JP2015216982A - 光音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メモリに保存される受信信号のデータ量を低減することのできる光音響装置を提供する。
【解決手段】光音響装置は、光源２０と、光源２０からの光が被検体８に照射されることにより発生した光音響波を受信して時系列の受信信号を出力する受信素子を備える探触子２と、受信素子から出力された時系列の受信信号に基づいて受信信号データを生成し、保存する信号データ取得部７と、被検体内の注目位置における光量を取得する光量取得部５と、信号データ取得部７に保存された受信信号データに基づいて被検体内の被検体情報を取得する情報取得部９と、を有し、信号データ取得部７は、注目位置における光量が閾値よりも小さいときに、時系列の受信信号のうち注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光音響効果を利用して被検体情報を取得する光音響装置に関する。

レーザなどの光源から生体などの被検体に光を照射し、入射した光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ（ＰＡＩ：光音響イメージング）がある。光音響イメージングでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝搬・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体組織から発生した音響波（典型的には超音波）を受信し、その受信信号に基づき被検体情報をイメージング（画像化）する。

すなわち、腫瘍などの対象部位とそれ以外の組織との光エネルギーの吸収率の差を利用し、被検部位が照射された光エネルギーを吸収して瞬間的に膨張する際に発生する弾性波（光音響波）を探触子で受信する。この受信信号を数学的に解析処理することにより、被検体内の情報、特に、初期音圧分布、光エネルギー吸収密度分布あるいは吸収係数分布などを得ることができる。これらの情報は、被検体内の特定物質、例えば、血液中の酸素飽和度などの定量的計測にも利用できる。近年、この光音響イメージングを用いて、小動物の血管像をイメージングする前臨床研究や、この原理を乳がんなどの診断に応用する臨床研究が積極的に進められている（非特許文献１）。

特許文献１には、音響波受信素子が配置された探触子を用いて光音響イメージングを行う光音響装置が記載されている。また、特許文献１には、胸部組織に電磁波が照射され、電磁波の照射により発生した光音響波を探触子が受信して受信信号を出力し、受信信号はメモリに保存されることが記載されている。また、特許文献１には、保存された受信信号のデータを用いて胸部組織の画像を形成することが記載されている。

米国特許第５７１３３５６号明細書

"Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ： Ｉｎ Ｖｉｖｏ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｆｒｏｍ Ｏｒｇａｎｅｌｌｅｓ ｔｏ Ｏｒｇａｎｓ"， Ｌｉｈｏｎｇ Ｖ．Ｗａｎｇ Ｓｏｎｇ Ｈｕ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ３３５，１４５８（２０１２）

特許文献１に示されるような光音響装置では、前述したように探触子から出力された受信信号を保存する必要がある。一方、光音響装置においては、保存される受信信号のデータ量を低減することが望まれている。

そこで本発明は、メモリに保存される受信信号のデータ量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。

本明細書に開示された光音響装置は、光源と、光源からの光が被検体に照射されることにより発生した光音響波を受信して時系列の受信信号を出力する受信素子を備える探触子と、受信素子から出力された時系列の受信信号に基づいて受信信号データを生成し、保存する信号データ取得部と、被検体内の注目位置における光量を取得する光量取得部と、信号データ取得部に保存された受信信号データに基づいて被検体内の被検体情報を取得する情報取得部と、を有し、信号データ取得部は、注目位置における光量が閾値よりも小さいときに、時系列の受信信号のうち注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する。

本発明に係る光音響装置によれば、メモリに保存される受信信号のデータ量を低減することができる。

実施形態１に係る光音響装置の構成を表す図。 実施形態１に係る測定フローを表す図。 実施形態１に係る光音響装置の動作を表す図。 実施形態１に係る光音響装置の構成の具体例を表す図。 実施形態１に係る制御信号を表す図。 実施形態１に係る光音響装置の別の動作を表す図。 実施形態２に係る光音響装置を説明するための図。 実施形態３に係る光音響装置を説明するための図。

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、形状及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り、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。

本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。本発明の光音響装置とは、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、被検体内の特性情報を取得する光音響効果を利用した装置である。

光音響装置における被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の初期音圧や、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等を反映した特性情報である。物質の濃度とは、例えば酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの濃度や、酸素飽和度などである。特性情報は、数値データではなく、被検体内の各位置の分布情報であっても良い。つまり、初期音圧分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などを画像データとして生成してもよい。

本発明は、係る光音響装置によって音響波を受信する際の、制御方法として捉えることもできる。以下の実施形態においては、光音響装置の具体例として、光音響装置について説明する。各図面で同一の構成要素については、基本的に同じ符合を付し、説明を省略する。

まず、光音響効果により生じる音響波の音圧と、被検体内の光量の関係について述べる。光音響効果により生じる音響波の音圧ｐ_０［Ｐａ］は、式（１）で表される。

式（１）において、μ_ａは被検体内の光吸収体（腫瘍等）の吸収係数［／ｍｍ］である。Γはグリュナイゼン係数である。Φは光吸収体の位置の光量［Ｊ／ｍｍ^２］である。光量Φのことを光フルエンスとも呼ぶ。グリュナイゼン係数Γは体積膨張係数に音速の２乗をかけた値を定圧比熱で除した値であって、生体では略一定値をとる。

式（１）からわかるように、発生する音圧は光量に比例する。生体のような強い光散乱体が被検体である場合、光量Φは、典型的には光が照射された位置からの距離に応じて指数的に減衰する。そのため、減衰によって光量が低下してしまい、発生する音響波の音圧を検出することが困難な領域が生じる。このような、光量が低い領域由来の音響波は典型的にＳＮ比が低く、被検体内の被検体情報を高精度に取得するのに大きく寄与しない可能性がある。よって、光量が低い領域由来の音響波の受信信号のデータを保存する意義は小さい。

そこで、以下の本実施形態に係る光音響装置は、測定時に照射される光の被検体内における光量分布を推定し、その光量分布のうちある閾値よりも小さい光量となる注目位置を決定する。そして、測定時に探触子により光音響効果により発生した光音響波を受信して出力された時系列の受信信号のうち、ある閾値よりも小さい光量となる注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減する。

このように光量の小さい注目位置で発生した光音響波の受信信号のデータ量を低減することにより、受信信号のデータを保存するためのメモリ容量を抑制することができる。一方、低減された受信信号のデータは被検体情報を高精度に取得するために大きく寄与しないデータであるため、このデータ低減によって被検体情報の精度が低下してしまう可能性は低い。

なお、探触子から出力された時系列の受信信号のうち、光量の小さい注目位置で発生した光音響波の受信信号をメモリに保存しないことにより、メモリに保存される受信信号のデータ量を低減することができる。その他、光量の高い領域で発生した光音響波の受信信号に対するサンプリング周波数よりも低いサンプリング周波数で受信信号をサンプリングすることによりデータ量を低減することができる。このように、光量の小さい注目位置で発生した光音響波の受信信号のデータ量を低減できる限り、いかなる方法でデータ量を低減してもよい。

また、関心領域が２次元領域である場合注目位置はピクセルであり、関心領域が３次元領域である場合注目位置はボクセルである。

［実施形態１］
次に、本実施形態における光音響装置の構成について図１を用いて説明する。

（装置構成）
図１は、本実施形態における光音響装置の概要を示す図である。以下、被検体の情報を取得するための構成を説明する。

本発明の光音響装置は、光源２０、照射部１、探触子２、制御部３、入力部４、光量取得部５、光量比較部６、低減データ決定部１５、信号データ取得部７、再構成部９、表示部１０、移動機構１２を含む。

