(57)【要約】【課題】  本発明は、媒質による伝搬時間のずれに起因する被検体情報の精度の低下を抑制することのできる情報取得装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る情報取得装置は、変形可能な音響マッチング材を貯留する容器と、被検体から発生する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、信号を用いて被検体情報を取得する処理手段と、を有し、受信手段は、音響マッチング材を伝搬した音響波を受信できるように配置され、処理手段は、被検体の音速情報を取得し、音響マッチング材の音速情報を取得し、音響マッチング材の位置情報を取得し、位置情報、被検体の音速情報、及び音響マッチング材の音速情報を用いて、被検体内の注目位置と受信手段との間の音響波の伝搬時間情報を取得し、信号と伝搬時間情報とを用いて、注目位置の被検体情報を取得する。【選択図】  図１
2017119094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な音響マッチング材を貯留する容器と、
被検体から発生する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、
前記信号を用いて被検体情報を取得する処理手段と、
を有し、
前記受信手段は、
前記音響マッチング材を伝搬した前記音響波を受信できるように配置され、
前記処理手段は、
前記被検体の音速情報を取得し、
前記音響マッチング材の音速情報を取得し、
前記音響マッチング材の位置情報を取得し、
前記位置情報、前記被検体の音速情報、及び前記音響マッチング材の音速情報を用いて、前記被検体内の注目位置と前記受信手段との間の前記音響波の伝搬時間情報を取得し、
前記信号と前記伝搬時間情報とを用いて、前記注目位置の前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
前記処理手段は、
前記位置情報、前記被検体の音速情報、及び前記音響マッチング材の音速情報に応じた屈折を考慮して、前記注目位置と前記受信手段との間の前記音響波の音線を算出し、
前記音線、前記被検体の音速情報、及び前記音響マッチング材の音速情報に基づいて前記伝搬時間情報を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項３】
前記処理手段は、
前記注目位置と前記受信手段とを結ぶ直線を、前記音響波の音線と仮定し、
前記位置情報を用いて、前記直線と前記音響マッチング材との交点を算出し、
前記被検体の音速情報を用いて、前記注目位置と前記交点とを結ぶ音線に対応する第１の伝搬時間情報を取得し、
前記音響マッチング材の音速情報を用いて、前記交点と前記受信手段とを結ぶ音線に対応する第２の伝搬時間情報を取得し、
前記第１の伝搬時間情報と前記第２の伝搬時間情報とを用いて、前記伝搬時間情報を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項４】
変形可能な音響マッチング材を貯留する容器と、
被検体から発生する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、
前記信号を用いて被検体情報を取得する処理手段と、
を有し、
前記受信手段は、
前記音響マッチング材を伝搬した前記音響波を受信できるように配置され、
前記処理手段は、
前記音響マッチング材の位置情報を取得し、
前記信号及び前記位置情報を用いて、前記音響波の伝搬経路における音速情報を取得する
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
前記信号、前記位置情報、及び前記音速情報を用いて、前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項４に記載の情報取得装置。
【請求項６】
前記音響マッチング材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、
前記音響マッチング材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し、
前記信号、前記位置情報、及び前記音響マッチング材の音速情報を用いて、前記被検体の音速情報を取得する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の情報取得装置。
【請求項７】
前記処理手段は、
前記信号に基づいて、前記位置情報を取得する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項８】
変形可能な音響マッチング材を貯留する容器と、
被検体から発生する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、
前記信号を用いて被検体情報を取得する処理手段と、
を有し、
前記受信手段は、
前記音響マッチング材を伝搬した前記音響波を受信できるように配置され、
前記処理手段は、
前記音響波の伝搬経路における音速情報を取得し、
前記音響マッチング材の位置情報を取得し、
前記信号、前記音速情報、及び前記位置情報を用いて、第１の被検体情報を取得し、
前記第１の被検体情報に基づいて、前記位置情報を更新し、
前記信号及び更新された前記位置情報を用いて、前記音速情報を更新する
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項９】
前記処理手段は、
前記信号、更新された前記音速情報、及び更新された前記位置情報を用いて、第２の被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の情報取得装置。
【請求項１０】
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光が照射されることにより前記被検体から発生する前記音響波を受信し、
前記処理手段は、
更新された前記位置情報を用いて、前記被検体に照射された光の前記被検体内の光フルエンス分布情報を取得し、
前記信号、更新された前記音速情報、更新された前記位置情報、及び前記光フルエンス分布情報を用いて、前記第２の被検体情報として光吸収係数に関する情報を取得する
ことを特徴とする請求項９に記載の情報取得装置。
【請求項１１】
前記処理手段は、
前記第１の被検体情報に対して入力手段により指示された情報に基づいて、前記位置情報を更新する
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１２】
前記処理手段は、
前記第１の被検体情報を解析することにより、前記位置情報を更新する
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１３】
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光照射により前記被検体から発生する前記音響波を受信することにより前記信号を出力する
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１４】
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超音波が照射されることにより前記被検体から発生する前記音響波を受信することにより前記信号を出力する
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１５】
前記被検体に光を照射する光照射手段と、
前記被検体に超音波を照射する超音波照射手段と、
前記超音波の反射波を受信することによりエコー信号を出力する超音波受信手段と、
を有し、
前記受信手段は、前記光照射手段からの光照射により前記被検体から発生する前記音響波を受信することにより前記信号を出力し、
