(57)【要約】【課題】  ユーザに被検体情報を示す画像を提供するまでに要する冗長な時間を低減する。【解決手段】  本発明に係る光音響装置は、光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより得られる信号に基づいて、第一領域の初期音圧分布を算出する第一算出部と、初期音圧分布を表示部に表示させる制御部と、表示部に表示された初期音圧分布の領域内に指定された、第一領域よりも小さい第二領域の情報を取得し、かつ、第二領域の情報に基づいて、第二領域よりも大きく、かつ、第一領域よりも小さい第三領域の情報を取得する領域取得部と、第三の領域の情報に基づいて、第三領域を計算領域として被検体に照射された光の伝搬を計算することにより、第二領域の光量分布を算出する第二算出部と、初期音圧分布と光量分布とに基づいて、第二領域の被検体情報分布を算出する第三算出部と、を有する。【選択図】  図１
2017060771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより得られる信号に基づいて、第一領域の初期音圧分布を算出する第一算出部と、
前記初期音圧分布を表示部に表示させる制御部と、
前記表示部に表示された前記初期音圧分布の領域内に指定された、前記第一領域よりも小さい第二領域の情報を取得し、かつ、前記第二領域の情報に基づいて、前記第二領域よりも大きく、かつ、前記第一領域よりも小さい第三領域の情報を取得する領域取得部と、
前記第三の領域の情報に基づいて、前記第三領域を計算領域として前記被検体に照射された光の伝搬を計算することにより、前記第二領域の光量分布を算出する第二算出部と、
前記初期音圧分布と前記光量分布とに基づいて、前記第二領域の被検体情報分布を算出する第三算出部と、
を有する
ことを特徴とする光音響装置。
【請求項２】
光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより得られる信号に基づいて、第一領域の初期音圧分布を算出する第一算出部と、
前記初期音圧分布を表示部に表示させる制御部と、
前記表示部に表示された前記初期音圧分布の領域内に指定された、前記第一領域よりも小さい第二領域の情報を取得する領域取得部と、
前記第二領域の情報に基づいて、前記第二領域と前記被検体の表面に照射された光の照射領域とを含み、かつ、前記第一領域よりも小さい第三領域を計算領域として前記被検体に照射された光の伝搬を計算することにより、前記第二領域の光量分布を算出する第二算出部と、
前記初期音圧分布と前記光量分布とに基づいて、前記第二領域の被検体情報分布を算出する第三算出部と、
を有する
ことを特徴とする光音響装置。
【請求項３】
前記第一領域または前記第二領域を指定できるように構成されている入力部を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光音響装置。
【請求項４】
前記第二算出部は、
前記第二領域が指定されるまでは、前記第一領域を計算領域として光の伝搬を計算し、
前記第二領域が指定されると、前記第一領域を計算領域として得られた光量分布に基づいて、前記第三領域を計算領域として光の伝搬を計算することにより、前記第二領域の光量分布を算出する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項５】
前記領域取得部は、前記第二領域に対する、前記被検体の表面に照射された光の照射領域の面外方向のマージンが面内方向のマージンよりも小さい前記第三領域の情報を取得する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項６】
被検体に光を照射する光照射部と、
前記光照射部からの光が前記被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより信号を出力する受信部と、
前記信号に基づいて、第一領域の初期音圧分布を算出する第一算出部と、
前記第一領域よりも大きい領域を計算領域として前記被検体に照射された光の伝搬を計算することにより、前記第一領域の光量分布を算出する第二算出部と、
前記初期音圧分布と前記光量分布とに基づいて、前記第一領域の被検体情報分布を算出する第三算出部と、
を有する
ことを特徴とする光音響装置。
【請求項７】
前記第一領域を指定できるように構成された入力部を更に有する
ことを特徴とする請求項６に記載の光音響装置。
【請求項８】
前記第二算出部は、前記第一領域に対する、前記被検体の表面に照射された光の照射領域の面外方向のマージンが面内方向のマージンよりも小さい領域を前記計算領域として前記第一領域の光量分布を算出する
ことを特徴とする請求項６または７に記載の光音響装置。
【請求項９】
前記第三算出部は、光吸収係数分布を前記被検体情報分布として算出する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１０】
前記被検体に光を照射する光照射部と、
光音響波を受信することにより前記信号を出力する受信部と、
を有する
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１１】
第一波長の光が被検体に照射されることにより発生する前記第一波長に対応する光音響波を受信することにより得られる第一信号に基づいて、第一領域の第一初期音圧分布を算出する第一算出部と、
前記第一初期音圧分布を表示部に表示させる制御部と、
前記表示部に表示された前記第一初期音圧分布の領域内に指定された、前記第一領域よりも小さい第二領域の情報を取得し、かつ、前記第二領域の情報に基づいて、前記第二領域よりも大きく、かつ、前記第一領域よりも小さい第三領域及び第四領域の情報を取得する領域取得部と、
前記第三領域の情報に基づいて、前記第三領域を計算領域として前記被検体に照射された前記第一の波長の光の伝搬を計算することにより、前記第二領域の第一光量分布を算出する第二算出部と、
被検体情報分布を算出する第三算出部と、
を有し、
前記第一算出部は、第二波長の光が前記被検体に照射されることにより発生する前記第二波長に対応する光音響波を受信することにより得られる第二信号に基づいて、前記第二領域の第二初期音圧分布を算出し、
前記第二算出部は、前記第四領域の情報に基づいて、前記第四領域を計算領域として前記被検体に照射された前記第二の波長の光の伝搬を計算することにより、前記第二領域の第二光量分布を算出し、
前記第三算出部は、前記第一初期音圧分布、前記第二初期音圧分布、前記第一光量分布、及び前記第二光量分布に基づいて、前記第二領域の前記被検体情報分布を算出する
ことを特徴とする光音響装置。
【請求項１２】
前記第三算出部は、物質の濃度分布を前記被検体情報分布として算出する
ことを特徴とする請求項１１に記載の光音響装置。
【請求項１３】
前記第一波長の光及び前記第二の波長の光を前記被検体に照射する光照射部と、
光音響波を受信することにより信号を出力する受信部と、
を有する
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光音響装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第二領域の前記被検体情報分布を前記表示部に表示させる
ことを特徴とする請求項１から５、及び、１１から１３のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１５】
前記第一領域の前記被検体情報分布を表示部に表示させる制御部を有する
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
【請求項１６】
第一領域を設定する工程と、
前記第一領域の初期音圧分布を表示する工程と、
前記第一領域よりも小さい第二領域を設定する工程と、
前記第二領域よりも大きく、かつ、前記第一領域よりも小さい第三領域を設定する工程と、
