JP2019092930A - 光音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 音響波の受信信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能な光音響装置を提供することを目的とする。【解決手段】 被検体に光を照射するための光照射部と、前記被検体への光の照射により発生する音響波を受信して受信信号を出力する音響波受信部と、前記受信信号を用いて前記被検体に関する情報を取得する情報取得部と、を有する光音響装置であって、前記音響波受信部の位置に対する、前記光照射部から前記被検体に照射される光の位置を変更する位置変更部をさらに有し、前記情報取得部は、前記位置変更部によって光の照射位置を変更することによって得られる複数の前記受信信号を用いて、前記被検体に関する情報を取得することを特徴とする光音響装置。【選択図】 図１

Description

本発明は被検体に照明光を照射して、被検体から伝播する音響波を画像化する生体情報取得装置に関する。

被検体の特性情報を可視化する技術の１つに、光音響トモグラフィー（ＰＨＯＴＯＡＣＯＵＳＴＩＣ ＴＯＭＯＧＲＡＰＨＹ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴは、光と音響波を使用して被検体の機能情報を可視化する技術である。パルス光（可視光や近赤外光など）を生体組織に照射すると、生体内部の光吸収物質（例えば血液中のヘモグロビン）が、パルス光のエネルギーを吸収して瞬間的に膨張して、音響波（光音響波）を発生させる。この現象を光音響効果と呼ぶ。ＰＡＴは、光音響波を超音波探触子で検出することで生体組織の情報を可視化する技術である。

ＰＡＴにより得られた、生体内の光吸収物質に由来する光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布を可視化することで、血管を画像化できる。また、発生する音響波の光波長依存性を利用して、血液の酸素飽和度などの機能情報を取得できる。さらに、光と音響波を用いるＰＡＴは、低侵襲での画像診断を可能にするため、被検者の負担が低減される。

特許文献１や特許文献２には、超音波探触子の受信軸上の被検体領域を効率的に画像化するために、光の照射方向が超音波探触子の受信軸の方へ向くよう設定する技術が開示されている。特許文献１と２によれば、固定レーザと比較してその光エネルギーの出力が極めて小さい発光ダイオード（ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ、ＬＥＤ）として採用する場合にこの構成が有効である。

特開２０１６−４９２１２号公報 特開２０１６−４９２１４号公報

本発明者らは、特許文献１と２について課題に見出した。まず、被検体へ光を照射すると、画像化の対象である被検体の内部の血液などの光吸収物質以外の生体組織から発せられた音響波がノイズ成分として検出されて、音響波の受信信号の信号／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が小さくなる。その結果、被検体の画像のコントラストの低下につながりうる。

これは、皮膚から発せられた音響波は被検体の内部方向へ伝播し、脂肪と筋膜の界面など被検体内に存在する界面や散乱体で反射、散乱した結果、その一部が超音波探触子で検出されてしまうからである。特許文献１と２のように、光の照射方向が超音波探触子の受信軸の方へ向くように設定すると、超音波探触子の近くの皮膚から発生した音響波を取得しやすくなり、Ｓ／Ｎ比がさらに小さくなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、音響波の受信信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能な光音響装置を提供することを目的とする。

被検体に光を照射するための光照射部と、前記被検体への光の照射により発生する音響波を受信して受信信号を出力する音響波受信部と、前記受信信号を用いて前記被検体に関する情報を取得する情報取得部と、を有する光音響装置であって、前記音響波受信部の位置に対する、前記光照射部から前記被検体に照射される光の照射位置を、相対的に変更する位置変更部をさらに有し、前記情報取得部は、前記位置変更部によって前記被検体の互いに異なる位置に光が照射されることにより得られる複数の前記受信信号を用いて、前記被検体に関する情報を取得することを特徴とする光音響装置。

本発明に係る光音響装置によれば、被検体に照射される光の位置を変えながら取得した複数の音響波の受信信号を用いることにより、音響波の受信信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明の実施形態１における光音響装置を説明する概略図 本発明の実施形態１における照射角度可変部を説明する概略図 本発明の実施形態１における生体情報取得の取得工程を示すフロー図 本発明の実施形態２における生体情報取得の取得工程を示すフロー図 本発明の実施形態２におけるパルス発光パターンを示す概略図 本発明の実施形態３における生体情報取得の取得工程を示すフロー図

