JP2016007500A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響イメージングにおいて、測定の分解能に関するユーザのニーズへの対応を可能とする被検体情報取得装置を提供する。【解決手段】光源１００から光を受けた被検体から発生した音響波を検出して電気信号を出力する複数の検出素子３００と、少なくとも一部の検出素子３００の指向軸が集まるように複数の検出素子３００を支持する支持体４００と、ユーザにより測定条件を入力される入力部７００と、少なくとも２つ以上の検出素子を含む素子の組み合わせからなり、それぞれ所定の形状の高分解能領域を形成する複数のパターンから、入力された測定条件に応じたパターンを選択する選択部と、選択されたパターンに含まれる検出素子から出力された電気信号を用いて被検体内の特性情報を取得する処理部６００を有する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

音響波（典型的には超音波）を利用して被検体の内部を画像化する技術として、光音響イメージング法（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＰＡＩ）が提案されている。光音響イメージング法は、パルスレーザ光を被検体に照射することにより発生する音響波を用い、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する方法である。

特許文献１には、半球面上に配置された複数のトランスデューサを用いて被検体（乳房）からの音響波を受信し、３次元画像データを生成（画像再構成）する方法が記述されている。この装置では、被検者は半球状のトランスデューサが配置された検出器に乳房を挿入し、うつ伏せの姿勢を取る。挿入された乳房とトランスデューサ間には音響マッチングを取るために水が充填されている。測定時には、トランスデューサが設けられた検出器がステップ回転する。するとトランスデューサは、各ステップの位置で音響波を受信する。このように検出器を走査することで、トランスデューサの数が少なくても、多方向にトランスデューサが存在しているかのような測定が可能になる。なお、乳房は検出器の半球中心付近に位置するよう挿入され、パルス光は検出器の半球頂点部分から照射されている。

米国特許第５７１３３５６号明細書

特許文献１のように半球面上に複数のトランスデューサを配置した場合、各トランスデューサの素子特性（例えば感度、指向性）や、配置関係によって、感度の良い領域が存在する。この領域を本明細書では高分解能領域と呼ぶ。高分解能領域のサイズや分解能は、一般的には装置の設計に応じて一意に決定される。また、特許文献１においては高分解能領域のサイズや分解能等の特性は一定である。
ところが、特許文献１に記載されたように一定の高分解能領域を利用した測定では、測定の分解能に関するユーザのニーズに対応することが困難である場合がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光音響イメージングにおいて、測定の分解能に関するユーザのニーズへの対応を可能とすることにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
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音響波を検出して電気信号を出力する複数の検出素子と、
前記複数の検出素子の少なくとも一部の検出素子の指向軸が集まるように前記複数の検出素子を支持する支持体と、
ユーザによる測定条件の入力を受け付けることのできる入力部と、
少なくとも２つ以上の前記検出素子を含む素子の組み合わせからなり、それぞれ所定の形状の高分解能領域を形成する複数のパターンから、前記入力部により入力された前記測
定条件に応じたパターンを選択する選択部と、
前記選択部により選択されたパターンに含まれる検出素子から出力された電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、光音響イメージングにおいて、測定の分解能に関するユーザのニーズへの対応が可能となる。

実施例１に係る装置の構成を示すブロック図 実施例１に係る音響検出素子の感度特性を表す図 実施例１に係る高分解能領域の説明図 実施例１に係る高分解能領域別のスキャン軌道の説明図 実施例２に係る高分解能領域の説明図 実施例１の処理を説明するフローチャート

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の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。

本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、画像化する際に利用できる。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵ等のハードウェア資源を備える情報処理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非一時的な記憶媒体としても捉えられる。

本発明の被検体情報取得装置には、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を含む。このような光音響装置の場合、取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。

かかる情報を画像データにして表示することにより、ユーザは被検体内の構造を把握できる。本発明でいう超音波は、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子（または探触子内の素子）により音響波から変換された電気信号を、音響信号と呼ぶ。

ここで、ユーザにとっては、分解能は落ちても広い領域を短時間で測定したい場合や、逆に狭い領域を高分解能で測定したい場合など、測定に関する様々なニーズがある。しかしながら従来の装置では、基本的に、高分解能領域のサイズや感度特性を変化させられなかった。そのため、前述のような様々なニーズに対応できなかった。具体的には、例えば低分解能を許容しつつ広い領域を測定したい場合でも、設定された領域を小さな高分解能領域で時間をかけて（高分解能領域を少しずつ移動させながら）走査することになっていた。あるいは、設定された領域が高分解能領域のサイズより小さい場合でも、一様な高分解能領域で測定を行うことになり、余計な時間が必要になっていた。

