JP2017184937A - 情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響装置において、光照射の安定化および被検体の画像の高画質化を可能にする。【解決手段】パルス光を射出する光源と、パルス光が照射された被検体から発生する音響波を電気信号に変換する素子と、電気信号を用いて被検体内部の特性情報を生成する情報処理部を有し、情報処理部は、安定な状態で照射が行われたパルス光に由来する電気信号のみを用いて特性情報を生成する情報取得装置を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、情報取得装置に関する。

従来、パルス光を被検体に照射し、被検体内部から発生する光音響波を探触子で受信して被検体内部の形態や機能を画像化する光音響装置（情報取得装置）が、医療分野で多く研究されている。光音響装置内部のコントローラは、使用者の指示に基づいて、光源の駆動回路に信号を送りパルス光を発光させる。このパルス光が導光手段を介して被検体に照射されることで、光音響波が発生する。被検体に接触した探触子は、光音響波を光音響信号と呼ばれる電気信号に変換する。コントローラはこの光音響信号を受信し、信号処理および画像再構成処理を行い、診断画像を使用者に提示する。

診断画像のコントラスト向上のためには、十分な光量のパルス光を被検体に照射する必要がある。そのため従来の光音響装置において、高出力のレーザが用いられる。これらのレーザを駆動する際には、内部のフラッシュランプを発光させ、レーザ媒質を十分励起した後に、Ｑスイッチを駆動させる。これにより、高いピークパワーをもつジャイアントパルス光が出力される。光音響信号が受信できるのはパルス光が出力されてから一定の期間のみであるため、コントローラの動作とレーザ発光を同期させる必要がある。

特許文献１には、光源の制御信号に同期して、光音響信号の受信を行う光音響装置が示されている。特許文献１の光音響装置は、Ｑスイッチを駆動するトリガ信号に同期して光音響信号のサンプリングを開始している。

特開２０１２−１８７３９０号公報

特許文献１では、光源と光音響信号の受信を同期させる仕組みをもつ光音響装置において、Ｑスイッチを駆動する信号を使用して光音響信号のサンプリングを開始する。しかしこの場合、レーザ発光開始直後の、光源の状態が安定しない状態で得られた光音響信号を受信してしまう。その結果、光音響信号のばらつきが大きくなり、診断画像の再現性や画質が低下するおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、情報取得装置において、光照射の安定化および被検体の画像の高画質化を可能にすることである。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
パルス光を射出する光源と、
前記パルス光が照射された被検体から発生する音響波を電気信号に変換する素子と、
前記電気信号を用いて前記被検体内部の特性情報を生成する情報処理部と、
を有し、
前記情報処理部は、安定な状態で照射が行われた前記パルス光に由来する前記電気信号のみを用いて前記特性情報を生成する
を有することを特徴とする情報取得装置である。

本発明によれば、情報取得装置において、光照射の安定化および被検体の画像の高画質化を可能にできる。

実施例１におけるブロック構成図 実施例１における動作フローチャート 実施例１における光量測定値の一例を示す図 実施例１における受信回路の内部構成図 実施例１におけるタイミングチャート 実施例１におけるタイミングチャート 実施例２における分布カメラの測定値の一例を示す図 実施例３におけるパルス光測定回路の測定値の一例を示す図 実施例５における動作フローチャート 実施例６における動作フローチャート 実施例６における光音響信号の一例を示す図 実施例２における被検体近傍の位置関係を示す図

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る。よって、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、取得する技術に関する。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やメモリ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、被検体の特性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。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。

光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。また、物質濃度として酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。

被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を
含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。

＜＜第１の実施形態＞＞
第１の実施形態では、光源からのパルス光の安定性に基づいて、光音響画像の生成に用いるデータを決定する。

＜実施例１＞
実施例１では、光源からのパルス光の光量が不安定な時に取得された光音響信号を診断画像の生成に使用しない。本実施例においてパルス光が安定な状態とは、パルス光の光量が十分大きく、時間的変動が十分小さいことである。

（装置構成）
図１は本実施例に係る光音響装置を示すブロック構成図である。図１において、レーザコントローラ１０１はパルス光源および光学系を制御するように構成されている。レーザコントローラ１０１としては、ＣＰＵやメモリなどの演算資源を備え、記憶媒体に格納されたプログラムやユーザの指示に従って動作する情報処理装置、例えばＰＣやワークステーションなどを利用できる。また、レーザコントローラ１０１と、後述する受信回路１０４やコントローラ１０３などは、同一の情報処理装置に実装されていても良いし、別々に構成されても良い。また、レーザコントローラ１０１内部の各ブロックを物理的に分けて受信回路１０４やコントローラ１０３として構成してもよい。

光源１０２は、レーザコントローラからの制御信号に基づきパルス光を発生させる。パルス光は、典型的には、パルス幅が１０〜１００ナノ秒、エネルギーが数１００ｍＪ、周波数が２０Ｈｚである。レーザには、ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザなどを利用できる。光源１０２は、内部のレーザ媒質を励起するためのフラッシュランプおよびＱスイッチをもち、外部から電気的に発光タイミングを制御可能である。光源１０２はまた、投入エネルギーを設定するためのインタフェースをもち、外部からパルス光のエネルギーを電気的に制御可能である。

コントローラ１０３は使用者からの指示やプログラムに基づき、光音響装置全体を制御するように構成されている。例えば、コントローラ１０３はＣＰＵやメモリなどの演算資源を備えている。受信回路１０４は光音響信号を受信し、信号処理および画像再構成処理を行い、診断画像を生成する。受信回路１０４はレーザコントローラ１０１からのトリガ信号に同期して動作する。生成された診断画像はコントローラ１０３に伝送され、コントローラ１０３内部のメモリに保存される。なお、受信回路１０４のうち、画像再構成や画像データ生成機能をコントローラ１０３が行う場合、コントローラ１０３が情報処理部に相当する。なお、コントローラ１０３と別に設けられた情報処理装置が、画像再構成による特性情報の生成や、画像データの生成を行っても良い。受信回路は受信部に相当する。

ビームスプリッタ１０５は光源１０２からのパルス光の一部を分岐する光学素子である。分岐光は光量計１０６へ入射する。光量計１０６は入射光のエネルギーをパルスごとに測定するセンサであり、フォトダイオード、パイロエレクトリックセンサなどを用いる。シャッタ１０７はパルス光の通過、遮断を制御するデバイスであり、レーザコントローラからの信号に基づき開閉する。シャッタ１０７が閉じると、光路が遮断されて、被検体への光照射が停止する。また、シャッタ１０７は、ソレノイドやＤＣモータなどの電気的に制御可能なアクチュエータと、機械的に動作する遮光機構からなる。遮光機構がパルス光を遮断する位置にあるときを閉状態、遮光機構がパルス光を通過させる位置にあるときを
開状態と呼ぶ。シャッタ１０７は、遮光機構が閉状態にあることを検出する位置センサ１（不図示）と、遮光機構が開状態にあることを検出する位置センサ２（不図示）を内部に備える。これにより、遮光機構の動作が完了したか否かを外部から電気的に確認できる。

光伝送部１０８は、パルス光を被検体の近くまで導くための光路を形成する光学部材である。光伝送部１０８として、多数の光ファイバを束ねたバンドルファイバや、ミラーと鏡筒からなる空間伝送光学系を利用できる。投光部１０９は被検体１１０の測定部位にパルス光を照射するための光学素子である。投光分０９は、光伝送部１０８からの出射光を所定の倍率で拡大し、照射光の密度および照射領域を調整するための光学系を有している。

