JP2016043106A - 光音響画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響波の検出頻度が増加しても、光音響画像を遅滞なく取得する。
【解決手段】光音響画像化装置は、光源、検出部、断層像生成部、及び画像形成部を備える。光源は、パルス光を被検体に照射する。検出部は、被検体内の光吸収体がパルス光を吸収する度に光吸収体で発生する光音響波を検出する。断層像生成部は、検出部の検出結果に基づいて被検体の断層像を生成する。断層像生成部は、さらに、該断層像のうちの一部分を含む部分断層像を該部分断層像のサイズに応じた頻度で生成する。画像形成部は、所定期間内に作成される複数の部分断層像に基づいて、表示部に表示する光音響画像を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、光音響画像化装置に関する。

従来、生体内部を非破壊で検査する装置として、生体に超音波を照射し、生体内部で反射される音響波を検出する超音波診断装置が知られている。この装置では、特許文献１のように、検出した音響波の強さに応じた輝度で照射位置及び音響波の検出に要する時間に応じてマッピングすることにより生体の断層像（所謂、Ｂモード画像）を取得する。さらに、特許文献１の超音波診断装置では、取得した断面画像のうちの一部領域を拡大表示する機能を有している。

また、近年では、生体内部の特定の物体の状態を非破壊で検査する光音響画像化装置の開発が進められている。光音響画像化装置では、生体に所定波長の光を照射し、この光を吸収する際に生体内部の特定の物体が発する弾性波である光音響波を検出する。そして、光音響波の検出結果に基づく断層像を生成することにより、生体内部の特定の物質を示す光音響画像を形成する。

この断層像は、たとえば複数の断層像データを加算平均することにより、より鮮明にすることができる。そのため、単位時間当たりの光の照射回数をより多くして、光音響波の検出頻度を増加させることが好ましい。

特開平６−６３０４０号公報

しかしながら、光音響波の検出頻度を増加させると、単位時間当たりに画像処理するデータ量が増大する。そのため、次々に生成する断層像データの画像処理が追いつかない場合があり、データを記憶するメモリにも大きな負担が掛かる。従って、画像処理にタイムラグが生じて、生体内の光音響画像をリアルタイムに表示できない恐れがある。このような問題に対して、特許文献１ではなんら言及されていない。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、光音響波の検出頻度が増加しても、光音響画像を遅滞なく取得することができる光音響画像化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一の態様による光音響画像生成装置は、パルス光を被検体に照射する光源と、被検体内の光吸収体がパルス光を吸収する度に光吸収体で発生する光音響波を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて被検体の断層像を生成し、該断層像のうちの一部分を含む部分断層像を該部分断層像のサイズに応じた頻度で生成する断層像生成部と、断層像のうちの一部分を指定する入力を受け付ける入力部と、所定期間内に作成される複数の部分断層像に基づいて、表示部に表示する光音響画像を形成する画像形成部と、を備える構成（第１の構成）とされる。

上記第１の構成によれば、光音響波の検出結果に基づく被検体の断層像のうちの一部分を含む部分断層像がそのサイズに応じた頻度で生成される。ここで、部分断面像のサイズが小さいほど、各部分断面像のデータ量は小さくなる。従って、部分断層像の生成頻度が増加しても、光音響画像を形成して表示部に表示する際の負荷の増大を抑制することができる。よって、光音響波の検出頻度が増加しても、光音響画像を遅滞なく取得することができる。

また、部分断層像のサイズが小さいほど、より多くの部分断層像に基づいて光音響画像を形成できるので、より鮮明で高精細な光音響画像を形成できる。

上記第１の構成の光音響画像生成装置において、断層像のうちの一部分は、光吸収体と、被検体内に挿入される物体の少なくとも一部と、を含む構成（第２の構成）としてもよい。

第２の構成によれば、光吸収体と、被検体内に挿入される物体の少なくとも一部とを光音響画像に自動的に表示させることができる。

上記第２の構成の光音響画像生成装置において、入力部は、断層像のうちの一部分を示す指定点を指定する入力を受け付け、部分断層像のサイズが、光吸収体を示す第１指定点と物体の少なくとも一部を示す第２指定点との間の最短距離に応じて決定される構成（第３の構成）としてもよい。

第３の構成によれば、光吸収体を示す第１指定点と物体の少なくとも一部を示す第２指定点との間の最短距離に応じて部分断層像のサイズを自動的に変更できる。そのため、たとえば、物体が光吸収体に近づくと、部分断層像のサイズを小さくして、その生成頻度を増加させることができる。従って、より多くの部分断層像を用いて光音響画像を形成できるので、より鮮明で高精細な光音響画像を表示することができる。

また、上記第１〜第３のいずれかの構成の光音響画像生成装置において、光音響画像が、所定期間内に生成される複数の部分断層像を加算平均処理することにより作成される構成（第４の構成）としてもよい。

