JP7055622B2 - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、検出部で検出した検出信号の処理を行う信号処理装置及び信号処理方法の技術に関する。
血管の狭窄等の治療において、病変部の特定のために、Ｘ線透視による血管の全体的な撮像が行われている。しかし、被曝が生じるため好ましくないという課題がある。このような課題を解決する手法として、光や超音波を用いた血管内カテーテル撮像が行われている。血管内カテーテル撮像では、患者負担を小さくし、かつ、局所的な撮像を行うことができる。
また、血管の狭窄を治療するためのカテーテル治療は開胸手術と比較し、患者負担が少ない術式であるため増加の傾向にある。
また、血管の狭窄を治療するためのカテーテル治療は開胸手術と比較し、患者負担が少ない術式であるため増加の傾向にある。
このような血管内カテーテルイメージングのための技術として、特許文献１には「プローブの先端側と後方側との間で光を伝達する光ファイバーは先端側に集光レンズを備え、前記集光レンズの近傍の前記光ファイバーに軸線に対して角度を与える圧電素子または電歪素子を有し、前記集光レンズの先端には光路変換手段を同一線上に配置し、集光レンズから放射される光線が前記光路変換手段により放射角度を変化させて放射させることで、光線を立体的に放射でき、三次元走査を可能にした」光イメージング用プローブが開示されている（要約参照）。
カテーテル治療のような、極めて小さい領域で手術を行う上で、（１）視認性と（２）操作性との両立が求められる。
特に慢性完全閉塞（ＣＴＯ：Chronic Total Occlusion）のような症例の場合、リアルタイムに病変画像を撮像し、操作者（医師）が指定した場所を的確にデバイス治療することが求められる。
ＣＴＯのような血管の狭窄が生じている場合、カテーテル前方の視認性が重要となってくる。
特に慢性完全閉塞（ＣＴＯ：Chronic Total Occlusion）のような症例の場合、リアルタイムに病変画像を撮像し、操作者（医師）が指定した場所を的確にデバイス治療することが求められる。
ＣＴＯのような血管の狭窄が生じている場合、カテーテル前方の視認性が重要となってくる。
そこで、レーザの照射方向を小型アクチュエータ（ファイバスキャン）によって制御することで三次元前方視野イメージングを行う光音響カテーテルの研究が行われている。
光の伝播速度による画像の解像度の低下を防止する技術として特許文献２に記載の技術がある。特許文献２には、「被検体内の一部分に注目領域を設定し、各検出素子から注目領域までの距離と、仮定の速度とに基づいて各検出信号の位相を調整し、該位相が調整された複数の検出信号の強度のばらつきを算出する処理を、複数の仮定の速度に対して実行し、複数の仮定の速度のうち、強度のばらつきが最小となる速度を伝播速度に決定する決定手段を有することを特徴とする」画像生成装置、画像生成方法、及び、プログラムが開示されている（要約参照）。
しかし、光音響イメージングでは、レーザ照射の角度によって音響素子の受信感度が変化してしまう。つまり、レーザ照射の角度によって、音響素子への音波の入射角度に傾きが生じてしまう。この結果、この傾きに由来する画像のムラが生じるという課題がある。
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、レーザ照射の角度によって生じる音響素子の受信感度の変化が考慮されていない。
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、レーザ照射の角度によって生じる音響素子の受信感度の変化が考慮されていない。
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、精度の高い信号復元を行うことを課題とする。
前記した課題を解決するため、本発明は、到来信号を検出する検出部で検出され、発生する検出信号の受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する逆フィルタ算出部と、前記検出信号のフーリエ変換の結果と、前記逆フィルタ（但し、逆フィルタは周波数領域での逆フィルタである）との積を逆フーリエ変換する信号復元部と、を有し、前記受信特性関数は、前記検出部の検出面に対する前記到来信号の傾きに基づいたものであるとともに、広帯域の周波数特性を有する周波数領域の関数であり、前記逆フィルタ算出部は、前記逆フィルタにおいて、任意の周波数成分が０より大きい値を有するよう、前記逆フィルタを設定することを特徴とする。前記検出部は、光音響型のカテーテルに備えられており、当該光音響型のカテーテルの光ファイバから射出されたレーザの照射対象物から発せられた音波を前記到来信号として検出するものである。
本発明によれば、精度の高い信号復元を行うことができる。
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
［カテーテル１の構造］
図１は、第１実施形態で用いられるカテーテル１の先端部の構成を示す図である。図２は、カテーテル１の先端部における光射出機構を示す模式図である。なお、本願では、光ファイバ１３から撮像用レーザＲ１が発せられることを「射出」と記載し、観察対象に射出された撮像用レーザＲ１があたることを「照射」と記載することとする。
図１に示すように、光音響型のカテーテル１（以下、単にカテーテル１と称する）はカテーテル１自身の先端部に複数の音響素子（検出部）１１がリング状に配置されている。ここで、音響素子１１はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術で製作された圧電素子等で構成される。音響素子１１は単一素子とすることもできるし、図１に示すように、複数の素子が実装されるアレイ型とすることもできる。音響素子１１を複数の素子が実装されるアレイ型とすることで、Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍを行うことが可能となる。従って、Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍによる検出信号の増強が可能となるため、カテーテル撮像画像を鮮明化させることができる。
［カテーテル１の構造］
図１は、第１実施形態で用いられるカテーテル１の先端部の構成を示す図である。図２は、カテーテル１の先端部における光射出機構を示す模式図である。なお、本願では、光ファイバ１３から撮像用レーザＲ１が発せられることを「射出」と記載し、観察対象に射出された撮像用レーザＲ１があたることを「照射」と記載することとする。
図１に示すように、光音響型のカテーテル１（以下、単にカテーテル１と称する）はカテーテル１自身の先端部に複数の音響素子（検出部）１１がリング状に配置されている。ここで、音響素子１１はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術で製作された圧電素子等で構成される。音響素子１１は単一素子とすることもできるし、図１に示すように、複数の素子が実装されるアレイ型とすることもできる。音響素子１１を複数の素子が実装されるアレイ型とすることで、Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍを行うことが可能となる。従って、Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍによる検出信号の増強が可能となるため、カテーテル撮像画像を鮮明化させることができる。
リング状に配置された音響素子１１の内側に形成されている中空部１２は、光ファイバ１３から射出された撮像用レーザＲ１が通過する。
カテーテル１の内部に備えられた光ファイバ１３から射出された撮像用レーザＲ１が、中空部１２を通過して生体である観察対象に照射されると、観察対象が熱を放出し、その結果、観察対象が体積膨張する。この体積膨張の結果、生じる音波を音響素子１１が検出する。つまり、音響素子１１は照射された撮像用レーザＲ１によって生じた音波を受信する。
カテーテル１の内部に備えられた光ファイバ１３から射出された撮像用レーザＲ１が、中空部１２を通過して生体である観察対象に照射されると、観察対象が熱を放出し、その結果、観察対象が体積膨張する。この体積膨張の結果、生じる音波を音響素子１１が検出する。つまり、音響素子１１は照射された撮像用レーザＲ１によって生じた音波を受信する。
次に、第１実施形態で用いられるカテーテル１における光射出機構について、図１及び図２を参照して説明する。
カテーテル１において、撮像用レーザＲ１は光ファイバ１３によって、撮像用レーザ発生装置２から伝達される。
駆動装置１４は、図１及び図２に示すように、例えば円筒状の４極ＰＺＴ素子（以下、単にＰＺＴ素子と称する）のような圧電素子が用いられるのが好ましい。図２に示すようにＰＺＴ素子において対向する電極間に、導線Ｄを介して電位差を与えることで、その方向にＰＺＴ素子が屈曲される。対向する２対の電極に与える電圧を正弦波とし、その位相をπ／２だけずらすことによって、ＰＺＴ素子中に通した光ファイバ１３の先端を図２ので示すように回転させることができる。
カテーテル１において、撮像用レーザＲ１は光ファイバ１３によって、撮像用レーザ発生装置２から伝達される。
駆動装置１４は、図１及び図２に示すように、例えば円筒状の４極ＰＺＴ素子（以下、単にＰＺＴ素子と称する）のような圧電素子が用いられるのが好ましい。図２に示すようにＰＺＴ素子において対向する電極間に、導線Ｄを介して電位差を与えることで、その方向にＰＺＴ素子が屈曲される。対向する２対の電極に与える電圧を正弦波とし、その位相をπ／２だけずらすことによって、ＰＺＴ素子中に通した光ファイバ１３の先端を図２ので示すように回転させることができる。
なお、光ファイバ１３の回転半径（図２で示される回転の半径）はＰＺＴ素子に与えられる正弦波電圧の振幅によって制御される。
従って、ＰＺＴ素子に印加する電圧の振幅を変化させることによって、カテーテル１から射出される撮像用レーザＲ１は、図２に示す渦巻状の軌跡１０１を描く。このとき、撮像用レーザＲ１の回転周波数は、例えば８ｋＨｚである。
このようにして、駆動装置１４は、カテーテル１の進行方向に対して、所定の方向に撮像用レーザＲ１を射出するように駆動する。
従って、ＰＺＴ素子に印加する電圧の振幅を変化させることによって、カテーテル１から射出される撮像用レーザＲ１は、図２に示す渦巻状の軌跡１０１を描く。このとき、撮像用レーザＲ１の回転周波数は、例えば８ｋＨｚである。
このようにして、駆動装置１４は、カテーテル１の進行方向に対して、所定の方向に撮像用レーザＲ１を射出するように駆動する。
このように、カテーテル１の先端が回転することで、撮像用レーザＲ１が回転して射出されることはファイバスキャンと称される。
光ファイバ１３の先端から射出される撮像用レーザＲ１は、その光ファイバ１３に固有の角度で発散する。そのため、図１及び図２に示すように、光ファイバ１３の先端前方に観察対象への集光を行うレンズ１６が設けられている。
また、図１及び図２に示すように、これらの素子類はカテーテル１の機械的特性を担うカバー１５で覆われている。
