(57)【要約】【課題】  本発明は、縦波から横波への変換が生じた場合であっても、被検体情報を精度良く取得することの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。【解決手段】  本発明に係る被検体情報取得装置は、被検体を保持する保持手段を取り付けることを可能に構成された取り付け手段と、被検体で発生し、保持手段を伝搬した音響波を受信することにより信号を出力する受信手段と、信号と、保持手段内での横波の音速情報とを用いて被検体情報を取得する処理手段と、を有する。【選択図】  図１
2017113422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を保持する保持手段を取り付けることを可能に構成された取り付け手段と、
前記被検体で発生し、前記保持手段を伝搬した音響波を受信することにより信号を出力する受信手段と、
前記信号と、前記保持手段内での横波の音速情報とを用いて被検体情報を取得する処理手段と、を有する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記処理手段は、
前記保持手段内での横波の音速情報を用いて、前記被検体内の注目位置から前記受信手段までの前記音響波の伝搬時間を取得し、
前記伝搬時間と前記信号とを用いて、前記注目位置の前記被検体情報を取得する
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】
前記処理手段は、
前記保持手段内での横波の音速情報に応じた屈折を考慮して前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の音線を推定し、
前記音線と前記保持手段内での横波の音速情報とを用いて、前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の前記伝搬時間を取得する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記処理手段は、
前記注目位置から前記受信手段までの音線を直線と仮定して前記音響波の音線を推定し、
前記音線と前記保持手段内での横波の音速情報とを用いて、前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の前記伝搬時間を取得する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
複数の、前記保持手段内での横波の音速情報が保存された記憶手段を更に有し、
前記処理手段は、前記取り付け部に取り付けられた前記保持手段に対応する前記パラメータを前記記憶手段から読み出すことにより取得する
ことを特徴とする請求項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】
複数の前記伝搬時間が保存された記憶手段を更に有し、
前記処理手段は、前記取り付け部に取り付けられた前記保持手段に対応する前記伝搬時間を前記記憶手段から読み出すことにより取得する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記処理手段は、
前記信号と、前記保持手段内での横波の音速情報と、前記保持手段内での縦波の音速情報と、を用いて前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項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】
複数の、前記保持手段内での縦波及び横波の音速情報が保存された記憶手段を更に有し、
前記処理手段は、前記取り付け部に取り付けられた前記保持手段に対応する前記保持手段内での縦波及び横波の音速情報を前記記憶手段から読み出すことにより取得する
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】
前記処理手段は、
前記保持手段内での横波の音速情報を用いて前記保持手段内での前記音響波の伝搬時間を計算することにより、前記被検体内の注目位置から前記受信手段までの前記音響波の第１の伝搬時間を取得し、
前記保持手段内での縦波の音速情報を用いて前記保持手段内での前記音響波の伝搬時間を計算することにより、前記被検体内の注目位置から前記受信手段までの前記音響波の第２の伝搬時間を取得し、
前記第１の伝搬時間、前記第２の伝搬時間、及び前記信号を用いて、前記注目位置の前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記処理手段は、
前記保持手段内での横波の音速情報に応じた屈折を考慮して前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の第１の音線を推定し、
前記第１の音線に基づいて前記第１の伝搬時間を取得し、
前記保持手段内での縦波の音速情報に応じた屈折を考慮して前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の第２の音線を推定し、
前記第２の音線に基づいて前記第２の伝搬時間を取得する
ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
前記処理手段は、
前記第１の音線及び前記第２の音線を前記注目位置から前記受信手段までの直線と仮定して前記第１の音線及び前記第２の音線を推定する
ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
複数の、前記第１の伝搬時間及び前記第２の伝搬時間が保存された記憶手段を更に有し、
前記処理手段は、前記取り付け部に取り付けられた前記保持手段に対応する前記第１の伝搬時間及び前記第２の伝搬時間を前記記憶手段から読み出すことにより取得する
ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
前記処理手段は、
前記注目位置から前記受信手段を結ぶ直線と前記保持手段とのなす角度が、前記保持手段内での縦波の音速情報に応じた臨界角よりも大きい場合には、前記第１の伝搬時間に対応する前記信号とを用いて前記注目位置の前記被検体情報を取得し、
前記角度が前記臨界角よりも小さい場合には、前記第２の伝搬時間に対応する前記信号を用いて前記注目位置の前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１４】
前記処理手段は、
前記注目位置から前記受信手段を結ぶ直線と前記保持手段とのなす角度が、閾値よりも大きい場合には、前記第１の伝搬時間に対応する前記信号とを用いて前記注目位置の前記被検体情報を取得し、
前記角度が前記閾値よりも小さい場合には、前記第２の伝搬時間に対応する前記信号を用いて前記注目位置の前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１５】
前記閾値を入力できるように構成された入力手段を更に有し、
前記処理手段は、前記入力手段により入力された前記閾値を用いて取得された前記注目位置の前記被検体情報を表示手段に表示させ、
前記入力手段は、前記被検体情報が前記表示手段に表示されている間に前記閾値を入力することができるように構成されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１６】
前記閾値は、前記保持手段内での縦波の音速情報に応じた臨界角よりも大きい値である
ことを特徴とする請求項１４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１７】
前記処理手段は、
前記第１の伝搬時間に対応する前記信号と、前記第２の伝搬時間に対応する前記信号との両方を用いて、前記注目位置の前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１８】
前記処理手段は、
前記第１の伝搬時間に対応する前記信号に、前記保持手段に対する横波の圧力透過率に基づいた重みづけを行い、
前記第２の伝搬時間に対応する前記信号に、前記保持手段に対する縦波の圧力透過率に基づいた重みづけを行うことにより、前記注目位置の前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項１７に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１９】
前記第１の伝搬時間に対応する前記信号に対する重み及び前記第２の伝搬時間に対応する前記信号に対する重みに関する情報を入力できるように構成された入力手段を更に有し、
前記処理手段は、前記入力手段により入力された前記情報を用いて取得された前記注目位置の前記被検体情報を表示手段に表示させ、
前記入力手段は、前記被検体情報が前記表示手段に表示されている間に前記情報を入力することができるように構成されている
ことを特徴とする請求項１８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２０】
被検体で発生した音響波を受信することにより信号を出力する受信手段と、
前記被検体と前記受信手段との間に配置された媒質内での横波の音速情報を用いて、前記被検体内の注目位置から前記受信手段までの前記音響波の伝搬時間を取得し、
前記信号と前記伝搬時間とを用いて被検体情報を取得する処理手段と、を有する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２１】
前記処理手段は、
前記媒質内での横波の音速情報を用いて、前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の音線を推定し、
前記音線と前記媒質内での横波の音速情報に基づいて、前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の伝搬時間を取得する
ことを特徴とする請求項２０に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２２】
前記被検体に光を照射する光照射手段を更に有し、
前記受信手段は、前記光照射手段からの前記光が前記被検体に照射されることにより発生する前記音響波を受信する
ことを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２３】
前記被検体に超音波を照射する超音波照射手段を更に有し、
前記受信手段は、前記超音波照射手段からの前記超音波が前記被検体に照射されることにより発生する前記音響波を受信する
ことを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２４】
