JP5675142B2 - 被検体情報取得装置、被検体情報取得方法、および被検体情報取得方法を実行するためのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置、被検体情報取得方法および被検体情報取得方法を実行するためのプログラムに関するものである。

レーザーなどの光源から被検体に照射した光を被検体内に伝播させ、被検体内の情報を得る光音響イメージング装置の研究が医療分野を中心に積極的に進められている。このような光音響イメージング技術の一つとして、特許文献１では、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。

ＰＡＴとは、光源から発生したパルス光を生体（被検体）に照射し、被検体内を伝播・拡散した光が生体組織で吸収されて発生する音響波を受信し、受信した音響波を解析処理することで、被検体である生体内部の光学特性に関連した情報を可視化する技術である。これにより、被検体内の光学特性値分布等の生体情報、特に、光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。

ＰＡＴでは、被検体内における光吸収体から発生する音響波の初期音圧Ｐ_０は次式で表すことができる。
Ｐ_０＝Γ・μ_ａ・Φ・・・式１

ここで、Γはグルナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速ｃの二乗の積を定圧比熱Ｃ_Ｐで割ったものである。Γは被検体が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られており、μ_ａは吸収体の光吸収係数、Φは局所的な領域での光量（吸収体に照射された光量で、光フルエンスとも言う）である。

被検体中を伝搬してきた音響波の大きさである音圧Ｐの時間変化を測定し、その測定結果から初期音圧分布を算出する。算出された初期音圧分布をグルナイゼン係数Γで除することにより、μ_ａとΦの積の分布、つまり光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。

式１で示されるように、初期音圧Ｐ_０の分布から光吸収係数μ_ａの分布を得るためには、被検体内の光量Φの分布を求めることが必要である。被検体の厚さに対して十分大きな領域に、一様な照射光量が照射された時、被検体内を光が平面波のように伝播すると仮定すると被検体内の光量の分布Φは次式であらわすことができる。
Φ＝Φ_０・ｅｘｐ（−μ_ｅｆｆ・ｄ）・・・式２

ここで、μ_ｅｆｆは被検体の平均的な有効減衰係数、Φ_０は光源から被検体内に入射する光量（被検体の表面における光量）である。また、ｄは光源からの光が照射された被検体表面の領域（光照射領域）から被検体内における光吸収体までの距離である。

式２に示される光量分布Φを用いて、式１の光エネルギー吸収密度分布（μ_ａΦ）から光吸収係数分布（μ_ａ）を算出することができる。

米国特許第５７１３３５６号明細書

しかしながら、被検体の形状が単純な形状でない場合や光源から被検体に照射される光量が一様でない場合には、被検体表面での光照射領域の面積、照射光量分布が均一でなくなる。このため、被検体内の光量分布は照射面に対して面内方向に不均一となり、式２を用いることができなくなる。このため、被検体内の光学特性値分布を精度よく求めるためには、この不均一性を考慮することが求められる。
本発明は、被検体内の吸収係数などの光学特性値分布を高精度に得ることを目的とする。

本発明は、被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布の情報とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得し、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報と、前記電気信号とに基づいて前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する処理部と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置。

被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する工程と、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得する工程と、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報と、前記電気信号とに基づいて、前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程と、を有することを特徴とする被検体情報取得方法。

本発明により、被検体内の光量分布を精度よく得ることができ、被検体内の吸収係数などの光学特性値分布を高精度に得ることができる。

本発明の実施形態１及び４に係る光音響イメージング装置の構成の一例を示す模式図 本発明の課題を説明する模式図 本発明の実施形態１に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施形態１に係る光音響イメージング装置に用いられる音響波発生部材の上面模式図 本発明の実施形態２に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャート 図５のＳ１４における表面における照度分布を決定する処理の一例を示す模式図 本発明の実施形態３に係る光音響イメージング装置の構成の一例を示す模式図 本発明の実施形態３に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施形態４に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャート

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。なお、本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する弾性波のことを示す。また、本発明の光音響イメージング装置は、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主な目的とし、被検体の内部の生体情報を取得して画像データを生成する装置である。よって、被検体としては生体、具体的には人体や動物の乳房や指、手足などの診断の対象部位が想定される。被検体内部の光吸収体としては、被検体内で相対的に吸収係数が高いものを示し、例えば、人体が測定対象であれば酸化あるいは還元ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が該当する。

