JP2019083887A - 情報処理装置および情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響画像において、被検体情報に重畳されるノイズを低減する。【解決手段】被検体上の異なる位置に光を複数回照射することによって前記被検体から発生した音響波に基づいて得られた光音響信号を取得する信号取得手段と、前記光の光軸が前記被検体と交差する位置からの距離を基準として前記被検体内の第一の領域および第二の領域に関する情報を取得する領域取得手段と、前記第一の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第一の再構成画像を生成し、前記第二の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第二の再構成画像を生成する生成手段と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体情報を含んだ画像を処理する装置に関する。

被検体内の構造情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための技術として、光音響イメージング（Photoacoustic Imaging）が知られている。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織によって、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も組織によって異なったものとなる。ＰＡＴでは、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。

光音響技術を用いて、被検体情報をより高速かつ高精度で取得する研究が行われている。例えば、特許文献１には、被検体に光を照射した場合における、当該被検体内での光強度分布を取得し、光の強度が閾値以上である領域を対象として光音響画像を生成する技術が開示されている。かかる方法によると、再構成の範囲が狭くなるため、より短時間で画像を生成することができる。

特開２０１４−１１３４６６号公報

一般的な光音響装置においては、光が照射される領域と画像の再構成を行う領域が略同一となっている。これは、照射される光の強度が強いほど強い音響波が生じ、精度の高い被検体情報を得ることができるためである。

一方で、被検体である生体の表面付近に光吸収体が存在する場合、表面付近で発生した強い音響波が被検体内で反射および散乱するため、深部に存在する光吸収体の観察が妨害されるケースがある。例えば、反射した音響波に起因して被検体の深部にアーチファクトが出現し、正しい診断が行えなくなるおそれがある。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光音響画像において、被検体情報に重畳されるノイズを低減することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明に係る情報処理装置は、
被検体上の異なる位置に光を複数回照射することによって前記被検体から発生した音響波に基づいて得られた光音響信号を取得する信号取得手段と、前記光の光軸が前記被検体と交差する位置からの距離を基準として前記被検体内の第一の領域および第二の領域に関する情報を取得する領域取得手段と、前記第一の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第一の再構成画像を生成し、前記第二の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第二の再構成画像を生成する生成手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る情報処理方法は、
被検体上の異なる位置に光を複数回照射することによって前記被検体から発生した音響波に基づいて得られた光音響信号を取得する信号取得ステップと、前記光の光軸が前記被検体と交差する位置からの距離を基準として前記被検体内の第一の領域および第二の領域に関する情報を取得する領域取得ステップと、前記第一の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第一の再構成画像を生成し、前記第二の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第二の再構成画像を生成する生成ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、光音響画像において、被検体情報に重畳されるノイズを低減することができる。

実施形態に係る光音響装置の概要図。 実施形態に係る光音響装置が行う処理のフロー図。 明視野再構成領域および暗視野再構成領域の設定方法を説明する図。 明視野画像および暗視野画像の生成方法を説明する図。 本発明によってノイズが低減される原理を説明する図。 実施形態に係る光音響装置によって表示される画像の例。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施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、被検体から伝搬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、光音響装置またはその制御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、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。
本発明はまた、光音響装置や被検体情報取得装置が取得した信号を処理する情報処理装置や、情報処理方法として捉えることもできる。

実施形態に係る光音響装置は、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である。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、異なる複数波長の光によって発生する光音響波に基づいて、被検体を構成する物質の濃度といった情報が得られる。この情報は、酸素飽和度、酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、またはデオキシヘモグロビン濃度であってもよい。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、または脂肪や水の体積分率であってもよい。
以下に説明する実施形態では、ヘモグロビンを吸収体として想定した波長の光を被検体
に照射することで、被検体内の血管の分布・形状のデータと、その血管における酸素飽和度分布のデータを取得し、画像化する光音響イメージング装置を想定する。

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。

本明細書における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、光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には、それらの弾性波の波長を限定する意図はない。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。なお、本明細書において、光音響信号とは、アナログ信号とデジタル信号の双方を含む概念である。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。

