JP2017202149A - 装置、方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、音響波の伝搬経路内に被検体と異なる媒質が存在する場合であっても、被検体情報を精度良く取得することのできる装置を提供することを目的とする。【解決手段】 本発明に係る装置は、媒質の縦波音速に関する情報を用いて、信号の中から、再構成位置で発生し、縦波として媒質内を伝搬した音響波に由来する第１の注目信号を決定し、媒質の横波音速に関する情報を用いて、信号の中から、再構成位置で発生し、横波として媒質内を伝搬した音響波に由来する第２の注目信号を決定し、入射角が臨界角よりも大きく、かつ、臨界角よりも大きい仮想の臨界角よりも小さい場合に、第１の注目信号及び第２の注目信号の両方を用いて、再構成位置の被検体情報を取得する取得手段を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、音響波に由来する信号を用いて被検体情報を取得する装置に関する。

音響波を受信して生体などの被検体内部の情報を取得する技術として、光音響イメージング装置や超音波エコーイメージング装置などの被検体情報取得装置が提案されている。

特許文献１には、乳房を圧迫する圧迫板を用いる超音波イメージング装置が記載されている。特許文献１には、圧迫板で生じる超音波の屈折を考慮して超音波の遅延時間を計算することが記載されている。特許文献１には、スネルの法則に従って圧迫板で生じる超音波の屈折を計算することが記載されている。すなわち、特許文献１には、縦波がスネルの法則に従って屈折し、縦波として圧迫板を伝搬することを考慮した遅延時間の計算が記載されている。

米国特許第６６０７４８９号明細書

しかしながら、音響波の伝搬経路内に被検体と媒質が存在する場合、スネルの法則に従った縦波の屈折以外の影響により、被検体情報の取得精度が低下してしまう可能性がある。

本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものである。本発明は、音響波の伝搬経路内に被検体と異なる媒質が存在する場合であっても、被検体情報を精度良く取得することのできる装置を提供することを目的とする。

本発明に係る装置は、被検体で発生し、被検体と受信手段との間に配置された媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて被検体情報を取得する装置であって、再構成位置を設定する第１の設定手段と、再構成位置で発生し、受信手段で受信される音響波の媒質への入射角と、臨界角及び当該臨界角よりも大きい仮想の臨界角との大小関係を判定する判定手段と、信号、媒質の縦波音速に関する情報、媒質の横波音速に関する情報を、及び判定手段の判定結果の情報を用いて、再構成位置の被検体情報を取得する取得手段と、を有し、取得手段は、媒質の縦波音速に関する情報を用いて、信号の中から、再構成位置で発生し、縦波として媒質内を伝搬した音響波に由来する第１の注目信号を決定し、媒質の横波音速に関する情報を用いて、信号の中から、再構成位置で発生し、横波として媒質内を伝搬した音響波に由来する第２の注目信号を決定し、入射角が臨界角よりも大きく、かつ、仮想の臨界角よりも小さい場合に、第１の注目信号及び第２の注目信号の両方を用いて、再構成位置の被検体情報を取得する。

また、本発明に係る装置は、被検体で発生し、被検体と受信手段との間に配置された媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて被検体情報を取得する装置であって、再構成位置を設定する設定手段と、信号の中から、再構成位置で発生し、エバネセント波として媒質内を伝搬した音響波に由来する第１の注目信号を決定する第１の決定手段と、第１の注目信号を用いて、再構成位置の被検体情報を取得する第１の取得手段と、を有する。

本発明に係る装置によれば、音響波の伝搬経路内に被検体と異なる媒質が存在する場合であっても、被検体情報を精度良く取得することができる。

第一の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 第一の実施形態の探触子の詳細を示す図。 第一の実施形態のコンピュータ周辺の構成を示す図。 第一の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。 音線の屈折を示す図。 第一の実施形態における音線計算の際の保持カップの平面近似を示す図。 平行平板型の保持手段を用いた被検体情報取得装置の模式図。 第一の実施形態における音線計算の際の音線の直線近似を示す図。 入射角度と縦波及び横波の圧力透過率の関係を示す図。 第二の実施形態における音線計算の際の音線の直線近似を示す図。 第二の実施形態におけるＧＵＩを示す図。 圧力透過率と仮想の臨界角との関係を示す図。 仮想の臨界角を取得するフロー図。 実施例の計算モデルを示す図。 実施例のシミュレーション結果を示す図。 伝搬時間のテーブルを示す図。 第四の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 第四の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。 第四の実施形態における送受信の音線を示す図。 第五の実施形態の被検体情報取得装置の模式図。 第五の実施形態の被検体情報取得方法のフロー図。 第五の実施形態における送受信の音線を示した図。

音響波が伝搬する経路に固体の媒質が存在する場合、音響波の縦波の一部がその媒質の表面で横波に変換される場合がある。例えば、生体を保持する保持手段が固体である場合、生体中を伝搬する縦波の音響波が保持手段の表面に対して入射角度をもって到達すると、その一部が横波に変換される。そして、横波は、保持手段内を伝搬し、音響波の受信手段がある側の媒質へ到達すると、再度縦波に変換される。このとき、縦波と横波とでは音速が異なる。そのため、終始縦波として受信手段まで伝搬する音響波と、一度横波に変換された後に受信手段まで伝搬する音響波とでは受信手段に到達するまでの伝搬時間が異なる。また、保持手段により屈折した音響波の音線は、縦波と横波とで異なる経路となる。この経路の違いも伝搬時間に影響する。

それに対し、非特許文献１は、縦波から横波への変換による影響を開示しない。このため、縦波から横波への変換を考慮しない非特許文献１の方法においては、取得される被検体情報の精度の低下（画質の低下）を招いていた。具体的には、画質の低下とは画像の解像度及びコントラストの画質低下などである。

本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものである。本発明は、音響波の伝搬経路内に被検体と異なる媒質が存在する場合であっても、被検体情報を精度良く取得することのできる装置を提供することを目的とする。

［第一の実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の符号を付して説明を省略する。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図１は、本実施形態にかかる被検体情報取得装置の模式図である。以下、装置の各構成要素について説明する。図１に示す被検体情報取得装置は、光照射部１１０、探触子１３０、保持カップ１４０、信号データ収集部１２０、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０を有する。測定対象は、被検体１００である。

光照射部１１０がパルス光１１３を被検体１００に照射し、被検体１００内で音響波が発生する。光に起因して光音響効果により発生する音響波を光音響波とも呼ぶ。探触子１３０は、光音響波を受信することによりアナログ信号としての電気信号を出力する。信号データ収集部１２０は、探触子１３０から出力されたアナログ信号としての電気信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ１５０に出力する。コンピュータ１５０は、信号データ収集部１２０から出力されたデジタル信号を、光音響波に由来する信号データとして記憶する。

コンピュータ１５０は、記憶されたデジタル信号に対して信号処理を行うことにより、被検体１００に関する情報（被検体情報）を表す画像データを生成する。また、コンピュータ１５０は、得られた画像データに対して画像処理を施した後に、画像データを表示部１６０に出力する。表示部１６０は、被検体１００に関する情報の画像を表示する。ユーザーとしての医師は、表示部１６０に表示された被検体に関する情報の画像を確認することにより、診断を行うことができる。

本実施例に係る光音響装置により得られる被検体情報は、光音響波の発生音圧（初期音圧）、光吸収エネルギー密度、光吸収係数、及び被検体を構成する物質の濃度に関する情報などの少なくとも１つである。物質の濃度に関する情報とは、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、総ヘモグロビン濃度、または酸素飽和度等である。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和のことである。酸素飽和度とは、全ヘモグロビンに対するオキシヘモグロビンの割合のことである。本実施形態に係る光音響装置は、被検体内の各位置（２次元または３次元の空間の各位置）における上記情報の値を表す画像データを取得する。

以下、本実施形態に係る被検体情報取得装置の各構成の詳細を説明する。

（光照射部１１０）
光照射部１１０は、パルス光１１３を発する光源１１１と、光源１１１から射出されたパルス光１１３を被検体１００へ導く光学系１１２とを含む。

光源１１１が発する光のパルス幅としては、１ｎｓ以上、１００ｎｓ以下のパルス幅であってもよい。また、光の波長として４００ｎｍから１６００ｎｍ程度の範囲の波長であってもよい。生体表面近傍の血管を高解像度でイメージングする場合は、好ましくは血管での吸収が大きい波長（４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下）を用いる。一方、生体の深部をイメージングする場合には、好ましくは生体の背景組織（水や脂肪など）において典型的に吸収が少ない波長（７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下）の光を用いてもよい。

光源１１１としては、レーザーや発光ダイオードを用いることができる。また、複数波長の光を用いて測定する際には、波長の変換が可能な光源であってもよい。なお、複数波長を被検体に照射する場合、互いに異なる波長の光を発生する複数台の光源を用意し、それぞれの光源から交互に照射することも可能である。複数台の光源を用いた場合もそれらをまとめて光源として表現する。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやアレキサンドライトレーザーなどのパルスレーザーを光源１１１として用いてもよい。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザーやＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザーを光源１１１として用いてもよい。また、光源１１１としてマイクロウェーブ源を用いてもよい。

光学系１１２には、レンズ、ミラー、光ファイバ等の光学素子を用いることができる。乳房等を被検体１００とする場合、パルス光のビーム径を広げて照射することが好ましいため、光学系１１２の光出射部は光を拡散させる拡散板等で構成されていてもよい。一方、光音響顕微鏡においては、解像度を上げるために、光学系１１２の光出射部はレンズ等で構成し、ビームをフォーカスして照射してもよい。

なお、光照射部１１０が光学系１１２を備えずに、光源１１１から直接被検体１００にパルス光１１３を照射してもよい。

（探触子１３０）
受信手段としての探触子１３０は、音響波を受信することにより電気信号を出力するトランスデューサ１３１と、トランスデューサ１３１を支持する支持体１３２とを含む。

トランスデューサ１３１を構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを用いることができる。なお、音響波を受信することにより電気信号を出力できる限り、いかなるトランスデューサを採用してもよい。また、トランスデューサにより得られる信号は時間分解信号である。つまり、受信素子により得られる信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表したものである。

光音響波を構成する周波数成分は、典型的には１００ＫＨｚから１００ＭＨｚであり、トランスデューサ１３１として、これらの周波数を検出することのできるものを適宜選択することができる。

支持体１３２は、機械的強度が高い金属材料などから構成されていてもよい。支持体１３２をスキャンさせ音響波を取得する場合には、軽量性からプラスチックのようなポリマー材料などを用いる方が機械負担の観点では望ましい。照射光を被検体に多く入射させるために、被検体方向の表面に鏡面もしくは光散乱させる加工が行われていてもよい。本実施例において支持体１３２は半球殻形状であり、半球殻上に複数のトランスデューサ１３１を支持できるように構成されている。この場合、支持体１３２に配置されたトランスデューサ１３１の指向軸は半球の曲率中心付近に集まる。そして、複数のトランスデューサ１３１から出力された電気信号群を用いて画像化したときに曲率中心付近の画質が高くなる。なお、支持体１３２はトランスデューサ１３１を支持できる限り、いかなる構成であってもよい。支持体１３２は、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２Ｄアレイと呼ばれるような平面又は曲面内に、複数のトランスデューサを並べて配置してもよい。