［実施例１］
本発明の好適な実施例の光音響装置の構成を示した概略図を図１に示す。図１に示す光音響装置は、被検体Ｅ（例えば、乳房）の特性情報を取得し、被検体Ｅ内の画像データを生成する。
本実施例における光音響装置は、光源１００、光照射部としての光学系２００、音響検出素子３００、支持体４００、素子選択部５００、信号処理部６００、入力部７００、走査領域設定部８００、スキャナ９００、音響マッチング材１０００を備える。
以下、被検体及び各構成について説明する。

（被検体）
被検体Ｅは測定の対象である。具体例としては、乳房等の生体や、装置の調整などにおいては生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが挙げられる。音響特性とは具体的には音響波の伝搬速度および減衰率であり、光学特性とは具体的には光の吸収係数および散乱係数である。被検体の内部には、光吸収係数の大きい光吸収体が存在する必要があり、生体では、ヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などが光吸収体となる。ファントムでは、光学特性を模擬した物質を光吸収体として内部に封入する。

（光源）
光源１００はパルス光を発生させる装置である。光源としては大出力を得るため、レーザーが望ましいが、発光ダイオードなどでもよい。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。被検体が生体の場合、光源１００から発生するパルス光のパルス幅は数十ナノ秒以下にすることが望ましい。また、パルス光の波長は生体の窓と呼ばれる近赤外領域であり、７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度が望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達できるので、深部の情報を取得するのに好適である。生体表面部の測定に限定すれば、５００〜７００ｎｍ程度の可視光から近赤外領域も使用してもよい。さらに、パルス光の波長は観測対象に対して吸収係数が高いことが望ましい。

（光学系）
光学系２００は、光源１００で発生させたパルス光を被検体Ｅへ導く装置である。具体的にはレンズ、ミラー、プリズム、光ファイバー、拡散板などの光学機器や、それらの組み合わせである。また光を導く際に、これらの光学機器を用いて、所望の光分布となるように形状や光密度を変更することもある。光学機器はここにあげたものだけに限定されず、このような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。光学系は本発明の照射部に相当する。

また、生体組織に照射することが許される光の強度は、所定の安全規格によって最大許容露光量（ＭＰＥ：ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）が定められている。安全規格としては例えば、ＩＥＣ ６０８２５−１：Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ
ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓがある。他に、ＪＩＳ Ｃ ６８０２：レーザー製品の安全基準、ＦＤＡ：２１ＣＦＲ Ｐａｒｔ １０４０．１０、ＡＮＳＩ Ｚ１３６．１：Ｌａｓｅｒ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ、などがある。最大許容露光量は、単位面積あたりに照射することができる光の強度を規定している。そこで、最大許容露光量を守りつつ、良好な被検体内部画像を得るためには、被検体Ｅの表面に広い面積で一括して光を照射することが好ましい。こうすることで、単位面積当たりの光強度を抑制しながら多くの光を被検体Ｅに導けるので、光音響波の高いＳＮ比での受信が可能になる。このため光をレンズで集光させるより、図１の光学系２００から伸びる破線で示す様に、ある程度の面積に広げる方が好ましい。

（音響検出素子）
音響検出素子３００は、光音響波を受信して電気信号に変換する。被検体Ｅからの光音響波に対して、受信感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましい。音響検出素子３００を構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、ｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）などの静電容量型の素子、ファブリペロー干渉計を用いた音響検出素子、などを用いることができる。

また、音響検出素子３００は、受信感度が高くなる軸方向を有し、該軸方向に光音響波を高感度に受信する受信領域が形成される。以下の説明では、「受信感度が高くなる軸方向」を「指向軸」と記す。
図２（ａ）は、音響検出素子３００の感度特性の一例を示したものである。図２（ｂ）に示すように、音響検出素子３００は、典型的には円形の平面形状の受信面を有している。図２（ａ）は、受信面の法線方向から光音響波が入射する場合を０度として、図２（ｂ）に示す音響検出素子３００の中心線を通る断面における、入射角度に応じた感度特性を示している。図２（ａ）の例では、受信面の法線方向から入射する場合の感度が最も高く、入射角度が大きくなるほど感度が低くなる。

また、感度の最大値をＳに対して最大値の半分Ｓ／２になる時の入射角度がαとする。本実施例においては、前記αの様な入射角度を指向角と記す。また、音響検出素子の受信面に入射角α以下で光音響波が入射する領域を高感度に受信可能な領域とする。以下の説明では、音響検出素子が光音響波を「高感度に受信可能な領域」を「高感度受信領域」と記す。
このように、音響検出素子３００は、指向軸を有し、指向軸の周りに光音響波を高感度に受信する高感度受信領域が形成されている。なお、角度αの設定は、最大感度の半値幅に限らず、場合に応じて様々であってよい。