前記処理手段は、
前記エコー信号に基づいて、前記位置情報を取得する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１６】
前記処理手段は、
前記被検体と前記音響マッチング材との境界の位置情報を前記位置情報として取得する
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の情報取得装置。
【請求項１７】
被検体で発生し、変形可能な音響マッチング材を伝搬し、受信手段により受信された音響波に由来する信号を取得する工程と、
前記音響マッチング材の音速情報を取得する工程と、
前記被検体の音速情報を取得する工程と、
前記音響マッチング材の位置情報を取得する工程と、
前記位置情報、前記被検体の音速情報、及び前記音響マッチング材の音速情報を用いて、前記被検体内の注目位置と前記受信手段との間の前記音響波の伝搬時間情報を取得する工程と、
前記信号及び前記伝搬時間情報を用いて、前記注目位置の被検体情報を取得する工程と、
を有する
ことを特徴とする情報取得方法。
【請求項１８】
被検体で発生し、変形可能な音響マッチング材を伝搬した音響波に由来する信号を取得する工程と、
前記音響マッチング材の位置情報を取得する工程と、
前記信号と前記位置情報とを用いて、前記音響波の伝搬経路における音速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１９】
前記信号、前記位置情報、及び前記音速情報を用いて、被検体情報を取得する工程を有する
ことを特徴とする請求項１７に記載の情報取得方法。
【請求項２０】
前記位置情報を取得する工程において、前記信号に基づいて、前記位置情報を取得する
ことを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の情報取得方法。
【請求項２１】
前記被検体に送信された超音波の反射波に由来するエコー信号を取得する工程を有し、
前記信号を取得する工程において、光照射により前記被検体から発生する前記音響波に由来する前記信号を取得し、
前記位置情報を取得する工程において、前記エコー信号に基づいて、前記位置情報を取得する
ことを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の情報取得方法。
【請求項２２】
被検体で発生し、変形可能な音響マッチング材を伝搬した音響波に由来する信号を取得する工程と、
前記音響波の伝搬経路における音速情報を取得する工程と、
前記音響マッチング材の位置情報を取得する工程と、
前記信号、前記音速情報、及び前記位置情報を用いて、第１の被検体情報を取得する工程と、
前記第１の被検体情報に基づいて、前記音響マッチング材の位置情報を更新する工程と、
前記信号及び更新された前記位置情報を用いて、前記音響波の伝搬経路における音速情報を更新する工程と、
を有する
ことを特徴とする情報取得方法。
【請求項２３】
前記信号、更新された前記音速情報、及び更新された前記位置情報を用いて、第２の被検体情報を取得する工程を有する
ことを特徴とする請求項２２に記載の情報取得方法。
【請求項２４】
前記信号を取得する工程において、光照射により前記被検体から発生する前記音響波に由来する前記信号を取得し、
更新された前記位置情報を用いて、前記被検体に照射された光の前記被検体内の光フルエンス分布情報を取得する工程と、
前記信号、更新された前記音速情報、更新された前記位置情報、及び前記光フルエンス分布情報を用いて、前記第２の被検体情報として光吸収係数に関する情報を取得する工程と、
を有する
ことを特徴とする請求項２３に記載の情報取得方法。
【請求項２５】
前記位置情報を取得する工程において、前記被検体と前記音響マッチング材との境界の位置情報を前記位置情報として取得する
ことを特徴とする請求項１７から２４のいずれか１項に記載の情報取得方法。
【請求項２６】
請求項１７から２５のいずれか１項に記載の情報取得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情報取得装置が提案されている。
【０００３】
非特許文献１は、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｂａｃｋ−Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎと呼ばれるタイムドメインの逆投影法を開示する。非特許文献１は、測定対象が均一な媒質であることを仮定し、１つの音速を用いて再構成を行うことを開示する。
【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】
しかしながら、測定対象である被検体で発生した音響波が被検体とは音速の異なる媒質を伝搬する場合、非特許文献１の方法では被検体とは音速の異なる媒質による伝搬時間のずれによって被検体情報を精度よく取得することができない。
【０００６】
そこで、本発明は、被検体とは音速の異なる媒質が存在する場合であっても、媒質による伝搬時間のずれに起因する被検体情報の精度の低下を抑制することのできる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】
本発明に係る情報取得装置は、変形可能な音響マッチング材を貯留する容器と、被検体から発生する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、信号を用いて被検体情報を取得する処理手段と、を有し、受信手段は、音響マッチング材を伝搬した音響波を受信できるように配置され、処理手段は、被検体の音速情報を取得し、音響マッチング材の音速情報を取得し、音響マッチング材の位置情報を取得し、位置情報、被検体の音速情報、及び音響マッチング材の音速情報を用いて、被検体内の注目位置と受信手段との間の音響波の伝搬時間情報を取得し、信号と伝搬時間情報とを用いて、注目位置の被検体情報を取得する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る情報取得装置によれば、被検体とは音速の異なる媒質が存在する場合であっても、媒質による伝搬時間のずれによる被検体情報の精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態に係る光音響装置の模式図
【図２】コンピュータ周辺の構成を示す図
【図３】第一の実施形態に係る処理方法のフローを示す図
【図４】第一の実施形態に係る伝搬時間の算出方法を説明するための図
【図５】第一の実施形態に係る伝搬時間の算出フローを示す図
【図６】第二の実施形態に係る処理方法のフローを示す図
【図７】比較例または実施例１で得られた被検体情報の画像を示す図
【図８】実施例２に係る光音響装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第一の実施形態］
以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００１１】
＜光音響装置＞
図１を参照しながら本実施形態にかかる光音響装置の構成を説明する。本実施形態の光音響装置は、光照射部１１０、探触子１３０、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。
【００１２】
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１０２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。
【００１３】
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。
【００１４】
