JP2016083042A - 光音響画像化装置および光音響画像構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】整相加算により鮮明な画像を得ることが可能な光音響画像化装置を提供する。
【解決手段】この光音響画像化装置１００は、光源部１０と、光源部１０からの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に起因する光音響波信号を検出する検出部２０と、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号を整相加算して、画像を生成する信号処理部３１と、を備える。
【選択図】図９

Description

この発明は、光音響画像化装置および光音響画像構築方法に関する。

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診断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、被検体内で反射された超音波の受信信号（超音波信号）をプローブを介して取得し、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が開示されている。この超音波診断装置は、被検体内の画像を得る際に、超音波信号を整相加算するように構成されている。これにより、超音波信号のＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）を改善して、鮮明な画像を得ることが可能である。

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の整相加算という画像化処理の技術を、従来の光音響画像化装置にも適用して、鮮明な画像を得ることが考えられる。

しかしながら、従来の光音響画像化装置では、光の照射により発生する光音響波の強度が小さい。そして、被検体内で発生してから検出されるまでの間に生じる光音響波の減衰に起因して、検出される光音響波信号の信号強度が、超音波診断装置において検出される超音波信号に比べて極めて小さくなるという不都合がある。したがって、従来の光音響画像化装置において、超音波診断装置における整相加算を単に適用するだけでは、十分に鮮明な画像を得ることができないという問題点がある。

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、整相加算により鮮明な画像を得ることが可能な光音響画像化装置および光音響画像構築方法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画像化装置は、光源部と、光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出する検出部と、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号を整相加算して、画像を生成する信号処理部と、を備える。

この発明の第１の局面による光音響画像化装置では、上記のように、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号を整相加算して、画像を生成する信号処理部を設ける。これにより、被検体内で発生した光音響波が検出部に到達するまでに減衰したとしても、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、信号強度の減少が補正された光音響波信号を整相加算することができるので、整相加算により鮮明な画像を得ることができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、信号処理部は、光音響波信号が検出部により検出されるまでの検出時間、または、光音響波信号の有する信号周波数の少なくとも一方に基づいて、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。ここで、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少（減少量）は、検出時間または信号周波数に応じて変化する。したがって、上記のように構成すれば、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少（減少量）に基づいて、確実に、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。

この場合、好ましくは、信号処理部は、検出時間、または、信号周波数の少なくとも一方の値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。このように構成すれば、検出時間または信号周波数の少なくとも一方の値が大きくなるのに従って大きくなる信号強度の減少（減少量）に応じて、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少（減少量）に応じて、より確実に、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。

上記検出時間または信号周波数の少なくとも一方の値が大きくなるのに応じて光音響波信号の信号強度を増加させる構成において、好ましくは、信号処理部は、検出時間をｔとし、信号周波数をｆとし、検出時間および信号周波数に関する定数をｋ１とし、検出時間ｔの単位をμｓとし、信号周波数ｆの単位をＭＨｚとし、定数ｋ１を０．００２以上０．００９以下とした場合に、以下の式（１）で表される補正係数Ｚ１を、光音響波信号に乗じることによって、検出時間および信号周波数の値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させるように構成されている。
Ｚ１＝１０^{ｋ１×ｔ×ｆ} ・・・（１）

このように構成すれば、上記の式（１）を用いることにより、検出時間および信号周波数の両方に応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少（減少量）に応じて、より一層確実に、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。また、定数ｋ１を０．００２以上０．００９以下とすることによって、補正係数Ｚ１を適切に取得することができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部は、光源として、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。このように構成すれば、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源の消費電力の低減および光源部の小型化などの利点を得ることができる。ここで、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光源として用いる場合には、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源から照射される光の出力が小さくなる。このため、検出部により検出される光音響波信号の信号強度がより一層小さくなる。したがって、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光源として用いる場合に、信号強度の減少を補正して、鮮明な画像を得ることができるという本発明は特に有効である。

上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、信号処理部は、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、被検体に対する光源部による光の照射位置から被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。このように構成すれば、光源部からの光が被検体内の検出対象物に到達するまでに減衰したとしても、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少をも補正することができる。したがって、光音響波信号の信号強度の減少をより適切に補正することができる。

この場合、好ましくは、信号処理部は、照射位置に関する定数をｋ２とし、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離をｄとした場合に、以下の式（２）で表される補正係数Ｚ２を、光音響波信号に乗じることによって、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。
Ｚ２＝１０^ｋ２×ｄ ・・・（２）

このように構成すれば、上記の式（２）を用いることにより、光源部からの光の減衰に起因する信号強度の減少（減少量）に応じて、確実に、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。

上記照射位置に関する定数をｋ２とする構成において、好ましくは、定数ｋ２は、光源部の照射位置が検出部側である場合には、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離ｄの単位をｃｍとした場合に、０．２以上０．８以下であり、定数ｋ２は、光源部の照射位置が検出部とは反対側である場合には、光源部の照射位置が検出部側である場合における照射位置から被検体内の所定の位置までの距離をｄとし、かつ、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離ｄの単位をｃｍとした場合に、−０．８以上−０．２以下である。このように構成すれば、光源部による光の照射位置に応じて、補正係数Ｚ２を適切に取得することができる。その結果、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度を適切に増加させることができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部は、光音響波を受信して、光音響波に起因する光音響波信号を検出するための検出素子を含み、信号処理部は、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、検出素子に対する光音響波の入射方向に起因する感度に基づいて、検出素子の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。このように構成すれば、検出素子に対する光音響波の入射方向に起因する検出素子の感度の相違により、検出された光音響波信号の信号強度が減少していたとしても、検出素子の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、検出素子の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少をも補正することができる。したがって、光音響波信号の信号強度の減少をより適切に補正することができる。

上記第１の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部には、光音響波を受信して、光音響波に起因する光音響波信号を検出するための複数の検出素子が配列されており、複数の検出素子が配列される配列方向の光源部の幅は、複数の検出素子の配列方向の幅よりも大きい。このように構成すれば、複数の検出素子の配列方向の全域にわたって、光源部からの光を確実に照射することができる。その結果、複数の検出素子により検出可能な範囲内における光の照射量が少ないことに起因して、複数の検出素子により検出可能な範囲内における検出対象物から光音響波を十分に発生させることができないのを抑制することができる。これにより、複数の検出素子により検出可能な範囲内における検出対象物の検出が複数の検出素子により適切に行われないのを抑制することができる。