また、支持体１３２は音響マッチング材を貯留する容器として機能してもよい。すなわち、支持体１３２をトランスデューサ１３１と保持カップ１４０との間に音響マッチング材を配置するための容器としてもよい。

また、探触子１３０が、トランスデューサ１３１から出力される時系列のアナログ信号を増幅する増幅器を備えてもよい。また、探触子１３０が、トランスデューサ１３１から出力される時系列のアナログ信号を時系列のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えてもよい。すなわち、探触子１３０が後述する信号データ収集部１２０を備えてもよい。

なお、音響波を様々な角度で検出できるようにするために、理想的には被検体１００を全周囲から囲むようにトランスデューサ１３１を配置することが好ましい。ただし、被検体１００が大きく全周囲を囲むようにトランスデューサを配置できない場合は、図２に示したように半球状の支持体上にトランスデューサを配置して全周囲を囲む状態に近づけてもよい。

なお、トランスデューサの配置や数及び支持体の形状は被検体に応じて最適化すればよく、本発明に関してはどのような探触子１３０を採用してもよい。

図２は、探触子１３０の詳細を示した図である。図２（ａ）、（ｂ）は、トランスデューサ１３１を螺旋上に配置した探触子１３０を示す。図２（ｃ）、（ｄ）は、トランスデューサ１３１を放射状に配置した探触子１３０を示す。図２（ａ）、（ｃ）は、図１のｚ軸方向から探触子１３０を見た図、図２（ｂ）、（ｄ）は、図１のｙ軸方向から探触子１３０を見た図である。いずれの場合も、探触子１３０の球面上にトランスデューサ１３１が配置されており、被検体１００で生じた光音響波を様々な角度方向で受信することができる。図２において、トランスデューサ１３１は螺旋状または放射状に配置されているが、配置の仕方はこの限りではない。例えば、球面上に格子状に配置してもよい。

図２のような探触子配置であれば支持体の曲面中心の方向に探触子の受信面を向けて配置することが好ましい。このような配置にした場合、支持体の曲面中心が探触子の音響波を受信する焦点（受信焦点）となる。この受信焦点付近から発生する音響波を多方向から測定できるため、受信焦点付近のコントラストや解像度が向上する。探触子の受信面の向きや受信焦点位置については、被検体のある方向及び被検体形状あるいは保持手段の形状、あるいは支持体のスキャン方法によって適宜選択することができる。

探触子１３０と保持カップ１４０の間の空間は、光音響波が伝播することができる媒質で満たす。この媒質には、光音響波が伝搬でき、被検体１００やトランスデューサ１３１との界面において音響特性が整合し、できるだけ光音響波の透過率が高い材料を採用する。例えば、この媒質には、水、超音波ジェルなどを採用することができる。

（保持カップ１４０）
保持手段としての保持カップ１４０は被検体１００の形状を測定中に保持するために使用される。保持カップ１４０により被検体１００を保持することによって、被検体１００の動きの抑制および被検体１００の位置を保持カップ１４０内に留めることができる。

保持カップ１４０は、被検体１００を保持できる硬度を有する材料であってもよい。保持カップ１４０は、測定に用いる光を透過する材料であることが好ましい。保持カップ１４０は、インピーダンスが被検体１００と同程度の材料で構成されていていてもよい。たとえば、乳腺の主な組織である脂肪はインピーダンスが１．３８程度である。この場合、保持カップ１４０は、１．３８程度のインピーダンスを持つ材料で構成してもよい。なお、保持カップ１４０は、被検体の０．５倍〜２倍程度のインピーダンスを持つ材料で構成されていてもよい。乳房等の曲面を有するものを被検体１００とする場合、凹型に成型した保持カップ１４０であってもよい。この場合、保持カップ１４０の凹部分に被検体１００を挿入することができる。保持カップ１４０の材料には、ポリカーボネートやポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等、樹脂材料を用いることができる
探触子の受信面の向きによって音響波の受信焦点がある場合、受信焦点に被検体を保持できるように保持カップの形状を適宜選択することが好ましい。図２に示す探触子配置をもつ支持体である場合には、保持カップの形状を凹型にし、受信焦点位置に被検体を近づけるように保持カップを配置してもよい。

保持カップ１４０は、取り付け部１４１に取り付けられている。取り付け部１４１は、被検体の大きさに合わせて複数種類の保持カップ１４０を交換可能に構成されていてもよい。例えば、取り付け部１４１は、異なる曲率半径や曲率中心の保持カップに交換できるように構成されていてもよい。

また、保持カップ１４０には保持カップ１４０の諸元が登録されたタグ１４２が設置されていてもよい。例えば、タグ１４２には、保持カップ１４０の曲率半径、曲率中心、縦波音速、横波音速、識別ＩＤ等の諸元を登録することができる。タグ１４２に登録された諸元は、読み取り部１４３により読み出され、コンピュータ１５０に転送される。保持カップ１４０が取り付け部１４１に取り付けられたときに容易にタグ１４２を読み取るために、読み取り部１４３は取り付け部１４１に設置されていてもよい。例えば、タグ１４２はバーコードであり、読み取り部１４３はバーコードリーダである。

（信号データ収集部１２０）
信号データ収集部１２０は、トランスデューサ１３１から出力されたアナログ信号である電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含む。信号データ収集部１２０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップなどで構成されてもよい。信号データ収集部１２０から出力されるデジタル信号は、コンピュータ１５０内の記憶手段に記憶される。信号データ収集部１２０は、Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＡＳ）とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。なお、信号データ収集部１２０は、光照射部１１０の光射出部に取り付けられた光検出センサと接続されており、パルス光１１３が光照射部１１０から射出されたことをトリガーに、同期して処理を開始してもよい。

（コンピュータ１５０）
コンピュータ１５０は、処理手段、記憶手段、制御手段を含む。各構成の機能については処理フローの説明の際に説明する。

記憶手段は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体で構成することができる。また、記憶手段は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性の媒体であってもよい。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。

処理手段としての演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップ等の演算回路で構成されることができる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。処理手段は、入力部１７０から、被検体音速や保持カップの構成などの各種パラメータを受けて、受信信号を処理してもよい。

制御手段は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御手段は、光音響装置の各構成の動作を制御する。制御手段は、入力部１７０からの測定開始などの各種操作による指示信号を受けて、光音響装置の各構成を制御してもよい。また、制御手段は、記憶手段に格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成の作動を制御する。

コンピュータ１５０は専用に設計されたワークステーションであってもよい。また、コンピュータ１５０の各構成は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、コンピュータ１５０の少なくとも一部の構成は単一のハードウェアで構成されてもよい。

図３は、本実施例に係るコンピュータ１５０の具体的な構成を示す。本実施例に係るコンピュータ１５０は、ＣＰＵ１５１、ＧＰＵ１５２、ＲＡＭ１５３、ＲＯＭ１５４、外部記憶装置１５５から構成される。また、コンピュータ１５０には、表示部１６０としての液晶ディスプレイ１６１、入力部１７０としてのマウス１７１、キーボード１７２が接続されている。

また、コンピュータ１５０および複数のトランスデューサ１３１は、共通の筺体に収められた構成で提供されてもよい。ただし、筺体に収められたコンピュータで一部の信号処理を行い、残りの信号処理を筺体の外部に設けられたコンピュータで行ってもよい。この場合、筺体の内部および外部に設けられたコンピュータを総称して、本実施形態に係るコンピュータとすることができる。

（表示部１６０）
表示部１６０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などのディスプレイである。コンピュータ１５０により得られた被検体情報等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部１６０は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。なお、被検体情報の表示にあたっては、表示部１６０またはコンピュータ１５０において画像処理（輝度値の調整等）を行った上で表示することもできる。

（入力部１７０）
入力部１７０は、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成されることができる。また、表示部１６０をタッチパネルで構成し、表示部１６０を入力部１７０としてもよい。

なお、光音響装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。

（被検体１００）
被検体１００は光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施例に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体１００としては生体、具体的には人体や動物の乳房や頸部、腹部、手指および足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー（ＭＢ）、インドシニアングリーン（ＩＣＧ）などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図４を参照して説明する。なお、各工程は、コンピュータ１５０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。

（Ｓ１１０：光を照射する工程）
光源１１１で発生させた光は、光学系１１２を介してパルス光１１３として被検体１００に照射される。そして、被検体１００内部でパルス光１１３が吸収され、光音響効果により光音響波が生じる。

（Ｓ１２０：光音響波を受信する工程）
本工程では、探触子１３０が光音響波を受信して、トランスデューサ１３１から電気信号を出力する。出力された受信信号は、コンピュータ１５０に渡される。

（Ｓ１３０：音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、被検体１００内での縦波音速ｃ_１、保持カップ１４０内での縦波音速ｃ_２ ^ｌ、保持カップ１４０内での横波音速ｃ_２ ^ｔを取得する。

保持カップ１４０内での縦波音速及び横波音速については予め測定したデータを記憶手段に保存しておき、本工程においてコンピュータ１５０が記憶手段から読み出すことにより取得してもよい。また、保持カップ１４０の温度に対する保持カップ１４０内での縦波音速及び横波音速の関係式または関係テーブルが記憶手段に予め保存されていてもよい。そして、本工程において温度測定部が保持カップ１４０の温度を測定し、コンピュータ１５０が測定された温度に対応する音速を関係式または関係テーブルに従って取得してもよい。

また、ユーザーが入力部１７０により保持カップ１４０内での音速を入力し、コンピュータ１５０がその情報を受け取ることにより取得してもよい。

また、コンピュータ１５０は、取り付け部１４１に取り付けられた保持カップ１４０に対応する保持カップ１４０内での音速を取得してもよい。例えば、読み取り部１４３が保持カップ１４０に付されたタグ１４２に登録された保持カップ１４０内での音速の情報を読み取り、コンピュータ１５０に転送してもよい。コンピュータ１５０は、読み取り部１４３により読み出された保持カップ１４０内での音速の情報を取得してもよい。また、ユーザーが入力部１７０により保持カップ１４０に付された識別ＩＤを入力し、コンピュータ１５０が入力された識別ＩＤに対応する保持カップ１４０内の音速を記憶手段から読み出すことにより取得してもよい。

被検体１００内での縦波音速についても保持カップ１４０内での縦波音速及び横波音速と同様の方法で取得してもよい。ただし、被検体１００内での縦波音速は被検体１００毎に異なるため、被検体１００毎に新たなデータを取得することが好ましい。コンピュータ１５０は、被検体１００から発生した音響波に由来する信号を用いて被検体１００内での音速を取得してもよい。この方法によれば、装置規模を大きくすることなく、被検体１００毎の固有の音速を取得することができる。コンピュータ１５０は、その他公知の手法により被検体１００内での音速を取得してもよい。