被検体１１０は、被検者の体の一部（ここでは乳房）である。光吸収体１１１は、被検体内部に存在する光吸収の大きな部位である。例えばヘモグロビンや、ヘモグロビンを多く含む、乳がんに起因する新生血管である。光吸収体１１１にパルス光が照射されると、光音響効果により光音響波１１２が生じる。探触子１１３は、光音響波１１２を受信するための振動子を備えている。この振動子はＰＺＴ，ＣＭＵＴなどの、光音響波１１２を光音響信号に変換する超音波センサ素子をアレイ状に並べたものである。本実施例では超音波センサ素子の数は５１２個とする。

ユーザインタフェース１１４は、使用者が光音響装置の動作条件の設定や動作開始指示を行うために、キーボード、マウス、ボタンスイッチなどで構成される。動作条件としては、被検体１１０の測定範囲や光音響信号の測定時間などがある。また、動作指示としては被検体の撮影開始および撮影中断などがある。ディスプレイ１１５は使用者に診断画像を表示したり、光音響装置の状態を通知したりするデバイスである。ディスプレイ１１５は、光音響装置の一部であってもよいし、装置と別に提供されてもよい。

サーキュレータ１１６は、光源１０２におけるレーザ発振の安定化のために内部の温度を一定の範囲に保つデバイスである。サーキュレータ１１６は内部にヒーター、ファン、温度センサ、温度コントローラ、ポンプなどからなる温度調節機構を持ち、内部の水を一定の温度範囲に保つ。レーザコントローラ１０１は、温度センサの測定結果を利用できる。レーザコントローラ１０１内部のＣＰＵ１１７は、コントローラ１０３との通信や、レーザコントローラ内部の各種制御を行う。

光源制御部１１８は、ＣＰＵ１１７からの指示に基づき、光源内部のフラッシュランプを発光させる励起開始信号、および、光源内部のＱスイッチを制御する発振開始信号を生成する。光源制御部１１８が励起開始信号を立ち上げてフラッシュランプを発光させると、光源内部のレーザ媒質にエネルギーが蓄積される。十分なエネルギーが蓄積されたのちに、発振開始信号を生成してＱスイッチをオンにすると、急激なレーザ発振が起こり、ジャイアントパルスと呼ばれる高いエネルギーをもつパルス光が出力される。シャッタ制御部１１９は、ＣＰＵ１１７からの指示に基づき、シャッタ１０７に対して駆動信号を送る制御回路である。温度モニタ部１２０は、ＣＰＵ１１７からの指示に基づきサーキュレータ１１６の水温を観測するデバイスである。

走査部１２１は、コントローラ１０３からの指令に基づき、投光部１０９および探触子１１３を被検体１１０に対して相対移動させる。走査部１２１はＸＹステージ、サーボモータ、位置センサ、モータドライバで構成される。走査部１２１は、投光部１０９および探触子１１３による撮影位置をパルス光の照射と同期制御する。ＣＰＵ１１７はパルス光に同期した信号を走査部１２１に送信する。複数の撮影位置を設定することで、広範囲の撮影や画質向上という効果が得られる。走査部１２１は、レーザの射出周期５０ｍｓの間に次の撮影位置に投光部１０９と探触子１１０を移動させる。

トリガ出力部１２２は、パルス光の発光タイミングを示すトリガ信号を、受信回路１０４および走査部１２１に出力する回路である。ＣＰＵ１１７は、トリガ出力部に対してイネーブル信号を出力することで、トリガ出力部１２２が受信回路１０４、走査部１２１に対してトリガ信号を出力するか否かを個々に設定する。本実施例では、トリガ出力部１２２は、ＣＰＵ１１７が光源制御部１１８に出力する発振開始信号と、ＣＰＵ１１７から出力されるイネーブル信号の論理積を受信回路１０４および走査部１２１へ出力する。

（ＣＰＵによる制御）
ＣＰＵ１１７は光源制御部１１８、シャッタ制御部１１９、温度モニタ部１２０、光量計１０６からの情報に基づき、現在射出しているパルス光が光音響波を発生させるのに十分な状態（光音響測定可能状態）になっているかどうかを判定する。パルス光が光音響波を発生させるのに十分な状態とは、光源内部が温度平衡に達し、その結果としてパルス光の光量、パルス幅、照射方向、波長などが安定している状態のことである。判定の方法については後述する。本実施例や以下の各実施例において、ＣＰＵ１１７は安定状態の判定など様々な判定を行う。このときＣＰＵは、判定部として機能する。

そしてＣＰＵ１１７は、十分な状態（光音響測定可能状態）に達していると判定した場合には、トリガ出力部１２２へのイネーブル信号をハイレベルにし、パルス光の発光と同期したトリガ信号を受信回路１０４に出力する。この判定は、パルス光の発光ごとに行われ、トリガ信号は数マイクロ秒の長さのパルス信号である。そして、受信回路１０４ではトリガ信号が受信されたタイミングに対応して、光音響信号の受信を行い、そして信号処理、画像再構成処理を行い、診断画像を生成する。

一方、ＣＰＵ１１７は、光音響波測定可能状態に達していないと判定したときは、トリガ出力部１２２へのイネーブル信号をローレベルにし、トリガ信号が受信回路１０４に出力されないようにする。これにより、不十分な品質のパルス光に起因する光音響信号が診断画像の生成に使われないようにする。また、この時にシャッタ制御部１１９を通じてシャッタ１０７を閉じる。これにより、不要なパルス光が被検体１１０に照射されることを防ぐ。つまり、シャッタ１０７は、イネーブル信号がハイレベルの時に開く。

（部分図）
図１１は、実施例１における被検体近傍の位置関係を示した図である。保持部材１１０１は、被検体１１０を保持し形状を規定する。保持部材１１０１として、カップ状に成形されたポリメチルペンテン等の樹脂や、フィルム部材を利用できる。保持部材１１０１と被検体１１０の間に液体１１０２を入れて、音響インピーダンスを整合させることが好ましい。液体１１０２として適切な温度の水や油を用いる。図のように保持部材１１０１ごしに光と音響波が行き来する場合、保持部材１１０１の光と音に対する透過性を高める。

探触子１１３は、半球面状の支持体に多数の超音波センサ素子１１０３を配置した構成である。図中では、超音波センサ素子の一部だけを示した。音響インピーダンス整合のため、探触子１１３の内部にも液体１１０４を入れることが好ましい。本実施例では液体１１０４として水を用いる。探触子１１３は、構造物１１０５によって支えられている。ＸＹステージ１１０６は、構造物１１０５により探触子１１３と締結され、探触子１１３をＸＹ面上で移動させる。２軸モータ１１０７は、ＸＹステージ１１０６を駆動させるモータであり、ＡＣサーボモータあるいはステッピングモータなどが用いられる。位置センサ１１０８は、ＸＹステージの位置を測定するためのセンサであり、数１０μｍの精度で探触子１１３のＸＹ座標を計測する。位置センサ１１０８にはポテンショメータ、光学式エンコーダなどが用いられる。この例では、投光部１０９はＸＹステージ１１０６に固定され、探触子１１３とともに動く。このように、投光部および超音波センサ素子の、被検体
に対する相対位置が変化できることにより、被検体１１０の広い範囲での光音響測定が可能になる。

