JP2016077447A - 光音響波信号変換機および光音響波信号変換機内蔵プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】市場に流通する超音波画像化装置において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波信号に基づく画像を表示させることが可能な光音響波信号変換機を提供する。【解決手段】この光音響波信号変換機４０は、光を吸収した被検体Ｐ内の検出対象物Ｑから発生し、超音波プローブ２０により検出された光音響波信号を受信する受信部４１と、受信部４１により受信された光音響波信号に基づいて、超音波プローブ２０により超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置１０に出力する信号変換部４２と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、光音響波信号変換機および光音響波信号変換機内蔵プローブに関する。

従来、被検体内で反射された超音波による被検体内の画像を得る超音波画像化装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、超音波パルスを被検体内に放射するとともに、被検体内で反射された超音波を検出する複数の振動素子と、この複数の振動素子を備えるプローブと、プローブを介して被検体内で反射された超音波の受信信号（超音波信号）を取得し、反射された超音波による被検体内の画像を得る信号処理部とを備える超音波診断装置（超音波画像化装置）が開示されている。

また、従来、被検体内の画像を得る装置として、光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置は、被検体の表面から被検体内に光を照射して、被検体内の検出対象物から発生する光音響波（超音波）を検出することにより、被検体内の画像を得るように構成されている。ここで、光音響波とは、被検体内の検出対象物が光を吸収することにより発生する超音波のことを意味する。

特開２００１−１０４３０３号公報

上記特許文献１に記載されたような超音波診断装置と従来の光音響画像化装置とは、共に超音波に基づいて画像を得るという点で機能が共通することから、超音波診断装置により光音響波をも検出して画像を得ることが考えられる。

しかしながら、光音響画像化装置は、超音波診断装置と異なり、光の照射により一度に広い範囲から光音響波を発生させ、光音響波の受信信号（光音響波信号）を複数の振動素子により並列（同時）に取り込む必要がある。このため、市場に流通する従来の超音波診断装置に対して、光音響波信号に基づく画像を表示させようとしても、正しい画像を表示させることができないという不都合がある。そして、この不都合を解消するためには、従来の超音波診断装置の装置本体に搭載されるハードウェアの変更が必要になるという問題点がある。したがって、市場に流通する従来の超音波診断装置（超音波画像化装置）において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波信号に基づく画像を表示させることが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、市場に流通する超音波画像化装置において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波信号に基づく画像を表示させることが可能な光音響波信号変換機および光音響波信号変換機内蔵プローブを提供することである。

この発明の第１の局面による光音響波信号変換機は、光を吸収した被検体内の検出対象物から発生し、超音波プローブにより検出された光音響波信号を受信する受信部と、受信部により受信された光音響波信号に基づいて、超音波プローブにより超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置に出力する信号変換部と、を備える。なお、本発明では、被検体内の検出対象物が光を吸収することにより発生する超音波を「光音響波」といい、超音波プローブにより発生されるとともに、被検体内で反射される超音波を「超音波」という。

この発明の第１の局面による光音響波信号変換機では、上記のように、受信部により受信された光音響波信号に基づいて、超音波プローブにより超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置に出力する信号変換部を設ける。これにより、超音波プローブにより光音響波の受信信号（光音響波信号）が並列（同時）に取り込まれたとしても、取り込まれた光音響波信号を超音波プローブにより超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号に変換することができる。この結果、超音波信号に対応する変換信号を超音波画像化装置に対して出力することができるので、超音波画像化装置は、超音波信号を処理する場合と略同様に、光音響波信号を変換した変換信号を処理することができる。したがって、この光音響波信号変換機を用いることにより、市場に流通する超音波画像化装置において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波信号に基づく画像を表示させることができる。

上記第１の局面による光音響波信号変換機において、好ましくは、信号変換部は、受信部により受信された光音響波信号に基づいて、変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置による超音波信号の受信周期に合わせて、超音波画像化装置に出力するように構成されている。このように構成すれば、超音波画像化装置において超音波信号を通常受信するタイミングで、光音響波信号を変換した変換信号を超音波画像化装置に受信させることができる。その結果、光音響波信号を変換した変換信号を超音波画像化装置によってより容易に処理することができる。

上記第１の局面による光音響波信号変換機において、好ましくは、信号変換部は、超音波プローブにより光音響波が受信された際に光音響波信号が検出される検出時間を略２倍にすることにより、超音波プローブにより超音波が受信された際に超音波信号が検出される検出時間に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置に出力するように構成されている。このように構成すれば、光音響波信号が検出される検出時間と、超音波信号が検出される検出時間とを対応させた変換信号を容易に生成することができる。また、光音響波信号が検出される検出時間と、超音波信号が検出される検出時間とを対応させた変換信号が超音波画像化装置に入力されるので、光音響波信号を変換した変換信号を超音波画像化装置によって容易に処理することができる。

上記第１の局面による光音響波信号変換機において、好ましくは、信号変換部は、受信部により受信された光音響波信号に基づいて、超音波プローブの検出素子ごとに対応する変換信号を生成する信号処理部を含む。このように構成すれば、変換信号が超音波プローブの検出素子ごとに分割されているので、超音波画像化装置によってより一層容易に変換信号を処理することができる。

この場合、好ましくは、受信部は、光音響波信号を受信した際、光音響波信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部を含み、信号変換部の信号処理部は、受信部のアナログデジタル変換部により変換されたデジタル信号としての光音響波信号に基づいて、変換信号を生成するように構成されている。このように構成すれば、信号変換部の信号処理部によりデジタル信号としての光音響波信号を処理することができる。その結果、アナログ信号としての光音響波信号を処理する場合と異なり、信号処理部による光音響波信号の信号処理の条件を容易に変更することができる。

上記受信部がアナログデジタル変換部を含む構成において、好ましくは、受信部は、光音響波信号を増幅させる増幅部をさらに含み、受信部のアナログデジタル変換部は、光音響波信号が増幅部により増幅された状態で、アナログ信号からデジタル信号に変換するように構成されている。このように構成すれば、微弱な光音響波信号が得られたとしても、微弱な光音響波信号を増幅部により増幅させることができる。その結果、増幅部により増幅された状態で、アナログデジタル変換部によりアナログ信号からデジタル信号に光音響波信号を変換することができる。したがって、アナログデジタル変換部のビット分解能を有効に使用することができる。これにより、アナログ信号としての光音響波信号を、デジタル信号としての光音響波信号に精度よく変換することができる。

この場合、好ましくは、信号変換部は、信号変換部の信号処理部から出力された変換信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、アナログ信号に変換された変換信号に対して１よりも小さい増幅度を乗算することにより、変換信号の振幅を調整する信号調整部をさらに含む。このように構成すれば、増幅部により光音響波信号が増幅された状態で、信号処理部により変換信号が生成されたとしても、超音波画像化装置に出力する前に、アナログ信号に変換された変換信号の振幅を小さく調整することができる。その結果、超音波画像化装置において認識可能な振幅よりも大きい振幅の変換信号が、超音波画像化装置に出力されるのを抑制することができる。

上記第１の局面による光音響波信号変換機において、好ましくは、超音波プローブにより光音響波信号が検出される場合に、受信部を介して光音響波信号を受信するとともに、超音波画像化装置に変換信号を出力する第１信号経路と、超音波プローブにより超音波信号が検出される場合に、受信部を介さずに超音波画像化装置に超音波信号を出力する第２信号経路と、を選択的に切り替え可能な切替部をさらに備える。このように構成すれば、第１信号経路と第２信号経路とを切替部により切り替えることができるので、光音響波信号を検出する場合と、超音波信号を検出する場合とを容易に切り替えることができる。その結果、ユーザによる測定状況に応じて、光音響波信号の検出と、超音波信号の検出とを容易に切り替えて測定を行うことができる。

