」として、超音波振動子部１２により発生されるとともに、被検体Ｐの内部で反射された超音波を「超音波Ｂ２」として区別して記載している。
【００３８】
また、装置本体部２には、受信回路２６が設けられている。受信回路２６は、超音波振動子部１２にケーブル３を介して接続されている。ここで、第１実施形態では、図３に示すように、受信回路２６は、超音波振動子部１２からの検出信号Ｓに基づいて、ＲＦ信号からなる光音響波信号ＳＡを生成するように構成されている。なお、受信回路２６は、本発明の「検出部」の一例である。
【００３９】
具体的には、受信回路２６は、カップリングコンデンサおよびＡ／Ｄコンバータ等を含む。受信回路２６のカップリングコンデンサは、超音波振動子部１２から検出信号Ｓの交流成分を取得するように構成されている。受信回路２６のＡ／Ｄコンバータは、検出信号（アナログ信号）を、デジタル信号に変換するように構成されている。そして、受信回路２６は、制御部２２からのサンプリングトリガ信号（たとえば、サンプリング数がＭ）に応じて、検出信号Ｓから光音響波信号ＳＡおよび超音波信号ＳＢを生成するように構成されている。
【００４０】
たとえば、図３に示すように、光音響波信号ＳＡは、超音波振動子部１２の幅方向に関する情報と、被検体Ｐの表面からの深さ方向に関する情報とをマトリクス状に構成したデータからなる。具体的には、光音響波信号ＳＡは、超音波振動子部１２の圧電素子のチャンネルＮと、サンプリング数Ｍとのマトリクスにより構成されている。ここで、サンプリング数Ｍは、画像化を所望する深さに対応する。たとえば、画像化を所望する深さを被検体Ｐの表面から６０ｍｍ（０．０６ｍ）とし、人体内の音速を１５００ｍ／ｓとし、サンプリングトリガ信号のサンプリング周波数を２０×１０６Ｈｚとする場合には、サンプリング数Ｍは、８００（＝（０．０６／１５００）×２０×１０６）となる。このサンプリング数Ｍは、深さ方向の画素数を示している。なお、上記の計算例の場合には、深さ方向に８００個の画素数を有することになる。また、光音響波信号ＳＡは、光源部１１による１回のパルス光の照射につき、１つ生成される。また、超音波信号ＳＢも、光音響波信号ＳＡと同様に生成され、１回の超音波Ｂ１の照射につき、１つ生成される。また、光音響波信号ＳＡおよび超音波信号ＳＢは、いわゆる投影信号である。
【００４１】
そして、受信回路２６は、光音響波信号ＳＡおよび超音波信号ＳＢを画像化部２５に伝達するように構成されている。なお、光音響画像化装置１００は、光源部１１によりパルス光を被検体Ｐに照射して音響波Ａ１を発生させるとともに、音響波Ａ１を超音波振動子部１２により取得する期間と、超音波振動子部１２により超音波Ｂ１を被検体Ｐに照射して、超音波Ｂ２を超音波振動子部１２により取得する期間とを、重複させないように構成することにより、音響波Ａ１に基づいた検出信号Ｓと超音波Ｂ２に基づいた検出信号Ｓとを区別することが可能に構成されている。
【００４２】
ここで、第１実施形態では、図４および図５に示すように、画像化部２５は、時間間隔Ｔごとに光音響波信号ＳＡを取得するとともに、取得した光音響波信号ＳＡ（現在の光音響波信号ＳＡ）に基づく信号と直前に取得した光音響波信号ＳＡ（直前の光音響波信号ＳＡ）に基づく信号との差分処理を行うことにより差異データＤを取得して、取得した差異データＤに基づいて、第１光音響波画像ＱＡを生成するように構成されている。なお、時間間隔Ｔは、本発明の「所定の時間間隔」の一例である。
【００４３】
また、第１実施形態では、光音響画像化装置１００は、時間間隔Ｔが０．１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下に設定可能に構成されている。そして、第１実施形態では、光音響画像化装置１００は、時間間隔Ｔを、１ｍｓｅｃ以上５０ｍｓｅｃ以下に設定されている。
【００４４】
具体的には、図４に示すように、画像化部２５には、第１メモリ３０と第２メモリ３１と第３メモリ３２とが設けられている。第１メモリ３０は、受信回路２６から光音響波信号ＳＡを取得するように構成されている。そして、第１メモリ３０は、取得した光音響波信号ＳＡを記憶するように構成されている。また、第１メモリ３０は、所定の数の光音響波信号ＳＡを平均化処理するように構成されている。
【００４５】
そして、第１メモリ３０は、制御部２２からの制御信号に基づいて、光音響波信号ＳＡを、第２メモリ３１および第３メモリ３２（図４参照）に対して、時間間隔Ｔごと、それぞれ交互に、光音響波信号ＳＡを伝達するように構成されている。すなわち、取得した光音響波信号ＳＡを第２メモリ３１に伝達した後、時間間隔Ｔ経過後に、次に取得した光音響波信号ＳＡを第３メモリ３２に伝達し、さらに時間間隔Ｔ経過後に、さらに次に取得した光音響波信号ＳＡを第２メモリ３１に伝達するように構成されている。
【００４６】
また、第１メモリ３０は、制御部２２からの制御信号に基づいて、時間間隔Ｔおよび上記の平均化処理する所定の数を変更可能に構成されている。
【００４７】
たとえば、図５（ａ）では、第１メモリ３０が、平均化処理をせずに（所定の数が１として）、受信回路２６から光音響波信号ＳＡを取得するごと（時間間隔Ｔごと）に、取得した光音響波信号ＳＡを、第２メモリ３１および第３メモリ３２に対して、それぞれ交互に伝達する例を示している。この場合、図５（ａ）では、後述する図５（ｂ）および（ｃ）に比べて、平均化処理をしない分、時間間隔Ｔをより短い時間に設定することが可能である。
【００４８】