本実施形態に係る光音響装置は、被検体にパルス光を照射し、被検体内において発生した光音響波を受信することで、被検体内の光学特性に関連した情報を生成する装置である。

（システム構成）
図１は、本実施形態に係る光音響装置の構成を説明する図である。本実施形態に係る光音響装置は、探触子ユニット１１０、光照射部１０３、保持部材１０５、信号処理部１０６、データ処理部１０７、表示装置１０８を有して構成される。また、探触子ユニット１１０は、探触子支持体１０１、複数の音響波探触子１０２、開口部１０４を有して構成される。
図１（Ａ）は、探触子ユニット１１０の断面を表す図であり、図１（Ｂ）は、探触子ユニット１１０を上面（Ｚ軸方向）から見た図である。

探触子ユニット１１０は、被検体に対して光を照射し、被検体から発生した音響波を受信するユニットである。探触子ユニット１１０は、半球状の探触子支持体１０１の内面に、複数（例えば５１２個）の音響波探触子１０２をスパイラル状に配置することで構成される。さらに、探触子支持体１０１の底部には、後述する光照射部１０３から発せられた光が通過する開口部１０４が設けられている。

探触子支持体１０１は、複数の音響波探触子１０２を支持する、略半球形状の容器である。本実施形態では、半球の内側面に複数の音響波探触子１０２が設置され、半球の底部（極）に光を通過させるための開口部１０４が設けられている。なお、半球の内側には、音響整合材（例えば水）が貯留されてもよい。探触子支持体１０１は、これらの部材を支持するため、機械的強度が高い金属材料などを用いて構成することが好ましい。

音響波探触子１０２は、被検部の内部から到来する音響波を受信して、電気信号に変換する手段である。音響波検出素子は、探触子、音響波探触子、音響波検出器、音響波受信器、トランスデューサとも呼ばれる。
生体から発生する音響波は、１００ＫＨｚから１００ＭＨｚの超音波であるため、音響波検出素子には、上記の周波数帯を受信できる素子を用いる。具体的には、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなどを用いることができる。

また、音響波検出素子は、感度が高く、周波数帯域が広いものを用いることが望ましい
。具体的にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いた圧電素子、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの高分子圧電膜材料、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子としての機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。

本実施形態では、音響波探触子１０２として、３ｍｍの開口を持ち、帯域が０．５〜４ＭＨｚである単素子のＣＭＵＴを利用する。かかる構成の場合、装置の分解能は０．５ｍｍとなる。このように、低周波数帯域を含んだ音響波探触子を利用することによって、比較的太い血管の中が抜けてリング状に見えるような状況が発生しづらくなる。サンプリング周波数は４０ＭＨｚで、２０４８サンプリングを行う。また、取得するデータは符号付きの１２ビットとする。

複数の音響波探触子１０２は、素子の受信方向が半球の曲率中心に向かうように、半球面上にアレイ状に配置されている。複数の音響波探触子１０２をこのように配置することで、半球の曲率中心において高い分解能を得ることができる。

なお、探触子ユニット１１０は、不図示の走査機構によって、三次元方向に移動させることができる。これにより、光の照射位置と音響波の受信位置を被検体に対して相対的に移動させることができる。走査機構は、例えば、ガイド機構、駆動機構、走査位置センサをＸ，Ｙ，Ｚ軸の三方向それぞれに有していてもよい。

光照射部１０３は、被検体に照射する光（典型的にはパルス光）を発生させる光源と、当該光を探触子ユニットまで導く光学系で構成される。
光源は、被写体に照射するパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためにレーザ光源であることが望ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプを用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。
また、パルス光の波長は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であることが望ましい。この領域の光は、比較的生体深部まで到達することができるため、被検体深部の情報を得ることができる。
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。本実施形態に示すように被検体が生体である場合は、光源から発生するパルス光のパルス幅は１０〜５０ナノ秒程度が好適である。
なお、光照射のタイミング、波形、強度等は、後述するデータ処理部１０７によって制御される。