上記ではコンピュータ１５０が音速そのものを取得する例を説明したが、本工程では音速を推定することのできるパラメータであればいかなるパラメータを取得してもよい。例えば、密度ρと体積弾性率Ｋとから音速は求められるため、本工程において密度ρと体積弾性率Ｋとを取得し、それらのパラメータから音速を推定してもよい。本明細書では、縦波または横波の伝搬速度（音速）の他に、これらの音速を推定することのできるパラメータも音速情報に含む。

（Ｓ１４０：音響波の伝搬時間を算出する工程）
光音響イメージングでは、初期音圧の算出方法として例えば式（１）で表されるＵｎｉｖｅｒｓａｌ ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）法を使用できる。

ここで、ｒ_０は再構成する位置（再構成位置、注目位置とも呼ぶ）を示す位置ベクトル、ｐ_０（ｒ_０，ｔ）は再構成する位置の初期音圧、ｃは伝搬経路の音速を示す。また、ΔΩ_ｉは再構成する位置からｉ番目のトランスデューサ１３１を見込む立体角、Ｎは再構成に用いるトランスデューサ１３１の個数を示す。式（１）は、受信信号ｐ（ｒ_ｉ，ｔ）に微分等の処理を行い、それらに立体角の加重をかけて整相加算すること（逆投影）を示している。式（１）のｔは、注目位置とトランスデューサ１３１とを結ぶ音線を光音響波が伝搬する時間（伝搬時間）である。なお、ｂ（ｒ_ｉ、ｔ）の計算においては、他にも演算処理を施してもよい。例えば、周波数フィルタリング（ローパス、ハイパス、バンドパス等）、デコンボリューション、包絡線検波、ウェーブレットフィルタリング、等である。また、本発明においては、トランスデューサと注目位置とを結ぶ音線の伝搬時間を求めて再構成する方法であれば、どのような再構成アルゴリズムを用いても良い。例えば、タイムドメインでの逆投影法としてＦｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎなどを採用してもよい。

本工程では、コンピュータ１５０が、タイムドメインでの逆投影法に用いる２つの伝搬時間ｔ^ｌ、及び、ｔ^ｔを算出する。ｔ^ｌは再構成位置で発生する音響波が保持カップ１４０内を縦波として伝搬する場合の音線に従った伝搬時間（第２の伝搬時間）である。また、ｔ^ｔは再構成位置で発生する音響波が保持カップ１４０内を横波として伝搬する場合の音線に従った伝搬時間（第１の伝搬時間）である。これらの算出方法を、図５を用いて説明する。

図５（ａ）において、１０１は再構成するボクセル（再構成位置、注目位置とも呼ぶ）、ベクトル６０１は保持カップ１４０の曲率中心とボクセル１０１を結ぶベクトル、ベクトル６０２は同曲率中心とトランスデューサ１３１を結ぶベクトルである。平面６０６は、ｘｙ平面と平行で、かつ、トランスデューサ１３１と同じｚ座標を有する平面である。平面６０５は、ボクセル１０１、トランスデューサ１３１、保持カップ１４０の曲率中心を全て通過する平面である。ベクトル６０３は、平面６０５上に存在し、ボクセル１０１を始点とし平面６０６上の点を終点とするベクトルである。第１の設定手段としてのコンピュータ１５０は、計算領域上でのボクセル１０１の位置（再構成位置）、保持カップ１４０の位置、及びトランスデューサ１３１の位置を設定する。そして、コンピュータ１５０は、ベクトル６０３の終点、または、ベクトル６０３を屈折させた線分の終点がトランスデューサ１３１の座標に到達するような音線を計算する。その音線に沿った伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔを算出することで取得する。このように音線の伝搬経路をたどり、音響波の位相の遅れや伝搬時間を計算する手法を音線追跡法という。

（１）屈折を考慮した伝搬時間の算出方法
まず、保持部材での屈折を考慮した場合の伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔの算出方法を説明する。図５（ｂ）、（ｃ）は、平面６０５上を示す図である。図５（ｂ）は、縦波として保持カップ１４０内を伝搬するときの音響波の音線（第２の音線）を示す。図５（ｃ）は、横波として保持カップ１４０内を伝搬するときの音響波の音線（第１の音線）を示す。

まず、ボクセル１０１から適当な角度θ_ｒで保持カップ１４０の被検体１００側の面へ向かって直線を引き、保持カップ１４０との交点Ｐ_１２の座標を求める。交点Ｐ_１２の座標を求めるには、例えば、ベクトル６０１とベクトル６０２の外積演算によりベクトル６０４を求め、このベクトル６０４を回転軸としてベクトル６０１をθ_ｒだけ回転させた単位ベクトルを計算する。回転演算には、四元数（クォータニオン）、アフィン変換、オイラー角等を用いることができる。こうして得た単位ベクトル成分とボクセル１０１の座標と保持カップ１４０の緒元（形状データ）を用いて、交点Ｐ_１２の座標を得ることができる。

次に交点Ｐ_２３の座標を求める。交点Ｐ_１２において保持カップ１４０の接平面（図５（ｂ）、（ｃ）では接線）に関してスネルの法則を適用し、θ_１２を求める。図５（ｂ）において縦波の伝搬時間ｔ^ｌを求める場合は式（２）を、図５（ｃ）において横波の伝搬時間ｔ^ｔを求める場合は式（３）を用いる。ｃ_１は被検体１００の音速、ｃ_２ ^ｌは保持カップ１４０の縦波音速、ｃ_２ ^ｔは保持カップ１４０の横波音速を示す。なお、θ_１は交点Ｐ_１２での保持カップ１４０の法線ベクトルとベクトル６０１をθ_ｒだけ回転させた単位ベクトルとの内積から求めることができる。

ベクトル６０４を回転軸としてベクトル６０１をθ_１２だけ回転させて得た単位ベクトル、交点Ｐ_１２の座標、保持カップ１４０の緒元（形状データ）を用いて交点Ｐ_２３の座標を計算することができる。

次に交点Ｐ_ｔの座標を求める。交点Ｐ_２３において保持カップ１４０の接線に関してスネルの法則を適用し、θ_３を求める。図５（ｂ）において縦波の伝搬時間ｔ^ｌを求める場合は式（４）を、図５（ｃ）において横波の伝搬時間ｔ^ｔを求める場合は式（５）を用いる。ｃ_３は探触子と保持カップ１４０の間を満たす媒質の音速を示す。なお、θ_２３は交点Ｐ_２３での保持カップ１４０の法線ベクトルとベクトル６０１をθ_１２だけ回転させた単位ベクトルとの内積から求めることができる。

ベクトル６０４を回転軸としてベクトル６０１をθ_３だけ回転させて得た単位ベクトル、交点Ｐ_２３の座標、トランスデューサ１３１のｚ座標を用いて交点Ｐ_ｔの座標を計算することができる。

以上の計算を、θ_ｒを変化させながら交点Ｐ_ｔがトランスデューサ１３１の位置に一致するまで、すなわち、トランスデューサ１３１と交点Ｐ_ｔとの距離ｘが十分小さくなるまで繰り返す。繰り返し計算には、二分法、黄金分割法等を用いることができる。ｘが十分小さくなったときの、縦波の音線を図５（ｄ）に、横波の音線を図５（ｅ）に破線で示す。伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔはそれぞれ、式（６）、式（７）により取得することができる。各層を伝搬する距離ｄ_１ ^ｌ、ｄ_２ ^ｌ、ｄ_３ ^ｌ（縦波の場合）、及び、ｄ_１ ^ｔ、ｄ_２ ^ｔ、ｄ_３ ^ｔ（横波の場合）は、各音線（各交点の座標）から求めることができる。

（２）境界の平面近似による伝搬時間の算出方法
コンピュータ１５０は、図６（ｂ）に示すように保持カップ１４０の境界を平面近似することにより伝搬時間を算出してもよい。この場合の計算方法を説明する。

図６（ａ）のようにボクセル１０１とトランスデューサ１３１を直線で結び、保持カップ１４０の各境界との交点を求める。被検体１００と保持カップ１４０の境界の交点で接平面（図６（ａ）では接線）を求め、さらに、この接平面に平行な平面を他の境界の交点においても求める。このようにして作成した平面近似の計算モデル（図６（ｂ））に基づき、式（３）から式（８）を計算して伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔを求める。図５の場合と比較して、保持カップ１４０の三次元形状を二次元に近似するため、各交点座標を求める際に外積演算等のベクトル演算を平面上の幾何学演算に簡略化することができる。また、θ_ｒ＝θ_１、θ_１２＝θ_２３とすることができる。これらにより計算が単純化され、計算時間を短縮することができる。平面近似の計算モデルは、例えば保持カップ１４０の曲率半径が十分大きい場合等に有効である。

なお、図７に示すように保持手段として平行平板型の保持板１４４を用いて被検体１００を保持する場合、保持手段の形状と平面近似の計算モデルとの差異が小さくなる。そのため、この場合、コンピュータ１５０は、平面近似の計算モデルにより正確に伝搬時間を算出することができる。なお、図７において探触子１３０のトランスデューサ１３１は、保持板１４４と平行な２次元面に配置されている。なお、平行平板型の保持板１４４を採用する限り、トランスデューサ１３１の配列はいかなる態様であったとしても平面近似の計算モデルを好適に採用することができる。また、図７に示す２枚の保持板１４４は、被検体１００を挟み、圧迫することができる。圧迫により被検体１００を薄くして深部まで光を到達させることで、被検体１００の深部での画質を改善することができる。

（３）音線の直線近似による伝搬時間の算出方法
コンピュータ１５０は、図８に示すように音線が直線であると仮定して伝搬時間を算出してもよい。図８のように、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１を直線で結び、これを音線とする方法である。各境界との交点の座標を求め、各層を伝搬する距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３を算出し、式（６）、式（７）を変形した式（８）、式（９）により伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔを取得する。

図６の場合と比較して、音線の屈折を計算しないことで計算時間を短縮することができる。例えば、縦波音速ｃ_１、ｃ_２ ^ｌ、ｃ_３が互いに近い値を持つために屈折角度が小さい場合等に有効である。典型的には保持カップ１４０内での音速ｃ_２ ^ｌと、媒質内での音速ｃ_３は既知であるため、被検体１００内での音速ｃ_１の値によって音線を直線近似してもよいか判定することができる。そこで、コンピュータ１５０は、Ｓ１３０で取得された被検体１００内での音速が所定の数値範囲内となったときに音線を直線近似して伝搬時間を取得する。一方、Ｓ１３０で取得された被検体１００内での音速が所定の数値範囲外となったときには音線の屈折まで考慮して伝搬時間を取得する。このようにして、コンピュータ１５０は、被検体１００毎の音速に応じて音線を近似するか否かを判定してもよい。