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）、光エネルギー吸収密度、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。
【００１５】
以下、本実施形態に係る情報取得装置の各構成の詳細を説明する。
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
支持体１３２は、機械的強度が高い金属材料やプラスチック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。
【００２５】
また、支持体１３２は音響マッチング材１９０を貯留する容器としても機能してもよい。すなわち、支持体１３２をトランスデューサ１３１と被検体１００との間に音響マッチング材１９０を配置するための容器としてもよい。
【００２６】
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。
【００２７】
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１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。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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
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。
【００３１】
処理手段としての演算機能を担うユニットは、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図２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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【００３９】
（音響マッチング材１９０）
音響マッチング材１９０は光音響装置の構成ではないが説明する。音響マッチング材１９０は、被検体１００とトランスデューサ１３１との間を音響波伝搬させるためのものである。音響マッチング材１９０は、変形可能な部材から構成され、被検体１００と接触したときに変形する。すなわち、音響マッチング材１９０は、被検体１００とトランスデューサ１３１との間の隙間をできるだけ低減するために、被検体に合わせて変形することができる。音響マッチング材１９０は音響波減衰が少ないものであってもよい。音響マッチング材１９０には、被検体１００の音響インピーダンスとトランスデューサ１３１の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有する部材を採用してもよい。特に、被検体の音響インピーダンスに近い材料を選択してもよい。照射光が音響マッチング材１９０を透過する場合、照射光に対して透明であってもよい。音響マッチング材１９０には、水、超音波ジェルなどを用いてもよい。
【００４０】
本発明の音響マッチング材１９０は流動性を有するため、それを保持しながら収容する容器が必要となる。本実施形態においては、支持体１３２が音響マッチング材１９０を貯留する容器として機能する。なお、情報取得装置は、支持体１３２とは別に、トランスデューサ１３１と被検体１００との間に音響マッチング材１９０を貯留することができる容器を備えていてもよい。容器としては、プラスチック容器や金属容器などを採用してもよい。
【００４１】
（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１０３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１０３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１０３としてもよい。
【００４２】
＜情報取得方法＞
次に、コンピュータ１５０で行われる信号処理の詳細に関して、図３に示すフローを用いて説明する。なお、図３に示すフローは、探触子１３０から出力された電気信号に由来する信号データが、コンピュータ１５０の記憶手段に保存された後の処理フローを示す。
【００４３】
（Ｓ１１０：被検体の音速情報、音響マッチング材の音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、被検体１００の音速情報及び音響マッチング材１９０の音速情報を取得する。本明細書において、音響波の伝搬速度（音速）そのものの他に、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。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、本工程においてコンピュータ１５０が密度ρと体積弾性率Ｋとを音速情報として取得し、それらのパラメータから音速を推定してもよい。
【００４４】
コンピュータ１５０は、記憶手段に予め保存された音速情報を読み出すことにより音速情報を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、記憶手段に予め保存された、音速に影響を与える温度等と音速情報との関係式または関係テーブルを参照することにより、音速情報を取得してもよい。このとき、コンピュータ１５０は、温度測定部により測定された被検体１００または音響マッチング材１９０の温度を用いて、測定された温度に対応する音速情報を関係式または関係テーブルを参照することにより取得することができる。
【００４５】
また、コンピュータ１５０は、被検体１００と音響マッチング材１９０との境界の仮の位置情報を設定し、この仮の位置情報を用いて公知の手法により得られた被検体１００及び音響マッチング材１９０内での音速を音速情報として取得してもよい。
【００４６】
（Ｓ１２０：被検体と音響マッチング材との境界の位置情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、被検体１００と音響マッチング材１９０と境界の位置情報を取得する。前述のように支持体１３２に貯留された音響マッチング材１９０は、変形可能な部材から構成されている。そのため、音響マッチング材１９０は、被検体１００により押され、変形するため、被検体１００と音響マッチング材１９０との境界は測定毎に変化する。境界の位置情報には、境界の位置を表す座標のデータの他に境界の形状を表現した関数も含む。なお、音響マッチング材の位置情報から当該境界の位置情報を推定できるため、音響マッチング材の位置情報を取得すれば境界の位置情報を取得したとみなすことができる。
【００４７】
例えば、まずコンピュータ１５０は、記憶手段に保存された信号データと、適当に仮定した伝搬経路の平均音速値を用いて、公知の画像再構成を行い、被検体情報を生成する。なお、ここで得られた被検体情報は、初期音圧分布、光エネルギー吸収密度分布、あるいはそれらから得られた相対的な吸収係数分布とする。通常、被検体１００と音響マッチング材１９０との間にはグリューナイセン係数あるいは光吸収係数の差があるため、被検体１００の表面から光音響波が発生する。特に、被検体１００が生体の場合は、皮膚表面近傍の血管やメラニンを多く含んでいる皮膚からも光音響波が発生する。これら表面近傍から発生した光音響波は探触子１３０において、被検体内部の光吸収体（例えば、血管）から発生した光音響波と同様に受信されるため、信号データの中に含まれている。つまり、コンピュータ１５０が信号データを用いて画像再構成を行うと、表面近傍から発生した光音響波に由来する信号データにより、被検体１００の表面形状が画像化される。コンピュータ１５０がこの画像データに基づいて、被検体１００と音響マッチング材１９０との境界の位置情報を得ることができる。具体的な一例をあげると、コンピュータ１５０が再構成により得られた画像データを表示部１６０に表示させ、ユーザーが画像を確認しながら、境界（被検体１００の表面）と思われる位置を、入力部１７０を用いてマークする。その後、コンピュータ１５０は入力部１７０により指定された特徴点（マーク）の座標を算出し、それらの座標を数学的に補間することで、境界の形状を表した関数を得る。さらには、コンピュータ１５０が、その境界の形状を表した関数を用いて、境界の内部（被検体内部）を１、それ以外を０とした境界の３次元的な形状を表現したボクセルデータを生成する。