前記第三領域を計算領域として被検体に照射された光の伝搬を計算することにより、前記第二領域の光量分布を算出する工程と、
前記初期音圧分布と前記光量分布とに基づいて、前記第二領域の被検体情報分布を算出する工程と、
を有する
ことを特徴とする情報処理方法。
【請求項１７】
前記第二領域の被検体情報分布を表示する工程を有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の情報処理方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の情報処理方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光によって被検体から生じた音響波に基づいて被検体情報を取得する光音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス光を被検体に照射し、当該光に起因して被検体から発生した光音響波を受信し、この光音響波の受信信号を解析することで被検体情報を画像化する光音響装置が研究されている。
【０００３】
特許文献１は、光音響波の受信信号から取得される各種の被検体情報を切り替えて表示する光音響装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４０７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、被検体情報を切り替えて表示するときに、被検体情報の取得に時間がかかるために、ユーザに被検体情報を示す画像を提供するまでに時間がかかる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、ユーザに被検体情報を示す画像を提供するまでに要する冗長な時間を低減することのできる光音響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】
本発明に係る光音響装置は、被検体に光を照射する光照射部と、光照射部からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより信号を出力する受信部と、信号に基づいて、第一領域の初期音圧分布を算出する第一算出部と、初期音圧分布を表示部に表示させる制御部と、表示部に表示された初期音圧分布の領域内に指定された、第一領域よりも小さい第二領域の情報を取得し、かつ、第二領域の情報に基づいて、第二領域よりも大きく、かつ、第一領域よりも小さい第三領域の情報を取得する領域取得部と、第三の領域の情報に基づいて、第三領域を計算領域として被検体に照射された光の伝搬を計算することにより、第二領域の光量分布を算出する第二算出部と、初期音圧分布と光量分布とに基づいて、第二領域の被検体情報分布を算出する第三算出部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光音響装置によれば、ユーザに被検体情報を示す画像を提供するまでに要する冗長な時間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る光音響装置の構成図
【図２】実施例１に係るデータフローを表す図
【図３】実施例１に係る光量分布の計算領域を表す図
【図４】実施例１に係る照射領域の移動を表す図
【図５】実施例１に係る画像表示方法を表すフローチャート図
【図６】実施例１に係るユーザインターフェースを表す図
【図７】実施例２に係るデータフローを表す図
【図８】実施例２に係る画像表示方法を表すフローチャート図
【図９】実施例３に係る画像表示方法を表すフローチャート図
【図１０】実施例３に係る光量分布の計算領域を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
光音響装置では、光音響波を解析することによって被検体の光吸収係数に関連した被検体情報を画像化することができる。本実施形態に係る光音響装置で得られる被検体情報の例としては、光吸収係数または被検体を構成する物質の濃度に関する情報が挙げられる。
【００１１】
一方で、これらの被検体情報を計算するためには、長い処理時間が必要とする場合がある。典型的に光音響装置においては、特に光量分布の計算に長い時間を要する。
【００１２】
そこで、本実施形態に係る光音響装置は、ユーザが指定した関心領域に基づいて光量分布の計算領域を決定する。本実施形態に係る計算領域の決定方法によれば、光量分布の算出精度の低下を抑制しつつ、光量分布の計算に要する時間を短縮することができる。
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。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。
【実施例１】
【００１４】
実施例１に係る光音響装置は、第一波長λ１の複数回のパルス光照射で得られた光音響波の受信信号を再構成してλ１に対応する第一光吸収係数分布を表示する装置である。
【００１５】
＜システム構成＞
図１を参照しながら、実施例１に係る光音響装置の構成を説明する。
【００１６】
図１は本実施例に係る光音響装置を示す概略図である。光音響装置は、光照射部１００、保持部１２００、受信部４００、駆動部５００、信号データ収集部６００、コンピュータ７００、表示部８００、および入力部９００を備える。測定対象は、被検体１０００である。
【００１７】
（光照射部１００）
光照射部１００は、パルス光１３０を発する光源１１０と、光源１１０から射出されたパルス光１３０を被検体１０００へ導く光学系１２０とを含む。
【００１８】
光源１１０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。
【００１９】
光源１１０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。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であってもよい。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）レーザーを用いてもよい。
【００２０】
光学系１２０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１０００とする場合、パルス光のビーム径を広げて照射するために、光学系１２０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１２０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。
【００２１】
なお、光照射部１００が光学系１２０を備えずに、光源１１０から直接被検体１０００にパルス光１３０を照射してもよい。
【００２２】
（保持部１２００）
保持部１２００は被検体の形状を測定中に保持するために使用される。保持部１２００により被検体１０００を保持することによって、被検体の動きの抑制および被検体１０００の位置を保持部１２００内に留めることができる。保持部１２００の材料には、ＰＥＴ−Ｇ等を用いることができる。
【００２３】
保持部１２００は、被検体１０００を保持できる硬度を有する材料を採用してもよい。保持部１２００は、測定に用いる光を透過する材料であってもよい。保持部１２００は、インピーダンスが被検体１０００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１０００とする場合、凹型に成型した保持部１２００であってもよい。この場合、保持部１２００の凹部分に被検体１０００を挿入することができる。
【００２４】
（受信部４００）
受信部４００は、音響波を受信することにより電気信号を出力する受信素子４１１−４１４からなる受信素子群４１０と、受信素子群４１０を支持する支持体４２０とを含む。
【００２５】