受信手段により受信された被検体で発生した音響波に由来する信号を取得する工程と、
前記被検体と前記受信手段との間に配置された媒質内での横波の音速情報を取得する工程と、
前記媒質内での横波の音速情報を用いて、前記被検体内の注目位置から前記受信手段までの前記音響波の伝搬時間を取得する工程と、
前記信号と前記伝搬時間とを用いて被検体情報を取得する工程と、を有する
ことを特徴とする処理方法。
【請求項２５】
前記媒質内での横波の音速情報に応じた屈折を考慮して前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の音線を推定する工程と、
前記音線と前記媒質内での横波の音速情報とに基づいて、前記注目位置から前記受信手段までの前記音響波の伝搬時間を取得する工程と、を更に有する
ことを特徴とする請求項２４に記載の処理方法。
【請求項２６】
請求項２４または２５に記載の処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響波に由来する信号を用いて被検体情報を取得する被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響波を受信して生体などの被検体内部の情報を取得する技術として、光音響イメージング装置や超音波エコーイメージング装置などの被検体情報取得装置が提案されている。
【０００３】
非特許文献１では、超音波を受信することによりトランスデューサが得た受信信号を用いて初期音圧分布を算出する方法として、逆投影法の一つであるユニバーサルバックプロジェクション（ＵＢＰ）が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｍｉｎｇｈｕａ  Ｘｕ  ａｎｄ  Ｌｉｈｏｎｇ  Ｖ．  Ｗａｎｇ，  ”Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”，  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  Ｅ  ７１，  ０１６７０６  （２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１は、縦波としての音響波が横波に変換されることによる影響を考慮することを開示しない。しかしながら、縦波から横波への変換を考慮しない場合、被検体情報の取得精度が低下してしまう場合がある。
【０００６】
本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものである。本発明は、縦波から横波への変換が生じた場合であっても、被検体情報を精度良く取得することの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】
【０００７】
本発明に係る被検体情報取得装置は、被検体を保持する保持手段を取り付けることを可能に構成された取り付け手段と、被検体で発生し、保持手段を伝搬した音響波を受信することにより信号を出力する受信手段と、信号と、保持手段内での横波の音速情報とを用いて被検体情報を取得する処理手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る被検体情報取得装置によれば、縦波から横波への変換が生じた場合であっても、被検体情報を精度良く取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。
【図２】第一の実施形態の探触子の詳細を示す図。
【図３】第一の実施形態のコンピュータ周辺の構成を示す図。
【図４】第一の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。
【図５】音線の屈折を示す図。
【図６】第一の実施形態における音線計算の際の保持カップの平面近似を示す図。
【図７】平行平板型の保持手段を用いた被検体情報取得装置の模式図
【図８】第一の実施形態における音線計算の際の音線の直線近似を示す図。
【図９】入射角度と縦波及び横波の圧力透過率の関係を示す図。
【図１０】第二の実施形態における音線計算の際の音線の直線近似を示す図。
【図１１】第二の実施形態におけるＧＵＩを示す図
【図１２】実施例の計算モデルを示す図。
【図１３】実施例のシミュレーション結果を示す図。
【図１４】伝搬時間のテーブルを示す図。
【図１５】第四の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。
【図１６】第四の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。
【図１７】第四の実施形態における送受信の音線を示す図。
【図１８】第五の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。
【図１９】第五の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。
【図２０】第五の実施形態における送受信の音線を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
音響波が伝搬する経路に媒質が存在する場合、縦波である音響波の一部が媒質の表面で横波に変換される場合がある。例えば、生体を保持する保持手段が固体である場合、生体中を伝搬する縦波の音響波が保持手段に到達すると、その一部が横波に変換される。そして、横波は、保持手段内を伝搬し、音響波の受信手段がある側の媒質へ到達すると、再度縦波に変換される。このとき、縦波と横波とでは音速が異なるため、終始縦波として受信手段まで伝搬する音響波と、一度横波に変換された後に受信手段まで伝搬する音響波とでは伝搬時間が異なる。また、保持手段により屈折した音響波の音線は、縦波と横波とで異なる経路となる。この経路の違いも伝搬時間に影響する。
【００１１】
それに対し、非特許文献１は、縦波から横波への変換による影響を開示しない。このため、縦波から横波への変換を考慮しない非特許文献１の方法においては、取得される被検体情報の精度の低下（画質の低下）を招いていた。
【００１２】
本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものである。本発明は、縦波から横波への変換が生じた場合であっても、被検体情報を精度良く取得することの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。
【００１３】
［第一の実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の符号を付して説明を省略する。  
【００１４】
＜被検体情報取得装置の構成＞
図１は、本実施形態にかかる被検体情報取得装置の模式図である。以下、装置の各構成要素について説明する。図１に示す装置は、光照射部１１０、探触子１３０、保持カップ１４０、信号データ収集部１２０、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０を有する。測定対象は、被検体１００である。
【００１５】
光照射部１１０がパルス光１１３を被検体１００に照射し、被検体１００内で音響波が発生する。光に起因して光音響効果により発生する音響波を光音響波とも呼ぶ。探触子１３０は、光音響波を受信することによりアナログ信号としての電気信号を出力する。信号データ収集部１２０は、探触子１３０から出力されたアナログ信号としての電気信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ１５０に出力する。コンピュータ１５０は、信号データ収集部１２０から出力されたデジタル信号を、光音響波に由来する信号データとして記憶する。
【００１６】
コンピュータ１５０は、記憶されたデジタル信号に対して信号処理を行うことにより、被検体１００に関する情報（被検体情報）を表す画像データを生成する。また、コンピュータ１５０は、得られた画像データに対して画像処理を施した後に、画像データを表示部１６０に出力する。表示部１６０は、被検体１００に関する情報の画像を表示する。ユーザーとしての医師は、表示部１６０に表示された被検体に関する情報の画像を確認することにより、診断を行うことができる。
【００１７】
本実施例に係る光音響装置により得られる被検体情報は、光音響波の発生音圧（初期音圧）、光吸収エネルギー密度、光吸収係数、及び被検体を構成する物質の濃度に関する情報などの少なくとも１つである。物質の濃度に関する情報とは、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、総ヘモグロビン濃度、または酸素飽和度等である。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のことである。酸素飽和度とは、全ヘモグロビンに対するオキシヘモグロビンの割合のことである。本実施形態に係る光音響装置は、被検体内の各位置（２次元または３次元の空間の各位置）における上記情報の値を表す画像データを取得する。
【００１８】
以下、本実施形態に係る被検体情報取得装置の各構成の詳細を説明する。
【００１９】
（光照射部１１０）
光照射部１１０は、パルス光１１３を発する光源１１１と、光源１１１から射出されたパルス光１１３を被検体１００へ導く光学系１１２とを含む。
【００２０】
光源１１１が発する光のパルス幅としては、１ｎｓ以上、１００ｎｓ以下のパルス幅であってもよい。また、光の波長としては４００ｎｍから１６００ｎｍ程度の範囲の波長であってもよい。生体表面近傍の血管を高解像度でイメージングする場合は、血管での吸収が大きい波長（４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下）としてもよい。一方、生体の深部をイメージングする場合には、生体の背景組織（水や脂肪など）において典型的に吸収が少ない波長（７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下）の光を用いてもよい。
【００２１】
光源１１１としては、レーザーや発光ダイオードを用いることができる。また、複数波長の光を用いて測定する際には、波長の変換が可能な光源であってもよい。なお、複数波長を被検体に照射する場合、互いに異なる波長の光を発生する複数台の光源を用意し、それぞれの光源から交互に照射することも可能である。複数台の光源を用いた場合もそれらをまとめて光源として表現する。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやアレキサンドライトレーザーなどのパルスレーザーを光源１１１として用いてもよい。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザーやＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザーを光源１１１として用いてもよい。また、光源１１１としてマイクロウェーブ源を用いてもよい。
