CN108024794B - 光声测量装置及光声测量装置的信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于得到一种能够减少由在测定光所入射的受检体的表面部分产生的光声波引起的伪影的光声测量装置及其信号处理方法。所述光声测量装置(10)具有：区域判别机构(24)，根据光出射部(40)与声波检测部(20)之间的位置关系来判别光声图像中的伪影产生区域和伪影非产生区域；及滤波器机构(24)，对与伪影非产生区域的光声图像相对应的第一光声波检测信号进行第一滤波处理，对与伪影产生区域的光声图像相对应的第二光声波检测信号进行第二滤波处理。与第一滤波处理相比，第二滤波处理减少更多低于规定频率的频率范围的光声波检测信号。

Description

光声测量装置及光声测量装置的信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种根据在受检体内产生的光声信号来生成光声图像的光声测量装置及利用于该光声测量装置的信号处理方法。

背景技术

近年来，利用光声效果的非侵入式测量法受到瞩目。该测量法中，朝向受检体出射具有某一适当的波长(例如，可见光、近红外光或中间红外光的波长带)的脉冲光，并检测受检体内的吸收物质吸收该脉冲光的能量的结果所产生的作为弹性波的光声波来定量测量该吸收物质的浓度。受检体内的吸收物质是例如血液中所包含的葡萄糖或血红蛋白等。并且，检测这种光声波并根据其检测信号来生成光声图像的技术被称作光声成像(PAI：Photoacoustic Imaging)或光声层析成像(PAT：Photo Acoustic Tomography)。

在光声成像中，例如如专利文献1及2所示，多使用探头，所述探头具有：光出射部，朝向受检体出射测定光；及声波检测部，与该光出射部并排设置，检测通过测定光的出射而在受检体内产生的光声波。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-158531号公报

专利文献2：日本特表2015-519183号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

本申请发明人等发现如下：当使用如上所述那样光出射部和声波检测部并排设置而成的探头时，在测定光所入射的受检体的表面部分产生的光声波沿着受检体表面与其他信号一同被声波检测部检测，成为伪影(伪图像)的产生原因。这种伪影损害所显示的光声图像的诊断性能。

专利文献1中记载有按受检体的沿深度方向不同的区域，改变对光声波检测信号的处理而抑制伪影的技术。并且，专利文献2中记载有通过对光声波检测信号实施低频截断处理来去除伪影的技术。

但是，专利文献1中所记载的技术以弹性成像测定或B模式测定作为前提，在这些测定中，无法检测由在测定光所入射的受检体的表面部分产生的光声波引起的伪影产生区域。因此，专利文献1中所记载的技术中，无法以高精度减少或去除由在测定光所入射的受检体的表面部分产生的光声波引起的伪影。

并且，专利文献2中所记载的技术是在不识别产生伪影的区域的状态下进行低频截断处理，因此该技术也无法以高精度减少或去除由在测定光所入射的受检体的表面部分产生的光声波引起的伪影。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够以高精度减少或去除由在测定光所入射的受检体的表面部分产生的光声波引起的伪影的光声测量装置及利用于该光声测量装置的信号处理方法。

用于解决技术课题的手段

本发明的光声测量装置的特征在于，具备：

探头，具有：光出射部，向受检体出射测定光；及声波检测部，与光出射部并排设置，检测通过测定光的出射而在受检体内产生的光声波；

图像生成部，根据声波检测部所输出的光声波检测信号来生成光声图像；

区域判别机构，至少根据光出射部与声波检测部之间的位置关系来判别光声图像中的伪影产生区域和伪影非产生区域；及

滤波器机构，对上述光声波检测信号中与区域判别机构所判别的伪影非产生区域的光声图像相对应的第一光声波检测信号进行第一滤波处理，且对上述光声波检测信号中与区域判别机构所判别的伪影产生区域的光声图像相对应的第二光声波检测信号进行第二滤波处理，

与第一滤波处理相比，第二滤波处理中减少更多低于规定频率的频率范围的光声波检测信号。

另外，上述“光声波检测信号”、“第一光声波检测信号”及“第二光声波检测信号”是指不仅包括检测光声波而从声波检测部输出的信号其本身，而且还包括该信号接受了某种处理之后的信号(也包括经数字化的数据等)。

并且，上述“规定频率”并不是指某一值的一定的频率，而是指预先规定的频率，该值本身能够任意设定。

本发明的光声测量装置中，优选如下：

滤波器机构包括进行带通滤波处理的带通滤波器，

与作为第一滤波处理的带通滤波处理相比，作为第二滤波处理的带通滤波处理中，将低频率侧的截止频率设定于更高频率侧。

并且，本发明的光声测量装置中，也可以如下：

滤波器机构包括进行高通滤波处理的高通滤波器，

与作为第一滤波处理的高通滤波处理相比，作为第二滤波处理的高通滤波处理中，将截止频率设定于更高频率侧。

并且，本发明的光声测量装置中，优选区域判别机构根据将光出射部与声波检测部之间的位置关系与伪影产生区域及伪影非产生区域的边界建立了对应的对应表来判别伪影产生区域和伪影非产生区域。

并且，本发明的光声测量装置中，区域判别机构也可以基于光出射部与声波检测部之间的位置关系，通过计算伪影产生区域及伪影非产生区域的边界的计算式来判别伪影产生区域和伪影非产生区域。

并且，本发明的光声测量装置中，优选区域判别机构按照在光声波被传输的受检体的部位的声速来校正上述判别。

并且，本发明的光声测量装置中，优选滤波器机构对与设定于包括伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少1个边界区域有关的光声波检测信号进行与第一滤波处理及第二滤波处理不同的边界区域用滤波处理。