以下に、本発明の光音響装置の構成要素について、詳細に説明を行う。

（光源２０）
本発明の光源２０は、被検体８に照射する照射光１１を生成する。光源２０は、コヒーレント、または、インコヒーレントのパルス光源を少なくとも一つは備える。光音響効果を発生させるため、パルス幅は数８ナノ秒以下が好ましい。また、乳がん等を測定する場合は、生体を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を発生する。光源２０としては大きな出力が得られるレーザが好ましいが、レーザのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザとしては、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レーザを使用することができる。

（照射部１）
光学系としての照射部１は、光源２０が生成した照射光１１を、光音響測定に適した方法で被検体８に照射する。受信信号のＳＮ比を高くするために、被検体の一部の面からだけでなく、複数の面から光を照射してもよい。例えば、被検体に対して探触子２と対向する側からも光を照射してもよい。照射部１は、ミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、又は、光を分散・屈折・反射するプリズムや、光ファイバーを含む。このような光学部品は、上記以外にも光源２０が生成した光を被検体に所望の方法（照射方向、形状等）で照射することができればどのようなものを用いてもよい。

（探触子２）
探触子２は、被検体８に光が照射されることで発生した音響波を受信して、受信信号である電気信号に変換する音響波受信素子と筺体とを備える。音響波受信素子には、圧電現象を用いた音響波受信素子、光の共振を用いた音響波受信素子、容量の変化を用いた音響波受信素子などを採用することができる。音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような音響波受信素子を用いてもよい。本実施形態においては、異なる位置で音響波を受信するために、１つ以上の音響波受信素子が存在し得る。１つ以上の音響波受信素子が様々な形態に配列され、探触子２を形成する。例えば、探触子２はリニア型、１．５Ｄ型、２Ｄ型、コンベックス型、アーク型、半球型のほか、いかなる形状も取り得る。探触子２は、複数の音響波受信素子により生成された電気信号を信号データ取得部７に出力する。

（制御部３）
制御部３は、各種パラメータを他の構成へ適切なタイミングで供給し、各構成の制御を行う。

制御部３は、典型的にはＰＣ、もしくはＣＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの回路が搭載された電子基板にて構成されるが、制御部３の構成は必ずしもこれに限定されない。本発明の光音響装置の制御ができる限り、どのような構成を用いてもよい。

（移動機構１２）
移動機構１２は、照射部１および探触子２を被検体８に対して相対的に移動させる。移動機構１２は、モータなどの駆動部とその駆動力を伝達する機械部品から構成され、制御部３からの測定パラメータの情報に従って、照射部１および探触子２を移動させることにより光の照射位置と光音響波の受信位置を移動させる。光の照射位置と光音響波の受信位置を被検体８に対して移動させながら受信信号データの取得を繰返すことで、目的とする広範囲の被検体情報を得るための受信信号データを取得することができる。移動機構１２は、探触子２を移動させる探触子移動機構と、光学系としての照射部１を移動させる光学系移動機構としての機能を兼ねることができる。なお、探触子移動機構と光学系移動機構とを異なる機構で構成してもよい。

また移動機構１２は、照射部１による１回の光の照射制御に同期して、光照射時、すなわち光音響波の受信時の照射部１および探触子２の位置情報を制御部３へ出力する。

（入力部４）
入力部４は、ユーザが制御部３に所望の情報を入力するために所望の情報を指定できるように構成された部材である。入力部４としては、キーボード、マウス、タッチパネル、ダイヤル、およびボタンなどを用いることができる。入力部４としてタッチパネルを採用する場合、表示部１０が入力部４を兼ねるタッチパネルであってもよい。

入力部４は、操作者による被検体８の光学特性値（吸収係数と等価散乱係数）や、光音響装置の制御に必要な情報などの入力を受け付けることができる。

（光量取得部５）
光量取得部５は、被検体８に照射される光の被検体８内部の光量分布を取得する。光量分布の計算方法として、輸送方程式の数値解法、拡散近似方程式の数値解法、モンテカルロ法による数値解法などを用いることができる。光量分布の計算には、照射光１１の強度分布パターンを反映させることが望ましい。これにより光量分布の計算精度を向上させることができる。例えば、照射部１で照射光１１の強度分布パターンをモニターできるようにしておき、強度分布パターンを光量取得部５に入力するとよい。

なお、光量取得部５は、照射光１１を被検体８に照射する前に設定された照射条件（照射領域、光強度、照射角度など）から被検体８に照射されることとなっている照射光１１の被検体８内での光量分布を取得することができる。また、光量取得部５は、実際に被検体８に照射された照射光１１の照射条件から実際に照射された光の被検体８内での光量分布を求めることもできる。この場合、光量取得部５は、実際に被検体８に照射された光の照射条件の測定結果を被検体８内の光量分布の取得に反映させることができる。

また、光量取得部５は、被検体８の形状の情報を用いて、境界条件を設定することや被検体８の表面における光強度分布などを設定することにより被検体８内の光量分布を取得してもよい。このように被検体８の形状の情報を用いることにより、被検体８内の光量分布をより精度よく取得することができる。

（光量比較部６）
光量比較部６は、光量取得部５により取得された被検体８内部の光量分布を参照し、各注目位置において光量が設定された閾値よりも小さいか否かを判定する。そして、光量比較部６は、判定結果を低減データ決定部１５や再構成部９などの他の構成に出力する。

（低減データ決定部１５）
低減データ決定部１５は、探触子２から出力される時系列の受信信号のうち、データ量を低減する受信信号とデータ量を低減しない受信信号とを決定する。すなわち、低減データ決定部１５は、探触子２から出力される時系列の受信信号のうち、データ量を低減する期間を決定する。そして、低減データ決定部１５は、探触子２から出力される時系列の受信信号の各受信タイミングにおける受信信号のデータ量を低減するか否かを表す保存制御信号を出力する。

（信号データ取得部７）
信号データ取得部７は、探触子２が出力する音響波由来の電気信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号データ取得部７内のメモリに保存する。信号データ取得部７は、低減データ決定部１５から出力された保存制御信号を受け付け、光量が閾値以上の領域に対応する受信期間を特定し、この期間に出力された受信信号をサンプリングし、受信信号データとして保存するする。そして、信号データ取得部７は、保存された受信信号データを再構成部９に転送する。

本明細書において、探触子２が光音響波を受信して出力した電気信号のうち、信号データ取得部７の最後段のメモリに保存されるまでの信号を「受信信号」とし、信号データ取得部の最後段のメモリに記憶された後の信号データを「受信信号データ」とする。

なお、信号データ取得部７は、探触子２から出力された受信信号に対して探触子２の音響波受信素子の感度ばらつきなどの補正や、物理的または電気的に欠損した音響波受信素子の補完処理などの処理を行ってもよい。信号データ取得部７は、探触子２が生成したアナログ信号を増幅する信号増幅部やアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部などから構成される。

（再構成部９）
情報取得部としての再構成部９は、信号データ取得部７に保存された受信信号データを用いて、被検体８内部における各注目位置の被検体情報を取得する。すなわち、再構成部９は、時系列のデータである受信信号データを２次元または３次元の空間的なデータである被検体情報に変換する。

また、再構成部９は、取得した各注目位置における被検体情報に基づいて任意の断層画像などの表示画像を生成する。また、再構成部９は、取得した被検体情報に対して、輝度の補正や歪補正、関心領域の識別提示や切り出しなどの各種補正処理を適用して、より診断に好ましい表示画像を生成してもよい。また入力部４を介したユーザの操作に従って、被検体情報の取得に用いるパラメータの入力や表示画像の調整などが行われてもよい。