【００２２】
光学系１１２には、レンズ、ミラー、光ファイバ等の光学素子を用いることができる。乳房等を被検体１００とする場合、パルス光のビーム径を広げて照射することが好ましいため、光学系１１２の光出射部は光を拡散させる拡散板等で構成されていてもよい。一方、光音響顕微鏡においては、解像度を上げるために、光学系１１２の光出射部はレンズ等で構成し、ビームをフォーカスして照射してもよい。
【００２３】
なお、光照射部１１０が光学系１１２を備えずに、光源１１１から直接被検体１００にパルス光１１３を照射してもよい。
【００２４】
（探触子１３０）
受信手段としての探触子１３０は、音響波を受信することにより電気信号を出力するトランスデューサ１３１と、トランスデューサ１３１を支持する支持体１３２とを含む。
【００２５】
トランスデューサ１３１を構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを用いることができる。なお、音響波を受信することにより電気信号を出力できる限り、いかなるトランスデューサを採用してもよい。また、トランスデューサにより得られる信号は時間分解信号である。つまり、受信素子により得られる信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表したものである。
【００２６】
光音響波を構成する周波数成分は、典型的には１００ＫＨｚから１００ＭＨｚであるので、トランスデューサ１３１として、これらの周波数を検出することのできるものを採用してもよい。
【００２７】
支持体１３２は、機械的強度が高い金属材料などから構成されていてもよい。本実施例において支持体１３２は半球殻形状であり、半球殻上に複数のトランスデューサ１３１を支持できるように構成されている。この場合、支持体１３２に配置されたトランスデューサ１３１の指向軸は半球の曲率中心付近に集まる。そして、複数のトランスデューサ１３１から出力された電気信号群を用いて画像化したときに曲率中心付近の画質が高くなる。なお、支持体１３２はトランスデューサ１３１を支持できる限り、いかなる構成であってもよい。支持体１３２は、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２Ｄアレイと呼ばれるような平面又は曲面内に、複数のトランスデューサを並べて配置してもよい。
【００２８】
また、支持体１３２は音響マッチング材を貯留する容器として機能してもよい。すなわち、支持体１３２をトランスデューサ１３１と保持カップ１４０との間に音響マッチング材を配置するための容器としてもよい。
【００２９】
また、探触子１３０が、トランスデューサ１３１から出力される時系列のアナログ信号を増幅する増幅器を備えてもよい。また、探触子１３０が、トランスデューサ１３１から出力される時系列のアナログ信号を時系列のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えてもよい。すなわち、探触子１３０が後述する信号データ収集部１２０を備えてもよい。
【００３０】
なお、音響波を様々な角度で検出できるようにするために、理想的には被検体１００を全周囲から囲むようにトランスデューサ１３１を配置することが好ましい。ただし、被検体１００が大きく全周囲を囲むようにトランスデューサを配置できない場合は、図２に示したように半球状の支持体上にトランスデューサを配置して全周囲を囲む状態に近づけてもよい。
【００３１】
なお、トランスデューサの配置や数及び支持体の形状は被検体に応じて最適化すればよく、本発明に関してはどのような探触子１３０を採用してもよい。
【００３２】
図２は、探触子１３０の詳細を示した図である。図２（ａ）、（ｂ）は、トランスデューサ１３１を螺旋上に配置した探触子１３０を示す。図２（ｃ）、（ｄ）は、トランスデューサ１３１を放射状に配置した探触子１３０を示す。図２（ａ）、（ｃ）は、図１のｚ軸方向から探触子１３０を見た図、図２（ｂ）、（ｄ）は、図１のｙ軸方向から探触子１３０を見た図である。いずれの場合も、探触子１３０の球面上にトランスデューサ１３１が配置されており、被検体１００で生じた光音響波を様々な角度方向で受信することができる。図２において、トランスデューサ１３１は螺旋状または放射状に配置されているが、配置の仕方はこの限りではない。例えば、球面上に格子状に配置してもよい。
【００３３】
探触子１３０と保持カップ１４０の間の空間は、光音響波が伝播することができる媒質で満たす。この媒質には、光音響波が伝搬でき、被検体１００やトランスデューサ１３１との界面において音響特性が整合し、できるだけ光音響波の透過率が高い材料を採用する。例えば、この媒質には、水、超音波ジェルなどを採用することができる。
【００３４】
（保持カップ１４０）
保持手段としての保持カップ１４０は被検体１００の形状を測定中に保持するために使用される。保持カップ１４０により被検体１００を保持することによって、被検体１００の動きの抑制および被検体１００の位置を保持カップ１４０内に留めることができる。保持カップ１４０の材料には、ポリカーボネートやポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等、樹脂材料を用いることができる
保持カップ１４０は、被検体１００を保持できる硬度を有する材料であることが好ましい。保持カップ１４０は、測定に用いる光を透過する材料であってもよい。保持カップ１４０は、インピーダンスが被検体１００と同程度の材料で構成されていてもよい。乳房等の曲面を有するものを被検体１００とする場合、凹型に成型した保持カップ１４０であってもよい。この場合、保持カップ１４０の凹部分に被検体１００を挿入することができる。
【００３５】
保持カップ１４０は、取り付け部１４１に取り付けられている。取り付け部１４１は、被検体の大きさに合わせて複数種類の保持カップ１４０を交換可能に構成されていてもよい。例えば、取り付け部１４１は、曲率半径や曲率中心などの異なる保持カップに交換できるように構成されていてもよい。
【００３６】
また、保持カップ１４０には保持カップ１４０の緒元が登録されたタグ１４２が設置されていてもよい。例えば、タグ１４２には、保持カップ１４０の曲率半径、曲率中心、縦波音速、横波音速、識別ＩＤ等の緒元を登録することができる。タグ１４２に登録された緒元は、読み取り部１４３により読み出され、コンピュータ１５０に転送される。保持カップ１４０が取り付け部１４１に取り付けられたときに容易にタグ１４２を読み取るために、読み取り部１４３は取り付け部１４１に設置されていてもよい。例えば、タグ１４２はバーコードであり、読み取り部１４３はバーコードリーダである。
【００３７】
（信号データ収集部１２０）
信号データ収集部１２０は、トランスデューサ１３１から出力されたアナログ信号である電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含む。信号データ収集部１２０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップなどで構成されてもよい。信号データ収集部１２０から出力されるデジタル信号は、コンピュータ１５０内の記憶手段に記憶される。信号データ収集部１２０は、Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＡＳ）とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。なお、信号データ収集部１２０は、光照射部１１０の光射出部に取り付けられた光検出センサと接続されており、パルス光１１３が光照射部１１０から射出されたことをトリガーに、同期して処理を開始してもよい。
【００３８】
（コンピュータ１５０）
コンピュータ１５０は、処理手段、記憶手段、制御手段を含む。各構成の機能については処理フローの説明の際に説明する。
【００３９】
記憶手段は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体で構成することができる。また、記憶手段は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性の媒体であってもよい。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。
【００４０】
処理手段としての演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）チップ等の演算回路で構成されることができる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。
【００４１】
制御手段は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御手段は、光音響装置の各構成の動作を制御する。制御手段は、入力部１７０からの測定開始などの各種操作による指示信号を受けて、光音響装置の各構成を制御してもよい。また、制御手段は、記憶手段に格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成の作動を制御する。
【００４２】
コンピュータ１５０は専用に設計されたワークステーションであってもよい。また、コンピュータ１５０の各構成は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、コンピュータ１５０の少なくとも一部の構成は単一のハードウェアで構成されてもよい。
【００４３】
図３は、本実施例に係るコンピュータ１５０の具体的な構成を示す。本実施例に係るコンピュータ１５０は、ＣＰＵ１５１、ＧＰＵ１５２、ＲＡＭ１５３、ＲＯＭ１５４、外部記憶装置１５５から構成される。また、コンピュータ１５０には、表示部１６０としての液晶ディスプレイ１６１、入力部１７０としてのマウス１７１、キーボード１７２が接続されている。
【００４４】
また、コンピュータ１５０および複数のトランスデューサ１３１は、共通の筺体に収められた構成で提供されてもよい。ただし、筺体に収められたコンピュータで一部の信号処理を行い、残りの信号処理を筺体の外部に設けられたコンピュータで行ってもよい。この場合、筺体の内部および外部に設けられたコンピュータを総称して、本実施形態に係るコンピュータとすることができる。
【００４５】
（表示部１６０）