优选上述边界区域用滤波处理为第一滤波处理与第二滤波处理之间的中间的滤波处理。

另外，优选上述边界区域用滤波处理的通过特性是根据第一滤波处理的通过特性和第二滤波处理的通过特性，按照边界区域的受检体深度方向位置来规定的。

并且，优选本发明的光声测量装置还具备由信号构成与设定于包括伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少1个边界区域有关的图像，所述信号是按照边界区域的受检体深度方向位置，将接受了第一滤波处理的第一光声波检测信号和接受了第二滤波处理的第二光声波检测信号进行加权相加而得到的。

另一方面，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，所述光声测量装置具备：

探头，具有：光出射部，向受检体出射测定光；及声波检测部，与光出射部并排设置，检测通过测定光的出射而在受检体内产生的光声波；及

图像生成部，根据声波检测部所输出的光声波检测信号来生成光声图像，

所述光声测量装置的信号处理方法的特征在于，

至少根据光出射部与声波检测部之间的位置关系来判别光声图像中的伪影产生区域和伪影非产生区域，

对上述光声波检测信号中与伪影非产生区域的光声图像相对应的第一光声波检测信号进行第一滤波处理，

对上述光声波检测信号中与伪影产生区域的光声图像相对应的第二光声波检测信号进行第二滤波处理，

将第二滤波处理设为与第一滤波处理相比减少更多低于规定频率的频率范围的光声波检测信号。

另外，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，优选如下：

滤波处理为带通滤波处理，

与作为第一滤波处理的带通滤波处理相比，作为第二滤波处理的带通滤波处理中，将低频率侧的截止频率设定于更高频率侧。

并且，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，也可以如下：

滤波处理为高通滤波处理，

与作为第一滤波处理的高通滤波处理相比，作为第二滤波处理的高通滤波处理中，将截止频率设定于更高频率侧。

并且，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，优选根据将光出射部与声波检测部之间的位置关系与伪影产生区域及伪影非产生区域的边界建立了对应的对应表来判别伪影产生区域和伪影非产生区域。

或者，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，也可以根据光出射部与声波检测部之间的位置关系，通过计算伪影产生区域及伪影非产生区域的边界的计算式来判别伪影产生区域和伪影非产生区域。

并且，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，优选按照在光声波被传输的受检体的部位的声速来校正上述判别。

并且，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，优选对与设定于包括伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少1个边界区域有关的光声波检测信号进行与第一滤波处理及第二滤波处理不同的边界区域用滤波处理。

优选上述边界区域用滤波处理为第一滤波处理与第二滤波处理之间的中间的滤波处理。

并且，优选上述边界区域用滤波处理的通过特性是根据第一滤波处理的通过特性和第二滤波处理的通过特性，按照边界区域的受检体深度方向位置来规定的。

并且，本发明的光声测量装置的信号处理方法中，优选由信号构成与设定于包括伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少1个边界区域有关的图像，所述信号是按照边界区域的受检体深度方向位置，将接受了第一滤波处理的第一光声波检测信号和接受了第二滤波处理的第二光声波检测信号进行加权相加而得到的。

发明效果

本发明的光声测量装置构成为如下，即，具备：

探头，具有：光出射部，向受检体出射测定光；及声波检测部，与光出射部并排设置，检测通过测定光的出射而在受检体内产生的光声波；

图像生成部，根据声波检测部所输出的光声波检测信号来生成光声图像；

区域判别机构，至少根据光出射部与声波检测部之间的位置关系来判别光声图像中的伪影产生区域和伪影非产生区域；及

滤波器机构，对上述光声波检测信号中与区域判别机构所判别的伪影非产生区域的光声图像相对应的第一光声波检测信号进行第一滤波处理，且对上述光声波检测信号中与区域判别机构所判别的伪影产生区域的光声图像相对应的第二光声波检测信号进行第二滤波处理，

与第一滤波处理相比，第二滤波处理减少更多低于规定频率的频率范围的光声波检测信号，

因此能够以高精度减少或去除由在测定光所入射的受检体的表面部分产生的光声波引起的伪影。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的光声测量装置的整体结构的概略图。

图2是说明伪图像的产生的图。

图3(A)～图3(D)是表示因在受检体表面产生的光声波而产生了伪影区域的光声图像的图，图3(E)及图3(F)是分别表示生成该图3(A)及3(D)的光声图像时的光出射部与振子阵列之间的位置关系的概略图。

图4是表示光出射部与振子阵列之间的距离与可观察的深度之间的关系例的曲线图。

图5是表示滤波器的通过特性的一例的概略图。

图6是表示滤波器的通过特性的另一例的概略图。

图7是表示滤波器的通过特性的又一例的概略图。

图8是表示滤波器的通过特性的又一例的概略图。

图9是说明边界区域的概略图。

图10是表示滤波器的通过特性的又一例的概略图。

图11是说明光出射部与振子阵列之间的距离的图。

图12是表示本发明的另一实施方式的光声测量装置的整体结构的概略图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明的一实施方式的光声测量装置10的整体结构的概略图。另外，图1中概略地示出探头11的形状。本实施方式的光声测量装置10，作为一例具有根据光声信号生成光声图像的功能，如图1中概略所示，具备包括超声波探针的探头11、超声波单元12、激光单元13、显示部14及输入部15等。以下，对这些构成要件依次进行说明。

探头11例如具有朝向作为活体的受检体M出射测定光及超声波的功能和检测在受检体M内传输的声波U的功能。即，探头11能够进行对受检体M的超声波的出射(发送)及被受检体M反射而返回来的反射超声波(反射声波)的检测(接收)。