なお、各注目位置における被検体情報は、信号データ取得部７に保存された受信信号データに対して再構成処理を行うことで得られる。再構成処理としては、例えば、トモグラフィー技術で一般に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、または整相加算処理などが用いられる。時間制約が厳しくない場合には繰り返し処理による逆問題解析法などの画像再構成手法を用いることもできる。なお、音響レンズなどで受信フォーカス機能を備えた探触子を用いることで、再構成処理を行わずに被検体情報を取得することもできる。

再構成部９は、生成した表示画像のデータを表示部１０へ転送する。

（表示部１０）
表示部１０は、再構成部９から転送された表示画像のデータを用いて、操作者に対して被検体８内部の被検体情報の分布や特定の関心領域の数値データなどを表示する。なお、被検体情報の分布は、被検体８内部の注目位置における被検体情報を１次元、２次元、もしくは３次元に並べたものとして構成される。

表示部１０としては、典型的には液晶ディスプレイなどが利用されるがプラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤなど他の方式のディスプレイでもよい。なお、表示部１０は、本発明の光音響装置とは別に提供されていても良い。

なお、光量取得部５、光量比較部６、低減データ決定部１５、信号データ取得部７、再構成部９の備える機能を、ＣＰＵ、ＧＰＵなどの演算素子を備えるコンピュータに実行されるプログラムにより実現してもよい。また、これらの構成の機能をＦＰＧＡやＡＳＩＣなどの回路により実現してもよい。また、これらの構成の機能を、コンピュータに実行されるプログラムとハードウェアの組み合わせにより実現してもよい。

（光音響装置の動作）
次に、本実施形態に係る光音響装置の動作を図２に示すフローを用いて説明する。また、図２に示すフローを説明するために、図３に示す光音響装置の動作を示す概念図を用いる。

ステップ１００では、制御部３が発光タイミング、照射光の照射位置、光音響波の受信位置、被検体８内の光学特性値（例えば、被検体８の吸収係数または等価散乱係数）、保持部の種類などの測定パラメータを設定する。すなわち、制御部３は、光源２０の発光タイミング、各発光タイミングにおける照射部１の位置、各発光タイミングにおける探触子２の位置を設定することができる。そして、制御部３は、設定された測定パラメータの情報を光源２０、移動機構１２、光量取得部５、低減データ決定部１５、信号データ取得部７などの各構成に出力する。なお、制御部３は、予め格納されている測定パラメータを読み出し、読み出された測定パラメータを設定してもよい。

また、ユーザが入力部４を用いて測定パラメータを入力し、制御部３が入力部４から出力された測定パラメータの情報を受け取ることにより取得してもよい。なお、吸収係数と等価散乱係数については、それらの値自体が入力部４により入力されてもよいし、被検体８の年齢や国籍などの被検体８の特徴情報が入力部４により入力され、制御部３が入力された特徴情報に応じた既知の統計値を設定してもよい。また、別の装置で取得した測定パラメータを、制御部３が取得するようにしてもよい。

ステップ２００では、光量取得部５が、ステップ１００で制御部３により設定された測定パラメータに基づいて、各発光タイミングで被検体８に照射されることとなっている光の被検体８内での光量分布を取得する。

例えば、ステップ１００で図３（ａ）に示す測定状態となるように測定パラメータが設定された場合で説明する。光量取得部５は、光拡散方程式などの光伝播を表す式に基づいて、点線で示した被検体８内の光量分布５０を計算して取得する。あるいは、光量取得部５は、ステップ１００で設定される測定パラメータの各値に対応する複数の光量分布を格納しておき、制御部３から出力された測定パラメータの情報に対応する光量分布を読み出して光量分布５０を取得してもよい。

図３（ａ）において、光量分布５０を示す点線は光量の等値線を表し、照射部１からの照射光１１が被検体８に当たった領域の光量を最大として、照射領域から離れるに従って光量が小さくなる場合を示している。

なお、光量分布の推定に用いることのできる測定パラメータ（照射条件）としては、被検体８内の光学特性値（例えば、被検体８内の吸収係数や等価散乱係数）などが挙げられる。その他、照射光１１の照射密度分布、被検体８の形状（表面座標）、照射光１１の波長、照射光１１の総光量、被検体８と接している物質の特性に依存する境界条件なども光量分布の推定に用いることのできる測定パラメータとすることができる。また、被検体８の形状を保持する保持部を用いる場合、用いられる保持部の形状（表面座標）についても光量分布の推定に用いることのできる測定パラメータとすることができる。

また、ユーザが入力部４を用いて照射光１１のスポット径や照射領域の形状を入力し、光量取得部５はこれらの入力情報に基づいて被検体８内の光量分布を取得することができる。例えば、光量取得部５は、ユーザにより入力されたサイズの領域を照射方向に延長した領域内部の光量を１、それ以外の領域を０とすることができる。この場合、注目位置における光量を取得するための演算量を減らすことができる。

ステップ３００では、光量比較部６は、ステップ２００で光量取得部５により取得された各発光タイミングにおける被検体８内の光量分布に基づいて、被検体８内の各注目位置における光量よりも小さいか否かを判定する。そして、光量比較部６は、各注目位置における判定結果を低減データ決定部１５に出力する。

以下、光量比較部６における被検体８内の各注目位置における光量よりも小さいか否かの判定方法を述べる。

まず、光量比較部６は、注目位置毎に閾値を設定する。光量比較部６は、予め格納された値を閾値として設定することやユーザが入力部４を用いて指定した値を閾値として設定することができる。また、光量比較部６は、音響波受信素子が検出することのできる最小の音圧を発生せしめる光量に基づいて閾値を計算し、設定してもよい。なお、光量比較部６は、各注目位置に同一の閾値を設定してもよい。

以下、音響波受信素子が検出することのできる最小の音圧を発生せしめる光量に基づいて閾値を計算する方法の例を説明する。

式（２）は、後述する減衰補償雑音等価音圧値ｐ_{ＮＥＰ＿ｃ}（ｒ）を表す。位置ベクトルｒの注目位置における光量の閾値Φ_ｔｈ（ｒ）は、式（１）から変形された式（３）で表わされる。

ｐ_ＮＥＰは、受信信号に含まれる雑音強度を音響波受信素子が音圧を電気信号に変換する変換効率で除算した、雑音等価音圧である。変換効率の単位は、電気信号が電圧である場合、［Ｖ／Ｐａ］である。Ａ（α，｜ｄ−ｒ｜）は、位置ベクトルｄの音響波受信素子と位置ベクトルｒの注目位置との間を音響波が伝播する際の、音圧の減衰比である。Ａは、被検体８の減衰係数［／ｍｍ］と、音響波受信素子と注目位置との距離｜ｄ−ｒ｜とによって決まる。音圧の減衰は、距離依存の減衰係数αに基づく減衰や、球面波伝播、円筒波伝播等によるエネルギー散逸による距離依存の減衰などの減衰を含む。

ｐ_{ＮＥＰ＿ｃ}（ｒ）は、雑音等価音圧ｐ_ＮＥＰを減衰比Ａで割って補正した、減衰補償雑音等価音圧値である。位置ベクトルｒの注目位置でｐ_{ＮＥＰ＿ｃ}（ｒ）の音圧の音響波が発生した場合に、その音響波は音響波受信素子で検出することのできる最小音圧の音響波となる。