各受信素子４１１−４１４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受信素子として採用してもよい。
【００２６】
支持体４２０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４２０は半球殻形状であり、半球殻上に受信素子群４１０を支持できるように構成されている。この場合、各受信素子の指向軸は半球の曲率中心付近に集まる。そして、これらの受信素子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４２０は受信素子群４１０を支持できる限り、いかなる構成であってもよい。支持体４２０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、複数の受信素子を並べて配置してもよい。
【００２７】
また、受信部４００が、受信素子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、受信部４００が、受信素子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、受信部４００が信号データ収集部６００を備えてもよい。
【００２８】
（駆動部５００）
駆動部５００は光照射部１００及び受信部４００を移動させる。駆動部５００は、駆動力を発生させるステッピングモータなどのモータと、駆動力を伝達させる駆動機構と、受信部４００の位置情報を検出する位置センサとを含む。駆動機構としては、リードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、または油圧機構などを用いることができる。位置センサとしては、エンコーダー、または可変抵抗器等のポテンショメータなどを用いることができる。駆動部５００は被検体１０００と受信部４００との相対位置を一次元、二次元、または三次元に変更させることができる。本明細書において、Ｘ方向およびＹ方向に直交する軸をＺ方向と呼ぶ。
【００２９】
駆動部５００は、光照射部１００及び受信部４００の少なくとも１つと被検体１０００との相対位置を変更できればよい。すなわち、駆動部５００は、光照射部１００、受信部４００、及び被検体１０００の少なくとも１つを移動させればよい。被検体１０００を移動させる場合は、被検体１０００を保持する保持部１２００を動かすことで被検体１０００を移動させる構成などが考えられる。また、駆動部５００は、相対位置を連続的に変更させてもよいし、ステップアンドリピートによって移動させてもよい。
【００３０】
（信号データ収集部６００）
信号データ収集部６００は、各受信素子４１１−４１４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６００から出力されるデジタル信号は、コンピュータ７００内の記憶部７１０に記憶される。信号データ収集部６００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６００は、光照射部１００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１３０が光照射部１００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。
【００３１】
（コンピュータ７００）
コンピュータ７００は、記憶部７１０、演算部７２０、及び制御部７３０を含む。
【００３２】
記憶部７１０は、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、記憶部７１０は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  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。
【００３３】
演算部７２０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。
【００３４】
制御部７３０は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部７３０は、入力部９００からの撮像開始などの各種操作による信号を受けて、光音響装置の各構成を制御する。また、制御部７３０は、記憶部７１０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。
【００３５】
コンピュータ７００は、信号データ収集部６００から出力されたデジタル信号を記憶し、記憶されたデジタル信号に基づいて被検体１０００の光音響画像データを取得する装置である。コンピュータ７００の行う処理の詳細については後述する。
【００３６】
なお、コンピュータ７００の各機能は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、受信部４００、信号データ収集部６００、およびコンピュータ７００は、１つのハードウェアによって構成されてもよい。また、各構成の少なくとも一部が１つのハードウェアによって構成されてもよい。例えば、受信部４００と信号データ収集部６００とが１つのハードウェアによって構成されてもよい。
【００３７】
（表示部８００）
表示部８００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７００により得られた光学係数情報や光音響画像データ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８００は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。
【００３８】
（入力部９００）
入力部９００は、ユーザが操作可能な、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８００をタッチパネルで構成し、表示部８００を入力部９００としてもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
（被検体１０００）
被検体１０００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１０００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。
【００４１】
（音響整合材１１００）
音響整合材１１００は光音響装置の構成ではないが説明する。音響整合材１１００は、保持部１２００と受信素子４１１−４１４との間を音響波伝搬させるためのものである。音響整合材１１００には、水、超音波ジェルなどを用いてもよい。音響整合材１１００は音響波減衰が少ないものであってもよい。照射光が音響整合材を透過する場合、照射光に対して透明であってもよい。
【００４２】
＜データフロー＞
図２を参照しながら、コンピュータ７００が行うデータ処理と、扱うデータについて説明する。なお、各データは、記憶部７１０に格納され、入力・出力が可能である。
【００４３】
（信号データ２１１）
信号データ２１１は、信号データ収集部６００によって記憶部７１０に保存された、第一波長λ１に対応する第一信号のデータである。
【００４４】
（第一領域データ２２１）
第一領域データ２２１は、二次元または三次元の空間領域を表すデータである。第一領域データ２２１は、第一初期音圧分布算出部２３１が算出する第一初期音圧分布の計算領域を表すデータである。
【００４５】
なお、第一領域データ２２１は、予め記憶部７１０に記憶されたデータであってもよい。また、第一領域データ２２１は、入力部９００を用いてユーザが指示した二次元または三次元の空間領域を表すデータであってもよい。例えば、ユーザが指示した領域の形状が直方体であれば、ある頂点の座標と、その頂点の対角にある頂点の座標が、第一領域データ２２１に相当する。なお、指示できる形状は直方体に限らない。また、形状の表現形式もこれに限らない。