この発明の第２の局面による光音響画像構築方法は、光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出部により検出するステップと、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を信号処理部により補正するステップと、補正された光音響波信号を整相加算して、画像を信号処理部により生成するステップと、を備える。

この発明の第２の局面による光音響画像構築方法では、上記のように、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を信号処理部により補正するステップと、補正された光音響波信号を整相加算して、画像を信号処理部により生成するステップとを行う。これにより、第２の局面の光音響画像構築方法においても、整相加算により鮮明な画像を得ることができる。

本発明によれば、上記のように、整相加算により鮮明な画像を得ることが可能な光音響画像化装置および光音響画像構築方法を提供することができる。

本発明の第１〜第３実施形態の光音響画像化装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態の光音響画像化装置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実施形態の光音響画像化装置による光の発光周期と発光周期に対応す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実施形態の光音響画像化装置における補正前のＮＭ座標データを説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響画像化装置における補正後のＮＭ座標データを説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響画像化装置における画像化領域とＫＬ座標との対応を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響画像化装置におけるＮＭ座標に基づく整相加算を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響画像化装置における整相加算により生成されるＫＬ座標データを説明するための図である。 本発明の第１実施形態の光音響画像化装置による光音響波画像構築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実施形態の光音響画像化装置における光源部による光の照射位置が検出部側である場合を示す図である。 本発明の第２実施形態の光音響画像化装置における補正後のＮＭ座標データを説明するための図である。 本発明の第２実施形態の光音響画像化装置における光源部による光の照射位置が検出部とは反対側である場合を示す図である。 本発明の第２実施形態の光音響画像化装置による光の減衰について説明するためのグラフである。 本発明の第２実施形態の光音響画像化装置による光音響波画像構築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実施形態の光音響画像化装置における検出素子の入射方向に起因する感度を説明するための図である。 本発明の第３実施形態の光音響画像化装置における整相加算により生成されるＫＬ座標データを説明するための図である。 本発明の第３実施形態の光音響画像化装置による光音響波画像構築処理を説明するためのフローチャートである。

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実施形態による光音響画像化装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による光音響画像化装置１００は、図１に示すように、光源部１０と、検出部２０と、光音響画像化装置本体（以下、装置本体という）３０とを備えている。光源部１０および検出部２０は、装置本体３０の外部に設けられ、図示しない配線により装置本体３０と接続されている。この配線を介して、光音響画像化装置１００は、装置本体３０から光源部１０への制御信号の出力や、検出部２０により検出された光音響波信号の検出部２０から装置本体３０への出力などの信号の伝達を行うことが可能に構成されている。

図１に示すように、光源部１０は、被検体Ｐ（図２参照）に光を照射するための光源ユニットである。光音響波ＡＷ（図２参照）の測定時には、光源部１０は、被検体Ｐの表面に当接させた状態で用いられる。

また、光源部１０は、光源１１を含み、光源１１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、光源部１０の光源１１は、装置本体３０の後述する光源駆動部３３の制御信号に基づいて、パルス幅ｔａ（図３参照）のパルス光を、発光周期Ｔａ（図３参照）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装置本体３０により繰り返し取得される。

光源１１は、人体などの被検体Ｐ（図２参照）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１１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。この場合、光源部１０を小型化することができるので、光源１１が設けられた光源部１０を被検体Ｐに直接的に当接させて、光音響波ＡＷの測定を行うことが可能である。なお、光源１１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。

図１に示すように、検出部２０は、光音響波ＡＷ（図２参照）の受信を行うためのプローブである。また、検出部２０は、光音響波ＡＷの受信に加えて、超音波の送受信を行うように構成することが可能である。光音響波ＡＷの測定時には、検出部２０は、被検体Ｐの表面に当接させた状態で用いられる。

また、検出部２０は、複数の検出素子２１を含んでいる。複数の検出素子２１は、圧電素子を含み、図示しない筐体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２１は、Ｎ個（Ｎｃｈ(チャンネル)ともいう）設けられている。検出素子２１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、検出部２０は、光源部１０から照射された光を吸収した被検体Ｐ（図２参照）内の検出対象物Ｑ（図２参照）から発生する光音響波ＡＷによって検出素子２１が振動されることにより、光音響波ＡＷを受信して、光音響波信号を検出するように構成されている。また、検出部２０は、検出された光音響波信号を、装置本体３０に出力するように構成されている。

ここで、第１実施形態では、装置本体３０には、信号処理部３１が設けられている。信号処理部３１は、検出部２０から出力された光音響波信号を補正して、整相加算することにより、光音響波信号に基づく光音響波画像を生成するように構成されている。具体的には、信号処理部３１は、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号を整相加算して、光音響波画像を生成するように構成されている。

信号処理部３１は、概略的には、光音響波信号の取得、光音響波信号の補正、補正された光音響波信号の整相加算、整相加算された光音響波信号に基づく光音響波画像の生成に係る信号処理を行うように構成されている。以下、信号処理部３１の構成について、詳細に説明する。

図１に示すように、信号処理部３１は、受信部４１と、第１メモリ４２と、平均化処理部４３と、補正処理部４４と、第２メモリ４５と、整相加算部４６と、第３メモリ４７とを含んでいる。この信号処理部３１の機能は、たとえば、専用回路や、汎用ＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、不揮発性メモリ、揮発性メモリなどのハードウェア、および、各種プログラムなどのソフトウェアの組み合わせにより実現することができる。

受信部４１には、検出部２０の複数（Ｎ個）の検出素子２１にそれぞれ対応する複数（Ｎ個）の増幅部５１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）５２とが設けられている。

ここで、図２を参照して、検出部２０による光音響波信号の検出から、受信部４１による光音響波信号の受信までについて説明する。光源部１０（図１参照）により被検体Ｐに向けてパルス光が照射されると、図２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２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、検出部２０（図１参照）は、Ｎ個の検出素子２１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２では、各検出素子２１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２１により検出された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮは、検出部２０から装置本体３０に出力され、装置本体３０の受信部４１により受信される。以下では、光音響波信号のことを適宜光音響波信号Ｌ１〜ＬＮと記載する。

そして、受信部４１は、ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）番目の増幅部５１とこれに対応するｎ番目のＡ／Ｄ変換部５２とにより、ｎ番目の検出素子２１により検出された光音響波信号Ｌｎ（Ｌ１〜ＬＮ）を受信するように構成されている。

また、各増幅部５１は、受信された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮをそれぞれ増幅（たとえば、約３００倍〜約３００００倍）し、Ａ／Ｄ変換部５２に出力するように構成されている。