本実施例では、音響検出素子は２種類の指向特性のものを搭載しており、その指向角はそれぞれα１、α２（α１＞α２）とする。このとき、指向角α１の音響検出素子を音響検出素子３０１、指向角α２のものを音響検出素子３０２とする。特に断りがない限り、指向角の違いに関係なく音響検出素子全体を総称する場合に音響検出素子３００と表記する。音響検出素子の指向角については、開口の広い素子の方が指向角が狭くなるため、素子開口を変えることで指向角の異なる素子が用意できる。また、素子受信表面を凹面、凸面にしたり音響レンズを用いたりすることでも、指向角の異なる素子を用意できる。

（支持体）
図１に示す支持体４００は、略半球形状の容器であり、半球の内側の面に複数の音響検出素子３００が設置され、半球の下部（極）に光学系２００が設置されている。また、半球の内側には、後述する音響マッチング材１０００を成す溶液が充填される。また、各音響検出素子３００は、不図示のリード線によって後述する信号処理部６００に接続されている。なお、支持体４００の形状は半球に限られず、球冠形状、楕円体の一部分を切り取った形状、複数の平面または曲面を組み合わせた形状なども使用できる。後述するように、複数の音響検出素子の少なくとも一部の音響検出素子の指向軸が集まるように、複数の音響検出素子を支持できる形状であればよい。

支持体４００は、これらの部材を支持するために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。また、音響マッチング材１０００が支持体４００の外側に漏れ出ないようにするためのシール部材を設けることが好ましい。また、支持体４００の上部に、被検体Ｅを保持する部材を設けてもよい。保持部材はカップ状やお椀状が好適であ
り、照射部からの光や被検体内部からの光音響波に対して透過性を持つことが望ましい。

支持体４００の半球面上にアレイ状に素子を配列する際に、複数の音響検出素子３００のうち少なくとも一部の素子の指向軸は、他の素子の指向軸と異なる角度を成すようにする。そして各素子の指向軸は、半球の略中心の領域で交差する。図１は半球の中心軸で切断した断面図であり、被検体Ｅ内の一部の領域に集束する一点鎖線が音響検出素子３００の指向軸を示している。また、光学系２００は、半球の略中心の領域を照明するように配置されている。このような配置の場合、ユニバーサルバックプロジェクションによって得られる画像は、半球の中心の分解能が高く、中心から離れると分解能が低くなる。

本実施例においては、２種類の指向性の音響検出素子３０１、３０２が実装されるが、その配置関係は、上記音響検出素子３００として説明した配置位置に、音響検出素子３０１、３０２が隣り合うようにペアで配置される。
また、支持体４００における各音響検出素子３００と光学系２００の位置情報が、不図示のメモリーなどの記録装置に保存され、画像を生成する時に利用される。

本明細書ではこのように分解能が高い領域を高分解能領域と呼ぶ。本実施例において高分解能領域は、最も分解能の高い点から最も高い分解能の半分の分解能となるまでの領域のことを指し、図１では領域Ｇがこれに相当する。なお、特定の領域に受信感度の高い方向を向け、所定以上の分解能で特性情報を取得可能な高分解能領域を形成できる限り、必ずしも各音響波検出素子の最も感度の高い方向が交わらなくてもよい。また、支持体により支持された複数の音響波検出素子の少なくとも一部が特定の領域に向いていればよい。

このとき、音響検出素子３０１のみで形成される高感度受信領域を図３（ａ）に、音響検出素子３０２のみで形成される高分解能領域を図３（ｂ）に示す。図３（ａ），図３（ｂ）に示す白い印の音響検出素子は、広い指向角α１（広指向角）の音響検出素子３０１で、黒い印の音響検出素子は狭い指向角α２（狭指向角）の音響検出素子３０２である。音響検出素子３０１と３０２は互いに隣合う形で配置され、軸が同じ領域に向かうように取り付けられている。各音響検出素子から放射状に伸びる線は、各素子からの指向角内の範囲を示しており、各素子が音響波検出すると、これら放射状の線の範囲内の信号が得られる。この放射状の線が集中する領域内部の点線エリアＧ１およびＧ２は、高分解能領域である。

このとき、広指向角の音響検出素子３０１のグループを使用したとき高分解能領域Ｇ１は、狭指向角の音響検出素子３０２のグループを使用したときに比べ、広い領域が高分解能領域となっていることがわかる。先にも説明したが、音響検出素子は、指向角を広げる程に低感度となる傾向があるので、図３（ａ）の高分解能領域Ｇ１は、広い領域であるが感度は低く、図３（ｂ）の高分解能領域Ｇ２は、狭い領域であるが感度が高い傾向となる。
この時、支持体４００を走査することで、被検体内の高分解能領域を広げることができる。