図５（ｂ）では、第１メモリ３０が、３つの光音響波信号ＳＡの平均化処理を行うとともに、受信回路２６から３つの光音響波信号ＳＡを取得するごと（時間間隔Ｔごと）に、平均化処理された光音響波信号ＳＡを、第２メモリ３１および第３メモリ３２に対して、それぞれ交互に伝達する例を示している。この場合、図５（ｂ）では、図５（ａ）の場合と異なり、平均化処理によって光音響波信号ＳＡのシグナルノイズ比が向上された状態で、第２メモリ３１および第３メモリ３２に対して光音響波信号ＳＡを伝達することが可能である。
【００４９】
図５（ｃ）では、第１メモリ３０が、５つの光音響波信号ＳＡの平均化処理を行うとともに、受信回路２６から９つの光音響波信号ＳＡを取得するごと（時間間隔Ｔごと）に、平均化処理された光音響波信号ＳＡを、第２メモリ３１および第３メモリ３２に対して、それぞれ交互に伝達する例を示している。平均化処理される５つの光音響波信号ＳＡは、上記９つの光音響波信号ＳＡのうちの連続して取得される５つの光音響波信号ＳＡである。この場合、図５（ｃ）では、図５（ｂ）の場合と異なり、直前の光音響波信号ＳＡと現在の光音響波信号ＳＡとの間に時間間隔ＴＡが生じる。これにより、時間間隔ＴＡが生じる分、直前の光音響波信号ＳＡと現在の光音響波信号ＳＡとの差異が大きくなるので、後述する差異データＤ（第１光音響波画像ＱＡ）をより鮮明な状態で生成することが可能になる。
【００５０】
なお、上記の平均化処理の所定の数は、３および５以外の数でもよく、検出対象物Ｐａの速度や、光音響波信号ＳＡにおけるノイズ成分の大きさ等から適切に設定するのが好ましい。また、図５に示されている各光音響波信号ＳＡは、後述するように第２再構成部３７に伝達され、第２再構成部３７による第２光音響波画像ＱＣの生成の際に用いられる。
【００５１】
図６に示すように、画像化部２５は、第１メモリ３０から、第２メモリ３１と第３メモリ３２とにそれぞれ伝達された、ＲＦ信号からなる光音響波信号ＳＡを、時間間隔Ｔごとに、互いに差分処理して、差異データＤを生成するように構成されている。すなわち、差異データＤは、画像化部２５が取得した光音響波信号ＳＡに基づく信号と直前に取得した光音響波信号ＳＡに基づく信号との差分処理を行うことにより得られる。なお、図６では、説明のために、第２メモリ３１および第３メモリ３２に格納されている光音響波信号ＳＡを、画像化されたように図示しているが、第１実施形態では、第２メモリ３１および第３メモリ３２には、光音響波信号ＳＡは、投影信号の状態（図３参照）で記憶されている。
【００５２】
画像化部２５は、差分処理として、第２メモリ３１からの光音響波信号ＳＡと、第３メモリ３２からの光音響波信号ＳＡとの信号差分値を算出するように構成されている。たとえば、画像化部２５は、第２メモリ３１からの光音響波信号ＳＡのある座標点の信号値をＸとし、第３メモリ３１からの光音響波信号ＳＡの対応する座標点の信号値をＹとした場合に、Ｘ−ＹまたはＹ−Ｘとして算出する。
【００５３】
そして、差異データＤは、検出対象物Ｐａが動いていない部分（たとえば、図６中の物体Ｐｂ）のデータは差分されてなくなり、検出対象物Ｐａが動いている部分（たとえば、図６中の血液Ｐｃ）のデータは残存する状態で生成される。すなわち、差異データＤは、光音響波信号ＳＡの強度が時間的に変化する部分が抽出されたデータとして生成される。
【００５４】
第１再構成部３３は、取得した差異データＤに基づいて、検出対象物Ｐａが動いている状態を示す第１光音響波画像ＱＡを生成するように構成されている。具体的には、第１再構成部３３は、投影信号として構成される差異データＤを、解析的手法の処理（たとえば、ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｂａｃｋ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法などによる逆投影処理）により、第１光音響波画像ＱＡに再構成するように構成されている。すなわち、第１再構成部３３は、差異データＤに含まれる投影信号の情報に基づいて、検出対象物Ｐａの空間的位置に対応する画像データ（第１光音響波画像ＱＡ）を生成するように構成されている。
【００５５】
そして、図４に示すように、第１再構成部３３は、再構成され画像化された第１光音響波画像ＱＡを非線形処理部３４に伝達するように構成されている。
【００５６】
ここで、第１実施形態では、図７および図８に示すように、非線形処理部３４は、第１再構成部３３により再構成された複数の第１光音響波画像ＱＡのそれぞれの第１光音響波画像ＱＡに含まれるノイズ成分を低減する処理、および、それぞれの第１光音響波画像ＱＡに含まれるシグナル成分を増強する処理を行う非線形処理を行うように構成されている。そして、画像化部２５は、非線形処理された複数の第１光音響波画像ＱＡを互いに合成するように構成されている。
【００５７】
たとえば、図７に示すように、非線形処理部３４は、ａを光音響波信号ＳＡの振幅Ｗの関数（−１≦ａ≦＋１）として、下記の式（１）に示される補正係数Ｚ（０≦Ｚ≦２）を第１光音響波画像ＱＡの各データの値に対して乗算することにより、第１光音響波画像ＱＡの非線形処理を行う。
Ｚ＝ａ（Ｗ）＋１  ・・・  （１）
【００５８】
図７（ａ）は、光音響波信号ＳＡの頻度分布例を示している。図７（ｂ）は、上記の式（１）に示される補正係数Ｚを示している。この場合、たとえば、ａ（Ｗ）は、振幅Ｗの大きさに対して一次関数の関係を有するように設定されている。そして、図７（ｃ）は、補正係数Ｚが乗算された（非線形処理）された後の光音響波信号ＳＡの頻度分布例を示している。すなわち、非線形処理部３４は、第１光音響波画像ＱＡのデータの値の振幅の大きさに応じて、振幅が大きい信号ほど信号強度を増強する（さらに振幅を大きくする）処理を行い、振幅が小さい信号ほど信号強度を低減する（さらに振幅を小さくする）処理を行う。
【００５９】