上記第１の局面による光音響波信号変換機において、好ましくは、光音響波信号を発生させるため外部に設けられる光源をパルス発光させるための光源駆動部をさらに含む。このように構成すれば、ユーザは、光音響波信号変換機を用意するだけで、光音響波信号の変換と、光源の駆動制御との両方を行うことができる。その結果、光音響波信号変換機とは別個に光源駆動部を設ける場合と比べて、超音波画像化装置を用いた光音響波の測定をより容易に行うことができる。

この場合、好ましくは、光源駆動部は、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうち少なくともいずれか１つを含む光源をパルス発光させるように構成されている。このように構成すれば、比較的簡易な光源駆動機構によりパルス発光させることが可能な発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子が光源駆動部により駆動されるので、光源駆動部が大型化するのを抑制することができる。その結果、光源駆動部が設けられる光音響波信号変換機が大型化するのを抑制することができる。

上記第１の局面による光音響波信号変換機において、好ましくは、受信部と信号変換部とを備える光音響波信号変換機は、超音波プローブと超音波画像化装置との間に配置されている。このように構成すれば、超音波プローブと超音波画像化装置との間に光音響波信号変換機を設置するだけで、市場に流通する超音波画像化装置を光音響画像化装置としても容易に機能させることができる。

上記第１の局面による光音響波信号変換機において、好ましくは、受信部と信号変換部とを備える光音響波信号変換機は、超音波プローブに内蔵されている。このように構成すれば、光音響波信号変換機が超音波プローブに内蔵されているので、光音響波信号変換機を超音波プローブと一体型の装置として構成をより簡素化することができる。

この発明の第２の局面による光音響波信号変換機内蔵プローブは、検出素子と、光を吸収した被検体内の検出対象物から発生し、検出素子により検出された光音響波信号を受信する受信部と、受信部により受信された光音響波信号に基づいて、検出素子により超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置に出力する制御を行う信号変換部と、を備える。

この発明の第２の局面による光音響波信号変換機内蔵プローブでは、上記のように、受信部により受信された光音響波信号に基づいて、検出素子により超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置に出力する信号変換部を設ける。これにより、第２の局面の光音響波信号変換機内蔵プローブにおいても、市場に流通する超音波画像化装置において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波信号に基づく画像を表示させることができる。

本発明によれば、上記のように、市場に流通する超音波画像化装置において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波信号に基づく画像を表示させることが可能な光音響波信号変換機および光音響波信号変換機内蔵プローブを提供することができる。

本発明の第１〜第３実施形態の超音波／光音響波画像化システムの全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の超音波／光音響波画像化システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態の超音波プローブの検出素子による光音響波信号の検出を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響波信号変換機における光音響波フレームデータを説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光源ユニットの発光周期および光音響波信号変換機による光音響波信号の取得を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響波信号変換機による光音響波信号に基づく画像およびこの画像に基づく変換信号を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響波信号変換機における変換信号フレームデータを説明するための図である。 本発明の第１実施形態の超音波画像化装置の超音波信号送信周期および光音響波信号変換機の変換信号の出力を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響波信号変換機による光音響波信号変換処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態の超音波／光音響波画像化システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態の光音響波信号変換機による光音響波信号変換処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態の超音波／光音響波画像化システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の光音響波信号変換機による光音響波信号変換処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第４実施形態の超音波／光音響波画像化システムの全体構成を示すブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図８を参照して、本発明の第１実施形態による超音波／光音響波画像化システム１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による超音波／光音響波画像化システム１００は、図１に示すように、超音波画像化装置１０と、超音波プローブ２０と、光源ユニット３０と、光音響波信号変換機（以下、変換機という）４０とを備えている。超音波／光音響波画像化システム１００では、超音波画像化装置１０は、変換機４０を介して超音波プローブ２０と光源ユニット３０とに接続されている。超音波画像化装置１０および超音波プローブ２０としては、超音波により被検体Ｐ（図３参照）内を画像化するために用いられる一般に市場に流通する機器を用いることが可能である。

超音波／光音響波画像化システム１００では、超音波プローブ２０は、被検体Ｐ内で反射された超音波の受信信号（超音波信号）と、被検体Ｐ内で発生した光音響波ＡＷ（図３参照）の受信信号（光音響波信号）とを検出するように構成されている。そして、超音波／光音響波画像化システム１００は、超音波画像化装置１０により、超音波信号に基づく超音波画像と、光音響波信号に基づく光音響波画像との両方を生成することが可能なように構成されている。

具体的には、光音響波画像を生成する場合には、まず、光源ユニット３０により被検体Ｐに向けて光を照射する。そして、この光を吸収した被検体Ｐ内の検出対象物Ｑ（図３参照）から発生する光音響波ＡＷ（図３参照）を超音波プローブ２０により受信することにより、光音響波信号が検出される。その後、検出された光音響波信号は、変換機４０により超音波信号に対応（相当）する変換信号に変換されて、超音波画像化装置１０に入力される。この結果、超音波画像化装置１０は、通常の超音波画像生成の処理と同様の処理により、変換信号に基づいて光音響波画像を生成することが可能である。なお、光音響波信号から変換信号への信号変換の詳細は、後述する。

一方、超音波画像を生成する場合には、まず、超音波プローブ２０により人体などの被検体Ｐ（図３参照）に向けて超音波を照射する。そして、被検体Ｐ内で反射された超音波を超音波プローブ２０により受信することにより、超音波信号が検出される。その後、検出された超音波信号は、変換機４０を介して超音波画像化装置１０に入力される。この際、超音波信号は、変換機４０では変換が行われず、超音波プローブ２０により検出されたままの状態で、超音波画像化装置１０に入力される。この結果、超音波画像化装置１０は、超音波画像化装置１０と超音波プローブ２０とを直接的に接続して超音波画像を生成する場合と同様に、超音波画像を生成することが可能である。

また、超音波／光音響波画像化システム１００は、生成された超音波画像と、光音響波画像とを重ね合わせた合成画像を生成可能に構成されている。これにより、この超音波／光音響波画像化システム１００は、被検体Ｐ内の多様な情報を可視化するように構成されている。以下、超音波／光音響波画像化システム１００の各構成要件の詳細について説明する。

図１に示すように、超音波画像化装置１０には、モニタ１１と、操作部１２とが設けられている。

モニタ１１は、一般的な液晶方式のモニタを含み、超音波画像、光音響波画像、合成画像および各種操作画面などを表示可能に構成されている。

操作部１２は、各種の調整ボタンや、キーボードなどを含み、モニタ１１の表示面側に配置されている。ユーザは、モニタ１１に表示される画像を視認しながら、操作部１２により超音波画像化装置１０の操作を行うことが可能である。

また、超音波画像化装置１０には、操作部１２の側面側にプローブ接続部１３および信号出力部１４が設けられている。プローブ接続部１３は、通常、超音波プローブ２０が接続される端子である。この第１実施形態では、プローブ接続部１３には、配線５１を介して変換機４０が接続されている。プローブ接続部１３は、超音波の送信信号としての超音波信号および受信信号としての超音波信号の入出力や、光音響波信号の入力が行われるように構成されている。信号出力部１４は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｉｒｉａｌ Ｂｕｓ）規格などの所定の規格の端子である。信号出力部１４には、配線５２を介して変換機４０が接続されている。信号出力部１４は、超音波画像化装置１０から変換機４０への制御信号の出力が行われるように構成されている。

