(57)【要約】      （修正有）【課題】光音響トモグラフィーにおいて、被検体内部の光量分布を求めるために必要な値を良好に取得する方法および装置を提供する。【解決手段】被検体２０４に光が照射されて発生する音響波を受信して電気信号を出力する素子２０２と、電気信号を用いて、被検体内部の特性情報を取得する情報取得部２０８を有し、情報取得部は、被検体内部の初期音圧分布に対応する強度分布データを生成し、強度分布データに含まれる値から、被検体内部における光の伝搬距離に応じた複数の代表値を取得し、複数の代表値に基づいて被検体内部の等価減衰係数を取得する。【選択図】図２
2017086172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光が照射されて発生する音響波を受信することにより電気信号を出力する素子と、
前記電気信号を用いて、前記被検体内部の特性情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記情報取得部は、
前記被検体内部の初期音圧分布に対応する強度分布データを生成し、
前記強度分布データに含まれる値から、前記被検体内部における前記光の伝搬距離に応じた複数の代表値を取得し、
前記複数の代表値に基づいて前記被検体内部の等価減衰係数を取得する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記情報取得部は、前記強度分布データとして、前記初期音圧分布または前記被検体内部のエネルギー吸収密度分布を用いる
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】
前記情報取得部は、二次元の前記強度分布データを生成し、前記二次元の強度分布データから前記代表値を取得する
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】
前記情報取得部は、三次元の前記強度分布データを生成し、前記三次元の強度分布データを用いた最大値投影により二次元の強度分布データを生成し、前記二次元の強度分布データから前記代表値を取得する
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】
前記情報取得部は、前記被検体内部における前記光の伝搬距離ごとに、前記強度分布データに含まれる値を比較して最大値を選択することにより、前記複数の代表値を取得することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記光は、前記被検体に面状に照射され、前記光の伝搬距離は、前記被検体の表面からの深さとして表される
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記強度分布データは二次元の強度分布データとなり、前記光が前記被検体に入射する位置は前記二次元の強度分布データにおいて点状に示され、前記光の伝搬距離は、前記光が入射する位置からの距離として表される
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記情報取得部は、前記複数の代表値に基づいて前記被検体内部における減衰特性を表す減衰特性算出関数を作成することで、前記等価減衰係数を取得する
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記情報取得部は、前記複数の代表値と前記伝搬距離との関係に基づいて、前記減衰特性算出関数を作成する
ことを特徴とする請求項８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記情報取得部は、前記被検体内部を前記光が伝搬する際に光量が指数関数的に減衰することを示す関数に基づいて、前記減衰特性算出関数を作成する
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】
前記被検体は複数の吸収体を含んでおり、
前記情報取得部は、前記強度分布データにおける前記複数の吸収体に由来する値を用いて前記代表値を取得する
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
前記情報取得部は、
前記被検体に照射された光の光量と、前記等価減衰係数とを用いて前記被検体内の光量分布を取得し、
前記光量分布と前記電気信号を用いて、前記被検体内部の光学特性情報分布を取得する
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
前記情報取得部は、前記強度分布データを生成するために用いた前記電気信号を用いて、前記光学特性情報分布を取得する
ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１４】
前記情報取得部は、前記強度分布データを生成するために用いた前記電気信号とは異なる電気信号を用いて、前記光学特性情報分布を取得する
ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１５】
前記等価減衰係数を格納するメモリをさらに有する
ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１６】
前記情報取得部は、前記被検体内部に超音波を送受信することにより得られた超音波減衰特性を用いて前記強度分布データを生成する
ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１７】
前記素子は、前記超音波減衰特性を取得するための超音波の送受信にも用いられる
ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１８】
前記被検体内部に超音波を送受信するための超音波プローブをさらに有する
ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１９】
被検体に光が照射されて発生する音響波を受信することにより電気信号を出力する素子と、
前記電気信号を用いて、前記被検体内部の特性情報を取得する情報取得部と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記情報取得部が、
前記被検体内部の初期音圧分布に対応する強度分布データを生成する工程と、
前記強度分布データに含まれる値から、前記被検体内部における前記光の伝搬距離に応じた複数の代表値を取得する工程と、
前記複数の代表値に基づいて前記被検体内部の等価減衰係数を取得する工程と、
を実行することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光イメージング技術の一つとして、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）が提案されている。光音響トモグラフィーを用いた装置は、パルス光を被検査物に照射して、被検査物内を伝播・拡散させる。そして、光エネルギーを吸収した吸収体から発生する音響波（光音響波）を検出して信号処理を行う。その結果、被検査物内部の光学特性値に関連した特性情報を取得し、画像化できる。
【０００３】
光音響波から被検査物内部の光学特性である吸収係数分布を求めるためには、吸収体に照射された光量の分布を求める必要がある。しかし、被検査物内に導入された光は吸収・拡散するため、吸収体に照射された光量の推定は難しい。そのため、光音響トモグラフィーにおいて、吸収係数分布に光量を乗じた光エネルギー吸収密度分布を画像化する場合がある。
【０００４】
特許文献１には、一つの吸収体に対して光の照射位置を変えたときの音圧をそれぞれ測定することによって、媒体の等価減衰係数を算出し、その等価減衰係数を用いて被検査物の光量分布を得る方法が開示されている。そして、光エネルギー吸収密度分布を光量分布で除算することにより吸収係数分布が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０１８１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし光音響トモグラフィーにおいて、等価減衰係数など光量分布の計算に関係する値は、特性情報を取得するために必要な要素であるため、これらの値をより良好に取得するための方法が求められている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光音響トモグラフィーにおいて、被検体内部の光量分布を求めるために必要な値を良好に取得することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に光が照射されて発生する音響波を受信して電気信号を出力する素子と、
前記電気信号を用いて、前記被検体内部の特性情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記情報取得部は、
前記被検体内部の初期音圧分布に対応する強度分布データを生成し、
前記強度分布データに含まれる値から、前記被検体内部における前記光の伝搬距離に応じた複数の代表値を取得し、
前記複数の代表値に基づいて前記被検体内部の等価減衰係数を取得する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