本说明书中，“声波”是包括超声波及光声波的术语。在此，“超声波”是指通过探头发送的弹性波及其反射波，“光声波”是指通过吸收体65吸收测定光而发出的弹性波。并且，探头11发出的声波并不限定于超声波，只要按照受检对象或测定条件等选择适当的频率，则也可以使用可听频率的声波。另外，作为受检体M内的吸收体65，例如可以举出血管、金属部件等。

探头11一般准备有应对扇区扫描的探头、应对线性扫描的探头、应对凸面扫描的探头等，按照摄像部位从这些之中选择使用适当的探头。并且，探头11上连接有将从后述的激光单元13发出的作为测定光的激光束L引导至光出射部40的作为连接部的光纤60。

探头11具备：作为声波检测器的振子阵列20；将该振子阵列20置于中间而在振子阵列20的两侧各配设有1个的合计2个光出射部40；及内部容纳有振子阵列20及2个光出射部40等的壳体50。

本实施方式中，振子阵列20还作为超声波发送元件发挥功能。振子阵列20经由未图示的配线与超声波发送用电路及声波接收用电路等连接。

振子阵列20中，沿一方向并排设置有多个作为电声转换元件的超声波振子。超声波振子为由例如压电陶瓷或如聚偏氟乙烯(PVDF)等高分子薄膜构成的压电元件。超声波振子具有将所接收的声波U转换成电信号的功能。另外，振子阵列20可以包括声透镜。

如上所述，本实施方式中的振子阵列20是多个超声波振子呈一维排列而成的，但也可以使用多个超声波振子呈二维排列而成的振子阵列。

如上所述，上述超声波振子还具有发送超声波的功能。即，若交变电压施加于该超声波振子，则超声波振子产生与交变电压的频率相对应的频率的超声波。另外，也可以使超声波的发送和接收相互分离。即，例如可以从与探头11不同的位置进行超声波的发送，并由探头11接收对该发送的超声波的反射超声波。

光出射部40为朝向受检体M出射通过光纤60引导的激光束L的部分。本实施方式中，光出射部40由光纤60的末端部、即远离作为测定光的光源的激光单元13的一侧的端部构成。如图1所示，本实施方式中，2个光出射部40将振子阵列20置于中间而配置于振子阵列20的例如标高方向的两侧。关于该标高方向，当多个超声波振子呈一维排列时为相对于该排列方向成直角且与振子阵列20的检测面平行的方向。

另外，光出射部也可以由光学结合于光纤60的末端的导光板及扩散板构成。这种导光板例如能够由丙烯酸板或石英板构成。并且，作为扩散板，能够使用基板上无规则地配置有微透镜的透镜扩散板、或例如分散有扩散微粒的石英板等。作为透镜扩散板，可以使用全息扩散板或工程(Engineering)扩散板。

图1所示的激光单元13例如具有Q开关翠绿宝石激光等闪光灯激发Q开关固体激光，发出作为测定光的激光束L。激光单元13例如构成为接收来自超声波单元12的控制部34的触发信号而输出激光束L。激光单元13优选为输出具有1～100nsec(纳秒)的脉冲宽度的脉冲激光束L的激光单元。

按照成为测量对象的受检体M内的吸收体65的光吸收特性适当选择激光束L的波长。例如，测量对象为活体内的血红蛋白时，即拍摄血管时，一般而言，其波长优选为属于近红外波长区域的波长。近红外波长区域是指大致700～850nm的波长区域。但是，激光束L的波长当然并不限于此。并且，激光束L可以是单波长的激光束，也可以是包含例如750nm及800nm等多个波长的激光束。当激光束L包含多个波长时，这些波长的光可以同时出射，也可以交替切换的同时出射。

另外，激光单元13除了上面叙述的翠绿宝石激光以外，也能够使用同样能够输出近红外波长区域的激光束的YAG-SHG(Second harmonic generation：二次谐波产生)-OPO(Optical Parametric Oscillation：光参数振荡)激光或Ti-Sapphire(钛-蓝宝石)激光等来构成。

光纤60将从激光单元13出射的激光束L引导至2个光出射部40。光纤60并没有特别限定，能够使用石英纤维等公知的光纤。例如可以使用1根较粗的光纤，或者可以使用多根光纤捆扎而成的光纤束。作为一例，使用光纤束时，以上述激光束L从聚集成1个的纤维部分的光入射端面入射的方式配置光纤束，并且如上所述，由光纤束的分支成2个的纤维部分的各末端部构成光出射部40。

超声波单元12具有接收电路21、接收存储器22、数据分离机构23、光声图像生成部24、超声波图像生成部29、显示控制部30、发送控制电路33及控制部34。

控制部34控制光声测量装置10的各部，本实施方式中具备未图示的触发控制电路。例如获取光声图像时，该触发控制电路向激光单元13发送光触发信号。由此，在激光单元13的Q开关固体激光中激发源的闪光灯点亮，激光棒开始被激发。在维持该激光棒的激发状态的期间，激光单元13成为能够输出激光束L的状态。

然后，控制部34从触发控制电路向激光单元13发送Q开关触发信号。即，控制部34根据该Q开关触发信号控制来自激光单元13的激光束L的输出定时。并且，控制部34在发送Q开关触发信号的同时，将采样触发信号发送至接收电路21。该采样触发信号规定接收电路21的AD转换器(Analog to Digital convertor：数模转换器)中的光声信号的采样开始定时。如此，通过使用采样触发信号，能够同步于激光束L的输出而采样光声信号。

当获取超声波图像时，控制部34向发送控制电路33发送指示超声波发送的超声波发送触发信号。发送控制电路33若接收超声波发送触发信号，则从探头11发送超声波。控制部34配合超声波发送的定时而向接收电路21发送采样触发信号，开始反射超声波信号的采样。