表示部１６０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などのディスプレイである。コンピュータ１５０により得られた被検体情報等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部１６０は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。なお、被検体情報の表示にあたっては、表示部１６０またはコンピュータ１５０において画像処理（輝度値の調整等）を行った上で表示することもできる。
【００４６】
（入力部１７０）
入力部１７０は、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成されることができる。また、表示部１６０をタッチパネルで構成し、表示部１６０を入力部１７０としてもよい。
【００４７】
なお、光音響装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。
（被検体１００）
被検体１００は光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施例に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的としてもよい。よって、被検体１００としては生体、具体的には人体や動物の乳房や頸部、腹部などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー（ＭＢ）、インドシニアングリーン（ＩＣＧ）などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。
【００４８】
＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図４を参照して説明する。なお、各工程は、コンピュータ１５０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。
【００４９】
（Ｓ１１０：光を照射する工程）
光源１１１で発生させた光は、光学系１１２を介してパルス光１１３として被検体１００に照射される。そして、被検体１００内部でパルス光１１３が吸収され、光音響効果により光音響波が生じる。
【００５０】
（Ｓ１２０：光音響波を受信する工程）
本工程では、探触子１３０が光音響波を受信して、トランスデューサ１３１から電気信号を出力する。出力された受信信号は、コンピュータ１５０に渡される。  
【００５１】
（Ｓ１３０：音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、被検体１００内での縦波音速ｃ１、保持カップ１４０内での縦波音速ｃ２ｌ、保持カップ１４０内での横波音速ｃ２ｔを取得する。
【００５２】
保持カップ１４０内での縦波音速及び横波音速については予め測定したデータを記憶手段に保存しておき、本工程においてコンピュータ１５０が記憶手段から読み出すことにより取得してもよい。また、保持カップ１４０の温度に対する保持カップ１４０内での縦波音速及び横波音速の関係式または関係テーブルが記憶手段に予め保存されていてもよい。そして、本工程において温度測定部が保持カップ１４０の温度を測定し、コンピュータ１５０が測定された温度に対応する音速を関係式または関係テーブルに従って取得してもよい。
【００５３】
また、ユーザーが入力部１７０により保持カップ１４０内での音速を入力し、コンピュータ１５０がその情報を受け取ることにより取得してもよい。
【００５４】
また、コンピュータ１５０は、取り付け部１４１に取り付けられた保持カップ１４０に対応する保持カップ１４０内での音速を取得してもよい。例えば、読み取り部１４３が保持カップ１４０に付されたタグ１４２に登録された保持カップ１４０内での音速の情報を読み取り、コンピュータ１５０に転送してもよい。コンピュータ１５０は、読み取り部１４３により読み出された保持カップ１４０内での音速の情報を取得してもよい。また、ユーザーが入力部１７０により保持カップ１４０に付された識別ＩＤを入力し、コンピュータ１５０が入力された識別ＩＤに対応する保持カップ１４０内の音速を記憶手段から読み出すことにより取得してもよい。
【００５５】
被検体１００内での縦波音速についても保持カップ１４０内での縦波音速及び横波音速と同様の方法で取得してもよい。ただし、被検体１００内での縦波音速は被検体１００毎に異なるため、被検体１００毎に新たなデータを取得することが好ましい。コンピュータ１５０は、被検体１００から発生した音響波に由来する信号を用いて被検体１００内での音速を取得してもよい。この方法によれば、装置規模を大きくすることなく、被検体１００毎の固有の音速を取得することができる。コンピュータ１５０は、その他公知の手法により被検体１００内での音速を取得してもよい。
【００５６】
上記ではコンピュータ１５０が音速そのものを取得する例を説明したが、本工程では音速を推定することのできるパラメータであればいかなるパラメータを取得してもよい。例えば、密度ρと体積弾性率Ｋとから音速は求められるため、本工程において密度ρと体積弾性率Ｋとを取得し、それらのパラメータから音速を推定してもよい。本明細書では、縦波または横波の伝搬速度（音速）の他に、これらの音速を推定することのできるパラメータも音速情報に含む。
【００５７】
（Ｓ１４０：音響波の伝搬時間を算出する工程）
光音響イメージングでは、初期音圧の算出方法として例えば式（１）で表されるＵｎｉｖｅｒｓａｌ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）法を使用できる。
【００５８】
【数１】
2017113422.tif 000003
ここで、ｒ０は画像化する位置（注目位置）を示す位置ベクトル、ｐ０（ｒ０，ｔ）は画像化する注目位置の初期音圧、ｃは伝搬経路の音速を示す。また、ΔΩｉは画像化する位置からｉ番目のトランスデューサ１３１を見込む立体角、Ｎは画像化に用いるトランスデューサ１３１の個数を示す。式（１）は、受信信号ｐ（ｒｉ，ｔ）に微分等の処理を行い、それらに立体角の加重をかけて整相加算すること（逆投影）を示している。式（１）のｔは、注目位置とトランスデューサ１３１とを結ぶ音線を光音響波が伝搬する時間（伝搬時間）である。なお、ｂ（ｒｉ、ｔ）の計算においては、他にも演算処理を施してもよい。例えば、周波数フィルタリング（ローパス、ハイパス、バンドパス等）、デコンボリューション、包絡線検波、ウェーブレットフィルタリング、等である。また、本発明においては、トランスデューサと注目位置とを結ぶ音線の伝搬時間を求めて再構成する方法であれば、どのような再構成アルゴリズムを用いても良い。例えば、タイムドメインでの逆投影法としてＦｉｌｔｅｒｅｄ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎなどを採用してもよい。
【００５９】
本工程では、コンピュータ１５０が、タイムドメインでの逆投影法に用いる２つの伝搬時間ｔｌ、及び、ｔｔを算出する。ｔｌは保持カップ１４０内を縦波として伝搬する場合の音線に従った伝搬時間（第２の伝搬時間）、ｔｔは保持カップ１４０内を横波として伝搬する場合の音線に従った伝搬時間（第１の伝搬時間）である。これらの算出方法を、図５を用いて説明する。
【００６０】
図５（ａ）において、１０１は画像化するボクセル（注目位置）、ベクトル６０１は保持カップ１４０の曲率中心とボクセル１０１を結ぶベクトル、ベクトル６０２は同曲率中心とトランスデューサ１３１を結ぶベクトルである。平面６０６は、ｘｙ平面と平行で、かつ、トランスデューサ１３１と同じｚ座標を有する平面である。平面６０５は、ボクセル１０１、トランスデューサ１３１、保持カップ１４０の曲率中心を全て通過する平面である。ベクトル６０３は、平面６０５上に存在し、ボクセル１０１を始点とし平面６０６上の点を終点とするベクトルである。コンピュータ１５０は、ベクトル６０３の終点、または、ベクトル６０３を屈折させた線分の終点がトランスデューサ１３１の座標に到達するような音線を計算する。その音線に沿った伝搬時間ｔｌ、ｔｔを算出することで取得する。
【００６１】
（１）屈折を考慮した伝搬時間の算出方法
まず、保持部材での屈折を考慮した場合の伝搬時間ｔｌ、ｔｔの算出方法を説明する。図５（ｂ）、（ｃ）は、平面６０５上を示す図である。図５（ｂ）は、縦波として保持カップ１４０内を伝搬するときの音響波の音線（第２の音線）を示す。図５（ｃ）は、横波として保持カップ１４０内を伝搬するときの音響波の音線（第１の音線）を示す。
【００６２】
まず、ボクセル１０１から適当な角度θ０で保持カップ１４０の被検体１００側の面へ向かって直線を引き、保持カップ１４０との交点Ｐ１２の座標を求める。交点Ｐ１２の座標を求めるには、例えば、ベクトル６０１とベクトル６０２の外積演算によりベクトル６０４を求め、このベクトル６０４を回転軸としてベクトル６０１をθ０だけ回転させた単位ベクトルを計算する。回転演算には、四元数（クォータニオン）、アフィン変換、オイラー角等を用いることができる。こうして得た単位ベクトル成分とボクセル１０１の座標と保持カップ１４０の緒元（形状データ）を用いて、交点Ｐ１２の座標を得ることができる。
【００６３】
次に交点Ｐ２３の座標を求める。交点Ｐ１２において保持カップ１４０の接平面（図５（ｂ）、（ｃ）では接線）に関してスネルの法則を適用し、θ１２を求める。図５（ｂ）において縦波の伝搬時間ｔｌを求める場合は式（２）を、図５（ｃ）において横波の伝搬時間ｔｔを求める場合は式（３）を用いる。ｃ１は被検体１００の音速、ｃ２ｌは保持カップ１４０の縦波音速、ｃ２ｔは保持カップ１４０の横波音速を示す。なお、θ１は交点Ｐ１２での保持カップ１４０の法線ベクトルとベクトル６０１をθ０だけ回転させた単位ベクトルとの内積から求めることができる。
【００６４】
【数２】
2017113422.tif 000004
【００６５】
【数３】
2017113422.tif 000005
ベクトル６０４を回転軸としてベクトル６０１をθ１２だけ回転させて得た単位ベクトル、交点Ｐ１２の座標、保持カップ１４０の緒元（形状データ）を用いて交点Ｐ２３の座標を計算することができる。
【００６６】
次に交点Ｐｔの座標を求める。交点Ｐ２３において保持カップ１４０の接線に関してスネルの法則を適用し、θ３を求める。図５（ｂ）において縦波の伝搬時間ｔｌを求める場合は式（４）を、図５（ｃ）において横波の伝搬時間ｔｔを求める場合は式（５）を用いる。ｃ３は探触子と保持カップ１４０の間を満たす媒質の音速を示す。なお、θ２３は交点Ｐ２３での保持カップ１４０の法線ベクトルとベクトル６０１をθ１２だけ回転させた単位ベクトルとの内積から求めることができる。
【００６７】
【数４】
2017113422.tif 000006
【００６８】
【数５】
2017113422.tif 000007
ベクトル６０４を回転軸としてベクトル６０１をθ３だけ回転させて得た単位ベクトル、交点Ｐ２３の座標、トランスデューサ１３１のｚ座標を用いて交点Ｐｔの座標を計算することができる。