なお、図１では省略しているがカテーテル１にガイドワイヤや、フラッシング機構が備えられていてもよい。フラッシングとは、血液等を水で洗浄することである。また、ガイドワイヤが設けられることで、状況に応じて、撮像用レーザＲ１のみではなく、ガイドワイヤを用いた治療も可能となる。さらに、カテーテル１の内部に血液を一時的に除去する透明液体を注入するための図示しない管状構造が備えられることも可能である。このようにすることで、血管内の血液を一時的に除去することができ、良好なカテーテル撮像画像を得ることができる。
［システムブロック図］
図３は、第１実施形態に係る光音響型カテーテルシステムＣの構成を示す機能ブロック図である。
光音響型カテーテルシステムＣは、カテーテル１、撮像用レーザ発生装置２を有している。また、光音響型カテーテルシステムＣは、アドレス管理装置４、画像化処理装置５、インタフェース装置６を有する。
図３は、第１実施形態に係る光音響型カテーテルシステムＣの構成を示す機能ブロック図である。
光音響型カテーテルシステムＣは、カテーテル１、撮像用レーザ発生装置２を有している。また、光音響型カテーテルシステムＣは、アドレス管理装置４、画像化処理装置５、インタフェース装置６を有する。
撮像用レーザ発生装置２は、撮像用の低出力パルスレーザである撮像用レーザＲ１を発生する。
撮像用レーザＲ１は光ファイバ１３内を進む。なお、図３において、破線矢印は撮像用レーザＲ１（図１、図２参照）を示している。
撮像用レーザＲ１は光ファイバ１３内を進む。なお、図３において、破線矢印は撮像用レーザＲ１（図１、図２参照）を示している。
カテーテル１は、光学素子部１７、駆動部１９、音響素子部（検出部）１８を有している。
光学素子部１７は、光ファイバ１３の先端や、レンズ１６であり、撮像用レーザＲ１が射出される。
駆動部１９は、図１及び図２における駆動装置１４であり、図１及び図２で説明済みあるため、ここでの説明を省略する。また、音響素子部１８は、図１及び図２の音響素子１１であるため、ここでの説明を省略する。
光学素子部１７は、光ファイバ１３の先端や、レンズ１６であり、撮像用レーザＲ１が射出される。
駆動部１９は、図１及び図２における駆動装置１４であり、図１及び図２で説明済みあるため、ここでの説明を省略する。また、音響素子部１８は、図１及び図２の音響素子１１であるため、ここでの説明を省略する。
アドレス管理装置４は、撮像用レーザＲ１が射出されたタイミングをアドレスとして管理する。アドレスとは、撮像用レーザＲ１が射出された位置（射出位置）を示すものであり、例えば、座標等で表わされる。
アドレス管理装置４は、タイミングラッチ部４１、タイミング制御部４２、駆動波形設定部４３、駆動制御部４４を有する。
タイミングラッチ部４１は、撮像用レーザ発生装置２からの情報を基に撮像用レーザＲ１の射出タイミングを記録する。
アドレス管理装置４は、タイミングラッチ部４１、タイミング制御部４２、駆動波形設定部４３、駆動制御部４４を有する。
タイミングラッチ部４１は、撮像用レーザ発生装置２からの情報を基に撮像用レーザＲ１の射出タイミングを記録する。
タイミング制御部４２は、タイミングラッチ部４１で記録された射出タイミングや、駆動波形設定部４３で設定された駆動電圧波形を基に、撮像用レーザＲ１が射出されたアドレスを算出する。また、タイミング制御部４２は、手入力等で予め入力されている校正情報８等を基に、算出されたアドレスを補正する。これによって、タイミング制御部４２は補正アドレスを生成する。タイミング制御部４２が行う処理については後記して説明する。
駆動波形設定部４３は駆動電圧波形を設定する。
駆動制御部４４は、駆動波形設定部４３が設定した駆動電圧波形に従って駆動電圧を駆動部１９へ印加する。
駆動波形設定部４３は駆動電圧波形を設定する。
駆動制御部４４は、駆動波形設定部４３が設定した駆動電圧波形に従って駆動電圧を駆動部１９へ印加する。
画像化処理装置５は、音響素子部１８から送信された検出信号や、補正アドレス等を基に、カテーテル撮像画像を再構成する。
画像化処理装置５は、信号受信部５１、情報記憶部（記憶部）５２、画像構成部（画像生成部）５３を有する。
信号受信部５１は、音響素子部１８から送信された検出信号を受信する。
情報記憶部５２は、信号受信部５１が受信した検出信号、タイミング制御部４２から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、タイミング制御部４２で算出された補正アドレス等を記憶する。
画像構成部５３は、情報記憶部５２に記憶されている情報等を基にカテーテル撮像画像を再構成する。なお、本実施形態では、信号受信部５１が受信した検出信号、タイミング制御部４２から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、補正アドレス等がいったん情報記憶部５２に記憶される。その後、画像構成部５３がこれらの情報を読み出している。しかし、信号受信部５１が受信した検出信号、タイミング制御部４２から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、補正アドレス等が、情報記憶部５２に格納されずに画像構成部５３に直接入力されてもよい。また、画像構成部５３は再構成されたカテーテル撮像画像を情報記憶部５２に記憶する。
画像化処理装置５は、信号受信部５１、情報記憶部（記憶部）５２、画像構成部（画像生成部）５３を有する。
信号受信部５１は、音響素子部１８から送信された検出信号を受信する。
情報記憶部５２は、信号受信部５１が受信した検出信号、タイミング制御部４２から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、タイミング制御部４２で算出された補正アドレス等を記憶する。
画像構成部５３は、情報記憶部５２に記憶されている情報等を基にカテーテル撮像画像を再構成する。なお、本実施形態では、信号受信部５１が受信した検出信号、タイミング制御部４２から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、補正アドレス等がいったん情報記憶部５２に記憶される。その後、画像構成部５３がこれらの情報を読み出している。しかし、信号受信部５１が受信した検出信号、タイミング制御部４２から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、補正アドレス等が、情報記憶部５２に格納されずに画像構成部５３に直接入力されてもよい。また、画像構成部５３は再構成されたカテーテル撮像画像を情報記憶部５２に記憶する。
インタフェース装置６は入出力を行うものである。
インタフェース装置６は、表示部６１を有している。
表示部６１は、画像構成部５３によって再構成されたカテーテル撮像画像が表示される。
インタフェース装置６は、表示部６１を有している。
表示部６１は、画像構成部５３によって再構成されたカテーテル撮像画像が表示される。
なお、アドレス管理装置４、画像化処理装置５、インタフェース装置６は、画像生成システム（信号処理装置）Ｚを構成している。
（画像構成部５３）
図４は、本実施形態で用いられる画像構成部５３の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
画像構成部５３は、角度補正処理部（強度処理部）５３０を有している。
そして、角度補正処理部５３０は、到来方向特定部５３１、受信特性関数算出部５３２、逆フィルタ算出部５３３、信号復元部５３４を有する。なお、角度補正処理部５３０が行う処理の詳細は後記する。
到来方向特定部５３１は、撮像用レーザＲ１が照射されることによって生じる音波が、音響素子部１８に対して、どの方向から到来したかを特定する。
受信特性関数算出部５３２は、到来方向特定部５３１によって特定された音波の到来方向に基づいて受信特性関数を算出する。
逆フィルタ算出部５３３は、算出された受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する。
信号復元部５３４は、算出された逆フィルタを用いて、受信した検出信号の復元を行う。
図４は、本実施形態で用いられる画像構成部５３の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
画像構成部５３は、角度補正処理部（強度処理部）５３０を有している。
そして、角度補正処理部５３０は、到来方向特定部５３１、受信特性関数算出部５３２、逆フィルタ算出部５３３、信号復元部５３４を有する。なお、角度補正処理部５３０が行う処理の詳細は後記する。
到来方向特定部５３１は、撮像用レーザＲ１が照射されることによって生じる音波が、音響素子部１８に対して、どの方向から到来したかを特定する。
受信特性関数算出部５３２は、到来方向特定部５３１によって特定された音波の到来方向に基づいて受信特性関数を算出する。
逆フィルタ算出部５３３は、算出された受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する。
信号復元部５３４は、算出された逆フィルタを用いて、受信した検出信号の復元を行う。
（アドレス管理装置４のハードウェア構成図）
図５は、本実施形態で用いられるアドレス管理装置４のハードウェア構成図を示す図である。
アドレス管理装置４は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）４Ａと、入力装置４Ｂと、出力装置４Ｃ、電圧出力装置４Ｄとを有する。
ＦＰＧＡ４Ａで実行されるプログラムによって、図３のタイミングラッチ部４１、タイミング制御部４２、駆動波形設定部４３等が具現化している。
入力装置４Ｂは、撮像用レーザ発生装置２から撮像用レーザＲ１の射出タイミングに関する情報が入力されたり、校正情報８が入力されたりする。
出力装置４Ｃは、タイミング制御部４２で行われる処理の結果を画像化処理装置５へ出力する。
電圧出力装置４Ｄは、図３の駆動制御部４４であり、駆動波形設定部４３が設定した駆動電圧波形に従って駆動電圧を駆動部１９へ印加する。
図５は、本実施形態で用いられるアドレス管理装置４のハードウェア構成図を示す図である。
アドレス管理装置４は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）４Ａと、入力装置４Ｂと、出力装置４Ｃ、電圧出力装置４Ｄとを有する。
ＦＰＧＡ４Ａで実行されるプログラムによって、図３のタイミングラッチ部４１、タイミング制御部４２、駆動波形設定部４３等が具現化している。
入力装置４Ｂは、撮像用レーザ発生装置２から撮像用レーザＲ１の射出タイミングに関する情報が入力されたり、校正情報８が入力されたりする。
出力装置４Ｃは、タイミング制御部４２で行われる処理の結果を画像化処理装置５へ出力する。
電圧出力装置４Ｄは、図３の駆動制御部４４であり、駆動波形設定部４３が設定した駆動電圧波形に従って駆動電圧を駆動部１９へ印加する。
（画像化処理装置５のハードウェア構成図）
図６は、本実施形態で用いられる画像化処理装置５のハードウェア構成図を示す図である。