本実施形態では、光源として、固体レーザであるチタンサファイアレーザー（波長８００ｎｍ）を用いる。なお、複数波長の光を照射可能な光源を用いることで、波長ごとの吸収係数の違いが算出できるようになるため、酸素飽和度の算出が可能となる。

光学系は、光源から発せられたパルス光を伝送する部材である。光源から出射された光は、レンズやミラーなどの光学部品により、所定の光分布形状に加工されながら被検体に導かれ、照射される。なお、光ファイバなどの光導波路などを用いて光を伝搬させることも可能である。
光学系は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、光ファイバ、拡散板、シャッター、フィルタなどの光学機器を含んでいてもよい。光源から発せられた光を被検体に所望の形状で照射できれば、光学系には、どのような光学部品を用いてもよい。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が、生体への安全性ならびに診断領域を広げ
られるという観点で好ましい。

保持部材１０５は、被検体を保持する部材である。本実施形態では、被検体が図中Ｚ軸正方向から挿入され、保持部材１０５に当接した状態で保持される。保持部材１０５は、ポリエチレンテレフタラートのように、被検体を支える強度と、光と音響波を透過させる特性を有する材質であることが好ましい。なお、必要に応じて、保持部材１０５の内側に音響整合材を貯留してもよい。

信号処理部１０６（本発明における信号取得手段）は、音響波探触子１０２が取得した電気信号を増幅してデジタル信号に変換する手段である。
信号処理部１０６は、受信信号を増幅する増幅器、アナログの受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、受信信号を記憶するＦＩＦＯ等のメモリと、ＦＰＧＡチップ等の演算回路を用いて構成されてもよい。また、信号処理部１０６は、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。

データ処理部１０７（本発明における領域取得手段および生成手段）は、光音響装置が有する各構成要素の制御を行う手段である。例えば、被検体に対する光照射の制御、音響波や光音響信号の受信制御、探触子ユニットの移動制御など、装置全体の制御に関する指令を行う。

また、データ処理部１０７は、デジタル変換された信号（光音響信号）に基づいて、被検体の内部の光吸収係数や酸素飽和度等といった被検体情報を取得する手段である。具体的には、収集された電気信号から三次元の被検体内における初期音圧分布を生成する。
また、データ処理部１０７は、被検体に照射される光量に関する情報に基づいて、被検体内における三次元の光強度分布を生成する。三次元の光強度分布は、二次元の光強度分布に関する情報から光拡散方程式を解くことで取得できる。また、光音響信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、三次元の光強度分布とを用いて、被検体内の吸収係数分布を得ることができる。また、複数の波長における吸収係数分布を演算することで、被検体内の酸素飽和度分布を得ることができる。

なお、データ処理部１０７は、光量分布の計算や背景の光学係数取得に必要な情報処理、信号補正など所望の処理を実施する機能を有していてもよい。
また、データ処理部１０７は、後述する表示装置や入力インタフェースを介して、測定パラメータの変更、測定の開始・終了、画像の処理方法の選択、患者情報や画像の保存、データの解析などに関する指示を取得してもよい。

データ処理部１０７は、ＣＰＵとＲＡＭ、不揮発メモリ、制御ポートを有するコンピュータで構成してもよい。不揮発メモリに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより制御が行われる。データ処理部１０７は、汎用コンピュータや、専用に設計されたワークステーションによって実現されてもよい。また、データ処理部１０７の演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサ、ＦＰＧＡチップ等の演算回路で構成されていてもよい。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。

また、データ処理部１０７の記憶機能を担うユニットは、ＲＯＭ、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や、ＲＡＭ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。なお、これらのユニットは、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。データ処理部１０７の制御機能を担うユニットは、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。