各Ａ／Ｄ変換部５２は、増幅部５１により増幅された状態の光音響波信号Ｌ１〜ＬＮのそれぞれを、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。また、各Ａ／Ｄ変換部５２は、デジタル信号としての光音響波信号Ｌ１〜ＬＮを、第１メモリ４２に出力するように構成されている。

第１メモリ４２は、各Ａ／Ｄ変換部５２から出力された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮを格納するように構成されている。また、図４に示すように、第１メモリ４２には、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮがＮＭ座標データとして格納される。

ここで、ＮＭ座標データとは、検出部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、ＮＭ座標データは、検出素子２１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１５３０（ｍ／ｓ）とし、Ａ／Ｄ変換部５２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、Ｍ＝（０．０６／１５３０）×２０×１０^６＝約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、深さ方向に約８００個の画素数を有することとなる。

また、ＮＭ座標データでは、Ｍ座標の各点は、サンプリング時間ｐに対応する時間間隔で配列されている。サンプリング時間ｐは、Ａ／Ｄ変換部５２の所定のサンプリング周波数の１周期に対応する時間である。たとえば、Ａ／Ｄ変換部５２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ｐは、０．０５μsとなる。つまり、ＮＭ座標データでは、Ｍ座標は、検出された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮにおける検出時間ｔに対応する。たとえば、Ｍ座標がｍ（１≦ｍ≦Ｍ）である場合には、検出時間ｔは、下式で求められる。つまり、ｔ＝ｍ×ｐとなる。したがって、このＮＭ座標データは、各検出素子２１により検出された光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの各検出時間ｔにおける情報を有するデータであるといえる。たとえば、ＮＭ座標データの座標点（ｎ，ｍ）は、光音響波信号Ｌｎの検出時間ｔ（＝ｍ×ｐ）における信号値Ｘ_ｎｍの情報を有する。このＮＭ座標データは、光源部１０の光源１１による１回のパルス発光につき、１つ得られる。

平均化処理部４３（図１参照）は、図３に示すように、複数（Ｐ回）のパルス光に基づき受信され、第１メモリ４２に格納される複数（Ｐ組）の光音響波信号Ｌ１〜ＬＮのそれぞれに対応する、複数（Ｐ個）のＮＭ座標データを平均化処理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Ｌ１〜ＬＮのＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）を向上させた状態で、光音響波画像（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光音響波画像を生成することが可能である。そして、平均化処理部４３は、平均化処理されたＮＭ座標データを第１メモリ４２に格納するように構成されている。また、第１メモリ４２は、格納されたＮＭ座標データを補正処理部４４に出力可能に構成されている。

ここで、第１実施形態では、補正処理部４４は、検出時間ｔおよび信号周波数ｆに基づいて、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの信号強度の減少を補正するように構成されている。検出時間ｔは、光源部１０によるパルス光の照射時点から、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮが検出部２０により検出される検出時点までの間の時間である。なお、検出時間ｔの始点は、厳密に光源部１０によるパルス光の照射時点である必要はない。たとえば、図３に示すように、光源部１０によるパルス光の照射時点後、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮのサンプリング開始時点であってもよい。この第１実施形態では、検出時間ｔは、上記のように、ＮＭ座標データのＭ座標ｍとサンプリング時間ｐとを乗算した値が用いられる。また、信号周波数ｆは、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの有する信号周波数である。この第１実施形態では、信号周波数ｆは、ＮＭ座標データにおける所定の座標点の信号周波数が用いられる。このような信号周波数ｆは、たとえば、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮをフーリエ変換法などにより解析することにより、求めることが可能である。

また、第１実施形態では、補正処理部４４は、検出時間ｔ（μｓ マイクロ秒）および信号周波数ｆ（ＭＨｚ メガヘルツ）に関する定数をｋ１とした場合に、以下の式（１）で表される補正係数Ｚ１を、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮに乗じることによって、検出時間ｔおよび信号周波数ｆの値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させるように構成されている。
Ｚ１＝１０^{ｋ１×ｔ×ｆ} ・・・（１）
ここで、定数ｋ１は、検出時間ｔおよび信号周波数ｆに関して被検体Ｐ内で生じた光音響波ＡＷの減衰（信号強度の減少）を補正するための定数であり、被検体Ｐ（人体またはその他の動物など）や被検体Ｐの測定部位などの測定条件に応じて適宜決定することが可能である。この点に鑑みると、定数ｋ１としては、０．００２以上０．００９以下であることが好ましい。

たとえば、生体（人体）軟部を測定する場合の定数ｋ１は、一例として次のように求められる。まず、生体軟部における減衰を−０．６ｄＢ／（ｃｍ×ＭＨｚ）とし、生体軟部内で１ｃｍの距離を音（光音響波ＡＷ）が進む時間を６．５３６μｓ（＝０．０１ｍ／１５３０（ｍ／ｓ）＝１ｃｍ／音速）とした場合に、生体軟部における減衰は、１０^{−０．００４５９×ｔ×ｆ}（＝１０＾（（−０．６／２０）／６．５３６）×ｔ×ｆ））で表すことができる。そして、この式と対応して、定数ｋ１は、ｋ１＝（（０．６／２０）／６．５３６）＝０．００４５９（１／（μｓ×ＭＨｚ））として求められる。つまり、定数ｋ１は、検出時間ｔおよび信号周波数ｆあたりに生じた光音響波ＡＷの減衰（信号強度の減少）を補正するための定数であるといえる。そして、上記の式（１）による補正係数Ｚ１は、被検体Ｐ内で生じた光音響波ＡＷの減衰（信号強度の減少）分を増加させるための補正係数であるといえる。したがって、光音響波信号に補正係数Ｚ１を乗じることによって、被検体Ｐ（図２参照）内で発生した光音響波ＡＷ（図２参照）が検出部２０の検出素子２１に到達するまでに減衰したとしても、この光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの信号強度の減少を補正することが可能である。