μ_ａ＿ＢＧは、被検体８の平均的な吸収係数である。ところで、典型的に光音響イメージングでは１０００ｎｍ以下の波長の光を用いることが好ましい。この波長帯域では、生体などの被検体の主成分である水や脂肪などの吸収係数よりも血管の主成分であるヘモグロビンの吸収係数の方が大きい。そのため、被検体８の平均的な吸収係数であるμ_ａ＿ＢＧに対し、血管の吸収係数は、より大きい値を持つと考えられる。また、式（１）より、吸収係数が小さい場合、発生する音響波の音圧も比例して小さくなる。

よって、ｐ_{ＮＥＰ＿ｃ}（ｒ）とμ_ａ＿ＢＧを用いて求めたΦ_ｔｈ（ｒ）を閾値とすれば、画像化したい対象が血管である場合、血管によって生じた音響波については受信することができる。式（３）のΓはグリュナイゼン係数であり、例えば被検体８が生体である場合、ユーザが入力部４を用いて生体の典型的な値を入力するとよい。

次に、光量比較部６では、設定した注目位置ごとの光量の閾値を用いて、各注目位置における光量が閾値よりも小さいか否かを判定する。すなわち、光量比較部６は、光量が閾値以上の注目位置と、光量が閾値よりも小さい注目位置とを決定する。図３（ｂ）に記された一点鎖線に囲まれた領域は、光量比較部６により決定された光量が閾値以上の領域６０を示す。すなわち、領域６０以外の領域は光量が閾値よりも小さい注目位置を示す。また、光量比較部６は、各注目位置において光量が閾値より小さいか否かを判定した結果を低減データ決定部１５に出力する。

本実施形態では、各注目位置にある同じ閾値を設定し、ある等値線に囲まれた領域を光量が閾値以上の領域６０として決定した。このように決定された領域６０内で発生する光音響波の受信信号は被検体情報を高精度に取得するのに大きく寄与する受信信号となる。一方、領域６０外で発生する光音響波の受信信号は被検体情報を高精度に取得するのに大きく寄与しない受信信号となるため、データ量を低減することが好ましい。

なお、光量比較部６は、複数の照射条件に対する各注目領域における光量が閾値より小さいか否かの判定結果を格納しておき、ステップ１００で設定された照射条件に対応する判定結果を読み出してもよい。そして、光量比較部６は、読み出された判定結果を低減データ決定部１５に出力することができる。なお、照射条件を決定する測定パラメータは、ステップ２００の説明で上述した光量分布の推定に用いることのできる測定パラメータである。

ステップ４００では、低減データ決定部１５が、ステップ３００で決定された閾値よりも小さい光量の注目位置の情報に基づいて、後述するステップ６００で出力される時系列の受信信号のうち、後述するステップ７００で保存しない受信信号を決定する。すなわち、低減データ決定部１５は、ステップ７００で受信信号のデータ量を低減する期間、すなわちステップ７００で受信信号を保存しない期間を決定する。そして、低減データ決定部１５は、時系列の受信信号の各サンプリングタイミングにおける受信信号を保存するか否かを制御する保存制御信号を生成し、信号データ取得部７に出力する。以下、受信信号データのデータ量を低減する期間を「データ量低減期間」とし、この期間に対応する空間的な領域を「データ量低減領域」とする。

例えば、低減データ決定部１５は、図３（ｃ）に示すように領域６０と各音響波受信素子３０−１〜８の受信面の法線ベクトル４６との交点を求める。

続いて、低減データ決定部１５は、音響波受信素子３０−１に着目すると、音響波受信素子３０−１と交点Ａ１との距離を算出する。また、低減データ決定部１５は、交点Ａ１と交点Ａ２との距離を算出する。なお、各音響波受信素子３０−１〜８の配置は予め分かっているため、各音響波受信素子３０−１〜８の位置の情報については、予め格納しておくことができる。そして、低減データ決定部１５は、予め格納された各音響波受信素子３０−１〜８の位置の情報を読み出し、上記距離の算出に用いることができる。

続いて、低減データ決定部１５は、音響波受信素子３０−１と交点Ａ１との間の領域に対応する期間に出力される受信信号を保存しないことを表す保存制御信号を生成する。また、低減データ決定部１５は、交点Ａ１と交点Ａ２との間の領域に対応する期間に出力される受信信号を保存することを表す保存制御信号を生成する。例えば、低減データ決定部１５は、音響波受信素子３０−１と交点Ａ１との距離を被検体８内の音速で除することにより受信信号を保存しない期間を算出することができる。また、低減データ決定部１５は、交点Ａ１と交点Ａ２の距離を被検体８内の音速で除した期間を算出する。そして、低減データ決定部１５は、音響波受信素子３０−１と交点Ａ１との間の領域に対応する受信信号を保存しない期間の後に、交点Ａ１と交点Ａ２の距離に対応する受信信号を保存する期間を設定する。さらに、低減データ決定部１５は、交点Ａ１と交点Ａ２との間の領域に対応する受信信号を保存する期間の後については、受信信号を保存しないように保存制御信号を生成する。

なお、被検体８の音速については、ユーザが入力部４を用いて指定してもよいし、予め格納された音速を読み出すことにより用いてもよい。また、音響波受信素子と被検体との間に音響マッチング材などの別の部材を介している場合、この部材内の音速も考慮して保存制御信号を生成することが好ましい。

また、低減データ決定部１５は、その他の音響波受信素子に対しても同様に保存制御信号を生成する。

ステップ５００では、移動機構１２が、照射部１および探触子２をステップ１００で制御部３により設定された位置に移動させる。続いて、光源２０が制御部３により設定された発光タイミングで光を発生する。そして照射部１が光源２０から発生した光を被検体８へ導き、被検体８に光が照射される。なお、光源２０から光が出射したことを表す同期信号を出力することが好ましい。また、照射部１が光を出射されたことを検知する検知部を備え、この検知部から光の検知結果を出力してもよい。例えば、検知部としてはフォトディテクターなどを採用することができる。

ステップ６００では、探触子２に配置された音響波受信素子３０が、ステップ５００の光照射により被検体８内で発生した光音響波を受信して時系列の受信信号を出力する。

ステップ７００では、信号データ取得部７が、ステップ６００で音響波受信素子３０から出力された時系列の受信信号を、ステップ４００で生成された保存制御信号にしたがって保存する。

すなわち、信号データ取得部７は、音響波受信素子３０−１と交点Ａ１との距離に対応する期間に出力される受信信号を保存せずに、交点Ａ１と交点Ａ２の距離に対応する期間に出力される受信信号を保存する。また、信号データ取得部７は、交点Ａ１と交点Ａ２の距離に対応する期間の後に出力される受信信号については保存しない。なお、受信信号の保存の開始は、ステップ５００における光照射タイミングを基準にして行われることが好ましい。

ステップ８００では、再構成部９が、ステップ７００で信号データ取得部７に保存された受信信号データに基づいて、被検体８内の各注目位置における被検体情報を取得する。なお、再構成部９は、ステップ３００で決定された光量が閾値以上の領域６０内の注目位置についてのみ被検体情報を取得することが好ましい。これにより光量が高く、発生音圧が高いと推定される領域について選択的に被検体情報を取得することができる。そのため、被検体情報を取得するための処理量を低減することができる。一方、被検体情報が取得される領域は、発生音圧が高いと推定される領域であるため、精度の高い被検体情報が取得されることとなる。