表示装置１０８は、データ処理部１０７が取得した情報およびその加工情報を表示する手段であり、典型的にはディスプレイ装置である。表示装置１０８は、複数の装置であってもよいし、単一の装置に複数の表示部を備え、並列表示が可能な装置であってもよい。なお、表示装置１０８には、高解像度でカラー表示が可能な３０型以上、コントラスト比１０００：１以上の装置を用いることが望ましい。

（測定の概要）
次に、本実施形態に係る光音響装置が、被検体である生体を測定する方法について説明する。
まず、光照射部１０３から発せられたパルス光が、光学系を介して被検体に照射される。被検体の内部を伝搬した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体に吸収されると、熱膨張により当該光吸収体から音響波が発生する。生体内にがんが存在する場合は、がんの新生血管において他の正常部の血液と同様に光が特異的に吸収され、音響波が発生する。生体内で発生した光音響波は、音響波探触子１０２によって受信される。

本実施形態では、探触子支持体１０１と被検体の相対的な位置関係を、走査機構によって変更しながら、光の照射および音響波の取得を行うことができる。すなわち、被検体上の異なる位置に光を複数回照射しながら光音響信号を取得することができる。

音響波探触子１０２が受信した信号は、信号処理部１０６で変換されたのち、データ処理部１０７で解析される。解析結果は、生体内の特性情報（例えば、初期音圧分布や吸収係数分布）を表すボリュームデータとなり、二次元の画像に変換されたのちに表示装置１０８を介して出力される。

次に、本実施形態に係る光音響装置に特有な処理の概要について説明する。
一般的に、光音響トモグラフィにおいては、被検体に照射される光の光量が強いほど、発生する音響波の音圧が大きくなる。すなわち、Ｓ／Ｎ比が高くなるため、より精度の高い情報を得ることができる。
しかし、被検体の表面（例えば皮膚）に近接した位置に、光を吸収する性質を持つ物質（例えばホクロ等）が存在する場合、当該位置から発生した音響波が反射および散乱し、他の位置から発生した信号を妨害する場合がある。例えば、音響波の反射によるアーチファクトが、光吸収体が存在する位置よりも深い場所に出現する場合があり、このような場合、アーチファクトが出現した位置で本来観測されるべき光吸収体が正しく観測できなくなるおそれがある。

そこで、本実施形態に係る光音響装置では、まず、あるタイミングで照射した光に対応する光音響信号を取得する際に、所定値を上回る強度で光が照射された被検体上の領域と、当該所定値を下回る強度で光が照射された被検体上の領域とに分割する。以降、前者を明視野領域、後者を暗視野領域と称する。
そして、明視野領域に基づいて設定された再構成領域（以下、明視野再構成領域）から発生した信号と、暗視野領域に基づいて設定された再構成領域（以下、暗視野再構成領域）から発生した信号とを個別に処理し、複数の光音響画像を生成する。
なお、明視野再構成領域が本発明における第一の領域であり、暗視野再構成領域が本発明における第二の領域である。

明視野再構成領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて再構成された画像（以下、明視野画像。本発明における第一の再構成画像）は、目的とする信号のレベルが強い画像であるが、アーチファクト等の妨害信号（ノイズ）のレベルも高くなる。一方、暗視野再構成領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて再構成された画像（
以下、暗視野画像。本発明における第二の再構成画像）は、明視野画像と比較すると信号のレベルは低くなるが、それ以上に妨害信号（ノイズ）のレベルが低くなる。すなわち、装置のユーザは、両者を比較することで、ノイズやアーチファクトを容易に判別することができる。

具体的な処理について、図２を参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１で、測定開始の準備を行う。この状態では、被検体が、保持部材１０５に接触するように挿入される。なお、音響波の伝播経路から空気を排除するため、被検体は保持部材１０５に密着させることが好ましい。また、保持部材１０５の内部に音響整合材（例えば水）を充填してもよい。