以上では、コンピュータ１５０は、距離ｘに関する数値計算により伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔを求めた。他にも、コンピュータ１５０は、ｘをθ_ｒの関数として表し、ｘ（θ_ｒ）が極小値を取るθ_ｒを解析的に求めたり、ニュートン法等で数値的に求めたりしてもよい。また、コンピュータ１５０は、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１とを結ぶ音線の算出においては、伝搬時間が最小となること（幾何光学におけるフェルマの原理）を利用してもよい。すなわち、コンピュータ１５０は、距離ｘの代わりに、伝搬時間ｔを距離や角度等の何らかの幾何学的パラメータ及び音速に関する関数として表し、ｔの極小値をｔ^ｌ、または、ｔ^ｔとしてもよい。

なお、注目位置が複数の場合、コンピュータ１５０は、注目位置毎に前述した方法で伝搬時間を取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、前述した方法で一部の注目位置に対する伝搬時間を算出し、算出された伝搬時間に基づいて残りの注目位置に対する伝搬時間を補間により取得してもよい。また、前述した方法である注目位置に対応する伝搬時間を算出し、その周辺の注目位置についても算出された伝搬時間を割り当ててもよい。すなわち、ある最小単位に対応する伝搬時間をその他の最小単位に割り当ててもよい。

（Ｓ１５０：被検体情報を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０が、Ｓ１４０で算出した２つの伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔを用いて被検体１００内の初期音圧分布を被検体情報として算出する。画像化領域が複数の再構成最小単位（ピクセルまたはボクセル）を含む場合、最小単位ごとの初期音圧、すなわち画像化領域内の初期音圧分布を算出する。本明細書では、再構成最小単位を注目位置として説明する。

本実施形態では、式（１）を変形した式（１０）を用いる。式（１０）においては、伝搬時間ｔ^ｌ、ｔ^ｔにトランスデューサ１３１の番号を示すインデックスｉを添え字として付加している（ｔ_ｉ ^ｌ、ｔ_ｉ ^ｔ）。

すなわち、コンピュータ１５０は、保持カップ１４０内を縦波として伝搬した音響波の受信信号（以後、縦波信号と呼ぶ）と、横波として伝搬した音響波の受信信号（以後、横波信号と呼ぶ）の両方を用いて初期音圧分布を算出する。具体的には、式（６）と式（７）（または式（８）と式（９））を式（１０）に代入して、縦波信号と横波信号の両方を用いて被検体１００内の初期音圧分布を算出する。縦波信号と横波信号のそれぞれの伝搬時間を考慮することで、これら信号がボクセル１０１に正しく逆投影される。これにより、デフォーカスが抑制される。

なお、式（２）において立体角補正項ΔΩ_ｉを縦波信号と横波信号とで分けている。これは、音線の経路が縦波信号と横波信号とで変化するため、立体角が異なるためである。ただし、厳密な立体角を算出する計算負荷の低減を目的として、縦波信号と横波信号の両方に同一の立体角補正項を適用してもよい。例えば、注目位置からトランスデューサまでの音線が直線であると仮定して求められる立体角補正項を縦波信号と横波信号の両方に適用してもよい。

また、式（１０）の代わりに式（１１）を用いてもよい。すなわち、縦波による初期音圧と横波による初期音圧を独立で算出し、それらの平均を取る。

前述した方法では縦波信号と横波信号とを同じ重みで用いて注目位置の初期音圧を算出したが、縦波信号と横波信号の重みを変えて注目位置の初期音圧を算出してもよい。例えば、コンピュータ１５０は、保持カップ１４０に対する縦波と横波の圧力透過率に応じて重みを決定してもよい。図９は平面に近似した保持カップ１４０を通過する音響波（平面波）の圧力透過率の一例を示す。横軸は保持カップ１４０へ入射する音響波の入射角θ_１、縦軸は音響波の圧力透過率である。実線は縦波、破線は横波を示す。θ_０は保持カップ１４０に入射する音響波（縦波）の臨界角を示す。臨界角θ_０はスネルの法則にしたがって求められる全反射角である。コンピュータ１５０は、図９に示されるような縦波の圧力透過率を縦波信号の重み、横波の圧力透過率を横波信号の重みとしてもよい。なお、入射角θ_１が臨界角θ_０以上の領域では縦波は全反射して横波信号のみとなるので、この領域では圧力透過率が所定の値以上となるときの横波信号の重みを１としてもよい。

また、ユーザーが入力部１７０を用いて縦波信号と横波信号の重みに関する情報を入力してもよい。例えば、入力部１７０は縦波信号と横波信号との比率を入力できるように構成されていてもよい。図１０（ａ）は、表示部１６０に表示されたＧＵＩを示す。ユーザーは入力部１７０を用いてアイコン１６３を操作し、比率を指示するスライドバー１６２を調整することにより、信号比率を調整する。そして、指示された比率に応じた被検体情報の画像１６４が表示される。ただし、音響波の周波数によって入射角に対する縦波と横波の圧力透過率は異なる。そこで、入力部１７０が入力した比率に応じて、周波数ごとに縦波信号と横波信号に対する重み（比率）を変えてもよい。図１０（ｂ）は比率の入力値に対する実際に重みづけする比率を示す。実線、破線、一点鎖線は、それぞれ異なる周波数成分における入力値と処理における比率とのグラフを示す。このように同じ入力値に対して周波数ごとに異なる重み（比率）を与えることにより周波数ごとの圧力透過率の違いを反映した被検体情報を取得することができる。なお、本実施形態では、ＧＵＩ上で重みに関する情報を入力する例を説明したが、入力部１７０はいかなる方法により情報を入力してもよい。

コンピュータ１５０は、被検体１００に照射された光の被検体１００内の光フルエンス分布を取得し、初期音圧分布と光フルエンス分布とを用いて光吸収係数分布を取得してもよい。

また、コンピュータ１５０は、光吸収係数分布を用いて酸素飽和度分布等の濃度分布を取得してもよい。例えば、複数の波長の光に対応する光吸収係数分布を用いて濃度分布を取得することができる。

コンピュータ１５０は、本工程で得られた初期音圧分布、光吸収係数分布、または濃度分布等の被検体情報を表示部１６０に出力する。

（Ｓ１６０：被検体情報を表示する工程）
本工程では、コンピュータ１５０がＳ１５０で取得した被検体情報を用いて、画像化領域の被検体情報を表示部１６０に表示させる。被検体情報として、初期音圧分布、吸収係数分布、または濃度分布（酸素飽和度分布）等を表示することができる。表示部１６０に表示された被検体情報は、デフォーカス等が抑制された情報であるため、医師等の作業者が診断等に用いる上で好適な情報となっている。

以上、本実施形態に係る被検体情報取得方法によれば、デフォーカス等が抑制された高い精度（画質）の被検体情報を取得することができる。

［第二の実施形態］
本実施形態では、第一の実施形態と比べて短い計算時間で縦波から横波への変換による被検体情報の取得精度の低下を抑制することができる被検体情報取得装置について説明する。なお、第一の実施形態と同様の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態ではＳ１４０において、第一の実施形態と異なり最終的に取得する伝搬時間ｔは縦波の伝搬時間ｔ^ｌ、または、横波の伝搬時間ｔ^ｔのいずれか一方である。すなわち、注目位置に対応する伝搬時間を、縦波の伝搬時間とするか横波の伝搬時間とするかを決定する必要がある。図９（ａ）を見ると、臨界角θ_０より小さいθ_１では縦波の圧力透過率が大きく、θ_０より大きいθ_１では横波の圧力透過率が大きい。そこで、本実施形態では、θ_１とθ_０の大小関係に応じてより圧力透過率の高い方の伝搬時間を選択的に算出する。

すなわち、臨界角θ_０以上の入射角で音響波が保持カップ１４０に入射する場合、式（２）を満たすｓｉｎθ_１２ｌが１以上となりθ_１２ｌの解がなくなる。このとき、保持カップ１４０の表面で全反射が起こり、保持カップ１４０内を縦波で透過する音響波はなくなる。一方、横波は縦波の臨界角以上の入射角で大きな透過率を持つ。よって臨界角を境界として、臨界角以下は式（２）（４）（６）、臨界角以上は式（３）（５）（７）を用いて伝搬時間を計算することができる。

まず、コンピュータ１５０は、図１１に示すように、ボクセル１０１から保持カップ１４０に入射する縦波の音響波の臨界角θ_０を式（１２）により算出する。

次に、コンピュータ１５０は、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１を通過する直線音線と保持カップ１４０とのなす入射角θ_１を算出する。

次に、コンピュータ１５０は、臨界角θ_０と入射角θ_１とを比較する。そして、θ_１がθ_０より小さい場合、コンピュータ１５０は、式（２）と式（４）と式（６）を用いて実施形態１で説明した計算により縦波の伝搬時間ｔ^ｌを取得する。一方、θ_１がθ_０以上の場合、コンピュータ１５０は、式（３）と式（５）と式（７）を用いて実施形態１で説明した計算により横波の伝搬時間ｔ^ｔを取得する。よって、複数のトランスデューサ１３１がある場合、ボクセル１０１とトランスデューサ１３１の位置関係に依存して、同じボクセル１０１に対してトランスデューサごとにどちらの伝搬時間を取得するかが変化する。

以上、初期値である直線音線の入射角θ_１に基づいて、その後の計算に縦波の伝搬時間と横波の伝搬時間のいずれを用いるのかを決定した。この場合、探索計算中の条件判断処理を削除できるので計算効率が向上する。特に処理手段としてＧＰＵを用いたときに計算効率がより向上する。

この他にも、第一の実施形態で説明した繰り返し計算により入射角θ_１と臨界角θ_０の大小関係が変化する場合は、その都度縦波の伝搬時間と横波の伝搬時間のいずれの計算を行うのかを決定する、という方法をとることができる。

なお、上述の方法で最終的に求まる屈折音線の入射角は直線音線における入射角と近い値を持つ場合が多いため、屈折の計算は行わずに音線の直線近似を行って計算時間の短縮を図ってもよい。θ_１がθ_０より小さい場合、図１１（ａ）のように保持カップ１４０の音速を縦波の音速ｃ_２ ^ｌとして式（８）を用いて伝搬時間ｔ^ｌを取得する。θ_１がθ_０以上の場合、図１１（ｂ）のように保持カップ１４０の音速を横波の音速ｃ_２ ^ｔとして式（９）を用いて伝搬時間ｔ^ｔを取得する。すなわち、繰り返し計算による探索そのものを行わなくて良い。

本実施形態ではＳ１５０において、コンピュータ１５０は、式（１）を変形した式（１３）を用いて初期音圧分布を算出する。Ｓ１４０で縦波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３１に関しては、ａ（ｉ）に”ｌ”を割り当てる。一方、横波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３１に関しては、ａ（ｉ）に”ｔ”を割り当てる。