（実施形態１）
図１（ａ）は、本実施形態に係る光音響イメージング装置の構成を示したものである。本実施形態の光音響イメージング装置は、音響波変換部１と、処理部２とを有している。さらに、本実施形態では、被検体６の表面に、被検体６の形状に沿って音響波発生部材１０が配置されている。音響波発生部材１０は、被検体６とは異なる吸収係数を有するものであり、厚さ・光吸収係数・グルナイゼン係数を予め測定しておいたものを使用する。光源３から発せられた光４は例えばレンズ、ミラー、光ファイバなどの光学系５を介して、生体などの被検体６に照射される。被検体６の内部を伝播した光のエネルギーの一部が血管内又は血液内などの光吸収体７（結果的に音源となる）に吸収されると、その光吸収体７の熱膨張により音響波８１（典型的には超音波）が発生する。また、光源３から発せられた光４を受け、音響波発生部材１０から音響波８２が発生される。音響波８１，８２は、音響波変換部１により受信され、電気信号に変換される。そして、処理部２によって、この電気信号と光源３により照射された光の被検体６の表面における光量分布（以下、表面光量分布という）とに基づいて、被検体６の光学特性値分布などの画像データが生成される。より具体的には、処理部によって、表面光量分布に基づいて被検体６内の光量分布（以下、内部光量分布という）が決定され、電気信号と、内部光量分布に基づいて画像データが生成される。そして、この画像データは液晶ディスプレイなどの表示装置９に画像として表示される。なお、光音響イメージング装置が被検体６を固定するために、図１（ｂ）のように固定部材１１を備えるようにしてもよい。固定部材とは被検体の一部の形状を規定するためのものである。なお、他の実施形態においても、特に言及しないが固定部材を備えるようにしてもよい。

光エネルギー吸収密度分布や光吸収係数分布の画像では、形状・サイズ・吸収係数が同じ光吸収体７であっても、被検体６内の異なる位置に存在すると、互いに異なる輝度又は色で表示されてしまう。これは、ぞれぞれの光吸収体に到達するフォトン数、すなわち被検体６内の局所的な光量が異なるためである。被検体６内の局所的な光量が異なる理由としては、被検体６の表面光量分布が影響していると考えられる。図２には、被検体６の２つの同じ面積の領域（Ａ，Ｂ）に、光量が同じ大きさの光源３から光が照射される様子が示されている。図２から分かるように、光源３が発する光量は同じであっても、被検体表面における光照射領域の面積が異なるので、領域Ａと領域Ｂでは照度が異なってしまう。また、光源３の光自体あるいは光学系５を介して被検体６に照射される光４も有限な広がりを持ち、この広がり方向において光強度分布が一様でない場合には、光照射領域（領域Ｃ）内でも位置によっては照度が異なる。式２では、一様な照射される光量（表面光量分布）の場合には適用できるが、上述したような照度される光量が一様でない場合には適用できない。本発明は、光源により照射された光の被検体の表面光量分布を用いて、被検体内の光量分布の補正を行うことにより、最終的に得られる画像において、同じ形状・サイズ・吸収係数が同じ吸収体をほぼ同じ輝度又は色で表示できる。

次に、図１と図３を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。

光源３から被検体６に光４を照射し、被検体６内の光吸収体７で発生した音響波８１及び、被検体６の表面に配置された音響波発生部材１０で発生した音響波８２を音響波変換部１によって受信する（Ｓ１０）。受信された音響波は音響波変換部１によって電気信号に変換され（Ｓ１１）、処理部２に取り込まれる。処理部２は、電気信号に対して、増幅、Ａ／Ｄ変換、フィルター処理などを行った後に（Ｓ１２）、光吸収体７の位置や大きさ、あるいは初期音圧分布などの生体情報を計算し、第１の画像データを生成する（Ｓ１３）。

一方、処理部２は、電気信号より得られた第１の画像データから、光源３により照射された光の被検体６の表面光量分布を決定する（Ｓ１４）。具体的には、以下のとおりである。