具体的には、第１光音響波画像ＱＡのデータの値が所定の振幅Ｗよりも大きい（ａ＞１）場合には、信号強度が増強され、第１光音響波画像ＱＡのデータの値が所定の振幅Ｗよりも小さい（ａ＜１）場合には、信号強度が低減される。
【００６０】
これにより、非線形処理部３４は、第１光音響波画像ＱＡにおいて、一般的にノイズ成分となる小さな振幅の信号成分を低減し、シグナル成分となる大きな振幅の信号成分を増強する。また、図８に示すように、第１光音響波画像ＱＡのうちのシグナル成分（たとえば、Ｐｃ）は、強調されるとともに、第１光音響波画像ＱＡのうちのノイズ成分（たとえば、Ｐｄ）が除去される。そして、第１光音響波画像ＱＡのうちのシグナル成分のエッジ部分が強調される。
【００６１】
また、画像化部２５の非線形処理部３４は、複数（図８では３枚）の第１光音響波画像ＱＡを、それぞれ上記した非線形処理を行う。そして、画像化部２５は、非線形処理された複数の第１光音響波画像ＱＡを合成するように構成されている。これにより、検出対象物Ｐａの動きを示す第１光音響波画像ＱＡが合成されるので、合成された第１光音響波画像ＱＡには、検出対象物Ｐａの動きの軌跡の情報が含まれる。そして、合成された第１光音響波画像ＱＡを後述する画像分析部３５（図４参照）に伝達するように構成されている。
【００６２】
ここで、第１実施形態では、図９および図１０に示すように、光音響画像化装置１００は、互いに異なる時間間隔を有する複数の時間間隔Ｔ（たとえば、時間間隔Ｔ１〜Ｔ４）を設定可能に構成されている。また、画像化部２５は、時間間隔Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれに対応する第１光音響波画像ＱＡを生成して、生成された第１光音響波画像ＱＡのうちの最も画像鮮明度が高い第１光音響波画像ＱＡを選択して、選択された第１光音響波画像ＱＡを表示部２５に出力するように構成されている。以下、具体的に説明する。
【００６３】
たとえば、図９に示すように、時間間隔ＴがＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４の関係を有するとする。画像化部２５は、図１０に示すように、時間間隔Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれの第１光音響波画像ＱＡを生成する。そして、画像化部２５には、画像分析部３５が設けられており、画像分析部３５は、時間間隔Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれに対応する第１光音響波画像ＱＡについて、それぞれのＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値Ｖ１〜Ｖ４を算出するように構成されている。すなわち、画像分析部３５は、第１光音響波画像ＱＡにおける各画素の値がそれぞれ２乗されたものに対する平均値を算出するように構成されている。たとえば、動いている検出対象物Ｐａが不鮮明な状態であれば、ＲＭＳ値が小さくなり、動いている検出対象物Ｐａが鮮明であれば、ＲＭＳ値が大きくなる。
【００６４】
ここで、たとえば、時間間隔Ｔ３の第１光音響波画像ＱＡのＲＭＳ値Ｖ３が、ＲＭＳ値Ｖ１〜Ｖ４のうちの最も大きな値である場合には、画像分析部３５は、最も画像鮮明度が高い画像として、時間間隔Ｔ３の第１光音響波画像ＱＡを選択して画像合成部３６に伝達する。また、画像分析部３５は、時間間隔Ｔのうちの時間間隔Ｔ３が最も画像鮮明度が高い画像を生成する時間間隔であることを示す情報を画像合成部３６または制御部２２に伝達する。
【００６５】
ここで、第１実施形態は、図４に示すように、画像化部２５の画像合成部３６は、差異データＤに基づいて生成される第１光音響波画像ＱＡと、光音響波信号ＳＡを画像化処理することにより取得される第２光音響波画像ＱＣ、または、超音波Ｂ２に基づいた検出信号Ｓを画像化処理することにより取得される超音波画像ＱＢとを重ねて画像表示部２３に出力するように構成されている。以下、具体的に説明する。
【００６６】
画像化部２５には、第２再構成部３７が設けられている。第２再構成部３７は、第１メモリ３０から光音響波信号ＳＡを取得して、取得した光音響波信号ＳＡを第２光音響波画像ＱＣに再構成するように構成されている。すなわち、第２光音響波画像ＱＣは、差異データＤに基づいて生成された第１光音響波画像ＱＡと異なり、被検体Ｐの内部の検出対象物Ｐａが存在しているか否かを示す画像である。そして、第２再構成部３７は、生成した第２光音響波画像ＱＣを画像合成部３６に伝達するように構成されている。
【００６７】
画像化部２５には、超音波画像化部３８が設けられている。超音波画像化部３８は、受信回路２６から超音波信号ＳＢを取得して、取得した超音波信号ＳＢを超音波画像ＱＢに再構成するように構成されている。すなわち、超音波画像ＱＢは、差異データＤに基づいて生成された第１光音響波画像ＱＡと異なり、被検体Ｐの内部の検出対象物Ｐａが存在しているか否かを示す画像である。そして、超音波画像化部３８は、生成した超音波画像ＱＢを画像合成部３６に伝達するように構成されている。
【００６８】
画像合成部３６は、上記した第１光音響波画像ＱＡと、第２光音響波画像ＱＣと、超音波画像ＱＢとを取得するとともに、制御部２２の指令に基づいて、取得した画像を合成して表示画像ＱＤを生成するように構成されている。すなわち、画像合成部３６は、操作者が選択した所望の画像および画像の合成方法により、検出対象物Ｐａの画像を画像表示部２３に表示させることが可能に構成されている。
【００６９】
