JP7034699B2 - 光音響装置および被検体情報取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、光音響装置に関する。

被検体内の構造情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための技術として、光音響イメージング（Photoacoustic Imaging）が知られている。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。ＰＡＴでは、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。

例えば、特許文献１には、被検体内で発生した音響波を受信して電気信号に変換する複数の変換素子を半球状の支持体に設けた装置が開示されている。当該装置では、被検体が薄いカップ状の保持部材によって保持され、保持部材と変換素子との間に、音響インピーダンスを整合させるための音響媒体が設けられる。また、支持体の下方から保持部材及び音響媒体を介して被検体に光を照射し、被検体内で発生した音響波が、保持部材及び音響媒体を介して変換素子に到達する。

国際公開第２０１０／０３０８１７号

ここで、ユーザが光音響画像と被検体を見比べるときに、光音響画像と実際の被検体との位置関係を把握しにくい場合がある。例えば、太腿部は体表形状に特徴が少ないため、掌などと異なり、血管像だけでは観察している部位が実際の大腿部のどこに対応するのかを把握することが難しい場合がある。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光音響画像を撮像した位置を被検体上において特定することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明に係る光音響装置は、
光が照射された被検体から発生した音響波を、被検体に対する複数の相対位置において変換素子を用いて受信し、前記被検体に関する情報を表す光音響画像を取得する光音響装置であって、前記被検体の光学像を取得する撮像手段と、前記光学像における第一の座標系と、前記光音響画像における第二の座標系と、の位置関係を表す情報である位置関係情報を生成する生成手段と、前記位置関係情報に基づいて、前記光音響画像と、前記光学像との位置合わせを行う位置合わせ手段と、を有し、前記撮像手段は、前記支持部材を挟んで前記被検体に対向する位置に配置され、前記支持部材に位置検出マーカーが配置され、前記生成手段は、前記光学像中における前記位置検出マーカーの位置に基づいて前記位置関係情報を生成することを特徴とする。

また、本発明に係る被検体情報取得方法は、
光が照射された被検体から発生した音響波を受信し、光音響信号に変換する変換素子を有する光音響装置が行う被検体情報取得方法であって、前記変換素子を前記被検体に対して相対的に移動させる走査ステップと、前記光音響信号に基づいて、前記被検体に関する情報を表す光音響画像を取得する取得ステップと、撮像手段によって前記被検体を撮像し、光学像を取得する撮像ステップと、前記光学像における第一の座標系と、前記光音響画像における第二の座標系と、の位置関係を表す情報である位置関係情報を生成する生成ステップと、前記位置関係情報に基づいて、前記光音響画像と、前記光学像との位置合わせを行う位置合わせステップと、を含み、前記撮像手段は、前記支持部材を挟んで前記被検体に対向する位置に配置され、前記支持部材に位置検出マーカーが配置され、前記生成ステップでは、前記光学像中における前記位置検出マーカーの位置に基づいて前記位置関係情報を生成することを特徴とする。

本発明によれば、光音響画像を撮像した位置を被検体上において特定することができる。

第一の実施形態に係る光音響装置の概要図。 光学像によって捉えられる光学マーカーを説明する図。 第一の実施形態において光音響装置が行う処理のフロー図。 光学像および光音響画像の例。 第二の形態に係る光音響装置の概要図。 第二の実施形態において光音響装置が行う処理のフロー図。 複数の光学像を合成する方法を説明する図。 第三の形態に係る光音響装置の概要図。 第三の実施形態において光音響装置が行う処理のフロー図。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施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。

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、光音響装置またはその制御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、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。

実施形態に係る光音響装置は、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である。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。

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、異なる複数波長の光によって発生する光音響波に基づいて、被検体を構成する物質の濃度といった分光情報が得られる。分光情報は、酸素飽和度、酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、またはデオキシヘモグロビン濃度であってもよい。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、または脂肪や水の体積分率であってもよい。
以下に説明する実施形態では、ヘモグロビンを吸収体として想定した波長の光を被検体に照射することで、被検体内の血管の分布・形状のデータと、その血管における酸素飽和度分布のデータを取得し、画像化する光音響イメージング装置を想定する。