すなわち、コンピュータ１５０は、個々のトランスデューサ１３１について、縦波信号または横波信号のいずれかを用いて初期音圧を算出する。トランスデューサ１３１ごとに、式（６）と式（７）のいずれか一方（もしくは、式（８）と式（９）のいずれか一方）を式（２）に代入して、被検体１００内の初期音圧分布を算出する。なお、第一の実施形態同様、厳密な立体角補正項を算出する計算負荷の低減を目的として、縦波信号と横波信号に同一の立体角補正項を適用してもよい。

第一の実施形態では伝搬時間ｔ^ｌとｔ^ｔの両方を算出していたのに対し、本実施形態ではどちらか一方を算出することで計算時間を低減することができる。さらに、伝搬時間ｔ^ｌとｔ^ｔの内、その時刻の受信信号がより高ＳＮとなる方を選択することで、被検体情報の精度低下を抑制することができる。

以上、本実施形態に係る被検体情報取得方法によれば、第一の実施形態と比べて初期音圧の取得に要する計算時間を短縮することができる。

［第三の実施形態］
第二の実施形態では、入射角が臨界角よりも小さいときに縦波に対応する信号を用い、入射角が臨界角より大きいときに横波に対応する信号を用いる形態を説明した。

ところで、全反射している音響波の縦波とは別に保持カップ内に音響波の１波長程度の深さまで浸透する縦波が存在する。すなわち、保持カップ１４０が１波長以下に薄い場合、探触子と保持カップ１４０の間を満たす媒質へとこの縦波が透過する。このように保持カップに浸透する波をエバネセント波という。

典型的にはエバネセント波は保持カップ１４０の表面に対して法線方向に伝搬する。このとき保持カップ１４０を透過したときのエバネセント波の振幅Ａ_ｌは式（１４）で表される。

ここで、保持カップ１４０に入射した音響波の保持カップ１４０の表面での振幅、被検体中でのｘ方向の波数、被検体中でのｙ方向の波数、音響波の角周波数をそれぞれＡ_０、ｋ_ｘ、ｋ_ｙ、ωとした。また、保持カップ１４０の縦波音速、厚みをそれぞれｃ_２ ^ｌ、Ｌとした。式（１４）によれば、保持カップ１４０の厚みＬが厚いほど透過するエバネセント波の振幅が小さくなることが理解される。なお、入射角θ_１からｋ_ｘ、ｋ_ｙを求めることができる。

なお、横波のエバネセント波が発生する場合、式（１４）の縦波音速を横波音速に置き換えることにより求めてもよい。また、エバネセント波の伝搬方向と減衰方向が異なる場合、その伝搬経路に対応する減衰量を推定することにより透過率を推定してもよい。

本実施形態の実施に好適な保持カップの厚さについて説明する。本実施形態の実施に好適な保持カップの厚さは、被検体情報の取得に利用したい音響波の周波数帯域や保持カップの縦波音速によって決定される。ここでは典型的な生体と同程度の縦波音速（１５００ｍ／ｓ）を有する保持カップを用いる例を考える。このときに、１．５ＭＨｚ程度までの周波数帯域の音響波を利用して被検体情報を取得する場合、保持カップの厚さが１ｍｍ以下であるときに本実施形態を実施することが好ましい。また、１０ＭＨｚ程度までの周波数帯域の音響波を利用して被検体情報を取得する場合、保持カップの厚さが０．１５ｍｍ以下であるときに本実施形態を実施することが好ましい。また、５０ＭＨｚ程度までの周波数帯域の音響波を利用して被検体情報を取得する場合、保持カップの厚さが０．０３ｍｍ以下であるときに本実施形態を実施することが好ましい。典型的には、音響波の高周波成分まで利用すると、高分解能な情報を取得することができる。

図１２は、保持カップ１４０への入射角に対する縦波及び横波の圧力透過率のシミュレーション結果を示す。図１２は、式（１４）に示す保持カップ１４０を透過したエバネセント波の振幅も含んだ圧力透過率を示している。ここで、ｃ_１＝１４８０ｍ／ｓ、ｃ_２ ^ｌ＝２３４０ｍ／ｓ、ｃ_２ ^ｔ＝９１２ｍ／ｓ、ｃ_３＝１５００ｍ／ｓとした。また、保持カップ１４０の厚みＬ＝５００μｍとした。このとき、音響波に含まれる周波数を０〜１０ＭＨｚとして計算した。これらのパラメータからスネルの法則に従った式（１２）から求められる臨界角θ_０は３９．２度である。しかしながら、図１２によれば、縦波はエバネセント波としてそれ以上の入射角でも透過していると理解される。図１２によれば、臨界角３９．２度より大きい入射角４３．３度まで縦波の方が横波よりも圧力透過率が大きいことが理解される。

保持カップが厚い場合（音響波の１波長よりも厚い場合）には、縦波が全反射し、透過率がなくなる入射角で横波の透過率が大きくなることから、臨界角で縦波と横波の透過率の大きさが入れ替わるとして計算しても画質の低下は生じにくい。しかし、保持カップの厚さが薄い場合（音響波の１波長以下である場合）には、図１２に示すように縦波の透過率と横波の透過率の大きさが入れ替わる入射角が臨界角以上になる。そこで、臨界角よりも大きく、かつ、縦波の透過率の影響度が横波の透過率の影響度に比べて十分小さくなる角度を「仮想の臨界角」と呼ぶ。例えば、エバネセント波を考慮したときに縦波の透過率と横波の透過率の大きさが逆転する入射角を「仮想の臨界角」としてもよい。

（仮想の臨界角の設定方法）
仮想の臨界角を設定する方法の例を説明する。第２の設定手段としてのコンピュータ１５０は、保持カップ１４０における縦波の透過率及び横波の透過率を算出し、それらの透過率に基づいて仮想の臨界角を設定することができる。

まず、コンピュータ１５０は、透過率の算出に必要なパラメータを取得する。例えば、コンピュータ１５０は、被検体１００の縦波音速に関する情報、保持カップ１４０の縦波音速及び横波音速に関する情報、並びに保持カップ１４０の厚さに関する情報を取得する。

音速に関する情報については、Ｓ１３０で説明した方法により取得されてもよい。また、ユーザーが入力部１７０を用いてこれらのパラメータを入力し、コンピュータ１５０は入力部１７０から出力された情報を受け取ることによりこれらのパラメータを取得してもよい。また、コンピュータ１５０は、記録手段に予め保存されたパラメータを読み出すことによりパラメータを取得してもよい。また、読み取り部１４３が、保持カップ１４０に関するパラメータが記録されたタグ１４２を読み取り、コンピュータ１５０が読み取り部１４３から出力された情報を受け取ることにより保持カップ１４０に関するパラメータを取得してもよい。なお、コンピュータ１５０は、上述したパラメータの他にも、透過率を算出するために必要なパラメータを取得してもよい。

次に、コンピュータ１５０は、上記パラメータに関する情報を用いて、音響波が保持カップに入射する角度毎に縦波と横波の透過率を計算する。例えば、コンピュータ１５０は、入射角が０〜７０度の１０度おきのときの縦波と横波の透過率を計算する。直接計算しなかった入射角の透過率については、その前後の入射角の透過率から補間してもよい。なお、コンピュータ１５０は、離散的に算出した透過率のうち、縦波と横波の透過率が逆転した２つの入射角の間を選択的に補間することにより、少ない計算量で仮想の臨界角を見つけることができる。これらの計算により図１２のような透過率の結果が得られる。ここで、仮想の臨界角を算出する際に使用する透過率は圧力透過率が好ましい。これは受信手段である探触子が音響波の圧力に比例した出力を出すためである。

次に、コンピュータ１５０は、図１２に示す透過率計算の結果から、縦波と横波の透過率の大きさが逆転する入射角を算出し、その入射角を仮想の臨界角とする。図１２では仮想の臨界角は４３．３度となる。

なお、仮想の臨界角は、縦波と横波の透過率の大きさが逆転する入射角だけでなく、その入射角付近の角度であってもよい。例えば、コンピュータ１５０は、縦波と横波の透過率の大きさが逆転する入射角の±１度の範囲から仮想の臨界角を設定してもよい。また、コンピュータ１５０は、縦波の透過率が閾値以下（例えば１０％以下）となる入射角を仮想の臨界角として設定してもよい。また、コンピュータ１５０は、横波の透過率が閾値以上（例えば１０％以上）となる入射角を仮想の臨界角として設定してもよい。

また、入射角が臨界角以上であるときに縦波に対応する信号を用いて得られた画像を取得し、その画像の画質に関する情報を取得する。そして、コンピュータ１５０は、画質に関する情報を評価し、画質が所定の数値範囲内（例えば装置スペックの９０％）となるときの入射角を仮想の臨界角として設定してもよい。画質が閾値よりも大きかった場合には、より大きな角度の仮想の臨界角を再設定し、再設定された仮想の臨界角により得られた画像の画質に関する情報を評価することを繰り返す。なお、ここでは仮想の臨界角を大きな角度に更新していく処理を説明したが、仮想の臨界角を小さい角度に更新していく処理を行ってもよい。例えば、画質に関する情報とは、コントラスト及び解像度の少なくとも一つに関する情報である。

また、ユーザーが入力部１７０を用いて切り換えの基準となる仮想の臨界角を入力してもよい。また、入力部１７０は、表示部１６０に被検体情報が表示されている間にユーザーが仮想の臨界角を入力できるように構成されていてもよい。そして、コンピュータ１５０は、入力された仮想の臨界角に基づいた画像を生成し、表示部１６０にその画像を表示させてもよい。これにより、ユーザーは入力した仮想の臨界角に応じた被検体情報の画像の変化を確認しながら適当な仮想の臨界角を探索することができる。

なお、コンピュータ１５０は、入射角が仮想の臨界角よりも大きくなったときに横波に対応する信号のみを用いて被検体情報を取得するモードに切り替える。コンピュータ１５０は、入射角と、臨界角及び仮想の臨界角との大小関係を判定し、その判定結果に応じて被検体情報の取得に用いる信号を決定することができる。

（伝搬時間に関する情報の取得方法）
本実施形態では、コンピュータ１５０は、仮想の臨界角より小さい入射角で音響波が入射する場合、保持カップ内の音響波を縦波として伝搬時間を計算する。また、コンピュータ１５０は、仮想の臨界角より大きい入射角で音響波が入射する場合、保持カップ内の音響波を横波として伝搬時間を計算する。コンピュータ１５０は、臨界角θ_０を超える入射角のときには、図１３（ａ）に示すように保持カップ１４０内をエバネセント波として伝搬する音線を追跡することにより、伝搬時間を計算してもよい。

コンピュータ１５０は、保持カップ１４０への音響波の入射角が臨界角よりも大きいか小さいか、入射角が仮想の臨界角よりも大きいか小さいかを判定し、その判定結果に応じて伝搬時間の取得方法を変更する。