【００６９】
以上の計算を、θ０を変化させながら交点Ｐｔがトランスデューサ１３１の位置に一致するまで、すなわち、トランスデューサ１３１と交点Ｐｔとの距離ｘが十分小さくなるまで繰り返す。繰り返し計算には、二分法、黄金分割法等を用いることができる。ｘが十分小さくなったときの、縦波の音線を図５（ｄ）に、横波の音線を図５（ｅ）に破線で示す。伝搬時間ｔｌ、ｔｔはそれぞれ、式（６）、式（７）により取得することができる。各層を伝搬する距離ｄ１ｌ、ｄ２ｌ、ｄ３ｌ（縦波の場合）、及び、ｄ１ｔ、ｄ２ｔ、ｄ３ｔ（横波の場合）は、各音線（各交点の座標）から求めることができる。
【００７０】
【数６】
2017113422.tif 000008
【００７１】
【数７】
2017113422.tif 000009
（２）境界の平面近似による伝搬時間の算出方法
コンピュータ１５０は、図６（ｂ）に示すように保持カップ１４０の境界を平面近似することにより伝搬時間を算出してもよい。この場合の計算方法を説明する。
【００７２】
図６（ａ）のようにボクセル１０１とトランスデューサ１３１を直線で結び、保持カップ１４０の各境界との交点を求める。被検体１００と保持カップ１４０の境界の交点で接平面（図６（ａ）では接線）を求め、さらに、この接平面に平行な平面を他の境界の交点においても求める。このようにして作成した平面近似の計算モデル（図６（ｂ））に基づき、式（３）から式（８）を計算して伝搬時間ｔｌ、ｔｔを求める。図５の場合と比較して、保持カップ１４０の三次元形状を二次元に近似するため、各交点座標を求める際に外積演算等のベクトル演算を平面上の幾何学演算に簡略化することができる。また、θ０＝θ１、θ１２＝θ２３とすることができる。これらにより計算が単純化され、計算時間を短縮することができる。平面近似の計算モデルは、例えば保持カップ１４０の曲率半径が十分大きい場合等に有効である。
【００７３】
なお、図７に示すように保持手段として平行平板型の保持板１４４を用いて被検体１００を保持する場合、保持手段の形状と平面近似の計算モデルとの差異が小さくなる。そのため、この場合、コンピュータ１５０は、平面近似の計算モデルにより正確に伝搬時間を算出することができる。なお、図７において探触子１３０のトランスデューサ１３１は、保持板１４４と平行な２次元面に配置されている。なお、平行平板型の保持板１４４を採用する限り、トランスデューサ１３１の配列はいかなる態様であったとしても平面近似の計算モデルを好適に採用することができる。また、図７に示す２枚の保持板１４４は、被検体１００を挟み、圧迫することができる。圧迫により被検体１００を薄くして深部まで光を到達させることで、被検体１００の深部での画質を改善することができる。
（３）音線の直線近似による伝搬時間の算出方法
コンピュータ１５０は、図８に示すように音線が直線であると仮定して伝搬時間を算出してもよい。図８のように、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１を直線で結び、これを音線とする方法である。各境界との交点の座標を求め、各層を伝搬する距離ｄ１、ｄ２、ｄ３を算出し、式（６）、式（７）を変形した式（８）、式（９）により伝搬時間ｔｌ、ｔｔを取得する。
【００７４】
【数８】
2017113422.tif 000010
【００７５】
【数９】
2017113422.tif 000011
図６の場合と比較して、音線の屈折を計算しないことで計算時間を短縮することができる。例えば、縦波音速ｃ１、ｃ２ｌ、ｃ３が互いに近い値を持つために屈折角度が小さい場合等に有効である。典型的には保持カップ１４０内での音速ｃ２ｌと、媒質内での音速ｃ３は既知であるため、被検体１００内での音速ｃ１の値によって音線を直線近似してもよいか判定することができる。そこで、コンピュータ１５０は、Ｓ１３０で取得された被検体１００内での音速が所定の数値範囲内となったときに音線を直線近似して伝搬時間を取得する。一方、Ｓ１３０で取得された被検体１００内での音速が所定の数値範囲外となったときには音線の屈折まで考慮して伝搬時間を取得する。このようにして、コンピュータ１５０は、被検体１００毎の音速に応じて音線を近似するか否かを判定してもよい。
【００７６】
以上では、コンピュータ１５０は、距離ｘに関する数値計算により伝搬時間ｔｌ、ｔｔを求めた。他にも、コンピュータ１５０は、ｘをθ０の関数として表し、ｘ（θ０）が極小値を取るθ０を解析的に求めたり、ニュートン法等で数値的に求めたりしてもよい。また、コンピュータ１５０は、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１とを結ぶ音線の算出においては、伝搬時間が最小となること（幾何光学におけるフェルマの原理）を利用してもよい。すなわち、コンピュータ１５０は、距離ｘの代わりに、伝搬時間ｔを距離や角度等の何らかの幾何学的パラメータ及び音速に関する関数として表し、ｔの極小値をｔｌ、または、ｔｔとしてもよい。
【００７７】
なお、注目位置が複数の場合、コンピュータ１５０は、注目位置毎に前述した方法で伝搬時間を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、前述した方法で一部の注目位置に対する伝搬時間を算出し、算出された伝搬時間に基づいて残りの注目位置に対する伝搬時間を補間により取得してもよい。また、前述した方法である注目位置に対応する伝搬時間を算出し、その周辺の注目位置についても算出された伝搬時間を割り当ててもよい。すなわち、ある最小単位に対応する伝搬時間をその他の最小単位に割り当ててもよい。
【００７８】
（Ｓ１５０：被検体情報を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０が、Ｓ１４０で算出した２つの伝搬時間ｔｌ、ｔｔを用いて被検体１００内の初期音圧分布を被検体情報として算出する。画像化領域が複数の画像化最小単位（ピクセルまたはボクセル）を含む場合、最小単位ごとの初期音圧、すなわち画像化領域内の初期音圧分布を算出する。本明細書では、画像化最小単位を注目位置として説明する。
【００７９】
本実施形態では、式（１）を変形した式（１０）を用いる。式（１０）においては、伝搬時間ｔｌ、ｔｔにトランスデューサ１３１の番号を示すインデックスｉを添え字として付加している（ｔｉｌ、ｔｉｔ）。
【００８０】
【数１０】
2017113422.tif 000012
すなわち、コンピュータ１５０は、保持カップ１４０内を縦波として伝搬した音響波の受信信号（以後、縦波信号と呼ぶ）と、横波として伝搬した音響波の受信信号（以後、横波信号と呼ぶ）の両方をに用いて初期音圧分布を算出する。具体的には、式（６）と式（７）（または式（８）と式（９））  を式（１０）に代入して、縦波信号と横波信号の両方を用いて被検体１００内の初期音圧分布を算出する。縦波信号と横波信号のそれぞれの伝搬時間を考慮することで、これら信号がボクセル１０１に正しく逆投影される。これにより、デフォーカスが抑制される。
【００８１】
なお、式（２）において立体角補正項ΔΩｉを縦波信号と横波信号とで分けている。これは、音線の経路が縦波信号と横波信号とで変化するため、立体角が異なるためである。ただし、厳密な立体角を算出する計算負荷の低減を目的として、縦波信号と横波信号の両方に同一の立体角補正項を適用してもよい。例えば、注目位置からトランスデューサまでの音線が直線であると仮定して求められる立体角補正項を縦波信号と横波信号の両方に適用してもよい。
【００８２】
また、式（１０）の代わりに式（１１）を用いてもよい。すなわち、縦波による初期音圧と横波による初期音圧を独立で算出し、それらの平均を取る。
【００８３】
【数１１】
2017113422.tif 000013
前述した方法では縦波信号と横波信号とを同じ重みで用いて注目位置の初期音圧を算出したが、縦波信号と横波信号の重みを変えて注目位置の初期音圧を算出してもよい。例えば、コンピュータ１５０は、保持カップ１４０に対する縦波と横波の圧力透過率に応じて重みを決定してもよい。図９（ａ）は平面に近似した保持カップ１４０を通過する音響波（平面波）の圧力透過率の一例を示す。横軸は保持カップ１４０へ入射する音響波の入射角θ１、縦軸は音響波の圧力透過率である。実線は縦波、破線は横波を示す。θ０は保持カップ１４０に入射する音響波（縦波）の臨界角を示す。コンピュータ１５０は、図９（ａ）に示されるような縦波の圧力透過率を縦波信号の重み、横波の圧力透過率を横波信号の重みとしてもよい。なお、入射角θ１が臨界角θ０以上の領域では縦波は全反射して横波信号のみとなるので、この領域では圧力透過率が所定の値以上となるときの横波信号の重みを１としてもよい。
【００８４】
また、ユーザーが入力部１７０を用いて縦波信号と横波信号の重みに関する情報を入力してもよい。例えば、入力部１７０は縦波信号と横波信号との比率を入力できるように構成されていてもよい。図１０（ａ）は、表示部１６０に表示されたＧＵＩを示す。ユーザーは入力部１７０を用いてアイコン１６３を操作し、比率を指示するスライドバー１６２を調整することにより、信号比率を調整する。そして、指示された比率に応じた被検体情報の画像１６４が表示される。ただし、音響波の周波数によって入射角に対する縦波と横波の圧力透過率は異なる。そこで、入力部１７０が入力した比率に応じて、周波数ごとに縦波信号と横波信号に対する重み（比率）を変えてもよい。図１０（ｂ）は比率の入力値に対する実際に重みづけする比率を示す。実線、破線、一点鎖線は、それぞれ異なる周波数成分における入力値と処理における比率とのグラフを示す。このように同じ入力値に対して周波数ごとに異なる重み（比率）を与えることにより周波数ごとの圧力透過率の違いを反映した被検体情報を取得することができる。なお、本実施形態では、ＧＵＩ上で重みに関する情報を入力する例を説明したが、入力部１７０はいかなる方法により情報を入力してもよい。
【００８５】
コンピュータ１５０は、被検体１００に照射された光の被検体１００内の光フルエンス分布を取得し、初期音圧分布と光フルエンス分布とを用いて光吸収係数分布を取得してもよい。
【００８６】
また、コンピュータ１５０は、光吸収係数分布を用いて酸素飽和度分布等の濃度分布を取得してもよい。例えば、複数の波長の光に対応する光吸収係数分布を用いて濃度分布を取得することができる。
【００８７】
コンピュータ１５０は、本工程で得られた初期音圧分布、光吸収係数分布、または濃度分布等の被検体情報を表示部１６０に出力する。
【００８８】
（Ｓ１６０：被検体情報を表示する工程）
本工程では、コンピュータ１５０がＳ１５０で取得した被検体情報を用いて、画像化領域の被検体情報を表示部１６０に表示させる。被検体情報として、初期音圧分布、吸収係数分布、または濃度分布（酸素飽和度分布）等を表示することができる。表示部１６０に表示された被検体情報は、デフォーカス等が抑制された情報であるため、医師等の作業者が診断等に用いる上で好適な情報となっている。