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である。

本明細書における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、光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には、それらの弾性波の波長を限定する意図はない。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。なお、本明細書において、光音響信号とは、アナログ信号とデジタル信号の双方を含む概念である。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。

本実施形態に係る光音響装置は、被検体にパルス光を照射し、被検体内において発生した光音響波を受信することで、被検体内の光学特性に関連した情報を生成する装置である。
ところで、皮弁の採取手術の際に、皮弁採取部位の光音響測定を行って光音響画像（血管像）を取得し、この血管像から血管の位置や走行状態を把握することにより、採取する皮弁の位置と範囲の決定に役立てることが検討されている。このとき術者は、血管像が被検体のどの部分に対応するかを把握する必要がある。しかし通常、皮弁採取には、大腿部などの、比較的広く体表形状に特徴が少ない領域が用いられる。そのため、血管像と実際の被検体との位置関係の特定が難しくなるおそれがある。
そこで以下の各実施例では、光音響画像と被検体の対応関係の把握を容易にするために、光音響画像が被検体のどの場所に位置するのかを術者に分かりやすく提示する。これにより術者は、血管像に基づいて血管（たとえば穿通枝）の実際の被検体における位置を把握し、良好に皮弁を採取できるようになる。

（第一の実施形態）
<システム構成>
図１は、本実施形態に係る光音響装置の構成を説明する概要図である。本実施形態に係る光音響装置は、光源１０１、信号取得部１０２、データ処理部１０３、駆動部１０４、入力装置１０５、表示装置１０６、カメラ１０７、探触子ユニット１１０を有して構成される。また、探触子ユニット１１０は、支持部材１１１、変換素子１１２、走査機構１１３を有して構成される。

探触子ユニット１１０は、被検体に対して光を照射し、被検体から発生した音響波を受信するユニットである。探触子ユニット１１０は、半球状の支持部材１１１の内面に、複数の変換素子１１２をスパイラル状に配置することで構成される。さらに、支持部材１１１の底部には、後述する光源１０１から発せられた光が出射する部材が設けられている。

支持部材１１１は、複数の変換素子１１２を支持する、略半球形状の容器である。本実施形態では、半球の内側面に複数の変換素子１１２が設置され、半球の底部（極）に光を出射させるための部材が設けられている。なお、半球の内側には、音響整合材（例えば水）が貯留されてもよい。支持部材１１１は、これらの部材を支持するため、機械的強度が高い金属材料などを用いて構成することが好ましい。

変換素子１１２は、被検部の内部から到来する音響波を受信して、電気信号に変換する手段である。変換素子は、音響波検出器、音響波受信器、トランスデューサとも呼ばれる。
生体から発生する音響波は、１００ＫＨｚから１００ＭＨｚの超音波であるため、音響波検出素子には、上記の周波数帯を受信できる素子を用いる。具体的には、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなどを用いることができる。

また、変換素子１１２には、感度が高く、周波数帯域が広いものを用いることが望ましい。具体的にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いた圧電素子、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの高分子圧電膜材料、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子としての機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。

複数の変換素子１１２は、素子の受信方向が半球の曲率中心に向かうように、半球面上にアレイ状に配置されている。複数の変換素子１１２をこのように配置することで、半球の曲率中心において高い分解能を得ることができる。

探触子ユニット１１０は、走査機構１１３によって、三次元方向に移動させることができる。これにより、光の照射位置と音響波の受信位置を被検体に対して相対的に移動させることができる。走査機構１１３は、例えば、ガイド機構、駆動機構、走査位置センサをＸ，Ｙ，Ｚ軸の三方向それぞれに有していてもよい。なお、探触子ユニット１１０の位置は、走査機構１１３の位置によって表すことができる。