（動作フロー）
図２は実施例１の光音響装置の動作フローを示す。使用者がユーザインタフェース１１４を介して被検体１１０の撮影開始指示を行った状態を開始状態とする。ステップＳ２０１において、コントローラ１０３は使用者が設定した撮影範囲、波長、照射密度などの情報から、撮影位置の個数を割り出す。そしてレーザコントローラ１０１のＣＰＵ１１７に対し、照射するパルス数および波長を設定する。本実施例では撮影位置の個数を２０４８点、波長は７５５ｎｍと７９５ｎｍの２種類とする。照射するパルス数は各波長２０４８回ずつとなる。

ステップＳ２０２において、ＣＰＵ１１７はシャッタ制御部１１９に制御信号を送り、シャッタ１０７を閉じる。続いてステップＳ２０３において、ＣＰＵ１１７はトリガ信号の出力をオフにし、受信回路に対してトリガ信号が送られない状態にする。

続いてステップＳ２０４において、ＣＰＵ１１７は光源１０２のレーザ発光準備ができているか否かを確認する。この際にサーキュレータ１１６が光源１０２内に循環される水の温度を温度モニタ部１２０から読み出して、所定の範囲内に入っているか否かを確認する。所定の範囲内に入っている場合には、レーザ発光準備ができていると判定し、ステップＳ２０５に進む。所定の範囲外の場合には、レーザ発光準備ができていないと判定し，一定時間待機し再びステップＳ２０４に戻る。このように、光源内部のレーザ媒質の温度がレーザ発光可能な温度になっているかを確認することで、パルス光の状態が不安定な状態で撮影を開始することを防止できる。なお、光源内部に設けた温度センサによりレーザ媒質の近傍の位置の温度を測定すれば、より正確な温度が得られる。

ステップＳ２０５では、ＣＰＵ１１７は光源制御部１１８に指令を送り、光源１０２内部の波長切り替え機構を動作させ、パルス光の波長を設定する。本実施例では波長は７５５ｎｍと７９５ｎｍの２種類とする。波長切り替え機構は光源１０２の共振器内に置かれた複屈折フィルタおよび、複屈折フィルタを光軸に対して垂直な面内で回転させるモータで構成される。共振器の波長ごとの損失を複屈折フィルタの回転角度で制御することにより、レーザの波長を７５５ｎｍと７９５ｎｍの２つで切り替えられる。本実施例では最初は７５５ｎｍ，２回目は７９５ｎｍに設定する。

ステップＳ２０６では、ＣＰＵ１１７は光源制御部１１８に指令を送り、光源１０２の励起開始信号および発振開始信号を駆動し、周波数２０Ｈｚでレーザ発光させる。この段階ではシャッタ１０７が閉じているので、パルス光は光量計１０６には照射されるが、被検体１１０には照射されない．また、ステップＳ２０３にてトリガ信号の出力はオフになっているため、この段階ではＣＰＵ１１７は受信回路１０４に対してトリガ信号は送られず、受信回路１０４は光音響信号の受信処理を行わない。

続いてステップＳ２０７において、ＣＰＵ１１７は光量計１０６と通信してパルスごとの光量を読み出す。そして、パルス光の光量が十分な量であり、かつ安定しているかを確認する。ある波長における光量測定値の一例を図３に示す。図３において縦軸を光量、横軸をパルス番号とする。パルス番号の初期値は０であり、パルス光を１回射出するごとに１ずつ増加する。光音響波を発生させるために必要な光量の下限値３０１は、本実施例では２００ｍＪとする。光音響波を発生させるための光量の上限値３０２は、本実施例では３００ｍＪとする。

レーザ射出開始直後は光源内部の温度分布が平衡状態になっていないため、レーザ媒質
、フラッシュランプを含む共振器のロスや熱膨張によるずれがある。そのため、光量が低くまた変動が大きい。パルス番号３０３において、光量は下限値３０１に達するが、この段階ではまだ前後の光量との差が大きく、光量が不安定である。この段階ではＣＰＵ１１７は光量が安定していないと判定し、ステップＳ２０６に戻る。パルス番号３０４においては、光量が下限値３０１および上限値３０２の間にあり、かつ、前後の光量との差が小さくなっている。この段階でＣＰＵ１１７は光量が安定していると判定し、ステップＳ２０８に進む。ＣＰＵ１１７は、光量が５回続けて下限値３０１と上限値３０２の間に入り、かつ、前回の光量との差分値が５回続けて所定の値１０ｍＪ以下であるときに光量が安定していると判断するものとする。すなわちＣＰＵ１１７は、パルス番号ｎの光量をＥｎ，ｘを自然数としたときに、下記の式（１）と式（２）が成立したときに光量が安定していると判断する。
２００ｍＪ≦Ｅｎ≦３００ｍＪ（ｎ＝ｘ，ｘ−１，ｘ−２…ｘ−４） …（１）
Ｅｎ−Ｅ（ｎ−１）≦１０ｍＪ（ｎ＝ｘ，ｘ−１，ｘ−２…ｘ−４） …（２）

ステップＳ２０８において、全ての波長について光量が安定していると判定されているかの確認を行う。全波長（本実施例では７５５ｎｍと７９５ｎｍ）で光量が安定していると判定されている場合にステップＳ２０９に進む。まだ安定していない波長がある場合にはステップＳ２０５に戻り、次の波長に設定変更を行う。

続いてステップＳ２０９においてＣＰＵ１１７は光源制御部１１８に指令を送り、光源１０２内部の波長切り替え機構を動作させ、パルス光の波長を設定する。本実施例では最初は７５５ｎｍ、２回目は７９５ｎｍに設定する。続いてステップＳ２１０において、コントローラ１０３は走査部１２１に指令を送り、投光部１０９および探触子１１３を最初の撮影位置に移動させる。

続いてステップＳ２１１においてＣＰＵ１１７はシャッタ制御部１１９に指令を送り、シャッタ１０７を閉状態から開状態にする。そしてＣＰＵ１１７はシャッタ内部の位置センサ１、および位置センサ２の状態を確認し、遮光機構の位置が開状態の位置になったところでステップＳ２１２に進む。続いてステップＳ２１２においてＣＰＵ１１７はトリガ信号の出力をオンにし、受信回路１０４にパルス光の発光と同期したトリガ信号が出力される状態にする。

続いて、ステップＳ２１３において、ＣＰＵ１１７は光源制御部１１８に指令を送り、光源１０２の励起開始信号および発信開始信号を駆動し、周波数20Hzでレーザ発光させる。この段階ではシャッタ１０７が開いているので、パルス光は光伝送部１０８と投光部１０９を介して被検体１１０にも照射される。これにより光吸収体１１１から光音響波１１２が発生し、探触子１１３によって光音響信号に変換され受信回路１０４へ入力される。また、トリガ信号の出力がオンになっているので、受信回路１０４に対してパルス光の発行と同期したパルス信号が出力される。続いてステップＳ２１４において、受信回路１０４はトリガ信号の入力に同期して探触子１１３からの光音響信号を受信し、信号処理を行う。