【００８９】
以上、本実施形態に係る被検体情報取得方法によれば、デフォーカス等が抑制された高い精度（画質）の被検体情報を取得することができる。
【００９０】
［第二の実施形態］
本実施形態では、第一の実施形態と比べて短い計算時間で縦波から横波への変換による被検体情報の取得精度の低下を抑制することができる被検体情報取得装置について説明する。なお、第一の実施形態と同様の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明を省略する。
【００９１】
本実施形態ではＳ１４０において、第一の実施形態と異なり最終的に取得する伝搬時間ｔは縦波の伝搬時間ｔｌ、または、横波の伝搬時間ｔｔのいずれか一方である。すなわち、注目位置に対応する伝搬時間を、縦波の伝搬時間とするか横波の伝搬時間とするかを決定する必要がある。図９（ａ）を見ると、臨界角θｃより小さいθ１では縦波の圧力透過率が大きく、θｃより大きいθ１では横波の圧力透過率が大きい。そこで、本実施形態では、θ１とθｃの大小関係に応じてより圧力透過率の高い方の伝搬時間を選択的に算出する。
【００９２】
まず、コンピュータ１５０は、図１１に示すように、ボクセル１０１から保持カップ１４０に入射する縦波の音響波の臨界角θｃを式（１２）により算出する。
【００９３】
【数１２】
2017113422.tif 000014
次に、コンピュータ１５０は、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１を通過する直線音線と保持カップ１４０とのなす入射角θ１を算出する。
【００９４】
次に、コンピュータ１５０は、臨界角θｃと入射角θ１とを比較する。そして、θ１がθｃより小さい場合、コンピュータ１５０は、式（２）と式（４）と式（６）を用いて実施形態１で説明した計算により縦波の伝搬時間ｔｌを取得する。一方、θ１がθｃ以上の場合、コンピュータ１５０は、式（３）と式（５）と式（７）を用いて実施形態１で説明した計算により横波の伝搬時間ｔｔを取得する。よって、複数のトランスデューサ１３１がある場合、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１の位置関係に依存して、同じボクセル１０１に対してトランスデューサごとにどちらの伝搬時間を取得するかが変化する。
【００９５】
以上、初期値である直線音線の入射角θ１に基づいて、その後の計算に縦波の伝搬時間と横波の伝搬時間のいずれを用いるのかを決定した。この場合、探索計算中の条件判断処理を削除できるので計算効率が向上する。特に処理手段としてＧＰＵを用いたときに計算効率がより向上する。
【００９６】
この他にも、第一の実施形態で説明した繰り返し計算により入射角θ１と臨界角θｃの大小関係が変化する場合は、その都度縦波の伝搬時間と横波の伝搬時間のいずれの計算を行うのかを決定する、という方法をとることができる。
【００９７】
なお、上述の方法で最終的に求まる屈折音線の入射角は直線音線における入射角と近い値を持つ場合が多いため、屈折の計算は行わずに音線の直線近似を行って計算時間の短縮を図ってもよい。θ１がθｃより小さい場合、図１１（ａ）のように保持カップ１４０の音速を縦波の音速ｃ２ｌとして式（８）を用いて伝搬時間ｔｌを取得する。θ１がθｃ以上の場合、図１１（ｂ）のように保持カップ１４０の音速を横波の音速ｃ２ｔとして式（９）を用いて伝搬時間ｔｔを取得する。すなわち、繰り返し計算による探索そのものを行わなくて良い。
【００９８】
本実施形態ではＳ１５０において、コンピュータ１５０は、式（１）を変形した式（１３）を用いて初期音圧分布を算出する。Ｓ１４０で縦波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３１に関しては、ａ（ｉ）に”ｌ”を割り当てる。一方、横波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３１に関しては、ａ（ｉ）に”ｔ”を割り当てる。
【００９９】
【数１３】
2017113422.tif 000015
すなわち、コンピュータ１５０は、個々のトランスデューサ１３１について、縦波信号または横波信号のいずれかを用いて初期音圧を算出する。トランスデューサ１３１ごとに、式（６）と式（７）のいずれか一方（もしくは、式（８）と式（９）のいずれか一方）を式（２）に代入して、被検体１００内の初期音圧分布を算出する。なお、第一の実施形態同様、厳密な立体角補正項を算出する計算負荷の低減を目的として、縦波信号と横波信号に同一の立体角補正項を適用してもよい。
【０１００】
第一の実施形態では伝搬時間ｔｌとｔｔの両方を算出していたのに対し、本実施形態ではどちらか一方を算出することで計算時間を低減することができる。さらに、伝搬時間ｔｌとｔｔの内、その時刻の受信信号がより高ＳＮとなる方を選択することで、被検体情報の精度低下を抑制することができる。
【０１０１】
なお、本実施形態では、臨界角θ０を基準として初期音圧の算出に用いる信号、伝搬時間を決定したが、その他の基準を用いてもよい。図９（ｂ）は、保持カップ１４０の厚さが十分薄い場合（厚さが波長よりも小さい場合）の圧力透過率を示す。厚さが薄いために縦波がエバネセント場として保持カップ１４０を透過するため、入射角が縦波の臨界角θｃを超えても透過率が維持される。臨界角θ０付近の透過率が低下していく領域では、縦波と横波が混在（干渉）している。このような場合は、縦波の臨界角θｃより大きい角度を使用する信号、伝搬時間の切り替えの基準としてもよい。
【０１０２】
また、ユーザーが入力部１７０を用いて切り換えの基準となる角度（閾値）を入力してもよい。また、入力部１７０は、表示部１６０に被検体情報が表示されている間にユーザーが閾値を入力できるように構成されている。これにより、ユーザーは入力した閾値に応じた被検体情報の画像の変化を確認しながら適当な閾値を探索することができる。
【０１０３】
以上、本実施形態に係る被検体情報取得方法によれば、第一の実施形態と比べて初期音圧の取得に要する計算時間を短縮することができる。
【実施例】
【０１０４】
以下、第二の実施形態に係る被検体情報取得方法をシミュレーションにより行った結果を説明する。シミュレーションの計算モデルを図１２に示す。音源は、球面の探触子１３０の曲率中心に位置し、直径はφ１［ｍｍ］、１［Ｐａ］の初期音圧を発生する。音源の存在する被検体１００は、音速ｃ１＝１５１０［ｍ／ｓ］である。保持カップ１４０は、厚さ０．５［ｍｍ］、縦波音速ｃ２ｌ＝２３４０［ｍ／ｓ］、横波音速ｃ２ｔ＝９１２［ｍ／ｓ］である。探触子１３０と保持カップ１４０の間の空間は、音速ｃ３＝１４８０［ｍ／ｓ］の媒質で満たされている。トランスデューサ１３１は５１２個あり、探触子１３０の球面上に均等螺旋配置されている。
【０１０５】
このような計算モデルにおいて、保持カップ１４０で縦波の一部が横波に変換される解析解に基づき各トランスデューサ１３１の受信信号を生成した。
【０１０６】
次に、生成した受信信号を用いて、本実施形態の計算方法により音源（の初期音圧）を画像再構成した。再構成した領域は、音源を配置した位置を中心とする３×３×３［ｍｍ］の立方体ボリュームである。再構成のボクセルサイズは、０．１［ｍｍ］である。
【０１０７】
図１３は、画像再構成した立方体ボリュームの、原点における各面（ｘｙ、ｚｙ、ｘｚ）のスライス画像である。図１３（ａ）は、縦波のみを考慮した従来の被検体情報取得方法によるスライス画像、図１３（ｂ）は、本実施形態の被検体情報取得方法によるスライス画像である。従来法による画像はデフォーカスしているのに対し、本実施形態の方法による画像はデフォーカスが抑制されてφ１［ｍｍ］の音源により近い像に結像していることが分かる。
【０１０８】
［第三の実施形態］
本実施形態では、予め伝搬時間のテーブルを用意しておくことで計算時間を短縮しつつ高い精度（画質）の被検体情報を取得できる被検体情報取得装置について説明する。なお、第一の実施形態から第二の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０９】
本実施形態ではＳ１４０において、コンピュータ１５０は、コンピュータ１５０内の記憶手段に格納された伝搬時間テーブルを参照することにより伝搬時間を取得する。
【０１１０】
図１４（ａ）は伝搬時間テーブルの例を示す。以下、ボクセル１０１が複数、トランスデューサ１３１が複数あるものとして説明する。伝搬時間テーブルは縦波の伝搬時間を収めたテーブルと横波の伝搬時間を収めたテーブルの２つから成る。行は各ボクセルの番号、列は各トランスデューサの番号を示し、対応する欄には伝搬時間が格納されている。例えば図１４（ａ）のｔｌ（ｉ、ｊ）とｔｌ（ｉ＋１、ｊ）は、図１４（ｂ）の配置における縦波の伝搬時間に対応する。伝搬時間テーブルは、第一の実施形態で説明した方法によって予め算出され伝搬時間格納部１９０に格納されている。格納する値は、屈折音線の伝播時間とすることもできるし、直線近似した音線の伝播時間とすることもできる。
【０１１１】
コンピュータ１５０は、被検体情報を取得しようとするボクセル（１０１）の番号に応じて、各トランスデューサ（１３１）に対応する縦波と横波のそれぞれの伝搬時間を、伝搬時間テーブルから取得する。このように、予め計算した伝搬時間を利用することで、第一の実施形態と比較して伝搬時間の取得に要する計算時間を短縮することができる。
【０１１２】
伝搬時間テーブルは複数ボクセル（１０１）の一部、または、及び、複数トランスデューサ（１３１）の一部に関してのみ伝搬時間を格納してもよい。この場合、コンピュータ１５０が、格納されている伝搬時間を用いて、格納されていない伝搬時間を補間により取得してもよい。この場合、全ての伝搬時間を格納する場合と比較して、伝搬時間テーブルのメモリ容量を低減することができる。
【０１１３】
伝搬時間テーブルは、典型的には被検体１００の代表的な音速（例えば、生体の平均音速等）に関して予め計算して伝搬時間格納部１９０に格納しておく。しかし、伝搬時間は音速（ｃ１、ｃ２ｌ、ｃ２ｔ、ｃ３）によって変化するため、音速ごとに伝搬時間テーブルを用意して伝搬時間格納部１９０に格納してもよい。ｃ１、ｃ２ｌ、ｃ２ｔ、ｃ３すべてについて音速ごとのテーブルを用意してもよいし、被検体１００の個体差によって他よりも変化する幅が大きい音速ｃ１についてのみ音速ごとのテーブルを用意しメモリ容量の低減を図ってもよい。コンピュータ１５０は、Ｓ１３０で取得されたｃ１に対応するテーブルを参照することにより伝搬時間を取得してもよい。このとき、コンピュータ１５０が被検体１００で発生した音響波を利用して被検体の音速ｃ１を取得する方法を採用することにより、装置規模を大きくすることなく、簡易に伝搬時間を取得することができる。