ステップ９００では、再構成部９が、ステップ８００で取得した被検体情報に基づいて被検体情報の表示画像データを生成し、表示部１０に被検体情報の表示画像を表示させる。

以上説明したように、本実施形態に係る光音響装置は、各音響波受信素子３０から出力される時系列の受信信号のうち、各注目位置における光量に応じてデータ量を低減する期間を変更することができる。これにより、光量が閾値よりも小さい領域で発生した光音響波の受信信号のデータ量を選択的に低減することができる。すなわち、光量が閾値以上の領域で発生した光音響波の受信信号のデータを選択的に取得することができる。よって、被検体情報を高精度に取得するのに大きく寄与しない光量が低い領域で発生した光音響波の受信信号のデータ量を低減してメモリ容量を抑えることができ、かつ光量が高い領域の被検体情報を精度良く取得することができる。

上記本実施形態では、光量が閾値よりも小さい領域で発生した光音響波の受信信号を保存しないことにより信号データ取得部７に保存される受信信号データのデータ量を低減した。なお、信号データ取得部７は、データ量低減期間における受信信号に対するサンプリング周波数を他の受信信号に対するサンプリング周波数よりも低くしてサンプリングしてもよい。この場合も光量が閾値よりも小さい領域で発生した光音響波の受信信号のデータ量を相対的に低減することができる。サンプリング周波数を下げることによりデータ量を低減する方法を採用しても、受信信号データから光量が閾値よりも小さい領域についても分解能は低下するが被検体情報を取得することができる。そのため、メモリに保存されるデータ量を低減しながら光量が閾値よりも小さい領域の様子を確認することができる。

なお、データ量低減期間に受信した光音響波の受信信号のデータ量を低減できる限り、あらゆる低減方法を用いることができる。

また、ステップ１００において複数のタイミングで照射光１１を照射するように測定パラメータを設定した場合、それぞれのタイミングに対応するステップ２００〜７００の工程を繰り返す。

例えば、図３（ｄ）に示すように図３（ｃ）に示す場合とは音響波受信素子３０の位置が異なる場合においても、ステップ２００〜７００の工程を繰り返す。なお、図３（ｃ）と図３（ｄ）との場合のように複数のタイミング間で同じ照射条件で照射光１１を照射する場合、ステップ２００３００の工程を省略してもよい。すなわち、先のタイミングでステップ３００において得られた各注目位置における光量が閾値より小さいか否かの判定結果を、後のタイミングにおけるステップ４００〜７００に利用することができる。

一方、図６（ａ）に示すように図３（ａ）に示す場合とは異なる照射条件の照射光１１を被検体８に照射するには、ステップ２００〜４００の工程を行う必要がある。ステップ３００において、光量取得部５は、図６（ａ）に示す被検体８内の光量分布５０を取得する。続いて、ステップ４００において、光量比較部６は、図６（ａ）に示す光量分布５０に基づいて、図６（ｂ）に示すような光量が閾値以上の領域６０を求める。そして、光量比較部６は、図６（ｃ）に示す場合において各注目位置における光量が閾値より小さいか否かの判定結果を低減データ決定部１５に出力する。図３（ｂ）と図６（ｂ）とを比較して理解されるように、照射光１１の照射条件が異なる場合、各注目位置における光量が閾値より小さいか否かの判定結果は異なる。

また、各タイミングに対応する受信信号データを取得する度にステップ８００において被検体情報を取得して、各タイミングに対応する被検体情報の取得が完了したところでそれぞれの被検体情報を合成して最終的な被検体情報を取得することができる。あるいは、各タイミングに対応する受信信号データをすべて取得完了した後に、ステップ８００において全受信信号データに基づいて被検体情報を取得してもよい。

また、各タイミングで測定パラメータを変更する例を説明したが、複数のタイミングで同一の測定パラメータで受信信号データを取得してもよい。これにより、Ｓ／Ｎを高めた受信信号データを取得することができ、被検体情報を精度良く取得することができる。

また、本実施形態では、光を照射する前に測定パラメータに基づいて光量分布を取得し、その光量分布に基づいて保存制御信号を生成したが、光を照射した後に保存制御信号を生成してもよい。すなわち、ステップ５００の後にステップ２００〜４００を行い、ステップ４００の後にステップ６００をおこなってもよい。この場合、ステップ５００で光検出器が被検体８を通過して被検体８から出射した照射光１１を検出し、光量取得部５が照射光１１の検出信号から光拡散トモグラフィー技術などを利用して被検体８内の光量分布を取得することが好ましい。この方法によれば、実際に被検体８に照射された照射光１１を反映した光量分布を取得することができる。

（データ量を低減する具体例）
以下、ステップ４００で低減データ決定部１５により生成された保存制御信号に基づいて、ステップ７００において信号データ取得部７がデータ量を低減する方法の具体例を、図４に示す信号データ取得部７を用いて説明する。

複数の音響波受信素子３０−１〜３０−８は、光音響波を受信して電気信号に変換し、ＡＤＣ（ＡＤ変換器）７１７−１〜７１７−８へ出力する。ＡＤＣ７１７−１〜７１７−８は、システムＣＬＫ７１３が出力するクロックに従ってある周波数で電気信号をサンプリングし、電気信号をデジタル信号に変換してＦＩＦＯ（先入れ先出しメモリ、以下ＦＩＦＯ）７１６−１〜７１６−８へ出力する。ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８は、システムＣＬＫ７１３が出力するクロックと、ＦＩＦＯ制御部７１２が出力する書き込みイネーブルに従って、ＡＤＣ７１７−１〜７１７−８が出力したデジタル信号を記憶する。

このとき、ＦＩＦＯ制御部７１２は、低減データ決定部１５から出力された複数の音響波受信素子３０−１〜３０−８のそれぞれに関するデータ量を低減する期間の情報を基に、書き込みイネーブルの出力タイミングを調整する。例えば図５に示されるように、ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８に対する書き込みイネーブル［１］〜［８］の出力タイミングを調整する。図５においては、書き込みイネーブルがＬのときはＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８に対する書き込みは行われず、書き込みイネーブルのレベルがＨのときはＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８に対する書き込みが行われることを示す。なお、図５において光が照射されたタイミングをｔ０としている。

音響波受信素子３０−１に対応するＦＩＦＯ７１６−１においては、ｔ４からｔ７までの期間がデータ量を低減しない期間に相当する。このｔ４からｔ７までの期間は、図３（ｃ）における交点Ａ１と交点Ａ２との間の領域に対応する期間に相当する。ｔ４からｔ７までの期間は、光量が閾値以上の領域６０で発生した光音響波を受信しているので、書き込みイネーブル［１］をＨにし、ＦＩＦＯ７１６−１へのデジタル信号の記憶を行う。

一方、ｔ０からｔ４までの期間およびｔ７以降の期間は、データ量を低減する期間に相当する。すなわち、図３（ｃ）における音響波受信素子３０−１と交点Ａ１との間の領域および交点Ａ２よりも音響波受信素子３０−１から遠い領域に対応する期間がデータ量を低減する期間に相当する。これらの期間では、図３（ｃ）における領域６０以外の光量が閾値よりも小さい領域で発生した光音響波を受信しているので書き込みイネーブル［１］をＬにし、ＦＩＦＯ７１６−１へのデジタル信号の記憶を行わない。

同様に、その他のＦＩＦＯ７１６−２〜７１６−８に対しても、同様に個別に書き込みイネーブルを与える。すると、ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８で個別にデータ量低減期間に対応する受信信号を低減したデジタル信号を取得することが可能となる。