続いてステップＳ２１５において、コントローラ１０３は走査部１２１に指令を送り、投光部１０９および探触子１１３を次の撮影位置に移動させる。続いてステップＳ２１６において、ステップＳ２０１で求めた全ての撮影位置の光音響信号の取得が完了したか否かを判定する。完了している場合にはシャッタ１０７を閉め、ステップＳ２１７に進む。完了していない場合にはステップＳ２１３に戻り、次の撮影位置での光音響信号の取得を行う。

続いてステップＳ２１７において、全ての波長の測定が完了したかを判定する。本実施
例では、波長７５５ｎｍ、７９５ｎｍの両方の光音響信号の取得が完了したか否かを判定する。完了している場合にはステップＳ２１８に進む。完了していない場合には、ＣＰＵ１１７はシャッタ１０７を閉じ、トリガ信号の出力をオフにした後にステップＳ２０９に戻る。ステップＳ２０９にて波長を再度設定し、光音響信号の取得を継続する。

続いてステップ２１８において、コントローラ１０３は受信回路１０４に指令を送り、これまで取得された光音響信号のデータを用いて画像再構成処理を行う。画像再構成処理は、超音波振動子で検出された光音響波の音圧から被検体１１０内の初期音圧分布および吸収係数分布を求めることであり、数学的には逆問題と呼ばれる。本実施例では再構成アルゴリズムとして、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）法を用いる。また、複数の波長に対する吸収係数分布の比較から被検体１１０内部の血液中の酸素飽和度分布を算出する。画像再構成処理で得られた初期音圧分布および吸収係数分布のデータはコントローラ１０３に転送され、診断画像としてディスプレイ１１５に表示される。また酸素飽和度分布を診断画像とあわせて表示する。

（受信回路）
図４は受信回路１０４の内部の構成を示すブロック図である。増幅器４０１は探触子１１３からの光音響信号を電圧増幅する。増幅器４０１は、探触子を構成する５１２個の超音波センサ素子それぞれに対応した、５１２チャンネルのオペアンプにより構成される。Ａ／Ｄコンバータ群４０２は、増幅器４０１で増幅された光音響信号をサンプリングし、アナログーデジタル変換を行うように構成されている。１６チャンネルのＡ／Ｄコンバータ素子を３２個使用することにより、５１２チャネルのＡ／Ｄコンバータ群を構成できる。各Ａ／Ｄコンバータ素子は外部から２０ＭＨｚのサンプリングクロックを受信し、サンプリングクロックに同期して光音響信号をデジタル化し、後段の信号処理回路４０３に出力する。Ａ／Ｄコンバータ素子は外部からの制御により、イネーブル状態とディスエーブル状態を切り替える。デジタル化された光音響信号を光音響信号データと呼ぶ。

信号処理回路４０３は光音響信号データに対し、ノイズ除去フィルタ、探触子応答補正、整相加算、平均化などの信号処理を行う回路である。信号処理回路４０３は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などで実装され、５１２ｃｈのデータを処理するために複数のＦＰＧＡで構成される。信号処理回路４０３は、Ａ／Ｄコンバータ４０２から光音響信号データを受信して、外部の信号メモリ４０７に保存する機能、外部からのトリガ信号を受信する機能、および、Ａ／Ｄコンバータ４０２のイネーブル／ディスエーブルを制御する機能を有する。信号処理回路４０３は、トリガ信号が入力されると、Ａ／Ｄコンバータ４０２をイネーブルする。そして、所定の個数の光音響信号データがＡ／Ｄコンバータ４０２から受信されたのちに、Ａ／Ｄコンバータ４０２をディスエーブルする。トリガ信号はレーザ発光のタイミングで入力されるので、Ａ／Ｄコンバータ４０２は光源からのレーザ発光と同期して光音響信号のサンプリングを開始し、所定の個数の光音響信号データを信号処理回路４０３に送信する。

なお、被検体内部からの光音響波１１２が探触子１１３に伝搬する時間よりも長い期間を受信するように光音響信号データの個数を決める。例えば、被検体１１０の探触子１１３内の超音波振動子からの最大距離をＬ、光音響波１１２の被検体１１０内部の伝搬速度をＶ、Ａ／Ｄコンバータ４０２のサンプリング周期をＴとすると、光音響信号データの個数は、Ｌ／（Ｖ＊Ｔ）より大きくする。本実施例では、Ｌ＝７０ｍｍ，Ｖ＝１５００ｍ／ｓ，Ｔ＝５０ｎｓ，データ個数を１０２４とする。この場合、Ａ／Ｄコンバータ４０２はレーザ発光時にイネーブルになり、その後、５１．２μｓで１０２４個の光音響信号データを信号処理回路４０３に送った後にディスエーブル状態になる。この動作をレーザ射出周期５０ｍｓごとに繰り返す。ディスエーブルの期間はイネーブルの期間に比べ、Ａ／Ｄコンバータ４０２の消費電力が少ない。レーザ射出の周期５０ｍｓのうち、被検体１１０
内部からの光音響波１１２に対応する光音響信号を受信している５１．２μｓ期間以外をディスエーブルとすることで、光音響装置の消費電力を抑えることができる。

プロセッサ４０４は，信号処理された光音響信号データに対し、画像再構成処理を行うように構成され、多数のコアからなるＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成される。回路４０５はレーザコントローラ１０からトリガ信号を受信し、信号処理回路４０３内の複数のＦＰＧＡに分配する回路であり、クロックバッファなどで構成される。複数のＦＰＧＡに同じタイミングでトリガ信号を入力することにより、多チャンネルの光音響信号のサンプリングを同時に開始できる。

回路４０６はＡ／Ｄコンバータ４０２のサンプリングクロックを生成し、複数のＡ／Ｄコンバータ素子に分配する回路であり、水晶振動子、クロックバッファなどで構成される。複数のＡ／Ｄコンバータ素子に同じタイミングでサンプリングクロックを入力することにより、多チャンネルの光音響信号を同時にサンプリングできる。メモリ４０７は信号処理回路４０３に附属するメモリであり、光音響信号データ、信号処理途中の中間データ、信号処理後のデータの保存に用いられる。信号処理後のデータはプロセッサ４０４に転送される。メモリ４０８はプロセッサ４０４に付属するメモリであり、プロセッサ４０４が生成した初期音圧分布および吸収係数分布を示す画像データが保存される。

（処理タイミング）
図５Ａは、ステップＳ２１１からステップＳ２１４にかけてのレーザコントローラ周囲の制御の流れを示すタイミングチャートである。励起開始信号５０１は光源制御部１１８が光源１０２のフラッシュランプを点灯させるための信号である。励起開始信号の立ち上がりをトリガとして、フラッシュランプが数１００μｓの間点灯する。発振開始信号５０２は、光源制御部１１８が光源１０２のＱスイッチをオンさせるための信号である。発振開始信号５０２の立ち上がりをトリガとしてＱスイッチがオンになる。光量５０３は光源１０２からの出力パルス光の光量を示す。発振開始信号５０２の立ち上がりから数１００ｎｓ後にパルス光が出力される。励起開始信号５０１、発振開始信号５０２、パルス光５０３は周波数２０Ｈｚで繰り返し動作する。このように周期的に光源を駆動することにより、パルス毎の光量のばらつきが抑えられ、光源１０２の動作が安定する。