（素子選択部）
図１の素子選択部５００は、音響検出素子３００の中から、実際に使用する音響検出素子を選択するユニットである。素子選択部５００では、ユーザからの撮影指示に基づき、実際に使用する音響検出素子を選択し、使用する音響検出素子と信号処理部とを接続する役割を果たす。使用する音響検出素子の選択方法の具体的な方法は、後述する。
本実施例において、選択部では使用する音響検出素子と信号処理部を接続するスイッチ部も含む構成としているが、回路接続を切り替えるスイッチと素子選択部５００を別の装置として分割してもかまわない。素子選択部は本発明の選択部に相当する。

（信号処理部）
信号処理部６００は、音響検出素子３００から入力された電気信号を保存する機能を有している。また、音響検出素子３００から入力された電気信号を用いて被検体Ｅ内の光学特性などの特性情報を生成し、特性情報に基づいて被検体Ｅ内の画像を生成する機能を備えている。さらに、信号処理部６００は、光源１００の発光制御とスキャナ９００の駆動制御などの,光音響装置を動作させる処理を行う機能を備えている。信号処理部は本発明
の処理部に相当する。

信号処理部６００の演算部は、典型的にはＣＰＵ、ＧＰＵ、Ａ／Ｄ変換器などの素子や、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの回路から構成される。なお、演算部は、１つの素子や回路から構成されるだけではなく、複数の素子や回路から構成されていてもよい。また、信号処理部６００が行う各処理をいずれの素子や回路が実行してもよい。
また、信号処理部６００内の記憶部は、典型的にはＲＯＭ、ＲＡＭ、およびハードディスクなどの記憶媒体から構成される。なお、記憶部は、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。
また、信号処理部６００は、同時に複数の信号をパイプライン処理できるように構成されていることが好ましい。これにより、被検体情報を取得するまでの時間を短縮できる。

なお、信号処理部６００が行うそれぞれの処理を、演算部に実行させるプログラムとして記憶部に保存しておくことができる。ただし、プログラムが保存される記憶部は、非一時的な記録媒体である。なお、信号処理部、素子選択部および走査制御部などは、それぞれ別個の回路や情報処理装置で構成されてもよいし、一つの情報処理装置の機能ブロックとして構成されてもよい。

（入力部）
入力部７００は、ユーザが測定指示を行うための入力手段である。本実施において、入力部７００では、三次元の関心領域の指定や測定を実現するための細かな設定を指示することができる。ユーザは、不図示の表示部に表示された被検体Ｅの撮影画像を参照しながら、関心領域を指定する。このとき被検体Ｅの撮影画像は、不図示のキャプチャカメラの撮影した画像を表示する。また、測定を実現するための細かな設定について、本実施例では測定条件の選択が可能である。測定条件の選択内容については、後述する。本実施例では測定条件の選択によって、測定に使用する素子を確定する。同じ目的の入力として、他にも、使用する素子の選択、または高分解能領域を形状やサイズを指定する入力ができる方式であってもよい。

入力部のインタフェースは、マウスやキーボードといったポインティングデバイスでもよく、ペンタブレットタイプのものや不図示の表示部表面に取り付けたタッチパッドでもよい。また、表示部をタッチパネルで構成してもよい。

（走査領域設定部）
走査領域設定部８００は、支持体４００を移動させるＸ，Ｙ，Ｚ方向の走査領域を設定する装置である。走査領域設定部８００は、支持体４００をＸ，Ｙ，Ｚ方向に走査させることで形成される高分解能領域Ｇの軌跡範囲内部に、入力部７００で指定された三次元関心領域が内包されるように支持体４００を移動させるＸ，Ｙ，Ｚ領域を設定する。本実施例においては、関心領域が収まるＺ座標位置を算出し、ＸＹ平面を渦巻状に走査する方式とする。このとき、選択部が選択した音響検出素子の組み合わせによって確定する高分解能領域の形状（サイズ）に基づいて、スキャン軌道をスケジューリングする。スキャン軌道スケジューリングの詳細は、後述する。