光源１０１は、被写体に照射するパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためにレーザ光源であることが望ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプを用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、アレクサンドライトレーザ、Ｔｉｓａレーザや、ＯＰＯレーザなどを用いてもよい。
また、パルス光の波長は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、被検体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、６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であることが望ましい。この領域の光は、比較的生体深部まで到達することができるため、被検体深部の情報を得ることができる。
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体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。本実施形態に示すように被検体が生体である場合は、光源から発生するパルス光のパルス幅は１０～１００ナノ秒程度が好適である。
なお、光照射のタイミング、波形、強度等は、後述するデータ処理部１０３によって制御される。

光源から出射された光は、レンズやミラーなどの光学部品により、所定の光分布形状に加工されながら被検体に導かれ、照射される。なお、光ファイバなどの光導波路などを用いて光を伝搬させることも可能である。
光学系は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、光ファイバ、拡散板、シャッター、フィルタなどの光学機器を含んでいてもよい。光源から発せられた光を被検体に所望の形状で照射できれば、光学系には、どのような光学部品を用いてもよい。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が、生体への安全性ならびに診断領域を広げられるという観点で好ましい。

保持部材１０８は、被検体を保持する部材である。本実施形態では、被検体が図中Ｚ軸正方向から挿入され、保持部材１０８に当接した状態で保持される。保持部材１０８は、ポリエチレンテレフタラートのように、被検体を支える強度と、光と音響波を透過させる
特性を有する材質であることが好ましい。なお、必要に応じて、保持部材１０８の内側に音響整合材を貯留してもよい。

信号取得部１０２は、変換素子１１２が取得した電気信号を増幅してデジタル信号に変換する手段である。
信号取得部１０２は、受信信号を増幅する増幅器、アナログの受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、受信信号を記憶するＦＩＦＯ等のメモリと、ＦＰＧＡチップ等の演算回路を用いて構成されてもよい。また、信号取得部１０２は、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。

データ処理部１０３は、光音響装置が有する各構成要素の制御を行う手段（制御部）である。例えば、被検体に対する光照射の制御、音響波や光音響信号の受信制御、探触子ユニットの移動制御など、装置全体の制御に関する指令を行う。

また、データ処理部１０３は、デジタル変換された信号（光音響信号）に基づいて、被検体の内部の光吸収係数や酸素飽和度等といった被検体情報を取得する手段（信号処理部）でもある。具体的には、収集された電気信号から三次元の被検体内における初期音圧分布を生成する。
また、データ処理部１０３は、被検体に照射される光量に関する情報に基づいて、被検体内における三次元の光強度分布を生成する。三次元の光強度分布は、二次元の光強度分布に関する情報から光拡散方程式を解くことで取得できる。また、光音響信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、三次元の光強度分布とを用いて、被検体内の吸収係数分布を得ることができる。また、複数の波長における吸収係数分布を演算することで、被検体内の酸素飽和度分布を得ることができる。

なお、データ処理部１０３は、光量分布の計算や背景の光学係数取得に必要な情報処理、信号補正など所望の処理を実施する機能を有していてもよい。
また、データ処理部１０３は、後述する表示装置１０６や入力装置１０５を介して、測定パラメータの変更、測定の開始・終了、画像の処理方法の選択、患者情報や画像の保存、データの解析などに関する指示を取得してもよい。

データ処理部１０３は、ＣＰＵとＲＡＭ、不揮発メモリ、制御ポートを有するコンピュータで構成してもよい。不揮発メモリ（記憶部）に格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより制御が行われる。データ処理部１０３は、汎用コンピュータや、専用に設計されたワークステーションによって実現されてもよい。また、データ処理部１０３の演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサ、ＦＰＧＡチップ等の演算回路で構成されていてもよい。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。

また、データ処理部１０３の記憶機能を担うユニットは、ＲＯＭ、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や、ＲＡＭ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。なお、これらのユニットは、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。データ処理部１０３の制御機能を担うユニットは、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。