【００４６】
（第一初期音圧分布算出部２３１・第一初期音圧分布データ２４１）
第一算出部としての第一初期音圧分布算出部２３１は、信号データ２１１と第一領域データ２２１を入力し、第一波長λ１に対応する、第一領域データ２２１の表す第一領域の第一初期音圧分布を算出する。第一初期音圧分布算出部２３１は、当該分布を示すデータを第一初期音圧分布データ２４１として出力する。
【００４７】
第一初期音圧分布算出部２３１は、タイムドメイン再構成手法、フーリエドメイン再構成手法、モデルベース法（繰り返し再構成手法）などの公知の再構成アルゴリズムを用いて、第一初期音圧分布を算出してもよい。
【００４８】
ここでは、再構成手法としてＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  Ｅ  ７１，０１６７０６（２００５）に記載されたＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｂａｃｋ−Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）を用いる場合を例に説明する。
【００４９】
ＵＢＰの場合、第一初期音圧分布算出部２３１は、以下の式１で示される計算式で信号データ２１１の前処理を行う。
【００５０】
【数１】
2017060771.tif 000003
【００５１】
ここで、ｐ（ｒ０、ｔ）は、位置ｒ０にある受信素子で取得した信号の時間ｔにおける値である。また、ｂ（ｒ０、ｔ）は、ｐ（ｒ０、ｔ）を前処理した値である。
【００５２】
次に、第一初期音圧分布算出部２３１は、第一領域データ２２１で指定された領域をあらかじめ決められたサイズでボクセルに分割し、各ボクセルにおける初期音圧を計算する。ＵＢＰの場合、第一初期音圧分布算出部２３１は、以下の式２で示される計算式で初期音圧を計算する。
【００５３】
【数２】
2017060771.tif 000004
【００５４】
ここで、ｐ０（ｂ）（ｒ）は再構成するボクセルの初期音圧、Ｎは受信素子の数である。ΔΩｉは以下の式３で表される再構成するボクセルからｉ番目の受信素子を見込む立体角にもとづく重みである。
【００５５】
【数３】
2017060771.tif 000005
【００５６】
ここで、ｄｉはｉ番目の受信素子の位置ベクトル、ΔＳｉはｉ番目の受信素子の面積、ｎｓ０ｉはｄｉにおけるｉ番目の受信素子の面に対する単位法線ベクトルである。
【００５７】
次に、第一初期音圧分布算出部２３１は、計算した各ボクセルの初期音圧を、第一初期音圧分布データ２４１として出力する。
【００５８】
（第二領域取得部２５２・第二領域データ２２２）
第二領域取得部２５２は、第一初期音圧分布データ２４１を入力し、第二領域データ２２２を出力する。
【００５９】
第二領域データ２２２は、第一領域の中から、ユーザが入力部９００を用いて指定した、第一の領域よりも小さい第二領域を表すデータである。第二領域取得部２５２は、入力部９００から出力された、領域を表すデータを入力し、第二領域データ２２２として出力する。すなわち、入力部９００は、第一領域よりも小さい第二領域を入力できるように構成されている。第二領域は、ユーザが所望する、第一光吸収係数の表示範囲を表す領域となる。
【００６０】
例えば、表示部８００に表示された第一領域の第一初期音圧分布の画像上で、ユーザが入力部９００を用いて任意の領域を指定することにより第二領域が指定されてもよい。
【００６１】
（被検体形状データ２６１）
被検体形状データ２６１は、被検体１０００の形状を表すデータである。被検体１０００が保持部１２００に押し付けられているような構成では、保持部１２００の形状を被検体１０００の形状としてもよい。また、被検体１０００を、カメラで撮影したり、他のモダリティで撮影したりした画像を用いて、被検体形状を推定してもよい。
【００６２】
（照射光分布データ２７１）
照射光分布データ２７１は、被検体１０００の表面におけるパルス光１３０の光量分布（光フルエンス分布）を表すデータである。被検体１０００を光音響装置に設置する前に、被検体を模したターゲットに照射された光の、ターゲット表面における光量分布を予め測定し、照射光分布データ２７１として保存してもよい。また、ターゲットの形状と被検体の形状とが異なる場合には、被検体形状データ２６１に基づいて適宜測定データの形状を変換することで、照射光分布データ２７１を推定してもよい。
【００６３】
（第三領域取得部２５３、第三領域データ２２３）
第三領域取得部２５３は、第二領域データ２２２、被検体形状データ２６１、及び照射光分布データ２７１を入力として、第三領域データ２２３を出力する。
【００６４】
第三領域データ２２３は、第二領域と、被検体表面のパルス光１３０の照射領域１４０と、を少なくとも含む第三領域を表すデータである。また、第三領域データ２２３は、第二領域よりも大きく、かつ、第一領域よりも小さい領域を表すデータである。第三領域データ２２３の詳細については後述する。
【００６５】
第三領域取得部２５３は、被検体形状データ２６１と照射光分布データ２７１とに基づいて、被検体表面のパルス光１３０の照射領域１４０を算出する。なお、被検体表面のパルス光１３０の照射領域１４０のデータが予め記憶部７１０に記憶されていてもよい。この場合、第三領域取得部２５３は、記憶部７１０に記憶された被検体表面のパルス光１３０の照射領域１４０のデータを読み出してもよい。
【００６６】
（第一光量分布算出部２８１・第一光量分布データ２９１）
第二算出部としての第一光量分布算出部２８１は、第三領域データ２２３、被検体形状データ２６１、照射光分布データ２７１を入力とし、第三領域を計算領域として、被検体１０００に照射された第一波長λ１の光の伝搬を計算する。その結果、第一光量分布算出部２８１は、第一波長λ１に対応する、第三領域の第一光量分布を取得し、第一光量分布データ２９１として出力する。第三領域は第二領域を含む領域であるため、第三領域を計算領域とすることで第二領域についても計算対象となる。すなわち、第一光量分布算出部２８１は、第三領域の光量分布を算出した結果、第二領域の光量分布を算出したこととなる。
【００６７】
例えば、第一光量分布算出部２８１は、被検体形状データ２６１及び照射光分布データ２７１を境界条件として利用する。そして、第一光量分布算出部２８１は、光を吸収、散乱する媒質における光エネルギーの挙動を示す輸送方程式や拡散方程式を数値的に解く方法により、第一光量分布を算出することができる。数値的に解く方法としては、有限要素法、差分法、モンテカルロ法等を採用することができる。なお、手法によっては、立方体のボクセルに分割する必要はないが、以降は説明を簡単にするため、立方体のボクセルに分割されるものとする。
【００６８】
次に、第一光量分布算出部２８１は、計算した各ボクセルの光量を、第一光量分布データ２９１として出力する。
【００６９】
ここで、第一光量分布算出部２８１の計算領域である第三領域について、図３を用いて説明する。
【００７０】
第一初期音圧分布算出部２３１は、第一領域２００１の第一初期音圧分布を取得する。また、第二領域取得部２５２は、第一領域２００１内に、ユーザが所望する関心領域である第二領域２００２を設定する。
【００７１】
第一光量分布算出部２８１は、第一波長λ１に対応する、第二領域２００２の光量分布を算出したい。ところが、第一光量分布算出部２８１は、被検体表面のパルス光１３０の照射領域１４０から第二領域２００２までの光伝搬を算出することにより、第二領域２００２の光量分布を算出する必要がある。そのため、第二領域以外の光伝搬領域についても、第一光量分布算出部２８１の計算領域（第三領域）２００３とする必要がある。
【００７２】