音響波８１は被検体６内を伝播して減衰した光を受けて発生するのに対し、音響波８２はほとんど減衰していない光を受けて被検体６の表面で発生する。また、音響波発生部材１０は被検体よりも吸収係数が高いものを使用する。このため被検体６の表面で発生する音響波８２は、光吸収体７で発生される音響波８１よりも大きくなる。よって、Ｓ１３で得た第１の画像データ（初期音圧分布Ｐ_０）から他よりも初期音圧が大きい部分を抽出することができる。その部分が被検体６と音響波発生部材１０との境界線、つまり被検体６の表面に対応する。より具体的には、ある閾値よりも大きい初期音圧の部分を結んだ線が被検体６と音響波発生部材１０との境界線となる。被検体６の表面が決定されるとともに、その境界線に沿った初期音圧分布（Γ_ｂμ_ｂΦ_０）を得ることができる。なお、Γ_ｂ及びμ_ｂはそれぞれ音響波発生部材１０のグルナイゼン係数及び吸収係数である。その境界線に沿った初期音圧分布（Γ_ｂμ_ｂΦ_０）から、音響波発生部材１０の吸収係数Γ_ｂとμ_ｂを除して、光源３により照射された光の被検体６の表面光量分布Φ_０を算出することができる。

そして、この被検体６の表面光量分布を基に被検体６内の内部光量分布Φを決定する（Ｓ１５）。具体的には、上述したＳ１４で得られた被検体６の表面の形状と被検体６の表面光量分布を用い、計算空間内の被検体６の表面上に、表面光量分布Φ_０と同じ光量分布を持つ仮想の光源を配置して、被検体６内の内部光量分布Φを算出して決定する。この際、光拡散方程式、輸送方程式等を用いて内部光量分布を算出する。

そして、処理部２は、Ｓ１５で決定した内部光量分布Φと、Ｓ１３で得られた第１の画像データ（初期音圧分布Ｐ_０）とに基づいて、吸収係数分布などの第２の画像データを生成する（Ｓ１６）。つまり、式１においてＳ１５で決定した内部光量分布を用いることで吸収係数分布が算出できる。このようにして得られた第２の画像データで表される画像が、表示装置９に表示される（Ｓ１７）。

次に、本実施形態の光音響イメージング装置の構成をより具体的に説明する。

音響波変換部は、音響波を受信して電気信号に変換する１つ以上の素子を有し、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなどで構成される。音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような素子を用いてもよい。音響波を受信する素子は１次元又は２次元に複数配列することにより、同時に複数の場所で音響波を受信することができ、受信時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。なお、１つの素子を移動させることで、複数の素子を２次元あるいは１次元に配置したものと同様の信号を得ることも可能である。また、音響波変換部と被検体との間には、音響マッチングを図るためにジェルなどの音響マッチング材を塗布することが好ましい。

処理部には典型的にはワークステーションなどが用いられ、画像再構成（画像データを生成する）処理などがあらかじめプログラミングされたソフトウェアにより行われる。例えば、ワークステーションで使われるソフトウェアは、光音響イメージング装置内部又は外部からの電気信号により被検体の表面における光量分布又は照度分布を求める処理やノイズ低減処理を行う信号処理モジュールを有している。さらにワークステーションで使われるソフトウェアは、画像再構成を行う画像再構成モジュールを有している。なお、ＰＡＴにおいては、通常、画像再構成前の前処理として、ノイズ低減処理などが各位置で受信された信号に対して行われるが、それらは信号処理モジュールで行われることが好ましい。また、画像再構成モジュールでは、画像再構成による画像データの形成が行われ、画像再構成アルゴリズムとして、例えば、トモグラフィー技術で通常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などが適応される。なお、画像データとは２次元、３次元を問わず生体情報を示すデータのことであり、２次元の場合は、ピクセルデータを複数並べて構成され、３次元の場合は、ボクセルデータを複数並べて構成される。ピクセルデータ及びボクセルデータは複数の位置で取得した音響波を画像再構成することで得られる。以下の説明においては、３次元の画像データについて説明するが、本発明は２次元の画像データにも適用できる。