具体的には、制御部２２は、操作者の操作部２４の入力操作に基づいて、第１光音響波画像ＱＡのみを画像表示部２３に出力させる制御信号、第１光音響波画像ＱＡと第２光音響波画像ＱＣとを合成して画像表示部２３に出力させる制御信号、第１光音響波画像ＱＡと超音波画像ＱＢとを合成して画像表示部２３に出力させる制御信号、および、第１光音響波画像ＱＡと第２光音響波画像ＱＣと超音波画像ＱＢとを合成して画像表示部２３に出力させる制御信号のいずれかを画像化部２５（画像合成部３６）に伝達するように構成されている。
【００７０】
そして、図１１に示すように、画像合成部３６は、各画像を合成して表示画像ＱＤを生成する際に、複数の画像を重ねて１つの画面に表示するか、または、図１２のように、複数の画像を並べて１つの画面に表示するかを選択可能に構成されている。たとえば、図１１では、第１光音響波画像ＱＡと第２光音響波画像ＱＣとが重なるように合成された表示画像ＱＤが、画像表示部２３に表示されている状態を示している。この場合、第１光音響波画像ＱＡをカラー表示（たとえば、赤色）によって、第２光音響波画像ＱＣを白黒表示によって画像表示部２３に表示することで、より視認性を向上させることが可能になる。また、図１２では、第１光音響波画像ＱＡと第２光音響波画像ＱＣとが並べて表示されるように合成された表示画像ＱＤが、画像表示部２３に表示されている状態を示している。
【００７１】
また、複数の時間間隔Ｔ（たとえば、時間間隔Ｔ１〜Ｔ４）が設定されている場合には、画像合成部３６は、各画像を合成して表示画像ＱＤを生成する際に、複数の時間間隔Ｔのうちのどの時間間隔Ｔが最も画像鮮明度が高い光音響波画像ＱＡを生成することが可能かを示す情報（最も画像鮮明度が高い画像を生成する時間間隔を示す情報）を、上記表示画像ＱＤと共に、画像表示部２３に出力するように構成されている。
【００７２】
次に、図１３を参照して、第１実施形態による光音響画像化装置１００の第１光音響波画像ＳＡの画像化処理フローについて説明する。光音響画像化装置１００における処理は、制御部２２および画像化部２５により行われる。
【００７３】
まず、ステップＳ１において、光源部１１から被検体Ｐに対してパルス光の照射が行われる。その後、ステップＳ２に進む。
【００７４】
そして、ステップＳ２において、超音波振動子部１２により音響波Ａが検出され、検出信号Ｓが取得（図２参照）される。その後、ステップＳ３に進む。
【００７５】
そして、ステップＳ３において、受信回路２６により、検出信号Ｓに基づいて光音響波信号ＳＡの生成（図３参照）が行われる。その後、ステップＳ４に進む。
【００７６】
そして、ステップＳ４において、画像化部２５により、光音響波信号ＳＡに基づいて差異データＤ（図６参照）が生成される。その後、ステップＳ５に進む。
【００７７】
そして、ステップＳ５において、画像化部２５の第１再構成部３３により、差異データＤの再構成処理が行われ、第１光音響波画像ＱＡが生成される。その後、ステップＳ６に進む。
【００７８】
そして、ステップＳ６において、画像化部２５の非線形処理部３４により、第１光音響波画像ＱＡに対して非線形処理（図７および図８）が行われる。また、所定の数（たとえば３）の第１光音響波画像ＱＡ同士が合成される。その後、ステップＳ７に進む。
【００７９】
そして、ステップＳ７において、画像分析部３５により、複数の第１光音響波画像ＳＡのうちの最も画像鮮明度が高い第１光音響波画像ＳＡの選択する画像分析処理（図１０参照）が行われる。その後、ステップＳ８に進む。
【００８０】
そして、ステップＳ８において、画像合成部３６により、第１光音響波画像ＱＡと、第２光音響波画像ＱＣまたは超音波画像ＱＢとを合成して、表示画像ＱＤが生成される。その後、ステップＳ９に進む。
【００８１】
そして、ステップＳ９において、画像表示部２３により、表示画像ＱＤ（図１１および図１２）が表示される。その後、ステップＳ１に戻る。
【００８２】
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００８３】
第１実施形態では、上記のように、光音響画像化装置１００を、光音響波信号ＳＡのうちの検出された時間が互いに異なる複数の光音響波信号ＳＡに基づいて取得される信号の差異データＤを取得することにより、検出対象物Ｐａが動いていない部分のデータはなくなる一方、検出対象物Ｐａが動いている部分のデータは残存するので、光音響波信号ＳＡの強度が時間的に変化する部分を抽出することができる。これにより、光音響波信号ＳＡに基づいて、被検体Ｐの内部の検出対象物Ｐａが動いている状態を示す第１光音響波画像ＱＡ（表示画像ＱＤ）を生成することができる。
【００８４】
また、第１実施形態では、上記のように、画像化部２５を、時間間隔Ｔごとに光音響波信号ＳＡを取得するとともに、取得した光音響波信号ＳＡに基づく信号と直前に取得した光音響波信号ＳＡに基づく信号との差分処理を行うことにより差異データＤを取得して、取得した差異データＤに基づいて、光音響波画像ＳＡを生成するように構成する。これにより、取得した光音響波信号ＳＡに基づく信号と直前に取得した光音響波信号ＳＡに基づく信号との差異データＤが取得されるので、光音響波信号ＳＡを取得するごとに、容易に差異データＤを取得することができる。また、時間間隔Ｔごとに光音響波信号ＳＡを取得するので、時間間隔Ｔの間に移動した被検体Ｐの内部の検出対象物Ｐａの第１光音響波画像ＱＡを、連続的に繰り返して生成することができる。
【００８５】