本発明の実施形態に係る光音響装置について図１を用いて説明するが、本発明はこれに限られない。本実施形態に係る光音響装置１００は、被検体２００に光を照射するための光照射部３と、被検体２００への光の照射により発生する音響波を受信して受信信号を出力する音響波受信部１とを有する。さらに、出力された受信信号を用いて被検体２００に関する情報を取得する情報取得部２と、を有する。そして、音響波受信部１の位置に対する、光照射部３から被検体２００に照射される光の位置を相対的に変更する位置変更部６をさらに有し、情報取得部２は、位置変更部６によって光の照射位置を変更することにより得られる複数の受信信号を用いて、被検体２００に関する情報を取得する。

先に述べたように、受信信号のノイズの原因の一つは、被検体表層の皮膚から発せられる音響波である。被検体の表面から発せられる音響波の強度やその伝播方向などは、音響波の反射源となる生体内部の界面や散乱体の分布の違いによって個人差がある。そのため被検体への光の照射位置を固定化した場合、これらの音響波がノイズ成分として恒常的に生じることとなり、音響波の受信信号において信号として取得した成分のＳ／Ｎ比の低下へつながるといった課題がある。これに対し、本実施形態のように、位置変更部６によって光の照射位置を変更することによって得られる複数の受信信号を用いて、被検体２００に関する情報を取得することで、ノイズ成分を小さくすることができ、その結果、Ｓ／Ｎ比が向上する。それにより、被検体の画像のコントラスト向上につながる。

（ノイズ成分を小さくする処理）
ノイズ成分を小さくする処理の一例として、情報取得部が、複数の受信信号（電気信号）を積算する処理を少なくとも行うことや、複数の電気信号同士の相関を取る処理を少なくとも行うことなどが挙げられる。

また、情報取得部は、複数の電気信号、または電気信号の各々から生成した被検体に関する画像を用いて、光の照射位置に応じて変化する成分をノイズ成分として同定して、ノイズを低減した画像を生成してもよい。

また、情報取得部は、複数の電気信号、または電気信号の各々から生成した被検体に関する画像を用いて、光の照射位置に応じて変化しない成分を信号成分として同定し、さらに同定した信号成分を強調した画像を生成してもよい。

（光照射部）
光照射部は、被検体に光を照射できる構成であれば特に限定されない。また、光照射部は、被検体に照射する光を発生させる光源部を有していてもよい。光源部は、アレイ状に設けられた複数の発光素子を含み構成されていてもよい。発光素子の例として半導体レーザまたは発光ダイオードなどが挙げられる。

（位置変更部）
位置変更部は、複数の発光素子から被検体に照射される光の照射分布を変更することで、光照射部から被検体に照射される光の位置を変更するように構成されていてもよい。

また、位置変更部は、複数の発光素子のうち発光させる発光素子の位置と発光させない発光素子の位置を変えることで、光照射部から被検体に照射される光の位置を変えるように構成されていてもよい。

具体例として、複数の発光素子は複数のグループに分けられており、位置変更部は、複数のグループから少なくとも１つを選択することで、被検体に照射される光の照射分布を変更する構成が挙げられる。また、複数のグループのそれぞれにおいて、グループに属する発光素子から被検体へ照射する光の総光量が略均等になるように構成されていてもよい。他の例として、複数のグループのそれぞれにおいて、グループに属する発光素子に形成される光の照射分布が略均一になるように構成されていてもよい。

また、複数の発光素子は光源と光反射型の素子とを含み構成され、光反射型の素子の反射状態を制御することで被検体へ照射される光の照射位置を変更可能に構成されていてもよい。位置変更部は、被検体に照射する光の光軸の角度を変えることが可能に構成されていてもよい。

（光源部）
上記光源部は、固体レーザを含み構成されていてもよい。

（受け付け部）
ユーザからの、光照射部から被検体に照射される光の位置の変更に関する指示を受け付けるための受け付け部を備えていてもよい。また、受け付け部により受け付けたユーザからの指示に基づき、位置変更部を制御する為の信号を取得し、該信号を用いて位置変更部を用いて、被検体に照射される光の位置を変更する構成としてもよい。