（スキャナ）
スキャナ９００は、支持体４００の位置を図１のＸ，Ｙ，Ｚ方向に走査することにより、被検体Ｅに対する支持体４００の位置を変更する装置である。このためスキャナ９００は、不図示のＸ，Ｙ，Ｚ方向のガイド機構と、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の駆動機構と、支持体４００のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置を検出する位置センサを備えている。図１に示すように、スキャナ９００の上に支持体４００が積載されるため、ガイド機構は大きな荷重に耐えることが可能なリニアガイドなどを用いることが好ましい。また、駆動機構としては、リードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、油圧機構、などを用いることができる。駆動力はモータなどを用いることができる。また、位置センサとしては、エンコーダ、可変抵抗器、などを用いたポテンショメータなどを用いることができる。スキャナは本発明の走査部に相当する。

（音響マッチング材）
音響マッチング材１０００は、被検体Ｅと音響検出素子３００との間の空間を満たし、被検体Ｅと音響検出素子３００を音響的に結合させるためのものである。材料は、被検体Ｅと音響検出素子３００に音響インピーダンスが近く、光源１００で発生するパルス光を透過する液体が望ましい。具体的には、水、ひまし油、ジェルなどを用いることができる。

次に、本発明の特徴となる使用する音響検出素子を確定させる過程と、確定した音響検出素子に基づいて実行される光音響波の取得方法について説明する。必要に応じて、図６のフローチャートのステップ番号も示す。
まず被検体が装置に挿入される（ステップＳ１）。すると上述のように、撮影された被検体画像が表示部に表示される（ステップＳ２）。それを見たユーザにより、入力部７００を介して、測定が指示される。測定指示の際は、三次元の関心領域と測定波長、および測定方法などの測定条件が設定される（ステップＳ３）。

測定条件のうち、測定方法としては、クイックスキャンとディテールスキャンの二種類のスキャンモードが指定可能である。クイックスキャンは、分解能を落として短時間でスキャンを行うモードである。ディテールスキャンでは高分解能でのスキャンを行う。このように測定に要する時間を選択可能なことは、被検者の負担低減のため重要となる。
入力部７００で設定された測定指示は素子選択部５００に伝えられ、使用する素子の決定が下記要領で行われる（ステップＳ４）。

（使用する素子の選択方法）
本実施例において、音響検出素子３００は、広指向角の音響検出素子３０１のグループと、狭指向角の音響検出素子３０２グループが存在する。これらはそれぞれ、広指向角の素子のみを組み合わせた第一のパターンと、狭指向角の素子のみを組み合わせた第二のパターンとも呼べる。ここで「広指向角」「狭指向角」とは具体的な角度を規定する意図ではなく、所定の指向角を持つ素子の組み合わせからなる第一のパターンと、所定の指向角より狭い指向角の素子を組み合わせた第二のパターンを比較する意味である。

素子選択部５００は、これら２つのグループ（パターン）のうちどちらを使用するかを決定する。具体的には、測定指示の入力後、素子選択部５００は、測定種類を参照し、クイックスキャンの場合は広指向角の音響検出素子３０１のグループを選択する。一方、測定種類がディテールスキャンの場合は、狭指向角の音響検出素子３０２のグループを選択する。素子選択部５００は、選択した素子群が、信号処理部６００に回路的に結合されるように配線のスイッチングを行う。ここで、クイックスキャンとはディテールスキャンと比べて光照射間での支持体４００の移動量が大きい走査のことを指す。すなわち、ディテールスキャンでは、各光照射時の支持体４００の位置のピッチがクイックスキャンと比べ
て小さくなる。走査方法および測定条件について、クイックスキャンを、ピッチが比較的大きい所定の値である第一の測定条件と呼び、ディテールスキャンを、ピッチが所定の値よりも小さい第二の測定条件と呼ぶこともできる。
次に、走査領域設定部８００において、スキャン軌道のスケジューリングを行う。

（スキャン軌道スケジューリング）
走査領域設定部８００は、素子選択部５００において決定された素子グループの情報を参照し、その組み合わせで形成される高分解能領域のサイズを算出する。このとき算出される高分解能領域のサイズにより、螺旋軌道の径方向のピッチ（スパイラルピッチ）および、スキャン中の光音響測定位置が決定できる。また、ユーザによって設定された三次元関心領域によって、スパイラルスキャンの巻き数が決定できる。

ここで、三次元関心領域および高分解能領域と、スキャン軌道スケジューリングとの関係を、図４を参照しながら説明する。
図４Ａは、広指向角の素子群を選択した場合のスキャン軌道スケジューリングの様子である。Ｇ１は広指向角の素子群により形成される高分解能領域である。丸い実線は、ユーザにより設定された関心領域Ｒ１で、ＸＹのスキャン平面での断面図となっている。このとき、走査領域設定部８００は、関心領域Ｒ１の内部を高分解能領域Ｇ１で満たすように、スパイラルピッチおよび光音響の測定位置を決定する。この場合、スパイラルピッチは、高分解能領域Ｇ１の直径で決定される。関心領域Ｒ１内部を高分解能領域Ｇ１で満たすためには、スパイラルピッチは、高分解能領域Ｇ１の直径以下にする必要がある。本実施例ではスパイラルピッチは高分解能領域Ｇ１の直径と同じとする。