次に、ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８は、システムＣＬＫ７１３が出力するクロックと、ＦＩＦＯ制御部７１２が出力する読み出しイネーブルに従って、記憶されたデジタル信号を最後段の記憶部に相当するＤＲＡＭ７１８へ転送する。セレクトスイッチ７１４が、ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８のうち、１つを選択してＤＲＡＭ７１８へ接続し、デジタル信号をＤＲＡＭ７１８へ転送する。このようにＤＲＡＭ７１８は、データ量低減期間に対応する受信信号が低減されたデジタル信号を受信信号データとして保存する。ＤＲＡＭ７１８に保存されるデータは、データ量低減期間に対応する受信信号が低減されているため、データ量が低減されている。そのため、本実施形態によれば、ＤＲＡＭ７１８は時系列の受信信号のすべてを保存することのできるメモリ容量を必要としないため、ＤＲＡＭ７１８のメモリ容量を抑制することができる。なお、ＤＲＡＭ７１８、７２２は、ＳＲＡМ、フラッシュメモリなど、別種の記憶媒体であってよい。これらの記憶媒体は、システム動作に問題のない容量、書き込み速度、読み出し速度が保証される限り、どのような記憶媒体を用いてもよい。

なお、本明細書において受信信号データとは、後述する再構成部９で被検体情報の取得に使用される直前の時系列の信号データのことを指す。すなわち、信号データ取得部７の最後段の記憶部に保存される時系列の信号データのことを指す。そのため、本実施形態によれば、信号データ取得部７の最後段の記憶部に保存されるデータ量を低減することができればよい。

例えば、最前段の記憶部に保存される段階でデータ量を低減せずに、前段の記憶部から後段の記憶部に転送する際にデータ量低減期間に対応する受信信号のデータ量を低減することにより、最後段の記憶部に保存されるデータのデータ量を低減してもよい。

なお、信号データ取得部７内の各記憶部のメモリ容量を低減するために、できるだけ前段の記憶部に保存されるデータ量を低減することが好ましい。特に、本実施形態のように信号データ取得部７の最前段の記憶部、すなわちＦＩＦＯ７１６に保存されるデータ量を低減することが好ましい。このように前段の記憶部においてデータ量を低減することにより、その記憶部以降に転送されるデータ量を抑制することができるため、データ転送に要する時間を短くすることができる。その結果、光音響波の受信から被検体情報を取得するまでの処理を高速化できる。

なお、最前段の記憶部が取得したデジタル信号の転送先は後段の記憶部に限らない。すなわち、最前段の記憶部が取得したデジタル信号を演算部に出力し、演算部にてノイズ処理等の前処理をおこなった後に後段の記憶部に転送してもよい。

また、受信信号データは支持体の位置情報や光の照射回数等の情報と関連付けされて保存されることが好ましい。例えば、ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８からＤＲＡＭ７１８へデジタル信号を転送する際に、デジタル信号群の先頭もしくは最後尾にヘッダ、トレイラを付与してもよい。ヘッダ、トレイラに含まれる情報は、そのデジタル信号群が取得された受信素子の番号、支持体の位置情報、光の照射回数、データ量低減期間、といったものである。ヘッダ、トレイラは両方設けてもよいし、片方だけ設けてもよい。両方設ける場合に、どちらにどの情報を割り振るかは、適宜決定すればよい。

なお、本実施形態においては、ＦＩＦＯの書き込みイネーブルによってデータ量低減領域由来の光音響波のデータの低減を行ったが、必ずしもこの手法に限定されない。被検体由来の光音響波の受信時のみ、ＡＤＣ７１７−１〜７１７−８にシステムＣＬＫ７１３を供給するようにしてもよい。その場合、ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８にシステムＣＬＫ７１３は常時供給されるものとする。もしくは、領域６０由来の光音響波の受信時のみ、ＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８にシステムＣＬＫ７１３を供給してもよい。その場合、ＡＤＣ７１７−１〜７１７−８にシステムＣＬＫ７１３は常時供給されるものとする。もしくは、領域６０由来の光音響波の受信時のみ、ＡＤＣ７１７−１〜７１７−８とＦＩＦＯ７１６−１〜７１６−８にシステムＣＬＫ７１３を供給するようにしてもよい。

また、データ量低減期間におけるサンプリング周波数を低くする場合には、ＡＤＣ７１７−ＮとＦＩＦＯ７１６−Ｎ（Ｎ=１〜８）に対して、システムＣＬＫ７１３から個別にクロックを供給し、サンプリングクロック、書き込みクロックとする（図示せず）。そして、光照射タイミングを基準にして全てのＦＩＦＯ７１６の書き込みイネーブルを同時にＨにする。そして、データ量低減期間にあたる音響波を受信している音響波受信素子３０に接続されたＡＤＣ７１７とＦＩＦＯ７１６に対しては、システムＣＬＫ７１３から供給するクロックの周波数を下げる。そして、音響波受信素子３０がデータ量低減期間にあたらない音響波を受信している場合には、接続されたＡＤＣ７１７とＦＩＦＯ７１６に対してシステムＣＬＫ７１３から供給するクロックの周波数を上げる、といった処理をすればよい。

また、システムＣＬＫ７１３から供給するクロックは全てのＡＤＣ７１７とＦＩＦＯ７１６に対して同じであっても、異なる方法でデータ量低減期間におけるサンプリング周波数を下げることができる。例えば、全てのＡＤＣ７１７とＦＩＦＯ７１６に対して、所定の周波数ｆ_Ｈのサンプリングクロックを供給する。そして、データ量低減期間にあたる音響波を受信している音響波受信素子３０に接続されたＦＩＦＯ７１６に対しては、書き込みイネーブルをＫクロックサイクル毎に1サイクル分Ｈにすれば、実質的にサンプリング周波数をｆ_Ｈ／Ｋと設定できる。こうして、全てのＦＩＦＯ７１６に対して、データ量低減期間においてサンプリング周波数を低下させるための設定を個別に行うことができる。
その他、光量が閾値よりも小さい領域で発生した光音響波の受信信号のデータ量を選択的に低減できる方法であれば、どのような手法を採用してもよい。

［実施形態２］
実施形態１では音響波受信素子の法線ベクトルを基準にデータ量を低減する受信信号を決定する例を説明したが、本実施形態では音響波受信素子の指向角を基準にデータ量を低減する受信信号を決定する例を説明する。本実施形態において実施形態１で説明した構成および工程と同様の構成および工程については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図７は、一点鎖線で表わされた光量が閾値以上の領域６０と、破線で表わされた音響波受信素子３０の指向角αの範囲内の領域４４を示す。典型的に音響波受信素子３０の受信面の法線方向から入射する場合の受信感度が最も高く、入射角度が大きくなるほど受信感度が低くなる。本明細書においては、受信感度の最大値をＳに対して最大値の半分Ｓ／２になるときの入射角度を指向角αとしている。

すなわち、音響波受信素子３０は、指向角αの範囲内の領域４４内で発生した光音響波については高感度に受信することができる。そのため、指向角αの範囲内の領域４４内で発生した光音響波の受信信号については保存することに意義がある。

例えば、音響波受信素子３０の受信面の法線ベクトル４６上の点Ｚ１は領域６０には含まれない。一方、音響波受信素子３０と点Ｚ１との距離と等距離な位置を表す円弧４７は領域６０に重なる。また、円弧４７は指向角αの範囲内の領域４４に含まれる。すなわち、音響波受信素子３０と点Ｚ１との距離に対応する受信信号は、領域６０内で発生した光音響波を高感度に受信して出力された受信信号を含む。音響波受信素子３０と点Ｚ１との距離に対応する受信信号は、音響波受信素子から出力された時系列の受信信号のうち、音響波受信素子３０と点Ｚ１との距離を被検体８内の音速で除した受信タイミングに得られた受信信号のことを指す。