第４の構成によれば、光音響画像のＳ／Ｎ比を向上させ、より鮮明で高精細な光音響画像を表示することができる。

上記第１〜第４のいずれかの構成の光音響画像生成装置において、光音響画像が、該光音響画像のサイズに応じた倍率で拡大表示される構成（第５の構成）としてもよい。

第５の構成によれば、光音響画像のサイズの変化に連動して、光音響画像を拡大表示することができる。従って、たとえば、光音響画像を全面表示したり、光音響画像を所望のサイズで表示させたりすることができる。

上記第１〜第５のいずれかの構成の光音響画像生成装置において、光源が発光ダイオード素子光源である構成（第６の構成）としてもよい。

或いは、上記第１〜第５のいずれかの構成の光音響画像生成装置において、光源が半導体レーザ素子光源である構成（第７の構成）としてもよい。

若しくは、上記第１〜第５のいずれかの構成の光音響画像生成装置において、光源が有機発光ダイオード素子光源である構成（第８の構成）としてもよい。

第６〜第８のいずれかの構成によれば、光源を小型化でき、簡素な構成で発光周波数の高いパルス光を被検体に照射することができる。従って、単位時間当たりにより多くの断層像を取得できるので、光音響画像をより鮮明で高精細にすることができる。

本発明によれば、光音響波の検出頻度が増加しても、光音響画像を遅滞なく取得することができる光音響画像化装置を提供することができる。

光音響画像化装置の外観斜視図である。 光音響画像化装置の内部構成例を示すブロック図である。 超音波プローブの概略正面図である。 超音波プローブの概略側面図である。 各光照射部に設けられる光源部における光源の配置例である。 第１実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。 第２実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。 第３実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。 第４実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１は、光音響画像化装置１００の外観斜視図である。図２は、光音響画像化装置１００の内部構成例を示すブロック図である。光音響画像化装置１００は、被検体１５０内の断層像情報を取得するための超音波プローブ２０と、画像生成部３０と、画像表示部４０と、を備えている。

超音波プローブ２０は、光を生体である被検体１５０に照射すると共に被検体１５０内で発生した光音響波を検出する。また、超音波プローブ２０は、超音波を被検体１５０に送信すると共に反射波である超音波を検出する。なお、超音波プローブ２０は、本発明の検出部の一例である。

この超音波プローブ２０は、図２に示すように、駆動電源部１０１と、光源駆動部１０２と、光照射部２０１Ａと、光照射部２０１Ｂと、音響電気変換部２０２を備えている。光源駆動部１０２は駆動電源部１０１から電力の供給を受けている。光照射部２０１Ａ及び２０１Ｂはそれぞれ、光源部１０３を有している。そして、光源部１０３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子（不図示）を含む光源１０３Ａ、１０３Ｂを有している。光源駆動部１０２における光源駆動回路１０２Ａにより光源１０３Ａが駆動され、光源駆動回路１０２Ｂにより光源１０３Ｂが駆動される。

このほか、超音波プローブ２０は、光源部１０３から出射される光を集光するレンズ部材、及び、該レンズ部材によって集光された光を被検体１５０へ導く導光部（たとえばアクリル樹脂製の導光板、光ファイバ）などを備えていてもよい。

ここで、超音波プローブ２０の概略正面図を図３Ａに、概略側面図を図３Ｂに示す。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光照射部２０１Ａと光照射部２０１Ｂは、後述する超音波振動素子２０２Ａを挟んで互いに対向するようＺ方向に並んで配置される。また、光照射部２０１Ａ及び２０１Ｂにおいて、光源部１０３は、超音波プローブ２０を被検体１５０に接触させたときに被検体１５０近傍に位置するように設けられている。

図４は、各光照射部２０１Ａ及び２０１Ｂに設けられる光源部１０３における光源１０３Ａ、１０３Ｂの配置例である。光源部１０３では、たとえば図４のように、光源１０３Ａ及び１０３ＢがＹ方向に交互に配列されている。また、光源１０３Ａ及び１０３Ｂはそれぞれ、Ｙ方向に３列、且つ、Ｚ方向に６列（すなわち３×６＝１８個）のＬＥＤ素子を含んで構成されている。

このように、光源１０３Ａ、１０３ＢがそれぞれＬＥＤ光源であれば、光源１０３Ａ、１０３Ｂを小型化でき、簡素な構成で発光周波数の高いパルス光を被検体に照射することができる。従って、単位時間当たりにより多くの断層像情報を取得できるので、後述する光音響画像をより鮮明で高精細にすることができる。