【０００９】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に光が照射されて発生する音響波を受信して電気信号を出力する素子と、
前記電気信号を用いて、前記被検体内部の特性情報を取得する情報取得部と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記情報取得部が、
前記被検体内部の初期音圧分布に対応する強度分布データを生成する工程と、
前記強度分布データに含まれる値から、前記被検体内部における前記光の伝搬距離に応じた複数の代表値を取得する工程と、
前記複数の代表値に基づいて前記被検体内部の等価減衰係数を取得する工程と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光音響トモグラフィーにおいて、被検体内部の光量分布を求めるために必要な値を良好に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における原理を説明する図
【図２】実施例１における光音響装置
【図３】実施例１における光減衰算出方法
【図４】実施例１における投影像作成を説明する図
【図５】実施例２における光音響装置
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１３】
本発明は、被検体から伝搬する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。
【００１４】
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。なお、本発明では等価減衰特性も、特性情報に含まれる。
【００１５】
光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。また、物質濃度として酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。また、被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。これらを総称して、光学特性情報分布
と呼べる。
【００１６】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。
【００１７】
＜検討＞
上述のように、特許文献１では、複数の光照射位置で光音響測定を行って等価減衰係数を算出している。しかし、光の照射位置を変えて複数回の測定を行うことは、処理の煩雑化や測定時間の長期化につながる。また、被検体に照射されたのち透過・拡散した光を検出する算出方法もある。しかしこの場合、光検出用の装置構成が必要である。また、被検者の年齢や被測定部位に応じて統計的なデータを利用する方法もある。しかしこの場合、実際の被検者の減衰特性とは相違する可能性がある。
【００１８】
そこで、被検者の等価減衰係数を、光音響測定事態で得られた光音響画像を用いて取得したいという要望がある。以下、複数の吸収体を含む被検体の光音響画像から等価減衰係数を取得する方法について検討する。その際、吸収体の種類や大きさなど吸収体に起因する要因、探触子の特性、探触子の配置、探触子および回路の周波数帯域等による装置に起因する要因が関係する。
【００１９】
［実施例１］
（原理）
まず、本発明の原理について説明する。図１（ａ）は、被検査物（被検体）の内部に、複数の吸収体１０４〜１０７が、表面１０３から互いに異なる深さに存在する場合の、模式的な光音響断層画像である。光は表面１０３から深さ方向であるｚ方向に向けて均一に照射される。媒体の等価減衰係数は、図示された領域では一定とする。また、吸収体から発生した音響波１０２は、表面に配置した探触子（不図示）で受信される。
【００２０】
被検査物が生体の場合、表面とは体表などである。吸収体としては血管（動脈や静脈）を想定できる。図１では、画像化する領域に血管が複数存在している。吸収係数の差は、動脈と静脈の酸素飽和度の違いによって起こる。図１（ａ）の場合、吸収体１０４および吸収体１０７は、同じ吸収係数で同じ太さである。また、吸収体１０５は吸収体１０４と同じ吸収係数であるが、吸収体１０４より小さい構造である。吸収体１０５のように、吸収体の構造がターゲットとする大きさより小さい場合や大きい場合は、探触子の帯域から外れるため、光音響信号の強度が小さくなる。また、吸収体１０６は、吸収体１０４と比べると、サイズは同程度だが吸収係数が小さい。
【００２１】
ここで、光音響トモグラフィーにおいて得られる音響波の音圧（Ｐ）は、数式（１）で表される。
Ｐ＝Γ・μａ・Φ      …（１）