画像化処理装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５Ａ、メモリ５Ｂ、ＨＤ（Hard Disk）等の記憶装置（記憶部）５Ｃ、入力装置５Ｄ、出力装置５Ｅを有する。
ここで、記憶装置５Ｃに格納されているプログラムがメモリ５Ｂにロードされる。そして、ロードされたプログラムをＣＰＵ５Ａが実行することで、図４に示す画像構成部５３、画像構成部５３を構成する各部５３０～５３４が具現化する。
なお、記憶装置５Ｃは図３の情報記憶部５２に相当する。また、入力装置５Ｄは信号受信部５１に相当する。
図６は、本実施形態で用いられる画像化処理装置５のハードウェア構成図を示す図である。
画像化処理装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５Ａ、メモリ５Ｂ、ＨＤ（Hard Disk）等の記憶装置（記憶部）５Ｃ、入力装置５Ｄ、出力装置５Ｅを有する。
ここで、記憶装置５Ｃに格納されているプログラムがメモリ５Ｂにロードされる。そして、ロードされたプログラムをＣＰＵ５Ａが実行することで、図４に示す画像構成部５３、画像構成部５３を構成する各部５３０～５３４が具現化する。
なお、記憶装置５Ｃは図３の情報記憶部５２に相当する。また、入力装置５Ｄは信号受信部５１に相当する。
［フローチャート］
（全体処理）
図７は、第１実施形態で行われる光音響型カテーテルシステムＣの処理手順を示すフローチャートである。なお、図７において破線で示されている処理は光音響型カテーテルシステムＣ以外のものにおける処理である。以降の各フローチャートでは、図３を適宜参照する。
まず、操作者がインタフェース装置６を介して光音響型カテーテルシステムＣの各部を起動する（Ｓ１）。
次に、撮像用レーザＲ１が射出される撮像用レーザ射出処理が行われる（Ｓ２）。撮像用レーザ射出処理の詳細は後記する。
射出された撮像用レーザＲ１は対象物に照射される。該対象物は撮像用レーザＲ１を吸収することで、瞬間的に熱膨張し、音波が発生する（Ｓ３）。
（全体処理）
図７は、第１実施形態で行われる光音響型カテーテルシステムＣの処理手順を示すフローチャートである。なお、図７において破線で示されている処理は光音響型カテーテルシステムＣ以外のものにおける処理である。以降の各フローチャートでは、図３を適宜参照する。
まず、操作者がインタフェース装置６を介して光音響型カテーテルシステムＣの各部を起動する（Ｓ１）。
次に、撮像用レーザＲ１が射出される撮像用レーザ射出処理が行われる（Ｓ２）。撮像用レーザ射出処理の詳細は後記する。
射出された撮像用レーザＲ１は対象物に照射される。該対象物は撮像用レーザＲ１を吸収することで、瞬間的に熱膨張し、音波が発生する（Ｓ３）。
そして、音響素子部１８は、対象物から到来した音波を検出する（Ｓ４）。音波を受信すると、音響素子部１８は検出した音波に応じた大きさの電圧を発生する。発生した電圧は、図示しないアンプやＡＤＣ（Analogue-Digital Converter）を搭載した信号受信部５１によって、所定の大きさのデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は情報記憶部５２に記憶される。
なお、音響素子部１８が複数チャネルを用いてアレイ化されている場合、チャネルごとにデータが保存されてもよい。
なお、音響素子部１８が複数チャネルを用いてアレイ化されている場合、チャネルごとにデータが保存されてもよい。
音響素子部１８は音波を受信すると、その音波の強度（空気の疎密）に応じた電圧で電圧信号（検出信号）を送信する。送信された検出信号は、画像化処理装置５によって受信される。
その後、アドレス管理装置４が、アドレス補正処理を行う（Ｓ５）。アドレス補正処理の詳細は後記する。
次に、画像化処理装置５が、アドレス補正処理の結果（補正アドレス）を用いて角度補正処理を行う（Ｓ６）。角度補正処理の詳細は後記する。
そして、画像化処理装置５が、角度補正処理の結果を用いて画像処理を行う（Ｓ７）。画像処理の詳細は後記する。
そして、表示部６１に画像処理の結果、出力されるカテーテル撮像画像が表示される（Ｓ８）。
その後、アドレス管理装置４が、アドレス補正処理を行う（Ｓ５）。アドレス補正処理の詳細は後記する。
次に、画像化処理装置５が、アドレス補正処理の結果（補正アドレス）を用いて角度補正処理を行う（Ｓ６）。角度補正処理の詳細は後記する。
そして、画像化処理装置５が、角度補正処理の結果を用いて画像処理を行う（Ｓ７）。画像処理の詳細は後記する。
そして、表示部６１に画像処理の結果、出力されるカテーテル撮像画像が表示される（Ｓ８）。
（撮像用レーザ射出処理）
図８は、第１実施形態で行われる撮像用レーザ射出処理（図７のステップＳ２）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
駆動波形設定部４３は光ファイバ１３の回転の角速度に応じた駆動電圧波形を設定する（Ｓ２０１）。
そして、駆動制御部４４が、ステップＳ２０１で設定された駆動電圧を生成する（Ｓ２０２）。
続いて、駆動制御部４４は、生成した駆動電圧を駆動部１９に印加する（Ｓ２０３）。その結果、駆動部１９による光ファイバ１３の回転が開始される。
図８は、第１実施形態で行われる撮像用レーザ射出処理（図７のステップＳ２）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
駆動波形設定部４３は光ファイバ１３の回転の角速度に応じた駆動電圧波形を設定する（Ｓ２０１）。
そして、駆動制御部４４が、ステップＳ２０１で設定された駆動電圧を生成する（Ｓ２０２）。
続いて、駆動制御部４４は、生成した駆動電圧を駆動部１９に印加する（Ｓ２０３）。その結果、駆動部１９による光ファイバ１３の回転が開始される。
その後、タイミングラッチ部４１は、撮像用レーザＲ１の射出タイミングを記録する（Ｓ２０４）。射出タイミングは、具体的には撮像用レーザＲ１の射出時刻等である。
射出タイミングは、フォトデテクタを用いて、撮像用レーザＲ１の射出時刻が記憶されてもよいし、撮像用レーザＲ１の出力時に出力される同期信号の出力時刻が記憶されてもよい。
タイミング制御部４２は、撮像用レーザＲ１の射出タイミングに関する情報をアドレスとして算出する。そして、タイミング制御部４２は撮像用レーザＲ１の射出タイミングに関する情報をアドレスとして情報記憶部５２に記憶する（Ｓ２０５）。なお、タイミング制御部４２は駆動波形設定部４３で設定された駆動電圧波形と、射出タイミングとを基にアドレスを算出する。
射出タイミングは、フォトデテクタを用いて、撮像用レーザＲ１の射出時刻が記憶されてもよいし、撮像用レーザＲ１の出力時に出力される同期信号の出力時刻が記憶されてもよい。
タイミング制御部４２は、撮像用レーザＲ１の射出タイミングに関する情報をアドレスとして算出する。そして、タイミング制御部４２は撮像用レーザＲ１の射出タイミングに関する情報をアドレスとして情報記憶部５２に記憶する（Ｓ２０５）。なお、タイミング制御部４２は駆動波形設定部４３で設定された駆動電圧波形と、射出タイミングとを基にアドレスを算出する。
図９は、駆動部１９に印加される駆動電圧の波形例を示す図である。また、図１０は、駆動部１９（駆動装置１４）を正面（カテーテル１軸方向）からみた図である。
図１０に示すように、駆動部１９は、π／２ずつに導線Ｄ１～Ｄ４（Ｄ）が接続されている。
ここで、図９における波形Ｖ１は、図１０における導線Ｄ１及び導線Ｄ３に印加される駆動電圧波形である。また、図１０における波形Ｖ２は、図１０における導線Ｄ２及び導線Ｄ４に印加される駆動電圧波形である。ここで、波形Ｖ１と、波形Ｖ２とは、互いに位相がπ／２ずれている。
このような波形Ｖ１，Ｖ２の電圧が駆動部１９に印加されることで、光ファイバ１３の先端部は図２に示すように渦巻状の軌跡１０１を描く。
ここで、図９のΔＴＬは渦巻状の軌跡１０１（図２参照）で、光ファイバ１３の先端が中心から軌跡１０１の半径を広げていき、また中心に戻ってくるまでの周期である。
図１０に示すように、駆動部１９は、π／２ずつに導線Ｄ１～Ｄ４（Ｄ）が接続されている。
ここで、図９における波形Ｖ１は、図１０における導線Ｄ１及び導線Ｄ３に印加される駆動電圧波形である。また、図１０における波形Ｖ２は、図１０における導線Ｄ２及び導線Ｄ４に印加される駆動電圧波形である。ここで、波形Ｖ１と、波形Ｖ２とは、互いに位相がπ／２ずれている。
このような波形Ｖ１，Ｖ２の電圧が駆動部１９に印加されることで、光ファイバ１３の先端部は図２に示すように渦巻状の軌跡１０１を描く。
ここで、図９のΔＴＬは渦巻状の軌跡１０１（図２参照）で、光ファイバ１３の先端が中心から軌跡１０１の半径を広げていき、また中心に戻ってくるまでの周期である。
（アドレス算出）
次に、図１１～図１３を参照してアドレス算出について説明する。
図１１は、駆動部１９に印加される電圧波形と、撮像用レーザ射出タイミングを示す図である。なお、図１１の波形Ｖ１１は図９における波形Ｖ１の時刻０付近を拡大したものである。同様に、波形Ｖ１２は図９における波形Ｖ２の時刻付近を拡大したものである。さらに、タイミングＰ１は、撮像用レーザＲ１の射出タイミングを示すものである。
ここで、電圧波形の周期をΔＴＦとする。そして、時刻０から最初の撮像用レーザ射出タイミングｔ１までの時間をδｔＬ１とする。また、時刻ΔＴＦから２番目の撮像用レーザ射出タイミングｔ２までの時間をδｔＬ２とする。さらに、時刻２ΔＴＦから３番目の撮像用レーザ射出タイミングｔ３までの時間をδｔＬ３とする。
次に、図１１～図１３を参照してアドレス算出について説明する。
図１１は、駆動部１９に印加される電圧波形と、撮像用レーザ射出タイミングを示す図である。なお、図１１の波形Ｖ１１は図９における波形Ｖ１の時刻０付近を拡大したものである。同様に、波形Ｖ１２は図９における波形Ｖ２の時刻付近を拡大したものである。さらに、タイミングＰ１は、撮像用レーザＲ１の射出タイミングを示すものである。
ここで、電圧波形の周期をΔＴＦとする。そして、時刻０から最初の撮像用レーザ射出タイミングｔ１までの時間をδｔＬ１とする。また、時刻ΔＴＦから２番目の撮像用レーザ射出タイミングｔ２までの時間をδｔＬ２とする。さらに、時刻２ΔＴＦから３番目の撮像用レーザ射出タイミングｔ３までの時間をδｔＬ３とする。
図１２は、図１１に示す印加電圧による撮像用レーザＲ１の射出軌跡を示す図であり、図１３は、図１２の原点近傍部分を拡大した図である。
ここで、図１３の符号２０１は撮像用レーザＲ１の射出開始から最初に射出された撮像用レーザＲ１の位置を示している。すなわち、符号２０１は、図１１のタイミングＰ１における符号ｔ１のタイミングで射出された撮像用レーザＲ１の射出位置（アドレス）となる。図１２及び図１３に示すように、射出軌跡に対してｘ軸、ｙ軸を設定すると、符号２０１と、ｘ軸との角度φ１は以下の式（１）となる。
ここで、図１３の符号２０１は撮像用レーザＲ１の射出開始から最初に射出された撮像用レーザＲ１の位置を示している。すなわち、符号２０１は、図１１のタイミングＰ１における符号ｔ１のタイミングで射出された撮像用レーザＲ１の射出位置（アドレス）となる。図１２及び図１３に示すように、射出軌跡に対してｘ軸、ｙ軸を設定すると、符号２０１と、ｘ軸との角度φ１は以下の式（１）となる。
φ１＝２π・δｔＬ１／ΔＴＦ ・・・（１）