さらに、光は被検体１０００内であらゆる方向に散乱するため、被検体表面のパルス光１３０の照射領域１４０と第二領域２００２との間の領域以外からも第二領域には光が伝搬してくる。そのため、第二領域２００２の周辺領域についても、第一光量分布算出部２８１の計算領域（第三領域）２００３に含めてもよい。ただし、第二領域２００２から離れた領域で散乱した光については、第二領域２００２に到達する可能性が低い。そこで、第一光量分布算出部２８１の計算領域（第三領域）２００３は、第二領域２００２よりも大きく、かつ、第一領域２００１よりも小さい領域とすればよい。
【００７３】
そして、第一光量分布算出部２８１は、第二領域２００２を含む第三領域２００３を計算領域として、照射領域１４０から第二領域２００２までの光伝搬を算出することにより第二領域２００２の光量分布を取得し、第一光量分布データ２９１として出力する。
【００７４】
このように決定された計算領域で光量分布を算出することにより、光量分布の算出精度の低下を抑制しつつ、光量分布の計算に要する時間を短縮することができる。
【００７５】
ところで、前述したように、照射領域１４０から十分に離れた領域については、その領域に入る光量が小さいため、その領域内で拡散されて出てくる光量も小さく、他の領域に及ぼす影響が少ない。そのため、そのような領域を計算領域から省いても、被検体全体を計算領域とした場合と比較したときの誤差が小さいため、当該領域については計算領域から省いてもよい。
【００７６】
ここで、駆動部５００が、パルス光１３０の照射位置を移動させる、すなわち光照射部１００と被検体１０００との相対位置を変更させる場合の光量分布の計算領域について説明する。図４は、駆動部５００が光照射部１００を移動させたときの、各移動位置における照射領域１４０に対する第三領域２００３を表す。
【００７７】
まず、第三領域取得部２５３は、各照射領域１４０に照射されたパルス光１３０の被検体１０００内での光量分布２００５を、予め格納された記憶部７１０から読み出す、または、拡散方程式を解析的に解くことにより取得する。これらの方法によれば、第一光量分布算出部２８１が行う輸送方程式や拡散方程式を数値的に解く方法に比べて、簡易に光量分布を取得することができる。なお、記憶部７１０は、被検体の光学係数等の光量分布の算出に必要なパラメータに対応付けられた光量分布のデータを予め記憶しておいてもよい。そして、第三領域取得部２５３が、光量分布の算出に必要なパラメータを入力とし、記憶部７１０から入力されたパラメータに対応する光量分布のデータを読み出してもよい。図４における光量分布２００５は、被検体１０００を縦に切断した切断面の光量分布の模式図である。図４の光量分布２００５において、被検体１０００内部での光量の大きさが色の濃度で表わされている。光量分布２００５の最も薄い灰色が、計算領域に含めるべき最小の光量を示している。すなわち、光量分布２００５は、計算領域に含めるべき最小の光量の外縁を表す。なお、計算領域に含めるべき最小の光量の値は、入力部９００を用いるなどして変更することができる。
【００７８】
次に、第三領域取得部２５３は、第二領域２００２と光量分布２００５とが共通の領域を持つかどうか判定する。共通の領域を持つ場合には、第三領域取得部２５３は、前述したルールに従って第三領域２００３を決定する。一方、共通の領域を持たない場合には、空の領域を第三領域２００３とする。すなわち、共通の領域を持たない場合には、第三領域取得部２５３は、第一光量分布算出部２８１が光伝搬の計算を行わないことを表すデータを出力する。
【００７９】
図４（ａ）では、第二領域２００２と光量分布２００５とが共通の領域を持つため、第一光量分布算出部２８１は第三領域２００３を設定する。同様に図４（ｂ）では、第二領域２００２と光量分布２００５とが共通の領域を持つため、第一光量分布算出部２８１は第三領域２００３を設定する。一方、図４（ｃ）では、第二領域２００２と光量分布２００５とが共通の領域を持たない。そのため、第三領域取得部２５３は、このとき照射されたパルス光１３０の光伝搬の計算を行わないことを表すデータを出力する。
【００８０】
ここで、第三領域の大きさによる、第二領域の光量分布に含まれる誤差の変化を明らかにするために行ったシミュレーションの結果を説明する。
【００８１】
シミュレーションにおける設定パラメータは次の通りである。被検体としては、光学係数が均質な半無限媒体を仮定し、吸収係数を０．００５３４／ｍｍ、散乱係数を０．９６９／ｍｍとして設定した。ここでは、典型的な生体の吸収係数、散乱係数を設定した。
【００８２】
被検体のＸＹ面に入射する入射光としては、入射強度１００ｍＪ、ビーム径３０ｍｍのガウス関数のソース光を設定した。
【００８３】
光量分布の計算領域（Ｘ×Ｙ×Ｚ）としては、＜１＞６０ｍｍ×６０ｍｍ×６０ｍｍ、＜２＞８０ｍｍ×８０ｍｍ×６０ｍｍ、＜３＞１００ｍｍ×１００ｍｍ×６０ｍｍ、＜４＞６０ｍｍ×６０ｍｍ×８０ｍｍ、＜５＞１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×１２０ｍｍの５つの計算領域を設定した。
【００８４】
なお、光量分布を取得したい第二領域は、６０ｍｍ×６０ｍｍ×６０ｍｍの領域とする。すなわち、＜１＞の計算領域は第二領域に対するマージンがなく、第二領域と第三領域とが同一の領域となる。また、＜２＞の計算領域は第二領域からＸＹ方向に１０ｍｍのマージンを取った領域とし、＜３＞の計算領域は第二領域からＸＹ方向に２０ｍｍのマージンを取った領域とした。また、＜４＞の計算領域は第二領域からＺ方向に１０ｍｍのマージンを取った領域とした。なお、＜５＞を計算領域として得られた光量分布を第二領域の光量分布の真値として、＜１＞〜＜４＞の計算領域を設定したときの第二領域の計算結果を評価した。
【００８５】
これらのシミュレーションの結果、＜１＞の計算領域の場合に得られた、第二領域の光量分布では、最大８４％の誤差が生じた。また、＜２＞の計算領域の場合に得られた、第二領域の光量分布では、最大１８％の誤差が生じた。また、＜３＞の計算領域の場合に得られた、第二領域の光量分布では、最大３％の誤差が生じた。＜４＞の計算領域の場合に得られた、第二領域の光量分布では、最大０．５％の誤差が生じた。
【００８６】
これらの結果より、第二領域に対するマージンを大きくすればするほど誤差が小さくなることが理解される。また、光の照射領域１４０の面内方向（例えば図４（ｂ）の紙面左右方向）よりも面外方向（例えば図４（ｂ）の紙面上下方向）の方が、第二領域に対するマージンが小さくても誤差が小さいことが理解される。すなわち、計算量を低減するために、第二の領域に対する第三領域のマージンを、光の照射領域１４０の面内方向よりも面外方向を小さくしてもよい。また、第二の領域に対する第三領域のマージンを、面外方向には与えずに面内方向のみに与えてもよい。また、第二領域から１０ｍｍ以上外側に第三領域を設定してもよい。また、第二領域から２０ｍｍ以上外側に第三領域を設定してもよい。また、面内方向については第二領域から２０ｍｍ以上外側に第三領域を設定し、面外方向については第二領域から１０ｍｍ以上外側に第三領域を設定してもよい。
【００８７】
なお、ユーザが、入力部９００を用いて第二領域に対する第三領域のマージンの数値を入力してもよい。例えば、入力部９００は、１０ｍｍ、２０ｍｍというようにマージンの数値を直接入力できるように構成されていてもよい。また、入力部９００は、スピード重視モードと定量性重視モードとを選べるように構成されていてもよい。第三領域取得部２５３は、入力部９００から得られたモードに対応する第三領域を設定してもよい。
【００８８】
（第一光吸収係数分布算出部３１１・第一光吸収係数分布データ３２１）
第三算出部としての第一光吸収係数分布算出部３１１は、第二領域データ２２２、第一初期音圧分布データ２４１、第一光量分布データ２９１を入力とする。そして、第一光吸収係数分布算出部３１１は、第一波長λ１に対応する、第二領域２００２の第一光吸収係数分布を算出し、第一光吸収係数分布データ３２１として出力する。すなわち、被検体情報算出部としての第一光吸収係数分布算出部３１１は、被検体情報分布として第一光吸収係数分布を算出する。
【００８９】
ところで、式４は、光音響波が発生したときの初期音圧Ｐ０を表す。