また、各光源１０３Ａ、１０３Ｂでは、ＬＥＤ素子の発光波長が異なっている。ここで、光源１０３Ａと光源１０３Ｂは、互いに異なる波長の光を発光するものとしている。波長の設定に関しては、測定対象（光吸収体Ｐ）に対する吸収率の高い波長を選択すればよい。たとえば、光源１０３Ａが照射する光の波長は、血液中の酸化ヘモグロビンに対する吸収率の高い７６０ｎｍとし、光源１０３Ｂが照射する光の波長は、血液中の還元ヘモグロビンに対する吸収率の高い８５０ｎｍとすることができる。この場合、たとえば光源１０３Ａを発光させて被検体１５０に７６０ｎｍの波長の光を照射すると、被検体１５０内の動脈血管や腫瘍等に含まれる血液中の酸化ヘモグロビンに光が吸収されることで光音響波が発生し、後述する光音響画像構築部３０７において動脈血管や腫瘍等を含む光音響画像が生成される。

光源１０３ＡのＬＥＤ素子は、光源駆動回路１０２Ａによって発光制御され、被検体１５０に光を照射する（図２参照）。同様に、光源１０３ＢのＬＥＤ素子は、光源駆動回路１０２Ｂによって発光制御され、被検体１５０に光を照射する。なお、ＬＥＤ素子は、パルス光を出射するように駆動されるＬＥＤ光源である。パルス光のＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）は、特に限定しないが、たとえば１０００［回／ｓｅｃ］とすることができる。

音響電気変換部２０２は、光照射部２０１Ａ及び２０１Ｂに挟まれてＹ方向に配置される複数の超音波振動素子２０２Ａを含んで構成される。超音波振動素子２０２Ａは、電圧を印加すると振動により超音波を発生し、振動（超音波）が加わると電圧を発生する圧電素子である。なお、音響電気変換部２０２と被検体１５０表面との間には、音響インピーダンスの差を調整する調整層（不図示）が介在している。この調整層は、超音波振動素子２０２Ａから発生した超音波を効率良く被検体１５０内へ伝播する。さらに、調整層は、被検体１５０内からの超音波（光音響波も含む）を効率良く超音波振動素子２０２Ａに伝播させる機能を有する。

光照射部２０１Ａ及び２０１Ｂから出射されるパルス光は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、被検体１５０内へ散乱しながら入射され、被検体１５０内の光吸収体Ｐ（生体組織）により吸収される。光吸収体Ｐが光を吸収すると、断熱膨張により弾性波である光音響波（超音波）が発生する。この光音響波は、被検体１５０内を伝播し、超音波振動素子２０２Ａにより電圧信号に変換される。

なお、図３Ａ及び図３Ｂに示すような穿刺針Ｎなどの物体が被検体１５０内に挿入されている場合、光音響波が穿刺針Ｎにおける光の吸収（または反射）によっても発生する。この光音響波は超音波振動素子２０２Ａにより電圧信号に変換される。

また、超音波振動素子２０２Ａは、超音波を発生して被検体１５０内へ超音波を伝播させ、被検体１５０内で反射された超音波を検出して電圧信号を生成する。つまり、本実施形態の光音響画像化装置１００は、光音響イメージングに加えて、超音波イメージングも可能となっている。

次に、画像生成部３０について説明する。画像生成部３０は、超音波プローブ２０により検出された信号を処理して画像化を行う。画像生成部３０は、たとえば、光音響波の検出信号に基づいて音響波画像を生成し、超音波の検出信号に基づいて超音波画像を生成する。画像生成部３０は、図２に示すように、受信回路３０１、Ａ／Ｄコンバータ３０２、受信メモリ３０３、データ処理部３０４、光音響画像再構成部３０５、検波・対数コンバータ３０６、光音響画像構築部３０７、超音波画像再構成部３０８、検波・対数コンバータ３０９、超音波画像構築部３１０、画像合成部３１１、制御部３１２、送信制御回路３１３、及び操作部３１４を備えている。

受信回路３０１は、複数の超音波振動素子２０２Ａから一部の超音波振動素子２０２Ａを選択し、選択された超音波振動素子２０２Ａについての電圧信号（検出信号）を増幅させる処理を行う。

光音響イメージングの場合は、たとえば、複数の超音波振動素子２０２ＡをＹ方向に隣接する２つの領域に分割し、１回目の光照射のときはそのうち１つの領域を選択し、２回目の光照射のときに残りの１つの領域を選択する。また、超音波イメージングの場合は、例えば、複数の超音波振動素子２０２Ａのうち一部の隣接する超音波振動素子２０２Ａから成るグループを切替えながら超音波を発生させ（所謂リニア電子スキャン）、受信回路３０１でも上記グループを切替えながら選択する。

Ａ／Ｄコンバータ３０２は、受信回路３０１からの増幅後の検出信号をデジタル信号に変換する。受信メモリ３０３は、Ａ／Ｄコンバータ３０２からのデジタル信号を保存する。データ処理部３０４は、受信メモリ３０３に保存された信号を光音響画像再構成部３０５または超音波画像再構成部３０８へ振り分ける機能を有する。