在获取以上叙述的光声图像或超声波图像时，探头11相对于受检体M例如沿前述标高方向一点一点改变位置而通过激光束L或超声波对受检体M进行扫描。因此，同步于该扫描，一边将声波检测线各错开一行一边进行上述光声信号或反射超声波信号的采样。另外，上述扫描可以通过由执刀医以手操作移动探头11来进行，或者可以使用自动扫描机构来进行。

接收电路21接收探头11的振子阵列20所输出的光声波检测信号，并将所接收的检测信号保存于接收存储器22。接收电路21典型地包括低噪声放大器、可变增益放大器、低通滤波器及AD转换器而构成。探头11所输出的光声波检测信号由低噪声放大器放大之后，由可变增益放大器进行与深度相应的增益调整，由低通滤波器截断高频分量之后，由AD转换器转换成数字信号，并保存于接收存储器22。接收电路21例如由1个IC(IntegratedCircuit：集成电路)构成。另外，上述基于低通滤波器的高频分量的截断用于防止AD转换时产生折叠噪声，一般而言，其截止频率设为AD转换的采样频率的一半左右的10MHz～30MHz左右。

本实施方式中，探头11输出光声波的检测信号和反射超声波的检测信号。因此，接收存储器22中保存有经数字化的光声波检测信号及反射超声波检测信号。数据分离机构23从接收存储器22读出光声图像用数据即经数字化的光声波检测信号并发送至光声图像生成部24。并且，数据分离机构23从接收存储器22读出反射超声波图像用数据即经数字化的反射超声波检测信号并发送至超声波图像生成部29。

光声图像生成部24重构从接收存储器22接收的光声波检测信号而生成光声图像。具体而言，光声图像生成部24以与振子阵列20的各超声波振子的位置相应的延迟时间将基于来自各超声波振子的信号的光声波检测信号进行相加，从而生成1行的光声波检测信号(延迟相加法)。光声图像生成部24也可以通过CBP法(Circular Back Projection：圆形反向投影)代替延迟相加法来进行重构。或者，光声图像生成部24也可以利用霍夫变换法或傅里叶变换法进行重构。经重构的多个行的光声波检测信号经过检波处理及对数转换处理等信号处理，作为用于显示光声图像(断层图像)的信号而被送至显示控制部30。

另外，上述多个行的光声波检测信号已实施数字化或重构等处理，并不是探头11的振子阵列20所输出的光声波检测信号其本身，但基于该振子阵列20所输出的光声波检测信号，因此称为“光声波检测信号”。并且，本实施方式中，光声图像生成部24中进行前述滤波处理，关于该处理将在后面进行详细说明。

超声波图像生成部29对保存于接收存储器22的反射超声波检测信号实施基本与对上述光声波检测信号的处理相同的处理而生成表示超声波图像(断层图像)的多个行的反射超声波检测信号。超声波图像生成部29将如此生成的反射超声波检测信号输出至显示控制部30。

显示控制部30根据上述光声波检测信号将光声图像显示于显示部14，并且根据上述反射超声波检测信号将超声波图像显示于显示部14。这2个图像单独地或者进行合成而作为合成图像显示于显示部14。在后者的情况下，显示控制部30例如将光声图像和超声波图像重叠而进行图像合成。如此，若除了光声图像以外还生成超声波图像并进行显示，则在超声波图像中能够观察无法在光声图像中图像化的部分。

接着，具有如上所述的基本结构的光声测量装置10中，对前述的防止伪影的产生这一点进行说明。首先，参考图2及图3对该伪影进行详细说明。

图2是表示从图1所示的吸收体65的一例即血管V产生的光声波和在测定光所入射的受检体表面产生的光声波被检测的状态的概略图。在向受检体M照射测定光L时，理想的是优选仅检测来自血管V的光声波U1，但实际上在测定光L所入射的受检体表面部分44产生的光声波U2也会被检测。该光声波U2成为伪影(伪图像)的原因。光声波U2产生至检测为止的时间依赖于光出射部40与振子阵列20(或各超声波振子。以下相同)之间的间隔，更详细而言为测定光L的抵接平面上的到达区域与声波检测部的间隔。即，光出射部40与振子阵列20之间的间隔越大，光声波U2在受检体中传递的距离越长，因此光声波U2产生至检测为止的时间延长。

另外，上述“抵接平面”是指通过探头11的末端(即，与受检体M接触的探头表面与声波检测部的中心轴的交点)并与声波检测部的检测面平行的平面。并且，“到达区域”是指抵接平面与测定光L交叉的区域。

并且，光声波U2产生至检测为止的时间影响光声图像中的伪影区域出现的范围。图3(A)～图3(F)是表示依赖于光出射部40与振子阵列20之间的间隔W1而观察区域(伪影非产生区域)R1及伪影产生区域R2的大小发生变化的状态的图。具体而言，图3(A)～图3(D)是表示因在受检体表面产生的光声波U2而产生了伪影产生区域R2的光声图像P的图。并且，图3(E)及图3(F)是分别表示生成图3(A)及图3(D)的光声图像P时的光出射部40与振子阵列20之间的位置关系的概略图。

由该图3可知，光出射部40与振子阵列20之间的间隔W1越大，伪影非产生区域R1与伪影产生区域R2的边界B越下降，即向受检体M的更深侧移动。这是因为，光声图像P的上下方向对应于时间轴，光出射部40与振子阵列20之间的间隔W1越大，检测出光声波U2的信号为止的时间越慢。将伪影非产生区域R1与伪影产生区域R2的边界B相对于以上叙述的光出射部40与振子阵列20之间的间隔W1之间的关系的一例示于图4。该图4的横轴为上述间隔W1，并且纵轴的“可观察的深度”即为伪影非产生区域R1的深度、即上述边界B的深度位置。