制御信号５０４はシャッタ制御部１１９がシャッタ１０７を開閉するための信号である。シャッタ制御信号５０４がハイレベルの時にアクチュエータが通電されシャッタが開く。制御信号５０４がローレベルの時はアクチュエータが通電されておらず、シャッタが閉じている。符号５０５はシャッタの状態を示す。シャッタ制御信号が立ち上がってから数１０ｍｓ後にシャッタの状態が閉状態から開状態になる。数１０ｍｓの期間において遮光機構は閉状態と開状態の間にある。この状態を中間状態と呼ぶ。中間状態のシャッタに光を入射すると、入射光の一部が遮蔽され、十分な光が透過しなかったり、分布形状が変わってしまったりする場合がある。そのため、中間状態で得られた光音響信号を画像再構成に用いるのは好ましくない。そこで、本実施例では、後述するように、ＣＰＵ１１７は閉状態と中間状態ではまだトリガ信号の出力をオフしておき、開状態になった後にトリガ信号の出力をオンにする。

位置センサ信号５０６はシャッタ１０７の遮光機構の位置センサの信号であり、シャッタ制御部１１９へ入力される。イネーブル信号５０７はＣＰＵ１１７がトリガ出力部１２３へ出力する信号である。位置センサ信号５０６がハイレベルの時はシャッタ１０７が開状態にある。一方、位置センサ信号５０６ローレベルの時はシャッタ１０７が閉状態または中間状態にある。ＣＰＵ１１７は位置センサ信号５０６がハイレベルなったのを確認し、ステップＳ２１２にてトリガ出力イネーブル信号５０７をハイレベルにする。

光量５０８は被検体１１０に照射されるパルス光の光量を示す。シャッタ１０７が開いていない場合にはパルス光は被検体１１０に届かないので、光源１０２からの出力パルス光５０３のパルス数（４個）と比べて、被検体に照射されるパルス数は２個少なくなる。トリガ信号５０９はトリガ出力回路１２３から受信回路１０４に出力される信号である。トリガ出力回路はイネーブル信号５０７と発振開始信号５０２の論理積を出力するので、トリガ信号５０９は被検体への照射光５０８の直前に出力される。

光音響信号５１０は探触子１１３が受信回路に対して出力する信号である。受信回路は、トリガ信号５０９に同期して光音響信号５１０のサンプリングを行う。この際に、従来例のように発振開始信号５０２に同期して受信回路１０４が動作すると、十分な光量が出ていない最初の２回のパルス光に由来する光音響信号までサンプリングされてしまう。この信号が診断画像の生成に使用されると、診断画質の悪化やアーチファクトの発生の恐れがある。しかし、図５Ａの例では、パルス光の光量が安定していない間は受信回路は動作せず、光量が安定してから受信回路が動作する。その結果、十分な強度を持つ光音響信号のみを診断画像の生成に使用し、診断画像の悪化を防ぐことができる。

なお、本実施例の受信回路１０４では、トリガ信号が入力されたのと同期して、信号処理回路４０３はＡ／Ｄコンバータ４０２をイネーブルする例を示したが、受信回路１０４の内部の制御方法はこれに限らない。トリガ信号が入力されたときに取得された光音響信号を使用して診断画像を生成し、トリガ信号が入力されていない時に取得された光音響信号を使用しないのであれば、どのような制御方法でも構わない。例えば、トリガ信号が受信回路１０４に入力されない時に、Ａ／Ｄコンバータ４０２は光音響信号をサンプリングしているが、信号処理回路４０３が信号メモリ４０７にその時の光音響信号データを保存しないようにしてもよい。トリガ信号が受信回路１０４に入力されない時のデータも信号メモリ４０７に保存されるが、その時にトリガ信号が入力されていたかことを示すフラグを信号メモリに一緒に保存しておき、プロセッサ４０４はフラグが保存されていない光音響信号データは使用せずに画像再構成をおこなうようにしてもよい。

（変形例）
上の記載では、シャッタ制御信号５０４が立ち上がってからシャッタ状態信号５０７が立ち上がるまでの間、すなわちシャッタ１０７が中間状態になっている間もＱＳＷトリガ信号５０２を立ち上げている。しかし、ＱＳＷトリガ信号の制御方法はこの方法に限らない。例えば、図５Ｂのように、中間状態の間は、光源制御部１１８はＱＳＷトリガ信号５０２を立ち上げず、シャッタ状態信号５０７が立ち上がるのを確認してからＱＳＷトリガ信号を立ち上げるようにしてもよい。このようにすることで、シャッタ１０７が中間状態の時に、パルス光５０３の被検体への照射を確実に防止できる。

また、上の記載では、ＣＰＵ１１７はシャッタ状態信号５０６の立ち上がりに従ってイネーブル信号５０７を立ち上げているが、イネーブル信号５０７の立ち上げタイミングはこの方法に限らない。例えばシャッタ１０７の遮光機構の駆動時間が既知の場合には、シャッタ駆動信号５０４を立ち上げてから一定時間後にイネーブル信号５０７を立ちあげてもよい。この場合にはシャッタ１０７の遮光機構の位置センサを省略できるので、シャッタ１０７のコストを低減できる。

また、上の記載では、ＣＰＵ１１７は光量計１０６で測定された光量をパルス毎に確認していた。そして、光量が５回続けて下限値３０１と上限値３０２の間に入り、かつ、前回の光量との差分値が５回続けて所定の値１０ｍＪ以下であるときに光量が安定していると判断していた。しかし判断の方法はこれに限らない。例えば、光量が１回下限値３０１を上回ったところで光量が安定しているとみなしてもよい。また、事前に何回パルス光を発光させれば光量が安定になるかを調べておき、ＣＰＵ１１７は所定の回数パルス光を発
光させた後に光量が安定しているとみなしてもよい。また、事前に何回パルス光を発光させて、光量が安定になるまでの時間を計測しておき、ＣＰＵ１１７は所定の時間、パルス光を発光させた後に光量が安定しているとみなしてもよい。この場合には光量をパルス毎にモニタする必要がないので、光量計１０６を省略してコストを低減できる。

＜実施例２＞
実施例２では、光源からのパルス光の空間的な光強度分布が不安定な時に取得された光音響信号は、診断画像の生成に使用しない。本実施例においてパルス光が安定な状態とは、パルス光の光強度分布の位置によるばらつきが十分小さく、かつ時間的な変動が十分小さいことである。

（装置構成）
実施例２に係る光音響装置の構成は、図１と比べて、光量計１０６の代わりに分布カメラを用いる点のみが異なる。分布カメラは、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの多数の光センサアレイをもち、パルス光の空間的な分布を測定する。パルス光の進む方向に垂直な面内において水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸とする。

（動作フロー）
また、実施例２での動作フローの図２との違いは、ＣＰＵ１１７はステップＳ２０７にて、パルス光の空間的な光強度分布の安定性を確認することである。すなわち、ステップＳ２０７においてＣＰＵ１１７は分布カメラと通信して、パルスごとの光の空間的な分布を読み出す。そして、レーザパルス光の分布が十分な量であり、かつ安定しているかを確認する。

（光の空間分布）
ある波長におけるレーザパルス光の光分布の一例を図６に示す。横軸は光センサアレイの各素子のＸ座標であり、縦軸は各光センサ素子で測定された光強度である。また、符号６０１を強度の下限閾値、符号６０２を強度の上限閾値とする。図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ別のタイミングで、分布カメラにて観測された分布データの例である。