【０１１４】
また、保持カップ１４０の温度に対する伝搬時間の関係テーブルが記憶手段に予め保存されていてもよい。そして、本工程において温度測定部が保持カップ１４０の温度を測定し、コンピュータ１５０が測定された温度に対応する伝搬時間を関係式または関係テーブルに従って取得してもよい。
【０１１５】
また、コンピュータ１５０は、取り付け部１４１に取り付けられた保持カップ１４０に対応する伝搬時間を取得してもよい。例えば、読み取り部１４３が保持カップ１４０のタグ１４２に登録された保持カップ１４０内での伝搬時間テーブルを読み取り、コンピュータ１５０に転送してもよい。コンピュータ１５０は、読み取り部１４３により読み出された伝搬時間テーブルを取得してもよい。また、ユーザーが入力部１７０により保持カップ１４０に付された識別ＩＤを入力し、コンピュータ１５０が入力された識別ＩＤに対応する伝搬時間テーブルを記憶手段から読み出すことにより取得してもよい。
【０１１６】
コンピュータ１５０は、Ｓ１３０で取得された被検体内での音速と、取り付け部１４１に取り付けられた保持カップ１４０とに対応する伝搬時間テーブルを記憶手段から読み出し、参照することにより伝搬時間を取得してもよい。
【０１１７】
さらに、いくつかの音速に対応するテーブルを用意し、それらの中間の音速に関してはコンピュータ１５０で補間して伝搬時間を取得することで、メモリ容量の低減を図ってもよい。
【０１１８】
また、第二の実施形態で説明した方法によって伝搬時間テーブルを用意することもできる。図１４（ｃ）に示すように、各欄には縦波の伝播時間と横波の伝播時間のいずれかが格納され、テーブルは一つとなる。この方法によれば、縦波の伝搬時間と横波の伝搬時間の両方を格納する場合と比べて、伝搬時間テーブルのメモリ容量を低減することができる。
【０１１９】
以上、本実施形態に係る被検体情報取得方法によれば、伝搬時間の取得に要する計算時間を短縮しつつ高い精度（画質）の被検体情報を取得することができる。
【０１２０】
［第四の実施形態］
本実施形態では、球面音響波を被検体に照射し、被検体内部で反射、伝播した音響波を受信することにより得られた信号を用いて被検体情報を取得する装置について説明する。本実施形態に係る装置では、音響波の反射体を画像化することができる。すなわち、音響インピーダンスの差に関する音響反射分布を被検体情報として取得することができる。なお、本実施形態に係る装置によれば、音響反射分布のほかに、被検体内の音速、ドップラー情報、エラスト情報などを被検体情報として取得することができる。
なお、第一の実施形態から第三の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２１】
＜被検体情報取得装置の構成＞
図１５は、本実施形態にかかる被検体情報取得装置の模式図である。以下、装置の各構成要素について説明する。装置は、トランスデューサ１３４及び１３５を備えた探触子１３０、保持カップ１４０、信号データ収集部１２０、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０を有する。測定対象は、被検体１００である。
【０１２２】
トランスデューサ１３４及び１３５を構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを用いることができる。なお、音響波を送受信することにより電気信号を出力できる限り、いかなるトランスデューサを採用してもよい。また、トランスデューサにより得られる信号は時間分解信号である。つまり、受信素子により得られる信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表したものである。超音波エコー装置で一般的に用いられている数ｋＨｚから数１００ＭＨｚの周波数を有する音響波を送受信してもよい。本実施形態ではトランスデューサ１３４が音響波を送信し、トランスデューサ１３５が音響波（エコー）を受信する例を説明する。すなわち、本実施形態において探触子１３０は、受信手段としても超音波照射手段（送信手段）としても機能する。探触子１３０は、トランスデューサ１３４とトランスデューサ１３５の他にトランスデューサを備えてもよい。これにより一度の音響波照射で反射、伝播した音響波を複数の位置で取得することができるため、画像化に用いる情報量が増加し画質を改善することができる。また、音響波を照射するトランスデューサを変えて複数回音響波を照射してもよい。
【０１２３】
コンピュータ１５０の制御手段は、トランスデューサ１３４、トランスデューサ１３５を電気信号により駆動させて音響波を発生させる。コンピュータ１５０はこの電気信号を増幅するための増幅回路を含んでもよい。コンピュータ１５０はパルス状の電気信号をトランスデューサに送信し、トランスデューサにパルス状の音響波を送信させてもよい。
【０１２４】
＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図１６を参照して説明する。なお、各工程は、コンピュータ１５０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。
（Ｓ２１０：音響波を照射する工程）
本工程では、トランスデューサ１３４がパルス音響波を送信し、保持カップ１４０に保持された被検体１００に照射する。このときトランスデューサ１３４は、球面音響波を送信する。送信された音響波は、被検体１００内部で反射体１０３等により反射、散乱されながら、被検体１０２内を伝播する。そして、送信された音響波は、被検体１００内の反射体１０３で反射し、エコーとなって探触子１３０まで伝搬する。なお、被検体内部にある反射体１０３は、被検体内部で周囲との音響インピーダンスの差が相対的に大きいものである。例えば、人体が測定対象であれば悪性腫瘍に起因する石灰化等が反射体１０３となる。
【０１２５】
（Ｓ２２０：エコーを受信する工程）
本工程では、探触子１３０は、音響波（エコー）を受信して時系列の電気信号を出力する。Ｓ１１１で照射され被検体１００内を伝播してきた音響波を探触子１３０で受信して、トランスデューサ１３５から受信信号を出力する。探触子１３０から出力された信号は、コンピュータ１５０に渡される。なお、Ｓ２１０、Ｓ２２０は、音響波を照射するトランスデューサを変えて複数回実行されてもよい。
【０１２６】
（Ｓ２３０：音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ１３０と同様の方法で被検体１００、保持カップ１４０、媒質等の音速情報を取得する。
【０１２７】
（Ｓ２４０：音響波の伝播時間を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、探触子１３０が音響波を送信してから、音響波が反射体１０３で反射することにより発生したエコーを受信するまで音響波の伝搬時間を取得する。
【０１２８】
一般的に、音響反射分布の算出方法として、式（１４）を用いることができる。
【０１２９】
【数１４】
2017113422.tif 000016
ここで、ｒ０は画像化する位置を示す位置ベクトル、Ｉ（ｒ０，ｔ）は画像化する位置の音響反射に関連する値、ｒｉはトランスデューサの位置ベクトル、ｒｋは音響波を送信したトランスデューサの位置ベクトル、ｃは被検体１００の音速を示す。また、Ｎは画像化に用いるトランスデューサ１３１の個数を示す。式（１４）は、受信信号ｐ（ｒｉ，ｔ）に球面波減衰補正等の処理を行い、送信の伝播時間と受信の伝播時間を考慮して整相加算すること（逆投影）を示している。式（１４）のｔは、トランスデューサ１３４から注目位置まで音響波が伝播する時間と、注目位置からトランスデューサ１３５まで音響波が伝搬する時間の合計時間である。なお、ｐ（ｒｉ、ｔ）に対し演算処理を施してもよい。例えば、周波数フィルタリング（ローパス、ハイパス、バンドパス等）、デコンボリューション、包絡線検波、ウェーブレットフィルタリング、タイムゲインコントロール（ＴＧＣ）等である。さらに、Ｉ（ｒ０）の計算ではアポダイゼーションを行ってもよい。
【０１３０】
本工程では、コンピュータ１５０が、伝搬時間ｔｌｌ、ｔｌｔ、ｔｔｌ、ｔｔｔを算出する。伝播時間ｔの１つ目の添字は、トランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播するか横波として伝播するかを示している。伝播時間ｔの２つ目の添え字は、被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播するか横波として伝播するかを示している。添え字のｌは縦波を表し、ｔは横波を表す。例えば、ｔｌｔはトランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播し、被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を横波として伝播する音線に沿った伝播時間を示す。これらの算出方法を、図１７を用いて説明する。
【０１３１】
図１７において、音線１９０１はトランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播する場合の音線である。音線１９０２はトランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を横波として伝播する場合の音線である。音線１９０３は被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播する場合の音線である。音線１９０４は被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を横波として伝播する場合の音線である。すなわち、本実施形態では、コンピュータ１５０は、４つのパターンの音線を考慮してそれぞれの音線における伝搬時間を算出する。
【０１３２】
各伝播時間は、音線１９０１と音線１９０２のいずれかの伝播時間と、音線１９０３と音線１９０４のいずれかの伝播時間の合計である。
【０１３３】
音線１９０１、音線１９０３の伝播時間は、保持カップの音速を縦波の音速ｃ２ｌとして、第一の実施形態で説明した算出方法を実行することで取得できる。音線１９０２、音線１９０４の伝播時間は、保持カップの音速を横波の音速ｃ２ｔとして、第一の実施形態で説明した算出方法を実行することで取得できる。第一の実施形態の算出方法により屈折音線を求める場合、音線１９０１と音線１９０２は実際の伝播方向と計算の伝播方向が逆となるが、最終的に求まる音線は伝播方向に依存しないため、問題ない。
【０１３４】
また、第三の実施形態で説明したように伝搬時間テーブルを参照することによりそれぞれの伝搬時間を取得してもよい。
【０１３５】