Ｐ０（ｒ）＝Γ（ｒ）・μａ（ｒ）・Φ（ｒ）    ・・・式４
ｒは被検体内の位置を表す。Ｐ０は初期音圧であり、光音響波の受信信号に基づいて取得される。Γはグリューナイゼン係数であり、組織が決定すると一意に決定される既知のパラメータである。μａは光吸収係数を表す。Φは光量を表す。
【００９０】
第一光吸収係数分布算出部３１１は、式４にしたがって、第二領域２００２における各位置における初期音圧Ｐ０を光フルエンスΦで除算することにより、光吸収係数μａを取得することができる。なお、グリューナイゼン係数Γについては既知として、第一光吸収係数分布算出部３１１は、予め記憶部７１０に格納されたグリューナイゼン係数のデータを読み出すことにより計算に用いてもよい。
【００９１】
第一光吸収係数分布算出部３１１は、第二領域データ２２２に対応する第二領域２００２をあらかじめ決められたサイズでボクセルに分割する。第一光吸収係数分布算出部３１１は、第二領域２００２の各ボクセルについて、光吸収係数を式４に従って算出する。ここで、第一初期音圧分布データ２４１のボクセルサイズと第一光量分布データ２９１のボクセルサイズと、第一光吸収係数分布算出部３１１で分割したボクセルサイズとが異なる場合がある。この場合、第一光吸収係数分布算出部３１１は、第一初期音圧分布データ２４１および第一光量分布データ２９１のボクセル値を、光吸収係数分布の算出に適用したボクセルにリサンプリングする必要がある。これには、最近傍補間や線形補間などの公知の技術を用いることができる。
【００９２】
第一初期音圧分布データ２４１は、第二領域２００２を含む第一領域２００１初期音圧分布を表すデータであり、第一光量分布データ２９１は、第二領域２００２を含む第三領域２００３の第一光量分布を表すデータである。そのため、第一光吸収係数分布算出部３１１は、第一初期音圧分布データ２４１および第一光量分布データ２９１を用いて、第二領域２００２の第一光吸収係数分布を取得することができる。
【００９３】
次に、第一光吸収係数分布算出部３１１は、計算した各ボクセルの光吸収係数を、第一光吸収係数分布データ３２１として出力する。
【００９４】
＜画像表示方法＞
図５を参照しながら、本実施例に係る光音響装置を用いて光吸収係数分布の画像を表示する方法を説明する。図５（ａ）が本実施例に係る情報処理方法を含む被検体情報取得方法の全体のフローチャート図、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）がそれぞれ信号取得、初期音圧分布算出、光吸収係数分布算出の詳細を示すフローチャート図である。
【００９５】
まず、信号取得を行う（Ｓ１０１）。
【００９６】
ここで、図５（ｂ）を参照しながら、信号取得の詳細を説明する。駆動部５００が光照射部１００及び受信部４００を所望の位置に移動させる（Ｓ１１１）。次に、光照射部１００がパルス光１３０を被検体１０００に照射する（Ｓ１１２）。そして、被検体１０００でパルス光１３０が吸収され、光音響効果により光音響波が生じる。受信部４００が光音響波を受信して、時系列のアナログ信号である電気信号を出力する（Ｓ１１３）。信号データ収集部６００が、受信部４００から出力された時系列のアナログ信号を収集し、信号の増幅処理や、アナログ信号のＡＤ変換処理を行う（Ｓ１１４）。そして、信号データ収集部６００は、デジタル化された時系列の電気信号を記憶部７１０に保存する（Ｓ１１５）。ここで、制御部７３０が既定のパルス数を照射し終えたかどうか判断し（Ｓ１１６）、もし、照射し終えていない場合には、ステップＳ１１１に戻る。照射し終えた場合には、信号取得を終了する。
【００９７】
次に、初期音圧分布算出を行う（Ｓ１０２）。
【００９８】
ここで、図５（ｃ）を参照しながら、初期音圧分布算出の詳細を説明する。第一初期音圧分布算出部２３１が１パルスの第一初期音圧分布を算出し（Ｓ１２１）、１パルスの第一初期音圧分布データ２４１を記憶部７１０に保存する（Ｓ１２２）。ここで、制御部７３０がステップＳ１０１で照射したパルス数について計算し終えたか判断し（Ｓ１２３）、計算し終えていない場合には、ステップＳ１２１に戻る。計算し終えた場合には、初期音圧分布算出を終了する。なお、ユーザが第二領域を選択するための画像を算出するため、この時点では第一領域データ２２１が示す第一領域としては、被検体全体を含む領域を設定してもよい。
【００９９】
次に、複数パルス分の初期音圧分布を平均化し、平均化した初期音圧分布を表示部８００に表示する（Ｓ１０３）。３次元データである初期音圧分布の表示方法としては、ある断面におけるスライス画像や、ＭＩＰ画像を作成して表示することができる。ユーザが腫瘍位置など、確認したい第二領域を指定できるような画像であれば、どのような表示方法でもよい。
【０１００】
次に、ユーザが入力部９００を使って、第二領域を指定する。第二領域取得部２５２は、入力部９００により指定された領域を、第二領域データ２２２として保存する（Ｓ１０４）。なお、ユーザが第二領域を指定し終えるまで、ステップＳ１０４を実行せずに処理を待機する。
【０１０１】
ここで、図６を参照しながら、第二領域の指定方法の例を説明する。この例では、入力部９００は、マウスおよびキーボードである。表示部８００の表示領域８０１に初期音圧分布のＺ方向へのＭＩＰ画像が表示される。ユーザは、マウスカーソルを開始位置８０３まで移動し、ドラッグを開始する。次に、マウスカーソルを終了位置８０４まで移動し、ドラッグを終了する。それによって、領域８０２が決定される。また、アイテム８０５とアイテム８０６にＺ方向の範囲を指定する。以上の領域８０２とＺ方向の範囲から３次元の領域が決まり、その三次元の領域をユーザが指定した第二領域とする。なお、領域の指定方法はこの方法に限らない。
【０１０２】
次に、光吸収係数分布算出を行う（Ｓ１０５）。
【０１０３】
ここで、図５（ｄ）を参照しながら、光吸収係数分布算出の詳細を説明する。第三領域取得部２５３が第三領域を決定する（Ｓ１３１）。次に、第一光量分布算出部２８１は、１パルスの第一光量分布を算出する（Ｓ１３２）。次に、第一光吸収係数分布算出部３１１は、１パルスの第一光吸収係数分布を算出し（Ｓ１３３）、第一光吸収係数分布データ３２１を記憶部７１０に保存する（Ｓ１３４）。ここで、制御部７３０は、ステップＳ１０１で照射したパルス数について計算し終えたか判断し（Ｓ１３５）、計算し終えていない場合には、ステップＳ１３１に戻る。計算し終えた場合には、光吸収係数分布算出を終了する。
【０１０４】
次に、第一光吸収係数分布算出部３１１は、複数パルス分の光吸収係数分布を平均化し、制御部７３０平均化した光吸収係数分布を表示部８００に表示させる（Ｓ１０６）。３次元データである光吸収係数分布の表示方法としては、ある断面におけるスライス画像や、ＭＩＰ画像を作成して表示することができる。なお、複数パルス分の信号データに基づいて光吸収係数分布を算出する限り、光吸収係数分布の算出方法は平均化に限らない。
【０１０５】
なお、第三領域を変更して光吸収係数分布を再計算及び再表示してもよい。例えば、第二領域に対するマージンが小さい第三領域で光量分布を計算することにより得られた光吸収係数分布を先に表示する。その後、第二領域に対するマージンが先の計算よりも大きい第三領域を再設定し、再設定された第三領域で光量分布を計算することにより得られた光吸収係数分布を表示してもよい。このとき、先に設定された第三領域における光量分布の計算が完了したところで、より大きな第三領域における光量分布の計算を開始してもよい。
【０１０６】
本発明の実施例１によれば、ユーザが指定した第二領域に基づいて光量分布の計算領域を小さくことにより、光吸収係数分布の算出までの時間を短くすることができる。それによって、より短い時間でユーザに光吸収係数分布を提示することができる。
【０１０７】
また、光量分布データ及び光吸収係数分布データのデータサイズを小さくすることができ、記憶部の容量を節約することができる。
【実施例２】
【０１０８】