光源は、生体を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を照射するものである。具体的に、光の波長は５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下が好ましい。この場合、後述する処理において、被検体表面（例えば、皮膚）で発生した音響波と被検体内部の光吸収体（例えば、ヘモグロビン）で発生した音響波を区別しやすくなるためである。光源としては５ナノ秒乃至５０ナノ秒のパルス光を発生可能な光源を少なくとも一つは備えている。光源としては大きな出力が得られるレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。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。また、光は音響波変換部側から照射してもよく、音響波変換部とは反対側から照射してもよい。さらに被検体の両側から照射してもよい。

光学系は、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズなどである。このような光学系は、ミラーやレンズ以外にも、光導波路などが挙げられ、光源から発せられる光を被検体に所望の形状で照射することができればどのようなものでもよい。なお、光はレンズで拡散させることにより、ある程度の面積に広げる方が好ましい。また、光を被検体に照射する領域は被検体上を移動可能であることが好ましい。言い換えると、光源から発せられる光が被検体上を移動可能となるように構成されていることが好ましい。移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。また、光を被検体に照射する領域は、音響波変換部と同期して移動するとさらに好ましい。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、可動式ミラー等を用いる方法や、光源自体を機械的に移動させる方法などがある。

音響波発生部材は、吸収係数を有するものであり、被検体の表面に配置され、厚さ・光吸収係数・グルナイゼン係数が既知のものを使用する。音響波発生部材は、光源から照射された光を吸収して音響波を発生するもので、被検体の表面形状および被検体の表面光量分布を算出することを可能にする。音響波発生部材は、音響波が発生する光の吸収係数が被検体の平均吸収係数よりも大きい材料でできている。具体的に光吸収係数の大きさは０．００５ｍｍ^−１以上０．１００ｍｍ^−１以下ものが好ましい。吸収係数が０．１００ｍｍ^−１より大きいと被検体６内部に侵入する光が少なくなり、被検体内部で発生する音響波が小さくなる。また、吸収係数が０．００５ｍｍ^−１より小さいと被検体の内部の平均的な吸収係数よりも小さくなるので、被検体の内部と表面から得られる音響波が区別しにくくなり、被検体の表面の形状が算出されにくくなる。好ましくは、光吸収係数の大きさは０．０１０ｍｍ^−１以上０．０８０ｍｍ^−１以下ものがよい。また、グルナイゼン係数は０．８以上１．５以下の材料を用いるのが好ましい。なお、被検体の平均的なグルナイゼン係数は０．５程度である。音響波発生部材は、図４（ａ）のように膜状に吸収係数が既知の吸収体の粒子が斑点状に配置されたものでもいいし、図４（ｂ）のように吸収体が格子状に配置されたものであってもよい。また、音響波発生部材は膜状に吸収体の微粒子が一様に配置されたものでもいい。なお、音響波発生部材は、吸収係数が既知であるジェルなどの音響マッチング材を用いることも可能である。

（実施形態２）
本実施形態に係る光音響イメージング装置は、実施形態１に係る光音響イメージング装置において音響波発生部材を配置しない構成である。本実施形態は、被検体６とその周囲（例えば、空気や固定部材）との光学特性（例えば、吸収係数）が不連続であることにより発生する音響波を使って表面形状を算出する。そして、表面形状の算出結果と光源から照射される光の強度分布とに基づいて被検体の表面における照度分布（以下、表面照度分布という）を算出する形態である。以下では、被検体の周囲に空気がある例で説明するがこれに限られない。

空気と被検体６では、吸収係数、グルナイゼン係数が不連続である。そのため、それらの境界面、つまり被検体の表面で光が吸収されるために、被検体６の表面から音響波８２が発生する。音響波変換部１は、光吸収体７から発生した音響波８１と、音響波８２を受信し、その音響波を電気信号に変換する。

次に、図５を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。
光源３から被検体６に光４を照射し、被検体６内の光吸収体７で発生した音響波８１及び、被検体６の表面で発生した音響波８２を音響波変換部１によって受信する（Ｓ１０）。受信された音響波８１は音響波変換部１によって電気信号に変換され（Ｓ１１）、処理部２に取り込まれる。処理部２は、電気信号にフィルター処理などを行った後に（Ｓ１２）、光吸収体７の位置や大きさ、あるいは光エネルギー吸収密度分布や初期音圧分布などの生体情報を計算し、第１の画像データを生成する（Ｓ１３）。