入射角が臨界角θ_０より小さい場合、コンピュータ１５０は、第一の実施形態で説明したように保持カップ１４０の縦波音速を用いた式（６）または式（８）にしたがって伝搬時間を取得する。

入射角が臨界角θ_０より大きく、仮想の臨界角よりも小さい場合、コンピュータ１５０は、保持カップ１４０内の音速を縦波音速として伝搬時間を取得する。例えば、第１の決定手段としてのコンピュータ１５０は、図１３（ａ）に示すように、エバネセント波の特有の伝搬経路を音線追跡し、伝搬時間を取得する。この場合、コンピュータ１５０は、式（１５）にしたがって伝搬時間を取得することができる。

コンピュータ１５０は、Ｓ１２０で得られた受信信号の中から、式（１５）で表される伝搬時間に対応する第１の注目信号を決定し、この信号を用いてボクセル１０１の被検体情報を取得することができる。

また、エバネセント波が透過する程度に保持カップ１４０が薄い場合（音響波の波長の１波長以下の場合）、エバネセント波の伝搬経路が伝搬時間に与える影響は小さい。そのため、コンピュータ１５０は、図１３（ｂ）に示すように直線近似で伝搬時間を取得してもよい。この場合、コンピュータ１５０は、式（８）にしたがって伝搬時間を取得してもよい。

入射角が仮想の臨界角よりも大きい場合、第２の決定手段としてのコンピュータ１５０は、第一の実施形態で説明したように保持カップ１４０の横波音速を用いた式（７）または式（９）にしたがって伝搬時間を取得する。コンピュータ１５０は、Ｓ１２０で得られた受信信号の中から、式（７）または（９）で表される伝搬時間に対応する第２の注目信号を決定し、この信号を用いてボクセル１０１の被検体情報を取得することができる。

コンピュータ１５０は、入射角が臨界角よりも小さくなる再構成位置（第１の再構成位置）については、縦波信号を用いて被検体情報を取得することができる。なお、第１の再構成位置の被検体情報を取得するときに横波信号を用いてもよいし、用いなくてもよい。また、コンピュータ１５０は、入射角が仮想の臨界角よりも大きくなる再構成位置（第２の再構成位置）については、縦波信号を用いずに横波信号を用いて被検体情報を取得することができる。また、コンピュータ１５０は、入射角が臨界角よりも大きく、かつ、仮想の臨界角よりも小さくなる再構成位置（第３の再構成位置）については、縦波信号及び横波信号の両方を用いて被検体情報を取得することができる。

この方法により、臨界角で縦波と横波を分けて伝搬時間を計算する場合よりも、被検体情報をより精度よく取得できる。

以下、第三の実施形態に係る被検体情報取得方法をシミュレーションにより行った結果を説明する。シミュレーションの計算モデルを図１４に示す。音源は、球面の探触子１３０の曲率中心に位置し、直径はφ５［ｍｍ］、１［Ｐａ］の初期音圧を発生する。音源の存在する被検体１００は、音速ｃ_１＝１５１０［ｍ／ｓ］である。保持カップ１４０は、厚さ０．５［ｍｍ］、縦波音速ｃ_２ ^ｌ＝２３４０［ｍ／ｓ］、横波音速ｃ_２ ^ｔ＝９１２［ｍ／ｓ］である。探触子１３０と保持カップ１４０の間の空間は、音速ｃ_３＝１４８０［ｍ／ｓ］の媒質で満たされている。トランスデューサ１３１は５１２個あり、探触子１３０の球面上に均等螺旋配置されている。

このような計算モデルにおいて、保持カップ１４０で縦波の一部が横波に変換される解析解に基づき各トランスデューサ１３１の受信信号を生成した。

次に、生成した受信信号を用いて、本実施形態の計算方法により音源（の初期音圧）を画像再構成した。再構成した領域は、音源を配置した位置を中心とする３×３×３［ｍｍ］の立方体ボリュームである。再構成のボクセルサイズは、０．１［ｍｍ］である。

図１５は、図１４に示す計算モデルに対して異なる画像再構成を実行して得られた３次元ボリュームデータの画像強度プロファイルを示す。図１５は、３次元ボリュームデータをＺ方向にＭＩＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）し、吸収体の中心がある位置でのＸ軸方向の画像強度プロファイルを示す。図１５における実線Ｂは、スネルの法則にしたがった臨界角で縦波信号の使用と横波信号の使用を切り替えて作成した画像の強度プロファイルを示す。図１５における破線Ａは、第三の実施形態のように、スネルの法則にしたがった臨界角よりも大きい仮想の臨界角で縦波信号の使用と横波信号の使用を切り替えて作成した画像の強度プロファイルを示す。

図１５によると、実線Ｂの強度プロファイルに比べ、破線Ａの強度プロファイルの方が、ピーク強度が高いことが理解される。また、図１５によると、実線Ｂの強度プロファイルに比べ、破線Ａの強度プロファイルの方が、デフォーカスが抑制され、周りのアーチファクトが少なくなっていることが理解される。以上より、臨界角で縦波信号の使用と横波信号の使用を切り替える場合に比べて、臨界角よりも大きい仮想の臨界角で縦波信号の使用と横波信号の使用を切り替えることにより、被検体情報を精度良く取得できる場合があることが理解される。

［第四の実施形態］
本実施形態では、予め伝搬時間のテーブルを用意しておくことで計算時間を短縮しつつ高い精度（画質）の被検体情報を取得できる被検体情報取得装置について説明する。なお、第一の実施形態から第三の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態ではＳ１４０において、コンピュータ１５０は、コンピュータ１５０内の記憶手段に格納された伝搬時間テーブルを参照することにより伝搬時間を取得する。

図１６（ａ）は伝搬時間テーブルの例を示す。以下、ボクセル１０１が複数、トランスデューサ１３１が複数あるものとして説明する。伝搬時間テーブルは縦波の伝搬時間を収めたテーブルと横波の伝搬時間を収めたテーブルの２つから成る。行は各ボクセルの番号、列は各トランスデューサの番号を示し、対応する欄には伝搬時間が格納されている。例えば図１６（ａ）のｔ^ｌ _{（ｉ、ｊ）}とｔ^ｌ _{（ｉ＋１、ｊ）}は、図１６（ｂ）の配置における縦波の伝搬時間に対応する。伝搬時間テーブルは、第一の実施形態で説明した方法によって予め算出され伝搬時間格納部１９０に格納されている。格納する値は、屈折音線の伝播時間とすることもできるし、直線近似した音線の伝播時間とすることもできる。

コンピュータ１５０は、被検体情報を取得しようとするボクセル（１０１）の番号に応じて、各トランスデューサ（１３１）に対応する縦波と横波のそれぞれの伝搬時間を、伝搬時間テーブルから取得する。このように、予め計算した伝搬時間を利用することで、第一の実施形態と比較して伝搬時間の取得に要する計算時間を短縮することができる。

伝搬時間テーブルは複数ボクセル（１０１）の一部、または、及び、複数トランスデューサ（１３１）の一部に関してのみ伝搬時間を格納してもよい。この場合、コンピュータ１５０が、格納されている伝搬時間を用いて、格納されていない伝搬時間を補間により取得してもよい。この場合、全ての伝搬時間を格納する場合と比較して、伝搬時間テーブルのメモリ容量を低減することができる。

伝搬時間テーブルは、典型的には被検体１００の代表的な音速（例えば、生体の平均音速等）に関して予め計算して伝搬時間格納部１９０に格納しておく。しかし、伝搬時間は音速（ｃ_１、ｃ_２ ^ｌ、ｃ_２ ^ｔ、ｃ_３）によって変化するため、音速ごとに伝搬時間テーブルを用意して伝搬時間格納部１９０に格納してもよい。ｃ_１、ｃ_２ ^ｌ、ｃ_２ ^ｔ、ｃ_３すべてについて音速ごとのテーブルを用意してもよいし、被検体１００の個体差によって他よりも変化する幅が大きい音速ｃ_１についてのみ音速ごとのテーブルを用意しメモリ容量の低減を図ってもよい。コンピュータ１５０は、Ｓ１３０で取得されたｃ_１に対応するテーブルを参照することにより伝搬時間を取得してもよい。このとき、コンピュータ１５０が被検体１００で発生した音響波を利用して被検体の音速ｃ_１を取得する方法を採用することにより、装置規模を大きくすることなく、簡易に伝搬時間を取得することができる。

また、保持カップ１４０の温度に対する伝搬時間の関係テーブルが記憶手段に予め保存されていてもよい。そして、本工程において温度測定部が保持カップ１４０の温度を測定し、コンピュータ１５０が測定された温度に対応する伝搬時間を関係式または関係テーブルに従って取得してもよい。

また、コンピュータ１５０は、取り付け部１４１に取り付けられた保持カップ１４０に対応する伝搬時間を取得してもよい。例えば、読み取り部１４３が保持カップ１４０のタグ１４２に登録された保持カップ１４０内での伝搬時間テーブルを読み取り、コンピュータ１５０に転送してもよい。コンピュータ１５０は、読み取り部１４３により読み出された伝搬時間テーブルを取得してもよい。また、ユーザーが入力部１７０により保持カップ１４０に付された識別ＩＤを入力し、コンピュータ１５０が入力された識別ＩＤに対応する伝搬時間テーブルを記憶手段から読み出すことにより取得してもよい。

コンピュータ１５０は、Ｓ１３０で取得された被検体内での音速と、取り付け部１４１に取り付けられた保持カップ１４０とに対応する伝搬時間テーブルを記憶手段から読み出し、参照することにより伝搬時間を取得してもよい。

さらに、いくつかの音速に対応するテーブルを用意し、それらの中間の音速に関してはコンピュータ１５０で補間して伝搬時間を取得することで、メモリ容量の低減を図ってもよい。

また、第二の実施形態または第三の実施形態で説明した方法によって伝搬時間テーブルを用意することもできる。図１６（ｃ）に示すように、各欄には縦波の伝播時間と横波の伝播時間のいずれかが格納され、テーブルは一つとなる。この方法によれば、縦波の伝搬時間と横波の伝搬時間の両方を格納する場合と比べて、伝搬時間テーブルのメモリ容量を低減することができる。

以上、本実施形態に係る被検体情報取得方法によれば、伝搬時間の取得に要する計算時間を短縮しつつ高い精度（画質）の被検体情報を取得することができる。

［第五の実施形態］
本実施形態では、球面音響波を被検体に照射し、被検体内部で反射、伝播した音響波を受信することにより得られた信号を用いて被検体情報を取得する装置について説明する。本実施形態に係る装置では、音響波の反射体を画像化することができる。すなわち、音響インピーダンスの差に関する音響反射分布を被検体情報として取得することができる。なお、本実施形態に係る装置によれば、音響反射分布のほかに、被検体内の音速、ドップラー情報、エラスト情報などを被検体情報として取得することができる。
なお、第一の実施形態から第四の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図１７は、本実施形態にかかる被検体情報取得装置の模式図である。以下、装置の各構成要素について説明する。装置は、トランスデューサ１３４及び１３５を備えた探触子１３０、保持カップ１４０、信号データ収集部１２０、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０を有する。測定対象は、被検体１００である。