光音響画像再構成部３０５は、光音響波の検出信号に基づき位相整合加算処理を行い、光音響波のデータを再構成する。検波・対数コンバータ３０６は、再構成された光音響波のデータについて対数圧縮処理、及び包絡線検波処理を行う。そして、光音響画像構築部３０７は、検波・対数コンバータ３０６による処理後のデータを画素毎の輝度値データに変換する。即ち、Ｘ−Ｙ平面上の画素毎の輝度値データとして光音響画像データ（グレースケール）が生成される。なお、光音響画像再構成部３０５、検波・対数コンバータ３０６、及び光音響画像構築部３０７は、本発明の断層像生成部及び画像形成部の一例であり、後に説明する光音響波の画像化処理（後述する図５〜図８参照）を行う。

一方、超音波画像再構成部３０８は、超音波の検出信号に基づき位相整合加算処理を行い、超音波のデータを再構成する。検波・対数コンバータ３０９は、再構成された超音波のデータについて対数圧縮処理、及び包絡線検波処理を行う。そして、超音波画像構築部３１０は、検波・対数コンバータ３０９による処理後のデータを画素毎の輝度値データに変換する。即ち、Ｘ−Ｙ平面上の画素毎の輝度値データとして超音波画像データ（グレースケール）が生成される。

画像合成部３１１は、上記光音響画像データ及び上記超音波画像データを合成し、合成画像データを生成する。ここで画像合成については、超音波画像に対して光音響画像を重畳させてもよいし、光音響画像と超音波画像を並列に並べてもよい。画像表示部４０は、画像合成部３１１により生成された合成画像データに基づいて画像を表示する。なお、画像合成部３１１は、光音響画像データまたは超音波画像データのいずれかをそのまま画像表示部４０へ出力してもよい。

制御部３１２は、光音響画像化装置１００の各構成要素を制御する。たとえば、制御部３１２は、光源駆動回路１０２に波長制御信号を送信する。波長制御信号を受信した光源駆動回路１０２は、光源１０３Ａ及び光源１０３Ｂのいずれか一方を選択する。そして、制御部３１から光トリガー信号が光源駆動回路１０２に送信されると、光源駆動回路１０２は、選択された光源１０３Ａ又は１０３Ｂに駆動信号を送信する。

送信制御回路３１３は、制御部３１２からの指示により、音響電気変換部２０２に駆動信号を送信し、超音波を発生させる。なお、制御部３１２は、他にも受信回路３０１等を制御する。

操作部３１４は、ユーザの操作入力を受け付け、該操作入力に応じた入力信号を制御部３１２に出力する。

次に、画像表示部４０について説明する。画像表示部４０は、タッチパネルを有する表示装置であり、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０１と、入力検知部４０２と、を有する。ＬＣＤ４０１は、画像生成部３０により生成された画像信号に基づく画像（たとえば光音響画像など）を表示する。入力検知部４０２は、ユーザの操作入力を受け付ける。ユーザの指又はタッチペンなどによってＬＣＤ４０１の表示画面がタッチ入力されると、入力検知部４０２は、該タッチ入力に応じた入力信号を制御部３１２に出力する。

＜第１実施形態＞
次に、光音響波の検出結果を画像化する光音響画像化装置１００の光音響波の画像化処理を説明する。図５は、第１実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。

まず、超音波プローブ２０による光音響波の検出結果に基づいて、光吸収体Ｐを含む光音響画像Ｉｗが形成され、ＬＣＤ４０１の表示画面Ｓ１に表示される。なお、光音響画像Ｉｗは、被検体１５０内の超音波プローブ２０直下のＸ−Ｙ平面領域で発生した光音響波の断層像を加算平均処理することにより形成される画像である。光音響画像Ｉｗの画素サイズはたとえば縦２０４８［ｐｉｘｅｌ］×横１２８［ｐｉｘｅｌ］である。各画素は、加算平均処理後の光音響波の検出レベルを２５６階調のグレースケールで表している。光音響画像Ｉｗの横幅は断層像の幅（Ｙ方向の距離）に対応し、縦幅は被検体１５０の表面を始点とする検出深さ（Ｘ方向の距離）に対応している。また、断層像のサイズ（すなわちＸ−Ｙ平面領域での実際の大きさ）はたとえば幅×検出深さ＝５［ｃｍ］×５［ｃｍ］である。また、１回の光照射で発生する光音響波の検出信号から生成される断層像のデータ量はたとえば３２［ＭＢ］である。これらの条件は他の実施形態（たとえば後述の図６〜図８）においても同様である。