（音響波受信部）
音響波受信部は、超音波の送信が可能に構成され、かつ、音響波受信部によって送信された超音波が被検体に照射されて発生する超音波を受信して受信信号を出力するように構成されていてもよい。また、音響波受信部は、圧電型トランスデューサを含み構成されていてもよいし、静電容量型トランスデューサを含み構成されていてもよい。静電容量型トランスデューサは、間隙を隔てて設けられた一対の電極と、一対の電極のうち一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持されたセル構造を有する。

本実施形態に係る光音響装置は、光音響波の受信信号を用いて、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値を示す、被検体に関する情報を取得する。光音響波により取得される被検体に関する情報は、光エネルギーの吸収率を反映している。具体的には、光音響装置により取得される被検体に関する情報としては、発生した光音響波の初期音圧、初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度、吸収係数、組織を構成する物質の濃度、等を反映した特性情報がある。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビン濃度などである。また、複数位置の被検体に関する情報を、２次元又は３次元の分布として取得してもよい。被検体に関する情報の分布は被検体内の情報を示す画像データとして生成され得る。

（実施形態１）
以下、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

［各構成の説明］
図１は、実施形態における生体画像取得装置の構成を模式的に示した概略図である。本実施形態における生体画像取得装置は、超音波探触子（音響波受信部）１、処理部（情報取得部）２、光源（光照射部）３、モニタ（表示部）４、入力装置（受け付け部）５、制御部（位置変更部）６、記録部（記憶部）７、照射角度可変部８を備える。

（超音波探触子１）
超音波探触子１は、複数の音響波送受信素子を備え、被検体から伝播する光音響波や超音波を検出して電気信号に変換して受信信号として出力する。また、超音波を被検体へ送信して被検体内部から反射された超音波を受信することも可能である。

なお、超音波探触子１の超音波送受信面は、不図示の音響整合材剤（ソナーゲルや水など）を介して被検体と音響的に接する。

（処理部２）
処理部２は、超音波探触子１が生成した光音響波や超音波のアナログの電気信号を信号増幅してデジタルの受信信号へ変換する。また、処理部２は生成したデジタルの受信信号を記録部７へ出力し、記録部７はこのデジタル受信信号を撮像条件や被検体の情報と対応づけて受信信号データとして保存する。

また、不図示の超音波送信回路を備え、被検体へ超音波を送信する場合に、制御部６の制御情報に従って超音波送信のための駆動電圧を超音波探触子１の複数の音響波送受信素子に印加する。

処理部２はさらに、受信信号に基づいて、関心領域内の各注目位置における被検体情報を取得する。すなわち、処理部２は、時系列のデータである受信信号データを２次元又は３次元の空間的なデータである被検体情報へ変換して画像化する。

なお、各注目位置における被検体情報は、受信信号データに対してフィルタ処理や画像再構成処理を行うことで得られ、前述のような光学特性値分布などの被検体情報を可視化することができる。画像再構成処理としては、例えば、トモグラフィー技術で一般に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、または整相加算処理などが用いられる。なお、音響レンズなどで受信フォーカス機能を備えた探触子を用いることで、画像再構成を行わずに被検体情報を画像化することもできる。

処理部２はまた、パルス発光または超音波送受信の繰返し動作に応じて時系列に複数取得される画像の一部または全ての画像に基づいて積算処理を適用することができる。これによりランダムノイズ成分を低減でき、画像のコントラストが向上する。

本発明は、パルス光の照射条件を発光ごとに変更することで、パルスの照射により被検体表層で生じる比較的強い光音響波の内、被検体内部で反射散乱した結果で超音波探触子１へ伝播する成分をランダムノイズ化させるものである。

（光源３）
光源３は、光音響波を発生させるための光を発する。また、本実施形態では、光源３は照射角度可変部８により、被検体に対するその光の照射方向を制御される。

光源３は、一般的に、近赤外領域に中心波長を有するパルス発光が可能な固体レーザ（例えば、ＹＴＴＲＩＵＭ−ＡＬＵＭＩＮＩＵＭ−ＧＡＲＮＥＴレーザやＴＩＴＡＮ−ＳＡＰＰＨＩＲＥレーザ、ＯＰＴＩＣＡＬ ＰＡＲＡＭＥＴＲＩＣ ＯＳＣＩＬＬＡＴＩＯＮレーザ、ＡＬＥＸＡＮＤＲＩＴＥレーザ）が使用される。ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなどのレーザも使用することができ、またレーザのかわりに発光ダイオードなどを光源３として使用可能である。パルス光は、光音響信号を発生させるために数ＮＳＥＣから数百ＮＳＥＣ程度のパルス幅であって、その形状は矩形であることが好ましいが、ガウス形状のパルスでも有効である。