入力装置１０５は、例えば、マウスやトラックボール、タッチパネルなどのポインティングデバイス、キーボードなどであるが、これらに限られない。
表示装置１０６は、データ処理部１０３が取得した情報およびその加工情報を表示する手段であり、典型的にはディスプレイ装置である。表示装置１０６は、複数の装置であっ
てもよいし、単一の装置に複数の表示部を備え、並列表示が可能な装置であってもよい。

カメラ１０７は、被検体を観察するための手段であり、典型的には、被検体の表面を撮像する可視光カメラである。カメラ１０７は、被検体の表面を捉えられるものであれば、どのようなものであってもよい。第一の実施形態では、支持部材１１１を挟んで被検体と対向する位置に、測定対象領域全体を捉えることができる可視光カメラを配置する。カメラ１０７が撮像した画像を以降、光学像と称する。

<光音響測定の概要>
次に、本実施形態に係る光音響装置が、被検体である生体を測定する方法について説明する。
まず、光源１０１から発せられたパルス光が、光学系を介して被検体に照射される。被検体の内部を伝搬した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体に吸収されると、熱膨張により当該光吸収体から音響波が発生する。生体内にがんが存在する場合は、がんの新生血管において他の正常部の血液と同様に光が特異的に吸収され、音響波が発生する。生体内で発生した光音響波は、複数の変換素子１１２によって受信される。

本実施形態では、支持部材１１１と被検体の相対的な位置関係を、走査機構１１３によって変更しながら、光の照射および音響波の取得を行う。すなわち、被検体上の異なる位置に光を複数回照射しながら光音響信号を取得することができる。
例えば、被検体に対して測定したい領域を、スパイラルやラスタースキャン等によって走査しながら、一定の周期でパルス光の照射と光音響波の受信を繰り返す。

複数の変換素子１１２が受信した信号は、信号取得部１０２で変換されたのち、光音響信号としてデータ処理部１０３に送信される。また、これに並行して、駆動部１０４が、パルス光の照射位置に関する情報をデータ処理部１０３に送信する。
データ処理部１０３は、信号取得部１０２から出力された光音響信号と、駆動部１０４から出力された位置情報に基づいて、測定対象領域の特性分布を取得するための画像再構成を行う。特性分布は、３次元情報を取得する場合はボクセルデータの集合として、２次元情報を取得する場合はピクセルデータの集合として取得することができる。取得された特性分布は、生体内の特性情報（例えば、初期音圧分布や吸収係数分布）を表すボリュームデータとなり、二次元の画像（光音響画像）に変換されたのちに表示装置１０６を介して出力される。

また、本実施形態に係る光音響装置は、前述した機能に加え、カメラ１０７によって撮像した光学像を、光音響画像とともに出力する機能を有している。具体的には、光音響画像と光学像との位置合わせを行い、当該位置合わせの結果に基づいて、双方の画像を重畳して出力する。これにより、装置のユーザは、光音響画像が被検体のどの部分に対応する画像であるかを把握することができる。

<光音響画像と光学像の重畳>
次に、第一の実施形態に係る光音響装置に特有な処理の概要について説明する。
光音響画像は、被検体内の光学特性に関する情報であるため、そのままでは、被検体のどの部分に対応する画像であるかを判別することが難しい。そこで、第一の実施形態に係る光音響装置は、光学像の座標系（第一の座標系）と、光音響画像の座標系（第二の座標系）との位置関係に関する情報（位置関係情報）を予め取得し、取得した情報を用いて、光音響画像と光学像との位置合わせを行う。

ここで、光音響画像の座標系と、光学像の座標系との位置関係を取得する処理について説明する。本実施形態に係る光音響装置は、探触子ユニット１１０に複数の変換素子１１
２が備わっており、一回の光照射で、所定の範囲における光音響画像を取得することができる。換言すると、探触子ユニット１１０の位置（走査機構１１３の位置）と、光音響画像の範囲とが関連付いている。従って、光学像と、探触子ユニット１１０の位置との関係が取得できれば、光音響画像の座標系と、光学像の座標系とを対応付けることができる。
本実施形態では、カメラ１０７によって読み取り可能な光学マーカー（位置検出マーカー）を支持部材１１１の裏面に設け、光学像中に検出した光学マーカーの位置を用いて、光音響画像の座標系と、光学像の座標系とを対応付ける。