また、第１実施形態では、上記のように、時間間隔Ｔを、０．１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下に設定可能に構成する。ここで、人体（被検体Ｐ）の内部の血液（検出対象物Ｐａ）の血流速度は、一般的に１ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下である。また、第１実施形態による光音響画像化装置１００の画像化の分解能は、数１０μｍオーダから数ｍｍオーダである。この点を考慮して、第１実施形態では、時間間隔Ｔを０．１ｍｓｅｃ以上に設定可能に構成するので、上記の血液が移動する距離は、０．１μｍ以上１００μｍ以下となる。これにより、比較的血流速度が大きい血液（たとえば、血流速度１０００ｍｍ／ｓ）を、光音響画像化装置１００の画像化の分解能に対応させた状態で、観測することができる。また、第１実施形態では、時間間隔Ｔを１００ｍｓｅｃ以下に設定可能に構成するので、上記の血液が移動する距離は、１００μｍ以上１００ｍｍ以下となる。これにより、比較的血流速度が小さい血液（たとえば、血流速度１ｍｍ／ｓ）を、光音響画像化装置１００の画像化の分解能に対応させた状態で観測することができる。したがって、時間間隔Ｔを０．１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下に設定することにより、光音響画像化装置１００の画像化の分解能に対応させた状態で、適切に人体の血液の動きを示す第１光音響波画像ＱＡを生成することができる。
【００８６】
また、第１実施形態では、上記のように、時間間隔Ｔを、１ｍｓｅｃ以上５０ｍｓｅｃ以下に設定する。これにより、時間間隔Ｔを、１ｍｓｅｃに設定した場合には、上記した血流が移動する距離は、１μｍ〜１ｍｍ、５０ｍｓｅｃに設定した場合には、上記した血流が移動する距離は、５０μｍ〜５０ｍｍとなり、より光音響画像化装置１００の画像化の分解能に対応させた状態で第１光音響波画像ＱＡを生成することができる。
【００８７】
また、第１実施形態では、上記のように、超音波振動子部１２および受信回路２６を、検出した音響波Ａに基づいて、ＲＦ信号からなる光音響波信号ＳＡを生成（図２および図３参照）するように構成して、画像化部２５を、ＲＦ信号（光音響波信号ＳＡ）のうちの検出された時間が互いに異なる複数のＲＦ信号（光音響波信号ＳＡ）に基づいて取得される差異データＤに基づいて、第１光音響波画像ＱＡを生成するように構成する。ここで、一般的に、ＲＦ信号を検波処理する際に、ＲＦ信号に含まれる微細な情報（信号の位相を示す情報など）が消失してしまう場合がある。これに対して、第１実施形態のように、ＲＦ信号のうちの検出された時間が互いに異なる複数のＲＦ信号に基づいて取得される差異データＤに基づいて、第１光音響波画像ＱＡを生成するので、ＲＦ信号に含まれる微細な情報が消失されることなく、第１光音響波画像ＱＡ（表示画像ＱＤ）を生成することができる。その結果、検出対象物Ｐａの動きが忠実に示された第１光音響波画像ＱＡを生成することができる。
【００８８】
また、第１実施形態では、上記のように、画像化部２５を、時間間隔Ｔごとに光音響波信号ＳＡを取得するとともに、互いに異なる時間間隔を有する複数の時間間隔Ｔ（時間間隔Ｔ１〜Ｔ４）を設定して、複数の時間間隔Ｔ（時間間隔Ｔ１〜Ｔ４）のそれぞれに対応する第１光音響波画像ＱＡを生成して、生成された第１光音響波画像ＱＡのうちの最も画像鮮明度が高い第１光音響波画像ＱＡを選択して、選択された第１光音響波画像ＱＡを画像表示部２３に出力するように構成する。これにより、検出対象物Ｐａの動き（速度など）によって、最も画像鮮明度が高くなる時間間隔Ｔが異なる場合でも、最も画像鮮明度が高い状態で、第１光音響波画像ＱＡを、操作者（ユーザ）に視認させることができる。
【００８９】
また、第１実施形態では、上記のように、画像化部２５を、複数の第１光音響波画像ＱＡを生成するとともに、複数の第１光音響波画像ＱＡのそれぞれの第１光音響波画像ＱＡに含まれるノイズ成分を低減する処理、または、それぞれの第１光音響波画像ＱＡに含まれるシグナル成分を増強する処理のうちの少なくとも一方の処理を行う非線形処理を行うとともに、非線形処理された複数の第１光音響波画像ＱＡを互いに合成するように構成する。これにより、非線形処理により、第１光音響波画像ＱＡにおけるノイズ成分に対するシグナル成分を大きくした状態で、第１光音響波画像ＱＡを生成することができる。そして、非線形処理された複数の第１光音響波画像ＱＡを互いに合成することにより、検出対象物Ｐａの動きの軌跡がより強調された状態の第１光音響波画像ＱＡを生成することができる。
【００９０】
また、第１実施形態では、上記のように、超音波振動子部１２を、被検体Ｐに照射するための超音波Ｂ１を生成するとともに、被検体Ｐに照射されて被検体Ｐの内部において反射された超音波Ｂ１を検出して、超音波信号ＳＢを生成するように構成する。また、画像化部２５を、差異データＤに基づいて生成される第１光音響波画像ＱＡと、光音響波信号ＳＡを画像化処理することにより取得される第２光音響波画像ＱＣ、または、超音波検出信号を画像化処理することにより取得される超音波画像ＱＢの少なくとも一方の画像とを重ねて画像表示部２３に出力するように構成する。これにより、検出対象物Ｐａが被検体Ｐの内部に存在しているか否かを示す画像である第２光音響波画像ＱＣおよび超音波画像ＱＢの少なくとも一方の画像と、検出対象物Ｐａの動いている状態を示す画像である第１光音響波画像ＱＡとが重ねて画像表示部２３に表示されるので、被検体Ｐの内部における検出対象物Ｐａの位置と、検出対象物Ｐａの動きとを対応させて操作者（ユーザ）に視認させることができる。
【００９１】
また、第１実施形態では、上記のように、光源部１１に、発光ダイオード素子１１ａを設ける。これにより、発光ダイオード素子１１ａは、パルス光の照射の繰り返し周波数が約１０Ｈｚの固体レーザ光源と異なり、比較的高い繰り返し周波数（たとえば、１ｋＨｚ以上）により光を照射することができる。その結果、光を照射する時間間隔を小さくすることができるので、比較的短い時間で大きな距離を移動する（移動速度が大きい）検出対象物が動いている状態を示す第１光音響画像ＱＡも生成することができる。