つまり、画像構成部５３は、図１１における撮像用レーザ射出タイミングｔ１で射出された撮像用レーザＲ１によって撮像される位置は、ｘ軸との角度がφ１となる符号２０１の位置と判定する。
同様に、図１１のｔ２，ｔ３のタイミングで射出された撮像用レーザＲ１の射出位置２０２，２０３がｘ軸となす角度φ２、φ３は以下の式（２）、（３）となる。
φ２＝２π・δｔＬ２／ΔＴＦ ・・・（２）
φ３＝２π・δｔＬ３／ΔＴＦ ・・・（３）
φ３＝２π・δｔＬ３／ΔＴＦ ・・・（３）
このようにして、図１１のタイミングＰ１に示す各撮像用レーザ射出タイミングが、どの射出位置（アドレス）に相当するかを画像構成部５３が算出することにより、アドレスが算出される。
（アドレス補正処理）
図１４は、第１実施形態で行われるアドレス補正処理（図７のステップＳ５）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
まず、タイミング制御部４２が校正情報８を取得する（Ｓ５０１）。校正情報８は画像の歪みを校正する情報（撮像用レーザＲ１の射出位置の歪みに関する情報）である。校正情報８は、インタフェース装置６を介して予め入力されている情報である。具体的には、光音響型カテーテルシステムＣの試験運用時に取得される光ファイバ１３の回転のずれに関する情報である。
校正情報８は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）や、サーバや、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等に保存されていてもよい。また、校正情報８の取得方法としては、例えば、以下の手法が用いられる。まず、校正点（目盛り）を付属させた校正キットがカテーテル１の先端部に装着される。そして、図７のステップＳ２～Ｓ４の処理が行われることで生成されるカテーテル撮像画像が取得される。そして、取得されたカテーテル撮像画像に写っている校正点のずれを基に校正情報８が作成されてもよい。
図１４は、第１実施形態で行われるアドレス補正処理（図７のステップＳ５）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
まず、タイミング制御部４２が校正情報８を取得する（Ｓ５０１）。校正情報８は画像の歪みを校正する情報（撮像用レーザＲ１の射出位置の歪みに関する情報）である。校正情報８は、インタフェース装置６を介して予め入力されている情報である。具体的には、光音響型カテーテルシステムＣの試験運用時に取得される光ファイバ１３の回転のずれに関する情報である。
校正情報８は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）や、サーバや、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等に保存されていてもよい。また、校正情報８の取得方法としては、例えば、以下の手法が用いられる。まず、校正点（目盛り）を付属させた校正キットがカテーテル１の先端部に装着される。そして、図７のステップＳ２～Ｓ４の処理が行われることで生成されるカテーテル撮像画像が取得される。そして、取得されたカテーテル撮像画像に写っている校正点のずれを基に校正情報８が作成されてもよい。
そして、タイミング制御部４２は、校正情報８、アドレスを基に補正された撮像用レーザ射出位置（補正アドレス）を算出する（Ｓ５０２）。
（校正情報８）
次に、図１５及び図１６を参照して校正情報８について説明する。
図１５は正常な状態（歪みのない状態）における射出位置を示す模式図である。このような撮像用レーザＲ１の射出位置がアドレスである。
図１５に示すように、理想的な射出位置（アドレス）は半径Ａの円形になっているものとする。なお、図２に示すように、本来、射出位置は渦巻状（螺旋状）となるのであるが、ここでは、説明を簡単にするため円形としている。
図１５に示す任意の射出位置（ｘｔ，ｙｔ）は以下の式（１１）のようになる。なお、ω＝ｄθ／ｄｔである。
次に、図１５及び図１６を参照して校正情報８について説明する。
図１５は正常な状態（歪みのない状態）における射出位置を示す模式図である。このような撮像用レーザＲ１の射出位置がアドレスである。
図１５に示すように、理想的な射出位置（アドレス）は半径Ａの円形になっているものとする。なお、図２に示すように、本来、射出位置は渦巻状（螺旋状）となるのであるが、ここでは、説明を簡単にするため円形としている。
図１５に示す任意の射出位置（ｘｔ，ｙｔ）は以下の式（１１）のようになる。なお、ω＝ｄθ／ｄｔである。
図１６は射出位置に歪みが生じている射出位置を示す模式図である。
図１６に示すように、計測された射出位置は、図１５に示す射出位置に対して、位相のずれφ、角度依存性の振幅歪みＢ（θ）が生じているものとする。ここで、図１６に示すＡＢ（θ）はＡにＢ（θ）が乗算されたものである。φは撮像用レーザＲ１の信号遅れに由来するものである。また、Ｂ（θ）は駆動部１９に印加される電圧波形のずれに由来するものである。なお、φや、Ｂ（θ）は、前記したように予め計測されているものである。なお、ＡＢ（θ）は周平均（積分でも可）をとるとＡとなる制約が課されている。このとき、射出位置（アドレス）（ｘｍ（θ），ｙｍ（θ））は以下の式（１２）となる。このアドレスが、タイミング制御部４２で算出されたアドレスである。
図１６に示すように、計測された射出位置は、図１５に示す射出位置に対して、位相のずれφ、角度依存性の振幅歪みＢ（θ）が生じているものとする。ここで、図１６に示すＡＢ（θ）はＡにＢ（θ）が乗算されたものである。φは撮像用レーザＲ１の信号遅れに由来するものである。また、Ｂ（θ）は駆動部１９に印加される電圧波形のずれに由来するものである。なお、φや、Ｂ（θ）は、前記したように予め計測されているものである。なお、ＡＢ（θ）は周平均（積分でも可）をとるとＡとなる制約が課されている。このとき、射出位置（アドレス）（ｘｍ（θ），ｙｍ（θ））は以下の式（１２）となる。このアドレスが、タイミング制御部４２で算出されたアドレスである。
式（１２）を式（１３）、式（１４）に変形する。
式（１４）における逆行列の部分が校正情報８となる。なお、校正情報８を特定するためには、複数点において計算を行う必要がある。
このようにすることで、撮像用レーザＲ１の信号遅れを是正することができる。さらに、図１６に示すような射出位置（ｘｍ（θ），ｙｍ（θ））（つまり、照射位置）のまま表示部６１にカテーテル撮像画像を表示すると、歪んだ形状で表示されてしまい、操作者が見にくくなってしまう。そこで、式（１４）に示す校正情報８が用いられることにより、表示部６１の形状にあった形状で表示を行うことができる。つまり、撮像用レーザＲ１の照射位置の校正を行うことができる。なお、式（１４）に示す校正情報８が用いられると、実際の射出位置（つまり、照射位置）と表示部６１に表示されているカテーテル撮像画像の画像位置とにずれが生じてしまうが、一般的にＢ（θ）は小さいため問題とはならない。なお、図１６では、わかりやすくするため、Ｂ（θ）を大きく示している。
このようにすることで、撮像用レーザＲ１の信号遅れを是正することができる。さらに、図１６に示すような射出位置（ｘｍ（θ），ｙｍ（θ））（つまり、照射位置）のまま表示部６１にカテーテル撮像画像を表示すると、歪んだ形状で表示されてしまい、操作者が見にくくなってしまう。そこで、式（１４）に示す校正情報８が用いられることにより、表示部６１の形状にあった形状で表示を行うことができる。つまり、撮像用レーザＲ１の照射位置の校正を行うことができる。なお、式（１４）に示す校正情報８が用いられると、実際の射出位置（つまり、照射位置）と表示部６１に表示されているカテーテル撮像画像の画像位置とにずれが生じてしまうが、一般的にＢ（θ）は小さいため問題とはならない。なお、図１６では、わかりやすくするため、Ｂ（θ）を大きく示している。
（角度補正処理）
図１７は、第１実施形態で行われる角度補正処理（図７のステップＳ６）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。適宜、図３及び図４を参照する。
まず、到来方向特定部５３１は、音響素子部１８において音波を検出した時刻と、タイミング制御部４２から送られた射出タイミングに関するアドレスとを基に、音波の到来方向を特定する（Ｓ６０１）。音波の到来方向については後記する。
次に、受信特性関数算出部５３２は、ステップＳ６０１で特定した音波の到来方向と、音響素子部１８の形状とを基に、受信特性関数を算出する（Ｓ６０２）。受信特性関数については後記する。
そして、逆フィルタ算出部５３３は、受信特性関数を基に逆フィルタを算出する（Ｓ６０３）。逆フィルタについては後記する。
次に、信号復元部５３４が、算出した逆フィルタと、検出信号とを基に検出信号の復元を行う（Ｓ６０４）。検出信号の復元については後記する。
図１７は、第１実施形態で行われる角度補正処理（図７のステップＳ６）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。適宜、図３及び図４を参照する。
まず、到来方向特定部５３１は、音響素子部１８において音波を検出した時刻と、タイミング制御部４２から送られた射出タイミングに関するアドレスとを基に、音波の到来方向を特定する（Ｓ６０１）。音波の到来方向については後記する。
次に、受信特性関数算出部５３２は、ステップＳ６０１で特定した音波の到来方向と、音響素子部１８の形状とを基に、受信特性関数を算出する（Ｓ６０２）。受信特性関数については後記する。
そして、逆フィルタ算出部５３３は、受信特性関数を基に逆フィルタを算出する（Ｓ６０３）。逆フィルタについては後記する。
次に、信号復元部５３４が、算出した逆フィルタと、検出信号とを基に検出信号の復元を行う（Ｓ６０４）。検出信号の復元については後記する。
（到来方向について）
図１８Ａは、音波の到来方向を示す図である。
図１８Ａに示す方向に撮像用レーザＲ１が射出されるものとする。そして、撮像用レーザＲ１の進行方向に対象物Ｆ１が存在するものとする。
撮像用レーザＲ１が照射されることにより対象物Ｆ１から発した音波は、経路３０１を通って音響素子１１（音響素子部１８）に到達する。なお、図１５Ａは、音響素子１１を側面からみた図を示している。なお、実際の音響素子１１は、図１に示すような形状を有している。しかし、説明を簡単にするため、以降の説明では、音響素子１１が図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すような単純な形状を有しているものとする。図１に示すような形状を有していても、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すような形状を有していても、本実施形態の原理は同じだからである。
この音波が通る経路３０１は、音響素子１１に対して垂直な線３０２に対してγ傾いている。
図１８Ａは、音波の到来方向を示す図である。
図１８Ａに示す方向に撮像用レーザＲ１が射出されるものとする。そして、撮像用レーザＲ１の進行方向に対象物Ｆ１が存在するものとする。