処理の流れについて、具体的に説明する。図２は、カメラ１０７が取得した光学像の例である。光学像には、支持部材１１１に設けられた光学マーカーが含まれる。光学マーカーは、光学像に対する探触子ユニットの相対位置を取得するためのものであり、カメラ１０７によって捉えることができれば、どのようなものであってもよい。

本実施形態に係る光音響装置は、光音響測定に先立って、図３に示した処理を開始させる。
まず、ステップＳ１１で、図２に示したように、走査機構１１３によって探触子ユニット１１０をラスタ状に移動させ、光学像中における光学マーカーの座標を検出する。そして、探触子ユニット１１０の位置情報（Ｘ，Ｙ）と、光学像中における光学マーカーの座標（Ｐｘ，Ｐｙ）を関連付けて記憶させる。なお、本例ではラスタ状に探触子ユニット１１０を移動させたが、駆動パターンはこれに限られない。また、記憶する座標は、幾つかの代表点（代表位置）における座標であってもよい。この場合、代表点間の座標は線形補完等によって生成してもよい。また、事前に光学像の収差を画像処理で補完しておいてもよい。

次に、ステップＳ１２で、撮像範囲が全て入るように、カメラ１０７によって撮像部位を撮影する。取得された光学像は、データ処理部１０３に送信される。光学像のイメージを図４（Ａ）に示す。

次に、ステップＳ１３で、前述した方法によって光音響画像を取得する。光音響画像のイメージを図４（Ｂ）に示す。なお、光音響画像と、対応するパルス光の照射位置は関連付いて記憶される。

そして、ステップＳ１４で、データ処理部１０３（信号処理部）が、パルス光の照射位置（探触子ユニット１１０の座標）と、光学像上の光学マーカーの座標を表す情報に基づいて、光音響画像と光学像との位置合わせを行う。
光音響画像の座標は、パルス光の照射座標（探触子ユニット１１０の座標）と関連付いている。また、光学像に含まれている光学マーカーに基づいて、光学像の座標と、探触子ユニット１１０の座標を対応付けることができる。すなわち、光学像における座標系と、光音響画像における座標系とを対応付けることができる。

最後に、ステップＳ１５で、位置合わせ後の画像を合成し、表示装置１０６に出力する画像を生成する。なお、必要に応じて画像のリサイズや他の画像処理を行ってもよい。図４（Ｃ）は、合成後の画像イメージである。なお、光音響画像と光学像の合成処理に際して、光音響画像と光学像とにおける被検体の向きあるいは位置が異なる場合には、少なくとも一方の画像に対して回転処理あるいは移動処理を施してもよい。なお、これらの処理には既知の種々の手法が利用できる。
以上説明したように、第一の実施形態によると、光音響画像と光学像との位置関係を取得したうえで、双方の画像を合成することができる。すなわち、装置のユーザは、光音響画像を撮像した被検体上の位置を正確に把握することができる。

（第二の実施形態）
第一の実施形態では、支持部材１１１の裏側から被検体を撮像できる位置にカメラ１０７を配置した。これに対し、第二の実施形態は、探触子上（支持部材１１１上）にカメラ１０７を配置する実施形態である。
図５は、第二の実施形態に係る光音響装置の構成を説明する概要図である。

第一の実施形態に係る光音響装置は、支持部材１１１とカメラ１０７が別体であるため、光学像を取得する際に、探触子ユニット１１０を退避させなければならない。これに対し、第二の実施形態に係る光音響装置は、支持部材１１１上にカメラ１０７が配置されているため、探触子ユニット１１０の位置にかかわらず光学像を取得することができる。