Γは弾性特性値であるグリューナイセン（Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ）係数であり、体積膨張係数（β）と音速（ｃ）の二乗の積を比熱（Ｃｐ）で割ったものである。μａは吸収体の吸収係数である。Φは局所的な領域での光量（吸収体に照射された光量）である。
【００２２】
また光量は、深さの関数ｚを用いて数式（２）で表わされる。
【数１】
2017086172.tif 000003
Φ０は、表面での入射光である。式（２）は、入射光が深さ方向に進行するにつれて指数関数的に減衰することを示している。また、μｅｆｆは、媒体での平均的な等価減衰係数である。なお、後述するように、深さｚは光の伝搬距離を表すと考えてよい。
【００２３】
続いて、図１（ａ）の光音響画像から媒体の平均的な等価減衰係数を求める方法について説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）の光音響測定の断層画像を一次元に投影したグラフである。上下の軸は被検体内での深さ（ｚ）を示しており、図１（ａ）のｚ軸と対応する。深さｚは、被検体内部での光の伝搬距離を示している。左右の軸は信号強度（Ｉ）を示す。ここでは左右軸（Ｉ）は対数表示とした。
【００２４】
そして、複数のピークを持ち一次元投影像を示す曲線に基づいて、等価減衰係数を求めるための減衰特性算出関数１０８を作成した。減衰特性算出関数は、等価減衰係数に応じた光減衰特性を近似する関数だと言える。図１（ｂ）では、減衰特性算出関数として、複数のピークのうち少なくとも２つのピークの頂点を結び、それ以外のピークが交わらないような一次関数を作成した。しかし減衰特性算出関数を求める方法はこれに限られない。吸収体からの信号強度値に基づく関数を求めて、式（２）から等価減衰係数を求められればよい。ピクセルごとの強度を持つ二次元断層像から減衰特性算出関数１０８を作成する場合、同じ深さのピクセルの中から最大強度を持つものを選択する。
【００２５】
図１（ａ）における各吸収体のサイズ及び吸収係数、図１（ｂ）における曲線のピーク、および、減衰特性算出関数１０８を比較検討する。表面付近の吸収体１０４と深部の吸収体１０７を比較すると、表面付近では光量が多いために、吸収体１０４の信号強度の方が大きい。また、吸収体１０５は、構造が小さいため発生する周波数が高い。その結果、探触子の感度が低下し、信号強度が小さくなる。吸収体１０６は、吸収係数が小さいために、減衰特性算出関数より信号強度が小さい。
【００２６】
このように、ある範囲に吸収体が複数存在する場合、所望の感度で検出できる同種の吸収体による一次元投影像から減衰特性算出関数を取得できる。よって、ターゲットとなる吸収体が強い信号を発するような照射光を選択すると良い。こうして得られた減衰特性算出関数の傾きは、左右軸が対数表示であるため、数式（２）よりμｅｆｆとなる。このように、媒体の平均的な等価減衰係数を求めることができる。
【００２７】
ただし、等価減衰係数が算出できる方法であれば、この計算手法に限定されない。例えば信号強度を対数表示とはせず、指数関数によってフィッティングしてもよい。また、上の例では信号強度の最大値を選択したが、最大値以外の代表値を取得してもよい。例えば、明らかに異常な値を除外することによって代表値を求めても良い。例えば、再構成時のアーティファクトや、被検体表面や被検体と保持部材の界面における多重反射成分などが、異常値として混入し得る。また場合によっては、中央値や平均値を代表値としてもよい。また、光の照射位置からの伝搬距離が同じピクセル群（位置群）について、信号強度を基準としたヒストグラムを作成して代表値を求めても良い。
【００２８】
なお、一次元投影像の作成には、以下のような効果がある。まず、図１（ｃ）のように、同じ深さに、サイズや吸収係数等の条件が同程度の、第一の吸収体１１１と第二の吸収体１１２がある場合を考える。表面１０３と第一の吸収体の間１１１に第三の吸収体１１３があり、表面１０３と第二の吸収体１１２の間に吸収体がない。この場合、第二の吸収体１１２に照射される光量は、被検体表面に照射された光量が、等価減衰係数に応じて減
衰した値となる。一方、第一の吸収体１１１に照射される光量は、等価減衰係数に応じて低減されるだけでなく、第三の吸収体１１３による光吸収によっても低減される。その結果、第一の吸収体１１１から発生する音響波は第二の吸収体１１２から発生する音響波より小さくなる。したがって一次元投影像作成時には、第二の吸収体１１２からの信号が選択される。
【００２９】