撮像用レーザＲ１が照射されることにより対象物Ｆ１から発した音波は、経路３０１を通って音響素子１１（音響素子部１８）に到達する。なお、図１５Ａは、音響素子１１を側面からみた図を示している。なお、実際の音響素子１１は、図１に示すような形状を有している。しかし、説明を簡単にするため、以降の説明では、音響素子１１が図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すような単純な形状を有しているものとする。図１に示すような形状を有していても、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すような形状を有していても、本実施形態の原理は同じだからである。
この音波が通る経路３０１は、音響素子１１に対して垂直な線３０２に対してγ傾いている。
図１８Ｂは、到来方向のうち、水平角αを示す図である。
図１８Ｂは、音響素子１１（音響素子部１８）を上方からみた図を示している。
このようなとき、対象物Ｆ１が図１８Ｂに示すような位置にあるものとする。対象物Ｆ１で発した音波は、経路３１１を通って音響素子１１に到達する。
この経路３１１は、音響素子１１の軸方向の線３１２に対して角度αの位置にある。このような角度αを水平角αと称する。ここで、０°≦水平角α＜３６０°である。
なお、音波の到来方向は、図１１～図１３を参照して説明した撮像用レーザＲ１の射出位置（アドレス）から容易に推定可能である。
図１８Ｂは、音響素子１１（音響素子部１８）を上方からみた図を示している。
このようなとき、対象物Ｆ１が図１８Ｂに示すような位置にあるものとする。対象物Ｆ１で発した音波は、経路３１１を通って音響素子１１に到達する。
この経路３１１は、音響素子１１の軸方向の線３１２に対して角度αの位置にある。このような角度αを水平角αと称する。ここで、０°≦水平角α＜３６０°である。
なお、音波の到来方向は、図１１～図１３を参照して説明した撮像用レーザＲ１の射出位置（アドレス）から容易に推定可能である。
図１８Ｃは、到来方向のうち、あおり角βを示す図である。
図１８Ｃは、音響素子１１（音響素子部１８）を側方からみた図を示している。
このようなとき、対象物Ｆ１が図１８Ｃに示すような位置にあるものとする。対象物Ｆ１で発した音波は、経路３２１を通って音響素子１１に到達する。
この経路３２１は、音響素子１１の法線３２２に対して角度βの位置にある。このような角度βをあおり角βと称する。
図１８Ｃは、音響素子１１（音響素子部１８）を側方からみた図を示している。
このようなとき、対象物Ｆ１が図１８Ｃに示すような位置にあるものとする。対象物Ｆ１で発した音波は、経路３２１を通って音響素子１１に到達する。
この経路３２１は、音響素子１１の法線３２２に対して角度βの位置にある。このような角度βをあおり角βと称する。
音波の到来方向は、図１８Ｂ及び図１８Ｃで示した水平角αと、あおり角βとで表わされる。
（到来方向がずれることによる影響）
次に、図１９Ａ～図１９Ｄを参照して音波の到来方向がずれることによる影響を説明する。なお、図１９Ａ～図１９Ｄでは、サイン波のような音波が到来していることを想定している。
図１９Ａ～図１９Ｄでは、音響素子１１（音響素子部１８）を側方からみた図を示している。そして、図１９Ａ～図１９Ｄにおいて、実線は音波の山を示し、破線は音波の谷を示している。なお、音波は疎密波であるので、音波の山は空気が密である部分を示し、谷は空気が疎となっている部分を示す。さらに、図１９Ａ～図１９Ｄにおいて、矢印は音波の進行方向を示している。
なお、以降の図では、音響素子１１の検出面は音響素子１１の上面であるものとする。
次に、図１９Ａ～図１９Ｄを参照して音波の到来方向がずれることによる影響を説明する。なお、図１９Ａ～図１９Ｄでは、サイン波のような音波が到来していることを想定している。
図１９Ａ～図１９Ｄでは、音響素子１１（音響素子部１８）を側方からみた図を示している。そして、図１９Ａ～図１９Ｄにおいて、実線は音波の山を示し、破線は音波の谷を示している。なお、音波は疎密波であるので、音波の山は空気が密である部分を示し、谷は空気が疎となっている部分を示す。さらに、図１９Ａ～図１９Ｄにおいて、矢印は音波の進行方向を示している。
なお、以降の図では、音響素子１１の検出面は音響素子１１の上面であるものとする。
図１９Ａは、音響素子１１の真上（あおり角０°）から音波が到来している場合を示す図である。
図１９Ａに示すように、音響素子１１の真上から音波が到来すると、音波の山のみ、谷のみが音響素子１１に到達するため、精度の高い検出が可能となる。
図１９Ａに示すように、音響素子１１の真上から音波が到来すると、音波の山のみ、谷のみが音響素子１１に到達するため、精度の高い検出が可能となる。
図１９Ｂ～図１９Ｄは、音響素子１１に対し、水平角９０°、あおり角βで音波が到来している例を示す図である。
時間は図１９Ｂ→図１９Ｃ→図１９Ｄの順に進んでいるものとする。
図１９Ｂの時刻では、音波の谷３３１と、音波の山３３２とが音響素子１１に同時に検出されている。
そして、図１９Ｃの時刻では、音波の谷３３１、音波の山３３２がそれぞれ進行方向に進むにつれ、次の音波の谷３３３が音響素子１１に到達している。すなわち、図１９Ｃでは、音波の谷３３１，３３３、山３３２が当時に検出されている。
時間は図１９Ｂ→図１９Ｃ→図１９Ｄの順に進んでいるものとする。
図１９Ｂの時刻では、音波の谷３３１と、音波の山３３２とが音響素子１１に同時に検出されている。
そして、図１９Ｃの時刻では、音波の谷３３１、音波の山３３２がそれぞれ進行方向に進むにつれ、次の音波の谷３３３が音響素子１１に到達している。すなわち、図１９Ｃでは、音波の谷３３１，３３３、山３３２が当時に検出されている。
次に、図１９Ｄの時刻では、図１９Ｂ、図１９Ｃに示される音波の谷３３１は、過ぎ去っており、代わりに新たな音波の山３３４が音響素子１１に到達している。
つまり、図１９Ｄでは、音波の山３３２，３３４、谷３３３が同時検出されている。
このように、音波の到来方向がずれると音波の山と、谷とが音響素子１１で同時に検出されてしまう。
つまり、図１９Ｄでは、音波の山３３２，３３４、谷３３３が同時検出されている。
このように、音波の到来方向がずれると音波の山と、谷とが音響素子１１で同時に検出されてしまう。
図２０は、音響素子１１に対して音波を入射した際に音響素子１１で検出された検出信号の時間変化の例を示す図である。
図２０において、符号４０１は水平角０°、あおり角０°のときの検出信号の時間変化を示す。すなわち、符号４０１は図１９Ａに示す方向から音波が到来したときの検出信号の時間変化を示している。ちなみに、入射された音波は符号４０１に示すような時間変化を示す音波である。
また、符号４０２は水平角０°、あおり角１５°のときの検出信号の時間変化を示す。すなわち、符号４０２は図１９Ｂ～図１９Ｄに示すような方向から音波が到来したときの検出信号の時間変化を示している。
図２０において、符号４０１は水平角０°、あおり角０°のときの検出信号の時間変化を示す。すなわち、符号４０１は図１９Ａに示す方向から音波が到来したときの検出信号の時間変化を示している。ちなみに、入射された音波は符号４０１に示すような時間変化を示す音波である。
また、符号４０２は水平角０°、あおり角１５°のときの検出信号の時間変化を示す。すなわち、符号４０２は図１９Ｂ～図１９Ｄに示すような方向から音波が到来したときの検出信号の時間変化を示している。
図２０に示すように、水平角０°、あおり角０°のとき、明確な検出（検出信号４０１）が可能となっている。
これに対し、水平角０°、あおり角１５°のときの検出信号（検出信号４０２）は、全体的になまった状態となっている。これは、図１９Ｂ～図１９Ｄで説明したように、音波の到来方向に角度がつくと、音波の山と、谷とが同時に検出されてしまい、信号強度を打ち消してしまうためである。
本実施形態では、このような音波の到来方向に角度がつくことで、なまってしまう検出信号４０２を検出信号４０１に近くなるように復元することを目的とする。
これに対し、水平角０°、あおり角１５°のときの検出信号（検出信号４０２）は、全体的になまった状態となっている。これは、図１９Ｂ～図１９Ｄで説明したように、音波の到来方向に角度がつくと、音波の山と、谷とが同時に検出されてしまい、信号強度を打ち消してしまうためである。
本実施形態では、このような音波の到来方向に角度がつくことで、なまってしまう検出信号４０２を検出信号４０１に近くなるように復元することを目的とする。
（受信特性関数）
次に、図２１Ａ及び図２１Ｂを参照して、受信特性関数について説明する。
図２１Ａでは、音響素子１１（音響素子部１８）を上方からみた図を示している。
矢印４１２の方向が水平角０°の方向である。これに対し、水平角及びあおり角が所定の角度である矢印４１１の方向から音波が到来したとする。
ここで、音響素子１１上に描かれている実線、破線、一点鎖線は、到来した音波における山（谷としてもよい）が音響素子１１と重なっている部分を示している。音響素子１１上に描かれている実線、破線、一点鎖線の長さが、音響素子１１が音波の山を検出したときの検出強度となる。
次に、図２１Ａ及び図２１Ｂを参照して、受信特性関数について説明する。
図２１Ａでは、音響素子１１（音響素子部１８）を上方からみた図を示している。
矢印４１２の方向が水平角０°の方向である。これに対し、水平角及びあおり角が所定の角度である矢印４１１の方向から音波が到来したとする。
ここで、音響素子１１上に描かれている実線、破線、一点鎖線は、到来した音波における山（谷としてもよい）が音響素子１１と重なっている部分を示している。音響素子１１上に描かれている実線、破線、一点鎖線の長さが、音響素子１１が音波の山を検出したときの検出強度となる。
図２１Ａの音響素子１１上に描かれている破線、実線、一点鎖線によって検出される検出強度の時間変化を図２１Ｂに示す。
なお、時間変化は、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている破線、実線、一点鎖線の長さに比例する。そのため、図２１Ｂの縦軸を音響素子１１上に描かれている破線、実線、一点鎖線の長さとしてもよい。
なお、時間変化は、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている破線、実線、一点鎖線の長さに比例する。そのため、図２１Ｂの縦軸を音響素子１１上に描かれている破線、実線、一点鎖線の長さとしてもよい。
まず、図２１Ｂの符号４３１に示すように、検出強度が上昇していく。これは、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている破線部分に相当する。
次に、符号４３２に示すように、検出強度が一定となる。これは、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている実線部分に相当する。つまり、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている実線が一定の長さとなっていることに由来する。
そして、符号４３２に示すように、検出強度が下降していく。これは、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている一点鎖線部分に相当する。