またこのとき、図４Ａに示すように、関心領域Ｒ１内部に先程の要領で算出したスパイラルピッチに基づいた渦巻状の螺旋軌道を、略同心円状に配置する。これにより、螺旋の巻き数も決定される。本実施例においては、螺旋巻き数は、関心領域Ｒ１の半径をスパイラルピッチで割ることで求められる。さらに、図４Ａに示すように、螺旋軌道上にＧ１を敷き詰めることで、螺旋軌道上での光音響測定位置も決定できる。このとき、光音響測定位置と光源１００の発光周期により、スキャン速度も決定できる。
なお、発光および音響波検出は、支持体が停止と移動を繰り返す中で停止位置において実施されてもよいし、支持体が連続的に移動する中で実施されてもよい。

図４Ｂは、狭指向角の素子群を選択した場合のスキャン軌道スケジューリングの様子である。図４Ａを参照して説明したスケジューリング方法と同様の手順で、スキャン軌道およびスキャン速度を決定できる。図４Ｂの場合は、ユーザの入力内容に基づき、狭い領域を高感度で測定するような設定がなされている。

上記手続きにより確定した走査軌道に従って、スキャナ９００は支持体４００を走査する。そして走査中の各位置において、下記要領で光音響測定が実行される（ステップＳ５）。

まず、走査軌道における最初の位置（第一測定位置）において、光源１００により光が発光され、光学系２００によって音響マッチング材１０００を介して被検体Ｅに照射される。すると被検体Ｅに照射された光が被検体Ｅ内で吸収され、光音響波が発生する。被検体Ｅ内で発生した光音響波が、音響マッチング材１０００を介して音響検出素子３００に伝播して受信され、電気信号に変換される。

変換された電気信号は、素子選択部５００によって選択された素子の信号のみが信号処理部６００に送られ、前述の第一測定位置情報と関連付けされて、メモリーなどの記憶装置に第一測定位置における第一電気信号として保存される。このとき、広指向角および狭
指向角の素子すべてからの電気信号を取得してから条件に応じて選択してもよいし、予め行われるスイッチ処理等によって、選択された指向角を持つ素子からの電気信号のみが取得されるようにしてもよい。これは選択されたパターンに含まれる検出素子から出力された電気信号を保存することに相当する。また、選択されたパターンに含まれない検出素子から出力された電気信号を保存しないような処理としてもよい。

次に、支持体４００が、スキャナ９００により、走査領域設定部８００において設定された移動領域の内側にある第二測定位置に移動される。そして、第一測定位置の測定と同様の工程により、第二測定位置における第二電気信号が取得される。
以下、上述と同様の工程により、走査領域設定部８００によって設定された移動領域内の全ての測定位置における電気信号が取得される。
信号処理部６００は、各測定位置で取得された電気信号を用いて、被検体内部の関心領域の画像を生成する（ステップＳ６）。

以上説明したように構成された装置を使用すれば、ユーザによる測定指示（特に測定モード）に基づいて、高分解能領域およびスキャン軌道が調整できる。これにより、冗長な時間を必要とする要素を軽減した、好ましいスキャンスケジュールが可能となる。その結果、測定の分解能や測定領域の広さといった測定条件について、ユーザのニーズを満たした光音響イメージングが実現できる。

本実施例においては、測定方式としてクイックスキャンとディテールスキャンの二種類で説明を行ったが、実際にはもっと多くのスキャンモードが実装されていてもよい。例えば測定条件として、中程度の分解能かつ程々の所要時間でスキャンを行うモードを設定してもよい。

また、得られるデータの質として分解能を指標にしたが、コントラストなど、画像再構成した際の画質に影響するパラメータに着目してスキャンモードが定義されてもよい。さらに、使用する素子の選択について、スキャンモードで判断する方式は一実施例であり、実際には別の指標で判断してもよい。たとえば上述の分解能やコントラストを目標値として参照する方式や、指定された三次元関心領域の大きさや広さ、または、測定にかかる時間を指標にして、使用素子選択の判断を行う方式であってもよい。