図６（ａ）では、ビーム強度の最大値と最小値の差が大きく、周辺では光強度が少ない。また、中心付近で急激に光強度が大きくなっている。このような分布になるのはレーザ媒質の温度分布が一様になっておらず、励起状態が位置によりばらついているためだと考えられる。この場合にはビーム内の位置による光量変動が大きく、光音響信号の空間的なばらつきも大きくなる。よって、一定期間の間にこのような分布が見られた場合には、ＣＰＵ１１７は光の分布が安定していないと判定する。

一方、図６（ｂ）では、Ｘ軸の広い範囲で光の強度がほぼ一定である。この場合にはビーム内の位置による光量変動が少なく、光音響信号の空間的なばらつきも少なくなる。そこで、このような分布が一定期間続いた場合には、ＣＰＵ１１７は光の分布が安定していると判定する。

本実施例ではＣＰＵ１１７は、Ｘ座標全域において強度が上限閾値６０２以下であり、かつ、Ｘ座標が６０３〜６０４の範囲内における強度が下限閾値６０１以上である分布データが５パルス続いた場合に、Ｘ座標の光の分布が安定していると判定する。なお、本実施例では簡単のためＸ軸方向の分布のみについて図６の例を用いて説明したが、Ｙ軸方向の分布についても同様の判定を行うことが好ましい。例えば、ＣＰＵ１１７は、所定のビーム範囲において、各座標の光強度が設定値の±１０％以内の状態が続いた場合に、光の分布が安定していると判定する。

以上説明してきたように、実施例２では、パルス光の空間的な光強度分布が安定していない間は受信回路１０４が動作せず、光強度分布が安定してから受信回路１０４が動作する。その結果、空間的なばらつきが少ない光音響信号のみが診断画像の生成に使用されるので、診断画像の悪化を防止できる。

＜実施例３＞
実施例３では、光源からのパルス光の波形が不安定な時に取得された光音響信号は診断画像の生成に使用しない。本実施例においてパルス光が安定な状態とは、パルス光の光パルス幅が所定の範囲内であり、かつパルス光が複数のピークを持たない状態である。

（装置構成）
実施例３に係る光音響装置の構成は、図１と比べて、光量計１０６の代わりにパルス光測定回路が配置されている点のみが異なる。パルス光測定回路は高速フォトダイオード、電流電圧変換回路、増幅回路、Ａ／Ｄコンバータからなる回路であり、パルス光の光強度の時間的な波形を取得できる。

（動作フロー）
また、実施例３に係る光音響装置の動作フローの図２との違いは、ＣＰＵ１１７はステップＳ２０７にて、パルス光の時間的な波形を確認することである。すなわち、ステップＳ２０７においてＣＰＵ１１７は、パルス光測定回路と通信して、一定期間パルスごとの光強度の時間的な波形を読み出す。そして、レーザパルス光の光強度の時間的なパルス幅が十分小さく、かつ、単一のパルスであるかを確認する。

（波形）
図７に、パルス光の光強度の時間波形のいくつかの例を示す。横軸は時刻であり、レーザコントローラ１０１が光源１０２に対し励起開始信号を立ち上げた時刻を時刻０とする。縦軸はパルス光測定回路において測定された光強度である。図７（ａ）はパルス光の時間幅が大きい。これはレーザ共振器の温度が一様でなく、損失が大きい状態であることが原因だと考えられる。このような場合には光音響信号の帯域が狭くなり、診断画像の解像度劣化のおそれがある。ＣＰＵ１１７は、光の時間的な波形が安定していないと判定する。

図７（ｂ）ではパルス光が複数回に分かれて出力されている。これはまだレーザ媒質が十分温まっておらず、共振器のゲインが不十分であるためと考えられる。このような場合には一本の血管から光音響信号が複数回発生し、診断画像にアーチファクトが発生するおそれがある。このような場合にもＣＰＵ１１７は光の時間的な波形が安定していないと判定する。

図７（ｃ）ではパルス光の時間幅が小さく、単一のパルス光が出力されている。一定期間の間このような波形が続いた場合、ＣＰＵ１１７は光の時間的な波形が安定していると判定する。具体例として、ＣＰＵ１１７はパルス波形から半値幅を算出し、半値幅が所定の設計値の±５％以内に収まり、かつ、１回の発振に対し単一のパルス波形が５パルス続いて得られた場合に、光の時間的な波形が安定していると判定する。

以上説明してきたように、実施例３では、パルス光の光強度の時間的な波形が安定していない間は受信回路が動作せず、時間的な波形が安定してから受信回路が動作する。その結果、時間的なばらつきが少ない光音響信号のみが診断画像の生成に使用され、診断画像の悪化が防止される。

＜実施例４＞
実施例４では、光源からのパルス光の波長が不安定な時に取得された光音響信号は診断画像の生成に使用されない。本実施例においてパルス光が安定な状態とは、パルス光の波長の設定値との誤差が十分小さく、かつ時間的な変動が少ないことである。

（装置構成）
実施例４に係る光音響装置の構成は、図１と比べて、光量計１０６の代わりに波長計が使用される点のみが異なる。波長計は、プリズムや回折格子のような分光光学素子や、リニアセンサのような光センサアレイなどから構成され、パルス光の波長を測定できる。

（動作フロー）
また、実施例４での動作フローの図２との違いは、ＣＰＵ１１７はステップＳ２０７にて、波長の安定性を確認することである。すなわち、ステップＳ２０７においてＣＰＵ１１７は波長計と通信して、一定期間パルスごとの光の波長を読み出す。そして、波長の設定値と測定値の誤差を算出し、誤差が所定の範囲内に収まり、かつ測定値が安定しているかを確認する。誤差が所定の範囲を超えていたり、測定値が安定しない場合は、レーザ媒質の温度分布が一様になっていないと考えられる。光源の一部に半導体レーザを用いた場合には、特に波長の温度依存性が大きくなる。波長の誤差やばらつきが大きくなると、特性情報（特に酸素飽和度）の精度が低下するおそれがある。このような場合にはＣＰＵ１１７はパルス光の波長が安定していないと判定する。

一方、誤差が所定の範囲内である状態が続いた場合、ＣＰＵ１１７は波長が安定していると判定する。例えば、波長が設定値±１ｎｓの範囲である状態が５パルス続いた場合に、ＣＰＵ１１７は光の波長が安定していると判定する。なお、波長の誤差が所定範囲内かどうかの確認は、被検体へのレーザ照射が行われる前に１回だけ行ってもよいし、撮影中に波長を変更するたびに行ってもよい。後者の場合、ＣＰＵ１１７は、波長変更後に波長が安定するまでの間はトリガ信号をオフ状態にする。

以上のように、実施例４では、パルス光の波長が安定していない間は受信回路が動作せず、波長が安定してから受信回路が動作する。その結果、正しい波長のパルス光から得られた光音響信号のみが診断画像の生成に使用され、診断画像の悪化が防止される。

（変形例）
なお、本実施例で用いた波長の安定度合いによる判定や、光量計での測定値による判定、光分布に基づく判定、パルス光の波形に基づく判定などは、任意に組み合わせてフローを実施して構わない。これにより、判定の精度がより向上する。

＜実施例５＞
実施例５の実施例１と異なる点は、光源からのパルス光量の波長間比率がばらついている時に取得された光音響信号は診断画像の生成に使用しない点である。本実施例においてパルス光が安定な状態とは、パルス光量の波長間の比率が所定の範囲内であり、かつ時間的な変動が少ないことである。実施例５に係る光音響装置の構成は、図１と同じである。