次に、符号４３２に示すように、検出強度が一定となる。これは、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている実線部分に相当する。つまり、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている実線が一定の長さとなっていることに由来する。
そして、符号４３２に示すように、検出強度が下降していく。これは、図２１Ａの音響素子１１上に描かれている一点鎖線部分に相当する。
図２１Ｂに示す検出強度の時間変化が受信特性関数となる。
そして、実際に検出される検出強度は、検出信号ｓ（ｔ）と、受信特性関数との畳み込みとなる。
なお、図２１Ｂに示すように、受信特性関数は長方形または台形の形状を有する。
そして、実際に検出される検出強度は、検出信号ｓ（ｔ）と、受信特性関数との畳み込みとなる。
なお、図２１Ｂに示すように、受信特性関数は長方形または台形の形状を有する。
ここで、図２２Ａに示すような受信特性関数をＨとする。また、図２２Ｂは、図２２Ａに示す受信特性関数Ｈをフーリエ変換し、さらに、各周波数の振幅の絶対値を示したものである。
図２２Ａに示す受信特性関数は、例えば、水平角０°、９０°または、２７０°、あおり角９０°で音波が到来したときの受信特性関数である。しかし、図２２Ａに示す受信特性関数を、図２１に示す受信特性関数に置き換えることで、任意の水平角、あおり角の方向から到来した音波に適用可能である。
図２２Ａに示す受信特性関数は、例えば、水平角０°、９０°または、２７０°、あおり角９０°で音波が到来したときの受信特性関数である。しかし、図２２Ａに示す受信特性関数を、図２１に示す受信特性関数に置き換えることで、任意の水平角、あおり角の方向から到来した音波に適用可能である。
図２２Ａに示す受信特性関数をフーリエ変換すると、図２２Ｂに示すように広帯域周波数特性を有することがわかる。これは、図２１Ｂのような受信特性関数をフーリエ変換しても同様である。つまり、長方形または台形の形状を有する受信特性関数は、広帯域周波数特性を有する。なお、ここでの広帯域とは８０ＭＨｚ程度の帯域である。
このとき、逆フィルタを１／Ｈ（ω）とすることで、理論的には元の検出信号Ｓ０（ｔ）を復元可能である。ここで、ωは周波数を示す。
しかし、Ｈ（ω）は、図２２Ｂに示すように、所々で値０を有している。そのため、このようなところでは、いわゆるゼロ割が生じ、逆フィルタが発散してしまう。
本実施形態では、このようなゼロ割を生じない逆フィルタを提案する。
しかし、Ｈ（ω）は、図２２Ｂに示すように、所々で値０を有している。そのため、このようなところでは、いわゆるゼロ割が生じ、逆フィルタが発散してしまう。
本実施形態では、このようなゼロ割を生じない逆フィルタを提案する。
（ウィナーフィルタＭ）
まず、このようなゼロ割を生じない逆フィルタとしてウィナーフィルタＭがある。
ウィナーフィルタＭは、以下の式（２１）で示される逆フィルタである。
まず、このようなゼロ割を生じない逆フィルタとしてウィナーフィルタＭがある。
ウィナーフィルタＭは、以下の式（２１）で示される逆フィルタである。
Ｍ＝Ｈ＊／（｜Ｈ｜２＋Γ） ・・・（２１）
そして、信号復元部５３４が、式（２１）の逆フィルタ（ウィナーフィルタＭ）を使用した以下の式（２２）を計算することで、検出された検出信号（復元信号）Ｓ０が得られる。ただし、式（２１）でのＨはＨ（ω）である。また、Ｈ＊はＨの複素共役である。なお、Γは式（２１）の分母がゼロ割しないようのするための定数である。
ウィナーフィルタＭを用いることで、ゼロ割を避けることができ、復元信号の発散を防ぐことができる。
ウィナーフィルタＭを用いることで、ゼロ割を避けることができ、復元信号の発散を防ぐことができる。
Ｓ０＝ＦＴ －１ ［ＦＴ［Ｓ］・［Ｍ］］ ・・・（２２）
ここで、Ｓは検出信号、Ｓ０は復元信号、ＦＴ［ ］はフーリエ変換、ＦＴ－１
［ ］は逆フーリエ変換、「・」は積を示す。
式（２１）に示すような逆フィルタ（ウィナーフィルタＭ）では、分母に所定の定数Γが配されることで、ゼロ割を防ぎ、逆フィルタが発散することを防ぐことができる。
（提案逆フィルタＭ１）
次に、発明者が考案した逆フィルタ（提案逆フィルタＭ１と称する）を、図２３Ａ～図２３Ｃを参照して説明する。
図２３Ａは、図２２Ａの受信特性関数Ｈをフーリエ変換した際の実部の挙動を示す図である。また、図２３Ｂは、図２２Ａの受信特性関数Ｈをフーリエ変換した際の虚部の挙動を示す図である。
図２３Ａ及び図２３Ｂを比較すると、実部の方が虚部よりも値が大きい。つまり、実部の方が、虚部よりも影響が大きいことがわかる。
ここで、図２３Ｂに示すような虚部の包絡線４２１を考える。
図２３Ｃは、図２３Ｂの包絡線４２１のみを示す図である。
次に、発明者が考案した逆フィルタ（提案逆フィルタＭ１と称する）を、図２３Ａ～図２３Ｃを参照して説明する。
図２３Ａは、図２２Ａの受信特性関数Ｈをフーリエ変換した際の実部の挙動を示す図である。また、図２３Ｂは、図２２Ａの受信特性関数Ｈをフーリエ変換した際の虚部の挙動を示す図である。
図２３Ａ及び図２３Ｂを比較すると、実部の方が虚部よりも値が大きい。つまり、実部の方が、虚部よりも影響が大きいことがわかる。
ここで、図２３Ｂに示すような虚部の包絡線４２１を考える。
図２３Ｃは、図２３Ｂの包絡線４２１のみを示す図である。
このような、虚部の包絡線を用いて、受信特性関数算出部５３２は、以下の式（２３）に示される受信特性関数Ｈ１を算出する。
Ｈ１＝Ｒｅ｛Ｈ｝＋ｉ Ｅｎｖ（Ｉｍ｛Ｈ｝） ・・・（２３）
ここで、Ｒｅ｛Ｈ｝はＨの実部（図２３Ａ）を示し、Ｉｍ｛Ｈ｝はＨの虚部（図２３Ｂ）を示す。また、Ｅｎｖ（Ｉｍ｛Ｈ｝）は、Ｈの虚部の包絡線４２１（図２３Ｂ、図２３Ｃ参照）を示す。ただし、式（２３）でのＨはＨ（ω）である。
次に、逆フィルタ算出部５３３は、式（２３）のＨ１を用いて、以下の式（２４）に示す提案逆フィルタＭ１を算出する。
次に、逆フィルタ算出部５３３は、式（２３）のＨ１を用いて、以下の式（２４）に示す提案逆フィルタＭ１を算出する。
Ｍ１＝Ｈ１＊／｜Ｈ１｜２ ・・・（２４）
そして、信号復元部５３４は、以下の式（２５）を用いて復元信号Ｓ０を算出する。
Ｓ０＝ＦＴ －１ ［ＦＴ［Ｓ］・［Ｍ１］］ ・・・（２５）
なお、図２３Ｃに示すように、Ｈの虚部の包絡線４２１は、６０ＭＨｚのところで値が０となっているが、逆フィルタ算出部５３３は６０ＭＨｚの手前で計算を止めればよい。
なお、受信特性関数Ｈ１は、受信特性関数Ｈとは形が変わる。しかし、図２３Ａ及び図２３Ｂで説明したように、虚部よりも実部の方が受信特性関数の形状に与える影響が大きいため、受信特性関数Ｈ１における形状の変化は小さい。
提案逆フィルタＭ１によれば、式（２１）に示すウィナーフィルタＭの定数Γの恣意性をなくすことができる。
なお、受信特性関数Ｈ１は、受信特性関数Ｈとは形が変わる。しかし、図２３Ａ及び図２３Ｂで説明したように、虚部よりも実部の方が受信特性関数の形状に与える影響が大きいため、受信特性関数Ｈ１における形状の変化は小さい。
提案逆フィルタＭ１によれば、式（２１）に示すウィナーフィルタＭの定数Γの恣意性をなくすことができる。
（シミュレーション結果）
次に、ウィナーフィルタＭと、提案逆フィルタＭ１を用いた復元のシミュレーションについて、図２４Ａ～図２５Ｃに示す。
図２４Ｃは、図２４Ａ及び図２４Ｂに示す方向から音波が到来したときの、シミュレーション結果を示す図である。
ここで、図２４Ａは、音響素子１１（音響素子部１８）を上面からみた図であり、図２４Ｂは、音響素子１１（音響素子部１８）を側面からみた図である。ここで音響素子１１に入射される音波は図２０の符号４０１のような時間変化を有する音波である。
図２４Ａ及び図２５Ｂに示すように、水平角０°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合のシミュレーション結果を図２４Ｃに示す。
図２４Ｃにおいて、符号６０１は、あおり角０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。つまり、符号６０１は検出面（音響素子１１の上面）に対し、真上方向から音波が到来した場合の検出信号を示している。なお、以降において、検出信号とは、検出信号の時間変化を示すものとする。
そして、符号６０２は、水平角０°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。
そして、符号６０３は、符号６０２の検出信号に対し、ウィナーフィルタＭを用いた信号復元を行った結果（復元信号）を示す。
また、符号６０４は、符号６０２の検出信号に対し、提案逆フィルタＭ１を用いた信号復元を行った結果（復元信号）を示す。
次に、ウィナーフィルタＭと、提案逆フィルタＭ１を用いた復元のシミュレーションについて、図２４Ａ～図２５Ｃに示す。
図２４Ｃは、図２４Ａ及び図２４Ｂに示す方向から音波が到来したときの、シミュレーション結果を示す図である。
ここで、図２４Ａは、音響素子１１（音響素子部１８）を上面からみた図であり、図２４Ｂは、音響素子１１（音響素子部１８）を側面からみた図である。ここで音響素子１１に入射される音波は図２０の符号４０１のような時間変化を有する音波である。
図２４Ａ及び図２５Ｂに示すように、水平角０°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合のシミュレーション結果を図２４Ｃに示す。
図２４Ｃにおいて、符号６０１は、あおり角０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。つまり、符号６０１は検出面（音響素子１１の上面）に対し、真上方向から音波が到来した場合の検出信号を示している。なお、以降において、検出信号とは、検出信号の時間変化を示すものとする。
そして、符号６０２は、水平角０°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。
そして、符号６０３は、符号６０２の検出信号に対し、ウィナーフィルタＭを用いた信号復元を行った結果（復元信号）を示す。
また、符号６０４は、符号６０２の検出信号に対し、提案逆フィルタＭ１を用いた信号復元を行った結果（復元信号）を示す。
符号６０３及び符号６０４は、符号６０１に近ければ近いほど復元度合いがよいことになる。
ここで、符号６０３と、符号６０４とを比較すると、正負のピーク付近ではウィナーフィルタＭの方が、提案逆フィルタＭ１よりも復元度合いがよい。
しかしながら、ピーク以外の部分では、提案逆フィルタＭ１の方が、ウィナーフィルタＭよりも復元度合いがよい。
図２４Ｃに示す時間窓全体でＳＮ比を比較したところ、提案逆フィルタＭ１の方がウィナーフィルタＭよりも１．９倍、ＳＮ比が向上した。
ここで、符号６０３と、符号６０４とを比較すると、正負のピーク付近ではウィナーフィルタＭの方が、提案逆フィルタＭ１よりも復元度合いがよい。
しかしながら、ピーク以外の部分では、提案逆フィルタＭ１の方が、ウィナーフィルタＭよりも復元度合いがよい。