（Ｓ２５０：被検体情報を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、Ｓ２４０で算出した４つの伝播時間ｔｌｌ、ｔｌｔ、ｔｔｌ、ｔｔｔを用いて被検体１００内の音響反射分布を被検体情報として取得する。画像化領域が複数の画像化最小単位（ピクセルまたはボクセル）を含む場合、コンピュータ１５０は最小単位ごとの音響反射に関する値、すなわち画像化領域内の音響反射分布を算出する。
【０１３６】
本実施形態では、式（１４）を変形した式（１５）を用いる。
【０１３７】
【数１５】
2017113422.tif 000017
すなわち、送信と受信それぞれの縦波信号と横波信号の組み合わせにより生じる全ての伝搬時間を考慮することで、これら信号がボクセル１０１に正しく逆投影される。これにより、デフォーカスが抑制される。なお、第１の実施形態で説明したように各信号に対する重みを変えてもよい。また、式（１５）の４項全てを用いなくてもよい。例えば第二の実施形態のように、送信と受信のそれぞれにおいて、縦波信号と横波信号の一方を選択的に逆投影してもよい。この場合、Ｓ２４０における伝搬時間の計算時間及びＳ２５０における逆投影の計算時間を短縮しつつ、デフォーカスを抑制することができる。
【０１３８】
（Ｓ２６０：被検体情報を表示する工程）
本工程では、Ｓ２５０で取得した音響反射分布を、画像化領域の被検体情報として表示部１６０に表示する。表示部１６０に表示された被検体情報は、デフォーカス等が抑制された情報であるため、医師等の作業者が診断等に用いる上で好適な情報となっている。
【０１３９】
以上、本実施形態によれば、球面音響波を被検体に照射し、被検体内部で反射、伝播した音響波を基に被検体情報を取得する装置において、デフォーカス等が抑制された高い精度（画質）の被検体情報を取得することができる。
【０１４０】
［第五の実施形態］
本実施形態では、集束音響波を被検体に照射し、被検体内部で反射、伝播した音響波を検出して得た受信信号を用いて被検体情報を取得する装置について説明する。なお、第一の実施形態から第四の実施形態と同一の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４１】
＜被検体情報取得装置の構成＞
図１８は、本実施形態にかかる被検体情報取得装置の模式図である。以下、装置の各構成要素について説明する。装置は、トランスデューサ１３６を備えた探触子１３０、保持手段としての保持板１４４、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０を有する。測定対象は、被検体１００である。
【０１４２】
本実施形態における探触子１３０は、複数のトランスデューサ１３６を直線上（１Ｄ）、または、平面上（２Ｄ）に配置している。なお、トランスデューサの配列はこの通りである必要はなく、送信時にビームフォーカスを行える形状であればいかなる配列であってもよい。
【０１４３】
平行平板型の２枚の保持板１４４は、被検体１００を挟むことにより被検体１００の形状を保持する。
【０１４４】
＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図１９を参照して説明する。なお、各工程は、コンピュータ１５０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。
【０１４５】
（Ｓ３１０：音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ１３０と同様の方法で被検体１００、保持板１４４、媒質等の音速情報を取得する。
【０１４６】
（Ｓ３２０：送信ビームフォーカスのための遅延時間を算出する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、被検体１００に集束音響波を送信（送信ビームフォーカス）するための、各トランスデューサ１３６に与える遅延時間を算出する。図２０は、トランスデューサ１３６と被検体情報を取得するボクセル１０１を結ぶ音線を示したものである。音線２２０１は、保持板１４４内を縦波として伝搬する際の、ｉ番目のトランスデューサ１３６の屈折音線を示す。
【０１４７】
まず、コンピュータ１５０は、音線２２０１に関する伝搬時間ｔｉｌを算出する。この算出には、第四の実施形態で説明した方法を用いてもよい。全てのトランスデューサ１３６について伝搬時間を計算し、その中で最大のものをｔｂとする。次に、式（１６）により各トランスデューサ１３６の送信遅延時間τｉを算出する。
【０１４８】
【数１６】
2017113422.tif 000018
（Ｓ３３０：音響波を照射する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、式（１７）によって各トランスデューサ（１３４）を駆動し、集束音響波を送信し、被検体１００に照射する。式（１７）のτｉはＳ３２０で算出した送信遅延時間である。
【０１４９】
【数１７】
2017113422.tif 000019
最大の伝搬時間を有するトランスデューサ１３６を駆動する時刻を０として、各トランスデューサ１３６の駆動信号に送信遅延時間τｉを与えることにより、ボクセル１０１の位置に集束する音響波を発生させることができる。なお、式（１７）ではトランスデューサに与える駆動信号をデルタ関数としている。実際にはトランスデューサ１３６のインパルス特性等によりデルタ関数の音響波を発生させることは難しいが、本発明の本質を損なうものではないため説明の簡便化のためにデルタ関数とした。
【０１５０】
（Ｓ３４０：エコーを受信する工程）
本工程では、探触子１３０は、Ｓ３３０で照射され被検体１００内で反射、伝播してきた音響波（エコー）を受信して電気信号を出力する。出力された電気信号は、コンピュータ１５０に渡される。
【０１５１】
（Ｓ３５０：受信ビームフォーカスのための遅延時間を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、受信ビームフォーカスを行うための受信遅延時間を算出する。
【０１５２】
まず、コンピュータ１５０は、音線２２０１の伝搬時間ｔｉｌを取得する。これは、Ｓ３２０で算出した値を用いることができる。次に、コンピュータ１５０は、音線２２０２に関する伝搬時間ｔｉｔを算出する。音線２２０２は、保持板１４４内を横波として伝搬する際の、ｉ番目のトランスデューサ１３６の屈折音線を示す。
【０１５３】
コンピュータ１５０は、縦波と横波の伝搬時間ｔｉｌとｔｉｔを用いて、式（１８）により２つの受信遅延時間ρｉｌとρｉｔを算出する。
【０１５４】
【数１８】
2017113422.tif 000020
（Ｓ３６０：音響反射分布を算出する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、Ｓ３５０で算出した２つの受信遅延時間ρｉｌとρｉｔに基づき、ボクセル１０１の音響反射に関する値Ｉ（ｒ０）を算出する。算出には、式（１９）を用いる。
【０１５５】
【数１９】
2017113422.tif 000021
ｒ０はボクセル１０１の位置ベクトル、ｒｉはトランスデューサの位置ベクトル、Ｎは画像化に用いるトランスデューサ１３４の個数を示す。式（１９）は、受信信号ｐ（ｒｉ，ｔ）に含まれる縦波信号と横波信号とを整相加算することを示している。これにより、縦波信号に加えて横波信号もボクセル１０１に関して正しく整相加算されるため、デフォーカスが抑制される。なお、第１の実施形態で説明したように縦波信号と横波信号に対する重みを変えてもよい。また、第２の実施形態で説明したように縦波信号と横波信号のいずれか一方を用いてよい。
【０１５６】
なお、被検体１００の画像化領域にボクセル１０１が複数存在する場合、その各々についてＳ３２０からＳ３６０を繰り返して音響反射分布を取得してもよい。また、１回の音響波の送信（Ｓ３３０）により得た信号を用いて、送信音響波の集束領域に含まれる複数のボクセル１０１それぞれに対しＳ３５０からＳ３６０を実行して音響反射分布を取得してもよい。これにより、音響波送信の回数を削減することで、測定時間を短縮することができる。この場合、最大伝搬時間ｔｂ、縦波伝搬時間ｔｉｌ、横波伝搬時間ｔｉｔを新たなボクセルの位置ｒ０’に関して再計算し、式（１８）と式（１９）に基づいてＩ（ｒ０’）を算出する。
【０１５７】
（Ｓ３７０：被検体情報を表示する工程）
本工程では、Ｓ３６０で取得した音響反射分布を、画像化領域の被検体情報として表示部１６０に表示する。表示部１６０に表示された被検体情報は、デフォーカス等が抑制された情報であるため、医師等の作業者が診断等に用いる上で好適な情報となっている。
【０１５８】
以上では、受信ビームフォーカス時のみ横波の伝搬時間を考慮したが、送信時にも横波の伝搬時間を考慮することができる。例えば、第二の実施形態の伝搬時間算出方法を用いて式（２０）で表わされる送信遅延時間τｉを算出し、式（１７）により集束音響波を発生させる。
【０１５９】
【数２０】
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縦波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３４に関してはａ（ｉ）に”ｌ”を割り当てる。また、横波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３４に関してはａ（ｉ）に”ｔ”を割り当てる。ｔｂ’は、ｔｉａ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）に関する最大の伝搬時間である。
【０１６０】
受信遅延時間の算出では、式（２１）を用いる。
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音響反射に関する値Ｉ（ｒ０）の算出では、式（２２）を用いる。
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以上により、送信時および受信時においてよりＳＮの高い受信信号を選択してビームフォーミングを行うことができ、被検体情報の精度の低下を抑制することができる。
【０１６１】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明は上記特定の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で実施形態の修正をすることができる。
【符号の説明】
【０１６２】
１３０  探触子
１４０  保持カップ
１４１  取り付け部
１５０  コンピュータ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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