次に、表示画面Ｓ１においてタッチ入力により光音響画像Ｉｗの一部分（たとえば光吸収体Ｐ）が指定されると、表示画面Ｓ１ａのようにタッチ入力により指定された表示位置（指定点）にマーカＭが表示される。さらに、光吸収体Ｐを含む部分領域Ｒが自動的に決定される。この部分領域Ｒは、光音響画像Ｉｗのうち、リアルタイムに表示を更新する画像部分（部分光音響画像Ｉｐ）を示す。部分領域Ｒ内の画像部分は、光音響波の断層像のうちのたとえば幅×検出深さ＝２［ｃｍ］×２［ｃｍ］のサイズの部分断層像に対応している。また、１回の光照射に対して生成される部分断層像のデータ量はたとえば５．１２［ＭＢ］である。

次に、１回の光照射で発生する光音響波の検出信号から部分領域Ｒに対応する信号成分が抽出され、抽出された信号成分から、部分断層像が生成される。この部分断層像は、超音波プローブ２０から画像生成部３０に伝送される検出信号の伝送速度と、該部分断層像のサイズ（すなわち、抽出される信号成分のデータ量）とに応じた頻度で生成される。

そして、ＬＣＤ４０１が表示の更新に要する所定期間内に生成される複数の部分断層像が加算平均処理されることによって、部分領域Ｒ内の画像部分である部分光音響画像Ｉｐが生成される。この部分光音響画像Ｉｐは、ＬＣＤ４０１が表示を更新する際、表示枠Ｆとともに表示画面Ｓ１ｂに表示される。

このように、部分光音響画像Ｉｐをリアルタイムに表示を更新すると、ＬＣＤ４０１が表示を更新する際に画像生成部３０の情報処理能力に掛かる負荷の増大を抑制することができる。従って、光音響波の検出頻度が増加し、部分断層像の生成頻度が増加しても、部分光音響画像Ｉｐを遅滞なく取得してＬＣＤ４０１に表示することができる。

また、部分断層像のサイズが小さいほど、より多くの部分断層像に基づいて部分光音響画像Ｉｐを形成できる。そのため、より鮮明で高精細な部分光音響画像Ｉｐを形成して、ＬＣＤ４０１に表示することができる。たとえば、超音波プローブ２０から画像生成部３０に転送される検出信号の最大伝送速度が３．０［ＧＢ／ｓｅｃ］である場合を考える。この場合、たとえば光音響画像ＩｗをリアルタイムでＬＣＤ４０１に表示すると、断層像は最大で９６［枚／ｓｅｃ］の頻度で生成される。一方、部分光音響画像ＩｐをリアルタイムでＬＣＤ４０１に表示すると、部分断層像は最大で６００［枚／ｓｅｃ］の頻度で生成される。すなわち、部分断層像は断層像に比べて約６倍の頻度で生成できる。そのため、ＬＣＤ４０１のフレームレートを保って部分光音響画像Ｉｐを生成する際、光音響画像Ｉｗと比べて約６倍の部分断層像を用いて加算平均処理を行うことができる。従って、部分光音響画像ＩｐのＳ／Ｎ比は、断面像から生成される光音響画像Ｉｗよりも約２．４５（＝√６）倍高くなる。よって、部分光音響画像ＩｐのＳ／Ｎ比を向上させ、より鮮明且つ高精細な部分光音響画像ＩｐをＬＣＤ４０１に表示することができる。

なお、図５の表示画面Ｓ１ｂでは、光音響画像Ｉｗのうちの部分領域Ｒ外の画像部分は、非表示にしてもよいし、更新されることなく表示されていてもよい。非表示にすれば鮮明な部分光音響画像Ｉｐを注視させ易くできるし、更新されることなく表示させれば光音響画像Ｉｗでの光吸収体Ｐの位置を認識させ易くできる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、タッチ入力により光音響画像Ｉｗ内の２箇所が指定点として指定され、該２箇所を含む部分光音響画像Ｉｐが作成及び表示される。それ以外は第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明する。また、第１実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図６は、第２実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。図６では、穿刺針Ｎが光吸収体Ｐに向けて被検体１５０内に穿刺されている。以下では、表示画面Ｓ２においてタッチ入力により光音響画像Ｉｗの一部分（光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎ）が指定される場合について説明する。

まず、超音波プローブ２０による光音響波の検出結果に基づいて、光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎを含む光音響画像Ｉｗが形成され、ＬＣＤ４０１の表示画面Ｓ２に表示される。

次に、表示画面Ｓ２において光吸収体Ｐ上にタッチ入力がなされると、表示画面Ｓ２ａのようにタッチ入力により指定された表示位置（第１指定点）にマーカＭ１が表示される。また、穿刺針Ｎ上にタッチ入力がなされると、画像認識処理により穿刺針Ｎの先端が特徴点として認識され、該特徴点（第２指定点）上にマーカＭ２が表示され、さらに、光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎを含む部分領域Ｒが自動的に決定される。この部分領域Ｒは、リアルタイムに表示を更新する画像部分（部分光音響画像Ｉｐ）を示す。