なお、本実施形態では光源３を図２で示すような超音波探触子１と一体化させた機械構成で説明するが、光源３が大型の場合には別体としてパルス光を光学系により導光する構成でもよい。

光源３が発したパルス光は、不図示の光学系により被検体へ向けて導光され、信号取得に好適な光に形成されて出射される。光学系は、典型的には光を集光または拡大するレンズやプリズム、光ファイバなどの光導波路や光を反射するミラー、光を拡散する拡散板などの光学部品により構成される。

また、光源３はパルス光の被検体への照射を検知し、それと同期して光音響波の受信を制御するための同期信号を生成する。同期信号は、例えば、パルス発光の制御信号に基づく信号、または光源３が生成したパルス光の一部をハーフミラーなどの光学系により分割して光センサへ導光し、光センサが生成した検出信号などである。また、パルス光の導光にバンドルファイバを使用する場合には、ファイバの一部を分岐させて光センサに導光することで同期信号とできる。生成された同期信号は処理部２へ入力される。

（モニタ４）
モニタ４は、処理部２で生成された被検体情報の表示画像、そして画像や装置を操作するためのＵＩなどを表示する。

（入力装置５）
入力装置５は、ユーザからの各種入力を受け付け、入力された情報を制御部６へ送信する。例えば、入力装置５により、ユーザが光音響波や超音波の撮像に関するパラメータ設定や撮像開始の指示、そして関心領域などの観察パラメータ設定など、その他、画像に関する画像処理操作を行うことができる。一般的に、入力装置５は、マウスやキーボード、タッチパネル、トラックボールなどで構成され、ユーザの操作に従って制御部６上で動作しているＯＳなどのソフトウェアに対するイベント通知を行う。

（制御部６）
制御部６は、プログラム動作における基本的なリソースの制御と管理などを行うオペレーティングシステム（ＯＳ）を稼働させる。また、制御部６は、記録部７に格納されたプログラムコードを読み出し、以後記述する実施形態の機能を実行する。また入力装置５を介したユーザからの撮像開始などの各種操作により発生するイベント通知を受けて被検体情報の取得動作を管理するとともに、各ハードウェアを制御する。

例えば、入力装置５の操作により光音響波撮像のイベントを受けた場合に制御部６は、処理部２に超音波の送信制御を停止させ、光源３にパルス光を発光させる。また、超音波撮像を行う際には、入力装置５からの操作に従ってＢモード断層像、カラードプラ、パワードプラなど撮影モードの選択や被検体内のフォーカス設定などの画像化条件を処理部２へ通知する。そして、処理部２がその画像化条件に従い、超音波送受信を行って画像生成を行う。

（記録部７）
記録部７は、制御部６が動作するのに必要な揮発性または不揮発性メモリ、撮像動作の中で一時的にデータを保持する揮発性メモリを含む。記憶部７はまた、生成された受信信号データ、被検体情報、および関連する診断情報などを記憶保持するハードディスクなどの不揮発性の記憶媒体を含む。記憶部１１４としての不揮発性の記憶媒体は、以後記述する実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納している。

記録部７はさらに、Ｉ／Ｏを介して、撮像データを保管するコンピュータとネットワーク接続、あるいはメモリやハードディスクなど不図示の外部記録装置へ被検体情報や各種撮影条件を転送することも可能である。

（照射角度可変部８）
照射角度可変部８は、光源３のパルス光の出射方向を制御するもので、図２を用いて説明する。

図２において、照射角度可変部８は、超音波探触子１を拘束し、さらに光源３の角度可変方向以外の方向を拘束するプレート８Ａと、プレート８Ａにはガイド穴８Ｂならびに回転中心穴８Ｃが設けられている。光源（出射端）３には２つのピン８Ｄがあり、一方のピン８Ｄがガイド穴８Ｂに、もう一方のピン８Ｄが回転中心穴８Ｃにはまっている。なお、図２では、はまる前の状態を示している。そして、超音波探触子１に対して光源３の角度制御をするためのアクチュエータ８Ｅを設けている。アクチュエータ８Ｅには各種モータやピエゾ素子、油空圧シリンダなどが適用できる。また、アクチュエータ８Ｅだけでなく、不図示のばねを併用することによって、位置決めを制御することも可能である。