根据以上的见解，本实施方式中，作为一例，在图1的光声图像生成部24中通过带通滤波器进行以下的滤波处理。另外，该滤波处理是根据预先规定的程序，通过运算处理来进行的。

利用在如前述那样重构而表示光声图像的光声波检测信号中与伪影非产生区域R1有关的光声波检测信号(第一光声波检测信号)和与伪影产生区域R2有关的光声波检测信号(第二光声波检测信号)改变滤波器的通过特性来进行该带通滤波处理。在此，将对上述第一光声波检测信号的带通滤波处理称为第一带通滤波处理(本发明中的第一滤波处理)，将对上述第二光声波检测信号的带通滤波处理称为第二带通滤波处理(本发明中的第二滤波处理)。

将上述带通滤波处理的基本的通过特性示于图5。该图5中，虚线所示的是上述第一带通滤波处理中的通过特性，实线所示的是上述第二带通滤波处理中的通过特性。即，与对第一光声波检测信号的低频率侧的截止频率fL1相比，对第二光声波检测信号的低频率侧的截止频率fL2设定于更高频率侧。更详细而言，例如探头11的振子阵列20的检测中心频率为6.5MHz时，对第一光声波检测信号的低频率侧的截止频率fL1设为1MHz左右，高频率侧的截止频率fH设为10MHz左右，对第二光声波检测信号的低频率侧的截止频率fL2设为2MHz左右，高频率侧的截止频率fH设为10MHz左右。

如上，本实施方式中，将对第二光声波检测信号的第二带通滤波处理设为与对第一光声波检测信号的第一带通滤波处理相比减少更多低于规定频率(2MHz)的频率范围的光声波检测信号。在此，“低于规定频率的频率范围”并不限于低于2MHz的频率范围，是存在于光声波检测信号的最低频率侧的具有某一宽度的频率范围，“规定频率”的数值能够适当设定。

如前面参考图2所说明，在受检体表面部分44产生而成为伪影的原因的光声波U2是从激光束L所入射的受检体M的整个表面部分产生，因此检测出该光声波U2的信号成为较低频率区域的信号。因此，如上所述，若与第一光声波检测信号相比，去除更多第二光声波检测信号的低频率范围的信号分量，则在显示于显示部14的光声图像的伪影产生区域R2中不会产生伪影或伪影会减少。其另一方面，在伪影非产生区域R1中受检体M的诊断上有意的低频率范围的信号分量不小心被去除的情况也会消失。因此，在显示部14中能够整体显示诊断性能高的光声图像。相对于此，前面叙述的专利文献2中所记载的技术中，诊断上有意的低频率范围的信号分量有可能被去除。

另外，为了判别上述伪影非产生区域R1和伪影产生区域R2，需知这两个区域的边界B。如前面参考图3及图4所说明，上述边界B的受检体深度方向位置基本与光出射部40与振子阵列20之间的间隔W1对应。因此，本实施方式中，图1所示的光声图像生成部24的内部存储器中以查表的形式预先存储有每个探头11的上述边界B的受检体深度方向位置与上述间隔W1的对应表，光声图像生成部24参考该查表来判别边界B，即伪影非产生区域R1及伪影产生区域R2。由此，即使在对光声测量装置10以不可更换的方式安装有多种探头11的情况下，也能够从例如输入部15输入所使用的探头11的识别信息，关于该探头11准确地判别伪影非产生区域R1及伪影产生区域R2。由以上的说明明确可知，本实施方式中，光声图像生成部24构成本发明中的区域判别机构及滤波器机构。

在此，作为滤波器机构，优选应用利用海明窗、汉宁窗、布莱克曼窗或凯泽窗等窗函数减少了旁瓣的影响的滤波器。

另外，上述边界B的受检体深度方向位置与上述间隔W1之间的关系按照在观察部位的声速即在光声波被传输的受检体M的部位的声速而发生变化。因此，可以按照上述声速来校正上述对应表中的边界B的受检体深度方向位置与间隔W1之间的关系。通过该校正，边界B的受检体深度方向位置被校正，即伪影非产生区域R1和伪影产生区域R2的判别被校正。

上述声速可以从图1所示的输入部15输入，或者可以将该声速与观察部位之间的对应关系预先存储于未图示的存储机构，并根据从输入部15输入的观察部位的信息，参考上述对应关系而得知声速。

另外，关于边界B的受检体深度方向位置与间隔W1之间的关系，除了按照上述声速进行校正以外，也可以根据作为测定光的激光L的强度、激光L的脉冲宽度及振子阵列20的检测面上有无音响部件中的至少1个来校正上述关系。

并且，也可以预先存储根据间隔W1计算边界B的受检体深度方向位置的计算式，根据从图1所示的输入部15输入的间隔W1，通过上述计算式求出边界B，来代替从边界B的受检体深度方向位置与间隔W1的对应表求出边界B。

进而，也可以一边由操作者确认示于显示部14的伪影非产生区域R1和伪影产生区域R2的显示，一边从输入部15输入指定边界B的信息。

上述指定边界B的信息也可以不是表示边界B的受检体深度方向位置其本身的信息。例如，可以是如图11所示的x(从光轴在光出射部40的出射端的位置至振子阵列20的中心轴为止的距离)、y(从光轴在光出射部40的出射端的位置至抵接平面S1为止的距离)及θ(抵接平面S1与测定光的光轴所成的角度)。若得到x、y及θ，则得到光出射部40与振子阵列20之间的间隔W1，由此能够进一步得到边界B的受检体深度方向位置。