分解能、コントラストの目標値については、５段階で指定する方法でもよい。この場合、各目標値を満足する素子組み合わせをプリセット値としたデータリストを装置内に持たせ、制御プログラムが目標値に応じてテーブル参照により使用素子を確定させることで実現可能である。分解能を指定する方式では、ユーザは分解能を優先し、光吸収特性の微細な変化に着目した再構成画像形成の指示が可能となる。またコントラストを指定する方式では、コントラスト特性を重視した再構成画像形成の指示が可能となり、光吸収特性の分布状況を俯瞰した画像を入手することが可能となる。分解能とコントラストは二律相反することがあるので、双方のバランスが重要である。上記のように、それぞれのパラメータにおいて目標設定を可能にすることで、光吸収分布画像についてより細やかな画質調整が可能となる。

さらに、本実施例においては、二種類の指向特性の音響検出素子を配置する装置構成としたが、さらに多種類の指向特性の音響検出素子を採用してもよい。本実施例においては、測定に使用する音響検出素子を指向特性のグループ別に選択する方式で紹介したが、各種指向性の音響検出素子を組み合わせて使用する方式であってもよい。

［実施例２］
本実施例では、高分解能領域の形状を変化させる方法について説明する。本実施例でも
、実施例１で説明したものと同様の構成を持つ光音響装置を利用できる。

図５に示すように、広指向角の音響検出素子３０１と、狭指向角の音響検出素子３０２とを用いることで、高分解能領域の形状を変化させることができる。図５の概要は、基本的に図３と同じ内容で、白い印の音響検出素子は広指向角の音響検出素子３０１、黒い印の音響検出素子は狭指向角の音響検出素子３０２である。各音響素子から放射状に延びる線は、各素子からの指向角内の範囲を示している。図中点線の円Ｇ３は、図中放射状の線が記載されている素子が、測定で使用する音響検出素子として選択された場合の高分解能領域である。

図５のように、支持体４００の底面付近では狭指向角の音響検出素子を使用し、支持体の縁の周辺では広指向角の音響検出素子を選択することで、高分解能領域を縦長の球体状、あるいはアーモンド状に変形できる。このような要領で、縦長の形状にかぎらず、所望の高分解能領域の形状を得られる。

図５に示すような、Ｚ軸方向に長い縦長の球状の高分解能領域を形成することで、ユーザによってＺ軸に長い形状の関心領域が設定された場合でも、好適な測定が行える。
ここで、広指向角グループのみで構成される高分解能領域を形成すれば、大きな高分解能領域での測定は可能であるが、全体的に感度は下がる傾向となる。一方、図５のような方式をとれば、狭指向角の素子も使用することで、高分解能領域を広げつつも感度の落ち込みを抑制できる。特に、関心領域のアスペクト比がＺ軸方向に大きくなる、または、従来の球形状の高分解能領域の直径より大きくなる程に、その効果は顕著になる。

ここで、本実施例における測定のシーケンスについて補足する。測定シーケンスは実施例１と基本的に同じであるが、高分解能領域の形状を変化させられることを踏まえ、以下のようなシーケンスによる機能の実装も考えられる。

（ユーザが高分解能領域の形状を指示する場合）
装置は、プリセット値として、高分解能領域の形状パターン(基準パターン)を有している。ユーザは入力部７００により、どの形状パターンを用いるかを指定する。例えば表示部に表示された複数のパターンから所望のものを選ぶ方式が考えられる。素子選択部５００は、高分解能領域の形状パターン毎に、どの素子組み合わせを選択すればよいか、参照テーブルを持っているので、ユーザの選んだ形状パターンに応じて前記テーブルを参照し、使用する素子を確定する。各パターンは、少なくとも２つ以上の特性の異なる素子を組み合わせて構成してもよい。

これ以降の処理については実施例１と同様に行われる。すなわち、三次元関心領域と高分解能領域の形状に基づいて走査領域設定部８００で走査がスケジューリングされ、光音響測定が実施されて被検体内部の画像再構成がなされる。
これによりユーザは、自らの設定する関心領域の形状に応じて、適していると考える高分解能領域での測定を指定することが可能となる。

（関心領域の形状に自動的に合わせる場合）
他の実装方法として、ユーザの指定する三次元関心領域の形状に合わせて、自動的に高分解能の形状を変化させる機能も考えられる。その一例として、ユーザの指定する三次元関心領域の形状に着目し、そのアスペクト比で使用する素子組み合わせを変化させるシステムについて説明する。

測定条件が入力されると、素子選択部５００は、ユーザが指定した三次元関心領域のアスペクト比を求める。例えば、Ｚ軸方向に押しつぶされたような扁平な形状が指示されて
いる場合は、図５に示すように、Ｚ軸方向に長軸のある楕円形状の高分解能領域が形成されるような素子組み合わせを選択する。本実施例において、形状別の素子組み合わせの決定方法は、数種類の形状を実現するための素子組み合わせ情報をプリセット値としてメモリーに格納していて、その中から選択する方式である。
これ以降の処理については、実施例１と同様で、三次元関心領域と高分解能領域の形状に基づいて走査領域設定部８００で走査がスケジューリングされ、測定が実施される。