なお、かかる位置にカメラ１０７を配置した場合、撮像部位とカメラとの距離が近くなるため、撮影領域が狭くなり、撮像範囲全体を一枚の光学像で捉えることができなくなる。そこで、第二の実施形態では、複数の光学像を結合して、撮像範囲全体に対応する一枚の光学像を生成する。

第二の実施形態において、光音響画像の座標系と、光学像の座標系との位置関係を取得する処理について説明する。第二の実施形態では、光音響測定を行う際に、データ処理部１０３が図６に示した処理を実行する。

まず、ステップＳ２１で、走査機構１１３を用いて探触子ユニット１１０を移動させながら複数枚の光学像を取得し、当該複数の光学像を合成して撮像範囲全体に対応する光学像を生成する。光学像の取得は、図７に示したように、撮影範囲が重複する複数の位置で行うことが好ましい。また、この際、探触子ユニット１１０の座標（Ｘｃ，Ｙｃ）を光学像と関連付けて記憶する。光学像の合成は、関連付いた位置情報（Ｘｃ，Ｙｃ）に基づいて行うことができる。また、当該情報に基づいて、光音響画像の座標系と光学像の座標系との間における位置関係情報を取得することができる。

次に、ステップＳ２２で、前述した方法によって光音響画像を取得する。この際、光音響画像と、対応するパルス光の照射位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を関連付けて記憶する。

そして、ステップＳ２３で、データ処理部１０３（信号処理部）が、パルス光の照射位置（探触子ユニット１１０の座標）と、ステップＳ２１で取得した位置関係情報に基づいて、光音響画像と光学像との位置合わせを行う。
光音響画像の座標は、パルス光の照射位置（探触子ユニット１１０の座標）と関連付いている。また、光学像も、同様に探触子ユニット１１０の座標と関連付いている。よって、光学像における座標系と、光音響画像における座標系とを対応付けることができる。

最後に、ステップＳ２４で、位置合わせ後の画像を合成し、表示装置１０６に出力する画像を生成する。なお、必要に応じて画像のリサイズや他の画像処理を行ってもよい。
以上説明したように、第二の実施形態によると、カメラ１０７が支持部材１１１上に配置されているため、光学マーカーの読み取りを行うことなく、光音響画像の座標系と光学像の座標系との間における位置関係情報を取得することができる。

（第三の実施形態）
第二の実施形態では、光音響画像の取得を行うよりも前のタイミングで光学像の取得を行った。これに対し、第三の実施形態は、光音響測定を行いながら光学像の取得を行う実施形態である。

第二の実施形態では、光音響画像の取得を行う前に光学像を別途取得しておく必要があ
るため、光学像の取得にかかる時間と、光音響画像の取得にかかる時間の双方が必要になる。しかしながら、光音響装置においては、測定中において被検体が動かないように固定する必要があるため、測定にかかる時間が増大すると、被検者に与える快適性が低下してしまう。

これに対応するため、第三の実施形態では、被検体に照射されるパルス光を検出してトリガを生成し、当該トリガに基づいて光学像を取得する。

図８は、第三の実施形態に係る光音響装置の構成を説明する概要図である。
第三の実施形態に係る光音響装置は、光源１０１によって発生した光を検出し、光学像を取得するためのトリガを生成する手段であるトリガ生成部１０９をさらに有して構成される。

第三の実施形態において、光音響画像の座標系と、光学像の座標系との位置関係を取得する処理について説明する。第三の実施形態では、光音響測定を行う際に、データ処理部１０３が図９に示した処理を実行する。

まず、ステップＳ３１で、光音響画像の取得を開始する。本ステップでは、走査機構１１３を用いて探触子ユニット１００を移動させながら、一定の周期でパルス光の照射と光音響波の受信を繰り返し、光音響信号を取得する。また、この際、トリガ生成部１０９がパルス光を検出してトリガ信号を生成し、当該トリガ信号に基づいて、カメラ１０７が光学像を取得する。光学像の取得は、パルス光の照射が終わってから、次の周期における照射が始まるまでの間に行うことが好ましい。
なお、パルス光の発光周期は、走査機構１１３が次の位置に移動するまでの時間を考慮して設定することが好ましい。