【００９２】
（第２実施形態）
次に、図１４を参照して、第２実施形態による光音響画像化装置２００の構成について説明する。第２実施形態では、受信回路によりＲＦ信号からなる光音響波信号を生成するように構成されていた第１実施形態による光音響画像化装置とは異なり、受信回路によりＲＦ信号が検波処理された検波信号からなる光音響波信号を生成するように構成されている。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
図１４に示すように、第２実施形態による光音響画像化装置２００には、受信回路２２６が設けられている。また、受信回路２２６は、検波回路２２６ａを含む。そして、検波回路２２６ａは、超音波振動子部１２から取得したＲＦ信号からなる検出信号Ｓを、検波処理するように構成されている。たとえば、検波回路２２６ａは、ＲＦ信号の波形における包絡線の成分（変調成分等を除いたもの）の信号である検波信号を取得する。そして、検波回路２２６ａは、検波信号からなる光音響波信号ＳＡを、第１実施形態による光音響画像化装置１００と同様に、画像化部２２５に伝達するように構成されている。また、画像化部２２５は、検波信号からなる光音響波信号ＳＡのうちの検出された時間が互いに異なる複数の検波信号からなる光音響波信号ＳＡに基づいて取得される差異データＤに基づいて、第１光音響波画像ＳＡを生成するように構成されている。
【００９４】
また、第２実施形態による光音響画像化装置２００のその他の構成は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【００９５】
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００９６】
第２実施形態では、上記のように、超音波振動子部１２を、検出した音響波Ａに基づいて、ＲＦ信号からなる検出信号Ｓを生成するとともに、受信回路２２６の検波回路２２６ａは、ＲＦ信号が検波処理された検波信号からなる光音響波信号ＳＡを生成するように構成する。そして、画像化部２２５を、検波信号からなる光音響波信号ＳＡのうちの検出された時間が互いに異なる複数の検波信号からなる光音響波信号ＳＡに基づいて取得される差異データＤに基づいて、第１光音響波画像ＱＡを生成するように構成する。これにより、検波信号は、ＲＦ信号に比べて、データの容量が小さいので、差異データの容量を小さくすることができる。その結果、差異データを格納するための画像化部２２５のメモリ（第１メモリ３０、第２メモリ３１および第３メモリ３２）の容量の大型化を抑制することができる。
【００９７】
また、第２実施形態による光音響画像化装置２００のその他の効果は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【００９８】
（第３実施形態）
次に、図１５を参照して、第３実施形態による光音響画像化装置３００の構成について説明する。第３実施形態では、画像化部により差異データが生成された後、第１再構成部により差異データが再構成処理されるように構成されていた第１実施形態による光音響画像化装置と異なり、第１再構成部により光音響波信号が再構成処理された後に、差異データが生成されるように構成されている。
【００９９】
図１５に示すように、第３実施形態による光音響画像化装置３００は、画像化部３２５が設けられている。画像化部３２５は、第１メモリ３３０と、第２メモリ３３１と、第３メモリ３３２と、第１再構成部３３３とを含む。ここで、第３実施形態では、画像化部３２５は、第１再構成部３３３により光音響波信号ＳＡが再構成処理された後に、差異データＤＡが生成されるように構成されている。
【０１００】
具体的には、第１メモリ３３０は、受信回路２６から取得した光音響波信号ＳＡを第１再構成部３３３に伝達するように構成されている。そして、第１再構成部３３３は、光音響波信号ＳＡを再構成処理して光音響波画像ＱＥを生成した後、時間間隔Ｔごとに、第２メモリ３３１および第３メモリ３３２に対して交互に光音響波画像ＱＥを伝達するように構成されている。第２メモリ３３１および第３メモリ３３２は、光音響波画像ＱＥを記憶するように構成されている。
【０１０１】
そして、画像化部３２５は、第２メモリ３３１および第３メモリ３３２から、それぞれ光音響波画像ＱＥを読み出して、光音響波画像ＱＥの差異データＤＡからなる第１光音響波画像ＱＦを生成するように構成されている。そして、光音響波画像ＱＥの差異データＤＡからなる第１光音響波画像ＱＦは、非線形処理部３４に伝達される。その他の処理は、第１実施形態による光音響画像化装置１００の処理と同様に処理される。
【０１０２】
また、第３実施形態による光音響画像化装置３００のその他の構成は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【０１０３】
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【０１０４】
第３実施形態では、上記のように、画像化部３２５を、第１再構成部３３３により光音響波信号ＳＡが再構成処理された後に、再構成処理された光音響波信号ＳＡ（光音響波画像ＱＥ）を第２メモリ３３１および第３メモリ３３２に記憶して、第２メモリ３３１および第３メモリ３３２から読み出した再構成処理された光音響波信号ＳＡに基づいて、差異データＤＡを生成するように構成する。ここで、一般的に、再構成処理される前のデータ容量に比べて、再構成処理される後のデータ容量の方が小さくなる。そこで、上記のように構成することにより、第２メモリ３３１および第３メモリ３３２に記憶される光音響波信号ＳＡ（光音響波画像ＱＥ）の容量が小さくなるので、第２メモリ３３１および第３メモリ３３２の大型化を抑制することができる。