（動作フロー）
図８に実施例５に係る光音響装置の動作フローを示す。図８は図２と比べて、ステップＳ８０５からステップＳ８１０にかけての動作が異なる。すなわち本実施例では、ＣＰＵ１１７は複数の波長の光量の比を計算し、比率が安定していた場合に被検体からの光音響信号を取得する。

ステップＳ８０１からステップＳ８０６までの処理は、図２のステップＳ２０１からステップＳ２０６までと同じである。ステップＳ８０７において、ＣＰＵ１１７は光量計１
０６と通信してパルスごとの光量データを取得し、内部のメモリに記憶する。続いてステップＳ８０８において、全ての波長について光量データを複数取得したかどうかを判定する。全波長で光量が取得され、メモリ記憶されている場合にステップＳ８０９に進む。本実施例では、７５５ｎｍと７９５ｎｍの２種類の波長それぞれについて１０個ずつ、計１０組の光量データを取得した場合にステップＳ８０９に進む。まだ光量データを取得し終えていない場合にはステップＳ８０５に戻る。これ以降、パルス番号ｎ、波長７５５ｎｍの光量データをＥ７５５＿ｎ，パルス番号ｎ，波長７９５ｎｍの光量データをＥ７９５＿ｎと表記する。

続いてステップＳ８０９において、ＣＰＵ１１７は、２つの波長の間で、光量の比率を計算する。パルス番号ｎでの比率Ｒｎは、次のように表される。
Ｒｎ＝Ｅ７９５＿ｎ／Ｅ７５５＿ｎ

酸素飽和度を算出するときには、２種類の波長で取得された光音響信号データの比率を用いる。したがって、酸素飽和度の誤差を低減するためには、パルス光量の比率Ｒｎが安定していることが望ましい。そこでステップＳ８１０において、光量の比率が所定の範囲内で安定しているかを判定する。本実施例では、１０組のデータから得られた１０個の比率がそれぞれ、０．９５以上、１．０５以下の場合に、光量比が安定していると判断する。すなわちＣＰＵ１１７は、下式が成立したときに波長間の比率が安定していると判断する。
０．９５≦Ｒｎ≦１．０５ （ｎ＝ｘ，ｘ−１，…，ｘ−９）

比率が安定している場合にはステップＳ８１１に進む。安定していない場合には、ステップＳ８０５に戻り、再び１０組の光量データセットを取得する。ステップＳ８１１からステップＳ８２０までの処理は、それぞれ実施例１におけるステップＳ２０９からステップＳ２１８までと同じである。なお、ばらつき情報の取得に用いるデータ個数や、ばらつき情報の取得方法は、上記に限られない。

以上のように、実施例５では、パルス光の波長間の比率が安定していない間は受信回路が動作せず、比率が安定してから受信回路が動作する。そのため、光音響信号の波長間の比率のばらつきが低減されるので、特に酸素飽和度分布のような、複数の波長の光を用いた診断画像を生成する場合に好適である。

＜実施例６＞
実施例６の実施例１と異なる点は、ある点からの光音響信号の強度がばらついている時に取得された光音響信号は診断画像の生成に使用しない点である。本実施例においてパルス光が安定な状態とは、被検体と光音響装置の界面からの光音響信号の強度が所定の範囲内であり、かつ時間的な変動が少ないことである。実施例６に係る光音響装置のブロック図は図１と同じである。

図９に、実施例６に係る光音響装置の動作フローを示す。図９は図２と比べて、ステップＳ９１３からステップＳ９１６の動作が異なる。また、本実施例では、実施例１のステップＳ２０５からステップＳ２０８に対応する動作をなくしている。すなわち本実施例では、光音響信号が安定しているか否かを判断し、安定していない場合に受信回路１０４は光音響信号を診断画像作成に使用しない。

ステップＳ９０１からステップＳ９１３までの処理は、図２のステップＳ２０１からステップＳ２１３までと同じである。ステップＳ９１４において、受信回路１０４は探触子１１３からの光音響信号を受信する。ステップＳ９１５において、受信回路１０４は光音響信号を解析し、パルス光が安定しているか否かを判定する。具体的には、保持部材１１
０１から発生する光音響信号の振幅が所定の範囲内であるか否かを持って判定する。保持部材１１０１から発生している光音響信号と被検体１１０内部から発生している光音響信号を区別するために、超音波センサ素子１１０３と保持部材１１０１の間の距離Ｌを算出する。そして、距離Ｌを液体１１０４中の音速Ｖで割り、保持部材１１０１由来の光音響信号が超音波センサ素子１１０３に到達する時間を求め、その時間の信号を上限および下限閾値と比較する。

なお、距離Ｌは探触子１１３のＸＹステージ上の位置および超音波センサ素子１１０３の探触子１１３内での幾何学的配置に依存する。そこで距離Ｌの算出のために、位置センサ１１０６から読みだされるＸＹステージの座標を用い、超音波センサ素子ごとに距離を算出する。

図１０に超音波センサ素子１１０３にて受信された光音響信号の例を示す。横軸は時刻であり、受信回路１０４がレーザコントローラ１０１よりトリガ信号を受信した時刻を時刻０とする。縦軸は、ある超音波センサ素子が受信した音響波に由来する電気信号を、受信回路１０４のＡ／Ｄコンバータ４０２によってデジタル化した光音響信号データの信号強度である。

符号１００１は時刻Ｌ／Ｖであり、符号１００２は、保持部材の厚みをｄとしたときの、時刻（Ｌ＋ｄ）／Ｖである。符号１００３は、時刻１００１から時刻１００２の間における光音響信号データの最小値である。また、符号１００４は、時刻１００１から時刻１００２の間における光音響信号データの最大値である。

受信回路１０４の信号処理回路４０３は、最大値１００４と最小値１００３の差分を計算し、予め設定された閾値と比較する。図１０（ａ）は、差分が比較的小さく、閾値よりも小さい場合である。このときは、被検体１１０に照射される光量が不十分であるため、光音響信号のピークが小さいと考えられる。したがって、光音響信号が安定していないと判定される。

一方、図１０（ｂ）は、最大値１００４と最小値１００３の差分が閾値よりも大きい場合を示す。このときは、十分な光量が被検体１１０に照射されており、光音響信号のピークが大きくなっていると考えられる。したがって、光音響信号が安定していると判定される。一例として、Ｌ＝５０ｍｍ，ｄ＝０．５ｍｍ，Ｖ＝１５００ｍ／ｓとしたときに、時刻の範囲を３３．３μｓ〜３３．６μｓの間で得られた光音響信号データが閾値を越えない状態が５パルス続いた場合に、光の波長が安定していると判定できる。

光音響信号が安定していると判定された場合にはステップＳ９１６に進む。光が安定していないと判定された場合にはステップＳ９１３に戻り、再び同じ位置でレーザ照射を行う。ステップＳ９１６では光音響信号を信号メモリ４０７に保存する。ステップＳ９１７からステップＳ９２０までの処理は、それぞれ実施例１におけるステップＳ２１５からステップＳ２１８までと同じである。

なお、本実施例では保持部材からの光音響信号を解析し、パルス光が安定しているかを判定した。しかし、カメラによる光学撮像や超音波探査により被検体の形状を把握し、被検体表面の皮膚からの光音響信号を解析してもよい。