つまり本手法によれば、二次元（または三次元）データにおいて同じ深さにある複数の吸収体から、より好ましい条件の吸収体を選択できる。得られた減衰特性算出関数は、異なる深さにある同じ種類の吸収体からの信号を結ぶ線となる。逆に、一つのターゲットに着目して減衰係数を算出する場合は、経路内に想定外の特性のある物質が存在することもある。このように、一次元投影をすることにより等価減衰係数の算出精度が向上する。
【００３０】
（光音響装置）
本発明の光音響装置の一例として、ハンドヘルドタイプのプローブを用いる装置について説明する。図２（ａ）は、ハンドヘルドプローブにおける探触子と光照射部の配置である。ライン状の光照射部２０１が中央にあり、その両側に二次元の探触子２０２が配置されている。
【００３１】
図２（ｂ）は、光音響装置の構成である。装置は、光音響プローブ２０３、光制御部２０５、超音波制御部２０６、装置制御部２０７、情報取得部２０８、表示部２０９からなる。光音響プローブ２０３は、探触子面が被検査物２０４に接触するように配置されている。この光音響装置では、光照射部２０１から照射される光に、探触子２０２の受信タイミングを同期させることで光音響測定が可能となる。また、探触子２０２で超音波の送受信を行えば超音波測定が可能となる。なお、光音響用と超音波エコー測定用に、別々の探触子を用意してもよい。
【００３２】
（光照射部）
光照射部２０１は、被検査物２０４に照射するパルス光を照射するライン状の部分である。パルス光は光源から光照射部２０１までバンドルファイバによって導かれている。つまり、複数の点光源がライン状に並び、結果としてライン状の光源となっている。なお、照射部の構造はこれに限られない。レンズなどで光を拡大してスリットによってライン状の光源としてもよい。また、ここでは二次元断層像を作るために照射形状をライン状としているが、被検体の広い領域に光を照射する構成でも構わない。
【００３３】
光源としては、大出力を得るためにレーザー光源が望ましい。ただし、発光ダイオードやフラッシュランプ等でもよい。レーザーを用いる場合、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ものが使用できる。光の照射のタイミング、波形、強度等は光制御部２０５によって制御される。
【００３４】
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検査物の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。被検査物が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は１０〜５０ナノ秒程度が好適である。また、パルス光の波長は、被検査物内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、生体の場合、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である。ここでは、固体レーザーであるチタンサファイアレーザーを用い、波長は７６０、８００ｎｍとする。複数波長の光を照射可能な構成であれば、波長ごとの吸収の程度の違いを利用して、物質濃度の算出が可能である。
【００３５】
（探触子）
二次元探触子２０２は、光音響波の受信と超音波の送受信を行う素子であり、トランスデューサとも呼ばれる。このような素子として、ＰＺＴ（圧電セラミックス）、ＣＭＵＴ
（容量性マイクロマシン探触子）などが挙げられる。本実施例のハンドヘルド型の探触子２０２は、例えば片側６４×１０素子で構成されている。素子は、音響波を受信して電気信号を出力する。
【００３６】
探触子によって電気信号に変換された信号は、超音波制御部２０６に伝送され、増幅器により増幅され、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換され、装置制御部２０７に送られる。なお、音響波の受信タイミングは、光照射と同期するように装置制御部によって制御される。探触子２０２の帯域は、例えば２ＭＨｚー５ＭＨｚである。また、サンプリング周波数は５０ＭＨｚで２０４８サンプリングを行う。データは符号付きの１２ビットとする。また、超音波画像を生成する際には、深さに応じて減衰を補償するタイムゲインコントロールなどを行ってもよい。
【００３７】
（情報取得部）
情報取得部２０８は、光音響波に由来する光音響信号を用いた画像再構成により被検体内部の光音響画像を生成する。また、超音波測定によって超音波減衰特性を取得する場合、超音波エコーに由来する超音波信号を処理する。情報取得部はさらに、信号補正など所望の処理を実施する。情報取得部はプロセッサーやメモリなどを備える情報処理装置により構成できる。プロセッサーで動作するプログラムの各モジュールにより情報取得部の各機能を実現できる。また、情報取得部を、光制御部や超音波制御部と共通の情報処理装置で構成してもよい。