【０１０５】
また、第３実施形態による光音響画像化装置３００のその他の効果は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【０１０６】
（第４実施形態）
次に、図１６を参照して、第４実施形態による光音響画像化装置４００の構成について説明する。第４実施形態では、画像化部により差異データに基づいて生成された第１光音響波画像を互いに合成した状態で画像表示部に出力するように構成されていた第１実施形態による光音響画像化装置と異なり、画像化部は、差異データに基づいて生成された第１光音響波画像を互いに合成しない状態で所定の時間間隔ごとに画像表示部に出力するように構成されている。
【０１０７】
図１６に示すように、第４実施形態による光音響画像化装置４００には、画像化部４２５と画像表示部４２３とが設けられている。そして、画像化部４２５は、第１再構成部４３３および画像合成部４３６を含むとともに、第１実施形態による画像化部２５に含まれていた非線形処理部３４および画像分析部３５を含まない。
【０１０８】
ここで、第４実施形態では、画像化部４２５は、差異データＤに基づいて生成された第１光音響波画像ＱＡを互いに合成しない状態で時間間隔Ｔごとに画像表示部４２３に出力するように構成されている。すなわち、第１再構成部４３３は、時間間隔Ｔごとに差異データＤに基づいて第１光音響波画像ＱＡを生成した後、時間間隔Ｔごとに第１光音響波画像ＱＡを画像合成部４３６に伝達する。そして、画像合成部４３６は、第１光音響波画像ＱＡと、第２光音響波画像ＱＣまたは超音波画像ＱＢとは、合成する一方、第１光音響波画像ＱＡ同士では、互いに合成せずに、表示画像ＱＧを生成するように構成されている。そして、画像合成部４３６は、時間間隔Ｔごとに表示画像ＱＧを、画像表示部４２３に伝達するように構成されている。そして、画像表示部４２３は、時間間隔Ｔごとに表示画像ＱＧを更新して表示するように構成されている。
【０１０９】
また、第４実施形態による光音響画像化装置４００のその他の構成は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【０１１０】
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【０１１１】
第４実施形態では、上記のように、画像化部４２５を、差異データＤに基づいて生成された第１光音響波画像ＱＡを互いに合成しない状態で時間間隔Ｔごとに画像表示部４２３に出力するように構成する。これにより、第１光音響波画像ＱＡを互いに合成する処理を行わない分、画像化部４２５の処理の負担を軽減することができる。
【０１１２】
また、第４実施形態による光音響画像化装置４００のその他の効果は、第１実施形態における光音響画像化装置１００と同様である。
【０１１３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１１４】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、本発明の光源部に発光ダイオード素子を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源部に発光ダイオード素子以外の発光素子を用いてもよい。たとえば、図１に示す第１変形例および第２変形例のように、発光素子として半導体レーザ素子５１１ａまたは有機発光ダイオード素子６１１ａを用いてもよい。
【０１１５】
ここで、第１変形例によるプローブ部５０１は、光源部５１１を含み、光源部５１１は、半導体レーザ素子５１１ａを含む。そして、半導体レーザ素子５１１ａは、被検体Ｐに光を照射可能に構成されている。この場合、半導体レーザ素子５１１ａは、発光ダイオード素子１１ａと比べて、比較的に指向性が高いレーザ光を被検体Ｐに照射することができるので、半導体レーザ素子５１１ａからの光の大部分を確実に被検体Ｐに照射することができる。
【０１１６】
また、第２変形例によるプローブ部６０１は、光源部６１１を含み、光源部６１１は、有機発光ダイオード素子６１１ａを含む。そして、有機発光ダイオード素子６１１ａは、被検体Ｐに光を照射可能に構成されている。この場合、有機発光ダイオード素子６１１ａは、薄型化が容易であり、光源部６１１を容易に小型化することができる。
【０１１７】
また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の差分処理として、第２メモリからの光音響波信号と、第３メモリからの光音響波信号との信号差分値（Ｘ−ＹまたはＹ−Ｘ）を算出する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、差分処理として、第２メモリからの光音響波信号と、第３メモリからの光音響波信号との信号差分値を算出すること以外の方法により差分処理を行ってもよい。たとえば、第２メモリからの光音響波信号と、第３メモリからの光音響波信号との比（Ｙ／Ｘ）から１を差分する処理（Ｙ／Ｘ−１）を差分処理として行う光音響画像化装置を構成してもよい。
【０１１８】