第三の実施形態では、探触子ユニットの位置情報（Ｘｐｃ，Ｙｐｃ）が、光学像および光音響画像の双方と関連付いて記憶される。また、当該位置情報に基づいて、複数の光学像を合成して、撮像範囲全体に対応する光学像を生成する。

そして、ステップＳ３２で、データ処理部１０３（信号処理部）が、光音響画像および光学像に関連付いた探触子ユニットの位置情報に基づいて、光音響画像と光学像との位置合わせを行う。
光音響画像の座標は、探触子ユニット１１０の座標と関連付いている。また、光学像も、同様に探触子ユニット１１０の座標と関連付いている。よって、光学像における座標系と、光音響画像における座標系とを対応付けることができる。

最後に、ステップＳ３３で、位置合わせ後の画像を合成し、表示装置に出力する画像を生成する。なお、必要に応じて画像のリサイズや他の画像処理を行ってもよい。
以上説明したように、第三の実施形態によると、光音響画像の取得と光学像の取得を並行して実施するため、測定時間を短縮することができ、被検者に与える負荷を軽減することができる。

（第四の実施形態）
第二の実施形態では、光学像は、探触子ユニット１１０の座標と関連付けられ、光音響画像の座標は、パルス光の照射位置、すなわち、探触子ユニット１１０の座標と関連付けられた。これに対して第四の実施形態では、光学像の座標、光音響画像の座標、および探触子ユニット１１０の座標とを、時間情報を用いて関連付ける。

本実施形態に係る光音響装置は、図５に示す構成において、データ処理部１０３が時間
情報を取得する機能を備える点で、第二の実施形態と異なる。
データ処理部１０３は、カメラ１０７により光学像が取得されたタイミングの時間情報を取得し、取得された光学像と関連付けて記憶部に記憶する。同様に、データ処理部１０３は、光音響信号が取得されたタイミングの時間情報を取得し、取得された光音響信号と関連付けて記憶部に記憶する。さらに、データ処理部１０３は、所定のタイミングにおける探触子ユニット１１０の座標情報と、当該タイミングの時間情報を取得し、両者を関連付けて記憶部に記憶する。これにより、データ処理部１０３は、光学像および各光音響信号が取得されたタイミングにおける探触子ユニット１１０の座標を光学像と光音響信号と関連付けることができ、結果として光学像と光音響画像との位置合わせを実現できる。

データ処理部１０３が取得する時間情報は、ＧＭＴを用いた時刻情報でもよいし、光音響装置内の固有の時刻情報でもよいし、光音響装置が実行する何らかの処理を基準とした時間情報でもよい。
また、装置の構成次第では、光学像が取得されるタイミングとその時間情報が取得されるタイミングとの間のずれと、光音響信号が取得されたタイミングとその時間情報が取得されるタイミングとの間のずれとが一致していないことがあり得る。そのような場合には、この時間差を補償する処理をデータ処理部１０３が実行して、光学像と光音響画像との位置合わせを実施することにより、位置合わせの精度を向上させることができる。探触子ユニット１１０の座標情報を取得するタイミングと、その時間情報が取得されるタイミングとの間のずれについても同様である。
処理の手順としては、第三の実施形態と同様に、光音響画像の取得と光学像の取得を並行して実行することができる。

（変形例）
なお、実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。

例えば、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む光音響装置として実施することもできる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

また、実施形態の説明では、光学像の座標系と、光音響画像の座標系との間における位置関係情報を、光音響測定を行う際に生成したが、位置関係情報は、装置の外部から与えられるものであってもよい。例えば、ネットワークを介して取得してもよいし、記憶媒体などを介して取得してもよい。また、初期状態において記憶されていてもよい。

また、実施形態の説明では、光音響画像と光学像を重畳表示する例を挙げたが、双方の画像の位置関係が分かれば、必ずしも画像を重畳しなくてもよい。例えば、同じ領域が表示されるように二枚の画像を並べてもよい。