以上の構成により、回転中心穴８Ｃを中心にガイド穴８Ｂに沿って光源３を角度可変させることが可能となる。つまり、被検体への光の照射方向を制御することができる。また、パルス光が入射する被検体表面上の位置を変化させることができる。なお、照射角度可変部８は、少なくともアクチュエータ８Ｅを用いて超音波探触子１に対して光源３の角度を可変させることができる構成であれば、図２を用いて説明した構成に限定されない。例えばリンク機構を応用することでも良い。

照射角度可変部８はさらに、光源３によるパルス光の照射同期信号の入力を受けて、その時点での角度情報を記録部７へ伝達する。

なお、本実施形態では図１で示すＸ軸を軸とした角度制御を用いて説明するが、本発明の適用はそれに限るものでなく、Ｙ軸またはＺ軸を軸とした角度制御を行う構成でも構わない。また、光源３の角度制御によるパルス光の照射方向を可変とする構成に限るものではなく、光源３を並行移動させて照射位置を変化させる構成でも構わない。

［被検体情報の取得フロー］
以上説明した本実施形態に係る生体情報取得装置は、被検体へのパルス光の照射方向を制御することができ、被検体表面上でのパルス光の入射位置を変化させることができる。これにより、パルス光が入射した被検体表層から発せられるノイズ成分が変化する。光超音波画像の繰返し取得の中で連続的に照射方向を制御することが可能で、被検体表層からのノイズ成分を略ランダムノイズ化することができ、積算処理により光超音波画像のコントラストを向上させることができる。

続いて、図３に示すフローを参照して、本実施形態における被検体情報の取得の工程を説明する。

ステップ３０１（Ｓ３０１）では、超音波画像の取得および表示を行う。処理部２が超音波探触子１へ駆動電圧を印加して、ビームフォーミングされた超音波を被検体へ送信する。そして、被検体内から反射した超音波を超音波探触子１で受信し、その受信信号を処理部２が増幅、Ａ／Ｄ変換、フィルタ処理を介して超音波画像を生成し、モニタ４に表示する。

ステップ３０２（Ｓ３０２）では、ユーザが、Ｓ３１で表示された超音波画像を観察した上で関心領域（画像化領域）を入力装置５で設定する。設定された関心領域に応じて、制御部６が照射角度可変部８の駆動制御のパラメータを決定する。例えば、関心領域の上端と下端にそれぞれパルス光の光軸方向が向かう照射角度を駆動制御のパラメータとして決定し、その間を連続的に往復動作することを決定する。

ユーザはまた、関心領域の他に、光超音波画像の取得の際の光波長や繰返し取得回数、静止画や動画といった光超音波画像の表示形態、積算処理に適用する受信信号データ数または画像数を指定する。

ステップ３０３（Ｓ３０３）では、ユーザが入力装置５によって光音響波画像の取得開始指示を行う。制御部６は、光音響波画像の取得開始指示を受け付けて、処理部２への光音響波信号の受信設定、光源３の発光制御の設定を行うとともに、必要に応じて超音波画像の取得動作を停止する。なお、光音響波画像の取得工程（Ｓ３０５〜Ｓ３０８）に同期して、光超音波画像の取得と時分割で超音波画像の取得を行ってもよい。

ステップ３０４（Ｓ３０４）では、制御部６がＳ３０２で決定したパラメータに従って、照射角度可変部８の駆動制御を開始する。これにより光超音波画像の取得工程（Ｓ３０５〜Ｓ３０８）の間、被検体へのパルス光の照射方向が連続的に繰返し変化する。

ステップ３０５（Ｓ３０５）では、光源３が光波長や光照射の繰返し回数などの制御情報に従ってパルス光の発光を行う。

ステップ３０６（Ｓ３０６）では、被検体へパルスを照射した結果生じる光音響波を超音波探触子１が検出するとともに、処理部２が光源３から入力される同期信号に同期して光音響波信号の受信を開始する。受信信号データは記憶部７へ伝送され保持される。記憶部７はまた、照射角度可変部８からの角度情報と、受信信号データと対応づけた形で保持する。