次に、光音響波の検出信号から部分領域Ｒに対応する信号成分が抽出され、抽出された信号成分から、部分断層像が生成される。そして、ＬＣＤ４０１が表示の更新に要する所定期間内に生成される複数の部分断層像が加算平均処理されることによって、部分領域Ｒ内の画像部分である部分光音響画像Ｉｐが生成される。該部分光音響画像Ｉｐは、ＬＣＤ４０１が表示を更新する際、表示枠Ｆとともに表示画面Ｓ２ｂに表示される。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、光音響画像Ｉｗ内の２箇所がそれぞれ指定点として指定され、該２つの指定点間の最短距離Ｌに応じて、部分断層像のサイズが変更される。それ以外は第２実施形態と同様である。以下では、第２実施形態と異なる構成について説明する。また、第１及び第２実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図７は、第３実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。まず、超音波プローブ２０による光音響波の検出結果に基づいて、光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎを含む光音響画像Ｉｗが形成され、ＬＣＤ４０１の表示画面Ｓ３に表示される。

次に、表示画面Ｓ３において光吸収体Ｐ上及び穿刺針Ｎ上にタッチ入力がなされると、表示画面Ｓ３ａのように、光吸収体Ｐ上にマーカＭ１が表示され、穿刺針Ｎの先端上にマーカＭ２が表示される。さらに、光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎを含む部分領域Ｒが、マーカＭ１及びＭ２間の最短距離Ｌに基づいて自動的に決定される。この部分領域Ｒは、リアルタイムに表示を更新する画像部分（部分光音響画像Ｉｐ）を示す。

そして、光音響波の検出信号から部分領域Ｒに対応する信号成分が抽出され、抽出された信号成分から、部分断層像が生成される。そしてＬＣＤ４０１が表示の更新に要する所定期間内に生成される複数の部分断層像が加算平均処理されることによって、部分領域Ｒ内の画像部分である部分光音響画像Ｉｐが生成される。該部分光音響画像Ｉｐは、ＬＣＤ４０１が表示を更新する際、表示枠Ｆとともに表示画面Ｓ３ｂに表示される。この後、ＬＣＤ４０１はそのフレームレートに応じて部分光音響画像Ｉｐの表示をリアルタイムに更新する。

なお、部分光音響画像Ｉｐが表示されている間に穿刺針Ｎが動いても、画像認識処理により穿刺針Ｎの先端は特徴点として再認識されるため、穿刺針Ｎの先端を示すマーカＭ２は該先端の表示位置に表示される。

従って、部分光音響画像Ｉｐが表示されている間に、表示画面Ｓ３ｄのように穿刺針Ｎが光吸収体Ｐから離れると、マーカＭ１及びＭ２間の最短距離Ｌ１（Ｌ１＞Ｌ）に応じて、部分領域Ｒ及び部分断層像のサイズが大きくなり、部分光音響画像Ｉｐのサイズも大きくなる。こうすれば、穿刺針Ｎが光吸収体Ｐから離れても、部分領域Ｒ及び部分断層像のサイズが自動的に大きくなるため、穿刺針Ｎが部分領域Ｒ外になることを防止することができる。従って、部分光音響画像Ｉｐに光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎを表示させ続けることができる。但し、表示画面Ｓ３ｄでは、部分領域Ｒ及び部分断層像のサイズが大きくなることに伴って、部分断層像の生成頻度は減少する。従って、表示画面Ｓ３ｄで表示される部分光音響画像ＩｐのＳ／Ｎ比は表示画面Ｓ３ｂよりも低くなる。

一方、部分光音響画像Ｉｐが表示されている間に、表示画面Ｓ３ｅのように穿刺針Ｎが光吸収体Ｐに近づくと、マーカＭ１及びＭ２間の最短距離Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ）に応じて、部分領域Ｒ及び部分断層像のサイズが小さくなり、部分光音響画像Ｉｐのサイズも小さくなる。こうすれば、穿刺針Ｎが光吸収体Ｐに近づくと、部分領域Ｒ及び部分断層像のサイズが自動的に小さくなるため、部分断層像の生成頻度は増加する。従って、表示画面Ｓ３ｅで表示される部分光音響画像ＩｐのＳ／Ｎ比は表示画面Ｓ３ｂよりも高くなる。よって、より多くの部分表示画像を用いて部分光音響画像Ｉｐを形成できるので、より鮮明で高精細な部分光音響画像Ｉｐをリアルタイムに表示させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、部分光音響画像ＩｐがＬＣＤ４０１に拡大表示される。また、部分光音響画像Ｉｐの拡大倍率は、部分光音響画像Ｉｐのサイズの変化に連動して変更される。それ以外は第３実施形態と同様である。以下では、第３実施形態と異なる構成について説明する。また、第１〜第３実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図８は、第４実施形態において検出される光音響波の画像化手順の一例である。まず、超音波プローブ２０による光音響波の検出結果に基づいて、光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎを含む光音響画像Ｉｗが形成され、ＬＣＤ４０１の表示画面Ｓ４に表示される。