具体的な光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの光音響波ＡＷの減衰に起因する補正処理として、補正処理部４４は、第１メモリ４２に格納されたＮＭ座標データを取得するとともに、取得されたＮＭ座標データにおける各座標点の信号値（信号強度）に対して、補正係数Ｚ１を乗じるように構成されている。これにより、補正処理部４４は、検出時間ｔおよび信号周波数ｆの値が大きくなるのに応じて、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮの信号強度を増加させるように構成されている。たとえば、図４および図５に示すように、ＮＭ座標データにおける座標点（ｎ，ｍ）の信号値Ｘ_ｎｍに対して、座標点（ｎ，ｍ）における補正係数Ｚ１を乗じることによって、座標点（ｎ，ｍ）における補正後の信号値Ｙ_ｎｍ（＝Ｚ１×Ｘ_ｎｍ）が得られる。同様に、座標点（１，１）から座標点（Ｎ，Ｍ）までのＮＭ座標データの全ての座標点において、各座標点における信号値に対して、各座標点における補正係数Ｚ１が乗算されて、図５に示す補正後のＮＭ座標データが補正処理部４４により取得される。そして、図１に示すように、補正処理部４４は、取得された補正後のＮＭ座標データを第２メモリ４５に出力するように構成されている。

なお、補正処理部４４により補正される光音響波信号Ｌ１〜ＬＮは、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号（高周波信号）または元のＲＦ信号を検波することにより得られたＲＦ信号のいずれでもよい。つまり、補正処理部４４による補正処理は、ＲＦ信号または検波されたＲＦ信号のいずれに対して行われてもよい。また、検波されたＲＦ信号に対して補正処理する場合には、補正処理部４４よりも前段に検波処理部を設けることにより、検波されたＲＦ信号に対して補正処理を行うことが可能である。

第２メモリ４５は、補正処理部４４から出力された補正後のＮＭ座標データ（図５参照）を格納するように構成されている。また、第２メモリ４５は、格納されたＮＭ座標データを整相加算部４６に出力可能に構成されている。

整相加算部４６は、補正後のＮＭ座標データに基づいて整相加算を行い、ＫＬ座標データ（図８参照）を生成するように構成されている。以下、図６〜図８を参照して、整相加算部４６の整相加算によるＫＬ座標データの生成について説明する。

図６〜図８に示すように、整相加算部４６は、補正後のＮＭ座標データに基づいて整相加算を行うことにより、被検体Ｐ内と対応する画像化領域ＡＲをＫ×Ｌ分割したＫＬ座標データ（図８参照）を生成するように構成されている。図８に示すように、ＫＬ座標データは、ＮＭ座標データと同様に、検出部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。ＫＬ座標データは、検出素子数Ｎと同一であるＫ（つまり、Ｎ＝Ｋ）と、装置本体３０の後述するモニタ３２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。

詳細には、整相加算部４６は、補正後のＮＭ座標データに基づいて、ＫＬ座標データの各座標点の信号値（信号強度）を、整相加算により取得するように構成されている。たとえば、図８に示すように、ＫＬ座標における座標点（ｋ，ｌ）の信号値Ａ_ｋｌを取得する場合には、まず、整相加算部４６は、画像化領域ＡＲ（図６参照）における座標点（ｋ，ｌ）から各検出素子２１まで光音響波ＡＷ（図２参照）が到達すると想定した到達時間Ｔ_ｋｌ１〜Ｔ_ｋｌＮ（図６参照）を取得する。到達時間Ｔ_ｋｌ１〜Ｔ_ｋｌＮは、たとえば、座標点（ｋ，ｌ）から各検出素子２１までの距離を音速により除算して求めることが可能である。そして、図７に示すように、整相加算部４６は、ＮＭ座標データにおいて、取得された各到達時間Ｔ_ｋｌ１〜Ｔ_ｋｌＮと各検出素子２１（１〜Ｎ）とに対応する座標点の信号値Ｙ_ｋｌ１〜Ｙ_ｋｌＮを取得する。そして、整相加算部４６は、取得された信号値Ｙ_ｋｌ１〜Ｙ_ｋｌＮを加算することにより、座標点（ｋ，ｌ）の信号値Ａ_ｋｌ（＝Ｙ_ｋｌ１＋Ｙ_ｋｌ２＋・・・＋Ｙ_ｋｌｎ＋・・・＋Ｙ_ｋｌＮ）を取得する。このようにして、整相加算部４６は、座標点（ｋ，ｌ）の信号値を整相加算により取得する。そして、整相加算部４６は、同様に、座標点（１，１）から座標点（Ｋ，Ｌ）までのＫＬ座標データの全ての座標点において、整相加算により信号値を取得する。これにより、ＫＬ座標データ（図８参照）が生成される。そして、生成されたＫＬ座標データに基づいて、光音響波画像が構築（生成）される。つまり、構築された光音響波画像は、補正処理部４４により補正された信号値を整相加算することにより得られた画像である。そして、図１に示すように、整相加算部４６は、第３メモリ４７にＫＬ座標データに基づく光音響波画像（画像データ）を出力するように構成されている。

第３メモリ４７は、整相加算部４６から出力された光音響波画像（画像データ）を格納するように構成されている。また、第３メモリ４７は、格納された光音響波画像をモニタ３２に出力可能に構成されている。この結果、モニタ３２では、信号強度の減少が補正された光音響波信号に基づく鮮明な光音響波画像が表示される。なお、第３メモリ４７とモニタ３２との間には、さらに階調調整などの画像処理を行う画像処理部を設けることが可能である。

装置本体３０には、一般的な液晶モニタを含む、モニタ３２が設けられている。モニタ３２は、光音響波画像や、各種操作画面などを表示可能に構成されている。

また、装置本体３０には、光源駆動部３３が設けられている。光源駆動部３３は、装置本体３０の外部に設けられる光源部１０の光源１１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３３は、光源部１０の光源１１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３３は、装置本体３０の制御部３４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１１を駆動する電流値を調整可能に構成されている。つまり、この光音響画像化装置１００は、光源駆動部３３の設定を変更することにより、光源部１０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。

また、装置本体３０には、制御部３４が設けられている。制御部３４は、ＣＰＵを含み、装置本体３０の各構成要素を制御するように構成されている。制御部３４は、たとえば、光源駆動部３３による光源部１０の照射条件や、信号処理部３１による信号処理の条件を制御するように構成されている。

次に、図９を参照して、装置本体３０の信号処理部３１による光音響波画像構築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１参照）により受信され、第１メモリ４２（図１参照）に格納されることにより、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮ（図４参照）が信号処理部３１により取得される。この際、第１メモリ４２には、光音響波信号Ｌ１〜ＬＮが補正前のＮＭ座標データとして格納される。

そして、ステップＳ２において、複数（Ｐ組）の光音響波信号の平均化処理が行われる。具体的には、第１メモリ４２に格納される複数（Ｐ組）の光音響波信号Ｌ１〜ＬＮのそれぞれに対応する、複数（Ｐ個）のＮＭ座標データが平均化処理部４３により平均化処理される。