ステップ３０７（Ｓ３０７）では、処理部２が光超音波の受信信号データに基づいて関心領域を画像化して、モニタ４へ表示する。なお、処理部２はＳ３０２で設定された積算回数に応じて、時系列に取得された複数の受信信号データまたは画像を使用して表示画像を生成する。これによりランダムノイズ成分を低減でき、表示画像のコントラストを向上できる。

なお、モニタ４での表示方法は、例えば、Ｓ３０１で生成した超音波画像と、Ｓ３０６で生成した光音響波画像とを、それぞれ異なる色を付与して重畳表示する。あるいは、重畳せず並べての表示や、１つの表示領域に交互に切替えての表示も比較観察に有効である。なお、超音波画像と光超音波画像はそれぞれ、静止画としても動画としても表示することができる。

ステップ３０８（Ｓ３０８）では、制御部６が必要な信号取得が全て完了したかどうかを判定する。全ての信号取得が完了していない場合にはＳ３０５へ処理を移行して光音響波画像の取得を繰返す。全ての信号取得を完了した場合にはＳ３０９へ処理を移行する。

ステップ３０９（Ｓ３０９）では、制御部６が照射角度可変部８の駆動制御を停止する。

以上の構成を有する、生体情報取得装置によれば、パルス光の照射条件を発光ごとに変更させながら繰返し光音響波を取得することで、パルスの照射により被検体表層から生じて被検体内部で反射散乱した結果で超音波探触子１へ伝播する成分をランダムノイズ化させる。それとともに、これに積算処理を適用することができる。これにより被検体表層から発せられた光音響波の反射散乱に起因するノイズを低減させて、画像化対象とする生体内組織のコントラストを向上できる。

なお、本実施形態では、光源３を超音波探触子１に対して１つの側に配置した構成で説明したが、両側に備えて同時に、または時分割で測定する場合にはそれぞれ駆動制御を行えばよい。駆動制御を異なる周波数で行う、または逆位相で行うことも可能である。

（実施形態２）
実施形態１では、照射可変部８によりパルス発光の方向を制御することで、被検体表層から発せられる光音響波によるノイズ成分を略ランダムノイズ化させることで積算処理によりノイズ低減する方法について説明した。

実施形態２では、パルス光の形状、またはパルス光の発光パターンを制御する方法について説明する。光源３はまた、複数の発光制御素子、ＬＥＤやＬＤが配列した半導体デバイスを使用することもでき、その場合には素子ごとの発光制御を制御することが可能となる。

図４に示すフローを参照して、本実施形態における被検体情報の取得の工程を説明する。なお、主に実施形態１の図３で示したフローとの差分に着目して説明する。

ステップ５０４では、制御部６が光照射制御情報を生成する。光制御情報について図５を使用して説明する。

図５は複数の発光制御素子が２次元に配列したデバイスによる光の照射形状を説明する図である。図５（Ａ）は発光制御素子を左右に大きく分割してグループ化したものを、図５（Ｂ）と図５（Ｃ）はそれぞれ上下または左右方向にグループ化、図５（Ｄ）は交互にグループ化したものの例を示している。

制御部６は、このようなグループ分割に沿ってグループ単位で発光制御素子を選択して、グループを交互に切替えながらパルス発光するように光照射の制御情報を生成する。これによりＡ→Ｂと被検体へ照射するパルス光の形状を変化させながら繰返し光音響波画像を取得することが可能となる。

なお、本実施形態では、発光制御素子を２つのグループに分割する構成を使用して説明したが、本発明の適用はこれに限るものではなく、３以上のグループに分割する構成でも構わない。また、１つの発光制御素子が複数のグループに属する構成においても効果を得ることができる。

なお、関心領域が被検体の深部の位置に設定された場合、グループに属する発光制御素子の数を多くして総エネルギー量が不足しないよう発光制御することが好ましい。

ステップ５０５では、制御部６がステップ５０４で生成された光照射制御情報に従って、光源３の光照射制御を行う。

以上の構成を有する、生体情報取得装置によれば、パルス光の照射形状を発光ごとに変更させながら繰返し光音響波を取得することで、パルスの照射により被検体表層から生じて被検体内部で反射散乱した結果で超音波探触子１へ伝播する成分をランダムノイズ化させる。それとともに、これに積算処理を適用することができる。これにより被検体表層から発せられた光音響波の反射散乱に起因するノイズを低減させて、画像化対象とする生体内組織のコントラストを向上できる。