測定の詳細パラメータとしてユーザが、測定時間、目標分解能、あるいは目標コントラスト等を指定可能であるとき、素子選択部５００はこれらの測定条件を満たすような素子組み合わせを選択することができる。これにより、ユーザが具体的に高分解能領域の形状を意識することなく、詳細パラメータを考慮した測定が自動的に実行されるような装置を提供できる。

本実施例によれば、ユーザに入力された測定条件に応じた高分解能領域の設定とスキャンのスケジューリングが可能になる。その結果、測定の分解能や測定領域の広さ等についてユーザのニーズを満たした光音響イメージングが実現でき、ユーザおよび被検者にとって好ましい光音響測定が行われる。

上記各実施例においては、あらかじめ素子特性に応じて検出素子がグループ分けされており、関心領域の形状やユーザの選択に応じてグループが選択され、高分解能領域の形状が定まっていた。しかし、ユーザにより関心領域の形状が入力されてから、あるいは高分解能領域の形状が入力されてから、それに適した素子を、各素子の特性（指向性や感度）や位置に応じてピックアップすることも可能である。

１００：光源，２００：光学系，３００：音響波検出素子，４００：支持体，５００：素子選択部，６００：信号処理部，７００：入力部，８００：走査領域設定部，９００：スキャナ

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音響波を検出して電気信号を出力する複数の検出素子と、
   前記複数の検出素子の少なくとも一部の検出素子の指向軸が集まるように前記複数の検出素子を支持する支持体と、
   ユーザによる測定条件の入力を受け付けることのできる入力部と、
   少なくとも２つ以上の前記検出素子を含む素子の組み合わせからなり、それぞれ所定の形状の高分解能領域を形成する複数のパターンから、前記入力部により入力された前記測定条件に応じたパターンを選択する選択部と、
   前記選択部により選択されたパターンに含まれる検出素子から出力された電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する処理部と、
   を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記複数の検出素子は、所定の指向角を有する少なくとも２つ以上の前記検出素子の組み合わせからなる第一のパターンと、前記所定の指向角よりも狭い指向角を有する少なくとも２つ以上の前記検出素子の組み合わせからなる第二のパターンとを含み、
   前記選択部は、前記第一のパターンと前記第二のパターンとを含む前記複数のパターンから、前記入力部により入力された前記測定条件に応じたパターンを選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
3. 前記支持体を移動させる走査部を更に有し、
   前記入力部は、各光照射時の前記支持体の位置のピッチが所定の値である第一の測定条件、および、前記ピッチが前記所定の値よりも小さい値である第二の測定条件の入力を受け付けることができ、
   前記選択部は、前記入力部により前記第一の測定条件が入力されたときに前記第一のパターンを選択し、前記入力部により前記第二の測定条件が入力されたときに前記第二のパターンを選択する
   ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記支持体を移動させる走査部を更に有し、
   前記入力部は、前記走査部による前記支持体の走査方法を前記測定条件として入力を受け付けることができ、
   前記選択部は、前記複数のパターンから前記入力部により入力された前記支持体の走査方法に応じたパターンを選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記走査部は、前記選択部により選択されたパターンにより形成される、前記高分解能領域に基づいた走査軌道で前記支持体を移動させる
   ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記処理部は、前記選択部により選択されたパターンに含まれる検出素子から出力された電気信号を保存する
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記処理部は、前記選択部により選択されたパターンに含まれない検出素子から出力された電気信号を保存しない
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記入力部は、前記特性情報を取得する領域である関心領域の指定を含む前記測定条件の入力を受け付けることができる
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記入力部は、前記関心領域における前記特性情報の分解能を含む前記測定条件の入力を受け付けることができる
   ことを特徴とする請求項８に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記入力部は、前記関心領域から前記特性情報を取得するのに要する時間を含む前記測定条件の入力を受け付けることができる
    ことを特徴とする請求項８または９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記高分解能領域は、所定以上の分解能で前記特性情報を取得可能な領域である
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. それぞれの前記パターンに含まれる前記検出素子は、前記検出素子の指向角に応じて決定される
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
13. それぞれの前記パターンに含まれる前記検出素子の指向角は、パターンごとに異なる
    ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置。
14. それぞれの前記パターンに含まれる前記検出素子は、前記支持体における前記検出素子の位置に応じて決定される
    ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
15. 前記特性情報に基づき前記被検体内の画像を表示する表示部をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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