また、図２に示すように、超音波画像化装置１０には、制御部１５が設けられている。制御部１５は、ＣＰＵを含み、超音波画像化装置１０の各構成要素を制御するように構成されている。また、制御部１５は、超音波プローブ２０により検出された超音波信号、および、超音波プローブ２０により検出され、変換機４０により変換された変換信号に基づいて、それぞれ、超音波画像および光音響波画像を生成する制御を行うように構成されている。また、制御部１５は、超音波画像と光音響波画像とを重ね合わせた合成画像を生成する制御を行うように構成されている。また、制御部１５は、超音波画像、光音響波画像および合成画像などの画像をモニタ１１に表示させる制御を行うように構成されている。また、制御部１５は、操作部１２のユーザによる操作に応じて、信号出力部１４を介して各種の制御信号を変換機４０に出力可能に構成されている。

図１および図２に示すように、超音波プローブ２０は、超音波の送受信を行うためのプローブである。また、超音波プローブ２０は、配線５３を介して変換機４０と接続されている。そして、超音波プローブ２０は、配線５３を介して変換機４０との信号の入出力が行われるように構成されている。また、超音波プローブ２０は、変換機４０を介して超音波画像化装置１０との信号の入出力が行われるように構成されている。

また、超音波プローブ２０は、筐体２１と、複数の検出素子２２とを含んでいる。複数の検出素子２２は、圧電素子を含み、筐体２１の内部の先端近傍において、アレイ状に配列されている。この第１実施形態では、複数の検出素子２２は、Ｎ個（Ｎｃｈ(チャンネル)ともいう）設けられている。検出素子２２の数Ｎとしては、たとえば、６４個、１２８個、１９２個または２５６個を用いることが可能である。

また、超音波プローブ２０は、超音波画像化装置１０の制御部１５による送信信号としての超音波信号に基づいて、検出素子２２を振動させて、超音波を発生することが可能なように構成されている。具体的には、超音波プローブ２０は、送信信号としての超音波信号に基づいて、パルス幅ｔｂ（図８参照）のパルス超音波を、送信周期Ｔｂ（図８参照）で繰り返し発生させるように構成されている。そして、超音波プローブ２０は、被検体Ｐ内で反射された超音波によって検出素子２２が振動されることにより、各々のパルス超音波に対応する受信信号としての超音波信号を検出するように構成されている。また、超音波プローブ２０は、光源ユニット３０から照射された光を吸収した被検体Ｐ内の検出対象物Ｑから発生する光音響波ＡＷによって検出素子２２が振動されることにより、光音響波信号を検出するように構成されている。また、超音波プローブ２０は、検出された超音波信号および光音響波信号を、配線５３を介して変換機４０に出力するように構成されている。

図１および図２に示すように、光源ユニット３０は、配線５４を介して変換機４０に接続されている。この光源ユニット３０は、被検体Ｐに光を照射するためのユニットである。光音響波ＡＷの測定時には、光源ユニット３０は、超音波プローブ２０と共に被検体Ｐの表面に当接させた状態で用いられる。

また、光源ユニット３０は、光源３１を含み、光源３１から被検体Ｐに向けて測定のための光を照射するように構成されている。また、光源ユニット３０の光源３１は、変換機４０の後述する光源駆動部４４の制御信号に基づいて、パルス幅ｔａ（図５参照）のパルス光を、発光周期Ｔａ（図５参照）で繰り返し発光させるように構成されている。そして、パルス光の発光後で、次のパルス光の発光前の所定期間の光音響波信号が変換機４０により繰り返し取得される。

光源３１は、人体などの被検体Ｐの測定に適した赤外領域の測定波長の光（たとえば、約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍに中心波長を有する光）を発生するように構成されている。このような光源３１としては、たとえば、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子、または、有機発光ダイオード素子を用いることが可能である。なお、光源３１の測定波長は、検出を所望する検出対象物Ｑに応じて適宜決定されればよい。

ここで、第１実施形態では、図１に示すように、超音波画像化装置１０と超音波プローブ２０および光源ユニット３０との間には、変換機４０が設けられている。変換機４０は、超音波プローブ２０により検出された光音響波信号を、超音波画像化装置１０により処理可能な信号（変換信号）に変換する装置である。以下、変換機４０の構成について、詳細に説明する。

変換機４０は、受信部４１と、信号変換部４２とを含んでいる。この変換機４０は、光音響波信号を受信部４１により受信し、受信された光音響波信号を信号変換部４２により変換信号に変換するとともに、超音波画像化装置１０に出力するように構成されている。

受信部４１には、超音波プローブ２０の複数（Ｎ個）の検出素子２２に対応して、複数（Ｎ個）の増幅部６１と、複数（Ｎ個）のアナログデジタル変換部（以下、Ａ／Ｄ変換部という）６２とが設けられている。つまり、受信部４１は、１番目の増幅部６１とこれに対応する１番目のＡ／Ｄ変換部６２とにより、１番目の検出素子２２により検出された光音響波信号を受信するように構成されている。そして、受信部４１は、Ｎ番目の検出素子２２まで同様に、対応する番号の増幅部６１とＡ／Ｄ変換部６２とにより光音響波信号を受信するように構成されている。なお、図２では、図示の容易のため、各検出素子２２と各増幅部６１との接続状態を簡略化して示している。

増幅部６１は、光音響波信号を増幅（たとえば、約３００倍〜約３００００倍）し、Ａ／Ｄ変換部６２に出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換部６２は、増幅部６１により増幅された状態の光音響波信号を、所定のサンプリング周波数および所定のビット分解能で、アナログ信号からデジタル信号に変換するように構成されている。ここで、一般的に、光音響波信号は、微弱な信号であることが多い。したがって、上記のように、増幅部６１により増幅された状態でＡ／Ｄ変換を行うことにより、Ａ／Ｄ変換部６２のビット分解能を有効に使用することが可能である。また、Ａ／Ｄ変換部６２は、デジタル信号としての光音響波信号を、信号変換部４２に出力するように構成されている。

信号変換部４２は、信号処理部７１と、デジタルアナログ変換部（以下、Ｄ／Ａ変換部という）７２と、振幅調整部７３と、記憶部７４とを含んでいる。なお、Ｄ／Ａ変換部７２および振幅調整部７３は、共に、本発明の「信号調整部」の一例である。また、記憶部７４は、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを含み、信号処理部７１により用いられる各種のデータおよびプログラムなどが格納されるように構成されている。

第１実施形態では、信号処理部７１は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を含み、受信部４１により受信された光音響波信号に基づいて、超音波プローブ２０により超音波が受信された際の超音波信号に対応（相当）する変換信号を生成するように構成されている。言い換えると、信号処理部７１は、受信部４１により受信された光音響波信号を、超音波信号に対応（相当）する変換信号に変換するように構成されている。この信号処理部７１による光音響波信号の変換信号への変換は、概略的には、光音響波信号に基づく画像（画像データ）の生成と、生成された画像（画像データ）に基づく変換信号の生成とにより行われる。以下、図３〜図８を参照して、光音響波信号の変換信号への変換の詳細を説明する。

まず、光音響波信号に基づく画像の生成について説明する。光源ユニット３０（図２参照）により被検体Ｐに向けてパルス光が照射されると、図３に示すように、被検体Ｐ内の検出対象物Ｑから光音響波ＡＷが発生する。この際、光の照射により一度に広範囲から光音響波ＡＷが発生する。なお、図３では、理解の容易のため、１つの検出対象物Ｑのみを示している。