実施例２に係る光音響装置は、複数回のパルス光照射を異なる２波長（第一波長λ１及び第二波長λ２）で繰り返し、得られた光音響波の受信信号を再構成して酸素飽和度分布を表示する装置である。
【０１０９】
図７は、本実施形態に係るデータフローを表す。既に説明したデータ及びモジュールには同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１０】
本実施例において、信号データは、第一波長λ１に対応する第一信号のデータに加え、第二波長λ２に対応する第二信号のデータを含む。
【０１１１】
（第二初期音圧分布算出部２３２、第二初期音圧分布データ２４２）
第二初期音圧分布算出部２３２は、信号データ２１１と第二領域データ２２２を入力とし、第二波長λ２に対応する、第二領域データ２２２の表す第二領域の第二初期音圧分布を算出し、第二初期音圧分布データ２４２として出力する。第二初期音圧分布算出部２３２は、公知の再構成アルゴリズムを用いて、第二初期音圧分布を算出してもよい。
【０１１２】
第一領域の初期音圧分布を算出する第一初期音圧分布算出部２３１とは異なり、第二初期音圧分布算出部２３２は、ユーザの所望する第二領域の初期音圧分布を算出する。第二初期音圧分布算出部２３２は、第一領域よりも小さい第二領域の初期音圧分布を算出すればよいため、計算量が第一初期音圧分布算出部２３１の計算よりも少なくて済む。
【０１１３】
（第四領域取得部２５４、第四領域データ２２４）
第四領域取得部２５４は、第三領域取得部２５３と同様に、第二領域データ２２２、被検体形状データ２６１、及び照射光分布データ２７１を入力として、第四領域データ２２４を出力する。第四領域データ２２４の表す第四領域は、後述する第二波長に対応する光量分布の計算領域となる。
【０１１４】
第四領域データ２２４は、第二領域と、被検体表面のパルス光１３０の照射領域１４０と、を少なくとも含む第四領域を表すデータである。また、第四領域データ２２４は、第二領域よりも大きく、かつ、第一領域よりも小さい領域を表すデータである。
【０１１５】
なお、第四領域取得部２５４は、第二波長λ２のパルス光１３０が被検体１０００に照射されたときの被検体形状データ２６１、及び照射光分布データ２７１を記憶部７１０から読み出し、第四領域データ２２４を算出してもよい。
【０１１６】
また、第四領域データ２２４と第三領域データ２２３とは同一のデータであってもよい。その場合、第四領域取得部２５４は、第四領域データ２２４を新たに算出することなく、記憶部７１０から第三領域データ２２３を読み出し、第四領域データ２２４として出力してもよい。
【０１１７】
（第二光量分布算出部２８２、第二光量分布データ２９２）
第二光量分布算出部２８２は、第四領域データ２２４、被検体形状データ２６１、照射光分布データ２７１を入力とし、第四領域を計算領域として被検体１０００に照射された第二波長λ２の光の伝搬を計算する。その結果、第二光量分布算出部２８２は、第二波長λ２に対応する、第四領域の第二光量分布を取得し、第二光量分布データ２９２として出力する。第四領域は第二領域を含む領域であるため、第四領域を計算領域とすることで第二領域についても計算対象となる。すなわち、第二光量分布算出部２８２は、第四領域の光量分布を算出した結果、第二領域の光量分布を算出したこととなる。
【０１１８】
（第二光吸収係数分布算出部３１２、第二光吸収係数分布データ３２２）
第二光吸収係数分布算出部３１２は、第二領域データ２２２、第二初期音圧分布データ２４２、第二光量分布データ２９２を入力とする。そして、第二光吸収係数分布算出部３１２は、第二波長λ２に対応する、第二領域２００２の第二光吸収係数分布を算出し、第二光吸収係数分布データ３２２として出力する。
【０１１９】
（酸素飽和度分布算出部３３１、酸素飽和度分布データ３４１）
酸素飽和度分布算出部３３１は、第二領域データ２２２、第一光吸収係数分布データ３２１、及び第二光吸収係数分布データ３２２を入力とし、酸素飽和度分布を算出し、酸素飽和度分布データ３４１として出力する。被検体情報算出部としての酸素飽和度分布算出部３３１は、被検体情報分布として酸素飽和度分布を算出する。
【０１２０】
ところで、被検体中の主な光吸収体がオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンである場合、成分濃度としての酸素飽和度ＳＯ２は以下の式５で表されることが知られている。
【０１２１】
【数４】
2017060771.tif 000006
【０１２２】
ここで、μａ（λ）は、波長λにおける光吸収係数、εｏｘ（λ）・εｄｅ（λ）は、それぞれ波長λにおけるオキシヘモグロビン・デオキシヘモグロビンの光吸収係数である。εｏｘ（λ）・εｄｅ（λ）は既知であるため、式５に従って、各波長に対応した複数の光吸収係数分布から酸素飽和度分布を算出することができる。
【０１２３】
酸素飽和度分布算出部３３１は、第二領域データ２２２が表す領域を所定のサイズのボクセルに分割する。次に、酸素飽和度分布算出部３３１は、各ボクセルについて、第一波長λ１に対応する第一光吸収係数と第二波長λ２に対応する第二光吸収係数とを用いて、式５にしたがって酸素飽和度を算出する。酸素飽和度分布算出部３３１は、計算した各ボクセルの酸素飽和度を、酸素飽和度分布データ３４１として出力する。
【０１２４】
なお、本実施例では、異なる波長に対応する複数の光吸収係数分布から酸素飽和度分布を算出する例を説明したが、算出される情報は酸素飽和度に限らない。演算部７２０は、異なる波長に対応する複数の光吸収係数分布に基づいて、被検体を構成する物質の濃度分布を算出してもよい。例えば、物質の濃度分布としては、水、脂肪、コラーゲン、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、総ヘモグロビンなどの濃度分布が挙げられる。
【０１２５】
＜画像表示方法＞
図８を参照しながら、本実施例に係る光音響装置を用いて酸素飽和度分布の画像を表示する方法を説明する。
【０１２６】
まず、制御部７３０が光照射部１００の発生するパルス光の波長を第一波長λ１に設定し（Ｓ２０１）、波長λ１のパルス光を用いて信号取得を行う（Ｓ２０２）。処理の内容は、ステップＳ１０１と同じである。
【０１２７】
次に、制御部７３０が光照射部１００の発生する波長を第二の波長λ２に設定し（Ｓ２０３）、波長λ２のパルス光を用いて信号取得を行う（Ｓ２０４）。処理の内容は、ステップＳ１０１と同じである。
【０１２８】
次に、第一初期音圧分布算出部２３１が波長λ１のパルス光で取得した信号データを用いて、第一初期音圧分布の算出を行う（Ｓ２０５）。処理の内容は、ステップＳ１０２と同様である。
【０１２９】
次に、波長λ１のパルス光に基づく初期音圧分布を平均化し、表示する（Ｓ２０６）。処理の内容は、ステップＳ１０３と同様である。
【０１３０】
次に、第二領域データを取得・保存する（Ｓ１０４）。
【０１３１】
次に、第一光吸収係数分布算出部３１１が、波長λ１のパルス光に基づく初期音圧分布から、第一光吸収係数分布を算出する（Ｓ２０７）。処理の内容はステップＳ１０５と同様である。
【０１３２】
次に、第二初期音圧分布算出部２３２が波長λ２のパルス光で取得した信号を用いて、第二初期音圧分布の算出を行う（Ｓ２０８）。処理の内容は、ステップＳ１０２と同様である。なお、ステップＳ１０４でユーザが指定した第二領域データ２２２が記憶部７１０に保存されているため、ステップＳ２０５でのステップＳ２０５の計算領域よりも狭い領域を計算すればよい。
【０１３３】
次に、第二光吸収係数分布算出部３１２が、波長λ２のパルス光に基づく初期音圧分布から、第二光吸収係数分布を算出する（Ｓ２０９）。処理の内容はステップＳ１０５と同様である。
【０１３４】
次に、酸素飽和度分布算出部３３１が、波長λ１、波長λ２それぞれのパルス光に基づく第一及び第二光吸収係数分布から、酸素飽和度分布を算出する（Ｓ２１０）。
【０１３５】