次に、ステップＳ２で、光音響測定を行う。本ステップでは、装置のユーザが、データ処理部１０７に対して、走査範囲、走査の中心位置、照射する波長などのパラメータを入力し、測定の指示を出す。
測定が開始されると、探触子ユニットに接続された走査機構が、入力されたパラメータに従って探触子支持体１０１を所定の位置に移動させる。そして、光照射部１０３から光を照射し、これと同期して音響波探触子１０２が光音響波を受信する。
光の照射および音響波の受信は、被検体に対して探触子支持体１０１をスパイラル状に移動させながら複数の位置（例えば１０２４か所）で行われる。これにより取得された光音響信号は、信号処理部１０６が備えるメモリに一時的に格納される。
なお、二波長の光を出力できる光源を用いる場合、探触子ユニットを移動させながら、被検体への照射ごとに交互に波長を異ならせて照射するようにしてもよい。

次に、ステップＳ３で、被検体に対して定められた明視野領域および暗視野領域を取得し、対応する明視野再構成領域および暗視野再構成領域を取得する。
明視野領域および暗視野領域は、被検体に照射された光の光軸が被検体と交差する位置からの距離を基準として定められる。本実施形態では、光の照射位置を移動させながら光音響測定を行うため、光が照射されるごとに明視野領域および暗視野領域も移動する。そこで、本ステップでは、被検体に対して光が照射されたタイミングごとに、当該タイミングにおける光軸の位置を基準として、明視野領域および暗視野領域を取得する。

明視野領域および暗視野領域の具体的な位置について説明する。
図３（Ａ）は、開口部１０４から照射された光が被検体の表面に到達した際の光量分布を示した図である。縦軸が光の強度であり、横軸がＸＹ平面における距離である。図示したように、光量分布３０１は、光軸の中心において強度が最大となるガウス分布である。この光量分布は、あらかじめパワーメータなどによって取得することができる。

図３（Ｂ）は、明視野領域３０４の範囲を示した図である。本実施形態では、明視野領域とは、被検体の表面における光量が、第一の光量３０２（本発明における第一の閾値）を上回る領域である。明視野領域は、例えば「光量が３０ｍＪを超える範囲」と定めることができる。例えば、保持部材１０５の表面において光軸を中心としたφ４０ｍｍの範囲が明視野領域となる。
なお、明視野領域および暗視野領域の形状や大きさは、その都度算出してもよいし、あらかじめ信号処理部１０６が備えるメモリ等に記憶されたデータから条件に合致するものを読み出して用いてもよい。

符号３０５は、明視野領域に対応する明視野再構成領域を表す。本例では、明視野領域に対応する明視野再構成領域３０５は、明視野領域３０４をそのまま深さ方向に拡大した円柱の領域であるものとする。

図３（Ｃ）は、暗視野領域３０６の範囲を示した図である。本実施形態では、暗視野領域とは、被検体表面における光量が、第一の光量３０２を下回り、第二の光量３０３を上回る領域である。暗視野領域は、例えば「光量が１０ｍＪを超え、３０ｍＪ未満である範囲」と定めることができる。暗視野領域に対応する暗視野再構成領域は、暗視野領域３０６をそのまま深さ方向に拡大した円柱から、符号３０５の部分を除いた部分となる。範囲にして、例えばφ４０−６０ｍｍの範囲である。

なお、各再構成領域は、円柱状であってもよいが、被検体内における光の拡散を考慮して円錐台状に設定してもよい。すなわち、被検体の表面からの深さに応じて形状（直径）が変化するものであってもよい。明視野再構成領域の例としては、被検体表面において、所定値の強度の光が照射された領域から光の照射方向（光軸方向）あるいは被検体の深さ方向に延びる円柱状、円錐台等の領域としてもよい。暗視野再構成領域についても同様に設定することができる。
また、複数の波長を使用する場合は、明視野領域および暗視野領域を波長ごとに設定してもよい。例えば、ある波長において明視野領域および暗視野領域を設定したうえで、他の波長において、光量に応じた一定の比率を乗算して明視野領域または暗視野領域を設定してもよい。また、図３の例では、共通の閾値を用いて明視野領域３０４と暗視野領域３０６を設定したが、閾値はそれぞれ別に設定してもよい。