そして、超音波プローブ２０（図２参照）は、Ｎ個の検出素子２２のそれぞれにより、検出対象物Ｑから発生した光音響波ＡＷを受信して、光音響波信号を検出する。図３では、各検出素子２２により検出される光音響波信号を、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮとして示している。検出素子２２により検出された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮは、超音波プローブ２０から変換機４０に出力され、変換機４０の受信部４１により受信される。受信部４１では、各検出素子２２に対応する増幅部６１とＡ／Ｄ変換部６２とにより、アナログ信号としての光音響波信号Ｌ１〜ＬＮが増幅されるとともに、デジタル信号としての光音響波信号Ｌ１〜ＬＮに変換される。そして、デジタル信号に変換された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮは、信号変換部４２の記憶部７４に格納される。

次に、図４に示すように、信号変換部４２では、信号処理部７１は、各検出素子２２に対応する光音響波信号Ｌ１〜ＬＮに基づいて、光音響波フレームデータＬＤを構築する。光音響波フレームデータＬＤは、超音波プローブ２０の幅方向に関する情報と、被検体Ｐの表面からの深さ方向に関する情報とをマトリクス状に構成したデータである。具体的には、光音響波フレームデータＬＤは、検出素子２２の数（検出素子数）Ｎと、サンプリング数Ｍとのマトリクスにより構成されている。ここで、サンプリング数Ｍは、各光音響波信号Ｌ１〜ＬＮにおける、画像化を所望する深さまでの信号のサンプリング数である。たとえば、画像化を所望する深さを被検体Ｐの表面から６ｃｍ（０．０６ｍ）とし、人体内の音速を１５００（ｍ／ｓ）とし、Ａ／Ｄ変換部６２の所定のサンプリング周波数を２０×１０^６Ｈｚとする場合には、サンプリング数Ｍは、下式で求められる。つまり、Ｍ＝（０．０６／１５００）×２０×１０^６＝８００となる。このサンプリング数Ｍは、深さ方向の画素数を示しており、たとえば、上記の計算例の場合には、深さ方向に８００個の画素数を有することとなる。

また、サンプリング数Ｍは、超音波プローブ２０による光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの検出時間Ｔ１に対応している。たとえば、サンプリング数Ｍの各点における時間間隔（サンプリング時間）をｔｓとし、Ａ／Ｄ変換部６２の所定のサンプリング周波数を２０×１０^６Ｈｚとする場合には、サンプリング時間ｔｓは、０．０５μsとなる。この場合、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮにおける検出時間Ｔ１は、サンプリング時間ｔｓとサンプリング数Ｍ＝８００とを乗算して、０．０５μｓ×８００＝４０μｓとなる。また、図４に示す光音響波フレームデータＬＤは、光源ユニット３０の光源３１による１回のパルス発光につき、１つ構築される。

そして、図５に示すように、信号処理部７１は、複数（Ｐ回）のパルス光により受信される光音響波信号のそれぞれに対応する、複数（Ｐ個）の光音響波フレームデータＬＤを構築する。また、信号処理部７１は、構築された複数（Ｐ個）の光音響波フレームデータＬＤを平均化処理するように構成されている。また、信号処理部７１は、平均化処理されたフレームデータＬＤに基づいて、整相加算などの解析的手法により、光音響波信号に基づく画像（画像データ）を生成するように構成されている。これにより、平均化処理により光音響波信号のＳ／Ｎ比（信号／ノイズ比）を向上させた状態で、光音響波信号に基づく画像（画像データ）を生成することができるので、被検体Ｐ内の状態が正確に反映された画像を生成することが可能である。

次に、生成された画像に基づく変換信号の生成について説明する。図６に示すように、信号処理部７１は、光音響波信号に基づく画像に基づいて、超音波プローブ２０により超音波が受信された際の超音波信号に対応（相当）する変換信号Ｃ１〜ＣＮを生成するように構成されている。詳細には、信号処理部７１は、光音響波信号に基づく画像に基づいて、超音波プローブ２０の各検出素子２２により順に超音波が送信され、被検体Ｐ内で反射された超音波が順に受信された際の超音波信号に対応（相当）する変換信号Ｃ１〜ＣＮを生成するように構成されている。この際、信号処理部７１は、超音波プローブ２０により光音響波ＡＷが受信された際に光音響波信号Ｌ１〜ＬＮが検出された検出時間Ｔ１を略２倍にすることにより、超音波プローブ２０により超音波が受信された際に超音波信号が検出される検出時間（後述する時間Ｔ２）に対応するように変換信号Ｃ１〜ＣＮを生成するように構成されている。つまり、信号処理部７１は、光音響波信号に基づく画像に基づいて、超音波プローブ２０の複数（Ｎ個）の検出素子２２ごとに対応する変換信号Ｃ１〜ＣＮを生成するように構成されている。これにより、超音波プローブ２０のＮ個の検出素子２２により並列（同時）に検出された光音響波信号が、超音波信号に対応（相当）する変換信号Ｃ１〜ＣＮに変換される。

また、この際、図７に示すように、信号処理部７１は、光音響波信号に基づく画像に基づいて、変換信号Ｃ１〜ＣＮを含む変換信号フレームデータＣＤを生成するように構成されている。

変換信号フレームデータＣＤは、光音響波フレームデータＬＤと同様に、超音波プローブ２０の幅方向に関する情報と、被検体Ｐの表面からの深さ方向に関する情報とをマトリクス状に構成したデータである。変換信号フレームデータＣＤは、検出素子数Ｎと、超音波画像化装置１０のモニタ１２の深さ方向の画素数（モニタ画素数）Ｌとのマトリクスにより構成されている。また、光音響波フレームデータＬＤのサンプリング数Ｍは、変換信号フレームデータＣＤのモニタ画素数Ｌ以上に構成されている。サンプリング数Ｍは、たとえば、モニタ画素数Ｌの約２倍〜約５倍に構成することが可能である。これにより、光音響波信号に基づく画像を生成する際には、モニタ画素数Ｌよりも大きいサンプリング数Ｍにより被検体Ｐ内の状態が正確に反映された正確な画像を生成しつつ、超音波画像化装置１０にデータ（変換信号Ｃ１〜ＣＮ）を出力する際には、超音波画像化装置１０で表示可能な画素数（モニタ画素数Ｌ）に合わせて圧縮した状態で、出力することが可能である。

また、変換信号フレームデータＣＤでは、モニタ画素数Ｌに対応する時間は、光音響波フレームデータＬＤにおける検出時間Ｔ１の２倍の時間Ｔ２（＝２×Ｔ１）を有している。つまり、変換信号フレームデータＣＤでは、超音波プローブ２０により検出された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの検出時間Ｔ１を２倍とした変換信号Ｃ１〜ＣＮが生成される。ここで、略同一位置の検出対象物Ｑに対して超音波信号が検出される場合と光音響波信号が検出される場合とを比較すると、超音波信号が検出される場合には、光音響波信号が検出される場合に比べて、検出時間が略２倍になる。したがって、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの検出時間Ｔ１を２倍とした変換信号Ｃ１〜ＣＮを生成することにより、超音波プローブ２０により超音波が送受信された際に超音波信号が検出される検出時間（言い換えると、時間Ｔ２）に対応する変換信号Ｃ１〜ＣＮが生成される。その結果、超音波画像化装置１０において光音響波画像を生成する際、変換信号Ｃ１〜ＣＮの検出時間から被検体Ｐの深さ方向の距離を正確に取得（算出）することが可能となる。この場合、モニタ画素数Ｌの各点における時間間隔は、（Ｍ／Ｌ）×２×ｔｓで表すことができる。たとえば、サンプリング数Ｍとモニタ画素数Ｌとが同じ値である場合には、モニタ画素数Ｌの各点における時間間隔は、２×ｔｓで表される。また、サンプリング数Ｍがモニタ画素数Ｌの２倍の値である場合には、モニタ画素数Ｌの各点における時間間隔は、２×２×ｔｓで表される。