【００３８】
（信号処理）
信号処理について図３のフローチャートを用いて説明する。
Ｓ１工程で、測定を開始する。この状態では、術者が光音響プローブ２０３を持ち、被検査物に音響整合用のジェルを介して探触子２０２を接触させる。
【００３９】
Ｓ２工程で、超音波測定を行う。なお、この処理は被検査物内部の減衰特性を取得するために行われる。しかし、被検査物の特性（例えば生体であれば年齢、性別や部位）に応じて一般的な値を用いたり、事前測定で得られた値を用いたりしても良い。このような値は、予めメモリ（不図示）に格納しておいたり、ユーザインタフェースから入力を受けたりして取得できる。その場合、Ｓ２、Ｓ３工程は不要となる。
【００４０】
本工程において探触子２０２は超音波を送信するとともに、被検査物からの反射信号を受信する。このとき、焦点位置などを適宜設定してビームフォーミングを行うことが好ましい。また、測定する部位に応じて必要な周波数を設定してもよい。情報取得部は、超音波画像として、ライン状の光照射部２０１と平行な方向にＢ−Ｓｃａｎ画像を生成する。探触子が二次元に配置されているため、三次元の超音波画像が得られる。ここでは、タイムゲインコントロールなどの高度な補正は行わない。ただし、光音響装置が超音波画像化装置を兼ねる場合、光音響画像に加えて超音波画像がユーザーに提示される。そのような場合は、別途タイムゲインコントロールを行ってもよい。
【００４１】
Ｓ３工程で、情報取得部が被検体内部での超音波減衰特性を算出する。減衰特性は、吸収体で発生した音圧が探触子２０２に到達するまでに減衰する減衰量の補正に用いられる。超音波の減衰は数式（３）のように表わされる。
【数２】
2017086172.tif 000004
各係数は、α：減衰係数、Ａ０：初期の音圧、ｆ：送信周波数、Ｚ伝搬距離である。
【００４２】
情報取得部は、Ｓ２工程で得られた超音波画像から、散乱体の均一なエリアを抽出してその深さ方向に対する輝度の減衰度合いを取得し、それを用いて減衰特性を求める。なお、探触子を用いない場合は、被検査物の部位の一般的な値を使ってもよい。例えば０．５ｄＢ／ｃｍＭＨｚである。また、超音波減衰は周波数に依存するため、複数周波数で取得した超音波画像から算出してもよい。光音響波は超音波測定用の超音波より低周波成分であることが多いため、超音波測定で得られた超音波信号を所望の周波数帯の減衰となるように補正してもいい。
【００４３】
Ｓ４工程で、光音響測定を行う。光照射部２０１からパルス光を照射し、それと同期して、探触子２０２で光音響波の受信を行う。必要に応じて、照射する光の波長を変えて光音響測定を行うことによって、動脈、静脈、腫瘍などを選択的に画像化できる。なお、複数回の光音響測定を行い、信号を加算することによってＳ／Ｎが向上する。この光音響画像は、光が照射されたときの被検体内部での初期音圧分布を反映している。光音響画像としては、初期音圧分布を用いても良いし、初期音圧および吸収係数により規定されるエネルギー吸収密度分布を用いてもよい。初期音圧分布またはエネルギー吸収密度分布とは位置ごとの信号強度の値の集合であるため、強度分布データとも呼べる。
【００４４】
情報取得部は、光音響信号に対して、ユニバーサルバックプロジェクション法や整相加算法などの再構成手法を適用して光音響画像を生成する。この際、対象位置とトランスデューサまでの距離に応じて、Ｓ３工程で取得した減衰特性を用いて、超音波減衰の補償を行うことが好ましい。本工程での光音響画像の生成は、最終的にユーザーに提示する光音響画像の生成と同程度の精度で行ってもよい。ただし、最終的な画像よりも簡易的な処理で行ってもよい。簡易的な処理とは例えば、データを間引いて計算を早める処理である。また、そもそもＳ４工程での光音響測定を、測定位置を減らすなどして簡易化しても良い。その場合、最終的な画像を生成するための光音響波を取得するためには、Ｓ４工程とは異なる光照射が必要になる。
【００４５】
Ｓ５工程で情報取得部は、光音響画像から血管抽出を行う。この工程では、腫瘍や血管などの異なる形状の吸収体があっても、所望の形状を有する吸収体を抽出できる。ここでは、所望の吸収体として太さが一定の範囲となる血管を抽出する。
【００４６】
血管の抽出には、一般的な方法を利用できる。例えば、閾値を決めて二値化し、信号があるところを血管とする方法がある。さらに、バンドパスフィルタ等を用いて所望の太さの血管のみを抽出する。この太さの範囲は例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍなどである。また、吸収体の検出感度が画像の位置によって異なる場合には、補正係数を乗じてもよい。これにより、所望の形状の吸収体（血管）が抽出された、三次元の光音響画像を取得できる。ただし、被検体内に存在する吸収体は光音響画像に反映されるため、本工程を行わない場合でも、位置ごとの信号強度を用いて等価減衰係数をある程度の精度で算出できる。