以上のように、実施例６では、光音響信号が安定していない間は受信回路が動作せず、光音響信号が安定してから受信回路が動作する。その結果、光音響信号そのもののばらつきが低減し、診断画像の悪化を防止できる。なお、本実施例は、実施例１から実施例５と組み合わせて、実施例１のステップＳ２０５からステップＳ２０８に対応する動作を加え
て、光量が安定しているか否かを判定する動作をしてもよい。

＜＜第２の実施形態＞＞
第１の実施形態の各実施例では、光照射の安定化および画像の高画質化のために、光源から安定状態で照射されたパルス光に由来する電気信号を選択した。本実施形態では、光源からの光が不安定な状態になる場合は、被検体への照射自体が行われない。被検体へのパルス光照射を防止する方法として、光の発振自体を行わない方法と、発振された光の被検体への経路を遮断する方法がある。また、パルス光照射を行うべきか、それとも防止すべきかの判断手法についても複数の方法がある。

まず、発振された光を遮断する方法について述べる。上述したように、ＣＰＵ１１７はシャッタ制御部１１９に制御信号を送ることで、シャッタ１０７の開閉を行える。そこでＣＰＵ１１７は、安定した状態でパルス光を照射できないと判断した場合、シャッタ１０７を閉じる。一方、安定照射が可能な場合はシャッタ１０７を開く。これにより、不安定な状態での光照射を防止できる。

次に、光の射出自体を行わない方法について述べる。上述したようにＣＰＵ１１７は、光源制御部１１８に指令を送ることで、光源１０２の励起開始信号および発振開始信号を駆動し、パルス光を発振させることが可能である。そこで、ＣＰＵ１１７は、安定した状態でパルス光を射出できると判断するまで、励起開始信号または発振開始信号を出力しない。これにより、不安定な状態での光照射を防止できる。この方法は、安定射出の可否を、レーザ媒質の温度が十分に上昇したかどうかに基づいて判定する場合に好適である。

続いて、パルス光射出の可否判定について述べる。上記第１の実施形態で説明したパルス光の光量等による判定手法は、シャッタ１０７を用いて光を遮断する方法に好ましく適用できる。また、被検体情報取得装置がレーザ媒質の温度を測定するセンサを備える場合、測定温度に基づいて判定する方法もある。例えば温度が所定の値以上の場合や、所定範囲内で一定時間安定している場合などに、安定射出可能と判断できる。また、簡便的な手法として、シャッタ１０７が閉じた状態で所定の回数だけパルス光を射出する方法もある。

＜＜第３の実施形態＞＞
本実施形態では、不安定な状態で照射されたパルス光に由来する電気信号は、受信部により受信されないか、メモリに保存されない。本実施形態では、光音響装置として、シャッタを備えていてもよいし、備えなくてもよい。

上述した通り、ＣＰＵ１１７は、トリガ出力部１２２へのイネーブル信号を制御することで、トリガ信号の受信回路１０４への出力を防止できる。その結果、特定のパルス光に起因する電気信号の受信を防止できる。また上述した通り、信号処理回路４０３は、Ａ／Ｄコンバータ４０２から光音響信号データを受信して、外部の信号メモリ４０７に保存する機能を有する。したがって、メモリへのデータ保存を行わないことによっても、不安定状態の光に由来する画像再構成を防止できる。

以上述べたように、本発明の各実施形態にかかる光音響装置においては、安定な状態で照射が行われたパルス光に由来する電気信号のみを用いた特性情報の生成が可能である。その結果、被検体の再構成画像を高画質化できる。

（変形例）
不安定な状態で照射されたパルス光に由来する電気信号がメモリに保存されても、メモリに保存された情報のうち、安定な状態で照射されたパルス光に由来する電気信号だけを
選択的に利用して、画像再構成時に用いるようにしてもよい。

＜その他の実施形態＞
記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ（又はＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイス）によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体（つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体）から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含む）、上記方法、上記プログラム（プログラムコード、プログラムプロダクトを含む）、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。

１０２：光源、１０４：受信回路、１０８：光伝送部、１１３：探触子、１１７：ＣＰＵ、１１８：光源制御部、４０３：信号処理回路

Claims (15)

1. パルス光を射出する光源と、
   前記パルス光が照射された被検体から発生する音響波を電気信号に変換する素子と、
   前記電気信号を用いて前記被検体内部の特性情報を生成する情報処理部と、
   を有し、
   前記情報処理部は、安定な状態で照射が行われた前記パルス光に由来する前記電気信号のみを用いて前記特性情報を生成する
   ことを特徴とする情報取得装置。
2. 前記光源は、安定な状態で射出可能な場合に前記パルス光を射出し、
   前記情報処理部は、照射が行われた前記パルス光に由来する前記電気信号を用いて前記特性情報を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
3. 前記パルス光が安定な状態で射出可能であるかどうかを判定する判定部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の情報取得装置。
4. 前記判定部は、前記パルス光の光量および時間的変動に基づいて前記判定を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の情報取得装置。
5. 前記判定部は、前記パルス光の光強度分布に基づいて前記判定を行う
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の情報取得装置。
6. 前記判定部は、前記パルス光の光パルス幅と、前記パルス光のピークの数とに基づいて前記判定を行う
   ことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の情報取得装置。
7. 前記判定部は、前記パルス光の波長の変動に基づいて前記判定を行う
   ことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の情報取得装置。
8. 前記光源は、複数の波長の前記パルス光を照射し、
   前記判定部は、前記パルス光の光量の波長間比率に基づいて前記判定を行う
   ことを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の情報取得装置。
9. 前記パルス光の前記被検体への照射が安定な状態で行われたかどうかを判定する判定部をさらに有し、
   前記情報処理部は、前記判定部が、照射が安定な状態で行われたと判定した前記パルス光に由来する前記電気信号のみを用いて前記特性情報を生成する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の情報取得装置。
10. 前記判定部は、前記電気信号の振幅が所定の範囲内かどうかに基づいて前記判定を行うことを特徴とする請求項９に記載の情報取得装置。
11. 前記光源から前記被検体に照射される前記パルス光を遮断するシャッタと、
    前記シャッタを制御するシャッタ制御部と、
    をさらに有し、
    前記シャッタ制御部は、前記パルス光を安定な状態で射出可能な場合に前記シャッタを開き、
    前記情報処理部は、照射が行われた前記パルス光に由来する前記電気信号を用いて前記
    特性情報を生成する
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の情報取得装置。
12. 前記シャッタ制御部は、所定の数の前記パルス光が発振されたのち、前記シャッタを開く
    ことを特徴とする請求項１１に記載の情報取得装置。
13. 前記光源は、レーザ媒質からレーザを発振する光源であり、
    前記レーザ媒質の温度を取得するセンサをさらに有し、
    前記光源は、前記レーザ媒質の温度に基づいて安定な状態かどうかを判定する
    ことを特徴とする請求項２に記載の情報取得装置。
14. 前記パルス光の照射と同期して前記電気信号を受信する受信部をさらに有し、
    前記受信部は、安定な状態で照射された前記パルス光に由来する前記電気信号を受信し、安定でない状態で照射された前記パルス光に由来する前記電気信号を受信しない
    ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
15. 前記パルス光の照射と同期して前記電気信号を保存するメモリを有し、
    前記メモリは、安定な状態で照射された前記パルス光に由来する前記電気信号を保存し、安定でない状態で照射された前記パルス光に由来する前記電気信号を保存しない
    ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。

Images