そして、図８に示すように、信号処理部７１は、超音波プローブ２０の複数（Ｎ個）の検出素子２２ごとに対応する変換信号Ｃ１〜ＣＮを、超音波画像化装置１０の超音波信号の受信周期（言い換えると、送信周期Ｔｂ）に合わせて、順に超音波画像化装置１０に出力するように構成されている。この際、信号処理部７１は、変換信号Ｃ１〜ＣＮを、Ｄ／Ａ変換部７２および振幅調整部７３を介して超音波画像化装置１０に出力するように構成されている。

Ｄ／Ａ変換部７２は、信号処理部７１から順に出力される変換信号Ｃ１〜ＣＮをデジタル信号からアナログ信号に変換し、振幅調整部７３に出力するように構成されている。

振幅調整部７３は、ＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ ｇａｉｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を含み、Ｄ／Ａ変換部７２によりアナログ信号に変換された変換信号Ｃ１〜ＣＮに対して１よりも小さい増幅度を乗算することにより、変換信号Ｃ１〜ＣＮの振幅を調整するように構成されている。そして、振幅調整部７３により振幅の調整された状態で、変換信号Ｃ１〜ＣＮは、超音波画像化装置１０に対して順に出力される。これらの結果、超音波画像化装置１０には、超音波画像化装置１０で処理可能な信号（変換信号Ｃ１〜ＣＮ）が、超音波信号を通常受信するタイミングで入力される。したがって、超音波画像化装置１０は、超音波信号に基づく超音波画像と同様に、変換信号Ｃ１〜ＣＮに基づいて、光音響波画像を生成することが可能となる。

なお、信号変換部４２による光音響波信号を変換信号に変換する処理の条件は、超音波画像化装置１０の制御部１５の制御信号に基づいて、変更することが可能である。たとえば、光音響波信号に基づく画像を生成する際のサンプリング数Ｍなどの画像化処理の条件を変更することが可能である。

また、第１実施形態では、図２に示すように、変換機４０には、超音波プローブ２０により光音響波信号が検出される場合（光音響波検出モード時）の信号経路としての第１信号経路８１と、超音波プローブ２０により超音波信号が検出される場合（超音波検出モード時）の信号経路としての第２信号経路８２とが形成されている。

第１信号経路８１は、受信部４１と信号変換部４２とを含む信号経路である。つまり、第１信号経路８１は、受信部４１により光音響波信号を受信し、受信された光音響波信号を信号変換部４２により変換信号に変換した状態で超音波画像化装置１０に出力するための信号経路である。

また、第２信号経路８２は、受信部４１を介さずに超音波プローブ２０と超音波画像化装置１０とを接続する信号線Ｂ１と信号線Ｂ２とを含む信号経路である。ここで、信号線Ｂ１は、超音波画像化装置１０により生成された超音波の送信信号としての超音波信号を、超音波プローブ２０に出力するための信号線である。また、信号線Ｂ２は、超音波プローブ２０により受信された超音波の受信信号としての超音波信号を、超音波画像化装置１０に出力するための信号線である。つまり、第２信号経路８２は、超音波プローブ２０と超音波画像化装置１０とにより、受信部４１を介さずに送信信号および受信信号としての超音波信号を直接的に伝達するための信号経路である。

また、第１実施形態では、変換機４０には、第１信号経路８１と、第２信号経路８２とを選択的に切り替えるための複数（２つ）の切替部４３が設けられている。具体的には、複数の切替部４３は、超音波画像化装置１０の制御部１５による制御信号に基づいて、光音響波検出モード時には、第１信号経路８１となるように、超音波検出モード時には、第２信号経路８２となるように、第１信号経路８１と、第２信号経路８２とを選択的に切り替えるように構成されている。この超音波／光音響波画像化システム１００では、たとえば、超音波画像化装置１０の操作部１２のユーザによる操作に応じて、光音響波検出モードと、超音波検出モードとの切り替えが行われた場合に、変換機４０の切替部４３による第１信号経路８１と、第２信号経路８２との切り替えが行われる。

また、第１実施形態では、変換機４０には、光源駆動部４４が設けられている。光源駆動部４４は、外部に設けられる光源ユニット３０の光源３１をパルス発光させる制御を行うように構成されている。具体的には、光源駆動部４４は、光源ユニット３０の光源３１により、パルス幅ｔａのパルス光を、発光周期Ｔａで繰り返し発光させる制御を行うように構成されている。また、光源駆動部４４は、超音波画像化装置１０の制御部１５による制御信号に基づいて、パルス幅ｔａ、発光周期Ｔａおよび光源３１を駆動する電流値を調整可能に構成されている。つまり、この超音波／光音響波画像化システム１００では、変換機４０は、超音波画像化装置１０を介して光源駆動部４４の設定を変更することにより、光源ユニット３０による光の照射条件を変更することが可能に構成されている。

次に、図９を参照して、変換機４０の信号処理部７１による光音響波信号変換処理についてフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１において、光音響波信号が取得される。具体的には、受信部４１（図２参照）により受信され、記憶部７４（図２参照）に格納された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮ（図４参照）が取得される。

そして、ステップＳ２において、光音響波フレームデータＬＤ（図４参照）が構築される。具体的には、ステップＳ１の処理で取得された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮに基づいて、光音響波フレームデータＬＤが構築される。また、このステップＳ２では、平均化処理の加算回数に対応するＰ個の光音響波フレームデータＬＤが構築される。

そして、ステップＳ３において、複数（Ｐ個）の光音響波フレームデータＬＤの平均化処理が行われる。

そして、ステップＳ４において、平均化処理されたフレームデータＬＤに基づいて、被検体Ｐ内の画像（画像データ）が生成される。つまり、ステップＳ４では、受信部４１により受信された光音響波信号に基づく被検体Ｐ内の画像（画像データ）が生成される。

そして、ステップＳ５において、変換信号フレームデータＣＤ（図７参照）が構築される。具体的には、ステップＳ５では、ステップＳ４の処理で生成された光音響波信号に基づく画像に基づいて、検出素子２２（図２参照）ごとに対応する変換信号Ｃ１〜ＣＮを含む変換信号フレームデータＣＤが構築される。