【００４７】
Ｓ６工程で情報取得部は、血管画像から一次元投影像を作成する。本工程について図４を参照して説明する。図４（ａ）は、三次元の光音響画像に基づき生成されたＭＩＰ画像（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ画像：最大値投影画像）である。ＭＩＰ画像生成のとき、情報取得部は、まずライン状の光照射部が延伸する方向をＺ軸（紙面に垂直な方向）として設定し、Ｚ方向における複数の位置で二次元断層像を生成する。そして、複数の二次元断層像の間で、同じ位置にあるピクセルの信号強度を比較し、最大強度を取得する。この処理を二次元断層像の全ての位置において行うことによりＭＩＰ画像が得られる。なお最大値投影により画像を生成する際に、異常値の除外などの補正を行っても良い。
【００４８】
続いて情報取得部は、三次元光音響画像において、ライン状の光照射部をＺ軸（紙面に
垂直な方向）、光源からの距離をＲ、深さ方向の軸（Ｘ軸）からの角度をθ、とする円柱座標系を設定する。この座標系はＭＩＰ画像においては、原点からの距離Ｒを動径とし、角度をθとする極座標で表される。
【００４９】
そして情報取得部は、距離Ｒが同程度のピクセル群ごとに、信号強度Ｉが最大のピクセルを選択し、その信号強度を対数でプロットすることで、図４（ｂ）のようなグラフを得る。たとえば、図４（ａ）において吸収体４０３ｄと距離Ｒが等しい位置は点線４０４で示される。そして、点線４０４上での最大強度は、図４（ｂ）の一番下のピークに相当する。
【００５０】
図４の例ではライン状の光源を用いているため距離Ｒを用いたプロットになっている。これは、光が広範囲に照射される場合における、深さｚを用いたプロットと同じ意味である。言い換えると、被検体内部における光の伝搬距離が等しいか同程度のピクセルごとに、値が最大のピクセルが選択される。図４のように光が被検体にライン状に照射され、投影画像においては光源が点状に示される場合、入射する位置からの光の伝搬距離はＲで表される。これは点光源の場合も同様である。一方、光が面状に広範囲に照射される場合の伝搬距離は深さｚで表される。よって、ｚをＲに置き換えれば、数式（２）を図４に適用できる。
【００５１】
Ｓ７工程で、情報取得部は光の等価減衰を算出する。すなわち、図４（ｂ）のような対数プロットにおいて、他の信号と交差しないような一次関数による減衰特性算出関数４０５を引いて、その傾きを算出する。また、対数プロットしない場合は、指数関数などによって減衰特性算出関数を引くことも可能である。なお、厳密な解析解などでフィッティングできる場合は、多項式等を用いてもよい。このようにして、媒質の平均的な等価減衰係数μｅｆｆを取得できる。なお、減衰特性算出関数を引く際には、表面付近で発生する強い信号の影響を避けるために、深さ範囲を制限してもよい。
【００５２】
このようにして得られた等価減衰係数は、光量分布の算出に利用できる。そして光量分布は初期音圧分布から吸収係数分布を算出する際に利用できる。このとき用いる初期音圧分布は、Ｓ４工程で取得したものを用いても良いし、改めて光音響測定を行って取得してもよい。あるいは、取得した等価減衰係数を、既に生成した光音響画像の補正に利用してもよい。また、取得した等価減衰係数は、被検者の情報と紐付けしてメモリに格納すると良い。
【００５３】
以上のように本発明によれば、光音響画像を用いた演算により、被検体内部の等価減衰係数を算出できる。したがって、複数箇所から光を照射して情報を取得する必要がないため、簡易かつ素早い処理が可能になる。また、等価減衰係数を取得するために用いた光音響信号や光音響画像を被検体内部の画像化に再利用する場合は、処理を効率化できる。
【００５４】
［実施例２］
（光音響装置）
本実施例における乳房測定用の光音響装置を図５に示す。図５（ａ）は、光音響装置のうち、被検査物の保持部材と、音響波の測定器の断面図である。図５（ｂ）は、保持部材を透過して探触子を上面から見た平面図である。
【００５５】
測定器に関しては、半球容器５０１の内面に沿って、探触子５０２がスパイラル状に５１２個配置されている。さらに半球容器５０１の底部には、光照射部５０３からの計測光が通過する空間が設けられている。そして、被検査物にｚ軸の負の方向から計測光が照射される。被検査物は保持部材５０５に配置される。保持部材としてはポリエチレンテレフタラートのように光と音響波を透過させる材質が好ましい。半球容器５０１の内部や保持