また、同様に音響波受信素子３０の受信面の法線ベクトル４６上の点Ｚ２は領域６０には含まれないが、音響波受信素子３０と点Ｚ２との距離と等距離な位置を表す円弧４８は領域６０に重なる。すなわち、音響波受信素子３０と点Ｚ２との距離に対応する受信信号は、領域６０内で発生した光音響波を高感度に受信して出力された受信信号を含む。

そこで、低減データ決定部１５は、音響波受信素子３０と点Ｚ１との間の領域に対応する期間に出力される受信信号を保存しないことを表す保存制御信号を生成する。また、低減データ決定部１５は、点Ｚ１と点Ｚ２との間の領域に対応する期間に出力される受信信号を保存することを表す保存制御信号を生成する。また、低減データ決定部１５は、点Ｚ１と点Ｚ２との間の領域に対応する受信信号を保存する期間の後については、受信信号を保存しないように保存制御信号を生成する。

以上のようにデータ量を低減する受信信号を決定することにより、指向角の範囲内に含まれる光量が閾値以上の領域から発生する光音響波の受信信号を選択的に保存することができる。

［実施形態３］
以下、本実施形態に係る光音響装置を図８を用いて説明する。図８は本実施形態に係る光音響装置の概略図を示す。なお、実施形態１で説明した構成および工程と同じ構成および工程については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、複数の音響波受信素子３０が半球状の支持体４０の半球面上に配置された図８に示す探触子を用いる。図８は、半球状の支持体４０を半球の中心軸で切断した断面図を示している。

ところで、探触子がある位置に存在するときに音響波を受信して得られた受信信号を用いて被検体情報を取得した場合、典型的に音響波受信素子の最も受信感度の高い方向に沿った軸が最も集まる位置における分解能が最も高くなる。本明細書において最も受信感度の高い方向に沿った軸を指向軸と呼ぶ。そして、指向軸が集まる所定の位置から離れるに従って被検体情報の分解能は低下していく。このとき、最も分解能が高い位置から分解能が半分となる領域で発生した光音響波については支持体に配置された各音響波受信素子が高感度に受信することができていると推定される。そこで、本実施形態においては、最も分解能が高い所定位置から分解能が半分となる所定の領域を「高感度領域」と呼ぶ。

一般に、複数の音響波受信素子３０のそれぞれはその受信面（表面）の法線方向に最も高い受信感度を有する。本実施形態においては、複数の音響波受信素子３０の指向軸を半球面形状の曲率中心点Ｐ付近へ集めることで、曲率中心点Ｐを中心に図８に破線で示す高感度領域１５００が形成される。

例えば高感度領域１５００は、最高分解能Ｒ_Ｈを得る曲率中心Ｐを中心とした、式（４）で示す半径ｒを有する略球形状の領域として設定することができる。

ただし、Ｒは高感度領域１５００の下限分解能、Ｒ_Ｈは最高分解能、ｒ_０は半球形状の支持体４０の半径、Φ_ｄは音響波受信素子３０の直径である。Ｒはたとえば、上述の通り曲率中心Ｐで得られる最高分解能の半分の分解能とすればよい。

なお、本発明において、複数の音響波受信素子３０の配置は図８のような半球形状の例に限定されない。複数の音響波受信素子３０の配置は、所定の領域に指向軸が集まり、所定の高感度領域を形成できる配置であればよい。すなわち、所定の高感度領域１５００が形成されるように、曲面形状に沿って複数の音響波受信素子が配置されればよい。さらに、本明細書において曲面とは、真球形状や半球面等の開口がある球面を含む。また、球面と見なせる程度の表面上の凹凸がある面や、球面と見なせる程度の楕円体（楕円を三次元へ拡張した形であり、表面が二次曲面からなる形）上の面も含む。

また、球を任意の断面で切った形状の支持体に沿って複数の音響波受信素子を配置する場合、その支持体の形状の曲率中心に指向軸が最も集まる。本実施形態で説明する半球形状の支持体４０も、球を任意の断面で切った形状の支持体の一例である。本明細書において、このように球を任意の断面で切った形状のことを球に基づく形状と呼ぶ。また、このように球に基づく形状の支持体に支持される音響波受信素子は、球面上に複数支持されることとなる。

以上説明したように、複数の音響波受信素子３０のそれぞれは、曲率中心Ｐで発生した光音響波については高感度に受信することができる。さらに、複数の音響波受信素子３０のそれぞれは、高感度領域１５００で発生した光音響波についても高感度に受信することができる。すなわち、音響波受信素子から出力される時系列の受信信号のうち、曲率中心Ｐまたは高感度領域１５００に対応する受信信号は被検体情報を精度良く取得するのに大きく寄与する受信信号である。また、実施形態１で説明したように、光量が閾値以上の領域６０で発生した光音響波の受信信号も被検体情報を精度良く取得するのに大きく寄与する受信信号である。

そこで、本実施形態に係る光音響装置は、曲率中心Ｐまたは高感度領域１５００と光量が閾値以上の領域６０とが重複する領域で発生した光音響波の受信信号のデータを選択的に取得する。すなわち、本実施形態に係る信号データ取得部７は、光量が閾値よりも小さくかつ曲率中心Ｐと一致しない注目位置で発生した光音響波の受信信号のデータ量を低減して受信信号データを生成し、保存することが好ましい。また、本実施形態に係る信号データ取得部７は、光量が閾値よりも小さくかつ高感度領域１５００に含まれない注目位置で発生した光音響波の受信信号のデータ量を低減して受信信号データを生成し、保存することが好ましい。

本実施形態では、被検体８としては乳房を想定している。また、被検体８の形状を保持する形状保持部１１００により被検体８は保持されている。また、形状保持部１１００は取り付け部１２００に取り付けられている。なお、被検体Ｅを複数の形状にそれぞれ保持するために複数の形状保持部を用いる場合、取り付け部１２００は複数の形状保持部を取り付け可能に構成されていることが好ましい。

また、支持体４０の半球の底部（極）に照射光１１の出射口としての照射部１が設けられている。そのため、移動機構１２が支持体４０を移動させると、複数の音響波受信素子３０と照射部１が同期して移動する。この場合、移動機構１２は、支持体４０を移動させる探触子移動機構と、光学系としての照射部１を移動させる光学系移動機構として機能する。

また、被検体８と形状保持部１１００との間には被検体８と音響波受信素子３０を音響的に結合させるための音響マッチング材１３００が満たされている。また、音響波受信素子３０と形状保持部１１００との間にも音響波受信素子３０と形状保持部１１００とを音響的に結合させるための音響マッチング材１３００が満たされている。なお、被検体８と形状保持部１１００との間、および音響波受信素子３０と形状保持部１１００との間、にそれぞれ異なる音響マッチング材１３００を満たすことができる。

音響マッチング材１３００は、被検体８および音響波受信素子３０に音響インピーダンスが近い材料であることが好ましい。さらに、音響マッチング材１３００は、被検体８および音響波受信素子３０の中間の音響インピーダンスを有する材料であることがより好ましい。また、音響マッチング材１３００は、照射部１から出射される照射光１１が透過する材料であることが好ましい。また、音響マッチング材１３００は液体であることが好ましい。具体的に音響マッチング材１３００としては、水、ひまし油、ジェルなどを用いることができる。