トランスデューサ１３４及び１３５を構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを用いることができる。なお、音響波を送受信することにより電気信号を出力できる限り、いかなるトランスデューサを採用してもよい。また、トランスデューサにより得られる信号は時間分解信号である。つまり、受信素子により得られる信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表したものである。超音波エコー装置で一般的に用いられている数ｋＨｚから数１００ＭＨｚの周波数を有する音響波を送受信してもよい。本実施形態ではトランスデューサ１３４が音響波を送信し、トランスデューサ１３５が音響波（エコー）を受信する例を説明する。すなわち、本実施形態において探触子１３０は、受信手段としても超音波照射手段（送信手段）としても機能する。探触子１３０は、トランスデューサ１３４とトランスデューサ１３５の他にトランスデューサを備えてもよい。これにより一度の音響波照射で反射、伝播した音響波を複数の位置で取得することができるため、画像化に用いる情報量が増加し画質を改善することができる。また、音響波を照射するトランスデューサを変えて複数回音響波を照射してもよい。

コンピュータ１５０の制御手段は、トランスデューサ１３４、トランスデューサ１３５を電気信号により駆動させて音響波を発生させる。コンピュータ１５０はこの電気信号を増幅するための増幅回路を含んでもよい。コンピュータ１５０はパルス状の電気信号をトランスデューサに送信し、トランスデューサにパルス状の音響波を送信させてもよい。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図１８を参照して説明する。なお、各工程は、コンピュータ１５０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。

（Ｓ２１０：音響波を照射する工程）
本工程では、トランスデューサ１３４がパルス音響波を送信し、保持カップ１４０に保持された被検体１００に照射する。このときトランスデューサ１３４は、球面音響波を送信する。送信された音響波は、被検体１００内部で反射体１０３等により反射、散乱されながら、被検体１００内を伝播する。そして、送信された音響波は、被検体１００内の反射体１０３で反射し、エコーとなって探触子１３０まで伝搬する。なお、被検体内部にある反射体１０３は、被検体内部で周囲との音響インピーダンスの差が相対的に大きいものである。例えば、人体が測定対象であれば悪性腫瘍に起因する石灰化等が反射体１０３となる。

（Ｓ２２０：エコーを受信する工程）
本工程では、探触子１３０は、音響波（エコー）を受信して時系列の電気信号を出力する。Ｓ１１１で照射され被検体１００内を伝播してきた音響波を探触子１３０で受信して、トランスデューサ１３５から受信信号を出力する。探触子１３０から出力された信号は、コンピュータ１５０に渡される。なお、Ｓ２１０、Ｓ２２０は、音響波を照射するトランスデューサを変えて複数回実行されてもよい。

（Ｓ２３０：音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ１３０と同様の方法で被検体１００、保持カップ１４０、媒質等の音速情報を取得する。

（Ｓ２４０：音響波の伝播時間を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、探触子１３０が音響波を送信してから、音響波が反射体１０３で反射することにより発生したエコーを受信するまで音響波の伝搬時間を取得する。

一般的に、音響反射分布の算出方法として、式（１６）を用いることができる。

ここで、ｒ_０は再構成する位置を示す位置ベクトル、Ｉ（ｒ_０，ｔ）は再構成する位置の音響反射に関連する値、ｒ_ｉはトランスデューサの位置ベクトル、ｒ_ｋは音響波を送信したトランスデューサの位置ベクトル、ｃは被検体１００の音速を示す。また、Ｎは再構成に用いるトランスデューサ１３１の個数を示す。式（１４）は、受信信号ｐ（ｒ_ｉ，ｔ）に球面波減衰補正等の処理を行い、送信の伝播時間と受信の伝播時間を考慮して整相加算すること（逆投影）を示している。式（１４）のｔは、トランスデューサ１３４から注目位置まで音響波が伝播する時間と、注目位置からトランスデューサ１３５まで音響波が伝搬する時間の合計時間である。なお、ｐ（ｒ_ｉ、ｔ）に対し演算処理を施してもよい。例えば、周波数フィルタリング（ローパス、ハイパス、バンドパス等）、デコンボリューション、包絡線検波、ウェーブレットフィルタリング、タイムゲインコントロール（ＴＧＣ）等である。さらに、Ｉ（ｒ_０）の計算ではアポダイゼーションを行ってもよい。

本工程では、コンピュータ１５０が、伝搬時間ｔ^ｌｌ、ｔ^ｌｔ、ｔ^ｔｌ、ｔ^ｔｔを算出する。伝播時間ｔの１つ目の添字は、トランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播するか横波として伝播するかを示している。伝播時間ｔの２つ目の添え字は、被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播するか横波として伝播するかを示している。添え字のｌは縦波を表し、ｔは横波を表す。例えば、ｔ^ｌｔはトランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播し、被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を横波として伝播する音線に沿った伝播時間を示す。これらの算出方法を、図１９を用いて説明する。

図１９において、音線１９０１はトランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播する場合の音線である。音線１９０２はトランスデューサ１３４から被検体１００へ音響波が向かう際に保持カップ１４０内を横波として伝播する場合の音線である。音線１９０３は被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を縦波として伝播する場合の音線である。音線１９０４は被検体１００からトランスデューサ１３５へ向かう際に保持カップ１４０内を横波として伝播する場合の音線である。すなわち、本実施形態では、コンピュータ１５０は、４つのパターンの音線を考慮してそれぞれの音線における伝搬時間を算出する。

各伝播時間は、音線１９０１と音線１９０２のいずれかの伝播時間と、音線１９０３と音線１９０４のいずれかの伝播時間の合計である。

音線１９０１、音線１９０３の伝播時間は、保持カップの音速を縦波の音速ｃ_２ ^ｌとして、第一の実施形態で説明した算出方法を実行することで取得できる。音線１９０２、音線１９０４の伝播時間は、保持カップの音速を横波の音速ｃ_２ ^ｔとして、第一の実施形態で説明した算出方法を実行することで取得できる。第一の実施形態の算出方法により屈折音線を求める場合、音線１９０１と音線１９０２は実際の伝播方向と計算の伝播方向が逆となるが、最終的に求まる音線は伝播方向に依存しないため、問題ない。

また、第四の実施形態で説明したように伝搬時間テーブルを参照することによりそれぞれの伝搬時間を取得してもよい。

（Ｓ２５０：被検体情報を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、Ｓ２４０で算出した４つの伝播時間ｔ^ｌｌ、ｔ^ｌｔ、ｔ^ｔｌ、ｔ^ｔｔを用いて被検体１００内の音響反射分布を被検体情報として取得する。画像化領域が複数の再構成最小単位（ピクセルまたはボクセル）を含む場合、コンピュータ１５０は最小単位ごとの音響反射に関する値、すなわち画像化領域内の音響反射分布を算出する。

本実施形態では、式（１６）を変形した式（１７）を用いる。

すなわち、送信と受信それぞれの縦波信号と横波信号の組み合わせにより生じる全ての伝搬時間を考慮することで、これら信号がボクセル１０１に正しく逆投影される。これにより、デフォーカスが抑制される。なお、第１の実施形態で説明したように各信号に対する重みを変えてもよい。また、式（１５）の４項全てを用いなくてもよい。例えば第二の実施形態のように、送信と受信のそれぞれにおいて、縦波信号と横波信号の一方を選択的に逆投影してもよい。この場合、Ｓ２４０における伝搬時間の計算時間及びＳ２５０における逆投影の計算時間を短縮しつつ、デフォーカスを抑制することができる。

（Ｓ２６０：被検体情報を表示する工程）
本工程では、Ｓ２５０で取得した音響反射分布を、画像化領域の被検体情報として表示部１６０に表示する。表示部１６０に表示された被検体情報は、デフォーカス等が抑制された情報であるため、医師等の作業者が診断等に用いる上で好適な情報となっている。

以上、本実施形態によれば、球面音響波を被検体に照射し、被検体内部で反射、伝播した音響波を基に被検体情報を取得する装置において、デフォーカス等が抑制された高い精度（画質）の被検体情報を取得することができる。

［第六の実施形態］
本実施形態では、集束音響波を被検体に照射し、被検体内部で反射、伝播した音響波を検出して得た受信信号を用いて被検体情報を取得する装置について説明する。なお、第一の実施形態から第五の実施形態と同一の構成要素には、原則として同一の符号を付して説明を省略する。

＜被検体情報取得装置の構成＞
図２０は、本実施形態にかかる被検体情報取得装置の模式図である。以下、装置の各構成要素について説明する。装置は、トランスデューサ１３６を備えた探触子１３０、保持手段としての保持板１４４、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０を有する。測定対象は、被検体１００である。

本実施形態における探触子１３０は、複数のトランスデューサ１３６を直線上（１Ｄ）、または、平面上（２Ｄ）に配置している。なお、トランスデューサの配列はこの通りである必要はなく、送信時にビームフォーカスを行える形状であればいかなる配列であってもよい。

平行平板型の２枚の保持板１４４は、被検体１００を挟むことにより被検体１００の形状を保持する。

＜被検体情報取得方法＞
次に、本実施形態に係る被検体情報取得方法の各工程を、図２１を参照して説明する。なお、各工程は、コンピュータ１５０が被検体情報取得装置の各構成の動作を制御することにより実行される。

（Ｓ３１０：音速情報を取得する工程）
コンピュータ１５０は、Ｓ１３０と同様の方法で被検体１００、保持板１４４、媒質等の音速情報を取得する。

（Ｓ３２０：送信ビームフォーカスのための遅延時間を算出する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、被検体１００に集束音響波を送信（送信ビームフォーカス）するための、各トランスデューサ１３６に与える遅延時間を算出する。図２２は、トランスデューサ１３６と被検体情報を取得するボクセル１０１を結ぶ音線を示したものである。音線２２０１は、保持板１４４内を縦波として伝搬する際の、ｉ番目のトランスデューサ１３６の屈折音線を示す。

まず、コンピュータ１５０は、音線２２０１に関する伝搬時間ｔ_ｉ ^ｌを算出する。この算出には、第五の実施形態で説明した方法を用いてもよい。全てのトランスデューサ１３６について伝搬時間を計算し、その中で最大のものをｔ_ｂとする。次に、式（１８）により各トランスデューサ１３６の送信遅延時間τ_ｉを算出する。

（Ｓ３３０：音響波を照射する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、式（１９）によって各トランスデューサ（１３４）を駆動し、集束音響波を送信し、被検体１００に照射する。式（１９）のτ_ｉはＳ３２０で算出した送信遅延時間である。