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、上述した各実施形態の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における１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して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、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０３：データ処理部、１０７：カメラ、１１２：変換素子、１１３：走査機構

Claims (12)

1. 光が照射された被検体から発生した音響波を、被検体に対する複数の相対位置において変換素子を用いて受信し、前記被検体に関する情報を表す光音響画像を取得する光音響装置であって、
   前記被検体の光学像を取得する撮像手段と、
   前記光学像における第一の座標系と、前記光音響画像における第二の座標系と、の位置関係を表す情報である位置関係情報を生成する生成手段と、
   前記位置関係情報に基づいて、前記光音響画像と、前記光学像との位置合わせを行う位置合わせ手段と、
   を有し、
   前記撮像手段は、前記支持部材を挟んで前記被検体に対向する位置に配置され、前記支持部材に位置検出マーカーが配置され、
   前記生成手段は、前記光学像中における前記位置検出マーカーの位置に基づいて前記位置関係情報を生成することを特徴とする、光音響装置。
2. 前記位置合わせ後の前記光音響画像と前記光学像を出力する出力手段をさらに有する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光音響装置。
3. 前記位置合わせの結果に基づいて、前記光音響画像と前記光学像を合成する合成手段をさらに有する
   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。
4. 前記第二の座標系は、前記光を照射した際の前記変換素子の位置と関連付いており、
   前記生成手段は、さらに前記変換素子の位置に基づいて、前記位置関係情報を生成する
   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。
5. 前記変換素子は支持部材上に配置され、
   前記撮像手段は、前記支持部材上の前記被検体に対向する位置に配置される
   ことを特徴とする、請求項４に記載の光音響装置。
6. 前記撮像手段は、複数の位置で前記光学像を取得し、
   前記光学像を取得した際の前記変換素子の位置に基づいて、複数の前記光学像を結合する
   ことを特徴とする、請求項５に記載の光音響装置。
7. 光が照射された被検体から発生した音響波を受信し、光音響信号に変換する変換素子を有する光音響装置が行う被検体情報取得方法であって、
   前記変換素子を前記被検体に対して相対的に移動させる走査ステップと、
   前記光音響信号に基づいて、前記被検体に関する情報を表す光音響画像を取得する取得ステップと、
   撮像手段によって前記被検体を撮像し、光学像を取得する撮像ステップと、
   前記光学像における第一の座標系と、前記光音響画像における第二の座標系と、の位置関係を表す情報である位置関係情報を生成する生成ステップと、
   前記位置関係情報に基づいて、前記光音響画像と、前記光学像との位置合わせを行う位置合わせステップと、
   を含み、
   前記撮像手段は、前記支持部材を挟んで前記被検体に対向する位置に配置され、前記支持部材に位置検出マーカーが配置され、
   前記生成ステップでは、前記光学像中における前記位置検出マーカーの位置に基づいて前記位置関係情報を生成する
   ことを特徴とする、被検体情報取得方法。
8. 前記位置合わせ後の前記光音響画像と前記光学像を出力する出力ステップをさらに含む
   ことを特徴とする、請求項７に記載の被検体情報取得方法。
9. 前記位置合わせの結果に基づいて、前記光音響画像と前記光学像を合成する合成ステップをさらに含む
   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方法。
10. 前記第二の座標系は、前記光を照射した際の前記変換素子の位置と関連付いており、
    前記生成ステップでは、さらに前記変換素子の位置に基づいて、前記位置関係情報を生成する
    ことを特徴とする、請求項７から９のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
11. 前記変換素子は支持部材上に配置され、
    前記撮像手段は、前記支持部材上の前記被検体に対向する位置に配置される
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の被検体情報取得方法。
12. 前記撮像ステップでは、複数の位置で前記光学像を取得し、
    前記光学像を取得した際の前記変換素子の位置に基づいて、複数の前記光学像を結合する
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の被検体情報取得方法。
    

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