次に、ステップＳ４で、明視野再構成領域と、暗視野再構成領域のそれぞれを対象として再構成画像を生成する。測定は、スパイラル走査によって照射位置を変えながら行うため、本ステップでは、照射位置ごとに複数の再構成画像を生成し、それらを加算する。

図４（Ａ）は、明視野再構成領域から発生した音響波に対応する信号のみを用いて再構成画像を生成する場合の例である。ここでは、領域４０２に対応する明視野再構成画像を生成するために、５回の光照射、すなわち５か所の異なる位置に光を照射して得られた５枚の画像を使用している。
一方、図４（Ｂ）は、暗視野再構成領域から発生した音響波に対応する信号のみを用いて再構成画像を生成する例である。ここでは、領域４０４に対応する暗視野再構成画像を生成するために、４回の光照射、すなわち４か所の異なる位置に光を照射して得られた４枚の画像を使用している。

所望の範囲の再構成画像は、光照射ごとに得られた再構成画像を加算し、各ボクセルにおける加算回数で除算することによって得ることができる。また、再構成画像を加算することによって、画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

このように、ステップＳ４では、被検体の所望の領域について、明視野画像と暗視野画像の二種類の再構成画像を得ることができる。
ここで、明視野画像および暗視野画像の特徴を、図５を参照して説明する。図５は、表面付近に吸収体５０５が、深部に吸収体５０６がそれぞれ存在する被検体に対して計測光５０１を照射した場合の模式図である。

図５（Ａ）は、領域５０２に対して計測光５０１を照射し、領域５０２を再構成領域とした場合の例である。本例では、領域５０２は明視野再構成領域となる。
ここで、被検体の内部に、音響波が反射する反射層５０７が存在した場合、吸収体５０５から発生した光音響波が反射層５０７で反射し、アーチファクト５０８が発生する。
本例の場合、表面付近の吸収体５０５に対する光路長５０９が短いため、吸収体５０５からは比較的強度の強い音響波が発生する。

一方、図５（Ｂ）のように、領域５０３に対して計測光５０１を照射し、領域５０２を
再構成領域とした場合を考える。本例では、領域５０２は暗視野再構成領域となる。
本例の場合、図５（Ａ）に比べ、表面の吸収体５０５に対する光路長５０９は、深部にある吸収体５０６に対する光路長５１０に対して相対的に長くなる。従って、吸収体５０５から発生する音響波は、図５（Ａ）の場合と比較して弱くなる。この結果、反射によって発生するアーチファクト５０８も相対的に弱くなる。このように、暗視野再構成領域を対象として再構成を行った場合、明視野再構成領域を対象として再構成を行う場合よりも、アーチファクトが小さくなる。
なお、深部の吸収体５０６に対する光路長５１０の変化は小さいため、吸収体５０６の視認性は、吸収体５０５ほどの影響を受けない。すなわち、被検体の深部にある吸収体５０６の視認性を大きく落とさずに、アーチファクトのみを大きく軽減することができる。

図２に戻って説明を続ける。
ステップＳ５では、取得した明視野画像および暗視野画像に基づいて、出力する画像を生成する。図６は、表示装置に出力されるユーザインタフェースの例である。
本実施形態では、合成された再構成画像がウインドウ内の画像表示領域６０９に表示される。合成画像として利用する明視野画像と暗視野画像はボタン６０１および６０２を利用して選択できる。ボタン６０１を押すことによってフォルダが開き、開いたフォルダの中から合成するための所望のデータを選択できる。ボタン６０２についても同様である。ここで表示可能な画像の種類は、初期音圧画像、吸収係数画像、酸素飽和度画像などである。表示する断面の方向は、リストボックス６０３によって設定できる。これにより、例えば、アキシャル、サジタル、コロナル方向の断面またはこれらの３断面をウインドウ内に表示することができる。このように、ボタン６０１およびボタン６０２を用いて、合成に供される画像が選択される。