（実施形態３）
実施形態１と実施形態２では、積算処理によりノイズ低減してコントラストを高める方法について説明した。

実施形態３では、相関処理によってノイズの領域を抽出して、表示画像のノイズを低減する方法について説明する。

図６を用いて、本実施形態において、相関処理によってノイズ成分と光吸収物質を区別した分布データを取得する工程を実施形態１との差分に着目して説明する。

ステップ６０７（Ｓ６０７）では、処理部２が光超音波の受信信号データに基づいて関心領域を画像化する。

ステップ６０８（Ｓ６０８）では、時系列に連続して取得してきた画像の相関をとることで分布データを生成する。光照射位置やその形状を変化させることでノイズ成分は変化する一方で、生体内の光吸収物質の分布は変化しない。そのため時系列に連続して取得した画像で相関をとった場合に、光吸収物質は相関が大きく、変動するノイズ成分は相関が小さくなり、ノイズ成分と光吸収物質を区別した分布データを取得することができる。

ステップ６０９（Ｓ６０９）では、必要な分布データの取得が完了したかどうかを判定する。完了していない場合にはＳ３０５へ処理を移行して光音響波画像の取得を繰返す。分布データの取得が完了した場合にはＳ６１０へ処理を移行する。

ステップ６１０（Ｓ６１０）では、Ｓ６０８で生成した分布データを光音響波画像に適用し、表示させる。

以上の構成を有する、生体情報取得装置によれば、Ｓ６０８のように生成した分布データを用いることで、相関の大きい光吸収物質は強調し、相関の小さいノイズ成分は低減する高コントラスト化することができる。

本実施形態では、光音響波画像を表示する工程（Ｓ６１０）の前段階として分布データを生成しているが、繰返し受信信号データを取得する工程の中で、分布データを更新しつつ光音響波画像に適用し、表示させることも可能である。

（実施形態４）
上記実施形態１、２、３においては、積算処理または相関処理を用いることによってノイズを低減させる方法を説明した。

実施形態４では、領域分割により血管領域のコントラストを向上させる方法を説明する。

光音響装置では光吸収物質が画像化される（血液中のヘモグロビンの場合は血管像）が、画像化される光吸収物質は空間的に広く構造を持っている。それに対して、反射や散乱による像は広い構造は持たない。そのため、取得された画像から輪郭を抽出することにより血管とノイズを空間的に分離することが可能である。例えば、得られた輝度値に対して周囲の値との微分をとることにより、取得画像から輪郭画像を得ることができる。さらに、輪郭画像から輪郭で囲まれた構造を取り出すことにより、血管領域とノイズ領域を分離し、血管領域の輝度を増加させ、コントラストを向上させることができる。

（実施形態５）
実施形態５では、有意な照射条件を選択することでコントラストを向上させる方法を説明する。

１回の光照射で得られた画像は、照射角度や照射パターンを条件として得られたものである。本実施形態に係る光音響装置の構成では、これらの条件をパラメータとして複数の照射方法での画像取得が可能である。ノイズ成分の輝度値はパラメータに対してランダムに広い範囲で分布するのに対して、光吸収物質の輝度値は局所的に分布する。このため光音響画像の各位置において、時系列に照射条件を変えて得られた輝度値分布を作成し、その様子により光吸収物質とノイズ成分の判定が可能となる。

さらに、作成した輝度値分布から、コントラスト向上に対して有意な照射条件を選択することができる。照射角度や照射パターンを変化させた場合、光吸収物質に光が当たらず、輝度値の分布から外れる照射条件が存在する。そのため、分布から外れるような値は選択的に除外することで、コントラストを向上させることができる。

また、作成した分布中心からの距離に応じて重みづけをして積算をすることも可能である。

本実施形態に係る光音響装置の構成では、光の照射角度に加えて、光の照射パターンを変えることが可能なため、コントラストの向上に有意な照射条件を決定するための画像を数多く取得することができる。

（実施形態６）
また、本実施形態の目的は、以下によって達成されることは言うまでもない。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行う。その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれたとする。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。