そして、ステップＳ６において、検出素子２２（図２参照）ごとの変換信号Ｃ１〜ＣＮが超音波信号の受信周期に合わせて順に超音波画像化装置１０に出力される。この結果、超音波画像化装置１０（図２参照）において、光音響波画像が生成され、生成された光音響波画像がモニタ１１（図２参照）に表示される。そして、ステップＳ１に戻り、次の光音響波信号の取得が行われる。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、受信部４１により受信された光音響波信号に基づいて、超音波プローブ２０により超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置１０に出力する信号変換部４２を設ける。これにより、超音波プローブ２０により光音響波の受信信号（光音響波信号）が並列（同時）に取り込まれたとしても、取り込まれた光音響波信号を超音波プローブ２０により超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号に変換することができる。この結果、超音波信号に対応する変換信号を超音波画像化装置１０に対して出力することができるので、超音波画像化装置１０は、超音波信号を処理する場合と略同様に、光音響波信号を変換した変換信号を処理することができる。したがって、この変換機４０を用いることにより、市場に流通する超音波画像化装置１０において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波画像を表示させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、受信部４１により受信された光音響波信号に基づいて、変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置１０による超音波信号の受信周期（言い換えると、送信周期Ｔｂ）に合わせて、超音波画像化装置１０に出力するように信号変換部４２を構成する。これにより、超音波画像化装置１０において超音波信号を通常受信するタイミングで、光音響波信号を変換した変換信号を超音波画像化装置１０に受信させることができる。その結果、光音響波信号を変換した変換信号を超音波画像化装置１０によってより容易に処理することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、超音波プローブ２０により光音響波が受信された際に光音響波信号が検出される検出時間Ｔ１を略２倍にすることにより、超音波プローブ２０により超音波が受信された際に超音波信号が検出される検出時間（言い換えると、時間Ｔ２）に対応する変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置１０に出力するように信号変換部４２を構成する。これにより、光音響波信号が検出される検出時間Ｔ１と、超音波信号が検出される検出時間（Ｔ２）とを対応させた変換信号を容易に生成することができる。また、光音響波信号が検出される検出時間Ｔ１と、超音波信号が検出される検出時間（Ｔ２）とを対応させた変換信号が超音波画像化装置１０に入力されるので、光音響波信号を変換した変換信号を超音波画像化装置１０によって容易に処理することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、信号変換部４２に、受信部４１により受信された光音響波信号に基づいて、超音波プローブ２０の検出素子２２ごとに対応する変換信号を生成する信号処理部７１を設ける。これにより、変換信号が超音波プローブ２０の検出素子２２ごとに分割されるので、超音波画像化装置１０によってより一層容易に変換信号を処理することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、受信部４１に、光音響波信号を受信した際、光音響波信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６２を設ける。そして、受信部４１のＡ／Ｄ変換部６２により変換されたデジタル信号としての光音響波信号に基づいて、変換信号を生成するように信号変換部４２の信号処理部７１を構成する。これにより、信号変換部４２の信号処理部７１によりデジタル信号としての光音響波信号を処理することができる。その結果、アナログ信号としての光音響波信号を処理する場合と異なり、信号処理部７１による光音響波信号の信号処理の条件を容易に変更することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光音響波信号が増幅部６１により増幅された状態で、アナログ信号からデジタル信号に変換するように受信部４１のＡ／Ｄ変換部６２を構成する。これにより、微弱な光音響波信号が得られたとしても、微弱な光音響波信号を増幅部６１により増幅させることができる。その結果、増幅部６１により増幅された状態で、Ａ／Ｄ変換部６２によりアナログ信号からデジタル信号に光音響波信号を変換することができる。したがって、Ａ／Ｄ変換部６２のビット分解能を有効に使用することができる。これにより、アナログ信号としての光音響波信号を、デジタル信号としての光音響波信号に精度よく変換することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、信号変換部４２に、信号変換部４２の信号処理部７１から出力された変換信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部７２と、アナログ信号に変換された変換信号に対して１よりも小さい増幅度を乗算することにより、変換信号の振幅を調整する振幅調整部７３とを設ける。これにより、増幅部６１により光音響波信号が増幅された状態で、信号処理部７１により変換信号が生成されたとしても、超音波画像化装置１０に出力する前に、アナログ信号に変換された変換信号の振幅を小さく調整することができる。その結果、超音波画像化装置１０において認識可能な振幅よりも大きい振幅の変換信号が、超音波画像化装置１０に出力されるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、変換機４０に、超音波プローブ２０により光音響波信号が検出される場合に、受信部４１を介して光音響波信号を受信するとともに、超音波画像化装置１０に変換信号を出力する第１信号経路８１と、超音波プローブ２０により超音波信号が検出される場合に、受信部４１を介さずに超音波画像化装置１０に超音波信号を出力する第２信号経路８２と、を選択的に切り替え可能な切替部４３を設ける。これにより、第１信号経路８１と第２信号経路８２とを切替部４３により切り替えることができるので、光音響波信号を検出する場合と、超音波信号を検出する場合とを容易に切り替えることができる。その結果、ユーザによる測定状況に応じて、光音響波信号の検出と、超音波信号の検出とを容易に切り替えて測定を行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、変換機４０に、光音響波信号を発生させるため外部に設けられる光源ユニット３０の光源３１をパルス発光させるための光源駆動部４４を設ける。これにより、ユーザは、変換機４０を用意するだけで、光音響波信号の変換と、光源ユニット３０の光源３１の駆動制御との両方を行うことができる。その結果、変換機４０とは別個に光源ユニット３０を駆動する光源駆動部を設ける場合と比べて、超音波画像化装置１０を用いた光音響波の測定をより容易に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうち少なくともいずれか１つを含む光源３１をパルス発光させるように光源駆動部４４を構成する。これにより、比較的簡易な光源駆動機構によりパルス発光させることが可能な発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子が光源駆動部４４により駆動されるので、光源駆動部４４が大型化するのを抑制することができる。その結果、光源駆動部４４が設けられる変換機４０が大型化するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、受信部４１と信号変換部４２とを含む変換機４０を、超音波プローブ２０と超音波画像化装置１０との間に配置する。これにより、超音波プローブ２０と超音波画像化装置１０との間に変換機４０を設置するだけで、市場に流通する超音波画像化装置１０を光音響画像化装置としても容易に機能させることができる。

（第２実施形態）
次に、図１、図１０および図１１を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、Ｎ個の検出素子２２に対応して、増幅部６１と、Ａ／Ｄ変換部６２とが共にＮ個設けられた上記第１実施形態の構成とは異なり、Ｎ個の検出素子２２よりも少ない数で、増幅部１６１と、Ａ／Ｄ変換部１６２とが設けられる例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

本発明の第２実施形態による超音波／光音響波画像化システム２００（図１参照）は、図１０に示すように、超音波画像化装置１０と、超音波プローブ２０と、光源ユニット３０と、光音響波信号変換機（以下、変換機という）１４０とを備えている。変換機１４０は、受信部１４１と信号変換部１４２とを含んでいる。

第２実施形態では、受信部１４１には、超音波プローブ２０のＮ個の検出素子２２に対して、Ｎ／２個の増幅部１６１と、Ｎ／２個のアナログデジタル変換部（以下、Ａ／Ｄ変換部という）１６２とが設けられている。つまり、第２実施形態では、受信部１４１には、Ｎ個の検出素子２２の１／２の数の増幅部１６１と、Ａ／Ｄ変換部１６２とが設けられている。なお、増幅部１６１およびＡ／Ｄ変換部１６２のその他の構成は、それぞれ、上記第１実施形態の増幅部６１およびＡ／Ｄ変換部６２と同様である。

また、第２実施形態では、変換機１４０には、Ｎ個の検出素子２２の各々により検出されたＮ個の光音響波信号を、受信部１４１により複数回（２回）に分割して受信させるための受信切替部１４５が設けられている。

具体的には、受信切替部１４５は、あるパルス発光によりＮ個の検出素子２２の各々により検出されたＮ個の光音響波信号のうち、１番目〜Ｎ／２番目までの検出素子２２により検出されたＮ／２個の光音響波信号を受信部１４１により受信させるように構成されている。また、受信切替部１４５は、あるパルス発光の次のパルス発光によりＮ個の検出素子２２の各々により検出されたＮ個の光音響波信号のうち、（Ｎ／２＋１）番目〜Ｎ番目までの検出素子２２により検出されたＮ／２個の光音響波信号を受信部１４１により受信させるよう構成されている。このように信号経路を切り替えることにより、受信切替部１４５は、Ｎ個の検出素子２２の各々により検出されたＮ個の光音響波信号を、複数回（２回）に分割して受信部１４１により受信させるように構成されている。