そして、ステップＳ３において、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。具体的には、第１メモリ４２に格納されたＮＭ座標データの取得と、取得されたＮＭ座標データにおける各座標点の信号値（信号強度）に対して、補正係数Ｚ１を乗じる補正が補正処理部４４により行われる。これにより、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正されたＮＭ座標データが得られる。

そして、ステップＳ４において、補正された光音響波信号が整相加算される。つまり、ステップＳ４では、ステップＳ３の処理により得られた補正後のＮＭ座標データに基づいて、整相加算部４６により整相加算が行われる。この結果、図８に示すＫＬ座標データが生成されるとともに、ＫＬ座標データに基づく光音響波画像が構築される。

そして、ステップＳ５において、整相加算により構築された光音響波画像が第３メモリ４７からモニタ３２に出力される。この結果、補正処理により得られる鮮明な光音響波画像がモニタ３２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、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号（Ｌ１〜ＬＮ）の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号を整相加算して、光音響波画像を生成する信号処理部３１を設ける。これにより、被検体Ｐ内で発生した光音響波ＡＷが検出部２０に到達するまでに減衰したとしても、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号（Ｌ１〜ＬＮ）の信号強度の減少を補正することができる。その結果、信号強度の減少が補正された光音響波信号を整相加算することができるので、整相加算により鮮明な光音響波画像を得ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光音響波信号が検出部２０により検出されるまでの検出時間ｔ、および、光音響波信号の有する信号周波数ｆの両方に基づいて、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部３１を構成する。これにより、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少（減少量）に基づいて、確実に、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、検出時間ｔ、および、信号周波数ｆの両方の値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部３１を構成する。これにより、検出時間ｔまたは信号周波数ｆの値が大きくなるのに従って大きくなる信号強度の減少（減少量）に応じて、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少（減少量）に応じて、より確実に、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、検出時間ｔの単位をμｓとし、信号周波数ｆの単位をＭＨｚとし、定数ｋ１を０．００２以上０．００９以下とした場合に、上記の式（１）で表される補正係数Ｚ１を、光音響波信号に乗じることによって、検出時間ｔおよび信号周波数ｆの値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させるように信号処理部３１を構成する。これにより、上記の式（１）を用いることにより、検出時間ｔおよび信号周波数ｆの両方に応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少（減少量）に応じて、より一層確実に、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。また、定数ｋ１を０．００２以上０．００９以下とすることによって、補正係数Ｚ１を適切に取得することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光源部１０の光源１１を、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つにより構成する。これにより、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源１１の消費電力の低減および光源部１０の小型化などの利点を得ることができる。ここで、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光源１１として用いる場合には、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源１１から照射される光の出力が小さくなるため、検出部２０により検出される光音響波信号の信号強度がより一層小さくなる。したがって、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光源１１として用いる場合に、信号強度の減少を補正して、鮮明な光音響波画像を得ることができるという上記第１実施形態の構成は特に有効である。

（第２実施形態）
次に、図１および図１０〜図１４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、上記第１実施形態の構成に加えて、さらに光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正す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実施形態による光音響画像化装置２００は、図１に示すように、光源部１０と、検出部２０と、光音響画像化装置本体（以下、装置本体という）１３０とを備えている。装置本体１３０には、信号処理部１３１が設けられている。信号処理部１３１は、補正処理部１４４が設けられていることを除いて、上記第１実施形態の信号処理部３１と同様の構成である。

第２実施形態では、補正処理部１４４は、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。つまり、第２実施形態では、被検体Ｐ（図１０参照）内で発生し、検出部２０の検出素子２１に到達するまでの間の光音響波ＡＷの減衰と、光源部１０から照射され、被検体Ｐ内の検出対象物Ｑ（図１０参照）に到達するまでの光の減衰との両方を考慮して、補正処理部１４４による補正処理が行われる。

具体的には、補正処理部１４４は、上記第１実施形態と同様に、式（１）による補正係数Ｚ１により、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。そして、第２実施形態では、補正処理部１４４は、さらに、被検体Ｐに対する光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄに基づいて、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の減少を補正するように構成されている。この第２実施形態では、距離ｄは、ＮＭ座標データに対応して求められる。たとえば、図１０に示す被検体Ｐ内の所定の位置Ｐｏまでの距離ｄは、図１１に示すように、ＮＭ座標データにおける座標点（１，ｍ）の検出時間ｔ＝ｍ×ｐに対して、音速ｃを乗算することにより、ｄ＝ｍ×ｐ×ｃとして求められる。つまり、光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄは、検出素子２１から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離に置き換えて求められる。その他の座標点についても、同様の計算により距離ｄを求めることが可能である。

また、このように距離ｄを求める構成において、図１０および図１２に示すように、複数の検出素子２１が配列される配列方向の光源部１０の光源１１の幅Ｗ１は、複数の検出素子２１全体の配列方向の幅Ｗ２よりも大きくなるように構成されている。これにより、光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄを、検出素子２１から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離に置き換えて求めたとしても、光源１１の幅Ｗ１が複数の検出素子２１の配列方向の幅Ｗ２よりも大きいので、光源部１０による光の照射位置と検出素子２１との位置関係を確実に対応させることが可能である。

また、第２実施形態では、補正処理部１４４は、光源部１０による光の照射位置に関する定数をｋ２とした場合に、以下の式（２）で表される補正係数Ｚ２を、光音響波信号に乗じることによって、光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄが大きくなるのに応じて、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。
Ｚ２＝１０^ｋ２×ｄ ・・・（２）

具体的には、補正処理部１４４は、上記第１実施形態の補正係数Ｚ１の場合と同様に、第１メモリ４２に格納されたＮＭ座標データにおける各座標点の信号値（信号強度）に対して、Ｚ２を乗じることによって、光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄが大きくなるのに応じて、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。つまり、第２実施形態では、補正係数Ｚ１およびＺ２の両方が、第１メモリ４２に格納されたＮＭ座標データにおける各座標点の信号値（信号強度）に対して乗算される。たとえば、図１１に示すように、ＮＭ座標データにおける座標点（ｎ，ｍ）の信号値Ｘ_ｎｍに対して、座標点（ｎ，ｍ）における補正係数Ｚ１およびＺ２の両方を乗じることによって、座標点（ｎ，ｍ）における補正後の信号値Ｙ_ｎｍ（＝Ｚ１×Ｚ２×Ｘ_ｎｍ）が得られる。同様に、座標点（１，１）から座標点（Ｎ，Ｍ）までのＮＭ座標データの全ての座標点において、各座標点における信号値に対して、各座標点における補正係数Ｚ１およびＺ２の両方が乗算されて、図１１に示す補正後のＮＭ座標データが補正処理部１４４により取得される。そして、補正後のＮＭ座標データが補正処理部１４４から第２メモリ４５に出力される。以降は、上記第１実施形態と同様に、整相加算部４６により整相加算が行われて、光音響波画像が構築（生成）される。