【００４８】
なお、ここではユーザーが画像から境界と思われる位置を、入力部１７０を用いて指定したが、コンピュータ１５０による画像データへの画像処理により、ユーザーが特徴点を抽出することなく、自動で境界の位置情報を生成してもよい。なお、画像データから境界の位置情報を取得できればどのような処理を用いてもかまわない。以上の方法により、コンピュータ１５０は計測された信号データから境界の位置情報を取得することができる。
【００４９】
一方、その他の方法でも境界の位置情報を取得することができる。例えば、コンピュータ１５０が他の計測装置（モダリティ装置）で得られた情報を用いて、境界の位置情報を取得する方法である。具体的には、３次元超音波イメージング装置やＭＲＩ、Ｘ線ＣＴなどの医用モダリティーでは、光音響装置と同様に被検体を画像から確認できる。そのため、コンピュータ１５０は、他の計測装置（モダリティ装置）で得られた画像データから上述した方法を用いて境界の位置情報を取得できる。なお、光音響装置で得られる画像データと他の計測装置で得られる画像データの位置ずれが小さくなるように、光音響装置による測定と他の計測装置による測定は、同様の保持状態であるときに行われることが好ましい。そこで、光音響装置または他の計測装置は保持状態の差異の程度を音や表示で通知する通知手段を有していてもよい。また、コンピュータ１５０は、画像データ間の位置ずれを補正した後に他の計測装置により得られた画像データに基づいて境界の位置情報を取得してもよい。
【００５０】
さらに別の方法としては、ステレオカメラなどの３次元計測、あるいは光を使った形状計測装置など、すでに知られている形状計測装置を用いて境界の位置情報を測定し、コンピュータ１５０はその測定結果を取得してもよい。例えば、被検体１００の下部方向及び、前後左右の４方向に設置した５つのカメラが、計測前の被検体１００の静止画像を取得する。コンピュータ１５０はこれらの５つの静止画を用いて、公知の画像処理にて被検体１００の立体形状を復元し、境界の位置情報として取得する。この場合も、光音響装置による測定と形状計測装置による測定は、同様の保持状態であるときに行われることが好ましい。そこで、光音響装置または形状計測装置は保持状態の差異の程度を音や表示で通知する通知手段を有していてもよい。
【００５１】
（Ｓ１３０：境界の位置情報、被検体の音速情報、及び音響マッチング材の音速情報を用いて伝搬時間情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ１２０で取得された境界の位置情報と、Ｓ１１０で取得された被検体の音速情報及び音響マッチング材の音速情報とを用いて、光音響波の伝搬時間情報を取得する。コンピュータ１５０は、被検体１００の音速情報を用いて、注目位置１０１で発生した音響波が被検体１００内を伝搬するときの音線に従った伝搬時間（第１の伝搬時間）ｔ１の情報を取得する。また、コンピュータ１５０は、被検体１００の音速情報を用いて、注目位置１０１で発生した音響波が音響マッチング材内を伝搬するときの音線に従った伝搬時間（第２の伝搬時間）ｔ２の情報を取得する。ここでは、後述するＳ１４０で再構成対象となるボクセルまたはピクセルを注目位置１０１として説明する。
【００５２】
以下、図４を参照しつつ、音響波の伝搬時間情報を取得する方法を説明する。
【００５３】
（１）屈折を考慮した伝搬時間情報の取得例
図５に示す処理フローにしたがって境界での屈折を考慮した伝搬時間情報を取得する例を説明する。コンピュータ１５０は、図４（ａ）に示すように注目位置１０１から屈折点Ｐ０までの伝搬時間ｔ１と、屈折点Ｐ０からトランスデューサ１３１までの伝搬時間ｔ２を算出する。
【００５４】
（Ｓ１３１：注目位置とトランスデューサとを結ぶ直線を算出する工程）
まずコンピュータ１５０は、図４（ｂ）に示すように注目位置１０１とトランスデューサ１３１とを結ぶ直線を算出する。具体的にコンピュータ１５０は、既知の注目位置１０１の座標（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とトランスデューサ１３１の座標（ｔｘ、ｔｙ，ｔｚ）から、その二つの座標と通過する直線の式を求める。これを第一の音線２０１０とする。方向ベクトルをｄ＝（ｌ，ｍ，ｎ）とすると、ｌ＝（ｔｘ−ｖｘ）、ｍ＝（ｔｙ−ｖｙ）、ｎ＝（ｔｚ−ｖｚ）となり、最終的な直線の方程式は以下のようになる。
ｘ−ｖｘ／ｌ＝ｙ−ｖｙ／ｍ＝ｚ−ｖｚ／ｎ      （１）
【００５５】
（Ｓ１３２：境界の位置情報を用いて境界と直線との交点を算出する工程）
次にコンピュータ１５０は、Ｓ１３１で算出した直線が、Ｓ１２０で取得された境界の位置情報が示す境界と交わる位置（交点Ｐ１）の座標（ａｘ１、ａｙ１、ａｚ１）を算出する。例えば、境界の位置情報が境界の形状を表す関数である場合は、コンピュータ１５０が直線を表す方程式と境界の形状を現す関数の方程式を用いて交点を求めればよい。
【００５６】
（Ｓ１３３：被検体に対する交点での接平面を算出する工程）
次にコンピュータ１５０は、図４（ｃ）に示すように被検体１００に対する交点Ｐ１での接平面を算出する。例えば、接平面の法線ベクトルをｎ＝（ａ，ｂ，ｃ）とすると、接平面は以下の式で表すことができる。
ａ（ｘ−ａｘ１）＋ｂ（ｙ−ａｙ１）＋ｃ（ｚ−ａｚ１）＝０      （２）
【００５７】
（Ｓ１３４：被検体の音速情報及び音響マッチング材の音速情報に応じた屈折を考慮して注目位置からトランスデューサまでの音線を算出する工程）
次にコンピュータ１５０は、図４（ｃ）に示すようにＳ１３３で算出した接平面に対してスネルの法則にしたがって屈折を考慮した第二の音線２０２０を算出する。コンピュータ１５０は、注目位置１０１の座標（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とトランスデューサ１３１の座標（ｔｘ、ｔｙ，ｔｚ）を用いて、以下のスネルの法則にしたがって屈折を考慮した第二の音線２０２０を求める。
ｃ１／ｃ２＝ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２      （３）
【００５８】
次にコンピュータ１５０は、図４（ｃ）に示すように第二の音線２０２０と接平面との交点Ｐ２の座標（ａｘ２、ａｙ２、ａｚ２）を算出する。また、コンピュータ１５０は、図４（ｄ）に示すように第二の音線２０２０と境界との交点Ｐ３の座標（ａｘ３、ａｙ３、ａｚ３）を算出する。
【００５９】
次にコンピュータ１５０は、交点Ｐ２と交点Ｐ３との距離を評価し、この距離が所定の数値範囲内に含まれるかを判定する。コンピュータ１５０は、距離が所定の数値範囲内に含まれるときの音線を、注目位置１０１からトランスデューサ１３１までの音線として取得する。一方、距離が所定の数値範囲に含まれない場合、コンピュータ１５０は被検体１００に対する交点Ｐ３での接平面をＳ１３３と同様に算出する。そして、コンピュータ１５０は、ここで得られた交点Ｐ３での接平面を用いてＳ１３４を実行する。コンピュータ１５０は、距離が所定の数値範囲内に含まれるまでＳ１３３とＳ１３４を繰り返す。すなわち、コンピュータ１５０は、接平面と音線の交点と、境界と音線の交点との距離が最小となるような最適化問題を解くことにより音線を算出する。なお、ここで最小とは算出される誤差が所定の数値範囲に含まれることを指す。