次に、表示画面Ｓ４において光吸収体Ｐ上及び穿刺針Ｎ上にタッチ入力がなされると、表示画面Ｓ４ａのように、光吸収体Ｐ上にマーカＭ１が表示され、穿刺針Ｎの先端上にマーカＭ２が表示される。さらに、光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎを含む部分領域Ｒが、マーカＭ１及びＭ２間の最短距離Ｌに基づいて自動的に決定される。この部分領域Ｒは、リアルタイムに表示を更新する画像部分（部分光音響画像Ｉｐ）を示す。

そして、光音響波の検出信号から部分領域Ｒに対応する信号成分が抽出され、抽出された信号成分から部分断層像が生成される。そして、ＬＣＤ４０１での表示の更新に要する所定期間内に生成される複数の部分断層像が加算平均処理されることによって、部分領域Ｒ内の画像部分である部分光音響画像Ｉｐが生成される。そして、ＬＣＤ４０１が表示を更新する際、部分光音響画像Ｉｐが、そのサイズに応じた倍率で拡大され、その拡大倍率ＥとともにＬＣＤ４０１の表示画面Ｓ４ｃに表示される。たとえば、表示画面Ｓ４ｃのように、部分光音響画像Ｉｐは２．５倍に拡大表示される。この後、ＬＣＤ４０１はそのフレームレートに応じて部分光音響画像Ｉｐをリアルタイムに更新して拡大表示する。

ここで、部分光音響画像Ｉｐが表示されている間に、表示画面Ｓ４ｄのように穿刺針Ｎが光吸収体Ｐから離れると、部分領域Ｒ及び部分断層像のサイズが自動的に大きくなるため、部分光音響画像Ｉｐのサイズも大きくなる。従って、部分光音響画像Ｉｐの拡大倍率Ｅがそのサイズに応じて減少し、たとえば表示画面Ｓ４ｄのように部分光音響画像Ｉｐが１．６倍で拡大表示される。

一方、部分光音響画像Ｉｐが表示されている間に、表示画面Ｓ４ｅのように穿刺針Ｎが光吸収体Ｐに近づくと、部分領域Ｒ及び部分断層像のサイズが自動的に小さくなるため、部分光音響画像Ｉｐのサイズも小さくなる。従って、部分光音響画像Ｉｐの拡大倍率Ｅがそのサイズに応じて増加し、たとえば表示画面Ｓ４ｅのように部分光音響画像Ｉｐが５．０倍で拡大表示される。

こうすれば、部分光音響画像Ｉｐのサイズの変化に連動して、部分光音響画像ＩｐをＬＣＤ４０１に拡大表示することができる。従って、たとえば、部分光音響画像ＩｐをＬＣＤ４０１に全面表示したり、部分光音響画像Ｉｐを所望のサイズでＬＣＤ４０１に表示させたりすることができる。よって、光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎの状態を観察し易くできる。

なお、図８では、部分光音響画像ＩｐをＬＣＤ４０１の表示画面と同じ大きさに拡大表示しているが、本発明はこの例示に限定されない。拡大表示した部分光音響画像Ｉｐのサイズは、ＬＣＤ４０１の表示画面よりも小さい所定サイズであってもよい。或いは、光音響画像化装置１００が受け付けるユーザの操作入力に応じて設定されてもよい。

また、図８では、ＬＣＤ４０１が表示を更新する際、部分光音響画像Ｉｐとともに拡大倍率ＥをＬＣＤ４０１に表示させているが、本発明はこの例示に限定されない。拡大倍率Ｅは、非表示であってもよいし、光音響画像化装置１００が受け付けるユーザの操作入力に応じて表示／非表示が切り替えられてもよい。また、拡大倍率Ｅの表示は、図８のように拡大表示されなくてもよいし、部分光音響画像Ｉｐのサイズの変化に連動して拡大表示されてもよい。

また、図８では、第４実施形態の構成を第３実施形態の構成（図７参照）に適用しているが、本発明はこの例示に限定されない。第４実施形態の構成が第１及び第２実施形態にも適用することは言うまでもなく可能である。なお、第４実施形態の構成は、自動的に行われてもよいし、光音響画像化装置１００が受け付けるユーザの操作入力に応じて部分光音響画像Ｉｐの拡大表示機能の有効／無効が切り替えられてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述の実施形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせに色々な変形が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