ここで、定数ｋ２は、上記のように、光源部１０による光の照射位置に関する定数である。詳細には、定数ｋ２は、被検体Ｐに対する光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄに関する定数である。つまり、距離ｄに関して被検体Ｐ内で生じた光の減衰（光強度の減少）を補正するための定数である。そして、距離ｄに関して被検体Ｐ内で生じた光の減衰（光強度の減少）を補正することにより、光の減衰に起因して生じる光音響波信号の信号強度の減少を補正することが可能である。

また、定数ｋ２は、被検体Ｐ（人体またはその他の動物など）や被検体Ｐの測定部位などの測定条件に応じて適宜決定することが可能である。この点に鑑みると、図１０に示すように、光源部１０による光の照射位置が検出部２０側である場合（言い換えると、光源部１０が検出部２０に隣接して配置され、光源部１０による光の照射位置が検出部２０に隣接している場合）で、距離ｄ（＝ｍ×ｐ×ｃ）の単位をｃｍとした場合には、定数ｋ２としては、０．２以上０．８以下であることが好ましい。なお、定数ｋ２が正の値である場合には、補正係数Ｚ２は、１よりも大きくなる。この場合、光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄが大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。つまり、この場合には、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光源部１０からの光の減衰に起因して生じた光音響波信号の信号強度の減少によるＮＭ座標データの各座標点における相対的な信号強度の差が縮まるように補正される。

また、図１２に示すように、光源部１０による光の照射位置が検出部２０とは反対側である場合（言い換えると、光源部１０が検出部２０に対向して配置され、光源部１０による光の照射位置が検出部２０に対向している場合）で、距離ｄの単位をｃｍとした場合には、定数ｋ２としては、−０．８以上−０．２以下であることが好ましい。なお、光源部１０の照射位置が検出部２０とは反対側である場合にも、光源部１０による光の照射位置が検出部２０側である場合における仮想的な照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離をｄ（＝ｍ×ｐ×ｃ）とする。また、定数ｋ２が負の値である場合には、補正係数Ｚ２は、１未満になる。この場合、仮想的な光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄが大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を減少させることにより、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。言い換えると、実際の光源部１０による光の照射位置からの距離が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度の減少量が小さくなるように光音響波信号の信号強度を減少させることにより、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。これにより、この場合には、光音響波信号の信号強度を減少させることにより、光源部１０からの光の減衰に起因して生じた光音響波信号の信号強度の減少によるＮＭ座標データの各座標点における相対的な信号強度の差が縮まるように補正される。

これらの結果、光源部１０による光の照射位置が検出部２０側である場合と、光源部１０による光の照射位置が検出部２０とは反対側である場合とにおいて、同様の式により距離ｄを得る構成において、確実に、ＮＭ座標データの各座標点における相対的な信号強度の差が縮まるように補正することが可能である。

ここで、図１３を参照して、定数ｋ２を決定するために行った実験結果について説明する。図１３には、横軸を厚さ（ｃｍ）とし、縦軸を光の透過率（％）として、縦軸を対数表示とした片対数グラフを示す。実験は、空気（空気層）、寒天、鶏肉および豚肉について行った。また、実験には、近赤外光（８５０ｎｍの中心波長の光）の光を使用した。図１３に示すように、空気の場合が最も透過率の減少（光の減衰）の度合いが小さく、豚肉の場合が最も透過率の減少（光の減衰）の度合いが大きい。豚肉の場合、厚さ３ｃｍで、透過率は１．５％であった。したがって、定数ｋ２は、豚肉の場合の１ｃｍあたりの光の減衰に換算して、ｋ２＝−Ｌｏｇ（１．５／１００）／３＝約０．６（ｃｍ^−１）となる。また、空気の場合、厚さ３ｃｍで、透過率は３３％であった。したがって、定数ｋ２は、空気の場合の１ｃｍあたりの光の減衰に換算して、ｋ２＝−Ｌｏｇ（３３／１００）／３＝約０．２（ｃｍ^−１）となる。人体などの被検体Ｐでの光の減衰を考慮した場合には、定数ｋ２は、０．２以上０．６以下（図１０に示す光源部１０による光の照射位置が検出部２０側である場合）、または、−０．６以上−０．２以下（図１２に示す光源部１０による光の照射位置が検出部２０とは反対側である場合）であることがより好ましい。

次に、図１４を参照して、第２実施形態の装置本体１３０の信号処理部１３１による光音響波画像構築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、次に、ステップＳ２において、複数（Ｐ組）の光音響波信号の平均化処理が行われる。ステップＳ１およびＳ２の処理は、上記第１実施形態と同様である。

そして、ステップＳ３ａにおいて、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正との両方が行われる。具体的には、第１メモリ４２に格納されたＮＭ座標データの取得と、取得されたＮＭ座標データにおける各座標点の信号値（信号強度）に対して、補正係数Ｚ１およびＺ２の両方を乗じる補正が補正処理部１４４により行われる。これにより、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少と、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少との両方が補正されたＮＭ座標データが得られる。

そして、ステップＳ４において、補正された光音響波信号が整相加算される。その後、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ５の処理が行われる。この結果、第２実施形態においては、２つの補正処理によってより鮮明な光音響波画像がモニタ３２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。