また、テキストボックス６０４によって、複数の断層画像から最大値投影画像（ＭＩＰ）を生成するための画像の枚数を指定することができる。ＭＩＰ画像により、血管や腫瘍へのつながりが分かりやすくなる。例えば、一枚の画像（たとえば厚さ０．１２５μｍ）では血管の一部しかわからないが、ＭＩＰの厚みを深さ方向に２０ｍｍに設定することで、乳房の表面から２０ｍｍ程度の範囲の血管を表示させることができる。このため、血管のネットワークを観察することができる。一方で、ＭＩＰの厚みを減少させる（例えば、深さ方向に３ｍｍに設定する）ことで、一本の血管の走行を確認することができる。この際、スライダ６０８によって、表示する断面の中心座標を指定する。すなわち、コロナル画像（ＸＹ平面）を表示させている場合、Ｚ方向となるスライダ６０８を移動させることにより、浅い部分から深い部分を確認することができる。つまり、スライダ６０８を移動させることで、一本の血管の走行を追跡することができる。また、アキシャル画像（ＺＸ平面）の場合、Ｙ方向となるスライダ６０８を移動させることにより、頭側から尾側の断面を確認することができる。

画像の輝度は、表示する画像の輝度の中心を指定するウインドウ値（Ｗｉｎｄｏｗ Ｌｅｖｅｌ）と、輝度の範囲を指定するウインドウ幅（Ｗｉｎｄｏｗ Ｗｉｄｔｈ）を設定することで調整できる。それぞれの値は、スライダ６０５，６０６によって調整できる。全体の輝度を確認したい場合は、ウインドウ幅を広くする。一方、被検体の深部にある輝度の低い領域を確認するためには、ウインドウ値を低くし、ウインドウ幅を狭くする。

また、明視野画像と暗視野画像の混合割合をスライダ６０７によって調節することができる。スライダが左にあるときは明視野画像が１００％、右にあるときは暗視野画像が１００％となる。すなわち、スライダ６０７によって設定された所定の重みが、明視野画像および暗視野画像に対して乗算され、合成される。
明視野画像は、表面付近の血管を把握するのに便利であるが、深部の画像コントラストが相対的に低くなる。一方、暗視野画像は、深部の輝度の低い領域の画像コントラストを
相対的に向上させる効果がある。このため、暗視野画像の割合を増やすことによって深部の血管を確認がしやすくなることがある。
なお、明視野画像と暗視野画像の比率は調整可能であってもよいが、あらかじめ設定した割合によって表示してもよい。ステップＳ６で、処理は終了する。
また、画像は明視野画像、暗視野画像、合成後の画像を並列して表示させてもよいし、タブによって切り替えて表示してもよい。また、合成後の画像から明視野画像、または暗視野画像を引き算した画像を表示し、変化の大きい部分を認識できるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る光音響装置は、被検体に照射される光の強度に基づいて明視野再構成領域と暗視野再構成領域を設定し、各領域から発生した音響波に基づいて独立した画像を生成してユーザに提供する。これにより、ノイズやアーチファクトを容易に識別できるようになる。

なお、本実施形態では、明視野画像と暗視野画像を重み付けして合成する例を述べたが、画像の合成は必須ではない。例えば、複数の表示装置やウインドウに明視野画像と暗視野画像をそれぞれ（例えば並べて）出力し、ユーザに比較させてもよい。
また、本実施形態では、明視野画像として、明視野再構成領域から発生した音響波に対応する信号のみを用いて再構成した画像を例にとって説明した。しかし、明視野再構成領域から発生した音響波に対応する信号の、暗視野再構成領域から発生した音響波に対応する信号に対する重みを高くして再構成した画像を明視野画像として扱ってもよい。暗視野画像も同様に、暗視野再構成領域から発生した音響波に対応する信号の、明視野再構成領域から発生した音響波に対応する信号に対する重みを高くして再構成した画像を暗視野画像として扱ってもよい。

（変形例）
なお、実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む光音響装置として実施することもできる。また、本発明は、被検体に対する測定を行う手段を省いた情報処理装置として実施することもできる。すなわち、光音響信号を外部から受信して処理を行う装置である。
また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む情報処理方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