図２４Ｃに示す時間窓全体でＳＮ比を比較したところ、提案逆フィルタＭ１の方がウィナーフィルタＭよりも１．９倍、ＳＮ比が向上した。
図２５Ｃは、図２５Ａ及び図２５Ｂに示す方向から音波が到来したときの、シミュレーション結果を示す図である。ここで音響素子１１に入射される音波は図２０の符号４０１のような時間変化を有する音波である。
ここで、図２５Ａは、音響素子１１（音響素子部１８）を上面からみた図であり、図２５Ｂは、音響素子１１（音響素子部１８）を側面からみた図である。
図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、水平角４５°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合のシミュレーション結果を図２５Ｃに示す。
図２５Ｃにおいて、符号６１１は、あおり角０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。つまり、符号６１１は、は検出面（音響素子１１の上面）に対し、真上方向から音波が到来した場合の検出信号を示している。
そして、符号６１２は、水平角４５°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。
そして、符号６１３は、符号６１２の検出信号に対し、ウィナーフィルタＭを用いた信号復元を行った結果（復元信号）を示す。
また、符号６１４は、符号６１２の検出信号に対し、提案逆フィルタＭ１を用いた信号の復元を行った結果（復元信号）を示す。
ここで、符号６１３と、符号６１４とを比較すると、図２４Ｃと同様、正負のピーク付近ではウィナーフィルタＭの方が、提案逆フィルタＭ１よりも復元度合いがよい。
しかしながら、図２４Ｃと同様、ピーク以外の部分では、提案逆フィルタＭ１の方が、ウィナーフィルタＭよりも復元度合いがよい。
図２５Ｃに示す時間窓全体でＳＮ比を比較したところ、提案逆フィルタＭ１の方がウィナーフィルタＭよりも１．５倍、ＳＮ比が向上した。
ここで、図２５Ａは、音響素子１１（音響素子部１８）を上面からみた図であり、図２５Ｂは、音響素子１１（音響素子部１８）を側面からみた図である。
図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、水平角４５°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合のシミュレーション結果を図２５Ｃに示す。
図２５Ｃにおいて、符号６１１は、あおり角０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。つまり、符号６１１は、は検出面（音響素子１１の上面）に対し、真上方向から音波が到来した場合の検出信号を示している。
そして、符号６１２は、水平角４５°、あおり角１０°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。
そして、符号６１３は、符号６１２の検出信号に対し、ウィナーフィルタＭを用いた信号復元を行った結果（復元信号）を示す。
また、符号６１４は、符号６１２の検出信号に対し、提案逆フィルタＭ１を用いた信号の復元を行った結果（復元信号）を示す。
ここで、符号６１３と、符号６１４とを比較すると、図２４Ｃと同様、正負のピーク付近ではウィナーフィルタＭの方が、提案逆フィルタＭ１よりも復元度合いがよい。
しかしながら、図２４Ｃと同様、ピーク以外の部分では、提案逆フィルタＭ１の方が、ウィナーフィルタＭよりも復元度合いがよい。
図２５Ｃに示す時間窓全体でＳＮ比を比較したところ、提案逆フィルタＭ１の方がウィナーフィルタＭよりも１．５倍、ＳＮ比が向上した。
本実施形態によれば、音響素子１１に対して斜め方向から到来した音波に由来する検出信号の復元が可能となる。この結果、精度の高い画像を再構成することができる。
特許文献１に記載の技術では、被検体内を伝播する音響波の伝播速度のばらつきを抑制することを目的としている。従って、本実施形態の目的とは異なっているが、特許文献１に記載の技術では、中心周波数といった代表的な１つの周波数に絞り込むことで画像の再構成が行われている。このため、本実施形態のように音響素子１１に対する音波の到来方向の補正に、特許文献１に記載の技術を適用すると画像情報の欠落が生じてしまう。
これに対し、本実施形態では、広帯域周波数成分（いうなれば、すべての周波数成分）が一度に補正される。このため、本実施形態では、画像情報を損なうことがない。従って、本実施形態では、精度の高い画像生成が可能となる。
特許文献１に記載の技術では、被検体内を伝播する音響波の伝播速度のばらつきを抑制することを目的としている。従って、本実施形態の目的とは異なっているが、特許文献１に記載の技術では、中心周波数といった代表的な１つの周波数に絞り込むことで画像の再構成が行われている。このため、本実施形態のように音響素子１１に対する音波の到来方向の補正に、特許文献１に記載の技術を適用すると画像情報の欠落が生じてしまう。
これに対し、本実施形態では、広帯域周波数成分（いうなれば、すべての周波数成分）が一度に補正される。このため、本実施形態では、画像情報を損なうことがない。従って、本実施形態では、精度の高い画像生成が可能となる。
また、本実施形態による角度補正処理が光音響型のカテーテル１に適用されることで、精度の高いカテーテル画像を再構成することができる。特に、ファイバスキャンを行うカテーテル１に適用されることで、撮像用レーザＲ１が回転して射出されることによる音響素子１１への音波の傾きを補正することができる。
（画像処理）
図２６は、第１実施形態で行われる画像処理（図７のステップＳ７）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
画像構成部５３は、情報記憶部５２に記憶されている検出信号を画像信号に変換する（Ｓ７０１）。画像信号への変換は、ヒルベルト変換、直交検波、バックプロジェクション、絶対値演算のいずれでもよい。
図２６は、第１実施形態で行われる画像処理（図７のステップＳ７）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
画像構成部５３は、情報記憶部５２に記憶されている検出信号を画像信号に変換する（Ｓ７０１）。画像信号への変換は、ヒルベルト変換、直交検波、バックプロジェクション、絶対値演算のいずれでもよい。
次に、画像構成部５３はタイミング制御部４２が算出した補正アドレス等を基に、撮像用レーザＲ１が照射される対象物から音響素子部１８までの距離及び方向を算出する（Ｓ７０２）。なお、このときの方向は、角度補正処理で算出された方向（到来方向）が用いられてもよい。
次に、画像構成部５３が、画像信号と、情報記憶部５２に記憶されている、補正された撮像用レーザＲ１の射出位置（補正アドレス）を基にカテーテル撮像画像を生成する（Ｓ７０３）。画像は１Ｄ（Dimension）でもよいし、２Ｄ、３Ｄでもよい。
補正アドレスを基にカテーテル撮像画像が生成されることで、光音響型カテーテルシステムＣは、校正情報８に従って撮像用レーザＲ１で撮像されたカテーテル撮像画像を校正する。
画像構成部５３は、生成したカテーテル撮像画像を情報記憶部５２に記憶する。
補正アドレスを基にカテーテル撮像画像が生成されることで、光音響型カテーテルシステムＣは、校正情報８に従って撮像用レーザＲ１で撮像されたカテーテル撮像画像を校正する。
画像構成部５３は、生成したカテーテル撮像画像を情報記憶部５２に記憶する。
ここで、図２７及び図２８を参照して、対象物から音響素子１１（音響素子部１８）までの距離及び方向の算出方法について説明する。
図２７に示す方向に撮像用レーザＲ１が射出されるものとする。そして、撮像用レーザＲ１の進行方向に対象物Ｆ１と、対象物Ｆ２とが存在する場合を考える。
撮像用レーザＲ１は光速で進むため、撮像用レーザＲ１が射出されてから対象物Ｆ１に到達する時間と、対象物Ｆ２に到達する時間とは同じであると考えることができる。つまり、撮像用レーザＲ１が射出されてから対象物Ｆ１に到達する時間と、対象物Ｆ２に到達する時間とは、それぞれ０と考えることができる。
従って、音響素子１１（音響素子部１８）と、対象物Ｆ１までの距離Ｌ１及び対象物Ｆ２までの距離Ｌ２は以下の式で示すことができる。
図２７に示す方向に撮像用レーザＲ１が射出されるものとする。そして、撮像用レーザＲ１の進行方向に対象物Ｆ１と、対象物Ｆ２とが存在する場合を考える。
撮像用レーザＲ１は光速で進むため、撮像用レーザＲ１が射出されてから対象物Ｆ１に到達する時間と、対象物Ｆ２に到達する時間とは同じであると考えることができる。つまり、撮像用レーザＲ１が射出されてから対象物Ｆ１に到達する時間と、対象物Ｆ２に到達する時間とは、それぞれ０と考えることができる。
従って、音響素子１１（音響素子部１８）と、対象物Ｆ１までの距離Ｌ１及び対象物Ｆ２までの距離Ｌ２は以下の式で示すことができる。
Ｌ１＝Ｖｓ×Ｔ１
Ｌ２＝Ｖｓ×Ｔ２
Ｌ２＝Ｖｓ×Ｔ２
ここで、Ｖｓは音の速さである。また、Ｔ１は撮像用レーザＲ１が射出されてから音響素子１１で音波を検出するまでの時間である。同様に、Ｔ２は撮像用レーザＲ１が射出されてから音響素子１１で音波を検出するまでの時間である。
図２８は、図２７に示す音響素子１１で検出される信号強度の時間変化を示す図である。
図２８において、横軸は時間を示し、縦軸は信号強度（音波強度）である。また、図２８において、時刻０は撮像用レーザＲ１の射出時刻である。
そして、時刻Ｔ１及び時刻Ｔ２は、それぞれ図２７における対象物Ｆ１，Ｆ２で発せられた音波が音響素子１１に届く時刻である。
すなわち、時刻Ｔ１における信号強度Ｉ１は図２７の距離Ｌ１にある対象物Ｆ１（図２７参照）の情報である。同様に、時刻Ｔ２における信号強度Ｉ２は図２７の距離Ｌ２にある対象物Ｆ２（図２７参照）の情報である。
なお、検出された対象物Ｆ１や、対象物Ｆ２が、音響素子１１に対してどの方向に存在するかは、撮像用レーザＲ１の射出方向（つまり、アドレス）から容易に算出できる。
このようにして画像データが再構成される。
なお、音響素子１１が複数配置されている場合、前記したように、画像構成部５３は、Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍを行うことで、検出信号を増強させてもよい。
図２８において、横軸は時間を示し、縦軸は信号強度（音波強度）である。また、図２８において、時刻０は撮像用レーザＲ１の射出時刻である。
そして、時刻Ｔ１及び時刻Ｔ２は、それぞれ図２７における対象物Ｆ１，Ｆ２で発せられた音波が音響素子１１に届く時刻である。
すなわち、時刻Ｔ１における信号強度Ｉ１は図２７の距離Ｌ１にある対象物Ｆ１（図２７参照）の情報である。同様に、時刻Ｔ２における信号強度Ｉ２は図２７の距離Ｌ２にある対象物Ｆ２（図２７参照）の情報である。
なお、検出された対象物Ｆ１や、対象物Ｆ２が、音響素子１１に対してどの方向に存在するかは、撮像用レーザＲ１の射出方向（つまり、アドレス）から容易に算出できる。
このようにして画像データが再構成される。
なお、音響素子１１が複数配置されている場合、前記したように、画像構成部５３は、Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍを行うことで、検出信号を増強させてもよい。