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、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、被検体Ｐに対する光源部１０による光の照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置（Ｐｏ）までの距離ｄが大きくなるのに応じて、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部１３１を構成する。これにより、光源部１０からの光が被検体Ｐ内の検出対象物Ｑに到達するまでに減衰したとしても、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少をも補正することができる。したがって、光音響波信号の信号強度の減少をより適切に補正することができる。したがって、この第２実施形態においては、整相加算によってより鮮明な光音響波画像を得ることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、上記の式（２）で表される補正係数Ｚ２を、光音響波信号に乗じることによって、照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄが大きくなるのに応じて、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部１３１を構成する。これにより、上記の式（２）を用いることにより、光源部１０からの光の減衰に起因する信号強度の減少（減少量）に応じて、確実に、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、光源部１０の照射位置が検出部２０側である場合には、照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄの単位をｃｍとした場合に、定数ｋ２を０．２以上０．８以下とする。また、光源部１０の照射位置が検出部２０とは反対側である場合には、光源部１０の照射位置が検出部２０側である場合における照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離をｄとし、かつ、照射位置から被検体Ｐ内の所定の位置までの距離ｄの単位をｃｍとした場合に、定数ｋ２を−０．８以上−０．２以下とする。これにより、光源部１０による光の照射位置に応じて、補正係数Ｚ２を適切に取得することができる。その結果、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度を適切に増加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、複数の検出素子２１が配列される配列方向の光源部１０の幅Ｗ１は、複数の検出素子２１の配列方向の幅Ｗ２よりも大きい。これにより、複数の検出素子２１の配列方向の全域にわたって、光源部１０からの光を確実に照射することができる。その結果、複数の検出素子２１により検出可能な範囲内における光の照射量が少ないことに起因して、複数の検出素子２１により検出可能な範囲内における検出対象物Ｑから光音響波ＡＷを十分に発生させることができないのを抑制することができる。これにより、複数の検出素子２１により検出可能な範囲内における検出対象物Ｑの検出が複数の検出素子２１により適切に行われないのを抑制することができる。

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７および図１５〜図１７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、上記第１実施形態の構成に加えて、さらに検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正す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３実施形態による光音響画像化装置３００は、図１に示すように、光源部１０と、検出部２０と、光音響画像化装置本体（以下、装置本体という）２３０とを備えている。装置本体２３０には、信号処理部２３１が設けられている。信号処理部２３１は、整相加算部２４６が設けられていることを除いて、上記第１実施形態の信号処理部３１と同様の構成である。

図１５に示すように、検出素子２１は、光音響波がいずれの方向から入射されたか（入射方向）により、感度（検出感度）が異なる。たとえば、図１５に示す矩形状の検出素子２１は、検出素子２１の検出面に対して垂直方向から光音響波が入射した場合に、最も感度が大きい。そして、検出面に対する垂直方向と光音響波の入射方向との成す角度である入射角θが大きくなるに従い、感度が小さくなる。図１５では、１番目の検出素子２１の入射角θに対する感度の大きさを概念的に矢印の長さで表している。

第３実施形態では、図１に示すように、整相加算部２４６は、補正後のＮＭ座標データ（図７参照）に基づいて、ＫＬ座標データ（図１６参照）の各座標点の信号値（信号強度）を整相加算により取得する際、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。

具体的には、整相加算部２４６は、まず、ＫＬ座標データにおける各座標点の信号値を整相加算により取得する際、信号値を取得する座標点に対する各検出素子２１の入射角θを取得するように構成されている。そして、整相加算部２４６は、取得された入射角θに基づいて、各検出素子２１の感度補正係数Ｓ_ｋｌを取得するように構成されている。感度補正係数Ｓ_ｋｌは、たとえば、予め設定しておき、予め設定された値を入射角θに応じて用いることが可能である。なお、入射角θに対する検出素子２１の感度の大きさは、検出素子２１の形状によっても異なるため、検出素子２１の形状を考慮して設定することが好ましい。そして、整相加算部２４６は、取得された各検出素子２１の感度補正係数Ｓ_ｋｌを、整相加算の際における各検出素子２１に対応する座標点の信号値に乗じるように構成されている。これにより、整相加算部２４６は、ＫＬ座標データの各座標点の信号値（信号強度）を整相加算により取得する際、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。

たとえば、図１６に示すように、座標点（ｋ，ｌ）の信号値Ａ_ｋｌを取得する場合には、整相加算部２４６は、座標点（ｋ，ｌ）に対する各検出素子２１の入射角θ_１〜θ_Ｋを取得する。そして、整相加算部２４６は、取得された入射角θ_１〜θ_Ｋに基づいて、各入射角θ_１〜θ_Ｋに対応する補正係数Ｓ_ｋｌ１〜Ｓ_ｋｌＫを取得する。そして、整相加算部２４６は、各検出素子２１に対応する座標点の信号値Ｙ_ｋｌ１〜Ｙ_ｋｌＮに対して、対応する補正係数Ｓ_ｋｌ１〜Ｓ_ｋｌＫを乗算して、加算することにより、座標点（ｋ，ｌ）の信号値Ａ_ｋｌ（＝Ｓ_ｋｌ１×Ｙ_ｋｌ１＋Ｓ_ｋｌ２×Ｙ_ｋｌ２＋・・・＋Ｓ_ｋｌｎ×Ｙ_ｋｌｎ＋・・・＋Ｓ_ｋｌＮ×Ｙ_ｋｌＮ）を取得する。このようにして、整相加算部２４６は、座標点（ｋ，ｌ）の信号値を整相加算により取得する際、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正する。そして、整相加算部２４６は、同様に、座標点（１，１）から座標点（Ｋ，Ｌ）までのＫＬ座標データの全ての座標点において、整相加算により信号値を取得する。これにより、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正されたＫＬ座標データ（図１６参照）が生成されるとともに、ＫＬ座標データに基づく光音響波画像が構築される。以降は、上記第１実施形態と同様に、ＫＬ座標データに基づく光音響波画像が第３メモリ４７に格納される。

つまり、第３実施形態では、式（１）による補正係数Ｚ１を用いて、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正処理部４４により補正されるのに加えて、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少が整相加算部２４６により補正される。

次に、図１７を参照して、第３実施形態の装置本体２３０の信号処理部２３１による光音響波画像構築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、次に、ステップＳ２において、複数（Ｐ組）の光音響波信号の平均化処理が行われる。そして、ステップＳ３において、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正が補正処理部４４により行われる。ステップＳ１〜Ｓ３の処理は、上記第１実施形態と同様である。

そして、ステップＳ４ａにおいて、検出素子２１に対する入射方向に起因する感度を考慮した整相加算が整相加算部２４６により行われる。具体的には、第２メモリ４５に格納された補正処理部４４による補正後のＮＭ座標データの取得と、取得されたＮＭ座標データに基づいてＫＬ座標データの各座標点の信号値（信号強度）を整相加算により取得する際に、各検出素子２１の感度補正係数Ｓ_ｋｌを、各検出素子２１に対応する座標点の信号値に乗じる補正とが整相加算部２４６により行われる。ステップＳ３およびＳ４ａの処理の結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少と、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少との両方が補正されたＫＬ座標データが得られる。

その後、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ５の処理が行われる。この結果、第３実施形態においても、２つの補正処理によってより鮮明な光音響波画像がモニタ３２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。