【００６０】
なお、本実施形態では接平面と音線の交点と、境界と音線の交点との距離を評価値として音線を算出したが、被検体の音速情報及び音響マッチング材の音速情報に応じた屈折を考慮して音線を取得できる限り、いかなる方法を採用してもよい。
【００６１】
（Ｓ１３５：被検体の音速情報及び音響マッチング材の音速情報を用いて音線に沿った伝搬時間を算出する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ１３４で取得された注目位置１０１からトランスデューサ１３１までの音線に沿った伝搬時間を算出する。コンピュータ１５０は、注目位置１０１から音線と境界との交点までの伝搬距離ｄ１を算出し、この伝搬距離ｄ１を被検体１００内での音速ｃ１で割ることにより伝搬時間ｔ１（＝ｄ１／ｃ１）を算出する。また、コンピュータ１５０は、音線と境界との交点からトランスデューサ１３１までの伝搬距離ｄ２を算出し、この伝搬距離ｄ２を音響マッチング材１９０内での音速ｃ２で割ることにより伝搬時間ｔ２（＝ｄ２／ｃ２）を算出する。そして、コンピュータ１５０は、（ｔ１＋ｔ２）を注目位置１０１からトランスデューサ１３１までの音響波の伝搬時間として取得する。
【００６２】
なお、コンピュータ１５０は、以下の式にしたがって伝搬距離ｄ１及び伝搬距離ｄ２を算出することができる。
ｄ１＝ｓｑｒｔ［（ｖｘ−ａｘ）＾２＋（ｖｙ−ａｙ）＾２＋（ｖｚ−ａｚ）＾２］（４）
ｄ２＝ｓｑｒｔ［（ｔｘ−ａｘ）＾２＋（ｔｙ−ａｙ）＾２＋（ｔｚ−ａｚ）＾２］（５）
このとき、コンピュータ１５０は、Ｓ１３４により算出された音線と境界との交点の座標（ａｘ、ａｙ、ａｚ）、及び注目位置１０１の座標（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とトランスデューサ１３１の座標（ｔｘ、ｔｙ，ｔｚ）を用いる。
【００６３】
（２）屈折を考慮しない伝搬時間情報の取得例
コンピュータ１５０は、被検体１００と音響マッチング材１９０との境界での屈折を考慮することなく、注目位置１０１からトランスデューサ１３１までの伝搬時間情報を取得してもよい。すなわち、コンピュータ１５０は、図４（ｅ）に示すように、注目位置１０１とトランスデューサ１３１とを結ぶ直線と境界との交点Ｐ１の座標（ａｘ１、ａｙ１、ａｚ１）を算出し、以下の式にしたがって伝搬時間ｔを算出してもよい。
ｄ１＝ｓｑｒｔ［（ｖｘ−ａｘ１）＾２
＋（ｖｙ−ａｙ１）＾２＋（ｖｚ−ａｚ１）＾２］      （６）
ｄ２＝ｓｑｒｔ［（ｔｘ−ａｘ１）＾２
＋（ｔｙ−ａｙ１）＾２＋（ｔｚ−ａｚ１）＾２］      （７）
ｔ＝ｄ１／ｃ１＋ｄ２／ｃ２      （８）
【００６４】
なお、被検体１００内での音速ｃ１と音響マッチング材１９０内での音速ｃ２との比が十分小さいときに上記近似が成り立つ。そこで、コンピュータ１５０は、Ｓ１１０で取得された被検体１００内での音速ｃ１と音響マッチング材１９０内での音速ｃ２との比が所定の数値範囲内（例えば、ある閾値以下）であるときに屈折を考慮しない方法で伝搬時間情報を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、Ｓ１１０で取得された被検体１００内での音速ｃ１と音響マッチング材１９０内での音速ｃ２との比が所定の数値範囲外（例えば、ある閾値より大きい）であるときに屈折を考慮する方法で伝搬時間情報を取得してもよい。また、音響マッチング材１９０内での音速ｃ２が既知である場合、コンピュータ１５０は、Ｓ１１０で取得された被検体１００内での音速ｃ１が所定の数値範囲内であるときに屈折を考慮しない方法で伝搬時間情報を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、Ｓ１１０で取得された被検体１００内での音速ｃ１が所定の数値範囲外であるときに屈折を考慮する方法で伝搬時間情報を取得してもよい。
【００６５】
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情報を取得してもよい。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を補間することにより、残りの注目位置に対する伝搬時間情報を取得してもよい。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。
【００６６】
（Ｓ１４０：伝搬時間情報を用いて被検体情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ１３０で取得された伝搬時間情報と記憶手段に格納された信号データとを用いて被検体情報を取得する。
【００６７】
例えば、本工程では、初期音圧の算出方法として例えば式（９）で表されるＵｎｉｖｅｒｓａｌ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）法を使用してもよい。
【００６８】
【数１】
2017119094.tif 000003
【００６９】
ここで、ｒ０は画像化するボクセルまたはピクセル（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（９）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。
【００７０】
式（９）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。Ｓ１３０で取得された伝搬時間をこのｔに代入する。
【００７１】
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よい。例えば、タイムドメインでの逆投影法としてＦｉｌｔｅｒｅｄ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ、Ｍｏｄｅｌ  ｂａｓｅｄ  Ｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）などを採用してもよい。
【００７２】
コンピュータ１５０は、Ｓ１２０で得られた境界の位置情報を用いて被検体１００に照射された光の被検体１００内の光フルエンス分布情報を取得してもよい。このとき、コンピュータ１５０は、Ｓ１２０で得られた境界の位置情報を用いて、被検体１００の表面における光のプロファイル（ソース）を算出してもよい。また、コンピュータ１５０は、Ｓ１２０で得られた境界の位置情報を用いて、光伝搬計算のときの境界条件を設定してもよい。コンピュータ１５０は、初期音圧分布情報と光フルエンス分布情報とを用いて光吸収係数分布情報を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、光吸収係数分布情報を用いて酸素飽和度分布等の濃度分布情報を取得してもよい。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。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。
【００７３】
（Ｓ１５０：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、Ｓ１４０で取得した被検体情報を用いて、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、光吸収係数分布、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。
【００７４】
以上、本実施形態に係る情報取得方法によれば、変形可能な音響マッチング材による伝搬時間のずれに起因する被検体情報の精度の低下を抑制することができる。
【００７５】
［第二の実施形態］