また、第２実施形態では、信号変換部１４２は、複数回に分割された状態で受信部１４１により受信された光音響波信号に基づいて、変換信号を生成する信号処理部１７１を含んでいる。なお、信号処理部１７１のその他の構成は、上記第１実施形態の信号処理部７１と同様である。以下、図１１を参照して、第２実施形態の変換機１４０の信号処理部１７１による光音響波信号変換処理についてフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１１において、あるパルス発光によりＮ個の検出素子２２の各々により検出されたＮ個の光音響波信号のうち、１番目〜Ｎ／２番目までの検出素子２２により検出されたＮ／２個の光音響波信号が取得される。この際、受信部１４１（図１０参照）により受信され、記憶部７４（図１０参照）に格納された１番目〜Ｎ／２番目までの検出素子２２の光音響波信号が取得される。

そして、ステップＳ１２において、あるパルス発光の次のパルス発光によりＮ個の検出素子２２の各々により検出されたＮ個の光音響波信号のうち、（Ｎ／２＋１）番目〜Ｎ番目までの検出素子２２により検出されたＮ／２個の光音響波信号が取得される。この際、受信部１４１（図１０参照）により受信され、記憶部７４（図１０参照）に格納された（Ｎ／２＋１）番目〜Ｎ番目までの検出素子２２の光音響波信号が取得される。つまり、ステップＳ１１およびステップＳ１２の処理により、１〜Ｎ番目までの検出素子２２の光音響波信号が取得される。

そして、ステップＳ２において、２回に分割して取得されたＮ個の光音響波信号に基づいて、光音響波フレームデータＬＤが構築される。その後、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ３〜ステップＳ６の処理が行われる。この結果、第２実施形態においても、超音波画像化装置１０において、光音響波画像が生成され、生成された光音響波画像がモニタ１１に表示される。そして、ステップＳ１１に戻り、次の光音響波信号の取得が行われる。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、受信部１４１により受信された光音響波信号に基づいて変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置１０に出力する信号変換部１４２を設ける。これにより、この第２実施形態においても上記第１実施形態と同様に、市場に流通する超音波画像化装置１０において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波信号に基づく画像を表示させることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、受信部１４１に、複数（Ｎ個）の検出素子２２よりも少ない数（Ｎ／２個）で、増幅部１６１と、Ａ／Ｄ変換部１６２とを設ける。また、変換機１４０に、複数（Ｎ個）の検出素子２２の各々により検出された複数（Ｎ個）の光音響波信号を、受信部１４１により複数回（２回）に分割して受信させるための受信切替部１４５を設ける。これにより、受信部１４１の構成を簡素にしつつ、複数の検出素子２２の各々により検出された光音響波信号を確実に取得することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図１、図１２および図１３を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、光源ユニット３０に１つの光源３１を設けた上記第１実施形態の構成とは異なり、光源ユニット２３０に異なる波長の２つの光源２３１ａおよび２３１ｂを設ける例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

超音波／光音響波画像化システム３００（図１参照）は、図１２に示すように、超音波画像化装置１０と、超音波プローブ２０と、光源ユニット２３０と、光音響波信号変換機（以下、変換機という）２４０とを備えている。変換機２４０は、信号変換部２４２と、光源駆動部２４４とを含んでいる。

第３実施形態では、光源ユニット２３０は、第１波長の光を発生する光源２３１ａと、第１波長とは異なる第２波長の光を発生する光源２３１ｂとを含んでいる。光源２３１ａおよび光源２３１ｂは、共に、人体などの被検体の測定に適した赤外領域の測定波長の光（たとえば、約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍに中心波長を有する光）を発生するように構成されている。このような光源２３１ａおよび２３１ｂとしては、たとえば、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子、または、有機発光ダイオード素子を用いることが可能である。なお、光源２３１ａおよび２３１ｂの測定波長は、検出を所望する検出対象物に応じて適宜決定されればよい。

また、第３実施形態では、光源駆動部２４４は、外部に設けられる光源ユニット２３０の光源２３１ａおよび２３１ｂをパルス発光させる制御を行うように構成されている。たとえば、光源駆動部２４４は、光源２３１ａによる第１波長の光のパルス発光と、光源２３１ｂによる第２波長の光のパルス発光とを交互に行わせることが可能である。この結果、第３実施形態では、第１波長の光による光音響波信号と、第２波長の光による光音響波信号との２つの光音響波信号が超音波プローブ２０により検出される。

また、第３実施形態では、信号変換部２４２は、第１波長の光による光音響波信号と、第２波長の光による光音響波信号との２つの光音響波信号に基づいて、変換信号を生成する信号処理部２７１を含んでいる。なお、信号処理部２７１のその他の構成は、上記第１実施形態の信号処理部７１と同様である。以下、図１３を参照して、第３実施形態の変換機２４０の信号処理部２７１による光音響波信号変換処理についてフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ２１において、第１波長の光による光音響波信号が取得される。この際、受信部４１（図１２参照）により受信され、記憶部７４（図１２参照）に格納された第１波長の光による光音響波信号が取得される。

そして、ステップＳ２２において、第２波長の光による光音響波信号が取得される。この際、受信部４１（図１２参照）により受信され、記憶部７４（図１２参照）に格納された第２波長の光による光音響波信号が取得される。

そして、ステップＳ２３において、第１波長の光による光音響波信号と第２波長の光による光音響波信号との差分が取得される。つまり、ステップ２３では、第１波長の光による光音響波信号と第２波長の光による光音響波信号との差分を取得することにより、第１波長の光による光音響波信号と第２波長の光による光音響波信号とを合成した光音響波信号が取得される。

そして、ステップＳ２において、ステップＳ２３の処理により取得された光音響波信号に基づいて、光音響波フレームデータＬＤが構築される。その後、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ３〜ステップＳ６の処理が行われる。この結果、第３実施形態においても、超音波画像化装置１０において、光音響波画像が生成され、生成された光音響波画像がモニタ１１に表示される。そして、ステップＳ２１に戻り、次の光音響波信号（第１波長の光による光音響波信号）の取得が行われる。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、受信部４１により受信された光音響波信号に基づいて変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置１０に出力する信号変換部２４２を設ける。これにより、この第３実施形態においても上記第１実施形態と同様に、市場に流通する超音波画像化装置１０において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波画像を表示させることができる。

また、第３実施形態では、上記のように、第１波長の光による光音響波信号と、第２波長の光による光音響波信号との２つの光音響波信号に基づいて、変換信号を生成する信号処理部２７１を設ける。これにより、複数波長の光により複数の光音響波信号を得る構成においても、確実に変換信号を生成することができる。その結果、単一波長の光による光音響波信号に基づいて変換信号を生成する場合と比べて、被検体内のより多様な情報を含む変換信号を確実に生成することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図１４を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態の構成とは異なり、光音響波信号変換機が光音響波信号変換部３４０として超音波プローブ３２０に内蔵される例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。また、超音波プローブ３２０は、本発明の「光音響波信号変換機内蔵プローブ」の一例である。

本発明の第４実施形態による超音波／光音響波画像化システム４００は、図１４に示すように、超音波画像化装置１０と、超音波プローブ３２０と、光源ユニット３０とを備えている。超音波画像化装置１０は、超音波プローブ３２０と直接的に接続されている。この第４実施形態では、超音波プローブ３２０は、受信部４１および信号変換部４２を含む光音響波信号変換部３４０が筐体内部に配置されている。