画像処理が行われた後、操作者は、生成された画像を参照しつつ、図示しない治療用レーザの射出を行う。
（角度ゲイン補正レバー７０１）
図２９は、本実施形態で用いられる画像化処理装置５ａの変形例を示す図である。
図２９における画像化処理装置５ａは、図３におけるインタフェース装置６を含んで備えている。
そして、画像化処理装置５ａには、複数の角度ゲイン補正レバー（操作部）７０１が備えられている。
角度ゲイン補正レバー７０１は、図１８Ｃに示すあおり角に対応している。例えば、角度ゲイン補正レバー７０１ａはあおり角１０°に対応し、角度ゲイン補正レバー７０１ｂはあおり角２０°に対応する等である。
図２９は、本実施形態で用いられる画像化処理装置５ａの変形例を示す図である。
図２９における画像化処理装置５ａは、図３におけるインタフェース装置６を含んで備えている。
そして、画像化処理装置５ａには、複数の角度ゲイン補正レバー（操作部）７０１が備えられている。
角度ゲイン補正レバー７０１は、図１８Ｃに示すあおり角に対応している。例えば、角度ゲイン補正レバー７０１ａはあおり角１０°に対応し、角度ゲイン補正レバー７０１ｂはあおり角２０°に対応する等である。
そして、角度ゲイン補正レバー７０１が操作されると、角度補正処理部５３０は、そのあおり角に対応する方向から到来した復元信号の信号強度を増幅する。
例えば、あおり角１０°に対応する角度ゲイン補正レバー７０１ａが増幅方向に動かされると、角度補正処理部５３０は、あおり角１０°の方向から音波が到来したと判定された復元信号すべての信号強度を増幅する。逆に、あおり角１０°に対応する角度ゲイン補正レバー７０１ａが減少方向に動かされると、角度補正処理部５３０は、あおり角１０°の方向から音波が到来したと判定された復元信号すべての信号強度を減少する。
例えば、あおり角１０°に対応する角度ゲイン補正レバー７０１ａが増幅方向に動かされると、角度補正処理部５３０は、あおり角１０°の方向から音波が到来したと判定された復元信号すべての信号強度を増幅する。逆に、あおり角１０°に対応する角度ゲイン補正レバー７０１ａが減少方向に動かされると、角度補正処理部５３０は、あおり角１０°の方向から音波が到来したと判定された復元信号すべての信号強度を減少する。
図２４Ｃや、図２５Ｃに示すように、復元信号は、本来検出されるべき信号とは一致しない。そこで、角度ゲイン補正レバー７０１によって、復元信号の信号強度が調整されることで、復元信号を本来検出されるべき信号に近づけることができる。
このようにすることで、信号復元の精度を向上させることができる。
このようにすることで、信号復元の精度を向上させることができる。
（受信特性関数テーブル）
図３０は、本実施形態で用いられる受信特性関数テーブル７１０の例を示す図である。
本実施形態では、受信特性関数算出部５３２が、その都度、受信特性関数を算出している。しかし、これに限らず、図３０に示すように各到来方向に対応する受信特性関数が受信特性関数テーブル７１０として情報記憶部５２（図３参照）に予め格納されていてもよい。
図３０の例では、最上段が水平角９０°、あおり角９０°、上から２番目が水平角８０°、あおり角９０°、最下段が水平角４５°、あおり角９０°の受信特性関数である。
受信特性関数テーブル７１０では、図３０に示すように、水平角、あおり角ごとに受信特性関数が格納されている。
このようにすることで、受信特性関数の算出処理を省くことができ、計算負荷が軽減される。
なお、図３０に示す受信特定関数テーブル７１０における各受信特性関数は、予め実験等によって計測されたものでもよい。
図３０は、本実施形態で用いられる受信特性関数テーブル７１０の例を示す図である。
本実施形態では、受信特性関数算出部５３２が、その都度、受信特性関数を算出している。しかし、これに限らず、図３０に示すように各到来方向に対応する受信特性関数が受信特性関数テーブル７１０として情報記憶部５２（図３参照）に予め格納されていてもよい。
図３０の例では、最上段が水平角９０°、あおり角９０°、上から２番目が水平角８０°、あおり角９０°、最下段が水平角４５°、あおり角９０°の受信特性関数である。
受信特性関数テーブル７１０では、図３０に示すように、水平角、あおり角ごとに受信特性関数が格納されている。
このようにすることで、受信特性関数の算出処理を省くことができ、計算負荷が軽減される。
なお、図３０に示す受信特定関数テーブル７１０における各受信特性関数は、予め実験等によって計測されたものでもよい。
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した各構成、機能、各部４１～４４，５１，５３，５３０～５３４、情報記憶部５２等は、それらの一部またはすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図５及び図６に示すように、前記した各構成、機能等は、ＦＰＧＡ４Ａや、ＣＰＵ５Ａ等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤ（Hard Disk）に格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
１ カテーテル（光音響型のカテーテル）
５Ｃ 記憶装置（記憶部）
１１ 音響素子（検出部）
１３ 光ファイバ
１８ 音響素子部（検出部）
５２ 情報記憶部（記憶部）
５３ 画像構成部（画像生成部）
５３０ 角度補正処理部（強度処理部）
５３３ 逆フィルタ算出部
５３４ 信号復元部
７０１，７０１ａ，７０１ｂ 角度ゲイン補正レバー（操作部）
７１０ 受信特性関数テーブル
Ｚ 画像生成システム（信号処理装置）
５Ｃ 記憶装置（記憶部）
１１ 音響素子（検出部）
１３ 光ファイバ
１８ 音響素子部（検出部）
５２ 情報記憶部（記憶部）
５３ 画像構成部（画像生成部）
５３０ 角度補正処理部（強度処理部）
５３３ 逆フィルタ算出部
５３４ 信号復元部
７０１，７０１ａ，７０１ｂ 角度ゲイン補正レバー（操作部）
７１０ 受信特性関数テーブル
Ｚ 画像生成システム（信号処理装置）
Claims (10)
- 到来信号を検出する検出部で検出され、発生する検出信号の受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する逆フィルタ算出部と、
前記検出信号のフーリエ変換の結果と、前記逆フィルタ（但し、逆フィルタは周波数領域での逆フィルタである）との積を、逆フーリエ変換する信号復元部と、
を有し、
前記検出部は、光音響型のカテーテルに備えられており、当該光音響型のカテーテルの光ファイバから射出されたレーザの照射対象物から発せられた音波を前記到来信号として検出するものであり、
前記受信特性関数は、前記検出部の検出面に対する前記到来信号の傾きに基づいたものであるとともに、広帯域の周波数特性を有する周波数領域の関数であり、
前記逆フィルタ算出部は、
前記逆フィルタにおいて、任意の周波数成分が０より大きい値を有するよう、前記逆フィルタを設定する
ことを特徴とする信号処理装置。 - 前記逆フィルタ算出部は、
前記受信特性関数をＨとすると、新たな受信特性関数として、以下の式（１）に示す受信特性関数Ｈ１を算出し（但し、Ｈ及びＨ１は周波数領域の関数である）、
新たに算出された受信特性関数Ｈ１を基に、以下の式（２）に示す逆フィルタＭを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
Ｈ１＝Ｒｅ｛Ｈ｝＋ｉＥｎｖ（Ｉｍ｛Ｈ｝） ・・・（１）
Ｍ＝Ｈ１＊／｜Ｈ１｜２ ・・・（２）
ここで、Ｒｅ｛Ｈ｝は、Ｈの実部を示し、Ｉｍ｛Ｈ｝はＨの虚部を示し、Ｅｎｖ（Ｉｍ｛Ｈ｝）は、Ｈの虚部の包絡線を示し、Ｈ１＊はＨ１の複素共役を示す。 - 前記逆フィルタ算出部は、
前記受信特性関数をＨとすると、以下の式（３）で示されるウィナーフィルタを前記逆フィルタとする
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
Ｍ＝Ｈ＊／（｜Ｈ｜２＋Γ） ・・・（３）
ここで、Ｈ＊はＨの複素共役であり、Γは所定の定数である。 - 前記光ファイバの先端は、回転しつつ、前記レーザを射出する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記信号復元部から出力された信号を基に、画像を生成する画像生成部
を有することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記検出部に対する前記検出信号が到来する各角度に応じた前記受信特性関数が記憶部に格納されている
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記検出部に対する前記検出信号が到来する各角度に応じた操作部と、
前記検出信号の信号強度の増減を行う強度処理部と、
を有し、
所定の角度に対応する前記操作部が操作されると、前記強度処理部は、操作された前記操作部に対応する角度から到来したと判定された前記検出信号の強度を増減する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 光音響型のカテーテルに備えられ、当該光音響型のカテーテルの光ファイバから射出されたレーザの照射対象物から発せられた音波を到来信号として検出し検出信号を発生する検出部から発生した前記検出信号を、信号処理装置が処理する信号処理方法であって、
前記検出信号の受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する第１のステップと、
前記検出信号のフーリエ変換の結果と、前記逆フィルタ（但し、逆フィルタは周波数領域での逆フィルタである）との積を、逆フーリエ変換する信号復元ステップと、
を有し、
前記受信特性関数は、前記検出部の検出面に対する前記到来信号の傾きに基づいたものであるとともに、広帯域の周波数特性を有する周波数領域の関数であり、
前記逆フィルタにおいて、任意の周波数成分が０より大きい値を有するよう、前記逆フィルタを設定する
ことを特徴とする信号処理方法。 - 前記第1のステップは、
前記受信特性関数をＨとすると、新たな受信特性関数として、以下の式（１）に示す受信特性関数Ｈ１を算出し（但し、Ｈ及びＨ１は周波数領域の関数である）、
新たに算出された受信特性関数Ｈ１を基に、以下の式（２）に示す逆フィルタＭを算出する
ことを特徴とする請求項８に記載の信号処理方法。
Ｈ１＝Ｒｅ｛Ｈ｝＋ｉＥｎｖ（Ｉｍ｛Ｈ｝） ・・・（１）
Ｍ＝Ｈ１＊／｜Ｈ１｜２ ・・・（２）
ここで、Ｒｅ｛Ｈ｝は、Ｈの実部を示し、Ｉｍ｛Ｈ｝はＨの虚部を示し、Ｅｎｖ（Ｉｍ｛Ｈ｝）は、Ｈの虚部の包絡線を示し、Ｈ１＊はＨ１の複素共役を示す。 - 前記第1のステップは、
前記受信特性関数をＨとすると、以下の式（３）で示されるウィナーフィルタを前記逆フィルタとする
ことを特徴とする請求項８に記載の信号処理方法。
Ｍ＝Ｈ＊／（｜Ｈ｜２＋Γ） ・・・（３）
ここで、Ｈ＊はＨの複素共役であり、Γは所定の定数である。
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