本実施形態では、被検体情報に基づいて境界の位置情報を精度よく取得することのできる方法を説明する。すなわち、本実施形態では、被検体と音響マッチング材との境界の位置情報を用いて得られた被検体情報に基づいて、再度境界の位置情報を取得し、この更新された境界の位置情報を用いて再度被検体情報を取得する例を説明する。図１に示す光音響装置及び図６に示すフロー図にしたがって本実施形態を説明する。なお、第一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。
【００７６】
コンピュータ１５０で行われる信号処理の詳細に関して、図６に示すフローを用いて説明する。なお、図６に示すフローは、探触子１３０から出力された電気信号に由来する信号データが、コンピュータ１５０の記憶手段に保存された後の処理フローを示す。
【００７７】
（Ｓ２１０：伝搬経路の仮の音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、注目位置で発生した音響波の伝搬経路の仮の音速情報を取得する。コンピュータ１５０は、伝搬経路が均一な媒質であると仮定し、１つの音速情報を仮の音速情報としてもよい。また、コンピュータ１５０は、被検体１００と音響マッチング材１９０のそれぞれの音速情報を仮で設定し、伝搬経路の仮の音速情報としてもよい。
【００７８】
コンピュータ１５０は、記憶手段に予め保存された音速情報を読み出すことにより、仮の音速情報を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、音響マッチング材１９０の音速情報については記憶手段に予め保存された音速情報を読み出すことにより取得し、被検体１００の仮の音速情報については信号データを用いて取得してもよい。すなわち、コンピュータ１５０は、被検体１００と音響マッチング材１９０の境界の仮の位置情報を設定する。そして、コンピュータ１５０は、被検体１００の音速情報を変数とし、仮に設定された境界の位置情報、音響マッチング材１９０の音速情報を用いて、信号データまたは信号データから得られる被検体情報を解析することにより被検体１００の音速情報を取得する。
【００７９】
（Ｓ２２０：仮の音速情報を用いて第１の被検体情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ２１０で取得された仮の音速情報と、記憶手段に格納された信号データとを用いて第１の被検体情報を取得する。被検体情報の取得方法については、Ｓ１２０〜Ｓ１４０の方法を用いることができる。なお、被検体１００と音響マッチング材１９０との境界の位置情報については仮の情報を用いる。境界の仮の位置情報については、ユーザーが入力部１７０で入力する方法や記憶手段に予め保存された境界の位置情報を取得してもよい。ただし、Ｓ２１０において均質な媒質を仮定した場合は、コンピュータ１５０は境界の仮の位置情報を設定することなく、被検体情報を取得することができる。
【００８０】
（Ｓ２３０：第１の被検体情報に基づいて境界の位置情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ２２０で取得された第１の被検体情報に基づいて境界の位置情報を取得する。被検体情報に基づいて境界の位置情報を取得する方法については、Ｓ１２０で説明した方法を第１の被検体情報に対して適用することができる。
【００８１】
本工程においては、被検体情報に基づいて境界の位置情報を取得しているため、典型的にＳ２１０において仮で設定した境界の位置情報よりも、境界の位置情報を精度良く取得することができる。
【００８２】
（Ｓ２４０：音響マッチング材の音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、音響マッチング材１９０の音速情報を取得する。コンピュータ１５０は、記憶手段に予め保存された音響マッチング材１９０の音速情報を読み出すことにより音響マッチング材１９０の音速情報を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、記憶手段に予め保存された、音響マッチング材１９０の音速情報に影響を与える温度等と音速情報との関係式または関係テーブルを参照することにより、音響マッチング材１９０の音速情報を取得してもよい。このとき、コンピュータ１５０は、温度測定部により測定された音響マッチング材１９０の温度を用いて、測定された温度に対応する音速情報を関係式または関係テーブルを参照することにより取得することができる。
【００８３】
（Ｓ２５０：境界の位置情報及び音響マッチング材の音速情報を用いて被検体の音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ２３０で取得された境界の位置情報、Ｓ２４０で取得された音響マッチング材１９０の音速情報、及び記憶手段に格納された信号データを用いて被検体１００の音速情報を取得する。まずコンピュータ１５０は、被検体１００の音速情報を仮定する。次にコンピュータ１５０は、この仮定された被検体１００の音速情報、境界の位置情報、及び音響マッチング材１９０の音速情報を用いて、Ｓ１３０で説明したように注目位置からトランスデューサ１３１までの音響波の伝搬時間情報を取得する。次にコンピュータ１５０は、ここで取得された伝搬時間情報に対応する信号データまたはこの信号データから得られる被検体情報を解析することにより被検体１００の最適な音速情報を取得する。最適な音速情報を取得する方法については、公知の手法を採用することができる。なお、Ｓ２４０を実行せずに、被検体１００の音速情報に加え音響マッチング材１９０の音速情報も変数として、本工程においてコンピュータ１５０が最適な音速情報を取得してもよい。
【００８４】
前述したように、本工程で用いられる境界の位置情報はＳ２１０で仮に設定された境界の位置情報よりも精度が高いため、本工程ではＳ２１０で仮に設定された音速情報よりも、被検体１００の音速情報が精度よく取得される。
【００８５】
（Ｓ２６０：境界の位置情報、音響マッチング材の音速情報、被検体の音速情報を用いて伝搬時間を算出する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ２３０で取得された境界の位置情報、Ｓ２４０で取得された音響マッチング材１９０の音速情報、及びＳ２５０で取得された被検体１００の音速情報を用いて、注目位置からトランスデューサ１３１までの音響波の伝搬時間情報を取得する。本工程では、Ｓ１３０で説明した方法により伝搬時間情報を取得することができる。
【００８６】
（Ｓ２７０：伝搬時間情報を用いて第ｎの被検体情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ２６０で取得された伝搬時間情報と、記憶手段に格納された信号データとを用いて第２の被検体情報を取得する。本工程においては、コンピュータ１５０がＳ１４０で説明した方法により被検体情報を取得することができる。Ｓ２２０で得られた被検体情報を第１の被検体情報とし、本工程で得られた被検体情報を第ｎの被検体情報とする（ｎは２以上の整数）。本工程で１回目に取得された被検体情報を第２の被検体情報とし、（ｎ−１）回目に取得された被検体情報を第ｎの被検体情報とする。
【００８７】
そして、本工程において、第ｍの被検体情報を取得していない場合はＳ２９０に進み、第ｍの被検体情報を取得した場合にはＳ３００に進む（Ｓ２８０）。
【００８８】
（Ｓ２９０：第ｎの被検体情報に基づいて境界の位置情報を取得、更新する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ２７０で取得された第ｎの被検体情報に基づいて境界の位置情報を再度取得し、記憶手段内の境界の位置情報を更新する。なお、記憶手段内の境界の位置情報を上書きせずに追加で保存してもよい。この場合も境界の位置情報を更新したこととする。被検体情報に基づいて境界の位置情報を取得する方法については、Ｓ１２０で説明した方法を第ｎの被検体情報に対して適用することができる。