たとえば、上述の実施形態では、光源１０３Ａ、１０３ＢはＬＥＤ素子を含んで構成されているが、本発明はこの例示に限定されない。光源１０３Ａ、１０３Ｂは、パルス光を出射できる発光部を含んでいればよく、短期間でより多くのパルス光を出射できる発光部であればさらに好ましい。たとえば、光源１０３Ａ、１０３Ｂは、半導体レーザ素子を含む光源（半導体レーザ素子光源）であってもよいし、有機発光ダイオード素子を含む光源（有機発光ダイオード素子光源）であってもよい。或いは、光源１０３Ａ、１０３ＢはＬＥＤ素子、半導体レーザ素子、及び、有機発光ダイオード素子のうちの少なくともいずれかの発光素子を含む光源であってもよい。こうすれば、光源１０３Ａ、１０３Ｂを小型化できる。さらに、簡素な構成で発光周波数の高いパルス光を被検体１５０に照射することができる。従って、単位時間当たりにより多くの断層像を形成できるので、より鮮明で高精細な光音響画像を取得することができる。

また、上述の第１〜第４実施形態では、光音響波の検出信号から部分領域Ｒに対応する信号成分を抽出することによって部分断層像を生成しているが、本発明はこの例示に限定されない。たとえば、光音響波を検出する際、部分領域Ｒに対応する検出信号の信号成分のみが検出されるように、音響電気変換部２０２の検出動作が制御されてもよい。

また、上述の第１〜第３実施形態では、部分光音響画像Ｉｐとともに表示枠ＦもＬＣＤ４０１に表示しているが、本発明はこの例示に限定されない。表示枠Ｆは非表示にしてもよい。また、上述の第１〜第４実施形態では、部分光音響画像ＩｐをＬＣＤ４０１に表示する際、マーカＭ、Ｍ１、Ｍ２も表示しているが、本発明はこの例示に限定されない。マーカＭ、Ｍ１、Ｍ２は非表示にしてもよい。

また、上述の第２〜第４実施形態では、タッチ入力により光音響画像Ｉｗ内の２箇所（光吸収体Ｐ及び穿刺針Ｎ）が指定され、該２箇所を含む部分光音響画像Ｉｐが作成及び表示されているが、本発明はこの例示に限定されない。タッチ入力により光音響画像Ｉｗ内の３以上の複数箇所が指定され、該複数箇所を含む部分光音響画像Ｉｐが作成及び表示されてもよい。

また、上述の第１〜第４実施形態における光音響波の画像化処理では、ユーザの操作入力はタッチ入力により行われているが、本発明はこの例示に限定されない。光音響波の画像化処理に係るユーザの操作入力は操作部３１４が受け付けてもよい。

１００ 光音響画像化装置
１５０ 被検体
２０ 超音波プローブ
１０２ 光源駆動部
１０３ 光源部
２０１Ａ、２０１Ｂ 光照射部
２０２ 音響電気変換部
２０２Ａ 超音波振動素子
３０ 画像生成部
４０ 画像表示部
Ｐ 光吸収体
Ｎ 穿刺針
Ｒ 部分領域
Ｍ マーカ
Ｉｗ 光音響画像
Ｉｐ 部分光音響画像

Claims (8)

1. パルス光を被検体に照射する光源と、
   前記被検体内の光吸収体が前記パルス光を吸収する度に前記光吸収体で発生する光音響波を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて前記被検体の断層像を生成し、該断層像のうちの一部分を含む部分断層像を該部分断層像のサイズに応じた頻度で生成する断層像生成部と、
   前記断層像のうちの前記一部分を指定する入力を受け付ける入力部と、
   所定期間内に作成される複数の前記部分断層像に基づいて、表示部に表示する光音響画像を形成する画像形成部と、
   を備える光音響画像化装置。
2. 前記断層像のうちの前記一部分は、前記光吸収体と、前記被検体内に挿入される物体の少なくとも一部と、を含む請求項１に記載の光音響画像生成装置。
3. 前記入力部は、前記断層像のうちの前記一部分を示す指定点を指定する前記入力を受け付け、
   前記部分断層像のサイズが、前記光吸収体を示す第１指定点と前記物体の少なくとも一部を示す第２指定点との間の最短距離に応じて決定される請求項２に記載の光音響画像生成装置。
4. 前記光音響画像が、前記所定期間内に生成される複数の前記部分断層像を加算平均処理することにより作成される請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光音響画像生成装置。
5. 前記光音響画像が、該光音響画像のサイズに応じた倍率で拡大表示される請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光音響画像生成装置。
6. 前記光源が発光ダイオード素子光源である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光音響画像化装置。
7. 前記光源が半導体レーザ素子光源である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光音響画像化装置。
8. 前記光源が有機発光ダイオード素子光源である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光音響画像化装置。

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