一方、処理部２は、電気信号より得られた第１の画像データから、被検体６の形状を決定する（Ｓ２０）。具体的には、以下のとおりである。

被検体６の表面で発生する音響波８２は、ほとんど減衰していない光を受けて発生するため、光吸収体７で発生される音響波８１よりも大きい。よって、Ｓ１３で得た第１の画像データ（初期音圧分布）から他よりも初期音圧が大きい部分を抽出することができる。その部分が被検体６と空気との境界線、つまり被検体６の表面に対応する。より具体的には、ある閾値よりも大きい初期音圧の部分を結んだ線が被検体６と空気との境界線となる。

一方、被検体６と空気（被検体６の周囲）との境界での吸収率（吸収係数）が既知である場合には、実施形態１と同様に、この境界線に沿った初期音圧分布から光源３により照射された光の被検体６の表面照度分布を算出することができる。

しかし、被検体６と空気との境界での吸収率（吸収係数）が既知でない場合には、境界線に沿った初期音圧分布から、照射された光の被検体６の表面照度分布を算出することができないので、次に示す処理を行う。

処理部２は、この被検体６の形状と光源３から照射される光４の強度分布とに基づき、光源３により照射された光４の被検体６の表面照度分布を決定する（Ｓ１４）。具体的な例は、以下のとおりである。

光源３から照射される光４の強度分布は、被検体６の深さ方向に垂直な面内方向の光強度分布であり、予め測定しておく。図６を用いて具体的に説明する。なお、図６において被検体６の形状は、被検体６の深さ方向の位置ｚと、被検体６の深さ方向に垂直な面内方向の位置ｘと、その面からの傾きθ（ｘ）で表される。光４の被検体６の深さ方向に垂直な面内方向の光強度分布をＡ（ｘ）とする。なお、被検体６の外部に関しては、光は直進するものと仮定する。光が照射された被検体６表面上の面における光４に対する傾き分布θ（ｘ）は、被検体６の表面形状から算出される法線方向を基準として算出することができる。各位置（ｘ，ｚ）において、光強度分布Ａ（ｘ）にｃｏｓθ（ｘ）をかけることで、被検体６の表面照度分布を算出することができる。

上記の例では、被検体６の外部に関しては、光は直進するものと仮定したが、被検体６の外部領域において、光輸送方程式やモンテカルロ・光伝播シミュレーション等を用いて被検体６の表面までの光４の伝播を解いて表面照度分布を求めることもできる。

そして、この表面照度分布を基に被検体６内の内部光量分布を決定する（Ｓ１５）。具体的には、Ｓ２０で得られた被検体６の形状とＳ１４で得られた被検体６の表面照度分布を用い、計算空間内の被検体の表面上に、表面照度分布と同様の同じ光量分布を持つ仮想の光源を配置して、内部光量分布を算出し、決定する。この際、光拡散方程式、輸送方程式またはモンテカルロ・光伝播シミュレーション等を用いて内部光量分布を算出する。

そして、処理部２は、Ｓ１５で決定した被検体６内の内部光量分布と、Ｓ１３で得られた第１の画像データとに基づいて、吸収係数分布などの第２の画像データを生成する（Ｓ１６）。つまり、式１においてＳ１５で決定した内部光量分布を用いることで吸収係数分布が算出できる。このようにして得られた第２の画像データで表される画像が、表示装置９に表示される（Ｓ１７）。

（実施形態３）
図７は、本発明に係る実施形態３に係る光音響イメージング装置の構成を示した図である。本実施形態は、実施形態２に対して、測定部３０を有している点が異なる。その他の構成は実施形態２と同様である。この測定部３０は、被検体の形状を測定するためのものである。

測定部３０は、例えばＣＣＤカメラなどの撮像装置を用いることができる。その場合、取り込まれた画像から処理部２が、被検体６の外形や厚みなどを算出し、被検体６の形状を決定する。また、測定部３０は、音響波を送信し、音響波を受信する音響波変換部（いわゆる超音波エコー用音響変換部）であってもよい。なお、音響波変換部１がその機能を兼ねてもよいし、別個に設けるようにしてもよい。

次に、図８を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。実施形態２では、電気信号（第１の画像データ）から、被検体６の形状を決定する（Ｓ２０）のに対し、本実施形態の光音響イメージング装置の動作は、測定部で得られた被検体の画像から、被検体の形状を決定する（Ｓ３０）点が異なる。その他の動作は実施形態２と同じである。