并且，当光出射部40的出射端上的光轴相对于抵接平面倾斜时，能够如下那样定义“测定光在抵接平面上的到达区域与声波检测部之间的间隔”。例如，如图11所示，检测面上未装配有任何部件时，将检测面与振子阵列20的中心轴的交点设为P1，将利用高斯分布对测定光在到达区域中的能量分布(enrgy profile)EP进行近似时的最大点设为P2。此时，上述点P1成为抵接平面所通过的探头的末端。并且，能够将该点P1及点P2之间的距离W2设为“到达区域与声波检测部之间的间隔”。

并且，由操作者在显示部14上确认根据前面叙述的对应表或计算式规定的伪影非产生区域R1和伪影产生区域R2的显示，当可以想到比其更适当的区域划分时，可以由操作者从输入部15输入指定该区域划分的边界B的信息而重新设定伪影非产生区域R1和伪影产生区域R2。

另外，也可以使用高通滤波器去除上述低频率范围的信号分量，来代替通过以上叙述的带通滤波处理去除第一光声波检测信号及第二光声波检测信号的低频率范围的信号分量。图6中示出这种高通滤波器的基本的通过特性例。该图6中，虚线所示的是对第一光声波检测信号的第一高通滤波处理(本发明中的第一滤波处理)的通过特性，实线所示的是对第二光声波检测信号的第二高通滤波处理(本发明中的第二滤波处理)的通过特性。即，此时，与对第一光声波检测信号的截止频率f1相比，对第二光声波检测信号的截止频率f2设定于更高频率侧。

例如，上述截止频率f1设为1MHz左右，截止频率f2设为2MHz左右。由此，若此时与第一光声波检测信号相比，去除更多第二光声波检测信号的低频率范围的信号分量，则也能够得到与使用图5中示出通过特性的带通滤波器的情况基本相同的效果。

并且，当使用带通滤波器时，也能够应用图7所示的通过特性或图8所示的通过特性的带通滤波器。这些图中，虚线所示的也是对第一光声波检测信号的第一带通滤波处理的通过特性，实线所示的也是对第二光声波检测信号的第二带通滤波处理的通过特性。

与图5所示的通过特性相比，图7所示的通过特性的不同点在于，对第一光声波检测信号的低频率侧的截止频率在fL1与fL2之间以滚降(roll off)状连续变化。此时，与第一光声波检测信号相比，能够去除更多第二光声波检测信号的低频率范围的信号分量，因此也能够得到与使用图5中示出通过特性的带通滤波器的情况基本相同的效果。

另外，图7所示的例子中，对第一光声波检测信号的第一带通滤波处理的低频率侧的截止频率在fL1与fL2之间连续变化，但该截止频率也可以在fL1与fL2之间阶段性地变化。

与图5所示的通过特性相比，图8所示的通过特性的不同点在于，对第二光声波检测信号的滤波的增益设定为高于对第一光声波检测信号的滤波的增益。此时，与第一光声波检测信号相比，能够去除更多第二光声波检测信号的低频率范围的信号分量，因此也能够得到与使用图5中示出通过特性的带通滤波器的情况基本相同的效果。并且，此时，通过去除更多第二光声波检测信号的低频率范围的信号分量，如上所述，能够通过提高对第二光声波检测信号的滤波的增益来补偿第二光声波检测信号的整体信号强度的降低量。

另外，如上所述，若使对与伪影非产生区域R1有关的光声波检测信号的滤波的特性和对与伪影产生区域R2有关的光声波检测信号的滤波的特性相互不同，则在根据滤波后的光声波检测信号制作且显示的光声图像中，在伪影非产生区域R1与伪影产生区域R2的边界B，图像的频率特性容易急剧变化。以下，对设为抑制该频率特性的急剧变化的实施方式进行说明。

另外，以下说明的处理例如在图1的光声图像生成部24中进行。该实施方式中，作为一例，在包括图9中概略地示出的伪影非产生区域R1与伪影产生区域R2的边界B的范围内设定2个边界区域BR1及边界区域BR2。本例中，边界区域BR1属于伪影非产生区域R1内，边界区域BR2属于伪影产生区域R2内。并且，此时，通过前述带通滤波器，对与边界区域BR1及边界区域BR2的各光声图像相对应的光声波检测信号实施带通滤波处理，但这些带通滤波处理设为边界区域用带通滤波处理，所述边界区域用带通滤波处理既与对与伪影非产生区域R1的光声图像相对应的第一光声波检测信号的第一带通滤波处理不同，也与对与伪影产生区域R2的光声图像相对应的第二光声波检测信号的第二带通滤波处理不同。

在此，将上述各带通滤波中的基本的通过特性示于图10。该图10中，虚线所示的是对上述第一光声波检测信号的通过特性，实线所示的是对上述第二光声波检测信号的通过特性，双点划线所示的是对与边界区域BR1的光声图像相对应的光声波检测信号的通过特性，并且单点划线所示的是对与边界区域BR2的光声图像相对应的光声波检测信号的通过特性。

如上，对与边界区域BR1的光声图像相对应的光声波检测信号的边界区域用带通滤波处理及对与边界区域BR2的光声图像相对应的光声波检测信号的边界区域用带通滤波处理设为，对与伪影非产生区域R1的光声图像相对应的第一光声波检测信号的第一带通滤波处理与对与伪影产生区域R2的光声图像相对应的第二光声波检测信号的第二带通滤波处理之间的中间的处理。