最大の伝搬時間を有するトランスデューサ１３６を駆動する時刻を０として、各トランスデューサ１３６の駆動信号に送信遅延時間τ_ｉを与えることにより、ボクセル１０１の位置に集束する音響波を発生させることができる。なお、式（１９）ではトランスデューサに与える駆動信号をデルタ関数としている。実際にはトランスデューサ１３６のインパルス特性等によりデルタ関数の音響波を発生させることは難しいが、本発明の本質を損なうものではないため説明の簡便化のためにデルタ関数とした。

（Ｓ３４０：エコーを受信する工程）
本工程では、探触子１３０は、Ｓ３３０で照射され被検体１００内で反射、伝播してきた音響波（エコー）を受信して電気信号を出力する。出力された電気信号は、コンピュータ１５０に渡される。

（Ｓ３５０：受信ビームフォーカスのための遅延時間を取得する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、受信ビームフォーカスを行うための受信遅延時間を算出する。

まず、コンピュータ１５０は、音線２２０１の伝搬時間ｔ_ｉ ^ｌを取得する。これは、Ｓ３２０で算出した値を用いることができる。次に、コンピュータ１５０は、音線２２０２に関する伝搬時間ｔ_ｉ ^ｔを算出する。音線２２０２は、保持板１４４内を横波として伝搬する際の、ｉ番目のトランスデューサ１３６の屈折音線を示す。

コンピュータ１５０は、縦波と横波の伝搬時間ｔ_ｉ ^ｌとｔ_ｉ ^ｔを用いて、式（２０）により２つの受信遅延時間ρ_ｉ ^ｌとρ_ｉ ^ｔを算出する。

（Ｓ３６０：音響反射分布を算出する工程）
本工程では、コンピュータ１５０は、Ｓ３５０で算出した２つの受信遅延時間ρ_ｉ ^ｌとρ_ｉ ^ｔに基づき、ボクセル１０１の音響反射に関する値Ｉ（ｒ_０）を算出する。算出には、式（２１）を用いる。

ｒ_０はボクセル１０１の位置ベクトル、ｒ_ｉはトランスデューサの位置ベクトル、Ｎは再構成に用いるトランスデューサ１３４の個数を示す。式（２１）は、受信信号ｐ（ｒ_ｉ，ｔ）に含まれる縦波信号と横波信号とを整相加算することを示している。これにより、縦波信号に加えて横波信号もボクセル１０１に関して正しく整相加算されるため、デフォーカスが抑制される。なお、第一の実施形態で説明したように縦波信号と横波信号に対する重みを変えてもよい。また、第二の実施形態で説明したように縦波信号と横波信号のいずれか一方を用いてよい。

なお、被検体１００の画像化領域にボクセル１０１が複数存在する場合、その各々についてＳ３２０からＳ３６０を繰り返して音響反射分布を取得してもよい。また、１回の音響波の送信（Ｓ３３０）により得た信号を用いて、送信音響波の集束領域に含まれる複数のボクセル１０１それぞれに対しＳ３５０からＳ３６０を実行して音響反射分布を取得してもよい。これにより、音響波送信の回数を削減することで、測定時間を短縮することができる。この場合、最大伝搬時間ｔ_ｂ、縦波伝搬時間ｔ_ｉ ^ｌ、横波伝搬時間ｔ_ｉ ^ｔを新たなボクセルの位置ｒ_０’に関して再計算し、式（２０）と式（２１）に基づいてＩ（ｒ_０’）を算出する。

（Ｓ３７０：被検体情報を表示する工程）
本工程では、Ｓ３６０で取得した音響反射分布を、画像化領域の被検体情報として表示部１６０に表示する。表示部１６０に表示された被検体情報は、デフォーカス等が抑制された情報であるため、医師等の作業者が診断等に用いる上で好適な情報となっている。

以上では、受信ビームフォーカス時のみ横波の伝搬時間を考慮したが、送信時にも横波の伝搬時間を考慮することができる。例えば、第二の実施形態の伝搬時間算出方法を用いて式（２２）で表わされる送信遅延時間τ_ｉを算出し、式（１９）により集束音響波を発生させる。

縦波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３４に関してはａ（ｉ）に”ｌ”を割り当てる。また、横波の伝搬時間が算出されたトランスデューサ１３４に関してはａ（ｉ）に”ｔ”を割り当てる。ｔ_ｂ ^’は、ｔ_ｉ ^ａ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）に関する最大の伝搬時間である。

受信遅延時間の算出では、式（２３）を用いる。

音響反射に関する値Ｉ（ｒ_０）の算出では、式（２４）を用いる。

以上により、送信時および受信時においてよりＳＮの高い受信信号を選択してビームフォーミングを行うことができ、被検体情報の精度の低下を抑制することができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明は上記特定の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で実施形態の修正をすることができる。

１３０ 探触子
１４０ 保持カップ
１４１ 取り付け部
１５０ コンピュータ

Claims (20)

1. 被検体で発生し、被検体と受信手段との間に配置された媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて被検体情報を取得する装置であって、
   再構成位置を設定する第１の設定手段と、
   前記再構成位置で発生し、前記受信手段で受信される音響波の前記媒質への入射角と、臨界角及び当該臨界角よりも大きい仮想の臨界角との大小関係を判定する判定手段と、
   前記信号、前記媒質の縦波音速に関する情報、前記媒質の横波音速に関する情報を、及び前記判定手段の判定結果の情報を用いて、前記再構成位置の被検体情報を取得する取得手段と、
   を有し、
   前記取得手段は、
   前記媒質の縦波音速に関する情報を用いて、前記信号の中から、前記再構成位置で発生し、縦波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する第１の注目信号を決定し、
   前記媒質の横波音速に関する情報を用いて、前記信号の中から、前記再構成位置で発生し、横波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する第２の注目信号を決定し、
   前記入射角が前記臨界角よりも大きく、かつ、前記仮想の臨界角よりも小さい場合に、前記第１の注目信号及び前記第２の注目信号の両方を用いて、前記再構成位置の被検体情報を取得する
   ことを特徴とする装置。
2. 前記取得手段は、前記入射角が前記仮想の臨界角よりも大きい場合に、前記第１の注目信号を用いずに、前記第２の注目信号を用いて、前記再構成位置の被検体情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記取得手段は、前記入射角が前記臨界角よりも小さい場合に、前記第２の注目信号を用いずに、前記第１の注目信号を用いて、前記再構成位置の被検体情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記取得手段は、
   前記入射角が前記臨界角よりも大きく、かつ、前記仮想の臨界角よりも小さい場合、縦波としての音響波が前記媒質の表面の法線方向に伝搬するものとして前記第１の注目信号を決定し、
   前記入射角が前記仮想の臨界角よりも小さい場合、縦波としての音響波が前記媒質で屈折するものとして前記第１の注目信号を決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記仮想の臨界角を設定する第２の設定手段を有し、
   前記第２の設定手段は、メモリに保存された角度に関する情報を読み出すことにより前記仮想の臨界角を設定する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記仮想の臨界角を設定する第２の設定手段を有し、
   前記第２の設定手段は、前記媒質に対する縦波の透過率及び横波の透過率に関する情報を取得し、当該情報を用いて前記仮想の臨界角を設定する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記仮想の臨界角を設定する第２の設定手段を有し、
   前記取得手段は、前記仮想の臨界角に基づいて、被検体情報に関する画像を取得し、
   前記第２の設定手段は、前記画像の画質に関する情報を取得し、当該画質が所定の数値範囲内となるまで前記仮想の臨界角を更新することにより、前記仮想の臨界角を取得する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記仮想の臨界角を設定する第２の設定手段を有し、
   前記第２の設定手段は、前記媒質内の縦波の透過率と横波の透過率とが逆転する角度を前記仮想の臨界角として設定する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 被検体で発生し、被検体と受信手段との間に配置された媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて被検体情報を取得する装置であって、
   再構成位置を設定する設定手段と、
   前記信号の中から、前記再構成位置で発生し、エバネセント波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する第１の注目信号を決定する第１の決定手段と、
   前記第１の注目信号を用いて、前記再構成位置の被検体情報を取得する第１の取得手段と、
   を有する
   ことを特徴とする装置。
10. 前記再構成位置で発生し、前記受信手段で受信される音響波の音線を推定する第１の推定手段を有し、
    前記第１の推定手段は、前記媒質内で音響波がエバネセント波として前記媒質の表面の法線方向に伝搬するものとして第１の音線を推定し、
    前記第１の決定手段は、前記第１の音線に関する情報、前記被検体の縦波音速に関する情報、及び前記媒質の縦波音速に関する情報を用いて前記第１の注目信号を決定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記第１の推定手段は、前記媒質に臨界角よりも大きな入射角で入射した音響波がエバネセント波として前記媒質の表面の法線方向に伝搬するものとして前記第１の音線を推定する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記信号の中から、前記再構成位置で発生し、横波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する第２の注目信号を決定する第２の決定手段を有し、
    前記第１の取得手段は、前記第１の注目信号及び前記第２の注目信号を用いて前記再構成位置の被検体情報を取得する
    ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記再構成位置で発生し、前記受信手段で受信される音響波の音線を推定する第２の推定手段を有し、
    前記第２の推定手段は、前記媒質に入射した音響波が前記媒質の横波音速にしたがって屈折するものとして第２の音線を推定し、
    前記決定手段は、前記第２の音線に関する情報、前記被検体の縦波音速に関する情報、及び前記媒質の横波音速に関する情報を用いて前記第２の注目信号を決定する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記媒質の厚さは、１ｍｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記媒質の厚みは、０．１５ｍｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 被検体を保持する保持手段としての前記媒質を取り付け可能に構成された取り付け手段と、
    被検体で発生した音響波を受信することにより信号を出力する受信手段と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 被検体に光を照射する光照射手段を有し、
    前記受信手段は、前記光照射手段からの光が照射された被検体から発生する音響波を受信する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 被検体で発生し、被検体と受信手段との間に配置された媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて被検体情報を取得する方法であって、
    第１の再構成位置で発生し、前記受信手段で受信される音響波の前記媒質への入射角が臨界角よりも小さい場合、縦波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて、前記第１の再構成位置の被検体情報を取得する工程と、
    第２の再構成位置で発生し、前記受信手段で受信される音響波の前記媒質への入射角が前記臨界角よりも大きい仮想の臨界角よりも大きい場合、縦波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いずに、横波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて、前記第２の再構成位置の被検体情報を取得する工程と、
    第３の再構成位置で発生し、前記受信手段で受信される音響波の前記媒質への入射角が前記臨界角よりも大きく、かつ、前記仮想の臨界角よりも小さい場合に、前記第２の再構成位置で発生し、縦波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する信号及び横波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する信号の両方を用いて、前記第３の再構成位置の被検体情報を取得する工程と、
    を有する
    ことを特徴とする方法。
19. 前記第１の再構成位置の被検体情報を取得する工程において、横波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いずに、縦波として前記媒質内を伝搬した音響波に由来する信号を用いて、前記第１の再構成位置の被検体情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 請求項１８または１９に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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