（その他の実施の形態）
上記各実施形態における様々な技術を適宜組み合わせて新たなシステムを構成することは当業者であれば容易に相当し得るものであるので、このような様々な組み合わせによるシステムもまた、本発明の範疇に属するものである。

１ 音響波受信部
２ 情報取得部
３ 光照射部
４ 表示部
５ 受け付け部
６ 位置変更部
７ 記憶部
８ 照射角度可変部

Claims (20)

1. 被検体に光を照射するための光照射部と、前記被検体への光の照射により発生する音響波を受信して受信信号を出力する音響波受信部と、前記受信信号を用いて前記被検体に関する情報を取得する情報取得部と、を有する光音響装置であって、前記音響波受信部の位置に対する、前記光照射部から前記被検体に照射される光の照射位置を、相対的に変更する位置変更部をさらに有し、前記情報取得部は、前記位置変更部によって前記被検体の互いに異なる位置に光が照射されることにより得られる複数の前記受信信号を用いて、前記被検体に関する情報を取得することを特徴とする光音響装置。
2. 前記情報取得部は、前記複数の受信信号を積算する処理を少なくとも行うことで、前記被検体に関する情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
3. 前記情報取得部は、前記複数の受信信号同士の相関を取る処理を少なくとも行うことで、前記被検体に関する情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の光音響装置。
4. 前記情報取得部はさらに、前記複数の受信信号、または前記受信信号の各々から生成した前記被検体に関する画像を用いて、前記光の照射位置に応じて変化する成分をノイズ成分として同定して、前記ノイズを低減した前記画像を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光音響装置。
5. 前記情報取得部は、前記複数の受信信号、または前記受信信号の各々から生成した前記被検体に関する画像を用いて、前記光の照射位置に応じて変化しない成分を信号成分として同定し、さらに同定した前記信号成分を強調した前記画像を生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光音響装置。
6. 前記光照射部は、前記被検体に照射する光を発生させる光源部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光音響装置。
7. 前記光源部は、アレイ状に設けられた複数の発光素子を含み構成されることを特徴とする請求項６に記載の光音響装置。
8. 前記発光素子は半導体レーザまたは発光ダイオードであることを特徴とする請求項７に記載の光音響装置。
9. 前記位置変更部は、
   前記複数の発光素子から前記被検体に照射される光の照射分布を変更することで、前記光照射部から前記被検体に照射される光の位置を変更するように構成されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の光音響装置。
10. 前記位置変更部は、
    前記複数の発光素子のうち発光させる発光素子の位置と発光させない発光素子の位置を変えることで、前記光照射部から前記被検体に照射される光の位置を変えるように構成されていることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の光音響装置。
11. 前記複数の発光素子は複数のグループに分けられており、前記位置変更部は、前記複数のグループから少なくとも１つを選択することで、前記被検体に照射される光の照射分布を変更することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の光音響装置。
12. 前記複数のグループのそれぞれにおいて、前記グループに属する発光素子から前記被検体へ照射する光の総光量が略均等になるように構成されていることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の光音響装置。
13. 前記複数のグループのそれぞれにおいて、前記グループに属する発光素子に形成される光の照射分布が略均一になるように構成されていることを特徴とする請求項６乃至１２のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。
14. 前記複数の発光素子は光源と光反射型の素子とを含み構成され、前記光反射型の素子の反射状態を制御することで前記被検体へ照射される光の照射位置を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項６乃至１３のいずれか一項に記載の光音響装置。
15. 前記位置変更部は、前記被検体に照射する光の光軸の角度を変えることが可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光音響装置。
16. 前記光源部は、固体レーザを含み構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光音響装置。
17. ユーザからの、前記光照射部から前記被検体に照射される光の位置の変更に関する指示を受け付けるための受け付け部を備え、且つ前記受け付け部により受け付けた前記ユーザからの指示に基づき、前記位置変更部を制御する為の信号を取得し、該信号を用いて前記位置変更部を用いて、前記被検体に照射される光の位置を変更することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光音響装置。
18. 前記音響波受信部は、超音波の送信が可能に構成され、かつ、前記音響波受信部によって送信された超音波が前記被検体に照射されて発生する超音波を受信して受信信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光音響装置。
19. 前記音響波受信部は、圧電型トランスデューサを含み構成されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光音響装置。
20. 前記音響波受信部は、静電容量型トランスデューサを含み構成されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光音響装置。

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