また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の取得した光音響波信号と直前に取得した光音響波信号との差分処理を行うことにより差異データを取得するように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、取得した光音響波信号と、直前以外に取得した光音響波信号との差分処理を行うことにより差異データを取得してもよい。たとえば、取得した光音響波信号と、所定の時間間隔が２つ以上前に取得した光音響波信号との差分処理を行うことにより差異データを取得してもよい。
【０１１９】
また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の所定の時間間隔を１ｍｓｅｃ以上５０ｍｓｅｃ以下に設定するように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、所定の時間間隔を１ｍｓｅｃ以上５０ｍｓｅｃ以下以外に設定してもよい。たとえば、所定の時間間隔を０．１ｍｓｅｃ以上１ｍｓｅｃ未満、または、５０ｍｓｅｃを超える時間間隔でかつ１００ｍｓｅｃ以下に設定してもよい。
【０１２０】
また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の非線形処理として、光音響波信号の振幅と一次関数の関係を有する補正係数を第１光音響波画像のデータ値に乗算する処理により、第１光音響波画像に含まれるノイズ成分を低減する処理、または、第１光音響波画像に含まれるシグナル成分を増強する処理を行うように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光音響波信号の振幅と一次関数の関係を有しない補正係数を第１光音響波画像のデータ値に乗算する処理により第１光音響波画像に含まれるノイズ成分を低減する処理、または、第１光音響波画像に含まれるシグナル成分を増強する処理を行うように構成してもよい。たとえば、図４および図１７に示す第３変形例のように、第１光音響波画像に含まれるノイズ成分をシュレショールド法による処理により低減するように構成してもよい。
【０１２１】
ここで、第３変形例による非線形処理部７３４のシュレショールド法による処理は、図４および図１７に示すように、第１光音響波画像のデータ値のうちの所定の振幅Ｗｔ以下の成分を除去する（ゼロにする）処理を行うように構成されている。これにより、非線形処理部７３４は、第１光音響波画像のノイズ成分を低減するように構成されている。
【０１２２】
たとえば、図１７に示すように、非線形処理部７３４は、ａを光音響波信号ＳＡの振幅Ｗの関数（−１≦ａ≦＋１）として、下記の式（２）に示される補正係数Ｚを第１光音響波画像ＱＡの各データの値に対して乗算することにより、第１光音響波画像ＱＡの非線形処理を行う。すなわち、下記の式（２）は、上記の（１）において、振幅Ｗ≧所定の振幅Ｗｔの場合、ａ＝１とし、振幅Ｗ＜所定の振幅Ｗｔの場合、ａ＝−１として表された状態である。
Ｚ＝２（Ｗ≧Ｗｔ），Ｚ＝０（Ｗ＜Ｗｔ）  ・・・  （２）
【０１２３】
また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の画像化部を、第１光音響波画像と、第２光音響波画像と、超音波画像とを全て生成可能に構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像化部を、少なくとも第１光音響波画像を生成可能に構成されていればよい。
【０１２４】
また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の再構成処理の方法として、ＦＢＰ法を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＦＢＰ法以外の方法を用いて再構成処理を行ってもよい。たとえば、整相加算法や、２次元フーリエ変換法などを用いて再構成処理を行ってもよい。
【０１２５】
また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の最も画像鮮明度が高い画像を生成する時間間隔を示す情報を視認可能に構成する例として、時間間隔そのものを画像表示部に表示する例（図１１および図１２参照）を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、時間間隔そのもの以外を画像表示部に表示することにより、最も画像鮮明度が高い画像を生成する時間間隔を示す情報を視認可能に構成してもよい。たとえば、時間間隔から導き出される指標を数値や色により視認可能に構成してもよい。
【０１２６】
また、上記第１〜第４実施形態では、説明の便宜上、本発明の制御部の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１１  光源部
１１ａ  発光ダイオード素子（光源部）
１２  超音波振動子部（検出部）
２３、４２３  画像表示部（表示部）
２５、２２５、３２５、４２５  画像化部
２６、２２６  受信回路（検出部）
１００、２００、３００、４００  光音響画像化装置
５１１ａ  半導体レーザダイオード素子（光源部）
６１１ａ  有機発光ダイオード素子（光源部）
【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６】
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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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【図１７】
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