次に、制御部７３０が酸素飽和度分布を表示部８００に表示させる（Ｓ２１１）。酸素飽和度分布の表示には、対応する光吸収係数分布の値が所定の範囲内の部分をマスクして表示してもよい。なお、表示方法としては、その他公知のマスク技術を用いることができる。
【０１３６】
なお、ステップＳ２０４をステップＳ１０４の後にして、波長λ２のパルス光によってユーザが指定した第二領域に対して選択的に信号取得するようにしてもよい。つまり、各パルス光の照射において、光照射部１００の移動範囲を変更し、ユーザが指定した第二領域にパルス光が当たりやすくしてもよい。また、照射するパルス数を変更してもよい。
【０１３７】
第二の実施例によれば、波長λ１に対応する第一光量分布、波長λ２に対応する第二初期音圧分布・第二光量分布の計算領域を小さくし、高速に酸素飽和度分布を表示することができる。また、波長λ１に対応する第一光量分布データ・第一光吸収係数分布データのデータサイズを小さくすることができ、記憶部の容量を節約することができる。また、波長λ２に対応する第二初期音圧分布データ・第二光量分布データ・第二光吸収係数分布データ、及び酸素飽和度データのデータサイズを小さくすることができ、記憶部の容量を節約することができる。
【実施例３】
【０１３８】
実施例３に係る光音響装置は、得られた光音響波の受信信号を再構成して初期音圧分布・光吸収係数分布を順次表示するシステムである。さらに、ユーザが領域を指定した時点で、その後取得する情報の計算領域を限定する機能を備える。
【０１３９】
システム構成およびデータフローは実施例１と同様である。
【０１４０】
＜画像表示方法＞
図９を参照しながら、本実施例に係る光音響装置を用いて光吸収係数分布の画像を表示する方法を説明する。図９（ａ）が全体のフローチャート図、図９（ｂ）、図９（ｃ）がそれぞれ実施例３における初期音圧分布算出、光吸収係数分布算出の詳細を示すフローチャート図である。実施例２と異なる部分は、初期音圧分布算出中または光吸収係数分布算出中の任意のタイミングで領域が指定できる点である。
【０１４１】
まず、信号取得を行う（Ｓ１０１）。
【０１４２】
次に、信号データを用いて、初期音圧分布算出を行う（Ｓ３０１）。
【０１４３】
ここで、図９（ｂ）を参照しながら、初期音圧分布算出の詳細を説明する。まず、制御部７３０が、第二領域が指定されたかどうか判断する（Ｓ３１１）。例えば、以下の様な方法で実現できる。第二領域が新たに指定されたかどうか示すフラグを用意し、起動時には０で初期化する。また、入力部９００から第二領域の指定が制御部７３０に通知された時点でフラグを１に変更する。ステップＳ３１１では、制御部７３０が、このフラグが１に変更されると第二領域が指定されたと判断する。もし、第二領域が指定されたと判断された場合には、第二領域取得部２５２は、指定された第二領域を第二領域データ２２２として保存し（Ｓ１０４）、ステップＳ３２１に進む。次に、１パルスの第二領域の初期音圧分布を算出し（Ｓ３２１）、保存する（Ｓ３２２）。
【０１４４】
一方、第二領域が指定されたと判断されなかった場合には、ステップＳ１０４を実行せず、ステップＳ１２１に進む。次に、１パルスの第一領域の初期音圧分布を算出し（Ｓ１２１）、保存する（Ｓ１２２）。最後に既定のパルス数を計算し終えたか判断し（Ｓ１２３）、計算し終えた場合には初期音圧分布算出を終了する。そうでない場合には、ステップＳ３１１に戻る。
【０１４５】
次に、平均化した波長λ１に基づく初期音圧分布を表示部８００に表示する（Ｓ２０６）。ステップＳ２０６の前に第二領域が指定された場合、算出された複数パルスの初期音圧分布のうち、第二領域の初期音圧分布のみを平均化してもよい。
【０１４６】
最後に既定のパルス数を計算し終えたか判断し（Ｓ１２３）、計算し終えた場合には初期音圧分布算出を終了する。そうでない場合には、ステップＳ３１１に戻る。
【０１４７】
実施例１では、初期音圧分布が表示された時点でユーザが第二領域を指定するのを待ったが、本実施例では、それを待たずに処理を継続する。
【０１４８】
次に、波長λ１のパルス光に基づく初期音圧分布から、光吸収係数分布を算出する（Ｓ３０２）。
【０１４９】
ここで、図９（ｃ）を参照しながら、光吸収係数分布算出の詳細を説明する。
【０１５０】
まず、制御部７３０が、第二領域が指定されたかどうか判断する（Ｓ３１１）。もし、第二領域が指定されたと判断された場合には、指定された第二領域を第二領域データ２２２として保存し（Ｓ１０４）、ステップＳ１３１へ進む。次に、第三領域取得部２５３が第三領域を決定する（Ｓ１３１）。さらに、第三領域を計算領域として１パルスの光量分布を算出し（Ｓ１３２）、１パルスの第二領域の光吸収係数分布を算出（Ｓ１３３）、保存する（Ｓ１３４）。
【０１５１】
一方、第二領域が新たに指定されたと判断されなかった場合には、ステップＳ１０４を実行せず、ステップＳ４３２へ進む。次に、第一領域を計算領域として、第一領域の光量分布を算出する（Ｓ４３２）。次に、第一領域の初期音圧分布と第一領域の光量分布とを用いて第一領域の光吸収係数分布を算出（Ｓ４３３）、保存する（Ｓ４３４）。
【０１５２】
最後に既定のパルス数を計算し終えたか判断し（Ｓ１３５）、計算し終えた場合には光吸収係数分布算出を終了する。そうでない場合には、ステップＳ３１１に戻る。
【０１５３】
なお、ステップＳ４３２の第一領域を計算領域とした光伝播の計算途中に第二領域が指定された場合、その時点までに計算された光量分布を後の計算に用いてもよい。すなわち、第一領域を計算領域として得られた光量分布に基づいて、第三領域を計算領域として光伝搬を計算することにより、第三領域の光量分布を算出してもよい。この場合の例を、図１０を用いて説明する。
【０１５４】
図１０（ａ）は、ステップＳ４３２における、第一領域２００１を計算領域とした、照射領域１４０に照射されたパルス光１３０の光伝搬の計算過程を表す。２００６は、この時点までに計算されたパルス光１３０の光量分布を表す。
【０１５５】
図１０（ｂ）は、ユーザが入力部９００を用いて第二領域２００２が指定されたときの、ステップＳ１３１で決定される第三領域２００３を表す。次に第一光量分布算出部２８１は、第三領域２００３を計算領域としてパルス光１３０の光伝搬を計算するのだが、この時点で第一領域２００１を計算領域として得られた光量分布２００６が算出されている。そこで、第一光量分布算出部２８１は、光量分布２００６をソースとして、第三領域２００３を計算領域とした光伝搬の計算を行ってもよい。
【０１５６】
図１０（ｃ）は、光量分布２００６をソースとし、第三領域２００３を計算領域とした光伝搬の計算により算出された光量分布２００７を表す。
【０１５７】
この方法によれば、光量分布２００７の算出を完了するまでの時間を短縮することができる。また、光量分布２００６は、第三領域２００３よりも大きい第一領域２００１を計算領域として得られた光量分布であるため、定量性が高い。そのため、始めから第三領域２００３を計算領域として得られる光量分布よりも、光量分布２００６に基づいて得られた光量分布２００７の方が定量性が高い場合がある。
【０１５８】
第三の実施例によれば、初期音圧分布が表示されてから、ユーザが第二領域の指定を行うまでの時間があいてしまったとしても、バックグラウンドで第一領域に対する計算を進めておくことができる。これにより、ユーザが指定した領域の被検体情報を実施例１よりも高速に提示することができる。
【０１５９】
なお、複数の波長の光を用いた測定の場合においても、ユーザが領域を指定しない期間にバックグラウンドで計算を進めていてもよい。
【０１６０】
（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１６１】
１００  光照射部
４００  受信部
７００  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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