（実施形態４）
図１を用いて本実施形態に係る光音響イメージング装置を説明する。本実施形態に係る光音響イメージング装置は、実施形態１に係る光音響イメージング装置における音響波発生部材１０の代わりに、被検体６の形状を規定する容器４０を使用する。その他の構成は実施形態１の構成と同じである。

本実施形態では、被検体６の形状が一意に決定されるので、被検体６の表面における光源３から照射される光４の被検体６の表面照度分布が一意に決定される。具体的には、異なる形状や大きさの複数の容器を用意して、被検体６に応じてその複数の容器の中から一つの容器４０を選択して、被検体６をその容器４０の中に入れて、ＰＡＴ測定を行う。

一方、各容器において、その容器を用いた場合に被検体６の表面に照射される表面照度分布を予め求めておいて、各容器における被検体６の表面照度分布データからなる表面照度分布データテーブルとして処理部２に保持しておく。そして、容器の選択とともに、そのテーブルから該当する容器を用いた場合における被検体６の表面照度分布データを取り出せるようにしておく。なお、複数の容器を用意せずに、容器の容量の大きさや形状を変えられる容器であってもよい。この場合は、容量の大きさや形状を変えた場合での被検体６の表面に照射される表面照度分布を予め求めて、処理部が容量の大きさや形状を変えた場合における表面照度分布データからなる表面照度分布データテーブルを保持するようにしてもよい。

次に、図９を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。
まず、複数の容器の中から、被検体の大きさや形状に応じて一つの容器４０を選択し、その容器４０内に被検体６を入れる。

次に、光源３から被検体６に光４を照射し、被検体６内の光吸収体７で発生した音響波８１を音響波変換部１によって受信する（Ｓ１０）。受信された音響波８１の信号は音響波変換部１によって電気信号に変換され（Ｓ１１）、処理部２に取り込まれる。処理部２は、電気信号にフィルター処理などを行った後に（Ｓ１２）、光吸収体７の位置や大きさ、あるいは初期音圧分布などの生体情報を計算し、第１の画像データを生成する（画像再構成、Ｓ１３）。

一方、処理部２は、処理部２に保持されている表面照度分布データテーブルから選択された容器４０における表面照度分布データを選択して読み込み（Ｓ４０）、光源により照射された光の被検体の表面照度分布を決定する（Ｓ１４）。

そして、この表面照度分布を基に被検体６内の内部光量分布を決定する（Ｓ１５）。具体的には、容器により規定された被検体６の形状とＳ１４で得られた被検体の表面照度分布を用い、計算空間内の被検体の表面上に、表面照度分布と同様の同じ照度分布を持つ仮想の光源を配置して、内部光量分布を算出し、決定する。この際、光拡散方程式、輸送方程式またはモンテカルロ・光伝播シミュレーション等を用いて内部光量分布を算出する。

そして、処理部２は、Ｓ１６で決定した内部光量分布と、Ｓ１３で得られた第１の画像データとに基づいて、吸収係数分布などの第２の画像データを生成する（Ｓ１６）。つまり、式１においてＳ１６で決定した内部光量分布を用いることで吸収係数分布が算出できる。このようにして得られた第２の画像データで表される画像が、表示装置９に表示される（Ｓ１７）。

なお、被検体６内の光の拡散などを予め予測できるのであれば、表面照度分布データテーブルの代わりに被検体６内の内部光量分布データテーブルを用意することも可能である。この場合には、Ｓ４０は、表面照度分布データではなく内部光量分布データが読み込まれ、Ｓ４０でＳ１４の工程を兼ねることができる。

（実施形態５）
また、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、上述した実施形態１乃至４の機能を実現するソフトウェア（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（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１ 音響波変換部
２ 処理部
３ 光源
４ 光源から発せられる光
６ 被検体
８１，８２ 音響波

Claims (24)