また、実施形態の説明では、画像を表示する手段として表示装置１０８を例示したが、操作用のインタフェースを提供する表示装置と、光音響画像を提供する表示装置が分かれていてもよい。

本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０６：信号処理部、１０７：データ処理部

Claims (16)

1. 被検体上の異なる位置に光を複数回照射することによって前記被検体から発生した音響波に基づいて得られた光音響信号を取得する信号取得手段と、
   前記光の光軸が前記被検体と交差する位置からの距離を基準として前記被検体内の第一の領域および第二の領域に関する情報を取得する領域取得手段と、
   前記第一の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第一の再構成画像を生成し、前記第二の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第二の再構成画像を生成する生成手段と、
   を有することを特徴とする、情報処理装置。
2. 前記第一の再構成画像および前記第二の再構成画像を合成する合成手段をさらに有する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記合成手段は、前記第一の再構成画像と前記第二の再構成画像のそれぞれに所定の重みを乗算して合成を行う
   ことを特徴とする、請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記生成手段は、前記第一の再構成画像と前記第二の再構成画像とを並べて配置した画像を生成する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の情報処理装置。
5. 前記領域取得手段は、前記被検体の表面に照射される光の光量に基づいて、前記第一の領域および第二の領域を設定する
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
6. 前記第一の領域は、前記被検体の表面における、照射される光の光量が第一の閾値を上回る領域に基づいて設定され、前記第二の領域は、前記被検体の表面における、照射される光の光量が前記第一の閾値を下回る領域に基づいて設定される
   ことを特徴とする、請求項５に記載の情報処理装置。
7. 前記第一の領域は、前記被検体の表面からの深さに応じて直径が変化する円錐台状の領域である
   ことを特徴とする、請求項６に記載の情報処理装置。
8. 前記領域取得手段は、前記第一の領域および第二の領域を、前記被検体に照射される光の波長ごとに取得する
   ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の情報処理装置。
9. 被検体上の異なる位置に光を複数回照射することによって前記被検体から発生した音響波に基づいて得られた光音響信号を取得する信号取得ステップと、
   前記光の光軸が前記被検体と交差する位置からの距離を基準として前記被検体内の第一の領域および第二の領域に関する情報を取得する領域取得ステップと、
   前記第一の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第一の再構成画像を生成し、前記第二の領域から発生した音響波に対応する光音響信号を用いて第二の再構成画像を生成する生成ステップと、
   を含むことを特徴とする、情報処理方法。
10. 前記第一の再構成画像および前記第二の再構成画像を合成する合成ステップをさらに含む
    ことを特徴とする、請求項９に記載の情報処理方法。
11. 前記合成ステップでは、前記第一の再構成画像と前記第二の再構成画像のそれぞれに所定の重みを乗算して合成を行う
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の情報処理方法。
12. 前記生成ステップでは、前記第一の再構成画像と前記第二の再構成画像とを並べて配置した画像を生成する
    ことを特徴とする、請求項９に記載の情報処理方法。
13. 前記領域取得ステップでは、前記被検体の表面に照射される光の光量に基づいて、前記第一の領域および第二の領域を設定する
    ことを特徴とする、請求項９から１２のいずれか１項に記載の情報処理方法。
14. 前記第一の領域は、前記被検体の表面における、照射される光の光量が第一の閾値を上回る領域に基づいて設定され、前記第二の領域は、前記被検体の表面における、照射される光の光量が前記第一の閾値を下回る領域に基づいて設定される
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の情報処理方法。
15. 前記第一の領域は、前記被検体の表面からの深さに応じて直径が変化する円錐台状の領域である
    ことを特徴とする、請求項１４に記載の情報処理方法。
16. 前記領域取得ステップでは、前記第一の領域および第二の領域を、前記被検体に照射される光の波長ごとに取得する
    ことを特徴とする、請求項９から１５のいずれか１項に記載の情報処理方法。