つまり、第４実施形態では、超音波プローブ３２０の筐体内部において、各検出素子２２による光音響波信号の検出と、検出された光音響波信号の受信部４１による受信と、受信された光音響波信号の変換信号への信号変換部４２による変換とが行われる。そして、超音波プローブ３２０から超音波画像化装置１０に変換信号が出力される。

なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記のように、超音波プローブ３２０に、受信部４１により受信された光音響波信号に基づいて変換信号を生成し、生成された変換信号を超音波画像化装置１０に出力する信号変換部４２を含む光音響波信号変換部３４０を設ける。これにより、この第４実施形態においても上記第１実施形態と同様に、市場に流通する超音波画像化装置１０において、装置本体のハードウェアを変更することなく、光音響画像化装置の機能を獲得して、光音響波画像を表示させることができる。また、光音響波信号変換機としての光音響波信号変換部３４０が超音波プローブ３２０に内蔵されているので、光音響波信号変換機を超音波プローブ３２０と一体型の装置として構成をより簡素化することができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、デジタル信号としての光音響波信号を、変換信号に変換するように変換機４０（１４０、２４０）および光音響波信号変換部３４０を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アナログ信号としての光音響波信号を変換信号に変換するように変換機を構成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、第１信号経路８１と第２信号経路８２とを選択的に切り替えるための切替部４３を設け、光音響波信号の検出と超音波信号の検出とを切替可能に変換機４０（１４０、２４０）および光音響波信号変換部３４０を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２信号経路８２を設けることなく、第１信号経路８１により光音響波信号の変換のみを行うように変換機を構成してもよい。この場合、超音波信号の検出は、超音波画像化装置１０と超音波プローブ２０とを直接的に接続して行えばよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、変換機４０（１４０、２４０）および光音響波信号変換部３４０に、光源ユニット３０（２３０）を駆動するための光源駆動部４４（２４４）を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、変換機に光源駆動部を設けなくともよい。この場合、光源駆動部を光源ユニットに設けてもよいし、別個の装置として設けてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、変換機４０（１４０、２４０）および光音響波信号変換部３４０に、振幅調整部７３を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、変換機に振幅調整部を設けなくともよい。この場合、超音波画像化装置１０において、振幅が調整されればよい。

また、上記第２実施形態では、受信部１４１に、Ｎ個の検出素子２２に対して、Ｎ／２個の増幅部１６１と、Ｎ／２個のＡ／Ｄ変換部１６２とを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、受信部に、Ｎ個の検出素子２２に対して、Ｎ／３個や、Ｎ／４個など、Ｎ／２個以外の数の増幅部とＡ／Ｄ変換部とを設けてもよい。この場合、Ｎ個の光音響波信号を、対応する回数に分割して受信部により受信すればよい。

また、上記第３実施形態では、信号変換部２４２に、第１波長の光による光音響波信号と、第２波長の光による光音響波信号との２つの光音響波信号に基づいて、変換信号を生成する信号処理部２７１を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源ユニットが３つ以上の波長の光を照射可能に構成されている場合には、３つ以上の波長の光による光音響波信号に基づいて、変換信号を生成するように信号処理部を構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、説明の便宜上、本発明の信号処理部７１（１７１、２７１）の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、信号処理部７１（１７１、２７１）の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１０ 超音波画像化装置
２０、３２０ 超音波プローブ
３０、２３０ 光源ユニット
３１、２３１ａ、２３１ｂ 光源
４０、１４０、２４０ 光音響波信号変換機
４１、１４１ 受信部
４２、１４２、２４２ 信号変換部
４３ 切替部
４４、２４４ 光源駆動部
６１、１６１ 増幅部
６２、１６２ アナログデジタル変換部
７１、１７１、２７１ 信号処理部
７２ デジタルアナログ変換部（信号調整部）
７３ 振幅調整部（信号調整部）
８１ 第１信号経路
８２ 第２信号経路
１００、２００、３００、４００ 超音波／光音響波画像化システム
３４０ 光音響波信号変換部（光音響波信号変換機）

Claims (13)

1. 光を吸収した被検体内の検出対象物から発生し、超音波プローブにより検出された光音響波信号を受信する受信部と、
   前記受信部により受信された前記光音響波信号に基づいて、前記超音波プローブにより超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された前記変換信号を超音波画像化装置に出力する信号変換部と、を備える、光音響波信号変換機。
2. 前記信号変換部は、前記受信部により受信された前記光音響波信号に基づいて、前記変換信号を生成し、生成された前記変換信号を前記超音波画像化装置による前記超音波信号の受信周期に合わせて、前記超音波画像化装置に出力するように構成されている、請求項１に記載の光音響波信号変換機。
3. 前記信号変換部は、前記超音波プローブにより光音響波が受信された際に前記光音響波信号が検出される検出時間を略２倍にすることにより、前記超音波プローブにより超音波が受信された際に前記超音波信号が検出される検出時間に対応する前記変換信号を生成し、生成された前記変換信号を前記超音波画像化装置に出力するように構成されている、請求項１または２に記載の光音響波信号変換機。
4. 前記信号変換部は、前記受信部により受信された前記光音響波信号に基づいて、前記超音波プローブの検出素子ごとに対応する前記変換信号を生成する信号処理部を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光音響波信号変換機。
5. 前記受信部は、前記光音響波信号を受信した際、前記光音響波信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部を含み、
   前記信号変換部の前記信号処理部は、前記受信部の前記アナログデジタル変換部により変換されたデジタル信号としての前記光音響波信号に基づいて、前記変換信号を生成するように構成されている、請求項４に記載の光音響波信号変換機。
6. 前記受信部は、前記光音響波信号を増幅させる増幅部をさらに含み、
   前記受信部の前記アナログデジタル変換部は、前記光音響波信号が前記増幅部により増幅された状態で、アナログ信号からデジタル信号に変換するように構成されている、請求項５に記載の光音響波信号変換機。
7. 前記信号変換部は、前記信号変換部の前記信号処理部から出力された前記変換信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、アナログ信号に変換された前記変換信号に対して１よりも小さい増幅度を乗算することにより、前記変換信号の振幅を調整する信号調整部をさらに含む、請求項６に記載の光音響波信号変換機。
8. 前記超音波プローブにより前記光音響波信号が検出される場合に、前記受信部を介して前記光音響波信号を受信するとともに、前記超音波画像化装置に前記変換信号を出力する第１信号経路と、前記超音波プローブにより前記超音波信号が検出される場合に、前記受信部を介さずに前記超音波画像化装置に前記超音波信号を出力する第２信号経路と、を選択的に切り替え可能な切替部をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光音響波信号変換機。
9. 前記光音響波信号を発生させるため外部に設けられる光源をパルス発光させるための光源駆動部をさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光音響波信号変換機。
10. 前記光源駆動部は、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうち少なくともいずれか１つを含む前記光源をパルス発光させるように構成されている、請求項９に記載の光音響波信号変換機。
11. 前記受信部と前記信号変換部とを備える前記光音響波信号変換機は、前記超音波プローブと前記超音波画像化装置との間に配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光音響波信号変換機。
12. 前記受信部と前記信号変換部とを備える前記光音響波信号変換機は、前記超音波プローブに内蔵されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光音響波信号変換機。
13. 検出素子と、
    光を吸収した被検体内の検出対象物から発生し、前記検出素子により検出された光音響波信号を受信する受信部と、
    前記受信部により受信された前記光音響波信号に基づいて、前記検出素子により超音波が受信された際の超音波信号に対応する変換信号を生成し、生成された前記変換信号を超音波画像化装置に出力する制御を行う信号変換部と、を備える、光音響波信号変換機内蔵プローブ。

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