1. 被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、
   前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布の情報とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得し、
   前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報と、前記電気信号とに基づいて前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する処理部と、
   を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記処理部は、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布をθとしたときに、前記被検体を照射する光の強度分布にｃｏｓθを掛けることにより、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
3. 前記処理部は、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報に基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部の光量分布の情報を取得し、
   前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部の光量分布の情報と、前記電気信号とに基づいて、前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
4. 被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、
   前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布の情報とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部における光量分布の情報を取得し、
   前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部における光量分布の情報と、前記電気信号とに基づいて前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する処理部と、
   を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
5. 前記処理部は、
   前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の初期音圧分布の情報を取得し、
   前記被検体の内部の初期音圧分布の情報と、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部の光量分布の情報とに基づいて、前記被検体の内部の前記光学特性値分布の情報を取得する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記被検体の表面の形状を測定する測定部を更に有し、
   前記処理部は、前記測定部によって前記被検体の表面の形状の情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 画像データを取得する測定部を更に有し、
   前記処理部は、前記測定部により得られた前記画像データに基づいて前記被検体の表面の形状の情報を取得し、
   前記被検体の表面の形状の情報に基づいて、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記処理部は、
   前記電気信号に基づいて画像データを取得し、
   前記画像データに基づいて前記被検体の表面の形状の情報を取得し、
   前記被検体の表面の形状の情報に基づいて、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記処理部は、
   前記電気信号に基づいて初期音圧分布の情報を取得し、
   前記初期音圧分布の情報のうち閾値よりも大きい部分を前記被検体の表面として前記被検体の表面の位置情報を取得し、
   前記被検体の表面の位置情報に基づいて、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記被検体の表面の形状を規定する規定部材を更に有し、
    前記処理部は、前記規定部材に基づいて前記被検体の表面の形状の情報を取得し、
    前記被検体の表面の形状の情報に基づいて、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記光を発する光源を更に有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記処理部は、前記光学特性値分布の情報に基づいた画像を表示部に表示させる
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
13. 前記処理部は、前記被検体の内部の前記光学特性値分布の情報として吸収係数分布の情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
14. 被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する工程と、
    前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得する工程と、
    前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報と、前記電気信号とに基づいて、前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程と、
    を有することを特徴とする被検体情報取得方法。
15. 前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得する工程は、
    前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布をθとしたときに、前記被検体を照射する光の強度分布にｃｏｓθを掛けることにより、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得する工程を備える
    ことを特徴とする請求項１４に記載の被検体情報取得方法。
16. 前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程は、
    前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報に基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部の光量分布の情報を取得する工程と、
    前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部の光量分布の情報と、前記電気信号とに基づいて、前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程とを備える
    ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の被検体情報取得方法。
17. 被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する工程と、
    前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部における光量分布の情報を取得する工程と、
    前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部における光量分布の情報と、前記電気信号とに基づいて、前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程と、
    を有することを特徴とする被検体情報取得方法。
18. 前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程は、
    前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の初期音圧分布の情報を取得する工程と、
    前記被検体の内部の初期音圧分布の情報と、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の内部の光量分布の情報とに基づいて、前記被検体の内部の前記光学特性値分布の情報を取得する工程とを備える
    ことを特徴とする請求項１６または１７に記載の被検体情報取得方法。
19. 前記被検体の表面の形状の情報を取得する工程と、
    前記被検体の表面の形状の情報に基づいて、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報を取得する工程とを更に有する
    ことを特徴とする請求項１４から１８のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
20. 前記被検体の表面の形状の情報を取得する工程は、
    前記電気信号に基づいて画像データを取得する工程と、
    前記被検体の画像データに基づいて前記被検体の表面の形状の情報を取得する工程とを備える
    ことを特徴とする請求項１９に記載の被検体情報取得方法。
21. 前記電気信号に基づいて初期音圧分布の情報を取得する工程と、
    前記初期音圧分布の情報のうち閾値よりも大きい部分を前記被検体の表面として前記被検体の表面の位置情報を取得する工程と、
    前記被検体の表面の位置情報に基づいて、前記光の進行方向に対する前記被検体の表面の傾き分布の情報を取得する工程を更に有する
    ことを特徴とする請求項１４から１８のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
22. 前記被検体の内部の前記光学特性値分布の情報に基づいた画像を表示する工程を更に有する
    ことを特徴とする請求項１４から２１のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
23. 前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程は、前記被検体の内部の前記光学特性値分布の情報として吸収係数分布の情報を取得する工程を備える
    ことを特徴とする請求項１４から２２のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
24. 請求項１４から２３のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法の各工程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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