本実施形態に係るステップ４００では、低減データ決定部１５が、領域６０と高感度領域１５００が重畳する領域を求める。続いて、低減データ決定部１５は、図８に示すように領域６０および高感度領域１５００の重畳領域と各音響波受信素子３０−１〜８の受信面の法線ベクトルとの交点を求める。続いて、低減データ決定部１５は、求められた各交点の位置情報と各音響波受信素子３０の位置情報とに基づいて、実施形態１と同様に受信信号を保存するか否かを表す保存制御信号を生成し、信号データ取得部７に出力する。そして、ステップ５００において、信号データ取得部７が、保存制御信号に基づいて、領域６０および高感度領域１５００の重畳領域で発生した光音響波の受信信号のデータを保存せずに受信信号データを生成し、保存する。

このようにデータ量を低減する期間を決定することにより、光量が高い領域から発生する発生音圧の高い光音響波を、高感度に受信して出力された受信信号のデータを選択的に保存することができる。

なお、本発明におけるデータ量低減期間の設定は、距離を単位に行っても良く、時間を単位に行ってもよい。もしくは、ＡＤＣのサンプリングクロック数、システムＣＬＫ数、データ数を単位にしてデータ量低減期間設定を行ってもよい。その他、領域を指定できる手段であれば、どのような手段を用いてデータ量低減期間設定を行ってもよい。

また、本発明では音響波受信素子の数が８個の例を示したが、音響波受信素子の数は必ずしもこれに限定されない。装置の仕様に応じ、いかなる数値も取り得るとする。

データ取得期間の終了タイミングは、全ての音響波受信素子で同時になるよう設定しても良いし、音響波受信素子毎に個別に設定してもよい。

データ取得期間の終了タイミングを音響波受信素子毎に個別に設定する場合、被検体の形状情報をもとに、受信素子毎に指向軸上に被検体が存在しない領域を判定し、データ取得期間の終了タイミングに反映させてもよい。

また、本発明におけるデータ量低減期間の設定は、すべての音響波受信素子３０毎に異なる必要はない。複数の音響波受信素子３０をいくつかのグループにまとめて、グループ毎にデータ量低減期間を割り当てるようにしてもよい。例えば、光量が閾値より高い領域と素子との距離がほぼ等しい素子同士や素子間の距離が近い素子同士などをグループとしてまとめることができる。この場合、すべての音響波受信素子３０毎に個別に設定を行う煩雑さを低減できる。このとき、グループ分けのしかたは測定位置に依存して変えてもよい。測定位置毎にグループ分けを変えてもよいし、ある測定位置群ではグループ分けのしかたが同じであってもよい。グループ分けのしかたは、同一の測定位置であっても、光照射の態様を変えて測定を行う測定を行う場合に異ならせてもよい。

また、データ量低減期間は、支持体４０の測定位置毎に異なっていてもよい。また、複数の測定位置で同じデータ量低減期間の設定を行ってもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

２ 探触子
５ 光量取得部
７ 信号データ取得部
８ 被検体
９ 再構成部
２０ 光源

Claims (15)

1. 光源と、
   前記光源からの光が被検体に照射されることにより発生した光音響波を受信して時系列の受信信号を出力する受信素子を備える探触子と、
   前記受信素子から出力された前記時系列の受信信号に基づいて受信信号データを生成し、保存する信号データ取得部と、
   前記被検体内の注目位置における光量を取得する光量取得部と、
   前記信号データ取得部に保存された前記受信信号データに基づいて前記被検体内の被検体情報を取得する情報取得部と、
   を有し、
   前記信号データ取得部は、前記注目位置における光量が閾値よりも小さいときに、前記時系列の受信信号のうち前記注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する
   ことを特徴とする光音響装置。
2. 前記信号データ取得部は、前記注目位置における前記光量が前記閾値よりも小さいときに、前記時系列の受信信号のうち前記注目位置に対応する受信信号を保存しない
   ことを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
3. 前記光量取得部は、複数の前記注目位置における前記光量を取得し、
   前記信号データ取得部は、前記光量取得部により取得された光量が前記閾値よりも小さい注目位置に対応する受信信号を、前記光量取得部により取得された光量が前記閾値以上の注目位置に対応する受信信号のサンプリング周波数よりも低いサンプリング周波数でサンプリングして前記受信信号データを生成し、保存する
   ことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
4. 前記探触子は、前記受信素子を複数支持する支持体を備え、
   前記支持体は複数の前記受信素子の指向軸が所定の領域に集まるように複数の前記受信素子を支持し、
   前記信号データ取得部は、前記注目位置における前記光量が前記閾値よりも小さく、かつ前記注目位置が前記所定の領域に含まれないときに、前記時系列の受信信号のうち前記注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する
   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. 前記探触子は、球面上に前記受信素子を複数支持する球に基づく形状の支持体を備え、
   前記信号データ取得部は、前記注目位置における前記光量が前記閾値よりも小さく、かつ前記注目位置と前記支持体の形状の曲率中心とが一致しないときに、前記時系列の受信信号のうち前記注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する
   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。
6. 前記信号データ取得部は、前記注目位置における前記光量が前記閾値よりも小さく、かつ前記注目位置が前記支持体の形状の曲率中心を中心とする高感度領域に含まれないときに、前記時系列の受信信号のうち前記注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光音響装置。
7. 前記光源は複数のタイミングのそれぞれで光を発生し、
   前記受信素子は、前記複数のタイミングのそれぞれにおいて、光音響波を受信して前記時系列の受信信号を出力し、
   前記光量取得部は、前記複数のタイミングのそれぞれにおける前記注目位置における光量を取得し、
   前記信号データ取得部は、前記複数のタイミングに対応する複数の前記時系列の受信信号のそれぞれに対して、前記注目位置における前記光量が前記閾値よりも小さいときに、前記時系列の受信信号のうち前記注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光音響装置。
8. 前記光源は、前記複数のタイミングのそれぞれで前記被検体に照射される光の照射条件が異なるように光を発する
   ことを特徴とする請求項７に記載の光音響装置。
9. 前記光源から出射された光を前記被検体に導く光学系と、
   前記複数のタイミングのそれぞれで前記光学系の位置が異なるように前記光学系を移動させる光学系移動機構を更に有する
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の光音響装置。
10. 前記複数のタイミングのそれぞれで前記探触子の位置が異なるように前記探触子を移動させる探触子移動機構を更に有する
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の光音響装置。
11. 前記光量取得部は、複数の前記注目位置における光量を取得し、
    前記信号データ取得部は、複数の前記注目位置のそれぞれについて、前記注目位置における前記光量が前記閾値よりも小さいときに、前記時系列の受信信号のうち前記注目位置に対応する受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光音響装置。
12. 照射条件に関する測定パラメータを設定する制御部を更に有し、
    前記光量取得部は、前記制御部により設定された前記測定パラメータに基づいて前記注目位置における光量を取得する
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光音響装置。
13. 前記測定パラメータを入力することができるように構成された入力部を更に有し、
    前記制御部は、前記入力部から出力された前記測定パラメータの情報に基づいて前記測定パラメータを設定する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光音響装置。
14. 前記情報取得部は、前記注目位置における前記光量が前記閾値よりも小さいときに、前記注目位置における前記被検体情報を取得しない
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の光音響装置。
15. 光源と、
    前記光源からの光が被検体に照射されることにより発生した光音響波を受信して時系列の受信信号を出力する受信素子を備える探触子と、
    前記被検体内の光量分布を取得する光量取得部と、
    前記光量取得部により取得された前記光量分布に基づいてデータ量を低減する期間を決定する低減データ決定部と、
    前記時系列の受信信号のうち、前記期間に前記受信素子から出力された出力された受信信号のデータ量を低減して前記受信信号データを生成し、保存する信号データ取得部と、
    前記信号データ取得部に保存された前記受信信号データに基づいて前記被検体内の被検体情報を取得する情報取得部と、
    を有することを特徴とする光音響装置。

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