更具体而言，边界区域BR1用带滤波(band filtering)处理的通过特性之一的低频率侧的截止频率fL3(＝1.3MHz)和边界区域BR2用带滤波处理的低频率侧的截止频率fL4(＝1.7MHz)各自是根据伪影非产生区域R1用第一带通滤波处理的低频率侧的截止频率fL1(＝1MHz)和伪影产生区域R2用第二带通滤波处理的低频率侧的截止频率fL2(＝2MHz)，按照边界区域BR1、边界区域BR2的受检体深度方向位置来规定的。

通过如以上那样设定各带通滤波处理的低频率侧的截止频率fL1～fL4，在伪影非产生区域R1与伪影产生区域R2的边界B，光声图像的频率特性急剧变化的现象会消失。即，在显示于显示部14的光声图像中，在伪影非产生区域R1、边界区域BR1、边界区域BR2及伪影产生区域R2的各边界，频率特性一点一点变化，光声图像的诊断性能得到提高。

另外，以上说明的实施方式中，在包括伪影非产生区域R1与伪影产生区域R2的边界B的范围设定了2个边界区域BR1及边界区域BR2，但边界区域也可以设定1个以上的任意个。并且，当仅设定1个边界区域时，可以成为该边界区域的端缘与边界B对齐的状态。边界区域设定得越多，越能够使各区域的边界上的频率特性变化变得更平滑，但滤波处理所需时间也相应地延长，因此考虑这两个方面设定为适当的数量为佳。

接着，对设为能够抑制伪影非产生区域R1与伪影产生区域R2的边界B上图像的频率特性急剧变化的本发明的另一实施方式进行说明。另外，以下说明的处理例如在图1的光声图像生成部24中进行。

该实施方式中，如图9所示，也在包括伪影非产生区域R1及伪影产生区域R2的边界的范围内设定至少1个边界区域。本实施方式中，与图9的例子相同，设定2个边界区域BR1及边界区域BR2。并且，对与伪影非产生区域R1的光声图像相对应的第一光声波检测信号实施将低频率侧的截止频率fL1设为1MHz的第一带通滤波处理而得到第一处理完成光声波检测信号。另一方面，对与伪影产生区域R2的光声图像相对应的第二光声波检测信号实施将低频率侧的截止频率fL2设为2MHz的第二带通滤波处理而得到第二处理完成光声波检测信号。

并且，按照边界区域BR1及边界区域BR2的受检体深度方向位置，将上述第一处理完成光声波检测信号及第二处理完成光声波检测信号进行加权相加而得到边界区域BR1用光声波检测信号及边界区域BR2用光声波检测信号。此时，例如对第一处理完成光声波检测信号赋予加权系数0.7并对第二处理完成光声波检测信号赋予加权系数0.3而进行加权相加，从而得到边界区域BR1用光声波检测信号。并且，例如对第一处理完成光声波检测信号赋予加权系数0.3并对第二处理完成光声波检测信号赋予加权系数0.7而进行加权相加，从而得到边界区域BR2用光声波检测信号。

利用如以上那样得到的边界区域BR1用光声波检测信号来生成边界区域BR1的光声图像，并利用边界区域BR2用光声波检测信号来生成边界区域BR2的光声图像，并且对于伪影非产生区域R1的边界区域BR1以外的部分，利用上述第一处理完成光声波检测信号来生成光声图像，并且对于伪影产生区域R2的边界区域BR2以外的部分，利用上述第二处理完成光声波检测信号来生成光声图像，并将这些光声图像进行合成而生成1张光声图像并进行显示。

如此显示于显示部14的光声图像在伪影非产生区域R1、边界区域BR1、边界区域BR2及伪影产生区域R2的各边界上频率特性一点一点变化，光声图像的诊断性能得到提高。

并且，与为了抑制频率特性的急剧变化而如上述所述那样改变伪影非产生区域R1、伪影产生区域R2、边界区域BR1及边界区域BR2的对各光声波检测信号的滤波处理的特性的情况相比，本实施方式在减轻计算处理方面优异。

以上，对能够与光声图像同时生成且显示反射超声波图像的光声测量装置10进行了说明，但本发明当然也能够应用于构成为不进行反射超声波图像的生成及显示而只进行光声图像的生成及显示的光声测量装置。图12是表示如此构成的光声测量装置10的一例的图。与图1所示的光声测量装置相比，该图12所示的光声测量装置10成为数据分离机构23、超声波图像生成部29及发送控制电路33被去除的形态。

符号说明

10-光声测量装置，11-探头，12-超声波单元，13-激光单元，14-显示部，15-输入部，20-振子阵列，21-接收电路，22-接收存储器，23-数据分离机构，24-光声图像生成部，29-超声波图像生成部，30-显示控制部，33-发送控制电路，34-控制部，40-光出射部，50-壳体，60-光纤，65-吸收体，B-伪影非产生区域与伪影产生区域的边界，L-激光束(测定光)，M-受检体，R1-伪影非产生区域，R2-伪影产生区域，U-声波，U1、U2-光声波。

Claims (20)

1.一种光声测量装置，其特征在于，具有：

探头，具有：光射出部，其向受检体射出测定光；及声波检测部，其与该光射出部并排设置，并检测通过所述测定光的射出而在所述受检体内产生的光声波；

图像生成部，其根据所述声波检测部所输出的光声波检测信号来生成光声图像；

区域判别机构，其至少根据所述光射出部与所述声波检测部之间的位置关系来判别所述光声图像中的伪影产生区域和伪影非产生区域；及

滤波器机构，其对所述光声波检测信号中与所述区域判别机构所判别的伪影非产生区域的光声图像对应的第一光声波检测信号进行第一滤波处理，且对所述光声波检测信号中与所述区域判别机构所判别的伪影产生区域的光声图像对应的第二光声波检测信号进行第二滤波处理，