部材５０５の内部には、必要に応じて音響整合材（例えば水やひまし油）が満たされる。
【００５６】
半球容器５０１と被検査物の相対的な位置関係は、ＸＹステージ（不図示）によって変化する。そして、半球容器５０５がＸＹステージにより走査された各位置で、略平行なパルス光５０６を照射する。探触子５０２は、光音響波を検出する。探触子５０２で得たデータを情報取得部が再構成することによって、三次元の光音響画像が得られる。なお、被検体内部の音響特性を取得する際に用いられる超音波エコー測定は、リニア型の超音波プローブ５０４によって行う。リニア型の超音波プローブ５０４は走査可能である。
【００５７】
（光照射部）
光音響を効果的に発生させるためには、被検査物の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射する必要がある。被検査物が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は１０〜５０ナノ秒程度が好適である。ここでは、固体レーザーであるチタンサファイアレーザーを用いる。また、酸素飽和度を計測するために７６０ｎｍ、８００ｎｍの２つの波長を用いる。
【００５８】
（光音響用の探触子）
探触子５０２は、光音響波の受信を行う。ここでは、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン探触子）を用いる。探触子は単素子で、φ３ｍｍの開口を持ち、帯域は０．５−５ＭＨｚの帯域である。帯域に低周波数を含むことによって、太さ３ｍｍ程度の血管であっても良好な画像が取得できる。すなわち、血管の中が抜けてリング状に見えるような状況が発生し難くなる。サンプリング周波数は５０ＭＨｚで、２０４８サンプリングを行う。また、データは符号付きの１２ビットとする。
【００５９】
（リニア型超音波プローブ）
リニア型超音波プローブ５０４は、超音波の送受信を行い、形態画像を得ることができる。このような素子として、ＰＺＴ（圧電セラミックス）を用いる。素子数は２５６であり、その帯域は５−１０ＭＨｚである。また、サンプリング周波数は５０ＭHzで２０４８サンプリングを行う。また、データは符号付きの１２ビットとする。
【００６０】
（座標系）
本実施例において、座標系は照射光５０３の光軸方向をｚ軸とし、保持部材５０５との交点を原点とする直交座標系である。ただし、座標の取り方はこれに限ったものではなく、照射光５０３と半球面の交点を原点とする球面座標系であってもよい。球面座標系を用いる場合、その原点に点光源があるとみなせるような場合に計算が容易となる。
【００６１】
（処理フロー）
図３のフローチャートを参照して、実施例１と異なる部分に関して特に説明する。Ｓ１工程での測定開始時には、乳房が５０５に配置されている。Ｓ２工程での超音波測定では、リニア型の超音波プローブ５０４がｘ方向に走査される。その結果、ｚｙ平面と平行なＢ−ｓｃａｎ画像を得られる。得られた画像を結合することによって、三次元の超音波画像を得られる。Ｓ３工程での超音波減衰特性算出では、各ｘｙ座標位置における、保持部材５０５からのターゲットまでの距離を用いられる。超音波は音響整合材ではあまり減衰せず、媒体中を伝搬する過程で減衰するためである。
【００６２】
Ｓ４工程での光音響測定では、ＸＹステージをスパイラル状に動かしながらパルス光が照射される。ＸＹステージを動かしながら測定しているため、再構成される三次元の光音響画像は、略平行な光照射が行われた場合に得られる画像と等価になる。なお、パルス光の照射ごとに光音響画像を求めても良い。
【００６３】
Ｓ７工程における血管画像からの一次元投影像の作成では、光の減衰が保持部材の位置から開始する点に留意する。すなわち、各ｘｙ位置において保持部材５０５の位置をゼロ点とする。二次元投影像（ＭＩＰ画像）の作成においては、ｘｚ平面に対して光音響画像の最大信号強度を投影しても良い。続いて、ＭＩＰ画像から最大信号強度をｚ軸に投影する。なお、保持部材の曲率が大きくなる範囲は除外してもよい。Ｓ８工程での光減衰特性の算出は、被検体の領域を、ｘｙ平面において複数の領域に分けて個別に行ってもよい。以上のような構成にすることによって、光音響画像から光の等価減衰係数を算出することができる。
【００６４】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２０２：探触子、２０８：情報取得部
【図１】
2017086172.tif 000005
【図２】
2017086172.tif 000006
【図３】
2017086172.tif 000007
【図４】
2017086172.tif 000008
【図５】
2017086172.tif 000009