【００８９】
Ｓ２７０で取得された第ｎの被検体情報は、Ｓ２５０で精度よく取得された被検体１００の音速情報を用いて取得されているため、Ｓ２２０で取得された第１の被検体情報よりも精度良く取得される。そのため、本工程で得られる境界の位置情報は、Ｓ２３０で得られる境界の位置情報よりも精度が高くなる。
【００９０】
そのため、２回目以降のＳ２５０からＳ２７０で得られる各種情報は、１回目に得られる各種情報よりも精度良く取得される。その結果、Ｓ３００にて表示される第ｍの被検体情報は第１の被検体情報と比べて精度の高い情報となる。
【００９１】
以上、本実施形態では、第ｍの被検体情報を取得したところで計算を終了する例を説明した。計算の繰り返し回数について予め設定されていてもよいし、ユーザーが入力部１７０を用いて繰り返し回数を入力してもよい。また、コンピュータ１５０が第ｎの被検体情報に対して画像解析を行い、画像解析の結果、画質に関するパラメータが所定の数値範囲内となったときに計算を終了させてもよい。これにより、所望の画質となるまで計算を続行することができる。さらに、所望の画質となったところで計算が終了するため冗長な計算を提言することができる。
【００９２】
なお、第一の実施形態及び第二の実施形態では、情報取得装置が光音響効果により発生した光音響波に由来した被検体情報を取得する例を説明したが、本発明は音響波を利用して被検体情報を取得する方法であればその他の形態も含む。本発明は、超音波照射手段及び受信手段としての探触子が超音波を送受信することにより被検体情報を取得する超音波イメージング装置にも適用することができる。この場合も第一の実施形態または第二の実施形態で説明したように、変形可能な音響マッチング材による被検体情報の取得精度の低下を抑制する方法を適用することができる。この場合、超音波イメージング装置が、被検体情報としてＢモード画像、ドップラー画像、エラスト画像などを取得することができる。
【００９３】
［実施例１］
本実施形態を適用した光音響装置の一例について説明する。図１の装置概略図を参照して説明する。本実施例においては、光源１１１として２倍波のＹＡＧレーザー励起のＴｉ：ｓａレーザーシステムを用いる。Ｔｉ：ｓａレーザーは７００−９００ｎｍの間の波長のパルス光１１３を被検体１００へ照射することができる。なお、レーザー光はミラーとビームエキスパンダーなどの光学系１１２を用いて、半径約３ｃｍ程度まで広げられた後に、被検体表面に照射されるようにセットされる。探触子１３０としては５１２ｃｈのピエゾのトランスデューサ１３１を半球状の支持体１３２にらせん状に配置したものを用いる。なお、この半球状の支持体１３２は被検体１００とトランスデューサ１３１との間に介在する音響マッチング材１９０である水の保持容器としても機能する。また、信号データ収集部１２０は探触子１３０からの５１２ｃｈ全データを同時に受信し、アナログデータを増幅及びデジタル変換後にコンピュータ１５０へ転送する機能を有する。信号データ収集部１２０のサンプリング周波数は４０ＭＨｚ、サンプリング数は４０９６であり、光照射の時刻を受信開始時間としている。被検体１００は生体を模擬したファントムであり、散乱体として酸化チタン、吸収体としてインクが混ぜられたウレタンゴムからなり、形状は半球状である。また、この半球状のウレタンファントム内にはワイヤやリングなどが光吸収体１０３として埋め込まれている。さらに、皮膚を模擬するために、ファントムの表面にはファントムよりも光吸収係数が大きいシートを貼り付けてある。このウレタンファントムは音響マッチング材１９０である水を介してトランスデューサ１３１と音響的に接触している。なお、この水はファントムの形状に合わせて自由に変形する。ウレタンファントムの平均音速（ｃｂ）は１４０９ｍ／ｓ、音響マッチング材である水の音速（ｃａ）は１５０９ｍ／ｓであり、音速が異なる。このファントムに、まず、Ｔｉ：ｓａレーザーから波長７５５ｎｍの光を照射する。そのときに得られる信号をコンピュータ１５０の記憶手段に保存する。
【００９４】
次に、この信号データを用いて、コンピュータ１５０は画像再構成を行う。このとき画像再構成としてはタイムドメインでのＵＢＰ法を用いる。また、このとき用いた音速は水の平均音速１５０９ｍ／ｓである。すなわち、コンピュータ１５０は、音響波の伝搬経路がすべて音響マッチング材としての水であると仮定して伝搬時間を計算し、画像再構成を行った。そのときに得られる再構成画像の一例が図７（ａ）である。図７（ａ）は比較例により得られた被検体情報の画像ともいえる。
【００９５】
次に、図７（ａ）に示した再構成画像を用いて、ファントムの形状情報を取得する。図７（ａ）には示されていないが、ウレタンファントム表面から発生した光音響波により、ファントムの表面形状が確認できる。コンピュータ１５０はあらかじめプログラミングされたソフトウェアを用いて、画像処理にてファントムの表面形状を抽出する。本実施例では、ユーザーが表面と思われる位置をＧＵＩ上で指定し、指定された位置の座標をスプライン補間することで境界の形状を近似する関数を算出する方法を用いる。その後、この関数を被検体１００と音響マッチング材１９０との境界の位置情報としてコンピュータ１５０内の記憶手段に保存する。
【００９６】
次に、コンピュータ１５０は、境界の形状を近似した関数を用いて初期音圧分布を生成する。このときに、境界の形状を近似した関数とトランスデューサ１３１の座標を用いて、ファントム内の注目位置内のすべてのボクセルに対する音速差による屈折を考慮した音線の交点を算出する。そして、その交点の座標を用いてファントム内を音線が伝搬する距離ｄ１と、音線が水内を伝搬する距離ｄ２とを求める。さらに、その伝搬距離ｄ１、ｄ２とファントムの平均音速ｃ１である１４０９ｍ／ｓ及び、水の音速ｃ２である１５０９ｍ／ｓを用いて、各音線の伝搬時間を算出する。各音線の伝搬時間を用いて、画像再構成することで初期音圧分布を算出する。本実施例ではＵＢＰ法により画像再構成を行う。そのときに得られる再構成画像の一例が図７（ｂ）である。
【００９７】
図７（ａ）と図７（ｂ）を比較する。図７（ａ）ではウレタンファントム内に配置されたリング状及びワイヤ状の光吸収体のコントラストが低く、全体的にぼけている。すなわち、図７（ｂ）と比較すると解像度の劣化及び画像コントラストが低下している。一方、図７（ｂ）は明瞭な光吸収体の画像が確認され、図７（ａ）に比べて鮮明な画像が得られている。このように、本実施例の情報取得方法によれば、被検体と探触子の間に被検体の形状に応じて変形する音響マッチング材を有する場合において、音響マッチング材と被検体の音速差による解像度劣化が抑制された画像データを得ることができる。
【００９８】
［実施例２］
実施形態を適用した光音響装置の一例について図８を用いて説明する。本実施例においては、光源１１１として固体レーザーである７５５ｎｍの光を発生するアレキサンドライトレーザーを用いた。ファントムは乳房形状を模擬したウレタンファントムである。内部には実施例１と同様の光吸収体が配置されている。探触子１３０は実施例１と同様に半球状の表面に５１２個のトランスデューサ１３１をスパイラル状に配置されたものを用いる。半球状の探触子１３０内には音響マッチング材１９０として水が存在し、その水を介してファントムとトランスデューサ１３１は音響的に接触する。さらに、被検体１００であるウレタンファントムを保持するために、保持手段である厚さ約０．５ｍｍのプラスチックカップ１４０を有する。プラスチックカップは半球状をしているが、ファントムは乳房形状を模擬しているため複雑な形状をしている。そのため、プラスチックカップ内においてもファントム１００とトランスデューサ１３１との間の音響マッチングをとるために、音響マッチング材１９０として水を注入してある。なお、この音響マッチング材１９０である水は液体であるため、ファントムの形状に合わせて自由に変形する。