与所述第一滤波处理相比，所述第二滤波处理更多地减少低于规定频率的频率范围的光声波检测信号。

2.根据权利要求1所述的光声测量装置，其中，

所述滤波器机构包括进行带通滤波处理的带通滤波器，

与作为所述第一滤波处理的所述带通滤波处理的低频率侧的截止频率相比，在作为所述第二滤波处理的所述带通滤波处理中，将低频率侧的截止频率设定于更高频率侧。

3.根据权利要求1所述的光声测量装置，其中，

所述滤波器机构包括进行高通滤波处理的高通滤波器，

与作为所述第一滤波处理的所述高通滤波处理相比，在作为所述第二滤波处理的所述高通滤波处理中，将截止频率设定于更高频率侧。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光声测量装置，其中，

所述区域判别机构根据将所述光射出部与所述声波检测部之间的位置关系与所述伪影产生区域及伪影非产生区域的边界对应起来的对应表来判别所述伪影产生区域和伪影非产生区域。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的光声测量装置，其中，

所述区域判别机构基于所述光射出部与所述声波检测部之间的位置关系，通过计算所述伪影产生区域及伪影非产生区域的边界的计算式来判别所述伪影产生区域和伪影非产生区域。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的光声测量装置，其中，

所述区域判别机构按照传播所述光声波的受检体的部位的声速来校正所述判别。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的光声测量装置，其中，

所述滤波器机构对与设定于包括所述伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少一个边界区域有关的光声波检测信号进行低频侧的截止频率与所述第一滤波处理及所述第二滤波处理不同的边界区域用滤波处理。

8.根据权利要求7所述的光声测量装置，其中，

所述边界区域用滤波处理的低频侧的滤波频率处于所述第一滤波处理的低频侧的滤波频率与所述第二滤波处理的低频侧的滤波频率之间。

9.根据权利要求8所述的光声测量装置，其中，

所述边界区域用滤波处理的通过特性是根据所述第一滤波处理的通过特性和所述第二滤波处理的通过特性，按照所述边界区域的受检体深度方向位置来规定的。

10.根据权利要求1至3中任意一项所述的光声测量装置，其还具备由下述的信号构成与设定于包括所述伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少一个边界区域有关的图像的机构，所述信号是按照所述边界区域的受检体深度方向位置，对接受了所述第一滤波处理的所述第一光声波检测信号和接受了所述第二滤波处理的所述第二光声波检测信号进行加权相加而得到的。

11.一种光声测量装置的信号处理方法，所述光声测量装置具备：

探头，具有：光射出部，其向受检体射出测定光；及声波检测部，其与该光射出部并排设置，并检测通过所述测定光的射出而在所述受检体内产生的光声波；及

图像生成部，其根据所述声波检测部所输出的光声波检测信号来生成光声图像，

所述光声测量装置的信号处理方法的特征在于，

至少根据所述光射出部与所述声波检测部之间的位置关系来判别所述光声图像中的伪影产生区域和伪影非产生区域，

对所述光声波检测信号中的与所述伪影非产生区域的光声图像对应的第一光声波检测信号进行第一滤波处理，

对所述光声波检测信号中的与所述伪影产生区域的光声图像对应的第二光声波检测信号进行第二滤波处理，

将所述第二滤波处理设为与所述第一滤波处理相比更多地减少低于规定频率的频率范围的光声波检测信号。

12.根据权利要求11所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

所述滤波处理为带通滤波处理，

与作为所述第一滤波处理的所述带通滤波处理相比，在作为所述第二滤波处理的所述带通滤波处理中，将低频率侧的截止频率设定于更高频率侧。

13.根据权利要求11所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

所述滤波处理为高通滤波处理，

与作为所述第一滤波处理的所述高通滤波处理的低频率侧的截止频率相比，在作为所述第二滤波处理的所述高通滤波处理中，将截止频率设定于更高频率侧。

14.根据权利要求11至13中任意一项所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

根据将所述光射出部和所述声波检测部之间的位置关系与所述伪影产生区域及伪影非产生区域的边界对应起来的对应表来判别所述伪影产生区域和伪影非产生区域。

15.根据权利要求11至13中任意一项所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

基于所述光射出部与所述声波检测部之间的位置关系，通过计算所述伪影产生区域及伪影非产生区域的边界的计算式来判别所述伪影产生区域和伪影非产生区域。

16.根据权利要求11至13中任意一项所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

按照传播所述光声波的受检体的部位的声速来校正所述判别。

17.根据权利要求11至13中任意一项所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

对于与设定于包括所述伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少一个边界区域有关的光声波检测信号进行低频侧的截止频率与所述第一滤波处理及所述第二滤波处理不同的边界区域用滤波处理。

18.根据权利要求17所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

所述边界区域用滤波处理的低频侧的滤波频率处于所述第一滤波处理的低频侧的滤波频率与所述第二滤波处理的低频侧的滤波频率之间。

19.根据权利要求18所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

所述边界区域用滤波处理的通过特性是根据所述第一滤波处理的通过特性和所述第二滤波处理的通过特性，按照所述边界区域的受检体深度方向位置来确定的。

20.根据权利要求11至13中任一项所述的光声测量装置的信号处理方法，其中，

由下述的信号构成与设定于包括所述伪影非产生区域及伪影产生区域的边界的范围内的至少一个边界区域有关的图像，所述信号是按照所述边界区域的受检体深度方向位置，对接受了所述第一滤波处理的所述第一光声波检测信号和接受了所述第二滤波处理的所述第二光声波检测信号进行加权相加而得到的。

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