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、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、検出素子２１に対する光音響波の入射方向に起因する感度に基づいて、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部２３１を構成する。これにより、検出素子２１に対する光音響波の入射方向に起因する検出素子２１の感度の相違により、検出された光音響波信号の信号強度が減少していたとしても、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少をも補正することができる。したがって、光音響波信号の信号強度の減少をより適切に補正することができる。その結果、この第３実施形態においても、整相加算によってより鮮明な光音響波画像を得ることができる。

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。

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３実施形態では、信号処理部３１（１３１、２３１）とは別個に制御部３４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、信号処理部の機能の一部を、制御部により行うように構成してもよい。

また、上記第２実施形態では、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、光源部１０からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正との２つの補正を行い、第３実施形態では、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、検出素子２１の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正との２つの補正を行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、検出素子の感度に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正との３つの補正を行ってもよい。これにより、より一層鮮明な画像を整相加算により得ることができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、光音響波ＡＷの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正を、検出時間ｔおよび信号周波数ｆの両方に基づいて行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正を、検出時間または信号周波数の少なくとも一方に基づいて行ってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、受信部４１に、検出部２０の複数（Ｎ個）の検出素子２１に対応して、複数（Ｎ個）の増幅部５１と、複数（Ｎ個）のＡ／Ｄ変換部５２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、検出部の複数の検出素子よりも少ない数で、増幅部とＡ／Ｄ変換部とを設けてもよい。この場合、検出部の複数の検出素子により検出されたＮ個の光音響波信号を、複数回に分割して受信すればよい。これにより、受信部の構成を簡素にすることができるので、その分、光音響画像化装置の構成を簡素にすることができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、光源部１０に１つの光源１１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、光源部に、複数の光源を設けるとともに、複数の光源それぞれを互いに異なる複数の波長の光を発光可能に構成してもよい。この場合、複数の波長の光によるそれぞれの光音響波信号、または、複数の波長の光によるそれぞれの光音響波信号を合成した合成後の光音響波信号を補正して、整相加算により光音響波画像を生成するように構成してもよい。これにより、複数の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、整相加算により鮮明な光音響波画像を得つつ、単一波長の光による光音響波信号に基づいて光音響波画像を得る場合と比べて、被検体内のより多様な情報を含む光音響波画像を得ることができる。

また、上記第１実施形態では、式（１）により示す補正係数Ｚ１を補正に用い、上記第２実施形態では、式（２）により示す補正係数Ｚ２を補正に用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、補正係数Ｚ１およびＺ２の式を、簡略化して用いてもよい。たとえば、上記第１実施形態の場合には、補正係数Ｚ１を、Ｚ１＝２．３×（１＋（ｋ１×ｔ×ｆ））に簡略化して用いてもよい。また、上記第２実施形態の場合には、補正係数Ｚ１×Ｚ２を、Ｚ１×Ｚ２＝２．３×（１＋（ｋ１×ｔ×ｆ）＋（ｋ２×ｄ））に簡略化して用いてもよい。これにより、補正係数を簡略化した分、補正処理に係る処理の時間を短縮することができる。

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３１（１３１、２３１）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３１（１３１、２３１）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 光源部
１１ 光源
２０ 検出部
２１ 検出素子
３１、１３１、２３１ 信号処理部
１００、２００、３００ 光音響画像化装置
Ｌ１〜ＬＮ 光音響波信号

Claims (11)

1. 光源部と、
   前記光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出する検出部と、
   前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された前記光音響波信号を整相加算して、画像を生成する信号処理部と、を備える、光音響画像化装置。
2. 前記信号処理部は、前記光音響波信号が前記検出部により検出されるまでの検出時間、または、前記光音響波信号の有する信号周波数の少なくとも一方に基づいて、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項１に記載の光音響画像化装置。
3. 前記信号処理部は、前記検出時間、または、前記信号周波数の少なくとも一方の値が大きくなるのに応じて、前記光音響波信号の信号強度を増加させることにより、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項２に記載の光音響画像化装置。
4. 前記信号処理部は、前記検出時間をｔとし、前記信号周波数をｆとし、前記検出時間および前記信号周波数に関する定数をｋ１とし、前記検出時間ｔの単位をμｓとし、前記信号周波数ｆの単位をＭＨｚとし、定数ｋ１を０．００２以上０．００９以下とした場合に、以下の式（１）で表される補正係数Ｚ１を、前記光音響波信号に乗じることによって、前記検出時間および前記信号周波数の値が大きくなるのに応じて、前記光音響波信号の信号強度を増加させるように構成されている、請求項３に記載の光音響画像化装置。
   Ｚ１＝１０^{ｋ１×ｔ×ｆ} ・・・（１）
5. 前記光源部は、光源として、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、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
6. 前記信号処理部は、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、前記被検体に対する前記光源部による光の照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、前記光源部からの光の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
7. 前記信号処理部は、前記照射位置に関する定数をｋ２とし、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離をｄとした場合に、以下の式（２）で表される補正係数Ｚ２を、前記光音響波信号に乗じることによって、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、前記光源部からの光の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項６に記載の光音響画像化装置。
   Ｚ２＝１０^ｋ２×ｄ ・・・（２）
8. 定数ｋ２は、前記光源部の前記照射位置が前記検出部側である場合には、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離ｄの単位をｃｍとした場合に、０．２以上０．８以下であり、
   定数ｋ２は、前記光源部の前記照射位置が前記検出部とは反対側である場合には、前記光源部の前記照射位置が前記検出部側である場合における前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離をｄとし、かつ、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離ｄの単位をｃｍとした場合に、−０．８以上−０．２以下である、請求項７に記載の光音響画像化装置。
9. 前記検出部は、前記光音響波を受信して、前記光音響波に起因する前記光音響波信号を検出するための検出素子を含み、
   前記信号処理部は、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、前記検出素子に対する前記光音響波の入射方向に起因する感度に基づいて、前記検出素子の感度に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
10. 前記検出部には、前記光音響波を受信して、前記光音響波に起因する前記光音響波信号を検出するための複数の検出素子が配列されており、
    前記複数の検出素子が配列される配列方向の前記光源部の幅は、前記複数の検出素子の前記配列方向の幅よりも大きい、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光音響画像化装置。
11. 光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出部により検出するステップと、
    前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を信号処理部により補正するステップと、
    補正された前記光音響波信号を整相加算して、画像を前記信号処理部により生成するステップと、を備える、光音響画像構築方法。

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