【００９９】
なお、保持手段としての保持カップは被検体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内に留めることができる。本実施例では保持カップとしてプラスチックカップ１４０を採用したが、その他の部材からなる保持カップを使用してもよい。例えば保持カップの材料には、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。
【０１００】
保持カップは、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であってもよい。この場合、保持カップの凹部分に被検体１００を挿入することができる。
【０１０１】
本実施例において、保持手段としてのプラスチックカップ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。
【０１０２】
また、保持カップには保持カップ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、音速情報、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。なお、被検体１００とプラスチックカップ１４０との間にも音響マッチング材１９０が満たされている。
【０１０３】
まず、アレキサンドライトレーザーから波長７５５ｎｍの光を照射する。そのときに得られる信号をコンピュータ１５０内の記憶手段に保存する。次に、コンピュータ１５０は、プラスチックカップ内全体をファントムと仮定し、プラスチックカップ１４０内の領域をファントムの平均音速である１４０９ｍ／ｓと設定する。また、コンピュータ１５０は、プラスチックカップ１４０外の水の領域を水の音速である１５０９ｍ／ｓと設定する。そして、このように設定された音速にしたがって、コンピュータ１５０は、信号データを画像再構成することで光エネルギー吸収密度分布を算出する。
【０１０４】
次に、コンピュータ１５０は、このように生成した光エネルギー吸収密度分布からファントムと音響マッチング材１９０との境界の位置情報（ファントムの形状情報）を抽出する。本実施例においては、画像処理による自動抽出法を用いる。この処理においては、二値化処理などの画像処理により、ファントム内部と外部を区別し、最終的にはファントム内部のボクセルデータは１、それ以外は０とする３次元ボクセルデータを算出する。なお、これらの処理はコンピュータ１５０内に予めプログラミングされたソフトウェアにより行われる。その後、抽出されたボクセルデータを境界の位置情報としてコンピュータ１５０内の記憶手段に保存する。
【０１０５】
次に、コンピュータ１５０は、記憶手段に保存された境界を表現するボクセルデータを用いて、光エネルギー吸収密度分布を生成する。生成方法は実施例１と同様な方法を用いる。そのときに得られる再構成画像の一例は図７（ｂ）のようになる。なお、このときプラスチックカップ１４０による音波の伝搬遅延も考慮する。なお、コンピュータ１５０は、前述した方法により保持手段としてのプラスチックカップ１４０の緒元（曲率半径、曲率中心、音速情報、識別ＩＤ等）を取得し、この緒元を用いてプラスチックカップ１４０による伝搬遅延を取得してもよい。
【０１０６】
次に、光エネルギー吸収密度分布を光吸収係数分布に変換するために、コンピュータ１５０はファントムに照射された光のファントム内での光フルエンス分布（光量分布ともいう）を算出する。コンピュータ１５０は、先ほど求めた境界を表現するボクセルデータを用いてファントム内の光フルエンス分布を算出する。また、コンピュータ１５０は、その他にアレキサンドライトレーザーから射出された光の照射強度分布、予め別の計測装置で求めたファントムの平均的な光吸収係数及び等価散乱係数も用いて、光拡散方程式を解くことによりファントム内の光フルエンス分布を求める。その後、コンピュータ１５０は、求めたファントム内の光フルエンス分布で光エネルギー吸収密度分布を割ることで、光吸収係数分布に変換する。つまり、被検体と音響マッチング材との境界の位置情報を、信号データを用いた画像再構成だけではなく、被検体内の光フルエンス分布を求めることにも利用する。
【０１０７】
このように、本実施例の情報取得方法によれば、被検体と探触子の間に被検体の形状に応じて変形する音響マッチング材を有する場合において、音響マッチング材と被検体の音速差による解像度劣化が抑制された画像データを得ることができる。
【０１０８】
［実施例３］
実施形態を適用した情報取得装置の一例について図１を参照しつつ説明する。本実施例ではトランスデューサ１３１が音響波（超音波）の送信も行い、被検体１００へ送信した超音波の反射波や散乱波を再び、トランスデューサ１３１が受信する超音波イメージングが可能なシステムの例を示す。
【０１０９】
被検体１００として実施例１と同様に半球状のウレタンファントムを用いる。探触子１３０としては５１２ｃｈの音響波の送信が可能なトランスデューサ１３１を半球状の支持体１３２にらせん状に配置したものを用いる。信号データ収集部１２０は、探触子１３０からの５１２ｃｈ全データを同時に受信し、アナログデータを増幅及びデジタル変換後にコンピュータ１５０へ転送する機能を有する。信号データ収集器１２０は、実施例１とは異なり、各ｃｈのトランスデューサに対して、音響波の送信を可能する機能を含んでいる。
【０１１０】
まず、あるトランスデューサから被検体１００へ超音波の送信を行い、被検体から反射あるいは散乱した音響波をすべてのｃｈのトランスデューサ１３１で受信する。次に送信するトランスデューサを変えて、同じことを複数回くりかえす。そのときに得られる複数の信号データをコンピュータ１５０内の記憶手段に保存する。次に、この複数の信号データを用いて、コンピュータ１５０内のソフトウェアで画像再構成を行う。このとき画像再構成としては通常の超音波イメージングで使われるタイムドメインの再構成を行う。なお、光音響イメージングと比べて、音響波の送信を担当したトランスデューサと注目ボクセルまでの伝搬距離に相当する伝播時間を考慮する必要がある。この結果、３次元の超音波イメージング画像が得られる。一般的に超音波イメージングは被検体内の音響インピーダンスの差を画像化する。本実施例ではウレタンファントムと音響マッチング材である水の音響インピーダンスの差から水とウレタンファンムでは明瞭な境界が超音波イメージング画像内に見られる。
【０１１１】
本明細書において、超音波照射手段としてのトランスデューサから送信された音響波が反射あるいは散乱して発生する音響波を反射波と呼ぶ。また、超音波受信手段としてのトランスデューサが反射波を受信することにより得られる信号をエコー信号と呼ぶ。なお、超音波照射手段及び超音波受信手段は、単一（共通）のトランスデューサで構成されていてもよいし、別々のトランスデューサであってもよい。
【０１１２】
次にコンピュータ１５０は、得られた３次元超音波イメージング画像から実施例２と同様の方法で境界の３次元的な形状を表現する３次元ボクセルデータを生成する。その後、その他と実施例と同様に、この境界の３次元的な形状を表現する３次元ボクセルデータを利用して、ファントムの被検体情報である初期音圧分布を生成する。
【０１１３】
このように、本実施例の情報取得方法によれば、被検体と探触子の間に被検体の形状に応じて変形する音響マッチング材を有する場合において、音響マッチング材と被検体の音速差による解像度などの画質の劣化が抑制された画像データを得ることができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１３０  探触子
１３１  トランスデューサ
１３２  支持体
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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